JP2007141759A

JP2007141759A - 冷陰極アレイ及びこれを用いた冷陰極ディスプレイ

Info

Publication number: JP2007141759A
Application number: JP2005336818A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhiko Muroi; 哲彦室井; Shiro Sato; 史郎佐藤; Toshihiro Yamamoto; 敏裕山本; Hiroshi Hagiwara; 啓萩原; Mizuyoshi Atozawa; 瑞芳後沢; Tatsuya Takei; 達哉武井; Toshikatsu Sakai; 俊克堺
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】簡易な構成で電子ビームを集束し、高い電子放出効率を得ることができる冷陰極アレイ及びこれを用いた冷陰極ディスプレイを提供すること。
【解決手段】冷陰極ディスプレイ１０は、冷陰極アレイ２０と、陽極基板３０とを有し、冷陰極アレイ２０は、背面基板２１上に形成されたカソード電極２２と、カソード電極２２上に形成された絶縁層２３と、絶縁層２３上に形成されたゲート電極２４と、ゲート電極２４と平行に絶縁層２３上に形成されたフォーカス電極２５とを備え、陽極基板３０は、前面基板３１上に形成され、電子を捕捉するアノード電極３２と、アノード電極３２上に形成され、電子の衝突によって発光する蛍光体３３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、印加された電界によって電子を放出する冷陰極アレイ及びこれを用いた冷陰極ディスプレイに関する。

典型的なＦＥＤ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）の冷陰極アレイは、画素に対応した複数の冷陰極が蛍光面と対向に配置され、冷陰極エミッタから放出された電子を加速して蛍光体に照射することにより蛍光体を発光させている。冷陰極には、先鋭な先端を持つ冷陰極エミッタが設けられた電極と冷陰極エミッタを取り囲むように配置された電極との構造において、これらの電極間に電圧を印加することにより陰極先端に高電界を生じさせて電子を放出するスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型冷陰極や、ＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）又はＣＮＴ（ＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅ）等の炭素系材料の冷陰極エミッタを形成した電極と、この電極と絶縁層を介して冷陰極エミッタが露出するようにホールが設けられた電極との間に電圧を印加することにより炭素系材料に高電界を生じさせて電子放出する冷陰極等が検討されている。

図８にゲート電極及び炭素系材料の冷陰極エミッタを用いた従来のＦＥＤの断面図を示す。図８に示すように、冷陰極エミッタ１ｅから放出された電子ビームは通常発散して蛍光体２ｃに到達する。この冷陰極を用いた従来のＦＥＤでは、電子ビームの発散により解像度の低下やクロストークの発生等の画質劣化を引き起こす。ゲート電極１ｄとカソード電極１ｂとの間の電界強度が、ゲート電極１ｄとアノード電極２ｂとの間の電界強度より大きいとき、図８に示すようにゲート電極１ｄ付近の等電位線の分布がアノード電極２ｂ側に凸状になることにより電子ビームの発散が生じる。ゲート電極１ｄとカソード電極１ｂとの間の電界強度と、ゲート電極１ｄとアノード電極２ｂとの間の電界強度とを一致させればよいが、従来のＦＥＤでは冷陰極エミッタ１ｅから電子を放出させるためには、ゲート電極１ｄとカソード電極１ｂとの間の電界強度は、ゲート電極１ｄとアノード電極２ｂとの間の電界強度より大きくなってしまう。そのため図８に示すような等電位線の分布になり、電子ビームの発散が生じる。そこで電子ビームがアノード電極２ｂで集束するように、ＦＥＤのパネル構造や冷陰極構造が検討されている。

例えば、非特許文献１に記載されたものは、カソード電極、絶縁層、ゲート電極、絶縁層及びフォーカス電極が順次積層された５層の構造を有し、電子ビーム集束用のフォーカス電極によって電子ビームを集束するようになっている。

