JPWO2004003955A1 - 冷陰極構造、電子放出装置及び電子放出型表示装置 - Google Patents
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Abstract
冷陰極構造は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた導電性カソード電極と、カソード電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、ゲート電極とゲート絶縁膜を貫通するように形成されたエミッタホールと、エミッタホールの底部に形成され、分布抵抗成分を有する電子放出部とを具備する。電子放出部は、その表面に分散され、電子を放出する突起を有している。電子放出部の中央部の突起は、第１抵抗値を持つように分布抵抗成分を介してカソード電極に接続され、電子放出部の周辺部の突起は、第２抵抗値を持つように分布抵抗成分を介してカソード電極に接続され、第１抵抗値は、第２抵抗値より大きい。この結果、動作時には、電子放出部の中央部の突起は、周辺部の突起より高い電位にある。
Description
本発明は、冷陰極構造、電子放出装置及び電子放出型表示装置に関し、特に安定した電子放出特性を有する冷陰極構造、電子放出装置及び電子放出型表示装置に関する。
ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等に使用される電子放出装置として、カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ、以下「ＣＮＴ」とも記す）を用いる装置が提案されている。例えば、「フラットパネル・ディスプレイ２００２戦略編」（日経マイクロデバイス別冊、日経ＢＰ社、Ｊｏｎｇｈｕｎ Ｙｏｕ、２００２、Ｐ１９６〜２０４）に、ＣＮＴ−ＦＥＤの技術が開示されている。図１及び図２を参照して、その技術を説明する。
図１は、ＣＮＴ−ＦＥＤのカソードパネルの構成を示す図である。カソードパネルは、カソード電極１０３、ゲート絶縁膜１０５、及びゲート電極１０６を備えている。カソード電極１０３とその上方に配置されたゲート電極１０６とは、ゲート絶縁膜１０５を挟んで交差している。各交差領域にエミッタホール１１０が設けられ、各交差領域がサブピクセルと呼ばれる発光単位である。
図２は、図１に示される構造のエミッタホール１１０周辺部の断面構造を示す図である。ガラス製の絶縁基板１０１の上にカソード電極１０３、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６が順に配設されている。エミッタホール１１０は、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６を貫通して、カソード電極１０３にまで達している。エミッタホール１１０の底部、即ちカソード電極１０３の表面には、カソード電極１０３と電気的に導通であるように、カーボンナノチューブ１０８と導電性ペースト１０４とを含むカーボンナノチューブペースト１０９（以後、「ＣＮＴペースト」とも記す）が堆積されている。エミッタホール１１０が形成された後、ＣＮＴペースト１０９が堆積されている。このため、ＣＮＴペースト１０９は、図２に示されるように、中央部が隆起した凸型形状を有する。凸型形状のペースト１０４の表面からカーボンナノチューブ１０８が突き出している。ゲート絶縁膜１０５の膜厚ｄＩは、１５μｍであり、エミッタホール１１０の開口径ＤＨは、５５μｍである。図１と図２に示されるように、カソードパネルの上方には、アノード電極１０７が配置されている。
図３は、カソードパネルからアノード電極１０７へ電子が放出されたときの状態を示すグラフである。縦軸は、アノード電極からカソード電極へ流れるアノード電流を示し、横軸は、ゲート電圧（ゲート電極−カソード電極間電圧）を示している。また、３つの曲線は、カソード電極−アノード電極間のアノード電圧が、１ｋＶ、２ｋＶ、及び３ｋＶの場合を示している。
図３から明らかなように、アノード電流はアノード電圧に依存して変化している。アノード電圧が３ｋＶのとき、ゲート電圧が２０Ｖであり、カソード電圧が０Ｖのときに、３μＡ程度の相当する電子が放出されていることが分かる。ゲート電圧が２０Ｖ未満の低い領域においても、アノード電流がゼロにならない状態、すなわち、低ゲート電圧でも電子放出が行われる状態は、ダイオードアクションと呼ばれる。ダイオードアクションが発生している場合、表示装置は、ゲート電圧、正確にはゲート電極−カソード電極の間の電圧に基づいて各ピクセルの発光状態を制御できない動作不良状態にある。そのため、意図されない輝点が生じることとなる。
