JP3829128B2 - Electron emitter - Google Patents

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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エミッタ部に形成された第1の電極と第2の電極とその間のスリットにて形成された電子放出素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、電子放出素子は、カソード電極及びアノード電極を有し、フィールドエミッションディスプレイ(FED)やバックライトのような種々のアプリケーションに適用されている。FEDに適用する場合、複数の電子放出素子を2次元的に配列し、これら電子放出素子に対する複数の蛍光体を、所定の間隔をもってそれぞれ配置するようにしている。
【0003】
この電子放出素子の従来例としては、例えば特許文献1〜5があるが、いずれもエミッタ部に誘電体を用いていないため、対向電極間にフォーミング加工もしくは微細加工が必要となったり、電子放出のために高電圧を印加しなければならず、また、パネル製作工程が複雑で製造コストが高くなるという問題がある。
【0004】
そこで、エミッタ部を誘電体で構成することが考えられているが、誘電体からの電子放出として以下の非特許文献1〜3にて諸説が述べられている。
【0005】
【特許文献1】
特開平1−311533号公報
【特許文献2】
特開平7−147131号公報
【特許文献3】
特開2000−285801号公報
【特許文献4】
特公昭46−20944号公報
【特許文献5】
特公昭44−26125号公報
【非特許文献1】
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)
【非特許文献2】
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
【非特許文献3】
H.Riege, Electron emission ferroelectrics - a review, Nucl. Instr. and Meth. A340, p. 80-89(1994)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の電子放出素子においては、誘電体の表面、誘電体と上部電極との界面、誘電体内部の欠陥準位に拘束された電子を誘電体の分極反転によって放出するようにしている。つまり、誘電体にて分極反転さえ起きれば、印加電圧パルスの電圧レベルに依存せず、放出電子量はほぼ一定となる。
【0007】
しかしながら、電子放出が安定せず、電子放出回数はたかだか数万回程度までであり、実用性に乏しいという問題がある。このように、従来においては、誘電体にて構成されたエミッタ部を有する電子放出素子の効果を見出すまでには至っていない。
【0008】
本発明は、誘電体にて構成されたエミッタ部を有する電子放出素子において、電子放出に伴う第1の電極での損傷を抑制することができ、長寿命化及び信頼性の向上を図ることができる電子放出素子を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子放出素子は、誘電体にて構成されたエミッタ部と、前記エミッタ部に接して形成された第1の電極と、前記エミッタ部に接して形成され、前記第1の電極と共にスリットを形成する第2の電極とを有し、前記第1の電極と前記第2の電極間に駆動電圧が印加されることによって、少なくとも前記エミッタ部の前記スリットから露出する部分が分極反転されることで電子放出を行う電子放出素子において、少なくとも前記第2の電極の表面に帯電膜が形成されていることを特徴とする。
【0010】
この場合、前記エミッタ部は、圧電材料、反強誘電体材料又は電歪材料にて構成することができる。
【0011】
そして、前記スリットの幅をd、前記第1の電極と前記第2の電極間の電圧をVakとしたとき、前記エミッタ部に印加され、かつ、E=Vak/dで表される電界Eで分極反転が行われるようにしてもよい。この場合、前記電圧Vakが前記エミッタ部の絶縁破壊電圧未満であることが好ましい。このとき、前記第1の電極と前記第2の電極間の電圧Vakの絶対値が100V未満となるように、前記スリットの幅dを設定するようにしてもよい。
【0012】
ここで、電子放出に伴う電子の増倍作用と第1の電極への影響について説明する。まず、第1の電極と第2の電極間に駆動電圧が印加されることによって、少なくともエミッタ部のスリットから露出する部分が分極反転され、前記第2の電極よりも電位が低い前記第1の電極の近傍から電子が放出されることになる。即ち、この分極反転によって、第1の電極とその近傍の双極子モーメントの正極側とで局所的な集中電界が発生することにより、前記第1の電極から1次電子が引き出され、前記第1の電極から引き出された1次電子が前記エミッタ部に衝突して、該エミッタ部から2次電子が放出される。
【0013】
電子放出素子が前記第1の電極、前記エミッタ部の前記スリットから露出する部分及び真空雰囲気の3重点を有する場合には、前記第1の電極のうち、3重点近傍の部分から1次電子が引き出され、前記引き出された1次電子が前記エミッタ部に衝突して、該エミッタ部から2次電子が放出される。ここで述べる2次電子は、1次電子のクーロン衝突でエネルギーを得て、エミッタ部の外へ飛び出した固体内電子と、オージェ電子と、1次電子がエミッタ部の表面近くで散乱したもの(反射電子)の全てを含む。なお、前記第1の電極の厚みが極薄(〜10nm)である場合には、該第1の電極とエミッタ部との界面から電子が放出されることになる。
【0014】
このような原理によって電子が放出されることから、電子放出が安定して行われ、電子放出の回数も20億回以上を実現でき、実用性に富む。しかも、放出電子量は、第1の電極と第2の電極間に印加される駆動電圧のレベルにほぼ比例して増加することから、放出電子量を容易に制御できるという利点もある。
【0015】
そして、この電子放出素子を例えばディスプレイの画素として利用する場合は、エミッタ部の上方のうち、前記スリットに対向した位置に第3の電極が配置され、該第3の電極には蛍光体が塗布されることになる。この場合、放出された電子のうち、一部の電子はコレクタ電極に導かれて蛍光体を励起し、外部に蛍光体発光として具現されることになる。他の一部の電子は、第2の電極に引かれる。
【0016】
第2の電極に引かれた電子は、主に第2の電極の近傍に存在する気体又は第2の電極を構成する原子等を正イオンと電子に電離する。前記第2の電極の近傍に存在する前記第2の電極を構成する原子は、該第2の電極の一部が蒸散した結果生じた原子であり、該原子は前記第2の電極の近傍に浮遊している。そして、前記電離によって発生した電子が更に前記気体や前記原子等を電離するため、指数関数的に電子が増え、これが進行して電子と正イオンが中性的に存在すると局所プラズマとなる。
【0017】
電子放出時における第1の電極と第2の電極間の電圧Vakは、前記電子の増倍機構によって、放電維持電圧レベルまで小さくなり、短絡のような状態となっている。
【0018】
そして、前記電離によって発生した正イオンが例えば第1の電極に衝突することによって第1の電極が損傷する場合がある。
【0019】
そこで、本発明では、少なくとも前記第2の電極の表面に帯電膜を形成する。上述のように、エミッタ部から放出された電子の一部が第2の電極に引かれると、帯電膜の表面を負極性に帯電させる。これにより、第2の電極の正極性が弱められ、第1の電極と第2の電極間の電界の強さが小さくなり、瞬時に電離が停止することになる。即ち、電子放出時における第1の電極と第2の電極間の電圧の変化はほとんどない。そのため、正イオンの発生はほとんどなく、正イオンによる第1の電極の損傷を防止することができ、電子放出素子の長寿命化において有利となる。
【0020】
そして、前記帯電膜は、圧電材料、電歪材料、反強誘電体材料又は低誘電率の材料で構成されていてもよい。低誘電率の材料としては、例えばSiO2やMgO等の酸化物又はガラスなどを用いることができる。もちろん、前記帯電膜は、前記エミッタ部を構成する誘電体と同じ材料で構成してもよい。
【0021】
前記第2の電極の表面に形成された前記帯電膜の膜厚は、10nm〜100μmであることが好ましい。薄すぎると耐久性や取り扱いに問題が生じるおそれがあり、また、厚すぎると、第1の電極と第2の電極間の間隔、即ち、スリットの幅を狭くできなくなり、電子放出に必要な電界を得ることができなくなるおそれがあるからである。
【0022】
なお、前記第1の電極の表面に保護膜を形成するようにしてもよい。この場合、保護膜を前記帯電膜と同じ材料で構成するようにしてもよい。また、前記保護膜は、スパッタ率が小さく、真空中での蒸発温度が大きい絶縁体、もしくは高抵抗の導体であってもよい。前記第1の電極の表面に形成された前記保護膜の膜厚は、10〜100nmであることが好ましい。薄すぎると耐久性や取り扱いに問題が生じるおそれがあり、また、厚すぎると、電界集中ポイントから放出した電子あるいは第1の電極とエミッタ部との界面から放出した電子が保護膜を透過できなくなるおそれがあるからである。
【0023】
また、本発明においては、電子放出時における前記第1の電極と前記第2の電極間の電圧変化が20V以内であることが好ましい。
【0024】
そして、本発明において、前記第1の電極及び前記第2の電極が共に、前記エミッタ部の上面に形成され、前記スリットが空隙であってもよい。
【0025】
また、前記第1の電極を、前記エミッタ部の一方の側面に接して形成し、前記第2の電極を、前記エミッタ部の他方の側面に接して形成し、前記スリットに前記エミッタ部が存在するようにしてもよい。
【0026】
スリットが空隙の場合は、第1の電極の損傷によってスリットの幅が拡大し、駆動信号の低電圧化が困難になるおそれがあるが、スリットにエミッタ部を存在させた場合は、第1の電極が損傷したとしてもスリットの幅は不変である。その結果、一定電圧で安定した電子放出を実現することができ、電極の長寿命化を実現させることができる。
【0027】
更に、エミッタ部が2つの電極で挟まれた構造となることから、エミッタ部において分極を完全に行うことができ、分極反転による電子放出を安定して行うことができる。
【0028】
特に、前記エミッタ部を蛇行して形成することで、第1の電極とエミッタ部との接触面積並びに第2の電極とエミッタ部との面積が増大することから、効率よく電子を放出させることができる。
【0029】
なお、基板の上面に前記エミッタ部が形成され、前記第1の電極が前記エミッタ部の一方の側面に接して形成され、前記第2の電極が前記エミッタ部の他方の側面に接して形成され、前記スリットに前記エミッタ部が存在している場合に、前記基板の上方に第3の電極が配置され、該第3の電極の上面に蛍光体が塗布されていてもよい。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子放出素子のいくつかの実施の形態例を図1〜図16を参照しながら説明する。
【0031】
まず、本実施の形態に係る電子放出素子は、ディスプレイとしての用途のほか、電子線照射装置、光源、LEDの代替用途、電子部品製造装置に適用することができる。
【0032】
電子線照射装置における電子線は、現在普及している紫外線照射装置における紫外線に比べ、高エネルギーで吸収性能に優れる。適用例としては、半導体装置では、ウェハーを重ねる際における絶縁膜を固化する用途、印刷の乾燥では、印刷インキをむらなく硬化する用途や、医療機器をパッケージに入れたまま殺菌する用途等がある。
【0033】
光源としての用途は、高輝度、高効率仕様向けであって、例えば超高圧水銀ランプ等が使用されるプロジェクタの光源用途等がある。本実施の形態に係る電子放出素子を光源に適用した場合、小型化、長寿命、高速点灯、水銀フリーによる環境負荷低減という特徴を有する。
【0034】
LEDの代替用途としては、屋内照明、自動車用ランプ、信号機等の面光源用途や、チップ光源、信号機、携帯電話向けの小型液晶ディスプレイのバックライト等がある。
【0035】
電子部品製造装置の用途としては、電子ビーム蒸着装置等の成膜装置の電子ビーム源、プラズマCVD装置におけるプラズマ生成用(ガス等の活性化用)電子源、ガス分解用途の電子源などがある。また、テラHz駆動の高速スイッチング素子、大電流出力素子といった真空マイクロデバイス用途もある。他に、プリンタ用部品、つまり、感光ドラムを感光させる発光デバイスや、誘電体を帯電させるための電子源としても好ましく用いられる。
【0036】
電子回路部品としては、大電流出力化、高増幅率化が可能であることから、スイッチ、リレー、ダイオード等のデジタル素子、オペアンプ等のアナログ素子への用途がある。
【0037】
そして、第1の実施の形態に係る電子放出素子10Aは、図1に示すように、基板12上に形成されたエミッタ部14と、該エミッタ部14の一方の面に形成された第1の電極(カソード電極)16と、同じくエミッタ部14の一方の面に形成され、カソード電極16と共にスリット18を形成する第2の電極(アノード電極)20とを有する。カソード電極16には、パルス発生源22からの駆動電圧Vaが抵抗R1を介して印加される。なお、図1の例では、アノード電極20をGND(グランド)に接続して、該アノード電極20の電位をゼロにした場合を示しているが、もちろん、ゼロ電位以外の電位にしてもかまわない。
【0038】
そして、この電子放出素子10Aをディスプレイの画素として利用する場合は、エミッタ部14の上方のうち、前記スリット18に対向した位置に第3の電極(コレクタ電極)24が配置され、該コレクタ電極24には蛍光体28が塗布される。なお、コレクタ電極24にはバイアス電圧源102(バイアス電圧Vc)が抵抗R3を介して接続される。
【0039】
また、第1の実施の形態に係る電子放出素子10Aは、当然のことながら、真空空間内に配置される。この電子放出素子10Aは、図1に示すように、電界集中ポイントA及びBが存在するが、ポイントAは、カソード電極16/エミッタ部14/真空が1つのポイントに存在する3重点を含むポイントとしても定義することができ、ポイントBは、アノード電極20/エミッタ部14/真空が1つのポイントに存在する3重点を含むポイントとしても定義することができる。
【0040】
そして、雰囲気中の真空度は、102〜10-6Paが好ましく、より好ましくは10-3〜10-5Paであるとよい。
【0041】
