JP2006278008A - 電界放出型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 三極電界放出素子を用いた電界放出型表示装置１を、有効画素領域のうちその外周端部での電界集中を防止でき、また、スペーサへの帯電を防止して異常な電界の形成が抑制できるように構成する。
【解決手段】 所定のイメージを表示する有効画素領域２６を構成する、電子放出電極ライン２２の両側に、電子放出部を設けたダミー電子放出電極ライン３２と、電子引出電極ライン２４の両側に、ダミー電子放出電極ラインと交差させてダミー電子引出電極ライン３３とをそれぞれ配置し、有効画素領域２６を囲繞するようにイメージの表示に関与しないダミー画素領域３４を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電界放出型表示装置(ＦＥＤ:Field Emission Display)に関する。

近年、電子放出電圧が低くて化学的安全性を有するグラファイト・ナノファイバやカーボン・ナノチューブなどのカーボン系エミッタ材料を電子放出源に利用した電界放出型表示装置が開発されている。この電界放出型表示装置では、例えば電子を放出させるのに必要な駆動電圧を低く抑制する（低消費電力）と共に高発光効率を達成するため、陰極電極、電子引出電極および陽極電極から構成される三極電界放出素子を用いるのが主流であり、この種の電界放出型表示装置は、電子放出部（エミッタ）をスイッチングする電子引出電極（電子引出電極）を設けた陰極基板と、この陰極基板に所定の間隔を置いて対向配置された陽極基板とから構成されている（特許文献１）。

陰極基板は、例えば、次のように作製されている。即ち、ガラス基板上に、所定の間隔を置いてかつ一方向に沿って延びるようにパターニングして電子放出電極ラインを形成し、この電子放出電極ライン上に絶縁層を形成した後、電子放出電極ラインに直交させると共に、所定の間隔を置いてかつ一方向に沿って延びるようにパターニングして電子引出電極ラインを形成する。次いで、電子放出電極ラインと電子引出電極ラインとで囲まれた部分の絶縁層にホールを形成し、ホールの底部に触媒層を形成した後、この触媒層上に、例えば熱ＣＶＤ法によりカーボン系エミッタ材料をそれぞれ成長させて電子放出部を形成することで作製され、各電子放出部によって一つの画素が構成され、電子放出電極、電子引出電極の両電極をパターニングした領域が、所定のイメージを表示する有効画素領域となる。

他方、陽極基板は、所定のイメージを表示する有効画素領域に、例えばＩＴＯの透明電導膜から構成される陽極電極と、Ｒ、Ｇ、Ｂの蛍光体を含む蛍光体層とを順次積層して構成される。

そして、この電子放出部から、電子引出電極及び電子放出電極の間の電界に応じて電子を放出させ、放出した電子を、電子放出電極と陽極電極との間に印加された電位差によって陽極基板に向かって加速し、この陽極基板に形成した蛍光体層に衝突させることで発光させ、所定のイメージが表示される。
特開平２００４−３１３２９号公報（例えば、特許請求の範囲の記載参照）。

ところで、上記のものにおいて、高発光効率や低消費電力を実現するには、陽極電極に高電圧を印加して電子放出電極と陽極電極との間の電位差をさらに高め、電子放出部から放出された電子を高速に加速する必要がある。この陽極基板に高電圧を印加すると、陽極電極によって強い電界が生じるため、安定した作動を確保するには、例えば陰極基板と陽極基板との距離をある程度確保する必要がある。

ところが、陰極基板と陽極基板との間の距離が、この陰極基板上の各１画素相互の間のピッチより十分に長くなると、陽極基板にとっては、有効画素領域において陰極基板上でパターニングして形成した両電極が、電気的にパターニングされていない１個のものの如くなり、その結果、有効画素領域のうち外周端部（パターン端部）において電界が集中し易くなるという問題があった。この場合、電界集中によって誤動作や異常放電を誘発する虞がある。

また、陰極基板と陽極基板とを一定間隔を置いて対向配置するために、一般に、陰極基板と陽極基板との間には、有効画素領域の外側に位置させてガラス等からなるスペーサが設けられる。このスペーサを設けると、電子放出部から放出した電子がスペーサに衝突してスペーサが帯電し、異常な電界を形成するという問題がある。この場合、スペーサ近傍の電子放出部から放出された電子の軌道を変化させてしまう虞がある。

