(57)【要約】電子放出装置は、下部電極と、誘電体からなるエミッタ部と、微細貫通孔を有する複数の上部電極と、からなる電子放出素子と、前記下部電極と前記上部電極との間に駆動電圧Ｖｉｎを付与する回路とを含む駆動電圧付与回路とを備えている。そして、駆動電圧付与回路は、電子をエミッタ部に蓄積させるために電子蓄積期間Ｔｄにおいて前記下部電極の電位に対する前記上部電極の電位である素子電圧Ｖｋａを負の電圧に設定し、電子をエミッタ部から放出させるために電子放出期間Ｔｈにおいて同素子電圧Ｖｋａを正の所定電圧に設定する駆動電圧を、下部電極と上部電極との間に印加する。更に、駆動電圧付与回路は、電子放出期間Ｔｈにおける前記正の電圧を階段状に増大させ、エミッタ部に蓄積されている電子を複数回に亘って分割して放出させる。【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離間しているように形成されてなる上部電極と、を有し、同下部電極の電位に対する同上部電極の電位である素子電圧が所定の大きさ以上の大きさを有する負の電圧となったとき同上部電極から同エミッタ部に電子を供給するとともに同電子を同エミッタ部に蓄積し、同エミッタ部に同電子が蓄積されている状態において同素子電圧が所定の大きさ以上の大きさを有する正の電圧となったとき同エミッタ部に蓄積されている電子を同微細貫通孔を通して放出させる素子と、
前記素子電圧を前記負の電圧に設定し、その後、同素子電圧を前記正の電圧に設定する駆動電圧を、前記下部電極と前記上部電極との間に印加する駆動電圧付与手段と、
を備えた電子放出装置において、
前記駆動電圧付与手段は、
前記正の電圧を階段状に増大させるように構成された電子放出装置。
【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離間しているように形成されてなる上部電極と、を有し、同下部電極の電位に対する同上部電極の電位である素子電圧が所定の大きさ以上の大きさを有する負の電圧となったとき同上部電極から同エミッタ部に電子を供給するとともに同電子を同エミッタ部に蓄積し、同エミッタ部に同電子が蓄積されている状態において同素子電圧が所定の大きさ以上の大きさを有する正の電圧となったとき同エミッタ部に蓄積されている電子を同微細貫通孔を通して放出させる素子と、
前記エミッタ部に電子を蓄積させるために前記素子電圧を前記負の電圧に到達させ、その後、同蓄積された電子を放出するために同素子電圧を前記正の電圧に到達させる駆動電圧を、前記下部電極と前記上部電極との間に印加する駆動電圧付与手段と、
を備えた電子放出装置において、
前記駆動電圧付与手段は、
前記素子電圧を前記正の電圧に到達させる際の駆動電圧として、間欠的に発生する複数のパルス状波形を有するとともに各パルス状波形の最大値が直前のパルス状波形の最大値以上の値をとりながら同最大値が増大して行く電圧であって、連続するパルス状波形の間においては前記素子電圧を前記エミッタ部への電子の蓄積が行われない電圧に維持する電圧を、前記下部電極と前記上部電極との間に印加するように構成された電子放出装置。
【請求項３】
請求の範囲２に記載の電子放出装置において、
前記連続するパルス状波形の間において前記下部電極と前記上部電極との間に印加する電圧の大きさは、前記エミッタ部の抗電界電圧の大きさより小さいことを特徴とする電子放出装置。
【請求項４】
請求の範囲３に記載の電子放出装置において、
前記連続するパルス状波形の間において前記下部電極と前記上部電極との間に印加する電圧の大きさは０ボルト（０Ｖ）であることを特徴とする電子放出装置。
【請求項５】
請求の範囲２乃至請求の範囲４の何れかに記載の電子放出装置において、
前記パルス状波形のそれぞれの増大開示時点から減少終了時点までの時間は、そのパルス状波形の減少終了時点から次のパルス状波形の増大開始時点までの時間より短く設定されていることを特徴とする電子放出装置。
【請求項６】
請求の範囲２乃至請求の範囲５の何れかに記載の電子放出装置において、
前記駆動電圧付与手段は、
前記下部電極と前記上部電極との間に前記駆動電圧を繰り返し印加するように構成され、
前記駆動電圧が前記素子電圧を前記負の電圧に到達させる電圧に設定されてから同素子電圧を前記正の電圧に到達させた後に再び同負の電圧に到達させる電圧に設定される電子蓄積動作再開時点までの期間において、同素子電圧を同正の電圧に到達させる際の駆動電圧として前記間欠的に発生する複数のパルス状波形の電圧パルスのうち同電子蓄積動作再開時点の直前の電圧パルスが、同複数の電圧パルスのなかで最も広いパルス幅を有している電子放出装置。
【請求項７】
請求の範囲２乃至請求の範囲６の何れかに記載の電子放出装置において、
前記パルス状波形のうちの少なくとも一つの波形は、その波形に基づく駆動電圧によって前記蓄積された電子の放出が完了する前の時点にて、同電子の放出を停止するように減少する波形であることを特徴とする電子放出装置。
【請求項８】
請求の範囲２乃至請求の範囲７の何れかに記載の電子放出装置において、
前記駆動電圧付与手段は、
前記エミッタ部に電子を蓄積させるための負の電圧を両端に発生する電子蓄積電圧発生源と、
正弦波状に変化する電圧を両端に発生する正弦波発生回路と、
前記連続するパルス状波形の間において前記素子電圧を前記エミッタ部への電子の蓄積が行われない電圧に維持するための電圧を両端に発生する維持電圧発生源と、
前記上部電極及び前記下部電極を、前記電子蓄積電圧発生源の両端に接続した後、前記正弦波発生回路の両端及び前記維持電圧発生源の両端に交互に接続する切替制御手段と、
を備えた電子放出装置。
【請求項９】
請求の範囲１乃至請求の範囲８の何れかに記載の電子放出装置であって、
前記上部電極の上部側において同上部電極に対向するように配設され、電子の衝突により発光する蛍光体を更に備えた電子放出装置。
【請求項１０】
請求の範囲９に記載の電子放出装置であって、
前記蛍光体の近傍に配置されたコレクタ電極と、
前記コレクタ電極が前記放出された電子を同コレクタ電極側に引き寄せる電界を形成するように同コレクタ電極に電圧を付与するコレクタ電圧付与手段と、
を更に備えた電子放出装置。
【請求項１１】
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を用いた電子放出方法であって、
前記下部電極の電位に対する前記上部電極の電位である素子電圧を負の電圧に設定して同上部電極から前記エミッタ部に電子を供給するとともに同電子を同エミッタ部に蓄積し、その後、同素子電圧を正の第１電圧にまで増大して同エミッタ部に蓄積されている電子を前記微細貫通孔を通して放出させ、その後、同素子電圧を同第１電圧より大きい正の第２電圧にまで増大して同エミッタ部に残存している電子を同微細貫通孔を通して放出させる電子放出方法。
【請求項１２】
請求の範囲１１に記載の電子放出方法において、
前記素子電圧を前記第１電圧から前記第２電圧へと増大させるとき、同素子電圧を、同第１電圧よりも小さく且つ前記素子が前記エミッタ部への前記電子の蓄積を行わない電圧である第３電圧に設定してから同第２電圧へと増大させる電子放出方法。
【請求項１３】
請求の範囲１２に記載の電子放出方法において、
前記第３電圧の大きさが、前記エミッタ部の抗電界電圧の大きさより小さいことを特徴とする電子放出方法
【請求項１４】
請求の範囲１２又は請求の範囲１３に記載の電子放出方法において、
前記第１電圧を印加している時間は、前記第３電圧を印加している時間よりも短いことを特徴とする電子放出方法。
【請求項１５】
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を用いた電子放出方法であって、
前記下部電極の電位に対する前記上部電極の電位である素子電圧を負の電圧に設定して同上部電極から前記エミッタ部に電子を供給するとともに同電子を同エミッタ部に蓄積し、前記素子電圧を正の第１電圧にまで増大して前記エミッタ部に蓄積されている電子を前記微細貫通孔を通して放出させるとともに同電子の放出が完了する前に同素子電圧を前記素子が同エミッタ部への前記電子の蓄積を行わない電圧である第３電圧に減少させ、次いで前記素子電圧を再び前記正の第１電圧にまで増大して前記エミッタ部に蓄積されている電子を前記微細貫通孔を通して放出させるステップと、
その後、同素子電圧を同第１電圧より大きい正の第２電圧にまで増大して同エミッタ部に残存している電子を同微細貫通孔を通して放出させるステップと、
を有する電子放出方法。
【請求項１６】
請求の範囲１５に記載の電子放出方法において、
前記素子電圧を、前記第１電圧から前記第２電圧に増大させる際、前記素子が前記エミッタ部への前記電子の蓄積を行わない電圧に維持してから同第２電圧に増大させることを特徴とする電子放出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  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、を有する素子を備えた電子放出装置及び同素子を用いた電子放出方法に関する。
【背景技術】  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、を有する電子放出素子を備え、上部電極と下部電極の間に駆動電圧を印加して誘電体の分極を反転動作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装置が知られている（例えば、特開２００５−１８３３６１号公報を参照。）。
この電子放出素子においては、下部電極の電位に対する上部電極の電位（下部電極の電位を基準としたときの下部電極と上部電極との電位差であり、以下、単に「素子電圧」とも称呼する。）が所定の大きさ以上の大きさを有する負の電圧に設定されたとき、電子が上部電極からエミッタ部に供給されて同エミッタ部に蓄積される。更に、エミッタ部に電子が蓄積されている状態において素子電圧が所定の大きさ以上の大きさを有する正の電圧に設定されたとき、エミッタ部に蓄積されている電子が微細貫通孔を通って上部電極の上方へと放出させられる。
より具体的に述べると、図２９に示したように、上部電極と下部電極との間（上下電極間）に印加される駆動電圧Ｖｉｎは、電子蓄積期間Ｔｄにおいて素子電圧を前記負の電圧Ｖｍ１に設定する。これにより、エミッタ部に電子が蓄積される。次いで、駆動電圧Ｖｉｎは、電子放出期間Ｔｈにおいて素子電圧を前記正の電圧Ｖｐ１に設定する。これにより、図２９において放出電子電流Ｐｈにて示したように、エミッタ部に蓄積されている電子が上部電極の上方へと放出させられる。
【発明の開示】
このような電子放出装置は、例えば、ディスプレイ、液晶のバックライト、或いは、種々の電子放出源として使用される。そのため、所定の期間内Ｔにおける電子放出量（例えば、図２９において斜線を付した部分の面積Ｓ１により表される量であり、本明細書において「電子放出量の総量」又は「電子放出総量」とも称呼する。）は大きいことが望ましい。
所定の期間内Ｔにおける電子放出量（電子放出総量）を増大するためには、例えば、図３０に示したように、電子蓄積期間Ｔｄ及び電子放出期間Ｔｈを短くすることにより所定の期間Ｔにおける電子放出回数を増大することが考えられる。しかしながら、この方法によると、電子放出素子の分極反転回数が増大することになるので、電子放出素子の寿命が短くなる可能性がある。
これに対し、図３１に示したように、前記負の電圧をＶｍ１からＶｍ２（｜Ｖｍ２｜＞｜Ｖｍ１｜）へと変更して一回の電子の蓄積量を増大するとともに、前記正の電圧をＶｐ１からＶｐ２（｜Ｖｐ２｜＞｜Ｖｐ１｜）へと変更して一回の電子放出量（図３１において斜線を付した部分の面積Ｓ２により表される）を増大することが考えられる。しかしながら、この方法によると、図３１に示した放出電子電流Ｐｈのピーク値Ｐｋ２が図２９に示したピーク値Ｐｋ１よりも大きくなることから理解されるように、短時間内に（一回の電子放出動作中に）多くの電子が放出される。このため、電子放出素子に局所的に大きな電流が流れて大きな熱が発生し、それにより、素子が劣化する可能性がある。
更に、電子放出素子から放出された電子が照射される蛍光体などの「電子照射対象」が、単位時間あたりに過大な量の電子が照射されること、及び／又は、長時間に亘り連続的に電子が照射され続けること、により、その特性が低下するようなものである場合、図３１に示したような動作を行う電子放出装置は好ましい装置ではない。
本発明は、上記課題に対処するためになされたものであって、その目的の一つは、長寿命であって且つ電子放出総量が大きな電子放出装置、及び、電子放出素子の寿命低下を回避しながら電子放出総量を増大することができる電子放出方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明による電子放出装置は、
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、を有する素子（電子放出素子）を備える。
この素子は、下部電極の電位に対する上部電極の電位である素子電圧が所定の大きさ以上の大きさを有する負の電圧となったとき、上部電極からエミッタ部に電子を供給するとともに、その電子を同エミッタ部に蓄積する。更に、この素子は、エミッタ部に電子が蓄積されている状態において素子電圧が所定の大きさ以上の大きさを有する正の電圧となったとき、エミッタ部に蓄積されている電子を上部電極の微細貫通孔を通して放出させる。
更に、本発明による電子放出装置は、前記素子電圧を前記負の電圧に設定し、その後、同素子電圧を前記正の電圧に設定する駆動電圧を、下部電極と上部電極との間に印加する駆動電圧付与手段を備え、その駆動電圧付与手段は、前記正の電圧を階段状に増大させるように構成されている（例えば、図１５及び図１８等を参照。）。
これにより、前記素子電圧が前記負の電圧に設定されたとき、エミッタ部に電子が蓄積される。そして、その蓄積された電子は、素子電圧が階段状に増大される毎に徐々に放出される。
換言すると、一度の電子蓄積動作によりエミッタ部に蓄積された電子が、複数回に分けて上部電極の微細貫通孔を通って放出させられる。従って、前記負の電圧の大きさを大きくして多くの電子をエミッタ部に蓄積させた場合（例えば、負の電圧をＶｍ２に設定した場合）であっても、一回の電子放出動作において放出される電子の量は図３１に示した従来の場合よりも小さくなる（即ち、例えば、図１５の放出電子電流のピーク値Ｐｋ３＜図３１の放出電子電流のピーク値Ｐｋ２となる。）。この結果、電子放出素子に局所的に大きな電流が流れることがないために発熱による素子の劣化が回避され、且つ、所定の期間Ｔにおける電子放出量（電子放出総量）を増大することができる。更に、エミッタ部内の双極子は、一度の電子蓄積動作から、その電子蓄積動作によって蓄積された電子の放出を完了するまでの期間において、一回転するのみである。従って、分極反転動作の回数が増加しないので、素子の劣化を抑制することができる。
加えて、電子蓄積後に直ちに大きな正の電圧を素子に印加する場合に比較して、一回の駆動電圧の増大に伴って正側分極反転を行う双極子の数を少なくできるので、素子における過大な突入電流の発生を回避することができる。この結果、不要な電子放出を回避することができる。更に、不要な電子放出の恐れがないことから、素子電圧を比較的早期に増大することが可能となる。これにより、素子電圧を緩やかに増大した場合に発生する「蓄積された電子の上部電極への漏れ（リーク）量」を小さくすることができる。この結果、放出する電子の総量を大きくすることができる。
なお、前記正の電圧を階段状に変化させる場合、その段数に特段の制限はない。従って、例えば、素子電圧を、第１電圧から同第１電圧よりも大きい第２電圧へと増大させ、次いで、同第２電圧から同第２電圧よりも大きい電圧へと増大させた後、前記負の電圧へと変更してもよい。
本発明による他の電子放出装置は、前記電子放出素子を備えるとともに、前記エミッタ部に電子を蓄積させるために前記素子電圧を前記負の電圧に到達させ、その後、同蓄積された電子を放出するために同素子電圧を前記正の電圧に到達させる駆動電圧を、前記下部電極と前記上部電極との間に印加する駆動電圧付与手段を備える。
この駆動電圧付与手段は、前記素子電圧を前記正の電圧に到達させる際の駆動電圧として、間欠的に発生する複数のパルス状波形を有するとともに各パルス状波形の最大値が直前のパルス状波形の最大値以上の値をとりながら同最大値が増大して行く電圧であって、連続するパルス状波形の間においては前記素子電圧を前記エミッタ部への電子の蓄積が行われない電圧に維持する電圧を、前記下部電極と前記上部電極との間に印加するように構成される（例えば、図１７、図１９、図２０及び図２２を参照。）。この場合、各パルス状波形の最大値（電子放出のための電圧パルスの最大値）は、電子の蓄積時に反転（負側分極反転）させられたエミッタ部の双極子を再び反転（正側分極反転）させるに足る値以上の電圧である。
