(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、前記第１電極上に形成される微粒子層と、前記微粒子層上に形成される第２電極とを備え、第１電極と第２電極との間に電圧を印加して、第１電極から放出される電子を前記微粒子層で加速させ、第２電極を介して電子を放出させる電子放出素子の駆動方法であって、前記微粒子層は、絶縁性微粒子と導電性微粒子とで構成される第１微粒子層と、絶縁性微粒子で構成される第２微粒子層が積層されたものであり、第１電極−第１微粒子層−第２微粒子層−第２電極の順に積層され、
第１周波数のパルスで構成されるパルス群を前記周波数より低い第２周波数で発振し、第１電極と第２電極との間に印加することを特徴とする電子放出素子の駆動方法。
【請求項２】
第１周波数が１００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下で、第２周波数が０．００８Ｈｚ以上２Ｈｚ以下であり、前記パルスが矩形波で構成される請求項１に記載の電子放出素子の駆動方法。
【請求項３】
第１電極と第２電極との間の電流を測定し、その測定された電流値が増減すると前記パルスを変調させて電子放出量を一定にする請求項１又は２に記載の電子放出素子の駆動方法。
【請求項４】
前記パルスの変調が、パルス密度変調又はパルス幅変調である請求項３に記載の電子放出素子の駆動方法。
【請求項５】
第１電極と、
前記第１電極上に形成される微粒子層と、
前記微粒子層上に形成される第２電極と、
第１電極と第２電極との間に電圧を印加して、第１電極から放出される電子を前記微粒子層で加速させ、第２電極を介して電子を放出させる駆動部と
を備え、前記微粒子層は、絶縁性微粒子と導電性微粒子とで構成される第１微粒子層と、絶縁性微粒子で構成される第２微粒子層が積層されたものであり、第１電極−第１微粒子層−第２微粒子層−第２電極の順に積層され、
前記駆動部は、第１周波数のパルスで構成されるパルス群を前記周波数より低い第２周波数で発振する電子放出素子。
【請求項６】
前記駆動部は、第１周波数が１００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下で、第２周波数が０．００８Ｈｚ以上２Ｈｚ以下であり、前記パルスが矩形波で構成される請求項５に記載の電子放出素子。
【請求項７】
前記駆動部は、第１電極と第２電極との間の電流を測定する電流測定部と、
前記測定された電流値が増減すると前記パルスを変調させて電子放出量を一定にするパルス変調部とを備える請求項５又は６に記載の電子放出素子。
【請求項８】
前記パルス変調部が、パルス密度変調又はパルス幅変調によりパルスを変調する請求項７に記載の電子放出素子。
【請求項９】
第１電極上に形成され、開口部を有する絶縁層をさらに備え、
第２電極は、前記絶縁層上に形成され、前記開口部を挟んで第１電極と対向するとともに、その一部が前記絶縁層と重なるように配置され、
前記微粒子層は、第１及び第２電極と前記絶縁層との間に配置され、絶縁性微粒子及び導電性微粒子で構成された請求項５〜８のいずれか１つに記載の電子放出素子。
【請求項１０】
前記絶縁層が第1電極と接して形成され、前記微粒子層が第２電極と絶縁層との間及び前記前記開口部に配置された請求項９に記載の電子放出素子。
【請求項１１】
前記絶縁層がシリコーン樹脂で形成された請求項９又は１０に記載の電子放出素子。
【請求項１２】
第２電極は、その表面に凹部が形成されている請求項９から１１のいずれか1つに記載の電子放出素子。
【請求項１３】
第２電極が、前記微粒子層側に形成された第１電極層と、第１電極層上に形成され、第１電極層よりも抵抗値が高い第２電極層と、で構成され、第１電極層の表面に凹部が形成された請求項９から１２のいずれか1つに記載の電子放出素子。
【請求項１４】
第２電極層は、前記凹部が第１電極層を貫通することにより、前記微粒子層と電気的に接続されている請求項１３に記載の電子放出素子。
【請求項１５】
第１電極層がアモルファスカーボン層である請求項１３又は１４に記載の電子放出素子。
【請求項１６】
第２電極層が金属層である請求項１３から１５のいずれか１つに記載の電子放出素子。
【請求項１７】
第２電極層が金、銀、タングステン、チタン、アルミ、及びパラジウムの少なくとも１つを含む材料で構成された請求項１６に記載の電子放出素子。
【請求項１８】
前記微粒子層は、その層を構成する絶縁性微粒子及び導電性微粒子がシリコーン樹脂により固着している請求項９から１７のいずれか１つに記載の電子放出素子。
【請求項１９】
前記導電性微粒子は、金、銀、白金、パラジウム、及びニッケルの少なくとも１つを含む材料で構成され、その粒径が３〜１０ｎｍの平均径である請求項９から１８のいずれか１つに記載の電子放出素子。
【請求項２０】
前記絶縁性微粒子は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＴｉＯ2の少なくとも１つを含む材料で構成され、その粒径が１０〜１０００ｎｍの平均径である請求項９から１９のいずれか１つに記載の電子放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子放出素子及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子が固体内部から外部へ放出されるメカニズムとして、一般に、熱電子放出、光電子放出、電界電子放出、二次電子放出などが知られている。
【０００３】
これらのメカニズムのうち、電界電子放出を電子放出メカニズムとするものに、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）型やＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の電子放出素子が知られている。これらの電子放出素子は、電子放出素子内部の量子サイズ効果及び強電界を利用して電子を加速し、平面状の素子表面から電子を放出させる面放出型の電子放出素子である。素子内部の電子加速層で加速した電子を外部へ放出するため、これらの電子放出素子は、素子の外部に強電場を必要としない。
【０００４】
これに対し、素子外部の強電場を利用するスピント型やＣＮＴ型の電子放出素子は、気体分子の電離によるスパッタリングで素子形状そのものが破壊され易く、低真空中での取り扱いに問題がある。このため、低真空中は元より大気圧中も電子放出可能なＭＩＭ型及びＭＩＳ型の電子放出素子が着目され、その技術開発が進められている。
【０００５】
例えば、弾道電子面放出型電子源（Ballistic electron Surface-emitting Device: BSD）と呼ばれる電子源は、低真空中でその特性が優れることが報告されている（非特許文献１参照）。
【０００６】
また、従来のＭＩＭ型及びＭＩＳ型の電子放出素子に比べて、大気圧中での安定性を向上させた電子放出素子が開発されている。例えば、下部電極を備えた基板と導電体薄膜から成る上部電極との間に、導電体からなり抗酸化作用が強い導電性微粒子と、前記導電性微粒子の大きさよりも大きい絶縁体物質とからなる電子加速層が設けられた電子放出素子が知られ、この電子放出素子は、大気圧中で安定した電子放出が可能であることが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１４６８９１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】J. Vac. Sci. Technol. B 23 2336-2339 (2005). "Operation of nanocrystalline silicon ballistic emitter in low vacuum and atmospheric pressures."
