JP4418813B2 - 電子放出表示デバイス - Google Patents

Description

本発明は、電子放出表示デバイスに関し、より詳しくは、真空容器の内部に形成されて、真空圧縮力を支持するスペーサを含む、電子放出表示デバイスに関する。

一般に、電子放出素子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）は、電子源の種類によって、熱陰極（ｈｏｔ ｃａｔｈｏｄｅ）を利用する方式及び冷陰極（ｃｏｌｄ ｃａｔｈｏｄｅ）を利用する方式に分類することができる。

ここで、冷陰極を利用する方式の電子放出素子としては、電界放出アレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ａｒｒａｙ；ＦＥＡ）型、表面電導エミッション（Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ；ＳＣＥ）型、金属−絶縁層−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ；ＭＩＭ）型、及び金属−絶縁層−半導体（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ＭＩＳ）型などが知られている。
このような電子放出素子は、一基板にアレイが形成されて配置されて、電子放出デバイス（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）を構成し、電子放出デバイスは、蛍光層及びアノード電極などからなる発光ユニットが形成された他の基板と結合して、電子放出表示デバイス（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）を構成する。

つまり、通常の電子放出表示デバイスは、電子放出部とともに、走査電極及び駆動電極として機能する複数の駆動電極を含み、電子放出部及び駆動電極の作用によって画素別に電子放出のオン／オフ及び電子放出量を制御する。そして、電子放出表示デバイスは、電子放出部から放出された電子で蛍光層を励起させて、所定の発光または表示作用を行う。

前記電子放出表示ディバイスにおいて、電子放出部及び駆動電極が形成される第１基板と発光ユニットが形成される第２基板とは、密封部材によって周縁が一体に接合された後で、内部空間が約１０^−６ｔｏｒｒの真空度に排気されて、密封部材とともに真空容器を構成する。真空容器は、内部及び外部の圧力差によって強い圧縮力の印加を受け、この圧縮力は、画面のサイズに比例して大きくなる。

したがって、第１基板及び第２基板の間に多数のスペーサを形成して、真空容器に印加される圧縮力を支持して両基板の間隔を一定に維持する技術が開発されて使用されている。この際、スペーサは、ガラスまたはセラミックのように強度が優れていて導電性がない物質からなり、蛍光層に害を及ぼさないように黒色層に対応して形成されている。

しかし、従来の通常の電子放出表示デバイスは、集束電極を形成した場合にも完ぺきな電子ビームの直進性を確保するのが難しいため、第１基板の電子放出部から放出された電子が当該蛍光層が形成された第２基板に向かう時に、所定の発散角で広がって進むよう形成される。このような電子ビームの広がりによってスペーサの表面に電子が衝突し、電子が衝突したスペーサは、材料特性（誘電定数、二次電子放出係数など）によってその表面が正または負の電位に帯電される。

帯電されたスペーサは、スペーサの周囲の電場を変化させて、電子ビームの経路をわい曲させるという問題があった。例えば、正の電位に帯電されたスペーサは、電子ビームを引き寄せ（電子ビームに引力を働かせ）、負の電位に帯電されたスペーサは、電子ビームを押し出す（電子ビームに斥力を働かせる）。このような電子ビームの経路のわい曲は、スペーサの周囲での正確な色表現を妨害して、画面にスペーサが認知される表示品質の低下を誘発するという問題があった。即ち、電子ビームは、わい曲されることで所望の蛍光体層に衝突せずに、他の蛍光体層と衝突してこれを励起させ、結果、異常発光が発生する。この異常発光は、スペーサが配置された周囲で発生するので、使用者によって間接的にスペーサの位置が認識されるという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、スペーサの表面に帯電された電荷を速かに外部に引き出すことができ、スペーサの帯電による電子ビームのわい曲及び表示品質の低下を抑制することが可能な、新規かつ改良された電子放出表示デバイスを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、互いに対向配置される第１基板及び第２基板と、第１基板に形成される電子放出部と、第１基板に形成されて、電子放出部の電子放出を制御する駆動電極と、第２基板の一面に形成される蛍光層と、蛍光層の一面に形成されるアノード電極と、第１基板と第２基板との間に形成されるスペーサと、第１基板上で駆動電極と絶縁されて形成されて、スペーサと電気的に連結される帯電防止電極と、を含むことを特徴とする、電子放出表示デバイスが提供される。

