JPH1196894A

JPH1196894A - 電子放出素子および画像表示装置

Info

Publication number: JPH1196894A
Application number: JP25197697A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Sato; 利文佐藤; Hideo Kurokawa; 英雄黒川; Tetsuya Shiratori; 哲也白鳥; Masahiro Deguchi; 正洋出口; Makoto Kitahata; 真北畠
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】低電圧で安定した動作が可能な電子放出素子
および画像表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】電子を引き出す引き出し電極１４が突起
を有する形状であることが特長の電子放出素子は、低電
圧での駆動が可能であり、また、突起を有する形状の引
き出し電極１４をエミッタ部１２の直上に配置すること
により、電子の軌道が画像表示装置に適したものとな
る。この突起を有する引き出し電極は、トライオード型
構造においても効果を発揮する。本発明による引き出し
電極によれば、エミッタ部の形状によらず、画像表示装
置に適した電子放出素子の形成が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出型ディス
プレイ装置に用いる高い電子放出特性を有する電子放出
素子および既電子放出素子を用いた画像表示装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子放出素子は、たとえば、半導
体トランジスタ等の製造に使用されている微細加工技術
を利用して、ミクロンサイズの微小な真空素子を作製す
る技術が研究開発されている（（１）伊藤順司、応用物
理、第５９巻、第２号、１９９０年、（２）横尾邦義、
電気学会誌、第１１２巻、第４号、１９９２年）。

【０００３】この電子放出素子は、導電性シリコン基板
とこのシリコン基板上に形成された表面に円錐状の突起
を有するシリコン層とにより構成されている。円錐状突
起は微細加工技術を使用して成形加工されシリコン電子
エミッタ部となる。

【０００４】また、この電子エミッタ部を有する陰極基
板に対向して陽極基板が配置されている。この陽極基板
は透明なガラス基板に、透明電極および蛍光体薄膜、ま
た必要に応じて金属薄膜を順次積層して形成されたもの
であり、蛍光体薄膜側が電子エミッタ部側に配置されて
いる。

【０００５】このように、発光素子を構成する対向した
陰極基板と陽極基板を高真空中におき、陰極と陽極との
間に所定の電圧を印加すると、電子エミッタ部の先端か
ら真空中に電子が放出される。

【０００６】この放出された電子は印加された電圧によ
り加速され、蛍光体薄膜に到達し、電子が蛍光体薄膜に
衝突することにより、蛍光体薄膜が発光する。蛍光体薄
膜は材料を変えることにより、赤・青・緑の３原色又は
その中間色を自由に発光させることが可能である。これ
らの発光素子を平面上に配列しディスプレイを構成でき
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電子放出素子は、引き出し電極円周内面が平坦な構造の
ため、電界集中が起こりにくく、電子を引き出すために
高電圧が必要である。また、従来の電子放出素子は、エ
ミッタ部構造を電界集中し易い円錐状突起構造にするこ
とが必要である。このように、従来の電子放出素子は、
引き出し電圧が高く、エミッタ部の構造が限定されると
いう問題がある。

【０００８】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、また、低電圧で安定した動作が可能な電子放出素子
および画像表示装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するため
に、本発明の電子放出素子は、電子を放出するエミッタ
部と前記電子を引き出す電子引き出し電極を備え、前記
電子引き出し電極が突起を有する形状であることを特長
とするものである。

【００１０】また、本発明の電子放出素子は、電子を放
出するエミッタ部と前記電子を引き出す電子引き出し電
極を備え、前記電子引き出し電極が突起を有する形状で
あって、前記引き出し電極がエミッタ直上に位置するこ
とを特長とするものである。

【００１１】また、本発明の電子放出素子は、エミッタ
部と電子引き出し電極から構成されるトライオード型の
構造であることを特長とするものである。

【００１２】また、本発明の電子放出素子は、トライオ
ード型構造の引き出し電極が、穴の中心に向かって複数
の突起を有することを特長とするものである。

【００１３】また、本発明の電子放出素子は、トライオ
ード型構造の引き出し電極が、エミッタ直上に位置し、
エミッタ部と引き出し電極間を結ぶ直線間には絶縁層を
介さない構造であることを特長とするものである。

【００１４】また、本発明の電子放出素子は、前記エミ
ッタ部が先端が尖った形状であることを特長とするもの
である。

【００１５】また、本発明の電子放出素子は、前記エミ
ッタ部が平坦であることを特長とするものである。

【００１６】また、本発明の電子放出素子は、前記エミ
ッタ部が微粒子により構成されていることを特長とする
ものである。

【００１７】また、本発明の電子放出素子は、前記電子
放出素子が電界放出型ディスプレイ装置用の電子放出源
であることを特長とするものである。

【００１８】また、本発明の画像表示装置は、前記電子
放出素子を用いることを特長とするものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２０】（実施の形態１）図１は、本発明の第１の
実施の形態に係わる電子放出素子の概略構成図である。

【００２１】図１において、１１は基板、１２は電子を
放出するエミッタ部、１３は絶縁体層、１４は電子を引
き出すための引き出し電極である。エミッタ部１２の直
上には絶縁体層を介さず引き出し電極１４の一部（先端
部）が位置する構造となっている。

