JP2003109487A

JP2003109487A - 電子励起発光体および画像表示装置

Info

Publication number: JP2003109487A
Application number: JP2001304602A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Fujiwara; 良治藤原; Yoshiyuki Osada; 芳幸長田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】入射時のエネルギーが低い電子でも、効率的
に発光することが可能な電子励起発光体およびこれを備
えた画像表示装置を提供する。【解決手段】メタルバック層１０４を負，Ｐ型透明電
極層１０２を正にバイアスすることで、ホール（正孔）
を、蛍光体物質層１０３の内部に、Ｐ型透明電極層１０
２から充分に供給する。これにより、蛍光体物質層１０
３に放出電子が衝突することにより発生する電子とホー
ルの再結合が効率良く行われ、発光効率を増加すること
が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子の衝突を利用
して発光する電子励起発光体および画像表示装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の電子励起発光体は、たと
えば、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）
や陰極線管（ＣＲＴ）などの電子線を利用した画像表示
装置及び画像表示装置等のフェイスプレートに利用され
ている。

【０００３】現在主流の陰極線管（ＣＲＴ）に代わる画
像表示装置として、平面型（フラットパネル形式）の画
像表示装置が種々検討されている。同時に上記画像表示
装置等に用いるフェイスプレート上の蛍光体の発光効率
増加が要求されるようになってきている。

【０００４】このような平面型の画像表示装置として、
液晶表示装置（ＬＣＤ），エレクトロルミネッセンス表
示装置（ＥＬＤ），プラズマ表示装置（ＰＤＰ）を例示
することができる。また、固体から真空中に電子を放出
することが可能な電子放出表示装置も提案されており、
画面の明るさ及び低消費電力の観点から注目を集めてい
る。

【０００５】従来、電子放出素子としては、大別して熱
電子放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類のものが知
られている。

【０００６】冷陰極電子放出素子には電界放出型（以
下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金属型（以
下、「ＭＩＭ型」という。）及び表面伝導型電子放出素
子等がある。

【０００７】ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ；
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎ，
ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓｉ
ｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎ
ｄｔ，ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ
ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎ
ｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ
ｃｏｎｅｓ，Ｊ．Ａｐｐｌ，Ｐｈｙｓ．，４７，５２
４８（１９７６）等に開示されたものが知られている。

【０００８】ここに開示された電界放出素子の代表例の
１つとして、電子放出部を円錐形の導電体で構成した、
所謂スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電界放出素子が知られ
ている。

【０００９】このスピント型電界放出素子（以下、スピ
ント型素子と称する）を組み込んだ表示装置の構造を図
８に示す。図８は、スピント型電子放出素子を組み込ん
だ表示装置の構造図である。

【００１０】この表示装置は、概略、スピント型素子の
カソードパネル１１１０とアノードパネル１１１１とを
備える。

【００１１】スピント型素子のカソードパネル１１１０
は、支持体１１０１上に形成されたカソード電極１１０
２と、カソード電極１１０２上に形成された絶縁層１１
０３と、絶縁層１１０３上に形成されたゲート電極１１
０５と、ゲート電極１１０５及び絶縁層１１０３に設け
られた開口部１１０４内であって、カソード電極１１０
２上に形成された円錐形の電子放出部１１０６と、から
構成されている。

【００１２】なお、電子放出部１１０６が、所定数、２
次元マトリクス状に配列されて１画素が形成される。

【００１３】一方、アノードパネル１１１１は、基板１
１０７上に所定のパターンにより蛍光体層１１０８が形
成され、この蛍光体層１１０８がアノード電極１１０９
で覆われた構造を有する。

【００１４】電子放出部１１０６とゲート電極１１０５
との間に電圧を印加すると、その結果生じた電界によっ
て電子放出部１１０６の先端から電子が引き出される。

【００１５】この電子は、アノードパネル１１１１側の
アノード電極１１０９に引き付けられ、アノード電極１
１０９と基板１１０７との間に形成された発光体層であ
る蛍光体層１１０８に衝突する。

【００１６】この結果、蛍光体層１１０８が励起されて
発光し、所望の画像を得ることができる。

【００１７】この電界放出素子の動作は、基本的にゲー
ト電極１１０５に印加される信号電圧によって制御され
る。

【００１８】このように構成されたスピント型電界放出
素子の電子放出特性は、開口部１１０４の上端部を成す
ゲート電極１１０５の縁部から電子放出部１１０６の先
端部までの距離に大きく依存する。

