JP2007103366A - 電子放出デバイス及びこれを利用した電子放出ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】第１電極に抵抗層を提供して、電子放出部のエミッション特性を均一であるようにしながら、第１電極の有効幅を広くして抵抗増加を減らし、高解像度実現に有利である電子放出デバイスを提供する。
【解決手段】開示された電子放出デバイスは、基板と、基板上に互いに絶縁されて位置するカソード電極及びゲート電極と、カソード電極に電気的に連結される電子放出部とを含む。この時、カソード電極は、一側辺に凹部を備えたライン電極と、凹部によって露出された基板上でライン電極と離隔して位置し、電子放出部が置かれるようになる隔離電極と、ライン電極と隔離電極とを電気的に連結させる抵抗層とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子放出デバイス及びこれを利用した電子放出ディスプレイに係り、より詳しくは、駆動電極の有効幅を広げて抵抗増加を減らし、高解像度の実現に有利であるように駆動電極の形状を改善した電子放出デバイス、及びこれを利用した電子放出ディスプレイに関するものである。

一般的に、電子放出素子（electron emission element）は、電子源の種類によって熱陰極（hot cathode）を利用する方式と、冷陰極（cold cathode）を利用する方式とに分類することができる。

ここで、冷陰極を利用する方式の電子放出素子には、電界放出アレイ（Field Emitter Array；ＦＥＡ）型、表面電導エミッション（Surface-Conduction Emission；ＳＣＥ）型、金属−絶縁層−金属（Metal-Insulator-Metal；ＭＩＭ）型、及び金属−絶縁層−半導体（Metal-Insulator-Semiconductor；ＭＩＳ）型などが知られている。

この中でＦＥＡ型電子放出素子は、電子放出部と、この電子放出部の電子放出を制御する駆動電極として、一つのカソード電極と一つのゲート電極を備え、電子放出部の構成物質として仕事関数が低いか又は縦横比が大きい物質、例えば、モリブデン（Ｍｏ）又はシリコン（Ｓｉ）などを主材質にする先端の尖っているチップ構造物や、炭素ナノチューブと黒鉛及びダイヤモンド状カーボンのような炭素系物質を使用して、真空中で電界によって容易に電子が放出される原理を利用する。

一方、電子放出素子は、一つの基板にアレイを成して形成されて電子放出デバイスを構成し、電子放出デバイスは、蛍光層とアノード電極などからなる発光ユニットが備えられた他の基板と結合して、電子放出ディスプレイ（electron emission display）を構成する。

つまり、通常の電子放出デバイスは、電子放出部と共に、走査電極とデータ電極で機能する複数の駆動電極を備えて、電子放出部と駆動電極の作用により画素別電子放出のオン／オフと電子放出量を制御する。そして、電子放出ディスプレイは、電子放出部から放出した電子により蛍光層を励起させて、所定の発光又は表示作用を果たす。

前記電子放出デバイスは、電子放出部と電気的に連結されて電子放出に必要な電流を供給する電極（以下、便宜上‘第１電極’という）に不安定な駆動電圧が印加されたり、第１電極の電圧降下により、電子放出部に印加される電圧に差が発生する恐れがある。この場合、電子放出部のエミッション特性が不均一になり、画素別発光均一度の低下に繋がる。

したがって、前記問題点を解消するために、図６に示したように、第１電極１１内部に開口部１３を形成して、第１基板９の表面を露出させ、開口部１３内に隔離電極１５を形成し、隔離電極１５の両側辺で、第１電極１１と隔離電極１５との間に抵抗層１７を形成して、電子放出部１９のエミッション特性を均一化する技術が提案された。

しかし、前述の第１電極１１構造では、電子放出部１９が位置する画素領域で、第１電極１１の幅方向に沿って、ｄ１とｄ２の第１電極１１の電極の幅と、ｄ３とｄ４の抵抗層１７の幅と、ｄ５の隔離電極１５の幅とが必要であるので、第１電極１１の中で実際の電流流れに寄与する有効幅はｄ１とｄ２の合計に過ぎない。

このために、前記電子放出デバイスは、有効幅の減少による抵抗増加のために電圧降下が避けられず、抵抗を低くするために有効幅を増加させる場合には、第１電極の幅の拡大によって高解像度実現が難しいという問題がある。

