JP2004087450A - Electron emitting element and field emission display using the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子及びそれを用いたフィールドエミッションディスプレイに関するものである。
【0002】
【従来の技術】このような電子放出素子は、駆動用の電極及び接地用の電極を有し、フィールドエミッションディスプレイ(FED)やバックライトのような種々のアプリケーションに適用されている(例えば、特許文献1〜5及び非特許文献1〜3参照)。FEDに適用する場合、複数の電子放出素子を2次元的に配列し、これら電子放出素子に対する複数の蛍光体が、所定の間隔を以ってそれぞれ配置されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の電子放出素子の直進性、すなわち、放出された電子が所定の対象(例えば蛍光体)に直進する程度が良好でなく、放出された電子によって所望の電流密度を確保するためには、比較的高い電圧を電子放出素子に印加する必要がある。
【0004】
【特許文献1】特開平1−311,533号公報(第3頁、第1図)
【特許文献2】特開平7−147,131号公報(第3頁、図8及び図9)
【特許文献3】特開2000−285,801号公報(第5頁、図3)
【特許文献4】特公昭46−20,944号公報(第1頁、第2図)
【特許文献5】特公昭44−26,125号公報(第1頁、第2図)
【非特許文献1】安岡・石井、「強誘電体陰極を用いたパルス電子源」、応用物理 第68巻 第5号 p.546〜550(1999)
【非特許文献2】V.F.Puchkarev, G.A.Mesyats, On the mechanism of emissionfrom the ferroelectric ceramic cathode, J. Appl. Phys., Vol.78, No.9 November 1995, p.5633−5637
【非特許文献3】H.Riege, Electron emission ferroelectrics−a review, Nucl. Instr. And Meth. A340, p.80−89 (1994)
【0005】また、従来の電子放出素子をFEDに適用した場合、直進性が良好でないためにクロストークが比較的に大きくなる、すなわち、放出された電子が、対応する蛍光体に隣接する蛍光体に入射するおそれが高くなる。その結果、蛍光体のピッチを狭くするのが困難となり、隣接する蛍光体に電子が入射されるのを防止するためにグリッドを設ける必要がある。
【0006】本発明の目的は、良好な放出電子の直進性を有する電子放出素子及びそれを用いたフィールドエミッションディスプレイを提供することである。
【0007】本発明の他の目的は、比較的低真空で、非常に低い駆動電圧にて高い電流密度を有する電子放出を実現する電子放出素子及びそれを用いたフィールドエミッションディスプレイを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による電子放出素子は、
誘電体によって構成された電界印加部と、
この電界印加部の一方の面に形成された第1電極と、
前記電界印加部の一方の面に形成され、前記第1電極とともにスリットを形成する第2電極とを有することを特徴とするものである。
【0009】本発明によれば、第1又は第2電極にパルス電圧を印加すると、電界印加部から電子が放出される。電界印加部を誘電体によって構成することによって、従来の電子放出素子では達成できない良好な直進性を得ることができる。その結果、所望の電流密度を確保するために電子放出素子に印加される電圧が従来に比べて著しく低くなり、消費エネルギーが大幅に低減される。なお、第1及び第2電極を厚膜印刷によって電界印加部に形成することができるので、本発明による電子放出素子は、耐久性及びコスト低減の観点からも好ましい。
【0010】電子放出素子に印加される電圧を更に低減させるために、前記第1電極、第2電極及びスリットに設けられた導電性コーティング部を更に有するのが好ましい。この場合、導電性コーティング部によって、電子及び/又はイオンの衝突や発熱による第1及び第2電極の損傷のおそれが著しく軽減する。
【0011】更に好適には、前記第1電極に設けられた第1導電性コーティング部と、
その第1コーティング部とは非接触状態で前記第2電極に設けられた第2導電性コーティング部とを更に有する。この場合、第1電極と第2電極との間の等価回路に抵抗が含まれなくなるので、直流カット用のコンデンサが不要となり、高電圧での駆動の必要がなくなるので、電子放出素子に印加される電圧を一層低減することができる。この場合も、第1及び第2導電性コーティング部によって、電子及び/又はイオンの衝突や発熱による第1及び第2電極の損傷のおそれが著しく軽減する。
【0012】前記第1及び第2導電性コーティング部に比べて高い抵抗を有するとともに前記第1及び第2導電性コーティング部に電気的に接触する高抵抗部を、前記スリットに設けてもよい。この場合、電子放出素子に電圧が印加されると、高抵抗部の電圧は、第1及び第2導電性コーティング部の電圧より高くなり、高抵抗部すなわちスリットにおける電界の集中度が向上する。その結果、高抵抗部を有しない場合に比べて低い印加電圧で電子を放出することができ、消費電力が低減し、かつ、回路の小型化及び高電圧対応部品の省略によるコストダウンを図ることができる。
【0013】電子の放出を良好に行うために、前記第1及び第2電極に対して所定の間隔を以って配置した第3電極を更に有し、前記第1及び第2電極と前記第3電極との間の空間を真空とするのが好ましい。
【0014】本発明による他の電子放出素子は、
圧電材料、電歪材料及び反強誘電材料のうちの少なくとも1種類によって構成された電界印加部と、
この電界印加部の一方の面に形成された第1電極と、
前記電界印加部の一方の面に形成され、前記第1電極とともにスリットを形成する第2電極とを有することを特徴とするものである。
【0015】本発明によれば、第1又は第2電極にパルス電圧を印加した際に、電界印加部が、アクチュエータとしても機能し、屈曲変位させるようにしても良い。その結果、電子放出素子の直進性が更に向上する。
【0016】電子放出素子に印加される電圧を更に低減させるために、前記第1電極、第2電極及びスリットに設けられた導電性コーティング部を更に有するのが好ましい。この場合、導電性コーティングによって、電子及び/又はイオンの衝突や発熱による第1及び第2電極の損傷のおそれが著しく軽減する。
【0017】更に好適には、前記第1電極に設けられた第1導電性コーティング部と、
その第1コーティング部とは非接触状態で前記第2電極に設けられた第2導電性コーティング部とを更に有する。この場合、第1電極と第2電極との間の等価回路に抵抗が含まれなくなるので、直流カット用のコンデンサが不要となり、高電圧での駆動の必要がなくなるので、電子放出素子に印加される電圧を一層低減することができる。この場合も、第1及び第2導電性コーティング部によって、電子及び/又はイオンの衝突や発熱による第1及び第2電極の損傷のおそれが著しく軽減する。
【0018】前記第1及び第2導電性コーティング部に比べて高い抵抗を有するとともに前記第1及び第2導電性コーティング部に電気的に接触する高抵抗部を、前記スリットに設けてもよい。この場合、電子放出素子に電圧が印加されると、高抵抗部の電圧は、第1及び第2導電性コーティング部の電圧より高くなり、高抵抗部すなわちスリットにおける電界の集中度が向上する。その結果、高抵抗部を有しない場合に比べて低い印加電圧で電子を放出することができ、消費電力が低減し、かつ、回路の小型化及び高電圧対応部品の省略によるコストダウンを図ることができる。
【0019】この場合も、電子の放出を良好に行うために、前記第1及び第2電極に対して所定の間隔を以って配置した第3電極を更に有し、前記第1及び第2電極と前記第3電極との間の空間を真空とするのが好ましい。この場合も、電界印加部がアクチュエータとしても機能させるようにしても良い。この結果、その変位動作によって、放出電子量を制御することができる。
【0020】好適には、前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有する。これによって、所望の電流密度を容易に達成することができるとともに、第3電極と第1及び第2電極との間の短絡が防止される。
【0021】例えば、前記第1電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加される。
【0022】好適には、前記第1電極と電圧信号源との間に直列配置したコンデンサを更に有する。これによって、コンデンサを充填するまでの時間のみ第1電極と第2電極との間に電圧を印加することができ、その結果、第1及び第2電極の短絡による破損が防止される。
【0023】前記電界印加部の他方の面に形成され、前記第1電極に対応する第4電極を更に有する場合、第1電極と第4電極との間の電界印加部がコンデンサの機能を果たすので、第1及び第2電極の短絡による破損が防止される。この場合、例えば、前記第4電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加される。
【0024】前記第2電極と直流オフセット電圧源との間に直列配置した抵抗を更に有してもよい。この場合、第1電極から第2電極に放電して流れる電流が抵抗によって抑制され、第1及び第2電極の短絡による破損が防止される。
【0025】印加電圧の大幅な低減を図るために、前記電界印加部の比誘電率を1000以上とし、及び/又は、前記スリットの幅を500μm以下とするのが好ましい。
【0026】電子の放出を良好に行うために、前記第1電極と第2電極のうちの少なくとも一方が、鋭角を成す角部を有し、及び/又は、前記第1電極及び第2電極がカーボンナノチューブ、すなわち、六炭素環構造を有するカーボン材料を含む粒子又は粒子の凝集体を有するのが好ましい。
【0027】本発明によるフィールドエミッションディスプレイは、
2次元的に配列された複数の電子放出素子と、
これら電子放出素子に対してそれぞれ所定の間隔を以って配置した複数の蛍光体とを具え、
前記電子放出素子の各々が、
誘電体によって構成された電界印加部と、
この電界印加部の一方の面に形成された第1電極と、
前記電界印加部の一方の面に形成され、前記第1電極とともにスリットを形成する第2電極とを有することを特徴とするものである。
【0028】本発明によれば、電子放出素子の直進性が優れているので、従来の電子放出素子を有する場合に比べてクロストークが小さくなり、蛍光体のピッチを狭くすることができ、かつ、隣接する蛍光体に電子が入射されるのを防止するためにグリッドを設ける必要がなくなる。その結果、本発明によるフィールドエミッションディスプレイは、解像度の向上、装置の小型化及びコスト低減の観点から好ましい。なお、フィールドエミッションディスプレイ内部の真空度が比較的低い場合でも電子の放出が可能であるため、蛍光体励起などの原因で内部の真空度が低下しても電子の放出を維持することができる。なお、従来のフィールドエミッションディスプレイでは、このような真空度の低下に対して、電子放出を維持するためのマージンとして真空空間を比較的大きく確保する必要があり、ディスプレイの薄型化が困難であった。それに対して、本発明では、真空度の低下に対して電子の放出を維持するために真空空間を予め大きく確保する必要がないので、ディスプレイの薄型化が可能となる。
【0029】電子放出素子に印加される電圧を更に低減させるために、前記第1電極、第2電極及びスリットに導電性コーティングを施するが好ましい。この場合、導電性コーティングによって、電子及び/又はイオンの衝突や発熱による第1及び第2電極の損傷のおそれが著しく軽減する。
【0030】更に好適には、前記第1電極に設けられた第1導電性コーティング部と、
その第1コーティング部とは非接触状態で前記第2電極に設けられた第2導電性コーティング部とを更に有する。この場合、第1電極と第2電極との間の等価回路に抵抗が含まれなくなるので、直流カット用のコンデンサが不要となり、高電圧での駆動の必要がなくなるので、電子放出素子に印加される電圧を一層低減することができる。この場合も、第1及び第2導電性コーティング部によって、電子及び/又はイオンの衝突や発熱による第1及び第2電極の損傷のおそれが著しく軽減する。
【0031】前記第1及び第2導電性コーティング部に比べて高い抵抗を有するとともに前記第1及び第2導電性コーティング部に電気的に接触する高抵抗部を、前記スリットに設けてもよい。この場合、電子放出素子に電圧が印加されると、高抵抗部の電圧は、第1及び第2導電性コーティング部の電圧より高くなり、高抵抗部すなわちスリットにおける電界の集中度が向上する。その結果、高抵抗部を有しない場合に比べて低い印加電圧で電子を放出することができ、消費電力が低減し、かつ、回路の小型化及び高電圧対応部品の省略によるコストダウンを図ることができる。
【0032】電子の放出を良好に行うために、前記第1及び第2電極に対して所定の間隔を以って配置した第3電極を更に有し、前記第1及び第2電極と前記第3電極との間の空間を真空とするのが好ましい。
【0033】本発明による他のフィールドエミッションディスプレイは、
2次元的に配列された複数の電子放出素子と、
これら電子放出素子に対してそれぞれ所定の間隔を以って配置した複数の蛍光体とを具え、
前記電子放出素子の各々が、
圧電材料、電歪材料及び反強誘電材料のうちの少なくとも1種類によって構成された電界印加部と、
この電界印加部の一方の面に形成された第1電極と、
前記電界印加部の一方の面に形成され、前記第1電極とともにスリットを形成する第2電極とを有することを特徴とするものである。
【0034】本発明によれば、電子放出素子の直進性が更に良好になるので、本発明によるフィールドエミッションディスプレイは、小型化及びコスト低減の観点から更に好ましくなる。
【0035】電子放出素子に印加される電圧を更に低減させるために、前記第1電極、第2電極及びスリットに導電性コーティングを施するが好ましい。この場合、導電性コーティングによって、電子及び/又はイオンの衝突や発熱による第1及び第2電極の損傷のおそれが著しく軽減する。
【0036】更に好適には、前記第1電極に設けられた第1導電性コーティング部と、
その第1コーティング部とは非接触状態で前記第2電極に設けられた第2導電性コーティング部とを更に有する。この場合、第1電極と第2電極との間の等価回路に抵抗が含まれなくなるので、直流カット用のコンデンサが不要となり、高電圧での駆動の必要がなくなるので、電子放出素子に印加される電圧を一層低減することができる。この場合も、第1及び第2導電性コーティング部によって、電子及び/又はイオンの衝突や発熱による第1及び第2電極の損傷のおそれが著しく軽減する。
【0037】前記第1及び第2導電性コーティング部に比べて高い抵抗を有するとともに前記第1及び第2導電性コーティング部に電気的に接触する高抵抗部を、前記スリットに設けてもよい。この場合、電子放出素子に電圧が印加されると、高抵抗部の電圧は、第1及び第2導電性コーティング部の電圧より高くなり、高抵抗部すなわちスリットにおける電界の集中度が向上する。その結果、高抵抗部を有しない場合に比べて低い印加電圧で電子を放出することができ、消費電力が低減し、かつ、回路の小型化及び高電圧対応部品の省略によるコストダウンを図ることができる。
【0038】この場合も、電子の放出を良好に行うために、前記第1及び第2電極に対して所定の間隔を以って配置した第3電極を更に有し、前記第1及び第2電極と前記第3電極との間の空間を真空とするのが好ましい。この場合も、電界印加部がアクチュエータとしても機能させるようにしても良い。この結果、その変位動作によって、放出電子量を制御することができる。
【0039】好適には、前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有する。これによって、所望の電流密度すなわち蛍光体の発光量を容易に達成することができるとともに、第3電極と第1及び第2電極との間の短絡が防止される。
【0040】例えば、前記第1電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加される。
【0041】好適には、前記第1電極と電圧信号源との間に直列配置したコンデンサを更に有する。これによって、第1及び第2電極の短絡による破損が防止される。
【0042】前記電界印加部の他方の面に形成され、前記第1電極に対応する第4電極を更に有する場合も、第1及び第2電極の短絡による破損が防止される。この場合、例えば、前記第4電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加される。
【0043】前記第2電極と直流オフセット電圧源との間に直列配置した抵抗を更に有する場合も、第1及び第2電極の短絡による破損が防止される。
【0044】印加電圧の大幅な低減を図るために、前記電界印加部の比誘電率を1000以上とし、及び/又は、前記スリットの幅を500μm以下とするのが好ましい。
【0045】電子の放出を良好に行うために、前記第1電極と第2電極のうちの少なくとも一方が、鋭角を成す角部を有し、及び/又は、前記第1電極及び第2電極がカーボンナノチューブを有するのが好ましい。
