JP2003173744A

JP2003173744A - 電界放出型電子源およびその製造方法ならびに表示装置

Info

Publication number: JP2003173744A
Application number: JP2001370629A
Authority: JP
Inventors: Kuniyoshi Yokoo; 邦義横尾; Shusuke Mimura; 秀典三村; Tomoshi Ueda; 智志上田; Toshihiro Yamamoto; 敏裕山本; Masahiko Seki; 昌彦関; Mizuyoshi Atozawa; 瑞芳後沢; Tatsuya Takei; 達哉武井; Hiroshi Hagiwara; 啓萩原
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2003-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に大面積に形成することができる電界放
出型電子源およびその製造方法ならびに表示装置を提供
する。【解決手段】電界放出型電子源１０は、下部電極１２
と微粒子層１４と上部電極１６とを有する。上部電極１
６は、多数の孔部１６ａを有する。微粒子層１４は、第
１および第２の充填部１８、２０で構成される。第１の
充填部１８は、上部電極１６の孔部１６ａより離間した
位置から下方に延出し、下面が下部電極１２に接するよ
うに、柱状に設けられた導電性材料からなる微粒子１８
ａの層である。第２の充填部２０は、第１の充填部１８
の周囲に配置される。第２の充填部２０は、絶縁材料か
らなる絶縁層２２で被覆された導電性材料からなるコア
２３を有する微粒子２０ａの層である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出型電子源
およびその製造方法ならびに表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電界放出型冷陰極電子源（以下、単に電
子源という。）として、いわゆるスピント型と呼ばれる
電子源や、下部電極、絶縁層および上部電極を順次積層
した構造を有する平面積層型電子源がある。

【０００３】前者のスピント型電子源１ａは、図１３に
模式的に示すように、通常モリブデンからなる微小な三
角錐状のチップ（エミッタ）２ａを多数配置した下部電
極３ａと、チップ２ａの先端部を露出する孔部４ａが形
成された上部電極５ａと、下部電極３ａおよび上部電極
５ａの間に形成された絶縁部６ａとを有する。スピント
型電子源１ａは、下部電極３ａに対して上部電極５ａに
正電圧を印加することにより、孔部４ａを通して電子を
放出するように構成されている。

【０００４】このスピント型電子源は、研究の歴史も長
く現在最も完成度の高い技術と考えられている。

【０００５】しかしながら、上記スピント型電子源は、
立体形状のチップを含む電子源を複雑な微細加工技術に
より形成するため製造プロセスが複雑であり、また、多
数の三角錐状の下部電極を精度良く形成することは必ず
しも容易ではない等の不具合点がある。特に、スピント
型電子源を大面積に形成するときには、これらの不具合
は顕著になる。

【０００６】このスピント型電子源と類似の構成の電子
源として、カーボンナノチューブ型の電子源が検討され
ている。カーボンナノチューブ型電子源１ｂは、図１４
に模式的に示すように、スピント型電子源１ａにおける
チップ２ａに変えてカーボンナノチューブの層２ｂをエ
ミッタとするものである。なお、図１４中、参照符号３
ｂは下部電極を示し、参照符号４ｂはカーボンナノチュ
ーブの層２ｂを露出する孔部を示し、参照符号５ｂは上
部電極を示す。

【０００７】カーボンナノチューブ型電子源は、電子放
出特性、化学的安定性等に優れるとされている。

【０００８】しかしながら、カーボンナノチューブ型電
子源は、カーボンナノチューブの長さを揃えて形成する
ことが難しく、カーボンナノチューブの先端位置がまち
まちとなる。そのため、上部電極とカーボンナノチュー
ブの先端との間の距離が場所によって異なり、電子を引
き出す電界に違いを生じる。したがって、カーボンナノ
チューブ型電子源を用いた画素構造のディスプレイの場
合には、画素によって輝度等にバラツキを生じるという
不具合がある。

【０００９】上記したスピント型電子源等の不具合点を
解消するものとして、電子源の各構成部分を全て積層方
法によって形成する、前記後者の平面積層型の電子源が
ある。平面積層型電子源には、代表的なものとして、Ｍ
ＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型およびＭＩ
Ｍ（Metal Insulator Metal）型がある。下部電極とし
て、ＭＩＳ型の場合はｎ型シリコン基板が用いられ、Ｍ
ＩＭ型の場合は例えばアルミニウム等の金属材料が用い
られる。

【００１０】上記積層型の電子源は、下部電極から供給
された電子がトンネル現象により絶縁層を通過して上部
電極に到達し、到達した電子の一部が上部電極の仕事関
数の障壁を越えて、上部電極から放出されるように構成
されている。このため、上部電極の厚みは、上部電極の
表面から均一に電子を放出できるように、上部電極内で
の電子の平均自由工程と同程度の１〜１０ｎｍに形成さ
れる。