このような範囲を選んだ理由は、低真空では、▲1▼:空間内に気体分子が多いため、プラズマを生成し易く、プラズマが多量に発生され過ぎると、その正イオンが多量にカソード電極16に衝突して損傷を進めるおそれや、▲2▼:放出電子がコレクタ電極24に到達する前に気体分子に衝突してしまい、コレクタ電位(Vc)で十分に加速した電子による蛍光体28の励起が十分に行われなくなるおそれがあるからである。
【0042】
一方、高真空では、電界集中ポイントA及びBから電子を放出し易いものの、構造体の支持、及び真空のシール部が大きくなり、小型化に不利になるという問題があるからである。
【0043】
ここで、エミッタ部14は誘電体にて構成される。誘電体は、好適には、比誘電率が比較的高い、例えば1000以上の誘電体を採用することができる。このような誘電体としては、チタン酸バリウムの他に、ジルコン酸鉛、マクネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛等、又はこれらの任意の組み合わせを含有するセラミックスや、主成分がこれらの化合物を50重量%以上含有するものや、前記セラミックスに対して更にランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物、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切に添加したもの等を挙げることができる。
【0044】
例えば、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)とチタン酸鉛(PT)の2成分系nPMN−mPT(n,mをモル数比とする)においては、PMNのモル数比を大きくすると、キュリー点が下げられて、室温での比誘電率を大きくすることができる。
【0045】
特に、n=0.85〜1.0、m=1.0−nでは比誘電率3000以上となり好ましい。例えば、n=0.91、m=0.09では室温の比誘電率15000が得られ、n=0.95、m=0.05では室温の比誘電率20000が得られる。
【0046】
次に、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)、チタン酸鉛(PT)、ジルコン酸鉛(PZ)の3成分系では、PMNのモル数比を大きくする他に、正方晶と擬立方晶又は正方晶と菱面体晶のモルフォトロピック相境界(MPB:Morphotropic Phase Boundary)付近の組成とすることが比誘電率を大きくするのに好ましい。例えば、PMN:PT:PZ=0.375:0.375:0.25にて比誘電率5500、PMN:PT:PZ=0.5:0.375:0.125にて比誘電率4500となり、特に好ましい。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して、誘電率を向上させるのが好ましい。この場合、例えば、誘電体に白金を重量比で20%混入させるとよい。
【0047】
また、エミッタ部14は、上述したように、圧電/電歪層や反強誘電体層等を用いることができるが、エミッタ部14として圧電/電歪層を用いる場合、該圧電/電歪層としては、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が挙げられる。
【0048】
主成分がこれらの化合物を50重量%以上含有するものであってもよいことはいうまでもない。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14を構成する圧電/電歪層の構成材料として最も使用頻度が高い。
【0049】
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、更に、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物、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。
【0050】
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、更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。
【0051】
圧電/電歪層は、緻密であっても、多孔質であってもよく、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。
【0052】
エミッタ部14として反強誘電体層を用いる場合、該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。
【0053】
また、この反強誘電体膜は、多孔質であってもよく、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。
【0054】
更に、エミッタ部14にタンタル酸ビスマス酸ストロンチウムを用いた場合、分極反転疲労が小さく好ましい。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。
【0055】
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、焼成温度を下げることができる。これにより、エミッタ部14を基板12上に形成する際に有利となる。
【0056】
また、エミッタ部14に非鉛系の材料を使用する等により、エミッタ部14を融点もしくは蒸散温度の高い材料とすることで、電子もしくはイオンの衝突に対し損傷しにくくなる。
【0057】
そして、基板12の上にエミッタ部14を形成する方法としては、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気泳動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を用いることができる。
【0058】
この第1の実施の形態においては、基板12上にエミッタ部14を形成するにあたっては、スクリーン印刷法やディッピング法、塗布法、電気泳動法等による厚膜形成法が好適に採用される。
【0059】
これらの方法は、平均粒径0.01〜5μm、好ましくは0.05〜3μmの圧電セラミックスの粒子を主成分とするペーストやスラリー、又はサスペンション、エマルジョン、ゾル等を用いて形成することができ、良好な圧電作動特性が得られるからである。
【0060】
特に、電気泳動法は、膜を高い密度で、かつ、高い形状精度で形成することができることをはじめ、「電気化学および工業物理化学 Vol.53,No.1(1985),p63〜68 安斎和夫著」あるいは「第1回電気泳動法によるセラミックスの高次成形法 研究討論会 予稿集(1998),p5〜6,p23〜24」等の技術文献に記載されるような特徴を有する。また、圧電/電歪/反強誘電体をシート状に成形したもの、もしくはその積層体、もしくはこれらを他の支持基板に積層又は接着したものを用いてもよい。このように、要求精度や信頼性等を考慮して、適宜、手法を選択して用いるとよい。
【0061】
ここで、カソード電極16とアノード電極20間のスリット18の幅dの大きさについて説明すると、カソード電極16とアノード電極20間の電圧(パルス発生源22から出力される駆動電圧Vaがカソード電極16とアノード電極20間に印加されることによって、該カソード電極16とアノード電極20間に現れる電圧)をVakとしたとき、E=Vak/dで表される電界Eで分極反転が行われるように、前記幅dを設定することが好ましい。つまり、スリット18の幅dが小さいほど、低電圧で分極反転が可能となり、低電圧駆動(例えば100V未満)で電子放出が可能となる。
【0062】
カソード電極16は、以下に示す材料にて構成される。即ち、スパッタ率が小さく、真空中での蒸発温度が大きい導体が好ましい。例えば、Ar+で600Vにおけるスパッタ率が2.0以下で、蒸気圧1.3×10-3Paとなる温度が1800K以上のものが好ましく、白金、モリブデン、タングステン等がこれに該当する。また、高温酸化雰囲気に対して耐性を有する導体、例えば金属単体、合金、絶縁性セラミックスと金属単体との混合物、絶縁性セラミックスと合金との混合物等によって構成され、好適には、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や、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするものや、白金とセラミック材料とのサーメット材料によって構成される。更に好適には、白金のみ又は白金系の合金を主成分とする材料によって構成される。また、電極として、カーボン、グラファイト系の材料、例えば、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンドライクカーボン、カーボンナノチューブも好適に使用される。なお、電極材料中に添加さ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。
【0063】
更に、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を用いることが好ましい。また、分極反転疲労を抑制する酸化物電極、例えば酸化ルテニウム、酸化イリジウム、ルテニウム酸ストロンチウム、La1-xSrxCoO3(例えばx=0.3や0.5)、La1-xCaxMnO3、La1-xCaxMn1-yCoy3(例えばx=0.2、y=0.05)、もしくはこれらを例えば白金レジネートペーストに混ぜたものが好ましい。
【0064】
カソード電極16は、上記材料を用いて、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従って形成することができ、好適には、前者の厚膜形成法によって形成するとよい。なお、カソード電極16の寸法については、図2に示すように、幅W1を2mmとし、長さL1を5mmとした。カソード電極16の厚さは、20μm以下であるとよく、好適には5μm以下であるとよい。
【0065】
アノード電極20は、カソード電極16と同様の材料及び方法によって形成されるが、好適には上記厚膜形成法によって形成する。アノード電極20の厚さも、20μm以下であるとよく、好適には5μm以下であるとよい。また、アノード電極20の寸法については、図2に示すように、カソード電極16と同様に幅W2を2mmとし、長さL2を5mmとした。
【0066】
また、カソード電極16とアノード電極20間のスリットの幅dは、第1の実施の形態では、70μmとした。
【0067】
カソード電極16に電気的に接続した配線と、アノード電極20に電気的に接続した配線とを電気的に分離するために、基板12を電気的な絶縁材料で構成するのが好ましい。
【0068】
従って、基板12を、ガラス、又は高耐熱性の金属、あるいはその金属表面をガラスなどのセラミック材料によって被覆したホーローのような材料により構成することができるが、セラミックスで構成するのが最適である。
【0069】
基板12を構成するセラミックスとしては、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、スピネル、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これらの混合物等を使用することができる。その中でも、酸化アルミニウム及び安定化された酸化ジルコニウムが、強度及び剛性の観点から好ましい。安定化された酸化ジルコニウムは、機械的強度が比較的高いこと、靭性が比較的高いこと、カソード電極16及びアノード電極20との化学反応が比較的小さいことなどの観点から特に好適である。なお、安定化された酸化ジルコニウムとは、安定化酸化ジルコニウム及び部分安定化酸化ジルコニウムを包含する。安定化された酸化ジルコニウムでは、立方晶などの結晶構造をとるため、相転移が生じない。
【0070】
一方、酸化ジルコニウムは、1000℃前後で単斜晶と正方晶との間を相転移し、このような相転移の際にクラックが発生するおそれがある。安定化された酸化ジルコニウムは、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム、希土類金属の酸化物等の安定剤を、1〜30モル%含有する。なお、基板12の機械的強度を向上させるために、安定化剤が酸化イットリウムを含有すると好適である。この場合、酸化イットリウムを、好適には1.5〜6モル%、更に好適には2〜4モル%含有し、更に0.1〜5モル%の酸化アルミニウムを含有することが好ましい。
【0071】
また、結晶相を、立方晶+単斜晶の混合相、正方晶+単斜晶の混合相、立方晶+正方晶+単斜晶の混合相等とすることができるが、その中でも、主たる結晶相を、正方晶又は正方晶+立方晶の混合相としたものが、強度、靭性及び耐久性の観点から最適である。
【0072】
基板12をセラミックスから構成した場合、比較的多数の結晶粒が基板12を構成するが、基板12の機械的強度を向上させるためには、結晶粒の平均粒径を、好適には0.05〜2μmとし、更に好適には0.1〜1μmとするとよい。
【0073】
エミッタ部14、カソード電極16及びアノード電極20をそれぞれ形成するたびに熱処理(焼成処理)して基板12と一体構造にすることができ、また、これらエミッタ部14、カソード電極16及びアノード電極20を形成した後、同時に焼成処理して、これらを同時に基板12に一体に結合することもできる。なお、カソード電極16及びアノード電極20の形成方法によっては、一体化のための熱処理(焼成処理)を必要としない場合もある。
【0074】
基板12と、エミッタ部14、カソード電極16及びアノード電極20とを一体化させるための焼成処理に係る温度としては、500〜1400℃の範囲、好適には、1000〜1400℃の範囲とするとよい。更に、膜状のエミッタ部14を熱処理する場合、高温時にエミッタ部14の組成が不安定にならないように、エミッタ部14の蒸発源と共に雰囲気制御を行いながら焼成処理を行うことが好ましい。
【0075】
また、エミッタ部14を適切な部材によって被覆し、エミッタ部14の表面が焼成雰囲気に直接露出しないようにして焼成する方法を採用してもよい。この場合、被覆部材としては、基板12と同様の材料を用いることが好ましい。
【0076】
次に、電子放出素子10Aの電子放出原理について図1〜図6を参照しながら説明する。まず、パルス発生源22から出力される駆動電圧Vaは、図3に示すように、第1の電圧Va1が出力される期間(準備期間T1)と第2の電圧Va2が出力される期間(電子放出期間T2)を1ステップとし、該1ステップが繰り返される。第1の電圧Va1は、カソード電極16の電位がアノード電極20の電位よりも高い電圧であり、第2の電圧Va2は、カソード電極16の電位がアノード電極20の電位よりも低い電圧である。駆動電圧Vaの振幅Vinは、第1の電圧Va1から第2の電圧Va2を差し引いた値(=Va1−Va2)で定義することができる。
