JP3671875B2 - Field emission electron source - Google Patents

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Description

【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2966842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7に示す構成のものが知られている。図7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が形成されている。なお、図7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。
【0004】
図7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をn形シリコン基板1(オーミック電極2)に対して高電位側(正極)となるように表面電極7とn形シリコン基板1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、n形シリコン基板1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(なお、図7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)。表面電極7には仕事関数の小さな材料(例えば、金)が採用され、表面電極7の膜厚は10nm〜15nm程度に設定されている。
【0005】
上述の構成を有する電界放射型電子源10’では、表面電極7とオーミック電極2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(つまり、表面電極7を通して放出される電子線による電流)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7参照)、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、この電界放射型電子源10では、表面電極7とオーミック電極2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。
【0006】
この電界放射型電子源10’では、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ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高い電子放出効率で放出することができる。
【0007】
上述の電界放射型電子源10’では、強電界ドリフト層6が、導電性基板たるn形シリコン基板1上にノンドープの多結晶シリコン層を堆積させた後に、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℃の温度で酸化することにより形成されている。
【0008】
上述のようにして形成された強電界ドリフト層6は、図8に示すように、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。すなわち、強電界ドリフト層6は、陽極酸化処理を行う前の多結晶シリコン層に含まれていた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ものと考えられる。したがって、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に集中的にかかり、注入された電子はシリコン酸化膜64にかかっている強電界により加速されグレイン51間を表面に向かって図8中の矢印の向き(図8の上向き)へドリフトするので、電子放出効率を向上させることができる。ここにおいて、このような強電界ドリフト層6を有する電界放射型電子源10’では、強電界ドリフト層6で発生した熱がグレイン51を通して放出されることによって電子放出時のポッピング現象の発生が防止されていると考えられる。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。
【0009】
上述の電界放射型電子源10’では、導電性基板としてn形シリコン基板を用いているが、図9に示すように、ガラス基板よりなる絶縁性基板11’の一表面上に導電性層12を形成したものを用い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7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。
【0010】
図9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が導電性層12に対して高電位側(正極)となるように表面電極7と導電性層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、導電性層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(なお、図9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。)
上述の構成を有する電界放射型電子源10”では、表面電極7と導電性層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(つまり、表面電極7を通して放出される電子線による電流)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9参照)、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、この電界放射型電子源10”では、表面電極7と導電性層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。
【0011】
また、図9に示した電界放射型電子源10”をディスプレイの電子源として応用する場合には、例えば図10に示す構成を採用すればよい。
【0012】
図10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つの蛍光体セルからなる複数の画素が形成されている。
【0013】
図10に示した電界放射型電子源10は、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導電性層よりなる下部電極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。
【0014】
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12a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と下部電極12a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8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】
ところで、上述のディスプレイでは、フェースプレート30とリヤプレートと支持用スペーサとで囲まれる気密空間が真空状態に保たれるので、画面の大面積化を図っても大気圧によってフェースプレート30とリヤプレートとが接触しないように、電界放射型電子源10とフェースプレート30との間に支持用スペーサとは別に補強用スペーサ(図示せず)を介在させている。
【0016】
【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を用いたディスプレイでは、薄型化および画面の大面積化が期待される。このようなディスプレイでは、電界放射型電子源10をリヤプレートに接着した後に、電界放射型電子源10とフェースプレート30との間に補強用スペーサを介在させてから真空引きする必要があるが、補強用スペーサは隣接する画素の間に配置する必要があり、しかも、外部から見えにくくする必要があるので、画素間の間隔を例えば50μm〜100μm程度とすると、画素の並設方向における補強用スペーサの幅を数μm、絶縁性基板11’の厚み方向における補強用スペーサの高さを数mm程度に設定してあり、補強用スペーサの配置に手間がかかる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、ディスプレイの電子源として用いる場合にディスプレイの組立工程の簡略化を図れる電界放射型電子源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、絶縁性基板と、絶縁性基板の一表面側に形成され電子を放出する複数の電子源素子とを備え、絶縁性基板は、前記一表面側に離間して対向配置されるフェースプレートとの間の距離を規定距離に保つように前記一表面から厚み方向へ突出するセラミックからなる補強用スペーサが燒結法により一体形成されたセラミック基板からなり、絶縁性基板がSiC若しくはAlNからなり、補強用スペーサのセラミックがZrO若しくはAl若しくはSiCからなることを特徴とするものであり、ディスプレイの電子源として用いる場合に、従来のように組立時に電界放射型電子源とフェースプレートとの間に別体の補強用スペーサを配置する工程が不要となり、つまり、電界放射型電子源およびフェースプレートそれぞれに対して別体の補強用スペーサを位置決めして固定する工程が不要となり、ディスプレイの組立工程の簡略化を図れるとともにディスプレイの大面積化が容易になる。また、SiC若しくはAlNのようなセラミックはガラスに比べて熱伝導率が高いので、従来のように絶縁性基板としてガラス基板を用いている場合に比べて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、電子源としての信頼性を高めることができる。なお、補強用スペーサが一体形成されたセラミック基板は燒結法によって容易に形成することができ、補強用スペーサの形状としても種々の形状に容易に対応することができる。
【0019】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記電子源素子は、前記絶縁性基板の前記一表面側に形成された下部電極と、前記厚み方向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する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るドリフト部とを備え、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ドリフト部に作用する電界により下部電極から注入された電子がドリフト部をドリフトし表面電極を通して放出されるので、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、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、絶縁性基板の上記一表面からの補強用スペーサの突出高さを低くすることができる。
