JP5177721B2 - Method for producing cathode body - Google Patents
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Description
本発明は、陰極体、及びそれを用いた面発光型蛍光発光装置に関する。 The present invention relates to a cathode body and a surface-emitting fluorescent light emitting device using the cathode body.
一般に、この種の陰極体を含む面発光型蛍光発光装置には、特許文献１に示されたような面発光型有機ＥＬ装置や、特許文献２及び３に示されたような電界放出形表示装置（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ（ＦＥＤ））等があり、これらの装置を自発光型テレビ等に適用することが検討されている。
In general, a surface-emitting fluorescent light-emitting device including this type of cathode body includes a surface-emitting organic EL device as disclosed in
これら面発光型蛍光発光装置のうち、特許文献２及び３に示されたＦＥＤでは、陰極体表面に外部より強い内向きの電界を印加すること、即ち、電界放出により、トンネリングにより電子を放出させ、陰極体表面から放出された電子を種々の蛍光体に衝突させることで、RGB発光させている。
Among these surface emitting fluorescent light emitting devices, in the FEDs disclosed in
特許文献２では、絶縁性の陰極基板と絶縁性及び透光性を備えた陽極基板を備え、陰極基板の内面側に電界放出素子を形成すると共に、陽極基板の内面側に金属導体を配置した電界放出形表示装置が開示されている。陰極基板の内面側に形成される電界放出素子は陰極電極、陰極電極上の空孔内に形成されたコーン状のエミッタ、エミッタを囲むように設けられたゲート電極によって構成されている。
In
特許文献２は、陽極基板上に形成される陽極電極として、金属陽極電極を使用することにより、陰極基板と陽極基板との間の真空度を改善できることを明らかにしている。
また、特許文献３は、コーン状の電界放出先端構造体、当該構造体を覆う導電性薄膜、及び、導電性薄膜の先端を覆うキャップによって構成した電界放出素子を開示し、電界放出素子は陰極電極と電気的に接続されている。特許文献３では、ゲート電極、導電性薄膜、及びキャップ等を高融点金属であるタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）で形成している。
しかしながら、特許文献３で指摘されたように、高融点金属によってエミッタを含む陰極体を構成しただけでは、十分な電流密度が得られないことが本発明者等の研究によって判明した。
However, as pointed out in
本発明者等の実験によれば、陰極体表面にトンネリングを生じさせるためには、陰極体表面におけるポテンシャル障壁の厚さを1nm程度まで薄くする必要がある。また、電界放出による電流密度は、表面材質の仕事関数をφとすると、-αφ1.5/Eに対して指数関数的な依存性を示す。ここで、αは比例定数、Eは電界の強さである。このため、仕事関数の低い材料を用いることで電子放出が増大し、より少ない電界で所望の電子放出量が得られ、低消費電力化も可能となるものと、推定される。 According to the experiments by the present inventors, in order to cause tunneling on the surface of the cathode body, it is necessary to reduce the thickness of the potential barrier on the surface of the cathode body to about 1 nm. The current density due to field emission shows an exponential dependence on -αφ 1.5 / E, where φ is the work function of the surface material. Here, α is a proportionality constant, and E is the strength of the electric field. For this reason, it is presumed that by using a material having a low work function, electron emission increases, a desired electron emission amount can be obtained with a smaller electric field, and power consumption can be reduced.
本発明者等は、仕事関数の低い材料として希土類の酸化物に着目した。例えば、La2O3（仕事関数2.8eV）、Y2O3（2.0eV）、ThO2（1.66eV）等である。また、それ以外にもZrO2（3.12eV）、MgO（3.55eV）等が挙げられる。これら酸化物は、例えば、電子放出電極に使われるタングステン（仕事関数は4.6eV）よりも仕事関数が十分小さく、より電子放出効率を向上することが期待される。 The present inventors have focused on rare earth oxides as materials having a low work function. For example, La 2 O 3 (work function 2.8 eV), Y 2 O 3 (2.0 eV), ThO 2 (1.66 eV), and the like. In addition, ZrO 2 (3.12 eV), MgO (3.55 eV), and the like can be given. These oxides are expected to have a work function sufficiently smaller than, for example, tungsten (work function is 4.6 eV) used for the electron emission electrode, and to further improve the electron emission efficiency.
