JPH08329823A

JPH08329823A - 電界電子放出素子、この電界電子放出素子を用いた電子放出源および平面ディスプレイ装置、および電界電子放出素子の製造方法

Info

Publication number: JPH08329823A
Application number: JP12757695A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Akama; 善昭赤間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-05-18
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-12-13
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: JP3579127B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電子放出効率が高く、製造の容易な電界電子
放出素子を提供することを目的とする。【構成】基板２２上にベ−ス電極２３、絶縁膜２４お
よび導電膜２５（ゲ−ト電極）が積層され、上記導電膜
２５と絶縁膜２４とにスル−ホ−ル２６が設けられ、こ
のスル−ホ−ル２６内に露出するベ−ス電極２３上に複
数の柱状結晶２８からなる柱状結晶集合体２７（エミッ
タ電極）が成膜されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、真空マイク
ロエレクトロニクス技術を利用した電界電子放出素子、
この電界電子放出素子を応用した電子放出源および平面
ディスプレイ装置、および電界放出素子および平面ディ
スプレイ装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、真空を電荷輸送媒体とする真
空素子が研究されているが、この真空素子の一つとして
電界電子放出素子（真空マイクロ素子）がある。そし
て、代表的な電界電子放出素子には、図４０に示すよう
にエミッタ電極１が基板２から略鉛直方向に四角錐や円
錐の形状を呈しているもの（以下、スピント型と記す）
と、図４１（ａ）及び（ｂ）に示すようにエミッタ電極
３が基板２と平行な方向に三角形の飛び込み板形状、即
ち楔形の形状を呈しているもの（以下、平面型と記す）
とがある。なお、図４０および図４１において、４、５
で示すのはそれぞれ上記エミッタ電極１、３から電子を
引き出すためのゲ−ト電極である。

【０００３】上記スピント型の電界電子放出素子の作製
は、例えば東北大学電気通信研究所の横尾邦義氏が電気
学会誌 Vol.112,No.4 (1992) pp257-262に記しているよ
うに、スタンフォ−ド研究所のスピント(C.A.Spint) 氏
らの開発した回転させながら斜め方向から陰極チップを
蒸着する技術や、アメリカ海軍研究所のグレイ(H.F.Gra
y)氏らの開発したSi単結晶を選択的に異方性エッチング
する技術を基本にして行われる。

【０００４】さらに、平面型等の他のエミッタ電極の作
製方法は、例えば、工業技術院電子技術総合研究所の伊
東順司氏及び金丸正剛氏によって、「微小冷陰極の応用
−真空マイクロ素子−」（オプトロニクス誌 No.109 (1
991) pp193-198）や、「微小三極真空素子の試作とその
応用」（日本学術振興会荷電粒子ビ−ムの工業への応用
第132 委員会第111 回研究会資料 (1990) pp7-13）で説
明されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の電界電子放出素子には、以下に説明する解決すべき
課題がある。

【０００６】すなわち、従来の電界電子放出素子のエミ
ッタ電極１、３の形状は、前述したように円角錐や円
錐、楔状であるので、電界電子放出素子の間隔がエミッ
タ電極１、３の底面の大きさによって制限されてしま
い、電界電子放出素子の密度を高めるのが困難であっ
た。そして、エミッタ電極１、３から放出される電子の
密度（エミッション電流の大きさ）は、エミッタ電極
１、３の数の影響を受けることから、単位面積当たりの
エミッション電流を大きくするのも困難であった。

【０００７】また、電界電子放出素子において、より低
い駆動電圧で高いエミッション電流を得るには、エミッ
タ電極の先端をできるかぎり尖らせて電界の集中度を向
上させる必要がある。

【０００８】しかし、従来の電界電子放出素子において
は、エミッタ電極の尖鋭化を、エッチングや重ね合せ露
光により行っていた。このため、エミッタ電極の尖鋭化
に複雑なプロセスが必要であり、尖鋭化が困難だった。
また、エミッタ電極の作製プロセスが複雑なため、再現
性が乏しく、多数のエミッタ電極を均質に作製すること
は困難だった。

【０００９】さらに、上記エミッタ電極の尖鋭度は、使
用する露光装置の解像度に左右される。装置の解像度に
は限界があるため、上記エミッタ電極の尖鋭化には一定
の限界があった。

【００１０】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたもので、エミッタ電極の尖鋭化が容易に図れ、かつ
このエミッタ電極を高密度に配置して、電子放出効率の
高い電界電子放出素子および、この電界電子放出素子を
応用した平面ディスプレイ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の手段は、導電体の
表面に設けられ電界が与えられることで電子を放出する
エミッタ電極を備えた電界電子放出素子において、上記
エミッタ電極は、先端部から電子を放出できる複数の柱
状結晶からなる柱状結晶集合体を有することを特徴とす
る電界電子放出素子である。

【００１２】第２の手段は、第１の手段の電界電子放出
素子において、上記複数の柱状結晶は互いに密着してな
るものを含むことを特徴とするものである。

【００１３】第３の手段は、第１の手段の電界電子放出
素子において、上記柱状結晶の先端部は尖鋭化されてい
ることを特徴とするものである。

【００１４】第４の手段は、第１の手段の電界電子放出
素子において、上記柱状結晶集合体は、導電体上にＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition ）の手段により、ＷＨ
₆とＳｉＨ₄を反応させ成膜されたものであることを特
徴とするものである。

【００１５】第５の手段は、第４の手段の電界電子放出
素子において、上記柱状結晶はβ−タングステン（β−
Ｗ）を含有することを特徴とするものである。

【００１６】第６の手段は、第１の手段の電界電子放出
素子において、この柱状結晶集合体に、この導電体との
電位差に応じた電界を与えることで、上記柱状結晶集合
体の各柱状結晶の先端部から電子を引き出すゲ−ト電極
を有することを特徴とするものである。

【００１７】第７の手段は、第６の手段の電界電子放出
素子において、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体
と対向する縁部を有し、この縁部と上記柱状結晶集合体
とのギャップを介して上記柱状結晶集合体に電界を与え
るものであることを特徴とするものである。

【００１８】第８の手段は、第７の手段の電界電子放出
素子において、上記ゲ−ト電極は、上記導電体に絶縁層
を介して積層されていることを特徴とするものである。

【００１９】第９の手段は、第７の手段の電界電子放出
素子において、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体
に絶縁層を介して積層されていることを特徴とするもの
である。

【００２０】第１０の手段は、第７の手段の電界電子放
出素子において、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合
体の各柱状結晶の先端部から放出された電子を通す貫通
部を有し、上記ゲ−ト電極の縁部は、前記貫通部の周部
によって構成されていることを特徴とするものである。

【００２１】第１１の手段は、第１０の手段の電界電子
放出素子において、上記ゲ−ト電極は、孔状の貫通部を
有することを特徴とするものである。

【００２２】第１２の手段は、第１０の手段の電界電子
放出素子において、上記ゲ−ト電極は、溝状の貫通部を
有することを特徴とするものである。

【００２３】第１３の手段は、第１０の手段の電界電子
放出素子において、上記柱状結晶集合体は、上記導電体
の表面の、上記ゲ−ト電極の貫通部に対応する部位にの
み選択的に成膜されたものであることを特徴とするもの
である。

【００２４】第１４の手段は、第１０の手段の電界電子
放出素子において、上記柱状結晶集合体は、上記ゲ−ト
電極の貫通部の中央部に位置する柱状結晶の先端部の高
さ寸法が、周縁部に位置する柱状結晶の先端部の高さ寸
法よりも大きく形成されていることを特徴とするもので
ある。

【００２５】第１５の手段は、第１４の手段の電界電子
放出素子において、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に
位置する柱状結晶の先端部が、上記ゲ−ト電極の貫通部
を貫通して突出していることを特徴とするものである。

【００２６】第１６の手段は、第１４の手段の電界電子
放出素子において、上記導電体は、上記ゲ−ト電極の貫
通部の中央部に位置する部位が、その周縁部に位置する
部位よりもゲ−ト電極側に突出していることを特徴とす
るものである。

【００２７】第１７の手段は、第６の手段の電界電子放
出素子において、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先
端部から放出された電子を受けるアノ−ド電極を有する
ことを特徴とするものである。

【００２８】第１８の手段は、第１７の手段の電界電子
放出素子において、上記アノ−ド電極は、上記ゲ−ト電
極の貫通部に対向する蛍光体を有し、この蛍光体は、上
記柱状結晶集合体から放出された電子を受けることで発
光することを特徴とするものである。

【００２９】第１９の手段は、第６の手段の電界電子放
出素子が集積されてなることを特徴とする電子放出源で
ある。

【００３０】第２０の手段は、第１９の手段の電子放出
源において、上記ゲ−ト電極は、貫通部が複数設けられ
てなり、各貫通部を通して上記各柱状結晶集合体から電
子が放出されることを特徴とするものである。

【００３１】第２１の手段は、第２０の手段の電子放出
源において、上記ゲ−ト電極は孔状の貫通部を有するこ
とを特徴とするものである。

【００３２】第２２の手段は、請求項２０の電子放出源
において、上記ゲ−ト電極は溝状の貫通部を有すること
を特徴とするものである。

【００３３】第２３の手段は、第６の手段の電界電子放
出素子を複数有する電子放出源と、この電子放出源から
放出された電子を受けることで発光表示を行う表示部と
を有することを特徴とする平面ディスプレイ装置であ
る。

【００３４】第２４の手段は、請求項２３記載の平面デ
ィスプレイ装置において、上記電子放出源と上記表示部
は、上記ゲ−ト電極に積層された絶縁層を介して接合さ
れていることを特徴とするものである。

【００３５】第２５の手段は、ゲ−ト電極と、このゲ−
ト電極から電界が与えられることで先端部から電子を放
出するエミッタ電極とを有する電界電子放出素子の製造
方法において、多数の柱状結晶が密接してなる柱状結晶
集合体を成膜し、各柱状結晶の先端部から電子を放出で
きるエミッタ電極を形成する第１の工程と、縁部を有す
るゲ−ト電極を形成する第２の工程とを有することを特
徴とするものである。

【００３６】第２６の手段は、第２５の手段の電界電子
放出素子の製造方法において、前記第１の工程は、導電
体上に第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜を積層
する工程と、上記第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶
縁膜の所定の部位をエッチング除去し、貫通部を設ける
工程と、この貫通部を通して露出した上記導電体上に柱
状結晶集合体を成膜し、前記エミッタ電極を形成する工
程とを含み、前記第２の工程は、上記第１の絶縁膜を選
択的にエッチングすることで、上記導電膜を上記柱状結
晶集合体側に突出する縁部を有するゲ−ト電極に成形す
る工程を含むことを有することを特徴とするものであ
る。

