JP2007250247A - 電子放出素子、電子源、画像表示装置、及びテレビジョン装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低電圧で電子を放出できる電子放出素子を提供することを目的とする。
【解決手段】電子放出素子は、基体と、基体の上に配置された第一の電極と、前記第一の電極上に設けられた電子放出部材と、前記第一の電極と間隔Hを有して基体の上方に配置され、かつ、前記電子放出部材の少なくとも一部を露出する開口を有する第二の電極と、を有する電子放出素子であって、第二の電極の面積が開口の面積の4倍以上であり、間隔Hと開口の幅Wとの比H/Wが、0.07以上0.6以下である。
【選択図】図1
【解決手段】電子放出素子は、基体と、基体の上に配置された第一の電極と、前記第一の電極上に設けられた電子放出部材と、前記第一の電極と間隔Hを有して基体の上方に配置され、かつ、前記電子放出部材の少なくとも一部を露出する開口を有する第二の電極と、を有する電子放出素子であって、第二の電極の面積が開口の面積の4倍以上であり、間隔Hと開口の幅Wとの比H/Wが、0.07以上0.6以下である。
【選択図】図1
Description
本発明は、電子放出素子、電子源、画像表示装置、及びテレビジョン装置に関する。
金属に対し106V/cm以上の強電界をかけて金属表面から電子を放出させる電界放出型(FE型)電子放出素子が注目されている。
図15はFE型電子放出素子の例を示すスピント型電子放出素子の模式図である。図15において、スピント型電子放出素子は、基板111、ゲート電極112、カソード電極113、絶縁層114、エミッタ115から構成される。スピント型電子放出素子は、エミッタ115に対してゲート電極に正の電圧を印加すると、先鋭化されたエミッタ115の先端に電界集中が起こり、電子を放出する。
その他の構造として、特許文献1(特開平9−221309号公報)は、エミッタにカーボンナノチューブ等のカーボンファイバーを用いた電子放出素子を開示する。特許文献2(特開2000−353467号公報)は、ダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボン(DLC)を用いた電子放出素子を開示する。図16は、エミッタ電極211に対向する電極212へ適当な正の電位を与え、電子放出を行なわせる電子放出素子を示す図である。
また、特許文献3及び4はカーボンナノチューブを細孔内に形成した電子放出素子を開示する。図17はカーボンナノチューブ315を細孔内に形成した例を示す図である(特許文献4)。
特開平9−221309号公報
特開2000−353467号公報
特開平10−12124号公報
特開2000−86216号公報
しかしながら、上述の電子放出素子においては、電子放出素子の駆動電圧の低電圧化に課題があった。
本発明は、低い駆動電圧(変調電圧)で電子放出の制御を行なえる電子放出素子を提供することを目的とする。
(1)本発明は上記目的を達成するため、基体と、基体の上に配置された第一の電極と、前記第一の電極上に設けられた電子放出部材と、前記第一の電極と間隔Hを有して基体の上方に配置され、かつ、前記電子放出部材の少なくとも一部を露出する開口を有する第二の電極と、を有する電子放出素子であって、第二の電極の面積が開口の面積の4倍以上であり、間隔Hと開口の幅Wとの比H/Wが、0.07以上0.6以下であることを特徴とする。
(2)また、本発明は、基体と、基体の上に配置された第一の電極と、前記第一の電極上に設けられた電子放出部材と、前記電子放出部材と間隔Hを有して基体の上方に配置され、かつ、前記電子放出部材の少なくとも一部を露出する開口を有する第二の電極と、を
有する電子放出素子であって、第二の電極の面積が開口の面積の4倍以上であり、間隔Hと開口の幅Wとの比H/Wが、0.07以上0.6以下であることを特徴とする。
有する電子放出素子であって、第二の電極の面積が開口の面積の4倍以上であり、間隔Hと開口の幅Wとの比H/Wが、0.07以上0.6以下であることを特徴とする。
(3)また、本発明の電子源は、複数の電子放出素子と、複数の電子放出素子を共通に接続する配線とを含む電子源であって、電子放出素子が(1)または(2)に記載の電子放出素子であることを特徴とする。
(4)また、本発明の画像表示装置は、(3)に記載の電子源と、電子源に対向する第三の電極と、第三の電極側に配置された発光体と、を有することを特徴とする。
(5)また、本発明のテレビジョン装置は、(4)に記載の画像表示装置と、テレビ信号を受信して画像表示装置に画像データを出力する受信回路と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、低い駆動電圧(変調電圧)で電子を制御することができる。
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施形態に限定する趣旨のものではない。
(テレビジョン装置の実施の形態)
まず、図13を用いて、本発明の電子放出素子が適用可能な画像表示装置の典型例である、テレビジョン装置について説明する。図13は、本発明に係るテレビジョン装置のブロック図である。テレビジョン装置は、セットトップボックス(STB)501と、画像表示装置502と、を備える。
まず、図13を用いて、本発明の電子放出素子が適用可能な画像表示装置の典型例である、テレビジョン装置について説明する。図13は、本発明に係るテレビジョン装置のブロック図である。テレビジョン装置は、セットトップボックス(STB)501と、画像表示装置502と、を備える。
セットトップボックス(STB)501は、受信回路503およびI/F部504を有する。受信回路503は、チューナーやデコーダ等からなり、衛星放送や地上波等のテレビ信号、ネットワークを介したデータ放送等を受信し、復号化した映像データをI/F部504に出力する。I/F部504は、映像データを画像表示装置502の表示フォーマットに変換して画像表示装置502に画像データを出力する。
画像表示装置502は、表示パネル200、制御回路505、駆動回路506を有する。画像表示装置502に含まれる制御回路505は、入力した画像データに表示パネル200に適した補正処理等の画像処理を施すともに、駆動回路506に画像データ及び各種制御信号を出力する。制御回路505は、一例として図14におけるタイミング発生回路404が挙げられる。駆動回路506は、入力された画像データに基づいて、表示パネル200に駆動信号を出力し、表示パネル200上にはテレビ映像が表示されることとなる。駆動回路506は、一例として図14における変調回路402や走査回路403が挙げられる。表示パネル200は、以下の実施形態では図14に示すように電子源401を例に挙げる。
なお、受信回路503とI/F部504は、セットトップボックス(STB)501として画像表示装置502とは別の筐体に収められていてもよいし、また画像表示装置502と同一の筐体に収められていてもよい。
図14は、図13に示した表示パネル200が備える電子源401を駆動するための駆
