JPH10321125A - 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

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JPH10321125A
JPH10321125A JP12595997A JP12595997A JPH10321125A JP H10321125 A JPH10321125 A JP H10321125A JP 12595997 A JP12595997 A JP 12595997A JP 12595997 A JP12595997 A JP 12595997A JP H10321125 A JPH10321125 A JP H10321125A
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electron
layer
supply layer
electrode
insulator layer
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Application number
JP12595997A
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English (en)
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Takamasa Yoshikawa
高正 吉川
Takashi Chuma
隆 中馬
Nobuyasu Negishi
伸安 根岸
Shingo Iwasaki
新吾 岩崎
Kiyohide Ogasawara
清秀 小笠原
Hiroshi Ito
寛 伊藤
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Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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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
され真空空間に面する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、絶縁体層は５０nm以上の膜厚を有
し、電子供給層は透明である。

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形発光ディ
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-絶縁-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Al2O3絶縁体層、膜厚１
０nm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。しかしながら、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Al2O3絶縁体層のさらなる数nm程
度膜厚への薄膜化や、極薄膜のAl2O3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。
【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１ｘ１０
-6A/cm2程度で、放出電流比は１ｘ１０-3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、前記絶縁体層は５０nm以上
の膜厚を有し、前記電子供給層は透明であることを特徴
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いので製造
歩留まりが向上する。素子の放出電流は１ｘ１０-6A/cm
2をこえ１ｘ１０-3A/cm2程度であり、放出電流比は１ｘ
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、駆動回路
への負担を低減できる。さらに、前記絶縁体層は５０nm
以上の膜厚を有するが、前記電子供給層は透明なので、
電子供給層側からの発散光の取り出しが可能となる。
【０００８】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。また、本発
明の電子放出表示装置は、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基板側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５
０nm以上の膜厚を有し、前記電子供給層は透明であるこ
とを特徴とする。
【０００９】
【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、インジウムスズ酸化物(ITO)，ＺｎＯ，Ｉｎ2Ｏ3，
ＳｒＯなど透光性のオーミック電極１１を備えた透明ガ
ラス基板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５０nm以上の極めて厚い膜厚を有
し、電子供給層は１００nm以下の膜厚を有する。
【００１０】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３とが設
けられる。この電子放出素子は、表面の薄膜電極を駆動
電位Ｖｄにし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と薄膜電極１５との間に
駆動電圧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１
５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２に蛍光体３が塗布されていれば対応する
可視光を発散させる。
【００１１】通常、電子放出素子においては、オーミッ
ク電極１１、絶縁体層１３及び薄膜電極１５の積層は不
透明であり、内面にコレクタ電極２と蛍光体層３を設け
た第２基板１を透明体として、第２基板側から可視光を
目視する。この構成では、目視光は蛍光体３及び第２基
板１を透過した光しか利用できない。そこで、図２に示
すように、第１基板側にて、インジウムスズ酸化物(IT
O)，ＺｎＯ，Ｉｎ2Ｏ3，ＳｒＯなど透光性のオーミック
電極１１を備えた透明ガラス基板１０として、さらに電
子供給層１２膜厚を１００nm以下と薄膜化することによ
り、第２基板１０側から可視光を目視可能としている。
絶縁体層の厚さは、５０ｎｍ以上、好ましくは 100〜 4
00ｎｍ程度であるが、オーミック電極１１、絶縁体層１
３及び薄膜電極１５の全体の積層が薄いので、蛍光体層
３からの発光は該積層を十分透過する。
【００１２】各層の成膜法としては、スパッタリング法
が特に有効であるが、真空蒸着法、ＣＶＤ（chemical v
apor deposition）法、レーザアブレイション法、ＭＢ
Ｅ（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。スパッタリング法はＡｒ，
Ｋｒ，Ｘｅあるいはそれらの混合ガス、又はこれらの希
ガスを主成分とし所定材料とＯ2，Ｎ2，Ｈ2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０．１〜１００
０nm/min好ましくは０．５〜１００nm/minのスパッタ条
件で成されている。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、電子供給層及び
絶縁体層のアモルファス相、粒径、原子比は制御され得
る。
【００１３】電子供給層１２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(Si
C)、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(CdSe)など、IV族、III−Ｖ族、II−V
I族などの単体半導体及び化合物半導体が、用いられ得
る。又は、電子供給層の材料としてAl, Au, Ag, Cuなど
の金属でも有効であるが、Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co,
Ni, Zn, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Cd, L
n, Sn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Tl, Pb, La, Ce, Pr,
Nd, Pm, Sm, Eu, Gd,Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luある
いはＣも用いられ得る。電子供給層はこれら材料の結晶
状態、膜厚を適宜設定することにより透明とすることが
できる。
【００１４】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，ＳｓＯx，
ＢｅＯx，ＭｇＯx，ＭｇＮx，ＣａＯx，ＣａＮx，Ｓｒ
Ｏx，ＢａＯx，ＳｃＯx，ＹＯ x，ＹＮx，ＬａＯx，Ｌａ
