JPH0473314B2

JPH0473314B2 -

Info

Publication number: JPH0473314B2
Application number: JP8584182A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamada
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-05-20
Filing date: 1982-05-20
Publication date: 1992-11-20
Also published as: JPS58202483A; US4554485A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、全固体化された映像（又は画像表
示）装置に関するものである。

これまで平型画像表示装置用の固体素子として
は、LED（Light Ewitting Diode発光ダイオー
ド），EL（Electro Luminescenceエレクトロルミ
ネセンス）などが提案されて来たが、輝度・応答
特性、階調特性、色再現性、消費電力のいずれか
で、はるかに陰極線管（CRT：Cathode Ray
Tuke）に及ばないのが現状である。

LEDは発光面積が小さく、消費電力が現状よ
り３桁程小さくなければ、平型映像装置の実現は
極めて困難である。

また、ELは、発光効率が低く、高い動作電圧
が必要なため、コンパクトな平型映像装置の実現
に不可欠な集積化が難しい。

ところで、このELはCRTと同様、発光原理と
して電子励起型ルミネセンスを利用している。そ
こで、CRTとELの電子励起型ルミネセンスを決
める電子の振舞いの点から全固体化平型映像装置
の可能性を明らかにする。

最初にCRTについて検討する。

一般に、真空中において電位がV₀である陰極
から初速度υ₀で放射された電子が、距離ｄだけ離
れた電位Ｖの陽極に達する瞬間の速度υは、（Ｖ
−V₀が１〜10KV程度であれば）次式で表わされ
る。

１／２ｍ（υ²−υ² ₀）＝ｑ（Ｖ−V₀）＝qEd ……(1) 但し、ｍ：真空中の電子の静止質量（9.107×
10^-31Kg）ｑ：電荷量（1.602×10^-19C）Ｅ＝Ｖ−V₀／ｄ：電界簡単のために、υ₀＝０、V₀＝Ｏとすると、(1)
は次のようになる。

υ＝（2qV／ｍ）〓 ……(2) CRTで用いられる代表的な電圧Ｖ＝2KVを(2)
に代入すると、 υ＝3.6×10⁹cm／sec 又、低速電子線励起型ルミネセンスを発光原理
とするVFD（Vacuum Flourescent Display
tube螢光表示管）の場合には、代表的な電圧Ｖ＝
20Vを用いて、 υ＝3.6×10⁸cm／sec となる。

CRTの様な高速度の電子が螢光体に衝突する
と、その一部は表面層で弾性反射を起こし、入射
電子と同程度あるいはわずかに弱いエネルギーを
持つバツクスキヤツタ電子となるが、大部分はそ
の速度に応じて結晶内に、ある距離透過した後、
拡散的に広がりながら、励起が行なわれるといわ
れている。（Ehrenberg，W.et al：Proc.Phy.
Soc.（London），B66，p.1057（1953）を参照）螢光体の結晶内に入射した電子は、自由電子や
束縛電子との非弾性衝突で二次電子を発生し次第
にエネルギーを失つていく。この二次電子は、順
次、より低いエネルギーの電子・正孔対に変換さ
れ、最後に対は解離して、その再結合エネルギー
で螢光体の付活剤が励起されると考えられてい
る。

螢光体は一般に絶縁物で電気抵抗が高く、入射
した電子は伝導によつて流れ去ることなく、螢光
面にとどまるから、螢光面は次第に負の電荷がた
まつて面電位が低下する。しかし、入射電子が、
結晶内の電子にエネルギーを与えて、二次電子を
放出する場合、負電荷が減少し、面電位はむしろ
上昇する。

ところが、VFDの様な低速電子線励起では、
電子線の侵入深さが浅くなり、入射電子は表面電
荷によつて一層散乱されやすくなる。そのため
VFDでは、導電性の粉体を混ぜ合わせた低抵抗
の螢光体が用いられている。

ところで、CRTもVFDも、真空中を走行する
電子が固体中に入るのであるから、電子の速度は
固体内で低下するはずである。

そこで、次に固体内の電子の振舞を調べる。

一般に、固体内の電子走行を考えるとき、電界
Ｅの条件の下で得られる電子の速度υ^*は次式で
与えられる。

υ^*＝qτE／m^*（１−e^-t/〓） ……(3) 但し、 m^*：電子の有効質量 τ：緩和時間（又は、平均衝突時間） (3)で、（ｔ／τ）≫１のとき、速度υ^*は、次式
で示されるドリフト速度υ^* _dとなる。

