JPH10326556A - 電界放出素子及び電界放出型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アノード導体とゲート電極との間の真空絶縁
破壊、ゲート電極とカソード導体との間の絶縁不良等に
よって生じる瞬時の過大電流を吸収し、そのラインでの
表示を継続する。 【解決手段】 電界放出素子７は、カソード基板２の内
面に形成されたカソード導体８と、カソード導体８上に
形成された絶縁層９と、絶縁層９上に形成されたゲート
電極１０と、ゲート電極１０と絶縁層９にカソード導体
８に達するように形成されたホール１１と、ホール１１
内の前記カソード導体８上に形成されたエミッタ１２と
を備えて構成される。ゲート電極１０は、複数に分割さ
れており、電子放出部１３から外れた端部の各分割部分
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに抵抗値の異なる保護
抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６が個別に介在して個々に一
つに連結され、その一端がゲート端子１６として外部に
引き出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源としての電
界放出素子（Field Emission Cathode、以下ＦＥＣと略
称する）に関するとともに、このＦＥＣから放出された
電子を蛍光体に射突させて所望の表示を行う電界電界放
出型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＦＥＣを電子源とした電界放出型表示装
置は、アノード導体上に蛍光体層を有する表示部を備え
たアノード基板と、アノード基板の表示部と対面する内
面側にＦＥＣを備えたカソード基板とを、所定間隔をお
いて外周部で封止することにより外囲器が構成されてい
る。

【０００３】更にＦＥＣの構成について説明すると、Ｆ
ＥＣは、カソード基板の内面に形成されたカソード導体
と、カソード導体上に形成された絶縁層と、絶縁層上に
形成されたゲート電極と、ゲート電極と絶縁層にカソー
ド導体に達するように形成されたホールと、ホール内の
カソード導体上に形成されたコーン状のエミッタとを備
えて構成される。

【０００４】なお、電界放出型表示装置として、カソー
ド導体上に抵抗層が形成され、この抵抗層上に絶縁層を
介してゲート電極が形成されたものがある。この構成に
よれば、エミッタからの放出電流のバラツキを抵抗層に
よって抑えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ＦＥＣ
を備えた電界放出型表示装置では、アノード導体とゲー
ト電極との間に絶縁破壊が発生すると、アノード導体の
ラインには過大電流が流れて電極配線などが破壊される
という問題が生じる。

【０００６】そこで、上記問題を解消するとともに、耐
電圧特性を高め、高電圧を印加しても隣接するアノード
との間の絶縁を保ち、ゴミなどによる絶縁破壊を防止す
るべく、各アノード導体１本毎に１つの保護抵抗を介在
させた構成としている。これにより、あるアノード導体
に過電流が流れても、そのアノード導体に介在する保護
抵抗が破壊されるだけで済み、電極配線や電子放出部を
保護することができる。

【０００７】しかしながら、上記構成では、１本のアノ
ード導体に対して１つの保護抵抗が設けられた構成なの
で、過電流により保護抵抗が破壊されると、そのアノー
ド導体のラインがオープンな状態となり、そのアノード
導体に接続された表示部を点灯させることができない。
したがって、本来の意味での保護抵抗として動作させる
ことができなかった。

【０００８】このことは、アノード導体のラインだけで
なく、ゲート電極にも同様のことが言える。即ち、ゲー
ト電極とカソード導体との間の絶縁破壊や絶縁不良によ
る過大電流の影響をゲート電極や電子放出部が受けない
ように、ゲート電極毎に１つの保護抵抗を介在させて
も、仮に保護抵抗が過大電流の加熱により溶けて破壊し
た場合、そのゲート電極のラインが動作しなくなるおそ
れがある。

【０００９】このように、従来の電界放出型表示装置で
は、アノード導体とゲート電極との間の真空絶縁破壊、
ゲート電極とカソード導体との間の絶縁不良等により瞬
時の過大電流が流れ保護抵抗が破壊されると、その部分
のアノード導体やゲート電極のラインが電気的にオープ
ンな状態となるため、そのラインに駆動信号を供給する
ことができず、そのラインによる表示部の表示を継続す
ることができなかった。

