JPS58202483A - 固体映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ｎｔで平型画像表示装置用の固体素子としては、Ｌ　
Ｅ　Ｄ　（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｗｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ
　発光ダイオード）、　　Ｅ　Ｌ　（Ｅｌａｃｔｒｏ　
Ｌｕｍ１ｎｅｓｃｅｎｃｅ　　工ｖクトロルミネセンス
）などが提案さ扛て米たが、輝度・厄答特性７階調特性
２色再現ダＹ、消費電力のいず′Ｉ′Ｌかで、はるかに
陰極線管（ＣＲＴ　：　ＣａｔｈｏｄｅＲａｙ　Ｔｕｋ
ｅ）に及ばないのが現状である。

Ｉ、ＩＩ）は発光面積が小さく、消費電力が現状より３
桁程小さくなけ扛ば、平型映像装置の実現は極めて困難
である。

また、ＫＬ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ｇＬはＣＲＴと同様、発光原理として電
ｆ励起型ルミネセンスを利用している。

−ｔコ−ｒ、ＣＲＴとｒ−Ｌの電子励起型ルミネセンス
金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、！ＡＣ空中において電位がｖｏである陰極がＣ
〕初速度Ｖ。で放射さｎた電子が、距離ｄだけ離イした
電位Ｖの陽極に達する瞬間の速度Ｖは、（Ｖｖｏが１〜
１０ＫＶ程度であｎば）次式で表ゎさ扛る。

’−ｍ（ｖ２　　沈Ｌ　Ｑ（Ｖ　Ｖｏ）＝ｑＥｄ　　・
−・・（１）２ 但し、ｍ：真空中の電子の静止質ｔｒｉ　（９，１０７
Ｘ１０　ｋｑ　）ｑ：電荷ｉＩｉ：　（１，６０２Ｘ　
１０　　Ｇ　）簡ｉ、ｌｉのために、ｖｏ＝ｏ＋Ｖｏ＝
ｏ　　とすると、（１）に次のようになる１、 ＣＲＴ−ｔｌＪ１１イラｎル代−ｆｉ的ｙ　電圧Ｖ　＝
　２　ＫＶ　ｋ（２）に代入−ｒると、 ｌ）　＝３．６Ｘ　１ｏ’　ｃｍ／ｓｅｃ又、低速電子
線励起馴ルミネセンスを発光原理とするＶ　Ｆ　Ｄ　（
Ｖａｃｕｕｍ　Ｆｌｏｕｒｅｓｃｅｎｔ　Ｄｉｓｐｌａ
ｙｔｕｂｅ　螢光表示管）の場合には、代表的な電圧Ｖ
＝＝　２０　Ｖを用いて、 ｌ）　＝　３−ｅ　Ｘ１ｏ　ｃｍ／ｓｅｃとなる。

ＣＲＴの様１品速匪の電子が螢光体に衝突すると、その
・部は表ＩＣ；１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金子）つバック
スキャツタ電子となるが、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ｎるといわ君ている。（Ｅｈｒｅｎｂｅｒ
ｇ　、　Ｗ、　ｅｔ　ａｌ　：　Ｐｒｏｃ、　Ｐｈｙ。

Ｓｏｃ、　（Ｌｏｎｄｏｎ）、　Ｂｅｅ、　ｐ、１０５
７（１９６３）　　ｆ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っていく。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
ｎ１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扛ると考えらｔ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
は伝導によって流ｎ去ることなく、螢光面にとど−まる
〃）ら、螢光面は次第に負の電荷かた４つて面電位が低
下する。し刀＼し、入射電子が、結晶内の電ｒに工不ン
ギーを与えて、二次′電子を故山−ｒる場合、負電荷が
減少し、面電位はむしろ１−昇する。Ｊ ところが、ＶＦＤの様な低速電子線励起では、′屯ｆ線
の侵入深さが浅くなり、入射電子は表面電荷によって・
層故乱さｎやすくなる。そのためＶＦＤでは、λ、ｑ電
ＰＬの粉体を混ぜ合わせた低抵抗の；ｘ　Ｗ；体が月」
い「）ｆＩ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
Ｆ−ｒるばずである。

