JPH03246851A

JPH03246851A - 電子放出素子

Info

Publication number: JPH03246851A
Application number: JP2043012A
Authority: JP
Inventors: Akira Kaneko; 彰金子; Toru Sugano; 亨菅野; Kaoru Tomii; 冨井　薫
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1991-11-05
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JP2956107B2

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】産業上の利用分野本発明は、電子顕微鏡、電子ビーム露光装置、ＣＲＴ等
、各種電子ビーム応用装置の電子発生源として利用する
ことができる電子放出素子に関するものである。

従来の技術従来、電子顕微鏡、電子ビーム露光装置、ＣＲＴ等にお
ける電子発生源として、熱電子を放出する熱陰極が用い
られている。しかし、熱陰極は陰極自体を加熱する加熱
手段を必要とし、また、加熱に伴うエネルギー損失が生
じるなどの問題がある。

そこで、近年、加熱を必要としない電子放出素子、いわ
ゆる冷陰極に関する研究が行われ、いくつかのタイプの
電子放出素子が提案されている。

例えば、ＰＮ接合に逆バイアス電圧を印加し、電子なだ
れ降伏現象を起こさせて素子外へ電子を放出させるよう
にした電子放出素子、または、電界集中の生じやすい針
状形状をした金属に対し、電圧を印加して局所的に高密
度な電界を発生させ、金属から素子外へ電子を放出させ
る電界放出型の電子放出素子、または、金属層−絶縁体
層−金属層の３層構造で、上記両金属層に電圧を印加す
ることより、トンネル効果て絶縁体層を通過してきた電
子を金属層表面から素子外へ放出させるＭＩＭ型の電子
放出素子などがある。

上記電界放出型の電子放出素子として、例えば、ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス３９巻、７号、
３５０４−＜−シ、１９６８年（Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　
Ａｐｐｌ　ｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ　３ｇ、
Ｎｏ７、Ｐ３５０４．１９６８　）に記載されている構
成が知られている。

以下、この電子放出素子の概略について第４図に示す断
面図を参照しながら説明する。

第４図に示すように、基板４１上に下部電極４２が形成
されている。下部電極４２上には電界集中の生じやすい
形状の電子放出部４３が形成されると共に、電子放出部
４３の周囲において絶縁体層４４が形成されている。絶
縁体層４４上には引出し電極４５が形成されている。

そして、引出し電極４５が正、下部電極４２が負となる
ように電源４６を接続し、電子放出部４３の材料で決す
る所定の電圧以上の電圧を印加することにより、電界の
集中する電子放出部４３より電子を放出させることがで
きる。

また、上記ＭＩＭ型の電子放出素子として、例えば、特
開昭６３−６７１７号公報に記載された構成が知られて
いる。以下、この電子放出素子の概略について第５図に
示す斜視図を参照しながら説明する。

第５図に示すように、基板５１上に帯状の金属層５２が
形成され、金属層５２が絶縁体層５３で覆われている。

絶縁体層５３上には金属層５２と直交方向で帯状の金属
層５４が形成されている。

そして、金属層５４を正とし、金属層５２を負として両
者間に所定の電圧を印加することにより、両者が交差す
る領域から電子を放出させることができる。

また、アレー化されたＭＩＭ型の電子放出素子として、
例えば、ジャパン・デイスプレー　８６．５１２へｉ）
　（Ｊａｐａｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ　　Ｂ６、Ｐ５１２　
）に記載されている構成が知られている。以下、このア
レー状の電子放出素子について第６図（（示す斜視図を
参照しながら説明する。

第６図に示すように、基板６１上に複数条の上部電極６
２ａ、　６２ｂ、　６２Ｃ，・−・と下部電極６３ａ１
６３ｂ、６３Ｃ１・・・が交差して形成され、各交差部
に、例えば、第４図に示したような電子放出部６４が形
成されている。

そして、電子を放出させたい所望の交差部を共有する上
部電極と下部電極、例えば、６２ａと６３３とに所定の
電圧を印加することにより、両者の交差部の電子放出部
６４から電子を放出させることができる。

しかし、電子放出素子をアレー化し、多数箇所の電子放
出領域から電子を放出させようとすると、第６図から明
らかなように、多数の上部電極６２ａ１６２ｂ、　６２
Ｃ１・・・と下部電極６３ａ、　６３ｂ、　６３Ｃ，、
−・を形成しなければならず、駆動するための配線が複
雑となるなどの問題があった。

そこで、上記問題を解決するため、特開平１−・２０９
６４３号公報に記載されているような構成が提案されて
いる。以下、このアレー状の電子放出素子について第７
図に示す断面図を参照しながら説明する。

