JP2003197090A - 電界放射型電子源およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】信頼性の高い電界放射型電子源およびその製造
方法を提供する。 【解決手段】ガラス基板１１に積層された放熱層１３
と、放熱層１３上に列設された複数本の下部電極１２
と、放熱層１３の表面側に複数本の下部電極１２を覆う
ように積層された強電界ドリフト層６と、強電界ドリフ
ト層６上において下部電極１２と直交する方向に形成さ
れた複数本の表面電極７とを備える。強電界ドリフト層
６は、各下部電極１２それぞれ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とで構成される。下部電極１２
とドリフト部６ａと表面電極７とで構成される電子源素
子１０ａがマトリクス状に配置されたマトリクス電子源
素子１０ｂで発生した熱は放熱層１３およびヒートシン
ク４０を通して外部へ放熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、導電性基板の一表面側に酸化
若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフ
ト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成し
た電界放射型電子源が提案されている（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２９６６
８４２号、特許第２９８７１４０号など参照）。

【０００３】この種の電界放射型電子源としては、例え
ば、図１０に示すように、導電性基板としてのｎ形シリ
コン基板１の主表面（一表面）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（例えば、金薄膜）よ
りなる表面電極７が形成されている。また、ｎ形シリコ
ン基板１の裏面にはオーミック電極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１０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の主表
面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。

【０００４】図１０に示す構成の電界放射型電子源１
０’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
１０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、表面電極７の厚さは１０〜
１５ｎｍ程度に設定されている。

【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
孔質多結晶シリコン層を急速熱酸化法によって例えば９
００℃の温度で急速熱酸化することにより形成されてお
り、図１１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
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５１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１
０’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１
１中の矢印の向き（図１１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１２に示すように、絶縁
性を有するガラス基板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１０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１２に示す構成の電界放射型電子源１
０”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
１２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１０および図１２参
照）、ダイオード電流Ｉpsに対するエミッション電流Ｉ
ｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉps）が大きいほど電子放出効率
（＝（Ｉe／Ｉps）×１００〔％〕）が高くなる。な
お、上述の電界放射型電子源１０’，１０”では、表面
電極７と下部電極１２との間に印加する直流電圧Ｖps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、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１２に示した電界放射型電子源１
０”をディスプレイの電子源とし応用する場合には、例
えば図１３に示す構成を採用すればよい。

【００１１】図１３に示すディスプレイは、電界放射型
電子源１０に対向して平板状のガラス基板よりなるフェ
ースプレート３０が配置され、フェースプレート３０に
おける電界放射型電子源１０との対向面には透明な導電
膜（例えば、ＩＴＯ膜）よりなるコレクタ電極（以下、
アノード電極と称す）２１が形成されている。また、図
示していないが、アノード電極２１における電界放射型
電子源１０との対向面には、画素ごとに形成された蛍光
物質と蛍光物質間に形成された黒色材料からなるブラッ
クストライプとが設けられている。ここに、蛍光物質は
アノード電極２１における電界放射型電子源１０との対
向面に塗布されており、電界放射型電子源１０から放射
される電子線によって可視光を発光する。なお、蛍光物
質には電界放射型電子源１０から放射されアノード電極
２１に印加された電圧によって加速された高エネルギの
電子が衝突するようになっており、蛍光物質としてはＲ
（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各発光色のものを
用いている。また、フェースプレート３０は図示しない
矩形枠状のフレームによって電界放射型電子源１０と離
間させてあり、フェースプレート３０と電界放射型電子
源１０との間に形成される気密空間を真空にしてある。

【００１２】図１３に示した電界放射型電子源１０は、
絶縁性を有するガラス基板１１と、ガラス基板１１の一
表面上に列設された複数本の下部電極１２と、下部電極
１２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部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１２に交差（直交）する方向に形成され
た複数本の表面電極７とを備えている。

【００１３】この電界放射型電子源１０では、ガラス基
板１１の一表面上に列設された複数本の下部電極１２
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１２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１２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、複数の表面電極７の群と複数の下
部電極１２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１２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１２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。したがって、電界放射型電子源１
０は、ガラス基板１１上に電子源素子１０ａをマトリク
ス状に配置したマトリクス電子源素子１０ｂが形成され
ていると考えることができる。ここに、マトリクス電子
源素子１０ｂは複数本の下部電極１２、強電界ドリフト
層６、複数本の表面電極７などにより構成される。

【００１４】なお、ドリフト部６ａは、上述の図１１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６ａ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酸化膜であるシリコ
ン酸化膜６４とから構成されると考えられる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の電界
放射型電子源１０では、ガラス基板１１に電子源素子１
０ａを形成しているので、ｎ形シリコン基板１（図１０
参照）のような半導体基板に電子源素子１０ａを形成す
る場合に比べて、ディスプレイへ応用するにあたって、
画面の大面積化を図ることができる。

【００１６】しかしながら、ガラスはシリコンに比べて
熱伝導率が低く、ガラス基板１１に形成した電子源素子
１０ａを連続動作させた場合、電子源素子１０ａに熱が
蓄積して電子放出特性の経時特性が低下してしまうとい
う不具合があった。