そこで、次に固体内の電子の振舞勿調べる。

−・般に、固体内の電子走行を考えるとき、電界Ｅの条
件の下でイ！ｊ　ｃ−）７’Ｌる電子の速度Ｖ　は次式
でｌｊえら扛る。、 但し、 （３）で、（ｔ／τ）姿・１のとさ、速度Ｖ　ば、次式
で（１ｊシ、 （又は単位電界に対するドリフト 速度） （４）　ｆ：ｉ、電子のドリフト速度ｖｄ　　が、電界
Ｅに比例−ｒ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
１な不冗全Ｉ１１．にエリ引き起こさｎる散乱に工って
決壕る。

散乱を起こす機構として代表的なものは、（１）格子倣
動（ノオノン）との衝突 ■　イオン化した不純物との衝突 を剣１．１　（’ｔ、不純物（他に転位、空孔、格子間
原子など）による衝突 が挙げ「っ扛る０、そこで、上記■〜■の各散乱に対応
−ｒる緩和時間ヲ、°τいてｌ、τＮ　と表わせば１１
　１１　　　　　　　　　・・・・・・（６）τ　　　
τＬ　　τ工　　τＨ となる。

従って、ドリフト速度ｖｄ　　を大さくするには、テ５
．τｌ、τＮを大きくする、ｊなわち散乱を減らすこと
が必要となる。

昌純度の納品においては、室温で最も主要な散乱機構は
ノオノンによる散乱である。

このノオノンによる散乱ばバ・響型モードと光学的モー
ドに大別さｎ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Ｇｏ、　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。こ扛らｋｍ子化したものが、そ扛ぞｎ音響型フ
ォノンと光学型フォノンである。音響型モードの方が励
起エネルギー〇ノが小さいので室温でも熱的によく励起
さｎる。

Ｇｏ、Ｓｉなどの非惨性半導体では、音響型モードによ
る散乱が支配的であり、イオン性結晶（Ｍａｉｌなど）
では光学型モードが主である。Ｉ−Ｖ族。

トｌ族などの有極性半導体は両番の中間の性質を示し、
温度によって支配的な散乱が変化する。

ところで、（４）に示さ扛た電子のドリフト速度ｖｄと
電界Ｅとの線形ゼトは、電界、Σが高くなると共に成立
しなくなる。こｎは、冒電界になると、電子が電界か９
吸収したエネルギーを音響型フォノンとの衝突によって
格子に吐き出し切−ｎ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（Ｔｏ）＞格子温度
（Ｔ＋、）となるため、電子はポットエレクトロンと呼
ばｎる。）電界がさらに強くなり、電子のエネルギーが
光学型フォノンのエネルギーに達してこ扛と衝突するよ
うにな扛ば、散乱の原因は汗響型フォノンとの相ｌＬ作
月１から光学型フォノンとの相〃作用に変わる。

光学型フォ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ｎる為、トリット速度
ｖｄは一定の飽和速度らとなる。

ここで、 但し、　　ωｏＰ：元学型ノオノンのエネルギーこの飽
和速度１）ｄＳは、約１０５Ｖ／ｚ　の電界で得らｎ１
代表的な半導体４Ａ料では、次の値が報告さｎている。

飽和速【品領域を越えた高い電界を印加すると、電界加
速によって伝導電子の平均エネルギーが電子−旧札対の
生ＩＪｙエネルギーより犬さくなり、価′電子帯の電子
が高エネルギー電子に衝突電離さｎて伝導帯へ励起さｎ
て伝導帯へ励起さ扛自由電子−旧札ズ・１が作らｆ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ｎ１電離のし合いエネルギー６１以上のエネル
ギーを持つ必要がある。

い１、電界Ｅの下で電子が衝突電離のしきいエネルギー
ε１寸で無衝突で加速さｎなけｎばならない距離ｒば、
次式で与えらｎる。

ε１ ｒ−□　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・
・・け）Ｅ ′「Ｅ子の平均自由行程をｌ。とすると距離ｒｌ無衝突
で進む′市数数の全体に対する割合Ｒは、なので、エイ
・ルギーεｉｔで加速さｎる電子の割合ＲＥｌは 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ｎは、（Ｌの場合、高電界で力１速さｎた電子が直接
螢九体の付活剤に衝突してこ、ｆ′Ｌを励起することが
分かっているからである。

