JP3642151B2 - 表示発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極を電子源に用いた表示発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、主流の画像表示装置はＣＲＴ（Cathode Ray Tube）であるが、それに代わる情報端末の表示装置として数多くのフラット・パネル・ディスプレイ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、平板型表示装置）が開発検討及び製品化されてきている。例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＥＬＤ（Electro Luminescence Display） などがあげられる。また、表示方法がＣＲＴと同じ電子線励起の自発光方式で、表示画面の輝度や色再現性などに優れるＦＥＤ（Field Emission Display、電界放出型表示装置）も注目されている。このＦＥＤは、電子源に電界放出型エミッタを用いており、ＣＲＴの電子源である熱陰極素子に対して、冷陰極（Cold Cathode）素子と呼ばれている。
【０００３】
このような冷陰極素子を用いた表示発光素子としては、例えば特開平３−２０８２４１号公報に記載のものが知られている。図１５は同公報に記載された従来の表示発光素子の構成を示す側面断面図であり、図において、１０１は背面パネル （背面基板）、１０２は前面パネル（前面基板）、１０３はエミッタチップ（冷陰極チップ）、１０４はゲート電極（データ電極）、１０５は絶縁層、１０６は表示画素を構成する蛍光体、１０７はスペーサ（側板）、１０８は外部電極、１０９は陽極電極用外部端子、１１０は絶縁層、１１１はビーム集束用電極、１１２は陽極電極である、１１３は絶縁性基板である。この冷陰極素子を用いた表示発光素子は、透明な基板に陽極電極１１２と蛍光体１０６が形成された前面パネル１０２と表面に冷陰極素子が形成された背面パネル１０１を、スペーサ１０７をはさんで貼り合わせることにより真空容器を構成し、真空容器内部は排気管（図示せず。）により排気され真空状態とされる。また、冷陰極素子の構成を図１６に示す。図示するように、背面パネル１０１の上にカソード電極１１４とゲート電極１０４が絶縁層１０５をはさんでマトリックスに配置されており、その交点に複数の開口部が設けられ、その中に電子放出部である円錐形のエミッタチップ１０３が形成されている。
【０００４】
次に、動作について図をもとに説明する。多数の冷陰極からなる電子源のカソード電極１１４とゲート電極１０４の間に５０〜１００Ｖの電位差を与えることより、エミッタチップ１０３の先端に高電界がかかり、電子が引き出される。放出された電子は、陽極電極用外部端子１０９を介して高電圧の印加された対向する前面パネル１０２側の陽極電極１１２に引かれ、蛍光体１０６に衝突し、これによって蛍光体１０６が励起されて発光する。この際、ビーム集束用電極１１１に適当な電圧を印加しておくことにより、エミッタチップ１０３から放出される電子ビームが集束される。カソード電極１１４とゲート電極１０４は、順次画素（蛍光体）が発光するように外部電極１０８を介して線順次で駆動される。これにより、各画素に対向する蛍光体１０６が順次発光し、前面パネル１０２を通って表示画像が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
冷陰極表示発光素子は、その性能が内部の真空度に依存されることが一般に知られている。１０−７Ｐａという超高真空装置の中では、１００００時間以上安定して動作するが、１０−４Ｐａ以下の真空度になるとエミッション電流波形にノイズが発生し、数１００時間で電流が半減する。特に、この現象は冷陰極表示発光素子の完成後、動作が安定するまでのエージング過程の初期段階で起こり、電子衝撃により蛍光面や電極などのパネル構成材料の内部から発生するガスで真空度が低下し、そのガスが冷陰極チップに大きなダメージを与え、その電流放出特性を著しく低下させている。これは、冷陰極表示発光素子単体もしくはそれを用いる表示装置としては致命的な欠点であり、画像のちらつきや輝度のバラツキが発生したり、寿命が短くなるなどの不都合を生じる。従って、素子完成後も真空容器（発光表示管）内部を高真空度で長時間維持する必要がある。そのためには、ガスを吸収するゲッターを容器内部に多く設置するか、容器内部から発生するガスを極めて少なくする必要がある。
【０００６】
ところが、冷陰極表示発光素子では、真空容器内部の高さ（前面パネルと背面パネルとのギャップ）は数ｍｍ程度の薄型構造となるため、容器内部に多くのゲッターは設置できないといった問題があった。
【０００７】
また、素子作成時に真空容器内部の放出ガスを十分に放出させるために、排気工程を例えば３００℃程度の高温でベーキングしながら行ったとしても、蛍光体や金属薄膜の内部からも充分にガスを放出させることは不可能であるといった問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、内部に少ないゲッターしか設置することができない場合であっても、素子作成後に内部で発生するガス放出量を抑えて、内部真空度を高く維持することができ、長時間安定に動作することができる冷陰極表示発光素子を得ることを目的とする。
【０００９】
また、素子作成時に内部を高真空度度にするための排気工程を効率良く短時間で行うことのできる冷陰極表示発光素子を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表示発光素子は、蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向し、前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する冷陰極からなる第１の電子源が形成された背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、前記第１の電子源の間隙に、前記第１の電子源とは分離独立して、前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる冷陰極からなる第２の電子源を備え、前記第２の電子源が前記第１の電子源と同一平面にあるようにしたものである。
【００１１】
また、前記第２の電子源の電極が、前記表示発光素子の動作時に、前記第１の電子源から放出される電子を偏向するようにしたものである。
【００１２】
さらにまた、前記第２の電子源が前記第１の電子源の周囲に配置されたものである。
【００１３】
本発明に係る別の表示発光素子は、蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向して配置される背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、第１の電極と前記第１の電極表面に形成された前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する第１の冷陰極チップと前記第１の電極と前記第１の冷陰極チップ上に開口部を有する第１の絶縁層を介して形成された第２の電極とで構成された第１の電子源、および前記第２の電極と前記第２の電極表面に形成された前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる第２の冷陰極チップと前記第２の電極と前記第１および第２の冷陰極チップ上に開口部を有する第２の絶縁層を介して形成された第３の電極とで構成された第２の電子源を備えたものである。
【００１４】
さらに、前記第３の電極が、前記表示発光素子の動作時に、前記第１の電子源から放出される電子を偏向するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明に係る表示発光素子の製造方法は、蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向し、前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する冷陰極からなる第１の電子源、及び前記第１の電子源とは分離独立した第２の電子源が第１の電子源と同一平面にあるように形成された背面パネルを備えた表示発光素子を製造するための表示発光素子の製造方法において、少なくとも前記前面パネル及び前記背面パネルを封着して真空容器を作製したのちに前記真空容器を真空状態となるように排気するとき、もしくは上記真空容器を封止したのちに、前記第２の電子源を駆動して前記第２の電子源から放出させる電子により前記表示発光素子の構成部材の表面及び内部からガスを放出させるようにしたものである。
【００１６】
