JP4434023B2 - 電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電気光学装置、並びに電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電気光学装置、並びに電子機器に関する。

近年、ディスプレイの大画面化が進んできており、その薄型化と低消費電力化とが、重要な技術課題となっている。そこで、これらの技術課題を解決することが可能なＳＥＤ（表面電界ディスプレイ：Ｓｕｒｆａｃｅ―ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ―ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）に注目がそそがれている。このＳＥＤに採用されている表面伝導型電子放出素子は、カソード電極に画素と同じ数だけの複数の電子放出部が格子状に形成されていて、真空中において、この電子放出部から電子が放出されると、カソード電極に対向して配置されたアノード電極に形成された蛍光体に電子が衝突する。そして、電子が蛍光体に衝突したときに、この蛍光体が発光することによって、画素上に所定の色が出現する。基板上に複数の電子放出部を格子状に形成する方法として各種の方法が提案されていた。

例えば、特許文献１に開示されているように、メルカプタン等を使用し、平坦な面に薄膜形成をしてデバイスを製造する製造方法があった。特許文献２に開示されているように、電子放出素子の電子放出部に対して、通電フォーミングを行ってナノギャップを形成する製造方法があった。特許文献３に開示されているように、トンネル効果を利用して、自己組織化構造を下地の影響を受けずに成長させることができるナノオーダーのフラットな下地を有する分子集積回路素子を形成する製造方法があった。

特開２０００−１３３６４９号公報 特開２００２−３１３２２０号公報 特開２００３−２０３５６０号公報

ところが、特許文献１及び特許文献３では、平坦な面に薄膜形成する方法であったので、表面伝導型電子放出素子のように複雑な形状を有する場合、ナノギャップを有する電子放出部を形成することができなかった。また、特許文献２では、電子放出部を形成する方法ではあったが、多くの工程を経なければ電子放出部を形成できなかった。つまり、要求する電子放出部を形成するのには、工程が多くて複雑であったうえ、非効率的であった。

本発明の目的は、電子放出部が簡単な方法で形成できて、高精細化及び小型化が可能な電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び、これらを用いた電気光学装置、並びに電子機器を提供することである。

本発明の電子放出素子の形成方法は、第１電極と第２電極と電子放出部とを有する電子放出素子の形成方法であって、基板上に第１電極を形成する工程と、前記第１電極の周囲に薄膜を形成する工程と、前記基板上に第２電極を形成する工程と、前記薄膜を除去して前記電子放出部を形成する工程と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、第１電極の周囲に薄膜を形成して、この形成された薄膜を除去するだけでナノギャップを有する電子放出部を簡単に形成できる。

本発明の電子放出素子の形成方法は、前記薄膜を形成する工程では、前記薄膜が、有機物の単分子膜であることが望ましい。

この発明によれば、単分子膜なので、薄い膜が形成できる。

本発明の電子放出素子の形成方法は、前記薄膜を形成する工程では、前記薄膜が、チオール基を有する炭化水素で形成される膜であることが望ましい。

この発明によれば、炭化水素の単分子膜ができるので、非常に薄い膜を形成することができる。しかも、チオール基が第１電極の金属と結合するので、第１電極の全面に隙間無く薄膜を形成することができる。

本発明の電子放出素子の形成方法は、前記薄膜を形成する工程では、前記薄膜を形成する炭化水素分子が、３以上７５０以下の炭素数を含んでいることが望ましい。

この発明によれば、炭素原子の直径が０．１５４ｎｍであるから、炭素数が、３以上７５０以下ならば、炭素鎖の長さを変更できるので、約０．５ｎｍ以上約１１５ｎｍ以下の薄膜を形成できる。しかも、この炭素数を適宜選択することによって、炭化水素の単分子膜の厚さをコントロールができるので、薄膜の厚さを任意に可変できる。そして、薄膜の厚さを任意に可変できれば、電子放出特性に応じた色々なナノギャップを有する電子放出部を形成できる。このことにより、電子放出素子特性の最適化が可能になる。

本発明の電子放出素子の形成方法は、前記ナノギャップを形成する工程では、前記薄膜が、ＵＶＯ₃洗浄で除去されることが望ましい。

この発明によれば、ＵＶＯ₃洗浄を施すことで薄膜が簡単に除去されるから、ナノギャップを簡単に形成できる。したがって、大量生産向きである。しかも、ナノギャップのばらつきが少なくなるから、電子放出特性の安定した電子放出部が形成できるので、安定した電子放出特性を有する電子放出素子ができる。