最近、発光層のＺｎＳ薄膜だけに電圧が印加さｆる工う
な薄膜ＥＬが作らｎ１動作電圧は２０〜５゜Ｖで、電界
が１０６Ｖ／（７）に及ぶことが報告さｎた。

（ＴＶ学会技術報告ＩＰＤ　５７−６、　ｐｐ　３５〜
４０゜１９８１を参照）この報告からＥＬに於いては事
導坏中でｆＫ４ｕ速度ｖｄｓを生ずる電界１０５Ｖ／ｃ
ｍに比べ約−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。従って、この電界を用いて（２）全考
慮すると、電子励起型ルミネセンスを生じさせる゛ト導
体中の電子の速度としては、 ｖ”；３ｘ１ｏ’　〜１ｏ８ｚ／ｓｅｃ　　　・−＝（
１ｏ）を満たすことが必要と考えら扛る。

ＫＬは、条件（１ｏ）を満たすように高電界を用いてい
るのであるが、（９）のＲε□で表わさ７するようなた
また１フオンンとの衝突を１ぬがｎたラッキー１％子（
１ｕｃｋｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ）　ｌ／ｃ依存するため
、効率は極めて低くなる。

一万、通常の半導体中を走行する電子の速度が（３）式
で律せらｎる限ジ、電子励起型ルミネセンスＱｊｌＣＬ
以外にほとんど期待できないことが分る〇そこで、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ヲ目的とするものである。

以下、不発明につき、その実施例を示す図面を参照して
、説明−ｒる。

不発明の構成は、基本的に■固体の電子走行部と■電子
励起ｊ（ｌｊｊ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、（１）速度増加の抑制
原因となる散乱をキャリアの遮へい効果（又はスクリー
ニング効果）で抑えた１−１ （１１）電子の走行距離Ｌｉ平平均自行行程。ｘｖ小さ
くなるように作らｎる（、′Ｔなわち、キャリアの遮へ
い効果とは、電子走行部の不純物密度Ｎｄ　は低クシ、
かつ伝導キャリアとなる電Ｔの密度ｎ６　　を高くする
という次の条件、ｎｅ　−＞　Ｎｄ　　　　　　　　　
　　−−−−−・（１２）が成立すると（一般のデバイ
スでは、ｎｅ−Ｎｄ）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扛、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〕ｔノンによる散乱 （ロ）イオン化不純物による散乱 に対して著しい遮５い効果が期待できる。

従って、Ｍ極性結晶材料（Ｇａムｓ、ＩｎＰ、Ｉｎム５
ｅｔｃ　）を用いて、（１２）の条件′ｆ：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
りが平均自由行程ｅ。より短かい場合の走行は、一般に
非散乱走行と呼ばｎる。

平均自由行程ｌ。は一般に ｌｏゴー）ｔｈ＝＝！！−（３ｋＢＴｆ）’　　　−−
−−−−（１３）但し、ｖｔｈ：電子の熱速度 と表わさｆる。

また、１１；、　Ｔ−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扛る電圧Ｖ＊は次の条件
で制限さｎる。