また、非特許文献２には、ゲート電極の厚さを厚くすれば電子ビームの発散を抑えられることが述べられている。

Ｙ．Ｗ．Ｊｉｎ，ｅｔａｌ，「ＡＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＤｒｉｖｉｎｇＰｒｏｐｅｒｔｙｏｆＤｏｕｂｌｅＧａｔｅｄＴｒｉｏｄｅ−ＴｙｐｅＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙｕｓｉｎｇＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＥｍｉｔｔｅｒ」（Ｐｒｏｃ．ＥｕｒｏＤｉｓｐｌａｙ '０２，ｐｐ．２２９−２３２，２００２）Ｊ．Ｅ．Ｊｕｎｇ，ｅｔａｌ，「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ of Ｔｒｉｏｄｅ−ＴｙｐｅＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＦｉｅｌｄ−ＥｍｉｔｔｅｒＡｒｒａｙｓｗｉｔｈＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＤｉｏｄｅＥｍｉｓｓｉｏｎｂｙＦｏｒｍｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄＮｉＷａｌｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅ」（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ．Ｂ，Ｖｏｌ．２１（１），ｐｐ．３７５−３８１，２００３）

しかしながら、非特許文献１に記載のものでは、フォーカス電極を含む５層の構成となっているので、カソード電極、絶縁層及びゲート電極が順次積層された一般的な３層の構成のものよりも製造工程が増加してしまい、製造コストが高くなるという問題があった。

また、非特許文献２に記載のものでは、ゲート電極が厚くなるとゲート電圧が上昇したときに電子ビームがゲート電極に衝突しやすくなるので、冷陰極からの電子放出効率が低下して画質が劣化するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で電子ビームを集束し、高い電子放出効率を得ることができる冷陰極アレイ及びこれを用いた冷陰極ディスプレイを提供するものである。

本発明の冷陰極アレイは、電子ビームを発生する冷陰極エミッタと、前記冷陰極エミッタが設けられた帯状のカソード電極と、前記カソード電極上に設けられ、前記冷陰極エミッタを露出させる開口部を含む絶縁層と、前記絶縁層上に設けられ、前記カソード電極と直交する帯状のゲート電極と、前記絶縁層上に設けられ、前記開口部を隔てて前記ゲート電極と平行に相対する帯状のフォーカス電極とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の冷陰極アレイは、冷陰極エミッタに所定のゲート電圧、アノード電圧及びフォーカス電圧が印加された場合、帯状のカソード電極、帯状のゲート電極及び帯状のフォーカス電極の形状に応じた等電位線の分布が得られ、冷陰極エミッタからの電子ビームがゲート電極に吸収されにくくなるので、電子ビームのゲート電極への衝突による電子放出効率の低下を回避することができ、簡易な構成で電子ビームを集束し、高い電子放出効率を得ることができる。

また、本発明の冷陰極アレイは、前記電子ビームを偏向する帯状の偏向電極をさらに備え、前記偏向電極は、前記ゲート電極に対して前記フォーカス電極が設けられた側とは異なる側の前記絶縁層上に設けられた構成を有している。

この構成により、本発明の冷陰極アレイは、帯状のフォーカス電極に印加されたフォーカス電圧により集束された電子ビームを帯状の偏向電極に印加される電圧によって偏向することができるので、電子ビームの発散を抑えて所望の方向に電子ビームを偏向することができ、簡易な構成で電子ビームを集束し、高い電子放出効率を得ることができる。

さらに、本発明の冷陰極アレイは、前記ゲート電極の前記冷陰極エミッタ側の端部を前記カソード電極に投影した位置から所定の距離をおいて前記冷陰極エミッタを形成した構成を有している。

この構成により、本発明の冷陰極アレイは、冷陰極エミッタからの電子ビームがゲート電極に吸収されにくくなるので、電子ビームのゲート電極への衝突による電子放出効率の低下を回避することができ、簡易な構成で電子ビームを集束し、高い電子放出効率を得ることができる。

