JPH11345561A - 集束電極付電界放出カソード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子ビームスポットの縦横比を大きくするこ
とができる集束電極付電界放出カソードを提供する。 【解決手段】 引出電極１を縦長形状とするとともに、
引出電極１と電子ビームを集束する集束電極２との間隔
は、引出電極１の長手方向（色選択方向）の間隔ｂが幅
方向（画素選択方向）の間隔ａよりも大きくしたもので
ある。絶縁層３および引出電極１の積層部分に複数の開
口部４を有し、この開口部４内にエミッタチップとして
コーン状エミッタ１１が設けられている。集束電極２
は、横方向に等間隔に並んだ窓抜き部を有し、この窓抜
き部内に引出電極１が集束電極２と間隔をおいて配置さ
れることにより、引出電極１は集束電極２に囲まれてい
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、高精細の電界放出
カラーディスプレイなどに用いられる集束電極付電界放
出カソードに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属または半導体表面の印加電界を１０
⁹ ［ボルト／ｍ］程度にすると、トンネル効果により電
子が障壁を通過し常温でも真空中に電子放出が行われ
る。これを電界放出（Field Emissin）という。このよ
うな原理で電子を放出するカソードを電界放出カソード
（Field Emissin Cathode）という。半導体微細加工技
術を駆使して、ミクロンサイズの電界放出カソードから
なる面放出型の電界放出カソードを作成することが可能
となり、電界放出ディスプレイ（Field Emissin Displa
y）、リソグラフィー用電子ビーム装置等の電子放出源
として用いられている。

【０００３】電界放出ディスプレイにおいては、カソー
ド基板側とアノード基板側とが所定間隔のギャップを隔
てて封着され、内部を真空状態とされている。その電界
放出カソードとしてスピント型の冷陰極を用いるもので
は、引出電極に正のゲート電圧を印加すると、この引出
電極の開口部内に設けられたエミッタチップから電界放
出により電子が放出され、正電圧が印加されたアノード
電極に到達し、アノード電極を被覆する蛍光体が発光し
て表示動作が行われる。その際、集束電極と引出電極と
を絶縁層上の同一平面に形成して、電界放出カソードか
ら放出された電子ビームを集束させる集束電極付きの電
界放出カソードがある。集束電極を設けることにより電
子ビームが隣接する蛍光体ドットやアノード基板のガラ
ス部分に射突する割合を減少させ、位置決め精度の余裕
を持たせることができる。

【０００４】図６は、従来の集束電極付電界放出カソー
ドの説明図であり、図６（ａ）は集束電極付電界放出カ
ソードの平面図、図６（ｂ）はこれに対応するアノ−ド
基板側のアノード発光面の平面図である。図中、１は引
出電極、３は絶縁層、４は開口部、５はコンタクトホー
ル、４１は集束電極、２１は蛍光体（赤）、２２は蛍光
体（緑）、２３は蛍光体（青）である。

【０００５】図６（ａ）に示すように、引出電極１は、
集束電極４１とともに、絶縁層３の同一平面上に形成さ
れている。引出電極１は長方形状であり、複数の開口部
４内にコーン状エミッタが設けられている。集束電極４
１は、横方向（色選択方向）に等間隔に並んだ長方形の
窓抜き部を有し、この窓抜き部内に引出電極１が集束電
極４１と間隔をおいて配置される。窓抜き部は複数個設
けられ、各窓抜き部内に１画素の三原色の１つに対応し
た１個の引出電極１が設けられ、各引出電極１の開口部
４内のエミッタチップから電子ビームが放出される。

【０００６】引出電極１と集束電極４１との間隔は、引
出電極１の長手方向の間隔ｂと幅方向の間隔ａとが等し
くされている。図示の例では、引出電極１に複数の開口
部４を縦１列に配列したものを示すが、開口部４の列数
および開口部４の個数は特に限定されるものではない。
引出電極１は、絶縁層３を貫くコンタクトホール５を介
して、カソード基板上に形成された図示しない引出線部
に接続され、この引出線部は、集束電極４１の下をくぐ
って、引出電極１および集束電極４１と同一平面上に形
成された横方向に延びる図示しないゲート配線部に別の
コンタクトホールを介して接続される。引出電極１，引
出線部，ゲート配線部によりゲート電極が構成される。