かかる構成によれば、まず、駆動電極に所定の電圧が印加されると、第１基板の電子放出部が、第２基板に向け電子を放出する。そして、同時に、アノード電極に所定の電圧が印加されており、放出された電子は、アノード電極の電位により加速され、第２基板に形成された蛍光層に衝突し、所定の色を有する光を発光させる。この際、スペーサは、帯電防止電極から、駆動電極に印加された電圧とは違う電圧の印加を受ける。この電圧によって、スペーサは、放出された電子に斥力を働かせるため、放出された電子がスペーサに衝突し、スペーサが帯電されるのを防ぐことができる。また、放出された電子がスペーサに衝突し、スペーサが帯電された場合には、帯電した電子は、帯電防止電極を介して除去される。よって、スペーサが帯電されるのを防ぐことができる。

また、帯電防止電極は、第１基板の最上部に形成されてもよい。かかる構成により、帯電防止電極は、効率的にスペーサと電気的に連結されうる。

また、駆動電極上で駆動電極と絶縁されて形成される集束電極をさらに含み、帯電防止電極は、集束電極と同一な層で集束電極と離隔して形成されてもよい。係る構成により、集束電極は、駆動電極に印加された電圧とは違う電圧の印加を受ける。この電圧により集束電極は、放出された電子を集束し、電子が拡散されるのを防ぐことができ、スペーサに電子が衝突するのを防ぐことができる。

また、帯電防止電極は、スペーサより小さい幅に形成されてもよい。かかる構成により、帯電防止電極の集束電極に対する耐電圧特性を高めることができる。

また、スペーサは、低抵抗接着層によって帯電防止電極上に付着されてもよい。かかる構成により、低抵抗接着層は、スペーサと帯電防止電極とを電気的に結合することができ、スペーサに所定の電圧を印加することができ、スペーサに帯電された電子を引き出して除去することができる。

また、スペーサは、ガラス及びセラミックのうちのいずれか一つからなる母体と、母体の側面に形成される高抵抗コーティング層と、を含んでもよい。かかる構成により、高抵抗コーティング層は、スペーサが帯電されるのを防ぐことができ、スペーサを母体により構成することにより、スペーサは帯電され難くなる。

また、帯電防止電極は、電子放出表示デバイスの駆動時間によって変化する可変電圧の印加を受けてもよい。かかる構成により、スペーサが放出された電子に斥力を働かせ、スペーサが帯電されるのを防ぐと共に、電力消費を軽減することができる。

また、帯電防止電極は、固定電圧の印加を受けてもよい。かかる構成により、スペーサが放出された電子に斥力を働かせ、スペーサが帯電されるのを防ぐことができる。

また、電子放出部は、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、Ｃ_６０、及びシリコンナノワイヤーからなる群より選択された少なくとも１つの物質を含んでもよい。かかる構成により、電子放出部は、電子を放出することができる。

以上説明したように本発明によれば、スペーサの表面に帯電された電荷を速かに外部に引き出すことができ、スペーサの帯電による電子ビームのわい曲及び表示品質の低下を抑制することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子放出表示デバイスを示す部分分解斜視図であり、図２は、本実施形態に係る電子放出表示デバイスを示す部分断面図である。以下では、本発明の一実施形態に係る電子放出表示デバイスの一例として、電界放出アレイ（ＦＥＡ）型電子放出表示デバイスを示して、説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図２に示すように、本実施形態に係る電子放出表示デバイスは、所定の間隔をおいて平行に対向配置される第１基板１０及び第２基板１２を含む。第１基板１０及び第２基板１２の周縁には、密封部材（図示せず）が配置されて両基板を接合する。また、第１基板１０、第２基板１２及び密封部材の内部空間は、約１０^−６ｔｏｒｒの真空度に排気される。この際、第１基板１０、第２基板１２、及び密封部材が真空容器を構成する。

第１基板１０のうちの第２基板１２と対向する面には、電子放出素子が、アレイを構成して配置されて、第１基板１０とともに電子放出デバイス１００を構成する。そして、電子放出デバイス１００は、第２基板１２及び第２基板１２に形成された発光ユニット１１０と結合して、電子放出表示デバイスを構成する。

