JP2006259676A - Electron-emitting apparatus - Google Patents

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Iwao Owada
大和田  巌
Takayoshi Akao
隆嘉 赤尾
Tetsuji Kamechi
徹路 亀地
Hirokazu Nakamura
浩和 中村
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron-emitting apparatus which has a simple power supply and is capable of avoiding unnecessary power consumption thereof. <P>SOLUTION: An electron-emitting element 10 has; an electron emission unit EP including a lower electrode 12, an emitter section 13 composed of a dielectric material, and an upper electrodes 14 having a plurality of micro through holes; and a power supply 30 for applying a power supply voltage to the electron emission unit. During the period between the point at which emission of electrons accumulated in the emitter section is started and the point at which the electron emission is completed, the power supply generates a first power supply voltage AC 210(V) as power supply voltage, whose absolute value changes with forming a sinusoidal wave so that the potential of the upper electrode is higher than the potential of the lower electrode. During the period between the point at which the electron accumulation in the emitter section is started and the point at which the electron accumulation is completed, the power supply generates a second power supply voltage AC 50(V) as power supply voltage whose absolute value increases with forming a sinusoidal wave so that the potential of the lower electrode is higher than the potential of the upper electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、誘電体からなるエミッタ部と、エミッタ部の下部に形成された下部電極と、エミッタ部の上部に形成されるとともに微細貫通孔が複数形成された上部電極と、を備えた素子に電圧を印加することにより、エミッタ部に蓄積した電子を微細貫通孔を通して放出させる電子放出装置に関する。   The present invention provides an element comprising an emitter portion made of a dielectric, a lower electrode formed below the emitter portion, and an upper electrode formed above the emitter portion and formed with a plurality of fine through holes. The present invention relates to an electron emission device that emits electrons accumulated in an emitter portion through a fine through hole by applying a voltage.

従来から、誘電体からなるエミッタ部と、エミッタ部の下面に形成された下部電極と、エミッタ部の上面に形成され多数の微細貫通孔を有する上部電極と、を備え、上部電極と下部電極の間(以下、「上下電極間」と称呼する。)に駆動電圧(電圧パルス)Vinを付与して誘電体の分極を反転動作させることにより、上部電極の微細貫通孔を通して電子を放出する電子放出装置が知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2を参照。)。このような電子放出素子は、例えば、蛍光体に電子を照射して発光させるディスプレイ用の画素を構成する素子に適用される。更に、以下の文献(非特許文献1乃至3)において、誘電体で形成されたエミッタ部から電子を放出することに関する諸説が述べられている。
特許第3160213号(請求項1、0016〜0019段落、図2及び図3) 米国特許第5,874,802 安岡、石井著「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、p546〜550(1999) V.F.Puchkarev, G.A.Mesyats,On the mechanism of emission from the ferroelectric ceramic cathode,J.Appl.Phys., vol 78, No. 9, 1 November, 1995, p.5633-5637 H.Riege, Electron emissionferroelectrics - a review, Nuc1. Instr. and Meth. A340, p. 80-89 (1994)
Conventionally, an emitter portion made of a dielectric, a lower electrode formed on the lower surface of the emitter portion, and an upper electrode formed on the upper surface of the emitter portion and having a number of fine through holes, the upper electrode and the lower electrode are provided. Electron emission that emits electrons through the fine through-holes in the upper electrode by applying a driving voltage (voltage pulse) Vin between the electrodes (hereinafter referred to as “between upper and lower electrodes”) to invert the polarization of the dielectric. Devices are known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Such an electron-emitting device is applied, for example, to an element constituting a display pixel that emits light by irradiating electrons to a phosphor. Further, in the following documents (Non-Patent Documents 1 to 3), various theories relating to the emission of electrons from an emitter formed of a dielectric are described.
Japanese Patent No. 3160213 (Claims 1, paragraphs 0016 to 0019, FIGS. 2 and 3) US Pat. No. 5,874,802 Yasuoka, Ishii, "Pulsed electron source using a ferroelectric cathode" Applied Physics Vol.68, No.5, p546-550 (1999) VFPuchkarev, GAMesyats, On the mechanism of emission from the ferroelectric ceramic cathode, J.Appl.Phys., Vol 78, No. 9, 1 November, 1995, p.5633-5637 H.Riege, Electron emissionferroelectrics-a review, Nuc1. Instr. And Meth.A340, p. 80-89 (1994)

この電子放出素子から電子を放出させるための制御は、図32に示したように実行される。即ち、電子放出装置は、時刻t10から時刻t20まで、下部電極の電位を上部電極の電位よりも高くするための一定電圧Vmを駆動電圧Vinとして上下電極間に付与する。これにより、エミッタ部の双極子の向きが反転する(負側分極反転する)から、上部電極からエミッタ部に向けて電子が供給される。この結果、電子が主としてエミッタ部13の上部近傍に蓄積される。   Control for emitting electrons from the electron-emitting device is executed as shown in FIG. That is, the electron-emitting device applies a constant voltage Vm for making the potential of the lower electrode higher than the potential of the upper electrode from time t10 to time t20 as the driving voltage Vin. As a result, the direction of the dipole of the emitter portion is reversed (negative-side polarization is reversed), so that electrons are supplied from the upper electrode toward the emitter portion. As a result, electrons are accumulated mainly near the upper portion of the emitter section 13.

次いで、電子放出装置は、時刻t20から時刻t30まで、上部電極の電位を下部電極の電位よりも高くするための一定電圧Vpを駆動電圧Vinとして上下電極間に付与する。これにより、エミッタ部の分極が再び反転し(正側分極反転し)、これに伴うクーロンの反発力によりエミッタ部の上部近傍に蓄積されていた電子が上部電極の微細貫通孔を通して上方に放出される。従って、上部電極に対向するように蛍光体が配置されている装置においては、その蛍光体に電子が照射され、蛍光体が発光する。   Next, from time t20 to time t30, the electron-emitting device applies a constant voltage Vp for making the upper electrode potential higher than the lower electrode potential as the drive voltage Vin between the upper and lower electrodes. As a result, the polarization of the emitter portion is reversed again (positive-side polarization reversal), and the electrons accumulated in the vicinity of the upper portion of the emitter portion are released upward through the fine through hole of the upper electrode due to the repulsive force of Coulomb. The Therefore, in an apparatus in which a phosphor is disposed so as to face the upper electrode, the phosphor is irradiated with electrons and the phosphor emits light.

電子放出装置は、このような動作を繰り返す。即ち、電子放出装置は、時刻t30にて下部電極の電位を上部電極の電位よりも高くするための一定電圧Vmを上下電極間に再び付与する。そして、時刻t40にて上部電極の電位を下部電極の電位よりも高くするための一定電圧Vpを上下電極間に付与し、再び電子放出(発光)を行う。このように、電子放出装置は、矩形波状のパルスを上下電極間に付与して電子の蓄積及び放出を繰り返し行う。   The electron emission device repeats such an operation. That is, the electron-emitting device again applies a constant voltage Vm between the upper and lower electrodes to make the potential of the lower electrode higher than the potential of the upper electrode at time t30. At time t40, a constant voltage Vp for making the potential of the upper electrode higher than the potential of the lower electrode is applied between the upper and lower electrodes, and electron emission (light emission) is performed again. As described above, the electron emission device repeatedly accumulates and emits electrons by applying a rectangular wave pulse between the upper and lower electrodes.

しかしながら、電子放出素子は抵抗成分や誘電損失を含む容量性の素子であるので、上記のようにステップ状に変化する駆動電圧Vinを上下電極間に印加すると、電源のする仕事のうちの多くは素子のジュール損失や誘電損失によって熱に変換される。また、保護抵抗を電子放出素子に直列に接続した場合においては、上記のようにステップ状に変化する駆動電圧Vinを上下電極間に付与しても、下部電極の電位に対する上部電極の電位で定義される上下電極間の実際の電圧(以下、「素子端電圧Vka」と称呼する。)は直ちに変化せず、素子端電圧Vkaは付与されている駆動電圧Vinに徐々に近づく。従って、駆動電圧Vinが一定電圧VpからVmへ、又はその逆へ切り替えられてから、素子端電圧Vkaが付与されている一定電圧Vp又はVmに一致するまでの間、素子及び素子近傍の抵抗成分にて大きなジュール熱が発生する。この結果、電力が無駄に消費されるという問題、或いは、素子等が過熱するという問題が発生する。   However, since the electron-emitting device is a capacitive device including a resistance component and a dielectric loss, when the drive voltage Vin that changes stepwise as described above is applied between the upper and lower electrodes, most of the work to be performed by the power source is large. It is converted into heat by the Joule loss and dielectric loss of the element. In addition, when the protective resistance is connected in series to the electron-emitting device, even if the drive voltage Vin that changes stepwise as described above is applied between the upper and lower electrodes, it is defined by the potential of the upper electrode relative to the potential of the lower electrode. The actual voltage between the upper and lower electrodes (hereinafter referred to as “element end voltage Vka”) does not change immediately, and the element end voltage Vka gradually approaches the applied drive voltage Vin. Therefore, after the drive voltage Vin is switched from the constant voltage Vp to Vm or vice versa, the element and the resistance component in the vicinity of the element are equal to the constant voltage Vp or Vm to which the element end voltage Vka is applied. A large Joule heat is generated. As a result, there arises a problem that power is wasted or the element is overheated.

加えて、図32に示したように、発明者は、時刻t30(電子を蓄積するために一定電圧Vmの印加を開始した時点)の直後や時刻t40(電子を放出するために一定電圧Vpの印加を開始した時点)の直後等において、予定していないタイミングで電子が放出さる場合、及び/又は、電子が過度に放出される場合があることを見出した。この場合、電子放出素子が前述したディスプレイ用等の発光素子として使用されていると、予定していないタイミングで発光し、或いは、異常な大発光が発生する等の問題が生じる。   In addition, as shown in FIG. 32, the inventor sets the constant voltage Vp immediately after the time t30 (at the time when the application of the constant voltage Vm is started in order to accumulate electrons) or at the time t40 (to discharge the electrons). It has been found that the electrons are emitted at an unscheduled timing and / or the electrons may be emitted excessively immediately after the application). In this case, if the electron-emitting device is used as a light-emitting device for display as described above, there arises a problem that light is emitted at an unscheduled timing or abnormal large light emission occurs.

本発明の電子放出装置は、上記課題に対処するためになされたものであって、その特徴は、
誘電体からなるエミッタ部と、同エミッタ部の下部に形成された下部電極と、同エミッタ部を挟んで同下部電極に対向するように同エミッタ部の上部に形成されるとともに微細貫通孔が複数形成され且つ同微細貫通孔の周部であって同エミッタ部と対向する面が同エミッタ部から所定の距離だけ離間しているように形成されてなる上部電極と、を有する電子放出素子を含む電子放出部と、
前記電子放出部に印加する電源電圧を発生する電源と、
を備え、前記電源電圧によって前記エミッタ部に電子を蓄積させるとともに同蓄積された電子を前記微細貫通孔を通して放出させる電子放出装置において、
前記電源は、
前記電子放出素子が前記エミッタ部に電子を蓄積した状態にあるときから少なくとも同エミッタ部に蓄積した電子が前記微細貫通孔を通して放出させられるときの単位時間あたりの電子放出量が最大となるまでの期間、前記上部電極の電位が前記下部電極の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が変化する第1電源電圧を前記電源電圧として発生し、
前記電子放出素子が前記エミッタ部に電子を蓄積していない状態にあるときから少なくとも同エミッタ部に電子を蓄積するまでの期間、前記下部電極の電位が前記上部電極の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が増大する第2電源電圧を前記電源電圧として発生するように構成されたことにある。
The electron emission device of the present invention has been made in order to cope with the above-described problems, and its features are as follows:
An emitter portion made of a dielectric, a lower electrode formed at the lower portion of the emitter portion, a plurality of fine through holes formed at the upper portion of the emitter portion so as to face the lower electrode across the emitter portion And an upper electrode formed so that a surface of the fine through-hole and facing the emitter portion is spaced apart from the emitter portion by a predetermined distance. An electron emitter,
A power supply for generating a power supply voltage to be applied to the electron emission unit;
In an electron emission device that accumulates electrons in the emitter section by the power supply voltage and emits the accumulated electrons through the fine through hole,
The power supply is
From when the electron-emitting device is in a state of accumulating electrons in the emitter section until at least the amount of electrons emitted per unit time when electrons accumulated in the emitter section are emitted through the fine through-holes is maximized. Generating, as the power supply voltage, a first power supply voltage whose absolute value changes sinusoidally so that the potential of the upper electrode is higher than the potential of the lower electrode during the period,
The potential of the lower electrode is made higher than the potential of the upper electrode during a period from when the electron-emitting device is not accumulating electrons in the emitter portion to at least accumulation of electrons in the emitter portion. The second power supply voltage whose absolute value increases sinusoidally is generated as the power supply voltage.

この場合、前記電子放出部は、前記電子放出素子に直列接続された保護抵抗を含んでいてもよい。   In this case, the electron emission unit may include a protective resistor connected in series to the electron emission element.

これによれば、電子放出素子がエミッタ部に電子を蓄積した状態にあるときから少なくとも同エミッタ部に蓄積した電子が前記微細貫通孔を通して放出させられるときの単位時間あたりの電子放出量が最大となるまでの期間、上部電極の電位が下部電極の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が変化する第1電源電圧が電源電圧として電子放出部に印加される。   According to this, the amount of electron emission per unit time from when the electron-emitting device is in a state of accumulating electrons in the emitter portion to when at least the electrons accumulated in the emitter portion are emitted through the fine through hole is maximized. During this period, a first power supply voltage whose absolute value changes sinusoidally so that the potential of the upper electrode is higher than the potential of the lower electrode is applied as a power supply voltage to the electron emission portion.

更に、電子放出素子がエミッタ部に電子を蓄積していない状態にあるときから少なくとも同エミッタ部に電子を蓄積するまでの期間、下部電極の電位が上部電極の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が増大する第2電源電圧が電源電圧として電子放出部に印加される。   Further, a sine wave shape is formed so that the potential of the lower electrode is higher than the potential of the upper electrode during a period from when the electron-emitting device is not accumulating electrons in the emitter portion to at least the accumulation of electrons in the emitter portion. A second power supply voltage whose absolute value increases is applied to the electron emission portion as a power supply voltage.

従って、電子の蓄積開始時及び電子の放出開始時の何れにおいても、電子放出部に印加される電源電圧の絶対値が正弦波状に徐々に増大するから、素子端電圧(上下電極間の電位差)の絶対値も電源電圧に追従するように徐々に増大する。この結果、電子放出部に印加される電源電圧と素子端電圧との差が大きくならないので、ジュール熱の発生が小さく、無駄に消費される電力の量を小さくすることができる。   Therefore, since the absolute value of the power supply voltage applied to the electron emission portion gradually increases in a sine wave form at both the start of electron accumulation and the start of electron emission, the element end voltage (potential difference between the upper and lower electrodes). The absolute value of increases gradually so as to follow the power supply voltage. As a result, since the difference between the power supply voltage applied to the electron emission portion and the element end voltage does not increase, the generation of Joule heat is small, and the amount of power consumed in vain can be reduced.

また、大きなジュール熱が発生しないので、電子放出素子の温度が高くならない。従って、エミッタ部の特性が熱により変化してしまうことを回避することができる。更に、電子放出素子に吸着する物質をガス化してしまうことも回避することができるので、ガス化した物質によるプラズマの発生を抑制することができる。その結果、電子が過度に放出されることや、イオンボンバートメントによる電子放出素子の損傷を回避することもできる。   In addition, since no large Joule heat is generated, the temperature of the electron-emitting device does not increase. Therefore, it can be avoided that the characteristics of the emitter section are changed by heat. Furthermore, since it is possible to avoid gasifying the substance adsorbed on the electron-emitting device, generation of plasma due to the gasified substance can be suppressed. As a result, excessive emission of electrons and damage to the electron-emitting device due to ion bombardment can be avoided.

加えて、電子を放出させるための第1電源電圧が印加され始めた後、第1電源電圧の絶対値は徐々に大きくなる。これにより、エミッタ部に流れる突入電流の大きさを小さくすることができるとともに、第1電源電圧印加によるエミッタ部の正側分極反転完了後における素子端電圧の変化率を小さくすることができる。この結果、突入電流に起因する電子の不要な放出(ディスプレイ装置のように上部電極に対向する蛍光体を備えている場合には不要な発光)や正側分極反転完了直後の素子電圧の急激な変化に起因する電子の不要な放出(不要な発光)が回避され得る。   In addition, after the first power supply voltage for emitting electrons starts to be applied, the absolute value of the first power supply voltage gradually increases. Thereby, the magnitude of the inrush current flowing through the emitter section can be reduced, and the change rate of the element end voltage after completion of the positive side polarization reversal of the emitter section due to the application of the first power supply voltage can be reduced. As a result, unnecessary emission of electrons due to the inrush current (unnecessary light emission when a phosphor facing the upper electrode is provided as in a display device) or a rapid increase in device voltage immediately after completion of positive side polarization reversal. Unnecessary emission of electrons (unnecessary light emission) due to the change can be avoided.

更に、電子を蓄積させるために第2電源電圧を印加した後であって、エミッタ部の負側分極反転完了後においても、第2電源電圧の絶対値は徐々に増大する。従って、エミッタ部の負側分極反転が完了した後に素子端電圧が急激に変化すること等によるものと推定される不要なタイミングにおける電子放出を防止することも可能となる。   Furthermore, even after the second power supply voltage is applied to accumulate electrons and after the negative polarization inversion of the emitter section is completed, the absolute value of the second power supply voltage gradually increases. Accordingly, it is possible to prevent electron emission at an unnecessary timing presumed to be caused by a rapid change in the element end voltage after the negative side polarization reversal of the emitter section is completed.

なお、上記「電子放出素子がエミッタ部に電子を蓄積した状態にあるとき」とは、電子放出素子がエミッタ部に電子の蓄積を完了した時点に限定されず、電子の蓄積を完了して暫く経過した後であっても勿論良い。更に、「電子放出素子がエミッタ部に電子を蓄積した状態にあるとき」に、エミッタ部に最大量の電子が蓄積されている必要はなく、電子放出することができるだけの量の電子がエミッタ部に蓄積されていればよい。加えて、上記「エミッタ部に電子を蓄積するまでの期間」とは、電子放出することができるだけの量の電子の蓄積が少しでも行われた時点までであってもよい。   Note that “when the electron-emitting device is in a state where electrons are accumulated in the emitter portion” is not limited to the time point when the electron-emitting device completes the accumulation of electrons in the emitter portion, but for a while after the accumulation of electrons is completed. Of course, even after the passage of time. Furthermore, when the electron-emitting device is in a state where electrons are accumulated in the emitter section, it is not necessary that the maximum amount of electrons be accumulated in the emitter section. As long as it is stored in In addition, the “period until electrons are accumulated in the emitter portion” may be until the time point when the amount of electrons that can be emitted is accumulated.

一方、このような電子放出素子は、放出すべき量の電子をエミッタ部に蓄積させるのに必要な電圧の絶対値が、同放出すべき量の電子をエミッタ部から上部電極の微細貫通孔を通して放出させるのに必要な電圧の絶対値よりも小さいという特性(分極−素子端電圧特性、即ち、図7に示したようなQ−V特性)を有する。従って、前記第1電源電圧の振幅と前記第2電源電圧の振幅とを同じ大きさにすると、第1及び第2電源電圧の何れかの電圧が必要以上に大きくなって電力が無駄に消費されるか、或いは、何れかの電圧が必要以上に小さくなって所望量の電子を放出できない。   On the other hand, in such an electron-emitting device, the absolute value of the voltage necessary for accumulating the amount of electrons to be emitted in the emitter is from the emitter to the fine through hole of the upper electrode. It has a characteristic (polarization-element end voltage characteristic, that is, Q-V characteristic as shown in FIG. 7) that is smaller than the absolute value of the voltage required for emission. Therefore, if the amplitude of the first power supply voltage and the amplitude of the second power supply voltage are made the same, either the first power supply voltage or the second power supply voltage becomes larger than necessary, and power is wasted. Alternatively, any voltage becomes smaller than necessary, and a desired amount of electrons cannot be emitted.

以上から、前記第1電源電圧の振幅は前記第2電源電圧の振幅より大きいことが望ましい。   From the above, it is preferable that the amplitude of the first power supply voltage is larger than the amplitude of the second power supply voltage.

更に、前記電源は、
前記第1電源電圧及び前記第2電源電圧の前記電子放出部への印加状態を切り換えるスイッチング素子を備えることが望ましい。
Furthermore, the power source is
It is desirable to provide a switching element that switches an application state of the first power supply voltage and the second power supply voltage to the electron emission portion.

これによれば、振幅が互いに相違する第1電源電圧となる電圧及び第2電源電圧となる電圧を発生させておき、それらをスイッチング素子の切換によって電子放出部に適宜印加することができるので、電源電圧印加のための回路が簡素化される。スイッチング素子としては、例えば、サイリスタ、GTO(Gate Turn-Off)サイリスタ、TRIAC(3端子双方向サイリスタ)、MOSFETを含むパワートランジスタ、或いはアナログスイッチ等の半導体素子やメカニカルリレー等を使用することができる。   According to this, since the voltage that becomes the first power supply voltage and the voltage that becomes the second power supply voltage having different amplitudes can be generated and can be appropriately applied to the electron-emitting portion by switching the switching element, The circuit for applying the power supply voltage is simplified. As the switching element, for example, a semiconductor element such as a thyristor, a GTO (Gate Turn-Off) thyristor, a TRIAC (3-terminal bidirectional thyristor), a MOSFET, a power transistor, an analog switch, or a mechanical relay can be used. .

また、前記電源は、
正弦波状に変化する交流電圧を発生する単一の交流電源に接続され同交流電源が発生する交流電圧を電圧変換することにより前記第1電源電圧となる電圧及び前記第2電源電圧となる電圧を生成する変圧器(所謂「トランス」)、
を備えることが望ましい。
The power supply is
A voltage that becomes the first power supply voltage and a voltage that becomes the second power supply voltage are obtained by converting the AC voltage generated by the AC power supply connected to a single AC power supply that generates an AC voltage that changes in a sine wave shape. A transformer to produce (so-called “transformer”),
It is desirable to provide.

これによれば、交流電源を一つだけ用意することにより、振幅が互いに相違し且つ正弦波状に変化する前記第1電源電圧及び前記第2電源電圧を簡単に生成することができる。また、商用電源を電子放出素子の電源として使用することも可能となる。   According to this, by preparing only one AC power supply, the first power supply voltage and the second power supply voltage whose amplitudes are different from each other and change sinusoidally can be easily generated. It is also possible to use a commercial power source as a power source for the electron-emitting device.

また、本発明による電子放出装置において、
前記電源は、
一次巻線及び二次巻線を有するとともに、単一の交流電源が発生する正弦波状に変化する交流電圧を同一次側巻線に印加し、同二次巻線の基準位置と同二次巻線の第1の位置との電位差を前記第1電源電圧を生成するための電圧として取り出すとともに、同二次巻線の基準位置と同二次巻線の第2の位置との電位差を前記第2電源電圧を生成するための電圧として取り出す単一の変圧器と、
前記電子放出部の両端のうちの前記下部電極側を前記二次巻線の基準位置に接続する基準接続線と、
前記電子放出部の両端のうちの前記上部電極側を前記二次巻線の第1の位置と接続する第1接続線と、
前記第1接続線に直列に介装され前記二次巻線の第1の位置の電位が前記電子放出部の両端のうちの前記上部電極側の電位より高いとき順方向にバイアスされる整流素子と、
前記電子放出部の両端のうちの前記上部電極側を前記二次巻線の第2の位置と接続する第2接続線と、
前記第2接続線に直列に介装されるとともに電流の通過を遮断している状態にある場合に切換制御信号が入力されることにより電流の通過を許容する状態となるスイッチング素子と、
を備えていることが好適である。
In the electron emission device according to the present invention,
The power supply is
It has a primary winding and a secondary winding, and an AC voltage changing in a sine wave generated by a single AC power source is applied to the same side winding, and the reference position of the secondary winding and the same secondary winding are applied. A potential difference from the first position of the line is taken out as a voltage for generating the first power supply voltage, and a potential difference between the reference position of the secondary winding and the second position of the secondary winding is taken as the first position. A single transformer taking out as a voltage to generate two power supply voltages;
A reference connection line connecting the lower electrode side of both ends of the electron emission portion to a reference position of the secondary winding;
A first connection line connecting the upper electrode side of both ends of the electron emission portion with a first position of the secondary winding;
A rectifying element that is interposed in series with the first connection line and is forward-biased when the potential at the first position of the secondary winding is higher than the potential on the upper electrode side of both ends of the electron emission portion. When,
A second connection line connecting the upper electrode side of both ends of the electron emission portion with a second position of the secondary winding;
A switching element that is interposed in series with the second connection line and that is allowed to pass current when a switching control signal is input when it is in a state of blocking current passage;
It is preferable to comprise.

これによれば、単一の交流電源(例えば、商用電源)が接続された一つの変圧器と、一つの整流素子と、一つのスイッチング素子と、により、前記第1電源電圧及び前記第2電源電圧を生成し且つこれらの電圧を所望のタイミングにて前記電子放出部に印加することができる。   According to this, the first power supply voltage and the second power supply are constituted by one transformer connected to a single AC power supply (for example, commercial power supply), one rectifier element, and one switching element. Voltages can be generated and these voltages can be applied to the electron emission portion at a desired timing.