【００１１】また、積層型電子源と類似の構成の電子源
として、ＢＳＤ型（Ballistic electron Surface-Emi
tting Display）電子源が検討されている。ＢＳＤ型電
子源１ｃは、図１５に模式的に示すように、柱状の半導
体結晶であるポリシリコン７ｃと、ポリシリコン７ｃ間
に介在するシリコン酸化膜（図示せず。）が表面に形成
されたナノメータオーダーの微結晶シリコン層２ｃとか
らなる多孔質ポリシリコン層６ｃをエミッタとするもの
である。

【００１２】ＢＳＤ型電子源は、電子放出特性の真空度
依存性が小さく、かつポッピング現象が発生せず安定し
て高効率で電子を放出することができるとされている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＭＩＳ型等の一般的な積層型電子源およびＢＳＤ型電子
源は、いずれも、上部電極を上記のように薄層に形成す
るため、生産性が低く、また、大面積の電子源を製造す
ることが困難であるという課題を有する。

【００１４】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
のであり、容易に大面積に形成することができる電界放
出型電子源およびその製造方法ならびに表示装置を提供
することを主な目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電界放出型
電子源は、下部電極と、多数の微粒子が充填された微粒
子層と、上部電極とが順次積層された積層構造を有し、
該上部電極は、多数の孔部を有し、該微粒子層は、第１
および第２の充填部で構成され、該第１の充填部は、該
上部電極の該孔部より離間した位置から下方に延出し、
下面が該下部電極に接する導電性材料または半導体材料
からなる柱状の微粒子の層であり、該第２の充填部は、
該第１の充填部の周囲に配置され、上面が該上部電極に
接する、絶縁材料で被覆された導電性材料または半導体
材料からなる微粒子の層であることを特徴とする。

【００１６】本発明の上記の構成により、発光素子を形
成したときに、陽極基板に向けた電子放出箇所となる多
数の孔部を上部電極に備え、また、第１の充填部の微粒
子の層の上面の最上部の微粒子を含む複数の微粒子が各
孔部から露出することにより、無数の電子放出サイトを
有するため、平均化効果により均一に電子を放出するこ
とができる。また、電子源は、絶縁層を格別に設ける必
要がないとともに、微粒子層を含む全層をスクリーン印
刷等の塗布法によって形成することができるため、容易
に大面積に形成することができる。また、このとき、電
子放出サイトとなる第１の充填部はエッチング法により
容易に形成することができる。

【００１７】この場合、前記第１および第２の充填部の
微粒子が５μｍ以下の平均粒径を有すると、微粒子層を
容易に形成することができ、好適である。

【００１８】ここで、粒径の下限は特に制限がないが、
５ｎｍ以上程度が好ましい。

【００１９】また、この場合、前記絶縁材料の被覆厚み
が１μｍ以下であると、第1の充填部の微粒子を形成す
るときに酸化皮膜の除去を容易に行うことができ、より
好適である。

【００２０】ここで、被覆厚みの下限は特に制限がない
が、１ｎｍ以上程度が好ましい。

【００２１】また、本発明に係る電界放出型電子源の製
造方法は、上記の電界放出型電子源の製造方法であっ
て、下部電極を形成する工程と、該下部電極上に絶縁層
で被覆された微粒子を充填状態に積層して微粒子積層部
を形成する工程と、孔部を有する上部電極を形成する工
程と、上部電極をマスクとして該微粒子積層部をエッチ
ングして、孔部の下の柱状の微粒子の層の微粒子の絶縁
層を除去して第１の充填部を形成すると同時に該第１の
充填部の周囲に絶縁層が除去されなかった微粒子の層か
らなる第２の充填部を形成することを特徴とする。

【００２２】これにより、微粒子積層部を積層形成し、
さらにエッチングすることにより電子放出サイトを容易
に形成することができる。

【００２３】また、本発明に係る表示装置は、上記の電
界放出型電子源を含む陰極基板と、該陰極基板の電子放
出方向に対向して設けられた陽極基板とを有する発光素
子を備えてなることを特徴とする。

【００２４】ここで、発光素子を構成する陽極基板は、
蛍光部および電極を有するものである。

【００２５】これにより、上記電界放出型電子源の効果
を好適に発揮する表示装置を得ることができる。

【００２６】また、本発明に係る表示装置は、陰極基板
と、該陰極基板の電子放出方向に対向して設けられた陽
極基板とを有する発光素子を備え、該陰極基板は下部電
極および上部電極を有し、該下部電極および該上部電極
はそれぞれ複数の帯状電極部で構成され、該下部電極の
該複数の帯状電極部および該上部電極の該複数の帯状電
極部を交差させて行列状に配列して複数の交差部が設け
られ、該交差部が、該下部電極および上部電極の間に微
粒子層を備えた上記の電界放出型電子源であり、該陽極
基板は、電極と、該交差部に対向する位置に該交差部に
対応して設けられた蛍光部とを有することを特徴とす
る。

