JP2001023550A

JP2001023550A - 電界放射冷陰極およびその製造方法ならびに表示装置

Info

Publication number: JP2001023550A
Application number: JP19523599A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nakanishi; 優行中西
Original assignee: Ise Electronics Corp
Current assignee: Noritake Itron Corp
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ゲート電極と電子放出層との間隙を正確に維
持する。【解決手段】絶縁性基板２と、この絶縁性基板上に形
成された陰極３と、この陰極上に形成された電子放出層
４と、この電子放出層の側部および表面部の少なくとも
一つに配設された絶縁性無機長繊維５を介して電子放出
層の上部に複数の開口部を有するゲート電極６とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電界放射冷陰極およ
びその製造方法ならびに表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＦＥＤ（Field Emission Display）は、
陰極側に配置した電子源から放出された電子を、対向電
極に形成された蛍光体層からなる発光部に衝突させて発
光させるフラットパネル（平面）ディスプレイである。
このＦＥＤは、サブミクロン〜ミクロンサイズの微小真
空管、すなわち、電界放射冷陰極電子源を用いた真空マ
イクロデバイスの一種である。基本構成は、従来の真空
管と同じ３極管であるが、熱陰極を用いず、陰極（エミ
ッタ）に高電界を集中して量子力学的なトンネル効果に
より電子を引き出す電界放射冷陰極を用いている。この
引き出した電子を、陽極／陰極間の電圧で加速し、陽極
に形成した蛍光体層に衝突・励起させて発光させる。陰
極線による蛍光体の励起発光という点では、ブラウン管
と同じ原理であるが、ブラウン管と比較して体積と重量
ならびに消費電力が小さいという特長を持っている。さ
らに、液晶ディスプレイ装置と比較して、バックライト
が必要なく、かつ視野角が広いという特長を持ってい
る。

【０００３】電子放出層に仕事関数の小さいダイヤモン
ド薄膜層を利用する電界放射冷陰極および表示装置はす
でに知られている（特開平６−３６６８６号公報、特開
平６−２０８８３５号公報）。ダイヤモンド薄膜層は、
金属や半導体の電子放出しきい値電界が約 2桁小さい。
このため、比較的低い電圧で電子放出が可能となる。ま
た、電子放出層の周囲にビーム形成電極を設け、さらに
絶縁層を介してビーム形成電極上にゲート電極を設けた
電界放射冷陰極および表示装置が開示されている（特開
平８−２９３２４４号公報）。

【０００４】ゲート電極として金属薄板を用いる従来の
電界放射冷陰極に関して図８により説明する。図８
（ａ）および図８（ｃ）は電界放射冷陰極の断面図を、
図８（ｂ）はストライプ状に形成されたゲート電極の部
分平面図をそれぞれ示す。図８（ａ）に示すように、真
空容器の一部を構成している絶縁性基板１１上に、リブ
１２が所定間隙で配置され、そのリブ１２で挟まれた領
域に電子放出層１３が形成されている。そして、リブ１
２上に、ゲート電極１４が配置され、電子放出層１３と
ゲート電極１４との間に所定の電圧を印加することで、
電子放出層１３より電子を引き出すようにしている。そ
のゲート電極１４は、図８（ｂ）に示すように、金属の
板から構成され、所定の間隙で開口部１４ａが複数個形
成されたメッシュ状のものである。ところで、ゲート電
極１４と電子放出層１３との間隙は、可能な限り短くし
た方が、より低い電圧でより多くの電子を放出させるこ
とができるようになる。しかしながら、それらを近づけ
すぎれば接触する箇所が発生するようになるが、ゲート
電極１４と電子放出層１３とが接触しては電子を引き出
すことができない。

【０００５】ここで、図８（ｃ）に示すように、ゲート
電極１４の裏面の所定領域に絶縁層１５を印刷形成し、
これをスペーサとして用いることでゲート電極１４と電
子放出層１５をより近設させることができる。図８
（ａ）に示したリブ１２を用いる場合に比較して、絶縁
層１５をスペーサとして用いる場合、離間させる間隙は
絶縁層１５の層厚で制御することになる。そして、ま
ず、複数のリブ１２を複数箇所に設置することに対して
一度にスペーサーを形成できるので容易に絶縁ギャップ
が形成できる。また、均一に制御することに関し、絶縁
層１５などの層厚制御はより容易であり、制御性よく数
μm 程度のばらつきで比較的精度よく形成することも可
能である。このため、絶縁層１５をスペーサとして用い
るようにすれば、電子放出層１３上にゲート電極１４を
接触させることなくより近設させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、絶縁層
１５をスペーサとして用いる場合、ゲート電極の裏面に
耐熱性と低いガス放出性能を有する絶縁材料で、ゲート
電極となる金属薄板を反らさず、安定かつ簡便に陰極と
ゲート電極とを絶縁することが困難であるという問題が
あった。一方、 300V 程度以下の低電圧で駆動するため
には、ゲート電極と陰極との間隙をより狭く安定させる
必要がある。そのため、ゲートと陰極との間隙をより狭
く、正確に規定する必要があるが、従来のリブ１２ある
いは絶縁層１５では場所ごとの層厚の変動の制御が十分
でなくその制御が困難であるという問題があった。

