JP3553505B2

JP3553505B2 - 発光素子

Info

Publication number: JP3553505B2
Application number: JP2001014049A
Authority: JP
Inventors: 耕三郎柴山; 善一郎原; 政明開; 彰彦細野; 修司岩田; 光政梅崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2021-01-23
Also published as: JP2002216679A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極を用いた平板型表示装置（フラットパネルディスプレイ）、特にその中でもオーロラビジョン（登録商標）等の大画面の表示装置に用いられる配列型の発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、表示装置の大画面化に伴い、フラット・パネル・ディスプレイの開発が益々盛んに行われている。なかでも平面状に配置された電界放出型陰極、即ち冷陰極（ＣｏｌｄＣａｔｈｏｄｅ）からなる電子源を備えた電界放出型表示装置（ＦＥＤ：ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）は、高輝度および広視野角、高速応答、低消費電力の実現が可能な自発光型表示装置として注目されている。この中でも特に注目されているのが、半導体プロセスを必要とせず印刷やＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で作成可能なＣＮＴ（ＣａｒｂｏｎＮａｎｏ−Ｔｕｂｅ）を用いた電子源であり、学会や研究会で盛んに発表されている。
【０００３】
図７は、冷陰極を用いた従来の発光素子を示す模式断面図であり、カラー大画面表示装置に適用される。ここでは冷陰極の代表としてＣＮＴ陰極を用いて従来の技術の説明をするが、もちろん、冷陰極であれば、その種類はＣＮＴに限定されるものではない。図中、１はガラスなどでできた真空容器の前面パネルであり、２は前面パネルから約５〜１０ｍｍ隔てて対向配置された背面パネルで、その内表面には印刷又はＣＶＤ法によりＣＮＴ陰極６が四角や丸の所定の形に多数マトリクス状に形成されている。なお、このときのＣＮＴ陰極６の厚さは印刷・焼成後１０〜２０μｍ程度であり、前面パネル１と背面パネル２の厚さは２〜４ｍｍ、大きさは〜８０ｍｍ角である。３は前面パネル１の内面に多数マトリクス状に塗布された赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの略正方形の蛍光体で、蛍光面を形成している。４は矩形枠状のガラス製のスペーサで、これら前面パネル１と背面パネル２とスペーサ４とが低融点ガラスにより気密に封止されて真空容器を形成している。蛍光面全体には、発光効率を高めること及び電子加速用の陽極として機能させることを目的としたアルミバックを施している。すなわち前面パネル１内面の蛍光体３は１０ｋＶ程度の陽極電位に保てるようになっている。５は良く知られた折り曲げ式の金属ゲート電極で、通常厚さが０．１〜０．３ｍｍでＣＮＴ陰極６から約１〜２ｍｍ離して設置されており、電圧を印加することによりＣＮＴ陰極６から電子を引き出す作用をもっている。８はゲート電極５に開けられた電子を通過させるメッシュ開口部である。
【０００４】
ここで示したもの以外にも実際には発光素子の内部を真空に引くための穴や排気管、外部への信号取り出し電極などが背面パネル２の中央部に、また内部ガスを吸着するためのゲッタがスペーサガラス４側面などに設置されているが、本願発明の要旨とは本質的に無関係であるので、簡明のために略している。
【０００５】
このように構成された発光素子は、縦横にマトリクス状に所定個ずつ配列され、大画面の表示装置を構成する。ここで、隣接する発光素子間の間隙が大きい場合、画面全体を見たときに、その境界部分（継目、シーム）が目立つという問題がある。従って隣接する発光素子間の間隔はできるだけ小さいことが望ましく、そのために、スペーサガラス４をできるだけ薄くしたり、外部電極（図示せず）や排気管（図示せず）を背面側に設けている。
【０００６】
次に、このように構成された発光素子や大画面表示装置の動作について説明する。