【０００７】図６（ｂ）に示すアノード側においては、
３個の引出電極１に対向して、それぞれ、長方形状の三
原色の蛍光体（赤）２１、蛍光体（緑）２２、蛍光体
（青）２３が各々のアノード電極に被覆形成されること
により、ストライプ配列されて１画素を構成する。エミ
ッタチップから放出された電子ビームは、集束電極４１
により集束作用を受けながら、対応する蛍光体（赤）２
１、蛍光体（緑）２２、蛍光体（青）２３に射突して各
蛍光体を発光させる。

【０００８】図７は、図６に示した集束電極付電界放出
カソードによる電子ビームのスポットの説明図である。
アノード基板側における発光面の様子を示している。図
中、図６と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略
する。２４，２５，２６は電子ビームのスポットであ
る。電子ビームの集束特性を評価した結果、図６に示し
た集束電極付電界放出カソードを用いると、蛍光体２
１，２２，２３の長手方向（画素選択方向）が必要以上
に集束されることがわかった。

【０００９】蛍光体２１，２２，２３の長手方向の長さ
に一致するように電子ビームを集束させた場合、図７
（ａ）に示すように、蛍光体２１，２２，２３の幅方向
（色選択方向）の集束が不十分になり、電子ビームのス
ポット２４，２５，２６が隣接する蛍光体２１，２２，
２３を発光させる割合が増加して混色不良となる。色選
択方向は、寸法的に画素選択方向よりも条件がきびしい
ため、位置決め精度の影響を受けやすい。色選択方向の
集束を満足させるために、引出電極１と集束電極４１と
の電位差を大きくすると、図７（ｂ）に示すように、画
素選択方向は必要以上に集束するため、発光面積が小さ
くなり、結果的に面平均輝度が小さくなる。

【００１０】長方形状の引出電極１の開口部に設けられ
たエミッタチップの数が少ない場合、電子ビームを強く
集束するほど、図７（ｃ）に示すように、電子ビームの
スポット２４，２５，２６は、画素選択方向にバラツキ
が生じ易くなる。これも、輝度や色バランス等の表示品
位に悪影響を及ぼす。また、引出電極１と集束電極４１
との電位差を大きくすると、無効となるゲート電極流入
電流が増えるため、引出電極１の長手方向（画素選択方
向）の寸法を大きくしてエミッタチップ数を増やすにも
限度がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するためになされたもので、電子ビームのス
ポットの縦横比を大きくすることができ、その結果、電
子ビームのスポットの縦横比を蛍光体形状および蛍光体
配列に応じて設定することができる集束電極付電界放出
カソードを提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁層、該絶
縁層上に形成された縦長形状の引出電極、前記絶縁層お
よび前記引出電極の積層部分に開けられた複数の開口
部、該開口部内に設けられたエミッタチップ、および、
前記絶縁層上に集束電極を有する集束電極付電界放出カ
ソードであって、前記集束電極は窓抜き部を有し、前記
引出電極は前記窓抜き部内に前記集束電極と間隔をおい
て配置され、前記引出電極の長手方向の前記間隔が前記
引出電極の幅方向の前記間隔よりも長いものである。

