场致发射型电子源及其驱动方法

专利名称：场致发射型电子源及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及具有通过场致发射来发射电子束的电子源元件的场致发射型电子源(Field Emission-Type Electron Source)及其驱动方法。


图15表示了具有漂移层的以往的电子源的一个例子。如图15所示，在电子源10中，在作为导电性衬底的n型硅衬底1的表面(front surface)上，介于非掺杂的多晶硅层3，形成了由氧化的多孔多晶硅层(多孔化的多晶硅层)构成的漂移层6。在漂移层6上，形成了由金属薄膜(例如，金属膜)构成的表面电极7。在n型硅衬底1的背面(back surface)上形成了欧姆电极2。由n型硅衬底1和欧姆电极2构成了下部电极12。须指出的是，也提出了在n型硅衬底1和漂移层6之间不存在多晶硅层3，在n型硅衬底1的表面(front surface)上形成了漂移层6的电子源。
在图15所示的电子源10中，由n型硅衬底1和欧姆电极2构成了下部电极12。可是，如图16所示，也提出了在例如由玻璃衬底构成的绝缘性衬底11的表面(front surface)上形成了由金属材料构成的下部电极12的电子源10。
在图15或图16所示的电子源10中，在如下的过程中发射了电子。即首先与表面电极7相对配置了集电极21。于是，在表面电极7和集电极21之间为真空的状态下，在表面电极7和下部电极12之间外加了直流电压Vps，使表面电极7对于下部电极12为高电位。并且，在集电极21和表面电极7之间外加了直流电压Vc，使集电极21对于表面电极7为高电位。如果适当设定各直流电压Vps、Vc，则从下部电极12注入的电子在漂移层6中漂移，通过表面电极7被发射。图15或图16中的单点划线表示了通过表面电极7发射的电子e-的流。到达漂移层6的表面的电子被认为是热电子，容易穿越表面电极7，发射到真空中。
在各电子源10中，一般把流过表面电极7和下部电极12之间的电流称作二极管电流Ips，把流过集电极21和表面电极7之间的电流称作发射电流(发射电子电流)Ie。在各电子源10中，发射电流Ie对于二极管电流Ips的比率(＝Ie/Ips)越大，电子发射效率就越高。在所述个电子源10中，即使外加在表面电极7和下部电极12之间的直流电压Vps为10～20V左右的低电压，也能使电子发射，直流电压Vps越大，发射电流Ie就越大。
须指出的是，图15或图16所示的电子源10被用作显示器的电子源(参照图12)。
可是，在所述的以往的电子源10中，因为在漂移层6中存在捕获电子的收集器，所以从下部电极12注入漂移层6的电子的一部分被收集器捕获。由此，二极管电流Ips和发射电流Ie渐渐减少，所以电子源的寿命比较短。
对此，提出了通过在下部电极和表面电极之间外加极性交替颠倒的电场，使被收集器捕获的电子放出的电子源的驱动方法(例如，参照特开平7-226146号公报)。须指出的是，该电子源是在由金属或高浓度掺杂的半导体构成的上部电极(表面电极)和由金属或高浓度掺杂的半导体构成的下部电极之间存在绝缘体层的MIM型的电子源。在该电子源中，因为外加在上部电极和下部电极之间的电压的极性交替颠倒，所以在绝缘体层内的上部电极附近存在的捕获电子的收集器和在绝缘层内的下部电极附近存在的捕获电子的收集器之间，有一部分电子移动，高效地发射电子。
可是，当把特开平7-226146号公报中描述的驱动方法适用于图15或图16所示的电子源10时，被漂移层6内的收集器捕获的电子即使从该收集器放出，也会被漂移层6内的其他收集器捕获。因此，二极管电流Ips和发射电流Ie渐渐减少，无法达到足够的使用寿命。
另外，在特开平11-95716号公报中，描述了在把电子源元件配置为矩阵状的图像显示装置中，通过在一帧的扫描后，在各电子源元件上一并外加反方向的电压，使收集器捕获的电子放出的驱动方法。可是，在该驱动方法中，存在以下的问题。
(1)无论为了驱动各电子源元件是否外加了电压，都以帧单位外加了反偏压，所以各电子源元件的电子发射特性参差不齐(彼此特性差异大)。各电子源元件的驱动状态是基于应该显示的图像，所以不可能控制该差异。