【００１０】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、アノード導体とゲート電極との間の
真空絶縁破壊、ゲート電極とカソード導体との間の絶縁
不良等によって生じる瞬時の過大電流を吸収し、そのラ
インでの表示を継続できる電界放出素子及び電界放出型
表示装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、カソード基板の内面に形成され
たカソード導体と、前記カソード導体上に形成された絶
縁層と、前記絶縁層上に形成されたゲート電極と、前記
ゲート電極と前記絶縁層に前記カソード導体に達するよ
うに形成されたホールと、前記ホール内の前記カソード
導体上に形成されたエミッタとを備えた電界放出素子に
おいて、前記ゲート電極は、表示部の各画素に対応して
複数設けられ、それぞれが保護抵抗を介して一つの端子
部に接続されていることを特徴とする。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の電界放出素
子において、前記保護抵抗を個別に覆うように絶縁層を
形成したことを特徴とする。

【００１３】請求項３の発明は、アノード導体上に蛍光
体を有する表示部を備えたアノード基板と、前記アノー
ド基板の前記表示部と対面する内面側に電界放出素子を
備えたカソード基板とが、所定間隔をおいて外周部で封
止されて外囲器を構成し、前記電界放出素子が、カソー
ド基板の内面に形成されたカソード導体と、前記カソー
ド導体上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成さ
れたゲート電極と、前記ゲート電極と前記絶縁層に前記
カソード導体に達するように形成されたホールと、前記
ホール内の前記カソード導体上に形成されたエミッタと
を備えて構成された電界放出型表示装置において、前記
アノード導体のそれぞれは、複数箇所でそれぞれ保護抵
抗を介して一つのアノード引出電極に接続されているこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項４の発明は、アノード導体上に蛍光
体を有する表示部を備えたアノード基板と、前記アノー
ド基板の前記表示部と対面する内面側に電界放出素子を
備えたカソード基板とが、所定間隔をおいて外周部で封
止されて外囲器を構成し、前記電界放出素子が、カソー
ド基板の内面に形成されたカソード導体と、前記カソー
ド導体上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成さ
れたゲート電極と、前記ゲート電極と前記絶縁層に前記
カソード導体に達するように形成されたホールと、前記
ホール内の前記カソード導体上に形成されたエミッタと
を備えて構成された電界放出型表示装置において、前記
アノード導体のそれぞれは、複数箇所でそれぞれ保護抵
抗を介して一つのアノード引出電極に接続されており、
前記ゲート電極は、前記表示部の各画素に対応して複数
設けられ、それぞれが保護抵抗を介して接続されている
ことを特徴とする。

【００１５】請求項５の発明は、請求項３又は４の電界
放出型表示装置において、前記保護抵抗を個別に覆うよ
うに絶縁層を形成したことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施の形態を
示す図であって、電界放出型表示装置の部分斜視図であ
る。

【００１７】図１に示すように、第１実施の形態の電界
放出型表示装置は、所定間隔をおいて対面するアノード
基板（前面板）１及びカソード基板（背面板）２と、ア
ノード基板１とカソード基板２の外周部の間に設けられ
たシール部材の側面部材とからなる外囲器３を有する。
外囲器３の内部は高真空状態に保持されている。

【００１８】アノード基板１は、透光性を有する矩形の
絶縁板からなり、その内面には透光性を有するアノード
導体４が所定間隔をおいて帯状に被着されている。帯状
の各アノード導体４上には、蛍光体５が所定の厚さで被
着されている。そして、アノード基板１の内面には、ア
ノード導体４と蛍光体５により帯状の発光部（アノー
ド）６が複数並設して形成される。発光部６は、後述す
るＦＥＣ７の各電子放出単位領域１４から放出される電
子の射突を受けて発光する。