これによれば、パルス状波形の電圧が印加されている期間内の所定のタイミングにて電子が放出される。更に、連続する二回の電子放出の間（連続する二つのパルス状波形の間）に電子が放出されない期間を確実に設けることができる。この結果、電子放出装置が適用されるディスプレイ等の要求に応じたタイミングにて電子を放出することが可能となる。即ち、電子放出の周波数を実質的に上昇することができる。
更に、このように駆動電圧を変化させることにより、電子放出装置の消費電力を小さくすることができる。
この場合、前記連続するパルス状波形の間において前記下部電極と前記上部電極との間に印加する電圧の大きさは、前記エミッタ部の抗電界電圧（抗電圧）の大きさより小さいことが好適である。
ここで抗電界電圧とは、エミッタ部（誘電体）において分極反転（双極子の向きの反転）が発生する「同エミッタ部の材質及び同エミッタ部の厚さにより定まる電圧」である。一方、本願の電子放出装置にて使用する電子放出素子は、上部電極の構造（後述する、「ひさし構造」）によって、正側の抗電界電圧が負側の抗電界電圧（負側の抗電界電圧はエミッタ部の抗電界電圧と略等しい）の大きさより大きくなっている。
従って、前記連続するパルス状波形の間において前記下部電極と前記上部電極との間に印加する電圧の大きさが正側の抗電界電圧より小さければ、電子の放出及び蓄積は発生せず、電子はエミッタ部に保持される。
しかしながら、実際には、素子の（エミッタ部の）抗電界電圧よりも大きな電圧が上下電極間に印加され続けると、電子がエミッタ部の表面を移動して同エミッタ部と接触している上部電極の部分に流入（リーク）し、蓄積されている電子の量が減少する場合がある。
そこで、上記のように、前記連続するパルス状波形の間において前記下部電極と前記上部電極との間に印加する電圧の大きさを、前記エミッタ部の抗電界電圧の大きさより小さく設定すれば、そのような電子のリークも回避でき、更に、エミッタ部内で分極反転が発生することもないので、エミッタ部に蓄積されている電子を確実にエミッタ部に保持しておくことができる。
この前記連続するパルス状波形の間において前記下部電極と前記上部電極との間に印加する電圧の大きさは、好ましくはエミッタ部の抗電界電圧の１／４以下、更に好ましくは１／１０以下、最も好ましくは０Ｖ（ゼロ・ボルト）である。この電圧の大きさを小さくするほど、電子放出素子内で消費される電力の量が小さくなるという効果も得られる。
更に、この場合、前記パルス状波形のそれぞれの増大開示時点から減少終了時点までの時間（Ｔｐｓ、電圧パルス幅）は、そのパルス状波形の減少終了時点から次のパルス状波形の増大開始時点までの時間（Ｔｒｓ、連続する電圧パルス間の電圧パルス休止期間）より短く設定されていることが望ましい。
これによれば、エミッタ部の抗電界電圧より大きい電圧が上下電極間に印加されている時間を短くすることができるので、上述したような電子の上部電極へのリーク量を小さくすることができる。この結果、電子放出総量を大きくすることができる。この場合、時間Ｔｐｓ（電圧パルス幅Ｔｐｓ）は時間Ｔｒｓ（電圧パルス間の電圧パルス休止期間Ｔｒｓ）の１／２以下であることが好ましく、１／５であることが更に好ましい。
このような電子放出装置においては、電子の蓄積と放出とが繰り返し行われることが多い。即ち、前記駆動電圧付与手段は、前記下部電極と前記上部電極との間に前記駆動電圧を繰り返し印加するように構成される。
この場合、前記駆動電圧が前記素子電圧を前記負の電圧に到達させる電圧に設定されてから同素子電圧を前記正の電圧に到達させた後に再び同負の電圧に到達させる電圧に設定される電子蓄積動作再開時点までの期間において、同素子電圧を同正の電圧に到達させる際の駆動電圧として前記間欠的に発生する複数のパルス状波形の電圧パルスのうち同電子蓄積動作再開時点の直前の電圧パルスが、同複数の電圧パルスのなかで最も広いパルス幅を有していることが好適である。
これによれば、複数回の電圧パルスの印加により乱されたエミッタ部の分極の状態を、電子蓄積動作再開時点の直前に発生する電圧パルス（最後の電圧パルス）により安定させることができる。更に、最後の電圧パルスよりも前に発生する電圧パルスのパルス幅を長くすると、上述したような電子の上部電極へのリークが生じ、その結果、電子放出総量が減少する恐れがある。これに対し、最後の電圧パルスは、その最後の電圧パルスによりエミッタ部に蓄積されている電子を総て放出するためのパルスである。換言すると、最後の電圧パルスの発生後に、電子を蓄積する期間を設けることなく発生される電子放出のための電圧パルスは存在しない。従って、最後の電圧パルスのパルス幅を長くすることにより、仮に、電子の上部電極へのリークが発生したとしても、そのリークは最後の電圧パルス以降における電子放出に何らの影響も及ぼさない。
この結果、電子放出装置は、多くの電子を長期安定的に放出させることができるようになる。なお、電子蓄積動作再開時点の直前に発生する最後の電圧パルスは、その電圧パルス幅のみでなく、その最大値が最後の電圧パルスよりも前に発生される他の複数の電圧パルスの最大値よりも有意に大きい値に設定されることが望ましい。これによれば、上述した分極安定化効果等がより有効に発揮される。
また、電子放出装置が同電子放出装置から放出される電子により発光する蛍光体を備える装置である場合、時間Ｔｐｓ（電圧パルス幅Ｔｐｓ）を時間Ｔｒｓ（電圧パルス間の電圧パルス休止期間Ｔｒｓ）より短くすることにより、同蛍光体の残光を効率よく利用することができる。即ち、蛍光体は電子照射後において残光を発するので、上記構成により、電子放出に係るエネルギーを小さく維持しながら大きな発光量を得ることができる。
本発明の他の態様において、前記パルス状波形のうちの少なくとも一つの波形（複数の電圧パルスのうちの少なくとも一つ）は、その波形に基づく駆動電圧（即ち、その電圧パルス）によって前記蓄積された電子の放出が完了する前の時点にて同電子の放出を停止するように減少する波形となっている。
これによれば、最大値が同じ二以上のパルス状波形の電圧（電圧パルス）を印加しても、複数回の電子放出を行うことができる。換言すると、多数回の電子放出を得るために、最大値の異なるパルス状波形の電圧を多数発生する必要性が小さくなる。更に、電子放出途中においてパルス状波形の電圧を低下させるので、個々のパルス状波形の幅を小さくできる。その結果、電子放出の周波数を増加させることもできる。
なお、最大値が同じパルス状波形の電圧を素子に複数回印加して電子を放出させる場合、２回目以降のパルス状波形の幅を１回目のパルス状波形の幅よりも大きくしておくことが望ましい。これは、１回目のパルス状波形電圧の印加時においては蓄積されている電子の量が多いのでパルス状波形の幅が小さくても電子を放出できることに加え、その放出によりエミッタ部に残存する電子量が減少するので、２回目以降のパルス状波形の幅を大きくすることにより、２回目以降のパルス状波形電圧の印加時においても確実に電子を放出することができるようにするためである。
前記駆動電圧付与手段は、
前記エミッタ部に電子を蓄積させるための負の電圧を両端に発生する電子蓄積電圧発生源と、
正弦波状に変化する電圧を両端に発生する正弦波発生回路と、
前記連続するパルス状波形の間において前記素子電圧を前記エミッタ部への電子の蓄積が行われない電圧に維持するための電圧を両端に発生する維持電圧発生源と、
前記上部電極及び前記下部電極を、前記電子蓄積電圧発生源の両端に接続した後、前記正弦波発生回路の両端及び前記維持電圧発生源の両端に交互に接続する切替制御手段と、
から構成することができる。
これによれば、電子をエミッタ部に蓄積させるときには前記上部電極及び前記下部電極を前記電子蓄積電圧発生源の両端に接続し、その後、適宜のタイミングにて前記上部電極及び前記下部電極を前記正弦波発生回路の両端に接続することにより、複数のパルス状波形を素子に印加することができる。
また、これによれば、複数のパルス状波形は正弦波状に増大する。即ち、簡単な構成で、複数のパルス状波形の増大に傾斜を設けることができる。
本発明による電子放出方法は、上述した電子放出素子を用いた電子放出方法であって、
前記下部電極の電位に対する前記上部電極の電位である素子電圧を負の電圧に設定して同上部電極から同エミッタ部に電子を供給するとともに同電子を同エミッタ部に蓄積し、その後、同素子電圧を正の第１電圧にまで増大して同エミッタ部に蓄積されている電子を同微細貫通孔を通して放出させ、その後、同素子電圧を同第１電圧より大きい正の第２電圧にまで増大して同エミッタ部に残存している電子を同微細貫通孔を通して放出させる方法である。
これによれば、本発明による上述した電子放出装置と同様、一度の電子蓄積動作によってエミッタ部に蓄積された電子が、複数回に分けて放出させられる。従って、上記と同様の理由により、発熱や分極反転回数の増大等に伴う素子の劣化を回避しながら所定の期間Ｔにおける電子放出量（電子放出総量）を増大することができる。
なお、本発明の装置と同様、電子放出のために印加される電圧のレベルの数に特段の制限はない。従って、例えば、素子電圧を、第１電圧とし、その後、第１電圧よりも大きい第２電圧へと増大させ、その後、第２電圧よりも大きい電圧へと増大させることにより、電子を３回以上に分けて放出させてもよい。
また、この場合においても、
前記素子電圧を前記第１電圧から前記第２電圧へと増大させるとき、同素子電圧を、同第１電圧よりも小さく且つ前記素子が前記エミッタ部への前記電子の蓄積を行わない電圧である第３電圧に設定してから同第２電圧へと増大させることが好適である。
これによれば、連続する二回の電子放出の間に電子が放出されない期間を確実に設けることができるので、種々の要求に応じたタイミングにて電子を放出することが可能となる。
この場合においても、上述した理由により、前記第３電圧の大きさが前記エミッタ部の抗電界電圧の大きさより小さいことが好適であり、前記第１電圧を印加している時間は前記第３電圧を印加している時間よりも短いことが好適である。
更に、本発明の他の態様の電子放出方法は、
前記下部電極の電位に対する前記上部電極の電位である素子電圧を負の電圧に設定して同上部電極から前記エミッタ部に電子を供給するとともに同電子を同エミッタ部に蓄積し、前記素子電圧を正の第１電圧にまで増大して前記エミッタ部に蓄積されている電子を前記微細貫通孔を通して放出させるとともに同電子の放出が完了する前に同素子電圧を第３電圧に減少させ、次いで前記素子電圧を再び前記正の第１電圧にまで増大して前記エミッタ部に蓄積されている電子を前記微細貫通孔を通して放出させるステップと、
その後、同素子電圧を同第１電圧より大きい正の第２電圧にまで増大して同エミッタ部に残存している電子を同微細貫通孔を通して放出させるステップと、
を有する。
これによれば、最大値が同じ二以上のパルス状波形の電圧（電圧パルス）を印加することにより複数回の電子放出を行うことができる。従って、電子放出回数を増すために最大値が異なるパルス状波形を多数発生する必要がない。更に、パルス状波形の幅（電圧パルス幅）を小さくできるので、電子放出の周波数を増加させることもできる。
更に、本発明による電子放出装置、或いは、電子放出方法が用いる電子放出素子は、前記上部電極の上部側において同上部電極に対向するように配設され、電子の衝突により発光する蛍光体を更に備えることが望ましい。
一般に、蛍光体に過大な量の電子を衝突させた場合、電子のエネルギーは熱に変化してしまい、蛍光体の発光量は増大しない。一方、蛍光体は、電子の衝突が終了した後、時間経過とともに光量が低下する残光を発する。従って、蛍光体は、電子のエネルギーが熱に変化することが少ない適当な量の電子が衝突させられ、その後、電子の衝突が停止させられ、残光の発光量が小さくなる適切な時期に再び電子が衝突させられる場合に、高い効率を持って光を発生する。
従って、本発明の電子放出装置又は電子放出方法のように、一回の電子放出量を抑制しながら複数回に亘って且つ短い周期で電子を繰り返し放出させ、その電子を蛍光体に衝突させるようにすれば、より小さい消費電力で大きい発光量を得ることができる。この結果、低消費電力、且つ、明瞭な画像を提供するディスプレイ装置或いは大光量の発光装置を提供することができる。
この場合、電子放出装置、或いは、電子放出方法が用いる電子放出素子は、
前記蛍光体の近傍に配置されたコレクタ電極と、
前記コレクタ電極が前記放出された電子を同コレクタ電極側に引き寄せる電界を形成するように同コレクタ電極に電圧を付与するコレクタ電圧付与手段と、
を更に備えることが望ましい。
これによれば、コレクタ電極の形成する電界によって、エミッタ部から上部電極の微細貫通孔を通って放出された電子を蛍光体に確実に衝突させることができる。更に、コレクタ電極の形成する電界により、放出された電子にエネルギーを与えて電子を加速することができるので、蛍光体の発光量を高めることができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１実施形態に係る電子放出装置の部分断面図である。
図２は、図１に示した電子放出装置を異なる平面にて切断した部分断面図である。
図３は、図１に示した電子放出装置の部分平面図である。
図４は、図１に示した電子放出装置の拡大部分断面図である。
図５は、図１に示した上部電極の拡大部分平面図である。
図６は、図１に示した電子放出装置の一つの状態を示した図である。
図７は、図１に示したエミッタ部の電圧−分極特性のグラフである。
図８は、図１に示した電子放出装置の他の状態を示した図である。
図９は、図１に示した電子放出装置の他の状態を示した図である。
図１０は、図１に示した電子放出装置の他の状態を示した図である。
図１１は、図１に示した電子放出装置の他の状態を示した図である。
図１２は、図１に示した電子放出装置の他の状態を示した図である。
図１３は、集束電極を備えない電子放出装置により放出された電子の様子を示した図である。
図１４は、図１に示した電子放出装置により放出された電子の様子を示した図である。
図１５は、図１に示した駆動電圧付与回路により上下電極間に印加される駆動電圧及び放出される電子の量を表す放出電子電流を示したタイムチャートである。
図１６は、図１に示した駆動電圧付与回路、集束電極電位付与回路及びコレクタ電圧付与回路の回路図である。
図１７（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る電子放出装置の駆動電圧付与回路により上下電極間に印加される駆動電圧及び放出される電子の量を表す放出電子電流を示したタイムチャートである。
図１７（Ｂ）は、エミッタ部の電圧−分極特性のグラフである。
図１８は、本発明の第３実施形態に係る電子放出装置の駆動電圧付与回路により上下電極間に印加される駆動電圧及び放出される電子の量を表す放出電子電流を示したタイムチャートである。
図１９は、本発明の第４実施形態に係る電子放出装置の駆動電圧付与回路により上下電極間に印加される駆動電圧及び放出される電子の量を表す放出電子電流を示したタイムチャートである。
図２０は、本発明の第５実施形態に係る電子放出装置の駆動電圧付与回路により上下電極間に印加される駆動電圧及び放出される電子の量を表す放出電子電流を示したタイムチャートである。
図２１は、本発明の第６実施形態に係る電子放出装置の駆動電圧付与回路の回路図である。
図２２は、本発明の第６実施形態に係る電子放出装置の駆動電圧付与回路により上下電極間に印加される駆動電圧及び放出される電子の量を表す放出電子電流を示したタイムチャートである。
図２３は、本発明の第６実施形態の変形例に係る電子放出装置の駆動電圧付与回路の回路図である。
図２４は、本発明の第７実施形態に係る電子放出装置の部分断面図である。
図２５は、本発明による電子放出装置の変形例の部分平面図である。
図２６は、本発明による電子放出装置の他の変形例の部分平面図である。
図２７は、本発明による電子放出装置の他の変形例の部分断面図である。
図２８は、図２７に示した電子放出装置の他の部分断面図である。
図２９は、従来の電子放出装置において上下電極間に印加される駆動電圧及び放出される電子の量を表す放出電子電流を示したタイムチャートである。
図３０は、従来の電子放出装置において上下電極間に印加される他の駆動電圧及び放出される電子の量を表す放出電子電流を示したタイムチャートである。
図３１は、従来の電子放出装置において上下電極間に印加される他の駆動電圧及び放出される電子の量を表す放出電子電流を示したタイムチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明による電子放出装置及び電子放出方法の各実施形態について図面を参照しながら説明する。この電子放出装置は、電子線照射装置、液晶画面のバックライト等の光源及び電子部品製造装置の電子放出源等の種々の装置に適用することができるが、以下の説明においてはディスプレイに適用されている。
＜第１実施形態＞
