JPH09259795A - 冷電子放出表示装置 - Google Patents
冷電子放出表示装置Info
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- JPH09259795A JPH09259795A JP8069602A JP6960296A JPH09259795A JP H09259795 A JPH09259795 A JP H09259795A JP 8069602 A JP8069602 A JP 8069602A JP 6960296 A JP6960296 A JP 6960296A JP H09259795 A JPH09259795 A JP H09259795A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
- H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
- H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
- H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
- H01J31/123—Flat display tubes
- H01J31/125—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection
- H01J31/127—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection using large area or array sources, i.e. essentially a source for each pixel group
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡素な構造で発光効率の高い冷電子放出素子
を用いた冷電子放出表示装置を提供する。 【解決手段】 冷電子放出表示装置は、真空空間を挾み
対向する一対の素子基板及び透明基板と、素子基板に設
けられそれぞれ平行に伸長する複数のオーミック電極
と、オーミック電極上に形成された半導体層、半導体層
上に形成された多孔質半導体層及び多孔質半導体層上に
形成され真空空間に面する金属薄膜電極からなる半導体
冷電子放出素子の複数と、隣接する金属薄膜電極を電気
的に接続しその一部上に、オーミック電極に垂直に伸長
して架設され、それぞれが平行に伸長する複数のバス電
極と、透明基板に設けられそれぞれ平行に伸長しかつ金
属薄膜電極からの放出電子を捕獲する複数のコレクタ電
極と、コレクタ電極上に形成された蛍光体層からなるこ
とを特徴とする。
を用いた冷電子放出表示装置を提供する。 【解決手段】 冷電子放出表示装置は、真空空間を挾み
対向する一対の素子基板及び透明基板と、素子基板に設
けられそれぞれ平行に伸長する複数のオーミック電極
と、オーミック電極上に形成された半導体層、半導体層
上に形成された多孔質半導体層及び多孔質半導体層上に
形成され真空空間に面する金属薄膜電極からなる半導体
冷電子放出素子の複数と、隣接する金属薄膜電極を電気
的に接続しその一部上に、オーミック電極に垂直に伸長
して架設され、それぞれが平行に伸長する複数のバス電
極と、透明基板に設けられそれぞれ平行に伸長しかつ金
属薄膜電極からの放出電子を捕獲する複数のコレクタ電
極と、コレクタ電極上に形成された蛍光体層からなるこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体による電子
放出素子からなる冷電子放出表示装置に関する。
放出素子からなる冷電子放出表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来からＦＥＤ(field emission displa
y)が、陰極の加熱を必要としない冷電子放出源のアレイ
を備えた平面形発光ディスプレイとして知られている。
ＦＥＤの発光原理は、陰極の冷電子放出源アレイが異な
るもののＣＲＴ(cathode ray tube)と同様に、陰極から
離間したゲート電極により電子を真空中に引出し、透明
陽極に塗布された蛍光体に衝突させて、発光させる。
y)が、陰極の加熱を必要としない冷電子放出源のアレイ
を備えた平面形発光ディスプレイとして知られている。
ＦＥＤの発光原理は、陰極の冷電子放出源アレイが異な
るもののＣＲＴ(cathode ray tube)と同様に、陰極から
離間したゲート電極により電子を真空中に引出し、透明
陽極に塗布された蛍光体に衝突させて、発光させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電界放
出源アレイは、微細な個々の冷陰極の製造工程が複雑
で、その工程数が多い。よって製造歩留まりが低いとい
った問題がある。本発明は、以上の事情に鑑みてなされ
たものであり、真空中に突出する微細な冷陰極を必要と
しない、発光効率の高い冷電子放出素子を用いた冷電子
放出表示装置を提供することを目的とする。
出源アレイは、微細な個々の冷陰極の製造工程が複雑
で、その工程数が多い。よって製造歩留まりが低いとい
った問題がある。本発明は、以上の事情に鑑みてなされ
たものであり、真空中に突出する微細な冷陰極を必要と
しない、発光効率の高い冷電子放出素子を用いた冷電子