本発明の電子放出素子の形成方法は、前記第１電極及び第２電極を形成する工程は液滴吐出法が望ましい。

この発明によれば、第１電極を形成するための液滴を吐出すると、形成される第１電極は凸曲面形状になりやすくなるので、次に、第２電極を形成するときに第１電極の凸曲面形状に沿って液滴が流れやすくなるから、液滴が第１電極の近傍に配置しやすくなるので、ナノギャップを有する電子放出部を形成しやすい。そして、第１電極を形成するための液滴の量を適宜変更すれば、第１電極の大きさを変更できる。第１電極の電極形状が小さくできれば、電子放出素子も小さくできるので、高密度化と小型化とが可能になり、例えば電気光学装置の高精細化及び小型化ができる。

本発明の電子放出素子は、第１電極と第２電極と電子放出部とを有する電子放出素子であって、基板上に形成された第１配線と、前記第１配線と交差する方向に延びるように形成された第２配線と、前記第１配線に形成された第１電極と、前記第２配線に形成された第２電極と、を備え、前記第１電極の周囲に薄膜を設け、前記薄膜を除去させて形成された前記電子放出部を有することを特徴とする。

この発明によれば、第１電極の周囲に形成された薄膜を除去するだけでナノギャップを有する電子放出部を備えることができる。しかも、電子放出部がナノギャップであるので、電子放出部の電子放出特性が優れる。

本発明の電子放出素子は、前記第１電極が、凸曲面形状で形成されていることが望ましい。

この発明によれば、第２電極を形成するための液滴が、第１電極の凸曲面形状に沿って流れていき、この液滴は、第１電極上に形成された薄膜に弾かれる。そして、弾かれた液滴が、薄膜の厚さ分だけ離れた位置に配置されるので、ナノギャップを有する電子放出部ができる。

本発明の電気光学装置は、前述の電子放出素子を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、簡単な方法で形成できるナノギャップを有する電子放出部が高密度化できることで小型化が可能な電子放出素子とを備えているので、高密度で高精細化及び小型化が可能な電気光学装置を提供できる。

本発明の電子機器は、前述の電気光学装置を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、高密度で小型化が可能な電気光学装置を有しているので、より高精細化及び小型化が可能な電子機器を提供できる。

以下、本発明の電子放出素子、電子放出素子の製造方法、及び電気光学装置、並びに電子機器について実施形態を挙げ、添付図面に沿って詳細に説明する。

（実施形態）
（電子放出素子の構成）
本発明の実施形態の要部について詳細に説明する。図１は、本実施形態の電子放出素子の概略斜視図である。

基板１１は、電気的に絶縁性を有するもので、例えば、ガラス、石英ガラス、Ｓｉウエハ、プラスチックフィルム、セラミック板など各種のものを用いることができる。

図１に示すように、基板１１上にはＸ方向に第１配線としての配線１７が形成されている。同様に、Ｙ方向に第２配線としての配線１８が形成されている。そして、基板１１の一部と配線１７の一部に絶縁層１５が形成されており、絶縁層１５の上に配線１８が形成されている。つまり、配線１７と配線１８とが絶縁層１５を介して導通しない様に基板１１上で交差している。そして、基板１１上には、対向する一対の第１電極４と第２電極５とが設けられていて、配線１７に第１電極４が形成されており、配線１８に第２電極５が形成されている。第１電極４と第２電極５との間に形成されたナノギャップを有する電子放出部１３を含む電子放出素子１０が基板１１上に形成されている。
（電子放出素子の形成方法）

次に、本実施形態の電子放出素子の形成方法について説明する。図２（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態に係る電子放出素子の形成方法の手順の一例を示す概略断面図である。

図２（ａ）〜（ｇ）に示すように、電子放出素子の概略の製造工程は、第１配線としての配線１７を形成する工程と、絶縁膜としての絶縁層１５を形成する工程と、第２配線としての配線１８を形成する工程と、配線１７に第１電極４を形成する工程と、第１電極４に薄膜５１を形成する工程と、配線１８に第２電極５を形成する工程と、電子放出部１３を形成する工程に大別できる。以下、各工程について詳細に説明する。

