JP2003115256A - 電界放射型電子源およびその製造方法および表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低コスト化および大面積化を図れ且つ比較的高
温の製造プロセスを採用可能な電界放射型電子源および
その製造方法および表示装置を提供する。 【解決手段】セラミック基板からなる絶縁性基板１１の
一表面側にｎ形不純物がドーピングされて導電性を有す
る多結晶シリコンよりなる下部電極１２が形成され、下
部電極１２上に酸化した多孔質多結晶シリコン層よりな
る強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６
上に表面電極７が形成されている。強電界ドリフト層６
が、下部電極１２と表面電極７との間に電圧を印加した
ときに作用する電界により電子がドリフトするドリフト
部を構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放射により電
子線を放射するようにした電界放射型電子源およびその
製造方法、および画像表示装置（ディスプレイ装置）や
平面発光装置などの表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電界放射型電子源として、下
部電極と、下部電極に対向する金属薄膜よりなる表面電
極（上部電極）と、下部電極と表面電極との間に介在し
下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として
電圧を印加したときに作用する電界により下部電極から
表面電極へ向かう向きへ電子がドリフトするドリフト部
（強電界ドリフト層）とを備えた構成のものが提案され
ている（例えば、特開平８−２５０７６６号公報、特開
平９−２５９７９５号公報、特開平１０−３２６５５７
号公報、特許第２９６６８４２号、特許第２９８７１４
０号など参照）。

【０００３】ここにおいて、上述の電界放射型電子源と
しては、例えば図６に示す構成のものが知られている。
図６に示す構成の電界放射型電子源１０’は、導電性基
板たるｎ形シリコン基板１の主表面側に酸化した多孔質
多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層６が形成さ
れ、強電界ドリフト層６上に金属薄膜よりなる表面電極
７が形成され、ｎ形シリコン基板１の裏面にオーミック
電極２が形成されており、ｎ形シリコン基板１とオーミ
ック電極２とで下部電極１２’を構成している。なお、
図６に示す例では、ｎ形シリコン基板１と強電界ドリフ
ト層６との間にノンドープの多結晶シリコン層３を介在
させてあるが、多結晶シリコン層３を介在させずにｎ形
シリコン基板１上に強電界ドリフト層６を形成した構成
も提案されている。なお、表面電極７の厚さは１０〜１
５ｎｍ程度に設定されている。

【０００４】図６に示す構成の電界放射型電子源１０’
から電子を放出させるには、表面電極７に対向配置され
たコレクタ電極２１を設け、表面電極７とコレクタ電極
２１との間を真空とした状態で、表面電極７が下部電極
１２’に対して高電位側となるように表面電極７と下部
電極１２’との間に直流電圧Ｖpsを印加するとともに、
コレクタ電極２１が表面電極７に対して高電位側となる
ようにコレクタ電極２１と表面電極７との間に直流電圧
Ｖｃを印加する。各直流電圧Ｖps，Ｖｃを適宜に設定す
れば、下部電極１２’から注入された電子が強電界ドリ
フト層６をドリフトし表面電極７を通して放出される
（図６中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電
子ｅ^-の流れを示す）。

【０００５】上述の強電界ドリフト層６は、下部電極１
２’上にノンドープの多結晶シリコン層を形成した後
に、該多結晶シリコン層を陽極酸化処理にて多孔質化
し、多孔質化された多結晶シリコン層（多孔質多結晶シ
リコン層）を急速加熱法によって例えば９００℃の温度
で急速熱酸化することにより形成されており、図７に示
すように、少なくとも、ｎ形シリコン基板１の主表面側
（つまり、下部電極１２における表面電極７側）に列設
された柱状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）
５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン
酸化膜５２と、グレイン５１間に介在する多数のナノメ
ータオーダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、
各シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微
結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜である多
数のシリコン酸化膜６４とから構成されると考えられ
る。要するに、強電界ドリフト層６は、多結晶シリコン
層の各グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部
分では結晶状態が維持されている。なお、各グレイン５
１は、下部電極１２’の厚み方向に延びている。

【０００６】したがって、上述の電界放射型電子源１０
では、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられ
る。すなわち、表面電極７と下部電極１２’との間に表
面電極７を高電位側として直流電圧Ｖpsを印加するとと
もに、コレクタ電極２１と表面電極７との間にコレクタ
電極２１を高電位側として直流電圧Ｖｃを印加すること
により、直流電圧Ｖpsが所定値（臨界値）に達すると、
下部電極１２’から強電界ドリフト層６へ熱的励起によ
り電子ｅ^-が注入される。一方、強電界ドリフト層６に
印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４にかかる
から、注入された電子ｅ^-はシリコン酸化膜６４にかか
っている強電界により加速され、強電界ドリフト層６に
おけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図７中
の矢印の向き（図７における上向き）へドリフトし、表
面電極７をトンネルし真空中に放出される。しかして、
強電界ドリフト層６では下部電極１２’から注入された
電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることな
くシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されて
ドリフトし、表面電極７を通して放出され（弾道型電子
放出現象）、強電界ドリフト層６で発生した熱がグレイ
ン５１を通して放熱されるから、電子放出時にポッピン
グ現象が発生せず、安定して電子を放出することができ
る。なお、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子は
ホットエレクトロンであると考えられ、表面電極７を容
易にトンネルし真空中に放出される。

【０００７】ところで、上述の電界放射型電子源１０’
では、ｎ形シリコン基板１とオーミック電極２とで下部
電極１２’を構成しているが、図８に示すように、石英
ガラス基板よりなる絶縁性基板１１’の一表面上に金属
材料よりなる下部電極１２”を形成した電界放射型電子
源１０”も提案されている。ここに、上述の図６に示し
た電界放射型電子源１０’と同様の構成要素には同一の
符号を付して説明を省略する。

【０００８】図８に示す構成の電界放射型電子源１０”
から電子を放出させるには、表面電極７に対向配置され
たコレクタ電極２１を設け、表面電極７とコレクタ電極
２１との間を真空とした状態で、表面電極７が下部電極
１２”に対して高電位側となるように表面電極７と下部
電極１２”との間に直流電圧Ｖpsを印加するとともに、
コレクタ電極２１が表面電極７に対して高電位側となる
ようにコレクタ電極２１と表面電極７との間に直流電圧
Ｖｃを印加する。各直流電圧Ｖps，Ｖｃを適宜に設定す
れば、下部電極１２”から注入された電子が強電界ドリ
フト層６をドリフトし表面電極７を通して放出される
（図８中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電
子ｅ^-の流れを示す）。なお、強電界ドリフト層６の表
面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えら
れ、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出され
る。

