JPH04289642A - 画像表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面陰極を用いた画像
表示素子に係り、特に２次元に配置した電界放射形の電
子源に蛍光体層をもつ表示面を対向させて成る画像表示
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】表示用の陰極線管，所謂ＣＲＴの一形式
として平面型ＣＲＴあるいはフラットＣＲＴと呼ばれる
表示素子が知られている。

【０００３】この種の表示素子（以下、フラットディス
プレイという）は、２次元に配置した多数の電子源（カ
ソード）と２次元に蛍光体層を形成した蛍光面とを真空
中で対向させ、上記電子源から放出されて上記蛍光体層
に到達する電子流を制御することにより画像の表示を行
なうものである。

【０００４】２次元に電子源を配置した，所謂平面カソ
ードには、熱電子放出型（熱陰極）と電界放出型（冷陰
極）とがあるが、前者の熱電子放出型平面カソードはフ
ラットディスプレイに適用するためには２次元平面上に
極めて多数の電子放出部を形成する必要があり、その集
積度向上のための構造に限界があると共に、電力消費が
大きい等の問題から実用化されるに至っていない。

【０００５】一方、後者の電界放出型平面カソードは、
半導体製造技術の応用により高集積化が可能な構造であ
り、表示性能が高い大画面のフラットディスプレイも構
成できるものとして期待されている。

【０００６】図８は電界放出型平面カソードを電子源と
したフラットディスプレイの構造原理とその動作の説明
図であって、０１はバックプレート（第１の基板）、０
２はカソード電極、０３は絶縁層、０４はゲート電極（
エキストラクタ電極）、０５はカソードティプ、０６は
フェースプレート（第２の基板）、０７はアノード電極
、０８は蛍光体層である。

【０００７】同図において、ガラス系材料等の絶縁材料
から成るバックプレート０１の表面にカソード電極０２
が成膜され、このカソード電極０２上に電子放出部であ
る多数の突起（Ｔｉｐ：ティプ・・以下カソードティプ
という）０５が形成されて電子源が構成されている。

【０００８】そして、上記カソードティプ０５部分に開
口を持つゲート電極０４が電子流を引き出すエキストラ
クタ電極として該カソードティプ０５に絶縁層０３を介
して近接配置される。このカソードティプ０５が複数で
１画素の電子放出部を形成している。

【０００９】一方、透過性のガラス系材料からなるフェ
ースプレート０６の表面に蛍光体層０８が形成され、そ
の表面にアノード電極０７が形成されて，所謂表示面が
構成されている。

【００１０】上記バックプレート０１とフェースプレー
ト０６とは図示した状態で対向され、それらの端縁に設
けた封止部において真空封着されている。

【００１１】各電極には図示したような所要の電圧が印
加され、カソード電極０２とゲート電極０４間の電界に
よりカソードティプ０５の先端部から電子流Ｂが放出さ
れる。

【００１２】放出された電子流Ｂはアノード電極０７と
ゲート電極０４間の電界によりアノード０７方向に指向
され、蛍光体層０８を射突し、これを励起して発光させ
る。

【００１３】このような構成において、エキストラクタ
電極であるゲート電極０４に印加する電圧Ｖを変化させ
ることで、アノード０７方向に指向する電子流Ｂを制御
し蛍光体層０８の発光量を制御することができる。なお
、アノード電極０７の電圧を変化させることによって、
あるいはゲート電極とアノード電極との間に別途制御電
極を設け、この制御電極に印加する電圧を変化させるこ
とによって蛍光体層０８への電子流の到達を制御するこ
とができる。

【００１４】図９は上記図８に示した様な電界放出型平
面カソードを電子源とした従来の矩形フラットディスプ
レイの一構造例の説明図であって、矩形のバックプレー
ト０１上に、前記したカソードティプ０５を高密度に多
数配置した複数のカソード電極０２と複数のゲート電極
０４が直交して配置される。

【００１５】このバックプレート０１に対向する矩形の
フェースプレート０６には、アノード電極０７と蛍光体
層０８が塗布されている。同図では、蛍光体層０８の上
面にアノード電極０７を形成しているが、蛍光体層０８
の下層にアノード電極０７を形成することもできる。

【００１６】バックプレート０１とフェースプレート０
６とは、その４端縁の封止部においてフリットガラス等
で真空封着され、フラットディスプレイを構成する。

【００１７】図１０は図９において円で囲んだカソード
部分Ａの拡大図であって、このカソード部分Ａは表示す
る１画素に相当する。この図では説明を容易にするため
にカソードティプ０５を４個としているが、実用的には
数千個で１画素の電子放出部を構成する。