したがって、本発明は、前記問題点を解消するためのものであって、本発明の目的は、第１電極に抵抗層を提供して、電子放出部のエミッション特性を均一であるようにしながら、第１電極の有効幅を広くして抵抗増加を減らし、高解像度実現に有利である電子放出デバイスを提供することにある。

本発明の他の目的は、前述の電子放出デバイスを利用した電子放出ディスプレイを提供することにある。

前記の目的を達成するために本発明の一実施の形態によれば、基板と、基板上に形成されるカソード電極と、カソード電極と絶縁されて位置するゲート電極と、カソード電極に電気的に連結される電子放出部とを含み、各々のカソード電極が、一側辺に凹部を備えたライン電極と、凹部によって露出された基板上でライン電極と離隔して位置し、電子放出部が置かれるようになる隔離電極と、ライン電極と隔離電極とを電気的に連結させる抵抗層とを含む電子放出デバイスが提供される。

前記抵抗層は、凹部ごとに単一体として備えられて、ライン電極と複数の隔離電極とを連結したり、隔離電極ごとに個別に備えられて、ライン電極と各々の隔離電極とを連結することができる。

前記隔離電極は、ライン電極の長さ方向に沿って一列に位置することができる。

前記ライン電極は、凹部の反対側の他の一側辺で、凹部に対応しない領域に突出部を形成することができる。

前記電子放出デバイスは、ゲート電極と絶縁を維持しながらゲート電極の上部に位置する集束電極をさらに含むことができる。

前記の他の目的を達成するための本発明の第２実施の形態によれば、第１基板；前記第１基板上に形成されるカソード電極；前記カソード電極と絶縁されて位置するゲート電極；及び前記カソード電極に電気的に連結される電子放出部；を含み、前記各々のカソード電極が、一側辺に凹部を備えたライン電極；前記凹部によって露出された前記第１基板上で前記ライン電極と離隔して位置し、前記電子放出部が置かれるようになる隔離電極；及び前記ライン電極と前記隔離電極とを電気的に連結させる抵抗層；を含む電子放出デバイス；前記第１基板と対応する第２基板；及び前記第１基板と対応する前記第２基板の一面に備えられた蛍光層；を含む電子放出ディスプレイが提供される。

ここで、前記電子放出ディスプレイの構成は前記第１実施の形態と同一である。

さらに、前記ライン電極の長さ方向に沿った前記蛍光層の中心部が、前記電子放出部と互いに対応する。

本発明による電子放出ディスプレイは、カソード電極が抵抗層を介して連結されるライン電極と隔離電極の構造を取りながらも、画素領域で充分な大きさの有効幅を有することにより、カソード電極のライン抵抗を減少させて電圧降下を抑制し、高解像度表示デバイスを容易に実現することができる。

以下、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と図２は、各々本発明の第１実施例による電子放出ディスプレイの部分分解斜視図と部分断面図であり、図３は、本発明の第１実施例による電子放出デバイスの部分平面図である。

図面を参照すれば、電子放出ディスプレイ２は、第１基板１０と、第１基板１０と所定の間隔をおいて平行に対向配置される第２基板１２とを含む。第１基板１０と第２基板１２との周縁には、密封部材（図示せず）が配置されて、第１基板１０及び第２基板１２を接合させ、内部空間がほぼ１０^−６ｔｏｒｒの真空度に排気されて、第１基板１０と第２基板１２及び密封部材が真空容器を構成する。

第１基板１０の一面には、電子放出素子がアレイを成して配置されて、第１基板１０と共に電子放出デバイス４０を構成し、電子放出デバイス４０が、第２基板１２及び第２基板１２に提供された発光ユニット５０と結合して、電子放出ディスプレイ２を構成する。

第１基板１０の上には、第１電極のカソード電極１４と第２電極であるゲート電極１６とが互いに絶縁状態で位置する。つまり、第１基板１０の上に、カソード電極１４のライン電極１４１が第１基板１０の一方向に沿って形成され、ライン電極１４１を覆いながら、第１基板１０全体に第１絶縁層１８が形成される。第１絶縁層１８の上にはゲート電極１６が、ライン電極１４１と直交する方向に沿って帯状パターンに形成される。