しかしながら、上記した酸化物は、電気抵抗が非常に高い絶縁体であり、電子放出膜として使用するには、例えば、タングステンやモリブデン等の導電性の電極部材の上に、数原子層程度の極めて薄い薄膜にしなくてはならない。厚くすると、電気抵抗が大きく効いてしまい、電流が流れづらくなり、放出効率が極端に低下するからである。 However, the above-described oxide is an insulator having an extremely high electric resistance, and for use as an electron emission film, for example, an extremely few atomic layer is formed on a conductive electrode member such as tungsten or molybdenum. It must be a thin film. This is because if the thickness is increased, the electric resistance is greatly affected, current becomes difficult to flow, and the emission efficiency is extremely reduced.
また、これらの酸化物を薄く堆積させるには、プラズマスパッタ等が有効であるが、良質な酸化物を形成するには、希ガスに酸素を混ぜた混合ガスによるリアクティブスパッタが有効である。タングステンやモリブデンに直接リアクティブスパッタを行うと、これら金属の表面が酸化されてしまい、絶縁層になり電流が流れづらくなり、放出効率が極端に低下してしまう。 In addition, plasma sputtering or the like is effective for depositing these oxides thinly, but reactive sputtering using a mixed gas in which oxygen is mixed with a rare gas is effective for forming a high-quality oxide. When reactive sputtering is performed directly on tungsten or molybdenum, the surfaces of these metals are oxidized, becoming an insulating layer, making it difficult for current to flow, and the emission efficiency extremely decreasing.
本発明の目的は、仕事関数の低い酸化物を用い電子放出効率の高い陰極体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a cathode body having a high electron emission efficiency using an oxide having a low work function.
本発明の他の目的は、電気抵抗が小さく、電子放出効率の高い陰極体を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a cathode body having low electric resistance and high electron emission efficiency.
本発明の第１の態様によれば、第１の金属によって形成され、電極を構成する第１の層と、当該第１の層上に形成された導電性を有する第２の層と、前記第２の層上に形成され、前記第１の金属よりも小さな仕事関数を有し、且つ、電子放出層を構成する第３の層とを備え、第２の層を形成する材料は前記第３の層よりも小さい抵抗率を有していることを特徴とする陰極体が得られる。 According to the first aspect of the present invention, the first layer formed of the first metal and constituting the electrode, the conductive second layer formed on the first layer, And a third layer which is formed on the second layer and has a work function smaller than that of the first metal and which constitutes the electron emission layer. The material forming the second layer is the first layer. Thus, a cathode body having a resistivity smaller than that of the third layer is obtained.
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記第２の層は、厚さ1nmから200nmの間の膜厚を有する金属または合金の薄膜であり、前記第２の層を形成する金属または合金は、その酸化物も導電性を有する性質をもつ材質であり、前記第３の層は、１原子層から10nmの間の膜厚を有し、仕事関数が3.6eV以下の酸化物によって形成されていることを特徴とする陰極体が得られる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the second layer is a metal or alloy thin film having a thickness of between 1 nm and 200 nm, and the second layer is The metal or alloy to be formed is a material whose oxide also has conductivity, and the third layer has a film thickness between 1 atomic layer and 10 nm and a work function of 3.6 eV or less. A cathode body characterized by being formed of an oxide is obtained.
本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、前記第２の層は、前記第３の層に接する側の一部、または前記第２の層全部が酸化されていることを特徴とする陰極体が得られる。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the second layer is a part of the side in contact with the third layer, or the entire second layer is oxidized. A characteristic cathode body is obtained.
本発明の第４の態様によれば、第１の態様において、前記第１の層上に形成される第２の層は、厚さ1nmから200nmの間の膜厚の、金属または合金によって形成されており、且つ、前記第２の層を形成する金属または合金は、その酸化物の仕事関数が3.6eV以下であり、且つ、前記第３の層は、前記第２の層の金属または合金の酸化物であり、１原子層から10nmの間の厚さを有することを特徴とする陰極体が得られる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the second layer formed on the first layer is formed of a metal or alloy having a thickness between 1 nm and 200 nm. And the metal or alloy forming the second layer has an oxide work function of 3.6 eV or less, and the third layer is the metal or alloy of the second layer. Thus, a cathode body characterized by having a thickness between one atomic layer and 10 nm can be obtained.
