JP4274840B2

JP4274840B2 - 電界放出表示装置

Info

Publication number: JP4274840B2
Application number: JP2003108773A
Authority: JP
Inventors: 天珪李; 相祚李; 龍洙崔; 商 ▲赤▼ 安; 炳坤李; 豪洙韓
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-04-14
Also published as: CN100407362C; US7034448B2; US20030230968A1; CN1457080A; JP2004031329A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電界放出表示装置に関し、特にカーボン系物質からなる電子放出源とともに、後面基板上でカソード電極と電子放出源下方に配置されるゲート電極を設けた電界放出表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の電界放出表示装置（FED）分野では、低電圧（大略１０〜１００V）駆動条件で電子を良好に放出するカーボン系物質を用いたエミッタ（電子放出源）をスクリーン印刷のような厚膜工程によって平坦に形成する技術を研究開発している。
【０００３】
いままでの技術動向によれば、平坦な形状のエミッタに適したカーボン系物質としては、グラファイト、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン（ＤLC）及びカーボンナノチューブ（CNT）などが知られている。この中で特にカーボンナノチューブは端部の曲率半径が数〜数十nm程度と極めて鋭く微細であるから１〜１０V/μm程度の低い電界でも電子を良好に放出し、理想的な電子放出物質として期待されている。
【０００４】
カーボンナノチューブを利用した電界放出表示装置に関連する従来技術としては米国特許6,062,931号と日本特開平10−149760号公報（対応米国特許6,097,138号）に開示された冷陰極電界放出表示装置がある。また、本出願人が従来から検討を行ってきた装置を本願発明に対する比較例として図２６に示す。
【０００５】
ところで、電界放出表示装置としてカソード、アノード及びゲート電極を備える３極管構造を用いる時、通常の電界放出表示装置では後面基板上（前面側）にカソード電極と絶縁層及びゲート電極を順次に形成し、ゲート電極と絶縁層に孔（窓）を開けてカソード電極表面を露出させ、露出したカソード電極表面にエミッタを形成すると同時に、前面基板上（後面側）にアノード電極と蛍光膜を配置した構造からなる。
【０００６】
しかし、この構造では前記孔により露出されたカソード電極表面にエミッタ物質を注入塗布する時、エミッタ物質がカソード電極とゲート電極を繋ぐように形成されて二つの電極間に短絡を誘発することがあるため、エミッタ物質を良好に注入し難い製造上の困難がある。さらに、前述の構造ではエミッタから放出された電子が電子ビームになって蛍光膜に向かって進行する時、ゲート電極に印加された（+）電圧の影響で電子ビームの発散力が強くなり、電子ビームがばらつく現象を生じる。
【０００７】
したがって、このような通常の３極管構造の問題点を解決するために、図２６に示すように後面基板１上にゲート電極３を先に形成し、ゲート電極上に絶縁層を形成した後、絶縁層上にカソード電極７とエミッタ９を配置した電界放出表示装置が提案された。この構造では製造過程中エミッタ物質によってカソード電極とゲート電極を短絡する危険がなく、後面基板の最上部にエミッタが位置するのでカソード電極上にエミッタを容易に形成することができるという長所がある。
【０００８】
しかし、図２６の電界放出表示装置ではカソード電極の一側端にエミッタを形成し、ゲート電極によって誘起された電場がエミッタを囲んで電界放出を起こすが、通常カソード電極は電気抵抗を低減するため幅広く製作されるので、電界放出を起こす電場はエミッタの端に限り強い影響を与える。
【０００９】
したがって、図２６の構造では前述した通常の３極管構造と比較して相対的にエミッタ周囲に形成される電場の強さが低く、電界放出領域が狭くなるので電子放出に要する駆動電圧と消費電力が高くなる。そして、電界放出領域が狭いために電子放出量が少なく、画面の輝度を高めようとしても一定の限界がある。
【００１０】
また、前述した電界放出表示装置では、ゲート電極の中心間距離（ピッチ）に比してカソード電極間距離が一定距離以上（例えばゲート電極ピッチの１/３以上）になれば、当該ゲート電極に印加されたデータ電圧だけでなく隣接したゲート電極に印加されたデータ電圧によっても特定エミッタ周囲の電界強度が変わる隣接効果現象が発生する。
【００１１】
前記隣接効果現象は、考察中の特定画素に用いられる特定エミッタを基準に、隣接画素のゲート電極にデータ電圧が印加されれば、相対的にその画素のエミッタ周囲で電界が強化されて放出電流が増加し、隣接画素のゲート電極にデータ電圧が印加されなければ、その画素のエミッタ周囲で電界が弱くなって放出電流が減少する現象を意味する。
【００１２】
したがって、特定ゲート電極にデータ電圧を印加すれば、このゲート電極に対応するエミッタだけでなく隣接画素のエミッタで追加的に電界放出を起こすので当該蛍光膜周囲の他色蛍光膜が同時に発光して色純度を低下させる。また、スクリーンに白色を表示する場合には明るい画面になるが、他の色を表示する場合には画面が暗くなる輝度不均衡を招来する。
【００１３】
前記問題はカソード電極間の距離を狭めていくことによって減少するが、本発明者の実験結果によれば、ゲート電極のピッチが３２０μｍである時、カソード電極間の距離を大略２０μm程度に近接させれば、隣接効果現象が無くなることを確認した。
