JP2000268704A

JP2000268704A - 電界放出形表示素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000268704A
Application number: JP11072178A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Ito; 茂生伊藤; Tatsuo Yamaura; 辰雄山浦; Hiroyuki Iwase; 広幸岩瀬; Gentaro Tanaka; 源太郎田中
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】歩留りよく大量生産できる電界放出形表示素子
を提供する。【解決手段】外囲器２のアノード基板４の内面には、蛍
光体層６と数ｋＶの高アノード電圧が印加されるメタル
バック層７がある。カソード基板３の内面の電界放出素
子９は、アノードの１画素に対応したカソード電極10と
抵抗層11とカソード電極と連動して選択できるエミッシ
ョン層12及びゲート電極14を有する。エミッション層11
はカーボンナノチューブ等からなる。アノード５と電界
放出素子９の間には収束電極15がある。アノード電圧Ｖ
_a＞収束電極15の電圧Ｖ_f＞ゲート電極14の電圧Ｖ_gで
駆動する。ゲート電極14の電界によりエミッション層12
から電子が放出される。高いアノード電圧によるスパー
クを避けるためにアノード、カソード基板間が長くなっ
ているが、ゲート電極14よりも電位が高い収束電極15が
あるので、電子はアノード５に到達するまでの間に拡散
することなくアノード５の所定位置に射突して蛍光体層
を発光させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出形表示素
子及びその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に示すＦＥＤ(Field Emission Disp
lay)は、内部が高真空状態とされた薄型パネル状の外囲
器１００を有している。この外囲器１００は、陰極基板
１０１と陽極基板１０２を微小な間隔をおいて対面さ
せ、両基板１０１，１０２の各外周の間にスペーサ部材
を設けて封着した構造となっている。この外囲器１００
において、陽極基板１０２の内面には、陽極導体１０３
と該陽極導体１０３の表面に設けられた蛍光体層１０４
からなる陽極１０５が設けられている。また、陰極基板
１０１の内面には、電界放出形陰極１１０が設けられて
いる。電界放出形陰極１１０は、陰極基板１０１の内面
に設けられた陰極導体１１１と、陰極導体１１１に設け
られたコーン形状のエミッタ１１２と、エミッタ１１２
の先端に近接して設けられたゲート電極１１３とを有し
ている。陰極導体１１１とゲート電極１１３は絶縁層１
１４で絶縁されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図４に示した電界放出
素子を製作するには、真空蒸着装置等のように複雑で高
価な製造装置が必要となり、またかかる装置を用いた製
造には高度の製造技術が要求される。例えば、コーン形
状のエミッタ１１２を前記真空蒸着装置を用いて形成す
る工程では、同装置内で陰極基板１０１に対してＭｏを
斜め方向から蒸着しながら陰極基板１０１を回転させ、
Ｍｏが円錐形状に蒸着されるようにする。このような製
造方法は製造条件の設定が非常に微妙であり、一定の品
質の製品を効率的に製造することが困難である。即ち、
従来の電界放出素子の製造は歩留りがわるく、大量生産
ができないという問題があった。

【０００４】本発明は、歩留りよく安価に大量生産する
ことができる電界放出形表示素子と、その製造方法を提
供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された電
界放出形表示素子（１）は、対面するカソード基板
（３）とアノード基板（４）の各外周部の間を封止して
内部が排気された外囲器（２）と、前記カソード基板の
内面にアノード基板の画素ドットに対応して１対１で設
けられたカソード電極（１０）と、前記カソード電極に
導通して設けられたエミッション層（１２）と、前記エ
ミッション層の上方に設けられた少なくとも１つ以上の
貫通孔を有するゲート電極（１４）と、前記アノード基
板の内面に設けられた蛍光体層（６）とを有している。

【０００６】請求項２に記載された電界放出形表示素子
（１）は、対面するカソード基板（３）とアノード基板
（４）の各外周部の間を封止して内部を排気した外囲器
（２）と、前記カソード基板の内面に形成されたカソー
ド電極（１０）と、前記カソード電極に導通して設けら
れたエミッション層（１２）と、前記エミッション層の
上方に設けられたゲート電極（１４）と、前記アノード
基板の内面に設けられた蛍光体層（６）と、前記蛍光体
層を被覆するとともに高電圧が印加されるメタルバック
層（７）と、前記ゲート電極と前記メタルバック層の間
に設けられた収束電極（１５）とを有している。

