JP2008071501A

JP2008071501A - 蛍光表示装置

Info

Publication number: JP2008071501A
Application number: JP2006246453A
Authority: JP
Inventors: Junko Yotani; 純子余谷; Sashiro Kamimura; 佐四郎上村
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-03-27
Also published as: US7629737B2; KR100823092B1; KR20080024050A; US20080061675A1; CN101145491B; CN101145491A

Abstract

【課題】動作時に常時発光する異常なドットの発生を抑制し、また、陰極となる電極部の異常振動を抑制する。
【解決手段】電極部１３１と基板１０１との間に導電層１０９を設け、基板１０１と電極部１３１との間の帯電を抑制するようにしたものである。導電層１０９は、基板リブ１０２及び電子放出源１０３と同じ方向に延在して形成され、また、隣り合う基板リブ１０２の間に配置されている。また、各導電層１０９は、互いに絶縁分離されている。導電層１０９は、例えば、アルミニウム，ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）などの導電材料から構成されていれば良い。層厚は、数μｍから数十μｍに形成されていればよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーボンナノチューブよりなる電子放出源を用いた三極管構造の蛍光表示装置に関する。

ＦＥＤ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）や蛍光表示管などの蛍光表示装置の電子放出源として、カーボンナノチューブを用いた電界放出型電子放出源が注目されている。カーボンナノチューブは、グラファイトの単層が円筒状に閉じ、また円筒の先端部に五員環が形成された構造をしており、代表的な直径は１０〜５０ｎｍと微小のため、１００Ｖ程度の電界を印加することにより、先端から電子を電界放出させることができる。なお、カーボンナノチューブには、前述した単層構造のものと、複数のグラファイトの層が入れ子構造的に積層し、各々のグラファイト層が円筒状に閉じた同軸多層構造となっているものとがあるが、どちらを用いても電子放出源とすることができる（特許文献１参照）。

従来の代表的なカーボンナノチューブを用いた電界放出型電子放出源は、多数のカーボンナノチューブが配置された平坦な基板電極で構成されており、この基板電極と対向して設けられた電子引き出し電極との間に高電圧を印加することにより、カーボンナノチューブの先端に電界を集中させて電子を放出させるものである。このような電子放出源の製造方法として、よく知られているように、鉄やニッケルなどを含む金属製の基板を用い、熱ＣＶＤ（化学的気相成長）法により基板の表面及び貫通孔壁にカーボンナノチューブからなる被膜を形成する方法がある。この方法によりカーボンナノチューブを製造することにより、電子放出の均一性が向上し、かつ局所的な電界集中による破壊現象の連鎖が発生しにくい状態が得られるようになる。

このような電子放出源を用いた蛍光表示装置として、図４に示す三極管構造のＦＥＤ（平面ディスプレイ）が提案されている（特許文献２参照）。この平面ディスプレイでは、ガラス基板４０１と、これに対向して配置された透光性を有するフロントガラス４０８とを備え、これらの周端部において、枠状のスペーサガラス（図示せず）が低融点のフリットガラスで接着され、ガラス基板４０１，フロントガラス４０８，及び図示しないスペーサガラスにより外囲器を構成し、この内部が、１０^-5Ｐａ台の真空度に保持されている。

ガラス基板４０１の上には、先ず、互いに平行に垂設された複数の基板リブ４０２を備えている。また、基板リブ４０２で挟まれたガラス基板４０１の上に、複数の電子放出源４０３が配置されている。電子放出源４０３は、図４（ｂ）の断面図に示すように、陰極となる電極部４３１とこの表面に設けられた電子放出層４３２とから構成されている。電子放出層４３２は、鉄やニッケルなどの合金からなる電極部４３１の表面に、メタンや一酸化炭素などの炭素源ガスを用いたＣＶＤ法により形成されたカーボンナノチューブから構成されている。電子放出層４３２は、繊維状の複数のカーボンナノチューブが絡み合って綿状に形成され、層厚５〜５０μｍ程度に形成されている。

