專利名稱：電子發(fā)射元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有在發(fā)射極部形成的第一電極以及第二電極的電子發(fā)射元件。
背景技術(shù)：
目前，電子發(fā)射元件具有陰極電極以及陽極電極，正應(yīng)用于場致發(fā)射顯示器(Field Emission Display(FED))或背光燈(backlight)那樣的各種各樣的應(yīng)用中。在用于FED時，二維地排列多個電子發(fā)射元件，并且留有規(guī)定間隔地分別配置與這些電子發(fā)射元件相對的多個熒光體。
作為該電子發(fā)射元件現(xiàn)有的例子，例如有專利文獻1～5，但他們存在以下的問題因為全都沒有在發(fā)射極部使用電介質(zhì)，所以在相對的電極間需要成形加工或微加工，為了電子發(fā)射必須施加高電壓，而且面板制作工藝復(fù)雜制造成本高。
因此，考慮由電介質(zhì)來構(gòu)成發(fā)射極部，關(guān)于來自電介質(zhì)的電子發(fā)射，在以下的非專利文獻1～3中進行了敘述。
專利文獻1特開平1-311533號公報專利文獻2特開平7-147131號公報專利文獻3特開2000-285801號公報專利文獻4特公昭46-20944號公報專利文獻5特公昭44-26125號公報非專利文獻1安岡、石井著《強誘電體陰極を用いたパルス電子源》應(yīng)用物理第68卷第5號、p546～550(1999)非專利文獻2V.F.Puchkarev，G.A.Mesyats，On the mechanism of emission fromthe ferroelectric ceramic cathode，J.Appl.Phys.，vol.78，No.9，1 November，1995，p.5633-5637非專利文獻3H.Riege，Electron emission ferroelectric-areview，Nucl.Instr.and Meth.A340，p.80-89(1994)但是，如圖53所示，在現(xiàn)有的電子發(fā)射元件200中，在發(fā)射極部202形成上部電極204以及下部電極206時，特別地，在射極部202的上部緊密結(jié)合地形成上部電極204。電場集中點雖然是上部電極204/發(fā)射極部202/真空的3重點，但此時，上部電極204的邊緣部分與此相當(dāng)。
但是，由于上部電極204的邊緣部分緊密結(jié)合在發(fā)射極部202上，所以存在電場集中程度小，發(fā)射電子所需的能量小的問題。此外，由于電子發(fā)射部位限于上部電極204的邊緣部分，所以存在整體的電子發(fā)射特性產(chǎn)生波動，電子發(fā)射控制困難，并且電子發(fā)射效率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮這樣的課題而發(fā)明的，其目的在于提供一種電子發(fā)射元件，其可以容易地產(chǎn)生高的電場集中，而且可以實現(xiàn)增多電子發(fā)射部位，對于電子發(fā)射可以實現(xiàn)高輸出、高效率，并可以由低電壓進行驅(qū)動。
此外，本發(fā)明的另一目的在于提供一種電子發(fā)射元件，其可以容易地應(yīng)用于具有對應(yīng)多個象素而排列的多個電子發(fā)射元件的、通過來自各電子發(fā)射元件的電子發(fā)射來進行圖像顯示的顯示器。
本發(fā)明的電子發(fā)射元件的特征為具有由電介質(zhì)形成的發(fā)射極部和施加用于進行電子發(fā)射的驅(qū)動電壓的第一電極以及第二電極，所述第一電極在所述發(fā)射極部的第一表面上形成，所述第二電極在所述發(fā)射極部的第二表面上形成，至少所述第一電極具有露出所述發(fā)射極部的多個貫通部，在第一階段從所述第一電極向所述發(fā)射極部進行電子發(fā)射，所述發(fā)射極部帶電，在第二階段從所述發(fā)射極部進行電子發(fā)射。在所述第一電極中，所述貫通部周部的與所述發(fā)射極部相對的表面可以和所述發(fā)射極部分離開。
首先，在第一電極和第二電極之間施加驅(qū)動電壓。該驅(qū)動電壓例如被定義為像脈沖電壓或交流電壓那樣，隨著時間的經(jīng)過，從比基準(zhǔn)電壓(例如0V)高或低的電壓電平急劇地變化為比基準(zhǔn)電壓低或高的電壓電平的電壓。
此外，在發(fā)射極部的第一表面、第一電極以及該電子發(fā)射元件周圍的介質(zhì)(例如真空)的接觸部位形成有三元接合點。這里，所謂的三元接合點被定義為由第一電極、發(fā)射極部以及真空的接觸形成的電場集中部。此外，在所述三元接合點中還包含第一電極、發(fā)射極部以及真空作為1個點存在的3重點。在本發(fā)明中，三元接合點在多個貫通部的周部或第一電極的邊緣部形成。因此，當(dāng)在第一電極和第二電極之間施加上述的驅(qū)動電壓時，在上述三元接合點發(fā)生電場集中。
而且，在第一階段，在第一電極和第二電極之間施加比基準(zhǔn)電壓高或低的電壓，例如在上述三元接合點產(chǎn)生向一個方向的電場集中，從第一電極向發(fā)射極部進行電子發(fā)射，例如在發(fā)射極部中，在與第一電極的貫通部對應(yīng)的部分或第一電極邊緣部附近的部分積蓄電子。即，發(fā)射極部帶電。此時，第一電極作為電子供給源發(fā)生作用。
然后在第二階段，驅(qū)動電壓的電壓電平急劇減小，當(dāng)在第一電極和第二電極之間施加比基準(zhǔn)電壓低或高的電壓時，這次，在與第一電極的貫通部對應(yīng)的部分或在第一電極邊緣部分的附近所帶的電子通過向相反方向極化反轉(zhuǎn)后的發(fā)射極部的偶極子(在發(fā)射極部表面表現(xiàn)負(fù)極性)，從發(fā)射極部被放出，從發(fā)射極部中積蓄了所述電子的部分經(jīng)由貫通部進行電子發(fā)射。當(dāng)然，也從第一電極外周部的附近進行電子發(fā)射。此時，與所述第一階段中所述發(fā)射極部的帶電量相對應(yīng)的電子在所述第二階段中從所述發(fā)射極部發(fā)射出。此外，在所述第二階段中進行電子發(fā)射之前，一直維持所述第一階段的所述發(fā)射極部的帶電量。
而且，在該電子發(fā)射元件中，首先由于在第一電極中形成了多個貫通部，所以從各個貫通部以及第一電極外周部的附近均等地進行電子發(fā)射，整體電子發(fā)射特性的波動降低，電子發(fā)射控制變得容易，同時電子發(fā)射效率提高。
此外，本發(fā)明是在所述第一電極中，在所述貫通部周部的與所述發(fā)射極部相對的表面和所述發(fā)射極部之間形成了間隙的形狀，所以在施加了驅(qū)動電壓時，容易在該間隙部發(fā)生電場集中。這在伴隨電子發(fā)射高效化的同時可以實現(xiàn)驅(qū)動電壓的低電壓化(低電壓電平的電子發(fā)射)。
如上所述，本發(fā)明是在所述第一電極中，在所述貫通部周部的與所述發(fā)射極部相對的表面和所述發(fā)射極部之間形成間隙，第一電極的貫通部的周部為屋檐狀(凸緣狀)，因此也和間隙部的電場集中變大相互作用，容易從所述屋檐狀的部分進行電子發(fā)射。這在伴隨電子發(fā)射的高輸出、高效化的同時可以實現(xiàn)驅(qū)動電壓的低電壓化。此外，第一電極的貫通部的周部作為門電極(控制電極、電子聚焦透鏡)發(fā)揮作用，所以可以提高電子發(fā)射的直線傳播性。例如，在排列多個電子發(fā)射元件，例如作為顯示器的電子源構(gòu)成電子發(fā)射元件的情況下，利于降低交調(diào)失真。
由此，在本發(fā)明中，可以容易地產(chǎn)生高的電場集中，而且可以將電子發(fā)射部位設(shè)為多個，對于電子發(fā)射可以實現(xiàn)高輸出、高效率，還可以進行低電壓驅(qū)動(降低消耗的功率)。
此外，在本發(fā)明中可以具有以下的特性把第一階段中，通過在所述第一電極和所述第二電極之間施加向一方向的電壓，所述發(fā)射極部從向一方向發(fā)生了極化的狀態(tài)變化為極化發(fā)生了反轉(zhuǎn)的狀態(tài)的電壓設(shè)為第一抗電壓v1，把第二階段中，通過在所述第一電極和所述第二電極之間施加向另一方向的電壓，所述發(fā)射極部的極化方向再次變化為所述一方向的電壓設(shè)為第二抗電壓v2，此時V1＜0或者v2＜0，|v1|＜|v2|。
由此，可以容易地適用于具有與多個象素對應(yīng)排列的多個電子發(fā)射元件，通過來自各電子發(fā)射元件的電子發(fā)射進行圖像顯示的顯示器。
例如，在將1個圖像的顯示期間設(shè)為1幀時，在該1幀內(nèi)的某個期間(第一階段)，掃描全部的所述電子發(fā)射元件，對與發(fā)光對象的象素相對應(yīng)的多個電子發(fā)射元件施加積蓄電壓，該積蓄電壓是與各自對應(yīng)的象素的亮度相應(yīng)的積蓄電壓，由此使與所述發(fā)光對象的象素相對應(yīng)的所述多個電子發(fā)射元件積蓄電荷，該電荷的量是與各自對應(yīng)的象素的亮度相應(yīng)的量，在下面的期間(第二階段)，對全部的電子發(fā)射元件施加一定的電子發(fā)射電壓，從與所述發(fā)光對象的象素相對應(yīng)的所述多個電子發(fā)射元件發(fā)射電子，該電子的量是與各自對應(yīng)的象素的亮度相應(yīng)的量，使所述發(fā)光對象的象素發(fā)光。
但是，通常，例如將電子發(fā)射元件排列成矩陣狀，與水平掃描期間同步地以1行為單位選擇電子發(fā)射元件，在對處于選擇狀態(tài)的電子發(fā)射元件分別提供與象素的亮度相應(yīng)的象素信號時，也對處于非選擇狀態(tài)的象素提供所述象素信號。
這存在以下的問題非選擇狀態(tài)的電子發(fā)射元件受到所述象素信號的影響，例如當(dāng)進行了電子發(fā)射時，引起顯示圖像的畫質(zhì)惡化、對比度下降。
但是，在本發(fā)明中，由于在所述第二階段進行電子發(fā)射之前一直維持所述第一階段的所述發(fā)射極部的帶電量，所以非選擇狀態(tài)的象素不會受到向選擇狀態(tài)的象素的信號的影響，可以實現(xiàn)在各個象素的存儲器效果，可以實現(xiàn)高亮度、高對比度。
此外，在本發(fā)明中，所述發(fā)射極部的至少所述第一表面形成電介質(zhì)晶界的凸凹，所述第一電極可以在與所述電介質(zhì)的晶界的凹部對應(yīng)的部分形成所述貫通部。此外，所述第一電極可以是包含鱗片狀物質(zhì)的導(dǎo)電性物質(zhì)，或是多個鱗片狀物質(zhì)的集合體。
由此，在所述第一電極中，可以容易地實現(xiàn)所述貫通部的周部的與所述發(fā)射極部相對的表面與所述發(fā)射極部分離開的結(jié)構(gòu)，即，在所述貫通部的周部的與所述發(fā)射極部相對的表面和所述發(fā)射極部之間形成了間隙的結(jié)構(gòu)。
如上述說明的那樣，通過本發(fā)明的電子發(fā)射元件，可以容易地產(chǎn)生高的電場集中，而且可以將電子發(fā)射部位設(shè)為多個，對于電子發(fā)射可以實現(xiàn)高輸出、高效率，并可以進行低電壓驅(qū)動(降低消耗功率)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射元件，可以容易地應(yīng)用于具有對應(yīng)多個象素而排列的多個電子發(fā)射元件的，通過來自各電子發(fā)射元件的電子發(fā)射進行圖像顯示的顯示器。


圖1是部分省略地表示第一實施方式的電子發(fā)射元件的剖面圖。
圖2是對第一實施方式的電子發(fā)射元件的主要部分進行放大顯示的剖面圖。
圖3是表示在上部電極所形成的貫通部的形狀的一個例子的平面圖。
