JP4179470B2 - Electron-emitting device and method for manufacturing electron-emitting device - Google Patents
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本発明は、フィールドエミッションディスプレイ(FED)やバックライト等のディスプレイや、電子線照射装置、光源、電子部品製造装置、電子回路部品のような、電子線を利用した種々の装置における電子線源として適用され得る電子放出素子、及びその製造方法に関する。 The present invention is used as an electron beam source in various devices using an electron beam, such as a display such as a field emission display (FED) and a backlight, an electron beam irradiation device, a light source, an electronic component manufacturing device, and an electronic circuit component. The present invention relates to an applicable electron-emitting device and a manufacturing method thereof.
上述の電子放出素子は、周知の通り、所定の真空度の真空中で動作させられるものであって、電子放出部(以下、エミッタ部と称する。)に所定の電界を作用させることによって、エミッタ部から電子を放出させるように構成されている。この電子放出素子がFEDに適用される場合、複数の電子放出素子が二次元的に配列され、これら複数の電子放出素子に対応するように、複数の蛍光体が、電子放出素子と所定の間隔をもってそれぞれ配置される。そして、二次元配列された前記複数の電子放出素子中の、任意の位置のものが選択的に駆動されることによって、任意の位置の電子放出素子から電子が放出され、この放出された電子が蛍光体に衝突することで、任意の位置の蛍光体より蛍光が発せられ、以て所望の表示を行うことができる。 As is well known, the above-described electron-emitting device is operated in a vacuum having a predetermined degree of vacuum, and an emitter is formed by applying a predetermined electric field to an electron-emitting portion (hereinafter referred to as an emitter portion). Electrons are emitted from the part. When this electron-emitting device is applied to an FED, a plurality of electron-emitting devices are two-dimensionally arranged, and a plurality of phosphors are arranged at a predetermined distance from the electron-emitting devices so as to correspond to the plurality of electron-emitting devices. Are arranged respectively. Then, by selectively driving one of the plurality of electron-emitting devices arranged in a two-dimensional array, an electron is emitted from the electron-emitting device at an arbitrary position. By colliding with the phosphor, fluorescence is emitted from the phosphor at an arbitrary position, so that a desired display can be performed.
この電子放出素子の具体例としては、例えば、下記特許文献1〜5が挙げられる。これらの具体例においては、いずれもエミッタ部として微細な導体電極が用いられていたため、この微細な導体電極を形成するためにはエッチングやフォーミング加工等による微細加工が必要となり、製造工程が複雑となる。また、電子放出のために高電圧を印加しなければならず、高電圧駆動のためのIC等の部品コストが高くなるという問題もある。このように、前記具体例では、電子放出素子や、これを適用した装置の製造コストが高くなるという問題がある。
Specific examples of this electron-emitting device include the following
そこで、エミッタ部が誘電体で構成された電子放出素子が案出され、例えば、下記特許文献6,7に開示されている。また、誘電体をエミッタ部とする場合の電子放出に関する一般的な知見は、下記非特許文献1〜3にて開示されている。
In view of this, an electron-emitting device having an emitter portion made of a dielectric material has been devised and disclosed in, for example,
この特許文献6,7に開示された電子放出素子(以下、単に「従来の電子放出素子」という。)は、誘電体で構成されたエミッタ部の上面の一部をカソード電極で覆うとともに、このエミッタ部の下面上、又はエミッタ部の上面上であってカソード電極と所定の間隔を設けた位置に、接地されたアノード電極を配設することにより構成される。すなわち、エミッタ部の上面側に、カソード電極もアノード電極も形成されていないエミッタ部表面の露出部が、カソード電極の外縁部近傍に存在するように、電子放出素子が構成される。そして、先ず第1段階として、カソード電極とアノード電極との間に、カソード電極の方が高電位となるような電圧が印加され、この印加電圧によって形成された電界によって、エミッタ部(特に前記の露出部)が所定の分極状態に設定される。次に、第2段階として、カソード電極とアノード電極との間に、カソード電極の方が低電位となるような電圧が印加される。このとき、カソード電極の外縁部から1次電子が放出されるとともに、エミッタ部の分極が反転し、この分極が反転したエミッタ部の露出部に、前記の1次電子が衝突することで、エミッタ部から2次電子が放出される。この2次電子が、外部からの所定の電界により所定方向に飛翔することで、この電子放出素子による電子放出が行われる。
ところで、前記従来の電子放出素子において、電子がカソード電極からエミッタ部に向けて放出される際には、カソード電極の表面上であって電気力線が集中して電界強度が高くなる箇所にて電子放出が起こる(なお、上述したような、導体である電極の表面上にて電気力線が集中することで、その電気力線が集中している部分の電界強度が高くなることを、以下単に「電界集中」と称し、この「電界集中」が起こる箇所のことを、以下単に「電界集中部」と称する。)。 By the way, in the conventional electron-emitting device, when electrons are emitted from the cathode electrode toward the emitter, the electric field lines are concentrated on the surface of the cathode electrode and the electric field strength is increased. Electron emission occurs (Note that the electric field lines concentrate on the surface of the electrode as a conductor as described above, and the electric field strength of the portion where the electric field lines are concentrated increases. The location where this “electric field concentration” occurs is simply referred to as “electric field concentration portion” hereinafter.)
ここで、図18に、従来の電子放出素子の一例を模式的に示す。この従来の電子放出素子200においては、エミッタ部202の上面に上部電極204が、下面に下部電極206が形成されている。そして、上部電極204は、エミッタ部202上に密着して形成されている。この場合の電界集中部は、上部電極204とエミッタ部202と真空とが交わる所謂3重点(トリプルジャンクション)である、上部電極204の外縁部分のみとなる。
Here, FIG. 18 schematically shows an example of a conventional electron-emitting device. In this conventional electron-
しかしながら、上部電極204の周縁部分がエミッタ部202上に密着されていることから、電子放出箇所である電界集中部は、上部電極204の外周を構成する外縁部分に限られる。よって、電子放出箇所の数が限られるために、電子放出量を増やそうとしても、エミッタ部202の絶縁破壊が起こらない程度にまでしか駆動電圧を上げられない等のために一定の限界があった。
However, since the peripheral portion of the
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、電子放出量を向上す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。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an electron-emitting device that can improve the amount of electron emission.
上述した目的を達成するため、本発明に係る電子放出素子は、誘電体で構成されたエミッタ部と、そのエミッタ部の第1の面に形成されるとともに開口部を有する第1の電極と、前記エミッタ部の第2の面に形成された第2の電極とを備え、前記第1の電極と前記第2の電極との間に駆動電圧を印加することにより、前記エミッタ部から前記開口部を介して電子を放出するように構成されたものであって、前記第1の電極は、前記開口部における前記第1の面と対向する面と当該第1の面とが離隔して配設されているとともに、前記開口部の形状は、当該開口部の内縁にて電気力線が集中するような形状を備えていることを特徴としている。 In order to achieve the above-described object, an electron-emitting device according to the present invention includes an emitter portion made of a dielectric, a first electrode formed on a first surface of the emitter portion and having an opening, A second electrode formed on a second surface of the emitter section, and applying a driving voltage between the first electrode and the second electrode, thereby opening the opening section from the emitter section. The first electrode is disposed such that a surface of the opening facing the first surface and the first surface are spaced apart from each other. In addition, the shape of the opening is characterized in that the lines of electric force concentrate at the inner edge of the opening.
上述のような、開口部の内縁にて電気力線が集中するような開口部形状は、例えば、開口部の内壁面において側断面視にて鋭角な形状を有する部分を設けたり、当該内壁面に突起物や、開口部における第1の電極の厚さと概略等しいかそれよりも小さい導電性微粒子を付着させたりすることにより実現可能である。また、上記開口部形状は、開口部の内壁面が双曲面状(特に開口部の内縁部分における側断面視上端部と下端部とがともに鋭角となるような双曲面状)に形成されることによっても実現可能である。その他、内縁にて電気力線が集中するような開口部形状は、上述したもの以外にも、様々な態様により実現可能である。 As described above, the shape of the opening where electric lines of force are concentrated at the inner edge of the opening is, for example, a portion having an acute shape in a side sectional view on the inner wall surface of the opening, or the inner wall surface. This can be realized by attaching a projection or a conductive fine particle approximately equal to or smaller than the thickness of the first electrode in the opening. Further, the opening shape is formed so that the inner wall surface of the opening has a hyperboloid shape (particularly, a hyperboloid shape in which both the upper end and the lower end in a side sectional view of the inner edge portion of the opening have an acute angle). This is also possible. In addition, the shape of the opening in which the lines of electric force concentrate on the inner edge can be realized by various modes other than those described above.