【００３７】第２７の手段は、第２５の手段の電界電子
放出素子の製造方法において、前記第１の工程は、導電
体の表面に柱状結晶集合体を成膜し、前記エミッタ電極
を形成する工程とを含み、前記第２の工程は、上記柱状
結晶集合体上に絶縁膜と導電膜とを積層する工程と、上
記導電膜と上記絶縁膜の所定の部位をエッチング除去し
て貫通部を設け、上記導電膜を縁部を有するゲ−ト電極
に形成する工程とを含むことを特徴とするものである。

【００３８】第２８の手段は、第２５の手段の電界電子
放出素子の製造方法において、前記第１の工程は、上記
導電体を、反応器内に収容し、この反応器内にＷＦ₆と
ＳｉＨ₄を導入して反応させることで、上記導電体の表
面から略垂直に成長するβ−Ｗを含有する複数の柱状結
晶を有する柱状結晶集合体を成膜する工程を含むことを
特徴とするものである。

【００３９】第２９の手段は、第２８の手段の電界電子
放出素子の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成
膜する工程は、反応器内の上記導電体周囲雰囲気の温度
を１２０℃〜５００℃、好ましくは３２０℃に保ち、上
記ＷＦ₆とＳｉＨ₄の流量比（ＳｉＨ₄／ＷＦ₆）は
０．９〜２．０、好ましくは１．０に保つ工程を含むこ
とを特徴とするものである。

【００４０】第３０の手段は、第２８の手段の電界電子
放出素子の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成
膜する工程は、上記反応器内に、Ｈ₂を導入する工程を
含むことを特徴とするものである。

【００４１】第３１の手段は、基板の表面に導電体を形
成する第１の工程と、この導電体の表面に、先端部が尖
鋭化された柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜し、
上記各柱状結晶の先端部から電子を放出できるエミッタ
電極を形成する第２の工程と、上記柱状結晶集合体に第
１の絶縁膜、導電膜、第２の絶縁膜を積層する第３の工
程と、上記第１、第２の絶縁膜と導電膜の所定の部位を
エッチング除去してこの導電膜に縁部を設ける第４の工
程と、表面に透明導電膜と蛍光体とが積層されてなる表
示部材を、真空雰囲気中で上記第２の絶縁膜の表面に接
合し、上記蛍光体を上記エミッタ電極に対向させる第５
の工程とを有することを特徴とする平面ディスプレイ装
置の製造方法。

【００４２】第３２の手段は、第３１の手段の平面ディ
スプレイ装置の製造方法において、前記第２の工程は、
上記導電体の形成された基板を反応器内に収容し、この
反応器内に少なくともＷＦ₆とＳｉＨ₄を導入して反応
させることで、上記導電体の表面にから略垂直に成長す
るβ−Ｗを含有する柱状結晶を有する柱状結晶集合体を
成膜する工程を含むことを特徴とするものである。

【００４３】第３３の手段は、第３２の手段の平面ディ
スプレイ装置の製造方法において、上記柱状結晶集合体
を成膜する工程は、反応器内の上記導電体周囲雰囲気の
温度を１２０℃〜５００℃に保ち、この範囲にてさらに
好ましくは３２０℃に保ち、上記ＷＦ₆とＳｉＨ₄の流
量比（ＳｉＨ₄／ＷＦ₆）は０．９〜２．０に保ち、さ
らに好ましくは１．０に保つ工程を含むことを特徴とす
るものである。

【００４４】第３４の手段は、第３３の手段の平面ディ
スプレイ装置の製造方法において、上記柱状結晶集合体
を成膜する工程には、上記反応器内に、Ｈ₂を導入する
工程を含むことを特徴とするものである。

【００４５】

【作用】第１〜第３の手段によれば、高密度に設けられ
た各柱状結晶の尖鋭化された先端部からそれぞれ電子を
放出できるので、電子放出効率が良くなる。

【００４６】また第４、第５の手段のように、ＣＶＤ法
を用いてβ−Ｗを含む柱状結晶を成膜することで上述の
エミッタ電極を形成できる。すなわち、成膜工程のみ
で、高密度に配置されかつ先端が尖鋭化されたエミッタ
電極を得ることができるので、この電界電子放出素子の
製造が非常に容易になる。

【００４７】第６〜第１２の手段によれば、導電膜に縁
部を設け、さらには貫通孔を設けることでゲ−ト電極を
得ることができ、かつ、上記エミッタ電極から引き出さ
れた電子をこの貫通孔を通して真空中に放出することが
できる。

【００４８】また、第１３の手段のように、上記エミッ
タ電極を構成する柱状結晶集合体は、ゲ−ト電極の貫通
孔に対応する箇所だけに成膜しても良いし、上記貫通孔
よりも広い範囲に成膜しても良い。

【００４９】第１４〜第１６の手段によれば、貫通孔の
中央部に位置する柱状結晶の先端部を高く位置させるこ
とで、この柱状結晶の先端部をゲ−ト電極に近付けるこ
とができるので、この柱状結晶に対する電界集中度が向
上し、電子放出効率が向上する。

【００５０】第１７の手段によれば、柱状結晶集合体に
より構成されたエミッタ電極を有する３極管を得ること
ができる。また、第１８の手段によれば、３極管のアノ
−ド電極に蛍光体を設けることで、放出された電子によ
り蛍光体を発光させることができる。この際、電子放出
効率が高いので、低い駆動電圧で高い輝度を得ることが
できる。

【００５１】第１９〜第２２の手段によれば、柱状結晶
集合体をエミッタ電極とする電界電子放出素子を集積化
した電子放出源を得られ、エミッタ電極から引き出され
た電子は、ゲ−ト電極に設けられた各貫通孔を通して放
出される。このとき、任意の電界電子放出素子を選択し
て電子を放出させることも可能である。

【００５２】第２３の手段によれば、柱状結晶集合体に
より構成されたエミッタ電極を有する電子放出素子を平
面ディスプレイに適用することが可能であり、この場
合、より低い動作電圧で必要な表示を行わせることがで
きる。

【００５３】また、第２４の手段によれば、絶縁層とし
て、ゲ−ト電極上に成膜した絶縁膜を用いれば、電子放
出源と表示部間に挟まれるスペーサが不要になる。な
お、この絶縁層は真空層であっても良い。

【００５４】第２５〜第３０の手段によれば、成膜工程
により導電体上に柱状結晶からなる結晶集合体を設ける
のみで、先端部が尖鋭化された微細なエミッタ電極を高
密度に形成することができる。そして、第２８〜第３０
の手段に示す条件の下でＣＶＤを行うことで、このよう
なエミッタ電極を容易に実現できる。

【００５５】第２１〜第３４の手段によれば、平面ディ
スプレイ装置の製造方法において、成膜工程により導電
体上に柱状結晶からなる結晶集合体を設けるのみで、先
端部が尖鋭化された微細なエミッタ電極を高密度に形成
することができる。そして、この後、第１の絶縁膜、導
電膜および第２の絶縁膜を積層して電子放出源を製造す
ることができる。また、この第２の絶縁膜を表示部との
間のスペーサとして用いることができる。

【００５６】なお、この平面ディスプレイ装置のエミッ
タ電極（柱状結晶集合体）は、第３２〜第３４の手段に
示すように、前記電界電子放出素子の製造方法と同様の
方法により作成することができる。

【００５７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図１〜図３９に基
づいて説明する。

【００５８】まず、この発明の第１の実施例を図１〜図
１４を参照して説明する。

【００５９】図１は、この発明の第１の実施例を示す電
界電子放出素子２１の斜視図である。

【００６０】図中２２で示すのは基板であり、この基板
２２上には薄膜状のベ−ス電極２３（導電体）が成膜さ
れている。このベ−ス電極２３の表面には、絶縁膜２４
および導電膜２５が順に積層されている。

【００６１】また、絶縁膜２４及び導電膜２５には、上
方に開放し底部は上記ベ−ス電極２３に達する円形のス
ル−ホ−ル（貫通孔）２６が形成されている。上記導電
膜２５の縁部２５ａは上記絶縁膜２４よりもスル−ホ−
ル２６の中心方向へ張出し、ゲ−ト電極を構成してい
る。

【００６２】一方、上記スル−ホ−ル２６の底部に露出
した上記ベ−ス電極２３の表面には、導電性の柱状結晶
集合体２７が成膜されている。この柱状結晶集合体２７
は、エミッタ電極として機能する多数の柱状結晶２８か
らなるもので、上記ベ−ス電極２３上に成膜されてい
る。

【００６３】また、この柱状結晶集合体２７は、上記第
２の導電膜２５に達しない高さ（厚さ）で垂直に形成さ
れており、各柱状結晶２８の上端２８ａ（先端）は針状
に尖っている。

【００６４】なお、図６（ａ）に示すのは、この柱状結
晶集合体２７のＳＥＭ写真である。この写真に示すよう
に、この柱状結晶集合体２７は、全体が柱状結晶２８か
らなるものではないが、少なくとも上端部については微
細な柱状結晶２８の集合体となっている。

【００６５】このような形状を有する柱状結晶集合体２
７は、後述するように、例えば一定の条件の下でＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition ）により成膜でき、各柱
状結晶２８は、例えばβ−Ｗ（β態のタングステン）を
含む。

【００６６】なお、この柱状結晶集合体２７は、要は上
記第２の導電膜２５（ゲ−ト電極）に接触しないことが
必要であり、接触しない構成であれば、上記第２の導電
膜２５よりも高く形成されていても良い。

【００６７】次に、この電界電子放出素子２１の動作に
ついて説明する。

【００６８】上記柱状結晶集合体２７（エミッタ電極）
と上記ベ−ス電極２３は電気的に導通している。

【００６９】したがって、例えば上記ベ−ス電極２３に
負の電圧を与え、上記導電膜２５に正の電圧を与えるこ
とによって上記柱状結晶集合体２７と上記導電膜２５の
縁部２５ａとの間に電位差を生じさせると、両者間のギ
ャップを介して上記導電膜２５の縁部２５ａから上記柱
状結晶集合体２７に対して電界が印加される。

【００７０】印加された電界は各柱状結晶２８の針状の
上端２８ａに集中し、図３に示すように各柱状結晶２８
の上端２８ａから電子（−ｅ）が放出される。つまり、
前述したように、柱状結晶２８（柱状結晶集合体２７）
がエミッタ電極として、導電膜２５がこのエミッタ電極
から電子を引き出すゲ−ト電極として機能する。なお、
上述したように多数の各柱状結晶２８からそれぞれ電子
が放出されるので、この電子放出素子は、面状電子ビ−
ム放出源として機能することとなる。

