JP6425558B2

JP6425558B2 - 電子放出素子、及び電子放出装置

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Publication number: JP6425558B2
Application number: JP2015011415A
Authority: JP
Inventors: 洋夢奥永; 平川　弘幸; 弘幸平川; 岩松　正; 正岩松
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Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2035-01-23
Also published as: JP2016136485A

Description

本発明は、電圧を印加することによって表面電極から電子を放出させることのできる電子放出素子およびそれを用いた電子放出装置に関する。

従来の電子放出素子として、スピント（Spint）型電極、カーボンナノチューブ（CNT）型電極等で構成された電子放出素子が一般的に知られている。これらの電子放出素子は尖鋭突起部に高電圧を印加して約１ＧＶ／ｍの強電界を形成し、トンネル効果により電子を放出することができる。

しかしながら、これら両タイプの電子放出素子は、電子放出部の表面近傍において強電界を発生させるため、放出電子は電界により大きなエネルギーを得たものとなる。そして、大きなエネルギーを得た放出電子は、気体分子を容易に電離させる。気体分子の電離により生じた陽イオンは、強電界によって素子表面に向かって加速衝突し、スパッタリングによる素子破壊が生じる問題がある。

また、酸素の解離エネルギーは電離エネルギーよりも低く、大気中で電子を放出させるとこれらの強電界により容易にオゾンが発生する。オゾンは人体に有害である上、その強力な酸化力により多種多様なものを酸化させる。そのため、電子放出素子の周辺部材にダメージが与えられるという問題が存在し、これを避けるために周辺部材には耐オゾン性の高い材料を用いなければならないという制限が生じている。

このような背景から、上記のものとは異なるタイプの電子放出素子として、ＭＩＭ(Metal-Insulator-Metal)型、ＭＩＳ(Metal-Insulator-Semiconductor)型、あるいはＢＳＤ(Ballistic electron Surface-emitting Device)型等の電子放出素子が開発されている。これらは、素子内部の量子サイズ効果および強電界を利用して電子を加速し、平面状の素子表面（表面電極）から電子を放出させる電界電子放出素子である。これらの電子放出素子は、素子内部の電子加速層で加速した電子を放出するため、素子外部に強電界を必要としない。したがって、気体分子の電離によるスパッタリングで破壊されるという問題、およびオゾンが発生するという問題を克服できる。特許文献１には、上記の問題を克服し、かつ大気中で安定的に電子を放出可能な素子が開示されている。

図８は、特許文献１に示された電子放出素子の構成を示す模式図である。電子放出素子７０は、下部電極となる基板７１と、上部電極である表面電極７２と、その間に挟まれて存在する電子加速層（中間層）７３とからなる。基板７１と表面電極７２とは電源７４に繋がっており、電源７４は互いに対向して配置された基板７１と表面電極７２との間に電圧を印加する。電子加速層７３には、導電体からなり抗酸化力が高い導電微粒子７３１と、導電微粒子７３１より大きい絶縁体物質７３２とが含まれている。導電微粒子７３１として抗酸化力が高い導電体を用いることから、大気中の酸素による酸化に伴う素子劣化を発生しがたいため、大気圧中でも安定して動作させることができる。

上記表面電極を有する電子放出素子は、フォーミングと呼ばれる半絶縁破壊過程を経験することで、電子放出特性が出現する。これらの電子放出素子は、以下に示す３つの共通した特徴をもつ。

１つめの特徴は、素子の駆動に伴って表面電極が破壊することである。なお、電子放出の原理において表面電極の破壊は不可避ではあるが、素子の寿命を決定付けるのも表面電極の破壊である。このため、長寿命で安定した素子駆動の実現には、表面電極における必要以上の破壊の進行を抑制することが重要である。

２つめの特徴は、素子内電流が局所的となりやすいことである。表面電極を有する電子放出素子では面的な電子放出が可能であるが、微小に見ればそれは局所的な放出点が無数に点在することにより形成されている。

