JP5129207B2 - 電界放出陰極装置及び電界放出表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、電界放出陰極装置及び電界放出陰極装置を備える電界放出表示装置に関するものである。

電界放出表示装置は、ブラウン管（ＣＲＴ）表示装置及び液晶表示装置（ＬＣＤ）と比べて、良好な表示効果、広視野角、低消費電力、小型化などの優れた点を有するので、次世代の表示装置として開発されている。特に、カーボンナノチューブを利用する電界放出表示装置（ＣＮＴ‐ＦＥＤ）は、益々注目されてきている。

一般的に、電界放出表示装置は二極型の表示装置及び三極型の表示装置に分けられる。前記二極型の表示装置は、陽極及び陰極を備え、高電圧を印加することが必要となるので、電子放出及び電子放出の均一性が制御できない。従って、文字を正確に表示することはできるが、図形及び画像などを正確に表示することができない。前記三極型の表示装置は、二極型の表示装置に基づいて、電子放出を制御するためのゲート電極（グリッドとも称される）が別途設置されるので、低電圧で電子を放出することができ、ゲート電極によって、電子放出を精確に制御することができる。

図１と図２を参照すると、従来の電界放出陰極装置１００は、絶縁基板１０２と、複数の帯状の陰極１０４と、複数の電界放出ユニット１１０と、絶縁層１０６と、複数のゲート電極１０８と、を含む。前記複数の帯状の陰極１０４は、前記絶縁基板１０２と同じ方向に沿って、互いに平行に間隔を置いて配列される。前記複数の電界放出ユニット１１０は、それぞれ、前記帯状の陰極１０４に均一に配列され、該帯状の陰極１０４と電気的に接続される。前記複数の電界放出ユニット１１０は、それぞれ、複数の電界放出体を含む。前記絶縁層１０６は、前記絶縁基板１０２に設置され、前記電界放出ユニット１１０と対向する位置に貫通孔を有する。前記複数のゲート電極１０８は、前記絶縁層１０６に設置され、前記帯状の陰極１０４と異なる平面においてその長軸が該帯状の陰極１０４の長軸に直交する。

前記電界放出陰極装置１００において、前記ゲート電極１０８が、前記絶縁層１０６に直接に設置されるので、前記ゲート電極１０８と前記絶縁層１０６との間がしっかり接続されないため、次の欠点を有する。第一の欠点として、前記電界放出陰極装置１００を封装し、電界放出表示装置を形成する場合に、前記ゲート電極１０８が滑りやすくて変形し、前記電界放出陰極装置１００の電界放出性能に影響を与える。第二の欠点として、前記電界放出陰極装置１００が作動する場合に、電界の作用で前記ゲート電極１０８が変形しやすく、前記帯状の陰極１０４と前記ゲート電極１０８とを短絡させるので、前記ゲート電極１０８と前記帯状の陰極１０４との間の距離を小さくすることができず、一般的に、２０マイクロメートル（μｍ）よりも大きい。前記ゲート電極１０８と前記帯状の陰極１０４との間の距離が大きければ、前記ゲート電極１０８の作動電圧が大きくなる。即ち、前記電界放出陰極装置１００の作動電圧が大きければ、前記電界放出装置の電子放出性能に影響を与える。

従って、本発明は、前記課題を解決するために、電界放出陰極装置及び電界放出表示装置を提供することを目的とする。

本発明の電界放出陰極装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板に互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列された複数の帯状の陰極と、前記複数の帯状の陰極の表面に配列され、該帯状の陰極と電気的に接続された複数の電界放出ユニットと、前記絶縁基板の表面に設置され、前記複数の帯状の陰極の一部の領域を被覆し、前記各々の電界放出ユニットに対向する位置に貫通孔が設置される絶縁層と、互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列され、前記絶縁層の複数の貫通孔を被覆した複数の帯状のゲート電極であって、前記帯状の陰極と異なる平面においてその長軸が該帯状の陰極の長軸に直交する複数の帯状のゲート電極と、を含み、前記複数の帯状のゲート電極は、前記絶縁層の中に設置され、該絶縁層に固定される。

