JP2006337666A - Image display device and its driving method - Google Patents

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貴郎 八木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device and its driving method that can improve uniformity of luminance. <P>SOLUTION: The image display device is equipped with an electric field emission element 2 having a cathode electrode layer 12, a cathode element 15 which is selectively provided thereupon and electrically connected thereto and has a plurality of projection portions on a surface, a gate electrode layer 14 which is provided opposite the cathode electrode layer 12 and has an opening 14A opposite the cathode element 15, an anode electrode layer 24 which is provided opposite the gate electrode layer 14 on the opposite side from the cathode electrode layer 12 across the gate electrode layer 14, and a light emission layer 22 which is provided adjacently to the anode electrode layer 24, and an element driving section 3 which applies a first voltage to the cathode electrode layer 12, a second voltage to the gate electrode layer 14, and an electron lead-out voltage to the anode electrode layer 24 to form an electric field distribution such that electric field intensity in an area which is ≥50% of the area of the opening 14A is included in the range of a higher electric field. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、カソード電極とゲート電極との電位差を所定の大きさ以上とすることにより、カソード電極の表面に形成された複数の突起部の先端から電子を放出させる電界放出素子を利用した画像表示装置およびその駆動方法に関する。   The present invention provides an image display using a field emission device that emits electrons from the tips of a plurality of protrusions formed on the surface of a cathode electrode by setting the potential difference between the cathode electrode and the gate electrode to a predetermined magnitude or more. The present invention relates to an apparatus and a driving method thereof.

近年、画像表示装置に使用される平面状のディスプレイパネルの一つとして、フィールドエミッションディスプレイ(電界放出型ディスプレイ:以下、FEDと呼ぶ。)と呼ばれるものが開発されている。このFEDは、ブラウン管( CRT) と同様に、電子放出源から真空中に放った電子を発光層を配した発光面に衝突させて発光させることを原理とすることから、明るくてコントラストの高いフラットパネルディスプレイを実現することができる。ただし、ブラウン管では、通常、単一の電子放出源が発光面から十数〜数十cm離れた位置に配置されるのに対し、FEDでは発光面から数mm程度離れた位置に複数の電子放出源がマトリクス状に配置される点でその基本構造が異なる。   In recent years, a so-called field emission display (field emission display: hereinafter referred to as FED) has been developed as one of flat display panels used in image display devices. This FED, like a cathode ray tube (CRT), is based on the principle that electrons emitted from an electron emission source in a vacuum collide with a light emitting surface provided with a light emitting layer to emit light. A panel display can be realized. However, in the case of a cathode ray tube, a single electron emission source is usually arranged at a position that is 10 to several tens of centimeters away from the light emitting surface, whereas in the FED, a plurality of electron emission is located at a position about several mm away from the light emitting surface The basic structure is different in that the sources are arranged in a matrix.

ここで、一般的なFEDの基本構造とその動作についてより具体的に説明する。FEDは、カソード電極、ゲート電極およびアノード電極が所定の間隔でこの順に配置された3極構造体を有しており、カソード電極上に電子放出源としてのカソード素子が選択的に設けられている。ゲート電極にはカソード素子と対向する部分にゲートホールが設けられており、カソード電極とゲート電極との電位差を所定の大きさ以上とすることによりカソード素子から電子を放出させ、アノード電極の発光層に衝突させるようになっている。   Here, the basic structure and operation of a general FED will be described more specifically. The FED has a triode structure in which a cathode electrode, a gate electrode, and an anode electrode are arranged in this order at predetermined intervals, and a cathode element as an electron emission source is selectively provided on the cathode electrode. . The gate electrode is provided with a gate hole in a portion facing the cathode element, and electrons are emitted from the cathode element by setting a potential difference between the cathode electrode and the gate electrode to a predetermined magnitude or more, and the light emitting layer of the anode electrode It is supposed to collide with.

近年、このカソード素子の材料として、カーボンナノチューブ(CNT)やカーボンナノファイバー等の繊維状材料を用いる方法が提案されている(特許文献1〜3)。この方法では、通常、カソード素子の表面には、繊維状材料からなる複数の突起部が形成される。   In recent years, a method using a fibrous material such as carbon nanotube (CNT) or carbon nanofiber as a material of the cathode element has been proposed (Patent Documents 1 to 3). In this method, usually, a plurality of protrusions made of a fibrous material are formed on the surface of the cathode element.

特開2003−168355号公報JP 2003-168355 A 特開2003−303540号公報JP 2003-303540 A 特開2003−229044号公報JP 2003-229044 A

ところで、上記のような繊維状材料を用いてカソード素子を生成するプロセスは、ばらつきを伴うプロセスであるため、カソード素子の表面に形成された複数の突起部は、長さ、径、配向および分布にばらつきを有し、これにより、輝度むらが生じやすい。そのため、このような輝度むらを抑制し、輝度の均一性を向上させるには、できるだけたくさんの突起部をカソード素子の表面に形成することが必要であり、ゆえに突起部の形成領域の面積(カソード面積)を拡大することが必要となる。その方法として、ゲートホール径をできる限り大きくしてカソード面積を拡大する方法がある。   By the way, since the process of generating a cathode element using the fibrous material as described above is a process accompanied by variations, a plurality of protrusions formed on the surface of the cathode element have a length, a diameter, an orientation, and a distribution. As a result, unevenness in brightness tends to occur. Therefore, in order to suppress such brightness unevenness and improve brightness uniformity, it is necessary to form as many protrusions as possible on the surface of the cathode element. Therefore, the area of the protrusion formation region (cathode) It is necessary to enlarge the area. As a method therefor, there is a method of enlarging the cathode area by making the gate hole diameter as large as possible.

しかしながら、このようなばらつきを有する突起部に対して不均一な空間分布を有する電界を印加すると、たとえカソード面積を拡大したとしても、拡大されたカソード素子の表面のうち電界強度の大きい一部の領域にある突起部のばらつきにより輝度むらが生じてしまう。現に、一般的な3極型(カソード電極、ゲート電極およびアノード電極)のFEDでは、ゲートホールのうち外縁領域の突起部に対して強い電界が印加され、ゲートホールの中央領域にある突起部に対して弱い電界が印加されるので、ゲートホールのうち外縁領域の突起部のばらつきにより輝度むらが生じてしまうという問題がある。   However, when an electric field having a non-uniform spatial distribution is applied to the protrusions having such variations, even if the cathode area is enlarged, a part of the enlarged cathode element surface having a large electric field strength is applied. Brightness unevenness occurs due to variations in the protrusions in the region. In fact, in a general tripolar type (cathode electrode, gate electrode, and anode electrode) FED, a strong electric field is applied to the protrusion in the outer edge region of the gate hole, and the protrusion in the central region of the gate hole is applied. On the other hand, since a weak electric field is applied, there is a problem that unevenness in luminance occurs due to variations in protrusions in the outer edge region of the gate hole.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、輝度むらを抑制し、輝度の均一性を向上させることを可能とする画像表示装置およびその駆動方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an image display device and a driving method thereof that can suppress luminance unevenness and improve luminance uniformity. .

本発明の画像表示装置は、以下の構成要素(A)〜(D)を備えたものである。
(A)マトリクス状に配置された画素を選択駆動することによって画像を表示すること
(B)第1電極層、第1電極層上に選択的に設けられ、この第1電極層と電気的に接続されると共に、表面に複数の突起部を有する電子放出層、第1電極層と対向して設けられ、電子放出層と対向する位置に開口を有する第2電極層、第2電極層を基準として第1電極層とは反対側に第2電極層と対向して設けられた第3電極層、および前記第3電極層に隣接して設けられた発光層を有し、画素を構成する電界放出素子
(C)第1電圧を第1電極層に印加し、第2電圧を第2電極層に印加し、電子引出電圧を第3電極層に印加する素子駆動部
(D)素子駆動部は、第1電圧、第2電圧および電子引出電圧をそれぞれ制御することにより、開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成すること
The image display device of the present invention includes the following components (A) to (D).
(A) An image is displayed by selectively driving pixels arranged in a matrix. (B) The first electrode layer is selectively provided on the first electrode layer, and is electrically connected to the first electrode layer. The reference is based on the second electrode layer and the second electrode layer, which are connected to each other and have an electron emission layer having a plurality of protrusions on the surface and the first electrode layer, and have an opening at a position facing the electron emission layer. And a third electrode layer provided opposite to the second electrode layer on the side opposite to the first electrode layer, and a light emitting layer provided adjacent to the third electrode layer, and an electric field constituting a pixel Emitting element (C) An element driving unit that applies a first voltage to the first electrode layer, applies a second voltage to the second electrode layer, and applies an electron extraction voltage to the third electrode layer. By controlling the first voltage, the second voltage and the electron extraction voltage, respectively, the opening area 50 Forming an electric field distribution as the electric field intensity is to be included within the scope of the higher electric field in more areas

本発明の画像表示装置では、素子駆動部により、第2電極層の開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布が形成されるように、第1電圧が第1電極層に印加され、第2電圧が第2電極層に印加され、電子引出電圧が第3電極層に印加される。これにより、電子放出層の突起部から放出された電子が上記の電界分布に応じて第3電極層側に引き付けられたのち、発光層に衝突する。これにより、発光層が発光する。   In the image display device of the present invention, an electric field distribution is formed by the element driving unit so that the electric field strength in the region of 50% or more of the area of the opening of the second electrode layer is included in the upper electric field range. As described above, the first voltage is applied to the first electrode layer, the second voltage is applied to the second electrode layer, and the electron extraction voltage is applied to the third electrode layer. As a result, electrons emitted from the protruding portion of the electron emission layer are attracted to the third electrode layer side according to the electric field distribution and then collide with the light emitting layer. Thereby, the light emitting layer emits light.

ここで、上位電界の範囲とは、第2電極層の開口をマトリクス状に細かく分割した場合における各セグメント内に分布する電界の平均値の空間分布において、所定の値と、その所定の値から0.5V/μm引いた値との間の電界範囲を意味する。なお、所定の値とは、全セグメントのうちある電界の平均値を有するセグメントが占める割合(占有率)が最大となるときの電界の平均値を起点として、電界の平均値を大きくしていった場合に、占有率が2%を初めて下回ったときの電界の平均値を意味する。   Here, the range of the upper electric field refers to a predetermined value and a predetermined value in the spatial distribution of the average value of the electric field distributed in each segment when the opening of the second electrode layer is finely divided into a matrix. It means the electric field range between 0.5V / μm minus value. The predetermined value means that the average value of the electric field is increased starting from the average value of the electric field when the ratio (occupancy ratio) occupied by the segment having the average value of a certain electric field among all the segments becomes the maximum. Mean the average value of the electric field when the occupation ratio falls below 2% for the first time.

