(57)【要約】【課題】電子放出素子を用いた光源において、該電子放出素子からの電子放出に基づく蛍光体発光の利用率を高め、高輝度の発光を実現させる。【解決手段】光源１０Ａは、透明基板４０と、該透明基板４０に対向して配置された固定基板８２と、固定基板８２の主面側に配列された複数の電子放出素子１２とを有する。固定基板８２の主面のうち、電子放出素子１２が形成されていない部分に光反射膜１２０が形成されている。透明基板４０の裏面のほぼ全面に透明電極１２２によるアノード電極１２４が形成され、該アノード電極１２４のうち、電子放出素子１２と対向する位置に蛍光体１２６が形成されている。【選択図】図３６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の電子放出素子と、
前記電子放出素子からの電子放出に基づく蛍光体発光を外部に導く透明基板と、
前記透明基板に対向して配され、前記蛍光体発光を前記透明基板側へ反射させる光反射手段とを有することを特徴とする光源。
【請求項２】
請求項１記載の光源において、
前記透明基板の前記光反射手段と対向する面に、透明電極によるアノード電極と蛍光体が形成されていることを特徴とする光源。
【請求項３】
請求項２記載の光源において、
少なくとも前記蛍光体が部分的に形成され、該蛍光体の開口部から前記透明電極の一部が露出していることを特徴とする光源。
【請求項４】
請求項２記載の光源において、
前記アノード電極と前記蛍光体がそれぞれ部分的に形成され、前記蛍光体及び前記アノード電極の開口部から前記透明基板の一部が露出していることを特徴とする光源。
【請求項５】
請求項１記載の光源において、
前記電子放出素子は、前記透明基板に対向し、且つ、前記透明基板の板面とほぼ平行な面に配されていることを特徴とする光源。
【請求項６】
請求項５記載の光源において、
前記電子放出素子は、前記透明基板に対向して配された固定基板上に形成されていることを特徴とする光源。
【請求項７】
請求項１記載の光源において、
前記電子放出素子は、前記透明基板の板面と平行でない面に配されていることを特徴とする光源。
【請求項８】
請求項７記載の光源において、
前記透明基板に対向して配された固定基板と、
少なくとも前記透明基板に対して板面がほぼ直角に位置関係で設けられた側板とを有し、
前記電子放出素子は、前記側板の板面のうち、前記透明基板と前記固定基板との空間を臨む部分に形成されていることを特徴とする光源。
【請求項９】
請求項１記載の光源において、
前記電子放出素子は、前記透明基板に対向し、且つ、前記透明基板の板面とほぼ平行な面に配され、
前記電子放出素子は、前記透明基板に対向して配された固定基板上に形成され、
前記光反射手段は、前記固定基板上のうち、前記電子放出素子以外の部分に形成された光反射層及び／又は白色散乱層であることを特徴とする光源。
【請求項１０】
請求項１記載の光源において、
前記電子放出素子は、前記透明基板に対向し、且つ、前記透明基板の板面とほぼ平行な面に配され、
前記電子放出素子は、前記透明基板に対向して配された固定基板上に形成され、
前記固定基板が第２の透明基板であり、
前記光反射手段は、前記第２の透明基板のうち、前記透明基板と反対側に配された光反射層及び／又は白色散乱層であることを特徴とする光源。
【請求項１１】
請求項１記載の光源において、
前記透明基板に対向して配された固定基板を有し、
前記固定基板の前記透明電極と対向する面に、アノード電極と蛍光体が形成されていることを特徴とする光源。
【請求項１２】
請求項１１記載の光源において、
前記電子放出素子は、前記透明基板の前記固定基板と対向する面に形成されていることを特徴とする光源。
【請求項１３】
請求項１２記載の光源において、
前記透明基板のうち、前記固定基板と反対側の面であって、且つ、前記電子放出素子と対応する部分に光散乱部材が形成されていることを特徴とする光源。
【請求項１４】
請求項１１記載の光源において、
前記アノード電極が透明電極にて構成され、
前記光反射手段は、前記固定基板と前記アノード電極との間に形成された光反射層及び／又は白色散乱層であることを特徴とする光源。
【請求項１５】
請求項１１記載の光源において、
前記光反射手段は、前記アノード電極が兼用していることを特徴とする光源。
【請求項１６】
請求項１１記載の光源において、
前記固定基板が第２の透明基板であり、
前記光反射手段は、前記第２の透明基板のうち、前記透明基板と反対側に配された光反射層及び／又は白色散乱層であることを特徴とする光源。
【請求項１７】
請求項１記載の光源において、
前記電子放出素子は、前記透明基板の板面とのなす角が第１の所定角度の関係を有する第１の面に配され、
前記アノード電極は、前記透明基板の板面とのなす角が第２の所定角度の関係を有する第２の面に配され、
前記蛍光体は、前記アノード電極上であって、且つ、前記透明基板と前記電子放出素子の両方を臨む位置に配されていることを特徴とする光源。
【請求項１８】
請求項１７記載の光源において、
前記透明基板に対向して配された固定基板と、
前記固定基板上に配され、前記第１の面と前記第２の面を構成する支持部材とを有することを特徴とする光源。
【請求項１９】
請求項１８記載の光源において、
前記固定基板が第２の透明基板であり、
前記光反射手段は、前記第２の透明基板のうち、前記透明基板と反対側に配された光反射層及び／又は白色散乱層であることを特徴とする光源。
【請求項２０】
透明基板と、
前記透明基板に対向して配された固定基板と、
前記固定基板上に配された１以上の電子放出素子と、
前記透明基板の前記固定基板と対向する面に形成された透明電極によるアノード電極及び第１の蛍光体と、
前記固定基板上のうち、前記電子放出素子以外の部分に形成された補助電極及び第２の蛍光体とを有することを特徴とする光源。
【請求項２１】
請求項２０記載の光源において、
前記補助電極は、前記第２の蛍光体での発光を前記透明基板側へ反射させる光反射手段として機能することを特徴とする光源。
【請求項２２】
請求項２０記載の光源において、
少なくとも前記第１の蛍光体が部分的に形成され、該第１の蛍光体の開口部から前記アノード電極の一部が露出していることを特徴とする光源。
【請求項２３】
請求項２０記載の光源において、
前記アノード電極と前記第１の蛍光体がそれぞれ部分的に形成され、前記第１の蛍光体及び前記アノード電極の開口部から前記透明基板の一部が露出していることを特徴とする光源。
【請求項２４】
１以上の電子放出素子と、
前記電子放出素子からの電子放出に基づく蛍光体発光を外部に導く透明基板と、
前記透明基板に対向して配され、アノード電極と蛍光体とを含む積層体とを有し、
前記積層体は、前記蛍光体が前記透明基板に対向するように配されていることを特徴とする光源。
【請求項２５】
請求項２４記載の光源において、
前記電子放出素子は、前記透明基板の前記積層体と対向する面に形成され、
前記積層体は、前記電子放出素子と対応する部分が曲げられ、該積層体の端部が前記透明基板に固定されていることを特徴とする光源。
【請求項２６】
請求項２４記載の光源において、
前記電子放出素子は、前記透明基板の板面と平行でない面に配され、
前記積層体は、前記電子放出素子と対応する部分が曲げられ、該積層体の少なくとも１つの端部が前記透明基板に固定されていることを特徴とする光源。
【請求項２７】
請求項２６記載の光源において、
前記透明基板に対して板面がほぼ直角に位置関係で設けられた側板を有し、
前記電子放出素子は、前記側板の板面のうち、前記透明基板を臨む部分に形成され、
前記積層体は、一方の端部が前記透明基板に固定され、他方の端部が前記側板に固定されていることを特徴とする光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エミッタ部に形成された電極に対する駆動電圧の供給によってエミッタ部から電子を放出する電子放出素子を用いた光源（面光源を含む）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、電子放出素子は、駆動電極及びコモン電極を有し、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）やバックライトのような種々のアプリケーションに適用されている。ＦＥＤに適用する場合、複数の電子放出素子を二次元的に配列し、これら電子放出素子に対する複数の蛍光体を、所定の間隔をもってそれぞれ配置するようにしている。
【０００３】
この電子放出素子の従来例としては、例えば特許文献１〜５があるが、いずれもエミッタ部に誘電体を用いていないため、対向電極間にフォーミング加工もしくは微細加工が必要となったり、電子放出のために高電圧を印加しなければならず、また、パネル製作工程が複雑で製造コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、エミッタ部を誘電体で構成することが考えられているが、誘電体からの電子放出として、以下の非特許文献１及び２にて諸説が述べられている。
【０００５】
また、最近では、カーボンナノウォールを用いた光源の開発も進められている（例えば特許文献６及び７参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１−３１１５３３号公報
【特許文献２】特開平７−１４７１３１号公報
【特許文献３】特開２０００−２８５８０１号公報
【特許文献４】特公昭４６−２０９４４号公報
【特許文献５】特公昭４４−２６１２５号公報
【特許文献６】特開２００４−３６２９６０号公報
【特許文献７】特開２００４−３６２９５９号公報
【非特許文献１】安岡、石井「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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、これら電子放出素子を用いた光源において、該電子放出素子からの電子放出に基づく蛍光体発光の利用率を高め、高輝度の発光を実現させることができる光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る光源は、１以上の電子放出素子と、前記電子放出素子からの電子放出に基づく蛍光体発光を外部に導く透明基板と、前記透明基板に対向して配され、前記蛍光体発光を前記透明基板側へ反射させる光反射手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
この場合、電子放出素子からの電子放出に基づく蛍光体発光が光反射手段によって透明基板側へ反射されるため、光反射手段によって反射した光を表面発光（透明基板の前面からの発光）として利用することができる。これにより、蛍光体発光の利用率が向上し、高輝度の発光を実現させることができる。
【００１０】
そして、第１の発明において、前記透明基板の前記光反射手段と対向する面に、透明電極によるアノード電極と蛍光体が形成されていてもよい。この場合、電子放出素子から放出された電子がアノード電極によって加速されて蛍光体に衝突し、蛍光体発光が生ずることとなる。
【００１１】
また、第１の発明において、少なくとも前記蛍光体が部分的に形成され、該蛍光体の開口部から前記透明電極の一部が露出していてもよい。この場合、光反射手段によって反射された光は、蛍光体によって吸収されずに、蛍光体の開口部から透明基板を通して表面発光として外部に出射されることとなるため、蛍光体発光の利用率をさらに向上させることができる。
【００１２】
また、第１の発明において、前記アノード電極と前記蛍光体がそれぞれ部分的に形成され、前記蛍光体及び前記アノード電極の開口部から前記透明基板の一部が露出していてもよい。この場合、光反射手段によって反射された光は、蛍光体やアノード電極によって吸収又は減衰されずに、蛍光体の開口部から透明基板を通して表面発光として外部に出射されることとなるため、蛍光体発光の利用率をさらに向上させることができる。
【００１３】
また、第１の発明において、前記電子放出素子は、前記透明基板に対向し、且つ、前記透明基板の板面とほぼ平行な面に配されていてもよい。この場合、前記透明基板に対向して配された固定基板上に形成することが挙げられる。
【００１４】
また、第１の発明において、前記電子放出素子は、前記透明基板の板面と平行でない面に配されていてもよい。この場合、前記透明基板に対向して配された固定基板と、少なくとも前記透明基板に対して板面がほぼ直角に位置関係で設けられた側板とを設け、前記電子放出素子を、前記側板の板面のうち、前記透明基板と前記固定基板との空間を臨む部分に形成することが挙げられる。
【００１５】
また、第１の発明において、前記光反射手段は、前記固定基板上のうち、前記電子放出素子以外の部分に形成された光反射層及び／又は白色散乱層であってもよい。
【００１６】
あるいは、前記固定基板が例えばガラス基板のような第２の透明基板であり、前記光反射手段は、前記第２の透明基板のうち、前記透明基板と反対側に配された光反射層及び／又は白色散乱層であってもよい。
【００１７】
また、第１の発明において、前記透明基板に対向して配された固定基板を有し、前記固定基板の前記透明電極と対向する面に、アノード電極と蛍光体が形成されていてもよい。この場合、前記電子放出素子は、前記透明基板の前記固定基板と対向する面に形成されていてもよい。
【００１８】
これにより、電子放出素子から放出された電子が固定基板に形成されたアノード電極によって加速されて蛍光体に衝突し、蛍光体発光が生ずることとなる。そして、この蛍光体発光が光反射手段によって透明基板側へ反射されるため、光反射手段によって反射した光を表面発光として利用することができる。
【００１９】
前記構成において、前記透明基板のうち、前記固定基板と反対側の面であって、且つ、前記電子放出素子と対応する部分に光散乱部材が形成されていてもよい。この場合、光反射手段によって反射した光が、透明基板に形成された電子放出素子によって吸収あるいは減衰することになるが、外光が前記光散乱部材によって散乱して表面発光として利用されることになるため、前記電子放出素子による吸収あるいは減衰を埋め合わせることができ、透明基板に電子放出素子を形成することによる輝度の低下を抑えることができる。
【００２０】
そして、第１の発明において、前記アノード電極が透明電極にて構成され、前記光反射手段は、前記固定基板と前記アノード電極との間に形成された光反射層及び／又は白色散乱層であってもよい。あるいは、前記光反射手段は、前記アノード電極が兼用していてもよい。例えばアノード電極が鏡面を有することにより、光反射層を兼用することができる。
【００２１】
