JPH10312740A - 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 - Google Patents
電子放出素子及びこれを用いた表示装置Info
- Publication number
- JPH10312740A JPH10312740A JP17100297A JP17100297A JPH10312740A JP H10312740 A JPH10312740 A JP H10312740A JP 17100297 A JP17100297 A JP 17100297A JP 17100297 A JP17100297 A JP 17100297A JP H10312740 A JPH10312740 A JP H10312740A
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- electron
- metal
- heat conductive
- electrode
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子放出効率の高く安定な電子放出素子を提
供する。 【解決手段】 金属又は半導体からなる電子供給層、前
記電子供給層上に形成された５０nm以上の膜厚を有する
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
絶縁体層内に、１層以上の熱伝導層を有する。
供する。 【解決手段】 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５０nm以上の膜厚を有する
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
絶縁体層内に、１層以上の熱伝導層を有する。
Description
【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。
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型発光ディ
スプレイとして知られている。例えば、spindt型冷陰極
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。
(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型発光ディ
スプレイとして知られている。例えば、spindt型冷陰極
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、製造歩留まりが低いといった問題がある。また、
面電子源として金属一絶縁一金属（ＭＩＭ）構造の電子
放出素子もある。ＭＩＭ構造の電子放出素子には、基板
上に下部Ａｌ層、膜厚１０nm程度のＡｌ2 Ｏ3 絶縁体
層、膜厚１０nm程度の上部Ａｕ層を順に形成した構造の
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が、この素子を表示装置
として使用するにはまだ放出電子量が不足している。こ
れを改善するために、従来のＡｌ2 Ｏ3 絶縁体層のさら
なる数nm程度膜厚の薄膜化や、極薄膜のＡｌ2 Ｏ3 絶縁
体層の膜質及びＡｌ2 Ｏ3 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。
spindt型冷陰極の製造工程が複雑で、その工程数が多い
ので、製造歩留まりが低いといった問題がある。また、
面電子源として金属一絶縁一金属（ＭＩＭ）構造の電子
放出素子もある。ＭＩＭ構造の電子放出素子には、基板
上に下部Ａｌ層、膜厚１０nm程度のＡｌ2 Ｏ3 絶縁体
層、膜厚１０nm程度の上部Ａｕ層を順に形成した構造の
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が、この素子を表示装置
として使用するにはまだ放出電子量が不足している。こ
れを改善するために、従来のＡｌ2 Ｏ3 絶縁体層のさら
なる数nm程度膜厚の薄膜化や、極薄膜のＡｌ2 Ｏ3 絶縁
体層の膜質及びＡｌ2 Ｏ3 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。
【０００４】例えば、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（特開平７−６５７１０号公報）。しかしながら、Ｍ
ＩＭ構造の電子放出素子でも、まだ放出電流は１×ｌ０
-5A/cm 2 程度で、放出電流比は１×１０-3程度であ
る。
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（特開平７−６５７１０号公報）。しかしながら、Ｍ
ＩＭ構造の電子放出素子でも、まだ放出電流は１×ｌ０
-5A/cm 2 程度で、放出電流比は１×１０-3程度であ
る。
【０００５】
【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、電子放出効率の高く、安
定性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。
に鑑みてなされたものであり、電子放出効率の高く、安
定性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。
【０００６】
【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５０nm以上の膜厚を有する絶縁体層及
び前記絶縁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、前記絶緑体層内に、１層以上の熱伝導層を有するこ
とを特徴とする。
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５０nm以上の膜厚を有する絶縁体層及
