JP2002279886A - 陰極電子源及びその製造方法並びに発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子放出特性が良好で、簡便に製造できる陰
極電子源、およびその製造方法、並びにそれを用いた、
十分なエミッション電流が得られ、かつ低い駆動電圧で
動作する発光素子を提供する。 【解決手段】 背面パネル２上に印刷等により所定の形
状に陰極電極を形成し、この陰極電極上にＣＮＴなどの
炭素系材料からなる電子放出物質層を印刷またはＣＶＤ
で作製する。その後、各陰極電極上毎に電子放出物質層
に鋭利な金属の先でケガキを施し、上層の電子放出物質
層の形状が短冊状または島状に形成されたＣＮＴ陰極電
子源６ａを得る。背面パネル２上にこのＣＮＴ陰極電子
源６ａを形成し、陰極部との間に空隙部が形成されるよ
うに陰極部との対向部毎に凹部を形成し、ＣＮＴ陰極電
子源６ａとの対向部に電子引き出し用の開口部を形成し
た平板状のゲート電極を背面パネル２上に直に載置して
発光素子を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陰極、ゲート電極
及び陽極を有する発光素子の陰極電子源、印刷またはＣ
ＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）により作製する陰極電子源の製造方法、並びに
その陰極電子源を用いた平板型表示装置（フラット・パ
ネル・ディスプレイ）、特にその中でも大画面の表示装
置に用いられる配列型の発光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】陰極電子源としては、従来から熱電子を
用いた陰極線管（ＣＲＴ）用の電子源などが有名である
が、近年、フラット・パネル・デイスプレイの開発が盛
んに行われるに伴い、ヒータが要らない冷陰極の電子源
の開発が進んでいる。とりわけ平面状に配置された電界
放出型陰極、即ち冷陰極（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ）
からなる電子源を備えた電界放出型表示装置（ＦＥＤ：
ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、高
輝度および広視野角、高速応答、低消費電力の実現が可
能な自発光型表示装置として注目されている。この中で
も特に注目されているのが、半導体プロセスを必要とせ
ず印刷やＣＶＤで作成可能なＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎ
ａｎｏ−Ｔｕｂｅ）を用いた電子源であり、学会や研究
会で盛んに発表されている。

【０００３】図１０は背面パネル上に印刷・焼成により
形成された従来例の冷陰極電子源を示す平面図であり、
図１１は従来例の冷陰極電子源を用いた発光素子を示す
模式断面図である。ここでは冷陰極電子源の代表として
ＣＮＴ陰極電子源を用いて従来の技術の説明をするが、
もちろん、炭素系材料を用いた冷陰極電子源であればそ
の種類はＣＮＴに限定されるものではない。また、簡単
のため、印刷法で作製したＣＮＴ電子源を例に説明する
が、ＣＶＤ法で作製したＣＮＴ電子源でも本質的には同
じであり、同様に適用できる。

【０００４】図において、１はガラスなどでできた真空
容器の前面パネルであり、２は前面パネル１から約５〜
３０ｍｍ隔てて対向配置されたガラスなどで出来た真空
容器の背面パネルで、その内表面には印刷によりＣＮＴ
陰極電子源６が四角や丸の所定の形に多数マトリクス状
に形成されている。ＣＮＴ陰極電子源６は、銀系の金属
膜からなる陰極電極とその上層のＣＮＴ電子放出物質層
とからなり、この場合は矩形に印刷され、その厚さは印
刷・焼成後１０〜２０μｍ程度である。なお、簡略化の
ため陰極電子源が４×４として図示している。７は複数
個のＣＮＴ陰極電子源６を連結して冷陰極部列６０を構
成し、後述の金属ゲート電極とでＣＮＴ陰極電子源６を
マトリクス駆動するための陰極配線層で、一般にＡｇペ
ーストの印刷やＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉ
ｄｅ）の蒸着膜などにより作製される導電体である。３
は前面パネル１の内面に多数マトリクス状に塗布された
赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの略正方形の蛍光体で、蛍光面を形成
している。４は矩形枠状のガラス製のスペーサで、これ
ら前面パネル１と背面パネル２とスペーサ４とが低融点
ガラスにより気密に封止されて真空容器を形成してい
る。蛍光面全体には、発光効率を高めること及び電子加
速用の陽極として機能させることを目的としたアルミバ
ックを施している。すなわち前面パネル１内面の蛍光体
３は１０ｋＶ程度の陽極電位に保てるようになってい
る。５は良く知られた折り曲げ式の金属ゲート電極で、
ＣＮＴ陰極電子源６から約１〜２ｍｍ離して冷陰極部列
６０と交差して複数列設置されており、電圧を印加する
ことによりＣＮＴ陰極電子源６から電子を引き出す作用
をもっている。８はゲート電極５に開けられた電子を通
過させるメッシュ開口部である。