(2)因为对在一帧内的初期被驱动的电子源元件和在末期被驱动的电子源元件一并外加反偏压，所以从驱动到外加反偏压的等待时间上产生差异，导致电子源元件的电子发射特性的差异变大。因为各电子源元件的扫描顺序是固定的，所以使用期间越长，所述差异越大。
本发明目的是这样实现的采用本发明的驱动方法的电子源(场致发射型电子源)包括电子源元件，该电子源元件具有下部电极、表面电极、以及在下部电极和表面电极之间存在漂移层(强电场漂移层)。在表面电极和下部电极之间，靠外加了使表面电极变为高电位的顺方向电压时作用的电场，电子通过漂移层。通过漂移层的电子经表面电极而被发射。在该电子源的驱动方法中，当在电子源元件上外加了顺方向电压(正电压、偏压)时，加压后在电子源元件上外加反向电压(负电压、反偏压)。而当不外加顺方向电压时，不外加反向电压。
根据该电子源的驱动方法，只当在电子源元件上外加了顺方向电压时，才外加反向电压，所以抑制了电子源元件的驱动状态导致的电子发射特性的差异。这里，如果按照顺方向电压的绝对值控制反向电压，则该效果更好。如果从外加顺方向电压到外加反向电压的时间为一定，就能使反偏压的效果一定，能更有效地抑制电子发射特性的差异。另外，当不在电子源元件上外加顺方向电压时，因为不外加反向电压，所以能避免向电子源元件外加不必要的电压。因此，能提高电子源元件的可靠性。在例如显示器等矩阵结构的装置中，能提高电子发射面的电子发射的均匀性。
在采用本发明的另一个驱动方法的电子源中，漂移层具有纳米级的多个半导体微晶体、在各半导体微晶体的表面上形成的膜厚比半导体微晶体的晶体粒径小的绝缘膜。在该电子源的驱动方法中，在各帧中，对全部电子源元件一并外加反向电压。
本发明的电子源具有电子源元件和驱动电路。电子源元件具有下部电极、表面电极、在下部电极和表面电极之间存在的漂移层。在表面电极和下部电极之间，靠外加了使表面电极变为高电位的顺方向电压时作用的电场，电子通过漂移层。通过漂移层的电子经表面电极而被发射。驱动电路具有顺方向电压外加电路和反向电压外加电路。驱动电路中，当顺方向电压外加电路在电子源元件上外加了顺方向电压时，反向电压外加电路在电子源元件上外加反向电压。而当顺方向电压外加电路不外加顺方向电压时，反向电压外加电路不外加反向电压。
根据本发明，能使电子源的寿命变长。
图1是本发明的实施例1的电子源的正视剖视图，表示了它的电子发射形态。
图2是图1所示的电子源的漂移层以及表面电极的放大正视剖视图。
图3是表示驱动电源的输出电压的波形的图。
图4是表示驱动电源的输出电压的另一波形的图。
图5是表示对电子源元件的行选择线和列选择线的布线形态的模式图。
图6A和图6B分别是表示图5所示的行选择线和列选择线上外加的电压的模式、外加在电子源元件上的电压的模式的图。
图7A和图7B分别是表示图5所示的行选择线和列选择线上外加的电压的另一模式、外加在电子源元件上的电压的另一模式的图。
图8A和图8B分别是表示驱动电源的输出电压的波形的图。
图9是表示驱动电源的输出电压波形的图。
图10A～图10D分别是表示驱动电源的输出电压的波形的图。
图11是具有多个电子源元件的图像显示装置的模式图。
图12是本发明的实施例2的电子源的立体图。
图13是具有多个电子源元件的图像显示装置的模式图。
图14是放大显示图13所示的图像显示装置的一部分的模式图。
图15是以往的电子源的正视剖视图。
图16是以往的另一个电子源的正视剖视图。
实施例1首先，参照图1和图2，说明实施例1的电子源10(场致发射型电子源)。然后，说明电子源10的驱动方法。
如图1所示，在电子源10中，在绝缘性衬底(例如，玻璃衬底、陶瓷利底等)的表面(front surface)即一方的主表面上形成了由导电性材料(例如金属、高浓度掺杂的多晶硅等)构成的下部电极12。在下部电极12上形成了由氧化的多孔多晶硅层构成的漂移层6(强电场漂移层)。在漂移层6上形成了由金属薄膜(例如金属膜)构成的表面电极7。表面电极7的厚度设定为10～15nm左右。在实施例1的电子源10中未设置图16所示的以往的电子源10中的多晶硅层3。在实施例1中，由下部电极12、漂移层6和表面电极7构成了电子源元件10a。