なお、電子放出源４０３（電極部４３１）は、基板リブ４０２と同じ方向に延在する短冊形状に形成され、また、所定の間隔で開口部を備えている。言い換えると、電子放出源４０３は、はしご状に形成されている。また、基板リブ４０２の上には、基板リブ４０２と直交する方向に延在して所定の間隔で配置された複数の電子引き出し電極４０４を備えている。電子引き出し電極４０４は、所定の間隔で電子通過孔４０４ａを備え、はしご状に形成されている。

また、基板リブ４０２の上に、これらとは垂直な方向に延在して互いに平行に垂設された前面リブ４０５を備え、上記外囲器の内部においては、基板リブ４０２の上において、前面リブ４０５によりフロントガラス４０８が支持されている。また、前面リブ４０５は、電子引き出し電極４０４の間隙において、基板リブ４０２の上に配置されている。言い換えると、基板リブ４０２の上においては、隣り合う２つの前面リブ４０５の間に、電子引き出し電極４０４が配設されている。

フロントガラス４０８には、外囲器内部の面に蛍光体層４０７Ｒ，４０７Ｇ，４０７Ｂが形成され、また、これらを覆うように陽極となるメタルバック膜４０６が形成されている。フロントガラス４０８の外囲器内部の面上においては、各々の隣り合う２つの前面リブ４０５の間に、蛍光体層４０７Ｒ，蛍光体層４０７Ｇ，及び蛍光体層４０７Ｂがこの順に配列されている。なお、蛍光体層４０７Ｒは、赤色発光用の蛍光体から構成され、蛍光体層４０７Ｇは、緑色発光用の蛍光体から構成され、蛍光体層４０７Ｂは、青色発光用の蛍光体から構成されている。

この平面ディスプレイは、電子引き出し電極４０４と電子放出源４０３の間に、電子引き出し電極４０４側が正の電位となるように所定の電位差を設けることにより、電子引き出し電極４０４と電子放出源４０３が交差した領域の電子放出層４３２を構成するカーボンナノチューブの先端部から電子が引き出され、電子引き出し電極４０４の矩形状の電子通過孔４０４ａから放出される。このとき、このため、メタルバック膜４０６に正電圧（加速電圧）が印加されていると、電子通過孔４０４ａから放出された電子がメタルバック膜４０６に向かって加速され、さらにメタルバック膜４０６を透過して蛍光体層４０７Ｒ，４０７Ｇ，４０７Ｂに衝突して発光させる。

例えば、メタルバック膜４０６に正電圧を印加した状態で、所定の電子放出源４０３に所定の負電圧を印加した状態で、所定の電子引き出し電極４０４に正電圧を印加すれば、負電圧を印加した電子放出源４０３の行と、正電圧を印加した電子引き出し電極４０４の列とが交差した箇所に対応するいずれかの蛍光体層４０７Ｒ，４０７Ｇ，４０７Ｂを選択的に発光させることができる。上記交差した箇所が平面ディスプレイの１表示ドットに対応している。

特許第３５９５２３３号公報特開２００１−１４６０５０号公報特開２００６−１９０５３３号広報特開２００６−１６４８２５号公報

ところが、上述した平面ディスプレイにおいて、選択されていないにもかかわらず常時発光する異常なドットの発生や、動作時に電子放出源４０３（電極部４３１）が振動して異常音が発生するという問題があった。この問題の原因は、動作時において、電圧が印加された電子引き出し電極４０４からの電界により電子放出層４３２より電子が放出されるが、放出された電子の一部がガラス基板４０１の表面に蓄積して帯電するためと考えられる。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、動作時に常時発光する異常なドットの発生を抑制し、また、陰極となる電極部の異常振動を抑制することを目的とする。

