JP4753561B2 - 電子放出装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘電体からなるエミッタ部と、前記エミッタ部の下部に形成された下部電極と、前記エミッタ部の上部に形成された上部電極とを備えた電子放出装置に関する。

従来から、誘電体からなるエミッタ部と、エミッタ部の下面に形成された下部電極（下部電極層）と、エミッタ部の上面に形成され多数の微細貫通孔を有する上部電極（上部電極層）と、を備え、上部電極と下部電極の間に高圧パルスを付与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、特許文献１を参照。）。
特許第３１６０２１３号（請求項１、００１６〜００１９段落、図２及び図３）

このような装置はディスプレイに適用され得る。例えば、図２２に示したように、ディスプレイに適用された電子放出装置は、上部電極１４に対向する位置に、透明板１７、コレクタ電極１８及び蛍光体１９を備えている。そして、電子放出装置は、エミッタ部１３から上部電極１４に形成されている微細貫通孔（図示省略）を介して放出された電子を蛍光体１９に照射し、蛍光体１９から光を発生するようになっている。コレクタ電極１８は、放出された電子を加速するためのものである。電子放出装置は、コレクタ電極１８に常に一定の正の電圧Ｖｃを印加している。

この電子放出による発光のための制御は、例えば図２３に示したように実行される。即ち、電子放出装置は、時刻ｔ１０から時刻ｔ２０まで上部電極１４と下部電極１２との間に印加する駆動電圧（下部電極１２の電位を基準としたときの下部電極１２と上部電極１４との電位差である上下電極間電圧）Ｖinを負の所定電圧にし、エミッタ部１３の双極子の向きを反転させ（分極反転させ）ることにより上部電極１４からエミッタ部１３に向けて電子を供給する。これにより、電子が主としてエミッタ部１３の上部近傍に蓄積される。次いで、電子放出装置は、時刻ｔ２０にて駆動電圧Ｖinを正の所定電圧としてエミッタ部１３の分極を再び反転させ、これに伴うクーロンの反発力によりエミッタ部１３の上部近傍に蓄積していた電子を上方に放出させる。この結果、電子が蛍光体１９に照射され、蛍光体１９が発光する。その後、電子放出装置は、時刻ｔ３０にて駆動電圧Ｖinを再び負の所定電圧に変更して電子の蓄積を再開し、時刻ｔ４０にて駆動電圧Ｖinを正の所定電圧として電子を上方に放出させて発光を行う。

ところが、発明者は、時刻ｔ３０（電子を蓄積するために駆動電圧Ｖinを負の所定電圧に変更した時点）の直後や時刻ｔ４０（電子を放出するために駆動電圧Ｖinを正の所定電圧に変更した時点）の直後等において、予定していないタイミングで電子が放出されたり、及び／又は、電子が過度に放出されることにより異常な大発光（極めて強い発光）が発生する等、不要な発光が生じる場合があることを見出した。

この理由は定かではないが、実験によれば、駆動電圧Ｖinを切換えた直後はエミッタ部に大きな突入電流が流れること、或いは、エミッタ部の分極反転が完了した後に上部電極と下部電極との間の実際の素子の電位差（以下、「素子電圧」とも称呼する。）が急激に変化すること等によるものと推定される。また、異常な大発光は、上部電極１４とコレクタ電極１８との間にプラズマが発生して上部電極１４とコレクタ電極１８との間の絶縁が破壊されることによるものと考えられる。このような大発光が一旦発生すると、プラズマ状態が継続して連続的に異常な大発光が発生することがある。

この不要な電子の放出は、ディスプレイにより表示される画像の色純度やコントラストを悪化させるという問題を発生させる。また、異常な大発光は、上部電極１４を形成している物質を飛散させて上部電極１４を破壊し、或いは、エミッタ部１３に穴を開けてしまうことがあり、電子放出装置にダメージを与えるという問題も生じる。

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、コレクタ電極に付与する電圧等を適切に制御することにより、不要な電子の放出を回避することを目的としている。コレクタ電極は上部電極に対向するように配設されているので、コレクタ電極に与える電圧等を制御すれば不要な電子の放出を抑制することができる。

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てなる上部電極とを有する素子と、
前記上部電極の上部において同上部電極に対向するように配設されたコレクタ電極と、
前記下部電極の電位を基準としたときの同下部電極と前記上部電極との間の電位差である上下電極間電圧を負の所定電圧として同上部電極から供給される電子を同上部電極近傍の前記エミッタ部に蓄積させる駆動電圧であって、その後同上下電極間電圧を正の所定電圧として同エミッタ部に蓄積された電子を前記微細貫通孔から放出させる駆動電圧を、同下部電極と同上部電極との間に周期的に繰り返して付与する駆動電圧付与手段と、
前記コレクタ電極の電位であるコレクタ電圧が正の第１所定電圧となるように同コレクタ電極に第１コレクタ電圧を付与することにより、同コレクタ電極により形成される電界によって前記放出される電子が同コレクタ電極に引き寄せられるようにするコレクタ電圧付与手段と、
を備えている。

これによれば、下部電極の電位を基準としたときの同下部電極と上部電極との間の電位差である上下電極間電圧が負の所定電圧となったとき、エミッタ部の双極子は上部電極側に正の分極が向くように反転（以下、便宜上、「負側分極反転」とも称呼する。）する。この結果、上部電極からエミッタ部に電子が供給され、その電子がエミッタ部の上部に蓄積される。そして、上下電極間電圧が正の所定電圧となったとき、エミッタ部の双極子は上部電極側に負の分極が向くように反転（以下、便宜上、「正側分極反転」とも称呼する。）する。この結果、エミッタ部に蓄積された電子がクーロンの反発力を受け、上部電極の微細貫通孔を通して上方に放出される。

更に、前記コレクタ電圧付与手段は、以下に述べる所定の時点（便宜上、「コレクタ電極オフ時点」と呼ぶ。）にて前記コレクタ電圧が前記第１所定電圧から同第１所定電圧より小さい第２所定電圧へと変化するように同コレクタ電極に第２コレクタ電圧を付与し又は同コレクタ電極をフローティング状態へと変化させることにより、同コレクタ電極が前記放出された電子を引き寄せる電界を形成しないようにするか又は同電界の強度を小さくする。

コレクタ電極に第２コレクタ電圧が付与されるか、又は、コレクタ電極がフローティング状態にされると、コレクタ電極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同電界強度を小さくするので、上述した不要な電子放出（ディスプレイ装置のように上部電極に対向する蛍光体を備えている場合には不要な発光）が回避される。

その後、コレクタ電圧付与手段は、別の所定時点（便宜上、「コレクタ電極オン時点」と呼ぶ。）にてコレクタ電極に対する前記第１コレクタ電圧の付与を再開する。これにより、放出された電子は、コレクタ電極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）上部電極の上方に進行する。従って、上部電極の上方に蛍光体が配置されていれば、大きな輝度を得ることができる。換言すると、第１コレクタ電圧が付与されたコレクタ電極は放出された電子を引寄せるので、結果として、コレクタ電極近傍に必要とされる量の電子が到達する。