放出表示装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の冷電子放出表示
装置は、真空空間を挾み対向する一対の素子基板及び透
明基板と、前記素子基板に設けられそれぞれ平行に伸長
する複数のオーミック電極と、前記オーミック電極上に
形成された半導体層、前記半導体層上に形成された多孔
質半導体層及び前記多孔質半導体層上に形成され前記真
空空間に面する金属薄膜電極からなる半導体冷電子放出
素子の複数と、隣接する前記金属薄膜電極を電気的に接
続しその一部上に、前記オーミック電極に垂直に伸長し
て架設され、それぞれが平行に伸長する複数のバス電極
と、前記透明基板に設けられそれぞれ平行に伸長しかつ
前記金属薄膜電極からの放出電子を捕獲する複数のコレ
クタ電極と、前記コレクタ電極上に形成された蛍光体層
からなることを特徴とする。
装置は、真空空間を挾み対向する一対の素子基板及び透
明基板と、前記素子基板に設けられそれぞれ平行に伸長
する複数のオーミック電極と、前記オーミック電極上に
形成された半導体層、前記半導体層上に形成された多孔
質半導体層及び前記多孔質半導体層上に形成され前記真
空空間に面する金属薄膜電極からなる半導体冷電子放出
素子の複数と、隣接する前記金属薄膜電極を電気的に接
続しその一部上に、前記オーミック電極に垂直に伸長し
て架設され、それぞれが平行に伸長する複数のバス電極
と、前記透明基板に設けられそれぞれ平行に伸長しかつ
前記金属薄膜電極からの放出電子を捕獲する複数のコレ
クタ電極と、前記コレクタ電極上に形成された蛍光体層
からなることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しつつ説明する。図１に実施例の冷電子放出表示装置
を示す。実施例は、一対の透明基板１及び素子基板１０
からなり、基板は真空空間４を挾み互いに対向してい
る。図示する冷電子放出表示装置おいて、表示面である
透明な前面板１すなわち透明基板の内面（背面板１０と
対向する面）には、例えばインジウム錫酸化物（いわゆ
るＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）などからなる透明なコレ
クタ電極２の複数が互いに平行に形成されている。ま
た、コレクタ電極２は一体的に形成されていてもよい。
放出電子を捕獲する透明コレクタ電極群は、カラーディ
スプレイパネルとするために赤、緑、青のＲ，Ｇ，Ｂ色
信号に応じて３本１組となっており、それぞれに電圧が
印加される。よって、３本のコレクタ電極２の上には、
Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する蛍光体からなる蛍光体層３Ｒ，３
Ｇ，３Ｂが真空空間４に面するように、それぞれ形成さ
れている。
照しつつ説明する。図１に実施例の冷電子放出表示装置
を示す。実施例は、一対の透明基板１及び素子基板１０
からなり、基板は真空空間４を挾み互いに対向してい
る。図示する冷電子放出表示装置おいて、表示面である
透明な前面板１すなわち透明基板の内面（背面板１０と
対向する面）には、例えばインジウム錫酸化物（いわゆ
るＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）などからなる透明なコレ
クタ電極２の複数が互いに平行に形成されている。ま
た、コレクタ電極２は一体的に形成されていてもよい。
放出電子を捕獲する透明コレクタ電極群は、カラーディ
スプレイパネルとするために赤、緑、青のＲ，Ｇ，Ｂ色
信号に応じて３本１組となっており、それぞれに電圧が
印加される。よって、３本のコレクタ電極２の上には、
Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する蛍光体からなる蛍光体層３Ｒ，３
Ｇ，３Ｂが真空空間４に面するように、それぞれ形成さ
れている。
【０００６】一方、真空空間４を挾み前面板に対向する
ガラスなどからなる背面板１０すなわち素子基板内面
（前面板１と対向する面）には、それぞれ平行に伸長す
る複数のオーミック電極１１と、その上に形成された複
数の半導体冷電子放出素子Ｓと、隣接する金属薄膜電極
を電気的に接続しその一部上に、オーミック電極に垂直
に伸長して架設され、それぞれが平行に伸長する複数の
バス電極１６と、が設けられている。半導体冷電子放出
素子Ｓはオーミック電極上に順に形成された半導体層１
２、多孔質半導体層１４及び金属薄膜電極１５からな
る。金属薄膜電極１５は真空空間４に面する。
ガラスなどからなる背面板１０すなわち素子基板内面
（前面板１と対向する面）には、それぞれ平行に伸長す
る複数のオーミック電極１１と、その上に形成された複
数の半導体冷電子放出素子Ｓと、隣接する金属薄膜電極
を電気的に接続しその一部上に、オーミック電極に垂直
に伸長して架設され、それぞれが平行に伸長する複数の
バス電極１６と、が設けられている。半導体冷電子放出
素子Ｓはオーミック電極上に順に形成された半導体層１
２、多孔質半導体層１４及び金属薄膜電極１５からな
る。金属薄膜電極１５は真空空間４に面する。
【０００７】素子基板１０の材質はガラスの他に、Ａｌ
2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ等のセラミックスでも良い。オー
ミック電極１１の材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ等の
一般にＩＣの配線に用いられる材料で、各素子にほぼ同