【００７１】次に、この電子放出素子２１の製造方法を
図５を参照して説明する。

【００７２】まず、図５（ａ）に示すように、基板２２
の上にベ−ス電極２３、絶縁膜２４、導電膜２５及び絶
縁膜２９を順に積層する。基板２２は、例えばＳｉ（シ
リコンウエハ）やガラス等であり、上記絶縁膜２４は例
えばＳｉＯ₂である。さらに、上記ベ−ス電極２３およ
び導電膜２５は導電性をもつ金属であり、例えばＣｕや
Ａｌのような一般的な種々の金属を採用できる。また、
上記最上層の導電膜２９は、後述するＣＶＤの際にマス
クとして機能するものであり、例えばＳｉＯ2 等を採用
できる。

【００７３】次に、同図（ｂ）に示すように、最上層の
絶縁膜２９上にレジスト３０を塗布し、パタ−ンニング
を行う。このレジスト３０のパタ−ン３０ａは、前述の
スル−ホ−ル２６に対応した円孔を有している。

【００７４】こののち、異方性エッチングとして例えば
ＲＩＥ(Reaction Ion Etching)を行い、同図（ｃ）に示
すように絶縁膜２９、導電膜２５および絶縁膜２４をレ
ジスト３０の形状に合わせてエッチングする。このこと
で、前記スル−ホ−ル２６が形成される。スル−ホ−ル
２６はベ−ス電極２３に達し、このスル−ホ−ル２６の
底部にベ−ス電極２３が露出する。

【００７５】次に、上記ベ−ス電極２３の表面に柱状結
晶集合体２７を成膜する。

【００７６】この成膜は、例えばＣＶＤ（chemical vap
or deposition ）法を用いて行う。すなわち、減圧チャ
ンバ内に上記基板２２を保持し、チャンバ内の環境温度
を１２０℃〜５００℃、好ましくは３２０℃に設定す
る。

【００７７】ついで、このチャンバ内にＷＦ₆（tungst
en hexafluoride ）とＳｉＨ₄（silane）の２種類の反
応ガスを導入し反応させる。この２種類の反応ガスの流
量比は好ましくは１：１に設定される。

【００７８】このことで、上記ス−ルホ−ル２６内に位
置するベ−ス電極２３の表面にはタングステン（Ｗ）が
成膜されていく。なお、上述した環境の下で生成される
タングステンの各結晶は、β−Ｗ（β態のタングステ
ン）を含むと推測され、上記ベ−ス電極２３の表面から
略垂直な柱状（柱状結晶）に成長していくことが実験に
より確かめられている。そして、各柱状結晶２８の上端
２８ａは針状に尖る。

【００７９】図７〜図１４は、上記反応ガスの流量比
（モル比）および環境条件と、上記柱状結晶集合体２８
の形状の関係を示すＳＥＭ写真である。

【００８０】まず、図７（ａ）〜図９（ｅ）に、反応ガ
スの流量比と柱状結晶集合体２７の形状の関係を示す。
この実験は環境温度３２０℃の下で行った。

【００８１】上記２種類の反応ガスの流量比（ＳｉＨ₄
／ＷＦ₆）を０．６〜２．０に変化させてみると、０．
９（図８（ｃ））以上で柱状結晶集合体が生成し初め、
１．０（図８（ｄ））で好ましい形状を得ることができ
ることが分かる。また、２．０（図９（ｅ））まで上昇
させると、上端の尖鋭性が失われ始めている。したがっ
て、上記反応ガスの好ましい流量比は、上記環境の下
で、ＳｉＨ₄／ＷＦ₆＝０．９〜２．０であり、さらに
好ましくはＳｉＨ₄／ＷＦ₆＝１．０となる。

【００８２】次に、図１０、図１１に環境温度と柱状結
晶集合体の形状の関係を示す。この実験は反応ガスの流
量比ＳｉＨ₄／ＷＦ₆＝１．０の下で行った。

【００８３】柱状結晶集合体２７はＴ＝２４０℃（図１
０（ａ））及びＴ＝４００℃（図１１（ｃ））でも生成
されているが、好ましくはＴ＝３２０℃（図１０
（ｂ））であることが分かる。

【００８４】さらに、ＣＶＤにおいては、チャンバ内に
圧力調節用の水素ガス（Ｈ₂）を導入して行うが、この
水素ガスの流量も上記柱状結晶集合体の形状に大きな影
響を及ぼす。図１２〜図１４にその結果を示す。

【００８５】この実験は、環境温度３２０℃、反応ガス
の流量比ＳｉＨ₄／ＷＦ₆＝１．０（この実験では１０
ｓｃｃｍ）の下で、この反応ガスに対する水素ガスの流
量日を０〜５０（０〜１０００ｓｃｃｍ）に変化させて
実験したものである。

【００８６】図１３（ｃ）より、２５（２５０ｓｃｃ
ｍ）以上（ＳｉＨ₄：ＷＦ₆：Ｈ₂＝１：１：２５以
上）の場合で最も好ましい形状を得られることが分か
る。

【００８７】また、この柱状結晶集合体２７の高さは、
上記ＣＶＤの時間を設定することで上記導電膜２５に接
しない高さに設定される。すなわち、このことで、この
柱状結晶集合体２７で構成されるエミッタ電極と上記導
電膜２５によって構成されるゲ−ト電極との間に、電界
を印加するための（電子を引き出すための）所定のギャ
ップが確保される。

【００８８】なお、上記マスクとしての絶縁膜２９に覆
われた部分には自由電子が存在しないので、ＣＶＤを行
った場合、この部分には上記柱状結晶集合体２７は成長
しない。したがって、図５（ｄ）に示すように、上記ベ
−ス電極２３の表面のみに、上記柱状結晶集合体２７を
選択的に形成することができる。

【００８９】なお、上記反応チャンバ内の圧力調整用に
用いるガスとしては他にアルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウ
ムガス（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）等の不活性ガスが
あるが、水素ガスを導入した場合が、上記柱状結晶集合
体２７の形成の選択性が最も高くなるということが実験
により確かめられている。

【００９０】すなわち、アルゴンガスを用いた場合で
も、上記柱状結晶集合体２７を作成することはできるの
であるが、選択性が低くなるため、上記ベ−ス電極２３
の表面以外の箇所すなわち上記絶縁膜２９上にも上記柱
状結晶集合体２７が成膜されてしまうおそれがある。

【００９１】したがって、この実施例においては圧力調
整用のガスとして水素ガスを用いることがより好まし
い。

【００９２】なお、上記柱状結晶２８の上端部の尖鋭度
や、単位面積当りの柱状結晶の数については、成膜条件
の設定次第で変化させることが可能である。

【００９３】このようにして上記柱状結晶集合体２７が
形成されたならば、次に、ＨＦを用いたウェットエッチ
ング（等方性エッチング）を行う。このことで、図５
（ｅ）に示すように、上記マスクとして用いた絶縁膜２
９および上記スル−ホ−ル２６内に露出する絶縁膜２４
が選択的にエッチングされる。すなわち、上記絶縁膜２
９が面内方向に削られると共に、下層の絶縁膜２４の一
部が面内方向にさらにエッチング除去されて上記導電膜
２５の縁部２５ａがスル−ホ−ル２６内に突出する。こ
のことで、図１、図２に示した電界電子放出素子２１が
得られる。

【００９４】以上述べた電界電子放出素子２１によれ
ば、以下に説明する効果を得ることができる。

【００９５】第１に、微細かつ尖鋭化された多数のエミ
ッタ電極を容易に製造することができ、電子放出素子２
１の電子放出効率を向上させることができる効果があ
る。

【００９６】すなわち、従来の電界電子放出素子（図４
０、図４１）では、成膜後、エッチングによってエミッ
タ電極（１、３）の尖鋭化を図る必要があるので、エミ
ッタ電極を形成するには複雑なプロセスを経なければな
らなかった。また、その尖鋭度はパタ−ンニング時のス
テッパ等の解像度によって決定される。このため、エミ
ッタ電極の尖鋭化には一定の限界があった。

【００９７】また、従来のスピント型の電界電子放出素
子（図４０）では、エミッタ電極１が角錐あるは円錐で
あったために、その底面の大きさによりエミッタ電極の
高密度化が妨げられていた。

【００９８】これに対して、この発明は、成膜技術（Ｃ
ＶＤ）により、先端２８ａが十分に尖鋭化された微細な
柱状結晶２８の集合体２７が形成できることに着目し、
各柱状結晶２８をエミッタ電極として利用するようにし
たものである。したがって、成膜技術だけで、十分に尖
鋭化されたエミッタ電極を、しかも高密度に形成するこ
とができる。

【００９９】また、電子放出単位（各エミッタ電極）は
微細な柱状結晶２８であるから、電子放出密度の高密度
化も容易である。

【０１００】したがって、微細かつ尖鋭化された高密度
なエミッタ電極を容易に製造することができる。このこ
とで、電子放出効率を向上させることが可能であり、よ
り低い電圧で高いエミッション電流を得ることができる
効果がある。

【０１０１】なお、上述したようにパタ−ンニングの解
像度が要求されないので、半導体製造プロセスに用いら
れる高解像度の装置でなくとも、既存のＬＣＤ（液晶デ
ィスプレイ装置）の製造プロセスに用いられる比較的低
解像度の装置を使用することで上述した電界電子放出素
子を製造することが可能である。よって、安価な製造設
備で尖鋭かつ高密度に配設されたエミッタ電極を備えた
電界電子放出素子を容易に製造することができる。

【０１０２】第２に、従来技術と比べ均質な電子放出特
性を有する電子放出素子を得ることができる効果があ
る。

【０１０３】すなわち、従来の電子放出素子では、上記
エミッタ電極の尖鋭化のために複雑なプロセスが必要で
あったので、再現性が乏しく、多数の均質なエミッタ電
極を得ることが困難であった。このため、電子放出素子
毎に電子放出特性のばらつきが生じる恐れがあった。

【０１０４】しかし、この発明の電界電子放出素子２１
のエミッタ電極は多数の微細な柱状結晶２８の集合体で
あるので、個々の柱状結晶２８の形状精度は電子放出特
性にさほど影響を与えない。このため、より均質な電子
放出特性を有する電界電子放出素子２１を得ることがで
きる。

【０１０５】第３に、この電界電子放出素子２１では、
上記一つのゲ−ト電極（導電膜２５）で、高密度に設け
られた多数の微細なエミッタ電極（柱状結晶２８）から
電子を引き出すことができ、前述したように面状電子ビ
−ム放出源として機能する。

【０１０６】したがって、図４０や図４１に示すような
エミッタ電極１、３が一つである点状電子放出源である
従来の電界電子放出素子と比較して、単純に電界放出効
率及び電流密度が高い。また、面状電子ビ−ム放出源で
あるから、その用途も広いという効果がある。