【００１７】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、信頼性の高い電界放射型電子源およ
びその製造方法を提供することにある。

【００１８】

【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、絶縁性を有するガラス基板と、
ガラス基板の一表面側に形成され電子を放出する電子源
素子とを備え、電子源素子が、ガラス基板の前記一表面
側に形成された下部電極と、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表面電極と下
部電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加し
たときに下部電極から注入された電子が表面電極へ向か
ってドリフトする強電界ドリフト層とを備えた電界放射
型電子源であって、ガラス基板と下部電極との間にガラ
ス基板に比べて十分に高い熱伝導性を有する放熱層が設
けられ、放熱層に接し電子源素子で発生した熱を外部へ
放熱させるヒートシンクが設けられて成ることを特徴と
するものであり、電子源素子を形成する基板としてガラ
ス基板を用いながらも、電子源素子で発生した熱を効率
良く放熱させることができて、電子源素子の経時特性を
向上させることができるから、電子源としての信頼性を
高めることができる。

【００１９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記放熱層は、前記ガラス基板の前記一表面に積層
された半導体層と、半導体層に積層され半導体層と前記
下部電極とを電気的に絶縁する絶縁層とからなるので、
熱伝導率の高い材料として半導体材料を用いることがで
き、前記放熱層を一般的な半導体製造プロセスで用いら
れている材料および成膜方法で形成することが可能にな
る。

【００２０】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記半導体層は、アモルファスシリコン若しくは多
結晶シリコンよりなるので、前記半導体層を一般的な半
導体製造プロセスで用いられる材料により形成すること
ができ、しかも、前記半導体層を大面積にわたって容易
に形成することができる。

【００２１】請求項４の発明は、請求項２または請求項
３の発明において、前記半導体層は、ＣＶＤ法若しくは
ＰＶＤ法により形成されてなるので、前記半導体層を一
般的な半導体製造プロセスで用いられる製造装置を転用
して形成することが可能となるから、設備投資を含めた
製造コストを低減することができる。

【００２２】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、前記放熱層は、前記ガラス基板の前記一表面に積層
された金属層と、金属層に積層され金属層と前記下部電
極とを電気的に絶縁する絶縁層とからなるので、熱伝導
率の高い材料として金属を用いることができ、前記放熱
層を一般的な半導体製造プロセスで用いられている材料
および成膜方法で形成することが可能になる。また、請
求項２および請求項３の発明に比べて放熱効果を高める
ことができる。

【００２３】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、前記金属層は、ＣＶＤ法若しくはＰＶＤ法により形
成されてなるので、前記金属層を一般的な半導体製造プ
ロセスで用いられる製造装置を転用して形成することが
可能となるから、設備投資を含めた製造コストを低減す
ることができる。

【００２４】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記金属層は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｗよりな
る群から選択される材料よりなるので、前記金属層の材
料コストを比較的安くすることができ、低コスト化を図
ることができる。

【００２５】請求項８の発明は、請求項５の発明におい
て、前記金属層は、めっき法により形成されてなるの
で、前記金属層を一般的な半導体製造プロセスであるＰ
ＶＤ法やＣＶＤ法などによって形成する場合に比べて容
易に厚く形成することができ、より高い放熱効果を得る
ことが可能となる。

【００２６】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、前記金属層は、Ａｌ若しくはＣｕよりなるので、前
記金属層の材料コストを比較的安くすることができ、低
コスト化を図ることができる。

【００２７】請求項１０の発明は、請求項２ないし請求
項９の発明において、前記絶縁層は、ＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ
₄，Ｔａ₂Ｏ₃よりなる群から選択される材料よりなるの
で、前記絶縁層を一般的な半導体製造プロセスで用いら
れる製造装置を転用して形成することが可能となるか
ら、設備投資を含めた製造コストを低減することができ
る。

【００２８】請求項１１の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記放熱層は、セラミック材料により形成されて
なるので、請求項２〜８のように前記放熱層が積層構造
を有する場合に比べて前記放熱層を形成するプロセスの
簡略化が可能となる。

【００２９】請求項１２の発明は、請求項１１の発明に
おいて、前記セラミック材料の主原料は、ＳｉＣ，Ａｌ
Ｎ，Ａｌ₂Ｏ₃の群から選択されるので、前記セラミック
材料の主原料が高熱伝導性と電気絶縁性とを兼ね備えて
いて高い放熱効果を得ることができ、しかも、化学的に
安定な材料であるから取り扱いが容易である。

【００３０】請求項１３の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記放熱層は、ダイヤモンド若しくはダイヤモン
ドライクカーボンよりなるので、請求項２〜８のように
前記放熱層が積層構造を有する場合に比べて前記放熱層
を形成するプロセスの簡略化が可能となる。

【００３１】請求項１４の発明は、請求項１ないし請求
項１３の発明において、前記ヒートシンクは、少なくと
も前記放熱層の側面および前記放熱層において前記電子
源素子が形成された面に接する形状に形成されているの
で、放熱面積を大きくすることができ、放熱効果を高め
ることができる。