【０００７】請求項３に記載された電界放出形表示素子
は、請求項１又は２記載の電界放出形表示素子（１）に
おいて、前記エミッション層（１２）が、電界電子放出
特性をもつカーボン物質を含む層により形成されたこと
を特徴としている。

【０００８】請求項４に記載された電界放出形表示素子
は、請求項１又は２記載の電界放出形表示素子（１）に
おいて、前記エミッション層（１２）の上に絶縁性物質
を含む突起層（１３）を設け、前記ゲート電極（１４）
を前記突起層の上面に形成したことを特徴としている。

【０００９】請求項５に記載された電界放出形表示素子
は、請求項１又は２記載の電界放出形表示素子（１）に
おいて、前記カソード電極（１０）と前記エミッション
層（１２）の間に印刷に抵抗層（１１）が設けられたこ
とを特徴としている。

【００１０】請求項６に記載された電界放出形表示素子
（１）の駆動方法は、対面するカソード基板（３）とア
ノード基板（４）の各外周部の間を封止して内部を排気
した外囲器（２）と、前記カソード基板の内面に形成さ
れたカソード電極（１０）と、前記カソード電極に導通
して設けられたエミッション層（１２）と、前記エミッ
ション層の上方に設けられたゲート電極（１４）と、前
記アノード基板の内面に設けられた蛍光体層（６）と、
前記蛍光体層を被覆するとともに高電圧が印加されるメ
タルバック層（７）と、前記ゲート電極と前記メタルバ
ック層の間に設けられた収束電極（１５）とを有する電
界放出形表示素子の駆動方法に関するものである。その
特徴は、前記アノード（メタルバック層７）に印加され
る電圧をＶ_a、前記収束電極（１５）に印加される電圧
をＶ_f、前記ゲート電極（１４）に印加される電圧をＶ
_gとすると、Ｖ_a＞Ｖ_f＞Ｖ_gとなるように駆動するこ
とにある。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の第１の例を
図１を参照して説明する。本例の電界放出形表示素子１
は、アノード電圧が高い高輝度の発光素子である。本例
の電界放出形表示素子１は、内部が高真空状態とされた
パネル状の外囲器２を有している。この外囲器２は、カ
ソード基板３とアノード基板４を所定の間隔をおいて対
面させ、両基板３，４の各外周の間にスペーサ部材を設
けて封着した構造となっている。両基板３，４の間に
は、高いアノード電圧による電極間のショート（スパー
クの発生）を避けるために、ある程度の距離（本例では
例えば一例として２０ｍｍ）が確保してある。カソード
基板３とアノード基板４は絶縁性であり、特にアノード
基板４は透光性である。外囲器２の内部は排気されて高
真空雰囲気とされている。

【００１２】外囲器２の内部において、アノード基板４
の内面にはアノード５が形成されている。本例のアノー
ド５には、５ｋＶ〜８ｋＶ程度の高圧の陽極電圧が印加
される。アノード５は、アノード基板４の内面に設けら
れた蛍光体層６と、蛍光体層６の表面に設けられたメタ
ルバック層７からなる。アノード５が形成されている部
分以外のアノード基板４の内面には、遮光機能を有する
絶縁性の黒色層８が設けられている。

【００１３】外囲器２の内部において、カソード基板３
の内面には、電子放出源であるカソードとして、電界放
出素子９が形成されている。電界放出素子９は、カソー
ド基板３の内面に設けられたカソード電極１０と、カソ
ード電極１０の上面に設けられた抵抗層１１と、抵抗層
１１の上面に形成されたエミッション層１２とを有して
いる。

【００１４】本例のエミッション層１２は、電界電子放
出特性をもつカーボン物質を含んでいる。本例で使用可
能なカーボン物質としては、例えば、ダイヤモンドライ
クカーボン（ＤＬＣ）、Ｃ６０等のフラーレン、カーボ
ンナノチューブナノカプセル等が挙げられる。これらの
物質をペースト状にし、薄膜形成又は厚膜印刷した抵抗
層１１の上に印刷してエミッション層１２を形成するこ
とができる。