【０１０７】第４に、柱状結晶２８は、ＣＶＤにより、
自由電子が存在する物質（本実施例ではベ−ス電極２
３）の上に選択的に形成することができるので、柱状結
晶集合体２７を任意の領域のみに形成することが可能で
ある。このため、エミッタ電極の配置の自由度が高く、
特に、一枚の基板２２上に多数の電界電子放出素子２１
を配置する場合等にその製造が容易になる。（第３の実
施例以下参照）なお、この第１の実施例においては、柱状結晶２８をベ
−ス電極２３の表面に堆積させるためにＣＶＤを行うよ
うにしているが、本発明はこれに限定されるものではな
く、ＣＶＤに代えて例えばスパッタリングを採用しても
よい。

【０１０８】また、柱状結晶２８としてβ−Ｗを含む材
質を採用しているが、柱状な結晶が得られれば材質は限
定しない。例えば、柱状結晶２８の材質としてＡｌを採
用することも可能である。この場合も柱状結晶２８を堆
積させるためにＣＶＤやスパッタリングを採用できる。

【０１０９】さらに、柱状結晶集合体２７の成膜条件を
種々に変更することで、上記柱状結晶２８の密度（緻密
度）等を変更することが可能である。例えば、この実施
例では反応性ガスの流量比を１：１に設定しているが、
所望の柱状結晶２８を得られれば、反応性ガスの流量比
を任意に設定してよい。また、チャンバ内の環境温度も
変更可能である。

【０１１０】また、この実施例では、上記スル−ホ−ル
２６（貫通孔）は円形であるが、これに限定されるもの
ではない。四角形や長円形、長方形状であっても良い。
所定の長さを有する細幅の溝形状（スリット状）であっ
ても良い。

【０１１１】次に、この発明の第２の実施例について説
明する。なお、上記第１の実施例と同様の構成要素には
同一の符号を付してその説明は省略する。

【０１１２】この第２の実施例の電界電子放出素子３１
は、図４に示すようなものであり、上記柱状結晶集合体
２７は、上記基板２２´上に直接成膜されている。

【０１１３】基板２２´は、金属やＳｉ等の導電体であ
り、自由電子が存在するので、上記第１の実施例と同様
にＣＶＤを用いて上記スル−ホ−ル２６内のみに上記β
−Ｗを含む柱状結晶集合体２７を成膜することができ
る。

【０１１４】すなわち、前記第１の実施例では、導電体
としてベ−ス電極２３を用いていたが、この実施例は、
上記基板２２´を導電体として用いるものである。

【０１１５】このような構成であっても、上記基板２２
´と上記導電膜２５（ゲ−ト電極）との間に電位差を与
えることで、上記柱状結晶集合体２７の各柱状結晶２８
の上端部から電子を放出することができ、上記第１の実
施例と同様の効果を得ることができる。

【０１１６】次に、この発明の第３実施例である電界電
子放出素子３２を図１５及び図１６に基づいて説明す
る。なお、第１実施例と同様の部分については同一符号
を付し、その説明は省略する。

【０１１７】図１６に示すように本実施例の電界電子放
出素子においては、基板２２上にベ−ス電極２３（導電
体）、柱状結晶集合体２７（エミッタ電極）、絶縁膜２
４、及び、導電膜２５（ゲ−ト電極）が順に積層されて
いる。

【０１１８】柱状結晶集合体２７は、上記基板２２上に
被着されたベ−ス電極２３の表面の略全体に成膜されて
いる。また、絶縁膜２４は、上記第１の実施例と異な
り、柱状結晶集合体２７上に形成されている。さらに、
導電膜２５と絶縁膜２４とには、スル−ホ−ル２６（貫
通孔）が形成されており、このスル−ホ−ル２６を通し
て柱状結晶集合体２７が露出している。

【０１１９】この実施例においても、上記絶縁膜２５が
ゲ−ト電極として、上記柱状結晶集合体２７の各柱状結
晶２８がエミッタ電極として機能する。すなわち、上記
導電膜２５に負の電圧を与え、上記ベ−ス電極２３に正
の電圧を与えると、上記導電膜２５の縁部２５ａから、
上記スル−ホ−ル２６内に位置する各柱状結晶２８の上
端２８ａに電圧が印加される。このことで、各柱状結晶
２８の上端２８ａから電子が放出される。

【０１２０】次に、この第３の実施例の電界電子放出素
子３２の製造方法を図１６（ａ）〜（ｄ）を参照して説
明する。

【０１２１】まず、図１６（ａ）に示すように、基板２
２の表面にベ−ス電極２３と柱状結晶集合体２７とを積
層する。

【０１２２】上記柱状結晶集合体２７の成膜は、第１の
実施例と同様にＣＶＤによって行う。ただし、この実施
例では、上記ベ−ス電極２３上に絶縁膜がつけられてい
ないので、上記柱状結晶集合体２７は、この自由電子の
存在するベ−ス電極２３の全体に亘って形成されること
となる。

【０１２３】こののち、同図（ｂ）に示すように、柱状
結晶集合体２７の上に絶縁膜２４及び導電膜２５を積層
する。ついで、同図（ｃ）に示すように導電膜２５の上
にレジスト３０を塗布しパタ−ンニングを行う。最後
に、導電膜２５と絶縁膜２４とをＲＩＥ及びウエットエ
ッチングによってエッチング除去する。このことで、ス
ル−ホ−ル２６が形成され、ゲ−ト電極（導電膜２５）
の縁部２５ａが形成され、同図（ｄ）に示すように電界
電子放出素子３２が得られる。

【０１２４】なお、図１６（ｄ）に示すのは、上記電界
電子放出素子３２をアレイ状に集積してなる電界放出源
３３であり、上記ベ−ス電極２３と上記導電膜２５とに
電位差を与えると、上記導電膜２５に形成された複数の
各スル−ホ−ル２６から電子が放出されることとなる。

【０１２５】このような電界電子放出素子３２および電
子放出源３３においても、第１の実施例と同様の効果を
得ることが可能である。

【０１２６】次に、第４の実施例について図１７を参照
して説明する。なお、上記第１の実施例と同様の構成要
素には、同一の符号を付してその説明は省略する。

【０１２７】この実施例の電界電子放出素子３４では、
上記基板２２の、上記スル−ホ−ル２６の中央部に対応
する部位に、その周縁部より高く形成された突起部３５
が形成されている。このため、上記第１の実施例と同様
の工程により電界電子放出素子を作成すると、図１７に
示すように、スル−ホ−ル２６の中央部に位置する柱状
結晶２８が周辺の柱状結晶２８よりも上方に突出した形
状となる。

【０１２８】すなわち、上述の第１〜第３実施例におい
ては、すべての柱状結晶２８の先端２８ａが導電膜２５
（ゲ−ト電極）よりも低く位置しているが、この第４の
実施例では、スル−ホ−ル２６の中央部に位置する柱状
結晶２８の上端２８ａを導電膜２５（ゲ−ト電極）より
も高く位置させている。

【０１２９】このことにより、中央部に位置する柱状結
晶２８の上端２８ａを上記導電膜２５（ゲ−ト電極）の
縁部２５ａに近付けることができる。したがって、中央
部に位置する柱状結晶２８の上端２８ａに対しても電界
を有効に印加することができ、電界の集中度合が均一化
し、全体として電子放出効率が高まる。このため、大き
なエミッション電流を得ることができる効果がある。

【０１３０】次に、第５の実施例について図１８を参照
して説明する。

【０１３１】上記第４の実施例の電界電子放出素子３４
は、第１の実施例を変形したものであったが、この第５
の実施例の電界電子放出素子３７は、上記第３の実施例
（図１５に示す）を変形したものである。

【０１３２】すなわち、上記第４の実施例と同様に突起
部３５が設けられてなる基板２２を用い、この基板２２
を用いて第３の実施例と同様の工程により電界電子放出
素子を作成する。このことで、図１８に示す形状の電界
電子放出素子３７を得ることができる。

【０１３３】この電界電子放出素子３７は、上記第４の
実施例（図１７）と異なり、上記ベ−ス電極２３の略全
面に亘って柱状結晶集合体２７が成膜され、この柱状結
晶集合体２７の上に絶縁膜２４及び導電膜２５が積層さ
れている。そして、上記絶縁膜２４及び導電膜２５に跨
がるスル−ホ−ル２６が形成されゲ−ト電極２５が突設
されている。そして、突起部３５の上面（スル−ホ−ル
２６の中央部）に形成された柱状結晶２８は周囲の柱状
結晶２８よりも高く位置しており、上端２８ａをスル−
ホ−ル２６から上方に突出させている。

【０１３４】このような構成によっても、上記第４の実
施例と同様の効果を得ることができる。

【０１３５】なお、第４及び第５実施例において、上記
基板２２に設けられていた突起部３５の形状としては、
例えば円柱形や直方体のように種々の形状を採用するこ
とができる。

【０１３６】さらに、突起部３５の作製方法としては、
例えばエッチングを用いて基板２２を削ったり、スパッ
タリングや蒸着を用いて基板２２に凸部を設けるなど、
一般的な種々の方法を採用できる。

【０１３７】次に、第６の実施例について図１９を参照
して説明する。

【０１３８】この第６の実施例の電界電子放出素子３８
は、上記第４の実施例や第５の実施例のように基板２２
に突起部３５を設けるのではなく、柱状結晶集合体２７
全体を高く形成して、すべての柱状結晶集合体２７の上
端２８ａを全体的に上記スル−ホ−ル２６から上方に突
出させたものである。

【０１３９】つまり、この実施例においては、第１の実
施例の電界電子放出素子２１の製造方法において、上記
柱状結晶２８を成長させるためのＣＶＤの時間を長くと
り、各柱状結晶２８を高く成長させたものである。

【０１４０】このような構成においても、上記第４、第
５の実施例と略同様の効果を得ることができる。

【０１４１】次に、この発明の第７の実施例を図２０に
基づいて説明する。

【０１４２】この実施例の電界電子放出素子３９におい
ては、基板２２に略四角錐形の突起部４０が形成されて
いる。この突起部４０は、絶縁膜２４と導電膜２５とに
跨がるスル−ホ−ル２６の底部の略中央に位置してい
る。

【０１４３】この略四角錐形の突起部４０の製造方法を
図２２に基づいて説明する。

【０１４４】まず、図２２（ａ）に示すように、上記Ｓ
ｉ基板上にパタ−ンニングされた絶縁膜（ＳｉＯ2 ）４
１を形成する。ついで、この絶縁膜４１をマスクとして
等方性エッチング（例えばウエットエッチング）を行う
と、同図（ｂ）、（ｃ）に示すように突起部４０が作成
される。この際、上記絶縁膜３１の形状が四角形である
と上記突起部の形状は図２３に示すように略四角錐とな
る。