本実施例において、ライン電極１４１とゲート電極１６との交差領域を画素領域と定義すれば、ライン電極１４１は、画素領域ごとに一側辺に凹部２０（図３参照）を形成して第１基板１０の表面を露出させ、この凹部２０に一つ以上の隔離電極１４２が、ライン電極１４１と離隔して位置する。本実施例では、この隔離電極１４２は、ライン電極１４１の長さ方向に沿って互いに距離をおいて一列に位置しながら複数備えられる。このような隔離電極１４２は、ライン電極１４１と共にカソード電極１４を構成する。

そして、隔離電極１４２の上に電子放出部２２が形成され、ライン電極１４１と隔離電極１４２との間に抵抗層２４が位置する。抵抗層２４は、ほぼ１０,０００乃至１００,０００Ωｃｍの非抵抗を有する物質であって、通常の導電物質より大きい抵抗を有し、ライン電極１４１と隔離電極１４２とを電気的に連結する。抵抗層２４は、ライン電極１４１に不安定な駆動電圧が印加されたり、ライン電極１４１の電圧降下が発生する場合に、電子放出部２２に同一な条件の電圧が印加されるようにして、エミッション特性を均一化させる役割を果たす。

抵抗層２４は、図３に示したように、凹部２０ごとに単一体として備えられて、隔離電極１４２の全体と接触することができる。一方、第２実施例として、図４に示したように、抵抗層２４’は、各々の隔離電極１４２とライン電極１４１との間に個別的に位置することができる。二つの実施例全てにおいて、抵抗層２４、２４’は、ライン電極１４１の上面の一部と隔離電極１４２の上面の一部を覆うように形成されて、カソード電極１４との接触抵抗を最小化する。

電子放出部２２は、真空中で電界が加えられると電子を放出する物質、例えば、炭素系物質又はナノメートルサイズ物質からなることができる。電子放出部２２は、例えば、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、フラーレン（Ｃ_６０）、シリコンナノワイヤー又はこれらの組み合わせ物質を含むことができる。他方では、電子放出部は、モリブデン（Ｍｏ）又はシリコン（Ｓｉ）などを主材質とする、先端が尖っているチップ構造物からなることができる。

この時、第１絶縁層１８とゲート電極１６には、各々の電子放出部２２に対応する開口部１８１、１６１が形成されて、第１基板１０上に電子放出部２２が露出されるようにする。

そして、ゲート電極１６と第１絶縁層１８の上に、第３電極である集束電極２６が位置する。集束電極２６の下部には第２絶縁層２８が位置して、ゲート電極１６と集束電極２６とを絶縁させ、第２絶縁層２８と集束電極２６にも、電子ビーム通過のための開口部２８１、２６１が設けられる。この開口部２８１、２６１は、例えば、画素領域当り一つが備えられて、集束電極２６がある画素領域で放出される電子を包括的に集束するようにする。

前述の構成において、一つのカソード電極１４、一つのゲート電極１６、及びこれらの交差領域である画素領域に位置する第１絶縁層１８、第２絶縁層２８、隔離電極１４２、抵抗層２４、及び電子放出部２２が一つの電子放出素子を成し、電子放出素子が第１基板１０にアレイを成して、電子放出デバイス４０を形成する。

次に、第１基板１０に対向する第２基板１２の一面には、発光ユニット５０が備えられる。発光ユニット５０は、例えば、赤色と緑色及び青色の蛍光層３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂが互いに任意の間隔をおいて形成された蛍光層３０と、各蛍光層３０の間に画面のコントラスト向上のために形成された黒色層３２と、蛍光層３０と黒色層３２の上にアルミニウム（Ａｌ）のような金属膜で形成されたアノード電極３４とを含む。

蛍光層３０は、第１基板１０に設定される各々の画素領域に一つの色の蛍光層３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂが対応するように、第２基板１２の上に形成され、電子放出部２２から放出された電子が蛍光層３０の中央部に到達できるように、ライン電極１４１の長さ方向（ｙ軸方向）に沿って定義される蛍光層３０の中心部（Ｃ）が電子放出部２２と互いに対応するように位置する（図２参照）。

アノード電極３４は、外部から電子ビームの加速に必要な高電圧の印加を受けて蛍光層３０を高電位状態に維持させ、蛍光層３０から放射した可視光のうち、第１基板１０に向かって放射された可視光を第２基板１２側に反射させて、画面の輝度を高くする役割を果たす。

