JP2007294455A - 真空容器およびこれを用いた電子放出ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサの接触不良による異常発光現象を軽減し、高画質の映像を実現できる真空容器およびこれを用いた電子放出ディスプレイ。
【解決手段】互いに対向するように配置される第１基板および第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の間の空間の周縁部に配置されるサイド部材と、前記空間の中央部を含む所定領域からなる有効領域内に配置される第１スペーサと、前記有効領域の外側の非有効領域内に配置される第２スペーサと、を含み、前記第１スペーサの高さをＨ１、前記第２スペーサの高さをＨ２とする時に、条件Ｈ１＞Ｈ２が満足されることを特徴とする真空容器。
【選択図】図１

Description

本発明は真空容器およびこれを用いた電子放出ディスプレイに関し、より詳細には、圧縮力を受けた真空容器を支持するために、真空容器内に配置されたスペーサに関する。

一般に、電子放出ディスプレイは、第１基板上にアレイ状に配置される電子放出素子を具備し、さらに、第２基板上に蛍光層やアノード電極などからなる発光ユニットを具備しており、所定の発光または表示作用を発揮する。

また、前記電子放出ディスプレイは、真空容器の内部と外部の圧力差によって発生する圧縮力を受けた真空容器支持するために、真空容器内部に設けられた複数のスペーサを備える。

前記スペーサは、真空容器内部における実際に画像が表示される有効領域に配置される第１スペーサと、この有効領域の外側に位置しており画像の表示に寄与しない非有効領域に配置される第２スペーサに区分できる。通常、第１スペーサは蛍光層どうしの間に位置する黒色層に対応して配置され、第２スペーサは真空容器を構成する両基板に挟まれた領域の外縁部に沿って一列に配置される。

一方、電子放出ディスプレイは、有効領域において第１基板に第１スペーサを固定し、有効領域の外側の領域において第１基板に第２スペーサを固定し、第１基板の周縁部に沿ってサイド部材を配置し、さらに、第１基板に、蛍光層、黒色層およびアノード電極が形成された第２基板を付着させた後に、これらに囲まれた内部空間を排気することによって製造される。

ところで、真空容器を構成する第１基板と第２基板が受ける圧力は、真空容器の中央部に近づけば近づくほど漸進的に大きくなる傾向があるため、第１基板と第２基板は、その横断面が凹レンズのように中央が凹んだ形状をなすように変形される。

このような変形によって、有効領域の外縁近傍における第１基板と第２基板の間隔は相対的に大きくなるため、有効領域外縁近傍に配置される第１スペーサは黒色層などと接触不良を起すことがある。また、このような第１スペーサの接触不良は、その周囲の電子ビームを歪曲させて異常発光を誘発するという問題がある。

本発明の目的は、真空容器内に安定的に固定され、真空容器の第１基板と第２基板の圧縮力による変形を最少化するためのスペーサを含む真空容器、およびこれを備えた電子放出ディスプレイを提供することにある。

本発明による真空容器は、互いに対向するように配置される第１基板および第２基板と、前記第１基板と第２基板の間の空間の周縁部に配置されるサイド部材と、前記空間の中央部を含む所定領域からなる有効領域内に配置される第１スペーサと、前記有効領域の外側の非有効領域内に配置される第２スペーサと、を含む。ここで、前記第１スペーサの高さをＨ１、前記第２スペーサの高さをＨ２とする時に、条件Ｈ１＞Ｈ２が満足されることが好ましい。