あるいは、前記固定基板が例えばガラス基板のような第２の透明基板であり、前記光反射手段は、前記第２の透明基板のうち、前記透明基板と反対側に配された光反射層及び／又は白色散乱層であってもよい。
【００２２】
また、第１の発明において、前記電子放出素子は、前記透明基板の板面とのなす角が第１の所定角度の関係を有する第１の面に配され、前記アノード電極は、前記透明基板の板面とのなす角が第２の所定角度の関係を有する第２の面に配され、前記蛍光体は、前記アノード電極上であって、且つ、前記透明基板と前記電子放出素子の両方を臨む位置に配されていてもよい。
【００２３】
この場合、第１の面に形成された電子放出素子から放出された電子が第２の面に形成されたアノード電極によって加速されて蛍光体に衝突し、蛍光体発光が生ずることとなる。そして、この蛍光体発光が光反射手段によって透明基板側へ反射されるため、光反射手段によって反射した光を表面発光として利用することができる。
【００２４】
前記構成において、前記透明基板に対向して配された固定基板と、前記固定基板上に配され、前記第１の面と前記第２の面を構成する支持部材とを有するようにしてもよい。これにより、第１の面に電子放出素子を形成し、第２の面にアノード電極及び蛍光体を形成するという構成を容易に実現させることができる。
【００２５】
そして、前記固定基板が例えばガラス基板のような第２の透明基板であり、前記光反射手段は、前記第２の透明基板のうち、前記透明基板と反対側に配された光反射層及び／又は白色散乱層であってもよい。
【００２６】
次に、第２の発明に係る光源は、透明基板と、前記透明基板に対向して配された固定基板と、前記固定基板上に配された１以上の電子放出素子と、前記透明基板の前記固定基板と対向する面に形成された透明電極によるアノード電極及び第１の蛍光体と、前記固定基板上のうち、前記電子放出素子以外の部分に形成された補助電極及び第２の蛍光体とを有することを特徴とする。
【００２７】
この場合、固定基板上に形成された電子放出素子から放出された電子が透明基板に形成されたアノード電極によって加速されて、透明基板側の第１の蛍光体に衝突し、蛍光体発光が生ずる。この蛍光体発光は表面発光として外部に出射される。また、前記電子放出素子から放出された電子が固定基板に形成された補助電極によって加速されて固定基板側の第２の蛍光体に衝突し、蛍光体発光が生ずることとなる。この蛍光体発光も表面発光として外部に出射されることになる。このように、透明基板側の第１の蛍光体の蛍光体発光による表面発光と、固定基板側の第２の蛍光体の蛍光体発光による表面発光とが合成されて出射されることになる。これにより、蛍光体発光の利用率が向上し、高輝度の発光を実現させることができる。
【００２８】
そして、第２の発明において、前記補助電極は、前記第２の蛍光体での発光を前記透明基板側へ反射させる光反射手段として機能させるようにしてもよい。この場合、第２の蛍光体から固定基板側へ出射する蛍光体発光を補助電極にて反射させて透明基板側へ導くことができるため、蛍光体発光の利用率をさらに向上させることができる。
【００２９】
また、第２の発明において、少なくとも前記第１の蛍光体が部分的に形成され、該第１の蛍光体の開口部から前記アノード電極の一部が露出していてもよいし、前記アノード電極と前記第１の蛍光体がそれぞれ部分的に形成され、前記第１の蛍光体及び前記アノード電極の開口部から前記透明基板の一部が露出していてもよい。
【００３０】
これらの構成により、光反射手段によって反射された光は、第１の蛍光体やアノード電極によって吸収又は減衰されずに、第１の蛍光体の開口部から透明基板を通して表面発光として外部に出射されることとなるため、蛍光体発光の利用率をさらに向上させることができる。
【００３１】
次に、第３の発明に係る光源は、１以上の電子放出素子と、前記電子放出素子からの電子放出に基づく蛍光体発光を外部に導く透明基板と、前記透明基板に対向して配され、アノード電極と蛍光体とを含む積層体とを有し、前記積層体は、前記蛍光体が前記透明基板に対向していることを特徴とする。
【００３２】
この場合、電子放出素子から放出された電子が積層体に形成されたアノード電極によって加速されて、積層体に形成された蛍光体に衝突し、蛍光体発光が生ずる。この蛍光体発光は表面発光として外部に出射される。これにより、蛍光体発光の利用率が向上し、高輝度の発光を実現させることができる。
【００３３】
そして、第３の発明において、前記電子放出素子は、前記透明基板の前記積層体と対向する面に形成され、前記積層体は、前記電子放出素子と対応する部分が曲げられ、該積層体の端部が前記透明基板に固定されていてもよい。
【００３４】
あるいは、前記電子放出素子は、前記透明基板の板面と平行でない面に配され、前記積層体は、前記電子放出素子と対応する部分が曲げられ、該積層体の少なくとも１つの端部が前記透明基板に固定されていてもよい。
【００３５】
この場合、前記透明基板に対して板面がほぼ直角に位置関係で設けられた側板を有し、前記電子放出素子は、前記側板の板面のうち、前記透明基板を臨む部分に形成され、前記積層体は、一方の端部が前記透明基板に固定され、他方の端部が前記側板に固定されていてもよい。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明に係る光源によれば、電子放出素子を用いた光源において、該電子放出素子からの電子放出に基づく蛍光体発光の利用率を高め、高輝度の発光を実現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明に係る光源の実施の形態例を図１〜図６３を参照しながら説明する。
【００３８】
本実施の形態に係る光源１０は、液晶ディスプレイ用のバックライト等の画像表示を行うディスプレイに準拠した光源であって、図１に示すように、多数の電子放出素子１２が例えば画素等の発光素子に対応してマトリックス状あるいは千鳥状に配列された発光部１４と、該発光部１４を駆動するための駆動回路１６とを有する。
【００３９】
この場合、１発光素子当たり１つの電子放出素子１２を割り当ててもよいし、１発光素子当たり複数の電子放出素子１２を割り当てるようにしてもよい。この実施の形態では、説明を簡単にするために、１発光素子当たり１つの電子放出素子１２を割り当てた場合を想定して説明する。
【００４０】
駆動回路１６は、発光部１４に対して行を選択するための複数の行選択線１８が配線され、同じく発光部１４に対してデータ信号Ｓｄを供給するための複数の信号線２０が配線されている。
【００４１】
さらに、この駆動回路１６は、行選択線１８に選択的に選択信号Ｓｓを供給して、例えば１行単位に電子放出素子１２を順次選択する行選択回路２２と、信号線２０にパラレルにデータ信号Ｓｄを出力して、行選択回路２２にて選択された行（選択行）にそれぞれデータ信号Ｓｄを供給する信号供給回路２４と、入力される制御信号Ｓｖ（映像信号等）及び同期信号Ｓｃに基づいて行選択回路２２及び信号供給回路２４を制御する信号制御回路２６とを有する。
【００４２】
ここで、本実施の形態に係る光源１０に使用される電子放出素子の２つの例（第１及び第２の具体例に係る電子放出素子１２Ａ及び１２Ｂ）について図２〜図２７Ｃを参照しながら説明する。
【００４３】
第１の具体例に係る電子放出素子１２Ａは、図２に示すように、板状のエミッタ部３０と、該エミッタ部３０の表面に形成された上部電極３２と、エミッタ部３０の裏面に形成された下部電極３４とを有する。このように、電子放出素子１２Ａは、エミッタ部３０を上部電極３２と下部電極３４でサンドイッチした構造となっているため、容量性負荷となる。従って、この電子放出素子１２は一種のコンデンサとしてみることができる。
【００４４】
上部電極３２と下部電極３４間には、駆動回路１６からの駆動電圧Ｖａが印加される。なお、上部電極３２と下部電極３４間への駆動電圧Ｖａの印加は、例えば図３Ａに示すように、上部電極３２に延びるリード電極３６と下部電極３４に延びるリード電極３８を通じて行われる。
【００４５】
そして、図２に示すように、この電子放出素子１２Ａを光源１０として利用する場合は、上部電極３２の上方に、例えばガラスやアクリル製の透明基板４０が配置され、該透明基板４０の裏面（上部電極３２と対向する面）に、例えば透明電極にて構成されたアノード電極４２が配置され、該アノード電極４２には蛍光体４４が塗布される。なお、アノード電極４２にはバイアス電源４６（バイアス電圧Ｖｃ）が抵抗Ｒを介して接続される。
【００４６】
また、電子放出素子１２Ａは、当然のことながら、真空空間内に配置される。この電子放出素子１２Ａは、図２に示すように、電界集中ポイントＡが存在するが、ポイントＡは、上部電極３２／エミッタ部３０／真空が１つのポイントに存在する３重点を含むポイントとしても定義することができる。
【００４７】
そして、雰囲気中の真空度は、１０2〜１０-6Ｐａが好ましく、より好ましくは１０-3〜１０-5Ｐａである。
【００４８】
このような範囲を選んだ理由は、低真空では、（１）空間内に気体分子が多いため、プラズマを生成し易く、プラズマが多量に発生され過ぎると、その正イオンが多量に上部電極３２に衝突して損傷を進めるおそれや、（２）放出電子がアノード電極４２に到達する前に気体分子に衝突してしまい、バイアス電圧Ｖｃで十分に加速した電子による蛍光体４４の励起が十分に行われなくなるおそれがあるからである。
【００４９】
一方、高真空では、電界集中ポイントＡから電子を放出し易いものの、構造体の支持、及び真空のシール部が大きくなり、小型化に不利になるという問題があるからである。
【００５０】
ここで、エミッタ部３０は誘電体にて構成される。誘電体は、好適には、比誘電率が比較的高い、例えば１０００以上の誘電体を採用することができる。このような誘電体としては、チタン酸バリウムのほかに、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛等、又はこれらの任意の組み合わせを含有するセラミックスや、主成分がこれらの化合物を５０重量％以上含有するものや、前記セラミックスに対して更にランタン、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、マンガン等の酸化物、もしくはこれらのいずれかの組み合わせ、又は他の化合物を適切に添加したもの等を挙げることができる。
【００５１】
例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）とチタン酸鉛（ＰＴ）の２成分系ｎＰＭＮ−ｍＰＴ（ｎ，ｍをモル数比とする）においては、ＰＭＮのモル数比を大きくすると、キュリー点が下げられて、室温での比誘電率を大きくすることができる。
【００５２】
特に、ｎ＝０．８５〜１．０、ｍ＝１．０−ｎでは比誘電率３０００以上となり好ましい。例えば、ｎ＝０．９１、ｍ＝０．０９では室温の比誘電率１５０００が得られ、ｎ＝０．９５、ｍ＝０．０５では室温の比誘電率２００００が得られる。
【００５３】
次に、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、チタン酸鉛（ＰＴ）、ジルコン酸鉛（ＰＺ）の３成分系では、ＰＭＮのモル数比を大きくする他に、正方晶と擬立方晶又は正方晶と菱面体晶のモルフォトロピック相境界（ＭＰＢ：Ｍｏｒｐｈｏｔｒｏｐｉｃ  Ｐｈａｓｅ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ）付近の組成とすることが比誘電率を大きくするのに好ましい。例えば、ＰＭＮ：ＰＴ：ＰＺ＝０．３７５：０．３７５：０．２５にて比誘電率５５００、ＰＭＮ：ＰＴ：ＰＺ＝０．５：０．３７５：０．１２５にて比誘電率４５００となり、特に好ましい。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して、誘電率を向上させるのが好ましい。この場合、例えば、誘電体に白金を重量比で２０％混入させるとよい。
【００５４】
また、エミッタ部３０は、上述したように、圧電／電歪層や反強誘電体層等を用いることができるが、エミッタ部３０として圧電／電歪層を用いる場合、該圧電／電歪層としては、例えば、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウム、マグネシウムタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛等、又はこれらのいずれかの組み合わせを含有するセラミックスが挙げられる。
【００５５】
主成分がこれらの化合物を５０重量％以上含有するものであってもよいことはいうまでもない。また、前記セラミックスのうち、ジルコン酸鉛を含有するセラミックスは、エミッタ部３０を構成する圧電／電歪層の構成材料として最も使用頻度が高い。
【００５６】
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、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、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。
【００５７】
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、更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。
【００５８】
圧電／電歪層は、緻密であっても、多孔質であってもよく、多孔質の場合、その気孔率は４０％以下であることが好ましい。
【００５９】
エミッタ部３０として反強誘電体層を用いる場合、該反強誘電体層としては、ジルコン酸鉛を主成分とするもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分を主成分とするもの、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ジルコン酸鉛やニオブ酸鉛を添加したものが望ましい。
【００６０】
また、この反強誘電体膜は、多孔質であってもよく、多孔質の場合、その気孔率は３０％以下であることが望ましい。
【００６１】
さらに、エミッタ部３０にタンタル酸ビスマス酸ストロンチウム（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9）を用いた場合、分極反転疲労が小さく好ましい。このような分極反転疲労が小さい材料は、層状強誘電体化合物で、（ＢｉＯ2）2+（Ａm-1ＢmＯ3m+1）2-という一般式で表される。ここで、金属Ａのイオンは、Ｃａ2+、Ｓｒ2+、Ｂａ2+、Ｐｂ2+、Ｂｉ3+、Ｌａ3+等であり、金属Ｂのイオンは、Ｔｉ4+、Ｔａ5+、Ｎｂ5+等である。さらに、チタン酸バリウム系、ジルコン酸鉛系、ＰＺＴ系の圧電セラミックスに添加剤を加えて半導体化させることも可能である。この場合、エミッタ部３０内で不均一な電界分布をもたせて、電子放出に寄与する上部電極３２との界面近傍に電界集中を行うことが可能となる。
