JP3780937B2

JP3780937B2 - 電界放射型電子源およびその製造方法

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Publication number: JP3780937B2
Application number: JP2001392228A
Authority: JP
Inventors: 徹馬場; 卓哉菰田; 浩一相澤; 勉櫟原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: JP2003197090A

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１２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Ｉｅ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１０”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１０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１０ａ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。
また、請求項１の発明では、ヒートシンクは、少なくとも放熱層の側面および放熱層において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。
【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，Ｓｉ₃Ｎ₄，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，ＡｌＮ，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、前記放熱層に接し前記電子源素子で発生した熱が前記放熱層を介して伝導される接触部が、後面開口した直方体状に形成され、当該直方体状の接触部の前壁に前記電子源素子を露出させる矩形状の窓孔が形成されており、接触部が前記放熱層における前記電子源素子が形成された面において前記電子源素子を全周にわたって囲む部位に接触しているので、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。
【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。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，Ｐｔ，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１μｍ、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、Ｔａ₂Ｏ₅、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１３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，Ｍｏ，Ｗなどの純金属やこれらの合金でもよく、Ａｌ，Ｃｕ，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１６７［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，Ｐｂ，Ｃｒ，Ａｇなどを採用することが可能であり、数μｍ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）］、ＳｉＣ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１３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１０ａ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７００［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、前壁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１１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。
また、請求項１の発明では、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。
【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，Ｓｉ₃Ｎ₄，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，ＡｌＮ，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、前記放熱層に接し前記電子源素子で発生した熱が前記放熱層を介して伝導される接触部が、後面開口した直方体状に形成され、当該直方体状の接触部の前壁に前記電子源素子を露出させる矩形状の窓孔が形成されており、接触部が前記放熱層における前記電子源素子が形成された面において前記電子源素子を全周にわたって囲む部位に接触しているので、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

Claims

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り、ヒートシンクは、少なくとも放熱層の側面および放熱層において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電界放射型電子源。
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。
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。
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。
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。
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。
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ことを特徴とする請求項６記載の電界放射型電子源。
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。
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。
前記絶縁層は、ＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４，Ｔａ_２Ｏ_３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。
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。
前記セラミック材料の主原料は、ＳｉＣ，ＡｌＮ，Ａｌ_２Ｏ_３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。
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。
前記ヒートシンクは、前記放熱層に接し前記電子源素子で発生した熱が前記放熱層を介して伝導される接触部が、後面開口した直方体状に形成され、当該直方体状の接触部の前壁に前記電子源素子を露出させる矩形状の窓孔が形成されており、接触部が前記放熱層における前記電子源素子が形成された面において前記電子源素子を全周にわたって囲む部位に接触してい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。
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。
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。