また、上記の突起部は、例えばカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーを含んで構成可能である。なお、カーボンナノチューブとは、グラファイトのシートが円筒状に丸まって構成されたものであり、その円筒径が1〜10nmのものである。また、カーボンナノファイバーとは、グラファイトのシートが円筒状に丸まって構成されたものであり、その円筒径が10〜1000nmのものである。   Moreover, said protrusion part can be comprised including a carbon nanotube or a carbon nanofiber, for example. Carbon nanotubes are those in which a graphite sheet is rolled up into a cylindrical shape and has a cylindrical diameter of 1 to 10 nm. The carbon nanofibers are formed by rounding a graphite sheet into a cylindrical shape and having a cylindrical diameter of 10 to 1000 nm.

本発明の画像表示装置の駆動方法は、第1電極層、第1電極層上に選択的に設けられ、この第1電極層と電気的に接続されると共に、表面に複数の突起部を有する電子放出層、第1電極層と対向して設けられ、電子放出層と対向する位置に開口を有する第2電極層、第2電極層を基準として第1電極層とは反対側に第2電極層と対向して設けられた第3電極層、および前記第3電極層に隣接して設けられた発光層を備える画像表示装置の駆動方法であって、第1電圧を第1電極層に印加し、第2電圧を第2電極層に印加し、電子引出電圧を第3電極層に印加し、開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成するようにしたものである。   The image display device driving method of the present invention is selectively provided on the first electrode layer and the first electrode layer, and is electrically connected to the first electrode layer and has a plurality of protrusions on the surface. The second electrode on the opposite side of the first electrode layer with respect to the second electrode layer, the second electrode layer being provided facing the electron emission layer and the first electrode layer and having an opening at a position facing the electron emission layer A driving method of an image display device comprising a third electrode layer provided opposite to a layer and a light emitting layer provided adjacent to the third electrode layer, wherein the first voltage is applied to the first electrode layer Then, the second voltage is applied to the second electrode layer, the electron extraction voltage is applied to the third electrode layer, and the electric field strength in the region of 50% or more of the area of the opening is included in the upper electric field range. Such an electric field distribution is formed.

本発明の画像表示装置およびその駆動方法によれば、第2電極層の開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成するようにしたので、突起部に印加する電界を空間的に均一にすることができる。この結果、輝度むらを抑制し、輝度の均一性を向上させることができる。   According to the image display device and the driving method thereof of the present invention, the electric field distribution is formed such that the electric field strength in the region of 50% or more of the opening area of the second electrode layer is included in the upper electric field. Since it did in this way, the electric field applied to a projection part can be made spatially uniform. As a result, luminance unevenness can be suppressed and luminance uniformity can be improved.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係る画像表示装置1を構成する電界放出素子2および素子駆動部3の概略構成を表したものである。なお、図1には、電界放出素子2の、行方向(X軸)および列方向(Y軸)に対して垂直な面で切断した切断面が示されている。また、図2は、電界放出素子2の一部分を拡大して斜視的に表したものである。なお、画像表示装置1の駆動方法は、素子駆動部3によって具現化されるので、以下、併せて説明する。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a field emission element 2 and an element driving unit 3 constituting an image display apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a cut surface of the field emission device 2 cut along a plane perpendicular to the row direction (X axis) and the column direction (Y axis). FIG. 2 is an enlarged perspective view of a part of the field emission device 2. In addition, since the drive method of the image display apparatus 1 is embodied by the element drive part 3, it is demonstrated collectively below.

電界放出素子2は、カソードパネル10とアノードパネル20とを所定の間隔を介して対向配置すると共に、それらのパネル10,20を枠体30によって一体的に組み付けることにより形成されている。   The field emission device 2 is formed by disposing the cathode panel 10 and the anode panel 20 so as to face each other with a predetermined interval and assembling the panels 10 and 20 integrally with a frame 30.

カソードパネル10は、支持基板11、カソード電極層12(第1電極層)、絶縁層13、ゲート電極層14(第2電極層)およびカソード素子15によって構成されている。   The cathode panel 10 includes a support substrate 11, a cathode electrode layer 12 (first electrode layer), an insulating layer 13, a gate electrode layer 14 (second electrode layer), and a cathode element 15.

支持基板11上には、Y軸方向に延在する複数のカソード電極層12が形成されており、そのカソード電極層12上には、絶縁層13が形成されている。絶縁層13上には、X軸方向に延在する複数のゲート電極層14が形成されている。なお、本実施の形態では、カソード電極層12がm列分、ゲート電極層14がn行分マトリクス状に配列されているものとする。ここで、m,nは正の整数である。   A plurality of cathode electrode layers 12 extending in the Y-axis direction are formed on the support substrate 11, and an insulating layer 13 is formed on the cathode electrode layer 12. A plurality of gate electrode layers 14 extending in the X-axis direction are formed on the insulating layer 13. In this embodiment, the cathode electrode layers 12 are arranged in m columns and the gate electrode layers 14 are arranged in a matrix for n rows. Here, m and n are positive integers.

Z軸方向から見て、カソード電極層12とゲート電極層14とが交差する箇所が電子放出領域16であり、個々の画素を構成する。電子放出領域16における絶縁層13およびゲート電極層14には、それらを貫通する孔13Aおよび開口14Aを含んで構成されたゲートホール17が所定の間隔で複数個形成されている。なお、複数のゲートホール17は、図1に示したような格子状に形成されていなくてもよく、例えばX軸方向またはY軸方向に1列だけ形成されていてもよい。カソード電極層12のうち、ゲートホール17の底部に相当する部分の表面には、カソード素子15(電子放出層)が形成されている。また、カソード素子15の表面には突起部15Aが複数配置されており、その突起部15Aとカソード電極層12とは、カソード素子15を介して電気的に接続されている。   A portion where the cathode electrode layer 12 and the gate electrode layer 14 intersect with each other when viewed from the Z-axis direction is an electron emission region 16 and constitutes each pixel. In the insulating layer 13 and the gate electrode layer 14 in the electron emission region 16, a plurality of gate holes 17 each including a hole 13A and an opening 14A penetrating them are formed at a predetermined interval. Note that the plurality of gate holes 17 may not be formed in a lattice shape as illustrated in FIG. 1, and may be formed in only one row in the X-axis direction or the Y-axis direction, for example. A cathode element 15 (electron emission layer) is formed on the surface of the cathode electrode layer 12 corresponding to the bottom of the gate hole 17. A plurality of protrusions 15 </ b> A are disposed on the surface of the cathode element 15, and the protrusions 15 </ b> A and the cathode electrode layer 12 are electrically connected via the cathode element 15.

一方、アノードパネル20は、透明基板21、発光層22、ブラックマトリクス23およびアノード電極層24によって構成されている。   On the other hand, the anode panel 20 includes a transparent substrate 21, a light emitting layer 22, a black matrix 23, and an anode electrode layer 24.

透明基板21上には、電子放出領域16と対向することとなる箇所に対応して、Y軸方向に延在する複数の発光層22が形成されており、隣接する帯状の発光層22の間には、ブラックマトリクス23が配置されている。発光層22は、R(赤)用の発光層22R、G(緑)用の発光層22GおよびB(青)用の発光層22Bからなり、X軸方向に22R,22G,22Bの順に繰り返し配置されている。発光層22およびブラックマトリクス23上のうち、少なくとも電子放出領域16と対向することとなる領域にアノード電極層24(第3電極層)が形成されている。   A plurality of light emitting layers 22 extending in the Y-axis direction are formed on the transparent substrate 21 so as to correspond to the positions facing the electron emission regions 16, and between the adjacent band-shaped light emitting layers 22. The black matrix 23 is arranged in the area. The light emitting layer 22 includes a light emitting layer 22R for R (red), a light emitting layer 22G for G (green), and a light emitting layer 22B for B (blue), and is repeatedly arranged in the order of 22R, 22G, and 22B in the X-axis direction. Has been. An anode electrode layer 24 (third electrode layer) is formed at least in a region facing the electron emission region 16 on the light emitting layer 22 and the black matrix 23.

上記のカソードパネル10およびアノードパネル20は、それぞれの外周部(周縁部)で枠体30を介して接合されており、枠体30を接合することによって形成された空間は、真空状態になっている。なお、カソードパネル10およびアノードパネル20における外周部から離れた領域での間隔を保持するために、カソードパネル10とアノードパネル20とが対向する領域に、スペーサ(図示せず)が配置されている。   The cathode panel 10 and the anode panel 20 are joined to each other at the outer peripheral portion (peripheral portion) via the frame body 30, and the space formed by joining the frame body 30 is in a vacuum state. Yes. A spacer (not shown) is disposed in a region where the cathode panel 10 and the anode panel 20 face each other in order to maintain a distance in a region away from the outer peripheral portion of the cathode panel 10 and the anode panel 20. .

このように、電界放出素子2は、カソード電極層12、ゲート電極層14、アノード電極層24を含んで構成した3極構造体により構成されている。なお、電界放出素子2は、上述のように、発光層22として、22R,22Gおよび22Bを用いることで、カラー表示を行うことが可能であるが、本実施の形態では、説明を簡略化するため、特にカラー表示における各色を区別することなく説明する。   Thus, the field emission device 2 is configured by a tripolar structure including the cathode electrode layer 12, the gate electrode layer 14, and the anode electrode layer 24. The field emission device 2 can perform color display by using 22R, 22G, and 22B as the light emitting layer 22 as described above. However, in this embodiment, the description is simplified. Therefore, the description will be made without distinguishing each color particularly in color display.

ここで、支持基板11は、絶縁性を有する材料により構成されており、例えば厚さ1.1mmのガラス基板により構成されている。カソード電極層12は、導電性を有する材料により構成されており、例えば厚さ0.1μmのアルミニウム(Al)により構成されている。   Here, the support substrate 11 is made of an insulating material, for example, a glass substrate having a thickness of 1.1 mm. The cathode electrode layer 12 is made of a conductive material, for example, aluminum (Al) having a thickness of 0.1 μm.

絶縁層13は、カソード電極層12およびカソード素子15と、ゲート電極層14とを絶縁することができる材料により構成されており、例えば厚さtiが3μm〜7μmのSiO2 またはSiNなどにより構成されている。ここで、上限を7μmとしたのは、それを超えると、絶縁層13の側壁にチャージアップした負の電荷により突起部15Aから放出される電子の軌道が曲げられてしまい、好ましくないからである。また、下限を3μmとしたのは、それより小さくなると、絶縁層13上のゲート電極15と、突起部15Aとの距離が近くなり過ぎて、電界放出を制御することが困難となるからである。なお、絶縁層13には、ゲートホール17の底部と対向する領域に、後述のゲートホール17の底部の直径φ1とほぼ同一の直径の孔13Aが形成されている。 The insulating layer 13 is made of a material that can insulate the cathode electrode layer 12 and the cathode element 15 from the gate electrode layer 14. For example, the insulating layer 13 is made of SiO 2 or SiN having a thickness ti of 3 μm to 7 μm. ing. Here, the reason why the upper limit is set to 7 μm is that if the upper limit is exceeded, the trajectory of electrons emitted from the protrusion 15A is bent by the negative charge charged up on the side wall of the insulating layer 13, which is not preferable. . Further, the lower limit is set to 3 μm because if it is smaller than that, the distance between the gate electrode 15 on the insulating layer 13 and the protrusion 15A becomes too close to make it difficult to control the field emission. . In the insulating layer 13, a hole 13A having a diameter substantially the same as the diameter φ1 of the bottom of the gate hole 17 described later is formed in a region facing the bottom of the gate hole 17.