但し、Δε：主バンドと副バンドとのエネルギー差 ここで、Ｅ＊二Ｖ”／Ｌこすｎば（１４）は次の様にな
る。

以−にの様な非散乱走行条件を満たす電子のドリフト速
度ｖｄハ、（１）と同様、次式で表わさする。

”（ｖｄ−０６０）＝ｑ（”−ｖｏ　）　　−・・・（
’６）但し、ｖｄｏ：電子の初速度 ここで、簡Ｑ’＜のために、ベニＯ＋　ＶＯ二Ｏとする
となる。

電子の非散乱走行を実現する材料としては、（１３）か
ら、室温で移動度μの大きいものが望ましい。

タトえば、ＩｎＡｓ　ｔＤ場合、１ｉ　＝１．６ｘ　１
ｏ’（Ｃ４／Ｖ・５ｅａ）Ｔ　＝　ａｏｏｏｘ　、　ｍ
”＝００２２Ｘ９．１１　ＸＩ　Ｃｆ５１（ｋｇ）　ｆ
（１３）に代入すると、＃ｏ−＝ｏ、１３　ｐｍＶｔっ
て、キャリアの遮へい効果を実現でさる様ｉ／Ｃ（１２
）の条件を満たすテバイス構造ケとｎば、Ｌ・・０．１
μｍとしても、十分に非散乱走行が実現さ石る。

′また、至温で、ＩｎＡｓに対する（１４）　（７）条
件は、２６　ｍＶ　”＋　ｖｏ・ｓ７（＋ｍＶとなる。

そこで、Ｃ二〇、８ｖとすｎば、電子の速度ハ、（１７
）　７１．ら、ｌ）ｄ：３．５　Ｘｌ　０８ｃｍ／ｓｅ
ｏ　ト；４る。

こｎは、条件（１ｏ）　ｋ：十分に満足することが分る
。

）１って、本発明の構成で、電子励起型ルミネセンスに
心安な電子速度が固体内の非散乱走行を利用することで
実現でさることが明らかになった。

以下に、図面を用いて、置体的なテバイス構造を′人Ｍ
Ｍ例を月」いて説明する。

第１図を月Ｊいて、不発明を適用した１実施例として基
本素子の溝、命及び動作を説明する。

第１図（勾汀素子の断面構造をあられす。

透明電極１０１の１−に、電子線励起型螢光体１０２゜
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１０４とｎ＋領域１０
４（ｉ；取り囲むようにｐ領域１０５を設ける。史にコ
ア’Ｌらｎ＋領１或１０４．ｐ領域１０５の一１―に形
成さ石、た絶縁膜１０６の開口部で、ｎ＋領域１０４は
リース電極Ｓと接触し、ｐ領域１０６はゲート電極Ｇと
４〆触する。又、透明電極１０１はドレイン電極りと接
触する。ここで、高比抵抗領域１０３のＨｇ）みＬは、
平均自由行程６ｏよす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１贋度
は１０１３〜１０１５（７Ｒ−３とし、キャリアの遮へ
い幼果にエリ散乱を抑えるため、ｎ＋領域１０４の不純
物％’ｉ’；度（、、Ｉ　１　ｏｌＢ　〜１ｏ２０、、
、３トする。葦た、電子上行）ｉ−を制ω１］するｐ領
域１０５の不純物音度は１０１５〜１０１８ｃｍ−６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ｎている高速電子線励起型螢光体を用い扛ば、
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
すい領域で使用するため、よジ低電圧で動作するものの
輝度が低くなる傾向ｆｒ：有する。