【0046】本発明によるフィールドエミッションディスプレイは、2次元的に配列された複数の電子放出素子を一体に形成した基板を更に具える。
【0047】
【発明の実施の形態】本発明による電子放出素子及びそれを用いたフィールドエミッションディスプレイの実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【0048】図1Aは、本発明による電子放出素子の第1の実施の形態の上面図であり、図1Bは、そのI−I断面図である。この電子放出素子は、誘電体によって構成された電界印加部1と、その一方の面に形成された第1電極としての駆動電極2と、それと同一面に形成され、駆動電極2とともにスリットを形成する第2電極としてのコモン電極3とを有し、基板4の上に形成される。好適には、この電子放出素子は、放出された電子を良好に捕獲するために、電界印加部1の一方の面に対して所定の間隔を配置した第3電極としての電子捕獲電極5を更に有し、これらの間の空間を真空状態に保持する。また、駆動電極2及びコモン電極3の短絡による破損を防止するために、駆動電極2と図示しない電圧信号源との間に、図示しないコンデンサを直列配置し、及び/又は、コモン電極3と図示しない直流オフセット電圧源との間に、図示しない抵抗を直列配置する。なお、図1Aにおいては、明瞭のために電子捕獲電極5を省略している。
【0049】電界印加部1を構成する誘電体として、好適には、比誘電率が比較的高い、例えば1000以上の誘電体を採用する。このような誘電体としては、チタン酸バリウムの他に、ジルコン酸鉛、マクネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウム、マグネシウムタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛等又はこれらの任意の組合せを含有するセラミックスや、主成分がこれらの化合物を50重量%以上含有するものや、前記セラミックスに対して更にランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物若しくはこれらのいずれかの組合せ又は他の化合物を適切に添加したもの等を挙げることができる。例えば、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)とチタン酸鉛(PT)の2成分系nPMN−mPT(n,mをモル数比とする。)においては、PMNのモル数比を大きくすると、キュリー点が下げられて、室温での比誘電率を大きくすることができる。特に、n=0.85−1.0,m=1.0−nで比誘電率3000以上となり好ましい。例えば、n=0.91,m=0.09で室温の比誘電率15000,n=0.95,m=0.05で室温の比誘電率20000が得られる。次に、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)、チタン酸鉛(PT)、ジルコン酸鉛(PZ)の3成分系では、PMNのモル数比を大きくする他に、正方晶と擬立方晶又は正方晶と菱面体晶のモルフォトロピック相境界(MPB:Morphotropic Phase Boundary)付近の組成とすることが比誘電率を大きくするのに好ましい。例えば、PMN:PT:PZ=0.375:0.375:0.25にて比誘電率5500,PMN:PT:PZ=0.5:0.375:0.125にて比誘電率4500となり、特に好ましい。さらに、絶縁性が確保できる範囲内でこれらの誘電体に白金のような金属を混入して、誘電率を向上させるのが好ましい。この場合、例えば、誘電体に白金を重量比で20%混入させる。
【0050】本実施の形態では、駆動電極2は、鋭角を成す角部を有する。駆動電極2には、図示しない電源からパルス電圧が印加され、主に角部から電子が放出される。なお、電子の放出を良好に行うために、駆動電極2とコモン電極3との間のスリットの幅Δを、好適には500μm以下にする。駆動電極2を、高温酸化雰囲気に対して耐性を有する導体、例えば金属単体、合金、絶縁性セラミックスと金属単体との混合物、絶縁性セラミックスと合金との混合物等によって構成し、好適には、白金、パラジウム、ロジウム、モリブデン等の高融点貴金属や、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするものや、白金とセラミックス材料とのサーメット材料によって構成する。更に好適には、白金のみ又は白金系の合金を主成分とする材料によって構成する。また、電極として、カーボン、グラファイト系の材料、例えば、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンドライクカーボン、カーボンナノチューブも好適に使用される。なお、電極材料中に添加させるセラミックス材料の割合は、5−30体積%程度が好適である。
【0051】駆動電極2を形成するに当たり、上記材料を用いて、スクリーン印刷、スプレー、導電性コーティング、ディッピング、塗布、電気泳動法等の各種の厚膜形成方法や、スパッタリング、イオンビーム、真空蒸着、イオンプレーティング、CVD、めっき等の各種の薄膜形成手法による通常の膜形成手法に従って形成することができ、好適には、これら厚膜形成手法によって形成される。
【0052】厚膜形成手法によって駆動電極2を形成する場合、その厚さは、一般的には20μm以下となり、好適には5μm以下となる。
【0053】コモン電極3には、直流のオフセット電圧が印加され、図示しないスルーホールを通じて基板4の裏面から配線として引き出される。
【0054】コモン電極3は、駆動電極2と同様な材料及び手法によって形成されるが、好適には上記厚膜形成手法によって形成する。コモン電極3の厚さも、一般的には20μm以下とし、好適には5μm以下とする。
【0055】駆動電極2に電気的に接続した配線と、コモン電極3に電気的に接続した配線とを電気的に分離するために、基板4を電気的な絶縁材料で構成するのが好ましい。
【0056】したがって、基板4を、高耐熱性の金属や、その金属表面をガラスなどのセラミックス材料によって被覆したホーローのような材料によって構成することができるが、セラミックスで構成するのが最適である。
【0057】基板4を構成するセラミックスとしては、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、スピネル、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これらの混合物等を使用することができる。その中でも、酸化アルミニウム及び安定化された酸化ジルコニウムが、強度及び剛性の観点から好ましい。安定化された酸化ジルコニウムは、機械的強度が比較的高いこと、靭性が比較的高いこと、駆動電極2及びコモン電極3との化学反応が比較的小さいことなどの観点から特に好適である。なお、安定化された酸化ジルコニウムとは、安定化酸化ジルコニウム及び部分安定化酸化ジルコニウムを包含する。安定化された酸化ジルコニウムでは、立方晶などの結晶構造をとるため、相転移が生じない。
【0058】一方、酸化ジルコニウムは、1000℃前後で単斜晶と正方晶との間を相転移し、このような相転移の際にクラックが発生するおそれがある。安定化された酸化ジルコニウムは、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム、希土類金属の酸化物等の安定剤を、1−30モル%含有する。なお、基板4の機械的強度を向上させるために、安定化剤が酸化イットリウムを含有するのが好適である。この場合、酸化イットリウムを、好適には1.5−6モル%、更に好適には2−4モル%含有し、更に0.1−5モル%の酸化アルミニウムを含有するのが好ましい。
【0059】また、結晶相を、立方晶+単斜晶の混合相、正方晶+単斜晶の混合相、立方晶+正方晶+単斜晶の混合相等とすることができるが、その中でも、主たる結晶相を、正方晶又は正方晶+立方晶の混合相としたものが、強度、靭性及び耐久性の観点から最適である。
【0060】基板4をセラミックスから構成した場合、比較的多数の結晶粒が基板4を構成するが、基板4の機械的強度を向上させるためには、結晶粒の平均粒径を、好適には0.05−2μmとし、更に好適には0.1−1μmとする。
【0061】電界印加部1、駆動電極2及びコモン電極3をそれぞれ形成する度に熱処理すなわち焼成して基板4と一体構造にすることができ、また、これら電界印加部1、駆動電極2及びコモン電極3を形成した後、同時に熱処理すなわち焼成して、これらを同時に基板4に一体に結合することもできる。
【0062】なお、駆動電極2及びコモン電極3の形成手法によっては、一体化のための熱処理すなわち焼成を必要としない場合もある。
【0063】基板4と、電界印加部1、駆動電極2及びコモン電極3とを一体化させるための熱処理すなわち焼成温度としては、一般に500−1400℃の範囲とし、好適には、1000−1400℃の範囲とする。さらに、膜状の電圧印加部1を熱処理する場合、高温時に電界印加部1の組成が不安定にならないように、電界印加部1の蒸発源とともに雰囲気制御を行いながら熱処理すなわち焼成を行うのが好ましく、また、電界印加部1を適切な部剤によってカバーし、電界印加部1の表面が焼成雰囲気に直接露出しないようにして焼成する手法を採用するのが好ましい。この場合、カバーする部材としては、基板4と同様な材料を用いることとなる。
【0064】図2Aは、本発明による電子放出素子の第2の実施の形態の上面図であり、図2Bは、そのII−II断面図である。この電子放出素子は、電界印加部1、駆動電極2及びコモン電極3にそれぞれ対応する電界印加部11、駆動電極12及びコモン電極13の他に、電界印加部11の他方の面に形成された第4電極としての駆動端子電極14を更に有し、基板15の上に形成される。この場合も、好適には、電子放出素子は、放出された電子を良好に捕獲するために、電界印加部1の一方の面に対して所定の間隔を配置した第3電極としての電子捕獲電極16を更に有し、これらの間の空間を真空状態に保持する。図2Aにおいても、明瞭のために電子捕獲電極16を省略している。
【0065】本実施の形態では、駆動電極12と駆動端子電極14との間の電界印加部11がコンデンサの役割を果たすので、駆動電極12及びコモン電極13の短絡による破損を防止するためにコンデンサを別に設ける必要がなくなる。この場合、駆動端子電極14にパルス電圧が印加されるとともに、コモン電極13に直流のオフセット電圧が印加される。
【0066】駆動端子電極14も、駆動電極12及びコモン電極13と同様な材料及び手法によって形成されるが、好適には上記厚膜形成手法によって形成する。駆動端子電極14の厚さも、一般的には20μm以下、好適には5μm以下にする。
【0067】図3Aは、本発明による電子放出素子の第3の実施の形態の上面図であり、図3Bは、そのIII−III断面図である。本実施の形態では、第1の実施の形態と同様に電界印加部21の一方の面に駆動電極22及びコモン電極23が形成されるが、これら駆動電極22及びコモン電極23の表面には複数のカーボンナノチューブ(CNT)が設けられており、これによって、駆動電極22にパルス電圧を印加するとともに、コモン電極23に直流のオフセット電圧を印加すると、CNTの先端から電子が放出されやすくなる。
【0068】図4Aは、本発明による電子放出素子の第4の実施の形態の上面図であり、図4Bは、そのIV−IV断面図である。本実施の形態では、第2の実施の形態と同様に電界印加部31の一方の面に駆動電極32及びコモン電極33が形成されるとともにその他方の面に駆動端子電極34が形成されているが、これら駆動電極32及びコモン電極33の表面には複数のカーボンナノチューブ(CNT)が設けられており、これによって、駆動端子電極33にパルス電圧を印加するとともに、コモン電極33に直流のオフセット電圧を印加すると、CNTの先端から電子が放出されやすくなる。
【0069】図5Aは、本発明による電子放出素子の第5の実施の形態の上面図であり、図5Bは、そのV−V断面図である。本実施の形態では、電界印加部41の一方の面に櫛歯形状の駆動電極42及びコモン電極43を形成する。この場合、駆動電極42にパルス電圧が印加されるとともに、コモン電極43に直流のオフセット電圧が印加されると、これら駆動電極42及びコモン電極43の角部から電子が放出されやすくなる。
【0070】図6Aは、本発明による電子放出素子の第6の実施の形態の上面図であり、図6Bは、そのVI−VI断面図である。本実施の形態では、電子放出素子は、反強誘電材料によって構成した電界印加部51a,51bと、その一方の面にそれぞれ形成した櫛歯形状の駆動電極52a,52b及びコモン電極53a,53bとを有する。
【0071】電子放出素子は、スペーサ層54を介して基板55の上に設けられたシート層56の上に配置される。これによって、電界印加部51a,51b、駆動電極52a,52b、コモン電極53a,53b、シート層56及びスペーサ層54は、アクチュエータ57a,57bをそれぞれ構成する。
【0072】電界印加部51a,51bを構成する反強誘電材料としては、ジルコン酸鉛を主成分とするもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分を主成分とするもの、ジルコン酸鉛に酸化ランタンを添付したもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分に対してジルコン酸鉛やニオブ酸鉛を添加したものを用いるのが好適である。特に、低電圧で駆動させる場合には、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分を含む反強誘電材料を用いるのが好適である。この組成は、以下のようになる。
【0073】PB0.99 Nb0.02 [(Zrx Sn1−x )1−y Tiy ]0.98 O3
【0074】また、反強誘電材料を多孔質にすることもでき、この場合、気孔率を30%以下にするのが好適である。
【0075】電界印加部51a,51bを形成するに当たり、上記厚膜形成手法を用いて形成するのが好適であり、微細な印刷を廉価に行うことができるという理由から、スクリーン印刷法が特に好適に用いられる。なお、電界印加部51a,51bの厚さとしては、低作動電圧で大きな変位を得るなどの理由から、スクリーン印刷法が特に好適に用いられる。なお、電界印加部51a,51bの厚さとしては、低作動電圧で大きな変位を得るなどの理由から、好適には50μm以下とし、更に好適には、3−40μmとする。
【0076】このような厚膜形成手法によって、平均粒子径が0.01−7μm程度、好適には0.05−5μm程度の反強誘電材料のセラミック粒子を主成分とするペーストやスラリーを用いて、シート層56の表面上に膜形成することができ、良好な素子特性が得られる。
【0077】電気泳動法は、高密度かつ高い形状制御で膜を形成でき、技術文献「DENKI KAGAKU 53,No.1(1985),p63−68 安斎和夫著」や、「第1回電気泳動法によるセラミックスの高次成形法 研究討論会 予稿集(1998),p5−6.p23−24」に記載されているような特徴を有する。したがって、要求精度、信頼性等を考慮して、各種手法を適切に選択して用いるのが好適である。
【0078】シート層56は、比較的肉薄に形成され、外部応力に対して振動を受けやすい構造となっている。シート層56を、好適には高耐熱性材料で構成する。その理由は、図2及び4のように駆動端子電極をシート層56に直接接合するに当たり、有機接着剤などの耐熱性の比較的低い材料を使用することなくシート層56を直接支持する構造をとる場合、少なくとも電界印加部51a,51bの形成時にシート層56が変質するのを防止するためである。なお、シート層56をセラミックスで構成する場合、図1の基板4と同様に構成する。
【0079】スペーサ層54を、好適にはセラミックスから構成するが、それを、シート層56を構成するセラミックス材料と同一とすることも、それとは異なるセラミックス材料とすることもできる。そのようなセラミックスとしては、シート層56を構成するセラミックス材料と同様に、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、スピネル、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これらの混合物等を使用することができる。
【0080】スペーサ層54、基板55及びシート層56を構成するセラミックス材料と異なるセラミックス材料としては、酸化ジルコニウムを主成分とする材料、酸化アルミニウムを主成分とする材料、これらの混合物を主成分とする材料等が好適に採用される。その中でも、酸化ジルコニウムを主成分としたものが特に好ましい。なお、焼結助剤として粘土などを添付することもあるが、酸化珪素、酸化ホウ素等のガラス化しやすいものが過剰に含まれないように、助剤成分を調整する必要がある。その理由は、これらガラス化しやすい材料は、電界印加部51a,51bとの接合の観点からは有利であるが、電界印加部51a,51bとの反応を促進し、電界印加部51a,51bが所定の組成を維持するのが困難となり、その結果、素子特性を低下させる原因となるからである。
【0081】すなわち、スペーサ層54、基板55及びシート層56に含まれる酸化珪素などを、重量比で3%以下、好適には1%以下となるように制限するのが好ましい。ここで、主成分とは、重量比で50%以上の割合で存在する成分をいう。
