JP2006012665A - 冷陰極素子及び電界放出型ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、冷陰極エミッタを備えた冷陰極素子及び電界放出型ディスプレイに関し、画素間の輝度のばらつきを低減すると共に、解像度の低下や混色等の画質劣化を抑制することのできる冷陰極素子及び電界放出型ディスプレイを提供することを課題とする。
【解決手段】 ゲート電極５７上に開口径Ｒ２の開口部５８Ａを有した誘電体層５８と、誘電体層５８上に開口径Ｒ１の開口部５９Ａを有した導体５９とを備えた冷陰極素子６０を複数設けて、電界放出型ディスプレイ５０を構成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、冷陰極素子及び電界放出型ディスプレイに係り、特に冷陰極エミッタを備えた冷陰極素子及び電界放出型ディスプレイに関する。

電界放出型ディスプレイ（ＦＥＤ；Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、画素毎に設けられた複数の冷陰極素子を複数備えており、冷陰極素子には電子を放出するための冷陰極エミッタが設けられている。

冷陰極素子には、カソード電極上に先端が先鋭な冷陰極エミッタを形成し、カソード電極上に冷陰極エミッタを取り囲むような絶縁層と、絶縁層上にゲート電極とを形成して、冷陰極エミッタとゲート電極との間に電圧を印加して、高電界を発生させて冷陰極エミッタの先端から電子の放出を行うＳｐｉｎｄｔ型や、カソード電極とゲート電極との間に形成された絶縁層に電圧を印加して高電界を発生させて、トンネル効果により電子の放出を行うＭＩＭ（Metal Insulator Metal）型や、カソード電極とゲート電極との間に形成された薄膜に微小ギャップを形成し、カソード電極とゲート電極との間に電圧を印加して、微小ギャップから電子の放出を行うＳＣＥ（Surface Conduction Emitter）型等の方式が検討されている。

このような冷陰極素子は、微細な構造であるため、電界放出型ディスプレイに設けられた複数の冷陰極エミッタを均一な形状に形成することは困難である。そのため、冷陰極エミッタ間の形状が不均一となり、冷陰極素子間の電子放出特性が異なってしまい、画素間の輝度にばらつきが発生して、画質が劣化するという問題があった。このような問題を解決するため、従来の電界放出型ディスプレイでは、画素毎に複数の冷陰極素子を設けて、画素間の電子放出特性の差を小さくしたものがある。

また、ゲート電極を用いた冷陰極素子を備えた電界放出型ディスプレイでは、冷陰極エミッタから放出された電子ビームがゲート電極に引き寄せられるため、電子ビームの照射角度は広がる傾向にあり、解像度の低下や混色等の画質劣化を引き起こしていた。このような問題を解決するための従来技術として、電子ビームを集束させるためのフォーカス電極を設けた電界放出型ディスプレイや、ゲート電極の厚さを大きくした電界放出型ディスプレイ等がある。

図１は、フォーカス電極を備えた従来の電子放出型ディスプレイの断面図であり、図２は、図１に示した背面板の平面図である。なお、図１に示したＢは、カソード電極１３とゲート電極１５との間に電圧Ｖｇと、カソード電極１３とフォーカス電極１８との間に電圧Ｖｆとを印加することにより形成された等電位線（以下、等電位線Ｂ）を示している。また、図１中に示したＤは、冷陰極エミッタ１９から放出された電子ビーム（以下、電子ビームＤ）を示している。

図１に示すように、電界放出型ディスプレイ２０は、大略すると複数の冷陰極素子１０が設けられた背面板１１と、前面板２４とを有した構成とされている。冷陰極素子１０は、大略すると基板１２と、カソード電極１３と、絶縁層１４と、ゲート電極１５と、誘電体層１７と、フォーカス電極１８と、冷陰極エミッタ１９とにより構成されている。基板１２上には、カソード電極１３が形成されており、カソード電極１３上には、絶縁層１４と、ゲート電極１５と、誘電体層１７と、フォーカス電極１８とが順次積層され、絶縁層１４、ゲート電極１５、誘電体層１７、及びフォーカス電極１８にはカソード電極１３を露出する開口部Ａが形成されている。

