电子发射元件的制作方法

专利名称：电子发射元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有在形成发射极的物质上形成的第一电极以及第二电极的电子发射元件。
背景技术：
目前，电子发射元件具有阴极电极以及阳极电极，正应用于场致发射显示器(Field Emission Display(FED))或背光灯(backlight)那样的各种各样的应用。在用于FED时，二维地排列多个电子发射元件，并且留有规定间隔地排列与这些电子发射元件相对的多个荧光体。
作为该电子发射元件现有的例子，例如具有专利文献1～5，但他们存在以下的问题因为全都没有对形成发射极的物质使用电介质，所以在相对的电极间需要成形加工或微加工，为了电子发射必须施加高电压，而且面板制作工艺复杂制造成本高。
因此，考虑由电介质来构成形成发射极的物质，关于来自电介质的电子发射，在以下的非专利文献1～3中进行了叙述。
专利文献1特开平1-311533号公报专利文献2特开平7-147131号公报专利文献3特开2000-285801号公报专利文献4特公昭46-20944号公报专利文献5特公昭44-26125号公报非专利文献1安冈、石井著《强誘電体陰極を用いたパルス電子源》应用物理第68卷第5号、p546～550(1999)非专利文献2V.F.Puchkarev，G.A.Mesyats，On the mechanism of emission fromthe ferroelectric ceramic cathode，J.Appl.Phys.，vol.78，No.9，1November，1995，p.5633-5637非专利文献3H.Riege，Electron emission ferroelectric-areview，Nucl.Instr.and Meth.A340，p.80-89(1994)但是，如图39所示，在现有的电子发射元件200中，在形成发射极的物质(发射极部)202形成上部电极204以及下部电极206时，特别地，在射极部202的上部紧密结合地形成上部电极204。电场集中点虽然是上部电极204/发射极部202/真空的3重点，但此时，上部电极204的边缘部分与此相当。
但是，由于上部电极204的边缘部分紧密结合在发射极部202上，所以存在电场集中程度小，发射电子所需的能量小的问题。此外，由于电子发射部位限于上部电极204的边缘部分，所以存在整体的电子发射特性产生波动，电子发射控制困难，同时电子发射效率低的问题。

发明内容
本发明是考虑这样的课题而发明的，其目的在于提供一种电子发射元件，其可以容易地产生高的电场集中，而且可以使电子发射部位成为多个，对于电子发射可以实现高输出、高效率，并且可以由低电压进行驱动。
此外，本发明的其他目的在于提供一种电子发射元件，其可以容易地应用于具有对应多个象素而排列的多个电子发射元件的，通过来自各电子发射元件的电子发射进行图像显示的显示器。
本发明的电子发射元件的特征为具有由电介质构成的形成发射极的物质和施加用于进行电子发射的驱动电压的第一电极以及第二电极，所述第一电极在所述形成发射极的物质的第一面上形成，所述第二电极在所述形成发射极的物质的第二面上形成，至少所述第一电极具有露出所述形成发射极的物质的多个贯通部，在所述第一电极中，所述贯通部周部的与所述形成发射极的物质相对的表面可以和所述形成发射极的物质分离开。
首先，在第一电极和第二电极之间施加驱动电压。该驱动电压例如被定义为像脉冲电压或交流电压那样，随着时间的经过，从比基准电压(例如0V)高或低的电压电平急剧地变化为比基准电压低或高的电压电平的电压。
此外，在形成发射极的物质的第一面、第一电极以及该电子发射元件周围的介质(例如真空)的接触部位形成有三元接合点。这里，所谓的三元接合点被定义为由第一电极、形成发射极的物质以及真空的接触形成的电场集中部。此外，在所述三元接合点中还包含第一电极、形成发射极的物质以及真空作为1个点存在的3重点。在本发明中，三元接合点在多个贯通部的周部或第一电极的边缘部形成。因此，当在第一电极和第二电极之间施加上述的驱动电压时，在上述三元接合点发生电场集中。
而且，在将比基准电压高或低的电压电平的输出期间设为第一输出期间；将比基准电压低或高的电压电平的输出期间设为第二输出期间时，首先，在第一输出期间，在上述三元接合点产生向一个方向的电场集中，例如在形成发射极的物质中，在与第一电极的贯通部对应的部分或第一电极边缘部附近的部分积蓄电子。此时，第一电极作为电子供给源产生作用。
在下面的第二输出期间，当驱动电压的电压电平急剧减小时，这次，在上述三元接合点产生向相反方向的电场集中，在形成发射极的物质中从积蓄了所述电子的部分经由贯通部进行发射。当然，也从第一电极外周部的附近进行电子发射。
此外，在其他的电子发射方式中，首先在第一输出期间进行用于电子发射的准备(例如形成发射极的物质向一方向的极化等)。在下面的第二输出期间，当驱动电压的电压电平急剧减小时，这次，在上述三元接合点产生电场集中，通过该电场集中从第一电极发射电子，与形成发射极的物质中的从贯通部露出的部分以及第一电极的外周部附近碰撞。由此，从1次电子所碰撞的部分发射2次电子(包含1次电子的反射电子)。即，在第二输出期间的初期阶段，从所述贯通部以及第一电极的外周部附近发射2次电子。
而且，在该电子发射元件中，首先由于在第一电极中形成了多个贯通部，所以从各个贯通部以及第一电极外周部的附近均等地进行电子发射，整体电子发射特性的波动降低，电子发射控制变得容易，同时电子发射效率提高。
此外，本发明是在所述第一电极中，在所述贯通部周部的与所述形成发射极的物质相对的表面和所述形成发射极的物质之间形成了间隙的形状，所以在施加了驱动电压时，容易在该间隙部发生电场集中。这在伴随电子发射高效化的同时可以实现驱动电压的低电压化(低电压电平的电子发射)。
如上所述，本发明是在所述第一电极中，在所述贯通部周部的与所述形成发射极的物质相对的表面和所述形成发射极的物质之间形成间隙，第一电极的贯通部的周部为屋檐状(凸缘状)，因此也和间隙部的电场集中变大相互作用，容易从所述屋檐状的部分进行电子发射。这在伴随电子发射的高输出、高效化的同时可以实现驱动电压的低电压化。此外，无论采用发射在形成发射极的物质上所积蓄的电子的方式或使来自第一电极的1次电子与形成发射极的物质碰撞发射2次电子的方式的哪一种，因为第一电极的贯通部的周部作为门电极(控制电极、电子聚焦透镜)发挥作用，所以可以提高电子发射的直线传播性。例如，在排列多个电子发射元件，例如作为显示器的电子源构成电子发射元件的情况下，利于降低交调失真。
由此，在本发明中，可以容易地产生高的电场集中，而且可以将电子发射部位设为多个，对于电子发射可以实现高输出、高效率，还可以进行低电压驱动(降低消耗的功率)。
此外，在所述结构中，所述形成发射极的物质的至少所述第一面形成电介质晶界的凸凹，所述第一电极可以在与所述电介质的晶界的凹部对应的部分形成所述贯通部。
由此，可以容易地实现在所述第一电极中，所述贯通部的周部的与所述形成发射极的物质相对的表面与所述发射极部分离开的结构，即，在所述贯通部的周部的与所述形成发射极的物质相对的表面和所述形成发射极的物质之间形成了间隙的结构。
此外，在所述结构中，所述形成发射极的物质的所述第一面和所述第一电极中的，所述贯通部的周部的与所述形成发射极的物质相对的表面所成的角的最大角度θ优选为1°≤θ≤60°。此外，在所述结构中，所述形成发射极的物质的所述第一面和所述第一电极中的，所述贯通部的周部的与所述形成发射极的物质相对的表面之间的沿垂直方向的最大间隔d优选为0μm≤d≤10μm。所以通过这些结构，可以使在间隙部分的电场集中度更大，可以高效地实现电子射出的高输出、高效率，以及驱动电压的低电压化。
此外，在所述结构中，可以在形成发射极的物质的所述第一面中，与所述贯通部对应的部分存在有浮置电极50。此时，由于浮置电极也成为电子提供源，所以在电子的发射阶段(上述第二输出期间)可以通过贯通部向外部发射多个电子。
此外，在所述结构中，所述设贯通部可以为孔。在形成发射极的物质中，与在第一电极和第二电极之间施加的驱动电压相对应地极化发生反转或变化的部分是形成了第一电极的正下方的部分(第一部分)，和与从贯通部的内周朝向贯通部的内方向的区域相对应的部分(第二部分)，特别地，第二部分随着驱动电压的电平或电场集中度进行变化。因此，在本发明中，所述孔的平均直径优选为大于等于0.1μm小于等于10μm。如果在该范围内，通过贯通部发射的电子的反射分布中几乎没有波动，可以高效地发射电子。
此外，在孔的平均直径不足0.1μm时，积蓄电子的区域变窄，发射的电子的量减少。当然，可以考虑设置多个孔，但也存在随着困难的增大制造成本升高的担忧。当孔的平均直径超过10μm时，从形成发射极的物质的所述贯通部露出的部分中，用于电子发射的部分(第二部分)的比例(占有率)变小，电子的发射效率降低。
此外，在所述结构中，所述贯通部可以是缺口，也可以是梳齿状的缺口。此时，所述缝隙的平均宽度优选为大于等于0.1μm小于等于10μm。
此外，本发明的电子发射元件的特征为具有由电介质构成的形成发射极的物质；与所述形成发射极的物质的第一面相接合形成的第一电极；与所述形成发射极的物质的第二面相接合形成的第二电极，至少所述第一电极具有露出所述形成发射极的物质的多个贯通部，在电气动作中，在所述第一电极和所述第二电极之间形成由所述形成发射极的物质形成的电容器，和由在所述第一电极形成的所述多个贯通部在所述第一电极和所述形成发射极的物质之间构成的多个电容器的集合体。