【０００９】上述の各電界放射型電子源１０’，１０”
では、表面電極７と下部電極１２’，１２”との間に流
れる電流をダイオード電流Ｉpsと呼び、コレクタ電極２
１と表面電極７との間に流れる電流をエミッション電流
（放出電子電流）Ｉｅと呼ぶことにすれば（図６および
図８参照）、ダイオード電流Ｉpsに対するエミッション
電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉps）が大きいほど電子放出
効率が高くなる。なお、上述の電界放射型電子源１
０’，１０”，１０では、表面電極７と下部電極１
２’，１２”との間に印加する直流電圧Ｖpsを１０〜２
０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることがで
き、直流電圧Ｖpsが大きいほどエミッション電流Ｉeが
大きくなる。

【００１０】また、図８に示した電界放射型電子源１
０”を例えばディスプレイのような表示装置の電子源と
して応用する場合には、例えば図９に示す構成を採用す
ればよい。

【００１１】図９に示すディスプレイは、電界放射型電
子源１０を接着した平板状のガラス基板よりなるリヤプ
レート（図示せず）と、平板状のガラス基板よりなるフ
ェースプレート３０との間に枠状の支持用スペーサ（図
示せず）を介在させてリヤプレートとフェースプレート
との間の空間を真空に保つように構成されている。な
お、フェースプレート３０における電界放射型電子源１
０との対向面にはＩＴＯ膜よりなるコレクタ電極（透明
電極）が形成されるとともに、コレクタ電極における電
界放射型電子源１０との対向面に、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの
蛍光体セル（蛍光体層）からなる複数の画素が形成され
ている。

【００１２】図９に示した電界放射型電子源１０は、石
英ガラス基板よりなる絶縁性基板１１’と、絶縁性基板
１１’の一表面上に列設された複数の下部電極１２ａ”
と、下部電極１２ａ”に重なる形で形成された複数の酸
化した多孔質多結晶シリコン層よりなるドリフト部６ａ
およびドリフト部６ａの間を埋める多結晶シリコン層よ
りなる分離層６ｂとを有する強電界ドリフト層６と、強
電界ドリフト層６の上で下部電極１２ａ”に交差する方
向に形成された複数の表面電極７とを備えている。

【００１３】この電界放射型電子源１０では、絶縁性基
板１１’の一表面上に列設された複数の下部電極１２
ａ”と、強電界ドリフト層６上に形成された複数の表面
電極７との間に強電界ドリフト層６のドリフト部６ａが
挟まれているから、表面電極７と下部電極１２ａ”との
組を適宜選択して選択した組間に電圧を印加することに
より、選択された表面電極７と下部電極１２ａ”との交
点に相当する部位のドリフト部６ａにのみ強電界が作用
して電子が放出される。つまり、表面電極７の群と下部
電極１２ａ”の群とからなるマトリクス（格子）の格子
点に、表面電極７と下部電極１２ａ”とドリフト部６ａ
とからなる電子源素子１０ａ”を配置したことに相当
し、電圧を印加する表面電極７と下部電極１２ａ”との
組を選択することによって所望の電子源素子１０ａ”か
ら電子を放出させることが可能になる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ディスプレ
イのような表示装置の電子源として上述の電界放射型電
子源を応用することで、ディスプレイの薄型化および画
面の大面積化が期待されている。しかしながら、上述の
電界放射型電子源１０’，１０”，１０では、半導体基
板や石英ガラス基板を用いているので、大面積化および
低コスト化がが難しいという不具合があった。これに対
して、石英ガラス基板に比べて大面積化および低コスト
化が容易なガラス基板（例えば、無アルカリガラス基
板）上に金属材料からなる下部電極を形成した電界放射
型電子源も提案されているが、無アルカリガラス基板は
耐熱温度が６００℃程度なので、プロセス温度が無アル
カリガラス基板の耐熱温度で制約されてしまい、急速熱
酸化を利用して強電界ドリフト層６を形成することがで
きないという不具合があった。

【００１５】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、低コスト化および大面積化を図れ且
つ比較的高温の製造プロセスを採用可能な電界放射型電
子源およびその製造方法および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】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、絶縁性基板と、絶縁性基板の一
表面側に形成され電子線を放出する電子源素子とを備
え、電子源素子が、絶縁性基板の前記一表面側に形成さ
れた下部電極と、前記絶縁性基板の前記一表面側におい
て下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極
との間に介在し下部電極と表面電極との間に電圧を印加
したときに作用する電界により電子がドリフトするドリ
フト部とを有し、前記絶縁性基板がセラミック基板から
なり、且つ、前記下部電極が導電性を有する多結晶半導
体により形成されてなることを特徴とするものであり、
前記絶縁性基板がセラミック基板からなるので、従来の
ようにシリコン基板や石英ガラス基板の一表面側に電子
源素子を形成している場合に比べて低コスト化および大
面積化を図ることができ、しかも、無アルカリガラス基
板の一表面側に電子源素子を形成している場合に比べて
製造時の耐熱温度を高めることができ、また、前記下部
電極が導電性を有する多結晶半導体により形成されてい
るので、前記下部電極の耐熱温度によるプロセス温度の
制約が少なくなって、比較的高温の製造プロセスを採用
可能できるから、製造プロセスの選択肢が広がる。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ドリフト部は、酸化若しくは窒化若しくは酸窒
化した多孔質半導体層よりなり、少なくとも、ナノメー
タオーダの多数の半導体微結晶と、各半導体微結晶それ
ぞれの表面に形成された半導体微結晶の結晶粒径よりも
小さな膜厚の絶縁膜とを有するので、前記ドリフト部に
印加された電界の大部分が絶縁膜に集中的にかかり、前
記下部電極から前記ドリフト部に注入された電子が絶縁
膜にかかっている強電界により加速され前記表面電極へ
向かってドリフトするから、電子放出効率を向上させる
ことができる。

【００１８】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記下部電極が、導電性を有する多結晶シリコンに
より形成され、前記ドリフト部は、酸化若しくは窒化若
しくは酸窒化した多孔質多結晶シリコン層よりなり、少
なくとも、下部電極の厚み方向に延びた柱状の複数本の
グレインと、グレイン間に介在するナノメータオーダの
多数のシリコン微結晶と、各シリコン微結晶それぞれの
表面に形成されたシリコン微結晶の結晶粒径よりも小さ
な膜厚の絶縁膜とを有するので、前記ドリフト部に印加
された電界の大部分が絶縁膜に集中的にかかり、前記下
部電極から前記ドリフト部に注入された電子が絶縁膜に
かかっている強電界により加速され前記表面電極へ向か
ってドリフトするから、電子放出効率を向上させること
ができ、しかも、前記電子源素子で発生した熱がグレイ
ンを通して放出されるから、電子放出時にポッピング現
象が発生せず電子を安定して放出することができる。

【００１９】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、前記セラミック基板は、ガラスとの
熱膨張係数差の小さい材料により形成されているので、
例えばディスプレイのような表示装置の電子源として応
用する場合に、フェースプレートと対向するリヤプレー
トに前記セラミック基板を兼用することができ、組立工
程において前記セラミック基板とフェースプレートとの
熱膨張係数差に起因してフェースプレートや前記セラミ
ックが反ったり割れるのを防止することができる。