υ^* _d＝qτE／m^*＝μE ……(4) 但し、 μ＝qτ／m^*：移動度（又は単位電界に対するドリフト速度） (4)は、電子のドリフト速度υ^* _dが、電界Ｅに比
例することを表わしている。この時、係数にあた
る緩和時間τは、結晶中の格子の周期性を乱すさ
まざまな不完全性により引き起こされる散乱によ
つて決まる。

散乱を起こす機構として代表的なものは、格子振動（フオノン）との衝突イオン化した不純物との衝突中性不純物（他に転位、空孔、格子間原子な
ど）による衝突が挙げられる。そこで、上記〜の各散乱に対
応する緩和時間を、τ_L，τ_I，τ_Nと表わせば１／τ＝１／τ_L＋１／τ_I＋１／τ_N ……(5) となる。

従つて、ドリフト速度υ^* _dを大きくするには、
τ_L，τ_I，τ_Nを大きくする、すなわち散乱を減らす
ことが必要となる。

高純度の結晶においては、室温で最も主要な散
乱機構はフオノンによる散乱である。

このフオノンによる散乱は音響型モードと光学
的モードに大別される。

結晶の単位胞内に同等でない２種以上の原子を
含む場合（GaAsなどの化合物半導体、またGe、
Siなどのダイヤモンド型構造の結晶もそうであ
る。）の固有振動としては、２種原子が同位相で
振動するもの（音響型モード）と、逆位相で振動
するもの（光学的モード）とがある。これらを量
子化したものが、それぞれ音響型フオノンと光学
型フオノンである。音響型モードの方が励起エネ
ルギーωが小さいので室温でも熱的によく励起さ
れる。Ge、Siなどの非極性半導体では、音響型
モードによる散乱が支配的であり、イオン性結晶
（NaClなど）では光学型モードが主である。−
族、−族などの有極性半導体は両者の中間
の性質を示し、温度によつて支配的な散乱が変化
する。

ところで、(4)に示された電子のドリフト速度
υ^* _dと電界Ｅとの線形性は、電界Ｅが高くなると
共に成立しなくなる。これは、高電界になると、
電子が電界から吸収したエネルギーを音響型フオ
ノンとの衝突によつて格子に吐き出し切れなくな
り、散乱時間τが短かくなるからである。（この
時、電子温度（Te）＞格子温度（T_L）となるた
め、電子はホツトエレクトロンと呼ばれる。）電
界がさらに強くなり、電子のエネルーが光学型フ
オノンのエネルギーに達してこれと衝突するよう
になれば、散乱の原因は音響型フオノンとの相互
作用から光学型フオノンとの相互作用に変わる。

光学型フオノンとの相互作用になると１回の衝
突ごとに電子のエネルギーが大幅に失なわれる
為、ドリフト速度υ^* _dは一定の飽和速度υ^* _dsとなる。

ここで、 υ^* _ds＝１／２（2ω_OP／m^*）^1/2 ……(6) 但し、ω_OP：光学型フオノンのエネルギーこの飽和速度υ^* _dsは、約10⁵V／cmの電界で得ら
れ、代表的な半導体材料では、次の値が報告され
ている。

Ge，Si……約10⁷cm／sec GaAs……約２×10⁷cm／sec InP……約2.5×10⁷cm／sec InAs……約35×10⁷cm／sec 飽和速度υ^* _ds領域を越えた高い電界を印加する
と、電界加速によつて伝導電子の平均エネルギー
が電子−正孔対の生成エネルギーより大きくな
り、価電子帯の電子が高エネルギー電子に衝突電
離されて伝導帯へ励起されて伝導帯へ励起され自
由電子−正孔対が作られる。

このような衝突電離を起こすには、電子が衝突
せずに電界加速され、電離のしきいエネルギーεi
以上のエネルギーを持つ必要がある。

いま、電界Ｅの下で電子が衝突電離のしきいエ
ネルギーεiまで無衝突で加速されなければならな
い距離ｒは、次式で与えられる。

ｒ＝εi／qE ……(7) 電子の平均自由行程をl₀とすると距離ｒを無衝
突で進む電子数の全体に対する割合Ｒは、Ｒ＝exp（−ｒ／l₀） ……(8) なので、エネルギーεiまで加速される電子の割合
R〓_iは R〓_i＝exp（−εi／qEl₀） ……(9) となる。