３つめの特徴は、熱の発生源が表面電極と中間層との界面で発生しやすいことである。電界電子放出の原理上、表面電極にはホットエレクトロンが流れ込み、流れ込んだホットエレクトロンの一部は表面電極と中間層との界面で緩和する。このため、素子の駆動に伴って発生する熱は表面電極と中間層との界面に集中し易くなる。

特開２００９−１４６８９１号公報

従来の電子放出素子では、上記３つめの特徴として述べたように、素子の駆動に伴って表面電極と中間層との界面で熱が発生する。この熱は、上記界面から表面電極全体に拡がり、表面電極に対して必要以上の熱的破壊を生じさせる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、表面電極において必要以上の熱的破壊が生じることを防止し、電子放出効率を犠牲にすることなく、素子の長寿命化を図ることのできる電子放出素子を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の電子放出素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および第２電極の間に設けられた中間層とを備え、前記第１電極および第２電極の間に電圧を印加することによって前記第２電極から電子を放出させる電子放出素子であって、前記第２電極は、複数層の積層構造とされていることを特徴としている。

上記の構成によれば、第２電極において複数層を積層させることで、層同士の界面では結晶の連続性が失われ、この不連続な界面では、電気的な接続が若干弱まるが、同時に熱的・力学的な接続も弱まる。一方で、第２電極の破壊は、中間層と表面電極の界面から発生する。このため、中間層に隣接する層では熱的な破壊が生じるが、その破壊は他の層には伝わりにくい。すなわち、上記熱的破壊は、中間層に隣接する層にて食い止められ、第２電極の全体としては過剰な破壊が防止される。これにより、第２電極の機能が長寿命化し、電子放出素子の劣化が抑制される。

前記第２電極内の複数層のうち、前記中間層に隣接している層の材料の融点が最も低い構成とすることができる。あるいは、前記第２電極内の複数層のうち、前記中間層に隣接している層の材料の融解熱が最も小さい構成とすることができる。

上記の構成によれば、第２電極の機能を長寿命化しつつ、高い放出効率も維持できる効果がより高くなる。

また、上記電子放出素子では、前記第２電極内の複数層のうち、前記中間層に隣接している層は金属により構成されている構成とすることができる。あるいは、上記電子放出素子では、前記第２電極内の全ての層は、金属により構成されている構成とすることができる。

また、上記電子放出素子では、前記第２電極内の複数層のうち、前記中間層に隣接している層以外の部分は、給電辺側の層厚が対向辺側の層厚よりも大きい構成とすることができる。

上記の構成によれば、給電辺付近での断線による電子放出機能の著しい低下を防止することができる。

さらに、本発明の電子放出装置は、上記の課題を解決するために、上記に記載のいずれかの電子放出素子と、前記電子放出素子における前記第１電極および第２電極の間に電圧を印加する電源とを備えたことを特徴としている。

本発明の電子放出素子及び電子放出装置は、中間層と表面電極の界面で発生する熱を中間層に隣接する層にて食い止め、第２電極全体が上記熱によって過剰に破壊されることを防止する。これにより、第２電極の機能が長寿命化し、電子放出素子の劣化が抑制されるといった効果を奏する。

実施の形態１に係る電子放出装置の概略構成を示す模式図である。実施の形態１に係る電子放出素子を電子放出面側から見た平面図である。実施例に係る電子放出素子の製造工程を示す模式図である。実施例に係る電子放出素子の製造工程を示す模式図である。実施例に係る電子放出素子の製造工程を示す模式図である。実施例に係る電子放出素子のサンプルの評価結果を示す表である。実施の形態２に係る電子放出装置の概略構成を示す模式図である。従来の電子放出装置の概略構成を示す模式図である。

〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態１に係る電子放出装置の概略構成を示す模式図である。図２は、本実施の形態１に係る電子放出素子を電子放出面側から見た平面図である。

電子放出装置１は、電子放出素子１０および電源２０を備えて構成される。すなわち、電子放出装置１では、電子放出素子１０に電源２０より所望の電圧が印加されることによって電子が放出される。このような電子放出装置１は、例えば、電子写真方式の画像形成装置において、感光体ドラム表面を帯電させる帯電装置として好適に使用することができる。それ以外にも、電子線硬化装置、発光体と組み合わせることによる画像表示装置、あるいは、放出された電子が発生させるイオン風を利用するイオン風発生装置等に適用することができる。