（構造）
図１乃至図３に示したように、本発明の第１実施形態に係る電子放出装置１０は、基板１１、複数の下部電極（下部電極層）１２、エミッタ部１３、複数の上部電極（上部電極層）１４、絶縁層１５及び複数の集束電極（集束電極層）１６を備えている。なお、図１は電子放出装置１０の部分平面図である図３の１−１線に沿った平面にて電子放出装置１０を切断した断面図、図２は図３の２−２線に沿った平面にて電子放出装置１０を切断した断面図である。
基板１１は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸により形成される平面（Ｘ−Ｙ平面）に平行な上面及び下面を有し、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれに直交するＺ軸方向に厚み方向を有する薄板体である。基板１１は、例えば、ガラス又はセラミックス（好ましくは、酸化ジルコニウムを主成分とした材料）からなっている。
下部電極１２のそれぞれは、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。各下部電極１２の平面視における形状はＹ軸方向に長手方向を有する帯状である。図１に示したように、互いに隣接する二つの下部電極１２は、Ｘ軸方向において所定の距離だけ離れた位置に形成されている。図１において、符合１２−１、１２−２及び１２−３が付された下部電極１２は、便宜上、第１下部電極、第２下部電極及び第３下部電極とそれぞれ称呼される。
エミッタ部１３は、比誘電率が大きい誘電体（例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、チタン酸鉛（ＰＴ）及びジルコン酸鉛（ＰＺ）の３成分系材料ＰＭＮ−ＰＴ−ＰＺ。材質については、後に詳述する。）からなり、基板１１の上面及び下部電極１２の上面の上に形成されている。エミッタ部１３は、基板１１と同様な薄板体である。エミッタ部１３の上面には、図４に拡大して示したように、誘電体の粒界による凹凸１３ａが形成されている。
上部電極１４のそれぞれは、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。各上部電極１４の平面視における形状は、図３に示したように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ沿った短辺及び長辺を有する長方形である。複数の上部電極１４は互いに離間し、マトリクス状に配列されている。上部電極１４のそれぞれは、下部電極１２のそれぞれに対向し、平面視において下部電極１２のそれぞれに重なる位置に配設されている。
更に、上部電極１４のそれぞれには、図４及び上部電極１４の部分拡大平面図である図５に示したように、複数の微細な貫通孔１４ａが形成されている。図１及び図３において、符合１４−１、１４−２及び１４−３が付された上部電極１４は、便宜上、第１上部電極、第２上部電極及び第３上部電極とそれぞれ称呼される。また、Ｘ軸方向に配列された複数の上部電極１４同士は図示しない導体からなる層により接続され、同電位に維持されるようになっている。上部電極１４のうち、微細貫通孔１４ａの周部におけるエミッタ部１３と対向する面は、図４に符号１４ｂにて示したように、エミッタ部１３（エミッタ部１３の上面）から離間している。この上部電極１４の構造は、便宜上「ひさし構造」と称呼されることもある。
下部電極１２、エミッタ部１３及び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。なお、微細貫通孔１４ａの平均径は、０．０１μｍ以上且つ１０μｍ以下程度であればよい。
一方、図６に示したように、上部電極１４の厚みｔは、０．０１μｍ以上且つ１０μｍ以下であり、好ましくは、０．０５μｍ以上且つ１μｍ以下である。また、貫通孔１４ａの周部（貫通孔の縁部）であってエミッタ部１３と対向する面とエミッタ部１３（エミッタ部１３の上面）との距離の最大値ｄは０μｍより大きく且つ１０μｍ以下であり、好ましくは、０．０１μｍ以上且つ１μｍ以下である。
以上に述べたように、平面視において上部電極１４と下部電極１２とが重なった部分は一つの電子放出のための素子を形成していることになる。例えば、第１下部電極１２−１、第１上部電極１４−１及び第１下部電極１２−１と第１上部電極１４−１とにより挟まれたエミッタ部１３は、第１の素子を構成している。また、第２下部電極１２−２、第２上部電極１４−２及び第２下部電極１２−２と第２上部電極１４−２とにより挟まれたエミッタ部１３は、第２の素子を構成している。更に、第３下部電極１２−３、第３上部電極１４−３及び第３下部電極１２−３と第３上部電極１４−３とにより挟まれたエミッタ部１３は、第３の素子を構成している。このように、電子放出装置１０は、複数の独立した電子放出素子を備えている。
絶縁層１５は、エミッタ部１３の上面の上に、複数の上部電極１４の間を埋めるように形成されている。絶縁層１５の厚み（Ｚ軸方向長さ）は、上部電極１４の厚み（Ｚ軸方向長さ）より僅かだけ大きくなっている。図１及び図２に示したように、各絶縁層１５のＸ軸及びＹ軸方向端部は、上部電極１４のＸ軸方向両端部及びＹ軸方向両端部の上に配置されている。
集束電極１６は、導電性物質（ここでは、銀）からなり、絶縁層１５の上に層状に形成されている。図３に示したように、各集束電極１６の平面視における形状はＹ軸方向に長手方向を有する帯状である。各集束電極１６は、平面視においてＸ軸方向にて互いに隣接する上部電極１４の間に形成されている。総ての集束電極１６は、図示しない導体からなる層により互いに接続され、同電位に維持されるようになっている。
なお、図１及び図３において、符合１６−１、１６−２及び１６−３が付された集束電極１６は、便宜上、第１集束電極、第２集束電極及び第３集束電極とそれぞれ称呼される。この称呼方法を利用すると、第２集束電極１６−２は第１の素子の第１上部電極１４−１と第２の素子の第２上部電極１４−２との間であって、第１上部電極１４−１及び第２上部電極１４−２の斜め上方に形成されていると言える。同様に、第３集束電極１６−３は第２の素子の第２上部電極１４−２と第３の素子の第３上部電極１４−３との間であって、第２上部電極１４−２及び第３上部電極１４−３の斜め上方に形成されていると言える。
この電子放出装置１０は、更に、透明板１７、コレクタ電極（コレクタ電極層）１８及び蛍光体１９を備えている。
透明板１７は、透明な材質（ここでは、ガラス又はアクリル製）からなっていて、上部電極１４の上方（Ｚ軸正方向）に所定の距離だけ離れた位置に形成されている。透明板１７は、その上面及び下面がエミッタ部１３の上面及び上部電極１４の上面と平行（Ｘ−Ｙ平面内）となるように配設されている。
コレクタ電極１８は、導電性物質（ここでは、透明導電膜，ＩＴＯ）からなっていて、透明板１７の下面全体に層状に形成されている。即ち、コレクタ電極１８は、各上部電極１４の上部において各上部電極１４に対向するように、上部電極１４から所定距離だけ離間した位置に配設されている。
蛍光体１９のそれぞれは、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赤、緑及青色の何れかの光を発するようになっている。各蛍光体１９は、平面視において各上部電極１４と略同一の形状を備え、各上部電極１４と重なる位置において、コレクタ電極１８の下面に配設されている。図１において、符合１９Ｒ、１９Ｇ及び１９Ｂが付された蛍光体１９は、赤色、緑色及び青色をそれぞれ発光するようになっている。従って、本例においては、赤色蛍光体１９Ｒは第１上部電極１４−１の直上部（Ｚ軸正方向）に位置し、緑色蛍光体１９Ｇは第２上部電極１４−２の直上部に位置し、青色蛍光体１９Ｂは第３上部電極１４−３の直上部に位置している。
なお、例えば、赤色蛍光体はＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、緑色蛍光体はＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、青色蛍光体はＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌから形成することができる。更に、蛍光体１９をＹ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂから形成すれば、白色光を発する白色蛍光体を得ることができる。或いは、白色蛍光体は、赤色蛍光体（例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ）、緑色蛍光体（例えば、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ）及び青色蛍光体（例えば、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ）の蛍光体を混ぜ合わせることにより作製することもできる。
また、エミッタ部１３、上部電極１４、絶縁層１５、集束電極１６及び透明板１７（コレクタ電極１８）により囲まれた空間は略真空（１０２〜１０−６Ｐａが好ましく、より好ましくは１０−３〜１０−５Ｐａ）に維持されている。換言すると、透明板１７及びコレクタ電極１８は、図示しない電子放出装置１０の側壁部とともに密閉空間を形成する空間形成部材を構成している。そして、この密閉空間は略真空に維持されている。従って、電子放出装置１０の素子（少なくとも各素子のエミッタ部１３の上部と上部電極１４）は、空間形成部材により略真空状態に維持されている密閉空間内に配置されていることになる。
加えて、電子放出装置１０は、図１に示したように、駆動電圧付与回路（駆動電圧付与手段、電位差付与手段）２１と、集束電極電位付与回路（集束電極電位差付与手段）２２と、コレクタ電圧付与回路（コレクタ電圧付与手段）２３と、を備えている。
駆動電圧付与回路２１は、駆動電圧Ｖｉｎ（後述）を発生する電源２１ｓを備えている。電源２１ｓは各上部電極１４及び各下部電極１２に接続されている。即ち、駆動電圧付与回路２１は、電源２１ｓと、同電源２１ｓと各素子とを接続するための回路と、を含んでいる。更に、駆動電圧付与回路２１は、信号制御回路１００及び電源回路１１０に接続されていていて、信号制御回路１００からの信号に基づいて互いに対向する上部電極１４と下部電極１２との間（素子）に駆動電圧Ｖｉｎを印加するようになっている。
集束電極電位付与回路２２は、集束電極１６に接続されていて、集束電極１６に一定の負の電位（電圧）Ｖｓを常に付与するようになっている。
コレクタ電圧付与回路２３は、コレクタ電極１８に所定の電圧（コレクタ電圧）を付与するための回路であって、抵抗２３ａと、スイッチング素子２３ｂと、一定の電圧Ｖｃを発生する定電圧源２３ｃと、スイッチ制御回路２３ｄとを備えている。抵抗２３ａの一端はコレクタ電極１８に接続されている。抵抗２３ａの他端はスイッチング素子２３ｂの固定接続点に接続されている。スイッチング素子２３ｂは、ＭＯＳ−ＦＥＴなどの半導体素子であり、スイッチ制御回路２３ｄと接続されている。
スイッチング素子２３ｂは、前記固定接続点に加え、二つの切換点を備えている。スイッチング素子２３ｂは、スイッチ制御回路２３ｄからの指示信号に応じて二つの切換点の何れか一つと固定接続点とを選択的に接続するようになっている。この二つの切換点の一つは接地され、他の一つは定電圧源２３ｃの陽極と接続されている。定電圧源２３ｃの陰極は接地されている。スイッチ制御回路２３ｄは、信号制御回路１００と接続されていて、信号制御回路１００からの信号に基づいてスイッチング素子２３ｂの切換制御を行うようになっている。
（電子放出の原理及び作動）
次に、上記のように構成された電子放出装置１０の電子放出に関する作動原理について一つの素子に着目して説明する。なお、以下において、原理説明を簡単にするため、駆動電圧Ｖｉｎは第１実施形態の駆動電圧Ｖｉｎと相違する単純な矩形波形とした。
先ず、図６に示したように、下部電極１２の電位に対する上部電極１４の電位（下部電極１２の電位を基準とした下部電極１２と上部電極１４の実際の電位差である素子電圧Ｖｋａ）が正の所定電圧（第２電圧）Ｖｐ２に維持され、エミッタ部１３の電子が総て放出した直後であって、電子がエミッタ部１３に蓄積されていない状態から説明を開始する。このとき、エミッタ部１３の双極子の負極はエミッタ部１３の上面（Ｚ軸正方向、即ち、上部電極１４側）に向いた状態となっている。この状態は、図７に示したグラフ上の点ｐ１の状態である。図７のグラフは、横軸に素子電圧Ｖｋａをとり、縦軸に素子１０に蓄積される電荷Ｑをとったエミッタ部１３の電圧−分極特性のグラフである。
この状態において、素子電圧Ｖｋａが負の所定電圧Ｖｍ２となるように駆動電圧Ｖｉｎが負の所定電圧Ｖｍ２に設定されると、素子電圧Ｖｋａは図７の点ｐ２を経由して点ｐ３に向けて減少する。そして、素子電圧Ｖｋａが図７に示した負の抗電界電圧（抗電圧）Ｖａの近傍の電圧になると、エミッタ部１３の双極子の向きが反転し始める。即ち、図８に示したように、分極反転（負側分極反転）が開始する。この分極反転により、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。
なお、抗電界電圧（抗電圧）とは、エミッタ部１３（誘電体）において分極反転が発生する同エミッタ部１３の材質及び同エミッタ部１３の厚さにより定まる電圧である。従って、エミッタ部１３の厚みが所与の厚みであれば、抗電界電圧Ｖａの大きさ（｜Ｖａ｜）は、エミッタ部１３の材質により決定される。本願の電子放出装置にて使用する電子放出素子は、上部電極１４の「ひさし構造」によって、後述する正側の抗電界電圧Ｖｄが負側の抗電界電圧Ｖａ（負側の抗電界電圧はエミッタ部の抗電界電圧と等しい）の大きさ（｜Ｖａ｜）より大きくなっている。
ところで、上記のようにして供給された電子は、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「エミッタ部１３の微細貫通孔１４ａ近傍」とも言う。）に蓄積される。その後、所定の時間が経過して負側分極反転が完了すると、素子電圧Ｖｋａは負の所定電圧Ｖｍ２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）。この状態が、図７の点ｐ４の状態である。
この状態において、素子電圧Ｖｋａが正の所定電圧（第２電圧）Ｖｐ２となるように、駆動電圧Ｖｉｎが正の所定電圧Ｖｐ２に設定されると、素子電圧Ｖｋａは増大し始める。このとき、素子電圧Ｖｋａが図７の点ｐ５に対応する正の抗電界電圧Ｖｄより僅かに小さい電圧Ｖｂ（点ｐ６）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。その後、素子電圧Ｖｋａは正の抗電界電圧Ｖｄの近傍の電圧に到達する。これにより、双極子の負極がエミッタ部１３の上面側に向き始める。即ち、図１１に示したように、分極が再び反転する（正側分極反転が開始する。）。この状態が図７の点ｐ５近傍の状態である。
その後、正側分極反転が進行すると、負極がエミッタ部１３の上面側に反転した双極子の数が多くなる。この結果、図１２に示したように、クーロンの反発力によりエミッタ部１３の微細貫通孔１４ａの近傍に蓄積されていた電子が微細貫通孔１４ａを通って上方（Ｚ軸正方向）に放出され始める。このとき、蓄積されていた電子の一部は上部電極１４に衝突して上部電極１４に回収される。また、衝突により二次電子放出が発生し、二次電子放出によって発生した電子の一部は微細貫通孔１４ａを通って上方に放出さる。
その後、正側分極反転が完了する。その結果、素子電圧Ｖｋａは急激に増大し、素子電圧Ｖｋａは正の所定電圧Ｖｐ２に到達する（図７の点ｐ１の状態）。この間においても、電子は放出され続け、やがて総ての電子が放出される。次いで、素子電圧Ｖｋａが負の所定電圧Ｖｍ２となるように駆動電圧Ｖｉｎが負の所定電圧Ｖｍ２に再び設定されると、素子電圧Ｖｋａは図７の点ｐ２を経由して点ｐ３に向けて減少する。以上が、電子の蓄積（消灯）及び放出（点灯・発光）に係る一連の作動原理である。
なお、素子が複数存在する場合、駆動電圧付与回路２１は電子放出を行うべき素子の上部電極１４（上下電極間）に対してのみ駆動電圧Ｖｉｎを負の所定電圧Ｖｍ２として電子の蓄積を行い、電子放出を行う必要のない上部電極１４に対しては駆動電圧Ｖｉｎを「０（Ｖ）」の値に維持し、その後、総ての上部電極１４に対して駆動電圧Ｖｉｎを正の所定電圧Ｖｐ２に一斉に（同時に）変化させるようになっている。これにより、電子は、電子をエミッタ部１３に蓄積していた素子の上部電極１４（微細貫通孔１４ａ）のみから放出させられる。従って、電子放出を行う必要のない上部電極１４近傍のエミッタ部１３内では分極反転が発生しない。