第１図（ｂ）は、第１図（ＩＬ）の断面構造に等価な概
念図、第１図（０）Ｕ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ｖｓ−Ｖ
、　＝　ｏ　Ｖの時のエネルギーバンド図を表わす。第
１図（ａ）Ｉｄ　ＶＤ　＞ｏとした時のエネルギーバン
ド図を示す。この時、高比抵抗領域１ｏ８３が完全に空
層で覆わ扛、ピンチオフ状態となり、ｎ＋領域１０４目
ｉＪ面で、ｐ領域１０５に囲まｎた部分に鞍部点状の′
ｔ１ｊ位障壁１０７が現わｎｌこの電位障壁１０７の高
さが主として、ｎ＋領域１０４から螢光体１０２【同か
つて流ｎる電子の流量側副を行なう。〔こＢｔｒＪ、Ｓ
　Ｉ　Ｔ　（５ｔａｔｉｃ　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｔｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒの略、ＩＥＥＥ　　　Ｔｒａｎｓ　　
、　　ＥＤ−２２，ＪＫ、４　　ｐｐ１８６−１９７（
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５
ＩＴ１０Ｂを非散乱退行を表現する意味で１ｄｅａ　Ｉ
　Ｓ　Ｉ　Ｔ　＋略してｉ　　ＳＩＴと以下で呼ぶ。］ ′市位障壁１０７を乗！ｌｌ超えて走行領域となる高比
抵抗領域１０３に注入さｎ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ｎ１螢光体１０２が低速電子線励起へシ螢九体の場
合は、侵入した電子により、螢光体が励起さｎる。この
ようにして励起さ；ｎ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、非散乱走行して米た電子
が捕獲さ扛たす、減速したりするなどで、発光効率の低
下が考えらｎる。したかつ’ＸＸＭ　Ｂ　Ｅ　（Ｍｏ１
ｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　ＥｐｉｔａＸ７（７）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。１だ、蒸気圧制師温度差法を用いるな
どして自己補償効果を抑制′ｆ扛ば、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ｎ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（Ｑ）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ｎた１−８ＩＴ２０１のドレイン
側に螢光体２−０２（第２図では螢光体２０２が分離さ
１ているが、実際は、連続して形成さｎている。）が接
続さｎ１全ての螢光体２０２は、端子りから電圧が印加
さ扛ている０ 水平に並ぶ１−８ＩＴ２ｏ１のゲート部は水平伝送線２
０３に接続さ扛、各水平伝送線が、垂直走什回路２０４
じよす順次選択さｎると同時に水平伝送線に′電圧が印
加さｎるため１−８ＩＴ２ｏ１はオンになる。この時、
水平走査回路２０６により、水平ＭＯＳスイッチ２０６
が順次オンとなるので、端子Ｓから順次、各車直伝送線
２０７に信号に対応した電子が供給さｎｌ　オン状態の
１−８ＩＴ２０１をこの′１Ｌ子が非散乱走行して螢光
体２０２を発光させる。

以−ヒの様に、不発明によｎ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
。

Ｑ）螢毘体を直接’ｒ［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１−８ＩＴなどの様に一般
的な能動素子で実現できる。この様な能動素子の制（財
）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図に示した様な固俸映浄表示装置は、垂直走査と水
平定押により選択’４ｎた１−８ＩＴ２ｏ１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。従っ
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この様な場合には、用途に応じ
て２つの対策が口Ｔｉヒである。

（１）　　選択さ扛た１−８ＩＴの位置をメモリなどに
記憶させておく。

（１）　　選択さ′ｎたｉ−ＳＩＴのオン状態の時間が
長くなる様な走査方法音用いる。

最初に対策（１）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’ｉ順に
形成し、ｎ形高比抵抗領域３０３のＬに電子供給源とな
るに領域３０４とｎ＋領域３０４を取り囲む様にｐ領域
３０６゛を設ける。（ここで、透明電極３０１は端子Ｄ
２に、−領域３０４は端（−８２に接続さ扛ており、−
万ｐ領域３０６は、仮に０２電極とも呼ぶことにする。

なお端子８２は通常接地している。） 更に、こｎら１領域３０４．ｐ領域３０６の上に、ｐ領
域（こｆ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１冑比抵抗領
威３０７の−Ｌに、正孔供給源となるＶ領域３０８と、
ｐ＋領賊を取り囲む様にｎ領域３０９’ｉ設ける。（こ
こで、ｐ＋領域３０８は、絶縁膜３１０（７）開］１部
で端子Ｓ１に、ｎ領域３０９ば、絶縁膜３１０の開口部
で端子Ｇ１に接続さ扛ている。） この時、ｎ形高比抵抗領域３０３の厚みＬは、平均自由
行程ｅ。、！：す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１０１３〜１０”　ｌ−’とし、
キャリアの遮へい効果により散乱を抑えるため、ｎ＋領
域３０４の不純物密度に、１ｄ８〜１０２０α−５とす
る。１だ電子の走行敏を制（財）するｐ領域３０５の不
純物密度は１０１５〜１ｄ８ｉ５とする。

