JP2007294406A - 電子放出表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子放出表示素子を提供する。
【解決手段】上面に電極が露出した電子放出素子と、電子放出素子の前方に配置されて蛍光体を備える前面パネルと、電極と接触した状態で配置されて、電子放出素子及び前面パネルが形成する空間の周りを密封する密封部材と、を備え、電極は、電子放出素子の全面にわたって形成され、電子放出素子の端部で外部の電源と連結される部分で狭幅に形成され、密封部材は、電極の狭幅の部分より内接するように配置された電子放出表示素子である。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子放出表示素子に係り、さらに詳細には、電子放出素子の上側に露出した電極での抵抗増加、アーク放電、断線などの問題を解決できる電子放出表示素子に関する。

一般的に、電子放出素子は、電子放出源として熱陰極を利用する方式と、冷陰極を利用する方式とがある。冷陰極を利用する方式の電子放出素子としては、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）型、ＳＣＥ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｍｉｔｔｅｒ）型、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）型及びＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、ＢＳＥ（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ）型などが知られている。

前記ＦＥＤ型は、仕事関数が低いか、またはβ関数の高い物質を電子放出源として使用する場合、真空中で電界差によって容易に電子が放出される原理を利用したものであって、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）などを主材質とする先端のとがっているチップ構造物、またはグラファイト、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）などの炭素系物質、そして最近、ナノチューブやナノワイヤなどのナノ物質を電子放出源として適用した素子が開発されている。

前記ＳＣＥ型は、第１基板上に対向して配置された第１電極と第２電極との間に導電薄膜を提供し、前記導電薄膜に微細亀裂“fine crack”を提供することによって電子放出源を形成した素子である。前記素子は、前記電極に電圧を印加して、前記導電薄膜の表面に電流を流して、微細亀裂である電子放出源から電子が放出される原理を利用する。

前記ＭＩＭ型及びＭＩＳ型の電子放出素子は、それぞれ金属−誘電層−金属（ＭＩＭ）と、金属−誘電層−半導体（ＭＩＳ）との構造になった電子放出源を形成し、誘電層を挟んで位置する二つの金属、または金属と半導体との間に電圧を印加するとき、高い電子電位を有する金属または半導体から、低い電子電位を有する金属方向に電子が移動及び加速されつつ放出される原理を利用した素子である。

前記ＢＳＥ型は、半導体のサイズを半導体中の電子の平均自由工程よりも小さな寸法領域まで縮小すれば、電子が散乱せずに走行する原理を利用して、オーミック電極上に金属または半導体からなる電子供給層を形成し、電子供給層上に絶縁体層及び金属薄膜を形成して、オーミック電極及び金属薄膜に電源を印加することによって電子を放出させる素子である。
このような電子放出素子のうち、ＦＥＤ型電子放出素子を利用して電子放出表示素子を構成した例が図１に示されており、図２には、図１の電子放出素子の平面図が示されている。

図１及び図２に示すように、電子放出表示素子は、電子放出素子の前面に蛍光体を備える前面パネルが配置され、前記前面パネル及び電子放出素子が形成する空間は、スペーサによって支持される。また、図面は、切開された状態で図示されているが、前記空間は、真空に維持されねばならないので、密封部材により前記電子放出素子と前面パネルとの間の空間は密封される。

図１に示すように、前記電子放出素子で電極が上面に露出した構造を有する場合には、密封部材が電極と接触した状態で形成される。前記密封部材と電極とが接触する場合、薄膜に形成される電極では抵抗が増加するという問題点がある。このような電極での抵抗の増加は、電子放出表示素子全体の駆動電圧を上昇させ、発光効率を低下させる原因となる。特に、狭幅の電極と密封部材とが接触し、当該電極に電流が流れれば、薄膜からなる電極でアーク放電や断線などの問題が発生しうる。したがって、このような問題を解決できる方案を講ずる必要性が大きく要求されている。

本発明は、前記問題点を克服するためになされたものであって、本発明の目的は、密封部材と電極とが接触する部分での抵抗増加によるアーク放電や断線などの問題が発生することを緩和または防止できる電子放出表示素子を提供することである。