開口部Ａに露出されたカソード電極１３上には、電子を放出するための冷陰極エミッタ１９が形成されている。フォーカス電極１８は、冷陰極エミッタ１９から放出された電子ビームＤを集束させるためのものである。図２に示すように、フォーカス電極１８は、薄膜状の金属膜であり、複数の冷陰極素子１０間で共通の電極とされている。また、フォーカス電極１８は、電源と接続されており、通常、ゲート電圧より低い電圧が印加される。

前面板２４は、基板２１と、アノード電極２２と、蛍光体２３とを有した構成とされている。基板２１上には、アノード電極２２と、蛍光体２３とが順次形成されている。前面板２４は、蛍光体２３が冷陰極エミッタ１９と対向するよう配置されている。

このような構成の電界放出型ディスプレイ２０は、カソード電極１３とゲート電極１５との間に電圧Ｖｇが印加されると冷陰極エミッタ１９から電子ビームＤが放出され、電子ビームＤは冷陰極エミッタ１９の表面に形成された上に凸の等電位線Ｂと直交する方向（ゲート電極１５に向かう方向）に力を受けて発散しようとするが、フォーカス電極１８により形成された下に凸んだ等電位線Ｂにより電子ビームＤは集束される（例えば、非特許文献１参照。）。

図３は、ゲート電極の厚さを大きくした従来の電界放出型ディスプレイの断面図である。図３に示したＦは、カソード電極１３とゲート電極２６との間に電圧Ｖｇを印加することにより形成された等電位線（以下、等電位線Ｆ）を示しており、Ｇは冷陰極エミッタ１９から放出された電子ビーム（以下、電子ビームＧ）を示している。なお、図３において、図１に示した電界放出型ディスプレイ２０と同一構成部分には同一符号を付す。

図３に示すように、電界放出型ディスプレイ３０は、大略すると複数の冷陰極素子２５を備えた背面板２７と、前面板２４とを有した構成とされている。冷陰極素子２５は、大略すると基板１２と、カソード電極１３と、絶縁層１４と、厚さの大きいゲート電極２６と、冷陰極エミッタ１９とを有した構成されている。 基板１２上には、カソード電極１３が形成されている。カソード電極１３上には、絶縁層１４と、厚さの大きいゲート電極２６とが順次積層され、絶縁層１４及びゲート電極２６には、カソード電極１３を露出する開口部Ｅが形成されている。このようにゲート電極２６の厚さを大きくすることにより、発散する電子ビームＧをゲート電極２６の側面部２６Ａで遮断することができる（例えば、非特許文献２参照。）。
Y.W.Jin,et al,"A Study on the Driving Property of Double GatedTriode-Type Field Emission Display using Carbon Nanotube Emitter"Proc.EuroDisplay‘02,pp.229-232,2002 J.E.Jung,et al,"Development of Triode-Type Carbon Nanotube Field-EmitterArrays with Suppression of Diode Emission by Forming Electroplated Ni WallStructure",J.Vac.Sci.Techno.B,Vol.21(1),pp.375-381,2003

しかしながら、近年、ディスプレイには、大画面化、高精細化等が望まれており、ディスプレイの高精細化に伴い、１画素の大きさは小さくなってきており、従来のように画素毎に複数の冷陰極素子を設けることは困難である。

また、フォーカス電極１８を備えた電界放出型ディスプレイ２０では、フォーカス電極１８が複数の冷陰極素子１０に対して共通な電極であるため、冷陰極素子１０間で放出される電子の量が異なる場合、フォーカス電極１８により冷陰極素子１０毎に放出される電子の量の調整を行なうことができず、画素間に輝度のばらつきが生じるという問題があった。また、全ての冷陰極素子１０に対して共通なフォーカス電極１８に負の電圧を印加することで、全ての冷陰極エミッタ１９の表面付近の電界強度が一様に弱められるため、全ての冷陰極エミッタ１９から電子が放出されにくくなるという問題があった。

ゲート電極２６の厚さを大きくした電界放出型ディスプレイ３０では、電子ビームＧの発散は抑制できるが、電子ビームＧがゲート電極２６に衝突しやすくなるため、冷陰極エミッタ１９の電子放出効率が低下するという問題があった。

そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、画素間の輝度のばらつきを低減すると共に、解像度の低下や混色等の画質劣化を抑制することのできる冷陰極素子及び電界放出型ディスプレイを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明では、カソード電極とゲート電極との間に電圧を印加して冷陰極エミッタから電子を放出する冷陰極素子であって、前記ゲート電極上に形成され、前記電子を通過させる第１の開口部を有した誘電体層と、該誘電体層上に形成され、前記電子を通過させる第２の開口部を有した導体とを備え、該導体は、他の冷陰極素子の導体とは分離して設けられ、電気的に開放されていることを特徴とする冷陰極素子により、解決できる。
上記発明によれば、ゲート電極上に第１の開口部を有した誘電体層を形成し、誘電体層上に他の冷陰極素子の導体とは分離して設けられ、電気的に開放された導体を設けることにより、冷陰極エミッタから放出された電子の量に応じて、冷陰極素子毎に設けられた導体を負に帯電させ、導体の帯電量に応じて冷陰極エミッタ表面の電界強度を弱めて、冷陰極エミッタ間の電子放出量の差を小さくして、画素間の輝度のばらつきを低減することができる。また、導体を負に帯電させることで、導体の付近に下に凸んだ等電位線を形成して、冷陰極エミッタから放出された電子ビームを集束させて、解像度の低下や混色等の画質劣化を抑制することができる。

請求項２記載の発明では、前記誘電体層に設けられた前記第１の開口部は、前記導体に設けられた前記第２の開口部よりも大きく形成されており、前記第１の開口部の中心と前記第２の開口部の中心とは、略同一であることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極素子により、解決できる。

上記発明によれば、誘電体層に設けられた第１の開口部を導体に設けられた第２の開口部よりも大きく形成し、かつ第１の開口部の中心と第２の開口部の中心とを略同一となるよう構成することにより、冷陰極エミッタから放出された電子が導体に到達しやすくなり、導体を電子により負に帯電させやすくすることができる。

請求項３記載の発明では、前記電子が照射されることにより発光する蛍光体と、請求項１または２に記載の冷陰極素子とを備えたことを特徴とする電界放出型ディスプレイにより、解決できる。

上記発明によれば、請求項１または２に記載の冷陰極素子を備えたことで、画素間の輝度のばらつきを低減することができると共に、冷陰極エミッタから放出された電子ビームを集束させ、集束させた電子ビームを所定の蛍光体に照射させて、解像度の低下や混色等の画質劣化を抑制することができる。

上述の如く本発明によれば、画素間の輝度のばらつきを低減すると共に、解像度の低下や混色等の画質劣化を抑制することのできる冷陰極素子及び電界放出型ディスプレイを提供することができる。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態）
始めに、図４及び図５を参照して、本実施の形態による電界放出型ディスプレイ５０の構成について説明する。図４は、本発明の実施の形態による電界放出型ディスプレイの断面図であり、図５は、図４に示した背面板の平面図である。なお、図４においては、１つの冷陰極素子６０のみ図示したが、図５に示すように背面板５１には複数の冷陰極素子６０が設けられている。

電界放出型ディスプレイ５０は、大略すると前面板６５と、複数の冷陰極素子６０が設けられた背面板５１とを有した構成とされている。前面板６５は、基板６６と、アノード電極６７と、蛍光体６８とを有した構成とされている。基板６６には、アノード電極６７と、蛍光体６８とが順次積層形成されている。前面板６５は、背面板５１から離間し、かつ蛍光体６８が後述する冷陰極エミッタ５４と対向するよう配置されている。

冷陰極素子６０は、大略すると基板５２と、カソード電極５３と、冷陰極エミッタ５４と、絶縁層５６と、ゲート電極５７と、誘電体層５８と、導体５９とを有した構成とされている。カソード電極５３は、基板５２上に設けられている。カソード電極５３には、例えば、Ｃｒ膜，Ａｌ膜，Ａｕ膜，Ａｇ膜，Ｔｉ膜，Ｔａ膜，Ｍｏ膜，Ｚｒ膜，Ｗ膜，Ｐｔ膜，Ｉｒ膜，Ｎｉ膜等の材料を用いることができる。カソード電極５３の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で適宜選択することができる。

冷陰極エミッタ５４は、後述する開口部５６Ａに露出されたカソード電極５３上に形成されている。冷陰極エミッタ５４には、例えば、電子放出特性に優れた炭素系微細繊維を用いることができる。炭素系微細繊維には、例えば、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバ、ナノグラファイバ、カーボンナノホーン等を用いることができる。