即，在所述贯通部周部的与所述形成发射极的物质相对的表面和所述形成发射极的物质之间形成间隙，形成由这些多个间隙构成的电容器的集合体。此时，间隙构成的电容器的容量值相对小，从与形成发射极的物质所构成的电容器的分压，施加电压几乎全部被施加在间隙，在各个间隙实现电子发射的高输出化。此外，这些电容器的集合体与形成发射极的物质所构成的电容器串联连接。因此，可以得到电子发射为高输出，全体耗电量减小的理想的特性。
此外，本发明的电子发射元件的特征为在具有电子发射部的电子发射元件中，通过施加负电压，随着电子的积蓄变化为正电荷的量和负电荷的量平衡的状态(第一状态)，随着进一步的电子的积蓄，变化为负电荷的量多于正电荷的量的状态(第二状态)，从所述第二状态开始，通过施加正电压，随着电子的发射变化为正电荷的量和负电荷的量平衡的状态(第三状态)，随着进一步的电子的发射，在变化为正电荷的量多于负电荷的量的状态的情况下，在将用于变化为所述第一状态的施加电压设为V1，将用于变化为所述第三状态的施加电压设为V2时，|V1|＜|V2|。此时，也可以为1.5×|V1|＜|V2|。
由此，可以容易地适用于具有与多个象素对应排列的多个电子发射元件，通过来自各电子发射元件的电子发射进行图像显示的显示器。
例如，在将1个图像的显示期间设为1帧时，在该1帧内的某个期间，扫描全部的所述电子发射元件，对与发光对象的象素相对应的多个电子发射元件施加积蓄电压，该积蓄电压是与各自对应的象素的亮度相应的积蓄电压，由此使与所述发光对象的象素相对应的所述多个电子发射元件积蓄电荷，该电荷的量是与各自对应的象素的亮度相应的量，在下面的期间，对全部的电子发射元件施加一定的电子发射电压，从与所述发光对象的象素相对应的所述多个电子发射元件发射电子，该电子的量是与各自对应的象素的亮度相应的量，使所述发光对象的象素发光。
而且，在该发明中，在将第一状态的正电荷的量和负电荷的量的变化比例设为ΔQ1/ΔV1，将第三状态的正电荷的量和负电荷的量的变化比例设为ΔQ2/ΔV2时，可以为(ΔQ1/ΔV1)＞(ΔQ2/ΔV2)。根据此关系，在设电子为积蓄饱和状态的电压为V3，开始电子发射的电压为V4时，可以得到1≤|V4|/|V3|≤1.5的特性。
通常，例如将电子发射元件排列成矩阵状，与水平扫描期间同步地以1行为单位选择电子发射元件，在对处于选择状态的电子发射元件分别提供与象素的亮度相应的象素信号时，也对处于非选择状态的象素提供所述象素信号。
这存在以下的问题非选择状态的电子发射元件受到所述象素信号的影响，例如当进行了电子发射时，引起显示图像的画质恶化、对比度下降。
但是，在本发明中，由于具有上述的特性，所以即使是以下简单的电压关系进行设定把提供给选择状态的电子发射元件的象素信号的电压电平设为从基准电压到电压V3的任意的电压，对于非选择状态的电子发射元件，例如提供象素信号的相反极性的信号，非选择状态的象素也不会因为向选择状态的象素的象素信号而受到影响，可以实现在各个象素的存储器效果，可以实现高亮度、高对比度化。
此外，本发明的电子发射元件的特征为在具有由电介质构成的形成发射极的物质和施加用于电子发射的驱动电压的第一电极和第二电极的电子发射元件中，在把通过在所述第一电极和所述第二电极之间施加向一方向的电压，所述形成发射极的物质从向一方向极化的状态变化为极化反转后的状态的电压设为第一抗电压v1；并且把从该状态，通过施加向另一方向的电压，极化再次变化为所述一方向的电压设为第二抗电压v2时，具有v1＜0或v2＜0，|v1|＜|v2|的特性。此时，也可以为1.5×|v1|＜|v2|。
此外，在将施加了所述第一抗电压时的极化的变化比例设为Δq1/Δv1，将施加了所述第二抗电压时的极化的变化比例设为Δq2/Δv2时，可以为(Δq1/Δv1)＞(Δq2/Δv2)。根据此关系，在设电子为积蓄饱和状态的电压为v3，开始电子发射的电压为v4时，可以得到1≤|v4|/|v3|≤1.5的特性。
因此，即使在该发明中，也可以容易地应用于具有对应多个象素而排列的多个电子发射元件的，通过来自各电子发射元件的电子发射进行图像显示的显示器。
而且，非选择状态的象素不会因为向选择状态的象素的信号而受到影响，可以实现在各个象素的存储器效果，可以实现高亮度、高对比度化。
如上述说明的那样，通过本发明的电子发射元件，可以容易地产生高的电场集中，而且可以将电子发射部位设为多个，对于电子发射可以实现高输出、高效率，并可以进行低电压驱动(降低消耗功率)。
此外，根据本发明的电子发射元件，可以容易地应用于具有对应多个象素而排列的多个电子发射元件的，通过来自各电子发射元件的电子发射进行图像显示的显示器。


图1是部分省略地表示第一实施方式的电子发射元件的剖面图。
图2是对第一实施方式的电子发射元件的主要部分进行放大显示的剖面图。
图3是表示在上部电极所形成的贯通部的形状的一个例子的平面图。
图4表示通过第一电子发射方式的驱动电压的电压波形。
图5是表示第一电子发射方式的第二输出期间的电子发射样态的说明图。
图6表示通过第二电子发射方式的驱动电压的电压波形。
图7是表示第二电子发射方式的第二输出期间的电子发射样态的说明图。
图8表示上部电极屋檐状部的剖面形状的一例。
图9表示上部电极屋檐状部的剖面形状的其他一个例子。
图10表示上部电极屋檐状部的剖面形状的另外一个例子。
图11是表示在上部电极和下部电极之间相连接的各种电容器的连接状态的等价电路图。
图12用于说明在上部电极和下部电极之间相连接的各种电容器的容量的计算。
图13是部分省略地表示第一实施方式的电子发射元件的第一变形例的平面图。
图14是部分省略地表示第一实施方式的电子发射元件的第二变形例的平面图。
图15是部分省略地表示第一实施方式的电子发射元件的第三变形例的平面图。
图16表示第一实施方式的电子发射元件的电压-电荷量特性(电压一极化量特性)。
图17A是表示图16的点p1的状态的说明图，图17B是表示图16的点p2的状态的说明图，图17C是表示从图16的点p2至点p3的状态的说明图。
图18A是表示从图16的点p3至点p4的状态的说明图，图18B是表示即将到达图16的点p4的状态的说明图，图18C是表示从图16的点p4至点p6的状态的说明图。
图19是表示使用第一实施方式的电子发射元件构成的显示器的显示部和驱动电路的方框图。
图20A～图20C是表示通过振幅调制电路的脉冲信号的振幅调制的波形图。
图21是表示变形列的信号提供电路的方框图。
图22A～图22C是表示通过脉冲宽度调制电路的脉冲信号的脉冲宽度调制的波形图。
图23A表示施加了图20A或图22A中的电压Vsl时的磁滞曲线，图23B表示施加了图20B或图22B中的电压Vsm时的磁滞曲线，图23C表示施加了图20C或图22C中的电压Vsh时的磁滞曲线。
图24是表示向上部电极上部的集电极、荧光体以及透明板的一个配置例的结构图。
图25是表示向上部电极上部的集电极、荧光体以及透明板的另一配置例的结构图。
图26A表示在第一试验例(观察电子发射元件的电子发射状态的试验)中使用的写入脉冲和点灯脉冲的波形，图26B是在第一试验例中，由受光元件的检测电压波形表示来自电子发射元件的电子发射状态的图。
图27表示在第二～第四试验例中使用的写入脉冲和点灯脉冲的波形。
图28是表示第二试验例(观察电子发射元件的电子发射量根据写入脉冲的振幅如何进行变化的试验)的结果的特性图。
图29是表示第三试验例(观察电子发射元件的电子发射量根据点灯脉冲的振幅如何进行变化的试验)的结果的特性图。
图30是表示第四试验例(观察电子发射元件的电子发射量根据集电极电压的电平如何进行变化的试验)的结果的特性图。
图31是表示显示器的驱动方法的一个例子的时序图。
图32是表示图31所示的驱动方法的施加电压关系的图表。
图33是部分省略地表示第二实施方式的电子发射元件的剖面图。
图34是部分省略地表示第二实施方式的电子发射元件的第一变形例的剖面图。
图35是部分省略地表示第二实施方式的电子发射元件的第二变形例的剖面图。
图36是部分省略地表示第二实施方式的电子发射元件的第三变形例的剖面图。
图37是部分省略地表示第三实施方式的电子发射元件的剖面图。
图38是部分省略地表示第三实施方式的电子发射元件的第一变形例的剖面图。
图39是部分省略地表示现有例的电子发射元件的剖面图。
具体实施例方式
下面，参照图1～图38对本发明的电子发射元件的实施方式进行说明。
首先，本实施方式的电子发射元件除了作为显示器的用途之外，还可以用于电子束照射装置、光源、代替LED、电子部件制造装置、电路部件。
电子束照射装置的电子束与目前普及的紫外线照射装置的紫外线相比，在高能方面吸收性优异。作为应用的例子，在半导体装置中，具有固化重叠晶片时的绝缘膜的作用；在印刷干燥中，没有斑点地硬化印刷墨水的作用、在原样地将医疗器械放入包装的状态下进行杀菌的作用。
作为光源的用途，适于高亮度、高效率，例如具有使用超高压水银灯等装置的投影器的光源的用途等。在将本实施方式的电子发射装置用于光源的情况下，具有小型化、长寿命、高速点灯、降低由于水银的释放造成的环境负担的特征。
作为代替LED的用途，具有屋内照明、汽车车灯、信号机等面光源用途，芯片光源、信号机、面向移动电话的小型液晶显示器的背光灯等。
作为电子部件制造装置的用途，具有电子束蒸镀装置灯成膜装置的电子束源、等离子体CVD装置的等离子体生成用(用于气体等的活性化)电子源、用于气体分解的电子源等。此外，还具有称为万亿(テラ)Hz驱动的高速开关元件、大电流输出元件的真空微型装置的用途。此外，还优选作为打印机的部件、即通过与荧光体的组合使感光鼓感光的发光装置、用于使电介质带电的电子源使用。
作为电路部件，因为可以大电流输出化、高放大率化，所以具有面向开关、继电器、二极管等数字元件、运算放大器等模拟元件的用途。