基板１１を、洗剤、純水および有機溶剤などを用いて十分に洗浄して、基板１１上に付着している汚染物を除去する前処理を施す。その後、基板１１上に図示しないマスクを置いて、真空蒸着法又はスパッタリング法などの薄膜形成方法によって、図２（ａ）に示すように、第１配線としての配線１７を形成する。液滴吐出法を用いた液滴吐出により形成しても良い。

配線１７の材料としては、一般的な導体材料を用いることができる。例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄなどの金属或いは合金、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂、Ｐｄ−Ａｇなどの金属或は金属酸化物とガラスなどから構成される印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂などの透明導電体、ポリシリコンなどの半導体材料などから適宜選択することができる。配線１７の幅は１０μｍから３００μｍの範囲である。また、好ましい配線１７の膜厚は、１０ｎｍから３μｍの範囲である。また、基板１１上に形成される配線１７は、必要に応じてマスクの形状を変更すれば、配線１７の幅や長さを変えることができるから、任意の形状を形成することができるので、電子放出素子１０を配置できる範囲内で変更可能である。

次に、図２（ｂ）に示すように、基板１１の上に絶縁膜としての絶縁層１５を形成するが、配線１７の上にも絶縁層１５を形成する（図１参照）。この絶縁層１５は、真空蒸着法又はスパッタリング法などの薄膜形成方法によって形成する。液滴吐出法を用いた液滴吐出により形成しても良い。

絶縁層１５の材料としては、半導体プロセスなどで使用される材料を用いることができる。例えば、ＳｉＯ₂や、ＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃などを使用することができる。絶縁層１５の幅は、１０μｍから３００μｍの範囲である。そして、絶縁層１５の膜厚は、２μｍから２００μｍの範囲であり、好ましくは２μｍから２０μｍの範囲である。

次に、図２（ｃ）に示すように、この絶縁層１５及び基板１１の上に第２配線としての配線１８を形成する（図１参照）。なお、この配線１８の形成方法は、前述の配線１７の形成方法と同じ薄膜形成方法であり、配線１８の材料、幅、膜厚なども、前述の配線１７と同じである。

次に、図２（ｄ）に示すように、液滴吐出方法により、配線１７に一部が重なるように液滴Ｌを滴下する。その後、液滴Ｌを乾燥して薄膜化することや、乾燥後必要に応じて更に焼成（加熱処理）することによって、第１電極４を形成する。

第１電極４を形成するための液滴Ｌは、導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液からなるものである。本実施の形態では、導電性微粒子として、例えば、金、銀、銅、鉄、クロム、マンガン、モリブデン、チタン、パラジウム、タングステン及びニッケルのうちのいずれかを含有する金属微粒子の他、これらの酸化物、並びに導電性ポリマーや超電導体の微粒子などが用いられる。これらの導電性微粒子は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。導電性微粒子の粒径は１ｎｍ以上０．１μｍ以下であることが好ましい。０．１μｍより大きいと、後述する液滴吐出ヘッドの吐出ノズルに目詰まりが生じるおそれがある。また、１ｎｍより小さいと、導電性微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となる。

分散媒としては、上記の導電性微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を例示できる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、また液滴吐出法への適用の容易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、より好ましい分散媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。

上記導電性微粒子の分散液の表面張力は０．０２Ｎ／ｍ以上０．０７Ｎ／ｍ以下の範囲内であることが好ましい。液滴吐出法にて液体を吐出する際、表面張力が０．０２Ｎ／ｍ未満であると、配線パターン用機能液の組成物の吐出ノズル面に対する濡れ性が増大するため飛行曲りが生じやすくなり、０．０７Ｎ／ｍを超えると吐出ノズル先端でのメニスカスの形状が安定しないため吐出量や、吐出タイミングの制御が困難になる。表面張力を調整するため、上記分散液には、基板との接触角を大きく低下させない範囲で、フッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの表面張力調節剤を微量添加するとよい。ノニオン系表面張力調節剤は、液体の基板への濡れ性を向上させ、膜のレベリング性を改良し、膜の微細な凹凸の発生などの防止に役立つものである。上記表面張力調節剤は、必要に応じて、アルコール、エーテル、エステル、ケトン等の有機化合物を含んでもよい。

上記分散液の粘度は１ｍＰａ・ｓ以上５０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。液滴吐出法を用いて液体材料を液滴Ｌとして吐出する際、粘度が１ｍＰａ・ｓより小さい場合には吐出ノズル周辺部が配線パターン用機能液の流出により汚染されやすく、また粘度が５０ｍＰａ・ｓより大きい場合は、吐出ノズル孔での流動抵抗が高くなり円滑な液滴Ｌの吐出が困難となる。