本発明の冷陰極ディスプレイは、冷陰極アレイと、前記冷陰極アレイから所定の間隔をおいて対向配置された蛍光体とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の冷陰極ディスプレイは、冷陰極エミッタに所定のゲート電圧、アノード電圧及びフォーカス電圧が印加された場合、帯状のカソード電極、帯状のゲート電極及び帯状のフォーカス電極の形状に応じた等電位線の分布が得られ、冷陰極エミッタからの電子ビームがゲート電極に吸収されにくくなるので、電子ビームのゲート電極への衝突による電子放出効率の低下を回避することができ、簡易な構成で電子ビームを集束し、高い電子放出効率を得ることができる。

本発明は、簡易な構成で電子ビームを集束し、高い電子放出効率を得ることができるという冷陰極アレイ及びこれを用いた冷陰極ディスプレイを提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本実施の形態の冷陰極ディスプレイの構成について、図面を用いて説明する。

図１及び図２に示すように、本実施の形態の冷陰極ディスプレイ１０は、冷陰極アレイ２０と、陽極基板３０とを備えている。

冷陰極アレイ２０は、背面基板２１上に形成された帯状のカソード電極２２と、カソード電極２２上に形成された冷陰極エミッタ２６又は２７と、カソード電極２２上に形成され、冷陰極エミッタ２６又は２７を露出するように開口部２３ａを設けた絶縁層２３と、絶縁層２３上に形成された帯状のゲート電極２４と、ゲート電極２４と平行に絶縁層２３上に形成された帯状のフォーカス電極２５とを備えている。陽極基板３０は、前面基板３１上に形成され、電子を捕捉するアノード電極３２と、アノード電極３２上に形成され、電子の衝突によって発光する蛍光体３３とを備えている。

背面基板２１及び前面基板３１は、例えば厚さが１〜５ｍｍ程度のガラス基板によって構成されている。カソード電極２２、ゲート電極２４及びフォーカス電極２５は、例えば、膜厚が１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度のクロムで構成されている。絶縁層２３は、例えば、膜厚が１μｍ〜５μｍ程度のＳｉＯ_２（二酸化シリコン）で構成されている。

アノード電極３２は、例えばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ：錫ドープ酸化インジウム）のような透明電極によって構成され、蛍光体３３は、アノード電極３２上に例えばＲＧＢ（赤、緑、青）各色の蛍光材料が塗布されて形成されている。

以下、ゲート電極２４、フォーカス電極２５、冷陰極エミッタ２６及び２７の構成について、図２〜図４を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、図２に示されたカソード電極２２の延在方向を長軸方向、この長軸方向に直交する方向を短軸方向という。また、ゲート電極２４とフォーカス電極２５との間の寸法を開口部２３ａの幅という。

図２は、映像をカラー表示する場合のＲＧＢ各色の１画素分を陽極基板３０側から見た上面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ、冷陰極エミッタの構成例を示したものであり、冷陰極エミッタ２６又は２７がカソード電極２２上の開口部２３ａに形成された状態を示している。

また、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ、図２（ａ）及び図２（ｂ）に対応した長軸方向における断面図である。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、それぞれ、図２（ａ）及び図２（ｂ）に対応した短軸方向における断面図である。

図２に示すように、ゲート電極２４及びフォーカス電極２５は、開口部２３ａを隔てて互いに平行に延在し、カソード電極２２の延在方向と直交する方向に延在している。すなわち、冷陰極エミッタ２６又は２７は、背面基板２１上にマトリクス状に配置されて構成され、例えば、カソード電極２２を映像信号が走査される走査電極とし、ゲート電極２４をデータ電極とすることによって、前面基板３１に映像が表示されるようになっている。

また、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、冷陰極エミッタ２６は、長軸方向において開口部２３ａの幅以上の領域に形成されている。図３（ａ）に示すように、ゲート電極２４の冷陰極エミッタ２６側の端部をカソード電極２２に投影した位置を含む領域に冷陰極エミッタ２６が形成されている。また、図２（ａ）及び図４（ａ）に示すように、冷陰極エミッタ２６は、カソード電極２２の短軸方向の全領域に形成されている。なお、冷陰極エミッタ２６は、例えばＣＮＴで構成されている。