【0082】スペーサ層54、基板55及びシート層56を3層の積層体として構成するのが好適であり、この場合、例えば、一体同時焼成、ガラスや樹脂によって各層を接合一体化又は後付けを行う。なお、4層以上の積層体とすることもできる。
【0083】本実施の形態のように電界印加部51a,51bを反強誘電体材料によって構成した場合、電界が加えられない状態では、電界印加部51bのように平坦形状となり、それに対して、電界が加えられると、電界印加部51aのように凸状に屈曲変位する。このように凸状に屈曲変位することによって、電子放出素子とそれに対向する電子捕獲電極58との間の間隔が狭くなるので、矢印で示したように発生する電子の直進性が更に良好になる。したがって、この屈曲変位量を以って、電子捕獲電極58に到達する放出電子量を制御することが可能である。
【0084】次に、本発明による電子放出素子の動作を説明する。
図7は、本発明による電子放出素子の動作を説明するための図である。この場合、電流制御素子61は、図1に示す構成を有し、その周辺は、真空チャンバ62によって真空状態に保持される。また、駆動電極63とコモン電極64との間の短絡を防止するために、駆動電極63と電圧信号源65との間にコンデンサ66を直列配置している。駆動電極63及びコモン電極64に対向する電子捕獲電極67には、バイアス電圧Vbが印加される。
【0085】信号電圧源65に印加される電圧V1 を−400Vとし、コンデンサ66の容量を500pFとし、バイアス電圧Vbを0Vとし、駆動電極63とコモン電極64とによって形成されるスリットの幅を10μmとし、真空チャンバ62の内部の真空度を1×10−3 Paとした場合、駆動電極63に流れる電流I1 が2.0Aとなり、電子捕獲電極67から取り出されるコレクタ電流Icの密度が1.2A/cm2 となる。その結果、本発明の電子放出素子によれば、従来の電子放出素子に比べて、低い電圧及び低い真空度で高い電流密度が得られ、その結果、優れた直進性を示す。なお、図7Bに示すように、コレクタ電流Icは、バイアス電圧Vbが高くなるに従って大きくなる。
【0086】図8は、本発明による他の電子放出素子の動作を説明するための図である。この場合、電流制御素子71は、図2に示す構成を有し、その周辺は、真空チャンバ72によって真空状態に保持される。また、駆動電極73とコモン電極74との間の短絡を防止するために、駆動電極73と駆動端子電極75との間の電界印加部76がコンデンサの役割を果たす。駆動電極73及びコモン電極74には、電子捕獲電極77が対向する。
【0087】信号電圧源78に印加される電圧V1 を−400Vとし、電界印加部76が530pFの容量のコンデンサの役割を果たし、駆動電極73とコモン電極74とによって形成されるスリットの幅を10μmとし、真空チャンバ72の内部の真空度を1×10−3 Paとした場合、駆動端子電極75に流れる電流I1 が2.0Aとなり、電子捕獲電極77から取り出されるコレクタ電流Icの密度が1.2A/cm2 となる。その結果、本発明の他の電子放出素子によれば、従来の電子放出素子に比べて、低い電圧及び低い真空度で高い電流密度が得られ、その結果、優れた直進性を示す。なお、電圧V1 ,電流Ic,I1 ,I2 の波形を、図8Bにおいて曲線a−dでそれぞれ示す。
【0088】図9は、本発明によるFEDの実施の形態を示す図である。このFEDは、2次元的に配列された複数の電子放出素子81R,81G,81Bと、これら電子放出素子81R,81G,81Bに対してそれぞれ所定の間隔を以って配置した赤色蛍光体82R、緑色蛍光体82G及び青色蛍光体82Bとを具える。
【0089】本実施の形態では、電子放出素子81R,81G,81Bが基板83に形成され、赤色蛍光体82R、緑色蛍光体82G及び青色蛍光体82Bが電子捕獲電極84を介してガラス基板85に形成される。電子放出素子81R,81G,81Bは、図2に示す構造を有するが、図1,3−6のうちのいずれかの構造を有することもできる。
【0090】本実施の形態によれば、電子放出素子81R,81G,81Bの直進性が優れているので、従来の電子放出素子を有する場合に比べてクロストークが小さくなり、蛍光体82R,82G,82Bのピッチを狭くすることができ、かつ、隣接する蛍光体82R,82G,82Bに電子が入射されるのを防止するためにグリッドを設ける必要がなくなる。その結果、本実施の形態のFEDは、小型化及びコスト低減の観点から好ましい。なお、真空度が比較的低い場合でも電子の放出が可能であるので、真空空間を予め大きくして真空度の低下に対するマージンをみる必要がなくなり、FEDの薄型化の制約が少なくなる。
【0091】図10は、本発明による電子放出素子の比誘電率と印加電圧との関係を示す図であり、図11は、それを説明するための図である。図10の特性は、図11に示すように駆動電極91とコモン電極92a−92cとによって形成されるスリットの幅d1,d2がいずれも10μmである場合の電界印加部の比誘電率と、電界の放出に必要な印加電圧との関係を示す図である。
【0092】図10に示すように、従来の電子放出素子に比べて低い印加電圧を用いて電子放出素子を駆動させる場合、比誘電率を1000以上にするのが好ましいことがわかる。
【0093】図12は、本発明による電子放出素子のスリット幅と印加電圧との関係を示す図である。図12から、電子放出現象が生じるためにはスリット幅を500μm以下にする必要があることがわかる。なお、市販のプラズマディスプレイ、蛍光表示管又は液晶ディスプレイで用いられるドライバICで本発明による電子放出素子を駆動するためには、スリット幅を20μm以下にする必要がある。
【0094】図13Aは、本発明による電子放出素子の第7の実施の形態の上面図であり、図13Bは、そのVII−VII断面図である。本実施の形態では、電界印加部101の一方の側に半円形状の駆動電極102及びコモン電極103を形成し、駆動電極102、コモン電極103及びこれらによって形成されたスリットに導電性コーティング部104を設ける。
【0095】図13に示す構成を有する電子放出素子の動作を、図14を用いて説明する。この場合、電流放出素子の周辺は、真空チャンバ111によって真空状態に保持される。駆動電極102とコモン電極103との間の短絡を防止するために、駆動電極102と電圧信号源112との間にコンデンサ113を直列配置している。駆動電極102及びコモン電極103に対向する電子捕獲電極114には、蛍光体115が設けられ、バイアス電圧Vbが印加される。
【0096】駆動電極102及びコモン電極103は、膜厚3μmのAuであり、これら駆動電極102及びコモン電極103と、その間のスリット部とに対して、カーボンによる導電性コーティング部104(膜厚3μm)を設けた。信号電圧源112に印加されるパルス電圧Vkを25Vとし、コンデンサ113の容量を5nFとし、バイアス電圧Vbを300Vとし、電界印加部101を、比誘電率が14000の電歪材料で構成し、駆動電極102とコモン電極103とによって形成されるスリットの幅を10μmとし、真空チャンバ111の内部の真空度を1×10−3 Paとした場合、電子捕獲電極114に流れる電流Icは0.1Aとなり、駆動電極102に流れる電流I1 (0.25A)に対して約40%の電流を電子流として取り出しており、駆動電極102とコモン電極103との間の電圧Vs、すなわち、電子の放出に必要な電圧が23.8Vとなる。その結果、図13に示す電子放出素子によれば、電子の放出に必要な電圧を著しく低くすることができる。また、導電性コーティング部104によって、電子又はイオンの衝突や発熱によって駆動電極102及びコモン電極103が損傷されるおそれが著しく軽減される。なお、駆動電極102に流れる電流I1 ,コモン電極103に流れる電流I2 ,Ic及び電圧Vsの波形を、図14Bにおいて曲線e−hでそれぞれ示す。
【0097】導電性コーティング部104は、駆動電極102及び/又はコモン電極103の保護膜として機能する。具体的には、電子放出時にスリット部近傍に生成され、印加電圧により加速されるイオンや電子の衝突や、それに伴う発熱による駆動電極102及び/又はコモン電極103の損傷を防止する。この観点から、導電性コーティング104としては、スパッタ率が小さく、かつ、融点の高い材料から構成されるのが好ましい。
【0098】なお、導電性コーティング部104としては、カーボンの他に、高温酸化雰囲気に対して耐性を有する導体、例えば金属単体、合金、絶縁性セラミックスと金属単体との混合物、絶縁性セラミックスと合金との混合物等によって構成し、好適には、白金、パラジウム、ロジウム、モリブデン等の高融点貴金属や、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするものや、白金とセラミックス材料とのサーメット材料によって構成する。更に好適には、白金のみ又は白金系の合金を主成分とする材料によって構成する。また、導電性コーティング部104として、グラファイト系の材料、例えば、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンドライクカーボン、カーボンナノチューブも好適に使用される。なお、導電性コーティング材料中に添加させるセラミックス材料の割合は、5−30体積%程度が好適である。導電性コーティング部104の抵抗値を、例えば数キロΩ〜100キロΩとするのが好ましい。導電性コーティング部104を、蒸着カーボン(具体例として、サンユー工業社製「CARBON 5PC」を蒸着したもの)、刷り込みカーボン(具体例として、Degussa社製「FW200」など)、印刷カーボン等によって形成する。さらに、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物、特に酸化マグネシウムの薄膜で被覆された導電性膜も、導電性コーティング部104として好適に使用される。
【0099】図15Aは、本発明による電子放出素子の第8の実施の形態の上面図であり、図15Bは、そのVIII−VIII断面図である。本実施の形態では、電界印加部111の一方の側に半円形状の駆動電極112及びコモン電極113を形成し、駆動電極112に導電性コーティング部114aを形成するとともに、コモン電極113に、導電性コーティング部114aとは非接触状態の導電性コーティング部114bを形成する。
【0100】このような電子放出素子は、電界印加部121の一方の側に駆動電極122及びコモン電極123を印刷によって形成した後、駆動電極122、コモン電極123及びこれらによって形成されたスリット124に、導電性材料をカーボン蒸着してコーティング部125を形成し(図16A)、スリット124に対して、レーザ照射源126からレーザビーム127を照射し(図16B)、導電性コーティング部125a及びそれとは非接触状態の導電性コーティング部125bを形成することによって得られる。なお、電界印加部121の一方の側に駆動電極122及びコモン電極123を印刷によって形成した後、導電性コーティング部125a及びそれとは非接触状態の導電性コーティング部125bを印刷することによって、図16Cに示す構造の電子放出素子を得ることもできる。また、フォトリソグラフィのような薄膜技術を応用することによって、図16Cに示す構造の電子放出素子を得ることもできる。
【0101】本発明による電子放出素子の第8の実施の形態によれば、第1の導電性コーティング部及びそれとは非接触状態の第2の導電性コーティング部によって、電子又はイオンの衝突や発熱による駆動電極及びコモン電極の損傷のおそれが著しく軽減されるとともに、電子放出素子を駆動回路で使用した際の駆動電圧が大幅に低減される。このような駆動電圧の大幅な低減について詳細に説明する。上記第7の実施の形態の電子放出素子をジルコニア基板131上に配置し、駆動電極132をパルス上の信号を発生する信号電圧源133に接続するとともに、コモン電極134を接地した場合(図17A)、駆動電極132とコモン電極134との間の等価回路aは、抵抗a1及びこれに並列接続したコンデンサa2を有する(図17B)。抵抗a1を通じて直流が流れるのを防止するために、信号電圧源133と電子放出素子との間に直流カット用のコンデンサ135が設けられる。それに対して、上記第8の実施の形態の電子放出素子をジルコニア基板141上に配置し、駆動電極142を、パルス状の信号を発生する信号電圧源143に接続するとともに、コモン電極144を接地した場合(図17C)、駆動電極142とコモン電極144との間の等価回路bはコンデンサb1のみを有する(図17D)。等価回路bが抵抗を有しないので、信号電圧源143と電子放出素子との間に直流カット用のコンデンサを設ける必要がなくなる。駆動電圧が直流カット用のコンデンサによって分圧されなくなるので、駆動回路で使用した際の駆動電圧が、上記第7の実施の形態の場合に比べて大幅に低減され、高電圧での駆動が不要となり、その結果、回路を廉価に構成することができる。
【0102】図18Aは、本発明による電子放出素子の第9の実施の形態の上面図であり、図18Bは、そのIX−IX断面図である。本実施の形態では、電界印加部201の一方の側に半円形状の駆動電極202及びコモン電極203を形成するとともに、駆動電極202に導電性コーティング部204aを形成するとともに、コモン電極203に、導電性コーティング部204aとは非接触状態の導電性コーティング部204bを形成する。また、導電性コーティング部204a,204bよりも抵抗率が高い材料で構成されるとともに導電性コーティング部204a,204bに電気的に接触する高抵抗部205を、駆動電極202及びコモン電極203によって形成されたスリットに設ける。
【0103】駆動電極202とコモン電極203との間の等価回路は、図18Cに示すように、駆動電極202、導電性コーティング部204a、高抵抗部205、導電性コーティング部204b及びコモン電極203にそれぞれ対応する端子x1、抵抗x2,x3,x4及び端子x5を有する。電子放出素子に電圧が印加されると、高抵抗部205の電圧は、導電性コーティング部204a,204bの電圧より高くなり、高抵抗部205すなわちスリットにおける電界の集中度が向上する。その結果、低い印加電圧で電子を放出することができ、消費電力が低減し、かつ、回路の小型化及び高電圧対応部品の省略によるコストダウンを図ることができる。
【0104】図19は、図18の電子放出素子の変形例を示す図である。図19A及び19Bでは、互いに接触しない二つの導電性コーティング部よりも抵抗率が高い材料で構成されるとともにこれら導電性コーティング部に電気的に接触する高抵抗部を、駆動電極及びコモン電極によって形成されたスリットに設ける。図19Cでは、互いに接触しない二つの導電性コーティング部と同一材料で構成されるとともにこれら導電性コーティング部に電気的に接触し、かつ、これら導電性コーティング部よりも肉薄の高抵抗部を、駆動電極及びコモン電極によって形成されたスリットに設ける。このような高抵抗部は、例えば、スリット上の導電性コーティング部にレーザを照射し、駆動電極及びコモン電極上に形成された導電性コーティング部に比べて肉薄の導電性コーティング部を形成することによって、得られる。
【0105】図20は、本発明による電子放出素子の第10の実施の形態を示す図である。本実施の形態では、電子放出素子を酸化ジルコニウム(ジルコニア)基板上に設けたものであり、酸化ジルコニウム基板上には、例えば、図13に示す電子放出素子(図20A)、図15に示す電子放出素子(図20B)、図18に示す電子放出素子(図20C)、図19Aに示す電子放出素子(図20D)、図19Bに示す電子放出素子(図20E)及び図19Cに示す電子放出素子(図20F)が配置される。既に説明したように、基板を酸化ジルコニウムで構成することは、強度、靭性及び耐久性の観点から好適である。
【0106】図21Aは、本発明による電子放出素子の第11の実施の形態の上面図であり、図21Bは、そのX−X断面図である。本実施の形態では、電界印加部301の一方の側に半円形状の駆動電極302及びコモン電極303を形成する。
【0107】図21に示す構成を有する電子放出素子の場合、すなわち、導電性コーティングを有しない場合でも、200Pa以下の低い真空度で電子を放出することとを、図22を用いて説明する。この場合、電流放出素子の周辺は、真空チャンバ311によって真空状態に保持される。駆動電極302とコモン電極303との間の短絡を防止するために、駆動電極302と電圧信号源212との間にコンデンサ213を直列配置している。駆動電極302及びコモン電極303に対向する電子捕獲電極314には、蛍光体315が設けられ、バイアス電圧Vbが印加される。
【0108】駆動電極302及びコモン電極303の材質は共にAuであり、信号電圧源312に印加されるパルス電圧Vkを160Vとし、コンデンサ313の容量を5nFとし、バイアス電圧Vbを300Vとし、電界印加部301を、比誘電率が4500の電歪材料で構成し、駆動電極302とコモン電極303とによって形成されるスリットの幅を10μmとし、真空チャンバ311の内部の真空度を200Pa以下とした場合、電子捕獲電極314に流れる電流Icは1.2Aとなり、駆動電極302に流れる電流I1 (2A)に対して約60%の電流を電子流として取り出しており、駆動電極302とコモン電極303との間の電圧Vs、すなわち、電子の放出に必要な電圧が153Vとなる。なお、電流I1 ,I2 ,Ic及び電圧Vsの波形を、図22Bにおいて曲線i−lでそれぞれ示す。
【0109】上記のように200Pa以下の非常に低い真空度で十分な電子放出が可能なのは、導電性コーティング部を有する場合も同様である。