【００１９】なお、本実施の形態では、発光部６の発光
部分を表示単位と称している。そして、発光部６の表示
単位を選択することにより、発光部６に任意の画像等を
表示させることができる。

【００２０】図１に示すように、発光部６から外れた各
アノード導体４の端部は、２本に分割され、分割部分４
Ａ，４Ｂにはスルーホール部４ａが形成されている。分
割部分４Ａ，４Ｂは、スルーホール部４ａに保護抵抗Ｒ
（Ｒ１，Ｒ２）が個別に介在して両端が１本に合流し、
その一端がアノード引出電極１５として外部に引き出さ
れている。この引き出されたアノード引出電極１５に
は、そのアノード導体４の発光部６の表示単位を選択す
る場合に、不図示の駆動回路（ドライバーＩＣ）から駆
動信号（アノード電圧）が印加される。分割部分４Ａ，
４Ｂに介在する保護抵抗Ｒは、抵抗値の異なる薄膜抵抗
で形成されている。保護抵抗Ｒ１，Ｒ２は、パターン形
状や厚みなどを変えることにより、例えば抵抗値の関係
がＲ１＞Ｒ２となるように形成される。

【００２１】カソード基板２は、アノード基板１と同形
の絶縁板からなり、その内面には電子源としてのＦＥＣ
７が形成されている。図１に示すように、ＦＥＣ７は、
カソード基板２の内面に形成されたカソード導体８と、
カソード導体８及びカソード基板２の上に形成された絶
縁層９と、絶縁層９の上に形成されたゲート電極１０
と、カソード導体８に達するようにゲート電極１０と絶
縁層９にエッチングによって形成されたホール１１と、
ホール１１内のカソード導体８上に形成されたコーン形
状のエミッタ１２とを備えている。

【００２２】更に説明すると、カソード導体８は所定間
隔をおいて多数本が並んで帯状に形成される。これに対
し、ゲート電極１０は、カソード導体８と直交して、発
光部６の各アノード導体４と対面するように所定間隔を
おいて多数本が並んで帯状に形成される。

【００２３】このように、ＦＥＣ７は、カソード導体８
の長手方向を行方向とし、ゲート電極１０の長手方向を
列方向とすると、カソード導体８とゲート電極１０の行
列構造を有しており、行又は列を走査して列又は行に表
示信号を与えれば、両者の交点を電子放出部分として選
択できる。

【００２４】図１に示すＦＥＣ７では、カソード導体８
とゲート電極１０の交差部分に電子放出単位領域１４が
形成されている。そして、ＦＥＣ７は、規則正しく並ん
だ所定個数の電子放出単位領域１４を有しており、各電
子放出単位領域１４毎に電子の放出・非放出を選択でき
る。各電子放出単位領域１４は、発光部７の表示単位と
対面しており、各電子放出単位領域１４をオン・オフす
ることによって対面する発光部６の表示単位の点灯・非
点灯を選択し、これによって所望の画像等を発光部６に
表示することができる。

【００２５】なお、上記実施の形態では、エミッタ１２
がコーン形状であるスピント形のＦＥＣ７を採用してい
るが、エッチングによって形成した縦型電界放出エミッ
タでもよく、また、方向性に優れていれば、平面形電界
放出エミッタでもよい。また、上記構成において、カソ
ード導体８上に抵抗層を形成し、この抵抗層上に絶縁層
９を介してゲート電極１０を形成する構成としてもよ
い。

【００２６】このように、第１実施の形態の電界放出型
表示装置は、表示領域である発光部６から外れた各アノ
ード導体４の端部を２つに分割し、この分割部分４Ａ，
４Ｂに抵抗値の異なる保護抵抗Ｒ１，Ｒ２を個別に介在
させて１本に合流し、その一端を外部に引き出す構成と
している。