電流を供給する均一な厚さである。半導体層１２の材質
は、シリコン（Ｓｉ）が挙げられるが、本発明の半導体
層はシリコンに限られたものではなく、陽極酸化法を適
用できる半導体は全て利用することができ、ゲルマニウ
ム（Ｇｅ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム
（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、セレン化
カドミウム（ＣｄＳｅ）など、IV族、III−Ｖ族、II−V
I族などの単体及び化合物半導体が、用いられ得る。
2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ等のセラミックスでも良い。オー
ミック電極１１の材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ等の
一般にＩＣの配線に用いられる材料で、各素子にほぼ同
電流を供給する均一な厚さである。半導体層１２の材質
は、シリコン（Ｓｉ）が挙げられるが、本発明の半導体
層はシリコンに限られたものではなく、陽極酸化法を適
用できる半導体は全て利用することができ、ゲルマニウ
ム（Ｇｅ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム
（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、セレン化
カドミウム（ＣｄＳｅ）など、IV族、III−Ｖ族、II−V
I族などの単体及び化合物半導体が、用いられ得る。
【０００８】多孔質半導体層１４は半導体層１２を陽極
酸化処理を行って得られる。例えば、半導体層にｎ型Ｓ
ｉを用い陽極酸化処理を行う場合、図２に示すように、
素子基板１０上にオーミック電極１１、Ｓｉ層１２及び
多孔質半導体層用開口を有する絶縁層１３を積層した形
成したものを陽極として、これをＰｔからなる陰極に対
向させＨＦ溶液内にて低い電流密度で陽極化成して、Ｓ
ｉ層１２内にｐ型多孔質Ｓｉ体層１４が形成される。こ
の場合、多孔質形成にはホールの消費が必要であるから
ホール供給のために光照射が必要である。多孔質Ｓｉ体
層はｐ型Ｓｉ半導体層にも形成できるが、この場合は、
暗状態でも多孔質Ｓｉ体層が形成される。多孔質Ｓｉ体
層は多数の微細孔と残留Ｓｉとからなり、多孔度は１０
〜８０％で、各微細孔は２〜１００ｎｍ内径である。微
細孔径が２〜数ｎｍ内径で残留Ｓｉがは原子数十〜数百
の大きさにした量子サイズ効果による放出現象が期待さ
れる。これらの値はＨＦ濃度、電流密度、処理時間、光
照射の陽極酸化処理条件によって制御される。また多孔
質Ｓｉ体層はＳｉ体層に比べて数桁以上大きい。
酸化処理を行って得られる。例えば、半導体層にｎ型Ｓ
ｉを用い陽極酸化処理を行う場合、図２に示すように、
素子基板１０上にオーミック電極１１、Ｓｉ層１２及び
多孔質半導体層用開口を有する絶縁層１３を積層した形
成したものを陽極として、これをＰｔからなる陰極に対
向させＨＦ溶液内にて低い電流密度で陽極化成して、Ｓ
ｉ層１２内にｐ型多孔質Ｓｉ体層１４が形成される。こ
の場合、多孔質形成にはホールの消費が必要であるから
ホール供給のために光照射が必要である。多孔質Ｓｉ体
層はｐ型Ｓｉ半導体層にも形成できるが、この場合は、
暗状態でも多孔質Ｓｉ体層が形成される。多孔質Ｓｉ体
層は多数の微細孔と残留Ｓｉとからなり、多孔度は１０
〜８０％で、各微細孔は２〜１００ｎｍ内径である。微
細孔径が２〜数ｎｍ内径で残留Ｓｉがは原子数十〜数百
の大きさにした量子サイズ効果による放出現象が期待さ
れる。これらの値はＨＦ濃度、電流密度、処理時間、光
照射の陽極酸化処理条件によって制御される。また多孔
質Ｓｉ体層はＳｉ体層に比べて数桁以上大きい。
【０００９】Ｓｉ層１２は単結晶、アモルファス、多結
晶、ｎ型、ｐ型の何れでも良いが、単結晶の場合、(10
0)方向が面に垂直に配向している方が、多孔質Ｓｉ体層
の電子放出効率ηの点で好ましい。(100)面Ｓｉ層はナ
ノメータオーダ内径の孔及びＳｉ結晶が表面に垂直に配
向するからであると推定される。アモルファスＳｉ層か
ら多孔質Ｓｉ体層を形成する場合、残留Ｓｉもアモルフ
ァスとなる。
晶、ｎ型、ｐ型の何れでも良いが、単結晶の場合、(10
0)方向が面に垂直に配向している方が、多孔質Ｓｉ体層
の電子放出効率ηの点で好ましい。(100)面Ｓｉ層はナ
ノメータオーダ内径の孔及びＳｉ結晶が表面に垂直に配
向するからであると推定される。アモルファスＳｉ層か
ら多孔質Ｓｉ体層を形成する場合、残留Ｓｉもアモルフ
ァスとなる。
【００１０】また、多孔質Ｓｉ体層の表面ほど微細孔径
が大きく深度が上がる度、微細孔径が小さくなり、多孔
質Ｓｉ体層１４は、その表面近傍の比抵抗が大きくＳｉ
体層１２に近いほど比抵抗が小さくなるようにすること
が好ましい。薄膜電極１５の材質は、電子放出の原理か
ら仕事関数φが小さい材料で、薄い程良い。電子放出効
率ηを高くするために、薄膜電極１５の材質は周期律表
のＩ族、II族の金属が良く、たとえばＣｓ、Ｒｂ、Ｌ
ｉ、Ｓｒ等が有効で、更に、それらの合金であっても良
い。また、薄膜電極１５の材質は極薄化の面では、導電
性が高く化学的に安定な金属が良く、たとえばＡｕ、Ｐ
ｔ、Ｌｕ、Ａｇ，Ｃｕの単体又はこれらの合金等が望ま
しい。また、これらの金属に、上記仕事関数の小さい金
属をコート、あるいはドープしても有効である。
が大きく深度が上がる度、微細孔径が小さくなり、多孔