また、
前記電源は、
一次巻線及び二次巻線を有するとともに、単一の交流電源が発生する正弦波状に変化する交流電圧を同一次側巻線に印加し、同二次巻線の基準位置と同二次巻線の第1の位置との電位差を前記第1電源電圧を生成するための電圧として取り出すとともに、同二次巻線の基準位置と同二次巻線の第2の位置との電位差を前記第2電源電圧を生成するための電圧として取り出す単一の変圧器と、
前記電子放出部の両端のうちの前記上部電極側を前記二次巻線の基準位置に接続する基準接続線と、
前記電子放出部の両端のうちの前記下部電極側を前記二次巻線の第1の位置と接続する第1接続線と、
前記第1接続線に直列に介装され前記二次巻線の第1の位置の電位が前記電子放出部の両端のうちの前記下部電極側の電位より低いとき順方向にバイアスされる整流素子と、
前記電子放出部の両端のうちの前記下部電極側を前記二次巻線の第2の位置と接続する第2接続線と、
前記第2接続線に直列に介装されるとともに電流の通過を遮断している状態にある場合に切換制御信号が入力されることにより電流の通過を許容する状態となるスイッチング素子と、
を備えてもよい。
Also,
The power supply is
It has a primary winding and a secondary winding, and an AC voltage changing in a sine wave generated by a single AC power source is applied to the same side winding, and the reference position of the secondary winding and the same secondary winding are applied. A potential difference from the first position of the line is taken out as a voltage for generating the first power supply voltage, and a potential difference between the reference position of the secondary winding and the second position of the secondary winding is taken as the first position. A single transformer taking out as a voltage to generate two power supply voltages;
A reference connection line connecting the upper electrode side of both ends of the electron emission portion to a reference position of the secondary winding;
A first connection line connecting the lower electrode side of both ends of the electron emission portion with a first position of the secondary winding;
A rectifying element that is interposed in series with the first connection line and is forward-biased when the potential at the first position of the secondary winding is lower than the potential at the lower electrode side of both ends of the electron emission portion. When,
A second connection line connecting the lower electrode side of both ends of the electron emission portion to a second position of the secondary winding;
A switching element that is interposed in series with the second connection line and that is allowed to pass current when a switching control signal is input when it is in a state of blocking current passage;
May be provided.

これによっても、単一の交流電源(例えば、商用電源)が接続された一つの変圧器と、一つの整流素子と、一つのスイッチング素子と、により、前記第1電源電圧及び前記第2電源電圧を生成し且つこれらの電圧を所望のタイミングにて前記電子放出部に印加することができる。   Also by this, the first power supply voltage and the second power supply voltage are obtained by one transformer to which a single AC power supply (for example, commercial power supply) is connected, one rectifier element, and one switching element. And these voltages can be applied to the electron emission portion at a desired timing.

このような電子放出装置において、
前記電源は、
前記切換制御信号を、前記単一の交流電源が発生する交流電圧に基づいて発生するように構成されることが好ましい。
In such an electron emission device,
The power supply is
It is preferable that the switching control signal is configured to be generated based on an AC voltage generated by the single AC power source.

これによれば、切換制御信号を生成するための電源が不要であり、且つ、切換制御信号を生成するための回路を簡素化することができる。   According to this, a power source for generating the switching control signal is not required, and a circuit for generating the switching control signal can be simplified.

更に、前記電源は、
前記切換制御信号を、前記単一の交流電源が発生する交流電圧と同期した交流電圧を抵抗を含む分圧回路により分圧することによって形成するように構成されることが好ましい。
Furthermore, the power source is
It is preferable that the switching control signal is formed by dividing an AC voltage synchronized with an AC voltage generated by the single AC power source by a voltage dividing circuit including a resistor.

前記スイッチング素子は、例えば、サイリスタであり、その場合、切換制御信号はゲート信号(ゲート電圧)である。また、前記スイッチング素子は、MOSFETであってもよく、その場合、切換制御信号はソースに対するゲートの電圧である。勿論、スイッチング素子は、上述した他のスイッチング素子であってもよい。そして、上記構成によれば、切換制御信号が、前記単一の交流電源が発生する交流電圧と同期した交流電圧を抵抗を含む分圧回路により分圧することによって形成される。従って、極めて単純な回路で切換制御信号を生成することができる。この結果、電源のコストを低減することができる。   The switching element is, for example, a thyristor. In this case, the switching control signal is a gate signal (gate voltage). The switching element may be a MOSFET, and in this case, the switching control signal is a gate voltage with respect to the source. Of course, the switching element may be another switching element described above. According to the above configuration, the switching control signal is formed by dividing the AC voltage synchronized with the AC voltage generated by the single AC power source by the voltage dividing circuit including the resistor. Therefore, the switching control signal can be generated with a very simple circuit. As a result, the cost of the power source can be reduced.

この分圧回路を含む電子放出装置において、前記単一の交流電源が発生する交流電圧と同期した交流電圧は、前記単一の変圧器の二次巻線の第3の位置に現れる電圧と同二次巻線の第4の位置に現れる電圧との差の電圧であることが好適である。   In the electron emission device including the voltage dividing circuit, the AC voltage synchronized with the AC voltage generated by the single AC power supply is the same as the voltage appearing at the third position of the secondary winding of the single transformer. The voltage is preferably a difference voltage from the voltage appearing at the fourth position of the secondary winding.

これによれば、切換制御信号を生成するための余分な電源や変圧器等が不要となるので、より安価な電子放出装置を提供することができる。   This eliminates the need for an extra power source, a transformer, and the like for generating the switching control signal, thereby providing a cheaper electron emission device.

更に、この場合、
前記分圧回路に含まれる少なくとも一つの抵抗が可変抵抗であることが好適である。
Furthermore, in this case
It is preferable that at least one resistor included in the voltage dividing circuit is a variable resistor.

これによれば、可変抵抗の抵抗値を変更することにより、第1電源電圧と第2電源電圧との切換タイミングを簡単な構成で制御することができる。また、切換タイミングを自在に変更できるようになるので、電子放出素子の電子蓄積時における素子の両端電圧(素子端電圧)を変更することができる。この結果、電子放出量を制御することができる。   According to this, the change timing of the first power supply voltage and the second power supply voltage can be controlled with a simple configuration by changing the resistance value of the variable resistor. Further, since the switching timing can be freely changed, the voltage across the element (element end voltage) when the electron emission element accumulates electrons can be changed. As a result, the electron emission amount can be controlled.

以下、本発明による電子放出装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。この電子放出装置は、電子照射線装置、光源及び電子部品製造装置等の種々の装置に適用することができるが、以下の説明においてはディスプレイに適用されている。
<第1実施形態>
(構造)
図1乃至図3に示したように、本発明の第1実施形態に係る電子放出装置は、電子放出素子10と、保護抵抗20と、電源30と、集束電極電位付与回路40と、コレクタ電圧付与回路50とを備えている。
Embodiments of an electron emission device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The electron emission device can be applied to various devices such as an electron irradiation device, a light source, and an electronic component manufacturing device, but is applied to a display in the following description.
<First Embodiment>
(Construction)
As shown in FIGS. 1 to 3, the electron emission apparatus according to the first embodiment of the present invention includes an electron emission element 10, a protective resistor 20, a power source 30, a focusing electrode potential applying circuit 40, a collector voltage. A provisioning circuit 50.

電子放出素子10は、基板11、複数の下部電極(下部電極層)12、エミッタ部13、複数の上部電極(上部電極層)14、絶縁層15及び複数の集束電極(集束電極層)16を備えている。なお、図1は電子放出素子10の部分平面図である図3の1−1線に沿った平面にて電子放出素子10を切断した断面図、図2は図3の2−2線に沿った平面にて電子放出素子10を切断した断面図である。   The electron-emitting device 10 includes a substrate 11, a plurality of lower electrodes (lower electrode layers) 12, an emitter section 13, a plurality of upper electrodes (upper electrode layers) 14, an insulating layer 15, and a plurality of focusing electrodes (focusing electrode layers) 16. I have. 1 is a partial plan view of the electron-emitting device 10, and is a cross-sectional view of the electron-emitting device 10 cut along a plane along line 1-1 in FIG. 3, and FIG. 2 is along a line 2-2 in FIG. 5 is a cross-sectional view of the electron-emitting device 10 cut along a flat plane.

基板11は、互いに直交するX軸及びY軸により形成される平面(X−Y平面)に平行な上面及び下面を有し、X軸及びY軸のそれぞれに直交するZ軸方向に厚み方向を有する薄板体である。基板11は、酸化ジルコニウムを主成分とした材料(例えば、ガラス又はセラミックス)からなっている。   The substrate 11 has an upper surface and a lower surface parallel to a plane (XY plane) formed by the X axis and the Y axis orthogonal to each other, and the thickness direction is in the Z axis direction orthogonal to the X axis and the Y axis. It is a thin plate body. The substrate 11 is made of a material mainly composed of zirconium oxide (for example, glass or ceramics).

下部電極12のそれぞれは、導電性物質(ここでは、銀又は白金)からなり、基板11の上面の上に層状に形成されている。各下部電極12の平面視における形状はY軸方向に長手方向を有する帯状である。図1に示したように、互いに隣接する二つの下部電極12は、X軸方向において所定の距離だけ離れた位置に形成されている。図1において、符合12−1、12−2及び12−3が付された下部電極12は、便宜上、第1下部電極、第2下部電極及び第3下部電極とそれぞれ称呼される。   Each of the lower electrodes 12 is made of a conductive material (here, silver or platinum), and is formed in a layer on the upper surface of the substrate 11. The shape of each lower electrode 12 in plan view is a strip shape having a longitudinal direction in the Y-axis direction. As shown in FIG. 1, the two lower electrodes 12 adjacent to each other are formed at positions separated by a predetermined distance in the X-axis direction. In FIG. 1, the lower electrodes 12 denoted by reference numerals 12-1, 12-2 and 12-3 are referred to as a first lower electrode, a second lower electrode and a third lower electrode, respectively, for convenience.

エミッタ部13は、比誘電率が大きい誘電体(例えば、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)、チタン酸鉛(PT)及びジルコン酸鉛(PZ)の3成分系材料PMN−PT−PZ。材質については、後に詳述する。)からなり、基板11の上面及び下部電極12の上面の上に形成されている。エミッタ部13は、基板11と同様な薄板体である。エミッタ部13の上面には、図4に拡大して示したように、誘電体の粒界による凹凸13aが形成されている。   The emitter section 13 is a dielectric having a high relative dielectric constant (for example, a three-component material PMN-PT-PZ of lead magnesium niobate (PMN), lead titanate (PT) and lead zirconate (PZ). , Which will be described in detail later), and is formed on the upper surface of the substrate 11 and the upper surface of the lower electrode 12. The emitter section 13 is a thin plate similar to the substrate 11. On the upper surface of the emitter section 13, as shown in an enlarged view in FIG. 4, irregularities 13 a due to dielectric grain boundaries are formed.

上部電極14のそれぞれは、導電性物質(ここでは、白金)からなり、エミッタ部13の上面の上に層状に形成されている。各上部電極14の平面視における形状は、図3に示したように、X軸方向及びY軸方向にそれぞれ沿った短辺及び長辺を有する長方形である。複数の上部電極14は互いに離間し、マトリクス状に配列されている。上部電極14のそれぞれは、下部電極12のそれぞれに対向し、平面視において下部電極12のそれぞれに重なる位置に配設されている。   Each of the upper electrodes 14 is made of a conductive material (here, platinum), and is formed in a layer shape on the upper surface of the emitter section 13. The shape of each upper electrode 14 in plan view is a rectangle having a short side and a long side along the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, as shown in FIG. The plurality of upper electrodes 14 are separated from each other and arranged in a matrix. Each of the upper electrodes 14 faces each of the lower electrodes 12 and is disposed at a position overlapping with each of the lower electrodes 12 in plan view.

更に、上部電極14のそれぞれには、図4及び上部電極14の部分拡大平面図である図5に示したように、複数の微細な貫通孔14aが形成されている。図1及び図3において、符合14−1、14−2及び14−3が付された上部電極14は、便宜上、第1上部電極、第2上部電極及び第3上部電極とそれぞれ称呼される。また、X軸方向に配列された複数の上部電極14同士は図示しない導体からなる層により接続され、同電位に維持されるようになっている。   Further, each of the upper electrodes 14 is formed with a plurality of fine through holes 14a as shown in FIG. 4 and FIG. 5 which is a partially enlarged plan view of the upper electrode 14. In FIG. 1 and FIG. 3, the upper electrodes 14 denoted by reference numerals 14-1, 14-2 and 14-3 are respectively referred to as a first upper electrode, a second upper electrode and a third upper electrode for convenience. The plurality of upper electrodes 14 arranged in the X-axis direction are connected by a layer made of a conductor (not shown) so as to be maintained at the same potential.

従って、この電子放出素子は、誘電体からなるエミッタ部13と、同エミッタ部13の下部に形成された下部電極12と、同エミッタ部13を挟んで同下部電極12に対向するように同エミッタ部13の上部に形成されるとともに微細貫通孔14aが複数形成され且つ同微細貫通孔14aの周部であって同エミッタ部13と対向する面が同エミッタ部13から所定の距離だけ離間しているように形成されてなる(ひさし構造を有する)上部電極14と、を有する電子放出素子であると云うことができる。   Therefore, the electron-emitting device includes an emitter portion 13 made of a dielectric, a lower electrode 12 formed under the emitter portion 13, and the emitter so as to face the lower electrode 12 across the emitter portion 13. A plurality of fine through-holes 14a are formed at the top of the portion 13, and the peripheral portion of the fine through-hole 14a facing the emitter portion 13 is separated from the emitter portion 13 by a predetermined distance. It can be said that this is an electron-emitting device having an upper electrode 14 (having an eaves structure) formed as described above.

下部電極12、エミッタ部13及び白金レジネートペーストからなる上部電極14は焼成処理によって一体化させられている。この一体化のための焼成処理により、上部電極14となる膜が例えば厚み10μmから厚み0.1μmに収縮する。このとき、上部電極14には前述した複数の微細貫通孔14aが形成される。   The lower electrode 12, the emitter portion 13, and the upper electrode 14 made of platinum resinate paste are integrated by a baking process. By this baking process for integration, the film to be the upper electrode 14 shrinks from a thickness of 10 μm to a thickness of 0.1 μm, for example. At this time, the plurality of fine through holes 14 a described above are formed in the upper electrode 14.

以上に述べたように、平面視において上部電極14と下部電極12とが重なった部分は一つの電子放出のための素子を形成していることになる。例えば、第1下部電極12−1、第1上部電極14−1及び第1下部電極12−1と第1上部電極14−1とにより挟まれたエミッタ部13は、第1の素子を構成している。また、第2下部電極12−2、第2上部電極14−2及び第2下部電極12−2と第2上部電極14−2とにより挟まれたエミッタ部13は、第2の素子を構成している。更に、第3下部電極12−3、第3上部電極14−3及び第3下部電極12−3と第3上部電極14−3とにより挟まれたエミッタ部13は、第3の素子を構成している。このように、電子放出素子10は、複数の独立した電子放出素子を備えている。   As described above, the portion where the upper electrode 14 and the lower electrode 12 overlap in a plan view forms one element for electron emission. For example, the first lower electrode 12-1, the first upper electrode 14-1, and the emitter section 13 sandwiched between the first lower electrode 12-1 and the first upper electrode 14-1 constitute the first element. ing. The emitter section 13 sandwiched between the second lower electrode 12-2, the second upper electrode 14-2, the second lower electrode 12-2, and the second upper electrode 14-2 constitutes a second element. ing. Furthermore, the emitter section 13 sandwiched between the third lower electrode 12-3, the third upper electrode 14-3, the third lower electrode 12-3, and the third upper electrode 14-3 constitutes a third element. ing. As described above, the electron-emitting device 10 includes a plurality of independent electron-emitting devices.

絶縁層15は、エミッタ部13の上面の上に、複数の上部電極14の間を埋めるように形成されている。絶縁層15の厚み(Z軸方向長さ)は、上部電極14の厚み(Z軸方向長さ)より僅かだけ大きくなっている。図1及び図2に示したように、各絶縁層15のX軸及びY軸方向端部は、上部電極14のX軸方向両端部及びY軸方向両端部の上に配置されている。   The insulating layer 15 is formed on the upper surface of the emitter section 13 so as to fill a space between the plurality of upper electrodes 14. The thickness (Z-axis direction length) of the insulating layer 15 is slightly larger than the thickness (Z-axis direction length) of the upper electrode 14. As shown in FIGS. 1 and 2, the X-axis and Y-axis direction ends of each insulating layer 15 are disposed on the X-axis direction both ends and the Y-axis direction both ends of the upper electrode 14.

集束電極16は、導電性物質(ここでは、銀)からなり、絶縁層15の上に層状に形成されている。図3に示したように、各集束電極16の平面視における形状はY軸方向に長手方向を有する帯状である。各集束電極16は、平面視においてX軸方向にて互いに隣接する上部電極14の間(X軸方向に互いに隣接している素子の各上部電極の間であって、各上部電極の斜め上方、即ち、電子放出方向に僅かに離間した位置)に形成されている。総ての集束電極16は、図示しない導体からなる層により互いに接続され、同電位に維持されるようになっている。   The focusing electrode 16 is made of a conductive material (here, silver), and is formed in a layer shape on the insulating layer 15. As shown in FIG. 3, the shape of each focusing electrode 16 in plan view is a strip shape having a longitudinal direction in the Y-axis direction. Each focusing electrode 16 is located between upper electrodes 14 adjacent to each other in the X-axis direction in plan view (between upper electrodes of elements adjacent to each other in the X-axis direction, obliquely above each upper electrode, That is, it is formed at a position slightly separated in the electron emission direction. All the focusing electrodes 16 are connected to each other by a layer made of a conductor (not shown) and are maintained at the same potential.

なお、図1及び図3において、符合16−1、16−2及び16−3が付された集束電極16は、便宜上、第1集束電極、第2集束電極及び第3集束電極とそれぞれ称呼される。この称呼方法を利用すると、第2集束電極16−2は第1の素子の第1上部電極14−1と第2の素子の第2上部電極14−2との間であって、第1上部電極14−1及び第2上部電極14−2の斜め上方に形成されていると言える。同様に、第3集束電極16−3は第2の素子の第2上部電極14−2と第3の素子の第3上部電極14−3との間であって、第2上部電極14−2及び第3上部電極14−3の斜め上方に形成されていると言える。   In FIGS. 1 and 3, the focusing electrodes 16 denoted by reference numerals 16-1, 16-2, and 16-3 are respectively referred to as a first focusing electrode, a second focusing electrode, and a third focusing electrode for convenience. The Using this naming method, the second focusing electrode 16-2 is between the first upper electrode 14-1 of the first element and the second upper electrode 14-2 of the second element, and the first upper electrode 14-2 It can be said that it is formed obliquely above the electrode 14-1 and the second upper electrode 14-2. Similarly, the third focusing electrode 16-3 is between the second upper electrode 14-2 of the second element and the third upper electrode 14-3 of the third element, and the second upper electrode 14-2. And it can be said that it is formed obliquely above the third upper electrode 14-3.

この電子放出装置は、更に、透明板17、コレクタ電極(コレクタ電極層)18及び蛍光体19を備えている。   The electron emission device further includes a transparent plate 17, a collector electrode (collector electrode layer) 18, and a phosphor 19.

透明板17は、透明な材質(ここでは、ガラス又はアクリル製)からなっていて、上部電極14の上方(Z軸正方向)に所定の距離だけ離れた位置に形成されている。透明板17は、その上面及び下面がエミッタ部13の上面及び上部電極14の上面と平行(X−Y平面内)となるように配設されている。   The transparent plate 17 is made of a transparent material (here, made of glass or acrylic), and is formed at a position above the upper electrode 14 (Z-axis positive direction) by a predetermined distance. The transparent plate 17 is disposed such that the upper and lower surfaces thereof are parallel (within the XY plane) to the upper surface of the emitter section 13 and the upper surface of the upper electrode 14.

コレクタ電極18は、導電性物質(ここでは、透明導電膜,ITO)からなっていて、透明板17の下面全体に層状に形成されている。即ち、コレクタ電極18は、各上部電極14の上部において各上部電極14に対向するように配設されている。   The collector electrode 18 is made of a conductive material (here, transparent conductive film, ITO), and is formed in a layer shape on the entire lower surface of the transparent plate 17. That is, the collector electrode 18 is disposed above the upper electrode 14 so as to face the upper electrode 14.

蛍光体19のそれぞれは、電子の衝突により赤、緑及青色の何れかの光を発するようになっている。各蛍光体19は、平面視において各上部電極14と略同一の形状を備え、各上部電極14と重なる位置に配設されている。図1において、符合19R、19G及び19Bが付された蛍光体19は、赤色、緑色及び青色をそれぞれ発光するようになっている。従って、本例においては、赤色蛍光体19Rは第1上部電極14−1の直上部(Z軸正方向)に位置し、緑色蛍光体19Gは第2上部電極14−2の直上部に位置し、青色蛍光体19Bは第3上部電極14−3の直上部に位置している。なお、エミッタ部13、上部電極14、絶縁層15、集束電極16及び透明板17(コレクタ電極18)により囲まれた空間は略真空(10〜10−6Paが好ましく、より好ましくは10−3〜10−5Pa)に維持されている。 Each of the phosphors 19 emits red, green, or blue light by electron collision. Each phosphor 19 has substantially the same shape as each upper electrode 14 in a plan view, and is disposed at a position overlapping each upper electrode 14. In FIG. 1, the phosphors 19 denoted by reference numerals 19R, 19G, and 19B emit red, green, and blue, respectively. Accordingly, in this example, the red phosphor 19R is located immediately above the first upper electrode 14-1 (Z-axis positive direction), and the green phosphor 19G is located immediately above the second upper electrode 14-2. The blue phosphor 19B is located immediately above the third upper electrode 14-3. The space surrounded by the emitter section 13, the upper electrode 14, the insulating layer 15, the focusing electrode 16 and the transparent plate 17 (collector electrode 18) is preferably substantially vacuum (10 2 to 10 −6 Pa, more preferably 10 −. 3 to 10 −5 Pa).

換言すると、透明板17及びコレクタ電極18は、図示しない電子放出装置の側壁部とともに密閉空間を形成する空間形成部材を構成している。そして、この密閉空間は略真空に維持されている。従って、電子放出装置の素子(少なくとも各素子のエミッタ部13の上部と上部電極14)は、空間形成部材により略真空状態に維持されている密閉空間内に配置されていることになる。   In other words, the transparent plate 17 and the collector electrode 18 constitute a space forming member that forms a sealed space together with a side wall portion of an electron emission device (not shown). The sealed space is maintained in a substantially vacuum. Therefore, the elements of the electron emission device (at least the upper part of the emitter portion 13 and the upper electrode 14 of each element) are arranged in a sealed space maintained in a substantially vacuum state by the space forming member.

電源30は、後に詳述するように、商用電源に基づいて電源電圧である駆動電圧Vinを発生するようになっている。電源30は、保護抵抗20を介して各上部電極14に接続されるとともに各下部電極12に接続されている。なお、各上部電極14と保護抵抗20とを電子放出部EPと称呼する。従って、電源30は駆動電圧Vinを電子放出部EP(電子放出部EPの両端)に印加するようになっている。   As will be described in detail later, the power supply 30 generates a drive voltage Vin that is a power supply voltage based on a commercial power supply. The power supply 30 is connected to each upper electrode 14 through the protective resistor 20 and to each lower electrode 12. Each upper electrode 14 and the protective resistor 20 are referred to as an electron emission portion EP. Therefore, the power supply 30 applies the driving voltage Vin to the electron emission portion EP (both ends of the electron emission portion EP).

集束電極電位付与回路40は、集束電極16に接続されていて、集束電極16に一定の負の電位(電圧)Vsを常に付与するようになっている。   The focusing electrode potential application circuit 40 is connected to the focusing electrode 16 and always applies a constant negative potential (voltage) Vs to the focusing electrode 16.

コレクタ電圧付与回路50は、コレクタ電極18に所定の電圧(コレクタ電圧)を付与するための回路であって、抵抗(保護抵抗、コレクタ抵抗)51と、スイッチング素子52と、一定の電圧Vcを発生する定電圧源53と、スイッチ制御回路54とを備えている。抵抗51の一端はコレクタ電極18に接続されている。抵抗51の他端はスイッチング素子52の固定接続点に接続されている。スイッチング素子52は、MOS−FETなどの半導体素子であり、スイッチ制御回路54と接続されている。   The collector voltage application circuit 50 is a circuit for applying a predetermined voltage (collector voltage) to the collector electrode 18, and generates a resistor (protection resistance, collector resistance) 51, a switching element 52, and a constant voltage Vc. And a switch control circuit 54. One end of the resistor 51 is connected to the collector electrode 18. The other end of the resistor 51 is connected to a fixed connection point of the switching element 52. The switching element 52 is a semiconductor element such as a MOS-FET and is connected to the switch control circuit 54.

スイッチング素子52は、前記固定接続点に加え、二つの切換点を備えている。スイッチング素子52は、スイッチ制御回路54からの指示信号に応じて二つの切換点の何れか一つと固定接続点とを選択的に接続するようになっている。この二つの切換点の一つは接地され、他の一つは定電圧源53の陽極と接続されている。定電圧源53の陰極は接地されている。スイッチ制御回路54は、電源30と接続されていて、電源電圧に基づいてスイッチング素子52の切換制御を行うようになっている。   The switching element 52 includes two switching points in addition to the fixed connection point. The switching element 52 selectively connects one of the two switching points and the fixed connection point in response to an instruction signal from the switch control circuit 54. One of the two switching points is grounded, and the other is connected to the anode of the constant voltage source 53. The cathode of the constant voltage source 53 is grounded. The switch control circuit 54 is connected to the power supply 30 and performs switching control of the switching element 52 based on the power supply voltage.

(電子放出の原理及び作動)
次に、上記のように構成された電子放出装置の電子放出に関する作動原理について一つの素子に着目して説明する。以下においては、説明を簡単にするため、電源30が発生する駆動電圧Vinは第1実施形態の駆動電圧Vinと相違する矩形波となっている。
(Principle and operation of electron emission)
Next, the operation principle regarding the electron emission of the electron emission device configured as described above will be described focusing on one element. In the following, for simplicity of explanation, the drive voltage Vin generated by the power supply 30 is a rectangular wave different from the drive voltage Vin of the first embodiment.

先ず、図6に示したように、下部電極12の電位を基準とした下部電極12と上部電極14の実際の電位差Vka(即ち、素子端電圧Vka)が正の所定電圧Vpに維持され、エミッタ部13の電子が総て放出した直後であって、電子がエミッタ部13に蓄積されていない状態から説明を開始する。このとき、エミッタ部13の双極子の負極はエミッタ部13の上面(Z軸正方向、即ち、上部電極14側)に向いた状態となっている。この状態は、図7に示したグラフ上の点p1の状態である。図7のグラフは、横軸に素子端電圧Vkaをとり、縦軸に上部電極14近傍部分の電荷Qをとったグラフである。このグラフは、電子放出素子10の分極−素子端電圧特性(Q−V特性)を表している。   First, as shown in FIG. 6, the actual potential difference Vka between the lower electrode 12 and the upper electrode 14 with respect to the potential of the lower electrode 12 (that is, the element end voltage Vka) is maintained at a predetermined positive voltage Vp. The description starts from a state immediately after all the electrons in the section 13 are emitted and no electrons are accumulated in the emitter section 13. At this time, the negative pole of the dipole of the emitter section 13 is in a state facing the upper surface of the emitter section 13 (Z-axis positive direction, that is, the upper electrode 14 side). This state is the state of the point p1 on the graph shown in FIG. The graph of FIG. 7 is a graph in which the element end voltage Vka is taken on the horizontal axis, and the charge Q in the vicinity of the upper electrode 14 is taken on the vertical axis. This graph represents the polarization-element end voltage characteristics (QV characteristics) of the electron-emitting device 10.