【００６２】
また、圧電／電歪／反強誘電体セラミックスに、例えば鉛ホウケイ酸ガラス等のガラス成分や、他の低融点化合物（例えば酸化ビスマス等）を混ぜることによって、焼成温度を下げることができる。
【００６３】
また、圧電／電歪／反強誘電体セラミックスで構成する場合、その形状はシート状の成形体、シート状の積層体、あるいは、これらを他の支持用基板に積層又は接着したものであってもよい。
【００６４】
また、エミッタ部３０に非鉛系の材料を使用する等により、エミッタ部３０を融点もしくは蒸散温度の高い材料とすることで、電子もしくはイオンの衝突に対し損傷しにくくなる。
【００６５】
そして、エミッタ部３０を形成する方法としては、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気泳動法、エアロゾルデポジション法、パウダージェットデポジション法（大気圧下での微粒子の高速噴射成膜法）等の各種厚膜形成法や、イオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、めっき等の各種薄膜形成法を用いることができる。特に、圧電／電歪材料の粉末化したものを、エミッタ部３０として形成し、これに低融点のガラスやゾル粒子を含浸する方法をとることが好ましい。この手法により、７００℃あるいは６００℃以下といった低温での膜形成が可能となる。
【００６６】
ここで、上部電極３２と下部電極３４間のエミッタ部３０の厚さｄｃ（図２参照）の大きさについて説明すると、上部電極３２と下部電極３４間の電圧（駆動回路１６から出力される駆動電圧Ｖａが上部電極３２と下部電極３４間に印加されることによって、該上部電極３２と下部電極３４間に現れる電圧）をＶａｋとしたとき、Ｅ＝Ｖａｋ／ｄｃで表される電界Ｅで分極反転あるいは分極変化が行われるように、前記厚さｄｃを設定することが好ましい。つまり、前記厚さｄｃが小さいほど、低電圧で分極反転あるいは分極変化が可能となり、低電圧駆動（例えば１００Ｖ未満）で電子放出が可能となる。
【００６７】
上部電極３２は、以下に示す材料にて構成される。即ち、スパッタ率が小さく、真空中での蒸発温度が大きい導体が好ましい。例えば、Ａｒ+で６００Ｖにおけるスパッタ率が２．０以下で、蒸気圧１．３×１０-3Ｐａとなる温度が１８００Ｋ以上のものが好ましく、白金、モリブデン、タングステン等がこれに該当する。また、高温酸化雰囲気に対して耐性を有する導体、例えば金属単体、合金、絶縁性セラミックスと金属単体との混合物、絶縁性セラミックスと合金との混合物等によって構成され、好適には、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、モリブデン等の高融点貴金属や、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするものや、白金とセラミック材料とのサーメット材料によって構成される。さらに好適には、白金のみ又は白金系の合金を主成分とする材料によって構成される。また、電極として、カーボン、グラファイト系の材料、例えば、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンドライクカーボン、カーボンナノチューブも好適に使用される。なお、電極材料中に添加されるセラミック材料の割合は、５〜３０体積％程度が好適である。
【００６８】
さらに、焼成後に薄い膜が得られる有機金属ペースト、例えば白金レジネートペースト等の材料を用いることが好ましい。また、分極反転疲労を抑制する酸化物電極、例えば酸化ルテニウム、酸化イリジウム、ルテニウム酸ストロンチウム、Ｌａ1-xＳｒxＣｏＯ3（例えばｘ＝０．３や０．５）、Ｌａ1-xＣａxＭｎＯ3、Ｌａ1-xＣａxＭｎ1-yＣｏyＯ3（例えばｘ＝０．２、ｙ＝０．０５）、もしくはこれらを例えば白金レジネートペーストに混ぜたものが好ましい。
【００６９】
上部電極３２は、上記材料を用いて、スクリーン印刷、スプレー、コーティング、ディッピング、塗布、電気泳動法等の各種の厚膜形成法や、スパッタリング法、イオンビーム法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、めっき等の各種の薄膜形成法による通常の膜形成法に従って形成することができ、好適には、前者の厚膜形成法によって形成するとよい。
【００７０】
上部電極３２の平面形状は、図３Ａに示すように、楕円形状としてもよいし、図３Ｂに示す第１の変形例に係る電子放出素子１２Ａａのように、リング状にしてもよい。あるいは、図４に示す第２の変形例に係る電子放出素子１２Ａｂのように、くし歯状にしてもよい。
【００７１】
上部電極３２の平面形状をリング状やくし歯状にすることによって、電界集中ポイントＡでもある上部電極３２／エミッタ部３０／真空の３重点が増え、電子放出効率を向上させることができる。
【００７２】
上部電極３２の厚みｔｃ（図２参照）は、２０μｍ以下がよく、好適には５μｍ以下であるとよい。もちろん、上部電極３２の厚みｔｃを１００ｎｍ以下にしてもよい。上部電極３２の厚みｔｃを極薄（１０ｎｍ以下）とした場合には、該上部電極３２とエミッタ部３０との界面から電子が放出されることになり、電子放出効率を更に向上させることができる。
【００７３】
一方、下部電極３４は、上部電極３２と同様の材料及び方法によって形成されるが、好適には上記厚膜形成法によって形成する。下部電極３４の厚さも、２０μｍ以下であるとよく、好適には５μｍ以下であるとよい。
【００７４】
エミッタ部３０、上部電極３２及び下部電極３４をそれぞれ形成するたびに熱処理（焼成処理）することで、一体構造にすることができる。なお、上部電極３２及び下部電極３４の形成方法によっては、一体化のための熱処理（焼成処理）を必要としない場合もある。
【００７５】
エミッタ部３０、上部電極３２及び下部電極３４とを一体化させるための焼成処理に係る温度としては、５００〜１４００℃の範囲、好適には、１０００〜１４００℃の範囲とするとよい。さらに、膜状のエミッタ部３０を熱処理する場合、高温時にエミッタ部３０の組成が不安定にならないように、エミッタ部３０の蒸発源と共に雰囲気制御を行いながら焼成処理を行うことが好ましい。
【００７６】
また、エミッタ部３０を適切な部材によって被覆し、エミッタ部３０の表面が焼成雰囲気に直接露出しないようにして焼成する方法を採用してもよい。
【００７７】
次に、電子放出素子１２Ａの電子放出原理について図２、図５〜図１０Ｂを参照しながら説明する。先ず、駆動回路１６から出力される駆動電圧Ｖａは、図５に示すように、上部電極３２の電位が下部電極３４の電位よりも高い電圧Ｖａ１が出力される期間Ｔ１と、上部電極３２の電位が下部電極３４の電位よりも低い電圧Ｖａ２が出力される期間Ｔ２とが繰り返される。ここで、期間Ｔ２で出力される電圧Ｖａ２を駆動パルスＰｄと記す。
【００７８】
駆動パルスＰｄの振幅Ｖｉｎは、電圧Ｖａ１から電圧Ｖａ２を差し引いた値（＝Ｖａ１−Ｖａ２）で定義することができる。
【００７９】
期間Ｔ１は、図６に示すように、上部電極３２と下部電極３４間に電圧Ｖａ１を印加してエミッタ部３０を分極する期間である。電圧Ｖａ１としては、図５に示すように直流電圧でもよいが、１つのパルス電圧もしくはパルス電圧を複数回連続印加するようにしてもよい。ここで、期間Ｔ１は、分極処理を十分に行うために、期間Ｔ２よりも長くとることが好ましい。例えば、この期間Ｔ１としては１００μｓｅｃ以上が好ましい。これは、電圧Ｖａ１の印加時の消費電力及び上部電極３２の損傷を防止する目的で、分極を行うための電圧Ｖａ１の絶対値を、電圧Ｖａ２の絶対値よりも小さく設定しているからである。
【００８０】
また、電圧Ｖａ１及びＶａ２は、各々正負の極性に分極処理を確実に行うことが可能な電圧レベルであることが好ましく、例えばエミッタ部３０の誘電体が抗電圧を有する場合、電圧Ｖａ１及びＶａ２の絶対値は、抗電圧以上であることが好ましい。
【００８１】
そして、上部電極３２と下部電極３４間に所定レベルの振幅を有する駆動パルスＰｄが印加されることによって、図７に示すように、少なくともエミッタ部３０の一部が分極反転あるいは分極変化される。ここで、分極反転あるいは分極変化される部位は、上部電極３２の真下部分はもちろんのこと、真上に上部電極３２を有しておらず、表面が露出した部分についても、上部電極３２の近傍では、同様に分極反転あるいは分極変化が行われる。つまり、上部電極３２の近傍で、エミッタ部３０の表面が露出した部分は、分極のしみ出しが起きているからである。この分極反転あるいは分極変化によって、上部電極３２とその近傍の双極子の正極側とで局所的な集中電界が発生することにより、上部電極３２から１次電子が引き出され、上部電極３２から引き出された前記１次電子がエミッタ部３０に衝突して、該エミッタ部３０から２次電子が放出される。
【００８２】
この実施の形態のように、上部電極３２、エミッタ部３０及び真空の３重点Ａを有する場合には、上部電極３２のうち、３重点Ａの近傍部分から１次電子が引き出され、この３重点Ａから引き出された１次電子がエミッタ部３０に衝突して、該エミッタ部３０から２次電子が放出される。なお、上部電極３２の厚みが極薄（〜１０ｎｍ）である場合には、該上部電極３２とエミッタ部３０との界面から電子が放出されることになる。
【００８３】
ここで、所定レベルの振幅を有する駆動パルスＰｄが印加されることによる作用を更に詳細に説明する。
【００８４】
先ず、上部電極３２と下部電極３４間に所定レベルの振幅を有する駆動パルスＰｄが印加されることによって、上述したように、エミッタ部３０から２次電子が放出されることになる。即ち、分極が反転あるいは変化されたエミッタ部３０のうち、上部電極３２の近傍に帯電する双極子が放出電子を引き出すこととなる。
【００８５】
つまり、上部電極３２のうち、エミッタ部３０との界面近傍において局所的なカソードが形成され、エミッタ部３０のうち、上部電極３２の近傍の部分に帯電している双極子の＋極が局所的なアノードとなって上部電極３２から電子が引き出され、その引き出された電子のうち、一部の電子がアノード電極４２（図２参照）に導かれて蛍光体４４を励起し、外部に蛍光体発光として具現されることになる。また、前記引き出された電子のうち、一部の電子がエミッタ部３０に衝突して、エミッタ部３０から２次電子が放出され、該２次電子がアノード電極４２に導かれて蛍光体４４を励起することになる。
【００８６】
ここで、２次電子の放出分布について図９を参照しながら説明する。図９に示すように、２次電子は、ほとんどエネルギーがゼロに近いものが大多数であり、エミッタ部３０の表面から真空中に放出されると、周囲の電界分布のみに従って運動することになる。つまり、２次電子は、初速がほとんど０（ｍ／ｓｅｃ）の状態から周囲の電界分布に従って加速される。このため、図２に示すように、エミッタ部３０とアノード電極４２間に電界Ｅａが発生しているとすると、２次電子は、この電界Ｅａに沿って、その放出軌道が決定される。つまり、直進性の高い電子源を実現させることができる。このような初速の小さい２次電子は、１次電子のクーロン衝突でエネルギーを得て、エミッタ部３０の外へ飛び出した固体内電子である。
【００８７】
ところで、図９からもわかるように、１次電子のエネルギーＥ0に相当するエネルギーをもった２次電子が放出されている。この２次電子は、上部電極３２から放出された１次電子がエミッタ部３０の表面近くで散乱したもの（反射電子）である。そして、本明細書内で述べている２次電子は、前記反射電子やオージェ電子も含んで定義するものとする。
【００８８】
上部電極３２の厚みが極薄（〜１０ｎｍ）である場合、上部電極３２から放出された１次電子は、上部電極３２とエミッタ部３０の界面で反射してアノード電極４２に向かうことになる。
【００８９】
ここで、図７に示すように、電界集中ポイントＡでの電界の強さＥAは、局所的なアノードと局所的なカソード間の電位差をＶ（ｌａ，ｌｋ）、局所的なアノードと局所的なカソード間の距離をｄAとしたとき、ＥA＝Ｖ（ｌａ，ｌｋ）／ｄAの関係がある。この場合、局所的なアノードと局所的なカソード間の距離ｄAは非常に小さいことから、電子放出に必要な電界の強さＥAを容易に得ることができる（電界の強さＥAが大きくなっていることを図７上では実線矢印によって示している）。これは、電圧Ｖａｋの低電圧化につながる。
【００９０】
そして、上部電極３２からの電子放出がそのまま進行すれば、ジュール熱によって蒸散して浮遊するエミッタ部３０の構成原子が前記放出された電子によって正イオンと電子に電離され、この電離によって発生した電子がさらにエミッタ部３０の構成原子等を電離するため、指数関数的に電子が増え、これが進行して電子と正イオンが中性的に存在すると局所プラズマとなる。なお、２次電子も前記電離を促進させることが考えられる。前記電離によって発生した正イオンが例えば上部電極３２に衝突することによって、上部電極３２が損傷することも考えられる。
【００９１】
しかし、この電子放出素子１２Ａでは、図８に示すように、上部電極３２から引き出された電子が、局所アノードとして存在するエミッタ部３０の双極子の＋極に引かれ、上部電極３２の近傍におけるエミッタ部３０の表面の負極性への帯電が進行することになる。その結果、電子の加速因子（局所的な電位差）が緩和され、２次電子放出に至るポテンシャルが存在しなくなり、エミッタ部３０の表面における負極性の帯電が更に進行することになる。
【００９２】
そのため、双極子における局所的なアノードの正極性が弱められ、局所的なアノードと局所的なカソード間の電界の強さＥAが小さくなり（電界の強さＥAが小さくなっていることを図８上では破線矢印によって示している）、電子放出は停止することになる。
【００９３】
すなわち、図１０Ａに示すように、上部電極３２と下部電極３４間に印加される駆動電圧Ｖａとして、電圧Ｖａ１を例えば＋１００Ｖ、電圧Ｖａ２を例えば−１００Ｖとしたとき、電子放出が行われたピーク時点Ｐ１における上部電極３２と下部電極３４間の電圧変化ΔＶａｋは、２０Ｖ以内（図１０Ｂの例では１０Ｖ程度）であってほとんど変化がない。そのため、正イオンの発生はほとんどなく、正イオンによる上部電極３２の損傷を防止することができ、電子放出素子１２Ａの長寿命化において有利となる。
【００９４】
ここで、エミッタ部３０の絶縁破壊電圧として、少なくとも１０ｋＶ／ｍｍを有していることが好ましい。この例では、エミッタ部３０の厚さｄｃを例えば２０μｍとしたとき、上部電極３２と下部電極３４間に−１００Ｖの駆動電圧を印加しても、エミッタ部３０が絶縁破壊に至ることはない。