第７図に示すように、基板７１上に複数条の下部電極７
２が設けられ、下部電極７２上に光スイツチング層７３
が形成され、光スイッチング層７３上に電子放出領域と
なる複数の導電層７４がが設けられ、導電層７４が絶縁
性薄膜７５て覆われている。絶縁性薄膜７５上には上部
電極７６が形成され、上部電極７６上に電子放出領域の
周囲で絶縁層７７が形成され、絶縁層７７上に加速電極
７８が形成されている。

そして、下部電極７２と上部電極７６とに電源７９によ
り電圧を印加しておと、下部電極７２側から光８０を入
射し、光の照射された光スイツチング層７３を電気的高
抵抗状態から低抵抗状態へ遷移させ、光入射領域の反対
側の電極７６面から電子を放出させることができる。

発明が解決しようとする課題しかし、上記従来例のアレー状の電子放出素子の内、前
者の構成では、上記のように駆動用の配線が複雑である
という問題があった。一方、光スイツチング層を介在さ
せた後者の構成では、光照射により所望の電子放出領域
から電子を放出することができるが、光照射時の光の拡
散による光スイツチング層におけるクロストークによシ
、隣接電子放出部からも電子を放出する誤動作のおそれ
があるという問題があった。

本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するもの
であり、駆動用の配線を簡素化することができると共に
、隣接電子放出領域の誤動作を防止することができるよ
うにした電子放出素子を提供することを目的とするもの
である。

課題を解決するための手段上記問題を達成するための本発明の技術的解決手段は、
第１に所定の光に対して透過性を有する基板と、この基
板上に形成され、所定の光に対して不透明で、複数の開
孔部を有する第１の導電体層と、上記各開孔部に上記第
１の導電体層と接触して形成された光導電体層と、この
光導電体層と接触して形成された第２の導電体層と、上
記光導電体層と上記第２の導電体層の周囲に形成された
絶縁体層と、上記第２の導電体層上に形成され、電子を
透過させるための絶縁体層と、この絶縁体層上に形成さ
れ、電子を放出させるための第３の導電体層とを備えた
ものである。

第２に、所定の光に対して透過性を有する基板と、この
基板上に形成された透明な第１の導電体層と、この透明
な第１の導電体層の上側と下側の少なくとも一方に形成
され、所定の光に対して不透明で、複数の開孔部を有す
る遮光体層と、上記透明な第１の導電体層と接触し、上
記遮光体層の各開孔部に対応して形成された光導電体層
と、この光導電体層と接触して形成された第２の導電体
層と、上記光導電体層と上記第２の導電体層の周囲に形
成された絶縁体層と、上記第２の導電体層上に形成され
、電子を透過させるための絶縁体層と、この絶縁体層上
に形成され、電子を放出させるための第３の導電体層と
を備えたものである。

第３に、所定の光に対して透過性を有する基板と、この
基板上に形成され、所定の光に対して不透明で、複数の
開孔部を有する導電体層と、上記各開孔部に上記導電体
層と接触して形成された光導電体層と、この光導電体層
の周囲に形成された絶縁体層と、上記光導電体層上に形
成された電子放出部と、この電子放出部の周囲に形成さ
れた絶縁体層と、この絶縁体層上に形成された引出し電
極とを備えたものである。

作　　　　用したがって、第１の技術的解決手段によれば、第１の導
電体層と第３の導電体層とに所定の電圧を印加しておと
、基板側より所望の電子放出領域に対応する第１の導電
体層の開孔部より光導電体層に独立に、あるいは時間順
次で所定の時間光照射を行うことにより、当該電子放出
領域における光導電体層を電気的絶縁状態から電気的導
通状態にし、第１の導電体層と当該電子放出領域の第２
の導電体層を電気的に接続し、絶縁体層のトンネル現象
により第３の導電体層から所定の時間だけ電子を放出・
させることができる。

第２の技術的解決手段によれば、透明な第１の導電体層
と第３の導電体層との間に所定の電圧を印加しておと、
基板側より所望の電子放出領域に対応する遮光体層の開
孔部より光導電体層に独立に、あるいは時間順序で所定
の時間光照射を行うことにより、当該電子放出領域にお
ける光導電体層を電気的絶縁状態から電気的導通状態に
し、第１の導電体層と当該電子放出領域における第２の
導電体層を電気的に接続し、絶縁体層のトンネル現象に
より第３の導電体層から所定の時間だけ電子を放出させ
ることができる。