【０００７】また、絶縁性無機長繊維をスペーサーとし
て用いようとすると、次のような問題がある。まず、蛍
光表示管に用いられるタングステンなどの金属繊維と異
なって、絶縁性無機長繊維を基板上に張設しようとする
と、溶接などの方法では直接基板上に固定するこどが難
しい。また、無機長繊維は脆さがある。例えばガラス繊
維の場合、レーザー溶接などによってガラスを溶かして
金属フレームなどに溶接することは可能であるが溶かす
ことでガラス繊維にクラックが入ったり、フレームへの
接着力が弱かったりするのですぐに切れたり外れたりし
てしまう。また、曲げに対しても金属繊維に比較して弱
いという問題がある。さらに、電界放射冷陰極などの基
板に無機長繊維を張設する場合、蛍光表示管のように等
しいピッチでないため、予め張る位置を明確にして置く
必要がある。このため、無機長繊維を電界放射冷陰極な
どの電子デバイスに張設する方法と組立方法とが確立さ
れていないという問題がある。

【０００８】本発明は、このような問題に対処するため
になされたもので、ゲート電極と電子放出層との間隙を
正確に維持することができる電界放射冷陰極、その製造
方法およびこの電界放射冷陰極を用いて、表示品位に優
れ、低電圧で低消費電力の表示装置を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電界放射冷陰極
は、絶縁性基板と、この絶縁性基板上に形成された陰極
と、この陰極上に形成された電子放出層と、この電子放
出層の側部および表面部の少なくとも一つに配設された
絶縁性無機長繊維を介して電子放出層の上部に複数の開
口部を有するゲート電極とを備えたことを特徴とする。

【００１０】また、上記陰極は絶縁性基板上に複数個列
設され、絶縁性無機長繊維は電子放出層の側部に配設さ
れ、ゲート電極は電子放出層に交差するように複数個列
設されてなることを特徴とする。

【００１１】また、上記無機長繊維の繊維直径が 3〜20
0μm であり、上記ゲート電極は直径 10〜100μm の開
口部が複数個形成された金属薄板であることを特徴とす
る。また、上記ゲート電極は、電子放出層と対向する面
に絶縁層が形成されてなることを特徴とする。また、上
記ゲート電極の熱膨張係数の値が上記絶縁性基板の熱膨
張係数の値以上であることを特徴とする。

【００１２】本発明の電界放射冷陰極の製造方法は、絶
縁性基板上に陰極を形成する工程と、この陰極上に電子
放出層を形成する工程と、この電子放出層の側部および
表面部の少なくとも一つに絶縁性無機長繊維を配設する
工程と、上記電子放出層の上部に複数の開口部を有する
ゲート電極を形成する工程とを含んでなる電界放射冷陰
極の製造方法において、上記絶縁性無機長繊維を配設す
る工程は、フィラメントフレームに絶縁性無機長繊維を
所定のピッチと本数で複数本張る工程と、この絶縁性無
機長繊維が張設されたフィラメントフレームを上記絶縁
性基板上に配置する工程とから構成され、上記ゲート電
極を形成する工程は、開口部が上記電子放出層の上部と
なる位置にゲート電極を絶縁性無機長繊維を介して積層
配置する工程と、所定の部分で絶縁性無機長繊維の固定
とゲート電極の固定とを行なう工程と、上記絶縁性基板
周囲のフィラメントフレームと絶縁性無機長繊維とを所
定の部分で切り離す工程とから構成されることを特徴と
する。

【００１３】本発明の表示装置は、少なくとも一部が透
光性の表示面を有して内部が所定の真空度とされた外囲
器と、上記表示面の内側に蛍光体層に電圧を印加するた
めの陽極を備えた発光部と、上記外囲器内部に上記発光
部と所定の間隙を有して配置され、その発光部に対して
電子を放出する電界放射冷陰極とを備えてなる表示装置
において、上記電界放射冷陰極が上記電界放射冷陰極で
あることを特徴とする。

【００１４】本発明の電界放射冷陰極は、寸法精度に優
れた絶縁性無機長繊維を介してゲート電極を配置するこ
とにより、真空下においてもガスの放出がなく、ゲート
電極と電子放出層との間隙を精度よく維持することがで
きる。また、製造方法は、絶縁性無機長繊維を張設した
フィラメントフレームを用いてゲート電極と固定し、そ
の後周囲部分を切り離す工程を採用することにより、金
属フィラメントに比較して脆いガラス繊維などを用いて
も、蛍光表示管を製造する既存設備を採用することがで
き、その製造設備で電界放射冷陰極を用いた表示管を製
造することができる。本発明の表示装置は上記電界放射
冷陰極を用いることにより、ゲート電極と電子放出層と
の間隙が一定となり均一な電子放出性能が得られる。そ
の結果、表示品位に優れ、熱陰極に比較して低電圧で低
消費電力の表示装置が得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の電界放射冷陰極の一例を
図１、図２および図３を参照して説明する。図１は一部
を省略して電界放射冷陰極の一部切欠き斜視図であり、
図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図２（ａ）は
電子放出層４の対向面に絶縁層がない場合を、図２
（ｂ）は対向面に絶縁層がある場合をそれぞれ示す。図
３は絶縁性無機長繊維５が張設され、その上にゲート電
極６が載置されたフィラメントフレーム８と、陰極３お
よび電子放出層４が形成された絶縁性基板２との一部切
欠分解斜視図であり、組み立て前の状態を示す図であ
る。電界放射冷陰極１は、絶縁性基板２の上に陰極３
が、この陰極３の上に電子放出層４が形成され、スペー
サーとして機能する絶縁性無機長繊維５を介して設けら
れたゲート電極６により構成されている。