首先，如图1所示，第一实施方式的电子发射元件10A具有由电介质构成的板状发射极部(形成发射极的物质)12、在该发射极部12的第一表面上(例如上表面)形成的第一电极(例如上部电极)14、在发射极部12的第二面上(例如下表面)形成的第二电极(例如下部电极)16、在上部电极14和下部电极16之间施加驱动电压Va的脉冲发生源18。
上部电极14具有露出发射极部12的多个贯通部20。特别是发射极部12的表面形成了电介质的晶界(grain boundary)的凸凹22，上部电极14的贯通部20在与所述电介质的晶界的凸凹部24相对应的部分上形成。在图1的例子中，表示了与一个凹部24相对应地形成一个贯通部20的情况，但也存在与多个凹部24相对应地形成一个贯通部20的情况。构成发射极部12的电介质的晶粒直径优选为0.1μm～10μm，更好的为2μm～7μm。在图1的例子中设电介质的晶粒直径为3μm。
而且，在该第一实施方式中，如图2所示，在上部电极14中，贯通部20周部26的与发射极部12相对的表面26a与发射极部12分离开。即，在上部电极14中，在贯通部20周部26的与发射极部12相对的表面26a和发射极部12之间形成间隙28，上部电极14的贯通部20的周部26形成屋檐状(凸缘状)。因此，在以下的说明中，将“上部电极14的贯通部20的周部26”记作“上部电极14的屋檐状部26”。此外，在图1、图2、图5、图7、图8～图10、图15的例子中，以半圆状代表地表示电介质的晶界的凸凹22的凸部30的剖面，单并不限于该形状。
此外，在该第一实施方式中，将上部电极14的厚度设为0.01μm≤t≤10μm，将发射极部12的上表面，即电介质的晶界的凸部30的表面(也是凹部24的内壁面)和上部电极14的屋檐状部26的下表面26a所成的角的最大角度θ设为1°≤θ≤60°。此外，设发射极部12的电介质的晶界的凸部30的表面(凹部24的内壁面)和上部电极14的屋檐状部26的下表面26a之间的沿垂直方向的最大间隔d设为0μm≤d≤10μm。
而且，在该第一实施方式中，如图3所示，特别是贯通部20的形状为从上面看的形状为孔32的形状，例如像圆形、椭圆形、长圆形那样为包含曲线部分的形状，或像四边形或三角形那样为多边形的形状。在图3的例子中，作为孔32的形状表示了圆形的情况。
此时，孔32的平均直径设为大于等于0.1μm小于等于10μm。该平均直径表示通过孔32中心的，各自不同的多个线段的长度的平均值这里，对各个构成部件的材料等进行说明。构成发射极部12的电介质可以恰当地采用介电常数比较高，例如大于等于1000的电介质。作为这样的电介质，可以列举出除了钛酸钡之外还包含锆酸铅、镁铌酸铅、镍铌酸铅、锌铌酸铅、锰铌酸铅、镁钽酸铅、镍钽酸铅、锑锡酸铅、钛酸铅、镁钨酸铅、钴铌酸铅等，或者包含这些化合物的任意组合的陶瓷；主要成分为包含这些化合物的重量大于等于50％的陶瓷；对于上述的陶瓷，进一步添加了镧、钙、锶、钼、钨、钡、铌、锌、镍、锰等的氧化物、或者这些氧化物的任意组合、或者适当地添加了其他化合物的陶瓷等。
例如，在镁铌酸铅(PMN)和钛酸铅(PT)的二元系nPMN-mPT(设n、m摩尔数比)中，当增大PMN的摩尔数比时，可以降低居里点，提高室温下的介电常数。
特别在n＝0.85～1.0、m＝1.0-n，优选介电常数大于等于3000。例如，在n＝0.91、m＝0.09下得到室温的介电常数15000，在n＝0.95、m＝0.05下得到室温的介电常数20000。
然后，在铌镁酸铅(PMN)、钛酸铅(PT)和锆酸铅(PZ)的三元系中，除了增大PMN的摩尔数比以外，通过形成正方晶格和类立方晶格或正方晶格和菱形晶格的准同型相界(MPBmorphotropic phase boundary)附近的组成来增大介电常数也是较好的。例如，在PMN∶PT∶PZ＝0.375∶0.375∶0.25下，介电常数为5500，在PMN∶PT∶PZ＝0.5∶0.375∶0.125下，介电常数为4500，十分理想。而且，在可以确保绝缘性的范围内，优选在这些电介质中混入像铂那样的金属，提高介电常数。此时，例如可以在电介质中混入重量比为20％的铂。
此外，如上所述，发射极部12可以使用压电/电致伸缩层或反强电介质层，但在作为发射极部12使用压电/电致伸缩层(電歪 )的情况下，作为压电/电致伸缩层，例如可以列举出包含锆酸铅、镁铌酸铅、镍铌酸铅、锌铌酸铅、锰铌酸铅、镁钽酸铅、镍钽酸铅、锑锡酸铅、钛酸铅、钛酸钡、镁钨酸铅、钴铌酸铅等，或包含这些化合物的任意组合的陶瓷。
当然可以是主要成分为包含这些化合物的重量大于等于50％的材料。此外，在所述陶瓷中，包含锆酸铅的陶瓷作为构成发射极部12的压电/电致伸缩层的构成材料，其使用频度最高。
此外，在由陶瓷构成压电/电致伸缩层的情况下，还可以使用在所述陶瓷中进一步添加了镧、钙、锶、钼、钨、钡、铌、锌、镍、锰等的氧化物、或这些氧化物的任意组合、或者适当地添加了其他化合物的陶瓷。此外，还可以使用在所述陶瓷中添加了SiO2、CeO2、Pb5Ge3O11或者添加了这些化合物的任意组合的陶瓷。具体地说，优选为在PT-PZ-PMN类压电材料中添加了0.2％wt的SiO2，或者添加了0.1％wt的CeO2，或者添加了1～2％wt的Pb5Ge3O11的材料。
例如，优选以铌镁酸铅、锆酸铅以及钛酸铅构成的成分为主要成分，而且使用含有镧或锶的陶瓷。
压电/电致伸缩层既可以致密也可以多孔，在为多孔时，其气孔率优选为小于等于40％。
在作为发射极部12使用反强电介质层的情况下，作为该反强电介质层，希望为以锆酸铅为主要成分的陶瓷；以锆酸铅和锡酸铅形成的成分为主要成分的陶瓷；进一步在锆酸铅中添加了氧化镧的陶瓷；对于锆酸铅和锡酸铅形成的成分添加了锆酸铅或铌酸铅的陶瓷。
此外，该反强电介质层既可以致密也可以多孔，在为多孔时，希望其气孔率为小于等于30％。
而且，在发射极部12中使用了钛酸钡锶(SrBi2Ta2O9)时，优选极化反转疲劳小。这样的极化反转疲劳小的材料在反强电介质层中使用(BiO2)2+(Am-1BmO3m+1)2-的一般公式表示。这里，金属A的离子为Ca2+、Sr2+、Ba2+、Pb2+、Bi3+、La3+等，金属B的离子为Ti4+、Ta5+、Nb5+等。
此外，例如通过在压电/电致伸缩/反强电介质陶瓷中混入铅硼硅酸玻璃等玻璃成分、或其他低熔点的化合物(例如氧化铋等)，可以降低烧结温度。
此外，在由压电/电致伸缩/反强电介质陶瓷构成的情况下，其形状可以是薄板状的烧结体、薄板状的积层体，或者可以将这些积层或粘接在其他的支撑用基板上。
此外，通过在发射极部12中使用非铅类的材料，并且通过采用使发射极部12的熔点或沸点提高的材料，难以对电子或离子的撞击造成损伤。
上部电极14使用烧结后得到薄膜的有机金属膏。例如优选使用铂金属化合物膏(レジネ一トペ一スト)等材料。此外，抑制极化反转疲劳的氧化物电极，例如优选使用氧化钌(RuO2)、氧化铱(IrO2)、钌酸化锶(SrRuO3)、Lal-xSrxCoO3(例如x＝0.3或0.5)、Lal-xCaxMnO3(例如x＝0.2)、Lal-xCaxMnl-yCoyO3(例如x＝0.2，y＝0.05)，或者使用例如将这些化合物混入铂金属化合物膏的材料。
可以使用上述材料，通过丝网印刷法、喷射法、涂覆法、浸渍法、涂布法、电泳动法等各种厚膜形成法；或喷溅法、离子束法、真空蒸镀法、离子电镀法、化学气相沉积法(CVD)、电镀等各种薄膜形成法来形成上部电极14，可以适当地通过前者的厚膜形成法来形成。
另一方面，下部电极16由铂、钼、钨等构成。此外，由对于高温氧化气团具有耐氧化性的导体，例如由金属单体、合金、绝缘性陶瓷和金属单体的混合物、绝缘性陶瓷与合金的混合物等构成，适当地由铂、铱、钯、铑、钼等高熔点的贵金属，或由以银-钯、银-铂、铂-钯等合金为主要成分的材料，铂和陶瓷材料的金属陶瓷材料构成。更好地是由仅以铂或铂类合金为主要成分的材料构成。
此外，作为下部电极16，可以使用碳、石墨类的材料。此外，在电极材料中添加的陶瓷材料的比例5～30％的程度为恰当。当然也可以使用和上述的上部电极相同的材料。
恰当地通过上述厚膜形成法来形成下部电极16。下部电极16的厚度可以为小于等于20μm，更恰当地可以为小于等于5μm。
每次分别形成发射极部12上部电极14以及下部电极16时进行热处理(烧结处理)，由此可以构成一体。
作为用于使发射极部12上部电极14以及下部电极16一体化的烧结处理的温度，可以设为500～1400℃的范围，或更恰当地设为1000～1400℃的范围。并且，在对膜状的发射极部12进行热处理时，为了在高温时发射极部12的组成不会变得不稳定，优选一边与发射极部12的发热源一起进行气团控制一边进行烧结处理。
通过烧结处理，特别地，在成为上部电极14的膜例如从10μm的厚度收缩到0.1μm的厚度的同时，形成了多个孔等，结果如图1所示，在上部电极14形成多个贯通部20，贯通部20的周部26形成为屋檐状。当然也可以通过事先(烧结之前)对成为上部电极14的膜进行蚀刻(湿蚀刻、干蚀刻)或提离(lift off)来实施成型(patterning)，然后在进行烧结。如后面所述，此时，作为贯通部20可以容易地形成缺口形状或缝隙形状。
此外，可以采用由恰当的材料覆盖发射极部12，该发射极部12的表面不直接露出烧结气团地进行烧结的方法。
然后，对电子射出元件10A的电子射出原理进行说明。首先，在上部电极14和下部电极16之间施加驱动电压Va。该驱动电压例如被定义为像脉冲电压或交流电压那样，随着时间的经过，从比基准电压(例如0V)高或低的电压电平急剧地变化为比基准电压低或高的电压电平的电压。