質Ｓｉ体層１４は、その表面近傍の比抵抗が大きくＳｉ
体層１２に近いほど比抵抗が小さくなるようにすること
が好ましい。薄膜電極１５の材質は、電子放出の原理か
ら仕事関数φが小さい材料で、薄い程良い。電子放出効
率ηを高くするために、薄膜電極１５の材質は周期律表
のＩ族、II族の金属が良く、たとえばＣｓ、Ｒｂ、Ｌ
ｉ、Ｓｒ等が有効で、更に、それらの合金であっても良
い。また、薄膜電極１５の材質は極薄化の面では、導電
性が高く化学的に安定な金属が良く、たとえばＡｕ、Ｐ
ｔ、Ｌｕ、Ａｇ，Ｃｕの単体又はこれらの合金等が望ま
しい。また、これらの金属に、上記仕事関数の小さい金
属をコート、あるいはドープしても有効である。
【００１１】バス電極１６の材料としては、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ａｌ等の一般にＩＣの配線に用いられる物で良く、
各素子にほぼ同電位を供給可能ならしめるに足る厚さ
で、０．１〜５０μｍが適当である。素子基板上の構造
は、次の手順で作成される。まず、オーミック電極１１
がスパッタ法で素子基板１０に成膜され、その複数上に
スパッタ法またはＣＶＤ法などでｎ型Ｓｉ層１２が一様
に成膜される。次に、複数の絶縁層１３がＳｉ層１２の
一部、即ちにオーミック電極間のｎ型Ｓｉ層１２内に成
膜される。絶縁層１３は、オーミック電極１１に対応す
る上に独立した個々の電子放出領域の多孔質Ｓｉ層１４
を複数に区画し島状に作製するため成膜される。素子間
のクロストークを改善するためである。
ｔ、Ａｌ等の一般にＩＣの配線に用いられる物で良く、
各素子にほぼ同電位を供給可能ならしめるに足る厚さ
で、０．１〜５０μｍが適当である。素子基板上の構造
は、次の手順で作成される。まず、オーミック電極１１
がスパッタ法で素子基板１０に成膜され、その複数上に
スパッタ法またはＣＶＤ法などでｎ型Ｓｉ層１２が一様
に成膜される。次に、複数の絶縁層１３がＳｉ層１２の
一部、即ちにオーミック電極間のｎ型Ｓｉ層１２内に成
膜される。絶縁層１３は、オーミック電極１１に対応す
る上に独立した個々の電子放出領域の多孔質Ｓｉ層１４
を複数に区画し島状に作製するため成膜される。素子間
のクロストークを改善するためである。
【００１２】その後、絶縁層１３で囲まれた開口部のＳ
ｉ表面が適当な条件で陽極酸化処理がなされされ、島状
多孔質Ｓｉ層１４が形成される。ここで、処理中で微細
孔内壁のダングリングボンドは水素により終端される。
次に微細孔内壁の水素終端は空気中で酸素と結合して−
ＯＨ，Ｈ2Ｏとなり多孔質Ｓｉ層１４が劣化する原因と
なるので、多孔質Ｓｉ層１４を安定化するために真空加
熱で水素終端を除去し、酸素、窒素ガス中で加熱処理し
てＯ又はＮ終端を形成する。又は酸素、窒素ガス中でプ
ラズマ処理して同様にＯ又はＮ終端を形成する。
ｉ表面が適当な条件で陽極酸化処理がなされされ、島状
多孔質Ｓｉ層１４が形成される。ここで、処理中で微細
孔内壁のダングリングボンドは水素により終端される。
次に微細孔内壁の水素終端は空気中で酸素と結合して−
ＯＨ，Ｈ2Ｏとなり多孔質Ｓｉ層１４が劣化する原因と
なるので、多孔質Ｓｉ層１４を安定化するために真空加
熱で水素終端を除去し、酸素、窒素ガス中で加熱処理し
てＯ又はＮ終端を形成する。又は酸素、窒素ガス中でプ
ラズマ処理して同様にＯ又はＮ終端を形成する。
【００１３】そして十分な電子放出効率を得るため、Ａ
ｕ，Ｐｔなどからなる極薄な薄膜電極１５をオーミック
電極に沿って帯状に多孔質Ｓｉ層１４上に成膜する。更
に、各素子間の電位を均一にするため低抵抗金属からな
る厚膜バス電極１６をリード線として設ける。個別の島
状金属薄膜電極１５はバス電極に電気的に連結される。
ｕ，Ｐｔなどからなる極薄な薄膜電極１５をオーミック
電極に沿って帯状に多孔質Ｓｉ層１４上に成膜する。更
に、各素子間の電位を均一にするため低抵抗金属からな
る厚膜バス電極１６をリード線として設ける。個別の島
状金属薄膜電極１５はバス電極に電気的に連結される。
【００１４】更にまた、金属薄膜電極１５の表面を複数
の電子放出領域に画定する開口を有した第２絶縁層１７
が成膜される。この第２絶縁層１７はバス電極１６を覆
うことで不要な短絡を防止する。一方、上記実施例にお
いて、半導体層１２はオーミック電極１１上に共通して
形成されているが、図３に示すように半導体層をも個別
島状に形成して、半導体冷電子放出素子がオーミック電
極ごとに個別に形成された構造とすることもできる。
の電子放出領域に画定する開口を有した第２絶縁層１７
が成膜される。この第２絶縁層１７はバス電極１６を覆
うことで不要な短絡を防止する。一方、上記実施例にお
いて、半導体層１２はオーミック電極１１上に共通して
形成されているが、図３に示すように半導体層をも個別
島状に形成して、半導体冷電子放出素子がオーミック電
極ごとに個別に形成された構造とすることもできる。
【００１５】また他の実施例において、図４に示すよう
に、ガラス基板に代えて、素子基板を半導体ウエハ２
０、たとえば、ｎ型Ｓｉウエハをそのままを用い、素子
基板自体を半導体層２０として、その背面外面上にオー
ミック電極１１が設けられた構造とすることもできる。
冷電子放出表示装置は、図５に示すように、オーミック
電極１１と薄膜電極１５との間に電圧ＶPSを印加し半導
体層１２に電子を注入すると、ダイオード電流ＩPSが流
れ、多孔質半導体層１４は高抵抗であるので、印加電界
の大部分は多孔質半導体層にかかっているが、図のエネ
