JPH0896703A - Particulate emitting device, field emission type device and manufacture of these devices - Google Patents
Particulate emitting device, field emission type device and manufacture of these devicesInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、粒子放出装置（例え
ば、極薄型のディスプレイ装置に使用して好適な電子放
出源）、電界放出型装置（例えば、前記電子放出源を有
するディスプレイ装置）及びこれらの製造方法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a particle emission device (for example, an electron emission source suitable for use in a very thin display device), a field emission device (for example, a display device having the electron emission source), and It relates to these manufacturing methods.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、例えば極薄型のディスプレイ装置
としては、電界放出型カソードを電子放出源とする電界
放出型ディスプレイ（ＦＥＤ：Field Emission Displa
y）が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as an ultra-thin display device, for example, a field emission display (FED) using a field emission cathode as an electron emission source.
y) is known.
【０００３】公知のＦＥＤでは、スクリーン内部に電子
放出源を設け、その各画素領域内に電子放出材料からな
る多数のマイクロチップを形成し、所定の電気信号に応
じて対応する画素領域のマイクロチップを励起すること
により、スクリーンの螢光面を発光させている。In a known FED, an electron emission source is provided inside the screen, a large number of microchips made of an electron emission material are formed in each pixel area, and a microchip of the corresponding pixel area is formed according to a predetermined electric signal. The fluorescent surface of the screen is caused to emit light by exciting.
【０００４】上記の電子放出源においては、帯状に形成
された複数本のカソード電極ラインと、このカソード電
極ラインの上部においてカソード電極ラインと交差して
帯状に形成された複数本のゲート電極ラインとが設けら
れ、上記カソード電極ラインの上記ゲート電極ラインと
の各交差領域がそれぞれ１画素領域として形成されてい
る。In the above-mentioned electron emission source, a plurality of strip-shaped cathode electrode lines and a plurality of strip-shaped gate electrode lines intersecting the cathode electrode lines above the cathode electrode lines are formed. And each intersection region of the cathode electrode line with the gate electrode line is formed as one pixel region.
【０００５】従来の電子放出源によれば、具体的には図
15〜図17に示すように、例えばガラス材からなる下部基
板101 の表面上に帯状の複数本のカソード電極ライン10
3 が形成されている。According to the conventional electron emission source,
As shown in FIGS. 15 to 17, a plurality of strip-shaped cathode electrode lines 10 are formed on the surface of the lower substrate 101 made of, for example, a glass material.
3 is formed.
【０００６】これらのカソード電極ライン103 には各接
続部 103ａを除いて絶縁層105 が成膜され、この上に各
カソード電極ライン103 と交差して帯状に複数本のゲー
ト電極ライン104 が形成されていて、各カソード電極ラ
イン103 と共にマトリクス構造を構成している。An insulating layer 105 is formed on each of the cathode electrode lines 103 except for each connecting portion 103a, and a plurality of gate electrode lines 104 are formed in a strip shape so as to intersect with each cathode electrode line 103. In addition, a matrix structure is formed with each cathode electrode line 103.
【０００７】さらに、各カソード電極ライン103 の接続
端部 103ａ及び各ゲート電極ライン104 の接続端部 104
ａが制御手段107 にそれぞれ接続され、電気的に導通し
ている。Further, the connecting end portion 103a of each cathode electrode line 103 and the connecting end portion 104 of each gate electrode line 104.
a is connected to the control means 107 and is electrically connected.
【０００８】ここで、各カソード電極ライン103 の各ゲ
ート電極ライン104 との各交差領域122 において、絶縁
層105 には、カソード電極ライン103 からゲート電極ラ
イン104 へ通じる孔径ｗの多数の円形の微細（小）孔12
0 がカソードホールとして形成され、これらの各孔内に
電界放出型カソードとしてのマイクロチップ106 が数μ
ｍ以下の微小サイズに設けられている。Here, in each intersection region 122 of each cathode electrode line 103 with each gate electrode line 104, the insulating layer 105 has a large number of circular fine holes with a hole diameter w communicating from the cathode electrode line 103 to the gate electrode line 104. (Small) hole 12
0 is formed as a cathode hole, and the microchip 106 as a field emission type cathode is provided in each of these holes by several μ.
It is provided in a minute size of m or less.
【０００９】これらの各マイクロチップ106 は、電子放
出材料、例えばモリブデンからなっていて、ほぼ円錐体
に形成され、それぞれカソード電極ライン103 上に配さ
れている。そして、各マイクロチップ106 の円錐体の先
端部は、ゲート電極ライン104 に形成されている電子通
過用のゲート部 104ｂにほぼ位置している。Each of these microtips 106 is made of an electron emitting material, for example, molybdenum, is formed in a substantially conical shape, and is arranged on each cathode electrode line 103. The tip of the conical body of each microchip 106 is located substantially at the electron passing gate portion 104b formed in the gate electrode line 104.
【００１０】このように、各カソード電極ライン103 の
各ゲート電極ライン104 との各交差領域122 には、多数
のマイクロチップ106 が設けられて画素領域が形成さ
れ、個々の画素領域が１つの画素（ピクセル）に対応し
ている。As described above, a plurality of microchips 106 are provided in each intersection region 122 of each cathode electrode line 103 and each gate electrode line 104 to form a pixel region, and each pixel region is a pixel. It corresponds to (pixel).
【００１１】上記のように構成された電子放出源（電界
放出型カソード）においては、制御手段107 により所定
のカソード電極ライン103 及びゲート電極ライン104 を
選択し、これらの間に所定の電圧を印加することによっ
て、この印加電圧を対応する画素領域内の各マイクロチ
ップ106 に印加すると、各マイクロチップ106 の先端か
らトンネル効果によって電子が放出される。なお、この
所定の印加電圧値は、各マイクロチップ106 がモリブデ
ンからなっている場合、各マイクロチップ106の円錐体
の先端部付近の電界の強さが108 〜1010Ｖ／ｍとなる程
度のものである。In the electron emission source (field emission type cathode) configured as described above, the control means 107 selects a predetermined cathode electrode line 103 and a gate electrode line 104 and applies a predetermined voltage between them. Thus, when this applied voltage is applied to each microchip 106 in the corresponding pixel region, electrons are emitted from the tip of each microchip 106 by the tunnel effect. Note that this predetermined applied voltage value is such that, when each microchip 106 is made of molybdenum, the electric field strength near the tip of the conical body of each microchip 106 is 10 8 to 10 10 V / m. belongs to.
【００１２】このとき、この電子放出源が内蔵されたデ
ィスプレイ装置（ＦＥＤ）においては、所定の画素領域
を励起することによって各マイクロチップ106 から放出
された電子が、制御手段107 によりカソード電極ライン
103 とアノード（螢光面パネルの透明電極）との間に印
加された電圧によって更に加速され、ゲート電極ライン
104 とアノードとの間に形成された真空部を通って螢光
面に到達する。そして、この電子線により螢光面から可
視光が放出される。At this time, in the display device (FED) in which the electron emission source is built in, the electrons emitted from each microchip 106 by exciting a predetermined pixel region are controlled by the control means 107 to the cathode electrode line.
The gate electrode line is further accelerated by the voltage applied between 103 and the anode (transparent electrode of the fluorescent panel).
The fluorescent surface is reached through a vacuum formed between 104 and the anode. Visible light is emitted from the fluorescent surface by this electron beam.
【００１３】ここで、図15においてこのディスプレイ装
置の構成を説明すると、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）の三原色の各螢光体素子がＩＴＯ（Indium Tin O
xide：Ｉｎ及びＳｎの混合酸化物）等からなる透明電極
100Ｒ、 100Ｇ、 100Ｂを介してストライプ状に配列さ
れてカラー螢光面123 が形成された光透過性の螢光面パ
ネル114 と、電界放出型カソードを有する電極構体115
(電子放出源）が形成された背面パネル101 とがシール
材等により気密に封止され、所定の真空度に保持され
る。Here, the structure of this display device will be described with reference to FIG. 15, for example, R (red), G (green), and B.
Each blue (blue) primary color phosphor element is an ITO (Indium Tin O
xide: a transparent electrode composed of a mixed oxide of In and Sn)
A light-transmissive fluorescent panel 114 having a color fluorescent surface 123 arranged in a stripe pattern through 100R, 100G, and 100B, and an electrode assembly 115 having a field emission cathode.
The rear panel 101 on which the (electron emission source) is formed is hermetically sealed with a sealing material or the like, and is maintained at a predetermined vacuum degree.
【００１４】螢光面パネル114 と背面パネル101 とは、
その間隔を一定に保持するために所定の高さの柱（いわ
ゆるピラー）110 を介して封止される。The fluorescent surface panel 114 and the rear panel 101 are
In order to keep the interval constant, the column (so-called pillar) 110 having a predetermined height is used for sealing.
【００１５】このＦＥＤによりカラー表示を行う方法と
しては、選択された交差部122 の各カソードと一色の螢
光体とを対応させる方法と、各カソードと複数の色の螢
光体とを対応させるいわゆる色選別方法がある。この場
合の色選別の動作を図14及び図15を用いて説明する。As a method of performing color display by the FED, a method of associating each cathode of the selected intersection 122 with a phosphor of one color and a method of associating each cathode with a phosphor of a plurality of colors. There is a so-called color selection method. The color selection operation in this case will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
【００１６】図14において、螢光面パネル114 の内面の
複数のストライプ状の透明電極100上には各色に対応す
るＲ、Ｇ、Ｂの螢光体が順次配列されて形成され、各色
の電極はそれぞれ赤色は３Ｒ、緑色は３Ｇ、青色は３Ｂ
の端子に集約されて導出されている。In FIG. 14, R, G, and B phosphors corresponding to respective colors are sequentially arranged and formed on a plurality of stripe-shaped transparent electrodes 100 on the inner surface of the fluorescent surface panel 114, and electrodes of respective colors are formed. Are 3R for red, 3G for green, and 3B for blue.
It is derived by being integrated into the terminal of.
【００１７】対向する背面パネル101 上には、上記した
ようにカソード電極103 及びゲート電極104 が直交して
ストライプ状に設けられ、マイクロチップ先端に 108〜
1010Ｖ／ｍの電界がかかるようにカソード電極103 −ゲ
ート電極104 間に電圧を印加すると、各電極の交差部12
2 に形成されたマイクロチップ（電界放出型カソード）
106 から電子が放出される。[0017] On the opposite back panel 101 is provided in stripes cathode electrode 103 and the gate electrode 104 as described above are orthogonal, 10 8 to the microchip tip
When a voltage is applied between the cathode electrode 103 and the gate electrode 104 so that an electric field of 10 10 V / m is applied, the intersection 12 of each electrode 12
Microchip formed on 2 (field emission cathode)
Electrons are emitted from 106.
【００１８】一方、透明電極100(即ち、アノード電極）
とカソード電極103 との間には 100〜1000Ｖの電圧を印
加して、電子を加速し、螢光体を発光させる。図18の例
においては、赤色螢光体Ｒにのみ電圧を印加して、電子
を矢印ｅで示すように加速させた場合を示している。On the other hand, the transparent electrode 100 (that is, the anode electrode)
A voltage of 100 to 1000 V is applied between the cathode and the cathode electrode 103 to accelerate electrons and cause the phosphor to emit light. In the example of FIG. 18, a voltage is applied only to the red fluorescent substance R to accelerate the electrons as shown by the arrow e.