此外，在发射极部12的上表面、上部电极14以及该电子发射元件10A周围的介质(例如真空)的接触部位形成有三元接合点(triple junction)。这里，所谓的三元接合点被定义为由上部电极14、发射极部12以及真空的接触形成的电场集中部。此外，在所述三元接合点中还包含上部电极14、发射极部12以及真空作为1个点存在的3重点。气团中的真空度优选为102～10-6Pa，更优选地为10-3～10-5Pa。
在第一实施方式中，三元接合点在上部电极14的屋檐状部26或上部电极14的边缘部形成。因此，当在上部电极14和下部电极16之间施加上述的驱动电压时，在上述三元接合点发生电场集中。
首先，参照图4以及图5，对第一电子发射方式进行说明。在图4的第一输出期间T1(第一阶段)中，对上部电极14施加比基准电压(此时为0V)低的电压V2，对下部电极16施加比基准电压高的电压V1。在该第一输出期间T1，在上述三元接合点发生电场集中，例如在发射极部12中，从上部电极14的贯通部20露出的部分或上部电极14的边缘部附近的部分积蓄电子。此时，上部电极部14发挥作为电子提供源的作用。
在下面的第二输出期间T2中，驱动电压Va的电压电平急剧减小，即，当对上部电极14施加比基准电压高的电压V1，对下部电极16施加比基准电压低的电压V2时，这次，在所述三元接合点产生向相反方向的电场集中，如图5所示，在发射极部12中，从积蓄了所述电子的部分经由贯通部20进行电子发射。当然，也从上部电极14的外周部的附近进行电子发射。
然后，对第二电子发射方式进行说明。首先，在图6的第一输出期间T1中，对上部电极14施加比基准电压高的电压V3，对下部电极16施加比基准电压低的电压V4。在该第一输出期间T1，进行用于电子发射的准备(例如发射极部12向一方向的极化等)。在之后的第二输出期间T2中，当驱动电压Va的电压电平急剧变小，即，当对上部电极14施加比基准电压低的电压V4，对下部电极16施加比基准电压高的电压V3时，这次，在上述三元接合点产生电场集中，通过该电场集中从上部电极14发射电子，与发射极部12中从贯通部20露出的部分以及上部电极14的外周部附近碰撞。由此，如图7所示，从1次电子所碰撞的部分发射2次电子(包含1次电子的反射电子)。即，在第二输出期间T2的初期阶段，从所述贯通部20以及上部电极14的外周部附近发射2次电子。
而且，在该第一实施方式的电子发射元件10A中，由于在上部电极14形成了多个贯通部20，所以从各个贯通部20以及上部电极14的外周部的附近均等地进行电子发射，整体电子发射特性的波动降低，电子发射控制变得容易，同时电子发射效率提高。
此外，第一实施方式中，在上部电极14的屋檐状部26和发射极部26之间形成了间隙28的形状，所以在施加了驱动电压Va时，容易在该间隙28的部分发生电场集中。这在伴随电子发射高效化的同时可以实现驱动电压的低电压化(低电压电平的电子发射)。
如上所述，第一实施方式中，上部电极14在贯通部20的周部形成屋檐状部26，因此也和在间隙28的部分的电场集中变大相互作用，容易从上部电极14的屋檐状部26进行电子发射。这在伴随电子发射的高输出、高效化的同时可以实现驱动电压Va的低电压化。此外，在上述的电子射出方式(发射积蓄在发射极部12的电子的方式)或第二电子发射方式(发射2次电子的方式)的任意一种方式中，上部电极14的屋檐状部26作为门电极(控制电极、电子聚焦透镜)发挥作用，所以可以提高电子发射的直线传播性。例如，在排列多个电子发射元件10A，例如作为显示器的电子源构成电子发射元件的情况下，利于降低交调失真。
如此，在第一实施方式的电子发射元件10A中，可以容易地产生高的电场集中，而且可以将电子发射部位设为多个，对于电子发射可以实现高输出、高效率，还可以进行低电压驱动(降低消耗的功率)。
特别地，在第一实施方式中，发射极部12的至少上表面形成电介质晶界的凸凹22，上部电极14在与电介质的晶界的凹部24对应的部分形成贯通部20，所以可以简单地实现上部电极14的屋檐状部26。
此外，将发射极部12的上表面，即电介质的晶界的凸部30的表面(凹部24的内壁面)和上部电极14的屋檐状部26的下表面26a所成的角的最大角度θ设为1°≤θ≤60°，将设发射极部12的电介质的晶界的凸部30的表面(凹部24的内壁面)和上部电极14的屋檐状部26的下表面26a之间的沿垂直方向的最大间隔d设为0μm≤d≤10μm，所以通过该结构，可以使在间隙28部分的电场集中度更大，可以高效地实现电子射出的高输出、高效率，以及驱动电压的低电压化。
此外，在该第一实施方式中，设贯通孔20为孔32的形状。如图2所示，在发射极部12中，与上部电极14和下部电极16(参照图1)之间施加的驱动电压Va相对应地极化发生反转或变化的部分是形成了上部电极14的正下方的部分(第一部分)40，和与从贯通部20的内周朝向贯通部20的内方向的区域相对应的部分(第二部分)42，特别地，第二部分42随着驱动电压Va的电平或电场集中度进行变化。因此，在该第一实施方式中，将孔32的平均直径设为大于等于0.1μm小于等于10μm。如果在该范围内，通过贯通部20发射的电子的反射分布中几乎没有波动，可以高效地发射电子。
此外，在孔32的平均直径不足0.1μm时，积蓄电子的区域变窄，射出的电子的量减少。当然，可以考虑设置多个孔32，但也存在随着困难的增大制造成本升高的担忧。当孔32的平均直径超过10μm时，在从发射极部12的所述贯通部20露出的部分中，用于电子发射的部分(第二部分)42的比例(占有率)变小，电子的发射效率降低。
作为上部电极14屋檐状部26的剖面形状，可以如图2所示，是上表面和下表面一起在水平方向上延长的形状，也可以如图8所示，屋檐状部26的下表面26a大致水平，屋檐状部26的上端部向上方突起。此外，还可以如图9所示，屋檐状部26的下表面26a朝向贯通部20的中心缓缓向上方倾斜，另外还可以如图10所示，屋檐状部26的下表面26a朝向贯通部20的中心缓缓向下方倾斜。在图8的例子可以提高作为门电极的功能，在图1哦的例子中，由于间隙28的部分变窄，所以更容易发生电场集中，可以提高电子发射的高输出、高效率。
此外，在该第一实施方式中，如图11所示，在电气动作中，在上部电极14和下部电极16之间形成了发射极部12构成的电容器C1和各个间隙28构成的多个电容器Ca的集合体。即，各个间隙28构成的多个电容器Ca构成一个相互并联连接的电容器C2，在等价电路中，发射极部12构成的电容器C1与集合体构成的电容器C2串联连接。
在实际中，发射极部12构成的电容器C1并非这样地与集合体构成的电容器C2串联连接，串联连接的电容器成分与向上部电极14的贯通部20的形成个数或整个形成面积等相对应地进行变化。
这里，如图20所示，例如假设发射极部12构成的电容器C 1中的25％与集合体构成的电容器C2串联连接的情况，来尝试进行容量计算。首先，由于间隙28的部分是真空的所以介电常数为1。然后，设间隙28的最大间隔为0.1μm，一个间隙28的部分的面积S＝1μm×1μm，设间隙28的个数为10,000个。此外，当设发射极部12的介电常数为2000，设发射极部12的厚度为20μm，设上部电极14和下部电极16的相对面积为200μm×200μm时，集合体构成的电容器C2的容量值为0.885pF，发射极部12构成的电容器C1的容量为35.4pF。然后，在将发射极部12构成的电容器C1中与集合体构成的电容器C2串联连接的部分设为全体的25％时，该串联连接部分的容量值(包含了集合体构成的电容器C2的容量值的容量值)为0.805pF，剩余的容量值为26.6pF。
在将剩余的部分与这些串联连接的部分并联连接之后，全体的容量值为27.5pF。该容量值是发射极部12构成的电容器C1的容量值35.4pF的78％。即，全体的容量值变得小于发射极部12构成的电容器C1的容量值。
如此，关于多个间隙28构成的电容器Ca的集合体，间隙28构成的电容器Ca的容量值相对小，从与发射极部12构成的电容器C1的分压，施加电压Va几乎全部被施加在间隙28，在各个间隙28实现电子发射的高输出化。
此外，集合体构成的电容器C2与发射极部12构成的电容器C1串联连接，所以全体的容量值小于发射极部12构成的电容器C1的容量值。由此，可以获得电子发射为高输出，全体的消耗功率减小的理想的特性。
然后，参照图13～图15，对上述第一实施方式的电子发射元件10Aa的3个变形例进行说明。
首先，如图13所示，第一变形例的电子发射元件10A在贯通部20的形状特别是从上面看的形状为缺口44的形状这一点上不同。作为缺口44的形状，如图13所示，优选为多个缺口44相互连续地形成的梳齿状的缺口46。此时有利于降低通过贯通部20所发射的电子的发射分布的波动，高效率地发射电子。特别地，优选设缺口44的平均宽度为大于等于0.1μm小于等于10μm。该平均宽度表示与缺口44的中心线垂直相交的各自不同的多个线段的长度的平均值。
如图14所示，第二变形例的电子发射元件10Ab在贯通部20的形状特别是从上面看的形状为缝隙48这一点上不同。这里，所谓缝隙48，是长轴方向(长方向)的长度大于等于短轴方向(短方向)长度的10倍的形状。因此，长轴方向(长方向)的长度不足短轴方向(短方向)长度的10倍的形状可以作为孔32(参照图3)的形状来进行定义。此外，作为缝隙48还包含多个孔32连通地连接的形状。此时，优选设缝隙48的平均宽度为大于等于0.1μm小于等于10μm。这有利于降低通过贯通部20所发射的电子的发射分布的波动，高效率地发射电子。该平均宽度表示与缝隙48的中心线垂直相交的各自不同的多个线段的长度的平均值。
如图15所示，第三变形例的电子发射元件10Ac的不同点在于在发射极部12的上表面，在与贯通部20对应的部分，例如在电介质的晶界的凹部24存在有浮置电极50。此时，由于浮置电极50也成为电子提供源，所以在电子的发射阶段(上述第一电子发射方式的第二输出期间T2(参照图4))，可以通过贯通部20向外部发射多个电子。