【００１６】絶縁性基板２は、熱膨張係数値がゲート電
極の熱膨張係数値未満であれば、使用することができ
る。熱膨張係数値をこのように設定することにより、製
品完成時にゲート電極の張設が可能となる。具体的に
は、熱膨張係数値が 7×10^-6〜11×10^-6／℃の材質であ
れば使用できる。絶縁性基板２は、基板自体が絶縁性で
あるガラス、セラミックス類、または表面に絶縁層が設
けられたシリコンなどの半導体類および金属類で、上記
熱膨張係数を有する材料を使用できる。好ましい絶縁性
基板２としては、ガラス、セラミックス類を挙げること
ができる。例えば、フォルステライト、カリ石灰ガラ
ス、青板・ソーダガラス、白板・カリガラス、ソーダ・
アルミ・珪酸ガラス、ソーダ・カリガラス、ホウ珪酸ガ
ラス、アルカリフリーガラス、耐熱ホウ珪酸ガラス、９
６％珪酸ガラス、珪酸ガラス等を挙げることができる。
これらの中で、フォルステライト、白板・カリガラス
（熱膨張係数値、(9.4〜10)×10^-6／℃）、青板・ソー
ダガラス（熱膨張係数値、(8.7〜9.6)×10^-6／℃）が本
発明にとって好ましい。また、後述するダイヤモンドラ
イクカーボンの製膜ができる結晶化ガラスも好ましい。

【００１７】絶縁性基板２上に形成される陰極３は、半
導体チップなどに使用できる配線材料を使用することが
できる。例えば、チタン（Ｔｉ）、タングステン
（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、アルミ
ニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａ
ｕ）、白金（Ｐｔ）、およびこれらの合金、化合物を挙
げることができる。また、陰極３の形成方法は、スパッ
タリング法やＣＶＤ法など半導体チップなどに用いられ
る周知の方法を採用することができる。

【００１８】陰極３上に電子放出層４が形成される。電
子放出層４は仕事関数が小さい材料で形成されることが
好ましい。仕事関数が小さい材料、例えば電子放出しき
い値電界が約 20V/μm 程度以下の材料を用いることに
より、低いゲート電圧で電子を取り出すことができる。
仕事関数が小さい材料としては、例えば、ダイヤモンド
ライクカーボン（ＤＬＣ）、単結晶ダイヤモンド、多結
晶ダイヤモンド、非晶質ダイヤモンド、非晶質カーボ
ン、カーボンナノチューブ等の炭素系電子放出材料を挙
げることができる。ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬ
Ｃ）は、非晶質の部分を含むがダイヤモンド結晶類似の
構造を有し、スパッタリングＰＶＤやプラズマＣＶＤ法
で製膜され、0.1〜10V/μm 程度の電子放出しきい値電
界を有している。上記陰極と同様な方法で製造すること
ができ、好適な材料である。

【００１９】電子放出層４を表面に有する陰極３は、ス
トライプ状の陰極３を絶縁性基板２上に複数個列設する
ことができる。カラー表示装置を形成する陰極３の形状
の一例を図３に示す。ストライプ状の陰極３ａ、３ｂお
よび３ｃが、陽極側の一つの画素を形成する赤（Ｒ）、
緑（Ｇ）、青（Ｂ）からなる螢光体層にそれぞれ電子を
放出する電極となる。この陰極３と複数個列設されたス
トライプ状のゲート電極６とを交差して配置することに
よりマトリクスの交点が形成されダイナミック駆動に適
したカラー表示装置が得られる。また、電子放出層４を
表面に有する陰極３は絶縁性基板２表面全体に電気的に
独立した電極群として分割形成されていてもよい。この
場合、個々の陰極を個別に制御することによりスタティ
ック駆動に適した表示装置が得られる。

【００２０】絶縁性基板２表面には、陰極３とともに、
ゲート外部引き出し線３ｄなどの外部引き出し線が形成
されている。なお、ゲート外部引き出し線３ｄの先端
は、ゲート電極６の外部引き出し接続孔７ｂに接続でき
る位置に形成される。