【００２０】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
４の発明において、前記セラミック基板は、ガラスより
も熱伝導率の高い材料により形成されているので、前記
電子源素子で発生した熱を外部へ効率良く放熱させるこ
とができ、前記電子源素子の信頼性を高めることができ
る。

【００２１】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、前記絶縁性基板は、選択エッチを利
用して前記下部電極のパターニングが可能な材料により
形成されているので、前記下部電極のエッチングによる
パターニングが容易になる。

【００２２】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
６の発明において、前記セラミック基板は、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、ＢｅＯから選択されるセラミ
ックス材料により形成されているので、前記絶縁性基板
として従来のように石英ガラス基板などのガラス基板を
用いた場合に比べて熱伝導率を高めることができるとと
もに選択エッチを利用した前記下部電極のパターニング
が可能になり、しかも、ディスプレイのような表示装置
の電子源として応用する場合にフェースプレートと対向
するリヤプレートに前記絶縁性基板を兼用しても組立工
程において前記絶縁性基板とフェースプレートとの熱膨
張係数差に起因してフェースプレートや前記絶縁性基板
が反ったり割れるのを防止することができる。

【００２３】請求項８の発明は、請求項１ないし請求項
７の発明において、前記電子源素子を複数個備え、前記
各電子源素子が前記絶縁性基板の前記一表面側において
マトリクスの格子点に１つずつ配設されているので、デ
ィスプレイなどの表示装置の電子源として用いることが
できる。

【００２４】請求項９の発明は、請求項１ないし請求項
８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法であ
って、絶縁性基板の前記一表面上にノンドープの多結晶
半導体からなる多結晶半導体層を形成する成膜工程と、
当該多結晶半導体層の少なくとも一部に不純物をドーピ
ングすることにより前記下部電極を形成する電極形成工
程とを有することを特徴とし、パターニングされた下部
電極を容易に形成することができ、低コスト化および大
面積化を図れ且つ比較的高温の製造プロセスを採用可能
な電界放射型電子源を提供することができる。

【００２５】請求項１０の発明は、請求項６記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、絶縁性基板の前記一
表面上に導電性を有する多結晶半導体からなる多結晶半
導体層を形成する成膜工程と、当該多結晶半導体層をエ
ッチングによりパターニングして前記下部電極を形成す
る電極形成工程とを有し、電極形成工程において前記絶
縁性基板をエッチングストッパとして利用することを特
徴とし、パターニングされた下部電極を容易に形成する
ことができるとともに、電極形成工程におけるエッチン
グの工程管理が容易になって歩留まりが向上し、低コス
ト化および大面積化を図れ且つ比較的高温の製造プロセ
スを採用可能な電界放射型電子源を提供することができ
る。

【００２６】請求項１１の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれか１項に記載の電界放射型電子源と、電界
放射型電子源に対向配置され前記電子源素子から放射さ
れる電子線により励起されて発光する蛍光体層が設けら
れたフェースプレートとを備えることを特徴とするもの
であり、低コスト化および大面積化を図れ且つ比較的高
温の製造プロセスを採用することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態の電界
放射型電子源１０は、図１に示すように、セラミック基
板であるＡｌ₂Ｏ₃基板よりなる絶縁性基板１１の一表面
上にｎ形の不純物がドーピングされて導電性を有する多
結晶シリコンよりなる下部電極１２が形成され、下部電
極１２上に酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強
電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に
金属薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極７が形成
されている。つまり、本実施形態の電界放射型電子源１
０では、絶縁性基板１１の厚み方向において表面電極７
と下部電極２１とが対向しており、表面電極７と下部電
極１２との間に強電界ドリフト層６が介在している。こ
こに、表面電極７の厚さは１０ｎｍに設定してあるが、
１０〜１５ｎｍ程度の厚さに設定すればよい。なお、本
実施形態では、下部電極１２上に強電界ドリフト層６を
形成してあるが、下部電極１２と強電界ドリフト層６と
の間にノンドープの多結晶シリコンよりなる半導体層を
介在させた構成を採用してもよい。

【００２８】図１に示す構成の電界放射型電子源１０か
ら電子を放出させるには、例えば、図２に示すように、
表面電極７に対向配置されたコレクタ電極２１を設け、
表面電極７とコレクタ電極２１との間を真空とした状態
で、表面電極７が下部電極１２に対して高電位側となる
ように表面電極７と下部電極１２との間に直流電圧Ｖps
を印加するとともに、コレクタ電極２１が表面電極７に
対して高電位側となるようにコレクタ電極２１と表面電
極７との間に直流電圧Ｖｃを印加する。各直流電圧Ｖp
s，Ｖｃを適宜に設定すれば、下部電極１２から注入さ
れた電子が強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７
を通して放出される（図２中の一点鎖線は表面電極７を
通して放出された電子ｅ^-の流れを示す）。なお、本実
施形態では、強電界ドリフト層６が、下部電極１２と表
面電極７との間に電圧を印加したときに作用する電界に
より電子がドリフトするドリフト部を構成しており、下
部電極１２と強電界ドリフト層６と表面電極７とで電子
源素子１０ａを構成している。

【００２９】本実施形態の電界放射型電子源１０では、
表面電極７と下部電極１２との間に流れる電流をダイオ
ード電流Ｉpsと呼び、コレクタ電極２１と表面電極７と
の間に流れる電流をエミッション電流（放出電子電流）
Ｉｅと呼ぶことにすれば（図２参照）、ダイオード電流
Ｉpsに対するエミッション電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉ
ps）が大きいほど電子放出効率が高くなる。

【００３０】強電界ドリフト層６は、図７と同様の構成
を有していると考えられる。すなわち、少なくとも、絶
縁性基板１１の上記一表面側に列設された柱状の多結晶
シリコンのグレイン（半導体結晶）５１と、グレイン５
１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレ
イン５１間に介在する多数のナノメータオーダのシリコ
ン微結晶（半導体微結晶）６３と、各シリコン微結晶６
３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径
よりも小さな膜厚の絶縁膜である多数のシリコン酸化膜
６４とから構成されると考えられる。要するに、強電界
ドリフト層６は、多結晶シリコン層の各グレインの表面
が多孔質化し各グレインの中心部分では結晶状態が維持
されている。なお、各グレイン５１は、下部電極１２の
厚み方向に延びている。