動回路の一例である。駆動回路は、変調回路402、走査回路403、タイミング発生回路404、データ変換回路405、マルチ電源回路407および走査電源回路408を有する。
動回路の一例である。駆動回路は、変調回路402、走査回路403、タイミング発生回路404、データ変換回路405、マルチ電源回路407および走査電源回路408を有する。
電子源401は、後述する本発明の電子放出素子1001を複数配列することで構成されている。なお、電子放出素子1001が放出する電子が、電子源401に対向するように配置された発光体に照射されることで光が生じる。この光の集合で画像が表示される。光の明るさは電子放出素子からの電子の照射量で制御することができる。電子放出素子からの電子の照射量は電子放出素子に印加される電圧の大きさや印加時間によって制御できる。従って、走査回路403から出力される走査信号の電位と変調回路402から出力される変調信号の電位との電位差を制御したり、走査信号印加期間内の変調信号の印加時間を制御することで、所望の電子放出量を制御することができる。
電子源401は、複数の電子放出素子1001をマトリックス駆動できるように、複数の走査配線1002と複数の変調配線1003とを有している。この走査配線1002に前記走査信号が印加され、変調配線1003に変調信号が印加される。
変調回路402は、電子源401の変調配線である列方向配線1003に接続されている。この変調回路402には、PHM(Pulse Height Modulation)データとパルス幅デ
ータ(タイミングデータ)であるPWM(Pulse Width Modulation)データとがそれぞれ入力される。変調回路402には、出力回路としてのデータ変換回路405によりPHMデータとPWMデータとが入力される。変調回路402は入力された変調データに応じて変調信号を発生させる回路である。変調回路402は、データ変換回路405から入力された変調データに基づいて変調した変調信号を、複数の電子放出素子のそれぞれに接続する列方向配線1003に与える、変調手段として機能する。
ータ(タイミングデータ)であるPWM(Pulse Width Modulation)データとがそれぞれ入力される。変調回路402には、出力回路としてのデータ変換回路405によりPHMデータとPWMデータとが入力される。変調回路402は入力された変調データに応じて変調信号を発生させる回路である。変調回路402は、データ変換回路405から入力された変調データに基づいて変調した変調信号を、複数の電子放出素子のそれぞれに接続する列方向配線1003に与える、変調手段として機能する。
走査回路403は、電子源401の走査配線である行方向配線1002に接続されている。駆動されるべき電子放出素子が接続される走査配線1002に選択信号(走査信号)を供給する回路である。一般的には、一行ずつ、順次走査配線を選択する、線順次走査が行われるが、これに限定されるものではなく、飛び越し走査や複数行を同時に選択したりすることも可能である。すなわち、走査回路403は、電子源401に含まれる複数の電子放出素子のうち駆動対象となる複数の電子放出素子が接続される行方向配線に対して所定時間に選択電位を与え、それ以外の時間に非選択電位を与えて、行選択をする選択手段として機能する。
タイミング発生回路404は、変調回路402、走査回路403およびデータ変換回路405のタイミング信号を発生する回路である。
データ変換回路405は、外部から電子源401に要求する明るさを示す階調データ(輝度データ)を変調回路402に適した駆動波形データフォーマットに変換するデータ変換を行なう回路である。
以下に、上記したテレビジョン装置などの画像表示装置に好適に用いることができる本発明の電子放出素子の形態例を説明する。
(第一の電子放出素子の実施形態)
図1は、第一の実施形態に関わる電子放出素子の構成を示す模式図である。図1(a)は概略断面図を示し、図1(b)は概略平面図を示す。図1(a)は、図1(b)のA−A‘線での断面図である。
図1は、第一の実施形態に関わる電子放出素子の構成を示す模式図である。図1(a)は概略断面図を示し、図1(b)は概略平面図を示す。図1(a)は、図1(b)のA−A‘線での断面図である。
図1において、電子放出素子は、基板1(本発明の「基体」に相当)、カソード電極である第一の電極2、ゲート電極である第二の電極3、第一の電極2と第二の電極3の間に設けた絶縁層4、電子を放出する電子放出部材5から構成される。ここで説明する形態では、第二の電極3の開口は円形であり、開口の幅(円の直径)はWである。そして、アノード電極である第三の電極6は、電子放出素子の第二の電極3と距離hをおいて配置されている。第一の電極2には走査回路403から出力された選択信号が印加される。また、第二の電極3には変調回路402から出力された変調信号が印加される。この形態例では、電子放出部材5が、第2の電極3に設けられた開口の直下にのみ配置された例である。換言すると、電子放出部材5が実質的に開口の正射影の範囲内に配置された例である。尚、電子放出部材5は、開口の正射影の範囲よりも内側に配置されていてもよい。
ここで、第二の電極3は、基板1の上に配置された第一の電極2と間隔Hを有して基板1の上方に配置されている。第一の電極2上に設けられた電子放出部材5は、第二の電極3に設けられた開口により露出されている。本実施形態では、第一の電極2と第二の電極3の間に絶縁層4が設けられており、絶縁層4の厚さがHに相当する。そして、図1に示した例では、絶縁層4は、第二の電極3の開口と連通し、第二の電極3の開口と実質的に同じ直径を備える開口を有している。
尚、絶縁層4の開口の直径と第二の電極3の開口の直径とは必ずしも同一である必要はない。この様に、本発明の電子放出素子では、第二の電極3の開口と絶縁層4の開口とが連通した形態の電子放出素子を、第二の電極3と絶縁層4とを貫通する開口を備えた電子放出素子と言い表す事ができる。そして電子放出部材5は、絶縁層4の開口と第二電極3の開口とで規定される開口の内部に配置されていると言い表すことができる。
尚、本実施形態を含め、本発明の電子放出素子において絶縁層4は必須ではないが、電子放出部材5から放出された電子のうち、第二の電極3に到達する電子の量を抑制するためにも、絶縁層4を設けることが好ましい。
ここで、開口の直下に位置する第一の電極2の面積(「第2の電極3の開口面積」と換言することもできる)をScとし、第二の電極3の面積をSgとする。本実施形態の電子放出素子は、第二の電極3の面積Sgが開口の面積Scの4倍以上であり、間隔Hと開口の幅Wとの比H/Wが、0.07以上0.6以下である。このような関係を満たす電子放出素子では、On状態とOff状態を制御する変調電圧を十分に小さくできる。尚、Sc、Sgは、図1(a)に示すアノード6側から第二電極を見た際の面積(即ち、図1(b)のような上面図における面積)に相当する。
尚、本実施形態例に限らず、本発明の電子放出素子では、第2の電極3の開口の形状は、上述した円形だけでなく、所望の形状を採用することができる。例えば、開口の形状は正方形や長方形や多角形や楕円形であってもよい。開口が楕円形の場合は、楕円の短直径がWに相当する。