さて、CRT、VFDで、真空から固体に入射し
た電子は速度を低下するが、その値は、薄膜EL
の実験結果より類推できる。

それは、ELの場合、高電界で加速された電子
が直接螢光体の付活剤に衝突してこれを励起する
ことが分かつているからである。

最近、発光層のZnS薄膜だけに電圧が印加され
るような薄膜ELが作られ、動作電圧は20〜50V
で、電界が10⁶V／cmに及ぶことが報告された。
（TV学会技術報告IPD57−６、pp35〜40，1981
を参照）この報告からELに於いては半導体中で
飽和速度υ^* _dsを生ずる電界10⁵V／cmに比べ約一桁
大きい電界の下で電子励起型ルミネセンスが生じ
ている。従つて、この電界を用いて(2)を考慮する
と、電子励起型ルミネセンスを生じさせる半導体
中の電子の速度としては、 υ^*＞３×10⁷〜10⁸cm／sec ……(10) を満たすことが必要と考えられる。

ELは、条件(10)を満たすように高電界を用いて
いるのであるが、(9)のR〓_iで表わされるようなた
またまフオノンとの衝突をまぬがれたラツキー電
子（lucky electron）に依存するため、効率は極
めて低くなる。

一方、通常の半導体中を走行する電子の速度が
(3)式で律せられる限り、電子励起型ルミネセンス
はEL以外にほとんど期待できないことが分る。

そこで、本発明は、固体内を非散乱で走行する
電子を用いて高効率の電子励起型ルミネセンスを
生じさせる全固体した新規な映像装置を提供する
ことを目的とするものである。

以下、本発明につき、その実施例を示す図面を
参照して説明する。

本発明の構成は、基本的に固体の電子走行部
と電子励起型ルミネセンスを生じる螢光体部か
ら成る。さらに、固体の電子走行部は、 (i) 速度増加の抑制原因となる散乱をキヤリアの
遮へい効果（又はスクリーニング効果）で抑え
た上、 (ii) 電子の走行距離Ｌを平均自由行程l₀より小さ
くなるように作られる。すなわち、Ｌ＜l₀ ……(11) キヤリアの遮へい効果とは、電子走行部の不純
物密度N_dは低くし、かつ伝導キヤリアとなる電
子の密度n_eを高くするという次の条件、 n_e＞N_d ……(12) が成立すると（一般のデバイスでは、n_eN_d）
イオン化した不純物のつくるクーロン場は、電子
の再分布で遮へいされ、散乱が減る現象である。

上述した散乱機構の中では、光学型フオノンによる散乱イオン化不純物による散乱に対して著しい遮へい効果が期待できる。

従つて、有極性結晶材料（GaAs，InP，InAs
etc）を用いて、(12)の条件を満足するデバイス
が望ましい。

次に、(11)の条件について考える。電子の走行
距離Ｌが平均自由行程l₀より短かい場合の走行
は、一般に非散乱走行と呼ばれる。

平均自由行程l₀は一般に l₀τυthμ／ｑ（3K_BTm^*）〓 …(13) 但しυth：電子の熱速度と表わされる。

また、電子の非散乱走行条件(11)を満足する電
子走行部の両端に印加される電圧V^*は次の条件
で制限される。

K_BＴ／ｑ＜V^*＜△ε／ｑ ……(14) 但し、△ε：主バンドと副バンドとのエネルギ
ー差ここで、E^*＝V^*／Ｌとすれば(14)は次の様に
なる。

K_BＴ／qL＜E^*＜△ε／qL ……(15) 以上の様な非散乱走行条件を満たす電子のドリ
フト速度υ^* _dは、(1)と同様、次式で表わされる。

〓m^*（υ^*2 _d−υ^*2 _dp）＝ｑ（V^*−V^* ₀） ……(16) 但し、υ^* _dp：電子の初速度ここで、簡単のために、υ^* _dp＝Ｏ，V^* _p＝Ｏとす
ると、 υ^* _d＝（2qV^*／m^*）^1/2 ……(17) となる。

電子の非散乱走行を実現する材料としては、(1
３）から、室温で移動度μの大きいものが望まし
い。

たとえば、InAsの場合、μ＝1.6×10⁴（cm²／
Ｖ・sec）Ｔ＝300〓、m^*＝0.022×9.11×10^-31
（Kg）を(13)に代入すると、l₀〓0.13μm 従つて、キヤリアの遮へい効果を実現できる様
に(12)の条件を満たすデバイス構造をとれば、Ｌ
＝0.1μmとしても、十分に非散乱走行が実現され
る。