【００１４】
しかし、前記のようにカソード電極間の距離があまり近ければ、ゲート電極に印加されたデータ電圧が隣接したカソード電極によって遮断され当該エミッタの電界増加に影響を与えれないために、ゲート電極による電界放出調節が不可能であってマトリックス駆動が不可能になる問題が発生する。
【００１５】
また、前述した電界放出表示装置ではエミッタの末端に電気力線が集中し、この末端から実質的な電子放出が行われるが、このような末端放出の特性上、エミッタから放出された電子ビームは対応蛍光膜に向かって垂直に進行できず、後面基板から任意の角度で広がって放物線状に進行する傾向を示す。
【００１６】
このような考察結果によれば、エミッタから放出された電子ビームは当該画素の蛍光膜だけでなく隣接画素の他色蛍光膜をも同時に発光させて画面の色純度を低下させ、正確な画面を実現できない問題を招く。
【００１７】
一方、通常の電界放出表示装置では、画面の輝度はエミッタの電子放出量とアノード電極に印加される電圧に比例するが、蛍光膜の寿命特性を考慮する時、蛍光膜の単位面積当りアノード電流密度を一定水準以下に制限する必要があるので、アノード電極に一層高い電圧を印加して画面の輝度を高める。
【００１８】
しかし、エミッタとアノード電極が広い面積で対向する通常の構造では、画面の輝度を高めるためにアノード電極に過度な高電圧を印加すれば、カソード電極とアノード電極の間の電界が増加してアーク放電を起こす可能性が高まる。その結果、アークによりエミッタが損傷されたり劣化して画面の発光均一度が低下し、エミッタの寿命特性が低下する問題を生ずる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は前記問題点を解消するためのものであって、本発明の目的は、エミッタ周囲に形成される電界放出領域を拡張させると共に、エミッタに印加される電界の強さをも高めることによって表示装置の駆動電圧を下げると同時に、エミッタの電子放出量を増加させることができる電界放出表示装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、隣接画素のゲート電極に印加されたデータ電圧による各画素の電界変化を遮断して隣接効果現象を防止することができる電界放出表示装置を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、エミッタから放出された電子ビームが当該画素の蛍光膜だけを選択的に発光させることができるように電子ビームのバラツキを最少化し、画面品質を向上させることができる電界放出表示装置を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、カソード電極とアノード電極の間に発生するアーク放電の可能性を低くしながらアノード電極に高電圧を印加し画面の輝度を向上させることができる電界放出表示装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、任意の間隔をおいて対向配置される第１及び第２の基板と、前記第１基板上に帯状に形成されるゲート電極と、ゲート電極を覆いながら第１基板の上方全面に形成される絶縁層と、絶縁層上でゲート電極と直交する方向に沿って帯状に形成され、ゲート電極と交差するそれぞれの画素領域ごとに絶縁層表面を露出させる電界強化部をその内部に形成するカソード電極と、電界強化部のある一辺と隣接したカソード電極上に位置する電子放出源と、第１基板に対向する第２基板の一面に設けられて前記電子放出源から放出された電子によってイメージを実現するように発光する発光手段とを含む電界放出表示装置を提供する。
【００２４】
前記電子放出源はカーボンナノチューブ、グラファイト、ダイアモンド、ダイアモンド相カーボン、C_６０（fullerene）のうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる。
【００２５】
好ましくは、前記電界強化部は四角形状であり、電子放出源は電界強化部の四辺の中でゲート電極と平行なある一辺において、この辺に隣接したカソード電極上に位置する。
【００２６】
また、カソード電極はそれぞれの画素領域ごとに絶縁層表面を露出させる主電界強化部と補助電界強化部をカソード電極方向に沿って平行に形成することができる。この場合、主電界強化部と補助電界強化部は四角形状であり、電子放出源は補助電界強化部に向かう主電界強化部のある一辺と隣接したカソード電極上に位置する。
【００２７】
前記電界放出表示装置は電界強化部内に位置し、前記ゲート電極と電気的に連結される対向電極をさらに含む。対向電極は絶縁層に形成されたバイア孔を通じてゲート電極と接触し、電界強化部内でカソード電極と任意の距離を維持するように位置してカソード電極との短絡を防止する。
【００２８】
一方、電子放出源はカソード電極の上面と側面にかけて形成することができる。そして、電子放出源が絶縁層上に形成され、カソード電極は電子放出源の一部を覆いながら電子放出源上に形成することができる。
【００２９】
また、電界放出表示装置はカソード電極の間に位置し、前記ゲート電極と電気的に連結される対向電極をさらに含む。この場合、電子放出源は電界強化部と対向電極の間のカソード電極上に位置する。そして、電子放出源が位置するカソード電極の一側端と電界強化部の間の間隔は電子放出源が位置しないカソード電極の他側端と電界強化部の間の間隔より小さい。
【００３０】
また、電界放出表示装置は対向電極アレイとカソード電極の間でカソード電極方向に沿って形成される押し込み電極をさらに含む。この押し込み電極は０Vまたはネガティブ電圧の印加を受けて電子放出源から放出された電子ビームを押して集束させる役割を果たす。
【００３１】