【００３２】請求項１５の発明は、請求項１ないし請求
項１４の発明において、前記強電界ドリフト層は前記下
部電極と表面電極との間に介在する部分が酸化若しくは
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、前記強電界ド
リフト層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強電界ドリフト層に注入
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熱されるから、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。また、前記電子源素子から放出され
る電子線の放出方向が前記表面電極の法線方向に揃いや
すいから、例えばディスプレイの電子源として応用する
場合に、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。

【００３３】請求項１６の発明は、請求項１１記載の電
界放射型電子源の製造方法であって、放熱層上に電子源
素子を形成した後、電子源素子が形成された放熱層をガ
ラス基板の一表面に貼り合わせるので、前記放熱層とし
て市販のセラミック基板などの板材を使用することがで
き、当該板材上に電子源素子を形成すればよいから、電
子源素子をガラス基板上に形成するプロセスを必要とせ
ず、製造工程の簡略化が可能になる。

【００３４】

【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（ａ）に示すように、絶縁性
を有する矩形板状のガラス基板１１と、ガラス基板１１
の一表面上に積層された放熱層１３と、放熱層１３上に
形成されたマトリクス電子源素子１０ｂと、放熱層１３
に接しマトリクス電子源素子１０ｂで発生した熱を外部
へ放熱させるヒートシンク４０とを備えている。

【００３５】マトリクス電子源素子１０ｂは、図１
（ｂ）に示すように、放熱層１３の表面上に列設された
複数本の下部電極１２と、複数本の下部電極１２が列設
された放熱層１３の表面側に形成された強電界ドリフト
層６と、強電界ドリフト層６上において下部電極１２と
交差（直交）する方向に形成された複数本の表面電極７
とを備えている。すなわち、下部電極１２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、各下部電極１２にそれぞれ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。

【００３６】マトリクス電子源素子１０ｂでは、放熱層
１３の表面上に列設された複数本の下部電極１２と、強
電界ドリフト層６上で下部電極１２に交差する方向に列
設された複数本の表面電極７との交点に相当する部位に
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１２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、強電界ドリフ
ト層６において選択された表面電極７と下部電極１２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、複数本の表面電極
７の群と複数本の下部電極１２の群とからなるマトリク
ス（格子）の格子点に、図２に示すように下部電極１２
とドリフト部６ａと表面電極７とからなる電子源素子１
０ａ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１２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。なお、各下部電極１２は、短冊状に形成され長手方
向の両端部上にそれぞれパッド２８が形成されている。
また、各表面電極７も、短冊状に形成され、長手方向の
両端部から延長された部位上にそれぞれパッド２７が形
成されている。また、上述の記載から分かるように、電
子源素子１０ａは画素ごとに設けられることになる。

【００３７】下部電極２は、例えば、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，
Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｍｏなどの金属あるいはこれ
らの合金や、不純物をドーピングした多結晶シリコンな
どにより形成すればよい。

【００３８】また、表面電極７は、例えば、Ａｕ，Ｐ
ｔ，Ｃｒなどの仕事関数が小さく耐酸化性が高くて化学
的に安定な金属からなる金属膜あるいはこれらの金属膜
の積層膜により形成すればよい。なお、表面電極７の厚
さは、１０〜１５ｎｍ程度の範囲で設定すればよい。

【００３９】また、強電界ドリフト層６は、放熱層１３
および下部電極１２が形成されたガラス基板１１の上記
一表面側の全面にノンドープの多結晶シリコン層を堆積
させた後に、当該多結晶シリコン層のうち強電界ドリフ
ト層６のドリフト部６ａに対応した部位を陽極酸化処理
にて多孔質化し（以下、この多孔質化された部分を多孔
質多結晶シリコン層と称す）、多孔質多結晶シリコン層
を例えば急速加熱法或いは電気化学的な方法によって酸
化することにより形成されている。

【００４０】本実施形態の電界放射型電子源１０の基本
動作は図１３に示した従来構成の動作と同じであって、
表面電極７を真空中に配置するとともに対向配置される
フェースプレート３０にアノード電極２１を設け、選択
した表面電極７を下部電極１２に対して高電位側として
直流電圧Ｖps（図１２参照）を印加するとともに、アノ
ード電極２１を表面電極７に対して高電位側として直流
電圧Ｖc（図１２参照）を印加することによって、強電
界ドリフト層６のドリフト部６ａに作用する電界により
下部電極１２から強電界ドリフト層６のドリフト部６ａ
へ注入された電子がドリフト部６ａをドリフトし表面電
極７を通して放出される。ここにおいて、強電界ドリフ
ト層６のドリフト部６ａは、上述の図１１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６ａ
は、少なくとも、ガラス基板１１の上記一表面側（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のドリ
フト部６ａ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。

【００４１】したがって、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、アノード電極２１（図１３参照）と表面電極
７との間にアノード電極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のドリフト部６ａ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のドリフト部６ａ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、ドリフト部６ａにおける
グレイン５１の間の領域を表面に向かって図１１中の矢
印の向き（図１１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のドリフト部６ａ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。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１２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。