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の弾道電子面放出型電子源は、ナノメータオーダのシリコン微結晶とその微結晶を覆うシリコン酸化膜とが、それぞれ電子の散乱を受けない電子走行空間と局所的な強電界による電子の加速場とを絶え間なく繰り返すことにより、電子を放出する。
しかし、大気圧中、特に酸素と水蒸気の含まれる室内雰囲気中でこの電子源を駆動すると、シリコン微結晶は大気中の酸素と結合し、微結晶全体が酸化シリコンに変質してしまう。このため、弾道電子を生成する構造そのものが失われてしまう。
従って、大気圧中、特に酸素を含む室内雰囲気中で、数時間あるいは数百時間という長時間、この電子源を駆動することは難しく、大気中で長期間駆動できる素子が望まれている。
【００１０】
一方、上記の電子加速層が導電性微粒子と絶縁体物質とからなる電子放出素子は、弾道電子面放出型電子源に比べると、酸化され難い材料で構成されるので、大気圧中（室内雰囲気）での特性に優れる。
しかし、この電子放出素子は、電子加速層の主構成要素が絶縁体物質であるため、電子加速層内で電子が捕獲されやすい（電子のチャージングが生じ易い）。電子が捕獲されると、捕獲された電子が電子加速層内で加速電界の局所的な緩和を引き起すので、電子の加速が不十分となり、その結果、電子放出素子の電子放出が低下する。この電子の捕獲は、加速電圧が印加されているときに継続して発生するので、直流電圧を印加し続けると、素子が物理的に破壊されていないにも関わらず、電圧の印加時間（駆動時間）の経過と共に電子放出量が低下する。このような電子放出量の低下に対し、加速電圧を大きくして対応することができるが、上記のような電子の捕獲が再び生じると、結局のところ電子放出量が低下してしまう（従って、電子加速層が絶縁破壊するまで加速電圧を大きくしても安定な電子放出量を維持できない）。
このように、大気圧中、特に酸素を含む室内雰囲気中で、長時間にわたり上記の電子放出素子を安定して電子放出させることは難しく、このため、大気中で長期にわたって安定して電子放出できる素子が望まれている。
【００１１】
また、上記の電子放出素子は、大気圧中（特に水蒸気の含まれる室内雰囲気中）で直流電圧を印加し続けると、基板金属のエレクトロマイグレーション（ｅｌｅｃｔｏｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が生じて電子加速層が物理的に破壊されることがある。このため、大気中で長期間駆動できる素子が望まれている。
【００１２】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、大気中で長期にわたって安定して電子放出できる素子及びその駆動方法を提供するものである。また、大気中で長期間駆動できる素子及びその駆動方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によれば、第１電極と、前記第１電極上に形成される絶縁性微粒子を含む微粒子層と、前記微粒子層上に形成される第２電極とを備え、第１電極と第２電極との間に電圧を印加して、第１電極から放出される電子を前記微粒子層で加速させ、第２電極を介して電子を放出させる電子放出素子の駆動方法であって、第１周波数のパルスで構成されるパルス群を前記周波数より低い第２周波数で発振し、第１電極と第２電極との間に印加することを特徴とする電子放出素子の駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の発明者らは、実験を行い、第１電極と、前記第１電極上に形成される絶縁性微粒子を含む微粒子層と、前記微粒子層上に形成される第２電極とを備え、第１電極と第２電極との間に電圧を印加して、第１電極から放出される電子を前記微粒子層で加速させ、第２電極を介して電子を放出させる電子放出素子について、第１電極と第２電極との間に交流電圧を連続して印加すると、直流電圧を印加したときによりも、その電子放出の低下量が小さく、また交流電圧が高い周波数であるときに、特に電子放出の低下量が小さいことを見出した。
【００１５】
さらに、発明者らは、直流電圧と交流電圧との違いは、電子加速層（電子を加速させる層であり、この発明において前記微粒子層がこれに当たる）のチャージングに要する時間、言うなれば充電時定数の大小の違いだけであり、いずれの電圧の駆動方法でも、結局のところ捕獲された電子がつくる局所的な強電界により電子の加速電界が緩和され、電子放出量が減少すると考えた。
【００１６】
そこで、発明者らは、長期間にわたり安定した電子放出量を得るために、電子加速層に捕獲された電子を除去する必要があると考え、さらに実験を行った。その結果、電子加速層に電子を加速させる電界が印加されない時間を設けると、すなわち、第１周波数のパルスを前記周波数より低い第２周波数で第１電極と第２電極との間に印加すると、電子加速層に捕獲された電子を除去する（すなわち消失させる）ことができることを見出し、発明の完成に到った。
【００１７】
この発明によれば、大気中で長期にわたって安定して電子放出できる素子の駆動方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施形態に係る電子放出素子の構成を説明するための概念図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】この発明の実施形態に係る電子放出装置の駆動部が生成する駆動波形を説明するための図である。
【図４】実施形態に係る電子放出素子を直流電圧で駆動したときの電子放出量の時間的な変化と、同電子放出素子を１０ｋＨｚの矩形波で駆動したときの同変化を示すグラフである。１０ｋＨｚの矩形波で駆動したときの同変化は、デューティー比が２５％、５０％、７５％であるときの３条件について示している。
【図５】この発明の実施形態に係る電子放出素子を５０Ｈｚ〜５００Ｈｚの矩形波（デューティー比５０％）で駆動したときの電子放出量の時間的な変化を示すグラフである。
【図６】この発明の実施形態に係る電子放出素子を５００Ｈｚ〜２５０ｋＨｚの矩形波（デューティー比５０％）で駆動したときの電子放出量の時間的な変化を示すグラフである。
【図７】この発明の実施形態に係る電子放出素子に１０ｋＨｚの矩形波（デューティー比２５％）を連続して印加して駆動したときの電子放出量の変化と、それと同じ矩形波を６０秒間隔で間欠的に印加して駆動したときの電子放出量の変化を示すグラフである。
【図８】この発明の実施形態に係る電子放出素子に１０ｋＨｚの矩形波（デューティー比５０％）をそれぞれ１０秒、５秒、２．５秒間隔で間欠的に印加して駆動したときの電子放出量の変化を示すグラフである。
【図９】この発明の実施形態に係る電子放出素子をエージング試験（１００時間連続動作）するときに用いたパルス密度制御のパルス波数マップとその制御方法を説明するための波形図である。
【図１０】この発明の実施形態に係る電子放出素子のエージング試験（１００時間連続動作）結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明の電子放出素子の駆動方法は、第１電極と、前記第１電極上に形成される絶縁性微粒子を含む微粒子層と、前記微粒子層上に形成される第２電極とを備え、第１電極と第２電極との間に電圧を印加して、第１電極から放出される電子を前記微粒子層で加速させ、第２電極を介して電子を放出させる電子放出素子の駆動方法であって、第１周波数のパルスで構成されるパルス群を前記周波数より低い第２周波数で発振し、第１電極と第２電極との間に印加することを特徴とする。
【００２０】
この発明の電子放出素子の駆動方法は、その駆動に第１周波数のパルスで構成されるパルス群を用いるので、パルス群が現れない期間は、電子加速層に電界がかからない。このため、電子加速層内で一時的に捕獲された電子は、この期間内で電子加速層内から除去され（消失され）、上記パルス群により電圧が印加されても、電子加速層に局所的な電界緩和が生じないので、上記パルス群の電圧により電子が安定して加速され、前記電子放出素子の電子放出量が減少しにくい。従って、この駆動方法によれば、前記電子放出素子を安定して電子放出させることができる。
【００２１】
また、その駆動に第１周波数のパルスで構成されるパルス群が用いられ、直流電圧が用いられていないので、電子放出素子が電子放出をするときに生じる第１電極（例えば、ある形態では、金属材料で形成された基板）のエレクトロマイグレーションが起こりにくく、電子加速層が物理的に破壊されにくい。このため、大気中であっても、この電子放出素子を長期間駆動できる。
【００２２】
また、この発明の電子放出素子の駆動方法に用いるパルス群は、第２周波数よりも高い第１周波数のパルスで構成されるので、この発明の電子放出素子の電子加速層には交流成分を含む電圧が印加されることになる。
【００２３】
交流成分を含む印加電圧の交流周波数が増加すると、電子加速層に流れる電流は、電子加速層（この発明における前記微粒子層）を構成する前記絶縁性微粒子の表面に集中する、いわゆる表皮効果を表す。
【００２４】
ここで、この発明の駆動の対象である電子放出素子は、前記絶縁性微粒子で構成された電子加速層を流れる電流の一部（すなわち、電子）が、電子加速層に印加された電圧により高エネルギーを有するようになり、弾道電子として固体表面（この発明における前記微粒子層上に形成される第２電極）から離脱して電子を放出すると推察されているが、この発明の電子放出素子の駆動方法によれば、電流が前記絶縁性微粒子の表面に集中するので、弾道電子が固体表面から離脱しやすくなり、電子の放出が維持されやすくなる。
【００２５】
