JP2001266747A - 冷陰極電界電子放出構造体の評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡素な機構を有するにも拘わらず、正確に電子
放出層を構成する材料の評価やゲート電極の構造の評価
を行うことができる冷陰極電界電子放出構造体の評価装
置を提供する。 【解決手段】評価装置は、（イ）電界放出に基づき電子
を放出する電子放出物質１２を載置するための試料ホル
ダー３１、（ロ）電子放出物質１２を加熱するためのヒ
ータ３６、（ハ）電子放出物質１２の上方に配設され、
開口部３８を有し、電子放出物質１２の近傍に電界を形
成するための電界形成用電極３７、並びに、（ニ）電界
形成用電極３７の上方に配設された支持体４１に形成さ
れたアノード電極４３を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極電界電子放
出表示装置に組み込むべき冷陰極電界電子放出素子を開
発するための冷陰極電界電子放出構造体を評価する評価
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビジョン受像機や情報端末機器に用
いられる表示装置の分野では、従来主流の陰極線管（Ｃ
ＲＴ）から、薄型化、軽量化、大画面化、高精細化の要
求に応え得る平面型（フラットパネル型）の表示装置へ
の移行が検討されている。このような平面型の表示装置
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（ＰＤ
Ｐ）、冷陰極電界電子放出表示装置（ＦＥＤ：フィール
ドエミッションディスプレイ）を例示することができ
る。このなかでも、液晶表示装置は情報端末機器用の表
示装置として広く普及しているが、据置き型のテレビジ
ョン受像機に適用するには、高輝度化や大型化に未だ課
題を残している。これに対して、冷陰極電界電子放出表
示装置は、熱的励起によらず、量子トンネル効果に基づ
き固体から真空中に電子を放出することが可能な冷陰極
電界電子放出素子（以下、電界放出素子と呼ぶ場合があ
る）を利用しており、高輝度及び低消費電力の点から注
目を集めている。

【０００３】図４に、所謂平面型の電界放出素子を適用
した冷陰極電界電子放出表示装置（以下、表示装置と呼
ぶ場合がある）の構成例を一部端面図にて示す。この電
界放出素子は、基板１１１上に形成されたストライプ状
のカソード電極１１２と、基板１１１及びカソード電極
１１２上に形成された絶縁層１１４と、絶縁層１１４上
に形成されたゲート電極１１５と、ゲート電極１１５及
び絶縁層１１４を貫通した開口部１１６から構成されて
いる。そして、開口部１１６の底部に位置するカソード
電極１１２の表面には電子放出層１１３が形成されてお
り、開口部１１６の底部に露出した電子放出層１１３か
ら電子が放出される。一般に、カソード電極１１２とゲ
ート電極１１５とは、これらの両電極の射影像が互いに
直交する方向に各々ストライプ状に形成されており、こ
れらの両電極の射影像が重複する部分に相当する領域
（１画素分の領域に相当する。この領域を、以下、重複
領域と呼ぶ）に、１又は複数の電界放出素子が配列され
ている。更に、かかる重複領域が、カソードパネルＣＰ
の有効領域（実際の表示画面として機能する領域）内
に、通常、２次元マトリクス状に配列されている。

【０００４】一方、アノードパネルＡＰは、支持体１２
１と、支持体１２１上に所定のパターンに従って形成さ
れた蛍光体層１２２と、支持体１２１及び蛍光体層１２
２上に形成されたアノード電極１２３から構成されてい
る。１画素は、カソードパネルＣＰ側のカソード電極１
１２とゲート電極１１５との重複領域に配置された電界
放出素子と、電界放出素子に対面したアノードパネルＡ
Ｐ側の蛍光体層１２２によって構成されている。有効領
域には、かかる画素が、例えば数十万〜数百万個ものオ
ーダーにて配列されている。

【０００５】アノードパネルＡＰとカソードパネルＣＰ
とを、電界放出素子と蛍光体層１２２とが対向するよう
に配置し、周縁部において枠体（図示せず）を介して接
合した後、アノードパネルＡＰとカソードパネルＣＰと
枠体とによって囲まれた空間を真空にすることによっ
て、表示装置を得ることができる。