【００４２】ところで、本実施形態の電界放射型電子源
１０では、ガラス基板１１と下部電極１２との間に放熱
層１３が設けられ、放熱層１３に接しマトリクス電子源
素子１０ｂ（複数の電子源素子１０ａ）で発生した熱を
外部へ放熱させるヒートシンク１４が設けられている点
に特徴がある。

【００４３】放熱層１３は、図２に示すように、ガラス
基板１１の上記一表面に積層された高濃度ドープの多結
晶シリコンよりなる半導体層１３ａと、半導体層１３ａ
に積層され半導体層１３ａと下部電極１２とを電気的に
絶縁するＳｉＯ₂からなる絶縁層１３ｂとで構成され、
ガラス基板１１に比べて十分に高い熱伝導性を有してい
る。ここにおいて、半導体層１３ａの厚さ寸法を１μ
ｍ、絶縁層１３ｂの厚さ寸法を０．５μｍに設定してあ
る。ただし、絶縁層１３ｂの厚さは、半導体層１３ａと
下部電極１２との間の電気絶縁性を確保できる厚さでよ
り薄い方が好ましい。つまり、絶縁層１３ｂの厚さ寸法
は、マトリクス電子源素子１０ｂと半導体層１３ａとが
熱絶縁されず且つ電気的に絶縁される程度の厚さに設定
すればよい。

【００４４】なお、本実施形態では、半導体層１３ａを
多結晶シリコンにより形成してあるが、多結晶シリコン
に限らず、ガラス基板１１に比べて熱伝導率が十分に高
ければよく、例えばアモルファスシリコンにより形成し
てもよい。また、絶縁層１３ｂをＳｉＯ₂により形成し
てあるが、ＳｉＯ₂に限らず、例えばＳｉ₃Ｎ₄、Ｔａ₂Ｏ
₅、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、ＴｉＯ₂などにより形成してもよ
い。

【００４５】また、本実施形態では、ガラス基板１１上
に半導体層１３ａを形成する方法としてＬＰＣＶＤ法を
採用しているが、ＬＰＣＶＤ法の他にプラズマＣＶＤ
法、触媒ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などを採用
してもよい。ここに、半導体層１３ａの厚さ寸法は、反
りが影響しない厚さであってより厚い方が好ましい。

【００４６】また、半導体層１３ａ上に絶縁層１３ｂを
形成する方法として、ＰＶＤ法の一つであるスパッタ法
を採用しているが、ＰＶＤ法に限らず、熱ＣＶＤ法やプ
ラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法を採用してもよい。

【００４７】ところで、上述のヒートシンク４０は、熱
伝導率の高い金属材料（例えば、Ｃｕ，Ａｌなど）によ
り形成されており、ガラス基板１１および放熱層１３に
接しマトリクス電子源素子１０ｂで発生した熱が放熱層
１３を介して伝導される逆Ｌ字状の接触部４１と、接触
部４１の一端部から側方へ延長され接触部４１を伝導し
た熱を外部へ放熱する矩形状の放熱部４２とを備えてい
る。ここに、ヒートシンク４０の接触部４１は放熱層１
３およびガラス基板１１の各一側面（図１（ａ）におけ
る各右側面）および放熱層１３の表面（図１（ａ）にお
ける上面）と接触するように貼り付けてある。なお、ヒ
ートシンク４０は、放熱部４２の下面（図１（ａ）にお
ける下面）とガラス基板１１の裏面（図１（ａ）におけ
る下面）とが同一面上に略揃うように形成されている。

【００４８】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０では、ガラス基板１１と下部電極１２との間に下部
電極１２と電気的に絶縁され且つ熱伝導性に優れた放熱
層１３が設けられ、放熱層１３に接し電子源素子１０ａ
で発生した熱を外部へ放熱させるヒートシンク４０が設
けられているので、電子源素子１０ａを形成する基板と
してガラス基板１１を用いながらも、電子源素子１０ａ
で発生した熱を外部へ効率良く放熱させることができる
から、電子源素子１０ａの経時特性を向上させることが
でき、電子源としての信頼性を高めることができる。

【００４９】また、本実施形態では、上述のように放熱
層１３が半導体層１３ａと絶縁層１３ｂとからなるの
で、熱伝導率の高い材料として半導体材料を用いること
ができ、放熱層１３を一般的な半導体製造プロセスで用
いられている材料および成膜方法で形成することが可能
になる。ここに、半導体層１３ａが多結晶シリコンやア
モルファスシリコンなどの半導体材料により形成されて
いるので、半導体層１３ａを一般的な半導体製造プロセ
スで用いられる材料により形成することができ、しか
も、半導体層１３ａをＣＶＤ法やＰＶＤ法によって大面
積にわたって容易に形成することができる。また、半導
体層１３ａをＣＶＤ法若しくはＰＶＤ法により形成する
ようにすれば、半導体層１３ａを一般的な半導体製造プ
ロセスで用いられる製造装置を転用して形成することが
可能となるから、設備投資を含めた製造コストを低減す
ることができるという利点がある。