ところで、電子が上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通して放出されるとき、図１３に示したように、電子は次第に広がりながら（コーン状に）Ｚ軸正方向に進行する。この結果、従来の装置においては、一つの上部電極１４（例えば、第２上部電極１４−２）から放出された電子が、その上部電極１４の直上に存在する蛍光体（例えば、緑色蛍光体１９Ｇ）に到達するのみでなく、隣接する蛍光体（赤色蛍光体１９Ｒ及び青色蛍光体１９Ｂ）にも到達してしまう場合があった。このような状態が発生すると、色純度が低下して画像の鮮明さが低下する。
これに対し、本実施形態に係る電子放出装置１０は負の電位が付与される集束電極１６を備えている。この集束電極１６は、隣接する上部電極１４の間（隣接する素子の各上部電極の間）であって、上部電極１４よりも若干だけ上方の位置に配設されている。従って、図１４に示したように、上部電極１４の微細貫通孔１４ａから放出された電子は、集束電極１６によりもたらされる電界によって広がることなく実質的に直上方向に放出される。
この結果、第１上部電極１４−１から放出された電子は赤色蛍光体１９Ｒのみに到達し、第２上部電極１４−２から放出された電子は緑色蛍光体１９Ｇのみに到達し、第３上部電極１４−３から放出された電子は青色蛍光体１９Ｂのみに到達する。従って、ディスプレイの色純度が低下することなく、より鮮明な画像を得ることができる。
（駆動電圧Ｖｉｎの制御）
次に、駆動電圧付与回路２１による駆動電圧Ｖｉｎの制御について説明する。なお、本明細書において、駆動電圧Ｖｉｎが正の電圧であるとは、駆動電圧Ｖｉｎが「下部電極１２の電位に対する上部電極１４の電位（素子電圧Ｖｋａ）を正の電圧とする電圧」であることを意味する。従って、駆動電圧Ｖｉｎが負の電圧であるとは、駆動電圧Ｖｉｎが「素子電圧Ｖｋａを負の電圧とする電圧」であることを意味する。
先ず、駆動電圧付与回路２１の電源２１ｓは、図１５に示したように所定の時点である時刻ｔ１にて駆動電圧Ｖｉｎを負の所定電圧Ｖｍ２（例えば、−７０Ｖ）に設定する。これにより、素子電圧Ｖｋａは負の所定電圧Ｖｍ２に向かって変化する。従って、エミッタ部１３において負側分極反転が発生し、電子が上部電極１４からエミッタ部１３へと供給されてエミッタ部１３の微細貫通孔１４ａ近傍に蓄積される。
時刻ｔ１から電子蓄積期間Ｔｄが経過して時刻ｔ２になると、駆動電圧付与回路２１の電源２１ｓは、駆動電圧Ｖｉｎを正の所定電圧Ｖｐ１（例えば、＋２００Ｖ）に設定する。この結果、素子電圧Ｖｋａは正の所定電圧Ｖｐ１に向かって変化する。正の所定電圧Ｖｐ１は、前述した正の抗電界電圧Ｖｄよりも大きく、素子１０が電子を蓄積した状態にあるときに電子放出を開始するために必要な最小の電圧（電子放出閾値電圧Ｖｔｈ）以上の電圧である。これにより、正側分極反転が開始し、微細貫通孔１４ａの近傍に蓄積されていた電子が微細貫通孔１４ａを通って上方に放出される。なお、正の所定電圧Ｖｐ１を、便宜上「第１電圧」とも称呼する。
時刻ｔ２から所定時間が経過すると最初（１回目）の電子放出が終了する。その後、時刻ｔ３になると、駆動電圧付与回路２１の電源２１ｓは、駆動電圧Ｖｉｎを正の所定電圧Ｖｐ２（例えば＋３００Ｖ）に設定する。この正の所定電圧Ｖｐ２は、正の所定電圧Ｖｐ１よりも大きさが大きい。従って、素子電圧Ｖｋａは、前述した電子放出閾値電圧Ｖｔｈよりも大きく且つ第１電圧Ｖｐ１よりも大きい電圧Ｖｐ２に向かって変化する。なお、正の所定電圧Ｖｐ２を、便宜上「第２電圧」とも称呼する。
この結果、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間（第１電子放出期間）において、その負極がエミッタ部１３の上面側に反転していなかった（正側分極反転していなかった）双極子が、時刻ｔ３以降において正側分極反転を開始する。従って、クーロンの反発力が再び発生して、エミッタ部１３の微細貫通孔１４ａの近傍に残存していた電子が微細貫通孔１４ａを通って上方に放出される。即ち、時刻ｔ３の直後において２回目の電子放出が行われる。時刻ｔ３〜時刻ｔ４の期間は、第２電子放出期間とも称呼される。
その後、所定の時間が経過して時刻ｔ４になると（即ち、時刻ｔ１から電子放出期間Ｔｈが経過すると）、駆動電圧付与回路２１の電源２１ｓは、駆動電圧Ｖｉｎを再び負の所定電圧Ｖｍ２に設定する。これにより、エミッタ部１３への電子の蓄積が再開する。駆動電圧付与回路２１（電源２１ｓ）は、以降において、上述した時刻ｔ１〜時刻ｔ４の動作を繰り返し行う。
（コレクタ電極の制御）
次に、コレクタ電圧付与回路２３によるコレクタ電極の制御について説明する。コレクタ電圧付与回路２３は、「駆動電圧Ｖｉｎが正の所定電圧である第１電圧Ｖｐ１に変更された時点（時刻ｔ２）」から、「２回目の電子放出が完了した後であって再び電子のエミッタ部１３への蓄積を開始するために駆動電圧Ｖｉｎが負の所定電圧Ｖｐｍに変更される時点（時刻ｔ４）の直前の時点」までのコレクタ電圧付与期間においてコレクタ電極１８に電圧Ｖｃを付与するようになっている。即ち、コレクタ電圧付与回路２３は、コレクタ電圧付与期間において、スイッチング素子２３ｂの固定接続点を定電圧源２３ｃの陽極に接続する。
これにより、コレクタ電極１８は放出された電子を引き寄せる電界を形成する。この結果、エミッタ部１３から微細貫通孔１４ａを通って放出された電子は、コレクタ電極１８により形成される電界によって加速されながら（高いエネルギーが与えられながら）上部電極１４の上方に進行する。従って、蛍光体１９に高いエネルギーをもった電子が照射されるので、大きな輝度が得られる。
更に、コレクタ電圧付与回路２３は、コレクタ電圧付与期間以外の期間（コレクタ電圧非付与期間）において、コレクタ電極１８に電圧Ｖｃよりも小さい電圧（例えば、０Ｖ）を付与するようになっている。即ち、コレクタ電圧付与回路２３は、コレクタ電圧非付与期間において、スイッチング素子２３ｂの固定接続点を接地されている切換点に接続する。コレクタ電圧非付与期間は、電子蓄積期間Ｔｄに一致している。
これにより、コレクタ電極１８は放出された電子を引き寄せる電界を形成しないか或いはそのような電界の強度を小さくする。この結果、仮に電子蓄積期間Ｔｄにおいて、素子１０に大きな突入電流が流れ、或いは、負側分極反転後の素子電圧の変化速度（電圧変化率）が過大となることに起因して不要な電子放出が発生したとしても、そのような電子のうち蛍光体１９に到達する電子の数を減少することができる。従って、不要な発光が回避される。
なお、スイッチング素子２３ｂは、上記接地されている切換点をどこにも接続していないフローティング点となるように構成され得る。この場合、コレクタ電圧非付与期間において、コレクタ電極１８の状態をフローティング状態とすることができる。コレクタ電極１８の状態がフローティング状態となれば、放出された電子を引き寄せる電界を形成しないから、上述した理由と同一の理由により不要な発光が回避され得る。
（駆動電圧付与回路、集束電極電位付与回路及びコレクタ電圧付与回路の具体例）
次に、駆動電圧付与回路２１、集束電極電位付与回路２２及びコレクタ電圧付与回路２３の具体的構成及び作動について説明する。
駆動電圧付与回路２１は、図１６に示したように、行選択回路２１ａ、パルス発生源２１ｂ及び信号供給回路２１ｃを備えている。図１６において、符合Ｄ１１、Ｄ１２、…Ｄ２２、Ｄ２３などが付されたものは、それぞれ、前述した一つの素子（上部電極１４と下部電極１２とが重なった部分により構成される電子放出素子）を示している。また、この例における電子放出装置１０は、行方向にｎ個、列方向にｍ個の素子を備えている。
行選択回路２１ａは、信号制御回路１００の制御信号線１００ａと、電源回路１１０の正極ライン１１０ｐ及び負極ライン１１０ｍとに接続されている。行選択回路２１ａは、更に、複数の行選択線ＬＬと接続されている。行選択線ＬＬのそれぞれは一群をなす複数の素子（同一行上の素子）の下部電極１２と接続されている。例えば、行選択線ＬＬ１は第１行の素子Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、…Ｄ１ｍの各下部電極１２と接続され、行選択線ＬＬ２は第２行の素子Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、…Ｄ２ｍの各下部電極１２と接続されている。
行選択回路２１ａは、電子を各素子のエミッタ部１３に蓄積させる電子蓄積期間Ｔｄにおいて、信号制御回路１００からの制御信号に応答して行選択線ＬＬの一つに対し一定の期間（行選択期間）Ｔｓだけ選択信号Ｓｓ（ここでは、７０Ｖの電圧信号）を出力し、残りの行選択線ＬＬに非選択信号Ｓｎ（ここでは、０Ｖの電圧信号）を出力するようになっている。行選択回路２１ａは、選択信号Ｓｓを出力する行選択線ＬＬを、一定の行選択期間Ｔｓ毎に順次変更して行くようになっている。
パルス発生源２１ｂは、電子蓄積期間Ｔｄにおいて基準電圧（ここでは、０Ｖ）を発生するとともに、発光期間（点灯期間、電子放出期間）Ｔｈの前半期間である第１電子放出期間（図１５の時刻ｔ２〜時刻ｔ３に相当する期間）において第１の一定電圧（ここでは、−２５０Ｖ）を発生し、続く発光期間Ｔｈの後半期間である第２電子放出期間（図１５の時刻ｔ３〜時刻ｔ４に相当する期間）において第２の一定電圧（ここでは、−３５０Ｖ）を発生するようになっている。パルス発生源２１ｂは、電源回路１１０の負極ライン１１０ｍとグランド（ＧＮＤ）との間に接続されている。
信号供給回路２１ｃには、信号制御回路１００の制御信号線１００ｂと、電源回路１１０の正極ライン１１０ｐ及び負極ライン１１０ｍと、が接続されている。信号供給回路２１ｃは、内部に、パルス生成回路２１ｃ１と振幅変調回路２１ｃ２とを備えている。
パルス生成回路２１ｃ１は、電子蓄積期間Ｔｄにおいて一定のパルス周期で一定の振幅（ここでは、７０Ｖ）を有するパルス信号Ｓｐを出力するとともに、発光期間Ｔｈにおいて基準電圧（ここでは、０Ｖ）を出力するようになっている。
振幅変調回路２１ｃ２は、パルス生成回路２１ｃ１からのパルス信号Ｓｐを入力するように、パルス生成回路２１ｃ１と接続されている。また、振幅変調回路２１ｃ２は、複数の画素信号線ＵＬと接続されている。画素信号線ＵＬのそれぞれは一群をなす複数の素子（同一列上の素子）の上部電極１４と接続されている。例えば、画素信号線ＵＬ１は第１列の素子Ｄ１１、Ｄ２１、…Ｄｎ１の各上部電極１４と接続され、画素信号線ＵＬ２は第２列の素子Ｄ１２、Ｄ２２、…Ｄｎ２の各上部電極１４と接続され、画素信号線ＵＬ３は第３列の素子Ｄ１３、Ｄ２３、…Ｄｎ３の各上部電極と接続されている。
振幅変調回路２１ｃ２は、電子蓄積期間Ｔｄにおいてパルス信号Ｓｐを選択されている行の画素の輝度レベルに応じて振幅変調し、その振幅変調した信号（ここでは、０、３５、７０Ｖの何れかの電圧信号）を画素信号Ｓｄとして複数の画素信号線ＵＬ（ＵＬ１、ＵＬ２、…ＵＬｍ）に出力するようになっている。更に、振幅変調回路２１ｃ２は、発光期間Ｔｈにおいて、パルス生成回路２１ｃ１が発生する基準電圧（０Ｖ）をそのまま出力するようになっている。
信号制御回路１００は、映像信号Ｓｖ及び同期信号Ｓｃを入力し、これらの入力信号に基づいて行選択回路２１ａを制御する信号、信号供給回路２１ｃを制御する信号及びコレクタ電圧付与回路２３を制御する信号を、信号線１００ａ、信号線１００ｂ及び信号線１００ｃにそれぞれ出力するようになっている。
電源回路１１０は、正極ライン１１０ｐの電位を負極ライン１１０ｍの電位よりも一定電圧（ここでは５０Ｖ）だけ高くするための電圧信号を正極ライン１１０ｐ及び負極ライン１１０ｍに出力するようになっている。
集束電極電位付与回路２２は、総ての集束電極１６を接続する接続線ＳＬと接続されている。集束電極電位付与回路２２は、この接続線ＳＬにグランドに対する電位Ｖｓを付与するようになっている。
コレクタ電圧付与回路２３は、コレクタ電極１８に接続された接続線ＣＬ及び信号制御回路１００の信号線１００ｃと接続されている。コレクタ電圧付与回路２３は、接続線ＣＬに正の第１電圧Ｖｃ（＝第１コレクタ電圧Ｖ１）及び第１電圧Ｖｃよりも小さい第２電圧（ここでは、グランドの電位である第２コレクタ電圧Ｖ２＝０（Ｖ））を信号制御回路１００からの信号に基づいて交互に付与するようになっている。
次に、このように構成された回路の作動について説明する。先ず、ある時点にて始まる電子蓄積期間Ｔｄの開始時において、行選択回路２１ａは、信号制御回路１００からの制御信号に基づいて第１行の行選択線ＬＬ１に選択信号Ｓｓ（７０Ｖ）を出力し、他の行選択線ＬＬに非選択信号Ｓｎ（０Ｖ）を出力する。
これにより、第１行の素子Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、…Ｄ１ｍの各下部電極１２の電位が選択信号Ｓｓの電圧（７０Ｖ）となる。また、他の素子（例えば、第２行の素子Ｄ２１…Ｄ２ｍ、第３行の素子Ｄ３１…Ｄ３ｍ）の各下部電極１２の電位は非選択信号Ｓｎの電圧（０Ｖ）となる。
このとき、信号供給回路２１ｃは、信号制御回路１００からの制御信号に基づいて、選択されている行の素子（即ち、第１行の素子Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、…Ｄ１ｍ）のそれぞれにより構成される各画素の輝度レベルに応じた画素信号Ｓｄ（ここでは、０、３５、７０Ｖの何れかの電圧信号）を複数の画素信号線ＵＬ（ＵＬ１、ＵＬ２、…ＵＬｍ）に出力する。この画素信号Ｓｄと選択信号Ｓｓとの電位差が駆動電圧Ｖｉｎとなる。
この場合、例えば、画素信号線ＵＬ１に０Ｖの画素信号Ｓｄが付与されたと仮定すると、素子Ｄ１１の上部電極１４と下部電極１２との電位差である素子電圧Ｖｋａ（Ｄ１１）は、最終的に負の所定電圧Ｖｍである−７０Ｖ（＝０Ｖ−７０Ｖ、負の第１所定電圧）に収束する。これにより、非常に多くの電子が素子Ｄ１１のエミッタ部１３の微細貫通孔１４ａ近傍に蓄積される。また、画素信号線ＵＬ２に３５Ｖの画素信号Ｓｄが付与されたと仮定すると、素子電圧Ｖｋａ（Ｄ１２）は前述した負の所定電圧Ｖｍである−３５Ｖ（＝３５Ｖ−７０Ｖ＝負の第２所定電圧）となる。これにより、素子Ｄ１１よりは少ない電子が素子Ｄ１２のエミッタ部１３の微細貫通孔１４ａ近傍に蓄積される。
更に、画素信号線ＵＬ３に７０Ｖの画素信号Ｓｄが付与されたと仮定すると、素子Ｄ１３の素子電圧Ｖｋａ（Ｄ１３）は０Ｖ（＝７０Ｖ−７０Ｖ）となる。従って、素子Ｄ１３のエミッタ部１３には分極反転が発生せず、素子Ｄ１３のエミッタ部１３には電子が蓄積されない。
次いで、行選択期間Ｔｓ（選択された素子に電子を蓄積させるために十分な時間）が経過すると、行選択回路２１ａは、信号制御回路１００からの制御信号に基づいて第２行の行選択線ＬＬ２に選択信号Ｓｓ（７０Ｖ）を出力し、他の行選択線に非選択信号Ｓｎ（０Ｖ）を出力する。これにより、第２行の素子Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、…Ｄ２ｍの各下部電極１２の電位が選択信号Ｓｓの電圧（７０Ｖ）となる。また、他の素子（例えば、第１行の素子Ｄ１１…Ｄ１ｍ、第３行の素子Ｄ３１…Ｄ３ｍ）の各下部電極１２の電位は非選択信号Ｓｎの電圧（０Ｖ）となる。
一方、信号供給回路２１ｃは、信号制御回路１００からの制御信号に基づいて、選択されている行の素子（即ち、第２行の素子Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、…Ｄ２ｍ）のそれぞれにより構成される各画素の輝度レベルに応じた画素信号Ｓｄ（０、３５、７０Ｖの何れかの電圧信号）を複数の画素信号線ＵＬ（ＵＬ１、ＵＬ２、…ＵＬｍ）に出力する。この結果、第２行の素子Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、…Ｄ２ｍの各エミッタ部に、画素信号Ｓｄに応じた量の電子が蓄積されて行く。
なお、非選択信号Ｓｎの電圧（０Ｖ）が下部電極に付与されている素子の素子電圧Ｖｋａは０Ｖ（この場合、上部電極の電位＝０Ｖ、下部電極の電位＝０Ｖ）、３５Ｖ（この場合、上部電極の電位＝３５Ｖ、下部電極の電位＝０Ｖ）又は７０Ｖ（この場合、上部電極の電位＝７０Ｖ、下部電極の電位＝０Ｖ）となるが、この程度の電圧では既に電子が蓄積されている素子の分極反転が発生せず同素子から電子が放出されることはない。即ち素子電圧Ｖｋａは、電子放出閾値電圧Ｖｔｈを越えない。
更に、行選択期間Ｔｓが経過すると、行選択回路２１ａは、第３行の行選択線ＬＬ３（図示省略）に選択信号Ｓｓ（７０Ｖ）を出力するとともに、他の行選択線に非選択信号Ｓｎ（０Ｖ）を出力する。また、信号供給回路２１ｃは、選択されている第３行の素子のそれぞれにより構成される各画素の輝度レベルに応じた画素信号Ｓｄを複数の画素信号線ＵＬに出力する。このような動作が、行選択期間Ｔｓの経過毎に総ての行が選択されるまで繰り返される。この結果、所定の時点になると、すべての素子のエミッタ部１３に、各素子が構成する画素の輝度レベルに応じた量（「０」を含む量）の電子が蓄積される。以上が、電子蓄積期間Ｔｄにおける作動である。
