JPH10312738A - 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子放出効率の高い電子放出素子を提供す
る。 【解決手段】 金属又は半導体からなる電子供給層、電
子供給層上に形成された絶縁体層及び絶縁体層上に形成
された金属薄膜電極からなり、電子供給層及び金属薄膜
電極間に電界を印加し電子を放出する電子放出素子であ
って、金属薄膜電極及び絶縁体層の少なくとも一方は金
属薄膜電極の仕事関数より低い仕事関数の元素を含む電
子放出領域を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子及び
これを用いた電子放出表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から電界電子放出表示装置のＦＥＤ
（field emission display）が、陰極の加熱を必要とし
ない冷陰極の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。例えば、spindt形冷陰
極を用いたＦＥＤの発光原理は、冷陰極アレイが異なる
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、発光させるもの
である。

【０００３】しかしながら、この電界放出源は、微細な
spindt型冷陰極の製造工程が複雑で、その工程数が多い
ので、製造歩留りが低いといった問題がある。また、面
電子源として金属−絶縁−金属（ＭＩＭ）構造の電子放
出素子がある。このＭＩＭ構造の電子放出素子は、基板
上に陰極としてのＡｌ層、膜厚１０ｎｍ程度のＡ１₂Ｏ₃
絶縁体層、膜厚１０ｎｍ程度の陽極としてのＡｕ層を順
に形成した構造を有するものがある。これを真空中で対
向電極の下に配置して下部Ａｌ層と上部Ａｕ層の間に電
圧を印加するとともに対向電極に加速電圧を印加する
と、電子の一部が上部Ａｕ層を飛び出し対向電極に達す
る。しかしながら、ＭＩＭ構造の電子放出素子を用いて
もまだ放出電子の量は十分とはいえない。

【０００４】これを改善するために、従来のＡｌ₂Ｏ₃絶
縁体層の膜厚を数ｎｍ程度薄膜化したり、極薄膜のＡｌ
₂Ｏ₃絶縁体層の膜質及びＡｌ₂Ｏ₃絶縁体層と上部Ａｕ層
の界面を、より均一化することが必要であると考えられ
ている。例えば、特開平７−６５７１０号に記載の発明
のように、絶縁体層のさらなる薄膜化及び均一化のため
に陽極酸化法を用いて、化成電流を制御することにより
電子放出特性を向上させる試みがなされている。

【０００５】しかしながら、このような方法で製造され
たＭＩＭ構造の電子放出素子でも、まだ放出電流は１×
１０^-5Ａ／cm²程度で、放出電流比は１×１０^-3程度に
すぎない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の事情
に鑑みてなされたものであり、低い電圧で安定して電子
放出することのできる電子放出効率の高い電子放出素子
及びこれを用いた電子放出表示装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電子放出素子
は、金属又は半導体からなる電子供給層、前記電子供給
層上に形成された絶縁体層及び前記絶縁体層上に形成さ
れた金属薄膜電極からなり、前記電子供給層及び前記金
属薄膜電極間に電界を印加し電子を放出する電子放出素
子であって、前記金属薄膜電極及び前記絶縁体層の少な
くとも一方は前記金属薄膜電極の仕事関数より低い仕事
関数の元素を含む領域を有することを特徴とする。

【０００８】本発明の電子放出素子においては、前記領
域は前記金属薄膜電極及び前記絶縁体層の間に設けられ
た中間層であることを特徴とする。本発明の電子放出素
子においては、前記領域は前記金属薄膜電極の電子放出
側の表面に設けられた電子放出層であることを特徴とす
る。本発明の電子放出素子においては、前記領域は前記
金属薄膜電極内部に分散されて設けられたことを特徴と
する。

【０００９】本発明の電子放出素子においては、前記領
域は前記絶縁体層内部に分散されて設けられたことを特
徴とする。また、本発明の電子放出素子を用いた表示装
置は、真空空間を挾み対向する一対の第１及び第２基板
と、前記第１基板に設けられた複数の電子放出素子と、
前記第２基板内に設けられたコレクタ電極と、前記コレ
クタ電極上に形成された蛍光体層と、からなる電子放出
表示装置であって、前記電子放出素子の各々は、金属又
は半導体からなる電子供給層、前記電子供給層上に形成
された絶縁体層及び前記絶縁体層上に形成された金属薄
膜電極からなり、前記金属薄膜電極及び前記絶縁体層の
少なくとも一方は前記金属薄膜電極の仕事関数より低い
仕事関数の元素を含む領域を有することを特徴とする。

【００１０】以上の構成により、本発明の電子放出素子
は、低い電圧でも安定して電子放出することができるの
で、例えば表示素子に本発明の電子放出素子を用いた場
合、安定して高輝度が得られ、駆動電流の消費及び素子
の発熱を抑制でき、さらに駆動回路への負担を低減でき
る。本発明の電子放出素子では、絶縁体層は厚い膜厚を
有するのでスルーホールが発生しにくいので製造歩留ま
りが向上する。

【００１１】さらに、本発明の電子放出素子は、画素バ
ルブの発光源、電子顕微鏡の電子放出源、真空ミクロエ
レクトロニクス素子などの高速素子に応用でき、さらに
面状又は点状の電子放出ダイオードとして、赤外線又は
可視光又は紫外線の電磁波を放出する発光ダイオード又
はレーザダイオードとして動作可能である。

【００１２】

【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。 （合金中間層を有する電子放出素子）図１に示すよう
に、本発明の電子放出素子は、素子基板１０上に例えば
Ａ１からなるオーミック電極１１を形成し、さらに金属
又はＳｉなどの半導体からなる電子供給層１２、ＳｉＯ
₂などからなる絶縁体層１３及び真空空間に面するＡｕ
などの金属薄膜電極１５からなり、さらに絶縁体層１３
と金属薄膜１５との間にＡｌ−Ｌｉ合金などの中間層１
４が設けられて構成される。この電子放出素子の対向す
る一対の第１及び第２基板１０，１は真空空間を挾んで
保持される。第２基板１の内面にはコレクタ電極２と蛍
光体層３R,G,Bとが設けられる。