【００１３】また、本発明は、絶縁層、該絶縁層上に形
成された縦長形状の引出電極、前記絶縁層および前記引
出電極の積層部分に開けられた複数の開口部、該開口部
内に設けられたエミッタチップ、および、前記絶縁層上
に集束電極を有する集束電極付電界放出カソードであっ
て、前記集束電極は前記引出電極の長手方向に延びた縦
長形状であり、前記引出電極を前記引出電極の幅方向に
挟んで配置されているものである。したがって、電子ビ
ームが引出電極の幅方向よりも長手方向に弱く集束され
るため、電子ビームスポットの縦横比を大きくすること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態の集束電極付き電界放出カソードの構造を説明するた
めの平面図である。図２は、図１に示した構造の切断線
Ａ−Ａに沿う部分断面図である。図中、図６と同様な部
分には同じ符号を付して説明を省略する。２は集束電
極、１１はコーン状エミッタ、１２はカソード基板、１
３は抵抗層である。この実施の形態の集束電極付き電界
放出カソードは、図６，図７を参照して説明した従来の
ものに比べ、アノード側の蛍光体の縦長形状および色配
列に合わせて、引出電極１も縦長形状とするとともに、
引出電極１と電子ビームを集束する集束電極２との間隔
は、引出電極１の長手方向（色選択方向）の間隔ｂが幅
方向（画素選択方向）の間隔ａよりも大きくしたもので
ある。

【００１５】図６を参照して説明した従来技術と同様
に、絶縁層３上に形成された引出電極１は長方形状であ
り、絶縁層３および引出電極１の積層部分に複数の開口
部４を有し、この開口部４内にエミッタチップとしてコ
ーン状エミッタ１１（図２）が設けられている。集束電
極２は、横方向に等間隔に並んだ窓抜き部を有し、この
窓抜き部内に引出電極１が集束電極２と間隔をおいて配
置されることにより、引出電極１は集束電極２に囲まれ
ている。窓抜き部は、引出電極１の幅方向に３個設けら
れ、各窓抜き部に引出電極が１つの画素の各色に対応し
て１個ずつ設けられている。図示の例では、引出電極１
に複数の開口部４を縦１列に配列したものを示すが、開
口部４の配列数および開口部４の個数は特に限定される
ものではない。

【００１６】図２に示すように、引出電極１は、集束電
極２とともに、絶縁層３の同一平面上に形成されてい
る。カソード基板１２上に抵抗層１３が形成され、開口
部４における抵抗層１３の上にコーン状エミッタ１１が
形成されている。この断面には現れないが、例えば、図
１における集束電極２の窓抜き部の左右の位置にカソー
ド配線部が、カソード基板１２の上に縦方向に形成され
ている。抵抗層１３が、このカソード配線部の上を部分
的に覆うことにより、コーン状エミッタ１１からカソー
ド配線部にカソード電流が流れる。引出電極１は、コン
タクトホール５を介して、カソード基板上に形成された
図示しない引出線部に接続され、この引出線部は、集束
電極２の下をくぐって、引出電極１および集束電極２と
同一平面上に形成され、横方向に延びる図示しないゲー
ト配線部に別のコンタクトホールを介して接続される。
カソード配線部とゲート配線部とでマトリクスを構成す
ることにより、電子を放出するコーン状エミッタ１１群
を選択する。なお、集束電極２に印加する電圧を走査す
ることにより画素の選択を行う場合には、隣接する画素
の集束電極２は分離して形成されるが、このような選択
が不要な場合には、隣接する集束電極２が一体になるよ
うに形成される。

【００１７】図１に示すように、引出電極１と集束電極
２との間隔は、引出電極１の長手方向の間隔ｂが幅方向
の間隔ａよりも大きくされている。その結果、電子ビー
ムが引出電極１の幅方向よりも長手方向に弱く集束され
ることになり、電子ビームスポットの縦横比を大きくす
ることができる。

【００１８】図３は、図１，図２に示した集束電極付き
電界放出カソードによる電子ビームのスポットの説明図
である。アノード基板側における発光面の様子を示して
いる。図中、図６，図７と同様な部分には同じ符号を付
して説明を省略する。電子ビームのスポット２４，２
５，２６の大きさを、図３（ａ）に示すように、蛍光体
（赤）２１，蛍光体（緑）２２，蛍光体（青）２３の各
長手方向の全長に一致するように電子ビームを集束させ
ても、電子ビームの集束が引出電極１の幅方向よりも長
手方向に弱いことから、幅方向の集束も蛍光体の幅に一
致して満足できるものとなる。また、エミッタチップ１
１の数が少ない場合、電子ビームを強く集束するほど、
図３（ｂ）に示すように、寸法が長い長手方向の電子ビ
ームのスポット２４，２５，２６の長さおよび位置にバ
ラツキが生じ易くなるが、長手方向の集束を弱くするこ
とにより、表示品位への影響が緩和される。