【0110】本発明による電子放出素子によれば、200Pa以下の非常に低い真空度で電子を放出することができるので、FEDを構成する場合、パネル外周部の封止空間を非常に小さくすることができるので、狭額縁パネルを実現することができる。また、複数のパネルを並べてディスプレイを大型化する場合、パネル間の継ぎ目が目立ちにくくなる。さらに、従来のFEDでは、蛍光体などから発生するガスによるFEDの内部空間の真空度が低下し、パネルの耐久性に悪影響を及ぼすおそれがあるが、本発明による電子放出素子を用いたディスプレイによれば、200Pa以下の非常に低い真空度で電子を放出することができるので、FEDの内部空間の真空度の低下による悪影響が大幅に軽減され、パネルの耐久性及び信頼性が大幅に向上する。
【0111】本発明による電子放出素子及びそれを用いたFEDによれば、従来に比べて簡単かつ小型化にすることができる。これについて具体的に説明すると、先ず、FEDの内部空間の真空度を低くすることができるので、FEDの外周封止部などの内外圧力差に対する筐体維持構造を簡単かつ小型化にすることができる。
【0112】また、電子を放出するために必要な印加電圧及び電子捕獲電極に印加すべきバイアス電圧を比較的低くすることができるので、FEDを耐圧構造とする必要がなくなり、装置全体の小型化及びパネルの薄型化が可能となる。なお、電子捕獲電極に印加すべきバイアス電圧を、0Vとしてもよい。
【0113】また、本発明による電子放出素子の電界印加部を構成するに際し、スピント型の電子放出素子を構成する場合のように特殊な加工を必要とせず、さらに、電極及び電界印加部を厚膜印刷で形成できるので、本発明による電子放出素子及びそれを用いたFEDを、従来に比べて低コストで製造することができる。
【0114】さらに、電子を放出するために必要な印加電圧及び電子捕獲電極に印加すべきバイアス電圧を比較的低くすることができるので、耐圧が比較的小さい小型で廉価な駆動ICを使用することができるので、本発明による電界放出素子を用いたFEDを廉価に製造することができる。
【0115】本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、本発明による電子放出素子を、バックライトのような他のアプリケーションに適用することもできる。本発明による電子放出素子は、比較的大量の電子線を比較的低い電圧で放出することができるので、紫外線放射方式が主流であった従来の殺菌装置に代えて、小型かつ高効率の殺菌装置を構成するのに好適である。また、本発明による電子放出素子は、角部を有する他の任意の電極構造を採用することができる。さらに、駆動電極とコモン電極との間の短絡を防止するために、第2電極すなわちコモン電極と直流オフセット電圧源との間に抵抗を直列配置することもできる。
【0116】第6の実施の形態において、電界印加部51a,51bを反誘電材料によって構成した場合について説明したが、電界印加部51a,51bを、圧電材料、電歪材料及び反誘電材料のうちの少なくとも1種類によって構成すればよい。圧電材料及び/又は電歪材料を用いる場合、例えば、ジルコン酸鉛(PZ系)を主成分とする材料、ニッケルニオブ酸鉛を主成分とする材料、亜鉛ニオブ酸鉛を主成分とする材料、マンガンニオブ酸鉛を主成分とする材料、マグネシウムタンタル酸鉛を主成分とする材料、ニッケルタンタル酸鉛を主成分とする材料、アンチモンスズ酸鉛を主成分とする材料、チタン酸鉛を主成分とする材料、マグネシウムタングステン酸鉛を主成分とする材料、コバルトニオブ酸鉛を主成分とする材料又はこれらの任意の組合せを含有する複合材料を用いることができ、これらのうち、ジルコン酸鉛を含有するセラミックスが圧電材料及び/又は電歪材料として最も使用頻度が高い。
【0117】圧電材料及び/又は電歪材料をセラミックスとした場合、上記材料に、ランタン、バリウム、ニオブ、亜鉛、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、タングステン、ニッケル、マンガン、リチウム、ストロンチウム、ビスマス等の酸化物若しくはこれらのいずれかの組合せ又は他の化合物を適切に添加した適切な材料とし、例えばPLZT系となるようにその材料に所定の添加物を加えたものも好適に用いられる。
【0118】これら圧電材料及び/又は電歪材料の中でも、マグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、ニッケルニオブ酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、マグネシウムニオブ酸鉛とニッケルタンタル酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、マグネシウムタンタル酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、これらの材料の鉛の一部をストロンチウム及び/又はランタンで置換したもの等が好適に用いられ、上記スクリーン印刷などの厚膜形成手法で電界印加部51a,51bを形成する場合の材料として好適である。
【0119】多成分系圧電材料及び/又は電歪材料の場合、成分の組成によって、圧電及び/又は電歪特性が変化するが、第6の実施の形態で好適に採用されるマグネシウムニオブ酸鉛−ジルコン酸鉛−チタン酸鉛の3成分系材料や、マグネシウムニオブ酸鉛−ニッケルタンタル酸鉛−チタン酸鉛及びマグネシウムタンタル酸鉛−マグネシウムニオブ酸鉛−ジルコン酸鉛−チタン酸鉛の4成分系材料では、疑立方晶−正方晶―菱面体晶の相境界付近の組成が好ましく、特に、マグネシウムニオブ酸鉛:15−50モル%、ジルコン酸鉛:10−45モル%、チタン酸鉛:30−45モル%の組成や、マグネシウムニオブ酸鉛:15−50モル%、ニッケルタンタル酸鉛:10−40モル%、ジルコン酸鉛:10−45モル%、チタン酸鉛:30−45モル%の組成及びマグネシウムニオブ酸鉛:15−50モル%、マグネシウムタンタル酸鉛:10−40モル%、ジルコン酸鉛:10−45モル%、チタン酸鉛:30−45モル%の組成が、高圧電定数及び項電気機械結合係数を有する理由から好適に採用される。
【0120】第9の実施の形態において、高抵抗部を、導電性材料の分布がまばらになったもの、導電性材料を局所的に破壊、変形若しくは変質させることによって構造変化させたもの、導電性コーティング部を高電圧の印加などによって加工して、導電性材料を局所的に破壊、変形若しくは変質させることによる構造変化若しくは微小クラックを発生させたもの、圧電効果により、電界をかけたときのみスリットが膨張し、それに伴って抵抗値が高くなるもの、又は、圧電効果により微小クラックが入り、それに伴って抵抗値が高くなるものとしてもよい。なお、圧電効果により、電界をかけたときのみスリットが膨張し、それに伴って抵抗値が高くなるものとした場合、製造時の前処理を省略することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電子放出素子の第1の実施の形態を示す図である。
【図2】本発明による電子放出素子の第2の実施の形態を示す図である。
【図3】本発明による電子放出素子の第3の実施の形態を示す図である。
【図4】本発明による電子放出素子の第4の実施の形態を示す図である。
【図5】本発明による電子放出素子の第5の実施の形態を示す図である。
【図6】本発明による電子放出素子の第6の実施の形態を示す図である。
【図7】本発明による電子放出素子の動作を説明するための図である。
【図8】本発明による他の電子放出素子の動作を説明するための図である。
【図9】本発明によるFEDの実施の形態を示す図である。
【図10】本発明による電子放出素子の比誘電率と印加電圧との関係を示す図である。
【図11】図10を説明するための図である。
【図12】本発明による電子放出素子のスリット幅と印加電圧との関係を示す図である。
【図13】本発明による電子放出素子の第7の実施の形態を示す図である。
【図14】図13の電子放出素子の動作を説明するための図である。
【図15】本発明による電子放出素子の第8の実施の形態を示す図である。
【図16】図15の電子放出素子の製造を説明するための図である。
【図17】図15の電子放出素子の効果を説明するための図である。
【図18】本発明による電子放出素子の第9の実施の形態を示す図である。
【図19】図18の電子放出素子の変形例を示す図である。
【図20】本発明による電子放出素子の第10の実施の形態を示す図である。
【図21】本発明による電子放出素子の第11の実施の形態を示す図である。
【図22】図21の電子放出素子の動作を説明するための図である。[0001]
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an electron-emitting device and a field emission display using the same.
[0002]
2. Description of the Related Art Such an electron-emitting device has a driving electrode and a grounding electrode, and is applied to various applications such as a field emission display (FED) and a backlight (for example, see
[0003]
However, the straightness of the conventional electron-emitting device, that is, the degree to which the emitted electrons go straight to a predetermined object (for example, a phosphor) is not good, and the desired degree of the emitted electrons depends on the emitted electrons. It is necessary to apply a relatively high voltage to the electron-emitting device in order to secure the current density of the electron-emitting device.
[0004]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-311,533 (page 3, FIG. 1)
[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-147,131 (page 3, FIG. 8 and FIG. 9)
[Patent Document 3] JP-A-2000-285,801 (
[Patent Document 4] Japanese Patent Publication No. 46-20,944 (
[Patent Document 5] Japanese Patent Publication No. 44-26125 (
[Non-Patent Document 1] Yasuoka and Ishii, "Pulse Electron Source Using Ferroelectric Cathode", Applied Physics, Vol. 68, No. 5, p. 546-550 (1999)
[Non-Patent Document 2] F. Puchkarev, @G. A. Meyats, On the mechanism of emissionfrom the ferroelectric ceramic cathode, J. {Appl. {Phys. , @Vol. 78, No. 9 November, 1995, p. 5633-5637
[Non-Patent Document 3] Riege, \ Electron \ emission \ ferroelectrics-a \ review, \ Nucl. Instr. {And} Meth. A340, p. 80-89 (1994)
Further, when a conventional electron-emitting device is applied to an FED, crosstalk becomes relatively large due to poor linearity. That is, emitted electrons are emitted from a phosphor adjacent to a corresponding phosphor. Is more likely to be incident. As a result, it becomes difficult to reduce the pitch of the phosphors, and it is necessary to provide a grid in order to prevent electrons from being incident on adjacent phosphors.
An object of the present invention is to provide an electron-emitting device having good straightness of emitted electrons and a field emission display using the same.
Another object of the present invention is to provide an electron-emitting device which realizes electron emission having a high current density at a relatively low vacuum and a very low driving voltage, and a field emission display using the same. is there.
[0008]
An electron-emitting device according to the present invention comprises:
An electric field application unit formed of a dielectric,
A first electrode formed on one surface of the electric field application unit;
A second electrode formed on one surface of the electric field applying unit and forming a slit together with the first electrode.
According to the present invention, when a pulse voltage is applied to the first or second electrode, electrons are emitted from the electric field application unit. By forming the electric field application unit with a dielectric, it is possible to obtain a good straightness that cannot be achieved by the conventional electron-emitting device. As a result, the voltage applied to the electron-emitting device in order to secure a desired current density becomes significantly lower than in the prior art, and the energy consumption is greatly reduced. In addition, since the first and second electrodes can be formed in the electric field application section by thick film printing, the electron-emitting device according to the present invention is preferable from the viewpoint of durability and cost reduction.
[0010] In order to further reduce the voltage applied to the electron-emitting device, it is preferable to further include a conductive coating portion provided on the first electrode, the second electrode, and the slit. In this case, the possibility of damage to the first and second electrodes due to collision of electrons and / or ions and heat generation is significantly reduced by the conductive coating portion.