【００２１】本発明に使用できる絶縁性無機長繊維５
は、繊維直径が 3〜200μm 、好ましくは 3〜 50μm 、
より好ましくは 3〜 20μm である。繊維直径によりゲ
ート電極と電子放出層との間隙が定まる。この間隙は、
電子放出層の能力にもよるが十分な電子放出を得るため
に必要な電界を 5V/μm とすると、 3〜200μm であ
る。例えば電子放出層４とゲート電極６との間隙が 200
μm を越えると、 1000Vの駆動電圧となり、スイッチン
グの実用範囲外となる。このため、仕事関数の小さい一
般的な電子放出層を用いた場合、電子放出層４とゲート
電極６との間隙は 3〜 50μm 程度が実用範囲となる。
なお、仕事関数のより小さい電子放出層も開発されてき
ており、電子放出層４とゲート電極６との間隙が 100μ
m を越える場合でも十分実用範囲となってきている。こ
のような場合では、繊維直径を大きくできる。また繊維
長さは 5mm以上である。 5mm以上あると、絶縁性基板２
表面に張設することも、また散布することも容易とな
る。絶縁性無機長繊維５は、スプールから巻回して取り
出す時に切れない程度の抗張力を有する材料であること
が好ましい。後述する製造工程において張設することが
容易となる。

【００２２】絶縁性無機長繊維はシリコン（Ｓｉ）、ア
ルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バリウム
（Ｂａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）やタンタル（Ｔａ）、
チタン（Ｔｉ）等の金属の酸化物、窒化物、炭化物、フ
ッ化物等で固体となる化合物を長繊維としたものが使用
できる。具体的な繊維としては、ガラス繊維、ポリアル
ミノシロキサン粘ちょう溶液を紡糸した後焼成して得ら
れるアルミナ繊維、ポリカルボシランまたはポリチタノ
カルボシランを溶融紡糸した後焼成して得られる炭化ケ
イ素系繊維等を挙げることができる。

【００２３】ガラス繊維は均一な繊維直径のものが容易
に得られ、ゲート電極とともに固定するときに使用され
るフリットガラスとの接着性に優れるため、本発明に好
適な絶縁性無機長繊維である。ガラス繊維の材料として
は、バリウムホウ珪酸ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、
石英などの無アルカリガラスを挙げることができる。ガ
ラス繊維は、液晶用のガラスロッドの原材料を使用すれ
ば、繊維長さが 50mm 以上で、繊維直径が数μm 〜20μ
m 程度で、その直径のバラツキが±0.02〜±0.05μm の
繊維が得られる。また、光ファイバーを転用すれば、繊
維直径が 50μm 程度で直径のバラツキがより均一でス
プールに巻回できる程度の長さの繊維が得られる。

【００２４】絶縁性無機長繊維５は、図１に示すよう
に、絶縁性基板２の上であって電子放出層４の側部、上
面、または、側部および上面に張設できる。電子放出層
４の両側であってもよく、またゲート電極６の強度によ
っては複数個並べた電子放出層４を挟んだ両側に配設し
てもよい。なお、絶縁性無機長繊維５は、繊維長さが 1
0mm 程度のものをスペーサーとなるように相互に重なら
ない状態で散布してもよい。

【００２５】ゲート電極６は電子放出層から電子を引き
出す電極であり、金属薄板で形成される。ゲート電極６
は、その熱膨張係数値が絶縁性基板２の熱膨張係数値以
上であれば使用できる。熱膨張係数値をこのように設定
することにより、電界放射冷陰極完成時にゲート電極の
張設が可能となる。具体的には、熱膨張係数値が 7×10
^-6〜19×10^-6／℃の材質で、絶縁性基板２の熱膨張係数
値以上であれば使用できる。ゲート電極６としては、４
２６合金、ステンレス（ＳＵＳ３０４）、ニッケル（Ｎ
ｉ）のいずれかの薄板であることが、熱膨張係数および
成形加工性に優れているため好ましい。

【００２６】図１に示すように、ゲート電極６は複数の
メッシュ部６ｂが形成され、個々のメッシュ部６ｂは複
数の微小な開口部６ａを有している。また、メッシュ部
６ｂの平面形状は、電子放出層の平面形状と略同一とす
る。開口部６ａは金属薄板をエッチング加工などにより
形成することができ、一つの開口部６ａの平面形状は電
子放出層から引き出される電子に対して電界強度分布が
均一になる円形である。その開口部６ａの直径は、電界
が均一に印加することができるため、小さいほうがよい
が、開口部６ａの直径が小さくなる、あるいは板厚が厚
くなると、金属薄板のエッチング加工が困難になるなど
の問題が生じるため、一つの開口部６ａの直径は、φ 1
0〜100μm である。φ 10μm 未満であると製造が困難
であり、またφ100μm を越えると、電子放出層に電子
を引き出す電界を均一に印加することが困難となる。一
つの開口部６ａと他の開口部６ａとの距離（ピッチ）
は、開口部６ａの直径によって異なり、この直径より略
大きい距離（ピッチ）であればよい。なお、一つの開口
部６ａの形状は、円形以外に矩形パターン、正六角形パ
ターン等の多角形パターンとすることができる。ゲート
電極６の板厚は 10〜200μm であることが好ましく、よ
り好ましくは 30〜60μm である。板厚が 10μm 未満で
あると電子放出層と一定距離を維持するのが困難とな
り、200μm を越えると、開口部６ａの直径が小さい場
合に加工が困難となる。

