(57)【要約】【課題】  放出電子量がより多い電子放出素子を提供すること。【解決手段】  電子放出素子１０Ａは、下部電極１２と、誘電体からなるエミッタ部１３と、微細貫通孔を有する上部電極１４と、からなる。電子放出素子は、その総分極量Ｐに対する残留分極量Ｐｒの比Ｐｒ／Ｐが、０．７以上である。或いは、電子放出素子は、上部電極の電位が下部電極の電位よりも低い電位に設定されたときの分極量と上部電極の電位が下部電極の電位と同電位に設定されたときの残留分極量との差の絶対値を負極性分極減少量ΔＰとしたとき、一つのサイクルにおける総分極量Ｐに対する負極性分極減少量ΔＰの比ΔＰ／Ｐが０．１以下である。【選択図】  図１
2008027716.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、同エミッタ部の下部に形成された下部電極と、同エミッタ部を同下部電極との間に挟んで同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るとともに微細貫通孔が複数形成され且つ同微細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なる上部電極と、を有する電子放出素子であって、
その総分極量Ｐに対する残留分極量Ｐｒの比Ｐｒ／Ｐが、０．７以上であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
誘電体からなるエミッタ部と、同エミッタ部の下部に形成された下部電極と、同エミッタ部を同下部電極との間に挟んで同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るとともに微細貫通孔が複数形成され且つ同微細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なる上部電極と、を有してなり、同上部電極の電位を同下部電極の電位よりも低い電位に設定し、次に同上部電極の電位を同下部電極の電位と同電位に設定し、次に同上部電極の電位を同下部電極の電位よりも高い電位に設定することを一つのサイクルとする駆動電圧が同上部電極と同下部電極との間に付与されたとき、同上部電極の微細貫通孔を通して複数の電子を一つのパルス状に放出する電子放出素子であって、
前記上部電極の電位が前記下部電極の電位よりも低い電位に設定されたときの分極量と同上部電極の電位が同下部電極の電位と同電位に設定されたときの残留分極量との差の絶対値を負極性分極減少量ΔＰとしたとき、前記一つのサイクルにおける総分極量Ｐに対する負極性分極減少量ΔＰの比ΔＰ／Ｐが０．１以下であることを特徴とする電子放出素子。
【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、前記エミッタ部の上部に形成された上部電極と、を備えた電子放出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、誘電体からなるエミッタ部と、エミッタ部の下面に形成された下部電極（下部電極層）と、エミッタ部の上面に形成され多数の微細貫通孔を有する上部電極（上部電極層）と、を備え、誘電体の双極子を反転動作（分極反転）させることにより上部電極の微細貫通孔から電子を放出する電子放出素子が知られている。
【０００３】
この素子においては、先ず、上部電極の電位を下部電極の電位より低くする電圧が上部電極と下部電極の間（上下電極間）に印加される。換言すると、下部電極の電位を基準としたとき、上部電極に負極性の電位が印加される。これにより、エミッタ部の双極子は、その正極側が上部電極側に向くように反転する。即ち、負側分極反転が発生する。この結果、上部電極からエミッタ部の上部に電子が供給され、エミッタ部の上部に蓄積される。次いで、上部電極の電位を下部電極の電位と同電位とするような電圧が上下電極間に印加される。その後、上部電極の電位を下部電極の電位より高くする電圧が上下電極間に印加される。換言すると、下部電極の電位を基準としたとき、上部電極に正極性の電位が印加される。
【０００４】