More preferably, a first conductive coating portion provided on the first electrode,
The first coating portion further includes a second conductive coating portion provided on the second electrode in a non-contact state. In this case, a resistor is not included in the equivalent circuit between the first electrode and the second electrode, so that a DC cut capacitor is not required, and driving at a high voltage is not required. Voltage can be further reduced. Also in this case, the first and second conductive coatings significantly reduce the risk of damage to the first and second electrodes due to collision of electrons and / or ions and heat generation.
The slit may be provided with a high-resistance portion having a higher resistance than the first and second conductive coating portions and electrically contacting the first and second conductive coating portions. In this case, when a voltage is applied to the electron-emitting device, the voltage of the high resistance portion becomes higher than the voltages of the first and second conductive coating portions, and the concentration of the electric field in the high resistance portion, that is, the slit is improved. As a result, electrons can be emitted with a lower applied voltage than when no high-resistance portion is provided, power consumption is reduced, and cost is reduced by downsizing the circuit and omitting high-voltage compatible components. Can be.
In order to satisfactorily emit electrons, there is further provided a third electrode disposed at a predetermined distance from the first and second electrodes, and the first and second electrodes and the third electrode are provided. Preferably, the space between the three electrodes is evacuated.
Another electron-emitting device according to the present invention is:
An electric field applying unit formed of at least one of a piezoelectric material, an electrostrictive material, and an antiferroelectric material,
A first electrode formed on one surface of the electric field application unit;
A second electrode formed on one surface of the electric field applying unit and forming a slit together with the first electrode.
According to the present invention, when a pulse voltage is applied to the first or second electrode, the electric field applying section may function as an actuator and bend and displace. As a result, the straightness of the electron-emitting device is further improved.
In order to further reduce the voltage applied to the electron-emitting device, it is preferable to further include a conductive coating provided on the first electrode, the second electrode and the slit. In this case, the conductive coating significantly reduces the risk of damage to the first and second electrodes due to collision of electrons and / or ions and heat generation.
More preferably, a first conductive coating portion provided on the first electrode,
The first coating portion further includes a second conductive coating portion provided on the second electrode in a non-contact state. In this case, a resistor is not included in the equivalent circuit between the first electrode and the second electrode, so that a DC cut capacitor is not required, and driving at a high voltage is not required. Voltage can be further reduced. Also in this case, the first and second conductive coatings significantly reduce the risk of damage to the first and second electrodes due to collision of electrons and / or ions and heat generation.
The slit may be provided with a high-resistance portion having a higher resistance than the first and second conductive coating portions and electrically contacting the first and second conductive coating portions. In this case, when a voltage is applied to the electron-emitting device, the voltage of the high resistance portion becomes higher than the voltages of the first and second conductive coating portions, and the concentration of the electric field in the high resistance portion, that is, the slit is improved. As a result, electrons can be emitted with a lower applied voltage than when no high-resistance portion is provided, power consumption is reduced, and cost is reduced by downsizing the circuit and omitting high-voltage compatible components. Can be.
Also in this case, in order to satisfactorily emit electrons, a third electrode arranged at a predetermined distance from the first and second electrodes is further provided, and the first and second electrodes are provided. Preferably, the space between the electrode and the third electrode is evacuated. Also in this case, the electric field application unit may function as an actuator. As a result, the amount of emitted electrons can be controlled by the displacement operation.
Preferably, the power supply further includes a voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode, and a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode. Thereby, a desired current density can be easily achieved, and a short circuit between the third electrode and the first and second electrodes is prevented.
For example, a pulse voltage is applied to the first electrode, and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
Preferably, the apparatus further comprises a capacitor arranged in series between the first electrode and a voltage signal source. Thus, a voltage can be applied between the first electrode and the second electrode only until the capacitor is filled, thereby preventing the first and second electrodes from being damaged by a short circuit.
When the electric field applying section further includes a fourth electrode formed on the other surface of the electric field applying section and corresponding to the first electrode, the electric field applying section between the first electrode and the fourth electrode functions as a capacitor. Therefore, breakage due to short circuit of the first and second electrodes is prevented. In this case, for example, a pulse voltage is applied to the fourth electrode, and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
[0024] A resistor may be further provided in series between the second electrode and the DC offset voltage source. In this case, a current flowing from the first electrode to the second electrode by discharging is suppressed by the resistance, and damage due to short circuit of the first and second electrodes is prevented.
In order to greatly reduce the applied voltage, it is preferable that the relative permittivity of the electric field application section is 1000 or more and / or the width of the slit is 500 μm or less.
In order to emit electrons favorably, at least one of the first electrode and the second electrode has an acute angled corner, and / or the first electrode and the second electrode have an acute angle. It is preferable to have carbon nanotubes, that is, particles or aggregates of particles containing a carbon material having a six-carbon ring structure.
The field emission display according to the present invention comprises:
A plurality of two-dimensionally arranged electron-emitting devices;
A plurality of phosphors respectively arranged at predetermined intervals for these electron-emitting devices,
Each of the electron-emitting devices is
An electric field application unit composed of a dielectric,
A first electrode formed on one surface of the electric field application unit;
A second electrode formed on one surface of the electric field applying unit and forming a slit together with the first electrode.