这里，对第一实施方式的电子发射元件10A的特性，特别是对电压-电荷量特性(电压-极化量特性)进行说明。
该第一实施方式的电子发射元件10A在真空中，如在图16的特性中所表示的那样，描绘以基准电压＝0为基准的非对称的磁滞曲线。
对该特性进行说明，首先，在将发射极部12中发射电子的部分定义为电子发射部时，在施加基准电压的点p1(初期状态)，成为在所述电子发射部几乎没有积蓄电子的状态。之后，当施加负电压时，所述电子发射部的正电荷的量增加，与此相伴积蓄电子。当向负方向增大负电压的电平时，伴随着向所述电子发射部的电子的积蓄，在某个负电压的点p2成为正电荷的量和电子的量平衡的状态，当向负方向增大负电压的电平时，电子的积蓄量进一步增加，成为负电荷的量多于正电荷的量的状态。在点p3成为电子的积蓄饱和状态。
然后，当减小负电压的电平，而且超过基准电压地施加正电压时，在点p4开始电子发射。如果沿正方向增大该正电压，电子的发射量增加，在点p5成为正电荷的量与电子的量平衡的状态。然后，在点D6，所积蓄的电子几乎全部被发射，正电荷的量和负电荷的量的差大体与初期状态相同。即为电子的积蓄几乎没有，在电子发射部仅呈现发射极部12极化后的偶极子的负电荷。
然后，该特性的特征部分为以下(1)在将正电荷的量和电子的量为平衡状态的点p2的负电压设为V1，点p5的正电压设为V2时，|V1|＜|V2|。
(2)更详细地为1.5×|V1|＜|V2|。
(3)在将点p2的正电荷的量和电子的量的变化比例设为ΔQ1/ΔV1，点p5的正电荷的量和电子的量的变化比例设为ΔQ2/ΔV2时，(ΔQ1/ΔV1)＞(ΔQ2/ΔV2)。
(4)在设电子为积蓄饱和状态的电压为V3，开始电子发射的电压为V4时，1≤|V4|/|V3|≤1.5。
然后，在电压一极化量特性的立场说明图16的特性。假设在初期阶段，发射极部12向某一极化，例如假设偶极子矩(モ一メント)的负极成为朝向发射极部12的上表面的状态(参照图17A)的情况进行说明。
首先，如图16所示，在施加基准电压(例如0V)的点p1(初期状态)，如图17A所示，偶极子矩的负极成为朝向发射极部12的上表面的状态，因此成为在发射极部12的上表面几乎没有积蓄电子的状态。
然后，当施加负电压，向负方向增大该负电压的电平时，从每次超过负的抗电压(参照图16的点p2)开始极化开始进行反转，在图16的点p3全部的极化进行反转。(参照图17B)通过该极化反转，在上述的三元接合点发生电场集中，例如在发射极部12中，在从上部电极14的贯通部20露出的部分或上部电极14的边缘部附近的部分积蓄电子(参照图17C)。特别地，从上部电极14向发射极部12中从上部电极14的贯通部20露出的部分发射(内部发射)电子。然后，在图16的点p3成为电子的积蓄饱和状态。
然后，当减小负电压的电平，并且超过基准电压地施加正电压时，直到达到某一电压电平之前维持发射极部12上表面的带电状态(参照图18A)。当进一步增大正电压的电平时，就在图16的点p4之前产生偶极子矩的负极开始朝向发射极部12的上表面的区域(参照图18B)，进一步增大正电压的电平，在图16的点p4之后开始电子的发射(参照图18C)。如果沿正方向增大该正电压，电子的发射量增加，从每次超过正的抗电压(点p5)开始极化再次进行反转的区域扩大，在点p6，所积蓄的电子几乎被全部发射，此时的极化量与初期状态的极化量大致相同。
并且，该电子发射元件10A的特性的特征部分为以下(A)在将负的抗电压设为v1，将正的抗电压设为v2时，|v1|＜|v2|。
(B)更详细地为1.5×|v1|＜|v2|。
(C)在将施加了负的抗电压v1时的极化的变化比例成为Δq1/Δv1，将施加了正的抗电压v2时的极化的变化比例成为Δq2/Δv2时，
(Δq1/Δv1)＞(Δq2/Δv2)。
(D)在设电子为积蓄饱和状态的电压为v3，开始电子发射的电压为v4时，1≤|v4|/|v3|≤1.5。
第一实施方式的电子发射元件10A由于具有上述那样的特性，所以可以容易地应用于具有对应多个象素而排列的多个电子发射元件10A的，通过来自各电子发射元件10A的电子发射进行图像显示的显示器。
然后，对使用第一实施方式的电子发射元件10A构成的显示器100进行说明。
如图19所示，该显示器100具有多个电子发射元件10A与象素相对应地排列成矩阵状或锯齿状的显示部102，和用于驱动该显示部102的驱动电路104。此时，可以对1个象素分配1个电子发射元件10A。在该实施方式中，为了简化说明，假设对1个象素分配了1个电子发射元件10A的情况来进行说明。
该驱动电路104铺设了用于对显示部102选择行的多个行选择线106，还铺设了用于对显示部102提供象素信号Sd的所个信号线108。
而且，该驱动电路14具有选择性地对行选择线106提供选择信号Ss，以1行为单位依次选择电子发射元件10A的行选择电路110；并行地对信号线108输出象素信号Sd，分别对行选择电路110所选择出的行(选择行)提供象素信号Sd的信号提供电路112；根据输入的映象信号Sv以及同步信号Sc控制行选择电路110以及信号提供电路112的信号控制电路114。
电源电路116(例如50V以及0V)与行选择电路110以及信号提供电路112相连界，特别地，在行选择电路110和电源电路116间的负极线和GND(地线)间连接了脉冲电源118。脉冲电源118输出脉冲状的电压波形，该电压波形在后述的电荷积蓄期间Td为基准电压(例如0V)，在发光期间Th为电压(例如-400V)。
行选择电路110在电荷积蓄期间Td中对选择行输出选择信号Ss，对非选择行输出非选择信号Sn。此外，行选择电路110在发光期间Th中输出将来自电源电路116的电源电压(例如50V)和来自脉冲电源118的电压(例如-400V)相加后的恒定电压(例如-350V)。
信号提供电路112具有脉冲生成电路120和振幅调制电路122。脉冲生成并输出电路120在电荷积蓄期间Td中以一定的脉冲周期生成具有一定振幅(例如50V)的脉冲信号Sp，在发光期间Th输出输出基准电压(例如0V)。
振幅调制电路122在电荷积蓄期间Td对应与选择行有关的象素亮度的等级来分别对来自脉冲生成电路120的脉冲信号Sp进行振幅调制，并分别作为与选择行有关的象素的象素信号Sd进行输出，在发光期间Th中，原样地输出来自脉冲生成电路120的基准电压。通过象素控制电路114进行这些的定时控制以及向振幅调制电路122提供所选择的多个象素的亮度等级。
例如像在图20A～图20C中表示三个例子那样，在亮度等级低的情况下，设脉冲信号Sp的振幅为低电平Vsl(参照图20A)；在亮度等级为中等的情况下，设脉冲信号Sp的振幅为中电平Vsm(参照图20B)；在亮度等级高的情况下，设脉冲信号Sp的振幅为高电平Vsh(参照图20C)。在该例子中，虽然表示划分为3个例子，但在用于显示器100的情况下，对应象素的亮度等级，例如将脉冲信号Sp振幅调制为128级或256级。
这里，参照图21～图22C对信号提供电路112的变形例进行说明。
如图21所示，变形例的信号提供电路112a具有脉冲生成电路124和脉冲宽度调制电路126。脉冲生成电路124在电荷积蓄期间Td，生成并输出在对电子发射元件10A施加的电压波形(图22A～图22C中用实线表示)中，上升部分的波形连续地生成电平变化的脉冲信号Spa(图22A～图22C中由虚线表示)，在发光期间Th输出基准电压。然后，脉冲宽度调制电路126在电荷积蓄期间Td，对应与选择行有关的象素的亮度等级分别对来自脉冲生成电路124的脉冲信号Spa的脉冲宽度Wp(参照图22A～图22C)进行调制，并分别作为与选择行有关的象素的象素信号Sd进行输出。在发光期间Th原样地输出来自脉冲生成电路124的基准电压。在此时也通过象素控制电路114进行这些的定时控制以及向脉冲宽度调制电路126提供所选择的多个象素的亮度等级。
例如像在图20A～图20C中表示三个例子那样，在亮度等级低的情况下，缩短脉冲信号Spa的脉冲宽度Wp，设实际的振幅为低电平Vsl(参照图22A)；在亮度等级为中等的情况下，设脉冲信号Spa的脉冲宽度Wp为中电平的长度，并设实际的振幅为中电平Vsm(参照图22B)；在亮度等级高的情况下，增长脉冲信号Spa的脉冲宽度Wp，并设实际的振幅为高电平Vsh(参照图22C)。这里，虽然表示划分为3个例子，但在用于显示器100的情况下，对应象素的亮度等级，例如将脉冲信号Spa脉冲宽度调制为128级或256级。
这里，通过图20A～图20C所示的对脉冲信号Sp的3个振幅调制的例子和图22A～图22C所示的对脉冲信号Spa的3个脉冲宽度调制的例子的关联来看上述使与电子的积蓄有关的负电压电平发生了变化时的特性图，此时，在图20A以及图22A所示的负电压的电平Vsl下，如图23A所示，在电子发射元件10A中积蓄的电子的量少。在图20B以及图22B所示的负电压的电平Vsm下，如图23B所示，积蓄的电子的量为中等；在图20C以及图22C所示的负电压的电平Vsh下，如图23C所示，积蓄的电子的量所，为几乎饱和的状态。
但是，如图23A～图23C所示，开始进行电子发射的点P4的电压电平几乎相同。即可知在积蓄了电子后，虽然在到达点p4所示的电压电平之前施加电压发生了变化，但电子的积蓄量几乎没有变化，发挥存储器的效果。
此外，在将第一实施方式的电子发射元件10A作为显示器100的象素进行使用的情况下，如图24所示，在上部电极14的上方设置例如用玻璃或丙稀制成的透明板130，在该透明板130的内面(与上部电极14相对的面)例如设置由透明电极构成的集电极132，并在该集电极132上涂布荧光体134。此外，将偏置电压源136(集极电压Vc)通过电阻与集电极132连接。此外，电子发射元件10A理所当然地被设置在真空空间中。气团中的真空度优选为102～10-6Pa，更好地为10-3～10-5Pa。
