JPH08264104A - 強誘電体電子放出冷陰極 - Google Patents
強誘電体電子放出冷陰極Info
- Publication number
- JPH08264104A JPH08264104A JP9442095A JP9442095A JPH08264104A JP H08264104 A JPH08264104 A JP H08264104A JP 9442095 A JP9442095 A JP 9442095A JP 9442095 A JP9442095 A JP 9442095A JP H08264104 A JPH08264104 A JP H08264104A
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- JP
- Japan
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- electric field
- electrode
- electron emission
- ferroelectric
- ferroelectrics
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/306—Ferroelectric cathodes
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】電子の放出量を増加させ、しかも電子の放出を
安定させた強誘電体電子放出冷陰極。 【構成】強誘電体と、その強誘電体の電子放出面に形成
された電極と、その強誘電体の電子放出面と反対の面に
形成された動作電界印加用電極とからなる強誘電体電子
放出冷陰極において、前記電子放出面電極として、厚さ
５０００Å以下の電極を形成することを特徴とする強誘
電体電子放出冷陰極。また、前記強誘電体電子放出冷陰
極において、動作電界として正或いは負のどちらか一方
の電界を印加することを特徴とする強誘電体電子放出冷
陰極。
安定させた強誘電体電子放出冷陰極。 【構成】強誘電体と、その強誘電体の電子放出面に形成
された電極と、その強誘電体の電子放出面と反対の面に
形成された動作電界印加用電極とからなる強誘電体電子
放出冷陰極において、前記電子放出面電極として、厚さ
５０００Å以下の電極を形成することを特徴とする強誘
電体電子放出冷陰極。また、前記強誘電体電子放出冷陰
極において、動作電界として正或いは負のどちらか一方
の電界を印加することを特徴とする強誘電体電子放出冷
陰極。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子源として利用する
強誘電体電子放出冷陰極に関するものである。
強誘電体電子放出冷陰極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１は強誘電体を利用した強誘電体電子
放出冷陰極であり、Ｈ．Ｇｕｎｄｅｌ等によって報告さ
れたものである（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ｐ９７５ ６９（２） （１９９
１））。Ａは第一の電極、Ｂは強誘電体、Ｃは第二の電
極である。また、図２は特開平５−３２５７７７で記載
された強誘電体電子放出冷陰極であり、Ａは第一の電
極、Ｂは強誘電体、Ｃは第二の電極、Ｄは絶縁膜、Ｅは
第三の電極である。図１および図２のように構成された
従来の強誘電体電子放出冷陰極において、第一の電極と
第二の電極の間に交番電界を印加すると、その電界の変
化に伴い強誘電体内部の分極が変化（分極反転）を起こ
し、その際に第二の電極の近傍に存在する電子をク−ロ
ン力により弾き飛ばし、電子の放出を行うものである。
放出冷陰極であり、Ｈ．Ｇｕｎｄｅｌ等によって報告さ
れたものである（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ｐ９７５ ６９（２） （１９９
１））。Ａは第一の電極、Ｂは強誘電体、Ｃは第二の電
極である。また、図２は特開平５−３２５７７７で記載
された強誘電体電子放出冷陰極であり、Ａは第一の電
極、Ｂは強誘電体、Ｃは第二の電極、Ｄは絶縁膜、Ｅは
第三の電極である。図１および図２のように構成された
従来の強誘電体電子放出冷陰極において、第一の電極と
第二の電極の間に交番電界を印加すると、その電界の変
化に伴い強誘電体内部の分極が変化（分極反転）を起こ
し、その際に第二の電極の近傍に存在する電子をク−ロ
ン力により弾き飛ばし、電子の放出を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、第二の電極の近傍に存在する電子しか放
出に利用されない、即ち電子が放出される面積が限定さ
れているため、放出量は少なく、実用的な電子放出源と
しては使用できないという問題があった。また、電子の
放出量を増加させるには第二の電極を多数或いは微細に
作製し、電子の放出面積を広げる必要があるが、その作
製工程は極めて困難であるという問題があった。更に、
動作電界に交番電界を印加し、強誘電体内の分極を幾度
も反転させることで強誘電体内に疲労および劣化が生
じ、そのため電子の放出が行われなくなるという実用上
の問題もあった。
うな構成では、第二の電極の近傍に存在する電子しか放
出に利用されない、即ち電子が放出される面積が限定さ