圖4A是表示上部電極另一例子的剖面圖，圖4B是對主要部分進行放大顯示的剖面圖。
圖5A是表示上部電極另外的例子的剖面圖，圖5B是對主要部分進行放大顯示的剖面圖。
圖6表示第一實施方式的電子發(fā)射元件的電子發(fā)射方式下的驅(qū)動電壓的電壓波形。
圖7是表示第一實施方式的電子發(fā)射元件的電子發(fā)射方式的第二輸出期間(第二階段)下的電子發(fā)射形態(tài)的說明圖。
圖8表示上部電極屋檐狀部的剖面形狀的一例。
圖9表示上部電極屋檐狀部的剖面形狀的另一個例子。
圖10表示上部電極屋檐狀部的剖面形狀的另外一個例子。
圖11是表示在上部電極和下部電極之間相連接的各種電容器的連接狀態(tài)的等價電路圖。
圖12用于說明在上部電極和下部電極之間相連接的各種電容器的容量的計算。
圖13是部分省略地表示第一實施方式的電子發(fā)射元件的第一變形例的平面圖。
圖14是部分省略地表示第一實施方式的電子發(fā)射元件的第二變形例的平面圖。
圖15是部分省略地表示第一實施方式的電子發(fā)射元件的第三變形例的平面圖。
圖16是表示第一實施方式的電子發(fā)射元件的電壓-電荷量特性(電壓一極化量特性)的示意圖。
圖17A是表示圖16的點p1的狀態(tài)的說明圖，圖17B是表示圖16的點p2的狀態(tài)的說明圖，圖17C是表示從圖16的點p2至點p3的狀態(tài)的說明圖。
圖18A是表示從圖16的點p3至點p4的狀態(tài)的說明圖，圖18B是表示到達(dá)圖16的點p4之前的狀態(tài)的說明圖，圖18C是表示從圖16的點p4至點p6的狀態(tài)的說明圖。
圖19是表示使用第一實施方式的電子發(fā)射元件構(gòu)成的顯示器的顯示部和驅(qū)動電路的方框圖。
圖20A～圖20C是表示振幅調(diào)制電路的脈沖信號的振幅調(diào)制的波形圖。
圖21是表示變形列的信號提供電路的方框圖。
圖22A～圖22C是表示脈沖寬度調(diào)制電路的脈沖信號的脈沖寬度調(diào)制的波形圖。
圖23A表示施加了圖20A或圖22A中的電壓Vsl時的磁滯(ヒステリシス)曲線，圖23B表示施加了圖20B或圖22B中的電壓Vsm時的磁滯曲線，圖23C表示施加了圖20C或圖22C中的電壓Vsh時的磁滯曲線。
圖24是表示向上部電極上部的集電極、熒光體以及透明板的一個配置例的結(jié)構(gòu)圖。
圖25是表示向上部電極上部的集電極、熒光體以及透明板的另一配置例的結(jié)構(gòu)圖。
圖26A表示在第一試驗例(觀察電子發(fā)射元件的電子發(fā)射狀態(tài)的試驗)中使用的寫入脈沖和點燈脈沖的波形，圖26B是在第一試驗例中，由受光元件的檢測電壓波形表示來自電子發(fā)射元件的電子發(fā)射狀態(tài)的圖。
圖27表示在第二～第四試驗例中使用的寫入脈沖和點燈脈沖的波形。
圖28是表示第二試驗例(觀察電子發(fā)射元件的電子發(fā)射量根據(jù)寫入脈沖的振幅如何進行變化的試驗)的結(jié)果的特性圖。
圖29是表示第三試驗例(觀察電子發(fā)射元件的電子發(fā)射量根據(jù)點燈脈沖的振幅如何進行變化的試驗)的結(jié)果的特性圖。
圖30是表示第四試驗例(觀察電子發(fā)射元件的電子發(fā)射量根據(jù)集電極電壓的電平如何進行變化的試驗)的結(jié)果的特性圖。
圖31是表示顯示器的驅(qū)動方法的一個例子的時序圖。
圖32是表示圖31所示的驅(qū)動方法的施加電壓關(guān)系的圖表。
圖33是部分省略地表示第二實施方式的電子發(fā)射元件的剖面圖。
圖34是部分省略地表示第二實施方式的電子發(fā)射元件的第一變形例的剖面圖。
圖35是部分省略地表示第二實施方式的電子發(fā)射元件的第二變形例的剖面圖。
圖36是部分省略地表示第二實施方式的電子發(fā)射元件的第三變形例的剖面圖。
圖37是部分省略地表示第三實施方式的電子發(fā)射元件的剖面圖。
圖38是部分省略地表示第三實施方式的電子發(fā)射元件的第一變形例的剖面圖。
圖39是表示實施方式的電子發(fā)射元件的電子發(fā)射部的剖面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖40表示用于說明實施方式的電子發(fā)射元件的電子發(fā)射機理的電壓-電荷量特性(電壓-極化量特性)。
圖41A是表示圖40的(0)狀態(tài)的說明圖，圖41B是表示圖40的(1-1)狀態(tài)的說明圖，圖41C是表示圖40的(1-2)狀態(tài)的說明圖。
圖42A是表示圖40的(2)狀態(tài)的說明圖，圖42B是表示圖40的(3-1)狀態(tài)的說明圖，圖42C是表示圖40的(3-2)狀態(tài)的說明圖。
圖43是實施方式的顯示器的驅(qū)動方法，是表示選擇了第七行的狀態(tài)的示意圖。
圖44是表示實施方式的顯示器的驅(qū)動方法的時序圖。
圖45表示在實施方式的顯示器中使全部象素同時發(fā)光的狀態(tài)。
圖46是表示實施方式的電子發(fā)射元件70的壽命特性(發(fā)光耐久性)的特性圖。
圖47是表示實施方式的顯示器的顯示部的外觀的照片。
圖48是表示電子發(fā)射元件的放大照片。
圖49是電子發(fā)射元件的上部電極以及發(fā)射極部的電子顯微鏡的照片。
圖50是在實施方式的顯示器的面板上放映出動畫圖像，并拍攝了某一瞬間的一個靜止圖像的照片。
圖51是表示對于數(shù)據(jù)調(diào)整時的驅(qū)動電壓的發(fā)光亮度關(guān)系的特性圖。
圖52是使用實施方式的顯示器1/10的區(qū)域，使一般的CRT中所使用的P-22綠色熒光體激勵發(fā)光的形態(tài)的照片。
圖53是部分省略地表示現(xiàn)有例的電子發(fā)射元件的剖面圖。
具體實施例方式
下面，參照圖1～圖52對本發(fā)明的電子發(fā)射元件的實施方式進行說明。
首先，本實施方式的電子發(fā)射元件除了作為顯示器的用途之外，還可以用于電子束照射裝置、光源、代替LED、電子部件制造裝置、電路部件。
電子束照射裝置的電子束與目前普及的紫外線照射裝置的紫外線相比，在高能方面吸收性優(yōu)異。作為應(yīng)用的例子，在半導(dǎo)體裝置中，具有固化重疊晶片時的絕緣膜的作用；在印刷干燥中，沒有斑點地硬化印刷墨水的作用；在原樣地將醫(yī)療器械放入包裝的狀態(tài)下進行殺菌的作用。
作為光源的用途，適于高亮度、高效率，例如具有使用超高壓水銀燈等裝置的投影器的光源的用途等。在將本實施方式的電子發(fā)射裝置用于光源的情況下，具有小型化、長壽命、高速點燈、降低由于水銀的釋放造成的環(huán)境負(fù)擔(dān)的特征。
作為代替LED的用途，具有屋內(nèi)照明、汽車車燈、信號機等面光源用途，芯片光源、信號機、面向移動電話的小型液晶顯示器的背光燈等。
作為電子部件制造裝置的用途，具有電子束蒸鍍裝置燈成膜裝置的電子束源、等離子體CVD裝置的等離子體生成用(用于氣體等的活性化)電子源、用于氣體分解的電子源等。此外，還具有稱為萬億(テラ)Hz驅(qū)動的高速開關(guān)元件、大電流輸出元件的真空微型裝置的用途。此外，如果應(yīng)用本發(fā)明的電子發(fā)射元件的第二階段的電子發(fā)射機理的話，還可以作為能夠由1個元件存儲模擬數(shù)據(jù)的模擬數(shù)據(jù)存儲元件使用。此外，還優(yōu)選作為打印機的部件、即通過與熒光體的組合使感光鼓感光的發(fā)光裝置、用于使電介質(zhì)帶電的電子源使用。
作為電路部件，因為可以大電流輸出化、高放大率化，所以具有面向開關(guān)、繼電器、二極管等數(shù)字元件、運算放大器等模擬元件的用途。
首先，如圖1所示，第一實施方式的電子發(fā)射元件10A具有由電介質(zhì)構(gòu)成的板狀發(fā)射極部12、在該發(fā)射極部12的第一表面上(例如上表面)形成的第一電極(例如上部電極)14、在發(fā)射極部12的第二表面上(例如下表面)形成的第二電極(例如下部電極)16、在上部電極14和下部電極16之間施加驅(qū)動電壓Va的脈沖發(fā)生源18。
上部電極14具有露出發(fā)射極部12的多個貫通部20。特別是發(fā)射極部12的表面形成了電介質(zhì)的晶界(grain boundary)的凸凹22，上部電極14的貫通部20在與所述電介質(zhì)的晶界的凸凹部24相對應(yīng)的部分上形成。在圖1的例子中，表示了與一個凹部24相對應(yīng)地形成一個貫通部20的情況，但也存在與多個凹部24相對應(yīng)地形成一個貫通部20的情況。構(gòu)成發(fā)射極部12的電介質(zhì)的晶粒直徑優(yōu)選為0.1μm～10μm，更好的為2μm～7μm。在圖1的例子中設(shè)電介質(zhì)的晶粒直徑為3μm。
而且，在該第一實施方式中，如圖2所示，在上部電極14中，貫通部20周部26的與發(fā)射極部12相對的表面26a與發(fā)射極部12分離開。即，在上部電極14中，在貫通部20周部26的與發(fā)射極部12相對的表面26a和發(fā)射極部12之間形成間隙28，上部電極14的貫通部20的周部26形成屋檐狀(凸緣狀)。因此，在以下的說明中，將“上部電極14的貫通部20的周部26”記作“上部電極14的屋檐狀部26”。此外，在圖1、圖2、圖4A、圖4B、圖5A、圖5B、圖8～圖10、圖15的例子中，以半圓狀代表地表示電介質(zhì)的晶界的凸凹22的凸部30的剖面，但并不限于該形狀。
此外，在該第一實施方式中，將上部電極14的厚度設(shè)為0.01μm≤t≤10μm，將發(fā)射極部12的上表面，即電介質(zhì)的晶界的凸部30的表面(也是凹部24的內(nèi)壁面)和上部電極14的屋檐狀部26的下表面26a所成的角的最大角度θ設(shè)為1°≤θ≤60°。此外，設(shè)發(fā)射極部12的電介質(zhì)的晶界的凸部30的表面(凹部24的內(nèi)壁面)和上部電極14的屋檐狀部26的下表面26a之間的沿垂直方向的最大間隔d設(shè)為0μm≤d≤10μm。
而且，在該第一實施方式中，如圖3所示，特別是貫通部20的形狀為從上面看的形狀為孔32的形狀，例如像圓形、橢圓形、長圓形那樣為包含曲線部分的形狀，或像四邊形或三角形那樣為多邊形的形狀。在圖3的例子中，作為孔32的形狀表示了圓形的情況。
此時，孔32的平均直徑設(shè)為大于等于0.1μm小于等于10μm。該平均直徑表示通過孔32中心的，各自不同的多個線段的長度的平均值這里，對各個構(gòu)成部件的材料等進行說明。構(gòu)成發(fā)射極部12的電介質(zhì)可以恰當(dāng)?shù)夭捎媒殡姵?shù)比較高，例如大于等于1000的電介質(zhì)。作為這樣的電介質(zhì)，可以列舉出除了鈦酸鋇之外還包含鋯酸鉛、鎂鈮酸鉛、鎳鈮酸鉛、鋅鈮酸鉛、錳鈮酸鉛、鎂鉭酸鉛、鎳鉭酸鉛、銻錫酸鉛、鈦酸鉛、鎂鎢酸鉛、鈷鈮酸鉛等，或者包含這些化合物的任意組合的陶瓷；主要成分為包含這些化合物的重量大于等于50％的陶瓷；對于上述的陶瓷，進一步添加了鑭、鈣、鍶、鉬、鎢、鋇、鈮、鋅、鎳、錳等的氧化物、或者這些氧化物的任意組合、或者適當(dāng)?shù)靥砑恿似渌衔锏奶沾傻取?br> 例如，在鎂鈮酸鉛(PMN)和鈦酸鉛(PT)的二元系nPMN-mPT(設(shè)n、m摩爾數(shù)比)中，當(dāng)增大PMN的摩爾數(shù)比時，可以降低居里點，提高室溫下的介電常數(shù)。
特別在n＝0.85～1.0、m＝1.0-n，優(yōu)選介電常數(shù)大于等于3000。例如，在n＝0.91、m＝0.09下得到室溫的介電常數(shù)15000，在n＝0.95、m＝0.05下得到室溫的介電常數(shù)20000。