【００１９】このように、三端子化された各色Ｒ、Ｇ、
Ｂを時系列で選択することによってカラー表示を行うこ
とができる。各カソード電極列上のある一点のカソー
ド、ゲート及びアノード（螢光体ストライプ）のＮＴＳ
Ｃ方式での色選別タイミングチャートを図19に示す。As described above, the colors R, G, and
Color display can be performed by selecting B in time series. NTS of one point cathode, gate and anode (fluorescent stripe) on each cathode electrode row
FIG. 19 shows a timing chart of color selection in the C method.
【００２０】各カソード電極103 を１Ｈの周期で線順次
駆動させるときに、各色螢光体Ｒ、Ｇ、Ｂに対しそれぞ
れ周期ＨのうちＨ／３ずつ＋ｈＶの信号を与える一方、
ゲート信号及びカソード信号をＨ／３周期でゲート信号
として＋αＶ、カソード信号として−αＶ〜−βＶを同
期してそれぞれ与え、ゲートカソード間電圧ＶPP＝＋２
αＶのときに電子を放出して、Ｈ／３毎に選択される
Ｒ、Ｇ、Ｂの各螢光体を発光させて色選別を行うことが
でき、これによりフルカラー表示を行うことができる。When each cathode electrode 103 is line-sequentially driven at a cycle of 1H, H / 3 signals of + HV are supplied to each of the color phosphors R, G, and B in the cycle H, while
The gate signal and the cathode signal are given as + αV as the gate signal and −αV to −βV as the cathode signal in synchronization with each other in the H / 3 cycle, and the gate-cathode voltage V PP = + 2
At the time of αV, electrons can be emitted and each of the R, G, and B phosphors selected for each H / 3 can be made to emit light to perform color selection, whereby full-color display can be performed.
【００２１】しかしながら、本発明者が上記した電子放
出源について検討を加えた結果、以下に述べるような欠
点が存在することを突き止めた。However, as a result of the present inventor's examination of the above-mentioned electron emission source, it was found that the following drawbacks existed.
【００２２】まず、図20に示すように、カソード電極10
3 上の微細孔120 内に配したマイクロチップ106 がほぼ
絶縁層105 の厚みに亘ってほぼ円錐体に形成されている
ために、ゲート電極104 −カソード電極103 間に電圧を
印加した際に等電位面ＥC はマイクロチップ106 の円錐
面に沿って微細孔120 内に形成されることになる。First, as shown in FIG. 20, the cathode electrode 10
When the voltage is applied between the gate electrode 104 and the cathode electrode 103, the microchip 106 arranged in the micropores 120 above 3 is formed in a substantially conical shape over the thickness of the insulating layer 105. The potential surface E C is formed in the micropore 120 along the conical surface of the microchip 106.
【００２３】ところが、マイクロチップ106 から放出さ
れる電子ｅは等電位面ＥC と直交して進行するので、孔
120 から放出される電子ｅの進路は大きく振れ、その振
れ角θは±30度にもなってしまう。この結果、螢光面で
は、電子ビームｅが所定の螢光体（例えば赤色螢光体）
に到達せず、不所望な螢光体（例えば、隣接する緑色螢
光体）に到達し、ミスランディングを起こし易くなる。
これでは、目的とする色の発光が得られず、ディスプレ
イの性能が損なわれ、その精細化において問題となる。However, since the electrons e emitted from the microchip 106 travel perpendicularly to the equipotential surface E C , the holes e
The path of the electron e emitted from 120 largely fluctuates, and the deflection angle θ becomes ± 30 degrees. As a result, on the fluorescent surface, the electron beam e is a predetermined fluorescent body (for example, a red fluorescent body).
To reach an undesired fluorescent body (for example, an adjacent green fluorescent body), and mislanding is likely to occur.
In this case, light emission of a desired color cannot be obtained, the performance of the display is impaired, and there is a problem in the definition thereof.
【００２４】しかも、上記した電子放出源においては、
各マイクロチップ106 から放出される電子の量（即ち、
電流量）がばらつき、不均質なものとなり易い。このた
め、このようなディスプレイ装置はスクリーン上に生じ
る光輝点が不均質となり、非常に目障りなものとなる。Moreover, in the above electron emission source,
The amount of electrons emitted from each microchip 106 (ie,
The amount of current) varies and tends to be inhomogeneous. Therefore, in such a display device, the bright spots generated on the screen become inhomogeneous, which is very annoying.
【００２５】また、上記した電子放出源は、金属粒子等
により、マイクロチップ106 とゲート電極ライン104 と
が接続されてカソード電極ライン103 とゲート電極ライ
ン104 とが短絡し、マイクロチップ106 が破壊される場
合があることが分かった。これに加えて、ゲート電極ラ
イン104 と螢光面114 との間の高真空領域130 に存在す
るイオンがマイクロチップ106 をスパッタし、ディスプ
レイとしての寿命を縮めることもある。In the electron emission source described above, the microchip 106 and the gate electrode line 104 are connected by the metal particles or the like, the cathode electrode line 103 and the gate electrode line 104 are short-circuited, and the microchip 106 is destroyed. It turned out that there are cases where In addition, the ions existing in the high vacuum region 130 between the gate electrode line 104 and the fluorescent surface 114 may sputter the microchip 106 and shorten the life of the display.
【００２６】上記の短絡によるマイクロチップ106 の破
壊について、図21〜図25に示す製造工程で説明すると、
まず図21に示すように、ガラス等からなる下部基板101
上にニオブ等を材料として厚さ約2000Å程度の導体膜を
成膜し、その後、写真製版法及び反応性イオンエッチン
グ法により、この導体膜をライン形状にパターニングし
てカソード電極103 とする。Destruction of the microchip 106 due to the above short circuit will be described with reference to the manufacturing process shown in FIGS.
First, as shown in FIG. 21, a lower substrate 101 made of glass or the like is used.
A conductor film having a thickness of about 2000Å is formed on the upper surface of the film by using niobium or the like, and then the conductor film is patterned into a line shape by the photoengraving method and the reactive ion etching method to form the cathode electrode 103.
【００２７】そして、絶縁層105(例えば、二酸化珪素）
をスパッタリング又は化学蒸着法により上記導体膜上に
成膜し、この絶縁層105 上にゲート電極材料（例えば、
ニオブ）を成膜し、その後、写真製版法及び反応性イオ
ンエッチング法によりこの導体膜をカソード電極ライン
103 と交差するようなゲート電極ライン104 に加工す
る。しかる後、ゲート電極ライン104 及び絶縁層105 を
貫通する円形の微細孔120 を写真製版法及び反応性イオ
ンエッチング法により形成する。Insulating layer 105 (eg, silicon dioxide)
Is deposited on the conductor film by sputtering or chemical vapor deposition, and a gate electrode material (for example,
Niobium) is formed, and then this conductor film is formed on the cathode electrode line by photolithography and reactive ion etching.
The gate electrode line 104 is processed so as to intersect with 103. Thereafter, circular fine holes 120 penetrating the gate electrode line 104 and the insulating layer 105 are formed by photolithography and reactive ion etching.
【００２８】その後、図22に示すように、剥離層124(例
えば、アルミニウム）を電子放出源の主面部に対して斜
め方向から真空蒸着により成膜する。After that, as shown in FIG. 22, a peeling layer 124 (for example, aluminum) is formed by vacuum evaporation from an oblique direction with respect to the main surface portion of the electron emission source.
【００２９】そして、図23に示すように、微細孔120 中
のカソード電極103 上にモリブデンを円錐形に蒸着法に
より堆積させ、マイクロチップ106 を形成する。このと
き、剥離層124 上にモリブデン106 が堆積するが、この
堆積の進行に伴って孔120 の上方が堆積モリブデンによ
り徐々に閉じられ、これと同時にマイクロチップ106が
円錐状に堆積する。Then, as shown in FIG. 23, molybdenum is deposited in a conical shape on the cathode electrode 103 in the fine hole 120 by a vapor deposition method to form a microchip 106. At this time, molybdenum 106 is deposited on the peeling layer 124, and with the progress of this deposition, the upper part of the hole 120 is gradually closed by the deposited molybdenum, and at the same time, the microchip 106 is deposited in a conical shape.
【００３０】次いで、図25に示すように剥離層124 を溶
解することにより、剥離層124 上のモリブデン106 を剥
離し、除去（リフトオフ）し、図17に示した如き構造を
作製する。Next, as shown in FIG. 25, the peeling layer 124 is melted to peel off the molybdenum 106 on the peeling layer 124 and remove (lift off) to form a structure as shown in FIG.
【００３１】しかし、このリフトオフ時等に生じた金属
片125 等がマイクロチップ106 とゲート電極ライン104
との間に付着し、これらを短絡する。このため、作動時
にカソード103 −ゲート104 間に電圧を印加し、この電
圧を上げていった場合に、マイクロチップ106 は非常に
高温になり、ついには耐えきれないほどの温度となる。However, the metal pieces 125 and the like generated at the time of the lift-off and the like are the microchip 106 and the gate electrode line 104.
Between them and short them together. Therefore, when a voltage is applied between the cathode 103 and the gate 104 during operation and the voltage is increased, the temperature of the microchip 106 becomes extremely high and finally reaches an unbearable temperature.
【００３２】この結果、図25に示すように、マイクロチ
ップ106 自体と、その周りの半径数十μｍに亘る領域の
ゲート104 やカソード103 までも矢印126 のように溶断
され、破壊を生じてしまう。これでは、かなりの領域が
動作しなくなり、有効な領域が減少してしまう。As a result, as shown in FIG. 25, the microchip 106 itself and the gate 104 and the cathode 103 in a region around the microchip 106 and having a radius of several tens of μm are also fused and broken as indicated by an arrow 126, causing destruction. . This would result in a significant area of inactivity and a reduction in the effective area.
【００３３】[0033]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
したような従来技術の欠点を解決し、電子等の放出能力
とその方向性を良好とし、低電圧駆動を可能にして、放
出される電流量の均質化を図り、しかも、高信頼性、長
寿命であり、高精細、大型の極薄型ディスプレイ装置に
も十分対応可能であり、製造が容易な粒子放出装置、電
界放出型装置及びこれらの製造方法を提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, improve the emission capability of electrons and the like, and improve the directionality thereof, and enable low voltage driving to emit electrons. In addition, the particle emission device, the field emission device, and the highly reliable and long life, high-definition, large-sized ultra-thin display device that can be easily manufactured, and are easy to manufacture. It is to provide these manufacturing methods.
