JP2006156388A - 電界放出表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電界放出表示装置を提供する。
【解決手段】本発明に従う電界放出表示装置は、絶縁性基板上に設けられるカソード電極及びゲート電極と、カソード電極及びゲート電極を覆う絶縁層と、を含む。この絶縁層上にエミッターが設けられる。これにより、発光充実度が向上され、エミッターの寿命が延長される。
【選択図】図２

Description

本発明は、表示装置に関するものであり、より詳しくは、電界放出表示装置及びその製造方法に関するものである。

従来の情報伝達媒体の重要部分である表示装置の代表的な活用分野としては、パーソナルコンピュータのモニタとテレビジョン受像機などを挙げることができる。こうした表示装置は、高速熱電子放出を用いる陰極線管（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ；ＣＲＴ）と、最近、急速度で発展している液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）、プラズマ表示装置（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ；ＰＤＰ）及び電界放出表示装置（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＦＥＤ）などのような平板表示装置（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）に広く分類できる。

この中で、電界放出表示装置は、他の平板表示装置の短所を克服できる次世代情報通信用平板表示装置で注目を浴びている。電界放出表示装置は、電極構造が簡単であり、ＣＲＴのような原理に高速動作が可能であり、消費電力、効率、輝度などの面で優れている。

こうした電界放出表示装置は、カソード電極上に一定間隔で配列されたエミッターに強い電界を印加することによってエミッターから電子を放出させ、この電子をアノード電極の表面に塗布された蛍光体に衝突させて発光されるようにする。すなわち、真空中のエミッターに強い電界が印加されるとき、電子がエミッターから真空外へ出る量子力学的トンネリング現象を用いている。この際、電界放出表示装置は、Ｆ−Ｎ（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）法則によって電流−電圧特性を現す。

電界放出表示装置は、エミッターが配置されたカソード電極と蛍光体が配置されたアノード電極から構成される２電極構造とゲート電極とをさらに含む３電極構造がある。

２電極構造は、絶縁層やゲート電極のような３電極構造の積層が備えられる必要がないため低コストで製作されやすいこが、単純な２極構造としては電子放出を制御しにくくて均一な発光特性を得ることができず、電界放出表示装置の長所である高効率化を成すことができない。

従来の一般的な３電極構造は、基板上に抵抗層、絶縁層及びゲート電極が設けられ、絶縁層及びゲート電極を一部エッチングして形成されたホールにエミッターが設けられる。これについてアンダー（ｕｎｄｅｒ）ゲート方式は、ゲート電極がカソード電極下に設けられ、グリッド（ｇｒｉｄ）型ゲート方式はカソード電極とアノード電極との間に穴が空いたゲート電極が配置される。こうした方式は、多数の工程を経なければならないので製造工程が複雑であり、コストが高い。

これに比べて、ラテラルゲート方式は、ゲート電極がカソード電極側面に設けられる方式で他の方式に比べて製造が容易であり、コストが低廉ななどの長所がある。

図１は、従来のラテラルゲート方式の電界放出表示装置を示した図面である。

図１を参照すれば、基板１０上にカソード電極２０ｃとゲート電極２０ｇが設けられる。こうしたラテラルゲート方式は、カソード電極２０ｃとゲート電極２０ｇとを同時に形成できて製造が容易であるが、ゲート電極２０ｇがカソード電極２０ｃの側面に設けられるのでエミッター３０の有効面積が狭くなって発光効率が落ちる。発光効率を向上させるためには、カソード電極２０ｃとゲート電極２０ｇの線幅及び二つの電極２０ｃ，２０ｇの間の間隔を最大に縮めて微細パターンにライン数を最大にしなければならない。このように二つの電極２０ｃ，２０ｇの間の間隔が短くなれば、カソード電極２０ｃとゲート電極２０ｇとの間に形成される電界（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｉｅｌｄ；ＥＦ）が基板１０に対して水平に形成されるので、エミッター３０の縁部で主に電子放出が起こり、この際エミッター３０の縁部に過度な電流が流れる。また、カソード電極２０ｃ及びゲート電極２０ｇの素材として使用される金属は、その伝導性に優れて電子放出時電界（ＥＦ）がエミッター３０の中で電子放出特性に優れた側に集中される。これにより、電子放出時発光充実度が不良になることができ、エミッター３０の寿命が短縮できる。そして、微細パターン化された電極端でアーキングが発生できる。