一方、このような表皮効果が生じると、（１）前記絶縁性微粒子の表面にジュール熱を生じさせることになり、その結果、格子振動が大きくなり弾道電子を散乱させて、電子放出素子の電子の放出を阻害する（電子放出量が減少する）恐れがある。
また、上記のように、（２）交流電圧で駆動されても（すなわち交流成分を含む電圧が電子加速層に印加されても）、電子加速層内に電子が捕獲され（電子のチャージング）、電子放出量が減少する恐れがある。
また、（３）交流電圧の周波数が小さくなると、電子加速層への電圧の印加が継続して行われる時間が長くなり、直流電圧で駆動したときと同様に、第１電極（例えば、ある形態では、金属材料で形成された基板）のエレクトロマイグレーションが起こる恐れがある。
【００２６】
これらの観点から、発明者らは、さらに実験を行った。その結果、
上記（１）（２）の観点から、少なくとも１００ミリ秒程度の時間、電子加速層に電圧が印加されないと、電子加速層に捕獲された電子を除去できること、すなわち、１０Ｈｚ程度かそれ以下の周波数の交流電圧を電子加速層にすることにより（例えば、０．００８Ｈｚ，０．０５Ｈｚ，０．１Ｈｚ，０．２Ｈｚの周波数のパルス群波形の電圧を第１電極と第２電極との間に印加することにより）電子加速層内で電子が捕獲されにくいことを見出し、さらに
（３）の観点から、数百Ｈｚ以上の交流電圧を電子加速層にすることにより（例えば、パルス群におけるパルスの周波数を１００Ｈｚ以上とし、このパルスで構成されるパルス群波形の電圧を第１電極と第２電極との間に印加することにより）上記エレクトロマイグレーションが生じにくいことを見出した。
また、５０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数のパルス群からなる波形の電圧を第１電極と第２電極との間に印加しても、電子表出量が減少しないことを見出した。
【００２７】
これらの結果によれば、この発明において、好ましくは、第１周波数が１００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下で、第２周波数が０．００８Ｈｚ以上２Ｈｚ以下である。
【００２８】
ここで、パルスは、好ましくは矩形波で構成される。矩形波は、方形波ともいわれ、そのデューティー比は、例えば２５％，５０％である。また、この発明の電子放出素子の駆動方法は、パルス群であるので、複数のパルス（すなわち２以上の矩形波）で構成される。電子放出量が一定量のとき、これらパルスは、その振幅がほぼ同じである。
以下、この発明の実施形態について説明する。
【００２９】
この発明の実施形態において、前記発明の構成に加え、第１電極と第２電極との間の電流を測定し、その測定された電流値に基いて前記パルスを変調させてもよい。例えば、第１電極と第２電極との間の電流を測定し、その測定された電流値が増減すると前記パルスを変調させて電子放出量を一定にしてもよい。ここで、前記パルスを変調させて電子放出量をほぼ一定にすればよく、電子放出素子の駆動時間（例えば、寿命）を考慮してその程度を定めてもよい。
【００３０】
この実施形態によれば、第１電極と第２電極との間の電流を測定するので、前記電子放出素子の電子放出量を間接的に測定することができる。また、その測定された電流値が増減すると前記パルスを変調させるので、電子放出量の変動を前記パルスの変調により調整できる。このため、電子放出量の増減がより小さく、安定して電子放出する電子放出素子の駆動方法が提供される。
ここで、この発明の駆動対象の電子放出素子は、電子放出素子の駆動環境の変動と素子内を流れる電流との相関関係が強く、また、素子内を流れる電流と素子から放出される電子量との相関性も強い。このため、この実施形態によれば、温度、湿度等の環境変化によらず、安定して電子放出できる電子放出素子の駆動方法が提供される。従って、大気中で長期にわたって安定して電子放出できる素子及びその駆動方法が提供される。
【００３１】
また、第１電極と第２電極との間の電流の測定は、他の電極を設けた電子放出素子に適用してもよい。例えば、前記電子放出素子が、第２電極と対向して配置された第３電極をさらに備え、第３電極に放出された電子量を測定し、その測定された電流値に応じて前記パルスを変調させてもよい。この形態においても、電子放出量の増減がより小さく、安定して電子放出する電子放出素子の駆動方法が提供される。
【００３２】
また、この発明の実施形態において、前記発明の構成に加え、前記パルスの変調は、パルス密度変調又はパルス幅変調であってもよい。ここで、パルス密度変調は、一定幅のパルスの密度によって波形を生成することをいい、パルス幅変調は、可変のパルスの幅によって波形を生成することをいう。
【００３３】
この実施形態によれば、上記測定された電流値に応じて前記パルスの変調をパルス密度変調又はパルス幅変調で行うので、電子放出量の増減がより小さく、安定して電子放出する電子放出素子の駆動方法が提供される。
【００３４】
また、別の観点によれば、この発明は、第１電極と、前記第１電極上に形成される絶縁性微粒子を含む微粒子層と、前記微粒子層上に形成される第２電極と、第１電極と第２電極との間に電圧を印加して、第１電極から放出される電子を前記微粒子層で加速させ、第２電極を介して電子を放出させる駆動部とを備え、前記駆動部は、第１周波数のパルスで構成されるパルス群を前記周波数より低い第２周波数で発振し、前記波形生成回路が第１電極と第２電極とに接続されることを特徴とする電子放出素子を提供する。
【００３５】
この発明の電子放出素子によれば、前記駆動部が上記で説明した電子放出素子の駆動方法を採用する。従って、大気中で長期にわたって安定して電子放出できる素子が提供される。
【００３６】
また、この発明の電子放出素子の実施形態において、前記駆動部は、第１周波数が１００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下で、第２周波数が０．００８Ｈｚ以上２Ｈｚ以下であり、前記パルスが矩形波で構成される駆動部であってもよい。すなわち、前記駆動部は、好ましくは、第１周波数が１００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下で、第２周波数が０．００８Ｈｚ以上２Ｈｚ以下であるパルス群を発振する。また、前記駆動部は、好ましくは、前記パルスが矩形波で構成される。例えば、前記駆動部は、第１周波数のパルスで構成されるパルス群を前記周波数より低い第２周波数で発振する波形生成回路で構成され、前記波形生成回路が第１電極と第２電極とに接続されてもよい。ここで、波形生成回路には、例えば、パターンジェネレーターや信号発生器が該当する。また、前記駆動部は、第１電極と第２電極との間の電流を測定する電流測定部と、前記測定された電流値基いて前記パルスを変調させるパルス変調部を備えてもよく、例えば、前記駆動部は、第１電極と第２電極との間の電流を測定する電流測定部と、前記測定された電流値が増減すると前記パルスを変調させて電子放出量を一定にするパルス変調部とを備えてもよい。ここで、パルス変調部は、前記パルスを変調させて電子放出量をほぼ一定にすればよく、電子放出素子の駆動時間（例えば、寿命）を考慮してその程度を定めてもよい。また、前記パルス変調部が、パルス密度変調又はパルス幅変調によりパルスを変調する変調部であってもよい。
【００３７】
また、この発明の電子放出素子は、第１電極と、前記第１電極上に形成される絶縁性微粒子を含む微粒子層と、前記微粒子層上に形成される第２電極と、第１電極と第２電極との間に電圧を印加して、第１電極から放出される電子を前記微粒子層で加速させ、第２電極を介して電子を放出させる構造を採用するが、例えば、以下の形態を採用してもよい。
【００３８】
すなわち、この発明の電子放出素子の他の実施形態において、第１電極上に形成され、開口部を有する絶縁層をさらに備え、第２電極は、前記絶縁層上に形成され、前記開口部を挟んで第１電極と対向するとともに、その一部が前記絶縁層と重なるように配置され、前記微粒子層は、第１及び第２電極と前記絶縁層との間に配置され、絶縁性微粒子及び導電性微粒子で構成されてもよい。この形態において、前記絶縁層が第1電極と接して形成され、前記微粒子層が第２電極と絶縁層との間及び前記前記開口部に配置されてもよく、前記絶縁層がシリコーン樹脂で形成されてもよい。
【００３９】
さらに、この他の実施形態において、第２電極は、その表面に凹部が形成されてもよく、第２電極が、前記微粒子層側に形成された第１電極層と、第１電極層上に形成され、第１電極層よりも抵抗値が高い第２電極層と、で構成され、第１電極層の表面に凹部が形成されてもよいし、第２電極層は、前記凹部が第１電極層を貫通することにより、前記微粒子層と電気的に接続されてもよい。
【００４０】
この他の実施形態において、各構成は、以下の材料で構成されてもよい。例えば、第１電極層がアモルファスカーボン層であってもよく、第２電極層が金属層であってもよい。この第２電極層が金、銀、タングステン、チタン、アルミ、及びパラジウムの少なくとも１つを含む材料で構成されてもよい。また前記微粒子層が絶縁性微粒子で構成された絶縁性微粒子層をさらに備えてもよく、前記微粒子層は、その層を構成する絶縁性微粒子及び導電性微粒子がシリコーン樹脂により固着していてもよい。さらに、前記導電性微粒子は、金、銀、白金、パラジウム、及びニッケルの少なくとも１つを含む材料で構成され、その粒径が３〜１０ｎｍの平均径であってもよく、前記絶縁性微粒子は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、及びＴｉＯ2の少なくとも１つを含む材料で構成され、その粒径が１０〜１０００ｎｍの平均径であってもよい。
【００４１】