如图2所示，漂移层6至少由以下部分构成在下部电极12的表面电极7一侧的表面上设置为列状的柱状多晶硅的晶粒51(半导体结晶)、在晶粒51的表面上形成的薄的氧化硅膜52、在晶粒51之间存在的多个纳米级的硅微晶体63(半导体微晶体)、在各硅微晶体63的表面上形成的多个氧化硅膜64。氧化硅膜64是具有比硅微晶体63的结晶粒径小的膜厚的绝缘膜。主要在于，在漂移层6中，多晶硅层的各晶粒的表面多孔化，在各晶粒的中心部分维持了结晶状态。各晶粒51在下部电极12的厚度方向上延伸。漂移层6譬如以这样的处理步骤形成在下部电极12上形成非掺杂的多晶硅层，通过阳极氧化处理使该多晶硅层多孔化，通过急速热氧化法以900℃急速热氧化多孔多晶硅层。
从电子源10使电子发射的步骤如下所述。即首先与表面电极7相对配置了集电极21。然后，在表面电极7和集电极21之间为真空的状态下，由驱动电源Va在表面电极7和下部电极12之间外加驱动电压，使表面电极7对于下部电极12为高电位。并且，在集电极21和表面电极7之间外加直流电压Vc，使集电极21对于表面电极7为高电位。如果适当设定所述驱动电压和直流电压Vc，则从下部电极12注入的电子在漂移层6中漂移，通过表面电极7被发射。图1中的单点划线表示了通过表面电极7发射的电子e-的流。
在电子源10中，基本上以如下的模式进行电子发射。即在表面电极7和下部电极12之间从驱动电源Va外加电压，使表面电极7为高电位，同时，在集电极21和表面电极7之间外加直流电压Vc，使集电极21为高电位。然后，如果表面电极7和下部电极12之间外加的电压达到给定值(临界值)，被从下部电极12向漂移层6热激励的电子e-开始朝表面电极7一侧漂移。而外加在漂移层6上的电场的大部分都加在氧化硅膜64上，所以注入的电子e-由加在氧化硅膜64上的强电场加速。然后，电子e-在漂移层6内，在晶粒51间的区域，按图2中的箭头的方向，向着表面漂移，穿过表面电极7发射到真空中。因此，在漂移层6中，从下部电极12注入的电子由于微晶体63而几乎不会散射，由加在氧化硅膜64上的电场加速，漂移，通过表面电极7被发射(弹道型电子发射现象)。这时，在漂移层6产生的热通过晶粒51放出，所以在电子发射时，不发生振荡现象，稳定地发射了电子。虽然认为到达漂移层6的表面的电子是热电子，但是能容易地通过表面电极7发射到真空中。
在实施例1中，漂移层6由氧化多孔多晶硅层构成。可是，漂移层6也可以由氧化的多孔多晶硅层、或由氧氮化(oxynitrided)的多孔多晶硅层构成。或者，也可以由其他的氧化、氮化或氧氮化的多孔半导体层构成。当由氮化的多孔多晶硅层构成了漂移层6时，不是形成氧化硅膜52、64，而是形成氮化硅膜。当由氧氮化多孔多晶硅层构成了漂移层6时，不是形成氧化硅膜52、64，而是形成氧氮化硅膜。
下面，说明电子源10的驱动方法。首先，对于构成电子源10的一个电子源元件10a，说明该驱动方法的概要。
电子源元件10a由在表面电极7和下部电极12之间外加电压的驱动电源Va来驱动。如果从驱动电源Va输出了使表面电极7对于下部电极12变为高电位的顺方向的偏压(以下称作“顺偏压”)，则该顺偏压被外加在表面电极7和下部电极12之间，通过这时作用的电场，电子e-在漂移层6中偏移，通过表面电极7被发射。
如图2所示，漂移层6具有多个硅微晶体63和在各硅微晶体63的表面上分别形成的氧化硅膜64，但是，在氧化硅膜64上形成了收集器9(例如，缺陷、杂质、悬空链等)。因此，当被驱动电源Va外加了使表面电极7对于下部电极12变为高电位的顺偏压(例如，如果表面电极7的电位为20V，下部电极12的电位为0V，则顺偏压为20V。)时，则从下部电极12注入到漂移层6中的电子的一部分被收集器9捕获。可是，在实施例1的电子源元件10a的驱动方法中，在驱动电源Va不在表面电极7和下部电极12之间外加顺偏压的期间中，在表面电极7和下部电极12之间外加了反偏压(反向电压)，使由收集器9捕获的电子向漂移层6外发射。因此，在驱动电源Va不在表面电极7和下部电极12之间外加顺偏压的期间中，被漂移层6中的收集器9捕获的电子移动到下部电极12。即驱动电源Va具有把电子通过层即漂移层6中的收集器9捕获的电子向外放出的手段。
假如驱动电源Va的输出电压为图3所示的脉冲电压，在表面电极7和下部电极12之间外加脉冲宽度H1的顺偏压V1(例如+20V)和脉冲宽度H2的反偏压-V2(例如-10V)，则在外加顺偏压V1时由收集器9捕获的电子在外加反偏压-V2时，从收集器9发射到漂移层6外。须指出的是，图3中的基准电压V0为0V。