また、前記真空容器はサイド部材の高さをＨ３とする時に、条件Ｈ１＞Ｈ３が更に満足されることが好ましい。

また、前記第２スペーサの高さと前記サイド部材の高さに関する条件Ｈ２＞Ｈ３が更に満足されることが好ましい。

また、前記第１スペーサと第２スペーサの高さの差、および前記第１スペーサとサイド部材の高さの差は、それぞれ５０μｍ未満とされることが好ましい。

また、本発明による電子放出ディスプレイは、互いに対向するように配置される第１基板および第２基板と、前記第１基板と第２基板の間の空間の周縁部に配置されるサイド部材と、前記空間の中央部を含む所定領域からなる有効領域において、前記第１基板に設けられる電子放出ユニットと、前記有効領域において、前記第２基板に設けられる発光ユニットと、前記有効領域内に配置される第１スペーサと、有効領域の外側の非有効領域内に配置される第２スペーサと、含む。ここで、前記第１スペーサの高さをＰ１、前記第２スペーサの高さをＰ２とする時に、条件Ｐ１＞Ｐ２が満足されることが好ましい。

また、前記サイド部材の高さをＰ３とする時に、条件Ｐ１＞Ｐ３が更に満足されることが好ましい。

また、前記第２スペーサの高さと前記サイド部材の高さに関する条件Ｐ２＞Ｐ３が更に満足されることが好ましい。

また、前記第１スペーサおよび第２スペーサは、壁体状または柱状をなすことが好ましい。

また、前記電子放出ユニットは、絶縁層を挟んで、互いに異なる層上に配置され、互いに交差する方向に沿って形成されるカソード電極およびゲート電極と、前記カソード電極とゲート電極が交差する各領域において、前記カソード電極上に形成される電子放出部と、を含むことが好ましい。

また、前記電子放出部は、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、ダイヤモンド状炭素、フラーレン（Ｃ６０）およびシリコンナノワイヤーからなる群から選択される少なくとも１つの物質を含むことが好ましい。

本発明によれば、真空容器のスペーサの高さを最適化することで、圧縮力による基板の変形を最少化し、スペーサを基板に堅固に固定することができるので、スペーサの接触不良を除去することができる。これにより、本発明による電子放出ディスプレイは、スペーサの接触不良による異常発光現象を軽減し、高画質の映像を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形態について、当業者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多様に異なる形態で実現可能であって、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。図面において、本発明について明確に説明する上で必要ない部分は省略し、明細書全体に亘り、同一または類似の構成要素に対しては同一の符号をもって参照するものとする。

図１は本発明の一実施形態による真空容器の部分断面図であり、図２は図１に示す第１スペーサ、第２スペーサおよびサイド部材の高さを示すための拡大断面図である。

図１を参照すると、本実施形態による真空容器は、所定の間隔を隔てて対向するように配置される互いに平行な第１基板２と第２基板４を含む。第１基板２と第２基板４の周縁部には両基板を接合させるサイド部材６が配置されており、第１基板２、第２基板４およびサイド部材６は、約１０−６ｔｏｒｒの真空度を得るための真空容器を構成する。

真空容器内部には、圧縮力が加えられた真空容器を支持するための複数のスペーサ８が配置される。このスペーサ８は、図１に示すように、両基板２、４の中央部に設けられる有効領域（Ａ）に配置される第１スペーサ８１と、有効領域（Ａ）の外側に設けられる非有効領域（ＮＡ）に配置される第２スペーサ８２に区分できる。

第２スペーサ８２は、有効領域（Ａ）の最外部に配置される第１スペーサ８１とサイド部材６の間の距離が２５ｍｍ以上である場合に配置される。

図２を参照すると、前記のような本実施形態の真空容器は、前記第１スペーサ８１の高さをＨ１、前記第２スペーサ８２の高さをＨ２とする時に、［条件１］Ｈ１＞Ｈ２を満足する。

