JP2001125532A - 電界電子放出装置の駆動方法 - Google Patents
電界電子放出装置の駆動方法Info
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- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
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- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
- G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
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- G09G3/22—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources
Abstract
(57)【要約】
【課題】電界電子放出装置の電子放出特性を劣化させず
に駆動する方法を提供する。 【解決方法】カソード電極から電子を電界放出してアノ
ード電極に捕獲する電界電子放出装置の駆動方法におい
て、カソード電極へ印加する電界に対する捕獲電子流密
度２階微分値が一定値以上である条件を満たす範囲でし
か電界を印加しないことで、電子放出特性を劣化させず
に駆動する。
に駆動する方法を提供する。 【解決方法】カソード電極から電子を電界放出してアノ
ード電極に捕獲する電界電子放出装置の駆動方法におい
て、カソード電極へ印加する電界に対する捕獲電子流密
度２階微分値が一定値以上である条件を満たす範囲でし
か電界を印加しないことで、電子放出特性を劣化させず
に駆動する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界電子放出装置
の駆動方法に関する。
の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】カーボン・ナノチューブと呼ばれる炭素
材料から効率良く電界電子放出することが知られてい
る。ここでは、印加電界に対して低いしきい値で電界電
子放出することを効率良い電界電子放出と呼ぶことにす
る。
材料から効率良く電界電子放出することが知られてい
る。ここでは、印加電界に対して低いしきい値で電界電
子放出することを効率良い電界電子放出と呼ぶことにす
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】カーボン・ナノチュー
ブの電界電子放出特性を測定した結果、図６に示す特性
が得られた。この測定は接地した金属性カソード電極に
カーボン・ナノチューブの小片を固定し、１ｍｍ離れた
位置に対向して設置したアノード電極に正電圧を印加し
て行ったものである。アノード電圧を接地電位から徐々
に昇圧して一定電圧にした後、徐々に降圧して接地電位
に戻した場合の測定結果である。
ブの電界電子放出特性を測定した結果、図６に示す特性
が得られた。この測定は接地した金属性カソード電極に
カーボン・ナノチューブの小片を固定し、１ｍｍ離れた
位置に対向して設置したアノード電極に正電圧を印加し
て行ったものである。アノード電圧を接地電位から徐々
に昇圧して一定電圧にした後、徐々に降圧して接地電位
に戻した場合の測定結果である。
【０００４】１秒間に１０Ｖの割合で昇圧・降圧した。
この測定によって、高電界印加領域で電子流密度増加率
が減少する傾向を発見した。電子流密度増加率が減少す
る領域を飽和傾向領域と呼ぶことにする。電子放出特性
は飽和傾向領域で電界を印加する間に劣化することが測
定された。ここで言う劣化とは、電子放出のしきい値電
界が高くなること、あるいは同じ電界を与えても電子放
出量が少なくなることを言う。
この測定によって、高電界印加領域で電子流密度増加率
が減少する傾向を発見した。電子流密度増加率が減少す
る領域を飽和傾向領域と呼ぶことにする。電子放出特性
は飽和傾向領域で電界を印加する間に劣化することが測
定された。ここで言う劣化とは、電子放出のしきい値電
界が高くなること、あるいは同じ電界を与えても電子放
出量が少なくなることを言う。
【０００５】なお、カソード電極、アノード電極各々の
電位や両者の距離は装置により様々に異なるため、カソ
ード電極に印加する電圧を電界として表現しているが、
電圧と読み替えても本願発明は成立する。
電位や両者の距離は装置により様々に異なるため、カソ
ード電極に印加する電圧を電界として表現しているが、
電圧と読み替えても本願発明は成立する。
【０００６】飽和傾向領域で電界を印加する場合、印加
する電界強度が同じ場合には印加時間が短いほど電子放
出特性の劣化はすくない。また、印加する時間が同じ場
合には印加電界強度が高い程電子放出特性の劣化が大き
い。一方、飽和傾向領域以下の電界では、電子放出特性
の劣化は認識されないほどわずかであった。このように
カーボン・ナノチューブから電界電子放出させる際に飽
和傾向領域における電子放出特性の劣化という問題を発
見した。
する電界強度が同じ場合には印加時間が短いほど電子放
出特性の劣化はすくない。また、印加する時間が同じ場
合には印加電界強度が高い程電子放出特性の劣化が大き
い。一方、飽和傾向領域以下の電界では、電子放出特性
の劣化は認識されないほどわずかであった。このように
カーボン・ナノチューブから電界電子放出させる際に飽
和傾向領域における電子放出特性の劣化という問題を発
見した。
【０００７】飽和傾向領域での劣化は他の材料でも観察
されている。例えば、スピント型モリブデンコーンを用
いたマイクロフィールドエミッタアレイにおいても、ゲ
ート−カソード電極間に高電圧を印加すると電子放出特
性はファウラー・ノルドハイム関数から大きく逸脱して
飽和傾向を示すことを発見した。この飽和傾向領域では
電子放出特性の顕著な劣化が観察された。また、ＤＬＣ
（ダイヤモンドライクカーボン）およびＤＬＣを水素プ