び前記絶縁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、前記絶緑体層内に、１層以上の熱伝導層を有するこ
とを特徴とする。
【０００７】本発明の電子放出素子は、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く、製造歩
留まりが向上する。素子の放出電流は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、
表示素子とした場合、高輝度が得られ、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、絶縁体層内に設けられた熱伝導層が熱の分布を抑え
るので、安定性や寿命が増す。
膜厚を有するの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。素子の放出電流は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、
表示素子とした場合、高輝度が得られ、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、絶縁体層内に設けられた熱伝導層が熱の分布を抑え
るので、安定性や寿命が増す。
【０００８】本発明の電子放出素子は、面状又は点状の
電子放出ダイオードであり、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。
電子放出ダイオードであり、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。
【０００９】また、本発明の電子放出表示装置は、真空
空間を挟み対向する一対の第１及び第２基板と、前記第
１基板内面に設けられた複数の電子放出素子と、前記第
２基板内面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、前記第１基
板上に形成された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５０nm以上の膜厚を有す
る絶縁体層、及び前記絶縁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り、前記絶縁体層内に、
１層以上の熱伝導層を有することを特徴とする。
空間を挟み対向する一対の第１及び第２基板と、前記第
１基板内面に設けられた複数の電子放出素子と、前記第
２基板内面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、前記第１基
板上に形成された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５０nm以上の膜厚を有す
る絶縁体層、及び前記絶縁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り、前記絶縁体層内に、
１層以上の熱伝導層を有することを特徴とする。
【００１０】
【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に示すように、電子放出素子
は、オーミック電極１１を備えた基板１０上に順に形成
された、金属又は半導体からなる電子供給層１２、絶縁
体層１３、熱伝導層１４及び真空空間に面する金属薄膜
電極１５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、表面の薄膜電極を
正電位Ｖｄにし裏面オーミック電極を接地電位としたダ
イオードである。オーミック電極１１と簿膜電極１５と
の間に電庄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にかかる。
電子は、金属薄膜電極１５側に向けて絶縁体層１３及び
熱伝導層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
された高電圧Ｖｃによって加速され、コレクタ電極に集
められる。コレクタ電極に蛍光体が塗布されていれば対
応する可視光を発光させる。
照しつつ説明する。図１に示すように、電子放出素子
は、オーミック電極１１を備えた基板１０上に順に形成
された、金属又は半導体からなる電子供給層１２、絶縁
体層１３、熱伝導層１４及び真空空間に面する金属薄膜
電極１５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、表面の薄膜電極を
正電位Ｖｄにし裏面オーミック電極を接地電位としたダ
イオードである。オーミック電極１１と簿膜電極１５と
の間に電庄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にかかる。
電子は、金属薄膜電極１５側に向けて絶縁体層１３及び
熱伝導層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
された高電圧Ｖｃによって加速され、コレクタ電極に集
められる。コレクタ電極に蛍光体が塗布されていれば対
応する可視光を発光させる。
【００１１】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、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰ、ＣｄＳｅ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。
Ｓｉが特に有効であるが、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰ、ＣｄＳｅ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。