【００３４】[0034]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、互いに
部分的に重なり合うように第１の電極（例えば、後述の
カソード電極13）と第２の電極（例えば、後述のゲート
電極14）とが絶縁層（例えば、後述のＳｉＯ2 層15）を
介し互いに対向して設けられ、前記第２の電極及び前記
絶縁層をそれぞれ貫通する微小孔（例えば、後述のほぼ
円形又はスリット状の微細孔又はカソードホール20）が
形成され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電
圧を印加することによって所定の粒子（特に電子）が前
記微小孔を通して放出されるように構成されている粒子
放出装置（例えば、電界放出型カソード）において、前
記第１の電極の構成材料よりも仕事関数が小さい粒子放
出物質からなる薄膜（例えば、後述のダイヤモンド薄膜
16）が、少なくとも、前記第１及び第２の電極の重なり
合う領域のほぼ全域に亘って設けられかつ前記微小孔内
に部分的に露出するように設けられていることを特徴と
する粒子放出装置に係るものである。That is, according to the present invention, a first electrode (for example, a cathode electrode 13 described later) and a second electrode (for example, a gate electrode 14 described later) are provided so as to partially overlap each other. Are provided so as to face each other with an insulating layer (for example, a SiO 2 layer 15 described later) interposed therebetween and penetrate through the second electrode and the insulating layer, respectively (for example, a substantially circular or slit-shaped fine hole described later). Alternatively, a cathode hole 20) is formed, and by applying a voltage between the first electrode and the second electrode, predetermined particles (particularly electrons) are emitted through the micropores. In a particle emission device (for example, a field emission cathode), a thin film (for example, a diamond thin film described later) made of a particle emission substance having a work function smaller than that of the constituent material of the first electrode.
16) is provided over at least substantially the entire region where the first and second electrodes overlap and is provided so as to be partially exposed in the micropores. It is related to.
【００３５】本発明による粒子放出装置は、電子の如き
エネルギー粒子を放出するための微小孔内において、第
１の電極と接して仕事関数の小さい粒子放出物質を薄膜
に設けているので、第１の電極と第２の電極との間に電
圧を印加した際に等電位面が上記薄膜に沿って平坦に形
成されることになる。従って、この平坦な等電位面に対
して直交して進行する粒子は、上記微小孔から対象物
（例えば螢光体面）へかなり揃った方向性を以て進行す
るため、常に目的とする対象物に到達することができ、
ミスランディングを大きく減少させることができ、高精
細化が可能となる。In the particle emitting device according to the present invention, the particle emitting substance having a small work function is provided on the thin film in contact with the first electrode in the micropore for emitting energetic particles such as electrons. When a voltage is applied between the electrode and the second electrode, the equipotential surface is formed flat along the thin film. Therefore, the particles traveling orthogonally to the flat equipotential surface travel to the object (for example, the fluorescent body surface) from the micropores with a fairly uniform direction, and thus always reach the target object. You can
Mislanding can be greatly reduced and high definition can be achieved.
【００３６】また、上記薄膜を構成する粒子放出物質の
仕事関数が第１の電極の構成材料よりも小さいので、粒
子の放出のために第１の電極と第２の電極との間に印加
する電圧を低減することができ、低電圧駆動で必要な放
出量を安定して得ることができる。Further, since the work function of the particle emitting substance forming the thin film is smaller than that of the constituent material of the first electrode, it is applied between the first electrode and the second electrode for emitting the particles. The voltage can be reduced, and the required emission amount can be stably obtained by driving at a low voltage.
【００３７】また、粒子を放出する部分を上記の薄膜と
し、この薄膜を少なくとも第１及び第２の電極の重なり
合う領域のほぼ全域に亘って設けているので、この薄膜
は、既述したようなマイクロホール120 の形成後の蒸着
によらずに、予め成膜した後に絶縁層の形成→第２の電
極及び微小孔の形成といった工程を経ることができる。
従って、この薄膜は容易に形成できる上に、既述したよ
うな蒸着後のリフトオフは全く不要となり、薄膜と第２
の電極との間の金属片の付着による短絡が生じることが
なく、しかも、たとえ別の原因で金属片が生じても薄膜
と第２の電極とは十分に離れているために、やはり短絡
は生じない。この結果、印加電圧を上昇させた場合に電
極が溶断されることはなく、信頼性の良い動作を行わせ
ることができる。Further, since the part that emits particles is the above-mentioned thin film and this thin film is provided over at least almost the entire overlapping region of the first and second electrodes, this thin film is as described above. Instead of vapor deposition after the formation of the micro holes 120, it is possible to go through the steps of forming a film in advance and then forming an insulating layer and then forming a second electrode and micro holes.
Therefore, this thin film can be easily formed, and the lift-off after vapor deposition as described above is completely unnecessary.
There is no short circuit due to the adhesion of the metal piece between the electrode and the second electrode, and even if the metal piece occurs due to another cause, the thin film and the second electrode are sufficiently separated from each other. Does not happen. As a result, the electrodes are not blown when the applied voltage is increased, and reliable operation can be performed.
【００３８】更に、粒子を放出する部分が上記薄膜であ
るため、マイクロチップ先端のように１点にイオンが集
中することがなく、高真空領域に存在するイオンが薄膜
に到達してこれをスパッタする割合が激減するから、装
置の長寿命化が可能である。Furthermore, since the portion that emits particles is the thin film, ions do not concentrate at one point unlike the tip of the microchip, and the ions existing in the high vacuum region reach the thin film and sputter it. Since the rate of decrease is drastically reduced, the life of the device can be extended.
【００３９】本発明による粒子放出装置においては、少
なくとも、第１及び第２の電極の重なり合う領域におい
て、粒子放出物質からなる薄膜が第１の電極を被覆して
いてよい。この場合、粒子放出物質からなる薄膜を第１
の電極と絶縁層との間に設けることができる。In the particle emitting device according to the present invention, at least in the overlapping region of the first and second electrodes, the thin film made of the particle emitting substance may cover the first electrode. In this case, a thin film of the particle-releasing substance is first
Can be provided between the electrode and the insulating layer.
【００４０】そして、少なくとも、第１及び第２の電極
の重なり合う領域であって微小孔の存在しない領域にお
いて、前記第１の電極が設けられてよい。この場合、第
１の電極が粒子放出物質からなる薄膜の少なくとも一部
分を被覆していてよく、第１の電極を粒子放出物質から
なる薄膜と絶縁層との間に設けることができる。また、
第１の電極は微小孔の存在領域の周囲に格子状パターン
に形成できる。The first electrode may be provided at least in a region where the first and second electrodes are overlapped with each other and in which no micropores are present. In this case, the first electrode may cover at least a part of the thin film made of the particle emitting substance, and the first electrode can be provided between the thin film made of the particle emitting substance and the insulating layer. Also,
The first electrode can be formed in a grid pattern around the area where the micropores are present.
【００４１】本発明による粒子放出装置は、具体的に
は、互いに交差する（交差領域は画素領域となる）カソ
ード電極ラインとゲート電極ラインとが絶縁層を介して
基体上に積層され、前記ゲート電極ライン及び前記絶縁
層をそれぞれ貫通する微小孔が形成されていると共に、
前記カソード電極ラインの構成材料よりも仕事関数が小
さい電子放出物質からなる薄膜状の冷陰極が、前記カソ
ード電極ラインと接した状態で、少なくとも、前記カソ
ード電極ラインと前記ゲート電極ラインとの交差領域の
ほぼ全域に亘って設けられ、電子放出源として構成され
ているのが望ましい。Specifically, in the particle emitting device according to the present invention, the cathode electrode line and the gate electrode line which intersect each other (the intersection region becomes the pixel region) are laminated on the substrate through the insulating layer, and the gate is formed. Micro holes are formed to penetrate the electrode lines and the insulating layer, respectively,
A thin-film cold cathode made of an electron emission material having a work function smaller than that of the constituent material of the cathode electrode line is in contact with the cathode electrode line, and at least the intersection region of the cathode electrode line and the gate electrode line. It is desirable that it is provided over almost the entire area of and is configured as an electron emission source.
【００４２】また、上記した粒子放出物質からなる薄膜
が、絶縁層の２分の１以下の厚みに設けられているのが
よく、例えば、絶縁層が１μｍ厚であれば、薄膜は5000
Å以下の厚みを有している。この薄膜の厚みは、上記し
た本発明の作用効果を有効に発揮できるように設定する
のがよく、また、成膜時の蒸着量等によって制御可能で
ある。Further, it is preferable that the thin film made of the above-mentioned particle-releasing substance is provided with a thickness not more than ½ of that of the insulating layer.
Å It has the following thickness. The thickness of this thin film is preferably set so that the effects of the present invention described above can be effectively exhibited, and can be controlled by the amount of vapor deposition during film formation and the like.
【００４３】上記した粒子放出物質の仕事関数は、第１
の電極の構成材料の仕事関数よりも小さいことが必須不
可欠であり、 3.0ｅＶ以下であることが望ましく、 2.0
ｅＶ以下が更によい。これは、両電極（第１の電極及び
第２の電極）間の印加電圧を低くし、特に数10Ｖでも必
要な電流量を得、例えばディスプレイ用として十分に動
作可能となるからである。なお、第１の電極の構成材料
としては、Ｎｂ（仕事関数4.02〜4.87ｅＶ）、Ｍｏ（仕
事関数4.53〜4.95ｅＶ）、Ｃｒ（仕事関数 4.5ｅＶ）等
が挙げられる。The work function of the above-mentioned particle emitting material is the first
It is essential that the work function is smaller than the work function of the electrode constituent material, and it is desirable that the work function is 3.0 eV or less.
More preferably, it is eV or less. This is because the applied voltage between both electrodes (the first electrode and the second electrode) is lowered, and the required amount of current can be obtained even at several tens of V, and the device can be sufficiently operated for a display, for example. Note that examples of the constituent material of the first electrode include Nb (work function 4.02 to 4.87 eV), Mo (work function 4.53 to 4.95 eV), Cr (work function 4.5 eV), and the like.
【００４４】こうした粒子放出物質としては、ダイヤモ
ンド（特にアモルファスダイヤモンド：仕事関数 1.0ｅ
Ｖ以下）がよい。薄膜がアモルファスダイヤモンド薄膜
である場合には、５×107 Ｖ／ｍ以下の電界の強さでデ
ィスプレイとして必要な電流量を得ることができるの
で、一層の低電圧駆動が可能となる。As such a particle emission material, diamond (particularly amorphous diamond: work function 1.0e
V or less) is preferable. When the thin film is an amorphous diamond thin film, the amount of current required for a display can be obtained with an electric field strength of 5 × 10 7 V / m or less, so that further low voltage driving is possible.
【００４５】また、こうしたアモルファスダイヤモンド
薄膜は電気的に抵抗体であるから、各微小孔内の薄膜か
ら放出される電流量の均質化を図ることができる。そし
て、アモルファスダイヤモンド薄膜は化学的に不活性で
あり、イオンによりスパッタリングされにくいので、安
定なエミッションを長い時間維持できる。Further, since such an amorphous diamond thin film is an electrical resistor, it is possible to homogenize the amount of current emitted from the thin film in each micropore. Since the amorphous diamond thin film is chemically inert and is difficult to be sputtered by ions, stable emission can be maintained for a long time.
【００４６】ダイヤモンド以外に使用可能な粒子放出物
質としては、ＬａＢ6 （仕事関数2.66〜2.76ｅＶ）、Ｂ
ａＯ（仕事関数 1.6〜2.7 ｅＶ）、ＳｒＯ（仕事関数1.