れているため、放出量は少なく、実用的な電子放出源と
しては使用できないという問題があった。また、電子の
放出量を増加させるには第二の電極を多数或いは微細に
作製し、電子の放出面積を広げる必要があるが、その作
製工程は極めて困難であるという問題があった。更に、
動作電界に交番電界を印加し、強誘電体内の分極を幾度
も反転させることで強誘電体内に疲労および劣化が生
じ、そのため電子の放出が行われなくなるという実用上
の問題もあった。
【０００４】本発明は、このような実情を鑑みなされた
もので、実用的な強誘電体電子放出冷陰極を提供するこ
とを目的とする。
もので、実用的な強誘電体電子放出冷陰極を提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】上記問題点は、強誘電
体とその強誘電体の電子放出面に形成された電極と、そ
の強誘電体の電子放出面の反対の面に形成された動作電
界印加用電極とからなる強誘電体電子放出冷陰極におい
て、電子放出面電極として厚み５０００Å以下の電極を
形成することを特徴とする強誘電体電子放出冷陰極によ
って解決される。
体とその強誘電体の電子放出面に形成された電極と、そ
の強誘電体の電子放出面の反対の面に形成された動作電
界印加用電極とからなる強誘電体電子放出冷陰極におい
て、電子放出面電極として厚み５０００Å以下の電極を
形成することを特徴とする強誘電体電子放出冷陰極によ
って解決される。
【０００６】更に、第二の問題点は、本発明の第一の発
明からなる強誘電体電子放出冷陰極において、動作電界
として正或いは負のどちらか一方の電界を印加すること
を特徴とする強誘電体電子放出冷陰極によって解決され
る。
明からなる強誘電体電子放出冷陰極において、動作電界
として正或いは負のどちらか一方の電界を印加すること
を特徴とする強誘電体電子放出冷陰極によって解決され
る。
【０００７】本発明における強誘電体はＰＺＴ〔Ｐｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 〕、ＰＬＺＴ〔（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 〕、ＢａＴｉＯ3 等の多結晶のセラミッ
ク強誘電体、ＬｉＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 等の単結晶の
セラミック強誘電体、或いはＰＶＤＦ等の高分子強誘電
体等が挙げられる。強誘電体の厚みは５０ｎｍ〜２００
０μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜２００μｍがよい。５
０ｎｍ未満では強誘電体に形成している電子放出面電極
と動作電界印加用電極が短絡してしまう問題が生じる。
また、２０００μｍを越えると動作電界が非常に大きな
値になり実用上問題が生じる。
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 〕、ＰＬＺＴ〔（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 〕、ＢａＴｉＯ3 等の多結晶のセラミッ
ク強誘電体、ＬｉＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 等の単結晶の
セラミック強誘電体、或いはＰＶＤＦ等の高分子強誘電
体等が挙げられる。強誘電体の厚みは５０ｎｍ〜２００
０μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜２００μｍがよい。５
０ｎｍ未満では強誘電体に形成している電子放出面電極
と動作電界印加用電極が短絡してしまう問題が生じる。
また、２０００μｍを越えると動作電界が非常に大きな
値になり実用上問題が生じる。
【０００８】本発明における電子放出面電極の厚みは５
０００Å以下、好ましくは１０００Å以下、更に好まし
くは４００Å以下がよい。但し、使用する電極材質によ
りその適正値は変動する。例えば電極材質としてＰｔを
使用した場合、５０〜１０００Åの範囲が好ましく、更
に好ましくは２００〜４００Åである。５０００Åを越
える厚みではその厚さのため電子の放出が妨げられてし
まう。
０００Å以下、好ましくは１０００Å以下、更に好まし
くは４００Å以下がよい。但し、使用する電極材質によ
りその適正値は変動する。例えば電極材質としてＰｔを
使用した場合、５０〜１０００Åの範囲が好ましく、更
に好ましくは２００〜４００Åである。５０００Åを越
える厚みではその厚さのため電子の放出が妨げられてし
まう。
【０００９】本発明における電子放出面電極の面積は、
強誘電体全面を覆った時に最大となり、このとき電子放
出量も最大となるが、電子放出量を制御するため、必要
に応じて強誘電体を覆う面積を制御してもよい。
強誘電体全面を覆った時に最大となり、このとき電子放
出量も最大となるが、電子放出量を制御するため、必要
に応じて強誘電体を覆う面積を制御してもよい。
【００１０】本発明における電子放出面電極の材質とし
ては、一般に電極材として用いられるものであればいず
れのものでもよく、Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｗ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｃｓ等の金属、或いは前記金属の合金等が挙
