JP2005347242A - 電子放出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 蛍光層の表面処理を単純な工程で実施することができ、蛍光層のみが選択的に表面処理された、電子放出素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の一実施例による電子放出素子は、第２基板に形成される少なくとも一つ以上の蛍光層；前記蛍光層の表面に形成され、蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む表面処理層；及び前記表面処理層を覆うように形成される一つ以上のアノード電極を含む発光部；からなる。本発明の他の実施例による電子放出素子は、第２基板に形成される少なくとも一つ以上のアノード電極；前記アノード電極に形成される少なくとも一つ以上の蛍光層；前記蛍光層の表面に形成され、蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む表面処理層；及び前記表面処理層を覆うように形成される一つ以上の金属薄膜を含む発光部；からなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子放出素子及びその製造方法に係り、より詳しくは、輝度及び導電性の優れた発光部を含む電子放出素子及びその製造方法に関するものである。

一般に、電子放出素子は、電子源として熱陰極を利用する方式と冷陰極を利用する方式とがある。この中で、冷陰極（cold cathode）を利用する方式の電子放出素子としては、ＦＥＡ（Field Emitter Array）型、ＳＣＥ（Surface Conduction Emitter）型、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）又はＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型、及びＢＳＥ（Ballistic electron Surface Emitter）型電子放出素子などが知られている。

前記電子放出素子は、その種類によって細部的な構造は相異するが、基本的には、真空容器内に電子放出のための構造物、つまり電子放出ユニットを備えて、これから放出される電子を利用し、電子放出ユニットと対向配置されるように真空容器内側に蛍光膜を備える時に所定の発光又は表示作用を行う。

電子放出素子は、第１基板上には電子放出部と共に電子放出部の電子放出を制御する電極が備えられ、第２基板には、蛍光層、画面のコントラスト向上のための黒色層、及び第１基板から放出された電子が蛍光層に向かって効率的に加速するように高いアノード電圧が印加されるアノード電極が備えられる。アノード電極は、蛍光層及び黒色層を覆うように形成される金属薄膜から形成されることができ、蛍光層及び黒色層からなる発光部と第２基板との間、つまり真空容器に向かう第２基板の一表面に透明電極から形成されることもできる。

電子放出源から放出された電子が蛍光層に衝突してそれを発光させることにより、所定のイメージを実現する。しかし、一部の電子が蛍光層に蓄積されることがあり、蓄積された電荷は電子放出源から放出された電子が蛍光層に到達するのを妨害するため、輝度が低下する恐れがある。したがって、蛍光体の表面導電性を向上させるために蛍光体表面を導電性物質で処理したり、蛍光層表面を導電性物質でコーティングしたりする方法が提案された。

しかし、このような方法は、全て別途の工程が必要となるので煩わしく、特に、後者の方法は、表面処理が必要でない黒色層まで導電性物質がコーティングされるので輝度向上に限界がある。

前記のような問題点を解決するための本発明の目的は、蛍光層の表面処理を単純な工程で実施することができ、蛍光層のみが選択的に表面処理された、電子放出素子及びその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、互いに対向配置されて真空容器を構成する第１基板及び第２基板、第１基板に形成される電子放出ユニット、及び第２基板に形成される発光部を備えた電子放出素子において、前記発光部は、前記第２基板に形成される少なくとも一つ以上の蛍光層と；前記蛍光層の表面に形成され、蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む表面処理層と；前記表面処理層を覆うように形成される一つ以上のアノード電極と；を含む電子放出素子を提供する。

本発明はまた、互いに対向配置されて真空容器を構成する第１基板及び第２基板、第１基板に形成される電子放出ユニット、及び第２基板に形成される発光部を備えた電子放出素子において、前記発光部は、前記第２基板に形成される少なくとも一つ以上のアノード電極と；前記アノード電極に形成される少なくとも一つ以上の蛍光層と；前記蛍光層の表面に形成され、蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む表面処理層と；前記表面処理層を覆うように形成される一つ以上の金属薄膜と；を含む電子放出素子を提供する。