また、電界放出表示装置で電子放出源は電界強化部の四辺の中でカソード電極と平行なある一辺において、この辺に隣接したカソード電極上に位置すると同時に、カソード電極の端と任意の間隔をおいて配置される。したがって、電子放出源が位置しない電界強化部の３辺を囲むカソード電極部分が電子放出源から放出された電子を押し集束させる役割を果たす。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例をより詳細に説明する。
【００３３】
図１は本発明の第１実施例による電界放出表示装置の部分分解斜視図であり、図２は図１のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【００３４】
図示しているように、電界放出表示装置は内部空間を有するように任意の間隔をおいて対向配置される第１基板２（以下、便宜上‘後面基板’とする）と第２基板４（以下、便宜上‘前面基板’とする）を含み、後面基板２には電界形成によって電子を放出する構成が、前面基板４には電子によって所定のイメージを実現する構成が提供される。
【００３５】
より具体的に、後面基板２上にはゲート電極６が後面基板２の一方向（一例として図面のX方向）に沿って帯状に形成され、ゲート電極６を覆いながら後面基板２の上方全面に絶縁層８が形成される。そして、絶縁層８上にはカソード電極１０がゲート電極６と直交する方向（図面のY方向）に沿って帯状に形成される。
【００３６】
本実施例において電界放出表示装置の画素領域をゲート電極６とカソード電極１０の交差領域に定義する時、カソード電極１０にはそれぞれの画素領域に対応して絶縁層８の表面を露出させる孔１２が電界強化部として形成され、電界強化部としての孔１２の周縁と隣接したカソード電極１０上にカーボン系物質を含む電子放出源、つまり、エミッタ１４が位置する。
【００３７】
電界強化部はカソード電極１０を構成する導電物質を除いた一種の孔であって、カソード電極１０を貫通するように形成されて電界強化部がカソード電極１０で全て囲まれるようにする。このような電界強化部は四角形状が好ましく、エミッタ１４は電界強化部の四辺の中でゲート電極６に平行な方向の一辺に置かれて、この辺に隣接したカソード電極１０上でゲート電極６の長手方向に沿って長い辺を有する長方形に形成されることが好ましい。
【００３８】
本発明でエミッタ１４はカーボン系物質、たとえばカーボンナノチューブ、グラファイト、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、C_６０またはこれらの組み合わせ物質からなり、本実施例ではカーボンナノチューブを適用している。
【００３９】
そして、後面基板２に対向する前面基板４の一面には電子加速に必要な高電圧（大略、１〜５kV）の印加を受けるアノード電極１６とともに、R、G、B蛍光体を含む蛍光膜１８が位置する。
【００４０】
この時、アノード電極はITOのような透明導電膜であり得、この場合、前面基板４の一面に先ずアノード電極１６が形成され、次いでアノード電極表面に蛍光膜１８が形成される。他方、アノード電極はアルミニウムのような不透明膜であり得、この場合、前面基板４の一面に先ず蛍光膜が形成され、次いで蛍光膜表面にアノード電極が形成される。なお便宜上、アノード電極を記号１６とする場合を第１実施例とする。
【００４１】
前記前面基板４と後面基板２はスペーサ２０によって互い任意の間隔をおいて配置された状態で両基板の側端が封止材によって接合され、その間に形成される内部空間を排気させて真空状態に維持することにより電界放出表示装置を構成する。
【００４２】
前述した構成によって、カソード電極１０とゲート電極６の間に所定の直流や交流電圧を印加し、アノード電極１６に数百〜数千ボルトの高電圧を印加すれば、電界強化部によって露出された絶縁層８を通じてゲート電極６の電界がエミッタ１４周囲に作用しカソード電極１０とゲート電極６の電位差によってエミッタ１４周囲に電界が形成される。そして、この電界によって電界強化部に対向するエミッタ１４の末端から電子が放出され、放出された電子が電子ビーム化し該当画素の蛍光膜１８に到達することにより、この蛍光膜１８を発光させて所定のイメージを実現する。
【００４３】
この時、本実施例でエミッタ１４の下面は電界強化部に対向する一つの隅（稜線）を除いてカソード電極に囲まれている。したがって、特定エミッタを基準として、このエミッタ１４が位置するカソード電極１０に任意の電圧が印加される時、このカソード電圧が隣接画素のカソード電極１０または隣接画素のゲート６電極に印加された電圧によるエミッタ１４への電界浸透を遮断する役割を果たす。
【００４４】
したがって、隣接画素のゲート電極に印加された電圧によって特定エミッタ周辺の電界の強さが変わる隣接効果現象が減少し、その結果、隣接画素の望ましくない発光を抑制し画面の色純度を向上させ、輝度不均衡を改善する。
【００４５】
図３は本発明の第２実施例による電界放出表示装置の後面基板の部分平面図であり、図４は本発明の第２実施例による電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【００４６】
図示のように、本実施例はカソード電極１０の各画素領域に対応してカソード電極１０の長手方向（図面のY方向）に沿って主電界強化部１２Ａ及び補助電界強化部１２Ｂを形成し、主電界強化部１２Ａの四辺の中で補助電界強化部１２Ｂに対向する主電界強化部１２Ａの辺と隣接したカソード電極１０上にエミッタ１４を配置し電界放出表示装置を構成する。
【００４７】
補助電界強化部１２Ｂは主電界強化部１２Ａと同様にカソード電極１０を構成する導電物質を取り除いた一種の孔であって、絶縁層８の表面を露出させる。したがって、本実施例ではカソード電極１０とゲート電極６の各々に所定の駆動電圧が印加される時、ゲート電極６の電界が主電界強化部１２Ａ及び補助電界強化部１２Ｂによって露出された絶縁層８を通じてエミッタ１４周囲により容易に、より広い領域にわたって形成される。その結果、本実施例では第１実施例の場合より表示装置の駆動電圧を低くできる長所が予想される。
