JP4865434B2

JP4865434B2 - 熱電子放出用の電子放出体、それを備えた電子放出素子、及びそれを備えた平板ディスプレイ装置

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Publication number: JP4865434B2
Application number: JP2006192646A
Authority: JP
Inventors: 榮 ▲てつ▼ 崔; 鍾換朴; 鍾書崔
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2012-02-01
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Description

本発明は、電子放出体、それを備えた電子放出素子、及びそれを備えた平板ディスプレイ装置に係り、さらに詳細には、冷陰極及び熱陰極として同時に使われ、寿命が延長された電子放出体、それを備えて電流密度が大きく高まった電子放出素子、及びこのような電子放出素子を備えた平板ディスプレイ装置に関する。

一般的に、電子放出素子には、電子放出物質として熱陰極を利用する方式と冷陰極を利用する方式とがある。

熱陰極を利用する方式の電子放出素子では、エジソン効果が利用される。エジソン効果とは、高度に加熱された金属及び半導体の表面から電子が放出される現象であって、リチャードソン効果または熱電子放出現象ともいう。熱によってエネルギーを得た電子が原子の拘束から外れて固体の表面から放出されるものであって、各種の通信用真空管及びクーリッジ管（Ｘ線管の一種）など、一般的に熱電子菅という真空管または放電管に応用される。エジソン効果によって金属の表面から放出される電子を熱電子といい、放出する物体を熱陰極という。また、熱陰極に対して高い電位を有する陽極を置いたときに、熱電子の移動によって生じる電流を熱電子電流という。

一般的に、熱陰極の電子放出は、温度の上昇によって増加するが、熱陰極の種類や表面状態によって差があり、例えば、アルカリ土金属の酸化物は、純粋な金属よりも低い温度で熱電子を放出する。このため、比較的低い低電圧で使われる小型の真空管の陰極は、タングステン及びトリウムが混合されたタングステンなどからなり、かかる種類の金属酸化物を多く使用する。また、エジソン効果は、その物質から電子を放出させるのに必要なエネルギーの大きさで表示する仕事関数で表される。タングステンは、２７００Ｋ（仕事関数は、４．５ほど）、トリウム−タングステンは、１９００Ｋ（仕事関数は、２．６ほど）ほどで電子を放出する。

一方、冷陰極を利用する方式の電子放出素子としては、ＦＥＤ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅ）型、ＳＣＥ（ＳｕｒｆａｃｅＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎＥｍｉｔｔｅｒ）型、ＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＭｅｔａｌ）型、ＭＩＳ（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、及びＢＳＥ（ＢａｌｌｉｓｔｉｃｅｌｅｃｔｒｏｎＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇ）型が知られている。

ＦＥＤ型電子放出素子は、仕事関数が低いか、またはβ関数が高い物質を電子放出物質として使用する場合、真空中で電界差によって容易に電子が放出される原理を利用したものであって、Ｍｏ及びＳｉなどを主な材質とする尖端チップ構造物、グラファイト及びＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）などの炭素系物質、または、ナノチューブ及びナノワイヤなどのナノ物質を電子放出物質として適用した素子が開発されている。

しかし、このようなカーボンナノチューブを利用するＦＥＤ型電子放出素子の場合、電子放出物質の寿命が短く、電子放出量が少ない問題、すなわち、電流密度が低い問題があって商用化が難しい。このように電子放出量が少ない電子放出素子を利用してディスプレイ装置に使用する場合、輝度が低く、発光効率が低下するという問題がある。したがって、このような問題を解決できる新たな電子放出物質と、それを備えた電子放出素子及び平板ディスプレイ装置の開発が必要なのが実情である。

本発明は、電子放出物質の寿命が長く、電子放出量が多い、すなわち、電流密度が高い電子放出素子を提供することを目的とする。

また、エジソン効果による熱陰極での電子放出原理をＦＥＤ型の電子放出素子に適用して、非発光型表示素子のバックライトユニット及びディスプレイ装置などに活用されうる電子放出素子を提供することを目的とする。

上記本発明の目的は、電界放出型の電子放出物質からなる本体部と、前記本体部の表面に形成されたベースメタル層と、前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える熱電子放出用の電子放出体を提供することによって達成される。

また、上記本発明の目的は、カーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブの表面に形成されたベースメタル層と、前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える熱電子放出用の電子放出体を提供することによって達成される。