本発明の上記構成によれば、前記第1の電極における前記開口部は、前記エミッタ部の第1の面から離隔しているので、前記第1の面と、前記第1の電極の開口部における前記第1の面と対向する面との間には、ギャップ(空隙)が形成されることとなる。このギャップの生成により、前記第1の電極の開口部における前記第1の面と対向する面と前記エミッタ部の第1の面との間に形成される仮想的なコンデンサの静電容量が、ギャップがない場合よりも小さくなる。よって、駆動電圧のうちの大部分が実質的に当該ギャップ部分に印加されることになり、上述のようなギャップがなかった従来の電子放出素子の構成に比べて、第1の電極の外縁部である開口部の電界強度が上がる。 According to the above configuration of the invention, since the opening in the first electrode is separated from the first surface of the emitter, the first surface and the opening of the first electrode A gap (air gap) is formed between the first surface and the surface facing the first surface. Due to the generation of this gap, the capacitance of a virtual capacitor formed between the surface of the opening of the first electrode facing the first surface and the first surface of the emitter is It is smaller than when there is no gap. Therefore, most of the driving voltage is substantially applied to the gap portion, and the outer edge portion of the first electrode is compared with the configuration of the conventional electron-emitting device having no gap as described above. This increases the electric field strength of the opening.
また、本発明の上記構成によれば、前記第1の電極における前記開口部が前記エミッタ部の第1の面と離隔することで、前記エミッタ部の第1の面と、前記第1の電極の開口部における前記第1の面と対向する面との間にはギャップ(空隙)が形成され、第1の電極における開口部の形状が側断面視で庇状(フランジ状)となる。そして、前記開口部の形状は、当該開口部の内縁にて電気力線が集中するような形状に形成されている。これにより、開口部において、電界集中部となる3重点が当該開口部の内縁とは異なる位置に生じる他、開口部の内縁にも電界集中部が生じる。よって、電子放出箇所を増やすことができる。 Moreover, according to the said structure of this invention, the said opening part in a said 1st electrode is spaced apart from the 1st surface of the said emitter part, The 1st surface of the said emitter part, and the said 1st electrode A gap (gap) is formed between the opening and the surface facing the first surface, and the shape of the opening in the first electrode is a hook shape (flange shape) in a side sectional view. And the shape of the said opening part is formed in the shape where an electric force line concentrates in the inner edge of the said opening part. As a result, in the opening, the triple point serving as the electric field concentration portion is generated at a position different from the inner edge of the opening, and an electric field concentration portion is also generated at the inner edge of the opening. Therefore, the number of electron emission locations can be increased.
このように、本発明の上記構成によれば、電界集中部にてより高い電界強度が得られるとともに、電界集中部をより多くすることができ、且つより高い電界集中を容易に発生させることができる。よって、電子放出量を向上することができる電子放出素子を提供することが可能になる。 As described above, according to the above configuration of the present invention, a higher electric field strength can be obtained at the electric field concentration portion, more electric field concentration portions can be provided, and higher electric field concentration can be easily generated. it can. Therefore, it is possible to provide an electron-emitting device that can improve the amount of electron emission.
ここで、本発明の電子放出素子は、特に、第1段階として、前記第1の電極が前記エミッタ部よりも低電位となるような駆動電圧を印加することで、前記第1の電極から前記エミッタ部に向けて電子の放出(供給)が行われ、すなわち、当該エミッタ部上に電子が蓄積(エミッタ部が帯電)され、第2段階として、前記第1の電極が前記エミッタ部よりも高電位となるような駆動電圧を印加することで、このエミッタ部上に蓄積された電子が放出される、という動作を行うものであることが好適である。かかる動作は、例えば、以下の通りに行い得る。 Here, in the electron-emitting device of the present invention, in particular, as a first stage, by applying a driving voltage such that the first electrode has a lower potential than the emitter portion, Electrons are emitted (supplied) toward the emitter section, that is, electrons are accumulated on the emitter section (the emitter section is charged), and as a second stage, the first electrode is higher than the emitter section. It is preferable to perform an operation in which electrons accumulated on the emitter section are emitted by applying a driving voltage that becomes a potential. Such an operation can be performed as follows, for example.
第1の電極と第2の電極との間に印加される駆動電圧としては、例えば、所定の基準電位(例えば0V)に対して、パルス状又は交流状に印加される電圧が用いられる。 As the drive voltage applied between the first electrode and the second electrode, for example, a voltage applied in a pulse or alternating manner with respect to a predetermined reference potential (for example, 0 V) is used.
先ず、第1段階において、第1の電極が基準電位よりも低電位となり、第2の電極が基準電位よりも高電位となるような駆動電圧が、第1の電極と第2の電極との間に印加される。すると、この駆動電圧による電界により、エミッタ部の分極方向が、エミッタ部の第1の面に正電荷が現れるような方向とされるとともに、上述の電界集中部において電界集中が発生し、第1の電極からエミッタ部に向けて電子の供給が行われる。これにより、エミッタ部の第1の面上であって、第1の電極における開口部に対応した部分には、当該部分の表面に現れた正電荷に引き寄せられることで電子が蓄積される。すなわち、エミッタ部の第1の面のうち、第1の電極における開口部に対応した部分が帯電することになる。このとき、第1の電極が電子供給源として機能する。 First, in the first stage, a driving voltage that causes the first electrode to be lower than the reference potential and the second electrode to be higher than the reference potential is applied between the first electrode and the second electrode. Applied between. Then, due to the electric field generated by this driving voltage, the polarization direction of the emitter portion is changed to a direction in which positive charges appear on the first surface of the emitter portion, and electric field concentration occurs in the above-described electric field concentration portion. Electrons are supplied from the electrodes to the emitter section. As a result, electrons are accumulated in the portion corresponding to the opening in the first electrode on the first surface of the emitter portion by being attracted by the positive charges appearing on the surface of the portion. That is, a portion of the first surface of the emitter portion corresponding to the opening in the first electrode is charged. At this time, the first electrode functions as an electron supply source.
次に、第2段階において、駆動電圧が急減に変化して、第1の電極が基準電位よりも高電位となり、第2の電極が基準電位よりも低電位となるような駆動電圧が、第1の電極と第2の電極との間に印加される。すると、この駆動電圧による電界により、エミッタ部の分極方向が反転し、エミッタ部の第1の面に負電荷が現れる。これにより、前記第1段階において、エミッタ部の第1の面のうち、第1の電極の開口部に対応した部分に付着した電子は、分極反転により静電斥力を受けることで、エミッタ部の第1の面上から飛翔し、この飛翔した電子が開口部を介して外部に放出される。 Next, in the second stage, the drive voltage changes rapidly, and the drive voltage that causes the first electrode to be higher than the reference potential and the second electrode to be lower than the reference potential is Applied between the first electrode and the second electrode. Then, the polarization direction of the emitter section is reversed by the electric field generated by the driving voltage, and negative charges appear on the first surface of the emitter section. Thus, in the first stage, electrons attached to the portion corresponding to the opening of the first electrode in the first surface of the emitter portion receive electrostatic repulsion due to polarization reversal, so that Flying from the first surface, the flying electrons are emitted to the outside through the opening.
このような動作によれば、前記第1段階における前記エミッタ部の帯電量の制御は比較的容易であるため、安定した電子放出量が高い制御性で得られる。 According to such an operation, since the charge amount of the emitter section in the first stage is relatively easy to control, a stable electron emission amount can be obtained with high controllability.
また、第1の電極における、エミッタ部の第1の面と離隔した開口部が、エミッタ部の第1の面から放出される電子に対して、ゲート電極又はフォーカス電子レンズのような機能を果たし得るので、放出電子の直進性を向上させることができる。 In addition, the opening portion of the first electrode that is separated from the first surface of the emitter section functions as a gate electrode or a focus electron lens for electrons emitted from the first surface of the emitter section. Therefore, the straightness of emitted electrons can be improved.
なお、上記構成において、第1の電極に複数の開口部を形成すれば、1つの電子放出素子における電子放出が、当該第1の電極が占める領域内にて偏りやばらつきが抑えられた均等なものとなり得る。 In the above configuration, if a plurality of openings are formed in the first electrode, the electron emission from one electron-emitting device can be evenly suppressed in the region occupied by the first electrode. Can be a thing.
また、上記本発明に係る電子放出素子は、上述と同様のエミッタ部と、第1の電極と、第2の電極とを備え、前記第1の電極と前記第2の電極との間に駆動電圧を印加することにより電子を放出するように構成されているとともに、側断面視で長手方向を有する形状であって、前記エミッタ部の前記第1の面上にて、前記長手方向が前記第1の面に沿うように配置された複数の導電性粒子の集合体によって、前記第1の電極が構成されており、前記開口部は複数の前記導電性粒子の外縁部により構成されていることを特徴としている。 The electron-emitting device according to the present invention includes the same emitter as described above, a first electrode, and a second electrode, and is driven between the first electrode and the second electrode. The device is configured to emit electrons when a voltage is applied, and has a shape having a longitudinal direction in a side sectional view, and the longitudinal direction is the first surface on the first surface of the emitter section. The first electrode is constituted by an aggregate of a plurality of conductive particles arranged along one surface, and the opening is constituted by outer edges of the plurality of conductive particles. It is characterized by.