【００５０】なお、本実施形態では、強電界ドリフト層
６のドリフト部６ａを酸化した多孔質多結晶シリコン層
により構成しているが、強電界ドリフト層６のドリフト
部６ａを窒化若しくは酸窒化した多孔質多結晶シリコン
層により構成してもよいし、また、その他の酸化若しく
は窒化若しくは酸窒化した多孔質半導体層により構成し
てもよい。ここに、強電界ドリフト層６のドリフト部６
ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層とした場合には図
１１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、強電界ドリフト層６のドリフ
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。

【００５１】（実施形態２）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１および図２に示した実施形態
１と略同じであって、図３に示すように、放熱層１３が
ガラス基板１１の上記一表面に積層されたＡｌよりなる
金属層１３ｃと、金属層１３ｃに積層され金属層１３ｃ
と下部電極１２とを電気的に絶縁するＳｉＯ₂よりなる
絶縁層１３ｂとで構成されている点が相違するだけであ
る。ここに、金属層１３ｃは、材料としてＡｌを用いて
おり、ＰＶＤ法（例えば、スパッタ法、電子ビーム蒸着
法など）によって１μｍの厚さで形成されている。な
お、絶縁層１３ｂの材料および形成方法は実施形態１と
同様である。また、実施形態１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。

【００５２】金属層１３ｃの材料は、Ａｌに限定される
ものではなく、例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｍ
ｏ，Ｗなどの純金属やこれらの合金でもよく、Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｗよりなる群から選択される材料を用
いれば、Ａｕ，Ａｇなどの比較的高価な金属材料を用い
る場合に比べて金属層１３ｃの材料コストを比較的安く
することができ、低コスト化を図ることができるという
利点がある。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０．８［Ｗ／
（ｍ・Ｋ）］、Ａｇは４１９［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、Ａｌ
は２３９［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、Ａｕは２９３［Ｗ／（ｍ
・Ｋ）］、Ｃｕは３９３［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、Ｍｇは１
６７［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、Ｍｏは１４２［Ｗ／（ｍ・
Ｋ）］、Ｗは１６５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であり、列記し
た各金属材料の熱伝導率はガラスの熱伝導率の１００倍
を超えた十分に大きな値となっている。

【００５３】しかして、本実施形態では、放熱層１３に
おいて熱伝導率の高い材料として金属を用いているの
で、放熱層１３を一般的な半導体製造プロセスで用いら
れている材料および成膜方法で形成することが可能にな
り、実施形態１のように半導体材料（例えば、多結晶シ
リコン）を用いる場合に比べて放熱効果を高めることが
できるという利点がある。また、本実施形態では、金属
層１３ｃをＣＶＤ法若しくはＰＶＤ法により形成するこ
とができるので、金属層１３ｃを一般的な半導体製造プ
ロセスで用いられる製造装置を転用して形成することが
可能となるから、設備投資を含めた製造コストを低減す
ることができるという利点がある。

【００５４】ところで、本実施形態では、金属層１３ｃ
をＰＶＤ法により形成しているが、ＰＶＤ法に限らず、
ＣＶＤ法（例えば、熱ＣＶＤ法など）やめっき法（例え
ば、電気めっき法、無電解めっき法などの湿式めっき
法）により形成してもよく、金属層１３ｃをめっき法に
より形成するようにした場合には、金属層１３ｃを一般
的な半導体製造プロセスであるＰＶＤ法やＣＶＤ法など
によって形成する場合に比べて容易に厚く形成すること
ができ、より高い放熱効果を得ることが可能になるとい
う利点がある。ここに、金属層１３ｃをめっき法により
形成する場合には、材料としてＣｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｐ
ｂ，Ｃｒ，Ａｇなどを採用することが可能であり、数μ
ｍオーダの厚さの金属層１３ｃを短時間で容易に形成す
ることができる。

【００５５】（実施形態３）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１および図２に示した実施形態
１と略同じであって、図４に示すように、放熱層１３が
単層構造であってＡｌ₂Ｏ₃のようなセラミックにより形
成されている点が相違するだけである。放熱層１３の厚
さは１０μｍに設定してあるが、１０μｍに限らず、数
十μｍ程度でより厚い方が好ましい。放熱層１３を構成
するセラミックの主材料はＡｌ₂Ｏ₃に限らず、ＳｉＣ，
ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＢｅＯ，ＭｇＯなどが採用可能であ
るが、ＳｉＣ，ＡｌＮ，Ａｌ₂Ｏ₃の群から選択すること
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０．８［Ｗ／
（ｍ・Ｋ）］、Ａｉ₂Ｏ₃は４６［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、Ｓ
ｉＣは４９０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、ＡｌＮは３１８［Ｗ
／（ｍ・Ｋ）］、Ｓｉ₃Ｎ₄は１３［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、
ＢｅＯは１５９［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、ＭｇＯは４２［Ｗ
／（ｍ・Ｋ）］である。なお、実施形態１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。

