JP2000100315A - 冷陰極電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子放出特性の経時変化を抑制すると共に、複
数、形成された場合であっても均一な電子放出特性を示
す冷陰極電界電子放出素子を提供する。 【解決手段】冷陰極電界電子放出素子は、ゲート電極１
２，１６と電子放出層１４とが絶縁層１３，１５を介し
て積層されると共に、少なくとも電子放出層１４及び絶
縁層１３，１５を貫通する開口部１７が形成されて成
り、開口部１７の壁面から突出した電子放出層１４の端
部１４Ａから電子が放出され、電子放出層１４は抵抗体
層２３を介して電源２０に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極電界電子放
出素子、及び、かかる冷陰極電界電子放出素子が組み込
まれた冷陰極電界電子放出表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在主流の陰極線管（ＣＲＴ）に代わる
画像表示装置として、平面型（フラットパネル形式）の
表示装置が種々検討されている。このような平面型の表
示装置として、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロル
ミネッセンス表示装置（ＥＬＤ）、プラズマ表示装置
（ＰＤＰ）を例示することができる。また、熱的励起に
よらず固体から真空中に電子を放出することが可能な冷
陰極電界電子放出表示装置、所謂フィールド・エミッシ
ョン・ディスプレイ（ＦＥＤ）も提案されており、画面
の明るさ及び低消費電力の観点から注目を集めている。

【０００３】冷陰極電界電子放出表示装置（以下、単
に、表示装置と称する場合がある）は、一般に、２次元
マトリクス状に配列された各画素に対応して電子放出部
を有するカソード・パネルと、電子放出部から放出され
た電子との衝突により励起されて発光する蛍光体層を有
するアノード・パネルとが、真空層を介して対向配置さ
れた構成を有する。カソード・パネル上の各画素におい
ては、通常、複数の電子放出部が形成され、更に、電子
放出部から電子を放出させるためのゲート電極が形成さ
れている。かかる電子放出部とゲート電極とから構成さ
れた素子を、冷陰極電界電子放出素子、あるいは、電界
放出素子と称することにする。

【０００４】かかる表示装置において、低い駆動電圧で
大きな放出電子電流を得るためには、電子放出部の先端
形状を鋭く尖らせた形状とすること、個々の電子放出部
を微細化して、一画素に対応する区画内における電子放
出部の存在密度を高めること、電子放出部の先端とゲー
ト電極との距離を短縮することが必要である。従って、
これらを実現するために、従来より様々な構成を有する
冷陰極電界電子放出素子が提案されている。

【０００５】従来の電界放出素子の代表例の１つとし
て、電子放出部を円錐形の導電体で構成した、所謂スピ
ント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電界放出素子が知られている。
スピント型電界放出素子が組み込まれた表示装置のカソ
ード・パネル側においては、支持体上にカソード電極、
絶縁層及びゲート電極が順次形成されている。そして、
ゲート電極及び絶縁層を貫通するように、直径１μｍ程
度の微細な開口部が２次元マトリクス状に多数形成さ
れ、各開口部の底面に露出したカソード電極上に電子放
出部が１つずつ形成されている。開口部の開口端部を構
成するゲート電極に電圧が印加されると、これによって
生ずる電界の強度に応じて、電子放出部の先端部から電
子が放出される。放出された電子は開口部の外へ引き出
され、アノード・パネル側の蛍光体層に衝突してこの蛍
光体層を励起・発光させ、所望の画像の形成に寄与す
る。円錐形の電子放出部は、導電材料を垂直蒸着する過
程で開口部の開口端付近に形成されるこの導電材料のオ
ーバーハング状の堆積物による遮蔽効果を利用して、開
口部の内部に入射可能な蒸着粒子の量を経時的に減少さ
せることで自己整合的に形成される。

【０００６】ところで、スピント型電界放出素子の電子
放出特性は、開口部の開口端部を構成するゲート電極の
縁部から電子放出部の先端部までの距離に大きく依存す
る。しかしながら、大面積の支持体の全体に亙って電子
放出部の形状と寸法を均一に揃えることは、実際には極
めて困難であり、何らかの面内バラツキやロット間バラ
ツキは避けられない。このバラツキは、表示装置の画像
表示特性、例えば画像の明るさにバラツキを発生させる
原因となる。

【０００７】そこで、スピント型電界放出素子のこれら
の欠点を解消し得る表示装置として、所謂エッジ型電界
放出素子が提案されている。このエッジ型電界放出素子
の一例においては、スピント型電界放出素子における円
錐形の電子放出部の代わりに、支持体である絶縁性基板
の上に第１絶縁層、電子放出層、第２絶縁層、ゲート電
極を順次積層し、この積層体に開口部を設け、この開口
部の壁面に露出した電子放出層の端部（エッジ）を何ら
かの方法で開口部の壁面から突出させ、電子放出部とし
て利用する。

【０００８】電子放出層の端部を開口部の壁面から突出
させる方法としては、通常、異方性エッチングと等方性
エッチングを組み合わせて上記積層体を加工する方法が
採られる。即ち、ゲート電極は異方的条件下、ゲート電
極の直下の第２絶縁層は等方的条件下、第２絶縁層の直
下の電子放出層は異方的条件下、電子放出層の直下の第
１絶縁層は等方的条件下でそれぞれエッチングすること
により、第１絶縁層及び第２絶縁層の壁面をゲート電極
の開口端面や電子放出層の端部に比べて後退させる。か
かる構成によれば、ゲート電極の開口端部から電子放出
部の端部までの距離は、主として第２絶縁層の厚さに依
存することになり、この距離の制御はスピント型電界放
出素子の場合に比べて遥かに容易である。従って、大面
積の支持体上でも電子放出部の電子放出特性を均一化す
ることが容易となり、表示装置の画像の明るさも均一化
され得る。

【０００９】米国特許第５２１４３１７号公報には、電
子放出層の上側のみならず、下側にもゲート電極を設
け、電子放出層に一層強い電界を与えることが可能な構
造が開示されている。即ち、図１８に示すように、基板
１００上に導電層１０１、第１絶縁層１０２、下部ゲー
ト電極１０３、第２絶縁層１０４、電子放出層１０５、
第３絶縁層１０６、及び上部ゲート電極１０７を順次積
層した積層体に、導電層１０１を除く層を貫通し、底面
に導電層１０１が露出した開口部１０８が設けられてい
る。そして、下部ゲート電極１０３、電子放出層１０５
及び上部ゲート電極１０７に所定の電圧を印加すること
により生じた電界によって、開口部１０８の壁面から突
出した電子放出層１０５の先端部から電子ｅが放出さ
れ、かかる電子ｅが開口部１０８の外部へ導出される。
電子放出層１０５の先端部は、等方性エッチングで膜厚
を減ずることにより曲率半径が減少されており、これに
より電子放出密度が高められている。

【００１０】尚、上部ゲート電極１０７、電子放出層１
０５及び下部ゲート電極１０３に対面配置されている導
電膜１０９は、電子放出層１０５から放出された電子を
引き付けるための電極を構成し、開口部１０８の底面に
露出している導電層１０１は、表面保護、電位の安定
化、絶縁破壊やノイズの防止を目的として設けられてい
る。

【００１１】米国特許第５２１４３１７号に開示された
エッジ型電界放出素子では、電子を放出する電子放出部
である電子放出層１０５を略平板状（層状）に形成すれ
ばよく、上述したスピント型電界放出素子のように電子
放出部を３次元的に先鋭化させる必要がないため、スピ
ント型電界放出素子と比較して容易に製造することがで
きる。

【００１２】また、かかるエッジ型電界放出素子では、
ゲート電極１０３，１０７の縁部から電子放出層１０５
の端部までの距離は絶縁層１０４，１０６の厚さでほぼ
決定することができるため、この距離の制御はスピント
型電界放出素子に比べて遥かに容易であり、この意味に
おいて、スピント型電界放出素子の欠点はかなり解消さ
れている。従って、大面積の支持体上でも電子放出部の
電子放出特性を均一化することが容易となり、表示装置
の画像の明るさも均一化され得る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】電界放出素子に関する
問題として、電子放出部の電子放出特性のバラツキが挙
げられる。ゲート電極に印加される電圧と電子放出層に
印加される電圧の電位差ΔＶが或る閾値電位以上になる
と、電子放出層の端部から電子が放出され始める。そし
て、例えばゲート電極に印加される電圧の増加（即ち、
電位差ΔＶの増加）に伴い、電子放出層の端部からの電
子の放出によって生成する放出電子電流Ｉが急激に増加
する。また、放出電子電流Ｉが限界値Ｉ_MAXを越える
と、電子放出層の端部に破壊が生じる。