ルギーバンドに示すように、電界強度は多孔質半導体層
１４表面ほど強い。注入された電子は、金属薄膜電極１
５側に向けて多孔質半導体層１４内を移動する。金属薄
膜電極付近に達した電子は、そこでの強電界により一部
は金属薄膜電極をトンネルし、外部の真空中に放出され
る。このように、トンネル効果によって薄膜電極１５か
ら放出された電子ｅ（エミッション電流ＩEM）は、対向
したコレクタ電極（透明電極）２に印加された高電圧Ｖ
ｃによって加速され、コレクタ電極に集められ蛍光体３
Ｒ、３Ｇ、３Ｂを叩き、Ｒ、Ｇ、Ｂの可視光を発光させ
る。電子放出効率η（η＝ＩEM／ＩPS）を高めるため
に、電子放出面には薄膜電極を、リード線としては厚膜
電極を設けてある。
に、ガラス基板に代えて、素子基板を半導体ウエハ２
０、たとえば、ｎ型Ｓｉウエハをそのままを用い、素子
基板自体を半導体層２０として、その背面外面上にオー
ミック電極１１が設けられた構造とすることもできる。
冷電子放出表示装置は、図５に示すように、オーミック
電極１１と薄膜電極１５との間に電圧ＶPSを印加し半導
体層１２に電子を注入すると、ダイオード電流ＩPSが流
れ、多孔質半導体層１４は高抵抗であるので、印加電界
の大部分は多孔質半導体層にかかっているが、図のエネ
ルギーバンドに示すように、電界強度は多孔質半導体層
１４表面ほど強い。注入された電子は、金属薄膜電極１
５側に向けて多孔質半導体層１４内を移動する。金属薄
膜電極付近に達した電子は、そこでの強電界により一部
は金属薄膜電極をトンネルし、外部の真空中に放出され
る。このように、トンネル効果によって薄膜電極１５か
ら放出された電子ｅ（エミッション電流ＩEM）は、対向
したコレクタ電極（透明電極）２に印加された高電圧Ｖ
ｃによって加速され、コレクタ電極に集められ蛍光体３
Ｒ、３Ｇ、３Ｂを叩き、Ｒ、Ｇ、Ｂの可視光を発光させ
る。電子放出効率η（η＝ＩEM／ＩPS）を高めるため
に、電子放出面には薄膜電極を、リード線としては厚膜
電極を設けてある。
【００１６】具体的に多孔質Ｓｉ層を有する装置の場
合、薄膜電極１５の厚さは、電子が飛び抜けるトンネル
効果による電子放出現象を利用しているので薄いほど良
いが、電位を与えるために必要な電気抵抗以下になる厚
さは確保しなければならない。たとえば、ＡｕまたはＰ
ｔ薄膜電極を有する装置の電子放出効率ηの薄膜電極膜
厚依存性を調べた場合、図６に示す特性が得られ、Ａｕ
またはＰｔ薄膜電極膜厚が１０〜５００オングストロー
ムで実用化可能な効率が得られる。素子としての安定性
を考えるとＡｕまたはＰｔ薄膜電極膜厚は２０〜２００
オングストロームが最も適当である。電子放出効率ηの
ピークが２０オングストロームであり、１０-4以上の電
子放出効率ηが得られるからである。
合、薄膜電極１５の厚さは、電子が飛び抜けるトンネル
効果による電子放出現象を利用しているので薄いほど良
いが、電位を与えるために必要な電気抵抗以下になる厚
さは確保しなければならない。たとえば、ＡｕまたはＰ
ｔ薄膜電極を有する装置の電子放出効率ηの薄膜電極膜
厚依存性を調べた場合、図６に示す特性が得られ、Ａｕ
またはＰｔ薄膜電極膜厚が１０〜５００オングストロー
ムで実用化可能な効率が得られる。素子としての安定性
を考えるとＡｕまたはＰｔ薄膜電極膜厚は２０〜２００
オングストロームが最も適当である。電子放出効率ηの
ピークが２０オングストロームであり、１０-4以上の電
子放出効率ηが得られるからである。
【００１７】さらに多孔質Ｓｉ層の厚さに対する、ＶPS
とダイオード電流ＩPS及び電子放出効率ηの関係を調べ
た場合、図７に示す特性が得られる。これら図６及び図
７より、電子の放出は多孔質Ｓｉ層表面の極近傍で起こ
っていることが分かる。そのことから多孔質Ｓｉ層は薄
い方が良いと言えるが、素子の均一性及び安定性を考慮
すると、ある程度の厚さが必要になる。Ｓｉ層の材質及
び多孔質化の条件によって最適な厚さは異なるが、表示
パネルの駆動電圧（ほぼＶPS）を３０Ｖ以下とした場
合、０．１〜５０μｍが実用化可能範囲である。１０-5
を越える電子放出効率ηが得られるからである。
とダイオード電流ＩPS及び電子放出効率ηの関係を調べ
た場合、図７に示す特性が得られる。これら図６及び図
７より、電子の放出は多孔質Ｓｉ層表面の極近傍で起こ
っていることが分かる。そのことから多孔質Ｓｉ層は薄
い方が良いと言えるが、素子の均一性及び安定性を考慮
すると、ある程度の厚さが必要になる。Ｓｉ層の材質及
び多孔質化の条件によって最適な厚さは異なるが、表示
パネルの駆動電圧（ほぼＶPS）を３０Ｖ以下とした場
合、０．１〜５０μｍが実用化可能範囲である。１０-5
を越える電子放出効率ηが得られるからである。
【００１８】具体的に、図４に示すタイプの冷電子放出
表示装置を作製した。裏面にＡｕオーミック電極を形成
した面方位(111)のｎ型シリコン基板（ｎ型シリコンウ
エハ）（比抵抗が０．００１８Ωｃｍ）表面に、２０ｃ
ｍ離れた５００Ｗのタングステンランプにより試料面を
光照射しつつ、５０ｗｔ％ＨＦ水溶液とエタノールとの
混合液（混合比は１：１）中で定電流陽極酸化処理（電
流密度は１００ｍＡ／ｃｍ2、時間は５分間）をなし、
それぞれ６ｘ６ｍｍ多孔質シリコン層を形成した。多孔
質Ｓｉ層の厚さは約４０μｍであった。
表示装置を作製した。裏面にＡｕオーミック電極を形成
した面方位(111)のｎ型シリコン基板（ｎ型シリコンウ
エハ）（比抵抗が０．００１８Ωｃｍ）表面に、２０ｃ
ｍ離れた５００Ｗのタングステンランプにより試料面を