【００１３】電子放出素子に用いられる金属薄膜電極１
５の抵抗は低いものが選ばれるが、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，
Ｃｕなどの金属は仕事関数が４（ｅＶ）以上と高いもの
である。中間層１４は、金属薄膜電極１５の仕事関数よ
り低い材料が選ばれる。絶縁体層１３は誘電体からなり
５０ｎｍ以上の極めて厚い膜厚を有するものである。電
子放出素子は、表面の金属薄膜電極１５を正電位Ｖｄと
し裏面オーミック電極１１を接地電位としたダイオード
である。オーミック電極１１と金属薄膜電極１５との間
に電圧Ｖｄを印加し電子供給層１２に電子を注入する
と、ダイオード電流Ｉｄが流れ、絶縁体層１３は高抵抗
であるので、印加電界の大部分は絶縁体層１３にかか
る。電子は、金属薄膜電極１５側に向けて絶縁体層１３
内を移動する。金属薄膜電極１５付近に達した電子は、
そこで強電界により一部は中間層１４と金属薄膜電極１
５をトンネルし、外部の真空中に放出される。

【００１４】この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（放出電流Ｉｅ）は、対向したコレ
クタ電極（透明電極）２に印加された高い加速電圧Ｖｃ
によって加速され、コレクタ電極２に集められる。コレ
クタ電極に蛍光体３が塗布されていれば対応する可視光
を発光させる。電子放出素子の電子供給層の材料として
はＳｉが特に有効であるが、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（Ｃｄ
Ｓｅ）など、ＩＶ族、III-Ｖ族、II-VI族などの単体半
導体及び化合物半導体が、用いられ得る。

【００１５】又は、電子供給材料としてＡｌ，Ａｕ，Ａ
ｇ，Ｃｕなどの金属でも有効であるが、Ｓｃ，Ｔｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，Ｚｒ，
Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｄ，Ｌｎ，Ｓ
ｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｔｌ，Ｐｂ，
Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども
用いられ得る。

【００１６】絶縁体層の誘電体材料としては酸化珪素Ｓ
ｉＯｘ、（ｘは原子比を示す）が特に有効であるが、Ｌ
ｉＯ_x，ＬｉＮ_x，ＮａＯ_x，ＫＯ_x，ＲｂＯ_x，ＳｓＯ_x，
ＢｅＯ_x，ＭｇＯ_x，ＭｇＮ_x，ＣａＯ_x，ＣａＮ_x，Ｓｒ
Ｏ_x，ＢａＯ_x，ＳｃＯ_x，ＹＯ_x，ＹＮ_x，ＬａＯ _x，Ｌａ
Ｎ_x，ＣｅＯ_x，ＰｒＯ_x，ＮｄＯ_x，ＳｍＯ_x，ＥｕＯ_x，
ＧｄＯ_x，ＴｂＯ _x，ＤｙＯ_x，ＨｏＯ_x，ＥｒＯ_x，Ｔｍ
Ｏ_x，ＹｂＯ_x，ＬｕＯ_x，ＴｂＯ_x，ＤｙＯ _x，ＨｏＯ_x，
ＥｒＯ_x，ＴｍＯ_x，ＹｂＯ_x，ＬｕＯ_x，ＴｉＯ_x，Ｔｉ
Ｎ_x，ＺｒＯ _x，ＺｒＮ_x，ＨｆＯ_x，ＨｆＮ_x，ＴｈＯ_x，
ＶＯ_x，ＶＮ_x，ＮｂＯ_x，ＮｂＮ_x，ＴａＯ_x，ＴａＮ_x，
ＣｒＯ_x，ＣｒＮ_x，ＭｏＯ_x，ＭｏＮ_x，ＷＯ_x，ＷＮ_x，
ＭｎＯ_x，ＲｅＯ_x，ＦｅＯ_x，ＦｅＮ_x，ＲｕＯ_x，Ｏｓ
Ｏ_x，ＣｏＯ_x，ＲｈＯ_x，ＩｒＯ_x，ＮｉＯ_x，ＰｄＯ_x，
ＰｔＯ_x，ＣｕＯ_x，ＣｕＮ_x，ＡｇＯ_x，ＡｕＯ_x，Ｚｎ
Ｏ_x，ＣｄＯ_x，ＨｇＯ_x，ＢＯ_x，ＢＮ_x，ＡｌＯ_x，Ａｌ
Ｎ_x，ＧａＯ_x，ＧａＮ_x，ＩｎＯ_x，ＴｉＯ_x，ＴｉＮ_x，
ＳｉＮ_x，ＧｅＯ_x，ＳｎＯ_x，ＰｂＯ_x，ＰＯ_x，ＰＮ_x，
ＡｓＯ_x，ＳｂＯ_x，ＳｅＯ_x，ＴｅＯ_xなどの金属酸化物
又は金属窒化物でもよい。