ゲート電極層14は、めっきに適した導電性を有する材料により構成されており、例えば厚さtgが0.1μmのアルミニウム(Al)により構成されている。なお、ゲート電極層14の厚さは、電界の空間分布を不均一にしない程度の厚さであれば良く、上記の厚さに限定されない。また、ゲート電極層14には、ゲートホール17の底部と対向する領域に、後述のゲートホール17の底部の直径φ1とほぼ同一の直径の開口14A(第2電極層の開口に対応する)が形成されている。   The gate electrode layer 14 is made of a conductive material suitable for plating. For example, the gate electrode layer 14 is made of aluminum (Al) having a thickness tg of 0.1 μm. Note that the thickness of the gate electrode layer 14 is not limited to the above-described thickness as long as it does not make the spatial distribution of the electric field nonuniform. Further, the gate electrode layer 14 has an opening 14A (corresponding to the opening of the second electrode layer) in a region facing the bottom of the gate hole 17 and having a diameter substantially the same as the diameter φ1 of the bottom of the gate hole 17 described later. Is formed.

カソード素子15は、繊維状材料とバインダ材料とを含んで構成されており、例えば厚さ0.3μmにより構成されている。繊維状材料は、量子トンネル効果によって電子がエネルギー障壁を突き抜けることが容易な材料であればよく、例えば平均長さが1μm、平均直径が1nmのカーボンナノチューブ(CNT)またはカーボンナノファイバーの粉末により構成されている。また、バインダ材料は、導電性ペーストであれば良く、例えば有機スズおよび有機インジウムなどの熱分解性有機金属、または塩化インジウムなどの金属塩などにより構成されている。また、カソード素子15の表面に形成された突起部15Aは、カソード素子15の内部から表面に突き出た繊維状材料を含んで構成されている。また、複数の突起部15Aは、カソード素子15表面のどの場所においても長さ、直径、配向および密度が同一という訳ではなく、ある一定のばらつきを有している。   The cathode element 15 includes a fibrous material and a binder material, and has a thickness of, for example, 0.3 μm. The fibrous material only needs to be a material in which electrons can easily penetrate the energy barrier due to the quantum tunnel effect. For example, the fibrous material is composed of carbon nanotube (CNT) or carbon nanofiber powder having an average length of 1 μm and an average diameter of 1 nm. Has been. The binder material may be a conductive paste, and is composed of, for example, a thermally decomposable organic metal such as organic tin and organic indium, or a metal salt such as indium chloride. Further, the protruding portion 15 </ b> A formed on the surface of the cathode element 15 includes a fibrous material protruding from the inside of the cathode element 15 to the surface. Further, the plurality of protrusions 15A are not necessarily the same in length, diameter, orientation, and density everywhere on the surface of the cathode element 15, and have a certain variation.

ゲートホール17は、1画素に対応する電子放出領域16内に複数個形成されている。ゲートホール17の底部の直径φ1は、電子放出領域16内において、DCエミッションを抑制しつつ、突起部15Aが形成される面積を極力広く取ることができる大きさであれば良く、具体的には、2(tg+ti)〜3(tg+ti)の範囲内であることが好ましい。ここで、この式に数値を代入すると、ゲート電極層14の厚さtgを0.1μmとした場合には、6.2μm(tg=0.1μm、ti=3μm)〜21.3μm(tg=0.1μm、ti=7μm)となる。   A plurality of gate holes 17 are formed in the electron emission region 16 corresponding to one pixel. The diameter φ1 of the bottom of the gate hole 17 may be any size as long as the area where the protrusion 15A is formed can be made as large as possible while suppressing DC emissions in the electron emission region 16. Specifically, It is preferable to be within the range of 2 (tg + ti) to 3 (tg + ti). Here, when a numerical value is substituted into this equation, when the thickness tg of the gate electrode layer 14 is 0.1 μm, it is 6.2 μm (tg = 0.1 μm, ti = 3 μm) to 21.3 μm (tg = 0.1 μm, ti = 7 μm).

透明基板21は、透明性・絶縁性を有する材料により構成されており、例えば厚さ2.8mmのガラス基板により構成されている。発光層22は、例えばCRTの蛍光面の材料として一般的に使用されているY2 2 S(赤用)、ZnS(緑用)、ZnS(青用)などにより構成されており、ブラックマトリクス23は、例えば酸化クロムにより構成されている。アノード電極層24は、透明性・導電性を有する材料により構成されており、例えば厚さ0.2μmのクロムにより構成されている。 The transparent substrate 21 is made of a material having transparency and insulating properties, for example, a glass substrate having a thickness of 2.8 mm. The light emitting layer 22 is made of, for example, Y 2 O 2 S (for red), ZnS (for green), ZnS (for blue) or the like generally used as a material for a fluorescent surface of a CRT. For example, 23 is made of chromium oxide. The anode electrode layer 24 is made of a material having transparency and conductivity, and is made of chromium having a thickness of 0.2 μm, for example.

続いて、本実施の形態の電界放出素子2の作用について説明する。   Then, the effect | action of the field emission element 2 of this Embodiment is demonstrated.

電界放出素子2では、カソード電極層12に対して、ゲート電圧Vgと比べて相対的に負の電圧のカソード電圧Vcがカソード電極駆動部4から印加される。また、ゲート電極層14に対して、カソード電圧Vcと比べて相対的に正の電圧のゲート電圧Vgがゲート電極駆動部5から印加される。また、アノード電極層24に対して、ゲート電圧Vgよりも更に高い正の電圧がアノード電極駆動部6から印加される。   In the field emission device 2, a cathode voltage Vc having a relatively negative voltage compared to the gate voltage Vg is applied from the cathode electrode driving unit 4 to the cathode electrode layer 12. A gate voltage Vg having a relatively positive voltage compared to the cathode voltage Vc is applied from the gate electrode driving unit 5 to the gate electrode layer 14. Further, a positive voltage higher than the gate voltage Vg is applied from the anode electrode driving unit 6 to the anode electrode layer 24.

かかる電界放出素子2において、実際に画像の表示を行う場合には、カソード電極層12にカソード電極駆動部4から映像信号としてのカソード電圧Vc(画素電圧)を入力し、ゲート電極層14にゲート電極駆動部5から走査信号としてのゲート電圧Vg(走査電圧)を入力する。そして、アノード電極層24にアノード電極駆動部6からアノード電圧Ve(電子引出電圧)を入力する。なお、上記とは逆に、カソード電極層12にカソード電極駆動部4から走査信号としてのカソード電圧Vc(走査電圧)を入力し、ゲート電極層14にゲート電極駆動部5から映像信号としてのゲート電圧Vg(画素電圧)を入力してもよい。   In the field emission device 2, when an image is actually displayed, a cathode voltage Vc (pixel voltage) as a video signal is input to the cathode electrode layer 12 from the cathode electrode driving unit 4, and a gate is applied to the gate electrode layer 14. A gate voltage Vg (scanning voltage) as a scanning signal is input from the electrode driver 5. Then, an anode voltage Ve (electron extraction voltage) is input from the anode electrode driving unit 6 to the anode electrode layer 24. Contrary to the above, a cathode voltage Vc (scanning voltage) as a scanning signal is input to the cathode electrode layer 12 from the cathode electrode driving unit 4, and a gate as a video signal from the gate electrode driving unit 5 to the gate electrode layer 14. A voltage Vg (pixel voltage) may be input.

ここで、上記の画素電圧の印加方法は、印加電圧の大きさを変化させて階調表示を行うアナログ駆動であってもよいし、印加電圧の印加時間を変化させて階調表示を行うデジタル駆動であってもよい。   Here, the pixel voltage application method may be analog driving in which gradation display is performed by changing the magnitude of the applied voltage, or digital display in which gradation display is performed by changing the application time of the applied voltage. It may be driven.

これにより、カソード電極層12とゲート電極層14との間に電圧が印加されて、突起部15Aの先端部(例えば、CNTの先端部)に電界が集中する。その結果、量子トンネル効果によって電子がエネルギー障壁を突き抜けて突起部15Aの先端部からゲートホール17の外へと放出される。こうして放出された電子は、アノード電極層24とゲート電極層14との間の電位差Vsをその最短距離Dで割った平均電界Es1(=Vs/D)の大きさに応じてアノードパネル20側に引き付けられて、透明基板21上の発光層22(22R,22G,22B)に衝突する。その結果、発光層22が電子の衝突により励起されて発光する。さらに、この発光位置を画素単位で制御することにより、表示パネル上に所望の画像を表示することができる。   As a result, a voltage is applied between the cathode electrode layer 12 and the gate electrode layer 14, and the electric field is concentrated on the tip of the protrusion 15A (for example, the tip of the CNT). As a result, electrons penetrate through the energy barrier by the quantum tunnel effect and are emitted from the tip of the protrusion 15A to the outside of the gate hole 17. The electrons thus emitted enter the anode panel 20 according to the average electric field Es1 (= Vs / D) obtained by dividing the potential difference Vs between the anode electrode layer 24 and the gate electrode layer 14 by the shortest distance D. It is attracted and collides with the light emitting layer 22 (22R, 22G, 22B) on the transparent substrate 21. As a result, the light emitting layer 22 emits light when excited by the collision of electrons. Furthermore, a desired image can be displayed on the display panel by controlling the light emission position in units of pixels.

ここで、上記の平均電界Es1は、所望の輝度を得るのに十分なエネルギーを電子に対して与えることができる大きさであることが望ましく、具体的には、4V/μm〜10V/μの範囲内であることが望ましい。なお、カソード電極層12とアノード電極層24との間の電位差から生じる電界は、アノード電極層24とカソード電極層12との間の全ての空間において、平均して存在している訳ではなく、ゲートホール17内において、ゲートホール17の形状や、ゲート電極層14とカソード電極層12との間の電位差などの影響を受けて、弱められている。   Here, the average electric field Es1 is desirably large enough to give the electrons sufficient energy to obtain a desired luminance. Specifically, the average electric field Es1 is 4V / μm to 10V / μ. It is desirable to be within the range. The electric field generated from the potential difference between the cathode electrode layer 12 and the anode electrode layer 24 does not exist on average in all the spaces between the anode electrode layer 24 and the cathode electrode layer 12, The gate hole 17 is weakened by the influence of the shape of the gate hole 17 and the potential difference between the gate electrode layer 14 and the cathode electrode layer 12.