【０００６】表示装置の作動においては、相対的な負電
圧を走査回路（図示せず）からカソード電極１１２に印
加し、相対的に正電圧を制御回路（図示せず）からゲー
ト電極１１５に印加し、ゲート電極１１５よりも更に高
い正電圧を加速電源（図示せず）からアノード電極１２
３に印加する。かかる表示装置において表示を行う場
合、例えば、カソード電極１１２に走査回路から走査信
号を入力し、ゲート電極１１５に制御回路からビデオ信
号を入力する。カソード電極１１２とゲート電極１１５
との間に電圧を印加した際に生ずる電界により、量子ト
ンネル効果に基づき電子放出層１１３から電子が放出さ
れ、この電子がアノード電極１２３に引き付けられ、蛍
光体層１２２に衝突する。その結果、蛍光体層１２２が
励起されて発光し、所望の画像を得ることができる。つ
まり、この表示装置の動作は、基本的に、ゲート電極１
１５に印加される電圧、及びカソード電極１１２を通じ
て電子放出層１１３に印加される電圧によって制御され
る。

【０００７】こうような構造を有する表示装置を構成す
る電界放出素子の開発にあたっては、電子放出層１１３
を構成する材料を評価し、最適な材料を決定することが
重要である。また、ゲート電極１１５に設けられた開口
部１１６の平面形状や開口率を最適化することも重要で
ある。

【０００８】従来、電子放出層１１３を構成する材料の
評価は、以下の方法に基づき行われている。即ち、シリ
コンウエハやガラス基板といった基板上に電子放出層を
構成する材料（試料）を塗布する。そして、基板の上方
にアノード電極及び蛍光体層が形成された支持体を真空
槽中に配置し、真空槽中を高真空状態とする。そして、
試料を接地し、アノード電極に数百ボルトから数キロボ
ルトの正の電圧を印加する。尚、試料から支持体までの
距離を０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とする。これによって、
試料近傍に高電界が形成され、試料から量子トンネル効
果に基づき電子が放出される。放出された電子はアノー
ド電極に引きつけられ、蛍光体層に衝突する。その結
果、蛍光体層が発光する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような構成に基づ
き試料の評価を行うと、アノード電極と試料との間で放
電が生じ易く、正確な評価が困難である。また、基板上
に試料を塗布するが、試料のエッジ部に電界が集中し、
正確な評価が行えないといった問題もある。

【００１０】更には、試料の表面にガス分子が吸着して
いると、試料の電子放出特性が変化する。例えば、電界
強度を３×１０⁷Ｖ／ｃｍとし、電子放出層１１３をタ
ングステンから構成した場合、酸素分子が電子放出層１
１３の表面に吸着したとき、表面の仕事関数が１乃至２
ｅＶ増加することが知られている。そして、このような
仕事関数の変化によって、放出電子電流密度は、酸素分
子が吸着する前の放出電子電流密度と比較して１／１０
０乃至１／１００００程度にまで低下することが知られ
ている。それ故、評価前に試料を十分加熱し、試料及び
評価装置に吸着したガスを脱離させることが重要であ
る。しかしながら、従来の評価装置に試料を加熱する手
段を設けることは、加熱手段が大掛かりとなり、困難で
あった。また、たとえ加熱を設けても、試料や評価装置
の加熱に長時間を要し、評価時間が長くなり、試料評価
の効率が良くないといった問題もある。

【００１１】電子放出層１１３から放出され、アノード
電極１２３に向かう電子の軌跡を正確に制御すること
が、表示装置における光学的クロストーク発生の防止等
の観点から重要である。そのためには、ゲート電極の構
造、特に、ゲート電極に設けられた開口部の平面形状や
開口率と、電子放出層１１３から放出された電子の発散
角との関係を評価する必要がある。然るに、従来の評価
装置では、試料から放出された電子の発散角を測定する
ことは困難である。

【００１２】従って、本発明の目的は、簡素な機構を有
するにも拘わらず、正確に電子放出層を構成する材料の
評価やゲート電極の構造の評価を行うことができる冷陰
極電界電子放出構造体の評価装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の冷陰極電界電子放出構造体の評価装置は、 （イ）電界放出に基づき電子を放出する電子放出物質を
載置するための試料ホルダー、 （ロ）電子放出物質を加熱するためのヒータ、 （ハ）電子放出物質の上方に配設され、開口部を有し、
電子放出物質近傍に電界を形成するための電界形成用電
極、並びに、 （ニ）電界形成用電極の上方に配設された支持体に形成
されたアノード電極、を具備することを特徴とする。