【００１７】また、ＬｉＡｌＯ₂，Ｌｉ₂ＳｉＯ₃，Ｌｉ₂
ＴｉＯ₃，Ｎａ₂Ａｌ₂₂Ｏ₃₄，ＮａＦｅＯ₂，Ｎａ₄ＳｉＯ
₄，Ｋ₂ＳｉＯ₃，Ｋ₂ＴｉＯ₃，Ｋ₂ＷＯ₄，Ｒｂ₂Ｃｒ
Ｏ₄，ＣＳ₂ＣｒＯ₄，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄，ＭｇＦｅ₂Ｏ₄，Ｍ
ｇＴｉＯ₃，ＣａＴｉＯ₃，ＣａＷＯ₄，ＣａＺｒＯ₃，Ｓ
ｒＦｅ₁₂Ｏ₁₉，ＳｒＴｉＯ₃，ＳｒＺｒＯ₃，ＢａＡ_l2Ｏ
₄，ＢａＦｅ₁₂Ｏ₁₉，ＢａＴｉＯ₃，Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂，Ｙ₃
Ｆｅ₅Ｏ₁₂，ＬａＦｅＯ₃，Ｌａ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，Ｌａ₂Ｔｉ₂
Ｏ₇，ＣｅＳｎＯ₄，ＣｅＴｉＯ₄，Ｓｍ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，Ｅ
ｕＦｅＯ₃，Ｅｕ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，ＧｄＦｅＯ₃，Ｇｄ₃Ｆｅ₅
Ｏ₁₂，ＤｙＦｅＯ₃，Ｄｙ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，ＨｏＦｅＯ₃，Ｈ
ｏ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，ＥｒＦｅＯ₃，Ｅｒ₃Ｆｅ₅Ｏ ₁₂，Ｔｍ₃Ｆ
ｅ₅Ｏ₁₂，ＬｕＦｅＯ₃，Ｌｕ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂，ＮｉＴｉ
Ｏ₃，Ａｌ₂ＴｉＯ₃，ＦｅＴｉＯ₃，ＢａＺｒＯ₃，Ｌｉ
ＺｒＯ₃，ＭｇＺｒＯ₃，ＨｆＴｉＯ₄，ＮＨ₄ＶＯ₃，Ａ
ｇＶＯ₃，ＬｉＶＯ₃，ＢａＮｂ₂Ｏ₆，ＮａＮｂＯ₃，Ｓ
ｒＮｂ₂Ｏ₆，ＫＴａＯ₃，ＮａＴａＯ₃，ＳｒＴａ₂Ｏ₆，
ＣｕＣｒ₂Ｏ₄，Ａｇ₂ＣｒＯ₄，ＢａＣｒＯ₄，Ｋ₂ＭｏＯ
₄，Ｎａ₂ＭｏＯ₄，ＮｉＭｏＯ₄，ＢａＷＯ₄，Ｎａ₂ＷＯ
₄，ＳｒＷＯ₄，ＭｎＣｒ₂Ｏ₄，ＭｎＦｅ₂Ｏ₄，ＭｎＴｉ
Ｏ₃，ＭｎＷＯ₄，ＣｏＦｅ₂Ｏ₄，ＮｎＦｅ₂Ｏ₄，ＦｅＷ
Ｏ₄，ＣｏＭｏＯ₄，ＣｏＴｉＯ₃，ＣｏＷＯ₄，ＮｉＦｅ
₂Ｏ₄，ＮｉＷＯ₄，ＣｕＦｅ₂Ｏ₄，ＣｕＭｏＯ₄，ＣｕＴ
ｉＯ₃，ＣｕＷＯ₄，Ａｇ₂ＭｏＯ₄，Ａｇ₂ＷＯ₄，ＺｎＡ
ｌ₂Ｏ₄，ＺｎＭｏＯ₄，ＺｎＷＯ₄，ＣｄＳｎＯ₃，Ｃｄ
ＴｉＯ₃，ＣｄＭｏＯ₄，ＣｄＷＯ₄，ＮａＡｌＯ₂，Ｍｇ
Ａｌ₂Ｏ₄，ＳｒＡｌ₂Ｏ₄，Ｇｄ₃Ｇａ₅Ｏ₁₂，ＩｎＦｅＯ
₃，ＭｇＩｎ₂Ｏ₄，Ａｌ₂ＴｉＯ₅，ＦｅＴｉＯ₃，ＭｇＴ
ｉＯ₃，Ｎａ₂ＳｉＯ₃，ＣａＳｉＯ₃，ＺｒＳｉＯ₄，Ｋ₂
ＧｅＯ₃，Ｌｉ₂ＧｅＯ₃，Ｎａ₂ＧｅＯ₃，Ｂｉ₂Ｓｎ
₃Ｏ₉，ＭｇＳｎＯ₃，ＳｒＳｎＯ₃，ＰｂＳｉＯ₃，Ｐｂ
ＭｏＯ₄，ＰｂＴｉＯ₃，ＳｎＯ₂−Ｓｂ₂Ｏ₃，ＣｕＳｅ
Ｏ₄，Ｎａ₂ＳｅＯ₃，ＺｎＳｅＯ₃，Ｋ₂ＴｅＯ₃，Ｋ₂Ｔ
ｅＯ₄，Ｎａ₂ＴｅＯ₃，Ｎａ₂ＴｅＯ₄などの金属複合酸
化物、ＦｅＳ，Ａｌ₂Ｓ₃，ＭｇＳ，ＺｎＳなどの硫化
物、ＬｉＦ，ＭｇＦ₂，ＳｍＦ₃などのフッ化物、ＨｇＣ
ｌ，ＦｅＣｌ₂，ＣｒＣｌ₃などの塩化物、ＡｇＢｒ，Ｃ
ｕＢｒ，ＭｎＢｒ₂などの臭化物、ＰｂＩ₂，ＣｕＩ，Ｆ
ｅＩ₂などのヨウ化物、又は、ＳｉＡｌＯＮなどの金属
酸化窒化物でも絶縁体層の誘電体材料として有効であ
る。

【００１８】さらに、絶縁体層の誘電体材料としてダイ
ヤモンド，フラーレン(C_2n)などの炭素、或いは、Al
₄C₃，B₄C，CaC₂，Cr₃C₂，Mo₂C，MoC，NbC，SiC，TaC，T
iC，VC，W₂C，WC，ZrCなどの金属炭化物も有効である。
なお、フラーレン(C_2n)は炭素原子だけからなりＣ₆₀に
代表される球面篭状分子でＣ₃₂〜Ｃ₉₆₀などがあり、ま
た、上式中、O_x，N_xのｘは原子比を表す。以下、同じ。

【００１９】絶縁体層の厚さは、５０ｎｍ以上、好まし
くは 100〜１μｍさらに好ましくは100〜 700ｎｍ程度
である。電子放出側の金属薄膜電極１５の材料としては
Ｐｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｒｕ，Ｉｒなどの金属が有効である
が、Ａｌ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
ｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｌｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｒ
ｅ，Ｏｓ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐ
ｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いられ得る。