第３の技術的解決手段によれば、導電体層と弓出し電極
との間に所定の電圧を印加しておと、基板側より所望の
電子放出領域に対応する導電体層の開孔部より光導電体
層に独立に、あるいは時間順序で所定の時間光照射を行
うことにより、当該電子放出領域における光導電体層を
電気的絶縁状態から電気的導通状態にし、導電体層と当
該電子放出領域の電子放出部を電気的に接続し、この電
子放出部から所定の時間だけ電子を放出させることがで
きる。

実施例以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

捷ず、本発明の第１の実施例について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における電子放出素子を
示す断面図である。

第１図に示すように、使用する所定の光に対して透過性
を有する基板１上に使用する所定の光に対して不透明な
第１の導電体層２が形成され、この第１の導電体層２は
複数の開孔部３を有している。各開孔部３には第１の導
電体層２と接触して光導電体層４が形成され、光導電体
層４上にはこれと接触して第２の導電体層５が形成され
、容箱２の導電体層５の外周部が開孔部３の外周におい
て第１の導電体層２に対峙されている。第１の導電体層
２上には光導電体層４と第２の導電体層５の周囲に絶縁
体層６が形成されて各電子放出領域部に電気的に分離さ
れている。この絶縁体層６は光導電体層４の導電性をも
たらす励起光に対し、不透明であるのが望ましい。第２
の導電体層５および絶縁体層６上には電子透過用の薄い
絶縁体層７が形成され、絶縁体層７上には電子放出用の
第３の導電体層８が形成されている。絶縁体層７Ｉｒｉ
トンイ・ル効果により、電子が第２の導電体層５から第
３の導電体層８へ透過する部分であるため、薄く形成す
る程、よりトンネル確率が高くなり、好ましいが、実際
的には３〜２０　ｎｍ程度である。

同様に第３の導電体層８も薄い程好ましいが、実際には
電導性との兼合いで５〜４０ｎｍ程度である。

また、電子を放出させるための第３の導電体層８は第２
の導電体層５を覆うように形成され、電子放出素子の上
部電極となる。以上の構成でも電子放出素子として基本
的機能は満たすが、更に、第３の導電体層８上に電子放
出領域の外周で第２の導電体層５上を避けるように絶縁
体層９が形成され、各絶縁体層９上に引出し電極１ｏが
形成されている。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

電源１１により電子放出を生じさせるのに必要な所定の
電圧を第３の導電体層８が正、第１の導電体層２が負と
なるように印加しておと、基板１側から電子放出させた
い部分に対応する開孔部３に独立に、あるいは時間順次
で所定の光を所定の時間照射する。これにより、照射さ
れた開孔部３の光導電体層４のみを照射し、照射された
光導電体層４を電気的絶縁状態から電気的導通状態とす
る。その結果、第１の導電体層２と、電子放出させたい
電子放出領域の第２の導電体層５とが上記照射された光
導電体層４を介して電気的に接続され、電子を放出させ
たい電子放出領域の第２の導電体層５と第３の導電体層
８との間に電源１１により所定の電圧が印加され、トン
イ・ル現象により電子放出させたい電子放出領域の第３
の導電体層８より電子を放出させることができる。この
とと、上記のように第３の導電体層８上に第２の絶縁体
層９と引出し電極１０を形成することにより、電子をよ
シ放出しやすくシ、かつ放出電子のビーム制御を行うこ
とができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第２図は本発明の第２の実施例における電子放出素子を
示す断面図である。

第２図に示すように、使用する所定の光に対して透過性
を有する基板１５上に所定の光に対して不透明な遮光体
層１６が形成され、この遮光体層１６は複数の開孔部１
７を有している。これら遮光体層１６および基板１５上
には透明な第１の導電体層１８が形成され、この透明な
第１の導電体層１８上に各開孔部１７に対応して光導電
体層１９が形成されている。各光導電体層１９上にこれ
と接触して第２の導電体層２０が形成され、各館２の導
電体層２０の外周部が開拉部１７の外周において、透明
な第１の導電体層１８に対峙されている。透明な第１の
導電体層１８上には光導電体層１９と第２の導電体層２
０の周囲に絶縁体層２１が形成されて各電子放出領域部
に電気的に分離されている。第２の導電体層２０および
絶縁体層２１上には電子透過用の薄い（膜厚２０ｎｍ以
下）絶縁体層２２が形成され、絶縁体層２２上には電子
放出用の第３の導電体層２３が形成されている。

更に、必要に応じ、第３の導電体層２３上に電子放出領
域の外周で第２の導電体層２０を避けるように絶縁体層
２４が形成され、各絶縁体層２４上に引出し電極２５が
形成されている。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