さらには、本発明に係る別の表示発光素子の製造方法は、蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向して配置される背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、第１の電極と前記第１の電極表面に形成された前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する第１の冷陰極チップと前記第１の電極と前記第１の冷陰極チップ上に開口部を有する第１の絶縁層を介して形成された第２の電極とで構成された第１の電子源、および前記第２の電極と前記第２の電極表面に形成された前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる第２の冷陰極チップと前記第２の電極と前記第１および第２の冷陰極チップ上に開口部を有する第２の絶縁層を介して形成された第３の電極とで構成された第２の電子源を備えた表示発光素子を製造するための表示発光素子の製造方法において、少なくとも前記前面パネル及び前記背面パネルを封着して真空容器を作製したのちに前記真空容器を真空状態となるように排気するとき、もしくは上記真空容器を封止したのちに、前記第２の電子源を駆動して前記第２の電子源から放出させる 電子により前記表示発光素子の構成部材の表面及び内部からガスを放出させるようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１である冷陰極表示発光素子の構成を示す斜視図、図２は背面プレートを前面側からみた平面図、図３は冷陰極表示発光素子の部分断面図、図４は前面プレートを前面側からみた平面図である。図において、１は背面プレート、２は前面プレート、３は前面プレート２の内面に形成されそれぞれ表示（発光）画素を構成する蛍光体、４は蛍光体３の間隙に形成された黒色絶縁体、５はスペーサであり、背面パネル１、前面パネル２、及びスペーサ３を低融点ガラス（フリットガラス）により接合・封着することにより真空容器が構成される。また、６は素子作成時に真空容器内を高真空状態に排気するための排気管、７は真空内部のガスを吸着するために排気管６内に設置されたゲッター、８は素子内部の各種電極を外部に取出すための外部取出し電極、９は陽極に加速電圧を供給するための陽極取出し電極、１０は多数の冷陰極（Cold Cathode）からなる表示発光用電子源、１１は多数の冷陰極からなるアウトガス用（ガス放出用）電子源である。また、１２は蛍光体３の内面に形成された陽極電極となるアルミバック、１３は表示発光用冷陰極チップ、１４はアウトガス用（ガス放出用）冷陰極チップ、１５は表示発光用電子源１０及びアウトガス用電子源１１の冷陰極チップに接続されたカソード電極（以降、Ｘ電極と記す。）、１６は表示発光用冷陰極チップ１３からの電子放出を制御するためのゲート電極（以降、Ｙｓ電極と記す。）、１７はアウトガス用冷陰極チップからの電子放出を制御するための電極である。
【００１８】
図１に示すように、冷陰極の形成された背面パネル１と対向して発光手段のある前面パネル１が周囲を取り囲むスペーサ３を挟んで低融点ガラスにより接合・封着されて真空容器を構成している。背面パネル１には、真空容器内部を高真空状態に排気するための排気管６が接合されており、排気管６上部にゲッター７が設置されている。そして、真空容器内はゲッター７によって１０−５Ｐａ程度の真空度に保持されている。また、冷陰極を駆動するための電圧を供給する外部取出し電極８は背面側からピンで引きだされている。本実施の形態においては、冷陰極発光表示素子をマトリクス状に配列して配列型ディスプレイを構成するものとして、外部取出し電極８を背面側から取出すようにしているが、冷陰極発光表示素子単独で表示パネルとして使用する場合には、背面パネル１上で電極を延長して端部より取り出すほうが容易で外部駆動基板にも容易に接続できるので、無論そのようにしてもよい。さらに、前面パネル２の蛍光体３に加速電圧を供給する陽極取出し電極１７は、一端をアルミバック１２に接合され、周囲をガラスのような絶縁物によって被膜され、排気管６を通って外部に取り出される。
【００１９】
次に、背面パネル１側の構成について説明する。図２に示すように、背面パネル１上には多数の冷陰極からなるアウトガス用電子源１１が、表示発光用電子源１０と同一平面上にそれを囲むような形状で形成されている。ここで、表示発光用及びガス放出用電子源１０及び１１に用いられる冷陰極は例えばスピント型冷陰極が好適であるが、図３をもとに各電子源を中心に構成を以下説明する。
【００２０】
背面パネル１に一方向のラインに区切られたＸ電極１５（従来例におけるカソード電極に相当。）が構成されており、さらにそれと絶縁層１８を挟んで対向して直交する他方向のラインのＹ電極（従来例におけるゲート電極に相当。）が構成されている。Ｙ電極は、表示発光用冷陰極チップ１３のためのＹs 電極１６とアウトガス用冷陰極チップ１４のためのＹｇ電極１７からなり、それぞれ分離独立している。ここでは、Ｘ電極１５は表示発光用冷陰極チップ１３とアウトガス用冷陰極チップ１４に共通に設けているが、それぞれに対し独立分離して設けてもよい。Ｘ電極１５とＹｓ電極１６、Ｙｇ電極１７はマトリックスを構成しており、その交点部分に複数の円形の開口部１９が空いており、その中にそれぞれの電子放出部であるスピント型冷陰極チップである表示発光用冷陰極チップ１３、アウトガス用（ガス放出用）冷陰極チップ１４があり、各冷陰極チップはともに例えばモリブデン（Mo）から構成される。
【００２１】
ここで、例えば、表示発光用冷陰極チップ１３の配列ピッチを５μｍ、１画素に対応する冷陰極チップの形成される領域、すなわち表示発光用電子源１０の各領域を４００×４００μｍ角とすれば、その中に６４００個（８０×８０）の冷陰極チップ１３が形成されていることになる。また、開口部１９の直径は例えば３μｍ程度である。そして、このような画素に対応する表示発光用電子源１０が背面基板１上に２５×２５ドット、２ｍｍドットピッチで縦横方向に２次元マトリックス上に配置されている。
【００２２】
アウトガス用電子源１１は、上述したように表示発光用電子源１０の周囲に配置される。例えば、ガス放出用冷陰極チップ１４の集積度は表示発光用冷陰極チップ１３と同じであり、Ｙｇ電極１７は幅が２００μｍのラインで形成され、端部にて全Ｙｇ電極１６と連結されている。なお、図示しないが、Ｙｇ電極は端部で連結せずに独立してもよい。Ｙｇ電極１７とマトリックスを成すＸ電極１５は、表示発光用冷陰極チップ１３と共通の電極である。
【００２３】
図４は本発明の実施の形態４である表示発光素子の前面プレートの構成を示す平面図であり、図４に示す発光手段のある陽極蛍光面は、透明材料からなる前面パネル２に赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの蛍光体のパターンが表示発光用電子源１０と１対１に対応するような位置に配置され、それぞれの蛍光体３領域の間隙には良好なコントラストを得るための黒色絶縁層４が形成されている。さらに、陽極蛍光面全体、または少なくとも蛍光体３領域の上には、電圧を印加するための電極、アルミバック１２が形成されている。なお、本実施の形態では、赤緑緑青（ＲＧＧＢ）の４ドット分の蛍光体３で１画素を構成する田の字配列を例にしているが、赤緑青（ＲＧＢ）をストライプ状に横に並べて１画素を構成するトリオ配列でもよい。また、高電圧印加して発光させるためにアルミ膜を陽極電極に選んでいるが、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）のような透明電極を前面パネル２上に設け、その上に蛍光体を配置する例えば陽極電圧１ｋＶ以下で駆動する低電圧駆動型の陽極蛍光面でもよい。
【００２４】
次に、本実施の形態である表示発光素子の製造方法について説明する。まず、背面パネル１に例えばＴａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｂなどの金属膜を０．５μｍの厚さで成膜し、写真製版とフォトレジストによってマスクを形成し、リアクティブイオンエッチング（以下ＲＩＥ）またはエッチング液によってウェットエッチングすることにより、Ｘ電極１５のパターンを形成する。その上にＳｉＯ２からなる絶縁層８をＣＶＤ法により１．０〜１．５μｍ程度積層する。次に、その上に金属膜を成膜して前記と同様にＹｓ電極１６、Ｙｇ電極１７のパターンを形成する。それから、写真製版とフォトレジストによりマスクを形成して、ＲＩＥによりＹ電極１６、Ｙｇ電極１７と絶縁層１８に直径３μｍの微小な複数の開口部１９を形成する。そして、アルミニウムを斜めから蒸着し、犠牲層を形成する。その後、各冷陰極チップの材料であるモリブデンを真上から蒸着することにより円錐形の冷陰極チップ１３、１４が形成される。最後に、ウェットエッチングでアルミニウムを除去することによりスピント型の冷陰極が形成される。
【００２５】
なお、このような冷陰極の製造方法にて、表示発光用冷陰極とアウトガス用冷陰極は、写真製版の工程で同じマスクで形状パターンを形成するので、特別に写真製版マスクを作る必要はない。
【００２６】
陽極蛍光面は、透明材料からなる前面パネル２にカーボンなどの黒色絶縁材料で印刷、焼成することのより黒色絶縁層４が形成される。そして、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの蛍光体１０が印刷法で塗布され、焼成し形成される。蛍光体１０の形成された前面パネル２をスピナーで回転しながらフィルミング液を落とし、フィルミング膜を形成する。そして、放置、乾燥した後にアルミニウムを蒸着し、焼成することにより陽極電極であるアルミバック１２が形成される。
【００２７】
そして表示発光素子の構成部材である、冷陰極の形成された背面パネル１と蛍光体の塗布された前面パネル２とスペーサ５と排気管６が約４５０℃で焼結するフリットガラス（低融点ガラス）により焼成炉で封止接合され、真空容器（発光表示管）が作製される。
【００２８】