ラズマ等で加工した材料でも同様の劣化を観察した。
されている。例えば、スピント型モリブデンコーンを用
いたマイクロフィールドエミッタアレイにおいても、ゲ
ート−カソード電極間に高電圧を印加すると電子放出特
性はファウラー・ノルドハイム関数から大きく逸脱して
飽和傾向を示すことを発見した。この飽和傾向領域では
電子放出特性の顕著な劣化が観察された。また、ＤＬＣ
（ダイヤモンドライクカーボン）およびＤＬＣを水素プ
ラズマ等で加工した材料でも同様の劣化を観察した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の電界電子放出装
置の駆動方法は、第１に、カソード電極から電子を電界
放出し、アノード電極で捕獲する電界電子放出装置の駆
動方法において、前記カソード電極に印加する電界強度
が電界放出を生じさせる電界強度以上であり、かつ、前
記アノード電極で捕獲する電子流の密度（以後、電子流
密度と呼ぶ）の、カソード電極に印加する電界について
の２階微分値が、電界印加後初めて０になる電界強度よ
り小さいことを特徴とする。
置の駆動方法は、第１に、カソード電極から電子を電界
放出し、アノード電極で捕獲する電界電子放出装置の駆
動方法において、前記カソード電極に印加する電界強度
が電界放出を生じさせる電界強度以上であり、かつ、前
記アノード電極で捕獲する電子流の密度（以後、電子流
密度と呼ぶ）の、カソード電極に印加する電界について
の２階微分値が、電界印加後初めて０になる電界強度よ
り小さいことを特徴とする。
【０００９】この場合には、電子放出特性が飽和傾向領
域にあることを数学的に求めて認識し、この領域での駆
動を行わないことで電子放出特性の劣化を防ぐことがで
きる。正常な電界電子放出状態では印加電界に対して加
速度的にすなわち２階微分値が正の状態で増加する。こ
の特性が変化して２階微分値が０以下になる場合、その
原因としては、エミッタ材料中での電子供給能力が限界
にきて抵抗成分による制限が見えてきた場合か、エミッ
タ近傍の残留ガスがイオン化してエミッタがイオン照射
ダメージで劣化する場合がある。
域にあることを数学的に求めて認識し、この領域での駆
動を行わないことで電子放出特性の劣化を防ぐことがで
きる。正常な電界電子放出状態では印加電界に対して加
速度的にすなわち２階微分値が正の状態で増加する。こ
の特性が変化して２階微分値が０以下になる場合、その
原因としては、エミッタ材料中での電子供給能力が限界
にきて抵抗成分による制限が見えてきた場合か、エミッ
タ近傍の残留ガスがイオン化してエミッタがイオン照射
ダメージで劣化する場合がある。
【００１０】第２に、カソード電極から電子を電界放出
し、アノード電極で捕獲する電界電子放出装置の駆動方
法において、前記カソード電極に印加する電界強度が電
界放出を生じさせる電界強度以上であり、かつ、前記ア
ノード電極で捕獲する電子流の密度（以後、電子流密度
と呼ぶ）の、カソード電極に印加する電界についての２
階微分値が、電界印加後初めて０になる電界強度以上で
あり、カソード電極に電界を印加する時間ｔap並びに、
電界強度が次の２つの関係式を満たすことを特徴とす
る。
し、アノード電極で捕獲する電界電子放出装置の駆動方
法において、前記カソード電極に印加する電界強度が電
界放出を生じさせる電界強度以上であり、かつ、前記ア
ノード電極で捕獲する電子流の密度（以後、電子流密度
と呼ぶ）の、カソード電極に印加する電界についての２
階微分値が、電界印加後初めて０になる電界強度以上で
あり、カソード電極に電界を印加する時間ｔap並びに、
電界強度が次の２つの関係式を満たすことを特徴とす
る。
【００１１】 ｔap ≦ Ｔ ／｜Ａ｜ （１） Ｅst ≦ Ｅ （２） Ｔ：１×１０-9以上１×１０-6以下の数値［sec・cm-2・V
-2・A］ Ａ：電子流密度の２階微分値［A・cm-2・V-2］ Ｅ：カソード電極に印加する電界強度 Ｅst：飽和傾向領域最小電界強度 （但し、前記電子流密度の増加率が増加から減少に転ず
る時点の電界強度を、飽和傾向領域最小電界強度と呼
ぶ。）
-2・A］ Ａ：電子流密度の２階微分値［A・cm-2・V-2］ Ｅ：カソード電極に印加する電界強度 Ｅst：飽和傾向領域最小電界強度 （但し、前記電子流密度の増加率が増加から減少に転ず
る時点の電界強度を、飽和傾向領域最小電界強度と呼
ぶ。）
【００１２】第１の特徴として述べた印加電界範囲以上
であっても短時間であれば、実用上問題なく電子放出を
行える。
であっても短時間であれば、実用上問題なく電子放出を
行える。
【００１３】第３に、カソード電極から電子を電界放出
し、アノード電極に捕獲する電界電子放出装置の駆動方
法において、前記電子流密度の２階微分値が０であり、
かつ、３階微分値が負であるカソード電極への印加電界
をカソード電極基準印加電界と呼ぶことにした場合、カ
ソード電極基準印加電界における電子流密度の１倍以上
２倍以下の電子流を放出するカソード電極への印加電界
をカソード電極印加電界の上限値とすることを特徴とす
る。
し、アノード電極に捕獲する電界電子放出装置の駆動方
法において、前記電子流密度の２階微分値が０であり、
かつ、３階微分値が負であるカソード電極への印加電界
をカソード電極基準印加電界と呼ぶことにした場合、カ
ソード電極基準印加電界における電子流密度の１倍以上
２倍以下の電子流を放出するカソード電極への印加電界
をカソード電極印加電界の上限値とすることを特徴とす
る。
【００１４】第４に、前記カソード電極印加電界の上限
値での電子流密度が、カソード電極基準印加電界におけ
る電子流密度の１．５倍であることを特徴とする。この
場合には安全に再現性良く電界電子放出が行えることを
確認してある。
値での電子流密度が、カソード電極基準印加電界におけ
る電子流密度の１．５倍であることを特徴とする。この
場合には安全に再現性良く電界電子放出が行えることを
確認してある。
【００１５】第５の特徴として、前記カソード電極と前
記アノード電極の間にゲート電極が設けられていること