また、上記本発明の目的は、基板と、前記基板に設けられたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に連結され、複数の電子放出体を含む電子放出源と、前記カソード電極上に配置された第１絶縁体層と、前記第１絶縁体層によって前記カソード電極と絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備え、前記電子放出体は、電界放出型の電子放出物質からなる本体部と、前記電子放出物質の本体部の表面に形成されたベースメタル層と、前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える電子放出素子を提供することによって達成される。

また、上記本発明の目的は、基板と、前記基板に設けられたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に連結され、複数の電子放出体を含む電子放出源と、前記カソード電極上に配置された第１絶縁体層と、前記第１絶縁体層によって前記カソード電極と絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備え、前記電子放出体は、カーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブの表面に形成されたベースメタル層と、前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える電子放出素子を提供することによって達成される。

ここで、前記カソード電極と前記ゲート電極とは、交差して配置され、前記電子放出素子は、前記ゲート電極の上側に設けられる第２絶縁体層と集束電極とをさらに備えうる。

また、上記本発明の目的は、第１基板と、前記第１基板に設けられた複数のカソード電極と、前記カソード電極と交差する方向に延びた複数のゲート電極と、前記カソード電極と前記ゲート電極との間に配置されて、前記カソード電極と前記ゲート電極とを電気的に絶縁する絶縁体層と、前記カソード電極と電気的に連結され、複数の電子放出体を含む電子放出源と、を備える電子放出素子と、前記電子放出源に対向する位置に配置されたアノード電極と、電子を受けて可視光線を発生させる蛍光体層が形成された第２基板と、を備える前面パネルと、を備える平板ディスプレイ装置であって、前記電子放出体は、電界放出型の電子放出物質からなる本体部と、前記本体部の表面に形成されたベースメタル層と、前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える平板ディスプレイ装置を提供することによって達成される。

ここで、前記平板ディスプレイ装置は、前記ゲート電極の上側に設けられる第２絶縁体層と集束電極とをさらに備えうる。

また、上記本発明の目的は、第１基板と、前記第１基板に設けられたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に連結され、複数の電子放出体を含む電子放出源と、前記カソード電極上に配置された絶縁体層と、前記絶縁体層によって前記カソード電極と絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備える電子放出素子と、前記電子放出源に対向する位置に配置されたアノード電極と、電子を受けて可視光線を発生させる蛍光体層が形成された第２基板と、を備える前面パネルと、前記前面パネルの前方に設置され、前記蛍光体層から供給される可視光線を制御して画像を具現する非発光型表示素子と、を備える平板ディスプレイ装置であって、前記電子放出体は、電界放出型の電子放出物質からなる本体部と、前記本体部の表面に形成されたベースメタル層と、前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える平板ディスプレイ装置を提供することによって達成される。

ここで、前記非発光型表示素子は、液晶ディスプレイ素子であり、前記平板ディスプレイ装置は、前記ゲート電極の上側に設けられる第２絶縁体層と集束電極とをさらに備えうる。

以上で、前記熱電子放出層は、ＢａＯ、ＳｒＯ、及びＣａＯからなる群から選択される少なくとも一つを含み、前記ベースメタル層は、Ｎｉ合金からなるが、０．０１重量％〜０．５重量％のＭｇまたはＳｉを含み、前記ベースメタル層と前記熱電子放出層の厚さの和は、１ｎｍ〜１０００ｎｍであることが望ましい。

本発明によれば、既存の電子放出素子に比べて少ない消費電力でも電流密度を高めて、非発光型表示素子のためのバックライトユニット及び自発光型のディスプレイ装置などを具現する場合に、画像の輝度及び発光効率を向上させうる。

また、コーティングされた電子放出物質を使用することによって、電子放出素子及びそれを備えた平板ディスプレイ装置の寿命を大きく延長させうる。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明による電子放出物質（カーボンナノチューブ）、電子放出素子、平板ディスプレイ装置、及びその製造方法の望ましい実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、トップゲート型の電子放出ディスプレイ装置の概略的な構成を示す部分斜視図であり、図２は、図１のII−II線に沿った断面図であり、図３は、図２の電子放出物質の表面の拡大図である。

図１及び図２に示したように、本実施の形態の電子放出ディスプレイ装置１００は、平行に配置されて真空の発光空間１０３を形成する電子放出素子１０１及び前面パネル１０２と、電子放出素子１０１と前面パネル１０２との間の間隔を保持するスペーサ６０と、を備える。