絶縁層５６は、開口部５６Ａを有しており、カソード電極５３上に形成されている。絶縁層５６には、例えば、ＳｉＯ_２膜，ＴＥＯＳ膜，Ｓｉ_３Ｎ_４膜，Ｔａ_２Ｏ_５膜，ＭｇＯ膜，Ａｌ_２Ｏ_３膜等を用いることができる。絶縁層５６の厚さは、例えば、５００ｎｍ〜５μｍの範囲内で適宜選択することができる。

ゲート電極５７は、開口部５７Ａを有しており、絶縁層５６上に形成されている。ゲート電極５７には、例えば、Ｃｒ膜，Ａｌ膜，Ａｕ膜，Ａｇ膜，Ｔｉ膜，Ｔａ膜，Ｍｏ膜，Ｚｒ膜，Ｗ膜，Ｐｔ膜，Ｉｒ膜，Ｎｉ膜等の材料を用いることができる。ゲート電極５７の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で適宜選択することができる。

誘電体層５８は、開口径Ｒ２の開口部５８Ａ（第１の開口部）を有しており、ゲート電極５７上に形成されている。誘電体層５８には、例えば、ＳｉＯ_２膜，ＴＥＯＳ膜，Ｓｉ_３Ｎ_４膜，Ｔａ_２Ｏ_５膜，ＭｇＯ膜，Ａｌ_２Ｏ_３膜等を用いることができる。誘電体層５８の厚さは、例えば、５００ｎｍ〜５μｍの範囲内で適宜選択することができる。

導体５９は、板状の形状をしており、開口径Ｒ１の開口部５９Ａ（第２の開口部）を有した構成とされている。導体５９は、誘電体層５８上に形成されている。第２の開口部である開口部５９Ａの開口径Ｒ１は、誘電体層５８の開口部５８Ａの開口径Ｒ２よりも小さくなるよう構成されている。また、開口部５８Ａの中心と開口部５９Ａの中心とは、略同一となるように構成されている。図５に示すように、導体５９は冷陰極素子６０毎に独立して設けられており、複数の冷陰極素子６０に設けられた導体５９はそれぞれ分離されている。また、導体５９は、電源に接続されておらず、電気的に開放された状態にある。

このような導体５９を冷陰極素子６０毎に独立して設けることにより、ゲート電極５７とカソード電極５３との間に電圧Ｖｇと、アノード電極６７とカソード電極５３との間に電圧Ｖａとが印加された際、導体５９を冷陰極エミッタ５４から放出された電子の量に応じて負に帯電させ、導体５９の帯電量に応じてそれぞれの冷陰極エミッタ５４表面の電界強度を弱めて、冷陰極エミッタ５４間の電子放出量の差を小さくして、画素間の輝度のばらつきを低減することができると共に、下に凸んだ等電位線Ｋ（図１５参照）を形成して、この下に凸んだ等電位線Ｋにより電子ビームＪを集束させ、画像として表示される解像度の低下や混色等の画質劣化を抑制することができる。

また、導体５９に形成された開口部５９Ａの開口径Ｒ１を、誘電体層５８の開口部５８Ａの開口径Ｒ２よりも小さくなるよう構成することで、導体５９に電子が到達しやすくなり、電子により導体５９を負に帯電させやすくすることができる。

導体５９には、例えば、Ｃｒ膜，Ａｌ膜，Ａｕ膜，Ａｇ膜，Ｔｉ膜，Ｔａ膜，Ｍｏ膜，Ｚｒ膜，Ｗ膜，Ｐｔ膜，Ｉｒ膜，Ｎｉ膜等の材料を用いることができる。導体５９の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で適宜選択することができる。

次に、図６乃至図１３を参照して、本実施の形態による電界放出型ディスプレイ５０の製造方法ついて説明する。なお、前面板６５については、従来の電界放出型ディスプレイと同様な構成とされているのでその製造方法の説明を省略し、ここでは電界放出型ディスプレイ５０の背面板５１の製造方法についてのみ説明する。

図６乃至図１３は、本実施の形態の電界放出型ディスプレイに設けられた背面板の製造工程を示した図である。なお、図６乃至図１３においては、冷陰極エミッタ５４に炭素系微細繊維を適用した場合を例に挙げて説明する。