を特徴とする。
記アノード電極の間にゲート電極が設けられていること
を特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１を用いて本発明の第１の実施
形態を説明する。カーボン・ナノチューブをカソード電
極に付着させて、アノード電極を１０μｍ離れた位置に
配置した状態での駆動を示している。カソード電極を接
地しておいて、アノード電極に正電位を印加した場合の
電子放出をアノード電極電流として測定した結果のグラ
フである。２０Ｖ未満の電位ではアノード電極電流は得
られない。２０Ｖ以上の電位では電位上昇に応じてアノ
ード電極電流が増加している。４１Ｖ以上の電位で飽和
傾向領域が認められる。
形態を説明する。カーボン・ナノチューブをカソード電
極に付着させて、アノード電極を１０μｍ離れた位置に
配置した状態での駆動を示している。カソード電極を接
地しておいて、アノード電極に正電位を印加した場合の
電子放出をアノード電極電流として測定した結果のグラ
フである。２０Ｖ未満の電位ではアノード電極電流は得
られない。２０Ｖ以上の電位では電位上昇に応じてアノ
ード電極電流が増加している。４１Ｖ以上の電位で飽和
傾向領域が認められる。
【００１７】上記アノード電極電流密度の傾向を１階微
分、２階微分して図１に併せて表示してある。図１で示
したアノード電極電流密度は２０Ｖ以上の領域では全領
域増加傾向であるので１階微分の値は全て正の領域であ
る。一方、２階微分は飽和傾向になる４１Ｖ付近で値が
負になる。本発明の第１の実施形態では２階微分の値が
０未満になることを検出して０未満になる条件で最も低
い印加電位を印加電位の上限として駆動する。
分、２階微分して図１に併せて表示してある。図１で示
したアノード電極電流密度は２０Ｖ以上の領域では全領
域増加傾向であるので１階微分の値は全て正の領域であ
る。一方、２階微分は飽和傾向になる４１Ｖ付近で値が
負になる。本発明の第１の実施形態では２階微分の値が
０未満になることを検出して０未満になる条件で最も低
い印加電位を印加電位の上限として駆動する。
【００１８】本発明の第１の実施形態と請求項との関係
について説明するために、ここで電位差と電界の関係に
ついて説明しておく。互いに平行な２枚の平板電極であ
るカソード電極とアノード電極が１０μｍの距離で配置
されている場合に両電極間に２０Ｖの電位差を与えると
２Ｖ／μｍまたは２×１０6（Ｖ／ｍ）の電界が印加さ
れたことになる。前記電位差はアノード電極電位とカソ
ード電極電位との差である。
について説明するために、ここで電位差と電界の関係に
ついて説明しておく。互いに平行な２枚の平板電極であ
るカソード電極とアノード電極が１０μｍの距離で配置
されている場合に両電極間に２０Ｖの電位差を与えると
２Ｖ／μｍまたは２×１０6（Ｖ／ｍ）の電界が印加さ
れたことになる。前記電位差はアノード電極電位とカソ
ード電極電位との差である。
【００１９】以下の記述では前記１０μｍの距離である
こととカソード電位が０Ｖであることを前提としてアノ
ード印加電位について示す場合があるが上記関係によっ
て一意に印加電界に換算できる。この関係を用いると図
１および上記説明での４１Ｖとは４.１×１０6（Ｖ／
ｍ）の電界ということになる。
こととカソード電位が０Ｖであることを前提としてアノ
ード印加電位について示す場合があるが上記関係によっ
て一意に印加電界に換算できる。この関係を用いると図
１および上記説明での４１Ｖとは４.１×１０6（Ｖ／
ｍ）の電界ということになる。
【００２０】カソード電極とアノード電極との距離が２
０μｍの場合でも実験を行ったがほぼ４０Ｖのゲート電
位でエミッションが出始めた。４０Ｖ／２０μｍの計算
式から求めた２Ｖ／μｍの電界をしきい値としてエミッ
ションが得られたことになる。このしきい値は上記１０
μｍ距離の場合と同じである。カーボンナノチューブを
用いた電界電子放出特性ではアノード電極とカソード電
極との距離が１μｍ以上の条件では電界換算すると全て
同じ傾向の結果が得られた。
０μｍの場合でも実験を行ったがほぼ４０Ｖのゲート電
位でエミッションが出始めた。４０Ｖ／２０μｍの計算
式から求めた２Ｖ／μｍの電界をしきい値としてエミッ
ションが得られたことになる。このしきい値は上記１０
μｍ距離の場合と同じである。カーボンナノチューブを
用いた電界電子放出特性ではアノード電極とカソード電
極との距離が１μｍ以上の条件では電界換算すると全て
同じ傾向の結果が得られた。
【００２１】第１の実施形態で示した駆動方法はアノー
ド電極電流密度の絶対値そのものは駆動電位上限を決め
る要素になっていないことが特徴である。２階微分の値
によって決めている。この理由は、実験で得られた特性
劣化傾向が電子放出の絶対値との相関があるのではな
く、飽和傾向と強い相関があることを発見しているから
である。
ド電極電流密度の絶対値そのものは駆動電位上限を決め
る要素になっていないことが特徴である。２階微分の値
によって決めている。この理由は、実験で得られた特性
劣化傾向が電子放出の絶対値との相関があるのではな
く、飽和傾向と強い相関があることを発見しているから
である。
【００２２】カーボン・ナノチューブを２０ｋＨｚの振
動波で超音波粉砕したものをカソード電極にペースト剤
と混ぜて塗布した試料では電流密度の絶対値は図１とは
異なっていたが同様の飽和傾向が得られた。すなわち、
印加電界が一定値（しきい値）以上でエミッション（ア
ノード電流）が得られてこのしきい値以上で２階微分値
が正でかつ電界上昇に応じて徐々に２階微分値が増加し
て飽和傾向領域に入る直前に２階微分値が正のまま減少
して、２階微分値が０以下の飽和傾向領域になる。
動波で超音波粉砕したものをカソード電極にペースト剤
と混ぜて塗布した試料では電流密度の絶対値は図１とは
異なっていたが同様の飽和傾向が得られた。すなわち、
印加電界が一定値（しきい値）以上でエミッション（ア
ノード電流）が得られてこのしきい値以上で２階微分値
が正でかつ電界上昇に応じて徐々に２階微分値が増加し