この状態において、電源は、図8の時刻t7に示したように、駆動電圧Vinを負の所定電圧である第1電圧Vmに向けて減少させる。これにより、素子端電圧Vkaは図7の点p2を経由して点p3に向けて減少する。そして、素子端電圧Vkaが図7に示した負の抗電界電圧Vaの近傍の電圧になると、エミッタ部13の双極子の向きが反転し始める。即ち、図9に示したように、分極反転(負側分極反転)が開始する。この分極反転により、エミッタ部13の上面と、上部電極14と、これらの周囲の媒質(この場合、真空)との接触箇所(トリプルジャンクション)及び/又は微細貫通孔14aを形成している上部電極14の先端部分において電界が大きくなり(電界集中が発生し)、図10に示したように、上部電極14からエミッタ部13に向けて電子が供給され始める。この場合、微細貫通孔14aの周部がエミッタ部13(エミッタ部13の上面)から所定距離だけ離間しているので、微細貫通孔14a周部の先端部における電界集中が大きくなり、同先端部からエミッタ部13に向けて供給される電子の量(供給電子量)を多くすることができる。また、トリプルジャンクションにおいて、上部電極14とエミッタ部13の上面とがなす角度が90°より小さくなるから、電界集中がより顕著になって供給電子量が増加する。   In this state, the power supply decreases the drive voltage Vin toward the first voltage Vm, which is a negative predetermined voltage, as shown at time t7 in FIG. As a result, the element end voltage Vka decreases toward the point p3 via the point p2 in FIG. Then, when the element end voltage Vka becomes a voltage in the vicinity of the negative coercive electric field voltage Va shown in FIG. 7, the direction of the dipole of the emitter section 13 starts to be reversed. That is, as shown in FIG. 9, polarization reversal (negative side polarization reversal) starts. Due to this polarization inversion, the upper surface of the emitter 13, the upper electrode 14, and the contact portion (triple junction) between the surrounding medium (in this case, vacuum) and / or the fine through hole 14 a are formed. The electric field is increased at the tip portion of 14 (electric field concentration occurs), and electrons are supplied from the upper electrode 14 toward the emitter section 13 as shown in FIG. In this case, since the peripheral part of the fine through hole 14a is separated from the emitter part 13 (the upper surface of the emitter part 13) by a predetermined distance, the electric field concentration at the tip part of the fine through hole 14a is large, and the tip part The amount of electrons supplied from the emitter toward the emitter section 13 (amount of supplied electrons) can be increased. Further, in the triple junction, the angle formed by the upper electrode 14 and the upper surface of the emitter section 13 is smaller than 90 °, so that the electric field concentration becomes more conspicuous and the amount of supplied electrons increases.

この供給された電子は、主としてエミッタ部13の上部であって上部電極14の微細貫通孔14aから露呈している部分の近傍及び微細貫通孔14aを形成している上部電極14の端部近傍(以下、単に「微細貫通孔14a近傍」とも言う。)に蓄積される。その後、所定の時間が経過して図8の時刻t9にて負側分極反転が完了すると、素子端電圧Vkaは負の所定電圧(第1電圧)Vmに向けて急激に変化し、時刻t10にて負の所定電圧Vmとなる。この結果、電子の蓄積が完了する(電子の蓄積飽和状態に至る)。この状態が、図7の点p4の状態である。   The supplied electrons are mainly in the upper part of the emitter portion 13, in the vicinity of the portion exposed from the fine through hole 14 a of the upper electrode 14, and in the vicinity of the end portion of the upper electrode 14 forming the fine through hole 14 a ( Hereinafter, it is also simply referred to as “in the vicinity of the fine through hole 14a”). Thereafter, when the predetermined time elapses and the negative side polarization reversal is completed at time t9 in FIG. 8, the element end voltage Vka rapidly changes toward the negative predetermined voltage (first voltage) Vm, and at time t10. Negative predetermined voltage Vm. As a result, the accumulation of electrons is completed (the electron accumulation saturation state is reached). This state is the state at point p4 in FIG.

次に、電源は、図8に示した時刻t11にて、駆動電圧Vinを正の所定電圧である第2電圧Vpに変更する。これにより、素子端電圧Vkaは増大し始める。このとき、素子端電圧Vkaが図7の点p5に対応する正の抗電界電圧Vdより僅かに小さい電圧Vb(点p6)に到達するまでは、図11に示したように、エミッタ部13の帯電状態が維持される。その後、素子端電圧Vkaは図8に示した時刻t13にて正の抗電界電圧Vdの近傍の電圧に到達する。これにより、双極子の負極がエミッタ部13の上面側に向き始める。即ち、図12に示したように、分極が再び反転する(正側分極反転が開始する)。この状態が図7の点p5近傍の状態である。   Next, the power supply changes the drive voltage Vin to the second voltage Vp, which is a positive predetermined voltage, at time t11 shown in FIG. Thereby, the element end voltage Vka begins to increase. At this time, until the element end voltage Vka reaches the voltage Vb (point p6) slightly smaller than the positive coercive electric field voltage Vd corresponding to the point p5 in FIG. 7, as shown in FIG. The charged state is maintained. Thereafter, the element end voltage Vka reaches a voltage in the vicinity of the positive coercive electric field voltage Vd at time t13 shown in FIG. As a result, the negative pole of the dipole starts to face the upper surface side of the emitter section 13. That is, as shown in FIG. 12, the polarization is reversed again (positive-side polarization reversal starts). This state is a state near the point p5 in FIG.

その後、図8の時刻t14にて正側分極反転が完了する時点の近傍の時点になると、負極がエミッタ部13の上面側に反転した双極子の数が多くなる。この結果、図13に示したように、クーロンの反発力により微細貫通孔14aの近傍に蓄積されていた電子が微細貫通孔14aを通って上方(Z軸正方向)に放出され始める。   Thereafter, at a time near the time when the positive-side polarization reversal is completed at time t14 in FIG. 8, the number of dipoles in which the negative electrode is reversed to the upper surface side of the emitter section 13 increases. As a result, as shown in FIG. 13, the electrons accumulated in the vicinity of the fine through hole 14a are started to be released upward (Z-axis positive direction) through the fine through hole 14a due to the repulsive force of Coulomb.

そして、図8の時刻t14にて正側分極反転が完了すると、素子端電圧Vkaは急激に増大を開始し、電子が活発に放出される。次いで、時刻t16になると電子の放出は完了し、素子端電圧Vkaは第2電圧Vpに到達する。この結果、エミッタ部13の状態は図6に示した当初の状態(図7の点p1の状態)に復帰する。以上が、電子の蓄積(消灯)及び放出(点灯・発光)に係る一連の作動原理である。   When the positive-side polarization inversion is completed at time t14 in FIG. 8, the element end voltage Vka starts to increase rapidly, and electrons are actively emitted. Next, at time t16, the electron emission is completed, and the element end voltage Vka reaches the second voltage Vp. As a result, the state of the emitter section 13 returns to the initial state shown in FIG. 6 (the state at the point p1 in FIG. 7). The above is a series of operating principles relating to accumulation (extinguishing) and emission (lighting / light emission) of electrons.

ところで、電子が上部電極14の微細貫通孔14aを通して放出されるとき、図14に示したように、電子は次第に広がりながら(コーン状に)Z軸正方向に進行する。この結果、従来の装置においては、一つの上部電極14(例えば、第2上部電極14−2)から放出された電子が、その上部電極14の直上に存在する蛍光体(例えば、緑色蛍光体19G)に到達するのみでなく、隣接する蛍光体(赤色蛍光体19R及び青色蛍光体19B)にも到達してしまう場合があった。このような状態が発生すると、色純度が低下して画像の鮮明さが低下する。   By the way, when electrons are emitted through the fine through holes 14a of the upper electrode 14, as shown in FIG. 14, the electrons gradually spread (cone shape) and travel in the positive direction of the Z axis. As a result, in the conventional apparatus, the electrons emitted from one upper electrode 14 (for example, the second upper electrode 14-2) are phosphors (for example, the green phosphor 19G) that exist immediately above the upper electrode 14. ) As well as adjacent phosphors (red phosphor 19R and blue phosphor 19B). When such a state occurs, the color purity decreases and the sharpness of the image decreases.

これに対し、本実施形態に係る電子放出素子10は負の電位が付与される集束電極16を備えている。この集束電極16は、隣接する上部電極14の間(隣接する素子の各上部電極の間)であって、上部電極14よりも若干だけ上方の位置に配設されている。従って、図15に示したように、上部電極14の微細貫通孔14aから放出された電子は、集束電極16によりもたらされる電界によって広がることなく実質的に直上方向に放出される。   On the other hand, the electron-emitting device 10 according to this embodiment includes a focusing electrode 16 to which a negative potential is applied. The focusing electrode 16 is disposed between the adjacent upper electrodes 14 (between the upper electrodes of the adjacent elements) and slightly above the upper electrode 14. Therefore, as shown in FIG. 15, the electrons emitted from the fine through holes 14 a of the upper electrode 14 are emitted in a substantially upward direction without spreading due to the electric field provided by the focusing electrode 16.

この結果、第1上部電極14−1から放出された電子は赤色蛍光体19Rのみに到達し、第2上部電極14−2から放出された電子は緑色蛍光体19Gのみに到達し、第3上部電極14−3から放出された電子は青色蛍光体19Bのみに到達する。従って、ディスプレイの色純度が低下することなく、より鮮明な画像を得ることができる。   As a result, the electrons emitted from the first upper electrode 14-1 reach only the red phosphor 19R, the electrons emitted from the second upper electrode 14-2 reach only the green phosphor 19G, and the third upper electrode Electrons emitted from the electrode 14-3 reach only the blue phosphor 19B. Therefore, a clearer image can be obtained without lowering the color purity of the display.

(不要な電子放出及び推定理由)
上述したような作動を行う電子放出装置においては、図8に示したコレクタ電流(コレクタ電極に単位時間あたりに到達する電子の量)から理解されるように、時刻t14近傍にて電子放出が始まり、時刻t15にて単位時間あたりの電子放出量が最大となり、時刻t16にて電子放出が完了する。即ち、この期間において、正規の発光が行われる。しかしながら、発明者が実験したところ、以下に述べるように予定していない発光(不要な電子放出)が生じることが判明した。
(Unnecessary electron emission and estimation reason)
In the electron emission device that operates as described above, as will be understood from the collector current shown in FIG. 8 (the amount of electrons that reach the collector electrode per unit time), the electron emission starts near time t14. The amount of electron emission per unit time becomes maximum at time t15, and electron emission is completed at time t16. That is, regular light emission is performed during this period. However, as a result of experiments conducted by the inventor, it has been found that unintended light emission (unnecessary electron emission) occurs as described below.

(1)正常発光
先ず、駆動電圧Vinを矩形波状に変化させたときに正常な電子放出(発光)が行われた場合の駆動電圧Vin、素子端電圧Vka、素子電流Ik及び光出力APDの変化について、再度、図16を参照しながら説明する。なお、素子電流Ikは、下部電極12と上部電極14との間のエミッタ部13を流れる電流である。光出力APDは発せられた光をアバランシェ・フォト・ダイオードによって電流に変換した値であり、図においては負の値で表されている。
(1) Normal light emission First, changes in the drive voltage Vin, device end voltage Vka, device current Ik, and optical output APD when normal electron emission (light emission) is performed when the drive voltage Vin is changed to a rectangular wave shape. Will be described again with reference to FIG. The element current Ik is a current that flows through the emitter section 13 between the lower electrode 12 and the upper electrode 14. The light output APD is a value obtained by converting emitted light into a current by an avalanche photodiode, and is represented by a negative value in the figure.

図16に示したように、駆動電圧Vinが時刻t1にて急峻に立ち上げられて、負の所定電圧である第1電圧Vmから正の所定電圧である第2電圧Vpへと変化すると、エミッタ部13に大きな突入電流が流れる。従って、素子電流Ikは時刻t1直後にピークを迎え、その後、比較的速やかに0に到る。一方、時刻t1直後の時刻t2〜時刻t3において正側分極反転が発生するから、素子端電圧Vkaは時刻t1から時刻t2まで急激に増大した後、時刻t3まで緩やかに増大する。そして、素子端電圧Vkaは、時刻t3にて正側分極反転が終了すると(正の抗電界電圧を超えると)時刻t4までの期間において増大し、時刻t4以降において駆動電圧Vinの第2電圧Vpと一致する電圧となる。この場合、光出力APDから理解されるように、電子の放出(発光)は時刻t3近傍から開始して時刻t4の直前にて最大となり、その後停止する。   As shown in FIG. 16, when the drive voltage Vin rises steeply at time t1 and changes from the first negative voltage Vm, which is a negative predetermined voltage, to the second positive voltage Vp, which is a positive predetermined voltage, the emitter A large inrush current flows through the portion 13. Therefore, the device current Ik reaches a peak immediately after the time t1, and then reaches 0 relatively quickly. On the other hand, since the positive side polarization reversal occurs at time t2 to time t3 immediately after time t1, the element end voltage Vka increases rapidly from time t1 to time t2 and then gradually increases until time t3. The element end voltage Vka increases in the period up to time t4 when positive side polarization reversal ends at time t3 (exceeds the positive coercive electric field voltage), and after time t4, the second voltage Vp of the drive voltage Vin. The voltage is consistent with In this case, as can be understood from the light output APD, the emission (light emission) of electrons starts near time t3, reaches a maximum just before time t4, and then stops.

次いで、駆動電圧Vinが時刻t5にて急峻に立ち下げられて、正の所定電圧である第2電圧Vpから負の所定電圧である第1電圧Vmへと変化すると、エミッタ部13に負の大きな突入電流が流れる。従って、素子電流Ikは時刻t5直後にピークを迎える。一方、時刻t5直後の時刻t6〜時刻t7において負側分極反転が発生するから、素子端電圧Vkaは時刻t5から時刻t6まで比較的急激に減少した後、時刻t7まで略一定となる。そして、素子端電圧Vkaは、時刻t7にて負側分極反転が終了すると(負の抗電界電圧を超えると)時刻t8までの期間において急激に減少し、時刻t8以降において駆動電圧Vinの第1電圧Vmと一致する電圧となる。また、素子電流Ikは、時刻t5から時刻t6までの間に急激に0に近づき、その後、時刻t7まで略一定の値となり、時刻t7〜時刻t8において再び急激に0に近づく。図16から理解されるように、時刻t5から時刻t8の間に電子は放出されない。   Next, when the drive voltage Vin sharply falls at time t5 and changes from the second voltage Vp, which is a positive predetermined voltage, to the first voltage Vm, which is a negative predetermined voltage, a large negative voltage is generated in the emitter section 13. Inrush current flows. Therefore, the device current Ik reaches a peak immediately after time t5. On the other hand, since negative polarization reversal occurs from time t6 to time t7 immediately after time t5, the element end voltage Vka decreases relatively rapidly from time t5 to time t6 and then becomes substantially constant from time t7. When the negative side polarization reversal ends at time t7 (exceeds the negative coercive electric field voltage), the element end voltage Vka rapidly decreases in the period up to time t8, and after the time t8, the first end of the drive voltage Vin. The voltage coincides with the voltage Vm. Further, the element current Ik suddenly approaches 0 from time t5 to time t6, and then becomes a substantially constant value until time t7, and suddenly approaches 0 again from time t7 to time t8. As understood from FIG. 16, no electrons are emitted between time t5 and time t8.

(2)異常な発光(不要な時点での電子放出及び過度の電子放出)
次に、駆動電圧Vinを矩形波状に変化させたとき、どのような時点にて不要な電子放出(電子放出量が過大になる場合も含む。)が発生するかについて説明する。
(2) Abnormal light emission (electron emission at unnecessary time and excessive electron emission)
Next, it will be described at what point in time unnecessary electron emission (including the case where the amount of electron emission becomes excessive) occurs when the drive voltage Vin is changed to a rectangular wave shape.

このような不要な電子放出は、主として次に述べる4つの時点にて生じる。
(A)駆動電圧Vinを負の所定電圧である第1電圧Vm(或いは、後述する素子の非選択中に印加される中間電圧と等しい第3電圧Vn)から正の所定電圧である第2電圧Vpに変更した時点(即ち、電子放出を開始するために駆動電圧Vinを立ち上げた時点であり、図8の時刻t1,t11及び図16の時刻t1)の直後に不要な電子放出が発生する(図17の領域A1を参照。)。これは、駆動電圧Vinが急変することに伴って、上部電極14と下部電極12との間(即ち、エミッタ部13)に大きな突入電流が流れる(素子電流Ikの大きさが過大になる)ことに起因すると推定される。
Such unnecessary electron emission mainly occurs at the following four points.
(A) A second voltage that is a positive predetermined voltage from a first voltage Vm that is a negative predetermined voltage (or a third voltage Vn that is equal to an intermediate voltage applied during non-selection of an element to be described later) as a drive voltage Vin. Unnecessary electron emission occurs immediately after the time of change to Vp (that is, the time when the drive voltage Vin is raised to start electron emission, time t1, t11 in FIG. 8 and time t1 in FIG. 16). (See region A1 in FIG. 17). This is because a large inrush current flows between the upper electrode 14 and the lower electrode 12 (that is, the emitter section 13) as the drive voltage Vin changes suddenly (the element current Ik becomes excessive). It is estimated that

(B)駆動電圧Vinを正の所定電圧である第2電圧Vpに変更したことに伴って正側分極反転が発生し、その正側分極反転が完了した時点(図8の時刻t14及び図16の時刻t3)の直後に不要な電子放出が発生する(図17の領域A2及び図18を参照。)。これは、エミッタ部13の正側分極反転が完了した時点(正の抗電界電圧を超える時点)の直後に素子端電圧Vkaが急激に変化すること(素子端電圧Vkaの時間的変化率(dVka/dt)の大きさが過大になること)等によるものと推定される。 (B) When the drive voltage Vin is changed to the second voltage Vp which is a positive predetermined voltage, the positive-side polarization inversion occurs and the positive-side polarization inversion is completed (time t14 in FIG. 8 and FIG. 16). Immediately after time t3), unnecessary electron emission occurs (see region A2 in FIG. 17 and FIG. 18). This is because the element end voltage Vka changes abruptly immediately after the positive side polarization reversal of the emitter section 13 is completed (when the positive coercive electric field voltage is exceeded) (time change rate (dVka of the element end voltage Vka)). / Dt) is excessively large).

(C)駆動電圧Vinを正の所定電圧である第2電圧Vpから負の所定電圧である第1電圧Vmに変更した時点(即ち、電子放出開始のために駆動電圧Vinを立ち下げた時点であり、図8の時刻t7,t17及び図16の時刻t5)の直後に不要な電子放出が発生する(図17の領域A3を参照。)。これは、駆動電圧Vinが急変することに伴って、大きな突入電流が流れる(素子電流Ikが過大になる)ことに起因すると推定される。 (C) When the drive voltage Vin is changed from the second voltage Vp, which is a positive predetermined voltage, to the first voltage Vm, which is a negative predetermined voltage (that is, when the drive voltage Vin is lowered to start electron emission). Yes, unnecessary electron emission occurs immediately after time t7, t17 in FIG. 8 and time t5 in FIG. 16 (see region A3 in FIG. 17). This is presumed to be caused by a large inrush current (the element current Ik becomes excessive) as the drive voltage Vin suddenly changes.

(D)駆動電圧Vinを負の所定電圧である第1電圧Vmに変更したことに伴って負側分極反転が発生し、その負側分極反転が完了した時点(図8の時刻t9,t19及び図16の時刻t7)の直後に不要な電子放出が発生する(図17の領域A4及び図19を参照。)。これは、エミッタ部13の負側分極反転が完了した後に素子端電圧Vkaが急激に変化すること(素子端電圧Vkaの時間的変化率(dVka/dt)の大きさが過大になること)等によるものと推定される。 (D) When the drive voltage Vin is changed to the first voltage Vm which is a negative predetermined voltage, the negative side polarization reversal occurs and the negative side polarization reversal is completed (at times t9, t19 and FIG. 8). Immediately after time t7) in FIG. 16, unnecessary electron emission occurs (see region A4 in FIG. 17 and FIG. 19). This is because the element end voltage Vka changes abruptly after the negative polarization inversion of the emitter section 13 is completed (the time change rate (dVka / dt) of the element end voltage Vka becomes excessive). It is estimated that

発明者は、以上の知見に基づき、実験を重ねたところ、電子を放出させる際に駆動電圧Vinを矩形波状に変化させるのではなく徐々に増大させると、異常な電子放出ができるという結論を得た。即ち、電子放出を行うために駆動電圧Vinを増大させる際、駆動電圧Vinの電圧変化率を小さくするほど素子電流Ikのピーク(最大値)が小さくなり、特に、素子端電圧Vkaの変化が駆動電圧Vinの変化に追従するように駆動電圧Vinの電圧変化率を設定すると、素子電流Ikのピークが効果的に小さくなって、異常な電子放出を回避することができることが確認された。   Based on the above knowledge, the inventor repeated experiments and obtained a conclusion that abnormal electrons can be emitted when the drive voltage Vin is gradually increased instead of being changed into a rectangular wave when electrons are emitted. It was. That is, when the drive voltage Vin is increased to emit electrons, the peak (maximum value) of the device current Ik decreases as the voltage change rate of the drive voltage Vin decreases, and in particular, the change in the device end voltage Vka is driven. It was confirmed that when the voltage change rate of the drive voltage Vin is set so as to follow the change of the voltage Vin, the peak of the device current Ik is effectively reduced, and abnormal electron emission can be avoided.

更に、発明者は、電子をエミッタ部13に蓄積させる際に駆動電圧Vinを徐々に減少させると、異常な電子放出ができるという結論を得た。即ち、電子の蓄積を行うために駆動電圧Vinを減少させる際においても、駆動電圧Vinの電圧変化率の大きさを小さくするほど素子電流Ikのピーク(最大値)が小さくなり、異常な電子放出を回避することができることが確認された。   Furthermore, the inventor has concluded that abnormal electrons can be emitted if the drive voltage Vin is gradually decreased when electrons are accumulated in the emitter section 13. That is, even when the drive voltage Vin is decreased in order to accumulate electrons, the peak (maximum value) of the device current Ik decreases as the voltage change rate of the drive voltage Vin decreases, and abnormal electron emission occurs. It was confirmed that it can be avoided.

(電源の構成及び作動)
第1実施形態に係る電源30は、上述の知見に基づいて構成されたものであり、図20に概念図に示したように、正弦波状に変化する第1電源電圧Vin1及び正弦波状に変化する第2電源電圧Vin2を形成し、これらの電圧をスイッチング素子により適宜切り換えることにより形成される電源電圧(駆動電圧)Vinを電子放出部EPに印加するようになっている。
(Configuration and operation of power supply)
The power supply 30 according to the first embodiment is configured based on the above-described knowledge, and as illustrated in the conceptual diagram of FIG. 20, the first power supply voltage Vin1 that changes in a sine wave shape and the sine wave shape change. A second power supply voltage Vin2 is formed, and a power supply voltage (drive voltage) Vin formed by appropriately switching these voltages with a switching element is applied to the electron emission portion EP.

即ち、電源30は、商用電源CV(AC100V)を変圧器31により変圧(電圧変換)することにより、互いに同期した第1電源電圧Vin1及び第2電源電圧Vin2を生成するようになっている。そして、電源30は、スイッチング素子SWを切換制御して、第1電源電圧Vin1又は第2電源電圧Vin2を電子放出素子10及び保護抵抗20を含む電子放出部EPに印加するようになっている。   That is, the power supply 30 generates the first power supply voltage Vin1 and the second power supply voltage Vin2 that are synchronized with each other by transforming (voltage converting) the commercial power supply CV (AC100V) by the transformer 31. Then, the power supply 30 switches and controls the switching element SW so as to apply the first power supply voltage Vin1 or the second power supply voltage Vin2 to the electron emitting portion EP including the electron emitting element 10 and the protective resistor 20.

より具体的に説明すると、電源30は、図21に示したように、変圧器(単一の変圧器)31、スイッチング素子SWの一つであるダイオード(第1整流素子)32、第1抵抗33、スイッチング素子SWの一つであるサイリスタ(第2整流素子)34、第2抵抗35、第3抵抗(固定又は可変抵抗)36及び第4抵抗37を備えている。   More specifically, as shown in FIG. 21, the power source 30 includes a transformer (single transformer) 31, a diode (first rectifier element) 32 that is one of the switching elements SW, a first resistor. 33, a thyristor (second rectifier element) 34, which is one of the switching elements SW, a second resistor 35, a third resistor (fixed or variable resistor) 36, and a fourth resistor 37.

変圧器31は、一次巻線31aと二次巻線31bとを備えている。一次巻線31aの両端の端子は、それぞれ端子T1及び端子T2と称呼される。二次巻線31bには、二次巻線31b上に所定の間隔を有しながら配設された複数の端子T3〜T8が順に設けられている。端子T3は二次巻線31bの下端の端子である。端子T8は二次巻線31bの上端の端子である。   The transformer 31 includes a primary winding 31a and a secondary winding 31b. Terminals at both ends of the primary winding 31a are referred to as a terminal T1 and a terminal T2, respectively. The secondary winding 31b is provided with a plurality of terminals T3 to T8 arranged in order on the secondary winding 31b with a predetermined interval. The terminal T3 is a terminal at the lower end of the secondary winding 31b. The terminal T8 is a terminal at the upper end of the secondary winding 31b.