電子放出素子１０１は、第１基板１１０と、第１基板１１０上で相互に交差するように配置された複数のゲート電極１４０及びカソード電極１２０と、ゲート電極１４０とカソード電極１２０との間に配置されて、ゲート電極１４０とカソード電極１２０とを電気的に絶縁する絶縁体層１３０と、を備える。

ゲート電極１４０とカソード電極１２０とが交差する領域には、電子放出ホール１３１が形成されており、その内部に電子放出源１５０が配置されている。

前面パネル１０２は、第２基板９０と、第２基板９０の底面に配置されたアノード電極８０と、アノード電極８０の一面に配置された蛍光体層７０と、を備える。

第１基板１１０及び第２基板９０は、所定の厚さを有する板状の部材、または、石英ガラス、少量のＮａといった不純物を含有したガラス、板ガラス、もしくは、ＳｉＯ_２、酸化アルミニウム、もしくはセラミックがコーティングされたガラスから形成されるガラス基板が使われ、スペーサ６０は、絶縁物質で形成されうる。

カソード電極１２０及びゲート電極１４０は、通常の電気導電物質からなりうる。カソード電極１２０及びゲート電極１４０は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、及びＰｄなどの金属またはその合金、ガラスにＰｄ、Ａｇ、ＲｕＯ_２、及びＰｄ−Ａｇなどの金属またはその金属酸化物が混合されて構成されたプリント導電性物質、Ｉｎ_２Ｏ_３及びＳｎＯ_２などの透明導電性物質、または多結晶シリコンといった半導体物質から形成されうる。

図面には示されていないが、電子放出素子１０１の第１基板１１０と前面パネル１０２の第２基板９０とは、フリットにより端部が結合され、内部の発光空間１０３が密閉されて真空に維持される。

一方、ディスプレイ装置として使われるためには、ゲート電極１４０とカソード電極１２０とが、前述したように交差して配置されることが、画素を定義し、かつ画像を具現するように制御し易いのでさらに望ましい。

図３及び図４に示したように、電子放出体１５１は、表面にコーティング層が形成された熱電子放出用の電子放出物質の本体部１５２を含む。コーティング層は、電子放出物質の本体部１５２の表面と接するベースメタル層１６２と、ベースメタル層１６２の表面に形成された熱電子放出層１６１と、を備える。電子放出物質の本体部１５２は、ナノチューブ、ナノワイヤ、ナノファイバ、炭素、黒鉛、及びＤＬＣなどの電子放出物質ならば、何れも可能である。このうち、電子放出物質の本体部１５２は、カーボンナノチューブが望ましく、ＳＷＣＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ−ＷａｌｌｅｄＣａｒｂｏｎＮａｎｏＴｕｂｅ）及びＭＷＣＮＴ（Ｍｕｌｔｉ−ＷａｌｌｅｄＣａｒｂｏｎＮａｎｏＴｕｂｅ）のうち何れかのものでも可能であるが、ＭＷＣＮＴであることがさらに望ましい。ベースメタル層１６２は、Ｎｉ合金であることが望ましく、０．０１ないし０．５重量％以上のＭｇまたはＳｉを含有する。熱電子放出層１６１は、ＢａＯ、ＳｒＯ、及びＣａＯのうち何れか一つ以上の物質を含んでなりうる。熱電子放出層１６１は、通常、６００℃ないし８００℃の温度で熱電子を放出させる。

熱電子放出層１６１は、製造過程で、前述したような形態に存在しないこともある。すなわち、製造過程でＢａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、及びＣａＣＯ_３からなる群から選択される少なくとも一つの炭酸塩で電子放出物質の本体部のベースメタル層１６２をコーティングした後、ディスプレイの内部を真空にするための排気工程中に、カソード電極１２０に電流を流して電子放出物質の本体部の端部が８００℃ほどに加熱されるとき、ＣＯ_２が放出されつつ、物質からなるコーティング層が完成される。

ＢａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、及びＣａＣＯ_３からなる群から選択される少なくとも一つの炭酸塩で電子放出物質の本体部をコーティングする方法は、特別に制限されず、スパッタリングのような物理的な蒸着方法またはＢａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、及びＣａＣＯ_３などを含む有機溶媒に入れて液状コーティングする方法を使用する。このような方法を使用できるので、コーティング層の形成が非常に単純な工程でなされうる。

過程を経て製作された電子放出物質の本体部のベースメタル層と熱電子放出層の厚さの和は、１ｎｍないし１０００ｎｍであることが望ましい。もし、ベースメタル層１６２及び熱電子放出層１６１の厚さが１ｎｍ未満または１０００ｎｍを超える場合、熱電子放出がほとんどなされないので望ましくない。