前記帯状のゲート電極が、複数の孔を含み、各々の孔の直径が３マイクロメートル〜１０００マイクロメートルである。

前記絶縁層の材料がガラス、セラミックス又は酸化珪素である。

電界放出陰極装置及び、該電界放出陰極装置の帯状のゲート電極と間隔を置いて設置された陽極装置を含む電界放出表示装置において、前記電界放出陰極装置が、絶縁基板と、前記絶縁基板に互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列される複数の帯状の陰極と、複数の帯状の陰極の表面に行列状に配列され、該帯状の陰極と電気的に接続された複数の電界放出ユニットと、前記絶縁基板の表面に設置され、前記複数の帯状の陰極の一部の領域を被覆し、前記各々の電界放出ユニットに対向する位置に貫通孔が設置される絶縁層と、互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列され、前記絶縁層の複数の貫通孔を被覆した複数の帯状のゲート電極であって、前記帯状の陰極と異なる平面においてその長軸が該帯状の陰極に直交する複数の帯状のゲート電極と、を含み、前記複数の帯状のゲート電極は、前記絶縁層の中に設置され、該絶縁層に固定される。

従来の電界放出陰極装置と比べて、本発明の電界放出陰極装置では、複数の帯状のゲート電極が絶縁層の中に設置され、該絶縁層の複数の貫通孔を被覆し、該絶縁層に挟まれ、固定される。従って、前記帯状のゲート電極が変形して前記帯状の陰極との間隔が不均一とならないので、電子を均一的に放出することには影響がない。前記帯状のゲート電極が前記絶縁層の中にしっかり固定されるので、たとえ、該帯状のゲート電極と前記帯状の陰極との間の距離が小さ過ぎても、該帯状の陰極と前記帯状のゲート電極とが短絡することができない。従って、電界放出陰極装置の構造が安定になり、該電界放出陰極装置の作動電圧を制御しやすく、電界放出を制御しやすい。

従来の電界放出陰極装置を示す上面図である。 従来の電界放出陰極装置の図１のＩＩ‐ＩＩに沿って切断した断面図である。 本発明の実施例に係る電界放出陰極装置を示す分解図である。 本発明の実施例に係る電界放出陰極装置を示す上面図である。 本発明の実施例に係る電界放出表示装置を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図３と図４を参照すると、本発明の実施例は、電界放出陰極装置１０を提供する。前記電界放出陰極装置１０は、絶縁基板１２と、複数の帯状の陰極１４と、複数の電界放出ユニット３２と、絶縁層２６と、複数の帯状のゲート電極２２と、を含む。前記複数の帯状の陰極１４は、前記絶縁基板１２の表面に互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列される。前記複数の電界放出ユニット３２は、それぞれ、前記複数の帯状の陰極１４の表面に配列され、且つ該帯状の陰極１４と電気的に接続される。前記複数の電界放出ユニット３２は、それぞれ、複数の電子放出体を含む。前記絶縁層２６は、前記絶縁基板１２の表面に設置され、前記複数の帯状の陰極１４の一部の領域が被覆され、且つ前記各々の電界放出ユニット３２に対向する位置に貫通孔が設置される。前記電界放出ユニット３２から放出された電子は、前記貫通孔から放出する。前記帯状のゲート電極２２は、前記絶縁層２６の中に設置され、該絶縁層２６に挟まれ、固定される。前記帯状のゲート電極２２は、前記帯状の陰極１４と異なる平面においてその長軸が該帯状の陰極１４の長軸に直交し、前記絶縁層２６の貫通孔を被覆する。

