JP2008305769A - 冷陰極電子源 - Google Patents
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Abstract
【課題】エミッタからの電子放出効率を高くし、発光効率に優れた冷陰極電子源の構造を提供すること。
【解決手段】電界電子放出するエミッタを備えたカソード電極と該エミッタからの電子放出を制御するゲート電極とを絶縁領域を介在させて離隔配置した冷陰極電子源において、カソード電極の電極幅をWk、ゲート電極の電極幅をWgとして、上記両電極の電極幅比Wk/WgがWk/Wg≦1の式を満たした構成とする。
【選択図】図1
【解決手段】電界電子放出するエミッタを備えたカソード電極と該エミッタからの電子放出を制御するゲート電極とを絶縁領域を介在させて離隔配置した冷陰極電子源において、カソード電極の電極幅をWk、ゲート電極の電極幅をWgとして、上記両電極の電極幅比Wk/WgがWk/Wg≦1の式を満たした構成とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、電界電子放出するエミッタを有するカソード電極と、エミッタからの電子放出を制御するゲート電極と、を絶縁基板表面に一定の距離を隔てて設置した冷陰極電子源に関するものである。
上記冷陰極電子源では、基板上にゲート電極をカソード電極の両側に設置すると共にこれら電極を蛍光体付きのアノード電極と対向配置し、全体で発光素子を構成することができる。これらは電極がゲート電極とカソード電極とアノード電極との3つから構成されているので一般的にはトライオード構造の発光素子と称されている(非特許文献1)。このトライオード構造の発光素子では、ゲート電極をカソード電極に対して基板表面からの電極高さ位置を同一に配置したインプレーンタイプやパラレルタイプなどがある。
このトライオード構造においてカソード電極上のエミッタが、例えばナノカーボン材料を印刷法により形成して構成されているものである場合、エミッタからの電子放出効率が低く、それゆえ印加電力(W)に対する発光強度(lm)の割合である発光効率(lm/W)が低いことが課題となっていた。
KIM(LG Electronics)et al.,JJAP,44,15(2005)pp.L454
KIM(LG Electronics)et al.,JJAP,44,15(2005)pp.L454
本発明においては、カソード電極とゲート電極とを絶縁領域を介在させて離隔配置した冷陰極電子源において、カソード電極への電界集中を促進してエミッタからの電子放出特性を向上することにより発光効率に優れた冷陰極電子源の構造を提供するものである。
本発明による冷陰極電子源は、電界電子放出するエミッタを備えたカソード電極と該エミッタからの電子放出を制御するゲート電極とを絶縁領域を介在させて電極幅方向に離隔配置した冷陰極電子源において、上記カソード電極の電極幅をWk、ゲート電極の電極幅をWgとして、上記両電極の電極幅比Wk/WgがWk/Wg≦1の式を満たしていることを特徴とするものである。
この冷陰極電子源はトライオード構造のパラレルタイプだけでなく、インプレーンタイプ、オーバーゲートタイプ等も含む。
なお、トライオード構造には、ゲート電極をカソード電極に対して基板表面からの電極高さ位置を同一に配置したインプレーンタイプやパラレルタイプと、ゲート電極をカソード電極よりも電極高さ位置を高く配置したオーバーゲートタイプと、ゲート電極をカソード電極よりも電極高さ位置を低く配置したアンダーゲートタイプがある。
インプレーンタイプの発光素子では、ゲート電極の電位をカソード電極の電位と同電位に制御しアノード電圧の印加により電子放出層から電子を引き出すと共に蛍光体に向けて加速衝突させて蛍光体を励起発光させる一方、ゲート電極の電位をカソード電極に対して負の電位に制御してアノード電圧による電子放出層からの電子引き出しを抑制して上記蛍光体の励起発光状態を停止させるようになっている。
また、インプレーンタイプ以外の上記他のタイプの発光素子では、ゲート電極の電位をカソード電極の電位に対して正の電位に制御して電子放出層から電子を引き出すと共にその引き出した電子をアノード電圧により蛍光体に向けて加速衝突させて蛍光体を励起発光させる一方、ゲート電圧の印加を停止して上記蛍光体の励起発光状態を停止させるようになっている。