【００２０】絶縁体層１３と金属薄膜電極１５との間に
設けられる中間層１４の材料は、例えば、Ａｇ，Ａｌ，
Ａｕ，Ｂａ，Ｃ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｋ，Ｌｉ，
Ｍｇ，Ｍｏ，Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｐｂ，Ｐｔ，Ｓｂ，Ｓ
ｉ，Ｓｎ，Ｓｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｔｈ，Ｗ，Ｚｒ，Ｚｎ，
などの金属、Ａｌ−Ｌｉ，Ｉｎ−Ｌｉ，Ｍｇ−Ｓｒ，Ａ
ｌ−Ｓｒ，Ｔｈ−Ｗなどの合金、ＢａＯ，ＳｒＯ，Ｔｈ
Ｏ₂などの酸化物、ＢａＳｒＯ₂などの複合酸化物、Ｌａ
Ｂ₆，ＣａＢ₆，ＳｒＢ₆，などのホウ化物、ＺｒＣなど
の炭化物、またはＩＴＯ（ＩｎＯ₂−ＳｎＯ₂）などの導
電性材料である。ここで、中間層１４の材料を決定する
に際しては、金属薄膜電極１５の仕事関数より低いもの
が選ばれる。

【００２１】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。また
これらの製法としては、スパッタリング法が特に有効で
あるが、真空蒸着法、ＣＶＤ（chemical vapor deposit
ion）法、レーザアプレイション法、ＭＢＥ（molecular
beam epitaxy）法、イオンビームスパッタリング法で
も有効である。

【００２２】具体的に、本発明の電子放出素子を作製し
特性を調べた。Ａｌオーミック電極をスパッタリング法
により膜厚 300ｎｍで形成したガラス基板である素子基
板１０の電極表面に、シリコン（Ｓｉ）の電子供給層１
２をスパッタリング法により膜厚5000ｎｍで形成した。
かかるＳｉ基板を多数用意した。

【００２３】次に、スパッタリング法により、かかるＳ
ｉ基板の電子供給層１３上に膜厚を０〜 500ｎｍに変化
させてＳｉＯ₂の絶縁体層１３を成膜し、かかるＳｉＯ₂
絶縁体基板を多数用意した。ＳｉＯ₂絶縁体層１３は、
スパッタリング法をとおして、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅあるい
はそれらの混合ガス、又はこれらの希ガスを主成分とし
Ｏ₂，Ｎ₂などを混入した混合ガスを用いてガス圧 0.1〜
100mTorr好ましくは0.1〜２０mTorr、成膜レート 0.1
〜1000nm/min好ましくは 0.5〜 100nm/minのスパッタ条
件で成膜されている。スパッタリング装置のターゲット
やスパッタ条件を適宜変えることにより、絶縁体層１３
の単層又は多層、アモルファス相、粒径、原子比は制御
され得る。

【００２４】実施例のＳｉＯ₂絶縁体層１３について、
Ｘ線回折法で分析したところアモルファス相によるハロ
ー強度Ｉａが観測された。このことから絶縁体層のＳｉ
Ｏ₂はアモルファス相であると推定できる。最後に、各
基板のアモルファスＳｉＯ₂層の表面上にＡｌ−Ｌｉ合
金をスパッタリング法などにより１０〜 100ｎｍの厚さ
に成膜した後、Ａｕの金属薄膜電極１５を膜厚１０ｎｍ
でスパッタリング法で成膜し、素子基板を多数作成し
た。

【００２５】一方、透明ガラス基板１の内面にＩＴＯコ
レクタ電極２が形成されたものや、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３を
常法により形成した透明基板を作成した。これら素子基
板及び透明基板を、金属薄膜電極１５及びコレクタ電極
２が向かい合うように平行に１０ｍｍ離間してスベーサ
により保持し、間隙を１０^-7Ｔｏｒｒ又は１０^-5Ｐａの
真空になし、電子放出素子を組立て、作製した。

【００２６】その後、多数の得られた素子について各Ｓ
ｉＯ₂層膜厚に対応したダイオード電流Ｉｄ及び放出電
流Ｉｅを測定した。この結果、 200Ｖ以下の電圧を加え
ることにより、ＳｉＯ₂層膜厚５０ｎｍ以上で１×１０
^-6Ａ／cm²以上の放出電流、１×１０^-3以上の電子放出
効率が、膜厚３００ｎｍ以上で最大放出電流１×１０^-3
Ａ／cm²、最大放出効率１×１０^-1程度が得られた。よ
って、膜厚５０ｎｍ以上好ましくは、１００ｎｍ以上の
ＳｉＯ₂誘電体層を有する素子から得られることが判明
した。

【００２７】また、蛍光体を塗布したコレクタ電極２及
び金属薄膜電極１５の間に約４ｋＶの電圧を印加した状
態では、ＳｉＯ₂層膜厚５０ｎｍ以上の素子で薄膜電極
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、アモルファスＳｉＯ ₂層からの電子放出が均一
であり、直線性の高いことを示し、電子放出ダイオード
として、赤外線又は可視光又は紫外線の電磁波を放出す
る発光ダイオード又はレーザダイオードとして動作可能
であることを示している。

【００２８】スパッタリングで成膜した絶縁体層の表面
をＳＥＭで観察したところ、２０ｎｍ程度の粒塊からな
ることを特徴としていることが判った。５０ｎｍ以上の
膜厚を有しながらトンネル電流が流れるといった特異な
現象はこの特徴に起因すると考えられる。すなわち、図
２に示すように、ＳｉＯ₂は本来絶縁体であるが、粒塊
あるいは、その近傍に発生しやすい結晶欠陥や不純物な
どによりポテンシャルの低いバンドが多数現れる。電子
はこのポテンシャルの低いバンドを介し次々にトンネリ
ングし、結果として５０ｎｍ以上の膜厚をもトンネルす
るのであると推定される。