然后，在鈮鎂酸鉛(PMN)、鈦酸鉛(PT)和鋯酸鉛(PZ)的三元系中，除了增大PMN的摩爾數(shù)比以外，通過形成正方晶格和類立方晶格或正方晶格和菱形晶格的準(zhǔn)同型相界(MPBmorphotropic phase boundary)附近的組成來增大介電常數(shù)也是較好的。例如，在PMN∶PT∶PZ＝0.375∶0.375∶0.25下，介電常數(shù)為5500，在PMN∶PT∶PZ＝0.5∶0.375∶0.125下，介電常數(shù)為4500，十分理想。而且，在可以確保絕緣性的范圍內(nèi)，優(yōu)選在這些電介質(zhì)中混入像鉑那樣的金屬，提高介電常數(shù)。此時，例如可以在電介質(zhì)中混入重量比為20％的鉑。
此外，如上所述，發(fā)射極部12可以使用壓電/電致伸縮層或反強電介質(zhì)層，但在作為發(fā)射極部12使用壓電/電致伸縮層(電歪層)的情況下，作為壓電/電致伸縮層，例如可以列舉出包含鋯酸鉛、鎂鈮酸鉛、鎳鈮酸鉛、鋅鈮酸鉛、錳鈮酸鉛、鎂鉭酸鉛、鎳鉭酸鉛、銻錫酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇、鎂鎢酸鉛、鈷鈮酸鉛等，或包含這些化合物的任意組合的陶瓷。
當(dāng)然可以是主要成分為包含這些化合物的重量大于等于50％的材料。此外，在所述陶瓷中，包含鋯酸鉛的陶瓷作為構(gòu)成發(fā)射極部12的壓電/電致伸縮層的構(gòu)成材料，其使用頻度最高。
此外，在由陶瓷構(gòu)成壓電/電致伸縮層的情況下，還可以使用在所述陶瓷中進一步添加了鑭、鈣、鍶、鉬、鎢、鋇、鈮、鋅、鎳、錳等的氧化物、或這些氧化物的任意組合、或者適當(dāng)?shù)靥砑恿似渌衔锏奶沾?。此外，還可以使用在所述陶瓷中添加了SiO2、CeO2、Pb5Ge3O11或者添加了這些化合物的任意組合的陶瓷。具體地說，優(yōu)選為在PT-PZ-PMN類壓電材料中添加了0.2％wt的SiO2，或者添加了0.1％wt的CeO2，或者添加了1～2％wt的Pb5Ge3O11的材料。
例如，優(yōu)選以鈮鎂酸鉛、鋯酸鉛以及鈦酸鉛構(gòu)成的成分為主要成分，而且使用含有鑭或鍶的陶瓷。
壓電/電致伸縮層既可以致密也可以多孔，在為多孔時，其氣孔率優(yōu)選為小于等于40％。
在作為發(fā)射極部12使用反強電介質(zhì)層的情況下，作為該反強電介質(zhì)層，希望為以鋯酸鉛為主要成分的陶瓷；以鋯酸鉛和錫酸鉛形成的成分為主要成分的陶瓷；進一步在鋯酸鉛中添加了氧化鑭的陶瓷；對于鋯酸鉛和錫酸鉛形成的成分添加了鋯酸鉛或鈮酸鉛的陶瓷。
此外，該反強電介質(zhì)層既可以致密也可以多孔，在為多孔時，希望其氣孔率為小于等于30％。
而且，在發(fā)射極部12中使用了鈦酸鋇鍶(SrBi2Ta2O9)時，優(yōu)選極化反轉(zhuǎn)疲勞小。這樣的極化反轉(zhuǎn)疲勞小的材料在反強電介質(zhì)層中使用(BiO2)2+(Am-1BmO3m+1)2-的一般公式表示。這里，金屬A的離子為Ca2+、Sr2+、Ba2+、Pb2+、Bi3+、La3+等，金屬B的離子為Ti4+、Ta5+、Nb5+等。而且，還可以在鈦酸鋇類、鋯酸鉛類、PZT類的壓電陶瓷中加入添加劑使其半導(dǎo)體化。此時，以使在發(fā)射極部12內(nèi)具有不均一的電場分布，能夠在與用于電子發(fā)射的上部電極14的界面附近進行電場集中。
此外，例如通過在壓電/電致伸縮/反強電介質(zhì)陶瓷中混入鉛硼硅酸玻璃等玻璃成分、或其他低熔點的化合物(例如氧化鉍等)，可以降低燒結(jié)溫度。
此外，在由壓電/電致伸縮/反強電介質(zhì)陶瓷構(gòu)成的情況下，其形狀可以是薄板狀的燒結(jié)體、薄板狀的積層體，或者可以將這些積層或粘接在其他的支撐用基板上。
此外，通過在發(fā)射極部12中使用非鉛類的材料，并且通過采用使發(fā)射極部12的熔點或沸點提高的材料，難以對電子或離子的撞擊造成損傷。
而且，作為形成發(fā)射極部12的方法，可以使用絲網(wǎng)印刷法、浸漬法、涂布法、電泳動法、氣膠成長法等各種厚膜形成法；離子束法、噴濺法、真空蒸鍍法、離子電鍍法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、電鍍等各種薄膜形成法。特別地，作為發(fā)射極部12形成壓電/電致伸縮材料的粉末，對此優(yōu)選采用浸滲低熔點的玻璃或溶膠粒子的方法。通過該方法，可以進行小于或等于700℃或600℃的低溫的膜形成。
上部電極14使用燒結(jié)后得到薄膜的有機金屬膏。例如優(yōu)選使用鉑金屬化合物膏(レジネ一トペ一スト)等材料。此外，抑制極化反轉(zhuǎn)疲勞的氧化物電極，例如優(yōu)選使用氧化釕(RuO2)、氧化銥(IrO2)、釕酸化鍶(SrRuO3)、La1-xSrxCoO3(例如x＝0.3或0.5)、La1-xCaxMnO3(例如x＝0.2)、La1-xCaxMn1-CoyO3(例如x＝0.2，y＝0.05)，或者使用例如將這些化合物混入鉑金屬化合物膏的材料。
此外，作為上部電極14，如圖4A以及圖4B所示，優(yōu)選使用具有多個鱗片形狀的物質(zhì)15(例如石墨)的集合體17，或者如圖15A或圖15B所示，還優(yōu)選使用包含具有鱗片形狀的物質(zhì)15的導(dǎo)電物質(zhì)19的集合體21。此時，并非由所述集合體17或集合體21完全地覆蓋發(fā)射極部12的表面，設(shè)置多個露出部分發(fā)射極部12的貫通部20，在發(fā)射極部12中，將臨近貫通部20的部分作為電子發(fā)射區(qū)域。
使用上述材料，通過絲網(wǎng)印刷法、噴射法、涂覆法、浸漬法、涂布法、電泳動法等各種厚膜形成法；或噴濺法、離子束法、真空蒸鍍法、離子電鍍法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、電鍍等各種薄膜形成法來進行上部電極14，可以適當(dāng)?shù)赝ㄟ^前者的厚膜形成法來形成。
另一方面，下部電極16使用具有導(dǎo)電性的物質(zhì)，例如使用金屬，由鉑、鉬、鎢等構(gòu)成。此外，由對于高溫氧化氣團具有耐氧化性的導(dǎo)體，例如由金屬單體、合金、絕緣性陶瓷和金屬單體的混合物、絕緣性陶瓷與合金的混合物等構(gòu)成，適當(dāng)?shù)赜摄K、銥、鈀、銠、鉬等高熔點的貴金屬，或由以銀-鈀、銀-鉑、鉑-鈀等合金為主要成分的材料，鉑和陶瓷材料的金屬陶瓷材料構(gòu)成。更好地是由僅以鉑或鉑類合金為主要成分的材料構(gòu)成。
此外，作為下部電極16，可以使用碳、石墨類的材料。此外，在電極材料中添加的陶瓷材料的比例5～30％的程度為恰當(dāng)。當(dāng)然也可以使用和上述的上部電極相同的材料。
恰當(dāng)?shù)赝ㄟ^上述厚膜形成法來形成下部電極16。下部電極16的厚度可以為小于等于20μm，更恰當(dāng)?shù)乜梢詾樾∮诘扔?μm。
每次分別形成發(fā)射極部12上部電極14以及下部電極16時進行熱處理(燒結(jié)處理)，由此可以構(gòu)成一體。
作為用于使發(fā)射極部12上部電極14以及下部電極16一體化的燒結(jié)處理的溫度，可以設(shè)為500～1400℃的范圍，或更恰當(dāng)?shù)卦O(shè)為1000～1400℃的范圍。并且，在對膜狀的發(fā)射極部12進行熱處理時，為了在高溫時發(fā)射極部12的組成不會變得不穩(wěn)定，優(yōu)選一邊與發(fā)射極部12的發(fā)熱源一起進行氣團控制一邊進行燒結(jié)處理。
通過燒結(jié)處理，特別地，在成為上部電極14的膜例如從10μm的厚度收縮到0.1μm的厚度的同時，形成了多個孔等，結(jié)果如圖1所示，在上部電極14形成多個貫通部20，貫通部20的周部26形成為屋檐狀。當(dāng)然也可以通過事先(燒結(jié)之前)對成為上部電極14的膜進行蝕刻(濕蝕刻、干蝕刻)或提離(lift off)來實施成型(patterning)，然后在進行燒結(jié)。如后面所述，此時，作為貫通部20可以容易地形成缺口形狀或縫隙形狀。
此外，可以采用由恰當(dāng)?shù)牟牧细采w發(fā)射極部12，該發(fā)射極部12的表面不直接露出燒結(jié)氣團地進行燒結(jié)的方法。
然后，對電子射出元件10A的電子射出原理進行說明。首先，在上部電極14和下部電極16之間施加驅(qū)動電壓Va。該驅(qū)動電壓例如被定義為像脈沖電壓或交流電壓那樣，隨著時間的經(jīng)過，從比基準(zhǔn)電壓(例如0V)高或低的電壓電平急劇地變化為比基準(zhǔn)電壓低或高的電壓電平的電壓。
此外，在發(fā)射極部12的上表面、上部電極14以及該電子發(fā)射元件10A周圍的介質(zhì)(例如真空)的接觸部位形成有三元接合點(triple junction)。這里，所謂的三元接合點被定義為由上部電極14、發(fā)射極部12以及真空的接觸形成的電場集中部。此外，在所述三元接合點中還包含上部電極14、發(fā)射極部12以及真空作為1個點存在的3重點。氣團中的真空度優(yōu)選為102～10-6Pa，更優(yōu)選地為10-3～10-5Pa。
在第一實施方式中，三元接合點在上部電極14的屋檐狀部26或上部電極14的邊緣部形成。因此，當(dāng)在上部電極14和下部電極16之間施加上述的驅(qū)動電壓時，在上述三元接合點發(fā)生電場集中。
這里，參照圖6以及圖7，對第一實施方式的電子射出元件的電子射出方式進行說明。在圖6的第一輸出期間T1(第一階段)中，對上部電極14施加鉍基準(zhǔn)電壓(此時為0V)低的電壓V2，對下部電極16施加鉍基準(zhǔn)電壓高的電壓V1。在該第一輸出期間T1，在上述三元接合點發(fā)生電場集中，從上部電極14向發(fā)射極部12進行電子射出，例如在發(fā)射極部12中，在從上部電極14的貫通部20露出的部分或上部電極14的邊緣部附近的部分積蓄電子。即，發(fā)射極部12變得帶電。此時，上部電極部14發(fā)揮作為電子提供源的作用。
在下面的第二輸出期間T2(第二階段)中，驅(qū)動電壓Va的電壓電平急劇減小，即，當(dāng)對上部電極14施加比基準(zhǔn)電壓高的電壓V1，對下部電極16施加比基準(zhǔn)電壓低的電壓V2時，這次，在與上部電極14的貫通部20對應(yīng)的部分或在上部電極14的邊緣部分的附近所帶的電子通過向相反方向發(fā)生了極化反轉(zhuǎn)的發(fā)射極部12的偶極子(在發(fā)射極部12表面表現(xiàn)負(fù)極性)，從發(fā)射極部12被放出，如圖7所示，在發(fā)射極部12中，從積蓄了所述電子的部分經(jīng)由貫通部20進行電子發(fā)射。當(dāng)然，也從上部電極14的外周部的附近進行電子發(fā)射。
而且，在該第一實施方式的電子發(fā)射元件10A中，由于在上部電極14形成了多個貫通部20，所以從各個貫通部20以及上部電極14的外周部的附近均等地進行電子發(fā)射，整體電子發(fā)射特性的波動降低，電子發(fā)射控制變得容易，同時電子發(fā)射效率提高。
此外，第一實施方式中，在上部電極14的屋檐狀部26和發(fā)射極部26之間形成了間隙28的形狀，所以在施加了驅(qū)動電壓Va時，容易在該間隙28的部分發(fā)生電場集中。這在伴隨電子發(fā)射高效化的同時可以實現(xiàn)驅(qū)動電壓的低電壓化(低電壓電平的電子發(fā)射)。
如上所述，第一實施方式中，上部電極14在貫通部20的周部形成屋檐狀部26，因此也和在間隙28的部分的電場集中變大相互作用，容易從上部電極14的屋檐狀部26進行電子發(fā)射。這在伴隨電子發(fā)射的高輸出、高效化的同時可以實現(xiàn)驅(qū)動電壓Va的低電壓化。此外，在上述的電子射出方式中，上部電極14的屋檐狀部26作為門電極(控制電極、電子聚焦透鏡)發(fā)揮作用，所以可以提高電子發(fā)射的直線傳播性。例如，在排列多個電子發(fā)射元件10A，例如作為顯示器的電子源構(gòu)成電子發(fā)射元件的情況下，利于降低交調(diào)失真。