【０００５】ここで示したもの以外にも実際には発光素
子の内部を真空に引くための孔や排気管、外部への信号
取り出し電極などが背面パネル２の中央部に、また内部
ガスを吸着するためのゲッタがスペーサガラス４側面な
どに設置されているが、本願発明の要旨とは本質的に無
関係であるので、簡明のために略している。

【０００６】このように構成された発光素子は、縦横に
マトリクス状に所定個ずつ配列され、大画面の表示装置
を構成する。ここで、隣接する発光素子間の間隙が大き
い場合、画面全体を見たときに、その境界部分（継目、
シーム）が目立つという問題がある。従って隣接する発
光素子間の間隔はできるだけ小さいことが望ましく、そ
のために、スペーサガラス４をできるだけ薄くしたり、
外部電極（図示せず）や排気管（図示せず）を背面側に
設けている。

【０００７】次に、このように構成された個々の発光素
子や大画面表示装置の動作について説明する。図１１に
おいて、ＣＮＴ陰極電子源６とゲート電極５との間に適
当な電圧を印加してゲート電極５のメッシュ開口部８を
通してＣＮＴ陰極電子源６からエミッション電流を取り
出す。一般に、このときのゲート電圧は点灯位置を制御
するためパルス電圧が加えられるが、この値は、入手し
やすい市販の安い駆動用ＩＣを使うためには２００Ｖ以
下程度が望ましい。このようにしてゲート電極５から取
り出されたエミッション電流は、陽極として機能する蛍
光体３に印加された約１０ｋＶ程度の高電圧により加速
され、蛍光体を励起して発光させ、個々の発光素子に所
定のカラー画像を出す。そしてその結果、全体として大
画面表示装置にカラー画像を表示できることになる。ま
た、個々の発光素子においては、エミッション電流が蛍
光体３に当ったときに出るガスは、ゲッタ（図示せず）
により吸着され、発光素子本体、真空容器の内部を高真
空に保つことにより劣化が起こりにくくなるようにして
ある。

【０００８】この従来の陰極電子源においては、電子放
出物質層はＣＮＴやカーボンナノファイバーなどの炭素
系材料を適当な溶剤に混ぜてペースト化し、矩形などの
適当な形状に印刷・焼成するか、ＣＶＤにより所定の形
状に形成するだけのものであったので、単位面積あたり
の電子放出量が少なく、またこれを用いた発光素子にお
いては十分なエミッション電流を得ることが困難であっ
た。そのため、陰極電子源の電子放出量を飛躍的に増大
させる陰極電子源の製造方法が種々検討されている。例
えば特開平１１−２６０２４９号公報、特開２０００−
３６２４３号公報、特開２０００−９０８０９号公報や
特開２０００−９０８１３号公報などでは、ＣＮＴ陰極
電子源から良好な電子放出特性を得るために、印刷した
ＣＮＴ電子源表面に機械的な研磨やエッチングなどを施
したり、レーザ照射やプラズマに晒すなどの処理を行う
ことが開示されている。これらの方法は、印刷したＣＮ
Ｔ電子源からの電子放出特性をそれなりに改善する効果
があるとは推定できるが、いずれの方法もかなりの装置
を必要とし、特にレーザ照射などは新たに多大な装置・
費用を必要とするので、これらは新たな欠点となる。

【０００９】また、図１１に示す従来の発光素子の場
合、電子放出量が少ない陰極電子源を用いる上に、ゲー
ト電極に０．１〜０．３ｍｍ程度の薄い折り曲げ式の金
属電極を用いていたので、低い駆動電圧で動作させるた
めに、陰極電子源とゲート電極間を近づけようとして
も、折り曲げ式のゲート電極のため曲がりや反りなども
あり精度が出せず、陰極電子源とゲート電極間のギャッ
プを０．５〜１．０ｍｍ程度にしか短縮できない。その
結果、ゲート電極５にかける電圧を低くできないという
問題点があった。