【００２９】このように、絶縁体層１３の膜厚を５０ｎ
ｍ以上とすることで、スルーホールが発生しにくく、製
造歩留まりが向上する。電子放出素子の放出電流は１×
１０ ^-6Ａ／cm²を越え１×１０^-3Ａ／cm²程度であり、放
出電流比は１×１０^-1が得られるので、この電子放出素
子を表示装置に用いた場合、高輝度で駆動電流の消費及
び発熱を抑制でき、さらに駆動回路への負担を低減でき
る。 （電子放出素子における低仕事関数の元素又は化合物を
含む領域）発明者は、上記中間層における低仕事関数の
元素又は化合物を含む領域に着目し、電子放出素子の機
能の改善、電子放出特性向上、安定性向上を課題とし
て、上記領域の条件を変えて多くの他の素子を作成し、
測定したところ、金属薄膜電極、絶縁体層及び電子供給
層を順に積層した素子の安定した電子放出を達成するた
めには、金属薄膜電極上若しくは中に、又はこれと絶縁
体層との界面、或いは、絶縁体層中に、仕事関数の低
い、Ｉ族（アルカリ金属）やII族（アルカリ土類金属）
やランタノイド系（希土類）の元素又はそれらの化合物
からなる領域を設けるべき、ことを知見した。金属薄膜
電極と絶縁体層との界面に設ける場合は上記実施例の場
合である。

【００３０】Ｉ族、II族及びランタノイド系の元素は他
の元素に較べて仕事関数が低いので、上記領域として用
いる。これらを、以下に元素記号（仕事関数）としてよ
り具体的に示す。Ｉ族は、Ｌｉ（２．３９），Ｎａ
（２．２７），Ｋ（２．１５），Ｒｂ（２．１３），Ｃ
ｓ（１．８９）である。II族は、Ｂｅ（３．３７），Ｍ
ｇ（３．４６），Ｃａ（２．７６），Ｓｒ（２．３
５），Ｂａ（２．２９）である。

【００３１】ランタノイド系は、Ｌａ（３．５），Ｃｅ
（２．７），Ｐｒ（２．７），Ｎｄ（３．１），Ｐｍ，
Ｓｍ（２．７），Ｅｕ（２．５），Ｇｄ（２．７），Ｔ
ｂ（２．６），Ｄｙ（２．２），Ｈｏ（２．３），Ｅｒ
（２．４），Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ（３．３）である。本発
明における低仕事関数の元素又は化合物は、以上の元
素、単体又は少なくとも１つ以上の元素を含む化合物、
例えば、Ｉａ族では、LiO₂，LiI，Li₂SiO₃，Li₂TiO₃，N
a₂O，NaI，NaFeO₂，Na₄SiO₄，K₂O，KI，K₂TiO₃，K₂W
O₄，Rb₂O，RbBr，Rb₂CrO₄，Cs₂O，CsBr，CsCrO₄であ
り、IIa族では、BeO，，BeY₂O₄，BeNb₂O₄，BeIn₂O₄，Be
Ta₂O₆，MgO，Mg₂Ag，MgY₂O₄，MgNb₂O₄，MgIn₂O₄，MgTa₂
O₆，CaO，Ca ₂Cu，CaY₂O₄，CaNb₂O₄，CaIn₂O₆，CaTa
₂O₆，SrO，SrS，SrY₂O₄，SrNb₂O₆，SrIn₂O₄，SrTa₂O₆，
BaO，BaTiO₃，BaY₂O₄，BaNb₂O₄，BaIn₂O₆，BaTa₂O₆であ
り、ランタノイド系では、La₂O₃，BeLa₂O₄，MgLa₂O₄，C
aLa₂O₄，SrLa₂O₄，BaLa₂O₄，Ce₂O ₃，BeCe₂O₄，MgCe
₂O₄，CaCe₂O₄，SrCe₂O₄，BaCe₂O₄，Pr₂O₃，BePr₂O₄，Mg
Pr₂O₄，CaPr₂O₄，SrPr₂O₄，BaPr₂O₄，Nd₂O₃，BeNd₂O₄，
MgNd₂O₄，CaNd₂O₄，SrNd₂O₄，BaNd₂O₄，Sm₂O₃，BeSm
₂O₄，MgSm₂O₄，CaSm₂O₄，SrSm₂O₄，BaSm₂O₄，Eu₂O₃，Be
Eu ₂O₄，MgEu₂O₄，CaEu₂O₄，SrEu₂O₄，BaEu₂O₄，Gd₂O₃，
BeGd₂O₄，MgGd₂O₄，CaGd₂O ₄，SrGd₂O₄，BaGd₂O₄，Tb
₂O₃，BeTb₂O₄，MgTb₂O₄，CaTb₂O₄，SrTb₂O₄，BaTb₂O₄，
Dy₂O₃，BeDy₂O₄，MgDy₂O₄，CaDy₂O₄，SrDy₂O₄，BaDy
₂O₄，Ho₂O₃，BeHo₂O₄，MgHo₂O₄，CaHo₂O₄，SrHo₂O₄，Ba
Ho₂O₄，Er₂O₃，BeEr₂O₄，MgEr₂O₄，CaEr₂O₄，SrEr ₂O₄，
BaEr₂O₄，Tm₂O₃，BeTm₂O₄，MgTm₂O₄，CaTm₂O₄，SrTm
₂O₄，BaTm₂O₄，Yb₂O₃，BeYb₂O₄，MgYb₂O₄，CaYb₂O₄，Sr
Yb₂O₄，BaYb₂O₄，Lu₂O₃，BeLu₂O₄，MgLu₂O₄，CaLu₂O₄，
SrLu₂O₄，BaLu₂O₄である。ただし、この場合の化合物と
は、酸化物、窒化物、複合酸化物、合金、塩、無機化合
物の全てを含める。また、化合物の仕事関数は仕事関数
の低い方の元素によって決定されるので化合物でも良
い。また、上記実施例に挙げた物質も本発明における低
仕事関数の元素又は化合物も含める。 （合金中間層を有する電子放出素子の他の実施例）低仕
事関数の元素又は化合物の領域を、金属薄膜電極と絶縁
体層の間に中間層として積層する。この場合、中間層は
Ｉ族、II族又はそれの合金となっている。中間層は化合
物として補強され、層もアイランド状で積層可能であ
り、絶縁体層から金属薄膜電極への電子の移動を円滑に
する働きをなす。

【００３２】中間層成膜方法としては、一例としてスパ
ッタリングが有効である。スパッタリングガスにはＡ
ｒ，Ｋｒ，Ｘｅなどを用い、ガス圧は１〜２０ｍＴｏｒ
ｒの間が望ましい。スパッタリングレートは０．１〜１
０nm/secとし、成膜時間により膜厚を制御する。この場
合できた中間層を分析すると島状に成長しており、層状
になっていない事もあるが、それでも十分な効果が得ら
れる。