排気装置に封止接合された真空容器をセットし、炉内の温度を３００℃程度に上げ、ターボポンプやディフュージョンポンプなどを使用し、排気管１６から真空容器内が所定の高真空状態となるよう排気を行う。排気完了後、排気管６に熱を加えてその先端部分を閉じ、表示発光素子を完成させる。完成後に、排気管６内に設置されたゲッター７に外部より高周波磁界を加え、８００〜９００℃程度に誘導加熱し、排気管６の背面パネル側のゲッター容器内にＢａを拡散させて活性化を行い、内部真空度を向上維持する。なお、ゲッター７については、誘導加熱することなく、排気温度で活性化できる非蒸発型ゲッターを排気前に排気管６に挿入してもよい。
【００２９】
次に、本実施の形態における電子源の駆動方法を図に基づいて説明する。図５は本発明の実施の形態１である表示発光素子の各冷陰極の駆動方法の動作を説明するための図である。陽極蛍光面のアルミバック１２には、陽極電源３３から電圧Ｖａが供給されている。アウトガス用冷陰極のＹｇ電極１７とＸ電極１５の間には、駆動用電源３１により電圧Ｖｇが印加され、それぞれアウトガス用冷陰極チップ１４より電子（ｅ- ）が放出される。この電子は、陽極電圧で加速されて蛍光体３に衝突して粒子状の蛍光体内部のガスが放出される。このとき、発光表示用冷陰極のＹｓ電極１６と接続した駆動用電源３２の電圧Ｖｓは、Ｘ電極１５と同電圧にしておき、表示発光用冷陰極チップ１３からは電子が放出しないようにしておく。これは、ガス放出動作を行う際に、表示発光用冷陰極チップ１３から電子が放出され、蛍光体１３に当たると、イオン状態のガスが表示発光用冷陰極チップ１３に跳ね返ってきて、その衝撃により表示発光用冷陰極チップ１３が破壊されるのを防ぐためである。
【００３０】
アウトガス用冷陰極の動作条件としては、本来の表示動作を行うときと同様に陽極電圧Ｖａを例えば７ｋＶ程度にした状態のもとで、アウトガス用冷陰極駆動電圧Ｖｇを例えば５０Ｖから１００Ｖまで２Ｖステップで段階的に上げ、その後１００Ｖで保持（キープ）し、また２Ｖステップで下ろして全体で３０分程度で、徐々にガス放出を行う。
【００３１】
このようなアウトガス動作は、前述した発光素子製造工程中の排気時に行うのが望ましい。これは、蛍光面から放出されたガスが発光素子内部に残留なく素子外部に出ることにより、発光素子内の真空度が上がるためである。また、真空封止して素子を完成した後に上記のようなアウトガス動作を行っても良く、同様の効果は得られる。この場合にはゲッターのガス吸着量は限られるため内部真空度を長時間維持するためには排気時に行う場合に比べるとゲッターを多く必要とする。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態２は、同じアウトガス用冷陰極を使って、表示発光用冷陰極のＹｓ電極のガス放出を行うものである。図６は本発明の実施の形態２である表示発光素子のアウトガス用冷陰極の動作を説明するための図である。図に示すように、陽極電源電圧Ｖａ＝０Ｖ、表示発光用冷陰極のＹｓ電極１６に電源３２によりＶｓ＞Ｖｇの条件で電圧を印加することにより、アウトガス用冷陰極チップ１４から放出した電子をＹｓ電極１６に衝突させることができ、Ｙｓ電極１６表面からのガス放出が可能となる。この場合、アウトガス用冷陰極チップ１４と表示発光用冷陰極チップ１３のＸ電極もＹ電極同様に独立分離する構造であり、表示発光用冷陰極チップ１３からは電子が放出されないように表示発光用冷陰極の電位を制御するＸ電極にはＹｓ電極と同じ電圧を印加しておく。
【００３３】
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１で示した表示発光素子の動作時に、アウトガス用冷陰極のＹｇ電極を偏向手段として使用したものである。図７は本発明の実施の形態３である表示発光素子のアウトガス用冷陰極の電子ビーム集束動作を説明するための図である。
【００３４】
図７に示すように、順次画素を発光して画像を表示しているとき、陽極蛍光面には電源３３から例えば５ｋＶ以上の電圧が加えられ、Ｙｓ電極１６とＸ電極１５の間には駆動用電源３２から５０〜１００Ｖの電圧差が与えられ、表示発光用冷陰極チップ１３から電子（ｅ- ）が放出されて、蛍光体１０に衝突して蛍光体を発光させている。このとき、アウトガス用冷陰極のＹｇ電極１７に、素子作製の際のアウトガス動作における電子放出時とは逆極性の負電圧Ｖｆを電源３１より印加することにより、表示発光用冷陰極チップ１３からの電子ビームを偏向し、蛍光面に集束させることができる。
【００３５】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４である表示発光素子の構成を示す部分断面図である。図において、１８はＹｓ電極１６上に形成された例えばＳｉＯ２からなる絶縁層である。本実施の形態においては、Ｙｓ電極１６上にアウトガス用冷陰極素子１４及び絶縁層２０を介してＹｇ電極１７がそれぞれ形成されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。また、背面パネルの製造方法も実施の形態１において説明したものに対して、Ｙｓ電極１６上に絶縁層２０とＹｇ電極１７を形成する工程を追加すればよく、詳細な説明は省略する。
【００３６】
そして、表示発光素子作製時もしくは完成後におけるガス放出動作時には、実施の形態１同様、本来の表示動作を行うときと同様に陽極電圧Ｖａを例えば７ｋＶ程度にした状態のもとで、Ｙｓ電極１６とＹｇ電極１７の間に例えば５０〜１００Ｖの電位差を与えるようにＹｇ電極１７に電圧を印加する。また、順次画素を発光して画像を表示しているときには、実施の形態３で説明したのと同様に、陽極蛍光面には電源３３から５ｋＶ以上の電圧が加えられ、Ｙｓ電極１６とＸ電極１５の間には駆動用電源３２から５０〜１００Ｖの電圧差が与えられ、表示発光用冷陰極チップ１３から電子（ｅ- ）が放出されて、蛍光体１０に衝突して蛍光体を発光させる。このとき、アウトガス用冷陰極のＹｇ電極１７に、素子作製の際のアウトガス動作における電子放出時とは逆極性の負電圧Ｖｆを電源３１より印加することにより、表示発光用冷陰極チップ１３からの電子ビームを偏向し、蛍光面に集束させることができる。ここで、本実施の形態においては、アウトガス用冷陰極のＹｇ電極１７を、表示発光用冷陰極よりも上部に配置しているので、実施の形態３におけるものよりもさらに表示発光用冷陰極チップ１３からの電子ビームの集束性を向上させることができる。
【００３７】
実施の形態５．
上記実施の形態１においては、背面パネル１上には多数の冷陰極からなるアウトガス用電子源１１が、表示発光用電子源１０と同一平面上にそれを囲むような形状で形成されるよう構成したが、アウトガス用電子源１１を他の形状に形成することも可能であり、以下実施の形態５として説明する。図９は本発明の実施の形態５である表示発光素子の背面パネルの構成の一例を示す平面図であり、いわば、表示発光用電子源１０の領域以外の領域の一面にアウトガス用電子源１１を配置した例である。アウトガス用のＹｇ電極はアウトガス用電子源１１を構成する冷陰極に共通につながっている。素子作製時の排気中もしくは排気後のアウトガス処理においては、Ｙｇ電極１７に電圧を印加すると、一面に配置されたアウトガス用電子源１１の全面から陽極に向かって電子が放出されるため、蛍光体部分以外にも電子が当たることになるので、蛍光体のみならず陽極全面からのガス放出ができる。
【００３８】
また、図１０、図１１に示すようにアウトガス用電子源１１を簡単なライン形状やクシ型形状に配置してもよい。図９に示したように一面にアウトガス用電子源１１を形成した場合には、Ｙ電極も一面に形成しなければならず、Ｘ電極との間に容量の大きなコンデンサが形成されることになり、駆動時の無効電力が増大し消費電力も大きくなるが、図１０や図１１に示したようにアウトガス用電子源１１を簡単なライン形状やクシ型形状に配置すれば、Ｙ電極とＸ電極間のコンデンサの形成に伴う消費電力の増大を抑えることができる。また、図１０や図１１に示した構成においても、実施の形態３に示したように、アウトガス用冷陰極のＹｇ電極１７に素子作製の際のアウトガス動作における電子放出時とは逆極性の負電圧Ｖｆを印加することにより表示発光用冷陰極チップ１３からの電子ビームを集束させることが可能である。この際、実施の形態１や図９に示したアウトガス用電子源１１の配置に比べ、電子ビームの集束効果が非対象なものとなるが、集束度をあまり大きくとらないときには、実用上特に問題はない。また、本実施の形態においても、製造方法、駆動方法は実施の形態１と同様であり、その詳細は省略する。
【００３９】
参考例１．
上記各実施の形態においては、アウトガス用電子源を冷陰極により構成したが、熱陰極により構成することも可能である。図１２は本発明の参考例１である表示発光素子の背面パネルの構成を示す平面図である。図において、１０は表示発光用電子源、４０はワイヤー状の熱陰極、４１は熱電極４０の両端に接合された電極、４２は熱陰極４０を支持するためのサポートである。
【００４０】
例えばタングステンからなるワイヤー状の熱陰極４０は、その両端に接合された電極４１と中間部に設けられたサポート４２により支持され、表示発光用電子源１０の間隙に略平行にライン状に配置されている。また、電極４１は背面パネル１を貫通して素子外部に取出されている。
【００４１】
次に、参考例１における電子源の駆動方法を図１３をもとに説明する。素子作成時の排気中もしくは排気後におけるアウトガス処理時には、電源Ｖｇ３１に電圧が印加し、電極４１から熱陰極４０に通電することにより、熱陰極４０から電子が放出され、前面パネル２側に設けられた蛍光体や黒色絶縁層に当たることにより、ガス放出が行われる。これにより真空容器内の真空度を上げることが可能である。なお、ワイヤー状の熱陰極４０をさらに図において横方向にも張ることにより格子状となるよう配置してもよい。
【００４２】
参考例２ .