【００２７】これにより、行列状に形成された画素にパ
ターンを表示することができる。

【００２８】この場合、前記蛍光部は、異なる色の蛍光
を発生する２以上の種類の蛍光体が配置されてなると、
カラー表示することができて好適である。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態（以下、本実
施の形態例という。）について、以下に説明する。

【００３０】まず、本実施の形態例に係る電界放出型電
子源について、図１および図２を参照して説明する。

【００３１】図１に示すように、本実施の形態例に係る
電界放出型電子源１０は、下部電極１２と、下部電極１
２上に形成される微粒子層１４と、微粒子層１４上に形
成される上部電極１６とを有する。

【００３２】下部電極１２は、通常のＭＩＭ型積層型電
子源の下部電極と同様のアルミニウム等の導電性材料か
らなる薄膜または厚膜である。導電性材料としては、ア
ルミニウムのほか、金、銀、クロム、銅、ニッケル、
鉄、コバルト、モリブデン等の金属を用いてもよく、こ
のとき、これらの金属の合金を用いてもよい。この場
合、下部電極１２は、単一の種類の導電性材料によりま
たは複数の種類の導電性材料を混合して形成した単一の
層であってもよく、あるいはまた複数の層の積層構造で
あってもよい。また、下部電極１２は、通常のＭＩＳ型
積層型電子源の下部電極と同様のｎ型シリコン基板等で
あってもよい。

【００３３】下部電極１２の厚みＴ３には特に制限はな
いが、例えば、１００ｎｍ（１０００Å）〜１０μｍ程
度である。

【００３４】上部電極１６は、下部電極１２と同様の導
電性材料からなる薄膜である。但し、上部電極１６は、
多数の孔部１６ａを有する点が通常の上部電極と相違す
る。上部電極１６は、厚みＴ４には制限がないが、好適
には５０〜２００ｎｍ程度の厚みに形成する。

【００３５】微粒子層１４は、多数の微粒子が充填され
た状態に形成されており、第１および第２の充填部１
８、２０で構成される。

【００３６】第１の充填部１８は、上部電極１６の孔部
１６ａより離間した位置から下方に延出し、下面が下部
電極１２に接するように、柱状に設けられた導電性材料
からなる微粒子１８ａの層である。第１の充填部１８
は、図１では、模式的に、１〜２個の微粒子１８ａが水
平方向に配置された状態に示されているが、微粒子を充
填する構造上、最上部では少なくとも１個の微粒子１８
ａ−１が孔部１６ａに最も近接した状態に配置される。
一方、第１の充填部１８は、下方、例えば、最下部で
は、複数個の微粒子１８ａが水平方向に配置されていて
もよい。

【００３７】微粒子１８ａは、導電性材料として上下電
極と同様の金属等を用いることができ、例えばアルミニ
ウムにより形成される。微粒子１８ａは、平均粒径が５
μｍ以下であり、例えば１００ｎｍ程度である。

【００３８】第１の充填部１８は、孔部１６ａとの間に
存在する空間（隙間）によって上部電極１６と電気的に
絶縁可能な状態にあり、一方、柱状に充填された状態の
上下の各微粒子１８ａが接触するとともに下面の最下部
の微粒子１８ａ−２が下部電極１２に接することによっ
て下部電極１２と導通可能な状態にある。すなわち、第
１の充填部１８は、最上部の微粒子１８ａ−１が電子放
出サイトとなり、いわば、スピント型電子源の微小な三
角錐状のチップに相当する。但し、スピント型電子源の
場合、チップの先端部のみから電子が放出する構造であ
るのに対して、第１の充填部１８の場合、孔部１６ａに
近接した微粒子１８ａ−１の複数の箇所から電子を放出
することができ、さらには、この微粒子１８ａ−１の周
辺の微粒子１８ａからも電子を放出することができる構
造である点でスピント型電子源と相違する。

【００３９】第２の充填部２０は、第１の充填部１８の
周囲に配置される。第２の充填部２０は、図１に示すよ
うに、上面が上部電極１６に接する、絶縁材料からなる
絶縁層２２で被覆された導電性材料からなるコア２３を
有する微粒子２０ａの層である。なお、図１に示すよう
に第２の充填部２０の下面が下部電極１２に接する構造
であってもよく、また、第２の充填部２０の下面と下部
電極１２との間に第１の充填部１８の微粒子１８ａが介
在した構造であってもよい。