【００２７】これにより、過大電流発生時には、抵抗値
の小さい保護抵抗Ｒ２が破壊されることになるが、非破
壊部であるもう一方の保護抵抗Ｒ１により、そのアノー
ド導体４のラインの動作を保護することができる。

【００２８】次に、図２は本発明の第２実施の形態を示
す図であって、ＦＥＣの平面図、図３は図２のＡ−Ａ線
拡大断面図である。なお、第２実施の形態において、第
１実施の形態と同一の構成要素には同一番号を付し、そ
の説明を省略する。

【００２９】第２実施の形態では、１本のゲート電極１
０に着目すると、１ドットを形成する電子放出単位領域
１４の各電子放出部１３が４つに分割されてそれぞれ連
結されている。端部に位置するゲート電極１０の分割部
分１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄには、スルーホール
部１０ａが形成されている。分割部分１０Ａ〜１０Ｄ
は、各スルーホール部１０ａに抵抗値の異なる薄膜の保
護抵抗Ｒ（Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６）が個別に介在して
１本に合流し、その一端がゲート端子１６として外部に
引き出されている。保護抵抗Ｒ３〜Ｒ６は、パターン形
状や厚みを変えることにより、例えば抵抗値の関係がＲ
３＞Ｒ４＞Ｒ５＞Ｒ６となるように形成される。この構
成は、各ゲート電極１０毎に採用される。

【００３０】なお、各保護抵抗Ｒ３〜Ｒ６の抵抗値は、
アノード導体４に印加される駆動信号（アノード電圧）
に比べて保護抵抗Ｒ３〜Ｒ６による電位降下が少なくな
るように設計されている。これにより、保護抵抗Ｒ３〜
Ｒ６のいずれかの破壊によりそのラインの抵抗が増加し
たときの影響を少なくできる。

【００３１】このように、第２実施の形態の電界放出型
表示装置は、各ゲート電極１０毎に電子放出単位領域１
４における各電子放出部１３を４つに分割させてそれぞ
れ連結し、端部の分割部分１０Ａ〜１０Ｄに抵抗値の異
なる保護抵抗Ｒ３〜Ｒ６を個別に介在させて１本に合流
し、その一端を外部に引き出す構成としている。

【００３２】これにより、過大電流発生時は、抵抗値の
小さい保護抵抗Ｒ６が破壊されることになるが、非破壊
部である他の保護抵抗Ｒ３〜Ｒ５により、そのゲート電
極１０のラインの動作が保護される。更に言えば、保護
抵抗Ｒ３〜Ｒ６の部分で分割されたゲート電極１０のラ
インは表示領域内で交わらないので、１つの保護抵抗
（Ｒ３〜Ｒ６のいずれか）の破壊に対し、他の分割ライ
ンの損害が無い。しかも、ゲート電極１０とカソード導
体８との間の絶縁不良によりゲート電極１０のライン全
体が非点灯となる確率が低くなる。

【００３３】したがって、破壊されていない保護抵抗Ｒ
３〜Ｒ６が介在されたゲート電極１０を通じて、その電
子放出単位領域１４より電子を放出させ、そのライン上
の発光部７を点灯させることができ、従来のように過大
電流が流れるラインを欠落させることなく、そのライン
での表示を継続することができる。

【００３４】なお、上記第２実施の形態における発光部
６は、アノード基板１の内面にアノード導体４を一面に
被着し、その上に蛍光体５を所定の厚さで連続的に被着
してベタ状に形成してもよい。

【００３５】次に、図４は本発明の第３実施の形態を示
す図であって、ＦＥＣのゲート電極の平面図、図５は図
４のＢ−Ｂ線拡大断面図である。なお、第３実施の形態
において、図示以外の部分については第２実施の形態と
同一構成である。

【００３６】図４及び図５に示すように、第３実施の形
態では、分割部分１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄにそ
れぞれ設けられた保護抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６を個
別に覆うように、絶縁層１７（１７Ａ，１７Ｂ，１７
Ｃ，１７Ｄ）が形成されている。