【００３１】本実施形態の電界放射型電子源１０では、
次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。す
なわち、表面電極７と下部電極１２との間に表面電極７
を高電位側として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コ
レクタ電極２１と表面電極７との間にコレクタ電極２１
を高電位側として直流電圧Ｖｃを印加することにより、
直流電圧Ｖpsが所定値（臨界値）に達すると、下部電極
１２から強電界ドリフト層６へ熱的励起により電子ｅ^-
が注入される。一方、強電界ドリフト層６に印加された
電界の大部分はシリコン酸化膜６４にかかるから、注入
された電子ｅ^-はシリコン酸化膜６４にかかっている強
電界により加速され、強電界ドリフト層６におけるグレ
イン５１の間の領域を表面に向かって図７中の矢印の向
き（図７における上向き）へドリフトし、表面電極７を
トンネルし真空中に放出される。しかして、強電界ドリ
フト層６では下部電極１２から注入された電子がシリコ
ン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸
化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、
表面電極７を通して放出され（弾道型電子放出現象）、
強電界ドリフト層６で発生した熱がグレイン５１を通し
て放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生
せず、安定して電子を放出することができる。なお、強
電界ドリフト層６の表面に到達した電子はホットエレク
トロンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネル
し真空中に放出される。

【００３２】ところで、上述の絶縁性基板１１では、セ
ラミックス材料として、Ａｌ₂Ｏ₃を採用しているが、Ａ
ｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄（窒化ケイ素）、ＺｒＯ₂（ジルコニア）、Ｂｅ
Ｏ（ベリリア）、ＭｇＯ（マグネシア）、ＭｇＯ・Ｓｉ
Ｏ₂（ステアタイト）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂（フォルステ
ライト）などを採用してもよい。ここにおいて、絶縁性
基板１１としては、表示装置のパネル本体を構成するフ
ェースプレート、リヤプレート、支持用スペーサなどに
用いるガラスとの熱膨張係数差の小さい材料を選択する
ことが好ましく、また、ガラスに比べて熱伝導率の高い
材料を選択することにより、従来のように石英ガラス基
板よりなる絶縁性基板１１’を用いている場合に比べて
電子源素子１０ａで発生した熱を効率良く放熱させるこ
とができ、電子源としての信頼性を高めることができ
る。したがって、絶縁性基板１１の材料としては、Ａｌ
₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、ＢｅＯなどを採用する
ことが好ましい。ここにおいて、室温での熱伝導率につ
いて数値例を挙げれば、ガラス（ＳｉＯ₂）は０．８０
［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、Ａｌ₂Ｏ₃は４６［Ｗ／（ｍ・
Ｋ）］、ＡｌＮは３１８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、ＳｉＣは
４９０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、ＭｇＯは４２［Ｗ／（ｍ・
Ｋ）］、ＢｅＯは１５９［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、Ｓｉ₃Ｎ₄
は１３［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。また、室温での熱膨
張係数について数値例を挙げれば、ガラス（ＳｉＯ₂）
は９．０×１０^-6［／℃］、Ａｌ₂Ｏ₃は７．８×１０^-6
［／℃］、ＡｌＮは４．５×１０^-6［／℃］、ＳｉＣは
４．３×１０^-6［／℃］、ＭｇＯは１０．０×１０
^-6［／℃］、ＢｅＯは６．８×１０^-6［／℃］、Ｓｉ₃
Ｎ₄は３．０×１０^-6［／℃］である。

【００３３】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０は、絶縁性基板１１がセラミック基板からなるの
で、従来のようにシリコン基板や石英ガラス基板の一表
面側に電子源素子を形成している場合に比べて低コスト
化および大面積化を図ることができ、しかも、無アルカ
リガラス基板の一表面側に電子源素子を形成している場
合に比べて製造時の耐熱温度を高めることができ、ま
た、下部電極１２が導電性を有する多結晶半導体たる多
結晶シリコンにより形成されているので、下部電極１２
の耐熱温度によるプロセス温度の制約が少なくなって、
比較的高温の製造プロセスを採用可能できるから、製造
プロセスの選択肢が広がる。また、下部電極１２が導電
性を有する多結晶シリコンにより形成されていることに
よって、従来のように下部電極１２が金属材料により形
成されているものに比べて、電子放出特性の低下を抑制
しながらも下部電極１２の耐熱性を高めることができ、
結果的に真空封止などの熱工程に起因して下部電極１２
の抵抗値の上昇を防止することができ、電子放出特性が
低下するのを防止することができる。しかも、下部電極
１２と強電界ドリフト層６との整合性を高めることがで
きるとともに、下部電極１２と強電界ドリフト層６との
間でのそれぞれの構成原子の拡散を防止することができ
るという利点もある。

【００３４】なお、本実施形態の電界放射型電子源１０
をディスプレイなどの表示装置の電子源として利用する
場合には下部電極１２、表面電極７、強電界ドリフト層
６などを適宜にパターニングすればよい。

【００３５】以下、本実施形態の電界放射型電子源１０
の製造方法について図３を参照しながら説明する。

【００３６】まず、絶縁性基板１１の一表面側に所定膜
厚（１μｍ程度に設定することが好ましい）のノンドー
プの多結晶シリコン層を形成した後、イオン注入法およ
び熱処理によって多結晶シリコン層へｎ形不純物である
Ｐをドーピングして導電性を有する多結晶シリコン層
（ｎ形多結晶シリコン層）からなる下部電極１２を形成
することにより、図３（ａ）に示すような構造が得られ
る。ここにおいて、イオン注入の条件は、イオン種を
Ｐ、ドーズ量を６×１０¹⁵ｃｍ^-2、加速電圧を５０ｋｅ
Ｖとし、熱処理は、Ｎ₂雰囲気中にて９００℃で２時間
の処理を行った。なお、ノンドープの多結晶シリコン層
の成膜方法としては、例えば、ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ
法、プラズマＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法など）やスパッタ
法やＣＧＳ（Continuous Grain Silicon）法、アモル
ファスシリコンを堆積させた後にレーザアニールする方
法などを採用すればよい。また、下部電極１２の形成方
法としては、例えば、ノンドープの多結晶シリコン層を
形成した後に熱拡散法によって多結晶シリコン層へｎ形
不純物をドーピングする方法を採用してもよいし、多結
晶シリコン層の成膜と同時にｎ形不純物をドーピングす
る方法を採用してもよい（つまり、イオン注入法や熱拡
散法などを用いることなく導電性を有する多結晶シリコ
ン層を絶縁性基板１１上に直接形成するようにしてもよ
い）。なお、下部電極１２はｎ形多結晶シリコン層によ
り構成することが好ましいが、ｐ形多結晶シリコン層に
より構成してもよく、後者の場合には、ｐ形不純物とし
て、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎなどをドーピングすればよい。ま
た、前者の場合のｎ形不純物としては、Ｐをドーピング
する代わりに、Ａｓ、Ｓｂなどをドーピングしてもよ
い。