【０１４５】このような基板２２を用いて第１の実施例
の製造方法を施すと、図２０に示す電界電子放出素子３
９を得ることができる。すなわち、上記柱状結晶２８の
上端２８ａの高さは突起部４０の周囲からスル−ホ−ル
２６の中央へ向かって徐々高くなるように変化し、スル
−ホ−ル２６の中央に位置する柱状結晶２８の上端２８
ａが最も高く位置している。

【０１４６】このような構成によれば、図に示すように
上記導電膜２５（ゲ−ト電極）の縁部２５ａと各柱状結
晶２８の上端２８ａとの距離を略等しくすることができ
る。このため、各柱状結晶２８の上端２８ａに電界が集
中しやすくなる。また、この柱状結晶集合体２７を全体
として見た場合、中央部が上方に向かって尖っているの
で、特に最も高く位置する柱状結晶２８の上端２８ａに
電界が集中しやすくなる。

【０１４７】このことで、この電界電子放出素子の電子
放出効率が全体として向上する効果がある。

【０１４８】なお、柱状結晶２８の上端２８ａに高低差
を設けることによって、突起部４０の周縁部へいくほど
電子放出が生じにくくなることが考えられるが、少なく
とも中央の柱状結晶２８に上記各実施例よりも低い印加
電圧で電界放出を行わせることが可能である。

【０１４９】次に、この発明の第８の実施例について図
２１を参照して説明する。

【０１５０】上記第７の実施例では、上記柱状結晶集合
体２７の最上端２８ａが導電膜２５と略同じ高さあるい
はそれよりも低く位置しているが、この第８の実施例の
電界電子放出素子４２では、スル−ホ−ル２６の中央部
に位置する柱状結晶２８の上端２８ａが上記導電膜２５
よりも高く上方へ突出している。

【０１５１】このような柱状結晶集合体２７は、上記第
７の実施例において、ＣＶＤを施す時間を長く設定する
ことで形成することができる。

【０１５２】このような構成によれば、上記第７の実施
例と略同様の効果を得ることができる他、中央部に位置
する柱状結晶２８の上端部に対しては、さらに電界の集
中度合を高めることができる効果がある。

【０１５３】なお、上記第７、第８の実施例では、上記
突起部４０を有する基板２２に対して上記第１の実施例
の製造方法を適用して電界電子放出素子３９、４２を得
たが、第３の実施例の製造方法を適用して電界電子放出
素子を得ても良い。

【０１５４】この場合、上記基板２２の平坦面に形成さ
れた上記柱状結晶集合体２７の上に上記絶縁膜２４およ
び導電膜２５（ゲ−ト電極）が作成されることとなる
（図１８参照）。

【０１５５】なお、以上述べた第１〜第８の実施例で
は、電界電子放出素子自体の構成について説明したが、
この電界電子放出素子の用途は自由である。例えば、面
発光型の平面ディスプレイ装置、ＳＥＭ（走査型電子顕
微鏡）、電子ビ−ム直描装置、或いは、レチクル作製用
の露光装置等の電子放出源として利用することが考えら
れる。

【０１５６】次に述べる第９、第１０の実施例では、上
記電界電子放出素子を平面ディスプレイ装置に適用した
例を説明する。

【０１５７】まず、第９の実施例の平面ディスプレイ装
置を図２４〜図２６に基づいて説明する。

【０１５８】この平面ディスプレイ装置は、図２５およ
び図２６に示すようなものであり、第１の実施例の電子
放出素子２１を集積してなる電子放出源４５と、この電
子放出源４５から放出された電子を受けて発光表示を行
う表示部４６とからなる。

【０１５９】この電子放出源４５は、次のようにして作
成される。

【０１６０】まず、上記基板２２上にベ−ス電極２３、
絶縁膜２４、導電膜２５を積層する。ついで、エッチン
グ等の手段を用いて最上層の導電膜２５を図２２に示す
ように多数の帯板状の導電膜２５ｂに分割する。このこ
とで、アドレスラインが形成される。

【０１６１】次に、上記絶縁膜２４および導電膜２５ｂ
の所定の部位をエッチングし、上記スルーホ−ル２６を
形成する。このスル−ホ−ル２６は、各帯板状の導電膜
２５ｂに沿って所定間隔で形成され、上記ベ−ス電極２
３上にマトリックス状に多数個形成される。

【０１６２】ついで、基板２２を減圧チャンバ内に保持
し、上記第１の実施例と同様にＣＶＤを施す。このこと
で、上記スル−ホ−ル２６内に露出した上記ベ−ス電極
２３の表面のみに上記柱状結晶集合体２７（エミッタ電
極）が成膜される。なお、図６（ｂ）に示すのは、この
ようにして形成された多数の柱状結晶集合体２７のＳＥ
Ｍ写真である。

【０１６３】最後に、上記スル−ホ−ル２６内に露出す
る導電膜２６を選択的にエッチング除去（ＨＦによるウ
エットエッチング）し、上記導電膜２５の縁部２５ａを
上記スル−ホ−ル２６内に突出させる。このことで、ゲ
−ト電極が作成される。

【０１６４】以上の工程により、多数の電界電子放出素
子２１をマトリックス状に集積してなる電子放出源４５
を得ることができる。（図２４図参照）一方、上記表示部４６は、透明基板（石英ガラス等）４
７と、この透明基板４７の上記電子放出源４５側の表面
に被着され、上記導電膜２５ｂと直交する多数の帯状に
分割された透明導電膜４８（アノ−ド電極）と、この透
明導電膜４８の表面側に被着された多色発光蛍光体４９
とからなる。

【０１６５】ここでは、上記透明導電膜４８として、例
えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜を用いている。この
ＩＴＯ膜は、酸化錫をド−プした酸化インジウム膜であ
り、導電性と透光製を有する膜である。

【０１６６】また、上記多色発光蛍光体４９は、低加速
電子線用の蛍光体であり、例えばＺｎＯ：Ｚｎが利用さ
れる。

【０１６７】なお、上記帯状の透明導電膜４８は、上記
電子放出源４５に形成されたアドレスライン（導電膜２
５ｂ）に対してデ−タラインを構成する。

【０１６８】最後に、この表示部４６と上記電子放出源
４５は、図示しない縁部で互いに接合される。この接合
は、例えば真空雰囲気中で静電接合を利用して行われ、
上記表示部４６と電子放出源４５とによって挟まれた空
間は真空に保たれる。

【０１６９】このように構成された平面ディスプレイ装
置では、上記各電界電子放出素子２１が、この平面ディ
スプレイ装置の１画素を構成する。そして、上記電子放
出源４５の導電膜２５ｂからなるアドレスラインと上記
表示部４６の透明導電膜４８からなるデ−タラインと
に、それぞれ駆動ドライバ５０、５１を接続すれば、例
えば、単純マトリックス方式の液晶ディスプレイ装置と
同様の方法で駆動することができる。

【０１７０】すなわち、上記ベ−ス電極２３に対しては
電圧を加えず、ｇｒａｎｄ（０Ｖ）としておき、所定の
アドレスライン（導電膜２５ｂ）に高い電圧を印加すれ
ば、その電圧差によって、そのアドレスライン上に位置
する任意の上記電界電子放出素子２１から電子が放出さ
れることになる。

【０１７１】一方、放出された電子は、選択的電圧が印
加されたデ−タライン（透明導電膜４８）に引き寄せら
れ収束する。このことによって、所望位置の蛍光体４９
を発光させることができ、表示部４６に必要な表示を行
わせることができる。

【０１７２】このような構成によれば、以下に説明する
効果を得ることができる。

【０１７３】第１に、低い作動電力であっても良好に作
動する平面ディスプレイ装置を得ることができる。

【０１７４】すなわち、この発明の電界電子放出素子２
１は、電子放出効率の非常に高い面状電子ビ−ム放出源
である。このため、この電界電子放出素子２１を高密度
に集積して平面ディスプレイ装置の電子放出源４５を構
成すれば、低い作動電力であっても良好に作動する平面
ディスプレイ装置を得ることができる。

【０１７５】また、この発明では、前述したように、柱
状結晶集合体２８の結晶の形を利用することで尖鋭化の
図られたエミッタ電極を得ているので、その形成が容易
であり、欠陥も少ない。このため、平面ディスプレイ装
置の製造の歩留まりを向上させることも可能である。

【０１７６】第２に、平面ディスプレイ装置の各画素を
非常に緻密に配置することができる効果がある。

【０１７７】すなわち、この平面ディスプレイ装置で
は、各画素を構成する電界電子放出素子２１どうしを接
近させても、各電界電子放出素子２１間の距離がエミッ
タ電極（柱状結晶集合体２７の上端部）とゲ−ト電極
（導電膜２５ｂ）間の距離よりも少しでも大きければ影
響はない。

【０１７８】このため、電界電子放出素子２１どうしの
間隔を非常に小さくして画素を緻密に配置し、上記電子
放出源４５側に狭い間隔でアドレスラインを形成するよ
うにしてもクロスト−ク等の問題は生じない。

【０１７９】第３に、このような構成によれば、上記表
示部４６側にデ−タラインを設けることによって、発散
する電子ビ−ムを収束させることができ、発光箇所を正
確に制御することができる効果がある。

【０１８０】なお、この実施例では、上記アドレスライ
ン（導電膜２５ｂ）に沿って多数の円形のスル−ホ−ル
２６を形成していたが、このような構成に限定されるも
のではない。例えば、上記多数のスル−ホ−ルをアドレ
スラインに沿ってすべて連結したような溝状（スリット
状）のものに形成し、このようなスル−ホ−ルを通して
上記柱状結晶集合体２７を形成するようにしても良い。
このような場合、上記柱状結晶集合体２７は、上記スル
−ホ−ルの形状にそって直線状に形成されることとな
る。

【０１８１】また、この実施例では、１つの電界電子放
出素子２１で１画素が構成されていたが、これに限定さ
れるものではなく、複数の電界電子放出素子２１で構成
されていても良い。例えば、図３５（ｂ）に示すように
８個の電界電子放出素子２１で１画素が構成されていて
も良い。

【０１８２】次に、第１０の実施例の平面ディスプレイ
装置について図２７を参照して説明する。なお、上記第
９の実施例と同一の構成要素については同一符号を付し
てその説明は省略する。

【０１８３】この第１０の実施例の平面ディスプレイ装
置は、上記第９の実施例と異なり、上記電子放出源４５
´側に、アドレスラインとデ−タラインの双方を形成す
るようにしたものである。