変圧器31は、一次巻線31aの両端の端子T1,T2に印加される交流電圧を電磁誘導効果により所定の変圧比(ここでは、2.1倍)で変圧した電圧を二次巻線31bの両端の端子T8〜T3間に発生するようになっている。一次巻線31aの両端の端子T1,T2は、交流電源である商用電源(例えば、日本国内では、AC100(V),60Hz又は50Hzの電源)に接続されている。端子T1及び端子T2は、商用電源のAC100V(−)及びAC100V(+)にそれぞれ接続されている。   The transformer 31 converts a voltage obtained by transforming an AC voltage applied to the terminals T1 and T2 at both ends of the primary winding 31a with a predetermined transformation ratio (here, 2.1 times) by the electromagnetic induction effect into the secondary winding 31b. Between both terminals T8 to T3. Terminals T1 and T2 at both ends of the primary winding 31a are connected to a commercial power source that is an AC power source (for example, a power source of AC 100 (V), 60 Hz, or 50 Hz in Japan). The terminals T1 and T2 are connected to commercial power sources AC100V (−) and AC100V (+), respectively.

従って、二次巻線31bの端子T8には、端子T3を基準電圧0(V)として正弦波状に変化する210(V)(振幅=約297V)の交流電圧が発生せしめられる。なお、端子T8に生成されるこの210(V)の交流電圧を、単に「AC210(V)」と称呼する。他の端子に現れる電圧にも、同様の称呼方法を適用する。   Accordingly, an AC voltage of 210 (V) (amplitude = about 297 V) that changes in a sine wave shape with the terminal T3 as the reference voltage 0 (V) is generated at the terminal T8 of the secondary winding 31b. The 210 (V) AC voltage generated at the terminal T8 is simply referred to as “AC210 (V)”. The same naming method is applied to voltages appearing at other terminals.

この結果、二次巻線31bの端子T4,T5,T6及びT7には、端子T3を基準電圧として28,39,50及び175Vの交流電圧がそれぞれ発生する。なお、説明の便宜上、端子T8の位置は二次巻線31bの第1の位置と称呼され、端子T6の位置は二次巻線31bの第2の位置及び第3の位置と称呼され、端子T5の位置は二次巻線31bの第4の位置と称呼される。   As a result, AC voltages of 28, 39, 50, and 175 V are generated at terminals T4, T5, T6, and T7 of the secondary winding 31b using the terminal T3 as a reference voltage, respectively. For convenience of explanation, the position of the terminal T8 is referred to as a first position of the secondary winding 31b, and the position of the terminal T6 is referred to as a second position and a third position of the secondary winding 31b. The position of T5 is referred to as the fourth position of the secondary winding 31b.

端子T8は、接続線L1によりダイオード32のアノードAと接続されている。ダイオード32のカソードKは、接続線L1に直列に挿入された第1抵抗33を介して点P1に接続されている。点P1は保護抵抗20を介して電子放出素子10の上部電極14と接続されている。上述したように、電子放出素子10と保護抵抗20とは電子放出部EPを構成している。従って、点P1は、電子放出部EPの上部電極14側に接続されていると云うことができる。   The terminal T8 is connected to the anode A of the diode 32 by the connection line L1. The cathode K of the diode 32 is connected to the point P1 via a first resistor 33 inserted in series with the connection line L1. The point P <b> 1 is connected to the upper electrode 14 of the electron emitter 10 through the protective resistor 20. As described above, the electron emitter 10 and the protective resistor 20 constitute an electron emitter EP. Therefore, it can be said that the point P1 is connected to the upper electrode 14 side of the electron emission portion EP.

端子T6は、接続線L2によりサイリスタ34のカソードKと接続されている。サイリスタ34のアノードAは、接続線L2に直列に挿入された第2抵抗35を介して点P1に接続されている。   The terminal T6 is connected to the cathode K of the thyristor 34 by a connection line L2. The anode A of the thyristor 34 is connected to the point P1 through a second resistor 35 inserted in series with the connection line L2.

端子T5は、第4抵抗37を介してサイリスタ34のゲートGと接続されている。サイリスタ34のカソードKと端子T6の間の点P2は、第4抵抗37とサイリスタ34のゲートGとの間の点P3に、第3抵抗36を介して接続されている。従って、点P3の電位は、端子T6の電位と端子T5の電位を、第3抵抗36及び第4抵抗37からなる分圧回路BCにより分圧した電位となる。   The terminal T5 is connected to the gate G of the thyristor 34 via the fourth resistor 37. A point P2 between the cathode K of the thyristor 34 and the terminal T6 is connected via a third resistor 36 to a point P3 between the fourth resistor 37 and the gate G of the thyristor 34. Therefore, the potential at the point P3 is a potential obtained by dividing the potential at the terminal T6 and the potential at the terminal T5 by the voltage dividing circuit BC including the third resistor 36 and the fourth resistor 37.

これにより、サイリスタ34のゲートGには、端子T6(二次巻線31bの第3の位置)に現れる交流電圧と端子T5(二次巻線31bの第4の位置)に現れる交流電圧との差の電圧に比例した電圧が印加される。サイリスタ34は、ゲートGの電位がカソードKの電位に対して所定閾値電圧(例えば、0.6(V))以上大きくなるとゲートを開き(以下、「サイリスタゲートがオンする」とも云う。)、この状態においてアノードAとカソードKとの間が順方向にバイアスされたときに導通する(順方向電流を通過せしめる)。   Thereby, the gate G of the thyristor 34 has an AC voltage appearing at the terminal T6 (third position of the secondary winding 31b) and an AC voltage appearing at the terminal T5 (fourth position of the secondary winding 31b). A voltage proportional to the difference voltage is applied. The thyristor 34 opens the gate when the potential of the gate G becomes larger than the potential of the cathode K by a predetermined threshold voltage (for example, 0.6 (V)) (hereinafter also referred to as “the thyristor gate is turned on”). In this state, the anode A and the cathode K conduct when forward biased (pass the forward current).

端子T3の位置は、便宜上、二次巻線31bの基準位置とも称呼される。端子T3は、基準接続線である接続線L3により電子放出素子10の下部電極12(電子放出部EPの下部電極12側)に接続されている。   The position of the terminal T3 is also referred to as a reference position of the secondary winding 31b for convenience. The terminal T3 is connected to the lower electrode 12 of the electron-emitting device 10 (the lower electrode 12 side of the electron-emitting portion EP) by a connection line L3 that is a reference connection line.

次に、上記のように構成された電源30の作動について図21乃至図23を参照しながら説明する。なお、以下において、電源電圧(駆動電圧Vin)は、基準接続線L3(端子T3の電位)を基準の電位としたときの点P1の電位(電源電圧=点P1の電位−端子T3の電位)と定義する。また、図22の(A)において、実線の曲線CL1は電源電圧、破線の曲線CL2は素子端電圧、一点鎖線の曲線CL3は端子T8に現れる大側の交流電圧AC210(V)、二点鎖線の曲線CL4は端子T6に現れる小側の交流電圧AC50(V)をそれぞれ示している。更に、図22の(B)の曲線CL5は放出電子電流を示している。放出電子電流は、電子放出素子10からの電子放出によりコレクタ電極18を流れる電流である。つまり、放出電子電流は、電子の単位時間当たりの放出量(電子放出量)を示す。   Next, the operation of the power supply 30 configured as described above will be described with reference to FIGS. In the following, the power supply voltage (drive voltage Vin) is the potential at the point P1 when the reference connection line L3 (the potential at the terminal T3) is the reference potential (power supply voltage = the potential at the point P1−the potential at the terminal T3). It is defined as In FIG. 22A, a solid curve CL1 is a power supply voltage, a broken curve CL2 is an element end voltage, a dashed-dotted curve CL3 is a large AC voltage AC210 (V) appearing at a terminal T8, and a two-dot chain line. Curve CL4 in FIG. 4 shows the small-side AC voltage AC50 (V) appearing at the terminal T6. Further, a curve CL5 in FIG. 22B shows the emission electron current. The emitted electron current is a current that flows through the collector electrode 18 due to electron emission from the electron-emitting device 10. That is, the emission electron current indicates the amount of electrons emitted per unit time (electron emission amount).

先ず、時刻t1においてエミッタ部13の上部近傍に電子が蓄積されている状態にあると仮定する。また、時刻t1において、端子T8及び端子T6に現れているAC210(V)及びAC50(V)は、ともに0(V)であると仮定する。従って、AC210(V)及びAC50(V)は、時刻t1以降において0(V)から正弦波状に徐々に増大する。   First, it is assumed that electrons are accumulated near the upper portion of the emitter section 13 at time t1. Further, it is assumed that AC210 (V) and AC50 (V) appearing at the terminals T8 and T6 at time t1 are both 0 (V). Accordingly, AC 210 (V) and AC 50 (V) gradually increase from 0 (V) in a sinusoidal manner after time t1.

このとき、素子端電圧Vkaは、0(V)近傍の負の電圧となっている。従って、時刻t1直後において、端子T8の電位は電子放出素子10の上部電極14の電位よりも高いから、ダイオード32は順方向にバイアスされる。これにより、ダイオード32は順方向電流I1の通過を許容する。この結果、点P1には端子T8の電位(端子T8に現れている交流電圧であるAC210(V)の電圧)が付与される。即ち、電子放出部EPの上部電極14側にAC210(V)が付与される(電子放出部EPにAC210(V)が印加される。)。   At this time, the element end voltage Vka is a negative voltage near 0 (V). Therefore, immediately after time t1, the potential of the terminal T8 is higher than the potential of the upper electrode 14 of the electron-emitting device 10, so that the diode 32 is biased in the forward direction. As a result, the diode 32 allows the forward current I1 to pass. As a result, the potential of the terminal T8 (the voltage of AC210 (V) that is an AC voltage appearing at the terminal T8) is applied to the point P1. That is, AC210 (V) is applied to the upper electrode 14 side of the electron emission portion EP (AC210 (V) is applied to the electron emission portion EP).

これにより、端子T8から第1接続線L1を介して電子放出部EPへ向い、更に、電子放出部EPから端子T3に向う電流が流れる。この結果、素子端電圧VkaはAC210(V)に追従するように徐々に増大して行く。従って、前述した正側分極反転が発生し、電子が上部電極14の微細貫通孔14aを通して放出される。   As a result, a current flows from the terminal T8 to the electron emission portion EP via the first connection line L1, and further flows from the electron emission portion EP to the terminal T3. As a result, the element end voltage Vka gradually increases so as to follow AC210 (V). Therefore, the positive polarization inversion described above occurs, and electrons are emitted through the fine through hole 14 a of the upper electrode 14.

その後、時刻t2になると、保護抵抗20及び電子放出素子10に流れる電流の大きさは極めて小さくなる。この結果、時刻t2以降、素子端電圧VkaはAC210(V)と略一致するように変化する。   Thereafter, at time t2, the magnitude of the current flowing through the protective resistor 20 and the electron-emitting device 10 becomes extremely small. As a result, after the time t2, the element end voltage Vka changes so as to substantially coincide with AC210 (V).

時刻t2から更に時間が経過して時刻t3になると、AC210(V)は正側のピーク(振幅と同じ大きさの最大値)となる。従って、時刻t3以降においては、点P1の電位(電子放出部EPの上部電極14側の電位)が端子T8の電位より高くなるので、ダイオード32は逆方向にバイアスされる。このため、ダイオード32は非導通(遮断)状態となる。この結果、電源電圧Vinは、AC210(V)とともに変化せず、その時点の値に実質的に維持されるか、あるいは、漏れ電流により徐々に低下する。   When time elapses further from time t2 and becomes time t3, AC210 (V) becomes a positive peak (a maximum value having the same magnitude as the amplitude). Therefore, after time t3, the potential at the point P1 (the potential on the upper electrode 14 side of the electron emission portion EP) becomes higher than the potential at the terminal T8, so that the diode 32 is biased in the reverse direction. For this reason, the diode 32 becomes a non-conduction (cutoff) state. As a result, the power supply voltage Vin does not change with the AC 210 (V) and is substantially maintained at the value at that time, or gradually decreases due to the leakage current.

一方、図22の(B)の曲線CL5により示したように、放出電子電流は、時刻t3以前の時刻tmaxにて最大となる。換言すると、電源30は、電子放出素子10がエミッタ部13に電子を蓄積した状態にあるとき(時刻t1)から少なくとも同エミッタ部13に蓄積した電子が微細貫通孔14aを通して放出させられる単位時間あたりの量である電子放出量が最大となる時点(時刻tmax)までの期間、上部電極14の電位が下部電極12の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が変化する第1電源電圧を電源電圧Vinとして発生し、その第1電源電圧を電子放出部EPに印加する。なお、時刻t3を僅かに過ぎた時刻t4の時点までに、エミッタ部13の上部近傍に蓄積されていた電子は実質的に総て放出される。   On the other hand, as indicated by the curve CL5 in FIG. 22B, the emission electron current becomes maximum at time tmax before time t3. In other words, the power source 30 has a unit per unit time during which at least the electrons accumulated in the emitter section 13 are emitted through the fine through-holes 14a from when the electron-emitting device 10 has accumulated electrons in the emitter section 13 (time t1). The first power supply voltage whose absolute value changes in a sine wave shape so that the potential of the upper electrode 14 becomes higher than the potential of the lower electrode 12 during a period up to the time point (time tmax) when the electron emission amount which is the amount of A power supply voltage Vin is generated, and the first power supply voltage is applied to the electron emission portion EP. It should be noted that substantially all of the electrons accumulated in the vicinity of the upper portion of the emitter section 13 are released by the time t4 slightly past the time t3.

また、端子T5を基準としたときの端子T6の電位(以下、「端子T6−T5間の電圧V65」と称呼する。)は、図23の曲線CL7により示したように変化する。また、電圧V65を第3抵抗R3と第4抵抗R4とにより分圧することにより得られる点P2と点P3間の電圧(点P3を基準にした点P2の電位)は、図23の曲線CL8により示したように変化する。これらの電圧は、AC210(V)及びAC50(V)と同期している。点P2と点P3との間の電位差は、サイリスタ34のカソードKとゲートGとの間の電圧である。   Further, the potential of the terminal T6 when referred to the terminal T5 (hereinafter referred to as “voltage V65 between the terminals T6 and T5”) changes as indicated by a curve CL7 in FIG. Further, the voltage between the point P2 and the point P3 obtained by dividing the voltage V65 by the third resistor R3 and the fourth resistor R4 (the potential at the point P2 with respect to the point P3) is represented by a curve CL8 in FIG. It changes as shown. These voltages are synchronized with AC210 (V) and AC50 (V). The potential difference between the point P2 and the point P3 is a voltage between the cathode K and the gate G of the thyristor 34.

また、前述したように、サイリスタ34は、アノードAとカソードKとの間が順方向にバイアスされている状態にて、ゲートGの電位がカソードKの電位に対して閾値電圧(例えば、0.6(V))以上大きくなるとゲートを開き、導通する。即ち、サイリスタ34は、点P2と点P3間の電圧が所定の絶対値(閾値電圧の絶対値)よりも大きい絶対値を有する負の電圧になったとき、順方向電流を通過させ得るようになる。   Further, as described above, in the thyristor 34, the potential of the gate G is set to the threshold voltage (for example, 0. 0) with respect to the potential of the cathode K in a state where the anode A and the cathode K are biased in the forward direction. 6 (V)) or more, the gate is opened to conduct. That is, the thyristor 34 can pass a forward current when the voltage between the points P2 and P3 becomes a negative voltage having an absolute value larger than a predetermined absolute value (absolute value of the threshold voltage). Become.

従って、商用電源が発生する電圧を変圧することにより生成された電圧(AC210(V)及びAC50(V)等)が正の電圧から負の電圧へと変化する時刻t5を過ぎて時刻t6になり、点P2と点P3間の電圧が負の閾値電圧に到達すると、サイリスタゲートをオンさせる信号(以下、「サイリスタゲート・オン信号」と称呼する。)が発生する。   Therefore, time t6 passes after time t5 when the voltage (AC210 (V), AC50 (V), etc.) generated by transforming the voltage generated by the commercial power supply changes from a positive voltage to a negative voltage. When the voltage between the points P2 and P3 reaches a negative threshold voltage, a signal for turning on the thyristor gate (hereinafter referred to as “thyristor gate on signal”) is generated.

時刻t6にてサイリスタゲート・オン信号が発生したとき、AC50(V)が現れる端子T6の電位は負の電位となっている。一方、電子放出部EPの上部電極14側の電位は正の電位である。従って、サイリスタ34は、順方向にバイアスされているので、順方向電流I2の通過を許容する。これにより、電子放出部EPの上部電極14側である点P1には、端子T6の電位(端子T6に現れている交流電圧であるAC50(V)の電圧)が付与される。換言すると、電子放出部EPに時刻t6以降AC50(V)が印加されるから、電源電圧はAC50(V)に沿って正弦波状に変化することになる。   When the thyristor gate-on signal is generated at time t6, the potential of the terminal T6 at which AC50 (V) appears is a negative potential. On the other hand, the potential on the upper electrode 14 side of the electron emission portion EP is a positive potential. Accordingly, since the thyristor 34 is biased in the forward direction, the forward current I2 is allowed to pass therethrough. Thereby, the potential of the terminal T6 (the voltage of AC50 (V) that is an AC voltage appearing at the terminal T6) is applied to the point P1 on the upper electrode 14 side of the electron emission portion EP. In other words, since AC50 (V) is applied to the electron emission portion EP after time t6, the power supply voltage changes in a sinusoidal shape along AC50 (V).

従って、電子放出部EPから端子T6に向けて第2接続線L2を介して電流が流れる。更に、端子T3から電子放出部EPに向う電流が流れる。この結果、素子端電圧Vkaは時刻t6の直後に急激に0(V)付近にまで低下する。   Accordingly, a current flows from the electron emission portion EP toward the terminal T6 through the second connection line L2. Furthermore, a current flows from the terminal T3 toward the electron emission portion EP. As a result, the element end voltage Vka rapidly decreases to near 0 (V) immediately after time t6.

時刻t6〜時刻t7の間、AC50(V)は正弦波状に減少して行く。換言すると、電子放出部EPの上部電極14側には、絶対値が次第に大きくなる負の電圧が印加される。これにより、時刻t6の直後から時刻t7の間に前述した負側分極反転が発生するので、素子端電圧VkaはAC50(V)とは異なる負の抗電界電圧近傍の電圧となる。そして、時刻t7にて負側分極反転が完了すると、電子放出部EPの上部電極14側の電位は、AC50(V)とともに変化するようになる。なお、時刻t7又は時刻t7の直後にエミッタ部13への電子の蓄積が実質的に完了する。従って、電源30は、エミッタ部13に電子が蓄積されていない状態にあるときから少なくとも同エミッタ部13に電子が蓄積されるまでの期間、下部電極12の電位が上部電極14の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が増大する第2電源電圧を電源電圧Vinとして発生し、その電源電圧Vinを電子放出部EPに印加する。   Between time t6 and time t7, AC50 (V) decreases in a sine wave shape. In other words, a negative voltage whose absolute value is gradually increased is applied to the upper electrode 14 side of the electron emission portion EP. As a result, since the negative side polarization reversal described above occurs immediately after time t6 and between time t7, the element end voltage Vka becomes a voltage in the vicinity of a negative coercive electric field voltage different from AC50 (V). When the negative polarization inversion is completed at time t7, the potential on the upper electrode 14 side of the electron emission portion EP changes with AC50 (V). Note that the accumulation of electrons in the emitter section 13 is substantially completed immediately after time t7 or time t7. Accordingly, the power source 30 has a lower potential of the lower electrode 12 than that of the upper electrode 14 during a period from when the electrons are not accumulated in the emitter section 13 until at least the electrons are accumulated in the emitter section 13. Thus, the second power supply voltage whose absolute value increases in a sine wave form is generated as the power supply voltage Vin, and the power supply voltage Vin is applied to the electron emission portion EP.

時刻t7から更に時間が経過して時刻t8になると、AC50(V)は負側のピークとなり、時刻t8以降において増大し始める。この結果、端子T6の電位は、点P1の電位(電子放出部EPの上部電極14側の電位)より高くなる。従って、サイリスタ34は逆方向にバイアスされるから、時刻t8以降において電流はサイリスタ34を通過しない。この結果、電源電圧Vinは、AC50(V)とともに変化せず、時刻t8時点の値に実質的に維持される。   When a further time elapses from time t7 and becomes time t8, AC50 (V) becomes a negative peak and starts increasing after time t8. As a result, the potential at the terminal T6 becomes higher than the potential at the point P1 (the potential on the upper electrode 14 side of the electron emission portion EP). Accordingly, since the thyristor 34 is biased in the reverse direction, no current passes through the thyristor 34 after time t8. As a result, the power supply voltage Vin does not change with AC50 (V) and is substantially maintained at the value at the time t8.

時刻t9になると、図23に示したように、点P2と点P3間の電圧が所定の絶対値(閾値電圧の絶対値)よりも小さい絶対値を有する負の電圧になる。従って、時刻t9においてサイリスタゲート・オフ信号が発生する。そして、時刻t10になると、ダイオード32が再び順方向にバイアスされ出し、次いで、時刻t1以降と同様な作動が再開する。以上が、本実施形態にかかる電子放出装置の作動である。   At time t9, as shown in FIG. 23, the voltage between the points P2 and P3 becomes a negative voltage having an absolute value smaller than a predetermined absolute value (absolute value of the threshold voltage). Therefore, a thyristor gate-off signal is generated at time t9. At time t10, the diode 32 is biased again in the forward direction, and then the same operation as after time t1 is resumed. The above is the operation of the electron emission device according to the present embodiment.

なお、サイリスタ34は、順方向にバイアスされているときにサイリスタゲート・オン信号が入力されると順方向電流の通過を開始させる。この状態においては、サイリスタゲート・オフ信号が入力されても、サイリスタは順方向電流を通過させ続ける(遮断されない)。そして、サイリスタは、逆方向バイアスが加わるか、又は、サイリスタを通過する電流が保持電流以下となったとき遮断され、再び、サイリスタゲート・オン信号が入力されるまでは、一切の電流を遮断するようになる。   The thyristor 34 starts to pass forward current when a thyristor gate-on signal is input while being biased in the forward direction. In this state, even if a thyristor gate-off signal is input, the thyristor continues to pass forward current (not blocked). The thyristor is shut off when a reverse bias is applied or when the current passing through the thyristor becomes equal to or lower than the holding current, and shuts off all current until the thyristor gate-on signal is input again. It becomes like this.

このように、第1実施形態に係る電子放出装置の電源30は、電子放出素子10と保護抵抗20とが直列接続されてなる電子放出部EPに印加する電源電圧Vinを発生する。更に、電源30は、電子放出素子10がエミッタ部13に電子を蓄積した状態にあるときから少なくとも同エミッタ部13に蓄積した電子が前記微細貫通孔14aを通して放出させられるときの単位時間あたりの電子放出量が最大となるまでの期間(例えば、時刻t1〜tmax)、上部電極14の電位が下部電極12の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が変化する第1電源電圧Vin1であるAC210(V)を前記電源電圧Vinとして発生する。加えて、電源30は、電子放出素子10がエミッタ部13に電子を蓄積していない状態にあるときから少なくとも同エミッタ部13に電子を蓄積するまでの期間(例えば、時刻t6〜t8)、下部電極12の電位が上部電極14の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が増大する第2電源電圧Vin2であるAC50(V)を電源電圧Vinとして発生する。   As described above, the power supply 30 of the electron emission device according to the first embodiment generates the power supply voltage Vin to be applied to the electron emission section EP in which the electron emission element 10 and the protective resistor 20 are connected in series. Furthermore, the power source 30 is configured to provide electrons per unit time when the electron-emitting device 10 is in a state where electrons are accumulated in the emitter section 13 and at least electrons accumulated in the emitter section 13 are emitted through the fine through holes 14a. The first power supply voltage Vin1 whose absolute value changes sinusoidally so that the potential of the upper electrode 14 becomes higher than the potential of the lower electrode 12 during a period until the discharge amount becomes maximum (for example, time t1 to tmax). AC210 (V) is generated as the power supply voltage Vin. In addition, the power source 30 has a period from when the electron-emitting device 10 is not accumulating electrons in the emitter section 13 to at least accumulating electrons in the emitter section 13 (for example, times t6 to t8), AC50 (V), which is the second power supply voltage Vin2, whose absolute value increases sinusoidally so that the potential of the electrode 12 becomes higher than the potential of the upper electrode 14, is generated as the power supply voltage Vin.

従って、電子のエミッタ部13への蓄積開始時及び電子のエミッタ部13からの放出開始時の何れにおいても、電子放出部EPに印加される電源電圧Vinの絶対値が正弦波状に徐々に増大するから、素子端電圧Vkaの絶対値も電源電圧に追従するように徐々に増大する。この結果、電源電圧Vinと素子端電圧Vkaとの差が大きくならないので、ジュール熱の発生が小さく、無駄に消費される電力の量を小さくすることができる。   Accordingly, the absolute value of the power supply voltage Vin applied to the electron emission portion EP gradually increases in a sine wave form at both the start of accumulation of electrons in the emitter portion 13 and the start of emission of electrons from the emitter portion 13. Therefore, the absolute value of the element end voltage Vka also gradually increases so as to follow the power supply voltage. As a result, since the difference between the power supply voltage Vin and the element end voltage Vka does not increase, the generation of Joule heat is small, and the amount of power that is wasted can be reduced.

また、大きなジュール熱が発生しないので、電子放出素子10の温度が高くならない。従って、エミッタ部13の特性が熱により変化してしまうことを回避することができる。更に、電子放出素子10に吸着する物質をガス化してしまうことも回避することができるので、ガス化した物質によるプラズマの発生を抑制することができる。その結果、電子が過度に放出されることや、イオンボンバートメントによる電子放出素子10の損傷を回避することもできる。   In addition, since no large Joule heat is generated, the temperature of the electron-emitting device 10 does not increase. Therefore, it is possible to avoid the characteristics of the emitter section 13 from being changed by heat. Furthermore, since it is possible to avoid gasifying the substance adsorbed on the electron-emitting device 10, generation of plasma due to the gasified substance can be suppressed. As a result, it is possible to avoid excessive emission of electrons and damage to the electron-emitting device 10 due to ion bombardment.

加えて、電子を放出させるための第1電源電圧AC210(V)が印加され始めた後、第1電源電圧AC210(V)の絶対値は徐々に大きくなる。これにより、エミッタ部13に流れる突入電流の大きさを小さくすることができるとともに、第1電源電圧印加によるエミッタ部の正側分極反転完了後における素子端電圧の変化率を小さくすることができる。この結果、突入電流に起因する電子の不要な放出による不要な発光や正側分極反転完了直後の素子電圧の急激な変化に起因する電子の不要な放出による不要な発光が回避され得る。   In addition, after the first power supply voltage AC210 (V) for emitting electrons starts to be applied, the absolute value of the first power supply voltage AC210 (V) gradually increases. Thereby, the magnitude of the inrush current flowing through the emitter section 13 can be reduced, and the change rate of the element end voltage after completion of the positive side polarization reversal of the emitter section by the application of the first power supply voltage can be reduced. As a result, unnecessary light emission due to unnecessary emission of electrons due to inrush current and unnecessary light emission due to unnecessary emission of electrons due to a sudden change in device voltage immediately after completion of positive side polarization reversal can be avoided.