参考例２は、表示発光素子の動作時に、参考例１に示したワイヤー状の熱陰極４０を偏向手段として使用したものである。
【００４３】
図１４に示すように、表示用冷陰極チップ１３から電子を放出して蛍光体１０に衝突し、順次画素を発光させている。このとき、アウトガス用のワイヤー状の熱陰極４０の両端の電極４１に、電源３１から負電圧Ｖｆを印加することにより、表示発光用冷陰極チップ１３からの電子ビームを偏向し、蛍光面に集束させることができる。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施の形態に基づき説明したが、この実施の形態に限定されるわけではない。アウトガス用電子源を含めた電子源としては、実施の形態に示した金属蒸着して形成するスピント型電界放出素子のほかに、Ｓｉ基板を熱酸化、エッチングした電界放出素子やＭＩＭ（金属層/絶縁層/金属層）型電界放出素子、表面伝導型電界放出素子などの冷陰極素子を用いてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００４６】
蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向し、前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する冷陰極からなる第１の電子源が形成された背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、前記第１の電子源の間隙に、前記第１の電子源とは分離独立して、前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる冷陰極からなる第２の電子源を設け、前記第２の電子源が前記第１の電子源と同一平面に設けることによって、素子作製における排気時もしくは排気完了後に第２の電子源を駆動して第２の電子源から放出される電子によって、表示発光素子を構成する部材のガスを効率良く放出させるので、素子完成後の素子内部におけるガス放出が極めて少なくなり、素子内部の真空度を十分に高くすることができる。この結果、冷陰極からなる第１の電子源の初期活性化を高真空度の状態で行えるので、冷陰極に与えるダメージを抑え、良好な電流特性を引き出すことが可能となる。
【００４７】
また、表示発光素子が薄型形状でゲッターを数多く配置する場所がない場合であっても、素子完成後の内部からの放出ガスを少なくすることができ、少量のゲッターで高真空度を維持することが可能となる。その結果、表示発光素子の寿命が長くすることができ、信頼性を高めることができる。
【００４８】
また、表示発光素子の動作時に、冷陰極からなる第２の電子源の電極が第１の電子源から放出される電子を偏向するようにしたので、電子放出角度の大きい冷陰極からの電子ビームが隣接する画素に与える影響をなくすることが可能となる。
【００４９】
さらにまた、前記第２の電子源が前記第１の電子源の周囲に配置されるようにしたので、第１の電子源からの電子源を均一に偏向することが可能となる。
【００５０】
また、蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向して配置される背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、第１の電極と前記第１の電極表面に形成された前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する第１の冷陰極チップと前記第１の電極と前記第１の冷陰極チップ上に開口部を有する第１の絶縁層を介して形成された第２の電極とで構成された第１の電子源、および前記第２の電極と前記第２の電極表面に形成された前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる第２の冷陰極チップと前記第２の電極と前記第１および第２の冷陰極チップ上に開口部を有する第２の絶縁層を介して形成された第３の電極とで構成された第２の電子源を備えるようにしたので、素子作製における排気時もしくは排気完了後に第２の電子源を駆動して第２の電子源から放出される電子によって、表示発光素子を構成する部材のガスを効率良く放出させるので、素子完成後の素子内部におけるガス放出が極めて少なくなり、素子内部の真空度を十分に高くすることができる。この結果、冷陰極からなる第１の電子源の初期活性化を高真空度の状態で行えるので、冷陰極に与えるダメージを抑え、良好な電流特性を引き出すことが可能となる。
【００５１】
また、表示発光素子が薄型形状でゲッターを数多く配置する場所がない場合であっても、素子完成後の内部からの放出ガスを少なくすることができ、少量のゲッターで高真空度を維持することが可能となる。その結果、表示発光素子の寿命が長くすることができ、信頼性を高めることができる。
【００５２】
さらに、表示発光素子の動作時に、第２の電子源の第３の電極が第１の電子源から放出される電子を偏向するようにしたので、電子放出角度の大きい冷陰極からの電子ビームが隣接する画素に与える影響をなくすることが可能となる。
【００５３】
真空容器を真空状態となるように排気するとき、もしくは真空容器を封止したのちに、第２の電子源を駆動して第２の電子源から放出させる電子により表示発光素子の構成部材の表面及び内部からガスを放出させるようにして製造するようにしたので、素子完成後の素子内部におけるガス放出が極めて少なくなり、素子内部の真空度を十分に高くすることができる。この結果、冷陰極からなる第１の電子源の初期活性化を高真空度の状態で行えるので、冷陰極に与えるダメージを抑え、良好な電流特性を引き出すことが可能となる。
【００５４】
また、表示発光素子が薄型形状で真空容器内にゲッターを数多く配置する場所がない場合であっても、素子完成後の内部からの放出ガスを少なくすることができ、少量のゲッターで高真空度を維持することが可能となる。その結果、表示発光素子の寿命が長くすることができ、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１である表示発光素子の構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態１である表示発光素子の背面プレートの構成を示す平面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１である表示発光素子の構成を示す部分断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態１である表示発光素子の前面プレートの構成を示す平面図である。
【図５】 本発明の実施の形態１である表示発光素子の各冷陰極の駆動方法の動作を説明するための図である。
【図６】 本発明の実施の形態２である表示発光素子のアウトガス用冷陰極の動作を説明するための図である。
【図７】 本発明の実施の形態３である表示発光素子のアウトガス用冷陰極の電子ビーム集束動作を説明するための図である。
【図８】 本発明の実施の形態４である表示発光素子の構成を示す部分断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態５である表示発光素子の背面パネルの構成の一例を示す平面図である。
【図１０】 本発明の実施の形態５である表示発光素子の背面パネルの構成の他の一例を示す平面図である。
【図１１】 本発明の実施の形態５である表示発光素子の背面パネルの構成の他の一例を示す平面図である。
【図１２】 本発明の実施の形態６である表示発光素子の背面パネルの構成を示す平面図である。
【図１３】 本発明の参考例１である表示発光素子の冷陰極及び熱陰極の駆動方法の動作を説明するための図である。
【図１４】 本発明の参考例１である表示発光素子の熱陰極の電子ビーム集束動作を説明するための図である。
【図１５】 従来の表示発光素子の構成を示す側面断面図である。
【図１６】 冷陰極素子の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 背面パネル、２ 前面パネル、３ 蛍光体、１０ 表示発光用電子源、１１ アウトガス用電子源、１３ 表示発光用冷陰極チップ、１４ アウトガス用冷陰極チップ、４０ 熱陰極。
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極を電子源に用いた表示発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、主流の画像表示装置はＣＲＴ（Cathode Ray Tube）であるが、それに代わる情報端末の表示装置として数多くのフラット・パネル・ディスプレイ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ、平板型表示装置）が開発検討及び製品化されてきている。例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＥＬＤ（Electro Luminescence Display） などがあげられる。また、表示方法がＣＲＴと同じ電子線励起の自発光方式で、表示画面の輝度や色再現性などに優れるＦＥＤ（Field Emission Display、電界放出型表示装置）も注目されている。このＦＥＤは、電子源に電界放出型エミッタを用いており、ＣＲＴの電子源である熱陰極素子に対して、冷陰極（Cold Cathode）素子と呼ばれている。