以下、この発明の実施形態及び実施例について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下に記述する実施形態及び実施例は、この発明の具体的な一例にすぎず、この発明はこれらによって限定して解釈されるべきでない。
【００４２】
〔実施形態〕
図１は、この発明の実施形態に係る電子放出素子１の構成を説明するための概念図である。
図１に示すように、この実施形態に係る電子放出素子１は、電極基板２と、電極基板２上に形成された微粒子層３（電子加速層ともいう）と、微粒子層３上に形成された薄膜電極４と、電極基板２と薄膜電極４との間に電圧を印加して素子を駆動する駆動部２０を備えている。
【００４３】
また、この実施形態では、電極基板２と薄膜電極４との間に電圧を印加したときに、微粒子層３に不均一な電界が生じないように、開口部を有する絶縁体薄膜５が採用され、さらに、薄膜電極４全体から一様かつ十分な電子が放出されるように、薄膜電極４は、複数の導電性膜で形成されている。
【００４４】
なお、この実施形態において、原理上これらの構成は必ずしも必要でないが、このような構成を採用すれば、長時間、電子放出素子１を駆動しても微粒子層３の一部に電界が集中せず、電子放出素子１を長時間連続して駆動できるので、以下、これらの構成を採用した構造で電子放出素子１を説明する。
【００４５】
（電極基板）
電極基板２は、アルミニウムで形成されている。この電極基板２は、下部電極（図１で下方に配置された電極）であるとともに基板としての機能をもつ。つまり、電極基板２は、導電性を有する構造体（例えば、板状体）であればよく、電子放出素子を支持体する構造体であればよい。このため、電極基板２には、ある程度の強度を有し、適度な導電性を有する基板を用いる。電極基板２として、例えば、ＳＵＳやＡｌ、Ｔｉ、Ｃｕ等の金属基板、ＳｉやＧｅ、ＧａＡｓ等の半導体基板を挙げることができる。また、導電性材料で形成された電極がその表面に配置された絶縁体基板を用いてもよい（つまり、絶縁物からなる板状体の表面を導電性材料で被覆した構造体を用いてもよい）。このような基板として、例えば、表面に金属膜が形成されたガラス基板やプラスティック基板を挙げることができる。
【００４６】
このような電極の形成に用いる導電性材料には、導電性に優れ、マグネトロンスパッター等を用いて薄膜が形成できる材料を選択する。電子放出素子を大気中で安定して動作させるのであれば、抗酸化力の高い導電性材料を用いるとよい。好ましくは、貴金属を用いる。また、酸化物導電材料であり、透明電極に広く利用されているＩＴＯも有用である。また、強靭な薄膜を形成できるという点で、ＴｉとＣｕとを用いてもよい。例えば、ガラス板表面にＴｉを２００ｎｍ成膜し、さらに重ねてＣｕを１０００ｎｍ成膜した金属薄膜を用いてもよい。
【００４７】
なお、電極基板２は、後述する微粒子層等を積層するため、電極基板２と直に接する層（部材）との接着性が良好である基板を選択するとよい。
【００４８】
（絶縁体薄膜）
絶縁体薄膜５は、シリコーン樹脂で形成され、電極基板２上に形成され、開口部を有している。絶縁体薄膜５は、電子放出素子を駆動する駆動電圧に対して、絶縁体として機能する材料であれば、どの様な材料で形成されてもよいが、絶縁体薄膜５が開口部を有するようにするため、パターニングできる、つまり、形状を制御できる材料を用いる必要がある。
【００４９】
このため、絶縁体薄膜５の材料には、紫外線硬化性及び熱硬化性のシリコーン樹脂が適当である。このシリコーン樹脂には、例えば、東レ・ダウコーニング・シリコン株式会社製の室温・湿気硬化タイプのＳＲ２４１１シリコーンレジンを利用する。
シリコーン樹脂で絶縁体薄膜５を形成する場合、以下のような工程で開口部をパターニングすればよい。まず、シリコーン樹脂を電極基板２上に塗布し、シリコーン樹脂が塗布された電極基板２をプリベークする。次いで、マスクパターン（開口部を有する電極のパターンを備えるマスク）を重ねて紫外線を所定時間照射する。これにより、シリコーン樹脂膜の膜硬化度の違いとしてパターン転写される。紫外線の照射された部分は、照射されなかった部分に比べて硬い膜となるので、紫外線照射後のシリコーン樹脂膜を柔らかいウェスで拭うことにより、紫外線未照射部のシリコーン樹脂膜を選択的に除去できる。以上のようにして、シリコーン樹脂で開口部を有する絶縁体薄膜５を形成できる。
【００５０】
また、他の絶縁体薄膜５の材料として、酸化シリコンを挙げることができる。酸化シリコンの場合、例えば、酸化シリコン膜を形成可能な、一般的なＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置あるいはスパッター装置と各種イオンエッチング処理を用いて、開口部を有する絶縁体薄膜５を形成できる。このように、シリコーン樹脂のほか、無機材料である酸化シリコンを用いてもよい。
【００５１】
また、絶縁体薄膜５は、その膜厚が５００〜１０００ｎｍで形成する。この範囲であれば、微粒子層３の形成を妨げるような段差とならず、また、絶縁性も確保できる。
【００５２】
（薄膜電極）
薄膜電極４は、薄膜電極４全体から一様かつ十分な電子が放出されるように、複数の導電性膜で形成されている。図２に薄膜電極４と微粒子層４の構成を説明するための断面図を示す。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
図２に示すように、薄膜電極４は、アモルファスカーボン層７と、多孔電極層８Ａと、ベタ電極層８Ｂとにより構成され、微粒子層３上に、アモルファスカーボン層７、多孔電極層８Ａ、ベタ電極層８Ｂの順で積層されている。また、薄膜電極４は、その表面に孔部９（凹部）が形成されている。
【００５３】
アモルファスカーボン層７は、いわゆるＳＰ2混成軌道を有するグラファイト構造のクラスター（数百個程度の原子の塊）が無秩序に堆積して形成されている。グラファイト自体は電気伝導性に優れた材質であるが、クラスター間の電気伝導性が良好でない堆積された状態であるため、抵抗層として機能している。つまり、多孔電極層８Ａやベタ電極層８Ｂと比較して電気抵抗が高い。
また、アモルファスカーボン層７は、その層厚が約１０ｎｍで形成されている。アモルファスカーボン層７を抵抗層として機能させるには、５ｎｍ以上の膜厚で形成する。
【００５４】
多孔電極層８Ａは、金とパラジウムを主成分とする材料で形成されている。この多孔電極層８Ａの材料は、電圧の印加が可能となるような材料であればよく、多孔電極層８Ａは、例えば、金属で形成する。ただし、微粒子層３（電子加速層）内で加速されて高いエネルギーをもつようになった電子をなるべくエネルギーロスなく透過させて放出させるという電極の機能の観点から、仕事関数が低くかつ薄膜を形成することが可能な材料であるとよい。このような材料であれば、形成された素子から、より多くの電子を放出することが期待できる。このような材料として、例えば、仕事関数が４〜５ｅＶに該当する金、銀、タングステン、チタン、アルミ、パラジウムなどを挙げることができる。中でも大気圧中での素子の動作を想定した場合、酸化物及び硫化物形成反応のない金が最良な材料となる。また、酸化物形成反応の比較的小さい銀、パラジウム、タングステンなども問題なく実使用に耐える材料である。
【００５５】
また、多孔電極層８Ａは、その表面に孔部９が形成されている。孔部９は、多孔電極層８Ａ全体に均一に分布している。一般に微粒子層３に形成される電流路は電界の集中する点で生じ易い。従って、孔部９が微粒子層３上の電極に設けられると、微粒子層３に電流路が形成されやすくなる。一方、電界の集中が限定的であると、異常な電流路が増加し、これは電気的短絡状態を引起す要因となる。逆に電界の集中が均一に分散し広く分布すると、素子の電子放出点が増加し、結果として電子放出量が増加する。このため、多孔電極層８Ａ全体に均一に孔部９を分布させると、微粒子層３に電流路が形成されやすくなるとともに、素子の電子放出量が増加することになる。このため、孔部９は、その粒径（面積）を小さく形成し、かつその数は多く配置するとよい。また、多孔電極層８Ａ全体に均一に分散して配置するとよい。
【００５６】
具体的には、孔部９の粒径は、１〜５μｍであるのが好ましく、孔部９の配置は、８００〜１２００個／ｍｍ２の密度で多孔電極層８Ａに配置するのが好ましい。粒径が１μｍ以上であれば、凹部に電界が集中して電流路を形成しやすくなり、また、粒径が５μｍ以下であれば、凹部に過大な電界が集中しにくくなる。このため、異常な電流路の形成が生じにくくなる。また、凹部の分布が８００個／ｍｍ２以上であれば、電流路がまばらでないので、面全体から十分な電子を放出することが可能となり、凹部の分布が１２００個／ｍｍ２以下であれば、第２電極面内の導電性を均一に保つことができる。このため、面全体に電流を供給しやすくなる。
【００５７】
また、孔部９は、アモルファスカーボン層７及び多孔電極層８Ａを貫通して形成され、ベタ電極層８Ｂにより被覆されている。また、孔部９で微粒子層３とベタ電極層８Ｂとが接触している。微粒子層３からベタ電極層８Ｂまでの構造に着目すると、孔部９と孔部９以外の個所とでその電気抵抗が異なり、孔部９の電気抵抗が相対的に低いので、孔部９に電流路が集中して形成され、凹部から電子がより集中して放出される。
【００５８】
このような孔部９は、微粒子体を微粒子層３上に散布し、微粒子体が散布された微粒子層３上にアモルファスカーボンからなる層と金とパラジウムからなる金属層とを積層し、その後散布された微粒子体を除去することで形成できる。このため、孔部９の形状は、上記工程で散布される微粒子体の形状に依存する。つまり、後述する薄膜電極４の作成に用いられるスパッター法、あるいは蒸着法等による、薄膜形成方法は、この散布された微粒子体の影まで回りこんで薄膜を形成する。このことから、微粒子体の大きさは、上記孔部９の粒径より数十パーセント程度、大きなものを選択すればよい。また、微粒子体としては、シリカ微粒子を用いるのが適当である。