图3所示的驱动电源Va的输出电压的波形为交替重复顺偏压V1和反偏压-V2。但是，也可以象图4所示那样，输出顺偏压V1，输出反偏压-V2后，设置输出基准电压V0(＝0V)的断开电压期间H3，以V1、V2、V0等三个电压水平使输出电压变化。这样可减少耗电。
根据实施例1的电子源10的驱动方法，当在表面电极7和下部电极12之间外加了顺偏压时被漂移层6中的收集器9捕获的电子由于来自驱动电源Va的能量，被发射到漂移层6外。因此，抑制了被漂移层6中的收集器9捕获的电子导致的电场缓和，电子源10的寿命变长。另外，因为驱动电源Va外加在电子源元件10a的表面电极7和下部电极12之间的反偏压是脉冲状电压，所以容易管理使漂移层6中的收集器9捕获的电子向下部电极12移动的时刻。
下面，对于具有多个电子源元件10a的电子源10，说明更具体的驱动方法。
如图5所示，电子源10具有分别具有图1～图2所示的结构的四个电子源元件①～④；两根列选择线D1、D2；两根行选择线S1、S2。列选择线D1、D2与对应的电子源元件①～④的表面电极7相连，行选择线S1、S2与对应的电子源元件①～④的下部电极12相连。因此，在各电子源元件①～④上，外加了列选择线D1、D2和行选择线S1、S2的差电压。须指出的是，在图6B中，当各电子源元件①～④上外加的电压为正时，表面电极7是比下部电极12高的电压乃至电位。
这里，在时刻t0～t2的期间中，选择了列选择线D1和行选择线S1，因此，电子源元件①被驱动(选择)。这时，通过驱动电源Va，在列选择线D1、D2以及行选择线S1、S2上外加了例如图6A所示模式的电压乃至电位。这时，在各电子源元件①～④中，在表面电极7和下部电极12之间外加了图6B所示的顺偏压和反偏压。
从图6A可知，在各线D1、D2、S1、S2中，在结束了正电压或负电压的数据信号的外加后，外加了与各数据信号相应的反极性电压。须指出的是，当未外加数据信号时，即线为基准电压V0(0V)时，维持该基准电压。具体而言，在时刻t0～时刻t1的期间内，在列选择线D1中，在结束了电压V1的数据信号的外加后，外加了电压-Vr1的反极性电压，在行选择线S1中，在结束了电压-V2的线信号的外加后，外加了Vr2的反极性电压。须指出的是，在该期间内，因为在线D2、S2上不外加数据信号，所以维持了基准电压V0(0V)。
因此，从图6B可知，在连接在选择的两条线D1、S1上的电子源元件①(驱动时)上外加了顺偏压(V1+V2)。在连接在未选择的列选择线D2和选择的行选择线S1上的电子源元件②上，外加了顺偏压V2。在连接在选择的列选择线D1和未选择的行选择线S2上的电子源元件③上，外加了顺偏压V1。在连接在未选择的两条线D2、S2上的电子源元件④上外加了基准电压(0V)。
于是，在结束了在所述电子源元件①～④上分别外加所述电压(分别为(V1+V2)、V2、V1、0V))后，外加与该电压相应的反偏压(分别为-(Vr1+Vr2)、-Vr2、-Vr1、0V))。即在为了驱动电子源元件外加了大的顺偏压(正电压)后，外加了大的反偏压(负电压)。虽然未被驱动，但是在外加了小的顺偏压后，外加了小的反偏压。当不外加顺偏压时，反偏压为0V。从外加了顺偏压开始到外加反偏压的时间都是大致一定的。
这里，各反偏压(负电压)的绝对值最好为顺偏压(正电压)的绝对值以下。这是为了防止外加大的反偏压引起绝缘破坏，也为了防止大电流引起的焦耳热造成的破坏。为了既能防止对电子源元件的破坏又能充分取得反偏压的效果，各反偏压(负电压)的绝对值最好为各正偏压的绝对值的50～100％。
下面，说明控制从顺偏压(正电压)的外加到反偏压(负电压)的外加的时间的优点。例如，当电子通过层由多孔多晶硅层构成时，电子多次穿过纳米级结晶硅周边的氧化膜，被加速，发射到真空中。这里，在多孔多晶硅中，载流子以扩张指数函数所表示的异常分散的机理传导。即在使用了多孔材料的电子源中，当由于顺偏压的外加而在氧化膜中捕获了电子时，电子为异常分散的。这里，当从顺偏压的外加到反偏压的外加的时间不一定时，电子的捕获状态也不同，最佳的反偏压也随时间变化。因此，为了抑制电子发射特性的差异，有必要控制从顺偏压的外加到反偏压的外加的时间。须指出的是，例如，在上述特开平11-95716号公报中描述的单层的绝缘膜的场合，不会发生这样的异常分散，载流子可较快速地被赶出于从收集器9。所以即使外加电压的时刻变化影响也不大。