【０００３】
このような冷陰極素子を用いた表示発光素子としては、例えば特開平３−２０８２４１号公報に記載のものが知られている。図１５は同公報に記載された従来の表示発光素子の構成を示す側面断面図であり、図において、１０１は背面パネル （背面基板）、１０２は前面パネル（前面基板）、１０３はエミッタチップ（冷陰極チップ）、１０４はゲート電極（データ電極）、１０５は絶縁層、１０６は表示画素を構成する蛍光体、１０７はスペーサ（側板）、１０８は外部電極、１０９は陽極電極用外部端子、１１０は絶縁層、１１１はビーム集束用電極、１１２は陽極電極である、１１３は絶縁性基板である。この冷陰極素子を用いた表示発光素子は、透明な基板に陽極電極１１２と蛍光体１０６が形成された前面パネル１０２と表面に冷陰極素子が形成された背面パネル１０１を、スペーサ１０７をはさんで貼り合わせることにより真空容器を構成し、真空容器内部は排気管（図示せず。）により排気され真空状態とされる。また、冷陰極素子の構成を図１６に示す。図示するように、背面パネル１０１の上にカソード電極１１４とゲート電極１０４が絶縁層１０５をはさんでマトリックスに配置されており、その交点に複数の開口部が設けられ、その中に電子放出部である円錐形のエミッタチップ１０３が形成されている。
【０００４】
次に、動作について図をもとに説明する。多数の冷陰極からなる電子源のカソード電極１１４とゲート電極１０４の間に５０〜１００Ｖの電位差を与えることより、エミッタチップ１０３の先端に高電界がかかり、電子が引き出される。放出された電子は、陽極電極用外部端子１０９を介して高電圧の印加された対向する前面パネル１０２側の陽極電極１１２に引かれ、蛍光体１０６に衝突し、これによって蛍光体１０６が励起されて発光する。この際、ビーム集束用電極１１１に適当な電圧を印加しておくことにより、エミッタチップ１０３から放出される電子ビームが集束される。カソード電極１１４とゲート電極１０４は、順次画素（蛍光体）が発光するように外部電極１０８を介して線順次で駆動される。これにより、各画素に対向する蛍光体１０６が順次発光し、前面パネル１０２を通って表示画像が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
冷陰極表示発光素子は、その性能が内部の真空度に依存されることが一般に知られている。１０−７Ｐａという超高真空装置の中では、１００００時間以上安定して動作するが、１０−４Ｐａ以下の真空度になるとエミッション電流波形にノイズが発生し、数１００時間で電流が半減する。特に、この現象は冷陰極表示発光素子の完成後、動作が安定するまでのエージング過程の初期段階で起こり、電子衝撃により蛍光面や電極などのパネル構成材料の内部から発生するガスで真空度が低下し、そのガスが冷陰極チップに大きなダメージを与え、その電流放出特性を著しく低下させている。これは、冷陰極表示発光素子単体もしくはそれを用いる表示装置としては致命的な欠点であり、画像のちらつきや輝度のバラツキが発生したり、寿命が短くなるなどの不都合を生じる。従って、素子完成後も真空容器（発光表示管）内部を高真空度で長時間維持する必要がある。そのためには、ガスを吸収するゲッターを容器内部に多く設置するか、容器内部から発生するガスを極めて少なくする必要がある。
【０００６】
ところが、冷陰極表示発光素子では、真空容器内部の高さ（前面パネルと背面パネルとのギャップ）は数ｍｍ程度の薄型構造となるため、容器内部に多くのゲッターは設置できないといった問題があった。
【０００７】
また、素子作成時に真空容器内部の放出ガスを十分に放出させるために、排気工程を例えば３００℃程度の高温でベーキングしながら行ったとしても、蛍光体や金属薄膜の内部からも充分にガスを放出させることは不可能であるといった問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、内部に少ないゲッターしか設置することができない場合であっても、素子作成後に内部で発生するガス放出量を抑えて、内部真空度を高く維持することができ、長時間安定に動作することができる冷陰極表示発光素子を得ることを目的とする。
【０００９】
また、素子作成時に内部を高真空度度にするための排気工程を効率良く短時間で行うことのできる冷陰極表示発光素子を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表示発光素子は、蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向し、前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する冷陰極からなる第１の電子源が形成された背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、前記第１の電子源の間隙に、前記第１の電子源とは分離独立して、前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる冷陰極からなる第２の電子源を備え、前記第２の電子源が前記第１の電子源と同一平面にあるようにしたものである。
【００１１】
また、前記第２の電子源の電極が、前記表示発光素子の動作時に、前記第１の電子源から放出される電子を偏向するようにしたものである。
【００１２】
さらにまた、前記第２の電子源が前記第１の電子源の周囲に配置されたものである。
【００１３】
本発明に係る別の表示発光素子は、蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向して配置される背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、第１の電極と前記第１の電極表面に形成された前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する第１の冷陰極チップと前記第１の電極と前記第１の冷陰極チップ上に開口部を有する第１の絶縁層を介して形成された第２の電極とで構成された第１の電子源、および前記第２の電極と前記第２の電極表面に形成された前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる第２の冷陰極チップと前記第２の電極と前記第１および第２の冷陰極チップ上に開口部を有する第２の絶縁層を介して形成された第３の電極とで構成された第２の電子源を備えたものである。
【００１４】
さらに、前記第３の電極が、前記表示発光素子の動作時に、前記第１の電子源から放出される電子を偏向するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明に係る表示発光素子の製造方法は、蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向し、前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する冷陰極からなる第１の電子源、及び前記第１の電子源とは分離独立した第２の電子源が第１の電子源と同一平面にあるように形成された背面パネルを備えた表示発光素子を製造するための表示発光素子の製造方法において、少なくとも前記前面パネル及び前記背面パネルを封着して真空容器を作製したのちに前記真空容器を真空状態となるように排気するとき、もしくは上記真空容器を封止したのちに、前記第２の電子源を駆動して前記第２の電子源から放出させる電子により前記表示発光素子の構成部材の表面及び内部からガスを放出させるようにしたものである。
【００１６】
さらには、本発明に係る別の表示発光素子の製造方法は、蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向して配置される背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、第１の電極と前記第１の電極表面に形成された前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する第１の冷陰極チップと前記第１の電極と前記第１の冷陰極チップ上に開口部を有する第１の絶縁層を介して形成された第２の電極とで構成された第１の電子源、および前記第２の電極と前記第２の電極表面に形成された前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる第２の冷陰極チップと前記第２の電極と前記第１および第２の冷陰極チップ上に開口部を有する第２の絶縁層を介して形成された第３の電極とで構成された第２の電子源を備えた表示発光素子を製造するための表示発光素子の製造方法において、少なくとも前記前面パネル及び前記背面パネルを封着して真空容器を作製したのちに前記真空容器を真空状態となるように排気するとき、もしくは上記真空容器を封止したのちに、前記第２の電子源を駆動して前記第２の電子源から放出させる 電子により前記表示発光素子の構成部材の表面及び内部からガスを放出させるようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１である冷陰極表示発光素子の構成を示す斜視図、図２は背面プレートを前面側からみた平面図、図３は冷陰極表示発光素子の部分断面図、図４は前面プレートを前面側からみた平面図である。