一方、冷陰極エミッタ２７は、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、長軸方向において開口部２３ａの幅よりも狭い領域に形成されている。すなわち、図３（ｂ）に示すように、ゲート電極２４の冷陰極エミッタ２７側の端部をカソード電極２２に投影した位置から所定の間隔をおいて冷陰極エミッタ２７が形成されている。また、図２（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、冷陰極エミッタ２７は、カソード電極２２の短軸方向の全領域よりも狭い領域に形成されている。なお、冷陰極エミッタ２７は、例えばＣＮＴで構成されている。

また、図３及び図４に示すように、冷陰極エミッタ２６及び２７は、カソード電極２２とゲート電極２４との間の電圧（以下「ゲート電圧」という。）によって電子を放出するようになっている。放出された電子は電子ビームとなり、カソード電極２２とアノード電極３２との間の電圧（以下「アノード電圧」という。）によってアノード電極３２に引き寄せられるようになっている。カソード電極２２とフォーカス電極２５との間の電圧（以下「フォーカス電圧」という。）は、ゲート電圧よりも小さい電圧で、電子ビームを集束させる電圧に設定されるようになっている。

長軸方向において、冷陰極エミッタ２６又は２７に所定のゲート電圧、アノード電圧及びフォーカス電圧が印加された場合は、それぞれ、図３（ａ）又は図３（ｂ）に示すような等電位線の分布が得られるようになっている。

ここで、冷陰極エミッタ２６からの電子ビームは、ゲート電極２４側に寄った軌道を描いてアノード電極３２に進む。このとき、冷陰極エミッタ２６は、長軸方向において開口部２３ａの幅以上の領域に形成されているので、冷陰極エミッタ２６から放出された電子の一部がゲート電極２４に吸収される虞がある。

一方、冷陰極エミッタ２７からの電子ビームも同様に、ゲート電極２４側に寄った軌道を描いてアノード電極３２に進むが、冷陰極エミッタ２６のゲート電極２４側の端部の位置（図３（ａ）参照）よりも冷陰極エミッタ２７のゲート電極２４側の端部の位置（図３（ｂ）参照）の方がゲート電極２４から遠ざかっているので、冷陰極エミッタ２７から放出された電子ビームはゲート電極２４に吸収されにくい構成となっている。したがって、長軸方向においては、冷陰極エミッタ２７の電子放出効率が冷陰極エミッタ２６の電子放出効率よりも高くなるので、冷陰極エミッタ２７の構成の方が好ましい。

また、短軸方向において、冷陰極エミッタ２６又は２７に所定のゲート電圧、アノード電圧及びフォーカス電圧が印加された場合は、それぞれ、図４（ａ）又は図４（ｂ）に示すような等電位線の分布が得られるようになっている。

ここで、冷陰極エミッタ２６は、短軸方向において、カソード電極２２の全領域に形成されているので、カソード電極２２の端部に生じる電界集中により、カソード電極２２の端部付近の冷陰極エミッタ２６からの電子ビームは、図４（ａ）に示すように発散してしまう虞がある。その結果、冷陰極エミッタ２６の構成では解像度の劣化を引き起こす虞がある。

一方、冷陰極エミッタ２７は、短軸方向において、カソード電極２２の短軸方向の全領域よりも狭い領域に形成されているので、カソード電極２２の端部付近の冷陰極エミッタ２７からの電子ビームの発散を図４（ｂ）に示すように抑えることができる。したがって、短軸方向においても、冷陰極エミッタ２６よりも冷陰極エミッタ２７の構成の方が好ましい。

次に、本実施の形態の冷陰極ディスプレイ１０の動作について説明する。なお、前述の冷陰極エミッタの構成例として取り挙げた冷陰極エミッタ２６及び２７のうち、冷陰極ディスプレイ１０が冷陰極エミッタ２７を備えたものとして以下説明する。

まず、カソード電極２２とゲート電極２４との間にゲート電圧が印加され、カソード電極２２とアノード電極３２との間にアノード電圧が印加される。また、カソード電極２２とフォーカス電極２５との間にゲート電圧以下のフォーカス電圧が印加される。