本発明において、コレクタ電極オフ時点は、図８に例示したように、「前記上下電極間電圧が正の所定電圧とされることにより前記電子の放出が実質的に完了する第１時点(1)（時刻ｔ６）」から「同上下電極間電圧が前記負の所定電圧とされる第２時点(2)（時刻ｔ７）」までの期間内の所定時点に設定される。この期間においては、電子は既にエミッタ部から放出されているので、エミッタ部に残存していない。従って、コレクタ電極に第１コレクタ電圧を印加しておく必要はない。

コレクタ電極オン時点は、以下のように様々な時点に設定しておくことができる。
（１）コレクタ電極オン時点を、「上下電極間電圧が前記負の所定電圧とされることにより前記電子の蓄積が実質的に完了する第３時点(3)（時刻ｔ１０）」から「同第３時点(3)後に再び到来する同第１時点(1)（時刻ｔ１６）より前」までの期間内の所定時点に設定した場合（図８の符合Ａを付した期間を参照。）。

これによれば、少なくとも上下電極間電圧が前記負の所定電圧とされて電子の蓄積を開始しようとする時刻ｔ７（第２時点(2)）から電子の蓄積が完了する時刻ｔ１０（第３時点(3)）までの間、コレクタ電極に第２コレクタ電圧が印加されることによりコレクタ電圧が第２所定電圧となるか、又は、コレクタ電極がフローティング状態に維持される。

従って、時刻ｔ７（第２時点(2)）において電子の蓄積を開始するのために上下電極間電圧が前記負の所定電圧とされた直後にエミッタ部を流れる大きな突入電流に起因すると考えられる電子の不要な放出が抑制され得る。更に、負側分極反転が完了した時点、即ち、負側の抗電界電圧を超える時刻ｔ９から電子の蓄積が完了する時刻ｔ１０（第３時点(3)）までに生じる「抗電界後の素子電圧の大きな電圧変化率」に起因すると考えられる電子の不要な放出も抑制され得る。

一方、遅くとも電子放出が完了する時刻ｔ１６（次の第１時点(1)）の前までにはコレクタ電極に第１コレクタ電圧が付与されるので、正規に放出される電子をコレクタ電極側に導くことができる。

また、仮に上部電極とコレクタ電極間がプラズマ状態となったとしても、コレクタ電極を間欠的にオフするので、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。この効果は、本発明の他の態様も同様に奏する効果である。

（２）コレクタ電極オン時点を、「前記上下電極間電圧が正の所定電圧に再び変更される第４時点(4)（時刻ｔ１１）」に設定した場合（図８の符合Ｂを付した時点を参照。）。

これによれば、少なくとも上下電極間電圧が前記負の所定電圧とされて電子の蓄積を開始しようとする時刻ｔ７（第２時点(2)）から上下電極間電圧が前記正の所定電圧に再び変更される時刻ｔ１１（第４時点(4)）までの間、コレクタ電極に第２コレクタ電圧が印加されることによりコレクタ電圧が第２所定電圧となるか、又は、コレクタ電極がフローティング状態に維持される。

従って、上述した（１）の場合と同様、時刻ｔ７（第２の時点(2)）において電子の蓄積を開始するのために上下電極間電圧が前記負の所定電圧とされた直後にエミッタ部を流れる大きな突入電流に起因すると考えられる電子の不要な放出が抑制され得る。更に、負側の分極反転が完了した時点、即ち、負側の抗電界電圧を超える時刻ｔ９から電子の蓄積が完了する時刻ｔ１０（第３時点(3)）までに生じる「抗電界後の素子電圧の大きな電圧変化率」に起因すると考えられる電子の不要な放出も抑制され得る。

加えて、電子放出がなされる期間全体（時刻ｔ１１〜時刻ｔ１６前）に渡りコレクタ電極１８に第１コレクタ電圧が付与されるので、正規に放出される電子をコレクタ電極１８の近傍に導くことができる。

更に、この場合、上下電極間電圧に前記正の所定電圧を与えるタイミング（時刻ｔ１１である第４時点(4)）と、コレクタ電極に第１コレクタ電圧を与えるタイミングと、を一致させているので、このような作動を行うための駆動回路を簡素化することができる。

（３）コレクタ電極オン時点を、「前記上下電極間電圧が正の所定電圧に再び変更されることにより前記エミッタ部に流れる突入電流がピークとなる第５時点(5)（時刻ｔ１２）の直後の時点」から「エミッタ部の分極の反転（正側分極反転）が実質的に完了する第６時点(6)（時刻ｔ１４）」までの期間内の所定時点に設定した場合（図８の符合Ｃを付した期間を参照。）。

これによれば、少なくとも上下電極間電圧が負の所定電圧とされて電子の蓄積を開始しようとする時刻ｔ７（第２時点(2)）から上下電極間電圧が正の所定電圧に再び変更されることにより前記エミッタ部に流れる突入電流がピークとなる時刻ｔ１２（第５時点(5)）の直後まで、コレクタ電極に第２コレクタ電圧が印加されることによりコレクタ電圧が第２所定電圧となるか、又は、コレクタ電極がフローティング状態に維持される。

従って、時刻ｔ７〜時刻ｔ１０に発生する前述した電子の蓄積の際の不要な電子の放出が抑制される。加えて、時刻ｔ１１（第４の時点(4)）において電子の放出を開始するために上下電極間電圧が前記正の所定電圧に再び変更された時点の直後にエミッタ部に流れる大きな突入電流に起因すると考えられる電子の不要な放出も抑制され得る。

一方、遅くともエミッタ部の分極の反転（正側分極反転）が実質的に完了する時刻ｔ１４（第６時点(6)）以降において、コレクタ電極に第１コレクタ電圧が付与される。従って、時刻ｔ１４（第６時点(6)）から時刻ｔ１６（第１時点(1)）の間に正規に放出される電子をコレクタ電極側に導くことができる。

（４）コレクタ電極オン時点を、「前記上下電極間電圧が正の所定電圧に再び変更されることにより前記エミッタ部の分極の反転が実質的に完了する第６時点(6)（時刻ｔ１４）」から「同第６時点(6)後に再び到来する第１時点(1)（時刻ｔ１６）より前」までの期間内の所定時点に設定した場合（図８の符合Ｄを付した期間を参照。）。

これによれば、少なくとも上下電極間電圧が前記負の所定電圧とされて電子の蓄積を開始しようとする時刻ｔ７（第２時点(2)）から前記上下電極間電圧が前記正の所定電圧に再び変更されることにより前記エミッタ部の分極の反転が実質的に完了する時刻ｔ１４（第６時点(6)）までの間、コレクタ電極に第２コレクタ電圧が印加されることによりコレクタ電圧が第２所定電圧となるか、又は、コレクタ電極がフローティング状態に維持される。

