JPH04312738A - 薄膜冷陰極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば平面ディスプレ
イ，撮像管，真空管，分析装置などに利用され得る電子
発生源に関し、特に薄膜冷陰極に関する。

【０００２】

【発明の概要】本発明は、平面ディスプレイ，撮像管，
真空管，分析装置などのように電子発生を必要とする装
置に使用される冷陰極に関するものである。

【０００３】本発明の冷陰極は、従来の冷陰極がもつ放
出電流の変動や経時変化による不安定な動作および短い
寿命などの問題を解決するため、薄膜積層構造を有する
。本発明の薄膜冷陰極においては、交流電圧を印加する
ことによって、絶縁性薄膜により片側絶縁された誘電体
薄膜内あるいは半導体薄膜内に電子を注入し、この電子
を用いてホットエレクトロンを発生させる。このホット
エレクトロンを利用することにより、長期間安定に電子
を発生させることができる長寿命型の冷陰極である。 また、複雑な工程なしに製作できる平面あるいは曲面形
状の冷陰極である。

【０００４】

【従来の技術】従来、冷陰極素子は電界放出型，トンネ
ル型，なだれ型などに分類される。電界放出型は、円錐
状のエミッターチップからゲート膜による電界により電
子を取り出す方式、トンネル型は、薄い絶縁膜のトンネ
ル効果によって電子を取り出す方式、なだれ型は、ｐｎ
接合部に流れるダイオード電流の一部を陽極によって取
り出す方式である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電界放出型の冷陰極素
子では、円錐状のエミッターチップが吸着分子のイオン
衝撃による損傷を受けることがあり、これを防止するた
め超高真空状態で電子を取り出す必要がある。また、電
流容量を大きくとるための多数のチップを必要とし複雑
な微細加工技術も必要である。トンネル型では、トンネ
ル効果を発生させる必要からかなり薄い絶縁膜を形成し
なければならないが、その製作が難しく特性が不安定で
あり劣化する。なだれ型は、ｐｎ接合によるダイオード
電流からの電子の取り出し効率が低く、電界放出型と同
様に点状に電流放出が行われてしまうため面状の電流放
出を得るために集積化しなければならず、大面積化には
不向きであった。

【０００６】このように、従来の冷陰極素子は、いずれ
も放出電流の変動や経時変化が大きいために安定した動
作が得られず、その上寿命が短く、方式によっては複雑
な製作工程を必要とするため、製造歩留りが悪く、製造
コストの上昇を招いていた。

【０００７】本発明は、このような従来型の問題点を解
決することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、誘電体薄膜と
、該誘電体薄膜の一面に設けられた絶縁性薄膜と、前記
誘電体薄膜の他面に設けられた第１の電極と、前記絶縁
性薄膜の前記誘電体薄膜側と反対側の面に設けられた第
２の電極とを含むことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の冷陰極においては、上部電極が負極の
場合、電子の注入を行って絶縁薄膜と誘電体薄膜の接合
部に電荷が蓄積される。逆に、上部電極が正極の場合、
外部印加電圧による見かけの電界よりも半サイクル前に
蓄積された電子により形成された空間電荷により誘電体
薄膜内の電界が高くなり、ホットエレクトロンが発生し
、上部電極の仕事関数φＭ　以上のエネルギーをもつホ
ットエレクトロンが放出電流として取り出される。この
ホットエレクトロンを利用することによって気体分子の
吸着の影響も小さく、従来の電界放出型における超高真
空を必要とせず、放出電流の変動が少なく長寿命の冷陰
極が得られる。また、従来のトンネル型のような非常に
膜厚の薄い薄膜を必要とする構造と異なり、薄膜を積層
する構造のため、製作も容易であり、大面積化も可能で
ある。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例について図面を参照して説
明する。

【００１１】図１は本発明の薄膜冷陰極を電子源として
適用したディスプレイの構成を示す概略断面図である。 図１において符号１はガラスなどの基板である。この基
板１の主面（図１における右側面）上にはＩＴＯ（錫添
加酸化インジウム）などの第２の電極としての下部電極
２が所定の膜厚で設けられている。この下部電極２の表
面上には絶縁性薄膜３が所定の膜厚で設けられている。 この絶縁性薄膜３を形成する材料としては、例えば酸化
タンタル，酸化ケイ素，窒化ケイ素，チタン酸塩などの
絶縁材料や抵抗の高い半導体材料が用いられる。この絶
縁性薄膜３の上には冷陰極の動作時にホットエクトロン
を発生し得る硫化物，酸化物，砒化物などの誘電体薄膜
４が所定の膜厚で設けられている。この誘電体薄膜４の
上にはＡｕ，Ａｌなどの金属からなる第１の電極として
の上部電極５が所定の膜厚でかつ所定のパターン形状で
設けられている。これら基板１と、下部電極２と、絶縁
性薄膜３と、誘電体薄膜４と上部電極５とは冷陰極を構
成している。この冷陰極の各膜の形成には蒸着法，スパ
ッタ法などの通常の物理的方法あるいはＣＶＤ法などの
通常の化学気相法などを用いることができる。