また、室温で、InAsに対する(14)の条件は、 25mV＜V^*＜870mV となる。そこで、V^*＝0.8Vとすれば、電子の速
度は、(17)から、υ^* _d〓3.5×10⁸cm／secとなる。こ
れは、条件(10)を十分に満足することが分る。従つ
て、本発明の構成で、電子励起型ルミネセンスに
必要な電子速度が固体内の非散乱走行を利用する
ことで実現できることが明らかになつた。

以下に、図面を用いて、具体的なデバイス構造
を実施例を用いて説明する。

第１図を用いて、本発明を適用した１実施例と
して基本素子の構造及び動作を説明する。

第１図ａは素子の断面構造をあらわす。

透明電極１０１の上に、電子線励起型螢光体１
０２、高比抵抗領域１０３を順に形成し、高比抵
抗領域１０３の上に電子供給源となるn⁺領域１
０４とn⁺領域１０４を取り囲むようにｐ領域１
０５を設ける。更にこれらn⁺領域１０４、ｐ領
域１０５の上に形成された絶縁膜１０６の開口部
で、n⁺領域１０４はソース電極Ｓと接触し、ｐ
領域１０５はゲート電極Ｇと接触する。又、透明
電極１０１はドレイン電極Ｄと接触する。ここ
で、高比抵抗領域１０３の厚みＬは、平均自由行
程l₀より短かくなる様に形成して、非散乱の電子
走行を実現する。また、不純物イオンによる緩和
時間を長くするために、電子走行領域となる高比
抵抗領域１０３の不純物密度は10¹³〜10¹⁵cm^-3と
し、キヤリアの遮へい効果により散乱を抑えるた
め、n⁺領域１０４の不純物密度は10¹⁸〜10²⁰cm^-3
とする。また、電子走行量を制御するｐ領域１０
５の不純物密度は10¹³〜10¹⁸cm^-3とする。

さらに、電子励起型螢光体１０２は、一般的な
CRTに、用いられている高速電子線励起型螢光
体を用いれば、良い。あるいは、VFDなどで用
いる低速電子線励起型螢光体を用いてもよい。但
し、この低速電子線励起型螢光体を用いる場合
は、二次電子放出がほとんど期待できない領域で
使用するため、より低電圧で動作するものの輝度
が低くなる傾向を有する。

第１図ｂは、第１図ａの断面構造に等価な概念
図、第１図ｃは以下で用いる等価回路を示してい
る。

第１図ｄは、電極Ｓ及びＤに印加する電圧V_S
＝V_D＝0Vの時のエネルギーバンド図を表わす。
第１図ｅはV_D＞０としたエネルギーバンド図を
示す。この時、高比抵抗領域１０３が完全に空層
で覆われ、ピンチオフ状態となり、n⁺領域１０
４前面で、ｐ領域１０５に囲まれた部分に鞍部点
状の電位障壁１０７が現われ、この電位障壁１０
７の高さが主として、n⁺領域１０４から螢光体
１０２に向かつて流れる電子の流量制御を行な
う。〔これはSIT（Static Induction Transistorの
略、IEEE Trans，ED−22，No.4pp185−197
（1975）を参照）と同様な動作となるため、第１
図ｃの等価回路にはSITの記号を用いている。こ
のSIT１０８を非散乱走行を表現する意味で
ideal SIT，略してｉ−SITと以下で呼ぶ。〕電位障壁１０７を乗り超えて走行領域となる高
比抵抗領域１０３に注入された電子は、非散乱走
行をして螢光体領域１０２に侵入する。

この時、螢光体１０２が高速電子線励起型螢光
体の場合は、侵入した電子により二次電子を放出
し、螢光体が励起され、螢光体１０２が低速電子
線励起型螢光体の場合は、侵入した電子により、
螢光体が励起される。このようにして励起された
螢光体が緩和する過程で光を放出する。

第１図において、高比抵抗領域１０３と螢光体
１０２の界面の結晶性に問題があると、非散乱走
行して来た電子が捕獲されたり、減速したりする
などで、発光効率の低下が考えられる。したがつ
て、MBE（Molecular Beam Epitaxyの略）法
で螢光体を成長させるなどにより界面の完全性を
保つことが必要である。また、蒸気圧制御温度差
法を用いるなどして自己補償効果を抑制すれば、
螢光体と同一かほぼ等しい半導体材料で電子の非
散乱走行部を形成することも可能である。