従って、時刻ｔ７〜時刻ｔ１０に発生する前述した電子の蓄積の際の不要な電子の放出が抑制される。更に、電子の放出を開始するために時刻ｔ１１（第４の時点(4)）にて上下電極間電圧が前記正の所定電圧に再び変更された時点の直後にエミッタ部に流れる大きな突入電流に起因すると考えられる電子の不要な放出も抑制され得る。加えて、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１４における電子の放出を開始する際に発生する不要（或いは、過大）な電子の放出も抑制され得る。

一方、遅くとも電子放出が完了する時刻ｔ１６（第１時点(1)）の前までにはコレクタ電極に第１コレクタ電圧が付与される。従って、正規に放出される電子をコレクタ電極側に導くことができる。また、実質的に予定された電子放出期間においてのみコレクタ電極に第１コレクタ電圧が付与されるので、過大な電子の放出を最も効果的に抑制することができる。

（５）コレクタ電極オン時点を、「前記上下電極間電圧が正の所定電圧に再び変更されることにより前記エミッタ部の分極の反転が実質的に完了する第６時点(6)（時刻ｔ１４）」から「エミッタ部からコレクタ電極に到達する単位時間あたりの電子の量（コレクタ電極に流れる電流）が最大となる第７時点(7)（時刻ｔ１５）」までの期間内の所定時点に設定した場合（図８の符合Ｅを付した期間を参照。）。

これによれば、少なくとも上下電極間電圧が前記負の所定電圧とされて電子の蓄積を開始しようとする時刻ｔ７（第２時点(2)）から上下電極間電圧が正の所定電圧に再び変更されることにより前記エミッタ部の分極の反転が実質的に完了する時刻ｔ１４（第６時点(6)）までの間、コレクタ電極に第２電圧が印加されることによりコレクタ電極の電位が第２電位となるか、又は、コレクタ電極がフローティング状態に維持される。

従って、時刻ｔ７〜時刻ｔ１０に発生する前述した電子の蓄積の際の不要な電子の放出が抑制される。更に、電子の放出を開始するために時刻ｔ１１（第４の時点(4)）において上下電極間電圧が前記正の所定電圧に再び変更された時点の直後にエミッタ部に流れる大きな突入電流に起因すると考えられる電子の不要な放出も抑制され得る。加えて、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１４における電子の放出を開始する際に発生する不要（或いは、過大）な電子の放出も抑制され得る。

一方、遅くとも上部電極から同コレクタ電極に到達する単位時間あたりの電子の量（コレクタ電極に流れる電流）が最大となる時刻ｔ１５（第７時点(7)）より後はコレクタ電極に第１コレクタ電圧が付与される。この結果、正規に放出される電子のみをより確実にコレクタ電極側に導くことができる。換言すると、電子の過度の放出を回避しつつ、必要とされる電子放出量を確保することが可能となる。

（６）コレクタ電極オン時点を、「前記上下電極間電圧が正の所定電圧に再び変更されてから下部電極と上部電極との実際の電位差（素子電圧）が所定閾値電圧Ｖｔｈに到達した時点」に設定した場合（図８の符合Ｆを付した時点を参照。）。この場合、所定閾値電圧Ｖｔｈを、コレクタ電極オン時点が第６時点(6)から第７時点(7)までの期間内となるように選択しておくことが好ましい。

例えば、電子放出装置がディスプレイに適用された場合等においては、表示すべき画像に応じて放出すべき電子の量（従って、各素子のエミッタ部に蓄積しておく電子の量）が変化する。従って、下部電極と上部電極との間に常に同じ正の所定電圧を付与した場合であっても、下部電極と上部電極との間の電位差の変化の仕方は画像に応じて変化する。特に、電子放出装置が複数の素子を有する場合、放出するべき電子の量の変化が大きいので、下部電極と上部電極との間の電位差の変化の仕方も画像に応じて大きく相違する。

そこで、上記（６）のように、下部電極と同上部電極との実際の電位差が所定閾値電圧Ｖｔｈに到達した時点をコレクタ電極オン時点とすれば、下部電極と上部電極との電位差の変化の仕方に拘わらず常に適切なタイミング（不要な電子放出を抑制しつつ正規に放出された電子をできるだけ多くコレクタ電極に導くタイミング）にてコレクタ電極に付与する電圧及び／又は状態を切り換えることができる。

ところで、このような電子放出装置は前記素子を複数備えることが多い。この場合、
前記駆動電圧付与手段は、
前記複数の各素子の前記上下電極間電圧を順次連続的に前記負の所定電圧とし、その後同複数の総ての素子の同上下電極間電圧を同時に前記正の所定電圧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ように構成され得る。

これによれば、電子は、例えば、各素子が構成する画素に要求される量だけ、各素子毎に個別に順番に蓄積され、その後、総ての素子から動画などの表示タイミングに合わせたタイミングで同時・一斉に放出される。従って、一つの素子が電子を放出しているときに、他の素子が電子を蓄積しているという状態は発生しない。

そこで、コレクタ電圧付与手段は、
前記複数の素子のうち最も遅く前記上下電極間電圧が前記負の所定電圧とされる素子が前記電子の蓄積を完了した時点より後に同コレクタ電極に対する前記第１コレクタ電圧の付与を再開するように構成されることが好適である。この場合、コレクタ電極は、各素子の上部電極に対向するように各素子毎に個別に設けられ、且つ、互いに導線によって同電位に維持されるように構成されていてもよく、各素子の上部電極の総てに対向する単一の層状電極であってもよい。

これによれば、コレクタ電圧付与手段はスイッチング素子を一つだけ備えればよいことになるので、コレクタ電圧付与手段を安価で且つ信頼性の高いものとすることができる。

以下、本発明による電子放出装置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、電子照射線装置、光源、電子部品製造装置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、酸化ジルコニウムを主成分とした材料（例えば、ガラス又はセラミックス）からなっている。

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。

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。

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（Ｘ軸方向に互いに隣接している素子の各上部電極の間であって、各上部電極の斜め上方、即ち、電子放出方向に僅かに離間した位置）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に対向するように配設されている。

蛍光体１９のそれぞれは、電子の衝突により赤、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、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（１０^２〜１０^−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、各上部電極１４及び各下部電極１２に接続されるとともに、信号制御回路１００及び電源回路１１０に接続されている。駆動電圧付与回路２１は、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との間にパルス状に変化する駆動電圧Ｖin（後述）を付与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。更に、スイッチ制御回路２３は、後述する素子電圧測定回路、電子放出完了検出回路を内蔵している。

（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説明する。

先ず、図６に示したように、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Ｖka（素子電圧Ｖka）が正の所定電圧Ｖｐ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、縦軸に上部電極１４近傍部分の電荷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、駆動電圧付与回路２１は、図８の時刻ｔ７に示したように、駆動電圧Ｖinを負の所定電圧Ｖｍに変更する。これにより、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９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１０に示したように、上部電極１４からエミッタ部１３に向けて電子が供給され始める。