【００１４】電子放出部は、カソード・パネル上に数十
万個から数億個もの単位で同一プロセスにより形成され
るが、個々の電界放出素子は電子顕微鏡下で一見同じよ
うに観察されても、電界放出素子の閾値電位にはバラツ
キが存在する。このような状態にあっては、図１９の
（Ｂ）のＶ−Ｉ曲線に示すように、特性Ｄ₁，Ｄ₂を示す
電界放出素子には過電流によって破壊が生じる。一方、
特性Ｄ₃，Ｄ₄を示す電界放出素子においては、電子が放
出される。然るに、特性Ｄ₅，Ｄ₆を示す電界放出素子に
おいては、閾値電位以下であるが故に、電子放出層の端
部からの電子の放出が開始しない。尚、図１９におい
て、横軸は電位差ΔＶであり、縦軸は放出電子電流Ｉで
ある。このように、電界放出素子の閾値電位にバラツキ
があると、たとえ同一電位差ΔＶ₀であっても、端部か
ら電子が放出される電界放出素子と、端部から電子が放
出されない電界放出素子とが存在することになる。ま
た、実際には隣接ライン間でも数ボルトの電位バラツキ
が発生していることがあり、ひいてはライン間の輝度バ
ラツキの原因となっている。この電位バラツキや閾値電
位バラツキは、電子放出部の微視的な表面状態の差異に
起因すると考えられているが、原因は必ずしも明らかで
はなく、現行の製造技術ではほぼ不可避的に発生してい
る。また、時間経過に伴って、電子放出部の電子放出特
性が不均一になってしまうという問題もある。以上の結
果として、従来の電界放出素子を用いた表示装置では、
画像を鮮明に表示することができず、あるいは又、安定
して画像を表示することができないといった問題点があ
る。

【００１５】従って、本発明の目的は、電子放出特性の
経時変化を抑制すると共に、複数、形成された場合であ
っても均一な電子放出特性を示す冷陰極電界電子放出素
子、及び、かかる冷陰極電界電子放出素子が組み込まれ
た冷陰極電界電子放出表示装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子放出素子
（以下、単に、本発明の第１の態様に係る電界放出素子
と呼ぶ場合がある）は、ゲート電極と電子放出層とが絶
縁層を介して積層されると共に、少なくとも電子放出層
及び絶縁層を貫通する開口部が形成されて成り、開口部
の壁面から突出した電子放出層の端部から電子が放出さ
れる冷陰極電界電子放出素子であって、電子放出層は、
抵抗体層を介して電源に接続されることを特徴とする。

【００１７】本発明の第１の態様に係る電界放出素子に
おいては、ゲート電極は、第１ゲート電極と第２ゲート
電極とから成り、電子放出層は、第１絶縁層及び第２絶
縁層を介して第１ゲート電極及び第２ゲート電極に挟み
込まれるように配されている構成とすることが好まし
く、これによって、第１ゲート電極、第２ゲート電極及
び電子放出層による電界強度を高めることができ、高い
電子放出効率を達成することができる。また、抵抗体層
は、ゲート電極と電子放出層とが重複する重複領域以外
の領域に設けられている構成とすることが好ましく、こ
れによって、電界が発生する領域に、高い誘電率を有す
る抵抗体層が配されることがなくなり、配線容量（浮遊
容量）を小さくすることができる。

【００１８】上記の目的を達成するための本発明の第２
の態様に係る冷陰極電界電子放出素子（以下、単に、本
発明の第２の態様に係る電界放出素子と呼ぶ場合があ
る）は、（イ）支持体上に形成された第１ゲート電極、
（ロ）該第１ゲート電極上を含む支持体上に形成された
第１絶縁層、（ハ）該第１絶縁層上に形成された電子放
出層、（ニ）該第１絶縁層上に形成された配線、（ホ）
該電子放出層上及び配線上を含む第１絶縁層上に形成さ
れた第２絶縁層、（ヘ）該第２絶縁層上に形成された第
２ゲート電極、並びに、（ト）第２ゲート電極、第２絶
縁層、電子放出層及び第１絶縁層を貫通し、底部に第１
ゲート電極の表面が露出した開口部、を備え、開口部の
壁面から突出した電子放出層の端部から電子が放出され
る冷陰極電界電子放出素子であって、配線と電子放出層
とは抵抗体層によって電気的に接続されていることを特
徴とする。

【００１９】本明細書中における「突出」とは、開口部
によって形成される空間へ向かう方向、「後退」とは、
開口部によって形成される空間から離れる方向を表す用
語として、それぞれ使用する。

【００２０】本発明の第２の態様に係る電界放出素子に
おいては、第１ゲート電極は、第１ゲート電極延在部を
介して隣接する電界放出素子を構成する第１ゲート電極
と繋がっており、第１ゲート電極延在部を含む第１ゲー
ト電極の平面形状は帯状であり、第２ゲート電極は、第
２ゲート電極延在部を介して隣接する電界放出素子を構
成する第２ゲート電極と繋がっており、第２ゲート電極
延在部を含む第２ゲート電極の平面形状は帯状であり、
配線の平面外形形状は略帯状であり、第１ゲート電極及
び第１ゲート電極延在部、配線、第２ゲート電極及び第
２ゲート電極延在部の内、二者は共に第１方向に延び、
残りは第１方向と異なる第２方向に延び、支持体の法線
方向から見たときに、第１ゲート電極と電子放出層と第
２ゲート電極とが重複する重複領域以外の領域に抵抗体
層が形成されている構成とすることが好ましく、これに
よって、電界が発生する領域に、高い誘電率を有する抵
抗体層が配されることがなくなり、配線容量（浮遊容
量）を小さくすることができる。

【００２１】ここで、第１ゲート電極延在部を含む第１
ゲート電極（これらを総称してストライプ状の第１ゲー
ト電極と呼ぶ場合がある）、配線、第２ゲート電極延在
部を含む第２ゲート電極（これらを総称してストライプ
状の第２ゲート電極と呼ぶ場合がある）の内、二者が共
に第１方向に延び、残りは第１方向と異なる第２方向に
延びる形態には、 ストライプ状の第１ゲート電極とストライプ状の第
２ゲート電極とが共に第１方向に延び、配線が第１方向
と異なる第２方向延びる形態 ストライプ状の第１ゲート電極と配線とが共に第１
方向に延び、ストライプ状の第２ゲート電極は第１方向
と異なる第２方向に延びる形態 配線とストライプ状の第２ゲート電極とが共に第１
方向に延び、ストライプ状の第１ゲート電極は第１方向
と異なる第２方向に延びる形態 の３形態を挙げることができる。第１方向と第２方向と
は、効率よく重複領域を形成し得る限りにおいて互いに
如何なる角度を成していてもよいが、電界放出素子の集
積密度を考慮すると、直交することが最も望ましい。

【００２２】この場合、電子放出層の平面形状は島状で
あり、配線は電子放出層を囲んでいる構成とすることが
できる。更には、抵抗体層は、電子放出層上、配線上、
及び第１絶縁層上に形成されている構成とすることが好
ましい。

【００２３】本発明の第２の態様に係る電界放出素子に
おいては、（チ）第２ゲート電極上を含む第２絶縁層上
に形成された第３絶縁層、並びに、（リ）第３絶縁層上
に形成されたフォーカス電極を更に備え、第３絶縁層に
は前記開口部に連通する第２開口部が設けられている構
成とすることもできる。この場合、フォーカス電極と電
子放出層とは電気的に接続されていることが好ましい。

【００２４】フォーカス電極は、本発明の電界放出素子
が冷陰極電界電子放出表示装置に組み込まれた場合に、
アノード電極へ向かう電子の軌道を収束させ、以て、輝
度の向上や隣接画素間の色濁りの防止を可能とするため
の電極であり、カソード・パネルとアノード・パネルと
の間の距離が比較的長い表示装置を想定した場合に、特
に有効な電極である。フォーカス電極は、必ずしも電界
放出素子毎に設ける必要はなく、例えば、電界放出素子
の所定の配列方向に沿って配設することにより、複数の
電界放出素子に共通の収束効果を及ぼすこともできる。
従って、第３絶縁層に設けられる第２開口部は、必ずし
もフォーカス電極を構成する材料層に設けられている必
要はない。尚、フォーカス電極の電位は、通常、電子放
出層の電位と近似あるいは同一であるため、フォーカス
電極の開口端部が開口部や第２開口部の内部に向けて突
出していると、フォーカス電極から第１ゲート電極や第
２ゲート電極へ向かって電子放出が生ずる虞がある。従
って、フォーカス電極は第２開口部内へ突出しないよう
に設けられていることが特に望ましい。また、第２ゲー
ト電極の先端部を第３絶縁層から突出させることが、電
界強度を高める観点から特に好ましい。第２開口部の平
面形状は、フォーカス電極の構成に依り、開口部の平面
形状と合同又は相似としてもよいし、異なっていてもよ
い。