また、開口が長方形の場合は、第2の電極3の開口の短手方向の寸法を「開口の幅」とよび、長手方向の寸法を「開口の長さ」とよぶ。楕円形の場合は、短径の寸法(短直径)を「開口の幅」とよび、長径の寸法(長直径)を「開口の長さ」とよぶことができる。そして「開口の幅」が上記Wに相当する。
(第二の電子放出素子の実施形態)
図2は、本実施形態に関わる電子放出素子の構成を示す模式図である。図2(a)は概略断面図を示し、図2(b)は概略平面図を示す。図2(a)は、図2(b)のA−A‘線での断面図である。図2に示す電子放出素子は長方形である。尚、開口の幅(短辺方向
の寸法に相当)はWである。開口が正方形のとき一辺の長さ(幅)がWとなる。尚、開口の形状は、第一の実施形態の電子放出素子と同様に、円形や楕円形などでも良い。
図2は、本実施形態に関わる電子放出素子の構成を示す模式図である。図2(a)は概略断面図を示し、図2(b)は概略平面図を示す。図2(a)は、図2(b)のA−A‘線での断面図である。図2に示す電子放出素子は長方形である。尚、開口の幅(短辺方向
の寸法に相当)はWである。開口が正方形のとき一辺の長さ(幅)がWとなる。尚、開口の形状は、第一の実施形態の電子放出素子と同様に、円形や楕円形などでも良い。
図2において、図1で示した部材と同じ部材には同じ符号をつけ、異なる部分についての説明を除いて、同じ部材についての詳細な説明は省略する。本実施形態の電子放出素子も、第一の電極2には走査回路403から出力された選択信号が印加され、第二の電極3には変調回路402から出力された変調信号が印加される。第二の実施形態例が第1の実施形態例と最も異なる部分は、電子放出部材5が第2の電極3に設けられた開口の直下だけでなく第2の電極3の下(絶縁層4の下)にまで延在している点にある。即ち、第二の実施形態例では、電子放出部材5を実質的に開口の正射影の範囲内だけでなく開口の正射影の範囲外にまで配置している。
ここで、第二の電極は、第一の電極の上に配置された電子放出部材5と間隔Hを有して基板の上方に配置されている。第一の電極上に設けられた電子放出部材5は、第二の電極に設けられた開口により露出されている。図2で示した例では、電子放出部材5と第二の電極との間に絶縁層4が設けられており、絶縁層4の厚さが上記Hに相当する。尚、図2で示した電子放出素子は、第二の電極3と絶縁層4とを貫通する開口を備えた電子放出素子であるが、本発明の電子放出素子では第1の実施形態で述べたように、絶縁層4は必ずしも必要でない。
しかし、本実施形態のように、第二の電極3の直下に電子放出部材5が配置される場合には、第1の実施形態の電子放出素子よりも、電子放出部材5から第二電極3に流れ込む電子が問題となる。そのため、第二電極3の直下の電子放出部材5を絶縁層4で覆う構成とする事が好ましい。
本実施形態の電子放出素子においても、第二の電極3の面積をSgとし、第一の電極2の開口の面積(第二の電極3の開口の直下の第一の電極の面積)をScとする。本実施形態の電子放出素子は、第二の電極3の面積Sgが開口の面積Scの4倍以上であり、間隔Hと前記開口の幅Wとの比H/Wが、0.07以上0.6以下である。このように電子放出素子を作成すると、On状態・Off状態を制御する変調電圧を小さくできる。詳しくは後述する。
<間隔Hについて>
第一の実施形態の電子放出素子では、第一の電極2と第二の電極3との距離を間隔Hと定義した。一方、第二の実施形態の電子放出素子では、電子放出部材5と第二の電極3との距離を間隔Hと定義した。しかし、いずれの定義を用いるかは、電子放出部材5の形態によって選択する。
第一の実施形態の電子放出素子では、第一の電極2と第二の電極3との距離を間隔Hと定義した。一方、第二の実施形態の電子放出素子では、電子放出部材5と第二の電極3との距離を間隔Hと定義した。しかし、いずれの定義を用いるかは、電子放出部材5の形態によって選択する。
例えば、電子放出部材5の密度が粗であり、その厚みを観念できないときは前者の定義を用いるとよい。即ち、電子放出部材5が第1の電極2上に、その密度が粗に設けられている場合は、第1の実施形態のように、Hは、第1の電極2と第二の電極3との間の距離(絶縁層の厚み)で定義することができる。この様な場合は、典型的には、開口直下に配置される電子放出部材5が複数の電子放出体から構成される。各々の電子放出体が、間隔を置いて(「離散的に」あるいは「分散的に」)、第一の電極2上に設けられた形態であれば、前者の定義を用いる。尚、全ての電子放出体が互いに接していない形態のみに限定されるものではない。複数の電子放出体の一部が、互いに接する場合であっても、実質的には電子放出体が分散された形態であれば、前者の定義を用いることができる。
この様な電子放出体としては、例えば、カーボンナノチューブなどのカーボンファイバーや導電性粒子が挙げられる。
即ち、このようなケースの典型的な例としては、第二電極3の開口の直下に位置する、第一電極2の表面上に多数の電子放出体が配置されており、電子放出体の周囲に第一の電極2の表面が露出している形態が挙げられる。換言すると、開口の直下に複数の電子放出体が設けられており、開口の直下の第一電極2の表面は、電子放出体で覆われている部分と覆われていない部分とを備える形態である。
一方、電子放出部材5の密度が密であり、膜として観念できるときは後者の定義を用いるとよい。即ち、電子放出部材5が第1の電極2上に、その密度が密に設けられている場合は、第2の実施形態の様に、Hは、電子放出部材5と第二の電極3との間の距離で定義することができる。換言すれば、この様な場合は、典型的には、電子放出部材5が実質的に1つの連続膜(電子放出膜)で構成される。換言すると、開口の直下に電子放出膜が設けられており、開口の直下の第一電極2の表面は、全て或いは略全て、電子放出膜で覆われている形態である。
第2の実施形態の電子放出素子では、第二電極3と第一電極2との間に、第二電極3の開口と連通した開口を備える絶縁層4を備えることが好ましい。そして、電子放出膜は、開口の面積よりも大きな面積を備え、開口直下だけでなく絶縁層4と第一電極2(または基板1)との間にも存在する形態であることが好ましい。この様にすれば、開口直下に電子放出膜の端部が露出しないので、電子放出膜の端部からの電子放出を抑制でき、電子ビームの広がりを抑制することができるので好ましい。
この様に、前者の定義を用いるか後者の定義を用いるかは、第二電極3の開口直下の領域が、実効的に、電子放出部材5で覆われているのかどうかで判断することができる。換言すると、絶縁層4の開口と第二電極3の開口とで規定される開口内に露出する部材の中で、駆動時に最も低い電位を規定する部材が第1電極2であれば、前者の定義を用いる。一方で、絶縁層4の開口と第二電極3の開口とで規定される開口内に露出する部材の中で、駆動時に最も低い電位を規定する部材が電子放出部材であれば(第1の電極が実質的に電子放出部材で覆われていれば)、後者の定義を用いる。