【０１８４】すなわち、上記ベ−ス電極２３を上記帯状
の導電膜２５ｂと直交する帯状のベ−ス電極２３ａに分
割し、これをアドレスラインとして用い、上記帯状の導
電膜２５ｂをデ−タラインとして用いるものである。

【０１８５】なお、上記基板２２上に分割されたベ−ス
電極２３ａを形成した後、上記第９の実施例で説明した
製造方法と同様の製造方法を適用することで、図２３に
示す形状の電子放出源４５´を得ることができる。

【０１８６】一方、上記表示部４６´に設けられた透明
導電膜４８は、上記第９の実施例と異なり分割されてお
らず、上記透明基板４７の表面の全面に亘って被着され
ている。そして、この透明導電膜４８の表面には上記多
色発光蛍光体４９が成膜されている。

【０１８７】このような平面ディスプレイによれば、Ｔ
ＦＴを利用したアクティブマトリックス方式の液晶ディ
スプレイ装置と同様の駆動方法により表示動作を行うこ
とができる。

【０１８８】すなわち、各ライン（２５ｂ、２３ａ）に
接続された駆動ドライバ５０、５１を作動させ、任意の
アドレスライン（２３ａ）とデ−タライン（２５ｂ）と
を選択して電圧を印加することによって各ラインが交わ
る箇所に設けられた電界電子放出素子２１から電子を放
出させる。

【０１８９】このとき、上記表示部４６´に設けられた
上記透明導電膜４８に対して上記導電膜２５ｂに与えた
電圧より高い電圧を与えておくと、放出された電子は略
１００パ−セント上記透明導電膜４８に引き寄せられ、
この透明導電膜４８の表面に被着された蛍光体４９に衝
突する。このことで、上記蛍光体４９を発光させること
ができる。

【０１９０】このような構成によれば、上記第９の実施
例と略同様の効果を得ることができる。なお、この実施
例では、１つの電界電子放出素子２１で１画素が構成さ
れていたが、これに限定されるものではなく、複数個の
電界電子放出素子２１で構成されたものであっても良
い。例えば、図３５（ｂ）に示すように８個の電界電子
放出素子２１で１画素が構成されていても良い。

【０１９１】次に、第１１の実施例の平面ディスプレイ
装置について、図２８および図２９を参照して説明す
る。

【０１９２】この第１１の実施例の平面ディスプレイ装
置は、第３の実施例の電界電子放出素子３２を集積して
なる電子放出源５２を有するものである。

【０１９３】すなわち、上記基板２２の表面に被着され
たベ−ス電極２３上には、全面に亘って柱状結晶集合体
２７が成膜されている。そして、この柱状結晶集合体２
７上には、絶縁膜２４と導電膜２５（２５ｂ）とが積層
されている。

【０１９４】上記導電膜２５は、第９の実施例と同様に
帯状の導電膜２５ｂに分割され、アドレスラインを構成
している。一方、上記帯状の導電膜２５ｂと、上記絶縁
膜２４には、上記柱状結晶集合体２７を露出させるスル
−ホ−ル２６が形成されている。

【０１９５】なお、上記第９の実施例では、上記スル−
ホ−ル２６は、上記導電膜２５ｂに沿って１列状に設け
られていたが、この実施例のように、複数列あるいは千
鳥状に設けられているものであっても良い。

【０１９６】一方、上記表示部４６は、上記第９の実施
例と同じ構成を有する。すなわち、上記透明基板４７に
は、帯状の透明導電膜４８が形成され、デ−タラインと
して機能するようになっている。

【０１９７】この平面ディスプレイ装置は、上記第９の
実施例と同様に、単純マトリックス方式の液晶ディスプ
レイ装置と同様の方法で駆動することができる。

【０１９８】次に、この第１１の実施例の平面ディスプ
レイ装置の製造方法を図２９（ａ）〜（ｅ）を参照して
説明する。

【０１９９】まず、図２９（ａ）に示すように、上記基
板２２の表面に薄膜状のベ−ス電極２３を形成し、この
ベ−ス電極２３上に柱状結晶集合体２７を成膜する。こ
の柱状結晶集合体２７の成膜は、上記第１の実施例と同
様にＣＶＤで行う。

【０２００】ついで、図２９（ｂ）に示すように、柱状
結晶集合体２７上に第１の絶縁膜２４（導電膜２４）、
導電膜２５および第２の絶縁膜５３を積層し、上記第２
の絶縁膜５３の表面にレジスト５４を塗布する。つい
で、このレジスト５４をパタ−ンニングし、図２９
（ｃ）に示すように、スル−ホ−ル２６を形成するため
のパタ−ン孔５４ａを形成する。このパタ−ン孔５４ａ
は、例えば、円孔をなすように形成する。

【０２０１】次に、このレジスト５４をマスクとして異
方性エッチングを行いスル−ホ−ル２６を形成した後、
ＨＦを用いたウエットエッチングにより上記第１、第２
の絶縁膜２４、５３を選択的にエッチングする。このこ
とにより、図２９（ｄ）に示すように上記導電膜２５の
縁部２５ａをスル−ホ−ル２６に突出させゲ−ト電極を
形成する。ついで、上記レジスト５４を洗浄除去するこ
とで、電子放出源５２が完成する。

【０２０２】次に、この電子放出源５２の上面に、表示
部４６を固定する。この表示部４６は、上記第９の実施
例に説明した方法により上記デ−タラインとしての透明
導電膜４８が形成されたものである。

【０２０３】そして、両者間の固定は、図２９（ｅ）に
示すように、真空雰囲気中で上記透明導電膜４８に対応
する箇所の蛍光体４９で上記スル−ホ−ル２６を閉塞す
るようにして行い、上記第２の絶縁膜５３の上面と上記
蛍光体４９の下面とを接着する。

【０２０４】このことで、平面ディスプレイ装置が完成
する。

【０２０５】このような平面ディスプレイ装置によれ
ば、前記第９の実施例と同様の効果を得ることができ
る。また、この実施例では、柱状結晶集合体２７はベ−
ス電極２３の略全面に成膜しておき、電子の放出位置は
上記導電膜２５に形成されたスル−ホ−ル２６の位置で
制御するようにしている。したがって、電子放出位置の
配置の自由度が高く、また、製造方法の自由度も高くな
る例えば、あらかじめ多数の孔（スル−ホ−ル）が設け
られた導電膜を用意しておいて、この導電膜を上記柱状
結晶集合体２７に被せるという方法でもこの第１１の実
施例と同形状の電子放出源５２を得ることができる。

【０２０６】また、この実施例の平面ディスプレイの製
造方法によれば、図２９（ｅ）に示すように、ゲ−ト電
極として作用する導電膜２５上に成膜された第２の絶縁
膜５３を、透明導電膜４８と導電膜２５ｂ（ゲ−ト電極
２５）間のスペーサとして用いることができる。したが
って、ビ−ズ等の他のスペーサが不要になり、この平面
ディスプレイ装置の製造が非常に容易になる効果があ
る。

【０２０７】次に、第１２の実施例について図３０〜図
３５を参照して説明する。なお、上記第１の実施例の電
界電子放出素子と同様の構成要素については同一符号を
付してその説明は省略する。

【０２０８】この実施例の電界電子放出素子５５は、図
３０および図３１に示すようなものであり、基板２２上
にベ−ス電極２３が成膜され、このベ−ス電極２３上に
はエミッタ電極として機能する柱状結晶集合体２７が形
成されている。この柱状結晶集合体２７は、第１の実施
例あるいはい第２の実施例と同様の方法（パタ−ンニン
グ、露光、ＣＶＤ）で、所定の範囲に亘って形成されて
いる。

【０２０９】そして、この針状結晶集合体２７の上面中
央部には絶縁膜２４´が形成され、この絶縁膜２４´上
にはゲ−ト電極として機能する導電膜２５´が積層され
ている。この導電膜２５´は上記絶縁膜２４´よりも外
側に突出する縁部５６を有する。

【０２１０】この実施例においては、図３１に示すよう
に、上記柱状結晶集合体２７は円形の範囲に亘って形成
されており、上記導電膜２５´はこの柱状結晶集合体２
７の範囲よりも小さい面積を有する円形に形成されてい
る。したがって、上記柱状結晶集合体２７は上記導電膜
２５´を囲むようにこの導電膜２５´の径方向外側に広
がっている。

【０２１１】次に、この電界電子放出素子５５の動作に
ついて説明する。

【０２１２】上記ベ−ス電極２３に負の電圧を与え、上
記導電膜２５´（ゲ−ト電極）に正の電圧を与えること
によって上記柱状結晶集合体２７と上記導電膜２５´と
の間に電位差を生じさせると、この導電膜２５´の縁部
５６から上記柱状結晶集合体２７の上端に対して電圧が
印加される。

【０２１３】印加された電圧は、上記柱状結晶集合体２
７を構成する各柱状結晶２８の上端２８ａに集中し、各
柱状結晶２８の上端２８ａから電子が放出されることと
なる。なお、電子の放出量は、同図に一点鎖線で示すよ
うに推移する。すなわち、上記導電膜２５´の縁部５６
に最も近接する柱状結晶２８からの電子放出量が一番大
きくなり、外側にいくにしたがってその電子放出量は小
さくなる。電子放出の効率は、上記ゲ−ト電極（導電膜
２５´）の縁部５６からの物理的距離に大きく依存する
からである。

【０２１４】したがって、この実施例のように上記導電
膜２５´の縁部５６が円形に形成されている場合には電
子は略円環状に放出されることとなる。図３２は、この
実施例に電界放出素子５５により放出された電子によっ
てアノ−ド電極５７（第１０の実施例の表示部４６に相
当）の蛍光体４９が円環状に発光した状態を示すもので
ある。

【０２１５】一方、図３３に示すのは、導電膜２５´
（ゲ−ト電極）の縁部５６が直線状に形成されてなる電
界電子放出素子５５´である。すなわち、この実施例の
電界放出素子では、上記縁部５６の形状は特に限定され
ず、自由な形状にすることができる。

【０２１６】この図３３に示す電界電子放出素子５５´
においては、上記導電膜２５´に溝状のスリットを形成
することで、上記縁部５６を形成している。この実施例
においても、上記電子の放出効率は、この縁部５６に近
い箇所で最大となるから、電子の放出量は図に一点鎖線
で示すように推移することとなる。

【０２１７】したがって、この電界電子放出素子５５´
から放出された電子によりアノ−ド電極（図３３には図
示を省略）の蛍光体を発光させると図３４に示すよう
に、平行な直線状の発光状態を得ることができる。な
お、この図では、３つの電界電子放出素子５５´が並列
に設けられてなり、電子放出源５９を構成している。