【００２５】抵抗体層は、各電界放出素子の電子放出特
性のバラツキを顕在化させ難くする役割を果たす。本発
明の第１若しくは第２の態様に係る電界放出素子におい
ては、抵抗体層の電気抵抗値は、１×１０⁵〜５×１０⁷
Ω、好ましくは１×１０⁵〜１×１０⁷Ω、一層好ましく
は１ＭΩ〜数ＭΩであることが望ましい。これは、１μ
Ａの電流に対して、例えば１ボルト〜数ボルトの電圧降
下が望める値である。抵抗体層を構成する材料として、
アモルファスシリコン等の半導体材料、酸化タンタル等
の酸化物、窒化タンタル等の窒化物を挙げることができ
る。また、本発明の第１若しくは第２の態様に係る電界
放出素子においては、電気抵抗率が熱変化による影響を
受け難く、電気抵抗率の温度変化が小さい材料から抵抗
体層を構成することが望ましく、具体的には、抵抗体層
の電気抵抗率温度係数αは±１００ｐｐｍ／゜Ｃ以下で
あることが望ましい。かかる抵抗体層を構成する材料と
して窒化タンタル（ＴａＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等の
炭化物を例示することができる。抵抗体層は、単層から
構成しても、複数層から構成してもよい。適切な電気抵
抗率温度係数αを有する材料を組み合わせて複数層から
抵抗体層を構成すれば、所望の電気抵抗値を有し、しか
も、所望の電気抵抗率温度係数αを有する抵抗体層を容
易に形成することができる。尚、Ｔ₀゜Ｃ（例えば０゜
Ｃ）における電気抵抗率をρ₀、Ｔ゜Ｃにおける電気抵
抗率をρとしたとき、電気抵抗率温度係数αは、以下の
式で表すことができる。ここで、電界放出素子を製造す
るときに抵抗体層が晒される最高温度（例えば５５０゜
Ｃ）をＴ゜Ｃとする。

【００２６】 α＝（ρ−ρ₀）／｛ρ₀（Ｔ−Ｔ₀）｝×１０⁶ｐｐｍ／゜Ｃ

【００２７】例えば、本発明の第２の態様に係る電界放
出素子において、抵抗体層と電子放出層及び配線との接
続は、半導体装置の製造分野における一般的な多層配線
の接続と同様に、電子放出層上及び配線上を含む第１絶
縁層上に絶縁膜を製膜し、かかる絶縁膜に形成された接
続孔を介して行うことも勿論可能であるが、電子放出層
の表面から第１絶縁層の表面を経て配線の表面に至るよ
うに行うこともできる。第１絶縁層の表面を経て電子放
出層と配線とを抵抗体層によって直接的に接続する構成
とすれば、電子放出層の上に新たに絶縁膜を設ける必要
も、接続孔形成用の孔部を形成する必要もない。従っ
て、電界放出素子の製造プロセスを大幅に簡略化するこ
とができるだけでなく、接続に要するスペースも少なく
て済み、集積度を高める観点からも好ましい。

【００２８】このように抵抗体層が配線の表面から第１
絶縁層の表面を経て電子放出層の表面に至るように形成
されていることは、即ち、抵抗体層を、電子放出層上、
配線上、及び第１絶縁層上に形成するということは、製
造プロセスの観点からみると、配線と電子放出層と第１
絶縁層の上で抵抗体層を直にパターニングしなければな
らないことを意味する。かかるパターニングを例えばエ
ッチング法にて行うためには、抵抗体層の構成材料とし
て、特定のエッチング種に対するエッチング速度が電子
放出層や配線、第１絶縁層よりも大きい材料から成る材
料を選択することが必要である。ここで、「特定のエッ
チング種」とは、抵抗体層をエッチングするためのエッ
チング種を意味する。例えば、第１絶縁層の構成材料と
して酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、電子放出層及び配線の
構成材料としてタングステン（Ｗ）、抵抗体層の構成材
料としてアモルファスシリコンをそれぞれ選択した場
合、ドライエッチングのエッチング種としてフッ素系エ
ッチング種や塩素系エッチング種を使用すれば、下地で
ある電子放出層や配線、第１絶縁層に対して十分に高い
選択比を維持しながら抵抗体層をエッチングし、所望の
形状にパターニングすることができる。その他、抵抗ペ
ーストを用い、スクリーン印刷法により抵抗体層を形成
することも可能であるし、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ
法、イオン・プレーティング法等、通常の薄膜作製プロ
セスを利用して形成することもできる。

【００２９】上記の目的を達成するための本発明の冷陰
極電界電子放出表示装置（以下、単に、本発明の表示装
置と呼ぶ場合がある）は、複数の画素から構成され、各
画素は、冷陰極電界電子放出素子と、冷陰極電界電子放
出素子に対向して基板上に設けられたアノード電極及び
蛍光体層とから構成された冷陰極電界電子放出表示装置
であって、各冷陰極電界電子放出素子は、（イ）支持体
上に形成された第１ゲート電極、（ロ）該第１ゲート電
極上を含む支持体上に形成された第１絶縁層、（ハ）該
第１絶縁層上に形成された電子放出層、（ニ）該第１絶
縁層上に形成された配線、（ホ）該電子放出層上及び配
線上を含む第１絶縁層上に形成された第２絶縁層、
（ヘ）該第２絶縁層上に形成された第２ゲート電極、並
びに、（ト）第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層
及び第１絶縁層を貫通し、底部に第１ゲート電極の表面
が露出した開口部、を備え、開口部の壁面から突出した
電子放出層の端部から電子が放出され、配線と電子放出
層とは抵抗体層によって電気的に接続されていることを
特徴とする。

【００３０】本発明の表示装置における冷陰極電界電子
放出素子としては、上述の本発明の第２の態様に係る電
界放出素子の各種の形態の全てを含み得る。

【００３１】本発明の表示装置においては、１つの電界
放出素子によって１画素を構成してもよいし、複数の電
界放出素子によって１画素を構成してもよい。

【００３２】本発明においては、従来のスピント型電界
放出素子のように開口部の平面形状を円形としてもよい
が、開口部の壁面に沿って電子放出層（即ち、開口部の
壁面から突出した電子放出層の端部）を配置できるエッ
ジ型電界放出素子の構造上、開口部の平面形状を、円形
以外にも、楕円、ｎ角形（但し、ｎは３以上の整数）
等、如何なる形状とすることもできる。ｎ角形は、正ｎ
角形でなくてもよく、又、その頂点は丸みを帯びていて
もよい。一例として、開口部の形状を縦横比の大きい矩
形あるいは溝形とし、矩形の長手方向に沿って、開口部
の壁面から端部が突出した電子放出層を配置することが
できる。

【００３３】尚、本発明の第２の態様に係る電界放出素
子において、開口部の壁面から電子放出層の端部を突出
させるためには、開口部を形成した後、第１絶縁層及び
第２絶縁層を等方的にエッチングすればよい。あるいは
又、第２絶縁層を貫通する開口部を形成した後、第２絶
縁層を等方的にエッチングし、第１絶縁層を貫通する開
口部を形成した後、第１絶縁層を等方的にエッチングす
ればよい。こうして、電子放出層の端部が第１絶縁層の
開口部形成面及び第２絶縁層の開口部形成面から突出す
ることになり、第１ゲート電極及び第２ゲート電極によ
って開口部内に形成される電界を電子放出層の端部に集
中させて効率良く電子放出を行わせることが可能とな
る。等方的なエッチングは、典型的には、ウェットエッ
チング、あるいはラジカルが主エッチング種となるドラ
イエッチング条件下で行うことができる。このときの電
子放出層端部の長さ、即ち、第１絶縁層及び第２絶縁層
の開口部形成面の後退量は、エッチング時間の長短によ
り制御することができる。

【００３４】本発明においては、ゲート電極（若しく
は、第１ゲート電極及び第２ゲート電極）、あるいはフ
ォーカス電極を構成する材料として、タングステン
（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデ
ン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、
銅（Ｃｕ）等の金属、これらの金属元素を含む合金層、
あるいはシリコン（Ｓｉ）等の半導体を例示することが
できる。尚、第これらの電極を構成する材料を、同一の
材料としてもよいし、同種の材料としてもよいし、異種
の材料としてもよい。これらの電極の形成方法として、
蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、イオン・プレーティン
グ法、印刷法、メッキ法等、通常の薄膜作製プロセスを
利用できる。

【００３５】電子放出層は、典型的には、タングステン
（Ｗ）やタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデ
ン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、あるい
はこれらの化合物（例えばＴｉＮ等の窒化物や、ＷＳｉ
₂、ＭｏＳｉ₂、ＴｉＳｉ₂、ＴａＳｉ₂等のシリサイ
ド）、あるいはダイヤモンド等の半導体から構成するこ
とができる。電子放出層の形成方法として、蒸着法、ス
パッタ法、ＣＶＤ法、イオン・プレーティング法、印刷
法、メッキ法等、通常の薄膜作製プロセスを利用でき
る。電子放出層の厚さは、おおよそ０．０５〜０．５μ
ｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍの範囲とすることが
望ましいが、かかる範囲に限定するものではない。