液滴Ｌを滴下するための液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換式、電気熱変換方式、静電吸引方式等が挙げられる。ここで、帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御して吐出ノズルから吐出させるものである。また、加圧振動方式は、材料に３０ｋｇ／ｃｍ²程度の超高圧を印加してノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進して吐出ノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散して吐出ノズルから吐出されない。また、電気機械変換方式は、ピエゾ素子（圧電素子）がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出して吐出ノズルから吐出させるものである。

また、電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒータにより、材料を急激に気化させてバブル（泡）を発生させ、バブルの圧力によって空間内の材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、吐出ノズルに材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから材料を引き出すものである。また、この他に、電場による流体の粘性変化を利用する方式や、放電火花で飛ばす方式などの技術も適用可能である。液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、しかも所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できるという利点を有する。なお、液滴吐出法により吐出される液体材料の一滴の量は例えば１〜３００ナノグラムである。

滴下された液滴Ｌは、分散媒の除去及び膜厚確保のため、必要に応じて乾燥処理をする。乾燥方法は、例えば基板１１を加熱する通常のホットプレート、電気炉などによる処理の他、ランプアニールによって行うこともできる。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、キセノンランプ、ＹＡＧレーザ、アルゴンレーザ、炭酸ガスレーザ、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＢｒ、ＫｒＦ、ＫｒＣｌ、ＡｒＦ、ＡｒＣｌなどのエキシマレーザなどを光源として使用することができる。これらの光源は一般には、出力１０Ｗ以上５０００Ｗ以下の範囲のものが用いられるが、本実施形態では１００Ｗ以上１０００Ｗ以下の範囲で十分である。

液滴Ｌ吐出後の乾燥膜は、導電性を得るために熱処理を行い、有機分を除去し金属粒子を残留させる必要があるため、液滴Ｌ吐出後の基板１１には熱処理及び光処理が施される。

熱処理及び光処理は通常大気中で行なわれるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中、または水素などの還元雰囲気中で行うこともできる。熱処理及び光処理の処理温度は、分散媒の沸点（蒸気圧）、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、コーティング材の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。本実施形態では、吐出された液滴Ｌに対して、大気中クリーンオーブンにて２００〜４００℃で３００分間の焼成が行われる。何故ならば、有機銀化合物の有機分を除去するには、約２００℃以上で焼成することが必要である。しかし、プラスチックなどの基板を使用する場合には、室温以上２５０℃以下で行うことが好ましい。以上により乾燥膜は微粒子間の電気的接触が確保され、第１電極４に変換される。

次に、図２（ｅ）に示すように、第１電極４の表面に炭化水素の単分子層の薄膜５１（チオール基を持つ炭化水素の膜）を形成する。一般的に、チオール基を持つ炭化水素を溶かした溶液（少なくとも炭化水素系の溶媒を含む）に、金属を浸漬すると、チオール基が金属の原子とこの原子と隣り合う原子との隙間に入り込み、金属表面にチオール基が満遍なく結合し、炭化水素が金属部分の表面を覆う。溶媒を飛ばすと、炭化水素の膜が形成できる。

本実施形態では、チオール基を持つ炭化水素を溶質とし、トルエンを溶媒とした。そこで、溶質濃度を１％とし、溶媒濃度を９９％にして、チオール基を持つ炭化水素を溶かした溶液を調整する。次に、基板１１に形成された第１電極４を溶液に２４時間位放置する。そして、基板１１を溶液から引き上げて、第１電極４に付着している溶媒を飛ばす。溶媒を飛ばすときの温度は常温であって、２０℃〜３０℃の範囲内である。そして、第１電極４の表面に薄膜５１が形成される。なお、配線１８に図示しないマスクをかぶせて、配線１８に薄膜５１が形成されないようにしておく。ここで使用する溶媒としては、トルエンを用いたがこれに限らない。例えば、トルエンにクロロホルム、アルコール、エーテル、低分子の炭化水素などを添加した溶媒を用いても良い。また、溶媒として使用するトルエンの濃度は９９％に限らない。例えば、トルエンの量を少なくして、チオール基を持つ炭化水素の量を多くすれば、相対的にチオール基を持つ炭化水素の濃度が高まるので、比較的速く薄膜５１を形成できる。