て飽和傾向領域に入る直前に２階微分値が正のまま減少
して、２階微分値が０以下の飽和傾向領域になる。
【００２３】上記飽和傾向領域内では電界上昇に応じて
一度２階微分値が極小値となり、それ以上に上昇させる
と２階微分値が負の値の範囲で増加（すなわち０に近づ
く）する傾向となる。この特性は図１と同じ傾向であ
る。上記した現象はしきい値以上の印加電界において２
階微分値が０以下になる最小の電界を飽和傾向領域の最
小印加電界と解釈することができる。
一度２階微分値が極小値となり、それ以上に上昇させる
と２階微分値が負の値の範囲で増加（すなわち０に近づ
く）する傾向となる。この特性は図１と同じ傾向であ
る。上記した現象はしきい値以上の印加電界において２
階微分値が０以下になる最小の電界を飽和傾向領域の最
小印加電界と解釈することができる。
【００２４】この飽和傾向領域で電界を印加しつづける
とエミッションが出つづけるがこのエミッション量は徐
々に低下する。この低下はカーボン・ナノチューブエミ
ッタのエミッション特性が劣化したためである。飽和傾
向領域以下の電界ではエミッションを出しつづけても特
性劣化は起きない。飽和傾向を数学的に示した２階微分
値の値が飽和傾向と密接な相関がある２階微分値を用い
ていることでカーボン・ナノチューブ塊からのエミッシ
ョンの場合にも粉砕後の塗布の場合にも共通に特性劣化
を防ぐことができている。
とエミッションが出つづけるがこのエミッション量は徐
々に低下する。この低下はカーボン・ナノチューブエミ
ッタのエミッション特性が劣化したためである。飽和傾
向領域以下の電界ではエミッションを出しつづけても特
性劣化は起きない。飽和傾向を数学的に示した２階微分
値の値が飽和傾向と密接な相関がある２階微分値を用い
ていることでカーボン・ナノチューブ塊からのエミッシ
ョンの場合にも粉砕後の塗布の場合にも共通に特性劣化
を防ぐことができている。
【００２５】上記実験では飽和傾向領域の定義として、
「しきい値以上の印加電界において２階微分値が０以下
になる最小の電界を飽和傾向領域の最小印加電界として
この電界以上の印加電界領域を飽和傾向領域とする」と
した。この定義について詳しく述べることにする。
「しきい値以上の印加電界において２階微分値が０以下
になる最小の電界を飽和傾向領域の最小印加電界として
この電界以上の印加電界領域を飽和傾向領域とする」と
した。この定義について詳しく述べることにする。
【００２６】測定真空環境や動作環境温度を変えた場合
には実験結果は若干異なる傾向を示した。真空度が低下
すなわち残留ガスが増加すると一定印加電界に維持して
おいても放出電子量の変動が大きくなる。上記説明にお
ける真空環境は１０-5Ｐａ台（または１０-7Ｔｏｒｒ
台）の真空環境でその残留ガスの主成分が水素である
が、１０-4Ｐａ台（または１０-6Ｔｏｒｒ台）の真空環
境でその残留ガスの主成分がアルゴンガスの場合には一
定電界を印加してエミッション電流変動を観察している
と突然にエミッション量が増加したり低下したりと変動
が顕著に観察される。
には実験結果は若干異なる傾向を示した。真空度が低下
すなわち残留ガスが増加すると一定印加電界に維持して
おいても放出電子量の変動が大きくなる。上記説明にお
ける真空環境は１０-5Ｐａ台（または１０-7Ｔｏｒｒ
台）の真空環境でその残留ガスの主成分が水素である
が、１０-4Ｐａ台（または１０-6Ｔｏｒｒ台）の真空環
境でその残留ガスの主成分がアルゴンガスの場合には一
定電界を印加してエミッション電流変動を観察している
と突然にエミッション量が増加したり低下したりと変動
が顕著に観察される。
【００２７】この場合には、一定電界におけるエミッシ
ョン量の測定を１００回程度連続して行い平均すると図
１に示すような増加および飽和傾向を示すことになるの
だが、ある電圧における放出電子量を一回だけ測定しな
がら印加電圧を変化させる測定を行うと時としては印加
電圧を増加させたにもかかわらず放出電子量が減るとい
う測定結果が得られる場合がある。低い印加電圧の場合
に変動の最大値で高い印加電圧の場合に変動の最小値に
なる場合がたまたま起きると、印加電圧ステップのとり
方によっては上記の現象が起きるのである。この現象は
エミッション電子量の時間変化であるので、本発明で課
題としている飽和傾向とは異なる現象である。
ョン量の測定を１００回程度連続して行い平均すると図
１に示すような増加および飽和傾向を示すことになるの
だが、ある電圧における放出電子量を一回だけ測定しな
がら印加電圧を変化させる測定を行うと時としては印加
電圧を増加させたにもかかわらず放出電子量が減るとい
う測定結果が得られる場合がある。低い印加電圧の場合
に変動の最大値で高い印加電圧の場合に変動の最小値に
なる場合がたまたま起きると、印加電圧ステップのとり
方によっては上記の現象が起きるのである。この現象は
エミッション電子量の時間変化であるので、本発明で課
題としている飽和傾向とは異なる現象である。
【００２８】両者を区別するには一定電界におけるエミ
ッション量の測定結果を平均した値を用いればよい。す
なわち、平均値を用いることで本発明の課題ではない時
間変化成分が除去できる。平均する測定データとしては
１００回程度で十分である。
ッション量の測定結果を平均した値を用いればよい。す
なわち、平均値を用いることで本発明の課題ではない時
間変化成分が除去できる。平均する測定データとしては
１００回程度で十分である。
【００２９】ＦＥＤ（フィールドエミッションディスプ
レィ）等の実際の応用の場合には実際に描画動作を行っ
ている最中には１００回のエミッション量の平均を行う
ことは難しい場合がある。このような場合には完成直後
のＦＥＤについてその電界電子放出特性を予め測定して
おき、この測定結果から得られた放出特性から飽和傾向
領域およびこの領域になる印加電界を認知して実際の駆
動に適用する。または、描画動作を行っていないインタ
ーバル期間に電界電子放出特性測定を必要回数行い実際
の描画中の駆動に適用する。
レィ）等の実際の応用の場合には実際に描画動作を行っ