【００３６】本発明においては、支持体あるいは基板
は、少なくとも表面が絶縁性を有する材料から構成され
ていればよく、ガラス基板、表面に絶縁膜が形成された
ガラス基板、石英基板、表面に絶縁膜が形成された石英
基板、表面に絶縁膜が形成された半導体基板を挙げるこ
とができる。冷陰極電界電子放出表示装置の構成に依存
して、基板には透明性を要求される場合がある。

【００３７】絶縁層、第１絶縁層、第２絶縁層あるいは
第３絶縁層の構成材料としては、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、Ｓ
ｉＯＮ、ガラス・ペースト硬化物を単独あるいは適宜積
層して使用することができる。絶縁層の製膜には、ＣＶ
Ｄ法、塗布法、スパッタ法、印刷法等の公知のプロセス
が利用できる。

【００３８】本発明においては、電子放出層は抵抗体層
を介して電源に接続され、あるいは又、配線と電子放出
層とが抵抗体層によって電気的に接続されている。従っ
て、抵抗体層が無い場合と比較して、図１９の（Ａ）の
Ｖ−Ｉ曲線に示すように、Ｖ−Ｉ曲線の直線部の傾斜が
緩やかになる。即ち、特性Ｄ₁〜Ｄ₆を示す電界放出素子
の全てにおいて、電位差ΔＶ₀にて電子が放出され、し
かも、過電流によって破壊が生じることがない。このよ
うに、電界放出素子の閾値電位にバラツキがあっても、
同一電位差ΔＶ₀にて全ての電界放出素子の端部から電
子を放出させることができる。

【００３９】また、或る電界放出素子から放出される電
子が多くなると、抵抗体層における電圧降下が大きくな
る。その結果、ゲート電極と電子放出層との間の電位差
が小さくなり、電子放出層の端部から放出される電子の
数が抑制される。一方、或る電界放出素子から放出され
る電子が少なくなると、抵抗体層における電圧降下が小
さくなる。その結果、ゲート電極と電子放出層との間の
電位差が大きくなり、電子放出層の端部から放出される
電子の数が増加する。

【００４０】以上のとおり、抵抗体層を設けることによ
って、抵抗体層は、各電界放出素子の電子放出特性のバ
ラツキを顕在化させ難くすることができる。また、電界
放出素子の電子放出層に一定の電圧を印加している場合
であっても、電子放出層を流れる電流に変動が生じる場
合がある。このような場合においても、抵抗体層を設け
ることによって、電子放出層を流れる電流の変動を抑制
することができる。

【００４１】尚、電気抵抗率が熱変化による影響を受け
難く、電気抵抗率の温度変化が小さい材料、例えば、電
気抵抗率温度係数αが±１００ｐｐｍ／゜Ｃ以下である
材料から抵抗体層を構成すれば、一層優れた電子放出特
性を有する冷陰極電界電子放出素子あるいは冷陰極電界
電子放出表示装置を得ることができる。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態（以下、実施の形態と略称する）に基づき、本
発明の電界放出素子の典型的な構成例について説明す
る。

【００４３】（実施の形態１）実施の形態１は、本発明
の第１の態様及び第２の態様に係る電界放出素子、並び
に表示装置に関する。実施の形態１の表示装置の模式的
な一部端面図を図１に示し、概念図を図２に示す。ま
た、開口部の近傍における電界放出素子の分解斜視図を
図３に示し、開口部の近傍における電界放出素子の各構
成要素の配置を模式的に図４に示し、図４の線Ａ−Ａ及
び線Ｂ−Ｂに沿った電界放出素子の模式的な一部端面図
を図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。尚、図３及び図４に
おいては、図示の都合上、支持体及び全ての絶縁層を省
略している。

【００４４】実施の形態１の電界放出素子は、例えばガ
ラス基板から成る支持体１１、第１ゲート電極１２、第
１絶縁層１３、電子放出層１４、配線２０、第２絶縁層
１５、第２ゲート電極１６、並びに、開口部１７を備え
ている。第１ゲート電極１２は支持体１１上に形成され
ており、第１絶縁層１３は第１ゲート電極１２上を含む
支持体１１上に形成されている。また、電子放出層１４
及び配線２０は、第１絶縁層１３上に形成されている。
更に、第２絶縁層１５は、電子放出層１４上及び配線２
０上を含む第１絶縁層１３上に形成されており、第２ゲ
ート電極１６は、第２絶縁層１５上に形成されている。
開口部１７は、第２ゲート電極１６、第２絶縁層１５、
電子放出層１４及び第１絶縁層１３を貫通しており、そ
の底部には第１ゲート電極１２の表面が露出している。
そして、開口部１７の壁面から突出した電子放出層１４
の端部１４Ａから電子が放出される。開口部１７の平面
形状は略矩形状である。

【００４５】あるいは又、実施の形態１の電界放出素子
は、ゲート電極と電子放出層１４とが絶縁層を介して積
層されると共に、少なくとも電子放出層１４及び絶縁層
を貫通する開口部１７が形成されて成り、開口部１７の
壁面から突出した電子放出層１４の端部１４Ａから電子
が放出される。そして、実施の形態１においては、電子
放出層１４は、抵抗体層２３を介して電源（例えば、走
査回路）に接続されている。尚、ゲート電極は、第１ゲ
ート電極１２と第２ゲート電極１６とから成り、電子放
出層１４は、第１絶縁層１３及び第２絶縁層１５を介し
て第１ゲート電極１２及び第２ゲート電極１６に挟み込
まれるように配されている。

【００４６】電子放出層１４の端部１４Ａは電子放出部
として機能する部位であり、先鋭化されている。具体的
には、開口部１７の壁面から突出した電子放出層１４の
端部１４Ａの厚さは、先端に向かって、しかも、開口部
１７の上端側から下端側に向かって減少している。ま
た、第２ゲート電極１６の先端部は、第２絶縁層１５か
ら突出している。即ち、第１絶縁層１３に設けられた開
口部１７の上端部は電子放出層１４の端部１４Ａよりも
後退している。また、第２絶縁層１５に設けられた開口
部１７の下端部は電子放出層１４の端部１４Ａよりも後
退しており、第２絶縁層１５に設けられた開口部１７の
上端部は第２ゲート電極１６の先端部よりも後退してい
る。言い換えれば、電子放出層１４に形成された開口部
は、第１絶縁層１３に形成された開口部及び第２絶縁層
１５に形成された開口部よりも小さな開口寸法を有し、
第２ゲート電極１６に形成された開口部は、第２絶縁層
１５に形成された開口部よりも小さな開口寸法を有す
る。

【００４７】第１ゲート電極１２及び第２ゲート電極１
６は、図５の紙面垂直方向（表示装置の行方向）に帯状
に延びており、隣接する電界放出素子の第１ゲート電極
１２及び第２ゲート電極１６と共通である。即ち、複数
個の電界放出素子の第１ゲート電極１２は、第１ゲート
電極延在部１２Ａによって相互に電気的に接続され、一
方、複数個の電界放出素子の第２ゲート電極１６は、第
２ゲート電極延在部１６Ａによって相互に電気的に接続
されている。また、配線２０は、図５の紙面左右方向
（表示装置の列方向）に帯状に延びており、隣接する電
界放出素子の電子放出層１４を接続している。即ち、複
数個の電界放出素子の電子放出層１４は相互に電気的に
配線２０によって接続されている。ストライプ状の第１
ゲート電極１２及びストライプ状の第２ゲート電極１６
は同じ第１方向（図では、Ｙ方向で示す）に平行に延び
ており、配線２０は第２方向（図では、Ｘ方向で示す）
に延びている。即ち、ストライプ状の第１ゲート電極１
２及び第２ゲート電極１６と、配線２０とは、相互に直
交する方向に延びている。尚、図４においては、ストラ
イプ状の第２ゲート電極１６の下方に形成されているス
トライプ状の第１ゲート電極１２の図示を省略した。

【００４８】電子放出層１４は、上下を第１ゲート電極
１２と第２ゲート電極１６とで挟まれている。電子放出
層１４と第１ゲート電極１２と第２ゲート電極１６の三
者の平面配置が重なる部分が重複領域であり、図３では
矢印で示すＸ方向幅とＹ方向幅とが交差する矩形の領域
が重複領域となる。