【0077】
準備期間T1は、図4に示すように、カソード電極16とアノード電極20間に第1の電圧Va1を印加してエミッタ部14を分極する期間である。第1の電圧Va1としては、図3に示すように直流電圧でもよいが、1つのパルス電圧もしくはパルス電圧を複数回連続印加するようにしてもよい。ここで、準備期間T1は、分極処理を十分に行うために、電子放出期間T2よりも長くとることが好ましい。例えば、この準備期間T1としては100μsec以上が好ましい。これは、第1の電圧Va1の印加時の消費電力及びカソード電極16の損傷を防止する目的で、分極を行うための第1の電圧Va1の絶対値を、第2の電圧Va2の絶対値よりも小さく設定しているからである。
【0078】
また、第1の電圧Va1及び第2の電圧Va2は、各々正負の極性に分極処理を確実に行うことが可能な電圧レベルであることが好ましく、例えばエミッタ部14の誘電体が抗電圧を有する場合、第1の電圧Va1及び第2の電圧Va2の絶対値は、抗電圧以上であることが好ましい。
【0079】
電子放出期間T2は、カソード電極16とアノード電極20間に第2の電圧Va2が印加される期間である。カソード電極16とアノード電極20間に第2の電圧Va2が印加されることによって、図5Aに示すように、少なくともエミッタ部14のうち、スリット18から露出する部分が分極反転される。この分極反転によって、カソード電極16とその近傍の双極子モーメントの正極側とで局所的な集中電界が発生することにより、カソード電極16から1次電子が引き出され、図5Bに示すように、前記カソード電極16から引き出された1次電子がエミッタ部14に衝突して、該エミッタ部14から2次電子が放出される。
【0080】
この実施の形態のように、電子放出素子10Aがカソード電極16、エミッタ部14及び真空の3重点Aを有する場合には、カソード電極16のうち、3重点Aの近傍部分から1次電子が引き出され、この3重点Aから引き出された1次電子がエミッタ部14に衝突して、該エミッタ部14から2次電子が放出される。なお、カソード電極16の厚みが極薄(〜10nm)である場合には、該カソード電極16とエミッタ部14との界面から電子が放出されることになる。
【0081】
ここで、電子放出に伴う電子の増倍作用とカソード電極16への影響について説明する。まず、カソード電極16に負極性の電圧Va2が供給されることによって、上述したように、エミッタ部14から2次電子が放出されることになる。
【0082】
放出された2次電子のうち、一部の2次電子はコレクタ電極24に導かれて蛍光体28を励起し、外部に蛍光体発光として具現されることになる。他の一部の2次電子や1次電子は、アノード電極20に引かれる。
【0083】
ここで、2次電子の放出分布について説明する。図6に示すように、2次電子は、ほとんどエネルギーが0に近いものが大多数であり、エミッタ部14の表面から真空中に放出されると、周囲の電界分布のみに従って運動することになる。つまり、2次電子は、初速がほとんど0(m/sec)の状態から周囲の電界分布に従って加速される。このため、図5Bに示すように、エミッタ部14とコレクタ電極24間に電界Eaが発生しているとすると、2次電子は、この電界Eaに沿って、その放出軌道が決定される。つまり、直進性の高い電子源を実現させることができる。このような初速の小さい2次電子は、1次電子のクーロン衝突でエネルギーを得て、エミッタ部14の外へ飛び出した固体内電子である。
【0084】
ところで、図6からもわかるように、1次電子のエネルギーE0に相当するエネルギーをもった2次電子が放出されている。この2次電子は、カソード電極16から放出された1次電子がエミッタ部14の表面近くで散乱したもの(反射電子)である。
【0085】
カソード電極16の厚みが10nmよりも厚い場合には、前記反射電子のほとんどがアノード電極20に向かうことになる。そして、本明細書内で述べている2次電子は、前記反射電子やオージェ電子も含んで定義するものとする。
【0086】
一方、カソード電極16の厚みが極薄(〜10nm)である場合、カソード電極16から放出された1次電子は、カソード電極16とエミッタ部14の界面で反射してコレクタ電極24に向かうことになる。
【0087】
アノード電極20に引かれた電子は、主にアノード電極20の近傍に存在する気体又はアノード電極20を構成する原子等を、正イオンと電子とに電離する。アノード電極20の近傍に存在する該アノード電極20を構成する原子は、該アノード電極20の一部が蒸散した結果生じた原子であり、該原子はアノード電極20の近傍に浮遊している。そして、前記電離によって発生した電子が更に前記気体や前記原子等を電離するため、指数関数的に電子が増え、これが進行して電子と正イオンが中性的に存在すると局所プラズマとなる。
【0088】
また、アノード電極20に引かれた電子は、エミッタ部14に衝突してエミッタ部から2次電子が放出され、上述と同様に、アノード電極20の近傍に存在する気体又はアノード電極20の近傍において蒸散して浮遊する電極原子等を正イオンと電子に電離する。
【0089】
図7Aに示すように、カソード電極16とアノード電極20間に印加される駆動電圧Vaとして、第1の電圧Va1を例えば+50V、第2の電圧Va2を例えば−100Vとしたとき、カソード電極16とアノード電極20間の電圧Vakは、図7Bに示すように、ピーク時点P1において電子放出が行われ、その後、前記電離の進行によって放電維持電圧Vbのレベルまで小さくなり、短絡に近い状態となっている。前記放電維持電圧Vbは、誘電体(エミッタ部14)の抗電圧(例えば−20V)よりも大きい場合のほか、小さい場合も考えられる。なお、電子放出時におけるカソード電極16とアノード電極20間の電圧の変化ΔVakはほぼ50V程度である。
【0090】
ここで、エミッタ部14の絶縁破壊電圧は、少なくとも10kV/mm以上有していることが好ましい。この例では、スリット18の幅dを例えば70μmとしたとき、カソード電極16とアノード電極20間に−100Vの駆動電圧を印加しても、エミッタ部14のうち、スリット18から露出する部分が絶縁破壊に至ることはない。
【0091】
そして、前記電離によって発生した正イオンが例えばカソード電極16に衝突することによってカソード電極16が損傷する場合がある。
【0092】
そこで、この第1の実施の形態では、図1及び図8に示すように、アノード電極20の表面に帯電膜40を形成するようにしている。
【0093】
従って、エミッタ部14から放出された2次電子の一部がアノード電極20に引かれると、図8に示すように、帯電膜40の表面が負極性に帯電することになる。これにより、アノード電極20の正極性が弱められ、アノード電極20とカソード電極16間の電界の強さEが小さくなり、瞬時に電離が停止することになる。即ち、図9Aに示すように、カソード電極16とアノード電極20間に印加される駆動電圧Vaとして、第1の電圧Va1を例えば+50V、第2の電圧Va2を例えば−100Vとしたとき、電子放出が行われたピーク時点P1におけるカソード電極16とアノード電極20間の電圧変化ΔVakは、20V以内(図9Bの例では10V程度)であってほとんど変化がない。そのため、正イオンの発生はほとんどなく、正イオンによるカソード電極16の損傷を防止することができ、電子放出素子10Aの長寿命化において有利となる。
【0094】
そして、アノード電極20の表面に形成された帯電膜40の膜厚t1は、10nm〜100μmであることが好ましい。薄すぎると耐久性や取り扱いに問題が生じるおそれがあり、また、厚すぎると、カソード電極16とアノード電極20間の間隔、即ち、スリットの幅dを狭くできなくなり、電子放出に必要な電界を得ることができなくなるおそれがあるからである。この第1の実施の形態では、帯電膜40の厚みt1を45μmとした。
【0095】
帯電膜40は、圧電材料、電歪材料、反強誘電体材料又は低誘電率の材料で構成することができる。低誘電率の材料としては、例えばSiO2やMgO等の酸化物又はガラスなどを用いることができる。もちろん、帯電膜40は、エミッタ部14を構成する誘電体と同じ材料で構成するようにしてもよい。
【0096】
また、図10の変形例に係る電子放出素子10Aaのように、カソード電極16の表面に保護膜42を形成するようにしてもよい。この保護膜42は、帯電膜40と同じ材質でもよいし、スパッタ率が小さく、真空中での蒸発温度が大きい絶縁体、もしくは高抵抗の導体を使用してもよい。
【0097】
保護膜42の膜厚は、10〜100nmであることが好ましい。薄すぎると耐久性や取り扱いに問題が生じるおそれがあり、また、厚すぎると、電界集中ポイントAあるいはカソード電極16とエミッタ部14の界面から放出した電子が保護膜42を透過できなくなるおそれがあるからである。なお、保護膜42は、帯電膜40と同じ材料で構成することができる。これにより、帯電膜40の形成と保護膜42の形成を同一の工程で行うことができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
【0098】
更に、コレクタ電極24のパターン形状や電位を適宜変更したり、エミッタ部14とコレクタ電極24との間に図示しない制御電極等を配置することによって、エミッタ部14とコレクタ電極24間の電界分布を任意に設定することにより、2次電子の放出軌道を制御し易くなり、電子ビーム径の収束、拡大、変形も容易になる。
【0099】
上述した直進性の高い電子源の実現、並びに2次電子の放出軌道の制御のし易さは、第1の実施の形態に係る電子放出素子10Aをディスプレイの画素として構成した場合に、画素の狭ピッチ化に有利になる。
【0100】
次に、第2の実施の形態に係る電子放出素子10Bについて図11を参照しながら説明する。
【0101】
この第2の実施の形態に係る電子放出素子10Bは、図11に示すように、基板12上に幅dが例えば0.1〜50μmのエミッタ部14が形成され、該エミッタ部14の一方の側面にカソード電極16が形成され、エミッタ部14の他方の側面にアノード電極20が形成されている。つまり、カソード電極16とアノード電極20との間のスリット18にエミッタ部14が存在した構造となっており、エミッタ部14をカソード電極16とアノード電極20とで挟んだ構造となっている。
【0102】
この場合も、第1の実施の形態と同様に、アノード電極20の表面に帯電膜40が形成される。もちろん、図11に示すように、カソード電極16に保護膜42を形成するようにしてもよい。
【0103】
この第2の実施の形態に係る電子放出素子10Bにおいては、第1の実施の形態に係る電子放出素子10Aと同様に、カソード電極16に対する損傷を防止することができると共に、誘電体にて構成されたエミッタ部14がカソード電極16とアノード電極20で挟まれた構造であることから、エミッタ部14での分極を完全に行うことができ、分極反転による電子放出を、安定して、かつ、効率よく行うことができる。
【0104】
次に、この第2の実施の形態に係る電子放出素子10Bの3つの変形例について図12〜図16を参照しながら説明する。
【0105】
まず、第1の変形例に係る電子放出素子10Baは、第2の実施の形態に係る電子放出素子10Bの考え方を踏襲させた例であるが、図12及び図13に示すように、エミッタ部14が平面から見て蛇行形状に形成されている。
【0106】
このように構成することで、カソード電極16とエミッタ部14との接触面積並びにアノード電極20とエミッタ部14との接触面積が増大することから、効率よく電子を放出させることができる。この場合も、アノード電極20の表面に帯電膜40が形成される。もちろん、図12及び図13に示すように、カソード電極16に保護膜42を形成するようにしてもよい。
【0107】
第2の変形例に係る電子放出素子10Bbは、図14に示すように、基板12上に誘電体によるエミッタ部14が形成され、該エミッタ部14に形成された窓内にカソード電極16及びアノード電極20が埋め込まれて形成されている。このように、カソード電極16及びアノード電極20の電極断面積を大きくすることで、カソード電極16及びアノード電極20の低抵抗化を図り、ジュール熱の発生を抑止することができる。即ち、カソード電極16及びアノード電極20を保護することができる。この場合も、アノード電極20の表面に帯電膜40が形成される。もちろん、図14に示すように、カソード電極16に保護膜42を形成するようにしてもよい。
【0108】
上述の第2の変形例では、カソード電極16及びアノード電極20の厚みをエミッタ部14の厚みとほぼ同じにした例を示したが、その他、図15及び図16に示す第3の変形例に係る電子放出素子10Bcのように、カソード電極16及びアノード電極20の厚みをエミッタ部14の厚みよりも薄くするようにしてもよい。この場合、図11に示す第2の実施の形態に係る電子放出素子10Bと同様に、カソード電極16及びアノード電極20が、エミッタ部14のうち、少なくともスリット18の部分に存在するエミッタ部14の側壁に接触して形成される。この場合も、アノード電極20の表面に帯電膜40が形成される。もちろん、図15に示すように、カソード電極16に保護膜42を形成するようにしてもよい。
【0109】
この第3の変形例では、第1の変形例と同様に、金属の量を少なくしてカソード電極16やアノード電極20を構成することができるため、カソード電極16やアノード電極20として、高価な金属(例えば白金や金)を用いることができ、特性の向上を図ることができる。
【0110】
上述した第1及び第2の実施の形態に係る電子放出素子10A及び10B(各変形例を含む)においては、図1に示すように、コレクタ電極24に蛍光体28を塗布してディスプレイの画素として構成した場合、以下のような効果を奏することができる。
【0111】
(1)CRTと比して超薄型(パネルの厚み=数mm)にすることができる。
【0112】
(2)蛍光体28による自然発光のため、LCD(液晶表示装置)やLED(発光ダイオード)と比してほぼ180°の広視野角を得ることができる。
【0113】
(3)面電子源を利用しているため、CRTと比して画像歪みがない。
【0114】
(4)LCDと比して高速応答が可能であり、μsecオーダーの高速応答で残像のない動画表示が可能となる。
【0115】
(5)40インチ換算で100W程度であり、CRT、PDP(プラズマディスプレイ)、LCD及びLEDと比して低消費電力である。