そこで、上記点に鑑み、本発明の課題は、有効画素領域のうちその外周端部での電界集中を防止でき、また、スペーサへの帯電を防止して異常な電界の形成を抑制できる電界放出型表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の電界放出型表示装置は、所定のイメージを表示する有効画素領域に、電子放出部を設けた電子放出電極ライン及びこの電子放出電極ラインと交差させて配置した電子引出電極ラインを有する陰極基板と、この陰極基板に所定の間隔を置いて対向配置され、陽極電極及びこの陽極電極上に形成された蛍光体層を有する陽極基板とを備えた電界放出型表示装置において、前記電子放出電極ラインの両側に、電子放出部を設けたダミー電子放出電極ラインと、前記電子引出電極ラインの両側に、前記ダミー電子放出電極ラインと交差させてダミー電子引出電極ラインとをそれぞれ配置し、前記有効画素領域を囲繞するようにイメージの表示に関与しないダミー画素領域を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、陽極基板に高電圧を印加すべく陰極基板と陽極基板との距離をある程度確保した場合でも、ダミー画素領域を設けたため、ダミー画素領域の内側に位置する所定のイメージを構成する有効画素領域の外周端部での電界集中を防止できる。その結果、陽極基板に高電圧を印加しても、電界集中に起因する誤動作や異常放電を防止でき、低消費電力や高発光効率を達成できる。

ダミー電子放出電極ラインとダミー電子引出電極ラインとにそれぞれ任意の電圧を印加するダミー用駆動回路を設けておくのがよい。

この場合、有効画素領域から放出された電子の拡散を抑制でき、その結果、スペーサへの帯電を防止できて異常な電界の形成が抑制されるように、前記ダミー駆動回路によって、電子放出電極ライン及び電子引出電極ラインにそれぞれ印加する電圧と異なる電圧をダミー電子放出電極ライン及びダミー電子引出電極ラインに印加することがよい。

例えば、ダミー電子引出電極に負の電位を印加すると共に、ダミー電子放出電極には接地電位を固定して印加すればよい。

以上説明したように、本発明の電界放出型表示装置は、有効画素領域のうちその外周端部での電界集中を防止でき、また、スペーサへの帯電を防止して異常な電界の形成が抑制でき、従って、従来のものと比較して、陽極電極に高電圧を印加することができて、高発光効率や低消費電力化が達成できるという効果を奏する。

図１乃至図３を参照して説明すれば、１は、三極電界放出素子を用いた本発明の電界放出型表示装置（ＦＥＤ）である。電界放出型表示装置１は、陰極基板２と、この陰極基板に所定の間隔を置いて対向配置された陽極基板３とから構成される。陰極基板２は、ガラス基板２１を有し、このガラス基板上２１には、複数本の電子放出電極ライン２２が形成されている。この場合、電子放出電極ライン２２は、例えばクロムからなる電子放出電極層をスパッタリングにより形成した後、所定の間隔を置いてかつ一方向に沿って延びるようにパターニングされている。また、各電子放出電極ライン２２の一端は、図示しない公知の駆動回路に接続されている。

パターニングされた電子放出電極ライン２２上には、例えばＳｉＯ_２から構成される絶縁層２３が形成され、絶縁層２３上には、複数本の電子引出電極ライン２４が、電子放出電極ライン２２に直交させて配置されている。この場合、電子引出電極ライン２４は、例えばクロムからなる電子引出電極層をスパッタリングにより形成した後、所定の間隔を置いてかつ一方向に沿って延びるようにパターニングされている。後述する電子放出部（エミッタ）をスイッチングする電子引出電極ライン２４の一端はまた、図示しない公知の駆動回路に接続されている。

各電子放出電極ライン２２と電子引出電極ライン２４とで囲まれた部分には、電子放出部（エミッタ）２５がそれぞれ形成され、電子放出部２５の各々によって一つの画素２６ａが構成される。この場合、電子放出電極ライン２２、電子引出電極ライン２４の両電極ラインをパターニングした領域が、所定のイメージを表示する有効画素領域２６となる。この場合、例えば、各電子放出電極ライン２２と電子引出電極ライン２４とで囲まれた部分の絶縁膜２３に、エッチャントとしてフッ酸を用いてエッチングによりホールを形成し、ホール底部に、触媒層（図示せず）を所定の膜厚で形成した後、熱ＣＶＤなど公知の方法でグラファイト・ナノファイバやカーボン・ナノチューブなどのカーボン系エミッタ材料を成長させて電子放出部２５が形成される。