げられる。しかし電子の放出面であるためＣｓのような
仕事関数の低い材質の方が好ましい。また、電極の設置
方法は一般に用いられる方法のいずれでもよく、スパッ
タリング法、蒸着法等が挙げられる。
ては、一般に電極材として用いられるものであればいず
れのものでもよく、Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｗ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ｃｓ等の金属、或いは前記金属の合金等が挙
げられる。しかし電子の放出面であるためＣｓのような
仕事関数の低い材質の方が好ましい。また、電極の設置
方法は一般に用いられる方法のいずれでもよく、スパッ
タリング法、蒸着法等が挙げられる。
【００１１】本発明における電子放出面電極は接地され
るが、その接地方法としては電子放出面電極から直接接
地してもよいし、電子放出面電極上へ本明細書
るが、その接地方法としては電子放出面電極から直接接
地してもよいし、電子放出面電極上へ本明細書
【００１２】において後述する通りパッド電極を形成
し、その電極を介して接地してもよい。
し、その電極を介して接地してもよい。
【００１３】本発明におけるパッド電極の形状は、電子
の放出に影響が生じない限り、線状、島状、螺旋状、格
子状、ストライプ状等どのような形状を用いてもよい。
電極の材質としては、一般に電極材として用いられるも
のであればいずれのものでもよく、Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｕ，
Ａｌ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｓ等の金属、或いは前記金属
の合金等が挙げられる。また、設置方法は一般に用いら
れる方法のいずれでもよく、スパッタリング法、蒸着法
等が挙げられる。
の放出に影響が生じない限り、線状、島状、螺旋状、格
子状、ストライプ状等どのような形状を用いてもよい。
電極の材質としては、一般に電極材として用いられるも
のであればいずれのものでもよく、Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｕ，
Ａｌ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｓ等の金属、或いは前記金属
の合金等が挙げられる。また、設置方法は一般に用いら
れる方法のいずれでもよく、スパッタリング法、蒸着法
等が挙げられる。
【００１４】本発明で印加する動作電界は、正或いは負
のいずれでもよく、また、いずれの場合もその絶対値に
おいて０〜１００ｋＶ／ｃｍ、好ましくは２０〜４０ｋ
Ｖ／ｃｍがよい。１００ｋＶ／ｃｍを越える電界ではそ
の高電界のため、電極または強誘電体が破壊されてしま
うという問題が生じる。
のいずれでもよく、また、いずれの場合もその絶対値に
おいて０〜１００ｋＶ／ｃｍ、好ましくは２０〜４０ｋ
Ｖ／ｃｍがよい。１００ｋＶ／ｃｍを越える電界ではそ
の高電界のため、電極または強誘電体が破壊されてしま
うという問題が生じる。
【００１５】本発明における動作電界のパルス時間は、
正或いは負どちらとも０．０１μ秒〜１０００μ秒、好
ましくは５μ秒〜２００μ秒がよい。０．０１μ秒未満
ではパルス時間が短かいため、充分な電子放出量が得ら
れない。また、１０００μ秒を越えて電界を印加して
も、１０００μ秒以下で放出する電子放出量以上は得ら
れない。
正或いは負どちらとも０．０１μ秒〜１０００μ秒、好
ましくは５μ秒〜２００μ秒がよい。０．０１μ秒未満
ではパルス時間が短かいため、充分な電子放出量が得ら
れない。また、１０００μ秒を越えて電界を印加して
も、１０００μ秒以下で放出する電子放出量以上は得ら
れない。
【００１６】本発明における動作電界印加用電極の材質
はＰｔ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｓ等の
金属、或いは前記金属の合金等が挙げられる。電極の設
置方法は一般に用いられる方法のいずれでもよく、スパ
ッタリング法、蒸着法等が挙げられる。
はＰｔ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｗ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｓ等の
金属、或いは前記金属の合金等が挙げられる。電極の設
置方法は一般に用いられる方法のいずれでもよく、スパ
ッタリング法、蒸着法等が挙げられる。
【００１７】
【作用】本発明の第一の作用は、強誘電体に電子放出面
電極として厚み５０００Å以下の電極を形成することに
より、従来強誘電体の一部しか利用されていなかった放
出面積を拡大すると共に、放出用電子の放出面全体への
供給を容易にすることができ、大量且つ安定した電子の
放出を行う点にある。
電極として厚み５０００Å以下の電極を形成することに
より、従来強誘電体の一部しか利用されていなかった放
出面積を拡大すると共に、放出用電子の放出面全体への
供給を容易にすることができ、大量且つ安定した電子の
放出を行う点にある。
【００１８】本発明の第二の作用は、動作電界に正或い
は負のどちらか一方の電界を印加することにより、強誘
電体内部に生じる分極反転による疲労や劣化を低減さ