ところで、突起部15Aの先端部から電子を放出させるには、しきい電界Ethを超える電界を突起部15Aの先端部に印加することが必要となる。このしきい電界Ethは、電子がエネルギー障壁を突き抜けるのに必要な最低限の電界であり、突起部15Aの材料や形状などにより変動するものである。しきい電界Ethの大きさの一例を示すと、突起部15Aが平均長さ1μm、平均直径1nmのCNTにより構成されている場合には、おおよそ2V/μmである。従って、突起部15Aの先端部にしきい電界Eth未満の電界しか生じない電圧を、カソード電極層12とゲート電極層14との間に印加した場合には、その先端部から電子が放出されることはほとんど無く、ゆえに発光層22が発光することもほとんど無い。一方、突起部15Aの先端部にしきい電界Eth以上の電界が生じる電圧を、カソード電極層12とゲート電極層14との間に印加した場合には、その先端部から電子が放出され、発光層22が発光する。   By the way, in order to emit electrons from the tip of the protrusion 15A, it is necessary to apply an electric field exceeding the threshold electric field Eth to the tip of the protrusion 15A. This threshold electric field Eth is the minimum electric field necessary for electrons to penetrate the energy barrier, and varies depending on the material and shape of the protrusion 15A. An example of the magnitude of the threshold electric field Eth is approximately 2 V / μm when the protrusion 15A is composed of CNTs having an average length of 1 μm and an average diameter of 1 nm. Therefore, when a voltage that generates only an electric field less than the threshold electric field Eth is applied to the tip of the protrusion 15A between the cathode electrode layer 12 and the gate electrode layer 14, electrons are emitted from the tip. Therefore, the light emitting layer 22 hardly emits light. On the other hand, when a voltage generating an electric field equal to or higher than the threshold electric field Eth is applied between the cathode electrode layer 12 and the gate electrode layer 14 at the tip of the protrusion 15A, electrons are emitted from the tip and the light emitting layer 22 emits light.

ただし、上記の条件は、突起部15Aの先端部において、アノード電極層24による影響がゲート電極層14による影響と比べて小さい、すなわち、突起部15Aの先端部において、カソード電極層12とアノード電極層24との間の電位差から生じる電界の大きさがしきい電界Eth未満であることが前提となっている。そのため、アノード電極層24に印加する電圧を大きくした場合には、しきい電界Eth以上の電界が突起部15Aの先端部に及ぶ、電界の染み込みと呼ばれる現象が、画像を表示している場合や非表示にしている場合に関わらず生じてしまう。その結果、ゲート電極層14の位置から最も遠い、カソード素子15の中央部において、常時DCエミッションが生じることになり、ゲート電極層16に通常印加される電圧によって電子の放出を正確に制御することができなくなる。従って、DCエミッションが生じないように、ゲート電極層14および絶縁層13の厚さや、ゲートホール17の形状、アノード電極層24とカソード電極層12との間の距離、またはカソード電極層12,ゲート電極層14およびアノード電極層24に印加する電圧などを調整することが必要となる。   However, the above condition is that the influence of the anode electrode layer 24 is smaller than the influence of the gate electrode layer 14 at the tip of the protrusion 15A, that is, the cathode electrode layer 12 and the anode electrode at the tip of the protrusion 15A. It is assumed that the magnitude of the electric field resulting from the potential difference with the layer 24 is less than the threshold electric field Eth. Therefore, when the voltage applied to the anode electrode layer 24 is increased, a phenomenon called electric field penetration, in which an electric field equal to or higher than the threshold electric field Eth reaches the tip of the projection 15A, It occurs regardless of whether it is hidden. As a result, DC emission always occurs in the central portion of the cathode element 15 farthest from the position of the gate electrode layer 14, and electron emission is accurately controlled by the voltage normally applied to the gate electrode layer 16. Can not be. Accordingly, the thickness of the gate electrode layer 14 and the insulating layer 13, the shape of the gate hole 17, the distance between the anode electrode layer 24 and the cathode electrode layer 12, or the cathode electrode layer 12 and the gate so that DC emission does not occur. It is necessary to adjust the voltage applied to the electrode layer 14 and the anode electrode layer 24.

また、ある一定のばらつきを有する突起部15Aの先端部を電子放出源として用いる場合に、輝度むらを抑制し、輝度の均一性を向上させるには、上述のように、突起部15Aに印加する電界の空間分布を均一にすることが必要となる。ここで、輝度の均一性を図る尺度Aとして、以下の式(1)を用いる。
A=(σ1/AVG1)x100…(1)
In addition, when the tip of the protrusion 15A having a certain variation is used as an electron emission source, in order to suppress uneven brightness and improve the uniformity of the brightness, as described above, the protrusion 15A is applied to the protrusion 15A. It is necessary to make the spatial distribution of the electric field uniform. Here, the following formula (1) is used as a scale A for achieving uniformity of luminance.
A = (σ1 / AVG1) × 100 (1)

ここで、σ1は、ある画素(i,j)(1≦i≦m,1≦j≦n)における平均輝度を横軸とし、平均輝度の大きさごとに、その平均輝度を有する画素をカウントした数を全体の画素数で割った値を縦軸とした場合の標準偏差である。AVG1は、カウントした数が最大となるときの平均輝度の値である。なお、輝度の均一性を図る尺度Aの望ましい範囲は、画像表示素子としての実用性を考慮すると、6%以下であることが望ましく、3%以下であることがさらに望ましい。   Here, σ1 is the average luminance at a certain pixel (i, j) (1 ≦ i ≦ m, 1 ≦ j ≦ n), and the pixel having the average luminance is counted for each average luminance. This is the standard deviation when the vertical axis is a value obtained by dividing the number obtained by dividing the total number of pixels. AVG1 is a value of average luminance when the counted number is maximum. Note that the preferable range of the scale A for achieving uniformity of luminance is preferably 6% or less, and more preferably 3% or less, considering practicality as an image display element.

また、電界の均一性を図る尺度Bとして以下に記載の規定を導入する。その規定は、「ゲート電極層14における開口14Aの面積(本実施の形態では、カソード面積とほぼ同一)の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれること」とする。この規定において、上位電界の範囲とは、図11(A),(B)に例示したグラフを参照しながら説明すると、ゲート電極層14における開口14Aをマトリクス状に細かく分割した場合における各セグメントS内に分布する電界の平均値を横軸とし、その平均値を有するセグメントSをカウントした数を全体のセグメント数で割った値に100をかけた値(占有率)を縦軸としてグラフに表した空間分布において、所定の値E1と、その所定の値E1から0.5V/μm引いた値E2との間の電界範囲を意味する。ここで、所定の値E1は、主たる山M1を構成するグラフにおける占有率が最大となるときの電界の平均値を起点として、電界の平均値を大きくしていった場合に、占有率が2%を初めて下回ったときの電界の平均値を意味する。   In addition, the following rules are introduced as a scale B for achieving the uniformity of the electric field. The definition is that “the electric field strength in a region of 50% or more of the area of the opening 14A in the gate electrode layer 14 (substantially the same as the cathode area in the present embodiment) is included in the range of the upper electric field”. In this definition, the range of the upper electric field is described with reference to the graphs illustrated in FIGS. 11A and 11B. Each segment S when the openings 14A in the gate electrode layer 14 are finely divided in a matrix form. The graph shows the average value of the electric field distributed in the horizontal axis and the value obtained by multiplying the number of segments S having the average value divided by the total number of segments (100) (occupancy) as the vertical axis. In the spatial distribution, it means an electric field range between a predetermined value E1 and a value E2 obtained by subtracting 0.5 V / μm from the predetermined value E1. Here, when the average value of the electric field is increased starting from the average value of the electric field when the occupation ratio in the graph constituting the main mountain M1 is the maximum, the predetermined value E1 is 2 It means the average value of the electric field when it falls below% for the first time.

なお、主たる山M1という概念は、占有率が最大となるセグメントSが含まれる山を指しており、主たる山M1の他に従たる山M2が存在した場合に、どこを起点としたらよいか不明確とならないようにするために規定されたものである。また、上記の起点を決める際に用いられる2%という数字は、主たる山M1のすそ野が低く広がっている場合であっても上位電界の範囲を正確に定められるようにするために規定されたものである。また、上記の上位電界の範囲を決める際に用いられる0.5V/μmという数字は、所望の輝度レベルを実現するのに必要な電流密度をIc、そのときの突起部15A近傍での電界をEcとすると、発光に寄与する下限の電流密度はIcの1/5〜1/7程度であり、そのときの電界の大きさが、Ecからおよそ0.5V/μm引いた値となることから、ゲート電極層における開口での電界の空間分布において、発光に寄与する下限の電界を規定するために規定されたものである。   It should be noted that the concept of the main mountain M1 refers to a mountain including the segment S with the largest occupation ratio, and when there is a mountain M2 that follows the main mountain M1, it is unclear where to start. It is specified to avoid clarification. In addition, the number of 2% used when determining the starting point is specified in order to accurately determine the range of the upper electric field even when the base of the main mountain M1 spreads low. It is. In addition, the number of 0.5 V / μm used when determining the range of the upper electric field described above represents the current density necessary for realizing a desired luminance level, Ic, and the electric field in the vicinity of the protrusion 15A at that time. Assuming Ec, the lower limit current density contributing to light emission is about 1/5 to 1/7 of Ic, and the magnitude of the electric field at that time is a value obtained by subtracting about 0.5 V / μm from Ec. In the spatial distribution of the electric field at the opening in the gate electrode layer, the lower limit electric field contributing to light emission is defined.

ところで、「ゲート電極層14における開口14Aの面積の50%以上」としたのは、ゲート電極層14における開口14A近傍において、発光に寄与する電界が印加されている面積があまり少なくなると、発光に寄与する電子が放出されている領域と放出されていない領域が生じるようになるので、画面全体に輝度むらが発生し、輝度の均一性が低下するからである。逆に発光に寄与する電界が印加されている面積が多くなると、カソード素子15の表面全体から発光に寄与する電子が放出されるようになるので、画面全体の輝度むらが抑制され、輝度の均一性が向上するからである。このように、非常にミクロな個々の開口14Aにおける電界の空間分布を制御することにより、画面全体の輝度分布を制御することが可能となる。   By the way, “more than 50% of the area of the opening 14A in the gate electrode layer 14” is set to be light emission when an area to which an electric field contributing to light emission is applied in the vicinity of the opening 14A in the gate electrode layer 14 becomes too small. This is because a region where contributing electrons are emitted and a region where electrons are not emitted are generated, resulting in uneven luminance on the entire screen and lowering of luminance uniformity. On the contrary, when the area to which the electric field contributing to light emission is applied increases, electrons contributing to light emission are emitted from the entire surface of the cathode element 15, so that the luminance unevenness of the entire screen is suppressed and the luminance is uniform. This is because the property is improved. As described above, by controlling the spatial distribution of the electric field in each very small opening 14A, the luminance distribution of the entire screen can be controlled.

