JP2006089366A - 誘電体組成物、及び誘電体膜素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】PbxBip(Mgy/3Nb2/3)aTib-zMzZrcO3[0.95≦x≦1.05、0.02≦p≦0.1、0.8≦y≦1.0であり、かつ(a,b,c)が(0.550,0.425,0.025),(0.550,0.150,0.300),(0.100,0.150,0.750),(0.100,0.525,0.375),(0.375,0.425,0.200)の5点で囲まれる範囲内となるような小数。また、0.02≦z≦0.10で、MはNb,Ta,Mo,Wから選ばれる少なくとも1種である。]で示されるPMN−PZ−PT三成分固溶系組成物を主成分とし、0.05〜2.0重量%のNiOの含有量に相当するNiを含有した誘電体組成物。
【選択図】なし
Description
一般式:PbxBip(Mgy/3Nb2/3)aTib-zMzZrcO3・・・(1)
[前記一般式(1)中、0.85≦x≦1.03、0.02≦p≦0.1、0.8≦y≦1.0であり、かつa,b,cが、(a,b,c)=(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)の3点を頂点とする三角座標における、(0.550,0.425,0.025),(0.550,0.150,0.300),(0.100,0.150,0.750),(0.100,0.525,0.375),(0.375,0.425,0.200)の5点で囲まれる範囲内となるような小数である。また、0.02≦z≦0.10で、MはNb,Ta,Mo,Wから選ばれる少なくとも1種である。]で示される組成物を主成分とする誘電体組成物を対象とするものであって、当該誘電体組成物中のNiOの含有量に換算した場合に0.05〜2.0重量%に相当する量のNiを含有していることを特徴としている(この誘電体組成物を以下「本発明の第1の誘電体組成物」と称する)。
一般式:PbxBipSrq(Mgy/3Nb2/3)aTib-zMzZrcO3・・・(2)
[前記一般式(2)中、0.65≦x≦1.01、0.02≦p≦0.1、0.02≦q≦0.20、0.8≦y≦1.0であり、かつa,b,cが、(a,b,c)=(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)の3点を頂点とする三角座標における、(0.550,0.425,0.025),(0.550,0.150,0.300),(0.100,0.150,0.750),(0.100,0.525,0.375),(0.375,0.425,0.200)の5点で囲まれる範囲内となるような小数である。また、0.02≦z≦0.10で、MはNb,Ta,Mo,Wから選ばれる少なくとも1種である。]で示される組成物を主成分とする誘電体組成物を対象とするものであって、当該誘電体組成物中のNiOの含有量に換算した場合に0.05〜2.0重量%に相当する量のNiを含有していることを特徴としている(この誘電体組成物を以下「本発明の第2の誘電体組成物」と称する。また、前記第1及び第2の誘電体組成物、並びにこれら第1及び第2の誘電体組成物の下位概念の組成物を含めて「本発明の誘電体組成物」と総称する。)。
一般式:Pbx(Mgy/3Nb2/3)aTibZrcO3・・・(3)
[前記一般式(3)中、0.95≦x≦1.05、0.8≦y≦1.0であり、かつa,b,cが、(a,b,c)=(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)の3点を頂点とする三角座標における、(0.550,0.425,0.025),(0.550,0.150,0.300),(0.100,0.150,0.750),(0.100,0.525,0.375),(0.375,0.425,0.200)の5点で囲まれる範囲内となるような小数である。]で示される前記組成物を主成分とする誘電体組成物において、Pb原子の2〜10モル%がBiで置換され且つTi原子の2〜10モル%がNb,Ta,Mo,Wから選ばれる少なくとも1種で置換され、更にNiOを当該誘電体組成物全体に対して0.05〜2.0重量%含有するように構成される。
図1は、本実施形態に係る誘電体組成物からなる誘電体膜素子である電子放出素子10を使用して構成された、FEDとしてのディスプレイ100の概略構成を示す一部断面図である。
図2は、図1に示した電子放出素子10の要部を拡大した断面図である。上述の通り、エミッタ部12は多結晶体から構成されている。よって、エミッタ部12の表面12aには、図1や図2に示されている通り、結晶粒界等により微視的な凹凸が形成されていて、当該凹凸によって、エミッタ部12の表面12aに凹部24が形成されている。そして、第1電極14の開口部20は、前記凹部24に対応した部分に形成されている。なお、図1や図2の例では、1つの凹部24に対応して1つの開口部20が形成されている場合が示されているが、複数の凹部24に対応して1つの開口部20が形成されている場合もあり得る。