【０２１８】このような構成によれば、以下に説明する
効果がある。

【０２１９】上記第１〜第１１の実施例では、導電膜２
５にスル−ホ−ル２６を設けることでゲ−ト電極の縁部
２５ａを形成していたが、この実施例では、スル−ホ−
ル２６を設けることなく単に縁部５６を作成したもので
ある。

【０２２０】すなわち、上記第１〜第１１の実施例にお
いては、ゲ−ト電極となる導電膜２５に円形のスル−ホ
−ル２６を形成することで、このスル−ホ−ル２６の中
央部に位置する柱状結晶２８に対しても有効に電界を印
加するようにしていたが、この実施例ではそのような効
果は得られない。

【０２２１】しかし、上記スル−ホ−ル２６を設けた場
合の欠点として、電界電子放出素子２１の配置自由度が
かなり制限されるということがある。すなわち、各スル
−ホ−ル２６間を一定の寸法だけ互いに離間させる必要
があり、また、露光装置の解像度によってもこのスル−
ホ−ル２６の間の距離が一定値以上に制限されることに
なる。

【０２２２】一方、この実施例によれば、縁部５６を有
していればその形状は特に規制されない。したがって、
電界電子放出素子５５、５５´の配置自由度が向上する
という効果を得ることができる。

【０２２３】また、この実施例によれば、前記第１〜第
１１の実施例の電界電子放出素子と同様に、従来のスピ
ント型の電界電子放出素子と比較して電子放出の密度を
向上させることができる効果がある。この効果を図３５
を参照して説明する。

【０２２４】図３５（ａ）は従来のスピント型の電界放
出素子アレイ（集積された電子放出素子）を示すもので
あり、図３５（ｂ）は第１１の実施例の電界放出素子ア
レイ、図３５（ｃ）はこの第１２の実施例の電界放出素
子アレイを示すものである。

【０２２５】今、図３５（ａ）に示すように、ゲ−ト電
極として機能する導電膜に形成されたスル−ホ−ルの直
径をｄとして、５ｄ×５ｄの正方形の範囲を考える。ス
ピント型の電界電子放出素子の場合には、１つのスル−
ホ−ルにつき１つのエミッタ電極しか設けられないので
（図４０参照）、エミッタ電極１の数は全部８つであ
る。したがって電子放出点の数は８となる。

【０２２６】次に、第１〜第１１の実施例に示した電界
電子放出素子の場合（図３５（ｂ））には、上記スル−
ホ−ル２６内に位置する柱状結晶集合体２７の略すべて
の柱状結晶２８から電子が放出されることとなる。各柱
状結晶２８の上端２８ａ（最先端）間の距離をｎとする
と、各スル−ホ−ル２６内に位置する柱状結晶の数はπ
ｄ²／４ｎである。したがって、電子放出点の数は、
（πｄ²／４ｎ）×８となる。

【０２２７】第１２の実施例の場合（図３５（ｃ））に
は、直線状に設けられた縁部５６に沿う位置に存在する
柱状結晶２８から電子が放出される。各縁部５６の近傍
に位置する柱状結晶２８の数は、５ｄ／ｎとなる。した
がって電子放出点の数は、（５ｄ／ｎ）×６となる。

【０２２８】いずれにしても、ｄ>>ｎであるから、この
第１２の実施例の電子放出源５９によれば、従来のスピ
ント型の電界電子放出素子を集積してなる電子放出源
（図３５（ａ））に比べてエミッタ電極の数が非常に多
くなり、電子放出効率が向上するのが分かる。

【０２２９】次に、第１３の実施例を図３６に基づいて
説明する。

【０２３０】この実施例の電界電子放出源５９は、第１
２の実施例の図３３に示した電界放出素子５５´の導電
膜２５´（ゲ−ト電極）に、絶縁層６０〜６２を介して
収束電極６４、加速電極６５、偏向電極６６を設けたも
のである。

【０２３１】すなわち、上記第１〜第１１の実施例の電
界放出素子ではスル−ホ−ル２６は円形を有しており、
このスル−ホ−ル２６の中央部に向かって電界を集中さ
せるという効果を得ることができたので、放出される電
子の軌道はそれ程広がらないということがある。しか
し、第１２の実施例に示した電界放出素子５５´では、
電子の軌道を規制する手段が存在しないので、電子の軌
道がかなり広がる恐れがある。

【０２３２】そこで、この実施例では、上記導電膜２５
´（ゲ−ト電極）の上面に、この導電膜２５´の縁部５
６と同形状の縁部を有する収束電極６４、加速電極６
５、偏向電極６６をそれぞれの間に絶縁層６０〜６２を
介在させて設けることで、上記柱状結晶集合体２７から
放出される電子の軌道を収束、加速および必要に応じて
偏向させるようにしたものである。

【０２３３】なお、この電界放出素子の製造は、上記ベ
−ス電極２３上に形成された柱状結晶集合体２７に、上
記ゲ−ト電極２５、収束電極６４、加速電極６５および
偏向電極６６となり得る絶縁体と導電体とを交互に積層
し、これを所定のパタ−ンでエッチングすることで、上
記各電極に縁部（５６）を形成する。そして、最後に、
前述したＨＦを用いたウエットエッチング等により、上
記絶縁層のみを選択的にエッチングして面内方向に後退
させることで、図３６に示す電界電子放出素子を得るこ
とができる。

【０２３４】次に、第１４の実施例を図３７を参照して
説明する。なお、前記第１２の実施例と同様の構成要素
には同一の符号を付してその説明は省略する。

【０２３５】この実施例の電界電子放出素子６０は、前
記第１の実施例の電界放出素子２１と同様の製造方法に
よって、前記第１１の実施例の電界電子放出素子５５
（図２９）と同様の作用効果を得るものである。

【０２３６】すなわち、まず、上記基板２２上に形成さ
れたベ−ス電極２３上に絶縁膜２４´および導電膜２５
´を形成すると共に、この絶縁膜２４´および導電膜２
５´を所定のパタ−ンでエッチングして上記ベ−ス電極
２３の表面を露出させる。

【０２３７】ついで、上記ベ−ス電極２３の表面のみに
上記柱状結晶集合体２７を選択的に成膜する。最後に、
ＨＦを用いたウエットエッチングによって上記柱状結晶
集合体２７の周囲に位置する絶縁膜２４´を面内方向に
後退させ、上記導電膜２５´（ゲ−ト電極）の縁部５６
を上記柱状結晶集合体２７側に突出させる。

【０２３８】このことで、同図に示すように、上記第１
１の実施例と同様に、上記柱状結晶集合体２７が上記導
電膜２５´の縁部５６の外側に広がるという構成を有す
る電界電子放出素子６０を得ることができる。

【０２３９】このような構成であれば、上記第１２の実
施例と同様の作用効果を得ることができる。また、第１
３の実施例と同様に、収束電極６４、加速電極６５およ
び偏向電極６６を設けて、放出された電子の軌道を制御
することも可能である。

【０２４０】次に、第１５の実施例として、図３３に示
した第１２の実施例の電界電子放出素子５５´を応用し
てなる平面ディスプレイ装置を図３８に示す。

【０２４１】この平面ディスプレイ装置は、図２７に示
した第１０の実施例の平面ディスプレイ装置の１画素
を、図３３に示す第１２の実施例の電界放出素子５５´
で構成したものである。

【０２４２】この実施例においては、上記電界電子放出
素子５５´のゲ−ト電極（導電膜２５´）の縁部５６
は、上記アドレスラインを構成する導電膜２５´ｂに溝
状のスリットを３列設けることで形成されている。

【０２４３】また、図３９に示すのは、第１６の実施例
の平面ディスプレイ装置である。

【０２４４】この実施例は、図２８に示した第１２の実
施例の平面ディスプレイ装置のアドレスラインを構成す
る導電膜２５´ｂに、３列の溝状のスリットを設けるこ
とで、直線状の縁部５６を設け、図３３に示した第１１
の実施例の電界電子放出素子５５´を構成するようにし
たものである。

【０２４５】なお、これら第１４、第１５の実施例の平
面ディスプレイ装置においては、前述したように各電界
電子放出素子５５´から放出される電子軌道が広がりが
大きいと考えられる。このために、前記第１３の実施例
で説明したように上記導電膜上面に、収束電極６４、加
速電極６５および偏向電極６６を設けて電子の放出軌道
を制御するようにしても良い。

【０２４６】なお、この発明は、上記第１〜第１６の実
施例に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しな
い範囲で種々変形可能である。

【０２４７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の電界電
子放出素子は、エミッタ電極として柱状結晶集合体を用
いたものである。

【０２４８】このような構成によれば、製造が容易で電
子放出効率の高い電界電子放出素子を提供することがで
きる。したがって、この電界電子放出素子を集積して電
子放出源や平面ディスプレイ装置を構成することによっ
て、これらの装置を低い電圧であっても良好に作動させ
ることができる。

【０２４９】また、この発明の電界電子放出素子および
この電界電子放出素子を応用した平面ディスプレイ装置
の製造方法によれば、上記エミッタ電極の製造を成膜技
術のみで行え、しかも同時に先端部の尖鋭化も行える。
したがって上述した電子放出効率の高い電界電子放出素
子およびこの電界電子放出素子を集積してなる平面ディ
スプレイ装置を容易に製造することができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の電界電子放出素子を一
部破断して示す斜視図。

【図２】同じく縦断面図。

【図３】同じく電界電子放出素子の作用を示す説明図。

【図４】第２の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面
図。

【図５】第１の実施例の電界電子放出素子の製造方法を
示す工程図。

【図６】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ
（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。

【図７】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ
（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。

【図８】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ
（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。

【図９】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ
（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。

【図１０】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ
（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。

【図１１】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ
（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。

【図１２】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ
（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。

【図１３】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ
（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。

【図１４】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ
（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。