According to the present invention, since the electron-emitting device has excellent straightness, crosstalk is reduced and the phosphor pitch can be reduced as compared with the case where a conventional electron-emitting device is provided. In addition, it is not necessary to provide a grid for preventing electrons from being incident on the adjacent phosphor. As a result, the field emission display according to the present invention is preferable from the viewpoint of improvement in resolution, miniaturization of the device, and cost reduction. Since electrons can be emitted even when the degree of vacuum inside the field emission display is relatively low, the emission of electrons can be maintained even if the degree of vacuum inside decreases due to excitation of a phosphor or the like. In addition, in the conventional field emission display, it is necessary to secure a relatively large vacuum space as a margin for maintaining electron emission against such a decrease in the degree of vacuum, and it is difficult to make the display thinner. . On the other hand, in the present invention, it is not necessary to secure a large vacuum space in advance in order to maintain the emission of electrons with a decrease in the degree of vacuum, so that the display can be made thinner.
In order to further reduce the voltage applied to the electron-emitting device, it is preferable that a conductive coating is applied to the first electrode, the second electrode and the slit. In this case, the conductive coating significantly reduces the risk of damage to the first and second electrodes due to collision of electrons and / or ions and heat generation.
More preferably, a first conductive coating provided on the first electrode;
The first coating portion further includes a second conductive coating portion provided on the second electrode in a non-contact state. In this case, a resistor is not included in the equivalent circuit between the first electrode and the second electrode, so that a DC cut capacitor is not required, and driving at a high voltage is not required. Voltage can be further reduced. Also in this case, the first and second conductive coatings significantly reduce the risk of damage to the first and second electrodes due to collision of electrons and / or ions and heat generation.
The slit may be provided with a high-resistance portion having a higher resistance than the first and second conductive coating portions and electrically contacting the first and second conductive coating portions. In this case, when a voltage is applied to the electron-emitting device, the voltage of the high resistance portion becomes higher than the voltages of the first and second conductive coating portions, and the concentration of the electric field in the high resistance portion, that is, the slit is improved. As a result, electrons can be emitted with a lower applied voltage than when no high-resistance portion is provided, power consumption is reduced, and cost is reduced by downsizing the circuit and omitting high-voltage compatible components. Can be.
In order to satisfactorily emit electrons, a third electrode is further provided at a predetermined distance from the first and second electrodes, and the first and second electrodes and the third electrode are provided. Preferably, the space between the three electrodes is evacuated.
Another field emission display according to the present invention is:
A plurality of two-dimensionally arranged electron-emitting devices;
A plurality of phosphors respectively arranged at predetermined intervals for these electron-emitting devices,
Each of the electron-emitting devices is
An electric field applying unit formed of at least one of a piezoelectric material, an electrostrictive material, and an antiferroelectric material,
A first electrode formed on one surface of the electric field application unit;
A second electrode formed on one surface of the electric field applying unit and forming a slit together with the first electrode.
According to the present invention, since the straightness of the electron-emitting device is further improved, the field emission display according to the present invention is more preferable from the viewpoint of miniaturization and cost reduction.
In order to further reduce the voltage applied to the electron-emitting device, it is preferable to apply a conductive coating to the first electrode, the second electrode and the slit. In this case, the conductive coating significantly reduces the risk of damage to the first and second electrodes due to collision of electrons and / or ions and heat generation.
[0036] More preferably, a first conductive coating portion provided on said first electrode;
The first coating portion further includes a second conductive coating portion provided on the second electrode in a non-contact state. In this case, a resistor is not included in the equivalent circuit between the first electrode and the second electrode, so that a DC cut capacitor is not required, and driving at a high voltage is not required. Voltage can be further reduced. Also in this case, the first and second conductive coatings significantly reduce the risk of damage to the first and second electrodes due to collision of electrons and / or ions and heat generation.
The slit may be provided with a high resistance portion having a higher resistance than the first and second conductive coating portions and electrically contacting the first and second conductive coating portions. In this case, when a voltage is applied to the electron-emitting device, the voltage of the high resistance portion becomes higher than the voltages of the first and second conductive coating portions, and the concentration of the electric field in the high resistance portion, that is, the slit is improved. As a result, electrons can be emitted with a lower applied voltage than when no high-resistance portion is provided, power consumption is reduced, and cost is reduced by downsizing the circuit and omitting high-voltage compatible components. Can be.
Also in this case, in order to satisfactorily emit electrons, a third electrode arranged at a predetermined distance from the first and second electrodes is further provided, and the first and second electrodes are provided. Preferably, the space between the electrode and the third electrode is evacuated. Also in this case, the electric field application unit may function as an actuator. As a result, the amount of emitted electrons can be controlled by the displacement operation.
Preferably, the power supply further includes a voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode, and a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode. Thereby, a desired current density, that is, a light emission amount of the phosphor can be easily achieved, and a short circuit between the third electrode and the first and second electrodes is prevented.
For example, a pulse voltage is applied to the first electrode, and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
Preferably, the apparatus further comprises a capacitor arranged in series between the first electrode and a voltage signal source. This prevents breakage of the first and second electrodes due to short circuit.
In the case where a fourth electrode formed on the other surface of the electric field applying portion and corresponding to the first electrode is further provided, breakage of the first and second electrodes due to short circuit is prevented. In this case, for example, a pulse voltage is applied to the fourth electrode, and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
In the case where a resistor is further arranged in series between the second electrode and the DC offset voltage source, breakage due to short circuit of the first and second electrodes is prevented.
In order to greatly reduce the applied voltage, it is preferable that the relative permittivity of the electric field application section is 1000 or more and / or the width of the slit is 500 μm or less.
In order to perform good electron emission, at least one of the first electrode and the second electrode has an acute angled corner, and / or the first electrode and the second electrode have an acute angle. It is preferred to have carbon nanotubes.
The field emission display according to the present invention further includes a substrate integrally formed with a plurality of two-dimensionally arranged electron-emitting devices.
[0047]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of an electron-emitting device according to the present invention and a field emission display using the same will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1A is a top view of a first embodiment of the electron-emitting device according to the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line II of FIG. This electron-emitting device has an electric
As the dielectric constituting the electric
In the present embodiment, the
In forming the
When the
A DC offset voltage is applied to the common electrode 3, and the common electrode 3 is drawn out as a wiring from the back surface of the
The common electrode 3 is formed by the same material and method as the
In order to electrically separate the wiring electrically connected to the
Accordingly, the
As the ceramics constituting the
On the other hand, zirconium oxide undergoes a phase transition between a monoclinic system and a tetragonal system at around 1000 ° C., and cracks may occur during such a phase transition. The stabilized zirconium oxide contains 1 to 30 mol% of a stabilizer such as calcium oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide, ytterbium oxide, cerium oxide, or an oxide of a rare earth metal. In addition, in order to improve the mechanical strength of the
The crystal phase may be a mixed phase of cubic + monoclinic, a mixed phase of tetragonal + monoclinic, a mixed phase of cubic + tetragonal + monoclinic, and the like. The one in which the main crystal phase is a tetragonal or a mixed phase of tetragonal and cubic is most suitable from the viewpoint of strength, toughness and durability.
When the
Each time the electric
It should be noted that depending on the method of forming the
The heat treatment, that is, the firing temperature for integrating the
FIG. 2A is a top view of a second embodiment of the electron-emitting device according to the present invention, and FIG. 2B is a sectional view taken along the line II-II. The electron-emitting device is formed on the other surface of the electric
In the present embodiment, since the electric
The
FIG. 3A is a top view of an electron-emitting device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a sectional view taken along line III-III of FIG. In the present embodiment, the
FIG. 4A is a top view of a fourth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention, and FIG. 4B is a sectional view taken along the line IV-IV. In the present embodiment, similarly to the second embodiment, the
FIG. 5A is a top view of a fifth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention, and FIG. 5B is a sectional view taken along line VV. In the present embodiment, a comb-shaped
FIG. 6A is a top view of a sixth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention, and FIG. 6B is a sectional view taken along line VI-VI of FIG. In the present embodiment, the electron-emitting device includes electric
The electron-emitting device is arranged on a
Examples of the antiferroelectric material constituting the electric
PB0.99Nb0.02[(ZrxSn1-x)1-yTiy]0.98O3
Further, the antiferroelectric material can be made porous. In this case, the porosity is preferably set to 30% or less.
In forming the electric
According to such a thick film forming method, a paste or a slurry mainly containing ceramic particles of an antiferroelectric material having an average particle diameter of about 0.01 to 7 μm, preferably about 0.05 to 5 μm is used. Thus, a film can be formed on the surface of the
In the electrophoresis method, a film can be formed with high density and high shape control, and it can be formed by a technical document “DENKI KAGAKU 53, No. 1 (1985), pp. 63-68 Kazuo Anzai” or “First Electrophoresis Method”. High-order forming method of ceramics according to {Research Symposium} Preliminary Collection (1998), p5-6.p23-24 ”. Therefore, it is preferable to appropriately select and use various methods in consideration of required accuracy, reliability, and the like.
The
Although the
The ceramic material different from the ceramic material forming the
That is, it is preferable that the silicon oxide and the like contained in the
It is preferable that the
When the electric
Next, the operation of the electron-emitting device according to the present invention will be described.
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the electron-emitting device according to the present invention. In this case, the
Voltage V applied to signal
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of another electron-emitting device according to the present invention. In this case, the
Voltage V applied to signal
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of the FED according to the present invention. The FED includes a plurality of two-dimensionally arrayed electron-emitting
In this embodiment, the electron-emitting
According to the present embodiment, since the electron-emitting
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the relative permittivity of the electron-emitting device according to the present invention and the applied voltage, and FIG. 11 is a diagram for explaining the relationship. The characteristics shown in FIG. 10 show the relative permittivity of the electric field application unit when the widths d1 and d2 of the slits formed by the
As shown in FIG. 10, when the electron-emitting device is driven using a lower applied voltage than the conventional electron-emitting device, it is understood that the relative dielectric constant is preferably set to 1000 or more.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the slit width and the applied voltage of the electron-emitting device according to the present invention. From FIG. 12, it is understood that the slit width needs to be 500 μm or less in order for the electron emission phenomenon to occur. In order to drive the electron-emitting device according to the present invention with a driver IC used in a commercially available plasma display, fluorescent display tube, or liquid crystal display, the slit width needs to be 20 μm or less.
FIG. 13A is a top view of an electron-emitting device according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 13B is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. In the present embodiment, a
The operation of the electron-emitting device having the structure shown in FIG. 13 will be described with reference to FIG. In this case, the periphery of the current emitting element is kept in a vacuum state by the
The driving
The
In addition to the carbon, the
FIG. 15A is a top view of an eighth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention, and FIG. 15B is a sectional view taken along line VIII-VIII of FIG. In the present embodiment, a
In such an electron-emitting device, the
According to the eighth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention, the first conductive coating portion and the second conductive coating portion in a non-contact state with the first conductive coating portion cause collision of electrons or ions and heat generation. The risk of damage to the drive electrode and the common electrode due to the above is significantly reduced, and the drive voltage when the electron-emitting device is used in the drive circuit is greatly reduced. Such a drastic reduction in drive voltage will be described in detail. When the electron-emitting device according to the seventh embodiment is arranged on a
FIG. 18A is a top view of a ninth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention, and FIG. 18B is a sectional view taken along the line IX-IX. In the present embodiment, a
As shown in FIG. 18C, an equivalent circuit between the
FIG. 19 is a view showing a modification of the electron-emitting device of FIG. In FIGS. 19A and 19B, a high-resistance portion formed of a material having higher resistivity than two conductive coating portions that do not contact each other and electrically contacting these conductive coating portions is formed by a driving electrode and a common electrode. Is provided in the slit. In FIG. 19C, a high-resistance portion which is made of the same material as the two conductive coating portions that do not contact each other, is in electrical contact with these conductive coating portions, and is thinner than these conductive coating portions is driven. It is provided in the slit formed by the electrode and the common electrode. Such a high-resistance portion, for example, irradiates the conductive coating portion on the slit with a laser to form a conductive coating portion thinner than the conductive coating portion formed on the drive electrode and the common electrode. Is obtained by
FIG. 20 is a diagram showing a tenth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention. In this embodiment mode, the electron-emitting device is provided on a zirconium oxide (zirconia) substrate. For example, the electron-emitting device shown in FIG. 13 (FIG. 20A) and the electron-emitting device shown in FIG. The emission element (FIG. 20B), the electron emission element shown in FIG. 18 (FIG. 20C), the electron emission element shown in FIG. 19A (FIG. 20D), the electron emission element shown in FIG. 19B (FIG. 20E), and the electron emission element shown in FIG. (FIG. 20F) is arranged. As described above, it is preferable that the substrate is made of zirconium oxide from the viewpoints of strength, toughness, and durability.
FIG. 21A is a top view of an eleventh embodiment of the electron-emitting device according to the present invention, and FIG. 21B is a sectional view taken along line XX. In this embodiment mode, a driving
Referring to FIG. 22, the case where the electron-emitting device having the structure shown in FIG. 21 emits electrons at a low degree of vacuum of 200 Pa or less even without a conductive coating will be described with reference to FIG. In this case, the periphery of the current emitting element is maintained in a vacuum state by the
The material of the
As described above, sufficient electron emission is possible at a very low degree of vacuum of 200 Pa or less even in the case where the conductive coating portion is provided.