如此，在第一實施方式的電子發(fā)射元件10A中，可以容易地產(chǎn)生高的電場集中，而且可以將電子發(fā)射部位設(shè)為多個，對于電子發(fā)射可以實現(xiàn)高輸出、高效率，還可以進行低電壓驅(qū)動(降低消耗的功率)。
特別地，在第一實施方式中，發(fā)射極部12的至少上表面形成電介質(zhì)晶界的凸凹22，上部電極14在與電介質(zhì)的晶界的凹部24對應(yīng)的部分形成貫通部20，所以可以簡單地實現(xiàn)上部電極14的屋檐狀部26。
此外，將發(fā)射極部12的上表面，即電介質(zhì)的晶界的凸部30的表面(凹部24的內(nèi)壁面)和上部電極14的屋檐狀部26的下表面26a所成的角的最大角度θ設(shè)為1°≤θ≤60°，將設(shè)發(fā)射極部12的電介質(zhì)的晶界的凸部30的表面(凹部24的內(nèi)壁面)和上部電極14的屋檐狀部26的下表面26a之間的沿垂直方向的最大間隔d設(shè)為0μm≤d≤10μm，所以通過該結(jié)構(gòu)，可以使在間隙28部分的電場集中度更大，可以高效地實現(xiàn)電子射出的高輸出、高效率，以及驅(qū)動電壓的低電壓化。
此外，在該第一實施方式中，設(shè)貫通孔20為孔32的形狀。如圖2所示，在發(fā)射極部12中，與上部電極14和下部電極16(參照圖1)之間施加的驅(qū)動電壓Va相對應(yīng)地極化發(fā)生反轉(zhuǎn)或變化的部分是形成了上部電極14的正下方的部分(第一部分)40，和與從貫通部20的內(nèi)周朝向貫通部20的內(nèi)方向的區(qū)域相對應(yīng)的部分(第二部分)42，特別地，第二部分42隨著驅(qū)動電壓Va的電平或電場集中度進行變化。因此，在該第一實施方式中，將孔32的平均直徑設(shè)為大于等于0.1μm小于等于10μm。如果在該范圍內(nèi)，通過貫通部20發(fā)射的電子的反射分布中幾乎沒有波動，可以高效地發(fā)射電子。
此外，在孔32的平均直徑不足0.1μm時，積蓄電子的區(qū)域變窄，射出的電子的量減少。當(dāng)然，可以考慮設(shè)置多個孔32，但也存在隨著困難的增大制造成本升高的擔(dān)憂。當(dāng)孔32的平均直徑超過10μm時，在從發(fā)射極部12的所述貫通部20露出的部分中，用于電子發(fā)射的部分(第二部分)42的比例(占有率)變小，電子的發(fā)射效率降低。
作為上部電極14屋檐狀部26的剖面形狀，可以如圖2所示，是上表面和下表面一起在水平方向上延長的形狀，也可以如圖8所示，屋檐狀部26的下表面26a大致水平，屋檐狀部26的上端部向上方突起。此外，還可以如圖9所示，屋檐狀部26的下表面26a朝向貫通部20的中心緩緩向上方傾斜，另外還可以如圖10所示，屋檐狀部26的下表面26a朝向貫通部20的中心緩緩向下方傾斜。在圖8的例子可以提高作為門電極的功能，在圖1哦的例子中，由于間隙28的部分變窄，所以更容易發(fā)生電場集中，可以提高電子發(fā)射的高輸出、高效率。
此外，在該第一實施方式中，如圖11所示，在電氣動作中，在上部電極14和下部電極16之間形成了發(fā)射極部12構(gòu)成的電容器C1和各個間隙28構(gòu)成的多個電容器Ca的集合體。即，各個間隙28構(gòu)成的多個電容器Ca構(gòu)成一個相互并聯(lián)連接的電容器C2，在等價電路中，發(fā)射極部12構(gòu)成的電容器C1與集合體構(gòu)成的電容器C2串聯(lián)連接。
在實際中，發(fā)射極部12構(gòu)成的電容器C1并非這樣地與集合體構(gòu)成的電容器C2串聯(lián)連接，串聯(lián)連接的電容器成分與向上部電極14的貫通部20的形成個數(shù)或整個形成面積等相對應(yīng)地進行變化。
這里，如圖12所示，例如假設(shè)發(fā)射極部12構(gòu)成的電容器C1中的25％與集合體構(gòu)成的電容器C2串聯(lián)連接的情況，來嘗試進行容量計算。首先，由于間隙28的部分是真空的所以介電常數(shù)為1。然后，設(shè)間隙28的最大間隔為0.1μm，一個間隙28的部分的面積S＝1μm×1μm，設(shè)間隙28的個數(shù)為10,000個。此外，當(dāng)設(shè)發(fā)射極部12的介電常數(shù)為2000，設(shè)發(fā)射極部12的厚度為20μm，設(shè)上部電極14和下部電極16的相對面積為200μm×200μm時，集合體構(gòu)成的電容器C2的容量值為0.885pF，發(fā)射極部12構(gòu)成的電容器C1的容量為35.4pF。然后，在將發(fā)射極部12構(gòu)成的電容器C1中與集合體構(gòu)成的電容器C2串聯(lián)連接的部分設(shè)為全體的25％時，該串聯(lián)連接部分的容量值(包含了集合體構(gòu)成的電容器C2的容量值的容量值)為0.805pF，剩余的容量值為26.6pF。
在將剩余的部分與這些串聯(lián)連接的部分并聯(lián)連接之后，全體的容量值為27.5pF。該容量值是發(fā)射極部12構(gòu)成的電容器C1的容量值35.4pF的78％。即，全體的容量值變得小于發(fā)射極部12構(gòu)成的電容器C1的容量值。
如此，對于多個間隙28構(gòu)成的電容器Ca的集合體，間隙28構(gòu)成的電容器Ca的容量值相對小，從與發(fā)射極部12構(gòu)成的電容器C1的分壓，施加電壓Va幾乎全部被施加在間隙28，在各個間隙28實現(xiàn)電子發(fā)射的高輸出化。
此外，集合體構(gòu)成的電容器C2與發(fā)射極部12構(gòu)成的電容器C1串聯(lián)連接，所以全體的容量值小于發(fā)射極部12構(gòu)成的電容器C1的容量值。由此，可以獲得電子發(fā)射為高輸出，全體的消耗功率減小的理想的特性。
然后，參照圖13～圖15，對上述第一實施方式的電子發(fā)射元件10Aa的3個變形例進行說明。
首先，如圖13所示，第一變形例的電子發(fā)射元件10A在貫通部20的形狀特別是從上面看的形狀為缺口44的形狀這一點上不同。作為缺口44的形狀，如圖13所示，優(yōu)選為多個缺口44相互連續(xù)地形成的梳齒狀的缺口46。此時有利于降低通過貫通部20所發(fā)射的電子的發(fā)射分布的波動，高效率地發(fā)射電子。特別地，優(yōu)選設(shè)缺口44的平均寬度為大于等于0.1μm小于等于10μm。該平均寬度表示與缺口44的中心線垂直相交的各自不同的多個線段的長度的平均值。
如圖14所示，第二變形例的電子發(fā)射元件10Ab在貫通部20的形狀特別是從上面看的形狀為縫隙48這一點上不同。這里，所謂縫隙48，是長軸方向(長方向)的長度大于等于短軸方向(短方向)長度的10倍的形狀。因此，長軸方向(長方向)的長度不足短軸方向(短方向)長度的10倍的形狀可以作為孔32(參照圖3)的形狀來進行定義。此外，作為縫隙48還包含多個孔32連通地連接的形狀。此時，優(yōu)選設(shè)縫隙48的平均寬度為大于等于0.1μm小于等于10μm。這有利于降低通過貫通部20所發(fā)射的電子的發(fā)射分布的波動，高效率地發(fā)射電子。該平均寬度表示與縫隙48的中心線垂直相交的各自不同的多個線段的長度的平均值。
如圖15所示，第三變形例的電子發(fā)射元件10Ac的不同點在于在發(fā)射極部12的上表面，在與貫通部20對應(yīng)的部分，例如在電介質(zhì)的晶界的凹部24存在有浮置電極50。此時，由于浮置電極50也成為電子提供源，所以在電子的發(fā)射階段(第二階段)可以通過貫通部20向外部發(fā)射多個電子。此時，來自浮置電極50的電子發(fā)射可以考慮通過在浮置電極50/電介質(zhì)/真空的三元接合點的電場集中的電子發(fā)射。
這里，對第一實施方式的電子發(fā)射元件10A的特性，特別是對電壓-電荷量特性(電壓-極化量特性)進行說明。
該第一實施方式的電子發(fā)射元件10A在真空中，如在圖16的特性中所表示的那樣，描繪以基準(zhǔn)電壓＝0為基準(zhǔn)的非對稱的磁滯曲線。
對該特性進行說明，首先，在將發(fā)射極部12中發(fā)射電子的部分定義為電子發(fā)射部時，在施加基準(zhǔn)電壓的點p1(初期狀態(tài))，成為在所述電子發(fā)射部幾乎沒有積蓄電子的狀態(tài)。之后，當(dāng)施加負(fù)電壓時，在所述電子發(fā)射部，發(fā)射極部12極化反轉(zhuǎn)后的偶極子的正電荷的量增加，與此相伴，產(chǎn)生從第一階段的上部電極14向電子發(fā)射部的電子發(fā)射，由此來積蓄電子。當(dāng)向負(fù)方向增大負(fù)電壓的電平時，伴隨著向所述電子發(fā)射部的電子的積蓄，在某個負(fù)電壓的點p2成為正電荷的量和電子的量平衡的狀態(tài)，當(dāng)向負(fù)方向增大負(fù)電壓的電平時，電子的積蓄量進一步增加，與此相伴，成為負(fù)電荷的量多于正電荷的量的狀態(tài)。在點p3成為電子的積蓄飽和狀態(tài)。這里的負(fù)電荷的量是所積蓄的剩余的電子的量和發(fā)射極部12極化反轉(zhuǎn)后的偶極子的負(fù)電荷的量的合計。
然后，當(dāng)減小負(fù)電壓的電平，而且超過基準(zhǔn)電壓地施加正電壓時，在點p4開始第二階段的電子發(fā)射。如果沿正方向增大該正電壓，電子的發(fā)射量增加，在點p5成為正電荷的量與負(fù)電荷的量平衡的狀態(tài)。然后，在點p6，所積蓄的電子幾乎全部被發(fā)射，正電荷的量和負(fù)電荷的量的差大體與初期狀態(tài)相同。即為電子的積蓄幾乎沒有，在電子發(fā)射部僅呈現(xiàn)發(fā)射極部12極化后的偶極子的負(fù)電荷。
然后，該特性的特征部分為以下(1)在將正電荷的量和負(fù)電荷的量為平衡狀態(tài)的點p2的負(fù)電壓設(shè)為V1，點p5的正電壓設(shè)為V2時，|V1|＜|V2|。
(2)更詳細(xì)地為1.5×|V1|＜|V2|。
(3)在將點p2的正電荷的量和負(fù)電荷的量的變化比例設(shè)為ΔQ1/ΔV1，點p5的正電荷的量和負(fù)電荷的量的變化比例設(shè)為ΔQ2/ΔV2時，(ΔQ1/ΔV1)＞(ΔQ2/ΔV2)。
(4)在設(shè)電子為積蓄飽和狀態(tài)的電壓為V3，開始電子發(fā)射的電壓為V4時，1≤|V4|/|V3|≤1.5。
然后，在電壓-極化量特性的立場說明圖16的特性。假設(shè)在初期階段，發(fā)射極部12向某一極化，例如假設(shè)偶極子的負(fù)極成為朝向發(fā)射極部12的上表面的狀態(tài)(參照圖17A)的情況進行說明。
首先，如圖16所示，在施加基準(zhǔn)電壓(例如0V)的點p1(初期狀態(tài))，如圖17A所示，偶極子的負(fù)極成為朝向發(fā)射極部12的上表面的狀態(tài)，因此成為在發(fā)射極部12的上表面幾乎沒有積蓄電子的狀態(tài)。
然后，當(dāng)施加負(fù)電壓，向負(fù)方向增大該負(fù)電壓的電平時，從每次超過負(fù)的抗電壓(參照圖16的點p2)開始極化開始進行反轉(zhuǎn)，在圖16的點p3全部的極化進行反轉(zhuǎn)。(參照圖17B)通過該極化反轉(zhuǎn)，在上述的三元接合點發(fā)生電場集中，產(chǎn)生從第一階段的上部電極14向發(fā)射極部12的電子發(fā)射，例如在發(fā)射極部12中，在從上部電極14的貫通部20露出的部分或上部電極14的邊緣部附近的部分積蓄電子(參照圖17C)。特別地，從上部電極14向發(fā)射極部12中從上部電極14的貫通部20露出的部分發(fā)射(內(nèi)部發(fā)射)電子。然后，在圖16的點p3成為電子的積蓄飽和狀態(tài)。
