JPH10312739A - 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、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、前記絶縁体層は、成膜レート
０．５〜１００nm/minの条件の真空蒸着法で成膜された
５０nm以上の膜厚を有する誘電体層である。

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。

【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、ＭＩＭ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、前記絶緑体層は、成膜
レート０．５〜１００nm/minの条件の真空蒸着法で成膜
された５０nm以上の膜厚を有する誘電体層であることを
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
きる。

【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。

【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、前記絶縁体層は、成膜レート０．５〜１００nm
/minの条件の真空蒸着法で成膜された５０nm以上の膜厚
を有する誘電体からなる複数の電子放出素子とからなる
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Ｖ
ｄ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。

【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。

【００１３】絶縁体層の誘電体材料としては酸化珪素Ｓ
ｉＯ_x 、（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 、Ｃｓ
Ｏ_x 、ＢｅＯ_x 、ＭｇＯ_x 、ＭｇＮ_x 、ＣａＯ_x 、Ｃａ
Ｎ_x 、ＳｒＯ_x 、ＢａＯ_x 、ＳｃＯ_x 、ＹＯ_x 、Ｙ
Ｎ_x 、ＬａＯ_x 、ＬａＮ_x 、ＣｅＯ_x 、ＰｒＯ_x 、Ｎｄ
Ｏ_x 、ＳｍＯ_x 、ＥｕＯ_x 、ＧｄＯ_x 、ＴｂＯ_x 、Ｄｙ
Ｏ_x 、ＨｏＯ_x 、ＥｒＯ_x 、ＴｍＯ_x 、ＹｂＯ_x 、Ｌｕ
Ｏ_x 、Ｔｉ０_x 、ＴｉＮ_x 、ＺｒＯ_x 、ＺｒＮ_x 、Ｈｆ
Ｏ_x 、ＨｆＮ_x 、ＴｈＯ_x 、ＶＯ_x 、ＶＮ_x 、Ｎｂ
Ｏ_x 、ＮｂＮ_x 、ＴａＯ_x 、ＴａＮ_x 、ＣｒＯ_x 、Ｃｒ
Ｎ_x 、ＭｏＯ_x 、ＭｏＮ_x 、ＷＯ_x 、ＷＮ _x 、Ｍｎ
Ｏ_x 、ＲｅＯ_x 、ＦｅＯ_x 、ＦｅＮ_x 、ＲｕＯ_x 、Ｏｓ
Ｏ_x 、ＣｏＯ_x 、ＲｈＯ_x 、ＩｒＯ_x 、ＮｉＯ_x 、Ｐｄ
Ｏ_x 、ＰｔＯ_x 、ＣｕＯ_x 、ＣｕＮ_x 、ＡｇＯ_x 、Ａｕ
Ｏ_x 、ＺｎＯ_x 、ＣｄＯ_x 、ＨｇＯ_x 、ＢＯ_x 、Ｂ
Ｎ_x 、ＡｌＯ_x 、ＡｌＮ_x 、ＧａＯ_x 、ＧａＮ_x 、Ｉｎ
Ｏ_x 、ＴｉＯ_x 、ＴｉＮ_x 、ＳｉＮ_x 、ＧｅＯ_x 、Ｓｎ
Ｏ_x 、ＰｂＯ_x 、ＰＯ_x 、ＰＮ_x 、ＡｓＯ_x 、Ｓｂ
Ｏ_x 、ＳｅＯ_x 、ＴｅＯ_x 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 、Ｎａ₂ ＳｉＯ₃ 、ＣａＳｉＯ₃ 、ＺｒＳ
ｉＯ₄ 、Ｋ₂ＧｅＯ₃ 、Ｌｉ₂ ＧｅＯ₃ 、Ｎａ₂ ＧｅＯ
₃ 、Ｂｉ₂ Ｓｎ₃ Ｏ₉ 、ＭｇＳｎＯ ₃ 、ＳｒＳｎＯ₃ 、
ＰｂＳｉＯ₃ 、ＰｂＭｏＯ₄ 、ＰｂＴｉＯ₃ 、ＳｎＯ₂
- Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、ＣｕＳｅＯ₄ 、Ｎａ₂ ＳｅＯ₃ 、ＺｎＳ
ｅＯ₃ 、Ｋ₂ ＴｅＯ₃ 、Ｋ₂ＴｅＯ₄ 、Ｎａ₂ Ｔｅ
Ｏ₃ 、Ｎａ₂ ＴｅＯ₄ などの金属複合酸化物でも、Ｆｅ
Ｓ、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】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。

【００１５】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、真空蒸着法が特に有効であ
るが、スパッタリング法、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。

【００１６】（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。

【００１７】次に、真空蒸着法により、かかるＳｉ基板
の電子供給層上に膜厚を０〜５００nmに変化させてＳｉ
０₂ 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、真空蒸着法１０^-4
Torr以下の圧力下で、成膜レート０．１〜１０００nm/m
in、好ましくは０．５〜１００nm/minの条件で成膜され
ている。蒸着装置の蒸着母材や母材と基板の間の距離、
成膜条件、基板の加熱条件、酸素イオンビームアシスト
の併用など、適宜変えることにより、絶縁体層の単層又
は多層、アモルフアス又は結晶相、粒径、原子比は制御
され得る。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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^-3A/cm² 、最大電子
放出効率１×１０^-1程度が得られた。

【００２２】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。

【００２３】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−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。

【００２４】次に、真空蒸着法の条件を変化させて膜厚
４００nmの絶縁体層形成した電子放出素子について、そ
の変化に対するダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉｅを
測定した。

【００２５】図５並びに図６は、成膜レートに対する、
放出電流Ｉｅの関係並びに電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｄ）
の関係を示す。かかる結果より、成膜レート１〜１００
０nm/minにて、１×１０^-6A/cm² 以上の放出電流、１×
１０^-3以上の電子放出効率が得られることが判明した。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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、
ＳｉＯ_x 、ＳｉＮ_x 、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。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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による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。

【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。

【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５】本発明による電子放出表示素子における電子放
出電流の成膜レート依存性を示すグラフである。

【図６】本発明による電子放出表示素子における電子放
出効率の成膜レート依存性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。

【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 １１・・オーミック電極 １２・・電子供給層 １３・・絶縁体層 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)

【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、前記絶縁体層は、成膜レート０．
   ５〜１００nm/minの条件の真空蒸着法で成膜された５０
   nm以上の膜厚を有する誘電体層であることを特徴とする
   電子放出素子。
2. 【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、前記絶縁体層は、成膜レート
   ０．５〜１００nm/minの条件の真空蒸着法で成膜された
   ５０nm以上の膜厚を有する誘電体からなることを特徴と
   する電子放出表示装置。