作为使从电子源元件发射的电子量变化的方法有控制外加在电子源元件上的电压的方法(A)；电压一定下控制加压时间的方法(B)；以短时间脉冲形状外加一定电压下控制该脉冲数的方法(C)。当为方法(A)时，反偏压的绝对值最好控制在顺偏压的绝对值的50～100％左右。当为方法(B)时，最好按照外加时间，控制反偏压的外加时间。当为方法(C)时，最好以脉冲形状外加反偏压，控制该脉冲数。无论是哪种方法，当单纯地只外加一个脉冲的反偏压时，就能取得本发明的效果。
须指出的是，如图7A和图7B所示，当在选择的列选择线上外加反偏压时，可以在未选择的行选择线上外加与所述反偏压的极性相反的偏压。这时，由于至少在电子源元件的驱动时外加反偏压，所以抑制了由收集器捕获的电子引起的电场缓和，电子源10的寿命变长。
下面，说明实施例1的电子源10的驱动方法的若干变形例。
如上所述，反偏压值V2(绝对值)最好设定在顺偏压值V1(绝对值)的50～100％的范围，例如60％。当反偏压值V2为顺偏压值V1的60％时，假如顺偏压值V1为12V，则反偏压值V2约为7V，如果顺偏压值V1为16V，则反偏压值V2约为10V。
例如，如图8A所示，顺偏压值V1的脉冲宽度H1和反偏压值V2的脉冲宽度H2在100～1ms的范围中为同一值。可是，反偏压值V2的脉冲宽度H2也可以为顺偏压值V1的脉冲宽度H1的0.5～2倍左右。例如，如果脉冲宽度H1为10ms，则脉冲宽度H2可为5～20ms。
另外，反偏压值V2的外加时间的累计值可以设定在顺偏压值V1的外加时间的累计值的50～100％的范围内，例如50％。这时，例如图8B所示，把反偏压值V2设定为顺偏压值V1的25％，并且反偏压值V2的脉冲宽度H2为顺偏压值V1的脉冲宽度H1的2倍。
另外，如图9所示，也可以在顺偏压的外加和反偏压的外加之间，设置外加电压为V0(0V)的断开电压期间H0，可以重复V1→V0→V2→V0→V1···的模式外加电压。这时，断开电压期间H0最好为比脉冲宽度H1以及脉冲宽度H2大的值。例如当脉冲宽度H1以及脉冲宽度H2为10ms时，断开电压期间H0可以为40ms。这时，占空比即H1/(H1+H2+2H0)为1/10。
如图10A所示，为了抑制加在漂移层6(电子通过层)内的氧化硅膜上的电场的急剧变化，顺偏压V1以及反偏压-V2的脉冲波形可以是上升部分具有倾斜的形状。另外，如图10B～10D所示，顺偏压V1以及反偏-V2之波形可以是阶梯状脉冲、三角波脉冲、或正弦波脉冲。这时，能抑制电子源元件10a上的电场的急剧变化，能减小对漂移层6的损坏。通过设置外加电压为0V的断开电压期间，能抑制焦耳热的产生，能进一步提高电子源的可靠性。
如图11所示，当把实施例1的电子源10作为多彩色的图像显示装置使用时，电子源10根据从外部输入的图像信号，由驱动电路30驱动。驱动电路30具有信号处理部31、驱动信号控制部32、X控制部33、Y控制部34。X控制部33控制由多个表面电极7构成的X电极群的各表而电极7的电压乃至电位。Y控制部34控制由多个下部电极12a构成的Y电极群的各下部电极12a的电压乃至电位。信号处理部31把输入的图像信号变换为矩阵电子源10的驱动用信号。驱动信号控制部32根据由信号处理部31变换的信号，向X控制部33以及Y控制部34发出指示。按与电子源10相对配置玻璃制的面板40(参照图12)的由R、G、B中的任意的荧光体构成的各子像素来形成各电子源元件10a。子像素设置在面板40的面对电子源10一侧。
在具有图11所示的4×4矩阵配置的电子源元件10a的电子源10的驱动电路30中，在电子源元件外部设置了反偏压控制部35(反馈电路)。当外加了反偏压时，该反偏压控制部35检测流过电子源元件10a的反偏压电流(二极管电流)，使反偏压适当变化，以使该电流值一定。即如果电流值上升，就减小电压，如果电流值减少，就提高电压值。须指出的是，该电流值以驱动开始时的初始值为基准。
根据该反馈控制，能算出漂移层6的收集器捕获的电子的量，能以能使该电子发射的最小能量外加反偏压。因此，能降低耗电。进一步，还能防止过度的电压引起的对电子源元件的破坏，能提高电子源的可靠性。