25〜1.6 ｅＶ）、Ｙ2 Ｏ3 （仕事関数 2.0ｅＶ）、Ｃａ
Ｏ（仕事関数 1.6〜1.86ｅＶ）、ＢａＳ（仕事関数2.05
ｅＶ）、ＴｉＮ（仕事関数2.92ｅＶ）、ＺｒＮ（仕事関
数2.92ｅＶ）等が挙げられる。As the particle-releasing substances which can be used other than diamond, LaB 6 (work function 2.66 to 2.76 eV), B
aO (work function 1.6-2.7 eV), SrO (work function 1.
25 to 1.6 eV), Y 2 O 3 (work function 2.0 eV), Ca
O (work function 1.6 to 1.86 eV), BaS (work function 2.05
eV), TiN (work function 2.92 eV), ZrN (work function 2.92 eV) and the like.
【００４７】こうした粒子放出物質は、既述したマイク
ロチップ106 の構成材料であるモリブデン（仕事関数
4.6ｅＶ）等に比べて仕事関数がかなり小さいことが特
徴的である。なお、この仕事関数は 3.0ｅＶ以下とする
のが望ましいが、これは両電極間の印加電圧との相関性
で決めることができ、仕事関数が小さめである場合は印
加電圧を低くでき（例えば、仕事関数を 2.0ｅＶ以下と
すれば印加電圧は 100Ｖ以下にでき）、或いは仕事関数
が大きめである場合は印加電圧を高くすればよい。Such a particle emitting material is molybdenum (work function) which is a constituent material of the microchip 106 described above.
It is characteristic that the work function is considerably smaller than that of 4.6 eV). This work function is preferably 3.0 eV or less, but this can be determined by the correlation with the applied voltage between both electrodes. If the work function is small, the applied voltage can be lowered (for example, If the work function is 2.0 eV or less, the applied voltage can be 100 V or less), or if the work function is large, the applied voltage can be increased.
【００４８】本発明はまた、上記した電界放出型カソー
ド等の電子放出源の如き粒子放出装置を具備する電界放
出型装置、例えば、そうした粒子放出装置と、上記した
螢光面パネルの如く粒子が入射する発光用等の装置との
組み合わせで構成される電界放出型装置も提供するもの
である。また、放出される粒子は通常は電子であるが、
必ずしも電子に限られるものではなく、他の素粒子も対
象としてよい。The present invention also provides a field emission device comprising a particle emission device such as an electron emission source such as a field emission cathode as described above, eg, such a particle emission device and particles such as the fluorescent surface panel described above. It also provides a field emission device configured in combination with an incident light emitting device or the like. Also, the emitted particles are usually electrons,
It is not necessarily limited to electrons, but other elementary particles may be targeted.
【００４９】こうした電界放出型装置としては、カソー
ド電極ライン、ゲート電極ライン、微小孔付きの絶縁層
及び薄膜状の冷陰極からなる第１のパネルと、複数色の
発光体及びこれらの発光体がそれぞれ被着された電極か
らなる第２のパネルとによって構成された電界放出型発
光装置が挙げられる。この場合、発光体が螢光体である
電界放出型ディスプレイ装置（ＦＥＤ）として構成する
ことができる。As such a field emission device, a first panel consisting of a cathode electrode line, a gate electrode line, an insulating layer with micropores and a thin film cold cathode, a plurality of color light emitters and these light emitters are used. An example is a field emission type light emitting device that is composed of a second panel made up of deposited electrodes. In this case, it can be configured as a field emission display device (FED) in which the light emitting body is a fluorescent body.
【００５０】本発明による粒子放出装置及び電界放出型
装置は、基体（例えば、後述のガラス基板11）上に第１
の電極（例えば、後述のカソード電極13）を形成する工
程と、前記基体上に粒子放出物質（例えば、ダイヤモン
ド）からなる薄膜を形成する工程と、前記第１の電極及
び前記薄膜を含む領域上に絶縁層（例えば、後述のＳｉ
Ｏ2 層15）を形成する工程と、この絶縁層上に第２の電
極（例えば、後述のゲート電極14）を形成する工程と、
この第２の電極及び前記絶縁層をそれぞれ貫通する微小
孔（例えば、後述のほぼ円形又はスリット状の微細孔又
はカソードホール20）を形成する工程とを有する方法を
経て製造するのが望ましい。The particle emission device and the field emission device according to the present invention have a first (first) substrate (for example, a glass substrate 11 described later) on a substrate.
An electrode (for example, a cathode electrode 13 to be described later), a step of forming a thin film made of a particle emitting substance (for example, diamond) on the substrate, and a region including the first electrode and the thin film. An insulating layer (for example, Si described later).
A step of forming an O 2 layer 15) and a step of forming a second electrode (for example, a gate electrode 14 described later) on the insulating layer,
It is desirable to manufacture it by a method including a step of forming minute holes (for example, substantially circular or slit-shaped minute holes or cathode holes 20 described later) penetrating the second electrode and the insulating layer, respectively.
【００５１】この製造方法によれば、粒子放出物質の薄
膜を成膜するに際し、その薄膜の厚み分（望ましくは、
絶縁層の厚みの１／２以下）だけ堆積させればよいの
で、既述したマイクロチップのように高さや形状を高精
度にして形成する必要はなく、また、絶縁層の形成前に
予め成膜しておけるため、薄膜の形成が容易となり、既
述したリフトオフは全く不要であってカソード−ゲート
間が金属片で短絡することはなく、仮に金属片が生じて
も薄膜が薄いために金属片による短絡はやはり生じな
い。According to this manufacturing method, when the thin film of the particle-releasing substance is formed, the thin film is formed by the thickness of the thin film (preferably,
Since it is sufficient to deposit only half or less of the thickness of the insulating layer), it is not necessary to form the height and shape with high precision as in the above-described microchip, and it is not necessary to form the insulating layer in advance before forming the insulating layer. Since the thin film can be formed easily, the lift-off described above is not necessary at all, and the cathode-gate does not short-circuit with the metal piece. A short circuit due to one piece still does not occur.
【００５２】[0052]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００５３】図１〜図７は、本発明を電子放出源（電界
放出型カソードを含む電極構体）及び極薄型のディスプ
レイ装置（ＦＥＤ）に適用した第１の実施例を示すもの
である。FIGS. 1 to 7 show a first embodiment in which the present invention is applied to an electron emission source (an electrode structure including a field emission type cathode) and a very thin display device (FED).
【００５４】本実施例によるディスプレイ装置は、図15
に示したものと同様に、図１に示す電子放出源（電界放
出型カソードを含む電極構体25）と、真空部を介して電
子放出源に対向したアノードとなる螢光面パネルとの組
み合わせによって構成され、既述したようにしてディス
プレイ動作を行うものである。The display device according to this embodiment is shown in FIG.
Similar to the one shown in FIG. 1, by combining the electron emission source (the electrode structure 25 including the field emission type cathode) shown in FIG. 1 and the fluorescent panel serving as the anode facing the electron emission source through the vacuum portion. It is configured and performs a display operation as described above.
【００５５】電子放出源においては、その要部を縦断面
で表す図１（更には、画素領域を平面的に表す図２）に
示すように、例えばガラス材からなる下部基板11の表面
上に帯状の複数本のカソード電極ライン13が形成されて
いる。In the electron emission source, as shown in FIG. 1 (further, FIG. 2 showing the pixel region in plan view) showing the main part in a vertical section, it is formed on the surface of the lower substrate 11 made of, for example, a glass material. A plurality of strip-shaped cathode electrode lines 13 are formed.
【００５６】これらのカソード電極ライン13上には、各
接続端部13ａを除いて冷陰極薄膜16が成膜され、その上
に絶縁層15と各カソード電極ライン13に対し領域22で交
差した帯状の複数本のゲート電極ライン14とが形成さ
れ、これらのゲート電極ラインは各カソード電極ライン
13と共にマトリクス構造を構成している。A cold cathode thin film 16 is formed on each of the cathode electrode lines 13 except for each connection end 13a, and a strip-shaped thin film 16 intersecting the insulating layer 15 and each cathode electrode line 13 in a region 22 is formed thereon. And a plurality of gate electrode lines 14 are formed.
Together with 13, they form a matrix structure.
【００５７】さらに、各カソード電極ライン13の接続端
部13ａ及び各ゲート電極ライン14の接続端部14ａが制御
手段（図17の107 と同様のもの）にそれぞれ接続され、
電気的に導通している。Furthermore, the connection end 13a of each cathode electrode line 13 and the connection end 14a of each gate electrode line 14 are connected to a control means (similar to 107 in FIG. 17),
It is electrically conducting.
【００５８】ここで、絶縁層15にはカソード電極ライン
13から冷陰極薄膜16に達する孔径ｗの多数の円形の微細
（小）孔20がカソードホールとして形成され、これらの
各孔内に部分的に露出するように電界放出型カソードと
しての薄膜16が5000Å以下（例えば2000Å）の厚みに設
けられている。Here, the insulating layer 15 has a cathode electrode line.
A large number of circular fine (small) holes 20 having a hole diameter w reaching from 13 to the cold cathode thin film 16 are formed as cathode holes, and the thin film 16 as a field emission type cathode is formed so as to be partially exposed in each of these holes. It is provided with a thickness of 5000Å or less (for example, 2000Å).
【００５９】これらの各薄膜16は、仕事関数がカソード
電極ライン13よりも小さい電子放出材料、例えばアモル
ファスダイヤモンドの薄膜からなっていて、後述の方法
によって、微細孔16内に部分的に露出するようにカソー
ド電極ライン13の全域上にほぼ同一パターンに（接続端
部13ａを除いて）或いは上記交差領域22を含めてカソー
ド電極ライン13を被覆するようにして、容易に成膜でき
る。Each of these thin films 16 is made of a thin film of an electron emitting material having a work function smaller than that of the cathode electrode line 13, for example, an amorphous diamond thin film, and is partially exposed in the fine holes 16 by a method described later. Further, the cathode electrode line 13 can be easily formed by covering the entire area of the cathode electrode line 13 in substantially the same pattern (excluding the connection end portion 13a) or by including the intersection region 22.
【００６０】なお、螢光面パネル側の基板は、その一主
面である下面部において上記真空部を介して上記電子放
出源の主面部と対向して設けられている。この上部基板
の下面部には、螢光面が塗布され、各カソード電極ライ
ン13とそれぞれ平行な帯状の螢光面が形成されている。The substrate on the side of the fluorescent surface panel is provided so as to face the main surface portion of the electron emission source through the vacuum portion on the lower surface portion which is one main surface. A fluorescent surface is applied to the lower surface of the upper substrate to form strip-shaped fluorescent surfaces parallel to the respective cathode electrode lines 13.
【００６１】上記電子放出源においては、上記制御手段
により所定のカソード電極ライン13及びゲート電極ライ
ン14を選択し、これらの間に所定の電圧を印加すること
によって、対応する画素領域内の各微細孔20内の薄膜16
に所定の電界がかかると、各微細孔20内の薄膜16からト
ンネル効果によって電子が放出される。In the electron emission source, a predetermined cathode electrode line 13 and a gate electrode line 14 are selected by the control means, and a predetermined voltage is applied between them, so that each microscopic area in the corresponding pixel region is selected. Thin film 16 in hole 20
When a predetermined electric field is applied to the thin film 16, electrons are emitted from the thin film 16 in each micropore 20 by the tunnel effect.