尚、上述した第1の実施形態例の電子放出素子では、前者の定義を用いたが、電子放出部材5が連続膜(電子放出膜)で構成されれば、Hの定義としては後者の定義を用いることになる。同様に、第2の実施形態例の電子放出素子では、後者の定義を用いたが、電子放出部材5を離散的に配置された多数の電子放出体で構成すれば、Hの定義としては前者の定義を用いる。
<電子放出素子の駆動>
次に、本発明の電子放出素子のOn状態・Off状態を制御する変調電圧について以下に説明する。
次に、本発明の電子放出素子のOn状態・Off状態を制御する変調電圧について以下に説明する。
図3は、上述した第1の実施形態例の電子放出素子の駆動を模式的に示した図である。図3(a)は、電気回路に接続した電子放出素子の模式図であり、図3(b)は、ゲート電圧Vg(第二の電極3の電圧)とアノード電流I1(第三の電極の電流)の関係を示している。以下、第一の電極2をカソード電極2、第二の電極3をゲート電極3、第三の電極6をアノード電極6として説明する。
本発明の電子放出素子は、カソード電極2に対してアノード電極6とゲート電極3に正の電圧を印加したとき、電子放出部材5から電子を放出して放出電流が得られる構造である。そのため、電子放出量は、アノード電極6とゲート電極3への電圧で制御される。この電子放出素子をディスプレイの電子源として使用する場合には、発光部材を付したアノ
ード電極6が複数の電子放出素子と対向して配置される。発光部材は電子が衝突すると発光する部材である。そして、複数の電子放出素子と対応する複数の発光部材が設けられている。典型的には、3つの異なる発光色(R(赤)、G(緑)、B(青))を発する発光部材で1画素が形成される。発光部材としては、例えば、蛍光体を用いることができる。
ード電極6が複数の電子放出素子と対向して配置される。発光部材は電子が衝突すると発光する部材である。そして、複数の電子放出素子と対応する複数の発光部材が設けられている。典型的には、3つの異なる発光色(R(赤)、G(緑)、B(青))を発する発光部材で1画素が形成される。発光部材としては、例えば、蛍光体を用いることができる。
ディスプレイの各画素の明るさ(輝度)は、発光部材へ放出する電子の放出量を制御することにより調整される。蛍光体を十分に光らせるためには、実用的には、アノード電圧を高圧電圧(より具体的には1kV以上30kV以下)にする必要がある。そのため、アノード電圧を変調電圧として、輝度を制御することは難しい。そこで、一般的に、えゲート電極3の電圧でアノード電流を制御する方式が採用される。
図3(b)では、アノード電流I1とゲート電圧Vgの関係を示す。尚、アノード電圧Vaを一定にしている。アノード電流I1はゲート電圧Vgによって変調される。ここで、電流Ionは画像表示装置に求められる所定輝度(最高輝度)に対応し、電流Ioffは最低輝度(理想的には発光しない状態)に対応する。上記所定輝度および最低輝度を得る上でゲート電極3に印可すべきゲート電圧の最小値と最大値の差を変調電圧Vswing(=Von−Voff)とよぶ。
変調電圧Vswingの大きさは、アノード電圧Vaを変化させても、実質的に変化しない。
図4は、アノード電圧Vaを変化させたときの、アノード電流I1とゲート電圧Vgの関係を示す模式図である。図4に示すように、アノード電圧を上げるとVon及びVoffは低電圧へシフトする。一方アノード電圧を下げるとVon及びVoffは高電圧へシフトする。しかし、変調電圧Vswing(=Von−Voff)の大きさは実効的には
変化しない。これは、カソード電極2の表面(電子放出部材5の表面)の電界が、「アノード電圧により生じる電界」と「ゲート電圧により生じる電界」の「重ね合わせの理」で決定されるためである。つまりゲート電圧の変調電圧Vswingの大小にアノード電圧は実効的に寄与しない。
変化しない。これは、カソード電極2の表面(電子放出部材5の表面)の電界が、「アノード電圧により生じる電界」と「ゲート電圧により生じる電界」の「重ね合わせの理」で決定されるためである。つまりゲート電圧の変調電圧Vswingの大小にアノード電圧は実効的に寄与しない。
本発明者は、変調電圧Vswingを小さくするために、(1)ゲート電極3の面積Sgとゲート電極の開口の面積(カソード電極の面積)Scの比(Sg/Sc)と、(2)
前述した間隔Hと開口の幅Wの比H/Wと、が重要なパラメータであることを見出した。尚、面積Sg、面積Sc、間隔H、幅Wの定義は、前述したとおりである。
前述した間隔Hと開口の幅Wの比H/Wと、が重要なパラメータであることを見出した。尚、面積Sg、面積Sc、間隔H、幅Wの定義は、前述したとおりである。
以下の説明では、間隔Hを絶縁層4の厚さに相当する場合、即ち、電子放出部材5が電子放出膜で構成された場合を例にて説明する。
画像表示装置を発光させたときの画面の輝度ばらつきは10%以下(0%以上)に抑制することが好ましく、そのためには、変調電圧Vswingの大きさのばらつきを10%以下(0%以上)に抑制することで実質的に対処可能である。これを満たす条件として、本発明者は、ゲート電極3の面積Sgを開口の面積Scの4倍以上とし、間隔Hと幅Wの比H/Wを0.07以上0.6以下の範囲に抑えればよいことを見出した。
また、画面の輝度ばらつきを1%以下(0%以上)に抑制するためには、変調電圧Vswingの大きさのばらつきを1%以下(0%以上)に抑制する必要がある。これを満たす条件として、本発明者は、ゲート電極3の面積Sgを開口の面積Scの4倍以上とし、間隔Hと幅Wの比H/Wを0.2以上0.36以下の範囲に抑えればよいことを見出した。
<変調電圧Vswingを低下させる構成>
図5及び図6を用いて変調電圧Vswingの絶対値を低減させる構成について説明する。図5は、H/Wを変化させた際の変調電圧Vswingの値を示す模式図である。図5の縦軸は、Vswingの最小値を基準とした(1とした)相対値で示している。
図5及び図6を用いて変調電圧Vswingの絶対値を低減させる構成について説明する。図5は、H/Wを変化させた際の変調電圧Vswingの値を示す模式図である。図5の縦軸は、Vswingの最小値を基準とした(1とした)相対値で示している。
H/Wが1/3となるときに、変調電圧Vswingが最小値となる特性があることがわかる。また、H/Wを0.07以上0.6以下に設定すれば、変調電圧Vswingの大きさのばらつきを10%以下(0%以上)に抑制することができる。さらには、H/Wを0.2以上0.36以下に設定すれば、変調電圧Vswingの大きさのばらつきを1%以下(0%以上)に抑制することができる。
ここでは、ゲート電極3の面積Sgを開口の面積Scの100倍にした場合について示しているが、SgとScが実用的な範囲であれば、図5に示した関係を実質的に維持する。
図6は、Sg/Sc(ゲート電極3の面積/開口の面積)を変化させた際の変調電圧Vswingの値を示す模式図である。図6の縦軸は、Vswingの最小値を基準とした(1とした)相対値で示している。
図6からわかるように、Sg/Scを4以上に設定することで、変調電圧Vswingを最小にすることができる。尚、図6に示した関係は、少なくとも、図5に示したH/W