かかる構成によれば、前記第1の電極は、側断面視で長手方向を有する形状の導電性粒子を、前記エミッタ部の前記第1の面上に、前記長手方向が前記第1の面に沿うように複数配置することにより形成され、前記開口部は複数の前記導電性粒子の外縁部により構成されている。したがって、上述したような、前記エミッタ部と前記第1の電極の開口部との間のギャップ(空隙)や、第1の電極の開口部における庇形状を容易に実現することができる。 According to this configuration, the first electrode has conductive particles having a longitudinal direction in a side sectional view on the first surface of the emitter portion, and the longitudinal direction is on the first surface. A plurality of the openings are arranged so as to extend along the opening, and the opening is constituted by outer edges of the plurality of conductive particles. Therefore, the gap (gap) between the emitter part and the opening part of the first electrode as described above, and the saddle shape in the opening part of the first electrode can be easily realized.
ここで、前記第1の電極を構成する、側断面視で長手方向を有する形状の導電性粒子としては、例えば、鱗片状、円盤状、コイルばね状、中空円筒状の粒子や、側断面視で棒状、針状、半球状、長円状、半長円状の形状の粒子等、様々な形状の粒子を採用し得る。 Here, examples of the conductive particles having the longitudinal direction in the sectional side view constituting the first electrode include, for example, scaly, disc-like, coil spring-like, hollow cylindrical particles, and a sectional side view. In addition, particles having various shapes such as rod-shaped, needle-shaped, hemispherical, oval, and semi-elliptical particles can be employed.
なお、導電性粒子は、前記エミッタ部の前記第1の面上に、前記長手方向が前記第1の面に沿うように複数配置されるが、この際、前記長手方向が、必ずしも前記エミッタ部の第1の面と完全に平行である必要はなく、一般的にみて、上述のような作用を奏する前記ギャップや庇形状が形成される程度に「寝た」状態で、導電性粒子が前記第1の面上に配置されていればよい。例えば、導電性粒子の側断面視における長手方向と、前記エミッタ部の第1の面とのなす角度は、略30度以下であればよい。 Note that a plurality of conductive particles are arranged on the first surface of the emitter portion so that the longitudinal direction is along the first surface. At this time, the longitudinal direction is not necessarily the emitter portion. It is not necessary to be completely parallel to the first surface of the conductive particles. In general, the conductive particles are in a state of being “sleeped” to the extent that the gap and the ridge shape having the above-described effects are formed. What is necessary is just to be arrange | positioned on the 1st surface. For example, the angle formed between the longitudinal direction of the conductive particles in a side sectional view and the first surface of the emitter section may be approximately 30 degrees or less.
また、上記本発明に係る電子放出素子においては、前記エミッタ部は多結晶体により構成され、前記第1の電極は、前記導電性粒子の1次粒子及び/又はその1次粒子が集まった2次粒子が、前記エミッタ部の前記第1の面上に複数配置されることにより形成され、前記1次粒子又は2次粒子の、側断面視における長手方向の長さが、前記多結晶体の結晶粒の平均粒径よりも長くなるよう構成されることが好適である。
In the electron-emitting device according to the present invention, the emitter is made of a polycrystal, and the first electrode is a collection of primary particles of the conductive particles and / or the
ここで、多結晶体の場合には、結晶粒界にて凹部が生じやすい。よって、この凹部を利用すれば、前記導電性粒子の1次粒子又は2次粒子を、前記エミッタ部の前記第1の面上に単に複数配置するだけで、上述のような庇形状が生じやすい。 Here, in the case of a polycrystal, a recess is likely to occur at a crystal grain boundary. Therefore, if this concave portion is used, the above-described soot shape is likely to occur simply by arranging a plurality of primary particles or secondary particles of the conductive particles on the first surface of the emitter section. .
また、上記本発明に係る電子放出素子においては、前記第1の電極を黒鉛で構成することが好適である。黒鉛粉末は、鱗状や鱗片状等、比較的鋭い端部を有する形状の導電性粒子である。換言すれば、側断面視で長手方向を有する形状を有している。したがって、この黒鉛粉末を用いて前記第1の電極を構成すれば、上述したような、前記エミッタ部と前記第1の電極の開口部との間のギャップ(空隙)や、第1の電極の開口部における庇形状や、開口部の内縁にて電気力線が集中するような開口部の内縁部分の形状を、容易に実現することができる。 In the electron-emitting device according to the present invention, it is preferable that the first electrode is made of graphite. The graphite powder is a conductive particle having a shape having a relatively sharp end, such as a scale shape or a scale shape. In other words, it has a shape having a longitudinal direction in a side sectional view. Therefore, if the first electrode is formed using this graphite powder, the gap (gap) between the emitter part and the opening of the first electrode as described above, It is possible to easily realize the shape of the ridge in the opening and the shape of the inner edge of the opening where the lines of electric force concentrate at the inner edge of the opening.
また、上記本発明に係る電子放出素子においては、前記第1の電極は、更に導電性の微粒子を含むことが好適である。ここで、前記微粒子は、前記第1の電極の表面上に露呈されていることがさらに好適である。これにより、当該微粒子が前記第1の電極の表面に突起物の如く存在することとなるので、この突起形状による効果から、この微粒子が電界集中部となり得るため、電子放出箇所をさらに増加させることができる。また、前記微粒子は、前記開口部に対応する前記エミッタ部の前記第1の面上にも付着していることがさらに好適である。これにより、誘電体で構成されたエミッタ部上に、前記微粒子からなる微小なフロート電極が設けられることとなる。このフロート電極は、前記第1の電極からエミッタ部に対して放出された電子を多量に蓄積するために好適であり、電子放出素子における電子放出量をさらに増加させることができるものであるところ、このフロート電極を前記微粒子により構成すれば、例えば、前記第1の電極を前記エミッタ部の第1の面上に形成する際に当該第1の電極を構成する材料とともに前記第1の面上に塗布する等、簡単な工程でフロート電極を前記エミッタ部の第1の面上に設けることができる。 In the electron-emitting device according to the present invention, it is preferable that the first electrode further includes conductive fine particles. Here, it is more preferable that the fine particles are exposed on the surface of the first electrode. As a result, the fine particles are present like protrusions on the surface of the first electrode, so that the fine particles can be an electric field concentration portion due to the effect of the protrusion shape, thereby further increasing the number of electron emission locations. Can do. More preferably, the fine particles are also attached to the first surface of the emitter portion corresponding to the opening. Thus, a minute float electrode made of the fine particles is provided on the emitter portion made of a dielectric. This float electrode is suitable for accumulating a large amount of electrons emitted from the first electrode to the emitter, and can further increase the amount of electrons emitted from the electron-emitting device. If the float electrode is composed of the fine particles, for example, when the first electrode is formed on the first surface of the emitter section, the material is formed on the first surface together with the material constituting the first electrode. The float electrode can be provided on the first surface of the emitter section by a simple process such as coating.
また、上記本発明に係る電子放出素子においては、前記微粒子が銀からなることが好適である。これにより、導電性の微粒子を含んだ前記第1の電極を簡易且つ安価に実現することができる。特に、前記第1の電極として黒鉛を用いた場合であって、当該第1の電極の形成過程において、酸素ガスを含む雰囲気下における加熱工程が含まれる場合、この加熱工程により銀微粒子のまわりの黒鉛が酸化されて侵食を受ける。これにより、第1の電極の外縁部の形状が、鋭い端部を有するものや、電極内部に貫通孔による開口部を有するものとなりやすい。よって、電界集中部がさらに増加し得ることとなり、より好適な電極形状を得ることが可能になる。 In the electron-emitting device according to the present invention, it is preferable that the fine particles are made of silver. Thereby, the first electrode containing conductive fine particles can be realized easily and inexpensively. In particular, when graphite is used as the first electrode, and in the process of forming the first electrode, a heating step in an atmosphere containing oxygen gas is included, the heating step surrounds the silver fine particles. Graphite is oxidized and eroded. Thereby, the shape of the outer edge portion of the first electrode tends to have a sharp end portion or an opening portion by a through hole inside the electrode. Therefore, the electric field concentration portion can be further increased, and a more suitable electrode shape can be obtained.
また、上述のような構成の電子放出素子は、以下の製造方法によって製造され得る。 The electron-emitting device having the above-described configuration can be manufactured by the following manufacturing method.
すなわち、側断面視で長手方向を有する形状の導電性粒子が分散媒に分散されてなるペーストを調製し、前記エミッタ部の前記第1の面上に、前記ペーストからなる膜を形成し、前記の膜を加熱することで前記第1の電極を形成する。 That is, preparing a paste in which conductive particles having a longitudinal direction in a side sectional view are dispersed in a dispersion medium, forming a film made of the paste on the first surface of the emitter section, The first electrode is formed by heating the film.