【００１９】そして、この距離は、開口部１１０４の形
状の加工精度や直径の寸法精度等プロセス精度に大きく
依存する。

【００２０】しかしながら、実際に大面積の基体の全体
にわたって、均一な膜厚を有する金属層を垂直蒸着によ
り形成したりすることは、極めて困難であり、何らかの
面内ばらつきやロット間ばらつきは避けられない。

【００２１】このばらつきにより、表示装置の画像表示
特性、例えば光輝点の明るさにばらつきが生じる。

【００２２】しかも、大型の蒸着装置が必要とされるこ
と、スループットが低下すること等の問題もある。

【００２３】また、電子放出部１１０６から放出された
電子は、等電位面に直交する軌道を描くが、スピント型
素子ではこの等電位面が円錐形の電子放出部１１０６の
表面に沿って湾曲しているために、蛍光体層の近傍で軌
道が発散してしまう。

【００２４】カラー表示を想定した場合、かかる軌道の
発散は電子のミスランディングにつながり、隣接画素間
の色濁りの原因となるおそれが大きい。

【００２５】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ．，ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐｈ
ｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示されたもの
が知られている。

【００２６】また、最近の例では、Ｔｏｓｈｉａｋｉ．
Ｋｕｓｕｎｏｋｉ，Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ
ｅｌｅｃｔｒｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍｎ
ｏｎ−ｆｏｒｍｅｄｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ
−ｍｅｔａｌ（ＭＩＭ）ｃａｔｈｏｄｅｓＦａｂｒｉ
ｃａｔｅｄｂｙｌｏｗｃｕｒｒｅｎｔＡｎｏｄ
ｉｃｏｘｉｄａｔｉｏｎ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．Ｌ１６９５，
ＭｕｔｓｕｍｉｓｕｚｕｋｉｅｔａｌＡｎＭＩ
Ｍ−ＣａｔｈｏｄｅＡｒｒａｙｆｏｒＣａｈｔｏ
ｄｅｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｓｐｌａｙｓ，Ｉ
ＤＷ’９６，（１９９６）ｐｐ．５２９等が研究されて
いる。

【００２７】表面伝導型の例としては、エリンソンの報
告（Ｍ．Ｉ．ＥｌｉｎｓｏｎＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０（１９６５））に記
載のもの等があり、この表面伝導型電子放出素子は、基
板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を
流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するもの
である。

【００２８】表面伝導型素子では、前記のエリソンの報
告に記載のＳｎＯ₂薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜を用い
たもの、（Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ．ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ．９，３１７（１９７２））、ＩＴＯ薄膜
によるもの（Ｍ．ＨａｒｔｗｅｌｌａｎｄＣ．Ｇ．
Ｆｏｎｓｔａｄ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎ
ｆ．，５１９（１９８３））等が報告されている。

【００２９】次に、表面伝導型電子放出素子の一般的な
構成について図９を参照して説明する。

【００３０】図９は、表面伝導型電子放出素子の概略図
である。図９（ａ）が素子を真上から見たもので、図９
（ｂ）が横からみたものである。

【００３１】図９において、１２０１は基板であり、１
２０２は素子陽電極であり、１２０３は素子陰電極であ
り、不図示の電源とつながっている。

【００３２】１２０４および１２０５は導電性薄膜であ
り、導電性薄膜１２０４と素子陽電極１２０２及び導電
性薄膜１２０５と素子陰電極１２０３とは、電気的に連
結されている。

【００３３】素子陽電極１２０２及び素子陰電極１２０
３の膜厚は、数１０ｎｍから数μｍ程度のものである。
他方、導電性薄膜１２０４及び１２０５の膜厚は、１
［ｎｍ］から数１０［ｎｍ］程度のものである。

【００３４】１２０６は間隙で、導電性薄膜１２０４と
導電性薄膜１２０５とを電気的にほぼ不連続にしてい
る。

【００３５】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に導電性薄膜を予め通電フ
ォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部を形
成するのが一般的である。

【００３６】ここで、通電フォーミングとは、導電性薄
膜両端に直流電圧あるいは非常にゆっくりとした昇電
圧、例えば１Ｖ／分程度を印加通電し、導電性薄膜を局
所的に破壊，変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗
な状態にした電子放出部を形成することである。

【００３７】さらに真空内で有機ガスを導入し、通電を
行う活性化と呼ばれる工程により、絶縁層を隔てて対向
する導電性薄膜の先端に炭素および炭素化合物を堆積す
ることでより電子放出特性の向上した電子放出部が形成
される。