この供給された電子は、主としてエミッタ部１３の上部であって上部電極１４の微細貫通孔１４ａから露呈している部分の近傍及び微細貫通孔１４ａを形成している上部電極１４の端部近傍（以下、単に「微細貫通孔１４ａ近傍」とも言う。）に蓄積される。その後、所定の時間が経過して図８の時刻ｔ９に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Ｖｍに向けて急激に変化し、時刻ｔ１０にて負の所定電圧Ｖｍとなる。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。

次に、駆動電圧付与回路２１は、図８に示した時刻ｔ１１にて、駆動電圧Ｖinを正の所定電圧Ｖｐに変更する。これにより、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１１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は図８に示した時刻ｔ１３にて正の抗電界電圧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１２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、図８の時刻ｔ１４にて正側分極反転が完了する時点の近傍の時点になると、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１３に示したように、クーロンの反発力により微細貫通孔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。

そして、図８の時刻ｔ１４にて正側分極反転が完了すると、素子電圧Ｖkaは急激に増大を開始し、電子が活発に放出される。次いで、時刻ｔ１６になると電子の放出は完了し、素子電圧Ｖkaは正の所定電圧Ｖｐに到達する。この結果、エミッタ部１３の状態は図６に示した当初の状態（図７の点ｐ１の状態）に復帰する。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、駆動電圧付与回路２１は、電子放出を行うべき上部電極１４に対してのみ駆動電圧Ｖinを負の所定電圧Ｖｍ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」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を正の所定値Ｖｐ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１４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１５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。

（不要な電子放出のタイミング及び推定理由）
上述したような作動を行う電子放出装置１０においては、図８に示したコレクタ電流（コレクタ電極に単位時間あたりに到達する電子の量）から理解されるように、時刻ｔ１４近傍にて電子放出が始まり、時刻ｔ１５にて単位時間あたりの電子放出量が最大となり、時刻ｔ１６にて電子放出が完了する。即ち、この期間において、正規の発光が行われる。しかしながら、発明者が実験したところ、以下に列挙するように予定していない発光（不要な電子放出）が生じることが判明した。

（１）駆動電圧（上下電極間電圧）Ｖinを正の所定値Ｖｐから負の所定値Ｖｍに変更した時点（図８の時刻ｔ７）の直後に不要な電子放出が発生する。これは、駆動電圧Ｖinが急変することに伴って、上部電極１４と下部電極１２との間（即ち、エミッタ部１３）に大きな突入電流が流れることに起因すると推定される。
（２）負側分極反転が完了した時点（図８の時刻ｔ９）の直後に不要な電子放出が発生する。これは、エミッタ部１３の負側分極反転が完了した後に素子電圧Ｖkaが急激に変化すること（素子電圧Ｖkaの時間的変化率（ｄＶka／ｄｔ）が過大になること）等によるものと推定される。

（３）駆動電圧Ｖinを負の所定値Ｖｍから正の所定値Ｖｐに変更した時点（図８の時刻ｔ１１）の直後に不要な電子放出が発生する。これは、駆動電圧Ｖinが急変することに伴って、図８の時刻ｔ１２にて上部電極１４と下部電極１２との間（即ち、エミッタ部１３）に大きな突入電流が流れることに起因すると推定される。
（４）正側分極反転が完了した時点（図８の時刻ｔ１４）の直後に不要な電子放出が発生する。これは、エミッタ部１３の正側分極反転が完了した後に素子電圧Ｖkaが急激に変化すること等によるものと推定される。

（コレクタ電極の制御）
そこで、第１実施形態に係る電子放出装置１０においては、以下のようにコレクタ電極１８の制御を行う。

コレクタ電圧付与回路２３は、「上下電極間電圧（駆動電圧）Ｖinが正の所定電圧Ｖｐとされたことにより微細貫通孔１４ａを介する電子の放出が実質的に完了する第１時点(1)（時刻ｔ６）」から「上下電極間電圧が負の所定電圧Ｖｍとされる第２時点(2)（時刻ｔ７）」までの期間内の所定時点にて、コレクタ電圧が第１所定電圧から第１所定電圧より小さい第２所定電圧へと変化するように、コレクタ電極１８に第２コレクタ電圧Ｖ２を付与する。

より具体的に述べると、コレクタ電圧付与回路２３は、信号制御回路１００からの信号に基づいて上下電極間電圧（駆動電圧）Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに変化したことを検出してから所定時間経過した時点を第１時点(1)と第２時点(2)との間の上記所定時点と見做し、その時点にてスイッチング素子２３ｂの固定接続点の接続先を定電圧源２３ｃに接続されている切換点から接地されている切換点に切り換える。

なお、コレクタ電圧付与回路２３のスイッチ制御回路２３ｄは、素子電圧Ｖkaを測定する素子電圧測定回路と、その測定された素子電圧Ｖkaが正の所定電圧Ｖｐに実質的に一致した時点を電子放出が完了した第１時点(1)として検出する電子放出完了検出回路とを内蔵していて、信号制御回路１００からの信号と電子放出完了検出回路からの信号とに基づいて検出した第１時点(1)の直後の時点にてスイッチング素子２３ｂの固定接続点の接続先を定電圧源２３ｃに接続されている切換点から接地されている切換点に切り換えてもよい。

また、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、スイッチング素子２３ｂが第１時点(1)の直後に固定接続点の接続先を定電圧源２３ｃに接続されている切換点からフローティング点となっている切換点に切り換えることにより、コレクタ電極１８は、フローティング状態へと変化させられる。このように、コレクタ電極１８を接地することによりコレクタ電極１８に第２コレクタ電圧Ｖ２を付与するか、又は、コレクタ電極１８をフローティング状態とすることを、「コレクタ電極をオフする。」とも言う。

コレクタ電極１８をオフすると、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、不要な電子放出（ディスプレイ装置のように上部電極に対向する蛍光体を備えている場合には不要な発光）が回避される。

その後、コレクタ電圧付与回路２３は、別の所定時点（便宜上、「コレクタ電極オン時点」と呼ぶ。）にてコレクタ電極１８に対する第１コレクタ電圧Ｖ１の付与を再開する。これにより、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）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。換言すると、第１コレクタ電圧Ｖ１が付与されたコレクタ電極１８は、放出された電子を引寄せるので、結果として、コレクタ電極１８の近傍に必要とされる量の電子が到達する。

第１実施形態において、上記コレクタ電極オン時点は、「上下電極間電圧（駆動電圧）Ｖinが負の所定電圧Ｖｍとされることにより電子の蓄積が実質的に完了する第３時点(3)（図８の時刻ｔ１０）」から「第３時点(3)後に再び到来する第１時点(1)（時刻ｔ１６）より前」までの期間内の所定時点に設定される。即ち、コレクタ電圧付与回路２３は、図８の符合Ａを付した期間の内の所定時点にて、スイッチング素子２３ｂの固定接続点の接続先を接地されている切換点から定電圧源２３ｃに接続されている切換点へ切り換える。

これによれば、少なくとも時刻ｔ７（第２時点(2)）から時刻ｔ１０（第３時点(3)）までの間、コレクタ電極１８に第２コレクタ電圧Ｖ２が印加されることによりコレクタ電圧が第２所定電圧（本例では、グランドの電位である０Ｖ）となるか、又は、コレクタ電極がフローティング状態に維持される。