図において、１は背面プレート、２は前面プレート、３は前面プレート２の内面に形成されそれぞれ表示（発光）画素を構成する蛍光体、４は蛍光体３の間隙に形成された黒色絶縁体、５はスペーサであり、背面パネル１、前面パネル２、及びスペーサ３を低融点ガラス（フリットガラス）により接合・封着することにより真空容器が構成される。また、６は素子作成時に真空容器内を高真空状態に排気するための排気管、７は真空内部のガスを吸着するために排気管６内に設置されたゲッター、８は素子内部の各種電極を外部に取出すための外部取出し電極、９は陽極に加速電圧を供給するための陽極取出し電極、１０は多数の冷陰極（Cold Cathode）からなる表示発光用電子源、１１は多数の冷陰極からなるアウトガス用（ガス放出用）電子源である。また、１２は蛍光体３の内面に形成された陽極電極となるアルミバック、１３は表示発光用冷陰極チップ、１４はアウトガス用（ガス放出用）冷陰極チップ、１５は表示発光用電子源１０及びアウトガス用電子源１１の冷陰極チップに接続されたカソード電極（以降、Ｘ電極と記す。）、１６は表示発光用冷陰極チップ１３からの電子放出を制御するためのゲート電極（以降、Ｙｓ電極と記す。）、１７はアウトガス用冷陰極チップからの電子放出を制御するための電極である。
【００１８】
図１に示すように、冷陰極の形成された背面パネル１と対向して発光手段のある前面パネル１が周囲を取り囲むスペーサ３を挟んで低融点ガラスにより接合・封着されて真空容器を構成している。背面パネル１には、真空容器内部を高真空状態に排気するための排気管６が接合されており、排気管６上部にゲッター７が設置されている。そして、真空容器内はゲッター７によって１０−５Ｐａ程度の真空度に保持されている。また、冷陰極を駆動するための電圧を供給する外部取出し電極８は背面側からピンで引きだされている。本実施の形態においては、冷陰極発光表示素子をマトリクス状に配列して配列型ディスプレイを構成するものとして、外部取出し電極８を背面側から取出すようにしているが、冷陰極発光表示素子単独で表示パネルとして使用する場合には、背面パネル１上で電極を延長して端部より取り出すほうが容易で外部駆動基板にも容易に接続できるので、無論そのようにしてもよい。さらに、前面パネル２の蛍光体３に加速電圧を供給する陽極取出し電極１７は、一端をアルミバック１２に接合され、周囲をガラスのような絶縁物によって被膜され、排気管６を通って外部に取り出される。
【００１９】
次に、背面パネル１側の構成について説明する。図２に示すように、背面パネル１上には多数の冷陰極からなるアウトガス用電子源１１が、表示発光用電子源１０と同一平面上にそれを囲むような形状で形成されている。ここで、表示発光用及びガス放出用電子源１０及び１１に用いられる冷陰極は例えばスピント型冷陰極が好適であるが、図３をもとに各電子源を中心に構成を以下説明する。
【００２０】
背面パネル１に一方向のラインに区切られたＸ電極１５（従来例におけるカソード電極に相当。）が構成されており、さらにそれと絶縁層１８を挟んで対向して直交する他方向のラインのＹ電極（従来例におけるゲート電極に相当。）が構成されている。Ｙ電極は、表示発光用冷陰極チップ１３のためのＹs 電極１６とアウトガス用冷陰極チップ１４のためのＹｇ電極１７からなり、それぞれ分離独立している。ここでは、Ｘ電極１５は表示発光用冷陰極チップ１３とアウトガス用冷陰極チップ１４に共通に設けているが、それぞれに対し独立分離して設けてもよい。Ｘ電極１５とＹｓ電極１６、Ｙｇ電極１７はマトリックスを構成しており、その交点部分に複数の円形の開口部１９が空いており、その中にそれぞれの電子放出部であるスピント型冷陰極チップである表示発光用冷陰極チップ１３、アウトガス用（ガス放出用）冷陰極チップ１４があり、各冷陰極チップはともに例えばモリブデン（Mo）から構成される。
【００２１】
ここで、例えば、表示発光用冷陰極チップ１３の配列ピッチを５μｍ、１画素に対応する冷陰極チップの形成される領域、すなわち表示発光用電子源１０の各領域を４００×４００μｍ角とすれば、その中に６４００個（８０×８０）の冷陰極チップ１３が形成されていることになる。また、開口部１９の直径は例えば３μｍ程度である。そして、このような画素に対応する表示発光用電子源１０が背面基板１上に２５×２５ドット、２ｍｍドットピッチで縦横方向に２次元マトリックス上に配置されている。
【００２２】
アウトガス用電子源１１は、上述したように表示発光用電子源１０の周囲に配置される。例えば、ガス放出用冷陰極チップ１４の集積度は表示発光用冷陰極チップ１３と同じであり、Ｙｇ電極１７は幅が２００μｍのラインで形成され、端部にて全Ｙｇ電極１６と連結されている。なお、図示しないが、Ｙｇ電極は端部で連結せずに独立してもよい。Ｙｇ電極１７とマトリックスを成すＸ電極１５は、表示発光用冷陰極チップ１３と共通の電極である。
【００２３】
図４は本発明の実施の形態４である表示発光素子の前面プレートの構成を示す平面図であり、図４に示す発光手段のある陽極蛍光面は、透明材料からなる前面パネル２に赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの蛍光体のパターンが表示発光用電子源１０と１対１に対応するような位置に配置され、それぞれの蛍光体３領域の間隙には良好なコントラストを得るための黒色絶縁層４が形成されている。さらに、陽極蛍光面全体、または少なくとも蛍光体３領域の上には、電圧を印加するための電極、アルミバック１２が形成されている。なお、本実施の形態では、赤緑緑青（ＲＧＧＢ）の４ドット分の蛍光体３で１画素を構成する田の字配列を例にしているが、赤緑青（ＲＧＢ）をストライプ状に横に並べて１画素を構成するトリオ配列でもよい。また、高電圧印加して発光させるためにアルミ膜を陽極電極に選んでいるが、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）のような透明電極を前面パネル２上に設け、その上に蛍光体を配置する例えば陽極電圧１ｋＶ以下で駆動する低電圧駆動型の陽極蛍光面でもよい。
【００２４】
次に、本実施の形態である表示発光素子の製造方法について説明する。まず、背面パネル１に例えばＴａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｂなどの金属膜を０．５μｍの厚さで成膜し、写真製版とフォトレジストによってマスクを形成し、リアクティブイオンエッチング（以下ＲＩＥ）またはエッチング液によってウェットエッチングすることにより、Ｘ電極１５のパターンを形成する。その上にＳｉＯ２からなる絶縁層８をＣＶＤ法により１．０〜１．５μｍ程度積層する。次に、その上に金属膜を成膜して前記と同様にＹｓ電極１６、Ｙｇ電極１７のパターンを形成する。それから、写真製版とフォトレジストによりマスクを形成して、ＲＩＥによりＹ電極１６、Ｙｇ電極１７と絶縁層１８に直径３μｍの微小な複数の開口部１９を形成する。そして、アルミニウムを斜めから蒸着し、犠牲層を形成する。その後、各冷陰極チップの材料であるモリブデンを真上から蒸着することにより円錐形の冷陰極チップ１３、１４が形成される。最後に、ウェットエッチングでアルミニウムを除去することによりスピント型の冷陰極が形成される。
【００２５】
なお、このような冷陰極の製造方法にて、表示発光用冷陰極とアウトガス用冷陰極は、写真製版の工程で同じマスクで形状パターンを形成するので、特別に写真製版マスクを作る必要はない。
【００２６】
陽極蛍光面は、透明材料からなる前面パネル２にカーボンなどの黒色絶縁材料で印刷、焼成することのより黒色絶縁層４が形成される。そして、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの蛍光体１０が印刷法で塗布され、焼成し形成される。蛍光体１０の形成された前面パネル２をスピナーで回転しながらフィルミング液を落とし、フィルミング膜を形成する。そして、放置、乾燥した後にアルミニウムを蒸着し、焼成することにより陽極電極であるアルミバック１２が形成される。
【００２７】
そして表示発光素子の構成部材である、冷陰極の形成された背面パネル１と蛍光体の塗布された前面パネル２とスペーサ５と排気管６が約４５０℃で焼結するフリットガラス（低融点ガラス）により焼成炉で封止接合され、真空容器（発光表示管）が作製される。
【００２８】
排気装置に封止接合された真空容器をセットし、炉内の温度を３００℃程度に上げ、ターボポンプやディフュージョンポンプなどを使用し、排気管１６から真空容器内が所定の高真空状態となるよう排気を行う。排気完了後、排気管６に熱を加えてその先端部分を閉じ、表示発光素子を完成させる。完成後に、排気管６内に設置されたゲッター７に外部より高周波磁界を加え、８００〜９００℃程度に誘導加熱し、排気管６の背面パネル側のゲッター容器内にＢａを拡散させて活性化を行い、内部真空度を向上維持する。なお、ゲッター７については、誘導加熱することなく、排気温度で活性化できる非蒸発型ゲッターを排気前に排気管６に挿入してもよい。