第２図は、第１図に示された基本素子を２次元
に配列し、走査機能を持たせた固体映像表示装置
の構成を示す。（但しこの図は第１図ｃの等価回
路を用いて、３次元的構造を２次元的に表示して
いる。）第２図で、行列配置されたｉ−SIT２０１のド
レイン側に螢光体２０２（第２図では螢光体２０
２が分離されているが、実際は、連続して形成さ
れている。）が接続され、全ての螢光体２０２は、
端子Ｄから電圧が印加されている。

水平に並ぶｉ−SIT２０１のゲート部は水平伝
送線２０３に接続され、各水平伝送線が、垂直走
査回路２０４により順次選択されると同時に水平
伝送線に電圧が印加されるためｉ−SIT２０１は
オンになる。この時、水平走査回路２０５によ
り、水平MOSスイツチ２０６が順次オンとなる
ので、端子Ｓから順次、各垂直伝送線２０７に信
号に対応した電子が供給され、オン状態のｉ−
SIT２０１をこの電子が非散乱走行して螢光体２
０２を発光させる。

以上の様に、本発明によれば、CRTに匹敵す
る全固体化の映像表示装置が実現でき、次の様な
特徴を有する。

螢光体を直接電子で励起させる方式ゆえ、輝
度、応答特性においてCRTと同等以上となる。

電子の非散乱走行状態をｉ−SITなどの様に
一般的な能動素子で実現でき。この様な能動素
子の制御電圧は数Ｖ以下で十分な為、結果とし
て駆動部も含めた高集積化および低消費電力化
が容易になる。

第２図に示した様な固体映像表示装置は、垂直
走査と水平走査により選択されたｉ−SIT２０１
のみがオンとなるので、オン状態の時間は極めて
短かくなる。従つて、螢光体２０２の応答特性が
速い場合には、輝度が不十分になることが考えら
れる。

この様な場合には、用途に応じて２つの対策が
可能である。

（）選択されたｉ−SITの位置をメモリなど
に記憶させておく。

（）選択されたｉ−SITのオン状態の時間が
長くなる様な走査方法を用いる。

最初に対策（）を扱う。第３図は、この様な
条件を満足する、別の実施例の基本素子を示す。

第３図ａは基本素子の断面構造を表わす。透明
電極３０１の上に電子線励起型螢光体３０２，ｎ
形高比抵抗領域（真性の高比抵抗領域でもよい）
３０３を順に形成し、ｎ形高比抵抗領域３０３の
上に電子供給源となるn⁺領域３０４とn⁺領域３
０４を取り囲む様にｐ領域３０５を設ける。（こ
こで、透明電極３０１は端子Ｄ２に、n⁺領域３
０４は端子Ｓ２に接続されており、一方ｐ領域３
０５は、仮にＧ２電極とも呼ぶことにする。なお
端子Ｓ２は通常接地している。）更に、これらn⁺領域３０４，ｐ領域３０５の
上に、ｐ領域（これをＤ１電極とも呼ぶことにす
る。）３０６，ｐ形高比抵抗領域３０７を順に形
成し、ｐ形高比抵抗領域３０７の上に、正孔供給
源となるp⁺領域３０８と、p⁺領域を取り囲む様
にｎ領域３０９を設ける。（ここで、p⁺領域３０
８は、絶縁膜３１０の開口部で端子Ｓ１に、ｎ領
域３０９は、絶縁膜３１０の開口部で端子Ｇ１に
接続されている。）この時、ｎ形高比抵抗領域３０３の厚みＬは、
平均自由行程l₀より短かくなる様に形成して、非
散乱の電子走行を実現する。また、不純物イオン
による緩和時間を長くするため、電子走行領域と
なるｎ形高比抵抗領域３０３の不純物密度は10¹³
〜10¹⁵cm^-3とし、キヤリアの遮へい効果により散
乱を抑えるため、n⁺領域３０４の不純物密度は、
10¹⁸〜10²⁰cm^-3とする。また電子の走行量を制御
するｐ領域３０５の不純物密度は10¹³〜10¹⁸cm^-3
とする。