これにより、エミッタ部の双極子は、その負極側が上部電極側に向くように反転する。即ち、正側分極反転が発生する。この結果、エミッタ部の上部に蓄積されていた電子は、双極子からクーロン斥力を受け、上部電極の微細貫通孔を通して放出される。このような電子放出動作を行うエミッタ部の誘電体には、比誘電率が例えば１０００以上の誘電体が用いられていた（特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００５−１７４９０５号公報（段落００６３）
【発明の開示】
【０００５】
このような電子放出素子はディスプレイ、液晶用バックライト、電子照射線装置及び電子部品製造装置等の放出電子を必要とする種々の装置に適用され得る。従って、当然、放出される電子の量（放出電子量）は大きいことが好ましい。しかしながら、従来、より多くの電子を放出するために、エミッタ部にどのような特性を有する誘電体を用いることが好ましいかについての十分な検討がなされていなかった。
【０００６】
そこで、本発明者は、種々の特性を有する誘電体をエミッタ部に用いて、放出電子量を測定する実験を行った。そして、発明者は、その実験結果を解析する際、電子放出素子の総分極量Ｐに対する残留分極量Ｐｒの比Ｐｒ／Ｐに着目した。
【０００７】
更に、発明者は、「上部電極の電位が下部電極の電位よりも低い電位に設定されたときの分極量と、上部電極の電位が下部電極の電位と同電位に設定されたときの残留分極量と、の差の絶対値」を負極性分極減少量ΔＰとしたとき、総分極量Ｐに対する負極性分極減少量ΔＰの比ΔＰ／Ｐにも着目した。
【０００８】
このような電子放出素子から電子を放出させる場合、誘電体からなるエミッタ部（上下電極間）に印加する電圧（印加電圧）と電子放出素子の上下電極間に現れる電荷量との関係（電圧−分極特性）は、例えば、図１に示したように、ヒステリシスを有する関係となる。
【０００９】
ここで、印加電圧は、下部電極の電位を基準とした場合の上部電極の電位（上部電極の電位−下部電極の電位）である。即ち、印加電圧は素子電圧Ｖkaと等しい。
総分極量Ｐは、印加電圧を上昇しても電荷量が増大しなくなる状態における電荷量（正の最大電荷量、図１の点Ａ）と、印加電圧を減少しても電荷量が減少しなくなる（負の電荷量が増大しなくなる）状態における電荷量（負の最大電荷量、図１の点Ｂ）との差である。即ち、総分極量Ｐは、図１における線分Ａ−Ｂの長さに相当する電荷量である。
【００１０】
残留分極量Ｐｒは、印加電圧を上昇しても電荷量が増大しなくなる状態における印加電圧（正側最大印加電圧）Ｖｐから同印加電圧を減少させることにより同印加電圧がゼロとなったときの電荷量（正極性残留電荷量、図１の点Ｃ）と、印加電圧を減少しても電荷量が減少しなくなる状態における印加電圧（負側最大印加電圧）Ｖｍから同印加電圧を増大させることにより同印加電圧がゼロとなったときの電荷量（負極性残留電荷量、図１の点Ｄ）との差である。即ち、残留分極量Ｐｒは、図１における線分Ｃ−Ｄの長さに相当する電荷量である。
【００１１】
負極性分極減少量ΔＰは、上記負の最大電荷量（図１の点Ｂ）と上記負極性残留電荷量（図１の点Ｄ）との差（差の絶対値）であり、図１における線分Ｄ−Ｂの長さに相当する電荷量である。
【００１２】
前述したように、発明者は、総分極量Ｐに対する残留分極量Ｐｒの比Ｐｒ／Ｐに着目し、その比Ｐｒ／Ｐと放出電子量との関係を調べた。その結果、発明者は、比Ｐｒ／Ｐが０．７以上であるとき放出電子量が著しく増大することを発見した。
【００１３】
この理由は、次のように推測される。
（推定理由１）総分極量Ｐに対する残留分極量Ｐｒの比Ｐｒ／Ｐが大きいということは、負極性の残留分極量（図１の線分Ｏ−Ｂの長さに対応する電荷量、但し、点Ｏは原点）も大きいということである。負極性の残留分極量が大きいと、印加電圧が負の電圧に設定されたことによってエミッタ部の上部に蓄積された電子を、印加電圧が０又は０近傍の正の電圧になったときにエミッタ部の上部に確実に保持しておくことができる。従って、正側分極反転が発生する時点までエミッタ部から放出され得る電子の数が大きく低下することがない。その結果、放出電子量が大きい値となる。これに対し、負極性の残留分極量が小さいと、印加電圧が０又は０近傍の正の電圧になったとき、エミッタ部の上部に蓄積されていた電子はエミッタ部から上部電極へとリークしてしまう。従って、正側分極反転が発生する時点においてエミッタ部から放出され得る電子の量が少なくなる。その結果、放出電子量が減少する。
【００１４】