【００４０】第２の充填部２０は、厚みに特に制限はな
いが、好適には、１００μｍ以下の厚みＴ１に形成す
る。なお、第１の充填部１８も、隙間の有無の差異はあ
るものの、第２の充填部２０と略同じ厚みである。

【００４１】微粒子２０ａは、コア２３を形成する導電
性材料として第１の充填部１８の微粒子１８ａと同様の
金属等を用いることができ、例えばアルミニウムを用い
る。微粒子２０ａは、コア２３の平均粒径Ｄが例えば第
１の充填部の微粒子と同様に５μｍ以下であり、例えば
第１の充填部の微粒子と同じ１００ｎｍ程度である。コ
ア２３を被覆する絶縁層２２は、厚みが１μｍ以下に形
成され、ここでは例えば１〜１０ｎｍ程度の厚みＴ２を
有する。

【００４２】第２の充填部２０は、第１の充填部１８を
上部電極１６と離間させて電気的に絶縁状態に保持可能
とする機能を有するとともに、上部電極１６と下部電極
１２とを電気的に絶縁状態で接合する絶縁層としての機
能を有する。

【００４３】なお、第１の充填部１８の微粒子１８ａお
よび第２の充填部２０のコア２３は、例えば、リンをド
ープしたシリコン等の半導体材料で形成してもよい。

【００４４】以上説明した本実施の形態例に係る電界放
出型電子源１０の製造方法について、以下説明する。

【００４５】電界放出型電子源１０は、前掲した図１に
示すように、基板２４上に形成される。この電界放出型
電子源１０および基板２４は、後述する発光素子の陰極
基板を構成する。

【００４６】まず、基板２４上に下部電極１２を形成す
る。

【００４７】電極の形成方法は、後述する上部電極１６
と同様であり、スクリーン印刷法、真空蒸着法あるいは
スパッタリング法等を用いることができる。ここでは、
スパッタリング法により下部電極を形成する。

【００４８】下部電極１２上に微粒子層１４の元となる
微粒子積層部を形成する。

【００４９】微粒子積層部は、まず、ガス中蒸発法等を
用いて、アルミニウムの微粒子の表面を酸化させて微粒
子２０ａを形成した後、スクリーン印刷法、静電振動
法、スプレー法あるいは圧着法等の適宜の方法を用いて
微粒子２０ａを下部電極１２上に積層することにより形
成することができる。なお、ガス中蒸発法で形成した微
粒子２０ａを直ちにスプレー法で基板２４に噴射して積
層して微粒子積層部を形成することも可能である。

【００５０】例えば、まず、ガス中蒸発法により微粒子
２０ａ形成する場合、ヘリウム等の不活性ガス中に適量
の酸素を導入したガス雰囲気下でアルミニウム材料を抵
抗加熱して蒸発させる。これにより、緻密な酸化皮膜を
有するアルミニウムの微粒子２０ａを得る。つぎに、ス
クリーン印刷法により微粒子積層部を形成する場合、微
粒子２０ａと、溶媒およびビヒクル等とを混合したペー
ストを基板２４にスクリーン印刷した後、１２０℃程度
の温度で乾燥してビヒクル中の溶媒を除去し、さらに４
００〜５２０℃の温度で焼成して、ビヒクル中の樹脂等
の有機物を除去する。これにより、微粒子２０ａが積層
された微粒子積層部を得る。この場合、ガス中蒸発法に
より形成された酸化皮膜が緻密であるため、微粒子２０
ａの酸化皮膜が厚くなりすぎることがない。また、電子
源として使用するときに酸化が進行することもない。

【００５１】また、スクリーン印刷法に代えて静電振動
法により微粒子積層部を形成する場合、特開平６−１５
８３５０号公報に開示された方法を用いることができ
る。

【００５２】この場合、図３に示すように、表面酸化し
たアルミニウムの微粒子２０ａを下部電極１２上に分布
させ、ついで、下部電極１２上に図示しない絶縁部材を
載置し、絶縁部材の上に微粒子積層部形成電極１７を配
置し、下部電極１２、微粒子積層部形成電極１７および
絶縁部材により密閉空間を形成する。その後、密閉空間
内を減圧した状態で所定の電圧を下部電極１２および微
粒子積層部形成電極１７間に印加し、さらに所定の条件
で印加電圧を上昇させる。その結果、下部電極１２およ
び微粒子積層部形成電極１７間に形成された電界によ
り、微粒子２０ａは下部電極１２および微粒子積層部形
成電極１７間で振動を開始し、電界の強度の増大に伴い
激しくなった振動により、微粒子２０ａは下部電極１２
および微粒子積層部形成電極１７に衝突し、下部電極１
２および微粒子積層部形成電極１７の表面に埋め込まれ
堆積され、微粒子積層部が形成される。この方法によれ
ば、略常温下で微粒子層１４を形成することができるた
め、酸化皮膜が厚膜に形成されるおそれがない点におい
て、上記スクリーン印刷法よりもより好適である。な
お、図３中、参照符号２４ａ、２４ｂはそれぞれ下部電
極１２および微粒子積層部形成電極１７が載置されるガ
ラス基板を示す。