本発明に係る蛍光表示装置は、少なくとも一部が透光性を有するフロントガラス及びこのフロントガラスと対向配置された絶縁部材からなる基板を有する真空外囲器と、基板の上に設けられた陰極と、この陰極の表面に形成されたカーボンナノチューブよりなる電子放出層と、陰極から離間して基板とフロントガラスとの間に設けられた電子引き出し電極と、基板と対向するフロントガラスの面上に積層された蛍光体膜及び陽極と、陰極と基板との間に設けられた導電層とを少なくとも備えるものである。導電層の存在により、陰極と基板との間における電子の蓄積が抑制される。

上記蛍光表示装置において、陰極は、基板の上に第１方向に沿って延在して複数設けられ、所定の間隔を開けて互いに平行に配列され、電子引き出し電極は、第１方向と直交する第２方向に沿って延在して複数設けられ、所定の間隔を開けて互いに平行に配列され導電層は、陰極毎に互いに絶縁分離して複数設けられていてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、陰極と基板との間に導電層を設けるようにしたので、動作時に常時発光する異常なドットの発生を抑制し、また、陰極となる電極部の異常振動を抑制することができるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る蛍光表示装置の一部構成を模式的に断面図である。図１では、蛍光表示装置として平面ディスプレイを例にしている。本実施の形態の蛍光表示装置は、ガラスなどの絶縁部材より構成された基板１０１と、この上に配置された複数の基板リブ１０２と、基板リブ１０２の間の基板１０１の上に配置された複数の電子放出源１０３と、基板リブ１０２の上に支持された複数の電子引き出し電極１０４と、電子引き出し電極１０４の間隙で基板リブ１０２の上に支持された複数の前面リブ１０５と、前面リブ１０５の上に支持された透光性を有するフロントガラス１０８と、フロントガラス１０８の基板１０１の側の表面に積層された蛍光体層１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂ及びメタルバック膜１０６とを備える。

基板１０１とフロントガラス１０８とは対向して配置され、これらの周端部において、枠状のスペーサガラス（図示せず）が低融点のフリットガラスで接着され、基板１０１，フロントガラス１０８，及び図示しないスペーサガラスにより外囲器が構成され、この内部が、１０^-5Ｐａ台の真空度に保持されている。

基板１０１の上に配置された複数の基板リブ１０２は、図１の紙面の法線方向に延在して互いに平行に垂設されている。基板リブ１０２は、この表面における帯電を考慮し、導電性を有する材料から構成されている。これらの隣り合う基板リブ１０２に挟まれた領域の基板１０１の上に、電子放出源１０３が配置されている。言い換えると、複数の電子放出源１０３が、所定の間隔を開けて互いに平行に配列されている。電子放出源１０３は、陰極となる電極部１３１とこの表面に設けられた電子放出層１３２とから構成され、基板リブ１０２と同じ方向に延在して短冊状に形成されている。また、電子放出源１０３（電極部１３１）は、所定の間隔で開口部を備えてはしご状に形成されている。

電子放出層１３２は、鉄やニッケルなどの合金からなる電極部１３１の表面に、メタンや一酸化炭素などの炭素源ガスを用いたＣＶＤ法により形成されたカーボンナノチューブから構成されている。電子放出層１３２は、繊維状の複数のカーボンナノチューブが絡み合って綿状に形成され、層厚５〜５０μｍ程度に形成されている。

また、基板リブ１０２の上に配置された複数の電子引き出し電極１０４は、基板リブ１０２と直交する方向に延在し、また、所定の間隔で電子通過孔１０４ａを備え、はしご状に形成されている。また、複数の電子引き出し電極１０４は、基板リブ１０２の延在方向に所定の間隔で配列されている。