せ、大量且つ安定した電子の放出が長期にわたり行うこ
とができる点にある。
は負のどちらか一方の電界を印加することにより、強誘
電体内部に生じる分極反転による疲労や劣化を低減さ
せ、大量且つ安定した電子の放出が長期にわたり行うこ
とができる点にある。
【００１９】
実施例１ 図３に本発明における強誘電体電子放出冷陰極の構成図
を示す。１は電子放出面電極であり、スパッタリング法
や蒸着法等により強誘電体全面に形成されており、接地
されている。接地の際はパッド電極を使用しても、使用
しなくてもどちらでもよいが、ここではパッド電極を使
用している。２はパッド電極であり、電子放出面電極上
にスパッタリング法や蒸着法等により形成されている。
３は強誘電体である。４は動作電界印加用電極であり、
強誘電体全面にスパッタリング法や蒸着法等により形成
されている。
を示す。１は電子放出面電極であり、スパッタリング法
や蒸着法等により強誘電体全面に形成されており、接地
されている。接地の際はパッド電極を使用しても、使用
しなくてもどちらでもよいが、ここではパッド電極を使
用している。２はパッド電極であり、電子放出面電極上
にスパッタリング法や蒸着法等により形成されている。
３は強誘電体である。４は動作電界印加用電極であり、
強誘電体全面にスパッタリング法や蒸着法等により形成
されている。
【００２０】本実施例では強誘電体として厚さ６０μｍ
のＰＺＴセラミックスを用い、全ての電極にはＰｔを使
用した。動作電界印加用電極の厚みは２０００Åであ
り、パッド電極は正方形状に１５００Åの厚さで設置し
た。動作電界はパルスジェネレ−タ−により印加した。
表１に電子放出測定の結果を示す。尚、放出電荷量は、
放出電子が測定用電極に接続された負荷抵抗を通る際の
電位差から求めた放出電流値の時間積分により算出し
た。また、放出の安定性は動作電界に追随した放出が認
められたときを安定、やや不連続に放出が認められたと
きをやや不安定、放出が不連続のときを不安定とした。
のＰＺＴセラミックスを用い、全ての電極にはＰｔを使
用した。動作電界印加用電極の厚みは２０００Åであ
り、パッド電極は正方形状に１５００Åの厚さで設置し
た。動作電界はパルスジェネレ−タ−により印加した。
表１に電子放出測定の結果を示す。尚、放出電荷量は、
放出電子が測定用電極に接続された負荷抵抗を通る際の
電位差から求めた放出電流値の時間積分により算出し
た。また、放出の安定性は動作電界に追随した放出が認
められたときを安定、やや不連続に放出が認められたと
きをやや不安定、放出が不連続のときを不安定とした。
【表１】 本実施例のように強誘電体表面に厚み５０〜１０００Å
の電子放出面電極（本実施例ではＰｔ）を形成すること
により、大量且つ安定した電子の放出が可能な強誘電体
電子放出冷陰極を得ることができた。
の電子放出面電極（本実施例ではＰｔ）を形成すること
により、大量且つ安定した電子の放出が可能な強誘電体
電子放出冷陰極を得ることができた。
【００２１】実施例２ 図４に本発明の第二の発明における強誘電体電子放出冷
陰極の構成図を示す。１は電子放出面電極、２は強誘電
体、３は動作電界印加用電極、４は電界印加源である。
本実施例では負の電界のみを印加しているが勿論正の電
界のみでもよい。表２に電子放出測定の結果を示す。
尚、素子状態は電子放出後の素子表面の電子顕微鏡観察
により判断した。
陰極の構成図を示す。１は電子放出面電極、２は強誘電
体、３は動作電界印加用電極、４は電界印加源である。
本実施例では負の電界のみを印加しているが勿論正の電
界のみでもよい。表２に電子放出測定の結果を示す。
尚、素子状態は電子放出後の素子表面の電子顕微鏡観察
により判断した。
【表２】 電子放出面電極を形成した強誘電体電子放出冷陰極にお
いては、本実施例のように正或いは負のどちらか一方の
電界の印加でも、大量且つ安定した電子の放出が長期に
わたり可能な強誘電体電子放出冷陰極を得ることができ
た。
いては、本実施例のように正或いは負のどちらか一方の
電界の印加でも、大量且つ安定した電子の放出が長期に
わたり可能な強誘電体電子放出冷陰極を得ることができ
た。
【００２２】
【発明の効果】本発明では、強誘電体に電子放出面電極
を形成することにより、大量且つ安定した電子の放出が
可能な強誘電体電子放出冷陰極を得ることができる。
を形成することにより、大量且つ安定した電子の放出が
可能な強誘電体電子放出冷陰極を得ることができる。
【００２３】また本発明では、正或いは負のどちらか一
方の電界を印加することにより、強誘電体内に生じる疲
労や劣化を低減し、大量且つ安定した電子の放出が長期
にわたり可能な強誘電体電子放出冷陰極を得ることがで
きる。
方の電界を印加することにより、強誘電体内に生じる疲
労や劣化を低減し、大量且つ安定した電子の放出が長期
にわたり可能な強誘電体電子放出冷陰極を得ることがで
きる。
【図１】従来の強誘電体電子放出冷陰極の構成図（Jour
nal of Applied Physics p97569(2) (1991)) 。
nal of Applied Physics p97569(2) (1991)) 。
【図２】従来の強誘電体電子放出冷陰極の構成図（特開
平5-325777）。
平5-325777）。
【図３】本発明の実施例１における強誘電体電子放出冷
陰極の構成図。
陰極の構成図。
【図４】本発明の実施例２における強誘電体電子放出冷
陰極の構成図。
