(57)【要約】【課題】  高い効率で電子を放出することができる電子放出装置を提供すること。【解決手段】  電子放出装置１０は、下部電極１２と、誘電体からなるエミッタ部１３と、貫通孔１４ａを有する上部電極１４と、を備え、下部電極と上部電極との間に駆動電圧が付与されることによりエミッタ部から上部電極を介して電子を放出する。貫通孔１４ａの平均径は１０ｎｍ以上、且つ、１００ｎｍ未満である。これにより、各貫通孔１４ａ直下に多くの電子を蓄積することができ、且つ、より多くの貫通孔１４ａを上部電極１４に形成できる。【選択図】  図４
2006185909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなるエミッタ部と、前記エミッタ部の下部に形成された下部電極と、前記エミッタ部を挟んで前記下部電極に対向するように同エミッタ部の上部に形成された上部電極と、を備え、前記下部電極と前記上部電極との間に駆動電圧が付与されることにより前記エミッタ部から同上部電極を介して電子を放出する電子放出装置において、
前記上部電極は、
前記エミッタ部を露出する貫通孔であって同貫通孔の平均径が１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満である貫通孔を複数備えるとともに、同貫通孔の周部であって同エミッタ部と対向する面が同エミッタ部から所定の距離だけ離間しているように形成されていることを特徴とする電子放出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子放出装置において、
前記貫通孔の平均径は、前記エミッタ部の誘電体の粒径よりも小さいことを特徴とする電子放出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電子放出装置において、
前記上部電極は金属を含み、前記貫通孔は同金属の金属結晶粒により形成された気孔であることを特徴とする電子放出装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電子放出装置において、
前記上部電極は、二種類以上の金属を含んでなる電子放出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電子放出装置において、
前記上部電極は、銀，金，イリジウム，ロジウム，ルテニウム，白金，パラジウム，アルミニウム，銅，ニッケル，クロム，モリブデン，タングステン及びチタンのうちの二種類以上の金属を含んでなる電子放出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電子放出装置において、
前記上部電極は、白金を母材としてなる電子放出装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の電子放出装置において、
前記上部電極は、金属粒子同士が結合することにより形成される３次元網目構造を有することを特徴とする電子放出装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の電子放出装置において、
前記上部電極は、厚み方向において二個以上の金属粒子同士が化学的に結合することにより形成される多孔質体であることを特徴とする電子放出装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の電子放出装置において、
前記上部電極の平均開孔率が、５％以上且つ６０％以下である電子放出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体からなるエミッタ部と、前記エミッタ部の下部に形成された下部電極と、前記エミッタ部を挟んで前記下部電極に対向するように同エミッタ部の上部に形成された上部電極と、を備えた電子放出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、誘電体で形成されたエミッタ部から電子を放出することに関し、以下の非特許文献にて諸説が述べられている。
【非特許文献１】安岡、石井著「強誘電体陰極を用いたパルス電子源」応用物理第６８巻第５号、ｐ５４６〜５５０（１９９９）
【非特許文献２】V.F.Puchkarev, G.A.Mesyats,On the mechanism of emission from the ferroelectric ceramic cathode,J.Appl.Phys., vol 78, No. 9, 1 November, 1995, p.5633-5637
【非特許文献３】H.Riege, Electron emissionferroelectrics - a review, Nuc1. Instr. and Meth. A340, p. 80-89 (1994)
【発明の開示】
【０００３】
本出願人は、このような誘電体からなるエミッタ部を有する電子放出装置に関して種々の提案をしている。即ち、本出願人により提案された電子放出装置は、誘電体からなるエミッタ部と、前記エミッタ部の下部に形成された下部電極と、前記エミッタ部を挟んで前記下部電極に対向するように同エミッタ部の上部に形成された上部電極と、を備えている。この電子放出装置においては、前記下部電極と前記上部電極との間に駆動電圧が付与される。これにより、誘電体の分極が反転動作させられ、この分極反転に伴って上部電極に形成されている微細な貫通孔から電子が放出される。
【０００４】
より具体的に説明すると、この電子放出装置２００は、図４５乃至図４８に示したように、エミッタ部２０２の上面及び下面にそれぞれ形成された上部電極２０４及び下部電極２０６とを備えている。上部電極２０４には貫通孔２０４ａが形成されている。この貫通孔２０４ａの周部であってエミッタ部２０２と対向する面は、エミッタ部２０２から所定の距離だけ離間している。
【０００５】
先ず、電子放出装置２００は、図４５に示したように、エミッタ部２０２の上部（上面）に電子を蓄積していない初期状態にある。次に、図４６に示したように、下部電極２０６に対して上部電極２０４の電位が負になるように駆動電圧が付与されると、エミッタ部２０２の分極が反転する。この分極反転により、上部電極２０４の貫通孔２０４ａの周辺部の直下部に存在するエミッタ部２０２に向けて上部電極２０４から電子が供給される。この結果、貫通孔２０４ａの周辺部の直下部に存在するエミッタ部２０２の上部に電子が蓄積される。
【０００６】
次に、図４７に示したように、下部電極２０６に対して上部電極２０４の電位が正になるように駆動電圧が付与されると、エミッタ部２０２の分極が再び反転する。このような状態が継続すると、図４８に示したように、エミッタ部２０２の上部に蓄積されていた電子は、クーロンの反発力によって貫通孔２０４ａを通って上方（Ｚ軸正方向）に放出される。
【０００７】
ところで、これまで提案してきた電子放出装置においては、極めて微細な径を有する貫通孔２０４ａを上部電極２０４に形成することは一般に困難であること、及び、貫通孔２０４ａの径が極めて微細であると貫通孔２０４ａの周辺部からエミッタ部２０２の上部へ供給し得る電子の量が少なくなると考えられていたこと等から、貫通孔２０４ａの径は、例えば、１００ｎｍ以上になっていた。
【０００８】
しかしながら、電子放出装置２００の上面の単位面積あたりの電子放出量をより多くするために、貫通孔２０４ａの径を１００ｎｍ以上の範囲で変更したり、貫通孔２０４ａの個数を増大させたりする等、鋭意検討を重ねたが、電子放出量には限界があった。
【０００９】
電子放出量を多くできない理由は、図４９に示した等電位線から理解されるように、等電位線が貫通孔２０４ａから外部に膨出することで、電子は、貫通孔２０４ａ周辺部から供給されやすくなるものの、電界の強さが小さい貫通孔２０４ａの中央部直下近傍に蓄積され難くなっていることによるものと推測される。
【００１０】
本発明の電子放出装置の目的の一つは、上記課題を解決し、電子放出量の大きな電子放出装置を提供することである。本発明の電子放出装置は、誘電体からなるエミッタ部と、前記エミッタ部の下部に形成された下部電極と、前記エミッタ部を挟んで前記下部電極に対向するように同エミッタ部の上部に形成された上部電極と、を備え、前記下部電極と前記上部電極との間に駆動電圧が付与されることにより前記エミッタ部から同上部電極を介して電子を放出する電子放出装置において、前記上部電極は、前記エミッタ部を露出する貫通孔であって同貫通孔の平均径が１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満である貫通孔を複数備えるとともに、同貫通孔の周部であって同エミッタ部と対向する面が同エミッタ部から所定の距離だけ離間しているように形成されていることを特徴とする。
【００１１】
ここで、貫通孔の平均径とは、貫通孔の形状が円形であればその円形の直径と等しく、貫通孔の形状が円形でなければ貫通孔の中心を通るそれぞれ異なる複数の線分の長さの平均として定義される。貫通孔の形状は、円形である必要はなく、三角形、楕円形、長円形及び細い溝状（スリット形状）等であってもよい。なお、貫通孔の形状が細い溝状である場合、実質的に独立した貫通孔とみなせる部分の平均径を上記貫通孔の平均径として扱えばよく、溝幅が略一定である場合には、溝幅の平均を上記貫通孔の平均径として扱えばよい。
【００１２】
この電子放出装置によれば、図２６に示した等電位線から理解されるように、上部電極１４の貫通孔１４ａの径が１００ｎｍ未満であるので、電子を蓄積するための電界が貫通孔１４ａから膨出し難い。従って、図２６の符合Ｂにより示したように、貫通孔１４ａの直下部に存在するエミッタ部１３の上面のより広い領域において電界強度がより強く且つ均一となるので、エミッタ部１３の上面のより広い領域にわたって電子を蓄積することができる。この結果、一つの貫通孔１４ａから放出することができる単位面積あたりの電子の量を増大することができる。また、貫通孔１４ａの径が小さいので、電子放出装置の上面の単位面積あたりにより多くの貫通孔１４ａを形成することができる。従って、電子放出装置全体からの電子放出量をより増大することができる。
【００１３】
一方、この電子放出装置によれば、上部電極の貫通孔の径は１０ｎｍ以上である。貫通孔の径が１０ｎｍより小さいと、以下の推定理由により放出される電子の量が低下する恐れがある。
エミッタ部の上面の電子を蓄積する領域が小さくなりすぎ、電子蓄積量が低下する。
電子を放出する過程において上部電極に衝突する電子が増加し、上部電極に捕獲される電子の割合が増加する。
【００１４】
以上のことから、１０ｎｍ以上、且つ、１００ｎｍ未満の径の貫通孔を上部電極に備えた本発明による電子放出装置は、電子を高い効率にて放出することができる。
【００１５】
更に、前記貫通孔の平均径は、前記エミッタ部の誘電体の粒径よりも小さいことが望ましい。
【００１６】
直下にエミッタ部の粒界を含む貫通孔（図４の破線の円Ａ部及び粒界１３ａ１を参照。）よりも直下にエミッタ部の粒界を含まない貫通孔（図４の破線の円Ｂ部を参照。）のほうが、より多くの電子を放出することができる。従って、上部電極の貫通孔の平均径をエミッタ部を構成する誘電体の粒径よりも小さく形成すれば、直下にエミッタ部の粒界を含まない貫通孔の数が増大するから、より多くの電子を放出することが可能となる。なお、貫通孔の径は、誘電体の粒界を含まない貫通孔を増加させるために誘電体の粒径の１／５以下（より好ましくは１／１０以下、更に好ましくは１／２０以下）とするとよい。
【００１７】
また、前記上部電極は金属を含み、前記貫通孔は同金属の金属結晶粒により形成された気孔（金属結晶粒の形成時に互いに結合する金属結晶粒間に囲まれて形成される空間）であることが好ましい。
【００１８】
金属結晶粒により形成される気孔（貫通孔）は、例えば、有機金属化合物をスクリーン印刷、スプレー塗布及びディッピング塗布等の厚膜形成法によりエミッタ部となる物質の上面に塗布・延在させ、所定の温度にて加熱することにより焼成する方法により形成される。そのような貫通孔の表面（金属の結晶粒表面）は、レーザー加工等の後からの加工により形成された貫通孔の表面に比べ、金属の結晶性が高い。従って、電子放出が行われやすいと推定される。また、金属の結晶粒表面を有する貫通孔は、金属を焼結させることにより得ることができる。従って、そのような金属の結晶粒表面を有する貫通孔を備えた電子放出装置は、貫通孔をレーザー加工等の加工により形成した場合に生じるエミッタ表面の損傷を有さない。更に、上部電極に金属結晶粒により形成された気孔（貫通孔）を備えさせれば、貫通孔を加工により形成した場合に発生する電極の微小な削り粉等が全く発生しないという利点も有する。
【００１９】
この場合、前記上部電極は、二種類以上の金属を含んでなることが好ましい。
【００２０】
更に、前記上部電極は、銀（Ａｇ），金（Ａｕ），イリジウム（Ｉｒ），ロジウム（Ｒｈ），ルテニウム（Ｒｕ），白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）のうちの二種類以上の金属を含んでなり、特に、白金を母材としてなることが好ましい。なお、母材とは、上部電極を構成する金属のうち重量％が最も大きい成分をいう。
【００２１】
更に、本発明による電子放出装置の上部電極は、金属粒子同士が結合することにより形成される３次元網目構造を有する電極である。換言すると、本発明による電子放出装置の上部電極は、厚み方向において二個以上の金属粒子同士が化学的に結合することにより形成される多孔質体であることを特徴とする電極である。
【００２２】
ところで、上部電極とエミッタ部との間の空間に気体が存在していると、その気体は電子放出動作中にイオン化して上部電極に吸着し、上部電極からエミッタ部への電子の供給及び／又はエミッタ部に供給・蓄積された電子の上部電極の貫通孔を介する放出を阻害するようになる。
【００２３】