【００１４】ここで、冷陰極電界電子放出構造体とは、
冷陰極電界電子放出素子と基本的に同様の構造を有する
試験用の冷陰極電界電子放出素子である。但し、試験用
の冷陰極電界電子放出素子であるが故に、実際の冷陰極
電界電子放出素子とは、大きさや寸法、電子放出物質
（冷陰極電界電子放出素子の電子放出層に相当する）、
電界形成用電極（冷陰極電界電子放出素子のゲート電極
に相当する）の構成、配置、形状、絶縁層の有無等の少
なくとも一部が相違する。

【００１５】本発明の冷陰極電界電子放出構造体の評価
装置（以下、単に評価装置と呼ぶ）においては、試料ホ
ルダーと電界形成用電極との間の距離を変更するための
距離可変機構（便宜上、第１の距離可変機構と呼ぶ）を
更に備えている構成とすることができる。更には、電界
形成用電極とアノード電極との間の距離を変更するため
の第２の距離可変機構を備えている構成とすることもで
きる。これらの距離可変機構を備えることによって、試
料ホルダーと電界形成用電極との間の距離の正確な制
御、電界形成用電極とアノード電極との間の距離の正確
な制御を行うことが可能となる。また、第２の距離可変
機構を備えた構成とすることによって、電界形成用電極
を通過した電子の発散角を正確に測定することが可能と
なる。第１若しくは第２の距離可変機構として、例え
ば、電気絶縁性のビーズ（例えば、液晶表示装置にて使
われるスペーサー）若しくはドーナツ状の絶縁体、薄板
を挙げることができる。即ち、例えば、薄板の厚さや枚
数を調節することによって、試料ホルダーと電界形成用
電極との間の距離、電界形成用電極とアノード電極との
間の距離を調節することができる。あるいは又、第２の
距離可変機構として、ボールネジ等のネジ機構を例示す
ることができる。

【００１６】試料ホルダーの構造は、本質的には任意で
あるが、底部が開口し、上端が閉鎖された円筒形部材か
ら作製され、円筒形部材の上端面上に電子放出物質が載
置され、円筒形部材の内部にヒータが配設されている構
造とすることが、試料ホルダーの簡素化といった観点か
ら好ましい。円筒形部材は、高い導電性及び熱伝導性を
有するタングステン（Ｗ）やタンタル（Ｔａ）といった
金属から作製することが好ましい。ヒータは、例えば、
コイル状のタングステン線材から構成することができ
る。試料ホルダーとして、具体的には、例えば、陰極線
管にて用いられているカソード構体を使用することがで
きる。

【００１７】支持体には、更に、蛍光体層が形成されて
いる構成とすることもできる。蛍光体層は、高速電子励
起用蛍光体や低速電子励起用蛍光体といった周知の蛍光
体材料から構成すればよい。アノード電極は、例えば、
アルミニウムやＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、モリブ
デン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、ク
ロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン
（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、鉄
（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニオブ（Ｎｂ）、白金（Ｐ
ｔ）、亜鉛（Ｚｎ）等の金属、これらの金属元素を含む
合金あるいは化合物（例えばＴｉＮ等の窒化物や、ＷＳ
ｉ₂、ＭｏＳｉ₂、ＴｉＳｉ₂、ＴａＳｉ₂等のシリサイ
ド）、あるいはシリコン（Ｓｉ）等の半導体から形成す
ればよい。支持体は、少なくとも表面が絶縁性部材から
構成されていればよく、ガラス基板、表面に絶縁膜が形
成されたガラス基板、石英基板、表面に絶縁膜が形成さ
れた石英基板、表面に絶縁膜が形成された半導体基板を
挙げることができる。支持体上に、蛍光体層を形成し、
その上にアノード電極を形成してもよいし、支持体上
に、アノード電極を形成し、その上に蛍光体層を形成し
てもよい。後者の場合、アノード電極を構成する材料と
して、蛍光体層が発光する光に対して透明な材料を選択
する必要がある。

【００１８】本発明の評価装置を使用した評価に際して
は、評価装置を真空槽内に格納し、真空槽内を高真空と
する。本発明の評価装置にあっては、電子放出物質の電
子放出特性（例えば、電界形成用電極に印加する電圧及
び電子放出物質に印加する電圧と放出電子電流密度との
関係、放出電子電流密度の時間的な揺らぎ、アノード電
極上に衝突する電子ビームのスポット形状及び密度分布
プロファイル）や、蛍光体層を構成する蛍光体材料（例
えば、発光効率の経時変化）を評価することができる。
あるいは又、１又は複数の開口部が形成された電界形成
用電極（冷陰極電界電子放出表示装置を構成する冷陰極
電界電子放出素子におけるゲート電極に相当する）の特
性（例えば、開口部を通過した電子ビームの軌道、発散
角）を評価することができる。更には、電界形成用電極
とアノード電極との間の距離を変更するための第２の距
離可変機構を備えている構成とすれば、電界形成用電極
の特性を正確に評価することができる。