【００１２】上記冷陰極に対向する陽極は、ガラスなど
の基板６とこの基板６の主面（図１における左側面）上
に設けられたＩＴＯなどの透明材料からなる電極７とこ
の電極７上に塗布して設けられた蛍光体８とから構成さ
れている。

【００１３】陽極側の電極７と陰極側の上部電極５との
間には直流電源が配設され、陰極側の上部電極５と下部
電極２との間には交流電源が配設されている。

【００１４】次に、図１に示した平面ディスプレイの製
造方法の一例を説明する。

【００１５】まず、下部電極２として約０．２μｍの厚
さの透明電極ＩＴＯ薄膜を蒸着法あるいはスパッタ法に
よりガラス基板１上に形成する。この上に、絶縁性薄膜
として厚さ約０．３〜０．５μｍのＴａ２　Ｏ５　を、
続いて誘電体薄膜４として厚さ約０．３〜０．５μｍの
ＺｎＳをそれぞれ蒸着法あるいはスパッタ法により形成
する。最後に上部電極５として約０．０３μｍ以下の厚
さのＡｕあるいはＡｌを蒸着する。なお、必要に応じて
、この上部電極５および下部電極２に対して通常のリソ
グラフィ技術によるパターニングを施してもよい。

【００１６】このような構成の平面ディスプレイを動作
させるには、まず冷陰極に交流電圧を加えホットエレク
トロンを発生させる。すなわち、交流電圧の半サイクル
内に上部電極から絶縁性薄膜によって片側絶縁した誘電
体薄膜内に電子を注入し、次の半サイクル内に注入した
この電子を用いて誘電体薄膜内あるいは半導体薄膜内に
ホットエレクトロンを発生させる。この冷陰極と対向す
る陽極には数百から数キロボルトの直流電圧を加え、冷
陰極からのホットエレクトロンを取り出し、このホット
エレクトロンにより蛍光体を励起発光させる。

【００１７】ここで、この冷陰極の動作を図２を参照し
て説明すると、上部電極が図２における（ａ）の負極の
場合、電子の注入を行って絶縁性薄膜と誘電体薄膜の接
合部に電荷を蓄積する。上部電極が図２における（ｂ）
の正極の場合、外部印加電圧による見かけの電界よりも
半サイクル前に蓄積した電子により形成した空間電荷に
より誘電体薄膜内の電界を高くし、ホットエレクトロン
を発生させ、上部電極の仕事関数φＭ　以上のエネルギ
ーをもつホットエレクトロンを放出電流として取り出す
ことができる。

【００１８】図３は、図１の構造をもつ冷陰極を含む平
面ディスプレイにおいて蛍光体にＰ２２（ＺｎＳ：Ａｇ
）を、絶縁薄膜にＴａ２　Ｏ５　を、誘電体薄膜にＺｎ
Ｓをそれぞれ用い、冷陰極駆動のための正弦波電圧の周
波数を５ｋＨｚとし、陽極電圧を４〜５ｋＶとしたとき
の輝度−交流電圧特性の一例を示す。

【００１９】なお、上記実施例では、平面形状の冷陰極
を示したが、例えば曲面形状の冷陰極であってもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷陰極に
よれば、このホットエレクトロンを利用することによっ
て気体分子の吸着の影響も小さく、従来の電界放出型に
おける超高真空を必要とせず、放出電流の変動が少なく
長寿命の冷陰極が得られる。また、従来のトンネル型の
ような膜厚の非常に薄い薄膜を必要とする構造と異なり
、薄膜を積層する構造のため、製作も容易であり、大面
積化も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷陰極を電子源とした平面ディスプレ
イを示す概略構成図である。

【図２】本発明の冷陰極の動作を表わすエネルギーバン
ドを示す図である。

【図３】図１に示した冷陰極を電子源に用いて蛍光体を
発光させたときの輝度−交流電圧特性を示す図である。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　下部電極 ３　　絶縁性薄膜 ４　　誘電体薄膜 ５　　上部電極 ６　　基板 ７　　電極 ８　　蛍光体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　誘電体薄膜と、該誘電体薄膜の一面に
   設けられた絶縁性薄膜と、前記誘電体薄膜の他面に設け
   られた第１の電極と、前記絶縁性薄膜の前記誘電体薄膜
   側と反対側の面に設けられた第２の電極とを含むことを
   特徴とする薄膜冷陰極。