他方、陽極基板３は、ガラス基板３１を有し、このガラス基板３１の陰極基板２と対向した面には、有効画素領域２６に対向させて、例えばＩＴＯの透明電導膜から構成される陽極電極３２と、Ｒ、Ｇ、Ｂの蛍光体を含む蛍光体層３３とが順次積層されている。また、
陰極基板２と陽極基板３とを一定の間隔を置いて対向配置するため、陰極基板２と陽極基板３との間には、ガラス基板２１、３１の外周端部に位置させてガラス等からなるスペーサ４が設けられる。

ところで、陰極基板２の作製過程において、ガラス基板２１上での両電極ライン２２、２４のパターニングや電子放出部２５の形成には、スクリーン印刷法、フォトリソグラフィ法やエッチングなどの各種のプロセスが用いられるが、ガラス基板２１の外周端部や両電極ライン２２、２４をパターニングした範囲のうちパターン端部は、各プロセスのプロセス条件が不安定になり易く、欠陥の発生率が高いことが知られている。このため、製品の歩留まりの低下を防止できるように電界放出型表示装置１を構成する必要がある。

また、電界放出型表示装置１の高発光効率や低消費電力化を達成すべく陽極電極３に高電圧を印加するようにしても、有効画素領域のうち外周端部（パターニングした両電極２２、２４のパターン端部）で電界集中せず、その上、スペーサ４に電子が衝突してスペーサ４が帯電しないようにする必要がある。

本実施の形態では、電子放出電極ライン２２の両側に、電子放出部３１を設けたダミー電子放出電極ライン３２と、電子引出電極ライン２４の両側に、ダミー電子放出電極ライン３２と直交させてダミー電子引出電極ライン３３とをそれぞれ配置し、有効画素領域２６が、イメージの表示に直接関与しないダミー画素領域３４によって囲繞されるようにした。

この場合、ダミー電子放出電極ライン３２は、ガラス基板２１上に電子放出電極ライン２２をパターニングして形成する際に、この電子放出電極ライン２２の両側に、所定の間隔を置いてかつ一方向に沿って延びるようにパターニングして複数本形成される。

ダミー電子引出電極ライン３３は、パターニングされた電子放出電極ライン２２及びダミー電子放出電極ライン３２上に絶縁層２３を形成した後、絶縁層２３上に電子引出電極ライン２４を形成する際に、この電子引出電極ライン２４の両側に、所定の間隔を置いてかつ一方向に沿って延びるようにパターニングして複数本形成される。

そして、直交するダミー電子放出電極ライン３２とダミー電子引出電極ライン３３とで囲まれた部分の絶縁層２３に、上記同様に、エッチングによりホールを形成し、ホール底部に触媒層を形成して、熱ＣＶＤなど公知の方法でグラファイト・ナノファイバやカーボン・ナノチューブなどのカーボン系エミッタ材料を成長させて電子放出部３１が形成される。そして、各電子放出部３１によって一つのダミー画素３４ａが構成され、ダミー電子放出電極ライン３２、ダミー電子引出電極ライン３３の両電極をパターニングした領域が、イメージの表示に直接関与しないダミー画素領域３４となる。

これにより、プロセス条件が安定しないパターン最端部をダミー画素領域３４とすることで、このダミー画素領域３４より内側の有効画素領域２６における欠陥の発生率を低下できる。また、陽極基板３に高電圧を印加すべく陰極基板２と陽極基板３との距離をある程度確保した場合でも、ダミー画素領域３４を設けたため、ダミー画素領域３４の内側に位置する有効画素領域２６の外周端部での電界集中を防止できる。

ダミー電子放出電極ライン３２及びダミー電子引出電極ライン３３の一端は、図示しないダミー駆動回路に接続されている。この場合、ダミー駆動回路によって、電子放出電極ライン２２及び電子引出電極ライン２４にそれぞれ印加する電圧と異なる電圧をダミー電子放出電極ライン３２及びダミー電子引出電極ライン３３に印加するようにすれば、例えば、ダミー電子放出電極ライン３２には接地電位を、ダミー電子引出電極ライン３３には負の電位を固定して印加することで、有効画素領域２６から放出された電子の拡散が抑制され、その結果、スペーサ４への帯電を防止できて異常な電界の形成が抑制され、絶縁破壊を生じることなく安定動作を確保できる。

尚、本実施の形態では、電子放出電極ライン２２及び電子引出電極ライン２４を直交させて配置したものについて説明したが、電子放出電極ライン２２及び電子引出電極ライン２４の配置は、これに限定されるものではない。また、ダミー電子放出電極ライン３２に接地電位を、ダミー電子引出電極ライン３３に負の電位を固定して印加するものを例として説明したが、有効画素領域２６から放出される電子の拡散が抑制できれば、これに限定されるものではなく、有効画素領域２６から外側に向かって離れるに従い、各電極３２、３３に印加される電圧が変化するようにしてもよい。