【００９５】
ところで、エミッタ部３０から放出された電子が再びエミッタ部３０に衝突したり、エミッタ部３０の表面近傍での電離等によって、該エミッタ部３０が損傷を受け、結晶欠陥を誘発し、構造的にも脆くなるおそれがある。
【００９６】
そこで、エミッタ部３０を、真空中での蒸発温度が大きい誘電体で構成することが好ましく、例えばＰｂを含まないＢａＴｉＯ3等にて構成するようにしてもよい。これにより、エミッタ部３０の構成原子がジュール熱によって蒸散しにくくなり、電子による電離の促進を妨げることができる。これは、エミッタ部３０の表面を保護する上で有効となる。
【００９７】
また、アノード電極４２のパターン形状や電位を適宜変更したり、エミッタ部３０とアノード電極４２との間に図示しない制御電極等を配置することによって、エミッタ部３０とアノード電極４２間の電界分布を任意に設定することにより、２次電子の放出軌道を制御し易くなり、電子ビーム径の収束、拡大、変形も容易になる。
【００９８】
次に、第２の具体例に係る電子放出素子１２Ｂについて図１１〜図２７Ｃを参照しながら説明する。
【００９９】
電子放出素子１２Ｂは、図１１に示すように、上部電極３２に、エミッタ部３０が露出される複数の貫通部４８が形成されている。特に、エミッタ部３０の表面は、誘電体の粒界による凹凸５０が形成されており、上部電極３２の貫通部４８は、前記誘電体の粒界における凹部５２に対応した部分に形成されている。図１１の例では、１つの凹部５２に対応して１つの貫通部４８が形成される場合を示しているが、複数の凹部５２に対応して１つの貫通部４８が形成される場合もある。また、上部電極３２の材料及び／又は焼成条件を調整することにより、貫通部４８を微細化することが可能である。これにより、１つの凹部５２に複数の貫通部４８を形成したり、誘電体の粒界における凸部５８上にも貫通部４８を形成することが可能である。エミッタ部３０を構成する誘電体の粒径は、０．１μｍ〜１０μｍが好ましく、さらに好ましくは２μｍ〜７μｍである。図１１の例では、誘電体の粒径を３μｍとしている。
【０１００】
さらに、この第２の具体例では、図１２に示すように、上部電極３２のうち、貫通部４８の周部５４におけるエミッタ部３０と対向する面５４ａが、エミッタ部３０から離間している。つまり、上部電極３２のうち、貫通部４８の周部５４におけるエミッタ部３０と対向する面５４ａとエミッタ部３０との間にギャップ５６が形成され、上部電極３２における貫通部４８の周部５４が庇状（フランジ状）に形成された形となっている。従って、以下の説明では、「上部電極３２の貫通部４８の周部５４」を「上部電極３２の庇部５４」と記す。なお、図１１、図１２、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１７、図１９、図２４の例では、誘電体の粒界の凹凸５０の凸部５８の断面を代表的に半円状で示してあるが、この形状に限るものではない。
【０１０１】
また、この第２の具体例では、上部電極３２の厚みｔｃを、０．０１μｍ≦ｔｃ≦１０μｍとし、エミッタ部３０の上面、すなわち、誘電体の粒界における凸部５８の表面（凹部５２の内壁面でもある）と、上部電極３２の庇部５４の下面５４ａとのなす角の最大角度θを、１°≦θ≦６０°としている。また、エミッタ部３０の誘電体の粒界における凸部５８の表面（凹部５２の内壁面）と、上部電極３２の庇部５４の下面５４ａとの間の鉛直方向に沿った最大間隔ｄを、０μｍ＜ｄ≦１０μｍとしている。
【０１０２】
さらに、この第２の具体例では、貫通部４８の形状、特に、図１３に示すように、上面から見た形状は孔６０の形状であって、例えば円形状、楕円形状、トラック状のように、曲線部分を含むものや、四角形や三角形のように多角形状のものがある。図１３の例では、孔６０の形状として円形状の場合を示している。
【０１０３】
この場合、孔６０の平均径は、０．１μｍ以上、１０μｍ以下としている。この平均径は、孔６０の中心を通るそれぞれ異なる複数の線分の長さの平均を示す。また、上部電極３２の材料及び／又は焼成条件を調整することにより、貫通部４８を微細化した場合、孔６０の平均径を０．０５μｍ以上、０．１μｍ以下とすることが可能である。このように、貫通部４８を微細化、高集積化することにより、放出電子量及び電子放出効率の向上を図ることができる。
【０１０４】
なお、エミッタ部３０の構成材料は、上述した第１の実施の形態に係る電子放出素子１２Ａと同様であるため、その説明を省略する。
【０１０５】
エミッタ部３０を形成する方法としては、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気泳動法、エアロゾルデポジション法、パウダージェットデポジション法（大気圧下での微粒子の高速噴射成膜法）等の各種厚膜形成法や、イオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、めっき等の各種薄膜形成法を用いることができる。特に、圧電／電歪材料の粉末化したものを、エミッタ部３０として形成し、これに低融点のガラスやゾル粒子を含浸する方法をとることが好ましい。この手法により、７００℃あるいは６００℃以下といった低温での膜形成が可能となる。
【０１０６】
上部電極３２は、焼成後に薄い膜が得られる有機金属ペーストが用いられる。例えば白金レジネートペースト等の材料を用いることが好ましい。また、分極反転疲労を抑制する酸化物電極、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）、もしくはこれらを例えば白金レジネートペーストに混ぜたものが好ましい。また、白金レジネートペーストに金レジネートペーストやイリジウムレジネートペーストを混ぜたものも微細な貫通部４８を形成し易く好ましい。
【０１０７】
また、上部電極３２として、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、複数の鱗片状の形状を有する物質６２（例えば黒鉛）の第１集合体６４や、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、鱗片状の形状を有する物質６２を含んだ導電性物質６６の第２集合体６８も好ましく用いられる。この場合、第１集合体６４や第２集合体６８でエミッタ部３０の表面を完全に覆うのではなく、エミッタ部３０が一部露出する貫通部４８を複数設けて、エミッタ部３０のうち、貫通部４８を臨む部分を電子放出領域とする。
【０１０８】
上部電極３２は、上記材料を用いて、スクリーン印刷、スプレー、コーティング、ディッピング、塗布、電気泳動法等の各種の厚膜形成法や、スパッタリング法、イオンビーム法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、めっき等の各種の薄膜形成法による通常の膜形成法に従って形成することができ、好適には、前者の厚膜形成法によって形成するとよい。
【０１０９】
一方、下部電極３４は、導電性を有する物質、例えば金属が用いられ、白金、モリブデン、タングステン等によって構成される。また、高温酸化雰囲気に対して耐性を有する導体、例えば金属単体、合金、絶縁性セラミックスと金属単体との混合物、絶縁性セラミックスと合金との混合物等によって構成され、好適には、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、モリブデン等の高融点貴金属や、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするものや、白金とセラミック材料とのサーメット材料によって構成される。さらに好適には、白金のみ又は白金系の合金を主成分とする材料によって構成される。
【０１１０】
また、下部電極３４として、カーボン、グラファイト系の材料を用いてもよい。なお、電極材料中に添加されるセラミック材料の割合は、５〜３０体積％程度が好適である。もちろん、上述した上部電極３２と同様の材料を用いるようにしてもよい。
【０１１１】
下部電極３４は、好適には上記厚膜形成法によって形成する。下部電極３４の厚さは、２０μｍ以下であるとよく、好適には５μｍ以下であるとよい。
【０１１２】
エミッタ部３０、上部電極３２及び下部電極３４をそれぞれ形成するたびに熱処理（焼成処理）することで、一体構造にすることができる。
【０１１３】
エミッタ部３０、上部電極３２及び下部電極３４を一体化させるための焼成処理に係る温度としては、５００〜１４００℃の範囲、好適には、１０００〜１４００℃の範囲とするとよい。さらに、膜状のエミッタ部３０を熱処理する場合、高温時にエミッタ部３０の組成が不安定にならないように、エミッタ部３０の蒸発源と共に雰囲気制御を行いながら焼成処理を行うことが好ましい。
【０１１４】
焼成処理を行うことで、特に、上部電極３２となる膜が例えば厚み１０μｍから厚み０．１μｍに収縮すると同時に複数の孔等が形成されていき、結果的に、図１１に示すように、上部電極３２に複数の貫通部４８が形成され、貫通部４８の周部５４が庇状に形成された構成となる。もちろん、上部電極３２となる膜に対して事前（焼成前）にエッチング（ウェットエッチング、ドライエッチング）やリフトオフ等によってパターンニングを施した後、焼成するようにしてもよい。この場合、後述するように、貫通部４８として切欠き形状やスリット形状を容易に形成することができる。
【０１１５】
なお、エミッタ部３０を適切な部材によって被覆し、該エミッタ部３０の表面が焼成雰囲気に直接露出しないようにして焼成する方法を採用してもよい。
【０１１６】
次に、電子放出素子１２Ｂの電子放出原理について説明する。先ず、上部電極３２と下部電極３４との間に駆動電圧Ｖａが印加される。この駆動電圧Ｖａは、例えば、パルス電圧あるいは交流電圧のように、時間の経過に伴って、基準電圧（例えば０Ｖ）よりも高い又は低い電圧レベルから基準電圧よりも低い又は高い電圧レベルに急激に変化する電圧として定義される。
【０１１７】
また、エミッタ部３０の上面と上部電極３２と該電子放出素子１２Ｂの周囲の媒質（例えば、真空）との接触箇所においてトリプルジャンクションが形成されている。ここで、トリプルジャンクションとは、上部電極３２とエミッタ部３０と真空との接触により形成される電界集中部として定義される。なお、前記トリプルジャンクションには、上部電極３２とエミッタ部３０と真空が１つのポイントとして存在する３重点も含まれる。雰囲気中の真空度は、１０2〜１０-6Ｐａが好ましく、より好ましくは１０-3〜１０-5Ｐａである。
【０１１８】
第２の具体例では、トリプルジャンクションは、上部電極３２の庇部５４や上部電極３２の周縁部に形成されることになる。従って、上部電極３２と下部電極３４との間に上述のような駆動電圧Ｖａが印加されると、上記したトリプルジャンクションにおいて電界集中が発生する。
【０１１９】
ここで、電子放出素子１２Ｂの第１の電子放出方式について図１６及び図１７を参照しながら説明する。図１６の第１の出力期間Ｔ１（第１段階）において、上部電極３２に基準電圧（この場合、０Ｖ）よりも低い電圧Ｖ２が印加され、下部電極３４に基準電圧よりも高い電圧Ｖ１が印加される。この第１の出力期間Ｔ１では、上記したトリプルジャンクションにおいて電界集中が発生し、上部電極３２からエミッタ部３０に向けて電子放出が行われ、例えばエミッタ部３０のうち、上部電極３２の貫通部４８から露出する部分や上部電極３２の周縁部近傍の部分に電子が蓄積される。すなわち、エミッタ部３０が帯電することになる。このとき、上部電極３２が電子供給源として機能する。
【０１２０】
次の第２の出力期間Ｔ２（第２段階）において、駆動電圧Ｖａの電圧レベルが急減に変化、すなわち、上部電極３２に基準電圧よりも高い電圧Ｖ１が印加され、下部電極３４に基準電圧よりも低い電圧Ｖ２が印加されると、今度は、上部電極３２の貫通部４８に対応した部分や上部電極３２の周縁部近傍に帯電した電子は、逆方向へ分極反転したエミッタ部３０の双極子（エミッタ部３０の表面に負極性が現れる）により、エミッタ部３０から追い出され、図１７に示すように、エミッタ部３０のうち、前記電子の蓄積されていた部分から、貫通部４８を通じて電子が放出される。もちろん、上部電極３２の外周部近傍からも電子が放出される。
【０１２１】
次に、第２の電子放出方式について説明する。先ず、図１８の第１の出力期間Ｔ１（第１段階）において、上部電極３２に基準電圧よりも高い電圧Ｖ３が印加され、下部電極３４に基準電圧よりも低い電圧Ｖ４が印加される。この第１の出力期間Ｔ１では、電子放出のための準備（例えばエミッタ部３０の一方向への分極等）が行われる。次の第２の出力期間Ｔ２（第２段階）において、駆動電圧Ｖａの電圧レベルが急減に変化、すなわち、上部電極３２に基準電圧よりも低い電圧Ｖ４が印加され、下部電極３４に基準電圧よりも高い電圧Ｖ３が印加されると、今度は、上記したトリプルジャンクションにおいて電界集中が発生し、この電界集中によって上部電極３２から１次電子が放出され、エミッタ部３０のうち、貫通部４８から露出する部分並びに上部電極３２の外周部近傍に衝突することとなる。これによって、図１９に示すように、１次電子が衝突した部分から２次電子（１次電子の反射電子を含む）が放出される。すなわち、第２の出力期間Ｔ２の初期段階において、前記貫通部４８並びに上部電極３２の外周部近傍から２次電子が放出されることとなる。
【０１２２】
そして、この電子放出素子１２Ｂにおいては、上部電極３２に複数の貫通部４８を形成したことから、各貫通部４８並びに上部電極３２の外周部近傍から均等に電子が放出され、全体の電子放出特性のばらつきが低減し、電子放出の制御が容易になると共に、電子放出効率が高くなる。
【０１２３】
また、第２の具体例では、上部電極３２の庇部５４とエミッタ部３０との間にギャップ５６が形成された形となることから、駆動電圧Ｖａを印加した際に、該ギャップ５６の部分において電界集中が発生し易くなる。これは、電子放出の高効率化につながり、駆動電圧の低電圧化（低い電圧レベルでの電子放出）を実現させることができる。
【０１２４】
上述したように、第２の具体例では、上部電極３２は、貫通部４８の周部において庇部５４が形成されることから、上述したギャップ５６の部分での電界集中が大きくなることとも相俟って、上部電極３２の庇部５４から電子が放出され易くなる。これは、電子放出の高出力、高効率化につながり、駆動電圧Ｖａの低電圧化を実現させることができる。これにより、例えば電子放出素子１２Ｂを多数並べて構成された光源１０の高輝度化を図ることができる。
【０１２５】