本発明の第５の態様によれば、第１〜４の態様のいずれかにおいて、前記第１の金属はタングステン又はモリブデンからなることを特徴とする陰極体が得られる。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the cathode body according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first metal is made of tungsten or molybdenum.
本発明の第６の態様によれば、第１〜４の態様のいずれかにおいて、前記第１の金属はタングステン又はモリブデンを主成分とし、La2O3、ThO2、及びY2O3からなる群から選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする陰極体が得られる。 According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the first metal is mainly composed of tungsten or molybdenum, and includes La 2 O 3 , ThO 2 , and Y 2 O 3. A cathode body characterized in that it contains at least one selected from the group consisting of:
本発明の第７の態様によれば、第１〜３、第５〜６の態様のいずれかにおいて、前記第２の層はRu又はIrよりなることを特徴とする陰極体が得られる。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the cathode body characterized in that in any one of the first to third and fifth to sixth aspects, the second layer is made of Ru or Ir.
本発明の第８の態様によれば、第１〜７の態様のいずれかにおいて、前記第３の薄膜は、La2O3、Y2O3、MgO、ThO2、CeO2、またはZrO2よりなることを特徴とする陰極体が得られる。 According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the third thin film is made of La 2 O 3 , Y 2 O 3 , MgO, ThO 2 , CeO 2 , or ZrO 2. A cathode body characterized by comprising:
本発明の第９の態様によれば、第４〜６の態様のいずれかにおいて、前記第２の層は、La、Y、Mg、Th、Ce、またはZrよりなることを特徴とする陰極体が得られる。 According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the fourth to sixth aspects, the second layer is made of La, Y, Mg, Th, Ce, or Zr. Is obtained.
本発明の第１０の態様によれば、第１〜９の態様のいずれかにおいて、前記第３の層は、La、Y、Mg、Th、Ce、またはZrをターゲットとして酸化性雰囲気中でスパッタするリアクティブスパッタリングによって形成されたものであることを特徴とする陰極体が得られる。 According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the third layer is sputtered in an oxidizing atmosphere using La, Y, Mg, Th, Ce, or Zr as a target. A cathode body characterized by being formed by reactive sputtering is obtained.
本発明の第１１の態様によれば、第１〜９の態様のいずれかにおいて、前記第３の層は、La2O3、Y2O3、MgO、ThO2、CeO2、またはZrO2をターゲットとして酸化性雰囲気中でスパッタするリアクティブスパッタリングによって形成されたものであることを特徴とする陰極体が得られる。 According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the third layer is made of La 2 O 3 , Y 2 O 3 , MgO, ThO 2 , CeO 2 , or ZrO 2. A cathode body characterized in that the cathode body is formed by reactive sputtering with sputtering as a target in an oxidizing atmosphere.
本発明の第１２の態様によれば、第１０または１１の態様において、前記第２の層の前記一部または全部は、その少なくとも一部が前記リアクティブスパッタリングの際に形成されたものであることを特徴とする陰極体が得られる。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the tenth or eleventh aspect, at least a part of the second layer is formed during the reactive sputtering. A cathode body characterized by this can be obtained.
本発明の第１３の態様によれば、第４乃至６の態様一つまたは第８乃至１０の態様の一つにおいて、前記第２の層は、La、Y、Mg、Th、Ce、またはZrをターゲットとして不活性雰囲気中でスパッタするより非リアクティブスパッタリングによって形成されたものであり、前記第３の層は前記第２の層を酸化することによって形成されたものであることを特徴とする陰極体が得られる。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in any one of the fourth to sixth aspects or the eighth to tenth aspects, the second layer is made of La, Y, Mg, Th, Ce, or Zr. It is formed by non-reactive sputtering rather than sputtering in an inert atmosphere with a target as a target, and the third layer is formed by oxidizing the second layer. A cathode body is obtained.
本発明の第１４の態様によれば、電極金属体の表面に、直接又は他の材料層を介して、電子放出層を有する陰極体において、前記電子放出層は仕事関数が3.6eV以下の金属酸化物を含み、かつトンネル電流によって電子放出が可能な膜厚を有することを特徴とする陰極体が得られる。 According to the fourteenth aspect of the present invention, in the cathode body having the electron emission layer on the surface of the electrode metal body directly or via another material layer, the electron emission layer is a metal having a work function of 3.6 eV or less. A cathode body comprising an oxide and having a thickness capable of emitting electrons by a tunnel current is obtained.