さ５に、電子励起型螢光体３０２は、一般的なＣＲＴに
用いら扛ている高速電子線励起型螢光体を用いｎは良い
。（勿論、ＶＦＤなどで用いら扛る低速電子線励起型螢
光体を用いても良い。）第３１図（ｂ）は、第３図（２
Ｌ）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１、第３図（Ｃ）で、５ＩＴ
３１１は、非散乱走行を実現するＳＩＴという意味Ｔ　
１ｄｅａｌ　Ｓ　Ｉ　Ｔ　、略してｉ　−５ＩＴと呼び
、５ＩＴ３１２は、一般的なＳＩＴという意味Ｔ　ｕｓ
ｕａｌ　Ｓ　Ｉ　Ｔ、略してｕ−８ＩＴ　　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３０６もｐ領域３０６と組成的には全く
同じである。）が浮遊領域となっており、Ｖ領域３０８
から注入さｎ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
Ｖｓ＋　−ＶＯ２＝ｏ（Ｖ）に対応するエネルギーバン
ド図を表わす。第３図（ｅ）は、ＶＯ２）〉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は完全に全層で覆わｎ
ピンチオフ状態とな９、ｐ＋領域３０８の前面でｎ領域
３０９に囲１ｔ１．た部分に鞍部点状の電位障壁３１４
が現わｎる。この電位障壁３１４の高さにｎ領域３０９
に印加さ扛る電圧でも制研さｔ、ｐ＋領誠３０８からｐ
領域３０６に同かつて流扛る正孔の流鼠を制（財）する
。

一方、同時に、ｎ形高比抵抗領域３０３も同様な状況に
なっており、１領域３０４の前面で、ｐ領域３０６に囲
−ｔｎた部分に鞍部点状の電位障壁３１６が現わ扛る。

この電位障壁３１６の高さはｐ領域３０６と接している
ｐ領域３０５の電位によっても制爾１さＢ、ｒ１＋領域
３０４から螢光体３０２に同かつて流ｎる電子の流歇を
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
ｔＬ人さｎｆ７Ｃ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ｆばよい。

第４図は、第３図に示さ【た基本素子を２次元に配置１
１　Ｌ、定在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ｆている様に表わさｎているが、実際
は連続して形成さｎている。） 第４図で、行列配置さ扛たｕ−３ＩＴ４０１のゲー）Ｇ
１電極は水平方間に並ぶ他のｕ−８ＩＴのゲート電極と
共に水平伝送線４０２に接続さｎ１各水平伝送線４０２
は、垂直走査回路４０３によって順次、垂直走査さｎ１
選択さｎだ水平伝送線４０２に′電圧を印加するのでｕ
−８ＩＴ４０１はオンになる。この時、水平走査回路４
０４により、水平ＭＯＳスイッチ４０６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ｎ１オン状態のｕ−８Ｉ
Ｔ４０１を通って容量４０７に蓄積さｎた正孔が１−８
ＩＴ４０９の電位障壁を制（財）して、グランド４０８
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′電圧が電力１１
さｒている。）この非散乱で走行する電子は、ｕ−８Ｉ
Ｔ４０１がオフになっても容量４０７にイぎ号に対応し
た正孔が蓄積さｎている限り、流ｔ′Ｌ続ける。

以にで、対策（１）に対する実施例の説明を終える。

次に、対策（ＩＩ）’を扱つ。対策（ＩＩ）のポイント
は選択さ７″した１−８ＩＴのオン状態の時間を長くし
ようと−するものである。

い１．１フレームの画像をＴ（ｓｅａ）表示するという
場合に、行列配置さｆた１−８ＩＴが行方向にｘ１固、
タリ方回にｙ１固とすｎば、１（固の１−８ＩＴがオン
状態となっている時間ｔは、 となる。

従って、第２図、第４図で例えば垂直走査回路２０４及
び４０３’ｉ除き、水平ＭＯＳスイッチと端子Ｓをｙグ
ループ用意し、各グループを１−８ＩＴの各行に対応さ
せるな〜ば、水平（δ）時走査となるので、（１８）ば
、 となる。但し、この場合には、ｙグループの水平ＭＯＳ
スイッチを導入するため、構成が極めて複雑になり、実
現が困難となる。