これにより、(前記ペーストの粘度や配合比を適宜調整することで)上述の膜形成後、膜に対する加熱が完了するまでに、導電性粒子の自重や表面エネルギー等の作用により、上述したような、導電性粒子を「寝た」状態にすることができ、前記エミッタ部と前記第1の電極の開口部との間のギャップ(空隙)や、第1の電極における開口部の庇形状を有した好適な電子放出素子を容易に製造することができる。 Thereby, after the above-described film formation (by adjusting the viscosity and blending ratio of the paste as appropriate), until the heating to the film is completed, due to the effects of the self-weight of the conductive particles, the surface energy, etc. The conductive particles can be in a “sleeping” state, and have a gap (gap) between the emitter portion and the opening of the first electrode, or a saddle shape of the opening in the first electrode. The preferred electron-emitting device can be easily manufactured.
また、上記の製造方法において、前記ペーストを調製する際、導電性の微粒子を前記分散媒に分散させるようにすることが好適である。これにより、上述したような、電界集中部がより多く、電子放出量が向上された電子放出素子を容易に製造することができる。 In the above production method, it is preferable that conductive fine particles are dispersed in the dispersion medium when the paste is prepared. As a result, it is possible to easily manufacture an electron-emitting device having more electric field concentration portions and an improved electron emission amount as described above.
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、高い電界集中を容易に発生させることができ、しかも、電界集中部をより多くすることができる。よって、電子放出量を向上することができる電子放出素子を提供することが可能となる。 As described above, according to the electron-emitting device of the present invention, high electric field concentration can be easily generated, and more electric field concentration portions can be provided. Therefore, it is possible to provide an electron-emitting device that can improve the amount of electron emission.
以下、本発明に係る電子放出素子の好適な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of an electron-emitting device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
先ず、本実施の形態に係る電子放出装置は、ディスプレイ、電子線照射装置、光源、LEDの代替用途、電子部品製造装置、電子回路部品のような、電子線を利用した種々の装置の電子線源に適用することができる。 First, the electron emission device according to the present embodiment is an electron beam of various devices using an electron beam, such as a display, an electron beam irradiation device, a light source, an alternative use of an LED, an electronic component manufacturing device, and an electronic circuit component. Can be applied to the source.
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。 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. .
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装置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。 The use as a light source is for high luminance 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 features of downsizing, long life, high-speed lighting, and reduction of environmental load due to mercury-free.
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。 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.
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等がある。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。その他、プリンタ用部品、つまり、蛍光体との組合せによ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。 Applications of the electronic component manufacturing apparatus include an electron beam source for 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 light emitting device for exposing a photosensitive drum by a combination with printer parts, that is, a phosphor, and an electron source for charging a dielectric.
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。 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.
先ず、第1の実施の形態に係る電子放出素子について、図1〜図8を用いて説明する。 First, the electron-emitting device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施形態の電子放出素子10Aの一部を拡大した側断面図である。当該電子放出素子10Aは、図1に示すように、誘電体で構成された板状のエミッタ部12と、該エミッタ部12の第1の面である上面12a上に形成されるとともに開口部20を備えた第1の電極としての上部電極14と、エミッタ部12の第2の面である下面12b上に形成された第2の電極としての下部電極16とを有する。そして、上部電極14及び下部電極16には、これら上部電極14と下部電極16との間に駆動電圧Vaを印加するパルス発生源18が接続されている。
FIG. 1 is an enlarged side sectional view of a part of the electron-emitting
そして、本電子放出素子10Aは、上部電極14から供給された電子を、開口部20に対応する上面12a上に蓄積した後に、この上面12a上に蓄積された電子を、開口部20を介して外部に放出するように構成されている。
The electron-emitting
なお、図1においては、一対の上部電極14・下部電極16の一部に対応する、電子放出素子10Aの一部分について図示されているものとする。また、本電子放出素子10Aは、所定の真空雰囲気中にて作動するものであり、雰囲気(特に図1におけるエミッタ部12の上面12aの上方の空間)中の真空度は、例えば、102〜10-6Paが好ましく、より好ましくは10-3〜10-5Paである。
In FIG. 1, a part of the electron-emitting
本実施形態におけるエミッタ部12は、誘電体を材質とする多結晶体から構成されている。図1に示すエミッタ部12の厚みhは、上部電極14と下部電極16との間に駆動電圧を印加した場合に、当該エミッタ部12にて分極反転が生じ、且つ絶縁破壊が起こらない程度の電界強度となるように、駆動電圧との関係で決定される。例えば、エミッタ部12の絶縁破壊電圧が10kV/mm以上であるとした場合、駆動電圧として100Vを印加するとすれば、理論的にはエミッタ部12の厚みhは10μm以上であればよいことになるが、絶縁破壊が起こらないようにマージンを見て、エミッタ部の厚みhは20μm程度に設定されることが好ましい。また、エミッタ部12を構成する誘電体の結晶粒径は、0.1μm〜10μmが好ましく、さらに好ましくは2μm〜7μmである。図1の例では、誘電体の粒径を3μmとしている。なお、エミッタ部12の結晶粒径は、例えば、各粒子の形状をその平面視での面積と同一面積の円形と近似した場合の平均直径として求めることができる。
In this embodiment, the
下部電極16は、本実施形態では、厚みが20μm以下であるとよく、好適には5μm以下であるとよい。
In the present embodiment, the
上部電極14は、本実施形態では、厚みtが0.1μm≦t≦20μmとなるように形成されており、エミッタ部12が外部に露出される複数の開口部20を有する。また、上述の通りエミッタ部12は多結晶体から構成されているので、エミッタ部12の上面の表面には、誘電体の結晶粒界による凹凸22が形成されている。そして、上部電極14の開口部20は、前記誘電体の粒界における凹部24に対応した部分に形成されている。図1の例では、1つの凹部24に対応して1つの開口部20が形成される場合を示しているが、複数の凹部24に対応して1つの開口部20が形成される場合もある。
In the present embodiment, the
また、図2に示すように、開口部20は、当該開口部20の内縁で構成される開口20aと、その開口20aの周囲の部分である周部26とからなる。そして、上部電極14のうち、開口部20の周部26におけるエミッタ部12と対向する面26aが、エミッタ部12から離隔している。つまり、上部電極14のうち、開口部20の周部26におけるエミッタ部12と対向する面26aとエミッタ部12との間にギャップ28が形成され、上部電極14における開口部20の周部26が庇状(フランジ状)に形成された形となっている。従って、以下の説明では、「上部電極14の開口部20の周部26」を「上部電極14の庇部26」と記す。また、「上部電極14のうち、開口部20の周部26におけるエミッタ部12と対向する面26a」を「上部電極14の庇部26の下面26a」と記す。なお、図1〜図6中では、誘電体の粒界の凹凸22の凸部30の断面を代表的に半円状で示してあるが、この形状に限るものではない。
As shown in FIG. 2, the
また、本実施形態では、エミッタ部12の上面12a、すなわち、誘電体の粒界における凸部30の表面(凹部24の内壁面でもある)と、上部電極14の庇部26の下面26aとのなす角の最大角度θを、1°≦θ≦60°としている。また、エミッタ部12の誘電体の粒界における凸部30の表面(凹部24の内壁面)と、上部電極14の庇部26の下面26aとの間の鉛直方向に沿った最大間隔dを、0μm<d≦10μmとしている。