本発明の第１５の態様によれば、前記他の材料層は、前記金属酸化物を構成する金属、その酸化物も導電性を有する性質をもつ金属または合金、およびその酸化物も導電性を有する性質をもつ金属または合金の当該酸化物からなる群から選ばれた少なくとも一つを含むことを特徴とする第１４の態様に記載の陰極体が得られる。 According to the fifteenth aspect of the present invention, the other material layer includes a metal constituting the metal oxide, a metal or alloy having the property that the oxide also has conductivity, and the oxide also has conductivity. The cathode body according to the fourteenth aspect is obtained, comprising at least one selected from the group consisting of oxides of metals or alloys having the above properties.
本発明の第１６の態様によれば、前記電子放出層の膜厚は１原子層から10nmの間であることを特徴とする第１４または１５の態様に記載の陰極体が得られる。 According to a sixteenth aspect of the present invention, there is obtained the cathode body according to the fourteenth or fifteenth aspect, wherein the thickness of the electron emission layer is between 1 atomic layer and 10 nm.
本発明の第１７の態様によれば、前記他の材料層は厚さが1nm乃至200nmであることを特徴とする第１４乃至１６の態様の一つに記載の陰極体が得られる。 According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided the cathode body according to one of the fourteenth to the sixteenth aspects, wherein the other material layer has a thickness of 1 nm to 200 nm.
本発明の第１８の態様によれば、前記電極金属体の材料は、タングステン、モリブデン、またはタングステンもしくはモリブデンを主成分とし、La2O3、ThO2、及びY2O3からなる群から選択された少なくとも一つを含む材料を含むことを特徴とする第１４乃至１７の態様の一つに記載の陰極体が得られる。 According to an eighteenth aspect of the present invention, the material of the electrode metal body is selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, or tungsten or molybdenum as a main component and La 2 O 3 , ThO 2 , and Y 2 O 3. A cathode body according to any one of the fourteenth to seventeenth aspects, comprising a material containing at least one of the above.
本発明の第１９の態様によれば、前記電子放出層は、La2O3、Y2O3、MgO、ThO2、CeO2、およびZrO2の少なくとも一つを含むことを特徴とする第１４乃至１８の態様の一つに記載の陰極体が得られる。
According to a nineteenth aspect of the present invention, the electron emission layer includes at least one of La 2 O 3 , Y 2 O 3 , MgO, ThO 2 , CeO 2 , and ZrO 2 . The cathode body according to one of the
本発明の第２０の態様によれば、前記電子放出層は、La、Y、Mg、Th、Ce、Zr、La2O3、Y2O3、MgO、ThO2、CeO2、またはZrO2をターゲットとして酸化性雰囲気中でスパッタするリアクティブスパッタリングによって形成されたものであることを特徴とする第１４乃至１９の態様の一つに記載の陰極体が得られる。 According to a twentieth aspect of the present invention, the electron emission layer is made of La, Y, Mg, Th, Ce, Zr, La 2 O 3 , Y 2 O 3 , MgO, ThO 2 , CeO 2 , or ZrO 2. The cathode body according to any one of the fourteenth to nineteenth aspects is obtained, wherein the cathode body is formed by reactive sputtering using sputtering as a target in an oxidizing atmosphere.
本発明の第２１の態様によれば、前記電子放出層は、La2O3、Y2O3、MgO、ThO2、CeO2、またはZrO2をターゲットとして不活性雰囲気中でスパッタするより非リアクティブスパッタリングによって形成されたものであることを特徴とする第１４乃至１９の態様の一つに記載の陰極体が得られる。 According to a twenty-first aspect of the present invention, the electron emission layer is less non-sputtered by sputtering in an inert atmosphere using La 2 O 3 , Y 2 O 3 , MgO, ThO 2 , CeO 2 , or ZrO 2 as a target. The cathode body according to any one of the fourteenth to nineteenth aspects, wherein the cathode body is formed by reactive sputtering.