現在のＣＮＴ−ＦＥＤ技術は、エミッタホール径を縮小する方向に進んでいる。低ゲート電圧での電子放出を可能とするように穴径が縮められ、かつ、ゲート絶縁膜の厚さは薄くされている。例えば、ＣＮＴペーストの上面とゲート電極との高低差が３μｍ程度で、ゲート電極の高さでの穴径（開口径ＤＨ）が３０μｍ程度（穴は上にいくほど広がっている）の浅穴を有するＣＮＴ−ＦＥＤである。そのような構造は、図２よりも浅穴であり、ダイオードアクションによる不良がより発生し易い構造と予想される。従って、このような構造を有しながら、ダイオードアクションが発生しない表示装置が望まれている。
一方、ＣＮＴ型の電子源において、過大に電子が放出される状況を抑制する電子放出の安定化技術が提案されている。特開２０００−２９４１１９号公報は、電子放出源の製造方法、電子放出源及び蛍光発光型表示装置を開示している。この従来例の電子放出源の製造方法では、カソード電極とゲート電極の間に電子放出素子が配設されている。絶縁基板上にカソード電極が形成され、分散されたカーボンナノチューブを含むカーボン物質がカソード電極に被着される。カソード電極に対して略垂直方向に電界が印加された状態で、カーボンナノチューブを含むカーボン物質がカソード電極に固定される。カソード電極とカーボンナノチューブを含むカーボン物質の間に抵抗層が形成される。
図４は、上記特開２０００−２９４１１９号公報に開示された電子放出源を説明する断面図である。絶縁基板１０１の上にカソード電極１０３、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６が配設されている。エミッタホール１１０は、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６を貫通してカソード電極１０３に達している。エミッタホール１１０の底部には、抵抗層１１２が形成され、抵抗層１１２の表面にはカーボンナノチューブ１０８が設けられている。ゲート電極１０６の上方には、アノード電極１０７が配置されている。カーボンナノチューブ１０８の先端から電子１２０が放出される。
この電子放出源は、エミッタホール１１０の底部にあるカソード電極１０３とカーボンナノチューブ１０８との間に抵抗層１１２を有する。カーボンナノチューブ１０８のＡ、Ｂ、Ｃから電子１２０が放出されると、それぞれのカーボンナノチューブ１０８の直下の抵抗層１１２の抵抗成分１１２’であるＲＡ、ＲＢ、ＲＣにより電位降下が発生する。その電位降下により、カーボン物質とゲート電極１０６が短絡した場合の過電流が防止されている。図４に示されるように、抵抗成分ＲＡ、ＲＢ及びＲＣは、互いに並列に接続されている。
特開２００１−１２６６０９号公報には、電子放出素子及び表示装置が開示されている。この従来例の電子放出素子は、絶縁基板と、第１電極と、第２電極と、エミッタと、絶縁層と、開口部と、抵抗層とを備えている。ここで、第１電極は、絶縁基板上に配設され、第２電極は、第１電極の上方に第１電極から離間して配設されている。エミッタは、第１電極と第２電極との間に配設されている。エミッタは、中央部が周辺部よりも厚く形成された金属層と金属層上に形成されカーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバのうちの少なくとも一方を含む炭素材料で形成されている。絶縁層は、第１電極と第２電極との間に配設されている。開口部は、第２電極及び絶縁層を貫通するように形成されている。抵抗層は、第１電極と絶縁層との間に配設されていると共に、開口部から露出するように形成されている。金属層が、抵抗層に接するように配設されている。
図５は、上記特開２００１−１２６６０９号公報に開示された電子放出素子を説明する断面図である。絶縁基板１０１の上にカソード電極１０３、抵抗層１１３、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６が配設されている。ゲート電極１０６の上方には、アノード電極１０７が配置している。抵抗層１１３は、絶縁基板１０１上に形成されている。エミッタホール１１０は、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６を貫通して抵抗層１１３に達している。図５から明らかなように、エミッタホール１１０の底部には、金属部１０４’とその表面のカーボンナノチューブ１０８とを有する金属層１０９’が形成されている。カーボンナノチューブ１０８の先端から電子１２０が放出される。エミッタホール１１０直下の抵抗層１１３の下には、カソード電極１０３が存在しない。