选择这样的范围的理由是在低真空中(1)担忧由于在空间中气体分子多，所以容易产生等离子，当产生了大量的等离子时，其正离子大量地与上部电极14进行碰撞而促进损伤；(2)担忧在发射电子到达集电极132之前与气体分子碰撞，无法充分进行通过集极电压Vc充分加速后的电子引起的荧光体134的激励。
另一方面，在高真空下，虽然容易从电场集中的点发射电子，但机构体的支撑以及真空的密封部增大，存在不利于小型化的问题。
在图24的例子中，设在透明板130的内面形成集电极132，在该集电极132的表面(与上部电极14相对的面)形成荧光体134，但除此之外，还可以如图25所示，在透明板130的内面形成荧光体134，并覆盖该荧光体134地形成集电极132。
这是在CRT等显示器中使用的结构，集电极132具有作为金属敷层的作用。从发射极部12发射出的电子穿过集电极132进入荧光体134来激励该荧光体134。因此，集电极132是电子可以穿过的厚度，优选小于等于100nm。电子的运动能量越大，越可以使集电极132的厚度更厚。
通过这样的结构可以起到以下的效果。
(a)在荧光体134不导电的情况下，可以防止荧光体134的带电(负)，维持电子的加速电场。
(b)集电极132反射荧光体134的发光，可以高效地对透明板130一侧(发光面一侧)发射荧光体134的发光。
(c)可以防止向荧光体134的过度的电子的碰撞，可以防止荧光体134的恶化和从荧光体134产生气体。
然后，表示有关该第一实施方式的电子发射元件10A的电子发射状态的4个试验例(第一～第四试验例)。
第一试验例是观察电子发射元件10A的发射状态的例子。即，如图26A所示，对电子发射元件10A施加具有-70V电压的写入脉冲Pw来对电子发射元件10A积蓄电子，之后施加具有280V电压的点灯脉冲Ph来发射电子。电子的发射状态通过受光元件(光电二极管)检测荧光体134的发光来进行测定。图26B表示检测波形。此外，写入脉冲Pw和点灯脉冲Ph的占空比设为50％。
根据该第一试验例可知从点灯脉冲Ph的上升途中开始发光，在该点灯脉冲Ph的初期阶段发光结束。因此，考虑即使缩短点灯脉冲Ph的期间也不会对发光具有影响。这有利于缩短高电压的施加期间，同时实现消耗功率的降低。
第二试验例是观察电子发射元件10A的电子发射量根据图27所示的写入脉冲Pw的振幅如何进行变化的例子。电子发射量的变化与第一试验例相同，通过受光元件(光电二极管)检测荧光体134的发光来进行测定。图28表示试验结果。
在图28中，实线A表示将点灯脉冲Ph设为200V，使写入脉冲Pw的振幅从-10V变化到-80V时的特性，实线B表示将点灯脉冲Ph设为350V，使写入脉冲Pw的振幅从-10V变化到-80V时的特性。
如该图28所示可知在使写入脉冲Pw从-20V变化为-40V的情况下，发光亮度几乎直线地进行变化。特别地，当在点灯脉冲的振幅为350V的情况和200V的情况下进行比较时，可知350V时与写入脉冲Pw相对的发光亮度变化的动态范围变宽，有利于实现图像显示的亮度和对比度的提高。虽然认为该倾向对于点灯脉冲Ph的振幅设定，在发光亮度达到饱和之前的范围内，越提高点灯脉冲Ph的振幅越为有利，但优选根据与信号传送系统的耐压或消耗功率的关系来设定为最佳的值。
第三试验例是观察电子发射元件10A的电子发射量根据图27所示的点灯脉冲Ph的振幅如何进行变化的例子。电子发射量的变化与第一试验例相同，通过受光元件(光电二极管)检测荧光体134的发光来进行测定。图29表示试验结果。
在图29中，实线C表示将写入脉冲Pw的振幅设为-40V，使点灯脉冲Ph的振幅从50V变化到400V时的特性，实线D表示将写入脉冲Pw的振幅设为-70V，使点灯脉冲Ph的振幅从50V变化到400V时的特性。
如该图29所示可知在使点灯脉冲Ph从100V变化为300V的情况下，发光亮度几乎直线地进行变化。特别地，当在写入脉冲Pw的振幅为-40V的情况和-70V的情况下进行比较时，可知-70V时与点灯脉冲Ph相对的发光亮度变化的动态范围变宽，有利于实现图像显示的亮度和对比度的提高。虽然认为该倾向对于写入脉冲Pw的振幅设定，在发光亮度达到饱和之前的范围内，越提高写入脉冲Pw的振幅(此时为绝对值)越为有利，但有时也优选根据与信号传送系统的耐压或消耗功率的关系来设定为最佳的值。
第四试验例是观察电子发射元件10A的电子发射量根据图24或图25所示的集极电压Vc的电平如何进行变化的例子。电子发射量的变化与第一试验例相同，通过受光元件(光电二极管)检测荧光体134的发光来进行测定。图30表示试验结果。
在图30中，实线E表示将集极电压Vc的电平设为3kV，使点灯脉冲Ph的振幅从80V变化到500V时的特性，实线F表示将集极电压Vc的电平设为7kV，使点灯脉冲Ph的振幅从80V变化到500V时的特性。
如该图30所示可知将集极电压Vc的电平设为7kV的情况与设为3kV的情况相比，与点灯脉冲Ph相对的发光亮度变化的动态范围变宽，有利于实现图像显示的亮度和对比度的提高。虽然认为该倾向越提高集极电压Vc的电平越为有利，但有时也优选根据与信号传送系统的耐压或消耗功率的关系来设定为最佳的值。
这里，参照图31以及图32对上述显示器100的1个驱动方法进行说明。图31有代表地表示1行1列，2行1列以及n行1列的象素的动作。此外，这里使用的电子发射元件10A具有图16的点p2的抗电压v1例如为-20V，点p5的抗电压v2为+70V，点p3的电压v3为-50V，点p4的电压v1为+50V的特性。
此外，如图31所示，在将1个图像的显示期间设为1帧使时，在该1帧内包含1个电荷积蓄期间Td和1个发光期间Tn，在1个电荷积蓄期间Td中包含n个选择期间Ts。由于各个选择期间Ts为各自对应的行的选择期间Ts，所以对于不对应的n-1行为非选择期间Tn。
然后，该驱动方法为在电荷积蓄期间Td，扫描全部的电子发射元件10A，对与ON对象(发光对象)的象素相对应的多个电子发射元件10A施加电压，该电压是与各自相对应的象素的亮度等级相应的电压，由此使与ON对象的象素相对应的多个电子发射元件10A积蓄电荷(电子)，该电荷的量是与各自相对应的象素的亮度等级相应的量，在下面的发光期间，对全部的电子发射元件10A施加一定的电压，从与ON对象的象素相对应的所述多个电子发射元件10A发射电子，该电子的量是与各自对应的象素的亮度等级相应的量，使ON对象的象素发光。
如果进行具体的说明，则还如图32所示，首先，在第一行的选择期间Ts对第一行的行选择线106提供例如50V的选择信号Ss，对其他行的行选择线106例如提供0V的非选择信号Sn。在第一列的象素中，对应为ON(发光)的象素的信号线108提供的象素信号Sd的电压为大于等于0V，小于等于30V的范围，而且为与各自对应的象素的亮度等级相应的电压。如果亮度等级最大则为0V。与该象素信号Sd的亮度等级相应的调制通过图19所示的振幅调制电路122或图21所示的脉冲宽度调制电路126来进行。
由此，在分别与第一行的应为ON的各象素对应的电子发射元件10A的上部电极和下部电极16之间，分别对应亮度等级施加大于等于-50V，小于等于-20V的电压。结果，在上述各电子发射元件10A积蓄与所施加的电压相对应的电子。例如与第一行第一列的象素对应的电子发射元件，例如为最大的亮度等级，所以为图16的特性中的点p3的状态，在发射极部12中的从上部电极14的贯通部20露出的部分积蓄最大量的电子。
对与表示OFF(消光)的象素相对应的电子发射元件10A提供的象素信号Sd的电压例如为50V，由此对与OFF对象的象素相对应的电子发射元件10A施加0V，成为图16的特性中的点p1的状态，不进行电子的积蓄。
在结束了向第一行提供象素信号Sd之后，在第二行的选择期间Ts，对第二行的行选择线106提供50V的选择信号Ss，对其他行的行选择线106提供0V的非选择信号Sn。此时也在与应为ON(发光)的象素对应的电子发射元件10A的上部电极和下部电极16之间，分别对应亮度等级施加大于等于-50V，小于等于-20V的电压。此时，虽然在与处于非选择状态的，例如在与第一行的象素对应的电子发射元件10A的上部电极14和下部电极16之间施加大于等于0V，小于等于50V的电压，但由于该电压是未达到图16的特性点4的电平的电压，所以没有从与第一行中应为ON(发光)的象素相对应的电子发射元件10A发射电子。即，非选择状态的第一行的象素没有受到提供给选择状态的第二行的象素的象素信号Sd的影响。
以下同样地，在第n行的选择期间Ts，对第n行的行选择线106提供50V的选择信号Ss，对其他行的行选择线106提供0V的非选择信号Sn。此时也在与应为ON(发光)的象素对应的电子发射元件10A的上部电极和下部电极16之间，分别对应亮度等级施加大于等于-50V，小于等于-20V的电压。此时，虽然在与处于非选择状态的一行～(n-1)行的各象素对应的电子发射元件10A的上部电极14和下部电极16之间施加大于等于0V，小于等于50V的电压，但没有从与这些非选择状态的各象素中的应为ON(发光)的象素相对应的电子发射元件10A发射电子。
在经过了第n行的选择期间Ts的阶段，进入发光期间Th。在该发光期间Th，通过信号提供电路112对全部电子发射元件10A的上部电极14施加基准电压(例如0V)，对全部电子发射元件10A的下部电极16施加-350V的电压(脉冲电源118的-400V+行选择电路110的电源电压50V)。由此，在全部电子发射元件10A的上部电极14和下部电极16之间施加高电压(+350V)。全部的电子发射元件10A分别成为图16的特性点p6的状态，如图18C所示，通过贯通部20从发射极部12中的积蓄了所述电子的部分发射电子。当然，也从上部电极14的外周部附近发射电子。