【００４９】電気抵抗値が１０⁵〜１０⁷Ωとなるように
不純物が含有されたアモルファスシリコンから成る抵抗
体層２３によって、配線２０と電子放出層１４とは電気
的に接続されている。尚、このアモルファスシリコンの
電気抵抗率温度係数αは約３０ｐｐｍ／゜Ｃである。そ
して、支持体１１の法線方向から見たときに、第１ゲー
ト電極１２と電子放出層１４と第２ゲート電極１６とが
重複する重複領域以外の領域に抵抗体層２３が形成され
ている。尚、重複領域以外の領域を、以下、便宜上、外
領域と呼ぶ。それ故、第１ゲート電極１２及び第２ゲー
ト電極１６と配線２０との間の配線容量（浮遊容量）が
増大することがない。その結果、電界放出素子を比較的
に小さな配線容量で駆動することが可能となり、電界放
出素子において、駆動信号の遅延といった配線容量の増
大に起因する不都合を確実に防止することができ、表示
装置の電気回路の負担が増加することもなく、表示装置
の面内の均一性及び画質が劣化するといった問題もな
い。

【００５０】電子放出層１４は、重複領域に位置する島
状の矩形形状を有し、開口部１７を取り囲んでいる。更
には、配線２０は電子放出層１４を囲んでいる。実施の
形態１の電界放出素子においては、並列された３つの電
子放出層１４が一組として配線２０によって囲まれてい
るが、配線２０によって囲まれた電子放出層１４の形状
や数はこれに限定されない。図５の（Ａ）に示すよう
に、電子放出層１４の上及び配線２０の上、より具体的
には、電子放出層１４上、配線２０上、及び第１絶縁層
１３上に絶縁膜２１が設けられている。また、絶縁膜２
１の上には抵抗体層２３が形成されている。電子放出層
１４及び配線２０の上方の絶縁膜２１には孔部２２が開
口され、この孔部２２に抵抗体層２３が埋め込まれてい
る。尚、絶縁膜２１の構成材料は、第１絶縁層１３や第
２絶縁層１５と同じ構成材料、例えばＳｉＯ₂であって
もよいが、耐湿性等の特性を考慮して、例えばＳｉＮを
用いることが好ましい。但し、ＳｉＮのようにＳｉＯ₂
とはエッチング特性の異なる材料を使用する場合には、
図示するように、開口部１７の形成予定領域を避けたパ
ターニングを行い、開口部１７の壁面の後退や電子放出
層１４の端部の先鋭化を所望通りに行えるようにする必
要がある。外領域においては、図５の（Ｂ）に示すよう
に、絶縁膜２１を特にパターニングする必要はない。

【００５１】実施の形態１の表示装置は、図１に示すよ
うに、複数の画素から構成されている。各画素は、上述
の１つあるいは複数の電界放出素子と、電界放出素子に
対向配置して基板３１上に設けられたアノード電極３４
及び蛍光体層３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂから成る。アノー
ド電極３４はアルミニウムから成り、ガラスから成る透
明な基板３１の上に所定のストライプ状のパターンをも
って、交互に形成された蛍光体層３３Ｒ，３３Ｇ，３３
Ｂを被覆するように形成されている。尚、蛍光体層３３
Ｒは赤色を発光する蛍光体層であり、蛍光体層３３Ｇは
緑色を発光する蛍光体層であり、蛍光体層３３Ｂは青色
を発光する蛍光体層である。これらの蛍光体層３３Ｒ，
３３Ｇ，３３Ｂの間は、カーボン等の光吸収性材料から
成るブラック・マトリクス３２で埋め込まれており、表
示画像の色濁りが防止されている。尚、以下において
は、説明の簡素化のために、これらの蛍光体層３３Ｒ，
３３Ｇ，３３Ｂを総称して、単に、蛍光体層３３と呼
ぶ。電界放出素子を構成する開口部１７は蛍光体層３３
に対向して、マトリクス状に設けられている。基板３１
上における蛍光体層３３とアノード電極３４の積層順を
上記と逆にしても構わないが、この場合には、表示装置
の観察面側から見てアノード電極３４が蛍光体層３３の
手前に来るため、アノード電極３４をＩＴＯ（インジウ
ム・錫酸化物）等の透明導電材料にて構成する必要があ
る。また、一画素は、開口部１７が１つあるいは複数個
集合して構成されている。尚、参照番号３５（図２参
照）はピラーであり、カソード・パネル１０とアノード
・パネル３０との間を所定の間隔に維持する。

【００５２】実際の表示装置の構成においては、電界放
出素子はカソード・パネル１０の構成要素であり、アノ
ード電極３４及び蛍光体層３３はアノード・パネル３０
の構成要素である。そして、これらのカソード・パネル
１０とアノード・パネル３０とが枠体（図示せず）及び
フリット・ガラスを介して接合され、両パネルと枠体と
に囲まれた空間が高真空に排気されている。第１ゲート
電極１２と第２ゲート電極１６とは、外部で、具体的に
は、第１ゲート電極延在部１２Ａと第２ゲート電極延在
部１６Ａとは、それぞれ、表示装置の行方向の端部で、
制御回路５３Ａ，５３Ｂに接続されている。一方、配線
２０は、表示装置の列方向の端部で走査回路５２（電源
に相当する）に接続されている。

【００５３】電子放出層１４には走査回路５２から配線
２０及び抵抗体層２３を介して相対的に負電圧（例えば
０ボルト）が印加される。また、第１ゲート電極１２に
は制御回路５３Ａから相対的に正電圧（例えば、５０〜
８０ボルト程度のパルス状の信号電位）が印加され、第
２ゲート電極１６には制御回路５３Ｂから正電圧（例え
ば、３０ボルト）が印加され、アノード電極３４には第
１ゲート電極及び第２ゲート電極１６よりも更に高い正
電圧（例えば、０．３〜１０ｋボルト）が加速電源５１
から印加される。表示装置において表示を行う場合、制
御回路５３Ａ，５３Ｂにはビデオ信号、走査回路５２に
は走査信号が入力される。第１ゲート電極１２、第２ゲ
ート電極１６と電子放出層１４とに電圧を印加した際に
生ずる電界により、電子放出層１４の端部１４Ａから電
子が放出される。放出された電子は、第１ゲート電極１
２や第２ゲート電極１６に印加する電圧に依存して、直
接、アノード電極３４に引きつけられる。あるいは又、
放出された電子は、第１ゲート電極１２に引きつけら
れ、第１ゲート電極１２と衝突し、第１ゲート電極１２
において反射電子及び／又は２次電子が生成する。かか
る反射電子及び／又は２次電子が、アノード電極３４に
引きつけられる。こうして、マトリックス状に配された
電界放出素子を順次駆動することによって、画素を構成
する蛍光体層３３を順次発光させることができ、所望の
画像を表示することができる。

【００５４】以上のように、電界放出素子において、電
子放出層１４は抵抗体層２３を介して電源に接続され、
あるいは又、配線２０と電子放出層１４とは抵抗体層２
３によって電気的に接続されているので、電界放出素子
は、常に、安定した電子放出特性を示す。従って、電界
放出素子の電子放出特性が経時的に変化することを抑制
することができ、常に、所望量の電子を放出することが
可能となる。

【００５５】（実施の形態２）実施の形態２は、実施の
形態１の変形である。実施の形態２の電界放出素子及び
表示装置が実施の形態１と相違する点は、絶縁膜２１が
省略され、抵抗体層２３が、絶縁膜２１上に形成されて
いるのではなく、電子放出層１４上、配線２０上、及び
第１絶縁層１３上に形成されている点にある。図６の
（Ａ）及び（Ｂ）に、図４の線Ａ−Ａ及び線Ｂ−Ｂに沿
ったと同様の電界放出素子の模式的な一部端面図を示
す。

【００５６】抵抗体層２３は、図６からも明らかなよう
に、電子放出層１４と配線２０の上で、直接、パターニ
ングされている。電子放出層１４と配線２０との間に
は、第１絶縁層１３が露出しており（図６の（Ａ）を参
照）、抵抗体層２３は、第１絶縁層１３の表面上、並び
に電子放出層１４と配線２０の上に形成されている。こ
のような形態による接続は、絶縁膜２１に開口された接
続孔を介する接続に比べて少ない工程数で達成できる上
に、接続長を短縮して電界放出素子の微細化や高集積化
に貢献できること等の利点をもたらす。尚、その他の構
成は、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は省
略する。

【００５７】実施の形態２の電界放出素子の製造方法
を、図７〜図１０を参照して、以下、説明する。尚、こ
れらの図面では、重複領域を含む断面のみを代表して示
す。

【００５８】［工程−１００］先ず、図７の（Ａ）に示
すように、例えばガラス基板から成る支持体１１上に、
スパッタリング法によって厚さ０．０５〜０．３μｍ程
度のタングステン膜を成膜し、従来のリソグラフィ技術
及びドライエッチング技術に基づきタングステン膜をパ
ターニングし、第１ゲート電極１２及び第１ゲート電極
延在部１２Ａ（図７の（Ａ）には図示せず）を形成す
る。第１ゲート電極延在部１２Ａを含む第１ゲート電極
１２はＹ方向に延びている。