電子放出素子１０は、基板電極となる第１電極１１、絶縁層１２、中間層１３、表面電極となる第２電極１４からなり、図１に示すような積層構造を有している。電源２０の負極は第１電極１１に接続され、電源２０の正極は第２電極１４に接続される。このため、電子放出素子１０を流れる電子は、中間層１３において第１電極１１から第２電極１４に向けて加速され、一部の電子がホットエレクトロンとして第２電極１４から放出される。

第１電極１１は、金属板などの電気伝導性を備えた支持体からなる。第１電極１１は、十分な電気伝導性を備えていれば良く、具体例としては、Ａｌ板，Ｃｕ板，ＳＵＳ板などの金属板、Ｂ，Ａｌ，Ｎ，Ｐなどの不純物がハイドープされた半導体基板、および金属又は導電性材料が成膜されたガラス板，アクリル板，セラミック板などの絶縁性基板を使用できる。第１電極１１の板厚は特に限定されないが、素子としての剛性、および素子発熱による発熱の緩和が十分となる厚さに設定される。

第１電極１１における中間層１３側の表面粗さは、中間層１３の層厚と比べて十分に小さく、第１電極１１と第２電極１４との間で短絡が生じなければ良い。例えば、Ｒａが０．１μｍ以下であれば適宜調整可能である。また、中間層１３および第２電極１４が耐えられるものであれば、第１電極１１は柔軟性を持つ基板を使用しても良い。

絶縁層１２は、電気的に絶縁性を有すればよく、具体例としては金属酸化物・金属窒化物などの無機材料、またはシリコーン系樹脂、フェノール系樹脂などの有機材料を使用できる。また、絶縁層１２は、電子放出素子１０にとって必須な構成要素ではない。本実施形態で構成に取り入れた理由の一つは、第２電極１４と電源２０との接点直下で電流が流れず、この部分で電極破壊を発生させないようにするためである。絶縁層１２は、電子放出面側から見て開口１２Ａを有するように形成され、この開口１２Ａの内部領域が電子放出領域となる。

中間層１３は、絶縁性樹脂、導電性樹脂、絶縁性微粒子のうちの１つ以上を含んだものよりなる。また、この構成に導電性微粒子を添加したものがより好ましい。本実施の形態では、図１に示すように、絶縁性樹脂１３１および導電性微粒子１３２を混合したものを中間層１３として用いている。中間層１３の層厚は０．３〜５．０μｍとすることが好ましい。

絶縁性樹脂１３１は、絶縁性を有する材料であれば特に限定は無く、殆どの樹脂が使用可能である。例えば、シリコーン樹脂を使用でき、その硬化タイプも特に限定されない。

導電性微粒子１３２は、導電性を有すればその材料が限定されることは無く、また球形である必要もない。電気伝導性および安定性の観点からは金属が好ましく、例えば、Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇなどの金属微粒子を用いればよい。また、フラーレン類やカーボンナノチューブ類などの金属以外の微小粉体も使用できる。導電性微粒子１３２の大きさは、中間層１３の厚さに対して小さい必要がある。特に、１次粒子の大きさは１桁以上小さいことが好ましい。ここでいう１次粒子の大きさは、粒子が球体であれば直径を意味し、直線状の棒形であれば軸長を意味し、曲がりくねった紐状であれば２次的楕円球体とみなして、その長軸の長さを意味する。つまり、１次粒子の大きさとは、寸法上の最も大きな長さを意味する。電子放出性能を鑑みると、一般に導電性微粒子１３２の大きさは３〜１００ｎｍであることが好ましい。

本実施の形態に係る電子放出素子１０は、第２電極１４を複数層の積層構造とした点に特徴を有する。このため、第２電極１４は、複数層の導電性材料の薄膜、すなわち中間層１３側の第１層１４１と素子表面側の第２層１４２とからなる。第２電極１４の各層の材料は、高い電気伝導性を備えていれば良く、金属材料であることが好ましい。尚、第２電極１４の各層の材料として、金属材料以外としては、半導体、ＩＴＯ（indium tin oxide）、カーボン等が考えられる。