本発明では、上記カソード電極とゲート電極との電極幅比Wk/WgがWk/Wg≦1の式を満たしているので、カソード電極上への電界集中が促進される結果、エミッタから電子放出をON・OFFさせるための印加電圧であるゲート電極へのゲート電圧を低減することができるようになり、冷陰極電子源としての電子放出効率を向上することが可能となる。
本発明の好適な一態様は、上記カソード電極の電極幅を200μm以下とすることである。
本発明の好適な一態様は、上記ゲート電極をカソード電極の両側に設けることである。
上記エミッタを構成する電子放出材料は特に限定しないが、好ましくはナノカーボン材料からなる。このナノカーボン材料は特に限定しないが、ファイバ、粒子でもよい。ファイバとしては、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンナノコイル、グラファイトナノファイバー、グラファイトリボン、などのファイバを例示することができる。電子放出材料には上記ファイバだけに限定されず、例えば、粒子形態でもよく、この形態としては例えばグラファイト粒子を挙げることができる。
本発明によれば、エミッタからの電子放出効率を高くすることができ、発光効率に優れた冷陰極電子源を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る冷陰極電子源を説明する。
まず図1を参照して本実施の形態を説明する。図1はパラレルタイプのトライオード構造の冷陰極電子源の概略構成を示す。図1ではアノード電極は図示を略している。この冷陰極電子源は、紙面を垂直に貫通する方向に延びる基板Sを備える。この基板S材料は例えばガラスである。基板Sの表面に紙面を垂直方向に延びるカソード電極Kが配置されている。カソード電極Kの上面には紙面を垂直方向に単一に伸びるかないしは紙面を垂直方向に等間隔に点在する複数のエミッタEが設けられている。エミッタEはカソード電極K上に印刷法またはCVD法などにより形成されている。エミッタEは好ましくはカーボンナノチューブで構成されている。基板の表面でカソード電極Kの図中左右方向である電極幅方向両側にゲート電極G1,G2が絶縁領域を介在して離隔配置されている。これらカソード電極Kとゲート電極G1,G2とに図上方位置で図示略のアノード電極が平行に対向配置される。これらアノード電極、カソード電極K、ゲート電極G1,G2は図示略のケーシング内に真空封止されている。
上記冷陰極電子源は、ゲート電極G1,G2の電位をカソード電極Kの電位に対して正の電位に制御してエミッタEから電子を引き出すと共にその引き出した電子を図示略のアノード電極にアノード電圧を印加することによりアノード電極の電極面上の蛍光体に加速衝突させて該蛍光体を励起発光させる一方、ゲート電圧の印加を停止して蛍光体の励起発光状態を停止させるようになっている。
以上の構成を備えた実施の形態の冷陰極電子源では、カソード電極Kの電極幅をWk、ゲート電極G1,G2の電極幅をWgとして、これらカソード電極Kとゲート電極G1,G2との電極幅比Wk/WgがWk/Wg≦1の式を満たした冷陰極電子源としたことに特徴を備える。この場合、カソード電極Kの電極幅は200μm未満であることが好ましく、より好ましくは100μm以下である。200μm以上では駆動電圧が高くなり好ましくない。
図2(a)−(d)を参照して上記電極幅比を説明する。図2(a)−(d)において横軸はカソード電極K中央直上(X=0)からの右側方向の距離(μm)を示し、縦軸は電流密度(A/cm2)を示す。
図2(a)はカソード電極Kの電極幅50μmとゲート電極G1,G2の電極幅200μmとし両電極の電極幅比Wk/Wgが50/200のときのカソード電極上の放出電流密度分布を示す。実線はゲート電極G1,G2のゲート電圧が200Vのとき、点線はゲート電圧が100Vのとき、一点鎖線はゲート電圧が0Vのときの放出電流密度である。
図2(a)での電極幅比Wk/Wgは50μm/200μmであり、カソード電極Kの電極幅は、ゲート電極G1,G2の電極幅の1/4である。図2(a)ではゲート電圧が100Vは冷陰極電子源が動作(ON)していて、ゲート電圧が0Vは冷陰極電子源が動作停止(OFF)している。ゲート電圧が100VのON時でのカソード電極中央付近の電流密度は100μA/cm2以上であり、ゲート電圧が0VのOFF時でのカソード電極中央付近の電流密度は2μA/cm2程度であり、このON/OFFの電流密度比率は50倍以上になっている。