ゲート電圧及びアノード電圧に加えてフォーカス電圧が印加された結果、等電位線の分布が電子ビームの進行方向側に凸状となる従来のもの（図８参照）とは異なった、図３（ｂ）に示すような等電位線の分布が得られる。

そして、ゲート電圧による電界によって、冷陰極エミッタ２７から電子が放出されて電子ビームとなる。この電子ビームは、前述の等電位線の分布を有する電界中を進行するので、電子ビームの水平方向の速度成分がフォーカス電極２５側から見てゲート電極２４側への単一方向に揃えられる。すなわち、フォーカス電圧は、冷陰極エミッタ２７からの電子ビームの水平方向の速度成分を単一方向に揃えるよう設定される。

続いて、電子ビームは、陽極電圧による電界によって加速され、蛍光体３３を通過する際に蛍光体３３を発光させた後、アノード電極３２に達する。そして、蛍光体３３からの光がアノード電極３２及び前面基板３１を透過し、前面基板３１上に映像が表示される。

次に、本実施の形態の冷陰極ディスプレイ１０の製造方法の概要について説明する。なお、前述の冷陰極エミッタの構成例として取り挙げた冷陰極エミッタ２６及び２７のうち、冷陰極ディスプレイ１０が冷陰極エミッタ２７を備えたものとして以下説明する。

まず、背面基板２１上にカソード電極２２が設けられ、カソード電極２２上に絶縁層２３が形成される。さらに、ゲート電極２４及びフォーカス電極２５が絶縁層２３上に形成される。

ここで、カソード電極２２は、例えばクロムの薄膜がスパッタリング法や蒸着法によって、背面基板２１上に堆積された後、フォトリソグラフィ技術によって所望の形状にパターニングされて形成される。また、絶縁層２３もスパッタリング法や蒸着法によって積層される。絶縁層２３の材質は例えばＳｉＯ_２が用いられ、１μｍ〜５μｍ程度の厚さで形成される。また、ゲート電極２４及びフォーカス電極２５も同様に、例えばクロムの薄膜がスパッタリング法や蒸着法によって、絶縁層２３上に堆積された後、フォトリソグラフィ技術によって、カソード電極２２の延在方向と直交する方向にパターニングされて形成される。

次いで、ゲート電極２４及びフォーカス電極２５の上面にレジストが塗布され、フォトリソグラフィ技術によって、開口部２３ａを設けるためのパターニングが行われる。

引き続き、カソード電極２２が露出するまで、例えばウェットエッチングによって絶縁層２３が除去される。その後、ゲート電極２４及びフォーカス電極２５の上面に形成されたレジストが剥離液によって除去される。

さらに、カソード電極２２上に触媒を成膜した後、例えばＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法によって、カソード電極２２上にＣＮＴが形成され、冷陰極アレイ２０が得られる。

次いで、スパッタリング法や蒸着法によって、前面基板３１上に例えばＩＴＯが堆積されてアノード電極３２が形成された後、ＲＧＢ各色の蛍光材料がアノード電極３２上に、ゲート電極２４と平行になるようストライプ状に塗布されて蛍光体３３が形成され、陽極基板３０が得られる。なお、ＲＧＢ各色の蛍光材料をアノード電極３２上に、カソード電極２２と平行にストライプ状に塗布してもよいし、デルタ配列となるよう塗布してもよい。

次いで、冷陰極アレイ２０と陽極基板３０とが一定の間隔で対向配置されるようスペーサ（図示省略）が固着される。そして、封着されて真空排気された後、チップオフされて冷陰極ディスプレイ１０が得られる。