然后，當(dāng)減小負(fù)電壓的電平，并且超過基準(zhǔn)電壓地施加正電壓時，維持發(fā)射極部12上表面的帶電狀態(tài)直到達(dá)到某一電壓電平為止(參照圖18A)。當(dāng)進一步增大正電壓的電平時，就在圖16的點p4之前產(chǎn)生偶極子的負(fù)極開始朝向發(fā)射極部12的上表面的區(qū)域(參照圖18B)，進一步增大正電壓的電平，在圖16的點p4之后通過偶極子的負(fù)極的庫侖斥力開始電子的發(fā)射(參照圖18C)。如果沿正方向增大該正電壓，電子的發(fā)射量增加，從每次超過正的抗電壓(點p5)開始極化再次進行反轉(zhuǎn)的區(qū)域擴大，在點p6，所積蓄的電子幾乎被全部發(fā)射，此時的極化量與初期狀態(tài)的極化量大致相同。
并且，該電子發(fā)射元件10A的特性的特征部分為以下(A)在將負(fù)的抗電壓設(shè)為v1，將正的抗電壓設(shè)為v2時，|v1|＜|v2|。
(B)更詳細(xì)地為1.5×|v1|＜|v2|。
(C)在將施加了負(fù)的抗電壓v1時的極化的變化比例成為Δq1/Δv1，將施加了正的抗電壓v2時的極化的變化比例成為Δq2/Δv2時，(Δq1/Δv1)＞(Δq2/Δv2)。
(D)在設(shè)電子為積蓄飽和狀態(tài)的電壓為v3，開始電子發(fā)射的電壓為v4時，1≤|v4|/|v3|≤1.5。
第一實施方式的電子發(fā)射元件10A由于具有上述那樣的特性，所以可以容易地應(yīng)用于具有對應(yīng)多個象素而排列的多個電子發(fā)射元件10A的，通過來自各電子發(fā)射元件10A的電子發(fā)射進行圖像顯示的顯示器。
然后，對使用第一實施方式的電子發(fā)射元件10A構(gòu)成的顯示器100進行說明。
如圖19所示，該顯示器100具有多個電子發(fā)射元件10A與象素相對應(yīng)地排列成矩陣狀或鋸齒狀的顯示部102，和用于驅(qū)動該顯示部102的驅(qū)動電路104。此時，可以對1個象素分配1個電子發(fā)射元件10A。在該實施方式中，為了簡化說明，假設(shè)對1個象素分配了1個電子發(fā)射元件10A的情況來進行說明。
該驅(qū)動電路104鋪設(shè)了用于對顯示部102選擇行的多個行選擇線106，還鋪設(shè)了用于對顯示部102提供象素信號Sd的所個信號線108。
而且，該驅(qū)動電路104具有選擇性地對行選擇線106提供選擇信號Ss，以1行為單位依次選擇電子發(fā)射元件10A的行選擇電路110；并行地對信號線108輸出象素信號Sd，分別對行選擇電路110所選擇出的行(選擇行)提供象素信號Sd的信號提供電路112；根據(jù)輸入的映象信號Sv以及同步信號Sc控制行選擇電路110以及信號提供電路112的信號控制電路114。
電源電路116(例如50V以及0V)與行選擇電路110以及信號提供電路112相連接，特別地，在行選擇電路110和電源電路116間的負(fù)極線和GND(地線)間連接了脈沖電源118。脈沖電源118輸出脈沖狀的電壓波形，該電壓波形在后述的電荷積蓄期間Td為基準(zhǔn)電壓(例如0V)，在發(fā)光期間Th為電壓(例如-400V)。
行選擇電路110在電荷積蓄期間Td中對選擇行輸出選擇信號Ss，對非選擇行輸出非選擇信號Sn。此外，行選擇電路110在發(fā)光期間Th中輸出將來自電源電路116的電源電壓(例如50V)和來自脈沖電源118的電壓(例如-400V)相加后的恒定電壓(例如-350V)。
信號提供電路112具有脈沖生成電路120和振幅調(diào)制電路122。脈沖生成并輸出電路120在電荷積蓄期間Td中以一定的脈沖周期生成具有一定振幅(例如50V)的脈沖信號Sp，在發(fā)光期間Th輸出輸出基準(zhǔn)電壓(例如0V)。
振幅調(diào)制電路122在電荷積蓄期間Td對應(yīng)與選擇行有關(guān)的象素亮度的等級來分別對來自脈沖生成電路120的脈沖信號Sp進行振幅調(diào)制，并分別作為與選擇行有關(guān)的象素的象素信號Sd進行輸出，在發(fā)光期間Th中，原樣地輸出來自脈沖生成電路120的基準(zhǔn)電壓。通過象素控制電路114進行這些的定時控制以及向振幅調(diào)制電路122提供所選擇的多個象素的亮度等級。
例如像在圖22A～圖22C中表示三個例子那樣，在亮度等級低的情況下，設(shè)脈沖信號Sp的振幅為低電平Vsl(參照圖20A)；在亮度等級為中等的情況下，設(shè)脈沖信號Sp的振幅為中電平Vsm(參照圖20B)；在亮度等級高的情況下，設(shè)脈沖信號Sp的振幅為高電平Vsh(參照圖20C)。在該例子中，雖然表示劃分為3個例子，但在用于顯示器100的情況下，對應(yīng)象素的亮度等級，例如將脈沖信號Sp振幅調(diào)制為128級或256級。
這里，參照圖21～圖22C對信號提供電路112的變形例進行說明。
如圖21所示，變形例的信號提供電路112a具有脈沖生成電路124和脈沖寬度調(diào)制電路126。脈沖生成電路124在電荷積蓄期間Td，生成并輸出在對電子發(fā)射元件10A施加的電壓波形(圖22A～圖22C中用實線表示)中，上升部分的波形連續(xù)地生成電平變化的脈沖信號Spa(圖22A～圖22C中由虛線表示)，在發(fā)光期間Th輸出基準(zhǔn)電壓。然后，脈沖寬度調(diào)制電路126在電荷積蓄期間Td，對應(yīng)與選擇行有關(guān)的象素的亮度等級分別對來自脈沖生成電路124的脈沖信號Spa的脈沖寬度Wp(參照圖22A～圖22C)進行調(diào)制，并分別作為與選擇行有關(guān)的象素的象素信號Sd進行輸出。在發(fā)光期間Th原樣地輸出來自脈沖生成電路124的基準(zhǔn)電壓。在此時也通過象素控制電路114進行這些的定時控制以及向脈沖寬度調(diào)制電路126提供所選擇的多個象素的亮度等級。
例如像在圖20A～圖20C中表示三個例子那樣，在亮度等級低的情況下，縮短脈沖信號Spa的脈沖寬度Wp，設(shè)實際的振幅為低電平Vsl(參照圖22A)；在亮度等級為中等的情況下，設(shè)脈沖信號Spa的脈沖寬度Wp為中電平的長度，并設(shè)實際的振幅為中電平Vsm(參照圖22B)；在亮度等級高的情況下，增長脈沖信號Spa的脈沖寬度Wp，并設(shè)實際的振幅為高電平Vsh(參照圖22C)。這里，雖然表示劃分為3個例子，但在用于顯示器100的情況下，對應(yīng)象素的亮度等級，例如將脈沖信號Spa脈沖寬度調(diào)制為128級或256級。
這里，通過圖20A～圖20C所示的對脈沖信號Sp的3個振幅調(diào)制的例子和圖22A～圖22C所示的對脈沖信號Spa的3個脈沖寬度調(diào)制的例子的關(guān)聯(lián)來看上述使與電子的積蓄有關(guān)的負(fù)電壓電平發(fā)生了變化時的特性圖，此時，在圖20A以及圖22A所示的負(fù)電壓的電平Vsl下，如圖23A所示，在電子發(fā)射元件10A中積蓄的電子的量少。在圖20B以及圖22B所示的負(fù)電壓的電平Vsm下，如圖23B所示，積蓄的電子的量為中等；在圖20C以及圖22C所示的負(fù)電壓的電平Vsh下，如圖23C所示，積蓄的電子的量所，為幾乎飽和的狀態(tài)。
但是，如圖23A～圖23C所示，開始進行電子發(fā)射的點P4的電壓電平幾乎相同。即可知在積蓄了電子后，雖然在到達(dá)點p4所示的電壓電平之前施加電壓發(fā)生了變化，但電子的積蓄量幾乎沒有變化，發(fā)揮存儲器的效果。
此外，在將第一實施方式的電子發(fā)射元件10A作為顯示器100的象素進行使用的情況下，如圖24所示，在上部電極14的上方設(shè)置例如用玻璃或丙稀制成的透明板130，在該透明板130的內(nèi)面(與上部電極14相對的面)例如設(shè)置由透明電極構(gòu)成的集電極132，并在該集電極132上涂布熒光體134。此外，將偏置電壓源136(集極電壓Vc)通過電阻與集電極132連接。此外，電子發(fā)射元件10A理所當(dāng)然地被設(shè)置在真空空間中。氣團中的真空度優(yōu)選為102～10-6Pa，更好地為10-3～10-5Pa。
選擇這樣的范圍的理由是在低真空中(1)擔(dān)憂由于在空間中氣體分子多，所以容易產(chǎn)生等離子，當(dāng)產(chǎn)生了大量的等離子時，其正離子大量地與上部電極14進行碰撞而促進損傷；(2)擔(dān)憂在發(fā)射電子到達(dá)集電極132之前與氣體分子碰撞，無法充分進行通過集極電壓Vc充分加速后的電子引起的熒光體134的激勵。
另一方面，在高真空下，雖然容易從電場集中的點發(fā)射電子，但機構(gòu)體的支撐以及真空的密封部增大，存在不利于小型化的問題。
在圖24的例子中，設(shè)在透明板130的內(nèi)面形成集電極132，在該集電極132的表面(與上部電極14相對的面)形成熒光體134，但除此之外，還可以如圖25所示，在透明板130的內(nèi)面形成熒光體134，并覆蓋該熒光體134地形成集電極132。
這是在CRT等顯示器中使用的結(jié)構(gòu)，集電極132具有作為金屬敷層的作用。從發(fā)射極部12發(fā)射出的電子穿過集電極132進入熒光體134來激勵該熒光體134。因此，集電極132是電子可以穿過的厚度，優(yōu)選小于等于100nm。電子的運動能量越大，越可以使集電極132的厚度更厚。
通過這樣的結(jié)構(gòu)可以起到以下的效果。
(a)在熒光體134不導(dǎo)電的情況下，可以防止熒光體134的帶電(負(fù))，維持電子的加速電場。
(b)集電極132反射熒光體134的發(fā)光，可以高效地對透明板130一側(cè)(發(fā)光面一側(cè))發(fā)射熒光體134的發(fā)光。
(c)可以防止向熒光體134的過度的電子的碰撞，可以防止熒光體134的惡化和從熒光體134產(chǎn)生氣體。
然后，表示有關(guān)該第一實施方式的電子發(fā)射元件10A的電子發(fā)射狀態(tài)的4個試驗例(第一～第四試驗例)。
第一試驗例是觀察電子發(fā)射元件10A的發(fā)射狀態(tài)的例子。即，如圖26A所示，對電子發(fā)射元件10A施加具有-70V電壓的寫入脈沖Pw來對電子發(fā)射元件10A積蓄電子，之后施加具有280V電壓的點燈脈沖Ph來發(fā)射電子。電子的發(fā)射狀態(tài)通過受光元件(光電二極管)檢測熒光體134的發(fā)光來進行測定。圖26B表示檢測波形。此外，寫入脈沖Pw和點燈脈沖Ph的占空比設(shè)為50％。
根據(jù)該第一試驗例可知從點燈脈沖Ph的上升途中開始發(fā)光，在該點燈脈沖Ph的初期階段發(fā)光結(jié)束。因此，考慮即使縮短點燈脈沖Ph的期間也不會對發(fā)光具有影響。這有利于縮短高電壓的施加期間，同時實現(xiàn)消耗功率的降低。
第二試驗例是觀察電子發(fā)射元件10A的電子發(fā)射量根據(jù)圖27所示的寫入脈沖Pw的振幅如何進行變化的例子。電子發(fā)射量的變化與第一試驗例相同，通過受光元件(光電二極管)檢測熒光體134的發(fā)光來進行測定。圖28表示試驗結(jié)果。
在圖28中，實線A表示將點燈脈沖Ph設(shè)為200V，使寫入脈沖Pw的振幅從-10V變化到-80V時的特性，實線B表示將點燈脈沖Ph設(shè)為350V，使寫入脈沖Pw的振幅從-10V變化到-80V時的特性。