【００５６】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０では、放熱層１３がセラミック材料により形成され
てなるので、実施形態１，２のように放熱層１３が積層
構造を有する場合に比べて放熱層１３を形成するプロセ
スの簡略化が可能となる。また、セラミック材料の主原
料が、ＳｉＣ，ＡｌＮ，Ａｌ₂Ｏ₃の群から選択されるの
で、セラミック材料の主原料が高熱伝導性と電気絶縁性
とを兼ね備えていて高い放熱効果を得ることができ、し
かも、化学的に安定な材料であるから取り扱いが容易で
あるという利点がある。

【００５７】ところで、本実施形態のように放熱層１３
の材料としてセラミック材料を採用する場合、放熱層１
３として市販のセラミック基板などの板材を使用し、図
５に示すように、放熱層１３上に複数の電子源素子１０
ａを有するマトリクス電子源素子１０ｂを形成した後、
マトリクス電子源素子１０ｂが形成された放熱層１３を
ガラス基板１１の一表面に貼り合わせるようなプロセス
を採用してもよく、このようなプロセスを採用すれば、
複数の電子源素子１０ａを有するマトリクス電子源素子
１０ｂをガラス基板１１上に形成するプロセスを必要と
せず、製造工程の簡略化が可能になるという利点があ
る。

【００５８】（実施形態４）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１および図２に示した実施形態
１と略同じであって、図６に示すように、放熱層１３が
単層構造であってダイヤモンドにより形成されている点
が相違するだけである。放熱層１３の厚さは１μｍに設
定してあるが、より厚い方が好ましい。ここに、放熱層
１３はダイヤモンドの代わりにダイヤモンドライクカー
ボン若しくはアモルファスカーボンにより形成してもよ
い。ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン、アモ
ルファスカーボンはガラス基板１１上にＣＶＤ法により
形成することができる。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０．８［Ｗ／（ｍ
・Ｋ）］、ＣＶＤ法により形成したダイヤモンドは７０
０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、ダイヤモンドライクカーボンは
３０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］である。なお、実施形態１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。

【００５９】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０では、放熱層１３がダイヤモンド若しくはダイヤモ
ンドライクカーボンよりなるので、実施形態１，２のよ
うに放熱層１３が積層構造を有する場合に比べて放熱層
１３を形成するプロセスの簡略化が可能となる。なお、
ダイヤモンド若しくはダイヤモンドライクカーボン若し
くはアモルファスカーボンの単層構造により電気絶縁性
を確保できない場合にはこれらいずれかの材料により形
成された層に実施形態１と同様の絶縁層１３ｂを積層し
た積層構造を採用すればよい。

【００６０】（実施形態５）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１および図２に示した実施形態
１と略同じであって、図７〜図９に示すように、ヒート
シンク４０の形状が相違するだけである。なお、実施形
態１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。

【００６１】本実施形態におけるヒートシンク４０は、
放熱層１３に接しマトリクス電子源１０ｂで発生した熱
が放熱層１３を介して伝導される接触部４１が、後面開
口した直方体状に形成され、前面にマトリクス電子源素
子１０ｂを露出させる矩形状の窓孔４１ａが形成されて
おり、接触部４１を伝導した熱を外部へ放熱する放熱部
４２が、接触部４１の両側面の各後部それぞれから側方
へ延長されている。ここに、本実施形態におけるヒート
シンク４０の接触部４１は矩形板状のガラス基板１１お
よび放熱層１３の各４つの側面に接触するとともに、放
熱層１３の表面においてマトリクス電子源素子１０ｂを
全周にわたって囲む部位に接触している。また、ヒート
シンク４０の接触部４１は放熱層１３およびガラス基板
１１に貼り付けてある。なお、ヒートシンク４０は、各
放熱部４２の下面（図９における下面）とガラス基板１
１の裏面（図９における下面）とが同一面上に略揃うよ
うに形成されている。

【００６２】しかして、本実施形態では、実施形態１に
比べて放熱面積を拡大することができ、放熱効果を高め
ることができる。なお、本実施形態におけるヒートシン
ク４０では、直方体状に形成した接触部４１の両側面の
各後部それぞれから放熱部４２を側方へ延長してある
が、４つの側面の各後部それぞれから放熱部４２を側方
へ延長するようにすれば、さらに放熱効果を高めること
ができる。

【００６３】ところで、上記各実施形態では、電子源素
子１０ａを下部電極１２と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と表面電極７とで構成して
いるが、ドリフト部６ａの代わりに薄い絶縁体層を採用
してＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）型の電子源素
子としてもよい。

【００６４】

【発明の効果】請求項１の発明は、絶縁性を有するガラ
ス基板と、ガラス基板の一表面側に形成され電子を放出
する電子源素子とを備え、電子源素子が、ガラス基板の
前記一表面側に形成された下部電極と、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表
面電極と下部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下部電極から注入された電子が表面
電極へ向かってドリフトする強電界ドリフト層とを備え
た電界放射型電子源であって、ガラス基板と下部電極と
の間にガラス基板に比べて十分に高い熱伝導性を有する
放熱層が設けられ、放熱層に接し電子源素子で発生した
熱を外部へ放熱させるヒートシンクが設けられて成るも
のであり、電子源素子を形成する基板としてガラス基板
を用いながらも、電子源素子で発生した熱を効率良く放
熱させることができて、電子源素子の経時特性を向上さ
せることができるから、電子源としての信頼性を高める
ことができるという効果がある。