【００１０】しかし、この点に関しては、すでに本願発
明者らによる先願発明（特願２００１−１４０４９号明
細書）において解決されており、下記の新ゲート電極を
用いることにより発光素子の駆動電圧を低くできること
を明らかにしている。即ち、ゲート電極を折り曲げ式に
せず、薄いｌ枚の金属平板をハーフエッチングして陰極
電子源との間に空隙部ができるように陰極電子源との対
向部毎に凹部を形成するとともに、陰極電子源との対向
部に適当な大きさの電子通過用のメッシュ孔を形成した
平板状とし、この平板状の新ゲート電極をＣＮＴ陰極電
子源が形成されている背面パネル２の上に直に載置する
ものである。このようにすることにより、ＣＮＴ陰極電
子源とゲート電極との間のギャップを０．０５〜０．ｌ
ｍｍと従来よりｌ桁程度短くすることを可能にし、低い
駆動電圧で動作する発光素子を提供することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の陰極電子源では電子放出量が少なく、良好な電子放
出特性が得られないという問題点があり、これを用いた
発光素子では十分なエミッション電流が得にくいという
問題点があった。また、陰極電子源の電子放出特性を改
善しようとする先行技術では大掛かりな装置が必要で、
多大の費用，エネルギーを要するという新たな問題点が
あった。

【００１２】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、電子放出特性が良好で、簡便に製造できる陰
極電子源、およびその製造方法、並びにそれを用いた、
十分なエミッション電流が得られ、かつ低い駆動電圧で
動作する発光素子を提供することを目的とするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる陰極電子
源の第１の構成は、陰極、ゲート電極及び陽極を有する
発光素子の陰極電子源において、カーボン系材料で構成
された電子放出物質層が各陰極電極上毎に短冊状または
島状に形成されているものである。

【００１４】本発明に係わる陰極電子源の第２の構成
は、第１の構成において、カーボン系材料がＣＮＴであ
るものである。

【００１５】本発明に係わる陰極電子源の製造方法の第
１の方法は、陰極、ゲート電極及び陽極を有する発光素
子の陰極電子源の製造方法において、印刷またはＣＶＤ
法によりカーボン系材料で構成された電子放出物質層を
陰極電極上に形成した後、形成した電子放出物質層にケ
ガキを施して各陰極電極上毎の電子放出物質層を短冊状
または島状に形成するものである。

【００１６】本発明に係わる陰極電子源の製造方法の第
２の方法は第１の方法において、ケガキ線のピッチを５
０〜５００μｍとしたものである。

【００１７】本発明に係わる陰極電子源の製造方法の第
３の方法は、陰極、ゲート電極及び陽極を有する発光素
子の陰極電子源の製造方法において、カーボン系材料で
構成された電子放出物質層を各陰極電極上毎に、印刷ま
たはＣＶＤ法により短冊状または島状に形成するもので
ある。

【００１８】本発明に係わる陰極電子源の製造方法の第
４の方法は、陰極、ゲート電極及び陽極を有する発光素
子の陰極電子源の製造方法において、印刷またはＣＶＤ
法によりカーボン系材料で構成された電子放出物質層を
陰極電極上に形成した後、その表面にラビング（布の類
で軽くこすること）を施すものである。

【００１９】本発明に係わる陰極電子源の製造方法の第
５の方法は第４の方法において、ラビングをレーヨン布
や絹布、綿布で行うものである。

【００２０】本発明に係わる発光素子の第１の構成は、
前面パネル及び背面パネルを有する真空容器と、上記前
面パネルの内面に形成された蛍光面と、上記背面パネル
の内面に形成され、複数個の冷陰極が配線により連結さ
れた複数列の冷陰極部列と、上記背面パネルの複数列の
冷陰極部列上にそれらと交差し、それらとでマトリクス
状に形成される複数列のゲート電極列とを備え、上記冷
陰極から放出された電子を上記蛍光面に衝突させること
によりこれを発光させるものであって、上記冷陰極の表
面部の陰極電子源を短冊状もしくは島状に形成するか、
または上記陰極電子源の表面にラビングを施し、かつ上
記ゲート電極列を、上記冷陰極部との間に空隙部が形成
されるように上記冷陰極部との対向部毎に凹部を形成す
るとともに、上記冷陰極との対向部に電子引き出し用の
開口部を形成した平板状とし、上記背面パネルに載置し
たものである。

【００２１】本発明に係わる発光素子の第２の構成は第
１の構成において、ゲート電極列の開口部の孔が、多数
で不均一に配置されているものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、その実施の形態を示す図面
に基づき、本発明を具体的に説明する。 実施の形態１．図１（ａ）は本発明の実施の形態１によ
る背面パネル上にマトリクス状に形成され、それぞれ表
面の電子放出物質層が縦横のケガキ線により島状に形成
されたＣＮＴ陰極電子源を示す模式平面図であり、図１
（ｂ）は図１（ａ）のｂ部分、１個のＣＮＴ陰極電子源
の模式拡大図である。なお、簡略化のため陰極電子源が
４×４の場合を図示している。図中、２はガラスなどで
できた真空容器の背面パネルで、６ａは背面パネル２に
矩形状に形成された銀系の金属膜からなる陰極電極とそ
の上層の電子放出物質層からなるＣＮＴの冷陰極電子源
で、各陰極電極上毎にケガキを施されて縦横に切削され
たＶ溝により電子放出物質層が島状に形成されている。
７はマトリクス駆動するための陰極配線層で、一般にＡ
ｇペーストの印刷やＩＴＯの蒸着膜などにより作製され
る導電体である。