また、第２電極１４において、中間層１３に接する層（ここでは第１層１４１）は、他の層に比べて低融点の材質であることが好ましい。このため、第２電極１４において、少なくとも中間層１３に接する層（ここでは第１層１４１）は、金属材料であることが好ましい。

第２電極１４の総層厚が小さすぎると、その面内抵抗が増大し、中間層１３に対して無視できない大きさの抵抗を持つようになる。この場合、第１電極１１と第２電極１４との間に一定の電圧がかからず、面内均一性が悪化する。また、第２電極１４の破壊耐性が低下し、第２電極１４の寿命が低下する。反対に、第２電極１４の総層厚が大きすぎると、第２電極１４の破壊が過剰に抑制され、欠損領域が低減することで電子放出量が低減する。

第２電極１４の積層構造について、各層を順次成膜して積み上げる方法に限らず、例えば単一な層の表面もしくは中間層側界面を後工程で形成させる方法をとってもよい。この方法は、例えば、第２電極の材料を半導体とする場合に適用できる。すなわち、最初に単一な半導体層を形成し、その後、形成された半導体の所定深さの範囲にイオン注入を行って部分的に異なる性質とする。これにより、イオン注入された層と、されなかった層とが積層構造を形成する。

第２電極１４において複数層を積層させることで、層同士の界面では結晶の連続性が失われる。この不連続な界面では、電気的な接続が若干弱まるが、同時に熱的・力学的な接続も弱まる。一方で、第２電極１４の破壊は、中間層１３と第２電極１４の界面から発生する。このため、中間層１３に隣接する第１層１４１では熱的な破壊が生じるが、その破壊は隣の第２層１４２には伝わりにくい。すなわち、上記熱的破壊は、第１層１４１にて食い止められ、第２電極１４の全体としては過剰な破壊が防止される。これにより、第２電極１４の機能が長寿命化し、電子放出素子１０の劣化が抑制される。

また、熱的接続が弱まることは、第１層１４１から熱が逃げず、破壊し易くなることを意味する。さらに、大きな熱の発生源は放出効率の低い電流パスに存在する。この理由は、放出しなかった電子は素子内で緩和し、エネルギーが熱となって現れるためである。第１層１４１の破壊による第２電極１４と中間層１３との断線は、特に放出効率の低い無駄な電流パスにおいて生じるため、高い放出効率を維持させる。また、その破壊が第１層１４１のみで局所的に発生することから、素子を長寿命化できる。

上記２つの効果（高い放出効率および長寿命化）は、中間層１３に隣接する第１層１４１を、他の層（ここでは第２層１４２）に比べて低融点および小さな融解熱の材質とした場合に、より高い効果が得られた。

＜実施例＞
本実施の形態１の実施例について説明する。本実施例では、第２電極１４を複数層積層させたことで放出効率向上および駆動劣化抑制の効果が得られた具体例を示す。

まず、本実施例における電子放出素子１０の構成について説明する。第１電極１１は、厚さが０．５ｍｍ、表面粗さＲａが０．０２μｍのＡｌ板を使用した。中間層１３は、絶縁性樹脂１３１および導電性微粒子１３２からなり、絶縁性樹脂１３１として室温硬化型のシリコーン樹脂、導電性微粒子１３２として平均粒径１０ｎｍのＡｇナノ粒子を用い、層厚は１．５μｍ程度とした。第２電極１４は、第１層１４１としてＡｕを２０ｎｍ、第２層１４２としてＰｔを２０ｎｍ積層した。

続いて、本実施例に係る電子放出素子１０の製造手順について、図２〜図５を参照して説明する。

先ずは、図３に示すように、第１電極１１上に絶縁層１２を形成する。第１電極１１はＡｌ板を使用し、絶縁層１２は陽極酸化法により形成されたアルマイトを使用した。絶縁層１２のパターニングはスクリーン印刷法によって形成される。すなわち、絶縁層１２は、中間層１３に電流を流す領域（電子放出領域）に対応する開口１２Ａを有するように形成される。十分に絶縁性が取れるように絶縁層１２の層厚は２．５μｍとした。この場合、絶縁層１２の層厚が中間層１３の層厚よりも厚くなる。すなわち、図１に示す構成と異なり、開口１２Ａの領域で中間層１３が周囲の絶縁層１２よりも凹んだ形状となるが、このような構成であっても電子放出素子１０の性能に制限を受けない。