電源２６により第３の導電体層２３が正、透明な第１の
導電体層１８が負となるように所定の電圧を印加してお
と、基板１５側から電子放出させたい部分に対応する遮
光体層１６の開孔部１７に独立に、あるいは時間順次で
所定の光を所定の時間照射する。これにより、遮光体層
１６で必要な部分の光導電体層１９のみ照射され、以下
、上記第１の実施例と同様の動作原理により、所望の電
子放出領域からのみ電子放出させることができる。

なお、上記実施例では、遮光体層１６を透明な第１の導
電体層１８の下側に形成した場合について説明したが、
遮光体層１６を透明な第１の導電体層１８の上側に形成
しても同様の効果を得ることができた。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。

第３図は本発明の第３の実施例における電子放出素子を
示す断面図である。

第３図に示すように、使用する所定の光に対して透過性
を有する基板３１上に所定の光に対して不透明な導電体
層３２が形成され、この導電体層３２は複数の開孔部３
３を有している。各開孔部３３には導電体層３２♂接触
して光導電体層３４が形成され、導電体層３２上には光
導電体層３４の周囲に絶縁体層３５が形成されている。

各光導電体層３４を覆って電界集中の生じやすい形状の
電子放出部３６が形成され、絶縁体層３５上には電子放
出部３６の周囲に絶縁体層３７が形成され、絶縁体層３
７上に引出し電極３８が形成されている。本実施例の構
成は、いわゆる電界放出型であるので、電子放出部３６
は高融点で、低仕事関数の材料、例えば、Ｍｏ、　Ｌａ
Ｂ６、ＺｒＣ等を用いるのが望ましい。

本実施例においては、電源３９により引出し電極３８が
正、導電体層３２が負となるように所定の電圧を印加す
ることにより、上記第１の実施例と同様の原理で所望の
電子放出領域から電子を放出させることができる。

実施例１第１図において、基板１としてガラスを用い、まず、こ
の基板１上にφ０．５　ｍｍ　、　　ピ、、　ｆ−２ｍ
ｍで１０　Ｘ　１０個の開孔部３を有する膜厚３０Ｑｎ
ｍのＡ１蒸着膜からなる第１の導電体層２を形成した。

次にφ０．５　ｍｍの開孔部３にφ０．６　ｍｍで膜厚
５ＱＱｎｍの光導電体層４、例えば、ＣｄＳｅ、　Ｃｄ
Ｓ、　ＺｎＳ　等を形成した。次に、第１の導電体層２
上で光導電体層４の周囲に絶縁体層６として、例えば、
Ｓ　ｉ０２、ＡＩ　２０３　　等を形成した後、光導電
体層４上にこれと接触してφＱ、　ｇ　ｍｍの第３の導
電体層５として、例えば、ＡＩ、　Ｍｏ、　ＬａＢ６、
ＺｒＣ等を形成した。

次に、絶縁体層６および第２の導電体層５上に薄い絶縁
体層７として、Ａｌ２Ｏ３、Ｓ　ｉ０２、Ｓｉ３Ｎ４等
を約１０ｎｍの膜厚で形成した。次に、絶縁体層７上に
第３の導電体層８として、例えば、Ａｕ、ＺｒＣ１Ｌａ
Ｂ６等を１０〜１５ｎｍの膜厚で形成して電子放出素子
を作製した。そして、第３の導電体層８と第１の導電体
層３間に１０〜１５Ｖの電圧を印加しながら、ガラス基
板１側から所望の電子放出領域に対応する開孔部３にＨ
ｅ−Ｎｅレーザ光を照射した結果、クロストークによる
誤動作がなく、第３の導電体層８側において、Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ光を照射した開拓部３に対応する箇所のみから
電子を放出させることができた。

実施例２第２図において、まず、ガラス基板１５上にφＱ、　５
　ｍｍの開孔部１７を有するように遮光体層１６として
、例えば、Ｏｅ、　Ｓｉ等を形成した。次に、遮光体層
１６およびガラス基板１５上にＩＴＯ。

５ｎ０２等の透明な第１の導電体層１８　を形成した後
、上記実施例１と同様にして電子放出素子を作製した。

そして、実施例１（！：同様に第３の導電体層２３と透
明な第１の導電体層１８に電圧を印加しながらガラス基
板１５側から各電子放出領域ごとに光照射を行った結果
、クロストークによる誤動作がなく、所望の電子放出領
域のみから電子を放出させることができた。