【００２３】まず、このＣＮＴ陰極電子源の製造方法に
ついて述べる。背面パネル２上にＡｇペーストの印刷に
より所定の矩形状に陰極電極を形成する。ＣＮＴやカー
ボンナノファイバーなどの炭素系材料をブチルカルビト
ールなどの適当な溶剤（樹脂としてエチルセルロ―スが
入っている）に混ぜてペースト化した後、このペースト
を陰極電極上全面に印刷し、焼成する。ここまでは従来
の陰極電子源の場合と同様であるが、この実施の形態で
は、その後、電子放出物質層に鋭利な金属の先で縦横
（垂直と水平）にケガキを施してＶ溝を切削し、電子放
出物質層を島状に形成している。

【００２４】図２はこの実施の形態１による陰極電子源
の電子放出特性の実験結果を従来例と比較して示すグラ
フである。実線の特性曲線がこの実施の形態１による陰
極電子源の電子放出特性、破線の特性曲線が従来例の陰
極電子源の電子放出特性を示す。図から明らかなよう
に、この実施の形態１の電子放出物質層をケガキにより
島状に形成した陰極電子源６ａは１００Ｖ以上の領域に
おいて適当なゲート電圧のところで、約１桁以上電子放
出特性が改善されている。

【００２５】この実施の形態１では、印刷により矩形に
形成し、表面部の電子放出物質層に縦横にケガキを施し
島状に形成したＣＮＴ陰極電子源６ａを例に説明してい
るが、ＣＮＴ電子源６ａの形状は当然ながら矩形に限定
する必要は無く、三角形を含む多角形や円形でも良い。
また電子放出物質層は、適当なマスクを用いたＣＶＤ装
置により所定の形状にＣＮＴを成膜するＣＶＤ法で作製
したものでも良く、ＣＮＴに限らず他のカーボン系材料
を用いても良く、同様の効果を奏する。陰極電極も印刷
に限らずＣＶＤ法等で形成した金属膜でも良く、同様の
効果を奏する。さらに、電子放出物質層に形成されるケ
ガキ線は、図３のケガキ線の条痕例を示す平面図に示す
ように、水平と垂直の縦横に限らず、同図（ａ）の水平
ケガキ，（ｂ）の垂直ケガキ，（ｃ）の右上がり斜めケ
ガキ，（ｄ）の右下がりケガキ，（ｅ）の斜め縦横ケガ
キでも良く、電子放出物質層を島状に限らず短冊状に形
成するようにしても良い。

【００２６】また、一般に鋭利な金属の先でＣＮＴ電子
源６ａにケガキを施すと、その幅は約数１０μｍにな
る。ケガキピッチは細かいほど電子放出物質層のエッジ
や表面積が増加し電子放出量が増大するが、作業性が損
なわれので、一般に多用される数ｍｍ角程度の大きさの
ＣＮＴ電子源において、ケガキピッチは５０μｍ以上で
５００μｍ以下が望ましく、１００〜１５０μｍが電子
放出量と作業性の両面を考慮して最も望ましい。

【００２７】この本発明の陰極電子源の製造方法は、印
刷またはＣＶＤで作製したＣＮＴ電子源に鋭利な金属を
用いてケガキを施すことにより、陰極電子源の上層、電
子放出物質層の形状を短冊状または島状などに形成する
ことを特徴にしている。上述の先行例と異なり、特別に
高価な装置を必要とせず、多大なエネルギーも要せず、
極めて簡単な作業で、簡便に作製できる。また、単なる
機械的研磨と異なり、ケガキにより陰極電子源表面の電
子放出物質層を短冊状や島状に形成することは電子放出
物質層のエッジ効果（鋭いエッジからは電子が出やすい
という効果）や電子放出物質層の表面積拡大効果などが
あり、飛躍的な電子放出量の増大、電子放出特性の改善
につながっているものと考えられる。

【００２８】実施の形態２．図４（ａ）は本発明の実施
の形態２の陰極電子源の製造方法、ラビングの様子を示
す模式平面図で、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ′線
模式断面図である。１９はレーヨン布を巻回した回転機
構を備えたラビング具である。ＣＮＴなどの炭素系材料
を適当な溶剤に混ぜてペースト化した後、これを背面パ
ネル２に矩形状に形成された陰極電極上全面に印刷・焼
成して電子放出物質層を形成し、従来と同様の陰極電子
源６を形成する。その後、このＣＮＴ陰極電子源６に適
当なラビング具１９を軽く当てラビングを施す。この実
施の形態２によるラビングを施したＣＮＴ陰極電子源
も、上記実施の形態１のＣＮＴ陰極電子源６ａと同様
に、１００Ｖ以上の領域において適当なゲート電圧のと
ころで、約１桁以上電子放出特性が改善されることが実
験により明らかになっている。飛躍的な電子放出量の増
大、電子放出特性の改善が見られた。