また、上述した第１の電子放出方式（エミッタ部３０に蓄積された電子を放出させる方式）や第２の電子放出方式（上部電極３２からの１次電子をエミッタ部３０に衝突させて２次電子を放出させる方式）のいずれにしても、上部電極３２の庇部５４がゲート電極（制御電極、フォーカス電子レンズ等）として機能するため、放出電子の直進性を向上させることができる。これは、電子放出素子１２Ｂを多数並べて例えばディスプレイの電子源として構成した場合に、クロストークを低減する上で有利となる。
【０１２６】
このように、第２の具体例に係る電子放出素子１２Ｂにおいては、高い電界集中を容易に発生させることができ、しかも、電子放出箇所を多くすることができ、電子放出について高出力、高効率を図ることができ、低電圧駆動（低消費電力）も可能となる。
【０１２７】
特に、第２の具体例では、エミッタ部３０の少なくとも上面は、誘電体の粒界による凹凸５０が形成され、上部電極３２は、誘電体の粒界における凹部５２に対応した部分に貫通部４８が形成されるようにしたので、上部電極３２の庇部５４を簡単に実現させることができる。
【０１２８】
また、エミッタ部３０の上面、すなわち、誘電体の粒界における凸部５８の表面（凹部５２の内壁面）と、上部電極３２の庇部５４の下面５４ａとのなす角の最大角度θを、１°≦θ≦６０°とし、エミッタ部３０の誘電体の粒界における凸部５８の表面（凹部５２の内壁面）と、上部電極３２の庇部５４の下面５４ａとの間の鉛直方向に沿った最大間隔ｄを、０μｍ＜ｄ≦１０μｍとしたので、これらの構成により、ギャップ５６の部分での電界集中の度合いをより大きくすることができ、電子放出についての高出力、高効率、並びに駆動電圧の低電圧化を効率よく図ることができる。
【０１２９】
また、この第２の具体例では、貫通部４８を孔６０の形状としている。図１２に示すように、エミッタ部３０のうち、上部電極３２と下部電極３４（図１１参照）間に印加される駆動電圧Ｖａに応じて分極が反転あるいは変化する部分は、上部電極３２が形成されている直下の部分（第１の部分７０）と、貫通部４８の内周から貫通部４８の内方に向かう領域に対応した部分（第２の部分７２）であり、特に、第２の部分７２は、駆動電圧Ｖａのレベルや電界集中の度合いによって変化することになる。従って、この第２の具体例では、孔６０の平均径を、０．１μｍ以上、１０μｍ以下としている。この範囲であれば、貫通部４８を通じて放出される電子の放出分布にばらつきがほとんどなくなり、効率よく電子を放出することができる。
【０１３０】
さらに、上部電極３２の材料として、Ｐｔレジネートペーストを主体とした合金電極を適用し、焼成条件を調整すると、孔６０の平均径を０．１μｍ未満とすることができる。特に、焼成時に昇温を急速に行うことにより、平均径０．１μｍ未満の孔６０を高密度に形成することができ、特に好ましい。一方、孔６０の平均径が１０μｍを超えると、エミッタ部３０の前記貫通部４８から露出した部分のうち、電子放出に寄与する部分（第２の部分）７２の割合（占有率）が小さくなり、電子の放出効率が低下する。
【０１３１】
また、この第２の具体例においては、図２０に示すように、電気的な動作において、上部電極３２と下部電極３４間に、エミッタ部３０によるコンデンサＣ１と、各ギャップ５６による複数のコンデンサＣａの集合体とが形成された形となる。すなわち、各ギャップ５６による複数のコンデンサＣａは、互いに並列に接続された１つのコンデンサＣ２として構成され、等価回路的には、集合体によるコンデンサＣ２にエミッタ部３０によるコンデンサＣ１が直列接続された形となる。
【０１３２】
実際には、集合体によるコンデンサＣ２にエミッタ部３０によるコンデンサＣ１がそのまま直列接続されることはなく、上部電極３２への貫通部４８の形成個数や全体の形成面積等に応じて、直列接続されるコンデンサ成分が変化する。
【０１３３】
ここで、図２１に示すように、例えばエミッタ部３０によるコンデンサＣ１のうち、その２５％が集合体によるコンデンサＣ２と直列接続された場合を想定して、容量計算を行ってみる。先ず、ギャップ５６の部分は真空であることから比誘電率は１となる。そして、ギャップ５６の最大間隔ｄを０．１μｍ、１つのギャップ５６の部分の面積Ｓ＝１μｍ×１μｍとし、ギャップ５６の数を１０，０００個とする。また、エミッタ部３０の比誘電率を２０００、エミッタ部３０の厚みを２０μｍ、上部電極３２と下部電極３４の対向面積を２００μｍ×２００μｍとすると、集合体によるコンデンサＣ２の容量値は０．８８５ｐＦ、エミッタ部３０によるコンデンサＣ１の容量値は３５．４ｐＦとなる。そして、エミッタ部３０によるコンデンサＣ１のうち、集合体によるコンデンサＣ２と直列接続されている部分を全体の２５％としたとき、該直列接続された部分における容量値（集合体によるコンデンサＣ２の容量値を含めた容量値）は０．８０５ｐＦであり、残りの容量値は２６．６ｐＦとなる。
【０１３４】
これら直列接続された部分と残りの部分は並列接続されているから、全体の容量値は、２７．５ｐＦとなる。この容量値は、エミッタ部３０によるコンデンサＣ１の容量値３５．４ｐＦの７８％である。つまり、全体の容量値は、エミッタ部３０によるコンデンサＣ１の容量値よりも小さくなる。
【０１３５】
このように、複数のギャップ５６によるコンデンサＣａの集合体については、ギャップ５６によるコンデンサＣａの容量値が相対的に小さいものとなり、エミッタ部３０によるコンデンサＣ１との分圧から、印加電圧Ｖａのほとんどはギャップ５６に印加されることになり、各ギャップ５６において、電子放出の高出力化が実現される。
【０１３６】
また、集合体によるコンデンサＣ２は、エミッタ部３０によるコンデンサＣ１に直列接続された構造となることから、全体の容量値は、エミッタ部３０によるコンデンサＣ１の容量値よりも小さくなる。このことから、電子放出は高出力であり、全体の消費電力は小さくなるという好ましい特性を得ることができる。
【０１３７】
次に、上述した第２の具体例に係る電子放出素子１２Ｂの３つの変形例について図２２〜図２４を参照しながら説明する。
【０１３８】
先ず、第１の変形例に係る電子放出素子１２Ｂａは、図２２に示すように、貫通部４８の形状、特に、上面から見た形状が切欠き７４の形状である点で異なる。切欠き７４の形状としては、図２２に示すように、多数の切欠き７４が連続して形成されたくし歯状の切欠き７６が好ましい。この場合、貫通部４８を通じて放出される電子の放出分布のばらつきを低減し、効率よく電子を放出する上で有利となる。特に、切欠き７６の平均幅を、０．０５μｍ以上、１０μｍ以下とすることが好ましい。この平均幅は、切欠き７４の中心線を直交するそれぞれ異なる複数の線分の長さの平均を示す。
【０１３９】
第２の変形例に係る電子放出素子１２Ｂｂは、図２３に示すように、貫通部４８の形状、特に、上面から見た形状がスリット７８である点で異なる。ここで、スリット７８とは、長軸方向（長手方向）の長さが短軸方向（短手方向）の長さの１０倍以上であるものをいう。従って、長軸方向（長手方向）の長さが短軸方向（短手方向）の長さの１０倍未満のものは孔６０（図１３参照）の形状として定義することができる。また、スリット７８としては、複数の孔６０が連通してつながったものも含まれる。この場合、スリット７８の平均幅は、０．０５μｍ以上、１０μｍ以下とすることが好ましい。貫通部４８を通じて放出される電子の放出分布のばらつきを低減し、効率よく電子を放出する上で有利になるからである。この平均幅は、スリット７８の中心線を直交するそれぞれ異なる複数の線分の長さの平均を示す。
【０１４０】
第３の変形例に係る電子放出素子１２Ｂｃは、図２４に示すように、エミッタ部３０の上面のうち、貫通部４８と対応する部分、例えば誘電体の粒界の凹部５２にフローティング電極８０が存在している点で異なる。この場合、フローティング電極８０も電子供給源となることから、電子の放出段階（上述した第１の電子放出方式における第２の出力期間Ｔ２（図１６参照））において、多数の電子を貫通部４８を通じて外部に放出させることができる。この場合、フローティング電極８０からの電子放出は、フローティング電極８０／誘電体／真空のトリプルジャンクションにおける電界集中によるものが考えられる。
【０１４１】
ここで、第２の具体例に係る電子放出素子１２Ｂの特性、特に、電圧−電荷量特性（電圧−分極量特性）について説明する。
【０１４２】
この電子放出素子１２Ｂは、真空中において、図２５の特性に示すように、基準電圧＝０（Ｖ）を基準とした非対称のヒステリシス曲線を描く。
【０１４３】
この特性について説明すると、先ず、エミッタ部３０のうち、電子が放出される部分を電子放出部と定義したとき、基準電圧が印加されるポイントｐ１（初期状態）では、前記電子放出部に電子がほとんど蓄積されていない状態となっている。その後、負電圧を印加すると、前記電子放出部において、エミッタ部３０が分極反転した双極子の正電荷の量が増し、それに伴って、第１段階における上部電極３２から電子放出部へ向けた電子放出が起きて、電子が蓄積されていくこととなる。負電圧のレベルを負方向に大きくしていくと、前記電子放出部への電子の蓄積に伴って、ある負電圧のポイントｐ２において正電荷の量と負電荷の量が平衡な状態となり、負電圧のレベルを負方向に大きくしていくと、さらに電子の蓄積量が増加し、これに伴って、負電荷の量が正電荷の量よりも多い状態となる。ポイントｐ３において電子の蓄積飽和状態となる。ここでの負電荷の量は、蓄積したまま残っている電子の量と、エミッタ部３０が分極反転した双極子の負電荷の量の合計である。
【０１４４】
その後、負電圧のレベルを小さくしていき、さらに、基準電圧を超えて正電圧を印加していくと、ポイントｐ４において、第２段階における電子の放出が開始される。この正電圧を正方向に大きくすれば、電子の放出量が増加し、ポイントｐ５では、正電荷の量と負電荷の量が平衡な状態となる。そして、ポイントｐ６では、蓄積されていた電子がほとんど放出され、正電荷の量と負電荷の量の差が初期状態とほぼ同じになる。すなわち、電子の蓄積はほとんどなくなり、エミッタ部３０が分極した双極子の負電荷のみが電子放出部に現れている状態である。
【０１４５】
そして、この特性の特徴ある部分は、以下の点である。
【０１４６】
（１）正電荷の量と負電荷の量が平衡な状態であるポイントｐ２における負電圧をＶ１、ポイントｐ５における正電圧をＶ２としたとき、
｜Ｖ１｜＜｜Ｖ２｜
である。
【０１４７】
（２）より詳しくは、１．５×｜Ｖ１｜＜｜Ｖ２｜である。
【０１４８】
（３）ポイントｐ２における正電荷の量と負電荷の量の変化の割合をΔＱ１／ΔＶ１、ポイントｐ５における正電荷の量と負電荷の量の変化の割合をΔＱ２／ΔＶ２としたとき、
（ΔＱ１／ΔＶ１）＞（ΔＱ２／ΔＶ２）
である。
【０１４９】
（４）電子が蓄積飽和状態となる電圧をＶ３、電子の放出が開始される電圧をＶ４としたとき、
１≦｜Ｖ４｜／｜Ｖ３｜≦１．５
である。
【０１５０】
次に、図２５の特性を電圧−分極量特性の立場で説明する。初期状態において、エミッタ部３０が一方向に分極されて、例えば双極子の負極がエミッタ部３０の上面に向いた状態（図２６Ａ参照）となっている場合を想定して説明する。
【０１５１】
先ず、図２５に示すように、基準電圧（例えば０Ｖ）が印加されるポイントｐ１（初期状態）では、図２６Ａに示すように、双極子の負極がエミッタ部３０の上面に向いた状態となっていることから、エミッタ部３０の上面には電子がほとんど蓄積されていない状態となっている。
【０１５２】
その後、負電圧を印加し、該負電圧のレベルを負方向に大きくしていくと、負の抗電圧を超えたあたり（図２５のポイントｐ２参照）から分極が反転しはじめ、図２５のポイントｐ３にて全ての分極が反転することになる（図２６Ｂ参照）。この分極反転によって、上記したトリプルジャンクションにおいて電界集中が発生し、第１段階における上部電極３２からエミッタ部３０に向けた電子放出が起こり、例えばエミッタ部３０のうち、上部電極３２の貫通部４８から露出する部分や上部電極３２の周縁部近傍の部分に電子が蓄積される（図２６Ｃ参照）。特に、上部電極３２から、エミッタ部３０のうち、上部電極３２の貫通部４８から露出する部分に向けて電子が放出（内部放出）されることになる。そして、図２５のポイントｐ３において電子の蓄積飽和状態となる。
【０１５３】
その後、負電圧のレベルを小さくしていき、さらに、基準電圧を超えて正電圧を印加していくと、ある電圧レベルまでは、エミッタ部３０の上面の帯電状態が維持される（図２７Ａ参照）。正電圧のレベルをさらに大きくいくと、図２５のポイントｐ４の直前において、双極子の負極がエミッタ部３０の上面に向き始める領域が発生し（図２７Ｂ参照）、さらに、レベルを上げて図２５のポイントｐ４以降において、双極子の負極によるクーロン反発力により、電子の放出が開始される（図２７Ｃ参照）。この正電圧を正方向に大きくすれば、電子の放出量が増加し、正の抗電圧を超えたあたり（ポイントｐ５）から分極が再び反転する領域が拡大して、ポイントｐ６では、蓄積されていた電子がほとんど放出され、このときの分極量は初期状態の分極量とほぼ同じになる。
【０１５４】
そして、この電子放出素子１２Ｂの特性の特徴ある部分は、以下の点となる。
【０１５５】
（Ａ）負の抗電圧をｖ１、正の抗電圧をｖ２としたとき、
｜ｖ１｜＜｜ｖ２｜
である。
【０１５６】
（Ｂ）より詳しくは、１．５×｜ｖ１｜＜｜ｖ２｜である。
【０１５７】
（Ｃ）負の抗電圧ｖ１を印加した際における分極の変化の割合をΔｑ１／Δｖ１、正の抗電圧ｖ２を印加した際における分極の変化の割合をΔｑ２／Δｖ２としたとき、
（Δｑ１／Δｖ１）＞（Δｑ２／Δｖ２）
である。
【０１５８】
（Ｄ）電子が蓄積飽和状態となる電圧をｖ３、電子の放出が開始される電圧をｖ４としたとき、
１≦｜ｖ４｜／｜ｖ３｜≦１．５
である。
【０１５９】
この電子放出素子１２Ｂは、上述のような特性を有することから、複数の発光素子に応じて配列された複数の電子放出素子１２Ｂを有し、各電子放出素子１２Ｂからの電子放出によって発光を行う光源１０に簡単に適用させることができる。
【０１６０】
次に、上述した電子放出素子１２（第１及び第２の具体例に係る電子放出素子１２Ａ及び１２Ｂ）を使用した本実施の形態に係る光源１０の好ましい構成例について図２８〜図３５を参照しながら説明する。
【０１６１】
この実施の形態に係る光源１０は、図２８に示すように、上述した透明基板４０と、一方の板面が透明基板４０の裏面に対向して配された固定基板８２とを有する。透明基板の裏面には上述したように透明電極によるアノード電極４２と蛍光体４４が形成されている。また、固定基板８２の主面には、例えば図３８に示すような複数の電子放出素子１２が二次元的に配列されている。なお、透明基板４０と固定基板８２間は真空とされている。
【０１６２】