（推定理由２）実験によれば、総分極量Ｐに対する残留分極量Ｐｒの比Ｐｒ／Ｐが大きいとき、印加電圧が正側分極反転を発生させる電圧（正の抗電界電圧）近傍で増大する際のエミッタ上部における電荷量の増大率（以下、単に、「正側分極反転時電荷量変化率」と称呼する。）が大きい。即ち、比Ｐｒ／Ｐが大きいときには、図１のグラフにおいて破線ＬＣで囲まれた領域におけるヒステリシス曲線の傾きが大きくなるという事実が認められた。これは、比Ｐｒ／Ｐが大きい場合、エミッタ部の双極子の正側分極反転が短時間内に一斉に発生しているからであると考えられる。正側分極反転が短時間内に一斉に発生すると、エミッタ部の上部に蓄積されていた電子は双極子から大きなクーロン斥力を短時間内に受ける。
【００１５】
更に、図２に示したように、エミッタ部１３の上部の点Ｑに着目すると、下部電極１２と点Ｑとの間の誘電体であるエミッタ部１３にはコンデンサＣｆ（容量値＝Ｃfer）が形成され、点Ｑにおけるエミッタ部１３の上面と上部電極１４の下面との間の空間にはコンデンサＣｇ（容量値＝Ｃgap）が形成される。従って、点Ｑの位置において、上下電極間は、これらのコンデンサＣｆ及びＣｇが直列に接続された線路により接続されていると等価的にみなすことができる。
【００１６】
この場合、コンデンサＣｇの電極間電圧及びコンデンサＣｆの電極間電圧をそれぞれＶgap及びＶferと表すと、上下電極間に印加された電圧Ｖinは、電圧Ｖgapと電圧Ｖferとに分圧される。そして、正側分極反転時に上記の正側分極反転時電荷量変化率が大きいということは、そのときのコンデンサＣｆの容量（Ｃfer）が大きいということを意味するから、コンデンサＣｇが受け持つ電圧Ｖgapが大きくなっていることを意味する。従って、電子は、大きな電圧Ｖgapによって強く加速され、且つ、微細貫通孔１４ａを通して上部電極１４のなす平面に対して垂直方向（上方）に勢いよく放出される。
【００１７】
これらのことから、上部電極へリークしてしまう電子の数は減少し、電子の多くが上部電極の上方へと放出される。その結果、放出電子量が大きい値となる。
【００１８】
このように、エミッタ部に、その総分極量Ｐに対する残留分極量Ｐｒの比Ｐｒ／Ｐが０．７以上の誘電体を用いることにより、或いは、総分極量Ｐに対する負極性分極減少量ΔＰの比ΔＰ／Ｐが０．１以下の誘電体を用いることにより、放出電子量が非常に大きい電子放出素子が提供され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明による電子放出装置の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、ディスプレイ、液晶用バックライト、電子照射線装置及び電子部品製造装置等であって、電子放出源を必要とする各種装置に好適に利用され得る。
【００２０】
（構成）
図３は、本発明の実施形態に係る電子放出素子が適用された液晶用バックライト全体の構成図である。このバックライトは、電子放出装置１０、駆動電圧印加部２０及びバイアス電源部３０を備えている。
【００２１】
電子放出装置１０は、電子放出素子１０Ａを備えている。
電子放出素子１０Ａは、基板１１、下部電極（下部電極層）１２、エミッタ部１３及び上部電極（上部電極層）１４、を備えている。
【００２２】
基板１１は、図３及び図４に示したように、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薄板体である。基板１１は、酸化ジルコニウムを主成分とした材料（例えば、ガラス又はセラミックス）からなっている。
【００２３】
下部電極１２は、導電性物質（ここでは、銀又は白金）からなり、基板１１の上面の上に層状に形成されている。即ち、下部電極１２は、Ｘ−Ｙ平面に平行な上面及び下面を有し、厚み方向がＺ軸方向である薄膜の電極である。
【００２４】
エミッタ部１３は、強誘電体（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）からなっている。エミッタ部１３を構成する強誘電体については後に詳述する。エミッタ部１３は、Ｘ−Ｙ平面に平行な上面及び下面を有し、厚み方向がＺ軸方向である薄板体である。エミッタ部１３は、下部電極１２の上面の上に形成されている。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１３ａによる凹凸が形成されている。