【００２９】なお、ケガキをしていない印刷・焼成済み
のＣＮＴ電子源にラビングをする場合について示した
が、ケガキ済みのＣＮＴ電子源６ａにさらにラビングを
しても良い。またラビングは、レーヨン布を巻いた回転
機構を備えたラビング具１９を軽くＣＮＴ電子源の上に
当てる方法に限定されるものではなく、同等の効果をあ
げる他の方法であっても良い。またレーヨン布に限らず
絹布や綿布などでも良い。上記実施の形態１と同様、特
別に高価な装置を必要とせず、多大なエネルギーも要せ
ず、簡便に作製できる。ラビングを施すことにより、電
子放出物質層の表面積が拡大し、これが飛躍的な電子放
出量の増大につながっているものと考えられる。

【００３０】実施の形態３．本発明の実施の形態３の陰
極電子源の製造方法は、ＣＮＴ電子源の電子放出物質層
をケガキを施したのと同様の短冊状，島状の形状に、直
接印刷やＣＶＤにより作製するものである。図１に示す
ようなＣＮＴ電子源６ａを形成する場合は、まず背面パ
ネル２上に印刷またはＣＶＤ法により所定の矩形状に陰
極電極を形成する。その後、各陰極電極上毎に直に、Ｃ
ＮＴやカーボンナノファイバーなどの炭素系材料をブチ
ルカルビトールなどの適当な溶剤に混ぜて作成したペー
ストを島状に印刷、焼成する、またはＣＶＤ法によりＣ
ＮＴを島状に成膜して電子放出物質層を形成し、ＣＮＴ
陰極電子源を作製する。

【００３１】この方法によれば、印刷の版やＣＶＤのマ
スクをＣＮＴ電子源の電子放出物質層がケガキで形成す
るのと同様の短冊状，島状の形状になるように作製して
おきさえすれば、ケガキを施したのと同様の形状が印刷
により最初から得られる。印刷・焼成またはＣＶＤ成膜
後にケガキを施して所定の形状にした場合と、所定の形
状に印刷またはＣＶＤ法で成膜した場合とでは、印刷、
ＣＶＤ法ではエッジがシャープに出ないので前者の方が
電子放出特性の改善率は高いが、後者の場合にも明らか
に電子放出特性の改善が見られ、さらに工程数の削減が
図れるという利点もある。この方法においても、ＣＮＴ
電子源を縦横（垂直と水平）のケガキを施したような島
状の形状のみならず、図３に示すような斜めケガキを施
したような短冊状等、他の形状にも簡単に作製できるの
は言うまでも無い。さらに、ＣＮＴ電子源の形状を矩形
にしているが、実施の形態１でも述べたように当然なが
ら矩形に限定する必要は無く、三角形を含む多角形や円
形でも良い。

【００３２】実施の形態４．図５は本発明の実施の形態
４の発光素子を示す模式断面図で、上記先願発明の平板
状の新ゲート電極を搭載した発光素子に実施の形態１の
ケガキを施し電子放出物質層を島状に形成したＣＮＴ陰
極電子源を適用したものである。図６は図５におけるゲ
ート電極の一製造過程を示す平面図、図７（ａ）は図５
における１列のゲート電極の詳細構造を示す平面図で、
同図（ｂ）はそのＡ−Ａ′線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ′
線断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ′線断面図、図８は図５にお
ける背面パネル上にゲート電極を直置きする組立の様子
を示す模式平面図である。

【００３３】図において、１はガラスなどでできた真空
容器の前面パネル、２は前面パネルから約５〜３０ｍｍ
隔てて対向配置された前面パネルと同様の背面パネル
で、その内表面には実施の形態１の矩形ＣＮＴ陰極電子
源６ａが多数マトリクス状に形成されている。そして複
数個のＣＮＴ陰極電子源６ａが陰極配線層７により連結
され冷陰極部列６０を構成している（図１０参照）。な
お、簡略化のため陰極電子源が４×４として図示してい
る。また、ＣＮＴ陰極電子源６ａの厚さは印刷・焼成後
１０〜２０μｍ程度であり、前面パネル１と背面パネル
２の厚さは２〜４ｍｍ、大きさは〜８０ｍｍ角である。
３は前面パネル１の内面に塗布された赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂ
の略正方形の蛍光体で、蛍光面を形成している。