【００４８】
本実施例では、補助電界強化部１２Ｂと隣接画素に位置する主電界強化部１２Ａとの間の距離Ｄ１が、当該画素に位置するエミッタ１４との距離Ｄ２より、大きくなるように設定されることが好ましい。このような条件を満足すれば、画素別駆動を円滑に行うことができ、隣接画素を構成する電極に印加された電圧による特定画素の電界変化を最少化することができる。
【００４９】
図５は本発明の第３実施例による電界放出表示装置の部分平面図であり、図６は図５のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【００５０】
本発明の第３実施例は第２実施例の構造を基本としながら主電界強化部１２Ａ内にゲート電極６と電気的に連結される対向電極２２をさらに形成して電界放出表示装置を構成する。この対向電極２２は絶縁層８に形成されたバイアホールを通じてゲート電極６と接触してこれと電気的に連結される。
【００５１】
したがって、対向電極２２はゲート電極６に所定の駆動電圧が印加されてエミッタ１４との間に電子放出のための電界を形成する時、ゲート電極６の電圧に相当する等電位面をエミッタ１４周囲に押し上げるので、エミッタ１４により強い電界が印加される結果、エミッタ１４からの電子放出を容易にさせる役割を果たす。
【００５２】
このような対向電極２２は好ましくは、カソード電極１０と一定の距離を維持するように主電界強化部１２Ａより小形に形成されて製造過程でカソード電極１０及びエミッタ１４と短絡が起こらないようにする。
【００５３】
このように対向電極２２をさらに備えた第３実施例は、前述した第１実施例の構造を基本としながら電界強化部１２内に対向電極２２をさらに形成して電界放出表示装置を構成することもできる。
【００５４】
一方、前述した第１〜３実施例においてエミッタ１４はカソード電極１０の上面だけでなくカソード電極１０の上面と側面を繋ぐように形成することができ、一例として第３実施例を基準にして図７にカソード電極１０の上面と側面を繋いで形成したエミッタ１４を示した。
【００５５】
図８は本発明の第４実施例による電界放出表示装置の部分分解斜視図であり、図９は図８のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【００５６】
図示のように、本実施例はカソード電極１０の各画素領域ごとに絶縁層８の表面を露出させる電界強化部１２を形成し、隣接する帯状カソード電極１０の間にゲート電極６と電気的に連結される対向電極２４を形成し、対向電極２４に近接して対向するカソード電極１０の一側端上にエミッタ１４を形成し電界放出表示装置を構成する。したがって、電界強化部１２と対向電極２４がエミッタ１４の左右両側に配置される。
【００５７】
これによりゲート電極６に任意の駆動電圧が印加される時、ゲート電極６の電界は電界強化部１２によって露出された絶縁層８を通じてエミッタ１４の一側端に集中され、同時に対向電極２４を通じてエミッタ１４の他側に集中される。したがって、本実施例はエミッタ周囲に形成される電界放出領域を効果的に拡張させ、エミッタの一側端ではないエミッタの両側端の全てで電子を放出させて電子放出量を高める長所を有する。
【００５８】
この時、エミッタ１４が位置するカソード電極１０の一側端と電界強化部１２の間の間隔Ｄ３がエミッタが位置していないカソード電極１０の他側端と電界強化部１２の間の間隔Ｄ４より小さく設定されるのが好ましい。
【００５９】
これはD３が小さくなるほどゲート電極６の電界が電界強化部１２を通じてエミッタ１４により強い影響を与え、エミッタ１４に印加される電界強さを高めることができるためである。一方、カソード電極１０は電界強化部１２の形成によって電気抵抗が増加するので、D４を大きくしてカソード電極１０の電気抵抗増加を防止する。
【００６０】
図１０は本発明の第５実施例による電界放出表示装置の後面基板の部分平面図であり、図１１は本発明の第５実施例による電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【００６１】
本発明の第５実施例は、前述した第４実施例の構成においてカソード電極１０の間に位置する対向電極２４を主対向電極２４Ａとする時、第４実施例の構造を基本としながら電界強化部１２内にゲート電極６と電気的に連結される補助対向電極２４Ｂをさらに形成して電界放出表示装置を構成する。
【００６２】
補助対向電極２４Ｂは主対向電極２４Ａと同様に絶縁層８に形成されたバイアホール８aを通じてゲート電極６と接触してこれと電気的に連結される。このような補助対向電極２４Ｂは好ましく、カソード電極１０と一定の距離を維持するように電界強化部１２より小形に形成されて製造過程でカソード電極１０及びエミッタ１４と短絡が起こらないようにする。
【００６３】
このように本実施例は主対向電極２４Ａと補助対向電極２４Ｂがエミッタ１４の左右両側に位置する構造を提供する。これによりゲート電極６に任意の駆動電圧が印加される時、ゲート電極６の電位は主対向電極２４Ａと補助対向電極２４Ｂを通じてエミッタの両側端近傍に同時に伝達されるので、強い電界が形成される。したがって、本実施例はエミッタ周囲に形成される電界放出領域を拡張させると同時に、エミッタに印加される電界強さを高める長所を有する。このような理解によれば、（主、補助）対向電極２４の下端面とゲート電極６の上面が完全に接触しない状態でも、静電容量を介して電荷が移動し、対向電極の効果は不完全ながら発揮されると予想できる。
【００６４】