【００５９】
ベタ電極層８Ｂは、多孔電極層８Ａと同様に、金とパラジウムを主成分とする材料で形成された金属層で形成されている。ベタ電極層８Ｂの材料も多孔電極層８Ａの材料と同様に、電圧の印加が可能となるような材料であればよい。従って、上記で説明したように、多孔電極層８Ａと同様の材料で形成すればよい。
【００６０】
また、ベタ電極層８Ｂは、多孔電極層８Ａを覆うように構成されている。つまり、多孔電極層８Ａ表面を被覆するように形成され、孔部９もベタ電極層８Ｂにより被覆されている。薄膜電極４が電極として機能するためには、多孔電極層８Ａとベタ電極層８Ｂとからなる金属層が電極として機能する必要がある。このため、多孔電極層８Ａとベタ電極層８Ｂとあわせた層（金属層）の層厚（多孔電極層８Ａの層厚とベタ電極層８Ｂの層厚とをあわせた合計値）が１０ｎｍ以上であるとよい。１０ｎｍ以上であれば、電極として十分な導電性を確保できる。なお、この実施形態では、ベタ電極層８Ｂは２０ｎｍの膜厚で形成されている。
【００６１】
なお、薄膜電極４の膜厚は、電子放出素子１から外部へ電子を効率良く放出させるための条件として重要であり、最大膜厚部で１５〜１００ｎｍの範囲とすることが好ましい。このように、薄膜電極４は１００ｎｍ以下の膜厚で形成する必要があり、これを超える薄膜電極４では弾道電子の放出が極端に減少する。放出される弾道電子の減少は、薄膜電極４が弾道電子を吸収し又は反射することにより、微粒子層３に電子が再度捕獲されるためと考えられる。
また、薄膜電極４は、電極として機能すればよいので、例えば、金とパラジウムからなる金属膜のように、単一の導電性膜で形成されてもよい。また、この実施形態のように、薄膜電極４が複数の導電性膜（いわゆる積層構造）で形成されてもよい。
【００６２】
（微粒子層）
微粒子層３は、電極基板２と薄膜電極４との間に配置され、実質的に絶縁性微粒子６Ａで構成されている。具体的には、図２に示すように、微粒子層３は、電極基板２上に形成された第１微粒子層３Ａと、第１微粒子層３Ａ上に形成された第２微粒子層３Ｂとで構成されている。
第１微粒子層３Ａは、絶縁性微粒子６Ａ及び導電性微粒子６Ｂで構成され、絶縁性微粒子６Ａ及び導電性微粒子６Ｂは、主としてナノサイズの粒子で構成されている。
【００６３】
絶縁性微粒子６Ａは、シリカ（ＳｉＯ2）で形成されている。絶縁性微粒子６Ａの材料は、絶縁性を持つ材料であればよく、上記ＳｉＯ2のほか、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2から選ばれる材料を主成分とすればよい。より具体的には、例えば、キャボット社のフュームドシリカＣ４１３を利用できる。ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2のように絶縁性が高い材料であれば、微粒子層３の抵抗値を所望の値に調整することが容易となる。また、これらの酸化物を用いると、酸化が生じにくく素子の劣化を防止できる。
【００６４】
また、絶縁性微粒子６Ａは、その粒径が５０ｎｍの平均粒径を有する微粒子である。この絶縁性微粒子６Ａは、その平均粒径が１０〜１０００ｎｍであるものが好ましく、また、その平均粒径が１０〜２００ｎｍであるものがより好ましい。絶縁性微粒子６Ａは、粒子径の分散状態は平均粒径に対してブロードであってもよく、例えば平均粒径５０ｎｍの微粒子は、２０〜１００ｎｍの領域にその粒子径分布を有していても問題ない。従って、このような分散状態でも平均粒径が上記絶縁性微粒子の粒子径が上記平均粒径の範囲を満たせばよい。平均粒径が小さすぎると、粒子間に働く力が強いために粒子が凝集しやすく、分散が困難になる。一方、絶縁性微粒子の粒子径が大きすぎると分散性はよいものの、薄膜微粒子層の空隙が大きくなり、微粒子層の抵抗調整の調整を困難にする。このため、上記平均粒径範囲が好ましい。
【００６５】
導電性微粒子６Ｂは、銀で形成されている。導電性微粒子６Ｂは、電子放出素子が大気中で酸化して劣化することを防ぐため、貴金属を用いて形成されるとよい。例えば、上記銀のほか、金、白金、パラジウム又はニッケルを主成分とする金属材料で導電性微粒子６Ｂを形成するとよい。このような導電性微粒子６は、公知の微粒子製造技術であるスパッター法や噴霧加熱法を用いて作成可能であり、応用ナノ研究所が製造販売する銀ナノ粒子等の市販の金属微粒子粉体も利用可能である。
【００６６】
また、導電性微粒子６Ｂは、その粒径が１０ｎｍの平均粒径を有するナノ粒子である。導電性微粒子６は、第１微粒子層３Ａの導電性を制御するため、絶縁性微粒子６Ａの平均粒径よりも小さい平均粒径を有する微粒子を用いる必要がある。このため、導電性微粒子６の平均粒径は、３〜２０ｎｍであるのが好ましい。導電性微粒子６の平均粒径を、縁体微粒子５の平均粒径よりも小さくすることにより、電子加速層４内で、導電性微粒子６による導電パスが形成されず、電子加速層４内での絶縁破壊が起こり難くなる。また原理的には不明確な点が多いが、平均粒径が上記範囲内の導電性微粒子６を用いることで、弾道電子が効率よく生成される。
【００６７】
また、第１微粒子層３Ａは、絶縁性微粒子６Ａと導電性微粒子６Ｂとがシリコーン樹脂で固着されている。このため、多孔電極層８Ａに孔部９が形成されても十分な機械的強度を有する素子が形成される。また、シリコーン樹脂は撥水機能があるので、微粒子層３への水分子が付着しにくく、素子を大気中で動作させても水分子による電気抵抗の変化が生じにくい。このため、安定して動作する電子放出素子を形成できる。このシリコーン樹脂には、例えば、東レ・ダウコーニング・シリコン株式会社製の室温・湿気硬化タイプのＳＲ２４１１シリコーンレジンを利用する。
【００６８】
第２微粒子層３Ｂは、絶縁性微粒子６Ａで構成されている。この絶縁性微粒子６Ａは、第１微粒子層３Ａで用いている絶縁性微粒子６Ａと同じ微粒子を用いている。このように、第２微粒子層３Ｂで用いる絶縁性微粒子６Ａは、第１微粒子層３Ａのそれと同じ微粒子を用いればよい。
【００６９】
また、第２微粒子層３Ｂは、絶縁性微粒子６Ａと絶縁性微粒子６Ａとがシリコーン樹脂で固着されている。このシリコーン樹脂も第１微粒子層３Ａと同じものである。このため、機械的強度と水分子付着について、上記で説明した効果と同様の効果が第２微粒子層３Ｂでも得られる。
【００７０】
なお、この実施形態では、第１微粒子層３Ａと第２微粒子層３Ｂとに、シリコーン樹脂を用い、微粒子間を固着しているが、いずれかの層にのみ用いてもよい。この場合、シリコーン樹脂を用いた層で、機械的強度と水分子付着について、上記で説明した効果が得られる。
【００７１】
微粒子層３は、その層厚が１２００ｎｍで形成され、第１微粒子層３Ａは７００〜８００ｎｍ、第２微粒子層３Ｂは、４００〜５００ｎｍで形成されている。微粒子層３は、層厚を均一にし、層厚方向に一様な抵抗となるようにするため、微粒子層３は、その層厚を３００〜４０００ｎｍにするとよい。微粒子層３は、電子を加速させる層としての機能から、第１微粒子層３Ａのみの構成であってもよいので、第１微粒子層３Ａと第２微粒子層３Ｂとをあわせた層厚で管理すればよい。
【００７２】
なお、微粒子層３は第１微粒子層３Ａのみで構成されてもよいが、この実施形態のように、微粒子層３が第１微粒子層３Ａと第２微粒子層３Ｂとで構成されるとよい。つまり、微粒子層３の層厚と比べてその表面の凹凸があまりに大きいと、表面形状から生じる電界異常が生じ、電流集中が発生する。また長期間の素子への通電でも、微粒子層３に偶発的な電流集中点が生じてしまう。これら問題を回避するため、微粒子層３を第１微粒子層３Ａと第２微粒子層３Ｂとで構成して微粒子層３表面の凹凸を緩和するとよい。なお、微粒子層３はその層厚が小さいほうがよいが、若干の厚膜化は上記問題には有用である。
【００７３】
微粒子層３は、絶縁体薄膜５上に形成され、絶縁体薄膜５と薄膜電極４との間に配置されている。また、微粒子層３は、絶縁体薄膜５の開口部において、基板電極２と絶縁体薄膜との間に配置されている。微粒子層３の微粒子（絶縁性微粒子６Ａ及び導電性微粒子６Ｂ）は、絶縁体薄膜５の開口部を埋めている。
このように配置することにより、絶縁体薄膜５は、薄膜電極４の端部が微粒子層３に形成される電界の集中を緩和し、異常な電流集中の発生が抑制されることになる。つまり、次のようなメカニズムにより、第２電極の端部と第１電極との間の微粒子層に不均一な電界が生じないと考えられる。
【００７４】
駆動部２０が電極基板２と薄膜電極４との間に電圧を印加すると、微粒子層３（電子加速層）内に電流路が形成され、その一部の電荷が印加電圧の形成する強電界により弾道電子となって、薄膜電極４側より放出される。微粒子層３内部での弾道電子の発生機構については、現時点でも多くの不明な点を残すが、素子表面から放出される電子は、微粒子層３内部に形成された電流路を伝導する電荷の一部を、微粒子層３内に局所的に形成された高電界部にて加速させ、ホットエレクトロン（弾道電子）となって空間に飛び出すものと理解されている。微粒子層３を構成する微粒子層間で放出された電子は、微粒子層３内に形成された電界に沿って弾性衝突を繰り返しながら進み、その一部が表面の薄膜電極を透過あるいは電極の隙間からすり抜けて、素子表面から出てくるものと考えられる。
【００７５】