本発明はまた、第２基板上に設定された発光領域に対応して前記基板上に少なくとも一つ以上の蛍光層を形成し；前記蛍光層の表面に蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む中間膜形成用組成物をコーティングして表面処理し；表面処理された蛍光層の表面に金属薄膜からなる一つ以上のアノード電極を形成し；前記第２基板を焼成して表面処理層を形成する；工程を含む電子放出素子の製造方法を提供する。

本発明はまた、第２基板上に設定された発光領域に対応して前記基板上に透明酸化物をコーティングしてアノード電極を形成し；前記アノード電極に少なくとも一つ以上の蛍光層を形成し；前記蛍光層の表面に蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む中間膜形成用組成物をコーティングして表面処理し；表面処理された蛍光層の表面に金属薄膜を形成し；前記第２基板を焼成して表面処理層を形成する；工程を含む電子放出素子の製造方法を提供する。

本発明では、金属薄膜の形成時に、表面を平坦に維持するための中間膜形成用組成物に蛍光層の輝度及び導電性を向上させることができる機能性物質を添加して表面処理層を形成することにより、別途の工程を行わずに表面処理層を形成することができるので、電子放出素子の製造工程を単純化することができ、選択的に発光領域のみを表面処理することができ、表面処理層を非常に薄く形成することができるので、経済的である。

それでは、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施例をより詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい第１実施例による電子放出素子の断面図である。図面を参照すると、電子放出素子は、第１基板２及び第２基板４を任意の間隔をおいて実質的に平行に配置し、これらを一つに接合することによって真空容器を構成する。

第１基板２には、電子放出ユニット１００が提供されて第２基板４に向かって電子を放出し、第２基板４には、電子によって可視光を放出する発光部２００が提供されてイメージを実現する。

前記電子放出ユニット１００は、よく知られている電子放出素子のいずれの構成も適用することができ、図１には、一例としてＦＥＡ型電子放出素子の一実施例が示されている。

図示したＦＥＡ型電子放出素子の構造は、第１基板２上には所定のパターン、例えばストライプ形状のカソード電極６が互いに任意の間隔をおいて複数形成され、カソード電極６を覆うように絶縁層８が形成される。絶縁層８上には所定のパターン、例えばストライプ形状のゲート電極１０が互いに任意の間隔をおいてカソード電極６と直交する方向に複数形成される。

図１において、カソード電極６及びゲート電極１０の交差領域を画素領域と定義すれば、絶縁層８及びゲート電極１０には各々の画素領域ごとに少なくとも一つの開口部８ａ、１０ａが形成されてカソード電極６の一部表面を露出させ、露出されたカソード電極６上に電子放出部１２が形成される。

前記電子放出部１２は、電界が加えられると電子を放出する物質、例えばカーボンナノチューブ、グラファイト、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、Ｃ_６０（fullerene）、シリコンナノワイヤーのうちのいずれか一つ、もしくはこれらを組み合わせた物質、又はモリブデンのような金属物質からなる。前記電子放出部は、スクリーン印刷、フォトリソグラフィ工程、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、又はスパッタリングなどの方法で形成されることができる。

カソード電極６及びゲート電極１０のうちのいずれか一つの電極にスキャン信号を印加し、他の一つの電極にデータ信号を印加すれば、二つの電極間の電圧差が臨界値以上である画素の電子放出部１２の周囲に電界が形成され、これから電子が放出される。

一方、本発明において、前記電子放出ユニット１００の構成は前記例に限られるわけではない。例えば、第１基板上にゲート電極が先に形成され、このゲート電極上に絶縁層を介在させてカソード電極が形成された後、このカソード電極に電子放出部が電気的に連結された構造を有することもできる。

図１では、電子放出ユニットの一例としてＦＥＡ型電子放出素子を示したが、電子放出ユニット１００はこれに限定されず、ＳＣＥ型、ＭＩＭ又はＭＩＳ型、及びＢＳＥ型などの電子放出素子の構成が全て適用できる。

第１基板２に対応する第２基板４には、一面に少なくとも一つ以上の蛍光層１４が形成され、前記蛍光層１４の表面に蛍光層の輝度及び導電性を向上させるための機能性物質からなる表面処理層１６が形成され、前記表面処理層１６の全面には少なくとも一つ以上のアノード電極１８が形成されて、発光部２００を構成する。