【００５９】［工程−１１０］次に、図７の（Ｂ）に示
すように、全面に第１絶縁層１３を形成する。ここでは
一例として、ＳｉＯ₂膜を約０．２〜１μｍ程度の厚さ
に形成する。更に、この第１絶縁層１３の上にタングス
テンから成る導電膜を０．０５〜０．３μｍ程度の厚さ
に形成した後、パターニングし、Ｘ方向に延びる配線２
０、及び矩形形状の電子放出層１４を形成する。

【００６０】［工程−１２０］次に、図８の（Ａ）に示
すように、電子放出層１４と配線２０とを電気的に接続
する抵抗体層２３を形成する。この抵抗体層２３は、例
えばプラズマＣＶＤ法により全面に形成された厚さ０．
０５〜０．２μｍ程度のアモルファスシリコン膜を、通
常の手順に従ってリソグラフィ技術及びドライエッチン
グ技術によりパターニングすることによって形成され
る。ドライエッチングには、プラズマ中にフッ素系エッ
チング種を生成し得るフッ素系ガスを用いる。電子放出
層１４や配線２０を構成するタングステン並びに第１絶
縁層１３を構成するＳｉＯ₂は、いずれもフッ素系エッ
チング種により高速にエッチングされる材料の代表例で
あるが、フッ素系エッチング種によるエッチング速度は
アモルファスシリコンよりも遥かに遅い。このため、絶
縁膜を介在させることなく、下地の電子放出層１４や配
線２０、第１絶縁層１３の上で、直接、抵抗体層２３を
パターニングすることができる。

【００６１】尚、実施の形態１の電界放出素子を作製す
る場合には、［工程−１１０］に引き続き、全面に厚さ
０．０５〜０．１μｍ程度の絶縁膜２１を形成し、リソ
グラフィ技術及びドライエッチング技術に基づき配線２
０及び電子放出層１４の上方の絶縁膜２１に孔部２２を
形成し、同時に、絶縁膜２１を所望の形状にパターニン
グした後、［工程−１２０］を実行すればよい。

【００６２】［工程−１３０］次に、図８の（Ｂ）に示
すように、全面に例えばＳｉＯ₂から成る第２絶縁層１
５を０．２〜１μｍ程度の厚さに形成する。更に、この
第２絶縁層１５の上に厚さ０．０５〜０．３μｍ程度の
タングステン膜を形成し、所定のパターニングを行うこ
とによって、第２ゲート電極１６及び第２ゲート電極延
在部１６Ａ（図８の（Ｂ）には図示せず）を得る。第２
ゲート電極延在部１６Ａを含む第２ゲート電極１６は、
重複領域を含む断面を示す図８の（Ｂ）では、第１ゲー
ト電極１２と縦方向位置が揃った配置をとる。尚、第２
ゲート電極１６の構成材料や厚さは、第１ゲート電極１
２と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【００６３】［工程−１４０］次に、全面をレジスト材
料膜で被覆し、通常の手順によるリソグラフィ技術及び
現像処理を経て、レジスト・パターン１８を形成する。
このレジスト・パターン１８は、矩形形状の電子放出層
１４のほぼ中央部の上方が露出したレジスト開口部１８
Ａを有する。レジスト開口部１８Ａの平面形状は矩形で
あり、図９の（Ａ）にはその短辺方向の断面が示されて
いる。矩形の短辺は１μｍ〜１００μｍ程度である。続
いて、レジスト開口部１８Ａの底面に露出した第２ゲー
ト電極１６を例えばＲＩＥ（反応性イオン・エッチン
グ）法により異方的にエッチングし、開口部の一部１７
Ａを形成する（図９の（Ａ）参照）。ここでは第２ゲー
ト電極１６をタングステンを用いて構成しているので、
ＳＦ₆ガスを用いたエッチングにより垂直壁を有する開
口部の一部１７Ａを形成することができる。

【００６４】［工程−１５０］次に、図９の（Ｂ）に示
すように、開口部の一部１７Ａの底面に露出した第２絶
縁層１５を等方的にエッチングし、開口部の一部１７Ｂ
を形成する。ここでは第２絶縁層１５をＳｉＯ₂を用い
て形成しているので、緩衝化フッ酸水溶液を用いたウェ
ットエッチングを行う。このとき、第２絶縁層１５の開
口部形成面は、第２ゲート電極１６の開口端面よりも後
退するが、このときの後退量はエッチング時間の長短に
より制御することができる。ここでは、第２絶縁層１５
に設けられた開口部の下端部が第２ゲート電極１６の開
口端面よりも後退するまで、第２絶縁層１５のウェット
エッチングを行う。

【００６５】［工程−１６０］次に、図１０の（Ａ）に
示すように、開口部の一部１７Ｂの底面に露出した電子
放出層１４を、イオンを主エッチング種とする条件によ
りドライエッチングする。イオンを主エッチング種とす
るドライエッチングでは、被エッチング物へのバイアス
電圧の印加やプラズマと磁界との相互作用を利用して荷
電粒子であるイオンを加速することができるため、一般
には異方性エッチングが進行し、被エッチング物の加工
面は垂直壁となる。しかし、この［工程−１６０］で
は、プラズマ中の主エッチング種の中にも垂直以外の角
度を有する入射成分が若干存在すること、及び第２ゲー
ト電極１６の開口端部における散乱によってもこの斜め
入射成分が生ずることにより、電子放出層１４の露出面
の中で、本来であれば第２ゲート電極１６によって遮蔽
されてイオンが到達しないはずの領域にも、ある程度の
確率で主エッチング種が入射する。このとき、支持体１
１の法線に対する入射角の小さい主エッチング種ほど入
射確率は高く、入射角が大きい主エッチング種ほど入射
確率は低い。

【００６６】従って、電子放出層１４に形成された開口
部の一部１７Ｃの上端部の位置は第２絶縁層１５の下端
部とほぼ揃っているものの、開口部の一部１７Ｃの下端
部はその上端部よりも突出した状態となる。つまり、電
子放出層１４の端部１４Ａの厚さが、突出方向の先端部
に向けて薄くなり、端部が先鋭化される。ここでは、エ
ッチング・ガスとしてＳＦ₆を用いると、電子放出層１
４を上述のような形状に加工し、開口部の一部１７Ｃを
形成することができる。

【００６７】［工程−１７０］続いて、開口部の一部１
７Ｃの底面に露出した第１絶縁層１３を等方的にエッチ
ングし、開口部１７を完成させる（図１０の（Ｂ）参
照）。ここでは、前述の第２絶縁層１５の場合と同様
に、緩衝化フッ酸水溶液を用いたウェットエッチングを
行う。第１絶縁層１３の開口部形成面は、電子放出層１
４に形成された開口部の一部１７Ｃの下端部よりも後退
する。このときの後退量はエッチング時間の長短により
制御可能である。このとき、先に形成された第２絶縁層
１５の開口部形成面は更に後退する。尚、開口部１７の
完成後にレジスト・パターン１８を除去すると、図６に
示した構成を得ることができる。

【００６８】以上のようにして作製された電界放出素子
を有するカソード・パネル１０を、スペーサを介してア
ノード・パネル３０と接合し、両パネルの間の空間を高
真空に排気し、外部電源回路を接続すると、エッジ型電
界放出素子を備えた表示装置が完成される。アノード・
パネル３０には、所定のパターンに形成された蛍光体層
３３とアノード電極３４が設けられている。外部電源回
路には第１ゲート電極用の電源（制御回路５３Ａ）、第
２ゲート電極用の電源（制御回路５３Ｂ）、電子放出層
用の電源（走査回路５２）、アノード用電源（加速電源
５１）が含まれ、第１ゲート電極１２及び第２ゲート電
極１６に正電圧、アノード・パネル３０のアノード電極
３４にこれより大きな正電圧が印加される。また、電子
放出素子を動作させる場合には、電子放出層１４には負
電圧が印加され、あるいは又、電子放出層１４は接地さ
れる。一方、電子放出素子を動作させない場合には、電
子放出層１４には第２ゲート電極１６に印加される電圧
と略等しい電圧を印加する。

【００６９】かかる電子放出素子の構成においては、開
口部１７の壁面に露出した電子放出層１４の端部１４Ａ
に強い電界が加わり、量子トンネル効果により端部から
電子が放出される。放出された電子の一部は、そのまま
開口部１７からアノード・パネル３０に設けられた蛍光
体層３３に向かい、あるいは又、第１ゲート電極１２の
表面で反跳された後に蛍光体層３３に向かう。更に、電
子放出層１４から放出された電子の衝突により第１ゲー
ト電極１２の表面から２次電子放出が生ずることもあ
り、かかる２次電子も蛍光体層３３に向かう。これらい
ずれの電子も、最終的には蛍光体層３３を励起させこれ
を発光させることに寄与する。