【００３７】この構成により、あるゲート電極１０に過
大電流が流れてそのゲート電極１０の保護抵抗、例えば
Ｒ６が破壊して溶けても、その溶けた保護抵抗Ｒ６が非
破壊状態にある他の保護抵抗Ｒ３〜Ｒ５に直接接触する
ことがなく、破壊された保護抵抗Ｒ６と非破壊状態にあ
る保護抵抗Ｒ３〜Ｒ５との間の絶縁を保つことができ
る。

【００３８】なお、上記第３実施の形態では、ゲート電
極１０の分割部分１０Ａ〜１０Ｄにそれぞれ設けられた
保護抵抗Ｒ３〜Ｒ６を個別に覆うように絶縁層１７を形
成したが、第１実施の形態における保護抵抗Ｒ１，Ｒ２
を個別に絶縁層１７で覆う構成としても、同様の効果を
得ることができる。

【００３９】以上説明したように、アノード導体４とゲ
ート電極１０との間の真空絶縁破壊、ゲート電極１０と
カソード導体８との間の絶縁不良などによる瞬時の過大
電流がアノード導体４又はゲート電極１０に流れても、
その電流を最も抵抗値の低い保護抵抗Ｒの破壊で吸収す
ることができる。その際、複数に分割した保護抵抗Ｒの
非破壊部で電界放出型表示装置の動作を継続できる。ま
た、保護抵抗Ｒの部分での電位降下により、絶縁耐圧そ
のものを向上させることができる。

【００４０】ところで、他の変形例として、第１実施の
形態と第２実施の形態を組合わせた構成を採用すること
ができる。すなわち、各アノード導体４と各ゲート電極
１０とをそれぞれライン毎に複数に分割し、それぞれの
分割部分４Ａ，４Ｂ、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ
に個別に保護抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６
を介在させて形成する。これにより、瞬時の過電流によ
り複数の保護抵抗Ｒ１〜Ｒ６のうち最も抵抗値の低い保
護抵抗が破壊するが、その他の保護抵抗によりその後の
動作が保護される。その際、電流の流れないゲートや駆
動電圧に対する保護抵抗部分での電位降下の少ないアノ
ードでは、保護抵抗の数が破壊により減少しても影響は
少ない。

【００４１】また、第１実施の形態では、各アノード導
体４を２本に分割して分割部分４Ａ，４Ｂに保護抵抗Ｒ
１，Ｒ２を介在させた構成とし、第２実施の形態では、
各ゲート電極１０を４本に分割して分割部分１０Ａ，１
０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに保護抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ
６を介在させた構成としているが、保護抵抗Ｒが介在さ
れるアノード導体４又はゲート電極１０のラインを更に
複数に細分化してもよい。これにより、冗長性はさらに
有効となる。その際、パターン形成の精細度が重要とな
るが、ギャップ及び抵抗の形成場所を隣接ライン毎に少
しずつずらすなど工夫すればよい。

【００４２】更に、第２実施の形態の構成は、各アノー
ド導体４にも採用することができる。すなわち、各アノ
ード導体４を図２に示すゲート電極１０と同様に複数に
分割し、その分割部分に抵抗値の異なる保護抵抗を個別
に介在させて１本に合流し、その一端をアノード電極と
して外部に引き出す。

【００４３】また、上記各実施の形態では、アノード導
体４、ゲート電極１０の各ライン毎に保護抵抗Ｒを一つ
ずつ設けた構成としているが、アノード導体４、ゲート
電極１０を複数に分割した場合、表示領域、電子放出領
域を避けた位置であれば、保護抵抗を一つに限らず複数
箇所に設けることができる。