【００３７】下部電極１２を形成した後、絶縁性基板１
１の上記一表面側（ここでは、下部電極１２上）に所定
膜厚（ここでは、１．５μｍに設定してある）のノンド
ープの多結晶シリコン層３を形成することにより、図３
（ｂ）に示すような構造が得られる。なお、多結晶シリ
コン層３の成膜方法としては、例えば、ＣＶＤ法（ＬＰ
ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法など）やス
パッタ法やＣＧＳ（Continuous Grain Silicon）法な
どを採用すればよく、下部電極１２の形成方法として成
膜時に同時にドーピングする方法を採用すれば、下部電
極１２とノンドープの多結晶シリコン層３とを同一の成
膜装置で連続的に形成する（出し入れすることなく連続
して形成する）ようにすることも可能である。

【００３８】ノンドープの多結晶シリコン層３を形成し
た後、陽極酸化処理工程にて多結晶シリコン層３を多孔
質化することにより、多孔質半導体層たる多孔質多結晶
シリコン層４が形成され、図３（ｃ）に示すような構造
が得られる。ここにおいて、陽極酸化処理工程では、５
５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１
で混合した混合液よりなる電解液の入った処理槽を利用
し、白金電極（図示せず）と下部電極２との間に電圧を
印加して、多結晶シリコン層３に光照射を行いながら定
電流で陽極酸化処理を行うことによって多孔質多結晶シ
リコン層４が形成される。このようにして形成された多
孔質多結晶シリコン層４は、多結晶シリコンのグレイン
およびシリコン微結晶を含んでいる。なお、本実施形態
では、多結晶シリコン層３の全部を多孔質化している
が、多結晶シリコン層３の一部を多孔質化するようにし
てもよく（所定深さまで多孔質化するようにしてもよ
く）、多孔質多結晶シリコン層４の厚さを０．５μｍ以
上に設定することが好ましい。

【００３９】上述の陽極酸化処理工程の終了した後に、
多孔質多結晶シリコン層４を酸化工程にて酸化すること
によって酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電
界ドリフト層６が形成され、図３（ｄ）に示すような構
造が得られる。酸化工程では、例えば、急速加熱法によ
って多孔質多結晶シリコン層４を酸化することによって
上述のグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン
酸化膜５２，６４を含む強電界ドリフト層６が形成され
る。ここにおいて、急速加熱法による酸化工程では、ラ
ンプアニール装置を用い、炉内をＯ₂ガス雰囲気として
基板温度を室温から所定の酸化温度（例えば、９００
℃）まで規定の昇温速度（例えば、２０℃／ｓｅｃ）で
上昇させて基板温度を所定の酸化時間（例えば、１時
間）だけ維持することで急速熱酸化（Rapid Thermal
Oxidation：ＲＴＯ）を行い、その後、基板温度を室温
まで下降させている。なお、強電界ドリフト層６の厚さ
は０．５μｍ以上に設定することが好ましい。

【００４０】強電界ドリフト層６を形成した後は、蒸着
法などによって金薄膜からなる表面電極７を強電界ドリ
フト層６上に形成することにより、図３（ｅ）に示す構
造の電界放射型電子源１０が得られる。なお、表面電極
７は蒸着法に限らず、スパッタ法などによって形成して
もよい。

【００４１】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０の製造方法によれば、低コスト化および大面積化を
図った電界放射型電子源１０を提供することができる。

【００４２】（実施形態２）本実施形態では、実施形態
１で説明した電界放射型電子源１０を応用したディスプ
レイ装置を例示する。本実施形態のディスプレイ装置
は、図４に示すように、セラミック基板よりなる絶縁性
基板１１の一表面側において多数個の電子源素子１０ａ
がマトリクスの格子点に配設された電界放射型電子源１
０と、絶縁性基板１１の一表面側に対向配置された平板
状のガラス基板よりなるフェースプレート３０と、絶縁
性基板１１とフェースプレート３０との間に介在する矩
形枠状の支持用スペーサ（図示せず）とからなるパネル
本体を備えており、絶縁性基板１１とフェースプレート
３０と支持用スペーサとで囲まれる空間を真空に保つよ
うに構成されている。ここにおいて、本実施形態では、
絶縁性基板１１がリヤプレートを兼ねている。なお、図
示していないが、フェースプレート３０における電界放
射型電子源１０との対向面にはＩＴＯ膜よりなるコレク
タ電極（透明電極）が形成されるとともに、コレクタ電
極における電界放射型電子源１０との対向面に、Ｒ，
Ｇ，Ｂの３つの蛍光体セル（蛍光体層）からなる複数の
画素が形成されている。ここに、蛍光体セルは、電子源
素子１０ａから放射される電子線により励起されて発光
する。

【００４３】電界放射型電子源１０は、一表面側に複数
本の下部電極１２ａが列設された絶縁性基板１１の一表
面側に強電界ドリフト層６が積層されており、強電界ド
リフト層６上に下部電極１２ａと直交する方向に形成さ
れた複数本の表面電極７を備えている。すなわち、下部
電極１２ａと表面電極７とは強電界ドリフト層６を挟ん
で互いに直交するように配設されている。ここにおい
て、強電界ドリフト層６は、複数本の下部電極１２ａと
複数本の表面電極７との交差する部位それぞれに形成さ
れた複数の酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなるド
リフト部６ａと、ドリフト部６ａの間を埋める多結晶シ
リコン層よりなる分離部６ｂとで構成されている。な
お、下部電極１２ａは実施形態１における下部電極１２
（図１参照）と同様、導電性を有する多結晶シリコン
（例えば、ｎ形多結晶シリコン）により形成されてお
り、絶縁性基板１１の上記一表面側において隣り合う下
部電極１２ａ間にはノンドープの多結晶シリコンよりな
る絶縁部２３が形成されており、下部電極１２ａの表面
と絶縁部２３の表面とが同一面上に揃っている。

【００４４】この電界放射型電子源１０では、絶縁性基
板１１の一表面側に列設された複数本の下部電極１２ａ
と、強電界ドリフト層６上に形成された複数本の表面電
極７との間に強電界ドリフト層６のドリフト部６ａが挟
まれているから、表面電極７と下部電極１２ａとの組を
適宜選択して選択した組間に電圧を印加することによ
り、選択された表面電極７と下部電極１２ａとの交点に
相当する部位のドリフト部６ａにのみ強電界が作用して
電子が放出される。つまり、表面電極７の群と下部電極
１２ａの群とからなるマトリクス（格子）の格子点に、
表面電極７と下部電極１２ａとドリフト部６ａとからな
る電子源素子１０ａを配置したことに相当し、電圧を印
加する表面電極７と下部電極１２ａとの組を選択するこ
とによって所望の電子源素子１０ａから電子を放出させ
ることが可能になる。ここにおいて、ドリフト部６ａ
は、上述の図７における強電界ドリフト層６と同様の構
成を有していると考えられる。すなわち、ドリフト部６
ａは、少なくとも、柱状の多結晶シリコンのグレイン
（半導体結晶）５１と、グレイン５１の表面に形成され
た薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在す
るナノメータオーダのシリコン微結晶６３と、シリコン
微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の
結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜であるシリコン酸化
膜６４とから構成されると考えられる。ここに、各グレ
イン５１は下部電極１２ａの厚み方向に沿って形成され
ていると考えられる。上述の電子源素子１０ａでは、表
面電極７を通して放出される電子線の放出方向が表面電
極７の法線方向に揃いやすいから、複雑なシャドウマス
クや電子収束レンズを設ける必要がなく、ディスプレイ
の薄型化を図れる。また、表面電極７と下部電極１２ａ
との間に印加する電圧を１０〜２０Ｖ程度の低電圧とし
ても電子を放出させることができるので、低消費電力化
を図れる。