つまり、第１スペーサ８１の高さ（Ｈ１）は、第２スペーサの高さ（Ｈ２）より大きくされる。

また、本実施形態による真空容器は、サイド部材６の高さをＨ３とする時に、［条件２］Ｈ１＞Ｈ３を更に満足する。

つまり、第１スペーサ８１の高さ（Ｈ１）は、サイド部材６の高さ（Ｈ３）より大きくされる。

また、前記のような本実施形態による真空容器は、前記第２スペーサ８２の高さと前記サイド部材６の高さに関する条件である［条件３］Ｈ２＞Ｈ３を更に満足する。

つまり、第２スペーサ８２の高さ（Ｈ２）は、サイド部材６の高さ（Ｈ３）より大きくされる。

前記の条件１〜条件３を総合してみれば、第１スペーサ８１、第２スペーサ８２およびサイド部材６のうち、真空容器の中央部の最も近くに位置する第１スペーサ８１の高さが最も大きくされ、真空容器の中央部から最も遠くに位置するサイド部材６の高さが一番小さくされる。

第１スペーサ８１、第２スペーサ８２およびサイド部材６の高さを、前記条件１〜条件３のようにする理由は次の通りである。

真空容器内部の真空による圧縮力は、真空容器の中央部に近づけば近づくほど大きくなる。このような圧縮力により、真空容器は、その横断面が凹レンズ形状をなすように変形しうるが、このように真空容器を構成する第１基板２及び第２基板４に生じる変形は、外縁部に近づけば近づくほど大きくなる。したがって、真空容器の外縁部付近に位置する第２スペーサ８２は、第１基板２と第２基板４の間の間隔が拡大することにより、これらの基板と接触不良を起すことがある。そのため、中央部に位置する第１スペーサ８１の高さをより大きくすれば、圧縮力により第１基板２と第２基板４の間隔が狭くなることが防止され、両基板の間隔を均一に保つことができるようになる。そのため、本実施形態において、真空容器の第１、第２スペーサ８１、８２およびサイド部材６の高さは、前記の条件１〜条件３を満足するものである。

そして、前記第１スペーサ８１と第２スペーサ８２の高低差（ΔＨ１）、前記第２スペーサ８２とサイド部材６の高低差（ΔＨ２）および前記第１スペーサ８１とサイド部材６の高低差（ΔＨ３）は、それぞれ５０μｍ未満とされる。

前記のように、高低差に限度を設けるのは、それぞれの高低差が５０μｍ以上になると、第１基板２と第２基板４を互いに付着させる時に、これらの基板にクラックが発生する虞があるためである。

前記のような真空容器は電子放出ディスプレイにも適用できる。

図３は本発明の一実施形態による電子放出ディスプレイの部分断面図であり、図４は本実施形態による電子放出ディスプレイの平面図であり、図５は図３に示す第１スペーサ、第２スペーサおよびサイド部材の高さの関係を示すための拡大断面図である。

図３および図４を参照すると、本実施形態による電子放出ディスプレイは、所定の間隔を隔てて対向するように配置される互いに平行な第１基板１２および第２基板１４と、第１基板１２と第２基板１４に挟まれた空間の周縁部に配置されるサイド部材１６とから構成される真空容器を含む。

前記第１基板１２の第２基板１４に対向する面には、電子放出素子がアレイ状に配置された電子放出ユニット１８が形成され、この電子放出ユニット１８は、第１基板１２と共に電子放出デバイスを構成する。電子放出デバイスは、第２基板１４および第２基板１４に設けられた発光ユニット２０と結合され、これらと共に電子放出ディスプレイを構成する。

電子放出ユニット１８は、実際に画像表示に寄与する有効領域（Ａ）において第１基板１２上に配置され、発光ユニット２０は、有効領域（Ａ）において第２基板１４上に配置される。

そして、真空容器内部には、圧縮力が加えられた真空容器を支持するための複数のスペーサ２２が配置される。このスペーサ２２は、電子放出ユニット１８と発光ユニット２０の間に配置される第１スペーサ２２１と、有効領域（Ａ）の両側の非有効領域（ＮＡ）に配置される第２スペーサ２２２に区分できる。