このような構成を有する熱電子放出用の電子放出物質の本体部１５２に電流が流れる場合、炭酸塩物質の酸化物は、電流活性化段階を通じてベースメタル層１６２に含まれているＳｉまたはＭｇとの還元反応を通じて、Ｂａ^２＋、Ｓｒ^２＋、及びＣａ^２＋イオンとなり、電子を放出する。

前述した本実施の形態による電子放出素子及び平板ディスプレイ装置は、次のような方式で作動する。

電子放出のためにカソード電極１２０に（−）電圧を印加し、ゲート電極１４０には（＋）電圧を印加して、カソード電極１２０に設置された電子放出源１５０から電子を放出させる。また、アノード電極８０に強い（＋）電圧を印加してアノード電極８０の方向に放出された電子を加速させる。このように電圧が印加されれば、電子放出源１５０から電子が放出されてゲート電極１４０に向かって進んでアノード電極８０に向かって加速される。アノード電極８０に向かって加速された電子は、アノード電極８０側に位置する蛍光体層７０に接触しつつ可視光線を発生させる。このように、電子放出物質の本体部１５２から電子が放出されつつ、電子放出物質の本体部の端部は８００℃以上に加熱される。このような熱によって熱電子放出物質から熱電子が同時に放出され、これにより、電子放出体１５１から放出される電子の放出量、すなわち、電流密度が急に高まる。

次に、本実施の形態による電子放出素子の製作方法を説明する。以下で説明される製造方法は、一例に過ぎず、必ずしも下記の方法で製造されねばならないものではない。

まず、第１基板１１０、カソード電極１２０、絶縁体層１３０、及びゲート電極１４０を形成する素材を順次に所定厚さに積層する。積層は、スクリーンプリンティングのような工程で行うことが望ましい。

次いで、ゲート電極１４０の上面に所定の厚さにマスクパターンを形成する。マスクパターンの形成は、電子放出ホール１３１を形成するためのものであって、フォトレジスト（ＰｈｏｔｏＲｅｓｉｓｔ：ＰＲ）を塗布し、ＵＶ及びＥ−ビームなどを利用してパターンを形成するフォトリソグラフィ工程によって行われる。

次いで、マスクパターンを利用してゲート電極１４０、絶縁体層１３０、及びカソード電極１２０をエッチングして電子放出ホール１３１を形成する。エッチング工程は、ゲート電極１４０、絶縁体層１３０、及びカソード電極１２０の材料及び厚さによってエッチング液を利用する湿式エッチング、腐食性ガスを利用する乾式エッチング、またはイオンビームを利用するマイクロマシニング方式によってなされうる。

次いで、電子放出物質ペーストを製造する。電子放出物質ペーストには前述したような方法で熱電子放出物質のコーティングされた電子放出物質を使用することが、電子放出効率を画期的に向上させる。

次いで、電子放出物質を電子放出ホール１３１に塗布する。塗布工程は、スクリーンプリンティングによって行われうる。

次いで、電子放出物質ペーストのうち、電子放出源１５０を形成する部分を硬化させる工程を行う。

この工程は、電子放出物質ペーストに感光性樹脂が含まれた場合とそうでない場合とに、それぞれ異なって行われる。まず、感光性樹脂が含まれた場合には、露光工程を利用する。例えば、ネガティブ感光性を有する感光性樹脂を含む場合、ネガティブ感光性樹脂は、光を受ければ硬化する特性を有するので、フォトリソグラフィ工程でＰＲを塗布した後に光を選択的に照射して、電子放出物質ペーストのうち、必要な部分のみを硬化させて電子放出源１５０を形成することが可能である。次に、露光以後に現像して硬化されずに残っている電子放出物質ペーストとＰＲとを除去して電子放出素子１０１を完成する。

一方、電子放出物質ペーストに感光性樹脂を含んでいない場合には、次のような方法で電子放出源１５０を形成できる。

電子放出物質ペーストが感光性樹脂を含んでいない場合には、別途のＰＲパターンを利用したフォトリソグラフィ工程が必要である。すなわち、ＰＲ膜を利用してＰＲパターンを先に形成した後、ＰＲパターンを利用して電子放出物質ペーストをスクリーンプリンティングで塗布する。