陰極の構成図。
１ 電子放出面電極 ２ パッド電極 ３ 強誘電体 ４ 動作電界印加用電極 １’ 電子放出面電極 ２’ 強誘電体 ３’ 動作電界印加用電極 ４’ 動作電界源
Claims (2)
- 【請求項１】 強誘電体と、その強誘電体の電子放出面
に形成された電極と、その強誘電体の電子放出面の反対
の面に形成された動作電界印加用電極とからなる強誘電
体電子放出冷陰極において、前記電子放出面電極とし
て、厚み５０００Å以下の電極を形成することを特徴と
する強誘電体電子放出冷陰極。 - 【請求項２】 請求項１からなる強誘電体電子放出冷陰
極において、動作電界として正或いは負のどちらか一方
の電界を印加することを特徴とする強誘電体電子放出冷
陰極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9442095A JPH08264104A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 強誘電体電子放出冷陰極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9442095A JPH08264104A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 強誘電体電子放出冷陰極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08264104A true JPH08264104A (ja) | 1996-10-11 |
Family
ID=14109754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9442095A Pending JPH08264104A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 強誘電体電子放出冷陰極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08264104A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19651552A1 (de) * | 1996-12-11 | 1998-06-18 | Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh | Kaltkathode für Entladungslampen, Entladungslampe mit dieser Kaltkathode und Betriebsweise für diese Entladungslampe |
| JP2006120611A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-05-11 | Ngk Insulators Ltd | 電子放出素子 |
| JP2006216386A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Sonac Kk | 電子放出装置およびその駆動方法 |
| US7474060B2 (en) | 2003-08-22 | 2009-01-06 | Ngk Insulators, Ltd. | Light source |
-
1995
- 1995-03-27 JP JP9442095A patent/JPH08264104A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19651552A1 (de) * | 1996-12-11 | 1998-06-18 | Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh | Kaltkathode für Entladungslampen, Entladungslampe mit dieser Kaltkathode und Betriebsweise für diese Entladungslampe |
| US6157145A (en) * | 1996-12-11 | 2000-12-05 | Patent-Treuhand-Gesellschaft Fuer Elektrische Gluenlampen Mbh | Method of operating a discharge lamp with a cold cathode structure having ferroelectric between |
| US7474060B2 (en) | 2003-08-22 | 2009-01-06 | Ngk Insulators, Ltd. | Light source |
| JP2006120611A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-05-11 | Ngk Insulators Ltd | 電子放出素子 |
| JP2006216386A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Sonac Kk | 電子放出装置およびその駆動方法 |
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