【００３８】通電フォーミング処理及び活性化処理をし
た表面伝導型電子放出素子は、上述の導電性薄膜に電圧
を印加し、素子に電流を流すことにより、上述電子放出
部より電子を放出せしめるものである。

【００３９】なお、上記活性化工程によって堆積させる
炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファイト、いわゆ
るＨＯＰＧ，ＰＧ（ＧＣ）を包含する。ＨＯＰＧはほぼ
完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が２００
Å程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２
０Å程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったも
のを指す。

【００４０】これらはダイヤモンドライクカーボン、ア
モルファスカーボン及び、アモルファスカーボンと前記
グラファイトの微結晶の混合物、ダイヤモンド等であ
り、その膜厚は５００Å以下の範囲とするのが好まし
く、３００Å以下の範囲とすることがより好ましい。

【００４１】上記の従来例で記した表面伝導型電子放出
素子を用いた平板型表示装置においては、フォーミング
・活性化等の通電による電極間ギャップの作成や炭素化
合物の堆積を行っているため、素子ごとに電極間ギャッ
プや堆積した炭素化合物、特にギャップ間隔のバラツキ
が大きく、素子間の電子放出にバラツキが生ずる場合が
ある。また発光に寄与している放出電子はすべて散乱電
子であるため、効率が理論的に考えても最大７％程度で
ある。

【００４２】一方、スピント型素子や表面伝導型素子の
これらの欠点を解消し得る電界放出素子として、特開平
８−１１５６５４号公報に開示された技術がある。

【００４３】上記公報に開示された技術について図１０
を用いて説明する。図１０は従来技術に係る電界放出素
子の構造図である。

【００４４】この素子は、カソード電極１３０２とゲー
ト電極１３０３とを絶縁層１３０４を介して互いに対向
して設け、ゲート電極１３０３と絶縁層１３０４を貫通
する開口部１３０６を形成し、カソード電極１３０２と
ゲート電極１３０３との間に電圧を印加することによっ
て、電子をカソード電極１３０２側から開口部１３０６
を通して放出するように構成されている。

【００４５】この素子においては、電子放出物質から成
る薄膜１３０５が、開口部１３０６内に露出して設けら
れることにより、開口部１３０６内の等電位面Ｅｍが薄
膜１３０５の面に沿ってほぼフラットに形成される。

【００４６】このため、開口部１３０６から放出された
電子の軌道が大きく振れることがなく、電子は目的の蛍
光体層１３０７に到達することが可能となる。

【００４７】また、薄膜１３０５の上面位置が、絶縁層
１３０４の下面位置よりも深い位置に存在しているの
で、開口部１３０６の中心部に近いほど大きな電界が薄
膜１３０５に印加されることになる。

【００４８】この結果、開口部１３０６の中心部に近い
ほど、高い放出電流密度が得られる。

【００４９】上述のような平面型素子において、薄膜１
３０５はスピント型素子の電子放出部に相当する部材で
ある。

【００５０】平面型素子では、電子放出部とゲート電極
１３０３との間の距離を絶縁層１３０４の厚さでほぼ決
定することができるため、この距離の制御はスピント型
素子に比べて遥かに容易である。

【００５１】従って、大面積の支持体上でも電子放出層
の電子放出特性を均一化することが容易となり、表示装
置の画像の明るさも均一化され得る。

【００５２】また、平面型素子では電子放出部に相当す
る薄膜１３０５とゲート電極１３０３との間の距離がス
ピント型素子に比べて十分に大きいので、例えば薄膜１
３０５の形成にリフトオフ法が採用され、薄膜１３０５
の残渣が発生したとしても、薄膜１３０５とゲート電極
１３０３とが残渣によって短絡することは、まず無い。

【００５３】従って、平面型素子はスピント型素子に比
べて製造歩留まりや動作信頼性を大幅に改善することが
可能である。

【００５４】また上述のような平面型素子中に触媒を用
いてＣＮＴを成長させデバイス化した技術としてＵＳＰ
５８７２４２２に開示されたものがある。

【００５５】次に上述した電子放出素子を２次元的に多
数個配列し、これらの素子を単純マトリクス状に配線し
たマルチ電子ビーム源を利用した画像表示装置について
図１１をもとに説明する。図１１はマルチ電子ビーム源
を利用した画像表示装置の一部破断斜視図である。