従って、時刻ｔ７（第２の時点(2)）直後にエミッタ部１３を流れる大きな突入電流に起因すると考えられる電子の不要な放出が抑制され得る。更に、負側の分極反転が完了した時点、即ち、負側の抗電界電圧を超える時刻ｔ９から電子の蓄積が完了する時刻ｔ１０（第３時点(3)）までに生じる「抗電界後の素子電圧Ｖkaの大きな電圧変化率」に起因すると考えられる電子の不要な放出も抑制され得る。

一方、遅くとも電子放出が完了する時刻ｔ１６（次の第１時点(1)）の前までにはコレクタ電極に第１コレクタ電圧Ｖ１（本例では、電圧Ｖｃ）が付与されるので、上部電極１４の微細貫通孔１４ａを通して放出される電子は、コレクタ電極１８によって形成される電界によってコレクタ電極１８（従って、蛍光体１９）に引寄せられるように加速しながら上方に進行する。従って、正規に放出される電子をコレクタ電極側に導くことができ、大きな輝度を得ることができる。

（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に蓄積させる電荷蓄積期間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、５０Ｖ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、電荷蓄積期間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において所定の一定電圧（ここでは、−４００Ｖ）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、電荷蓄積期間Ｔｄにおいて一定のパルス周期で一定の振幅（ここでは、５０Ｖ）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、…Ｄｎ２の各上部電極と接続されている。

振幅変調回路２１ｃ２は、電荷蓄積期間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、３０、５０Ｖ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（例えば−５０Ｖ）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荷蓄積期間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（５０Ｖ）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（５０Ｖ）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、３０、５０Ｖ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の下部電極１２に対する上下電極間電圧Ｖin（Ｄ１１）は前述した負の所定電圧Ｖｍである−５０Ｖ（＝０Ｖ−５０Ｖ）となる。これにより、非常に多くの電子が素子Ｄ１１の上部電極１４近傍のエミッタ部１３に蓄積される。また、画素信号線ＵＬ２に３０Ｖの画素信号Ｓｄが付与されたと仮定すると、素子Ｄ１２の上部電極１４の下部電極１２に対する上下電極間電圧Ｖin（Ｄ１２）は前述した負の所定電圧Ｖｍである−２０Ｖ（＝３０Ｖ−５０Ｖ）となる。

これにより、素子Ｄ１１よりは少ない電子が素子Ｄ１２の上部電極１４の近傍のエミッタ部１３に蓄積される。更に、画素信号線ＵＬ３に５０Ｖの画素信号Ｓｄが付与されたと仮定すると、素子Ｄ１３の上部電極１４の下部電極１２に対する上下電極間電圧Ｖin（Ｄ１３）は０Ｖ（＝５０Ｖ−５０Ｖ）となる。従って、素子Ｄ１３のエミッタ部１３には電子が蓄積されない。つまり、素子Ｄ１３のエミッタ部１３には分極反転が発生しない。

次いで、行選択期間Ｔｓ（図８に示した時刻ｔ７〜時刻ｔ１１に相当する時間）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（５０Ｖ）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（５０Ｖ）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。

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、３０、５０Ｖ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）が付与されている素子の上下電極間電圧Ｖinは最大で５０Ｖ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から電子は放出されない。

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（５０Ｖ）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、電荷蓄積期間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−４００Ｖの差である−３５０Ｖ）を印加する。これにより、総ての素子の下部電極１２の電位は大きな負の電圧（−３５０Ｖ）となる。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、総ての素子の上部電極１４の下部電極１２に対する上下電極間電圧Ｖinは大きな正の所定電圧Ｖｐ（＝３５０Ｖ）となるので、分極が再び反転し、それぞれの素子のエミッタ部１３に蓄積されていた電子はクーロン反発力によって一斉に放出させられる。これにより、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、電荷蓄積期間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、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。

このように、駆動電圧付与回路２１は、電荷蓄積期間Ｔｄにおいて、複数の素子の各上下電極間電圧Ｖinを順次連続的に負の所定電圧Ｖｍ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、総ての素子の上下電極間電圧Ｖinを同時に正の所定電圧Ｖｐとして同複数の総ての素子から一斉に電子を放出させ、発光期間Ｔｈを開始する。更に、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は再び電荷蓄積期間Ｔｄを開始する。

また、上述したように、各集束電極には所定の電位（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、「総ての素子の実質的な電子放出が完了した最初の第１時点(1)（時刻ｔ６）」から「複数の素子のうち最も早く電子が蓄積される素子の上下電極間電圧Ｖinが負の所定電圧Ｖｍとされる第２時点(2)（時刻ｔ７）」までの期間内の所定時点にてコレクタ電極１８をオフする。これにより、総ての素子の電荷蓄積期間Ｔｄの開始前までの時点にてコレクタ電極１８はオフされていることになる。

また、コレクタ電圧付与回路２３は、一つの電荷蓄積期間Ｔｄ内において最も遅く上下電極間電圧Ｖinが負の所定電圧Ｖｍに変更される素子が電子の蓄積を完了した第３時点(3)より後であって、第３時点(3)後に再び到来する第１時点(1)より前までの期間内の所定時点にてコレクタ電極１８をオンする。即ち、コレクタ電圧付与回路２３は、図８の符合Ａを付した期間の内の所定時点にて、スイッチング素子２３ｂの固定接続点の接続先を接地されている切換点から定電圧源２３ｃに接続されている切換点へ切り換える。従って、各素子から一斉に放出される電子は、大きなエネルギーをもって蛍光体１９に進入し、蛍光体１９を励起させる。

このように、電子放出装置１０においては、一つの素子が電子を放出しているときに、他の素子が電子を蓄積しているという状態は発生しない。従って、コレクタ電圧付与回路２３は、複数の素子を有する電子放出装置１０にあっても、コレクタ電極１８をオンする状態とオフする状態とを切り換えるだけで、不要な電子放出を抑制しつつ、正規に放出された電子にエネルギーを付与することができる。この結果、コレクタ電圧付与回路２３は、安価で簡素な回路となる。

＜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、コレクタ電極オン時点を上記第１実施形態の電子放出装置１０のコレクタ電極オン時点と異なる時点に設定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。

第２実施形態において、コレクタ電極オン時点は、電子の放出後であって「上下電極間電圧（駆動電圧）Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更される第４時点(4)（図８の時刻ｔ１１であって符合Ｂを付した時点）」に設定されている。即ち、コレクタ電圧付与回路２３は、制御信号回路１００からの信号に基づいて上記第４時点(4)にてスイッチング素子２３ｂの固定接続点の接続先を接地されている切換点から定電圧源２３ｃに接続されている切換点へ切り換える。

これによれば、少なくとも上下電極間電圧Ｖinが負の所定電圧Ｖmとされて電子の蓄積を開始しようとする時刻ｔ７（第２時点(2)）から上下電極間電圧Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更される時刻ｔ１１（第４時点(4)）までの間、コレクタ電極１８に第２コレクタ電圧Ｖ２が印加されることによりコレクタ電圧が第２所定電圧（本例では、グランドの電位である０Ｖ）となるか、又は、コレクタ電極１８がフローティング状態に維持される。