光照射しつつ、５０ｗｔ％ＨＦ水溶液とエタノールとの
混合液（混合比は１：１）中で定電流陽極酸化処理（電
流密度は１００ｍＡ／ｃｍ2、時間は５分間）をなし、
それぞれ６ｘ６ｍｍ多孔質シリコン層を形成した。多孔
質Ｓｉ層の厚さは約４０μｍであった。
【００１９】次に多孔質Ｓｉ層の表面Ａｕ薄膜電極を厚
さ１５ｎｍで真空蒸着し、素子基板を作成した。各冷電
子放出素子は、表面Ａｕ薄膜電極を正電位ＶPSにし裏面
Ａｕオーミック電極を接地電位としたダイオードであ
る。次に透明ガラス基板の内面にＩＴＯコレクタ電極が
形成されたものの各コレクタ電極上に、Ｒ，Ｇ，Ｂに対
応する蛍光体からなる蛍光体層を常法により形成し、透
明基板を作成した。素子基板及び透明基板を、表面Ａｕ
薄膜電極及びＩＴＯコレクタ電極が向かい合うように平
行に１０ｍｍ離間してスペーサにより保持し、間隙を１
０-7Torr又は１０-5Ｐａの真空にした。
さ１５ｎｍで真空蒸着し、素子基板を作成した。各冷電
子放出素子は、表面Ａｕ薄膜電極を正電位ＶPSにし裏面
Ａｕオーミック電極を接地電位としたダイオードであ
る。次に透明ガラス基板の内面にＩＴＯコレクタ電極が
形成されたものの各コレクタ電極上に、Ｒ，Ｇ，Ｂに対
応する蛍光体からなる蛍光体層を常法により形成し、透
明基板を作成した。素子基板及び透明基板を、表面Ａｕ
薄膜電極及びＩＴＯコレクタ電極が向かい合うように平
行に１０ｍｍ離間してスペーサにより保持し、間隙を１
０-7Torr又は１０-5Ｐａの真空にした。
【００２０】作製した冷電子放出表示装置にＶPSを１０
０Ｖでダイオード電流ＩPSを４ｍＡ／ｃｍ2供給したと
き、エミッション電流ＩEMが約０．２４ｎＡ／ｃｍ2得
られ、電子放出効率ηが６ｘ１０-9であった。また、面
方位(100)のＳｉ基板を用いた陽極酸化処理において、
電流密度は５０ｍＡ／ｃｍ2、処理時間は５〜１分間
で、多孔質Ｓｉ層膜厚が５〜１０μｍとして得られた。
このＳｉ基板を用いた冷電子放出表示装置は、ＶPSを１
０〜２０Ｖで電子放出効率ηが１０-4となった。
０Ｖでダイオード電流ＩPSを４ｍＡ／ｃｍ2供給したと
き、エミッション電流ＩEMが約０．２４ｎＡ／ｃｍ2得
られ、電子放出効率ηが６ｘ１０-9であった。また、面
方位(100)のＳｉ基板を用いた陽極酸化処理において、
電流密度は５０ｍＡ／ｃｍ2、処理時間は５〜１分間
で、多孔質Ｓｉ層膜厚が５〜１０μｍとして得られた。
このＳｉ基板を用いた冷電子放出表示装置は、ＶPSを１
０〜２０Ｖで電子放出効率ηが１０-4となった。
【００２１】蛍光体を塗布したコレクタ電極及び薄膜電
極の間に約４ｋＶの電圧を印加した状態では、薄膜電極
に対応する形の均一な蛍光パターンが観測された。この
ことは、多孔質Ｓｉ層からの電子放出が均一であること
を示す。
極の間に約４ｋＶの電圧を印加した状態では、薄膜電極
に対応する形の均一な蛍光パターンが観測された。この
ことは、多孔質Ｓｉ層からの電子放出が均一であること
を示す。
【００２２】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、複雑な形状の冷陰極を形成する工程は不要であ
り、半導体冷電子放出素子構造が単純である冷電子放出
表示装置を得ることができる。
よれば、複雑な形状の冷陰極を形成する工程は不要であ
り、半導体冷電子放出素子構造が単純である冷電子放出
表示装置を得ることができる。
【図１】 本発明による実施例の冷電子放出表示装置を
示す概略斜視図である。
示す概略斜視図である。
【図２】 本発明による実施例の冷電子放出表示装置に
おける素子基板の陽極酸化処理方法を示すＨＦ溶液槽の
概略断面図である。
おける素子基板の陽極酸化処理方法を示すＨＦ溶液槽の
概略断面図である。
【図３】 本発明による他の実施例の冷電子放出表示装
置を示す概略斜視図である。
置を示す概略斜視図である。
【図４】 本発明による他の実施例の冷電子放出表示装
置を示す概略斜視図である。
置を示す概略斜視図である。
【図５】 本発明による冷電子放出表示装置における素
子基板のエネルギーバンド図である。
子基板のエネルギーバンド図である。
【図６】 本発明による冷電子放出表示装置における電
子放出効率ηのＡｕまたはＰｔ薄膜電極膜厚依存性を示
すグラフである。
子放出効率ηのＡｕまたはＰｔ薄膜電極膜厚依存性を示
すグラフである。
【図７】 本発明による冷電子放出表示装置における多
孔質Ｓｉ層の厚さに対する、ＶPSとダイオード電流ＩPS
及び電子放出効率ηの関係を示すグラフである。
孔質Ｓｉ層の厚さに対する、ＶPSとダイオード電流ＩPS
及び電子放出効率ηの関係を示すグラフである。
１ 透明基板 ２ コレクタ電極 ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ 蛍光体層 ４ 真空空間 ５ コレクタ電極 １０ 素子基板 １１ オーミック電極 １２ 半導体層 １３ 絶縁層 １４ 多孔質半導体層 １５ 金属薄膜電極 １６ バス電極 １７ 第２絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越田 信義 東京都小平市上水本町６−５−10−203
Claims (11)
- 【請求項１】 真空空間を挾み対向する一対の素子基板
及び透明基板と、 前記素子基板に設けられそれぞれ平行に伸長する複数の
オーミック電極と、 前記オーミック電極上に形成された半導体層、前記半導
体層上に形成された多孔質半導体層及び前記多孔質半導