【００１２】又は、電子供給層の材料としてＡｌ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属でも有効であるが、Ｓｃ、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃ
ｄ、Ｌｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、
Ｔｌ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ
も用いられ得る。
ｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属でも有効であるが、Ｓｃ、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃ
ｄ、Ｌｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、
Ｔｌ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ
も用いられ得る。
【００１３】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
ｉＯx 、ＬｉＮx 、ＮａＯx 、ＫＯx 、ＲｂＯx 、Ｃｓ
Ｏx 、ＢｅＯx 、ＭｇＯx 、ＭｇＮx 、ＣａＯx 、Ｃａ
Ｎx 、ＳｒＯx 、ＢａＯx 、ＳｃＯx 、ＹＯx 、Ｙ
Ｎx 、ＬａＯx 、ＬａＮx 、ＣｅＯx 、ＰｒＯx 、Ｎｄ
Ｏx 、ＳｍＯx 、ＥｕＯx 、ＧｄＯx 、ＴｂＯx 、Ｄｙ
Ｏx 、ＨｏＯx 、ＥｒＯx 、ＴｍＯx 、ＹｂＯx 、Ｌｕ
Ｏx 、Ｔｉ０x 、ＴｉＮx 、ＺｒＯx 、ＺｒＮx 、Ｈｆ
Ｏx 、ＨｆＮx 、ＴｈＯx 、ＶＯx 、ＶＮx 、Ｎｂ
Ｏx 、ＮｂＮx 、ＴａＯx 、ＴａＮx 、ＣｒＯx 、Ｃｒ
Ｎx 、ＭｏＯx 、ＭｏＮx 、ＷＯx 、ＷＮx 、Ｍｎ
Ｏx 、ＲｅＯx 、ＦｅＯx 、ＦｅＮx 、ＲｕＯx 、Ｏｓ
Ｏx 、ＣｏＯx 、ＲｈＯx 、ＩｒＯx 、ＮｉＯx 、Ｐｄ
Ｏx 、ＰｔＯx 、ＣｕＯx 、ＣｕＮx 、ＡｇＯx 、Ａｕ
Ｏx 、ＺｎＯx 、ＣｄＯx 、ＨｇＯx 、ＢＯx 、Ｂ
Ｎx 、ＡｌＯx 、ＡｌＮx 、ＧａＯx 、ＧａＮx 、Ｉｎ
Ｏx 、ＴｉＯx 、ＴｉＮx 、ＳｉＮx 、ＧｅＯx 、Ｓｎ
Ｏx 、ＰｂＯx 、ＰＯx 、ＰＮx 、ＡｓＯx 、Ｓｂ
Ｏx 、ＳｅＯx 、ＴｅＯx などの金属酸化物又は金属窒
化物でも、ＬｉＡｌＯ2 、Ｌｉ2 ＳｉＯ3 、Ｌｉ2 Ｔｉ
Ｏ3 、ＮａＡｌ22Ｏ34、ＮａＦｅＯ2 、Ｎａ4 Ｓｉ
Ｏ4 、Ｋ2 ＳｉＯ3 、Ｋ2 ＴｉＯ3 、Ｋ2 ＷＯ4 、Ｒｂ
2 ＣｒＯ4 、ＣｓＣｒＯ4 、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＦｅ
2 Ｏ4 、ＭｇＴｉＯ3 、ＣａＴｉＯ3 、ＣａＷＯ4 、Ｃ
ａＺｒＯ3 、ＳｒＦｅ12Ｏ19、ＳｒＴｉＯ3 、ＳｒＺｒ
Ｏ3 、ＢａＡｌ2 Ｏ4 、ＢａＦｅ12Ｏ19、ＢａＴｉ
Ｏ3 、Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12、Ｙ3Ｆｅ5 Ｏ12、ＬａＦｅ
Ｏ3 、Ｌａ3 Ｆｅ5 Ｏ12、Ｌａ2 Ｔｉ2 Ｏ7 、ＣｅＳｎ
Ｏ4 、ＣｅＴｉＯ4 、Ｓｍ3 Ｆｅ5 Ｏ12、ＥｕＦｅ
Ｏ3 、Ｅｕ3 Ｆｅ5 Ｏ12、ＧｄＦｅＯ3 、Ｇｄ3 Ｆｅ5
Ｏ12、ＤｙＦｅＯ3 、Ｄｙ3 Ｆｅ5 Ｏ12、ＨｏＦｅ
Ｏ3 、Ｈｏ3 Ｆｅ5 Ｏ12、ＥｒＦｅＯ3 、Ｅｒ3 Ｆｅ5
Ｏ12、Ｔｍ3 Ｆｅ5 Ｏ12、ＬｕＦｅＯ3 、Ｌｕ3 Ｆｅ5
Ｏ12、ＮｉＴｉＯ3 、Ａｌ2 ＴｉＯ3 、ＦｅＴｉＯ3 、
ＢａＺｒＯ3 、ＬｉＺｒＯ3 、ＭｇＺｒＯ3 、ＨｆＴｉ
Ｏ4 、ＮＨ4 ＶＯ3 、ＡｇＶＯ3 、ＬｉＶＯ3 、ＢａＮ
ｂ2 Ｏ6 、ＮａＮｂＯ3 、ＳｒＮｂ2 Ｏ6 、ＫＴａ
Ｏ3 、ＮａＴａＯ3 、ＳｒＴａ2 Ｏ6 、ＣｕＣｒ
2 Ｏ4 、Ａｇ2 ＣｒＯ4 、ＢａＣｒＯ4 、Ｋ2 Ｍｏ
Ｏ4 、Ｎａ2 ＭｏＯ4 、ＮｉＭｏＯ4 、ＢａＷＯ4 、Ｎ
ａ2 ＷＯ4 、ＳｒＷＯ4 、ＭｎＣｒ2 Ｏ4 、ＭｎＦｅ2
Ｏ4 、ＭｎＴｉＯ3 、ＭｎＷＯ4 、ＣｏＦｅ2 Ｏ4 、Ｚ
ｎＦｅ2 Ｏ4 、ＦｅＷＯ4 、ＣｏＭｏＯ4 、ＣｏＴｉＯ
3 、ＣｏＷＯ4 、ＮｉＦｅ2 Ｏ4 、ＮｉＷＯ4 、ＣｕＦ
ｅ2 Ｏ4 、ＣｕＭｏＯ4 、ＣｕＴｉＯ3 、ＣｕＷＯ4 、
Ａｇ2 ＭｏＯ4 、Ａｇ2 ＷＯ4 、ＺｎＡｌ2 Ｏ4 、Ｚｎ
ＭｏＯ4 、ＺｎＷＯ4 、ＣｄＳｎＯ3 、ＣｄＴｉＯ3 、
ＣｄＭｏＯ4 、ＣｄＷＯ4 、ＮａＡｌＯ2 、ＭｇＡｌ2
Ｏ4 、ＳｒＡｌ2 Ｏ4 、Ｇｄ3 Ｇａ5 Ｏ12、ＩｎＦｅＯ
3 、ＭｇＩｎ2 Ｏ4 、Ａｌ2 ＴｉＯ5 、ＦｅＴｉＯ3 、
ＭｇＴｉＯ3 、ＮａＳｉＯ3 、ＣａＳｉＯ3 、ＺｒＳｉ
Ｏ4 、Ｋ2 ＧｅＯ3 、Ｌｉ2 ＧｅＯ3 、Ｎａ2 Ｇｅ
Ｏ3 、Ｂｉ2 Ｓｎ3 Ｏ6 、ＭｇＳｎＯ3 、ＳｒＳｎ
Ｏ3 、ＰｂＳｉＯ3 、ＰｂＭｏＯ4 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｓ
ｎＯ2 - Ｓｂ2Ｏ3 、ＣｕＳｅＯ4 、Ｎａ2 ＳｅＯ3 、
ＺｎＳｅＯ3 、Ｋ2 ＴｅＯ3 、Ｋ2 ＴｅＯ2 、Ｎａ2 Ｔ
ｅＯ3 、Ｎａ2 ＴｅＯ4 などの金属複合酸化物でも、Ｆ
ｅＳ、Ａｌ2 Ｓ3 、ＭｇＳ、ＺｎＳなどの硫化物、Ｌｉ
Ｆ、ＭｇＦ2 、ＳｍＦ3 などのフッ化物、ＨｇＣｌ、Ｆ
ｅＣｌ2 、ＣｒＣｌ3 などの塩化物、ＡｇＢｒ、ＣｕＢ
ｒ、ＭｎＢｒ2 などの臭化物、ＰｂＩ2 、ＣｕＩ、Ｆｅ
Ｉ2 などのヨウ化物、又は、ＳｉＡｌＯＮなどの金属酸
化窒化物でも有効である。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（Ｃ2n）などの炭