電子放出素子１２の二次元配列は、例えば図２９に示すように、矩形状の複数の電子放出ユニット８４（後述する）を二次元的に配列することにより形成することができる。
【０１６３】
この電子放出ユニット８４は、図３０に示すように、１つの強誘電体シート８６（エミッタ部３０）の上面に例えば１６個の上部電極３２が例えばマトリックス状に配列され、強誘電体シート８６の下面のうち、前記上部電極３２と対応する箇所にそれぞれ下部電極３４（図示せず）が形成されて構成されている。つまり、１つの電子放出ユニット８４に１６個の電子放出素子１２がマトリックスに配列された形態となっている。
【０１６４】
特に、図３０の例では、１６個の上部電極３２が４行４列に配列され、各行における４つの上部電極３２がそれぞれリード線８８を介して電気的に接続され、最も左側に存する４列目における４つの上部電極３２がそれぞれリード線９０を介して電気的に接続されている。下部電極３４においても同様の配列と電気的接続がなされている。
【０１６５】
そして、固定基板８２の主面に複数の下部電極配線９２が形成され、これら複数の下部電極配線９２が形成された固定基板８２の主面に枠体９４が設置される。枠体９４は、列方向及び行方向に配列された複数の堰９６によって複数の升目が例えばマトリックス状に配列された形態を有し、各升目にそれぞれ電子放出ユニット８４が挿入設置されている。各升目の大きさ（平面形状）は１つの電子放出ユニット８４の平面形状よりもわずかに大きく設定され、各電子放出ユニット８４をそれぞれ升目内に挿入設置し易い構成にしている。なお、図２９及び図３０は、下部電極配線９２が見えるように、いくつかの電子放出ユニット８４を取り外して図示してある。
【０１６６】
図３０に示すように、枠体９４の堰９６上には上部電極配線９８が形成され、さらに、下部電極配線９２のコモンリード線１００と上部電極配線９８のコモンリード線１０２が固定基板８２の１つの側面に引き出されている。
【０１６７】
また、上部電極配線９８と各電子放出ユニット８４における上部電極３２との電気的接続は、４列目の上部電極３２から延びるリード線１０４とこれら４列目の上部電極３２に近接する堰９６上に配線された上部電極配線９８とが導電ペースト１０６によって電気的に接続されることで行われる。
【０１６８】
下部電極配線９２と各電子放出ユニット８４における下部電極３４（図示せず）との電気的接続は、固定基板８２の主面に形成された下部電極配線９２と、下部電極３４が導体ペースト（図示せず）等で電気的に接続されることで行われる。
【０１６９】
そして、図２８に示すように、各電子放出ユニット８４における複数の電子放出素子１２から放出された電子が透明基板４０の裏面に形成された蛍光体（図示せず）に当たることによって、蛍光体が励起して外部に蛍光体発光として具現されることになる。
【０１７０】
この実施の形態に係る光源１０においては、各電子放出ユニット８４での電子励起による蛍光体発光を効率よく行わせることができ、ＬＥＤの発光効率以上の発光効率を実現させることができる。しかも、水銀を用いる必要がないため、環境に対する負荷が低いという利点もある。
【０１７１】
上述の例では、１６個の電子放出素子１２が形成された電子放出ユニット８４を使用した例を示したが、その他、図３１に示す第１の変形例に係る光源１０ａのように、強誘電体チップ１０８を使用した電子放出素子１２を配列するようにしてもよい。
【０１７２】
すなわち、この第１の変形例に係る光源１０ａでは、固定基板８２に、下部電極配線９２と上部電極配線９８がそれぞれ間を置いて隣接して形成され、これら下部電極配線９２と上部電極配線９８を跨ぐようにそれぞれ複数の電子放出素子１２が設置されている。各電子放出素子１２は、強誘電体チップ１０８（エミッタ部３０）の上面に上部電極３２が形成され、強誘電体チップ１０８の下面に下部電極３４（図示せず）が形成された形態を有する。そして、上部電極３２と上部電極配線９８とが導電ペースト１１０によって電気的に接続され、下部電極３４（図示せず）と下部電極配線９２とが導電ペースト１１２によって電気的に接続されている。
【０１７３】
上述の例では、全ての電子放出素子１２を含む１つの発光部１４を有し、該発光部１４に対して１つの駆動回路１６を接続するようにしたが、その他、図３２の第２の変形例に係る光源１０ｂのように、２以上の面光源部Ｚ１〜Ｚ６を有するようにしてもよい。図３２の例では、６つの面光源部Ｚ１〜Ｚ６を具備させた場合を示す。各面光源部Ｚ１〜Ｚ６は、複数の電子放出素子１２が二次元的に配列されて構成され、それぞれ独立に駆動回路１６が接続されている。
【０１７４】
これによって、面光源部Ｚ１〜Ｚ６単位に発光／消光を制御することができ、段階的な調光（デジタル的な調光）を行うことができる。特に、各面光源部Ｚ１〜Ｚ６にそれぞれ独立に接続される駆動回路１６に変調回路を設けることによって、各面光源部Ｚ１〜Ｚ６の発光分布をそれぞれ独立に制御することができる。つまり、デジタル的な調光に加えて、アナログ的な調光を実現でき、きめ細かな調光を行うことができる。
【０１７５】
図３２の例では、各面光源部Ｚ１〜Ｚ６の面積をそれぞれ同じにした場合を示したが、各面光源部Ｚ１〜Ｚ６の面積を異ならせるようにしてもよい。例えば図３３に示す第３の変形例に係る光源１０ｃでは、第１及び第６の面光源部Ｚ１及びＺ６をそれぞれ横長で、且つ、長辺の長い長方形状とし、第２及び第５の面光源部をそれぞれ縦長で、且つ、長辺が第１及び第６の面光源部Ｚ１及びＺ６よりも短い長方形状とし、第３及び第４の面光源部をそれぞれ横長で、且つ、長辺が第１及び第６の面光源部Ｚ１及びＺ６よりも短い長方形状とした場合を示す。
【０１７６】
また、図３４に示す第４の変形例に係る光源１０ｄのように、各面光源部Ｚ１〜Ｚ６に含まれる複数の電子放出素子１２をそれぞれ２つのグループ（第１及び第２のグループＧ１及びＧ２）に分け、各面光源部Ｚ１〜Ｚ６において、第１のグループに含まれる電子放出素子１２の発光時に、該第１のグループＧ１に含まれる電子放出素子１２の電力を、第２のグループＧ２に含まれる電子放出素子１２に回収し、第２のグループＧ２に含まれる電子放出素子１２の発光時に、該第２のグループＧ２に含まれる電子放出素子１２の電力を、第１のグループＧ１に含まれる電子放出素子１２に回収するようにしてもよい。
【０１７７】
あるいは、図３５に示す第５の変形例に係る光源１０ｅのように、６つの面光源部Ｚ１〜Ｚ６を２つのグループ（第１及び第２のグループＧ１及びＧ２）に分け、第１のグループＧ１に関する面光源部Ｚ１〜Ｚ３の各電子放出素子１２の発光時に、これら電子放出素子１２の電力を、第２のグループＧ２に関する面光源部Ｚ４〜Ｚ６の電子放出素子１２に回収し、第２のグループＧ２に関する面光源部Ｚ４〜Ｚ６の各電子放出素子１２の発光時に、これら電子放出素子１２の電力を、第１のグループＧ１に関する面光源部Ｚ１〜Ｚ３の電子放出素子１２に回収するようにしてもよい。
【０１７８】
上述した第２〜第５の変形例に係る光源１０ｂ〜１０ｅでは、発光部１４を６つの面光源部Ｚ１〜Ｚ６に分離した例を示したが、面光源部の数は任意に設定することができる。
【０１７９】
ここで、本実施の形態に係る光源１０の具体例について図３６〜図５７を参照しながら説明する。
【０１８０】
先ず、第１の具体例に係る光源１０Ａは、図３６に示すように、透明基板４０と、該透明基板４０に対向して配置された固定基板８２と、固定基板８２の主面（透明基板４０と対向する面）側に配列された複数の電子放出素子１２とを有する。
【０１８１】
固定基板８２の主面のうち、電子放出素子１２が形成されていない部分に光反射膜１２０が形成されている。透明基板４０の裏面（固定基板８２と対向する面）のほぼ全面に透明電極１２２によるアノード電極１２４が形成され、該アノード電極１２４のうち、電子放出素子１２と対向する位置に蛍光体１２６が形成されている。光反射膜１２０の構成材料としては、金属膜や白色散乱体が好ましく用いられる。金属膜の形成法は、蒸着法のほか、金属箔を貼り付ける方法でもよい。金属膜としては、特に、Ａｇ、Ａｌが好ましい。反射率が高く、適度な柔軟性を有するからである。
【０１８２】
電子放出素子１２と蛍光体１２６の配列パターンとしては、例えば図３７に示すように、複数の電子放出素子１２をマトリックス状に配列し、さらに、蛍光体１２６を列方向に沿ってストライプ状に形成するようにしてもよいし、例えば図３８に示すように、複数の電子放出素子１２を千鳥状に配列し、これら電子放出素子１２に対応した位置に蛍光体１２６をそれぞれ独立に形成するようにしてもよい。
【０１８３】
そして、図３６に示すように、各電子放出素子１２から放出された電子が透明基板４０の裏面に形成された蛍光体１２６に当たることによって、蛍光体１２６が励起して外部に蛍光体発光として具現される。このとき、一部の光（例えば参照符号１２８ａで示す光）はアノード電極１２４及び透明基板４０を透過する。また、別の一部の光（例えば参照符号１２８ｂで示す光）は固定基板８２側へ進行するが、光反射膜１２０にて全反射されてアノード電極１２４及び透明基板４０を透過することとなる。一般的に、蛍光体１２６への放出電子の侵入深さが、蛍光体１２６の膜厚に比べて小さいため、放出電子が照射される蛍光体面からの発光１２８ｂは、放出電子が照射される蛍光体面の反対側からの発光１２８ａに比べて、蛍光体１２６による吸収を介さないため、光量が大きい。従って、発光１２８ｂを利用することは、高輝度、高効率という効果をもたらす。
【０１８４】
電子放出素子１２は、放出電子の直進性が優れていることから、蛍光体１２６をパターン化して電子放出素子１２に対応する位置に形成しても、電子放出素子１２からの放出電子を効率よく蛍光体１２６に当てることが可能となる。しかも、蛍光体１２６が形成されていない部分を通じて光反射膜１２０からの全反射光１２８ｂが透過するため、蛍光体１２６にて励起した蛍光体発光を透明基板４０の表面からの発光として有効に、且つ、高効率に利用することができる。つまり、蛍光体１２６の開口部（蛍光体１２６が形成されていない部分）を有効に利用することができる。このように、電子放出素子１２の直上に位置する開口部からも発光が得られるので、固定基板８２上に電子放出素子１２を敷き詰めず、ある一定の間隔をもって配置するだけで、高輝度で、且つ、均一な面発光が得られる。従って、電子放出素子１２の駆動電力が低減できることから、高効率な発光が得られる。また、電子放出素子１２の個数の低減を図り、光源製作コストの削減という効果も得られる。
【０１８５】
また、上述のように電子放出素子１２は放出電子の直進性が優れていることから、蛍光体１２６の形成パターンと電子放出素子１２の形成パターンをほぼ同じ又は相似形にすることができ、蛍光体１２６のパターン設計が容易になる。
【０１８６】
次に、第２の具体例に係る光源１０Ｂは、図３９に示すように、第１の具体例に係る光源１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、アノード電極１２４がパターン化され、蛍光体１２６に対応した位置に形成されている点で異なる。
【０１８７】
この場合、上述した第１の具体例では、反射光１２８ｂが蛍光体１２６の形成されていない部分（開口部）を透過する際、アノード電極１２４によってある程度の減衰が生じると予想されるが、この第２の具体例では、蛍光体１２６の形成されていない部分（開口部）にはアノード電極１２４も存在しないことから、反射光１２８ｂをほぼ減衰なく透明基板４０の外方へ導くことができ、反射光１２８ｂの有効利用の点で優れる。
【０１８８】
次に、第３の具体例に係る光源１０Ｃは、図４０に示すように、第１の具体例に係る光源１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、固定基板８２が例えばガラス基板のような第２の透明基板１３０であって、光反射膜１２０が第２の透明基板１３０の後部（透明基板４０とは反対側の面あるいは該面に近接する位置）に配されている点で異なる。もちろん、光反射膜１２０に代えて光反射板１３２でも構わない。光反射板１３２としては、金属板の主面を鏡面化したものを使用することができる。
【０１８９】
この場合、第２の透明基板１３０側へ進行した光１２８ｂは、第２の透明基板１３０を透過した後、光反射膜１２０にて全反射され、さらに第２の透明基板１３０を透過して、その後、アノード電極１２４及び透明基板４０を透過することとなる。この第３の具体例においても、上述した第１の具体例と同様の効果を奏する。もちろん、第２の具体例と同様に、アノード電極１２４をパターン化してもよい。
【０１９０】
次に、第４の具体例に係る光源１０Ｄは、図４１に示すように、第１の具体例に係る光源１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、アノード電極１２４が透明電極１２２ではなく、例えばワイヤ電極１３４にて構成されている点と、このワイヤ電極１３４によるアノード電極１２４に蛍光体１２６が塗られている点で異なる。ワイヤ電極１３４は透明基板４０の裏面に金属膜（例えばアルミニウム膜）を印刷することで形成することができる。また、蛍光体１２６は、導電性フリットを含んだものを使用するとよい。
【０１９１】
この第４の具体例においても、第３の具体例と同様に、反射光１２８ｂの有効利用を図ることができる。
【０１９２】
次に、第５の具体例に係る光源１０Ｅは、図４２に示すように、第１の具体例に係る光源１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、幅の狭い蛍光体１２６が多数配列されている点で異なる。この場合、蛍光体１２６の配列形態としては、蛍光体１２６の配列ピッチを等ピッチにする形態や、電子放出素子１２に対応する部分の配列ピッチを狭くし、電子放出素子１２に対応しない部分の配列ピッチを広くする形態等がある。もちろん、蛍光体１２６は、ストライプ状としてもよいし、島状にしてもよい。この第５の具体例においても、上述した第１の具体例と同様の効果を奏する。
【０１９３】
次に、第６の具体例に係る光源１０Ｆは、図４３に示すように、第５の具体例に係る光源１０Ｅとほぼ同様の構成を有するが、アノード電極１２４も蛍光体１２６と同じようにパターン化されている点で異なる。この場合、第３の具体例と同様に、反射光１２８ｂの有効利用を図ることができる。
【０１９４】
次に、第７の具体例に係る光源１０Ｇは、図４４に示すように、第３の具体例に係る光源１０Ｃとほぼ同様の構成を有するが、透明基板４０に対してほぼ直角の位置関係で配置された側板１３６を有し、この側板１３６の板面のうち、透明基板４０と固定基板８２（第２の透明基板１３０）との空間を臨む部分に電子放出素子１２が実装されている点と、アノード電極１２４がパターン化され、蛍光体１２６に対応した位置に形成されている点で異なる。