本発明では、画面のコントラストを向上させるために、蛍光層１４の間の非発光領域に黒色層２０が位置するのが好ましい。前記黒色層２０はクロム酸化膜のような薄膜又は黒鉛のような炭素系列成分の厚膜からなることができる。

前記アノード電極１８は、金属を蒸気蒸着又はスパッタリングして形成された金属薄膜からなるのが好ましく、アルミニウム薄膜であるのが最も好ましい。この金属薄膜は、電子ビームの加速に必要な高電圧が印加されてアノード電極として機能する。

蛍光層１４の表面に存在する表面処理層１６は、蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む。前記機能性物質は、電子ビームによる蛍光層の劣化を防止する保護膜の役割も果たす。また、緑色蛍光層の表面のみに表面処理層が形成されるようにすることもできる。

前記機能性物質は金属もしくは非金属を含む酸化物又はゼラチンが好ましい。これらの具体的な例としては、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ｙ_２（ＳｉＯ_３）_３、Ａｌ_２Ｏ_３、又はこれらの混合物などがある。前記表面処理層１６は、アノード電極１８である金属薄膜の形成時に表面を平坦化するための中間膜形成用組成物に機能性物質を添加した後、これを蛍光層１４に塗布し、この上に金属薄膜１８を形成して焼成することによって形成する。焼成後には機能性物質のみが蛍光層１４の表面に残存するようになる。

前記中間膜形成用組成物の塗布工程は、スクリーン印刷、スピンコーティングなどの方法で実施することができるが、これに限られるわけではない。中間膜形成用組成物の塗布後には乾燥工程を行うのが好ましい。前記焼成工程は、２００乃至５００度の温度範囲で実施するのが好ましい。

前記中間膜形成用組成物は、通常表面平坦化層形成のための組成物（フィルミング（filming）液）に蛍光層の焼成後にも残存可能な機能性物質を添加して製造する。前記組成物としては、セルロース系樹脂又はアクリル系樹脂と有機溶媒とを混合して使用する。中間膜形成用組成物に添加される機能性物質の量は、蛍光体１００重量部当り０.００１乃至２０重量部、好ましくは０.０１乃至１０重量部、さらに好ましくは０.１乃至５重量部、最も好ましくは０.１乃至１重量部である。前記機能性物質の添加量が０.００１重量部未満であると、表面処理効果が期待し難く、２０重量部を超えると、可視光の透過を阻害して輝度がむしろ低下する恐れがあるので好ましくない。本発明では、表面平坦化層を形成するための中間膜形成用組成物に機能性物質のみを添加して表面処理層を形成するので、表面平坦化層形成工程及び表面処理層形成工程を同時に実施することができ、表面処理層を形成するための別途の工程は必要ない。また、蛍光層のみに選択的に表面処理層を形成することができ、表面処理層を非常に薄く形成することができるので、経済的である。本発明によって形成された表面処理層の厚さは１ｎｍ乃至１０μｍの範囲にあるのが好ましい。

絶縁層上にスペーサ２６を配置した後、電子放出ユニット１００を含む第１基板と発光部２００を含む第２基板とを、密封材を利用して第１、第２基板の縁部を接合させ、図示していない排気口を通して第１、第２基板の内部を排気させて電子放出素子を完成する。

図２は、本発明の好ましい第２実施例による電子放出素子の断面図である。前記第２実施例による電子放出素子は、前述の第１実施例による電子放出素子及び電子放出ユニット１００の構造は同一であり、アノード電極を除いて同一な発光部２００の構造を有するので、同一な構成要素は同一な符号を使用する。

図２に示されているように、本発明の第２実施例による電子放出素子の発光部３００は、第２基板４に形成される少なくとも一つ以上の透明電極２２、前記透明電極２２に形成される少なくとも一つ以上の蛍光層１４、前記蛍光層１４の表面に形成され、蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む表面処理層１６、及び前記表面処理層１６を覆うように形成される一つ以上の金属薄膜２４を含むことができる。

前記発光部３００では、蛍光層１４と第２基板４との間に透明電極２２が形成される。前記透明電極２２は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明酸化物から形成されることができ、第２基板４の一表面全体を覆うように形成されるか又はストライプパターンなどの様々な形状に形成されることができる。