図５を参照すると、本実施形態による電子放出ディスプレイにおいて、前記第１スペーサ２２１の高さをＰ１、前記第２スペーサ２２２の高さをＰ２とする時に、第１スペーサ２２１の高さ（Ｐ１）は第２スペーサ２２２の高さ（Ｐ２）より大きくされる（Ｐ１＞Ｐ２）。

そして、前記第１スペーサ２２１の高さＰ１は、第１スペーサ２２１のみの高さを意味しているが、電子放出ユニット１８の厚さは通常５μｍ未満（発光ユニット２０の厚さも同様である）であり、これは誤差範囲内とみなされるので、Ｐ１が電子放出ユニット１８の厚さを含むものとしても、第１スペーサ２２１のみの高さからの変化は無視できるほど小さい。

また、前記電子放出ディスプレイにおいて、サイド部材１６の高さをＰ３とする時、前記第１スペーサ２２１の高さ（Ｐ１）は、サイド部材１６の高さ（Ｐ３）より大きくされる（Ｐ１＞Ｐ３）。

また、前記電子放出ディスプレイにおいて、第２スペーサ２２２の高さ（Ｐ２）はサイド部材１６の高さ（Ｐ３）より大きくされる（Ｐ２＞Ｐ３）。

そして、前記第１スペーサ２２１と第２スペーサ２２２の高低差（ΔＰ１）、前記第２スペーサ２２２とサイド部材１６の高低差（ΔＰ２）、および前記第１スペーサ２２１とサイド部材１６の高低差（ΔＰ３）は、それぞれ５０μｍ未満とされうる。

前記条件を満足する電子放出ディスプレイを形成する理由は、前記真空容器について説明した理由と同じであるので、ここでは省略する。

そして、前記第１スペーサ２２１と第２スペーサ２２２は、壁体状や、柱状などの多様な形状に形成されることができる。

例えば、壁体状のスペーサを使用する場合、第１スペーサ２２１の高さと幅の比は１：０．０４２とされ、第２スペーサ２２２の高さと幅の比は１：１とされる。

図６は電界放出アレイ（ＦＥＡ）型の電子放出ディスプレイの一部を示す分解斜視図であり、図７は表面伝導型電子放出ディスプレイ（ＳＥＤ）の部分断面図であって、本実施形態による電子放出ディスプレイに適用できる電界放出ユニットと発光ユニットの例を示している。

まず、ＦＥＡ型電子放出ディスプレイについて説明する。

第１基板３２上には、カソード電極３６が一方向（図６のｙ軸方向）に沿ったストライプ状のパターンをなすように形成され、そのカソード電極３６を覆うように、第１基板３２の上面全体に第１絶縁層３８が形成される。第１絶縁層３８上にはゲート電極４０が、カソード電極３６と直交する方向（図６のｘ軸方向）に沿ったストライプ状のパターンをなすように形成される。

ここで、前記カソード電極３６とゲート電極４０が交差している領域が単位画素（ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ）を構成することになり、カソード電極３６上には単位画素ごとにいくつかの電子放出部４２が形成される。そして、第１絶縁層３８とゲート電極４０には、各電子放出部４２に対応する開口部３８２、４０２がそれぞれ形成され、各開口部３８２、４０２を介して電子放出部４２が露出される。

電子放出部４２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、炭素系物質またはナノメートルサイズの物質により構成されることができる。電子放出部４２は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）、フラーレン（Ｃ６０）、シリコンナノワイヤー、およびこれらを組み合わせた物質を含むことができる。

他方、電子放出部は、主にモリブデン（Ｍｏ）またはシリコン（Ｓｉ）等の材料からなる先端が尖ったチップ形状の構造物でありうる。

単位画素ごとに設けられる電子放出部４２は、円盤形状をなしており、カソード電極３６およびゲート電極４０のどちらか一方、例えば、カソード電極３６の延長方向に沿って一列に配置されうる。このように単位画素ごとに設けられる電子放出部４２の形状および配列は、本例に限定されず多様に変形可能である。