【００４４】なお、上記各実施の形態では、各保護抵抗
Ｒの抵抗値を異なるものとして説明し。各保護抵抗Ｒの
抵抗値を積極的に変えることにより、破壊される保護抵
抗Ｒが選択できるようになっている。しかし、各保護抵
抗Ｒの抵抗値は、積極的に変える必要はなく、同一値で
あってもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、アノード導体とゲート電極との間の真空絶縁破
壊、ゲート電極とカソード導体との間の絶縁不良等によ
って生じる瞬時の過大電流を最も抵抗値の低い保護抵抗
の破壊で吸収することができる。その際、複数に分割し
た保護抵抗の非破壊部により、そのラインを欠落させる
ことなく、電界放出型表示装置の動作を継続できる。ま
た、保護抵抗部分での電位降下により、絶縁耐圧そのも
のを向上させることができる。更に、保護抵抗を個別に
絶縁層で覆うことにより、いずれかの保護抵抗が破壊し
たときに、破壊した保護抵抗が溶けて非破壊状態にある
保護抵抗に導通することがなく、絶縁を保つことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態を示す図

【図２】本発明の第２実施の形態を示す図

【図３】図２におけるＡ−Ａ線拡大断面図

【図４】本発明の第３実施の形態を示す図

【図５】図４におけるＢ−Ｂ線拡大断面図

【符号の説明】

１…アノード基板、２…カソード基板、３…外囲器、４
…アノード導体、５…蛍光体、６…発光部、７…ＦＥ
Ｃ、８…カソード導体、９…絶縁層、１０…ゲート電
極、１１…ホール、１２…エミッタ、１７…絶縁層。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カソード基板の内面に形成されたカソー
   ド導体と、前記カソード導体上に形成された絶縁層と、
   前記絶縁層上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電
   極と前記絶縁層に前記カソード導体に達するように形成
   されたホールと、前記ホール内の前記カソード導体上に
   形成されたエミッタとを備えた電界放出素子において、 前記ゲート電極は、表示部の各画素に対応して複数設け
   られ、それぞれが保護抵抗を介して一つの端子部に接続
   されていることを特徴とする電界放出素子。
2. 【請求項２】 前記保護抵抗を個別に覆うように絶縁層
   を形成した請求項１記載の電界放出素子。
3. 【請求項３】 アノード導体上に蛍光体を有する表示部
   を備えたアノード基板と、前記アノード基板の前記表示
   部と対面する内面側に電界放出素子を備えたカソード基
   板とが、所定間隔をおいて外周部で封止されて外囲器を
   構成し、前記電界放出素子が、カソード基板の内面に形
   成されたカソード導体と、前記カソード導体上に形成さ
   れた絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたゲート電極
   と、前記ゲート電極と前記絶縁層に前記カソード導体に
   達するように形成されたホールと、前記ホール内の前記
   カソード導体上に形成されたエミッタとを備えて構成さ
   れた電界放出型表示装置において、 前記アノード導体のそれぞれは、複数箇所でそれぞれ保
   護抵抗を介して一つのアノード引出電極に接続されてい
   ることを特徴とする電界放出型表示装置。
4. 【請求項４】 アノード導体上に蛍光体を有する表示部
   を備えたアノード基板と、前記アノード基板の前記表示
   部と対面する内面側に電界放出素子を備えたカソード基
   板とが、所定間隔をおいて外周部で封止されて外囲器を
   構成し、前記電界放出素子が、カソード基板の内面に形
   成されたカソード導体と、前記カソード導体上に形成さ
   れた絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたゲート電極
   と、前記ゲート電極と前記絶縁層に前記カソード導体に
   達するように形成されたホールと、前記ホール内の前記
   カソード導体上に形成されたエミッタとを備えて構成さ
   れた電界放出型表示装置において、 前記アノード導体のそれぞれは、複数箇所でそれぞれ保
   護抵抗を介して一つのアノード引出電極に接続されてお
   り、 前記ゲート電極は、前記表示部の各画素に対応して複数
   設けられ、それぞれが保護抵抗を介して接続されている
   ことを特徴とする電界放出型表示装置。
5. 【請求項５】 前記保護抵抗を個別に覆うように絶縁層
   を形成した請求項３又は４記載の電界放出型表示装置。