ている最中には１００回のエミッション量の平均を行う
ことは難しい場合がある。このような場合には完成直後
のＦＥＤについてその電界電子放出特性を予め測定して
おき、この測定結果から得られた放出特性から飽和傾向
領域およびこの領域になる印加電界を認知して実際の駆
動に適用する。または、描画動作を行っていないインタ
ーバル期間に電界電子放出特性測定を必要回数行い実際
の描画中の駆動に適用する。
【００３０】本発明の第２の実施形態を図２を用いて説
明する。電子放出電子流密度をカソード電流で測定した
結果を図２に示した。２階微分の値が−０．０１［A・cm
-2・V -2］以上の範囲でかつ４２Ｖ以下の駆動電位で駆動
することを第１の特徴とする。
明する。電子放出電子流密度をカソード電流で測定した
結果を図２に示した。２階微分の値が−０．０１［A・cm
-2・V -2］以上の範囲でかつ４２Ｖ以下の駆動電位で駆動
することを第１の特徴とする。
【００３１】２階微分のしきい値を−０．０１［A・cm-2
・V-2］以上の範囲とすることで飽和傾向領域にわずかに
入るところまで高い電位を印加することになる。この
際、予め与えた数値Ｔを上記２階微分の値の絶対値で割
った値をその電位を与えてよい時間の上限とすることを
第２の特徴とする。ただし２階微分の値が０の場合には
割り算を行わずに時間制限をなしとする。
・V-2］以上の範囲とすることで飽和傾向領域にわずかに
入るところまで高い電位を印加することになる。この
際、予め与えた数値Ｔを上記２階微分の値の絶対値で割
った値をその電位を与えてよい時間の上限とすることを
第２の特徴とする。ただし２階微分の値が０の場合には
割り算を行わずに時間制限をなしとする。
【００３２】時間上限について具体的に数値例を示す。
Ｔを１×１０-8［sec・cm-2・V-2・A］とする。２階微分の
値が−０．００２［A・ｃm-2・V-2］の場合にはＴ＝１×
１０- 8を絶対値０．００２で割ると５マイクロ秒とな
る。このＴの値は実験で得られた値の一例である。
Ｔを１×１０-8［sec・cm-2・V-2・A］とする。２階微分の
値が−０．００２［A・ｃm-2・V-2］の場合にはＴ＝１×
１０- 8を絶対値０．００２で割ると５マイクロ秒とな
る。このＴの値は実験で得られた値の一例である。
【００３３】この関係を式で表す。印加電界Ｅとその印
加電界における電子放出電子流密度の２階微分値Ａ、飽
和傾向領域最小電界Ｅstと印加制限時間ｔapとの関係
は、ｔap＝Ｔ／｜Ａ｜ （ただしＥst≦Ｅの範囲）とな
る。簡単な一次式で表せる。
加電界における電子放出電子流密度の２階微分値Ａ、飽
和傾向領域最小電界Ｅstと印加制限時間ｔapとの関係
は、ｔap＝Ｔ／｜Ａ｜ （ただしＥst≦Ｅの範囲）とな
る。簡単な一次式で表せる。
【００３４】実験によってＴの値はいろいろと得られた
がカーボンナノチューブエミッタを用いた実験ではＴは
１×１０-9から１×１０-6［sec・cm-2・V-2・A］の範囲で
あった。このＴの値を用いた制限範囲ｔapの時間を超え
た連続印加を行わなければエミッション特性の劣化は観
察されなかった。
がカーボンナノチューブエミッタを用いた実験ではＴは
１×１０-9から１×１０-6［sec・cm-2・V-2・A］の範囲で
あった。このＴの値を用いた制限範囲ｔapの時間を超え
た連続印加を行わなければエミッション特性の劣化は観
察されなかった。
【００３５】本発明の第３の実施形態を図３と図４を用
いて説明する。図３はカソード電極（１）、ゲート電極
（２）、アノード電極（３）を構成要素に持つ３極管構
造のＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレィ）の
例である。
いて説明する。図３はカソード電極（１）、ゲート電極
（２）、アノード電極（３）を構成要素に持つ３極管構
造のＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレィ）の
例である。
【００３６】カソード電極にはカーボン・ナノチューブ
（４）を固着してある。アノード電極には蛍光体が塗布
してある。ゲート電極にはアナログ駆動回路（５）が結
線してあり、カソード電極にはパルス駆動回路（６）が
結線してある。アノード電極には電流計（７）と直流バ
イアス回路（８）が接続されている。カソード電極上面
を基準としてゲート電極下面までの距離は５μｍ、ゲー
ト電極上面までの距離は１０μｍ、アノード電極下面ま
での距離は１ｍｍである。ゲート電極上面までの距離が
１２μｍの場合もある。ゲートホールの直径は４μｍで
ある。ゲートホールの直径が２０μｍの場合もある。電
子流を矢印（９）で表した。
（４）を固着してある。アノード電極には蛍光体が塗布
してある。ゲート電極にはアナログ駆動回路（５）が結
線してあり、カソード電極にはパルス駆動回路（６）が
結線してある。アノード電極には電流計（７）と直流バ
イアス回路（８）が接続されている。カソード電極上面
を基準としてゲート電極下面までの距離は５μｍ、ゲー
ト電極上面までの距離は１０μｍ、アノード電極下面ま
での距離は１ｍｍである。ゲート電極上面までの距離が
１２μｍの場合もある。ゲートホールの直径は４μｍで
ある。ゲートホールの直径が２０μｍの場合もある。電
子流を矢印（９）で表した。
【００３７】図３の回路構成において、所望の発光量を
得るに必要な電位をアナログ駆動回路から供給する。こ
の場合のカソード電位は接地電位と想定する。カソード
電極には接地電位近傍で異なる３つの値（３値パルス）
を発生させる。アナログ駆動回路からの印加電位とカソ
ード電極へのパルス駆動回路からの電位で電子放出量が
決まる。前記電流計で各状態での電子放出量を測定す
る。
得るに必要な電位をアナログ駆動回路から供給する。こ
の場合のカソード電位は接地電位と想定する。カソード
電極には接地電位近傍で異なる３つの値（３値パルス）
を発生させる。アナログ駆動回路からの印加電位とカソ
ード電極へのパルス駆動回路からの電位で電子放出量が
決まる。前記電流計で各状態での電子放出量を測定す
