まる-ば日記

ソニーFED諦めてなかったんだ・・<br>おいらの2年上の先輩までですけど，ソニーと共同でエミッタの開発をしていました．<br>あとでゆっくり解説します．

み、よろしくおながいしまつ。<br>1inch1マソぐらいにできるのかね、3年後ぐらいなら…。

では，少しずつ修士論文などを抜粋・・<br><br>FEDの構造および原理は単純で，基本的には，エミッタ(emitter)，スペーサ(spacer)および蛍光体の3素子で構成されており，電子源としてのエミッタは画素毎に独立に形成されマトリックス(matrix)駆動される．これにより，現在のCRTのように電子線を広角度で走査する必要がなくなり，薄く平坦な構造を実現できる．また，発光原理はCRTと同じで，電子線を蛍光体に照射することによる電子線励起発光であり高輝度である．さらにFEDの電子源は電界電子放出であり，電子放出を促すために外部から電界を印加するだけでよい．つまり CRTにみられる電子源を加熱するといった余計なエネルギー損失が存在しない．すなわちFEDの特徴を列挙するなら，厚さが約数mmで画面の歪が無い．自発光型でCRTに匹敵する表示品質．即時点灯表示が可能．受信管に匹敵する耐環境性．地磁気や周囲磁気化の影響を受けにくい．上下左右ともに160度以上の広視野角．数μs高速応答度．サイズ拡張の容易性などである．また原理的に，発光部のみで電力が消費されるため極めて低消費電力である．

FEDは，他のディスプレイにおいて必ず存在する動作原理から生じる本質的な欠点がほとんど見当たらない．しかしながら，アノード(anode)とカソード(cathode)間の距離が数mm以下と狭い空間で高真空機密空間を実現する必要があるという，これまで検討されたことのない課題や，電子放出素子の劣化からくる信頼性などの問題があることから実用化は遅れている．このため，比較的低真空度において，高効率で高い電流密度を実現でき，なおかつ劣化の少ない電子放出源の開発が強く求められている．

FEDがディスプレイとして隙のない特性を得られる最大の要因は，その名のとおり電界放出型の電子源を採用しているためである．電界電子放出とは，フェルミ(fermi)準位付近の電子がその波動性によって直接真空中にしみ出してくる現象である，量子力学的トンネル効果によって固体表面から真空中に放出することである14)．<br>電界放出現象は，1897年Woodによって発見されたが15)，その安定性，再現性が悪く，積極的に応用されることは無かった．その後，半導体微細加工技術の進展により高密度で永続的な電子放出が期待できる電子源が開発可能になり，これを超高速，耐熱，耐放射線特性の高い電子計算機用の高速スイッチング(switching)素子や，高電圧大電力増幅素子に応用しようとする試みが始まった．これは，半導体の製造で培われた超微細加工技術を使って微少な真空管を作り，固体素子の苦手とする分野を補完しようとするものである．そしてその過程で生み出されたのが，スピント(spint)型冷電子源である16)．これが開発されるとすぐにディスプレイに応用しよう試みがなされ，FEDの開発が始まった．<br>電界電子放出を観測するには，一般的に (仕事関数を4eVとした場合)109V/m程度の電界を固体表面に掛けなければならい．これを実現するために通常は電子源の先端を鋭く尖らせた形状に加工し，局所的に強電界を実現する．その加工方法としては，前述したSpintが開発した金属の斜め蒸着法16)，シリコン(silicon：Si)のエッチング(etching)法17,18)，Siエッチング基板を凹型として凸型の電子源を蒸着膜で作る転写モールド(mold)法19)などがある．これらの方法は，既存の半導体プロセス(process)技術を駆使するため，再現性良く要求する形状に加工可能である．このため，電子を授受するだけでよい簡単なスイッチング素子には有効かもしれない．しかし，これをディスプレイ用電子源に応用するとなると検討課題多くなる．すなわち上記の電子源では，高解像度露光や特殊な薄膜技術が必要となり，大型化，低生産費化が難しいことに加えて，ディスプレイとしての陰極性能も必ずしも良くないのである．

ディスプレイ用電子源の基本性能は放出電子量(電流密度)と寿命(放出可能時間)で決まるが，放出電流量は残存ガスの付着による仕事関数の変化や電界で加速された残存ガスのイオン(ion)衝撃などにより変動する．ガス汚染は回復可能であるが，イオン衝撃は電子放出源を破壊し，電子放出を低下させる．残留ガスによる不具合を避けるには超高真空空間で動作させればよい．しかしながら，ディスプレイでは蛍光体が吸着吸蔵ガス源となり，さらに電子線照射によって蛍光体からガス放出がある．したがって，外部に真空排気装置を常設できないディスプレイにとって超高真空空間は，到底実現できるものではない．このため，ディスプレイ用電子源はイオン衝撃に強く，比較的低真空度で安定した放出電流を得られる材料でなくてはならない．また，電子放出部分は，電流密度が極めて高くなるため発熱する．このため高融点，高熱伝導率さらに電気伝導率が大きいことも望まれる．さらに，先鋭化の際に加工しやすく，加工後強度を保つために機械的な強靱さも要求される．

といわけで，私は炭素系材料に注目し，エミッタの開発をしていました．当時は，炭素系が特に注目されていて，その代表が，ダイヤモンド，DLC,カーボンナノチューブといった，その筋では有名なものたち．

ソニーが実用化したのは，穴掘ってその穴の上方からモリブデンなんかを蒸着してつくられる，スピント型のエミッタを使ったもののようですね．FEDのなかではもっとも古い部類にはいるエミッタです．双葉電子とかもこの方式です．<br>いろいろな材料ためしたはずだけど，結局これに落ち着いたか．支柱はMoでもコーティング材に低仕事関数の材料つかってるかも知れないですけどね．<br><br>あとは，穴の開き方が，いかにもランダムで自己形成的なもので，フォトマスクとレジストを使うプロセスじゃないくさいので，そこがこの技術の肝かもしれませんね．