の実用的な範囲内であれば、SgおよびScの絶対値に関わらず、再現性よく確認される。
の実用的な範囲内であれば、SgおよびScの絶対値に関わらず、再現性よく確認される。
従って、H/Wを0.07以上0.6以下(好ましくは0.2以上0.36以下)に設定すると同時に、Sg/Scを4以上に設定することによって、始めて変調電圧Vswingを十分に下げることができる。
尚、アノード電極6とゲート電極3との距離であるhと、Hとの間には、h>H×100という条件好適である。これは、電界近接効果と呼ばれる効果に起因する。アノード電極6とゲート電極3との距離は実用的には200μm以上100mm以下(好ましくは1mm以上10mm以下)であればよい。
図8〜図10は、ゲート電極3の面積Sgを開口の面積Scの4倍以上とするレイアウト例を示す一例を示す模式図である。図8及び図9は、平面図においてゲート電極3の開口が円形の場合を示している。図8は1つの電子放出素子に1つの開口が設けられた場合を示す。開口の面積Scの4倍の面積のゲート電極3を配置するには、開口を中央にするドーナツ型(平ワッシャ型)のゲート電極3を用いればよい。ゲート電極3の面積Sgを開口の面積Scの4倍以上にするには、ゲート電極3の直径(外形)W’が「51/2×W」以上となるようにすればよい。このとき、開口の全周囲に幅W’’(0.5×(51/2−1)×W)より太い領域が設けられることになる。尚、図8〜図10においては、平方根を求める関数「SQRT()」を用いて計算式を示している。
また、図9に示すように、複数の電子放出素子を多数配置する場合は、ゲート電極3の直径をW‘以上とするとともに、隣接するゲート電極間距離をW’以上とすればよい。尚、このような要件を満たす限り、ゲート電極同士が一つの連続した電極で構成されていても良い。即ち、図9に示す多数の開口を1つの電子放出素子が備えた構成であっても良い。
尚、カソード電極2(開口)が楕円形の場合にゲート電極3の面積を開口の面積の4倍とするには、楕円の長直径をa、短直径をWとした場合、ゲート電極3の最小幅W’’を
0.25×{−(a+W)+ (a2+W2+18aW)1/2}
以上とすればよい。
0.25×{−(a+W)+ (a2+W2+18aW)1/2}
以上とすればよい。
次に、図10は、平面図においてゲート電極3の開口が長方形の場合について示す。図10は、ゲート電極3の開口の長手方向の長さをNとし、短手方向の長さ(開口の幅)Wとした場合を示している。ゲート電極3の面積Sgを開口の面積Scの4倍とするには、図10のように、ゲート電極3を配置すればよい。即ち、ゲート電極3の最小幅W’’を0.25×{((W+N)2+16WN)1/2−(W+N)}
以上とすればよい。
以上とすればよい。
尚、開口が正方形の場合にゲート電極3の面積Sgを開口の面積Scの4倍とするには、「W=N」として、ゲート電極3の最小幅W’’を
0.25×{(20W2)1/2−2W}
以上とすればよい。
0.25×{(20W2)1/2−2W}
以上とすればよい。
<電子放出素子の製造方法>
以上述べた本発明の電子放出素子の製造方法の一例について、図1、図7を用いて説明する。図7は、第1の実施形態例に係る電子放出素子の製造方法の一例を説明するための図である。以下で説明する第1の実施形態例の電子放出素子に好ましく用いることのできる部材の材料や寸法や変形例などは、第二の実施形態例の電子放出素子においても好ましく適用できる。
以上述べた本発明の電子放出素子の製造方法の一例について、図1、図7を用いて説明する。図7は、第1の実施形態例に係る電子放出素子の製造方法の一例を説明するための図である。以下で説明する第1の実施形態例の電子放出素子に好ましく用いることのできる部材の材料や寸法や変形例などは、第二の実施形態例の電子放出素子においても好ましく適用できる。
まず、基板としては、石英ガラス、Na等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、シリコン基板等にスパッタ法等によりSiO2を積層した積層体を形成した部材、またはアルミナ等のセラミックスの絶縁性の部材を用いことができる。尚、SiO2を積層する前は、部材の表面を十分に洗浄しておく。
第1の電極2は導電性を有する導電体で構成されていればよい。蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により基板上に形成することができる。カソード電極2の材料は、例えば、Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd等の金属または合金材料を用いることができる。また、TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等の炭化物、HfB2、ZrB2、Lba6、CeB6、YB4、GdB4等の硼化物、TiN、ZrN、HfN等の窒化物を用いることもできる。カソード電極2の厚さとしては、実用的には、1nm以上100μm以下の範囲で設定され、好ましくは、10nm以上10μm以下の
範囲で選択される。また、第1の電極2は、電子放出部材5に電子を供給する導電体であればよく(絶縁体でなければよく)、また、いわゆる電流制限のための抵抗体であっても良い。抵抗体としては、例えば、比抵抗が102以上108Ω・cm以下の範囲の材料を用いることができる。また、図示していないが、第1の電極2が、その表面に(電子放出部材5との間に)、いわゆる電流制限のための抵抗層を備えていてもよい。
範囲で選択される。また、第1の電極2は、電子放出部材5に電子を供給する導電体であればよく(絶縁体でなければよく)、また、いわゆる電流制限のための抵抗体であっても良い。抵抗体としては、例えば、比抵抗が102以上108Ω・cm以下の範囲の材料を用いることができる。また、図示していないが、第1の電極2が、その表面に(電子放出部材5との間に)、いわゆる電流制限のための抵抗層を備えていてもよい。
次に、カソード電極2に続いて絶縁層4を堆積する。絶縁層4は、スパッタ法、CVD法、真空蒸着法等の一般的な真空成膜技術で形成される。その厚さとしては、実用的には、10nm以上100μm以下の範囲で設定され、好ましくは10nm以上5μm以下の範囲から選択される。材料としてはSiO2、SiN、Al2O3、CaF、アンドープダイヤモンドなどの高電界に耐えられる耐圧の高い材料が望ましい。
更に、図7(a)に示すように、絶縁層4の上にゲート電極3を堆積する。ゲート電極3は、カソード電極2と同様に導電性を有する導電体で構成されていればよい。蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成することがで
きる。ゲート電極3の材料は、例えば、Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd等の金属または合金材料を用いることができる。また、TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等の炭化物、HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等の硼化物、TiN、ZrN、HfN等の窒化物も用いることができる。ゲート電極3の厚さとしては、実用的には、1nm以上100μmの範囲で設定され、好ましくは10nm以上10μm以下の範囲で選択される。