体層上に形成され前記真空空間に面する金属薄膜電極か
らなる半導体冷電子放出素子の複数と、 隣接する前記金属薄膜電極を電気的に接続しその一部上
に、前記オーミック電極に垂直に伸長して架設され、そ
れぞれが平行に伸長する複数のバス電極と、 前記透明基板に設けられそれぞれ平行に伸長しかつ前記
金属薄膜電極からの放出電子を捕獲する複数のコレクタ
電極と、前記コレクタ電極上に形成された蛍光体層から
なることを特徴とする冷電子放出表示装置。 - 【請求項２】 前記多孔質半導体層は前記半導体層の表
面を陽極酸化処理により多孔質化して形成されたことを
特徴とする請求項１記載の冷電子放出表示装置。 - 【請求項３】 前記多孔質半導体層を複数に区画する絶
縁体層を有することを特徴とする請求項１記載の冷電子
放出表示装置。 - 【請求項４】 前記金属薄膜電極の表面を複数の電子放
出領域に画定する第２絶縁層を有することを特徴とする
請求項１記載の冷電子放出表示装置。 - 【請求項５】 前記第２絶縁層は前記バス電極を覆うこ
とを特徴とする請求項４記載の冷電子放出表示装置。 - 【請求項６】 前記素子基板の内面上に前記オーミック
電極が設けられたことを特徴とする請求項１記載の冷電
子放出表示装置。 - 【請求項７】 前記素子基板が前記半導体層であり、そ
の外面上に前記オーミック電極が設けられたことを特徴
とする請求項１記載の冷電子放出表示装置。 - 【請求項８】 前記金属薄膜電極は前記バス電極に連結
された個別の島状電極であることを特徴とする請求項１
記載の冷電子放出表示装置。 - 【請求項９】 前記半導体層は前記オーミック電極上に
共通して形成されたことを特徴とする請求項１記載の冷
電子放出表示装置。 - 【請求項１０】 前記半導体冷電子放出素子は前記オー
ミック電極ごとに個別に形成されたことを特徴とする請
求項１記載の冷電子放出表示装置。 - 【請求項１１】 前記半導体層はシリコンからなり、前
記多孔質半導体層は多孔質シリコンからなり、前記金属
薄膜電極はＡｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ又はこれらの合金か
らなることを特徴とする請求項１記載の冷電子放出表示
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06960296A JP3281533B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 冷電子放出表示装置及び半導体冷電子放出素子 |
| US08/813,211 US5894189A (en) | 1996-03-26 | 1997-03-07 | Cold electron emission display device |
| DE69706590T DE69706590T2 (de) | 1996-03-26 | 1997-03-17 | Anzeigevorrichtung mit Kaltkathoden |
| EP97301772A EP0798761B1 (en) | 1996-03-26 | 1997-03-17 | Cold electron emission display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06960296A JP3281533B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 冷電子放出表示装置及び半導体冷電子放出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09259795A true JPH09259795A (ja) | 1997-10-03 |
| JP3281533B2 JP3281533B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=13407559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06960296A Expired - Fee Related JP3281533B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 冷電子放出表示装置及び半導体冷電子放出素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5894189A (ja) |
| EP (1) | EP0798761B1 (ja) |
| JP (1) | JP3281533B2 (ja) |
| DE (1) | DE69706590T2 (ja) |
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| WO2000013197A1 (fr) * | 1998-08-26 | 2000-03-09 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Ensemble source a emission de champ, son procede de production, et son utilisation |