【００５３】上記いずれかの方法により下部電極１２の
上に微粒子積層部を形成した後、微粒子積層部の上に上
部電極１６を形成する。

【００５４】上部電極１６は、下部電極１２と同様の方
法により形成することができる。このとき、例えばスパ
ッタリングして成膜することで、島（アイランド）状に
形成され、隣り合う島間に無数の孔部１６ａを有する上
部電極１６が形成される。あるいは、無数の孔部１６ａ
を有する板状の上部電極１６が形成される。ここで、従
来の平面積層型の電子源の場合、電子を透過させるため
に上部電極は前記したように１０ｎｍ以下程度の薄膜に
形成する必要があるが、本実施の形態例の場合、上部電
極１６は電子放出サイトではなく電子を孔部に吸引する
ためのものであるため、任意の厚みに形成することがで
き、また、厚みの均一性も必要ではない。このため、印
刷法等の塗布法により上部電極１６を容易に大面積に形
成することができる。

【００５５】さらに、以下の方法により、第１および第
２の充填部１８、２０からなる微粒子層１４を形成す
る。

【００５６】上部電極１６を言わばマスクとして、例え
ばふっ酸等のエッチング液を用いて微粒子積層部をエッ
チングする。このとき、孔部１６ａから微粒子層１４内
に浸透したエッチング液は略孔部１６ａの直下の微粒子
のみをエッチングし、微粒子表面の酸化皮膜が除去され
る。これにより、酸化皮膜が除去された柱状の微粒子の
層が第１の充填部１８となり、酸化皮膜が除去されなか
った微粒子の層が第１の充填部２０となる。このとき、
エッチング液の流入により、下層の微粒子が密充填され
るにつれて、孔部１６ａの直下の微粒子は下方へあるい
は周囲に押し流されて、孔部１６ａとその直下の微粒子
１８ａ−１との間に隙間が形成される。

【００５７】以上説明した本実施の形態例に係る電界放
出型電子源１０は、無数の電子放出サイトを有するた
め、平均化効果により均一に電子を放出することができ
る。また、電子源は、絶縁層を格別に設ける必要がない
とともに、微粒子層を含む全層をスクリーン印刷等の塗
布法によって形成することができるため、容易に大面積
に形成することができる。また、このとき、電子放出サ
イトとなる第１の充填部はエッチング法により容易に形
成することができる。

【００５８】また、電界放出型電子源１０は、上部電極
の孔部と第１の充填部の最上部の微粒子との間の間隙を
１００ｎｍの粒径を有する微粒子１個分程度に形成する
と、上部電極と電子放出サイトが近接しているため、上
下電極間に印加する電圧を小さくすることができ、駆動
回路の低廉化および低消費電力化を図ることができる。

【００５９】本実施の形態例に係る電界放出型電子源１
０は、後述するように蛍光部を発光させる発光素子に構
成することにより、表示装置、ライトバルブあるいはバ
ックライトに好適に用いることができるとともに、さら
に走査型電子顕微鏡等の他の用途にも広く適用すること
ができる。

【００６０】つぎに、本実施の形態例に係る表示装置の
第一の例について、図４を参照して説明する。

【００６１】表示装置は、図４に示す発光素子を有す
る。

【００６２】発光素子２６は、陰極基板２８と、陰極基
板２８に対向して設けられた陽極基板３０とで構成され
る。

【００６３】陰極基板２８は、本実施の形態例に係る電
界放出型電子源１０と、電界放出型電子源１０が載置さ
れた基板２４とで構成される。

【００６４】基板２４は、ガラスやセラミックス等の絶
縁性の基板である。

【００６５】陽極基板３０は、ガラス等により形成した
基板３２の上にＩＴＯ等により形成した透明電極３４が
設けられ、さらに順次、例えばＣＲＴで使われるＰ２２
蛍光体で形成した蛍光部３６およびアルミバック３８が
積層して形成され、アルミバック３８の側を陰極基板２
８に向けて配置されている。なお、アルミバック３８
は、透明電極がない場合に透明電極に変わって電極とし
て機能するとともに、輝度の向上、蛍光部の劣化防止あ
るいは蛍光部の帯電防止等の役割を有するものである
が、通常、透明電極を有する場合であって後述する電圧
Ｖａが４ｋＶ以下のときには設けなくてもよい。