【図１５】第３の実施例の電界電子放出素子を示す縦断
面図。

【図１６】同じく、電界電子放出素子の製造方法を示す
工程図。

【図１７】第４の実施例の電界電子放出素子を示す縦断
面図。

【図１８】第５の実施例の電界電子放出素子を示す縦断
面図。

【図１９】第６の実施例の電界電子放出素子を示す縦断
面図。

【図２０】第７の実施例の電界電子放出素子を示す縦断
面図。

【図２１】第８の実施例の電界電子放出素子を示す縦断
面図。

【図２２】第７の実施例の電界電子放出素子の突起部の
作製方法を示す説明図。

【図２３】同じく突起部を示す平面図。

【図２４】第９の実施例の平面ディスプレイ装置の要部
を示す平面図。

【図２５】同じく、縦断面図。

【図２６】同じく、斜視図。

【図２７】第１０の実施例の平面ディスプレイ装置を示
す斜視図。

【図２８】第１１の実施例の平面ディスプレイ装置を示
す斜視図。

【図２９】同じく、製造工程を示す工程図。

【図３０】第１２の実施例の電界電子放出素子を示す縦
断面図。

【図３１】同じく、斜視図。

【図３２】同じく、電子の放出パタ−ンを示す説明図。

【図３３】同じく、電界電子放出素子の別の例を示す斜
視図。

【図３４】同じく、電子の放出パタ−ンを示す説明図。

【図３５】同じく、電子の放出密度を説明する説明図。

【図３６】第１３の実施例の電子放出源を示す縦断面
図。

【図３７】第１４の実施例の電界電子放出素子を示す縦
断面図。

【図３８】第１５の実施例の平面ディスプレイ装置を示
す斜視図。

【図３９】第１６の実施例の平面ディスプレイ装置を示
す斜視図。

【図４０】従来のスピント型の電界電子放出素子を示す
断面図。

【図４１】従来の平面型の電界電子放出素子を示す平面
図、および縦断面図。

【符号の説明】

２１…電界電子放出素子、２２…基板、２２´…基板
（導電体）、２３…ベ−ス電極（導電体）、２４…絶縁
膜、２５…導電膜（ゲ−ト電極）、２５ａ…縁部、２６
…スル−ホ−ル（貫通孔）、２７…柱状結晶集合体（エ
ミッタ電極）、２８…柱状結晶（エミッタ電極）、４５
…電子放出源、４６…表示部、５３…第２の絶縁膜（ス
ペーサ）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電体の表面に設けられ電界が与えられ
ることで電子を放出するエミッタ電極を備えた電界電子
放出素子において、上記エミッタ電極は、先端部から電子を放出できる複数
の柱状結晶からなる柱状結晶集合体を有することを特徴
とする電界電子放出素子。
【請求項２】請求項１記載の電界電子放出素子におい
て、上記複数の柱状結晶は互いに密着してなるものを含むこ
とを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項３】請求項１記載の電界電子放出素子におい
て、上記柱状結晶の先端部は尖鋭化されていることを特徴と
する電界電子放出素子。
【請求項４】請求項１記載の電界電子放出素子におい
て、上記柱状結晶集合体は、導電体上にＣＶＤ（Chemical V
apor Deposition ）の手段により、ＷＨ₆とＳｉＨ₄を
反応させ成膜されたものであることを特徴とする電界電
子放出素子。
【請求項５】請求項４記載の電界電子放出素子におい
て、上記柱状結晶はβ−タングステン（β−Ｗ）を含有する
ことを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項６】請求項１記載の電界電子放出素子におい
て、この柱状結晶集合体に、この導電体との電位差に応じた
電界を与えることで、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶
の先端部から電子を引き出すゲ−ト電極を有することを
特徴とする電界電子放出素子。
【請求項７】請求項６記載の電界電子放出素子におい
て、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体と対向する縁部
を有し、この縁部と上記柱状結晶集合体とのギャップを
介して上記柱状結晶集合体に電界を与えるものであるこ
とを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項８】請求項７記載の電界電子放出素子におい
て、上記ゲ−ト電極は、上記導電体に絶縁層を介して積層さ
れていることを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項９】請求項７記載の電界電子放出素子におい
て、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体に絶縁層を介し
て積層されていることを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１０】請求項７記載の電界電子放出素子にお
いて、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の
先端部から放出された電子を通す貫通部を有し、上記ゲ−ト電極の縁部は、前記貫通部の周部によって構
成されていることを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１１】請求項１０記載の電界電子放出素子に
おいて、上記ゲ−ト電極は、孔状の貫通部を有することを特徴と
する電界電子放出素子。
【請求項１２】請求項１０記載の電界電子放出素子に
おいて、上記ゲ−ト電極は、溝状の貫通部を有することを特徴と
する電界電子放出素子。
【請求項１３】請求項１０記載の電界電子放出素子に
おいて、上記柱状結晶集合体は、上記導電体の表面の、上記ゲ−
ト電極の貫通部に対応する部位にのみ選択的に成膜され
たものであることを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１４】請求項１０記載の電界電子放出素子に
おいて、上記柱状結晶集合体は、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央
部に位置する柱状結晶の先端部の高さ寸法が、周縁部に
位置する柱状結晶の先端部の高さ寸法よりも大きく形成
されていることを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１５】請求項１４記載の電界電子放出素子に
おいて、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する柱状結晶の
先端部が、上記ゲ−ト電極の貫通部を貫通して突出して
いることを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項１６】請求項１４記載の電界電子放出素子に
おいて、上記導電体は、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置
する部位が、その周縁部に位置する部位よりもゲ−ト電
極側に突出していることを特徴とする電界電子放出素
子。
【請求項１７】請求項６記載の電界電子放出素子にお
いて、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から放出され
た電子を受けるアノ−ド電極を有することを特徴とする
電界電子放出素子。
【請求項１８】請求項１７記載の電界電子放出素子に
おいて、上記アノ−ド電極は、上記ゲ−ト電極の貫通部に対向す
る蛍光体を有し、この蛍光体は、上記柱状結晶集合体から放出された電子
を受けることで発光することを特徴とする電界電子放出
素子。
【請求項１９】請求項６記載の電界電子放出素子が集
積されてなることを特徴とする電子放出源。
【請求項２０】請求項１９記載の電子放出源におい
て、上記ゲ−ト電極は、貫通部が複数設けられてなり、各貫通部を通して上記各柱状結晶集合体から電子が放出
されることを特徴とする電子放出源。
【請求項２１】請求項２０の電子放出源において、上記ゲ−ト電極は孔状の貫通部を有することを特徴とす
る電子放出源。
【請求項２２】請求項２０の電子放出源において、上記ゲ−ト電極は溝状の貫通部を有することを特徴とす
る電子放出源。
【請求項２３】請求項６記載の電界電子放出素子を複
数有する電子放出源と、この電子放出源から放出された電子を受けることで発光
表示を行う表示部とを有することを特徴とする平面ディ
スプレイ装置。
【請求項２４】請求項２３記載の平面ディスプレイ装
置において、上記電子放出源と上記表示部は、上記ゲ−ト電極に積層
された絶縁層を介して接合されていることを特徴とする
平面ディスプレイ装置。
【請求項２５】ゲ−ト電極と、このゲ−ト電極から電
界が与えられることで先端部から電子を放出するエミッ
タ電極とを有する電界電子放出素子の製造方法におい
て、多数の柱状結晶が密接してなる柱状結晶集合体を成膜
し、各柱状結晶の先端部から電子を放出できるエミッタ
電極を形成する第１の工程と、縁部を有するゲ−ト電極を形成する第２の工程とを有す
ることを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２６】請求項２５記載の電界電子放出素子の
製造方法において、前記第１の工程は、導電体上に第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜を
積層する工程と、上記第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜の所定の
部位をエッチング除去し、貫通部を設ける工程と、この貫通部を通して露出した上記導電体上に柱状結晶集
合体を成膜し、前記エミッタ電極を形成する工程とを含
み、前記第２の工程は、上記第１の絶縁膜を選択的にエッチングすることで、上
記導電膜を上記柱状結晶集合体側に突出する縁部を有す
るゲ−ト電極に成形する工程を含むことを有することを
特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項２７】請求項２５記載の電界電子放出素子の
製造方法において、前記第１の工程は、導電体の表面に柱状結晶集合体を成膜し、前記エミッタ
電極を形成する工程とを含み、前記第２の工程は、上記柱状結晶集合体上に絶縁膜と導電膜とを積層する工
程と、上記導電膜と上記絶縁膜の所定の部位をエッチング除去
して貫通部を設け、上記導電膜を縁部を有するゲ−ト電
極に形成する工程とを含むことを特徴とする電界電子放
出素子の製造方法。
【請求項２８】請求項２５記載の電界電子放出素子の
製造方法において、前記第１の工程は、上記導電体を、反応器内に収容し、この反応器内にＷＦ₆とＳｉＨ₄を導入して反応させる
ことで、上記導電体の表面から略垂直に成長するβ−Ｗ
を含有する複数の柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成
膜する工程を含むことを特徴とする電界電子放出素子の
製造方法。
【請求項２９】請求項２８記載の電界電子放出素子の
製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、反応器内の上記導電体周囲雰囲気の温度を１２０℃〜５
００℃、好ましくは３２０℃に保ち、上記ＷＦ₆とＳｉＨ₄の流量比（ＳｉＨ₄／ＷＦ₆）は
０．９〜２．０、好ましくは１．０に保つ工程を含むこ
とを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項３０】請求項２８記載の電界電子放出素子の
製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、上記反応器内に、Ｈ₂を導入する工程を含むことを特徴
とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項３１】基板の表面に導電体を形成する第１の
工程と、この導電体の表面に、先端部が尖鋭化された柱状結晶を
有する柱状結晶集合体を成膜し、上記各柱状結晶の先端
部から電子を放出できるエミッタ電極を形成する第２の
工程と、上記柱状結晶集合体に第１の絶縁膜、導電膜、第２の絶
縁膜を積層する第３の工程と、上記第１、第２の絶縁膜と導電膜の所定の部位をエッチ
ング除去してこの導電膜に縁部を設ける第４の工程と、表面に透明導電膜と蛍光体とが積層されてなる表示部材
を、真空雰囲気中で上記第２の絶縁膜の表面に接合し、
上記蛍光体を上記エミッタ電極に対向させる第５の工程
とを有することを特徴とする平面ディスプレイ装置の製
造方法。
【請求項３２】請求項３１記載の平面ディスプレイ装
置の製造方法において、前記第２の工程は、上記導電体の形成された基板を反応器内に収容し、この反応器内に少なくともＷＦ₆とＳｉＨ₄を導入して
反応させることで、上記導電体の表面にから略垂直に成
長するβ−Ｗを含有する柱状結晶を有する柱状結晶集合
体を成膜する工程を含むことを特徴とする平面ディスプ
レイ装置の製造方法。
【請求項３３】請求項３２記載の平面ディスプレイ装
置の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、反応器内の上記導電体周囲雰囲気の温度を１２０℃〜５
００℃に保ち、この範囲にてさらに好ましくは３２０℃
に保ち、上記ＷＦ₆とＳｉＨ₄の流量比（ＳｉＨ₄／ＷＦ₆）は
０．９〜２．０に保ち、さらに好ましくは１．０に保つ
工程を含むことを特徴と平面ディスプレイ装置の製造方
法。
【請求項３４】請求項３３記載の平面ディスプレイ装
置の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程には、上記反応器内
に、Ｈ₂を導入する工程を含むことを特徴とする平面デ
ィスプレイ装置の製造方法。