図７に示す従来例においては、ＣＮＴ陰極６とゲート電極５との間に適当な電圧を印加してゲート電極５のメッシュ開口部８を通してＣＮＴ陰極６からエミッション電流を取り出す。一般に、このときのゲート電圧は点灯位置を制御するためパルス電圧が加えられる。このようにしてゲート電極５から取り出されたエミッション電流は、陽極として機能する蛍光体３に印加された約１０ｋＶ程度の高電圧により加速され、蛍光体を励起して発光させ、個々の発光素子に所定のカラー画像を出す。そしてその結果、全体として大画面表示装置にカラー画像を表示できることになる。また、個々の発光素子においては、エミッション電流が蛍光体３に当ったときに出るガスは、ゲッタ（図示せず）により吸着され、発光素子本体、真空容器の内部を高真空に保つことによりエミッション電流の劣化が起こりにくくなるようにしてある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＮＴ陰極とゲート電極間に印加されるパルス電圧の値は、入手しやすい市販の安い駆動用ＩＣを使うためには２００Ｖ以下程度が望ましい。しかし、従来の発光素子は以上のように、ゲート電極に０．１〜０．３ｍｍ程度の薄い折り曲げ式の金属電極を用い、ＣＮＴ陰極６から約１〜２ｍｍ離して設置しているため、ゲート電極５にかける電圧が高いという問題があった。陰極６とゲート電極５間のギャップを小さくして低い駆動電圧で動作させようにも、折り曲げ式のゲート電極のため曲がりや反りなどもあって精度が出せず、０．５〜１．０ｍｍ程度にしか小さくできない。その結果、低い駆動電圧で動作させられないという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、陰極とゲート電極間のギャップを小さくでき、低い駆動電圧で十分なエミッション電流が得られる発光素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる発光素子の第１の構成は、前面パネル及び背面パネルを有する真空容器と、上記前面パネルの内面に形成された蛍光面と、上記背面パネルの内面に形成され、複数個の冷陰極が配線により連結された複数列の冷陰極部列と、上記背面パネルの複数列の冷陰極部列上にそれらと交差され、それらとでマトリクス状に形成される複数列のゲート電極列とを備え、上記冷陰極から放出された電子を上記蛍光面に衝突させることによりこれを発光させるものであって、上記ゲート電極列は、上記冷陰極部との間に空隙部が形成されるように上記冷陰極部との対向部毎に凹部を形成するとともに、上記冷陰極との対向部に電子引き出し用の開口部が形成された金属平板とされ、上記背面パネルに載置されたものである。
【００１０】
また、本発明に係わる発光素子は、ゲート電極列が個々の冷陰極を覆っているものである。
【００１１】
さらに、本発明に係わる発光素子は、ゲート電極列が凹部にアウトガス抜きを兼ねた上記冷陰極配線との接触防止用空隙を有しているものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による表示装置の発光素子を示す模式断面図、図２は図１における背面パネルに形成された複数列のＣＮＴ陰極部列を示す正面図、図３は図１におけるゲート電極列の一製造過程を示す平面図で、ゲート電極列の底面を示している。図４（ａ）は図１における１個のゲート電極列の詳細構造を示す正面図で、ゲート電極列の上面を示し、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ線断面図、図５は図１における背面パネル上にゲート電極列を直置きした状態を示す正面図である。なお、簡略化のため陰極部列、ゲート電極列とも４列で図示している。
図において、１はガラスなどでできた厚さ２〜４ｍｍの真空容器の前面パネル、２は前面パネルから約５〜１０ｍｍ隔てて対向配置された前面パネルと同様の背面パネルで、その内表面には印刷又はＣＶＤ法により矩形ＣＮＴ陰極６が多数マトリクス状に形成されている。なお、このときのＣＮＴ陰極６の厚さは印刷・焼成後１０〜２０μｍ程度であり、複数個のＣＮＴ陰極６が陰極配線層７により連結され冷陰極部列６０を構成している。３は前面パネル１の内面に塗布された赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの略正方形の蛍光体で、蛍光面を形成している。４は矩形枠状のガラス製のスペーサで、前面パネル１と背面パネル２とスペーサ４とが低融点ガラスにより気密に封止されて真空容器を形成している。蛍光面全体には、発光効率を高めるとともに電子加速用の陽極として機能させるためにアルミバックを施しているので、前面パネル１内面の蛍光体３は１０ｋＶ程度の陽極電位に保てるようになっている。５ａは冷陰極部列６０毎との間に空隙部が形成されるように凹部、すなわちＣＮＴ陰極６との対向部に陰極用開口部１０と陰極配線層７との対向部に接触防止用空隙１１とが形成され、ＣＮＴ陰極６を覆って背面パネル２に直置きされたゲート電極列、８はゲート電極列５ａの陰極用開口部１０に開けられた電子を通過させるメッシュ開口部である。複数列のゲート電極列５ａは複数の冷陰極部列６０とでマトリクス状に形成されている。