即，从与应为ON(发光)的象素相对应的电子发射元件10A发射电子，所发射出的电子被引导至与这些电子发射元件10A对应的集电极132，来激励对应的荧光体134进行发光。由此，从透明板130的表面显示图像。
以后同样地，以帧为单位，在电荷积蓄期间Td，在与应为ON(发光)的象素相对应的电子发射元件10A积蓄电子，在发光期间Th，发射所积蓄的电子来使荧光体发光，由此从透明板130显示动画图像或静止图像。
如此，在第一实施方式的电子发射元件中，可以容易地适用于具有与多个象素对应排列的多个电子发射元件10A的，通过来自各电子发射元件10A的电子发射进行图像显示的显示器100。
例如像上述那样，可以在1帧内的电荷积蓄期间Td，扫描全部的电子发射元件，对与ON对象的象素相对应的多个电子发射元件10A施加电压，该电压是与各自相对应的象素的亮度等级相应的电压，由此使与ON对象的象素相对应的多个电子发射元件10A积蓄电荷(电子)，该电荷的量是与各自相对应的象素的亮度等级相应的量，在下面的发光期间Th，对全部的电子发射元件10A施加一定的电压，从与ON对象的象素相对应的多个电子发射元件10A发射电子，该电子的量是与各自对应的象素的亮度等级相应的量，使ON对象的象素发光。
此外，在该第一实施方式中，例如电子为积蓄饱和状态的电压V3和开始发射电子的电压V4的关系为1≤|V4|/|V3|≤1.5。
通常，例如将电子发射元件10A排列成矩阵状，与水平扫描期间同步地以1行为单位选择电子发射元件10A，在对处于选择状态的电子发射元件10A分别提供与象素的亮度相应的象素信号Sd时，也对处于非选择状态的象素提供所述象素信号Sd。
这存在以下的问题非选择状态的电子10A发射元件受到所述象素信号的影响，例如当进行了电子发射时，引起显示图像的画质恶化、对比度下降。
但是，在该第一实施方式中，由于具有上述的特性，所以即使是以下简单的电压关系进行设定把提供给选择状态的电子发射元件10A的象素信号Sd的电压电平设为从基准电压到电压V3的任意的电压，对于非选择状态的电子发射元件10A例如提供象素信号Sd的相反极性的信号，非选择状态的象素也不会因为向选择状态的象素的象素信号Sd而受到影响，可以实现在各个象素的存储器效果，可以实现高亮度、高对比度化。
另一方面，在该显示器装置100中，在电荷积蓄期间Td在全部的电子发射元件10A积蓄所需要的电荷，在之后的发光期间Th，对全部的电子发射元件10A施加电子发射所必需的电压来使ON对应的象素发光。
通常，在由电子发射元件10A构成象素的情况下，为了使象素发光需要对电子发射元件10A施加电子发射所必需的电压。因此，在向象素进行扫描时积蓄电荷并进行发光的情况下，需要在显示1个图像的期间(例如1帧)施加高电压，存在消耗功率大的问题。此外，选择各电子发射元件10A，需要使提供象素信号Sd的电路也为与高电压对应的电路。
但是，在该例子中，在全部的电子发射元件10A积蓄了电荷之后，对全部的电子发射元件10A施加电压，使与ON对象的电子发射元件10A对应的象素发光。
因此，对全部的电子发射元件10A施加用于电子发射的电压(发射电压)的期间Th理所当然比1帧短，而且还可以根据图26A以及图26B所示的第一试验例得知由于可以缩短发射电压的施加期间，所以与在向象素进行扫描时进行电荷积蓄、发光的情况相比，可以大幅降低消耗功率。
此外，由于把在电子发射元件10A积蓄电荷的期间Td和从与ON对象的象素相对应的电子发射元件10A发射电子的期间Th分离开，所以可以实现电路的低电压驱动，该电路用于对各个电子发射元件10A分别施加与亮度等级相对应的电压。
此外，与象素对应的象素信号以及电荷积蓄期间Td的选择信号Ss/非选择信号Sn需要对每行或每列进行驱动，但如同在上述实施方式中看到的那样，由于驱动电压可以为数十伏特，所以可以使用荧光显示管等中使用的价格便宜的多输出驱动器。另一方面，在发光期间Th中，虽然充分发射电子的电压可能比所述驱动电压大，但因为可以一并地驱动全部ON对象的象素，所以无需多输出的电路部件。例如可以存在由耐高压的分立部件构成的仅1输出的驱动电路，所以具有成本低、电路规模小的优点。
然后，参照图33对第二实施方式的电子发射元件10B进行说明。
如图33所示，该第二实施方式的电子发射元件10B具有和上述第一实施方式的电子发射元件10A大体相同的结构，但其特征为上部电极14的构成材料和下部电极16相同；上部电极14的厚度t比10μm厚，使用蚀刻(湿蚀刻、干蚀刻)或提离、激光等人为地形成贯通部20。贯通部20的形状与上述第一实施方式相同，可以采用缺口44的形状、缝隙48的形状。
而且，上部电极14的贯通部20的周部26的下表面26a朝向贯通部20的中心缓缓向上方倾斜。该形状例如可以使用提离法来简单地形成。
在该第二实施方式的电子发射元件10B中，也和上述第一实施方式的电子发射元件10A相同，可以容易地发生电场集中，而且可以将电子发射部位设为多个，对于电子发射可以实现高输出、高效率，并还可以进行低电压驱动(低消耗功率)。
此外，像图34所示的第一实施方式的电子发射元件10Ba那样，在发射极部12中的与贯通部20对应的部分可以存在浮置电极50。
此外，像图35所示的第二实施方式的电子发射元件10Bb那样，作为上部电极14，可以形成剖面形状大体为T字型的电极。
此外，像图36所示的第一实施方式的电子发射元件10Bc那样，上部电极14的形状特别地可以采用上部电极14的贯通部20的周部26浮起的形状。这在形成上部电极14的膜材料中，可以包含在烧结过程中气化的材料。由此，在烧结过程中，所述材料气化，作为他的遗迹在上部电极14上形成多个贯通部20，同时贯通部20的周部26成为浮起的形状。
下面，参照图37对第三实施方式的电子发射元件10C进行说明。
如图37所示，该第三实施方式的电子发射元件10C具有和上述第一实施方式的电子发射元件10A大体相同的结构，但其不同点为例如具有由陶瓷构成的1个基板60；下部电极16在基板60上形成，发射极部12在基板60上，而且覆盖下部电极16地形成，并且上部电极14在发射极部12上形成。
在基板60的内部，在与形成各个发射极部12的部分相对应的位置上形成了后述的用于形成薄壁部的空腔62。空腔62通过在基板60的另一端面形成的直径小的贯通孔64与外部相连通。
使所述基板60中形成空腔62的部分为薄壁(以下记做薄壁部66)，使其他的部分为厚壁部来发挥作为支撑所述薄壁部66的固定部68的功能。
即，基板60是最下层的基板层60A和中间层的隔板层60B以及最上层的薄板层60C的积层体，可以作为在隔板层60B中与发射极部12相对应的部位形成了空腔62的一体化构造体来进行把握。基板层60A除了具有作为增强用基板的功能，还具有作为布线用基板的功能。此外，所述基板60可以通过基板层60A、隔板层60B以及薄板层60C的一体化烧结形成，还可以粘接这些层60A～60C来形成。
薄壁部66优选为高耐热性材料。其原因为发射极部12在不使用有机粘接剂等耐热性差的材料，而是通过固定部68直接支撑薄壁部66的情况下，为了至少在发射极部12形成的时候薄壁部66不发生变质，薄壁部66优选为高耐热材料。
此外，薄壁部66为了进行与在基板60上形成的上部电极14相连的线路和与下部电机16相连的线路的电气隔离，优选绝缘性材料。
因此，作为薄壁部66的材料，可以是高耐热的金属或由玻璃等陶瓷材料覆盖该金属表面的搪瓷(ホ一ロウ)等材料，但最好为陶瓷材料。
作为构成薄壁部66的陶瓷材料，例如可以使用稳定的氧化锆、氧化铝、氧化镁、氧化钛、尖晶石、多铝红柱石、氮化铝、氮化硅、玻璃、以及这些的混合物。其中，从强度以及刚性的观点看优选氧化铝以及稳定的氧化锆。稳定的氧化锆从机械强度比较高；韧性比较高；上部电极14和下部电极16的化学反应比较小等观点来看特别地合适。此外，所谓稳定的氧化锆包含稳定化的氧化锆和部分稳定化的氧化锆。在稳定的氧化锆中，由于成为立方晶体等晶体结构，所以不发生相转变。
另一方面，氧化锆在1000℃左右在单斜晶和正方晶之间进行相转变，在这样的相转变时可能发生断裂。稳定的氧化锆含有1～30摩尔％的氧化钙、氧化镁、氧化钇、氧化钪、氧化镱、氧化铈、稀土类金属的氧化物等稳定剂。此外，为了提高基板60的机械强度，稳定剂最好包含氧化钇。此时，恰当地为包含1.5～6摩尔％的氧化钇，更恰当地为包含2～4摩尔％的氧化钇，而且优选包含0.1～5摩尔％的氧化铝。
此外，可以使结晶相为立方晶+单斜晶的混合相、正方晶+单斜晶的混合相、立方晶+正方晶+单斜晶的混合相等。其中，使主要的结晶相为正方晶或正方+立方晶的混合相，这从强度、韧性以及耐久性的观点来看是最恰当的。
在由陶瓷构成基板60的情况下，比较多的结晶粒构成基板60，但为了提高基板60的机械强度，恰当地使结晶粒的平均粒经为0.05～2μm，更加恰当的为0.1～1μm。
另一方面，固定部68优选由陶瓷构成，可以与薄壁部66的材料为同一陶瓷，也可以不同。作为构成固定部68的陶瓷，与薄壁部66的材料相同地，例如可以使用稳定的氧化锆、氧化铝、氧化镁、氧化钛、尖晶石、多铝红柱石、氮化铝、氮化硅、玻璃、以及这些的混合物。
特别地，在该电子发射元件10C中使用的基板60恰当地采用以氧化锆为主要成分的材料、以氧化铝为主要成分的材料、或者以这些的混合物为主要成分的材料等。在这些材料中，最理想的为以氧化锆为主要成分的材料。
此外，作为烧结辅助剂有时添加粘土等，但为了不过多地包含氧化硅、氧化硼等容易玻璃化的成分，需要调节辅助剂成分。其原因在于虽然这些容易玻璃化的成分利于使基板60和发射极部12接合，但也促进基板60和发射极部12的反应，难以维持规定的发射极部12的组成，其结果，成为使元件特性降低的原因。