前記絶縁基板１２の材料は、ガラス、セラミックス、酸化珪素などの絶縁材料からなる。本実施例において、前記絶縁基板１２の材料は、ガラスからなる。

前記帯状の陰極１４は、前記絶縁基板１２に互いに平行して間隔を置いて配列される。前記帯状の陰極１４の材料は、銅、アルミニウム、金、銀などの金属又は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる。本実施例において、前記帯状の陰極１４は、銀電極である。

前記複数の電界放出ユニット３２は、前記帯状の陰極１４に均一に配列され、且つ行列状に配置され、前記帯状の陰極１４と電気的に接続される。前記電界放出ユニット３２は、複数の尖端を有する電界放出体を含み、前記電界放出体が金属、シリコン又はカーボンナノチューブからなる。前記電界放出体は、カーボンナノチューブであることが好ましい。

前記絶縁層２６は、前記絶縁基板１２に設置され、複数の帯状の陰極１４の一部の領域が被覆され、且つ各々の電界放出ユニット３２に対向する位置に貫通孔が設置される。つまり、前記絶縁層２６の貫通孔と電界放出ユニット３２とはそれぞれ対応し、前記電界放出ユニット３２から放出された電子を前記貫通孔から放出させる。前記絶縁層２６の形状は、特に制限されない。前記絶縁層２６の材料は、ガラス、セラミックス、酸化珪素などの絶縁材料からなる。前記絶縁層２６の高さは１５マイクロメートル（μｍ）より大きい。本実施例において、前記絶縁層２６は、ネット状であり、均一的に配列された複数の貫通孔（図示せず）を含み、前記複数の貫通孔は、それぞれ、電界放出ユニット３２と対応する。前記絶縁層２６の材料は、ガラスからなる。前記絶縁層２６の高さは、２０マイクロメートル（μｍ）である。

前記帯状のゲート電極２２は、前記絶縁層２６の面方向の内部に互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列され、該絶縁層２６に挟まれ、固定される。該帯状のゲート電極２２は、前記絶縁層２６の貫通孔を被覆し、前記帯状の陰極１４と異なる平面においてその長軸が該帯状の陰極１４の長軸に直交する。前記帯状のゲート電極２２は、それに対応する各々の前記貫通孔に分割され、複数のブロック状の領域が形成される。各々のブロック状の領域は、その四方が前記絶縁層２６に埋め込まれ、該絶縁層２６に固定される。ブロック状の領域と貫通孔とは、それぞれ対応している。ここで、以下の点を理解していただきたい。即ち、前記絶縁層２６が前記帯状のゲート電極２２によって分割され、上下２つの部分（２６ａ、２６ｂ）が形成され、下部絶縁層２６ａがシルクスクリーンプリンターにより前記帯状の陰極１４と前記基板１２に設置され、前記帯状のゲート電極２２を支持することに用いられる。一方、上部絶縁層２６ｂがシルクスクリーンプリンターにより前記帯状のゲート電極２２の、前記下部絶縁層２６ａと面する表面とは反対側の表面に形成され、前記帯状のゲート電極２２を固定することに用いられる。勿論、上部絶縁層２６ｂは、固定部品に置き換えることができる。前記帯状のゲート電極２２は、ネット状であり、均一的に配列された複数の孔を含む。前記孔の直径は、３マイクロメートル（μｍ）〜１０００マイクロメートル（μｍ）である。前記帯状のゲート電極２２と前記帯状の陰極１４との間の距離は、１０マイクロメートル（μｍ）以上である。前記帯状のゲート電極２２は、金属網である。本実施例において、前記帯状のゲート電極２２は、帯状のステンレス網である。前記帯状のゲート電極２２と前記帯状の陰極１４との間の距離は、１５マイクロメートル（μｍ）である。