【００３３】具体的に中間層素子の他の実施例として、
低仕事関数材料をＴｂ₄Ｏ₇とし及び中間層成膜時のスパ
ッタリング条件を変えた以外は、上記実施例同様に電子
放出素子を組立て、作製した。この時のＴｂ₄Ｏ₇中間層
の平均膜厚は１ｎｍである。成膜条件はＡｒガス圧５ｍ
Ｔｏｒｒ，成膜レート 0.5nm/secで成膜時間が２秒であ
る。 その後、多数の得られた素子について各ＳｉＯ₂
層膜厚に対応したダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉｅ
を測定した。

【００３４】図３及び図４は、作製した電子放出素子に
駆動電圧Ｖｄを０〜１００Ｖで印加したときのＳｉＯ₂
層膜厚に対する、各膜厚における最大の放出電流Ｉｅの
関係並びに最大の電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｄ）の関係を
示す。図３及び図４から明らかなように、膜厚５０ｎｍ
から有効な放出電流Ｉｅ及び効率が、ＳｉＯ₂層膜厚４
００〜７００ｎｍの素子で最大放出電流１×１０^-3Ａ／
cm²、最大放出効率１×１０^-1程度が得られた。

【００３５】図５は、中間層１４がある場合（Ａ）と中
間層１４がない場合（Ｂ）について、放出電流Ｉｅと駆
動電圧Ｖｄとの関係を示したものである。図５において
中間層を設けない以外は、上記実施例同様に電子放出素
子を組立て、作製した比較例の放出電流Ｉｅと駆動電圧
Ｖｄとの関係をも示してある。比較例の曲線Ｂのよう
に、放出電流が発生するために必要な印加電圧Ｖｄは約
７０Ｖ以上であるのに対し、中間層を設けた場合、曲線
Ａのように、印加電圧Ｖｄは約５５Ｖ程度という低い電
圧で放出電流が発生する。 （最表面に電子放出層を有する電子放出素子）図６は、
最表面に電子放出層を有する実施例の電子放出素子の概
略部分拡大断面図である。この実施例においては、図１
に示す素子の中間層１４に代えて、上記領域を、金属薄
膜電極１５の上最表面（真空空間に面する）に１０ｎｍ
以下の膜厚で電子放出層１４ａとして積層する。この場
合、電子放出層は、膜というよりもむしろ島状に分散し
ている状態である。電子放出層１４ａにより表面のポテ
ンシャル障壁を低くすることができる。

【００３６】電子放出層１４ａに仕事関数が低い層を用
いて、その下層に金属薄膜電極１５を用い、その下層に
絶縁体層１３がある構造の場合、Ｉ族、II族、ランタノ
イド系又はそれらの化合物の膜厚は１０ｎｍ以下が望ま
しい。それ以上であると電子が散乱され、エネルギーを
失い、結果として放出電流が下がるからである。電子放
出層１４ａの成膜方法としては、一例としてスパッタリ
ングがある。このときのスパッタリングガスにはＡｒ，
Ｋｒ，Ｘｅなどを用い、ガス圧は１〜２０ｍＴの間が望
ましい。スパッタリングレートは 0.1〜１０nm/secと
し、成膜時間により膜厚を制御する。この場合できた膜
を分析すると島状に成長しており、層状になっていない
事もあるが、それでも効果としては十分に得られる。他
の成膜法として、真空蒸着法も同等に有効で、他、ＣＶ
Ｄレーザアブレイション，ＭＢＥ，イオンビームスパッ
タでも有効である。

【００３７】具体的に図６の電子放出素子として、低仕
事関数材料をＴｂ₄Ｏ₇とし及び成膜時のスパッタリング
条件を変えた以外は、上記実施例同様に電子放出素子を
組立て、作製した。この時のＴｂ₄Ｏ₇の平均膜厚は１ｎ
ｍである。成膜条件はＡｒガス圧５ｍＴ，レート 0.5nm
/secで成膜時間が２秒である。多数の得られた素子につ
いて各ＳｉＯ₂層膜厚に対応したダイオード電流Ｉｄ及
び放出電流Ｉｅを測定した。

【００３８】図７及び図８は、作製した電子放出素子に
駆動電圧Ｖｄを０〜１００Ｖで印加したときのＳｉＯ₂
層膜厚に対する、各膜厚における最大の放出電流Ｉｅの
関係並びに最大の電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｄ）の関係を
示す。図７及び図８から明らかなように、膜厚５０ｎｍ
から有効な放出電流Ｉｅ及び効率が、ＳｉＯ₂層膜厚４
００〜７００ｎｍの素子で最大放出電流１×１０^-3Ａ／
cm²、最大放出効率１×１０^-1程度が得られた。

【００３９】図９は、電子放出層がある場合（Ａ）と電
子放出層がない場合（Ｂ）について、放出電流Ｉｅと駆
動電圧Ｖｄとの関係を示したものである。図９において
電子放出層を設けない以外は、上記実施例同様に電子放
出素子を組立て、作製した比較例の放出電流Ｉｅと駆動
電圧Ｖｄとの関係をも示してある。比較例の曲線Ｂのよ
うに、放出電流が発生するために必要な印加電圧Ｖｄは
約７０Ｖ以上であるのに対し、中間層を設けた場合、曲
線Ａのように、印加電圧Ｖｄは約５０Ｖという低い電圧
で放出電流が発生する。 （薄膜電極内部に上記領域を有する電子放出素子）図１
０は、薄膜電極内部に上記領域を有する実施例の電子放
出素子の概略部分拡大断面図である。この実施例におい
ては、図１に示す素子の中間層１４に代えて、上記領域
１４ｂである低仕事関数の物質を、金属薄膜電極１５中
にドーパントとして分散させる。この場合、領域１４ｂ
は、表面のポテンシャル障壁を低くするとともに、絶縁
体層から金属薄膜電極への電子の移動を円滑にする働き
も兼ねる。