本発明の第２３の態様によれば、前記他の材料層はLa、Y、Mg、Th、Ce、Zr、Ru、Ir、Ruの酸化物、およびIrの酸化物の少なくとも一つを含むことを特徴とする第１４乃至２１の態様の一つに記載の陰極体が得られる。 According to a twenty-third aspect of the present invention, the other material layer includes at least one of an oxide of La, Y, Mg, Th, Ce, Zr, Ru, Ir, Ru, and an oxide of Ir. The cathode body according to one of the fourteenth to twenty-first aspects, characterized in that
本発明の第２３の態様によれば、前記他の材料層はRuの酸化物およびIrの酸化物の少なくとも一つを含み、かつ該酸化物は前記電子放出層をリアクティブスパッタリングで成膜する際に形成されたものであることを特徴とする第１４乃至２１の態様の一つに記載の陰極体が得られる。 According to a twenty-third aspect of the present invention, the other material layer includes at least one of an oxide of Ru and an oxide of Ir, and the oxide forms the electron emission layer by reactive sputtering. The cathode body according to one of the fourteenth to twenty-first aspects, which is formed at the time, is obtained.
本発明の第２４の態様によれば、第１から２３の態様のいずれかに記載の陰極体を電子エミッタとして有することを特徴とする面発光型蛍光発光装置が得られる。 According to a twenty-fourth aspect of the present invention, there is provided a surface-emitting fluorescent light-emitting device having the cathode body according to any one of the first to twenty-third aspects as an electron emitter.
本発明によれば、陰極体表面が非常に仕事関数の低い材料で覆われ、さらに表面と電極部材との間に電極部材よりも低抵抗の層を設けることにより、極めて高効率な電子放出源を得ることができる。 According to the present invention, the cathode body surface is covered with a material having a very low work function, and a layer having a resistance lower than that of the electrode member is provided between the surface and the electrode member. Can be obtained.
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施例１)
図１を参照して、本発明の実施例１に係る陰極体を説明する。図１では、平面状の陰極体を示しているが、実際に、面発光型蛍光発想装置に実装される場合には、コーン状に成形される。図示された陰極体は、スパッタで成膜したタングステン薄膜（膜厚300nm）１、スパッタで成膜したRu薄膜（50nm）２、及びスパッタで成膜したLa2O3薄膜（2nm）３によって構成されている。即ち、図示された陰極体は、陰極電極を形成する導電性の第１の薄膜１（ここでは、タングステン（Ｗ）薄膜）、導電性を有すると共にその酸化物も導電性を示す第２の薄膜（ここでは、Ru薄膜）2、及び、絶縁性で且つ電子放出効率の高い極めて薄い第３の薄膜（ここでは、La2O3薄膜）3によって構成されている。この実施例で使用されたRu薄膜の抵抗率は6.71μΩ・cm、Ｗ薄膜の抵抗率は5μΩ・cmであり、更に、La2O3薄膜の仕事関数は2.8〜4.2eVである。
(Example 1)
A cathode body according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a planar cathode body is shown, but when it is actually mounted on a surface-emitting type fluorescence conception device, it is formed into a cone shape. The illustrated cathode body includes a tungsten thin film (film thickness 300 nm) 1 formed by sputtering, a Ru thin film (50 nm) 2 formed by sputtering, and a La 2 O 3 thin film (2 nm) 3 formed by sputtering. Has been. That is, the illustrated cathode body includes a conductive first thin film 1 (here, a tungsten (W) thin film) that forms a cathode electrode, a second thin film that has conductivity and its oxide also exhibits conductivity. (Here, Ru thin film) 2 and an extremely thin third thin film (here, La 2 O 3 thin film) 3 that is insulating and has high electron emission efficiency. The resistivity of the Ru thin film used in this example is 6.71 μΩ · cm, the resistivity of the W thin film is 5 μΩ · cm, and the work function of the La 2 O 3 thin film is 2.8 to 4.2 eV.