従って、第１実施形態と同様、時刻ｔ７（第２の時点(2)）直後にエミッタ部を流れる大きな突入電流に起因すると考えられる電子の不要な放出が抑制され得る。更に、負側の分極反転が完了した時点、即ち、負側の抗電界電圧を超える時刻ｔ９から電子の蓄積が完了する時刻ｔ１０（第３時点(3)）までに生じる「抗電界後の素子電圧Ｖkaの大きな電圧変化率」に起因すると考えられる電子の不要な放出も抑制され得る。

加えて、電子放出がなされる期間全体（時刻ｔ１１〜時刻ｔ１６前）に渡りコレクタ電極１８に第１コレクタ電圧Ｖ１（本例では、電圧Ｖｃ）が付与されるので、正規に放出される電子をコレクタ電極１８の近傍に導くことができる。

＜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、コレクタ電極オン時点を上記第１実施形態の電子放出装置１０のコレクタ電極オン時点と異なる時点に設定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。

第３実施形態において、コレクタ電極オン時点は、電子蓄積後に「上下電極間電圧（駆動電圧）Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更されることによりエミッタ部１３に流れる突入電流がピークとなる第５時点(5)（図８の時刻ｔ１２）の直後の時点」から「エミッタ部の分極の反転（正側分極反転）が実質的に完了する第６時点(6)（時刻ｔ１４）」までの期間内の所定時点に設定されている。

より具体的に述べると、コレクタ電圧付与回路２３のスイッチ制御回路２３ｄは、下部電極１２と上部電極１４との間を流れる電流を測定する素子電流測定回路と、その測定された電流のピークを検出する電流ピーク検出回路とを内蔵している。そして、コレクタ電圧付与回路２３は、信号制御回路１００からの信号と電流ピーク検出回路からの信号とに基づいて上記第５時点(5)を検出し、その時点の直後の時点にてスイッチング素子２３ｂの固定接続点の接続先を接地されている切換点から定電圧源２３ｃに接続されている切換点へ切り換える。なお、エミッタ部１３の正側分極反転の開始から終了までにはある程度の時間がかかるので、検出した第５時点(5)の直後にコレクタ電極１８をオフにすれば、コレクタ電極１８は第６時点(6)の前までにオフにされることになる。

これによれば、少なくとも上下電極間電圧Ｖinが負の所定電圧Ｖｍとされて電子の蓄積を開始しようとする時刻ｔ７（第２時点(2)）から上下電極間電圧Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更されることによりエミッタ部１３に流れる突入電流がピークとなる時刻ｔ１２（第５時点(5)）の直後まで、コレクタ電極１８に第２コレクタ電圧Ｖ２が印加されることによりコレクタ電圧が第２所定電圧（本例ではグランドの電位である０Ｖ）となるか、又は、コレクタ電極１８がフローティング状態に維持される。

従って、図８の時刻ｔ７〜時刻ｔ１０に発生する前述した電子の蓄積の際の不要な電子の放出が抑制される。加えて、時刻ｔ１１（第４の時点(4)）において電子の放出を開始するために上下電極間電圧Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更された時点の直後にエミッタ部に流れる大きな突入電流に起因すると考えられる電子の不要な放出も抑制され得る。

一方、遅くともエミッタ部の分極の反転（正側分極反転）が実質的に完了する時刻ｔ１４（第６時点(6)）以降において、コレクタ電極１８に第１コレクタ電圧Ｖ１が付与される。従って、時刻ｔ１４（第６時点(6)）から時刻ｔ１６（第１時点(1)）の間に正規に放出される電子をコレクタ電極１８の近傍に導くことができる。

＜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。この第４実施形態は、コレクタ電極オン時点を上記第１実施形態の電子放出装置１０のコレクタ電極オン時点と異なる時点に設定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。

第４実施形態において、コレクタ電極オン時点は、電子蓄積後であって、「上下電極間電圧（駆動電圧）Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更されることによりエミッタ部１３の分極の反転が実質的に完了する第６時点(6)（図８の時刻ｔ１４）」から「第６時点(6)後に再び到来する第１時点(1)（図８の時刻ｔ１６）より前」までの期間内（図８の符合Ｄを付した期間を参照。）の所定時点に設定されている。

より具体的に述べると、コレクタ電圧付与回路２３のスイッチ制御回路２３ｄは、素子電圧測定回路と正側分極反転完了検出回路とを内蔵している。素子電圧測定回路は、素子電圧Ｖkaを測定するようになっている。正側分極反転完了検出回路は、素子電圧測定回路により測定された素子電圧Ｖkaの波形をモニターし、その素子電圧Ｖkaが正の抗電界電圧近傍の電圧となったときに同素子電圧Ｖkaの時間変化率（ｄＶka／ｄｔ）が所定値より小さくなり、その後、同素子電圧の時間変化率（ｄＶka／ｄｔ）が急激に大きくなり始める（同時間変化率が所定変化率を越える）時点をエミッタ部１３の分極の反転が実質的に完了する第６時点(6)として検出するようになっている。

そして、コレクタ電圧付与回路２３は、信号制御回路１００からの信号と正側分極反転完了検出回路からの信号とに基づいて上記第６時点(6)を検出し、その時点の直後の時点にてスイッチング素子２３ｂの固定接続点の接続先を接地されている切換点から定電圧源２３ｃに接続されている切換点へ切り換える。

これによれば、少なくとも上下電極間電圧Ｖinが負の所定電圧Ｖｍとされて電子の蓄積を開始しようとする時刻ｔ７（第２時点(2)）から上下電極間電圧Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更されることによりエミッタ部１３の分極の反転が実質的に完了する時刻ｔ１４（第６時点(6)）までの間、コレクタ電極１８に第２コレクタ電圧Ｖ２が印加されることによりコレクタ電圧が第２所定電圧（本例ではグランドの電位である０Ｖ）となるか、又は、コレクタ電極がフローティング状態に維持される。

従って、時刻ｔ７〜時刻ｔ１０に発生する前述した電子の蓄積の際の不要な電子の放出が抑制される。更に、電子の放出を開始するために時刻ｔ１１（第４の時点(4)）にて上下電極間電圧Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更された時点の直後においてエミッタ部に流れる大きな突入電流が流れ、この突入電流に起因すると考えられる電子の不要な放出も抑制され得る。加えて、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１４における電子の放出を開始する際に発生する不要な電子の放出も抑制され得る。

一方、遅くとも電子放出が完了する時刻ｔ１６（第１時点(1)）の前までにはコレクタ電極１８に第１コレクタ電圧Ｖ１が付与される。従って、正規に放出される電子をコレクタ電極１８の近傍に導くことができる。

＜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。この第５実施形態は、コレクタ電極オン時点を上記第１実施形態の電子放出装置１０のコレクタ電極オン時点と異なる時点に設定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。