これに対し、上述した３次元網目状或いは多孔質体の上部電極は、上部電極とエミッタ部との間の空間と、上部電極の上方の空間と、を連通する気孔を多数備える。従って、上部電極の上方の空間を真空に近づけるように圧力を低下させると、上部電極とエミッタ部との間の空間に残存している気体分子は、その気孔を通じて上部電極の上方の空間に導かれる。これにより、上部電極とエミッタ部との間の空間に残存する気体分子の数を低減することができる。この結果、電子放出動作を繰り返しても、電子放出量が低減し難い電子放出装置が提供される。
【００２４】
また、本発明による電子放出装置の上部電極の平均開孔率は、５％以上且つ６０％以下であることが好適である。その平均開孔率は、１０％以上且つ６０％以下であることが更に好ましく、２０％以上且つ６０％以下であることが一層好ましい。
【００２５】
このような電子放出装置は、
二種類以上の金属を含む有機金属化合物を前記エミッタ部となる物質の上部に膜状に延在させてから所定の温度にまで所定の昇温速度にて昇温する昇温工程を含む工程であって同有機金属化合物を焼成することにより前記上部電極を形成する工程を有する製造方法により製造することができる。なお、本明細書において、「昇温速度」とは「上部電極となる物質の温度の上昇速度」のことである。
【００２６】
ここで、「二種類以上の金属を含む有機金属化合物」は、一種類の金属のみを含む有機金属化合物を二種類以上混合したもの、二種類以上の金属を含む一種類の有機金属化合物、及び、二種類以上の金属を含む一種類の有機金属化合物に他の有機金属化合物を混合したものの何れであってもよい。
【００２７】
また、
前記二種類以上の金属を含む有機金属化合物は、母材となる所定の金属を含む有機金属化合物と、同所定の金属よりも融点の高い金属を含む有機金属化合物と、を所定の比率で混合した混合有機金属化合物であり、
前記上部電極を形成する工程は、前記混合有機金属化合物を同混合有機金属化合物に含まれる前記二種類以上の金属が単相の状態にて存在するように焼成させる工程であることが好適である。
【００２８】
これによれば、所定の金属を一種類のみ含む有機金属化合物を焼成させる場合に比べて、融点の高い金属の存在により単相の状態にある二種類以上の金属の粒成長が進行し難くなるので、１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満という微小な径の貫通孔を有する上部電極を容易に形成することができる。
【００２９】
一方、
前記二種類以上の金属を含む有機金属化合物は、母材となる所定の金属を含む有機金属化合物と、同所定の金属と異なる他の金属を含む有機金属化合物と、を所定の比率で混合した混合有機金属化合物であり、
前記上部電極を形成する工程は、前記混合有機金属化合物を同混合有機金属化合物に含まれる前記二種類以上の金属が混相の状態にて存在するように焼成させる工程であることも好適である。
【００３０】
これによれば、加熱により、母材となる所定の金属と他の金属とが二種類以上の異なる相を形成することにより、各相を構成する金属の粒成長を互いに阻害する。この結果、１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満という微小な径の貫通孔を有する上部電極を形成することができる。
【００３１】
更に、上記二種類以上の金属が混相の状態にて存在するように焼成させる方法の場合、前記他の金属は前記母材となる所定の金属よりも融点の低い金属であることが好適である。
【００３２】
これによれば、金属粉体を焼結させる際の温度を前記母材となる所定の金属単体を焼結させるための温度と同程度の温度或いはその温度よりも低い温度とすることができるので、エミッタ部などの他の部分に熱的な損傷を与えず、また、上部電極が脆弱とならない。
【００３３】
更に、二種類以上の金属を含む有機金属化合物を前記エミッタ部となる物質の上部に膜状に延在させてから所定の温度にまで所定の昇温速度にて昇温する昇温工程において、その所定の昇温速度を毎分１０℃より大きい昇温速度とすることが望ましい。
【００３４】
上述したように、上部電極の貫通孔の径が適度に小さくできれば、一つの貫通孔から放出することができる単位面積あたりの電子の量を増大することができるとともに、電子放出装置の上面の単位面積あたりにより多くの貫通孔を形成することができる。従って、電子放出装置全体からの電子放出量をより増大することができる。
【００３５】
一方、実験によれば、エミッタ部の上面（上部電極が形成されているエミッタ部の表面）の形状が同一であるとすると、所定の駆動条件において上部電極の平坦性が向上するほど電子放出量を増大することができることが判明してきた。上部電極の平坦性が向上すると、図５０に示したように、貫通孔２０４ａの周部（貫通孔の縁部）であってエミッタ部２０２と対向する面とエミッタ部２０２の上面との距離の最大値をｄとしたときに各貫通孔２０４ａに対するｄの平均値ｄ１は大きくなる。上部電極の平坦性が低下すると、図５１に示したように、この場合の前記最大値ｄの平均値ｄ２は小さくなる（ｄ１＞ｄ２）。これらについて実際に実験により電子放出量を測定すると、図５０に示した電子放出装置の方が図５１に示した電子放出装置よりも電子放出量が多くなっていることが確認された。
【００３６】
他方、上部電極２０４を構成する部材の焼成温度を高くすると、上部電極２０４の平坦性が向上することも確認された。これは、焼成温度が高いことにより、金属の粒成長が起こって上部電極２０４を構成する部材が収縮するためであると推定される。ところが、焼成温度が高いと、金属の粒成長に伴い貫通孔同士も大きくなり且つ貫通孔２０４ａの数が減少してしまう。その結果、上部電極２０４の平坦性が向上する一方で貫通孔２０４ａの径が大きくなり且つ貫通孔２０４ａの数（密度）が減少してしまうので、電子放出量が増大しない。
【００３７】
そこで、本発明者は種々の実験を行った結果、上部電極を焼成する際の昇温速度を大きくすると焼成温度を高くして金属の粒成長を促進せずとも、上部電極の平坦性を向上することができることを見出した。また、同時に貫通孔の数を増大させることができることも見出した。
【００３８】
そこで、発明者は、二種類以上の金属を含む有機金属化合物を焼成する場合に適切な昇温工程における昇温速度を検討したところ、昇温速度を毎分１０℃より大きくすることが望ましいという知見を得た（図３２を参照。）。これにより、電子放出量の大きい電子放出装置を製造することができるようになった。
【００３９】
また、そのような昇温工程は、その昇温工程中に前記有機金属化合物の分解過程が含まれる工程であるということができる。昇温工程中に前記有機金属化合物の熱分解の過程（分解過程）が含まれれば、上部電極の平坦性の向上及び貫通孔の数の増大を両立することができる。
【００４０】
以上においては、二種類以上の金属を含む有機金属化合物を用いて電子放出装置の上部電極を製造する場合について述べた。これに対し、一種類の金属を含む有機金属化合物を用いて上部電極を製造する場合には、その有機金属化合物をエミッタ部となる物質の上部に膜状に延在させてから所定の温度にまで毎分１００℃より大きい昇温速度にて昇温する昇温工程を含む工程であって同有機金属化合物を焼成する工程によって前記上部電極を形成することが好適である（図３２を参照。）。これによっても、電子放出量の大きい電子放出装置を製造することができる。
【００４１】
この場合にも、前記昇温工程は、同昇温工程中に前記有機金属化合物の熱分解の過程が含まれる工程であることが望ましい。昇温工程中に前記有機金属化合物の熱分解の過程が含まれれば、上部電極の平坦性の向上及び貫通孔の数の増大を両立することができる。また、同時に貫通孔の径を微細化することができる。
【００４２】
更に、前記一種類の金属を含む有機金属化合物は、白金の有機金属化合物であることが好適である。
【００４３】
本発明の電子放出装置の目的の一つは、電子放出促進層をエミッタ部の上面に形成することにより、電子放出量の大きな電子放出装置を提供することである。
【００４４】
より具体的に述べると、本発明の電子放出装置は、
誘電体からなるエミッタ部と、前記エミッタ部の下部に形成された下部電極と、前記エミッタ部を挟んで前記下部電極に対向するように同エミッタ部の上部に形成された上部電極と、を備え、前記下部電極と前記上部電極との間に駆動電圧が付与されることにより前記エミッタ部から同上部電極を介して電子を放出する電子放出装置において、
前記上部電極は、前記エミッタ部を露出する貫通孔を複数備えるとともに、同貫通孔の周部であって同エミッタ部と対向する面が同エミッタ部から所定の距離だけ離間しているように形成されるとともに、
前記エミッタ部の上面であって前記上部電極と前記所定の距離だけ離間している部分及び／又は同エミッタ部の上面であって前記貫通孔により外部に露出している部分に前記放出される電子量を増大する電子放出促進層を備えたことを特徴とする電子放出装置である。
【００４５】
この場合、前記電子放出促進層は、シリコンを含む化合物からなっていることが望ましい。また、前記電子放出促進層は、ファイバー状であることが望ましい。
【００４６】
かかる電子放出促進層は、絶縁体、半導体及び導体のいずれであってもよく、それぞれ、以下のように機能して電子放出量を増大させる。
【００４７】
（電子放出促進層が絶縁体からなる場合）
エミッタ部の分極反転により電子が放出される際、エミッタ部の表面の電子の一部はエミッタ部の上部（エミッタ部の表面抵抗が生じている部分）に沿って移動し、エミッタ部と上部電極とが接触している部分にて上部電極に回収されてしまう。電子放出促進層が絶縁体であれば、エミッタ部の上面の近傍における同上面に沿った方向の抵抗率（ここでは、「表面抵抗率」とも称呼する。）が高くなるので、このような上部電極に回収される電子の割合が低下する。その結果、電子放出量が増大する。
【００４８】
また、電子放出促進層が絶縁体であり、且つ、ファイバー状であると、エミッタ部の上面の表面積が増大する。その結果、蓄積できる電子量が増大し、電子放出量が増大する。
【００４９】
（電子放出促進層が半導体あるいは導体からなる場合）
半導体あるいは導体の電子放出促進層が存在していない場合のエミッタ部と同エミッタ部に蓄積されている電子との間の親和力よりも、半導体あるいは導体の電子放出促進層と同エミッタ部に蓄積されている電子との間の親和力の方が小さくなる。これにより、エミッタ部の分極反転によって電子が放出されるとき、その電子に与えられるエネルギーが大きくなる。その結果、貫通孔を通過しようとするときに上部電極に回収されてしまう電子の割合が減少し、電子放出量が増大する。
【００５０】
また、電子放出促進層が半導体あるいは導体であり、且つ、ファイバー状であると、電子放出促進層（特に、ファイバー先端）に電界が集中する。これにより、エミッタ部の上部に蓄積されていた電子のうち、分極反転により放出される電子の割合が増大する。この結果、電子放出量が増大する。この場合、電子放出促進層が、仕事関数の小さい導体あるいは電子親和力の小さい半導体からなっていれば、それぞれ電子放出量を効果的に増大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、本発明による電子放出装置及びその製造方法の各実施形態について図面を参照しながら説明する。この電子放出装置は、電子照射線装置、光源及び電子部品製造装置等の種々の装置に適用することができるが、以下の説明においてはディスプレイに適用されている。
【００５２】
（構造）
図１乃至図３に示したように、本発明の実施形態に係る電子放出装置１０は、基板１１、複数の下部電極（下部電極層）１２、エミッタ部１３、複数の上部電極（上部電極層）１４、絶縁層１５及び複数の集束電極（集束電極層）１６を備えている。なお、図１は、電子放出装置１０の部分平面図である図３の１−１線に沿った平面にて電子放出装置１０を切断した断面図、図２は図３の２−２線に沿った平面にて電子放出装置１０を切断した断面図である。
【００５３】
基板１１は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸により形成される平面（Ｘ−Ｙ平面）に平行な上面及び下面を有し、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれに直交するＺ軸方向に厚み方向を有する板体である。基板１１は、ガラス又はセラミック材料からなっている。このセラミック材料としては、例えば、酸化ジルコニウムを主成分とする材料、酸化アルミニウムを主成分とする材料、或いは、酸化アルミニウム及び酸化ジルコニウムとの混合物を主成分とする材料から構成されてもよい。
【００５４】
下部電極１２のそれぞれは、後述する導電性物質からなり、基板１１の上面の上に層状に形成されている。各下部電極１２の平面視における形状はＹ軸方向に長手方向を有する帯状である。図１に示したように、互いに隣接する二つの下部電極１２は、Ｘ軸方向において所定の距離だけ離れた位置に形成されている。図１において、符合１２−１、１２−２及び１２−３が付された下部電極１２は、便宜上、第１下部電極、第２下部電極及び第３下部電極とそれぞれ称呼される。
【００５５】
エミッタ部１３は、比誘電率が大きい誘電体（例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、チタン酸鉛（ＰＴ）及びジルコン酸鉛（ＰＺ）の３成分系材料ＰＭＮ−ＰＴ−ＰＺ。材質については後述する。）からなり、基板１１の上面及び下部電極１２の上面の上に形成されている。エミッタ部１３は、Ｘ−Ｙ平面に平行な上面及び下面を有し、Ｚ軸方向に厚み方向を有する薄板体である。エミッタ部１３の上面には、図４に拡大して示したように、誘電体の粒界１３ａ１による凹凸１３ａが形成されている。
【００５６】
上部電極１４のそれぞれは、後述する導電性物質からなり、エミッタ部１３の上面の上に層状に形成されている。各上部電極１４の平面視における形状は、図３に示したように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ沿った短辺及び長辺を有する長方形である。複数の上部電極１４は互いに離間し、マトリクス状に配列されている。
【００５７】