【0116】
(6)PDPやLCDと比して動作温度範囲が広い(−40〜+85℃)。ちなみに、LCDは低温で応答速度が低下する。
【0117】
(7)大電流出力による蛍光体の励起が可能であるため、従来のFED方式のディスプレイと比して高輝度化が可能である。
【0118】
(8)圧電体材料の分極反転特性及び膜厚により駆動電圧を制御可能であるため、従来のFED方式のディスプレイと比して低電圧駆動が可能である。
【0119】
このような種々の効果から、以下に示すように、様々なディスプレイ用途を実現させることができる。
【0120】
(1)高輝度化と低消費電力化が実現できるという面から、30〜60インチディスプレイのホームユース(テレビジョン、ホームシアター)やパブリックユース(待合室、カラオケ等)に最適である。
【0121】
(2)高輝度化、大画面、フルカラー、高精細度が実現できるという面から、顧客吸引力(この場合、視覚的な注目)に効果が大であり、横長、縦長等の異形状ディスプレイや、展示会での使用、情報案内板用のメッセージボードに最適である。
【0122】
(3)高輝度化、蛍光体励起に伴う広視野角化、真空モジュール化に伴う広い動作温度範囲が実現できるという面から、車載用ディスプレイに最適である。車載用ディスプレイとしての仕様は、15:9等の横長8インチ(画素ピッチ0.14mm)、動作温度が−30〜+85℃、斜視方向で500〜600cd/m2が必要である。
【0123】
また、上述の種々の効果から、以下に示すように、様々な光源用途を実現させることができる。
【0124】
(1)高輝度化、低消費電力化が実現できるという面から、輝度仕様として2000ルーメンが必要なプロジェクタ用の光源に最適である。
【0125】
(2)高輝度2次元アレー光源を容易に実現できることと、動作温度範囲が広く、屋外環境でも発光効率に変化がないことから、LEDの代替用途として有望である。例えば信号機等の2次元アレーLEDモジュールの代替として最適である。なお、LEDは、25℃以上で許容電流が低下し、低輝度となる。
【0126】
なお、この発明に係る電子放出素子は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【0127】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電子放出素子によれば、誘電体にて構成されたエミッタ部を有する電子放出素子において、電子放出に伴う第1の電極での損傷を抑制することができ、長寿命化及び信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る電子放出素子を示す構成図である。
【図2】第1の実施の形態に係る電子放出素子の電極部分を示す平面図である。
【図3】パルス発生源から出力される駆動電圧を示す波形図である。
【図4】カソード電極とアノード電極間に第1の電圧を印加した際の作用を示す説明図である。
【図5】図5Aは、カソード電極とアノード電極間に第2の電圧を印加した際の作用(1次電子の放出)を示す説明図であり、図5Bは、放出された1次電子に基づいて2次電子が放出される原理を示す説明図である。
【図6】放出された2次電子のエネルギーと2次電子の放出量の関係を示す特性図である。
【図7】図7Aは、駆動電圧の一例を示す波形図であり、図7Bは、アノード電極に帯電膜を形成しない構成におけるカソード電極とアノード電極間の電圧の変化を示す波形図である。
【図8】第1の実施の形態に係る電子放出素子において、カソード電極とアノード電極間に第2の電圧を印加した際の作用を示す説明図である。
【図9】図9Aは、駆動電圧の一例を示す波形図であり、図9Bは、第1の実施の形態に係る電子放出素子におけるカソード電極とアノード電極間の電圧の変化を示す波形図である。
【図10】第1の実施の形態に係る電子放出素子の変形例を示す構成図である。
【図11】第2の実施の形態に係る電子放出素子の主要部分を示す構成図である。
【図12】第2の実施の形態に係る電子放出素子の第1の変形例を示す平面図である。
【図13】図12におけるXIII−XIII線上の断面図である。
【図14】第2の実施の形態に係る電子放出素子の第2の変形例を示す断面図である。
【図15】第2の実施の形態に係る電子放出素子の第3の変形例を示す断面図である。
【図16】第2の実施の形態に係る電子放出素子の第3の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
10A、10Aa、10B、10Ba〜10Bc…電子放出素子
12…基板 14…エミッタ部
16…カソード電極 18…スリット
20…アノード電極 22…パルス発生源
24…コレクタ電極 28…蛍光体
40…帯電膜 42…保護膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron-emitting device formed by a first electrode and a second electrode formed in an emitter portion and a slit therebetween.
[0002]
[Prior art]
Recently, an electron-emitting device has a cathode electrode and an anode electrode, and is applied to various applications such as a field emission display (FED) and a backlight. When applied to the FED, a plurality of electron-emitting devices are two-dimensionally arranged, and a plurality of phosphors for these electron-emitting devices are arranged with a predetermined interval.
[0003]
As conventional examples of this electron-emitting device, there are, for example, Patent Documents 1 to 5, but none of them uses a dielectric in the emitter portion, so that forming processing or fine processing is required between the opposing electrodes, or electron emission is performed. For this reason, a high voltage must be applied, and the panel manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high.
[0004]
Therefore, it is considered that the emitter portion is made of a dielectric, but various theories are described in the following Non-Patent Documents 1 to 3 as electron emission from the dielectric.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-1-315333
[Patent Document 2]
JP 7-147131 A
[Patent Document 3]
JP 2000-285801 A
[Patent Document 4]
Japanese Patent Publication No.46-20944
[Patent Document 5]
Japanese Examined Patent Publication No. 44-26125
[Non-Patent Document 1]
Yasuoka, Ishii, "Pulsed electron source using a ferroelectric cathode" Applied Physics Vol.68, No.5, p546-550 (1999)
[Non-Patent Document 2]
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[Non-Patent Document 3]
H.Riege, Electron emission ferroelectrics-a review, Nucl. Instr. And Meth. A340, p. 80-89 (1994)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional electron-emitting device described above, electrons constrained by the surface of the dielectric, the interface between the dielectric and the upper electrode, and the defect level inside the dielectric are emitted by the polarization inversion of the dielectric. That is, as long as polarization reversal occurs in the dielectric, the amount of emitted electrons is almost constant regardless of the voltage level of the applied voltage pulse.
[0007]
However, there is a problem that the electron emission is not stable, the number of electron emission is up to about tens of thousands, and the practicality is poor. As described above, conventionally, an effect of an electron-emitting device having an emitter portion made of a dielectric material has not been found.
[0008]
According to the present invention, in an electron-emitting device having an emitter portion made of a dielectric material, damage to the first electrode due to electron emission can be suppressed, and the lifetime can be improved and the reliability can be improved. An object of the present invention is to provide an electron-emitting device that can be used.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  An electron-emitting device according to the present invention includes an emitter section made of a dielectric, a first electrode formed in contact with the emitter section, and formed in contact with the emitter section, together with the first electrode. A second electrode that forms a slit, and by applying a driving voltage between the first electrode and the second electrode, at least a portion of the emitter portion exposed from the slit is inverted in polarity. In the electron-emitting device that emits electrons, a charged film is formed on at least the surface of the second electrode.The
[0010]
  In this case, the emitter section can be composed of a piezoelectric material, an antiferroelectric material, or an electrostrictive material.The
[0011]
  When the width of the slit is d and the voltage between the first electrode and the second electrode is Vak, an electric field E applied to the emitter section and expressed by E = Vak / d You can make the polarization reversalYes.In this case, the voltage Vak is preferably less than the breakdown voltage of the emitter section.Yes.At this time, the width d of the slit may be set so that the absolute value of the voltage Vak between the first electrode and the second electrode is less than 100V.Yes.