【００１３】
まず、本発明の主要部の折り曲げなし直置きゲート電極列５ａについて説明する。このゲート電極列５ａは図３に示すように１枚の薄い四角形の金属平板からエッチングにより不要な部分を除去してその骨格、複数列のゲート電極列５ａ、陰極用開口部１０等の凹部を作る。なお、９は精度良く設置するために設けられ、ハーフエッチングで切れ目を付け、設置後折り曲げて分離除去する部分である。このハーフエッチングで特に重要なのは、陰極用開口部１０の空隙の高さ（すなわち凹部の深さ）であり、この空隙の高さがＣＮＴ陰極６とのギャップを決める。図４では、その値の一例として、金属板厚が０．１〜０．２ｍｍ、陰極用開口部１０が０．０５〜０．１ｍｍの場合を示している。また、このゲート電極列５ａは図２で示したような背面パネル２の上に形成されている冷陰極部列６０の上に図１や図５で示すように直に置かれるが、接触防止用空隙１１が設けられているので陰極配線層７との接触を避けることができる。
【００１４】
また、このゲート電極列５ａは背面パネル２の上に直置きされるが、直置きしたゲート電極列５ａとＣＮＴ陰極６とのギャップを精度よく狙いどおり出すために、ゲート電極列５ａを背面パネル２の所定の位置に置いた後、適当な治具を用いてゲート電極列５ａを押さえ、曲げやそりの影響を受けにくくした状態で背面パネル２とゲート電極列５ａを低融点ガラスなどで固定している。なお、ゲート電極列５ａに背面パネル２と熱膨張率が異なる材料を使えば、発光素子を作る上で欠かせない熱工程で、固定した部分にクラックが入るおそれがあるため、ゲート電極列５ａの材料としては、背面パネル２の一般的な材料である光学ガラスやソーダガラスの熱膨張率と同程度の熱膨張率を持つ４２６合金（４２％Ｎｉ−６％Ｃｒ−５２％Ｆｅ）や５０−５０合金（５０％Ｆｅ−５０％Ｎｉ）を使っている。
【００１５】
以上述べたように、ゲート電極列５ａを折り曲げ式にせず、薄い１枚の金属平板をハーフエッチングして所定の位置に個々のＣＮＴ陰極６を完全に覆う陰極用開口部１０と接触防止用空隙１１を作り、陰極用開口部１０に孔を多数開けメッシュ開口部８形成し作製している。このように作製した薄い１枚板の金属板からなるゲート電極列５ａをＣＮＴ陰極６が形成されている背面パネル２の上に直接載せているので、適当な治具を用いて押さえることにより、薄い金属板であるが曲げや反りの影響を受けにくく、ＣＮＴ陰極６とのギャップを０．０５〜０．１ｍｍと従来の折り曲げ式ゲート電極５の場合より１桁程度小さくできる。これにより、ゲート電極５ａにかける印加電圧も従来の数分の一以下の極めて低い電圧ですむようになる。
曲がりや反りのない高精度なゲート電極列５ａを簡便に形成でき、絶縁破壊の心配もなく、冷陰極とゲート電極間のギャップを極く狭くすることができるので、制御用ゲート電圧を低くでき、入手しやすい安い駆動用ＩＣを用いることができる。
【００１６】
また、ゲート電極列５ａが陰極配線層７との接触防止用空隙１１を除き個々のＣＮＴ陰極６を完全に覆っているので、陰極とゲート電極列との距離が均一となり、陰極全面から一様で均一なエミッション電流が取り出せる。
メッシュ開口部８は丸孔又は４角形、６角形などの多角形孔のメッシュ形状としたので、陰極全面から均一に電子が引き出せ、蛍光面に放出できる。
【００１７】
実施の形態２．
図６（ａ）は本発明の実施の形態２に係わる１個のゲート電極列の詳細構造を示す正面図で、ゲート電極列の上面を示し、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図である。この実施の形態２では図４に示す実施の形態１のゲート電極列５ａと異なり、陰極配線層７との接触防止用空隙１１を図示のように大きくし、エミッション時の電子とゲート電極メッシュ開口部との衝突によるアウトガスをトンネル効果で抜けやすくしている。接触防止用空隙１１がアウトガス抜き用の空隙を兼ねる構成となっている。これによりアウトガスがトンネル効果で抜けやすく、電子が良好に引き出され、十分なエミッション電流が得られる。
【００１８】