例えば、ダミー電子放出電極ライン３２を接地電位とし、有効画素領域２６と隣接するダミー電子引出電極ライン３３に高い電圧を印加すると共に、有効画素領域２６から外側に向かって離れるに従い、ダミー電子引出電極ライン３３に印加する電圧を傾斜的に低下させれば、スペーサ４との電位差を小さくできてダミー画素領域３４のうち外周端部やスペーサ近傍４での異常放電の発生などを抑制できる。

ところで、図４に示すように、従来の三極電界放出素子を用いた電界放出型表示装置１０では、電子の集束を目的として、電子引出電極ライン２４上に、絶縁層２３ａを介して電子集束電極ライン２７を設ける場合がある。その際、電子放出電極ライン２２、電子引出電極ライン２４及び電子集束電極ライン２７のうちいずれかをベタ電極とする場合があるが、この場合であっても、上記のように、ダミー画素領域３４を設けておけば、電子集束電極ライン２７のパターン端部での欠陥を防止できてよい。

尚、電子放出電極及び電子引出電極のいずれか一方をベタ電極とする場合、電子集束電極２７に対してダミー電子放出電極ライン３２、ダミー電子引出電極ライン３３に印加する電圧を制御すればよい。例えば、電子引出電極をベタ電極とした場合には、電子放出電極ライン２２は、負の電位または接地電位となり、その際、ダミー電子放出電極ライン３２に正の電位を印加すれば、ダミー画素領域３４からは電子が放出されず、また、電子放出電極がベタ電極である場合、ダミー電子引出電極３３に負の電位を印加すれば、ダミー画素領域３４からは電子が放出されない。これにより、電子の集束を目的として電子集束電極２７を設けた場合でも、上記実施の形態と同様の効果が得られる。

他方、電子集束電極をベタ電極とする場合、電子集束電極２７ａを、スペーサ４の近傍まで広がる面積を有するように形成することがよい。尚、そのように十分に広い面積で形成できない場合、有効画素領域２６及びダミー画素領域３４に亘る面積でベタ電極である電子集束電極２７ａを配置する。さらに、電子集束電極２７ａの外周より外側に電子集束電極２７ａを取り囲むように新たなダミー電極を配置するとよい。これにより、電子集束電極２７ａの端部での電界集中を防止でき、また、スペーサ４への帯電を防止して異常な電界の形成が抑制できる。

本発明の電界放出型表示装置の構成を概略的に説明する断面図。 図１に示す電界放出型表示装置の陰極基板を説明する図。 図２の一部を拡大した図。 本発明の電界放出型表示装置の他の変形例を説明する図。 図４に示す電界放出型表示装置の陰極基板を説明する図。

符号の説明

１ 電界放出型表示装置（ＦＥＤ）
２ 陰極基板
２２ 電子放出電極ライン
２４ 電子引出電極ライン
２５ 電子放出部
３ 陽極基板
３２ 陽極電極
３３ 蛍光体層

Claims (4)

1. 所定のイメージを表示する有効画素領域に、電子放出部を設けた電子放出電極ライン及びこの電子放出電極ラインと交差させて配置した電子引出電極ラインを有する陰極基板と、この陰極基板に所定の間隔を置いて対向配置され、陽極電極及びこの陽極電極上に形成された蛍光体層を有する陽極基板とを備えた電界放出型表示装置において、
   前記電子放出電極ラインの両側に、電子放出部を設けたダミー電子放出電極ラインと、前記電子引出電極ラインの両側に、前記ダミー電子放出電極ラインと交差させてダミー電子引出電極ラインとをそれぞれ配置し、前記有効画素領域を囲繞するようにイメージの表示に関与しないダミー画素領域を設けたことを特徴とする電界放出型表示装置。
2. ダミー電子放出電極ラインとダミー電子引出電極ラインとにそれぞれ任意の電圧を印加するダミー用駆動回路を設けたことを特徴とする請求項１記載の電界放出型表示装置。
3. 前記ダミー駆動回路によって、電子放出電極ライン及び電子引出電極ラインにそれぞれ印加する電圧と異なる電圧をダミー電子放出電極ライン及びダミー電子引出電極ラインに印加することを特徴とする請求項２記載の電界放出型表示装置。
4. ダミー電子引出電極に負の電位を印加し、ダミー電子放出電極に接地電位を固定して印加することを特徴とする請求項２または請求項３記載の電界放出型表示装置。
   

Images