【００５６】図に示す画像表示装置は、マルチ電子ビー
ム源を用いた陰極線管の構造が採用されており、マルチ
電子ビーム源４００２を備えた、リアプレート（外容器
底）４００５および外容器枠４００７と、蛍光体層４０
０８を備えたフェイスプレート４００６と、フェイスプ
レート４００６と接するように設けられたメタルバック
４００９と、からなる構造をとっている。

【００５７】また、フェイスプレート４００６に接した
メタルバック４００９には高圧導入端子４０１１を通じ
て、高圧電源４０１０から高圧が印加される構成となっ
ている。

【００５８】このように、表面伝導型放出素子を単純マ
トリクス配線したマルチ電子ビーム源においては、所望
の電子ビームを出力させるため、行方向配線４００４お
よび列方向配線４００３に適宜の電気信号を印加する。

【００５９】たとえば、マトリクス中の任意の１行の電
子放出素子を駆動するには、選択する行の行方向配線４
００４には選択電圧Ｖｓを印加し、同時に非選択の行の
行方向配線４００４には非選択電圧Ｖｎｓを印加する。

【００６０】また、これと同期して列方向配線４００３
に電子ビームを出力するための駆動電圧Ｖｅを印加す
る。

【００６１】この方法によれば、選択する行の電子放出
素子には、Ｖｅ−Ｖｓの電圧が印加され、また非選択行
の電子放出素子にはＶｅ−Ｖｎｓの電圧が印加される。

【００６２】これらＶｅ，Ｖｓ，Ｖｎｓの電圧の大きさ
を適宜調整すれば、選択する行の電子放出素子だけから
所望の強度の電子ビームが出力され、また、列方向配線
の各々に異なる駆動電圧Ｖｅを印加すれば、選択する行
の素子の各々から異なる強度の電子ビームが出力され
る。

【００６３】また、電子放出素子の応答速度は高速であ
るため、駆動電圧Ｖｅを印加する時間の長さを変えれ
ば、電子ビームが出力される時間の長さも変えることが
できる。

【００６４】上記のような電圧印加によりマルチ電子ビ
ーム源４００２から出力された電子ビームは、高電圧Ｖ
ａを印加されているメタルバック４００９に照射され、
ターゲットである蛍光体を励起して発光させる。

【００６５】したがって、たとえば画像情報に応じた電
圧信号を適宜印加するように構成することによって画像
表示装置となる。

【００６６】このように、上記画像表示装置は、メタル
バック４００９に高電圧を印加して、リアプレート４０
０５とフェイスプレート４００６の間に電界を生じさせ
電子を加速し、蛍光体を励起させ発光させる事により画
像を形成する構成である。

【００６７】画像表示装置の薄型化を実現するために
は、画像表示パネルの厚さを薄くしなければならず、そ
のためリアプレート４００５とフェイスプレート４００
６の距離を小さくしなければならない。

【００６８】したがって、リアプレート４００５とフェ
イスプレート４００６の間には、かなり高い電界が生じ
ることになる。

【００６９】また、メタルバック４００９は金属膜で構
成されるものであるが、蛍光体膜全体に高電圧を印加す
る目的のため、また、蛍光体の帯電を防止する目的のた
め、さらに蛍光体から後方（リアプレート方向）に出た
光を鏡面効果により前方に取り出すという目的を持つた
めに連続膜であるのが好ましい。

【００７０】さらに、加速された電子がメタルバック４
００９を通して蛍光体を励起しなければならないので、
メタルバック４００９は薄い膜状であるのが好ましい。

【００７１】ここで、蛍光体は一般に粉体であるため、
蛍光体膜はポーラスになり表面にはかなりの凹凸が存在
する。

【００７２】また、蛍光体の混色防止や、ビーム位置が
多少ずれても色ずれを起さないようにするためや、外光
を吸収し画像のコントラストを向上する、などの理由で
設けられる黒色部材（ブラックマトリクス等）にも、上
記蛍光体膜と同様にかなりの凹凸が存在する。

【００７３】そのために蛍光体膜上に直接金属を成膜し
たのでは連続膜にならないので、一般的にメタルバック
作製の工程としてフィルミング工程が用いられている。

【００７４】このフィルミング工程とは、蛍光体層など
の表面にアクリルなどの樹脂フィルムを作製し、蛍光体
層などの表面を平坦化する工程であり、平坦化されたフ
ィルム上に真空蒸着法などで金属膜を成膜することによ
り、メタルバックを連続膜として作製する事ができ、平
坦度も改善される。