【００１８】カソードティプ０５は、マイクロリソグラ
フィ技術によって微細に加工され、先鋭な突端を持つカ
ソードティプ０５の先端に高電界を印加することができ
る。

【００１９】これによりカソードティプ０５の先端から
電子が放出され、蛍光体層０８を発光させる。

【００２０】所望の画素はカソード電極０２とゲート電
極０４の交点として選ばれ、一つの画素は通常は上記し
たように数千〜数万個の多数のカソードティプ０５から
構成される。

【００２１】図１１は図９の部分断面の説明図であって
、０４４はゲート電極（エキストラクタ電極）０４に設
けた電子流通過孔、０４５は電子流通過孔０４４の内壁
である。

【００２２】ゲート電極０４とカソード電極０２間に形
成される電界によって引き出された電子流は、アノード
電極０７に印加される電圧により電子流通過孔０４４を
通って蛍光体層０８方向に放射される。

【００２３】このような電界放射形カソードを備えた画
像表示素子は薄型で且つ直視形の高解像の画像表示素子
、すなわちフラットディスプレイとして実用化段階にあ
る。

【００２４】なお、この種の従来技術を開示したものと
しては、例えば特開昭４９−７９７６９号公報を挙げる
ことができる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】この形式の電界放出形
電子源は、エキストラクタ電極（図８におけるゲート電
極）にカソード電極（したがって、カソードティプ）の
電位に対して相対的にプラスの高電位を印加し、この高
電位の印加により生じる電界でカソード電極から，所謂
冷電子が放出されるものである。

【００２６】このように、エキストラクタ電極はカソー
ドに対して高電位とされているため、カソードティプか
ら放出された電子流はエキストラクタ電極に捕捉される
傾向にある。フラットディスプレイにおいては、そのア
ノード電極をこのエキストラクト電極の電位よりさらに
高電位にすることによって、エキストラクト電極の電子
流通過孔を通して電子流を螢光体層方向に指向させる。

【００２７】上記従来のフラットディスプレイにおいて
は、エキストラクタ電極に設けた電子流通過孔が、その
電子流入射側と出射側とで同一径に形成されているため
、すなわち該電子流通過孔の内壁がカソード電極面に対
して９０度をなすように形成されているため、カソード
ティプから放出された電子流がエクストラクタ電極の電
子流通過孔を通過しようとするとき、その相当量が上記
電子流通過孔の内壁にに吸収され、その結果、螢光体層
を発光させるのに必要なエミッション電流が充分に得ら
れないという問題がある。

【００２８】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、カソードティプから放射された電子流を効率よ
く螢光体層側に通過させることのできる構造をもつエキ
ストラクタ電極を備えたフラットディスプレイを提供す
ることにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、エキストラクタ電極に設ける電子流通過
孔の内壁に傾斜をもたせ、通過しようとする電子流が該
内壁に捕捉されるのを低減させたことを特徴とするとす
る。

【００３０】すなわち、本発明は、電界放射形の多数の
電子源を２次元に配置した第１の基板と蛍光体層を２次
元に形成した第２の基板とを、上記電子源と上記螢光体
層が対向するごとく上記各基板の周縁に設けた接合部で
真空封止した画像表示素子において、上記電子源は多数
のカソードティプとこのカソードティプに対して上記蛍
光体側に配置されて上記多数のカソードティプ毎に設け
た多数の電子流通過孔を形成したエキストラクタ電極と
から成り、上記エキストラクタ電極に設けた電子流通過
孔の内壁を、上記電子流の入射側で小径で出射側で大径
となる如く傾斜させたことを特徴とする。

【００３１】また、上記エキストラクタ電極に設けた電
子流通過孔の内壁の前記傾斜角度を、当該エキストラク
タ電極平面に対して６０度以下としたことを特徴とする
。

【００３２】

【作用】多数のカソードティプから放出される電子流は
、電子放出電界を形成するエキストラクタ電極に設けた
電子流通過孔を通して蛍光体層方向に出射する。

【００３３】このとき、上記電子流通過孔が、その電子
流入射側で小径で蛍光体層側で大径となる形状を有する
ことによって、通過する電子が該電子流通過孔の内壁に
捕捉されることを阻止する。

【００３４】これにより、低いカソード電圧でも比較的
高いエミッション電流が得られることになり、電子を効
率よく蛍光体層方向に出射させることができる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を参照して
詳細に説明する。