【００６２】このとき、上記電子放出源が内蔵されたデ
ィスプレイ装置において、所定の画素領域を励起するこ
とによって各微細孔20内の薄膜16から放出された電子が
上記制御手段によりカソード電極ライン13とアノードで
ある上部基板との間に印加された電圧によって更に加速
され、ゲート電極ライン14と上記上部基板との間に形成
された真空部30を通って螢光面に到達する。そして、こ
の電子線により螢光面から可視光が放出される。At this time, in the display device in which the electron emission source is built in, the electrons emitted from the thin film 16 in each fine hole 20 by exciting a predetermined pixel region are connected to the cathode electrode line 13 by the control means. It is further accelerated by the voltage applied between the anode and the upper substrate, and reaches the fluorescent surface through the vacuum portion 30 formed between the gate electrode line 14 and the upper substrate. Visible light is emitted from the fluorescent surface by this electron beam.
【００６３】ここで、図３に示すように、カソード電極
13上の微細孔20内に露出した薄膜16が非常に薄い膜厚に
形成されていてその上面16Ａがフラットであるために、
ゲート電極14−カソード電極13間に電圧を印加した際に
等電位面Ｅm は薄膜16の面に沿ってほぼフラットに微細
孔20内に形成されることになる。Here, as shown in FIG. 3, the cathode electrode
Since the thin film 16 exposed in the fine holes 20 on 13 is formed to have a very thin thickness and the upper surface 16A is flat,
When a voltage is applied between the gate electrode 14 and the cathode electrode 13, the equipotential surface Em is formed in the fine hole 20 along the surface of the thin film 16 in a substantially flat manner.
【００６４】従って、薄膜16から放出される電子ｅは等
電位面Ｅm と直交して進行するので、孔20から放出され
る電子ｅは進路があまり振れることなく、真空部（高真
空領域）30を通して所定の螢光体（例えば赤色螢光体）
に到達し、ミスランディングを起こすことはない。この
結果、常に目的とする色の発光が得られ、ディスプレイ
の性能が向上し、高精細化が可能になる。Therefore, the electrons e emitted from the thin film 16 travel perpendicularly to the equipotential surface E m , so that the paths of the electrons e emitted from the holes 20 do not fluctuate so much and the vacuum portion (high vacuum region) is formed. Predetermined phosphor through 30 (eg red phosphor)
And will not misland. As a result, the desired color of light emission is always obtained, the performance of the display is improved, and high definition can be achieved.
【００６５】しかも、上記した電子放出源においては、
ゲート電極ライン14及び絶縁層15を貫通する多数の円形
の微細孔20内に薄膜16の微小冷陰極が露出して形成さ
れ、これがカソード電極ライン13と電気的に接続されて
いる構成を有し、薄膜16がアモルファスダイヤモンド等
の如く仕事関数がカソード電極13よりも小さい材料から
なっているので、カソード電極13−ゲート電極14間に印
加する電圧を低くしても（数10Ｖ以下でも）放出される
電子の量（即ち、電流量）が安定して得られる。Moreover, in the above electron emission source,
A small cold cathode of the thin film 16 is exposed and formed in a large number of circular fine holes 20 penetrating the gate electrode line 14 and the insulating layer 15, and this is electrically connected to the cathode electrode line 13. Since the thin film 16 is made of a material having a work function smaller than that of the cathode electrode 13 such as amorphous diamond, the thin film 16 is emitted even when the voltage applied between the cathode electrode 13 and the gate electrode 14 is lowered (even at several tens V or less). The amount of electrons (that is, the amount of current) is stably obtained.
【００６６】この場合、カソード電極ライン13が冷陰極
薄膜16の微小冷陰極に被覆され、ゲート電極ライン14及
び絶縁層15を貫通する円形の微細孔20が形成されている
が、薄膜16が特にアモルファスダイヤモンドである場
合、冷陰極自体が抵抗体であるため、各微細孔20内の薄
膜16から放出される電流量が均質化される。この結果、
ディスプレイ装置のスクリーン上に生じる光輝点が均質
となり、見栄えが非常に良好なものとなる。In this case, the cathode electrode line 13 is covered with the minute cold cathode of the cold cathode thin film 16 and the circular fine hole 20 penetrating the gate electrode line 14 and the insulating layer 15 is formed. In the case of amorphous diamond, since the cold cathode itself is a resistor, the amount of current emitted from the thin film 16 in each micropore 20 is homogenized. As a result,
The bright spots generated on the screen of the display device are uniform, and the appearance is very good.
【００６７】更に、アモルファスダイヤモンド薄膜は化
学的に不活性であり、真空部30に生じるイオンによって
もスパッタリングされ難いので、安定なエミッションを
長い時間維持できる。こうしたスパッタリングについて
は、薄膜16自体が薄くて微細孔20の底面に存在している
ために、薄膜16はスパッタリングされ難い構造となって
いる。Further, since the amorphous diamond thin film is chemically inert and is difficult to be sputtered by the ions generated in the vacuum portion 30, stable emission can be maintained for a long time. Regarding such sputtering, since the thin film 16 itself is thin and exists on the bottom surface of the fine holes 20, the thin film 16 has a structure that is difficult to be sputtered.
【００６８】更に、電子を放出する部分を上記の薄膜16
としているので、この薄膜16とゲート電極14との間が十
分離れており、これらの間に金属片が付着して短絡が生
じることがない。しかも、後述の製造方法から明らかな
ように、薄膜16は既述したリフトオフではなく、予め基
板11上に成膜しておけるから、リフトオフ時に生じる金
属片の問題もなくなる。この結果、印加電圧を上昇させ
た場合に電極が溶断されることはなく、信頼性の良い動
作を行わせることができる。Further, the portion that emits electrons is the thin film 16 described above.
Therefore, the thin film 16 and the gate electrode 14 are sufficiently separated from each other, and a metal piece does not adhere between them to cause a short circuit. Moreover, as will be apparent from the manufacturing method described later, the thin film 16 can be formed on the substrate 11 in advance instead of the lift-off described above, so that there is no problem of metal pieces generated during lift-off. As a result, the electrodes are not blown when the applied voltage is increased, and reliable operation can be performed.
【００６９】次に、本実施例によるディスプレイ装置を
構成する電子放出源（電界放出型カソードを含む電極構
体25）の製造方法の一例を図４〜図７について説明す
る。Next, an example of a method of manufacturing the electron emission source (the electrode structure 25 including the field emission type cathode) which constitutes the display device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
【００７０】まず、図４に示すように、ガラス等からな
る下部基板11上にニオブ、モリブデン又はクロム等の導
体材料を厚さ約2000Å程度に成膜し、その後、写真製版
法及び反応性イオンエッチング法（例えばＣｌ2 とＯ2
との混合ガス使用）によりこの導体膜をライン形状に加
工し、カソード電極ライン13を形成する。First, as shown in FIG. 4, a conductive material such as niobium, molybdenum, or chromium is formed to a thickness of about 2000 Å on the lower substrate 11 made of glass or the like, and then the photoengraving method and the reactive ion are used. Etching methods (eg Cl 2 and O 2
This mixed film is used to process the conductor film into a line shape, and the cathode electrode line 13 is formed.
【００７１】次いで、図５に示すように、冷陰極薄膜1
6、例えばダイヤモンド薄膜を化学蒸着法（ＣＶＤ）等
によりカソード電極ライン13上に厚さ2000Å程度に成膜
する。このＣＶＤで使用する反応ガスはＣＨ4 とＨ2 と
の混合ガス、又はＣＯとＨ2 との混合ガスであり、この
反応ガスの熱分解によってダイヤモンド薄膜16を堆積さ
せる。Next, as shown in FIG. 5, the cold cathode thin film 1
6. For example, a diamond thin film is formed on the cathode electrode line 13 to a thickness of about 2000 Å by chemical vapor deposition (CVD) or the like. The reaction gas used in this CVD is a mixed gas of CH 4 and H 2 or a mixed gas of CO and H 2, and the diamond thin film 16 is deposited by thermal decomposition of this reaction gas.
【００７２】その後、写真製版法及び反応性イオンエッ
チング法により、冷陰極薄膜16をパターニングし、カソ
ード電極ライン13の接続端部13ａを除いて冷陰極薄膜16
がカソード電極ライン13を被覆するライン形状にする。
或いは、この冷陰極薄膜16は、カソード電極ライン13と
ゲート電極ライン14との交差領域22、即ち画素領域のみ
においてカソード電極ライン13を被覆するように形成し
てもよい。After that, the cold cathode thin film 16 is patterned by the photolithography method and the reactive ion etching method, and the cold cathode thin film 16 is removed except for the connecting end portion 13a of the cathode electrode line 13.
Form a line shape that covers the cathode electrode line 13.
Alternatively, the cold cathode thin film 16 may be formed so as to cover the cathode electrode line 13 only in the intersection region 22 of the cathode electrode line 13 and the gate electrode line 14, that is, in the pixel region only.
【００７３】次いで、図16に示すように、絶縁層15、例
えば二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）をスパッタリング又は化学
蒸着法（ＣＶＤ）により冷陰極薄膜16を含む面上に厚さ
１μｍ程度に成膜し、更に、絶縁層15上にゲート電極材
料14、例えばニオブ又はモリブデンを厚さ2000Å程度に
成膜する。Then, as shown in FIG. 16, an insulating layer 15, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) is formed by sputtering or chemical vapor deposition (CVD) on the surface including the cold cathode thin film 16 to a thickness of about 1 μm. Further, a gate electrode material 14, for example, niobium or molybdenum, is formed on the insulating layer 15 to have a thickness of about 2000Å.
【００７４】次いで、図７に示すように、写真製版法及
び反応性イオンエッチング法により、このゲート電極材
料膜をカソード電極ライン13と交差するようなライン形
状のゲート電極ライン14に加工する。そして、ゲート電
極ライン14と絶縁層15を貫通する円形の微細孔20を写真
製版法及び反応性イオンエッチング法（例えば、ＣＨＦ
3 とＣＨ2 Ｆ2 との混合ガス使用）により形成する（図
中の30はフォトレジストマスクである）。Then, as shown in FIG. 7, the gate electrode material film is processed into a line-shaped gate electrode line 14 which intersects with the cathode electrode line 13 by photolithography and reactive ion etching. Then, a circular fine hole 20 penetrating the gate electrode line 14 and the insulating layer 15 is formed by a photolithography method and a reactive ion etching method (for example, CHF).
It is formed by using a mixed gas of 3 and CH 2 F 2 ) (30 in the figure is a photoresist mask).
【００７５】次いで、フォトレジスト30を除去し、図１
に示した如く、カソード電極ライン13を被覆し、微細孔
20内に露出した微小冷陰極16を有する電極構体25（電子
放出源）を完成する。Then, the photoresist 30 is removed, and FIG.
As shown in, cover the cathode electrode line 13
An electrode structure 25 (electron emission source) having the minute cold cathodes 16 exposed inside 20 is completed.