【０１９５】
つまり、側板１３６は、透明基板４０の１つの端部（辺）と固定基板８２の１つの端部（辺）に設置された形となっている。この場合、側板１３６は、透明基板４０（及び固定基板８２）の１辺に対応した位置に設置されてもよいし、あるいは、透明基板４０（及び固定基板８２）の２辺、あるいは３辺、あるいは４辺に対応した位置に設置されてもよい。なお、光反射膜１２０に代えて光反射板１３２でも構わない。光反射板１３２としては、金属板の主面を鏡面化したものを使用することができる。
【０１９６】
この第７の具体例に係る光源１０Ｇでは、電子放出素子１２から放出された電子が透明基板４０の裏面に形成された蛍光体１２６に当たることによって、蛍光体１２６が励起して外部に蛍光体発光として具現される。このとき、一部の光１２８ａはアノード電極１２４及び透明基板４０を透過する。また、別の一部の光１２８ｂは固定基板８２（第２の透明基板１３０）側へ進行し、該第２の透明基板１３０を透過した後、光反射膜１２０にて全反射され、さらに第２の透明基板１３０を透過して、その後、透明基板４０を透過することとなる。
【０１９７】
この第７の具体例に係る光源１０Ｇにおいては、透明基板４０と固定基板８２の周辺封止用部材として側板１３６を兼用することができ、部品点数の削減並びにサイズの小型化を図ることができる。また、透明基板４０と固定基板８２の空間を保つための桟に電子放出素子１２を設置することもでき、また、桟として、電子放出素子１２を設置することもできる。
【０１９８】
次に、第８の具体例に係る光源１０Ｈは、図４５に示すように、第１の具体例に係る光源１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、固定基板８２の主面のうち、電子放出素子１２が形成されていない部分に白色散乱層１３８が形成されている点で異なる。この第８の具体例においても、第１の具体例と同様に、反射光１２８ｂの有効利用を図ることができる。
【０１９９】
さらに、固定基板８２を第２の透明基板１３０とし、該第２の透明基板１３０の裏面（透明基板４０とは反対側の面）に金属膜の蒸着による光反射膜１２０を形成するようにしてもよい。この場合、白色散乱層１３８にて散乱した光を光反射膜１２０にて回収し、透明基板４０へ向けて反射させることができるため、反射光１２８ｂの有効利用をさらに図ることができる。
【０２００】
次に、第９の具体例に係る光源１０Ｉは、図４６に示すように、第８の具体例に係る光源１０Ｈとほぼ同様の構成を有するが、固定基板８２の主面のうち、電子放出素子１２が形成されていない部分に光反射膜１２０が形成され、さらに、この光反射膜上に白色散乱層１３８が形成されている点で異なる。この第９の具体例においても、第８の具体例と同様に、反射光１２８ｂの有効利用を図ることができる。
【０２０１】
次に、第１０の具体例に係る光源１０Ｊは、図４７に示すように、第８の具体例に係る光源１０Ｈとほぼ同様の構成を有するが、白色散乱層１３８と光反射膜１２０とが第２の透明基板１３０の後部（透明基板４０とは反対側の面あるいは該面に近接する位置）に配されている点で異なる。もちろん、光反射膜１２０に代えて光反射板１３２を用い、該光反射板１３２上に白色散乱層１３８を形成するようにしてもよい。この第１０の具体例においても、第８の具体例と同様に、反射光１２８ｂの有効利用を図ることができる。
【０２０２】
次に、第１１の具体例に係る光源１０Ｋは、図４８に示すように、透明基板４０と、該透明基板４０に対向して配置された固定基板８２（第２の透明基板１３０）と、透明基板４０の裏面（固定基板８２と対向する面）側に配列された複数の電子放出素子１２とを有する。
【０２０３】
固定基板８２の主面（透明基板４０と対向する面）のほぼ全面に透明電極１２２によるアノード電極１２４が形成され、該アノード電極１２４のうち、電子放出素子１２と対向する位置に蛍光体１２６が形成されている。また、光反射膜１２０は、第２の透明基板１３０の後部（透明基板４０とは反対側の面あるいは該面に近接する位置）に配されている。もちろん、光反射膜１２０に代えて光反射板１３２でも構わない。光反射板１３２としては、金属板の主面を鏡面化したものを使用することができる。
【０２０４】
そして、各電子放出素子１２から放出された電子が固定基板８２の主面に形成された蛍光体１２６に当たることによって、蛍光体１２６が励起して蛍光体発光として具現される。このとき、一部の光（例えば参照符号１２８ａで示す光）は透明基板４０側に向かって進み、該透明基板４０を透過する。別の一部の光（例えば参照符号１２８ｂで示す光）は、アノード電極１２４及び第２の透明基板１３０を透過するが、光反射膜１２０にて全反射されて再び第２の透明基板１３０及びアノード電極１２４を透過し、さらに、透明基板４０を透過することとなる。
【０２０５】
この場合、電子放出素子１２が形成されていない部分を通じて光反射膜１２０からの全反射光１２８ｂが透過するため、蛍光体１２６にて励起した蛍光体発光を透明基板４０の表面からの表示発光として有効に、且つ、高効率に利用することができる。つまり、電子放出素子１２が形成されていない部分を有効に利用することができる。
【０２０６】
次に、第１２の具体例に係る光源１０Ｌは、図４９に示すように、第１１の具体例に係る光源１０Ｋとほぼ同様の構成を有するが、透明基板４０の表面（第２の透明基板１３０とは反対側の面）のうち、電子放出素子１２と対応する部分に光散乱シート１４０が形成されている点で異なる。
【０２０７】
これにより、第２の透明基板１３０の後部に配置された光反射膜１２０（あるいは光反射板１３２）からの反射光１２８ｂは、透明基板４０に形成された電子放出素子１２によって吸収あるいは減衰することになるが、外光１４２が光散乱シート１４０によって散乱して表面発光として利用されることになるため、電子放出素子１２による吸収あるいは減衰を埋め合わせることができ、透明基板４０に電子放出素子１２を形成することによる輝度の低下を抑えることができる。しかも、外光１４２は、光反射膜１２０（あるいは光反射板１３２）でも反射することになるため、輝度をさらに向上させることができる。なお、図示しないが光散乱シート１４０に代えてレンズを設けるようにしてもよい。
【０２０８】
次に、第１３の具体例に係る光源１０Ｍは、図５０に示すように、第１２の具体例に係る光源１０Ｌとほぼ同様の構成を有するが、固定基板８２とアノード電極１２４との間に光反射膜１２０が形成されている点で異なる。
【０２０９】
従って、蛍光体発光の一部の光（例えば参照符号１２８ａで示す光）は透明基板４０側に向かって進み、該透明基板４０を透過する。別の一部の光（例えば参照符号１２８ｂで示す光）は、アノード電極１２４を透過し、アノード電極１２４直下の光反射膜１２０にて全反射されて再びアノード電極１２４を透過し、さらに、透明基板４０を透過することとなる。この第１３の具体例においても、第１２の具体例と同様に、反射光１２８ｂ並びに外光１４２の有効利用を図ることができる。この場合、アノード電極１２４が鏡面を有する金属膜等で形成されれば、光反射膜１２０としても機能させることができる。このような光反射膜１２０は、蛍光体の電子照射面と反対側の面に配置することができる。従って、ＣＲＴ等で使用されるメタルバック層と異なり、蛍光体を励起するための電子が光反射膜１２０を通過する必要がないため、電子加速電圧の低減が図れるだけでなく、光反射膜１２０の厚さに自由度をもたせて設計し、光の反射率の最大化を図ることが可能である。
【０２１０】
次に、第１４の具体例に係る光源１０Ｎは、図５１に示すように、透明基板４０と、該透明基板４０に対向して配置された固定基板８２（第２の透明基板１３０）と、固定基板８２の主面に配置され、且つ、電子放出素子１２が形成された支持部材１４３とを有する。
【０２１１】
支持部材１４３は、透明基板４０の裏面とのなす角が第１の所定角度（例えば９０°）の関係を有する第１の面１４３ａと、透明基板４０の裏面とのなす角が第２の所定角度（例えば６０°）の関係を有する第２の面１４３ｂを有する。そして、支持部材１４３の第１の面１４３ａに電子放出素子１２が形成され、第２の面１４３ｂにアノード電極１２４が形成され、さらに、該アノード電極１２４上に蛍光体１２６が形成されている。このとき、蛍光体１２６は、透明基板４０と他の支持部材１４３に形成された電子放出素子１２の両方を臨む位置に配される。
【０２１２】
従って、各電子放出素子１２から放出された電子は、対向する支持部材１４３の第２の面１４３ｂに形成された蛍光体１２６に当たることによって、蛍光体１２６が励起して外部に蛍光体発光として具現される。このとき、一部の光（例えば参照符号１２８ａで示す光）は透明基板４０を透過する。また、別の一部の光（例えば参照符号１２８ｂで示す光）は第２の透明基板１３０側へ進行するが、光反射膜１２０にて全反射されて第２の透明基板１３０及び透明基板４０を透過することとなる。
【０２１３】
この場合、透明基板４０には、光反射膜１２０からの全反射光１２８ｂを吸収あるいは減衰させるような部材が形成されていないことから、蛍光体１２６にて励起した蛍光体発光を透明基板４０の表面からの発光として有効に、且つ、高効率に利用することができる。さらに、透明基板４０に発光を吸収・減衰させる部材が全く存在しないので、蛍光体１２６から得られる発光を効率よく取り出すことが可能である。
【０２１４】
次に、第１５の具体例に係る光源１０Ｏは、図５２に示すように、第１１の具体例に係る光源１０Ｋとほぼ同様の構成を有するが、表面に電子放出素子１２としてカーボンナノウォール１４４を形成した導体ワイヤ１４５を用いた点と、第２の透明基板１３０による固定基板８２の主面全面に透明電極１２２によるアノード電極１２４が形成され、さらに、アノード電極１２４の上面全面に蛍光体１２６が形成されている点と、第２の透明基板１３０の裏面に光反射膜１２０が形成されている点で異なる。
【０２１５】
この場合も、カーボンナノウォール１４４から放出された電子は、直進性を有しないので、拡散して真空中を進行し、蛍光体１２６に衝突することによって蛍光体１２６が励起して蛍光体発光として具現される。このとき、一部の光（例えば参照符号１２８ａで示す光）は透明基板４０側に向かって進み、該透明基板４０を透過する。蛍光体１２６の電子衝突面の反対側から出る光（例えば参照符号１２８ｂで示す光）は、アノード電極１２４及び第２の透明基板１３０を透過するが、光反射膜１２０にて全反射されて再び第２の透明基板１３０及びアノード電極１２４を透過し、さらに、透明基板４０を透過することとなる。
【０２１６】
この場合、電子放出素子１２が形成されていない部分を通じて光反射膜１２０からの全反射光１２８ｂが透過するため、蛍光体１２６にて励起した蛍光体発光を透明基板４０の表面からの表示発光として有効に、且つ、高効率に利用することができる。
【０２１７】
次に、第１６の具体例に係る光源１０Ｐは、図５３に示すように、第１５の具体例に係る光源１０Ｏとほぼ同様の構成を有するが、蛍光体１２６と固定基板８２との間に金属膜によるアノード電極１２４が形成されている点で異なる。このアノード電極１２４は光反射膜１２０としても機能（兼用）する。
【０２１８】
従って、蛍光体発光の一部の光（例えば参照符号１２８ａで示す光）は透明基板４０側に向かって進み、該透明基板４０を透過する。蛍光体１２６の電子衝突面の反対側出る光（例えば参照符号１２８ｂで示す光）は、蛍光体１２６直下のアノード電極１２４（光反射膜１２０を兼ねる）にて全反射されて透明基板４０を透過することとなる。この第１６の具体例においても、第１５の具体例と同様に、反射光１２８ｂの有効利用を図ることができる。特に、光反射膜１２０の形成を省略することができため、コストの点でも有利である。
【０２１９】
次に、第１７の具体例に係る光源１０Ｑは、図５４に示すように、透明基板４０と、透明基板４０に対向して配された固定基板８２と、固定基板８２上に配された１以上の電子放出素子１２と、透明基板４０の裏面（固定基板８２と対向する面）に形成された透明電極１２２によるアノード電極１２４と、アノード電極１２４上に形成された第１の蛍光体１２６ａと、固定基板８２上のうち、電子放出素子１２以外の部分に形成された補助電極１４６と補助電極１４６上に形成された第２の蛍光体１２６ｂとを有する。
【０２２０】
第１の蛍光体１２６ａは、アノード電極１２４のうち、電子放出素子１２と対向する位置に形成されている。第１の蛍光体１２６ａの端面にはメタルバック層１４８が形成されている。第２の蛍光体１２６ｂは、補助電極１４６の上面全面に形成されている。
【０２２１】
この場合、固定基板８２上に形成された電子放出素子１２から放出された電子が透明基板４０に形成されたアノード電極１２４によって加速されて、透明基板４０側の第１の蛍光体１２６ａに衝突し、蛍光体発光１２８が生ずる。この蛍光体発光１２８はメタルバック層１４８の存在によってほぼ１００％が表面発光として外部に出射される。また、固定基板８２上に形成された電子放出素子１２から放出された電子が固定基板８２に形成された補助電極１４６によって加速されて固定基板８２側の第２の蛍光体１２６ｂに衝突し、蛍光体発光１５０が生ずることとなる。この蛍光体発光１５０も表面発光として外部に出射されることになる。
【０２２２】
このように、透明基板４０側の第１の蛍光体１２６ａの蛍光体発光１２８による表面発光と、固定基板８２側の第２の蛍光体１２６ｂの蛍光体発光１５０による表面発光とが合成されて出射されることになる。これにより、蛍光体発光の利用率が向上し、高輝度の発光を実現させることができる。
【０２２３】
すなわち、アノード電極１２４以外に補助電極１４６に電圧を加えることで、電子放出素子１２から放出された電子を拡散させて、電子の集中を回避させることができ、第１の蛍光体１２６ａの効率向上及び均一な発光を図ることができる。
【０２２４】
一例として、過剰な電子量による蛍光体飽和による蛍光体の効率低下を防ぐためには、１０μＡ／ｃｍ2以下となるように、電子を拡散させることが好ましい。
【０２２５】
また、補助電極１４６の方向に加速された電子も補助電極１４６上に形成された第２の蛍光体１２６ｂに当たり、発光することから第２の蛍光体１２６ｂも有効に利用することができる。この場合、メタルバック層１４８が不要であるため、アノード電極１２４に印加する電子加速電圧よりも低い電圧でもよい。第２の蛍光体１２６ｂから発する光は電子が照射された面からの発光であるため、明るく、しかも、第１の蛍光体１２６ａが存在しない部分から透明基板４０を透過して外部へ出射するため、第１の蛍光体１２６ａに当たることによる損失も低減させることができる。
【０２２６】