In the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、上部電極14は、図3に示すように、鱗片状の形状を有する多数の導電性粒子15(例えば黒鉛)から構成されている。すなわち、上部電極14は、多数の導電性粒子15が、当該導電性粒子15の側断面視における長手方向がエミッタ部12の第1の面12aに沿うように「寝た」状態で配置されることにより形成されている。具体的には、導電性粒子15の側断面視における長手方向と、エミッタ部12の第1の面12a(結晶粒界による凹凸22を平均化した滑らかな仮想平面)とのなす角度が略30度以下であるように、各導電性粒子15が上記第1の面12a上に配置されている。
Furthermore, in this embodiment, the
この導電性粒子15は、本実施形態においては、エミッタ部12を構成する誘電体の結晶粒径よりも大きい一次粒子の大きさ(側断面視における最も長い長手方向の長さ)となるものが用いられている。図1の例では、エミッタ部12の結晶粒径が3μmであることからすれば、導電性粒子15の一次粒子の大きさは略5μm以上であれば好適である。
In the present embodiment, the
また、開口部20は、図3に示すように、平面視にて、多数の導電性粒子15の外縁部15aにより構成されている。すなわち、開口部20における開口20aは、複数の導電性粒子15の外縁部15aで囲まれた空間により形成され、上述の庇部26は、複数の導電性粒子15の外縁部15aにより構成されている。
Moreover, the opening
また、エミッタ部12の上面と上部電極14と該電子放出素子10Aの周囲の媒質(例えば、真空)との接触箇所においてトリプルジャンクション(上部電極14とエミッタ部12と真空との接触により形成される3重点)26cが形成されている。そして、このトリプルジャンクション26cは、上部電極14と下部電極16との間に駆動電圧Vaを印加した場合に、電気力線の集中(電界集中)が生じる箇所(電界集中部)である。なお、ここにいう「電気力線の集中」とは、仮に上部電極14,エミッタ部12,及び下部電極16を側断面視無限長の平板として電気力線を描く場合に、下側電極16から均等間隔で発した電気力線が集中する箇所をいうものとする。この電気力線の集中(電界集中)の様子は、有限要素法による数値解析によって簡単にシミュレーションすることができる。このトリプルジャンクション26cは、開口部20に対応する位置の他、上部電極14の外周における外縁部にも生ずる。
In addition, a triple junction (formed by contact between the
さらに、本実施形態においては、開口部20は、当該開口部20の内縁26bが電界集中部となるような形状を備えている。具体的には、上記開口部20の庇部26の側断面視における形状は、当該庇部26の先端である上記内縁26bに向かって鋭角に尖っている(厚みが徐々に薄くなっていく)ように形成されている。このような開口部20の形状を有する上部電極14は、側断面視にて長手方向を有する形状の粒子である導電性粒子15を、上述の通り、当該導電性粒子15の側断面視における長手方向がエミッタ部12の第1の面12aに沿うように「寝た」状態で配置することにより、簡易な方法で形成することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the
ここで、開口部20は、平面視にて開口20aの形状を当該開口20aの面積と同面積となるような円形に近似した場合の直径の平均が、0.1μm以上、20μm以下となるように形成されている。その理由は、以下の通りである。
Here, the
図2に示すように、エミッタ部12のうち、上部電極14と下部電極16(図1参照)間に印加される駆動電圧Vaに応じて分極が反転あるいは変化する部分は、上部電極14が形成されている直下の部分(第1の部分)40と、開口部20の内縁(内周)から開口部20の内方に向かう領域に対応した部分(第2の部分)42であり、特に、第2の部分42の発生範囲は、駆動電圧Vaのレベルや当該部分の電界集中の度合いによって変化することになる。そして、本実施形態における開口20aの平均径(0.1μm以上、20μm以下)の範囲であれば、開口部20にて放出される電子の放出量が充分稼げるとともに、効率よく電子を放出することができる。すなわち、開口20aの平均径が0.1μm未満の場合、上部電極14から供給された電子を蓄積して電子放出に寄与する主要な領域である第2の部分42の面積が小さくなり、放出される電子の量が少なくなる。一方、開口20aの平均径が20μmを超えると、エミッタ部12の前記開口部20から露出した部分のうち、第2の部分42の割合(占有率)が小さくなり、電子の放出効率が低下する。
As shown in FIG. 2, the
次に、電子放出素子10Aの電子放出原理について、図4〜図6を用いて説明する。本実施形態では、上部電極14と下部電極16との間に印加される駆動電圧Vaとしては、図4に示す通り、基準電圧を0Vとし、第1段階としての時間T1は、上部電極14の方が下部電極16よりも低電位となる(負電圧)V2となり、続く第2段階としての時間T2は、上部電極14の方が下部電極16よりも高電位となる(正電圧)V1となるような、周期が(T1+T2)である矩形波が用いられる。
Next, the principle of electron emission of the
また、初期状態において、エミッタ部12が一方向に分極されていて、例えば双極子の負極がエミッタ部12の上面に向いた状態(図5A参照)となっている場合を想定して説明する。
In the initial state, the case where the
先ず、基準電圧が印加されている初期状態では、図5Aに示すように、双極子の負極がエミッタ部12の上面に向いた状態となっていることから、エミッタ部12の上面には電子がほとんど蓄積されていない状態となっている。
First, in the initial state where the reference voltage is applied, as shown in FIG. 5A, since the negative pole of the dipole faces the top surface of the
その後、負電圧V2を印加すると、分極が反転する(図5B参照)。この分極反転によって、上記した電界集中部である内縁26bやトリプルジャンクション26cにおいて電界集中が発生し、上部電極14における上記の電界集中部からエミッタ部12の上面12aに向けた電子放出(供給)が起こり、例えば上面12aのうち、上部電極14の開口部20から露出する部分や上部電極14の庇部26近傍の部分に電子が蓄積される(図5C参照)。すなわち、上面12aが帯電することになる。この帯電は、エミッタ部12の表面抵抗値により一定の飽和状態となるまで可能であるが、制御電圧の印加時間により帯電量を制御することが可能である。このように、上部電極14(特に上記電界集中部)が、エミッタ部12(上面12a)への電子供給源として機能する。
Thereafter, when the negative voltage V2 is applied, the polarization is reversed (see FIG. 5B). By this polarization inversion, electric field concentration occurs at the
その後、負電圧V2から、図6Aの如く一旦基準電圧となった後、さらに、正電圧V1が印加されると、分極が再度反転し(図6B参照)、双極子の負極によるクーロン反発力により、上面12aに蓄積されていた電子が開口20aを通過して外部に向けて放出される(図6C参照)。
After that, once the negative voltage V2 becomes the reference voltage as shown in FIG. 6A, when the positive voltage V1 is further applied, the polarization is reversed again (see FIG. 6B), and due to the Coulomb repulsive force by the negative pole of the dipole. Then, the electrons accumulated in the
なお、上部電極14における、開口部20のない外周部における外縁部においても、上述と同様に電子放出が行われている。
Electron emission is also performed at the outer edge of the
また、本実施形態においては、図7に示すように、電気的な動作において、上部電極14と下部電極16間に、エミッタ部12によるコンデンサC1と、各ギャップ28による複数のコンデンサCaの集合体とが形成された形となる。すなわち、各ギャップ28による複数のコンデンサCaは、互いに並列に接続された1つのコンデンサC2として構成され、等価回路的には、集合体によるコンデンサC2にエミッタ部12によるコンデンサC1が直列接続された形となる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, in electrical operation, a capacitor C <b> 1 by the
実際には、集合体によるコンデンサC2にエミッタ部12によるコンデンサC1がそのまま直列接続されることはなく、上部電極14への開口部20の形成個数や全体の形成面積等に応じて、直列接続されるコンデンサ成分が変化する。
Actually, the capacitor C1 by the
ここで、図8に示すように、例えばエミッタ部12によるコンデンサC1のうち、その25%が集合体によるコンデンサC2と直列接続された場合を想定して、容量計算を行ってみる。先ず、ギャップ28の部分は真空であることから比誘電率は1となる。そして、ギャップ28の最大間隔dを0.1μm、1つのギャップ28の部分の面積S=1μm×1μmとし、ギャップ28の数を10,000個とする。また、エミッタ部12の比誘電率を2000、エミッタ部12の厚みを20μm、上部電極14と下部電極16の対向面積を200μm×200μmとすると、集合体によるコンデンサC2の容量値は0.885pF、エミッタ部12によるコンデンサC1の容量値は35.4pFとなる。そして、エミッタ部12によるコンデンサC1のうち、集合体によるコンデンサC2と直列接続されている部分を全体の25%としたとき、該直列接続された部分における容量値(集合体によるコンデンサC2の容量値を含めた容量値)は0.805pFであり、残りの容量値は26.6pFとなる。
Here, as shown in FIG. 8, for example, assuming that 25% of the capacitor C1 by the
これら直列接続された部分と残りの部分は並列接続されているから、全体の容量値は、27.5pFとなる。この容量値は、エミッタ部12によるコンデンサC1の容量値35.4pFの78%である。つまり、全体の容量値は、エミッタ部12によるコンデンサC1の容量値よりも小さくなる。
Since these serially connected portions and the remaining portions are connected in parallel, the overall capacitance value is 27.5 pF. This capacitance value is 78% of the capacitance value 35.4 pF of the capacitor C1 by the
このように、複数のギャップ28によるコンデンサCaの集合体については、ギャップ28によるコンデンサCaの容量値が相対的に小さいものとなり、エミッタ部12によるコンデンサC1との分圧から、印加電圧Vaのほとんどはギャップ28に印加されることになり、各ギャップ28において、電子放出の高出力化が実現される。
As described above, the aggregate of the capacitors Ca by the plurality of
また、集合体によるコンデンサC2は、エミッタ部12によるコンデンサC1に直列接続された構造となることから、全体の容量値は、エミッタ部12によるコンデンサC1の容量値よりも小さくなる。このことから、電子放出は高出力であり、全体の消費電力は小さくなるという好ましい特性を得ることができる。
Further, since the capacitor C2 formed by the aggregate has a structure connected in series to the capacitor C1 formed by the