【００７５】なお、上記樹脂膜は、金属膜を作製した後
に、焼成によって熱分解して除かれる。

【００７６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。

【００７７】いずれにせよ、ＣＲＴと比較すると上述し
た平面型の電子放出素子を用いた画像表示装置はパネル
厚が薄いためにＣＲＴで用いるような高電圧は使用しな
い。実際には加速電圧５ＫＶ以下で、フェイスプレート
上の発光体としての蛍光体を励起する構造であるため、
上記蛍光体に侵入した電子の侵入深さは浅く、蛍光体の
励起・発光を充分行わせることが困難である。

【００７８】蛍光体への電子線の侵入深さと入射時のエ
ネルギーの関係について以下に説明する。

【００７９】荷電粒子が固体内を通過するとき失うエネ
ルギーは、Ｂｅｔｈｅの式により以下のように表され
る。

【００８０】

【数１】ここで、Ｅは距離ｘ進入した時の一次電子のエネルギーＮは固体内の電子密度（ｃｍ^-3）Ｚは固体の構成原子の原子番号Ｅｉは原子が持つ電子全てについてのイオン化エネルギ
ーの平均値である。

【００８１】また、Ｅとｘの関係はＴｈｏｍｓｏｎ−Ｗ
ｈｉｄｄｉｎｇｔｏｎ（近似式）で表される。

【００８２】

【数２】ここで、Ｅ₀は一次電子の入射時のエネルギーＲは飛程（Ｅ＝０となる進入距離）である。

【００８３】Ｅ₀＝１〜１０ＫＶの範囲でのＥ₀に対する
依存性は次式で表される。

【００８４】

【数３】ここで、 ρはバルク密度Ａは分子量Ｚは平均原子番号であり、また、Ｅ₀の単位はｋＶＲの単位はÅ である。

【００８５】Ｅ₀＝５ｋＶで上記電子の各種蛍光体への
進入距離を上記数式から求めると図１２に示す表のよう
になり、ほとんど全ての蛍光体でその進入距離は１００
〜５００ｎｍ程度である。

【００８６】更にＳｒＧａ₂Ｓ₄（ストロンチウムチオガ
レイト）：Ｅｕを例とした、進入距離と一次入射電子エ
ネルギーの関係を図３に示した。図３から明らかなよう
に、Ｅ₀＜５ｋＶではほとんどの入射電子がエネルギー
を失い表面で消失してしまう。なお、「ＳｒＧａ₂Ｓ₄：
Ｅｕ」とは、発光中心となる金属として、緑色となるイ
ウロピウム（Ｅｕ）を、ストロンチウムチオガレイトに
添加することを意味する。

【００８７】そのため、比較的低加速電圧（Ｅ０＜５ｋ
Ｖ）で進入した電子が効率よく蛍光体を発光せしめる構
造の電子励起発光体の実現が望まれている。

【００８８】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、入射
時のエネルギーが低い電子でも、効率的に発光すること
が可能な電子励起発光体およびこれを備えた画像表示装
置を提供することにある。

【００８９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電子励起発光体にあっては、電子が衝突され
ることにより発光する蛍光体と、該蛍光体を挟持する第
１電極及び第２電極と、該第１電極と第２電極との間に
電圧を印加する電圧印加手段と、を備えた電子励起発光
体であって、前記第１電極は、前記電圧印加手段による
電圧の印加によって、前記蛍光体の内部にホールを注入
するホール注入電極であることを特徴とする。

【００９０】前記第２電極は、電子の入射側に配置さ
れ、前記第１電極は、電子の入射側とは反対側に配置さ
れることを特徴とする。

【００９１】前記電圧印加手段は、前記第１電極側を正
に、第２電極側を負に印加することを特徴とする。

【００９２】前記第１電極は、Ｐ型の透明電極であるこ
とを特徴とする。

【００９３】前記第１電極は、その素材が酸水酸化イリ
ジウムであることを特徴とする。ここで、酸水酸化イリ
ジウムの構造はＩｒＯｘ（ＯＨ）ｙとなる。そして、こ
こでは、構造がＩｒＯｘの場合、すなわち、酸化イリジ
ウムの場合も含むものとする。

【００９４】前記第１電極は、その素材がＣｕＡｌＯ₃
であることを特徴とする。

【００９５】また、本発明の画像形成装置にあっては、
電子を放出する電子放出部と、該電子放出部により放出
された電子によって、画像を形成する画像形成部と、を
備えた画像表示装置であって、該画像形成部が、上記の
電子励起発光体で構成されることを特徴とする。