【0020】
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記セラミック基板は、前記下部電極が前記絶縁性基板に一体形成されているので、補強用スペーサに関係なく下部電極を形成することができる。したがって、前記下部電極のレイアウト設計が容易になる。
【0021】
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、前記絶縁性基板は、前記フェースプレートとともに前記各電子源素子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。
【0023】
また、絶縁性基板がSiC若しくはAlNからなるので、絶縁性基板がAlからなる場合に比べて熱伝導率が高くなり、各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可能となる。
【0024】
また、補強用スペーサがZrO 若しくはAl 若しくはSiCからなり高抵抗であるので、補強用スペーサが絶縁体で形成されている場合に比べて電荷が溜まりにくくなり、フェースプレート側での電子の散乱に起因した補強用スペーサのチャージアップが起こりにくくなり、ディスプレイの信頼性を高めることができる。
【0026】
請求項の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、前記補強用スペーサは、抵抗率が10〜10Ωcmであることを特徴とし、望ましい実施態様である。
【0027】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
以下、本実施形態の電界放射型電子源を用いるディスプレイについて図1および図2を参照しながら説明する。
【0028】
図1に示す構成のディスプレイは、電界放射型電子源10と平板状のガラス基板よりなるフェースプレート30とが対向配置されている。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つの蛍光体セルからなる複数の画素が形成されている。
【0029】
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、絶縁性基板11の上記一表面側の表面を露出させた形で絶縁性基板11に埋設されており、絶縁性基板11の上記一表面と下部電極12aの上記表面とが同一面上に揃っている。下部電極12a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27が形成されている。また、表面電極7は短冊状に形成され、長手方向の両端部でそれぞれパッド28に接続されている。
【0030】
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と下部電極12a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8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は絶縁性基板11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。
【0031】
ところで、本実施形態では、上述の絶縁性基板11として、図2に示すような構成のものを用いている。すなわち、本実施形態では、絶縁性基板11として、絶縁性基板11の上記一表面側に離間して対向配置されるフェースプレート30との間の距離を規定距離に保つように上記一表面から絶縁性基板11の厚み方向へ突出する補強用スペーサ11bおよび上記各下部電極12aが一体形成されたセラミック基板を用いている。なお、本実施形態における各補強用スペーサ11bは、下部電極12aに直交する方向に形成されており、強電界ドリフト層6の分離部6bを分断する形でフェースプレート30側へ突出している。ここに、補強用スペーサ11bは、短冊状に形成されており、下部電極12aの延長方向における厚みを画素間の間隔に応じて数μm程度、絶縁性基板11の厚み方向における高さを数mm程度に設定すればよい。このようなセラミック基板は、燒結法などによって容易に形成することができ、補強用スペーサ11bの形状としても種々の形状に容易に対応することができる。
【0032】
しかして、本実施形態における電界放射型電子源10では、補強用スペーサ11bが絶縁性基板11に一体形成されており、電界放射型電子源10の形成後に電界放射型電子源10に対して補強用スペーサ11bを位置決めする必要がないので、ディスプレイの電子源として用いる場合に、従来のように組立時に電界放射型電子源10とフェースプレート30との間に別体の補強用スペーサを配置する工程が不要となる。つまり、電界放射型電子源10およびフェースプレート30それぞれに対して別体の補強用スペーサを位置決めして固定する工程が不要となり、ディスプレイの組立工程の簡略化を図れるとともにディスプレイの大面積化が容易になる。
【0033】
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30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、Al)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、AlAlN,SiCなどのセラミックはガラスに比べて熱伝導率が高いので、従来のように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。特に、絶縁性基板11の主成分をSiCまたはAlNとしておけば、主成分がAlの場合に比べて熱伝導率が高くなり、より放熱性を高めることができる。ここにおいて、ガラスの熱伝導率は、〜1W/mK、SiCの熱伝導率は60〜70W/mK、AlNの熱伝導率は、〜80W/mK、Al の熱伝導率は10〜40W/mKである。
【0034】
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〜101Pa程度に設定されている。
【0035】
ところで、補強用スペーサ11bが絶縁体であると、フェースプレート30側で電子が散乱した場合、補強用スペーサ11bがチャージアップし、上記コレクタ電極と表面電極7との間に所望の電圧を印加できなくなる恐れがある。この種の不具合を解決するには、上記セラミック基板のうち少なくとも補強用スペーサ11bを高抵抗としておけばよい。補強用スペーサ11bを高抵抗としておけば、補強用スペーサ11bが絶縁体で形成されている場合に比べて電荷が溜まりにくくなり、フェースプレート30側での電子の散乱に起因した補強用スペーサ11bのチャージアップが起こりにくくなり、ディスプレイの信頼性を高めることができる。ここにおいて、高抵抗の補強用スペーサ11bの主成分としては、ZrO2,Al23,SiCから適宜選択すればよく、補強用スペーサ11bの抵抗率は103〜109Ωcm程度に設定することが望ましい。
【0036】
なお、本実施形態では図1および図2に示すように、絶縁性基板11に補強用スペーサ11bおよび下部電極12aが一体形成されたセラミック基板を用いているので、補強用スペーサ11bに関係なく下部電極12aを形成することができるから、下部電極12aのレイアウト設計が容易になるという利点があるが、必ずしも下部電極12aを絶縁性基板11に一体形成する必要はなく、例えば図3に示すように絶縁性基板11に補強用スペーサ11bのみが一体形成されたセラミック基板を用いてもよい。
【0037】
(実施形態2)
本実施形態の電界放射型電子源10の基本構成は実施形態1と略同じであって、図4および図5に示すように、絶縁性基板11として複数の角柱状の補強用スペーサ11bが一体形成されたセラミック基板を用いており、金属材料(例えば、Cr、Wなど)よりなる下部電極12aが絶縁性基板11の上記一表面から突出する形で形成されている点が相違する。ここにおいて、補強用スペーサ11bは強電界ドリフト層6の分離部6bを貫通する形で実施形態1にて説明したフェースプレート30(図1参照)側へ突出している。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。
【0038】
しかして、本実施形態では、補強用スペーサ11bが角柱状の形状に形成されているので、補強用スペーサ11bが一体形成された絶縁性基板11の上記一表面側に所定形状にパターニングした下部電極12aを容易に形成することができ、下部電極12aのパターンや材料の変更に容易に対応することができる。
【0039】
(実施形態3)
本実施形態の電界放射型電子源10の基板構成は実施形態2と略同じであって、図6に示すように、絶縁性基板11の一表面側において隣り合う下部電極12a間を埋める絶縁部12bが形成されている点が相違する。ここにおいて、下部電極12aはn形多結晶シリコンにより形成され、絶縁部12bはノンドープの多結晶シリコンにより形成されている。本実施形態では、補強用スペーサ11bが一体形成された絶縁性基板11の上記一表面側にノンドープの多結晶シリコン層を成膜した後に、リソグラフィ技術およびイオン注入技術などを利用してn形多結晶シリコンよりなる下部電極12aを形成する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12bとなる。また、強電界ドリフト層6は、下部電極12aおよび絶縁部12b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。
【0040】
しかして、本実施形態では、隣り合う下部電極12a間に絶縁部12bが形成されているので、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。
【0041】
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。
【0042】
また、上述の各電子源素子10a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。
【0043】