【００２５】
上部電極１４は、導電性物質（ここでは、白金）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。即ち、上部電極１４は、Ｘ−Ｙ平面に平行な上面及び下面を有し、厚み方向がＺ軸方向である薄膜の電極である。上部電極１４は、エミッタ部１３を下部電極１２との間に挟み、且つ、下部電極１２に対向するようにエミッタ部１３の上部に形成されている。上部電極１４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。微細貫通孔１４ａの周部であってエミッタ部１３（エミッタ部１３の上面）と対向する部分は、エミッタ部１３（エミッタ部１３の上面）から所定の距離だけ離間している。この上部電極１４の構造は、「庇構造」とも呼ばれる。
【００２６】
下部電極１２、エミッタ部１３及び有機金属ペースト（例えば、白金レジネートペースト）からなる上部電極１４は焼成処理によって一体化させられている。この一体化のための焼成処理により、上部電極１４となる膜が例えば厚み１０μｍから厚み０．１μｍに収縮する。このとき、上部電極１４には前述した複数の微細貫通孔１４ａが形成される。
【００２７】
再び、図３を参照すると、電子放出装置１０は、透明板１５、コレクタ電極１６、蛍光体１７及び収容部材１８を更に備えている。
【００２８】
透明板１５は、互いに平行な上面及び下面を有し、これらの面に直交する方向に厚み方向を有する薄板体である。透明板１５の平面視における形状は、電子放出素子１０Ａと略同一の長方形である。透明板１５は、透明な材質（ここでは、ガラス又はアクリル）からなっている。透明板１５は、電子放出素子１０Ａの上方（Ｚ軸正方向）に、電子放出素子１０Ａの上面（上部電極１４の上面）から所定の距離だけ離れた位置に配設されている。透明板１５は、その下面が上部電極１４の平面（Ｘ−Ｙ平面）と平行となるように配設されている。
【００２９】
コレクタ電極１６は、透明の導電性物質（ここでは、透明導電膜，ITO）からなっている。コレクタ電極１６は、透明板１５の下面の全体に膜状に形成されている。コレクタ電極１６は、電子放出素子１０Ａから放出される電子を加速・吸引する電界を形成するための電極である。
【００３０】
蛍光体１７は、コレクタ電極１６を覆うように透明板１５の下面において膜状に形成されている。蛍光体１７は、電子が衝突すると、その電子により励起状態となり、その励起状態から基底状態へと遷移するときに白色の光を発生するようになっている。このような白色蛍光体としての代表例は、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂである。なお、白色蛍光体は、赤色、緑色及び青色の光をそれぞれ発生する３種の蛍光体を適当な比率で混合することにより形成してもよい。蛍光体１７が発生した光は、コレクタ電極１６及び透明板１５を通して上方に進行し、図示しない液晶ディスプレイに入射する。
【００３１】
密閉部材１８は、電子放出素子１０Ａ、透明板１５、コレクタ電極１６及び蛍光体１７を収容する密閉空間を形成する容器である。この密閉空間は略真空状態（例えば、１０２〜１０−６Ｐａが好ましく、より好ましくは１０−３〜１０−５Ｐａの圧力）に維持されている。
【００３２】
駆動電圧印加部２０は、駆動電圧Ｖinを下部電極１２と上部電極１４との間に印加するようになっている。駆動電圧Ｖinは、所定の時間だけ上部電極１４の電位を下部電極１２の電位よりも低くする電圧（前記負側最大印加電圧）Ｖｍとなり、次いで、上部電極１４の電位と下部電極１２の電位とを等しくさせる電圧を経て、上部電極１４の電位を下部電極１２の電位よりも所定の時間だけ高くする電圧（前記正側最大印加電圧）Ｖｐとなるパルス状電圧を繰り返す電圧である。
【００３３】
バイアス電源３０は、直流定電圧電源３１と抵抗３２とを備えている。直流定電圧電源３１は、コレクタ電極１６に対し、抵抗３２を介して正の所定電圧Ｖｃを印加するようになっている。これにより、コレクタ電極１６は、電子放出素子１０Ａから放出される電子を加速・吸引する電界を形成し、電子放出素子１０Ａから放出された電子を捕獲するようになっている。
【００３４】