【００６６】陰極基板２８および陽極基板３０は、図示
しないスペーサにより所定間隔離間して保持、一体化さ
れる。また、各部材は図示しない筐体内に収容され、陰
極基板２８と陽極基板３０との間の空間部が真空に保持
される。

【００６７】発光素子２６は、陰極基板２８において、
下部電極１２を負極とし上部電極１６を正極として例え
ば５０Ｖ以下の電圧Ｖｋを印加することにより、生成す
る高電界下、第１の充填部１８の最上部の微粒子１８ａ
−１等から孔部１６ａを通って電子が放出され、さらに
上部電極１６に対して透明電極３４を正極として例えば
４ｋＶ以上の電圧Ｖａを印加することで、電子が陽極基
板３０に吸引、加速され、蛍光部３６に衝突し、発光す
る。生成した発光（可視光）は、透明電極３４および基
板３２を透過して外部より視認される。なお、図４中、
記号Ｉｇはダイオード電流を示し、記号Ｉａはエミッシ
ョン電流を示す。

【００６８】上記第一の例の発光素子２６を有する表示
装置は、前記した電界放出型電子源１０の効果を好適に
発揮することができる。

【００６９】つぎに、本実施の形態例に係る表示装置の
第二の例について、図５〜図１０を参照して説明する。

【００７０】第二の例の表示装置は、第一の例の発光素
子２６と同様に陰極基板４２および陽極基板４４で構成
される発光素子を有する。

【００７１】陰極基板４２について、図５〜図７を参照
して説明する。

【００７２】陰極基板４２は、下部電極４４が基板４６
の上に図５中上下方向に延出する帯状（ストライプ状）
に形成された９本の下部電極部４４ａ〜４４ｉで構成さ
れている。また、上部電極４８が下部電極４４の上に下
部電極部（帯状電極部）４４ａ〜４４ｉと交差して図５
中左右方向に延出する帯状に形成された３本の上部電極
部（帯状電極部）４８ａ〜４８ｃで構成されている。上
部電極４８と下部電極４４とが交差する３行９列の交差
部（図５中矢印Ａで示す。）は、上部電極４８と下部電
極４４との間に本実施の形態例に係る電界放出型電子源
１０の微粒子層１４が形成されている。すなわち、交差
部Ａは、本実施の形態例に係る電界放出型電子源１０で
構成されている。

【００７３】陰極基板４２は、以下の方法により形成す
る。

【００７４】基板４６上に形成する下部電極４４は、厚
みに応じて適宜選択した方法を用いることができる。下
部電極４４を厚膜に形成するときは、導電性ペーストを
スクリーン印刷する方法あるいはフォトリソグラフィ法
を用いることができる。また、下部電極４４を薄膜に形
成するときは、スパッタリング法等の蒸着法を用いるこ
とができ、この場合、蒸着後、レジストをパターニング
し、エッチングやリフトオフ等により不要部分を除去
し、９つの下部電極部４４ａ〜４４ｉを形成することが
できる。

【００７５】ついで、下部電極４４上に、既に説明した
方法により微粒子層１４を形成する。この場合、図示す
るように交差部Ａのみに選択的に微粒子層１４を積層し
てもよいが、前記したように積層される微粒子２０ａは
絶縁層２４で被覆されているため、これに限らず、全面
ベタに微粒子積層部を形成してもよい。

【００７６】さらに、下部電極４４と同様の方法によ
り、上部電極４８を形成する。

【００７７】最後に、既に説明した方法で微粒子層１４
をエッチングして第１および第２の充填部１８、２０を
形成する。

【００７８】陽極基板４４について、図８〜図１０を参
照して説明する。

【００７９】陽極基板４４は、蛍光部５０が、基板５２
の上に、陰極基板４２と対応して３行９列の帯状の蛍光
体部５０ａに形成されている。蛍光体部５０ａは、例え
ば近接する３つの蛍光体部５０ａ−１、５０ａ−２．５
０ａ−３がそれぞれ赤、青、緑色の発色を呈する蛍光体
で形成される。基板５２上の蛍光体部５０ａ間の隙間に
は、ブラックマトリクス５４が形成されている。さら
に、最上層にアルミバック５６が蛍光体部５０ａおよび
ブラックマトリクス５４の全面を覆って形成される。な
お、この場合、アルミバック５６は陽極基板４４の電極
部の役割を果たす。

【００８０】上記陽極基板４４の各層は、スクリーン印
刷法やスパッタリング法等の適宜の方法を用いて形成す
ることができる。

【００８１】上記のように構成された第２の例の表示装
置は、赤、青、緑色の発色を呈する蛍光体部５０ａ−
１、５０ａ−２．５０ａ−３の組で構成される９個の画
素（交差部Ａ）を制御することにより、カラー動画表示
することができ、このとき、前記した電界放出型電子源
１０の効果を好適に発揮することができる。