[0012]
  Here, the electron multiplication effect associated with the electron emission and the influence on the first electrode will be described. First, when a drive voltage is applied between the first electrode and the second electrode, at least a portion exposed from the slit of the emitter portion is reversed in polarity, and the potential of the first electrode is lower than that of the second electrode. Electrons are emitted from the vicinity of the electrode.TheThat is, by this polarization reversal, a local concentrated electric field is generated between the first electrode and the positive side of the dipole moment in the vicinity thereof, whereby primary electrons are drawn from the first electrode, and the first electrode is extracted. Primary electrons extracted from the electrode collide with the emitter, and secondary electrons are emitted from the emitter.The
[0013]
  When the electron-emitting device has a triple point of the first electrode, a portion exposed from the slit of the emitter portion, and a vacuum atmosphere, primary electrons are emitted from a portion near the triple point of the first electrode. The extracted primary electrons collide with the emitter section, and secondary electrons are emitted from the emitter section.TheThe secondary electrons described here are energy obtained by Coulomb collision of primary electrons, electrons in solids that have jumped out of the emitter, Auger electrons, and primary electrons scattered near the surface of the emitter ( All of the reflected electrons). When the thickness of the first electrode is extremely thin (-10 nm), electrons are emitted from the interface between the first electrode and the emitter portion.
[0014]
Since electrons are emitted according to such a principle, electron emission is stably performed, and the number of electron emission times can be realized over 2 billion times, which is highly practical. In addition, since the amount of emitted electrons increases almost in proportion to the level of the drive voltage applied between the first electrode and the second electrode, there is an advantage that the amount of emitted electrons can be easily controlled.
[0015]
  When this electron-emitting device is used as a display pixel, for example, a third electrode is disposed above the emitter portion at a position facing the slit, and a phosphor is applied to the third electrode. To be doneTheIn this case, some of the emitted electrons are guided to the collector electrode to excite the phosphor, and the phosphor is emitted to the outside. Some other electrons are attracted to the second electrode.
[0016]
The electrons drawn to the second electrode mainly ionize the gas existing in the vicinity of the second electrode or the atoms constituting the second electrode into positive ions and electrons. The atoms constituting the second electrode existing in the vicinity of the second electrode are atoms generated as a result of evaporation of a part of the second electrode, and the atoms are located in the vicinity of the second electrode. It is floating. The electrons generated by the ionization further ionize the gas, the atoms, and the like, so that the number of electrons increases exponentially, and when this proceeds and the electrons and positive ions are neutral, a local plasma is formed.
[0017]
The voltage Vak between the first electrode and the second electrode at the time of electron emission is reduced to the discharge sustaining voltage level by the electron multiplication mechanism, and is in a short circuit state.
[0018]
The first electrode may be damaged when positive ions generated by the ionization collide with the first electrode, for example.
[0019]
Therefore, in the present invention, a charged film is formed at least on the surface of the second electrode. As described above, when a part of the electrons emitted from the emitter part is attracted to the second electrode, the surface of the charging film is charged negatively. As a result, the positive polarity of the second electrode is weakened, the strength of the electric field between the first electrode and the second electrode is reduced, and ionization stops instantaneously. That is, there is almost no change in voltage between the first electrode and the second electrode during electron emission. Therefore, there is almost no generation of positive ions, damage to the first electrode due to positive ions can be prevented, which is advantageous in extending the life of the electron-emitting device.
[0020]
  The charged film may be made of a piezoelectric material, an electrostrictive material, an antiferroelectric material, or a low dielectric constant material.Yes.As a low dielectric constant material, for example, SiO2Or oxide such as MgO or glass can be used.TheOf course, the charging film may be made of the same material as the dielectric constituting the emitter section.Yes.
[0021]
  The thickness of the charging film formed on the surface of the second electrode is preferably 10 nm to 100 μm.Yes.If it is too thin, there is a risk of problems in durability and handling. If it is too thick, the distance between the first electrode and the second electrode, that is, the width of the slit cannot be reduced, and the electric field required for electron emission is reduced. It is because there is a possibility that it becomes impossible to obtain.
[0022]
  A protective film may be formed on the surface of the first electrode.Yes.In this case, the protective film may be made of the same material as the charged film.Yes.The protective film may be an insulator having a low sputtering rate and a high evaporation temperature in a vacuum, or a high-resistance conductor.Yes.The thickness of the protective film formed on the surface of the first electrode is preferably 10 to 100 nm.Yes.If it is too thin, there is a risk of problems in durability and handling. If it is too thick, electrons emitted from the electric field concentration point or electrons emitted from the interface between the first electrode and the emitter cannot pass through the protective film. Because there is a fear.
[0023]
  In the present invention, it is preferable that the voltage change between the first electrode and the second electrode during electron emission is within 20V.Yes.
[0024]
  In the present invention, both the first electrode and the second electrode may be formed on the upper surface of the emitter section, and the slit may be a gap.Yes.
[0025]
  In addition, the first electrode is formed in contact with one side surface of the emitter portion, the second electrode is formed in contact with the other side surface of the emitter portion, and the emitter portion is present in the slit. You can do itYes.
[0026]
When the slit is a gap, the width of the slit may be enlarged due to damage to the first electrode, and it may be difficult to lower the voltage of the drive signal. However, if the emitter is present in the slit, the first Even if the electrode is damaged, the width of the slit remains unchanged. As a result, stable electron emission at a constant voltage can be realized, and the life of the electrode can be extended.
[0027]
Further, since the emitter part is sandwiched between two electrodes, the emitter part can be completely polarized, and the electron emission by polarization inversion can be stably performed.
[0028]
  In particular, the emitter section is formed by meanderingso,Since the contact area between the first electrode and the emitter section and the area between the second electrode and the emitter section are increased, electrons can be efficiently emitted.
[0029]
  The emitter portion is formed on the upper surface of the substrate, the first electrode is formed in contact with one side surface of the emitter portion, and the second electrode is formed in contact with the other side surface of the emitter portion. When the emitter portion is present in the slit, a third electrode may be disposed above the substrate, and a phosphor may be coated on the upper surface of the third electrode.Yes.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, some embodiments of the electron-emitting device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0031]
First, the electron-emitting device according to the present embodiment can be applied not only as a display, but also to an electron beam irradiation device, a light source, an alternative use of LED, and an electronic component manufacturing apparatus.
[0032]
The electron beam in the electron beam irradiation apparatus has high energy and excellent absorption performance as compared with the ultraviolet light in the currently widely used ultraviolet irradiation apparatus. As application examples, in semiconductor devices, there are uses for solidifying insulating films when stacking wafers, uses for curing printing inks uniformly when printing is dried, and uses for sterilizing medical devices in packages. .
[0033]
The use as a light source is for high brightness and high efficiency specifications, for example, a light source use of a projector in which an ultra high pressure mercury lamp or the like is used. When the electron-emitting device according to this embodiment is applied to a light source, it has characteristics of downsizing, long life, high-speed lighting, and reduction of environmental load due to mercury-free.
[0034]
Alternative uses of LEDs include surface light source applications such as indoor lighting, automotive lamps, and traffic lights, and chip light sources, traffic lights, and backlights for small liquid crystal displays for mobile phones.
[0035]
Applications of the electronic component manufacturing apparatus include an electron beam source of a film forming apparatus such as an electron beam vapor deposition apparatus, an electron source for plasma generation (for activation of gas, etc.) in a plasma CVD apparatus, an electron source for gas decomposition application, etc. . In addition, there are vacuum microdevice applications such as terahertz drive high-speed switching elements and large current output elements. In addition, it is also preferably used as a printer component, that is, a light emitting device for exposing a photosensitive drum or an electron source for charging a dielectric.
[0036]
As electronic circuit components, a large current output and a high amplification factor are possible, and therefore there are applications to digital elements such as switches, relays, and diodes, and analog elements such as operational amplifiers.
[0037]
As shown in FIG. 1, the electron-emitting device 10 </ b> A according to the first embodiment includes an emitter section 14 formed on the substrate 12 and a first surface formed on one surface of the emitter section 14. It has an electrode (cathode electrode) 16 and a second electrode (anode electrode) 20 that is also formed on one surface of the emitter section 14 and forms a slit 18 together with the cathode electrode 16. A drive voltage Va from the pulse generation source 22 is applied to the cathode electrode 16 via a resistor R1. In the example of FIG. 1, the anode electrode 20 is connected to GND (ground), and the potential of the anode electrode 20 is set to zero. Of course, a potential other than zero potential may be used. .
[0038]
When this electron-emitting device 10A is used as a display pixel, a third electrode (collector electrode) 24 is disposed above the emitter section 14 at a position facing the slit 18, and the collector electrode 24 Is coated with a phosphor 28. A bias voltage source 102 (bias voltage Vc) is connected to the collector electrode 24 via a resistor R3.
[0039]
In addition, the electron-emitting device 10A according to the first embodiment is naturally disposed in the vacuum space. As shown in FIG. 1, the electron-emitting device 10A has electric field concentration points A and B. The point A includes a triple point where the cathode electrode 16 / emitter portion 14 / vacuum exists at one point. The point B can also be defined as a point including a triple point where the anode electrode 20 / emitter 14 / vacuum exists at one point.
[0040]
And the degree of vacuum in the atmosphere is 102-10-6Pa is preferred, more preferably 10-3-10-FiveIt is good that it is Pa.
[0041]
The reason for selecting such a range is that in low vacuum, (1): because there are a lot of gas molecules in the space, it is easy to generate plasma. There is a possibility of causing damage by colliding with 16 and (2): the emitted electrons collide with gas molecules before reaching the collector electrode 24, and the phosphor 28 is accelerated by electrons sufficiently accelerated at the collector potential (Vc). This is because excitation may not be sufficiently performed.
[0042]
On the other hand, in a high vacuum, electrons are likely to be emitted from the electric field concentration points A and B, but there is a problem in that the structure support and the vacuum seal portion become large, which is disadvantageous for miniaturization.
[0043]
Here, the emitter section 14 is made of a dielectric. As the dielectric, a dielectric having a relatively high relative dielectric constant, for example, 1000 or more can be adopted. In addition to barium titanate, such dielectrics include lead zirconate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead magnesium tantalate, lead nickel tantalate, Ceramics containing lead antimony stannate, lead titanate, lead magnesium tungstate, lead cobalt niobate, etc., or any combination thereof, those containing 50% by weight or more of these compounds as the main component, or the ceramics In addition to lanthanum, calcium, strontium, molybdenum, tungsten, barium, niobium, zinc, nickel, manganese, etc., or any combination of these, or those appropriately added with other compounds Can do.
[0044]
For example, in a two-component system nPMN-mPT of lead magnesium niobate (PMN) and lead titanate (PT) (where n and m are mole ratios), increasing the PMN mole ratio decreases the Curie point. Thus, the relative dielectric constant at room temperature can be increased.
[0045]
In particular, when n = 0.85 to 1.0 and m = 1.0−n, the relative dielectric constant is preferably 3000 or more. For example, when n = 0.91 and m = 0.09, a room temperature relative permittivity of 15000 is obtained, and when n = 0.95 and m = 0.05, a room temperature relative permittivity of 20000 is obtained.
[0046]
Next, in the three-component system of lead magnesium niobate (PMN), lead titanate (PT), and lead zirconate (PZ), besides increasing the molar ratio of PMN, tetragonal and pseudocubic or tetragonal crystals And a composition in the vicinity of a morphotropic phase boundary (MPB) of rhombohedral crystals are preferable for increasing the relative dielectric constant. For example, the relative dielectric constant is 5500 when PMN: PT: PZ = 0.375: 0.375: 0.25, and the relative dielectric constant is 4500 when PMN: PT: PZ = 0.5: 0.375: 0.125. Is particularly preferred. Furthermore, it is preferable to improve the dielectric constant by mixing a metal such as platinum into these dielectrics within a range where insulation can be ensured. In this case, for example, 20% by weight of platinum may be mixed in the dielectric.
[0047]
Further, as described above, a piezoelectric / electrostrictive layer, an antiferroelectric layer, or the like can be used for the emitter section 14. When a piezoelectric / electrostrictive layer is used as the emitter section 14, the piezoelectric / electrostrictive layer is used. For example, 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, titanate Ceramics containing barium, lead magnesium tungstate, lead cobalt niobate, etc., or any combination thereof may be mentioned.