即，基板60中的氮化硅等成分在重量比方向优选限制在小于等于3％，更好的为限制在小于等于1％。这里，所谓主要成分是在重量比方面占据大于等于50％的比例的成分。
此外，所述薄壁部66的厚度和发射极部12的厚度优选为相同位数的厚度。其原因在于当薄壁部66的厚度比发射极部12的厚度极度厚时(相差1位或多于1位时)，对于发射极部12的烧结收缩，薄壁部66产生妨碍该收缩的作用，因此发射极部12和基板6交界面处的应力增大，容易分离。相反地，如果厚度的位数为相同的程度，则基板60(薄壁部66)容易追随于发射极部12的烧结收缩，所以适合于一体化。具体地说，薄壁部66的厚度优选为1～100μm，更好的为3～50μm，进一步好的为5～20μm。另一方面，发射极部12的厚度优选为5～100μm，更好的为5～50μm，进一步好的为5～30μm。
然后，作为在基板60上形成发射极部12的方法，可以使用丝网印刷法、浸渍法、涂布法、电泳动法、等各种厚膜形成法；离子束法、喷溅法、真空蒸镀法、离子电镀法、化学气相沉积法(CVD)、电镀等各种薄膜形成法。
此外，作为电子发射元件10C的烧结处理，在基板60上依次层积了形成下部电极16的材料、形成发射极部12的材料以及形成上部电极14的材料之后成为一体化结构来进行烧结，每次分别形成发射极部12上部电极14以及下部电极16时进行热处理(烧结处理)，在每次分别形成下部电极16、发射极部12以及上部电极14时进行热处理(烧结处理)，由此可以和基板60成为一体。此外，根据上部电极14以及下部电极16的形成方法，有时也需要用于一体化的热处理(烧结处理)。
作为用于使基板60、发射极部12上部电极14以及下部电极16一体化的烧结处理的温度，可以设为500～1400℃的范围，或更恰当地设为1000～1400℃的范围。并且，在对膜状的发射极部12进行热处理时，为了在高温时发射极部12的组成不会变得不稳定，优选一边与发射极部12的发热源一起进行气团控制一边进行烧结处理。
此外，可以采用由恰当的材料覆盖发射极部12，该发射极部12的表面不直接露出烧结气团地进行烧结的方法。此时，作为被覆盖的材料，优选使用与基板60相同的材料。
在该第三实施方式的电子发射元件10C中，虽然在烧结时发射极部12进行收缩，但由于在该收缩时产生的应力通过空腔62的变形等被释放，所以可以使发射极部12十分致密。由于发射极部12的致密度提高，在耐电压性提高的同时，高效率地进行在发射极部12的极化反转以及极化变化，作为电子发射元件10C的特性提高。+在上述第三实施方式中，作为基板60使用了3层结构的基板，但除此之外，如图38的变形例的电子发射元件10Ca所示，可以使用省略了最下层的基板曾60A的2层结构的基板60a。
此外，本发明的电子发射元件并不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的情况下，当然可以采用各种各样的结构。
权利要求
1.一种电子发射元件，其特征在于，具有由电介质构成的形成发射极的物质(12)和施加用于电子发射的驱动电压(Va)的第一电极(14)以及第二电极(16)，所述第一电极(14)形成在所述形成发射极的物质(12)的第一面上；所述第二电极(16)形成在所述形成发射极的物质(12)的第二面上，至少所述第一电极(14)具有露出所述形成发射极的物质(12)的多个贯通部(20)，所述第一电极(14)中，所述贯通部(20)的周部(26)的与所述形成发射极的物质(12)相对的面(26a)与所述形成发射极的物质(12)分离开。
2.根据权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于，所述形成发射极的物质(12)的至少所述第一面形成电介质的晶界的凸凹(22)，所述第一电极(14)在所述电介质的晶界的与凹部(24)对应部分形成有所述贯通部(20)。
3.根据权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于，所述形成发射极的物质(12)的所述第一面，和所述第一电极(14)中所述贯通部(20)的周部(26)的与所述形成发射极的物质(12)相对的面(26a)所成的角的最大角度θ为1°≤θ≤60°。
4.根据权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于，所述形成发射极的物质(12)的所述第一面，和所述第一电极(14)中所述贯通部(20)的周部(26)的与所述形成发射极的物质(12)相对的面(26a)之间的沿垂直方向的最大间隔d为0μm≤d≤10μm。
5.根据权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于，在形成发射极的物质(12)的所述第一面中，在与所述贯通部(20)对应的部分存在有浮置电极(50)。
6.根据权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于，所述贯通部(20)是孔(32)。
7.根据权利要求6所述的电子发射元件，其特征在于，所述孔(32)的平均直径为大于等于0.1μm，小于等于10μm。
8.根据权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于，所述贯通部(20)是缺口(44)。
9.根据权利要求8所述的电子发射元件，其特征在于，所述贯通部(20)是梳齿状的缺口(44)。
10.根据权利要求8所述的电子发射元件，其特征在于，所述缺口(44)的平均宽度大于等于0.1μm，小于等于10μm。
11.根据权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于，所述贯通部(20)是任意形状的缝隙(48)。
12.根据权利要求11所述的电子发射元件，其特征在于，所述缝隙(48)的平均宽度大于等于0.1μm，小于等于10μm。
13.一种电子发射元件，其特征在于，具有由电介质构成的形成发射极的物质(12)；与所述形成发射极的物质(12)的第一面相接合形成的第一电极(14)；和与所述形成发射极的物质(12)的第二面相接合形成的第二电极(16)，至少所述第一电极(14)具有露出所述形成发射极的物质(12)的多个贯通部(20)，在电气动作中，在所述第一电极(14)和所述第二电极(16)之间形成由所述形成发射极的物质(12)构成的电容器(C1)；由在所述第一电极(14)形成的所述多个贯通部(20)，在所述第一电极(14)和所述形成发射极的物质(12)之间构成的多个电容器(Ca)的集合体(C2)。
14.一种电子发射元件，其特征在于，在具有电子发射部的电子发射元件中，通过施加负电压，随着电子的积蓄变化成正电荷的量和负电荷的量平衡的状态(第一状态)，随着进一步的电子的积蓄，变化成负电荷的量多于正电荷的量的状态(第二状态)，从所述第二状态开始，通过施加正电压，随着电子的发射变化为正电荷的量和负电荷的量平衡的状态(第三状态)，随着进一步的电子的发射，在变化成正电荷的量多于负电荷的量的状态的情况下，在将用于变化成所述第一状态的施加电压设为V1、将用于变化成所述第三状态的施加电压设为V2时，有|V1|＜|V2|的特性。
15.根据权利要求14所述的电子发射元件，其特征在于，1.5×|V1|＜|V2|。
16.根据权利要求14所述的电子发射元件，其特征在于，在将第一状态的正电荷的量和电子的量的变化比例设为ΔQ1/ΔV1、将第三状态的正电荷的量和电子的量的变化比例设为ΔQ2/ΔV2时，为(ΔQ1/ΔV1)＞(ΔQ2/ΔV2)。
17.根据权利要求14所述的电子发射元件，其特征在于，在设电子为积蓄饱和状态的电压为V3，开始电子发射的电压为V4时，为1≤|V4|/|V3|≤1.5。
18.一种电子发射元件，其特征在于，在具有由电介质构成的形成发射极的物质(12)、施加用于电子发射的驱动电压(Va)的第一电极(14)和第二电极(16)的电子发射元件中，在把通过在所述第一电极(14)和所述第二电极(16)之间施加向一方向的电压，所述形成发射极的物质(12)从向一方向极化的状态变化成极化反转的状态的电压设为第一抗电压v1；并把从该状态通过施加向另一方向的电压，极化再次变化成所述一方向的电压设为第二抗电压v2时，具有v1＜0或v2＜0，|v1|＜|v2|的特性。
19.根据权利要求18所述的电子发射元件，其特征在于，1.5×|V1|＜|V2|。
20.根据权利要求18所述的电子发射元件，其特征在于，在将施加了所述第一抗电压时的极化变化比例设为Δq1/Δv1，将施加了所述第二抗电压时的极化变化比例设为Δq2/Δv2时，(Δq1/Δv1)＞(Δq2/Δv2)。
21.根据权利要求18所述的电子发射元件，其特征在于，在设电子为积蓄饱和状态的电压为v3，开始电子发射的电压为v4时，为1≤|v4|/|v3|≤1.5。
全文摘要
电子发射元件(10A)具有由电介质构成的发射极部(12)、施加用于电子发射的驱动电压(Va)的上部电极(14)以及下部电极(16)，上部电极(14)形成在发射极部(12)的上表面，下部电极(16)形成在发射极部(12)的下表面，上部电极(14)具有露出发射极部(12)的多个贯通部(20)，上部电极(14)中贯通部(20)的周部(26)的与发射极部(12)相对的面与发射极部o(12)分离开。
文档编号H01J1/312GK1879184SQ200580000709
公开日2006年12月13日 申请日期2005年1月17日 优先权日2005年1月17日
发明者武内幸久, 七泷努, 大和田岩, 赤尾隆嘉 申请人:日本碍子株式会社