また、ここではゲート電極４０が第１絶縁層３８を挟んでカソード電極３６の上方に位置する構造について説明したが、ゲート電極４０が第１絶縁層を挟んでカソード電極３６の下方に位置するような構造も可能であり、この場合、電子放出部４２は、カソード電極３６に設けられた開口部の内側面上に形成されるため、第１絶縁層３８の上方に位置することになる。

そしてゲート電極４０と第１絶縁層３８の上方には、集束電極４４が形成される。集束電極４４下方には、ゲート電極４０と集束電極４４を絶縁させるための第２絶縁層４６が位置しており、集束電極４４と第２絶縁層４６にも電子ビームを通過させるための開口部４４２、４６２がそれぞれ設けられる。

集束電極４４の開口部４４２は、集束電極４４が単位画素から放出される電子をまとめて集束できるように単位画素ごとに形成されてもよいし、各電子放出部４２から放出される電子を個別に集束できるように開口部４０２ごとに形成されてもよい。図面には、一例として前者の場合を示した。

そして、第２基板３４の第１基板３２に対向する面上には、蛍光層４８、例えば赤色、緑色および青色の蛍光層（４８Ｒ、４８Ｇ、４８Ｂ）が互いに任意の間隔を隔てて形成されており、さらに、各蛍光層４８どうしの間には、画面のコントラスト向上のための黒色層５０が形成されている。

そして蛍光層４８と黒色層５０の一面上にはアルミニウム（Ａｌ）のような金属膜からなるアノード電極５２が形成される。アノード電極５２は、外部から電子ビーム加速に必要な高電圧が印加されたときに蛍光層４８を高電位状態で維持するほか、蛍光層４８から放射された可視光のうち第１基板３２に向かって放射された可視光を第２基板３４側に反射させることにより画面輝度を向上させる機能を果たす。

一方、アノード電極５２は、金属膜ではなく、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）のような透明導電膜で形成することもできる。この場合、アノード電極５２は、蛍光層４８および黒色層５０の第２基板３４に対向する面上に位置する。またアノード電極は、前述した透明導電膜と金属膜の両方を含む構造も有することも可能である。

次に、表面伝導型電子放出ディスプレイについて説明する。

本実施形態による表面伝導型電子放出ディスプレイは、第１基板に設けられる電子放出ユニットを除いて、前述した電界放出アレイ型電子放出ディスプレイと同一の構成を有する。

図７を参照すると、第１基板６２上には、第１電極６４と第２電極６６が所定の間隔を隔てて配置されており、第１電極６４と第２電極６６には、それぞれの表面を部分的に覆いながら、互いに近接して配置される第１導電薄膜６８と第２導電薄膜７０がそれぞれ形成される。そして、第１導電薄膜６８と第２導電薄膜７０の間には、これらの導電薄膜と連結された電子放出部７２が形成されており、電子放出部７２は、この導電薄膜６８、７０を介して第１電極６４および第２電極６６と電気的に連結される。

前述した構造において、第１電極６４と第２電極６６は、導電性を有する多様な材料を用いて形成されることが可能であり、第１導電薄膜６８と第２導電薄膜７０は、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の導電性材料を用いた微粒子薄膜で形成される。

前記電子放出部７２は、黒鉛性炭素と炭素化合物などを用いて形成することが望ましい。また、電子放出部７２は、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、ダイヤモンド状炭素、フラーレン（Ｃ６０）、シリコンナノワイヤー、およびこれらを組み合わせた物質を用いて形成することが可能である。

また、本発明の実施形態による電子放出ディスプレイは、電界放出アレイ型および表面電導型だけでなく、金属−絶縁層−金属（ＭＩＭ）型および金属−絶縁層−半導体（ＭＩＳ）型などの多様な型式でありうる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によってのみ定められることは当然である。