[0048]
It goes without saying that the main component may contain 50% by weight or more of these compounds. Among the ceramics, a ceramic containing lead zirconate is most frequently used as a constituent material of the piezoelectric / electrostrictive layer constituting the emitter section 14.
[0049]
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.
[0050]
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.
[0051]
The piezoelectric / electrostrictive layer may be dense or porous, and in the case of being porous, the porosity is preferably 40% or less.
[0052]
When an antiferroelectric layer is used as the emitter section 14, the antiferroelectric layer is mainly composed of lead zirconate, a component composed 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.
[0053]
The antiferroelectric film may be porous. In the case of being porous, the porosity is preferably 30% or less.
[0054]
Further, when strontium bismuthate tantalate is used for the emitter section 14, the polarization inversion fatigue is small and preferable. Such a material with low polarization reversal fatigue is a layered ferroelectric compound, (BiO2)2+(Am-1BmO3m + 1)2-It is expressed by the general formula. Here, the ions of metal A are Ca2+, Sr2+, Ba2+, Pb2+, Bi3+, La3+And the ion of metal B is Ti4+, Ta5+, Nb5+Etc.
[0055]
In addition, the sintering temperature can be lowered by mixing the piezoelectric / electrostrictive / antiferroelectric ceramics with a glass component such as lead borosilicate glass and other low melting point compounds (such as bismuth oxide). This is advantageous when the emitter section 14 is formed on the substrate 12.
[0056]
In addition, by using a lead-free material for the emitter portion 14 to make the emitter portion 14 a material having a high melting point or transpiration temperature, it becomes difficult to be damaged by the collision of electrons or ions.
[0057]
As a method of forming the emitter section 14 on the substrate 12, various thick film forming methods such as a screen printing method, a dipping method, a coating method, an electrophoresis method, an ion beam method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, Various thin film forming methods such as ion plating, chemical vapor deposition (CVD), and plating can be used.
[0058]
In the first embodiment, when forming the emitter section 14 on the substrate 12, a thick film forming method such as a screen printing method, a dipping method, a coating method, or an electrophoresis method is preferably employed.
[0059]
These methods can be formed using pastes or slurries, or suspensions, emulsions, sols, or the like mainly composed of piezoelectric ceramic particles having an average particle diameter of 0.01 to 5 μm, preferably 0.05 to 3 μm. This is because good piezoelectric operation characteristics can be obtained.
[0060]
In particular, the electrophoretic method is capable of forming a film with high density and high shape accuracy, as well as “electrochemistry and industrial physical chemistry Vol. 53, No. 1 (1985), p 63-68 Kazuo Anzai. The authors have the characteristics described in the technical literature such as “Hirotsu” or “The 1st Electrophoresis Method for High-Order Forming of Ceramics Research Discussion (1998), p5-6, p23-24”. Further, a piezoelectric / electrostrictive / antiferroelectric material formed into a sheet shape, a laminate thereof, or a laminate or adhesion of these to another support substrate may be used. As described above, it is preferable to select and use a method as appropriate in consideration of required accuracy and reliability.
[0061]
Here, the size of the width d of the slit 18 between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 will be described. The voltage between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 (the drive voltage Va output from the pulse generation source 22 is the cathode electrode 16). When the voltage between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 is Vak), the polarization inversion is performed by the electric field E represented by E = Vak / d. The width d is preferably set. That is, as the width d of the slit 18 is smaller, polarization inversion can be performed at a lower voltage, and electrons can be emitted by driving at a lower voltage (for example, less than 100 V).
[0062]
The cathode electrode 16 is made of the following material. That is, a conductor having a low sputtering rate and a high evaporation temperature in a vacuum is preferable. For example, Ar+The sputtering rate at 600V is 2.0 or less and the vapor pressure is 1.3 × 10-3A temperature at which Pa becomes 1800 K or higher is preferable, and platinum, molybdenum, tungsten, and the like correspond to this. Also, a conductor having resistance to a high-temperature oxidizing atmosphere, such as a simple metal, an alloy, a mixture of insulating ceramics and a simple metal, a mixture of insulating ceramics and an alloy, etc., preferably platinum, iridium, It is composed of a high melting point noble metal such as palladium, rhodium or molybdenum, an alloy containing silver-palladium, silver-platinum or platinum-palladium as a main component, or a cermet material of platinum and a ceramic material. More preferably, it is made of a material mainly composed of platinum or a platinum-based alloy. Further, carbon and graphite materials such as diamond thin film, diamond-like carbon, and carbon nanotube are also preferably used as the electrode. In addition, about 5-30 volume% is suitable for the ratio of the ceramic material added in electrode material.
[0063]
Furthermore, it is preferable to use a material such as an organometallic paste that can obtain a thin film after firing, such as a platinum resinate paste. Also, oxide electrodes that suppress polarization reversal fatigue, such as ruthenium oxide, iridium oxide, strontium ruthenate, La1-xSrxCoOThree(For example, x = 0.3 or 0.5), La1-xCaxMnOThree, La1-xCaxMn1-yCoyOThree(For example, x = 0.2, y = 0.05), or a mixture of these with, for example, a platinum resinate paste is preferable.
[0064]
The cathode electrode 16 is made of the above-described materials using various thick film forming methods such as screen printing, spraying, coating, dipping, coating, and electrophoresis, sputtering, ion beam, vacuum deposition, and ion plating. The film can be formed according to an ordinary film forming method by various thin film forming methods such as chemical vapor deposition (CVD) and plating, and preferably the former thick film forming method. In addition, about the dimension of the cathode electrode 16, as shown in FIG. 2, width W1 was 2 mm and length L1 was 5 mm. The thickness of the cathode electrode 16 may be 20 μm or less, and preferably 5 μm or less.
[0065]
The anode electrode 20 is formed by the same material and method as the cathode electrode 16, but is preferably formed by the thick film forming method. The thickness of the anode electrode 20 is also preferably 20 μm or less, and preferably 5 μm or less. As for the dimensions of the anode electrode 20, as shown in FIG. 2, the width W2 was set to 2 mm and the length L2 was set to 5 mm similarly to the cathode electrode 16.
[0066]
In addition, the slit width d between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 is set to 70 μm in the first embodiment.
[0067]
In order to electrically separate the wiring electrically connected to the cathode electrode 16 and the wiring electrically connected to the anode electrode 20, the substrate 12 is preferably made of an electrically insulating material.
[0068]
Therefore, the substrate 12 can be made of glass, a high heat-resistant metal, or a material such as enamel whose metal surface is coated with a ceramic material such as glass, but it is optimal to make it with ceramics. .
[0069]
As the ceramic constituting the substrate 12, for example, stabilized zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, spinel, mullite, aluminum nitride, silicon nitride, glass, a mixture thereof, or the like can be used. Among these, aluminum oxide and stabilized zirconium oxide are preferable from the viewpoint of strength and rigidity. Stabilized zirconium oxide is particularly suitable from the viewpoints of relatively high mechanical strength, relatively high toughness, and relatively small chemical reaction with the cathode electrode 16 and the anode electrode 20. The stabilized zirconium oxide includes stabilized zirconium oxide and partially stabilized zirconium oxide. Stabilized zirconium oxide has a cubic crystal structure or the like and therefore does not cause phase transition.
[0070]
On the other hand, zirconium oxide undergoes a phase transition between a monoclinic crystal and a tetragonal crystal at around 1000 ° C., and cracks may occur during such a phase transition. Stabilized zirconium oxide contains 1 to 30 mol% of a stabilizer such as calcium oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide, ytterbium oxide, cerium oxide, and rare earth metal oxides. In order to improve the mechanical strength of the substrate 12, the stabilizer preferably contains yttrium oxide. In this case, yttrium oxide is preferably contained in an amount of 1.5 to 6 mol%, more preferably 2 to 4 mol%, and further preferably 0.1 to 5 mol% of aluminum oxide.
[0071]
The crystal phase can be a cubic + monoclinic mixed phase, a tetragonal + monoclinic mixed phase, a cubic + tetragonal + monoclinic mixed phase, and the like. A phase having a tetragonal crystal or a mixed phase of tetragonal crystal + cubic crystal is optimal from the viewpoint of strength, toughness and durability.
[0072]
When the substrate 12 is made of ceramics, a relatively large number of crystal grains constitute the substrate 12. In order to improve the mechanical strength of the substrate 12, the average grain size of the crystal grains is preferably 0.05. ˜2 μm, more preferably 0.1-1 μm.
[0073]
Each time the emitter part 14, the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 are formed, a heat treatment (firing process) can be performed to form an integral structure with the substrate 12, and the emitter part 14, the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 can be integrated. After the formation, they can be fired at the same time, and these can be integrally bonded to the substrate 12 at the same time. Depending on the method of forming the cathode electrode 16 and the anode electrode 20, heat treatment (firing treatment) for integration may not be required.
[0074]
The temperature related to the baking treatment for integrating the substrate 12, the emitter section 14, the cathode electrode 16, and the anode electrode 20 is in the range of 500 to 1400 ° C, preferably in the range of 1000 to 1400 ° C. . Further, when the film-shaped emitter portion 14 is heat-treated, it is preferable to perform a baking process while controlling the atmosphere together with the evaporation source of the emitter portion 14 so that the composition of the emitter portion 14 does not become unstable at high temperatures.
[0075]
Alternatively, a method may be employed in which the emitter portion 14 is covered with an appropriate member and fired so that the surface of the emitter portion 14 is not directly exposed to the firing atmosphere. In this case, it is preferable to use the same material as the substrate 12 as the covering member.
[0076]
Next, the principle of electron emission of the electron emitter 10A will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3, the drive voltage Va output from the pulse generation source 22 includes a period during which the first voltage Va1 is output (preparation period T1) and a period during which the second voltage Va2 is output (electronic The release period T2) is one step and the one step is repeated. The first voltage Va1 is a voltage in which the potential of the cathode electrode 16 is higher than the potential of the anode electrode 20, and the second voltage Va2 is a voltage in which the potential of the cathode electrode 16 is lower than the potential of the anode electrode 20. The amplitude Vin of the drive voltage Va can be defined by a value obtained by subtracting the second voltage Va2 from the first voltage Va1 (= Va1-Va2).
[0077]
As shown in FIG. 4, the preparation period T <b> 1 is a period in which the emitter section 14 is polarized by applying the first voltage Va <b> 1 between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20. As the first voltage Va1, a DC voltage may be used as shown in FIG. 3, but one pulse voltage or a pulse voltage may be continuously applied a plurality of times. Here, the preparation period T1 is preferably longer than the electron emission period T2 in order to sufficiently perform the polarization process. For example, the preparation period T1 is preferably 100 μsec or more. This is because the absolute value of the first voltage Va1 for polarization is calculated from the absolute value of the second voltage Va2 for the purpose of preventing power consumption during the application of the first voltage Va1 and damage to the cathode electrode 16. This is because it is set to be small.
[0078]
Further, the first voltage Va1 and the second voltage Va2 are preferably voltage levels at which polarization processing can be reliably performed with positive and negative polarities, for example, the dielectric of the emitter section 14 has a coercive voltage. In this case, the absolute values of the first voltage Va1 and the second voltage Va2 are preferably equal to or greater than the coercive voltage.
[0079]
The electron emission period T2 is a period during which the second voltage Va2 is applied between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20. By applying the second voltage Va2 between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20, as shown in FIG. 5A, at least a portion of the emitter portion 14 exposed from the slit 18 is inverted. As a result of this polarization reversal, a local concentrated electric field is generated between the cathode electrode 16 and the positive pole side of the dipole moment in the vicinity thereof, whereby primary electrons are drawn from the cathode electrode 16, and as shown in FIG. Primary electrons extracted from the cathode electrode 16 collide with the emitter section 14, and secondary electrons are emitted from the emitter section 14.