一方、本発明は前述した実施例の構造を基本としながらエミッタ１４の一部をカソード電極１０の下に配置し、アノード電極１６に対するエミッタ１４の対向面積を減少させることができる。このような構造変更はアノード電極１６により高い電圧を印加して画面の輝度を向上させると同時に、アークによるエミッタ１４の損傷可能性を低くするためである。
【００６５】
図１２は本発明の第６実施例による電界放出表示装置の後面基板の部分平面図であり、図１３は図１２のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図であって、一例に第３実施例の構造を基本として第６実施例の構成を説明する。
【００６６】
図示のように、本実施例は絶縁層８上の各画素領域にゲート電極の長手方向に沿って長い辺を有する長方形のエミッタ１４を形成し、このエミッタ１４上面の全部または一部を覆いながら絶縁層８上にカソード電極１０を形成し電界放出表示装置を構成する。
【００６７】
このようにカソード電極１０がエミッタ１４の一部を覆う構造では、アノード電極１６に高電圧を印加しても、この高電圧によってアノード電極１６に最も近いカソード電極１０とアノード電極１６の間にアーク放電が発生し、アーク電流がエミッタ１４に直接的な影響を与えることなく放電中のカソード電極に流れると考えられるために、アークによるエミッタの損傷を抑制しながらアノード電極により高い電圧を印加することができる。
【００６８】
本発明者の実験によれば、カソード電極とアノード電極の間の距離が１mmである時、アノード電極に大略５kVの高電圧を印加することができるので、表示装置内部の真空度を適正水準に維持すれば、エミッタの劣化なく高輝度画面を実現することができる。
【００６９】
一方、前述した実施例の中で、エミッタ１４周囲に一層強い電界を形成するために対向電極を形成した実施例では、エミッタ１４から放出された電子ビームのうちの一部が対向電極２４に印加された（+）電位に引かれて対向電極に向かい広がって進行するおそれがある。
【００７０】
これは特に電子放出が行われるエミッタ１４の端がカソード電極１０と平行に配置されてカソード電極１０と垂直な方向に沿って電子を放出する本発明の第４、５実施例の場合、より激しいと思われる。
【００７１】
したがって、次に説明する本発明の第７、８実施例では対向電極２４に向かい広がって進行する電子ビームを押し縮めて電子ビームを集束させる改善された構造を提供する。
【００７２】
図１４は本発明の第７実施例による電界放出表示装置の部分平面図であり、図１５は図１４のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【００７３】
図示のように、本発明の第７実施例は前述した第４実施例の構造を基本としながら、対向電極２４の列と帯状カソード電極１０の間にカソード電極の長手方向に沿って押し込み電極２６をさらに形成し、エミッタ１４は隣接する押し込み電極２６の中間付近に配置した電界放出表示装置を構成する。この押し込み電極２６は好ましくは、一端部が連結ライン２８と電気的に連結されて外部から電子ビーム集束に必要な電圧の印加を受ける。
【００７４】
したがって、カソード電極１０とゲート電極６の電位差によってエミッタ１４から電子が放出される時、押し込み電極２６に０Vまたは（−）電圧を印加すれば、押し込み電極２６の（−）電位が対向電極２４に向かい広がって進行する電子ビームに反撥力を付与し、この電子ビームを押すことによって該当画素の蛍光膜１８に向かって電子ビームを集束させる。
【００７５】
図１６は本発明の第８実施例による電界放出表示装置の部分分解斜視図であり、図１７は図１６のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図であって、本実施例は別途の押し込み電極を備えず、カソード電極１０自体が押し込み電極の役割を果たすことに特徴がある。
【００７６】
図示のように、本実施例はそれぞれの画素領域に対応してカソード電極１０内に電界強化部１２を形成し、電界強化部１２の四辺の中でカソード電極１０の長手方向に沿った一辺において、この辺に隣接したカソード電極１０上にエミッタ１４を配置する時、カソード電極１０の端から図示された間隔Ｄ５（寸法は任意）をおいてエミッタ１４及び電界強化部１２を順次配置して電界放出表示装置を構成する。この時、電界強化部１２内にはゲート電極６と電気的に連結される対向電極２２が位置することができる。
【００７７】
したがって、本実施例では、電界強化部１２の周縁を形作る４辺からエミッタ１４を配置する一辺を除いた残り三辺を囲むカソード電極部分がエミッタの端から広がって進行しようとする電子ビームを押し込んで電子ビームが広まることを最少化する役割を果たす。このようなカソード電極１０の集束機能はカソード電極１０に（−）スキャン電圧を印加し、ゲート電極６に（+）データ電圧を印加する場合、有効に作用する。
【００７８】
図１８は図１６に示した後面基板２の部分拡大平面図であり、図１９は図１８のI−I線断面図であり、図２０は図１８のII−II線断面図である。
【００７９】
まず、図１８に示したように、カソード電極１０の集束機能を説明するために、便宜上エミッタ１４が位置しない電界強化部１２の三辺の中でエミッタの長手方向と平行な一つの辺に隣接する部分を第１領域３０Ａと定義し、エミッタと垂直な二つの辺に隣接する左右部分を各々第２領域３０Ｂ及び第３領域３０Ｃと定義する。
【００８０】
そして、図１８に示した２つのカソード電極１０の中で下側カソード電極１０に−１００Vのスキャン電圧を印加し、図示した３つのゲート電極６の中で中央のゲート電極６に７０Vのデータ電圧を印加して、このカソード電極１０とゲート電極６が交差する画素をオンさせた場合について説明する。この時、アノード電極１６には２kVが印加されており、他のカソード電極１０とゲート電極６には０Vが印加されて残りの画素はオフ状態を維持する。