図６に示すように、基板５２上にカソード電極５３を形成する。カソード電極５３は、例えば、スパッタリング法や蒸着法等により形成することができる。カソード電極５３は、必要に応じてパターニングする。次に、図７に示すように、カソード電極５３上に、触媒金属７１を成膜し、触媒金属７１をパターニングするためのレジスト膜７２を触媒金属７１上に形成する。冷陰極エミッタ５４として炭素系微細繊維を形成する場合、触媒金属７１には、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏのうちの少なくとも１つを含む金属を用いることができる。また、触媒金属７１の厚さは、例えば、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で適宜選択することができる。

続いて、図８に示すように、レジスト膜７２をマスクとしてエッチングを行い、触媒金属７１をパターニングする。レジスト膜７２は、触媒金属７１をパターニング後、レジスト剥離液により除去される。

次に、図９に示すように、触媒金属７１上とカソード電極５３上とに亘って、絶縁層５６を成膜し、続いて、絶縁層５６上にゲート電極５７と、誘電体層５８と、導体５９とを順次成膜し、その後、導体５９を板状とし、冷陰極素子６０毎に導体５９を形成するために必要なパターニングされたレジスト膜７７を導体５９上に形成する。ゲート電極５７、誘電体層５８、及び導体５９は、例えば、スパッタリング法や蒸着法等により成膜することができる。

続いて、図１０に示すように、レジスト膜７７をマスクとして、誘電体層５８が露出するまでエッチングを行って、板状の導体５９を冷陰極素子６０毎に形成する。レジスト膜７７は、エッチング後にレジスト剥離液により除去する。

次に、図１１に示すように、板状の導体５９上及び誘電体層５８上に、開口部５６Ａ〜５９Ａを形成するためのレジスト膜７４をパターニングする。レジスト膜７４には、開口径Ｒ１の開口部７４Ａが形成されている。

続いて、図１２に示すように、レジスト膜７４をマスクとして、等方性エッチング或いは異方性エッチングを用いて、導体５９、誘電体層５８、ゲート電極５７、及び絶縁層５６のエッチングを行う。このエッチングは、触媒金属７１と、触媒金属７１の周辺のカソード電極５３とが露出されるまで行う。このエッチングにより、導体５９には開口径Ｒ１の開口部５９Ａ、誘電体層５８には開口径Ｒ２の開口部５８Ａ、ゲート電極５７には導体５９に形成された開口部５９Ａと略同じ大きさの開口径を有した開口部５７Ａ、絶縁層５６には誘電体層５８に形成された開口部５８Ａと略同じ大きさの開口径を有した開口部５６Ａがそれぞれ形成される。レジスト膜７４は、開口部５６Ａ〜５９Ａを形成後に、レジスト剥離液により除去される。

続いて、図１３に示すように、熱ＣＶＤ法、又はプラズマＣＶＤ法を用いて、触媒金属７１から冷陰極エミッタ５４となる炭素系微細繊維を析出成長させる。

熱ＣＶＤ法を用いて炭素系微細繊維を析出成長させる場合には、炭素を含むガス中において、赤外線ランプやヒータ等を用いて、基板５２を４５０〜６００℃の範囲内で加熱して、触媒金属７１と炭素を含むガスとを反応させることで、炭素系微細繊維を析出成長させることができる。

また、プラズマＣＶＤ法を用いて炭素系微細繊維を析出成長させる場合には、炭素を含むガス中において、基板５２を加熱した上でプラズマを発生させることで、炭素系微細繊維を析出成長させることができる。炭素を含むガスには、例えば、一酸化炭素、アセチレン、メタン、エチレン等を含むガスを用いることができる。また、上記炭素を含むガスに、ヘリウム、アルゴン、水素、酸素等の希ガスを混合させても良い。

以上説明したような製造工程を行うことで、複数の冷陰極素子６０を備えた背面板５１が製造される。

次に、図１４及び図１５を参照して、電界放出型ディスプレイ５０に設けられた導体５９の帯電方法について説明する。図１４は、電子放出開始直後（導体が帯電する前）の電界放出型ディスプレイの状態を模式的に示した図であり、図１５は、導体が帯電した後の電界放出型ディスプレイの状態を模式的に示した図である。なお、図１４及び図１５において、Ｊは電子ビーム（以下、電子ビームＪ）、Ｋは等電位線（以下、等電位線Ｋ）、Ｉは等電位線（以下、等電位線Ｉ）をそれぞれ示している。