（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説明する。図６は、電子放出素子への印加電圧（上下電極間の実際の電位差である素子電圧）と、同電子放出素子の上下電極間に現れる電荷量と、の関係を示した電圧−分極特性線図である。
【００３５】
先ず、電子放出素子が図６における破線Ｓ０で囲まれた領域の状態にあるとする。このとき、図７に示したように、エミッタ部１３の電子は総て放出されていて、電子はエミッタ部１３に蓄積されていない。即ち、エミッタ部１３の上部は帯電していない。エミッタ部１３の双極子ＤＰの負極側はエミッタ部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。
【００３６】
この状態において、上部電極１４の電位が下部電極１２の電位よりも低い電位となるように駆動電圧Ｖinが負の所定電圧Ｖｍに設定されると、電荷量Ｑは徐々に減少して行く。そして、実際の素子電圧Ｖka（下部電極１２の電位を基準としたときの上部電極１４の電位であって、図６における印加電圧Ｖ）が負の抗電界電圧の近傍の電圧になると、図８に示したように、エミッタ部１３の双極子ＤＰの向きが反転し始める。即ち、分極反転（負側分極反転）が開始する。この状態は、図６の破線Ｓ１−１で囲まれた領域の状態である。
【００３７】
この負側分極反転により、エミッタ部１３の上面と、上部電極１４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）及び／又は微細貫通孔１４ａを形成している上部電極１４の先端部分において電界が大きくなり（電界集中が発生し）、図９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。この供給された電子は、主としてエミッタ部１３の上部であって上部電極１４の微細貫通孔１４ａから露呈している部分の近傍及び微細貫通孔１４ａを形成している上部電極１４の端部近傍（以下、単に「微細貫通孔１４ａ近傍」とも言う。）に蓄積されて行く。この状態は、図６の破線Ｓ１−２で囲まれた領域の状態である。その後、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。この結果、電子の蓄積が完了する（電子の蓄積飽和状態に至る）。
【００３８】
この状態において、上部電極１４の電位が下部電極１２の電位よりも大きい電位となるように駆動電圧Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに設定されると、電荷量Ｑは徐々に増大し始める。そして、素子電圧Ｖka（印加電圧Ｖ）が正の抗電界電圧より僅かに小さい電圧に到達するまでは、図１０に示したように、エミッタ部１３の帯電状態が維持される。この状態は、図６の破線Ｓ２で囲まれた領域の状態である。
【００３９】
その後、素子電圧Ｖkaは正の抗電界電圧の近傍の電圧に到達する。これにより、図１１に示したように、双極子ＤＰの負極側がエミッタ部１３の上面側に向き始める。即ち、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６の破線Ｓ３−１で囲まれた領域の状態である。
【００４０】
その後、正側分極反転が継続的に発生すると、負極側がエミッタ部１３の上面側に反転した双極子ＤＰの数が多くなる。この結果、図１２に示したように、微細貫通孔１４ａの近傍に蓄積されていた電子は、双極子ＤＰからクーロン斥力を受け、微細貫通孔１４ａを通って上方（Ｚ軸正方向）に放出される。この状態が図６の破線Ｓ３−２で囲まれた領域の状態である。
【００４１】
その後、電子の放出は完了し、素子電圧Ｖkaは電圧Ｖｐに到達する。この結果、エミッタ部１３の状態は図７に示した当初の状態に復帰する。以上が、電子の蓄積及び放出に係る一連の作動原理（一回の電子放出サイクル）である。このように、電子放出素子は、一回の電子放出サイクルにおいて、多量の電子を一つのパルス状となるように発生する。
【００４２】
（各種の誘電体と放出電子量）
以下、エミッタ部１３に特性が異なる誘電体を使用して行った各種の実験結果について説明する。
【００４３】
＜強誘電体材料と電歪材料との比較＞