上部電極１４のそれぞれは、下部電極１２のそれぞれに対向し、平面視において下部電極１２のそれぞれに重なる位置に配設されている。図１及び図３において、符合１４−１、１４−２及び１４−３が付された上部電極１４は、便宜上、第１上部電極、第２上部電極及び第３上部電極とそれぞれ称呼される。また、Ｘ軸方向に配列された複数の上部電極１４同士は図示しない導体により接続され、同電位に維持されるようになっている。なお、電子放出の安定化及び電極やエミッタ部の保護を目的として、各々の上部電極に隣接して抵抗体を形成し、それを介して導体と接続してもよい。
【００５８】
上部電極１４のそれぞれには、図４及び上部電極１４の部分拡大平面図である図５に示したように、複数の微細な貫通孔１４ａが形成されている。貫通孔１４ａの正面視における形状は略円形である。貫通孔１４ａの平均径は１０ｎｍ以上、且つ、１００ｎｍ未満である。
【００５９】
ここで、貫通孔の平均径とは、貫通孔の形状が円形であればその円形の直径と等しく、貫通孔の形状が円形でなければ貫通孔の中心を通るそれぞれ異なる複数の線分の長さの平均として定義される。貫通孔の形状は、円形である必要はなく、三角形、楕円形、長円形及び細い溝状（スリット形状）等であってもよい。なお、貫通孔の形状が細い溝状である場合、実質的に独立した貫通孔とみなせる部分の平均径を上記貫通孔の平均径として扱えばよく、溝幅が略一定である場合には、溝幅の平均を上記貫通孔の平均径として扱えばよい。なお、例えば、貫通孔の正面形状の重心がその貫通孔の内側に存在する場合、貫通孔の中心は貫通孔の重心であると規定する。
【００６０】
上部電極１４に形成される貫通孔の形状は、上記貫通孔１４ａのような略円形に限らず、図６乃至図１０に示したように、略楕円形１４ｂ及び略長円形（トラック形状）１４ｃ等の曲線部分を主とした形状、略三角形１４ｄ及び略四角形１４ｅ等の直線部分を主とした形状及び幅狭の溝状（スリット）１４ｆであってもよい。また、三日月形状及びブーメラン形状等であってもよい。
【００６１】
図１０に示した幅狭の溝状の貫通孔１４ｆの場合、くびれ部１４ｆ１が存在している。従って、貫通孔１４ｆは、略長方形の貫通孔１４ｆ２が複数個連続したものとみなすことができる。そのため、貫通孔１４ｆの平均径は、個々の長方形の貫通孔１４ｆ２の平均径と等しいと定義される。幅狭の溝状の貫通孔がこのようなくびれ部を有していない場合、その貫通孔の幅（スリット幅）を上述した平均径であるとみなす。この溝状の貫通孔に適用される事項は、貫通孔の形状が三日月形状及びブーメラン形状等のように曲線的な溝状である場合にも同様に適用される。
【００６２】
このような貫通孔（貫通孔１４ａ等）の平均径は、エミッタ部１３の誘電体の粒径よりも小さいことが望ましい。直下にエミッタ部の粒界１３ａ１を含む貫通孔（図４の破線の円Ａ部を参照。）よりも直下にエミッタ部の粒界を含まない貫通孔（図４の破線の円Ｂ部を参照。）のほうが、より多くの電子を放出することができる。従って、上部電極１４の貫通孔１４ａの平均径をエミッタ部１３を構成する誘電体の粒径よりも小さく形成すれば、直下にエミッタ部１３の粒界を含まない貫通孔１４ａの数が増大するから、より多くの電子を放出することが可能となる。なお、貫通孔１４ａの径は、エミッタ部１３の誘電体の粒界を含まない貫通孔を増加させるために同誘電体の粒径の１／５以下（より好ましくは１／１０以下、更に好ましくは１／２０以下）とするとよい。
【００６３】
また、このような貫通孔１４ａは、金属の金属結晶粒により形成された気孔（金属結晶粒の形成時に互いに結合する金属結晶粒間に囲まれて形成される空間）であることが好ましい。
【００６４】
金属結晶粒により形成された気孔（貫通孔１４ａ）は、例えば、後述するように、有機金属化合物をスクリーン印刷、スプレー塗布及びディッピング塗布等の厚膜形成法によりエミッタ部となる物質の上面に塗布・延在させ、所定の温度にて加熱することにより焼成する方法により形成され、その表面（金属の結晶粒表面）は、レーザー加工等によって後からの加工により形成された貫通孔の表面に比べ、結晶性が高い（金属表面の結晶性が高い）。従って、電子放出が行われやすいと推定される。また、金属の結晶粒表面を有する貫通孔は、金属を焼結させることにより得ることができる。従って、そのような金属の結晶粒表面を有する貫通孔を備えた電子放出装置は、貫通孔をレーザー加工等によって加工した場合に生じるエミッタ表面の損傷を有さない。更に、上部電極に金属結晶粒により形成された気孔（貫通孔）を備えさせれば、貫通孔を加工により形成した場合に発生する電極の微小な削り粉等が全く発生しないという利点も有する。
【００６５】
一方、図１１に示したように、上部電極１４の厚みｔは、０．０１μｍ以上且つ１０μｍ以下であり、好ましくは、０．０５μｍ以上且つ１μｍ以下である。また、貫通孔１４ａ（１４ｂ〜１４ｆ）の周部（貫通孔の縁部）であってエミッタ部１３と対向する面とエミッタ部１３（エミッタ部１３の上面）との距離の最大値ｄは０μｍより大きく且つ１０μｍ以下であり、好ましくは、０．０１μｍ以上且つ１μｍ以下である。
【００６６】
ところで、平面視において上部電極１４と下部電極１２とが重なった部分は電子放出のための一つの素子を形成していることになる。例えば、図１に示した装置においては、第１下部電極１２−１、第１上部電極１４−１及び第１下部電極１２−１と第１上部電極１４−１とにより挟まれたエミッタ部１３は、第１の素子を構成している。また、第２下部電極１２−２、第２上部電極１４−２及び第２下部電極１２−２と第２上部電極１４−２とにより挟まれたエミッタ部１３は、第２の素子を構成している。更に、第３下部電極１２−３、第３上部電極１４−３及び第３下部電極１２−３と第３上部電極１４−３とにより挟まれたエミッタ部１３は、第３の素子を構成している。このように、電子放出装置１０は、複数の独立した電子放出素子を備えている。換言すれば、電子放出装置は電子放出素子であると云うこともできる。
【００６７】
図１乃至図３を再び参照すると、絶縁層１５は、エミッタ部１３の上面の上に、複数の上部電極１４の間を埋めるように形成されている。絶縁層１５の厚み（Ｚ軸方向長さ）は、上部電極１４の厚み（Ｚ軸方向長さ）より大きくなっている。図１及び図２に示したように、各絶縁層１５のＸ軸及びＹ軸方向端部は、上部電極１４のＸ軸方向両端部及びＹ軸方向両端部の上に配置されている。
【００６８】
集束電極１６は、導電性物質（ここでは、銀）からなり、絶縁層１５の上に層状に形成されている。図３に示したように、各集束電極１６の平面視における形状はＹ軸方向に長手方向を有する帯状である。各集束電極１６は、平面視においてＸ軸方向にて互いに隣接する上部電極１４の間（Ｘ軸方向に互いに隣接している素子の各上部電極の間であって、各上部電極の斜め上方（上方とはＺ軸正方向のことであり、以下、同じ。）、即ち、電子放出方向に僅かに離間した位置）に形成されている。総ての集束電極１６は、図示しない導体からなる層により互いに接続され、同電位に維持されるようになっている。
【００６９】
なお、図１及び図３において、符合１６−１、１６−２及び１６−３が付された集束電極１６は、便宜上、第１集束電極、第２集束電極及び第３集束電極とそれぞれ称呼される。この称呼方法を利用すると、第２集束電極１６−２は第１の素子の第１上部電極１４−１と第２の素子の第２上部電極１４−２との間であって、第１上部電極１４−１及び第２上部電極１４−２の斜め上方に形成されていると言える。同様に、第３集束電極１６−３は第２の素子の第２上部電極１４−２と第３の素子の第３上部電極１４−３との間であって、第２上部電極１４−２及び第３上部電極１４−３の斜め上方に形成されていると言える。
【００７０】
この電子放出装置１０は、更に、透明板１７、コレクタ電極（コレクタ電極層）１８及び蛍光体１９を備えている。
【００７１】
透明板１７は、透明な材質（ここでは、ガラス又はアクリル製）からなっていて、上部電極１４の上方（Ｚ軸正方向）に所定の距離だけ離れた位置に形成されている。透明板１７は、基板１１に対向し、その上面及び下面がエミッタ部１３の上面及び上部電極１４の上面と平行（Ｘ−Ｙ平面内）となるように配設されている。
【００７２】
コレクタ電極１８は、導電性物質（ここでは、透明導電膜，ITO）からなっていて、透明板１７の下面全体に層状に形成されている。即ち、コレクタ電極１８は、各上部電極１４の上部において各上部電極１４に対向するように配設されている。
【００７３】
蛍光体１９のそれぞれは、電子の照射により励起され、赤、緑及青色の何れかの光を発するようになっている。各蛍光体１９は、平面視において各上部電極１４と略同一の形状を備え、各上部電極１４と重なる位置に配設されている。図１において、符合１９Ｒ、１９Ｇ及び１９Ｂが付された蛍光体１９は、赤色、緑色及び青色をそれぞれ発光するようになっている。従って、本例においては、赤色蛍光体１９Ｒは第１上部電極１４−１の直上部（Ｚ軸正方向）に位置し、緑色蛍光体１９Ｇは第２上部電極１４−２の直上部に位置し、青色蛍光体１９Ｂは第３上部電極１４−３の直上部に位置している。なお、エミッタ部１３、上部電極１４、絶縁層１５、集束電極１６及び透明板１７（コレクタ電極１８）により囲まれた空間は略真空（１０２〜１０−６Ｐａが好ましく、より好ましくは１０−３〜１０−５Ｐａ）に維持されている。
【００７４】
換言すると、透明板１７及びコレクタ電極１８は、図示しない電子放出装置１０の側壁部とともに密閉空間を形成する空間形成部材を構成している。そして、この密閉空間は略真空に維持されている。従って、電子放出装置１０の素子（少なくとも各素子のエミッタ部１３の上部と上部電極１４）は、空間形成部材により略真空状態に維持されている密閉空間内に配置されていることになる。
【００７５】
加えて、電子放出装置１０は、図１に示したように、駆動電圧付与回路（駆動電圧付与手段）２１と、集束電極電位付与回路（集束電極電位差付与手段）２２と、コレクタ電圧付与回路（コレクタ電圧付与手段）２３と、を備えている。
【００７６】
駆動電圧付与回路２１は、信号制御回路１００及び電源回路１１０に接続されていていて、信号制御回路１００からの信号に基づいて互いに対向する上部電極１４と下部電極１２との間（素子）に駆動電圧Ｖinを付与するようになっている。
【００７７】
集束電極電位付与回路２２は、集束電極１６に接続されていて、集束電極１６に所定の負の電位（電圧）Ｖｓを付与するようになっている。コレクタ電圧付与回路２３は、コレクタ電極１８に所定の正の電圧（コレクタ電圧）Ｖｃを付与するようになっている。
【００７８】
（電子放出の原理及び作動）
次に、上記のように構成された電子放出装置１０の電子放出に関する作動原理について一つの素子に着目して説明する。
【００７９】
先ず、図１２に示したように、下部電極１２の電位を基準とした下部電極１２と上部電極１４の実際の電位差Ｖka（即ち、素子電圧Ｖka）が正の所定電圧Ｖｐに維持され、エミッタ部１３の上部に蓄積された電子が総て放出した直後であって、電子がエミッタ部１３の上部に蓄積されていない状態から説明を開始する。このとき、エミッタ部１３の双極子の負極はエミッタ部１３の上面（Ｚ軸正方向、即ち、上部電極１４側）に向いた状態となっている。この状態は、図１３に示したグラフ上の点ｐ１の状態である。図１３のグラフは、横軸に素子電圧Ｖkaをとり、縦軸に素子に蓄積された電荷Ｑをとったエミッタ部１３の電圧−分極特性のグラフである。
【００８０】
この状態において、駆動電圧付与回路２１は、駆動電圧Ｖinを負の所定電圧である第１電圧Ｖｍに向けて減少させる。これにより、素子電圧Ｖkaは図１３の点ｐ２を経由して点ｐ３に向けて減少する。そして、素子電圧Ｖkaが図１３に示した負の抗電界電圧Ｖａの近傍の電圧になると、エミッタ部１３の双極子の向きが反転し始める。即ち、図１４に示したように、分極反転（負側分極反転）が開始する。
【００８１】
この分極反転により、貫通孔１４ａを形成している上部電極１４の周囲（先端部分）、及び、上部電極１４とエミッタ部１３の上面とこれらの周囲の媒質（この場合、真空）との接触箇所（トリプルジャンクション）において電界が大きくなり（電界集中が発生し）、図１５に示したように、上部電極１４からエミッタ部１３に向けて電子が供給され始める。
【００８２】
この供給された電子は、主として上部電極１４の貫通孔１４ａの周辺部直下近傍のエミッタ部１３の上部（以下、単に「貫通孔１４ａ直下近傍」とも言う。）に蓄積される。その後、所定の時間が経過して負側分極反転が完了すると、素子電圧Ｖkaは負の所定電圧Ｖｍに向けて急激に変化する。このようにして、電子が蓄積される。この状態が、図１３の点ｐ４の状態である。
【００８３】
次に、駆動電圧付与回路２１は、駆動電圧Ｖinを正の所定電圧である第２電圧Ｖｐに変更する。これにより、素子電圧Ｖkaは増大し始める。このとき、素子電圧Ｖkaが図１３の点ｐ５に対応する正の抗電界電圧Ｖｄより小さい電圧Ｖｂ（点ｐ６）に到達するまでは、図１６に示したように、エミッタ部１３の帯電状態が維持される。その後、素子電圧Ｖkaは正の抗電界電圧Ｖｄの近傍の電圧に到達する。これにより、貫通孔１４ａ直下近傍に蓄積されていた電子は、上部電極１４に与えられた電位により上部電極１４に引き寄せられ、これと前後して双極子の負極がエミッタ部１３の上面側に向き始める。即ち、図１７に示したように、分極が再び反転する（正側分極反転が開始する。）。この状態が図１３の点ｐ５近傍の状態である。
【００８４】
このような状態になると、貫通孔１４ａ直下近傍に蓄積されていた電子は、負極がエミッタ部１３の上面側に反転した双極子からクーロンの反発力を受けるとともに、上部電極１４に与えられた電位により上部電極１４に引き寄せられる。この結果、図１８に示したように、貫通孔１４ａ直下近傍に蓄積されていた電子は、貫通孔１４ａを通って上方（Ｚ軸正方向）に放出される。
【００８５】
そして、正側分極反転が完了すると、素子電圧Ｖkaは急激に増大を開始し、電子が活発に放出される。次いで、電子の放出は完了し、素子電圧Ｖkaは第２電圧Ｖｐに到達する。この結果、エミッタ部１３の状態は図１２に示した当初の状態（図１３の点ｐ１の状態）に復帰する。以上が、電子の蓄積（消灯）及び放出（点灯・発光）に係る一連の作動原理である。
【００８６】