【００３４】４は矩形枠状のガラス製のスペーサで、前
面パネル１と背面パネル２とスペーサ４とが低融点ガラ
スにより気密に封止されて真空容器を形成している。蛍
光面全体には、発光効率を高めるとともに電子加速用の
陽極として機能させるためにアルミバックを施している
ので、前面パネル１内面の蛍光体３は１０ｋＶ程度の陽
極電位に保てるようになっている。５ａは冷陰極部列６
０との間に空隙部が形成されるように凹部、すなわちＣ
ＮＴ陰極電子源６ａとの対向部に陰極用開口部１０と陰
極配線層７との対向部に接触防止用空隙１１とが形成さ
れ、ＣＮＴ陰極電子源６ａを覆って背面パネル２に直置
きされたゲート電極、８はゲート電極５ａの陰極用開口
部１０に開けられた電子を通過させるメッシュ開口部で
ある。

【００３５】まず、本実施の形態の主要部の折り曲げな
し平板状の直置きゲート電極５ａについて説明する。こ
のゲート電極５ａは図６に示すように１枚の薄い四角形
の金属平板からエッチングにより不要な部分を除去して
その骨格、複数列のゲート電極５ａ、陰極用開口部１０
等の凹部を作る。なお、９は精度良く設置するために設
けられた、ハーフエッチングで切れ目を付け、設置後折
り曲げて分離除去する部分である。このハーフエッチン
グで特に重要なのは、陰極用開口部１０の空隙の高さ
（すなわち凹部の深さ）であり、この空隙の高さがＣＮ
Ｔ陰極電子源６ａとのギャップを決める。図７では、そ
の値の一例として、金属板厚が０．１〜０．２ｍｍ、陰
極用開口部１０が０．０５〜０．１ｍｍの場合を示して
いる。また、このゲート電極５ａは図１で示したような
背面パネル２の上に形成されているＣＮＴ陰極電子源６
ａの上に図８で示すように直に置かれるが、接触防止用
空隙１１が設けられているので陰極配線層７との接触を
避けることができる。

【００３６】また、このゲート電極５ａは背面パネル２
の上に直置きされる。直置きしたゲート電極とＣＮＴ陰
極とのギャップを精度よく狙いどおり出そうとすれば、
ゲート電極を背面パネルの所定の位置に置いた後、適当
な治具を用いてゲート電極を押さえ、曲げやそりの影響
を受けにくくした状態で背面パネルとゲート電極を低融
点ガラスなどで固定する必要がある。もし背面パネルと
熱膨張率が異なる材料を使えば、発光素子を作る上で欠
かせない熱工程で、固定した部分にクラックが入るおそ
れがあるので、ゲート電極の材料としては、背面パネル
の―般的な材料である光学ガラスやソーダガラスの熱膨
張率と同程度の熱膨張率を持つ４２６合金や５０−５０
合金を使っている。

【００３７】ゲート電極５ａは、以上述べたようにＣＮ
Ｔ陰極電子源の上に直に置かれているので、適当な治具
を用いて押さえることにより、薄い金属板であるが曲げ
や反りの影響を受けにくく、ＣＮＴ陰極電子源とのギャ
ップをメッシュ開口部空隙において０．０５〜０．ｌｍ
ｍと従来の折り曲げ式ゲート電極５の場合より１桁程度
短縮できる。これにより、この発光素子はゲート電極５
ａにかける印加電圧も従来の数分の一以下の極めて低い
電圧ですむようになり、入手しやすい安い駆動用ＩＣが
使えるようにできる。加えて、飛躍的に電子放出量の増
大した、電子放出特性が改善されたＣＮＴ陰極電子源を
用いているので、発光素子のエミッション電流を増大さ
せることができ、十分なエミッション電流が得られる。

【００３８】実施の形態５．図９は本発明の実施の形態
５の発光素子に係るゲート電極５ａのメッシュ開口部を
従来のものとともに示す模式平面図である。同図（ａ）
はケガキピッチ、即ち電子放出物質層の形状との相関を
考えないで作製した従来のメッシュ孔の配置、（ｂ）は
ケガキをどんなピッチで施してもケガキとメッシュ間で
相関が起きないようにランダム、又は不均一に開けた本
実施の形態５のメッシュ孔配置をそれぞれ示す。また、
メッシュの孔を簡単のため円形で示したが、もちろん６
角形などの多角形等でもかまわない。