【００４５】ところで、本実施形態では、実施形態１と
同様に、絶縁性基板１１がセラミック基板からなるの
で、従来のようにシリコン基板や石英ガラス基板の一表
面側に電子源素子を形成している場合に比べて低コスト
化および大面積化を図ることができ、しかも、無アルカ
リガラス基板の一表面側に電子源素子を形成している場
合に比べて製造時の耐熱温度を高めることができ、ま
た、下部電極１２ａが導電性を有する多結晶半導体たる
多結晶シリコンにより形成されているので、下部電極１
２ａの耐熱温度によるプロセス温度の制約が少なくなっ
て、比較的高温の製造プロセスを採用可能できるから、
製造プロセスの選択肢が広がる。また、下部電極１２ａ
が導電性を有する多結晶シリコンにより形成されている
ことによって、従来のように下部電極１２ａ”が金属材
料により形成されているものに比べて、電子放出特性の
低下を抑制しながらも下部電極１２の耐熱性を高めるこ
とができ、結果的に真空封止などの熱工程に起因して下
部電極１２の抵抗値の上昇を防止することができ、電子
放出特性が低下するのを防止することができる。しか
も、下部電極１２と強電界ドリフト層６との整合性を高
めることができるとともに、下部電極１２と強電界ドリ
フト層６との間でのそれぞれの構成原子の拡散を防止す
ることができるという利点もある。

【００４６】また、本実施形態では、絶縁性基板１１を
リヤプレートとして使用可能な強度となるように厚みを
設定してあり、絶縁性基板１１が、フェースプレート３
０および支持用スペーサ（図示せず）とともに電子源素
子１０ａが収納される気密空間を形成するためのリヤプ
レートを兼ねるので、部品点数を削減でき、組立工程の
工程数を削減できるとともに低コスト化を図れる。ここ
において、絶縁性基板１１をフェースプレート３０との
熱膨張係数の小さい材料（例えば、Ａｌ₂Ｏ₃）により形
成しておけば、組立工程において絶縁性基板１１とフェ
ースプレート３０との熱膨張係数差に起因してフェース
プレート３０や絶縁性基板１１が割れるのを防止するこ
とができる。また、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｉＮ、ＳｉＣ、Ｍｇ
Ｏ、ＢｅＯなどのセラミックス材料はガラスに比べて熱
伝導率が高いので、従来のように石英ガラス基板よりな
る絶縁性基板１１’を用いている場合に比べて電子源素
子１０ａで発生した熱を効率良く放熱させることがで
き、電子源としての信頼性を高めることができる。な
お、フェースプレート３０と絶縁性基板１０と支持用ス
ペーサとで囲まれる気密空間の真空度は１０^-4Ｐａ〜１
０¹Ｐａ程度に設定されている。

【００４７】本実施形態の電界放射型電子源１０の製造
方法について説明するが、実施形態１で説明した製造方
法に準じて製造することができるので、特徴となるプロ
セスについてのみ説明する。本実施形態では、絶縁性基
板１１の上記一表面側にノンドープの多結晶シリコン層
を形成する成膜工程を行った後に、リソグラフィ技術お
よびイオン注入技術および熱処理技術などを利用して上
記ノンドープの多結晶シリコン層の一部にｎ形不純物を
ドーピングすることによりｎ形多結晶シリコンからなる
下部電極１２ａを形成する電極形成工程を行うことで残
りの部分がノンドープの多結晶シリコンよりなる絶縁部
２３となる。また、強電界ドリフト層６は、下部電極１
２ａおよび絶縁部２３を覆うようにノンドープの多結晶
シリコン層を成膜させた後に、当該多結晶シリコン層に
陽極酸化処理や酸化処理などを施すことによってドリフ
ト部６ａを形成する。しかして、本実施形態の製造方法
によれば、パターニングされた下部電極１２ａを容易に
形成することができ、低コスト化および大面積化を図れ
且つ比較的高温の製造プロセスを採用可能な電界放射型
電子源１０を提供することができる。

【００４８】また、本実施形態では、隣り合う下部電極
１２ａ間に絶縁部２３が形成されているので、隣り合う
下部電極１２ａ間を確実に絶縁することができ、しか
も、強電界ドリフト層６の表面の平坦性を向上させるこ
とができ、表面電極７の断線を防止することができる。

【００４９】（実施形態３）本実施形態では、実施形態
１で説明した電界放射型電子源１０を応用したディスプ
レイ装置を例示する。本実施形態のディスプレイ装置の
基本構成は実施形態２と略同じであって、図５に示すよ
うに、実施形態２で説明した絶縁部２３を設けていない
点が相違する。なお、実施形態２と同様の構成要素には
同一の符号を付して説明を省略する。

【００５０】本実施形態の電界放射型電子源１０の製造
方法について説明するが、実施形態１で説明した製造方
法に準じて製造することができるので、特徴となるプロ
セスについてのみ説明する。本実施形態では、セラミッ
ク基板からなる絶縁性基板１１の上記一表面上に導電性
を有する多結晶シリコン層を形成する成膜工程と、当該
多結晶シリコン層をエッチングによりパターニングして
下部電極１２ａを形成する電極形成工程とを有し、電極
形成工程において絶縁性基板１１をエッチングストッパ
として利用する。ここにおいて、下部電極１２ａを形成
するためのエッチングはドライエッチング、ウェットエ
ッチングのいずれを採用してもよく、絶縁性基板１１と
しては、多結晶シリコンに比べてエッチングレートが十
分に遅いセラミック材料を用いることが好ましい。具体
的には、多結晶シリコンのエッチングレートと絶縁性基
板１１のエッチングレートとの比である選択比が２以
上、好ましくは１０以上となるようなセラミック材料を
用いることが望ましい。なお、ドライエッチングの場合
には、エッチングガス種として、例えば、ＳＦ₆などの
フッ素系ガス、ＣＣｌ₄やＣｌ₂などの塩素系ガス、ある
いはＣＢｒＦ₃などを用いればよく、ウェットエッチン
グの場合には、エッチング液として、例えば、ＨＮＯ₃
とＨＦとＣＨ₃ＣＯＯＨとの混合液などを用いればよ
い。

