JP4662140B2 - 電子放出素子 - Google Patents
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Description
まず、第1の実施の形態に係る誘電体デバイスである電子放出素子の構成について、図1〜図10を用いて説明する。
図1は、本実施形態の電子放出素子10Aを拡大した側断面図である。当該電子放出素子10Aは、ガラス基板11の上に2次元的に多数形成されており、図1はそのうちの1つを図示しているものとする。この電子放出素子10Aは、板状のエミッタ部12と、該エミッタ部12の表面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、前記ガラス基板11上に形成され、前記エミッタ部12の第2の面である裏面12bと接するように配置された第2の電極としての下部電極16とを備えている。
図3は、本実施形態の電子放出素子10Aの要部を拡大して示す側断面図である。図3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(オーバーハング状)に形成された形となっている(従って、以下の説明では、「周部26」を「庇部26」と記す。また、「周部26におけるエミッタ部12と対向する面26a」を「庇部26の下面26a」と記す。)。そして、図2及び図3から明らかなように、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。
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。図4は、本電子放出素子10Aに適用される駆動電圧の波形を示す図である。図5及び図6は、本電子放出素子10Aの動作の様子を示す図である。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。
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。
次に、本実施形態の電子放出素子10Aの製造方法について、特にエミッタ部12の形成方法を中心に、図11ないし図14を用いて説明する。なお、以下の製造方法の説明にあたって、当該電子放出素子の各部を参照する際に、上述の各図における符号を適宜引用するものとする。
図12は、エアロゾルデポジション法で膜形成することで、エミッタ部12を構成する誘電体層を形成する工程S2において用いられ得る、エアロゾルデポジション装置の概略を示す構成図である。エアロゾルデポジション法によれば、基板上での製膜過程において、原料粉末の破砕、磨砕が生じるため、表面粗さを安定的に制御することができる。
ここで、上述の熱処理工程S3の好適な例について、図14を用いて説明する。図14は、上述のエアロゾルデポジション法を用いて形成されたエミッタ部12の表面の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。図14(a)においては、熱処理が行われていない状態が示されている。図14(b)及び(c)においては、RTA(Rapid thermal annealing)装置によって上方から赤外線を照射することで600〜700℃で熱処理が行われた後の状態が示されている。なお、図14(b)においては、加熱時間が30分であり、図14(c)においては、加熱時間が1時間である。このRTA装置は、赤外線ランプ又は赤外線レーザーを対象物に照射することで、当該対象物を瞬間的に加熱し得るように構成された装置であり、赤外線ランプを用いた装置が主に市販されている。RTA装置の具体例としては、例えば、アルバック理工株式会社製 MILA−3000を挙げることができる。
エミッタ部12を構成する誘電体材料は、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。
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17を用いて説明する。
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18を参照しながら説明する。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15bとしてのみならず、二次粒子15cとしてもエミッタ部12の表面12a上に存在する。そして、二次粒子15c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。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。
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19を参照しながら説明する。この第3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。
なお、本発明は、上述の実施例や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。以下、変形例のうちのいくつかについて例示する。
11…ガラス基板、 12…エミッタ部、 12a…表面、
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、
60,160…エアロゾルデポジション装置、70…成膜室、
73…第1ノズル、 74…第2ノズル、
80…第1エアロゾル供給部、 81…原料粉体、
82…第1エアロゾル化室、 90…第2エアロゾル供給部、
91…原料粉体、 92…第2エアロゾル化室
Claims (9)
- 誘電体からなるエミッタ部と、そのエミッタ部に形成されており当該エミッタ部の表面から電子を放出させるための駆動電圧が印加される第1の電極及び第2の電極と、を備えた電子放出素子において、
前記第1の電極は、前記エミッタ部の前記表面に設けられ、
前記エミッタ部の前記表面における表面粗さは、中心線平均粗さ(Ra)で0.1(μm)以上3(μm)以下であり、
前記第1の電極の縁部における前記エミッタ部の前記表面と対向する面と前記エミッタ部の前記表面との間に空隙を有することを特徴とする電子放出素子。 - 請求項1に記載の電子放出素子であって、
前記エミッタ部は、前記誘電体の微粒子からエアロゾルデポジション法により形成された誘電体層よりなることを特徴とする電子放出素子。 - 請求項1又は請求項2に記載の電子放出素子であって、
前記第1の電極の縁部は、電気力線が集中するような形状を有していることを特徴とする電子放出素子。 - 請求項3に記載の電子放出素子であって、
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の集合体であり、当該導電性粒子は、前記長手方向が前記エミッタ部の前記表面に沿うように配列されている電子放出素子。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の電子放出素子であって、
前記エミッタ部には金属が混入されていることを特徴とする電子放出素子。 - 請求項5に記載の電子放出素子であって、
前記金属に銀が含まれていることを特徴とする電子放出素子。 - 請求項6に記載の電子放出素子であって、
前記第2の電極は銀を含むように構成されていることを特徴とする電子放出素子。 - 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の電子放出素子において、
耐熱温度が700℃以下の材質からなり、前記第2の電極及び/又は前記エミッタ部を支持する基板をさらに備え、
前記エミッタ部は、1.0μm以上の粒径の結晶を20%以上含有する多結晶体から構成されていることを特徴とする電子放出素子。 - 請求項8に記載の電子放出素子であって、
前記エミッタ部には、電磁波の照射による加熱が施されていることを特徴とする電子放出素子。
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