【００１９】支持体の上方に、例えばＣＣＤ固体撮像素
子から構成されたカメラを配置し、蛍光体層の発光状態
を観察し、あるいは又、真空槽に窓を設け、蛍光体層の
発光状態を目視観察し、あるいは又、電子放出物質から
放出された電子に基づく放出電子電流密度（アノード電
流）を測定することによって、これらの特性評価を行う
ことができる。

【００２０】電子放出物質の電子放出特性や蛍光体層を
構成する蛍光体材料を評価する場合における電界形成用
電極の材料として、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タ
ンタル（Ｔａ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）及び亜鉛
（Ｚｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の
金属、これらの金属元素を含む合金（例えば、Ｎｉ−Ｍ
ｎ−Ｆｅの合金であるＮＭＨ合金）を例示することがで
き、これらの材料から成る薄層に１又は複数の開口部を
形成する。一方、１又は複数の開口部が形成された電界
形成用電極（冷陰極電界電子放出表示装置を構成する冷
陰極電界電子放出素子におけるゲート電極に相当する）
の特性を評価する場合や、蛍光体層を構成する蛍光体材
料を評価する場合には、電子放出物質として、例えば、
（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）単体、若しくは、その酸化物や炭
酸塩、あるいは又、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）単体とその酸
化物及び／又は炭酸塩の混合物を用いればよい。

【００２１】評価すべき電子放出物質として、例えば、
冷陰極電界電子放出素子におけるカソード電極を構成す
る材料よりも仕事関数Φの小さい材料を挙げることがで
きる。冷陰極電界電子放出素子におけるカソード電極を
構成する代表的な材料として、タングステン（Φ＝４．
５５ｅＶ）、ニオブ（Φ＝４．０２〜４．８７ｅＶ）、
モリブデン（Φ＝４．５３〜４．９５ｅＶ）、アルミニ
ウム（Φ＝４．２８ｅＶ）、銅（Φ＝４．６ｅＶ）、タ
ンタル（Φ＝４．３ｅＶ）、クロム（Φ＝４．５ｅ
Ｖ）、シリコン（Φ＝４．９ｅＶ）を例示することがで
きる。電子放出層を構成する電子放出物質は、これらの
材料よりも小さな仕事関数Φを有していることが好まし
く、その値は概ね３ｅＶ以下であることが好ましい。か
かる材料として、炭素（Φ＜１ｅＶ）、セシウム（Φ＝
２．１４ｅＶ）、ＬａＢ₆（Φ＝２．６６〜２．７６ｅ
Ｖ）、ＢａＯ（Φ＝１．６〜２．７ｅＶ）、ＳｒＯ（Φ
＝１．２５〜１．６ｅＶ）、Ｙ₂Ｏ₃（Φ＝２．０ｅ
Ｖ）、ＣａＯ（Φ＝１．６〜１．８６ｅＶ）、ＢａＳ
（Φ＝２．０５ｅＶ）、ＴｉＮ（Φ＝２．９２ｅＶ）、
ＺｒＮ（Φ＝２．９２ｅＶ）を例示することができる
が、評価対象はこれらに限定するものではない。あるい
は又、電子放出物質として、かかる物質の２次電子利得
δがカソード電極を構成する導電性材料の２次電子利得
δよりも大きくなるような材料を挙げることができる。
即ち、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａ
ｕ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐ
ｔ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ジルコ
ニウム（Ｚｒ）等の金属；シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニ
ウム（Ｇｅ）等の半導体；炭素やダイヤモンド等の無機
単体；及び酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化バリウ
ム（ＢａＯ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化カルシ
ウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化錫
（ＳｎＯ₂）、フッ化バリウム（ＢａＦ₂）、フッ化カル
シウム（ＣａＦ₂）等の化合物を例示することができ
る。更には、２次電子利得が大きい材料による積層構造
（主に、Ｍｅｔａｌ‐Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ‐Ｍｅｔａｌ
構造やＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ‐Ｍｅｔａｌ構造）からの電子放出も評価の対象とす
ることができる。