素、或いは、Ａｌ4 Ｃ3 、Ｂ4 Ｃ、ＣａＣ2 、Ｃｒ3 Ｃ
2 、Ｍｏ2 Ｃ、ＭｏＣ、ＮｂＣ、ＳｉＣ、ＴａＣ、Ｔｉ
Ｃ、ＶＣ、Ｗ2 Ｃ、ＷＣ、ＺｒＣなどの金属炭化物も有
効である。なお、フラーレン（Ｃ2n）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、Ｏｘ、Ｎｘのｘは原子比を
表す。以下、同様である。
ｉＯx 、（x は原子比を示す）が特に有効であるが、Ｌ
ｉＯx 、ＬｉＮx 、ＮａＯx 、ＫＯx 、ＲｂＯx 、Ｃｓ
Ｏx 、ＢｅＯx 、ＭｇＯx 、ＭｇＮx 、ＣａＯx 、Ｃａ
Ｎx 、ＳｒＯx 、ＢａＯx 、ＳｃＯx 、ＹＯx 、Ｙ
Ｎx 、ＬａＯx 、ＬａＮx 、ＣｅＯx 、ＰｒＯx 、Ｎｄ
Ｏx 、ＳｍＯx 、ＥｕＯx 、ＧｄＯx 、ＴｂＯx 、Ｄｙ
Ｏx 、ＨｏＯx 、ＥｒＯx 、ＴｍＯx 、ＹｂＯx 、Ｌｕ
Ｏx 、Ｔｉ０x 、ＴｉＮx 、ＺｒＯx 、ＺｒＮx 、Ｈｆ
Ｏx 、ＨｆＮx 、ＴｈＯx 、ＶＯx 、ＶＮx 、Ｎｂ
Ｏx 、ＮｂＮx 、ＴａＯx 、ＴａＮx 、ＣｒＯx 、Ｃｒ
Ｎx 、ＭｏＯx 、ＭｏＮx 、ＷＯx 、ＷＮx 、Ｍｎ
Ｏx 、ＲｅＯx 、ＦｅＯx 、ＦｅＮx 、ＲｕＯx 、Ｏｓ
Ｏx 、ＣｏＯx 、ＲｈＯx 、ＩｒＯx 、ＮｉＯx 、Ｐｄ
Ｏx 、ＰｔＯx 、ＣｕＯx 、ＣｕＮx 、ＡｇＯx 、Ａｕ
Ｏx 、ＺｎＯx 、ＣｄＯx 、ＨｇＯx 、ＢＯx 、Ｂ
Ｎx 、ＡｌＯx 、ＡｌＮx 、ＧａＯx 、ＧａＮx 、Ｉｎ
Ｏx 、ＴｉＯx 、ＴｉＮx 、ＳｉＮx 、ＧｅＯx 、Ｓｎ
Ｏx 、ＰｂＯx 、ＰＯx 、ＰＮx 、ＡｓＯx 、Ｓｂ
Ｏx 、ＳｅＯx 、ＴｅＯx などの金属酸化物又は金属窒
化物でも、ＬｉＡｌＯ2 、Ｌｉ2 ＳｉＯ3 、Ｌｉ2 Ｔｉ
Ｏ3 、ＮａＡｌ22Ｏ34、ＮａＦｅＯ2 、Ｎａ4 Ｓｉ
Ｏ4 、Ｋ2 ＳｉＯ3 、Ｋ2 ＴｉＯ3 、Ｋ2 ＷＯ4 、Ｒｂ
2 ＣｒＯ4 、ＣｓＣｒＯ4 、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＦｅ
2 Ｏ4 、ＭｇＴｉＯ3 、ＣａＴｉＯ3 、ＣａＷＯ4 、Ｃ
ａＺｒＯ3 、ＳｒＦｅ12Ｏ19、ＳｒＴｉＯ3 、ＳｒＺｒ
Ｏ3 、ＢａＡｌ2 Ｏ4 、ＢａＦｅ12Ｏ19、ＢａＴｉ
Ｏ3 、Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12、Ｙ3Ｆｅ5 Ｏ12、ＬａＦｅ
Ｏ3 、Ｌａ3 Ｆｅ5 Ｏ12、Ｌａ2 Ｔｉ2 Ｏ7 、ＣｅＳｎ
Ｏ4 、ＣｅＴｉＯ4 、Ｓｍ3 Ｆｅ5 Ｏ12、ＥｕＦｅ
Ｏ3 、Ｅｕ3 Ｆｅ5 Ｏ12、ＧｄＦｅＯ3 、Ｇｄ3 Ｆｅ5
Ｏ12、ＤｙＦｅＯ3 、Ｄｙ3 Ｆｅ5 Ｏ12、ＨｏＦｅ
Ｏ3 、Ｈｏ3 Ｆｅ5 Ｏ12、ＥｒＦｅＯ3 、Ｅｒ3 Ｆｅ5
Ｏ12、Ｔｍ3 Ｆｅ5 Ｏ12、ＬｕＦｅＯ3 、Ｌｕ3 Ｆｅ5
Ｏ12、ＮｉＴｉＯ3 、Ａｌ2 ＴｉＯ3 、ＦｅＴｉＯ3 、
ＢａＺｒＯ3 、ＬｉＺｒＯ3 、ＭｇＺｒＯ3 、ＨｆＴｉ
Ｏ4 、ＮＨ4 ＶＯ3 、ＡｇＶＯ3 、ＬｉＶＯ3 、ＢａＮ
ｂ2 Ｏ6 、ＮａＮｂＯ3 、ＳｒＮｂ2 Ｏ6 、ＫＴａ
Ｏ3 、ＮａＴａＯ3 、ＳｒＴａ2 Ｏ6 、ＣｕＣｒ
2 Ｏ4 、Ａｇ2 ＣｒＯ4 、ＢａＣｒＯ4 、Ｋ2 Ｍｏ
Ｏ4 、Ｎａ2 ＭｏＯ4 、ＮｉＭｏＯ4 、ＢａＷＯ4 、Ｎ
ａ2 ＷＯ4 、ＳｒＷＯ4 、ＭｎＣｒ2 Ｏ4 、ＭｎＦｅ2
Ｏ4 、ＭｎＴｉＯ3 、ＭｎＷＯ4 、ＣｏＦｅ2 Ｏ4 、Ｚ
ｎＦｅ2 Ｏ4 、ＦｅＷＯ4 、ＣｏＭｏＯ4 、ＣｏＴｉＯ
3 、ＣｏＷＯ4 、ＮｉＦｅ2 Ｏ4 、ＮｉＷＯ4 、ＣｕＦ
ｅ2 Ｏ4 、ＣｕＭｏＯ4 、ＣｕＴｉＯ3 、ＣｕＷＯ4 、
Ａｇ2 ＭｏＯ4 、Ａｇ2 ＷＯ4 、ＺｎＡｌ2 Ｏ4 、Ｚｎ
ＭｏＯ4 、ＺｎＷＯ4 、ＣｄＳｎＯ3 、ＣｄＴｉＯ3 、
ＣｄＭｏＯ4 、ＣｄＷＯ4 、ＮａＡｌＯ2 、ＭｇＡｌ2
Ｏ4 、ＳｒＡｌ2 Ｏ4 、Ｇｄ3 Ｇａ5 Ｏ12、ＩｎＦｅＯ
3 、ＭｇＩｎ2 Ｏ4 、Ａｌ2 ＴｉＯ5 、ＦｅＴｉＯ3 、
ＭｇＴｉＯ3 、ＮａＳｉＯ3 、ＣａＳｉＯ3 、ＺｒＳｉ
Ｏ4 、Ｋ2 ＧｅＯ3 、Ｌｉ2 ＧｅＯ3 、Ｎａ2 Ｇｅ
Ｏ3 、Ｂｉ2 Ｓｎ3 Ｏ6 、ＭｇＳｎＯ3 、ＳｒＳｎ
Ｏ3 、ＰｂＳｉＯ3 、ＰｂＭｏＯ4 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｓ
ｎＯ2 - Ｓｂ2Ｏ3 、ＣｕＳｅＯ4 、Ｎａ2 ＳｅＯ3 、
ＺｎＳｅＯ3 、Ｋ2 ＴｅＯ3 、Ｋ2 ＴｅＯ2 、Ｎａ2 Ｔ
ｅＯ3 、Ｎａ2 ＴｅＯ4 などの金属複合酸化物でも、Ｆ
ｅＳ、Ａｌ2 Ｓ3 、ＭｇＳ、ＺｎＳなどの硫化物、Ｌｉ
Ｆ、ＭｇＦ2 、ＳｍＦ3 などのフッ化物、ＨｇＣｌ、Ｆ
ｅＣｌ2 、ＣｒＣｌ3 などの塩化物、ＡｇＢｒ、ＣｕＢ
ｒ、ＭｎＢｒ2 などの臭化物、ＰｂＩ2 、ＣｕＩ、Ｆｅ
Ｉ2 などのヨウ化物、又は、ＳｉＡｌＯＮなどの金属酸
化窒化物でも有効である。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（Ｃ2n）などの炭
素、或いは、Ａｌ4 Ｃ3 、Ｂ4 Ｃ、ＣａＣ2 、Ｃｒ3 Ｃ
2 、Ｍｏ2 Ｃ、ＭｏＣ、ＮｂＣ、ＳｉＣ、ＴａＣ、Ｔｉ
Ｃ、ＶＣ、Ｗ2 Ｃ、ＷＣ、ＺｒＣなどの金属炭化物も有
効である。なお、フラーレン（Ｃ2n）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、Ｏｘ、Ｎｘのｘは原子比を
表す。以下、同様である。
【００１４】絶縁体層内に設けられる熱伝導層は、絶縁
体と比べて熱伝導性のよい物質を使うことができ、例え
ば、Ａｇ、Ａｌ、Ａｌ2 Ｏ3 、Ａｕ、Ｂｅ、ＢｅＯ、
Ｃ、Ｃａ、Ｃｄ、ＣｄＳ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｉ
ｎＳｂ、Ｉｒ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｏ、ＮＨ4 Ｃｌ、Ｎ
ａ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＮｉＯ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｓｂ、Ｓ
ｉ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＯ2 、Ｔｌ、ＴｌＣｌ、
Ｗ、Ｚｎ、Ｚｒ、真鍮、マンガニン、コンスタンタン、
ステンレススチール、ニクロム、インコネル、モネル、
Ｐｔ−１０％ロジウムなど、金属、金属酸化物、あるい
は合金などから適宜選択することができる。
体と比べて熱伝導性のよい物質を使うことができ、例え
ば、Ａｇ、Ａｌ、Ａｌ2 Ｏ3 、Ａｕ、Ｂｅ、ＢｅＯ、
Ｃ、Ｃａ、Ｃｄ、ＣｄＳ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｉ
ｎＳｂ、Ｉｒ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｏ、ＮＨ4 Ｃｌ、Ｎ
ａ、Ｎｂ、Ｎｉ、ＮｉＯ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｓｂ、Ｓ
ｉ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｔｉ、ＴｉＯ2 、Ｔｌ、ＴｌＣｌ、
Ｗ、Ｚｎ、Ｚｒ、真鍮、マンガニン、コンスタンタン、
ステンレススチール、ニクロム、インコネル、モネル、
Ｐｔ−１０％ロジウムなど、金属、金属酸化物、あるい
は合金などから適宜選択することができる。
【００１５】電子放出側の金属薄膜電極材料としてはＰ
ｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ｉｒなどの金属が有効であるが、
Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、
Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｌｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｏ
ｓ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙ
ｂ、Ｌｕも用いられ得る。
ｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ｉｒなどの金属が有効であるが、
Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、
Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｌｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｏ
ｓ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙ
ｂ、Ｌｕも用いられ得る。
【００１６】素子基板１０の材質はガラスの他に、Ａｌ
2 Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＢＮ等のセラミックスでもよい。
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 Dep
osition ）法、レーザアブレイション法、ＭＢＥ（Mole
cular Beam Epitaxy）法でも有効である。
2 Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＢＮ等のセラミックスでもよい。
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 Dep
osition ）法、レーザアブレイション法、ＭＢＥ（Mole
cular Beam Epitaxy）法でも有効である。
【００１７】（実施例）具体的に、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の電極表面
に、シリコン（Ｓｉ）の電子供給層をスパッタリング法
によリ膜厚５０００nmで形成した。かかるＳｉ基板を多
数用意した。
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の電極表面
に、シリコン（Ｓｉ）の電子供給層をスパッタリング法
によリ膜厚５０００nmで形成した。かかるＳｉ基板を多
数用意した。
【００１８】次に、スパッタリング法により、かかるＳ
ｉ基板の電子供給層上に膜厚を０〜５００nmに変化させ
てＳｉ０2 の絶縁体層を成膜し、かかるＳｉ０2 絶縁体
基板を多数用意した。Ｓｉ０2 絶縁体層は、スパッタリ
ング法を通して、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅあるいはそれらの混
合ガス、又はそれらの希ガスを主成分としＯ2 、Ｎ2 、
Ｈ2 などを混入した混合ガスを用いてガス圧０．１〜１
００mTorr 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/m
in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、絶縁体層の単層又は多層、アモルファス又は結晶
層、粒径、原子比は制御され得る。また絶縁体層を作成
する途中において、熱伝導層として、Ａｕを１０nm積層
してある。
ｉ基板の電子供給層上に膜厚を０〜５００nmに変化させ
てＳｉ０2 の絶縁体層を成膜し、かかるＳｉ０2 絶縁体
基板を多数用意した。Ｓｉ０2 絶縁体層は、スパッタリ
ング法を通して、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅあるいはそれらの混