如該圖28所示可知在使寫入脈沖Pw從-20V變化為-40V的情況下，發(fā)光亮度幾乎直線地進行變化。特別地，當(dāng)在點燈脈沖的振幅為350V的情況和200V的情況下進行比較時，可知350V時與寫入脈沖Pw相對的發(fā)光亮度變化的動態(tài)范圍變寬，有利于實現(xiàn)圖像顯示的亮度和對比度的提高。雖然認(rèn)為該傾向?qū)τ邳c燈脈沖Ph的振幅設(shè)定，在發(fā)光亮度達(dá)到飽和之前的范圍內(nèi)，越提高點燈脈沖Ph的振幅越為有利，但優(yōu)選根據(jù)與信號傳送系統(tǒng)的耐壓或消耗功率的關(guān)系來設(shè)定為最佳的值。
第三試驗例是觀察電子發(fā)射元件10A的電子發(fā)射量根據(jù)圖27所示的點燈脈沖Ph的振幅如何進行變化的例子。電子發(fā)射量的變化與第一試驗例相同，通過受光元件(光電二極管)檢測熒光體134的發(fā)光來進行測定。圖29表示試驗結(jié)果。
在圖29中，實線C表示將寫入脈沖Pw的振幅設(shè)為-40V，使點燈脈沖Ph的振幅從50V變化到400V時的特性，實線D表示將寫入脈沖Pw的振幅設(shè)為-70V，使點燈脈沖Ph的振幅從50V變化到400V時的特性。
如該圖29所示可知在使點燈脈沖Ph從100V變化為300V的情況下，發(fā)光亮度幾乎直線地進行變化。特別地，當(dāng)在寫入脈沖Pw的振幅為-40V的情況和-70V的情況下進行比較時，可知-70V時與點燈脈沖Ph相對的發(fā)光亮度變化的動態(tài)范圍變寬，有利于實現(xiàn)圖像顯示的亮度和對比度的提高。雖然認(rèn)為該傾向?qū)τ趯懭朊}沖Pw的振幅設(shè)定，在發(fā)光亮度達(dá)到飽和之前的范圍內(nèi)，越提高寫入脈沖Pw的振幅(此時為絕對值)越為有利，但有時也優(yōu)選根據(jù)與信號傳送系統(tǒng)的耐壓或消耗功率的關(guān)系來設(shè)定為最佳的值。
第四試驗例是觀察電子發(fā)射元件10A的電子發(fā)射量根據(jù)圖24或圖25所示的集極電壓Vc的電平如何進行變化的例子。電子發(fā)射量的變化與第一試驗例相同，通過受光元件(光電二極管)檢測熒光體134的發(fā)光來進行測定。圖30表示試驗結(jié)果。
在圖30中，實線E表示將集極電壓Vc的電平設(shè)為3kV，使點燈脈沖Ph的振幅從80V變化到500V時的特性，實線F表示將集極電壓Vc的電平設(shè)為7kV，使點燈脈沖Ph的振幅從80V變化到500V時的特性。
如該圖30所示可知將集極電壓Vc的電平設(shè)為7kV的情況與設(shè)為3kV的情況相比，與點燈脈沖Ph相對的發(fā)光亮度變化的動態(tài)范圍變寬，有利于實現(xiàn)圖像顯示的亮度和對比度的提高。雖然認(rèn)為該傾向越提高集極電壓Vc的電平越為有利，但有時也優(yōu)選根據(jù)與信號傳送系統(tǒng)的耐壓或消耗功率的關(guān)系來設(shè)定為最佳的值。
這里，參照圖31以及圖32對上述顯示器100的1個驅(qū)動方法進行說明。圖31有代表地表示1行1列，2行1列以及n行1列的象素的動作。此外，這里使用的電子發(fā)射元件10A具有圖16的點p2的抗電壓v1例如為-20V，點p5的抗電壓v2為+70V，點p3的電壓v3為-50V，點p4的電壓v1為+50V的特性。
此外，如圖31所示，在將1個圖像的顯示期間設(shè)為1幀使時，在該1幀內(nèi)包含1個電荷積蓄期間Td和1個發(fā)光期間Tn，在1個電荷積蓄期間Td中包含n個選擇期間Ts。由于各個選擇期間Ts為各自對應(yīng)的行的選擇期間Ts，所以對于不對應(yīng)的n-1行為非選擇期間Tn。
然后，該驅(qū)動方法為在電荷積蓄期間Td，掃描全部的電子發(fā)射元件10A，對與ON對象(發(fā)光對象)的象素相對應(yīng)的多個電子發(fā)射元件10A施加電壓，該電壓是與各自相對應(yīng)的象素的亮度等級相應(yīng)的電壓，由此使與ON對象的象素相對應(yīng)的多個電子發(fā)射元件10A積蓄電荷(電子)，該電荷的量是與各自相對應(yīng)的象素的亮度等級相應(yīng)的量，在下面的發(fā)光期間，對全部的電子發(fā)射元件10A施加一定的電壓，從與ON對象的象素相對應(yīng)的所述多個電子發(fā)射元件10A發(fā)射電子，該電子的量是與各自對應(yīng)的象素的亮度等級相應(yīng)的量，使ON對象的象素發(fā)光。
如果進行具體的說明，則還如圖32所示，首先，在第一行的選擇期間Ts對第一行的行選擇線106提供例如50V的選擇信號Ss，對其他行的行選擇線106例如提供0V的非選擇信號Sn。在第一列的象素中，對應(yīng)為ON(發(fā)光)的象素的信號線108提供的象素信號Sd的電壓為大于等于0V，小于等于30V的范圍，而且為與各自對應(yīng)的象素的亮度等級相應(yīng)的電壓。如果亮度電平最大則為0V。與該象素信號Sd的亮度等級相應(yīng)的調(diào)制通過圖19所示的振幅調(diào)制電路122或圖21所示的脈沖寬度調(diào)制電路126來進行。
由此，在分別與第一行的應(yīng)為ON的各象素對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A的上部電極和下部電極16之間，分別對應(yīng)亮度等級施加大于等于-50V，小于等于-20V的電壓。結(jié)果，在上述各電子發(fā)射元件10A積蓄與所施加的電壓相對應(yīng)的電子。例如與第一行第一列的象素對應(yīng)的電子發(fā)射元件，例如為最大的亮度等級，所以為圖16的特性中的點p3的狀態(tài)，在發(fā)射極部12中的從上部電極14的貫通部20露出的部分積蓄最大量的電子。
此外，對與表示OFF(消光)的象素相對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A提供的象素信號Sd的電壓例如為50V，由此對與OFF對象的象素相對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A施加0V，成為圖16的特性中的點p1的狀態(tài)，不進行電子的積蓄。
在結(jié)束了向第一行提供象素信號Sd之后，在第二行的選擇期間Ts，對第二行的行選擇線106提供50V的選擇信號Ss，對其他行的行選擇線106提供0V的非選擇信號Sn。此時也在與應(yīng)為ON(發(fā)光)的象素對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A的上部電極和下部電極16之間，分別對應(yīng)亮度等級施加大于等于-50V，小于等于-20V的電壓。此時，雖然在與處于非選擇狀態(tài)的，例如在與第一行的象素對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A的上部電極14和下部電極16之間施加大于等于0V，小于等于50V的電壓，但由于該電壓是未達(dá)到圖16的特性點4的電平的電壓，所以沒有從與第一行中應(yīng)為ON(發(fā)光)的象素相對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A發(fā)射電子。即，非選擇狀態(tài)的第一行的象素沒有受到提供給選擇狀態(tài)的第二行的象素的象素信號Sd的影響。
以下同樣地，在第n行的選擇期間Ts，對第n行的行選擇線106提供50V的選擇信號Ss，對其他行的行選擇線106提供0V的非選擇信號Sn。此時也在與應(yīng)為ON(發(fā)光)的象素對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A的上部電極和下部電極16之間，分別對應(yīng)亮度等級施加大于等于-50V，小于等于-20V的電壓。此時，雖然在與處于非選擇狀態(tài)的一行～(n-1)行的各象素對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A的上部電極14和下部電極16之間施加大于等于0V，小于等于50V的電壓，但沒有從與這些非選擇狀態(tài)的各象素中的應(yīng)為ON(發(fā)光)的象素相對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A發(fā)射電子。
在經(jīng)過了第n行的選擇期間Ts的階段，進入發(fā)光期間Th。在該發(fā)光期間Th，通過信號提供電路112對全部電子發(fā)射元件10A的上部電極14施加基準(zhǔn)電壓(例如0V)，對全部電子發(fā)射元件10A的下部電極16施加-350V的電壓(脈沖電源118的-400V+行選擇電路110的電源電壓50V)。由此，在全部電子發(fā)射元件10A的上部電極14和下部電極16之間施加高電壓(+350V)。全部的電子發(fā)射元件10A分別成為圖16的特性點p6的狀態(tài)，如圖18C所示，通過貫通部20從發(fā)射極部12中的積蓄了所述電子的部分發(fā)射電子。當(dāng)然，也從上部電極14的外周部附近發(fā)射電子。
即，從與應(yīng)為ON(發(fā)光)的象素相對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A發(fā)射電子，所發(fā)射出的電子被引導(dǎo)至與這些電子發(fā)射元件10A對應(yīng)的集電極132，來激勵對應(yīng)的熒光體134進行發(fā)光。由此，從透明板130的表面顯示圖像。
以后同樣地，以幀為單位，在電荷積蓄期間Td，在與應(yīng)為ON(發(fā)光)的象素相對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A積蓄電子，在發(fā)光期間Th，發(fā)射所積蓄的電子來使熒光體發(fā)光，由此從透明板130顯示動畫圖像或靜止圖像。
如此，在第一實施方式的電子發(fā)射元件中，可以容易地適用于具有與多個象素對應(yīng)排列的多個電子發(fā)射元件10A的，通過來自各電子發(fā)射元件10A的電子發(fā)射進行圖像顯示的顯示器100。
例如像上述那樣，可以在1幀內(nèi)的電荷積蓄期間Td，掃描全部的電子發(fā)射元件，對與ON對象的象素相對應(yīng)的多個電子發(fā)射元件10A施加電壓，該電壓是與各自相對應(yīng)的象素的亮度等級相應(yīng)的電壓，由此使與ON對象的象素相對應(yīng)的多個電子發(fā)射元件10A積蓄電荷(電子)，該電荷的量是與各自相對應(yīng)的象素的亮度等級相應(yīng)的量，在下面的發(fā)光期間Th，對全部的電子發(fā)射元件10A施加一定的電壓，從與ON對象的象素相對應(yīng)的多個電子發(fā)射元件10A發(fā)射電子，該電子的量是與各自對應(yīng)的象素的亮度等級相應(yīng)的量，使ON對象的象素發(fā)光。
此外，在該第一實施方式中，例如電子為積蓄飽和狀態(tài)的電壓V3和開始發(fā)射電子的電壓V4的關(guān)系為1≤|V4|/|V3|≤1.5。
通常，例如將電子發(fā)射元件10A排列成矩陣狀，與水平掃描期間同步地以1行為單位選擇電子發(fā)射元件10A，在對處于選擇狀態(tài)的電子發(fā)射元件10A分別提供與象素的亮度相應(yīng)的象素信號Sd時，也對處于非選擇狀態(tài)的象素提供所述象素信號Sd。
這存在以下的問題非選擇狀態(tài)的電子10A發(fā)射元件受到所述象素信號的影響，例如當(dāng)進行了電子發(fā)射時，引起顯示圖像的畫質(zhì)惡化、對比度下降。