さらに、電子励起型螢光体３０２は、一般的な
CRTに用いられている高速電子線励起型螢光体
を用いれば良い。（勿論、VFDなどで用いられる
低速電子線励起型螢光体を用いても良い。）第３図ｂは、第３図ａの断面構造に等価な概念
図、第３図ｃは、以下で用いる等価回路を表わ
す。第３図ｃで、SIT３１１は、非散乱走行を実
現するSITという意味でideal SIT、略してｉ−
SITと呼び、SIT３１２は、一般的なSITという
意味でusual SIT、略してｕ−SITと呼ぶことに
する。なお、容量３１３は、第３図ａのｐ領域３
０６（ｐ領域３０５もｐ領域３０６と組成的には
全く同じである。）が浮遊領域となつており、p⁺
領域３０８から注入された正孔を蓄積する機能を
持つことに対応する。

第３図ｄは、電極Ｓ１およびＤ２に印加する電
圧V_S1＝V_D2＝０（Ｖ）に対応するエネルギーバン
ド図を表わす。第３図ｅは、V_D2＞０に対応する
エネルギーバンド図を示す。

この時、ｐ形高比抵抗領域３０７は完全に空層
で覆われピンチオフ状態となり、p⁺領域３０８
の前面でｎ領域３０９に囲まれた部分に鞍部点状
の電位障壁３１４が現われる。この電位障壁３１
４の高さはｎ領域３０９に印加される電圧でも制
御され、p⁺領域３０８からｐ領域３０６に向か
つて流れる正孔の流量を制御する。

一方、同時に、ｎ形高比抵抗領域３０３も同様
な状況になつており、n⁺領域３０４の前面で、
ｐ領域３０５に囲まれた部分に鞍部点状の電位障
壁３１５が現われる。この電位障壁３１５の高さ
はｐ領域３０６と接しているｐ領域３０５の電位
によつても制御され、n⁺領域３０４から螢光体
３０２に向かつて流れる電子の流量を制御する。

電位障壁３１５を乗り超えてｎ形高比抵抗領域
３０３に注入された電子は、非散乱走行をして螢
光体領域３０２に侵入する。螢光体３０２につい
ては、第１図に示した、螢光体１０２と全く同様
と考えればよい。

第４図は、第３図に示された基本素子を２次元
に配列し、走査機能を持たせた固体映像表示装置
の構成を示す。（但し、この図は第３図ｃの等価
回路を用いて、３次元的構造を２次元的に表示し
ている。このため、螢光体が分離されている様に
表わされているが、実際は連続して形成されてい
る。）第４図で、行列配置されたｕ−SIT４０１のゲ
ートＧ１電極は水平方向に並ぶ他のｕ−SITのゲ
ート電極と共に水平伝送線４０２に接続され、各
水平伝送線４０２は、垂直走査回路４０３によつ
て順次、垂直走査され、選択された水平伝送線４
０２に電圧を印加するのでｕ−SIT４０１はオン
になる。この時、水平走査回路４０４により、水
平MOSスイツチ４０５が順次オンになるので、
端子Ｓ１から順次、各垂直伝送線４０６に、信号
に対応した正孔が供給され、オン状態のｕ−SIT
４０１を通つて容量４０７に蓄積された正孔がｉ
−SIT４０９の電位障壁を制御して、グランド４
０８から螢光体４１０に非散乱で走行する電子を
供給する。（ここで螢光体４１０は端子Ｄ２から
電圧が印加されている。）この非散乱で走行する
電子は、ｕ−SIT４０１がオフになつても容量４
０７に信号に対応した正孔が蓄積されている限
り、流れ続ける。

以上で、対策（）に対する実施例の説明を終
える。

次に、対策（）を扱う、対策（）のポイン
トは選択されたｉ−SITのオン状態の時間を長く
しようとするものである。

いま、１フレームの画像をＴ（sec）表示すると
いう場合に、行列配置されたｉ−SITが行方向に
ｘ個、列方向にｙ個とすれば、１個のｉ−SITが
オン状態となつている時間ｔは、ｔ＝Ｔ／ｘ・ｙ …(18) となる。

従つて、第２図、第４図で例えば垂直走査回路
２０４及び４０３を除き、水平MOSスイツチと
端子Ｓをｙグループ用意し、各グループをｉ−
SITの各行に対応させるならば、水平（δ）時走
査となるので、(18)は、 t′＝Ｔ／ｘ ……(19) となる。但し、この場合には、ｙグループの水平
MOSスイツチを導入するため、構成が極めて複
雑になり、実現が困難となる。

更に進んで、第１図ａ、第３図ａの基本素子を
行列配置して、走査機能を設けず、全素子同時駆
動とすれば、(18)は t″＝Ｔ ……(20) となり、オン時間の問題はなくなる。但しこの場
合には、同時駆動のためｘ・ｙ本の配線の問題が
生じるため、光フアイバーなどを利用した光電変
換駆動などの検討が必要になる。