ここで、チオール基を持つ炭化水素を溶かした溶液に含まれる炭素分子量を変更すれば、炭素鎖の長さが変わり、薄膜５１の厚さを変化させることができる。例えば、炭素原子の直径が０．１５４ｎｍであるから、炭素分子量が３のときは、薄膜５１は約０．５ｎｍとなる。同様に、炭素分子量が７５０のときは、薄膜５１は約１１５ｎｍとなる。つまり、約０．５ｎｍ〜約１１５ｎｍの範囲でナノギャップを可変することができる。本実施形態では、ナノギャップが約０．５ｎｍになるように、炭素分子量を３にした。

次に、図２（ｆ）に示すように、第１電極４と隣り合う位置に第２電極５を形成する。この第２電極５の形成方法は、液滴吐出方法により、配線１８に一部重なるように液滴Ｌを滴下する。その後、液滴Ｌを乾燥して薄膜化することや、乾燥後必要に応じて更に焼成（加熱処理）することによって、第２電極５を形成する。なお、この第２電極５の形成方法は、第１電極４の形成方法と同じ液滴吐出方法を用いて可能であり、使用する材料、分散媒なども同じで良い。そして、この第２電極を形成するための液滴Ｌを配線１８上に滴下するときに、第１電極４に接触するように滴下してナノギャップを形成する。第１電極４の近傍に液滴Ｌを滴下するためには、例えば、第１電極４の上に滴下すると、第１電極４上に設けられた薄膜５１に液滴Ｌが弾かれて、薄膜５１の厚さの分だけ離れた位置に液滴Ｌを配置される。そして、本実施形態の場合、約０．５ｎｍ離れた位置に第２電極５が形成される。

次に、図２（ｇ）に示すように、電子放出部１３を形成する。第１電極４の上に形成された薄膜５１（チオール基を持つ炭化水素の膜）を除去すると、第１電極４と第２電極５との間にナノギャップを有する電子放出部１３が形成できる。この電子放出部１３は、ナノギャップを約０．５ｎｍ有している。この膜薄５１を除去するのには、後述するＵＶＯ₃洗浄等を施すことにより実現できる。なお、図２（ｇ）は、図１のＣ−Ｃ断面を表す、概略断面図である。

ＵＶＯ₃洗浄では、低圧水銀ランプを用いることが多い。この洗浄方法は、低圧水銀ランプから発生する紫外線とオゾン（Ｏ₃）との作用で、有機化合物の汚染除去や、表面改質を行う乾式洗浄方法であって、有機溶剤や水及び洗浄剤などを使用しない。一般的に、ＵＶＯ₃洗浄は、ガラスやセラミックスなどの材料には洗浄作用が働き、プラスチックや金属などの材料には洗浄と表面改質との両方の作用が働く。第１電極４の上に形成された薄膜５１は有機物であるから、ＵＶＯ₃洗浄を施すことによって、簡単に除去できる。

低圧水銀ランプは、１８５ｎｍと２５４ｎｍとの２種類の紫外光（紫外線）を発生することができる。低圧水銀ランプの出力は２００Ｗである。そして、標準的なＵＶＯ₃の洗浄条件は、洗浄対象物と低圧水銀ランプとの距離が５〜２０ｍｍの範囲であって、低圧水銀ランプの照射時間が３０秒〜２分の範囲である。本実施形態において、第１電極４上に形成された薄膜５１を除去するための洗浄条件は、照射距離を約１０ｍｍとし、照射時間を１分とした。なお、この薄膜５１の厚さが変化した場合でも、前述の照射時間と照射距離との洗浄条件を適正な範囲に設定すれば、薄膜５１を除去することができる。しかも、照射時間と照射距離とを予め決めておけばよいだけなので、薄膜５１の除去作業が簡単になり、大量生産に向いている。そして、薄膜５１を形成する工程では、薄膜形成方法なので、ばらつきの少ない薄膜５１が形成できて、この薄膜５１を除去する工程では、前述のようにＵＶＯ₃洗浄で一括処理されるから、ばらつきの少ないナノギャップを有する電子放出部１３を形成できる。しかも、簡単にできる。したがって、電子放出特性の優れた電子放出素子１０および電気光学装置７０を形成できる。なお、通電フォーミング処理法によってナノギャップを形成する方法にくらべて、薄膜形成方法とＵＶＯ₃洗浄方法との組み合わせの方法なので、簡単にナノギャップを形成できて、しかも、工程も簡略化されたうえ、複雑な作業も少なくなる。なお、ナノギャップが形成できればよいので、薄膜５１は一部残っていてもよい。