According to the electron-emitting device of the present invention, electrons can be emitted at a very low degree of vacuum of 200 Pa or less. Therefore, when forming an FED, the sealing space at the outer peripheral portion of the panel must be made very small. Therefore, a narrow frame panel can be realized. Further, when the display is enlarged by arranging a plurality of panels, the seams between the panels are less noticeable. Furthermore, in the conventional FED, the degree of vacuum in the internal space of the FED due to gas generated from a phosphor or the like may be reduced, which may adversely affect the durability of the panel. According to this, electrons can be emitted at a very low degree of vacuum of 200 Pa or less, so that adverse effects due to a decrease in the degree of vacuum in the internal space of the FED are greatly reduced, and the durability and reliability of the panel are greatly improved. .
According to the electron-emitting device and the FED using the same according to the present invention, the size and the size of the electron-emitting device can be made simpler and smaller than in the prior art. More specifically, first, since the degree of vacuum in the internal space of the FED can be reduced, the structure for maintaining the housing against an internal / external pressure difference such as the outer peripheral sealing portion of the FED can be simplified and reduced in size. it can.
Further, since the applied voltage necessary for emitting electrons and the bias voltage to be applied to the electron capture electrode can be made relatively low, it is not necessary for the FED to have a withstand voltage structure, and the entire device can be miniaturized. In addition, the thickness of the panel can be reduced. Note that the bias voltage to be applied to the electron capture electrode may be 0V.
Further, when forming the electric field applying portion of the electron-emitting device according to the present invention, special processing is not required unlike the case of forming the Spindt-type electron-emitting device, and the electrodes and the electric field applying portion are made thicker. Since it can be formed by film printing, the electron-emitting device according to the present invention and the FED using the same can be manufactured at lower cost than before.
Furthermore, since the applied voltage necessary for emitting electrons and the bias voltage to be applied to the electron capture electrode can be made relatively low, a small and inexpensive drive IC having a relatively small withstand voltage must be used. Therefore, an FED using the field emission device according to the present invention can be manufactured at low cost.
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and many modifications and variations are possible.
For example, the electron-emitting device according to the present invention can be applied to other applications such as a backlight. Since the electron-emitting device according to the present invention can emit a relatively large amount of electron beams at a relatively low voltage, a small-sized and high-efficiency sterilizer can be used in place of the conventional sterilizer which mainly uses an ultraviolet radiation system. It is suitable for constituting. Further, the electron-emitting device according to the present invention can employ any other electrode structure having a corner. Furthermore, in order to prevent a short circuit between the drive electrode and the common electrode, a resistor may be arranged in series between the second electrode, that is, the common electrode and the DC offset voltage source.
In the sixth embodiment, the case where the electric
When the piezoelectric material and / or the electrostrictive material are ceramics, lanthanum, barium, niobium, zinc, cerium, cadmium, chromium, cobalt, antimony, iron, yttrium, tantalum, tungsten, nickel, manganese , Lithium, strontium, oxides such as bismuth or any combination thereof or any other compound as an appropriate material, for example, a material obtained by adding a predetermined additive to the material so as to be a PLZT-based material It is preferably used.
Among these piezoelectric materials and / or electrostrictive materials, a material mainly composed of a component composed of lead magnesium niobate, lead zirconate and lead titanate, lead nickel niobate, lead magnesium niobate and zirconate A material mainly composed of lead and lead titanate, a material mainly composed of lead magnesium niobate, lead nickel tantalate, lead zirconate and lead titanate, lead magnesium tantalate and magnesium A material mainly composed of a component consisting of lead niobate, lead zirconate and lead titanate, and a material obtained by substituting a part of lead of these materials with strontium and / or lanthanum are preferably used. It is suitable as a material when forming the electric
In the case of a multi-component piezoelectric material and / or an electrostrictive material, the piezoelectric and / or electrostrictive characteristics change depending on the composition of the components. However, lead magnesium niobate preferably employed in the sixth embodiment is used. -Three-component materials of lead zirconate-lead titanate, and four-component materials of lead magnesium niobate-lead nickel tantalate-lead titanate and lead magnesium tantalate-lead magnesium niobate-lead zirconate-lead titanate The material preferably has a composition near the phase boundary of pseudo-cubic-tetragonal-rhombohedral. Particularly, lead magnesium niobate: 15-50 mol%, lead zirconate: 10-45 mol%, lead titanate: 30 Composition of -45 mol%, lead magnesium niobate: 15-50 mol%, lead nickel tantalate: 10-40 mol%, lead zirconate: 10-45 mol%, lead titanate: 3 Composition of -45 mol% and composition of lead magnesium niobate: 15-50 mol%, lead magnesium tantalate: 10-40 mol%, lead zirconate: 10-45 mol%, lead titanate: 30-45 mol% Is preferably adopted because it has a high piezoelectric constant and a term electromechanical coupling coefficient.
In the ninth embodiment, the high-resistance portion is formed of a conductive material having a sparse distribution, a conductive material having a structure changed by locally breaking, deforming or altering the conductive material, a conductive material having a sparse distribution. Processed by applying high voltage, etc., to the conductive coating to locally destroy, deform or alter the conductive material, resulting in structural changes or micro cracks, only when an electric field is applied by the piezoelectric effect The slit may be expanded and the resistance value may be increased accordingly, or the slit may be minutely cracked by the piezoelectric effect and the resistance value may be increased accordingly. If the slit expands only when an electric field is applied due to the piezoelectric effect, and the resistance value is increased accordingly, there is an advantage that the pretreatment at the time of manufacturing can be omitted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a second embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing a third embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 4 is a view showing a fourth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a fifth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing a sixth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of another electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of an FED according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a relative dielectric constant of an electron-emitting device according to the present invention and an applied voltage.
FIG. 11 is a diagram for explaining FIG. 10;
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a slit width and an applied voltage of the electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 13 is a view showing a seventh embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram for explaining the operation of the electron-emitting device of FIG.
FIG. 15 is a view showing an eighth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
16 is a diagram for explaining the manufacture of the electron-emitting device of FIG.
FIG. 17 is a diagram for explaining an effect of the electron-emitting device of FIG.
FIG. 18 is a view showing a ninth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 19 is a view showing a modification of the electron-emitting device of FIG. 18;
FIG. 20 is a view showing an electron-emitting device according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a view showing an eleventh embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 22 is a diagram for explaining the operation of the electron-emitting device of FIG. 21.
Claims (84)
この電界印加部の一方の面に形成された第1電極と、
前記電界印加部の一方の面に形成され、前記第1電極とともにスリットを形成する第2電極とを有することを特徴とする電子放出素子。An electric field application unit formed of a dielectric,
A first electrode formed on one surface of the electric field application unit;
An electron-emitting device, comprising: a second electrode formed on one surface of the electric field application unit and forming a slit together with the first electrode.
前記第1及び第2電極に対して所定の間隔を以って配置した第3電極を更に有し、
前記第1及び第2電極と前記第3電極との間の空間を真空としたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1,
A third electrode disposed at a predetermined distance from the first and second electrodes;
An electron-emitting device, wherein a space between the first and second electrodes and the third electrode is evacuated.
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 2,
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
An electron-emitting device further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記第1電極、第2電極及びスリットに設けられた導電性コーティング部を更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1,
An electron-emitting device further comprising a conductive coating provided on the first electrode, the second electrode, and the slit.
前記第1及び第2電極に対して所定の間隔を以って配置した第3電極を更に有し、
前記第1及び第2電極と前記第3電極との間の空間を真空としたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 4,
A third electrode disposed at a predetermined distance from the first and second electrodes;
An electron-emitting device, wherein a space between the first and second electrodes and the third electrode is evacuated.
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 5,
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
An electron-emitting device further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記第1電極に設けられた第1導電性コーティング部と、
その第1コーティング部とは非接触状態で前記第2電極に設けられた第2導電性コーティング部とを更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1,
A first conductive coating portion provided on the first electrode;
An electron-emitting device, further comprising a second conductive coating portion provided on the second electrode in a non-contact state with the first coating portion.
前記第1及び第2導電性コーティング部に比べて高い抵抗を有するとともに前記第1及び第2導電性コーティング部に電気的に接触する高抵抗部を、前記スリットに設けたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 7,
The electronic device according to claim 1, wherein a high resistance portion having a higher resistance than the first and second conductive coating portions and electrically contacting the first and second conductive coating portions is provided in the slit. Emission element.
前記第1及び第2電極に対して所定の間隔を以って配置した第3電極を更に有し、
前記第1及び第2電極と前記第3電極との間の空間を真空としたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 7,
A third electrode disposed at a predetermined distance from the first and second electrodes;
An electron-emitting device, wherein a space between the first and second electrodes and the third electrode is evacuated.
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 9,
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
An electron-emitting device further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記第1電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加されることを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1,
An electron-emitting device, wherein a pulse voltage is applied to the first electrode and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
前記第1電極と電圧信号源との間に直列配置したコンデンサを更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1,
An electron-emitting device, further comprising a capacitor arranged in series between the first electrode and a voltage signal source.
前記電界印加部の他方の面に形成され、前記第1電極に対応する第4電極を更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1,
The electron-emitting device according to claim 1, further comprising a fourth electrode formed on the other surface of the electric field applying unit and corresponding to the first electrode.
前記第4電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加されることを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 13,
An electron-emitting device, wherein a pulse voltage is applied to the fourth electrode and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
前記第2電極と直流オフセット電圧源との間に直列配置した抵抗を更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1,
An electron-emitting device further comprising a resistor arranged in series between the second electrode and a DC offset voltage source.
前記電界印加部の比誘電率を1000以上としたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1,
An electron-emitting device, wherein a relative dielectric constant of the electric field application unit is 1000 or more.
前記スリットの幅を500μm以下としたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1,
An electron-emitting device, wherein the width of the slit is 500 μm or less.
前記第1電極と第2電極のうちの少なくとも一方が、鋭角を成す角部を有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1,
An electron-emitting device, wherein at least one of the first electrode and the second electrode has an acute angled corner.
前記第1電極及び第2電極がカーボンナノチューブを有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 1,
An electron-emitting device, wherein the first electrode and the second electrode include carbon nanotubes.
この電界印加部の一方の面に形成された第1電極と、
前記電界印加部の一方の面に形成され、前記第1電極とともにスリットを形成する第2電極とを有することを特徴とする電子放出素子。An electric field applying unit formed of at least one of a piezoelectric material, an electrostrictive material, and an antiferroelectric material,
A first electrode formed on one surface of the electric field application unit;
An electron-emitting device, comprising: a second electrode formed on one surface of the electric field application unit and forming a slit together with the first electrode.
前記第1及び第2電極に対して所定の間隔を以って配置した第3電極を更に有し、
前記第1及び第2電極と前記第3電極との間の空間を真空としたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 20,
A third electrode disposed at a predetermined distance from the first and second electrodes;
An electron-emitting device, wherein a space between the first and second electrodes and the third electrode is evacuated.
前記電界印加部がアクチュエータとしても機能し、その変位動作によって、放出電子量を制御することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 21,
An electron-emitting device, wherein the electric field application unit also functions as an actuator, and controls an amount of emitted electrons by a displacement operation thereof.
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 21,
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
An electron-emitting device further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記第1電極、第2電極及びスリットに設けられた導電性コーティング部を更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 20,
An electron-emitting device further comprising a conductive coating provided on the first electrode, the second electrode, and the slit.
前記第1及び第2電極に対して所定の間隔を以って配置した第3電極を更に有し、
前記第1及び第2電極と前記第3電極との間の空間を真空としたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 24,
A third electrode disposed at a predetermined distance from the first and second electrodes;
An electron-emitting device, wherein a space between the first and second electrodes and the third electrode is evacuated.
前記電界印加部がアクチュエータとしても機能し、その変位動作によって、放出電子量を制御することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 25,
An electron-emitting device, wherein the electric field application unit also functions as an actuator, and controls an amount of emitted electrons by a displacement operation thereof.
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 25,
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
An electron-emitting device further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記第1電極に設けられた第1導電性コーティング部と、
その第1コーティング部とは非接触状態で前記第2電極に設けられた第2導電性コーティング部とを更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 20,
A first conductive coating portion provided on the first electrode;
An electron-emitting device, further comprising a second conductive coating portion provided on the second electrode in a non-contact state with the first coating portion.
前記第1及び第2導電性コーティング部に比べて高い抵抗を有するとともに前記第1及び第2導電性コーティング部に電気的に接触する高抵抗部を、前記スリットに設けたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 28,
The electronic device according to claim 1, wherein a high resistance portion having a higher resistance than the first and second conductive coating portions and electrically contacting the first and second conductive coating portions is provided in the slit. Emission element.