次に、電子放出素子10の電子放出原理について、図3〜図5を用いて説明する。本実施形態においては、第1電極14と第2電極16との間に印加される駆動電圧Vaとしては、図3に示されている通りの、周期が(T1+T2)の矩形波の交流電圧が用いられる。この駆動電圧Vaにおいては、基準電圧(波動の中心に対応する電圧)が0Vである。また、駆動電圧Vaにおいては、第1段階としての時間T1にて、第1電極14の方が第2電極16よりも低電位となる(負電圧)V2となり、続く第2段階としての時間T2にて、第1電極14の方が第2電極16よりも高電位となる(正電圧)V1となる。
また、本実施形態の構成は、図6に示されているように、電気回路的な特性として、第1電極14と第2電極16との間に、エミッタ部12によるコンデンサC1と、各ギャップ28による複数のコンデンサCaの集合体とが形成された構成に近似され得る。すなわち、各ギャップ28による複数のコンデンサCaは、互いに並列に接続された1つのコンデンサC2として再構成され得る。そして、上述の集合体によるコンデンサC2と、エミッタ部12によるコンデンサC1とが直列接続された形の等価回路が構成され得る。
本実施形態に用いられるエミッタ部12は、具体的には、下記の一般式(1)に示す組成物を主成分とし、NiOを特定の割合で含有する誘電体組成物からなるものである。
[前記一般式(1)中、0.85≦x≦1.03、0.02≦p≦0.1、0.8≦y≦1.0であり、かつa,b,cが、(a,b,c)=(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)の3点を頂点とする三角座標における、(0.550,0.425,0.025),(0.550,0.150,0.300),(0.100,0.150,0.750),(0.100,0.525,0.375),(0.375,0.425,0.200)の5点で囲まれる範囲内となるような小数である。また、0.02≦z≦0.10で、MはNb,Ta,Mo,Wから選ばれる少なくとも1種である。]
まず、Y2O3で安定化されたZrO2からなる基板11の上に、所定の寸法・形状で、厚さ3μmのPtからなる第2電極16をスクリーン印刷法により形成する。次に、第2電極16が形成された基板11を1000〜1400℃程度の温度で熱処理することで、第2電極16と基板11とを固着し一体化させる。
上述の通りの製造方法により、下記の通りの実施例1〜8及び比較例1〜9の誘電体膜型電子放出素子を作成した。そして、図1に示すようなディスプレイを構成して、このディスプレイの輝度の繰り返し使用による劣化の程度を評価基準として各実施例及び比較例を評価した。具体的には、初期の輝度と109回の電子放出動作後の輝度(耐久後輝度)とを測定し、初期の輝度に対して耐久後輝度がどの程度の輝度を保持しているかを、初期の輝度を100%として求めた。なお、熱処理後のエミッタ部12の厚さは全て24μmであった。
Pb0.96Bi0.04(Mg1/3Nb2/3)0.20Ti0.38Nb0.05Zr0.37O3を主成分とし、NiOを1.0質量%含有するものを実施例1とし、この実施例1に対して、(1)式におけるa,b,cを本発明の範囲外に変えたもの、すなわち、Bi置換量、Nb置換量、NiO添加量を本発明の範囲内である実施例1と同一とし、(Mg1/3Nb2/3)とTiとZrとの割合を本発明の範囲外に変えたものを比較例1〜3とした。この結果を表1に示す。
実施例1に対して、(Mg1/3Nb2/3)とTiとZrとの割合、Nb置換量、NiO添加量を一定とし、Bi置換量を変えたものを実施例2,3及び比較例4,5とした。この結果を表2に示す。
実施例1に対して、(Mg1/3Nb2/3)とTiとZrとの割合、Bi置換量、NiO添加量を一定とし、Nb置換量を変えたものを実施例4,5及び比較例6,7とした。この結果を表3に示す。
実施例1に対して、(Mg1/3Nb2/3)とTiとZrとの割合、Bi置換量、Nb置換量を一定とし、NiO添加量を変えたものを実施例6〜8及び比較例8,9とした。この結果を表4に示す。
実施例1に対して、式(1)におけるMに該当する元素をNbからTa,Mo,Wに変えたものを、それぞれ実施例9,10,11とした。これらの各実施例のいずれにおいても、耐久後輝度が良好であった。この結果を表5に示す。
本実施形態に用いられるエミッタ部12は、前記第1実施形態と同様の、前記一般式(1)に示す組成物を主成分とし、NiO及びMnO2を特定の割合で含有する誘電体組成物からなるものである。すなわち、当該第2実施形態に係るエミッタ部12を構成する誘電体組成物は、前記第1実施形態のものに対して、更にMn(MnO2)を特定の割合で含有させたものである。かかるエミッタ部12、及び当該エミッタ部12を備える電子放出素子10も、前記第1実施形態と同様の方法で製造することができる。
そして、かかる第2実施形態のエミッタ部12を用いて、上述の第1実施形態と同様に、図1に示すディスプレイを構成し、このディスプレイの輝度の繰り返し使用による劣化の程度を評価基準として、本実施形態のエミッタ部12の評価を行った。すなわち、MnO2の含有量が0である前記実施例1を比較対象として、MnO2を異なる割合で含有させたものを実施例12〜14とした。この結果を表6に示す。