合ガス、又はそれらの希ガスを主成分としＯ2 、Ｎ2 、
Ｈ2 などを混入した混合ガスを用いてガス圧０．１〜１
００mTorr 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/m
in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、絶縁体層の単層又は多層、アモルファス又は結晶
層、粒径、原子比は制御され得る。また絶縁体層を作成
する途中において、熱伝導層として、Ａｕを１０nm積層
してある。
【００１９】実施例のＳｉＯ2 絶縁体層について、Ｘ線
回折法で分析したところ、結晶部分の回折強度Ｉｃとア
モルファス相によるハロー強度Ｉａとが得られた。この
ことから、絶縁体層のＳｉ０2 は多結晶相及び／又はア
モルフアス相であると推定できる。絶縁体層内に設けら
れる熱伝導層は、Ａｕを使用し、スパッタリング法によ
って成膜した。熱伝導層の厚さは、１nm以上で、絶縁体
層の厚さを越えない範囲で適宜選択できるが、本実施例
においては１０nmとした。
回折法で分析したところ、結晶部分の回折強度Ｉｃとア
モルファス相によるハロー強度Ｉａとが得られた。この
ことから、絶縁体層のＳｉ０2 は多結晶相及び／又はア
モルフアス相であると推定できる。絶縁体層内に設けら
れる熱伝導層は、Ａｕを使用し、スパッタリング法によ
って成膜した。熱伝導層の厚さは、１nm以上で、絶縁体
層の厚さを越えない範囲で適宜選択できるが、本実施例
においては１０nmとした。
【００２０】最後に、各基板の多結晶又はアモルフアス
Ｓｉ０2 層の表面上にＰｔ薄膜電極を膜厚１０ｎｍで成
膜し、素子基板を多数作成した。一方、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
蛍光体層を常法により形成した透明基板を作成した。
Ｓｉ０2 層の表面上にＰｔ薄膜電極を膜厚１０ｎｍで成
膜し、素子基板を多数作成した。一方、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
蛍光体層を常法により形成した透明基板を作成した。
【００２１】これら素子基板及び透明基板を、薄膜電極
及び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。
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。
及び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。
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。
【００２２】図２並びに図３は、作製した電子放出素子
にＶｄを０〜２００Ｖで印加したときのＳｉＯ2 層膜厚
に対する、各膜厚における放出電流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２並
びに図３から明らかなように、放出電流は膜厚５０nmか
ら飽和する傾向を示すが、ＳｉＯ2 層膜厚３００〜５０
０nmの素子で最大放出電流１×１０-5A/cm2 、最大電子
放出効率１×１０-1程度が得られた。
にＶｄを０〜２００Ｖで印加したときのＳｉＯ2 層膜厚
に対する、各膜厚における放出電流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２並
びに図３から明らかなように、放出電流は膜厚５０nmか
ら飽和する傾向を示すが、ＳｉＯ2 層膜厚３００〜５０
０nmの素子で最大放出電流１×１０-5A/cm2 、最大電子
放出効率１×１０-1程度が得られた。
【００２３】この結果より、２００Ｖ以下の電圧を加え
ることにより、１×１０-6/cm 2 以上の放出電流、１×
１０-3以上の電子放出効率が、膜厚５０nm以上好ましく
は、１００〜４００nm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。
ることにより、１×１０-6/cm 2 以上の放出電流、１×
１０-3以上の電子放出効率が、膜厚５０nm以上好ましく
は、１００〜４００nm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。
【００２４】また、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、Ｓｉ
０2 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、多結晶
又はアモルフアスＳｉＯ2 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。
薄膜電極の間に約４kVの電圧を印加した状態では、Ｓｉ
０2 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、多結晶
又はアモルフアスＳｉＯ2 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。
【００２５】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。図４はこの現象を説明するエネ
ルギーバンド図である。すなわち、Ｓｉ０2 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ヤルの低いバンドが
多数現れる。電子はこのポテンシャルの低いバンドを介
し次々にトンネルし、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。
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。図４はこの現象を説明するエネ
