JP5504246B2

JP5504246B2 - 電界放出陰極素子及びそれを利用した電界放出表示装置

Info

Publication number: JP5504246B2
Application number: JP2011257492A
Authority: JP
Inventors: 鵬柳; 段亮周; 丕瑾陳; 守善 ▲ハン▼
Original assignee: Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: US8581486B2; CN102543633A; JP2012142267A; CN102543633B; US20120169209A1

Description

本発明は、電界放出陰極素子及びそれを利用した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。

非特許文献１には、導電基体及びカーボンナノチューブを含む電界放出陰極素子が記載されている。電圧を前記電界放出陰極素子に印加する場合、前記カーボンナノチューブから電子を放出することができる。

"Ｇｒｏｗｔｈａｎｄｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄｎａｒｂｏｎｎａｎｏｔｎｂｅｐｒｏｂｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙｔｉｐｓ"、ＣｈｉｎＬｉＣｈｅｕｎｇ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００２年第７６巻

しかしながら、前記カーボンナノチューブを利用して電子を放出する場合、該カーボンナノチューブに小さい電界放出電流及び高い電圧を提供することが必要となる。これにより、前記電界放出陰極素子の使用寿命が短くなる。

従って、本発明は、前記課題を解決する電界放出陰極素子及びそれを利用した電界放出表示装置を提供する。

本発明の電界放出陰極素子は、絶縁基板と、第一電極と、第二電極と、少なくとも一つの陰極エミッタと、二次電子放出エミッタと、を含む。前記第一電極及び前記第二電極は、相互に間隔をあけて設置され、前記絶縁基板の一つの表面に設置される。前記陰極エミッタは、前記第一電極に電気的に接続される。前記二次電子放出エミッタは、電子放出面を有する。前記二次電子放出エミッタは、前記陰極エミッタに対向して、該陰極エミッタと間隔をあけて設置される。

本発明の電界放出陰極素子は、絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数の電子放出構成単位と、を含む。前記複数の行電極は、相互に平行に等間隔で、前記絶縁基板の一つの表面に設置される。前記複数の列電極は、相互に平行に等間隔で、前記複数の行電極が設置された前記絶縁基板の一つの表面に、前記複数の行電極と相互に電気的に絶縁された状態で、前記複数の行電極と所定の角度で交差するように配置され、複数の格子が形成される。一つの前記電子放出構成単位は、一つの前記格子に対応し、第一電極と、該第一電極と間隔をあけて設置された第二電極と、陰極エミッタと、二次電子放出エミッタと、を含む。前記二次電子放出エミッタは、電子放出面を有する。前記二次電子放出エミッタは、前記陰極エミッタに対向して、該陰極エミッタと間隔をあけて設置される。

本発明の電界放出表示装置は、電界放出陰極素子と、該電界放出陰極素子と間隔をあけて設置された陽極構造体と、を含む。前記電界放出陰極素子は、絶縁基板と、第一電極と、第二電極と、少なくとも一つの陰極エミッタと、二次電子放出エミッタと、を含む。前記第一電極及び前記第二電極は、相互に間隔をあけて設置され、前記絶縁基板の一つの表面に設置される。前記少なくとも一つの陰極エミッタは、前記第一電極に電気的に接続される。前記二次電子放出エミッタは、電子放出面を有する。前記二次電子放出エミッタは、前記陰極エミッタに対向して、該陰極エミッタと間隔をあけて設置される。

従来の技術と比べて、本発明の電界放出陰極素子及びそれを利用した電界放出表示装置は、次の優れた点がある。前記電界放出陰極素子及び前記電界放出表示装置において、二次電子放出エミッタは電流を増加させることができるので、前記電界放出陰極素子に低い電圧を印加する場合、該電界放出陰極素子は、大きな電界放出電流を得ることができる。これによって、前記電界放出陰極素子及び前記電界放出表示装置の使用寿命が長くなる。