なお、前述した製造方法において示した材質、寸法、手法等は一例であり、これらに限定されるものではない。

以上のように、本実施の形態の冷陰極ディスプレイ１０によれば、帯状のカソード電極２２上に設けられた絶縁層２３上に帯状のゲート電極２４及び帯状のフォーカス電極２５が設けられた３層の構成とし、絶縁層２３の開口部２３ａに冷陰極エミッタ２６又は２７を設けて開口部２３ａを隔ててゲート電極２４と平行にフォーカス電極２５を設ける構成としたので、冷陰極エミッタ２６又は２７に所定のゲート電圧、アノード電圧及びフォーカス電圧が印加された場合、帯状のカソード電極２２、帯状のゲート電極２４及び帯状のフォーカス電極２５の形状に応じた等電位線の分布が得られ、冷陰極エミッタ２６又は２７からの電子ビームがゲート電極２４に吸収されにくくなるので、電子ビームのゲート電極２４への衝突による電子放出効率の低下を回避することができ、簡易な構成で電子ビームを集束し、高い電子放出効率を得ることができる。

また、本実施の形態の冷陰極ディスプレイ１０によれば、一般的な従来の冷陰極ディスプレイと同様な３層の構成としたので、従来と同様な製造工程で製作することができ、新たな設備投資を必要としないので、従来の５層で構成されたものよりも低い製造コストで高画質を得ることができる。

また、本実施の形態の冷陰極ディスプレイ１０によれば、電子ビームの発散を抑えるためにゲート電極を厚くした従来のものよりもゲート電極を薄くすることができるので、電子ビームのゲート電極への衝突による電子放出効率の低下を回避することができる。しかも、冷陰極エミッタの構成を図３（ａ）に示された冷陰極エミッタ２６から図３（ｂ）に示された冷陰極エミッタ２７にすることにより、電子放出効率をさらに向上させて高画質を得ることができる。

なお、冷陰極エミッタ２６及び２７をＣＮＴで構成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、印加された電界によって電子を放出するものであれば同様の効果を得ることができる。

（第２の実施の形態）
まず、本実施の形態の冷陰極ディスプレイの構成について、図面を用いて説明する。

図５及び図６に示すように、本実施の形態の冷陰極ディスプレイ４０は、冷陰極アレイ５０と、陽極基板６０とを備えている。

冷陰極アレイ５０は、背面基板５１上に形成された帯状のカソード電極５２と、カソード電極５２上に形成された冷陰極エミッタ５７と、カソード電極５２上に形成され、冷陰極エミッタ５７を露出するように開口部５３ａを設けた絶縁層５３と、絶縁層５３上に形成された帯状のゲート電極５４と、ゲート電極５４と平行に絶縁層５３上に形成された帯状のフォーカス電極５５と、ゲート電極５４と平行に絶縁層５３上に形成された偏向電極５６とを備えている。陽極基板６０は、前面基板６１上に形成されたアノード電極６２と、アノード電極６２上に形成された蛍光体６３とを備えている。

なお、本実施の形態の冷陰極ディスプレイ４０は、本発明の第１の実施の形態に係る冷陰極ディスプレイ１０（図１参照）に偏向電極５６を追加した構成なので、偏向電極５６以外の構成についての説明は省略する。

偏向電極５６は、例えば、膜厚が１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度のクロムで構成されている。

図６は、映像をカラー表示する場合のＲＧＢ各色の１画素分を陽極基板６０側から見た上面図であり、カソード電極５２上の開口部５３ａに冷陰極エミッタ５７が形成された状態を示している。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、長軸方向における断面図であり、互いに異なる偏向電圧（後述）が印加された場合の電子ビームの軌道を示している。

図６に示すように、ゲート電極５４及びフォーカス電極５５は、開口部５３ａを隔てて互いに平行に延在し、偏向電極５６は、ゲート電極５４に対してフォーカス電極５５が設けられた側とは異なる側の絶縁層５３上に設けられ、ゲート電極５４及びフォーカス電極５５と平行に延在している。また、ゲート電極５４、フォーカス電極５５及び偏向電極５６は、カソード電極５２の延在方向と直交する方向に延在している。