【００７６】このように、上記した製造方法によって、
電子放出物質の薄膜16を成膜するに際し、その薄膜16の
厚み分だけ堆積させればよいので、既述したマイクロチ
ップのように高さや形状を高精度にして形成する必要は
なく、また、絶縁層15の形成前に予め成膜しておけるた
め、薄膜の形成が容易となり、既述したリフトオフは全
く不要であってカソード−ゲート間が金属片で短絡する
ことはなく、仮に金属片が生じても薄膜が薄いためにカ
ソード13−ゲート14間が十分離れており、これらの間に
金属片が接触して短絡を生じることはない（但し、上記
に例示したダイヤモンド等の仕事関数の小さい物質はい
ずれも絶縁体であって短絡を生じることはない）。この
結果、カソード13−ゲート14間の印加電圧を上昇させた
場合に電極が溶断されることはなく、信頼性の良い動作
を行わせることができる。As described above, according to the above manufacturing method,
When forming the thin film 16 of the electron-emitting substance, since it is sufficient to deposit by the thickness of the thin film 16, it is not necessary to form the height and shape with high accuracy like the above-described microchip, and, Since the film can be formed in advance before the formation of the insulating layer 15, the thin film can be easily formed, the lift-off described above is completely unnecessary, and the cathode and the gate are not short-circuited with a metal piece. Even if it occurs, since the thin film is thin, the cathode 13 and the gate 14 are sufficiently separated from each other, and metal pieces do not come into contact with each other to cause a short circuit (however, the work function of diamond, etc. exemplified above is small. All materials are insulators and do not cause a short circuit). As a result, when the voltage applied between the cathode 13 and the gate 14 is increased, the electrodes are not blown, and reliable operation can be performed.
【００７７】また、薄膜16は、既述したマイクロチップ
106 のように微小孔120 内への蒸着によることなしに通
常の成膜技術で形成できるので、その工程が容易とな
り、カソード13−ゲート14間の絶縁分離も良好となる。The thin film 16 is the microchip described above.
Since the film can be formed by a normal film forming technique without vapor deposition into the minute holes 120 as in 106, the process is facilitated, and the insulation separation between the cathode 13 and the gate 14 is also improved.
【００７８】図８及び図９は、本発明の第２の実施例に
よる電子放出源（電極構体25）を示すものである。FIG. 8 and FIG. 9 show an electron emission source (electrode structure 25) according to the second embodiment of the present invention.
【００７９】この第２の実施例による電子放出源は、上
記の第１の実施例による電子放出源とほぼ同様の構成を
有するが、カソード電極ライン13’が格子状構造である
ことが異なる。この格子のメッシュは任意の形にするこ
とができるが、好ましくは長方形、もしくは正方形がよ
い。但し、ゲート電極ラインは図９では図示省略してい
る。The electron emission source according to the second embodiment has substantially the same structure as the electron emission source according to the first embodiment described above, except that the cathode electrode line 13 'has a lattice structure. The mesh of this grid can be of any shape, but is preferably rectangular or square. However, the gate electrode line is not shown in FIG.
【００８０】この実施例による電子放出源においては、
格子状構造を有するカソード電極ライン13’が微細孔20
の存在領域31を囲むようにその周囲に設けられていて、
冷陰極薄膜16によって被覆されている。この被覆によっ
て、カソードの格子状パターンが保護される。ゲート電
極ライン14及び絶縁層15を貫通して円形の微細孔20が形
成されており、この微細孔20に薄膜16が露出している点
は、上述したものと同様である。In the electron emission source according to this embodiment,
The cathode electrode line 13 ′ having a lattice structure has fine holes 20.
Is provided around the existence area 31 of the
It is covered with a cold cathode thin film 16. This coating protects the grid pattern of the cathode. A circular fine hole 20 is formed so as to penetrate the gate electrode line 14 and the insulating layer 15, and the thin film 16 is exposed in the fine hole 20, which is the same as the above-described one.
【００８１】冷陰極薄膜16によって、動作時に等電位面
がフラットとなり、電子が安定して所定の方向に放出さ
れること、冷陰極薄膜16がアモルファスダイヤモンド薄
膜である場合、低電圧駆動が可能であると共に、冷陰極
薄膜自体が抵抗体であるために各微細孔20の冷陰極薄膜
16から放出される電流量が均質化されること、また、ア
モルファスダイヤモンド薄膜は化学的に不活性であっ
て、スパッタリングされにくく、安定なエミッションを
長い時間維持できることは、上述した第１の実施例と同
様である。The cold cathode thin film 16 makes the equipotential surface flat during operation, and electrons are stably emitted in a predetermined direction. When the cold cathode thin film 16 is an amorphous diamond thin film, low voltage driving is possible. In addition, since the cold cathode thin film itself is a resistor, the cold cathode thin film of each micropore 20
The homogenization of the amount of electric current emitted from 16 and the fact that the amorphous diamond thin film is chemically inert, is hard to be sputtered, and is capable of maintaining stable emission for a long time. Is the same as.
【００８２】しかも、この実施例では、カソード電極ラ
イン13’が格子状構造であるため、カソード導体13’と
微細孔20との間に十分な距離をとることができ、仮に金
属粒子等が微細孔20に入り込んでカソード電極ライン1
3’とゲート電極ライン14とが短絡したとしても、冷陰
極薄膜16の抵抗破壊を防ぐことができる。これは、ゲー
ト電極ライン14とカソード電極ライン13’との間に冷陰
極薄膜16が十分な長さ分存在し、この薄膜部分による電
圧降下が生じて電界が緩和されるからである。Moreover, in this embodiment, since the cathode electrode line 13 'has a lattice-like structure, a sufficient distance can be provided between the cathode conductor 13' and the fine holes 20, and if the metal particles and the like are fine, Cathode electrode line 1 entering hole 20
Even if 3 ′ and the gate electrode line 14 are short-circuited, the resistance breakdown of the cold cathode thin film 16 can be prevented. This is because the cold cathode thin film 16 is present for a sufficient length between the gate electrode line 14 and the cathode electrode line 13 ', and a voltage drop occurs due to this thin film portion to relax the electric field.
【００８３】図10及び図11は、本発明の第３の実施例に
よる電子放出源（電極構体25）をそれぞれ示すものであ
る。FIGS. 10 and 11 show an electron emission source (electrode structure 25) according to the third embodiment of the present invention.
【００８４】この実施例による電子放出源は、上記した
第２の実施例による電子放出源とほぼ同様のパターン構
成を有するが、冷陰極薄膜16が基板11とカソード電極ラ
イン13’との間に設けられている点で異なる。この格子
のメッシュは任意の形にすることができるが、好ましく
は長方形、もしくは正方形がよい。但し、ゲート電極ラ
インは図11では図示省略している。The electron emission source according to this embodiment has substantially the same pattern structure as the electron emission source according to the second embodiment described above, but the cold cathode thin film 16 is provided between the substrate 11 and the cathode electrode line 13 '. It differs in that it is provided. The mesh of this grid can be of any shape, but is preferably rectangular or square. However, the gate electrode line is not shown in FIG.
【００８５】即ち、この電子放出源によれば、格子状構
造を有するカソード電極ライン13’と基板11との間に冷
陰極薄膜16が挿入され、微細孔20の存在領域31を囲むよ
うにその周囲に設けられている。そして、ゲート電極ラ
イン14及び絶縁層15を貫通して円形の微細孔20が形成さ
れており、この微細孔20に薄膜16が露出している点は、
上述したものと同様である。That is, according to this electron emission source, the cold cathode thin film 16 is inserted between the cathode electrode line 13 ′ having a lattice-like structure and the substrate 11, and the cold cathode thin film 16 is surrounded so as to surround the existence region 31 of the fine holes 20. It is provided around. A circular fine hole 20 is formed through the gate electrode line 14 and the insulating layer 15, and the thin film 16 is exposed in the fine hole 20.
It is similar to that described above.
【００８６】冷陰極薄膜16によって、動作時に等電位面
がフラットとなり、電子が安定して所定の方向に放出さ
れること、冷陰極薄膜16がアモルファスダイヤモンド薄
膜である場合、低電圧駆動が可能であると共に、冷陰極
薄膜自体が抵抗体であるために各微細孔20の冷陰極薄膜
16から放出される電流量が均質化されること、また、ア
モルファスダイヤモンド薄膜は化学的に不活性であっ
て、スパッタリングされにくく、安定なエミッションを
長い時間維持できることは、上述した第１の実施例と同
様である。The cold cathode thin film 16 makes the equipotential surface flat during operation, and electrons are stably emitted in a predetermined direction. When the cold cathode thin film 16 is an amorphous diamond thin film, low voltage driving is possible. In addition, since the cold cathode thin film itself is a resistor, the cold cathode thin film of each micropore 20
The homogenization of the amount of electric current emitted from 16 and the fact that the amorphous diamond thin film is chemically inert, is hard to be sputtered, and is capable of maintaining stable emission for a long time. Is the same as.
【００８７】しかも、この実施例では、カソード電極ラ
イン13’が格子状構造であるため、カソード導体13’と
微細孔20との間に十分な距離をとることができ、仮に金
属粒子等が微細孔20に入り込んでカソード電極ライン1
3’とゲート電極ライン14とが短絡したとしても、冷陰
極薄膜16の抵抗破壊を防ぐことができる。これは、ゲー
ト電極ライン14とカソード電極ライン13’との間に冷陰
極薄膜16が十分な長さ分存在し、この薄膜部分による電
圧降下が生じて電界が緩和されるからである。Moreover, in this embodiment, since the cathode electrode line 13 'has a lattice-like structure, a sufficient distance can be provided between the cathode conductor 13' and the fine holes 20, and if the metal particles are fine, Cathode electrode line 1 entering hole 20
Even if 3 ′ and the gate electrode line 14 are short-circuited, the resistance breakdown of the cold cathode thin film 16 can be prevented. This is because the cold cathode thin film 16 is present for a sufficient length between the gate electrode line 14 and the cathode electrode line 13 ', and a voltage drop occurs due to this thin film portion to relax the electric field.
【００８８】図12は、本発明の第４の実施例による電子
放出源（電極構体25）を示すものである。FIG. 12 shows an electron emission source (electrode assembly 25) according to the fourth embodiment of the present invention.
【００８９】この第４の実施例による電子放出源は、上
記の第１の実施例による電子放出源とほぼ同様の構成を
有するが、ゲート電極ライン14及び絶縁層15を貫通する
円形の微細孔20がスリット（溝）状の微細孔で形成され
ている点が異なる。The electron emission source according to the fourth embodiment has substantially the same structure as the electron emission source according to the first embodiment described above, but has circular fine holes penetrating the gate electrode line 14 and the insulating layer 15. The difference is that 20 is formed of slit-shaped fine holes.
【００９０】即ち、カソード電極ライン13が冷陰極薄膜
16の微小冷陰極に被覆され、ゲート電極ライン14及び絶
縁層15を貫通するスリット（溝）状の微細孔20内に薄膜
16が露出している。That is, the cathode electrode line 13 is a cold cathode thin film.
16 thin cold cathodes are covered with a thin film in the slit-shaped fine holes 20 penetrating the gate electrode line 14 and the insulating layer 15.