本発明の実施例１に係る電界放出陰極装置の断面図である。本発明の実施例１に係る電界放出陰極装置の上面図である。本発明の実施例２に係る電界放出陰極装置の断面図である。本発明の実施例３に係る電界放出陰極装置の断面図である。本発明の実施例４に係る電界放出陰極装置の断面図である。本発明の実施例５に係る電界放出陰極装置の断面図である。本発明の実施例６に係る電界放出陰極装置の断面図である。本発明の実施例７に係る電界放出陰極装置の断面図である。本発明の実施例８に係る電界放出陰極装置の上面図である。本発明の実施例８に係る電界放出陰極装置のＩＸ‐ＩＸに沿って切断した断面図である。本発明の実施例９に係る電界放出表示装置の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
図１及び図２を参照すると、本実施例は、電界放出陰極素子１００を提供する。前記電界放出陰極素子１００は、絶縁基板１１と、第一電極１２と、第二電極１４と、少なくとも一つの陰極エミッタ１６と、二次電子放出エミッタ１８と、を含む。前記第一電極１２、前記第二電極１４、前記少なくとも一つの陰極エミッタ１６及び前記二次電子放出エミッタ１８は、一つの電子放出構成単位（図示せず）を形成する。前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、相互に間隔をあけて設置され、前記絶縁基板の一つの表面１１２に設置される。前記陰極エミッタ１６は、前記第一電極１２に電気的に接続される。前記二次電子放出エミッタ１８の少なくとも一部は、前記第一電極１２及び前記第二電極１４の間に位置する。前記二次電子放出エミッタ１８は、前記陰極エミッタ１６に対向して、該陰極エミッタ１６と間隔をあけて設置される。

前記絶縁基板１１は、前記第一電極１２及び前記第二電極１４を支持する。前記絶縁基板１１の材料は、樹脂、ガラス、ケイ素二酸化物、セラミックスまたは他の絶縁材料である。前記絶縁基板の厚さ及び寸法は、実際の応用に応じて選択することができる。本実施例において、前記絶縁基板１１はガラスからなる。

前記第一電極１２及び前記第二電極１４の形状は、制限せず、例えば、正方形、長方形または円柱形である。前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、導電材料からなる。具体的には、前記第一電極１２及び前記第二電極１４の材料は、銅、アルミニウム、金、銀、ＩＴＯ、導電性ぺーストのいずれか一種または多種である。本実施例において、前記第一電極１２及び前記第二電極１４は、導電性ぺーストからなる。

前記電界放出陰極素子１００は、少なくも一つの前記陰極エミッタ１６を含む。前記陰極エミッタ１６の一端は、導電接着剤によって、前記第一電極１２の、前記絶縁基板１１に隣接する表面とは反対の表面に設置され、該第一電極１２に電気的に接続される。前記陰極エミッタ１６は、ケイ素ワイヤー、カーボンナノチューブ、カーボン繊維、またはカーボンナノチューブワイヤーからなる。前記陰極エミッタ１６は、前記絶縁基板１１に平行し、且つ、前記第一電極１２を介して、前記絶縁基板１１に間隔をあけて設置される。前記陰極エミッタ１６の他端は、前記第二電極１４に対向する方向へ延伸して、電子放出先端１６２が形成される。前記電子放出先端１６２と、前記二次電子放出エミッタ１８とは、間隔をあけて対向して設置される。本実施例において、前記電界放出陰極素子１００は、複数のカーボンナノチューブワイヤーを含む。前記複数のカーボンナノチューブワイヤーは、相互に平行して等間隔で設置される。前記複数のカーボンナノチューブワイヤーは、複数の分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造を有するカーボンナノチューブ構造体である。単一のカーボンナノチューブワイヤーの長さは、１０μｍ〜１０００μｍであり、その直径は、１μｍ〜１０００μｍである。前記隣接の二つのカーボンナノチューブワイヤー間の距離は、１μｍ〜１０００μｍである。