【００９６】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。

【００９７】まず、本発明の実施の形態に係る電子励起
発光体の全体構成等について、図１を参照して説明す
る。図１は本発明の実施の形態に係る電子励起発光体の
構造図（模式的断面図）である。

【００９８】図１において、１０１はガラス等で構成さ
れる基体であり、１０２は第１電極としてのＰ型透明導
電膜層であり、１０３は蛍光体物質層であり、１０４は
Ａｌ等からなる第２電極としてのメタルバック層であ
る。

【００９９】また、１０５はメタルバック層１０４に高
電圧を印加する高圧電源であり、１０６はＰ型透明電極
層１０２とメタルバック層１０４間に電圧を印加する電
圧印加手段としての電源である。

【０１００】この構成について、更に詳しく説明する。

【０１０１】基体１０１上にＰ型透明電極層１０２が堆
積され、このＰ型透明電極層１０２上に蛍光体物質層１
０３が堆積され、さらに、この蛍光体物質層１０３上に
メタルバック層１０４が積層される構造となっている。
また、電源１０６はＰ型透明電極層１０２とメタルバッ
ク層１０４間に電圧がかかるように配置されている。

【０１０２】ここで、図２（ａ）を用いて蛍光体の発光
原理について説明する。

【０１０３】放出電子はメタルバック層１０４側から蛍
光体物質層１０３の内部に注入され、構成原子との電気
的相互作用によりエネルギーを失う。消失エネルギーの
主とした原因は、プラズモン生成や内殻電子励起であ
る。

【０１０４】エネルギーを失う過程により、新たに電子
が生成され、これら新たに生成された電子は、なお充分
なエネルギーをもっているので、オージェ過程によりさ
らに多数のホットキャリアを生み出す。

【０１０５】二次電子増倍は、二次電子のエネルギーが
自由キャリアを作るための閾値を下回るまで続けられ
る。また、上記過程と同時にフォノンの放出よる緩和も
生じている。上記二次電子増倍の最終産物であるバンド
ギャップ付近の電子・ホール対は図２（ｂ）に示したよ
うに表面の発光中心でホールと再結合して発光する。

【０１０６】しかし、一般のＦＥＤの場合、蛍光体側す
なわちアノードに印加する電圧は５ＫＶから１０ＫＶで
あるため、図３からもわかるように、電子の侵入深さは
最大でも１１００ｎｍ（１．１μｍ）以下である。ホー
ルは蛍光体内にほぼ均一に分布しているため、発光に必
要なホール濃度は充分でなく、また外部からの供給もな
いため、最終的な発光効率は低くなってしまう。

【０１０７】次に、図２（ｂ）を用いて、本発明の実施
の形態に係る電子励起発光体の動作原理について説明す
る。図１において、メタルバック層１０４を負，Ｐ型透
明電極層１０２を正にバイアスすると、上述の過程で生
成した電子と再結合するホール（正孔）が、Ｐ型透明電
極層１０２から充分に供給される。すなわち、Ｐ型透明
電極層１０２が蛍光体の内部にホールを注入するホール
注入電極として機能する。

【０１０８】従って、発光効率が増加する。図２（ｂ）
は上記の過程を模式的に表したものである。

【０１０９】ここで、蛍光体の発光効率は次式のように
表される。

【０１１０】

【数４】ここで、 η₀：後方散乱因子 η_x：入射一次電子によりバンド端近傍の電子・ホール
対が作られる過程のエネルギー効率ｑ：発光中心がバンド端近傍の電子・ホール対からエネ
ルギーを受け取って発光する過程の量子効率Ｅ_em：発光フォトンの平均エネルギーＥ_g：バンドギャップ（間接遷移を含む）のエネルギーと表される。

【０１１１】換言すると、本発明の実施の形態のよう
に、Ｐ型透明電極層１０２によって蛍光体内部にホール
を注入することによって、上記式中のη_xおよびのｑ値
がアップすることで、発光効率を増加することが可能と
なる。

【０１１２】なお、Ｐ型透明電極層１０２の素材として
は、例えば、酸水酸化イリジウムやＣｕＡｌＯ₃を採用
できる。

【０１１３】

【実施例】以下、上記実施の形態に基づく、より具体的
な実施例について詳細に説明する。

【０１１４】上記実施の形態に係る電子励起発光体を採
用した画像表示装置の実施例について、図４を参照して
説明する。図４は本発明の実施例に係る画像表示装置の
模式的断面図である。