図2(b)はカソード電極Kの電極幅100μm、ゲート電極G1,G2の電極幅150μmとし両電極の電極幅比Wk/Wgが100/150のときのカソード電極上の放出電流密度分布を示す。図2(a)と同様にしてゲート電圧が100VのON時でのカソード電極中央付近の電流密度は10μA/cm2以上であり、ゲート電圧が0VのOFF時でのカソード電極中央付近の電流密度は2μA/cm2程度であり、このON/OFFの電流密度比は5倍以上になっている。
図2(c)はカソード電極Kの電極幅10μm、ゲート電極G1,G2の電極幅240μmとし、両電極の電極幅比Wk/Wgが10/240のときのカソード電極上の放出電流密度分布を示す。図2(a)と同様にしてゲート電圧が100VのON時でのカソード電極中央付近の電流密度は100mA/cm2以上であり、ゲート電圧が0VのOFF時でのカソード電極中央付近の電流密度は1mA/cm2程度であり、このON/OFFの電流密度比は100倍以上になっている。
図2(a)、図2(b)、図2(c)はいずれもこれらカソード電極Kとゲート電極G1,G2との電極幅比Wk/WgがWk/Wg≦1の式を満たした冷陰極電子源である。
図2(d)はカソード電極Kの電極幅200μm、ゲート電極G1,G2の電極幅50μmで両電極の電極幅比Wk/Wgが200/50であり、Wk/Wg≦1の式を満たしていない。図2(d)の場合、ゲート電圧が100VのON時でのカソード電極中央付近の電流密度は5μA/cm2程度であり、ゲート電圧が0VのOFF時でのアノード電極へ到達する電流密度は2μA/cm2程度であり、このON/OFFの電流密度比率は2.5倍程度にしかなっていない。この場合、ゲート電圧を200VでONにするとカソード電極中央付近の電流密度は10μA/cm2以上になり、ON/OFFの電流密度比が5倍以上になっている。
以上のことからこの実施の形態では、カソード電極Kの電極幅Wkとゲート電極G1,G2の電極幅Wgとの電極幅比Wk/WgがWk/Wg≦1の式を満たした関係に設定することにより、ゲート電圧によるカソード電極Kからの放出電流密度のON,OFF時での比率を大きくとれるので、電子放出量を制御するためのゲート電圧を低減することができる。その結果、カソード電極Kとゲート電極G1,G2とを絶縁領域を介在させて離隔配置した冷陰極電子源において、ゲート電圧を低減させても電界集中によりエミッタEで電子放出を起こさせることができ、発光効率に優れた冷陰極電子源を得ることができるようになる。
S 基板
K カソード電極
E エミッタ
G1,G2 ゲート電極
K カソード電極
E エミッタ
G1,G2 ゲート電極
Claims (3)
- 電界電子放出するエミッタを備えたカソード電極と該エミッタからの電子放出を制御するゲート電極とを絶縁領域を介在させて電極幅方向に離隔配置した冷陰極電子源において、
上記カソード電極の電極幅をWk、ゲート電極の電極幅をWgとして、上記両電極の電極幅比Wk/WgがWk/Wg≦1の式を満たしている、ことを特徴とする冷陰極電子源。 - 上記カソード電極の電極幅が200μm未満である、ことを特徴とする請求項1に記載の冷陰極電子源。
- 上記ゲート電極が、カソード電極の両側に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の冷陰極電子源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007154544A JP2008305769A (ja) | 2007-06-11 | 2007-06-11 | 冷陰極電子源 |
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JP2008305769A true JP2008305769A (ja) | 2008-12-18 |
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Cited By (1)
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JP2010231655A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Softbank Mobile Corp | 表示装置、表示方法、およびプログラム |
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2007
- 2007-06-11 JP JP2007154544A patent/JP2008305769A/ja active Pending
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