続いて、図４に示すように、絶縁層１２および開口１２Ａのほぼ全面を覆うように中間層１３が形成される。中間層１３の形成は、例えば、スプレーコート法を用いて絶縁層１２が形成されたＡｌ基板上にその材料を塗布し、これを乾燥および硬化させることで行われる。中間層１３の材料は、アルコラート処理が施されたＡｇナノ粒子、およびトルエン溶媒中のシリコーン溶液を所望の分量だけ試薬瓶に量り取って混合し（場合によってはトルエンを用いてさらに希釈し）、超音波洗浄器に５分間ほどかけて分散混合したものを用いた。このとき、Ａｇナノ粒子とシリコーン固体分との質量比はおよそ１：１０であった。溶液中のＡｇナノ粒子が十分に分散したことを確認後、スプレーコート法（ブロー圧１００ｋＰａ）により絶縁層１２が形成されたＡｌ基板上に塗布した。

中間層１３の材料を塗布されたＡｌ基板は、塗布液が乾燥および硬化するまで１日以上室温大気中で保管される。硬化後の中間層１３の層厚は、断面走査型透過電子顕微鏡（断面ＳＴＥＭ）、表面粗さ計、およびレーザ顕微鏡等を用いて測定した結果、およそ１．５μｍであった。尚、この層厚は、電子放出領域（開口１２Ａ内の領域）での層厚を示している。

中間層１３の形成後（シリコーン樹脂の硬化後）に、第２電極１４を成膜する。例えば、真空蒸着法を用いて各種金属をそれぞれのパターンに合わせて順次成膜する。

まず、第２電極１４の第１層１４１の成膜では、図５に示すように、絶縁層１２の開口１２Ａを覆うようにする。このため、所望のメタルマスクを塗布膜付きＡｌ基板に重ね合わせて、真空蒸着装置のチャンバ内に導入し、１０^-5Ｐａ程度の高真空領域に達したところでＡｕの蒸着を開始した。このときの蒸着速度は０．３ｎｍ／ｓｅｃであり、この膜厚は水晶振動子を用いて測定した。蒸着中はチャンバ内の温度が上昇しやすいため、基板を保持するホルダ周辺を水冷方式で冷却し温度を管理する。このときの基板の温度は８０℃以下と見積もられた。Ａｕを目的の膜厚まで成膜し終えると、大気開放せず高真空を保ったまま、基板および装置の冷却のため１０分間放置した。次に、第２層１４２となるＰｔ蒸着も同様な手順で行う。以上の手順により、本実施例に係る電子放出素子１０（図２参照）が完成する。

以上のように作製された素子の評価結果を図６に示す。サンプル＃１は第２電極１４としてＡｕを５０ｎｍ、サンプル＃２はＰｔを３０ｎｍ、サンプル＃３は第１層１４１にＡｕを２０ｎｍ、第２層１４２にＰｔを２０ｎｍ、サンプル＃４は第１層１４１にＰｔを２０ｎｍ、第２層１４２にＡｕを２０ｎｍ成膜した素子である。評価方法は、一定の電子放出量が得られるようフィードバックを掛けて制御駆動し、一定の放出量を維持できた時間を「寿命」、その寿命の間の平均放出効率を「放出効率」と定義して評価している。

これら４サンプルの中で最も長い寿命が得られたものはサンプル＃３であり、単一層のサンプル＃１、サンプル＃２に比べて非常に優れている。このことは、材料による差異とは異なる理由によって寿命が延びたことを示しており、２層構造を取ったためと考えられる。また、サンプル＃３はサンプル＃１には劣るものの高い放出効率が得られている。