以上に詳述した通り、本実施形態に係る電子放出素子10Aにおいては、上部電極14に庇部26を形成したことにより、トリプルジャンクション26cが、上部電極の内縁26bとは異なる場所に生じ得る。さらに、開口部20は、当該開口部20の内縁26bが電界集中部となるような形状を備えている。よって、庇部26がない場合と比して電界集中部の数を大幅に増やすことができる。特に、本実施形態の庇部26は、当該庇部26の先端である上記内縁26bに向かって鋭角に尖っているように形成されているので、当該内縁26bの形状が直角ないし鈍角の場合よりも電界集中の度合いを高め、エミッタ部12の上面12aへの電子蓄積量を増やすことが可能になる。
As described in detail above, in the electron-emitting
また、エミッタ部12の上面12aにおいて、誘電体の粒界における凸部30の表面(凹部24の内壁面)と、上部電極14の庇部26の下面26aとのなす角の最大角度θを、1°≦θ≦60°とし、エミッタ部12の誘電体の粒界における凸部30の表面(凹部24の内壁面)と、上部電極14の庇部26の下面26aとの間の鉛直方向に沿った最大間隔dを、0μm<d≦10μmとしたので、これらの構成により、ギャップ28の部分での電界集中の度合いをより大きくすることができ、エミッタ部12の上面12aへの電子蓄積量を増やすことが可能になる。
Further, on the
さらに、上述の庇部26の形成により、上部電極14のうち、開口部20の庇部26におけるエミッタ部12と対向する下面26aとエミッタ部12との間にギャップ28が形成され、このギャップ28における仮想的なコンデンサの静電容量の影響で、駆動電圧Vaのうちの大部分が実質的に当該ギャップ28に印加されることになり、開口部20における電界が強くなる。よって、開口部20にて同じ電界強度を得るために必要な駆動電圧Vaの絶対値を小さくすることが可能になる。
Further, by forming the
また、上部電極14の庇部26がフォーカス電子レンズ等ゲート電極(制御電極、)として機能するため、放出電子の直進性を向上させることができる。これは、電子放出素子10Aを多数並べて例えばディスプレイの電子源として構成した場合に、クロストークを低減する上で有利となる。
Further, since the
特に、本実施形態では、エミッタ部12の少なくとも上面12aは、誘電体の粒界による凹凸22が形成され、上部電極14は、誘電体の粒界における凹部24に対応した部分に開口部20が形成されるようにしたので、上部電極14の庇部26を簡単に実現させることができる。
In particular, in this embodiment, at least the
また、上部電極14に複数の開口部20を形成したことから、各開口部20並びに上部電極14の外周における外縁部から電子が放出されるので、電子放出素子10A全体の電子放出特性のばらつきが低減し、電子放出の制御が容易になると共に、電子放出効率が高くなる。
In addition, since the plurality of
このように、本実施形態に係る電子放出素子10Aにおいては、高い電界集中を容易に発生させることができ、しかも、電子放出箇所を多くすることができ、電界強度も高めることができる。よって、電子放出量の向上、電子放出の高効率化を図ることができ、低電圧駆動・低消費電力な電子放出素子及びその応用製品を提供することが可能となる。
Thus, in the electron-emitting
次に、本実施形態に係る電子放出素子10Aを使用して構成されたディスプレイ100について、図9を用いて説明する。
Next, a
ディスプレイ100においては、図9に示すように、上部電極14の上方に、例えばガラスやアクリル製の透明板130が配置され、該透明板130の裏面(上部電極14と対向する面)に例えば透明電極にて構成されたコレクタ電極132が配置され、該コレクタ電極132には蛍光体134が塗布される。なお、コレクタ電極132にはバイアス電圧源136(コレクタ電圧Vc)が抵抗を介して接続される。また、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。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。
In the
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上部電極14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132に到達する前に気体分子に衝突してしまい、コレクタ電圧Vcで十分に加速した電子による蛍光体134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。
The reason for selecting such a range is that, in a low vacuum, (1) since there are many gas molecules in the space, it is easy to generate plasma, and if too much plasma is generated, a large amount of positive ions are generated in the
一方、高真空では、電界が集中するポイント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。 On the other hand, in high vacuum, electrons are likely to be emitted from the point where the electric field concentrates, but there is a problem that the structure support and the vacuum seal portion become large, which is disadvantageous for miniaturization.
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10を参照しながら説明する。
Next, an electron-emitting
この第2の実施の形態に係る電子放出素子10Bは、上述した第1の実施の形態に係る電子放出素子10Aとほぼ同様の構成を有するが、上部電極14を構成する導電性粒子15は、一次粒子15aとしてのみならず、二次粒子15bとしてもエミッタ部12の上面12a上に存在する。そして、二次粒子15bの、側断面視における長手方向の長さが、エミッタ部12を構成する多結晶体の結晶粒径よりも大きいことを特徴とする。
The electron-emitting
この第2の実施の形態に係る電子放出素子10Bにおいても、上述した第1の実施の形態に係る電子放出素子10Aと同様の作用・効果を奏する。
The electron-emitting
さらに、第3の実施の形態に係る電子放出素子10Cについて、図11を参照しながら説明する。
Further, an electron-emitting
この第2の実施の形態に係る電子放出素子10Cは、上述した第1ないし第2の実施の形態に係る電子放出素子10A,10Bとほぼ同様の構成を有するが、上部電極14は、上記と同様の導電性粒子15の他、導電性微粒子19から構成されている。かかる導電性微粒子19は、導電性粒子15の一次粒子の厚さ(側断面視における長手方向と直交する方向の幅)と略同等か、それよりも小さいことが好適である。例えば、導電性粒子15の厚みが約2μmである場合、導電性微粒子19の平均粒径は、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下である。これにより、同一の上部電極14内における各導電性粒子15間の導通が容易に確保され得る。
The electron-emitting
ここで、前記導電性微粒子19は、図11に示されているように、上部電極14の表面上、特に庇部26にて露呈されていることが好適である。これにより、当該導電性微粒子19が上部電極14の表面に突起物の如く存在することとなるので、この突起形状による効果から、この導電性微粒子19も電界集中部となり得るため、エミッタ部12の上面12aに対する電子供給箇所をさらに増加させることができる。また、導電性微粒子19は、開口部20に対応するエミッタ部12の上面12a上にも付着していることがさらに好適である。これにより、誘電体で構成されたエミッタ部12上に、上記導電性微粒子19からなる微小なフロート電極が設けられることとなる。このフロート電極は、上部電極14からエミッタ部12に対して放出された電子を多量に蓄積するために好適であり、電子放出素子における電子放出量をさらに増加させることができるものであるところ、このフロート電極を前記導電性微粒子19により構成すれば、例えば、後述するように、上部電極14をエミッタ部12の上面12a上に形成する際に導電性粒子15と導電性微粒子19とを混合してエミッタ部12の上面12a上に塗布する等、簡単な工程でフロート電極をエミッタ部12の上面12a上に設けることができる。
Here, as shown in FIG. 11, the conductive
さらに、上記の導電性粒子15として炭素系材料(例えば黒鉛)、導電性微粒子19として銀を用いた場合で、上部電極14の形成の際に加熱処理がおこなわれるときは、この加熱処理の際に、銀の微粒子の周りの黒鉛等が酸化により侵食されるために、上部電極14の外縁部の形状が、鋭い端部を有するものや、電極内部に貫通孔による開口部を有するものとなりやすい。これにより、電界集中部がさらに増加し得ることとなり、より好適な電極形状を得ることが可能になる。
Further, when a carbon-based material (for example, graphite) is used as the
ここで、上述のような構成を有する本発明の電子放出素子の製造方法について、実施例を交えて説明する。 Here, a method for manufacturing the electron-emitting device of the present invention having the above-described configuration will be described with examples.
エミッタ部12を構成する誘電体は、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ほかに、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛等、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、さらにランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物、もしくはこれらのいずれかの組み合わせ、又は他の化合物を適切に添加したもの等を挙げることができる。
As the dielectric constituting the
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。 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.
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。 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.
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ほかに、正方晶と擬立方晶又は正方晶と菱面体晶のモルフォトロピック相境界(MPB:Morphotropic Phase Boundary)付近の組成とすることが比誘電率を大きくするのに好ましい。例えば、PMN:PT:PZ=0.375:0.375:0.25にて比誘電率5500、PMN:PT:PZ=0.5:0.375:0.125にて比誘電率4500となり、特に好ましい。さらに、絶縁性が確保できる範囲内でこれらの誘電体に白金のような金属を混入して、誘電率を向上させるのが好ましい。この場合、例えば、誘電体に白金を重量比で20%混入させるとよい。 Next, in the three-component system of lead magnesium niobate (PMN), lead titanate (PT), and lead zirconate (PZ), besides increasing the mole 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 in which insulation can be ensured. In this case, for example, 20% by weight of platinum may be mixed in the dielectric.