なお、素子が複数存在する場合、駆動電圧付与回路２１は電子放出を行うべき素子の上部電極１４に対してのみ駆動電圧Ｖinを第１電圧Ｖｍとして電子の蓄積を行い、電子放出を行う必要のない上部電極１４に対しては駆動電圧Ｖinを「０」の値に維持し、その後、総ての上部電極１４に対して駆動電圧Ｖinを第２電圧Ｖｐに一斉に（同時に）変化させるようになっている。これにより、電子は、電子をエミッタ部１３の上部に蓄積していた素子の上部電極１４（貫通孔１４ａ）のみから放出させられる。従って、電子放出を行う必要のない上部電極１４近傍のエミッタ部１３内では分極反転が発生しない。
【００８７】
ところで、電子が上部電極１４の貫通孔１４ａを通して放出されるとき、図１９に示したように、電子は次第に広がりながら（コーン状に）Ｚ軸正方向に進行する。この結果、従来の装置においては、一つの上部電極１４（例えば、第２上部電極１４−２）から放出された電子が、その上部電極１４の直上に存在する蛍光体（例えば、緑色蛍光体１９Ｇ）に到達するのみでなく、隣接する蛍光体（赤色蛍光体１９Ｒ及び青色蛍光体１９Ｂ）にも到達してしまう場合があった。このような状態が発生すると、色純度が低下して画像の鮮明さが低下する。
【００８８】
これに対し、本実施形態に係る電子放出装置１０は負の電位が付与される集束電極１６を備えている。この集束電極１６は、隣接する上部電極１４の間（隣接する素子の各上部電極の間）であって、上部電極１４よりも若干だけ上方（Ｚ軸正方向）の位置に配設されている。従って、図２０に示したように、上部電極１４の貫通孔１４ａから放出された電子は、集束電極１６によりもたらされる電界によって広がることなく実質的に直上方向に放出される。
【００８９】
この結果、第１上部電極１４−１から放出された電子は赤色蛍光体１９Ｒのみに到達し、第２上部電極１４−２から放出された電子は緑色蛍光体１９Ｇのみに到達し、第３上部電極１４−３から放出された電子は青色蛍光体１９Ｂのみに到達する。従って、ディスプレイの色純度が低下することなく、より鮮明な画像を得ることができる。
【００９０】
また、コレクタ電極１８には、コレクタ電圧付与回路２３により、所定の正の電圧Ｖｃが印加されている。これにより、エミッタ部１３から放出された電子は、コレクタ電極１８により形成される電界によって加速されながら（高いエネルギーが与えられ）上部電極１４の上方に進行する。従って、蛍光体１９に高いエネルギーをもった電子が照射されるので、大きな輝度が得られる
【００９１】
＜各構成部材の材料例及び製法例＞
次に、上記電子放出装置の構成部材の材料及び製法について説明する。
【００９２】
（下部電極１２）
下部電極１２には導電性を有する物質が使用される。下部電極１２は、各種の膜形成法により形成され得る。例えば、下部電極１２は、スクリーン印刷、スプレー塗布及びディッピング塗布等の厚膜形成手法や、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ及びめっき等の薄膜形成手法のうちの適宜の方法により形成される。以下、下部電極１２に好適な物質等を列挙する。
【００９３】
（１）高温酸化雰囲気に対して耐性を有する導体（例えば、金属単体又は合金）
例）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
例）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
（２）高温酸化雰囲気に対して耐性を有する絶縁性セラミックスと金属単体との混合物
例）白金とセラミック材料とのサーメット材料
（３）高温酸化雰囲気に対して耐性を有する絶縁性セラミックスと合金との混合物
（４）カーボン系、又は、グラファイト系の材料
（５）金、銀、銅、アルミニウム、クロム、モリブデン、タングステン、及びニッケル等の導体膜であって、スパッタリング等の薄膜形成手法を用いて形成される導体膜
（６）金のレジネート印刷膜、銀のレジネート印刷膜及び白金のレジネート印刷膜
【００９４】
なお、電極材料中にセラミック材料を添加する場合、その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。また、後述する上部電極１４の材料と同様な材料を用いてもよい。下部電極の厚さは、好ましくは２０μｍ以下であり、更に好ましくは５μｍ以下である。
【００９５】
（エミッタ部１３）
エミッタ部１３を構成する誘電体としては、上述したように比誘電率が比較的高い（例えば、比誘電率が１０００以上）の誘電体を採用することができる。以下、エミッタ部１３に好適な物質を列挙する。
【００９６】
（１）チタン酸バリウム、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
（２）上記（１）に記載の物質のうちの任意の物質を組み合わせたものを含有するセラミックス
【００９７】
（３）上記（２）に記載のセラミックスに、更に、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル及びマンガン等の酸化物を添加したもの、上記（２）に記載のセラミックスにこれらの酸化物の任意の物質を組み合わせたものを添加したもの、又は、更に他の化合物を適切に添加したもの
（４）主成分が上記（１）に記載の物質を５０％以上有する物質
【００９８】
なお、例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）とチタン酸鉛（ＰＴ）との２成分系ｎＰＭＮ−ｍＰＴ（ｎ，ｍをモル数比とする。）については、ＰＭＮのモル数比を大きくすることにより、キューリー点が低下し且つ室温での比誘電率を大きくすることができる。特に、ｎ＝０．８５〜１．０及びｍ＝１．０−ｎとしたｎＰＭＮ−ｍＰＴは、比誘電率が３０００以上となるので、エミッタ部の材料として非常に好ましい。例えば、ｎ＝０．９１及びｍ＝０．０９のｎＰＭＮ−ｍＰＴの室温における比誘電率は１５０００となり、ｎ＝０．９５及びｍ＝０．０５のｎＰＭＮ−ｍＰＴの室温における比誘電率は２００００となる。
【００９９】
また、例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、チタン酸鉛（ＰＴ）及びジルコン酸鉛（ＰＺ）の３成分系ＰＭＮ−ＰＴ−ＰＺについては、ＰＭＮのモル数比を大きくすることにより比誘電率を大きくすることができる。更に、この３成分系においては、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により、比誘電率を大きくすることができる。
【０１００】
例えば、ＰＭＮ：ＰＴ：ＰＺ＝０．３７５：０．３７５：０．２５とすると比誘電率は５５００、ＰＭＮ：ＰＴ：ＰＺ＝０．５：０．３７５：０．１２５とすると比誘電率は４５００となり、このような組成のＰＭＮ−ＰＴ−ＰＺはエミッタ部の材料として特に好ましい。
【０１０１】
更に、絶縁性が確保できる範囲内でこれらの誘電体に白金のような金属を混入することにより、誘電率を向上させることが好ましい。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。
【０１０２】
エミッタ部には、更に、圧電／電歪層や反強誘電体層等を用いることができる。エミッタ部に圧電／電歪層を用いる場合、その圧電／電歪層として、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を挙げることができる。
【０１０３】
当然、エミッタ部には、主成分が上記化合物を５０重量％以上含有するものを使用することができる。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、エミッタ部を構成する圧電／電歪層の構成材料として最も頻繁に使用される。
【０１０４】
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。
【０１０５】
より具体的には、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。
【０１０６】
圧電／電歪層は、緻密であっても、多孔質であってもよい。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。
【０１０７】
エミッタ部１３に反強誘電体層を用いる場合、その反強誘電体層としては、ジルコン酸鉛を主成分とするもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分を主成分とするもの、更には、ジルコン酸鉛に酸化ランタンを添加したもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分に対してニオブ酸鉛を添加したものが望ましい。
【０１０８】
反強誘電体層は、多孔質であってもよい。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。
【０１０９】
更に、タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9）は、分極反転疲労が小さいので、エミッタ部に適している。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。更に、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１３内で不均一な電界分布をもたせられるので、電子放出に寄与する上部電極との界面近傍に電界を集中させることができる。
【０１１０】
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、エミッタ部１３の焼成温度を下げることができる。
【０１１１】
また、エミッタ部を圧電／電歪／反強誘電体セラミックスで構成する場合、エミッタ部はシート状の成形体、シート状の積層体、又は、これらを他の支持用基板に積層又は接着したものから作成することができる。
【０１１２】
また、エミッタ部に非鉛系の材料を使用すること等により、エミッタ部を融点もしくは蒸散温度の高い材料により形成すれば、電子もしくはイオンの衝突に対し損傷しにくいエミッタ部が得られる。
【０１１３】
なお、エミッタ部は、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気泳動法、沈降法及び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）及びめっき等の各種薄膜形成法により形成することができる。特に、圧電／電歪材料を粉末化したものを、エミッタ部として形成し、これに低融点のガラスやゾル粒子を含浸させることにより、７００℃或いは６００℃以下といった低温で膜を形成することができる。
【０１１４】
（上部電極１４）
上部電極１４を所望の形状とするには、例えば、以下の手法によることができる。
（１）スクリーン印刷法や光リソグラフィ法等を用いてパターン形成する手法
（２）エキシマレーザー及びＹＡＧレーザー等を用いたレーザー加工法や、スライジング及び超音波加工等の機械加工法を用いて不必要な部分を除去してパターン形成する手法
【０１１５】
また、上部電極１４に上述した微細な貫通孔を形成するためには、例えば、光リソグラフィ法、電子線及びＸ線リソグラフィ法、並びに、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー及び集束イオンビーム（ＦＩＢ）等を用いた加工法、を採用することができ、更に、以下に例示するように、有機金属化合物をスクリーン印刷、スプレー塗布及びディッピング塗布等の厚膜形成法によりエミッタ部１３となる物質の上面に塗布・延在させ、所定の温度にて加熱することにより焼成する方法を採用することができる。この加熱・焼成により上部電極１４を形成する方法は、高価な製造設備を必要とせず、大気中にて上部電極１４を形成できるので、微細な貫通孔を備えた上部電極１４の形成に有利である。
【０１１６】
ここで、上述した加熱・焼成による方法により上部電極１４を形成する方法について具体的に述べる。
【０１１７】
（Ａ：二種類以上の金属を含む有機金属化合物を使用する場合）
上部電極１４は、銀（Ａｇ），金（Ａｕ），イリジウム（Ｉｒ），ロジウム（Ｒｈ），ルテニウム（Ｒｕ），白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）等の金属の中の「二種類以上の金属を含む有機金属化合物」をエミッタ部１３となる物質の上部に膜状に延在させてから所定の温度にて焼成することより形成される。「二種類以上の金属を含む有機金属化合物」を適切な温度で焼成させると、一種類の金属のみを含む有機金属化合物を焼成した場合に比較して、極めて微小な平均径（１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満）を有する貫通孔を備えた上部電極１４を容易に形成することができる。また、金属としてリチウム（Ｌｉ）を用いても同様の効果を得ることができる。更に、このような有機金属化合物として一種類以上の金属及びホウ素（Ｂ）を含んでもよい。
【０１１８】
ここで、「二種類以上の金属を含む有機金属化合物」は、一種類の金属のみを含む有機金属化合物を二種類以上混合したもの、二種類以上の金属を含む一種類の有機金属化合物、及び、二種類以上の金属を含む一種類の有機金属化合物に他の有機金属化合物を混合したものの何れであってもよい。また、「二種類以上の金属を含む有機金属化合物」は、少なくとも貴金属を含んでいることが好適である。更に、この貴金属として、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）を用いることが好適である。
【０１１９】
更に、上部電極１４を形成する材料には、上記「二種類以上の金属を含む有機金属化合物」に分極反転疲労を抑制する酸化物電極、或いは、分極反転疲労を抑制する酸化物電極を混合した材料を用いてもよい。分極反転疲労を抑制する酸化物電極としては、例えば、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）、Ｌａ1-xＳｒxＣｏＯ3（例えばｘ＝０．３や０．５）、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3（例えばｘ＝０．２）、Ｌａ1-xＣａxＭｎ1-yＣｏyＯ3（例えばｘ＝０．２、ｙ＝０．０５）等を挙げることができる。