第５実施形態において、コレクタ電極オン時点は、電子蓄積後であって、「上下電極間電圧（駆動電圧）Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更されることにより前記エミッタ部１３の分極の反転が実質的に完了する第６時点(6)（図８の時刻ｔ１４）」から「エミッタ部１３から（上部電極１４の微細貫通孔１４ａを介して）コレクタ電極１８に到達する単位時間あたりの電子の量（コレクタ電極１８に流れる電流＝コレクタ電流）が最大となる第７時点(7)（図８の時刻ｔ１５）」までの期間（図８の符合Ｅを付した期間を参照。）内の所定時点に設定されている。

より具体的に述べると、コレクタ電圧付与回路２３のスイッチ制御回路２３ｄは、素子電圧測定回路、正側分極反転完了検出回路、コレクタ電流測定回路及びコレクタ電流ピーク近傍値検出回路を内蔵している。

素子電圧測定回路は、素子電圧Ｖkaを測定するようになっている。正側分極反転完了検出回路は、素子電圧測定回路により測定された素子電圧Ｖkaの波形をモニターし、その素子電圧Ｖkaが正の抗電界電圧近傍の電圧Ｖｄとなったときに同素子電圧Ｖkaの時間変化率が小さくなり、その後、同素子電圧Ｖkaの時間変化率（ｄＶka／ｄｔ）が急激に大きくなり始める時点をエミッタ部１３の分極の反転が実質的に完了する第６時点(6)として検出するようになっている。

コレクタ電流測定回路は、コレクタ電極１８に流れる電流（コレクタ電流）を測定するようになっている。コレクタ電流ピーク近傍値検出回路は、コレクタ電流測定回路により測定されたコレクタ電流の波形をモニターし、そのコレクタ電流の大きさが予想される最大値（ピーク）の近傍まで大きくなった時点を検出するようになっている。

そして、コレクタ電圧付与回路２３は、信号制御回路１００、正側分極反転完了検出回路及びコレクタ電流ピーク近傍値検出回路からの各信号に基づいて上記第６時点(6)経過後であって第７時点(7)となるまでに、即ち、コレクタ電流ピーク近傍値検出回路によるコレクタ電流のピーク近傍値検出時点にてスイッチング素子２３ｂの固定接続点の接続先を接地されている切換点から定電圧源２３ｃに接続されている切換点へ切り換える。

これによれば、少なくとも上下電極間電圧Ｖinが負の所定電圧Ｖｍとされて電子の蓄積を開始しようとする時刻ｔ７（第２時点(2)）から上下電極間電圧（駆動電圧）Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更されることによりエミッタ部１３の分極の反転が実質的に完了する時刻ｔ１４（第６時点(6)）までの間、コレクタ電極１８に第２電圧Ｖ２が印加されることによりコレクタ電極の電位が第２電位（本例ではグランドの電位である０Ｖ）となるか、又は、コレクタ電極１８がフローティング状態に維持される。

従って、時刻ｔ７〜時刻ｔ１０に発生する前述した電子の蓄積の際の不要な電子の放出が抑制される。更に、電子の放出を開始するために時刻ｔ１１（第４の時点(4)）において上下電極間電圧Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更された時点の直後にエミッタ部１３に流れる大きな突入電流に起因すると考えられる電子の不要な放出も抑制され得る。加えて、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１４における電子の放出を開始する際に発生する不要な電子の放出も抑制され得る。

一方、遅くともエミッタ部１３からコレクタ電極１８に到達する単位時間あたりの電子の量（コレクタ電流）が最大となる時刻ｔ１５（第７時点(7)）より後はコレクタ電極１８に第１コレクタ電圧Ｖ１が付与される。この結果、正規に放出される電子のみをより確実にコレクタ電極１８の近傍に導くことができる。

＜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。この第６実施形態は、コレクタ電極オン時点を上記第１実施形態の電子放出装置１０のコレクタ電極オン時点と異なる時点に設定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。

第６実施形態において、コレクタ電極オン時点は、電子蓄積後であって、「上下電極間電圧（駆動電圧）Ｖinが正の所定電圧Ｖｐに再び変更されてから下部電極１２と上部電極１４との実際の電位差（即ち、素子電圧）Ｖkaが所定閾値電圧Ｖｔｈに到達した時点（図８の符合Ｆを付した時点を参照。）」に設定されている。この場合、所定閾値電圧Ｖｔｈは、コレクタ電極オン時点が第６時点(6)から第７時点(7)までの期間内となるように設定されている。即ち、所定閾値電圧Ｖｔｈは、正の抗電界電圧Ｖｅｃより僅かに大きく、正の所定電圧Ｖｐよりは小さい電圧に選択されているとよい。

より具体的に述べると、コレクタ電圧付与回路２３のスイッチ制御回路２３ｄは、素子電圧測定回路と比較回路とを内蔵している。素子電圧測定回路は、素子電圧Ｖkaを測定するようになっている。比較回路は、素子電圧測定回路により測定された素子電圧Ｖkaと所定閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、その比較結果を出力するようになっている。

そして、コレクタ電圧付与回路２３は、信号制御回路１００及び比較回路からの各信号に基づいて素子電圧Ｖkaが所定閾値電圧Ｖｔｈに到達した時点にて、スイッチング素子２３ｂの固定接続点の接続先を接地されている切換点から定電圧源２３ｃに接続されている切換点へ切り換える。

この実施形態は、複数の素子を複数の画素に対応させたディスプレイに電子放出装置が適用された場合等に特に効果的である。このようなディスプレイにおいては、表示すべき画像に応じて放出すべき電子の量が変化する。従って、下部電極１２と上部電極１４との間に常に同じ正の所定電圧Ｖｐを付与した場合であっても、素子電圧Ｖkaの変化の仕方は画像に応じて変化する。

従って、この実施形態にように、実際の素子電圧Ｖkaが所定閾値電圧Ｖｔｈに到達した時点にてコレクタ電極をオンとすれば、素子電圧Ｖkaの変化の仕方に拘わらず常に適切なタイミング（不要な電子放出を抑制しつつ正規に放出された電子をできるだけ多くコレクタ電極に導くタイミング）にてコレクタ電極１８に付与する電圧及び／又は状態を切り換えることができる。

＜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２０について図１７を参照しながら説明する。電子放出装置２０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２０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２０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（例えば、白金、モリブデン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム等の金属導体）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／電歪層や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⁺（Ａ_m-1Ｂ_mＯ_3m+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／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／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）、Ｌａ_1-xＳｒ_xＣｏＯ₃（例えばｘ＝０．３や０．５）、Ｌａ_1-xＣａ_xＭｎＯ₃（例えばｘ＝０．２）、Ｌａ_1-xＣａ_xＭｎ_1-yＣｏ_yＯ₃（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が好適である。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、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をオフし、電子放出が必要な場合にコレクタ電極をオンとする。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をオンしている期間中においてコレクタ電極１８に付与する第１コレクタ電圧Ｖ１（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。

なお、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、図１８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。