前述したように、印刷された電子放出物質ペーストは、酸素ガス雰囲気下、または、１０００ｐｐｍ以下、特に１０ないし５００ｐｐｍの酸素が存在する窒素ガス雰囲気下で焼成する。このような酸素ガス雰囲気下での焼成を通じて、電子放出源１５０は、基板との接着力が増加し、ビヒクル（Ｖｅｈｉｃｌｅ）は揮発及び除去され、他の無機バインダーなどが溶融及び固形化されて、電子放出源１５０の耐久性の向上に寄与できる。

焼成温度は、電子放出物質ペーストに含まれたビヒクルの揮発温度及び時間を考慮して決定されねばならない。通常的な焼成温度は、３５０ないし５００℃、望ましくは、４５０℃である。焼成温度が３５０℃未満であれば、ビヒクルの揮発が十分になされないという問題点が発生し、焼成温度が５００℃を超えれば、製造コストが上昇し、基板が損傷されるという問題点が発生する恐れがあるためである。

このように焼成された焼成結果物は、必要に応じて活性化段階を経る。活性化段階の一例によれば、熱処理工程を通じてフィルム状に硬化されうる溶液、例えば、ポリイミド系高分子を含む電子放出源の表面処理剤を焼成結果物上に塗布した後、それを熱処理した後、熱処理で形成されたフィルムを剥離する。活性化段階の他の具現例によれば、所定の駆動源として駆動されるローラの表面に接着力を有する接着部を形成して、焼成結果物の表面に所定の圧力を加圧することによって活性化工程を行っても良い。このような活性化段階を通じて、ナノサイズを有する無機物は、電子放出源１５０の表面に露出されるか、または垂直配向されるように制御されうる。

一方、電子放出物質ペーストには、印刷性及び粘度を調節するためにビヒクル（Ｖｅｈｉｃｌｅ）をさらに含む。ビヒクルは、樹脂成分及び溶媒成分からなりうる。

樹脂成分は、例えば、エチルセルロース及びニトロセルロースなどのセルロース系樹脂、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、及びウレタンアクリレートなどのアクリル系樹脂、ならびにポリビニルアセテート、ポリビニルブチラル、及びポリビニルエーテルなどのビニル系樹脂のうち少なくとも一つを含みうるが、これに制限されるものではない。前述したような樹脂成分のうち一部は、感光性樹脂の役割を同時に果たすことができる。

溶媒成分は、例えば、ターピネオール、ブチルカルビトール（ＢｕｔｙｌＣａｒｂｉｔｏｌ：ＢＣ）、ブチルカルビトールアセテート（ＢｕｔｙｌＣａｒｂｉｔｏｌＡｃｅｔａｔｅ：ＢＣＡ）、トルエン、及びテキサノールのうち少なくとも一つを含みうる。このうち、溶媒成分は、ターピネオールを含むことが望ましい。

また、電子放出物質ペーストは、必要に応じて感光性樹脂、光開始剤、及びフィラーのうち選択された一つ以上をさらに含みうる。

一方、前述した感光性樹脂の非制限的な例には、アクリレート系モノマー、ベンゾフェノン系モノマー、アセトフェノン系モノマー、またはチオキサントン系モノマーがあり、さらに具体的には、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、２，４−ジエチルオキサントン、または２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンを使用できる。

光開始剤は、感光性樹脂が露光されるとき、感光性樹脂の架橋結合を開始する役割を果たす。光開始剤の非制限的な例には、ベンゾフェノンがある。光開始剤の含量は、カーボン系物質１重量部を基準として３〜１０重量部、望ましくは、５〜８重量部でありうる。光開始剤の含量が３重量部未満である場合には、効率的な架橋結合がなされず、パターン形成に問題が発生する恐れがあり、１０重量部を超えれば、製造コストが上昇するという問題点が発生する。

フィラーは、基板と十分に接着できない部分の伝導性をさらに向上させる役割を果たす物質であって、その非制限的な例には、Ａｇ及びＡｌなどがある。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態による電子放出素子の断面図である。

図５に示したように、本発明の第２の実施の形態による電子放出素子２０１は、基板１１０、カソード電極１２０、絶縁体層１３０、ゲート電極１４０、及び電子放出源１５０を備える前述した電子放出素子１０１（図１及び図２）の構成に集束電極１４５及び第２絶縁体層１３５をさらに備える。集束電極１４５は、第２絶縁体層１３５によってゲート電極１４０と絶縁され、ゲート電極１４０とカソード電極１２０との間に形成される電界によって放出される電子を集束する機能を有する。このような集束電極がさらに配置される電子放出素子２０１でも、電子放出物質に熱電子放出層を備える電子放出物質を使用する場合には、電子放出量が急増する効果が得られる。