一方、アノード電極は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明導電膜からなることができ、この場合、アノード電極は、第２基板１２と蛍光層３０と黒色層３２との間に位置する。また、アノード電極としては、前述の透明導電膜と金属膜を同時に形成する構造も可能である。

第１基板１０と第２基板１２との間にはスペーサ３６（図２参照）が配置されて、真空容器に加えられる圧縮力を支持し、第１基板１０と第２基板１２との間隔を一定に維持させる。スペーサ３６は、蛍光層３０を侵さないように、黒色層３２に対応して位置する。

前述の構成の電子放出ディスプレイ２は、外部からカソード電極１４、ゲート電極１６、集束電極２６、及びアノード電極３４に所定の電圧を供給して駆動する。例えば、カソード電極１４とゲート電極１６のうちのいずれか一つの電極が走査駆動電圧の印加を受けて走査電極として機能し、他の一つの電極がデータ駆動電圧の印加を受けてデータ電極として機能する。そして、集束電極２６は、電子ビームの集束に必要な電圧、例えば、０Ｖ又は数乃至数十ボルトの負の直流電圧の印加を受け、アノード電極３４は、電子ビームの加速に必要な電圧、例えば、数百乃至数千ボルトの正の直流電圧の印加を受ける。

そうすれば、カソード電極１４とゲート電極１６との間の電圧の差が臨界値以上である画素で、電子放出部２２の周囲に電界が形成されて、これから電子が放出される。放出された電子は、集束電極開口部２６１を通過しながらこの開口部２６１の中心部に集束されて電子ビームの束を形成し、アノード電極３４に印加された高電圧に引かれて、対応する画素の蛍光層３０に衝突することによって蛍光層３０が発光する。

前述の駆動過程において、本実施例の電子放出ディスプレイ２は、ライン電極１４１の内部（図６参照）ではない一側辺に凹部２０を形成し、凹部２０に位置する隔離電極１４２を、抵抗層２４を介してライン電極１４１と電気的に連結させる構造を有することにより、画素領域でＤ１（図３参照）で示された充分な大きさの有効幅を有する。

このようなカソード電極１４の有効幅の拡大は抵抗減少に繋がって、カソード電極１４の電圧降下を抑制することができ、抵抗増加に影響を与えない範囲内でＤ１の有効幅を小さく形成して、高解像度表示デバイスを容易に実現することができる。

図５は、本発明の第３実施例による電子放出デバイスの部分平面図である。図面を参照すれば、カソード電極１４’は、画素領域でＤ１の有効幅を有しながら、隣接する画素領域相互の間でＤ１より大きいＤ２の幅を有することができる。つまり、カソード電極１４’は、凹部２０の反対側の一側辺で非画素領域ごとに突出部３８を形成する。この場合、カソード電極１４’の最大幅を拡大させて、電流の流れをより効率的に改善することができる。

前記では、電子放出部が真空中で電界によって電子を放出する物質からなる電界放出アレイ（ＦＥＡ）型電子放出素子を利用した表示デバイスについて説明したが、本発明はこのようなＦＥＡ型に限定されず、それ以外の他のタイプの電子放出素子を利用した表示デバイスにも容易に適用することができる。

また、前記では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るものではなく、特許請求の範囲と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のが可能であり、これもまた本発明の範囲に属する。

本発明の第１実施例による電子放出ディスプレイの部分分解斜視図である。 本発明の第１実施例による電子放出ディスプレイの部分断面図である。 本発明の第１実施例による電子放出デバイスの部分拡大平面図である。 本発明の第２実施例による電子放出デバイスの部分拡大平面図である。 本発明の第３実施例による電子放出デバイスの部分拡大平面図である。 従来の技術による電子放出デバイスの部分拡大平面図である。

符号の説明

２ 電子放出ディスプレイ
９、１０ 第１基板
１１ 第１電極
１２ 第２基板
１３、１６１、１８１、２６１、２８１ 開口部
１４ カソード電極
１５ 隔離電極
１６ ゲート電極
１７、２４、２４’ 抵抗層
１８ 第１絶縁層
１９、２２ 電子放出部
２０ 凹部
２６ 集束電極
２８ 第２絶縁層
３０ 蛍光層
３２ 黒色層
３４ アノード電極
３６ スペーサ
３８ 突出部
４０ 電子放出デバイス
５０ 発光ユニット
１４１ ライン電極
１４２ 隔離電極ライン