可是，在驱动电源Va中，当从电子源元件10a使电子发射时，也可以控制外加在表面电极7和下部电极12之间的电压大小和/或电压外加时间，使在漂移层6产生的焦耳热的能量成为能使收集器9捕获的电子向漂移层6外发射的热能。如果这样，通过在漂移层6上外加热能，就能使收集器9捕获的电子向漂移层6外发射。这时，能容易地控制热能。须指出的是，也可以从外部提供能使收集器9捕获的电子向漂移层6外发射的热能，使收集器9捕获的电子向漂移层6外发射。如果这样，不用变更用于从电子源元件10a使电子发射的条件，就能使收集器9捕获的电子向漂移层6外发射。
在实施例1中，由氧化的多孔多晶硅层组成的漂移层6构成了电子通过层。可是，电子通过层也可以是由例如Al2O3、SiO2等构成的绝缘体层。这时，电子源10与MIM结构的电子源同样地工作。另外，如果适当设置电子通过层的厚度，就能提高电子发射特性。
实施例2下面，说明本发明的实施例2。首先，参照图12～图14，说明实施例2的电子源10的结构。然后，说明电子源10的驱动方法。
如图12所示，电子源10具有由玻璃衬底构成的绝缘性衬底11、导电性层(例如，n型多晶硅层)构成的多个下部电极12a、由非掺杂的多晶硅层构成的多个绝缘部12b、多个漂移层6、多个表面电极7。下部电极12a在绝缘性衬底11表面上设置为列状。绝缘部12b填充于下部电极12a之间。漂移层6具有漂移部6a和分离部6b。漂移部6a重叠形成于下部电极12a上，由氧化的多孔半导体层即多孔多晶硅层构成。分离部6b由填充于漂移部6a之间的多晶硅层构成。表面电极7形成在漂移层6之上，并且在与下部电极12a交叉的方向延伸。下部电极12a形成为长方形状，在其长度方向的两端部上分别形成了垫27。表面电极7形成为长方形状，在其长度方向的两端部分别形成了垫28。
在该电子源10中，在多个下部电极12a和多个表面电极7之间夹着漂移层6的漂移部6a，所以如果适当选择表面电极7和下部电极12a的组，在两电极间外加电压，则只在选择的表面电极7和下部电极12a的交点所对应的部位的漂移部6a上作用强电场，使电子发射。即，同这种场合是等价的在由表面电极7和下部电极12a构成的矩阵(格子)的格子点上分别配置一个由表面电极7和下部电极12a及漂移部6a构成的电子源元件10a。因此，通过选择外加电压的表面电极7和下部电极12a组，能从所希望的电子源元件10a发射电子。这里，漂移部6a具有与实施例1的漂移层6(参照图2)同样的结构。
在实施例2中，与实施例1时同样，可以由氮化的多孔多晶硅层、氧氮化的多孔多晶硅层构成漂移部6a。另外，也可以由其他的氧化、氮化、或氧氮化的多孔半导体层构成。
如图13所示，实施例2的电子源10(矩阵电子源)能在多彩色的图像显示装置中使用，根据从外部输入的图像信号，由驱动电路30驱动。驱动电路30与实施例1同样(参照图11)，具有信号处理部31、驱动信号控制部32、X控制部33、Y控制部34。可是，不设置反偏压控制部。各种电子源元件10a是按与电子源10相对配置的玻璃制面板40(参照图12)的由R、G、B中的任意的荧光体构成的各子像素而形成的。子像素设置在面板40的面对电子源10一侧。
这里，为了简化说明，如图14所示，假定表面电极7以及下部电极12a的数量分别为4个。而且，假定4个表面电极7分别兼做列选择电极X1、X2、X3、X4，而4个下部电极12a分别兼做行选择电极Y1、Y2、Y3、Y4。这时，在电子源10的驱动电路30中，为了降低耗电，把选择的列选择电极X1、X2、X3、X4的电位控制在第一给定电位，而未选择的列选择电极X1、X2、X3、X4是电浮置的。另外，把选择的行选择电极Y1、Y2、Y3、Y4电位控制在比第一给定电位低的第二给定电位，而未选择的行选择电极Y1、Y2、Y3、Y4是电浮置的。如果第一给定电位为VXH’，第二给定电位为VYL’，则VXH’＞VYL’＞0。须指出的是，可以用总线电极构成各列选择电极X1、X2、X3、X4和行选择电极Y1、Y2、Y3、Y4。
下面，说明电子源10的驱动方法。驱动电子源10的驱动电路30在选择的电子源元件10a的表面电极7和下部电极12之间与实施例1同样，外加顺偏压。而且，在在未选择的电子源元件10a的表面电极7和下部电极12之间，与实施例1同样，外加反偏压。因此，根据实施例2的驱动方法，没必要变更选择的电子源元件10a的驱动条件，就能把选择时由收集器9(参照图2)捕获的电子在该电子源元件10a的未选择时向漂移层6外发射。