このように、電子放出層を形成する第３の薄膜３と、電極を形成する第１の薄膜１との間に、電子放出層よりも抵抗率の低い第２の薄膜２を介在させることにより、電子放出効率の高い陰極体を構成することができる。
Thus, by interposing the second
ここで、図１に示された陰極体を製造する工程を説明する。タングステン薄膜（第１の薄膜）１をスパッタで成膜した後に、Ru薄膜によって形成される第２の薄膜をスパッタで形成する。その後に、La2O３膜によって形成される第３の薄膜３をスパッタ成膜する。
Here, a process of manufacturing the cathode body shown in FIG. 1 will be described. After the tungsten thin film (first thin film) 1 is formed by sputtering, a second thin film formed by the Ru thin film is formed by sputtering. Thereafter, the third
La2O3薄膜をスパッタ成膜する際は、La2O3ターゲットを用いた。プラズマを励起するガスとして、Krを1000cc/分、O2を30cc/分の流量でスパッタチャンバに導入した。 La 2 O 3 thin film when deposited by sputtering was used La 2 O 3 target. As gases for exciting plasma, Kr was introduced into the sputtering chamber at a flow rate of 1000 cc / min and O 2 at a flow rate of 30 cc / min.
次に、RF電力（周波数13.56MHz）をターゲットに印加することによりプラズマを励起してスパッタ成膜した。成膜の際、例えばArガスのみを流してArプラズマを励起することで、La2O3薄膜を形成しても良いが、この場合、形成される薄膜に、プラズマダメージによる欠陥、具体的には酸素欠損等が生じてしまい、良質なLa２O3薄膜が形成されず、電子放出効率が劣化してしまう。よって、本実施例において、Kr/O2プラズマを励起することで、いわゆるリアクティブスパッタを行うことで酸素ラジカルを大量に発生させ、このような欠陥を生じることなくLa2O3薄膜が形成可能となった。 Next, RF power (frequency: 13.56 MHz) was applied to the target to excite the plasma to form a sputter film. At the time of film formation, for example, only Ar gas is allowed to flow to excite Ar plasma to form a La 2 O 3 thin film. However, in this case, the formed thin film has defects caused by plasma damage, specifically, As a result, oxygen deficiency or the like occurs, and a high-quality La 2 O 3 thin film is not formed, so that the electron emission efficiency deteriorates. Therefore, in this embodiment, by exciting Kr / O 2 plasma, so-called reactive sputtering can generate a large amount of oxygen radicals, and a La 2 O 3 thin film can be formed without causing such defects. It became.
前述したようなリアクティブスパッタを行うと、下地のRu薄膜も一部酸化する。この場合、Ru薄膜２には、図１に破線で示す領域２−１のように、膜厚2nm程度のRuO2膜が形成されるが、RuO2膜は50μΩ・cm程度の抵抗率を示す導電性であるため、RuO2膜を介在させることにより電子放出効率が劣化することは無い。なお、La2O3を成膜する前に、Ru薄膜２の表面を積極的に酸化し、Ru薄膜を全てRuO2薄膜としても良い。
When reactive sputtering as described above is performed, the underlying Ru thin film is also partially oxidized. In this case, a RuO 2 film having a thickness of about 2 nm is formed on the Ru
図２は、電子放出電極を様々な材料として、熱電子放出を行った際の、電圧−電流特性である。同じ電流量であれば、電圧が低い方が、効率が良い。本結果は電界放出では無く、熱電子放出での結果であるが、電界放出においても同様の結果であることが判明している。図からも明らかな通り、La2O3電極が一番優れた効率を示しているが、製造コスト等を考え、タングステン（Ｗ）の仕事関数4.6eV以下の仕事関数を有するLa2O3以外のY2O3、CeO2、ThO2、ZrO2等を適宜材料として使用しても良い。具体的には、MgOの仕事関数（3.55eV）程度、即ち、3.6eV以下の仕事関数を備えた材料を使用することが好ましい。 FIG. 2 shows voltage-current characteristics when thermionic emission is performed using various materials as the electron emission electrode. If the current amount is the same, the lower the voltage, the better the efficiency. This result is not the field emission but the thermionic emission, but it has been found that the same result is obtained in the field emission. As is clear from the figure, the La 2 O 3 electrode shows the most excellent efficiency, but considering the manufacturing cost, other than La 2 O 3 having a work function of tungsten (W) of 4.6 eV or less. Y 2 O 3 , CeO 2 , ThO 2 , ZrO 2 and the like may be used as appropriate materials. Specifically, it is preferable to use a material having a work function of about MgO (3.55 eV), that is, 3.6 eV or less.