また、電界の均一性を図る尺度Cとして、以下の式(2)を用いる。
C=(σ2/AVG2)x100…(2)
Further, the following formula (2) is used as a scale C for achieving the uniformity of the electric field.
C = (σ2 / AVG2) × 100 (2)

ここで、σ2は、ゲート電極層14における開口14Aをマトリクス状に細かく分割した場合における各セグメントに分布する電界の平均値を横軸とし、その平均値を有するセグメントをカウントした数を全体のセグメント数で割った値を縦軸とした場合の標準偏差である。AVG2は、カウントした数が最大となるときの平均値である。   Here, σ2 is the average value of the electric field distributed in each segment when the openings 14A in the gate electrode layer 14 are finely divided in a matrix, and the number of segments having the average value is counted as the total number of segments. This is the standard deviation when the vertical axis is the value divided by the number. AVG2 is an average value when the counted number becomes the maximum.

なお、電界の均一性を図る尺度Cの望ましい範囲は、突起部15Aのばらつきの度合いによって大きく異なる。なぜなら、突起部15Aの密度のばらつきが少ない場合には、電界の空間分布が多少不均一となっていても輝度の均一性が悪化するとは限らないが、突起部15Aの密度のばらつきが大きい場合に、電界の空間分布が不均一となっているときは、輝度の均一性が大幅に悪化する可能性があるからである。そこで、突起部15Aの影響を除いた状態で(すなわち、突起部15Aが無い状態で)、尺度Aの望ましい範囲を満たす電界の空間分布を数値計算によって求めると、尺度Cは、30%以下であることが望ましく、8%以下であることがさらに望ましいことが分かる。よって、突起部15Aの影響を考慮した場合(すなわち、突起部15Aを備えており、かつ、それにばらつきがある場合)には、尺度Cの望ましい値は上記より小さくなることが予想される。なお、尺度Cが小さいほど望ましい理由は、標準偏差が小さくなるほど、電界の空間分布の山がより急峻となり、ゲート電極層14における開口14A近傍の電界分布がより均一となるからである。   Note that the desirable range of the scale C for achieving the uniformity of the electric field greatly varies depending on the degree of variation of the protrusions 15A. This is because when the variation in density of the projections 15A is small, even if the spatial distribution of the electric field is somewhat nonuniform, the uniformity of luminance is not necessarily deteriorated, but the variation in density of the projections 15A is large. In addition, when the spatial distribution of the electric field is non-uniform, the luminance uniformity may be significantly deteriorated. Therefore, when the spatial distribution of the electric field satisfying the desired range of the scale A is obtained by numerical calculation in a state where the influence of the protrusion 15A is excluded (that is, without the protrusion 15A), the scale C is 30% or less. It can be seen that it is desirable that it is 8% or less. Therefore, when the influence of the protrusion 15A is taken into account (that is, when the protrusion 15A is provided and there is variation), it is expected that the desirable value of the scale C is smaller than the above. The reason why the smaller scale C is desirable is that the smaller the standard deviation, the steeper the peak of the spatial distribution of the electric field, and the more uniform the electric field distribution in the vicinity of the opening 14A in the gate electrode layer 14.

このように、本実施の形態の画像表示装置1およびその駆動方法によれば、ゲート電極層14の開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成するようにしたので、突起部15Aに印加する電界を空間的に均一にすることができる。この結果、輝度むらを抑制し、輝度の均一性を向上させることができる。   As described above, according to the image display device 1 and the driving method thereof according to the present embodiment, the electric field strength in the region of 50% or more of the area of the opening of the gate electrode layer 14 is included in the upper electric field range. Since such an electric field distribution is formed, the electric field applied to the protrusion 15A can be made spatially uniform. As a result, luminance unevenness can be suppressed and luminance uniformity can be improved.

以下、本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

まず、第1の実施例を、第1の比較例と対比して説明する。なお、本比較例は、本実施例と同様の構造を有する一方で、本実施例と異なる駆動方法により表示されるものである。   First, the first embodiment will be described in comparison with the first comparative example. The comparative example has the same structure as that of the present embodiment, but is displayed by a driving method different from that of the present embodiment.

図3(A),(B)は、本実施例の結果を示したものである。具体的には、図3(A)は、尺度Aないし尺度Cが望ましい範囲内となるように設計されたカラー版の電界放出素子2におけるゲート電極層14の開口14Aでの電界の空間分布を数値計算により求めたものである。図3(B)は、図3(A)と同様に設計された電界放出素子2における画面全体の輝度分布を示したものである。   3A and 3B show the results of this example. Specifically, FIG. 3A shows the spatial distribution of the electric field at the opening 14A of the gate electrode layer 14 in the color-type field emission device 2 designed so that the scale A to the scale C are within a desired range. It is obtained by numerical calculation. FIG. 3B shows the luminance distribution of the entire screen in the field emission device 2 designed in the same manner as in FIG.

図4(A),(B)は、本比較例の結果を示したものである。具体的には、図4(A)は、尺度Cだけが望ましい範囲内にあるが、尺度Aおよび尺度Bが望ましい範囲内とならないように設計されたカラー版の電界放出素子におけるゲート電極層における開口での電界の空間分布を数値計算により求めたものである。図4(B)は、図4(A)と同様に設計された電界放出素子における画面全体の輝度分布を示したものである。   4A and 4B show the results of this comparative example. Specifically, FIG. 4A shows a gate electrode layer in a color field emission device designed so that only scale C is in the desired range, but scale A and scale B are not in the desired range. The spatial distribution of the electric field at the aperture is obtained by numerical calculation. FIG. 4B shows the luminance distribution of the entire screen in the field emission device designed in the same manner as FIG.

本実施例では、カソードパネル10のベースとなる支持基板11は厚さ1.1mmのガラス基板、カソード電極層12は厚さが0.1μm、ストライプ幅Wが86.5μmのアルミニウム(Al)、絶縁層13は厚さ7μmのSiO2 、ゲート電極層14は厚さ0.1μmのAlにより構成した。絶縁層13およびゲート電極層14には、底部の直径φ1が7μmのゲートホール17を50個形成した。 In this embodiment, the support substrate 11 serving as the base of the cathode panel 10 is a glass substrate having a thickness of 1.1 mm, the cathode electrode layer 12 is 0.1 μm in thickness, and aluminum (Al) having a stripe width W of 86.5 μm, The insulating layer 13 was made of SiO 2 having a thickness of 7 μm, and the gate electrode layer 14 was made of Al having a thickness of 0.1 μm. In the insulating layer 13 and the gate electrode layer 14, 50 gate holes 17 having a bottom diameter φ1 of 7 μm were formed.

ゲートホール17の底部にあるカソード素子15は、厚さ0.3μmのCNTと、ITOの混合材料により構成し、カソード素子15の表面には、CNTからなる突起部15Aをほぼ垂直に配向した。   The cathode element 15 at the bottom of the gate hole 17 is composed of a mixed material of CNT having a thickness of 0.3 μm and ITO, and a protrusion 15A made of CNT is oriented substantially vertically on the surface of the cathode element 15.

また、アノードパネル20のベースとなる透明基板21は厚さ2.8mmのガラス基板、発光層22は厚さ10μmのY2 2 S(赤用)、ZnS(緑用)およびZnS(青用)、ブラックマトリクス23は厚さ0.2μmの酸化クロム、アノード電極層24は厚さ0.2μmのAlにより構成した。アノード電極層24とカソード素子15との距離を1.0mmにした。 The transparent substrate 21 serving as the base of the anode panel 20 is a glass substrate having a thickness of 2.8 mm, and the light emitting layer 22 is Y 2 O 2 S (for red), ZnS (for green) and ZnS (for blue) having a thickness of 10 μm. The black matrix 23 was made of chromium oxide having a thickness of 0.2 μm, and the anode electrode layer 24 was made of Al having a thickness of 0.2 μm. The distance between the anode electrode layer 24 and the cathode element 15 was set to 1.0 mm.

さて、上記の構成の本比較例において、アノード電極層へ4kVの電圧を印加し、ゲート電極層へ50Vの電圧を印加し、カソード素子へ−25Vの電圧を印加した場合には、ゲート電極層における開口における電界の空間分布は、図4(A)に示したように、局所的に鋭いピークが電界の小さい領域に存在すると共に、縦軸の値が2%をわずかに超える領域が電界の大きい領域になだらかに続いている。このときの尺度Bは25%であり、尺度Cは19%である。また、輝度分布は、図4(B)に示したように、不均一となっており、このときの尺度Aは25%である。   In this comparative example having the above configuration, when a voltage of 4 kV is applied to the anode electrode layer, a voltage of 50 V is applied to the gate electrode layer, and a voltage of −25 V is applied to the cathode element, the gate electrode layer As shown in FIG. 4 (A), the spatial distribution of the electric field at the aperture in FIG. 4A has a locally sharp peak in a region where the electric field is small, and a region where the vertical axis value slightly exceeds 2%. Followed gently to a large area. The scale B at this time is 25%, and the scale C is 19%. In addition, the luminance distribution is not uniform as shown in FIG. 4B, and the scale A at this time is 25%.

なお、このときの平均電界の大きさEs1は4.0V/μmであり、平均電界の大きさEs2は10.7V/μmである。従って両平均電界の大きさは相違している。また、ゲート電極層へ印加した50Vの電圧は、いわゆる白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に印加される電圧と同じ大きさである。   At this time, the average electric field magnitude Es1 is 4.0 V / μm, and the average electric field magnitude Es2 is 10.7 V / μm. Therefore, the magnitudes of both average electric fields are different. The voltage of 50 V applied to the gate electrode layer is the same as the voltage applied when displaying a so-called white level (maximum luminance level) image.

一方、上記の構成の本実施例において、アノード電極層24へ6kVの電圧を印加し、ゲート電極層14へ25Vの電圧を印加し、カソード素子15へ−17Vの電圧を印加した場合には、ゲート電極層14における開口14Aにおける電界の空間分布は、図3(A)に示したように、電界分布の幅が比較例と比べて非常に狭い。このときの尺度Bは89%であり、尺度Cは80%である。また、輝度分布は、図3(B)に示したように、均一となっており、このときの尺度Aは5.5%である。   On the other hand, in this embodiment having the above configuration, when a voltage of 6 kV is applied to the anode electrode layer 24, a voltage of 25V is applied to the gate electrode layer 14, and a voltage of -17V is applied to the cathode element 15, As shown in FIG. 3A, the spatial distribution of the electric field in the opening 14A in the gate electrode layer 14 is very narrow compared to the comparative example. The scale B at this time is 89%, and the scale C is 80%. Further, the luminance distribution is uniform as shown in FIG. 3B, and the scale A at this time is 5.5%.