【００１５】さらに、電界放出素子９は、アノードの１
画素に対応して独立に選択できるエミッション層１２の
上面に所定のパターンで形成された所定高さの突起層１
３を有している。突起層１３はガラス等の絶縁物質から
なり、絶縁物質のペーストを厚膜印刷した後に焼成して
得られる。突起層１３の上面には、アノードの１画素に
対応して独立に選択できるゲート電極１４（引き出し電
極）が設けられている。このゲート電極１４も導電物質
を含むペーストの厚膜印刷によって形成できる。

【００１６】外囲器２の内部において、ゲート電極１４
とアノード５の間には、収束電極１５が設けられてい
る。収束電極１５は、エミッション層１２から放出され
た電子が支障なく通過できるだけの開口部を備えた構造
を有しており、具体的にはメッシュ状等の構造を有する
電極体である。

【００１７】本例では、図３に例示するような種々のパ
ターンで形成された突起層１３の上に、これと同一のパ
ターンでゲート電極１４を形成する。ゲート電極１４に
は共通の電位が印加される。本例の電界放出形表示素子
は、このような所定パターンに形成されて同一電位が与
えられるゲート電極１４を備えた電界放出素子９を、多
数有している。そして、収束電極１５の電子通過部分
と、アノード５の蛍光体層６のパターンは、各電界放出
素子９のゲート電極１４に対応して設けられている。

【００１８】本例の電界放出形表示素子１の駆動方法を
説明する。図２に示すように、アノード５に印加される
電圧をＶ_a、収束電極１５に印加される電圧をＶ_f、ゲ
ート電極１４に印加される電圧をＶ_gとすると、Ｖ_a＞
Ｖ_f＞Ｖ_gとなるように駆動する。実際には、ゲート電
極１４に１５０Ｖの電位を与え、収束電極１５にはこれ
よりも高い電位、例えば１５０Ｖを越え２５０Ｖ程度ま
での電位を与え、アノード５にはさらに高い電位を与え
る。

【００１９】ゲート電極１４は引き出し電極として機能
する。即ち、ゲート電極１４が発生させる電界によって
エミッション層１２から電界電子が放出される。電子は
収束電極１５を通過してアノード７のメタルバック層７
に射突し、蛍光体層６を発光させる。

【００２０】本例では、収束電極１５とゲート電極１４
の電位の関係がＶ_f＞Ｖ_gとなっている。本発明者等の
知見によれば、Ｖ_f＞Ｖ_gとなるとエミッション層１２
からの電流Ｉa が増大するが、Ｖ_fがＶ_gに近づく又は
Ｖ_gより小さくなるとエミッションが減衰して電流Ｉa
が減少する。これは、Ｖ_fがＶ_gに近づくとゲート電極
１４と収束電極１５の間の空間の電位が均一になるた
め、エミッション層１２から引き出された電子が方向性
をなくして分散または逆向してしまうためである。

【００２１】以上説明した実施の形態の電界放出形表示
素子１においては、高輝度を得るためにアノード電圧が
高くなっており、この高いアノード電圧による電極間の
スパークを避けるためにアノード５とカソード（電界放
出素子９）の間隔（アノード基板４とカソード基板３の
間隔）が長くなっている。このため、ゲート電極１４に
よってエミッション層１２から引き出された電子は、前
記収束電極１５がなければ、アノード５に到達するまで
の間に拡散してしまい、アノード５の蛍光体層６の中の
必要な特定の部分のみを発光させることができにくくな
ってしまう。しかしながら、本例の装置にはアノード５
とゲート電極１４の間に収束電極１５があり、しかも収
束電極１５の電位はゲート電極１４の電位よりも若干高
くなっているので、エミッション層１２から放出された
電子は拡散することなく集束されて真上の方向に直進
し、アノード５の蛍光体層６の所定の部分に射突して発
光させることができる。

【００２２】以上説明した実施の形態の電界放出形表示
素子においては、エミッション層１２を形成するため
に、従来のＦＥＤのエミッタのような斜め蒸着法等によ
る特殊な技術を用いる必要がない。即ち、所望の面積の
エミッション層１２と、所望のパターンの突起層１３及
びゲート電極１４を、印刷法のようなプロセスが簡単で
量産コストが安い技術的に安定した方法で精度よく形成
することができる。