【００２２】電子放出物質を試料ホルダーに載置するた
めの方法として、電子放出物質を試料ホルダーに塗布す
る方法、電子放出物質中に試料ホルダーをディッピング
する方法、スピンコーティング法にて電子放出物質から
成る層を試料ホルダー上に形成する方法、物理的気相成
長法（ＰＶＤ法）あるいは化学的気相成長法（ＣＶＤ
法）にて電子放出物質から成る層を試料ホルダー上に形
成する方法、電解溶液中にて試料ホルダーを電極とみな
して電着させる方法を例示することができる。

【００２３】本発明の冷陰極電界電子放出構造体の評価
装置においては、冷陰極電界電子放出素子に類似した構
成の評価装置を用いることによって、簡素な構成である
にも拘わらず、正確に電子放出物質の電子放出特性や、
開口部が形成された電界形成用電極（冷陰極電界電子放
出表示装置を構成する冷陰極電界電子放出素子における
ゲート電極に相当する）の特性、あるいは又、蛍光体層
を構成する蛍光体材料の評価を行うことができる。しか
も、ヒータが配設されているので、短時間に、しかも、
確実に電子放出物質からの吸着ガスの脱離を図ることが
できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、発明の実
施の形態に基づき本発明を説明する。

【００２５】図１の（Ａ）に本発明の冷陰極電界電子放
出構造体の評価装置１０の概要を示し、図１の（Ｂ）
に、試料ホルダー等の模式的な断面図を示す。この評価
装置１０は、評価時、真空槽１１内に格納される。そし
て、図示しない真空ポンプ等によって、真空槽１１内は
高真空状態とされる。

【００２６】評価装置１０は、電界放出に基づき電子を
放出する電子放出物質１２を載置するための試料ホルダ
ー３１と、電子放出物質１２を加熱するためのヒータ３
６と、電界形成用電極３７と、電界形成用電極３７の上
方に配設された支持体４１に形成されたアノード電極４
３を具備している。評価装置１０は、支持台２１に載置
され、非磁性体の性質を有するＮＭＨ合金から作製され
たハウジング３０を備えている。ハウジング３０内に、
試料ホルダー３１、ヒータ３６、電界形成用電極３７が
収納されている。電界形成用電極３７とアノード電極４
３との間の距離を変更するための第２の距離可変機構
（アルミナあるいはセラミックスといった絶縁材料の薄
板から作製されたスペーサ２２から成る）が、ハウジン
グ３０の上面と支持体４１との間に配設されている。電
界形成用電極３７とアノード電極４３との間の距離は１
ｍｍ前後とされている。

【００２７】試料ホルダー３１は、底部が開口し、上端
が閉鎖された円筒形部材３２から作製されている。円筒
形部材３２は、タンタル（Ｔａ）から製作されている。
円筒形部材３２の外径を１．６ｍｍ、高さを１０ｍｍと
した。円筒形部材３２の上端面３３上に電子放出物質１
２が載置される。また、円筒形部材３２の内部にヒータ
３６が配設されている。ヒータ３６は、表面にアルミナ
がコーティングされた直径０．０５ｍｍのタングステン
線材をコイル状に巻くことで製作されている。ヒータ３
６は、図示しない電源に接続されており、電源からの電
力によって、抵抗熱により所望の温度に試料ホルダー３
１を、更には、電子放出物質１２を加熱することができ
る。試料ホルダー３１は、アルミナやセラミックスとい
った絶縁材料から成る支持部材３４を介して、ハウジン
グ３０に着脱自在に取り付けられている。

【００２８】ハウジング３０の上部は開口しており、ハ
ウジング３０の上部内面に、ＮＭＨ合金から作製され、
開口部３８を有する電界形成用電極３７が溶接され、あ
るいは、導電性ペーストを使用して接着されている。電
界形成用電極３７は、電子放出物質１２の上方に配設さ
れており、電界形成用電極３７に電圧を印加することに
よって電子放出物質１２の近傍に電界を形成することが
できる。そして、試料ホルダー３１と電界形成用電極３
７との間の距離を変更するための距離可変機構（アルミ
ナあるいはセラミックスといった絶縁材料のスペーサ３
５から成る第１の距離可変機構）が、試料ホルダー３１
と電界形成用電極３７との間、より具体的には、支持部
材３４とハウジング３０の上部内面との間に配設されて
いる。

【００２９】支持体４１には、更に、厚さ数百ｎｍの蛍
光体層４２が形成されている。具体的には、支持体４１
上に蛍光体層４２が形成され、その上に、アルミニウム
から成る厚さ数十ｎｍのアノード電極４３が形成されて
いる。支持体４１の上方には、例えばＣＣＤ固体撮像素
子から構成されたカメラ（図示せず）が配置され、蛍光
体層４２の発光状態を観察できるようになっている。
尚、真空槽に窓を設けておき、蛍光体層４２の発光状態
を目視観察できるような構造としてもよい。