以上、本発明の好ましい実施の形態である配列型冷陰極素子を例に、折り曲げ式ではない直置き型のゲート電極について説明したが、この実施の形態に限定されるわけではない。例えば、冷陰極の一例としてＣＮＴを例に取って説明したが他の冷陰極でもかまわない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明に係わる発光素子は、前面パネル及び背面パネルを有する真空容器と、上記前面パネルの内面に形成された蛍光面と、上記背面パネルの内面に形成され、複数個の冷陰極が配線により連結された複数列の冷陰極部列と、上記背面パネルの複数列の冷陰極部列上にそれらと交差され、それらとでマトリクス状に形成される複数列のゲート電極列とを備え、上記冷陰極から放出された電子を上記蛍光面に衝突させることによりこれを発光させるものであって、上記ゲート電極列は、上記冷陰極部との間に空隙部が形成されるように上記冷陰極部との対向部毎に凹部を形成するとともに、上記冷陰極との対向部に電子引き出し用の開口部が形成された金属平板とされ、上記背面パネルに載置されたものであるので、ゲート電極列は曲がりや反りの影響の少ない高精度なものとなり、絶縁破壊の心配も少なく、冷陰極とゲート電極間のギャップを極く狭くすることができるので、十分なエミッション電流を低い駆動電圧で提供できる。
特に、本発明の発光素子は、大画面の表示装置に用いられる発光素子に関し、半導体プロセスを必要とせず印刷やＣＶＤで作成可能な電子源に適用されるものであって、ゲート電極列は、金属平板であるが曲げや反りの影響を受けにくく、冷陰極とのギャップを従来の折り曲げ式ゲート電極（図７）の場合より１桁程度小さくできる。これにより、ゲート電極にかける印加電圧も従来の数分の一以下の極めて低い電圧ですむようになる。曲がりや反りの影響を受けにくい高精度なゲート電極列を簡便に形成でき、絶縁破壊の心配もなく、冷陰極とゲート電極間のギャップを極く狭くすることができるので、制御用ゲート電圧が低い駆動用ＩＣを用いることができる。
【００２０】
本発明に係わる発光素子によれば、ゲート電極列が個々の冷陰極を覆っているので、陰極とゲート電極列との距離が均一となり、陰極全面から一様で均一なエミッション電流が取り出せる。
【００２１】
本発明に係わる発光素子によれば、ゲート電極列が上記凹部にアウトガス抜きを兼ねた上記冷陰極配線との接触防止用空隙を有しているので、アウトガスがトンネル効果で抜けやすく、電子が良好に引き出され、十分なエミッション電流が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子を示す模式断面図である。
【図２】図１の発光素子の背面パネル上に形成した冷陰極部列を示す正面図である。
【図３】図１の発光素子に係わる複数のゲート電極列の一製造過程を示す平面図である。
【図４】図１のゲート電極列の詳細を示す正面図と断面図である。
【図５】図１の発光素子の冷陰極部列が形成された背面パネル上にゲート電極列を載置した状態を示す正面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係わるゲート電極列の詳細を示す正面図と断面図である。
【図７】従来例の発光素子を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１前面パネル２背面パネル
３蛍光体５折り曲げ式ゲート電極
６ＣＮＴ陰極７陰極配線層
８メッシュ開口部１０陰極用開口部
１１接触防止用空隙６０冷陰極部列。

Claims

前面パネル及び背面パネルを有する真空容器と、上記前面パネルの内面に形成された蛍光面と、上記背面パネルの内面に形成され、複数個の冷陰極が配線により連結された複数列の冷陰極部列と、上記背面パネルの複数列の冷陰極部列上にそれらと交差され、それらとでマトリクス状に形成される複数列のゲート電極列とを備え、上記冷陰極から放出された電子を上記蛍光面に衝突させることによりこれを発光させるものであって、上記ゲート電極列は、上記冷陰極部との間に空隙部が形成されるように上記冷陰極部との対向部毎に凹部が形成されるとともに、上記冷陰極との対向部に電子引き出し用の開口部が形成された金属平板とされ、上記背面パネルに載置されたことを特徴とする発光素子。
上記ゲート電極列が個々の上記冷陰極を覆っていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
上記ゲート電極列が上記凹部にアウトガス抜きを兼ねた上記冷陰極配線との接触防止用空隙を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の発光素子。