在实施例2中，驱动电路30构成使电子通过层即漂移部6a中的收集器9捕获的电子向漂移部6a(漂移层6)之外放出的电子发射手段。因此，在实施例2的驱动方法中，在表面电极7和下部电极12之间外加了顺偏压时，漂移层6中的收集器9捕获的电子靠来自驱动电路30的能量，向漂移层6外发射。这样，因为能使收集器9捕获的电子向漂移层6外发射，所以能抑制收集器9捕获的电子导致的电场缓和，电子源10的寿命变长。
在实施例2中，驱动电路30构成电子发射部件。可是，也可以使用向电子源元件10a照射能使收集器9捕获的电子发射的能量的波长的光的电子发射手段。这时，通过向电子源元件10a照射所述波长的光，能使收集器9捕获的电子向漂移层6外发射。作为这样的电子发射手段，如果独立设置发出所述波长的光的光源，只需变更光源，就能与各种能级的收集器对应。另外，作为电子发射手段，也可以在面板40的面对电子源10的面设置由电子源元件10a发射的电子激励而发出所述波长的光(即向电子源元件10a照射所述波长的光)的荧光体。这时，没必要另外设置用于激励所述波长的光的电源。因此，能更简便地使电子源元件10a的寿命变长，并且能降低耗电。
通过这样的光照射，收集器捕获的电子被激励，容易从收集器放出。即能以低能量进行反偏压的外加，使外加电压下降，或者能缩短外加时间。因此，能降低耗电，能防止破坏。当把电子源应用于例如显示器等发光装置时，如果控制来自荧光体的光的波长，装置的动作本身就能使电子源的寿命变长。这里，当荧光体为R、G、B等三色时，发光波长会因场所而异。可是，这时，通过使紫外区域或近紫外区域的发光混合，对可见光没影响，能使电子源的寿命变长。
以上，结合该特定实施例关联说明了本发明，但是对于本专业技术人员而言，很显然地会提出其他很多变形例和修正例。因此，本发明并不局限于这些实施例，而应该由权利要求书限定。
本申请是基于在日本提出申请的特愿2001-331470而提出的，并且在这里全面地引入了其内容。
权利要求
1.一种场致发射型电子源的驱动方法，该场致发射型电子源包含电子源元件，该电子源元件具有下部电极、表面电极、以及强电场漂移层；所述强电场漂移层存在于下部电极和表面电极之间，通过在表面电极和下部电极之间外加使表面电极变为高电位的顺方向电压时作用的电场，有电子通过；通过强电场漂移层的电子经表面电极而被发射；其中，当在电子源元件上外加了顺方向电压时，加压后在电子源元件上外加反向电压，而当不外加顺方向电压时，不外加反向电压。
2.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，在电子源元件上外加顺方向电压和反向电压的间隔为一定时间以内。
3.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，当在电子源元件上外加了数据信号时，加压后在电子源元件上外加反向电压，而当外加了线信号时，也外加反向电压。
4.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，反向电压的绝对值设定为顺方向电压的绝对值以下。
5.根据权利要求4所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，把反向电压的绝对值设定为顺方向电压的绝对值的50～100％。
6.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，按照顺方向电压的脉冲宽度控制反向电压。
7.根据权利要求4所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，把关于加压时间的反向电压的绝对值的累计值设定为关于加压时间的顺方向电压的绝对值的累计值的50～100％。
8.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，顺方向电压以及反向电压是上升波形为倾斜状或台阶状的脉冲电压。
9.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，在顺方向电压的加压和反向电压的加压之间，设置外加电压为0V的断开电压期间。
10.根据权利要求9所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，隔着断开电压期间重复外加顺方向电压和反向电压。