【００１９】図４は、本発明の第２の実施の形態の集束
電極付電界放出カソードの構造を説明するための平面図
である。図中、図６，図１と同様な部分には同じ符号を
付して説明を省略する。３１はゲート電極、３１ａは引
出線部、３１ｂは引出電極部、３２は集束電極である。
この実施の形態の集束電極付き電界放出カソードは、図
６，図７を参照して説明した従来のものに比べ、アノー
ド側の蛍光体の縦長形状および色配列に合わせて、引出
電極部３１ｂを縦長形状とするとともに、集束電極３２
は、引出電極３１ｂをこの引出電極３１ｂの幅方向に挟
んで配置した構造である。引出電極３１ｂの長手方向
（画素選択方向）には集束電極３２を設けないようにし
ている。

【００２０】絶縁層３上に形成された引出電極部３１ｂ
は長方形状であり、絶縁層３および引出電極３１ｂの積
層部分に複数の開口部４を有し、開口部４内にコーン状
エミッタが設けられている。引出電極部３１ｂは、長手
方向の上下に延びる引出線部３１ａにより、図示しない
ゲート配線部に接続されゲート電圧が印加される。引出
線部３１ａは引出電極部３１ｂの幅よりも細くされてい
る。引出電極部３１ｂは、１つの画素の三原色に対応し
て幅方向に３個設けられる。絶縁層３上に形成された集
束電極３２も、１つの画素に対して４個設けられたスト
ライプ形状であり、引出電極部３１ｂの長手方向に引出
電極部３１ｂよりも長く延びており、３個の引出電極部
３１ｂをその幅方向に挟んで配列されている。図示の例
では、引出電極部３１ｂに複数の開口部４を縦１列に配
列したものを示すが、開口部４の配列数および開口部４
の個数は特に限定されるものではない。引出電極部３１
ｂ、引出線部３１ａは、集束電極３２とともに絶縁層３
の同一平面上に形成されている。

【００２１】断面構造の図示は省略するが、カソード基
板上に抵抗層が形成され、開口部４における抵抗層の上
にコーン状エミッタが形成されている。また、カソード
基板１２の上には、図４における集束電極３２の位置に
カソード配線部が形成され、抵抗層がこのカソード配線
部の上を部分的に覆うことにより、コーン状エミッタか
らカソード配線部にカソード電流が流れる。この図で
は、引出線部３１ａを、引出電極部３１ｂおよび集束電
極３２と同一平面上に上及び下方向に引き出している。
しかし、引出線部３１ａは個々にいずれか一方向にのみ
引き出してもよい。また、引出線部３１ａをカソード基
板上に設け、引出電極部３１ｂをコンタクトホールを用
いて下層の引出線部３１ａに接続してもよい。なお、集
束電極３２に印加する電圧を走査することにより画素の
選択を行う場合には、隣接する画素の集束電極３２は分
離して形成されるが、このような選択が不要な場合に
は、隣接する集束電極２が一体になるように形成され
る。

【００２２】図５は、本発明の第３の実施の形態の集束
電極付電界放出カソードの構造を説明するための斜視図
である。図中、図６，図１，図２と同様な部分には同じ
符号を付して説明を省略する。この実施の形態の集束電
極付電界放出カソードは、図１，図２，図３に示した第
１の実施の形態のものと比較して、引出電極１と集束電
極２とを絶縁層３の異なる高さの平面上に配置し、集束
電極２が引出電極１よりもアノード側に近い上層に位置
する縦型集束構造である。集束電極２がアノード側に近
く配置される結果、集束電圧が同じでも、全方向に集束
力を強くすることができる。