（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３の実施の形態による電子放出素子及びそれを備えた平板ディスプレイ装置の構成を概略的に示す図である。

図６に示したように、本発明の第３の実施の形態による平板ディスプレイ装置３は、電子放出素子２及び前面パネル１を備え、前面パネル１は、第２基板９０と、第２基板９０の下面に形成されたアノード電極８０と、アノード電極８０上に塗布された蛍光体層７０と、を備える。

電子放出素子２は、第２基板９０と対向して平行に配置された第１基板１０と、第１基板１０上にストライプ状に形成されたカソード電極２０と、カソード電極２０と平行にストライプ状に形成されたゲート電極３０と、カソード電極２０及びゲート電極３０の周囲に配置された電子放出層４０，５０と、を備える。カソード電極２０及びゲート電極３０を取り囲む電子放出層４０，５０の間には、電子放出ギャップＧが形成されている。

前面パネル１と電子放出素子２との間には、大気圧より低い真空状態が維持され、前面パネル１と電子放出素子２との間の真空状態によって発生する圧力を支持し、発光空間１０３を確保するために、前面パネル１と電子放出素子２との間にはスペーサ６０が配置される。

このような構成を有する電子放出素子及び電子放出平板ディスプレイ装置の電子放出層にも、前述したような熱電子放出用の電子放出物質が使用され得る。この場合にも、電流密度が大きく高まって電子放出効率が向上し、ディスプレイ装置の輝度が高まり、寿命が延長される効果が得られる。

一方、前述した第１〜第３の実施の形態における電子放出素子１０１，２０１，２は、所定の面積を有する面光源のバックライトユニットとして使われてもよい。すなわち、本発明による電子放出素子は、液晶ディスプレイ装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）のような非発光表示素子のバックライトユニット（ＢａｃｋＬｉｇｈｔＵｎｉｔ：ＢＬＵ）として使われうる。また、蛍光体層は、必要とする色相の可視光線を放出する蛍光体が使われるか、または白色光線を得るために光の三原色である赤色発光、緑色発光、及び青色発光の蛍光体が適切な割合で配置されうる。

図７は、本発明の第１の実施の形態による電子放出素子がバックライトユニットとして機能する平板ディスプレイ装置の構成を示す斜視図であり、図８は、図７のVIII−VIII線に沿った部分断面図である。一方、図７及び図７を参照する下記の説明で、前述した電子放出素子に使われたゲート電極及びスペーサと同じ名称が重複的に使われるが、電子放出素子に使われる用語であるか、液晶ディスプレイパネルに使われる用語であるかは、その部材番号によって明確に区別される。

図７に示したように、本発明による平板ディスプレイ装置は、非発光型のディスプレイパネルであって、液晶ディスプレイパネル７００と、液晶ディスプレイパネル７００に光を供給するバックライトユニット８００と、を備える。液晶ディスプレイパネル７００には、画像信号を伝達する軟性印刷回路基板７２０が付着されており、液晶ディスプレイパネル７００の後方に配置されるバックライトユニット８００との間の間隔を維持するためのスペーサ７３０が配置される。

バックライトユニット８００は、前述した本発明の第１の実施の形態による電子放出素子１０１と、図１及び図２に示した前面パネル（第２パネル）１０２とが所定の間隔をおいて配置されて、内部に真空の発光空間を形成しつつ結合されて作られうる。バックライトユニット８００は、連結ケーブル１０４を通じて電源を供給され、電子放出素子の前面の第２基板９０を通じて可視光線Ｖを放出させ、放出された可視光線Ｖを液晶ディスプレイパネル７００に供給する。第１の実施の形態における電子放出素子１０１及び前面パネル１０２の構成は、前述した内容と同一であるので、ここでは説明を省略する。

次に、図８を参照して、液晶ディスプレイ装置の構成及び作動原理について説明する。

電子放出素子１０１に設置されたカソード電極１２０及びゲート電極１４０によって形成される電界によって電子が放出され、集束電極１４５（図示せず）によって集束された電子の流れが前面パネル１０２に設置されたアノード電極８０によって加速されて蛍光体層７０に当接しつつ可視光線Ｖが発生する。発生した可視光線Ｖは、前面の液晶ディスプレイパネル７００に向かって進む。