る。
【００３８】図４には図３の駆動方法をタイミングチャ
ートで表現した。ＦＥＤでの１フレーム期間をＴｆとし
てその期間を３分割した期間をＴｐとして表す。アナロ
グ駆動回路からの出力はＴｆ期間で一定の値を出し、パ
ルス駆動回路からの出力はＴｐ毎に異なる値を出力す
る。パルス駆動回路からの出力は３値であり、Ｔｆの期
間の初めのＴｐ１期間には接地電位、２つめのＴｐ２期
間には正の電位、３つめのＴｐ３の期間には負の電位を
与える。この駆動に対応してアノード電流が得られる。
Ｔｆ期間内に３つの異なる印加が成されるので、この３
つの印加に対応して得られた電子流量を印加電位の２次
関数として近似式を求めてそれを２階微分した値を用い
て飽和傾向にあるか判断する。判断の方法はすでに述べ
てきたのと同様に行う。上記測定の精度を増すために測
定を１００回繰り返して行い平均する。
ートで表現した。ＦＥＤでの１フレーム期間をＴｆとし
てその期間を３分割した期間をＴｐとして表す。アナロ
グ駆動回路からの出力はＴｆ期間で一定の値を出し、パ
ルス駆動回路からの出力はＴｐ毎に異なる値を出力す
る。パルス駆動回路からの出力は３値であり、Ｔｆの期
間の初めのＴｐ１期間には接地電位、２つめのＴｐ２期
間には正の電位、３つめのＴｐ３の期間には負の電位を
与える。この駆動に対応してアノード電流が得られる。
Ｔｆ期間内に３つの異なる印加が成されるので、この３
つの印加に対応して得られた電子流量を印加電位の２次
関数として近似式を求めてそれを２階微分した値を用い
て飽和傾向にあるか判断する。判断の方法はすでに述べ
てきたのと同様に行う。上記測定の精度を増すために測
定を１００回繰り返して行い平均する。
【００３９】図４を再度用いて本発明の第４の実施形態
を示す。第４の実施形態ではカソードに加えるパルス駆
動電圧の印加方法を工夫してＦＥＤの発光特性を整える
例である。蛍光体は電子線で励起されるとその蛍光体そ
れぞれ固有の時定数をもって発光する。
を示す。第４の実施形態ではカソードに加えるパルス駆
動電圧の印加方法を工夫してＦＥＤの発光特性を整える
例である。蛍光体は電子線で励起されるとその蛍光体そ
れぞれ固有の時定数をもって発光する。
【００４０】人が観賞するモニター画面としてＦＥＤを
用いる場合には人の視力が持つ残像効果と蛍光体の残像
特性が重なって一定の光強度として認識されることにな
る。Ｔｐ１〜Ｔｐ３の各期間を十分に短くすることで電
子流がパルス的に変動していることに気がつかないでチ
ラツキのない画面として人が認識できる。チラツキを無
くしてかつ表現したい発光輝度を再現性良く与えるよう
にパルス駆動周期を２倍にする。すなわち、Ｔｆの期間
をＴｐ１からＴｐ６の６つの区間に区切ることを行う。
Ｔｐ１からＴｐ６の区間では印加電圧をそれぞれの区間
毎に変化させているので本来はそのちらつきが認識され
て画像を劣化する場合があるのだが６つの区間に細分化
したことで上記２つの残像効果によってちらつきが感じ
られない画像を提供できる。
用いる場合には人の視力が持つ残像効果と蛍光体の残像
特性が重なって一定の光強度として認識されることにな
る。Ｔｐ１〜Ｔｐ３の各期間を十分に短くすることで電
子流がパルス的に変動していることに気がつかないでチ
ラツキのない画面として人が認識できる。チラツキを無
くしてかつ表現したい発光輝度を再現性良く与えるよう
にパルス駆動周期を２倍にする。すなわち、Ｔｆの期間
をＴｐ１からＴｐ６の６つの区間に区切ることを行う。
Ｔｐ１からＴｐ６の区間では印加電圧をそれぞれの区間
毎に変化させているので本来はそのちらつきが認識され
て画像を劣化する場合があるのだが６つの区間に細分化
したことで上記２つの残像効果によってちらつきが感じ
られない画像を提供できる。
【００４１】本発明の第５の実施形態を説明する。第４
の実施形態に類似した実施形態であるが、一定の輝度以
上の場合だけに６つの区画に細分化する駆動を行い、前
記一定の輝度未満では３つの粗い区画（第３の実施形態
に類似）で駆動する。人の動体視力は明るいものに対し
ては高く暗いものに対しては低い特徴がある。一定輝度
以上の画像出力の場合だけ高周波数の駆動を用いること
で画質と消費電力との両立を狙った方法である。一定輝
度の値としては８０カンデラ／ｃｍ2を用いる場合があ
る。
の実施形態に類似した実施形態であるが、一定の輝度以
上の場合だけに６つの区画に細分化する駆動を行い、前
記一定の輝度未満では３つの粗い区画（第３の実施形態
に類似）で駆動する。人の動体視力は明るいものに対し
ては高く暗いものに対しては低い特徴がある。一定輝度
以上の画像出力の場合だけ高周波数の駆動を用いること
で画質と消費電力との両立を狙った方法である。一定輝
度の値としては８０カンデラ／ｃｍ2を用いる場合があ
る。
【００４２】図５を用いて本発明第６の実施形態を説明
する。図５で３９．５Ｖの印加電圧において２階微分値
が０になる。この印加電界におけるエミッション量は
０．０５７Ａ／ｃｍ2である。この電流量に対して１．
３５倍の０．０７７Ａ／ｃｍ2までの電流量の範囲を駆
動許容範囲とする。尚、駆動範囲を決定する際には２階
微分値が０の場合に３階微分値が負であることをさらな
る制約条件とする。この範囲ではエミッション特性は顕
著な飽和を見せていない。この条件の範囲内では時間制
限なく駆動できる。
する。図５で３９．５Ｖの印加電圧において２階微分値
が０になる。この印加電界におけるエミッション量は
０．０５７Ａ／ｃｍ2である。この電流量に対して１．
３５倍の０．０７７Ａ／ｃｍ2までの電流量の範囲を駆
動許容範囲とする。尚、駆動範囲を決定する際には２階
微分値が０の場合に３階微分値が負であることをさらな
る制約条件とする。この範囲ではエミッション特性は顕
著な飽和を見せていない。この条件の範囲内では時間制
限なく駆動できる。
【００４３】図５を用いて本発明第７の実施形態を説明
する。２階微分値が０になる駆動印加電界におけるエミ
ッション量０．０５７Ａ／ｃｍ2の１．５倍のエミッシ
ョン量をエミッション量の上限として駆動する場合であ