16 is exposed.
【００９１】この冷陰極薄膜16がアモルファスダイヤモ
ンドからなる場合、上述したように低電圧駆動が可能で
ある。また、冷陰極自体が抵抗体であるから、各微細孔
20の冷陰極薄膜16から放出される電流量が均質化され
る。更に、アモルファスダイヤモンド薄膜16は化学的に
不活性であり、スパッタリングされにくいので、安定な
エミッションを長い時間維持できる。When the cold cathode thin film 16 is made of amorphous diamond, it can be driven at a low voltage as described above. Also, since the cold cathode itself is a resistor,
The amount of current emitted from the 20 cold cathode thin films 16 is homogenized. Further, since the amorphous diamond thin film 16 is chemically inert and is hard to be sputtered, stable emission can be maintained for a long time.
【００９２】本実施例では、微細孔20がスリット状であ
るが、微小冷陰極の薄膜16の表面での電界強度は上述し
た第１の実施例による円形の微細孔の場合とほとんど等
しいので、ほぼ同一電圧で駆動できる。このスリット状
の微細孔20は、円形の微細孔の場合と比較して、エミッ
ション領域（電子放出面積）が大きいので、同一電圧で
駆動しても、より大きな電流密度を得ることができる。In this embodiment, the micropores 20 are slit-shaped, but the electric field strength on the surface of the thin film 16 of the micro cold cathode is almost equal to that of the circular micropores according to the first embodiment described above. It can be driven with almost the same voltage. Since the slit-shaped fine holes 20 have a larger emission region (electron emission area) than the circular fine holes, a larger current density can be obtained even if they are driven at the same voltage.
【００９３】図13は、本発明の第５の実施例による電子
放出源（電極構体25）を示すものである。FIG. 13 shows an electron emission source (electrode assembly 25) according to the fifth embodiment of the present invention.
【００９４】この第５の実施例による電子放出源は、上
記の第２の実施例による電子放出源とほぼ同様の構成を
有するが、カソード電極ライン13’が格子状構造であっ
てゲート電極ライン14及び絶縁層15を貫通するスリット
（溝）状の微細孔20が形成されている点で異なる。The electron emission source according to the fifth embodiment has substantially the same structure as the electron emission source according to the second embodiment, except that the cathode electrode line 13 'has a lattice structure and the gate electrode line 13' has a lattice structure. The difference is that a slit-shaped fine hole 20 penetrating the insulating layer 15 and the insulating layer 15 is formed.
【００９５】従って、この実施例によって、上記した第
２の実施例で述べたと同様の効果と、上記した第４の実
施例で述べたスリット状微細孔20による効果とを併せて
得ることができる。Therefore, according to this embodiment, it is possible to obtain the same effect as that described in the second embodiment and the effect by the slit-shaped fine holes 20 described in the fourth embodiment. .
【００９６】図14は、本発明の第６の実施例による電子
放出源（電極構体25）を示すものである。FIG. 14 shows an electron emission source (electrode assembly 25) according to the sixth embodiment of the present invention.
【００９７】この第６の実施例による電子放出源は、上
記の第３の実施例による電子放出源とほぼ同様の構成を
有するが、カソード電極ライン13’が格子状構造であっ
てゲート電極ライン14及び絶縁層15を貫通するスリット
（溝）状の微細孔20が形成されている点で異なる。The electron emission source according to the sixth embodiment has substantially the same structure as the electron emission source according to the third embodiment, except that the cathode electrode line 13 'has a grid structure and the gate electrode line 13' has a lattice structure. The difference is that a slit-shaped fine hole 20 penetrating the insulating layer 15 and the insulating layer 15 is formed.
【００９８】従って、この実施例によって、上記した第
３の実施例で述べたと同様の効果と、上記した第４の実
施例で述べたスリット状微細孔20による効果とを併せて
得ることができる。Therefore, according to this embodiment, it is possible to obtain the same effect as that described in the third embodiment and the effect of the slit-shaped fine holes 20 described in the fourth embodiment. .
【００９９】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能
である。Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments can be further modified based on the technical idea of the present invention.
【０１００】例えば、上述した冷陰極薄膜16の形成領域
は、カソード電極ラインとゲート電極ラインとの交差領
域のみであってよいし、上述の例のようにほぼカソード
電極ラインと同一パターンに設けてもよい。これ以外の
領域にも薄膜16が存在していてもよく、場合によっては
基板11の全面にあってもよい。For example, the formation region of the cold cathode thin film 16 described above may be only the intersection region of the cathode electrode line and the gate electrode line, or it may be provided in substantially the same pattern as the cathode electrode line as in the above example. Good. The thin film 16 may be present in a region other than this, and may be on the entire surface of the substrate 11 in some cases.
【０１０１】薄膜16、カソード電極13、13’等の材質や
厚み、その成膜方法等は種々変化させてよい。成膜方法
には、上述したＣＶＤだけでなく、レーザアブレーショ
ン法（レーザ光照射によるエッチング現象を利用した堆
積法：ダイヤモンド薄膜の場合はターゲットはグラファ
イトが使用可能）、スパッタ法（例えばＡｒガスを用い
たスパッタリング：ダイヤモンド薄膜の場合はターゲッ
トはグラファイトが使用可能）等がある。The materials and thicknesses of the thin film 16, the cathode electrodes 13 and 13 ', the film forming method thereof, and the like may be variously changed. The film formation method is not limited to the above-described CVD, but also a laser ablation method (a deposition method utilizing an etching phenomenon by laser light irradiation: graphite can be used as a target in the case of a diamond thin film), a sputtering method (for example, Ar gas is used). Sputtering: graphite can be used as a target in the case of a diamond thin film).
【０１０２】また、上述した電子放出源は、ＦＥＤに好
適であるが、対向する螢光面パネルの構造や各部のパタ
ーン及び材質等は上述したものに限られず、また、その
作製方法も種々採用できる。The electron emission source described above is suitable for the FED, but the structure of the fluorescent surface panel facing each other and the pattern and material of each part are not limited to those described above, and various manufacturing methods are adopted. it can.
【０１０３】なお、上述した電子放出源の用途は、ＦＥ
Ｄ又はそれ以外のディスプレイ装置に限定されることは
なく、真空管（即ち、カソードから放出される電子流を
ゲート電極（グリッド）によって制御し、増幅又は整流
する電子管）に使用したり、或いは、カソードから放出
される電子を信号電流として取り出すための回路素子
（これには、上述したＦＥＤの螢光面パネルに光電変換
素子を取付け、螢光面パネルの発光パターンを光電変換
素子で電気信号に変換する光通信用の素子も含まれ
る。）等にも応用可能である。The above-mentioned electron emission source is used for FE.
The present invention is not limited to D or other display devices, and is used for a vacuum tube (that is, an electron tube in which an electron flow emitted from the cathode is controlled by a gate electrode (grid) and amplified or rectified), or a cathode. A circuit element for taking out electrons emitted from the device as a signal current (a photoelectric conversion element is attached to the fluorescent surface panel of the FED described above, and the light emission pattern of the fluorescent surface panel is converted into an electric signal by the photoelectric conversion element. It is also applicable to a device for optical communication.
【０１０４】[0104]
【発明の作用効果】本発明によれば、上述した如く、互
いに部分的に重なり合うように第１の電極と第２の電極
とが絶縁層を介し互いに対向して設けられ、前記第２の
電極及び前記絶縁層をそれぞれ貫通する微小孔が形成さ
れ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印
加することによって所定の粒子が前記第１の電極側から
前記微小孔を通して放出されるように構成されている粒
子放出装置において、前記第１の電極の構成材料よりも
仕事関数が小さい粒子放出物質からなる薄膜が、少なく
とも、前記第１及び第２の電極の重なり合う領域のほぼ
全域に亘って設けられかつ前記微細孔内に部分的に露出
するように設けられているので、前記第１の電極と前記
第２の電極との間に電圧を印加した際に等電位面が前記
薄膜に沿って平坦に形成されることになる。従って、こ
の平坦な等電位面に対して直交して進行する粒子は、前
記微小孔から対象物（例えば螢光体面）へかなり揃った
方向性を以て進行するため、常に目的とする対象物に到
達することができ、ミスランディングを大きく減少させ
ることができ、高精細化が可能となる。According to the present invention, as described above, the first electrode and the second electrode are provided to face each other with the insulating layer interposed therebetween so as to partially overlap each other, and the second electrode is provided. And fine holes penetrating the insulating layer are formed respectively, and by applying a voltage between the first electrode and the second electrode, predetermined particles pass through the fine holes from the first electrode side. In a particle emitting device configured to emit, a thin film made of a particle emitting substance having a work function smaller than that of a constituent material of the first electrode is provided in at least an overlapping region of the first and second electrodes. Since it is provided over almost the entire area and is partially exposed in the fine holes, an equipotential surface is obtained when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Is flat along the thin film It will be formed. Therefore, the particles traveling orthogonally to the flat equipotential surface travel to the object (for example, the fluorescent body surface) from the micropores with a fairly uniform direction, and thus always reach the target object. Therefore, mislanding can be greatly reduced, and high definition can be achieved.
【０１０５】また、前記薄膜を構成する粒子放出物質の
仕事関数が前記第１の電極の構成材料よりも小さいの
で、粒子の放出のために前記第１の電極と前記第２の電
極との間に印加する電圧を低減することができ、低電圧
駆動で必要な放出量を安定して得ることができる。この
場合、前記微小孔の薄膜が抵抗体であると、微小孔内の
薄膜から放出される粒子量を均質化できる。Further, since the work function of the particle emitting substance forming the thin film is smaller than that of the constituent material of the first electrode, the particle emitting material is placed between the first electrode and the second electrode for emitting particles. The voltage applied to the device can be reduced, and the required amount of emission can be stably obtained by driving at a low voltage. In this case, if the thin film of the micropores is a resistor, the amount of particles emitted from the thin film in the micropores can be homogenized.
【０１０６】また、粒子を放出する部分を上記の薄膜と
し、この薄膜を少なくとも第１及び第２の電極の重なり
合う領域のほぼ全域に亘って設けているので、この薄膜
は、既述したようにマイクロホール120 の形成後の蒸着
によらずに、予め成膜した後に絶縁層の形成→第２の電
極及び微小孔の形成といった工程を経ることができる。
従って、この薄膜は容易に形成できる上に、既述したよ
うな蒸着後のリフトオフは全く不要となり、薄膜と第２
の電極との間の金属片の付着による短絡が生じることが
なく、しかも、たとえ別の原因で金属片が生じても薄膜
と第２の電極とは十分に離れているために、やはり短絡
は生じない。この結果、印加電圧を上昇させた場合に電
極が溶断されることはなく、信頼性の良い動作を行わせ
ることができる。Further, since the part that emits particles is the above-mentioned thin film and this thin film is provided over at least almost the entire overlapping region of the first and second electrodes, this thin film is as described above. Instead of vapor deposition after the formation of the micro holes 120, it is possible to go through the steps of forming a film in advance and then forming an insulating layer and then forming a second electrode and micro holes.
Therefore, this thin film can be easily formed, and the lift-off after vapor deposition as described above is completely unnecessary.