電界放出陰極装置１０を使用する時、前記帯状の陰極１４及び前記帯状のゲート電極２２に異なる電圧を印加する（一般的に、前記帯状の陰極１４の電圧は、ゼロ電圧であり、前記帯状のゲート電極２２の電圧は、数十ボルトから数百ボルトまでの範囲である）。前記電界放出ユニット３２の電界放出体から放出された電子は、前記帯状のゲート電極２２による電界の作用で前記帯状のゲート電極２２の方向へ運動し、該帯状のゲート電極２２の孔を通って放出される。前記各々の帯状の陰極１４の間及び前記各々の帯状のゲート電極２２の間は、相互に絶縁して配列されるので、前記帯状の陰極１４及び前記帯状のゲート電極２２の間に電圧を選択的に印加すると、異なる位置に位置された電界放出ユニット３２が電子を放出するように制御することができ、電界放出陰極装置１０のアドレッシング機能を実現することができ、電界放出表示装置に応用されるようになる。

本実施例の電界放出陰極装置１０では、複数の帯状のゲート電極２２が絶縁層２６の中に設置され、該絶縁層２６の複数の貫通孔を被覆し、該絶縁層２６に挟まれ、固定される。従って、前記帯状のゲート電極２２が変形して前記帯状の陰極１４との間隔が不均一とならないので、電子を均一的に放出することには影響がない。前記帯状のゲート電極２２が前記絶縁層２６の中にしっかり固定されるので、たとえ、該帯状のゲート電極２２と前記帯状の陰極１４との間の距離が小さ過ぎても、該帯状の陰極１４と前記帯状のゲート電極２２とが短絡することができない。従って、電界放出陰極装置１０の構造が安定になり、該電界放出陰極装置１０の作動電圧を制御しやすく、電界放出を制御しやすい。

図５を参照すると、本発明の実施例は、前記電界放出陰極装置を使用する電界放出表示装置２００を提供する。前記電界放出表示装置２００は、電界放出陰極装置２０２と、陽極装置２１２と、を含む。前記電界放出陰極装置２０２は、絶縁基板２０４と、複数の帯状の陰極２０６と、複数の電界放出ユニット２２２と、絶縁層２０８と、複数の帯状のゲート電極２１０と、を含む。前記帯状の陰極２０６は、前記絶縁基板２０４に互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列されている。前記電界放出ユニット２２２は、複数の帯状の陰極２０６に間隔を置いて配列され、行列状に配置され、前記帯状の陰極２０６と電気的に接続される。前記絶縁層２０８は、前記絶縁基板２０４と前記帯状の陰極２０６に設置され、複数の帯状の陰極２０６の一部の領域を被覆し、且つ各々の電界放出ユニット２２２に対向する位置に貫通孔が設置される。前記電界放出ユニット２２２から放出された電子は、前記貫通孔から放出される。前記帯状のゲート電極２１０は、前記絶縁層２０８の中に互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列され、該絶縁層２０８に挟まれ、固定される。該帯状のゲート電極２１０は、前記絶縁層２０８の貫通孔を被覆し、前記帯状の陰極２０６と異なる平面においてその長軸が該帯状の陰極２０６の長軸に直交する。前記帯状のゲート電極２１０は、それに対応する各々の前記貫通孔に分割され、複数のブロック状の領域が形成される。各々のブロック状の領域は、その四方が前記絶縁層２０８に埋め込まれ、該絶縁層２０８に固定される。前記電界放出陰極装置２０２の帯状のゲート電極２１０は間隔を置いて設置される。

前記帯状のゲート電極２１０と前記帯状の陰極２０６との間の距離は、１０マイクロメートル（μｍ）以上である。

前記陽極装置２１２は、ガラス基板２１４と、透明の陽極２１６と、陽極２１６の表面に付着された蛍光層２１８と、を含む。前記陽極装置２１２と前記界放出陰極装置２０２とは、絶縁支持体２２０に支持され、間隔を置いて設置される。前記帯状のゲート電極２１０の縁は、前記絶縁支持体２２０に固定される。前記透明の陽極２１６は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）フィルムからなる。