本実施例において、前記二次電子放出エミッタ１８は、前記絶縁基板１１の一つの表面１１２に設置され、前記第二電極１４の一つの側面に接続される。前記二次電子放出エミッタ１８の形状は、制限されない。前記陰極エミッタ１６から放出した電子が前記二次電子放出エミッタ１８に衝突した後、前記二次電子放出エミッタ１８は、二次電子を放出することができる。前記二次電子放出エミッタ１８の材料は、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化バリウム、酸化セシウム、酸化カルシウムまたは酸化ストロンチウムである。

更に、前記二次電子放出エミッタ１８は、前記陰極エミッタ１６に対向する電子放出面１８２を有することができる。前記電子放出面１８２は、前記絶縁基板１１の一つの表面１１２と所定の角度α（０°＜α≦９０°）を形成する。前記電子放出面１８２は、前記陰極エミッタ１６と所定の角度β（９０°≦β≦１８０°）を形成する。本実施例において、前記二次電子放出エミッタ１８は、前記表面１１２に垂直する。前記電子放出面１８２は、平面または曲面である。

前記第一電極１２及び前記第二電極１４に電圧を印加する場合、前記第一電極１２及び前記第二電極１４の間に形成された電圧によって、前記陰極エミッタ１６は、複数の初期電子を放出する。前記複数の初期電子が前記二次電子放出エミッタ１８に衝突した場合、該二次電子放出エミッタ１８は、複数の二次電子を放出することができる。前記放出した複数の二次電子の数量は、前記複数の初期電子の数量より多い。従って、前記二次電子放出エミッタ１８によって、前記複数の初期電子で形成された電流を増加させることができるので、大きな電界放出電流を得ることができる。

（実施例２）
図３を参照すると、電界放出陰極装置２００は、絶縁基板２１と、第一電極２２と、第二電極２４と、少なくとも一つの陰極エミッタ２６と、二次電子放出エミッタ２８と、を含む。前記第一電極２２、前記第二電極２４、前記少なくとも一つの陰極エミッタ２６及び前記二次電子放出エミッタ２８は、一つの電子放出構成単位（図示せず）を形成する。実施例１と比べると、本実施例の電界放出陰極装置２００は、次の異なる点がある。即ち、前記二次電子放出エミッタ２８は、前記第二電極２４と間隔をあけて、前記絶縁基板２１の一つの表面２１２に設置される。前記二次電子放出エミッタ２８は、電子放出面２８２を有する。前記電子放出面２８２は、前記陰極エミッタ２６に対向して設置されている。該電子放出面２８２と、前記絶縁基板２１の一つの表面２１２と形成した角度αは、４５°である。

（実施例３）
図４を参照すると、電界放出陰極装置３００は、絶縁基板３１と、第一電極３２と、第二電極３４と、少なくとも一つの陰極エミッタ３６と、二次電子放出エミッタ３８と、を含む。前記第一電極３２、前記第二電極３４、前記少なくとも一つの陰極エミッタ３６及び前記二次電子放出エミッタ３８は、一つの電子放出構成単位（図示せず）を形成する。実施例１と比べると、本実施例の電界放出陰極装置３００は、次の異なる点がある。即ち、前記二次電子放出エミッタ３８は、階段型の電子放出面３８２を有する。前記階段型の電子放出面３８２は、シルクスクリーン印刷方法で形成することができる。

（実施例４）
図５を参照すると、電界放出陰極装置４００は、絶縁基板４１と、第一電極４２と、第二電極４４と、少なくとも一つの陰極エミッタ４６と、二次電子放出エミッタ４８と、を含む。前記第一電極４２、前記第二電極４４、前記少なくとも一つの陰極エミッタ４６及び前記二次電子放出エミッタ４８は、一つの電子放出構成単位（図示せず）を形成する。実施例１と比べると、本実施例の電界放出陰極装置４００は、次の異なる点がある。即ち、前記二次電子放出エミッタ４８は、前記絶縁基板４１と間隔をあけて、前記第二電極４４の表面のみに設置される。具体的には、前記二次電子放出エミッタ４８は、前記第二電極４４の表面を被覆する。該二次電子放出エミッタ４８の少なくとも一部は前記第一電極４２及び前記第二電極４４の間に位置し、前記陰極エミッタ４６に対向して設置される。