なお、このときの平均電界の大きさEs1は6.1V/μmであり、平均電界の大きさEs2は6.0V/μmである。従って両平均電界の大きさはほぼ同一となっている。また、ゲート電極層14へ印加した25Vの電圧は、いわゆる白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に印加される電圧と同じ大きさである。   At this time, the average electric field magnitude Es1 is 6.1 V / μm, and the average electric field magnitude Es2 is 6.0 V / μm. Therefore, the magnitudes of both average electric fields are almost the same. The voltage of 25 V applied to the gate electrode layer 14 is the same as the voltage applied when displaying a so-called white level (maximum luminance level) image.

次に、第2の実施例を、第2の比較例と対比して説明する。なお、本比較例は、本実施例と同様の構造を有する一方で、本実施例と異なる駆動方法により表示されるものである。   Next, the second embodiment will be described in comparison with the second comparative example. The comparative example has the same structure as that of the present embodiment, but is displayed by a driving method different from that of the present embodiment.

図5(A),(B)は、本実施例の結果を示したものである。具体的には、図5(A)は、尺度Aないし尺度Cが望ましい範囲内となるように設計されたモノクロ版の電界放出素子2におけるゲート電極層14における開口14Aでの電界の空間分布を数値計算により求めたものである。図5(B)は、図5(A)と同様に設計された電界放出素子2における画面全体の輝度分布を示したものである。   5A and 5B show the results of this example. Specifically, FIG. 5A shows the spatial distribution of the electric field at the opening 14A in the gate electrode layer 14 in the monochrome field emission device 2 designed so that the scale A to the scale C are within a desired range. It is obtained by numerical calculation. FIG. 5B shows the luminance distribution of the entire screen in the field emission device 2 designed in the same manner as in FIG.

図6(A),(B)は、本比較例の結果を示したものである。具体的には、図6(A)は、尺度Bだけが望ましい範囲内にあるが、尺度Aおよび尺度Cが望ましい範囲内とならないように設計されたモノクロ版の電界放出素子におけるゲート電極層における開口での電界の空間分布を数値計算により求めたものである。図6(B)は、図6(A)と同様に設計された電界放出素子における画面全体の輝度分布を示したものである。   6 (A) and 6 (B) show the results of this comparative example. Specifically, FIG. 6A shows a gate electrode layer in a monochrome field emission device designed such that only scale B is in the desired range, but scale A and scale C are not in the desired range. The spatial distribution of the electric field at the aperture is obtained by numerical calculation. FIG. 6B shows the luminance distribution of the entire screen in the field emission device designed in the same manner as in FIG.

本実施例では、カソードパネル10のベースとなる支持基板11は厚さ1.1mmのガラス基板、カソード電極層12は厚さが0.1μm、ストライプ幅Wが86.5μmのアルミニウム(Al)、絶縁層13は厚さ7μmのSiO2 、ゲート電極層14は厚さ0.1μmのAlにより構成した。絶縁層13およびゲート電極層14には、底部の直径φ1が7μmのゲートホール17を50個形成した。 In this embodiment, the support substrate 11 serving as the base of the cathode panel 10 is a glass substrate having a thickness of 1.1 mm, the cathode electrode layer 12 is 0.1 μm in thickness, and aluminum (Al) having a stripe width W of 86.5 μm, The insulating layer 13 was made of SiO 2 having a thickness of 7 μm, and the gate electrode layer 14 was made of Al having a thickness of 0.1 μm. In the insulating layer 13 and the gate electrode layer 14, 50 gate holes 17 having a bottom diameter φ1 of 7 μm were formed.

ゲートホール17の底部にあるカソード素子15は、厚さ0.3μmのCNTと、ITOの混合材料により構成し、カソード素子15の表面には、CNTからなる突起部15Aをほぼ垂直に配向した。   The cathode element 15 at the bottom of the gate hole 17 is composed of a mixed material of CNT having a thickness of 0.3 μm and ITO, and a protrusion 15A made of CNT is oriented substantially vertically on the surface of the cathode element 15.

また、アノードパネル20のベースとなる透明基板21は厚さ2.8mmのガラス基板、発光層22は厚さ10μmのZnO、ブラックマトリクス23は厚さ0.2μmの酸化クロム、アノード電極層24は厚さ0.2μmのAlにより構成した。アノード電極層24とカソード素子15との距離を1.0mmにした。   The transparent substrate 21 serving as the base of the anode panel 20 is a glass substrate having a thickness of 2.8 mm, the light emitting layer 22 is ZnO having a thickness of 10 μm, the black matrix 23 is chromium oxide having a thickness of 0.2 μm, and the anode electrode layer 24 is It was made of Al having a thickness of 0.2 μm. The distance between the anode electrode layer 24 and the cathode element 15 was set to 1.0 mm.

さて、上記の構成の本比較例において、アノード電極層へ4kVの電圧を印加し、ゲート電極層へ50Vの電圧を印加し、カソード素子へ−25Vの電圧を印加した場合には、ゲート電極層における開口における電界の空間分布は、図6(A)に示したように、局所的に鋭いピークが電界の小さい領域および大きい領域に2つ存在すると共に、縦軸の値が2%をわずかに超える領域がピーク間になだらかに続いている。このときの尺度Bは25%であり、尺度Cは38%である。また、輝度分布は、図6(B)に示したように、不均一となっており、このときの尺度Aは25%である。   In this comparative example having the above configuration, when a voltage of 4 kV is applied to the anode electrode layer, a voltage of 50 V is applied to the gate electrode layer, and a voltage of −25 V is applied to the cathode element, the gate electrode layer As shown in FIG. 6 (A), the spatial distribution of the electric field at the aperture in FIG. The exceeding region continues gently between the peaks. The scale B at this time is 25%, and the scale C is 38%. In addition, the luminance distribution is not uniform as shown in FIG. 6B, and the scale A at this time is 25%.

なお、このときの平均電界の大きさEs1は4.0V/μmであり、平均電界の大きさEs2は10.7V/μmである。従って両平均電界の大きさは相違している。また、ゲート電極層へ印加した50Vの電圧は、いわゆる白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に印加される電圧と同じ大きさである。   At this time, the average electric field magnitude Es1 is 4.0 V / μm, and the average electric field magnitude Es2 is 10.7 V / μm. Therefore, the magnitudes of both average electric fields are different. The voltage of 50 V applied to the gate electrode layer is the same as the voltage applied when displaying a so-called white level (maximum luminance level) image.

一方、上記の構成の本実施例において、アノード電極層24へ6kVの電圧を印加し、ゲート電極層14へ25Vの電圧を印加し、カソード素子15へ−17Vの電圧を印加した場合には、ゲート電極層14における開口14Aにおける電界の空間分布は、図5(A)に示したように、電界分布の幅が比較例と比べて非常に狭い。このときの尺度Bは89%であり、尺度Cは80%である。また、輝度分布は、図5(B)に示したように、均一となっており、このときの尺度Aは5.7%である。   On the other hand, in this embodiment having the above configuration, when a voltage of 6 kV is applied to the anode electrode layer 24, a voltage of 25V is applied to the gate electrode layer 14, and a voltage of -17V is applied to the cathode element 15, As shown in FIG. 5A, the spatial distribution of the electric field in the opening 14A in the gate electrode layer 14 is very narrow compared to the comparative example. The scale B at this time is 89%, and the scale C is 80%. Further, the luminance distribution is uniform as shown in FIG. 5B, and the scale A at this time is 5.7%.

なお、このときの平均電界の大きさEs1は6.0V/μmであり、平均電界の大きさEs2は6.0V/μmである。従って両平均電界の大きさはほぼ同一となっている。また、ゲート電極層14へ印加した25Vの電圧は、いわゆる白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に印加される電圧と同じ大きさである。   At this time, the average electric field magnitude Es1 is 6.0 V / μm, and the average electric field magnitude Es2 is 6.0 V / μm. Therefore, the magnitudes of both average electric fields are almost the same. The voltage of 25 V applied to the gate electrode layer 14 is the same as the voltage applied when displaying a so-called white level (maximum luminance level) image.

上記の第1および第2の実施例ならびに第1および第2の比較例の結果から、尺度Bおよび尺度Cを満たす場合には尺度Aを満たし、尺度Cを満たすものの尺度Bを満たさない場合には尺度Aを満たさない、ということが確認できる。   From the results of the first and second examples and the first and second comparative examples, when the scale B and the scale C are satisfied, the scale A is satisfied, but when the scale C is satisfied, the scale B is not satisfied. It can be confirmed that does not satisfy the scale A.

なお、上記の第1および第2の実施例の結果から、尺度Bを満たす望ましい電界分布とする方法の1つとして、平均電界Es1と平均電界Es2とがほぼ同一となるようにすることが考えられる。従って、本実施の形態においても、白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に印加される電圧をゲート電極層14とカソード電極層12との間に印加した場合に、アノード電極層24とゲート電極層14との間の電位差をその最短距離で割った平均電界Es1と、ゲート電極層14とカソード素子15との間の電位差をその最短距離で割った平均電界Es2とが、等しくなるように駆動条件を調整することにより、尺度Bおよび尺度Cを満たすことができ、その結果尺度Aを満たすことができる。ここで、「等しく」とは、両者が完全に同一である場合だけでなく、製造誤差程度の差異を有する場合も含む。   From the results of the first and second embodiments described above, as one method for obtaining a desirable electric field distribution satisfying the scale B, it is considered that the average electric field Es1 and the average electric field Es2 are substantially the same. It is done. Therefore, also in this embodiment, when a voltage applied when displaying a white level (maximum luminance level) image is applied between the gate electrode layer 14 and the cathode electrode layer 12, the anode electrode layer 24 is used. The average electric field Es1 obtained by dividing the potential difference between the gate electrode layer 14 and the gate electrode layer 14 by the shortest distance is equal to the average electric field Es2 obtained by dividing the potential difference between the gate electrode layer 14 and the cathode element 15 by the shortest distance. By adjusting the driving conditions as described above, the scale B and the scale C can be satisfied, and as a result, the scale A can be satisfied. Here, “equally” includes not only the case where both are completely the same, but also the case where there is a difference of about a manufacturing error.

また、ゲート電極層14とカソード電極層12との間の電位差は、白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に最大となる(このときの電位差を最大駆動電圧という)。このため、ゲート電極層14とカソード電極層12との間に最大駆動電圧を印加する駆動条件は、ゲート電極層14における開口14Aでの電界分布が最も不均一となる条件であり、輝度むらが最も目立つ条件である。従って、上記の第1および第2の実施例のように、ゲート電極層14とカソード電極層12との間に最大駆動電圧を印加した場合に尺度Bおよび尺度Cを満たす場合には、それより小さい駆動電圧をゲート電極層14とカソード電極層12との間に印加した場合にも尺度Bおよび尺度Cを満たすといえる。   The potential difference between the gate electrode layer 14 and the cathode electrode layer 12 is maximized when displaying a white level (maximum luminance level) image (the potential difference at this time is referred to as a maximum drive voltage). For this reason, the driving condition for applying the maximum driving voltage between the gate electrode layer 14 and the cathode electrode layer 12 is the condition that the electric field distribution in the opening 14A in the gate electrode layer 14 is the most nonuniform, and the luminance unevenness is This is the most noticeable condition. Therefore, when the maximum drive voltage is applied between the gate electrode layer 14 and the cathode electrode layer 12 as in the first and second embodiments, the scale B and the scale C are satisfied. It can be said that the scale B and the scale C are satisfied even when a small driving voltage is applied between the gate electrode layer 14 and the cathode electrode layer 12.