【００４０】絶縁体層１３上に形成された金属薄膜電極
１５内部に仕事関数の低い材料１４ｂを分散させる電子
放出素子においては、金属薄膜電極母材１５は一定の面
積に均一電界をかける層薄膜であり、そのためには１０
^-3Ωｃｍ以下の電気抵抗率が必要である。よってその材
料としては、Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｎ
ｉ，Ｗ，Ｉｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｔｉなどの電気抵抗率が、
１０^-6Ωｃｍ代の低抵抗の金属を主成分として、そこに
仕事関数の低い上記材料１４ｂを混ぜることになる。混
合比としては、混合する材料の電気抵抗率にもより、一
様に上限を決められないが、混合物にしたときに、先の
１０^-3Ωｃｍ以下となることが条件となる。

【００４１】上記領域１４ｂを内包する金属薄膜電極１
５の成膜方法の一例としてスパッタリング法がある。こ
の場合あらかじめ上記混合物のターゲットを用いる方法
や、主成分のターゲットの一部に混合させる材料を配置
させた複合ターゲットを用いる方法、あるいは主成分の
ターゲットと混合させる材料のターゲットを別に用意し
２元スパッタ（コスパッタ）により混合物を作る方法な
どがあり、いずれも有効である。

【００４２】具体的に図１０の電子放出素子として、Ａ
ｕを主成分とし低仕事関数材料をＴｂ₄Ｏ₇とし及び成膜
時のスパッタリング条件を変えた以外は、上記実施例と
同様である領域１４ｂを内包する金属薄膜電極１５から
なる電子放出素子を組立て、作製した。スパッタリング
はコスパッタ法で、金属薄膜電極の電気抵抗率は２×１
０^-5Ωｃｍであった。

【００４３】その後、多数の得られた素子について各Ｓ
ｉＯ₂層膜厚に対応したダイオード電流Ｉｄ及び放出電
流Ｉｅを測定した。図１１及び図１２は、作製した電子
放出素子に駆動電圧Ｖｄを０〜１００Ｖで印加したとき
のＳｉＯ₂層膜厚に対する、各膜厚における最大の放出
電流Ｉｅの関係並びに最大の電子放出効率（Ｉｅ／Ｉ
ｄ）の関係を示す。図１１及び図１２から明らかなよう
に、膜厚５０ｎｍから有効な放出電流Ｉｅ及び効率が、
ＳｉＯ ₂層膜厚４００〜７００ｎｍの素子で最大放出電
流１×１０^-3Ａ／cm²以上、最大放出効率１×１０^-1以
上が得られた。

【００４４】図１３は、仕事関数の低いドーパント即ち
上記領域を分散させて金属薄膜電極に設けた電子放出素
子の場合（Ａ）とそれがない場合（Ｂ）について、放出
電流Ｉｅと駆動電圧Ｖｄとの関係を示したものである。
図１３おいて仕事関数の低い物質を金属薄膜電極にドー
プしない以外は、上記実施例同様に電子放出素子を組立
て、作製した比較例の放出電流Ｉｅと駆動電圧Ｖｄとの
関係をも示してある。比較例の曲線Ｂのように、放出電
流が発生するために必要な印加電圧Ｖｄは約７０Ｖ以上
であるのに対し、中間層を設けた場合、曲線Ａのよう
に、印加電圧Ｖｄは約５０Ｖという低い電圧で放出電流
が発生する。

【００４５】図１４と図１５は、仕事関数の低いドーパ
ントの分散がある場合とない場合の放出電流の時間変動
をそれぞれ表している。図１４のように仕事関数の低い
ドーパントの分散がある場合は、図１５の仕事関数の低
いドーパントがない場合と比べて放出電流の時間変動は
非常に小さく、放出電流が安定していることがわかる。
このことは、仕事関数の低いドーパント即ち上記領域を
分散させて金属薄膜電極に設けることにより、印加電圧
Ｖｄによって電子供給層からの電子は金属薄膜電極を容
易に通過できるので、仕事関数の低いドーパントがない
場合に比べて多くの電子を安定して金属薄膜電極に到達
させることができるからであると推察される。

【００４６】図１６は、実施例の仕事関数の低いドーパ
ントを金属薄膜電極に分散させて設けた電子放出素子の
ダイオード電流Ｉｄと駆動電圧Ｖｄとの関係を放出電流
Ｉｅの変化と共に示したものである。図１６おいてダイ
オード電流Ｉｄの変化はヒステリシス特性を有すること
が分る。放出電流開始の駆動電圧から電圧降下が生じ、
良好に放出電流が上昇することが分る。 （絶縁体層内部に上記領域を有する電子放出素子）図１
７は、絶縁体層内部に上記領域を有する実施例の電子放
出素子の概略部分拡大断面図である。この実施例におい
ては、図１に示す素子の中間層１４に代えて、領域１４
ｃである低仕事関数の物質を、絶縁体層１３中にドーパ
ントとして分散させる。この場合も、絶縁体層１３から
金属薄膜電極１５への電子の移動を円滑にする働きをな
す。低仕事関数の物質１４ｃを絶縁体層１３の金属薄膜
電極１５に近い方に高くなる密度勾配を設けて分散させ
てもよい。

【００４７】この絶縁体層１３に低仕事関数の物質１４
ｃを混合する場合の絶縁体層の成膜法は、上記の図１０
に示す素子の場合と同様である。このように、金属薄膜
電極、絶縁体層及び電子供給層を積層した本発明の電子
放出素子においては、金属薄膜電極上若しくは中に、又
はこれと絶縁体層との界面、或いは、絶縁体層中に、仕
事関数の低い、Ｉ族やII族やランタノイド系（希土類）
の元素又はそれらの化合物からなる領域を設けることに
より、低い電圧でかつ安定した放出電流を得ることがで
きる。

【００４８】図１８に実施例の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
示する電子放出表示装置において、表示面である透明ガ
ラス基板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Ｉ
ＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）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，３Ｇ，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。