（実施例５）
図６を参照すると、電界放出陰極装置５００は、絶縁基板５１と、第一電極５２と、第二電極５４と、少なくとも一つの陰極エミッタ５６と、二次電子放出エミッタ５８と、を含む。前記第一電極５２、前記第二電極５４、前記少なくとも一つの陰極エミッタ５６及び前記二次電子放出エミッタ５８は、一つの電子放出構成単位（図示せず）を形成する。実施例１と比べると、本実施例の電界放出陰極装置５００は、次の異なる点がある。即ち、前記二次電子放出エミッタ５８は、前記第二電極５４の、前記絶縁基板５１に隣接する表面とは反対の表面に設置する。

（実施例６）
図７を参照すると、電界放出陰極装置６００は、絶縁基板６１と、第一電極６２と、第二電極６４と、少なくとも一つの陰極エミッタ６６と、を含む。前記第一電極６２、前記第二電極６４及び前記少なくとも一つの陰極エミッタ６６は、一つの電子放出構成単位（図示せず）を形成する。実施例１と比べると、本実施例の電界放出陰極装置６００は、次の異なる点がある。即ち、前記第二電極６４は、導電性基体６０及び該導電性基体６０の中に分散された複数の顆粒状二次電子放出エミッタ材料６８からなる。前記複数の顆粒状二次電子放出エミッタ材料６８の少なくとも一部分は、前記導電性基体６０の表面に分散し、前記陰極エミッタ６６と対向して設置されている。

（実施例７）
図８を参照すると、電界放出陰極装置７００は、絶縁基板７１と、第一電極７２と、第二電極７４と、少なくとも一つの陰極エミッタ７６と、二次電子放出エミッタ７８と、を含む。前記第一電極７２、前記第二電極７４、前記少なくとも一つの陰極エミッタ７６及び前記二次電子放出エミッタ７８は、一つの電子放出構成単位（図示せず）を形成する。実施例１と比べると、本実施例の電界放出陰極装置７００は、次の異なる点がある。即ち、前記二次電子放出エミッタ７８は、電子放出面７８２を有する。前記電子放出面７８２は、複数の穴（図示せず）を有する。

（実施例８）
図９及び図１０を参照すると、電界放出陰極装置８００は、絶縁基板８１と、複数の電子放出構成単位８１８と、複数の行電極８１２と、複数の列電極８１４と、複数の絶縁体８１６と、を含む。単一の前記電子放出構成単位８１８は、第一電極８２と、第二電極８４と、少なくとも一つの陰極エミッタ８６と、二次電子放出エミッタ８８と、を含む。前記電子放出構成単位８１８は、前記絶縁基板８１の一つの表面に設置される。前記複数の行電極８１２は、相互に平行に等間隔で、前記絶縁基板の一つの表面に設置される。前記複数の列電極８１４は、相互に平行に等間隔で、前記複数の行電極が設置された前記絶縁基板の一つの表面に、前記複数の絶縁体８１６で前記複数の行電極と相互に電気的に絶縁された状態で、前記複数の行電極と９０°の角度で交差するように配置され、複数の格子８１０が形成される。一つの前記電子放出構成単位８１８は、一つの前記格子８１０に対応し、該格子８１０に設置される。

前記絶縁基板８１の材料は、セラミックス、ガラス、樹脂または石英である。前記絶縁基板８１の寸法及び厚さは、制限せず、実際の応用に応じて選択する。本実施例において前記絶縁基板８１は、ガラスからなり、その厚さが１ｍｍ以上である。

本実施例において、前記複数の行電極８１２及び複数の列電極８１４は、金属のような導電性材料からなる。例えば、シルクスクリーン印刷方法で導電性ペーストを前記絶縁基板８１の一つの表面に形成することができる。前記導電性ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤からなる。前記金属粉末は、銀粉である。前記接着剤は、テルピネオールまたはエチルセルロースである。前記導電性ペーストを成す材料の重量比は、金属粉末が、５０％〜９０％であり、前記低融点ガラス粉末が、２％〜１０％であり、前記接着剤が、２％〜１０％である。本実施例において、単一の前記行電極８１２及び単一の前記列電極８１４の幅が３０μｍ〜１００μｍであり、厚さが１０μｍ〜５００μｍである。隣接する前記行電極８１２間の距離は５０μｍ〜２ｃｍであり、隣接する前記列電極８１４間の距離は５０μｍ〜２ｃｍである。