次いで、行選択回路２１ａは、発光期間Ｔｈ（実際には、第１電子放出期間）を開始するために、総ての行選択線ＬＬに対して大きな負の電圧（ここでは、電源回路１１０の発生する＋５０Ｖとパルス発生源２１ｂが発生する−２５０Ｖの差である−２００Ｖ）を印加する。同時に、信号供給回路２１ｃは、振幅変調回路２１ｃ２を介してパルス生成回路２１ｃ１が発生する基準電圧（０Ｖ）をそのまま総ての画素信号線ＵＬに出力する。これにより、総ての素子の上部電極１４の電位は基準電圧（０Ｖ）となる。
この結果、総ての素子に付与される駆動電圧Ｖｉｎは、第１電圧Ｖｐ１（＝２００Ｖ）に設定される。従って、正側分極反転が発生し、それぞれの素子のエミッタ部１３に蓄積されていた電子の一部はクーロン反発力によって一斉に放出させられる。この結果、各素子の上部に位置する蛍光体が発光し、画像が表示される。なお、電子蓄積期間Ｔｄにおいて上下電極間電圧Ｖｉｎが「０」とされることにより電子を蓄積していなかった素子のエミッタ部においては、負側分極反転が発生していないので、上下電極間電圧Ｖｉｎが大きな正の電圧となったときも正側分極反転は発生しない。従って、例えば、あるタイミングにおいて画像の関係から電子を放出する必要の無い素子は、分極反転に伴う無駄な電力を消費することがない。
次いで、行選択回路２１ａは、第１電子放出期間が終了すると、総ての行選択線ＬＬに対して大きな負の電圧（ここでは、電源回路１１０の発生する＋５０Ｖとパルス発生源２１ｂが発生する−３５０Ｖの差である−３００Ｖ）を印加する。また、信号供給回路２１ｃは、振幅変調回路２１ｃ２を介してパルス生成回路２１ｃ１が発生する基準電圧（０Ｖ）をそのまま総ての画素信号線ＵＬに出力する。これにより、総ての素子の上部電極１４の電位は基準電圧（０Ｖ）となる。
この結果、総ての素子に付与される駆動電圧Ｖｉｎは、第２電圧Ｖｐ２（＝３００Ｖ）に設定される。従って、第１電子放出期間において正側分極反転が完了していなかった双極子が正側分極反転し、エミッタ部１３に残存していた電子の残りはクーロン反発力によって一斉に放出させられる。この結果、各素子の上部に位置する蛍光体が発光し、画像が表示される。
このように、駆動電圧付与回路２１は、電子蓄積期間Ｔｄにおいて、複数の素子の各々に対する駆動電圧Ｖｉｎを順次連続的に負の所定電圧に設定として行く。その後、駆動電圧付与回路２１は、総ての素子に対する電子の蓄積動作が完了すると、総ての素子に対する駆動電圧Ｖｉｎを同時に正の所定電圧である第１電圧Ｖｐ１として同複数の総ての素子から一斉に電子を放出させ、続いて、総ての素子に対する駆動電圧Ｖｉｎを同時に正の所定電圧である第２電圧Ｖｐ２として同複数の総ての素子から一斉に電子を放出させる。その後、所定の発光期間Ｔｈが経過すると、駆動電圧付与回路２１は再び電子蓄積期間Ｔｄを開始する。
以上、説明したように、本発明の第１実施形態に係る電子放出装置１０は、下部電極１２の電位に対する上部電極１４の電位である素子電圧Ｖｋａを負の電圧Ｖｍ２（Ｖｍ）に設定し、その後、素子電圧Ｖｋａを正の電圧に設定する駆動電圧Ｖｉｎを、下部電極１２と上部電極１４との間に印加する駆動電圧付与回路２１を備え、その駆動電圧付与回路２１は、前記正の電圧を階段状（第１電子放出期間において第１電圧Ｖｐ１、続く、第２電子放出期間において第１電圧Ｖｐ１より大きい第２電圧Ｖｐ２）に増大させるように構成されている。
これにより、前記素子電圧Ｖｋａが前記負の電圧に設定されたとき、エミッタ部に電子が蓄積される。そして、その蓄積された電子は、素子電圧Ｖｋａが階段状に増大される毎に放出される。
換言すると、一度の電子蓄積動作により（一回の電子蓄積期間Ｔｄにおいて）エミッタ部１３に蓄積された電子が、複数回に分けて上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通って放出させられる。従って、電子蓄積期間Ｔｄにおいて素子電圧Ｖｋａに印加するの負の電圧の大きさを大きくして多くの電子をエミッタ部に蓄積させても、一回の電子放出動作において放出される電子の量は従来の場合よりも小さくなる。この結果、電子放出素子１０に局所的に大きな電流が流れることがないために発熱による素子の劣化が回避され、且つ、所定の期間Ｔにおける電子放出量（電子放出総量）を増大することができる。更に、エミッタ部１３内の双極子は、一度の電子蓄積動作から、その電子蓄積動作によって蓄積された電子の放出を完了するまでの期間において、一回転する（２回の反転をする）のみである。従って、分極反転動作の回数が増加しないので、素子の劣化を抑制することができる。
更に、一般に、蛍光体１９に過大な量の電子を衝突させた場合、電子のエネルギーは熱に変化してしまい、蛍光体１９の発光量は増大しない。一方、蛍光体１９は、電子の衝突が終了した後、時間経過とともに光量が低下する残光を発する。従って、蛍光体１９は、、電子のエネルギーが熱に変化することが少ない適当な量の電子が衝突させられ、その後、電子の衝突が停止させられ、残光の発光量が小さくなる適切な時期に再び電子が衝突させられる場合に、高い効率を持って光を発生する。
このため、上記実施形態に係る電子放出装置のように、一回の電子放出量を抑制しながら複数回に亘って且つ短い周期で電子を繰り返し放出させ、その電子を蛍光体に衝突させるようにすれば、電子のエネルギーを熱に変化させてしまうことなく、且つ、蛍光体の残光を利用することができるので、より小さい消費電力で大きい発光量を得ることができる。この結果、低消費電力、且つ、明瞭な画像を提供するディスプレイ装置或いは大光量の発光装置を提供することができる。
更に、第１実施形態においては、各集束電極に所定の電位（Ｖｓ）が与えられているから、各素子の上部電極１４から放射された電子は各上部電極１４の上部に存在する蛍光体のみに照射される。この結果、鮮明な画像が提供される。
一方、コレクタ電圧付与回路２３は、コレクタ電圧付与期間においてコレクタ電極１８に電圧Ｖｃを付与し、コレクタ電圧非付与期間においてコレクタ電極１８に電圧Ｖｃよりも小さい電圧（例えば、０Ｖ）を付与する。これにより、電子放出期間Ｔｈにおいて、コレクタ電極の形成する電界により、エミッタ部１３から上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通って放出された電子を蛍光体１９に確実に衝突させることができる。更に、コレクタ電極１８の形成する電界により、放出された電子にエネルギーを与えて電子を加速することができるので、蛍光体１９の発光量を高めることができる。加えて、電子放出期間Ｔｈにおいて放出された電子のみを蛍光体１９に確実に導くことができ、電子蓄積期間Ｔｄに放出された電子が蛍光体１９に到達することを回避することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る電子放出装置について説明する。この第２実施形態は、駆動電圧Ｖｉｎを上記第１実施形態の電子放出装置１０における駆動電圧Ｖｉｎと異なるように変化させる点のみにおいて同電子放出装置１０と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
第２実施形態の駆動電圧付与回路２１は、図１７の（Ａ）に示したように、第１実施形態の駆動電圧付与回路２１と同様、時刻ｔ１から始まる電子蓄積期間Ｔｄにおいて素子電圧Ｖｋａを負の電圧Ｖｍ２に設定する駆動電圧Ｖｉｎを下部電極１２と上部電極１４との間（上下電極間）に印加する。これにより、エミッタ部１３の微細貫通孔１４ａの近傍に電子が蓄積される。
更に、第２実施形態の駆動電圧付与回路２１は、電子蓄積期間Ｔｄが経過して時刻ｔ２となると、素子電圧Ｖｋａを正の所定電圧（第１電圧）Ｖｐ１とする駆動電圧Ｖｉｎ（即ち、第１所定電圧Ｖｐ１）を上下電極間に印加する。これにより正側分極反転が発生し、最初（１回目）の電子放出がなされる。
次いで、時刻ｔ２から所定時間（第１電子放出期間）が経過して最初の電子放出が略完了する時刻ｔ２１になると、その駆動電圧付与回路２１は、素子電圧Ｖｋａを第３電圧Ｖｐ３とする駆動電圧Ｖｉｎ（即ち、第３電圧Ｖｐ３）を上下電極間に印加する。この第３電圧Ｖｐ３は、第１電圧Ｖｐ１よりも小さく且つ素子１０がエミッタ部１３へ電子の蓄積を行わないような電圧である。
第１電子放出期間の終了直前（時刻ｔ２１）において、素子電圧Ｖｋａが第１電圧Ｖｐ１に設定されることにより正側分極反転する予定の双極子の大部分は、その正側分極反転を終了している。しかしながら、そのような双極子の一部は、正側分極反転を終了していないか、或いは、正側分極反転の途中にある。
このため、時刻ｔ２１又はその直後の時刻ｔ３において、素子電圧Ｖｋａを第１電圧Ｖｐ１より大きい電圧に直ちに変更すると、電子放出が途切れることなく次の電子放出（２回目の電子放出）が開始されてしまう。このように電子放出が途切れることなく継続することは、例えば、ディスプレイ装置等の定められたタイミングにおいてのみ電子を放出することが必要な装置にとって好ましくない。
これに対し、第２実施形態の駆動電圧付与回路２１は、第１電子放出期間の終了後に直ちに素子電圧Ｖｋａを増大させるのではなく、素子電圧Ｖｋａを一時的に第３電圧Ｖｐ３に維持することにより、分極反転動作を一時的に停止させ、電子の放出を一旦完全に終了させる。即ち、図１７の（Ｂ）のエミッタ部１３の電圧−分極特性のグラフに示したように、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ２１において、素子の状態を点ｐ７から点ｐ８に変化させる。このグラフからも理解できるように、点ｐ７においてエミッタ部１３が保持できる電荷量（電子量）と点ｐ８においてエミッタ部１３が保持できる電荷量（電子量）とは変化しない。換言すると、素子の状態を点ｐ７から点ｐ８に変化させても、電子はエミッタ部１３にそのまま保持され、放出されることはない。
その後、時刻ｔ２１から僅かな時間が経過して時刻ｔ３になると、駆動電圧付与回路２１は、素子電圧Ｖｋａを第１電圧Ｖｐ１よりも大きい第２電圧Ｖｐ２とする駆動電圧Ｖｉｎ（即ち、第２電圧Ｖｐ２）を上下電極間に印加する。この結果、正側分極反転を完了していない双極子が正側分極反転を開始するので、エミッタ部１３の微細貫通孔１４ａ近傍に残存していた電子が微細貫通孔１４ａを通って放出される。即ち、２回目の電子放出が行われる。
以上、説明したように、第２実施形態の電子放出装置においては、駆動電圧付与回路２１が、電子放出のために下部電極１２の電位に対する上部電極１４の電位（素子電圧Ｖｋａ）を正の電圧である第１電圧Ｖｐ１から同第１電圧Ｖｐ１よりも大きい第２電圧Ｖｐ２へと増大させるとき、素子電圧Ｖｋａを、第１電圧Ｖｐ１よりも小さく且つ素子１０がエミッタ部１３への電子の蓄積を行わない電圧（第３電圧）Ｖｐ３に設定するように構成されている。
換言すると、第２実施形態は、素子のエミッタ部１３に電子を蓄積させるために素子電圧Ｖｋａを負の電圧Ｖｍ２に到達させ、その後、同蓄積された電子を放出するために同素子電圧Ｖｋａを正の電圧に到達させる駆動電圧Ｖｉｎを、前記下部電極と前記上部電極との間に印加する駆動電圧付与手段（回路）２１を備える。
そして、駆動電圧付与回路２１は、素子電圧Ｖｋａを前記正の電圧に到達させる際の駆動電圧Ｖｉｎとして、間欠的に発生する複数のパルス状波形を有するとともに各パルス状波形の最大値が直前のパルス状波形の最大値以上の値をとりながら同最大値が増大して行く電圧（時刻ｔ２〜ｔ２１及びｔ３〜ｔ４の駆動電圧Ｖｉｎ）であって、連続するパルス状波形の間（時刻ｔ２１〜ｔ３）においては素子電圧Ｖｋａをエミッタ部１３への電子の蓄積が行われない電圧Ｖｐ３に維持する電圧を、上下電極間に印加するように構成されている。
これによれば、パルス状波形の電圧が印加されている期間内の所定のタイミング（素子電圧Ｖｋａが上昇して正側分極反転が開始されたタイミング）にて電子が放出される。更に、連続する二回の電子放出の間（連続する二つのパルス状波形の間）に電子が放出されない期間Ｔｐ３（時刻ｔ２１〜ｔ３）を確実に設けることができる。この結果、電子放出装置が適用されるディスプレイ等の要求に応じたタイミングにて電子を放出することが可能となる。即ち、電子放出の周波数を実質的に上昇することができる。
更に、このように駆動電圧を変化させると、図１７（Ｂ）の点ｐ７、点ｐ８及び点ｐ１を結ぶ曲線により囲まれる面積に相当する量だけ、素子内で消費される電力を低下させることができる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る電子放出装置について説明する。この第３実施形態は、駆動電圧Ｖｉｎを上記第１実施形態の電子放出装置１０における駆動電圧Ｖｉｎと異なるように変化させる点のみにおいて同電子放出装置１０と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
第３実施形態の駆動電圧付与回路２１は、図１８に示したように、第１実施形態の駆動電圧付与回路２１と同様、時刻ｔ１から始まる電子蓄積期間Ｔｄにおいて素子電圧Ｖｋａを負の電圧Ｖｍ２に設定する駆動電圧Ｖｉｎを下部電極１２と上部電極１４との間（上下電極間）に印加する。これにより、エミッタ部１３の微細貫通孔１４ａの近傍に電子が蓄積される。
更に、第３実施形態の駆動電圧付与回路２１は、電子蓄積期間Ｔｄが経過して時刻ｔ２となると、駆動電圧Ｖｉｎ（従って、素子電圧Ｖｋａ）を所定時間の経過毎に階段状に徐々に増大させて行く。具体的には、駆動電圧付与回路２１は、電子蓄積期間Ｔｄが経過して時刻ｔ２となると、所定期間だけ駆動電圧Ｖｉｎを正の第４電圧Ｖｐ４に維持し、次いで所定期間だけ正の第５電圧Ｖｐ５（Ｖｐ１＞Ｖｐ５＞Ｖｐ４）に維持する。この場合、第４電圧Ｖｐ４及び第５電圧Ｖｐ５は、正側分極反転が発生しない程度の値、即ち、電子放出閾値電圧Ｖｔｈ（従って、正の抗電界電圧Ｖｄ）よりも小さい電圧に設定されている。従って、素子電圧Ｖｋａが第４電圧Ｖｐ４及び第５電圧Ｖｐ５となったとき、電子は放出されない。その後、駆動電圧付与回路２１は、駆動電圧Ｖｉｎを第１期間に亘って第１電圧Ｖｐ１に設定し、続いて、第２期間に亘って第２電圧Ｖｐ２に設定する。これにより、第１期間において１回目の電子放出が行われ、第２期間において２回目の電子放出が行われる。
以上、説明したように、第３実施形態に係る電子放出装置は、電子蓄積後、素子電圧Ｖｋａが電子放出を開始するのに必要な電圧に到達する前においても、素子電圧Ｖｋａを階段状に増大するための駆動電圧Ｖｉｎを上下電極間に印加する。
これにより、第１及び第２実施形態と同様、一度に蓄積された電子を複数回に分割して放出することができるので、素子１０の寿命を短くすることなく、電子放出総量を増大することができる。更に、駆動電圧Ｖｉｎが階段状ではあるが、徐々に増大させられるので、素子電圧Ｖｋａが駆動電圧Ｖｉｎに追従することができる。従って、駆動電圧Ｖｉｎと素子電圧Ｖｋａとの差が小さい状態にて分極反転及び電子放出が行われる。その結果、素子、素子近傍の抵抗成分及び回路抵抗における消費電力（ジュール熱）が低減される。
この結果、素子が加熱されないので、エミッタ部１３の特性が熱により変化してしまうことを回避することができる。更に、素子温度が高くならないので、素子に吸着する物質のガス化を回避することができる。この結果、プラズマの発生が回避されるので、電子が過度に放出されること（大発光の発生）や、イオンボンバートメントによる素子の損傷を回避することもできる。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る電子放出装置について説明する。第４実施形態は、駆動電圧Ｖｉｎを上記第１実施形態の電子放出装置１０における駆動電圧Ｖｉｎと異なるように変化させる点のみにおいて同電子放出装置１０と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
第４実施形態の駆動電圧付与回路２１は、図１９に示したように、第１実施形態の駆動電圧付与回路２１と同様、時刻ｔ１〜時刻ｔ２までの電子蓄積期間Ｔｄにおいて素子電圧Ｖｋａを負の電圧Ｖｍ２に設定する駆動電圧Ｖｉｎを上下電極間に印加する。これにより、エミッタ部１３の微細貫通孔１４ａの近傍に電子が蓄積される。
更に、第４実施形態の駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、素子電圧Ｖｋａを第４電圧Ｖｐ４（この例では、Ｖｐ４＝０）とする駆動電圧Ｖｉｎ（即ち、第４電圧Ｖｐ４）を上下電極間に印加する。即ち、駆動電圧付与回路２１は、駆動電圧Ｖｉｎを第４電圧Ｖｐ４に設定する。この第４電圧Ｖｐ４は正側分極反転が発生しない程度の値、即ち、電子放出閾値電圧Ｖｔｈよりも小さい電圧に設定され、好ましくは、抗電界電圧Ｖａの大きさよりも小さい大きさを有する電圧に設定される。