【０１２０】
上部電極１４に１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満の平均径の貫通孔を複数形成するためには、以下に述べるように、「二種類以上の金属を含む有機金属化合物」を単相の状態で存在するように焼成させるか、混相の状態で存在するように焼成させるか等を考慮するとよい。
【０１２１】
（Ａ−１）単相の状態で焼成させる場合の製法例（製法例１）
ステップ１：母材となる所定の金属（例えば、融点が１７７０℃であるＰｔ）を一種類だけ含む有機金属化合物と、その所定の金属（Ｐｔ）よりも融点の高い金属（例えば、融点が２４１０℃であるＩｒ）を一種類だけ含む有機金属化合物とを、両金属が焼成温度付近（ここでは、７００℃付近）において単相の状態にて存在するような金属重量比で混合・攪拌する。ここでは、重量％で、Ｐｔ：Ｉｒ＝９７：３とする。なお、Ｐｔ有機金属化合物とＩｒ有機金属化合物とを混合する場合、重量％でＰｔ：Ｉｒ＝９０：１０〜１００：０、即ち、Ｉｒが重量％で１０％以下の存在下において、両金属は焼成温度付近（ここでは、７００℃付近）において単相の状態にて存在し得る。
【０１２２】
ステップ２：ステップ１にて混合したペースト状の有機金属化合物（混合有機金属化合物）をスクリーン印刷によりエミッタ部１３となる物質の上面に印刷して膜状に延在させ、その後、１００℃で乾燥する。
ステップ３：電気炉により７００℃まで昇温速度を４７℃／分（毎分４７℃）として加熱・昇温し、その状態にて３０分間保持して上記有機金属化合物を焼成（熱処理）する。
【０１２３】
このステップ２及びステップ３は、二種類以上の金属を含む有機金属化合物を前記エミッタ部となる物質の上部に膜状に延在させてから所定の温度にまで所定の昇温速度にて昇温する昇温工程を含む工程であって同有機金属化合物を焼成することにより前記上部電極を形成する工程である。
【０１２４】
この製法例１により製造された電子放出装置は、母材となる所定の金属（この場合、Ｐｔ）のみを含む有機金属化合物を４７℃／分にて７００℃まで昇温し且つ７００℃にて焼成したものに比べて電子放出量が多くなった。この理由は、融点の高い金属（この場合、Ｉｒ）の存在により、Ｉｒと単相の状態にあるＰｔの粒成長が抑制されるので、実際の上部電極表面の拡大写真である図２１に示したように、１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満（ＰｔとＩｒの例では５０ｎｍ以下）という微小な平均径を有する貫通孔を備えた上部電極を容易に形成することができたためと考えられる。
【０１２５】
図２２は、Ｐｔ一種類のみを含む有機金属化合物のみを上記条件（焼成速度７００℃、昇温速度４７℃／分）にて焼成する従来の製法により形成された上部電極の表面の実際の拡大写真である。図２２からも理解されるように、従来の製法による上部電極の貫通孔の平均径は、１００〜５０００ｎｍであって比較的大きい。従って、上述した製法例１によれば、従来に比べて非常に小さい平均径の貫通孔が容易に形成されることが理解される。
【０１２６】
なお、図２１乃至図２４、図２８、図３３並びに図３４は、各製法により形成された上部電極の表面を全て同一の倍率にて撮影した拡大写真である。また、図２９は、図２８に示した上部電極の表面を図２８よりも倍率を上げて撮影した拡大写真である。
【０１２７】
（Ａ−２）混相の状態で焼成させる場合の製法例（製法例２）
ステップ１：母材となる所定の金属（例えば、融点が１７７０℃であるＰｔ）を一種類だけ含む有機金属化合物と、その所定の金属（Ｐｔ）よりも融点の低い他の金属（例えば、融点が１０６４℃であるＡｕ）を一種類だけ含む有機金属化合物とを、両金属が焼成温度付近（ここでは、６５０℃付近）において混相の状態で存在するような金属重量比で混合・攪拌する。ここでは、重量％で、Ｐｔ：Ａｕ＝９５：５とする。なお、Ｐｔ有機金属化合物とＡｕ有機金属化合物とを混合する場合、重量％でＰｔ：Ａｕ＝２２：７８〜９７：３、即ち、Ａｕを重量％で３％以上７８％以下含めば、両金属は焼成温度付近（ここでは、６５０℃付近）において混相の状態で存在し得る。
【０１２８】
ステップ２：ステップ１にて混合したペースト状の有機金属化合物（混合有機金属化合物）をスクリーン印刷によりエミッタ部１３となる物質の上面に印刷して膜状に延在させ、その後、１００℃で乾燥する。
ステップ３：電気炉により６５０℃まで昇温速度を４３℃／分（毎分４３℃）として加熱・昇温し、その状態にて３０分間保持して上記有機金属化合物を焼成（熱処理）する。
【０１２９】
このステップ２及びステップ３は、二種類以上の金属を含む有機金属化合物を前記エミッタ部となる物質の上部に膜状に延在させてから所定の温度にまで所定の昇温速度にて昇温する昇温工程を含む工程であって同有機金属化合物を焼成することにより前記上部電極を形成する工程である。
【０１３０】
この製法例２により製造された電子放出装置は、母材となる所定の金属（この場合、Ｐｔ）のみを含む有機金属化合物を４７℃／分にて７００℃まで昇温し且つ７００℃にて焼成したものに比べて電子放出量が多くなった。このように、各金属が混相の状態で存在するように二種類以上の金属を含む有機金属化合物を焼成すると、ＰｔとＡｕが二種類以上の異なる相を形成することにより、各相を構成する金属の粒成長を互いに阻害する。この結果、１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満という微小な平均径を有する貫通孔を備えた上部電極を形成することができる。
【０１３１】
図２３は、上述した製法例２に基づいて製造された上部電極の表面の拡大写真である。図２３と従来の製法による上部電極表面の拡大写真である図２２とを比較すると明らかなように、上述した製法例２によれば、従来に比べて非常に小さい平均径の貫通孔が容易に形成されることが理解される。
【０１３２】
なお、二種類の金属を含む一種類の有機金属化合物を予め合成しておき、その有機金属化合物を上述した場合と同様な方法で焼成させることによっても、一種類の金属のみを含む有機金属化合物単体を焼成した場合より微小な平均径の貫通孔を有する上部電極を形成することができる。このような合成による有機金属化合物の例としては、Ａｕを５ｗｔ％程度含むだけで微小な径の貫通孔を形成することができる材料となるＰｔ−Ａｕ有機金属化合物が挙げられる。
【０１３３】
（Ａ−３）三種類の有機金属化合物を用いる場合の第１製法例（製法例３）
ステップ１：母材となる所定の金属（例えば、融点が１７７０℃であるＰｔ）を一種類だけ含む有機金属化合物と、その所定の金属（Ｐｔ）よりも融点の低い他の金属（例えば、融点が１０６４℃であるＡｕ）を一種類だけ含む有機金属化合物と、その所定の金属（Ｐｔ）よりも融点の高い金属（例えば、融点が２４１０℃であるＩｒ）を一種類だけ含む有機金属化合物とを、所定の金属重量比で混合・攪拌する。ここでは、重量％で、Ｐｔ：Ａｕ：Ｉｒ＝９３：４．５：２．５とする。このようにすると、焼成温度付近（ここでは７００℃付近）において、ＰｔとＩｒは単相の状態となり、その単相成分がＡｕと混相の状態で存在する。
【０１３４】
ステップ２：ステップ１にて混合したペースト状の有機金属化合物（混合有機金属化合物）をスクリーン印刷によりエミッタ部１３となる物質の上面に印刷して膜状に延在させ、その後、１００℃で乾燥する。
ステップ３：電気炉により７００℃まで昇温速度を４７℃／分（毎分４７℃）として加熱・昇温し、その状態にて３０分間保持して上記有機金属化合物を焼成（熱処理）する。
【０１３５】
このステップ２及びステップ３も、二種類以上の金属を含む有機金属化合物を前記エミッタ部となる物質の上部に膜状に延在させてから所定の温度にまで所定の昇温速度にて昇温する昇温工程を含む工程であって同有機金属化合物を焼成することにより前記上部電極を形成する工程である。
【０１３６】
この製法例３により製造された電子放出装置は、実際の拡大写真である図２４に示したように、１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満（ＰｔとＩｒの例では５０ｎｍ以下）という微小な平均径を有する貫通孔を多数有する上部電極を備えている。従って、この製法例３により製造された電子放出装置は、母材となる所定の金属（この場合、Ｐｔ）のみを含む有機金属化合物を４７℃／分にて７００℃まで昇温し且つ７００℃にて焼成したもの（図２２を参照）に比べて電子放出量が多くなった。
【０１３７】
更に、製法例３により製造された電子放出素子は、上記製法例１によるもの、及び、上記製法例２によるもの、のいずれより電子放出量が多くなった。
【０１３８】
以上のように製造された電子放出装置は、平均径が１０ｎｍ以上、且つ、１００ｎｍ未満の貫通孔を上部電極１４に備えている。これにより、図２５に示したように、一つの貫通孔から放出される電子量が非常に大きくなる。従って、上記電子放出装置は、より少ない消費電力量でより多くの電子を放出することができる。
【０１３９】
このような現象は、以下の理由によるものと考えられる。先ず、図４９に示した等電位線から理解されるように、貫通孔２０４ａの平均径が１００ｎｍ以上であると、電子は、貫通孔２０４ａ周辺部から供給されやすくなるものの、電界の強さが小さい貫通孔２０４ａの中央部直下近傍に蓄積され難くなっていることによるものと推測される。この結果、電子は、貫通孔２０４ａの周辺部直下（図４９に符合Ａにより示した領域）に蓄積されると考えられる。
【０１４０】
これに対し、上述した本発明の実施形態に係る電子放出装置においては、上部電極１４の貫通孔１４ａの径が１００ｎｍ未満であるので、図２６に示した等電位線から理解されるように、等電位線が貫通孔１４ａから膨出し難い。従って、図２６の符合Ｂにより示したように、貫通孔１４ａの直下部に存在するエミッタ部１３の上面のより広い領域において電界強度がより強く且つ均一となるので、より広い領域にわたって電子を蓄積することができる。その結果、一つの貫通孔１４ａから放出することができる単位面積あたりの電子の量を増大することができる。
【０１４１】
また、上述したように、電子は貫通孔の周辺部の直下に主として蓄積されるので、貫通孔の周辺部の長さ（外周の距離）の合計が大きいほど、より多くの電子が放出される。例えば、図２７の（Ａ）に示したように、貫通孔の径（直径）が１０ｒの場合、一定の面積Ｌ２あたりの貫通孔の周辺部の長さは１０πｒである。これに対し、貫通孔の径がｒであるとすると、例えば図２７の（Ｂ）に示したように、一定の面積Ｌ２あたりに６４個の貫通孔を形成することができるので、その周辺部の長さの合計は６４πｒとなる。
【０１４２】
このことからも明らかなように、本発明の実施形態に係る電子放出装置１０においては、上部電極１４の貫通孔１４ａの径が１０ｎｍ以上、且つ、１００ｎｍ未満と、極めて小さいので、電子放出装置の上面の単位面積あたりにより多くの貫通孔を形成することができる。従って、単位面積あたりからより多くの電子を蓄積・放出することができる。
【０１４３】
一方、本発明の実施形態に係る電子放出装置１０においては、上部電極１４の貫通孔１４ａの平均径は１０ｎｍ以上である。貫通孔の平均径が１０ｎｍより小さいと、以下の推定理由により放出される電子の量が低下する恐れがある。
エミッタ部１３の上面の電子を蓄積する領域が小さくなりすぎ、電子蓄積量が低下する。
電子を放出しようとするときに上部電極に衝突する電子が増加し、上部電極に捕獲される電子の割合が増加する。
【０１４４】
以上のことから、上部電極に１０ｎｍ以上、且つ、１００ｎｍ未満の平均径を有する貫通孔を備えた電子放出装置１０は、電子を高い効率で放出することができる。また、電子放出装置１０においては、貫通孔１４ａが微小であるので、放出される電子が広がることがない。即ち、電子放出装置１０は、電子をエミッタ部１３及び上部電極１４のなす平面に直交する方向に精度よく放出することができる。
【０１４５】
更に、このような微細な貫通孔を有する上部電極の他の製造方法について説明する。
【０１４６】
（Ａ−４）三種類の有機金属化合物を用いる場合の第２製法例（製法例４）
ステップ１：単相及び混相の状態で焼成させる場合の上記製法例３と同様に、母材となる所定の金属（例えば、融点が１７７０℃であるＰｔ）を一種類だけ含む有機金属化合物と、その所定の金属（Ｐｔ）よりも融点の低い他の金属（例えば、融点が１０６４℃であるＡｕ）を一種類だけ含む有機金属化合物と、その所定の金属（Ｐｔ）よりも融点の高い金属（例えば、融点が２４１０℃であるＩｒ）を一種類だけ含む有機金属化合物とを、所定の金属重量比で混合・攪拌する。ここでは、重量％で、Ｐｔ：Ａｕ：Ｉｒ＝９３：４．５：２．５とする。このようにすると、焼成温度付近（ここでは７００℃付近）において、ＰｔとＩｒは単相の状態となり、その単相成分がＡｕと混相の状態で存在する。
【０１４７】
ステップ２：ステップ１にて混合したペースト状の有機金属化合物（混合有機金属化合物）をスクリーン印刷によりエミッタ部１３となる物質の上面に印刷して膜状に延在させ、その後、１００℃で乾燥する。
【０１４８】
ステップ３：赤外線加熱炉により、７００℃まで昇温速度を２３℃／秒（毎秒２３℃、即ち１４００℃／分）として加熱・昇温し、その状態にて３０分間保持して上記有機金属化合物を焼成（熱処理）する。
【０１４９】
このステップ２及びステップ３も、二種類以上の金属を含む有機金属化合物を前記エミッタ部となる物質の上部に膜状に延在させてから所定の温度にまで所定の昇温速度（１４００℃／分）にて昇温する昇温工程を含む工程であって同有機金属化合物を焼成することにより前記上部電極を形成する工程である。なお、この所定の昇温速度は、後述するように、毎分１０℃より大きい昇温速度とすることが望ましい。
【０１５０】