一方、液晶ディスプレイパネル７００は、第２基板５０５を備え、第２基板５０５上には、バッファ層５１０が形成され、バッファ層５１０上には、半導体層５８０が所定のパターンで形成される。半導体層５８０上には、第１絶縁層５２０が形成され、第１絶縁層５２０上には、ゲート電極５９０が所定のパターンで形成され、ゲート電極５９０上には、第２絶縁層５３０が形成される。第２絶縁層５３０が形成された後には、乾式エッチングなどの工程によって第１絶縁層５２０及び第２絶縁層５３０がエッチングされて、半導体層５８０の一部が露出され、露出された部分を含む所定の領域にソース電極５７０及びドレイン電極６１０が形成される。ソース電極５７０及びドレイン電極６１０が形成された後に第３絶縁層５４０が形成され、第３絶縁層５４０上に平坦化層５５０が形成される。平坦化層５５０上には、所定のパターンで第１電極６２０が形成され、第３絶縁層５４０及び平坦化層５５０の一部がエッチングされて、ドレイン電極６１０及び第１電極６２０の導電通路が形成される。透明な第１基板６８０は、第２基板５０５と別途に製造され、第１基板の下面６８０ａには、カラーフィルタ層６７０が形成される。カラーフィルタ層６７０の下面６７０ａには、第２電極６６０が形成され、第１電極６２０及び第２電極６６０の相互対向する面には、液晶層６４０を配向する第１配向層６３０と第２配向層６５０とが形成される。第２基板５０５の下面５０５ａ（図示せず）には第１偏光層５００が、第１基板の上面６８０ｂには第２偏光層６９０が形成され、第２偏光層の上面６９０ａには保護フィルム６９５が形成される。カラーフィルタ層６７０と平坦化層５５０との間には、液晶層６４０を区画するスペーサ５６０が形成される。

液晶ディスプレイパネル７００の作動原理について簡単に説明すれば、ゲート電極５９０、ソース電極５７０、及びドレイン電極６１０によって制御された外部信号によって、第１電極６２０と第２電極６６０との間に電位差が形成され、電位差によって液晶層６４０の配列が決定され、液晶層６４０の配列によって、バックライトユニット１００から供給される可視光線Ｖが遮蔽または通過される。通過された光がカラーフィルタ層６７０を通過しつつ、色を帯びて画像を具現する。

図８には、液晶ディスプレイパネル（特に、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）−ＬＣＤ）を例示したが、本発明の平板ディスプレイ装置を構成する非発光型表示素子は、これに限定されるものではなく、また、非発光表示素子としては、上記のような液晶ディスプレイパネル以外にも、多様な非発光型表示素子が適用されうる。

上記のような電子放出素子をバックライトユニットとして備えた平板ディスプレイ装置は、そのバックライトユニットとして使われる電子放出素子の電流密度が高まり、電子放出効率が大きく向上し、輝度が高まり、かつ寿命が大きく延長されるにつれて、それを採用した平板ディスプレイ装置の画像の輝度の向上はもとより、寿命延長の効果をもたらす。

本発明は、図面に示した実施の形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施の形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。

本発明は、特にＬＣＤ及びＰＤＰなどのような平板ディスプレイ装置関連の技術分野に適用可能である。

本発明の第１の実施の形態による電子放出素子及びそれを利用した平板ディスプレイ装置の構成を概略的に示す図である。図１のII−II線に沿った断面図である。図１及び図２の電子放出物質の表面を示す拡大図である。図３のIV部分の拡大図である。本発明の第２の実施の形態による電子放出素子の構成を概略的に示す図である。本発明の第３の実施の形態による電子放出素子及びそれを利用した平板ディスプレイ装置の構成を概略的に示す図である。図１及び図２に示した電子放出素子をバックライトユニットとして利用する平板ディスプレイ装置の構成を概略的に示す斜視図である。図７の平板ディスプレイ装置が結合された状態で、図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。

符号の説明

６０スペーサ、
７０蛍光体層、
８０アノード電極、
９０第２基板、
１００平板ディスプレイ装置、
１０１，２０１電子放出素子、
１０２前面パネル、
１０３発光空間、
１１０第１基板、
１２０カソード電極、
１３０第１絶縁体層、
１３１電子放出ホール、
１３５第２絶縁体層、
１４０ゲート電極、
１４５集束電極、
１５０電子放出源、
１５１電子放出体、
１５２電子放出物質の本体部、
１６１熱電子放出層、
１６２ベースメタル層。