図１４に示すように、ゲート電極５７とカソード電極５３との間に電圧Ｖｇと、カソード電極５３とアノード電極６７との間に電圧Ｖａとを印加した直後は、上に凸んだ等電位線Ｉが形成されると共に、冷陰極エミッタ５４から電子が放出される。放出された電子は、等電位線Ｉと直交する方向に力を受けて進行し、蛍光体６８或いは導体５９に到達する。導体５９は、導体５９に到達した電子により負に帯電する。

この際、導体５９から冷陰極エミッタ５４に電流Ｉ_Ｄが流れる。また、導体５９に帯電した電子の一部もリークするため、ゲート電極５７と導体５９との間にリーク電流Ｉ_Ｌが流れる。そのため、電流Ｉ_Ｄからリーク電流Ｉ_Ｌを引いた分の電流に相当する電子により、導体５９は負に帯電する。このように、電子により導体５９が負に帯電すると、導体５９の電位が下がり、導体５９の帯電量に応じて冷陰極エミッタ５４の電界強度が弱められ、冷陰極エミッタ５４から放出される電子の量は少なくなり、電流Ｉ_Ｄの値も小さくなる。導体５９の電位は、電流Ｉ_Ｄとリーク電流Ｉ_Ｌとの大きさが等しくなった平衡状態において決定され、これにより冷陰極エミッタ５４から放出される電子の量が決定される。

また、導体５９が負に帯電することで、図１５に示すように、導体５９の上方に下に凸んだ等電位線Ｋが形成され、この等電位線Ｋにより冷陰極エミッタ５４から放出された電子ビームＪは集束させられる。

次に、図１６及び図１７を参照して、電界放出型ディスプレイ５０が電子の放出量の多い冷陰極素子６０Ｂと、電子の放出量の少ない冷陰極素子６０Ｃとを有していた場合の導体５９Ｂ，５９Ｃの機能について説明する。なお、冷陰極エミッタ５４Ｂに流れる電流のうち導体５９Ｂから冷陰極エミッタ５４Ｂに流れ込む電流Ｉ_ＤＢの割合と、冷陰極エミッタ５４Ｃに流れる電流のうち導体５９Ｃから冷陰極エミッタ５４Ｃに流れ込む電流Ｉ_ＤＣの割合とは略等しく、リーク電流Ｉ_ＬＢとリーク電流Ｉ_ＬＣとは略等しいことを前提として以下の説明をする。

図１６は、電子の放出量の異なる冷陰極素子を備えた電界放出型ディスプレイの電子放出開始直後（導体が帯電する前）の状態を模式的に示した図であり、図１７は、図１６に示した電界放出型ディスプレイの導体が負に帯電した状態を模式的に示した図である。なお、図１６及び図１７において、説明の便宜上、電子の放出量の多い冷陰極素子６０Ｂには符号Ｂを付し、冷陰極素子６０Ｂよりも電子の放出量の少ない冷陰極素子６０Ｃには符号Ｃを付す。また、冷陰極素子６０Ｂ，６０Ｃは、冷陰極素子６０と同様な構成とされている。

図１６及び図１７において、電流Ｉ_ＤＢは、冷陰極エミッタ５４Ｂへの流入電流のうち、導体５９Ｂから冷陰極エミッタ５４Ｂに流れ込む電流を示しており、電流Ｉ_ＤＣは、冷陰極エミッタ５４Ｃへの流入電流のうち、導体５９Ｃから冷陰極エミッタ５４Ｃに流れ込む電流を示している。さらに、電流Ｉ_ＤＢ及び電流Ｉ_ＤＣを示した矢印の線の太さは、電流の大きさを示している（例えば、矢印の線が太い場合は、電流値が大きいことを示し、矢印の線が細い場合は、電流値が小さいことを示す。）。

図１６に示すように、電子放出開始直後において、電子の放出量の多い冷陰極素子６０Ｂの冷陰極エミッタ５４Ｂからは、冷陰極素子６０Ｃの冷陰極エミッタ５４Ｃから放出される電子よりも多くの電子が放出され、導体５９Ｂから冷陰極エミッタ５４Ｂに流れ込む電流Ｉ_ＤＢは、導体５９Ｃから冷陰極エミッタ５４Ｃに流れ込む電流Ｉ_ＤＣよりも大きくなる。