この製法例４により製造された電子放出装置は、上述した「単相及び混相の状態で焼成させる場合の第１製法例（製法例３）」により製造された電子放出装置よりも、電子放出量が非常に多くなった。この理由は、製法例４により製造された電子放出装置は、実際の拡大写真である図２８及び図２８よりも倍率を上げた拡大写真である図２９に示したように、１０〜１００ｎｍの径の微細な貫通孔が多量に形成され、且つ、上部電極の平坦性が良好になって図５０にて示した距離ｄが大きくなったこと等によるものと推察される。微細な貫通孔が多量に形成される理由は、昇温速度が大きいので有機金属化合物の熱分解が急激に起こり、その際に全ての有機金属が略同時に金属粒子へと変化し、その結果、金属粒子の径が小さく均一になるためであると推定される。
【０１５１】
図３０及び図３１は、上記製法例４により製造された電子放出装置の電子放出特性を示したグラフである。図３０は、図１３を参照して説明した正の所定電圧Ｖｐ（第２電圧）を一定にしたときの図１３を参照して説明した負の所定電圧Ｖｍ（第１電圧）に対する電子放出量をプロットしたグラフである。図３０においては、前記負の所定電圧Ｖｍをエミッタ部１３の厚さ（膜厚）により除した電界により、同負の所定電圧Ｖｍを表している。一方、図３１は、前記負の所定電圧Ｖｍ（第１電圧）を一定にしたときの前記正の所定電圧Ｖｐ（第２電圧）に対する電子放出量をプロットしたグラフである。図３１においては、前記正の所定電圧Ｖｐをエミッタ部１３の厚さ（膜厚）により除した電界により、同正の所定電圧Ｖｐを表している。
【０１５２】
図３２は、製法例４のステップ３において、昇温速度を変化させて製造した上部電極を有する電子放出装置の電子放出量を測定した結果を三角のプロットにより示したグラフである。図３２から明らかなように、昇温速度を１０℃／分より大きくとすることにより、電子放出量が増大している。この傾向は、上記製法例４のように三種類の金属（例えば、Ｐｔ、Ａｕ及びＩｒ）を含む有機金属化合物の混合物を用いて上部電極を製造する場合のみでなく、上記製法例１又は製法例２のように、「二種類の金属を含む有機金属化合物」を用いて上部電極を製造する場合にも当てはまることが確認された。
【０１５３】
実際、ＰｔとＩｒとを重量％でＰｔ：Ｉｒ＝９７：３として混合・攪拌したものを、上記製法と同様にエミッタ部１３となる物質の上に印刷し、１００℃にて乾燥後、昇温速度１４００℃／分で７００℃まで昇温し、その状態にて３０分間保持して製造（焼成）した上部電極表面の拡大写真を図３３に示した。この図３３からも、「二種類以上の金属を含む有機金属化合物」を用い、且つ、昇温速度を大きくすれば、昇温速度が小さい場合に比べて極めて微細な貫通孔が多数形成されることが解る。
【０１５４】
（Ｂ：一種類の金属を含む有機金属化合物のみを使用する場合）
上部電極１４は、銀（Ａｇ），金（Ａｕ），イリジウム（Ｉｒ），ロジウム（Ｒｈ），ルテニウム（Ｒｕ），白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）等の金属を一種類のみ含む有機金属化合物のみを焼成しても形成することができる。なお、貴金属以外の金属においては、還元して焼成することが望ましい。
【０１５５】
但し、この場合、通常の電気炉により比較的小さい昇温速度にて加熱・焼成すると、図２２に示したように、微細な径の貫通孔が形成できない。焼成させるときの温度を低くして（例えば、６００℃）Ｐｔの粒成長を抑制すれば、貫通孔の平均径を小さくすることができるが、上部電極の平坦性が悪化し、図５１に示したような構造となるため、電子放出量は少なくなる。そこで、本発明においては、赤外線加熱炉を使用して非常に大きな昇温速度にて加熱・焼成を行う。これにより、平坦性が良好であり且つ極めて微小な平均径（１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満）を数多く有する貫通孔を備えた上部電極１４を容易に形成することができる。以下、具体的製法例について述べる。
【０１５６】
（Ｂ−１：一種類の金属を含む有機金属化合物を使用した製法例（製法例５）
ステップ１：所定の金属（ここでは、Ｐｔ）を一種類だけ含むペースト状の有機金属化合物をスクリーン印刷によりエミッタ部１３となる物質の上面に印刷して膜状に延在させ、その後、１００℃で乾燥する。
ステップ２：赤外線加熱炉により６００℃まで昇温速度を２０℃／秒（毎秒２０℃、即ち、１２００℃／分）として加熱・昇温し、その状態にて３０分間保持して上記有機金属化合物を焼成（熱処理）する。
【０１５７】
このステップ１及びステップ２は、一種類の金属を含む有機金属化合物を前記エミッタ部となる物質の上部に膜状に延在させてから所定の温度にまで所定の昇温速度（ここでは、１２００℃／分）にて昇温する昇温工程を含む工程であって同有機金属化合物を焼成することにより前記上部電極を形成する工程である。なお、この所定の昇温速度は、後述するように、毎分１００℃より大きい昇温速度とすることが望ましい。
【０１５８】
図３４は、上述した製法例５に基づいて製造された上部電極の表面の拡大写真である。図３４と図２２とを比較すると明らかなように、Ｐｔ一種類のみを含む有機金属化合物を用いた場合、昇温速度を２０℃／秒として昇温速度を４７℃／分よりも極めて大きくすると、非常に小さい平均径の貫通孔が上部電極に容易に形成されることが理解される。
【０１５９】
このように、製法例５によっても、１０〜１００ｎｍの径の微細な貫通孔が多量に形成され、且つ、上部電極の平坦性が良好になって図５０にて示した距離ｄが大きくなったこと等により、電子放出量が多い電子放出装置を製造することができる。また、微細な貫通孔が多量に形成される理由は、上述した通り、昇温速度が大きいために有機金属化合物の熱分解が急激に起こる際、全ての有機金属が略同時に金属粒子へと変化し、その結果、金属粒子の径が小さく均一になるためであると推定される。
【０１６０】
更に、図３２には、製法例５のステップ２において、昇温速度を変化させて製造した上部電極を有する電子放出装置の電子放出量を測定した結果が正方形のプロットにより示されている。図３２から明らかなように、一種類の金属（ここではＰｔ）のみを含む有機金属化合物を使用した場合、昇温速度を１００℃／分より大きくとすることにより、電子放出量が増大している。従って、一種類の金属のみを含む有機金属化合物を使用して上部電極を形成する場合、昇温速度は１００℃／分より大きくするとよい。
【０１６１】
＜有機金属化合物の熱分解について＞
ところで、上部電極を形成（熱処理、焼成）する際に有機金属化合物を加熱して行くと、有機金属化合物は熱分解を起こす。この熱分解においては有機成分が焼失し、最終的に金属成分のみが残存する。この有機成分の焼失時には熱が発生する。図３５は、かかる発熱の熱量と有機金属化合物の温度との関係を測定し、その結果を示したグラフである。
【０１６２】
図３５から明らかなように、発熱の熱量は一定の幅及びピークを有する。このピークにおける温度を分解温度と定義する。有機金属化合物の種類によっては、２箇所以上にピークが現れる（即ち、分解温度が２個以上となる。）。分解過程（熱分解過程）とは、このピークの開始温度temp1から終了温度temp2までの温度範囲において発熱が生じている過程をいう。
【０１６３】
上記製法例４及び上記製法例５の昇温工程は、少なくとも上記分解過程を含んでいる。換言すると、昇温工程中において有機金属化合物の温度が分解過程の温度範囲を通過する。なお、２箇所以上にピークが現れる場合、上記製法例４及び上記製法例５の昇温工程中に、有機金属化合物の温度が、最大のピークの開始温度temp1から終了温度temp2までの温度範囲を通過するものとする。なお、非常に小さい値ではあるが、有機金属化合物の熱分解以外の理由によりピークが現れることもある。
【０１６４】
＜上部電極の構造について＞
ここで、図２４に示した上部電極（Ｐｔ：Ａｕ：Ｉｒ＝９３：４．５：２．５、昇温速度４７℃／分、７００℃で３０分間保持により焼成した上部電極）を備えた電子放出装置と、図３３に示した上部電極（Ｐｔ：Ｉｒ＝９７：３、昇温速度１４００℃／分、７００℃で３０分間保持により焼成した上部電極）を備えた電子放出装置とについて、電子放出回数に対する電子放出量の変化を調べた。図３６は、その結果を示したグラフである。なお、図３６において、電子放出量は相対値により示されている。また、三角のプロットは図２４に示した上部電極を備えた電子放出装置の特性を示し、四角のプロットは図３３に示した上部電極を備えた電子放出装置の特性を示している。
【０１６５】
この比較において、図２４に示した上部電極は、二種類以上の金属を含む有機金属化合物を使用した上部電極としては焼成時の昇温速度を比較的小さくして焼成した上部電極の代表として採用された電極である。このような上部電極を、以下、「低昇温速度焼成上部電極」と称呼する。低昇温速度焼成上部電極には、例えば、図２１、図２２及び図２３に示した上部電極も含まれる。一方、図３３に示した上部電極は、二種類以上の金属を含む有機金属化合物を使用した上部電極としては焼成時の昇温速度を極めて大きくして焼成した上部電極の代表として採用された電極である。このような上部電極を、以下、「高昇温速度焼成上部電極」と称呼する。高昇温速度焼成上部電極には、例えば、図２８及び図３３に示した上部電極のほか、一種類の金属を含む有機金属化合物を使用した上部電極である図３４に示した上部電極も含まれる。
【０１６６】
図３６から明らかなように、電子を繰り返し放出した場合、図３３に示した上部電極（即ち、高昇温速度焼成上部電極）を備えた電子放出装置の方が、図２４に示した上部電極（即ち、低昇温速度焼成上部電極）を備えた電子放出装置よりも、電子放出量が低下せず、より優れた耐久性を備えていた。これは、次の理由によるものと考えられる。
【０１６７】
低昇温速度焼成上部電極１４ＬＳは、その部分断面図である図３７に示したように、相対的に大きな粒径の金属粒子が結合することにより形成されている。このため、粒子同士が結合してなる一つの塊状部分においては、エミッタ部１３と上部電極１４ＬＳとの間の空間と、上部電極１４ＬＳの上方空間（上述した密閉空間）ＳＰと、を連通する気孔が形成され難くなっている。
【０１６８】
この結果、電子放出装置を製造する際、上方空間ＳＰを真空に近づけるように上方空間ＳＰの圧力を低下させても、エミッタ部１３と上部電極１４ＬＳとの間に存在している気体分子（例えば、Ｈ２Ｏ，Ｎ２，Ｏ２，ＣＯ２，炭化水素等）gasは、上部電極１４ＬＳの下面及びエミッタ部１３の上面を移動するものの、上方空間ＳＰまで到達し難い。従って、気体分子gasは、エミッタ部１３と上部電極１４ＬＳとの間の空間に残存してしまう。このような気体分子gasは、電子放出動作（電子の蓄積及び放出）を行わせる際にイオン化して上部電極１４ＬＳに次第に吸着する。吸着したイオンは、上部電極１４ＬＳからエミッタ部１３への電子の供給を阻害するとともに、上部電極１４ＬＳの貫通孔を介する電子の放出を阻害するようになる。この結果、低昇温速度焼成上部電極を備えた電子放出装置は、比較的早期の段階から電子放出量が低下してしまうと考えられる。
【０１６９】
これに対し、高昇温速度焼成上部電極１４ＨＳは、その部分断面図である図３８に示したように、低昇温速度焼成上部電極１４ＬＳを形成する金属粒子よりも小さな粒径の金属粒子が結合することにより形成されている。このため、粒子同士が結合してなる一つの塊状部分においても、エミッタ部１３と上部電極１４ＨＳとの間の空間と、上部電極１４ＨＳの上方空間ＳＰと、を連通する気孔が多数形成されている。
【０１７０】
即ち、上部電極１４ＨＳは、粒子（例えば、それぞれが球状の金属粒子）同士が結合することにより形成される３次元網目構造を有する電極であるということができる。換言すると、上部電極１４ＨＳは、厚み方向において二個以上の粒子同士が化学的に結合することにより形成される多孔質体であるということもできる。更に、上部電極１４ＨＳは、金属粒子同士が一体的に結合することにより形成された塊状の（バルキーな）電極であって、厚み方向（上部電極のなす平面に直交する方向、即ち、Ｚ軸方向）において貫通する気孔（電子放出のための貫通孔とは異なる開気孔）を有する電極であるということもできる。
【０１７１】
従って、電子放出装置を製造する際、上方空間ＳＰを真空に近づけるように上方空間ＳＰの圧力を低下させると、エミッタ部１３と上部電極１４ＨＳとの間の気体分子gasは、上部電極１４ＨＳに形成されている気孔を通って上方空間ＳＰへと移動し易い。この結果、エミッタ部１３と上部電極１４ＨＳとの間の空間に残存する気体分子gasの数は少なくなる。このため、電子放出回数が増大しても、そのような気体分子gasが上部電極１４ＨＳからエミッタ部１３への電子の供給を阻害することはなく、且つ、上部電極１４ＨＳの貫通孔を介する電子の放出を阻害することもない。以上が、電子放出装置に高昇温速度焼成上部電極を備えさせると、電子放出を繰り返した場合でも電子放出量が低下し難い理由であると考えられる。
【０１７２】
＜上部電極の平均開孔率について＞
以上に述べた本発明による電子放出装置が備える種々の上部電極（電子放出量が大きい上部電極）の平均開孔率（気孔率）について計測した。平均開孔率とは、上部電極１４の面積に対する、上部電極１４の上面と下面とを連通する気孔（エミッタ部１３を上部空間に直接露呈させる貫通孔１４ａのみでなく、エミッタ部１３の上面と上部電極１４の上面とを連通する孔を含む。）の面積の比である。
【０１７３】
計測の結果、上記上部電極の平均開孔率は、５％以上且つ６０％以下であった。この場合、平均開孔率は、１０％以上且つ６０％以下であることが更に好ましく、２０％以上且つ６０％以下であることが一層好ましい。これは、平均開孔率が５％未満となると、電子を放出する貫通孔１４ａの面積が過度に低下して電子放出量が電子放出装置としては不十分な程度にまで低下することによる。また、平均開孔率が６０％より大きいと、電極として導通する部分が少なくなるためにエミッタ部１３内において分極反転を発生させることが困難になり、その結果、電子放出量が電子放出装置としては不十分な程度にまで低下すること、及び、上部電極１４の強度が低下する（上部電極が脆弱になる）ことによる。
【０１７４】
＜赤外線加熱炉について＞