【００７０】（実施の形態３）実施の形態３は、実施の
形態１あるいは実施の形態２の変形である。実施の形態
３においては、抵抗体層２３を、アモルファスシリコン
から構成する代わりに、窒化タンタル（ＴａＮ）から構
成する。スパッタリング法にて窒化タンタルを製膜する
場合、スパッタリング装置、スパッタリング条件によっ
て、窒化タンタルの電気抵抗値を所望の値（例えば、６
ＭΩ）に制御することができる。しかも、窒化タンタル
の電気抵抗率温度係数αは約−６０ｐｐｍ／゜Ｃであ
る。従って、電界放出素子を製造するときに抵抗体層が
晒される最高温度（例えば５５０゜Ｃであり、カソード
・パネル１０とアノード・パネル３０と枠体とをフリッ
ト・ガラスを用いて接合するときのフリット・ガラスの
焼成温度）においても、抵抗体層の電気抵抗率が熱変化
による影響を受け難く、電気抵抗率の温度変化が小さい
ので、一層優れた電子放出特性を有する冷陰極電界電子
放出素子あるいは冷陰極電界電子放出表示装置を得るこ
とができる。尚、電界放出素子の製造プロセスにも依る
が、最高温度３００゜Ｃ乃至６００゜Ｃの熱工程を経る
場合もあり、この場合には、室温からかかる最高温度に
おいて、抵抗体層の電気抵抗率温度係数αが±１００ｐ
ｐｍ／゜Ｃ以下であることが望ましい。

【００７１】以上、本発明を、発明の実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。電界放出素子の構造の細部、製造方法における加工
条件や使用した材料等の詳細事項に関しては、適宜変
更、選択、組合せが可能である。

【００７２】発明の実施の形態においては、ストライプ
状の第１ゲート電極１２及びストライプ状の第２ゲート
電極１６は同じ第１方向（Ｙ方向で示す）に平行に延び
ており、配線２０は第２方向（Ｘ方向で示す）に延びて
いる形態を説明したが、ストライプ状の第１ゲート電極
１２及び第２ゲート電極１６と、配線２０の延びる方向
は、これに限定されない。

【００７３】開口部の近傍における電界放出素子の各構
成要素の配置を模式的に図１１に示し、開口部の近傍に
おける電界放出素子の分解斜視図を図１２に示すよう
に、配線２０とストライプ状の第２ゲート電極１６とが
共に第１方向（Ｘ方向）に延び、ストライプ状の第１ゲ
ート電極１２は第１方向と異なる第２方向（Ｙ方向）に
延びる形態とすることもできる。あるいは又、開口部の
近傍における電界放出素子の分解斜視図を図１３に示す
ように、配線２０とストライプ状の第１ゲート電極１２
とが共に第１方向（Ｘ方向）に延び、ストライプ状の第
２ゲート電極１６は第１方向と異なる第２方向（Ｙ方
向）に延びる形態とすることもできる。尚、図１１〜図
１３においては、図示の都合上、支持体及び全ての絶縁
層を省略している。第１方向と第２方向とは、効率よく
重複領域を形成し得る限りにおいて互いに如何なる角度
を成していてもよいが、電界放出素子の集積密度を考慮
して、直交する方向とした。尚、実施の形態１〜実施の
形態３にて説明した電界放出素子の構成を、図１１〜図
１３に示した構成に適用することができる。

【００７４】また、配線２０は必ずしも電子放出層１４
を囲んでいる必要はなく、実施の形態１にて説明した電
界放出素子を、図１４に示すように変形することができ
る。尚、図１４は、開口部の近傍における電界放出素子
の分解斜視図である。図１４に示す電界放出素子におい
ては、配線２０に囲まれていない電界放出素子が存在す
る。尚、このような形態を本発明の他の電界放出素子に
も適用することができる。

【００７５】図１５に示す電界放出素子は、実施の形態
１にて説明した電界放出素子の変形であり、第２ゲート
電極１６上を含む第２絶縁層１５上に形成された第３絶
縁層４０、並びに、第３絶縁層４０上に形成されたフォ
ーカス電極４２を更に備え、第３絶縁層４０には開口部
１７に連通する第２開口部４１が設けられている。ここ
で、図１５は、図４の線Ａ−Ａに沿ったと同様の電界放
出素子の変形例の模式的な一部端面図である。尚、フォ
ーカス電極４２と電子放出層１４とは電気的に接続され
ていることが好ましい。尚、このような形態を本発明の
他の電界放出素子にも適用することができる。

【００７６】本発明の第１の態様に係る電界放出素子に
おいて、ゲート電極と電子放出層とが絶縁層を介して積
層された構成には、図４の線Ａ−Ａ及び線Ｂ−Ｂに沿っ
たと同様の模式的な一部端面図を図１６の（Ａ）及び
（Ｂ）に示すように、ゲート電極６２と電子放出層６４
とが絶縁層６３を介して積層されると共に、電子放出層
６４及び絶縁層６３を貫通する開口部６７が形成されて
成り、開口部６７の壁面から突出した電子放出層６４の
端部６４Ａから電子が放出され、電子放出層６４は抵抗
体層２３を介して電源（例えば、走査回路）に接続され
る構成を含むこともできる。具体的には、この電界放出
素子は、支持体６１上に形成されたゲート電極６２と、
ゲート電極６２上を含む支持体６１上に形成された絶縁
層６３と、絶縁層６３上に形成された電子放出層６４及
び配線２０と、電子放出層６４及び絶縁層６３を貫通
し、底部にゲート電極６２の表面が露出した開口部６７
を備え、開口部６７の壁面から突出した電子放出層６４
の端部６４Ａから電子が放出され、配線２０と電子放出
層６４とは抵抗体層２３によって電気的に接続されてい
る。尚、かかる電界放出素子を実施の形態１にて説明し
たアノード・パネルと組み合わせれば、冷陰極電界電子
放出表示装置を得ることができる。

【００７７】あるいは又、本発明の第１の態様に係る電
界放出素子において、ゲート電極と電子放出層とが絶縁
層を介して積層された構成には、図４の線Ａ−Ａ及び線
Ｂ−Ｂに沿ったと同様の模式的な一部端面図を図１７の
（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ゲート電極７６と電子
放出層７４とが絶縁層７５を介して積層されると共に、
少なくとも電子放出層７４及び絶縁層７５を貫通する開
口部７７が形成されて成り、開口部７７の壁面から突出
した電子放出層７４の端部７４Ａから電子が放出され、
電子放出層７４は抵抗体層２３を介して電源（例えば、
走査回路）に接続される構成を含むこともできる。具体
的には、この電界放出素子は、支持体７１上に形成され
た下層絶縁層７３と、下層絶縁層７３上に形成された電
子放出層７４及び配線２０と、電子放出層７４上及び配
線２０上を含む下層絶縁層７３上に形成された絶縁層７
５と、絶縁層７５上に形成されたゲート電極７６と、ゲ
ート電極７６、絶縁層７５及び電子放出層７４を貫通し
た開口部７７を備え、開口部７７の壁面から突出した電
子放出層７４の端部７４Ａから電子が放出され、配線２
０と電子放出層７４とは抵抗体層２３によって電気的に
接続されている。尚、開口部７７は、図１７の（Ａ）に
示すように、下層絶縁層７３を貫通し、底部に支持体７
１が露出した状態となっていてもよいし、下層絶縁層７
３の一部分にのみ形成され、開口部７７の底部は下層絶
縁層７３に止まっている状態とされてもよい。尚、かか
る電界放出素子を実施の形態１にて説明したアノード・
パネルと組み合わせれば、冷陰極電界電子放出表示装置
を得ることができる。

【００７８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の冷陰極電界電子
放出素子あるいは冷陰極電界電子放出表示装置において
は、抵抗体層を設けることによって、各電界放出素子の
電子放出特性のバラツキを顕在化させ難くすることがで
きるし、電子放出層を流れる電流の変動を抑制すること
ができる。また、各電界放出素子の電子放出特性の経時
変化を抑制することができ、安定した電子放出特性を得
ることができる。更には、電気抵抗率が熱変化による影
響を受け難く、電気抵抗率の温度変化が小さい材料、例
えば、電気抵抗率温度係数αが±１００ｐｐｍ／゜Ｃ以
下である材料から抵抗体層を構成すれば、一層優れた電
子放出特性を有する冷陰極電界電子放出素子あるいは冷
陰極電界電子放出表示装置を得ることができる。従っ
て、本発明の冷陰極電界電子放出表示装置においては、
常に良好な画像を表示することができる。また、抵抗体
層を平面配置上、重複領域外に置けば、電界放出素子を
比較的に小さな配線容量で駆動することが可能となり、
しかも、電界放出素子において、駆動信号の遅延といっ
た配線容量の増大に起因する不都合を確実に防止するこ
とができるし、表示装置の電気回路の負担が増加するこ
ともなく、表示装置の面内の均一性及び画質が劣化する
といった問題も生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出表示
装置の模式的な一部端面図である。