まず、第１基板１０上には、第１電極であるカソード電極１４が第１基板１０の一方向に沿ってストライプパターンに形成され、カソード電極１４を覆って第１基板１０全体に第１絶縁層１６が形成される。第１絶縁層１６上には、第２電極であるゲート電極１８がカソード電極１４と直交する方向に沿ってストライプパターンに形成される。

本実施形態で、カソード電極１４及びゲート電極１８の交差領域を画素領域と定義すれば、カソード電極１４上に各画素領域ごとに電子放出部２０が形成され、第１絶縁層１６及びゲート電極１８には、各電子放出部２０に対応する開口部１６１、１８１が形成されて、第１基板１０上の電子放出部２０を露出する。

電子放出部２０は、真空中で電界が印加されると電子を放出する物質、例えば、炭素系物質またはナノメートルサイズ物質で形成することができる。電子放出部２０は、一例として、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ）、フラーレン（Ｃ_６０）、シリコンナノワイヤー、又はこれらの組合わせからなる物質を含むことができる。一方で、電子放出部２０は、モリブデン（Ｍｏ）又はシリコン（Ｓｉ）などを主な材料とする、先端がとがったチップ構造物で形成することもできる。

図１中では、円形の電子放出部２０がカソード電極１４の長さ方向に沿って一列に配列される構造を示したが、電子放出部２０の形状、画素領域当たりの個数、及び配列形態などは、この例に限定されず、多様に変形することができる。

また、上記では、ゲート電極１８が第１絶縁層１６を間においてカソード電極１４上に形成される構造について説明したが、ゲート電極が第１絶縁層を間においてカソード電極下に形成される構造も可能である。この場合、電子放出部は、第１絶縁層上でカソード電極の側面に形成されてもよい。

そして、ゲート電極１８及び第１絶縁層１６上に第３電極である集束電極２２が形成される。集束電極２２下には、第２絶縁層２４が形成されて、ゲート電極１８及び集束電極２２を絶縁させる。集束電極２２及び第２絶縁層２４にも、電子ビームが通過するための開口部２２１、２４１が形成されるが、この開口部２２１、２４１は、一例として、画素領域ごとに一つずつ形成されて、集束電極２２が一つの画素領域から放出される電子を包括的に集束する。

次に、第１基板１０に対向する第２基板１２の一面には、蛍光層２６、一例として、赤色、緑色、及び青色の蛍光層２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂが互いに任意の間隔をおいて形成され、各蛍光層２６の間に、画面のコントラストの向上のための黒色層２８が形成される。蛍光層２６は、第１基板１０に定義される画素領域に１つの色の蛍光層（２６Ｒ、２６Ｇ又は２６Ｂ）が対応するように形成される。

前記蛍光層２６及び黒色層２８上にアルミニウム（Ａｌ）のような金属膜からなるアノード電極３０が形成される。アノード電極３０は、外部から電子ビームの加速に必要な高電圧の印加を受けて、蛍光層２６を高電位状態に維持し、蛍光層２６から放射された可視光のうちの第１基板１０に向かって放射された可視光を第２基板１２側に反射させて、画面の輝度を高める。

一方、アノード電極３０は、ＩＴＯのような透明導電膜で形成される。この場合、アノード電極３０は、第２基板１２に対向する蛍光層２６及び黒色層２８の一面に形成される。また、アノード電極３０に透明導電膜及び金属膜を同時に使用する構造も可能である。

そして、第１基板１０と第２基板１２との間には、真空容器に印加される圧縮力を支持して両基板の間隔を一定に維持するスペーサ３２が形成される。スペーサ３２は、蛍光層２６に害を及ぼさないように黒色層２８に対応して形成され、本実施形態では、図１に示すように、一例として、壁体型（ｗａｌｌ−ｔｙｐｅ）スペーサを示した。