本発明による真空容器の部分断面図である。 図１に示す第１スペーサ、第２スペーサおよびサイド部材の高さを示すための拡大断面図である。 本発明による電子放出ディスプレイの部分断面図である。 本発明による電子放出ディスプレイの平面図である。 図３に示す第１スペーサ、第２スペーサおよびサイド部材の高さの関係を示すための拡大断面図である。 電界放出アレイ型電子放出ディスプレイの一部を示す分解斜視図である。 表面伝導型電子放出ディスプレイの部分断面図である。

符号の説明

２ 第１基板、
４ 第２基板、
６ サイド部材、
８ スペーサ、
８１ スペーサ、
８２ スペーサ、
Ａ 有効領域、
ＮＡ 非有効領域。

Claims (14)

1. 互いに対向するように配置される第１基板および第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間の空間の周縁部に配置されるサイド部材と、
   前記空間の中央部を含む所定領域からなる有効領域内に配置される第１スペーサと、
   前記有効領域の外側の非有効領域内に配置される第２スペーサと、を含み、
   前記第１スペーサの高さをＨ１、前記第２スペーサの高さをＨ２とする時に、条件Ｈ１＞Ｈ２が満足されることを特徴とする真空容器。
2. 前記サイド部材の高さをＨ３とする時に、条件Ｈ１＞Ｈ３が更に満足されることを特徴とする請求項１に記載の真空容器。
3. 前記第２スペーサの高さと前記サイド部材の高さに関する条件Ｈ２＞Ｈ３が更に満足されることを特徴とする請求項２に記載の真空容器。
4. 前記第１スペーサと前記第２スペーサの高さの差が、５０μｍ未満とされることを特徴とする請求項１に記載の真空容器。
5. 前記第１スペーサと前記サイド部材の高さの差が、５０μｍ未満とされることを特徴とする請求項３に記載の真空容器。
6. 互いに対向するように配置される第１基板および第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間の空間の周縁部に配置されるサイド部材と、
   前記空間の中央部を含む所定領域からなる有効領域において、前記第１基板に設けられる電子放出ユニットと、
   前記有効領域において、前記第２基板に設けられる発光ユニットと、
   前記有効領域内に配置される第１スペーサと、
   前記有効領域の外側の非有効領域内に配置される第２スペーサと、を含み、
   前記第１スペーサの高さをＰ１、前記第２スペーサの高さをＰ２とする時に、条件Ｐ１＞Ｐ２が満足されることを特徴とする電子放出ディスプレイ。
7. 前記サイド部材の高さをＰ３とする時に、条件Ｐ１＞Ｐ３が更に満足されることを特徴とする請求項６に記載の電子放出ディスプレイ。
8. 前記第２スペーサの高さと前記サイド部材の高さに関する条件Ｐ２＞Ｐ３が更に満足されることを特徴とする請求項７に記載の電子放出ディスプレイ。
9. 前記第１スペーサと第２スペーサの高さの差が、５０μｍ未満とされることを特徴とする請求項６に記載の電子放出ディスプレイ。
10. 前記第１スペーサとサイド部材の高さの差が、５０μｍ未満とされることを特徴とする請求項８に記載の電子放出ディスプレイ。
11. 前記第１スペーサおよび第２スペーサは、壁体状または柱状をなすことを特徴とする請求項１０に記載の電子放出ディスプレイ。
12. 前記電子放出ユニットは、絶縁層を挟んで、互いに異なる層上に配置され、互いに交差する方向に沿って形成されるカソード電極およびゲート電極と、前記カソード電極とゲート電極が交差する各領域において、前記カソード電極上に形成される電子放出部と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の電子放出ディスプレイ。
13. 前記電子放出ユニットは、前記カソード電極および前記ゲート電極の上方に配置された集束電極を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の電子放出ディスプレイ。
14. 前記電子放出部は、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、ダイヤモンド状炭素、フラーレン（Ｃ６０）およびシリコンナノワイヤーからなる群から選択される少なくとも１つの物質を含むことを特徴とする請求項１３に記載の電子放出ディスプレイ。