【００２３】さらに、引出電極１と集束電極２との水平
面上の間隔は、引出電極１の長手方向（色選択方向）の
間隔ｂが幅方向（画素選択方向）の間隔ａ（図示の例で
は、ａ＝０）よりも大きくされている。そのため、電子
ビームが引出電極１の幅方向よりも長手方向に弱く集束
されることになり、第１の実施の形態における図３
（ａ）と同様に、蛍光体（赤）２１，蛍光体（緑）２
２，蛍光体（青）２３の各々の長手方向の全長に一致す
るように電子ビームを集束させても、幅方向の集束も同
時に満足できるものとなる。また、エミッタチップ１１
の数が少ない場合、電子ビームを強く集束するほど、寸
法が長い長手方向の電子ビームのスポット２４，２５，
２６にバラツキが生じ易くなるが、図３（ｂ）に示すよ
うに表示品位への影響は緩和される。

【００２４】上述した第３の実施の形態は、第１の実施
の形態の集束電極付電界放出カソードを縦型集束構造に
したものであるが、図４を参照して説明した第２の実施
の形態の集束電極付電界放出カソードを縦型集束構造に
してもよい。上述した縦型集束構造は、図２に示したよ
うな積層構造において、集束電極２のないものをまず形
成し、その上層に絶縁層３を再び形成し、その上に集束
電極を形成し、その後、引出電極１の上の絶縁層３のみ
を除去することにより作製することができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の集束電極付電界放出カソードに
よれば、上述した説明から明らかなように、電子ビーム
のスポットの縦横比を大きくすることができるという効
果がある。その結果、蛍光体形状および蛍光体配列に応
じて縦横比を設定することができ、特に、高精細の電界
放出カラーディスプレイの電界放出カソードに用いると
好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の集束電極付電界放
出カソードの構造を説明するための平面図である。

【図２】図１に示した構造の切断線Ａ−Ａに沿う部分断
面図である。

【図３】図１，図２に示した集束電極付電界放出カソー
ドによる電子ビームのスポットの説明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の集束電極付電界放
出カソードの構造を説明するための平面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態の集束電極付き電界
放出カソードの構造を説明するための斜視図である。

【図６】従来の集束電極付電界放出カソードの説明図で
あり、図６（ａ）は集束電極付電界放出カソードの平面
図、図６（ｂ）はこれに対応するアノ−ド基板側のアノ
ード発光面の平面図である。

【図７】図６に示した集束電極付電界放出カソードによ
る電子ビームのスポットの説明図である。

【符号の説明】

１ 引出電極、２，３２，４１ 集束電極、３ 絶縁
層、４ 開口部、５ コンタクトホール、２１ 蛍光体
（赤）、２２ 蛍光体（緑）、２３ 蛍光体（青）、２
４，２５，２６ 電子ビームのスポット、１１ コーン
状エミッタ、１２カソード基板、１３ 抵抗層、３１ゲ
ート電極、３１ａ 引出線部、３１ｂ引出電極部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁層、該絶縁層上に形成された縦長形
   状の引出電極、前記絶縁層および前記引出電極の積層部
   分に開けられた複数の開口部、該開口部内に設けられた
   エミッタチップ、および、前記絶縁層上に集束電極を有
   する集束電極付電界放出カソードであって、 前記集束電極は窓抜き部を有し、 前記引出電極は前記窓抜き部内に前記集束電極と間隔を
   おいて配置され、前記引出電極の長手方向の前記間隔が
   前記引出電極の幅方向の前記間隔よりも長いことを特徴
   とする集束電極付電界放出カソード。
2. 【請求項２】 絶縁層、該絶縁層上に形成された縦長形
   状の引出電極、前記絶縁層および前記引出電極の積層部
   分に開けられた複数の開口部、該開口部内に設けられた
   エミッタチップ、および、前記絶縁層上に集束電極を有
   する集束電極付電界放出カソードであって、 前記集束電極は前記引出電極の長手方向に延びた縦長形
   状であり、前記引出電極を前記引出電極の幅方向に挟ん
   で配置されていることを特徴とする集束電極付電界放出
   カソード。