【００２３】また、エミッション層１２はペースト化し
たカーボン系のエミッション物質を用いて印刷法で形成
できるので、均一性が良好で、安定した電子放出を行え
る。従って、各例の電子放出素子は、従来のものよりも
大面積・大量生産に適しており、電界放出形表示素子用
の電子源として特に適している。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、アノードに高電圧を与
えて駆動する電界放出形表示素子（ＦＥＤ）において、
エミッタから放出された電子の拡散を防止して表示の品
位を確保することができる。また、本発明によれば、所
望の面積のエミッション層と、所望のパターンの突起層
及びゲート電極を、印刷法のようなプロセスが簡単で量
産コストが安い技術的に安定した方法で精度よく形成す
ることができる。また、エミッション層はペースト化し
たカーボン系のエミッション物質で形成できるので、均
一性が良好で、安定した電子放出を行える。さらに、収
束電極を設ければ、本来方向性の少ないＤＬＣやＣ６０
やカーボンナノチューブナノカプセル等のエミッション
層から出る電子に、特定の方向性を持たせて収束性よく
制御することができ、漏れ発光が防止されて高い表示品
位が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の実施の形態の第１の例における各電極
の電位を示す断面図である。

【図３】本発明の実施の形態の第１の例におけるゲート
電極のパターン例を示す斜視図である。

【図４】一般的な電界放出形表示素子の断面図である。

【符号の説明】

１電界放出形表示装置２外囲器３カソード基板４アノード基板５アノード６蛍光体層７メタルバック層９電界放出素子１０カソード電極１１抵抗層１２エミッション層１３突起層１４ゲート電極１５収束電極

フロントページの続き (72)発明者岩瀬広幸千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式会社内 (72)発明者田中源太郎千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式会社内Ｆターム(参考） 5C036 EE04 EE14 EF01 EF06 EF09 EG02 EG12 EG17 EG19 EH04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対面するカソード基板とアノード基板の
各外周部の間を封止して内部が排気された外囲器と、前
記カソード基板の内面にアノード基板の画素ドットに対
応して１対１で設けられたカソード電極と、前記カソー
ド電極に導通して設けられたエミッション層と、前記エ
ミッション層の上方に設けられた少なくとも１つ以上の
貫通孔を有するゲート電極と、前記アノード基板の内面
に設けられた蛍光体層とを有する電界放出形表示素子。
【請求項２】対面するカソード基板とアノード基板の
各外周部の間を封止して内部が排気された外囲器と、前
記カソード基板の内面に形成されたカソード電極と、前
記カソード電極に導通して設けられたエミッション層
と、前記エミッション層の上方に設けられたゲート電極
と、前記アノード基板の内面に設けられた蛍光体層と、
前記蛍光体層を被覆するとともに高電圧が印加されるメ
タルバック層と、前記ゲート電極と前記メタルバック層
の間に設けられた収束電極とを有する電界放出形表示素
子。
【請求項３】前記エミッション層が、電界電子放出特
性をもつのカーボン物質を含む層により形成された請求
項１又は２記載の電界放出形表示素子。
【請求項４】前記エミッション層の上に絶縁性物質を
含む突起層を所定のパターンで設け、前記ゲート電極を
前記突起層の上面に形成したことを特徴とする請求項１
又は２記載の電界放出形表示素子。
【請求項５】前記カソード電極と前記エミッション層
の間に抵抗層が設けられた請求項１又は２記載の電界放
出形表示素子。
【請求項６】対面するカソード基板とアノード基板の
各外周部の間を封止して内部を排気した外囲器と、前記
カソード基板の内面に形成されたカソード電極と、前記
カソード電極に導通して設けられたエミッション層と、
前記エミッション層の上方に設けられたゲート電極と、
前記アノード基板の内面に設けられた蛍光体層と、前記
蛍光体層を被覆するとともに高電圧が印加されるメタル
バック層と、前記ゲート電極と前記メタルバック層の間
に設けられた収束電極とを有する電界放出形表示素子の
駆動方法において、前記アノードに印加される電圧をＶ_a、前記収束電極に
印加される電圧をＶ_f、前記ゲート電極に印加される電
圧をＶ_gとすると、Ｖ_a＞Ｖ_f＞Ｖ_gとなるように駆動
することを特徴とする電界放出形表示素子の駆動方法。