【００８１】
このように一つの画素をオンにする場合、図１９に示したようにエミッタから放出された電子ビームはアノード電極１６に印加された（+）電圧に引かれて当該画素の蛍光膜１８に向かい進行するが、放出された電子ビームのうちの一部は（+）電位が印加された対向電極２２に引かれて対向電極２２に向かい広がって進行する。
【００８２】
しかし、この過程でカソード電極１０の第１領域に印加された（−）電位が対向電極２２に向かい広がって進行する電子ビームに反撥力を付与してこの電子ビームを押すことによって当該画素の蛍光膜１８に向かって電子ビームを集束させる。
【００８３】
また、図２０に示したように、エミッタ１４から放出された電子ビームのうちの一部がカソード電極１０の長手方向にも沿って広がって進行することがあるが、カソード電極１０の第２、３領域に印加された（−）電位がカソード電極１０の長手方向に沿って広がって進行する電子ビームに反撥力を付与しこの電子ビームを集束させる。
【００８４】
この時、第１領域３０Ａが大幅に形成されるほど電子ビームの集束効果が優れており、電界強化部１２によって増加したカソード電極１０の電気抵抗を十分小さい値に確保することができるので、エミッタ１４が位置する電界強化部１２の或る一辺をカソード電極の一側端に向かって偏心させるのが好ましい。
【００８５】
以上述べてきた第１〜第８実施例を含む本発明は、その第１効果として各画素の電子放出特性のエミッタ間偏差を緩和させて隣接効果現象を抑制する。また、その結果、ゲート電極に（+）スキャン電圧を印加し、カソード電極に（+）データ電圧を印加する同一極性駆動が可能となる。
【００８６】
このような効果は特にエミッタがカソード電極に囲まれる第１〜３実施例と第６実施例及び第８実施例の構成でさらに明確に現れる。もちろん、本発明では前述した同一極性駆動の他に、カソード電極に（−）スキャン電圧を印加し、ゲート電極に（+）データ電圧を印加する通常の駆動方法も適用可能である。
【００８７】
本発明者は前述した第３実施例の構造を有する電界放出表示装置を製作し、下記表１のようにカソード電極とゲート電極に印加される電圧を調節して蛍光膜の発光有無によってエミッタの電子放出有無を実験しており、その結果を表１に示した。つまり、ゲート電極には線順次方式によって選択されたゲート電極に１００Vを印加し、選択されていないゲート電極に０Vを印加し、カソード電極にはオンの条件で０Vを印加し、オフの条件で５０Vを印加した。
【００８８】
【表１】

【００８９】
実験の結果、１００Vが印加されたゲート電極と０Vが印加されたカソード電極が交差する地点の画素では蛍光膜が発光しておりエミッタからの電子放出を確認した。その他の３画素の場合は発光が無いので電子放出が起こらなかったことが確認された。また、前述した電界放出表示装置の駆動時、階調を実現するためには公知のパルス幅変調方法を適用することができる。
【００９０】
図２１はカソード−ゲート電位差（Vcg）に対するアノード電流（Ia）の特性を示したグラフであって、Vtは電子放出有無のしきい電圧を、Voｎは画素表示に要求される電流レベルを満足する画素表示電圧を示す。そして、グラフで点線が画素別電流−電圧（I−V）曲線を、実線が実際駆動に反映されるI−V曲線を示す。
【００９１】
通常の電界放出表示装置においては、カソード電極周辺に形成される電界は隣接したカソード電極との距離及び電極の幾何学的な形状特性に敏感であるので、大面積表示装置を製作する時、工程条件の偏差などにより同じ電圧条件でも画素間の放出電流差が相対的に大きくなることがある。したがって、各画素毎のカソード−ゲート電圧（Vcg）対アノード電流（Ia）の状況は図示したような偏差を示す。
【００９２】
したがって、各画素の不均一な表示特性を緩和させるために、しきい電圧（Vt）は優れた特性の画素に合せ、画素表示電圧（Von）は劣った特性の画素に合せなければならないので、単純マトリックスを駆動する時、実線のI−V曲線を反映して駆動電圧レベルを設定しなければならない。この場合、一つの画素のI−V曲線では実験的に次の数式（１）の条件になるが、実際駆動に適用される実線で示したI−V曲線では次の数式（２）の条件を満足させる必要がある。
（１）Von=２Vt
（２）Von>２Vt
【００９３】
前記の場合、通常の電界放出表示装置は次の数式（３）の条件下でカソード電極に（−）スキャン電圧を、ゲート電極に（+）データ電圧を印加している。
（３）Von=Vscan（スキャン電圧）+Vdata（データ電圧）
【００９４】
この時、カソード電極またはゲート電極のうちの一つ以上がオフされる条件（３）の場合にはエミッタ周囲に電界が形成されていない筈だが、前述した隣接効果現象によって条件（１）、（２）のオフ条件で電界放出が起こり、これは結局、画面のコントラスト低下に連結される。
【００９５】
しかし、本発明による電界放出表示装置はゲート電極をスキャン電極として使用し、カソード電極をデータ電極として使用し、二つの電極共に（+）電圧を印加する同一極性駆動が可能であるから、電界放出特性が不均一な大面積表示装置でもコントラスト特性劣化を防止することができる。
【００９６】
例えば、画素表示電圧（Von）が１２０Vで、しきい電圧（Vt）が５０Vである場合、ゲート電極にスキャン電圧として１２０V（選択時１２０V、非選択時０V）を印加し、カソード電極にデータ電圧として７０V（オン条件で０V、オフ条件で７０V）を印加すれば、前述した表１の３つの非発光条件の全てで正確にオフの状態を維持することができる。
【００９７】
また、本発明は第２効果として電界放出領域を拡張してエミッタに印加される電界強さを高め、電子放出効果を向上させる。このような効果は特に本発明の第４実施例と第５実施例の構成でさらに明確に現れる。