[0080]
When the electron-emitting device 10A has the cathode electrode 16, the emitter section 14, and the vacuum triple point A as in this embodiment, primary electrons are extracted from the vicinity of the triple point A in the cathode electrode 16. As a result, primary electrons extracted from the triple point A collide with the emitter section 14 and secondary electrons are emitted from the emitter section 14. When the thickness of the cathode electrode 16 is extremely thin (˜10 nm), electrons are emitted from the interface between the cathode electrode 16 and the emitter section 14.
[0081]
Here, the electron multiplication effect accompanying the electron emission and the influence on the cathode electrode 16 will be described. First, when the negative voltage Va2 is supplied to the cathode electrode 16, secondary electrons are emitted from the emitter section 14 as described above.
[0082]
Among the emitted secondary electrons, some of the secondary electrons are guided to the collector electrode 24 to excite the phosphor 28 and are realized as phosphor emission outside. Some other secondary electrons and primary electrons are attracted to the anode electrode 20.
[0083]
Here, the emission distribution of secondary electrons will be described. As shown in FIG. 6, the majority of secondary electrons have an energy close to 0, and when emitted from the surface of the emitter section 14 in a vacuum, the secondary electrons move only according to the surrounding electric field distribution. . That is, secondary electrons are accelerated according to the surrounding electric field distribution from a state where the initial velocity is almost 0 (m / sec). For this reason, as shown in FIG. 5B, if an electric field Ea is generated between the emitter section 14 and the collector electrode 24, the emission trajectory of the secondary electrons is determined along the electric field Ea. That is, an electron source with high straightness can be realized. Such secondary electrons with a small initial velocity are electrons in the solid that have gained energy by Coulomb collision of the primary electrons and jumped out of the emitter section 14.
[0084]
By the way, as can be seen from FIG.0Secondary electrons having energy corresponding to are emitted. The secondary electrons are those in which the primary electrons emitted from the cathode electrode 16 are scattered near the surface of the emitter section 14 (reflected electrons).
[0085]
When the cathode electrode 16 is thicker than 10 nm, most of the reflected electrons are directed to the anode electrode 20. The secondary electrons described in this specification are defined to include the reflected electrons and Auger electrons.
[0086]
On the other hand, when the thickness of the cathode electrode 16 is extremely thin (˜10 nm), the primary electrons emitted from the cathode electrode 16 are reflected at the interface between the cathode electrode 16 and the emitter section 14 and travel toward the collector electrode 24. Become.
[0087]
The electrons drawn by the anode electrode 20 ionize mainly the gas existing in the vicinity of the anode electrode 20 or the atoms constituting the anode electrode 20 into positive ions and electrons. The atoms constituting the anode electrode 20 existing in the vicinity of the anode electrode 20 are atoms generated as a result of evaporation of a part of the anode electrode 20, and the atoms are floating in the vicinity of the anode electrode 20. The electrons generated by the ionization further ionize the gas, the atoms, and the like, so that the number of electrons increases exponentially, and when this proceeds and the electrons and positive ions are neutral, a local plasma is formed.
[0088]
Further, the electrons drawn to the anode electrode 20 collide with the emitter section 14 and secondary electrons are emitted from the emitter section, and in the same way as described above, in the gas existing near the anode electrode 20 or in the vicinity of the anode electrode 20. Electrode atoms that evaporate and float are ionized into positive ions and electrons.
[0089]
As shown in FIG. 7A, when the driving voltage Va applied between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 is, for example, when the first voltage Va1 is + 50V and the second voltage Va2 is −100V, for example, As shown in FIG. 7B, the voltage Vak between the anode electrodes 20 emits electrons at the peak time point P1, and then decreases to the level of the sustaining voltage Vb by the progress of the ionization and becomes a state close to a short circuit. Yes. In addition to the case where the discharge sustaining voltage Vb is larger than the coercive voltage (for example, −20 V) of the dielectric (emitter portion 14), it can be considered to be small. Note that the change ΔVak in voltage between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 during electron emission is approximately 50V.
[0090]
Here, the dielectric breakdown voltage of the emitter section 14 is preferably at least 10 kV / mm or more. In this example, when the width d of the slit 18 is 70 μm, for example, even if a drive voltage of −100 V is applied between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20, the portion exposed from the slit 18 in the emitter portion 14 is insulated. There is no destruction.
[0091]
The positive electrode generated by the ionization may collide with the cathode electrode 16, for example, and the cathode electrode 16 may be damaged.
[0092]
Therefore, in the first embodiment, the charging film 40 is formed on the surface of the anode electrode 20 as shown in FIGS.
[0093]
Therefore, when some of the secondary electrons emitted from the emitter section 14 are attracted to the anode electrode 20, the surface of the charging film 40 is negatively charged as shown in FIG. As a result, the positive polarity of the anode electrode 20 is weakened, the intensity E of the electric field between the anode electrode 20 and the cathode electrode 16 is reduced, and ionization stops instantaneously. That is, as shown in FIG. 9A, when the driving voltage Va applied between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 is, for example, the first voltage Va1 is set to + 50V and the second voltage Va2 is set to -100V, for example, the electron emission The voltage change ΔVak between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 at the peak time point P1 at which is performed is within 20V (about 10V in the example of FIG. 9B) and hardly changes. Therefore, there is almost no generation of positive ions, damage to the cathode electrode 16 due to positive ions can be prevented, which is advantageous in extending the life of the electron-emitting device 10A.
[0094]
The thickness t1 of the charging film 40 formed on the surface of the anode electrode 20 is preferably 10 nm to 100 μm. If it is too thin, there is a risk of problems in durability and handling. If it is too thick, the distance between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20, that is, the width d of the slit cannot be reduced, and the electric field necessary for electron emission is reduced. This is because it may not be obtained. In the first embodiment, the thickness t1 of the charging film 40 is 45 μm.
[0095]
The charged film 40 can be composed of a piezoelectric material, an electrostrictive material, an antiferroelectric material, or a low dielectric constant material. As a low dielectric constant material, for example, SiO2An oxide such as MgO or glass or glass can be used. Of course, the charging film 40 may be made of the same material as that of the dielectric constituting the emitter section 14.
[0096]
Further, a protective film 42 may be formed on the surface of the cathode electrode 16 as in the electron-emitting device 10Aa according to the modification of FIG. The protective film 42 may be made of the same material as that of the charging film 40, or may be an insulator having a low sputtering rate and a high evaporation temperature in a vacuum, or a high resistance conductor.
[0097]
The thickness of the protective film 42 is preferably 10 to 100 nm. If it is too thin, there is a risk of problems in durability and handling, and if it is too thick, electrons emitted from the electric field concentration point A or the interface between the cathode electrode 16 and the emitter section 14 may not be able to pass through the protective film 42. Because. The protective film 42 can be made of the same material as the charging film 40. Thereby, the formation of the charging film 40 and the formation of the protective film 42 can be performed in the same process, and the manufacturing process can be simplified.
[0098]
Furthermore, the electric field distribution between the emitter section 14 and the collector electrode 24 can be changed by appropriately changing the pattern shape and potential of the collector electrode 24 or by arranging a control electrode (not shown) between the emitter section 14 and the collector electrode 24. By arbitrarily setting, it becomes easy to control the emission trajectory of secondary electrons, and the convergence, expansion, and deformation of the electron beam diameter are also facilitated.
[0099]
The above-described realization of an electron source with high linearity and ease of control of the secondary electron emission trajectory are obtained when the electron-emitting device 10A according to the first embodiment is configured as a pixel of a display. This is advantageous for narrowing the pitch.
[0100]
Next, an electron emitter 10B according to a second embodiment will be described with reference to FIG.
[0101]
In the electron-emitting device 10B according to the second embodiment, as shown in FIG. 11, an emitter section 14 having a width d of, for example, 0.1 to 50 μm is formed on a substrate 12, and one of the emitter sections 14 is formed. A cathode electrode 16 is formed on the side surface, and an anode electrode 20 is formed on the other side surface of the emitter section 14. That is, the emitter portion 14 exists in the slit 18 between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20, and the emitter portion 14 is sandwiched between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20.
[0102]
Also in this case, the charging film 40 is formed on the surface of the anode electrode 20 as in the first embodiment. Of course, as shown in FIG. 11, a protective film 42 may be formed on the cathode electrode 16.
[0103]
In the electron-emitting device 10B according to the second embodiment, as with the electron-emitting device 10A according to the first embodiment, damage to the cathode electrode 16 can be prevented and a dielectric is used. Since the emitter portion 14 is sandwiched between the cathode electrode 16 and the anode electrode 20, the polarization at the emitter portion 14 can be performed completely, and the electron emission due to the polarization inversion can be stably performed. It can be done efficiently.
[0104]
Next, three modifications of the electron-emitting device 10B according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
[0105]
First, the electron-emitting device 10Ba according to the first modification is an example that follows the concept of the electron-emitting device 10B according to the second embodiment. As shown in FIGS. 14 is formed in a meandering shape when viewed from above.
[0106]
With such a configuration, the contact area between the cathode electrode 16 and the emitter section 14 and the contact area between the anode electrode 20 and the emitter section 14 are increased, so that electrons can be efficiently emitted. Also in this case, the charging film 40 is formed on the surface of the anode electrode 20. Of course, as shown in FIGS. 12 and 13, a protective film 42 may be formed on the cathode electrode 16.
[0107]
As shown in FIG. 14, an electron emitter 10 </ b> Bb according to the second modification includes an emitter portion 14 made of a dielectric on a substrate 12, and a cathode electrode 16 and an anode in a window formed in the emitter portion 14. The electrode 20 is embedded and formed. Thus, by increasing the electrode cross-sectional areas of the cathode electrode 16 and the anode electrode 20, it is possible to reduce the resistance of the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 and to suppress the generation of Joule heat. That is, the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 can be protected. Also in this case, the charging film 40 is formed on the surface of the anode electrode 20. Of course, a protective film 42 may be formed on the cathode electrode 16 as shown in FIG.
[0108]
In the second modification described above, an example in which the thickness of the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 is made substantially the same as the thickness of the emitter section 14 is shown, but in addition, the third modification shown in FIGS. Like the electron-emitting device 10Bc, the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 may be made thinner than the emitter portion 14. In this case, similarly to the electron-emitting device 10B according to the second embodiment shown in FIG. 11, the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 of the emitter portion 14 existing at least in the slit 18 portion of the emitter portion 14. It is formed in contact with the side wall. Also in this case, the charging film 40 is formed on the surface of the anode electrode 20. Of course, a protective film 42 may be formed on the cathode electrode 16 as shown in FIG.
[0109]
In the third modification, as in the first modification, the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 can be configured by reducing the amount of metal, so that the cathode electrode 16 and the anode electrode 20 are expensive. A metal (for example, platinum or gold) can be used, and the characteristics can be improved.
[0110]
In the electron-emitting devices 10A and 10B (including the modifications) according to the first and second embodiments described above, as shown in FIG. 1, a phosphor 28 is applied to the collector electrode 24 to display pixels. When configured as described above, the following effects can be obtained.
[0111]
(1) It can be made ultra-thin (panel thickness = several mm) as compared with CRT.
[0112]
(2) Due to spontaneous light emission by the phosphor 28, a wide viewing angle of approximately 180 ° can be obtained as compared with LCD (Liquid Crystal Display) and LED (Light Emitting Diode).
[0113]
(3) Since a surface electron source is used, there is no image distortion as compared with a CRT.