本発明の技術的課題は、発光充実度が向上され、エミッターの寿命を延長させることができる電界放出表示装置及びその製造方法を提供するところにある。

前述した技術的課題を達成するための本発明の一側面による電界放出表示装置は、絶縁性基板上に設けられるカソード電極及びゲート電極と、カソード電極及びゲート電極を覆う絶縁層と、を含む。この絶縁層上にエミッターが設けられる。

エミッターは、炭素ナノチューブでありうる。

このエミッターは、カソード電極上に設けられるか、或いはカソード電極及びゲート電極上に設けられることができる。

この絶縁層の厚さは、０．０１μｍ〜２０μｍでありうる。

この絶縁層は、低温ガラス粉（ｆｒｉｔ）と不活性無機粒子が混合されて成されることができ、この際不活性無機粒子は、アルミナ、シリカ、シリコン、二酸化チタン及びこれらの混合物から構成されるグループから選択されたいずれか一つでありうる。不活性無機粒子の平均直径は、０．０１μｍ〜５μｍでありうる。

カソード電極及びゲート電極は、互いに構造とサイズが同一であることができる。

カソード電極及びゲート電極は、ストライプ形でありうる。この際、カソード電極とゲート電極は、それぞれ一つずつ交代に配置されることができる。エミッターもストライプ形であることができ、この際エミッターの幅がカソード電極及びゲート電極の幅より狭いことができる。

カソード電極及びゲート電極は、Ａｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｗ，Ｚｎ，ＩＴＯ及びこれらの合金から構成されるグループから選択されたいずれか一つより成ることができる。

前述した技術的課題を達成するための本発明の他の側面による電界放出表示装置の製造方法は、絶縁性基板上にカソード電極及びゲート電極を形成し、カソード電極及びゲート電極を覆う絶縁層を形成し、この絶縁層上にエミッターを形成することを含む。

カソード電極及びゲート電極は、同じサイズのストライプ形で形成されることができる。この際、カソード電極及びゲート電極は、それぞれ一つずつ交代になるように形成できる。エミッターもストライプ形で形成されることができ、エミッターの幅がカソード電極及びゲート電極の幅より狭く形成できる。

この絶縁層は、０．０１μｍ〜２０μｍの厚さに形成できる。

このエミッターは、カソード電極上に形成されるか、或いはカソード電極及びゲート電極上に形成できる。

エミッターは、炭素ナノチューブで形成できる。

本発明によれば、発光効率が向上され、エミッターの寿命が延長される。

前述した本発明によれば、絶縁層によってカソード電極とゲート電極との間の電界曲線がアノード電極側に形成されるので、エミッターの縁部に電界が過度に集中されることを防止できる。また、絶縁層は適切な抵抗体役割を果たして電子放出時電界がエミッターの中で電子放出特性に優れた側に集中されることを防止する。従って、エミッターの寿命が延長され、発光充実度が向上される。

絶縁層がカソード電極及びゲート電極を覆っているので、微細パターン化されている電極端から発生するアーキングを防止できる。また、蛍光体から発生するガスから電極を保護できる。

エミッターをカソード電極だけではなく、ゲート電極上にも形成する場合、有効発光面積が広まれ、エミッターの寿命が延長される。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態で具現されるものであり、本実施形態は、本発明の開示が完全となり、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて決められなければならない。