る。第６の実施形態と同様に３階微分に関する制約条件
を設けてある。１．５倍の値である０．０８５Ａ／ｃｍ
2のエミッション量付近でのエミッション特性は顕著に
飽和している領域の肩口である。第６の実施形態で示し
た１．３５倍からこの１．５倍までの領域ではわずかで
あるがエミッション特性が劣化する。すなわち、同じ電
界を印加していてもエミッション量が時間経過とともに
低下する。上記１．３５倍から１．５倍の範囲ではＮ倍
の場合には（Ｎ−１．３５）に比例して低下が起きる。
そこで、１．３５倍から１．５倍の上記範囲ではＮ倍の
状態を許容する許容滞在時間は１／（Ｎ−１．３５）に
比例する値で規定することにする。
する。２階微分値が０になる駆動印加電界におけるエミ
ッション量０．０５７Ａ／ｃｍ2の１．５倍のエミッシ
ョン量をエミッション量の上限として駆動する場合であ
る。第６の実施形態と同様に３階微分に関する制約条件
を設けてある。１．５倍の値である０．０８５Ａ／ｃｍ
2のエミッション量付近でのエミッション特性は顕著に
飽和している領域の肩口である。第６の実施形態で示し
た１．３５倍からこの１．５倍までの領域ではわずかで
あるがエミッション特性が劣化する。すなわち、同じ電
界を印加していてもエミッション量が時間経過とともに
低下する。上記１．３５倍から１．５倍の範囲ではＮ倍
の場合には（Ｎ−１．３５）に比例して低下が起きる。
そこで、１．３５倍から１．５倍の上記範囲ではＮ倍の
状態を許容する許容滞在時間は１／（Ｎ−１．３５）に
比例する値で規定することにする。
【００４４】以上、カーボン・ナノチューブをカソード
電極に固着した場合について実施例を述べてきたが、Ｄ
ＬＣやモリブデンコーンでも同様に実施することができ
る。
電極に固着した場合について実施例を述べてきたが、Ｄ
ＬＣやモリブデンコーンでも同様に実施することができ
る。
【００４５】ＳＣＥ（サーフェースコンダクティブエミ
ッタ）と呼ばれるタイプの電界電子放出装置の駆動にお
いてもエミッタの駆動電極の両端に一定電界以上に電界
を印加すると電子源であるパラジウムオキサイド等の島
状膜の島状化が進んで島間のギャップが拡大して電子放
出特性が飽和する場合がある。この現象はエミッタ形状
が破壊していることになるのでエミッション特性が劣化
していく。ＳＣＥに対しても本発明の駆動方法が適用で
きる。この場合にはエミッタ材料にダイオード電流を流
すための電極のうち、比較して正電位の電極をアノード
電極もしくはゲート電極、負電位の電極をカソード電極
と読み替える。
ッタ）と呼ばれるタイプの電界電子放出装置の駆動にお
いてもエミッタの駆動電極の両端に一定電界以上に電界
を印加すると電子源であるパラジウムオキサイド等の島
状膜の島状化が進んで島間のギャップが拡大して電子放
出特性が飽和する場合がある。この現象はエミッタ形状
が破壊していることになるのでエミッション特性が劣化
していく。ＳＣＥに対しても本発明の駆動方法が適用で
きる。この場合にはエミッタ材料にダイオード電流を流
すための電極のうち、比較して正電位の電極をアノード
電極もしくはゲート電極、負電位の電極をカソード電極
と読み替える。
【００４６】
【発明の効果】本発明の駆動方法を用いると、いかなる
カソード構造においても共通に劣化防止を行うことがで
きる。特性劣化と飽和傾向領域での電位印加とに密接な
関係があることがわかっているので、この飽和傾向を検
知する駆動方法を採用すれば、カソード面積が異なるこ
とで放出電子流量が異なる場合にも回路変更しなくて対
応できる。
カソード構造においても共通に劣化防止を行うことがで
きる。特性劣化と飽和傾向領域での電位印加とに密接な
関係があることがわかっているので、この飽和傾向を検
知する駆動方法を採用すれば、カソード面積が異なるこ
とで放出電子流量が異なる場合にも回路変更しなくて対
応できる。
【図１】本発明第１および第３の実施形態に関する電位
電流密度特性のグラフである。
電流密度特性のグラフである。
【図２】本発明第２の実施形態に関する電位電流密度特
性のグラフである。
性のグラフである。
【図３】本発明第４の実施形態を説明するための構成図
である。
である。
【図４】本発明第４および第５の実施形態を説明するた
めのタイミングチャートである。
めのタイミングチャートである。
【図５】カーボン・ナノチューブの電子放出特性の解析
グラフである。
グラフである。
【図６】カーボン・ナノチューブの電子放出特性のグラ
フである。
フである。
１ カソード電極 ２ ゲート電極 ３ アノード電極 ４ カーボン・ナノチューブ ５ アナログ駆動回路 ６ パルス駆動回路 ７ 電流計 ８ 直流バイアス回路 ９ 電子流
Claims (5)
- 【請求項１】 カソード電極から電子を電界放出し、ア
ノード電極で捕獲する電界電子放出装置の駆動方法にお
いて、前記カソード電極に印加する電界強度が電界放出
を生じさせる電界強度以上であり、かつ、前記アノード
電極で捕獲する電子流の密度（以後、電子流密度と呼
ぶ）の、カソード電極に印加する電界についての２階微
分値が、電界印加後初めて０になる電界強度より小さい
ことを特徴とする電界電子放出装置の駆動方法。 - 【請求項２】 カソード電極から電子を電界放出し、ア
ノード電極で捕獲する電界電子放出装置の駆動方法にお
いて、前記カソード電極に印加する電界強度が電界放出
を生じさせる電界強度以上であり、かつ、前記アノード
電極で捕獲する電子流の密度（以後、電子流密度と呼
ぶ）の、カソード電極に印加する電界についての２階微
分値が、電界印加後初めて０になる電界強度以上であ
り、カソード電極に電界を印加する時間ｔapが、次の２
つの関係式を満たすことを特徴とする電界電子放出装置
の駆動方法。 ｔap ≦ Ｔ ／｜Ａ｜ Ｅst ≦ Ｅ Ｔ：１×１０-9以上１×１０-6以下の数値［sec・cm-2・V
-2・A］ Ａ：電子流密度の２階微分値［A・cm-2・V-2］ Ｅ：カソード電極に印加する電界強度 Ｅst：飽和傾向領域最小電界強度 但し、前記電子流密度の増加率が増加から減少に転ずる