前記のような本発明の目的は、上面に電極が露出した電子放出素子と、前記電子放出素子の前方に配置されて蛍光体を備える前面パネルと、前記電極と接触した状態で配置されて、前記電子放出素子及び前記前面パネルが形成する空間の周りを密封する密封部材と、を備え、前記電極は、前記電子放出素子の全面にわたって形成され、前記電子放出素子の端部で外部の電源と連結される部分で狭幅に形成され、前記密封部材は、前記電極の狭幅の部分より内接するように配置された電子放出表示素子を提供することによって解決される。
ここで、前記蛍光体は、加速された電子により励起されて可視光線を発生させる蛍光体であることが望ましい。

ここで、前記前面パネルは、前記電子放出素子に対向する位置に、前記電子放出素子と実質的に平行に配置された前面基板と、前記前面基板に配置され、前記電子放出源から放出された電子が前記蛍光体に向って加速されるように、前記蛍光体に隣接して配置されたアノード電極と、をさらに備えることが望ましい。
ここで、前記電子放出素子は、ベース基板と、前記ベース基板上に配置されたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備え、電子放出素子の上面に露出した電極は、ゲート電極でありうる。

ここで、前記電子放出素子は、ベース基板と、前記ベース基板上に配置されたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に絶縁されるように配置されたゲート電極と、前記ゲート電極の上側に前記ゲート電極と電気的に絶縁されるように配置された集束電極と、を備え、電子放出素子の上面に露出した電極は、集束電極でありうる。
ここで、前記密封部材は、ガラスフリットであることが望ましい。

本発明による電子放出表示素子の場合、密封部材が電子放出素子の上側に位置する電極と接触することによって、電極でアーク放電や断線などの問題が発生することを防止して、安定的に駆動される電子放出表示素子を具現できる。

以下では、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明する。
図３には、本発明の一実施形態に係る電子放出表示素子の構成を概略的に示す部分切開斜視図が示されており、図４には、図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図が示されており、図５には、図４のＶ部分の拡大図が示されており、図６には、図３に示す電子放出素子の平面図が示されている。

図３及び図４に示すように、電子放出表示素子１００は、電子放出素子１０１及び前記電子放出素子１０１の前方に配置された前面パネル１０２を備える。
前記電子放出素子１０１は、ベース基板１１０、カソード電極１２０、ゲート電極１４０、第１絶縁体層１３０及び電子放出源１５０を備える。
前記ベース基板１１０は、所定厚さを有する板状の部材であって、石英ガラス、少量のＮａのような不純物を含有したガラス、板ガラス、ＳｉＯ_２のコーティングされたガラス基板、酸化アルミニウムまたはセラミック基板が使用されうる。また、フレキシブルディスプレイ装置を具現する場合には、柔軟な材質が使用されてもよい。

前記カソード電極１２０は、前記ベース基板１１０上に一方向に延びるように配置され、通常の電気導電物質からなりうる。例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄなどの金属またはその合金からなりうる。または、Ｐｄ、Ａｇ、ＲｕＯ_２、Ｐｄ−Ａｇなどの金属または金属酸化物及びガラスから構成された印刷された導電体で形成されうる。または、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３またはＳｎＯ_２などの透明導電体、または多結晶シリコンなどの半導体物質から形成されうる。特に、製造工程中に前記ベース基板１１０の後方から光を透過させる工程が必要な場合には、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３またはＳｎＯ_２などの透明導電体が使用されることが望ましい。

前記ゲート電極１４０は、前記カソード電極１２０及び前記絶縁体層１３０を挟んで配置され、前記カソード電極１２０と共に通常の電気導電物質から形成されうる。
また、単純にランプとして可視光線を発生させるものではなく、画像を具現するためには、図３に示すように、前記カソード電極１２０及び前記ゲート電極１４０が相互交差するように配置されることが望ましい。

また、前記ゲート電極１４０及び前記カソード電極１２０が交差する領域には、電子放出源ホール１３１を形成し、その内部に電子放出源１５０を配置する。
前記絶縁体層１３０は、前記ゲート電極１４０と前記カソード電極１２０との間に配置し、前記カソード電極１２０及びゲート電極１４０を絶縁することによって、二つの電極の間にショートが発生することを防止する。