更に、電子を蓄積させるために第2電源電圧AC50(V)を印加した後であって、エミッタ部13の負側分極反転完了後においても、第2電源電圧AC50(V)の絶対値は徐々に増大する。従って、エミッタ部の負側分極反転が完了した後に素子端電圧が急激に変化すること等によるものと推定される不要なタイミングにおける電子放出及びそれに伴う不要な発光を防止することもできる。   Furthermore, after applying the second power supply voltage AC50 (V) for accumulating electrons and after completing the negative polarization inversion of the emitter section 13, the absolute value of the second power supply voltage AC50 (V) gradually increases. To increase. Therefore, it is possible to prevent electron emission and unnecessary light emission associated therewith at an unnecessary timing presumed to be caused by a sudden change in the device end voltage after the negative side polarization reversal of the emitter portion is completed.

また、第1電源電圧AC210(V)の振幅は第2電源電圧AC50(V)の振幅より大きい。これにより、図7に示したような電子放出素子10のQ−V特性に応じた電源電圧を付与することができる。従って、第1及び第2電源電圧の振幅を等しくしたときのように第1及び第2電源電圧の何れかの電圧が必要以上に大きくなって電力が無駄に消費されること、或いは、何れかの電圧が必要以上に小さくなって所望量の電子を放出できないこと、といった不具合を回避することができる。   The amplitude of the first power supply voltage AC210 (V) is larger than the amplitude of the second power supply voltage AC50 (V). Thereby, the power supply voltage according to the QV characteristic of the electron-emitting device 10 as shown in FIG. 7 can be provided. Accordingly, either the first power supply voltage or the second power supply voltage becomes unnecessarily large as in the case where the amplitudes of the first power supply voltage and the second power supply voltage are made equal, or power is wasted. Therefore, it is possible to avoid such a problem that the voltage of the voltage becomes smaller than necessary and a desired amount of electrons cannot be emitted.

また、電源30は、第1電源電圧(第1電源電圧となる電圧AC210V)及び第2電源電圧(第2電源電圧となる電圧AC50V)の電子放出部EPへの印加状態を切り換えるスイッチング素子SW(サイリスタ34)を備えている。これにより、電源30の構成が簡素化される。   In addition, the power supply 30 is a switching element SW (switching the application state of the first power supply voltage (voltage AC210V serving as the first power supply voltage) and the second power supply voltage (voltage AC50V serving as the second power supply voltage) to the electron emission unit EP. A thyristor 34) is provided. Thereby, the structure of the power supply 30 is simplified.

更に、電源30は、正弦波状に変化する交流電圧を発生する単一の交流電源(商用電源)を使用し、その交流電源が発生する交流電圧を電圧変換することにより第1電源電圧となる電圧AC210(V)及び第2電源電圧となる電圧AC50(V)を生成する変圧器31を備えている。   Furthermore, the power source 30 uses a single AC power source (commercial power source) that generates an AC voltage that changes sinusoidally, and a voltage that becomes the first power source voltage by converting the AC voltage generated by the AC power source. A transformer 31 is provided that generates AC 210 (V) and a voltage AC 50 (V) as the second power supply voltage.

従って、交流電源を一つだけ用意することにより、振幅が互いに相違し且つ正弦波状に変化する前記第1電源電圧及び前記第2電源電圧を簡単に生成することができる。また、商用電源を電子放出素子の電源として使用することも可能となる。   Therefore, by preparing only one AC power supply, the first power supply voltage and the second power supply voltage whose amplitudes are different from each other and change sinusoidally can be easily generated. It is also possible to use a commercial power source as a power source for the electron-emitting device.

更に、具体的述べると、電源30は、以下の特徴を有している。
(1)電源30は、正弦波状に変化する交流電圧を発生する単一の交流電源である商用電源を使用する。
(2)電源30は、一次巻線31a及び二次巻線31bを有するとともに、前記単一の交流電源が発生する正弦波状に変化する交流電圧を同一次側巻線31aに印加し、同二次巻線の基準位置(端子T3)と同二次巻線31bの第1の位置(端子T8)との電位差を前記第1電源電圧を生成するための電圧AC210(V)として取り出すとともに、同二次巻線31bの基準位置(端子T3)と同二次巻線31bの第2の位置(端子T6)との電位差を前記第2電源電圧を生成するための電圧AC50(V)として取り出す単一の変圧器31を備える。
More specifically, the power supply 30 has the following characteristics.
(1) The power source 30 uses a commercial power source that is a single AC power source that generates an AC voltage that changes in a sinusoidal shape.
(2) The power supply 30 has a primary winding 31a and a secondary winding 31b, and applies an alternating voltage generated in a sine wave generated by the single alternating-current power supply to the same-side winding 31a. The potential difference between the reference position (terminal T3) of the secondary winding and the first position (terminal T8) of the secondary winding 31b is taken out as a voltage AC210 (V) for generating the first power supply voltage. A potential difference between the reference position (terminal T3) of the secondary winding 31b and the second position (terminal T6) of the secondary winding 31b is taken out as a voltage AC50 (V) for generating the second power supply voltage. One transformer 31 is provided.

(3)電源30は、電子放出部EPの両端のうちの下部電極12側を二次巻線31bの基準位置(端子T3)に接続する基準接続線L3と、電子放出部EPの両端のうちの上部電極14側を二次巻線31bの第1の位置(端子T8)と接続する第1接続線L1と、第1接続線L1に直列に介装され二次巻線31bの第1の位置(端子T8)の電位が上部電極14の電位(電子放出部EPの上部電極14側の電位)より高いとき順方向にバイアスされる第1の整流素子32と、を備える。 (3) The power source 30 includes a reference connection line L3 that connects the lower electrode 12 side of both ends of the electron emission portion EP to the reference position (terminal T3) of the secondary winding 31b, and both ends of the electron emission portion EP. A first connection line L1 that connects the upper electrode 14 side to the first position (terminal T8) of the secondary winding 31b, and a first connection line L1 that is interposed in series with the first connection line L1. A first rectifying element 32 biased in the forward direction when the potential of the position (terminal T8) is higher than the potential of the upper electrode 14 (potential on the upper electrode 14 side of the electron emission portion EP).

(4)電源30は、電子放出部EPの両端のうちの上部電極14側を二次巻線31bの第2の位置(端子T6)と接続する第2接続線L2と、第2接続線L2に直列に介装されるとともに電流の通過を遮断している状態にある場合に切換制御信号が入力されることにより電流の通過を許容する状態となるスイッチング素子であるサイリスタ34と、を備える。サイリスタ34は、二次巻線31bの第2の位置(端子T6)の電位が上部電極14の電位(電子放出部EPの上部電極14側の電位)より低いとき順方向にバイアスされる。 (4) The power supply 30 includes a second connection line L2 and a second connection line L2 that connect the upper electrode 14 side of both ends of the electron emission portion EP to the second position (terminal T6) of the secondary winding 31b. And a thyristor 34 that is a switching element that is in a state of allowing the passage of current when a switching control signal is input when the passage of the current is interrupted. The thyristor 34 is forward-biased when the potential of the second position (terminal T6) of the secondary winding 31b is lower than the potential of the upper electrode 14 (potential on the upper electrode 14 side of the electron emission portion EP).

これらの特徴により、電源30は、単一の交流電源(例えば、商用電源)と、単一の変圧器31と、一つの整流素子32と、一つのスイッチング素子34と、により、第1電源電圧AC210(V)及び第2電源電圧AC50(V)を生成し且つこれらの電圧をスイッチング素子34により選択的且つ所望のタイミングにて電子放出部EPに印加することができる。   Due to these characteristics, the power supply 30 includes a single AC power supply (for example, a commercial power supply), a single transformer 31, a single rectifying element 32, and a single switching element 34. The AC 210 (V) and the second power supply voltage AC 50 (V) can be generated, and these voltages can be selectively applied to the electron emission unit EP by the switching element 34 at a desired timing.

また、前記切換制御信号(サイリスタ34のゲートGとカソードKとの間に付与する電圧)を、単一の交流電源(商用電源)が発生する交流電圧AC100(V)に基づいて発生しているから、切換制御信号を生成するための電源が不要である。   The switching control signal (the voltage applied between the gate G and the cathode K of the thyristor 34) is generated based on the AC voltage AC100 (V) generated by a single AC power supply (commercial power supply). Therefore, a power source for generating the switching control signal is not necessary.

更に、電源30は、前記切換制御信号を、前記単一の交流電源が発生する交流電圧と同期した交流電圧(変圧器31により変圧した交流電圧)を抵抗36及び抵抗37を含む分圧回路BCにより分圧することによって形成している。従って、極めて単純な回路で切換制御信号を生成することができる。この結果、電源30のコストを低減することができる。   Further, the power source 30 is configured to divide the switching control signal into an AC voltage (AC voltage transformed by the transformer 31) synchronized with the AC voltage generated by the single AC power source, and includes a resistor 36 and a resistor 37. It is formed by dividing the pressure by. Therefore, the switching control signal can be generated with a very simple circuit. As a result, the cost of the power supply 30 can be reduced.

更に、電源30は、単一の変圧器31の二次巻線31bの第3の位置(端子T6)に現れる電圧AC50(V)と二次巻線31bの第4の位置(端子T5)に現れる電圧AC39(V)との差の電圧を、前記単一の交流電源が発生する交流電圧と同期した交流電圧として得ている。このため、余分な電源や変圧器等が不要となるので、より安価な電子放出装置を提供することができる。   Furthermore, the power supply 30 is connected to the voltage AC50 (V) appearing at the third position (terminal T6) of the secondary winding 31b of the single transformer 31 and the fourth position (terminal T5) of the secondary winding 31b. The voltage difference from the appearing voltage AC39 (V) is obtained as an AC voltage synchronized with the AC voltage generated by the single AC power supply. For this reason, an extra power supply, a transformer, etc. become unnecessary, and a cheaper electron emission apparatus can be provided.

なお、分圧回路BCが含む抵抗36及び37の少なくとも一つは、外部からの信号或いは操作により抵抗値を変化するこができる可変抵抗であることが望ましい。これによれば、可変抵抗の抵抗値を変更することにより、第1電源電圧と第2電源電圧との切換タイミングを簡単な構成で制御することができる。また、切換タイミングを自在に変更できるので、第2電圧AC50(V)を電子放出部EPに印加している時間を変更できる。その結果、電子放出素子10の電子蓄積時における素子の両端電圧(素子端電圧)を変更することができるから、電子のエミッタ部13の上部への蓄積量を変更でき、もって、電子放出量を制御することができる。また、かかる分圧回路はインダクタやキャパシタを用いて構成されてもよい。上記のように抵抗のみを用いた分圧回路BCは、安定した電圧を生成できる点で好ましい。   Note that at least one of the resistors 36 and 37 included in the voltage dividing circuit BC is preferably a variable resistor whose resistance value can be changed by an external signal or operation. According to this, the change timing of the first power supply voltage and the second power supply voltage can be controlled with a simple configuration by changing the resistance value of the variable resistor. Further, since the switching timing can be freely changed, the time during which the second voltage AC50 (V) is applied to the electron emission portion EP can be changed. As a result, the voltage between both ends of the element (element end voltage) during the electron accumulation of the electron-emitting device 10 can be changed, so that the amount of electrons accumulated in the upper portion of the emitter section 13 can be changed. Can be controlled. Such a voltage dividing circuit may be configured using an inductor or a capacitor. The voltage dividing circuit BC using only a resistor as described above is preferable in that a stable voltage can be generated.

(コレクタ電極の制御)
コレクタ電圧付与回路50は、「微細貫通孔14aを介する電子の放出が実質的に完了する電子放出完了時点」から「サイリスタ34のゲートがオンする時点」までの期間内の所定時点にて、コレクタ電圧が第1所定電圧から第1所定電圧より小さい第2所定電圧へと変化するように、コレクタ電極18に第2コレクタ電圧V2を付与する。即ち、コレクタ電圧付与回路50は、この所定時点にてスイッチング素子52の固定接続点の接続先を定電圧源53に接続されている切換点から接地されている切換点に切り換える。
(Control of collector electrode)
The collector voltage applying circuit 50 has a collector voltage at a predetermined time within a period from “the time when the electron emission through the fine through hole 14a is substantially completed” to “the time when the gate of the thyristor 34 is turned on”. A second collector voltage V2 is applied to the collector electrode 18 so that the voltage changes from the first predetermined voltage to a second predetermined voltage smaller than the first predetermined voltage. That is, the collector voltage application circuit 50 switches the connection destination of the fixed connection point of the switching element 52 from the switching point connected to the constant voltage source 53 to the switching point grounded at this predetermined time.

なお、スイッチング素子52は、上記接地されている切換点をどこにも接続していないフローティング点となるように構成され得る。この場合、スイッチング素子52が固定接続点の接続先を定電圧源53に接続されている切換点からフローティング点となっている切換点に切り換えることにより、コレクタ電極18は、フローティング状態へと変化させられる。このように、コレクタ電極18を接地することによりコレクタ電極18に第2コレクタ電圧V2を付与するか、又は、コレクタ電極18をフローティング状態とすることを、「コレクタ電極をオフする。」とも言う。   The switching element 52 may be configured to be a floating point that does not connect the grounded switching point anywhere. In this case, the switching element 52 switches the connection point of the fixed connection point from the switching point connected to the constant voltage source 53 to the switching point that is the floating point, whereby the collector electrode 18 is changed to the floating state. It is done. Thus, applying the second collector voltage V2 to the collector electrode 18 by grounding the collector electrode 18 or putting the collector electrode 18 in a floating state is also referred to as “turning off the collector electrode”.

コレクタ電極18をオフすると、コレクタ電極18は放出された電子を引き寄せる電界を形成しないか或いはそのような電界の強度を小さくする。この結果、不要な電子放出(不要な発光)が回避される。   When the collector electrode 18 is turned off, the collector electrode 18 does not form an electric field that attracts the emitted electrons or reduces the strength of such an electric field. As a result, unnecessary electron emission (unnecessary light emission) is avoided.

その後、コレクタ電圧付与回路50は、「電子のエミッタ部13上部への蓄積が実質的に完了する電子蓄積完了時点」から「再び到来する電子放出完了時点より前」までの期間内の所定時点にて、スイッチング素子52の固定接続点の接続先を接地されている切換点から定電圧源53に接続されている切換点へ切り換える。即ち、コレクタ電圧付与回路50は、この所定時点(便宜上、「コレクタ電極オン時点」と呼ぶ。)にてコレクタ電極18に対する第1コレクタ電圧V1(=Vc)の付与を再開する。   Thereafter, the collector voltage application circuit 50 is set at a predetermined time within a period from “the time when the electron accumulation is substantially completed in the upper portion of the emitter 13” to “before the time when the electron emission is completed again”. Thus, the connection point of the fixed connection point of the switching element 52 is switched from the grounded switching point to the switching point connected to the constant voltage source 53. That is, the collector voltage application circuit 50 resumes the application of the first collector voltage V1 (= Vc) to the collector electrode 18 at this predetermined time (for convenience, referred to as “collector electrode on time”).

これにより、放出された電子は、コレクタ電極18により形成される電界によって加速されながら(高いエネルギーが与えられ)上部電極14の上方に進行する。従って、蛍光体19に高いエネルギーをもった電子が照射されるので、大きな輝度が得られる。換言すると、第1コレクタ電圧V1が付与されたコレクタ電極18は、放出された電子を引寄せるので、結果として、コレクタ電極18の近傍に必要とされる量の電子が到達する。   Thus, the emitted electrons travel above the upper electrode 14 while being accelerated (given high energy) by the electric field formed by the collector electrode 18. Accordingly, since the phosphor 19 is irradiated with electrons having high energy, a large luminance can be obtained. In other words, the collector electrode 18 to which the first collector voltage V <b> 1 is applied attracts the emitted electrons, and as a result, a necessary amount of electrons reach the vicinity of the collector electrode 18.

このようにコレクタ電極18を制御することにより、少なくとも電圧減少開始時点から電子蓄積完了時点までの間、コレクタ電圧が第2所定電圧(本例では、グランドの電位である0V)となるか、又は、コレクタ電極がフローティング状態に維持される。   By controlling the collector electrode 18 in this way, the collector voltage becomes the second predetermined voltage (in this example, 0 V which is the ground potential) at least from the voltage decrease start time to the electron accumulation completion time, or The collector electrode is maintained in a floating state.

従って、電子蓄積時にエミッタ部13を流れる大きな突入電流に起因すると考えられる電子の不要な放出がより確実に回避され得る。更に、負側の分極反転が完了後に生じる「素子端電圧Vkaの大きな電圧変化率」に起因すると考えられる電子の不要な放出もより確実に回避され得る。   Therefore, unnecessary emission of electrons that can be attributed to a large inrush current flowing through the emitter section 13 during electron accumulation can be avoided more reliably. Furthermore, unnecessary emission of electrons considered to be caused by “a large voltage change rate of the element end voltage Vka” that occurs after the completion of the negative-side polarization inversion can be avoided more reliably.

なお、コレクタ電極オン時点は、以下に述べるように設定されることもできる。
(a)コレクタ電極オン時点を、「ダイオード32に順方向電流が流れはじめる時点」とする。
Note that the collector electrode on time can also be set as described below.
(A) The time when the collector electrode is turned on is defined as “the time when forward current starts to flow through the diode 32”.

これにより、電子蓄積期間での不要な電子放出を回避することができる。更に、電子を放出している期間全体に渡りコレクタ電極18に第1コレクタ電圧が付与されるので、正規に放出される電子をコレクタ電極18の近傍に導くことができる。   Thereby, unnecessary electron emission in the electron accumulation period can be avoided. Furthermore, since the first collector voltage is applied to the collector electrode 18 over the entire period during which electrons are being emitted, normally emitted electrons can be guided to the vicinity of the collector electrode 18.

(b)コレクタ電極オン時点を、「正側分極反転に伴う突入電流がピークとなる時点の直後の時点」から「正側分極反転完了時点」までの期間内の所定時点に設定する。 (B) The collector electrode on time is set to a predetermined time within a period from “a time point immediately after the point when the inrush current accompanying the positive side polarization reversal reaches a peak” to “a positive side polarization reversal completion point”.

これにより、電子蓄積期間での不要な電子放出と、正側分極反転時における大きな突入電流による不要な電子放出とを回避することができる。更に、正側分極反転完了時点以降においてはコレクタ電極に第1コレクタ電圧が付与される。従って、正側分極反転完了時点以降において正規に放出される電子をコレクタ電極側に導くことができる。   Thereby, unnecessary electron emission during the electron accumulation period and unnecessary electron emission due to a large inrush current at the time of positive side polarization inversion can be avoided. Further, the first collector voltage is applied to the collector electrode after the positive side polarization reversal is completed. Accordingly, electrons that are normally emitted after completion of positive side polarization reversal can be guided to the collector electrode side.

(c)コレクタ電極オン時点を、「正側分極反転完了時点」から「電子放出が実質的に完了する時点」までの期間内の所定時点に設定する。 (C) The collector electrode ON time is set to a predetermined time within a period from “positive side polarization reversal completion time” to “electron emission substantially complete time”.

これにより、電子蓄積期間での不要な電子放出を回避することができる。更に、正側分極反転が完了するまでの突入電流等による不要な電子放出を回避することができる。加えて、電子放出完了時点より前の時点にてコレクタ電極に第1コレクタ電圧が付与される。従って、正規に放出される電子をコレクタ電極側に導くことができる。また、実質的に予定された電子放出期間内においてのみコレクタ電極に第1コレクタ電圧が付与されるので、過大な電子の放出を適切に抑制することができる。   Thereby, unnecessary electron emission in the electron accumulation period can be avoided. Furthermore, unnecessary electron emission due to an inrush current or the like until the positive side polarization reversal is completed can be avoided. In addition, the first collector voltage is applied to the collector electrode at a time before the completion of electron emission. Therefore, normally emitted electrons can be guided to the collector electrode side. In addition, since the first collector voltage is applied to the collector electrode only during a substantially scheduled electron emission period, excessive electron emission can be appropriately suppressed.

(d)コレクタ電極オン時点を、「正側分極反転完了時点」から「エミッタ部からコレクタ電極に到達する単位時間あたりの電子の量(コレクタ電極に流れる電流)が最大となる時点」までの期間内の所定時点に設定する。 (D) The period from the time when the collector electrode is turned on to the time when the amount of electrons per unit time reaching the collector electrode from the emitter (the current flowing through the collector electrode) becomes maximum from the time when the positive side polarization reversal is completed Set to a predetermined time.

これにより、電子蓄積期間での不要な電子放出を回避することができる。更に、正側分極反転が完了するまでの突入電流等による不要な電子放出を回避することができる。加えて、コレクタ電極に流れる電流が最大となる時点以降においてはコレクタ電極に第1コレクタ電圧が付与される。この結果、正規に放出される電子のみをより確実にコレクタ電極側に導くことができる。換言すると、電子の過度の放出を回避しつつ、必要とされる電子放出量を確保することが可能となる。   Thereby, unnecessary electron emission in the electron accumulation period can be avoided. Furthermore, unnecessary electron emission due to an inrush current or the like until the positive side polarization reversal is completed can be avoided. In addition, the first collector voltage is applied to the collector electrode after the point when the current flowing through the collector electrode becomes maximum. As a result, only normally emitted electrons can be more reliably guided to the collector electrode side. In other words, it is possible to ensure the required amount of electron emission while avoiding excessive emission of electrons.

(e)コレクタ電極オン時点を、「実際の素子端電圧Vkaが所定閾値電圧Vthに到達した時点」に設定する。この場合、所定閾値電圧Vthを、コレクタ電極オン時点が正側分極反転完了時点からコレクタに流れる電流が最大となる時点までの期間内の所定時点となるように選択しておくことが好ましい。 (E) The collector electrode on time is set to “the time when the actual element end voltage Vka reaches the predetermined threshold voltage Vth”. In this case, it is preferable that the predetermined threshold voltage Vth is selected so that the collector electrode ON time is a predetermined time within a period from the time when the positive side polarization reversal is completed to the time when the current flowing through the collector becomes maximum.

これにより、電子蓄積期間での不要な電子放出を回避することができる。更に、駆動電圧Vinが増大を開始するときの突入電流等による不要な電子放出を回避することができる。また、素子端電圧Vkaの変化の仕方は画像(放出するべき電子の量)に応じて変化するので、素子電圧が所定閾値電圧Vthに到達した時点をコレクタ電極オン時点とすれば、素子端電圧Vkaの変化の仕方に拘わらず常に適切なタイミング(不要な電子放出を抑制しつつ正規に放出された電子をできるだけ多くコレクタ電極に導くタイミング)にてコレクタ電極をオンとすることができる。   Thereby, unnecessary electron emission in the electron accumulation period can be avoided. Furthermore, unnecessary electron emission due to an inrush current or the like when the drive voltage Vin starts to increase can be avoided. Further, since the method of changing the device end voltage Vka changes according to the image (the amount of electrons to be emitted), if the time when the device voltage reaches the predetermined threshold voltage Vth is the collector electrode on time, the device end voltage Regardless of how Vka changes, the collector electrode can always be turned on at an appropriate timing (a timing at which as many electrons as are normally emitted are guided to the collector electrode while suppressing unnecessary electron emission).

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る電子放出装置について図24及び図25を参照しながら説明する。この電子放出装置は、第1実施形態に係る電子放出装置の電源30を電源70に置換した点にのみにおいて、第1実施形態の電子放出装置と相違する。従って、以下、かかる相違点を中心として説明する。
<Second Embodiment>
Next, an electron emission device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This electron emission device is different from the electron emission device of the first embodiment only in that the power source 30 of the electron emission device according to the first embodiment is replaced with a power source 70. Accordingly, the following description will focus on such differences.

電源70も電源30と同様に、商用電源CV(AC100V)を変圧器71により変圧(電圧変換)することにより、互いに同期した第1電源電圧Vin1及び第2電源電圧Vin2を生成し、MOSFETからなるスイッチング素子SWを切換制御して、第1電源電圧Vin1又は第2電源電圧Vin2を電子放出素子10及び保護抵抗20を含む電子放出部EPに印加する。   Similarly to the power supply 30, the power supply 70 is composed of a MOSFET by generating a first power supply voltage Vin <b> 1 and a second power supply voltage Vin <b> 2 that are synchronized with each other by transforming (voltage converting) a commercial power supply CV (AC100V) with a transformer 71. The switching element SW is switched and applied, and the first power supply voltage Vin1 or the second power supply voltage Vin2 is applied to the electron emission portion EP including the electron emission element 10 and the protective resistor 20.

但し、電源70においては、電子放出素子10の上部電極14(電子放出部EPの上部電極14側)が二次巻線31bの基準位置となる端子T3(従って、基準接続線である接続線L3)に接続されている。   However, in the power source 70, the upper electrode 14 of the electron-emitting device 10 (on the side of the upper electrode 14 of the electron-emitting portion EP) is a terminal T3 that is the reference position of the secondary winding 31b (therefore, the connection line L3 that is the reference connection line). )It is connected to the.

より具体的に説明すると、電源70は、図24に示したように、変圧器(単一の変圧器)71、ダイオード(整流素子)72、第1抵抗73、スイッチング素子SWであるPチャンネルのMOSFET(電界効果トランジスタ)74、第2抵抗75、第3抵抗(固定又は可変抵抗)76及び第4抵抗77を備えている。   More specifically, as shown in FIG. 24, the power source 70 includes a transformer (single transformer) 71, a diode (rectifier element) 72, a first resistor 73, and a P channel that is a switching element SW. A MOSFET (field effect transistor) 74, a second resistor 75, a third resistor (fixed or variable resistor) 76, and a fourth resistor 77 are provided.