前記電界放出表示装置２００を使用する時、前記帯状の陰極２０６、前記帯状のゲート電極２１０及び前記陽極２１６に異なる電圧を印加する（一般的に、前記帯状の陰極２０６の電圧は、ゼロ電圧であり、前記帯状のゲート電極２１０の電圧は、数十ボルトから数百ボルトまでの範囲であり、前記陽極２１６の電圧は、前記帯状のゲート電極２１０の電圧より大きい）。前記電界放出ユニット２２２の電界放出体から放出された電子は、前記帯状のゲート電極２１０による電界の作用で、該帯状のゲート電極２１０の方向へ運動し、該帯状のゲート電極２１０の孔を通って放出され、前記陽極２１６による電界の作用で、該陽極２１６に達して、該陽極２１６表面に付着された蛍光層２１８に衝突して可視光線を発光させる。前記各々の帯状の陰極２０６の間及び前記各々の帯状のゲート電極２１０の間は、相互に絶縁して配列されるので、異なる前記帯状の陰極２０６及び前記帯状のゲート電極２１０の間に異なる電圧を選択的に印加すると、異なる位置に位置された電界放出ユニット２２２から電子を放出し、前記陽極２１６表面に付着された蛍光層２１８の異なる位置に衝突して蛍光層２１８の異なる位置から可視光線を発光させる。前記電界放出表示装置２００は、実際の応用に応じて、異なる画面表示を実現することができる。

１００、１０、２０２ 電界放出陰極装置
１０２、１２、２０４ 絶縁基板
１０４、１４、２０６ 帯状の陰極
１０６、２６、２０８ 絶縁層
１０８ ゲート電極
１１０、３２、２２２ 電界放出ユニット
２２、２１０ 帯状のゲート電極
２００ 電界放出表示装置
２１２ 陽極装置
２１４ ガラス基板
２１６ 透明の陽極
２１８ 蛍光層
２２０ 絶縁支持体

Claims (4)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板に互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列された複数の帯状の陰極と、
   前記複数の帯状の陰極の表面に配列され、該帯状の陰極と電気的に接続された複数の電界放出ユニットと、
   前記絶縁基板の表面に設置され、前記複数の帯状の陰極の一部の領域を被覆し、前記各々の電界放出ユニットに対向する位置に貫通孔が設置される絶縁層と、
   互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列され、前記絶縁層の複数の貫通孔を被覆した複数の帯状のゲート電極であって、前記帯状の陰極と異なる平面において該帯状のゲート電極の長軸が該帯状の陰極の長軸に直交する複数の帯状のゲート電極と、
   を含む電界放出陰極装置において、
   前記複数の帯状のゲート電極は、前記絶縁層の面方向の内部に設置され、該絶縁層に固定されることを特徴とする電界放出陰極装置。
2. 前記帯状のゲート電極が、複数の孔を含み、各々の孔の直径が３マイクロメートル〜１０００マイクロメートルであることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出陰極装置。
3. 前記絶縁層の材料がガラス、セラミックス又は酸化珪素であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電界放出陰極装置。
4. 電界放出陰極装置及び、該電界放出陰極装置の帯状のゲート電極と間隔を置いて設置された陽極装置を含む電界放出表示装置において、
   前記電界放出陰極装置が、
   絶縁基板と、前記絶縁基板に互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列される複数の帯状の陰極と、
   複数の帯状の陰極の表面に行列状に配列され、該帯状の陰極と電気的に接続された複数の電界放出ユニットと、
   前記絶縁基板の表面に設置され、前記複数の帯状の陰極の一部の領域を被覆し、前記各々の電界放出ユニットに対向する位置に貫通孔が設置された絶縁層と、
   互いに平行に間隔を置いて絶縁して配列され、前記絶縁層の複数の貫通孔を被覆した複数の帯状のゲート電極であって、前記帯状の陰極と異なる平面において該帯状のゲート電極の長軸が該帯状の陰極の長軸に直交する複数の帯状のゲート電極と、を含み、
   前記複数の帯状のゲート電極は、前記絶縁層の面方向の内部に設置され、該絶縁層に固定されることを特徴とする電界放出表示装置。

Images