Claims (18)

1. 基板；
   前記基板上に形成されるカソード電極；
   前記カソード電極と絶縁されて位置するゲート電極；及び
   前記カソード電極に電気的に連結される電子放出部；を含み、
   前記各々のカソード電極が、
   一側辺に凹部を備えたライン電極；
   前記凹部によって露出された前記基板上で前記ライン電極と離隔して位置し、前記電子放出部が置かれるようになる隔離電極；及び
   前記ライン電極と隔離電極とを電気的に連結させる抵抗層；
   を含む電子放出デバイス。
2. 前記抵抗層が、前記凹部ごとに単一体として備えられて前記ライン電極と複数の隔離電極とを連結する、請求項１に記載の電子放出デバイス。
3. 前記抵抗層が、前記隔離電極ごとに個別に備えられて前記ライン電極と各々の隔離電極とを連結する、請求項１に記載の電子放出デバイス。
4. 前記隔離電極が、前記ライン電極の長さ方向に沿って一列に位置する、請求項２に記載の電子放出デバイス。
5. 前記隔離電極が、前記ライン電極の長さ方向に沿って一列に位置する、請求項３に記載の電子放出デバイス。
6. 前記ライン電極が、前記凹部の反対側の他の一側辺で、前記凹部に対応しない領域に突出部を形成する、請求項１に記載の電子放出デバイス。
7. 前記ゲート電極と絶縁を維持しながら前記ゲート電極の上部に位置する集束電極をさらに含む、請求項１に記載の電子放出デバイス。
8. 前記電子放出部が、カーボンナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、フラーレン（Ｃ_６０）、及びシリコンナノワイヤーからなる群より選択された少なくとも一つの物質を含む、請求項１に記載の電子放出デバイス。
9. 第１基板；前記第１基板上に形成されるカソード電極；前記カソード電極と絶縁されて位置するゲート電極；及び前記カソード電極に電気的に連結される電子放出部；を含み、前記各々のカソード電極が、一側辺に凹部を備えたライン電極；前記凹部によって露出された前記第１基板上で前記ライン電極と離隔して位置し、前記電子放出部が置かれるようになる隔離電極；及び前記ライン電極と前記隔離電極とを電気的に連結させる抵抗層；を含む電子放出デバイス；
   前記第１基板と対応する第２基板；並びに
   前記第１基板と対応する前記第２基板の一面に備えられた蛍光層；
   を含む電子放出ディスプレイ。
10. 前記隔離電極が、前記ライン電極の長さ方向に沿って一列に位置する、請求項９に記載の電子放出ディスプレイ。
11. 前記ライン電極の長さ方向に沿う前記蛍光層の中心部が、前記電子放出部と互いに対応する、請求項９に記載の電子放出ディスプレイ。
12. 前記抵抗層が、前記凹部ごとに単一体として備えられて前記ライン電極と複数の隔離電極とを連結する、請求項９に記載の電子放出ディスプレイ。
13. 前記抵抗層が、前記隔離電極ごとに個別に備えられて前記ライン電極と各々の隔離電極とを連結する、請求項９に記載の電子放出ディスプレイ。
14. 前記隔離電極が、前記ライン電極の長さ方向に沿って一列に位置する、請求項１２に記載の電子放出ディスプレイ。
15. 前記隔離電極が、前記ライン電極の長さ方向に沿って一列に位置する、請求項１３に記載の電子放出ディスプレイ。
16. 前記ライン電極が、前記凹部の反対側の他の一側辺で、凹部に対応しない領域に突出部を形成する、請求項９に記載の電子放出ディスプレイ。
17. 前記ゲート電極と絶縁を維持しながら前記ゲート電極の上部に位置する集束電極をさらに含む、請求項９に記載の電子放出ディスプレイ。
18. 前記電子放出部が、カーボンナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、フラーレン（Ｃ_６０）、及びシリコンナノワイヤーからなる群より選択された少なくとも一つの物質を含む、請求項９に記載の電子放出ディスプレイ。

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