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Ｘ軸方向において隣接する他の素子の上部電極１４の上方にある蛍光体に到達しない。従って、色純度を良好に維持することができる。更に、この例では、Ｙ軸方向において互いに隣接する二つの素子の各上部電極１４の間にも集束電極１６が形成されているので、ある上部電極１４から放出された電子はＹ軸方向において隣接する上部電極１４の上方にある蛍光体にも到達しない。この結果、画像パターンがにじむことを回避することができる。

更に、図１９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２０及び図２１に示したように、本発明に係る電子放出装置３０は、下部電極３２、エミッタ部３３及び上部電極３４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３５で満たし、且つ、その絶縁体３５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３４の間に集束電極３６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３０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。従って、各素子の上部電極３４の上部に独立したコレクタ電極を設けておき、コレクタ電圧付与回路は、各コレクタ電極に対応する素子の状態に応じて同各コレクタ電極をオン又はオフとするように構成されてもよい。

また、集束電極１６に、時間経過とともに変化する電圧Ｖｓ（ｔ）を付与できるように構成してもよい。この場合、例えば、発光期間Ｔｈよりも電荷蓄積期間Ｔｄにおいて、大きさがより大きい負の電圧を集束電極１６に付与し、電荷蓄積期間Ｔｄにおける不要な電子放出をより確実に抑制してもよい。

更に、電荷蓄積期間Ｔｄにおいて集束電極１６をフローティング状態に維持し、発光期間Ｔｈにおいて集束電極１６に所定の電位を付与してもよい。これによれば、集束電極１６と上部電極１４との間、或いは、集束電極１６と下部電極１２との間の容量結合によって生じる過渡的な電流の発生を回避できるので、無駄な電力消費を回避することができる。

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。

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１に示した電子放出装置の部分平面図である。 図１に示した電子放出装置の拡大部分断面図である。 図１に示した上部電極の拡大部分平面図である。 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１に示した電子放出装置及び他の実施形態に係る電子放出装置の駆動電圧、素子電圧、光出力（発せられた光を変換した電流値）及びコレクタ電流を示したタイムチャートである。 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１に示した電子放出装置の他の状態を示した図である。 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。 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１又は図１８に示した電子放出装置の変形例の部分平面図である。 図１又は図１８に示した電子放出装置の他の変形例の部分平面図である。 図１に示した電子放出装置の他の変形例の部分断面図である。 図２０に示した電子放出装置の他の部分断面図である。 本発明が適用されていない電子放出装置の部分断面図である。 図２２に示した電子放出装置における駆動電圧、コレクタ電圧及び光出力（発せられた光を変換した電流値）を示したタイムチャートである。

符号の説明

１０…電子放出装置、１１…基板、１２…下部電極、１３…エミッタ部、１４…上部電極、１４ａ…微細貫通孔、１５…絶縁層、１６…集束電極、１７…透明板、１８…コレクタ電極、１９…蛍光体、１９Ｂ…青色蛍光体、１９Ｒ…赤色蛍光体、１９Ｇ…緑色蛍光体、２１…駆動電圧付与回路、２２…集束電極電位付与回路、２３…コレクタ電圧付与回路２３ａ…抵抗、２３ｂ…スイッチング素子、２３ｃ…定電圧源、２３ｄ…スイッチ制御回路。

Claims (2)

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てなる上部電極とを有する素子と、
   前記上部電極の上部において同上部電極に対向するように配設されたコレクタ電極と、
   前記下部電極の電位を基準としたときの同下部電極と前記上部電極との間の電位差である上下電極間電圧を負の所定電圧として同上部電極から供給される電子を同上部電極近傍の前記エミッタ部に蓄積させる駆動電圧であって、その後同上下電極間電圧を正の所定電圧として同エミッタ部に蓄積された電子を前記微細貫通孔から放出させる駆動電圧を、同下部電極と同上部電極との間に周期的に繰り返して付与する駆動電圧付与手段と、
   前記コレクタ電極の電位であるコレクタ電圧が正の第１所定電圧となるように同コレクタ電極に第１コレクタ電圧を付与することにより、同コレクタ電極により形成される電界によって前記放出される電子が同コレクタ電極に引き寄せられるようにするコレクタ電圧付与手段と、
   を備えた電子放出装置において、
   前記コレクタ電圧付与手段は、
   前記上下電極間電圧が前記正の所定電圧とされることにより前記電子の放出が完了する第１時点から同上下電極間電圧が前記負の所定電圧とされる第２時点までの期間内の所定時点にて前記コレクタ電圧が前記第１所定電圧から同第１所定電圧より小さい第２所定電圧へと変化するように同コレクタ電極に第２コレクタ電圧を付与し又は同コレクタ電極をフローティング状態へと変化させることにより、同コレクタ電極が前記放出された電子を引き寄せる電界を形成しないようにするか又は同電界の強度を小さくし、その後、同上下電極間電圧が同正の所定電圧に再び変更されることにより前記エミッタ部の分極の反転が完了する第６時点から同第６時点後に再び到来する同第１時点より前までの期間内の所定時点にて同コレクタ電極に対する前記第１コレクタ電圧の付与を再開するように構成された電子放出装置。
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てなる上部電極とを有する素子と、
   前記上部電極の上部において同上部電極に対向するように配設されたコレクタ電極と、
   前記下部電極の電位を基準としたときの同下部電極と前記上部電極との間の電位差である上下電極間電圧を負の所定電圧として同上部電極から供給される電子を同上部電極近傍の前記エミッタ部に蓄積させる駆動電圧であって、その後同上下電極間電圧を正の所定電圧として同エミッタ部に蓄積された電子を前記微細貫通孔から放出させる駆動電圧を、同下部電極と同上部電極との間に周期的に繰り返して付与する駆動電圧付与手段と、
   前記コレクタ電極の電位であるコレクタ電圧が正の第１所定電圧となるように同コレクタ電極に第１コレクタ電圧を付与することにより、同コレクタ電極により形成される電界によって前記放出される電子が同コレクタ電極に引き寄せられるようにするコレクタ電圧付与手段と、
   を備えた電子放出装置において、
   前記コレクタ電圧付与手段は、
   前記上下電極間電圧が前記正の所定電圧とされることにより前記電子の放出が完了する第１時点から同上下電極間電圧が前記負の所定電圧とされる第２時点までの期間内の所定時点にて前記コレクタ電圧が前記第１所定電圧から同第１所定電圧より小さい第２所定電圧へと変化するように同コレクタ電極に第２コレクタ電圧を付与し又は同コレクタ電極をフローティング状態へと変化させることにより、同コレクタ電極が前記放出された電子を引き寄せる電界を形成しないようにするか又は同電界の強度を小さくし、その後、同上下電極間電圧が前記正の所定電圧に再び変更されることにより前記エミッタ部の分極の反転が完了する第６時点から前記エミッタ部から同コレクタ電極に到達する単位時間あたりの電子の量が最大となる第７時点までの期間内の所定時点にて同コレクタ電極に対する前記第１コレクタ電圧の付与を再開するように構成された電子放出装置。
   
   

Images