【００３０】試料ホルダー３１は接地され、電界形成用
電極３７及びアノード電極４３は図示しない電源回路に
接続されている。電源回路から電界形成用電極３７に５
０〜１００ボルトの電圧が印加され、アノード電極４３
に数百〜数キロボルトの電圧が印加される。

【００３１】電子放出物質１２の電子放出特性を評価す
るにあたっては、例えば、電子放出物質中に試料ホルダ
ー３１の上端面３３をディッピングして、試料ホルダー
３１の上端面３３に電子放出物質１２を載置する。そし
て、試料ホルダー３１をハウジング３０に支持部材３４
を介してハウジング３０に溶接可能なリテーナー（図示
せず）を用いて固定する。電界形成用電極３７の下端面
と電子放出物質１２との間の距離が所定の距離（例え
ば、１０μｍ）となるように、予め、適切な厚さを有す
るスペーサ３５をハウジング３０の上部内面と支持部材
３４との間に挿入しておく。また、電界形成用電極３７
とアノード電極４３との間の距離が所定の距離（例え
ば、１ｍｍ）となるように、予め、適切な厚さを有する
スペーサ２２をハウジング３０の上面と支持体４１との
間に挿入しておく。

【００３２】そして、評価装置１０を真空槽１１内に格
納し、真空ポンプ等によって真空槽１１内を高真空状態
（例えば、１０^-2〜１０^-4Ｐａ程度）とする。その後、
ヒータ３６に電力を供給する。ヒータ３６に印加した電
圧と、試料ホルダー３１に載置された電子放出物質１２
の温度との関係を測定した結果を、図２の（Ａ）に例示
する。ヒータ３６に６ボルト印加したとき、試料ホルダ
ー３１に載置された電子放出物質１２の温度は約１００
０゜Ｋとなった。また、ヒータ３６に電力を供給し始め
たときからの、試料ホルダー３１に載置された電子放出
物質１２の温度変化を測定した結果を、図２の（Ｂ）に
示す。ヒータ３６に電力を供給し始めたときから数秒経
過後には、電子放出物質１２の温度はほぼ一定となっ
た。ヒータ３６に印加する電圧を制御することによっ
て、試料ホルダー３１に載置された電子放出物質１２の
温度を±１０゜Ｋ以内に制御することができた。また、
評価前に電子放出物質１２を十分加熱し、電子放出物質
１２及び評価装置（特に試料ホルダー３１）に吸着した
ガスを脱離させるための時間が、従来の評価装置と比較
して約１／１０に短縮された。更には、電子放出物質１
２及び評価装置（特に試料ホルダー３１）に吸着したガ
スに起因した放出電子電流密度の時間的な揺らぎを、約
１５％低減させることができた。

【００３３】電子放出物質１２を十分加熱し、電子放出
物質１２及び評価装置（特に試料ホルダー３１）に吸着
したガスを脱離させた後、ヒータ３６への電力の供給を
中止する。そして、電源回路から電界形成用電極３７に
５０〜１００ボルトの電圧を印加し、アノード電極４３
に数百〜数キロボルトの電圧を印加する。その結果、電
子放出物質１２から量子トンネル効果に基づき電子が放
出され、電界形成用電極３７に設けられた開口部３８を
通過した電子ビームがアノード電極４３に衝突し、蛍光
体層４２が発光する。この状態で、蛍光体層４２の発光
状態、電子放出物質１２から放出された電子に基づく放
出電子電流密度（アノード電流）を測定すればよい。こ
うして、電子放出物質１２の特性評価（例えば、電界形
成用電極３７に印加する電圧及び電子放出物質１２に印
加する電圧と放出電子電流密度との関係、放出電子電流
密度の時間的な揺らぎ、アノード電極４３上に衝突する
電子ビームのスポット形状及び密度分布プロファイル）
を評価することができる。

【００３４】このような電子放出物質１２の特性評価を
行うことによって、最適な電子放出物質の選択を行うこ
とができる。また、小さな試料ホルダーを用いることが
できるので、少量の電子放出物質での評価が可能であ
る。