【００２７】ダイナミック駆動におけるゲート電極６
は、絶縁性基板２上にストライプ状に複数個列設され、
複数の開口部６ａが電子放出層４に対向するように、か
つ複数のストライプ状のゲート電極６が複数のストライ
プ状の電子放出層４に交差するように配設する。マトリ
クス表示においては、交差する領域の一つが一つの表示
ドットを形成する。ゲート電極６と電子放出層４との交
差は、互いに直交するように交差させることが好まし
い。また、スタティック駆動においては、ゲート電極６
と電子放出層４とを必ずしも交差させる必要がなく、電
子放出層の上部にゲート電極が配設されていればよい。

【００２８】ゲート電極６が電子放出層４に対向する面
に絶縁層６ｃを形成することができる（図２（ｂ））。
特に電子放出層４との間隙が 20μm 未満となる場合は
絶縁層を形成することにより、安定してゲート電極６と
陰極３との絶縁を確保することができる。また、ゲート
電極に吸収される無効電流を抑えることができ、効率的
に電界を印加することが可能になる。絶縁層としては、
金属薄板からなるゲート電極６に反りを発生させること
のない薄膜であれば、スパッタリング方法や金属アルコ
キシドを焼成する方法で形成される金属化合物薄膜、あ
るいは全芳香族ポリイミドなどの耐熱性樹脂薄膜等を用
いることができる。

【００２９】電界放射冷陰極の製造方法について図４に
より説明する。図４は製造工程図である。絶縁性基板２
の上に陰極３を形成し、その上に電子放出層４を形成す
る（図４（ａ））。陰極３および電子放出層４は、スパ
ッタリング法など半導体チップなどに用いられる周知の
方法を採用できる。また、別にゲート外部引き出し線３
ｄを画素間に形成する。

【００３０】別に準備したフィラメントフレーム８に絶
縁性無機長繊維５を所定のピッチと本数で複数本張る
（図４（ｂ））。なお、図４（ｂ）の i）は図３におけ
るＡ−Ａ断面図であり、ii）は図３におけるＢ−Ｂ断面
図であり、それぞれゲート電極６載置前の図である。絶
縁性無機長繊維５は、絶縁性基板２上の画素配置に整合
させたピッチで張ることで無機長繊維のラインと陰極パ
ターンとの位置合わせが容易になり、蛍光表示管の製造
工程で扱うのと同じように絶縁性無機長繊維５を扱うこ
とができる。

【００３１】また、絶縁性無機長繊維５を張っておくべ
きフィラメントフレーム８の位置に予めハーフエッチン
グによって溝を作っておくことで、フィラメントの位置
合せと固定が容易になり、作業性が飛躍的に向上する。
ハーフエッチングは、絶縁性無機長繊維５の繊維直径寸
法およびフレーム８の厚さに応じてエッチング量を設定
する。例えば、幅 3〜200μm 、深さ 3〜200μm の溝８
ａを繊維５がフレーム８を横断する方向に形成する。ま
た、溝８ａの長さは、絶縁性無機長繊維５がフレーム８
を横断する方向の長さ全面でなく、部分的に形成するこ
とが好ましい。この溝８ａは、絶縁性無機長繊維５を落
とし込むようにして位置合わせするとともに、フィラメ
ントフレーム８に固定する。

【００３２】その後、絶縁性無機長繊維５のフィラメン
トフレーム８への固定部分５ａを金属タブ８ｂでカバー
するように押さえ込むとともに、金属タブをフレーム８
に溶接することで絶縁性無機長繊維５を容易にフィラメ
ントフレーム８へ固定・張りつけることができる。絶縁
性無機長繊維５の固定部に金属タブで蓋をするように溶
接固定することで、蛍光表示管の製造工程で使用される
フィラメント溶接機が使用可能となり、脆い絶縁性無機
長繊維であるにもかかわらず、フィラメント溶接機のチ
ャック機構でつかんで引っ張ることができ、タングステ
ンなどの金属繊維と同様の作業ができる。なお、レーザ
ー溶接の場合、絶縁性無機長繊維の上部を狙って溶接す
ると、無機長繊維が金属タブを介して間接的に加熱され
て溶けて、容易に固定できる。

【００３３】ハーフエッチングでできた溝の部分に蓋を
するようにタブを配置する場合、絶縁性無機長繊維５の
直径と同等かそれより若干浅い溝を作っておくことが好
ましい。また、ハーフエッチングの深さが制御できず、
繊維５の直径よりも溝が深い場合は、タブの溶接位置を
溝の切れる境界部分にするか、溝のない部分にすること
で対処できる。なお、金属タブ８ｂで固定する部分は、
少なくとも溝８ａの部分、溝から溝のない部分に駆け上
がる部分、溝のない部分の何れか 1箇所以上であり、タ
ブの溶接部分は絶縁性無機長繊維５の上、繊維５のない
両端部分のいずれかまたは両方であってもよい。また
は、金属タブ８ｂの代わりに粘着テープ、瞬間接着剤な
どの接着部材で絶縁性無機長繊維５をフィラメントフレ
ーム８へ固定・張りつけることができる。