また、補助電極１４６に印加する電圧によって、電子放出素子１２から放出される電子の広がりをコントロールすることができ、電子の広がりの最適化設計が可能となる。さらに、補助電極１４６の表面を鏡面化することで、光反射膜１２０としての効果を持たせることができる。
【０２２７】
また、図５５に示す第１８の具体例に係る光源１０Ｒのように、電子放出素子１２の直上にある第１の蛍光体１２６ａ及びメタルバック層１４８（図５４参照）を省いてもよい。この場合、透明基板４０に、発光を吸収する部材が全く存在しないので、第２の蛍光体１２６ｂから得られる発光を効率よく取り出すことができる。また、透明電極１２２も省くことが可能であり、この場合、発光の減衰もなくせる点でさらに好ましい。
【０２２８】
図５５の変形例としては、図５６に示す第１９の具体例に係る光源１０Ｓのように、固定基板８２における透明基板４０と対向する面に形成された補助電極１４６ａに加えて、透明基板４０と対向する面と反対側の面にも補助電極１４６ｂを形成するようにしてもよい。この場合、補助電極１４６ａと電子放出素子１２の駆動電極及びその配線との絶縁距離を確保しつつ、放出電子を拡散するための電界を生成するための設計の自由度が大きくなる。一方、前記絶縁距離の確保には、別途電子放出素子１２と固定基板８２の間にガラス等の絶縁基板を設けてもよい。
【０２２９】
第１７、第１８及び第１９の具体例に係る光源１０Ｑ、１０Ｒ及び１０Ｓでは、固定基板８２上の第２の蛍光体１２６ｂを励起するために、補助電極１４６をもって放出電子を拡散させたが、その他、図５７に示す第２０の具体例に係る光源１０Ｔや図５８に示す第２１の具体例に係る光源１０Ｕのように、補助電極１４６で生成する電界により放出電子を拡散させて透明基板４０上の第１の蛍光体１２６ａを励起してもよい。この場合、過剰電子量による蛍光体飽和を抑制して、高効率な状態で第１の蛍光体１２６ａを発光させ、且つ、発光の広がりをもって均一な面発光を得ることが可能である。
【０２３０】
次に、第２２の具体例に係る光源１０Ｖは、図５９に示すように、透明基板４０と、該透明基板４０に対向して配置された固定基板８２と、透明基板４０の裏面（固定基板８２と対向する面）に形成された１以上の電子放出素子１２と、透明基板４０と固定基板８２との間に配され、アノード電極１２４と蛍光体１２６とを含む積層体１５２とを有する。
【０２３１】
積層体１５２は、蛍光体１２６が透明基板４０に対向するように配置され、さらに、電子放出素子１２と対応する部分が角を形成するように曲げられ、該積層体１５２の端部が透明基板４０に固定されている。
【０２３２】
この場合、透明基板４０に形成された電子放出素子１２から放出された電子が積層体１５２に形成されたアノード電極１２４によって加速されて、積層体１５２に形成された蛍光体１２６に衝突し、蛍光体発光１２８が生ずる。この蛍光体発光１２８は表面発光として外部に出射される。これにより、蛍光体発光１２８の利用率が向上し、高輝度の発光を実現させることができる。このような積層体１５２の形状をとることで、放出電子の軌道をきめ細かく制御する電界を生成することができる。
【０２３３】
次に、第２３の具体例に係る光源１０Ｗは、図６０に示すように、第２２の具体例に係る光源１０Ｖとほぼ同様の構成を有するが、積層体１５２のうち、電子放出素子１２と対応する部分が湾曲している点で異なる。この場合も、蛍光体発光１２８の利用率が向上し、高輝度の発光を実現させることができる。この場合も、積層体１５２によって、放出電子の軌道をきめ細かく制御する電界を生成することができる。
【０２３４】
次に、第２４の具体例に係る光源１０Ｘは、図６１に示すように、第２３の具体例に係る光源１０Ｗとほぼ同様の構成を有するが、透明基板４０に対してほぼ直角の位置関係で配置された側板１５４を有し、この側板１５４の板面のうち、透明基板４０と固定基板８２との空間を臨む部分に電子放出素子１２が形成されている点と、積層体１５２の一方の端部が透明基板４０に固定され、他方の端部が側板１５４に固定されている点で異なる。この場合も、積層体１５２によって、放出電子の軌道をきめ細かく制御する電界を生成することができる。また、蛍光体発光１２８の利用率が向上し、高輝度の発光を実現させることができる。この第２４の具体例では、透明基板４０側に発光を吸収、減衰する部材が全く存在しないので、効率よく発光を取り出すことが可能である。さらに、この第２４の具体例では、側板１５４が真空封止空間を支持するスペーサとしても機能する。
【０２３５】
次に、図６２に示す第２５の具体例に係る光源１０Ｙ及び図６３に示す第２６の具体例に係る光源１０Ｚは、透明基板４０上に形成された電子放出素子１２からの放出電子が、透明基板４０上に形成された透明電極１２２からなる補助電極１４６によって生成された電界によって拡散されるものである。この場合、第２２の具体例に係る光源１０Ｖ（図５９参照）や第２３の具体例に係る光源１０Ｗ（図６０参照）のような積層体１５２を設けることなく、蛍光体飽和が抑制され、且つ、電子照射面からの蛍光体発光を効率よく、均一な広がりをもって取り出すことが可能である。
【０２３６】
上述した各種具体例に係る光源１０Ａ〜１０Ｚにおいて、アノード電極１２４及び補助電極１４６には、電子の加速、軌道制御（放出電子の拡散を含む）を行うための電界を生成するのに必要な電圧が適宜印加されるものである。
【０２３７】
なお、この発明に係る光源は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０２３８】
【図１】本実施の形態に係る光源を示す構成図である。
【図２】第１の具体例に係る電子放出素子を示す構成図である。
【図３】図３Ａは電子放出素子の電極部分を示す平面図であり、図３Ｂは第１の変形例における電極部分を示す平面図である。
【図４】第２の変形例における電極部分を示す平面図である。
【図５】駆動回路から出力される駆動電圧を示す波形図である。
【図６】第１の具体例において、上部電極と下部電極間に電圧Ｖａ１を印加した際の作用を示す説明図である。
【図７】上部電極と下部電極間に電圧Ｖａ２を印加した際の電子放出作用を示す説明図である。
【図８】エミッタ部の表面での負極性帯電に伴って電子放出の自己停止の作用を示す説明図である。
【図９】放出された２次電子のエネルギーと２次電子の放出量の関係を示す特性図である。
【図１０】図１０Ａは駆動電圧の一例を示す波形図であり、図１０Ｂは第１の具体例に係る電子放出素子における下部電極と上部電極間の電圧の変化を示す波形図である。
【図１１】第２の具体例に係る電子放出素子を示す構成図である。
【図１２】第２の具体例に係る電子放出素子の要部を拡大して示す断面図である。
【図１３】上部電極に形成された貫通部の形状の一例を示す平面図である。
【図１４】図１４Ａは上部電極の他の例を示す断面図であり、図１４Ｂは要部を拡大して示す断面図である。
【図１５】図１５Ａは上部電極のさらに他の例を示す断面図であり、図１５Ｂは要部を拡大して示す断面図である。
【図１６】第１の電子放出方式での駆動電圧の電圧波形を示す図である。
【図１７】第１の電子放出方式の第２の出力期間での電子放出の様子を示す説明図である。
【図１８】第２の電子放出方式での駆動電圧の電圧波形を示す図である。
【図１９】第２の電子放出方式の第２の出力期間での電子放出の様子を示す説明図である。
【図２０】上部電極と下部電極間に接続された各種コンデンサの接続状態を示す等価回路図である。
【図２１】上部電極と下部電極間に接続された各種コンデンサの容量計算を説明するための図である。
【図２２】第２の具体例に係る電子放出素子の第１の変形例を一部省略して示す平面図である。
【図２３】第２の具体例に係る電子放出素子の第２の変形例を一部省略して示す平面図である。
【図２４】第２の具体例に係る電子放出素子の第３の変形例を一部省略して示す断面図である。
【図２５】第２の具体例に係る電子放出素子の電圧−電荷量特性（電圧−分極量特性）を示す図である。
【図２６】図２６Ａは図２５のポイントｐ１での状態を示す説明図であり、図２６Ｂは図２５のポイントｐ２での状態を示す説明図であり、図２６Ｃは図２５のポイントｐ２からポイントｐ３に至るまでの状態を示す説明図である。
【図２７】図２７Ａは図２５のポイントｐ３からポイントｐ４に至るまでの状態を示す説明図であり、図２７Ｂは図２５のポイントｐ４に至る直前の状態を示す説明図であり、図２７Ｃは図２５のポイントｐ４からポイントｐ６に至るまでの状態を示す説明図である。
【図２８】本実施の形態に係る光源の一例を示す構成図である。
【図２９】本実施の形態に係る光源における電子放出ユニットの配列形態の一例を示す斜視図である。
【図３０】図２９における符号Ｌｃで示す部分の拡大図である。
【図３１】本実施の形態に係る光源の第１の変形例の要部を示す斜視図である。
【図３２】本実施の形態に係る光源の第２の変形例を示す構成図である。
【図３３】本実施の形態に係る光源の第３の変形例を示す構成図である。
【図３４】本実施の形態に係る光源の第４の変形例を示す構成図である。
【図３５】本実施の形態に係る光源の第５の変形例を示す構成図である。
【図３６】第１の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図３７】電子放出素子と蛍光体の配列パターンの一例を示す平面図である。
【図３８】電子放出素子と蛍光体の配列パターンの他の例を示す平面図である。
【図３９】第２の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図４０】第３の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図４１】第４の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図４２】第５の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図４３】第６の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図４４】第７の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図４５】第８の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図４６】第９の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図４７】第１０の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図４８】第１１の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図４９】第１２の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図５０】第１３の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図５１】第１４の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図５２】第１５の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図５３】第１６の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図５４】第１７の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図５５】第１８の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図５６】第１９の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図５７】第２０の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図５８】第２１の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図５９】第２２の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図６０】第２３の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図６１】第２４の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図６２】第２５の具体例に係る光源を示す構成図である。
【図６３】第２６の具体例に係る光源を示す構成図である。
【符号の説明】
【０２３９】
１０、１０ａ〜１０ｅ、１０Ａ〜１０Ｚ…光源
１２、１２Ａ、１２Ａａ、１２Ａｂ、１２Ｂ、１２Ｂａ〜１２Ｂｃ…電子放出素子
１４…発光部                            １６…駆動回路
３０…エミッタ部                        ３２…上部電極
３４…下部電極                          ４０、１３０…透明基板
４２、１２４…アノード電極
４４、１２６、１２６ａ、１２６ｂ…蛍光体
４８…貫通部                            ５０…凹凸
８２…固定基板                          ８４…電子放出ユニット
１０８…強誘電体チップ                  １２０…光反射膜
１２２…透明電極                        １３２…光反射板
１３４…ワイヤ電極                      １３６、１５４…側板
１３８…白色散乱層                      １４０…光散乱シート
１４３…支持部材                        １４４…カーボンナノウォール
１４５…導体ワイヤ
１４６、１４６ａ、１４６ｂ…補助電極
１４８…メタルバック層                  １５２…積層体
【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２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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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５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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