【００２９】
次に、本実施の形態における電子源の駆動方法を図に基づいて説明する。図５は本発明の実施の形態１である表示発光素子の各冷陰極の駆動方法の動作を説明するための図である。陽極蛍光面のアルミバック１２には、陽極電源３３から電圧Ｖａが供給されている。アウトガス用冷陰極のＹｇ電極１７とＸ電極１５の間には、駆動用電源３１により電圧Ｖｇが印加され、それぞれアウトガス用冷陰極チップ１４より電子（ｅ- ）が放出される。この電子は、陽極電圧で加速されて蛍光体３に衝突して粒子状の蛍光体内部のガスが放出される。このとき、発光表示用冷陰極のＹｓ電極１６と接続した駆動用電源３２の電圧Ｖｓは、Ｘ電極１５と同電圧にしておき、表示発光用冷陰極チップ１３からは電子が放出しないようにしておく。これは、ガス放出動作を行う際に、表示発光用冷陰極チップ１３から電子が放出され、蛍光体１３に当たると、イオン状態のガスが表示発光用冷陰極チップ１３に跳ね返ってきて、その衝撃により表示発光用冷陰極チップ１３が破壊されるのを防ぐためである。
【００３０】
アウトガス用冷陰極の動作条件としては、本来の表示動作を行うときと同様に陽極電圧Ｖａを例えば７ｋＶ程度にした状態のもとで、アウトガス用冷陰極駆動電圧Ｖｇを例えば５０Ｖから１００Ｖまで２Ｖステップで段階的に上げ、その後１００Ｖで保持（キープ）し、また２Ｖステップで下ろして全体で３０分程度で、徐々にガス放出を行う。
【００３１】
このようなアウトガス動作は、前述した発光素子製造工程中の排気時に行うのが望ましい。これは、蛍光面から放出されたガスが発光素子内部に残留なく素子外部に出ることにより、発光素子内の真空度が上がるためである。また、真空封止して素子を完成した後に上記のようなアウトガス動作を行っても良く、同様の効果は得られる。この場合にはゲッターのガス吸着量は限られるため内部真空度を長時間維持するためには排気時に行う場合に比べるとゲッターを多く必要とする。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態２は、同じアウトガス用冷陰極を使って、表示発光用冷陰極のＹｓ電極のガス放出を行うものである。図６は本発明の実施の形態２である表示発光素子のアウトガス用冷陰極の動作を説明するための図である。図に示すように、陽極電源電圧Ｖａ＝０Ｖ、表示発光用冷陰極のＹｓ電極１６に電源３２によりＶｓ＞Ｖｇの条件で電圧を印加することにより、アウトガス用冷陰極チップ１４から放出した電子をＹｓ電極１６に衝突させることができ、Ｙｓ電極１６表面からのガス放出が可能となる。この場合、アウトガス用冷陰極チップ１４と表示発光用冷陰極チップ１３のＸ電極もＹ電極同様に独立分離する構造であり、表示発光用冷陰極チップ１３からは電子が放出されないように表示発光用冷陰極の電位を制御するＸ電極にはＹｓ電極と同じ電圧を印加しておく。
【００３３】
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１で示した表示発光素子の動作時に、アウトガス用冷陰極のＹｇ電極を偏向手段として使用したものである。図７は本発明の実施の形態３である表示発光素子のアウトガス用冷陰極の電子ビーム集束動作を説明するための図である。
【００３４】
図７に示すように、順次画素を発光して画像を表示しているとき、陽極蛍光面には電源３３から例えば５ｋＶ以上の電圧が加えられ、Ｙｓ電極１６とＸ電極１５の間には駆動用電源３２から５０〜１００Ｖの電圧差が与えられ、表示発光用冷陰極チップ１３から電子（ｅ- ）が放出されて、蛍光体１０に衝突して蛍光体を発光させている。このとき、アウトガス用冷陰極のＹｇ電極１７に、素子作製の際のアウトガス動作における電子放出時とは逆極性の負電圧Ｖｆを電源３１より印加することにより、表示発光用冷陰極チップ１３からの電子ビームを偏向し、蛍光面に集束させることができる。
【００３５】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４である表示発光素子の構成を示す部分断面図である。図において、１８はＹｓ電極１６上に形成された例えばＳｉＯ２からなる絶縁層である。本実施の形態においては、Ｙｓ電極１６上にアウトガス用冷陰極素子１４及び絶縁層２０を介してＹｇ電極１７がそれぞれ形成されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。また、背面パネルの製造方法も実施の形態１において説明したものに対して、Ｙｓ電極１６上に絶縁層２０とＹｇ電極１７を形成する工程を追加すればよく、詳細な説明は省略する。
【００３６】
そして、表示発光素子作製時もしくは完成後におけるガス放出動作時には、実施の形態１同様、本来の表示動作を行うときと同様に陽極電圧Ｖａを例えば７ｋＶ程度にした状態のもとで、Ｙｓ電極１６とＹｇ電極１７の間に例えば５０〜１００Ｖの電位差を与えるようにＹｇ電極１７に電圧を印加する。また、順次画素を発光して画像を表示しているときには、実施の形態３で説明したのと同様に、陽極蛍光面には電源３３から５ｋＶ以上の電圧が加えられ、Ｙｓ電極１６とＸ電極１５の間には駆動用電源３２から５０〜１００Ｖの電圧差が与えられ、表示発光用冷陰極チップ１３から電子（ｅ- ）が放出されて、蛍光体１０に衝突して蛍光体を発光させる。このとき、アウトガス用冷陰極のＹｇ電極１７に、素子作製の際のアウトガス動作における電子放出時とは逆極性の負電圧Ｖｆを電源３１より印加することにより、表示発光用冷陰極チップ１３からの電子ビームを偏向し、蛍光面に集束させることができる。ここで、本実施の形態においては、アウトガス用冷陰極のＹｇ電極１７を、表示発光用冷陰極よりも上部に配置しているので、実施の形態３におけるものよりもさらに表示発光用冷陰極チップ１３からの電子ビームの集束性を向上させることができる。
【００３７】
実施の形態５．
上記実施の形態１においては、背面パネル１上には多数の冷陰極からなるアウトガス用電子源１１が、表示発光用電子源１０と同一平面上にそれを囲むような形状で形成されるよう構成したが、アウトガス用電子源１１を他の形状に形成することも可能であり、以下実施の形態５として説明する。図９は本発明の実施の形態５である表示発光素子の背面パネルの構成の一例を示す平面図であり、いわば、表示発光用電子源１０の領域以外の領域の一面にアウトガス用電子源１１を配置した例である。アウトガス用のＹｇ電極はアウトガス用電子源１１を構成する冷陰極に共通につながっている。素子作製時の排気中もしくは排気後のアウトガス処理においては、Ｙｇ電極１７に電圧を印加すると、一面に配置されたアウトガス用電子源１１の全面から陽極に向かって電子が放出されるため、蛍光体部分以外にも電子が当たることになるので、蛍光体のみならず陽極全面からのガス放出ができる。
【００３８】
また、図１０、図１１に示すようにアウトガス用電子源１１を簡単なライン形状やクシ型形状に配置してもよい。図９に示したように一面にアウトガス用電子源１１を形成した場合には、Ｙ電極も一面に形成しなければならず、Ｘ電極との間に容量の大きなコンデンサが形成されることになり、駆動時の無効電力が増大し消費電力も大きくなるが、図１０や図１１に示したようにアウトガス用電子源１１を簡単なライン形状やクシ型形状に配置すれば、Ｙ電極とＸ電極間のコンデンサの形成に伴う消費電力の増大を抑えることができる。また、図１０や図１１に示した構成においても、実施の形態３に示したように、アウトガス用冷陰極のＹｇ電極１７に素子作製の際のアウトガス動作における電子放出時とは逆極性の負電圧Ｖｆを印加することにより表示発光用冷陰極チップ１３からの電子ビームを集束させることが可能である。この際、実施の形態１や図９に示したアウトガス用電子源１１の配置に比べ、電子ビームの集束効果が非対象なものとなるが、集束度をあまり大きくとらないときには、実用上特に問題はない。また、本実施の形態においても、製造方法、駆動方法は実施の形態１と同様であり、その詳細は省略する。
【００３９】
参考例１．
上記各実施の形態においては、アウトガス用電子源を冷陰極により構成したが、熱陰極により構成することも可能である。図１２は本発明の参考例１である表示発光素子の背面パネルの構成を示す平面図である。図において、１０は表示発光用電子源、４０はワイヤー状の熱陰極、４１は熱電極４０の両端に接合された電極、４２は熱陰極４０を支持するためのサポートである。
【００４０】
例えばタングステンからなるワイヤー状の熱陰極４０は、その両端に接合された電極４１と中間部に設けられたサポート４２により支持され、表示発光用電子源１０の間隙に略平行にライン状に配置されている。また、電極４１は背面パネル１を貫通して素子外部に取出されている。
【００４１】
次に、参考例１における電子源の駆動方法を図１３をもとに説明する。素子作成時の排気中もしくは排気後におけるアウトガス処理時には、電源Ｖｇ３１に電圧が印加し、電極４１から熱陰極４０に通電することにより、熱陰極４０から電子が放出され、前面パネル２側に設けられた蛍光体や黒色絶縁層に当たることにより、ガス放出が行われる。これにより真空容器内の真空度を上げることが可能である。なお、ワイヤー状の熱陰極４０をさらに図において横方向にも張ることにより格子状となるよう配置してもよい。
【００４２】
参考例２ .