【００２２】ここで、電子放出素子を陰極、対向側に基
板上に透明電極、蛍光体薄膜からなる陽極基板を配置
し、エミッタ部と引き出し電極との間、陰極と陽極との
間に所定の電圧を印加すると、電子エミッタ部から真空
中に電子が放出され、加速された電子は蛍光体薄膜に到
達し、電子が蛍光体薄膜に衝突することにより、蛍光体
薄膜が発光するものである。

【００２３】このような電子放出素子の構成では、電子
放出軌道が基板面に対してほぼ垂直になるため、電子の
直進性が良く、画像表示装置に適したものとなる。

【００２４】なお、エミッタ部の形状は、先端が尖った
形状のもの、平坦なもの、微粒子状のものいずれでも良
い。

【００２５】（実施の形態２）図２は、本発明の第２の
実施の形態に係わる電子放出素子の概略構成図である。

【００２６】図２において、２１は基板、２２はエミッ
タ部、２３は絶縁体層、２４は引き出し電極である。引
き出し電極２４は、穴の周囲に複数の突起を持ち、突起
が穴の中心に向かって飛び出た構造になる。

【００２７】ここで、電子放出素子を陰極、対向側に基
板上に透明電極、蛍光体薄膜からなる陽極基板を配置
し、陰極と陽極との間に所定電圧を印加すると、電子エ
ミッタ部の先端から真空中に電子が放出され、加速され
た電子は蛍光体薄膜に到達し、電子が蛍光体薄膜に衝突
することにより、蛍光体薄膜が発光するものである。

【００２８】なお、引き出し電極の構造は、穴の周囲に
ある突起の先端がエミッタ部に傾いていても良く、ま
た、陽極側に傾いていても同様の効果が得られた。

【００２９】なお、エミッタ部の形状は、先端が尖った
形状のもの、平坦なもの、微粒子状のものいずれでも良
い。

【００３０】このようにして製造された電子放出素子
は、電界放出型画像表示装置に用いる電子放出源に使用
するに十分な品質のものが得られた。

【００３１】なお、以上の説明では、主に電界放出型画
像表示装置用電子放出素子を例として説明したが、本発
明はこれに拘束されるものではなく、他のタイプの電子
放出素子においても、全く同様の効果が得られる物であ
る。

【００３２】

【実施例】次に、本発明の具体例を説明する。

【００３３】（実施例１）図３は、本発明による電子放
出素子の第１の実施例の構成図である。

【００３４】ガラス基板３１上に、厚さ２００ｎｍで材
質がアルミニウム（Ａｌ）の下部電極３２を介して、先
端が尖った形状で材質がモリブデン（Ｍｏ）のエミッタ
３３が形成されている。

【００３５】一方、厚さ５００ｎｍの酸化シリコン（Ｓ
iＯ₂）の絶縁体層３４を介して保持部の厚さ２００ｎｍ
のニオブ（Ｎｂ）の引き出し電極３５が形成されている
構造となる。

【００３６】引き出し電極３５の一部（先端部）はエミ
ッタ直上に位置し、引き出し電極３５−下部電極３２間
に１０Ｖの電圧を印加すると、エミッタ先端から基板に
垂直方向に電子放出が行われる。引き出し電極３５はエ
ミッタ３３直上では絶縁体層３４を介さず、単独で存在
する。

【００３７】尚、引き出し電極３５は、モリブデン（Ｍ
ｏ）、タングステン（Ｗ）、窒化ゲルマニウム（Ｇｅ
Ｎ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（Ｉｎ
Ｎ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ダイヤモンド等でも同様の効
果が得られる。

【００３８】尚、エミッタの数は引き出し電極１個に対
して１個又は複数個あっても良く、材質はタングステン
（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、窒化ゲルマニウム（Ｇｅ
Ｎ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（Ｉｎ
Ｎ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ダイヤモンド等でも同様の効
果が得られる。

【００３９】なお、エミッタの形状は平面上あるいは微
粒子状でも同様の効果が得られる。また、絶縁体層は絶
縁耐圧を持たせるために、酸化シリコン(ＳｉＯ₂）が適
しているが、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等の他の絶
縁体でも同様の効果が得られる。

【００４０】なお、引き出し電極の構造は、突起が陽極
側に傾いていても同様の効果が得られたが、突起の先端
がエミッタ部に傾いていた方がより効果的であった。

【００４１】なお、基板は一般的にガラスを使用する
が、シリコン基板を使用した場合、ＭＯＳトランジスタ
等の電子回路、駆動回路を同一基板に造り込むことが可
能になる。

【００４２】（実施例２）図４は、本発明による電子放
出素子の第２の実施例の構成図である。

【００４３】ガラス基板４１上にアルミニウム（Ａｌ）
下部電極４２、インジウム（Ｉｎ）４３を介してエミッ
タとしての微粒子ダイヤモンド４４が形成されている。
複数の突起を持つモリブデン（Ｍｏ）引き出し電極４６
は酸化シリコン(ＳｉＯ₂）絶縁体層４５を介して形成さ
れている。引き出し電極４６−下部電極４２間に１０Ｖ
の電圧を印加すると、エミッタ先端から基板に垂直方向
に電子放出が行われる。引き出し電極４６はエミッタ４
４直上では絶縁体層４５を介さず、単独で存在する。