時点の電界強度を、飽和傾向領域最小電界強度と呼ぶ。 - 【請求項３】カソード電極から電子を電界放出し、アノ
ード電極に捕獲する電界電子放出装置の駆動方法におい
て、前記電子流密度の２階微分値が０であり、かつ、３
階微分値が負であるカソード電極への印加電界をカソー
ド電極基準印加電界と呼ぶことにした場合、カソード電
極基準印加電界における電子流密度の１倍以上２倍以下
の電子流を放出するカソード電極への印加電界をカソー
ド電極印加電界の上限値とすることを特徴とする電界電
子放出装置の駆動方法。 - 【請求項４】前記カソード電極印加電界の上限値での電
子流密度が、カソード電極基準印加電界における電子流
密度の１．５倍であることを特徴とする請求項３に記載
の電界電子放出装置の駆動方法。 - 【請求項５】前記カソード電極と前記アノード電極の間
にゲート電極が設けられていることとを特徴とする請求
項１〜４に記載の電界電子放出装置の駆動方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30438699A JP2001125532A (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | 電界電子放出装置の駆動方法 |
| US09/686,496 US6479938B1 (en) | 1999-10-26 | 2000-10-11 | Driving method for electric-field electron emission apparatus |
| US10/214,220 US20020190662A1 (en) | 1999-10-26 | 2002-08-07 | Driving method for electric-field electron emission apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30438699A JP2001125532A (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | 電界電子放出装置の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001125532A true JP2001125532A (ja) | 2001-05-11 |
Family
ID=17932406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30438699A Pending JP2001125532A (ja) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | 電界電子放出装置の駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6479938B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001125532A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7305019B2 (en) * | 2005-01-05 | 2007-12-04 | Intel Corporation | Excimer laser with electron emitters |
| US20110180385A1 (en) * | 2010-01-28 | 2011-07-28 | Raytheon Company | Control of Catalytic Chemical Processes |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6144370A (en) * | 1996-05-08 | 2000-11-07 | The University Of North Carolina At Charlotte | Electromagnetic active trackball control system using magnets energized in sequence which cause the trackball to move |
| JPH10261371A (ja) | 1997-03-17 | 1998-09-29 | Futaba Corp | 蛍光体及び表示管 |
| US6369781B2 (en) * | 1997-10-03 | 2002-04-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of driving plasma display panel |
| US6326861B1 (en) * | 1999-07-16 | 2001-12-04 | Feltech Corporation | Method for generating a train of fast electrical pulses and application to the acceleration of particles |
-
1999
- 1999-10-26 JP JP30438699A patent/JP2001125532A/ja active Pending
-
2000
- 2000-10-11 US US09/686,496 patent/US6479938B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-08-07 US US10/214,220 patent/US20020190662A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6479938B1 (en) | 2002-11-12 |
| US20020190662A1 (en) | 2002-12-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030506 |