前述のＵＶＯ₃洗浄において、低圧水銀ランプを使用する方法以外に、キセノンエキシマランプを使用することもできる。このキセノンエキシマランプは、１７２ｎｍの紫外光（紫外線）を発生する。ただし、このキセノンエキシマランプは、波長が低圧水銀ランプより短いので、洗浄対象物との距離が１〜３ｍｍの範囲となる。このキセノンエキシマランプを用いても薄膜５１を除去されるので、ナノギャップを有する電子放出部１３を形成することができる。

これら紫外光を発生するランプを使用してＵＶＯ₃洗浄をする方法以外に、酸素雰囲気中で加熱・焼成しても薄膜５１を除去できる。薄膜５１を加熱・焼成することによって、薄膜５１が酸化又は分解して除去されるので、ナノギャップを有する電子放出部１３を形成することができる。なお、配線形成後に第１電極４、第２電極５を形成して、ナノギャップを有する電子放出部１３を形成したが、例えば、順序を逆にして、ナノギャップを有する電子放出部１３を形成してから、配線と接続しても、第１電極４と第２電極５との間にナノギャップを有する電子放出部１３が形成できる。
（電気光学装置の構成）

図３は、電気光学装置の概略構成を示した図であり、同図（ａ）は、図（ｂ）中のＣ−Ｃ線に沿った断面構造を示す概略断面図であり、同図（ｂ）は、概略平面図である。

図３（ａ）に示すように、電気光学装置７０は、電子放出素子１０が配列された基板１１と、基板１１に対向する表示基板７１とを備えている。基板１１と表示基板７１とが、図示しない外枠部材を介して一定間隔に保たれ、これら基板１１と表示基板７１との間には、空間部７２を備え、この空間部７２は、１０^-7Ｔｏｒｒ（ニュートン/ｍ²）程度の真空状態に封止されている。基板１１上に、配線１７と配線１８と絶縁層１５とが形成されている。配線１７に形成された第１電極４と配線１８に形成された第２電極５との間にナノギャップを有する電子放出部１３が形成されており、電子放出素子１０を構成している。

表示基板７１は、対向電極７３と蛍光膜７４と遮光膜７５とを備えている。遮光膜７５は、画素を区画するように電子放出素子１０の配列に合わせて形成されており、画素間におけるクロストークや蛍光膜７４による外光反射を低減する役割を果たす。材料としては、黒鉛など、導電性および遮光性のある材料が用いられる。蛍光膜７４は、蛍光体を含んでおり、電子放出素子１０からの放出電子の衝突によって蛍光体が発光することで、画素を点灯させる役割を果たす。基板１１に配列された電子放出素子１０は、ナノギャップを有する電子放出部１３を備えている。そして、このナノギャップを有する電子放出部１３が、蛍光膜７４と対向する位置に配置されている。

ここで、電気光学装置７０がカラー表示タイプの場合には、蛍光膜７４は、画素ごとに三原色に対応する蛍光体で分けられて形成される。対向電極７３には加速電圧（例えば、１０ｋＶ程度）が印加され、蛍光膜７４の蛍光体を励起させるのに十分なエネルギーを与えるために、放出電子を加速する役割を果たす。対向電極７３には、例えば、ＩＴＯ等の透明性導電体が用いられる。

図３（ｂ）に示すように、基板１１上には、配線１７と配線１８とが交差するように形成されている。配線１７から延出して形成された第１電極４と、配線１８から延出して形成された第２電極５とによって各画素に対応する電子放出素子１０が配設された、いわゆる単純マトリクス型の素子配列を備えている。Ｘ軸方向に伸長した配線１７とＹ軸方向に伸長した配線１８との交点に、絶縁層１５が形成されている。そして、配線１７には、電子放出素子１０を１行（図のＸ軸方向の並び）ずつ順次駆動してゆくための走査信号が印加され、配線１８には、走査信号により選択された行の電子放出素子１０の電子放出を制御するための階調信号が印加されて、画素単位での電子放出が制御される。

電気光学装置７０の構成は以上のようであって、配線１７に印加する走査信号と配線１８に印加する階調信号とを制御して、電子放出素子１０から電子を放出させ、対向電極７３で加速された放出電子が蛍光膜７４に衝突することで、画素が点灯し、所望の画像が表示される。