次に、上記上部電極の製造方法にて使用する赤外線加熱炉について簡単に説明する。通常、有機金属化合物の焼成により上部電極を製造する際には、電気炉が用いられる。電気炉は、ヒータにより空気を加熱し、その空気の熱によって試料を加熱する。従って、電気炉による昇温速度は最高でも略５０℃／分程度である。
【０１７５】
これに対し、赤外線加熱炉４０は、例えば、正面図である図３９の（Ａ）及び３−３線に沿った平面にて赤外線加熱炉４０を切断した図３９の（Ｂ）に示したように、熱反射板を内面に備えた本体４１と、四隅に配置された赤外線ランプ４２と、中央に配置された中空円筒状の石英管４３とを備えている。加熱される試料Ｓは、テーブル４４の上に固定され、テーブル４４と共に本体４１の中央部に配置される。
【０１７６】
赤外線加熱炉４０は、赤外線ランプ４２からの放射熱により試料Ｓを直接加熱する。従って、赤外線加熱炉４０による昇温速度は最高略６０００℃／分である。なお、赤外線加熱炉４０は、赤外線を透過し易いものを高温にし難いという特徴を有する。このため、赤外線加熱炉４０は、ガラス等を電子放出装置の基板に使用した場合、基板温度の上昇を抑えながら電極等の焼成を行うことができるという利点をもたらす。このように、赤外線加熱炉４０は、非常に大きい昇温速度にて試料Ｓを加熱することができるので、上記製法例４及び上記製法例５のような上部電極の製造方法に好適である。
【０１７７】
なお、試料Ｓを大きい昇温速度にて加熱する方法としては、赤外線加熱の他、マイクロ波やミリ波を用いる電磁波照射プロセス、放電プラズマや熱プラズマを用いるプラズマプロセス、レーザ照射プロセス及び誘導加熱プロセス等がある。これらも、上記製法例４及び上記製法例５に適用することができる。
【０１７８】
次に、本発明の他の実施形態に係る電子放出装置５０について、図４０を参照しながら説明する。この電子放出装置５０は、電子放出装置１０と同様の構成を備えている。更に、電子放出装置５０は、エミッタ部１３の上面であって上部電極１４と所定の距離だけ離間している部分及び／又はエミッタ部１３の上面であって貫通孔１４ａにより外部に露出している部分に、放出される電子量を増大する電子放出促進層５１を備えている。
【０１７９】
この電子放出促進層５１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）を含む化合物からなり、ファイバー状（糸状）の層である。電子放出促進層５１は、絶縁体、半導体及び導体のいずれであってもよく、それぞれ、以下のような利点を有する。
【０１８０】
（電子放出促進層が絶縁体からなる場合の利点）
エミッタ部１３の分極反転により電子が放出される際、エミッタ部１３の表面の電子の一部はエミッタ部１３の上部（エミッタ部１３の表面抵抗が生じている部分）に沿って移動し、エミッタ部１３と上部電極１４とが接触している部分にて上部電極１４に回収されてしまう。電子放出促進層５１が絶縁体であれば、エミッタ部１３の上面の近傍における同上面に沿った方向の抵抗率（表面抵抗率）が高くなるので、このような上部電極１４に回収される電子の割合が低下する。その結果、電子放出量が増大する。
【０１８１】
また、電子放出促進層５１が絶縁体であり、且つ、ファイバー状であると、エミッタ部１３の上面の表面積が増大する。その結果、蓄積できる電子量が増大し、電子放出量が増大する。
【０１８２】
（電子放出促進層が半導体あるいは導体からなる場合の利点）
半導体あるいは導体の電子放出促進層５１が存在していない場合のエミッタ部１３と同エミッタ部１３に蓄積されている電子との間の親和力よりも、半導体あるいは導体の電子放出促進層５１と同エミッタ部１３に蓄積されている電子との間の親和力の方が小さくなる。これにより、エミッタ部１３の分極反転によって電子が放出されるとき、その電子に与えられるエネルギーが大きくなる。その結果、貫通孔１４ａを通過しようとするときに上部電極１４に回収されてしまう電子の割合が減少し、電子放出量が増大する。
【０１８３】
また、電子放出促進層５１が半導体あるいは導体であり、且つ、ファイバー状であると、電子放出促進層（特に、ファイバー先端）に電界が集中する。これにより、エミッタ部１３の上部に蓄積されていた電子のうち、分極反転により放出される電子の割合が増大する。この結果、電子放出量が増大する。この場合、電子放出促進層５１が、仕事関数の小さい導体あるいは電子親和力の小さい半導体からなっていれば、それぞれ電子放出量を効果的に増大することができる。
【０１８４】
なお、電子放出促進層５１を上部電極１４の表面に形成することも電子放出量を増大するために有利である。この場合、電子放出促進層５１が絶縁体であると、上述した密閉空間内に残存しているイオン性の物質による上部電極１４への攻撃を抑制することができる。その結果、上部電極５１の耐久性を向上することができる。
【０１８５】
また、電子放出促進層５１が上部電極１４を構成する部材よりも仕事関数が小さい導体、あるいは電子との間の親和力（電子親和力）が小さい半導体であると、エミッタ部１３への電子蓄積時における上部電極１４からエミッタ部１３への電子の供給量が増大する。この結果、エミッタ部１３の上部に蓄積される電子が増加し、もって、電子放出量が増大する。電子放出促進層５１がファイバー状の半導体あるいは導体であると、エミッタ部１３への電子蓄積時においてファイバーの先端での電界集中強度が増大する。この結果、エミッタ部１３の上部に蓄積される電子が増加し、もって、電子放出量が増大する。この場合、導体は仕事関数の小さい導体であり、半導体は電子親和力の小さい半導体であることが好ましい。
【０１８６】
このように電子放出促進層５１を備えた電子放出装置にあっても、上部電極１４の貫通孔１４ａの平均径は１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満であることが望ましい。なお、このような電子放出促進層５１は、上述の製法例４及び製法例５のように、赤外線加熱炉を用いて昇温速度を大きくする（昇温工程中に有機金属化合物の分解過程が発生するような昇温速度とする）ことにより形成され得る。
【０１８７】
電子放出促進層５１がある場合とない場合との電子放出量の差について測定した結果を表１に示す。このように、電子放出促進層５１を設けることにより、極めて大きな電子放出量を得ることができる。
【表１】
2006185909.tif 000003
【０１８８】
（駆動電圧付与回路の具体例）
次に、上述した駆動電圧付与回路２１の具体的構成及び作動について説明する。
【０１８９】
駆動電圧付与回路２１は、図４１に示したように、行選択回路２１ａ、パルス発生源２１ｂ及び信号供給回路２１ｃを備えている。図４１において、符合Ｄ１１、Ｄ１２、…Ｄ２２、Ｄ２３などが付されたものは、それぞれ、前述した一つの素子（上部電極１４と下部電極１２とが重なった部分により構成される電子放出素子）を示している。また、この例における電子放出装置１０は、行方向にｎ個、列方向にｍ個の素子を備えている。
【０１９０】
行選択回路２１ａは、信号制御回路１００の制御信号線１００ａと、電源回路１１０の正極ライン１１０ｐ及び負極ライン１１０ｍとに接続されている。行選択回路２１ａは、更に、複数の行選択線ＬＬと接続されている。行選択線ＬＬのそれぞれは一群をなす複数の素子（同一行上の素子）の下部電極１２と接続されている。例えば、行選択線ＬＬ１は第１行の素子Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、…Ｄ１ｍの各下部電極１２と接続され、行選択線ＬＬ２は第２行の素子Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、…Ｄ２ｍの各下部電極１２と接続されている。
【０１９１】
行選択回路２１ａは、電子を各素子のエミッタ部１３に蓄積させる電荷蓄積期間Ｔｄにおいて、信号制御回路１００からの制御信号に応答して行選択線ＬＬの一つに対し一定の期間（行選択期間）Ｔｓだけ選択信号Ｓｓ（ここでは、５０Ｖの電圧信号）を出力し、残りの行選択線ＬＬに非選択信号Ｓｎ（ここでは、０Ｖの電圧信号）を出力するようになっている。行選択回路２１ａは、選択信号Ｓｓを出力する行選択線ＬＬを、一定の行選択期間Ｔｓ毎に順次変更して行くようになっている。
【０１９２】
パルス発生源２１ｂは、電荷蓄積期間Ｔｄにおいて基準電圧（ここでは、０Ｖ）を発生するとともに、発光期間（点灯期間、電子放出期間）Ｔｈにおいて所定の一定電圧（ここでは、−４００Ｖ）を発生するようになっている。パルス発生源２１ｂは、電源回路１１０の負極ライン１１０ｍとグランド（ＧＮＤ）との間に接続されている。
【０１９３】
信号供給回路２１ｃには、信号制御回路１００の制御信号線１００ｂと、電源回路１１０の正極ライン１１０ｐ及び負極ライン１１０ｍと、が接続されている。信号供給回路２１ｃは、内部に、パルス生成回路２１ｃ１と振幅変調回路２１ｃ２とを備えている。
【０１９４】
パルス生成回路２１ｃ１は、電荷蓄積期間Ｔｄにおいて一定のパルス周期で一定の振幅（ここでは、５０Ｖ）を有するパルス信号Ｓｐを出力するとともに、発光期間Ｔｈにおいて基準電圧（ここでは、０Ｖ）を出力するようになっている。
【０１９５】
振幅変調回路２１ｃ２は、パルス生成回路２１ｃ１からのパルス信号Ｓｐを入力するように、パルス生成回路２１ｃ１と接続されている。また、振幅変調回路２１ｃ２は、複数の画素信号線ＵＬと接続されている。画素信号線ＵＬのそれぞれは一群をなす複数の素子（同一列上の素子）の上部電極１４と接続されている。例えば、画素信号線ＵＬ１は第１列の素子Ｄ１１、Ｄ２１、…Ｄｎ１の各上部電極１４と接続され、画素信号線ＵＬ２は第２列の素子Ｄ１２、Ｄ２２、…Ｄｎ２の各上部電極１４と接続され、画素信号線ＵＬ３は第３列の素子Ｄ１３、Ｄ２３、…Ｄｎ３の各上部電極と接続されている。
【０１９６】
振幅変調回路２１ｃ２は、電荷蓄積期間Ｔｄにおいてパルス信号Ｓｐを選択されている行の画素の輝度レベルに応じて振幅変調し、その振幅変調した信号（ここでは、０、３０、５０Ｖの何れかの電圧信号）を画素信号Ｓｄとして複数の画素信号線ＵＬ（ＵＬ１、ＵＬ２、…ＵＬｍ）に出力するようになっている。更に、振幅変調回路２１ｃ２は、発光期間Ｔｈにおいて、パルス生成回路２１ｃ１が発生する基準電圧（０Ｖ）をそのまま出力するようになっている。
【０１９７】
信号制御回路１００は、映像信号Ｓｖ及び同期信号Ｓｃを入力し、これらの入力信号に基づいて行選択回路２１ａを制御する信号と信号供給回路２１ｃを制御する信号とを、信号線１００ａ及び信号線１００ｂにそれぞれ出力するようになっている。
【０１９８】
電源回路１１０は、正極ライン１１０ｐの電位を負極ライン１１０ｍの電位よりも一定電圧（ここでは５０Ｖ）だけ高くするための電圧信号を正極ライン１１０ｐ及び負極ライン１１０ｍに出力するようになっている。
【０１９９】
次に、このように構成された回路の作動について説明する。先ず、ある時点にて始まる電荷蓄積期間Ｔｄの開始時において、行選択回路２１ａは、信号制御回路１００からの制御信号に基づいて第１行の行選択線ＬＬ１に選択信号Ｓｓ（５０Ｖ）を出力し、他の行選択線ＬＬに非選択信号Ｓｎ（０Ｖ）を出力する。
【０２００】
これにより、第１行の素子Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、…Ｄ１ｍの各下部電極１２の電位が選択信号Ｓｓの電圧（５０Ｖ）となる。また、他の素子（例えば、第２行の素子Ｄ２１…Ｄ２ｍ、第３行の素子Ｄ３１…Ｄ３ｍ）の各下部電極１２の電位は非選択信号Ｓｎの電圧（０Ｖ）となる。
【０２０１】
このとき、信号供給回路２１ｃは、信号制御回路１００からの制御信号に基づいて、選択されている行の素子（即ち、第１行の素子Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、…Ｄ１ｍ）のそれぞれにより構成される各画素の輝度レベルに応じた画素信号Ｓｄ（ここでは、０、３０、５０Ｖの何れかの電圧信号）を複数の画素信号線ＵＬ（ＵＬ１、ＵＬ２、…ＵＬｍ）に出力する。この画素信号Ｓｄと選択信号Ｓｓとの電位差が駆動電圧Ｖinとなる。
【０２０２】
この場合、例えば、画素信号線ＵＬ１に０Ｖの画素信号Ｓｄが付与されたと仮定すると、素子Ｄ１１の上部電極１４と下部電極１２との電位差である素子電圧Ｖka（Ｄ１１）は、最終的に負の所定電圧Ｖｍである−５０Ｖ（＝０Ｖ−５０Ｖ）に収束する。これにより、非常に多くの電子が素子Ｄ１１の上部電極１４近傍のエミッタ部１３に蓄積される。
【０２０３】
また、画素信号線ＵＬ２に３０Ｖの画素信号Ｓｄが付与されたと仮定すると、素子電圧Ｖka（Ｄ１２）は最終的に−２０Ｖ（＝３０Ｖ−５０Ｖ）となる。これにより、素子Ｄ１１よりは少ない電子が素子Ｄ１２の上部電極１４の近傍のエミッタ部１３に蓄積される。
【０２０４】
更に、画素信号線ＵＬ３に５０Ｖの画素信号Ｓｄが付与されたと仮定すると、素子Ｄ１３の素子電圧Ｖka（Ｄ１３）は０Ｖ（＝５０Ｖ−５０Ｖ）となる。従って、素子Ｄ１３のエミッタ部１３には電子が蓄積されない。つまり、素子Ｄ１３のエミッタ部１３には分極反転が発生しない。
【０２０５】
次いで、行選択期間Ｔｓ（選択された素子に電子を蓄積させるために十分な時間）が経過すると、行選択回路２１ａは、信号制御回路１００からの制御信号に基づいて第２行の行選択線ＬＬ２に選択信号Ｓｓを出力し、他の行選択線に非選択信号Ｓｎ（０Ｖ）を出力する。
【０２０６】
これにより、第２行の素子Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、…Ｄ２ｍの各下部電極１２の電位が選択信号Ｓｓの電圧（５０Ｖ）となる。また、他の素子（例えば、第１行の素子Ｄ１１…Ｄ１ｍ、第３行の素子Ｄ３１…Ｄ３ｍ）の各下部電極１２の電位は非選択信号Ｓｎの電圧（０Ｖ）となる。
【０２０７】
一方、信号供給回路２１ｃは、信号制御回路１００からの制御信号に基づいて、選択されている行の素子（即ち、第２行の素子Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、…Ｄ２ｍ）のそれぞれにより構成される各画素の輝度レベルに応じた画素信号Ｓｄ（０、３０、５０Ｖの何れかの電圧信号）を複数の画素信号線ＵＬ（ＵＬ１、ＵＬ２、…ＵＬｍ）に出力する。この結果、第２行の素子Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、…Ｄ２ｍの各エミッタ部に、画素信号Ｓｄに応じた量の電子が蓄積されて行く。