図１に示した電圧−分極特性線図は、強誘電体材料からなる誘電体１３を備えた電子放出素子（サンプル１）についての測定結果であった。この場合、測定は室温（２５℃）にて行った。なお、サンプル１は上述した３成分系材料ＰＭＮ−ＰＴ−ＰＺからなる。発明者は、同様な実験を、電歪材料からなる誘電体１３を備えた電子放出素子（サンプル２）に対し行ったところ、図１３に示した結果を得た。サンプル２は、２成分系材料ＰＭＮ−ＰＴからなる。また、本明細書における「電圧−分極特性線図」を得る実験（測定）方法については後述する。
【００４４】
これらのサンプル１及びサンプル２について、放出電子量、総分極量Ｐに対する残留分極量Ｐｒの比Ｐｒ／Ｐ、及び、総分極量Ｐに対する負極性分極減少量ΔＰの比ΔＰ／Ｐについて測定した結果を表１に示す。
【表１】
2008027716.tif 000003
【００４５】
この表１から、エミッタ部１３が強誘電体材料からなる場合（サンプル１）の放出電子量は、エミッタ部１３が電歪材料からなる場合（サンプル２）の放出電子量に比較して非常に大きいことが理解される。また、図１と図１３とを比較すると、サンプル１の正側分極反転時電荷量変化率は、サンプル２の正側分極反転時電荷量変化率よりも大きいことが理解される。このとき、サンプル１の比Ｐｒ／Ｐは０．７以上であり、サンプル２の比Ｐｒ／Ｐは０．７より小さかった。また、サンプル１の比ΔＰ／Ｐは０．１以下であり、サンプル２の比ΔＰ／Ｐは０．１より大きかった。
【００４６】
＜強誘電体材料の加熱実験結果＞
次に、上記サンプル１（エミッタ部１３に強誘電体材料を用いた電子放出素子）について、そのエミッタ部１３の温度（素子温度）を変更して行った実験結果について述べる。この強誘電体材料のキュリー温度Ｔｃは１５０℃である。この実験において、エミッタ部１３を加熱し、その温度を７５℃、１００℃、１４０℃及び１５０℃まで加熱した電子放出素子を、便宜上、サンプル３、サンプル４、サンプル５及びサンプル６とそれぞれ称呼する。なお、係る加熱は、電子放出素子を内部に載置した真空容器を恒温槽内に載置して十分な時間行った。実験上の素子の温度は、素子を内部に載置した真空容器の表面温度である。
【００４７】
素子温度を室温とした場合（サンプル１）の電圧−分極特性線図は、図１に示した通りである。これに対し、サンプル３乃至サンプル６の電圧−分極特性線図を、図１４乃至図図１７に示す。
【００４８】
これらのサンプル（サンプル１及びサンプル３〜６）について、放出電子量、総分極量Ｐに対する残留分極量Ｐｒの比Ｐｒ／Ｐ、及び、総分極量Ｐに対する負極性分極減少量ΔＰの比ΔＰ／Ｐについて測定した結果を表２に示す。
【表２】
2008027716.tif 000004
【００４９】
図１８は、表２を元に比Ｐｒ／Ｐに対する放出電子量を図示したグラフである。図１８から、比Ｐｒ／Ｐが０．７以上の領域において、放出電子量が著しく増大していることが理解される。
【００５０】
図１９は、表２を元に比ΔＰ／Ｐに対する放出電子量を図示したグラフである。図１９から、比ΔＰ／Ｐが０．１以下の領域において、放出電子量が著しく増大していることが理解される。
【００５１】
＜キュリー温度の異なる誘電体材料についての実験結果＞
次に、キュリー温度Ｔｃが互いに異なる誘電体材料を備える電子放出素子（サンプル７〜サンプル１２）を複数準備し、それらについて同様な実験を室温にて行った。各サンプルのキュリー温度は図２０乃至図２５に示したとおりである。なお、サンプル７〜サンプル１２は、何れも、２成分系材料ＰＭＮ−ＰＴからなる。
【００５２】
これらのサンプル（サンプル７〜１２）について、放出電子量、総分極量Ｐに対する残留分極量Ｐｒの比Ｐｒ／Ｐ、及び、総分極量Ｐに対する負極性分極減少量ΔＰの比ΔＰ／Ｐについて測定した結果を表３に示す。
【表３】
2008027716.tif 000005
【００５３】
図２６は、表３を元に比Ｐｒ／Ｐに対する放出電子量を図示したグラフである。図２７は、表３を元に比ΔＰ／Ｐに対する放出電子量を図示したグラフである。表３、図２６及び図２７から、キュリー温度Ｔｃが高いサンプル１０〜１２の放出電子量は、キュリー温度Ｔｃが低いサンプル７〜９の放出電子量よりも非常に大きいことが理解できる。このとき、サンプル１０〜１２の比Ｐｒ／Ｐは０．３以上であり、比ΔＰ／Ｐは０．１以下であった。これに対し、サンプル７〜９の比Ｐｒ／Ｐは０．３より小さく、比ΔＰ／Ｐは０．１より大きかった。
【００５４】
（「電圧−分極特性線図」を得る実験（測定）方法）