(実施例２)
図３を参照して、本発明の実施例２に係る陰極体を説明する。図示された陰極体は、スパッタで成膜したタングステン薄膜（膜厚300nm）４、スパッタで成膜したY薄膜（50nm）５によって構成されている。
(Example 2)
A cathode body according to Example 2 of the present invention will be described with reference to FIG. The illustrated cathode body includes a tungsten thin film (film thickness 300 nm) 4 formed by sputtering and a Y thin film (50 nm) 5 formed by sputtering.
Y薄膜５は、非リアクティブスパッタリングによってスパッタ成膜した後に、マイクロ波励起高密度プラズマ装置により、Kr、O2ガスをそれぞれ1000cc/分、30cc/分の割合で流し、圧力を133Paと設定し、マイクロ波により高密度プラズマを励起して、酸素ラジカルを大量に発生させることで、表面2nm程度を酸化させることにより、Ｙ薄膜表面に、Y2O3膜が形成されている。
The Y
したがって、この実施例においても、電極を形成するタングステン薄膜（膜厚300nm）４を第１の薄膜、非理アクティブスパッタリングで成膜したY薄膜（50nm）５を第２の薄膜、及び、電子放出層を形成するY2O3膜（５−１）を第３の薄膜と呼ぶことができる。 Therefore, also in this embodiment, the tungsten thin film (film thickness 300 nm) 4 forming the electrode is the first thin film, the Y thin film (50 nm) 5 formed by irrational active sputtering is the second thin film, and the electron emission layer. The Y 2 O 3 film (5-1) that forms can be referred to as a third thin film.
本工程によれば、陰極体の表面に、仕事関数が2eVと非常に低く、且つ、薄いY2O3膜が形成され、タングステン薄膜とY2O3薄膜の間に絶縁層の存在しない、非常に電子放出効率の高い陰極体を形成することができた。 According to this process, the work function is as low as 2 eV on the surface of the cathode body, and a thin Y 2 O 3 film is formed, and there is no insulating layer between the tungsten thin film and the Y 2 O 3 thin film. A cathode body with very high electron emission efficiency could be formed.
ＦＰＤ等でよく使われているＩＴＯやＺｎＯの導電性は、100μΩcm乃至数100μΩcmであるが、本発明で用いるIrO2やRuO2の導電性は、50μΩcm程度であり、本発明ではこのように100μΩcm程度以下の導電性の金属、合金、酸化物を電子放出層と金属電極層との間に介在させることで、電子放出効率の優れた陰極体を提供することができる。 The conductivity of ITO or ZnO often used in FPDs is 100 μΩcm to several hundred μΩcm, but the conductivity of IrO 2 or RuO 2 used in the present invention is about 50 μΩcm. A cathode body with excellent electron emission efficiency can be provided by interposing a conductive metal, alloy, or oxide having a degree below about between the electron emission layer and the metal electrode layer.
本発明に係る陰極体は、電子放出面発光型蛍光発光装置に適用でき、自発光型テレビ等に適用でき、他の面発光型蛍光発光装置にも適用できる。 The cathode body according to the present invention can be applied to an electron emission surface-emitting fluorescent light-emitting device, can be applied to a self-luminous television, and can be applied to other surface-emitting fluorescent light-emitting devices.
１、４ 第１の薄膜
２、５ 第２の薄膜
３、５−１ 第３の薄膜
1, 4 1st
Claims (1)
前記電極層上に、スパッタ成膜してRuまたはYを構成材料とする第２の層を前記電子放出層よりも小さい抵抗率を有し厚さ1nmから200nmの間の膜厚を有する導電性の層として形成し、 A second layer comprising Ru or Y as a constituent material formed by sputtering on the electrode layer is a conductive material having a resistivity smaller than that of the electron emission layer and a thickness of between 1 nm and 200 nm. Formed as a layer of
次いで、前記第２の層上に、前記電子放出層を、リアクティブスパッタ成膜して前記電極層の金属よりも小さな仕事関数を有し仕事関数が3.6eV以下の希土類の材料からなる層として１原子層から10nmの間の膜厚に形成することを特徴とする陰極体の製造方法。 Next, on the second layer, the electron emission layer is formed by reactive sputtering as a layer made of a rare earth material having a work function smaller than that of the electrode layer metal and having a work function of 3.6 eV or less. A method for producing a cathode body, wherein the cathode body is formed to a thickness of between 1 nm and 10 nm.
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