但是，在該第一實施方式中，由于具有上述的特性，所以即使是以下簡單的電壓關(guān)系進行設(shè)定把提供給選擇狀態(tài)的電子發(fā)射元件10A的象素信號Sd的電壓電平設(shè)為從基準(zhǔn)電壓到電壓V3的任意的電壓，對于非選擇狀態(tài)的電子發(fā)射元件10A例如提供象素信號Sd的相反極性的信號，非選擇狀態(tài)的象素也不會因為像選擇狀態(tài)的象素的象素信號Sd而受到影響。即，直到在之后的發(fā)光期間Th中進行電子發(fā)射之前，維持在各象素的選擇期間Ts所積蓄的各象素的電子積蓄量(各電子發(fā)射元件10A的發(fā)射極部12的帶電量)，結(jié)果可以實現(xiàn)在各個象素的存儲器效果，可以實現(xiàn)高亮度、高對比度化。
另一方面，在該顯示器裝置100中，在電荷積蓄期間Td在全部的電子發(fā)射元件10A積蓄所需要的電荷，在之后的發(fā)光期間Th，對全部的電子發(fā)射元件10A施加電子發(fā)射所必需的電壓來使ON對應(yīng)的象素發(fā)光。
通常，在由電子發(fā)射元件10A構(gòu)成象素的情況下，為了使象素發(fā)光需要對電子發(fā)射元件10A施加電子發(fā)射所必需的電壓。因此，在向象素進行掃描時積蓄電荷并進行發(fā)光的情況下，需要在顯示1個圖像的期間(例如1幀)施加高電壓，存在消耗功率大的問題。此外，選擇各電子發(fā)射元件10A，需要使提供象素信號Sd的電路也為與高電壓對應(yīng)的電路。
但是，在該例子中，在全部的電子發(fā)射元件10A積蓄了電荷之后，對全部的電子發(fā)射元件10A施加電壓，使與ON對象的電子發(fā)射元件10A對應(yīng)的象素發(fā)光。
因此，對全部的電子發(fā)射元件10A施加用于電子發(fā)射的電壓(發(fā)射電壓)的期間Th理所當(dāng)然比1幀短，而且還可以根據(jù)圖26A以及圖26B所示的第一試驗例得知由于可以縮短發(fā)射電壓的施加期間，所以與在向象素進行掃描時進行電荷積蓄、發(fā)光的情況相比，可以大幅降低消耗功率。
此外，由于把在電子發(fā)射元件10A積蓄電荷的期間Td和從與ON對象的象素相對應(yīng)的電子發(fā)射元件10A發(fā)射電子的期間Th分離開，所以可以實現(xiàn)電路的低電壓驅(qū)動，該電路用于對各個電子發(fā)射元件10A分別施加與亮度等級相對應(yīng)的電壓。
此外，與象素對應(yīng)的象素信號以及電荷積蓄期間Td的選擇信號Ss/非選擇信號Sn需要對每行或每列進行驅(qū)動，但如同在上述實施方式中看到的那樣，由于驅(qū)動電壓可以為數(shù)十伏特，所以可以使用熒光顯示管等中使用的價格便宜的多輸出驅(qū)動器。另一方面，在發(fā)光期間Th中，雖然充分發(fā)射電子的電壓可能比所述驅(qū)動電壓大，但因為可以一并地驅(qū)動全部ON對象的象素，所以無需多輸出的電路部件。例如可以存在由耐高壓的分立部件構(gòu)成的僅1輸出的驅(qū)動電路，所以具有成本低、電路規(guī)模小的優(yōu)點。通過使發(fā)射極部12的膜厚變薄，上述的驅(qū)動電壓以及放電電壓可以實現(xiàn)低電壓化。因此，根據(jù)膜厚的設(shè)定，例如也可以將驅(qū)動電壓設(shè)為數(shù)十伏特。
而且，根據(jù)本驅(qū)動方法，與行掃描的第一階段分離開，全部象素一起進行與行掃描無關(guān)的第二階段的電子發(fā)射，所以可以與解析度、畫面尺寸不相關(guān)地，容易地確保發(fā)光時間，增大亮度。此外，因為可以在畫面上一起顯示映象，所以可以顯示沒有假輪廓和圖像模糊的動畫圖像。
然后，參照圖33對第二實施方式的電子發(fā)射元件10A進行說明。
如圖33所示，該第二實施方式的電子發(fā)射元件10B具有和上述第一實施方式的電子發(fā)射元件10A大體相同的結(jié)構(gòu)，但其特征為上部電極14的構(gòu)成材料和下部電極16相同；上部電極14的厚度t比10μm厚，使用蝕刻(濕蝕刻、干蝕刻)或提離、激光等人為地形成貫通部20。貫通部20的形狀與上述第一實施方式相同，可以采用缺口44的形狀、縫隙48的形狀。
而且，上部電極14的貫通部20的周部26的下表面26a朝向貫通部20的中心緩緩向上方傾斜。該形狀例如可以使用提離法來簡單地形成。
在該第二實施方式的電子發(fā)射元件10B中，也和上述第一實施方式的電子發(fā)射元件10A相同，可以容易地發(fā)生電場集中，而且可以將電子發(fā)射部位設(shè)為多個，對于電子發(fā)射可以實現(xiàn)高輸出、高效率，并還可以進行低電壓驅(qū)動(低消耗功率)。
此外，像圖34所示的第一實施方式的電子發(fā)射元件10Ba那樣，在發(fā)射極部12中的與貫通部20對應(yīng)的部分可以存在浮置電極50。
此外，像圖35所示的第二實施方式的電子發(fā)射元件10Bb那樣，作為上部電極14，可以形成剖面形狀大體為T字型的電極。
此外，像圖36所示的第一實施方式的電子發(fā)射元件10Bc那樣，上部電極14的形狀特別地可以采用上部電極14的貫通部20的周部26浮起的形狀。這在形成上部電極14的膜材料中，可以包含在燒結(jié)過程中氣化的材料。由此，在燒結(jié)過程中，所述材料氣化，作為他的遺跡在上部電極14上形成多個貫通部20，同時貫通部20的周部26成為浮起的形狀。
下面，參照圖37對第三實施方式的電子發(fā)射元件10C進行說明。
如圖37所示，該第三實施方式的電子發(fā)射元件10C具有和上述第一實施方式的電子發(fā)射元件10A大體相同的結(jié)構(gòu)，但其不同點為例如具有由陶瓷構(gòu)成的1個基板60；下部電極16在基板60上形成，發(fā)射極部12在基板60上，而且覆蓋下部電極16地形成，并且上部電極14在發(fā)射極部12上形成。
在基板60的內(nèi)部，在與形成各個發(fā)射極部12的部分相對應(yīng)的位置上形成了后述的用于形成薄壁部的空腔62?？涨?2通過在基板60的另一端面形成的直徑小的貫通孔64與外部相連通。
使所述基板60中形成空腔62的部分為薄壁(以下記做薄壁部66)，使其他的部分為厚壁部來發(fā)揮作為支撐所述薄壁部66的固定部68的功能。
即，基板60是最下層的基板層60A和中間層的隔板層60B以及最上層的薄板層60C的積層體，可以作為在隔板層60B中與發(fā)射極部12相對應(yīng)的部位形成了空腔62的一體化構(gòu)造體來進行把握?；鍖?0A除了具有作為增強用基板的功能，還具有作為布線用基板的功能。此外，所述基板60可以通過基板層60A、隔板層60B以及薄板層60C的一體化燒結(jié)形成，還可以粘接這些層60A～60C來形成。
薄壁部66優(yōu)選為高耐熱性材料。其原因為發(fā)射極部12在不使用有機粘接劑等耐熱性差的材料，而是通過固定部68直接支撐薄壁部66的情況下，為了至少在發(fā)射極部12形成的時候薄壁部66不發(fā)生變質(zhì)，薄壁部66優(yōu)選為高耐熱材料。
此外，薄壁部66為了進行與在基板60上形成的上部電極14相連的線路和與下部電極16相連的線路的電氣隔離，優(yōu)選絕緣性材料。
因此，作為薄壁部66的材料，可以是高耐熱的金屬或由玻璃等陶瓷材料覆蓋該金屬表面的搪瓷(ホ一ロウ)等材料，但最好為陶瓷材料。
作為構(gòu)成薄壁部66的陶瓷材料，例如可以使用穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、尖晶石、多鋁紅柱石、氮化鋁、氮化硅、玻璃、以及這些的混合物。其中，從強度以及剛性的觀點看優(yōu)選氧化鋁以及穩(wěn)定的氧化鋯。穩(wěn)定的氧化鋯從機械強度比較高；韌性比較高；上部電極14和下部電極16的化學(xué)反應(yīng)比較小等觀點來看特別地合適。此外，所謂穩(wěn)定的氧化鋯包含穩(wěn)定化的氧化鋯和部分穩(wěn)定化的氧化鋯。在穩(wěn)定的氧化鋯中，由于成為立方晶體等晶體結(jié)構(gòu)，所以不發(fā)生相轉(zhuǎn)變。
另一方面，氧化鋯在1000℃左右在單斜晶和正方晶之間進行相轉(zhuǎn)變，在這樣的相轉(zhuǎn)變時可能發(fā)生斷裂。穩(wěn)定的氧化鋯含有1～30摩爾％的氧化鈣、氧化鎂、氧化釔、氧化鈧、氧化鐿、氧化鈰、稀土類金屬的氧化物等穩(wěn)定劑。此外，為了提高基板60的機械強度，穩(wěn)定劑最好包含氧化釔。此時，恰當(dāng)?shù)貫榘?.5～6摩爾％的氧化釔，更恰當(dāng)?shù)貫榘?～4摩爾％的氧化釔，而且優(yōu)選包含0.1～5摩爾％的氧化鋁。
此外，可以使結(jié)晶相為立方晶+單斜晶的混合相、正方晶+單斜晶的混合相、立方晶+正方晶+單斜晶的混合相等。其中，使主要的結(jié)晶相為正方晶或正方+立方晶的混合相，這從強度、韌性以及耐久性的觀點來看是最恰當(dāng)?shù)摹?br> 在由陶瓷構(gòu)成基板60的情況下，比較多的結(jié)晶粒構(gòu)成基板60，但為了提高基板60的機械強度，恰當(dāng)?shù)厥菇Y(jié)晶粒的平均粒經(jīng)為0.05～2μm，更加恰當(dāng)?shù)臑?.1～1μm。
另一方面，固定部68優(yōu)選由陶瓷構(gòu)成，可以與薄壁部66的材料為同一陶瓷，也可以不同。作為構(gòu)成固定部68的陶瓷，與薄壁部66的材料相同地，例如可以使用穩(wěn)定的氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、尖晶石、多鋁紅柱石、氮化鋁、氮化硅、玻璃、以及這些的混合物。
特別地，在該電子發(fā)射元件10C中使用的基板60恰當(dāng)?shù)夭捎靡匝趸啚橹饕煞值牟牧?、以氧化鋁為主要成分的材料、或者以這些的混合物為主要成分的材料等。在這些材料中，最理想的為以氧化鋯為主要成分的材料。
此外，作為燒結(jié)輔助劑有時添加粘土等，但為了不過多地包含氧化硅、氧化硼等容易玻璃化的成分，需要調(diào)節(jié)輔助劑成分。其原因在于雖然這些容易玻璃化的成分利于使基板60和發(fā)射極部12接合，但也促進基板60和發(fā)射極部12的反應(yīng)，難以維持規(guī)定的發(fā)射極部12的組成，其結(jié)果，成為使元件特性降低的原因。
即，基板60中的氮化硅等成分在重量比方向優(yōu)選限制在小于等于3％，更好的為限制在小于等于1％。這里，所謂主要成分是在重量比方面占據(jù)大于等于50％的比例的成分。
此外，所述薄壁部66的厚度和發(fā)射極部12的厚度優(yōu)選為相同位數(shù)的厚度。其原因在于當(dāng)薄壁部66的厚度比發(fā)射極部12的厚度極度厚時(相差1位或多于1位時)，對于發(fā)射極部12的燒結(jié)收縮，薄壁部66產(chǎn)生妨礙該收縮的作用，因此發(fā)射極部12和基板6交界面處的應(yīng)力增大，容易分離。相反地，如果厚度的位數(shù)為相同的程度，則基板60(薄壁部66)容易追隨于發(fā)射極部12的燒結(jié)收縮，所以適合于一體化。具體地說，薄壁部66的厚度優(yōu)選為1～100μm，更好的為3～50μm，進一步好的為5～20μm。另一方面，發(fā)射極部12的厚度優(yōu)選為5～100μm，更好的為5～50μm，進一步好的為5～30μm。
然后，作為在基板60上形成發(fā)射極部12的方法，可以使用絲網(wǎng)印刷法、浸漬法、涂布法、電泳動法、氣膠成長法等各種厚膜形成法；離子束法、噴濺法、真空蒸鍍法、離子電鍍法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、電鍍等各種薄膜形成法。特別地，作為發(fā)射極部12形成壓電/電致伸縮材料的粉末，對此優(yōu)選采用浸滲低熔點的玻璃或溶膠粒子的方法。通過該方法，可以進行小于或等于700℃或600℃的低溫的膜形成。