【００９８】
図２２は本発明に対する比較例であって、電界強化部も対向電極も形成しない電界放出表示装置（図２６参照）におけるカソード電極７及びエミッタ９周辺の等電位線分布を示した概略図である。そして、図２３と図２４は各々本発明の第４実施例の構成と第５実施例の構成におけるカソード電極１０、対向電極２４及びエミッタ１４周辺の等電位線分布を示した概略図である。この時、実験に用いられた駆動条件は次の表２の通りである。
【００９９】
【表２】

【０１００】
まず、図２２に示した比較例を見てみると、等電位線がカソード電極７全体を囲んでいることが分かる。そして、カソード電極７の幅が広いために、電子放出を誘導する等電位線の稠密な部分、つまり、電界放出領域（図面では円で表示）がカソード電極７の隅（図において、カソード電極７の左右端）、つまり、エミッタ９の周囲に限定されて分布していることが確認できる。
【０１０１】
反面、図２３に示した第４実施例の構成と、図２４に示した第５実施例の構成では等電位線がエミッタ周囲により稠密に分布していることが確認できる。さらに第５実施例の構成では補助対向電極２４Ｂが等電位線をカソード電極１０方向に押し出してより優れた電子放出効果を誘導する。
【０１０２】
図２５は、比較例（図２２及び図２６）の電界放出表示装置と、本発明の第４、第５実施例による電界放出表示装置の各々についてエミッタに印加される電場強さを測定して示したグラフである。グラフで横軸は電場測定位置で、エミッタ端部を基準にカソード電極内部に向かって０．２μm間隔に移動しながらその位置での電場を測定した。
【０１０３】
前記グラフにおいて、テスト１とテスト３は各々本発明の第４実施例構成でD３が５０μmと２０μmである場合であり、テスト２とテスト４は各々本発明の第５実施例構成でD３が５０μmと２０μmである場合を示す。この時、比較例と実施例の全てでカソード電極の幅は２５０μmである。
【０１０４】
図２５に示すように、テスト１〜４の場合は、いずれも測定領域全体にわたって比較例の結果より強い電場を形成していることが分かる。そして、テスト１〜４を互いに比較すれば、エミッタが位置するカソード電極の幅Ｄ３が小さいほどエミッタに強い電場が形成され、D３が同じ場合には電界強化部１２に補助対向電極２４Ｂを形成した第５実施例の構造が補助対向電極を備えない第４実施例の構造より強い電場を形成していることが分かる。
【０１０５】
下記の表３は前述した実験結果を数値に整理したものであって、下表において、電界放出領域の長さとはオフフィールド（off field）以上の電場を示した領域の長さを求めたもので、これは電界放出領域の広さに比例すると仮定することができる。そして、下表において平均電場は電位差を電界放出領域の長さで割った値であり、単位でのkは比例定数を意味する。
【０１０６】
【表３】

（前記の表で括弧内に記載した％数値は比較例の結果値を基準にした各テスト結果値の比率を示す。）
【０１０７】
【発明の効果】
以上述べたように、カソード電極及びエミッタをゲート電極とアノード電極の中間に設置しても、カソード電極の形状を工夫したり、補助電極を追加することにより、エミッタの電子放出効率を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による電界放出表示装置の部分分解斜視図である。
【図２】図１のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【図３】本発明の第２実施例による電界放出表示装置の後面基板の部分平面図である。
【図４】本発明の第２実施例による電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【図５】本発明の第３実施例による電界放出表示装置の部分平面図である。
【図６】図５のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【図７】エミッタの変形例を説明するための概略図である。
【図８】本発明の第４実施例による電界放出表示装置の部分分解斜視図である。
【図９】図８のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【図１０】本発明の第５実施例による電界放出表示装置の後面基板の部分平面図である。
【図１１】本発明の第５実施例による電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【図１２】本発明の第６実施例による電界放出表示装置の後面基板の部分平面図である。
【図１３】図１２のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【図１４】本発明の第７実施例による電界放出表示装置の部分平面図である。
【図１５】図１４のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【図１６】本発明の第８実施例による電界放出表示装置の部分分解斜視図である。
【図１７】図１６のA矢印方向から見た電界放出表示装置の部分結合断面図である。
【図１８】図１６に示した後面基板の部分拡大平面図である。
【図１９】図１８のI−I線断面図である。
【図２０】図１８のII−II線断面図である。
【図２１】カソード−ゲート電圧差（Vcg）によるアノード電流（Ia）特性を示したグラフである。
【図２２】従来技術による電界放出表示装置でエミッタ周囲に形成される等電位線分布を示した概略図である。
【図２３】本発明の第４実施例による電界放出表示装置でエミッタ周囲に形成される等電位線分布を示した概略図である。
【図２４】本発明の第５実施例による電界放出表示装置でエミッタ周囲に形成される等電位線分布を示した概略図である。