また、エミッタ部12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12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。
Further, as described above, a piezoelectric / electrostrictive layer, an antiferroelectric layer, or the like can be used for the
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12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。
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
また、圧電/電歪層をセラミックスにて構成する場合、前記セラミックスに、さらに、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物、もしくはこれらのいずれかの組み合わせ、又は他の化合物を、適宜、添加したセラミックスを用いてもよい。また、前記セラミックスにSiO2、CeO2、Pb5Ge3O11もしくはこれらのいずれかの組み合わせを添加したセラミックスを用いてもよい。具体的には、PT−PZ−PMN系圧電材料にSiO2を0.2wt%、もしくはCeO2を0.1wt%、もしくはPb5Ge3O11を1〜2wt%添加した材料が好ましい。 Further, when the piezoelectric / electrostrictive layer is composed of ceramics, the ceramics may further include oxides such as lanthanum, calcium, strontium, molybdenum, tungsten, barium, niobium, zinc, nickel, manganese, or any of these. A combination of the above or other compounds as appropriate may be used. Further, a ceramic obtained by adding SiO2, CeO2, Pb5Ge3O11 or any combination thereof to the ceramic may be used. Specifically, a material obtained by adding 0.2 wt% of SiO2 or 0.1 wt% of CeO2 or 1 to 2 wt% of Pb5Ge3 O11 to a PT-PZ-PMN piezoelectric material is preferable.
例えば、マグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛及びチタン酸鉛とからなる成分を主成分とし、さらにランタンやストロンチウムを含有するセラミックスを用いることが好ましい。 For example, it is preferable to use ceramics containing as a main component a component composed of lead magnesium niobate, lead zirconate and lead titanate, and further containing lanthanum or strontium.
圧電/電歪層は、緻密であっても、多孔質であってもよく、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。 The piezoelectric / electrostrictive layer may be dense or porous, and in the case of being porous, the porosity is preferably 40% or less.
エミッタ部12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、さらにはジルコン酸鉛に酸化ランタンを添加したもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分に対してジルコン酸鉛やニオブ酸鉛を添加したものが望ましい。
When an antiferroelectric layer is used as the
また、この反強誘電体層は、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。 The antiferroelectric layer may be porous, and in the case of being porous, the porosity is preferably 30% or less.
さらに、エミッタ部12にタンタル酸ビスマス酸ストロンチウム(SrBi2Ta2O9)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、(BiO2)2+(Am-1BmO3m+1)2-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。さらに、チタン酸バリウム系、ジルコン酸鉛系、PZT系の圧電セラミックスに添加剤を加えて半導体化させることも可能である。この場合、エミッタ部12内で不均一な電界分布をもたせて、電子放出に寄与する上部電極14との界面近傍に電界集中を行うことが可能となる。
Further, when strontium tantalate bistrontate (SrBi2Ta2O9) is used for the
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。 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).
また、圧電/電歪/反強誘電体セラミックスで構成する場合、その形状はシート状の成形体、シート状の積層体、あるいは、これらを他の支持用基板に積層又は接着したものであってもよい。 In the case of being composed of piezoelectric / electrostrictive / antiferroelectric ceramics, the shape thereof is a sheet-like molded body, a sheet-like laminated body, or a laminate or adhesion of these to another supporting substrate. Also good.
また、エミッタ部12に非鉛系の材料を使用する等により、エミッタ部12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。
In addition, by using a lead-free material for the
そして、エミッタ部12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、エアロゾルデポジション法等の各種厚膜形成法や、イオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長法(CVD)、めっき等の各種薄膜形成法を用いることができる。特に、圧電/電歪材料の粉末化したものを、エミッタ部12として形成し、これに低融点のガラスやゾル粒子を含浸する方法をとることが好ましい。この手法により、700℃あるいは600℃以下といった低温での膜形成が可能となる。
As a method for forming the
本実施形態の上部電極14を構成する導電性粒子15としては、好適には、鱗片状黒鉛粉末や金属粉末等の鱗片状粉末や、カーボンナノチューブ等の針状ないし棒状粉末が用いられる。この上部電極14を形成する方法としては、上記の鱗片状粉末を、(必要に応じて分散剤を用いつつ)エチルセルロース等の有機溶媒(バインダ)に分散してペーストを作成し、このペーストを用いて、スピンコート、スクリーン印刷、ディッピング、スプレー塗布等によって、エミッタ部12の上面に上記ペーストの厚膜を形成し、この厚膜形成されたペーストを熱処理する方法等が用いられ得る。厚膜形成する場合、ペースト粘度を上記厚膜形成に適した10万〜20万cp程度とした場合、印刷後の膜厚は1μ〜25μm程度が好ましく、より好ましくは3〜15μm程度とされる。膜厚が厚すぎると、開口部20の大きさが小さくなりすぎ、逆に膜厚が薄すぎると、1つの上部電極14内における導通が確保できなくなる。そして、上記の範囲の膜厚の厚膜形成をした後、熱処理を行うことで、上部電極14となるべきエミッタ部12上の形成膜が、バインダの分解とともに電極材のみとなると同時に、複数の開口部20が形成されていき、結果的に、何らマスキング処理等の特別なパターニング処理を施すことなく、図1等に示すように、上部電極14に複数の開口部20及び庇部26が形成される。ここで、焼成の際の雰囲気は、窒素など不活性ガス雰囲気中であることが(特に炭素系材料を用いた場合に)好ましいが、ペースト中の導電性粒子15の配合比を適宜調整すれば、大気中その他の酸素雰囲気中(減圧下も含む)でも可能である。
As the
上部電極14を形成する際には、上述の通り、より好適には導電性微粒子19も添加される。かかる導電性微粒子19は、金属微粒子の他、球状化黒鉛粉末やカーボンブラック等の炭素系微粒子を用いることができる。導電性微粒子19を添加する場合は、所定の粒径に分級された金属微粒子を用いる他、焼成により最終的に導電性微粒子となりうるものが利用可能であり、例えばレジネート等を用いてもよい。
When forming the
導電性粒子15として炭素系材料を用いる場合(特に大気中その他の酸素雰囲気中)には、上部電極14を熱処理する際の温度は、好ましくは500度以下とするとともに、導電性微粒子19を添加する場合は、この導電性微粒子19が所定の粒径を超えて凝集ないし粒成長しないような温度を選択する必要がある。
When a carbon-based material is used as the conductive particles 15 (particularly in the air or other oxygen atmosphere), the temperature when the
一方、下部電極16は、導電性を有する物質、例えば金属が用いられ、白金、モリブデン、タングステン等によって構成される。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。さらに好適には、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、下部電極16として、カーボン、グラファイト系の材料を用いてもよい。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。もちろん、上述した上部電極と同様の材料を用いるようにしてもよい。そして、下部電極16を上述の金属や炭素系材料により形成する場合、好適には上記厚膜形成法が用いられる。
On the other hand, the
本電子放出素子10A〜10Cは、エミッタ部12、上部電極14及び下部電極16をそれぞれ形成するたびに熱処理(焼成処理)することで、一体構造にすることができる。なお、上部電極14や下部電極16の焼成の際に、必要に応じてガラスや合成樹脂等を(バインダとして)併用すれば、エミッタ部12との接着性が向上する。エミッタ部12及び下部電極16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。さらに、膜状のエミッタ部12を熱処理する場合、高温時にエミッタ部12の組成が不安定にならないように、エミッタ部12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。
The electron-emitting devices 10 </ b> A to 10 </ b> C can be integrated with each other by performing heat treatment (firing treatment) each time the
なお、エミッタ部12を適切な部材によって被覆し、該エミッタ部12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。
A method may be employed in which the
次に、本発明に係る電子放出素子を製造する方法であって、特に上部電極14を形成する方法について、好適な実施例を示す。
Next, a preferred embodiment of the method for manufacturing the electron-emitting device according to the present invention, particularly the method for forming the
本実施例では、導電性粒子15として鱗片状黒鉛粒子を用いるとともに、導電性微粒子19として銀微粒子を添加した場合を示す。
In the present embodiment, scale-like graphite particles are used as the
上部電極14を形成する場合、鱗片状黒鉛粉末粒子とバインダとを、(必要に応じて分散剤を使用して)混合し、これに、Agレジネート又はAgインクをさらに添加することでペーストを得て、このペーストを、エミッタ部12となる誘電体上に塗布し、熱処理する。
When the
黒鉛とバインダとの比率は、黒鉛:バインダ=1:2〜2:1の範囲が好適である。バインダは、好ましくは400℃以下にて分解する合成樹脂が用いられる。銀微粒子の配合比は、黒鉛と銀との体積比で、黒鉛:銀=5:5〜9.5:0.5の範囲が適用可能で、7:3〜9:1が好適である。Agインクを用いる場合、インク中に分散している銀微粒子の粒子径は、1μm以下が好適であり、0.5μm以下がより好適である。銀微粒子の粒子径が上記範囲より大きい場合は、粉砕・解砕等の前処理を行う。 The ratio of graphite to binder is preferably in the range of graphite: binder = 1: 2 to 2: 1. The binder is preferably a synthetic resin that decomposes at 400 ° C. or lower. The compounding ratio of the silver fine particles is a volume ratio of graphite and silver, and the range of graphite: silver = 5: 5 to 9.5: 0.5 is applicable, and 7: 3 to 9: 1 is preferable. In the case of using Ag ink, the particle diameter of silver fine particles dispersed in the ink is preferably 1 μm or less, and more preferably 0.5 μm or less. When the particle diameter of the silver fine particles is larger than the above range, pretreatment such as pulverization and pulverization is performed.