前記電子放出源１５０は、前記カソード電極１２０と通電されるように配置され、前記ゲート電極１４０に比べて低く配置される。前記電子放出源１５０の材料としては、針状構造を有するものならば、いかなるものでも使用されうる。特に、仕事関数が小さく、β関数の大きいカーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ：ＣＮＴ）、グラファイト、ダイアモンド及びダイアモンド状カーボンなどの炭素系物質から形成されることが望ましい。または、ナノチューブ、ナノワイヤ、ナノロッドなどのナノ物質が使用されうる。特に、ＣＮＴは、電子放出特性に優れており、低電圧駆動が容易であるので、それを電子放出源として使用する電子放出表示素子の大面積化に有利である。
前述したような構成を有する電子放出素子１０１は、カソード電極にマイナス（−）電圧を印加し、ゲート電極にプラス（＋）電圧を印加して、前記カソード電極１２０と前記ゲート電極１４０との間に形成される電界により前記電子放出源から電子を放出させうる。

前記前面パネル１０２は、蛍光体層７０を備える。
前記蛍光体層７０は、加速された電子により励起されて可視光線を発生させるＣＬ（Ｃａｔｈｏｄ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）型蛍光体で形成される。前記蛍光体層７０に使用されうる蛍光体としては、例えば、ＳｒＴｉＯ_３：Ｐｒ、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_３Ｓ：Ｅｕなどを含む赤色光用蛍光体や、Ｚｎ（Ｇａ，Ａｌ）_２Ｏ_４：Ｍｎ、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌなどを含む緑色光用蛍光体や、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ、ＺｎＧａ_２Ｏ_４、ＺｎＳ：Ａｇ、Ｃｌなどを含む青色光用蛍光体がある。もちろん、ここで言及した蛍光体にのみ限定されるものではない。
前記前面パネル１０２は、前面基板９０、及び前記前面基板９０上に設置されるアノード電極８０をさらに備えうる。

前記前面基板９０は、前記ベース基板１１０と同様に、所定の厚さを有する板状の部材であって、前記ベース基板１１０と同じ素材で形成されうる。前記アノード電極８０は、前記カソード電極１２０及びゲート電極１４０と同様に、通常の電気導電性物質で形成される。特に、前記アノード電極８０は、透明電極で形成されて、蛍光体層から発生した可視光線を前方に透過させることが望ましい。

前記ベース基板１１０を備える電子放出素子１０１と、前記前面基板９０を備える前面パネル１０２とは、相互所定間隔を維持しつつ対向して、発光空間１０３を形成して電子放出表示素子１００を構成する。そして、前記電子放出素子１０１と前面パネル１０２との間の間隔の維持のために、スペーサ６０が配置される。前記スペーサ６０は、絶縁物質で形成されうる。

また、内部の発光空間１０３を真空に維持するために、密封部材１０５で電子放出素子１０１及び前面パネル１０２が形成する発光空間１０３の周りを密封し、内部の空気などを排気する。前記密封部材１０５は、ガラスフリットであることが望ましい。

前記密封部材１０５は、電子放出素子１０１及び前面パネル１０２が形成する発光空間１０３の周りを密封しつつ、前記電子放出素子１０１の上面に接触し、このとき、電子放出素子の上面に露出したゲート電極と接触する。前記密封部材の幅Ｗ（図６）は、内部空間１０３を真空に維持することができ、所定の大きさの外部の衝撃によっても真空状態を維持するために、一定の厚さ以上に維持されねばならない。前記密封部材が配置される位置は、前記ゲート電極が発光空間の外部で、別途の連結コネクタ及び端部は、端子（図示せず）に連結されるために、狭幅の部分より発光空間の内側にさらに近い。すなわち、ゲート電極の幅が一定に維持される部分に密封部材が接触するように配置される。このように、前記ゲート電極の内側部分に接触するように密封部材を配置する場合には、従来に比べて電子放出素子の上面に露出したゲート電極の幅が広く、かつ抵抗の低い部分に密封部材が接触するので、この部分で密封部材と電極とが接触して電極で抵抗が増加する場合にも、抵抗の増加幅が大きくない。したがって、接触部分で抵抗増加によるアーク放電や断線などの問題を予防できる。