この時、電極基板２と微粒子層３との間に絶縁体薄膜５を有する部分は、たとえ微粒子層３が電極基板２と薄膜電極３とに挟まれた構成となっていても、絶縁体薄膜５の電気的絶縁作用によって電流を流さない。また、電極基板２と微粒子層３との間に絶縁体薄膜５のない部分では、微粒子層３に両電極の電位差から生じる均一な電場が生じ、微粒子層３内に電流が流れてその一部をホットエレクトロンとして空間に放出する。一方、薄膜電極３端部と電極基板２に挟まれた微粒子層３には、不均一に集中した電場を生じるが、その電気力線に沿った通り道には、形状制御された絶縁体薄膜５(誘電体薄膜)が存在するため、その電気的絶縁作用によって電場は緩和され、電流を流すことはない。このため、従来であれば微粒子層３に不均一な電界を形成して電流が集中しやすい薄膜電極４端部の直下には、電流路が形成されず、長期の通電時間が経過しても、その状態は変化しない。また、薄膜電極２の開口部５Ａに該当する部分から電極基板４に流れる電流は、長期の通電時間が経過しても、特定の部分に偏在することなく流れ続け、面全体からの電子放出が維持される。
【００７６】
（駆動部）
駆動部２０は、上記で説明したように、基板電極２と薄膜電極４との間に電圧を印加して、基板電極２から供給される電子を微粒子層３で加速させ、薄膜電極４から電子を放出させるように構成されている。
具体的には、駆動部２０は低周波用ファンクションジェネレーター１４と、高周波用ファンクションジェネレーター１５と、これらファンクションジェネレーターに接続され、これらファンクションジェネレーターで生成された信号波形を増幅する電力アンプ１６とで構成されている。高周波用ファンクションジェネレーター１５は、低周波用ファンクションジェネレーター１４から出力された波形に高周波用ファンクションジェネレーターで生成された信号波形を含ませて出力するように構成されている。
【００７７】
さらに、この実施形態では、電子放出素子１から放出される電子量を測定するため回収電極１２が薄膜電極４上の絶縁体スペーサ１３を介して配置されている。回収電極１２には、直流バイアスを印加する回収バイアス用電源１１が接続され、その間に放出される電子量を測定するための電子放出電流計１７Ａが接続されている。また、電子放出素子１を流れる電流を測定するため、電子放出電流計１７Ｂが薄膜電極４に接続され、薄膜電極４は電子放出電流計１７Ｂを介して接地されている。なお、低周波用ファンクションジェネレーター１４、高周波用ファンクションジェネレーター１５も、接地され、グランドが基準に電圧が印加されるように構成されている。
【００７８】
低周波用ファンクションジェネレーター１４及び高周波用ファンクションジェネレーター１５は、電子放出素子１を駆動するための信号（駆動部２０の出力）を生成する。これらファンクションジェネレーターが生成する信号波形と電子放出素子１を駆動するための信号波形（駆動部２０の出力波形）を図３に示す。図３は、この発明の実施形態に係る電子放出装置の駆動部が生成する駆動波形を説明するための図である。図３の（１）は低周波用ファンクションジェネレーター１４が生成する信号波形であり、図３の（２）は高低周波用ファンクションジェネレーター１５が生成する信号波形である。また、図３の（３）は、これらファンクションジェネレーターにより生成された、電子放出素子１を駆動するための信号波形である。
【００７９】
図３に示すように、低周波用ファンクションジェネレーター１４及び高周波用ファンクションジェネレーター１５は、それぞれ低周波数信号２０１（周期Ｃ１）、高周波数信号２０２（周期Ｃ２。Ｃ２＞Ｃ１）を生成する。これら信号はともに一定の周期で現れる矩形波（方形波）で構成され、高周波数信号２０２の周波数（１／Ｃ２）は、低周波数信号２０１の周波数（１／Ｃ１）よりもその周波数が高く、低周波数信号２０１の矩形波が１つ立ち上がっている間に（図３で示すＴ１の期間に）、高周波数信号２０２の矩形波が複数個（２以上の整数個）立ち上がるような周波数に設定されている。
【００８０】
具体的には、低周波用ファンクションジェネレーター１４が０．００８Ｈｚ以上２Ｈｚ以下の周波数の低周波数信号２０１を生成し、高周波用ファンクションジェネレーター１５が１００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下の周波数の高周波数信号２０２を生成するように設定されている。例えば、この実施形態のように、複数のファンクションジェネレーターからこれらの周波数の矩形波を出力させて駆動部２０を構成してもよいし、またファンクションジェネレーター１４,１５をパルスジェネレーター等の周知の信号発生器（例えば、パルス信号発生器）で構成し、各信号発生器がこれらの周波数の信号を発生するように駆動部２０を構成してもよい。
【００８１】
低周波用ファンクションジェネレーター１４で低周波数信号２０１が生成されると（出力されると）、その信号は、図１に示すように、高周波用ファンクションジェネレーター１５に入力され、高周波用ファンクションジェネレーター１５で生成される高周波数信号２０２と論理積（ＡＮＤ）がとられ、その論理積が高周波用ファンクションジェネレーター１５から出力されて電力アンプ１６に入力される（図３の（３）の波形２０３）。電力アンプ１６は電子放出素子の駆動に必要な大きさの信号に、その信号を増幅する（図３の（３）に示す振幅Ａが電子放出素子の駆動に適した振幅となるように、高周波用ファンクションジェネレーター１５の出力信号を増幅する）。これにより、図３の（３）に示す信号波形が得られ、この信号波形が電子放出素子１の基板電極２と薄膜電極４との間に印加されることになる。すなわち、高周波のパルス（例えば矩形波）がパルス群として一定の周波数で現れる信号波形が電子放出素子１の基板電極２と薄膜電極４との間に印加されることになる。
【００８２】
図３の（３）に示すように、基板電極２と薄膜電極４との間に印加される信号波形は、低周波数信号２０１の矩形波が立ち上がり（図３の（３）のＴ１の期間）、かつ高周波数信号２０２の矩形波が立ち上がっているオン時間と、低周波数信号２０１の矩形波又は高周波数信号２０２の矩形波が立ち上がっていないオフ時間とで構成されている。前者の時間で、基板電極２と薄膜電極４との間に電圧が印加された状態となり、電子放出素子１から電子が放出され、後者の時間で、前記電圧の印加が休止された状態となり、電子放出素子１の電子の放出が停止する。これらの時間のうち、前者の時間で電圧の印加が続くと微粒子層３に電子が捕獲される（電子放出素子１の電子放出量が減少する）ようになり、後者の時間で、この捕獲された電子が除去（消失）されることとなる。この電子が除去（消失）される時間は、上記のオン時間の積算値（例えば、その時間と信号の振幅の積）に比例して増加する傾向にあり、後述する実施例の実験から、好ましくはオフ時間が数秒又はそれ以上である。
【００８３】
このように、これらオン時間及びオフ時間は、オン時間で生じる電子放出素子１の電子放出量の減少と、オフ時間で生じる捕獲された電子の除去（消失）とのバランスを考慮して調整する必要がある。電子放出素子の構造（電気特性）によりその具体的な値は前後するが、上記で説明したように、好ましくは駆動部２０の低周波数信号２０１の周波数を０．００８Ｈｚ以上２Ｈｚ以下にし、高周波数信号２０２の周波数を１００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下にする。このような周波数であれば、後述する実施例から明らかなように、電子放出素子１の電子放出量を大気中で長期間安定させることができる。
【００８４】
（パルス変調）
ところで、電子放出素子１の電子放出量は、室内雰囲気（大気中）で駆動されると、その素子自体の経時変化や室内雰囲気の温湿度の変化により影響されて変動することがある。このような電子放出量の変動に対して、駆動部２０が、上記で説明した電子放出電流計１７Ａ又は電子放出電流計１７Ｂを用いてパルス変調するように構成される形態であってもよい。このような形態であれば、温湿度等の環境変化によらず、安定して電子放出できる。この場合、駆動部２０は、上記で説明したオン時間における高周波数信号２０２の矩形波の立ち上がっている期間を調整するように構成されるとよい。
【００８５】
具体的には、図１に示すように、駆動部２０が電子放出電流計１７Ａ又は電子放出電流計１７Ｂを備え、電子放出電流計１７Ａ又は電子放出電流計１７Ｂが高周波用ファンクションジェネレーター１５に接続され、この電流計で測定された電流値（電流計出力）に応じてパルス変調をするように構成する。各電流計を用いて電子放出素子１の出力の変動をモニターする。
【００８６】
例えば、パルス変調として、パルス密度変調を採用する。図３（３）で示すように、波形が立ち上がっている（オンしている）期間Ｔ３と波形が立ち下がっている（オフしている）期間Ｔ４とでオン時間中の高周波数信号２０２の矩形波が構成されているときに、期間Ｔ３をそのままにして（パルス幅を一定にして）、パルスの密度を調整するパルス密度変調を行う。オン時間を長くする場合は、期間Ｔ４を短くしてパルスの密度を上げ、オン時間を短くする場合は、期間Ｔ４を長くしてパルスの密度を下げる。
【００８７】
また、パルス変調として、パルスデューティー制御（パルス幅変調）を採用してもよい。図３（３）で示す矩形波の場合、波形が立ち上がっている（オンしている）期間Ｔ３と波形が立ち下がっている（オフしている）期間Ｔ４との比率はＴ３：Ｔ４であり、デューティー比はＴ３／（Ｔ３＋Ｔ４）である（図３の場合、Ｔ３＝Ｔ４であるので、デューティー比は５０％である）。このような波形について、期間Ｔ３を調整してデューティー比を調整するパルスデューティー制御を駆動部２０に採用する。駆動部２０は、オン時間を長くする場合、期間Ｔ３を長くしてデューティー比を大きくし、オン時間を短くする場合、期間Ｔ３を短くしてデューティー比を小さくする。例えば、デューティー比が５０％であれば、オン時間を長くする場合は、駆動部２０がデューティー比を５０％より大きな値にする変調を行い、オン時間を短くする場合は、駆動部２０がデューティー比を５０％より小さな値にする変調を行う。