ルギーバンド図である。すなわち、Ｓｉ０2 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ヤルの低いバンドが
多数現れる。電子はこのポテンシャルの低いバンドを介
し次々にトンネルし、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。
【００２６】図５には、熱伝導層を挿入した場合と挿入
しなかった場合の、素子の時間に対する温度変化の様子
を表している。図中、熱伝導層無しの曲線がＡ、熱伝導
層を挿入した場合の曲線がＢとして表現されている。か
かる結果より、絶縁体層中に熱伝導層を挿入した場合に
は、熱伝導層を挿入しなかった場合に比べて、低い温度
で安定することが分かる。
しなかった場合の、素子の時間に対する温度変化の様子
を表している。図中、熱伝導層無しの曲線がＡ、熱伝導
層を挿入した場合の曲線がＢとして表現されている。か
かる結果より、絶縁体層中に熱伝導層を挿入した場合に
は、熱伝導層を挿入しなかった場合に比べて、低い温度
で安定することが分かる。
【００２７】図６には、熱伝導層を挿入した場合と挿入
しなかった場合の時間に対する放出電流変動の様子を表
している。図中、（ａ）のグラフが熱伝導層が挿入され
ている場合、（ｂ）のグラフが熱伝導層が挿入されてい
ない場合を表す。かかる結果より、絶縁体中に熱伝導層
を挿入した場合には、熱伝導層を挿入しなかった場合に
比べて放出電流変動が少なく、また熱伝導層を挿入しな
い素子がある時間で素子が破壊され測定できなくなった
のに対し、それ以上の寿命を保つことが判明した。
しなかった場合の時間に対する放出電流変動の様子を表
している。図中、（ａ）のグラフが熱伝導層が挿入され
ている場合、（ｂ）のグラフが熱伝導層が挿入されてい
ない場合を表す。かかる結果より、絶縁体中に熱伝導層
を挿入した場合には、熱伝導層を挿入しなかった場合に
比べて放出電流変動が少なく、また熱伝導層を挿入しな
い素子がある時間で素子が破壊され測定できなくなった
のに対し、それ以上の寿命を保つことが判明した。
【００２８】図７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を挟み互いに対向している。図示
する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ＩＴ
Ｏ）、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、カラーデイ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組となつており、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。
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を挟み互いに対向している。図示
する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ＩＴ
Ｏ）、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、カラーデイ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組となつており、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。
【００２９】一方、真空空間４を挟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、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。このインシュレータ層１８は、
ＳｉＯx 、ＳｉＮx 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮなどの絶縁体
から成り、基板１０から素子への悪影響（アルカリ成分
などの不純物の溶出や、基板上の凹凸など）を防ぐ働き
をなす。オーミック電極の上に複数の電子放出素子Ｓ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、オーミツ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。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。図示しないが、絶縁体層１３内に
は１つ以上の熱伝導層が設けられている。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１
７はバス電極１６を覆うことで不要な短絡を防止する。
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、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。このインシュレータ層１８は、
ＳｉＯx 、ＳｉＮx 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮなどの絶縁体
から成り、基板１０から素子への悪影響（アルカリ成分
などの不純物の溶出や、基板上の凹凸など）を防ぐ働き
をなす。オーミック電極の上に複数の電子放出素子Ｓ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、オーミツ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。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。図示しないが、絶縁体層１３内に
は１つ以上の熱伝導層が設けられている。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１