次に、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間（第１電子放出期間Ｔｐ１．１）、駆動電圧Ｖｉｎを低側第１電圧Ｖｐ１．１に設定する。この低側第１電圧Ｖｐ１．１は、前述した正の抗電界電圧Ｖｄよりも大きく、電子放出閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧である。この結果、図１９の放出電子電流Ｉによって示したように、電子が時刻ｔ３直後から時刻ｔ４までの期間において放出される。
そして、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間（第３電圧設定期間Ｔｐ３、電子保持期間Ｔｐ３）、素子電圧Ｖｋａを第３電圧Ｖｐ３とする駆動電圧Ｖｉｎ（即ち、第３電圧Ｖｐ３）を上下電極間に印加する。この第３電圧Ｖｐ３は、低側第１電圧Ｖｐ１．１よりも小さく且つ素子１０がエミッタ部１３へ電子の蓄積を行わないような電圧である。第３電圧設定期間Ｔｐ３は、第１電子放出期間Ｔｐ１．１よりも長い時間に設定されている。
次に、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間（第２電子放出期間Ｔｐ１．２）、駆動電圧Ｖｉｎを高側第１電圧Ｖｐ１．２に設定する。この高側第１電圧Ｖｐ１．２は、低側第１電圧Ｖｐ１．１よりも大きい電圧であり、従って、正の抗電界電圧Ｖｄ及び電子放出閾値電圧Ｖｔｈより大きい電圧である。この結果、正側分極反転を完了していない双極子が正側分極反転を開始するので、エミッタ部１３の微細貫通孔１４ａ近傍に残存していた電子が微細貫通孔１４ａを通って放出される。即ち、電子が時刻ｔ５直後から時刻ｔ６までの期間において再び放出される。
駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間（第３電圧設定期間Ｔｐ３、電子保持期間Ｔｐ３）、素子電圧Ｖｋａを再び第３電圧Ｖｐ３とする駆動電圧Ｖｉｎを上下電極間に印加する。この第３電圧設定期間Ｔｐも、第２電子放出期間Ｔｐ１．２よりも長い時間に設定されている。
更に、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間（第３電子放出期間Ｔｐ２）、駆動電圧Ｖｉｎを前記第２電圧Ｖｐ２に設定する。この第２電圧Ｖｐ２は、高側第１電圧Ｖｐ１．２よりも大きい電圧である。この結果、正側分極反転を完了していない双極子が正側分極反転を開始するので、エミッタ部１３の微細貫通孔１４ａ近傍に残存していた電子が微細貫通孔１４ａを通って放出される。即ち、３回目の電子放出が行われる。
その後、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ８から時刻ｔ９までの期間、駆動電圧Ｖｉｎを第６電圧Ｖｐ６（この例では、Ｖｐ６＝０）に設定する。この第６電圧Ｖｐ６は、正側抗電界電圧Ｖｄと負側抗電界電圧Ｖａとの間の電圧である。
そして、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ９になると、時刻ｔ１と同様、駆動電圧Ｖｉｎを負の電圧Ｖｍ２に設定する。これにより、電子蓄積期間Ｔｄが再び開始する。換言すると、時刻ｔ１〜時刻ｔ９が、電子の蓄積及び放出の一周期Ｔである。
上記第３電子放出期間Ｔｐ２は、第１電子放出期間Ｔｐ１．１及び第２電子放出期間Ｔｐ１．２の何れよりも長い時間に設定されることが好適である。換言すると、図１９の時刻ｔ１から始まる電子蓄積期間Ｔｄの経過時点（時刻ｔ２）から、次の電子蓄積動作が開始される時点（時刻ｔ９：電子蓄積動作開始時点）までに発生される電子を放出させるための複数の電圧パルス（パルス状波形を有する電圧）のうち、電子蓄積動作再開時点である時刻ｔ９の直前に発生される電圧パルス（これを「最後に発生する電圧パルス」又は「最後の電圧パルス」とも言う。）は、時刻ｔ２から時刻ｔ９までに発生される複数の電圧パルスのなかで最も広いパルス幅を有していることが望ましい。即ち、ＴＰ２＞Ｔｐ１．１且つＴＰ２＞Ｔｐ１．２であることが好ましい。
これによれば、複数回の電圧パルスの印加により乱されたエミッタ部の分極の状態を、電子蓄積動作再開時点（時刻ｔ９）の直前に発生する電圧パルス（最後の電圧パルス）により安定させることができる。
また、最後の電圧パルスよりも前に発生する電圧パルスのパルス幅（Ｔｐ１．１及び／又はＴｐ１．２）を長くすると、上述したような電子の上部電極１４へのリークが生じる。その結果、電子放出総量が減少する恐れがある。これに対し、最後の電圧パルスは、その最後の電圧パルスによりエミッタ部に蓄積されている電子を総て放出するためのパルスである。換言すると、最後の電圧パルスの発生後に、電子を蓄積する期間（時刻ｔ９〜ｔ１０）を設けることなく、電子放出のために発生される電圧パルスは存在しない。従って、最後の電圧パルスのパルス幅Ｔｐ２を長くすることにより、仮に、電子の上部電極１４へのリークが発生したとしても、そのリークは最後の電圧パルス以降における電子放出に何らの影響も及ぼさない。
なお、このような最後の電圧パルス幅を、一回の電子放出動作期間（時刻ｔ３〜ｔ８）において発生される複数の電圧パルスのパルス幅のなかで最大とする事項は、他の実施形態にも適用される事項である。
このように、第４実施形態は、素子のエミッタ部１３に電子を蓄積させるために素子電圧Ｖｋａを負の電圧Ｖｍ２に到達させ、その後、同蓄積された電子を放出するために同素子電圧Ｖｋａを正の電圧に到達させる駆動電圧Ｖｉｎを、前記下部電極と前記上部電極との間に印加する駆動電圧付与手段（回路）２１を備える。
そして、駆動電圧付与回路２１は、素子電圧Ｖｋａを前記正の電圧に到達させる際の駆動電圧Ｖｉｎとして、間欠的に発生する複数のパルス状波形を有するとともに各パルス状波形の最大値（電圧パルスのピーク値）が直前のパルス状波形の最大値（直前の電圧パルスのピーク値）以上の値をとりながら同最大値が増大して行く電圧（時刻ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６及びｔ７〜ｔ８の駆動電圧Ｖｉｎ）であって、連続するパルス状波形の間（時刻ｔ４〜ｔ５及びｔ６〜ｔ７）においては素子電圧Ｖｋａをエミッタ部１３への電子の蓄積が行われない電圧Ｖｐ３に維持する電圧を、上下電極間に印加するように構成されている。
これによれば、パルス状波形の電圧（電圧パルス）が印加されている期間内の所定のタイミング（素子電圧Ｖｋａが上昇して正側分極反転が開始されたタイミング）にて電子が放出される。更に、連続する二回の電子放出の間（連続する二つの電圧パルスの間）に電子が放出されない期間Ｔｐ３を確実に設けることができる。この結果、電子放出装置が適用されるディスプレイ等の要求に応じたタイミングにて電子を放出することが可能となる。即ち、電子放出の周波数を実質的に上昇することができる。
更に、このように駆動電圧を変化させると、図１７（Ｂ）の点ｐ７、点ｐ８及び点ｐ１を結ぶ曲線により囲まれる面積に相当する量だけ、素子内で消費される電力を低下させることができる。
ところで、電圧Ｖｐ３の大きさが正側の抗電界電圧Ｖｄより小さければ、電子の放出及び蓄積は発生せず、電子はエミッタ部に保持される。しかしながら、実際には、エミッタ部１３の抗電界電圧（｜Ｖａ｜）よりも大きな電圧が上下電極間に印加され続けると、電子がエミッタ部１３の表面を移動して同エミッタ部１３と接触している上部電極１４の部分に流入（リーク）し、蓄積されている電子の量が減少する場合がある。
そこで、前記電圧Ｖｐ３の大きさを、エミッタ部１３の抗電界電圧の大きさ（｜Ｖａ｜）より小さく設定することが望ましい。
このように電圧Ｖｐ３を設定すれば、前述した電子の上部電極１４へのリークも回避でき、更に、エミッタ部１３内で分極反転が発生することもないので、エミッタ部１３に蓄積されている電子を確実にエミッタ部１３に保持しておくことができる。
更に、この電圧Ｖｐ３の大きさは、好ましくはエミッタ部１３の抗電界電圧（｜Ｖａ｜）の１／４以下、更に好ましくは１／１０以下、最も好ましくは０Ｖである。また、電圧Ｖｐ３の大きさを小さくするほど、図１７（Ｂ）の点ｐ７、点ｐ８及び点ｐ１を結ぶ曲線により囲まれる面積を大きくすることができるので、素子内で消費される電力を低下させることができる。
電圧Ｖｐ３を０Ｖとするには、上部電極１４と下部電極１２とを短絡（ショート）してもよい。この短絡には、上部電極１４と下部電極１２とを、導線又は所定の大きさの抵抗値を有する抵抗を介して接続することを含む。このように、電圧Ｖｐ３を０Ｖとすれば、０Ｖ以外の所定の電圧を発生するための電源回路（即ち、電圧Ｖｐ３用の電源）が不要となるので、駆動電圧付与回路２１を簡素化することができる。
なお、上記電圧Ｖｐ３に関する事項は、他の実施形態に対しても適用される事項である。
加えて、電子保持期間Ｔｐ３（即ち、連続するパルス状波形の間において）、上下電極間をオープンとしてもよい。これによれば、電圧Ｖｐ３用の電圧源を別途設ける必要がないので、駆動電圧付与回路２１をより簡素化することができる。
更に、上記実施形態においては、前記パルス状波形のそれぞれの増大開示時点から減少終了時点までの時間（Ｔｐｓ、即ち、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６及びｔ７〜ｔ８の各期間の長さであり、各電圧パルスの幅）が、そのパルス状波形の減少終了時点から次のパルス状波形の増大開始時点までの時間（Ｔｒｓ、即ち、時刻ｔ４〜ｔ５及びｔ６〜ｔ７の各期間であり、連続する電圧パルス間の電圧パルス休止期間、電子保持期間Ｔｐ３）より短く設定されている。
これによれば、抗電界電圧より大きい電圧が上下電極間に印加されている時間を短くすることができるので、上述したような電子の上部電極１４へのリーク量を小さくすることができる。この結果、電子放出量の総量を大きくすることができる。この場合、時間Ｔｐｓは時間Ｔｒｓの１／２以下であることが好ましく、１／５であることが更に好ましい。
また、上記実施形態は、蛍光体１９を備えているから、時間Ｔｐｓを時間Ｔｒｓより短くすることにより、蛍光体１９の残光を効率よく利用することができる。その結果、電子放出に係るエネルギーを小さく維持しながら大きな発光量を得ることができる。
加えて、時刻ｔ８〜時刻ｔ９のように、最後の電子放出が完了した後に駆動電圧Ｖｉｎを第６電圧Ｖｐ６に設定しているので、時刻ｔ８にて駆動電圧Ｖｉｎを負の電圧Ｖｍ２に直ちに変更する場合と比較して、素子に流れる突入電流を小さくすることができる。この結果、異常な電子放出の発生が回避される。
なお、時刻ｔ１〜ｔ９の期間における最後の電圧パルス（時刻ｔ７〜ｔ８の電圧）は、上述した「電圧パルスのそれぞれの増大開示時点から減少終了時点までの時間（Ｔｐｓ）が、その電圧パルスの減少終了時点から次の電圧パルスの増大開始時点までの時間（Ｔｒｓ）より短く設定される」事項が適用される電圧パルスからは除外される。
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る電子放出装置について説明する。第５実施形態は、駆動電圧Ｖｉｎを上記第１実施形態の電子放出装置１０における駆動電圧Ｖｉｎと異なるように変化させる点のみにおいて同電子放出装置１０と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
第５実施形態の駆動電圧付与回路２１は、図２０に示したように、第１実施形態の駆動電圧付与回路２１と同様、時刻ｔ１〜時刻ｔ２までの電子蓄積期間Ｔｄにおいて素子電圧Ｖｋａを負の電圧Ｖｍ２に設定する駆動電圧Ｖｉｎを上下電極間に印加する。これにより、エミッタ部１３の微細貫通孔１４ａの近傍に電子が蓄積される。
更に、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、駆動電圧Ｖｉｎを前記第４電圧Ｖｐ４（この例においては、Ｖｐ４＝０Ｖ）に設定する。
次に、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの第１電子放出期間Ｔｐ１（１）において、駆動電圧Ｖｉｎを前記第１電圧Ｖｐ１に設定する。この結果、図１９の放出電子電流Ｉによって示したように、電子が時刻ｔ３直後から放出され始める。
そして、駆動電圧付与回路２１は、第１電圧Ｖｐ１を上下電極間に印加し続けた場合に放出されるであろう電子の総てが放出される前の時点である時刻ｔ４から第３電圧設定期間Ｔｐ３（１）が経過する時刻ｔ５まで、素子電圧Ｖｋａを上記第３電圧Ｖｐ３とする駆動電圧Ｖｉｎ（即ち、第３電圧Ｖｐ３）を上下電極間に印加する。この結果、時刻ｔ４にて電子の放出が直ちに終了する（電子放出電流Ｉを参照。）。この１回目の第３電圧設定期間Ｔｐ３（１）は、第１電子放出期間Ｔｐ１（１）よりも長い時間に設定されている。
次に、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの第２電子放出期間Ｔｐ１（２）において、駆動電圧Ｖｉｎを前記第１電圧Ｖｐ１に再び設定する。この結果、第１電子放出期間Ｔｐ１（１）において正側分極反転を完了していない双極子が正側分極反転を開始するので、電子が微細貫通孔１４ａを通って再び放出される。そして、時刻ｔ６直前の時点にて、駆動電圧Ｖｉｎが第１電圧Ｖｐ１である場合に正側分極反転し得る双極子の総てが分極反転を完了する。この結果、電子の放出が一旦終了する。
また、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの第３電圧設定期間Ｔｐ３（２）において、素子電圧Ｖｋａを上記第３電圧Ｖｐ３とする駆動電圧Ｖｉｎ（即ち、第３電圧Ｖｐ３）を上下電極間に印加する。これにより、時刻ｔ６以降において、電子放出が確実に停止する。この２回目の第３電圧設定期間Ｔｐ３（２）は、第２電子放出期間Ｔｐ１（２）よりも長い時間に設定されている。
更に、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの第３電子放出期間Ｔｐ２（１）において、駆動電圧Ｖｉｎを前記第２電圧Ｖｐ２（＞Ｖｐ１）に設定する。この結果、正側分極反転を完了していない双極子が正側分極反転を開始するので、エミッタ部１３の微細貫通孔１４ａ近傍に残存していた電子が微細貫通孔１４ａを通って放出される。即ち、３回目の電子放出が行われる。
そして、駆動電圧付与回路２１は、第２電圧Ｖｐ２を上下電極間に印加し続けた場合に放出されるであろう電子の総てが放出される前の時点である時刻ｔ８から第３電圧設定期間Ｔｐ３（３）が経過する時刻ｔ９まで、素子電圧Ｖｋａを上記第３電圧Ｖｐ３とする駆動電圧Ｖｉｎ（即ち、第３電圧Ｖｐ３）を上下電極間に印加する。この結果、時刻ｔ８にて電子の放出が直ちに終了する。３回目の第３電圧設定期間Ｔｐ３（３）は、第３電子放出期間Ｔｐ２（１）よりも長い時間に設定されている。
次に、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの第４電子放出期間Ｔｐ２（２）において、駆動電圧Ｖｉｎを前記第２電圧Ｖｐ２に再び設定する。この結果、第３電子放出期間Ｔｐ２（１）において正側分極反転を完了していない双極子が正側分極反転を開始するので、電子が微細貫通孔１４ａを通って再び放出される。そして、時刻ｔ１０の直前の時点にて、総ての双極子が正側分極反転を完了する。この結果、エミッタ部１３に蓄積されていた総ての電子が放出される。同時に、エミッタ部１３の双極子の向きが同一の向きに整列する。即ち、エミッタ部１３の分極の状態が安定する。
その後、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間、素子電圧Ｖｋａを前記第６電圧Ｖｐ６（この例では、Ｖｐ６＝０）とする駆動電圧Ｖｉｎ（即ち、第６電圧Ｖｐ６）を上下電極間に印加する。
そして、駆動電圧付与回路２１は、時刻ｔ１１になると、時刻ｔ１と同様、素子電圧Ｖｋａを負の電圧Ｖｍ２に設定する駆動電圧Ｖｉｎを上下電極間に印加する。これにより、電子蓄積期間Ｔｄが再び開始する。換言すると、時刻ｔ１〜時刻ｔ１１が、電子の蓄積及び放出の一周期Ｔである。
このように、第５実施形態の駆動電圧付与回路（手段）２１は、素子電圧Ｖｋａを電子放出のための正の電圧に到達させる際の駆動電圧Ｖｉｎとして、間欠的に発生する複数のパルス状波形を有するとともに各パルス状波形の最大値が直前のパルス状波形の最大値以上の値をとりながら同最大値が増大して行く電圧（時刻ｔ３〜ｔ４、時刻ｔ５〜ｔ６、時刻ｔ７〜ｔ８及び時刻ｔ９〜ｔ１０の各期間の駆動電圧Ｖｉｎ）であって、連続するパルス状波形の間（時刻ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、ｔ８〜ｔ９の各期間）においては素子電圧Ｖｋａをエミッタ部１３への電子の蓄積が行われない電圧Ｖｐ３に維持する電圧を、上下電極間に印加するように構成されている。