最後に、上記各「電圧−分極特性線図」（従って、放出電子量、総分極量Ｐ、残留分極量Ｐｒ及び負極性分極減少量ΔＰ等）を得るために行った測定方法について簡単に述べる。図２８は、この測定に使用する回路図である。
【００５５】
放出電子量は、コレクタ電極１６に到達した電子がもたらす電流Ｉｅを電流計３０ａを用いて測定し、その電流Ｉｅを一回の電子放出サイクルに対して積分することにより得る。また、電圧−分極特性線図は、上部電極１４と下部電極１２との間を流れる電流Ｉdriveを電流計２０ａにて測定し、そのときの上部電極１４と下部電極１２との電位差（印加電圧）Ｖdriveに対して測定した電流Ｉdriveの積分値をグラフ上にプロットすることにより得る。その電圧−分極特性線図から、総分極量Ｐ、残留分極量Ｐｒ及び負極性分極減少量ΔＰ等を得る。
【００５６】
（まとめ）
以上、説明したように、電子放出素子の総分極量Ｐに対する残留分極量Ｐｒの比Ｐｒ／Ｐについては、その比Ｐｒ／Ｐが少なくとも０．７以上であれば、非常に大きい放出電子量が得られることが理解される。また、総分極量Ｐに対する負極性分極減少量ΔＰの比ΔＰ／Ｐについては、その比ΔＰ／Ｐが０．１以下であれば、非常に大きい放出電子量が得られることが理解される。この理由は、上記推定理由１及び２にて述べたとおりである（比Ｐｒ／Ｐが大きいことは、比ΔＰ／Ｐが小さいことと事実上等価の意味を持つ。）。従って、本発明によれば、より小さい消費電力でより多くの電子を放出することができる電子放出素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係る電子放出素子（サンプル１）の電圧−分極特性線図である。
【図２】放出電子量が増加する推定理由を説明するための電子放出素子の概略断面図である。
【図３】図１に特性を示した電子放出素子が適用された装置の構成図である。
【図４】図３に示した電子放出素子の拡大部分断面図である。
【図５】図３に示した上部電極の拡大部分平面図である。
【図６】電子放出素子の作動を説明するための電圧−分極特性線図である。
【図７】電子放出素子の一つの状態を示した図である。
【図８】電子放出素子の他の一つの状態を示した図である。
【図９】電子放出素子の他の一つの状態を示した図である。
【図１０】電子放出素子の他の一つの状態を示した図である。
【図１１】電子放出素子の他の一つの状態を示した図である。
【図１２】電子放出素子の他の一つの状態を示した図である。
【図１３】電子放出素子（サンプル２）の電圧−分極特性線図である。
【図１４】電子放出素子（サンプル３）の電圧−分極特性線図である。
【図１５】電子放出素子（サンプル４）の電圧−分極特性線図である。
【図１６】電子放出素子（サンプル５）の電圧−分極特性線図である。
【図１７】電子放出素子（サンプル６）の電圧−分極特性線図である。
【図１８】サンプル１及びサンプル３〜６の比Ｐｒ／Ｐに対する放出電子量を示したグラフである。
【図１９】サンプル１及びサンプル３〜６の比ΔＰ／Ｐに対する放出電子量を示したグラフである。
【図２０】電子放出素子（サンプル７）の電圧−分極特性線図である。
【図２１】電子放出素子（サンプル８）の電圧−分極特性線図である。
【図２２】電子放出素子（サンプル９）の電圧−分極特性線図である。
【図２３】電子放出素子（サンプル１０）の電圧−分極特性線図である。
【図２４】電子放出素子（サンプル１１）の電圧−分極特性線図である。
【図２５】電子放出素子（サンプル１２）の電圧−分極特性線図である。
【図２６】サンプル７〜１２の比Ｐｒ／Ｐに対する放出電子量を示したグラフである。
【図２７】サンプル７〜１２の比ΔＰ／Ｐに対する放出電子量を示したグラフである。
【図２８】電圧−分極特性線図を得るための測定方法を説明するための回路図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…電子放出装置、１０Ａ…電子放出素子、１１…基板、１２…下部電極、１３…エミッタ部、１４…上部電極、１４ａ…微細貫通孔、１５…透明板、１６…コレクタ電極、１７…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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