前記第1及び第2電極に対して所定の間隔を以って配置した第3電極を更に有し、
前記第1及び第2電極と前記第3電極との間の空間を真空としたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 28,
A third electrode disposed at a predetermined distance from the first and second electrodes;
An electron-emitting device, wherein a space between the first and second electrodes and the third electrode is evacuated.
前記電界印加部がアクチュエータとしても機能し、その変位動作によって、放出電子量を制御することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 28,
An electron-emitting device, wherein the electric field application unit also functions as an actuator, and controls an amount of emitted electrons by a displacement operation thereof.
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 28,
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
An electron-emitting device further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記第1電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加されることを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 20,
An electron-emitting device, wherein a pulse voltage is applied to the first electrode and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
前記第1電極と電圧信号源との間に直列配置したコンデンサを更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 20,
An electron-emitting device, further comprising a capacitor arranged in series between the first electrode and a voltage signal source.
前記電界印加部の他方の面に形成され、前記第1電極に対応する第4電極を更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 20,
The electron-emitting device according to claim 1, further comprising a fourth electrode formed on the other surface of the electric field applying unit and corresponding to the first electrode.
前記第4電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加されることを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 35,
An electron-emitting device, wherein a pulse voltage is applied to the fourth electrode and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
前記第2電極と直流オフセット電圧源との間に直列配置した抵抗を更に有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 20,
An electron-emitting device further comprising a resistor arranged in series between the second electrode and a DC offset voltage source.
前記電界印加部の比誘電率を1000以上としたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 20,
An electron-emitting device, wherein a relative dielectric constant of the electric field application unit is 1000 or more.
前記スリットの幅を500μm以下としたことを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 20,
An electron-emitting device, wherein the width of the slit is 500 μm or less.
前記第1電極と第2電極のうちの少なくとも一方が、鋭角を成す角部を有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 20,
An electron-emitting device, wherein at least one of the first electrode and the second electrode has an acute angled corner.
前記第1電極及び第2電極がカーボンナノチューブを有することを特徴とする電子放出素子。The electron-emitting device according to claim 20,
An electron-emitting device, wherein the first electrode and the second electrode include carbon nanotubes.
これら電子放出素子に対してそれぞれ所定の間隔を以って配置した複数の蛍光体とを具え、
前記電流放出素子の各々が、
誘電体によって構成された電界印加部と、
この電界印加部の一方の面に形成された第1電極と、
前記電界印加部の一方の面に形成され、前記第1電極とともにスリットを形成する第2電極とを有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。A plurality of two-dimensionally arranged electron-emitting devices;
A plurality of phosphors respectively arranged at predetermined intervals for these electron-emitting devices,
Wherein each of the current emitting elements is
An electric field application unit formed of a dielectric,
A first electrode formed on one surface of the electric field application unit;
A second electrode formed on one surface of the electric field applying unit and forming a slit with the first electrode.
前記蛍光体の各々の前記第1及び第2電極に対向する面とは反対側の面に、第3電極をそれぞれ配置し、
前記第1及び第2電極と前記蛍光体との間の空間を真空としたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
A third electrode is arranged on a surface of the phosphor opposite to a surface facing the first and second electrodes, respectively.
A field emission display, wherein a space between the first and second electrodes and the phosphor is evacuated.
前記電子放出素子の各々が、
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
Each of the electron-emitting devices is
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
A field emission display further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記電子放出素子の各々が、前記第1電極、第2電極及びスリットに設けられた導電性コーティング部を更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
The field emission display according to claim 1, wherein each of the electron emission devices further includes a conductive coating portion provided on the first electrode, the second electrode, and the slit.
前記蛍光体の各々の前記第1及び第2電極に対向する面とは反対側の面に、第3電極をそれぞれ配置し、
前記第1及び第2電極と前記蛍光体との間の空間を真空としたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 45,
A third electrode is arranged on a surface of the phosphor opposite to a surface facing the first and second electrodes, respectively.
A field emission display, wherein a space between the first and second electrodes and the phosphor is evacuated.
前記電子放出素子の各々が、
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 45,
Each of the electron-emitting devices is
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
A field emission display further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記電子放出素子の各々が、
前記第1電極に設けられた第1導電性コーティング部と、
その第1コーティング部とは非接触状態で前記第2電極に設けられた第2導電性コーティング部とを更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
Each of the electron-emitting devices is
A first conductive coating portion provided on the first electrode;
The field emission display further comprising a second conductive coating provided on the second electrode in a non-contact state with the first coating.
前記電子放出素子の各々について、
前記第1及び第2導電性コーティング部に比べて高い抵抗を有するとともに前記第1及び第2導電性コーティング部に電気的に接触する高抵抗部を、前記スリットに設けたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。49. The field emission display of claim 48,
For each of the electron-emitting devices,
A high resistance portion having a higher resistance than the first and second conductive coating portions and electrically contacting the first and second conductive coating portions is provided in the slit. Emission display.
前記蛍光体の各々の前記第1及び第2電極に対向する面とは反対側の面に、第3電極をそれぞれ配置し、
前記第1及び第2電極と前記蛍光体との間の空間を真空としたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。49. The field emission display of claim 48,
A third electrode is arranged on a surface of the phosphor opposite to a surface facing the first and second electrodes, respectively.
A field emission display, wherein a space between the first and second electrodes and the phosphor is evacuated.
前記電子放出素子の各々が、
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。49. The field emission display of claim 48,
Each of the electron-emitting devices is
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
A field emission display further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記第1電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加されることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
A pulsed voltage is applied to the first electrode, and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
前記電流放出素子の各々が、
前記第1電極と電圧信号源との間に直列配置したコンデンサを更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
Wherein each of the current emitting elements is
The field emission display further comprising a capacitor arranged in series between the first electrode and a voltage signal source.
前記電流放出素子の各々が、
前記電界印加部の他方の面に形成され、前記第1電極に対応する第4電極を更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
Wherein each of the current emitting elements is
A field emission display further comprising a fourth electrode formed on the other surface of the electric field application unit and corresponding to the first electrode.
前記第4電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加されることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。55. The field emission display of claim 54,
A field emission display, wherein a pulse voltage is applied to the fourth electrode and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
前記電流放出素子の各々が、
前記第2電極と直流オフセット電圧源との間に直列配置した抵抗を更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
Wherein each of the current emitting elements is
A field emission display further comprising a resistor arranged in series between the second electrode and a DC offset voltage source.
前記電界印加部の比誘電率を1000以上としたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
A field emission display, wherein a relative dielectric constant of the electric field application unit is 1000 or more.
前記スリットの幅を500μm以下としたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
A field emission display characterized in that the width of the slit is 500 μm or less.
前記第1電極と第2電極のうちの少なくとも一方が、鋭角を成す角部を有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
A field emission display, wherein at least one of the first electrode and the second electrode has an acute angled corner.
前記第1電極及び第2電極がカーボンナノチューブを有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
A field emission display, wherein the first electrode and the second electrode include carbon nanotubes.
2次元的に配列された複数の電子放出素子を一体に形成した基板を更に具えることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。43. The field emission display of claim 42,
A field emission display further comprising a substrate integrally formed with a plurality of two-dimensionally arranged electron-emitting devices.
これら電子放出素子に対してそれぞれ所定の間隔を以って配置した複数の蛍光体とを具え、
前記電流放出素子の各々が、
圧電材料、電歪材料及び反強誘電材料のうちの少なくとも1種類によって構成された電界印加部と、
この電界印加部の一方の面に形成された第1電極と、
前記電界印加部の一方の面に形成され、前記第1電極とともにスリットを形成する第2電極とを有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。A plurality of two-dimensionally arranged electron-emitting devices;
A plurality of phosphors respectively arranged at predetermined intervals for these electron-emitting devices,
Wherein each of the current emitting elements is
An electric field applying unit formed of at least one of a piezoelectric material, an electrostrictive material, and an antiferroelectric material,
A first electrode formed on one surface of the electric field application unit;
A second electrode formed on one surface of the electric field applying unit and forming a slit with the first electrode.
前記蛍光体の各々の前記第1及び第2電極に対向する面とは反対側の面に、第3電極をそれぞれ配置し、
前記第1及び第2電極と前記蛍光体との間の空間を真空としたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
A third electrode is arranged on a surface of the phosphor opposite to a surface facing the first and second electrodes, respectively.
A field emission display, wherein a space between the first and second electrodes and the phosphor is evacuated.
前記電界印加部がアクチュエータとしても機能し、その変位動作によって、放出電子量を制御することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
A field emission display, wherein the electric field application unit also functions as an actuator, and controls the amount of emitted electrons by its displacement operation.
前記電子放出素子の各々が、
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
Each of the electron-emitting devices is
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
A field emission display further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記電子放出素子の各々が、前記第1電極、第2電極及びスリットに設けられた導電性コーティング部を更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
The field emission display according to claim 1, wherein each of the electron emission devices further includes a conductive coating portion provided on the first electrode, the second electrode, and the slit.
前記蛍光体の各々の前記第1及び第2電極に対向する面とは反対側の面に、第3電極をそれぞれ配置し、
前記第1及び第2電極と前記蛍光体との間の空間を真空としたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。67. The field emission display of claim 66,
A third electrode is arranged on a surface of the phosphor opposite to a surface facing the first and second electrodes, respectively.
A field emission display, wherein a space between the first and second electrodes and the phosphor is evacuated.
前記電界印加部がアクチュエータとしても機能し、その変位動作によって、放出電子量を制御することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。67. The field emission display of claim 66,
A field emission display, wherein the electric field application unit also functions as an actuator, and controls the amount of emitted electrons by its displacement operation.
前記電子放出素子の各々が、
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。67. The field emission display of claim 66,
Each of the electron-emitting devices is
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
A field emission display further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記電子放出素子の各々が、
前記第1電極に設けられた第1導電性コーティング部と、
その第1コーティング部とは非接触状態で前記第2電極に設けられた第2導電性コーティング部とを更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
Each of the electron-emitting devices is
A first conductive coating portion provided on the first electrode;
The field emission display further comprising a second conductive coating provided on the second electrode in a non-contact state with the first coating.
前記電子放出素子の各々について、
前記第1及び第2導電性コーティング部に比べて高い抵抗を有するとともに前記第1及び第2導電性コーティング部に電気的に接触する高抵抗部を、前記スリットに設けたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。71. The field emission display of claim 70,
For each of the electron-emitting devices,
A high resistance portion having a higher resistance than the first and second conductive coating portions and electrically contacting the first and second conductive coating portions is provided in the slit. Emission display.
前記蛍光体の各々の前記第1及び第2電極に対向する面とは反対側の面に、第3電極をそれぞれ配置し、
前記第1及び第2電極と前記蛍光体との間の空間を真空としたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。71. The field emission display of claim 70,
A third electrode is arranged on a surface of the phosphor opposite to a surface facing the first and second electrodes, respectively.
A field emission display, wherein a space between the first and second electrodes and the phosphor is evacuated.
前記電界印加部がアクチュエータとしても機能し、その変位動作によって、放出電子量を制御することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。71. The field emission display of claim 70,
A field emission display, wherein the electric field application unit also functions as an actuator, and controls the amount of emitted electrons by its displacement operation.
前記電子放出素子の各々が、
前記第3電極に直流のオフセット電圧を印加する電圧源と、
この電圧源と前記第3電極との間に直列配置した抵抗とを更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。71. The field emission display of claim 70,
Each of the electron-emitting devices is
A voltage source for applying a DC offset voltage to the third electrode;
A field emission display further comprising a resistor arranged in series between the voltage source and the third electrode.
前記第1電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加されることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
A pulsed voltage is applied to the first electrode, and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
前記電流放出素子の各々が、
前記第1電極と電圧信号源との間に直列配置したコンデンサを更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
Wherein each of the current emitting elements is
The field emission display further comprising a capacitor arranged in series between the first electrode and a voltage signal source.
前記電流放出素子の各々が、
前記電界印加部の他方の面に形成され、前記第1電極に対応する第4電極を更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
Wherein each of the current emitting elements is
A field emission display further comprising a fourth electrode formed on the other surface of the electric field application unit and corresponding to the first electrode.
前記第4電極にパルス電圧が印加されるとともに、前記第2電極に直流のオフセット電圧が印加されることを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 77,
A field emission display, wherein a pulse voltage is applied to the fourth electrode and a DC offset voltage is applied to the second electrode.
前記電流放出素子の各々が、
前記第2電極と直流オフセット電圧源との間に直列配置した抵抗を更に有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
Wherein each of the current emitting elements is
A field emission display further comprising a resistor arranged in series between the second electrode and a DC offset voltage source.
前記電界印加部の比誘電率を1000以上としたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
A field emission display, wherein a relative dielectric constant of the electric field application unit is 1000 or more.
前記スリットの幅を500μm以下としたことを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
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前記第1電極と第2電極のうちの少なくとも一方が、鋭角を成す角部を有することを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ。The field emission display of claim 62,
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