Ｎx，ＣｅＯx，ＰｒＯx，ＮｄＯx，ＳｍＯx，ＥｕＯx，
ＧｄＯx，ＴｂＯx，ＤｙＯx，ＨｏＯx，ＥｒＯx，Ｔｍ
Ｏx，ＹｂＯx，ＬｕＯx，ＴｂＯx，ＤｙＯx，ＨｏＯx，
ＥｒＯx，ＴｍＯx，ＹｂＯx，ＬｕＯx，ＴｉＯx，Ｔｉ
Ｎx，ＺｒＯx，ＺｒＮx，ＨｆＯx，ＨｆＮx，ＴｈＯx，
ＶＯx，ＶＮx，ＮｂＯx，ＮｂＮx，ＴａＯx，ＴａＮx，
ＣｒＯx，ＣｒＮx，ＭｏＯx，ＭｏＮx，ＷＯx，ＷＮx，
ＭｎＯx，ＲｅＯx，ＦｅＯx，ＦｅＮx，ＲｕＯx，Ｏｓ
Ｏx，ＣｏＯ x，ＲｈＯx，ＩｒＯx，ＮｉＯx，ＰｄＯx，
ＰｔＯx，ＣｕＯx，ＣｕＮx，ＡｇＯ x，ＡｕＯx，Ｚｎ
Ｏx，ＣｄＯx，ＨｇＯx，ＢＯx，ＢＮx，ＡｌＯx，Ａｌ
Ｎx，ＧａＯx，ＧａＮx，ＩｎＯx，ＴｉＯx，ＴｉＮx，
ＳｉＮx，ＧｅＯx，ＳｎＯx，ＰｂＯx，ＰＯx，ＰＮx，
ＡｓＯx，ＳｂＯx，ＳｅＯx，ＴｅＯxなどの金属酸化物
又は金属窒化物でもよい。
【００１５】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，ＢａＡl2Ｏ
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、Ｐｂｌ2，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。
【００１６】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、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(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、同じ。
【００１７】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, Ni, Cu, Zn, Ga, Y, Zr, Nb,
Mo,Tc, Rh, Pd, Ag, Cd, Ln, Sn, Ta, Re, Os, Tl, Pb,
La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm,Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, T
m, Yb, Luも用いられ得る。素子基板１０の材質はガラ
スの他に、Ａｌ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4、石英等のセラミックス
でも良い。 （実施例）具体的に、電子放出素子を作製し特性を調べ
た。
【００１８】ITO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）の電子供給層及びＳｉＯx絶縁体
層をスパッタリング法によりそれぞれ膜厚数ｎｍ〜１０
０ｎｍ及び数ｎｍ〜５００ｎｍで順に形成した。かかる
Ｓｉ基板を多数用意した。最後に、各基板のアモルファ
スＳｉＯx層の表面上にＰｔ薄膜電極を膜厚１０ｎｍで
スパッタ成膜し、素子基板を多数作成した。
【００１９】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。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。
【００２０】その後、多数の得られた素子について各Ｓ
ｉＯx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３及び図４は、作製した電子放出
素子にＶｄを０〜２００Ｖで印加したときのＳｉＯx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においても十分
な放出電流並びに電子放出効率を得て、膜厚３００〜４
００ｎｍの素子で最大放出電流１ｘ１０-3A/cm2、最大
電子放出効率１ｘ１０-1程度が得られた。
【００２１】この結果より、２００Ｖ以下の電界を加え
ることにより、１ｘ１０-6A/cm2以上の放出電流、１ｘ
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ＳｉＯx誘電体層を有する
素子から得られることが判明した。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の加速電
圧を印加した状態では、ＳｉＯx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ＳｉＯx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。
【００２２】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
６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。
【００２３】図５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。
【００２４】一方、真空空間４を挾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、
SiO2, SiNx, Al2O3, AlNなどの絶縁体からなり、基板１
０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、基板面の凹凸など）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
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、開口を有した絶縁保護層１７が成膜される。この
絶縁保護層１７はバス電極１６を覆うことで不要な短絡
を防止する。
【００２５】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、単結晶の何れでも良い。
【００２６】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Ｍｇ、Ｂａ、Ｃａ、
Ｃｓ、Ｒｂ、Ｌｉ、Ｓｒ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。
【００２７】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、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。
【００２８】なお、上記実施例においては、Ｓｉ及びＳ
ｉＯxが絶縁体層中に分散しているものであるが、絶縁
体層をＳｉの層及びＳｉＯxの層の交互に積層された多
層から構成しても良い。
【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素子の概略断面図であ
る。
【図３】本発明による電子放出表示素子における電子放
出電流の絶縁体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表示素子における電子放
出効率の絶縁体層膜厚依存性を示すグラフである。
【図５】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。
【図６】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。
【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 １５ 金属薄膜電極 １６ バス電極 １７ 絶縁保護層 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 小笠原 清秀 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 伊藤 寛 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 (3)

    【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、前記絶縁体層は
    ５０nm以上の膜厚を有し、前記電子供給層は透明である
    ことを特徴とする電子放出素子。
  2. 【請求項２】 真空空間を挾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基板側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５０nm以上の
    膜厚を有し、透明であることを特徴とする電子放出表示
    装置。
  3. 【請求項３】 前記第１基板は透明でありかつ前記第１
    基板及び前記電子供給層の間に形成された透明電極を有
    することを特徴とする請求項２記載の電子放出表示装
    置。
JP12595997A 1997-03-04 1997-05-15 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 Pending JPH10321125A (ja)

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