冷陰極エミッタ５７は、図６及び図７に示すように、長軸方向において開口部５３ａの幅よりも狭い領域に形成されている。すなわち、図７に示すように、ゲート電極５４の冷陰極エミッタ５７側の端部をカソード電極５２に投影した位置から所定の間隔をおいて冷陰極エミッタ５７が形成されている。また、図６に示すように、冷陰極エミッタ５７は、カソード電極５２の短軸方向の全領域よりも狭い領域に形成されている。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、冷陰極エミッタ５７は、カソード電極５２とゲート電極５４との間のゲート電圧によって電子を放出するようになっている。放出された電子は電子ビームとなり、カソード電極５２とアノード電極６２との間のアノード電圧によって、アノード電極６２に引き寄せられるようになっている。カソード電極５２とフォーカス電極５５との間のフォーカス電圧は、ゲート電圧よりも小さい電圧で、電子ビームを集束させる電圧に設定されるようになっている。また、カソード電極５２と偏向電極５６との間の電圧（以下「偏向電圧」という。）によって、電子ビームが集束するアノード電極６２上の長軸方向の位置が決定されるようになっている。なお、ゲート電圧がフォーカス電圧より大きければ、偏向電圧の大きさは、ゲート電圧又はフォーカス電圧より大きくてもよいし小さくてもよい。

具体的には、長軸方向において、冷陰極エミッタ５７に所定のゲート電圧、アノード電圧、フォーカス電圧及び偏向電圧が印加された場合は、それぞれ、図７（ａ）又は図７（ｂ）に示すような等電位線の分布が得られるようになっている。ここで、図７（ｂ）は、図７（ａ）における偏向電圧よりも大きい偏向電圧が印加されたときの等電位線の分布及び電子ビームの軌道を示している。すなわち、フォーカス電圧によって集束させられた電子ビームの軌道は、偏向電圧が大きくなるほど偏向電極側に偏向し、偏向電圧が小さくなるほどフォーカス電極側に偏向するようになっている。したがって、偏向電圧は、長軸方向において、アノード電極６２上の所望の位置に電子ビームが集束するよう設定されるようになっている。

なお、短軸方向においては、本発明の第１の実施の形態に係る冷陰極ディスプレイ１０（図４（ｂ）参照）と同様な等電位線の分布及び電子ビームの軌道となるので、説明を省略する。

次に、本実施の形態の冷陰極ディスプレイ４０の動作について説明する。

まず、カソード電極５２とゲート電極５４との間にゲート電圧が印加され、カソード電極５２とアノード電極６２との間にアノード電圧が印加される。また、カソード電極５２とフォーカス電極５５との間にフォーカス電圧が印加され、カソード電極５２と偏向電極５６との間に偏向電圧が印加される。

ゲート電圧及びアノード電圧に加えてフォーカス電圧及び偏向電圧が印加された結果、等電位線の分布が電子ビームの進行方向側に凸状となる従来のもの（図８参照）とは異なった、例えば図７（ａ）又は図７（ｂ）に示すような等電位線の分布が得られる。

そして、ゲート電圧による電界によって、冷陰極エミッタ５７から電子が放出されて電子ビームとなる。この電子ビームは、前述の等電位線の分布を有する電界中を進行するので、電子ビームの水平方向の速度成分がフォーカス電極５５側から見てゲート電極５４側への単一方向に揃えられる。すなわち、フォーカス電圧は、冷陰極エミッタ５７からの電子ビームの水平方向の速度成分を単一方向に揃えるよう設定される。

続いて、電子ビームは、陽極電圧による電界によって加速され、蛍光体６３を通過する際に蛍光体６３を発光させた後、アノード電極６２に達する。そして、蛍光体６３からの光がアノード電極６２及び前面基板６１を透過し、前面基板６１上に映像が表示される。

なお、本実施の形態の冷陰極ディスプレイ４０の製造方法は、本発明の第１の実施の形態に係る冷陰極ディスプレイ１０の製造方法と同様であるので詳細な説明を省略する。例えば、偏向電極５６の形成は、冷陰極ディスプレイ１０に係るゲート電極２４及びフォーカス電極２５の製造工程において、ゲート電極２４及びフォーカス電極２５と同様に行えばよい。