【図２】発明の実施の形態１の冷陰極電界電子放出表示
装置の概念図である。

【図３】開口部の近傍における発明の実施の形態１の冷
陰極電界電子放出素子の分解斜視図である。

【図４】開口部の近傍における発明の実施の形態１の冷
陰極電界電子放出素子の各構成要素の配置を模式的に示
す図である。

【図５】図４の線Ａ−Ａ及び線Ｂ−Ｂに沿った発明の実
施の形態１の冷陰極電界電子放出素子の模式的な一部端
面図である。

【図６】図４の線Ａ−Ａ及び線Ｂ−Ｂに沿ったと同様
の、発明の実施の形態２の冷陰極電界電子放出素子の模
式的な一部端面図である。

【図７】発明の実施の形態２の冷陰極電界電子放出素子
の製造プロセスを説明するための支持体等の模式的な一
部端面である。

【図８】図８に引き続き、発明の実施の形態２の冷陰極
電界電子放出素子の製造プロセスを説明するための支持
体等の模式的な一部端面である。

【図９】図９に引き続き、発明の実施の形態２の冷陰極
電界電子放出素子の製造プロセスを説明するための支持
体等の模式的な一部端面である。

【図１０】図９に引き続き、発明の実施の形態２の冷陰
極電界電子放出素子の製造プロセスを説明するための支
持体等の模式的な一部端面である。

【図１１】開口部の近傍における、本発明の冷陰極電界
電子放出素子の変形例における各構成要素の配置を模式
的に示す図である。

【図１２】開口部の近傍における、図１１に示す本発明
の冷陰極電界電子放出素子の変形例の分解斜視図であ
る。

【図１３】開口部の近傍における、本発明の冷陰極電界
電子放出素子の別の変形例の分解斜視図である。

【図１４】開口部の近傍における、発明の実施の形態１
の冷陰極電界電子放出素子の変形例の分解斜視図であ
る。

【図１５】図４の線Ａ−Ａに沿ったと同様の、発明の実
施の形態１の冷陰極電界電子放出素子の変形例の模式的
な一部端面図である。

【図１６】本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子放
出素子の変形例の模式的な一部端面図である。

【図１７】本発明の第１の態様に係る冷陰極電界電子放
出素子の変形例の模式的な一部端面図である。

【図１８】従来のエッジ型の電界放出素子の一構成例を
示す模式的な一部端面図である。

【図１９】本発明及び従来例の冷陰極電界電子放出素子
のＶ−Ｉ曲線を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１０・・・カソードパネル、１１・・・支持体、１２・
・・第１ゲート電極、１３・・・第１絶縁層、１４・・
・電子放出層、１４Ａ・・・電子放出層の端部、１５・
・・第２絶縁層、１６・・・第２ゲート電極、１７・・
・開口部、１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ・・・開口部の一
部、１８・・・レジスト・パターン、１８Ａ・・・レジ
スト開口部、２０・・・配線、２１・・・絶縁膜、２２
・・・孔部、２３・・・抵抗体層、３０・・・アノード
・パネル、３１・・・基板、３２・・・ブラック・マト
リクス、３３，３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂ・・・蛍光体
層、３４・・・アノード電極、３５・・・ピラー、４０
・・・第３絶縁層、４１・・・第２開口部、４２・・・
フォーカス電極、５１・・・加速電源、５２・・・走査
回路、５３Ａ，５３Ｂ・・・制御回路

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ゲート電極と電子放出層とが絶縁層を介し
   て積層されると共に、少なくとも電子放出層及び絶縁層
   を貫通する開口部が形成されて成り、開口部の壁面から
   突出した電子放出層の端部から電子が放出される冷陰極
   電界電子放出素子であって、 電子放出層は、抵抗体層を介して電源に接続されること
   を特徴とする冷陰極電界電子放出素子。
2. 【請求項２】ゲート電極は、第１ゲート電極と第２ゲー
   ト電極とから成り、 電子放出層は、第１絶縁層及び第２絶縁層を介して第１
   ゲート電極及び第２ゲート電極に挟み込まれるように配
   されていることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電
   界電子放出素子。
3. 【請求項３】抵抗体層の電気抵抗値は、１×１０⁵〜５
   ×１０⁷Ωであることを特徴とする請求項１に記載の冷
   陰極電界電子放出素子。
4. 【請求項４】抵抗体層は、ゲート電極と電子放出層とが
   重複する重複領域以外の領域に設けられていることを特
   徴とする請求項１に記載の冷陰極電界電子放出素子。
5. 【請求項５】（イ）支持体上に形成された第１ゲート電
   極、 （ロ）該第１ゲート電極上を含む支持体上に形成された
   第１絶縁層、 （ハ）該第１絶縁層上に形成された電子放出層、 （ニ）該第１絶縁層上に形成された配線、 （ホ）該電子放出層上及び配線上を含む第１絶縁層上に
   形成された第２絶縁層、 （ヘ）該第２絶縁層上に形成された第２ゲート電極、並
   びに、 （ト）第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層及び第
   １絶縁層を貫通し、底部に第１ゲート電極の表面が露出
   した開口部、を備え、 開口部の壁面から突出した電子放出層の端部から電子が
   放出される冷陰極電界電子放出素子であって、 配線と電子放出層とは抵抗体層によって電気的に接続さ
   れていることを特徴とする冷陰極電界電子放出素子。
6. 【請求項６】抵抗体層の電気抵抗値は、１×１０⁵〜５
   ×１０⁷Ωであることを特徴とする請求項５に記載の冷
   陰極電界電子放出素子。
7. 【請求項７】抵抗体層の電気抵抗率温度係数は、±１０
   ０ｐｐｍ／゜Ｃ以下であることを特徴とする請求項５に
   記載の冷陰極電界電子放出素子。
8. 【請求項８】抵抗体層は窒化タンタルから成ることを特
   徴とする請求項７に記載の冷陰極電界電子放出素子。
9. 【請求項９】第１ゲート電極は、第１ゲート電極延在部
   を介して隣接する電界放出素子を構成する第１ゲート電
   極と繋がっており、第１ゲート電極延在部を含む第１ゲ
   ート電極の平面形状は帯状であり、 第２ゲート電極は、第２ゲート電極延在部を介して隣接
   する電界放出素子を構成する第２ゲート電極と繋がって
   おり、第２ゲート電極延在部を含む第２ゲート電極の平
   面形状は帯状であり、 配線の平面外形形状は略帯状であり、 第１ゲート電極及び第１ゲート電極延在部、配線、第２
   ゲート電極及び第２ゲート電極延在部の内、二者は共に
   第１方向に延び、残りは第１方向と異なる第２方向に延
   び、 支持体の法線方向から見たときに、第１ゲート電極と電
   子放出層と第２ゲート電極とが重複する重複領域以外の
   領域に抵抗体層が形成されていることを特徴とする請求
   項５に記載の冷陰極電界電子放出素子。
10. 【請求項１０】配線は電子放出層を囲んでいることを特
    徴とする請求項９に記載の冷陰極電界電子放出素子。
11. 【請求項１１】抵抗体層は、電子放出層上、配線上、及
    び第１絶縁層上に形成されていることを特徴とする請求
    項１０に記載の冷陰極電界電子放出素子。
12. 【請求項１２】抵抗体層は、特定のエッチング種に対す
    るエッチング速度が電子放出層及び第１絶縁層よりも大
    きい材料から構成されていることを特徴とする請求項１
    １に記載の冷陰極電界電子放出素子。
13. 【請求項１３】複数の画素から構成され、 各画素は、冷陰極電界電子放出素子と、冷陰極電界電子
    放出素子に対向して基板上に設けられたアノード電極及
    び蛍光体層とから構成された冷陰極電界電子放出表示装
    置であって、 各冷陰極電界電子放出素子は、 （イ）支持体上に形成された第１ゲート電極、 （ロ）該第１ゲート電極上を含む支持体上に形成された
    第１絶縁層、 （ハ）該第１絶縁層上に形成された電子放出層、 （ニ）該第１絶縁層上に形成された配線、 （ホ）該電子放出層上及び配線上を含む第１絶縁層上に
    形成された第２絶縁層、 （ヘ）該第２絶縁層上に形成された第２ゲート電極、並
    びに、 （ト）第２ゲート電極、第２絶縁層、電子放出層及び第
    １絶縁層を貫通し、底部に第１ゲート電極の表面が露出
    した開口部、を備え、 開口部の壁面から突出した電子放出層の端部から電子が
    放出され、 配線と電子放出層とは抵抗体層によって電気的に接続さ
    れていることを特徴とする冷陰極電界電子放出表示装
    置。