【００３６】図１は本発明によるフラットディスプレイ
の要部構造の一例の説明図であって、１はバックプレー
ト（第１の基板）、２はカソード電極、３は絶縁層、４
はエキストラクタ電極、４４は電子流通過孔、４５は電
子流通過孔の内壁、５はカソードティプ、６はフェース
プレート（第２の基板）、７はアノード電極、８は螢光
体層である。

【００３７】同図において、エキストラクタ電極４に設
ける電子流通過孔４４は、当該電子流通過孔を円形状と
し、電子流の入射側，すなわちカソードティプ５側の直
径が小径で、電子流の出射側，すなわちアノード７側の
直径が大径となるように形成されている。

【００３８】図示のごとく、この実施例では、上記エキ
ストラクタ電極４の電子流通過孔４４の内壁４５の断面
がカソードティプ５側からアノード７側に直線状に傾斜
している。すなわち、エキストラクタ電極に設けた電子
流通過孔の内壁の上記傾斜面が、上記エキストラクタ電
極に直角な線に沿う断面で直線であり、当該直線の上記
エキストラクタ電極平面に対する角度を６０度以下とし
たものである。

【００３９】カソードティプ５は略々円錐形（コーン状
）で、先端部が先鋭になっており、またこのカソードテ
ィプの先端部はエキストラクタ電極のカソード電極側の
面と略々同一平面上に位置されている。

【００４０】カソードティプ５から放出される電子流は
、該エキストラクタ電極に印加される高電圧により電子
流通過孔４４の内壁方向への吸引力を受けながらアノー
ド電極７側に進行するが、上記のように電子流通過孔４
４を形成したことにより、該電子流通過孔４４の内壁４
５がアノード方向に行くに従つて漸次電子流の進行軸か
ら遠ざかるため、電子流が上記内壁に衝突し，捕捉され
ることが著しく低減される。

【００４１】図２は本発明によるフラットディスプレイ
の他の実施例の要部構造の説明図であって、４４０は電
子流通過孔、４５０は電子流通過孔４４０の内壁である
。

【００４２】この実施例は、エキストラクタ電極４に設
ける電子流通過孔４４０を該エキストラクタ電極４の面
に直角な断面において非直線（曲面または多角面）とし
、エキストラクタ電極の厚さの略々２分の１に点に置け
る接線とエキストラクタ電極平面とのなす角度を６０度
以下としている。

【００４３】このように、電子流通過孔４４０の電子流
出射側における内壁の傾斜を、その電子流入射側の内壁
の傾斜よりも大としたことにより、通過する電子流がエ
キストラクタ電極４に射突して捕捉されることをさらに
防止し、電子流の利用効率を格段に向上できる。

【００４４】図３はエキストラクタ電極に設けた電子流
通過孔の傾斜角度を変えて製作したサンプル素子のエキ
ストラクタ電極から蛍光体層方向に出射する電子流の大
きさ（エミッション電流）を測定した結果の説明図であ
って、この測定結果からも分かるように、エミッション
電流は電子流通過孔の内壁の傾斜角度が６０度以下にお
いて大となっている。

【００４５】以上の実施例では、エキストラクタ電極に
設ける電子流通過孔を円形状として説明したが、本発明
はこれに限らず、楕円形状，矩形状，その他の形状を採
用することができ、その電子流通過孔が螢光体層側に開
く形状とすることで上記実施例と同様の効果を奏するこ
とができるものである。

【００４６】図４，図５，図６，図７は本発明の電子源
製造方法の一例の説明図であって、まず石英ガラス等の
絶縁材からなるバックプレート１上に、カソード電極と
なる１．０μｍ厚のＭｏ（モリブデン）層２０のパター
ンを真空蒸着とホトエッチングにより形成し、さらに絶
縁層としてのＳｉＯ層３０を真空蒸着する。この上に、
１．３μｍ厚のＭｏのエクストラクタ電極となる１．３
μｍ厚のＭｏ層４０を真空蒸着する。

【００４７】・・・・・（ａ） 次に、Ｍｏ層４０をフォトレジストで覆い、電子流通過
孔のパターンを持つフォトマスクを介して露光する。

【００４８】・・・・・（ｂ） 露光部分のフォトレジストを現像除去し、Ｍｏ層の電子
流通過孔形成部分を露呈させ、このフォトレジストにＵ
Ｖキュアリングを施す。

【００４９】・・・・・（ｃ） ＵＶキュアリング後、ポストベーク処理のベーク温度を
変化させることにより、フォトレジストの開口部の内壁
に傾斜をつける。

【００５０】・・・・・（ｄ） その後、Ａｒガスによるイオンミリングを施すことによ
り、フォトレジストの開孔と同形の電子流通過孔４４を
得る。

【００５１】・・・・・（ｅ） 次に、再度フォトレジストを塗布し、電子流通過孔４４
部分を露出させ、これに沸酸により化学エッチングして
、ＳｉＯ層３０にカソード電極となるＭｏ層２０に達す
る開孔を形成する。