本実施例において、同じ列の前記電子放出構成単位８１８における前記第一電極８２は、該列の列電極８１４に電気的に接続され、同じ行の前記電子放出構成単位８１８における第二電極８４は、該行の行電極８１２に電気的に接続される。前記陰極エミッタ８６は、直接前記絶縁基板８１の、前記複数の行電極８１２及び前記列電極８１４が設置された表面に設置され、又は該表面から間隔を空けて設置される。前記陰極エミッタ８６が前記絶縁基板８１の、前記複数の行電極８１２及び前記列電極８１４が設置された表面から間隔を空けて設置される場合、該陰極エミッタ８６の電子放出能力が高くなることができる。前記電子放出構成単位８１８は、前記実施例１〜実施例７のいずれか一種の電子放出構成単位であることができる。

前記第一電極８２及び前記第二電極８４は、金属のような導電材料からなる。本実施例において、前記第一電極８２及び前記第二電極８４は、平面の導電体であり、その寸法は、前記格子８１０の寸法と関連する。前記第一電極８２は、前記列電極８１４と直接電気的に接続され、前記第二電極８４は、前記行電極８１２と直接電気的に接続される。前記第一電極８２及び前記第二電極８４の長さは、２０μｍ〜１．５ｃｍであり、その幅は、３０μｍ〜１ｃｍであり、その厚さは、１０μｍ〜５００μｍである。好ましくは、前記第一電極８２及び前記第二電極８４の長さは１００μｍ〜７００μｍであり、その幅は５０μｍ〜５００μｍであり、その厚さは２０μｍ〜１００μｍである。本実施例において、前記第一電極８２及び前記第二電極８４は、導電ペーストであり、スクリーン印刷法で前記導電ペーストを前記絶縁基板８１の一つの表面に印刷して形成される。前記導電性ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤からなる。前記金属粉末は、銀粉である。前記接着剤は、テルピネオールまたはエチルセルロースである。前記導電性ペーストを成す材料の重量比は、金属粉末が５０％〜９０％であり、前記低融点ガラス粉末が、２％〜１０％であり、前記接着剤は、２％〜１０％である。

（実施例９）
図１１を参照すると、電界放出表示装置９０は、電界放出陰極装置９００と、陽極装置９４０と、を含む。前記電界放出陰極装置９００は、前記実施例７における電界放出陰極装置７００と同じである。前記電界放出陰極装置９００は、前記陽極装置９４０に対向して、相互に間隔を空けて設置される。前記陽極装置９４０は、ガラス基板９４２と、透明な陽極電極９４４と、蛍光層９４６と、を含む。前記陽極電極９４４は、前記ガラス基板９４２の、前記電界放出陰極装置９００に対向する表面に隣接する。前記蛍光層９４６は、前記陽極電極９４４の、前記ガラス基板９４２に隣接する表面とは反対の表面に設置される。前記陽極電極９４４は、ＩＴＯフィルム、酸化亜鉛薄膜、カーボンナノチューブフィルムまたはグラフェン薄膜からなる。絶縁スペーサー９４８は、前記陽極装置９４０及び前記絶縁基板９１の間に設置され、前記電界放出表示装置９０に中空のチャンバーが形成される。前記電界放出表示装置９０の内部は真空化されている。単一の前記電子放出構成単位９１８において、二次電子放出エミッタ９８は、前記蛍光層９４６に対向して設置される。