【００４９】一方、真空空間４を挾み透明ガラス基板１
に対向するガラス等からなる素子基板１０すなわち素子
基板内面（透明ガラス基板１と対向する面）にはインシ
ュレータ層１８を介してそれぞれ平行に伸長する複数の
オーミック電極１１が形成されている。インシュレータ
層１８は、ＳｉＯ₂，ＳｉＮｘ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮなど
の絶縁体からなり、素子基板１０から素子への悪影響
（アルカリ成分などに不純物の溶出や、基板面の凹凸な
ど）を防ぐ働きをなす。オーミック電極の上に上記実施
例の電子放出素子Ｓの複数が形成され、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が設けられている。電子放出素子Ｓ
はオーミック電極上に順に形成された電子供給層１２、
絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５からなる。そして、
図示しないが、金属薄膜電極１５上には上記電子放出層
が、又は、金属薄膜電極１５内部には上記ド−パント領
域が、又は、金属薄膜電極１５と絶縁体層１３との間に
は上記中間層が、又は、絶縁体層１３内部には上記ド−
パント領域が、設けられている。金属薄膜電極１５は真
空空間４に面する。また、金属薄膜電極１５の表面を複
数の電子放出領域に区画するため、開口を有した第２絶
縁体層１７が成膜される。この第２絶縁体層１７はバス
電極１６を覆うことで不要な短絡を防止する。

【００５０】オーミック電極１１の材料としては、Ａ
ｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｗ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。電子供給層１２の材質は、シリコン（Ｓｉ）が挙げ
られるが、本発明の電子供給層はシリコンに限られたも
のではなく他の半導体又は金属であり、アモルファス、
多結晶、単結晶のいずれでも良い。

【００５１】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，Ｌｉ，
Ｓｒ，Ｍｇ，Ｂａ，Ｃａ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，Ｐｔ，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。

【００５２】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。また、本発明の表示
装置の駆動方式としては単純マトリクス方式またはアク
ティブマトリクス方式が適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による薄膜電極及び絶縁体層間の中間
層を有する実施例の電子放出素子の概略断面図である。

【図２】 本発明による電子放出素子の動作を説明する
動作説明図である。

【図３】 本発明による他の実施例の電子放出表示装置
における電子放出電流のＳｉＯ₂層膜厚依存性を示すグ
ラフである。

【図４】 本発明による他の実施例の電子放出表示素子
における電子放出効率のＳｉＯ₂層膜厚依存性を示すグ
ラフである。

【図５】 本発明による他の実施例の電子放出素子にお
ける印加駆動電圧Ｖｄと電子放出電流の関係を示すグラ
フである。

【図６】 最表面に電子放出層を有する実施例の電子放
出素子の概略部分拡大断面図である。

【図７】 図６に示す実施例の電子放出表示装置におけ
る電子放出電流のＳｉＯ₂層膜厚依存性を示すグラフで
ある。

【図８】 図６に示す実施例の電子放出表示素子におけ
る電子放出効率のＳｉＯ₂層膜厚依存性を示すグラフで
ある。

【図９】 図６に示す実施例の電子放出素子における印
加駆動電圧Ｖｄと電子放出電流の関係を示すグラフであ
る。

【図１０】 薄膜電極内部に上記領域を有する実施例の
電子放出素子の概略部分拡大断面図である。

【図１１】 図１０に示す実施例の電子放出表示装置に
おける電子放出電流のＳｉＯ₂層膜厚依存性を示すグラ
フである。

【図１２】 図１０に示す実施例の電子放出表示素子に
おける電子放出効率のＳｉＯ₂層膜厚依存性を示すグラ
フである。

【図１３】 図１０に示す実施例の電子放出素子におけ
る印加駆動電圧Ｖｄと電子放出電流の関係を示すグラフ
である。

【図１４】 図１０に示す実施例の電子放出素子の放出
電子流の時間変動を示すグラフである。

【図１５】 上記領域を有さない比較例の電子放出素子
の放出電子流の時間変動を示すグラフである。

【図１６】 図１０に示す実施例の電子放出素子におけ
る印加駆動電圧Ｖｄとダイオード電流の関係を示すグラ
フである。

【図１７】 絶縁体層内部に上記領域を有する実施例の
電子放出素子の概略部分拡大断面図である。

【図１８】 本発明による実施例の電子放出表示装置を
示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ コレクタ電極 ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ 蛍光体層 ４ 真空空間 １０ 素子基板 １１ オーミック電極 １２ 電子供給層 １３ 絶縁体層 １４ 中間層 １５ 金属薄膜電極 １６ パス電極 １７ 第２絶縁体層 １８ インシュレータ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 新吾 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 吉川 高正 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属又は半導体からなる電子供給層、前
   記電子供給層上に形成された絶縁体層及び前記絶縁体層
   上に形成された金属薄膜電極からなり、 前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電界を印加し
   電子を放出する電子放出素子であって、 前記金属薄膜電極及び前記絶縁体層の少なくとも一方は
   前記金属薄膜電極の仕事関数より低い仕事関数の元素を
   含む領域を有することを特徴とする電子放出素子。
2. 【請求項２】 前記領域は前記金属薄膜電極及び前記絶
   縁体層の間に設けられた中間層であることを特徴とする
   請求項１記載の電子放出素子。
3. 【請求項３】 前記領域は前記金属薄膜電極の電子放出
   側の表面に設けられた電子放出層であることを特徴とす
   る請求項１記載の電子放出素子。
4. 【請求項４】 前記領域は前記金属薄膜電極内部に分散
   されて設けられたことを特徴とする請求項１記載の電子
   放出素子。
5. 【請求項５】 前記領域は前記絶縁体層内部に分散され
   て設けられたことを特徴とする請求項１記載の電子放出
   素子。
6. 【請求項６】 真空空間を挾み対向する一対の第１及び
   第２基板と、 前記第１基板に設けられた複数の電子放出素子と、 前記第２基板内に設けられたコレクタ電極と、 前記コレクタ電極上に形成された蛍光体層と、からなる
   電子放出表示装置であって、 前記電子放出素子の各々は、金属又は半導体からなる電
   子供給層、前記電子供給層上に形成された絶縁体層及び
   前記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極からなり、 前記金属薄膜電極及び前記絶縁体層の少なくとも一方は
   前記金属薄膜電極の仕事関数より低い仕事関数の元素を
   含む領域を有することを特徴とする電子放出表示装置。