【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を放出する複数の電子源素子とを備え、絶縁性基板は、前記一表面側に離間して対向配置されるフェースプレートとの間の距離を規定距離に保つように前記一表面から厚み方向へ突出するセラミックからなる補強用スペーサが燒結法により一体形成されたセラミック基板からなり、絶縁性基板がSiC若しくはAlNからなり、補強用スペーサのセラミックがZrO若しくはAl若しくはSiCからなるものであり、ディスプレイの電子源として用いる場合に、従来のように組立時に電界放射型電子源とフェースプレートとの間に別体の補強用スペーサを配置する工程が不要となり、つまり、電界放射型電子源およびフェースプレートそれぞれに対して別体の補強用スペーサを位置決めして固定する工程が不要となり、ディスプレイの組立工程の簡略化を図れるとともにディスプレイの大面積化が容易になるという効果がある。また、SiC若しくはAlNのようなセラミックはガラスに比べて熱伝導率が高いので、従来のように絶縁性基板としてガラス基板を用いている場合に比べて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、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。なお、補強用スペーサが一体形成されたセラミック基板は燒結法によって容易に形成することができ、補強用スペーサの形状としても種々の形状に容易に対応することができる。
【0044】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記電子源素子は、前記絶縁性基板の前記一表面側に形成された下部電極と、前記厚み方向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する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るドリフト部とを備え、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ドリフト部に作用する電界により下部電極から注入された電子がドリフト部をドリフトし表面電極を通して放出されるので、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、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、絶縁性基板の上記一表面からの補強用スペーサの突出高さを低くすることができるという効果がある。
【0045】
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記セラミック基板は、前記下部電極が前記絶縁性基板に一体形成されているので、補強用スペーサに関係なく下部電極を形成することができるという効果がある。したがって、前記下部電極のレイアウト設計が容易になる。
【0046】
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、前記絶縁性基板は、前記フェースプレートとともに前記各電子源素子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という効果がある。
【0048】
また、絶縁性基板がSiC若しくはAlNからなるので、絶縁性基板がAlからなる場合に比べて熱伝導率が高くなり、各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可能となるという効果がある。
【0049】
また、補強用スペーサがZrO 若しくはAl 若しくはSiCからなり高抵抗であるので、補強用スペーサが絶縁体で形成されている場合に比べて電荷が溜まりにくくなり、フェースプレート側での電子の散乱に起因した補強用スペーサのチャージアップが起こりにくくなり、ディスプレイの信頼性を高め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2】同上の要部概略斜視図である。
【図3】同上の他の構成例の要部概略斜視図である。
【図4】実施形態2を示す電界放射型電子源の概略斜視図である。
【図5】同上の要部概略斜視図である。
【図6】実施形態3を示す電界放射型電子源の概略断面図である。
【図7】従来例を示す電界放射型電子源の動作説明図である。
【図8】同上の電界放射型電子源の動作説明図である。
【図9】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10】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
11 絶縁性基板
11b スペーサ
12a 下部電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a field emission electron source configured to emit an electron beam by field emission.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a field emission electron source has been proposed in which a strong electric field drift layer made of an oxidized or nitrided porous semiconductor layer is formed on one surface side of a conductive substrate, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. (For example, refer to JP-A-8-250766, JP-A-9-259795, JP-A-10-326557, JP2996642, JP2987140, etc.).
[0003]
As this type of field emission electron source, for example, one having the structure shown in FIG. 7 is known. In the field emission electron source 10 ′ having the configuration shown in FIG. 7, a strong electric field drift layer 6 made of an oxidized porous polycrystalline silicon layer is formed on the main surface side of an n-type silicon substrate 1 which is a conductive substrate. A surface electrode 7 made of a metal thin film is formed on the drift layer 6, and an ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1. In the example shown in FIG. 7, the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is interposed between the n-type silicon substrate 1 and the strong electric field drift layer 6, but the n-type without the polycrystalline silicon layer 3 being interposed. A configuration in which a strong electric field drift layer 6 is formed on a silicon substrate 1 has also been proposed.
[0004]
In order to emit electrons from the field emission electron source 10 ′ having the configuration shown in FIG. 7, a collector electrode 21 disposed to face the surface electrode 7 is provided, and a vacuum is applied between the surface electrode 7 and the collector electrode 21. Then, while applying the DC voltage Vps between the surface electrode 7 and the n-type silicon substrate 1 so that the surface electrode 7 is on the high potential side (positive electrode) with respect to the n-type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2), A DC voltage Vc is applied between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 so that the collector electrode 21 is on the high potential side with respect to the surface electrode 7. If the DC voltages Vps and Vc are set appropriately, electrons injected from the n-type silicon substrate 1 drift through the strong electric field drift layer 6 and are emitted through the surface electrode 7 (note that the one-dot chain line in FIG. Electrons e emitted through the electrode 7-Shows the flow). The surface electrode 7 is made of a material having a small work function (for example, gold), and the film thickness of the surface electrode 7 is set to about 10 nm to 15 nm.