[0114]
(4) High-speed response is possible as compared with LCD, and moving image display without afterimage is possible with a high-speed response on the order of μsec.
[0115]
(5) It is about 100 W in terms of 40 inches, and consumes less power than CRT, PDP (plasma display), LCD and LED.
[0116]
(6) Wide operating temperature range (-40 to + 85 ° C) compared to PDP and LCD. Incidentally, the response speed of the LCD decreases at low temperatures.
[0117]
(7) Since the phosphor can be excited by a large current output, the brightness can be increased as compared with a conventional FED display.
[0118]
(8) Since the driving voltage can be controlled by the polarization reversal characteristics and film thickness of the piezoelectric material, it can be driven at a lower voltage than a conventional FED display.
[0119]
From such various effects, various display applications can be realized as described below.
[0120]
(1) It is most suitable for 30-60 inch display home use (television, home theater) and public use (waiting room, karaoke, etc.) in terms of realizing high brightness and low power consumption.
[0121]
(2) From the aspect that high brightness, large screen, full color, and high definition can be realized, it has a great effect on customer attraction (in this case, visual attention). Ideal for use in exhibitions, message boards for information guides.
[0122]
(3) It is most suitable for in-vehicle displays from the viewpoint that high brightness, a wide viewing angle accompanying phosphor excitation, and a wide operating temperature range associated with vacuum modularization can be realized. The specifications for the in-vehicle display are: 8 inches wide (pixel pitch: 0.14 mm) such as 15: 9, operating temperature of -30 to + 85 ° C., 500 to 600 cd / m in the perspective direction.2is required.
[0123]
In addition, from the various effects described above, various light source applications can be realized as described below.
[0124]
(1) From the standpoint that high luminance and low power consumption can be realized, it is most suitable for a light source for a projector that requires 2000 lumens as a luminance specification.
[0125]
(2) A high-brightness two-dimensional array light source can be easily realized, the operating temperature range is wide, and the luminous efficiency does not change even in an outdoor environment. For example, it is optimal as an alternative to a two-dimensional array LED module such as a traffic light. Note that the LED has a lower allowable current at a temperature of 25 ° C. or higher and low luminance.
[0126]
Note that the electron-emitting device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can of course have various configurations without departing from the gist of the present invention.
[0127]
【The invention's effect】
As described above, according to the electron-emitting device according to the present invention, in the electron-emitting device having the emitter portion made of a dielectric, it is possible to suppress damage at the first electrode due to electron emission. In addition, the lifetime can be improved and the reliability can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an electron-emitting device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing an electrode portion of the electron-emitting device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a waveform diagram showing a drive voltage output from a pulse generation source.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation when a first voltage is applied between a cathode electrode and an anode electrode.
FIG. 5A is an explanatory view showing an action (emission of primary electrons) when a second voltage is applied between the cathode electrode and the anode electrode, and FIG. 5B shows the emitted primary electrons; It is explanatory drawing which shows the principle in which a secondary electron is discharge | released based on.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the energy of emitted secondary electrons and the amount of emitted secondary electrons.
FIG. 7A is a waveform diagram illustrating an example of a drive voltage, and FIG. 7B is a waveform diagram illustrating a change in voltage between the cathode electrode and the anode electrode in a configuration in which a charging film is not formed on the anode electrode.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an operation when a second voltage is applied between the cathode electrode and the anode electrode in the electron-emitting device according to the first embodiment.
FIG. 9A is a waveform diagram showing an example of a drive voltage, and FIG. 9B is a waveform diagram showing a change in voltage between the cathode electrode and the anode electrode in the electron-emitting device according to the first embodiment. is there.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a modification of the electron-emitting device according to the first embodiment.
FIG. 11 is a configuration diagram showing a main part of an electron-emitting device according to a second embodiment.
FIG. 12 is a plan view showing a first modification of the electron-emitting device according to the second embodiment.
13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a second modification of the electron-emitting device according to the second embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a third modification of the electron-emitting device according to the second embodiment.
FIG. 16 is a plan view showing a third modification of the electron-emitting device according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
10A, 10Aa, 10B, 10Ba to 10Bc ... electron-emitting devices
12 ... Substrate 14 ... Emitter
16 ... Cathode electrode 18 ... Slit
20 ... Anode electrode 22 ... Pulse generation source
24 ... Collector electrode 28 ... Phosphor
40 ... charged film 42 ... protective film

Claims (18)

誘電体にて構成されたエミッタ部と、
前記エミッタ部に接して形成された第1の電極と、
前記エミッタ部に接して形成され、前記第1の電極と共にスリットを形成する第2の電極とを有し、
前記第1の電極と前記第2の電極間に駆動電圧が印加されることによって、少なくとも前記エミッタ部の前記スリットから露出する部分が分極反転されることで電子放出を行う電子放出素子において、
少なくとも前記第2の電極の表面に帯電膜が形成され、
前記第1の電極と前記第2の電極間に前記駆動電圧が印加されることによって、少なくとも前記エミッタ部の前記スリットから露出する部分が分極反転され、この分極反転によって、前記第1の電極の周辺に双極子モーメントの正極側が配されることで、前記第1の電極から1次電子が引き出され、
前記第1の電極から引き出された1次電子が前記エミッタ部に衝突して、該エミッタ部から2次電子を放出させる駆動電圧印加手段を有することを特徴とする電子放出素子。
An emitter section made of a dielectric;
A first electrode formed in contact with the emitter portion;
A second electrode formed in contact with the emitter and forming a slit together with the first electrode;
In the electron-emitting device that emits electrons by applying a driving voltage between the first electrode and the second electrode so that at least a portion of the emitter portion exposed from the slit is inverted,
A charged film is formed on at least the surface of the second electrode;
By applying the drive voltage between the first electrode and the second electrode, at least a portion of the emitter portion exposed from the slit is inverted, and this polarization inversion causes the first electrode to By arranging the positive pole side of the dipole moment in the periphery, primary electrons are extracted from the first electrode,
An electron-emitting device comprising drive voltage application means for causing primary electrons extracted from the first electrode to collide with the emitter portion to emit secondary electrons from the emitter portion.
請求項1記載の電子放出素子において、
前記エミッタ部が、圧電材料、反強誘電体材料又は電歪材料で構成されていることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to claim 1.
The electron emitter according to claim 1, wherein the emitter is made of a piezoelectric material, an antiferroelectric material, or an electrostrictive material.
請求項1又は2記載の電子放出素子において、
前記スリットの幅をd、前記第1の電極と前記第2の電極間の電圧をVakとしたとき、前記エミッタ部に印加され、かつ、E=Vak/dで表される電界Eで分極反転が行われることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to claim 1 or 2,
When the slit width is d and the voltage between the first electrode and the second electrode is Vak, the polarization is inverted by the electric field E applied to the emitter and expressed by E = Vak / d. An electron-emitting device characterized in that
請求項3記載の電子放出素子において、
前記電圧Vakが前記エミッタ部の絶縁破壊電圧未満であることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to claim 3.
The electron-emitting device, wherein the voltage Vak is less than a breakdown voltage of the emitter section.
請求項3又は4記載の電子放出素子において、
前記第1の電極と前記第2の電極間の電圧Vakの絶対値が100V未満となるように、前記スリットの幅dが設定されていることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to claim 3 or 4,
The electron-emitting device, wherein a width d of the slit is set so that an absolute value of a voltage Vak between the first electrode and the second electrode is less than 100V.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子放出素子において、
前記帯電膜は、圧電材料、電歪材料、反強誘電体材料、SiO 2 、MgO又はガラスで構成されていることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 5,
The electron-emitting device, wherein the charging film is made of a piezoelectric material, an electrostrictive material, an antiferroelectric material , SiO 2 , MgO, or glass .
請求項1〜のいずれか1項に記載の電子放出素子において、
前記帯電膜は、前記エミッタ部を構成する誘電体と同じ材料で構成されていることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 6 ,
The electron-emitting device, wherein the charging film is made of the same material as that of the dielectric constituting the emitter section.
請求項1〜のいずれか1項に記載の電子放出素子において、
前記帯電膜の膜厚は、10nm〜100μmであることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 7 ,
The electron-emitting device, wherein the charging film has a thickness of 10 nm to 100 μm.
請求項1〜のいずれか1項に記載の電子放出素子において、
前記第1の電極の表面に保護膜が形成されていることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 8 ,
An electron-emitting device, wherein a protective film is formed on a surface of the first electrode.
請求項記載の電子放出素子において、
前記保護膜は、前記帯電膜と同じ材料で構成されていることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to claim 9 , wherein
The electron-emitting device, wherein the protective film is made of the same material as the charged film.
請求項9又は10記載の電子放出素子において、
前記保護膜の膜厚は、10〜100nmであることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to claim 9 or 10 ,
The electron-emitting device, wherein the protective film has a thickness of 10 to 100 nm.
請求項1〜11のいずれか1項に記載の電子放出素子において、
電子放出時における前記第1の電極と前記第2の電極間の電圧変化が20V以内であることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 11 ,
An electron-emitting device, wherein a voltage change between the first electrode and the second electrode during electron emission is within 20V.
請求項1〜12のいずれか1項に記載の電子放出素子において、
前記第1の電極及び前記第2の電極は共に、前記エミッタ部の上面に形成され、
前記スリットが空隙であることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 12 ,
The first electrode and the second electrode are both formed on the upper surface of the emitter section,
The electron-emitting device, wherein the slit is a gap.
請求項1〜12のいずれか1項に記載の電子放出素子において、
前記第1の電極は、前記エミッタ部の一方の側面に接して形成され、
前記第2の電極は、前記エミッタ部の他方の側面に接して形成され、
前記スリットに前記エミッタ部が存在していることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 12 ,
The first electrode is formed in contact with one side surface of the emitter section,
The second electrode is formed in contact with the other side surface of the emitter section,
An electron-emitting device, wherein the emitter is present in the slit.
請求項14記載の電子放出素子において、
前記エミッタ部が蛇行して形成されていることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to claim 14 ,
An electron-emitting device characterized in that the emitter section is meandered.
請求項1〜15のいずれか1項に記載の電子放出素子において、
前記第1の電極と前記第2の電極間に前記駆動電圧が印加されることによって、少なくとも前記エミッタ部の前記スリットから露出する部分が分極反転され、前記第2の電極よりも電位が低い前記第1の電極の近傍から電子が放出されることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 15 ,
When the drive voltage is applied between the first electrode and the second electrode, at least a portion exposed from the slit of the emitter section is inverted, and the potential is lower than that of the second electrode. An electron-emitting device characterized in that electrons are emitted from the vicinity of the first electrode.
請求項1〜16のいずれか1項に記載の電子放出素子において、
前記第1の電極、前記エミッタ部の前記スリットから露出する部分及び真空雰囲気の3重点を有し、
前記第1の電極のうち、3重点近傍の部分から1次電子が引き出され、
前記引き出された1次電子が前記エミッタ部に衝突して、該エミッタ部から2次電子が放出されることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 16 ,
The first electrode, the portion exposed from the slit of the emitter portion and a triple point of a vacuum atmosphere,
Primary electrons are extracted from the portion near the triple point of the first electrode,
An electron-emitting device, wherein the extracted primary electrons collide with the emitter portion and secondary electrons are emitted from the emitter portion.
請求項1〜17のいずれか1項に記載の電子放出素子において、
前記エミッタ部の上方のうち、少なくとも前記スリットに対向した位置に第3の電極が配置され、該第3の電極に蛍光体が塗布されていることを特徴とする電子放出素子。
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 17 ,
An electron-emitting device, wherein a third electrode is disposed at least at a position facing the slit above the emitter portion, and a phosphor is applied to the third electrode.
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