前記第２実施例による電子放出素子は、前述の第１実施例とは異なって、透明電極２２が電子ビームの加速に必要な電圧の印加を受けてアノード電極として機能し、金属薄膜２４はメタルバック（metal back）効果により画面の輝度を高める役割を果たす。

第２実施例でも、画面のコントラストを向上させるために、発光領域に位置した蛍光層１４の間の非発光領域に黒色層２０が位置するのが好ましい。前記蛍光層１４はパターン化されたアノード電極２２上に形成されることもできる。

電子放出ユニット１００が形成された第１基板２及び発光部２００、３００が形成された第２基板４は、絶縁層１０上にスペーサ２６を配置した後、密封材を利用して第１、第２基板の縁部を接合し、図示していない排気口を通じて第１、第２基板の内部を排気させて電子放出素子を完成する。

以下、本発明の好ましい実施例及び比較例を記載する。しかし、下記の実施例は本発明の好ましい一実施例に過ぎず、本発明が下記の実施例に限られるわけではない。

（実施例１乃至４）
テルピネオールにアクリル樹脂を添加して製造した中間膜形成用組成物に、金属酸化物としてＩｎ_２Ｏ_３を下記の表１に記載された量で添加して中間膜形成用組成物を製造した。表１でのＩｎ_２Ｏ_３の量は、蛍光体１００重量部を基準にしたものである。前記組成物を、図１に示された構造を有する第１基板の蛍光層上に塗布し、その上にアルミニウム金属を蒸着して金属薄膜を形成した。その後、４５０度で焼成してアクリルエマルジョンを除去して、金属酸化物を含む表面処理層を形成した。これに、図１に示された電子放出ユニットの構成を有する第２基板及び前記第１基板を密封材を利用して接合し、排気口を通じて第１、第２基板の内部を排気させて電子放出素子を製造した。

（比較例１）
中間膜形成用組成物に金属酸化物を添加しないことを除いては、前記実施例１と同一な方法で電子放出素子を製造した。

前記実施例１乃至４及び比較例１の電子放出素子の輝度を測定して、表１に記載した。

前記表１に記載されたように、機能性物質である酸化物を含む表面処理層が形成された実施例１乃至４の電子放出素子が、比較例１に比べて輝度が優れていることが分かる。

以上で、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これもまた本発明の範囲に属する。

本発明の一実施例による電子放出素子の断面図である。 本発明の他の実施例による電子放出素子の断面図である。

符号の説明

２ 第１基板
４ 第２基板
６ カソード電極
８ 絶縁層
８ａ、１０ａ 開口部
１０ ゲート電極
１２ 放出部
１４ 蛍光層
１６ 表面処理層
１８ アノード電極
２０ 黒色層
２２ 透明電極
２４ 金属薄膜
２６ スペーサ
１００ 電子放出ユニット
２００、３００ 発光部

Claims (28)