There is no short circuit due to the adhesion of the metal piece between the electrode and the second electrode, and even if the metal piece occurs due to another cause, the thin film and the second electrode are sufficiently separated from each other. Does not happen. As a result, the electrodes are not blown when the applied voltage is increased, and reliable operation can be performed.
【０１０７】更に、粒子を放出する部分が前記薄膜であ
るため、マイクロチップ先端のように１点にイオンが集
中することはなく、高真空領域に存在するイオンが薄膜
に到達してこれをスパッタする割合が激減するから、装
置の長寿命化が可能である。この場合、微小孔の薄膜は
化学的に不活性であってスパッタリングされにくい材質
で形成すれば、一層安定なエミッションを長い時間維持
できる。Further, since the part that emits particles is the thin film, the ions do not concentrate at one point like the tip of the microchip, and the ions existing in the high vacuum region reach the thin film and sputter it. Since the rate of decrease is drastically reduced, the life of the device can be extended. In this case, if the thin film of micropores is made of a material that is chemically inactive and difficult to be sputtered, more stable emission can be maintained for a long time.
【図１】本発明の第１の実施例による電子放出源の概略
断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an electron emission source according to a first embodiment of the present invention.
【図２】同電子放出源の一部分の拡大平面図である。FIG. 2 is an enlarged plan view of a part of the electron emission source.
【図３】同電子放出源の電子放出性能を説明するための
概略断面斜視図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional perspective view for explaining the electron emission performance of the electron emission source.
【図４】同電子放出源の製造工程の一段階を示す概略断
面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a step in the manufacturing process of the electron emission source.
【図５】同電子放出源の製造工程の他の一段階を示す概
略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another step in the manufacturing process of the electron emission source.
【図６】同電子放出源の製造工程の他の一段階を示す概
略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another step in the manufacturing process of the electron emission source.
【図７】同電子放出源の製造工程の更に他の一段階を示
す概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing still another step in the manufacturing process of the electron emission source.
【図８】本発明の第２の実施例による電子放出源の概略
断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of an electron emission source according to a second embodiment of the present invention.
【図９】同電子放出源の一部分の平面図である。FIG. 9 is a plan view of a part of the electron emission source.
【図10】本発明の第３の実施例による電子放出源の概略
断面図である。FIG. 10 is a schematic sectional view of an electron emission source according to a third embodiment of the present invention.
【図11】同電子放出源の一部分の平面図である。FIG. 11 is a plan view of a part of the electron emission source.
【図12】本発明の第４の実施例による電子放出源の一部
分の平面図である。FIG. 12 is a plan view of a part of the electron emission source according to the fourth embodiment of the present invention.
【図13】本発明の第５の実施例による電子放出源の一部
分の平面図である。FIG. 13 is a plan view of a part of the electron emission source according to the fifth embodiment of the present invention.
【図14】本発明の第６の実施例による電子放出源の一部
分の平面図である。FIG. 14 is a plan view of a part of the electron emission source according to the sixth embodiment of the present invention.
【図15】従来の電子放出源を適用したディスプレイ装置
の一部分の分解断面斜視図である。FIG. 15 is an exploded sectional perspective view of a part of a display device to which a conventional electron emission source is applied.
【図16】同電子放出源の一部分の拡大断面斜視図であ
る。FIG. 16 is an enlarged cross-sectional perspective view of a part of the electron emission source.
【図17】同電子放出源の概略断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of the electron emission source.
【図18】同ディスプレイ装置におけるＲ、Ｇ、Ｂ三端子
の切り換えによる色選別を説明するための一部分の概略
断面図である。FIG. 18 is a partial schematic cross-sectional view for explaining color selection by switching the three terminals of R, G, and B in the display device.
【図19】同色選別時のタイミングチャートである。FIG. 19 is a timing chart when selecting the same color.
【図20】同電子放出源の電子放出性能を説明するための
概略断面斜視図である。FIG. 20 is a schematic cross-sectional perspective view for explaining the electron emission performance of the electron emission source.
【図21】同電子放出源の製造工程の一段階を示す概略断
面図である。FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a step in the manufacturing process of the electron emission source.
【図22】同電子放出源の製造工程の他の一段階を示す概
略断面図である。FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing another step in the manufacturing process of the electron emission source.
【図23】同電子放出源の製造工程の他の一段階を示す概
略断面図である。FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing another step in the manufacturing process of the electron emission source.
【図24】同電子放出源の製造工程の更に他の一段階を示
す概略断面図である。FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing still another step in the manufacturing process of the electron emission source.
【図25】同電子放出源の製造工程において溶断が生じる
状況を示す概略断面図である。FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing a situation where fusing occurs in the manufacturing process of the electron emission source.
11・・・下部基板 13、13’・・・カソード電極ライン 14・・・ゲート電極ライン 15・・・絶縁層 16・・・薄膜 20・・・微細孔（カソードホール） 22・・・交差領域 25・・・電子放出源（電極構体） 30・・・真空部 ｅ・・・電子 Ｅm ・・・等電位面 Ｒ、Ｇ、Ｂ・・・各色の螢光体11 ... Lower substrate 13, 13 '... Cathode electrode line 14 ... Gate electrode line 15 ... Insulating layer 16 ... Thin film 20 ... Micro hole (cathode hole) 22 ... Crossing region 25 ... Electron emission source (electrode structure) 30 ... Vacuum part e ... Electron Em ... Equipotential surface R, G, B ... Fluorescent substance of each color
Claims (16)
電極と第２の電極とが絶縁層を介し互いに対向して設け
られ、前記第２の電極及び前記絶縁層をそれぞれ貫通す
る微小孔が形成され、前記第１の電極と前記第２の電極
との間に電圧を印加することによって所定の粒子が前記
微小孔を通して放出されるように構成されている粒子放
出装置において、前記第１の電極の構成材料よりも仕事
関数が小さい粒子放出物質からなる薄膜が、少なくと
も、前記第１及び第２の電極の重なり合う領域のほぼ全
域に亘って設けられかつ前記微小孔内に部分的に露出す
るように設けられていることを特徴とする粒子放出装
置。1. A first electrode and a second electrode are provided to face each other with an insulating layer interposed therebetween so as to partially overlap with each other, and micropores penetrating the second electrode and the insulating layer respectively. In the particle emission device, the particle emission device is formed so that predetermined particles are emitted through the micropores by applying a voltage between the first electrode and the second electrode. A thin film made of a particle emitting substance having a work function smaller than that of the constituent material of the electrode is provided at least over substantially the entire overlapping region of the first and second electrodes and is partially exposed in the micropores. A particle emission device, characterized in that
り合う領域において、粒子放出物質からなる薄膜が第１
の電極を被覆している、請求項１に記載した粒子放出装
置。2. A thin film made of a particle emitting substance is at least in a first region in an overlapping region of the first and second electrodes.
2. The particle emitting device according to claim 1, wherein said electrode is coated.
と絶縁層との間に設けられている、請求項２に記載した
粒子放出装置。3. The particle emitting device according to claim 2, wherein a thin film made of a particle emitting substance is provided between the first electrode and the insulating layer.
り合う領域であって微小孔の存在しない領域において前
記第１の電極が設けられている、請求項１〜３のいずれ
か１項に記載した粒子放出装置。4. The first electrode according to claim 1, wherein the first electrode is provided at least in a region where the first and second electrodes are overlapped with each other and in which no micropore is present. Particle emission device.
ている、請求項４に記載した粒子放出装置。5. The particle emitting device according to claim 4, wherein the first electrode is formed in a grid pattern.
と絶縁層との間に設けられている、請求項５に記載した
粒子放出装置。6. The particle emitting device according to claim 5, wherein the first electrode is provided between the thin film made of the particle emitting substance and the insulating layer.
ート電極ラインとが絶縁層を介して基体上に積層され、
前記ゲート電極ライン及び前記絶縁層をそれぞれ貫通す
る微小孔が形成されていると共に、前記カソード電極ラ
インの構成材料よりも仕事関数が小さい電子放出物質か
らなる薄膜状の冷陰極が、前記カソード電極ラインと接
した状態で、少なくとも、前記カソード電極ラインと前
記ゲート電極ラインとの交差領域のほぼ全域に亘って設
けられ、電子放出源として構成された、請求項１〜６の
いずれか１項に記載した粒子放出装置。7. A cathode electrode line and a gate electrode line intersecting each other are laminated on a substrate via an insulating layer,
The thin-film cold cathode made of an electron-emitting substance having a work function smaller than that of the constituent material of the cathode electrode line is formed with fine holes penetrating the gate electrode line and the insulating layer, respectively. 7. The electron-emitting source according to claim 1, wherein the electron-emitting source is provided over substantially the entire intersection region between the cathode electrode line and the gate electrode line in a state of being in contact with. Particle emission device.
２分の１以下の厚みに設けられている、請求項１〜７の
いずれか１項に記載した粒子放出装置。8. The particle emitting device according to claim 1, wherein the thin film made of the particle emitting substance is provided to have a thickness of ½ or less of the insulating layer.
である、請求項１〜８のいずれか１項に記載した粒子放
出装置。9. The particle emitting device according to claim 1, wherein the particle emitting substance has a work function of 3.0 eV or less.
求項９に記載した粒子放出装置。10. The particle emitting device according to claim 9, wherein the particle emitting substance is diamond.
のいずれか１項に記載した粒子放出装置。11. The micropores are substantially circular, and the micropores are substantially circular.
The particle emission device according to any one of 1.
10のいずれか１項に記載した粒子放出装置。12. The micropores are slit-shaped, 1 to
Item 10. The particle emitting device according to any one of items 10.
粒子放出装置を具備する電界放出型装置。13. A field emission device comprising the particle emission device according to claim 1.
ン、微小孔付きの絶縁層及び薄膜状の冷陰極からなる第
１のパネルと、複数色の発光体及びこれらの発光体がそ
れぞれ被着された電極からなる第２のパネルとによって
電界放出型発光装置として構成された、請求項13に記載
した電界放出型装置。14. A first panel comprising a cathode electrode line, a gate electrode line, an insulating layer with micropores, and a thin film cold cathode, a plurality of color light emitters, and electrodes to which these light emitters are applied, respectively. 14. The field emission device according to claim 13, which is configured as a field emission light emitting device by a second panel including the.
プレイ装置として構成された、請求項14に記載した電界
放出型装置。15. The field emission device according to claim 14, configured as a field emission display device in which the light emitter is a phosphor.
前記基体上に粒子放出物質からなる薄膜を形成する工程
と、前記第１の電極及び前記薄膜を含む領域上に絶縁層
を形成する工程と、この絶縁層上に第２の電極を形成す
る工程と、この第２の電極及び前記絶縁層をそれぞれ貫
通する微小孔を形成する工程とを有する、請求項１〜15
のいずれか１項に記載した装置の製造方法。16. A step of forming a first electrode on a substrate,
Forming a thin film of a particle emitting substance on the substrate, forming an insulating layer on a region including the first electrode and the thin film, and forming a second electrode on the insulating layer. And a step of forming micropores penetrating the second electrode and the insulating layer, respectively.
A method for manufacturing the device according to any one of 1.
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