次に、固体映像表示装置の解像度を検討する。
行列配置されたｉ−SITの個数を増すことが、解
像度向上に結びつくのであるが、(18)から分かる
ように、ｉ−SITの個数ｘ・ｙを増すと共に、走
査回路は高速動作が要求され、駆動方法・消費電
力の面で著しく不利になる。この原因は、従来の
走査回路が全てクロツクパルスで駆動するところ
にある。

そこで、次に、クロツクパルスを用いない、高
解像度化のため走査方法について検討する。クロ
ツクパルスを用いない走査方法として考えられる
ものは、抵抗性ゲート電極の利用である。

抵抗性ゲート電極の基本構成を第５図ａに示
す。ｐ基板５０１上に形成されたn^-領域５０２
の上に絶縁膜５０３を介し抵抗性ゲート電極５０
４が作られ、その両端に電圧Ｅが印加されると、
第５図ｂに示す様なn^-領域５０２のポテンシヤ
ル分布が得られる。この時、n^-領域５０２の空
同化電位を〓＝〓₀とするとＡで示された範囲が
空同化する領域に対応する。

この様な抵抗性ゲート電極を用いて走査機能を
実現するには、第６図に示す様に、最低２本の抵
抗性ゲート電極があれば宜しい。

第６図ａ，ｂはそれぞれ、上面図、断面図を表
わし、第６図ｃはポテンシヤル分布を表わす。

ｐ基板６０１上に形成されたn^-領域６０２の
上に絶縁膜６０３を介して、抵抗性ゲート電極６
０４および６０５が作られている。

抵抗性ゲート電極６０４の両端の端子Ｂ−Ｃ間
に電圧E₁を印加し（対応するポテンシヤル分布
を〓₁とする。）、抵抗性ゲート電極６０５の両端
の端子Ｄ−Ｅ間に電圧E₂を印加している。（対応
するポテンシヤル分布を〓₂とする。）この時、n^-領域６０２の空同化電位を〓＝〓₀
とすると抵抗性ゲート電極６０４に対してはＦで
示された範囲が空同化領域となり、抵抗性ゲート
電極６０５に対してはＧで示された範囲が空同化
領域となる。従つて、抵抗性ゲート電極６０４，
６０５に直角な方向でn^-領域６０２を眺めると、
Ｈで示される範囲にチヤネルが形成されることに
なる。

この様にして形成されたチヤネルを例えば右側
に走査させるには、鋸歯状波R₁，R₂をそれぞれ
Ｂ−Ｃ端子間、Ｄ−Ｅ端子間に容量を介して供給
すれば良い。

この様な、複数の抵抗性ゲート電極によつて得
られる走査機能を、基板に埋めこまれた複数の抵
抗性ゲート電極に適用したものが第７図に示す実
施例である。

第７図は、基本画素単位に関してａ下面図、
bX−X′断面図、cY−Y′断面図、ｄ等価回路を示
している。

透明電極７０１の上に、電子線励起型螢光体７
０２、高比抵抗領域７０３を順に形成する。この
時、螢光体７０２に近接して、絶縁物７０４で走
査方向と直角方向に分離された第２の抵抗性ゲー
ト電極として働くｐ領域７０５（第７図では螢光
体７０２に接触しているが、離れていても問題は
ない。）が形成されている。ここで第２の抵抗性
ゲート電極として働くｐ領域７０５は、走査方向
に連続して形成されている。

一方、高比抵抗領域７０３の上には、電子供給
源となるn⁺領域７０６とn⁺領域７０６をはさむ
ように形成されたｐ領域７０７とが、絶縁物７０
８で走査方向と直角な方向に分離され、走査方向
には連続して形成される。ここでｐ領域７０７は
第１の抵抗性ゲート電極として働く。