[0005]
In the field emission electron source 10 ′ having the above-described configuration, the current flowing between the surface electrode 7 and the ohmic electrode 2 is called a diode current Ips, and the current flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 (that is, If the current due to the electron beam emitted through the surface electrode 7 is called an emission current (emission electron current) Ie (see FIG. 7), the ratio of the emission current Ie to the diode current Ips (= Ie / Ips) is large. The higher the electron emission efficiency. In the field emission electron source 10, electrons can be emitted even when the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the ohmic electrode 2 is set to a low voltage of about 10 to 20 V, and the DC voltage Vps is large. As the emission current Ie increases.
[0006]
In this field emission type electron source 10 ', the electron emission characteristic is less dependent on the degree of vacuum, and a popping phenomenon does not occur during electron emission, and electrons can be stably emitted with high electron emission efficiency.
[0007]
In the field emission electron source 10 ′ described above, the strong electric field drift layer 6 deposits a non-doped polycrystalline silicon layer on the n-type silicon substrate 1 which is a conductive substrate, and then anodizes the polycrystalline silicon layer. It is formed by oxidizing the porous polycrystalline silicon layer (porous polycrystalline silicon layer) at a temperature of, for example, 900 ° C. by a rapid heating method.
[0008]
As shown in FIG. 8, the strong electric field drift layer 6 formed as described above includes at least columnar polycrystalline silicon grains (semiconductor crystals) 51 and a thin silicon oxide film formed on the surface of the grains 51. 52, a nanometer-order silicon microcrystal 63 interposed between the grains 51, and a silicon oxide film 64 which is an oxide film formed on the surface of the silicon microcrystal 63 and having a film thickness smaller than the crystal grain size of the silicon microcrystal 63. It is thought that it is composed of That is, in the strong electric field drift layer 6, the surface of each grain contained in the polycrystalline silicon layer before the anodic oxidation treatment is made porous so that the crystalline state is maintained at the center of each grain. . Therefore, most of the electric field applied to the strong electric field drift layer 6 is concentrated on the silicon oxide film 64, and the injected electrons are accelerated by the strong electric field applied to the silicon oxide film 64, and between the grains 51 are brought to the surface. Since it drifts in the direction of the arrow in FIG. 8 (upward in FIG. 8), the electron emission efficiency can be improved. Here, in the field emission electron source 10 ′ having such a strong electric field drift layer 6, the heat generated in the strong electric field drift layer 6 is released through the grains 51, thereby preventing the occurrence of a popping phenomenon during electron emission. It is thought that. The electrons reaching the surface of the strong electric field drift layer 6 are considered to be hot electrons, and are easily tunneled through the surface electrode 7 and emitted into the vacuum.
[0009]
In the above-mentioned field emission electron source 10 ′, an n-type silicon substrate is used as the conductive substrate. However, as shown in FIG. 9, the conductive layer 12 is formed on one surface of the insulating substrate 11 ′ made of a glass substrate. A field emission electron source 10 ″ using the one formed with the same structure as that of the field emission electron source 10 ′ shown in FIG. 7 is denoted by the same reference numeral. The description is omitted.
[0010]
In order to emit electrons from the field emission electron source 10 ″ having the configuration shown in FIG. 9, a collector electrode 21 disposed opposite to the surface electrode 7 is provided, and a vacuum is applied between the surface electrode 7 and the collector electrode 21. Thus, the DC voltage Vps is applied between the surface electrode 7 and the conductive layer 12 so that the surface electrode 7 is on the high potential side (positive electrode) with respect to the conductive layer 12, and the collector electrode 21 is connected to the surface electrode 7. A DC voltage Vc is applied between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 so as to be on the high potential side.If each DC voltage Vps, Vc is appropriately set, electrons injected from the conductive layer 12 are applied. Drifts in the strong electric field drift layer 6 and is emitted through the surface electrode 7 (note that the one-dot chain line in FIG.-Shows the flow. )
In the field emission electron source 10 ″ having the above-described configuration, the current flowing between the surface electrode 7 and the conductive layer 12 is called a diode current Ips, and the current flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 (that is, If the current due to the electron beam emitted through the surface electrode 7) is called an emission current (emission electron current) Ie (see FIG. 9), the ratio of the emission current Ie to the diode current Ips (= Ie / Ips) is The larger the value, the higher the electron emission efficiency. In this field emission type electron source 10 ″, electrons are generated even when the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the conductive layer 12 is set to a low voltage of about 10-20V. The emission current Ie increases as the DC voltage Vps increases.
[0011]
Further, when the field emission electron source 10 ″ shown in FIG. 9 is applied as an electron source of a display, for example, the configuration shown in FIG. 10 may be adopted.
[0012]
The display shown in FIG. 10 has a frame-like support between a rear plate (not shown) made of a flat glass substrate to which a field emission electron source 10 is bonded and a face plate 30 made of a flat glass substrate. The space between the rear plate and the face plate is maintained in a vacuum with a spacer (not shown) interposed. A collector electrode (transparent electrode) made of an ITO film is formed on the face plate 30 facing the field emission electron source 10, and the collector electrode facing the field emission electron source 10 is formed on the face facing the field emission electron source 10. , G, and B are formed with a plurality of pixels.
[0013]
The field emission electron source 10 shown in FIG. 10 includes an insulating substrate 11 ′ made of a glass substrate, a lower electrode 12a made of a plurality of conductive layers arranged on one surface of the insulating substrate 11 ′, A strong electric field drift layer 6 having a drift portion 6a made of a plurality of oxidized porous polycrystalline silicon layers formed so as to overlap with the lower electrode 12a and a separation portion 6b made of a polycrystalline silicon layer filling between the drift portions 6a. And a plurality of surface electrodes 7 formed on the strong electric field drift layer 6 in a direction intersecting with the lower electrode 12a.