【０１１５】まず、上記従来技術の中でも説明したが、
画像表示装置全体の基本的構成等について簡単に説明す
る。

【０１１６】図４に示すように、画像表示装置は、フェ
イスプレート４０７と、これに対向して設けられたリア
プレート４０５と、を備えている。

【０１１７】そして、リアプレート４０５には電子放出
手段（例えば、電子放出素子）が設けられており、フェ
イスプレート４０７側に比べて低電位となるように設定
されている。

【０１１８】一方、フェイスプレート４０７には、メタ
ルバック４０９が設けられており、このメタルバック４
０９に高電圧を印加することによって、リアプレート４
０５との間に高電界を生じさせて、電子放出手段から放
出された電子を加速して引き付けるようにしている。な
お、メタルバック４０９に高電圧を印加するのは、例え
ば、上述した図１に示す高圧電源１０５である。

【０１１９】そして、このように加速して引き付けた電
子を、メタルバック４０９を介して電子放出部とは反対
側に設けられた蛍光体膜４０８に衝突させることで、発
光体としての蛍光体を励起させて発光させることにより
画像を形成させる構成となっている。

【０１２０】このように、蛍光体膜４０８やメタルバッ
ク４０９から構成されるフェイスプレート４０７の構造
を、上記実施の形態に係る電子励起発光体を採用するこ
とによって、発光効率に優れた画像表示装置の実現が可
能となる。

【０１２１】次に、本実施例に係る画像表示装置につい
て、図５を参照して、製造工程を説明しつつ更に詳しく
説明する。

【０１２２】まず、厚さ２．８ｍｍの高歪点ガラス（旭
硝子社製ＰＤ２００）で構成されたフェイスプレート５
０７に、第１電極としてのフェイスプレート電極５１１
を、フェイスプレート５０７と第２電極としてのメタル
バック５０９との間に設けるべく、酸化イリジウム（Ｉ
ｒＯ₂）の透明導電膜により形成した。

【０１２３】なお、フェイスプレート電極５１１はメタ
ルバック５０９と同様に画像領域を覆うように作製し
た。

【０１２４】フェイスプレート電極５１１を作製した後
に、ガラスペーストおよび黒顔料を含んだ黒色顔料ペー
ストを用い、図６（ａ）に示すように、ストライプを有
するパターンを、縦・横共に１０μｍの厚さでフォトリ
ソ法により作製し、黒色部材としてのブラックマトリク
ス５１０とした。

【０１２５】なお、本例ではフォトリソ法によりブラッ
クマトリクスを作製したが、勿論、これに限定されるも
のではなく、たとえば印刷法を用いて作製してもよい。

【０１２６】また、ブラックマトリクス５１０の材料と
して、ガラスペーストと黒色顔料を含んだ黒色顔料ペー
ストを用いたが、勿論これに限定されるものではなく、
たとえばカーボンブラックなどを用いてもよい。

【０１２７】さらに、ブラックマトリクス５１０は、本
例では図６（ａ）に示すようにマトリクス状に作製した
が、勿論これに限定される訳ではなく、図６（ｂ）に示
すようなストライプ状配列や、図６（ｃ）に示すような
デルタ状配列やそれ以外の配列であっても良い。

【０１２８】次に、図６（ａ）に示すように、ブラック
マトリクス５１０の開口部に、赤色（Ｒ）・青色（Ｂ）
・緑色（Ｇ）の蛍光体ペーストを用いてスクリーン印刷
法により、３色の蛍光体を１色づつ３回に分けて厚さお
よそ１０μｍで作製した。

【０１２９】なお、本例ではスクリーン印刷法を用いて
蛍光体膜５０８を作製したが、勿論これに限定される訳
ではなく、たとえばフォトリソグラフィー法などにより
作製しても良い。

【０１３０】また、本例では、蛍光体はＣＲＴの分野で
用いられているＰ２２の蛍光体とし、赤色（Ｐ２２−Ｒ
Ｅ３：Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺）、青色（Ｐ２２−Ｂ２：Ｚｎ
Ｓ：Ａｇ，Ａｌ）、緑色（Ｐ２２−ＧＮ４：ＺｎＳ：Ｃ
ｕ，Ａｌ）のものを用いたが、勿論これに限定される訳
ではなく、その他の蛍光体を用いても良い。