【００３４】次に、絶縁性無機長繊維５が所定のピッチ
と本数で複数本張られたフィラメントフレーム８を、絶
縁性無機長繊維５が電子放出層４の両側を挟み込むよう
にして、絶縁性基板２上に配置する（図４（ｃ））。次
に、開口部６ａが電子放出層４の上部となる位置に、ゲ
ート電極６を絶縁性無機長繊維５の上に、電子放出層４
と交差して積層配置して、絶縁性基板２の所定の部分で
絶縁性無機長繊維５の固定とゲート電極６の固定とを行
なう（図４（ｄ））。なお、ゲート電極６の固定部７ａ
および電気的接続部７ｂは、ＲＧＢを一画素とすると、
その画素間に設けることが電子放出層４とゲート電極６
との間隙を一定に維持し、また外部引き出し線との電気
的接続が容易となるので好ましい。

【００３５】ゲート電極６の絶縁性基板２への固定は、
固定用フリットガラスと、耐熱性導電ペーストとを用い
て行なうことが好ましい。この両者を併用することで、
絶縁性無機長繊維５上に配置されたゲート電極６の固定
と外部引き出し線３ｄとの電気的接続が同時にできる。
また、固定用フリットガラスおよび耐熱性導電ペースト
は、後述する非酸化性雰囲気で焼成・固化できるもので
あることが好ましい。

【００３６】固定用フリットガラスは、珪酸ナトリウ
ム、珪酸カリウムなどの水ガラス、または有機基材に、
作業温度 350〜550℃の結晶質フリットガラスが配合さ
れているペースト状材料である。なお、結晶質フリット
ガラスにはアクリル樹脂などを粘着材として配合するこ
とが好ましい。

【００３７】耐熱性導電ペーストは導電性充填材を接着
剤に混合したものである。導電性充填材は、導電性金属
類の粉、例えば銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、銅（Ｃｕ）粉、導電性炭素粉等を挙げることがで
きる。また、接着剤は、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム
などの水ガラス、低融点フリットガラス等を挙げること
ができる。なお、低融点フリットガラスにはアクリル樹
脂などを粘着材として配合することが好ましい。

【００３８】また、ゲート電極６の絶縁性基板２への固
定は、非酸化性雰囲気で行なうことが好ましい。仕事関
数の小さい炭素系電子放出層、例えばダイヤモンドライ
クカーボン（ＤＬＣ）は、酸化性雰囲気で焼成すると、
劣化や焼失のおそれがあるためである。非酸化性雰囲気
とは、例えば水素ガス、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴン
ガス、ネオンガス、ヘリウムガスの単独または混合雰囲
気をいう。

【００３９】ゲート電極の具体的な固定方法としては、
ゲート電極に設けられた固定部７ａに固定用フリットガ
ラスを、電気的接続部７ｂに耐熱性導電ペーストを、そ
れぞれ塗布する。その後、窒素ガスと炭酸ガスとの混合
雰囲気中にて、封止炉の温度を約 470℃に設定して焼成
する。この方法により、ゲート電極６が絶縁性基板２に
固定されると同時に、外部引き出し線３ｄとの電気的接
続ができる。なお、この方法は、絶縁性基板２とゲート
電極６との固定のみならず、電界放射冷陰極を用いた表
示装置の封止工程を一括して行なう場合にも適用でき
る。

【００４０】絶縁性基板２にゲート電極６を固定した
後、絶縁性基板２周囲のフィラメントフレーム８と絶縁
性無機長繊維５とを絶縁性基板２周囲の部分で切り離す
ことにより電界放射冷陰極が得られる（図４（ｅ））。

【００４１】ゲート電極６の固定方法として、他の方法
について説明する。この方法は各画素毎に分割する点順
次駆動に近い 1画素分割タイプのゲート電極に好適な方
法である。このタイプの電界放射冷陰極においては、個
々の画素毎に相互に分割されたゲート電極６を配設する
必要が生じる。ゲート電極６を個別に機械的作業によっ
て一枚ずつ配設する作業では、搬送と位置合わせ工程で
時間がかかり、また位置ずれの問題が生じる。また、特
に絶縁性無機長繊維をスペーサとして用いる場合は、絶
縁性無機長繊維が前もって固定されていないと、ゲート
電極６が不安定になりやすく、また位置合わせが困難と
なる。このため、絶縁性基板２にゲート電極６を固定し
た後、個々の画素毎にそのゲート電極６を切断すること
ができれば、絶縁性無機長繊維を用いた場合でも位置合
わせが容易にでき、生産性に優れた方法となる。

【００４２】絶縁性基板２に固定した後、個々の画素毎
に容易に切断できる形状のゲート電極６を図５に示す。
図５（ａ）はゲート電極６の平面図であり、図５（ｂ）
は変形例の平面図である。ゲート電極６は、ＲＧＢから
なる所定の画素との間を所定の長さを有する接続部７ｃ
で接続されている。接続部７ｃは、三角形（図５
（ｂ））、菱形、、鼓形などの 90度以下の鋭角先端部
分で接続されることが好ましく、その幅が 10〜1000μm
で、先端幅が 10〜500μm となるように設けることが
好ましい。この形状とすることにより、接続部７ｃはゲ
ート電極６を絶縁性基板２に固定した後、レーザビーム
照射や電流切断法などの間接的切断法で容易に切断する
ことができる。