一方でサンプル＃３とサンプル＃４とを比較すると、同じ２層構造であるものの評価結果には大きな差がある。電極材料のＡｕとＰｔとの物性は、原子番号が隣りであることもあって非常に類似しているが、Ａｕの方が融点が低く、また融解熱も小さい。つまり、第１層１４１として適するのは、その他の層よりも低融点の材質であり、融解熱も小さいことが望ましいと言える。

〔実施の形態２〕
実施の形態１では、第２電極１４の第１層１４１及び第２層１４２のそれぞれを均一な層厚としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１層１４１及び第２層１４２の少なくとも一方を不均一に形成しても良い。本実施の形態２は、そのような構造の電子放出装置について説明する。図７は、本実施の形態２に係る電子放出装置の概略構成を示す模式図である。

図７に示す電子放出装置２は、電子放出素子３０および電源２０を備えて構成されており、電子放出素子３０は、基板電極となる第１電極１１、絶縁層１２、中間層１３、表面電極となる第２電極３４からなる。尚、図７に示す電子放出素子３０は、図１に示す電子放出素子１０と略同じ構成であるが、図１の第２電極１４に代えて第２電極３４を用いた点のみが異なっている。

図７に示すように、電子放出素子３０における第２電極３４は、図１の第２電極１４と同様に複数層の積層構造とされており、中間層１３側の第１層３４１と素子表面側の第２層３４２とからなる。

第２電極３４において、第１層３４１および第２層３４２のそれぞれは、均一な層厚とされておらず、勾配を有している点に特徴を有している。すなわち、第１層３４１は、給電端子の設置辺側（給電辺側）から対向辺（給電端子から遠い側の辺）側に向かって層厚が増加している。逆に、第２層３４２は、給電辺側から対向辺側に向かって層厚が増加している。尚、電子放出装置２において、第２電極３４に電圧を印加するための給電端子は、第２電極３４の一辺（給電辺）に沿って配置されている。図７では、図中左側の辺に第２電極３４の給電端子が配置されているものとする。また、給電端子は、電子放出領域（開口１２Ａ内の領域）の外部領域にて設けられる。

上記勾配を有する第１層３４１または２層３４２を形成するためには、例えば以下の成膜方法が用いられる。まず、第１層３４１および第２層３４２は、材料をスパッタリングまたは蒸着にて成膜して形成されるものとする。そして、この成膜工程時に、第１層３４１または第２層３４２が形成される素子と材料放出源との間にシャッターが配置される。このシャッターは、成膜される素子表面と平行であり、かつ、給電辺と直交する方向に移動可能なものとする。

成膜は、上記シャッターを移動させながら行う。例えば、第１層３４１の形成時には、シャッターを全開した状態から成膜を開始し、成膜期間中は、シャッターを給電辺側から対向辺側に向かって徐々に閉じていく方向に移動させる。あるいは、シャッターを全閉した状態から成膜を開始し、成膜期間中は、シャッターを対向辺側から給電辺側に向かって徐々に開いていく方向に移動させてもよい。これにより、第１層３４１は、給電辺側から対向辺に向かって層厚が増加するように形成される。第２層３４２については、シャッターの移動方向を逆にすれば、第１層３４１と逆勾配を有する層として形成可能である。

本実施の形態２における電子放出素子３０は、給電辺付近での断線による電子放出機能の著しい低下を防止することを目的としている。

上述したように、電子放出装置２において、第２電極３４に電圧を印加するための給電端子は第２電極３４の一辺（給電辺）に沿って配置されている。このため、第２電極３４では、面内電流が給電辺側から対向辺に向けて流れるように発生し、この面内電流によって電子放出素子３０における電子放出面の全体に電界が印加される。また、上記面内電流は、主に第２層３４２において生じる。

本実施の形態２に係る電子放出素子３０では、第２電極３４の第１層３４１において熱的破壊を集中させ、第２層３４２における破壊を抑制しているものの、第２層３４２において破壊が全く生じないわけではない。第２層３４２においても、素子の長時間駆動によって破壊は生じる。また、第２層３４２における破壊は面内で均一に起きるものではなく、一部に集中して生じることが多い。このため、第２層３４２は上記破壊によって網目模様に細線化される。