この電子放出素子では、金属層１０９’がエミッタホール１１０内部に島状配置されていて、その下側部分が抵抗層１１３の抵抗成分１１３’と接続されている。そうすることで、異常に多量の電子放出があった場合、この島状の金属層１０９’の全体の電位が、正電位に向かって上昇する。それにより、カーボンナノチューブ１０８へ印加される実効電界が抑制され電子放出を制御している。
また、特開２００１−２１０２２１号公報には、冷陰極及びその冷陰極の製造方法が開示されている。この従来例の冷陰極は、電子源と、電子源と電気的に接続されたカソード電極と、ゲート電極と、電子源とゲート電極とを電気的に絶縁するためのゲート絶縁層とを備えている。ゲート絶縁層が第１ゲート絶縁層と第２ゲート絶縁層とを有する。ここで、第１ゲート絶縁層は電子放出領域を規定し、第２ゲート絶縁層はカソード電極とゲート電極との間の絶縁層として機能する。更に、電子源とカソード電極との間に高抵抗層が配設されている。複数の電子源は互いに電気的に絶縁されている。特開２００１−２１０２２１号公報に開示される冷陰極は、図４に示される抵抗層１１２と同様の高抵抗層が付加されたＣＮＴ型電子源である。
特開２００１−２５０４６９号公報には、電界放出電子源アレイ及びその製造方法が開示されている。この従来例の電界放出電子源アレイでは、電界放出電子源とカソード電極配線とが抵抗層を介して電気的に接続されている。電界放出電子源と抵抗層が同一の微小空間に形成されている。微小空間のそれぞれが絶縁体材料で絶縁分離されている。電子放出領域が微小空間の集積として形成されている。特開２００１−２５０４６９号公報に開示される電界放出電子源アレイは、図４と同様の抵抗接続関係を有している。
特開２０００−３４８６００号公報には、円筒型電子源を用いる冷陰極及びその製造方法が開示されている。この従来例の円筒型電子源は、真空中に電子を放出する電子源と、電子を引き出すためのゲート電極と、電子源とゲート電極を電気的に絶縁するゲート絶縁層を備えている。電子源が円筒型電子源であり、円筒型電子源の片端又は両端が、電子源を構成する材料と異なる高抵抗材料で置換されている。特開２０００−３４８６００号公報に開示された円筒型電子源は、図４と同様の抵抗接続関係を有している。
上記の各従来例では、１つのエミッタホールの内部に複数のエミッションサイトを備えるＣＮＴ型の電子源は、図４に示されている抵抗接続関係、又は、図５に示される抵抗接続関係を有している。
ここで、図４において、Ａ電子源の電位変化はＢ電子源からの電子放出に影響を与えない。つまり、Ａ電子源が異常に電子放出した場合、Ａ電子源の直下のカソード電極からＡ電子源に向かって垂直上方に流れる電子流と抵抗成分ＲＡとによる電圧降下のためＡ電子源の電子放出が抑制されるが、その電圧降下はＢ電子源からの電子放出に影響を与えない。Ｂ電子源では、その直下のカソード電極との間の電子流が少ない場合、垂直方向の電圧降下は少ないので、通常通りの電子放出が行われる。また、図５に示される場合は、島状の金属層１０９’では全てのカーボンナノチューブ１０８は同電位となっている。すなわち、抵抗層１１３が無い場合のカソード電極１０３に、外部から抵抗が接続された場合と同様の状況となる。
次に、ダイオードアクションについて説明する。図６Ａは、図１に示される単純マトリクス構造のＣＮＴ型ＦＥＤにおいて、ゲート電圧Ｖｇとカソード電圧Ｖｋの組に対するドライブ電圧を示す表である。また、図６Ｂは、そのＣＮＴ型電子源におけるカソード電極とゲート電極との間の電界（横軸）と、カソード電極からアノード電極へ流れる電流の密度（縦軸）との関係を示すグラフである。
ダイオードアクションがおきる状況は、以下の様になる。
本来であれば、ゲート電圧Ｖｇとカソード電圧Ｖｋの組に対して図６Ａの表のドライブ電圧が印加される場合、表右下の４０Ｖ印加（Ｖｇ＝＋２０Ｖ、Ｖｋ＝−２０Ｖ）以外の状態では電子が一定値以下（しきい値電流以下）にならなければならない。図６Ｂを参照すれば、Ｖｇ＝＋２０Ｖ、Ｖｋ＝−２０Ｖ以外の状況、例えばＶｇ＝＋２０Ｖ、Ｖｋ＝０Ｖにおいては、エミッタ表面の電界が２Ｖ／μｍ（２×１０６Ｖ／ｍ）以上となる領域は、存在しないはずである。