図面において、層（膜）又は領域の厚さなどは明確性を期するために誇張されるように表現できる。また、層（膜）が他の層（膜）又は基板上にあると言及される場合にそれは、他の層（膜）又は基板上に直接形成できるか、又はそれらの間に第３の層（膜）が介在されることもできる。

なお、明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を示すものとする。

以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。

図２は、本発明に従うラテラルゲート方式の電界放出表示装置の断面図である。

図２を参照すれば、絶縁性基板１１０上にカソード電極１２０ｃとゲート電極１２０ｇが設けられる。絶縁性基板１１０は、ガラス、アルミナ、石英、シリコンなどが使用できるが、電界放出表示装置の工程及び大面積化を考慮すれば、ガラス基板を使用することが好ましい。

カソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇは、Ａｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｗ，Ｚｎ，ＩＴＯ及びこれらの合金から構成されるグループから選択されたいずれか一つより成ることができる。カソード電極１２０ｃとゲート電極１２０ｇは、互いにサイズと構造が同一なストライプ（ｓｔｒｉｐｅ）形であり、カソード電極１２０ｃとゲート電極１２０ｇはそれぞれ一つずつ交代に配置される。

絶縁層１２５がカソード電極１２０ｃとゲート電極１２０ｇとを覆う。絶縁層１２５の厚さは０．０１μｍ〜２０μｍである。絶縁層１２５の厚さが０．０１μｍ以下では十分な絶縁特性を発揮できず、２０μｍ以上では電極１２０ｃ，１２０ｇとエミッター１３０との間の電気的短絡に電界放出が極めて不良になる。絶縁層１２５は、低温ガラス粉と不活性無機粒子が混合されて成されるが、この際不活性無機粒子は、アルミナ、シリカ、シリコン、二酸化チタン及びこれらの混合物から構成されるグループから選択されたいずれか一つでありうる。不活性無機粒子の平均直径は０．０１μｍ〜５μｍである。

こうした絶縁層１２５は、カソード電極１２０ｃとゲート電極１２０ｇとの間の電界（ＥＦ）曲線がアノード電極１５０側に形成されるようにエミッター１３０の縁部に電界（ＥＦ）が集中されることを防止できる。また、絶縁層１２５は適切な抵抗体役割を果たして電子放出時電界（ＥＦ）がエミッター１３０の中で電子放出特性に優れた側に集中されることを防止できる。従って、エミッター１３０の寿命が延長され、発光充実度が向上される。また、絶縁層１２５がカソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇを覆っているので、微細パターン化されている電極の端から発生するアーキングを防止できる。また、蛍光体１４０から発生するガスから電極を保護できる。特に、蛍光体１４０が硫化物系である場合に硫ガスを発生させるが、絶縁層１２５がこうした硫ガスから電極を保護する。

カソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇ上にエミッター１３０が設けられる。エミッター１３０は、ストライプ形であり、エミッター１３０の幅がカソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇの幅より狭い。エミッター１３０は、炭素ナノチューブでありうる。エミッター１３０が二つの電極１２０ｃ，１２０ｇ上に設けられるので有効発光面積が広まれる。勿論エミッター１３０は、カソード電極１２０ｃ上にのみ配置できる。エミッター１３０がカソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇ上に全て設けられる電界放出表示装置を駆動するためにカソード電極１２０ｃを接地として０ボルトの電圧になるようにし、ゲート電極１２０ｇには、（＋），（−）の両方向（ｂｉｐｏｌａｒ）パルス型電圧を印加できる。（＋）電圧が印加されたときには、カソード電極１２０ｃ上のエミッター１３０からゲート電極１２０ｇ上のエミッターへ電子が放出され、（−）電圧が印加されたときには、ゲート電極１２０ｇ上のエミッター１３０からカソード電極１２０ｃ上のエミッターへ電子が放出される。このように、電子が両側で交代に放出される間アノード電極に高電圧が印加されれば、放出された電子が加速され、加速された電子がアノード電極１５０上に塗布された蛍光体１４０と衝突して発光するようになる。