史に進んで、第１図（ａ）、第３図（２Ｌ）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
丁ｎば、（１８）は ｔ″＝１゛　　　　　　　　　　　・・・・・・（２０
）となり、オン時間の問題はなくなる。但しこの場合Ｖ
Ｃは、同時駆動のためｘ４１不の配線の問題が生じるた
め、光ファ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。

行り１１配置さｎた１−８ＩＴの個数を増すことが、解
（象ＩＡ［回１−に結びつくのであるが、（１８）〃・
ら分力する工うに、１−８ＩＴの・個数ｘ−ｙを増すと
共に、走査回路は高速動作が要求さｎ１駆動方法・消費
電力の曲で賓しく不利になる。この原因は、従来の定在
回路が全てクロックパルスで、駆動するところにある。

。 そこで、次に、クロックパルスを用いない、高解１宋度
化のため走査方法について検討する。クロックパルスを
用いない走査方法として考えらｎるものは、抵抗性ゲー
ト電極の利用である。

抵抗１′１ゲート電極の基本構成を第６図（ａ）に示す
。

ｐ基板５ｏ１１１に形成さｎたｎ−領域６０２の上に絶
縁膜６０３を汗し抵抗ＰＬゲート電極５０４が作［）石
２、その両端に電圧Ｅが印加さｎると、第６図（ｂ）に
示す様なｎ−領域６０２のポテンシャル分布が得らｎる
。この時、ｎ−領域５０２の空同化電位をΦ」５ｏとす
るとムで示さ扛た範囲が空回化する領域に対応する４、 この様な抵抗４ｆＬ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本の抵抗ゼ１ゲー
ト電極があ扛は宜しい。

第６図（ｉ！Ｌ）、　（ｂ）はそ扛ぞｎｌ−上面図、断
面図を表わし、第６図（Ｃ）はポテンシャル分布を表わ
す。

ｐ基板６０１−！二に形成さ扛たｎ−領域６０２のヒに
絶縁膜６０３ｉ介して、抵抗性ゲート電極６０４および
６０６が作ら扛ている。

抵抗性ゲート電極６０４゛の両端の端子Ｂ−Ｃ間に電月
：Ｅ１全印）Ｊ［１１，（対応するボテンノヤル分布を
中１とする。）、抵抗性ゲート電極６０６の両端の端子
Ｄ−１．間に電圧Ｅ２を印加している。（対応するボデ
ンンヤル分布全中２とする。） この時、１領域６０２の空同化電位をΦ−Φ０とすると
抵抗ゼ１′ゲート電極６０４に対してはＦで示さ扛た・
１１〉囲が全同化領域となり、抵抗性ゲート′屯極６０
５に対してはＧで示さ扛た範囲が全同化領域となる。従
って、抵抗性ゲート電極６０４，６０５に直角な方向で
ｒｉ−領域６０２を眺めると、Ｈで示さｎる範囲に１−
ヤ不ルが形成さ扛ることになる。

この様にして形成さｎたチャネルを例えば右側に走査さ
せるには、鋸歯状波Ｒ１＋Ｒ２をそ【ぞｎ１１端子間、
Ｄ−！端子間に容置を介して供給すｎば良い。

この様な、複数の抵抗性ゲート電極によって得らｎる走
査機能を、基板に狸めこｉｎ、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１゜ 第７図は、基本画素単位に関して（２Ｌ）下面図、（ｂ
）Ｘ−Ｘ’断１／Ｉ’１図、（ｃ）　Ｙ　−Ｙ’断面図
、（ｄ）等価回Ｆ　ｋ　示している。

透明電極７０１の上に、電子線励起型螢光体７０２、高
比抵抗領域７０３を順に形成する。この時、螢光体７０
２に近接して、絶縁物７０４で定在方向と直角方間に分
離さｎた第２の抵抗性ゲート電極として働くｐ領域７０
６（第７図では螢光体７０２に接触しているが、離扛て
いても問題はない５、）が形成さｎている。ここで第２
の抵抗ｆ１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扛ている。