これによれば、第４実施形態と同様、低消費電力でありながら、電子放出量の総量を増大した電子放出装置が提供される。また、電圧Ｖｐ３を抗電界電圧（｜Ｖａ｜）よりも小さい電圧に設定しているので、蓄積された電子のリークも回避することができる。
加えて、この実施形態の駆動電圧付与回路２１は、前述したパルス状波形のうちの少なくとも一つの波形（例えば、時刻ｔ３〜ｔ４及び時刻ｔ７〜ｔ８の波形）は、その波形に基づく駆動電圧によって蓄積されている電子の放出が完了する前の時点にて同電子の放出を停止するように減少する波形となっている。
従って、最大値が同じパルス状波形の電圧（例えば、最大値がＶｐ１である時刻ｔ３〜ｔ４の電圧と時刻ｔ５〜ｔ６の電圧）を印加しても、複数回の電子放出を行うことができる。換言すると、多数回の電子放出を得るために、最大値の異なるパルス状波形を多数発生する必要性が小さくなる。
更に、電子放出途中においてパルス状波形の電圧を低下させるので、個々のパルス状波形の幅（例えば、時刻ｔ３〜ｔ４の時間Ｔｐ１（１）及び時刻ｔ５〜ｔ６の時間Ｔｐ２（１））を小さくできる。その結果、電子放出の周波数を増加させることもでき、蛍光体１９の残光を有効に利用することもできる。
なお、Ｔｐ１（２）はＴｐ１（１）より長いことが好ましく、Ｔｐ２（２）はＴｐ２（１）より長いことが好ましい。即ち、最大値が同じパルス状波形の電圧を素子に複数回印加して電子を放出させる場合、２回目以降のパルス状波形の幅（例えば、Ｔｐ１（２））を１回目のパルス状波形の幅（Ｔｐ１（１））よりも大きくしておくことが望ましい。
これは、１回目のパルス状波形電圧の印加時においては蓄積されている電子の量が多いのでパルス状波形の幅が小さくても電子を放出できることに加え、その放出によりエミッタ部１３に残存する電子量が減少するので、２回目以降のパルス状波形の幅を大きくすることにより、２回目以降のパルス状波形電圧の印加時においても確実に電子を放出することができるようにするためである。
加えて、第４実施形態にて説明したように、第５実施形態においても、最後の電圧パルスのパルス幅Ｔｐ２（２）が、それ以外の電圧パルスのパルス幅Ｔｐ１（１）、Ｔｐ１（２）及びＴｐ２（１）の何れよりも長く設定されていることが好ましい。
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る電子放出装置について説明する。第６実施形態は、第１実施形態の駆動電圧付与回路２１を図２１に示した駆動電圧付与回路２５に置換した点のみにおいて同電子放出装置１０と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
この駆動電圧付与回路２５は、切替回路（スイッチング素子）２５ａ、切替回路２５ａとともに切替制御手段を構成する切替パルス発生回路２５ｂ、定電圧源（維持電圧発生源）２５ｃ、正弦波発生回路２５ｄ及び定電圧源（電子蓄積電圧発生源）２５ｅ、を備えている。
切替回路２５ａは、切替接点ａ〜ｃ及び固定接点ｆを備えている。切替回路２５ａは、切替パルス発生回路２５ｂからの指示信号に応じ、切替接点ａ〜ｃの一つと固定接点ｆとを接続するようになっている。固定接点ｆは電子放出素子Ｄの上部電極１４に接続されている。
定電圧源２５ｃは、上記第３電圧Ｖｐ３を両端に発生するようになっている。定電圧源２５ｃの両端は、電子放出素子Ｄの下部電極１２と切替接点ｃとにそれぞれ接続されていて、切替回路２５ａによって切替接点ｃと固定接点ｆとが接続されたとき、下部電極１２に対して上部電極１４に第３電圧Ｖｐ３を印加するようになっている。
正弦波発生回路２５ｄは、正弦波状に変化する電圧Ｖｏｕｔを両端に発生するようになっている。電圧Ｖｏｕｔの振幅Ｖ０は、上記第２電圧Ｖｐ２に設定されている。電圧Ｖｏｕｔの周期Ｔ０は、電子の蓄積及び放出の一周期Ｔを、その一周期Ｔ内において発生させる電子放出の回数（電圧パルス回数、即ち、電子放出パルス回数）Ｎで除した値（Ｔ／Ｎ）より短い周期に設定されている。正弦波発生回路２５ｄの両端は下部電極１２と切替接点ａとにそれぞれ接続されていて、切替回路２５ａによって切替接点ａと固定接点ｆとが接続されたとき、下部電極１２に対して上部電極１４に電圧Ｖｏｕｔを印加するようになっている。
定電圧源２５ｅは、上記負の所定電圧Ｖｍ２を両端に発生するようになっている。定電圧源２５ｅの両端は、電子放出素子Ｄの下部電極１２と切替接点ｂとにそれぞれ接続されていて、切替回路２５ａによって切替接点ｂと固定接点ｆとが接続されたとき、下部電極１２に対して上部電極１４に負の所定電圧Ｖｍ２を印加するようになっている。なお、定電圧源２５ｅを、放出すべき電子の量（蓄積すべき電子の量）に応じて電圧Ｖｍ２を変化させる電圧源に置換してもよい。
次に、この駆動電圧付与回路２５による電子放出装置の作動について図２２を参照しながら説明する。先ず、切替パルス発生回路２５ｂは、時刻ｔ１にて固定接点ｆを切替接点ｂに接続する。これにより、上下電極間に上記負の電圧Ｖｍ２が印加されるので、素子電圧Ｖｋａは負の所定電圧Ｖｍ２に向かって変化する。従って、エミッタ部１３において負側分極反転が発生し、電子がエミッタ部１３の微細貫通孔１４ａ近傍に蓄積される。
時刻ｔ１から電子蓄積期間Ｔｂが経過して時刻ｔ２になると、切替パルス発生回路２５ｂは、固定接点ｆを切替接点ａに接続する。これにより、上下電極間に正弦波発生回路２５ｄが発生する正弦波状電圧Ｖｏｕｔが印加される。即ち、駆動電圧Ｖｉｎが正弦波状電圧Ｖｏｕｔとなる。時刻ｔ２は、正弦波状電圧Ｖｏｕｔが負の所定電圧Ｖｍから増大し始めるタイミングに選択されている。その後、切替パルス発生回路２５ｂは、駆動電圧Ｖｉｎが低側第１電圧Ｖｐ１．１となる時刻ｔ３にて、固定接点ｆを切替接点ｃに接続する。
この結果、素子電圧Ｖｋａは、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの第１電子放出動作期間Ｔａ１において次第に増大し、時刻ｔ３にて低側第１電圧Ｖｐ１．１に到達する。従って、時刻ｔ３の直前にて正側分極反転が発生し、電子が放出される。
切替パルス発生回路２５ｂは、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの第３電圧設定期間Ｔｃ１において、固定接点ｆを切替接点ｃに接続し続ける。この時刻ｔ４は、時刻ｔ２から正弦波状電圧Ｖｏｕｔの周期Ｔ０の略２倍の時間が経過する時刻に選択されていて、正弦波状電圧Ｖｏｕｔが第３電圧Ｖｐ３から増大し始めるタイミングに選択されている。第３電圧設定期間Ｔｃ１において、電子はエミッタ部１３に保持される。
切替パルス発生回路２５ｂは、時刻ｔ４になると固定接点ｆを再び切替接点ａに接続する。これにより、上下電極間に正弦波発生回路２５ｄが発生する正弦波状電圧Ｖｏｕｔが印加される。即ち、駆動電圧Ｖｉｎが正弦波状電圧Ｖｏｕｔとなる。その後、切替パルス発生回路２５ｂは、駆動電圧Ｖｉｎが高側第１電圧Ｖｐ１．２となる時刻ｔ５にて、固定接点ｆを切替接点ｃに接続する。
この結果、素子電圧Ｖｋａは、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの第２電子放出動作期間Ｔａ２において次第に増大し、時刻ｔ５にて高側第１電圧Ｖｐ１．２に到達する。従って、正側分極反転を完了していない双極子が正側分極反転を開始するので、エミッタ部１３の微細貫通孔１４ａ近傍に残存していた電子が微細貫通孔１４ａを通って放出される。即ち、電子が時刻ｔ５直前から時刻ｔ５までの期間において再び放出される。
切替パルス発生回路２５ｂは、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの第３電圧設定期間Ｔｃ２において、固定接点ｆを切替接点ｃに接続する。この時刻ｔ６は、時刻ｔ４から正弦波状電圧Ｖｏｕｔの周期Ｔ０の２倍の時間が経過する時刻に選択されていて、正弦波状電圧Ｖｏｕｔが第３電圧Ｖｐ３から増大し始めるタイミングに選択されている。第３電圧設定期間Ｔｃ２において、電子はエミッタ部１３に保持される。
切替パルス発生回路２５ｂは、時刻ｔ６になると固定接点ｆを再び切替接点ａに接続する。これにより、上下電極間に正弦波状電圧Ｖｏｕｔが印加される。その後、切替パルス発生回路２５ｂは、時刻ｔ７にて固定接点ｆを切替接点ｂに接続する。この時刻ｔ７は、時刻ｔ６後において、正弦波状電圧Ｖｏｕｔが、その正側ピークを経過した後であって負の所定電圧Ｖｍ２に到達する時刻に設定されている。
この結果、素子電圧Ｖｋａは、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの第３電子放出動作期間Ｔａ３において第２電圧Ｖｐ２に到達する。従って、時刻ｔ６までに正側分極反転が完了していなかった双極子が正側分極反転し、エミッタ部１３に残存していた電子の総てが放出させられる。
時刻ｔ７以降においては、電子蓄積期間Ｔｂが再び開始する。換言すると、時刻ｔ１〜時刻ｔ７が、電子の蓄積及び放出の一周期Ｔである。
このように、第６実施形態によれば、電子をエミッタ部に蓄積させるときには上部電極１４及び下部電極１２を電子蓄積電圧発生源２５ｅの両端に接続し、その後、適宜のタイミングにて上部電極１４及び下部電極１２を正弦波発生回路２５ｄの両端に接続することにより、複数のパルス状波形の電圧（電子放出のための電圧パルス）を素子に印加することができる。
また、この駆動電圧付与回路２５によれば、複数のパルス状波形（時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５及びｔ６〜ｔ７の各期間の駆動電圧Ｖｉｎ、即ち、電圧パルス）は正弦波状に増大する。従って、簡単な構成で、複数のパルス状波形の増大に傾斜を設けることができる。
また、この実施形態においても、Ｔａ１＜Ｔｃ１及びＴａ２＜Ｔｃ２（即ち、Ｔｐｓ＜Ｔｒｓ）であるから、エミッタ部１３に蓄積された電子のうちのエミッタ部１３の表面を移動して上部電極１４にリークする電子の量が低減される。
更に、Ｔａ３＞Ｔａ２及びＴａ３＞Ｔａ１であって最後の電圧パルスのパルス幅が他の電圧パルスのパルス幅より大きく、且つ、最後の電圧パルスの最大値Ｖｐ２が、他の電圧パルスの最大値Ｖｐ１．１，Ｖｐ１．２より有意に大きい。この結果、エミッタ部１３の分極の状態を、電子蓄積動作再開時点（図２２の時刻ｔ７）の直前に発生する最後の電圧パルスにより安定させることができる。
なお、上述したように、第３電圧Ｖｐ３を０Ｖとしてもよく、第３電圧Ｖｐ３を負の電圧としてもよい。第３電圧Ｖｐ３を０Ｖとするには、定電圧源２５ｃを０Ｖを発生する電圧源に置換する。具体的には、接点ｃと下部電極１２との間を導線又は所定の大きさの抵抗値を有する抵抗を介して接続する。換言すると、定電圧源２５ｃは、導線又は抵抗体を含む。このように、第３電圧Ｖｐ３を０Ｖとすれば、０Ｖ以外の所定の電圧を発生するための電源回路（第３電圧発生用電源回路）が不要となるので、駆動電圧付与回路２５を簡素化することができる。
更に、図２３に示したように、切替接点ｃを何処にも接続されていない接点、即ち、開放状態（オープン）にしてもよい。これによれば、定電圧源２５ｃを別途設ける必要がないので、駆動電圧付与回路３１をより安価に製造することができる。
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係る電子放出装置３０について図２４を参照しながら説明する。電子放出装置３０は、電子放出装置１０のコレクタ電極１８及び蛍光体１９をコレクタ電極１８’及び蛍光体１９’に置換した点のみにおいて電子放出装置１０と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
電子放出装置３０においては、透明板１７の裏面（上部電極１４と対向する面）に蛍光体１９’が形成され、蛍光体１９’を覆うようにコレクタ電極１８’が形成されている。コレクタ電極１８’は、エミッタ部１３から上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通して放出された電子が貫通できる程度の厚さを有するように形成されている。この場合、コレクタ電極１８’の厚さは１００ｎｍ以下であることが望ましい。コレクタ電極１８’の厚さは、放出された電子の運動エネルギーが大きいほど大きくすることができる。
係る構成は、ＣＲＴ等に採用される構成である。コレクタ電極１８’はメタルバックとして機能する。エミッタ部１３から上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通して放出された電子はコレクタ電極１８’を貫通して蛍光体１９’に進入し、蛍光体１９’を励起し、発光を生ぜしめる。この電子放出装置３０は、以下の効果を奏することができる。
（ａ）蛍光体１９’が導電性でない場合、蛍光体１９’が帯電（負に帯電）することを回避することができる。この結果、電子を加速させる電界を維持することができる。
（ｂ）コレクタ電極１８’により蛍光体１９’が発生した光が反射されるので、その光を効率よく透明板１７側（発光面側）に放出させることができる。
（ｃ）蛍光体１９’への過度の電子の衝突を防ぐことができるので、蛍光体１９’の劣化や蛍光体１９’からガスが発生することを回避することができる。
＜各構成部材の材料例及び製法例＞
次に、上記各電子放出装置の構成部材の材料及び製法例について説明する。
（下部電極１２）
下部電極には、上述したように導電性を有する物質が使用される。以下、下部電極に好適な物質を列挙する。
（１）高温酸化雰囲気に対して耐性を有する導体（例えば、金属単体又は合金）
例）白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、モリブデン等の高融点貴金属
例）銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするもの
（２）高温酸化雰囲気に対して耐性を有する絶縁性セラミックスと金属単体との混合物
例）白金とセラミック材料とのサーメット材料
（３）高温酸化雰囲気に対して耐性を有する絶縁性セラミックスと合金との混合物
（４）カーボン系、又は、グラファイト系の材料
これらのうち、白金のみ又は白金系の合金を主成分とする材料が非常に好ましい。なお、電極材料中にセラミック材料を添加する場合、その添加されるセラミック材料の割合は５〜３０体積％程度が好適である。また、後述する上部電極１４の材料と同様な材料を用いてもよい。下部電極は、厚膜形成法により形成されることが好適である。下部電極の厚さは、好ましくは２０μｍ以下であり、更に好ましくは５μｍ以下である。
（エミッタ部１３）
エミッタ部を構成する誘電体としては、上述したように比誘電率が比較的高い（例えば、比誘電率が１０００以上）の誘電体を採用することができる。以下、エミッタ部に好適な物質を列挙する。
（１）チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛等
（２）上記（１）に記載の物質のうちの任意の物質を組み合わせたものを含有するセラミックス
（３）上記（２）に記載のセラミックスに、更に、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル及びマンガン等の酸化物を添加したもの、上記（２）に記載のセラミックスにこれらの酸化物の任意の物質を組み合わせたものを添加したもの、又は、更に他の化合物を適切に添加したもの
（４）主成分が上記（１）に記載の物質を５０％以上有する物質
なお、例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）とチタン酸鉛（ＰＴ）との２成分系ｎＰＭＮ−ｍＰＴ（ｎ，ｍをモル数比とする。）については、ＰＭＮのモル数比を大きくすることにより、キューリー点が低下し且つ室温での比誘電率を大きくすることができる。特に、ｎ＝０．８５〜１．０及びｍ＝１．０−ｎとしたｎＰＭＮ−ｍＰＴは、比誘電率が３０００以上となるので、エミッタ部の材料として非常に好ましい。例えば、ｎ＝０．９１及びｍ＝０．０９のｎＰＭＮ−ｍＰＴの室温における比誘電率は１５０００となり、ｎ＝０．９５及びｍ＝０．０５のｎＰＭＮ−ｍＰＴの室温における比誘電率は２００００となる。
また、例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、チタン酸鉛（ＰＴ）及びジルコン酸鉛（ＰＺ）の３成分系ＰＭＮ−ＰＴ−ＰＺについては、ＰＭＮのモル数比を大きくすることにより比誘電率を大きくすることができる。更に、この３成分系においては、正方晶と擬立方晶又は正方晶と菱面体晶のモルフォトロピック相境界（ＭＰＢ：Ｍｏｒｐｈｏｔｒｏｐｉｃ  Ｐｈａｓｅ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ）付近の組成とすることにより、比誘電率を大きくすることができる。