このように配列された複数の基板リブ１０２の間の基板リブ１０２の上に、これらとは垂直な方向に延在して前面リブ１０５が配置されている。言い換えると、各電子引き出し電極１０４は、前面リブ１０５により仕切られた領域に配置されている。また、フロントガラス１０８の外囲器内部側の面においては、前面リブ１０５により仕切られた領域に、蛍光体層１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂがこの順に形成され、また、これらを覆うように陽極となるメタルバック膜１０６が形成されている。なお、蛍光体層１０７Ｒは、赤色発光用の蛍光体から構成され、蛍光体層１０７Ｇは、緑色発光用の蛍光体から構成され、蛍光体層１０７Ｂは、青色発光用の蛍光体から構成されている。以上に示した構成は、図４に示した従来の平面ディスプレイと同様である。

本実施の形態の蛍光表示装置は、上述した構成に加え、電極部１３１と基板１０１との間に導電層１０９を設け、基板１０１と電極部１３１との間の帯電を抑制するようにしたものである。導電層１０９は、基板リブ１０２及び電子放出源１０３と同じ方向に延在して形成され、また、隣り合う基板リブ１０２の間に配置されている。また、各導電層１０９は、互いに絶縁分離されている。

導電層１０９は、例えば、アルミニウム，ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）などの導電材料から構成されていれば良い。層厚は、数μｍから数十μｍに形成されていればよい。例えば、スクリーン印刷法によりＩＴＯ膜を形成することで、導電層１０９が形成可能である。また、スパッタ法や真空蒸着法などによりアルミニウムを堆積することで、導電層１０９が形成可能である。また、導電層１０９は、アルミニウムなどの金属から構成する場合、ピッチが数μｍから数百μｍの六角メッシュなどのメッシュ状に形成しても良い。導電層１０９は、形成領域の全域にわたって均一に形成されている必要はない。

以下、導電層１０９の効果について説明する。
この蛍光表示装置では、電子引き出し電極１０４と電子放出源１０３の間に、電子引き出し電極１０４側が正の電位となるように所定の電位差を設けることにより、電子引き出し電極１０４と電子放出源１０３が交差した領域の電子放出層１３２を構成するカーボンナノチューブの先端部から電子が引き出され、電子引き出し電極１０４の矩形状の電子通過孔１０４ａから放出される。このように引き出された電子の一部は、基板１０１の側にも洩れていくことになる。この電子が、絶縁部材よりなる基板１０１の表面に蓄積されると、電極部１３１の領域の基板１０１の表面が負の電位に帯電することになる。

一方、前述したように、表示動作のために電子放出源１０３より電子を放出されるときには、電極部１３１に負の電位が印加されるため、電極部１３１が、負電位同士の反発力を受けることになり、電極部１３１が振動して異常音を発生することになる。また、この反発力は、電極部１３１だけではなく、電子放出層１３２にも影響するため、反発力を受けた電子放出層１３２の一部のカーボンナノチューブに、電子引き出し電極１０４の方向に突出した状態のものが発生し、異常発光の原因になるものと考えられる。これらの問題は、基板１０１の表面に対する電子の蓄積が原因と考えられ、基板１０１と電極部１３１との間に設けた導電層１０９により、基板１０１の表面に電子が蓄積されることが抑制されるようになり、上述した問題が解消できるようになる。

ところで、上述した実施の形態では、隣り合う基板リブ１０２の間に、これら各々と間隔を開けて導電層１０９を設けるようにしたが、これに限るものではない、例えば、図２の断面図に示すように、配列されている方向の一部の側部が基板リブ１０２の下部と基板１０１との間に配置された導電層２０９を設けるようにしても良い。導電層２０９は、隣り合う基板リブ１０２の間の基板１０１を覆うように形成されている。また、基板リブ１０２の導電層２０９と接触する下部は、絶縁部材２０２から構成する。このようにすることで、隣り合う導電層２０９の絶縁分離を行う。

なお、本発明は、上述した実施の形態の三極管構造の蛍光表示装置に限るものではなく、他の三極管構造の蛍光表示装置に適用可能であることはいうまでもない。例えば、特許文献３，４に示された平面ディスプレイにも適用可能である。