| WO2001091155A1 (fr) * | 2000-05-23 | 2001-11-29 | Japan Science And Technology Corporation | Micro-canon a electrons de type a effet de taille quantique, affichage mince l'utilisant, et son procede de fabrication |
| US6340425B2 (en) | 1999-04-08 | 2002-01-22 | Nec Corporation | Method of manufacturing cold cathode device having porous emitter |
| US6498426B1 (en) | 1999-04-23 | 2002-12-24 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Field emission-type electron source and manufacturing method thereof |
| US6590321B1 (en) | 1998-09-25 | 2003-07-08 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Field emission electron source |
| US6765342B1 (en) | 1999-10-18 | 2004-07-20 | Matsushita Electric Work, Ltd. | Field emission-type electron source and manufacturing method thereof |
| US6844664B2 (en) | 2001-04-24 | 2005-01-18 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Field emission electron source and production method thereof |
| KR100596189B1 (ko) * | 1998-11-16 | 2006-07-05 | 마츠시다 덴코 가부시키가이샤 | 전계 방사형 전자원 및 그 제조방법 및 상기 전자원을이용한디스플레이 |
| KR100769158B1 (ko) * | 2000-12-04 | 2007-10-23 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 면 발광용 플랫램프 및 이를 구비한 액정표시장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10308165A (ja) * | 1997-03-04 | 1998-11-17 | Pioneer Electron Corp | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
| JPH10308166A (ja) * | 1997-03-04 | 1998-11-17 | Pioneer Electron Corp | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
| US6130503A (en) * | 1997-03-04 | 2000-10-10 | Pioneer Electronic Corporation | Electron emission device and display using the same |
| JPH10312739A (ja) * | 1997-03-10 | 1998-11-24 | Pioneer Electron Corp | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
| US5990605A (en) * | 1997-03-25 | 1999-11-23 | Pioneer Electronic Corporation | Electron emission device and display device using the same |
| US5969363A (en) * | 1997-04-11 | 1999-10-19 | Hitachi, Ltd. | Method for processing electron beam sources |
| JPH1167063A (ja) * | 1997-08-08 | 1999-03-09 | Pioneer Electron Corp | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
| JPH1167065A (ja) * | 1997-08-08 | 1999-03-09 | Pioneer Electron Corp | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
| DE69818633T2 (de) | 1997-08-27 | 2004-07-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma | Elektronen emittierende vorrichtung, feldemissionsanzeigevorrichtung und herstellungsverfahren derselben |
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