本実施形態に用いられるエミッタ部12は、組成物を主成分とする誘電体組成物であって、具体的には、下記の一般式(2)に示す組成物を主成分とし、NiOを上述の各実施形態と同様の特定の割合で含有する誘電体組成物からなるものである。
[前記一般式(2)中、0.70≦x≦1.01、0.02≦p≦0.1、0.02≦q≦0.15、0.8≦y≦1.0であり、かつa,b,cが、(a,b,c)=(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)の3点を頂点とする三角座標における、(0.550,0.425,0.025),(0.550,0.150,0.300),(0.100,0.150,0.750),(0.100,0.525,0.375),(0.375,0.425,0.200)の5点で囲まれる範囲内となるような小数である。また、0.02≦z≦0.10で、MはNb,Ta,Mo,Wから選ばれる少なくとも1種である。]
すなわち、当該第3実施形態に係るエミッタ部12を構成する誘電体組成物は、前記第1実施形態のものに対して、Pbの一部を更にSrにより特定の割合で置換したものである。かかるエミッタ部12、及び当該エミッタ部12を備える電子放出素子10も、前記各実施形態と同様の方法で製造することができる。かかる第3実施形態についても、上述の各実施形態と同様の評価を行った。この結果を表7に示す。
なお、本発明は、上述した実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において適宜変形することが可能である。以下に変形例を例示するが、この変形例とて下記のものに限定されるものではない。
12a…表面、 12b…裏面、 14…第1電極、
16…第2電極、 20…開口部、 26…庇部、
28…ギャップ
Claims (7)
- 一般式:PbxBip(Mgy/3Nb2/3)aTib-zMzZrcO3・・・(1)
[前記一般式(1)中、0.85≦x≦1.03、0.02≦p≦0.1、0.8≦y≦1.0であり、かつa,b,cが、(a,b,c)=(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)の3点を頂点とする三角座標における、(0.550,0.425,0.025),(0.550,0.150,0.300),(0.100,0.150,0.750),(0.100,0.525,0.375),(0.375,0.425,0.200)の5点で囲まれる範囲内となるような小数である。また、0.02≦z≦0.10で、MはNb,Ta,Mo,Wから選ばれる少なくとも1種である。]
で示される組成物を主成分とし、
当該誘電体組成物中のNiOの含有量に換算した場合に0.05〜2.0重量%に相当する量のNiを含有した誘電体組成物。 - 一般式:PbxBipSrq(Mgy/3Nb2/3)aTib-zMzZrcO3・・・(2)
[前記一般式(2)中、0.65≦x≦1.01、0.02≦p≦0.1、0.02≦q≦0.20、0.8≦y≦1.0であり、かつa,b,cが、(a,b,c)=(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)の3点を頂点とする三角座標における、(0.550,0.425,0.025),(0.550,0.150,0.300),(0.100,0.150,0.750),(0.100,0.525,0.375),(0.375,0.425,0.200)の5点で囲まれる範囲内となるような小数である。また、0.02≦z≦0.10で、MはNb,Ta,Mo,Wから選ばれる少なくとも1種である。]
で示される組成物を主成分とし、
当該誘電体組成物中のNiOの含有量に換算した場合に0.05〜2.0重量%に相当する量のNiを含有した誘電体組成物。 - 前記請求項1又は2に記載の誘電体組成物において、
当該誘電体組成物中のMnO2の含有率に換算した場合に0.05〜1.0重量%に相当する量のMnを含有した誘電体組成物。 - 前記請求項1乃至3のいずれかに記載の誘電体組成物からなる誘電体層と、
前記誘電体層の表面側に設けられた第1電極と、
前記誘電体層の表面側又は裏面側に設けられた第2電極と、
前記誘電体層の裏面側に配置され当該誘電体層を支持する基体と、を備え、
前記第1電極と第2電極との間に駆動電圧を印加することで前記誘電体層の前記表面から電子を放出するように構成されたことを特徴とする誘電体膜素子。 - 請求項4に記載の誘電体膜素子であって、
前記誘電体層は前記基体の表面上に固着して設けられたことを特徴とする誘電体膜素子。 - 請求項4又は5に記載の誘電体膜素子であって、
前記第2電極は、前記基体の表面上に固着して設けられ、
前記誘電体層は、前記第2電極上に固着して設けられていることを特徴とする誘電体膜素子。 - 請求項4乃至6のいずれかに記載の誘電体膜素子であって、
前記誘電体層の厚さが1〜300μmに構成されたことを特徴とする誘電体膜素子。
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