此外，作為電子發(fā)射元件10C的燒結(jié)處理，在基板60上依次層積了形成下部電極16的材料、形成發(fā)射極部12的材料以及形成上部電極14的材料之后成為一體化結(jié)構(gòu)來進行燒結(jié)，每次分別形成發(fā)射極部12上部電極14以及下部電極16時進行熱處理(燒結(jié)處理)，在每次分別形成下部電極16、發(fā)射極部12以及上部電極14時進行熱處理(燒結(jié)處理)，由此可以和基板60成為一體。此外，根據(jù)上部電極14以及下部電極16的形成方法，有時也需要用于一體化的熱處理(燒結(jié)處理)。
作為用于使基板60、發(fā)射極部12上部電極14以及下部電極16一體化的燒結(jié)處理的溫度，可以設(shè)為500～1400℃的范圍，或更恰當(dāng)?shù)卦O(shè)為1000～1400℃的范圍。并且，在對膜狀的發(fā)射極部12進行熱處理時，為了在高溫時發(fā)射極部12的組成不會變得不穩(wěn)定，優(yōu)選一邊與發(fā)射極部12的發(fā)熱源一起進行氣團控制一邊進行燒結(jié)處理。
此外，可以采用由恰當(dāng)?shù)牟牧细采w發(fā)射極部12，該發(fā)射極部12的表面不直接露出燒結(jié)氣團地進行燒結(jié)的方法。此時，作為被覆蓋的材料，優(yōu)選使用與基板60相同的材料。
在該第三實施方式的電子發(fā)射元件10C中，雖然在燒結(jié)時發(fā)射極部12進行收縮，但由于在該收縮時產(chǎn)生的應(yīng)力通過空腔62的變形等被釋放，所以可以使發(fā)射極部12十分致密。由于發(fā)射極部12的致密度提高，在耐電壓性提高的同時，高效率地進行在發(fā)射極部12的極化反轉(zhuǎn)以及極化變化，作為電子發(fā)射元件10C的特性提高。+在上述第三實施方式中，作為基板60使用了3層結(jié)構(gòu)的基板，但除此之外，如圖38的變形例的電子發(fā)射元件10Ca所示，可以使用省略了最下層的基板曾60A的2層結(jié)構(gòu)的基板60a。
這里，參照圖39～圖52對試制的試驗例的電子發(fā)射元件70進行詳細(xì)地敘述。圖39是實施例的電子發(fā)射元件70的電子發(fā)射部的端面結(jié)構(gòu)的示意圖。該電子發(fā)射元件70具有在基板72上形成的下部電極16、在其上部形成的成為發(fā)射極部12的強電介質(zhì)層，在其上形成的上部電極14。上部電極14具有露出發(fā)射極部12的多個貫通部20(電子發(fā)射孔)，上部電子14中與處于貫通部20的周部26的發(fā)射極部12相對的面26a具有與發(fā)射極部12分離開的“屋檐狀構(gòu)造”。
在圖40～圖42C中記述該實施方式的電子發(fā)射元件70的電子發(fā)射機理。如圖40所示，電子發(fā)射由數(shù)據(jù)調(diào)整(電子積蓄)時的第一步驟和電子發(fā)射時的第二步驟組成。在圖40中，(1-1)以及(1-2)與第一步驟相對應(yīng)(參照圖41B以及圖41C)，(3-1)以及(3-2)與第二步驟相對應(yīng)(參照圖42B以及圖42C)。此外，(0)以及(2)與所調(diào)整的數(shù)據(jù)的保存(存儲器功能的效果)相對應(yīng)(參照圖41A以及圖42A)。
在第一步驟中，在上部電極14和發(fā)射極部12分離開的間隙28的部分產(chǎn)生電場集中(參照圖41B)，由此，從上部電極14向發(fā)射極部12的表面發(fā)生電子發(fā)射(場致發(fā)射)(參照圖41C)。其結(jié)果，發(fā)射極部12帶電，進行數(shù)據(jù)調(diào)整(參照圖42A)。為了高效地進行場致發(fā)射，優(yōu)選在發(fā)射極部12的上部形成具有尖銳前端部的板狀的上部電極14。
在第二步驟中，通過作為強電介質(zhì)層的發(fā)射極部12的極化反轉(zhuǎn)，在發(fā)射極部12的表面分布極化的偶極子的負(fù)極一側(cè)(參照圖42B)，通過其庫侖斥力釋放出表面所帶的電子(參照圖42C)。如此發(fā)射出的電子是沿著與發(fā)射極部12的表面垂直的方向被發(fā)射的，所以電子發(fā)射的范圍角度小。即，電子發(fā)射具有良好的直線性。
圖43～圖45表示以圖40的電子發(fā)射機理為基礎(chǔ)的實施方式的無源矩陣型顯示器140的驅(qū)動方法。圖43以及圖44通過設(shè)行掃描數(shù)為16行的簡單的模型對顯示器140進行說明。與圖40的第一步驟相對應(yīng)的是圖44中的“數(shù)據(jù)調(diào)整”階段。在該階段中，通過行驅(qū)動器142一行一行地進行行掃描，對于選擇行的元件，通過由列驅(qū)動器144施加與數(shù)據(jù)對應(yīng)的模擬電壓來對數(shù)據(jù)進行調(diào)整。在圖43中表示了選擇第七行時的形態(tài)，所以已經(jīng)調(diào)整了數(shù)據(jù)的第一～第六行通過元件的存儲器功能來保存著數(shù)據(jù)。在該階段，沒有來自顯示器140面板的發(fā)光，為黑顯示狀態(tài)。
與圖40的第二步驟相對應(yīng)的為圖44以及圖55所示的“電子發(fā)射”的階段。在該階段，通過同時地對全部的象素施加同一電壓，使全部的象素同時顯示與保存的數(shù)據(jù)相對應(yīng)的圖像。
圖46表示實施方式的電子發(fā)射元件70的壽命特性(發(fā)光的耐久性)。因為確認(rèn)了經(jīng)過3000小時的發(fā)光亮度維持了初期亮度的90％，并可以通過直線近似地表示與經(jīng)過時間的對數(shù)值相對的亮度的變化，所以推定即使在經(jīng)過20000小時之后的亮度，也可以確保初期亮度的80％以上。因此，由本實施方式的電子發(fā)射元件構(gòu)成的顯示器140足以用于電視。
圖47是試制的本實施方式的顯示器140中的排列了多個電子發(fā)射元件的顯示部部分的概況照片，圖48是表示電子發(fā)射元件的放大照片。在圖48中，用白色方框表示的部分表示1個電子發(fā)射元件的大小。此外，圖49是上部電極14以及發(fā)射極部12的電子顯微鏡照片。
本顯示器140在行方向上排布128個元件(0.6mm間距)，在列方向上排布128×3色＝384個元件(0.2mm間距)。此外，3個電子發(fā)射元件構(gòu)成1個象素。從圖49可知“屋檐構(gòu)造”由薄膜的鉑金屬化合物(レジネ一ト)電極形成。
圖50是對顯示器140使用圖43～圖45的驅(qū)動方法，在顯示器140的面板上放映出動畫圖像時的某一瞬間的1個靜止圖像的照片。根據(jù)該照片可知可以進行全色顯示。
圖51表示與數(shù)據(jù)調(diào)整時的驅(qū)動電壓相對的發(fā)光亮度的關(guān)系。通過減薄作為強電介質(zhì)的發(fā)射極部12的膜厚，可以確認(rèn)實現(xiàn)驅(qū)動電壓的低電壓化。
圖52是使用圖47所示的顯示器140的1/10的區(qū)域，使一般的CRT中所使用的P-22綠色熒光體激勵發(fā)光的形態(tài)的照片。數(shù)據(jù)調(diào)整時的驅(qū)動電壓為70V，電子加速電壓為7kV。驅(qū)動頻率為60Hz。在該條件下，確認(rèn)了1100cd/m2的高亮度發(fā)光。
此外，本發(fā)明的電子發(fā)射元件并不限于上述的實施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，當(dāng)然可以采用各種各樣的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射元件，其特征在于，具有由電介質(zhì)構(gòu)成的發(fā)射極部(12)和施加用于電子發(fā)射的驅(qū)動電壓(Va)的第一電極(14)以及第二電極(16)，所述第一電極(14)形成在所述發(fā)射極部(12)的第一面上；所述第二電極(16)形成在所述發(fā)射極部(12)的第二面上，至少所述第一電極(14)具有露出所述發(fā)射極部(12)的多個貫通部(20)，在第一階段，從所述第一電極(14)向所述發(fā)射極部(12)進行電子發(fā)射，所述發(fā)射極部(12)帶電；在第二階段，從所述發(fā)射極部(12)進行電子發(fā)射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，所述第一電極(14)具有露出所述發(fā)射極部(12)的多個貫通部(20)，所述第一電極(14)中，所述貫通部(20)的周部(26)的與所述發(fā)射極部(12)相對的面(26a)與所述發(fā)射極部(12)分離開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，所述第一階段的與所述發(fā)射極部(12)的帶電量相對應(yīng)的電子在所述第二階段從所述發(fā)射極部(12)射出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，維持所述第一階段的所述發(fā)射極部(12)的帶電量直到進行所述第二階段的電子射出為止。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，在所述第一階段，通過在所述第一電極(14)和所述第二電極(16)之間施加向一方向的電壓，將所述發(fā)射極部(12)從向一方向極化的狀態(tài)變化為極化反轉(zhuǎn)后的狀態(tài)的電壓設(shè)為第一抗電壓v1；在所述第二階段，通過在所述第一電極(14)和所述第二電極(16)之間施加向另一方向的電壓，將所述發(fā)射極部(12)的極化方向再次變化為所述一方向的電壓設(shè)為第二抗電壓v2時，具有v1＜0或v2＜0，|v1|＜|v2|的特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，所述發(fā)射極部(12)的至少所述第一面形成電介質(zhì)的晶界的凸凹(22)，所述第一電極(14)在與所述電介質(zhì)的晶界的凹部(24)對應(yīng)部分形成有所述貫通部(20)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件，其特征在于，所述第一電極(14)是具有多個鱗片狀形狀的物質(zhì)(15)的集合體(17)或者是包含具有鱗片狀形狀的物質(zhì)(15)的導(dǎo)電物質(zhì)(19)的集合體(21)。
全文摘要
電子發(fā)射元件(10A)具有由電介質(zhì)構(gòu)成的發(fā)射極部(12)、施加用于電子發(fā)射的驅(qū)動電壓(Va)的上部電極(14)以及下部電極(16)，上部電極(14)形成在發(fā)射極部(12)的上表面上，下部電極(16)形成在發(fā)射極部(12)的下表面上，上部電極(14)具有露出發(fā)射極部(12)的多個貫通部(20)，上部電極(14)中貫通部(20)的周部(26)的與發(fā)射極部(12)相對的面與發(fā)射極部(12)分離開。
文檔編號H01J1/312GK1898763SQ20058000071
公開日2007年1月17日 申請日期2005年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月17日
發(fā)明者武內(nèi)幸久, 七瀧努, 大和田巖, 赤尾隆嘉 申請人:日本礙子株式會社