【００６５】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記放熱層は、前記ガラス基板の前記一表面に積層
された半導体層と、半導体層に積層され半導体層と前記
下部電極とを電気的に絶縁する絶縁層とからなるので、
熱伝導率の高い材料として半導体材料を用いることがで
き、前記放熱層を一般的な半導体製造プロセスで用いら
れている材料および成膜方法で形成することが可能にな
るという効果がある。

【００６６】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記半導体層は、アモルファスシリコン若しくは多
結晶シリコンよりなるので、前記半導体層を一般的な半
導体製造プロセスで用いられる材料により形成すること
ができ、しかも、前記半導体層を大面積にわたって容易
に形成することができるという効果がある。

【００６７】請求項４の発明は、請求項２または請求項
３の発明において、前記半導体層は、ＣＶＤ法若しくは
ＰＶＤ法により形成されてなるので、前記半導体層を一
般的な半導体製造プロセスで用いられる製造装置を転用
して形成することが可能となるから、設備投資を含めた
製造コストを低減することができるという効果がある。

【００６８】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、前記放熱層は、前記ガラス基板の前記一表面に積層
された金属層と、金属層に積層され金属層と前記下部電
極とを電気的に絶縁する絶縁層とからなるので、熱伝導
率の高い材料として金属を用いることができ、前記放熱
層を一般的な半導体製造プロセスで用いられている材料
および成膜方法で形成することが可能になるという効果
がある。また、請求項２および請求項３の発明に比べて
放熱効果を高めることができるという利点がある。

【００６９】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、前記金属層は、ＣＶＤ法若しくはＰＶＤ法により形
成されてなるので、前記金属層を一般的な半導体製造プ
ロセスで用いられる製造装置を転用して形成することが
可能となるから、設備投資を含めた製造コストを低減す
ることができるという効果がある。

【００７０】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記金属層は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｗよりな
る群から選択される材料よりなるので、前記金属層の材
料コストを比較的安くすることができ、低コスト化を図
ることができるという効果がある。

【００７１】請求項８の発明は、請求項５の発明におい
て、前記金属層は、めっき法により形成されてなるの
で、前記金属層を一般的な半導体製造プロセスであるＰ
ＶＤ法やＣＶＤ法などによって形成する場合に比べて容
易に厚く形成することができ、より高い放熱効果を得る
ことが可能となるという効果がある。

【００７２】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、前記金属層は、Ａｌ若しくはＣｕよりなるので、前
記金属層の材料コストを比較的安くすることができ、低
コスト化を図ることができるという効果がある。

【００７３】請求項１０の発明は、請求項２ないし請求
項９の発明において、前記絶縁層は、ＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ
₄，Ｔａ₂Ｏ₃よりなる群から選択される材料よりなるの
で、前記絶縁層を一般的な半導体製造プロセスで用いら
れる製造装置を転用して形成することが可能となるか
ら、設備投資を含めた製造コストを低減することができ
るという効果がある。

【００７４】請求項１１の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記放熱層は、セラミック材料により形成されて
なるので、請求項２〜８のように前記放熱層が積層構造
を有する場合に比べて前記放熱層を形成するプロセスの
簡略化が可能となるという効果がある。

【００７５】請求項１２の発明は、請求項１１の発明に
おいて、前記セラミック材料の主原料は、ＳｉＣ，Ａｌ
Ｎ，Ａｌ₂Ｏ₃の群から選択されるので、前記セラミック
材料の主原料が高熱伝導性と電気絶縁性とを兼ね備えて
いて高い放熱効果を得ることができ、しかも、化学的に
安定な材料であるから取り扱いが容易であるという効果
がある。

【００７６】請求項１３の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記放熱層は、ダイヤモンド若しくはダイヤモン
ドライクカーボンよりなるので、請求項２〜８のように
前記放熱層が積層構造を有する場合に比べて前記放熱層
を形成するプロセスの簡略化が可能となるという効果が
ある。

【００７７】請求項１４の発明は、請求項１ないし請求
項１３の発明において、前記ヒートシンクは、少なくと
も前記放熱層の側面および前記放熱層において前記電子
源素子が形成された面に接する形状に形成されているの
で、放熱面積を大きくすることができ、放熱効果を高め
ることができるという効果がある。

【００７８】請求項１５の発明は、請求項１ないし請求
項１４の発明において、前記強電界ドリフト層は前記下
部電極と表面電極との間に介在する部分が酸化若しくは
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、前記強電界ド
リフト層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強電界ドリフト層に注入
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熱されるから、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。また、前記電子源
素子から放出される電子線の放出方向が前記表面電極の
法線方向に揃いやすいから、例えばディスプレイの電子
源として応用する場合に、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
を図れるという利点がある。