以上のような実施形態では、次のような効果が得られる。

（１）第１配線としての配線１７に第１電極４を形成して、この第１電極４の上に薄膜５１（チオール基を持つ炭化水素分子の膜）を形成して、配線１８に第２電極５を形成してから、ＵＶＯ₃洗浄を施して単分子膜の薄膜５１を除去することによって、第１電極４と第２電極５との間にナノギャップを有する電子放出部１３を形成できる。そして、この薄膜５１の除去方法がＵＶＯ₃洗浄なので、ナノギャップを簡単に形成できるから、効率的であり、大量生産向きである。電子放出部１３がナノギャップを有しているので、電子放出特性の優れた電子放出素子１０ができる。
（２）単分子膜の薄膜５１を形成するときに、この薄膜５１（チオール基を持つ炭化水素を溶かした溶液）の炭素分子量を適宜選択すれば、炭素分子量の多少によって炭素鎖の長さが変わり、薄膜５１の厚さを任意に変更できる。この薄膜５１の厚さが変更できれば、ナノギャップを有する電子放出部１３を任意に可変・設定できるので、要求される電子放出特性に合わせた色々な電子放出素子１０を形成できる。
（３）第１電極４が、液滴吐出法で形成されるから、液滴Ｌの量を適宜変更すれば、第１電極４の形状を小さくできる。そして、ナノギャップを有する電子放出部１３も小さくできるから、電子放出部１３を備えた電子放出素子１０も小さくできるので、高密度化と小型化とが可能な電気光学装置７０を提供できる。
（電子機器）

次に、本発明に係る電気光学装置７０を備えた電子機器について説明する。

図４及び図５は、電子機器の一例を示す概略斜視図である。

図４を参照して、本実施形態に係る電子機器の具体例を説明する。

図４に示すように、電子機器としての携帯型情報処理装置７００は、キーボード７０１と、情報処理本体７０３と、電気光学装置７０を含む電気光学表示装置７０２と、を備えている。このような携帯型情報処理装置７００のより具体的な例は、パーソナルコンピュータなどである。この携帯型情報処理装置７００は、電子放出特性の優れた電子放出素子１０を有するので、高精細化ができる。しかも、前述の高密度化が可能な電子放出素子１０を備えているから、電気光学装置７０を含む電気光学表示装置７０２の高精細化及び小型化ができる。

次に、図５を参照して、本実施形態に係る電子機器の具体例を説明する。

図５に示すように、電子機器としての電子ビーム露光装置８００は、露光部８５０に、電子銃８１０を備えている。さらに、この電子銃８１０に、電子放出特性の優れた電子放出素子１０を備えている。そして、この電子ビーム露光装置８００は、前述の高密度化が可能な電子放出素子１０を備えた電子銃８１０を搭載しているので、微細なパターンが要求されるようなナノメータレベルの高精度な描画ができる。しかも、前述の高密度化が可能な電子放出素子１０を備えているから、電子放出素子１０を小さくできるので、電子ビーム露光装置８００の小型化ができる。

また、電子放出素子１０を備える電子機器の別の例としては、電子の波動性を利用して、固体より放出する電子ビームの本数、放出方向、電子密度分布、輝度を制御することを特徴とするコヒーレント電子源および前記コヒーレント電子源を適用した、コヒーレント電子ビーム収束装置、電子線ホログラフィー装置、単色化型電子銃、電子顕微鏡、多数本コヒーレント電子ビーム作成装置、電子写真プリンタの描画装置等、他の電気光学装置を備えた電子機器とすることもできる。

以上、好ましい実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含み、本発明の目的を達成できる範囲で、他のいずれの具体的な構造及び形状に設定できる。

（変形例１）前述の実施形態で、ナノギャップを有する電子放出部１３が、第１電極４と第２電極５との間に薄膜５１の厚さの分だけ離れて形成されているが、これに限らない（（図２（ｇ）参照））。例えば、図６に示すように、第１電極４と第２電極５とが重なるようにして、ナノギャップを有する電子放出部１３としてもよい。このようにしても、第１電極４の上に薄膜５１を形成できるから、第１電極４と第２電極５との間にナノギャップを有する電子放出部１３が形成できるので、実施形態と同様な効果が得られる。なお、このナノギャップを有する電子放出部１３は、第２電極５が第１電極４に覆い被さるように形成されている点が異なっているだけなので、前述の実施形態と同様の形成方法でナノギャップを有する電子放出部１３が形成されている。なお、第２電極５に第１電極４が覆い被さるようにしても、同様な効果が得られる。