変圧器71は、前述した変圧器31と同じ変圧器であり、一次巻線31aと二次巻線31bとを備えるとともに、前述した端子T1乃至端子T8を備えている。一次巻線31aの両端の端子T1,T2は、交流電源である商用電源(例えば、日本国内では、AC100(V),60Hz又は50Hzの電源)に接続されている。端子T1及び端子T2は、商用電源のAC100V(+)及びAC100V(−)にそれぞれ接続されている。従って、各端子には、電源30と同様な電圧信号AC210(V)等が発生する。   The transformer 71 is the same transformer as the transformer 31 described above, and includes a primary winding 31a and a secondary winding 31b, and includes the terminals T1 to T8 described above. Terminals T1 and T2 at both ends of the primary winding 31a are connected to a commercial power source that is an AC power source (for example, a power source of AC 100 (V), 60 Hz, or 50 Hz in Japan). The terminal T1 and the terminal T2 are connected to AC100V (+) and AC100V (−) of the commercial power source, respectively. Accordingly, a voltage signal AC210 (V) similar to that of the power supply 30 is generated at each terminal.

この結果、図24に示したように、二次巻線31bの端子T4,T5,T6,T7及びT8には、端子T3を基準電圧として28,39,50,175及び210(V)の交流電圧がそれぞれ発生する。なお、説明の便宜上、端子T8の位置は二次巻線31bの第1の位置と称呼され、端子T6の位置は二次巻線31bの第2の位置及び第3の位置と称呼され、端子T5の位置は二次巻線31bの第4の位置とも称呼される。   As a result, as shown in FIG. 24, the terminals T4, T5, T6, T7 and T8 of the secondary winding 31b have alternating currents of 28, 39, 50, 175 and 210 (V) with the terminal T3 as the reference voltage. Each voltage is generated. For convenience of explanation, the position of the terminal T8 is referred to as a first position of the secondary winding 31b, and the position of the terminal T6 is referred to as a second position and a third position of the secondary winding 31b. The position of T5 is also referred to as the fourth position of the secondary winding 31b.

端子T8は、接続線L1によりダイオード72のカソードKと接続されている。ダイオード72のアノードAは、接続線L1に直列に挿入された第1抵抗73を介して点P71に接続されている。点P71は電子放出素子10の下部電極12と接続されている。換言すると、点P71は、電子放出部EPの下部電極12側に接続されている。   The terminal T8 is connected to the cathode K of the diode 72 by a connection line L1. The anode A of the diode 72 is connected to the point P71 via a first resistor 73 inserted in series with the connection line L1. The point P71 is connected to the lower electrode 12 of the electron emitter 10. In other words, the point P71 is connected to the lower electrode 12 side of the electron emission portion EP.

端子T6は、接続線L71によりMOSFET74のソースSと接続されている。MOSFET74のドレインDは、接続線L71に直列に挿入された第2抵抗75を介して点P71に接続されている。   The terminal T6 is connected to the source S of the MOSFET 74 by a connection line L71. The drain D of the MOSFET 74 is connected to the point P71 via a second resistor 75 inserted in series with the connection line L71.

端子T5は、第4抵抗77を介してMOSFET74のゲートGと接続されている。MOSFET74のソースSと端子T6の間の点P72は、第4抵抗77とMOSFET74のゲートGとの間の点P73に、第3抵抗76を介して接続されている。従って、点P73の電位は、端子T6の電位と端子T5の電位を、第3抵抗76及び第4抵抗77からなる分圧回路BCにより分圧した電位となる。   The terminal T5 is connected to the gate G of the MOSFET 74 through the fourth resistor 77. A point P 72 between the source S of the MOSFET 74 and the terminal T 6 is connected to a point P 73 between the fourth resistor 77 and the gate G of the MOSFET 74 via the third resistor 76. Accordingly, the potential at the point P73 is a potential obtained by dividing the potential at the terminal T6 and the potential at the terminal T5 by the voltage dividing circuit BC including the third resistor 76 and the fourth resistor 77.

これにより、MOSFET74のゲートGには、端子T6(二次巻線31bの第3の位置)に現れる交流電圧AC50(V)と端子T5(二次巻線31bの第4の位置)に現れる交流電圧AC39(V)との差の電圧に比例した電圧が印加される。MOSFET74においては、ゲートGの電位がソースSの電位に対して所定閾値電圧以上小さくなるとドレインDとソースS間が導通する(「MOSFET74がオンする」とも云う。)。   As a result, the AC voltage AC50 (V) appearing at the terminal T6 (third position of the secondary winding 31b) and the AC appearing at the terminal T5 (fourth position of the secondary winding 31b) appear at the gate G of the MOSFET 74. A voltage proportional to the difference voltage from the voltage AC39 (V) is applied. In the MOSFET 74, when the potential of the gate G becomes lower than a predetermined threshold voltage with respect to the potential of the source S, the drain D and the source S are electrically connected (also referred to as “MOSFET 74 is turned on”).

端子T3は、基準接続線である接続線L3により電子放出素子10の上部電極14(電子放出部EPの上部電極14側)に接続されている。   The terminal T3 is connected to the upper electrode 14 of the electron emitter 10 (on the upper electrode 14 side of the electron emitter EP) by a connection line L3 which is a reference connection line.

次に、上記のように構成された電源70の作動について図24及び図25を参照しながら説明する。なお、以下においても、電源電圧(駆動電圧Vin)は、基準接続線L3(端子T3の電位)を基準の電位としたときの点P71の電位(電源電圧=点P71の電位−端子T3の電位)と定義する。また、図25の(A)において、実線の曲線CL1は電源電圧、一点鎖線の曲線CL3は端子T8に現れる大側の交流電圧AC210(V)、二点鎖線の曲線CL4は端子T6に現れる小側の交流電圧AC50(V)をそれぞれ示している。更に、図25の(B)の曲線CL10はMOSFET74のゲート−ソース間電圧(ソースSの電位を基準としたときのゲートGの電位)を示し、図25の(C)の曲線CL11は放出電子電流を示している。   Next, the operation of the power supply 70 configured as described above will be described with reference to FIGS. Also in the following, the power supply voltage (drive voltage Vin) is the potential at point P71 (power supply voltage = potential at point P71−potential at terminal T3) when the reference connection line L3 (potential at terminal T3) is the reference potential. ). In FIG. 25A, a solid curve CL1 is a power supply voltage, a dashed-dotted curve CL3 is a large AC voltage AC210 (V) appearing at a terminal T8, and a dashed-two dotted curve CL4 is a small appearing at a terminal T6. AC voltage AC50 (V) on the side is shown. Further, a curve CL10 in FIG. 25B shows the gate-source voltage of the MOSFET 74 (potential of the gate G when the potential of the source S is used as a reference), and a curve CL11 in FIG. Current is shown.

先ず、図25の時刻t0においてエミッタ部13の上部近傍に電子が蓄積されていない状態にあると仮定する。また、時刻t0において、端子T8及び端子T6に現れているAC210(V)及びAC50(V)は、ともに0(V)であると仮定する。AC210(V)及びAC50(V)は、時刻t0以降において0(V)から正弦波状に徐々に増大する。   First, it is assumed that electrons are not accumulated near the upper portion of the emitter section 13 at time t0 in FIG. Further, it is assumed that AC210 (V) and AC50 (V) appearing at the terminals T8 and T6 at time t0 are both 0 (V). AC210 (V) and AC50 (V) gradually increase in a sinusoidal form from 0 (V) after time t0.

一方、時刻t0においては、図25の(B)に示したように、ゲート−ソース間電圧も0(V)である。従って、MOSFET74はオフ(非導通、遮断状態)にある。ゲート−ソース間電圧は、時刻t0降、次第に正弦波状に減少する。このため、時刻t1になると、ゲート−ソース間電圧の絶対値がMOSFET74の負の閾値電圧の絶対値より大きくなる。この結果、MOSFET74がオン(導通、電流の通過を許容する状態)となる。   On the other hand, at time t0, as shown in FIG. 25B, the gate-source voltage is also 0 (V). Therefore, the MOSFET 74 is off (non-conducting, interrupted state). The gate-source voltage gradually decreases in a sine wave shape at time t0. For this reason, at time t1, the absolute value of the gate-source voltage becomes larger than the absolute value of the negative threshold voltage of the MOSFET 74. As a result, the MOSFET 74 is turned on (a state in which conduction and current passage are allowed).

このとき、AC50(V)が現れる端子T6の電位は正の電位となっている。一方、電子放出部EPの下部電極12側の電位は後述するように負の電位である。従って、電流I72が、端子T6からMOSFET74(MOSFET74のソースS−ドレインD間)を通過して電子放出部EPの下部電極12側へと流れる。これにより、電子放出部EPの下部電極12側である点P71には、端子T6の電位(端子T6に現れている交流電圧であるAC50(V)の電圧)が付与される。換言すると、時刻t1以降、電子放出部EPにAC50(V)が印加されるから、電源電圧はAC50(V)に沿って正弦波状に変化することになる。   At this time, the potential of the terminal T6 where AC50 (V) appears is a positive potential. On the other hand, the potential on the lower electrode 12 side of the electron emission portion EP is a negative potential as described later. Accordingly, the current I72 flows from the terminal T6 through the MOSFET 74 (between the source S and the drain D of the MOSFET 74) to the lower electrode 12 side of the electron emission portion EP. Thereby, the potential of the terminal T6 (the voltage of AC50 (V) that is an AC voltage appearing at the terminal T6) is applied to the point P71 on the lower electrode 12 side of the electron emission portion EP. In other words, since AC50 (V) is applied to the electron emission part EP after time t1, the power supply voltage changes sinusoidally along AC50 (V).

時刻t1からAC50(V)が正側のピークとなる時刻t2までの間、AC50(V)は正弦波状に増大して行く。これにより、電子放出部EPの下部電極側12には絶対値が次第に大きくなる正の電圧が印加される。換言すると、電子放出部EPの下部電極12に対する上部電極14側の電位は、絶対値が次第に大きくなる負の電位となる。この結果、時刻t1以降において前述した負側分極反転が発生し、電子がエミッタ部13に蓄積される。   From time t1 to time t2 when AC50 (V) reaches the positive peak, AC50 (V) increases in a sine wave shape. As a result, a positive voltage whose absolute value gradually increases is applied to the lower electrode side 12 of the electron emission portion EP. In other words, the potential on the upper electrode 14 side with respect to the lower electrode 12 of the electron emission portion EP is a negative potential whose absolute value gradually increases. As a result, the negative polarization inversion described above occurs after time t1 and electrons are accumulated in the emitter section 13.

かかるエミッタ部13への電子の蓄積は、時刻2までに実質的に完了する。従って、電源70は、エミッタ部13に電子を蓄積していない状態にあるときから少なくとも同エミッタ部13に電子を蓄積するまでの期間、下部電極12の電位が上部電極14の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が増大する第2電源電圧を電源電圧として発生し、その電源電圧を電子放出部EPに印加する。   The accumulation of electrons in the emitter section 13 is substantially completed by time 2. Therefore, in the power source 70, the potential of the lower electrode 12 becomes higher than the potential of the upper electrode 14 during a period from when the electrons are not accumulated in the emitter section 13 until at least the electrons are accumulated in the emitter section 13. Thus, the second power supply voltage whose absolute value increases sinusoidally is generated as the power supply voltage, and the power supply voltage is applied to the electron emission part EP.

時刻t2を過ぎると、AC50(V)は正弦波状に次第に減少する。このとき、端子T6の電位は、点P71の電位(電子放出部EPの下部電極12側の電位)より低くなる。これにより、MOSFET74の寄生ダイオードを介して電流は電子放出部EPの下部電極12側から端子T6に向かって流れ続ける。その結果、電子放出部EPに印加されている電源電圧(即ち、第2電源電圧AC50V)は減少する。なお、MOSFET74の寄生ダイオードによるドレインDからソースSへ向かう電流を阻止するために、MOSFET74と第2抵抗75との間の接続線L1に、MOSFET74から第2抵抗75へ向かう方向を順バイアス方向とするダイオードを直列に挿入してもよい。   After time t2, AC50 (V) gradually decreases in a sine wave shape. At this time, the potential at the terminal T6 is lower than the potential at the point P71 (the potential on the lower electrode 12 side of the electron emission portion EP). Thereby, the current continues to flow from the lower electrode 12 side of the electron emission portion EP toward the terminal T6 through the parasitic diode of the MOSFET 74. As a result, the power supply voltage applied to the electron emitter EP (that is, the second power supply voltage AC50V) decreases. In addition, in order to block the current from the drain D to the source S due to the parasitic diode of the MOSFET 74, the direction from the MOSFET 74 to the second resistor 75 is defined as the forward bias direction in the connection line L1 between the MOSFET 74 and the second resistor 75. May be inserted in series.

その後、時刻t3になると、図25の(B)に示したように、ゲート−ソース間電圧の絶対値がMOSFET74の負の閾値電圧の絶対値より小さくなる。この結果、MOSFET74がオフ(非導通、電流の通過を許容しない状態)となる。ただし、この場合も、MOSFET74の寄生ダイオードにより、ドレインDからソースSへ向かう電流が流れる。   Thereafter, at time t3, as shown in FIG. 25B, the absolute value of the gate-source voltage becomes smaller than the absolute value of the negative threshold voltage of the MOSFET 74. As a result, the MOSFET 74 is turned off (non-conducting and does not allow current to pass). However, also in this case, a current from the drain D to the source S flows due to the parasitic diode of the MOSFET 74.

次いで、時刻t4になると、商用電源が発生する電圧を変圧することにより生成された電圧(AC210(V)及びAC50(V)等)が正の電圧から負の電圧へと変化する。そして時刻t4を過ぎると、AC210(V)が現れる端子T8の電位は負の電位となる。一方、電子放出部EPの下部電極12側の電位は時刻t4において0である。従って、時刻t4以降、ダイオード72は順方向にバイアスされるので、順方向電流I71の通過を許容する。   Next, at time t4, the voltage (AC210 (V), AC50 (V), etc.) generated by transforming the voltage generated by the commercial power supply changes from a positive voltage to a negative voltage. After the time t4, the potential at the terminal T8 at which AC210 (V) appears becomes a negative potential. On the other hand, the potential on the lower electrode 12 side of the electron emission portion EP is 0 at time t4. Therefore, after time t4, the diode 72 is biased in the forward direction, and thus allows the forward current I71 to pass therethrough.

これにより、電子放出部EPの下部電極12側である点P71には、端子T8の電位(端子T8に現れている交流電圧であるAC210(V)の電圧)が付与される。換言すると、時刻t4以降、電子放出部EPの下部電極側12には正弦波状に絶対値が次第に大きくなる負の電圧AC210(V)が印加される。従って、電子放出部EPの下部電極12に対する上部電極14側の電位は、絶対値が次第に大きくなる正の電位となる。この結果、エミッタ部13に正側分極反転が発生し、これにより、エミッタ部13の上部近傍に蓄積されていた電子が上部電極14の微細貫通孔14aを通して上方に放出される。   Thereby, the potential of the terminal T8 (the voltage of AC210 (V) that is an AC voltage appearing at the terminal T8) is applied to the point P71 on the lower electrode 12 side of the electron emission portion EP. In other words, after time t4, a negative voltage AC210 (V) whose absolute value gradually increases in a sine wave shape is applied to the lower electrode side 12 of the electron emission portion EP. Therefore, the potential on the upper electrode 14 side with respect to the lower electrode 12 of the electron emission portion EP is a positive potential whose absolute value gradually increases. As a result, positive polarization reversal occurs in the emitter section 13, whereby electrons accumulated in the vicinity of the upper portion of the emitter section 13 are emitted upward through the fine through hole 14 a of the upper electrode 14.

時刻t4から更に時間が経過して時刻t5になると、図25の(C)の曲線CL5により示した放出電子電流は最大となる。換言すると、電源70は、電子放出素子10がエミッタ部13に電子を蓄積した状態にあるとき(時刻t4)から少なくとも同エミッタ部13に蓄積した電子が微細貫通孔14aを通して放出させられる単位時間あたりの量である電子放出量が最大となる時点(時刻t5)までの期間、上部電極14の電位が下部電極12の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が変化する第1電源電圧を電源電圧として発生し、その第1電源電圧を電子放出部EPに印加する。   When further time elapses from time t4 to time t5, the emission electron current indicated by the curve CL5 in FIG. 25C becomes maximum. In other words, the power source 70 has a unit per unit time during which at least the electrons accumulated in the emitter 13 are emitted through the fine through-holes 14a from when the electron-emitting device 10 has accumulated electrons in the emitter 13 (time t4). The first power supply voltage whose absolute value changes in a sine wave shape so that the potential of the upper electrode 14 becomes higher than the potential of the lower electrode 12 during the period up to the time point (time t5) when the electron emission amount is the maximum amount of Generated as a power supply voltage, the first power supply voltage is applied to the electron emission part EP.

時刻t5から時間が経過して時刻t6になると、AC210(V)は負側のピークとなる。従って、時刻t6以降においては、点P71の電位(電子放出部EPの下部電極12側の電位)が端子T8の電位より低くなる。従って、ダイオード72は逆方向にバイアスされ、非導通(遮断)状態となる。この結果、電源電圧は、AC210(V)とともに変化せず、その時点の値に実質的に維持される。なお、時刻t6を僅かに過ぎた時点までに、エミッタ部13の上部近傍に蓄積されていた電子は実質的に総て放出される。   When time elapses from time t5 and reaches time t6, AC210 (V) has a negative peak. Therefore, after time t6, the potential at the point P71 (the potential on the lower electrode 12 side of the electron emission portion EP) becomes lower than the potential at the terminal T8. Therefore, the diode 72 is biased in the reverse direction and becomes a non-conduction (cutoff) state. As a result, the power supply voltage does not change with AC 210 (V) and is substantially maintained at the value at that time. It should be noted that substantially all of the electrons accumulated in the vicinity of the upper portion of the emitter section 13 are released by a time point slightly past the time t6.

そして、商用電源が発生する電圧を変圧することにより生成された電圧(AC210(V)及びAC50(V)等)が負の電圧から正の電圧へと変化する時刻t7を過ぎ、時刻t8になると、図25の(B)に示したように、ゲート−ソース間電圧の絶対値がMOSFET74の負の閾値電圧の絶対値より大きくなる。この結果、MOSFET74が再びオンとなる。   Then, after time t7 when the voltage (AC210 (V), AC50 (V), etc.) generated by transforming the voltage generated by the commercial power supply changes from a negative voltage to a positive voltage, it is time t8. As shown in FIG. 25B, the absolute value of the gate-source voltage becomes larger than the absolute value of the negative threshold voltage of the MOSFET 74. As a result, the MOSFET 74 is turned on again.

このとき、AC50(V)が現れる端子T6の電位は正の電位となっている。一方、電子放出部EPの下部電極12側の電位は負の電位(AC210Vのピークの値である「約−300(V)」である。従って、電流I72が、端子T6からMOSFET74を通過して電子放出部EPの下部電極12側へと流れる。これにより、電子放出部EPの下部電極12側である点P71には、端子T6の電位(端子T6に現れている交流電圧であるAC50(V)の電圧)が付与される。その後、前述した時刻t1以降の動作が繰り返される。   At this time, the potential of the terminal T6 where AC50 (V) appears is a positive potential. On the other hand, the potential on the lower electrode 12 side of the electron emission portion EP is a negative potential ("about -300 (V)" which is the peak value of AC210V). Therefore, the current I72 passes through the MOSFET 74 from the terminal T6. It flows to the lower electrode 12 side of the electron emission part EP. Thereby, at a point P71 on the lower electrode 12 side of the electron emission part EP, the potential of the terminal T6 (AC50 (V AC which is an AC voltage appearing at the terminal T6) Then, the operation after time t1 described above is repeated.

このように、第2実施形態に係る電子放出装置の電源70も、電子放出素子10がエミッタ部13に電子を蓄積した状態にあるときから少なくとも同エミッタ部13に蓄積した電子が前記微細貫通孔14aを通して放出させられるときの単位時間あたりの電子放出量が最大となるまでの期間(時刻t4〜t5)、上部電極14の電位が下部電極12の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が変化する第1電源電圧Vin1であるAC210(V)を前記電源電圧Vinとして発生する。   As described above, the power supply 70 of the electron emission device according to the second embodiment also includes at least the electrons accumulated in the emitter 13 since the electron emitter 10 has accumulated electrons in the emitter 13. The absolute value in a sinusoidal shape so that the potential of the upper electrode 14 becomes higher than the potential of the lower electrode 12 during a period (time t4 to t5) until the amount of electron emission per unit time when it is emitted through 14a becomes maximum. AC210 (V), which is the first power supply voltage Vin1 that changes, is generated as the power supply voltage Vin.

加えて、電源70は、電子放出素子10がエミッタ部13に電子を蓄積していない状態にあるときから少なくとも同エミッタ部13に電子を蓄積するまでの期間(時刻t1〜t2乃至t4)、下部電極12の電位が上部電極14の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が増大する第2電源電圧Vin2であるAC50(V)を電源電圧Vinとして発生する。従って、第1実施形態の電源30と同様な効果を奏することができる。   In addition, the power source 70 has a lower period (time t1 to t2 to t4) from when the electron-emitting device 10 is not accumulating electrons in the emitter section 13 until at least the electrons are accumulated in the emitter section 13. AC50 (V), which is the second power supply voltage Vin2, whose absolute value increases sinusoidally so that the potential of the electrode 12 becomes higher than the potential of the upper electrode 14, is generated as the power supply voltage Vin. Therefore, the same effect as that of the power supply 30 of the first embodiment can be obtained.

また、電源70は、第1電源電圧及び第2電源電圧の前記電子放出部への印加状態を切り換えるスイッチング素子SW(MOSFET74)を備えている。これにより、電源70の構成が簡素化される。   The power source 70 includes a switching element SW (MOSFET 74) that switches application states of the first power source voltage and the second power source voltage to the electron emission unit. Thereby, the structure of the power supply 70 is simplified.

更に、電源70は、正弦波状に変化する交流電圧を発生する単一の交流電源(商用電源)を使用し、その交流電源が発生する交流電圧を電圧変換することにより第1電源電圧となる電圧AC210(V)及び第2電源電圧となる電圧AC50(V)を生成する変圧器71を備えている。   Furthermore, the power source 70 uses a single AC power source (commercial power source) that generates an AC voltage that changes sinusoidally, and a voltage that becomes the first power source voltage by converting the AC voltage generated by the AC power source. A transformer 71 that generates AC 210 (V) and a voltage AC 50 (V) as the second power supply voltage is provided.

従って、交流電源を一つだけ用意することにより、振幅が互いに相違し且つ正弦波状に変化する前記第1電源電圧及び前記第2電源電圧を簡単に生成することができる。また、商用電源を電子放出素子の電源として使用することも可能となる。   Therefore, by preparing only one AC power supply, the first power supply voltage and the second power supply voltage whose amplitudes are different from each other and change sinusoidally can be easily generated. It is also possible to use a commercial power source as a power source for the electron-emitting device.

更に、具体的述べると、電源70は、以下の特徴を有している。
(1)電源70は、正弦波状に変化する交流電圧を発生する単一の交流電源である商用電源を使用する。
(2)電源70は、一次巻線31a及び二次巻線31bを有するとともに、前記単一の交流電源が発生する正弦波状に変化する交流電圧を同一次側巻線31aに印加し、同二次巻線の基準位置(端子T3)と同二次巻線31bの第1の位置(端子T8)との電位差を前記第1電源電圧を生成するための電圧AC210(V)として取り出すとともに、同二次巻線31bの基準位置(端子T3)と同二次巻線31bの第2の位置(端子T6)との電位差を前記第2電源電圧を生成するための電圧AC50(V)として取り出す単一の変圧器71を備える。
More specifically, the power supply 70 has the following characteristics.
(1) The power source 70 uses a commercial power source that is a single AC power source that generates an AC voltage that changes in a sinusoidal shape.
(2) The power supply 70 has a primary winding 31a and a secondary winding 31b, and applies an alternating voltage generated in a sine wave generated by the single alternating-current power supply to the primary winding 31a. The potential difference between the reference position (terminal T3) of the secondary winding and the first position (terminal T8) of the secondary winding 31b is taken out as a voltage AC210 (V) for generating the first power supply voltage. A potential difference between the reference position (terminal T3) of the secondary winding 31b and the second position (terminal T6) of the secondary winding 31b is taken out as a voltage AC50 (V) for generating the second power supply voltage. One transformer 71 is provided.

(3)電源70は、電子放出部EPの両端のうちの上部電極14側を二次巻線31bの基準位置(端子T3)に接続する基準接続線L3と、電子放出部EPの両端のうちの下部電極12側を二次巻線31bの第1の位置(端子T8)と接続する第1接続線L1と、第1接続線L1に直列に介装され二次巻線31bの第1の位置(端子T8)の電位が電子放出部EPの両端のうちの下部電極12側の電位より低いとき順方向にバイアスされる整流素子72と、を備える。 (3) The power source 70 includes a reference connection line L3 that connects the upper electrode 14 side of both ends of the electron emission portion EP to the reference position (terminal T3) of the secondary winding 31b, and both ends of the electron emission portion EP. A first connection line L1 that connects the lower electrode 12 side to the first position (terminal T8) of the secondary winding 31b, and a first connection line L1 that is interposed in series with the first connection line L1. A rectifying element 72 biased in the forward direction when the potential at the position (terminal T8) is lower than the potential on the lower electrode 12 side of both ends of the electron emission portion EP.

(4)電源70は、電子放出部EPの両端のうちの下部電極12側を二次巻線31bの第2の位置(端子T6)と接続する第2接続線L71と、第2接続線L71に直列に介装されるとともに電流の通過を遮断している状態にある場合に切換制御信号が入力されることにより電流の通過を許容する状態となるスイッチング素子であるMOSFET74と、を備える。 (4) The power supply 70 includes a second connection line L71 and a second connection line L71 that connect the lower electrode 12 side of both ends of the electron emission portion EP to the second position (terminal T6) of the secondary winding 31b. And a MOSFET 74 that is a switching element that is in a state of allowing the passage of current when a switching control signal is input when the passage of the current is interrupted.

これらの特徴により、電源70は、単一の交流電源(例えば、商用電源)と、単一の変圧器31と、一つの整流素子72と、一つのスイッチング素子74と、により、第1電源電圧AC210(V)及び第2電源電圧AC50(V)を生成し且つこれらの電圧をスイッチング素子74により選択的且つ所望のタイミングにて電子放出部EPに印加することができる。   Due to these characteristics, the power source 70 includes a single AC power source (for example, a commercial power source), a single transformer 31, one rectifying element 72, and one switching element 74. The AC 210 (V) and the second power supply voltage AC 50 (V) can be generated, and these voltages can be selectively applied to the electron emission unit EP by the switching element 74 at a desired timing.