【００３５】開口部が形成された電界形成用電極の特性
を評価するにあたっては、例えば標準電子放出物質とし
ての（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）の炭酸塩をホルダー３１の上
端面３３に吹きつけて、試料ホルダー３１の上端面３３
に電子放出物質１２を載置する。そして、試料ホルダー
３１をハウジング３０に支持部材３４を介してハウジン
グ３０に溶接可能なリテーナー（図示せず）を用いて固
定する。電界形成用電極３７の下端面と電子放出物質１
２との間の距離が所定の距離（例えば、１０μｍ）とな
るように、予め、適切な厚さを有するスペーサ３５をハ
ウジング３０の上部内面と支持部材３４との間に挿入し
ておく。また、電界形成用電極３７とアノード電極４３
との間の距離が所定の距離（例えば、１ｍｍ）となるよ
うに、予め、適切な厚さを有するスペーサ２２をハウジ
ング３０の上面と支持体４１との間に挿入しておく。

【００３６】そして、評価装置１０を真空槽１１内に格
納し、真空ポンプ等によって真空槽１１内を高真空状態
（例えば、１０^-2〜１０^-4Ｐａ程度）とし後、ヒータ３
６に電力を供給する。そして、電子放出物質１２を十分
加熱し、電子放出物質１２及び評価装置（特に試料ホル
ダー３１）に吸着したガスを脱離させた後、ヒータ３６
への電力の供給を中止する。そして、電源回路から電界
形成用電極３７に５０〜１００ボルトの電圧を印加し、
アノード電極４３に数百〜数キロボルトの電圧を印加す
る。その結果、電子放出物質１２から量子トンネル効果
に基づき電子が放出され、電界形成用電極３７に設けら
れた開口部３８を通過し、電子ビームがアノード電極４
３に衝突し、蛍光体層４２がスポット状に発光する。

【００３７】例えば、図３に概念図を示すように、電界
形成用電極３７が（Ａ）に示す位置にあり、電子放出物
質１２から放出された電子ビームの一部が電界形成用電
極３７によって遮られている状態を想定する。電子放出
物質１２の上面から蛍光体層４２までの距離をＸ_A、こ
の状態における蛍光体層４２のスポット状に発光した部
分の大きさの１／２をＹ_Aとする。

【００３８】次に、スペーサ３５を交換し、図３に
（Ｂ）に示す状態として、即ち、試料ホルダー３１と電
界形成用電極３７との間の距離（Ｘ）を長くする。この
ときの電子放出物質１２の上面から蛍光体層４２までの
距離をＸ_B、この状態における蛍光体層４２のスポット
状に発光した部分の大きさの１／２をＹ_Bとする。

【００３９】以上の測定結果から、電子放出物質１２か
ら放出され、電界形成用電極３７の開口部３８を通過し
た電子ビームの発散角γは、以下の式（１）で求めるこ
とができる。

【００４０】γ＝ｔａｎ^-1｛（Ｙ_B−Ｙ_A）／（Ｘ_B−
Ｘ_A）｝ （１）

【００４１】実際に、上記の方法に基づき発散角γを求
めたところ、発散角γは約１０度となる測定結果が得ら
れた。

【００４２】このような発散角γの測定を行い、発散角
γが小さくなるようなゲート電極の開口部の構造（例え
ば、平面形状や大きさ、開口率、１つの冷陰極電界電子
放出素子における開口部の数など）を決定することによ
って、光学的クロストーク発生の防止を確実に図れるだ
けでなく、ゲート電極の上方に電子ビームの軌道を収束
させるための収束電極を設ける必要が無くなり、表示装
置の構造の簡素化を図ることができる。

【００４３】蛍光体層を構成する蛍光体材料の特性を評
価するにあたっては、例えば標準電子放出物質としての
（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）の炭酸塩を試料ホルダー３１の上
端面３３に吹きつけて、試料ホルダー３１の上端面３３
に電子放出物質１２を載置する。そして、電子放出物質
１２の電子放出特性の評価方法と同様の方法を実行し、
例えば、蛍光体材料の発光効率や蛍光体材料の経時変化
を測定すればよい。

【００４４】場合によっては、冷陰極電界電子放出素子
が形成されたカソードパネルＣＰの一部分を切り出し
て、試料ホルダー３１に載置し、冷陰極電界電子放出素
子の評価を行うこともできる。尚、このような場合、冷
陰極電界電子放出素子の構造は平面型に限定されるもの
ではなく、所謂スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型等、如何な
る構造の冷陰極電界電子放出素子であってもよい。