[0014]
In this field emission type electron source 10, strong electric force is provided between a plurality of lower electrodes 12 a arranged on one surface of an insulating substrate 11 ′ and a plurality of surface electrodes 7 formed on the strong electric field drift layer 6. Since the drift portion 6a of the electric field drift layer 6 is sandwiched, the surface electrode 7 and the lower portion are selected by applying a voltage between the selected pair of the surface electrode 7 and the lower electrode 12a as appropriate. A strong electric field acts only on the drift portion 6a at a portion corresponding to the intersection with the electrode 12a to emit electrons. That is, this corresponds to the arrangement of the electron source element 10a composed of the surface electrode 7, the lower electrode 12a, and the drift portion 6a at the lattice point of the matrix (lattice) composed of the surface electrode 7 and the lower electrode 12a. By selecting a set of the surface electrode 7 and the lower electrode 12a to be emitted, electrons can be emitted from the desired electron source element 10a. Here, the drift portion 6a is considered to have the same configuration as that of FIG. That is, the drift portion 6 a includes at least columnar polycrystalline silicon grains (semiconductor crystals) 51, a thin silicon oxide film 52 formed on the surface of the grains 51, and nanometer-order silicon microcrystals interposed between the grains 51. 63 and a silicon oxide film 64 which is an oxide film formed on the surface of the silicon microcrystal 63 and having a film thickness smaller than the crystal grain size of the silicon microcrystal 63.
[0015]
By the way, in the above-described display, since the airtight space surrounded by the face plate 30, the rear plate, and the supporting spacer is kept in a vacuum state, the face plate 30 and the rear plate can be caused by atmospheric pressure even if the screen area is increased. In addition to the supporting spacer, a reinforcing spacer (not shown) is interposed between the field emission electron source 10 and the face plate 30.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the display using the field emission electron source 10 described above, a reduction in thickness and an increase in screen area are expected. In such a display, after the field emission electron source 10 is bonded to the rear plate, it is necessary to evacuate after interposing a reinforcing spacer between the field emission electron source 10 and the face plate 30, The reinforcing spacers need to be arranged between adjacent pixels, and it is necessary to make them difficult to see from the outside. Therefore, when the spacing between the pixels is, for example, about 50 μm to 100 μm, the reinforcing spacers in the pixel juxtaposition direction And the height of the reinforcing spacer in the thickness direction of the insulating substrate 11 ′ is set to about several mm, and there is a problem that it takes time to arrange the reinforcing spacer.
[0017]
The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a field emission electron source capable of simplifying a display assembly process when used as an electron source of a display.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes an insulating substrate and a plurality of electron source elements that are formed on one surface side of the insulating substrate and emit electrons. From a ceramic substrate in which reinforcing spacers made of ceramic projecting in the thickness direction from the one surface are integrally formed by a sintering method so as to keep a distance between a face plate spaced apart on the surface side and opposed to a specified distance. Become, Insulating substrateIs made of SiC or AlN, and the reinforcing spacer ceramic is ZrO.2Or Al2O3Or a step of disposing a separate reinforcing spacer between the field emission electron source and the face plate at the time of assembly as in the prior art when used as an electron source of a display. This eliminates the need to position and fix separate reinforcing spacers for the field emission electron source and the face plate, simplifying the display assembly process and increasing the display area. Becomes easier. In addition, since ceramics such as SiC or AlN have higher thermal conductivity than glass, the heat generated in the electron source element can be dissipated more efficiently than when a glass substrate is used as an insulating substrate as in the prior art. The reliability as an electron source can be improved. The ceramic substrate on which the reinforcing spacer is integrally formed can be easily formed by a sintering method, and the reinforcing spacer can easily correspond to various shapes.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the electron source element includes a lower electrode formed on the one surface side of the insulating substrate, a surface electrode facing the lower electrode in the thickness direction, A drift portion made of an oxidized or nitrided or oxynitrided porous semiconductor layer interposed between the lower electrode and the surface electrode is provided, and a voltage is applied between the surface electrode and the lower electrode with the surface electrode as a high potential side. Sometimes, electrons injected from the lower electrode due to an electric field acting on the drift portion drift through the drift portion and are emitted through the surface electrode. Therefore, the emission direction of the electron beam emitted from the electron source element is normal to the surface electrode. Since it is easy to align in the direction, there is no need to provide a complicated shadow mask or electron converging lens, the display can be thinned, and the reinforcing spacer from the above surface of the insulating substrate It is possible to reduce the projection height.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, since the lower electrode of the ceramic substrate is integrally formed with the insulating substrate, the lower electrode can be formed regardless of the reinforcing spacer. Therefore, the layout design of the lower electrode is facilitated.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the invention, the insulating substrate also serves as a rear plate for forming an airtight space in which the electron source elements are accommodated together with the face plate. The number of parts can be reduced, the number of assembly steps can be reduced, and the cost can be reduced.
[0023]
  Also, Insulating substrateIs made of SiC or AlN, Insulating substrateIs Al2O3Compared with the case where it consists of, heat conductivity becomes high, and it becomes possible to efficiently radiate the heat generated in each electron source element to the outside.
[0024]
  Also reinforcedSpacerIs ZrO 2 Or Al 2 O 3 Or SiC and highSince it is a resistor, charges are less likely to accumulate than when the reinforcing spacer is formed of an insulator, and the reinforcing spacer is less likely to be charged up due to electron scattering on the face plate side. Reliability can be increased.
[0026]
  Claim5Claimed inventionClaims 1 to 4In the present invention, the reinforcing spacer has a resistivity of 103-109It is characterized by being Ωcm, which is a preferred embodiment.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, a display using the field emission electron source of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0028]
In the display having the configuration shown in FIG. 1, a field emission electron source 10 and a face plate 30 made of a flat glass substrate are arranged to face each other. Although not shown, a collector electrode (transparent electrode) made of an ITO film is formed on the face plate 30 facing the field emission electron source 10, and the field emission electron source 10 in the collector electrode and A plurality of pixels composed of three phosphor cells of R, G, and B are formed on the opposite surface.