（変形例２）前述の実施形態で、第１電極４を形成するときに液滴吐出法によって形成したが、これに限らない。例えば、真空蒸着法又はスパッタリング法などの薄膜形成方法によって第１電極４を形成してもよい。このようにしても、第１電極４の上に薄膜５１を形成できるから、第１電極４と第２電極５との間にナノギャップを有する電子放出部１３が形成できるので、実施形態と同様な効果が得られる。

（変形例３）前述の実施形態で、第１電極４の形状を凸曲面状にしたが、これに限らない。例えば、第１電極４を矩形状に形成してもよい。このようにしても、第１電極４の上に薄膜５１を形成できるから、第１電極４と第２電極５との間にナノギャップを有する電子放出部１３が形成できるので、実施形態と同様な効果が得られる。

実施形態の電子放出素子の概略斜視図。 （ａ）〜（ｇ）は、電子放出素子の製造工程を示す概略断面図。 電気光学装置の概略構成を示した図であり、（ａ）は、概略断面図。（ｂ）は、概略平面図。 電子機器としての携帯型情報処理装置を示す概略斜視図。 電子機器としての電子ビーム露光装置を示す概略斜視図。 変形例１としての電子放出素子の概略断面図。

符号の説明

４…第１電極、５…第２電極、１０…電子放出素子、１１…基板、１３…ナノギャップを有する電子放出部、１５…絶縁膜としての絶縁層、１７…第１配線としての配線、１８…第２配線としての配線、５１…薄膜（チオール基を持つ炭化水素の膜）、７０…電気光学装置としての表示装置、７１…表示基板、７２…空間部、７３…対向電極、７４…蛍光膜、７５…遮光膜、７００…電子機器としての携帯型情報処理装置、８００…電子機器としての電子ビーム露光装置、Ｌ…液滴、Ｘ…Ｘ方向、Ｙ…Ｙ方向、Ｚ…Ｚ方向。

Claims (10)

1. 基板上に形成された第１電極と、前記基板上の前記第１電極と隣り合う位置に形成された第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に形成された電子放出部と、を有する電子放出素子の形成方法であって、
   前記基板上に前記第１電極を形成する工程と、
   前記第１電極の表面に、チオール基を持つ炭化水素の薄膜を形成する工程と、
   前記薄膜が形成された前記第１電極に接触するように前記第２電極を形成する工程と、
   前記薄膜を除去して前記電子放出部を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする電子放出素子の形成方法。
2. 請求項１に記載の電子放出素子の形成方法において、
   前記薄膜を形成する工程では、
   前記薄膜を構成する炭化水素分子が、３以上７５０以下の炭素数を含んでいることを特徴とする電子放出素子の形成方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の電子放出素子の形成方法において、
   前記電子放出部を形成する工程では、
   前記薄膜が、ＵＶＯ₃洗浄で除去されることを特徴とする電子放出素子の形成方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電子放出素子の形成方法において、
   前記第１電極及び前記第２電極を形成する工程は、
   導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液を、液滴吐出法により前記基板上に滴下することにより、前記第１電極及び前記第２電極を形成することを特徴とする電子放出素子の形成方法。
5. 請求項４に記載の電子放出素子の形成方法において、
   前記第１電極を形成する工程では、
   前記第１電極を、凸曲面形状に形成することを特徴とする電子放出素子の形成方法。
6. 請求項５に記載の電子放出素子の形成方法において、
   前記第２電極を形成する工程では、
   前記第２の電極の一部が前記第１電極に被さるように形成されることを特徴とする電子放出素子の形成方法。
7. 基板上に形成された第１電極と、
   前記基板上の前記第１電極と隣り合う位置に形成された第２電極と、
   前記第１電極及び前記第２電極の間に形成された電子放出部と、を備え、
   前記電子放出部は、前記第１電極の表面に形成されたチオール基を持つ炭化水素の薄膜が除去されて形成された間隙であることを特徴とする電子放出素子。
8. 請求項７に記載の電子放出素子において、
   前記第１電極が、凸曲面形状であることを特徴とする電子放出素子。
9. 請求項７または請求項８に記載の電子放出素子を備えていることを特徴とする電気光学装置。
10. 請求項９に記載の電気光学装置を備えていることを特徴とする電子機器。

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