【００４５】以上、本発明を、発明の実施の形態に基づ
き説明したが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。評価装置の構造、構成は例示であり、適宜変更する
ことができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明の冷陰極電界電子放出構造体の評
価装置においては、簡素な構成であるにも拘わらず、正
確に電子放出物質の電子放出特性や、開口部が形成され
た電界形成用電極（冷陰極電界電子放出表示装置を構成
する冷陰極電界電子放出素子におけるゲート電極に相当
する）の特性、あるいは又、蛍光体層を構成する蛍光体
材料の評価を行うことができる。しかも、ヒータが配設
されているので、短時間に、しかも、確実に電子放出物
質からの吸着ガスの脱離を図ることができ、電子放出物
質から放出される電子の安定度が増し、長時間の評価が
可能となる。また、電子放出物質から放出された電子が
アノード電極に至るまでの軌道中あるいは軌道の近傍
に、誘電体等、２次電子を放出するような物質が存在し
ないので、放電が発生し難い。以上のとおり、測定系に
起因する評価結果のばらつきを抑えることができる結
果、各種の電子放出物質や電界形成用電極、蛍光体材料
の比較を高い精度にて行うことが可能となる。更には、
試料ホルダーと電界形成用電極との間の距離を変更する
ための距離可変機構を備えれば、電子放出物質と電界形
成用電極との間の距離を数ミクロンのオーダーで一定距
離に制御することができる。また、電界形成用電極とア
ノード電極との間の距離を変更するための第２の距離可
変機構を備えていれば、電界形成用電極を通過した電子
の発散角、即ち、電子放出物質から放出された電子の広
がりを正確に測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷陰極電界電子放出構造体の評価装置
の概要を示す図、及び、試料ホルダー等の模式的な断面
図である。

【図２】ヒータに印加した電圧と、試料ホルダーに載置
された電子放出物質の温度との関係を測定した結果、並
びに、ヒータに電力を供給し始めたときからの試料ホル
ダーに載置された電子放出物質の温度変化を測定した結
果を示すグラフである。

【図３】電子放出物質、電界形成用電極、アノード電極
の位置関係、及び、電子放出物質から放出された電子ビ
ームの状態を示す概念図である。

【図４】平面型冷陰極電界電子放出素子を備えた従来の
冷陰極電界電子放出表示装置の構成例を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・評価装置、１１・・・真空槽、１２・・・電
子放出物質、２１・・・支持台、２２，３５・・・スペ
ーサ、３０・・・ハウジング、３１・・・試料ホルダ
ー、３２・・・円筒形部材、３３・・・円筒形部材の上
端面、３４・・・支持部材、３６・・・ヒータ、３７・
・・電界形成用電極、３８・・・開口部、４１・・・支
持体、４２・・・蛍光体層、４３・・・アノード電極、
１１１・・・基板、１１２・・・カソード電極、１１３
・・・電子放出層、１１４・・・絶縁層、１１５・・・
ゲート電極、１１６・・・開口部、１２１・・・支持
体、１２２・・・蛍光体層、１２３・・・アノード電極

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ）電界放出に基づき電子を放出する電
   子放出物質を載置するための試料ホルダー、 （ロ）電子放出物質を加熱するためのヒータ、 （ハ）電子放出物質の上方に配設され、開口部を有し、
   電子放出物質近傍に電界を形成するための電界形成用電
   極、並びに、 （ニ）電界形成用電極の上方に配設された支持体に形成
   されたアノード電極、を具備することを特徴とする冷陰
   極電界電子放出構造体の評価装置。
2. 【請求項２】試料ホルダーと電界形成用電極との間の距
   離を変更するための距離可変機構を備えていることを特
   徴とする請求項１に記載の冷陰極電界電子放出構造体の
   評価装置。
3. 【請求項３】電界形成用電極とアノード電極との間の距
   離を変更するための第２の距離可変機構を備えているこ
   とを特徴とする請求項２に記載の冷陰極電界電子放出構
   造体の評価装置。
4. 【請求項４】試料ホルダーは、底部が開口し、上端が閉
   鎖された円筒形部材から作製され、 円筒形部材の上端面上に電子放出物質が載置され、 円筒形部材の内部にヒータが配設されていることを特徴
   とする請求項１に記載の冷陰極電界電子放出構造体の評
   価装置。
5. 【請求項５】支持体には、更に、蛍光体層が形成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電界電子
   放出構造体の評価装置。
6. 【請求項６】電子放出物質の電子放出特性を評価するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電界電子放出構
   造体の評価装置。
7. 【請求項７】開口部が形成された電界形成用電極の特性
   を評価することを特徴とする請求項３に記載の冷陰極電
   界電子放出構造体の評価装置。