【００４４】尚、引き出し電極４６は、タングステン
（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、窒化ゲルマニウム（Ｇｅ
Ｎ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（Ｉｎ
Ｎ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ダイヤモンド等でも同様の効
果が得られる。

【００４５】なお、ダイヤモンドの粒子径は、直径１μ
ｍ以下が望ましい。なお、絶縁体層は絶縁耐圧を持たせ
るために、酸化シリコン(ＳｉＯ₂）が適しているが、酸
化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等の他の絶縁体でも同様の
効果が得られる。

【００４６】なお、引き出し電極の構造は、突起が陽極
側に傾いていても同様の効果が得られたが、突起の先端
がエミッタ部に傾いていた方がより効果的であった。

【００４７】なお、基板としてシリコン基板を使用した
場合、ＭＯＳトランジスタ等の電子回路、駆動回路を同
一基板に造り込むことが可能になる。

【００４８】このようにして製造された電子放出素子
は、既電子放出素子を用いた画像表示装置に使用するに
十分な品質のものが得られた。

【００４９】（実施例３）図５は、本発明による画像表
示装置の一実施例の構成図である。

【００５０】本発明による電子放出素子５１がマトリッ
クス上に配置され、電界放出型画像表示装置の陰極５２
を形成する。陰極５２に対向して基板上に透明電極、蛍
光体薄膜からなる陽極５３を配置し、所定の動作によ
り、電子放出素子の引き出し電極とエミッタ間との間に
電圧を印加し、陰極５２と陽極５３との間に高電圧を印
加すると、電子エミッタ部から真空中に電子が放出さ
れ、加速された電子は蛍光体薄膜に到達し、電子が蛍光
体薄膜に衝突することにより、蛍光体薄膜が発光する。
本発明の電子放出素子の構成では、電子放出軌道が基板
面に対してほぼ垂直になるため、電子の直進性が良く、
画像表示装置に適したものとなる。

【００５１】なお、陽極５３は印加する電圧が数ｋＶを
超える高電圧になる場合、蛍光体の劣化防止のため、ま
た、真空容器内の汚染防止のため、メタルバックと呼ば
れるアルミニウム（Ａｌ）膜等による被覆を行う。

【００５２】なお、以上の説明では、主に電界放出型デ
ィスプレイ装置用電子放出素子を例として説明したが、
本発明はこれに拘束される物ではなく、他のタイプの電
子放出素子においても、全く同様の効果が得られる物で
ある。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明は、低電圧で動作可
能な電子放出素子が容易に得られるために、優れた電界
放出型画像表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる電子放出素
子の概略構成図

【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる電子放出素
子の概略構成図

【図３】本発明による電子放出素子の第１の実施例の構
成図

【図４】本発明による電子放出素子の第２の実施例の構
成図

【図５】本発明による画像表示装置の一実施例の構成図

【符号の説明】

１１基板１２エミッタ部１３絶縁体層１４引き出し電極２１基板２２エミッタ部２３絶縁体層２４引き出し電極３１ガラス基板３２アルミニウム下部電極３３モリブデンエミッタ３４酸化シリコン絶縁体層３５ニオブ引き出し電極４１ガラス基板４２アルミニウム下部電極４３インジウム４４微粒子ダイヤモンド４５酸化シリコン絶縁体層４６モリブデン引き出し電極５１電子放出素子５２陰極５３陽極

フロントページの続き (72)発明者出口正洋大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者北畠真大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子を放出するエミッタ部と電子引き出し
電極を備え、前記電子引き出し電極が突起を有する形状
であることを特長とする電子放出素子。
【請求項２】電子を放出するエミッタ部と電子引き出し
電極を備え、前記電子引き出し電極が突起を有する形状
であって、前記引き出し電極がエミッタ直上に位置する
ことを特長とする電子放出素子。
【請求項３】エミッタ部と電子引き出し部から構成され
るトライオード型の構造であることを特長とする請求項
１または２記載の電子放出素子。
【請求項４】トライオード型構造の引き出し電極が、穴
の中心に向かって複数の突起を有することを特長とする
請求項３記載の電子放出素子。
【請求項５】トライオード型構造の引き出し電極が、エ
ミッタ直上に位置し、エミッタ部と引き出し電極間を結
ぶ直線間には絶縁層を介さない構造であることを特長と
する請求項３記載の電子放出素子。
【請求項６】エミッタ部が先端が尖った形状であること
を特長とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出
素子。
【請求項７】エミッタ部が平坦であることを特長とする
請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項８】エミッタ部が微粒子により構成されている
ことを特長とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子
放出素子。
【請求項９】電子放出素子が電界放出型ディスプレイ装
置用の電子放出源であることを特長とする請求項１〜３
のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の電子放
出素子を用いた画像表示装置。