【０１３１】次に、ブラウン管の分野では公知であるフ
ィルミング工程により、樹脂中間膜を作製し、その後に
金属蒸着膜を作製し、最後に樹脂中間層を熱分解除去さ
せる事により厚さ１０００Åのメタルバック５０９を作
製した。

【０１３２】このようにして作製したフェイスプレート
５０７上のフェイスプレート電極５１１に高圧電源５１
６を接続し、メタルバック５０９に別の高圧電源５１５
を接続した。

【０１３３】このようにして得られたフェイスプレート
５０７を、真空チャンバ中でフェイスプレート５０７よ
りも十分大きい接地された電極（以後、対向電極と表記
する場合もある）に対向して一定のギャップを開けて固
定した。

【０１３４】そして、メタルバック５０９に高電圧Ｖａ
を印加し、メタルバック５０９とフェイスプレート電極
５１１間、すなわち、第１電極と第２電極との間に高電
圧Ｖｂを印加し、徐々にＶｂを上昇させて、蛍光体の発
光輝度を測定した。

【０１３５】図７は上記Ｖｂと蛍光体の輝度との関係を
相対的に示す図である。ＶｂがＶｂ ₀以上になると、蛍
光体の発光輝度が上昇している関係が理解できる。ここ
で上述したＶｂ₀の値は蛍光体中の電界強度が１×１０⁵
Ｖ／ｃｍ以上になる電圧である。

【０１３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、第１電
極によって蛍光体内部にホールが注入されるので、ホー
ルと電子との再結合が効率良く行われ、発光効率が向上
する。これにより、入射時のエネルギーが低い電子で
も、効率的に発光することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電子励起発光体の構
造図（模式的断面図）である。

【図２】図２（ａ）は蛍光体の発光原理説明図であり、
図２（ｂ）は本発明の実施の形態に係る電子励起発光体
の動作原理説明図である。

【図３】電子の進入距離（進入深さ）と一次入射電子エ
ネルギーの関係図である。

【図４】本発明の実施例に係る画像表示装置の模式的断
面図である。

【図５】本発明の実施例に係る画像表示装置の模式的断
面図である。

【図６】ブラックマトリクスの具体例を示す模式的平面
図である。

【図７】第１電極と第２電極との間に印加する電圧と蛍
光体の輝度との関係を相対的に示す図である。

【図８】スピント型電子放出素子を組み込んだ表示装置
の構造図である。

【図９】表面伝導型電子放出素子の概略図である。

【図１０】従来技術に係る電界放出素子の構造図であ
る。

【図１１】マルチ電子ビーム源を利用した画像表示装置
の一部破断斜視図である。

【図１２】各種素材からなる蛍光体への進入距離につい
て示した表図である。

【符号の説明】

１０１基体１０２Ｐ型透明電極層１０３蛍光体物質層１０４メタルバック層１０５高圧電源１０６電源４０５リアプレート４０７フェイスプレート４０８蛍光体膜４０９メタルバック５０７フェイスプレート５０８蛍光体膜５０９メタルバック５１０ブラックマトリクス５１１フェイスプレート電極５１５高圧電源５１６高圧電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子が衝突されることにより発光する蛍光
体と、該蛍光体を挟持する第１電極及び第２電極と、該第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電圧印加
手段と、を備えた電子励起発光体であって、前記第１電極は、前記電圧印加手段による電圧の印加に
よって、前記蛍光体の内部にホールを注入するホール注
入電極であることを特徴とする電子励起発光体。
【請求項２】前記第２電極は、電子の入射側に配置さ
れ、前記第１電極は、電子の入射側とは反対側に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の電子励起発光体。
【請求項３】前記電圧印加手段は、前記第１電極側を正
に、第２電極側を負に印加することを特徴とする請求項
１または２に記載の電子励起発光体。
【請求項４】前記第１電極は、Ｐ型の透明電極であるこ
とを特徴とする請求項１，２または３に記載の電子励起
発光体。
【請求項５】前記第１電極は、その素材が酸水酸化イリ
ジウムであることを特徴とする請求項１，２または３に
記載の電子励起発光体。
【請求項６】前記第１電極は、その素材がＣｕＡｌＯ₃
であることを特徴とする請求項１，２または３に記載の
電子励起発光体。
【請求項７】電子を放出する電子放出部と、該電子放出部により放出された電子によって、画像を形
成する画像形成部と、を備えた画像表示装置であって、該画像形成部が、請求項１〜６のいずれか一つに記載の
電子励起発光体で構成されることを特徴とする画像表示
装置。