1. 互いに対向配置されて真空容器を構成する第１基板及び第２基板、第１基板に形成される電子放出ユニット、及び第２基板に形成される発光部を備えた電子放出素子において、
   前記発光部は、
   前記第２基板に形成される少なくとも一つ以上の蛍光層と；
   前記蛍光層の表面に形成され、蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む表面処理層と；
   前記表面処理層を覆うように形成される一つ以上のアノード電極と；
   を含むことを特徴とする電子放出素子。
2. 前記蛍光層の間の非発光領域に黒色層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
3. 前記機能性物質は非金属もしくは金属を含む酸化物又はゼラチンであることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
4. 前記酸化物は、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ｙ_２（ＳｉＯ_３）_３、Ａｌ_２Ｏ_３、及びこれらの混合物からなる群より選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項３に記載の電子放出素子。
5. 前記表面処理層は、表面平坦化層形成のための組成物に機能性物質を添加して製造した中間膜形成用組成物を蛍光層に塗布した後で焼成して形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
6. 前記機能性物質は、蛍光層１００重量部当り０.００１乃至２０重量部が含まれることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
7. 前記機能性物質は、蛍光層１００重量部当り０.１乃至１重量部が含まれることを特徴とする請求項６に記載の電子放出素子。
8. 前記表面処理層は１ｎｍ乃至１０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
9. 前記アノード電極は金属薄膜から形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
10. 前記金属薄膜はアルミニウム薄膜であることを特徴とする請求項９に記載の電子放出素子。
11. 互いに対向配置されて真空容器を構成する第１基板及び第２基板、第１基板に形成される電子放出ユニット、及び第２基板に形成される発光部を備えた電子放出素子において、
    前記発光部は、
    前記第２基板に形成される少なくとも一つ以上のアノード電極と；
    前記アノード電極に形成される少なくとも一つ以上の蛍光層と；
    前記蛍光層の表面に形成され、蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む表面処理層と；
    前記表面処理層を覆うように形成される一つ以上の金属薄膜と；
    を含むことを特徴とする電子放出素子。
12. 前記アノード電極は透明電極から形成されることを特徴とする請求項１１に記載の電子放出素子。
13. 前記透明電極はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなることを特徴とする請求項１２に記載の電子放出素子。
14. 前記蛍光層の間の非発光領域に黒色層が形成されることを特徴とする請求項１１に記載の電子放出素子。
15. 前記機能性物質は非金属もしくは金属を含む酸化物又はゼラチンであることを特徴とする請求項１１に記載の電子放出素子。
16. 前記酸化物は、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ｙ_２（ＳｉＯ_３）_３、Ａｌ_２Ｏ_３、及びこれらの混合物からなる群より選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項１５に記載の電子放出素子。
17. 前記表面処理層は、表面平坦化層形成のための組成物に機能性物質を添加して製造した中間膜形成用組成物を蛍光層に塗布した後で焼成して形成されることを特徴とする請求項１１に記載の電子放出素子。
18. 前記機能性物質は、蛍光層１００重量部当り０.００１乃至２０重量部が含まれることを特徴とする請求項１１に記載の電子放出素子。
19. 前記機能性物質は、蛍光層１００重量部当り０.１乃至１重量部が含まれることを特徴とする請求項１８に記載の電子放出素子。
20. 前記表面処理層は１ｎｍ乃至１０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１１に記載の電子放出素子。
21. 第２基板上に設定された発光領域に対応して前記基板上に少なくとも一つ以上の蛍光層を形成し；
    前記蛍光層の表面に蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む中間膜形成用組成物をコーティングして表面処理し；
    表面処理された蛍光層の表面に金属薄膜からなる一つ以上のアノード電極を形成し；
    前記第２基板を焼成して表面処理層を形成する；工程を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
22. 前記機能性物質は非金属もしくは金属を含む酸化物又はゼラチンであることを特徴とする請求項２１に記載の電子放出素子の製造方法。
23. 前記酸化物は、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ｙ_２（ＳｉＯ_３）_３、Ａｌ_２Ｏ_３、及びこれらの混合物からなる群より選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項２２に記載の電子放出素子の製造方法。
24. 前記中間膜形成用組成物は、アクリルエマルジョンに機能性物質を添加して製造されることを特徴とする請求項２１に記載の電子放出素子の製造方法。
25. 第２基板上に設定された発光領域に対応して前記基板上に透明酸化物をコーティングしてアノード電極を形成し；
    前記アノード電極に少なくとも一つ以上の蛍光層を形成し；
    前記蛍光層の表面に蛍光層を形成するための焼成工程後にも残存する機能性物質を含む中間膜形成用組成物をコーティングして表面処理し；
    表面処理された蛍光層の表面に金属薄膜を形成し；
    前記第２基板を焼成して表面処理層を形成する；工程を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
26. 前記機能性物質は非金属もしくは金属を含む酸化物又はゼラチンであることを特徴とする請求項２５に記載の電子放出素子の製造方法。
27. 前記酸化物は、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ｙ_２（ＳｉＯ_３）_３、Ａｌ_２Ｏ_３、及びこれらの混合物からなる群より選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項２６に記載の電子放出素子の製造方法。
28. 前記中間膜形成用組成物は、アクリルエマルジョンに機能性物質を添加して製造されることを特徴とする請求項２５に記載の電子放出素子の製造方法。

Images