[0029]
In the field emission electron source 10, a strong electric field drift layer 6 is laminated on one surface side of an insulating substrate 11 in which a plurality of lower electrodes 12 a are arranged on one surface side, and on the strong electric field drift layer 6. A plurality of surface electrodes 7 formed in a direction orthogonal to the lower electrode 12a are provided. That is, the lower electrode 12a and the surface electrode 7 are disposed so as to be orthogonal to each other with the strong electric field drift layer 6 interposed therebetween. Here, the strong electric field drift layer 6 includes a drift portion 6a made of a plurality of oxidized porous polycrystalline silicon layers formed at each of the intersecting portions of the plurality of lower electrodes 12a and the plurality of surface electrodes 7, It is comprised by the isolation | separation part 6b which consists of a polycrystalline-silicon layer which fills between the drift parts 6a. The lower electrode 12a is embedded in the insulating substrate 11 with the surface on the one surface side of the insulating substrate 11 exposed, and the one surface of the insulating substrate 11 and the surface of the lower electrode 12a Are on the same plane. The lower electrode 12a is formed in a strip shape, and pads 27 are formed on both ends in the longitudinal direction. Further, the surface electrode 7 is formed in a strip shape, and is connected to the pad 28 at both ends in the longitudinal direction.
[0030]
In the field emission electron source 10, a plurality of lower electrodes 12 a arranged on one surface side of the insulating substrate 11 and a plurality of surface electrodes 7 formed on the strong electric field drift layer 6 are provided. Since the drift portion 6a of the strong electric field drift layer 6 is sandwiched, by selecting a set of the surface electrode 7 and the lower electrode 12a as appropriate and applying a voltage between the selected sets, the selected surface electrode 7 and A strong electric field acts only on the drift portion 6a corresponding to the intersection with the lower electrode 12a to emit electrons. That is, this corresponds to the arrangement of the electron source element 10a composed of the surface electrode 7, the lower electrode 12a, and the drift portion 6a at the lattice point of the matrix (lattice) composed of the surface electrode 7 and the lower electrode 12a. By selecting a set of the surface electrode 7 and the lower electrode 12a to be emitted, electrons can be emitted from the desired electron source element 10a. Here, the drift portion 6a is considered to have the same configuration as that of FIG. That is, the drift portion 6 a includes at least columnar polycrystalline silicon grains (semiconductor crystals) 51, a thin silicon oxide film 52 formed on the surface of the grains 51, and nanometer-order silicon microcrystals interposed between the grains 51. 63 and a silicon oxide film 64 which is an insulating film formed on the surface of the silicon microcrystal 63 and having a film thickness smaller than the crystal grain size of the silicon microcrystal 63. Here, each grain 51 is considered to be formed along the thickness direction of the insulating substrate 11. In the above-described electron source element 10a, since the emission direction of the electron beam emitted through the surface electrode 7 is easily aligned with the normal direction of the surface electrode 7, it is not necessary to provide a complicated shadow mask or an electron focusing lens, and the display is thin. Can be realized. Further, since electrons can be emitted even when the voltage applied between the surface electrode 7 and the lower electrode 12a is set to a low voltage of about 10 to 20 V, power consumption can be reduced.
[0031]
By the way, in this embodiment, the thing of a structure as shown in FIG. In other words, in the present embodiment, the insulating substrate 11 is insulated from the one surface so that the distance between the insulating substrate 11 and the face plate 30 disposed opposite to the one surface side is kept at a specified distance. The reinforcing substrate 11b protruding in the thickness direction of the conductive substrate 11 and the ceramic substrate in which the lower electrodes 12a are integrally formed are used. Each reinforcing spacer 11b in the present embodiment is formed in a direction perpendicular to the lower electrode 12a, and protrudes toward the face plate 30 in such a manner that the separating portion 6b of the strong electric field drift layer 6 is divided. Here, the reinforcing spacer 11b is formed in a strip shape, the thickness in the extending direction of the lower electrode 12a is about several μm according to the interval between the pixels, and the height in the thickness direction of the insulating substrate 11 is several mm. What is necessary is just to set to a grade. Such a ceramic substrate can be easily formed by a sintering method or the like, and the shape of the reinforcing spacer 11b can easily correspond to various shapes.
[0032]
Thus, in the field emission electron source 10 according to the present embodiment, the reinforcing spacer 11b is integrally formed on the insulating substrate 11, and the field emission electron source 10 is reinforced after the field emission electron source 10 is formed. Since it is not necessary to position the spacer 11b for the display, a step of disposing a separate reinforcing spacer between the field emission electron source 10 and the face plate 30 during assembly as in the prior art when used as an electron source of a display. Is no longer necessary. In other words, the step of positioning and fixing separate reinforcing spacers with respect to the field emission electron source 10 and the face plate 30 is not necessary, so that the display assembly process can be simplified and the display can be easily increased in area. become.
[0033]
  In this embodiment, the thickness is set so that the insulating substrate 11 can be used as a rear plate, and the insulating substrate 11 is an electron together with the face plate 30 and a supporting spacer (not shown). Since it also serves as a rear plate for forming an airtight space in which the source element 10a is accommodated, the number of parts can be reduced, the number of assembly steps can be reduced, and the cost can be reduced. Where the insulating substrate11A material having a small thermal expansion coefficient with the face plate 30 (for example, Al2O3) Due to the difference in thermal expansion coefficient between the insulating substrate 11 and the face plate 30 in the assembly process.And insulating substrate 11It is possible to prevent cracking. Al2O3,AlNSince ceramics such as SiC have higher thermal conductivity than glass, heat generated in the electron source element 10a can be radiated more efficiently than in the case where an insulating substrate 11 ′ made of a glass substrate is used as in the prior art. The reliability as an electron source can be improved. In particular, if the main component of the insulating substrate 11 is SiC or AlN, the main component is Al.2O3Compared with the case, the thermal conductivity is increased, and the heat dissipation can be further improved. Here, the thermal conductivity of glass is ˜1 W / mK, the thermal conductivity of SiC is 60 to 70 W / mK, the thermal conductivity of AlN is ˜80 W / mK,Al 2 O 3 The thermal conductivity of is 10 to 40 W / mK.