【図２５】従来技術による電界放出表示装置と本発明の第４、５実施例による電界放出表示装置各々でエミッタに印加される電場強さを測定して示したグラフである。
【図２６】従来技術による電界放出表示装置の部分分解斜視図である。
【符号の説明】
１：比較例の後面基板
２：本発明の後面基板
３：比較例のゲート電極
４：本発明の前面基板
６：本発明のゲート電極
７：比較例のカソード電極
８：絶縁層
８a：バイアホール
９：比較例のエミッタ
１０：本発明のカソード電極
１１：比較例の蛍光膜
１２：本発明の電界強化部
１２Ａ：本発明の主電界強化部
１２Ｂ：本発明の補助電界強化部
１３：比較例のアノード電極
１４：本発明のエミッタ
１６：本発明のアノード電極
１８：本発明の蛍光膜
２０：スペーサ
２２：対向電極
２４Ａ：主対向電極
２４Ｂ：補助対向電極
２６：押し込み電極
２８：連結ライン
３０Ａ、Ｂ、Ｃ：電界強化部周囲のカソード電極

Claims

対向配置される第１、２基板と、
前記第１基板上に帯状に形成されるゲート電極と、
前記ゲート電極を覆いながら第１基板の上側面に形成される絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、各画素領域ごとに絶縁層表面を露出させる電界強化部をその内部に形成するカソード電極と、
前記電界強化部周縁の少なくともある一辺と隣接したカソード電極上に位置する電子放出源と、
前記第１基板に対向する第２基板の一面に設けられて前記電子放出源から放出された電子によってイメージを実現するように発光する発光手段と、
前記電界強化部内に位置し、前記ゲート電極と電気的に連結され前記絶縁層上に形成された対向電極とを含む電界放出表示装置。
前記電子放出源がカーボンナノチューブ、グラファイト、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン、C_６０（fullerene）のうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる、請求項１に記載の電界放出表示装置。
前記電界強化部が四角形状であり、前記電子放出源が電界強化部の四辺の中で前記ゲート電極と平行な少なくともある一辺において、この辺に隣接したカソード電極上に位置する、請求項１に記載の電界放出表示装置。
前記カソード電極がそれぞれの画素領域ごとに絶縁層表面を露出させる主電界強化部及び補助電界強化部を、ゲート電極と直交する方向に帯状に形成されたカソード電極に沿って配列形成する、請求項１に記載の電界放出表示装置。
前記主電界強化部と補助電界強化部が四角形状であり、前記電子放出源が補助電界強化部に対向する主電界強化部の一辺に隣接したカソード電極上に位置する、請求項４に記載の電界放出表示装置。
前記補助電界強化部と隣接画素の主電界強化部の間の距離が一画素内に位置する補助電界強化部と電子放出源の間の距離より大きい、請求項４に記載の電界放出表示装置。
前記対向電極が前記絶縁層に形成されたバイアホールを通じて前記ゲート電極と接触し、ゲート電極と電気的に連結される、請求項１に記載の電界放出表示装置。
前記対向電極が前記電界強化部内に位置する、請求項１に記載の電界放出表示装置。
前記電子放出源が前記カソード電極の上面から側面にかけて形成される、請求項１に記載の電界放出表示装置。
前記電界強化部が四角形状であり、前記電子放出源が電界強化部の四辺の中でゲート電極と直交する方向に帯状に形成された前記カソード電極と平行なある一辺において、この辺に隣接したカソード電極上に位置すると同時に、電子放出源がカソード電極の端と任意の間隔をおいて配置される、請求項１に記載の電界放出表示装置。
前記発光手段が、電子加速に必要な高電圧の印加を受けるアノード電極と、電子衝突によって励起されて可視光を放出する蛍光膜を含む、請求項１に記載の電界放出表示装置。
対向配置される第１、２基板と、
前記第１基板上に帯状に形成されるゲート電極と、
前記ゲート電極を覆いながら第１基板の上側面に形成される絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、各画素領域ごとに絶縁層表面を露出させる電界強化部をその内部に形成するカソード電極と、
前記ゲート電極と平行な前記電界強化部の少なくともある一辺に隣接したカソード電極上に位置する電子放出源と、
前記第１基板に対向する第２基板の一面に設けられて前記電子放出源から放出された電子によってイメージを実現するように発光する発光手段と、
前記電界強化部内に位置し、前記ゲート電極と電気的に連結され前記絶縁層上に形成された対向電極とを含む電界放出表示装置。
前記電子放出源に対して任意の間隔をおいて位置すると同時に、前記絶縁層表面を露出させるカソード電極内部に形成した補助電界強化部をさらに含む、請求項１２に記載の電界放出表示装置。
対向配置される第１、２基板と、
前記第１基板上に帯状に形成されるゲート電極と、
前記ゲート電極を覆いながら第１基板の上側面に形成される絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、各画素領域ごとに絶縁層表面を露出させる電界強化部をその内部に形成するカソード電極と、
ゲート電極と直交する方向に帯状に形成された前記カソード電極と平行な前記電界強化部の少なくともある一辺に隣接したカソード電極上に位置する電子放出源と、
前記第１基板に対向する第２基板の一面に設けられて前記電子放出源から放出された電子によってイメージを実現するように発光する発光手段と、
前記電界強化部内に位置し、前記ゲート電極と電気的に連結される前記絶縁層上に形成された対向電極とを含む電界放出表示装置。
前記電子放出源が前記カソード電極の端と任意の間隔をおいて配置され、前記電界強化部に対向する一側端を除いてカソード電極に囲まれる、請求項１４に記載の電界放出表示装置。