【００８８】
駆動部２０がこのようなパルス変調を行うと、（１）矩形波の波高値を変えないので、電子放出素子に印加される電圧は変化せず、絶縁破壊が起こりにくく、（２）オン時間が長くなっても、継続した電圧が電子放出素子に印加されないので、直流電圧により生じる電子放出素子の破壊が生じにくい。また（３）パルス変調をしても、低周波数信号２０１による電圧が印加されない期間が一定の時間設けられているので、この時間内で微粒子層３に捕獲された電子を除去（消失）させることができ、微粒子層３の電子を加速させる電界が局所的に緩和されることもない。
【００８９】
〔実施例〕
上記で説明した電子放出素子を用いて、その効果を確認する実験を行った。実験に用いた電子放出素子は、以下のようにして作製した。
【００９０】
（開口部及び所定の形状を有する絶縁体薄膜の作成）
まず、１０ｍＬの試薬瓶にｎ−ヘキサン溶媒を０．７ｇ入れ、次にシリコーン樹脂溶液を０．３５ｇ投入する。手振りで撹拌し、シリコーン樹脂の希釈溶液を得た。ここでシリコーン樹脂には、室温・湿気硬化タイプのＳＲ２４１１シリコンレジン（東レ・ダウコーニング・シリコン株式会社）を用いた。
【００９１】
次に、電極基板２として、２４ｍｍ角のアルミ製基板を準備し、上記シリコーン樹脂の希釈溶液を滴下後、スピンコート法を用いて、基板全面にシリコーン樹脂層を形成した。スピンコート法による成膜は、５００ＲＰＭにて１秒間回転している間に上記希釈溶液を基板表面へ滴下し、続いて３０００ＲＰＭにて１０秒間の回転を行うことにより、実施した。さらに、このアルミ基板を２００℃のホットプレートを用いて１５分間加熱・硬化処理を行った。
【００９２】
次に、この基板へ石英薄板にクロムでパターン描画されたマスクパターンを重ね、波長１７２ｎｍの真空紫外線を１５分間照射した。クロムマスクのパターンは、１．４ｍｍ角の正方形の形状とした。ここで、紫外線を照射すると、マスクに描画されたパターンはシリコーン樹脂膜の膜硬化度の違いとしてパターン転写される。紫外線の照射された部分は、照射されなかった部分に比べて硬い膜となる。真空紫外の光源には、誘電体バリア放電エキシマランプ（ウシオ電機株式会社）を用いた。
さらに、この紫外線照射後の基板表面を柔らかいウェスで拭って、紫外線未照射部のシリコーン樹脂膜だけ除去し、１．４ｍｍ角のシリコーン樹脂膜の窓（アルミ基板表面の露出部）を形成した。
【００９３】
（微粒子層（電子加速層）の形成）
１０ｍＬの試薬瓶にｎ−ヘキサン溶媒を１．５ｇ入れ、絶縁性微粒子として０．２５ｇのシリカ粒子を投入し、同様に試薬瓶を超音波分散器にかけて分散させた。ここでシリカ微粒子は、平均粒子径５０ｎｍのフュームドシリカＣ４１３（キャボット社）であり、表面はヘキサメチルシジラザン処理されている。５分間分散器にかけることで、シリカ微粒子はヘキサン溶媒に乳白色に分散した。次に、導電性微粒子として０．０６ｇの銀ナノ粒子を投入し、同様に超音波分散処理を行った。この銀ナノ粒子はアルコラートの絶縁被覆を有した平均粒子径１０ｎｍのもの（応用ナノ研究所）である。ここで得られたものを分散液Ａとする。同様に、１０ｍＬの試薬瓶にｎ−ヘキサン溶媒を１．５ｇ入れ、絶縁性微粒子として０．２５ｇのフュームドシリカＣ４１３のシリカ粒子を投入し、同様に試薬瓶を超音波分散器にかけて分散させた。次に、シリコーン樹脂溶液を０．０３６ｇ投入し、同様に超音波分散処理を行った。このシリコーン樹脂は、室温・湿気硬化タイプのＳＲ２４１１シリコンレジン（同上）とした。ここで得られたものを分散液Ｂとする。
【００９４】
シリコーン樹脂膜の窓（アルミ基板表面の露出部）が形成された電極基板２表面に分散液Ａを滴下し、スピンコート法を用いて第１微粒子層３Ａを形成した。第１微粒子層３Ａが形成された基板は、１５０℃のホットプレートを用いて１分間加熱乾燥させた。さらに、分散液Ｂを用いて同様に成膜して第２微粒子層３Ｂを形成した。第２微粒子層３Ｂが形成された基板は、１５０℃のホットプレートを用いて１分間加熱乾燥させた。
スピンコート法による成膜条件は、５００ＲＰＭにて１秒間回転している間に、上記分散液を基板表面へ滴下し、続いて３０００ＲＰＭにて１０秒間の回転を行うこととした。
【００９５】
（薄膜電極の形成）
１０ｍＬの試薬瓶にエタノール溶媒を１．０ｇ入れ、球形遮蔽体として０．１ｇのシリカ粒子を投入し、超音波分散器用いてにかけて５分間分散させた。ここでシリカ微粒子には、平均粒子径８μｍのフュームドシリカＳＥ−５Ｖ（株式会社トクヤマ）を用いた。このシリカ微粒子は表面がアミノシラン処理に加えてヘキサメチルシジラザン処理されている。ここで得られた分散液を分散液Ｃとする。
次に、微粒子層３の形成されたアルミ製の電極基板２に、分散液Ｃを滴下し、スピンコート法を用いて球形遮蔽体を均一に散布させた。散布後の基板は、１５０℃のホットプレートを用いて１分間加熱し、溶媒を蒸発させた。
その後、薄膜電極４の形状を模ったメタルマスク（２．０ｍｍ角の正方形の形状）を、球形遮蔽体の散布された電極基板２に重ねた。この時、先に成膜した絶縁体薄膜５の窓（アルミ基板表面と電子加速層３が直接積層された部分）の中心と、メタルマスクの中心を一致させ、メタルマスクの端部と絶縁体薄膜５の窓部を構成する端部とが、各辺で０．３ｍｍ離れるようにアライメント調整を行った。
【００９６】
次に、メタルマスクを固定した後、抵抗過熱式蒸着機を用いてカーボン膜を蒸着し、続けてスパッタ装置を用いて、金、パラジウムターゲット（Ａｕ―Ｐｄ）を使用して成膜し、多孔電極層８Ａの元と成る電極膜が得た。α−カーボン膜７の膜厚を１０ｎｍ、金パラジウムの電極膜の膜厚を２０ｎｍとした。
続いて、ドライエアーを用いて上記電極膜表面をブローして球形遮蔽体を除去した。これにより多孔電極層８Ａが得られた。（球形遮光体をブローした段階で表面を観察したところ、直径４．５μｍの孔が、９３０個／ｍｍ2上記電極膜表面に形成されていた）
【００９７】
最後に、メタルマスクを先程と同じ位置に設置し、球形遮蔽体の無くなった多孔積層電極層４−１の全面に、金、パラジウムターゲット（Ａｕ―Ｐｄ）を使用して金属材料のみから成るベタ電極層８Ｂを成膜した。ベタ電極層８Ｂの膜厚は２０ｎｍとした。
【００９８】
作製された電子放出素子を、大気中（２５℃、３５％ＲＨ）の環境で駆動させて評価した。この駆動において、直流電流で駆動する場合は、直流電圧源を用い、矩形波で駆動する場合は、実施形態で説明したように、パターンジェネレーターを用いて、電子放出素子に電圧を印加して駆動した。図１に示す電子放出電流計１７Ｂを用いて、電子放出素子の電子放出量を測定した。また必要に応じて、電子放出電流計１７Ａで電子放出素子内の電流量をモニターした。これらの結果を図４〜図１０に示す。
なお、これらの測定において、交流電圧を印加した時の電流計測値は、矩形波のオン、オフ期間を通して計測し平均化した値としている。例えば、図５及び図６における計測器の計測積分時間ｔｍは１６７〔ｍｓｅｃ〕とした。５０Ｈｚの交流電圧を印加した場合、およそ８波が印加された条件での平均電流量となる。
【００９９】
図４は、実施形態に係る電子放出素子を直流電圧で駆動したときの電子放出量の時間的な変化と、同電子放出素子を１０ｋＨｚの矩形波で駆動したときの同変化を示すグラフである。１０ｋＨｚの矩形波で駆動したときの同変化は、デューティー比が２５％、５０％、７５％であるときの３条件について示している。図４において、「ＤＣ」は直流電圧で駆動したことを示し、「１０ｋＨｚ，ｄｕｔｙ２５％」は、１０ｋＨｚかつデューティー比２５％の矩形波で駆動したことを示している。「ｄｕｔｙ」に続いて記載された数値は、各条件のデューティー比である。また、直流電圧（Ｖｅ）は、−１６．０（Ｖ）とし、矩形波の波高（Ｖｅ）も−１６．０（Ｖ0-p）とした。電子放出素子の各電圧での駆動は大気中（２５℃、３５％ＲＨ）の環境で行った。
【０１００】
図４を参照すると、直流電圧で駆動したとき（図４のＤＣ）は、駆動直後に電子放出電流量が１×１０-4（Ａ／ｃｍ2）を超えたものの、その後徐々に減少し、１０分後には電子放出電流量が１×１０-6（Ａ／ｃｍ2）まで低下していることがわかる。
また、１０ｋＨｚの矩形波で駆動したとき（図４の「１０ｋＨｚ，ｄｕｔｙ２５％」「１０ｋＨｚ，ｄｕｔｙ５０％」「１０ｋＨｚ，ｄｕｔｙ７５％」）も、直流電圧で駆動したときと同様に、その電子放出電流量が時間の経過とともに減少していることがわかる。
また、１０ｋＨｚの矩形波で駆動したときは、直流電圧で駆動したときよりも、駆動開始直後の電子放出電流量がやや小さいものの、電子放出電流量の経時の減少量は、直流電圧で駆動したときよりも小さい。これら電子放出電流量の経時の減少は電子放出素子の破壊によるものではなく、微粒子層（電子加速層）に電子が捕獲されたことによるものと考えられるが、直流電圧よりも矩形波で駆動したほうが、好ましいことが理解できる。
【０１０１】
次に、この矩形波の駆動条件について、その周波数と電子放出電流量の減少との関係をさらに調べた。図５及び図６にその結果を示す。
【０１０２】
図５は、この発明の実施形態に係る電子放出素子を５０Ｈｚ〜５００Ｈｚの矩形波（デューティー比５０％）で駆動したときの電子放出量の時間的な変化を示すグラフである。また、図６は、この発明の実施形態に係る電子放出素子を５００Ｈｚ〜２５０ｋＨｚの矩形波（デューティー比５０％）で駆動したときの電子放出量の時間的な変化を示すグラフである。各図に記載された周波数は、矩形波の周波数を示しており、図５の場合、矩形波の周波数を５０Ｈｚ，１００Ｈｚ，２５０Ｈｚ，５００Ｈｚにし、それぞれの周波数に対する電子放出量の時間的な変化を示している。図６の場合は、その周波数が５００Ｈｚ，１ｋＨｚ，１０ｋＨｚ，１００ｋＨｚ，２５０ｋＨｚである。図５及び図６の実験においても、矩形波の波高（Ｖｅ）を−１６．０（Ｖ0-p）にし、電子放出素子の各駆動は大気中（２５℃、３５％ＲＨ）とした。