Claims

電界放出型の電子放出物質からなる本体部と、
前記本体部の表面に形成されたベースメタル層と、
前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える熱電子放出用の電子放出体。
前記熱電子放出層は、ＢａＯ、ＳｒＯ、及びＣａＯからなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の熱電子放出用の電子放出体。
前記ベースメタル層は、Ｎｉ合金からなり、０．０１重量％〜０．５重量％のＭｇまたはＳｉを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の熱電子放出用の電子放出体。
前記ベースメタル層と前記熱電子放出層の厚さの和は、１ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱電子放出用の電子放出体。
カーボンナノチューブと、
前記カーボンナノチューブの表面に形成されたベースメタル層と、
前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える熱電子放出用の電子放出体。
前記熱電子放出層は、ＢａＯ、ＳｒＯ、及びＣａＯからなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項５に記載の熱電子放出用の電子放出体。
前記ベースメタル層は、Ｎｉ合金からなり、０．０１重量％〜０．５重量％のＭｇまたはＳｉを含むことを特徴とする請求項５または６に記載の熱電子放出用の電子放出体。
前記ベースメタル層と前記熱電子放出層の厚さの和は、１ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の熱電子放出用の電子放出体。
基板と、
前記基板に設けられたカソード電極と、
前記カソード電極と電気的に連結され、複数の電子放出体を含む電子放出源と、
前記カソード電極上に配置された第１絶縁体層と、
前記第１絶縁体層によって前記カソード電極と絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備え、
前記電子放出体は、
電界放出型の電子放出物質からなる本体部と、
前記本体部の表面に形成されたベースメタル層と、
前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える電子放出素子。
基板と、
前記基板に設けられたカソード電極と、
前記カソード電極と対向して設けられたゲート電極と、
前記カソード電極及びゲート電極をそれぞれ覆い、前記カソード電極を覆う部分と前記ゲート電極を覆う部分との間に所定のギャップが形成されており、複数の電子放出体を含む電子放出層と、を備え、
前記電子放出体は、
電界放出型の電子放出物質からなる本体部と、
前記本体部の表面に形成されたベースメタル層と、
前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える電子放出素子。
第１基板と、前記第１基板に設けられた複数のカソード電極と、前記カソード電極と交差する方向に延びた複数のゲート電極と、前記カソード電極と前記ゲート電極との間に配置されて、前記カソード電極と前記ゲート電極とを電気的に絶縁する絶縁体層と、前記カソード電極と電気的に連結され、複数の電子放出体を含む電子放出源と、を備える電子放出素子と、
前記電子放出源に対向する位置に配置されたアノード電極と、電子を受けて可視光線を発生させる蛍光体層が形成された第２基板と、を備える前面パネルと、を備える平板ディスプレイ装置であって、
前記電子放出体は、
電界放出型の電子放出物質からなる本体部と、
前記本体部の表面に形成されたベースメタル層と、
前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える平板ディスプレイ装置。
第１基板と、前記第１基板に設けられたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に連結され、複数の電子放出体を含む電子放出源と、前記カソード電極上に配置された絶縁体層と、前記絶縁体層によって前記カソード電極と絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備える電子放出素子と、
前記電子放出源に対向する位置に配置されたアノード電極と、電子を受けて可視光線を発生させる蛍光体層が形成された第２基板と、を備える前面パネルと、
前記前面パネルの前方に設置され、前記蛍光体層から供給される可視光線を制御して画像を具現する非発光型表示素子と、を備える平板ディスプレイ装置であって、
前記電子放出体は、
電界放出型の電子放出物質からなる本体部と、
前記本体部の表面に形成されたベースメタル層と、
前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える平板ディスプレイ装置。
第１基板と、前記第１基板に設けられたカソード電極と、前記カソード電極と対向して設けられたゲート電極と、前記カソード電極及びゲート電極をそれぞれ覆い、前記カソード電極を覆う部分と前記ゲート電極を覆う部分との間に所定のギャップが形成されており、複数の電子放出体を含む複数の電子放出層と、を備える電子放出素子と、
前記電子放出層に対向する位置に配置されたアノード電極と、電子を受けて可視光線を発生させる蛍光体層が形成された第２基板と、を備える前面パネルと、
前記前面パネルの前方に設置され、前記蛍光体層から供給される可視光線を制御して画像を具現する非発光型表示素子と、を備える平板ディスプレイ装置であって、
前記電子放出体は、
電界放出型の電子放出物質からなる本体部と、
前記本体部の表面に形成されたベースメタル層と、
前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える平板ディスプレイ装置。