【００５２】・・・・・（ｆ） そして、上記フォトレジストを付けた状態で上記開孔の
Ｍｏ層２０上にＭｏを蒸着し、リフトオフ法によってカ
ソードティプ５を形成する。

【００５３】・・・・・（ｇ） フォトレジストの開孔の内壁に傾斜をつけるために、上
記の工程（ｄ）におけるポストベーク処理のベーク温度
を、例えば１２０度Ｃから１７０度Ｃに段階的に変化さ
せることで、フォトレジストの開孔の内壁に９０度，７
０度，６０度，４５度の角度をつけ、その後イオンミリ
ングでＭｏ層４０を加工する。なお、上記加工方法はイ
オンミリングに限るものではなく、適宜の加工方法を採
用することができるものである。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子源を、バックプレートの表面に成膜したカソード電
極とこのカソード電極から上記表面に沿った平面内に突
出する如く形成した多数のカソードティプに電子放出電
界を印加するエキストラクタ電極に蛍光体層方向で大径
となる電子流通過孔を設けたことによって、一定カソー
ド電圧で高いエミッション電流が得られる、言い替えれ
ば、低いカソード電圧でも比較的高いエミッションが得
られることになり、カソードの長寿命化が図れ、カソー
ドティプからの電子を効率よく蛍光体層方向に出射させ
ることができ、安定，かつ長寿命高輝度，高精細度のフ
ラットディスプレイを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明によるフラットディスプレイの要部
構造の一例の説明図である。

【図２】　　本発明によるフラットディスプレイの他の
実施例の要部構造の説明図である。

【図３】　　エキストラクタ電極に設けた電子流通過孔
の傾斜角度を変えて製作したサンプル素子のエキストラ
クタ電極から蛍光体層方向に出射する電子流の大きさ（
エミッション電流）を測定した結果の説明図である。

【図４】　　本発明による電子源の製造方法を説明する
部分工程図である。

【図５】　　本発明による電子源の製造方法を説明する
部分工程図である。

【図６】　　本発明による電子源の製造方法を説明する
部分工程図である。

【図７】　　本発明による電子源の製造方法を説明する
部分工程図である。

【図８】　　電界放出型平面カソードを電子源としたフ
ラットディスプレイの構造原理とその動作の説明図であ
る。

【図９】　　図８に示した様な電界放出型平面カソード
を電子源とした従来の矩形フラットディスプレイの一構
造例の説明図である。

【図１０】　　図９において円で囲んだカソード部分Ａ
の拡大図である。

【図１１】　　図９の部分断面の説明図である。

【符号の説明】

１　　バックプレート、２　　カソード電極、３　　絶
縁層、４　　エキストラクタ電極、５　　カソードティ
プ、６　　フェースプレート、７　　アノード電極、８
　　蛍光体層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電界放射形の多数の電子源を２次元に
   配置した第１の基板と蛍光体層を２次元に形成した第２
   の基板とを、上記電子源と上記螢光体層が対向するごと
   く上記各基板の周縁に設けた接合部で真空封止した画像
   表示素子において、上記電子源は多数のカソードティプ
   とこのカソードティプに対して上記蛍光体側に配置され
   て上記多数のカソードティプ毎に設けた多数の電子流通
   過孔を形成したエキストラクタ電極とから成り、上記エ
   キストラクタ電極に設けた電子流通過孔の内壁を、上記
   電子流の入射側で小径で出射側で大径となる如く傾斜さ
   せたことを特徴とする画像表示素子。
2. 【請求項２】請求項１において、前記エキストラクタ電
   極に設けた電子流通過孔の内壁の前記傾斜面が、上記エ
   キストラクタ電極に直角な線に沿う断面で直線であり、
   当該直線の上記エキストラクタ電極平面に対する角度を
   ６０度以下としたことを特徴とする画像表示素子。
3. 【請求項３】　　請求項１において、前記エキストラク
   タ電極に設けた電子流通過孔の内壁の前記傾斜面が、上
   記エキストラクタ電極に直角な線に沿う断面で非直線で
   あり、当該非直線の上記エキストラクタ電極の厚さの略
   々２分の１点における接線と上記エキストラクタ電極平
   面に対する角度を６０度以下としたことを特徴とする画
   像表示素子。