【００８２】つぎに、本実施の形態例に係るライトバル
ブについて、図１１を参照して説明する。

【００８３】図１１に示すように、本実施の形態例に係
るライトバルブ５８は、直径が５〜３０ｍｍ程度の真空
管６０の内部に、本実施の形態例の表示装置と同様の陰
極基板６２および陽極基板６４を対向させて配置した構
成を有する。すなわち、陰極基板６２は、基板６６、下
部電極６８、微粒子層７０および上部電極７２を積層し
た構造であり、陽極基板６４は、基板としてのレンズ７
４に蛍光部７６および電極としてのアルミバック７８を
積層した構造である。

【００８４】本実施の形態例に係るライトバルブ５８
は、屋外や屋内の大型表示装置用の発光素子や、信号機
用の発光素子としての利用が考えられ、このとき、前記
した電界放出型電子源１０の効果を好適に発揮すること
ができる。

【００８５】つぎに、本実施の形態例に係るバックライ
トについて、図１２を参照して説明する。

【００８６】図１２に示すように、本実施の形態例に係
るバックライト８０は、所謂直下型のバックライトであ
り、光照射部としての本実施の形態例の表示装置と同様
の陰極基板８２と、発光部としての本実施の形態例の表
示装置と同様の陽極基板８４とを対向させて配置した構
成を有する。すなわち、陰極基板８２は、基板８５、下
部電極８６、微粒子層８８および上部電極９０で構成さ
れ、陽極基板８４は、基板９２、蛍光部９４およびアル
ミバック９６で構成される。陰極基板８２および陽極基
板８４は、スペーサ９８により所定間隔離間して固定さ
れている。

【００８７】本実施の形態例に係るバックライト８０
は、例えば液晶パネルをバックライト８０の上に載置す
ることにより、透過型液晶表示装置として利用すること
ができ、このとき、前記した電界放出型電子源１０の効
果を好適に発揮することができる。

【００８８】

【発明の効果】本発明に係る電界放出型電子源によれ
ば、下部電極と、多数の微粒子が充填された微粒子層
と、上部電極とが順次積層された積層構造を有し、上部
電極は多数の孔部を有し、微粒子層は第１および第２の
充填部で構成され、第１の充填部は上部電極の孔部より
離間した位置から下方に延出し、下面が下部電極に接す
る導電性材料または半導体材料からなる柱状の微粒子の
層であり、第２の充填部は第１の充填部の周囲に配置さ
れ、上面が上部電極に接する、絶縁材料で被覆された導
電性材料または半導体材料からなる微粒子の層であるた
め、発光素子を形成したときに、無数の電子放出サイト
を有するため、平均化効果により均一に電子を放出する
ことができる。また、電子源は、絶縁層を格別に設ける
必要がないとともに、微粒子層を含む全層をスクリーン
印刷等の塗布法によって形成することができるため、容
易に大面積に形成することができる。また、電子放出サ
イトとなる第１の充填部はエッチング法により容易に形
成することができる。

【００８９】また、本発明に係る電界放出型電子源の製
造方法によれば、下部電極を形成する工程と、下部電極
上に絶縁層で被覆された微粒子を充填状態に積層して微
粒子積層部を形成する工程と、孔部を有する上部電極を
形成する工程と、上部電極をマスクとして微粒子積層部
をエッチングして、孔部の下の柱状の微粒子の層の微粒
子の絶縁層を除去して第１の充填部を形成すると同時に
第１の充填部の周囲に絶縁層が除去されなかった微粒子
の層からなる第２の充填部を形成するため、電子放出サ
イトを容易に形成することができ、またさらに、上下電
極も好適には印刷法により積層形成することにより、容
易に大面積の電界放出型電子源を形成することができ
る。

【００９０】また、本発明に係る表示装置によれば、上
記の電界放出型電子源を含む陰極基板と陽極基板とを有
する発光素子を備えてなるため、上記電界放出型電子源
の効果を好適に発揮する表示装置を得ることができる。

【００９１】また、本発明に係る表示装置によれば、下
部電極の複数の帯状電極部および上部電極の複数の帯状
電極部を交差させて行列状に配列して複数の交差部が設
けられ、交差部が上記の電界放出型電子源であり、陽極
基板は、電極と蛍光部とを有するため、行列状に形成さ
れた画素にパターンを表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態例に係る電界放出型電子源の概略
構成を示す図である。