図３Ａ〜図３Ｃは、本発明に従うラテラルゲート方式の電界放出表示装置の製造方法を説明するための工程断面図である。

図３Ａを参照すれば、絶縁性基板１１０上にカソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇが形成される。ラテラルゲート方式の電界放出表示装置では、カソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇが一回の写真及びエッチング工程によって同時に形成される。カソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇは同じサイズのストライプ形で、それぞれ一つずつ交互になるように形成される。

図３Ｂを参照すれば、カソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇを覆う絶縁層１２５が形成される。絶縁層１２５は、０．０１μｍ〜２０μｍの厚さに形成できる。絶縁層１２５は、低温ガラス粉と不活性無機粒子が混合物で形成できる。

図３Ｃを参照すれば、カソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇ上にエミッター１３０が形成される。勿論エミッター１３０は、カソード電極１２０ｃ上にのみ形成できる。エミッター１３０は、カソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇのようにストライプ形で形成されることができ、この際、エミッター１３０の幅がカソード電極１２０ｃ及びゲート電極１２０ｇの幅より狭く形成できる。エミッター１３０は、炭素ナノチューブで形成されることができる。

一方、本発明の詳細な説明では、具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から外れない限度内で色々の変形が可能なことは勿論である。

従って、本発明の範囲は前述した実施形態に局限されて決められてはいけなく、前述した特許請求の範囲だけではなく、この発明の特許請求の範囲と均等なことによって決められるべきである。

以上、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施されうることを理解することができる。したがって、上述した好適な実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではないと理解されるべきである。

従来のラテラルゲート方式の電界放出表示装置の断面図である。 本発明に従うラテラルゲート方式の電界放出表示装置の断面図である。 本発明に従うラテラルゲート方式の電界放出表示装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明に従うラテラルゲート方式の電界放出表示装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明に従うラテラルゲート方式の電界放出表示装置の製造方法を説明するための工程断面図である。

符号の説明

１１０ 絶縁性基板
１２０ｃ カソード電極
１２０ｇ ゲート電極
１２５ 絶縁層
１３０ エミッター
ＥＦ 電界

Claims (13)

1. 絶縁性基板上に設けられるカソード電極及びゲート電極；
   前記カソード電極及びゲート電極を覆う絶縁層；および
   前記絶縁層上に設けられるエミッター；
   を含むこと特徴とする電界放出表示装置。
2. 前記エミッターは、炭素ナノチューブであることを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
3. 前記エミッターは、前記カソード電極上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
4. 前記エミッターは、前記カソード電極及びゲート電極上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
5. 前記絶縁層の厚さは、０．０１μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
6. 前記絶縁層は、低温ガラス粉と不活性無機粒子が混合されて成されることを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
7. 前記不活性無機粒子は、アルミナ、シリカ、シリコン、二酸化チタン及びこれらの混合物から構成されるグループから選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載の電界放出表示装置。
8. 前記不活性無機粒子の平均直径は、０．０１μｍ〜５μｍであることを特徴とする請求項６に記載の電界放出表示装置。
9. 前記カソード電極及びゲート電極は、互いに構造とサイズが同一なことを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。
10. 前記カソード電極及びゲート電極は、ストライプ形であることを特徴とする請求項９に記載の電界放出表示装置。
11. 前記カソード電極と前記ゲート電極は、それぞれ一つずつ交代に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出表示装置。
12. 前記エミッターは、ストライプ形であり、前記エミッターの幅が前記カソード電極及びゲート電極の幅より狭いことを特徴とする請求項１０に記載の電界放出表示装置。
13. 前記カソード電極及びゲート電極は、Ａｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｗ，Ｚｎ，ＩＴＯ及びこれらの合金から構成されるグループから選択されたいずれか一つより成ることを特徴とする請求項１に記載の電界放出表示装置。

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