スペーサ３２は、ガラス又はセラミックなどからなる母体３２１と、母体３２１の側面を覆う高抵抗コーティング層３２２と、を含んでもよい。

本実施形態において、スペーサ３２は、スペーサ３２のために別途に形成された帯電防止電極３４と電気的に連結されて、その表面が帯電されるのを最少化する。

このために、図２及び図３に示すように、集束電極２２は、スペーサ３２の装着部位が除去されて、この部位の第２絶縁層２４の表面を露出させ、帯電防止電極３４が第２絶縁層２４の表面で集束電極２２と離隔して形成されてもよい。尚、図３は、図１に示した電子放出デバイスを示す部分平面図である。

集束電極２２及び帯電防止電極３４は、同一な導電物質で形成することができ、第２絶縁層２４の上面全体に導電膜をコーティングした後で、集束電極２２及び帯電防止電極３４の境界部をエッチングして二つの電極を絶縁させる方法によって製作されてもよい。帯電防止電極３４は、集束電極２２との耐電圧特性を高めることができるように、スペーサ３２より小さい幅に形成されることができる。

スペーサ３２は、低抵抗接着層３６を通じて帯電防止電極３４に付着されて、これと電気的に連結される。すなわち、スペーサ３２は、低抵抗接着層３６に接続され、低抵抗接着層３６は、帯電防止電極３４に接続される。よって、スペーサ３２は、低抵抗接着層３６を介して、帯電防止電極３４に電気的に連結される。また、帯電防止電極３４は、上記電極（集束電極２２）と別途に、スペーサ３２の帯電防止のための別途の電圧の印加を受ける。すなわち、帯電防止電極３４は、一例として、集束電極２２より大きい負の直流電圧の印加を受ける。

集束電極２２より大きい負の直流電圧の印加を受ける帯電防止電極３４は、電子放出部２０からスペーサ３２に向かって広がって進む電子を押し出して、スペーサ３２の表面に電子が衝突するのを抑制する。一例として、集束電極２２に−２０Ｖの電圧を印加する場合、帯電防止電極３４には−３０Ｖ電圧を印加して、集束電極２２及び帯電防止電極３４の境界部分で電子の分布を急激に変化させる。

これによって、スペーサ３２の表面に衝突する電子を最少化して、その帯電を抑制することができる。また、このような作用にもかかわらずスペーサ３２の表面に衝突した電子は、高抵抗コーティング層３２２、低抵抗接着層３６、及び帯電防止電極３４を通じて外部に引き出されて、スペーサ３２の帯電を抑制することができる。

また、電子放出部２０からスペーサ３２に向かって広がり進む電子をスペーサ３２の電位によって押し出すために、帯電防止電極３４は、上記のように、一例として集束電極２２より大きい負の直流電圧の印加を受ける。この際、この直流電圧は、固定された値の電圧（固定電圧）であってもよく、電子放出表示デバイスの駆動時間によって値が変化する（可変電圧）であってもよい。

尚、この直流電圧が可変電圧である場合、帯電防止電極２４は、例えば、側の電子放出部２０が電子を放出する際には、上記大きな負の直流電圧の印加を受け、側の電子放出部２０が電子を放出しない際には、零又は小さな負の直流電圧の印加を受けてもよい。このように、帯電防止電極３４の印加電圧を変化させることにより、消費電力を削減することも可能である。

スペーサ３２は、壁体型以外に、円柱型、十字柱型などの多様な形状に形成され、母体３２１の側面に形成されるコーティング層の材料も多様に変更されてもよい。

このような構造の電子放出表示デバイスは、外部からカソード電極１４、ゲート電極１８、集束電極２２、アノード電極３０、及び帯電防止電極３４に所定の電圧の印加を受けて、駆動する。

例えば、カソード電極１４及びゲート電極１８のうちの一方の電極が走査駆動電圧の印加を受けて走査電極として機能し、他方の電極がデータ駆動電圧の印加を受けてデータ電極として機能する。このようなカソード電極１４及びゲート電極１８は、駆動電極としての役割を担う。そして、集束電極２２及び帯電防止電極３４は、電子ビームの集束に必要な電圧、一例として、０Ｖ、又は数〜数十ボルトの負の直流電圧の印加を受け、アノード電極３０は、電子ビームの加速に必要な電圧、一例として、数百〜数千ボルトの正の直流電圧の印加を受ける。