[0034]
Note that the degree of vacuum in the airtight space surrounded by the face plate 30, the insulating substrate 10, and the supporting spacer is 10 degrees.-FourPa-101It is set to about Pa.
[0035]
By the way, if the reinforcing spacer 11b is an insulator, when electrons are scattered on the face plate 30 side, the reinforcing spacer 11b is charged up and a desired voltage can be applied between the collector electrode and the surface electrode 7. There is a risk of disappearing. In order to solve this type of problem, at least the reinforcing spacer 11b of the ceramic substrate may be set to a high resistance. If the reinforcing spacer 11b has a high resistance, charges are less likely to accumulate than when the reinforcing spacer 11b is formed of an insulator, and the reinforcing spacer 11b is caused by scattering of electrons on the face plate 30 side. Charge-up is less likely to occur, and display reliability can be improved. Here, as a main component of the high-resistance reinforcing spacer 11b, ZrO2, Al2OThree, SiC may be selected as appropriate, and the resistivity of the reinforcing spacer 11b is 10Three-109It is desirable to set to about Ωcm.
[0036]
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, since the ceramic substrate in which the reinforcing spacer 11b and the lower electrode 12a are integrally formed on the insulating substrate 11 is used, the lower portion is used regardless of the reinforcing spacer 11b. Since the electrode 12a can be formed, there is an advantage that the layout design of the lower electrode 12a becomes easy. However, the lower electrode 12a is not necessarily formed integrally with the insulating substrate 11, and for example, as shown in FIG. A ceramic substrate in which only the reinforcing spacer 11b is integrally formed on the insulating substrate 11 may be used.
[0037]
(Embodiment 2)
The basic configuration of the field emission electron source 10 of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of prismatic reinforcing spacers 11 b are integrated as an insulating substrate 11. The formed ceramic substrate is used, and the difference is that the lower electrode 12a made of a metal material (for example, Cr, W, etc.) is formed so as to protrude from the one surface of the insulating substrate 11. Here, the reinforcing spacer 11b protrudes toward the face plate 30 (see FIG. 1) described in the first embodiment so as to penetrate the separating portion 6b of the strong electric field drift layer 6. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.
[0038]
In this embodiment, since the reinforcing spacer 11b is formed in a prismatic shape, the lower electrode patterned in a predetermined shape on the one surface side of the insulating substrate 11 integrally formed with the reinforcing spacer 11b. 12a can be easily formed, and it is possible to easily cope with changes in the pattern and material of the lower electrode 12a.
[0039]
(Embodiment 3)
The substrate configuration of the field emission electron source 10 of the present embodiment is substantially the same as that of the second embodiment, and as shown in FIG. 6, as shown in FIG. The difference is that 12b is formed. Here, the lower electrode 12a is formed of n-type polycrystalline silicon, and the insulating portion 12b is formed of non-doped polycrystalline silicon. In this embodiment, after forming a non-doped polycrystalline silicon layer on the one surface side of the insulating substrate 11 integrally formed with the reinforcing spacer 11b, the n-type multi-layer is utilized by using a lithography technique, an ion implantation technique, and the like. By forming the lower electrode 12a made of crystalline silicon, the remaining portion becomes the insulating portion 12b made of non-doped polycrystalline silicon. The strong electric field drift layer 6 is formed by forming a non-doped polycrystalline silicon layer so as to cover the lower electrode 12a and the insulating portion 12b, and then subjecting the polycrystalline silicon layer to anodic oxidation or oxidation. Drift portion 6a is formed.
[0040]
Therefore, in this embodiment, since the insulating portion 12b is formed between the adjacent lower electrodes 12a, the flatness of the surface of the strong electric field drift layer 6 can be improved, and disconnection of the surface electrode 7 is prevented. be able to.
[0041]
By the way, in each said embodiment, although the drift part 6a of the strong electric field drift layer 6 is formed with the oxidized porous polycrystalline silicon layer, the drift part 6a is formed with the porous polycrystalline silicon layer nitrided or oxynitrided. Alternatively, a porous semiconductor layer other than the porous polycrystalline silicon layer may be formed by oxidation, nitridation, or oxynitridation. In the case where the drift portion 6a is a nitrided porous polycrystalline silicon layer, the silicon oxide films 52 and 64 described with reference to FIG. 8 are both silicon nitride films, and the drift portion 6a is oxynitrided porous polycrystalline silicon. In the case of layers, the silicon oxide films 52 and 64 are both silicon oxynitride films.
[0042]
Further, each of the electron source elements 10a described above is formed for each subpixel made of any of R, G, and B phosphors provided on the face plate 30 facing the field emission electron source 10. Therefore, if the surface electrode 7 and the lower electrode 12a are formed only in a portion overlapping the drift portion 6a in the thickness direction of the insulating substrate 11 and a bus electrode made of a low-resistance conductive material is provided, the selected electron The delay time until the electron beam is emitted from the source element 10a can be shortened, and the reduction and variation of the emission current due to the voltage drop in the wiring can be suppressed.
[0043]
【The invention's effect】
  The invention of claim 1 includes an insulating substrate and a plurality of electron source elements that are formed on one surface side of the insulating substrate and emit electrons, and the insulating substrate is disposed opposite to and spaced apart from the one surface side. A reinforcing spacer made of ceramic that protrudes in the thickness direction from the one surface so as to keep a distance between the face plate and the face plate to be a predetermined distance is made of a ceramic substrate integrally formed by a sintering method., Insulating substrateIs made of SiC or AlN, and the reinforcing spacer ceramic is ZrO.2Or Al2O3Alternatively, when it is made of SiC and used as an electron source for a display, a step of disposing a separate reinforcing spacer between the field emission electron source and the face plate at the time of assembly as in the prior art becomes unnecessary. This eliminates the need for positioning and fixing separate reinforcing spacers for the field emission electron source and the face plate, simplifying the display assembly process and facilitating an increase in the display area. effective. In addition, since ceramics such as SiC or AlN have higher thermal conductivity than glass, the heat generated by the electron source element can be dissipated more efficiently than when a glass substrate is used as an insulating substrate as in the prior art. The reliability of the electron source can be improved. The ceramic substrate on which the reinforcing spacer is integrally formed can be easily formed by a sintering method, and the reinforcing spacer can easily correspond to various shapes.