また、図３の斜視図に一部を示すような平面ディスプレイにも適用可能である。図３に構成を示す平面ディスプレイは、先ず、ガラスなどからなる基板３１１上に、複数のカソード電極３１３を有するカソード基板３１０を備える。また、少なくとも一部が透過性を有するフロントガラス３２１の上に、蛍光体膜３２３Ｇ，３２３Ｂ，３２３Ｒ及びアノード電極として作用するメタルバック膜３２４を有するアノード基板３２０を備える。また、基板３１１及びフロントガラス３２１の各々対して略平行に配設され、電界制御電極として作用する平面電極３３１及び帯（短冊）状の複数のゲート電極３３５を有するゲート基板３３０を備える。

また、基板３１１とフロントガラス３２１とは、これらの周端部に設けられた枠状のスペーサガラス（図示せず）を介して対向配置され、低融点のフリットガラスで各々スペーサガラスに接着されて外囲器を構成している。この外囲器の内部は、１０^-5Ｐａ台の真空度に保持されている。なお、以下にする説明において、図３を正面視した際に、上下の方向を高さ方向、奥行きの方向を縦方向、左右の方向を横方向とする。また、上記高さ方向において、カソード基板３１０の側を下方とする。

カソード基板３１０においては、基板３１１の上に、ゲート基板３３０と対向する面上に、複数の基板リブ３１２が互いに平行に所定間隔で垂設され、ゲート基板３３０を支持している。また、カソード電極３１３が、基板３１１の上の基板リブ３１２に挟まれた領域に配置されている。また、カソード電極３１３は、金属部材の表面にカーボンナノチューブやカーボンナノファイバーなどのナノチューブ状繊維からなる電子放出源が固着されている。カソード電極３１３は、図１に示す電子放出源１０３に相当する。なお、カソード電極３１３の上面は、基板リブ３１２の上面よりも低く形成されている。

外囲器内部に配設されるゲート基板３３０は、先ず、カソード基板３１０の基板リブ３１２と直交する方向に延在し、基板リブ３１２によって支持された棒状のゲート電極間絶縁部材３３３ａを備える。また、ゲート電極３３５が、ゲート電極間絶縁部材３３３ａに挟まれた領域に配置され、かつ基板リブ３１２により支持されている。ゲート電極３３５は、図１に示す電子引き出し電極１０４に相当する。ゲート電極３３５は、ゲート電極間絶縁部材３３３ａとともに、基板リブ３１２と直交する方向に延在している。また、ゲート電極間絶縁部材３３３ａ及びゲート電極３３５の上に、平面視略格子状の中間リブ３３３を備えている。格子状の中間リブ３３３の基板リブ３１２の延在方向に直交する部分は、ゲート電極間絶縁部材３３３ａに一致している。

また、ゲート基板３３０は、中間リブ３３３に支持された導体よりなる板状の平面電極３３１を備え、この上に、平面視略格子状のアノード側リブ３３２を備えている。加えて、ゲート電極間絶縁部材３３３ａのカソード基板３１０側には、ゲート電極間絶縁部材３３３ａの長手方向に所定間隔離間して配置された複数のカソード側リブ３３４が形成されている。カソード側リブ３３４は、カソード電極３１３の上にゲート電極間絶縁部材３３３ａを支持している。従って、ゲート電極間絶縁部材３３３ａは、基板リブ３１２とカソード側リブ３３４とにより支持されている。

また、ゲート電極３３５は、延在する長手方向に所定間隔離間して複数の貫通孔３３５ａを備えている。また、平面電極３３１は、この平面上の縦方向及び横方向に所定間隔離間して複数の貫通孔３３１ａを備えている。加えて、貫通孔３３１ａと貫通孔３３５ａとは、平面視、重なるように配設される。また、中間リブ３３３とアノード側リブ３３２とは、平面視重なるように配置され、これらの格子の隙間（格子間）に、貫通孔３３１ａ及び貫通孔３３５ａが配置される。これら各格子間に対応して配置された貫通孔の単位で、平面ディスプレイの画素が構成される。なお、隣り合う基板リブ３１２の間のカソード電極３１３の上においては、カソード側リブ３３４によって画素の分離が行われている。