【０１０３】
図５を参照すると、電子放出素子を５０Ｈｚ〜５００Ｈｚの矩形波で駆動したときには、電子放出量がほとんど減少しないことがわかる。
また、図６を参照すると、電子放出素子を５００Ｈｚ，１ｋＨｚの矩形波で駆動したときは、電子放出量がほとんど減少しないが、その周波数が１０ｋＨｚ以上になると、電子放出量が減少することがわかる。また、これらの実験の中で、最も周波数が高い２５０ｋＨｚのとき、電子放出量が最も減少することがわかる。
【０１０４】
これらの結果から、電子放出素子を直流電圧で駆動するよりも、周期的な矩形波、すなわち交流電圧で駆動したほうが、電子放出量が減少しにくい（又は減少しない）ことが理解できる。電子放出素子を交流電圧で駆動すると、微粒子層に電圧が印加されない期間があるので、微粒子層（電子加速層）に捕獲された電子が除去される（消去される）からと考えられる。
また、電子放出素子を交流電圧で駆動する場合、その周波数の上限が１０ｋＨｚであることが理解できる。その周波数が１０ｋＨｚ以上になると、微粒子層の微粒子表面が電流路となる表皮効果が顕著となり、電流集中によるジュール熱が素子内電流量の減少、それに続く電子放出量の減少を引き起こすものと考えられる。
【０１０５】
ところで、交流電圧で駆動しても、直流電圧の駆動に近い条件の場合、基板電極の材料のエレクトロマイグレーションが生じて電子加速層の物理的破壊が生じやすい。この現象は周波数の他、電圧値、素子内電流量の大きさ、雰囲気の湿度等が関連するが、この実施例の条件を前提とすると、電子放出素子をおよそ１００Ｈｚの交流電圧で駆動することにより、エレクトロマイグレーションが効果的に抑制されることがわかった。
【０１０６】
次に、これらの結果のうち、上限の周波数１０ｋＨｚで電子放出量が減少しにくい（又は減少しない）駆動条件が無いかさらに検討を行った。その結果を図７及び図８に示す。
【０１０７】
図７は、この発明の実施形態に係る電子放出素子に１０ｋＨｚの矩形波（デューティー比２５％）を連続して印加して駆動したときの電子放出量の変化と、それと同じ矩形波を６０秒間隔で間欠的に印加して駆動したときの電子放出量の変化を示すグラフである。図８は、この発明の実施形態に係る電子放出素子に１０ｋＨｚの矩形波（デューティー比５０％）をそれぞれ１０秒、５秒、２．５秒間隔で間欠的に印加して駆動したときの電子放出量の変化を示すグラフである。ここで、図７の「１０ｋＨｚ，ｄｕｔｙ２５％の６０秒間欠」は、１０ｋＨｚの矩形波（デューティー比２５％）を６０秒間印加し（電圧印加部という）、その後６０秒間印加しない（電圧休止部という）というサイクルであることを示しており、この場合、６０秒間隔（周期１２０秒）、すなわち０．００８Ｈｚの周波数の電圧印加部と電圧休止部とからなるサイクルであることを示している。
図８における「１０〔ｓ〕間隔  （０．１Ｈｚ）」等の数値は、このサイクルの間隔、周期を示している。なお、図８は、駆動を開始して９〜１０分経過したときの電子放出量の変化を示している。なお、図７及び図８の実験においても、矩形波の波高（Ｖｅ）を−１６．０（Ｖ0-p）にし、電子放出素子の各駆動は大気中（２５℃、３５％ＲＨ）の環境とした。
【０１０８】
図７を参照すると、矩形波を連続して印加して駆動したときと異なり、電子放出素子に矩形波を６０秒間隔で間欠的に印加して駆動したときは、電子放出量がほとんど減少しないことがわかる。この結果から、６０秒間印加し、その後６０秒間印加しないというサイクルが捕獲された電子による電界の緩和をなくし、電子放出素子の電子放出を保つことが理解できる。
また、図８を参照すると、１０秒、５秒、２．５秒のいずれの間隔でも（０．０５Ｈｚ，０．１Ｈｚ，０．２Ｈｚのいずれの周波数でも）電子放出量がほとんど変化しないことがわかる。
これらの結果から、上記のサイクルが０．００８Ｈｚ〜０．２Ｈｚの周波数のとき、電子放出素子の電子放出量が安定することがわかった。
【０１０９】
さらに、上記サイクルの周波数の上限を探るため、大気中（２５℃、３５％ＲＨ）で、エージング試験（１００時間連続動作）を行った。その条件及び結果を図９及び図１０に示す。
【０１１０】
図９は、この発明の実施形態に係る放電素子素子をエージング試験（１００時間連続動作）するときに用いたパルス密度制御のパルス波数マップとその制御方法を説明するための波形図である。図１０は、この発明の実施形態に係る放電素子素子のエージング試験（１００時間連続動作）結果を示すグラフである。
このエージング試験では、１０ｋＨｚの矩形波（デューティー比２５％、波高（Ｖｅ）−１６．０（Ｖ0-p））を０．２５秒間印加し、その後０．２５秒間印加しないというサイクルで電子放出素子を駆動した。すなわち、０．２５秒間隔（周期０．５秒）で電圧印加部を設け、２Ｈｚの周波数の電圧印加部と電圧休止部とからなるサイクルで電子放出素子を駆動してエージング試験を行った。
また、この電子放出素子の駆動は、電子放出素子内電流を計測し（図１に示す電子放出電流計１７Ａで計測し）、その値をモニターしながらパルス密度変調を行った。
【０１１１】
パルス密度変調は、図９の（１）を参照して、例えば、出力比５０％（横軸）、電圧印加部の波数１（左縦軸）、電圧休止部の波数１（右縦軸）を基点として、電圧印加部の波数及び電圧休止部の波数を変更して行った。ここで、図８では、電圧印加部が波長の１／２時間＝電圧印加部の波数１、電圧休止部が波長の１／２時間＝電圧休止部の波数１とそれぞれ定義し、このとき１０ｋＨｚの矩形波の出力比５０％に当たると定義した。上記の、出力比５０％（横軸）、電圧印加部の波数１（左縦軸）、電圧休止部の波数１（右縦軸）のときであれば、矩形波の出力は、出力比５０％増加させることができ、また出力比５０％減少させることができる。図８を参照すると、例えば、矩形波の出力を増加させて出力比６０％にするには、電圧印加部の波数を２、電圧休止部の波数を１．３とすることが、図９の（１）のパルス波数マップから読み取れる。また、反対に、矩形波の出力を減少させて出力比４０％にするには、電圧印加部の波数を１、電圧休止部の波数を１．５とすることが、この図から読み取れる。このように、図９の（１）のパルス波数マップから所望の出力比にパルス密度変調できる。
エージング試験では、電子放出素子内電流の計測データ（図１に示す電子放出電流計１７Ａの計測データ）からその増減量Δを算出し、その増減量Δの関数である矩形波の出力値を導き出した。ここで、関数は素子の特性や矩形波の出力制御範囲の取り方によって決められる。このようなパルス密度変調を用いて、エージング試験を行った。
【０１１２】
図１０を参照すると、大気中（２５℃、３５％ＲＨ）であっても、１００時間という長時間にわたり安定した電子放出が継続されていることがわかる。
【０１１３】
以上の結果から、上記のサイクルが０．００８Ｈｚ〜２Ｈｚの周波数のとき、大気中で長時間にわたり安定した電子放出が継続できることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
この発明に係る電子放出素子、電子放出素子の駆動方法によれば、大気中で長期にわたって安定して電子放出できる素子及びその駆動方法を提供される。また、大気中で長期間駆動できる素子及びその駆動方法が提供される。従って、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の帯電装置、電子硬化装置に適用できる。また、発光体と組み合わせることにより画像表示装置に適用したり、送風装置と組み合わせることによりイオン風を発生させて被冷却体を冷却する送風装置に適用したりすることができる。例えば、この発明に係る電子放出素子から放出される電子を蛍光体に衝突させて発光させることができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１        電子放出素子
２        電極基板（第１電極）
３        電子加速層  （微粒子層）
３Ａ      第１微粒子層
３Ｂ      第２微粒子層  （絶縁体微粒子層）
４        薄膜電極（第２電極）
５        絶縁体薄膜（絶縁層）
５Ａ      開口部
５Ｂ      薄膜電極外形の投影線  （薄膜電極端部の投影線）
６        微粒子
６Ａ      絶縁性微粒子
６Ｂ      導電性微粒子
７        アモルファスカーボン層  α−カーボン膜（第１電極層）
８Ａ      多孔電極層  （第２電極層）
８Ｂ      ベタ電極層  （第２電極層）
９        孔部  （凹部）
１０      電子放出装置
１１      回収バイアス用電源（電源）
１２      回収電極（対向電極）
１３      絶縁性スペーサ
１４      低周波用ファンクションジェネレーター
１５      高周波用ファンクションジェネレーター
１６      電力アンプ
１７      電流計
１７Ａ    電子放出電流計
１７Ｂ    電子放出電流計
２０      駆動部
２０１    低周波数信号
２０２    高周波数信号
２０３    高周波用ファンクションジェネレーターの出力信号
【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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