実施例３第３図において、まず、上記実施例１の場合と同様にガ
ラス基板３１上に順次ＡＩ蒸着膜からなる第１の導電体
層３２　、ＣｄＳｅ、　ＣｄＳ、　ＺｎＳ　等からなる
光導電体層３４．５Ｉ０２からなる絶縁体層３２　を形
成した。次に、絶縁体層３５上に電子放出素子囲の絶縁
体層３７として、５ｉ０２をフォトプロセスにより約１
μｍ　の厚さで形成し、その上に引出し電極３８として
、Ｍｏを３００１ｍの厚さで形成した。その後、斜め蒸
着と垂直蒸着のに二元蒸着法により、光導電体層３４を
覆ってＭｏ　、　ＬａＢ６等からなる電子放出部３６　
を形成した。そして、引出し電極３８と導電体層３２と
に所定の電圧を印加しながらガラス基板３１側より所望
の電子放出領域に対応する開孔部３３に光照射を行った
結果、所望の電子放出領域のみから電子を放出させるこ
とができた。

発明の効果以上述べたように本発明によれば、所定の光を透過する
ことができる複数の開孔部に光導電体層を設け、光導電
体層の一側を導電体層に接触させ、光導電体層の他側を
この光導電体層に対応する独立した導電体層、若しくは
電子放出部に接触させ、所望の電子放出領域に対応する
開孔部に光照射を行うことにより、当該電子放出領域に
おける光導電体層を電気的絶縁状態から電気的導通状態
にし、導電体層と当該電子放出領域の導電体層、若しく
は電子放出部を電気的に接続し、当該電子放出領域のみ
から電子を放出させるようにしている。したがって、駆
動用の配線を簡素化することがでと、また、クロストー
クをなくして隣接電子放出領域の誤動作を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における電子放出素子を
示す断面図、第２図は本発明の第２の実施例における電
子放出素子を示す断面図、第３図は本発明の第３の実施
例における電子放出素子を示す断面図、第４図は従来の
電子放出素子の一例を示す断面図、第５図は従来の電子
放出素子の他の例を示す斜視図、第６図は従来の電子放
出素子の他の例を示す斜視図、第７図は従来の電子放出
素子の更に他の例を示す断面図である。１・・・基板、２・・・第１の導電体層、３・・・開孔
部、４・・光導電体層、５　第２の導電体層、６・・・
絶縁体層、７・・・絶縁体層、８・・・第３の導電体層
、９・・・絶縁体層、１０・・・引出し電極、１５　　
・基板、１６・・・遮光体層、１７・・・開孔部、１８
・・・透明な第１の導電体層、１９・・・光導電体層、
２０・・第２の導電体層、２１・・・絶縁体層、２２・
・絶縁体層、２３　・・第３の導電体層、２４・・・絶
縁体層、２５・・・引出し電極、３１・・・基板、３２
・・・導電体層、３３・・・開孔部、３４・・・光導電
体層、３５・・・絶縁体層、３６・・・電子放出部、３
７・・・絶縁体層、３８・・・引出し電極。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の光に対して透過性を有する基板と、この基
板上に形成され、所定の光に対して不透明で、複数の開
孔部を有する第１の導電体層と、上記各開孔部に上記第
１の導電体層と接触して形成された光導電体層と、この
光導電体層と接触して形成された第２の導電体層と、上
記光導電体層と上記第２の導電体層の周囲に形成された
絶縁体層と、上記第２の導電体層上に形成され、電子を
透過させるための絶縁体層と、この絶縁体層上に形成さ
れ、電子を放出させるための第３の導電体層とを備えた
電子放出素子。
（２）所定の光に対して透過性を有する基板と、この基
板上に形成された透明な第１の導電体層と、この透明な
第１の導電体層の上側と下側の少なくとも一方に形成さ
れ、所定の光に対して不透明で、複数の開孔部を有する
遮光体層と、上記透明な第１の導電体層と接触し、上記
遮光体層の各開孔部に対応して形成された光導電体層と
、この光導電体層と接触して形成された第２の導電体層
と、上記光導電体層と上記第２の導電体層の周囲に形成
された絶縁体層と、上記第２の導電体層上に形成され、
電子を透過させるための絶縁体層と、この絶縁体層上に
形成され、電子を放出させるための第３の導電体層とを
備えた電子放出素子。
（３）所定の光に対して透過性を有する基板と、この基
板上に形成され、所定の光に対して不透明で、複数の開
孔部を有する導電体層と、上記各開孔部に上記導電体層
と接触して形成された光導電体層と、この光導電体層の
周囲に形成された絶縁体層と、上記光導電体層上に形成
された電子放出部と、この電子放出部の周囲に形成され
た絶縁体層と、この絶縁体層上に形成された引出し電極
とを備えた電子放出素子。