さらに、n⁺領域７０６は絶縁膜７０８の開口
部で信号伝送線７０９と接続されている。

以上のことを簡単に表わしたのが、第７図ｄの
等価回路である。

第７図ｄにおいて、螢光体７０２に対応するの
が発光領域７１０、n⁺領域７０６に対応するの
が電子供給領域７１１、第１の抵抗性ゲート電極
として働くｐ領域７０７に応するのが第１ゲート
部７１２、第２の抵抗性ゲート電極として働くｐ
領域７０５に対応するのが第２ゲート部７１３で
あり、第１ゲート部７１２および第２ゲート部７
１３の着色部が空同化状態の範囲を表わしてい
る。従つて、第７図ｄにおいては、Ｋで示す幅に
対応するチヤネルが電子が非散乱走行可能な部分
となる。（Ｋで示す幅は自由に設定できるのでこ
の幅を狭くすれば、高解像度化の目的が達成され
る。）第８図は、第７図に示した基本画素単位を２次
元に配列した固体映像表示装置の実施例を示す。
（これは、第７図ｄの等価回路を用いて、３次元
構造を２次元的に表示している。

第８図において、螢光体８０１が２次元的に連
続的に形成され（但し図では表記上、垂直方向に
分離している。）、垂直方向に分離されている電子
供給領域８０２が、各行を表わしている。この各
行ごとに、電圧E₁が印加された第１ゲート部８
０３と電圧E₂が印加された第２ゲート部８０４
とによつて開かれるチヤネルを通して、電子供給
領域８０２から電子が非散乱走行して螢光体８０
１に侵入する。この実施例における水平走査は、
鋸歯状波R₁およびR₂をそれぞれ端子Ｂ−Ｃ間お
よびＤ−Ｅ間に容量を介して印加することにより
行なわれる。本実施例では垂直走査を行なわず、
各行同時の表示出力としている。

以上の様に、本実施例によれば、従来のCRT
と同様な走査方法が低電圧で行なえるため、駆動
方法の簡略化、低消費電力化が容易に実現される
だけでなく、高解像度化が極めて容易に実現でき
る。

最後に、本発明の原理や構造は、導電型が逆に
なつても、また他の半導体でも関係なく成立する
ものである。

以上のように本発明によれば、電子の非散乱走
行部と螢光体との組合わせを全て半導体で実現で
きることから、 CRTと同等以上の輝度が容易に得られる。

低電圧駆動（数Volt以下）が可能なため、
駆動部も含めた高集積化が容易で、しかも低消
費電力で動作する。

非散乱走行電子を利用するため、応答特性が
極めて優れている。

２本の抵抗性ゲート電極で空同化範囲を制御
することにより、走査時の幅が設定できるの
で、高解像度化も容易に実現できる。

という特徴を有することにより、従来のCRTに
置きかわる固体映像表示を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における固体映
像表示装置の画素構造を示し、ａは断面図、ｂは
等価概念図、ｃは等価回路図、ｄ，ｅはエネルギ
ーバンド図、第２図はその画素を２次元配列した
固体映像表示装置の構成を示すブロツク図、第３
図は本発明の第２の実施例における固体映像表示
装置の画素構造を示し、ａは断面図、ｂは等価概
念図、ｃは等価回路図、ｄ，ｅはエネルギーバン
ド図、第４図はその画素を２次元配列した固体映
像表示装置の構成を示すブロツク図、第５図はそ
の基本的な抵抗性ゲート電極を示し、ａは断面
図、ｂはポテンシヤル分布図、第６図はその２本
の抵抗性ゲート電極で構成した走査回路を示し、
ａは上面図、ｂは断面図、ｃはポテンシヤル分布
図、第７図は本発明の第３の実施例における固体
映像表示装置の基本画素を示し、ａは下面図、ｂ
はＸ−X′断面図、ｃはＹ−Y′断面図、ｄは等価
回路図、第８図はその基本画素を２次元に拡張し
た固体映像表示装置の構成を示すブロツク図であ
る。１０１，３０１……透明電極、１０２，３０２
……電子線励起型螢光体、１０３，３０３……高
比抵抗領域、１０４，３０４……電子供給源とな
るn⁺領域、１０５，３０５……ｐ領域、１０６
……絶縁膜、３０６……ｐ領域、３０７……ｐ形
高比抵抗領域、３０８……正孔供給源となるp⁺
領域、３０９……ｎ領域、３１０……絶縁膜。

Claims

【特許請求の範囲】

１低不純物密度の半導体基板の一表面上に形成
された螢光体領域と、前記半導体基板の反対表面
に形成された高不純物密度のキヤリア供給領域
と、前記キヤリア供給領域から前記半導体基板内
に注入されるキヤリアの量を制御するゲート領域
とを有し、前記キヤリア供給領域から前記半導体
基板内に注入されたキヤリアが非散乱走行状態で
前記螢光体領域に到達し前記螢光体領域を発光さ
せることを特徴とする固体映像表示装置。