なお、尺度Bは、ピークが電界の大きい領域(上位電界の範囲内)に存在すると共に、縦軸の値が2%をわずかに超えるなだらかな領域が存在しないような電界分布を選択するような規定になっているとも言える。   Note that scale B selects an electric field distribution in which a peak exists in a region where the electric field is large (within the upper electric field) and a gentle region whose vertical axis value slightly exceeds 2% does not exist. It can be said that it is stipulated.

以上より、第1および第2の実施例によれば、ある一定のばらつきを有する突起部15Aの先端部を電子放出源として用いる場合に、尺度Bおよび尺度Cを満たすようにしたので、突起部15Aに印加する電界の空間分布の均一性(尺度B)を向上させることができる。この結果、ゲート電極近傍の突起部15Aのばらつきによる輝度むらを抑制し、輝度の均一性(尺度A)を向上させることができる。   As described above, according to the first and second embodiments, the scale B and the scale C are satisfied when the tip of the projection 15A having a certain variation is used as the electron emission source. The uniformity (scale B) of the spatial distribution of the electric field applied to 15A can be improved. As a result, luminance unevenness due to variations in the protrusion 15A in the vicinity of the gate electrode can be suppressed, and luminance uniformity (scale A) can be improved.

続いて、電界放出素子2の製造方法について説明する。   Then, the manufacturing method of the field emission element 2 is demonstrated.

先ず、図7(A)に示すように、カソードパネル10のベースとなる支持基板11上に、例えばスパッタリング法により、例えば厚さ0.1μmの、アルミニウム(Al)からなるカソード電極層12を形成する。   First, as shown in FIG. 7A, a cathode electrode layer 12 made of aluminum (Al) having a thickness of, for example, 0.1 μm is formed on a support substrate 11 serving as a base of the cathode panel 10 by, eg, sputtering. To do.

次に、カソード電極層12の上に、カソード素子15を配置するための処理を行う。具体的には、バインダ材料として、例えば有機スズおよび有機インジウム、または塩化インジウムなどの金属塩を用いるとともに、繊維状材料として、例えば平均直径1nm、平均長さ1μmのCNTまたはカーボンナノファイバーの粉末を用い、これらを以下の条件で揮発性溶液(例えば、酢酸ブチル)中に分散させた混合溶液を得る。その際、繊維状材料の分散性を向上させるために分散剤(例えば、ドデチル硫酸ナトリウム)を上記の混合溶液と混合する。また、超音波処理を行って、繊維状材料の分散性をさらに向上させもよい。また、他の添加剤を混ぜることも可能である。   Next, a process for disposing the cathode element 15 on the cathode electrode layer 12 is performed. Specifically, for example, organic tin and organic indium, or a metal salt such as indium chloride is used as the binder material, and for example, CNT or carbon nanofiber powder having an average diameter of 1 nm and an average length of 1 μm is used as the fibrous material. And a mixed solution in which these are dispersed in a volatile solution (for example, butyl acetate) under the following conditions is obtained. At that time, in order to improve the dispersibility of the fibrous material, a dispersant (for example, sodium dodecyl sulfate) is mixed with the above mixed solution. Further, ultrasonic treatment may be performed to further improve the dispersibility of the fibrous material. It is also possible to mix other additives.

(混合溶液の生成条件の一例)
有機スズおよび有機インジウム:10〜50質量%
酢酸ブチル:30〜80質量%
ドデチル硫酸ナトリウム:0.1〜5質量%
CNT:0.001〜20質量%
(Example of mixed solution generation conditions)
Organic tin and organic indium: 10 to 50% by mass
Butyl acetate: 30-80% by mass
Sodium dodecyl sulfate: 0.1 to 5% by mass
CNT: 0.001 to 20% by mass

続いて、図7(B)に示すように、上記の混合溶液を例えばドライスプレー法、スラリー法またはスクリーン印刷法などにより、カソード電極層12の上に塗布してカソード素子15を形成する。ここで、ドライスプレー法とは、常温よりも高い温度(例えば、50℃)の雰囲気中で材料を表面にスプレーする方法であり、ドライスプレー法を用いた場合には、表面にスプレーした材料を瞬時に乾燥させることができる。その後、カソード素子15を焼成する。これにより、カソード素子15は、揮発成分が蒸発してバインダ材料中に繊維状材料が埋め込まれた状態で固体化する。   Subsequently, as shown in FIG. 7B, the above mixed solution is applied onto the cathode electrode layer 12 by, for example, a dry spray method, a slurry method, or a screen printing method to form the cathode element 15. Here, the dry spray method is a method in which a material is sprayed on the surface in an atmosphere higher than room temperature (for example, 50 ° C.). When the dry spray method is used, the material sprayed on the surface is used. It can be dried instantly. Thereafter, the cathode element 15 is fired. Thereby, the cathode element 15 is solidified in a state where the volatile component is evaporated and the fibrous material is embedded in the binder material.

次いで、図7(C)に示すように、カソード素子15を円板状に加工する。具体的には、例えばスピンコート法によって、カソード素子15の全面に、レジスト材料を塗布してレジスト層(図示せず)を形成する。続いて、このレジスト層をフォトリソグラフィ技術によってパターニングすることにより、エッチングマスクとなるレジストパターンをカソード素子15の上に形成する。次に、例えばウェットエッチング法により、パターニングされた部分以外のレジスト層を除去する。   Next, as shown in FIG. 7C, the cathode element 15 is processed into a disk shape. Specifically, a resist material is applied to the entire surface of the cathode element 15 by, for example, spin coating to form a resist layer (not shown). Subsequently, the resist layer is patterned by a photolithography technique to form a resist pattern serving as an etching mask on the cathode element 15. Next, the resist layer other than the patterned portion is removed by, for example, a wet etching method.

続いて、例えばウェットエッチング法により、カソード素子15のうち、レジストパターンで被覆された部分以外を除去する。これにより、例えば厚さ0.3μm、直径(上記の直径φ1に相当する)が2(tg+ti)〜3(tg+ti)の円板状のカソード素子15が形成される。その後、レジストパターンを除去する。   Subsequently, the cathode element 15 other than the portion covered with the resist pattern is removed by, for example, a wet etching method. As a result, for example, a disk-shaped cathode element 15 having a thickness of 0.3 μm and a diameter (corresponding to the diameter φ1) of 2 (tg + ti) to 3 (tg + ti) is formed. Thereafter, the resist pattern is removed.

続いて、例えばドライエッチング法またはウェットエッチング法などにより、カソード電極層12を幅Wのストライプ状に加工する。   Subsequently, the cathode electrode layer 12 is processed into a stripe shape having a width W by, for example, a dry etching method or a wet etching method.

次に、図8(A)に示すように、後述のゲートホール17の形成時のRIE(Reactive Ion Etching) ダメージを防止するために、例えばリフトオフ法により、例えば厚さ0.3μmのMgOからなる保護膜Pをカソード素子15を覆うように形成する。   Next, as shown in FIG. 8A, in order to prevent RIE (Reactive Ion Etching) damage at the time of forming a gate hole 17 which will be described later, it is made of MgO having a thickness of 0.3 μm, for example, by a lift-off method, for example. A protective film P is formed so as to cover the cathode element 15.

続いて、保護膜Pおよびカソード電極層12のうち、露出している部分の上に、例えばTEOS(テトラエトキシシラン)を原料ガスとするCVD法により、例えば厚さtiが3μm〜7μmのSiO2 からなる絶縁層13を形成する。 Subsequently, on the exposed portions of the protective film P and the cathode electrode layer 12, for example, SiO 2 having a thickness ti of 3 μm to 7 μm by a CVD method using TEOS (tetraethoxysilane) as a source gas. An insulating layer 13 made of is formed.

次に、ゲート電極層14形成する。具体的には、例えばスピンコート法によって、絶縁層13の全面に、レジスト材料を塗布してレジスト層Rを形成する。続いて、このレジスト層Rをフォトリソグラフィ技術によってパターニングすることにより、図8(B)に示すように、絶縁層13の表面のうち、カソード素子15と対向する領域以外の上に、めっきのマスクとなるレジストパターンを形成する。次に、例えばウェットエッチング法により、パターニングされた部分以外のレジスト層Rを除去する。これにより、絶縁層13の表面のうち、カソード素子15と対向する領域だけが露出することになる。   Next, the gate electrode layer 14 is formed. Specifically, a resist material is applied to the entire surface of the insulating layer 13 by, eg, spin coating to form a resist layer R. Subsequently, the resist layer R is patterned by a photolithography technique, so that a plating mask is formed on the surface of the insulating layer 13 other than the region facing the cathode element 15 as shown in FIG. 8B. A resist pattern is formed. Next, the resist layer R other than the patterned portion is removed by, for example, a wet etching method. As a result, only the region facing the cathode element 15 on the surface of the insulating layer 13 is exposed.

続いて、例えばめっきにより、絶縁層13の表面のうち上記の円形状の領域に、アルミニウム(Al)を成長させる。その後、レジストパターンを除去することにより、図9(A)に示すように、例えば直径7μmの開口を有する、厚さtg+αのゲート電極層14が形成される。ここで、上記のαは、後述の絶縁層13をエッチングする際に、ゲート電極層14をマスクとして用いるので、エッチングにより削られる分をあらかじめ見込んだものである。   Subsequently, aluminum (Al) is grown on the circular region of the surface of the insulating layer 13 by, for example, plating. Thereafter, by removing the resist pattern, as shown in FIG. 9A, a gate electrode layer 14 having a thickness tg + α and having an opening with a diameter of 7 μm, for example, is formed. Here, the above-mentioned α assumes that the portion to be removed by etching is used in advance because the gate electrode layer 14 is used as a mask when an insulating layer 13 described later is etched.

次に、図9(B)に示すように、ゲート電極層14をエッチングマスクとして、例えばRIE法により、絶縁層13をエッチングしてゲートホール17を完成させる。このように、ゲート電極層14をエッチングマスクとすることにより、ゲート電極層14に形成された開口14Aと、絶縁層13に形成された孔13Aとの位置が、Z軸方向から見てずれることがなく、ゲートホール17を精度良く加工することができる。また、各層ごとにレジストマスクを形成する必要がないので、ゲートホール17の製造工程を容易化、短縮化することができる。   Next, as shown in FIG. 9B, using the gate electrode layer 14 as an etching mask, the insulating layer 13 is etched by, eg, RIE to complete the gate hole 17. As described above, by using the gate electrode layer 14 as an etching mask, the positions of the opening 14A formed in the gate electrode layer 14 and the hole 13A formed in the insulating layer 13 are shifted from each other as viewed from the Z-axis direction. The gate hole 17 can be processed with high accuracy. Further, since it is not necessary to form a resist mask for each layer, the manufacturing process of the gate hole 17 can be facilitated and shortened.