参考例２は、表示発光素子の動作時に、参考例１に示したワイヤー状の熱陰極４０を偏向手段として使用したものである。
【００４３】
図１４に示すように、表示用冷陰極チップ１３から電子を放出して蛍光体１０に衝突し、順次画素を発光させている。このとき、アウトガス用のワイヤー状の熱陰極４０の両端の電極４１に、電源３１から負電圧Ｖｆを印加することにより、表示発光用冷陰極チップ１３からの電子ビームを偏向し、蛍光面に集束させることができる。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施の形態に基づき説明したが、この実施の形態に限定されるわけではない。アウトガス用電子源を含めた電子源としては、実施の形態に示した金属蒸着して形成するスピント型電界放出素子のほかに、Ｓｉ基板を熱酸化、エッチングした電界放出素子やＭＩＭ（金属層/絶縁層/金属層）型電界放出素子、表面伝導型電界放出素子などの冷陰極素子を用いてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００４６】
蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向し、前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する冷陰極からなる第１の電子源が形成された背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、前記第１の電子源の間隙に、前記第１の電子源とは分離独立して、前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる冷陰極からなる第２の電子源を設け、前記第２の電子源が前記第１の電子源と同一平面に設けることによって、素子作製における排気時もしくは排気完了後に第２の電子源を駆動して第２の電子源から放出される電子によって、表示発光素子を構成する部材のガスを効率良く放出させるので、素子完成後の素子内部におけるガス放出が極めて少なくなり、素子内部の真空度を十分に高くすることができる。この結果、冷陰極からなる第１の電子源の初期活性化を高真空度の状態で行えるので、冷陰極に与えるダメージを抑え、良好な電流特性を引き出すことが可能となる。
【００４７】
また、表示発光素子が薄型形状でゲッターを数多く配置する場所がない場合であっても、素子完成後の内部からの放出ガスを少なくすることができ、少量のゲッターで高真空度を維持することが可能となる。その結果、表示発光素子の寿命が長くすることができ、信頼性を高めることができる。
【００４８】
また、表示発光素子の動作時に、冷陰極からなる第２の電子源の電極が第１の電子源から放出される電子を偏向するようにしたので、電子放出角度の大きい冷陰極からの電子ビームが隣接する画素に与える影響をなくすることが可能となる。
【００４９】
さらにまた、前記第２の電子源が前記第１の電子源の周囲に配置されるようにしたので、第１の電子源からの電子源を均一に偏向することが可能となる。
【００５０】
また、蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向して配置される背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、第１の電極と前記第１の電極表面に形成された前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する第１の冷陰極チップと前記第１の電極と前記第１の冷陰極チップ上に開口部を有する第１の絶縁層を介して形成された第２の電極とで構成された第１の電子源、および前記第２の電極と前記第２の電極表面に形成された前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる第２の冷陰極チップと前記第２の電極と前記第１および第２の冷陰極チップ上に開口部を有する第２の絶縁層を介して形成された第３の電極とで構成された第２の電子源を備えるようにしたので、素子作製における排気時もしくは排気完了後に第２の電子源を駆動して第２の電子源から放出される電子によって、表示発光素子を構成する部材のガスを効率良く放出させるので、素子完成後の素子内部におけるガス放出が極めて少なくなり、素子内部の真空度を十分に高くすることができる。この結果、冷陰極からなる第１の電子源の初期活性化を高真空度の状態で行えるので、冷陰極に与えるダメージを抑え、良好な電流特性を引き出すことが可能となる。
【００５１】
また、表示発光素子が薄型形状でゲッターを数多く配置する場所がない場合であっても、素子完成後の内部からの放出ガスを少なくすることができ、少量のゲッターで高真空度を維持することが可能となる。その結果、表示発光素子の寿命が長くすることができ、信頼性を高めることができる。
【００５２】
さらに、表示発光素子の動作時に、第２の電子源の第３の電極が第１の電子源から放出される電子を偏向するようにしたので、電子放出角度の大きい冷陰極からの電子ビームが隣接する画素に与える影響をなくすることが可能となる。
【００５３】
真空容器を真空状態となるように排気するとき、もしくは真空容器を封止したのちに、第２の電子源を駆動して第２の電子源から放出させる電子により表示発光素子の構成部材の表面及び内部からガスを放出させるようにして製造するようにしたので、素子完成後の素子内部におけるガス放出が極めて少なくなり、素子内部の真空度を十分に高くすることができる。この結果、冷陰極からなる第１の電子源の初期活性化を高真空度の状態で行えるので、冷陰極に与えるダメージを抑え、良好な電流特性を引き出すことが可能となる。
【００５４】
また、表示発光素子が薄型形状で真空容器内にゲッターを数多く配置する場所がない場合であっても、素子完成後の内部からの放出ガスを少なくすることができ、少量のゲッターで高真空度を維持することが可能となる。その結果、表示発光素子の寿命が長くすることができ、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１である表示発光素子の構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態１である表示発光素子の背面プレートの構成を示す平面図である。
【図３】 本発明の実施の形態１である表示発光素子の構成を示す部分断面図である。
【図４】 本発明の実施の形態１である表示発光素子の前面プレートの構成を示す平面図である。
【図５】 本発明の実施の形態１である表示発光素子の各冷陰極の駆動方法の動作を説明するための図である。
【図６】 本発明の実施の形態２である表示発光素子のアウトガス用冷陰極の動作を説明するための図である。
【図７】 本発明の実施の形態３である表示発光素子のアウトガス用冷陰極の電子ビーム集束動作を説明するための図である。
【図８】 本発明の実施の形態４である表示発光素子の構成を示す部分断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態５である表示発光素子の背面パネルの構成の一例を示す平面図である。
【図１０】 本発明の実施の形態５である表示発光素子の背面パネルの構成の他の一例を示す平面図である。
【図１１】 本発明の実施の形態５である表示発光素子の背面パネルの構成の他の一例を示す平面図である。
【図１２】 本発明の実施の形態６である表示発光素子の背面パネルの構成を示す平面図である。
【図１３】 本発明の参考例１である表示発光素子の冷陰極及び熱陰極の駆動方法の動作を説明するための図である。
【図１４】 本発明の参考例１である表示発光素子の熱陰極の電子ビーム集束動作を説明するための図である。
【図１５】 従来の表示発光素子の構成を示す側面断面図である。
【図１６】 冷陰極素子の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 背面パネル、２ 前面パネル、３ 蛍光体、１０ 表示発光用電子源、１１ アウトガス用電子源、１３ 表示発光用冷陰極チップ、１４ アウトガス用冷陰極チップ、４０ 熱陰極。
Claims (6)
- 蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向して配置される背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、第１の電極と前記第１の電極表面に形成された前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する第１の冷陰極チップと前記第１の電極と前記第１の冷陰極チップ上に開口部を有する第１の絶縁層を介して形成された第２の電極とで構成された第１の電子源、および前記第２の電極と前記第２の電極表面に形成された前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる第２の冷陰極チップと前記第２の電極と前記第１および第２の冷陰極チップ上に開口部を有する第２の絶縁層を介して形成された第３の電極とで構成された第２の電子源を備えたことを特徴とする表示発光素子。
- 蛍光体が形成された前面パネルと、前記前面パネルと対向し、前記蛍光体を励起発光するための電子を放出する冷陰極からなる第１の電子源が形成された背面パネルを含む表示発光素子において、前記背面パネルには、前記第１の電子源の間隙に、前記第１の電子源とは分離独立して、前記表示発光素子の構成部材の表面および内部からガスを放出させる冷陰極からなる第２の電子源を備え、前記第２の電子源が前記第１の電子源と同一平面にあることを特徴とする表示発光素子。
- 前記第２の電子源の電極が、前記表示発光素子の動作時に、前記第１の電子源から放出される電子を偏向することを特徴とする請求項２記載の表示発光素子。
- 前記第３の電極が、前記表示発光素子の動作時に、前記第１の電子源から放出される電子を偏向することを特徴とする請求項１記載の表示発光素子。
- 前記第２の電子源が前記第１の電子源の周囲に配置された請求項３記載の表示発光素子。
- 請求項１または請求項２記載の表示発光素子を製造するための表示発光素子の製造方法において、少なくとも前記前面パネル及び前記背面パネルを封着して真空容器を作製したのちに前記真空容器を真空状態となるように排気するとき、もしくは上記真空容器を封止したのちに、第２の電子源を駆動して前記第２の電子源から放出させる電子により前記表示発光素子の構成部材の表面及び内部からガスを放出させることを特徴とする表示発光素子の製造方法。
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