きる。ゲート電極3の材料は、例えば、Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd等の金属または合金材料を用いることができる。また、TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等の炭化物、HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等の硼化物、TiN、ZrN、HfN等の窒化物も用いることができる。ゲート電極3の厚さとしては、実用的には、1nm以上100μmの範囲で設定され、好ましくは10nm以上10μm以下の範囲で選択される。
なお、カソード電極及びゲート電極3の材料には、同一材料または異種材料を用いても良い。また、カソード電極及びゲート電極3の形成方法は、同一の形成方法でも異なる形成方法でも良い。
次に、図7(b)に示すように、フォトリソグラフィー技術によりマスクパターン18を形成する。
そして、図7(c)に示すように、絶縁層及びゲート電極3の一部をカソード電極2からエッチングにより取り除き、開口100を形成する。ここで、エッチングでは、カソード電極2の表面を露出させて終了させても良いし、カソード電極2の表面を軽くエッチングするまで行っても良い。エッチング工程は、絶縁層及びゲート電極3の材料に応じたエッチング方法を用いれば良い。
続いて、図7(d)に示すように、電子放出部材5を開口100内のカソード電極2上に堆積する。電子放出部材5は蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。電子放出部材5の材料は、例えば、アモルファスカーボン、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド粒子、導電性粒子等から適宜選択される。好ましくは仕事関数の低いダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボンが用いられる。一方で、低電界で電子放出し易いカーボンナノチューブ等に代表されるカーボンファイバーも好ましく用いられる。尚、第二の実施形態例のように、電子放出部材5を膜状に設ける場合(前述した電子放出膜の場合)、その厚さは、実用上、1nm以上10μm以下の範囲で設定され、好ましくは、10nm以上1μm以下の範囲で選択される。
カーボンファイバーや導電性粒子を用いれば、第一の実施形態例で説明した様に、電子放出部材5を多数の電子放出体で構成することができる。そして、各々の電子放出体が、1つのカーボンファイバー(1つの導電性粒子)で構成される場合もあるし、各々の電子放出体が、複数のカーボンファイバー(複数の導電性粒子)の集合体で構成される場合もある。また、カーボンファイバーを用いる場合には、好ましくは、多数のカーボンファイバーが、概ね、第1の電極2からアノード6に向けて配向していることが好ましい。
カーボンファイバーは、触媒を用いて炭化水素ガスを分解して形成することができる。そのため、例えば、複数の触媒粒子を第1の電極上に配置して、熱CVD法によって、カーボンファイバーを第1の電極2上に設けることができる。
触媒としてはFe、Co、Pd、Ni、もしくはこれらの中から選択された材料の合金が用いることができる。
最後に、図2(e)に示すように、マスクパターン18を剥離して電子放出素子が完成する。
次に本発明の電子放出素子を適用した応用例について以下に述べる。
本発明の電子放出素子を基体上に複数個配列することによって、例えば電子源、更に、その電子源を用いた画像表示装置を構成することができる。
<電子源>
図11は、本発明の電子放出素子124を複数配して得られる電子源を示す模式図である。電子源は、基体121、X方向配線122、Y方向配線123、電子放出素子124、結線125から構成される。
図11は、本発明の電子放出素子124を複数配して得られる電子源を示す模式図である。電子源は、基体121、X方向配線122、Y方向配線123、電子放出素子124、結線125から構成される。
X方向配線122は、Dx1、Dx2、…Dxmのm本の配線から構成される。この配線は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成できる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Y方向配線123は、Dy1、Dy2、…Dynのn本の配線から構成される。Y方向配線123は、X方向配線122と同様に形成される。これらm本のX方向配線122とn本のY方向配線123との間には、不図示の層間絶縁層が設けられている。層間絶縁層はX方向配線122とY方向配線123を電気的に分離する。ここで、m及びnは共に正の整数である。
層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成されたSiO2等で構成される。層間絶縁層は、X方向配線122とY方向配線123との交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜設定される。X方向配線122とY方向配線123は、それぞれ外部端子として引き出されている。例えば、X方向配線122は、図14に示す走査回路403と接続される。また、Y方向配線123は、図14に示す変調回路402と接続される。各電子放出素子124に印加される駆動電圧は、当該電子放出素子に印加される走査回路403からの走査信号と変調回路402からの変調信号の差電圧として供給される。
各電子放出素子124を構成する前述した第一電極2は、m本のX方向配線122のうちの一つに接続される。そして、各電子放出素子124を構成する前述した第二電極3は、n本のY方向配線123のうちの一つに接続される。
X方向配線122、Y方向配線123、第一電極2、第二電極3を構成する材料は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、またそれぞれ異なっていても良い。電子放出素子の第一電極2と第二電極3を構成する材料と配線材料が同一である場合には、X方向配線122及びY方向配線123と、第一電極2及び第二電極3とを特段に区別しない。即ち、第一電極2及び第二電極3が、配線として機能する。
上記構成では、単純なマトリクス配線を用いて、個別の電子放出素子を選択し、独立に駆動可能とすることができる。このような単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した画像表示装置について、図12を用いて説明する。
<表示パネル>
図12は、電子源を用いた表示パネル200の一例を示す模式図である。
図12は、電子源を用いた表示パネル200の一例を示す模式図である。