また、冷陰極エミッタ５４Ｂから放出された電子が導体５９Ｂに到達すると、導体５９Ｂは電流Ｉ_ＤＢからリーク電流Ｉ_ＬＢを引いた電流値（Ｉ_ＤＢ−Ｉ_ＬＢ）に相当する量の電子により負に帯電し、冷陰極エミッタ５４Ｃから放出された電子が導体５９Ｃに到達すると、導体５９Ｃは電流Ｉ_ＤＣからリーク電流Ｉ_ＬＣを引いた電流値（Ｉ_ＤＣ−Ｉ_ＬＣ）に相当する量の電子により負に帯電する。

上記説明したように、電流Ｉ_ＤＢ＞電流Ｉ_ＤＣ、リーク電流Ｉ_ＬＢ＝リーク電流Ｉ_ＬＣであることから、図１７に示すように、導体５９Ｂの帯電量は、導体５９Ｃの帯電量よりも大きくなり、冷陰極エミッタ５４Ｂ表面の電界強度は、冷陰極エミッタ５４Ｃ表面の電界強度よりも弱められる。

これにより、冷陰極エミッタ５４Ｂから放出される電子の量が減少して、冷陰極エミッタ５４Ｂから放出される電子の量と、冷陰極エミッタ５４Ｃから放出される電子の量との差が小さくなり、画素間の輝度のばらつきを低減できる。また、導体５９Ｂ，５９Ｃが負に帯電することで、下に凸んだ等電位線Ｋが導体５９Ｂ，５９Ｃとアノード電極６７との間に形成され、この下に凸んだ等電位線Ｋにより電子ビームＪ_Ｂ，Ｊ_Ｃを集束させ、集束された電子ビームＪ_Ｂ，Ｊ_Ｃを所定の蛍光体６８Ｂ，６８Ｃに照射することで、画像として表示される解像度の低下や混色等の画質劣化を抑制することができる。

上記説明した電界放出型ディスプレイ５０は、従来の電界放出型ディスプレイと同様な駆動方法により駆動され、例えば、複数のゲート電極５７に走査パルスに応じた所定の正のゲート電圧を印加し、複数のカソード電極５３に画像信号に応じた所定の負のカソード電圧を印加し、アノード電極６７に常時所定の正のアノード電圧を印加することで駆動することができる。

なお、導体５９に衝突する電子の電子エネルギーが、導体５９の二次電子放出係数１を超えるとき、導体５９からは二次電子が放出され、導体５９は正に帯電する。このように、導体５９が正に帯電すると冷陰極エミッタ５４表面の電界強度が強められるため、冷陰極素子６０間の放出される電子の量の差を小さくすることができないと共に、電子ビームＪを集束させることもできない。従って、導体５９から二次電子が放出されないように、ゲート電圧、カソード電圧、アノード電圧、導体５９とアノード電極６７との間の距離、導体５９とゲート電極５７との間の距離、ゲート電極５７とカソード電極５３との間の距離、導体５９の材料等を適宜選択する。

（実施例）
本実施例の電界放出型ディスプレイ５０の背面板５１を以下のように形成した。基板５２であるガラス基板上に、カソード電極５３であるＣｒ膜（２００ｎｍ）と、開口径７μｍの開口部５６Ａを有した絶縁層５６であるＳｉＯ_２膜（３μｍ）と、開口径５μｍの開口部５７Ａを有したゲート電極５７であるＣｒ膜（２００ｎｍ）と、開口径７μｍの開口部５８Ａを有した誘電体層５８であるＳｉＯ_２膜（２μｍ）と、開口径５μｍの開口部５９Ａを有した板状の導体５９であるＣｒ膜（２００ｎｍ）とを順次積層形成し、開口部５６Ａに露出されたカソード電極５３上に冷陰極エミッタ５４であるグラファイトナノファイバーを形成した。また、板状の導体５９は、平面視した状態において１０μｍ×１０μｍの四角形に構成されている。この背面板５１には、複数の冷陰極素子６０が形成されている。