以上のように、本実施の形態の冷陰極ディスプレイ４０によれば、帯状のカソード電極５２上に設けられた絶縁層５３上に帯状のゲート電極５４、帯状のフォーカス電極５５及び帯状の偏向電極５６が設けられた３層の構成とし、絶縁層５３の開口部５３ａに冷陰極エミッタ５７を設けて開口部５３ａを隔ててゲート電極５４と平行にフォーカス電極５５を設け、ゲート電極５４に対してフォーカス電極５５が設けられた側とは異なる側の絶縁層５３上に偏向電極５６を設ける構成としたので、帯状のフォーカス電極５５に印加されたフォーカス電圧により集束された電子ビームを帯状の偏向電極５６に印加される電圧によって電子ビームの発散を抑えながら所望の方向に電子ビームを偏向することができ、簡易な構成で電子ビームを集束し、高い電子放出効率を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態の冷陰極ディスプレイの斜視図（ａ）本発明の第１の実施の形態の冷陰極ディスプレイに係る冷陰極エミッタの第１の構成例を示す上面図（ｂ）本発明の第１の実施の形態の冷陰極ディスプレイに係る冷陰極エミッタの第２の構成例を示す上面図（ａ）本発明の第１の実施の形態の冷陰極ディスプレイに係る冷陰極エミッタの第１の構成例を示す長軸方向の断面図（ｂ）本発明の第１の実施の形態の冷陰極ディスプレイに係る冷陰極エミッタの第２の構成例を示す長軸方向の断面図（ａ）本発明の第１の実施の形態の冷陰極ディスプレイに係る冷陰極エミッタの第１の構成例を示す短軸方向の断面図（ｂ）本発明の第１の実施の形態の冷陰極ディスプレイに係る冷陰極エミッタの第２の構成例を示す短軸方向の断面図本発明の第２の実施の形態の冷陰極ディスプレイの斜視図本発明の第２の実施の形態の冷陰極ディスプレイに係る冷陰極エミッタの構成例を示す上面図（ａ）本発明の第２の実施の形態の冷陰極ディスプレイに係る偏向電極に第１の偏向電圧を印加したときの電子ビームの偏向を示す長軸方向の断面図（ｂ）本発明の第２の実施の形態の冷陰極ディスプレイに係る偏向電極に第２の偏向電圧を印加したときの電子ビームの偏向を示す長軸方向の断面図従来の冷陰極ディスプレイにおける電子ビームの発散を示す図

符号の説明

１０、４０冷陰極ディスプレイ
２０、５０冷陰極アレイ
２１、５１背面基板
２２、５２カソード電極
２３、５３絶縁層
２３ａ、５３ａ開口部
２４、５４ゲート電極
２５、５５フォーカス電極
２６、２７、５７冷陰極エミッタ
３０、６０陽極基板
３１、６１前面基板
３２、６２アノード電極
３３、６３蛍光体
５６偏向電極

Claims

電子ビームを発生する冷陰極エミッタと、前記冷陰極エミッタが設けられた帯状のカソード電極と、前記カソード電極上に設けられ、前記冷陰極エミッタを露出させる開口部を含む絶縁層と、前記絶縁層上に設けられ、前記カソード電極と直交する帯状のゲート電極と、前記絶縁層上に設けられ、前記開口部を隔てて前記ゲート電極と平行に相対する帯状のフォーカス電極とを備えたことを特徴とする冷陰極アレイ。
前記電子ビームを偏向する帯状の偏向電極をさらに備え、前記偏向電極は、前記ゲート電極に対して前記フォーカス電極が設けられた側とは異なる側の前記絶縁層上に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の冷陰極アレイ。
前記ゲート電極の前記冷陰極エミッタ側の端部を前記カソード電極に投影した位置から所定の距離をおいて前記冷陰極エミッタを形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷陰極アレイ。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の冷陰極アレイと、前記冷陰極アレイから所定の間隔をおいて対向配置された蛍光体とを備えたことを特徴とする冷陰極ディスプレイ。