行電極９１２（図示せず）、列電極９１４及び前記陽極電極９４４に異なる電圧を印加する場合、前記電子放出構成単位９１８は、前記行電極９１２及び前記列電極９１４の間の電圧によって、複数の電子を放出する。前記放出された複数の電子は、前記陽極電極９４４の高電圧により、該陽極電極９４４に向かって飛び、前記蛍光層９４６と衝突して、可視光が放射される。該可視光が前記陽極電極９４４を透過し、前記ガラス基板９４２を介して出射された場合、前記電界放出表示装置９０は、画像を形成することができる。

１００、２００、３００，４００、５００、
６００、７００、８００、９００電界放出陰極素子
１１、２１、３１、４１、５１、６１、
７１、８１、９１絶縁基板
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２第一電極
１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４、８４第二電極
１６、２６、３６、４６、５６、６６、７６、８６陰極エミッタ
１８、２８、３８、４８、５８、６８、７８、８８、９８二次電子放出エミッタ
１１２、２１２絶縁基板の一つの表面
１６２電子放出先端
１８２、２８２、３８２、７８２電子放出面
６０導電性基体
８１０格子
８１６絶縁体
８１２行電極
８１４、９１４列電極
８１８、９１８電子放出構成単位
８２４固定素子
９４０陽極装置
９４２ガラス基板
９４４陽極電極
９４６蛍光層
９４８絶縁スペーサー

Claims

絶縁基板と、第一電極と、第二電極と、少なくとも一つの陰極エミッタと、二次電子放出エミッタと、を含む電界放出陰極素子において、
前記第一電極及び前記第二電極は、相互に間隔をあけて設置され、前記絶縁基板の一つの表面に設置され、前記第二電極は、前記第一電極より高く、
前記陰極エミッタは、前記第一電極に電気的に接続され、
前記二次電子放出エミッタは、階段型の電子放出面を有し、前記絶縁基板の一つの表面に設置され、前記第二電極と同じ高さを有し、
前記二次電子放出エミッタは、前記陰極エミッタに対向し、前記第二電極に接続され、該陰極エミッタと間隔をあけて設置されることを特徴とする電界放出陰極素子。
絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数の電子放出構成単位と、を含む電界放出陰極素子において、
前記複数の行電極は、相互に平行に等間隔で、前記絶縁基板の一つの表面に設置され、
前記複数の列電極は、相互に平行に等間隔で、前記複数の行電極が設置された前記絶縁基板の一つの表面に、前記複数の行電極と相互に電気的に絶縁された状態で、前記複数の行電極と所定の角度で交差して配置され、複数の格子が形成され、
一つの前記電子放出構成単位は、一つの前記格子に対応し、第一電極と、該第一電極と間隔をあけて設置された第二電極と、少なくとも一つの陰極エミッタと、二次電子放出エミッタと、を含み、
前記第一電極及び前記第二電極は、前記絶縁基板の一つの表面に設置され、前記第二電極は、前記第一電極より高く、
前記陰極エミッタは、前記第一電極に電気的に接続され、
前記二次電子放出エミッタは、階段型の電子放出面を有し、前記絶縁基板の一つの表面に設置され、前記第二電極と同じ高さを有し、
前記二次電子放出エミッタは、前記陰極エミッタに対向し、前記第二電極に接続され、該陰極エミッタと間隔をあけて設置されることを特徴とする電界放出陰極素子。
電界放出陰極素子と、該電界放出陰極素子と間隔をあけて設置された陽極構造体と、を含む電界放出表示装置において、
前記電界放出陰極素子は、絶縁基板と、第一電極と、第二電極と、少なくとも一つの陰極エミッタと、二次電子放出エミッタと、を含み、
前記第一電極及び前記第二電極は、相互に間隔をあけて設置され、前記絶縁基板の一つの表面に設置され、前記第二電極は、前記第一電極より高く、
前記陰極エミッタは、前記第一電極に電気的に接続され、
前記二次電子放出エミッタは、階段型の電子放出面を有し、前記絶縁基板の一つの表面に設置され、前記第二電極と同じ高さを有し、
前記二次電子放出エミッタは、前記陰極エミッタに対向し、前記第二電極に接続され、該陰極エミッタと間隔をあけて設置されることを特徴とする電界放出表示装置。