７はバス電極１６を覆うことで不要な短絡を防止する。
【００３０】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、アモルフアス、
多結晶、単結晶の何れでも良い。
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、アモルフアス、
多結晶、単結晶の何れでも良い。
【００３１】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、Ｃａ、Ｂａ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。
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、Ｃａ、Ｂａ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。
【００３２】バス電極１６の材料としては、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ａｌ等の一般にＩＣの配緑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、この表示装
置の駆動方式としては単純マトリクス方式又はアクティ
ブマトリクス方式が適用できる。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、真空マイ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。なお、実施例では説明の簡便化の為、熱伝導
層を一層で説明したが、熱伝導層は複数あってもよい。
ｔ、Ａｌ等の一般にＩＣの配緑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、この表示装
置の駆動方式としては単純マトリクス方式又はアクティ
ブマトリクス方式が適用できる。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、真空マイ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。なお、実施例では説明の簡便化の為、熱伝導
層を一層で説明したが、熱伝導層は複数あってもよい。
【図１】本発明による電子放出素子の概略断面図であ
る。
る。
【図２】本発明による電子放出表示素子における電子放
出電流のＳｉ０2 層膜厚依存性を示すグラフである。
出電流のＳｉ０2 層膜厚依存性を示すグラフである。
【図３】本発明による電子放出表示素子における電子放
出効率のＳｉ０2 層膜厚依存性を示すグラフである。
出効率のＳｉ０2 層膜厚依存性を示すグラフである。
【図４】本発明による電子放出素子のバンド構造を示す
図である。
図である。
【図５】本発明による電子放出素子による時間に対する
温度変動の関係を示すグラフである。
温度変動の関係を示すグラフである。
【図６】本発明による電子放出素子による時間に対する
放出電流変動と寿命の関係を示すグラフである。
放出電流変動と寿命の関係を示すグラフである。
【図７】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。
概略斜視図である。
１・・・透明基板 ２・・・コレクタ電極 ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ・・・蛍光体層 ４・・・真空空間 １１・・オーミック電極 １２・・電子供給層 １３・・絶縁体層 １４・・熱伝導層 １５・・金属薄膜電極 １６・・バス電極 １７・・第２絶縁体層 １８・・インシュレータ層
Claims (2)
- 【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５０nm以上の膜厚を有する
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
絶縁体層内に、１層以上の熱伝導層を有することを特徴
とする電子放出素子。 - 【請求項２】 真空空間を挟み対向する一対の第１及び
第２基板と、前記第１基板内面に設けられた複数の電子
放出素子と、前記第２基板内面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、前記第１基板上に形成された金属又は半導体か
らなる電子供給層、前記電子供給層上に形成された５０
nm以上の膜厚を有する絶縁体層、及び前記絶縁体層上に
形成され前記真空空間に面する金属薄膜電極からなり、
前記絶縁体層内に、１層以上の熱伝導層を有することを
特徴とする電子放出表示装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17100297A JPH10312740A (ja) | 1997-03-10 | 1997-06-12 | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
| US09/032,111 US6130503A (en) | 1997-03-04 | 1998-02-27 | Electron emission device and display using the same |
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1997
- 1997-06-12 JP JP17100297A patent/JPH10312740A/ja active Pending
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Legal Events
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