【００７９】請求項１６の発明は、請求項１１記載の電
界放射型電子源の製造方法であって、放熱層上に電子源
素子を形成した後、電子源素子が形成された放熱層をガ
ラス基板の一表面に貼り合わせるので、前記放熱層とし
て市販のセラミック基板などの板材を使用することがで
き、当該板材上に電子源素子を形成すればよいから、電
子源素子をガラス基板上に形成するプロセスを必要とせ
ず、製造工程の簡略化が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略構成図、
（ｂ）は要部の一部破断した斜視図である。

【図２】同上の要部概略断面図である。

【図３】実施形態２を示す電界放射型電子源の要部概略
断面図である。

【図４】実施形態３を示す電界放射型電子源の要部概略
断面図である。

【図５】同上の製造方法の説明図である。

【図６】実施形態４を示す電界放射型電子源の要部概略
断面図である。

【図７】実施形態５を示す電界放射型電子源の概略分解
斜視図である。

【図８】同上の電界放射型電子源の概略斜視図である。

【図９】同上の電界放射型電子源の概略断面図である。

【図１０】従来例を示す電界放射型電子源の動作説明図
である。

【図１１】同上の電界放射型電子源の動作説明図であ
る。

【図１２】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１３】同上を利用したディスプレイの概略構成図で
ある。

【符号の説明】

６ 強電界ドリフト層 ６ａ ドリフト部 ６ｂ 分離部 ７ 表面電極 １０ 電界放射型電子源 １０ａ 電子源素子 １０ｂ マトリクス電子源素子 １１ ガラス基板 １２ 下部電極 １３ 放熱層 ４０ ヒートシンク

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 DD19

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性を有するガラス基板と、ガラス基
   板の一表面側に形成され電子を放出する電子源素子とを
   備え、電子源素子が、ガラス基板の前記一表面側に形成
   された下部電極と、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表面電極と下部電極と
   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
   下部電極から注入された電子が表面電極へ向かってドリ
   フトする強電界ドリフト層とを備えた電界放射型電子源
   であって、ガラス基板と下部電極との間にガラス基板に
   比べて十分に高い熱伝導性を有する放熱層が設けられ、
   放熱層に接し電子源素子で発生した熱を外部へ放熱させ
   るヒートシンクが設けられて成ることを特徴とする電界
   放射型電子源。
2. 【請求項２】 前記放熱層は、前記ガラス基板の前記一
   表面に積層された半導体層と、半導体層に積層され半導
   体層と前記下部電極とを電気的に絶縁する絶縁層とから
   な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】 前記半導体層は、アモルファスシリコン
   若しくは多結晶シリコンよりなることを特徴とする請求
   項２記載の電界放射型電子源。
4. 【請求項４】 前記半導体層は、ＣＶＤ法若しくはＰＶ
   Ｄ法により形成されてなることを特徴とする請求項２ま
   たは請求項３記載の電界放射型電子源。
5. 【請求項５】 前記放熱層は、前記ガラス基板の前記一
   表面に積層された金属層と、金属層に積層され金属層と
   前記下部電極とを電気的に絶縁する絶縁層とからなるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電界放射型電子源。
6. 【請求項６】 前記金属層は、ＣＶＤ法若しくはＰＶＤ
   法により形成されてなることを特徴とする請求項５記載
   の電界放射型電子源。
7. 【請求項７】 前記金属層は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｍ
   ｏ，Ｗよりなる群から選択される材料よりなることを特
   徴とする請求項６記載の電界放射型電子源。
8. 【請求項８】 前記金属層は、めっき法により形成され
   てなることを特徴とする請求項５記載の電界放射型電子
   源。
9. 【請求項９】 前記金属層は、Ａｌ若しくはＣｕよりな
   ることを特徴とする請求項８記載の電界放射型電子源。
10. 【請求項１０】 前記絶縁層は、ＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄，
    Ｔａ₂Ｏ₃よりなる群から選択される材料よりなることを
    特徴とする請求項２ないし請求項９のいずれかに記載の
    電界放射型電子源。
11. 【請求項１１】 前記放熱層は、セラミック材料よりな
    ることを特徴とする請求項１記載の電界放射型電子源。
12. 【請求項１２】 前記セラミック材料の主原料は、Ｓｉ
    Ｃ，ＡｌＮ，Ａｌ₂Ｏ₃の群から選択されることを特徴と
    する請求項１１記載の電界放射型電子源。
13. 【請求項１３】 前記放熱層は、ダイヤモンド若しくは
    ダイヤモンドライクカーボンよりなることを特徴とする
    請求項１記載の電界放射型電子源。
14. 【請求項１４】 前記ヒートシンクは、少なくとも前記
    放熱層の側面および前記放熱層において前記電子源素子
    が形成された面に接する形状に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１３のいずれかに記載の
    電界放射型電子源。
15. 【請求項１５】 前記強電界ドリフト層は前記下部電極
    と表面電極との間に介在する部分が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
    ないし請求項１４のいずれかに記載の電界放射型電子
    源。
16. 【請求項１６】 請求項１１記載の電界放射型電子源の
    製造方法であって、放熱層上に電子源素子を形成した
    後、電子源素子が形成された放熱層をガラス基板の一表
    面に貼り合わせることを特徴とする電界放射型電子源の
    製造方法。