図12において、複数の電子放出素子を配置した基体121がリアプレート131に固定されている。一方、ガラス基体133の内面には、発光体としての蛍光膜134と、メタルバック135が設けられ、フェースプレート136が構成される。尚、メタルバック135は、前述したアノード6の機能を備える。但し、メタルバック135は、電子放出素子から放出された電子が透過できる程度の厚み以下に設定する。メタルバック135としてはアルミニウム膜が典型的に用いられる。リアプレート131とフェースプレート136は、支持枠132に設けられたフリットガラスやインジウムなどの接着剤を介して接
続されている。
続されている。
外囲器(表示パネル)200は、フェースプレート136、支持枠132、リアプレート131で構成される。リアプレート131は主に基体121の強度を補強する目的で設けられるため、基体121自体で十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレート131を設けなくてもよい。即ち、基体121に直接支持枠132を封着し、フェースプレート136と支持枠132と基体121とで外囲器200を構成しても良い。一方、フェースプレート136、リアプレート131間に、スペーサーとよばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器200を構成することもできる。
この表示パネル200を、図13を用いて説明したテレビジョン装置の表示パネルとして用いれば、奥行きの非常に小さいテレビジョンを構成することができる。
<<実施例>>
以下、本発明の電子放出素子について実施例をもとに詳細に説明する。
以下、本発明の電子放出素子について実施例をもとに詳細に説明する。
<実施例1>
本実施例では、図8に示すような円形のゲート電極3と円形の開口を備える電子放出素子について説明する。尚、断面図は図1(a)に示したものと同様な構造である。
本実施例では、図8に示すような円形のゲート電極3と円形の開口を備える電子放出素子について説明する。尚、断面図は図1(a)に示したものと同様な構造である。
図7を参照して、本実施例の電子放出素子の製造方法について説明する。図7、図8では、電子放出素子1つにカソードが1つの場合を示している。本実施例では、図9に示すように複数の電子放出素子を形成した。実際には、カソード電極2を1000個配置して、変調電圧Vswingの測定及び評価を行った。それぞれの開口の中心同士の間隔W'
は30μm以上としている。また、図9に示すように開口の周囲に幅W’’の領域を10μm以上設けた。
は30μm以上としている。また、図9に示すように開口の周囲に幅W’’の領域を10μm以上設けた。
上述の実施形態で述べたように、ゲート電極3の面積Sgを開口の面積Scの4倍以上としたとき、変調電圧Vswingが最小値となる。そのため、本実施例では開口の幅W10μmに対して、カソード電極2間の間隔W'を30μm(>51/2×W=22.3
μm)、ゲート電極3の幅W’’を10μm(>0.5×(51/2−1)×W=6.2μm)としている。
μm)、ゲート電極3の幅W’’を10μm(>0.5×(51/2−1)×W=6.2μm)としている。
(工程1)
まず、図7(a)に示すような積層体を形成する。基板に石英ガラスを用いる。石英ガラスを十分に洗浄する。その後、スパッタ法により、基板上に、カソード電極2として厚さ100nmのAl、絶縁層4として厚さ3000nmのSiO2、ゲート電極3として厚さ100nmのTaを順に堆積する。
まず、図7(a)に示すような積層体を形成する。基板に石英ガラスを用いる。石英ガラスを十分に洗浄する。その後、スパッタ法により、基板上に、カソード電極2として厚さ100nmのAl、絶縁層4として厚さ3000nmのSiO2、ゲート電極3として厚さ100nmのTaを順に堆積する。
(工程2)
次に、図7(b)に示すように、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト(AZ1500/クラリアント社製)のスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパターン18を形成する。マスクパターン18の開口径Wを10μmとする。
次に、図7(b)に示すように、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト(AZ1500/クラリアント社製)のスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパターン18を形成する。マスクパターン18の開口径Wを10μmとする。
そして、図7(c)に示すように、マスクパターン18をマスクとして、CF4ガスを用いて絶縁層及びゲート電極3をドライエッチングする。このとき、カソード電極2でエッチングを停止させる。この工程により、ゲート電極3と絶縁層4とを貫通する開口100が形成される。この結果、ゲート電極3(および絶縁層4)には、直径(W)が10μmの開口100が形成される。
(工程3)
続いて、CVD(ChemicalVaporDeposition)法により、図7(d)に示すように、電子放出部材5として、ダイヤモンドライクカーボン膜を開口100内のカソード電極2上に100nm堆積する。ここで形成するダイヤモンドライクカーボン膜は、連続膜であり、Hは前述した後者の定義を採用する。即ち、この場合、開口100内の第1電極2はダイヤモンドライクカーボン膜5で覆われている。そのため、Hは、開口100内における、電子放出膜5と第二電極3との間の最短距離として定義することができる。
続いて、CVD(ChemicalVaporDeposition)法により、図7(d)に示すように、電子放出部材5として、ダイヤモンドライクカーボン膜を開口100内のカソード電極2上に100nm堆積する。ここで形成するダイヤモンドライクカーボン膜は、連続膜であり、Hは前述した後者の定義を採用する。即ち、この場合、開口100内の第1電極2はダイヤモンドライクカーボン膜5で覆われている。そのため、Hは、開口100内における、電子放出膜5と第二電極3との間の最短距離として定義することができる。
そして最後に、マスクとして用いたマスクパターン18を完全に除去し、図7(e)に示すような本実施例の電子放出素子を完成する。
以上のような行程で作成した複数の電子放出素子を図9に示すように配置して電子を放出させた。アノード電圧Va=5kVで、電子放出部材5とアノード電極6との距離Hを2mmとした。
アノード電流I1が10−6Aと成る場合をIon、アノード電流I1が10−9A以下となる場合をIoffとした。変調電圧Vswingは約12.9Vが最小となった。このとき、Ionとなるゲート電圧Vonは20.8Vとなり、Ioffとなるゲート電圧Voffは7.8Vとなった。
Wを10μmの値に固定して、Hを、0.1μm、0.7μm、1μm、2μm、3μ
m、3.6μm、6μm、8μm、10μmと変えた場合の変調電圧Vswingの変化を表1に示す。