[0044]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the electron source element includes a lower electrode formed on the one surface side of the insulating substrate, a surface electrode facing the lower electrode in the thickness direction, A drift portion made of an oxidized or nitrided or oxynitrided porous semiconductor layer interposed between the lower electrode and the surface electrode is provided, and a voltage is applied between the surface electrode and the lower electrode with the surface electrode as a high potential side. Sometimes, electrons injected from the lower electrode due to an electric field acting on the drift portion drift through the drift portion and are emitted through the surface electrode. Therefore, the emission direction of the electron beam emitted from the electron source element is normal to the surface electrode. Since it is easy to align in the direction, there is no need to provide a complicated shadow mask or electron converging lens, the display can be thinned, and the reinforcing spacer from the above surface of the insulating substrate There is an effect that it is possible to reduce the projection height.
[0045]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, since the lower electrode of the ceramic substrate is integrally formed with the insulating substrate, the lower electrode can be formed regardless of the reinforcing spacer. effective. Therefore, the layout design of the lower electrode is facilitated.
[0046]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the invention, the insulating substrate also serves as a rear plate for forming an airtight space in which the electron source elements are accommodated together with the face plate. The number of parts can be reduced, the number of assembly processes can be reduced, and the cost can be reduced.
[0048]
  Also, Insulating substrateIs made of SiC or AlN, Insulating substrateIs Al2O3Compared with the case where it consists of, there exists an effect that heat conductivity becomes high and it becomes possible to thermally radiate the heat generated in each electron source element to the outside efficiently.
[0049]
  Also reinforcedSpacerIs ZrO 2 Or Al 2 O 3 Or SiC and highSince it is a resistor, charges are less likely to accumulate than when the reinforcing spacer is formed of an insulator, and the reinforcing spacer is less likely to be charged up due to electron scattering on the face plate side. There is an effect that reliability can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a display using a field emission electron source according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic perspective view of the main part of the above.
FIG. 3 is a schematic perspective view of a main part of another configuration example same as above.
4 is a schematic perspective view of a field emission electron source showing Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a schematic perspective view of the main part of the above.
6 is a schematic cross-sectional view of a field emission electron source showing Embodiment 3. FIG.
FIG. 7 is an operation explanatory diagram of a field emission electron source showing a conventional example.
FIG. 8 is an operation explanatory diagram of the field emission electron source of the above.
FIG. 9 is an operation explanatory diagram of a field emission electron source showing another conventional example.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a display using the above.
[Explanation of symbols]
6 Strong electric field drift layer
6a Drift part
6b Separation part
7 Surface electrode
10 Field emission electron source
10a Electron source element
11 Insulating substrate
11b Spacer
12a Lower electrode

Claims (5)

絶縁性基板と、絶縁性基板の一表面側に形成され電子を放出する複数の電子源素子とを備え、絶縁性基板は、前記一表面側に離間して対向配置されるフェースプレートとの間の距離を規定距離に保つように前記一表面から厚み方向へ突出するセラミックからなる補強用スペーサが燒結法により一体形成されたセラミック基板からなり、絶縁性基板がSiC若しくはAlNからなり、補強用スペーサのセラミックがZrO若しくはAl若しくはSiCからなることを特徴とする電界放射型電子源。An insulating substrate and a plurality of electron source elements that are formed on one surface side of the insulating substrate and emit electrons, and the insulating substrate is spaced from the one surface side and is opposed to a face plate that is disposed opposite to the face plate. The reinforcing spacer made of ceramic that protrudes in the thickness direction from the one surface so as to keep the distance at a specified distance is made of a ceramic substrate integrally formed by a sintering method , the insulating substrate is made of SiC or AlN, and the reinforcing spacer A field emission electron source, wherein the ceramic is made of ZrO 2, Al 2 O 3, or SiC. 前記電子源素子は、前記絶縁性基板の前記一表面側に形成された下部電極と、前記厚み方向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する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るドリフト部とを備え、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ドリフト部に作用する電界により下部電極から注入された電子がドリフト部をドリフトし表面電極を通して放出されることを特徴とする請求項1記載の電界放射型電子源。  The electron source element includes a lower electrode formed on the one surface side of the insulating substrate, a surface electrode facing the lower electrode in the thickness direction, and an oxidation or nitridation interposed between the lower electrode and the surface electrode. Or a drift portion made of an oxynitrided porous semiconductor layer, which is injected from the lower electrode by an electric field acting on the drift portion when a voltage is applied between the surface electrode and the lower electrode with the surface electrode as a high potential side. 2. The field emission electron source according to claim 1, wherein the electrons drift through the drift portion and are emitted through the surface electrode. 前記セラミック基板は、前記下部電極が前記絶縁性基板に一体形成されて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。  3. The field emission electron source according to claim 2, wherein the ceramic substrate has the lower electrode formed integrally with the insulating substrate. 前記絶縁性基板は、前記フェースプレートとともに前記各電子源素子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。  4. The field emission according to claim 1, wherein the insulating substrate also serves as a rear plate for forming an airtight space in which the electron source elements are accommodated together with the face plate. Type electron source. 前記補強用スペーサは、抵抗率が10 〜10 Ωcmであ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 5. The field emission electron source according to claim 1 , wherein the reinforcing spacer has a resistivity of 10 3 to 10 9 Ωcm .
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