【００５１】しかして、本実施形態の製造方法によれ
ば、パターニングされた下部電極１２ａを容易に形成す
ることができるとともに、電極形成工程におけるエッチ
ングの工程管理が容易になって歩留まりが向上し、低コ
スト化および大面積化を図れ且つ比較的高温の製造プロ
セスを採用可能な電界放射型電子源１０を提供すること
ができる。要するに、本実施形態では、絶縁性基板１１
が、選択エッチを利用して下部電極１２ａのパターニン
グが可能な材料により形成されているので、下部電極１
２ａのエッチングによるパターニングが容易になる。な
お、強電界ドリフト層６は、下部電極１２ａおよび絶縁
性基板１１の露出した部位を覆うようにノンドープの多
結晶シリコン層を成膜させた後に、当該多結晶シリコン
層に陽極酸化処理や酸化処理などを施すことによってド
リフト部６ａを形成する。

【００５２】ところで、上記各実施形態では、強電界ド
リフト層６のドリフト部６ａ（実施形態１においては強
電界ドリフト層）を酸化した多孔質多結晶シリコン層に
より形成しているが、ドリフト部６ａを窒化若しくは酸
窒化した多孔質多結晶シリコン層により形成してもよ
く、多孔質多結晶シリコン層以外の多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化若しくは酸窒化して形成してもよい。ド
リフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層とした
場合には図８にて説明した各シリコン酸化膜５２，６４
がいずれもシリコン窒化膜となり、ドリフト部６ａを酸
窒化した多孔質多結晶シリコン層とした場合には各シリ
コン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン酸窒化膜とな
る。また、ドリフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリ
コン層とする場合には、上述の急速熱酸化の代わりに急
速熱窒化を行えばよく、ドリフト部６ａを酸窒化した多
孔質多結晶シリコン層とする場合には、上述の急速熱酸
化の代わりに急速熱酸窒化を行うようにすればよい。

【００５３】また、実施形態２，３の各電子源素子１０
ａは、フェースプレート３０における電界放射型電子源
１０との対向面側に設けられたＲ，Ｇ，Ｂいずれかの蛍
光体セルからなる個々のサブピクセル毎に形成されてい
るので、表面電極７および下部電極１２ａを絶縁性基板
１１の厚み方向においてドリフト部６ａに重なる部位に
のみ形成して低抵抗の導電性材料からなるバス電極を設
ければ、選択された電子源素子１０ａから電子線が放出
されるまでの遅れ時間を短くすることができるととも
に、配線での電圧降下によるエミッション電流の減少や
ばらつきを抑えることができる。

【００５４】

【発明の効果】請求項１の発明は、絶縁性基板と、絶縁
性基板の一表面側に形成され電子線を放出する電子源素
子とを備え、電子源素子が、絶縁性基板の前記一表面側
に形成された下部電極と、前記絶縁性基板の前記一表面
側において下部電極に対向する表面電極と、下部電極と
表面電極との間に介在し下部電極と表面電極との間に電
圧を印加したときに作用する電界により電子がドリフト
するドリフト部とを有し、前記絶縁性基板がセラミック
基板からなり、且つ、前記下部電極が導電性を有する多
結晶半導体により形成されてなるものであり、前記絶縁
性基板がセラミック基板からなるので、従来のようにシ
リコン基板や石英ガラス基板の一表面側に電子源素子を
形成している場合に比べて低コスト化および大面積化を
図ることができるという効果があり、しかも、無アルカ
リガラス基板の一表面側に電子源素子を形成している場
合に比べて製造時の耐熱温度を高めることができるとい
う効果があり、また、前記下部電極が導電性を有する多
結晶半導体により形成されているので、前記下部電極の
耐熱温度によるプロセス温度の制約が少なくなって、比
較的高温の製造プロセスを採用可能できるから、製造プ
ロセスの選択肢が広がるという効果がある。

【００５５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ドリフト部は、酸化若しくは窒化若しくは酸窒
化した多孔質半導体層よりなり、少なくとも、ナノメー
タオーダの多数の半導体微結晶と、各半導体微結晶それ
ぞれの表面に形成された半導体微結晶の結晶粒径よりも
小さな膜厚の絶縁膜とを有するので、前記ドリフト部に
印加された電界の大部分が絶縁膜に集中的にかかり、前
記下部電極から前記ドリフト部に注入された電子が絶縁
膜にかかっている強電界により加速され前記表面電極へ
向かってドリフトするから、電子放出効率を向上させる
ことができるという効果がある。

【００５６】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記下部電極が、導電性を有する多結晶シリコンに
より形成され、前記ドリフト部は、酸化若しくは窒化若
しくは酸窒化した多孔質多結晶シリコン層よりなり、少
なくとも、下部電極の厚み方向に延びた柱状の複数本の
グレインと、グレイン間に介在するナノメータオーダの
多数のシリコン微結晶と、各シリコン微結晶それぞれの
表面に形成されたシリコン微結晶の結晶粒径よりも小さ
な膜厚の絶縁膜とを有するので、前記ドリフト部に印加
された電界の大部分が絶縁膜に集中的にかかり、前記下
部電極から前記ドリフト部に注入された電子が絶縁膜に
かかっている強電界により加速され前記表面電極へ向か
ってドリフトするから、電子放出効率を向上させること
ができるという効果があり、しかも、前記電子源素子で
発生した熱がグレインを通して放出されるから、電子放
出時にポッピング現象が発生せず電子を安定して放出す
ることができるという効果がある。

【００５７】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、前記セラミック基板は、ガラスとの
熱膨張係数差の小さい材料により形成されているので、
例えばディスプレイのような表示装置の電子源として応
用する場合に、フェースプレートと対向するリヤプレー
トに前記セラミック基板を兼用することができ、組立工
程において前記セラミック基板とフェースプレートとの
熱膨張係数差に起因してフェースプレートや前記セラミ
ックが反ったり割れるのを防止することができるという
効果がある。

【００５８】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
４の発明において、前記セラミック基板は、ガラスより
も熱伝導率の高い材料により形成されているので、前記
電子源素子で発生した熱を外部へ効率良く放熱させるこ
とができ、前記電子源素子の信頼性を高めることができ
るという効果がある。

【００５９】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、前記絶縁性基板は、選択エッチを利
用して前記下部電極のパターニングが可能な材料により
形成されているので、前記下部電極のエッチングによる
パターニングが容易になるという効果がある。

【００６０】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
６の発明において、前記セラミック基板は、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、ＢｅＯから選択されるセラミ
ックス材料により形成されているので、前記絶縁性基板
として従来のように石英ガラス基板などのガラス基板を
用いた場合に比べて熱伝導率を高めることができるとと
もに選択エッチを利用した前記下部電極のパターニング
が可能になるという効果があり、しかも、ディスプレイ
のような表示装置の電子源として応用する場合にフェー
スプレートと対向するリヤプレートに前記絶縁性基板を
兼用しても組立工程において前記絶縁性基板とフェース
プレートとの熱膨張係数差に起因してフェースプレート
や前記絶縁性基板が反ったり割れるのを防止することが
できるという効果がある。