この平面ディスプレイでは、ゲート基板３３０とカソード電極３１３との間にゲート基板３３０側が正の電位となるように所定の電位差を設けることにより、カソード電極３１３のゲート電極３３５と交差した領域から引き出された電子が、貫通孔３３５ａ及び貫通孔３１ａを通過してアノード基板３２０の側へ放出される。

具体的には、先ず、電界制御電極３３１にカソード電極３１３よりも正の電位となる電圧を印加して、電界制御電極３３１からカソード電極３１３の表面に向かう電界を予め発生させる。次に、ゲート電極３３５に電圧を印加し、ゲート電極３３５をカソード電極３１３に対してより大きな正の電位とする。これらのことにより、ゲート電極３３５及び貫通孔３３５ａの表面（側面）とカソード電極３１３との間に強い電界が形成され、カソード電極３１３の表面に配設された電子放出源から電子が引き出される。

引き出された電子は、ゲート電極３３５に対して正の電位となるよう電圧が印加された電界制御電極３３１により加速され、貫通孔３３１ａからフロントガラス３２１側に放出される。ここで、メタルバック膜３２４に電界制御電極３３１よりも正の電位（加速電圧）が印加されていると、貫通孔３３１ａから放出された電子は、メタルバック膜３２４に向かって加速され、さらにメタルバック膜３２４を貫通して蛍光体膜３２３Ｇ，３２３Ｂ，３２３Ｒに衝突する。これにより、蛍光体膜が発光する。

これらのように構成された平面ディスプレイにおいても、基板３１１とカソード電極３１３との間に、導電層３１９を設けることで、前述した実施の形態と同様に、カソード電極３１３の振動が抑制できるようになる。また、選択されていないにもかかわらず常時発光する異常なドットの発生が抑制できるようになる。

本発明の実施の形態に係る蛍光表示装置の構成例を部分的に示す断面図である。本発明の実施の形態に係る他の蛍光表示装置の構成例を部分的に示す断面図である。本発明の実施の形態に係る他の蛍光表示装置の構成例を部分的に示す斜視図である。従来よりある平面ディスプレイの構成を部分的に示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。

符号の説明

１０１…基板、１０２…基板リブ、１０３…電子放出源、１０４…電子引き出し電極、１０４ａ…電子通過孔、１０５…前面リブ、１０６…メタルバック膜、１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂ…蛍光体層、１０８…フロントガラス３２１、１０９…導電層、１３１…電極部、１３２…電子放出層。

Claims

少なくとも一部が透光性を有するフロントガラス及びこのフロントガラスと対向配置された絶縁部材からなる基板を有する真空外囲器と、
前記基板の上に設けられた陰極と、
この陰極の表面に形成されたカーボンナノチューブよりなる電子放出層と、
前記陰極から離間して前記基板と前記フロントガラスとの間に設けられた電子引き出し電極と、
前記基板と対向する前記フロントガラスの面上に積層された蛍光体膜及び陽極と、
前記陰極と前記基板との間に設けられた導電層と
を少なくとも備えることを特徴とする蛍光表示装置。
請求項１記載の蛍光表示装置において、
前記陰極は、前記基板の上に第１方向に沿って延在して複数設けられ、所定の間隔を開けて互いに平行に配列され、
前記電子引き出し電極は、前記第１方向と直交する第２方向に沿って延在して複数設けられ、所定の間隔を開けて互いに平行に配列され、
前記導電層は、前記陰極毎に互いに絶縁分離して複数設けられ
ていることを特徴とする蛍光表示装置。