また、スイッチング素子であるMOSFET74の切換制御信号(MOSFETのソースS−ゲートG間に印加する電圧)を、単一の交流電源(商用電源)が発生する交流電圧AC100(V)に基づいて発生しているから、切換制御信号を生成するための電源が不要である。   Further, a switching control signal (voltage applied between the source S and the gate G of the MOSFET) of the MOSFET 74 which is a switching element is generated based on an AC voltage AC100 (V) generated by a single AC power supply (commercial power supply). Therefore, a power source for generating the switching control signal is not necessary.

更に、電源70は、前記切換制御信号を、前記単一の交流電源が発生する交流電圧と同期した交流電圧(変圧器71により変圧した交流電圧)を抵抗76及び抵抗77を含む分圧回路BCにより分圧することによって形成している。従って、極めて単純な回路で切換制御信号を生成することができる。この結果、電源70のコストを低減することができる。   Further, the power source 70 is a voltage dividing circuit BC including a resistor 76 and a resistor 77 that converts the switching control signal into an AC voltage (AC voltage transformed by the transformer 71) synchronized with the AC voltage generated by the single AC power source. It is formed by dividing the pressure by. Therefore, the switching control signal can be generated with a very simple circuit. As a result, the cost of the power source 70 can be reduced.

更に、電源70は、単一の変圧器71の二次巻線31bの第3の位置(端子T6)に現れる電圧AC50(V)と二次巻線31bの第4の位置(端子T5)に現れる電圧AC39(V)との差の電圧を、前記単一の交流電源が発生する交流電圧と同期した交流電圧として得ている。このため、余分な電源や変圧器等が不要となるので、より安価な電子放出装置を提供することができる。   Further, the power source 70 is connected to the voltage AC50 (V) appearing at the third position (terminal T6) of the secondary winding 31b of the single transformer 71 and the fourth position (terminal T5) of the secondary winding 31b. The voltage difference from the appearing voltage AC39 (V) is obtained as an AC voltage synchronized with the AC voltage generated by the single AC power supply. For this reason, an extra power supply, a transformer, etc. become unnecessary, and a cheaper electron emission apparatus can be provided.

なお、この場合においても、分圧回路BCが含む抵抗76及び77の少なくとも一つは、外部からの信号により抵抗値を変化するこができる可変抵抗であることが望ましい。これによれば、可変抵抗の抵抗値を変更することにより、第1電源電圧と第2電源電圧との切換タイミングを簡単な構成で制御することができる。   Even in this case, it is desirable that at least one of the resistors 76 and 77 included in the voltage dividing circuit BC is a variable resistor whose resistance value can be changed by an external signal. According to this, the change timing of the first power supply voltage and the second power supply voltage can be controlled with a simple configuration by changing the resistance value of the variable resistor.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る電子放出装置について図26を参照しながら説明する。この電子放出装置は、第1実施形態に係る電子放出装置のコレクタ電極18及び蛍光体19をコレクタ電極18’及び蛍光体19’に置換した点のみにおいて第1実施形態の電子放出装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
<Third Embodiment>
Next, an electron emission device according to a third embodiment of the invention will be described with reference to FIG. This electron emission device is different from the electron emission device of the first embodiment only in that the collector electrode 18 and the phosphor 19 of the electron emission device according to the first embodiment are replaced with the collector electrode 18 ′ and the phosphor 19 ′. ing. Therefore, hereinafter, this difference will be mainly described.

第3実施形態に係る電子放出装置においては、透明板17の裏面(上部電極14と対向する面)に蛍光体19’が形成され、蛍光体19’を覆うようにコレクタ電極18’が形成されている。コレクタ電極18’は、エミッタ部13から上部電極14の微細貫通孔14aを通して放出された電子が貫通できる程度の厚さを有するように形成されている。この場合、コレクタ電極18’の厚さは100nm以下であることが望ましい。コレクタ電極18’の厚さは、放出された電子の運動エネルギーが大きいほど大きくすることができる。   In the electron emission device according to the third embodiment, the phosphor 19 ′ is formed on the back surface (the surface facing the upper electrode 14) of the transparent plate 17, and the collector electrode 18 ′ is formed so as to cover the phosphor 19 ′. ing. The collector electrode 18 ′ is formed to have a thickness that allows electrons emitted from the emitter portion 13 through the fine through hole 14 a of the upper electrode 14 to penetrate. In this case, it is desirable that the collector electrode 18 'has a thickness of 100 nm or less. The thickness of the collector electrode 18 'can be increased as the kinetic energy of the emitted electrons increases.

係る構成は、CRT等に採用される構成である。コレクタ電極18’はメタルバックとして機能する。エミッタ部13から上部電極14の微細貫通孔14aを通して放出された電子はコレクタ電極18’を貫通して蛍光体19’に進入し、蛍光体19’を励起し、発光を生ぜしめる。この電子放出装置は、以下の効果を奏することができる。   Such a configuration is a configuration employed in a CRT or the like. The collector electrode 18 'functions as a metal back. Electrons emitted from the emitter section 13 through the fine through-holes 14a of the upper electrode 14 penetrate the collector electrode 18 'and enter the phosphor 19' to excite the phosphor 19 'and produce light emission. This electron emission device can achieve the following effects.

(a)蛍光体19’が導電性でない場合、蛍光体19’が帯電(負に帯電)することを回避することができる。この結果、電子を加速させる電界を維持することができる。
(b)コレクタ電極18’により蛍光体19’が発生した光が反射されるので、その光を効率よく透明板17側(発光面側)に放出させることができる。
(c)蛍光体19’への過度の電子の衝突を防ぐことができるので、蛍光体19’の劣化や蛍光体19’からガスが発生することを回避することができる。
(A) When the phosphor 19 ′ is not conductive, the phosphor 19 ′ can be prevented from being charged (negatively charged). As a result, an electric field that accelerates electrons can be maintained.
(B) Since the light generated by the phosphor 19 ′ is reflected by the collector electrode 18 ′, the light can be efficiently emitted to the transparent plate 17 side (light emitting surface side).
(C) Since excessive collision of electrons with the phosphor 19 ′ can be prevented, deterioration of the phosphor 19 ′ and generation of gas from the phosphor 19 ′ can be avoided.

<各構成部材の材料例及び製法例>
次に、上記各電子放出素子の構成部材の材料及び製法例について説明する。
<Examples of materials and manufacturing methods for each component>
Next, materials of the constituent members of the electron-emitting devices and examples of manufacturing methods will be described.

(下部電極12)
下部電極には、上述したように導電性を有する物質が使用される。以下、下部電極に好適な物質を列挙する。
(Lower electrode 12)
As described above, a conductive material is used for the lower electrode. Hereinafter, materials suitable for the lower electrode are listed.

(1)高温酸化雰囲気に対して耐性を有する導体(例えば、金属単体又は合金)
例)白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、モリブデン等の高融点貴金属
例)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
(2)高温酸化雰囲気に対して耐性を有する絶縁性セラミックスと金属単体との混合物
例)白金とセラミック材料とのサーメット材料
(3)高温酸化雰囲気に対して耐性を有する絶縁性セラミックスと合金との混合物
(4)カーボン系、又は、グラファイト系の材料
(1) Conductor having resistance to high-temperature oxidizing atmosphere (for example, simple metal or alloy)
Example) High melting point noble metals such as platinum, iridium, palladium, rhodium, molybdenum, etc.) Mainly composed of silver-palladium, silver-platinum, platinum-palladium, etc. alloys (2) Resistant to high-temperature oxidizing atmospheres Example of mixture of insulating ceramic and simple metal) Cermet material of platinum and ceramic material (3) Mixture of insulating ceramic and alloy having resistance to high-temperature oxidizing atmosphere (4) Carbon-based or graphite-based material

これらのうち、白金のみ又は白金系の合金を主成分とする材料が非常に好ましい。なお、電極材料中にセラミック材料を添加する場合、その添加されるセラミック材料の割合は5〜30体積%程度が好適である。また、後述する上部電極14の材料と同様な材料を用いてもよい。下部電極は、厚膜形成法により形成されることが好適である。下部電極の厚さは、好ましくは20μm以下であり、更に好ましくは5μm以下である。   Of these, a material mainly composed of only platinum or a platinum-based alloy is very preferable. In addition, when adding a ceramic material in an electrode material, about 5-30 volume% is suitable for the ratio of the added ceramic material. Further, a material similar to the material of the upper electrode 14 described later may be used. The lower electrode is preferably formed by a thick film forming method. The thickness of the lower electrode is preferably 20 μm or less, more preferably 5 μm or less.

(エミッタ部13)
エミッタ部を構成する誘電体としては、上述したように比誘電率が比較的高い(例えば、比誘電率が1000以上)の誘電体を採用することができる。以下、エミッタ部に好適な物質を列挙する。
(Emitter part 13)
As the dielectric constituting the emitter portion, a dielectric having a relatively high relative dielectric constant (for example, a relative dielectric constant of 1000 or more) can be employed as described above. Hereinafter, substances suitable for the emitter part will be listed.

(1)チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛、マグ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、マグネシウムタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛等
(2)上記(1)に記載の物質のうちの任意の物質を組み合わせたものを含有するセラミックス
(1) Barium titanate, lead zirconate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead magnesium tantalate, lead nickel tantalate, lead antimony stannate, lead titanate, Magnesium lead tungstate, lead cobalt niobate, etc. (2) Ceramics containing any combination of substances described in (1) above

(3)上記(2)に記載のセラミックスに、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、ニッケル及びマンガン等の酸化物を添加したもの、上記(2)に記載のセラミックスにこれらの酸化物の任意の物質を組み合わせたものを添加したもの、又は、更に他の化合物を適切に添加したもの
(4)主成分が上記(1)に記載の物質を50%以上有する物質
(3) The ceramic described in (2) above, further added with an oxide such as lanthanum, calcium, strontium, molybdenum, tungsten, barium, niobium, zinc, nickel, manganese, etc., described in (2) above Ceramics added with a combination of any of these oxides, or further appropriately added with other compounds (4) The main component has 50% or more of the substance described in (1) above material

なお、例えば、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)とチタン酸鉛(PT)との2成分系nPMN−mPT(n,mをモル数比とする。)については、PMNのモル数比を大きくすることにより、キューリー点が低下し且つ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及びm=1.0−nとしたnPMN−mPTは、比誘電率が3000以上となるので、エミッタ部の材料として非常に好ましい。例えば、n=0.91及びm=0.09のnPMN−mPTの室温における比誘電率は15000となり、n=0.95及びm=0.05のnPMN−mPTの室温における比誘電率は20000となる。   For example, for a binary nPMN-mPT of lead magnesium niobate (PMN) and lead titanate (PT) (where n and m are mole ratios), the PMN mole ratio is increased. As a result, the Curie point can be lowered and the relative dielectric constant at room temperature can be increased. In particular, nPMN-mPT in which n = 0.85 to 1.0 and m = 1.0-n has a relative dielectric constant of 3000 or more, and is thus very preferable as a material for the emitter portion. For example, nPMN-mPT with n = 0.91 and m = 0.09 has a relative dielectric constant of 15000 at room temperature, and nPMN-mPT with n = 0.95 and m = 0.05 has a relative dielectric constant of 20000 at room temperature. It becomes.

また、例えば、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)、チタン酸鉛(PT)及びジルコン酸鉛(PZ)の3成分系PMN−PT−PZについては、PMNのモル数比を大きくすることにより比誘電率を大きくすることができる。更に、この3成分系においては、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により、比誘電率を大きくすることができる。   Also, for example, for a ternary PMN-PT-PZ of lead magnesium niobate (PMN), lead titanate (PT) and lead zirconate (PZ), the relative dielectric constant can be increased by increasing the molar ratio of PMN. Can be increased. Furthermore, in this ternary system, the relative dielectric constant can be increased by using a composition near the morphotropic phase boundary (MPB) of tetragonal and pseudocubic or tetragonal and rhombohedral. it can.

例えば、PMN:PT:PZ=0.375:0.375:0.25とすると比誘電率は5500、PMN:PT:PZ=0.5:0.375:0.125とすると比誘電率は4500となり、このような組成のPMN−PT−PZはエミッタ部の材料として特に好ましい。   For example, when PMN: PT: PZ = 0.375: 0.375: 0.25, the relative dielectric constant is 5500, and when PMN: PT: PZ = 0.5: 0.375: 0.125, the relative dielectric constant is Thus, PMN-PT-PZ having such a composition is particularly preferable as a material for the emitter portion.

更に、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することにより、誘電率を向上させることが好ましい。この場合、例えば、誘電体に白金を重量比で20%混入させるとよい。   Furthermore, it is preferable to improve the dielectric constant by mixing a metal such as platinum into these dielectrics within a range in which insulation can be ensured. In this case, for example, 20% by weight of platinum may be mixed in the dielectric.

エミッタ部には、更に、圧電/電歪層や反強誘電体層等を用いることができる。エミッタ部に圧電/電歪層を用いる場合、その圧電/電歪層として、例えば、ジルコン酸鉛、マグ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、又はこれらのいずれかの組み合わせを含有するセラミックスを挙げることができる。   For the emitter portion, a piezoelectric / electrostrictive layer, an antiferroelectric layer, or the like can be further used. When a piezoelectric / electrostrictive layer is used for the emitter portion, examples of the piezoelectric / electrostrictive layer include lead zirconate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead magnesium tantalate. And ceramics containing nickel tantalate, lead antimony stannate, lead titanate, barium titanate, lead magnesium tungstate, lead cobalt niobate and the like, or any combination thereof.

当然、エミッタ部には、主成分が上記化合物を50重量%以上含有するものを使用することができる。また、前記セラミックスのうち、ジルコン酸鉛を含有するセラミックスは、エミッタ部を構成する圧電/電歪層の構成材料として最も頻繁に使用される。   As a matter of course, the emitter part may be one containing 50% by weight or more of the above compound as a main component. Among the ceramics, a ceramic containing lead zirconate is most frequently used as a constituent material of the piezoelectric / electrostrictive layer constituting the emitter portion.

また、圧電/電歪層をセラミックスにて構成する場合、前記セラミックスに、さらに、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、もしくはこれらのいずれかの組み合わせ、又は他の化合物を、適宜、添加したセラミックスを用いてもよい。また、前記セラミックスにSiO2、CeO2、Pb5Ge311もしくはこれらのいずれかの組み合わせを添加したセラミックスを用いてもよい。具体的には、PT−PZ−PMN系圧電材料にSiO2を0.2wt%、もしくはCeO2を0.1wt%、もしくはPb5Ge311を1〜2wt%添加した材料が好ましい。 Further, when the piezoelectric / electrostrictive layer is composed of ceramics, the ceramics may further include oxides such as lanthanum, calcium, strontium, molybdenum, tungsten, barium, niobium, zinc, nickel, manganese, or any of these. A combination of the above or other compounds as appropriate may be used. Further, a ceramic obtained by adding SiO 2 , CeO 2 , Pb 5 Ge 3 O 11 or any combination thereof to the ceramic may be used. Specifically, PT-PZ-PMN system piezoelectric material SiO 2 and 0.2 wt%, or a CeO 2 0.1 wt%, or Pb 5 Ge 3 O 11 by the addition 1 to 2 wt% materials are preferred.

より具体的には、例えば、マグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛及びチタン酸鉛とからなる成分を主成分とし、さらにランタンやストロンチウムを含有するセラミックスを用いることが好ましい。   More specifically, for example, it is preferable to use a ceramic containing, as a main component, a component composed of lead magnesium niobate, lead zirconate, and lead titanate, and further containing lanthanum or strontium.

圧電/電歪層は、緻密であっても、多孔質であってもよい。多孔質の場合、その気孔率は40%以下であることが好ましい。   The piezoelectric / electrostrictive layer may be dense or porous. In the case of a porous material, the porosity is preferably 40% or less.

エミッタ部13に反強誘電体層を用いる場合、その反強誘電体層としては、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、更には、ジルコン酸鉛に酸化ランタンを添加したもの、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が望ましい。   When an antiferroelectric layer is used for the emitter section 13, the antiferroelectric layer is mainly composed of lead zirconate, a component composed mainly of lead zirconate and lead stannate, Furthermore, what added lanthanum oxide to lead zirconate, and what added lead zirconate and lead niobate to the component which consists of lead zirconate and lead stannate are desirable.

反強誘電体層は、多孔質であってもよい。多孔質の場合、その気孔率は30%以下であることが望ましい。   The antiferroelectric layer may be porous. In the case of a porous material, the porosity is desirably 30% or less.

更に、タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム(SrBi2Ta29)は、分極反転疲労が小さいので、エミッタ部に適している。このような分極反転疲労が小さい材料は、層状強誘電体化合物で、(BiO22+(Am-1m3m+12-という一般式で表される。ここで、金属Aのイオンは、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Pb2+、Bi3+、La3+等であり、金属Bのイオンは、Ti4+、Ta5+、Nb5+等である。更に、チタン酸バリウム系、ジルコン酸鉛系、PZT系の圧電セラミックスに添加剤を加えて半導体化させることも可能である。この場合、エミッタ部13内で不均一な電界分布をもたせられるので、電子放出に寄与する上部電極との界面近傍に電界を集中させることができる。 Furthermore, strontium bismuthate tantalate (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) is suitable for the emitter part because it has low polarization reversal fatigue. Such a material with low polarization reversal fatigue is a layered ferroelectric compound and is represented by the general formula (BiO 2 ) 2+ (A m-1 B m O 3m + 1 ) 2− . Here, the ions of metal A are Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Pb 2+ , Bi 3+ , La 3+, etc., and the ions of metal B are Ti 4+ , Ta 5+ , Nb 5+ and the like. Furthermore, it is possible to make semiconductors by adding additives to barium titanate, lead zirconate, and PZT piezoelectric ceramics. In this case, since an uneven electric field distribution is provided in the emitter section 13, the electric field can be concentrated near the interface with the upper electrode that contributes to electron emission.

また、圧電/電歪/反強誘電体セラミックスに、例えば鉛ホウケイ酸ガラス等のガラス成分や、他の低融点化合物(例えば酸化ビスマス等)を混ぜることによって、エミッタ部13の焼成温度を下げることができる。   Also, the firing temperature of the emitter section 13 can be lowered by mixing the piezoelectric / electrostrictive / antiferroelectric ceramic with a glass component such as lead borosilicate glass or other low melting point compound (for example, bismuth oxide). Can do.

また、エミッタ部を圧電/電歪/反強誘電体セラミックスで構成する場合、エミッタ部はシート状の成形体、シート状の積層体、又は、これらを他の支持用基板に積層又は接着したものから作成することができる。   In addition, when the emitter part is composed of piezoelectric / electrostrictive / antiferroelectric ceramics, the emitter part is a sheet-like molded body, a sheet-like laminate, or a laminate or bonded to another supporting substrate. Can be created from.

また、エミッタ部に非鉛系の材料を使用すること等により、エミッタ部を融点もしくは蒸散温度の高い材料により形成すれば、電子もしくはイオンの衝突に対し損傷しにくいエミッタ部が得られる。   Further, if the emitter part is formed of a material having a high melting point or a high evaporation temperature by using a lead-free material for the emitter part, an emitter part that is not easily damaged by the collision of electrons or ions can be obtained.

なお、エミッタ部は、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気泳動法、エアロゾルデポジション法、パウダージェットデボジション法等の各種厚膜形成法や、イオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長法(CVD)、めっき等の各種薄膜形成法により形成することができる。特に、圧電/電歪材料を粉末化したものを、エミッタ部として形成し、これに低融点のガラスやゾル粒子を含浸させることにより、700℃或いは600℃以下といった低温で膜を形成することができる。   In addition, the emitter part includes various thick film forming methods such as a screen printing method, a dipping method, a coating method, an electrophoresis method, an aerosol deposition method, and a powder jet deposition method, an ion beam method, a sputtering method, a vacuum deposition method, It can be formed by various thin film forming methods such as ion plating, chemical vapor deposition (CVD), and plating. In particular, it is possible to form a film at a low temperature of 700 ° C. or 600 ° C. or less by forming a powdered piezoelectric / electrostrictive material as an emitter portion and impregnating it with glass or sol particles having a low melting point. it can.

(上部電極14)
上部電極には焼成後に薄い膜が得られる有機金属ペースト(例えば、白金レジネートペースト等の材料)が使用される。また、上部電極の材料には、分極反転疲労を抑制する酸化物電極、或いは、分極反転疲労を抑制する酸化物電極を例えば白金レジネートペーストに混ぜた材料が好適である。分極反転疲労を抑制する酸化物電極としては、例えば、酸化ルテニウム(RuO2)、酸化イリジウム(IrO2)、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO3)、La1-xSrxCoO3(例えばx=0.3や0.5)、La1-xCaxMnO3(例えばx=0.2)、La1-xCaxMn1-yCoy3(例えばx=0.2、y=0.05)等を挙げることができる。
(Upper electrode 14)
For the upper electrode, an organic metal paste (for example, a material such as a platinum resinate paste) that can obtain a thin film after firing is used. As the material of the upper electrode, an oxide electrode that suppresses polarization reversal fatigue or a material in which an oxide electrode that suppresses polarization reversal fatigue is mixed with, for example, a platinum resinate paste is suitable. Examples of oxide electrodes that suppress polarization reversal fatigue include ruthenium oxide (RuO 2 ), iridium oxide (IrO 2 ), strontium ruthenate (SrRuO 3 ), La 1-x Sr x CoO 3 (for example, x = 0. 3 or 0.5), La 1-x Ca x MnO 3 (eg, x = 0.2), La 1-x Ca x Mn 1-y Co y O 3 (eg, x = 0.2, y = 0. 05).

また、上部電極に、鱗片状の物質(例えば黒鉛等)の集合体や、鱗片状の物質を含んだ導電性の物質の集合体を使用することが好適である。このような物質の集合体は、元来、鱗片と鱗片とが離間している部分を有しているので、焼成などの熱処理を経なくても、その部分を上部電極の上記微細貫通孔として使用することができる。更に、エミッタ部上に有機樹脂と金属薄膜とをこの順に層状に形成した後で焼成し、有機樹脂を燃焼させることにより金属薄膜に微細貫通孔を形成し、上部電極としてもよい。   In addition, it is preferable to use an aggregate of scaly substances (eg, graphite) or an aggregate of conductive substances containing scaly substances for the upper electrode. Since the aggregate of such substances originally has a portion where the scale and the scale are separated from each other, the portion can be used as the fine through hole of the upper electrode without performing a heat treatment such as firing. Can be used. Further, an organic resin and a metal thin film may be formed in this order on the emitter portion and then fired, and the organic resin may be burned to form fine through holes in the metal thin film, thereby forming the upper electrode.

上部電極は、上記材料を用い、スクリーン印刷、スプレー、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法や、スパッタリング法、イオンビーム法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長法(CVD)、めっき等の各種の薄膜形成法による通常の膜形成法により形成することができる。   The upper electrode uses the above-mentioned materials, and various thick film forming methods such as screen printing, spraying, coating, dipping, coating, electrophoresis, etc., sputtering method, ion beam method, vacuum deposition method, ion plating method, chemical method It can be formed by an ordinary film forming method using various thin film forming methods such as vapor deposition (CVD) and plating.

以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る電子放出装置は、簡素な回路を有する電源30又は電源70を用いて、消費電力を低減し、或いは、不要な電子放出を回避することができる。   As described above, the electron emission device according to each embodiment of the present invention uses the power supply 30 or the power supply 70 having a simple circuit to reduce power consumption or avoid unnecessary electron emission. Can do.

更に、上記各電子放出装置は、不要な電子の放出が発生する可能性があるときにコレクタ電極をオフし、電子放出が必要な場合にコレクタ電極をオンとする。従って、この電子放出装置は、不要な電子放出を回避しながら、正規に放出された電子に十分なエネルギーを付与することができ、良好な画像を提供し得るディスプレイとなっている。また、仮に上部電極14とコレクタ電極18間がプラズマ状態となったとしても、コレクタ電極18を間欠的にオフとするので、プラズマ状態を消滅させることができる。この結果、プラズマ状態が継続してしまうことによる大発光の連続的発生を回避することができる。   Further, each of the electron emission devices turns off the collector electrode when unnecessary electron emission may occur, and turns on the collector electrode when electron emission is necessary. Therefore, this electron-emitting device is a display that can give sufficient energy to the normally emitted electrons while avoiding unnecessary electron emission, and can provide a good image. Further, even if the upper electrode 14 and the collector electrode 18 are in a plasma state, the collector electrode 18 is intermittently turned off, so that the plasma state can be extinguished. As a result, it is possible to avoid the continuous generation of large light emission due to the continued plasma state.

また、集束電極を採用することにより、電子が上部電極から実質的に直上方向に放出されるから、上部電極とコレクタ電極との距離を大きくすることができる。この結果、上部電極とコレクタ電極との間の絶縁破壊を低減或いは回避することができる。更に、上部電極とコレクタ電極との間の絶縁破壊の可能性が低減するから、コレクタ電極18をオンしている期間中においてコレクタ電極18に付与する第1コレクタ電圧V1(Vc)を大きくすることができる。この結果、蛍光体に到達する電子に大きなエネルギーを付与することができるので、ディスプレイの輝度を向上することができる。   Further, by adopting the focusing electrode, electrons are emitted from the upper electrode in a substantially upward direction, so that the distance between the upper electrode and the collector electrode can be increased. As a result, dielectric breakdown between the upper electrode and the collector electrode can be reduced or avoided. Further, since the possibility of dielectric breakdown between the upper electrode and the collector electrode is reduced, the first collector voltage V1 (Vc) applied to the collector electrode 18 is increased during the period when the collector electrode 18 is turned on. Can do. As a result, a large energy can be imparted to the electrons that reach the phosphor, so that the brightness of the display can be improved.

なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、図27に示したように、集束電極16は、平面視において互いにX軸方向において隣接する上部電極14の間のみだけでなく、Y軸方向において互いに隣接する上部電極14の間にも形成されていてもよい。   In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, as shown in FIG. 27, the focusing electrodes 16 are formed not only between the upper electrodes 14 adjacent to each other in the X-axis direction but also between the upper electrodes 14 adjacent to each other in the Y-axis direction in plan view. May be.