例えば、ＰＭＮ：ＰＴ：ＰＺ＝０．３７５：０．３７５：０．２５とすると比誘電率は５５００、ＰＭＮ：ＰＴ：ＰＺ＝０．５：０．３７５：０．１２５とすると比誘電率は４５００となり、このような組成のＰＭＮ−ＰＴ−ＰＺはエミッタ部の材料として特に好ましい。
更に、絶縁性が確保できる範囲内でこれらの誘電体に白金のような金属を混入することにより、誘電率を向上させることが好ましい。この場合、例えば、誘電体に白金を重量比で２０％混入させるとよい。
エミッタ部には、更に、圧電／電歪層、強誘電体層、反強誘電体層等を用いることができる。エミッタ部に圧電／電歪層を用いる場合、その圧電／電歪層として、例えば、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウム、マグネシウムタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛等、又はこれらのいずれかの組み合わせを含有するセラミックスを挙げることができる。
当然、エミッタ部には、主成分が上記化合物を５０重量％以上含有するものを使用することができる。また、前記セラミックスのうち、ジルコン酸鉛を含有するセラミックスは、エミッタ部を構成する圧電／電歪層の構成材料として最も頻繁に使用される。
また、圧電／電歪層をセラミックスにて構成する場合、前記セラミックスに、さらに、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物、もしくはこれらのいずれかの組み合わせ、又は他の化合物を、適宜、添加したセラミックスを用いてもよい。また、前記セラミックスにＳｉＯ２、ＣｅＯ２、Ｐｂ５Ｇｅ３Ｏ１１もしくはこれらのいずれかの組み合わせを添加したセラミックスを用いてもよい。具体的には、ＰＴ−ＰＺ−ＰＭＮ系圧電材料にＳｉＯ２を０．２ｗｔ％、もしくはＣｅＯ２を０．１ｗｔ％、もしくはＰｂ５Ｇｅ３Ｏ１１を１〜２ｗｔ％添加した材料が好ましい。
より具体的には、例えば、マグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛及びチタン酸鉛とからなる成分を主成分とし、さらにランタンやストロンチウムを含有するセラミックスを用いることが好ましい。
圧電／電歪層は、緻密であっても、多孔質であってもよい。多孔質の場合、その気孔率は４０％以下であることが好ましい。
エミッタ部１３に反強誘電体層を用いる場合、その反強誘電体層としては、ジルコン酸鉛を主成分とするもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分を主成分とするもの、更には、ジルコン酸鉛に酸化ランタンを添加したもの、ジルコン酸鉛とスズ酸鉛とからなる成分に対してジルコン酸鉛やニオブ酸鉛を添加したものが望ましい。
反強誘電体層は、多孔質であってもよい。多孔質の場合、その気孔率は３０％以下であることが望ましい。
更に、タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９）は、分極反転疲労が小さいので、エミッタ部に適している。このような分極反転疲労が小さい材料は、層状強誘電体化合物で、（ＢｉＯ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−という一般式で表される。ここで、金属Ａのイオンは、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｐｂ２＋、Ｂｉ３＋、Ｌａ３＋等であり、金属Ｂのイオンは、Ｔｉ４＋、Ｔａ５＋、Ｎｂ５＋等である。更に、チタン酸バリウム系、ジルコン酸鉛系、ＰＺＴ系の圧電セラミックスに添加剤を加えて半導体化させることも可能である。この場合、エミッタ部１３内で不均一な電界分布をもたせられるので、電子放出に寄与する上部電極との界面近傍に電界を集中させることができる。
また、圧電／電歪／強誘電体／反強誘電体セラミックスに、例えば鉛ホウケイ酸ガラス等のガラス成分や、他の低融点化合物（例えば酸化ビスマス等）を混ぜることによって、エミッタ部１３の焼成温度を下げることができる。
また、エミッタ部を圧電／電歪／強誘電体／反強誘電体セラミックスで構成する場合、エミッタ部はシート状の成形体、シート状の積層体、又は、これらを他の支持用基板に積層又は接着したものから作成することができる。
また、エミッタ部に非鉛系の材料を使用すること等により、エミッタ部を融点もしくは蒸散温度の高い材料により形成すれば、電子もしくはイオンの衝突に対し損傷しにくいエミッタ部が得られる。
なお、エミッタ部は、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気泳動法、エアロゾルデポジション法等の各種厚膜形成法や、イオンビーム法、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、めっき等の各種薄膜形成法により形成することができる。特に、圧電／電歪材料を粉末化したものを、エミッタ部として形成し、これに低融点のガラスやゾル粒子を含浸させることにより、７００℃或いは６００℃以下といった低温で膜を形成することができる。
（上部電極１４）
上部電極には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）が使用される。また、上部電極の材料には、分極反転疲労を抑制する酸化物電極、或いは、分極反転疲労を抑制する酸化物電極を例えば白金レジネートペーストに混ぜた材料が好適である。分極反転疲労を抑制する酸化物電極としては、例えば、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３（例えばｘ＝０．３や０．５）、Ｌａ１−ｘＣａｘＭｎＯ３（例えばｘ＝０．２）、Ｌａ１−ｘＣａｘＭｎ１−ｙＣｏｙＯ３（例えばｘ＝０．２、ｙ＝０．０５）等を挙げることができる。
また、上部電極１４の微細貫通孔１４ａの平均径は、エミッタ部１３の誘電体の粒径よりも小さいことが望ましい。更に、上部電極１４は、金属を含み、微細貫通孔１４ａはその金属の金属結晶粒により形成された気孔であることが望ましい。上部電極１４の製法及び材質についてより具体的に述べる。
上部電極１４は、銀（Ａｇ），金（Ａｕ），イリジウム（Ｉｒ），ロジウム（Ｒｈ），ルテニウム（Ｒｕ），白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ），タングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）等の金属の中の「二種類以上の金属を含む有機金属化合物」をエミッタ部１３となる物質の上部に膜状に延在させてから所定の温度にて焼成することより形成される。
ここで、「二種類以上の金属を含む有機金属化合物」は、一種類の金属のみを含む有機金属化合物を二種類以上混合したもの、二種類以上の金属を含む一種類の有機金属化合物、及び、二種類以上の金属を含む一種類の有機金属化合物に他の有機金属化合物を混合したものの何れであってもよい。また、「二種類以上の金属を含む有機金属化合物」は、少なくとも貴金属を含んでいることが好適である。更に、この貴金属として、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）を用いることが好適である。
（例１）
例えば、Ｐｔを一種類だけ含む有機金属化合物と、Ｐｔよりも融点の高いＩｒを一種類だけ含む有機金属化合物とを、重量％で、Ｐｔ：Ｉｒ＝９７：３となるように混合する。そして、その混合したペースト状の有機金属化合物（混合有機金属化合物）をスクリーン印刷によりエミッタ部１３となる物質の上面に印刷して膜状に延在させ、その後、１００℃で乾燥する。更に、７００℃まで昇温速度を４７℃／分（毎分４７℃）として加熱・昇温し、その状態にて３０分間保持して上記有機金属化合物を焼成（熱処理）する。以上によって、上部電極１４を製造する。なお、ＰｔとＩｒとを重量％でＰｔ：Ｉｒ＝９７：３として混合・攪拌したものを、エミッタ部１３となる物質の上に印刷し、１００℃にて乾燥後、昇温速度１４００℃／分で７００℃まで昇温し、その状態にて３０分間保持して製造（焼成）してもよい。
（例２）
また、Ｐｔを一種類だけ含む有機金属化合物と、Ｐｔよりも融点の低いＡｕを一種類だけ含む有機金属化合物とを、重量％で、Ｐｔ：Ａｕ＝９５：５となるように混合する。そして、その混合したペースト状の有機金属化合物５（混合有機金属化合物）をスクリーン印刷によりエミッタ部１３となる物質の上面に印刷して膜状に延在させ、その後、１００℃で乾燥する。更に、６５０℃まで昇温速度を４３℃／分（毎分４３℃）として加熱・昇温し、その状態にて３０分間保持して上記有機金属化合物を焼成（熱処理）する。以上によっても、好適な上部電極１４を製造することができる。
（例３）
上部電極１４は、三種類の有機金属化合物を用いても製造することができる。例えば、母材となるＰｔを一種類だけ含む有機金属化合物と、Ｐｔよりも戲点の低いＡｕを一種類だけ含む有機金属化合物と、Ｐｔよりも融点の高い金属Ｉｒを一種類だけ含む有機金属化合物とを、重量％で、Ｐｔ：Ａｕ：Ｉｒ＝９３：４．５：２．５となるように混合する。そして、その混合したペースト状の有機金属化合物（混合有機金属化合物）をスクリーン印刷によりエミッタ部１３となる物質の上面に印刷して膜状に延在させ、その後、１００℃で乾燥する。更に、７００℃まで昇温速度を４７℃／分（毎分４７℃）として加熱・昇温し、その状態にて３０分間保持して上記有機金属化合物を焼成（熱処理）する。以上によっても、好適な上部電極１４を製造することができる。
（例４）
上部電極１４は、上記例２にて示したＰｔ、Ａｕ及びＩｒからなる有機金属化合物（混合有機金属化合物）をスクリーン印刷によりエミッタ部１３となる物質の上面に印刷して膜状に延在させ、その後、１００℃で乾燥し、７００℃まで昇温速度を２３℃／秒（毎秒２３℃、即ち１４００℃／分）として加熱・昇温し、その状態にて３０分間保持して上記有機金属化合物を焼成（熱処理）する方法によっても製造することができる。
（例５）
上部電極１４は、一種類の金属のみからでも次のようにして製造することができる。例えば、上述した所定の金属（ここでは、Ｐｔ）を一種類だけ含むペースト状の有機金属化合物をスクリーン印刷によりエミッタ部１３となる物質の上面に印刷して膜状に延在させ、その後、１００℃で乾燥する。次いで、６００℃まで昇温速度を２０℃／秒（毎秒２０℃、即ち、１２００℃／分）として加熱・昇温し、その状態にて３０分間保持して上記有機金属化合物を焼成（熱処理）する。
このように製造された上部電極１４は、微細貫通孔１４ａの平均径が１０ｎｍ以上且つ１００ｎｍ未満であって、電子放出量を大きくすることができる。なお、上述したように、微細貫通孔１４ａの平均径は、０．０１μｍ以上且つ１０μｍ以下程度であればよい。
また、上部電極に、鱗片状の物質（例えば黒鉛等）の集合体や、鱗片状の物質を含んだ導電性の物質の集合体を使用することもできる。このような物質の集合体は、元来、鱗片と鱗片とが離間している部分を有しているので、焼成などの熱処理を経なくても、その部分を上部電極の上記微細貫通孔として使用することができる。更に、エミッタ部上に有機樹脂と金属薄膜とをこの順に層状に形成した後で焼成し、有機樹脂を燃焼させることにより金属薄膜に微細貫通孔を形成し、上部電極としてもよい。
上部電極は、上記材料を用い、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より形成することができる。
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る電子放出装置は、駆動電圧を階段状に増大させることにより、或いは、次第に増大する複数の電圧パルスを発生させることにより、一度の電子蓄積動作によってエミッタ部１３に蓄積された電子を、複数回に分けて放出することができる。従って、電子放出素子に局所的に大きな電流が流れることがないために発熱による素子の劣化が回避され、且つ、電子放出量の総量（電子放出総量）を増大することができる。
更に、上記各電子放出装置は、不要な電子の放出が発生する可能性があるときにコレクタ電極１８を接地し、電子放出が必要な場合にコレクタ電極１８にコレクタ電圧Ｖｃを印加する。従って、この電子放出装置は、不要な電子放出を回避しながら、正規に放出された電子に十分なエネルギーを付与することができ、良好な画像を提供し得るディスプレイとなっている。また、仮に上部電極１４とコレクタ電極１８間がプラズマ状態となったとしても、コレクタ電極１８を間欠的にオフとするので、プラズマ状態を消滅させることができる。この結果、プラズマ状態が継続してしまうことによる大発光の連続的発生を回避することができる。
また、集束電極を採用することにより、電子が上部電極から実質的に直上方向に放出されるから、上部電極とコレクタ電極との距離を大きくすることができる。この結果、上部電極とコレクタ電極との間の絶縁破壊を低減或いは回避することができる。更に、上部電極とコレクタ電極との間の絶縁破壊の可能性が低減するから、コレクタ電極１８に付与する電圧Ｖｃを大きくすることができる。この結果、蛍光体に到達する電子に大きなエネルギーを付与することができるので、ディスプレイの輝度を向上することができる。
本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態の電子放出装置は、複数の電子放出素子を備えていたが、電子放出素子を一つだけ備える装置であってもよい。更に、例えば、図２５に示したように、集束電極１６は、平面視において互いにＸ軸方向において隣接する上部電極１４の間のみだけでなく、Ｙ軸方向において互いに隣接する上部電極１４の間にも形成されていてもよい。
加えて、蛍光体が、上部電極１４に対してエミッタ部１３と反対側の面に同上部電極１４に接するように形成されてもよい。これにより、上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通って放出させられた電子が上部電極１４の直上部に存在する蛍光体に衝突し、蛍光体を励起して光を発生させる発光素子が形成される。なお、このような蛍光体及び上記実施形態において説明した蛍光体１９，１９’の何れも、「上部電極１４の上部側において同上部電極１４に対向するように配設され、電子の衝突により発光する蛍光体」である。
更に、図２６に示したように、電子放出装置は一つの略正方形の画素ＰＸ内に４つの素子（従って、４つの上部電極１４である第１上部電極１４−１，第２上部電極１４−２，第３上部電極１４−３，第４上部電極１４−４）と、集束電極１６とを備えていてもよい。この場合、例えば、第１上部電極１４−１の直上には図示しない緑色蛍光体が配設され、第２上部電極１４−２及び第４上部電極１４−４の直上には図示しない赤色蛍光体が配設され、第３上部電極１４−３の直上には図示しない青色蛍光体が配設される。集束電極１６は、各上部電極１４を取り囲むように各上部電極１４の周囲に形成されている。これによれば、ある素子の上部電極１４から放出された電子はその上部電極１４の直上に配置された蛍光体のみに到達するから、色純度を良好に維持するとともに画像パターンのにじみを回避することができる。
更に、図２７及び図２８に示したように、本発明よる他の電子放出装置６０は、下部電極６２、エミッタ部６３及び上部電極６４を備えてなる完全に独立した素子を基板１１上に配列し、各素子の間を絶縁体６５で満たし、且つ、その絶縁体６５の上面であってＸ軸方向において互いに隣接する素子の各上部電極６４の間に集束電極６６を形成した構造を備えるものであってもよい。このように構成された電子放出装置６０は、各素子から独立したタイミングにて或いは同時に電子を放出することができる。
また、基板１１は、酸化アルミニウムを主成分とする材料、或いは、酸化アルミニウム及び酸化ジルコニウムとの混合物を主成分とする材料から構成されていてもよい。
更に、第４実施形態及び第５実施形態等において、駆動電圧Ｖｉｎは矩形波状に変化していたが（電圧パルスが矩形波であったが）、増大及び／又は減少する際に傾斜していてもよい。つまり、電子を放出するために付与される電圧パルスの波形は、台形状或いは三角波状等の波形であってもよい。
加えて、電子を放出させるための電圧パルスの間に上下電極間に印加される電圧の大きさ（連続する電子放出のためのパルス状波形の間において素子電圧をエミッタ部への電子の蓄積が行われないような電圧とする駆動電圧の大きさ）、即ち、電子保持期間Ｔｐ３における第３電圧Ｖｐ３の大きさは、各電圧パルス間の期間（各電子保持期間Ｔｐ３）毎に異なる値であってもよい。
【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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【国際調査報告】
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