熱処理は、銀微粒子が上記範囲よりも粗大にならないように、好ましくは450℃以下、より好ましくは約400℃にて行われる。また、加熱焼成の際の雰囲気は、炭素が銀粒子の存在下で酸化が促進されることで黒鉛粒子が侵食されるため、酸素を含む雰囲気下の場合は、窒素雰囲気下の場合よりも若干黒鉛量を多めにすることがあり得る。
(実施例1)
The heat treatment is preferably performed at 450 ° C. or less, more preferably about 400 ° C. so that the silver fine particles do not become coarser than the above range. In addition, since the graphite particles are eroded because the oxidation of carbon is promoted in the presence of silver particles, the atmosphere during heating and firing is slightly more in the atmosphere containing oxygen than in the nitrogen atmosphere. It is possible to increase the amount of graphite.
(Example 1)
鱗片状黒鉛粉末(日本黒鉛工業株式会社製 商品名「SP20」(平均粒径15μm、厚み約2μm)) 10重量部と、分散剤(独ビックケミー社製 Disperbyk−108) 1重量部と、バインダ(エチルセルロースと2−エチルヘキサノールとを25:75の割合で混合したもの) 25重量部とを、3本ロールミルにて混合した。なお、黒鉛粉末が凝集している場合、前処理として、ホモジナイザー等を用いて解砕する必要がある。
Scale-like graphite powder (trade name “SP20” manufactured by Nippon Graphite Industries Co., Ltd. (
次に、上記の混合物に対し、Agレジネート(ナミックス株式会社製 商品名XE109−4)を、黒鉛と銀の体積比が9:1となるように加え、3本ロールミルにて混合し、ペーストを得た。 Next, Ag resinate (trade name XE109-4 manufactured by NAMICS Co., Ltd.) is added to the above mixture so that the volume ratio of graphite and silver is 9: 1, and the mixture is mixed in a three-roll mill, and the paste is added. Obtained.
そして、このペーストをテルピネオールで希釈することで、粘度を10万〜20万cp程度に調整し、誘電体上にスクリーン印刷により15μm塗布した。その後、加熱炉中において、15分間で400℃まで昇温した後、400度で2時間程度、空気雰囲気(大気圧)下で加熱し、炉内で徐冷することで、誘電体上に、鱗片状黒鉛の層が数層程度となるような厚さで電極が形成された。この電極を電子顕微鏡で観察したところ、数〜10μm程度の開口部の形成が確認された。
(実施例2)
And by diluting this paste with terpineol, the viscosity was adjusted to about 100,000 to 200,000 cp, and 15 μm was applied on the dielectric by screen printing. Then, after raising the temperature to 400 ° C. in 15 minutes in a heating furnace, heating in an air atmosphere (atmospheric pressure) for about 2 hours at 400 ° C., and gradually cooling in the furnace, on the dielectric, The electrode was formed with such a thickness that the scale-like graphite layer was about several layers. When this electrode was observed with an electron microscope, formation of an opening of about several to 10 μm was confirmed.
(Example 2)
鱗片状黒鉛粉末(TIMCAL社製 商品名「KS25」(平均粒径25μm、厚み約2μm))と、Agインクを用いた以外は、上記実施例1と同様である。Agインクは、銀の微粒子を分散媒中に分散したインクであって、ハリマ化成株式会社製 商品名「NPS−J」(平均粒径約7nm) 5重量部と、低重合度ポリビニルブチラール(積水化学工業株式会社製 エスレックB BL−S) 10重量部と、テルピネオール10重量部とを混合したものを用い、配合比は上記実施例1と同様である。この実施例2によっても、上記実施例1と同様に、数〜10μm程度の開口部の形成が確認された。
Except for using scaly graphite powder (trade name “KS25” (
なお、本発明に係る電子放出素子は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の本質的部分を変更しない限りにおいて、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 It should be noted that the electron-emitting device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various configurations can be adopted as long as the essential part of the present invention is not changed.
例えば、内縁にて電界集中部となるような開口部20の形状について、上記各実施形態にて説明した形状の他、例えば、図12〜15のような様々な形状とすることが可能である。
For example, the shape of the
また、図15に示すように、エミッタ部12の上面12aのうち、開口部20と対応する部分にフローティング電極50を存在させてもよい。
In addition, as shown in FIG. 15, the floating
さらに、上記実施形態の製造方法においては、上部電極14の開口部20は、ペーストの粘度や配合比、膜厚制御により、単に厚膜形成するだけで、特段のマスキング等を用いなくても形成することができるが、図17に示すように、特定形状の孔32が形成されるようにマスキング等を用いて形成しても差し支えない。この場合、孔32は微視的に見れば、導電性粒子15の形状の影響で、いびつな形状を有しており、エミッタ部12に対する電子供給箇所の増加という作用・効果を奏することができる。
Furthermore, in the manufacturing method of the above-described embodiment, the
10A,10B,10C…電子放出素子、12…エミッタ部、12a…上面、14…上部電極、15…導電性粒子、16…下部電極、19…導電性微粒子、20…開口部、26…庇部、26b…内縁、28…ギャップ、100…ディスプレイ
10A, 10B, 10C ... Electron-emitting devices, 12 ... Emitter, 12a ... Upper surface, 14 ... Upper electrode, 15 ... Conductive particle, 16 ... Lower electrode, 19 ... Conductive fine particle, 20 ... Opening part, 26 ...
Claims (8)
側断面視で長手方向を有する形状であって、前記エミッタ部の前記第1の面上にて、前記長手方向が前記第1の面に沿うように配置された複数の導電性粒子の集合体によって、前記第1の電極が構成されており、
前記開口部は、複数の前記導電性粒子の外縁部により構成されたことを特徴とする電子放出素子。 An emitter portion made of a dielectric, a first electrode formed on the first surface of the emitter portion and having an opening, and a second electrode formed on the second surface of the emitter portion; And an electron-emitting device configured to emit electrons from the emitter through the opening by applying a driving voltage between the first electrode and the second electrode. And
An aggregate of a plurality of conductive particles having a longitudinal direction in a side sectional view and arranged on the first surface of the emitter portion so that the longitudinal direction is along the first surface The first electrode is configured by
The electron-emitting device, wherein the opening is configured by an outer edge of a plurality of the conductive particles.
前記エミッタ部は多結晶体により構成され、
前記第1の電極は、前記導電性粒子の1次粒子及び/又はその1次粒子が集まった2次粒子が、前記エミッタ部の前記第1の面上に複数配置されることにより形成され、
前記1次粒子又は2次粒子の、側断面視における長手方向の長さは、前記多結晶体の結晶粒の平均粒径よりも長いことを特徴とする電子放出素子。 The electron-emitting device according to claim 1 ,
The emitter portion is made of a polycrystalline body,
The first electrode is formed by arranging a plurality of primary particles of the conductive particles and / or secondary particles in which the primary particles are collected on the first surface of the emitter part,
An electron-emitting device, wherein a length in a longitudinal direction of the primary particles or secondary particles in a side sectional view is longer than an average particle diameter of crystal grains of the polycrystal.
前記第1の電極が黒鉛からな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 ,
The electron-emitting device, wherein the first electrode is made of graphite.
前記第1の電極は、更に導電性の微粒子を含む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 3 ,
The first electrode further includes conductive fine particles.
前記微粒子が、前記開口部に対応する前記エミッタ部の前記第1の面上にも付着していることを特徴とする電子放出素子。 The electron-emitting device according to claim 4 .
The electron-emitting device according to claim 1, wherein the fine particles are also attached to the first surface of the emitter portion corresponding to the opening.
前記微粒子が銀からなることを特徴とする電子放出素子。 The electron-emitting device according to claim 4 or 5 ,
An electron-emitting device, wherein the fine particles are made of silver.
側断面視で長手方向を有する形状の導電性粒子が分散媒に分散されてなるペーストを調製し、
前記エミッタ部の前記第1の面上に、前記ペーストからなる膜を形成し、
前記の膜を加熱することで前記第1の電極を形成することを特徴とする電子放出素子の製造方法。 An emitter portion made of a dielectric, a first electrode formed on the first surface of the emitter portion and having an opening, and a second electrode formed on the second surface of the emitter portion. And an electron-emitting device configured to emit electrons from the emitter through the opening by applying a driving voltage between the first electrode and the second electrode. An electron-emitting device manufacturing method for
Preparing a paste in which conductive particles having a longitudinal direction in a side sectional view are dispersed in a dispersion medium;
Forming a film of the paste on the first surface of the emitter section;
The method of manufacturing an electron-emitting device, wherein the first electrode is formed by heating the film.
前記ペーストを調製する際、導電性の微粒子を前記分散媒に分散させることを特徴とする電子放出素子の製造方法。 In the manufacturing method of the electron-emitting device according to claim 7 ,
A method for manufacturing an electron-emitting device, wherein when preparing the paste, conductive fine particles are dispersed in the dispersion medium.
Priority Applications (4)
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