一万、高比抵抗領域７０３のヒには、電子供給源となる
に領域７０６とｎ＋領域７０６；ｉはさむように形成さ
扛たｐ領域７０７とが、絶縁物７０８で走査方向と直角
な方向に分離さ扛、走査方向には連続して形成さ君る。

ここでｐ領域７０７は第１の抵抗（’Ｌ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＞
ｙｌへ送線７０９と接続さｎている。

以にのことを簡（１ｚに表わしたのが、第７図（ａ）の
等師回路である。

第７図（ｄ）において、螢光体７０２に対応するのが発
電領域７１０、に領域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動くｐ領域７
０７に対応するのが第１ゲート部７１′２、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７１３の着色部が空回化状態の範囲を表わし
ている１、従−）で、第７図（ｄ）においては、Ｋで示
す幅に対応するチャ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ｎば、高解像度化の目的が達成さｆ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ｎｉｚ、第７図（ｄ）の等価回路を用いて、３次元
構造全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ｎ（但し図では表記上、垂直方向に分離している。

）、垂直方向に分離さ扛ている電子−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ｎた第１ゲート部８０３と市川Ｅ２が印加さｆた第
２ゲート部８０４とによって開かｒるチャネルを通して
、電子供給領１・ｊｉ、８０２から電子が非散乱走行し
て螢光体８０１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Ｒノをそｎぞ扛端子Ｂ−Ｃ問
およびり、、−Ｅ間に芥１１：゛全介して印加すること
によジ行なわｆる。不実施１＋すでは東面走査を行なわ
ず、各行同時の人示出勾としている。

以にの様に、不実施例にょｎば、従来のＣＲＴと同様な
走査方法が低電圧で行なえるため、１駆動方θミの簡略
化、低消費電力化が容易に実現さ°ｎる　　４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、導電型が逆になっても
、また池の半導体でも関係なく成立するものである。。

以１−のように不発明にょｎば、電子の非散乱走行）？
（二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、 （１）ＣＲＴと同等以−にの輝度が容易に得ら扛る。

；ｇ　低電圧駆動（数Ｖｏｌｔ以下）が可能なため、駆
動ｉημも含めた高集積化が容易で、しかも低消費ｒ、
Ｈ力で動作する。

：４１１敗散乱行電子を利用するため、応答特性が極め
て優扛ている。

）′４２本の抵抗性ゲート電極で空回化範囲を制（財）
−ｒ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Ｑ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、（＆）は断面図、（ｂ）は等価概
念図、（Ｃ）は等価回路図、（ｄ）、　（＋３）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（’４ｔＭ示装置の構成を示すブロック図、第３図
は本発明の第２の実施例における固体映像表示に置の画
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）、　（＋５）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ック図、第５図はその基本的
な抵抗性ゲート電極全示し、（ＩＬ）は断面図、（ｂ）
ｉｌＪ：ボデン／ヤル分布図、第６図はその２本の抵抗
・ｌ’ｌゲート電極で構成した走査回路を示し、（ａ）
はに面図、（ｂ）は断面図、（Ｃ）はボテンンヤル分布
図、第７図は、＋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、（ＩＬ）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図にその基本画素を２次元に拡張した
固体映像表示装置の構成を示すブロック図である。 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１領域、１０５，３０６・・・・・・ｐ
領域、１０６・・・・・・絶縁膜、３０６・・・・・・
ｐ領域、３０７・旧・・ｐ形高比抵抗領域、３０８・・
・・・・正孔供給源となるり領域、３０９・・・・・・
ｎ領域、３１０・・・・・・絶縁膜。 代理人の氏名　フＦ理士　中　尾　敏　男　はが１名第
１図 第２図 第３図 ３ 第４図 第５図 １１６図 第７図 １１ν１

Claims (1)

【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ｎた螢光
   体領域と、前記半導体基板の反対表面に形成さｎた高不
   純物密度のキャリア供給領域と、前記キャリア供給領域
   から前記半導体基板内に注入さ扛るギヤリアの量を制呻
   するゲート領域とを有し、１１？■記キヤリア供給領域
   から？ｉｉ前記半導体基板内に注入さｎたキャリアが非
   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゛こと全特徴とする固体映像表示装置。