このような背面板５１を電界放出型ディスプレイ５０に設けることで、画素間の輝度のばらつきを低減できると共に、下に凸んだ等電位線Ｋを形成して、電子ビームＪを集束させて、画像として表示される解像度の低下や混色等の画質劣化を抑制することができた。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明は、画素間の輝度のばらつきを低減すると共に、解像度の低下や混色等の画質劣化を抑制することのできる冷陰極素子及び電界放出型ディスプレイに適用できる。

フォーカス電極を備えた従来の電子放出型ディスプレイの断面図である。 図１に示した背面板の平面図である。 ゲート電極の厚さを大きくした従来の電界放出型ディスプレイの断面図である。 本発明の実施の形態による電界放出型ディスプレイの断面図である。 図４に示した背面板の平面図である。 本実施の形態の電界放出型ディスプレイに設けられた背面板の製造工程を示した図（その１）である。 本実施の形態の電界放出型ディスプレイに設けられた背面板の製造工程を示した図（その２）である。 本実施の形態の電界放出型ディスプレイに設けられた背面板の製造工程を示した図（その３）である。 本実施の形態の電界放出型ディスプレイに設けられた背面板の製造工程を示した図（その４）である。 本実施の形態の電界放出型ディスプレイに設けられた背面板の製造工程を示した図（その５）である。 本実施の形態の電界放出型ディスプレイに設けられた背面板の製造工程を示した図（その６）である。 本実施の形態の電界放出型ディスプレイに設けられた背面板の製造工程を示した図（その７）である。 本実施の形態の電界放出型ディスプレイに設けられた背面板の製造工程を示した図（その８）である。 電子放出開始直後（導体が帯電する前）の電界放出型ディスプレイの状態を模式的に示した図である。 導体が帯電した後の電界放出型ディスプレイの状態を模式的に示した図である。 電子の放出量の異なる冷陰極素子を備えた電界放出型ディスプレイの電子放出開始直後（導体が帯電する前）の状態を模式的に示した図である。 図１６に示した電界放出型ディスプレイの導体が負に帯電した状態を模式的に示した図である。

符号の説明

１０，２５，６０，６０Ｂ，６０Ｃ 冷陰極素子
１１，２７，５１ 背面板
１２，２１，５２，６６ 基板
１３，５３，５３Ｂ，５３Ｃ カソード電極
１４，５６，５６Ｂ，５６Ｃ 絶縁層
１５，２６，５７，５７Ｂ，５７Ｃ ゲート電極
１７，５８，５８Ｂ，５８Ｃ 誘電体層
１８ フォーカス電極
１９，５４，５４Ｂ，５４Ｃ 冷陰極エミッタ
２０，３０，５０ 電界放出型ディスプレイ
２２，６７ アノード電極
２３，６８，６８Ｂ，６８Ｃ 蛍光体
２４，６５ 前面板
２６Ａ 側面部
５９，５９Ｂ，５９Ｃ 導体
７１ 触媒金属
７２，７４，７７ レジスト膜
Ａ，Ｅ，５６Ａ〜５９Ａ 開口部
Ｂ，Ｆ，Ｋ，Ｉ 等電位線
Ｄ，Ｇ，Ｊ，Ｊ_Ｂ，Ｊ_Ｃ 電子ビーム
Ｒ１，Ｒ２ 開口径
Ｉ_ＤＢ，Ｉ_ＤＣ 電流
Ｉ_ＬＢ，Ｉ_ＬＣ リーク電流

Claims (3)

1. カソード電極とゲート電極との間に電圧を印加して冷陰極エミッタから電子を放出する冷陰極素子であって、
   前記ゲート電極上に形成され、前記電子を通過させる第１の開口部を有した誘電体層と、
   該誘電体層上に形成され、前記電子を通過させる第２の開口部を有した導体とを備え、
   該導体は、他の冷陰極素子の導体とは分離して設けられ、電気的に開放されていることを特徴とする冷陰極素子。
2. 前記誘電体層に設けられた前記第１の開口部は、前記導体に設けられた前記第２の開口部よりも大きく形成されており、
   前記第１の開口部の中心と前記第２の開口部の中心とは、略同一であることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極素子。
3. 前記電子が照射されることにより発光する蛍光体と、
   請求項１または２に記載の冷陰極素子とを備えたことを特徴とする電界放出型ディスプレイ。

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