図７は、従来の電子放出素子と等電位線を示す断面図であり、図７で使用される符号は、既述の図４と同様である。ここで、図７に示されるように、実際にはエミッタホール１１０の側壁周辺の電界は２×１０６Ｖ／ｍ未満になっているが、中央部分では２×１０６Ｖ／ｍ以上の高電界領域が形成されている。等電位線により示されるように、この部分からは電子が放出され続け、ダイオードアクションが発生する。この領域をダイオードアクション領域と名づける。
ダイオードアクションは、特に、（アノード電極１０７−ゲート電極１０６間の電界）≧（ゲート電極１０６−カソード電極１０３間の電界）という条件、すなわち、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件で発生し易い。ここで、アノード電極１０７の電位Ｖａ、ゲート電極１０６の電位Ｖｇ、カソード電極１０３の電位Ｖｋ、アノード電極１０７−ゲート電極１０６間の距離ｄａ、及び、ゲート電極１０６−カソード電極１０３（あるいはＣＮＴペースト表面）間の距離ｄｋである。
また、ＣＮＴ型電子源において、電子放出の安定化の際、ドライブ電圧（ゲート電極−カソード電極間の電圧）の増加を抑制することが望まれている。
図８は、エミッタから放出される電流量（縦軸）とゲート電極−カソード電極間の電圧Ｖｇｋ（ドライブ電圧）（横軸）との関係を示すグラフである。曲線Ａは、図４及び図５のような抵抗層を用いない場合を示し、曲線Ｂは、抵抗層を用いる場合を示している。また、電流Ｉ１は、図６Ａにおけるピーク輝度電流に相当し、Ｉ２は、しきい値電流に相当する。
図８に示されるように、図４及び図５に示されるように抵抗が付加される場合（曲線Ｂ）のドライブ電圧（Ｖ２２−Ｖ２１）は、抵抗が付加されない場合（曲線Ａ）のドライブ電圧（Ｖ１２−Ｖ１１）と比較して、数倍以上に高くなっている。図４または図５に示される電子放出装置においては、抵抗がＣＮＴペースト１０９に直列に接続されている。即ち、等価回路的には、各カーボンナノチューブ１０８毎に、カーボンナノチューブ１０８−抵抗層の抵抗−カソード電極１０３と直列に接続されている。このため、各エミッタホール１１０内のＣＮＴペースト１０９の表面電位が一様に変化し、印加電圧Ｖｇｋが増加されるとその分だけ電子放出が促進されるが、その電子放出に相当する電流が直列抵抗に流れて電圧降下（正の電位方向にシフト）が促進される。この結果、図８に示されるように、抵抗が付加されている場合には、大きなドライブ振幅が必要となる。
上記説明と関連して、冷陰極電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出型表示装置が、特開２０００−１５６１４７号公報に開示されている。この従来例の冷陰極電界電子放出素子は、支持体表面に、電子放出層、絶縁層、ゲート電極層がこの順に積層され、ゲート電極層と絶縁層とを貫通する開口部が設けられ、開口部の底面に露出した電子放出層から電子が放出される。開口部の開口面積は、開口上端部側から開口底面側に向かって連続的に又は不連続的に減少している。
また、電子放出装置及びその駆動方法が、特開２００２−６３８６２号公報に開示されている。この従来例の電子放出装置は、基板と、開口部を有し、基板上に配置されたゲート電極と、開口部内の基板上にカソード材料で形成された薄膜のエミッタと、エミッタから所定の間隔をあけて配設され、所定の電位が印加されるアノード電極とを備えている。エミッタから放出される電子がアノード電極に到達する際の広がり範囲が所定の限界値以内になるようにゲート電位が印加される。ゲート・エミッタ間電界が、アノード電極とゲート電極間に形成されるゲート・アノード間電界よりも小さい値に設定されている。
図１は、ＣＮＴ−ＦＥＤのカソードパネルの構成を示す図である。カソードパネルは、カソード電極１０３、ゲート絶縁膜１０５、及びゲート電極１０６を備えている。カソード電極１０３とその上方に配置されたゲート電極１０６とは、ゲート絶縁膜１０５を挟んで交差している。各交差領域にエミッタホール１１０が設けられ、各交差領域がサブピクセルと呼ばれる発光単位である。
図２は、図１に示される構造のエミッタホール１１０周辺部の断面構造を示す図である。ガラス製の絶縁基板１０１の上にカソード電極１０３、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６が順に配設されている。エミッタホール１１０は、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６を貫通して、カソード電極１０３にまで達している。エミッタホール１１０の底部、即ちカソード電極１０３の表面には、カソード電極１０３と電気的に導通であるように、カーボンナノチューブ１０８と導電性ペースト１０４とを含むカーボンナノチューブペースト１０９（以後、「ＣＮＴペースト」とも記す）が堆積されている。エミッタホール１１０が形成された後、ＣＮＴペースト１０９が堆積されている。このため、ＣＮＴペースト１０９は、図２に示されるように、中央部が隆起した凸型形状を有する。凸型形状のペースト１０４の表面からカーボンナノチューブ１０８が突き出している。ゲート絶縁膜１０５の膜厚ｄＩは、１５μｍであり、エミッタホール１１０の開口径ＤＨは、５５μｍである。図１と図２に示されるように、カソードパネルの上方には、アノード電極１０７が配置されている。