11.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，当在电子源元件上外加顺方向电压时，检测流过电子源元件的顺方向电流，根据该顺方向电流，反馈控制反向电压。
12.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，当在电子源元件上外加反向电压时，检测流过电子源元件的反向电流，根据该反向电流，反馈控制反向电压。
13.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，当在电子源元件上外加顺方向电压时，检测发射到真空中的发射电流，根据该发射电流，反馈控制反向电压。
14.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，在电子源元件上照射具有能使强电场漂移层的收集器捕获的电子发射的能量的波长的光，使收集器捕获的电子向强电场漂移层外发射。
15.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，由电子源元件发射的电子激励，在电子源元件上照射所述波长的光，使收集器捕获的电子向强电场漂移层外发射。
16.根据权利要求14所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，使用发出所述波长的光的荧光体。
17.根据权利要求15所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，使用发出所述波长的光的荧光体。
18.根据权利要求14所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，使用发射所述波长的光的光源。
19.根据权利要求15所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，使用发射所述波长的光的光源。
20.根据权利要求1所述的场致发射型电子源的驱动方法，其中，强电场漂移层具有纳米级的多个半导体微晶体、以及膜厚比在各半导体微晶体的表面上形成的半导体微晶体的晶体粒径小的绝缘膜。
21.一种场致发射型电子源的驱动方法，该场致发射型电子源包含电子源元件，该电子源元件具有下部电极、表面电极、以及强电场漂移层；所述强电场漂移层存在于下部电极和表面电极之间，通过在表面电极和下部电极之间外加使表面电极变为高电位的顺方向电压时作用的电场，有电子通过；通过强电场漂移层的电子经表面电极而被发射；其中，强电场漂移层具有纳米级的多个半导体微晶体、以及膜厚比在各半导体微晶体的表面上形成的半导体微晶体的晶体粒径小的膜厚的绝缘膜；在各帧中，对全部电子源元件一并外加反向电压。
22.一种场致发射型电子源，其中，包括电子源元件和驱动电路；所述电子源元件具有下部电极、表面电极以及强电场漂移层；强电场漂移层存在于下部电极和表面电极之间，靠在表面电极和下部电极之间外加使表面电极变为高电位的顺方向电压时作用的电场，而有电子通过；所述驱动电路具有顺方向电压外加电路和反向电压外加电路，当顺方向电压外加电路在电子源元件上外加了顺方向电压时，反向电压外加电路在电子源元件上外加反向电压，而当顺方向电压外加电路不外加顺方向电压时，反向电压外加电路不外加反向电压。
全文摘要
一种电子源(10)，具有由下部电极(12)、漂移层(6)、表面电极(7)构成的电子源元件10a。漂移层(6)存在于下部电极(12)和表面电极(7)之间。靠在表面电极(7)和下部电极(12)之间外加使表面电极(7)变为高电位的电压时作用的电场，电子通过漂移层(6)，经表面电极(7)而被发射。在表面电极(7)和下部电极(12)之间外加了顺偏压(正电压)时，加压结束后外加反偏压(负电压)，漂移层(6)内的收集器(9)捕获的电子向漂移层(6)外发射。由此，电子源(10)的寿命变长。
文档编号H01J1/30GK1419260SQ0214808
公开日2003年5月21日 申请日期2002年10月25日 优先权日2001年10月29日
发明者菰田卓哉, 栎原勉, 相泽浩一, 本多由明, 渡部祥文, 幡井崇, 竹川宜志, 马场徹 申请人:松下电工株式会社