【図２】本実施の形態例に係る電界放出型電子源の微粒
子の断面図である。

【図３】本実施の形態例に係る電界放出型電子源の微粒
子層を静電振動法で形成するときの装置の概略構成を示
す図である。

【図４】本実施の形態例に係る表示装置の第一の例の発
光素子の概略構成を示す図である。

【図５】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の陰
極基板の概略平面図である。

【図６】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の陰
極基板の図５中ＶＩ−ＶＩ線上断面図である。

【図７】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の陰
極基板の図５中ＶＩＩ−ＶＩＩ線上断面図である。

【図８】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の陽
極基板の概略平面図である。

【図９】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の陽
極基板の図８中ＩＸ−ＩＸ線上断面図である。

【図１０】本実施の形態例に係る表示装置の第二の例の
陽極基板の図８中Ｘ−Ｘ線上断面図である。

【図１１】本実施の形態例に係るライトバルブの概略構
成を示す図である。

【図１２】本実施の形態例に係るバックライトの概略構
成を示す図である。

【図１３】スピント型電子源の概略構成を示す図であ
る。

【図１４】カーボンナノチューブ型電子源の概略構成を
示す図である。

【図１５】ＢＳＤ型電子源の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１０電界放出型電子源１２、４４、６８、８６下部電極１４、７０、８８微粒子層１６、４８、７２、９０上部電極１６ａ孔部１７微粒子積層部形成電極１８第１の充填部１８ａ微粒子２０第２の充填部２０ａ微粒子２２絶縁層２３コア２４、３２、４６、５２、６６、８５、９２基板２４ａ、２４ｂガラス基板２６発光素子２８、４２、６２、８２陰極基板３０、４４、６４、８４陽極基板３４透明電極３６、５０、７６、９４蛍光部３８、５６、７８、９６アルミバック４４ａ〜４４ｉ下部電極部４８ａ〜４８ｃ上部電極部５０ａ蛍光体部５４ブラックマトリクス５８ライトバルブ６０真空管８０バックライト９８スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本敏裕東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者関昌彦東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者後沢瑞芳東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者武井達哉東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者萩原啓東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内Ｆターム(参考） 5C031 DD17 DD19 5C036 EE14 EE19 EF01 EF06 EF09 EG12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部電極と、多数の微粒子が充填された
微粒子層と、上部電極とが順次積層された積層構造を有
し、該上部電極は、多数の孔部を有し、該微粒子層は、第１および第２の充填部で構成され、該第１の充填部は、該上部電極の該孔部より離間した位
置から下方に延出し、下面が該下部電極に接する導電性
材料または半導体材料からなる柱状の微粒子の層であ
り、該第２の充填部は、該第１の充填部の周囲に配置され、
上面が該上部電極に接する、絶縁材料で被覆された導電
性材料または半導体材料からなる微粒子の層であること
を特徴とする電界放出型電子源。
【請求項２】前記第１および第２の充填部の微粒子が
５μｍ以下の平均粒径を有することを特徴とする請求項
１記載の電界放出型電子源。
【請求項３】前記絶縁材料の被覆厚みが１μｍ以下で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の電界放
出型電子源。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の電
界放出型電子源を含む陰極基板と、該陰極基板の電子放
出方向に対向して設けられた陽極基板とを有する発光素
子を備えてなることを特徴とする表示装置。
【請求項５】陰極基板と、該陰極基板の電子放出方向
に対向して設けられた陽極基板とを有する発光素子を備
え、該陰極基板は下部電極および上部電極を有し、該下部電極および該上部電極はそれぞれ複数の帯状電極
部で構成され、該下部電極の該複数の帯状電極部および該上部電極の該
複数の帯状電極部を交差させて行列状に配列して複数の
交差部が設けられ、該交差部が、該下部電極および上部電極の間に微粒子層
を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の電界放出
型電子源であり、該陽極基板は、電極と、該交差部に対向する位置に設け
られた複数の蛍光部とを有することを特徴とする表示装
置。
【請求項６】前記複数の蛍光部は、各蛍光部ごとにそ
れぞれ異なる色の蛍光を発生する２以上の種類の蛍光体
が配置されてなることを特徴とする請求項５記載の表示
装置。
【請求項７】請求項１記載の電界放出型電子源の製造
方法であって、下部電極を形成する工程と、該下部電極上に絶縁層で被
覆された微粒子を充填状態に積層して微粒子積層部を形
成する工程と、孔部を有する上部電極を形成する工程
と、上部電極をマスクとして該微粒子積層部をエッチン
グして、孔部の下の柱状の微粒子の層の微粒子の絶縁層
を除去して第１の充填部を形成すると同時に該第１の充
填部の周囲に絶縁層が除去されなかった微粒子の層から
なる第２の充填部を形成することを特徴とする電界放出
型電子源の製造方法。