続いて、保護膜Pをエッチングして、カソード素子15の表面を露出させたのち、例えば以下の条件に基づくITOウエットエッチング法により、カソード素子15のバインダ材料の一部を除去する。このようにして、カソード素子15の繊維状材料の一部を露出させる。   Subsequently, after the protective film P is etched to expose the surface of the cathode element 15, a part of the binder material of the cathode element 15 is removed by, for example, an ITO wet etching method based on the following conditions. In this way, a part of the fibrous material of the cathode element 15 is exposed.

(ITOウェットエッチング条件の一例)
エッチング液:ITO−06N(関東化学製)
エッチング時間:5秒〜60秒
エッチング温度:10℃〜60℃
(Example of ITO wet etching conditions)
Etching solution: ITO-06N (manufactured by Kanto Chemical)
Etching time: 5 to 60 seconds Etching temperature: 10 to 60 ° C

その後、図10に示すように、カソード素子15の表面で各々の繊維状材料が一様にほぼ垂直に起立するように、繊維状材料の配向処理(アクティベーション)を行う。具体的には、図示しない粘着性の部材をゲート電極層14の上から貼り付けた後、粘着性の部材を引き剥がすことにより、支持基板11に対して繊維状材料を、支持基板11の面方向に対してほぼ垂直な方向(Z軸方向)に配向させる。これにより、カソード素子15の表面で電界放出により電子を放出する突起部15Aの本数をより多く確保することができるため、電子放出特性に優れた電子放出素子を提供することが可能となる。このようにして、電界放出素子2が製造される。   Thereafter, as shown in FIG. 10, the fibrous material is subjected to an orientation treatment (activation) so that each fibrous material stands up substantially vertically on the surface of the cathode element 15. Specifically, after sticking an adhesive member (not shown) on the gate electrode layer 14, the adhesive member is peeled off, whereby the fibrous material is applied to the support substrate 11 on the surface of the support substrate 11. Orientation is performed in a direction substantially perpendicular to the direction (Z-axis direction). This makes it possible to secure a larger number of protrusions 15A that emit electrons by field emission on the surface of the cathode element 15, and thus it is possible to provide an electron-emitting element having excellent electron-emitting characteristics. In this way, the field emission device 2 is manufactured.

本発明の一実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an image display device according to an embodiment of the present invention. 図1の画像表示素子の斜視図である。It is a perspective view of the image display element of FIG. 実施例に係る画像表示装置の電界分布図および輝度分布図である。It is the electric field distribution map and luminance distribution map of the image display apparatus which concerns on an Example. 比較例に係る画像表示装置の電界分布図および輝度分布図である。It is an electric field distribution map and luminance distribution map of an image display device concerning a comparative example. 他の実施例に係る画像表示装置の電界分布図および輝度分布図である。It is the electric field distribution map and luminance distribution map of the image display apparatus which concerns on another Example. 他の比較例に係る画像表示装置の電界分布図および輝度分布図である。It is the electric field distribution map and luminance distribution map of the image display apparatus which concerns on another comparative example. 図1の画像表示素子の製造工程における断面図である。It is sectional drawing in the manufacturing process of the image display element of FIG. 図7に続く工程を説明するための断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a step following the step in FIG. 7. 図8に続く工程を説明するための断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a step following the step in FIG. 8. 図9に続く工程を説明するための断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a step following the step in FIG. 9. 上位電界を説明するための電界分布図である。It is an electric field distribution diagram for demonstrating a high-order electric field.

符号の説明Explanation of symbols

1…画像表示装置、2…電界放出素子、3…素子駆動部、4…カソード電極駆動部、5…ゲート電極駆動部、6…アノード電極駆動部、10…カソードパネル、11…支持基板、12…カソード電極層、13…絶縁層、13A…孔、14…ゲート電極層、14A…開口、15…カソード素子、15A…突起部、16…電子放出領域、17…ゲートホール、20…アノードパネル、21…透明基板、22…発光層、22B…B(青)用発光層、22G…G(緑)用発光層、22R…R(赤)用発光層、23…ブラックマトリクス、24…アノード電極層、30…枠体、A…アスペクト比、e…電子、Eth…しきい電界、G…ゲートホールの開口部、H…ゲートホールの内壁面の高さ、L…発光、M1…主たる山、M2…従たる山、P…保護膜、R…レジスト層、S…セグメント、tg…ゲート電極層の厚さ、ti…絶縁層の厚さ、W…ストライプ幅、φ1…カソード素子の外径(ゲート電極層の内径)、φ2…カソード素子の内径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image display apparatus, 2 ... Field emission element, 3 ... Element drive part, 4 ... Cathode electrode drive part, 5 ... Gate electrode drive part, 6 ... Anode electrode drive part, 10 ... Cathode panel, 11 ... Support substrate, 12 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Cathode electrode layer, 13 ... Insulating layer, 13A ... Hole, 14 ... Gate electrode layer, 14A ... Opening, 15 ... Cathode element, 15A ... Projection part, 16 ... Electron emission region, 17 ... Gate hole, 20 ... Anode panel, DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Transparent substrate, 22 ... Light emitting layer, 22B ... Light emitting layer for B (blue), 22G ... Light emitting layer for G (green), 22R ... Light emitting layer for R (red), 23 ... Black matrix, 24 ... Anode electrode layer 30 ... frame, A ... aspect ratio, e ... electron, Eth ... threshold electric field, G ... opening of gate hole, H ... height of inner wall surface of gate hole, L ... light emission, M1 ... main mountain, M2 ... Subordinate mountain, P ... Protective film R: resist layer, S: segment, tg: thickness of gate electrode layer, ti: thickness of insulating layer, W: stripe width, φ1: outer diameter of cathode element (inner diameter of gate electrode layer), φ2: cathode element Inner diameter

Claims (7)

マトリクス状に配置された画素を選択駆動することにより画像を表示する画像表示装置であって、
第1電極層、前記第1電極層上に選択的に設けられ、この第1電極層と電気的に接続されると共に、表面に複数の突起部を有する電子放出層、前記第1電極層と対向して設けられ、前記電子放出層と対向する位置に開口を有する第2電極層、前記第2電極層を基準として前記第1電極層とは反対側に前記第2電極層と対向して設けられた第3電極層、および前記第3電極層に隣接して設けられた発光層を有し、前記画素を構成する電界放出素子と、
第1電圧を前記第1電極層に印加し、第2電圧を前記第2電極層に印加し、電子引出電圧を前記第3電極層に印加する素子駆動部と
を備え、
前記素子駆動部は、前記第1電圧、前記第2電圧および前記電子引出電圧をそれぞれ制御することにより、前記開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成する
ことを特徴とする画像表示装置。
An image display device that displays an image by selectively driving pixels arranged in a matrix,
A first electrode layer, an electron emission layer selectively provided on the first electrode layer, electrically connected to the first electrode layer, and having a plurality of protrusions on the surface; the first electrode layer; A second electrode layer provided oppositely and having an opening at a position facing the electron-emitting layer; opposed to the second electrode layer on a side opposite to the first electrode layer with respect to the second electrode layer A field emission device having a third electrode layer provided and a light emitting layer provided adjacent to the third electrode layer, and constituting the pixel;
An element driving unit that applies a first voltage to the first electrode layer, applies a second voltage to the second electrode layer, and applies an electron extraction voltage to the third electrode layer;
The element driving unit controls the first voltage, the second voltage, and the electron extraction voltage, respectively, so that the electric field strength in a region of 50% or more of the area of the opening is included in the upper electric field range. An image display device characterized by forming an electric field distribution such that
前記素子駆動部は、前記第1電圧と前記第2電圧との間の電位差を最大としたときに前記電界分布が形成されることとなるように、前記第1電圧、前記第2電圧および前記電子引出電圧をそれぞれ制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The element driving unit includes the first voltage, the second voltage, and the second voltage so that the electric field distribution is formed when the potential difference between the first voltage and the second voltage is maximized. The image display apparatus according to claim 1, wherein each of the electron extraction voltages is controlled.
前記素子駆動部は、前記第3電極と前記第2電極との間の平均電界と、前記第2電極と前記第1電極との間の平均電界とが等しくなるように、前記第1電圧、前記第2電圧および前記電子引出電圧をそれぞれ制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The element driving unit includes the first voltage, an average electric field between the third electrode and the second electrode, and an average electric field between the second electrode and the first electrode. The image display apparatus according to claim 1, wherein the second voltage and the electron extraction voltage are respectively controlled.
前記素子駆動部は、前記第1電圧および前記第2電圧の少なくとも一方の大きさを変化させて階調表示を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display apparatus according to claim 1, wherein the element driving unit performs gradation display by changing a magnitude of at least one of the first voltage and the second voltage.
前記素子駆動部は、前記第1電圧および前記第2電圧の印加時間を変化させて階調表示を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display apparatus according to claim 1, wherein the element driving unit performs gradation display by changing an application time of the first voltage and the second voltage.
前記突起部は、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーを含んで構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display device according to claim 1, wherein the protrusion includes a carbon nanotube or a carbon nanofiber.
第1電極層、前記第1電極層上に選択的に設けられ、この第1電極層と電気的に接続されると共に、表面に複数の突起部を有する電子放出層、前記第1電極層と対向して設けられ、前記電子放出層と対向する位置に開口を有する第2電極層、前記第2電極層を基準として前記第1電極層とは反対側に前記第2電極層と対向して設けられた第3電極層、および前記第3電極層に隣接して設けられた発光層を備える画像表示装置の駆動方法であって、
第1電圧を前記第1電極層に印加し、第2電圧を前記第2電極層に印加し、電子引出電圧を前記第3電極層に印加し、前記開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成する
ことを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
A first electrode layer, an electron emission layer selectively provided on the first electrode layer, electrically connected to the first electrode layer, and having a plurality of protrusions on the surface; the first electrode layer; A second electrode layer provided oppositely and having an opening at a position facing the electron-emitting layer; opposed to the second electrode layer on a side opposite to the first electrode layer with respect to the second electrode layer A driving method of an image display device comprising: a third electrode layer provided; and a light emitting layer provided adjacent to the third electrode layer,
A first voltage is applied to the first electrode layer, a second voltage is applied to the second electrode layer, an electron extraction voltage is applied to the third electrode layer, and a region of 50% or more of the area of the opening is applied. A method for driving an image display device, characterized in that an electric field distribution is formed such that an electric field intensity is included in a range of an upper electric field.
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