【００４３】絶縁性基板としてフォルステライトを用
い、その上にチタン導電層を、さらにその上に電子放出
層としてダイヤモンドライクカーボン層（約 1μm ）を
設けた基板を準備して、板厚が 50μm 、一つの開口部
の直径が 60μm のゲート電極、絶縁性無機長繊維とし
て繊維直径が公称φ20μm のガラス繊維を用いて電界放
射冷陰極を作製した。8cm平方のゲート電極の開口部領
域から、任意に 500μm 平方を 4点選び、ゲート電極下
部の間隙の距離を変位量として測定した。測定値は 500
μm 平方を対角線に走査したときの平均値で表した。結
果を表１に示す。なお、表１において、総段差はゲート
電極上面から電子放出層表面までの距離を、スペースは
ゲート電極下面から電子放出層表面までの距離をそれぞ
れ表している。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１から明らかなように、ガラス繊維の直
径によって規定されるゲート電極下面から電子放出層表
面までの距離は、最大と最小の差が 2.1μm であり、変
動は少なかった。

【００４６】次に、上記電界放射冷陰極１を用いた表示
装置について図６および図７により説明する。図６は低
速電子線励起タイプの表示装置の一部切欠き断面図であ
り、図７は高速電子線励起タイプの表示装置の一部切欠
き断面図である。図６において、表示装置は、透光性を
有する陽極表示面９と、電子放出源となる電界放射冷陰
極１と、これらを真空に保持するための側部１０からな
る外囲器、および、陽極、ゲート電極、陰極を真空容器
から引き出す電極群（図示省略）とから構成される。透
光性を有する陽極表示面９は、陽極となる透明導電層９
ａとその上に形成された蛍光体層９ｂとから形成され、
発光部を構成している。透明導電層９ａは、公知のＩＴ
Ｏ膜などを用いることができる。なお、透明導電層９ａ
は、必ずしもその物質が光学的に全面が透光性を有する
ものでなくてもよく、例えばアルミニウム電極などをメ
ッシュ状にパターニングすることでもよい。蛍光体層９
ｂは、蛍光表示管などで用いられる低いエネルギーで加
速された電子で発光する蛍光体を用いる。

【００４７】図７において、透光性を有する陽極表示面
９は、陽極となるカーボン配線層９ｃと、このカーボン
配線層９ｃに電気的に接続された蛍光体層９ｂと、この
蛍光体層９ｂおよびカーボン配線層９ｃとを覆うアルミ
ニウム蒸着層などからなるメタルバック層９ｄとから構
成されている。また、蛍光体層９ｂは電子放出層４に対
向するように配置され、陽極シールド電極９ｅがカーボ
ン配線層９ｃ上に設けられている。蛍光体層９ｂは高速
電子線励起タイプが用いられ、加速電圧は 10〜 20kv程
度である。図６および図７において、電界放射冷陰極１
と陽極表示面９とは所定の距離を有して対向配置され、
真空排気されて所定の真空度とされる。

【００４８】上記表示装置において、まず、電界放射冷
陰極１のゲート電極６が陰極３より高い電位となるよう
に電圧を印加することで、ゲート電極６下部領域の電子
放出層４から電子が放出される。加えて、ゲート電極６
と同電位、またはゲート電極６より高い電位となるよう
に陽極９ａに電圧を印加することで、その放出された電
子が、電子放出層４に対向する位置の蛍光体層９ｂに到
達して、その部分が発光する。また、複数の電子放出層
４と複数のゲート電極６でマトリクスを構成することに
より、ダイナミック駆動に適した表示装置を得ることが
できる。なお、蛍光体層９ｂを、赤緑青のストライプ状
の蛍光体から構成すれば、カラー表示が可能な表示装置
が得られる。本発明の表示装置においては、ゲート電極
と電子放出層との間隙を正確に保持することができる電
界放射冷陰極を用いているので、電子放出性能が一定と
なり、表示品位に優れ低電圧で低消費電力の表示装置が
得られる。

【００４９】

【発明の効果】本発明の電界放射冷陰極は、絶縁性基板
と、この絶縁性基板上に形成された陰極と、この陰極上
に形成された電子放出層と、この電子放出層の側部およ
び表面部の少なくとも一つに配設された絶縁性無機長繊
維を介して電子放出層の上部に複数の開口部を有するゲ
ート電極とを備えるので、ゲート電極と電子放出層との
間隙を精度よく維持することができる。その結果、均一
な電子放出が可能となる。

【００５０】また、陰極が絶縁性基板上に複数個列設さ
れ、絶縁性無機長繊維が電子放出層の側部に配設され、
ゲート電極が電子放出層に交差するように複数個列設さ
れてなるので、ゲート電極と電子放出層との間隙を精度
よく維持することができるとともに、マトリクス表示が
可能な表示装置の電界放射冷陰極として用いることがで
きる。

【００５１】また、上記無機長繊維の繊維直径が 3〜20
0μm であり、上記ゲート電極は直径 10〜100μm の開
口部が複数個形成された金属薄板であるので、仕事関数
の小さい電子放出層材料にも実用的駆動電圧で適用する
ことができる電界放射冷陰極が得られる。