そして、細線化された第２層３４２において、更なる破壊進行によって断線が生じると、第２電極３４において給電できない領域が発生し、その領域は電子放出素子として機能しなくなる。上記断線が給電辺に近い箇所で生じると、電子放出効率が低下する領域も大きくなり、素子全体として電子放出効率の著しい低下が起こりうる。このため、本実施の形態２における電子放出素子３０では、第２層３４２において給電辺側の層厚を対向辺側よりも大きくすることによって、給電辺に近い箇所では上記断線が生じないようにしている。これにより、本実施の形態２における電子放出素子３０は、給電辺付近での断線による電子放出機能の著しい低下を防止することができる。

尚、図７に示す構成では、第１層３４１における給電辺側の端部は層厚が０となっている。これは、給電辺側の端部は、絶縁層１２によって電子放出領域外とされており、この領域では第２電極３４の電極破壊が発生しないためである。

また、第２電極３４全体の層厚については、実施の形態１でも述べたように、総層厚が大きすぎても小さすぎても、素子寿命の低下や電子放出量の低減といった現象が顕著となる。このため、第２電極３４全体としては、適切な層厚の均一な層とすることが好ましい。このように、第２電極３４全体の層厚を一定にすることを前提とした場合、第２層３４２を給電辺側から対向辺側に向かって層厚が減少する構成とすると、第１層３４１は給電辺側から対向辺側に向かって層厚が増加する構成となり、図７に示すものとなる。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、第２層３４２を給電辺側から対向辺側に向かって層厚が減少する構成とし、第１層３４１は均一な層厚であっても良い。

上記実施の形態１および２における第２電極１４および３４は、何れも２層の積層構造を有するものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２電極は３層以上の積層構造であっても良い。第２電極を３層以上とすることで、電子放出素子の長寿命化の効果が向上する可能性もある。また、第２電極を３層以上とする場合、バイメタル効果による曲げ防止機能を持たせることも可能となる。

また、上記実施の形態２における第２電極３４では、第１層３４１および第２層３４２が何れも線形的に層厚が変化する構成となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、非線形的に層厚が変化する構成であってもよい。あるいは、給電辺側から対向辺側に向かう途中で段差が生じるように層厚が変化するものであっても良い。第１層３４１および第２層３４２の層厚は、上述した成膜方法においてシャッターの移動を制御することで任意形状に変化させることが可能である。

また、上記実施の形態２における第２電極３４では、第２層３４２において給電辺側の層厚を対向辺側よりも大きくする構成としている。ここで、第２電極３４が３層以上の積層構造である場合には、中間層に隣接している層以外の部分において給電辺側の層厚を対向辺側よりも大きくする構成であればよい。例えば、第２電極３４が３層構造である場合、中間層に隣接している層以外の２層において、給電辺側の層厚が対向辺側よりも大きくなっていればよく、これら２層の層厚の比率に関しては特に限定されない。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１電子放出装置
１０電子放出素子
１１第１電極
１２絶縁層
１３中間層
１４第２電極
１４１第１層（中間層に隣接している層）
１４２第２層
２電子放出装置
２０電源
３０電子放出素子
３４第２電極
３４１第１層（中間層に隣接している層）
３４２第２層

Claims

第１電極と、第２電極と、前記第１電極および第２電極の間に設けられた中間層とを備え、前記第１電極および第２電極の間に電圧を印加することによって前記第２電極から電子を放出させる電子放出素子であって、
前記第２電極は、前記中間層に接する第１層と、当該電子放出素子の表面側となる第２層とからなる積層構造とされており、
前記第１層の材料がＡｕ、前記第２層の材料がＰｔであることを特徴とする電子放出素子。
請求項１に記載の電子放出素子であって、
前記第２層は、給電辺側の層厚が対向辺側の層厚よりも大きい構成であることを特徴とする電子放出素子。
請求項１または２に記載の電子放出素子と、
前記電子放出素子における前記第１電極および第２電極の間に電圧を印加する電源とを備えたことを特徴とする電子放出装置。