m、3.6μm、6μm、8μm、10μmと変えた場合の変調電圧Vswingの変化を表1に示す。
Hが3μm(H/W=0.3)の場合に、変調電圧Vswingが最小である。また、H/Wが「0.07以上0.6以下」の場合でも、変調電圧Vswingが他の条件に比べて小さい。
以上のように、WとHを0.07以上0.6以下に規定することで、変調電圧Vswingを極小化できる。
<実施例2>
本実施例では、WとHを、実施例1のWから変更して、変調電圧Vswingを測定し
た。尚、本実施例では、Wを30μmに固定した。電子放出素子の製造方法は実施例1と同様であるため、ここでは割愛する。
本実施例では、WとHを、実施例1のWから変更して、変調電圧Vswingを測定し
た。尚、本実施例では、Wを30μmに固定した。電子放出素子の製造方法は実施例1と同様であるため、ここでは割愛する。
電子放出素子の駆動条件として、アノード電圧Va=5kVとし、第二電極3とアノード電極6との距離hを2mmとする。尚、この条件は実施例1と同様である。
アノード電流I1が10−6Aと成る場合をIon、アノード電流I1が10−9A以下となる場合をIoffとし、Ionと成るゲート電圧をVon、Ioffとなるゲート電圧をVoffとした。
Hを0.3μm、2.1μm、3μm、6μm、9μm、10.8μm、18μm、24μm、30μmと変えた場合の変調電圧Vswingの変化を表2に示す。
実施例1ではWが10μmであったものを、実施例2では30μmとしている。そのため、ゲート電圧Von、Voff、変調電圧Vswingの絶対値はいずれも3倍と、設計スケール分だけ増加している。
しかし、Hが9μmの場合に変調電圧Vswingが最小となり、H/Wで表すと0.3で最小となる。また、H/W=0.07以上0.6以下の範囲においても、変調電圧Vswingが他の条件に比べて小さくなる。H/Wで表すと変調電圧Vswingを最小値にする設計であることがわかる。
以上のように、WとHを0.07以上0.6以下に規定することで、変調電圧Vswingを非常に小さくすることができることがわかる。
<実施例3>
実施例3では、電子放出素子を用いて電子源並びに画像表示装置を作製する。
実施例3では、電子放出素子を用いて電子源並びに画像表示装置を作製する。
電子放出素子を10×10のマトリックス状に配置した。配線構造は、図11のようにX方向配線をカソード電極2に接続し、Y方向配線をゲート電極3に接続する。電子放出素子は、横150μm、縦300μmのピッチで配置する。各電子放出素子の上方には、2mmの距離を隔てた位置に、蛍光体を備えたアノード電極6を配置する。アノード電極6光体には10kVの電圧を印加する。この結果、マトリクス駆動が可能となり、高精細で且つ、均一性が高く、長期に渡って安定な画像表示装置および電子源が形成できる。
1 基板
2 第一の電極(カソード電極)
3 第一の電極(ゲート電極)
4 絶縁層
5 電子放出部材
6 第三の電極(アノード電極)
2 第一の電極(カソード電極)
3 第一の電極(ゲート電極)
4 絶縁層
5 電子放出部材
6 第三の電極(アノード電極)
Claims (13)
- (A)第一の電極と、(B)前記第一の電極上に設けられた電子放出膜と、(C)前記電子放出膜と間隔Hを隔てて前記電子放出膜の上方に設けられ、かつ、前記電子放出膜の少なくとも一部を露出する開口を備える第二の電極と、を有する電子放出素子であって、
前記第二の電極の面積が前記開口の面積の4倍以上であり、
前記間隔Hと前記開口の幅Wとの比H/Wが、0.07以上0.6以下であること
を特徴とする電子放出素子。 - (A)第一の電極と、(B)前記第一の電極上に設けられた複数の電子放出体と、(C)前記第一の電極と間隔Hを隔てて前記第一の電極の上方に設けられ、かつ、前記第一の電極の少なくとも一部と前記複数の電子放出体の少なくとも一部とを露出する開口を備える第二の電極と、を有する電子放出素子であって、
前記第二の電極の面積が前記開口の面積の4倍以上であり、
前記間隔Hと前記開口の幅Wとの比H/Wが、0.07以上0.6以下であること
を特徴とする電子放出素子。 - 前記第一の電極と前記第二の電極の間に絶縁層を更に有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子放出素子。
- 前記間隔Hと開口の幅Wの比H/Wが0.2以上0.36以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電子放出素子。
- 前記開口は円形であり、
開口の直径である幅Wと前記第二の電極の開口の周囲の幅W’’との関係が
W’’>(51/2−1)/2×W
であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電子放出素子。 - 前記開口は楕円形であり、
開口の長直径a、短直径Wと前記第二の電極の開口の周囲の幅W’’との関係が
W’’> 0.25×{−(a+W)+ (a2+W2+18aW)1/2}
であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電子放出素子。 - 前記開口は長方形であり、
開口の長手方向の長さNと短手方向の幅Wと前記第二の電極の開口の周囲の幅W’’との関係が
W’’>0.25×{((N+W)2+16W×N)1/2−(W+N)}
であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電子放出素子。 - 前記開口は正方形であり、
開口の一辺の幅Wと前記第二の電極の開口の周囲の幅W’’との関係が
W’’>0.25×{(20W2)1/2−2W}
であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電子放出素子。 - 前記電子放出部材は、炭素または炭素化合物を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の電子放出素子。
- 前記炭素または炭素化合物は、ダイヤモンドライクカーボン、グラファイト、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、及びフラーレンのうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項9に記載の電子放出素子。
- 複数の電子放出素子と、複数の電子放出素子を共通に接続する配線とを含む電子源であって、前記電子放出素子が請求項1〜10のいずれかに記載の電子放出素子であることを特徴とする電子源。
- 請求項11に記載の電子源と、
前記電子源に対向する第三の電極と、
第三の電極側に配置された発光体と、
を有することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項12に記載の画像表示装置と、
テレビ信号を受信して前記画像表示装置に画像データを出力する受信回路と、
を有することを特徴とするテレビジョン装置。
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