【００５２】また、上記ゲート電極は、電子放出層と対
向する面に絶縁層が形成されてなるので、ゲート電極と
陰極とのリーク電流を防ぎ、安定して絶縁を確保するこ
とができる電界放射冷陰極が得られる。

【００５３】また、上記ゲート電極の熱膨張係数の値が
上記絶縁性基板の熱膨張係数の値以上であるので、張設
された絶縁性無機長繊維へ付加される応力を小さくする
ことができ、耐久性に優れた電界放射冷陰極が得られ
る。

【００５４】本発明の電界放射冷陰極の製造方法は、フ
ィラメントフレームに絶縁性無機長繊維を所定のピッチ
と本数で複数本張る工程と、このフィラメントフレーム
を上記絶縁性基板上に配置する工程とから絶縁性無機長
繊維を配設する工程が構成され、開口部が上記電子放出
層の上部となる位置にゲート電極を絶縁性無機長繊維を
介して積層配置する工程と、所定の部分で絶縁性無機長
繊維の固定とゲート電極の固定とを行なう工程と、上記
絶縁性基板周囲のフィラメントフレームと絶縁性無機長
繊維とを所定の部分で切り離す工程とからゲート電極を
形成する工程が構成されるので、絶縁性無機長繊維を破
断することなく容易に張設することができる。また、従
来の蛍光表示管を製造する既存設備で電界放射冷陰極を
製造することができる。

【００５５】本発明の表示装置は、上記電界放射冷陰極
を用いるので、ゲート電極と電子放出層との間隙が一定
となり均一な電子放出性能が得られる結果、表示品位に
優れ低電圧で低消費電力である。

【図面の簡単な説明】

【図１】電界放射冷陰極の一部切欠き斜視図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】電界放射冷陰極の組み立て前の状態を示す図で
ある。

【図４】電界放射冷陰極の製造工程図である。

【図５】ゲート電極６の平面図である。

【図６】表示装置の一部切欠き断面図である。

【図７】他の表示装置の一部切欠き断面図である。

【図８】従来の電界放射冷陰極を示す図である。

【符号の説明】

１電界放射冷陰極２絶縁性基板３陰極４電子放出層５絶縁性無機長繊維６ゲート電極７固定部８フィラメントフレーム９陽極表示面１０側部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板と、この絶縁性基板上に形成
された陰極と、この陰極上に形成された電子放出層と、
この電子放出層の側部および表面部の少なくとも一つに
配設された絶縁性無機長繊維を介して前記電子放出層の
上部に複数の開口部を有するゲート電極とを備えたこと
を特徴とする電界放射冷陰極。
【請求項２】前記陰極は前記絶縁性基板上に複数個列
設され、前記絶縁性無機長繊維は前記電子放出層の側部
に配設され、前記ゲート電極は前記電子放出層に交差す
るように複数個列設されてなることを特徴とする請求項
１記載の電界放射冷陰極。
【請求項３】前記無機長繊維の繊維直径が 3〜200μm
であり、前記ゲート電極は直径 10〜100μm の開口部
が複数個形成された金属薄板であることを特徴とする請
求項１または請求項２記載の電界放射冷陰極。
【請求項４】前記ゲート電極は、前記電子放出層と対
向する面に絶縁層が形成されてなることを特徴とする請
求項１ないし請求項３のいずれか一項記載の電界放射冷
陰極。
【請求項５】前記ゲート電極の熱膨張係数の値が前記
絶縁性基板の熱膨張係数の値以上であることを特徴とす
る請求項１ないし請求項３のいずれか一項記載の電界放
射冷陰極。
【請求項６】絶縁性基板上に陰極を形成する工程と、
この陰極上に電子放出層を形成する工程と、この電子放
出層の側部および表面部の少なくとも一つに絶縁性無機
長繊維を配設する工程と、前記電子放出層の上部に複数
の開口部を有するゲート電極を形成する工程とを含んで
なる電界放射冷陰極の製造方法において、前記絶縁性無機長繊維を配設する工程は、フィラメント
フレームに前記絶縁性無機長繊維を所定のピッチと本数
で複数本張る工程と、この絶縁性無機長繊維が張設され
たフィラメントフレームを前記絶縁性基板上に配置する
工程とから構成され、前記ゲート電極を形成する工程は、前記開口部が前記電
子放出層の上部となる位置に前記ゲート電極を前記絶縁
性無機長繊維を介して積層配置する工程と、所定の部分
で前記絶縁性無機長繊維の固定と前記ゲート電極の固定
とを行なう工程と、前記絶縁性基板周囲の前記フィラメ
ントフレームと前記絶縁性無機長繊維とを所定の部分で
切り離す工程とから構成されることを特徴とする電界放
射冷陰極の製造方法。
【請求項７】少なくとも一部が透光性の表示面を有し
て内部が所定の真空度とされた外囲器と、前記表示面の内側に、蛍光体層に電圧を印加するための
陽極を備えた発光部と、前記外囲器内部に前記発光部と所定の間隙を有して配置
され、前記発光部に対して電子を放出する電界放射冷陰
極とを備えてなる表示装置において、前記電界放射冷陰極が請求項１ないし請求項５のいずれ
か一項記載の電界放射冷陰極であることを特徴とする表
示装置。