これによれば、ある素子の上部電極14から放出された電子はX軸方向において隣接する他の素子の上部電極14の上方にある蛍光体に到達しない。従って、色純度を良好に維持することができる。更に、この例では、Y軸方向において互いに隣接する二つの素子の各上部電極14の間にも集束電極16が形成されているので、ある上部電極14から放出された電子はY軸方向において隣接する上部電極14の上方にある蛍光体にも到達しない。この結果、画像パターンがにじむことを回避することができる。   According to this, the electrons emitted from the upper electrode 14 of a certain element do not reach the phosphor above the upper electrode 14 of another element adjacent in the X-axis direction. Therefore, the color purity can be maintained satisfactorily. Further, in this example, since the focusing electrode 16 is formed between the upper electrodes 14 of two elements adjacent to each other in the Y-axis direction, electrons emitted from a certain upper electrode 14 are adjacent in the Y-axis direction. The phosphor above the upper electrode 14 does not reach. As a result, it is possible to avoid bleeding of the image pattern.

更に、図28に示したように、電子放出装置は一つの略正方形の画素PX内に4つの素子(従って、4つの上部電極14である第1上部電極14−1,第2上部電極14−2,第3上部電極14−3,第4上部電極14−4)と、集束電極16とを備えていてもよい。この場合、例えば、第1上部電極14−1の直上には図示しない緑色蛍光体が配設され、第2上部電極14−2及び第4上部電極14−4の直上には図示しない赤色蛍光体が配設され、第3上部電極14−3の直上には図示しない青色蛍光体が配設される。集束電極16は、各上部電極14を取り囲むように各上部電極14の周囲に形成されている。これによれば、ある素子の上部電極14から放出された電子はその上部電極14の直上に配置された蛍光体のみに到達するから、色純度を良好に維持するとともに画像パターンのにじみを回避することができる。   Further, as shown in FIG. 28, the electron-emitting device has four elements (thus, four upper electrodes 14, ie, a first upper electrode 14-1 and a second upper electrode 14-in one substantially square pixel PX. 2, the third upper electrode 14-3, the fourth upper electrode 14-4), and the focusing electrode 16 may be provided. In this case, for example, a green phosphor (not shown) is disposed immediately above the first upper electrode 14-1, and a red phosphor (not shown) is directly above the second upper electrode 14-2 and the fourth upper electrode 14-4. A blue phosphor (not shown) is disposed immediately above the third upper electrode 14-3. The focusing electrode 16 is formed around each upper electrode 14 so as to surround each upper electrode 14. According to this, since the electrons emitted from the upper electrode 14 of a certain element reach only the phosphor disposed immediately above the upper electrode 14, the color purity is maintained well and the blurring of the image pattern is avoided. be able to.

更に、図29及び図30に示したように、本発明よる他の電子放出装置70は、下部電極72、エミッタ部73及び上部電極74を備えてなる完全に独立した素子を基板11上に配列し、各素子の間を絶縁体75で満たし、且つ、その絶縁体75の上面であってX軸方向において互いに隣接する素子の各上部電極74の間に集束電極76を形成した構造を備えるものであってもよい。   Furthermore, as shown in FIGS. 29 and 30, another electron emission device 70 according to the present invention arranges completely independent elements comprising a lower electrode 72, an emitter portion 73 and an upper electrode 74 on the substrate 11. And a structure in which each element is filled with an insulator 75, and a focusing electrode 76 is formed between the upper electrodes 74 of elements adjacent to each other in the X-axis direction on the upper surface of the insulator 75. It may be.

このように構成された電子放出装置70は、各素子から独立したタイミングにて或いは同時に電子を放出することができる。従って、各素子の上部電極74の上部に独立したコレクタ電極を設けておき、コレクタ電圧付与回路は、各コレクタ電極に対応する素子の状態に応じて同各コレクタ電極をオン又はオフとするように構成されてもよい。   The electron emission device 70 configured in this manner can emit electrons at an independent timing from each element or simultaneously. Therefore, an independent collector electrode is provided above the upper electrode 74 of each element, and the collector voltage application circuit turns on or off each collector electrode according to the state of the element corresponding to each collector electrode. It may be configured.

また、上述した集束電極16(76)に、時間経過とともに変化する電圧Vs(t)を付与できるように構成してもよい。この場合、例えば、発光期間Thよりも電荷蓄積期間Tdにおいて、大きさがより大きい負の電圧を集束電極16に付与し、電荷蓄積期間Tdにおける不要な電子放出をより確実に抑制してもよい。   Moreover, you may comprise so that the voltage Vs (t) which changes with time passage may be provided to the focusing electrode 16 (76) mentioned above. In this case, for example, a negative voltage larger in magnitude in the charge accumulation period Td than in the light emission period Th may be applied to the focusing electrode 16 to more reliably suppress unnecessary electron emission in the charge accumulation period Td. .

更に、電荷蓄積期間Tdにおいて集束電極16をフローティング状態に維持し、発光期間Thにおいて集束電極16に所定の電位を付与してもよい。これによれば、集束電極16と上部電極14との間、或いは、集束電極16と下部電極12との間の容量結合によって生じる過渡的な電流の発生を回避できるので、無駄な電力消費を回避することができる。   Furthermore, the focusing electrode 16 may be maintained in a floating state during the charge accumulation period Td, and a predetermined potential may be applied to the focusing electrode 16 during the light emission period Th. According to this, since it is possible to avoid the generation of a transient current caused by capacitive coupling between the focusing electrode 16 and the upper electrode 14 or between the focusing electrode 16 and the lower electrode 12, unnecessary power consumption is avoided. can do.

加えて、上記実施形態においては、電子放出を一斉に行うために、コレクタ電極18(又は、コレクタ電極18’。以下同じ。)へ放出された電子による電流(コレクタ電流)が一斉に流れるので、コレクタ電圧付与回路50(コレクタ電極回路)に挿入されているコレクタ抵抗51による電圧降下によってコレクタ電極18の電位が低下する。このため、蛍光体19(又は、蛍光体19’、以下同じ。)に衝突する際の電子のエネルギーが低下し、輝度が低下することが生じる。この輝度の低下を防止するため、コレクタ抵抗51の値を小さくすると、異常放電(電子の過度の放出)が発生したときのコレクタ電極18、蛍光体19或いは電子放出素子の損傷が大きくなる。   In addition, in the above embodiment, in order to perform electron emission all at once, currents (collector currents) due to electrons emitted to the collector electrode 18 (or collector electrode 18 ′; the same shall apply hereinafter) flow all at once. The potential of the collector electrode 18 decreases due to a voltage drop caused by the collector resistor 51 inserted in the collector voltage application circuit 50 (collector electrode circuit). For this reason, the energy of electrons when colliding with the phosphor 19 (or phosphor 19 ', the same shall apply hereinafter) is lowered, and the luminance is lowered. If the value of the collector resistance 51 is reduced in order to prevent this decrease in luminance, damage to the collector electrode 18, the phosphor 19 or the electron-emitting device when abnormal discharge (excessive emission of electrons) occurs increases.

そこで、電子放出装置が備える複数の電子放出素子の電子放出タイミングを電子放出素子間で異なるタイミングとすることにより、コレクタ電流のピーク値を抑えることが効果的である。これは、例えば、次に述べる手法により実現することができる。   Therefore, it is effective to suppress the peak value of the collector current by setting the electron emission timings of the plurality of electron-emitting devices included in the electron-emitting device to different timings among the electron-emitting devices. This can be realized, for example, by the method described below.

変圧器を二つ準備し、複数の電子放出素子を二つのグループに分け、それぞれのグループを別々の変圧器により駆動する(別々の変圧器に接続して電子放出動作を行わせる。)。より具体的には、この二つの変圧器の各一次巻線を互いに相違するように商用電源(単一の交流電源)に接続する。このとき、一つの変圧器については、図21に示したように、端子T1にAC100V(−)を接続するとともに端子T2にAC100V(+)を接続する。他の一つの変圧器については、端子T1にAC100V(+)を接続するとともに端子T2にAC100V(−)を接続する。二次巻線と電子放出素子とは、両グループとも図21に示したように接続する。   Two transformers are prepared, a plurality of electron-emitting devices are divided into two groups, and each group is driven by a separate transformer (connected to a separate transformer to perform an electron emission operation). More specifically, the primary windings of the two transformers are connected to a commercial power source (single AC power source) so as to be different from each other. At this time, as shown in FIG. 21, for one transformer, AC100V (−) is connected to the terminal T1, and AC100V (+) is connected to the terminal T2. As for another transformer, AC100V (+) is connected to the terminal T1, and AC100V (-) is connected to the terminal T2. The secondary winding and the electron-emitting device are connected to each other as shown in FIG.

このようにすると、電子は、それぞれのグループの素子から互いに電源電圧の周期の半分だけ異なるタイミングで放出させられる。従って、総ての素子から一斉に電子が放出される場合に比べ、コレクタ電流のピークを半減させることができる。その結果、輝度の確保と素子の保護とを両立することができる。   In this way, electrons are emitted from the elements of each group at a timing different from each other by half the period of the power supply voltage. Therefore, the peak of the collector current can be halved as compared with the case where electrons are emitted from all the devices at once. As a result, it is possible to achieve both of ensuring the luminance and protecting the element.

また、基板11は、酸化アルミニウムを主成分とする材料、酸化アルミニウム及び酸化ジルコニウムとの混合物を主成分とする材料、ソーダガラス、鉛ガラス、硼珪酸ガラス、或いは、石英ガラス等から構成されていてもよい。   The substrate 11 is made of a material mainly composed of aluminum oxide, a material mainly composed of a mixture of aluminum oxide and zirconium oxide, soda glass, lead glass, borosilicate glass, or quartz glass. Also good.

本発明の第1実施形態に係る電子放出装置の部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view of an electron emission device according to a first embodiment of the present invention. 図1に示した電子放出装置を異なる平面にて切断した部分断面図である。It is the fragmentary sectional view which cut | disconnected the electron emission apparatus shown in FIG. 1 in a different plane. 図1に示した電子放出装置の部分平面図である。FIG. 2 is a partial plan view of the electron emission device shown in FIG. 1. 図1に示した電子放出装置の拡大部分断面図である。FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view of the electron emission device shown in FIG. 1. 図1に示した上部電極の拡大部分平面図である。FIG. 2 is an enlarged partial plan view of an upper electrode shown in FIG. 1. 図1に示した電子放出素子の一つの状態を示した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating one state of the electron-emitting device illustrated in FIG. 1. 図1に示した電子放出素子の分極−素子端電圧特性(Q−V特性)を示したグラフである。5 is a graph showing polarization-element end voltage characteristics (QV characteristics) of the electron-emitting device shown in FIG. 1. 図1に示した電子放出装置の作動原理を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the principle of operation of the electron emission apparatus shown in FIG. 図1に示した電子放出素子の他の状態を示した図である。It is the figure which showed the other state of the electron-emitting element shown in FIG. 図1に示した電子放出素子の他の状態を示した図である。It is the figure which showed the other state of the electron-emitting element shown in FIG. 図1に示した電子放出素子の他の状態を示した図である。It is the figure which showed the other state of the electron-emitting element shown in FIG. 図1に示した電子放出素子の他の状態を示した図である。It is the figure which showed the other state of the electron-emitting element shown in FIG. 図1に示した電子放出素子の他の状態を示した図である。It is the figure which showed the other state of the electron-emitting element shown in FIG. 集束電極を備えない電子放出素子により放出された電子の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the electron discharge | released by the electron emission element which is not provided with a focusing electrode. 図1に示した電子放出装置により放出された電子の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the electron discharge | released by the electron emission apparatus shown in FIG. 従来の電子放出装置が正常な電子放出を行った場合の駆動電圧、素子電圧、素子電流及び光出力を示したタイムチャートである。It is the time chart which showed the drive voltage, element voltage, element current, and optical output when the conventional electron emission apparatus performed normal electron emission. 従来の電子放出装置が不要(異常)な電子放出を行った場合の駆動電圧、素子電圧、素子電流及び光出力を示したタイムチャートである。It is the time chart which showed the drive voltage, element voltage, element current, and optical output when the conventional electron emission apparatus performed unnecessary (abnormal) electron emission. 従来の電子放出装置が不要(異常)な電子放出を行った場合の駆動電圧、素子電圧、素子電流及び光出力を示したタイムチャートである。It is the time chart which showed the drive voltage, element voltage, element current, and optical output when the conventional electron emission apparatus performed unnecessary (abnormal) electron emission. 従来の電子放出装置が不要(異常)な電子放出を行った場合の駆動電圧、素子電圧、素子電流及び光出力を示したタイムチャートである。It is the time chart which showed the drive voltage, element voltage, element current, and optical output when the conventional electron emission apparatus performed unnecessary (abnormal) electron emission. 図1に示した電源を概念的に示したブロック図である。It is the block diagram which showed notionally the power supply shown in FIG. 図1及び図20に示した電源の回路図である。FIG. 21 is a circuit diagram of the power supply shown in FIGS. 1 and 20. 図21に示した電源の発生する電源電圧、電子放出素子の素子端電圧等を示したタイムチャートである。FIG. 22 is a time chart showing a power supply voltage generated by the power supply shown in FIG. 21, an element end voltage of the electron-emitting device, and the like. 図21に示したサイリスタのゲートに印加する電圧を作成する方法を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the method to produce the voltage applied to the gate of the thyristor shown in FIG. 本発明の第2実施形態に係る電源の回路図である。It is a circuit diagram of the power supply which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図24に示した電源の発生する電源電圧等を示したタイムチャートである。It is a time chart which showed the power supply voltage etc. which the power supply shown in FIG. 24 generate | occur | produces. 本発明の第3実施形態に係る電子放出装置の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the electron emission apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明による電子放出装置の変形例の部分平面図である。It is a fragmentary top view of the modification of the electron emission apparatus by this invention. 本発明による電子放出装置の他の変形例の部分平面図である。It is a fragmentary top view of the other modification of the electron emission apparatus by this invention. 本発明による電子放出装置の他の変形例の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the other modification of the electron emission apparatus by this invention. 図29に示した電子放出装置の他の部分断面図である。FIG. 30 is another partial cross-sectional view of the electron emission device shown in FIG. 29. 集束電極を備えない電子放出装置の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the electron emission apparatus which is not provided with a focusing electrode. 本発明が適用されていない電子放出装置における駆動電圧(電源電圧)及び光出力を示したタイムチャートである。It is the time chart which showed the drive voltage (power supply voltage) and optical output in the electron emission apparatus to which this invention is not applied.

符号の説明Explanation of symbols

10…電子放出素子、11…基板、12…下部電極、13…エミッタ部、13…エミッタ部、14…各上部電極、14a…貫通孔(微細貫通孔)、14…上部電極、15…絶縁層、16…集束電極、17…透明板、18…コレクタ電極、19…蛍光体、19B…青色蛍光体、19R…赤色蛍光体、19G…緑色蛍光体、20…保護抵抗、30…電源、31…変圧器、31a…一次巻線、31b…二次巻線、32…ダイオード(整流素子)、34…サイリスタ(整流素子、スイッチング素子)、40…集束電極電位付与回路、50…コレクタ電圧付与回路、70…電子放出装置、72…下部電極、73…エミッタ部、74…上部電極、75…絶縁体、76…集束電極、EP…電子放出部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electron emission element, 11 ... Board | substrate, 12 ... Lower electrode, 13 ... Emitter part, 13 ... Emitter part, 14 ... Each upper electrode, 14a ... Through-hole (fine through-hole), 14 ... Upper electrode, 15 ... Insulating layer 16 ... Focusing electrode, 17 ... Transparent plate, 18 ... Collector electrode, 19 ... Phosphor, 19B ... Blue phosphor, 19R ... Red phosphor, 19G ... Green phosphor, 20 ... Protection resistor, 30 ... Power supply, 31 ... Transformer, 31a ... primary winding, 31b ... secondary winding, 32 ... diode (rectifier element), 34 ... thyristor (rectifier element, switching element), 40 ... focusing electrode potential application circuit, 50 ... collector voltage application circuit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 70 ... Electron emission apparatus, 72 ... Lower electrode, 73 ... Emitter part, 74 ... Upper electrode, 75 ... Insulator, 76 ... Focusing electrode, EP ... Electron emission part.

Claims (11)

誘電体からなるエミッタ部と、同エミッタ部の下部に形成された下部電極と、同エミッタ部を挟んで同下部電極に対向するように同エミッタ部の上部に形成されるとともに微細貫通孔が複数形成され且つ同微細貫通孔の周部であって同エミッタ部と対向する面が同エミッタ部から所定の距離だけ離間しているように形成されてなる上部電極と、を有する電子放出素子を含む電子放出部と、
前記電子放出部に印加する電源電圧を発生する電源と、
を備え、前記電源電圧によって前記エミッタ部に電子を蓄積させるとともに同蓄積された電子を前記微細貫通孔を通して放出させる電子放出装置において、
前記電源は、
前記電子放出素子が前記エミッタ部に電子を蓄積した状態にあるときから少なくとも同エミッタ部に蓄積した電子が前記微細貫通孔を通して放出させられるときの単位時間あたりの電子放出量が最大となるまでの期間、前記上部電極の電位が前記下部電極の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が変化する第1電源電圧を前記電源電圧として発生し、
前記電子放出素子が前記エミッタ部に電子を蓄積していない状態にあるときから少なくとも同エミッタ部に電子を蓄積するまでの期間、前記下部電極の電位が前記上部電極の電位よりも高くなるように正弦波状に絶対値が増大する第2電源電圧を前記電源電圧として発生するように構成された電子放出装置。
An emitter portion made of a dielectric, a lower electrode formed at the lower portion of the emitter portion, a plurality of fine through holes formed at the upper portion of the emitter portion so as to face the lower electrode across the emitter portion And an upper electrode formed so that a surface of the fine through-hole and facing the emitter portion is spaced apart from the emitter portion by a predetermined distance. An electron emitter,
A power supply for generating a power supply voltage to be applied to the electron emission unit;
In an electron emission device that accumulates electrons in the emitter section by the power supply voltage and emits the accumulated electrons through the fine through hole,
The power supply is
From when the electron-emitting device is in a state of accumulating electrons in the emitter section until at least the amount of electrons emitted per unit time when electrons accumulated in the emitter section are emitted through the fine through-holes is maximized. Generating, as the power supply voltage, a first power supply voltage whose absolute value changes sinusoidally so that the potential of the upper electrode is higher than the potential of the lower electrode during the period,
The potential of the lower electrode is made higher than the potential of the upper electrode during a period from when the electron-emitting device is not accumulating electrons in the emitter portion to at least accumulation of electrons in the emitter portion. An electron-emitting device configured to generate, as the power supply voltage, a second power supply voltage whose absolute value increases sinusoidally.
請求項1に記載の電子放出装置において、
前記電子放出部は、
前記電子放出素子に直列接続された保護抵抗を含む電子放出装置。
The electron emission device according to claim 1, wherein
The electron emission portion is
An electron emission device including a protective resistor connected in series to the electron emission element.
請求項1又は請求項2に記載の電子放出装置において、
前記第1電源電圧の振幅は前記第2電源電圧の振幅より大きい電子放出装置。
The electron-emitting device according to claim 1 or 2,
The electron emission device, wherein the amplitude of the first power supply voltage is larger than the amplitude of the second power supply voltage.
請求項3に記載の電子放出装置において、
前記電源は、
前記第1電源電圧及び前記第2電源電圧の前記電子放出部への印加状態を切り換えるスイッチング素子を備えた電子放出装置。
The electron emission device according to claim 3, wherein
The power supply is
An electron emission device comprising a switching element for switching application states of the first power supply voltage and the second power supply voltage to the electron emission portion.
請求項3に記載の電子放出装置において、
前記電源は、
正弦波状に変化する交流電圧を発生する単一の交流電源に接続され同交流電源が発生する交流電圧を電圧変換することにより前記第1電源電圧となる電圧及び前記第2電源電圧となる電圧を生成する変圧器、
を備えた電子放出装置。
The electron emission device according to claim 3, wherein
The power supply is
A voltage that becomes the first power supply voltage and a voltage that becomes the second power supply voltage are obtained by converting the AC voltage generated by the AC power supply connected to a single AC power supply that generates an AC voltage that changes in a sine wave shape. Generating transformer,
An electron emission device.
請求項3に記載の電子放出装置において、
前記電源は、
一次巻線及び二次巻線を有するとともに、単一の交流電源が発生する正弦波状に変化する交流電圧を同一次側巻線に印加し、同二次巻線の基準位置と同二次巻線の第1の位置との電位差を前記第1電源電圧を生成するための電圧として取り出すとともに、同二次巻線の基準位置と同二次巻線の第2の位置との電位差を前記第2電源電圧を生成するための電圧として取り出す単一の変圧器と、
前記電子放出部の両端のうちの前記下部電極側を前記二次巻線の基準位置に接続する基準接続線と、
前記電子放出部の両端のうちの前記上部電極側を前記二次巻線の第1の位置と接続する第1接続線と、
前記第1接続線に直列に介装され前記二次巻線の第1の位置の電位が前記電子放出部の両端のうちの前記上部電極側の電位より高いとき順方向にバイアスされる整流素子と、
前記電子放出部の両端のうちの前記上部電極側を前記二次巻線の第2の位置と接続する第2接続線と、
前記第2接続線に直列に介装されるとともに電流の通過を遮断している状態にある場合に切換制御信号が入力されることにより電流の通過を許容する状態となるスイッチング素子と、
を備えた電子放出装置。
The electron emission device according to claim 3, wherein
The power supply is
It has a primary winding and a secondary winding, and an AC voltage changing in a sine wave generated by a single AC power source is applied to the same side winding, and the reference position of the secondary winding and the same secondary winding are applied. A potential difference from the first position of the line is taken out as a voltage for generating the first power supply voltage, and a potential difference between the reference position of the secondary winding and the second position of the secondary winding is taken as the first position. A single transformer taking out as a voltage to generate two power supply voltages;
A reference connection line connecting the lower electrode side of both ends of the electron emission portion to a reference position of the secondary winding;
A first connection line connecting the upper electrode side of both ends of the electron emission portion with a first position of the secondary winding;
A rectifying element that is interposed in series with the first connection line and is forward-biased when the potential at the first position of the secondary winding is higher than the potential on the upper electrode side of both ends of the electron emission portion. When,
A second connection line connecting the upper electrode side of both ends of the electron emission portion with a second position of the secondary winding;
A switching element that is interposed in series with the second connection line and that is allowed to pass current when a switching control signal is input when it is in a state of blocking current passage;
An electron emission device.
請求項3に記載の電子放出装置において、
前記電源は、
一次巻線及び二次巻線を有するとともに、単一の交流電源が発生する正弦波状に変化する交流電圧を同一次側巻線に印加し、同二次巻線の基準位置と同二次巻線の第1の位置との電位差を前記第1電源電圧を生成するための電圧として取り出すとともに、同二次巻線の基準位置と同二次巻線の第2の位置との電位差を前記第2電源電圧を生成するための電圧として取り出す単一の変圧器と、
前記電子放出部の両端のうちの前記上部電極側を前記二次巻線の基準位置に接続する基準接続線と、
前記電子放出部の両端のうちの前記下部電極側を前記二次巻線の第1の位置と接続する第1接続線と、
前記第1接続線に直列に介装され前記二次巻線の第1の位置の電位が前記電子放出部の両端のうちの前記下部電極側の電位より低いとき順方向にバイアスされる整流素子と、
前記電子放出部の両端のうちの前記下部電極側を前記二次巻線の第2の位置と接続する第2接続線と、
前記第2接続線に直列に介装されるとともに電流の通過を遮断している状態にある場合に切換制御信号が入力されることにより電流の通過を許容する状態となるスイッチング素子と、
を備えた電子放出装置。
The electron emission device according to claim 3, wherein
The power supply is
It has a primary winding and a secondary winding, and an AC voltage changing in a sine wave generated by a single AC power source is applied to the same side winding, and the reference position of the secondary winding and the same secondary winding are applied. A potential difference from the first position of the line is taken out as a voltage for generating the first power supply voltage, and a potential difference between the reference position of the secondary winding and the second position of the secondary winding is taken as the first position. A single transformer taking out as a voltage to generate two power supply voltages;
A reference connection line connecting the upper electrode side of both ends of the electron emission portion to a reference position of the secondary winding;
A first connection line connecting the lower electrode side of both ends of the electron emission portion with a first position of the secondary winding;
A rectifying element that is interposed in series with the first connection line and is forward-biased when the potential at the first position of the secondary winding is lower than the potential at the lower electrode side of both ends of the electron emission portion. When,
A second connection line connecting the lower electrode side of both ends of the electron emission portion to a second position of the secondary winding;
A switching element that is interposed in series with the second connection line and that is allowed to pass current when a switching control signal is input when it is in a state of blocking current passage;
An electron emission device.
請求項6又は請求項7に記載の電子放出装置において、
前記電源は、
前記切換制御信号を、前記単一の交流電源が発生する交流電圧に基づいて発生するように構成された電子放出装置。
The electron emission device according to claim 6 or 7,
The power supply is
An electron emission device configured to generate the switching control signal based on an AC voltage generated by the single AC power source.
請求項8に記載の電子放出装置において、
前記電源は、
前記切換制御信号を、前記単一の交流電源が発生する交流電圧と同期した交流電圧を抵抗を含む分圧回路により分圧することによって形成するように構成された電子放出装置。
The electron emission device according to claim 8, wherein
The power supply is
An electron emission device configured to form the switching control signal by dividing an AC voltage synchronized with an AC voltage generated by the single AC power source by a voltage dividing circuit including a resistor.
請求項9に記載の電子放出装置において、
前記単一の交流電源が発生する交流電圧と同期した交流電圧は、前記単一の変圧器の二次巻線の第3の位置に現れる電圧と同二次巻線の第4の位置に現れる電圧との差の電圧である電子放出装置。
The electron emission device according to claim 9, wherein
The AC voltage synchronized with the AC voltage generated by the single AC power supply appears at the fourth position of the secondary winding and the voltage appearing at the third position of the secondary winding of the single transformer. An electron-emitting device that is the voltage that is the difference from the voltage.
請求項9又は請求項10に記載の電子放出装置において、
前記分圧回路に含まれる少なくとも一つの抵抗は可変抵抗である電子放出装置。
The electron-emitting device according to claim 9 or 10,
The electron emission device, wherein at least one resistor included in the voltage dividing circuit is a variable resistor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017054664A (en) * 2015-09-09 2017-03-16 日本碍子株式会社 Radiation control device, thermal radiation device, and method of controlling wavelength selectivity in thermal radiation

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