【００３９】図９（ａ）に示すように不均一な配置のメ
ッシュ孔位置を持つゲート電極を採用することにより、
ケガキ形状とメッシュ間で相関を持つＣＮＴ陰極電子源
が無くなり、全てのＣＮＴ電子源が均一に電子を放出す
る。ＣＮＴ陰極電子源ごとの電子放出量のばらつきがな
くせる。１ドットの画素が１つの所定形状のＣＮＴ電子
源に対応するが、どの画素（ドット）においても均一な
電子放出特性の改善効果が得られる。この実施の形態５
の発光素子においては、上記実施の形態４の効果に加
え、エミッション電流のばらつきも減少させることがで
きる。十分なエミッション電流が得られるとともに、輝
度ばらつきが少なく制御電圧の低い発光素子が得られ
る。

【００４０】以上、本発明の好ましい実施の形態を説明
したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでは
ない。

【００４１】

【発明の効果】本発明の陰極電子源の第１の構成によれ
ば、陰極、ゲート電極及び陽極を有する発光素子の陰極
電子源において、カーボン系材料で構成された電子放出
物質層が各陰極電極上毎に短冊状または島状に形成され
ているので、電子放出特性が改善され、電子放出量を増
大でき、しかも簡便に製造できる。

【００４２】本発明に係わる陰極電子源の第２の構成に
よれば、第１の構成において、カーボン系材料がＣＮＴ
であるので、第1 の構成の効果に加え、印刷ないしＣＶ
Ｄで簡便に精度良く作成できる。

【００４３】本発明に係わる陰極電子源の製造方法の第
１の方法によれば、陰極、ゲート電極及び陽極を有する
発光素子の陰極電子源の製造方法において、印刷または
ＣＶＤ法によりカーボン系材料で構成された電子放出物
質層を陰極電極上に形成した後、形成した電子放出物質
層にケガキを施して各陰極電極上毎の電子放出物質層を
短冊状または島状に形成したので、簡単な作業で簡便に
陰極電子源の電子放出特性を改善でき、電子放出量を増
大できる。

【００４４】本発明に係わる陰極電子源の製造方法の第
２の方法によれば、第１の方法において、ケガキ線のピ
ッチが５０〜５００μｍとしたので、第1 の方法の効果
に加え、電子放出特性の改善効果、作業性とも良好とな
る。

【００４５】本発明に係わる陰極電子源の製造方法の第
３の方法によれば、陰極、ゲート電極及び陽極を有する
発光素子の陰極電子源の製造方法において、カーボン系
材料で構成された電子放出物質層を各陰極電極上毎に、
印刷またはＣＶＤ法により短冊状または島状に形成する
ので、簡便に、電子放出物質層形成後にケガキ等の後処
理を施すことなく、陰極電子源の電子放出特性を改善、
電子放出量を増大できる。

【００４６】本発明に係わる陰極電子源の製造方法の第
４の方法によれば、陰極、ゲート電極及び陽極を有する
発光素子の陰極電子源の製造方法において、印刷または
ＣＶＤ法によりカーボン系材料で構成された電子放出物
質層を陰極電極上に形成した後、その表面にラビングを
施すという、簡単な作業で簡便に陰極電子源の電子放出
特性を改善、電子放出量を増大できる。

【００４７】本発明に係わる陰極電子源の製造方法の第
５の方法によれば、第４の方法において、ラビングをレ
ーヨン布や絹布、綿布で行うので、第４の方法の効果に
加え、汎用性に富み、作業性が良好となる。

【００４８】本発明に係わる発光素子の第１の構成によ
れば、前面パネル及び背面パネルを有する真空容器と、
上記前面パネルの内面に形成された蛍光面と、上記背面
パネルの内面に形成され、複数個の冷陰極が配線により
連結された複数列の冷陰極部列と、上記背面パネルの複
数列の冷陰極部列上にそれらと交差し、それらとでマト
リクス状に形成される複数列のゲート電極列とを備え、
上記冷陰極から放出された電子を上記蛍光面に衝突させ
ることによりこれを発光させるものであって、上記冷陰
極の表面部の陰極電子源を短冊状もしくは島状に形成す
るか、または上記陰極電子源の表面にラビングを施し、
かつ上記ゲート電極列を、上記冷陰極部との間に空隙部
が形成されるように上記冷陰極部との対向部毎に凹部を
形成するとともに、上記冷陰極との対向部に電子引き出
し用の開口部を形成した平板状とし、上記背面パネルに
載置することにより、冷陰極電子源の電子放出特性を改
善でき、冷陰極電子源とゲート電極間のギャップを狭く
することができるので、十分なエミッション電流が得ら
れ、かつ低い駆動電圧で動作する発光素子が得られる。

【００４９】本発明に係わる発光素子の第２の構成によ
れば、第１の構成において、ゲート電極列の開口部の孔
が、多数、不均一に配置されているので、第１の構成の
効果に加えエミッション電流のばらつきを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の表面部が島状に形成
された冷陰極電子源を示す模式平面図である。