【００６１】請求項８の発明は、請求項１ないし請求項
７の発明において、前記電子源素子を複数個備え、前記
各電子源素子が前記絶縁性基板の前記一表面側において
マトリクスの格子点に１つずつ配設されているので、デ
ィスプレイなどの表示装置の電子源として用いることが
できるという効果がある。

【００６２】請求項９の発明は、請求項１ないし請求項
８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法であ
って、絶縁性基板の前記一表面上にノンドープの多結晶
半導体からなる多結晶半導体層を形成する成膜工程と、
当該多結晶半導体層の少なくとも一部に不純物をドーピ
ングすることにより前記下部電極を形成する電極形成工
程とを有するので、パターニングされた下部電極を容易
に形成することができ、低コスト化および大面積化を図
れ且つ比較的高温の製造プロセスを採用可能な電界放射
型電子源を提供することができるという効果がある。

【００６３】請求項１０の発明は、請求項６記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、絶縁性基板の前記一
表面上に導電性を有する多結晶半導体からなる多結晶半
導体層を形成する成膜工程と、当該多結晶半導体層をエ
ッチングによりパターニングして前記下部電極を形成す
る電極形成工程とを有し、電極形成工程において前記絶
縁性基板をエッチングストッパとして利用するので、パ
ターニングされた下部電極を容易に形成することができ
るとともに、電極形成工程におけるエッチングの工程管
理が容易になって歩留まりが向上し、低コスト化および
大面積化を図れ且つ比較的高温の製造プロセスを採用可
能な電界放射型電子源を提供することができるという効
果がある。

【００６４】請求項１１の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれか１項に記載の電界放射型電子源と、電界
放射型電子源に対向配置され前記電子源素子から放射さ
れる電子線により励起されて発光する蛍光体層が設けら
れたフェースプレートとを備えるものであり、低コスト
化および大面積化を図れ且つ比較的高温の製造プロセス
を採用することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１における電界放射型電子源の概略断
面図である。

【図２】同上の動作説明図である。

【図３】同上の製造方法を説明するための主要工程断面
図である。

【図４】実施形態２を示し、電界放射型電子源を用いた
ディスプレイの概略構成図である。

【図５】実施形態３を示し、電界放射型電子源を用いた
ディスプレイの概略構成図である。

【図６】従来例を示す電界放射型電子源の動作説明図で
ある。

【図７】同上の電界放射型電子源の動作説明図である。

【図８】他の従来例を示す電界放射型電子源の動作説明
図である。

【図９】同上の電界放射型電子源を応用したディスプレ
イ装置の概略構成図である。

【符号の説明】

６ 強電界ドリフト層 ７ 表面電極 １０ 電界放射型電子源 １０ａ 電子源素子 １１ 絶縁性基板 １２ 下部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相澤 浩一 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 本多 由明 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 渡部 祥文 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 幡井 崇 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 櫟原 勉 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 5C031 DD17 5C036 EE14 EE19 EF01 EF06 EF09 EG12 EH11

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板と、絶縁性基板の一表面側に
   形成され電子線を放出する電子源素子とを備え、電子源
   素子が、絶縁性基板の前記一表面側に形成された下部電
   極と、前記絶縁性基板の前記一表面側において下部電極
   に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介
   在し下部電極と表面電極との間に電圧を印加したときに
   作用する電界により電子がドリフトするドリフト部とを
   有し、前記絶縁性基板がセラミック基板からなり、且
   つ、前記下部電極が導電性を有する多結晶半導体により
   形成されてなることを特徴とする電界放射型電子源。
2. 【請求項２】 前記ドリフト部は、酸化若しくは窒化若
   しくは酸窒化した多孔質半導体層よりなり、少なくと
   も、ナノメータオーダの多数の半導体微結晶と、各半導
   体微結晶それぞれの表面に形成された半導体微結晶の結
   晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜とを有することを特徴
   とする請求項１記載の電界放射型電子源。
3. 【請求項３】 前記下部電極が、導電性を有する多結晶
   シリコンにより形成され、前記ドリフト部は、酸化若し
   くは窒化若しくは酸窒化した多孔質多結晶シリコン層よ
   りなり、少なくとも、下部電極の厚み方向に延びた柱状
   の複数本のグレインと、グレイン間に介在するナノメー
   タオーダの多数のシリコン微結晶と、各シリコン微結晶
   それぞれの表面に形成されたシリコン微結晶の結晶粒径
   よりも小さな膜厚の絶縁膜とを有することを特徴とする
   請求項１記載の電界放射型電子源。
4. 【請求項４】 前記セラミック基板は、ガラスとの熱膨
   張係数差の小さい材料により形成されてなることを特徴
   とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電界
   放射型電子源。
5. 【請求項５】 前記セラミック基板は、ガラスよりも熱
   伝導率の高い材料により形成されてなることを特徴とす
   る請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電界放射
   型電子源。
6. 【請求項６】 前記絶縁性基板は、選択エッチを利用し
   て前記下部電極のパターニングが可能な材料により形成
   されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５の
   いずれかに記載の電界放射型電子源。
7. 【請求項７】 前記セラミック基板は、Ａｌ₂Ｏ₃、Ａｌ
   Ｎ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、ＢｅＯから選択されるセラミック
   ス材料により形成されてなることを特徴とする請求項１
   ないし請求項６のいずれかに記載の電界放射型電子源。
8. 【請求項８】 前記電子源素子を複数個備え、前記各電
   子源素子が前記絶縁性基板の前記一表面側においてマト
   リクスの格子点に１つずつ配設されてなることを特徴と
   する請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電界放
   射型電子源。
9. 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれかに記
   載の電界放射型電子源の製造方法であって、絶縁性基板
   の前記一表面上にノンドープの多結晶半導体からなる多
   結晶半導体層を形成する成膜工程と、当該多結晶半導体
   層の少なくとも一部に不純物をドーピングすることによ
   り前記下部電極を形成する電極形成工程とを有すること
   を特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項６記載の電界放射型電子源の製
    造方法であって、絶縁性基板の前記一表面上に導電性を
    有する多結晶半導体からなる多結晶半導体層を形成する
    成膜工程と、当該多結晶半導体層をエッチングによりパ
    ターニングして前記下部電極を形成する電極形成工程と
    を有し、電極形成工程において前記絶縁性基板をエッチ
    ングストッパとして利用することを特徴とする電界放射
    型電子源の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし請求項８のいずれか１
    項に記載の電界放射型電子源と、電界放射型電子源に対
    向配置され前記電子源素子から放射される電子線により
    励起されて発光する蛍光体層が設けられたフェースプレ
    ートとを備えることを特徴とする表示装置。