【０２０８】
なお、非選択信号Ｓｎの電圧（０Ｖ）が下部電極に付与されている素子の素子電圧Ｖkaは０Ｖ（この場合、上部電極の電位＝０Ｖ、下部電極の電位＝０Ｖ）、３０Ｖ（この場合、上部電極の電位＝３０Ｖ、下部電極の電位＝０Ｖ）又は５０Ｖ（この場合、上部電極の電位＝５０Ｖ、下部電極の電位＝０Ｖ）となるが、この程度の電圧では既に電子が蓄積されている素子の分極反転が発生せず同素子から電子が放出されることはない。
【０２０９】
更に、行選択期間Ｔｓが経過すると、行選択回路２１ａは、第３行の行選択線ＬＬ３（図示省略）に選択信号Ｓｓを出力するとともに、他の行選択線に非選択信号Ｓｎ（０Ｖ）を出力する。また、信号供給回路２１ｃは、選択されている第３行の素子のそれぞれにより構成される各画素の輝度レベルに応じた画素信号Ｓｄを複数の画素信号線ＵＬに出力する。このような動作が、行選択期間Ｔｓの経過毎に総ての行が選択されるまで繰り返される。この結果、所定の時点になると、すべての素子のエミッタ部１３に、各素子が構成する画素の輝度レベルに応じた量（「０」を含む量）の電子が蓄積される。以上が、電荷蓄積期間Ｔｄにおける作動である。
【０２１０】
次いで、行選択回路２１ａは、発光期間Ｔｈを開始するために、総ての行選択線ＬＬに対して大きな負の電圧（ここでは、電源回路１１０の発生する＋５０Ｖとパルス発生源２１ｂが発生する−４００Ｖの差である−３５０Ｖ）を印加する。これにより、総ての素子の下部電極１２の電位は大きな負の電圧（−３５０Ｖ）へと変化する。同時に、信号供給回路２１ｃは、振幅変調回路２１ｃ２を介してパルス生成回路２１ｃ１が発生する基準電圧（０Ｖ）をそのまま総ての画素信号線ＵＬに出力する。これにより、総ての素子の上部電極１４の電位は基準電圧（０Ｖ）となる。
【０２１１】
この結果、分極反転が再び発生し、それぞれの素子のエミッタ部１３に蓄積されていた電子はクーロン反発力によって一斉に放出させられる。この結果、各素子の上部に位置する蛍光体が発光し、画像が表示される。なお、電荷蓄積期間Ｔｄにおいて駆動電圧Ｖinが「０」とされることにより電子を蓄積していなかった素子のエミッタ部においては、分極反転が発生していないので、駆動電圧Ｖinが大きな正の電圧となったときも分極反転は発生しない。従って、例えば、あるタイミングにおいて画像の関係から電子を放出する必要の無い素子は、分極反転に伴う無駄な電力を消費することがない。
【０２１２】
このように、駆動電圧付与回路２１は、電荷蓄積期間Ｔｄにおいて、複数の素子の各々に対する駆動電圧Ｖinを順次連続的に負の所定電圧である第１電圧Ｖｍとして行く。その後、駆動電圧付与回路２１は、総ての素子に対する電子の蓄積動作が完了すると、総ての素子に対する駆動電圧Ｖinを同時に正の所定電圧である第２電圧Ｖｐとして同複数の総ての素子から一斉に電子を放出させ、発光期間Ｔｈを開始する。更に、その後、所定の発光期間Ｔｈが経過すると、駆動電圧付与回路２１は再び電荷蓄積期間Ｔｄを開始する。
【０２１３】
以上、説明したように、本発明による電子放出装置は、平均径が１０〜１００ｎｍという微細な貫通孔を上部電極に形成しているので、より多くの電子を効率的に放出することができる。なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。
【０２１４】
例えば、本発明の変形例に係る電子放出装置２０は、図４２に示したように、電子放出装置１０のコレクタ電極１８及び蛍光体１９をコレクタ電極１８’及び蛍光体１９’に置換した装置である。
【０２１５】
電子放出装置２０においては、透明板１７の裏面（上部電極１４と対向する面）に蛍光体１９’が形成され、蛍光体１９’を覆うようにコレクタ電極１８’が形成されている。コレクタ電極１８’は、エミッタ部１３から上部電極１４の貫通孔１４ａを通して放出された電子が貫通できる程度の厚さを有するように形成されている。この場合、コレクタ電極１８’の厚さは１００ｎｍ以下であることが望ましい。コレクタ電極１８’の厚さは、放出された電子の運動エネルギーが大きいほど大きくすることができる。
【０２１６】
係る構成は、ＣＲＴ等に採用される構成である。コレクタ電極１８’はメタルバックとして機能する。エミッタ部１３から上部電極１４の貫通孔１４ａを通して放出された電子はコレクタ電極１８’を貫通して蛍光体１９’に進入し、蛍光体１９’を励起し、発光を生ぜしめる。この電子放出装置２０は、以下の効果を奏することができる。
【０２１７】
（ａ）蛍光体１９’が導電性でない場合、蛍光体１９’が帯電（負に帯電）することを回避することができる。この結果、電子を加速させる電界を維持することができる。
（ｂ）コレクタ電極１８’により蛍光体１９’が発生した光が反射されるので、その光を効率よく透明板１７側（発光面側）に放出させることができる。
（ｃ）蛍光体１９’への過度の電子の衝突を防ぐことができるので、蛍光体１９’の劣化や蛍光体１９’からガスが発生することを回避することができる。
【０２１８】
また、本発明による他の変形例に係る電子放出装置は、図４３に示したように、集束電極１６が平面視において互いにＸ軸方向において隣接する上部電極１４の間のみだけでなく、Ｙ軸方向において互いに隣接する上部電極１４の間にも形成されいる。
【０２１９】
これによれば、ある素子の上部電極１４から放出された電子はＸ軸方向において隣接する他の素子の上部電極１４の上方にある蛍光体に到達しない。従って、色純度を良好に維持することができる。更に、この例では、Ｙ軸方向において互いに隣接する二つの素子の各上部電極１４の間にも集束電極１６が形成されているので、ある上部電極１４から放出された電子はＹ軸方向において隣接する上部電極１４の上方にある蛍光体にも到達しない。この結果、画像パターンがにじむことを回避することができる。
【０２２０】
更に、図４４に示したように、本発明による電子放出装置は、一つの略正方形の画素ＰＸ内に４つの素子（従って、４つの上部電極１４である第１上部電極１４−１，第２上部電極１４−２，第３上部電極１４−３，第４上部電極１４−４）と、集束電極１６とを備えていてもよい。この場合、例えば、第１上部電極１４−１の直上には図示しない緑色蛍光体が配設され、第２上部電極１４−２及び第４上部電極１４−４の直上には図示しない赤色蛍光体が配設され、第３上部電極１４−３の直上には図示しない青色蛍光体が配設される。集束電極１６は、各上部電極１４を取り囲むように各上部電極１４の周囲に形成されている。これによれば、ある素子の上部電極１４から放出された電子はその上部電極１４の直上に配置された蛍光体のみに到達するから、色純度を良好に維持するとともに画像パターンのにじみを回避することができる。
【０２２１】
更に、上記実施形態の電子放出装置は、集束電極及び同集束電極に対する電源（集束電極電位付与回路）を備えていたが、これらを省略してもよい。また、電子放出装置が備える蛍光体は、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体に限定されず、例えば、白色蛍光体であってもよい。加えて、上記実施形態の電子放出装置は、集束電極、コレクタ電極、透明版、蛍光体等を備えたディスプレイとして開示されているが、これらを備えなくともよい。即ち、本発明による電子放出装置は、エミッタ部、上部電極及び下部電極を備えて電子を放出する電子放出素子の単体そのものであってもよい。係る電子放出装置（電子放出素子）は、電子照射装置、光源、ＬＥＤの代替品、電子部品製造装置及び電子回路部品等の広範囲に及ぶ装置に適用することができる。
【０２２２】
これまで述べたように、本発明による電子放出装置の各実施形態は、１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満という平均径の貫通孔を有する上部電極を備えているので、電子放出を高効率で行うことができ、且つ、電子の直進性に優れている。従って、この電子放出装置は、直視型の薄型テレビだけでなく、前面投射型もしくは背面投射型のプロジェクタに内臓する小型ディスプレイにも好適に用いられる。例えばＲＧＢの３原色に対応した３面の小型ディスプレイを用意すれば、圧膜印刷で形成可能な０．２ｍｍピッチ画素で高詳細テレビを構成可能である。この際、本発明による電子放出装置は、ＣＲＴプロジェクタと比較してディスプレイの薄型化が可能であり、ＬＣＤ及びＤＭＤプロジェクタと比較して高出力光源が別途必要とならない等という特長を備える。従って、本発明による電子放出装置は、省スペース化を図ることが可能というだけでなく、高出力光源の取替えが不要であるので超寿命でメンテナンスフリーであるという利点を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２２３】
【図１】本発明の実施形態に係る電子放出装置の部分断面図である。
【図２】図１に示した電子放出装置を異なる平面にて切断した部分断面図である。
【図３】図１に示した電子放出装置の部分平面図である。
【図４】図１に示した電子放出装置の拡大部分断面図である。
【図５】図１に示した上部電極の拡大部分平面図である。
【図６】図１に示した上部電極の他の貫通孔の例を示した図である。
【図７】図１に示した上部電極の他の貫通孔の例を示した図である。
【図８】図１に示した上部電極の他の貫通孔の例を示した図である。
【図９】図１に示した上部電極の他の貫通孔の例を示した図である。
【図１０】図１に示した上部電極の他の貫通孔の例を示した図である。
【図１１】図１に示した上部電極とエミッタ部の拡大断面図である。
【図１２】図１に示した電子放出装置の一つの状態を示した図である。
【図１３】図１に示したエミッタ部の電圧−分極特性のグラフである。
【図１４】図１に示した電子放出装置の他の状態を示した図である。
【図１５】図１に示した電子放出装置の他の状態を示した図である。
【図１６】図１に示した電子放出装置の他の状態を示した図である。
【図１７】図１に示した電子放出装置の他の状態を示した図である。
【図１８】図１に示した電子放出装置の他の状態を示した図である。
【図１９】集束電極を備えない電子放出装置により放出された電子の様子を示した図である。
【図２０】図１に示した電子放出装置により放出された電子の様子を示した図である。
【図２１】本発明の製法例１により製造された電子放出装置の上部電極表面の拡大写真である。
【図２２】本発明を適用していない製法例により製造された電子放出装置の上部電極表面の拡大写真である。
【図２３】本発明の製法例２により製造された電子放出装置の上部電極表面の拡大写真である。
【図２４】本発明の製法例３により製造された電子放出装置の上部電極表面の拡大写真である。
【図２５】上部電極の貫通孔の平均径と放出される電子の量との関係を示したグラフである。
【図２６】図１に示した電子放出装置において電子蓄積時に形成される電界の様子を示した図である。
【図２７】図２７の（Ａ）は大きな径の貫通孔の周辺部の長さについて説明するための図であり、図２７の（Ｂ）は小さな径の貫通孔の周辺部の長さについて説明するための図である。
【図２８】本発明の製法例４により製造された電子放出装置の上部電極表面の拡大写真である。
【図２９】本発明の製法例４により製造された電子放出装置の上部電極表面の更なる拡大写真である。
【図３０】本発明の製法例４により製造された電子放出装置の電子放出特性を示したグラフである。
【図３１】本発明の製法例４により製造された電子放出装置の電子放出特性を示したグラフである。
【図３２】昇温速度を変化させて製造した上部電極を有する電子放出装置の同昇温速度と電子放出量との関係を示すグラフである。
【図３３】本発明の他の製法例により製造された電子放出装置の上部電極表面の拡大写真である。
【図３４】本発明の製法例５により製造された電子放出装置の上部電極表面の拡大写真である。
【図３５】有機金属化合物を加熱したときの発熱量と同有機金属化合物の温度との関係を示すグラフである。
【図３６】低昇温速度で焼成した上部電極を有する電子放出装置と、高昇温速度で焼成した上部電極を有する電子放出装置と、について、電子放出回数に対する電子放出量の変化を示すグラフである。
【図３７】低昇温速度で焼成した上部電極及びその近傍部位の部分断面図である。
【図３８】高昇温速度で焼成した上部電極及びその近傍部位の部分断面図である。
【図３９】赤外線加熱炉を示した図である。
【図４０】本発明の他の実施形態に係る電子放出装置の拡大部分断面図である。
【図４１】図１に示した駆動電圧付与回路の回路図である。
【図４２】本発明による電子放出装置の変形例の部分断面図である。
【図４３】本発明による電子放出装置の他の変形例の部分平面図である。
【図４４】本発明による電子放出装置の他の変形例の部分平面図である。
【図４５】本発明に関する電子放出装置の一つの状態を示した部分断面図である。
【図４６】本発明に関する電子放出装置の他の状態を示した部分断面図である。
【図４７】本発明に関する電子放出装置の他の状態を示した部分断面図である。
【図４８】本発明に関する電子放出装置の他の状態を示した部分断面図である。
【図４９】従来の電子放出装置において電子蓄積時に形成される電界の様子を示した図である。
【図５０】平坦性が良好な上部電極の部分拡大断面図である。
【図５１】平坦性が良好でない上部電極の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【０２２４】
１０，２０…電子放出装置、１１…基板、１２…下部電極、１３…エミッタ部、１４…上部電極、１４ａ〜１４ｆ…貫通孔、１５…絶縁層、１６…集束電極、１７…透明板、１８…コレクタ電極、１９…蛍光体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３３】
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【図３４】
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