そうすると、カソード電極１４とゲート電極１８との間の電圧差が臨界値以上である画素で電子放出部２０の周囲に電界が形成されて、電子放出部２０から電子が放出される。放出された電子は、集束電極２２の開口部２２１を通過して電子ビームの束の中心部に集束されて、アノード電極３０に印加された高電圧に引張られて対応する蛍光層２６に衝突することによって、これを発光させる。

前記駆動過程中に、帯電防止電極３４がスペーサ３２に向かって発散される電子を押し出して、スペーサ３２の表面に衝突する電子の量を最少化することができる。また、スペーサ３２の表面に衝突した電子は、高抵抗コーティング層３２２及び帯電防止電極３４を通じて外部に引き出されるので、スペーサ３２は、その表面が帯電されず、スペーサ３２の周囲で電子ビームがわい曲されるのを防止することができる。

以上、詳しく説明したように、本発明の実施形態に係る電子放出表示デバイスによれば、スペーサ３２と電気的に連結される別途の帯電防止電極３４を含むことによって、電子放出部２０から放出された電子がスペーサ３２の表面に衝突しても、スペーサ３２の表面が帯電されず、スペーサ３２の周囲に電場の変化を発生させない。したがって、スペーサ３２の周囲において、正確な色実現が可能になり、画面にスペーサ３２が認知される現象を防止して、表示品質を高めることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、電子放出表示デバイスの一例として、電界放出アレイ（ＦＥＡ）型電子放出表示デバイスについて説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明は、例えば、表面電導エミッション（ＳＣＥ）型、金属−絶縁層−金属（ＭＩＭ）型、及び金属−絶縁層−半導体（ＭＩＳ）型電子放出表示デバイス等の、スペーサを含む他のタイプの電子放出表示デバイスの全てに適用されてもよい。

本発明は、電子放出表示デバイスに適用可能である。

本発明の一実施形態に係る電子放出表示デバイスを示す部分分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電子放出表示デバイスを示す部分断面図である。 図１に示した電子放出デバイスを示す部分平面図である。

符号の説明

１０ 第１基板
１２ 第２基板
１４ カソード電極
１６ 第１絶縁層
１８ ゲート電極
２０ 電子放出部
２２ 集束電極
２４ 第２絶縁層
２６ 蛍光層
２８ 黒色層
３０ アノード電極
３２ スペーサ
３４ 帯電防止電極
３６ 低抵抗接着層
１００ 電子放出デバイス
１１０ 発光ユニット

Claims (8)

1. 互いに対向配置される第１基板及び第２基板と；
   前記第１基板に形成される電子放出部と；
   前記第１基板に形成されて、前記電子放出部の電子放出を制御する駆動電極と；
   前記第２基板の一面に形成される蛍光層と；
   前記蛍光層の一面に形成されるアノード電極と；
   前記第１基板と前記第２基板との間に形成されるスペーサと；
   前記第１基板上で前記駆動電極と絶縁されて形成されて、前記スペーサと電気的に連結される帯電防止電極と；
   を含み、
   前記帯電防止電極は、電子放出表示デバイスの駆動時間によって変化する可変電圧の印加を受けることを特徴とする、電子放出表示デバイス。
2. 前記帯電防止電極は、前記第１基板の最上部に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出表示デバイス。
3. 前記駆動電極上で前記駆動電極と絶縁されて形成される集束電極をさらに含み、
   前記帯電防止電極は、前記集束電極と同一な層で前記集束電極と離隔して形成されることを特徴とする、請求項２に記載の電子放出表示デバイス。
4. 前記帯電防止電極は、前記スペーサより小さい幅に形成されることを特徴とする、請求項３に記載の電子放出表示デバイス。
5. 前記スペーサは、低抵抗接着層によって前記帯電防止電極上に付着されることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出表示デバイス。
6. 前記スペーサは、ガラス及びセラミックのうちのいずれか一つからなる母体と、
   前記母体の側面に形成されるコーティング層と、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電子放出表示デバイス。
7. 前記帯電防止電極は、固定電圧の印加を受けることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出表示デバイス。
8. 前記電子放出部は、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、Ｃ_６０、及びシリコンナノワイヤーからなる群より選択された少なくとも１つの物質を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電子放出表示デバイス。

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