このような構成を有する電子放出表示素子１００は、次の通りに動作する。
電子放出のために、カソード電極１２０にマイナス（−）電圧を印加し、ゲート電極１４０にはプラス（＋）電圧を印加して、カソード電極１２０に設置された電子放出源１５０から電子を放出させうる。また、アノード電極８０に強いプラス（＋）電圧を印加して、アノード電極８０方向に放出された電子を加速させる。このように電圧が印加されれば、電子放出源１５０を構成する針状の物質から電子が放出されてゲート電極１４０に向って進みつつ、アノード電極８０に向って加速される。アノード電極８０に向って加速された電子は、アノード電極８０側に位置する蛍光体層７０に衝突しつつ蛍光体層を励起させて、可視光線を発生させる。

図７及び図８には、本発明の他の実施形態を示す図面が示されている。
図７及び図８に示すように、前記集束電極が電子放出素子の上面に露出している場合には、集束電極が外側で狭幅の部分より内側に密封部材が接するように配置される。このように配置される場合にも、前述した実施形態のように、集束電極と密封部材とが接触する面積が拡大して、電極での抵抗が増加することを緩和させ、集束電極に電流が流れるとき、アーク放電や断線などの問題が発生することを防止して安定的に駆動させうる。

一方、本実施形態で示す電子放出素子は、前述した実施形態の電子放出素子でゲート電極１４０の上側を覆う第２絶縁体層と、前記第２絶縁体層の上側に形成された集束電極とをさらに備える。前記集束電極をさらに備える場合には、電子放出源１５０から放出される電子が蛍光体層７０に向って集束され、左右側方向に分散されることを防止できる。

本発明は、図面に示す実施形態を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、それから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点が理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まらねばならない。

本発明は、電子放出表示素子に関連した技術分野に好適に適用され得る。

従来の電子放出表示素子の構成を概略的に示す部分切開斜視図である。 図１に示す電子放出表示素子を構成する電子放出素子の平面図である。 本発明の一実施形態に係る電子放出表示素子の構成を概略的に示す部分切開斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。 図４のＶ部分の拡大図である。 図３に示す電子放出表示素子を構成する電子放出素子の平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電子放出表示素子の構成を概略的に示す部分切開斜視図である。 図７のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線による断面図である。 図７に示す電子放出表示素子を構成する電子放出素子の平面図である。

符号の説明

６０ スペーサ
７０ 蛍光体層
８０ アノード電極
９０ 前面基板
１００ 電子放出表示素子
１０１、２０１ 電子放出素子
１０３ 発光空間
１０５ 密封部材
１１０ ベース基板
１２０ カソード電極
１３０ 第１絶縁体層
１３１ 電子放出源ホール
１３５ 第２絶縁体層
１４０ ゲート電極
１４５ 集束電極
１５０ 電子放出源

Claims (6)

1. 上面に電極が露出した電子放出素子と、
   前記電子放出素子の前方に配置されて蛍光体を備える前面パネルと、
   前記電極と接触した状態で配置されて、前記電子放出素子及び前記前面パネルが形成する空間の周りを密封する密封部材と、を備え、
   前記電極は、前記電子放出素子の全面にわたって形成され、前記電子放出素子の端部で外部の電源と連結される部分で狭幅に形成され、
   前記密封部材は、前記電極の狭幅の部分に内接するように配置された電子放出表示素子。
2. 前記蛍光体は、加速された電子により励起されて可視光線を発生させる蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出表示素子。
3. 前記前面パネルは、
   前記電子放出素子に対向する位置に、前記電子放出素子と実質的に平行に配置された前面基板と、
   前記前面基板に配置され、前記電子放出源から放出された電子が前記蛍光体に向って加速されるように、前記蛍光体に隣接して配置されたアノード電極と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子放出表示素子。
4. 前記電子放出素子は、
   ベース基板と、
   前記ベース基板上に配置されたカソード電極と、
   前記カソード電極と電気的に絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備え、
   電子放出素子の上面に露出した電極は、ゲート電極であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうち何れか１項に記載の電子放出表示素子。
5. 前記電子放出素子は、
   ベース基板と、
   前記ベース基板上に配置されたカソード電極と、
   前記カソード電極と電気的に絶縁されるように配置されたゲート電極と、
   前記ゲート電極の上側に前記ゲート電極と電気的に絶縁されるように配置された集束電極と、を備え、
   前記集束電極は、電子放出素子の上面に露出していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうち何れか１項に記載の電子放出表示素子。
6. 前記密封部材は、ガラスフリットであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうち何れか１項に記載の電子放出表示素子。

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