【図２】 本発明の実施の形態１の陰極電子源の電子放
出特性を従来例とともに示すグラフである。

【図３】 本発明に係る冷陰極電子源に形成されるケガ
キ線の条痕例を示す平面図である。

【図４】 本発明の実施の形態２の冷陰極電子源の製造
方法、ラビングの様子を示す模式平面図と断面図であ
る。

【図５】 本発明の実施の形態４の発光素子を示す模式
断面図である。

【図６】 図５の発光素子に係るゲート電極の一製造過
程を示す平面図である。

【図７】 図５のゲート電極の詳細を示す平面図と断面
図である。

【図８】 図５の発光素子に係る背面パネル上にゲート
電極を載置する組立の様子を示す模式平面図である。

【図９】 本発明の実施の形態５の発光素子に係るゲー
ト電極メッシュ開口部を示す模式平面図である。

【図１０】 従来例の冷陰極電子源を示す平面図であ
る。

【図１１】 従来例の冷陰極電子源を用いた発光素子を
示す模式断面図である。

【符号の説明】

１ 前面パネル ２ 背面パネル ３ 蛍光体 ５ 折り曲げ式ゲー
ト電極 ５ａ ゲート電極 ６ ＣＮＴ陰極電
子源 ６ａ ケガキ済みＣＮＴ陰極電子源 ７ 陰極配線層 ８ メッシュ開口部 １０ 陰極用開口部 １１ 接触防止用空隙 １９ ラビング具 ６０ 冷陰極部列。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 開 政明 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 細野 彰彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 岩田 修司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 橋本 典綱 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5C031 DD17 5C036 EF01 EF06 EG02 EG12

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰極、ゲート電極及び陽極を有する発光
   素子の陰極電子源において、カーボン系材料で構成され
   た電子放出物質層が各陰極電極上毎に短冊状または島状
   に形成されていることを特徴とする陰極電子源。
2. 【請求項２】 カーボン系材料がＣＮＴ（カーボンナノ
   チューブ）であることを特徴とする請求項１記載の陰極
   電子源。
3. 【請求項３】 陰極、ゲート電極及び陽極を有する発光
   素子の陰極電子源の製造方法において、印刷またはＣＶ
   Ｄ法によりカーボン系材料で構成された電子放出物質層
   を陰極電極上に形成した後、形成した電子放出物質層に
   ケガキを施して各陰極電極上毎の電子放出物質層を短冊
   状または島状に形成したことを特徴とする陰極電子源の
   製造方法。
4. 【請求項４】 ケガキ線のピッチが５０〜５００μｍで
   あることを特徴とする請求項３記載の陰極電子源の製造
   方法。
5. 【請求項５】 陰極、ゲート電極及び陽極を有する発光
   素子の陰極電子源の製造方法において、カーボン系材料
   で構成された電子放出物質層を各陰極電極上毎に、印刷
   またはＣＶＤ法により短冊状または島状に形成したこと
   を特徴とする陰極電子源の製造方法。
6. 【請求項６】 陰極、ゲート電極及び陽極を有する発光
   素子の陰極電子源の製造方法において、印刷またはＣＶ
   Ｄ法によりカーボン系材料で構成された電子放出物質層
   を陰極電極上に形成した後、その表面にラビングを施し
   たことを特徴とする陰極電子源の製造方法。
7. 【請求項７】 ラビングをレーヨン布，絹布又は綿布で
   行うことを特徴とする請求項６記載の陰極電子源の製造
   方法。
8. 【請求項８】前面パネル及び背面パネルを有する真空容
   器と、上記前面パネルの内面に形成された蛍光面と、上
   記背面パネルの内面に形成され、複数個の冷陰極が配線
   により連結された複数列の冷陰極部列と、上記背面パネ
   ルの複数列の冷陰極部列上にそれらと交差し、それらと
   でマトリクス状に形成される複数列のゲート電極列とを
   備え、上記冷陰極から放出された電子を上記蛍光面に衝
   突させることによりこれを発光させるものであって、上
   記冷陰極の表面部の陰極電子源を短冊状もしくは島状に
   形成するか、または上記陰極電子源の表面にラビングを
   施し、かつ上記ゲート電極列を、上記冷陰極部との間に
   空隙部が形成されるように上記冷陰極部との対向部毎に
   凹部を形成するとともに、上記冷陰極との対向部に電子
   引き出し用の開口部を形成した平板状とし、上記背面パ
   ネルに載置したことを特徴とする発光素子。
9. 【請求項９】 ゲート電極列の開口部の孔は、多数で不
   均一に配置されていることを特徴とする請求項８記載の
   発光素子。