図３は、カソードパネルからアノード電極１０７へ電子が放出されたときの状態を示すグラフである。縦軸は、アノード電極からカソード電極へ流れるアノード電流を示し、横軸は、ゲート電圧（ゲート電極−カソード電極間電圧）を示している。また、３つの曲線は、カソード電極−アノード電極間のアノード電圧が、１ｋＶ、２ｋＶ、及び３ｋＶの場合を示している。
図３から明らかなように、アノード電流はアノード電圧に依存して変化している。アノード電圧が３ｋＶのとき、ゲート電圧が２０Ｖであり、カソード電圧が０Ｖのときに、３μＡ程度の相当する電子が放出されていることが分かる。ゲート電圧が２０Ｖ未満の低い領域においても、アノード電流がゼロにならない状態、すなわち、低ゲート電圧でも電子放出が行われる状態は、ダイオードアクションと呼ばれる。ダイオードアクションが発生している場合、表示装置は、ゲート電圧、正確にはゲート電極−カソード電極の間の電圧に基づいて各ピクセルの発光状態を制御できない動作不良状態にある。そのため、意図されない輝点が生じることとなる。
現在のＣＮＴ−ＦＥＤ技術は、エミッタホール径を縮小する方向に進んでいる。低ゲート電圧での電子放出を可能とするように穴径が縮められ、かつ、ゲート絶縁膜の厚さは薄くされている。例えば、ＣＮＴペーストの上面とゲート電極との高低差が３μｍ程度で、ゲート電極の高さでの穴径（開口径ＤＨ）が３０μｍ程度（穴は上にいくほど広がっている）の浅穴を有するＣＮＴ−ＦＥＤである。そのような構造は、図２よりも浅穴であり、ダイオードアクションによる不良がより発生し易い構造と予想される。従って、このような構造を有しながら、ダイオードアクションが発生しない表示装置が望まれている。
一方、ＣＮＴ型の電子源において、過大に電子が放出される状況を抑制する電子放出の安定化技術が提案されている。特開２０００−２９４１１９号公報は、電子放出源の製造方法、電子放出源及び蛍光発光型表示装置を開示している。この従来例の電子放出源の製造方法では、カソード電極とゲート電極の間に電子放出素子が配設されている。絶縁基板上にカソード電極が形成され、分散されたカーボンナノチューブを含むカーボン物質がカソード電極に被着される。カソード電極に対して略垂直方向に電界が印加された状態で、カーボンナノチューブを含むカーボン物質がカソード電極に固定される。カソード電極とカーボンナノチューブを含むカーボン物質の間に抵抗層が形成される。
図４は、上記特開２０００−２９４１１９号公報に開示された電子放出源を説明する断面図である。絶縁基板１０１の上にカソード電極１０３、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６が配設されている。エミッタホール１１０は、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６を貫通してカソード電極１０３に達している。エミッタホール１１０の底部には、抵抗層１１２が形成され、抵抗層１１２の表面にはカーボンナノチューブ１０８が設けられている。ゲート電極１０６の上方には、アノード電極１０７が配置されている。カーボンナノチューブ１０８の先端から電子１２０が放出される。
この電子放出源は、エミッタホール１１０の底部にあるカソード電極１０３とカーボンナノチューブ１０８との間に抵抗層１１２を有する。カーボンナノチューブ１０８のＡ、Ｂ、Ｃから電子１２０が放出されると、それぞれのカーボンナノチューブ１０８の直下の抵抗層１１２の抵抗成分１１２’であるＲＡ、ＲＢ、ＲＣにより電位降下が発生する。その電位降下により、カーボン物質とゲート電極１０６が短絡した場合の過電流が防止されている。図４に示されるように、抵抗成分ＲＡ、ＲＢ及びＲＣは、互いに並列に接続されている。
特開２００１−１２６６０９号公報には、電子放出素子及び表示装置が開示されている。この従来例の電子放出素子は、絶縁基板と、第１電極と、第２電極と、エミッタと、絶縁層と、開口部と、抵抗層とを備えている。ここで、第１電極は、絶縁基板上に配設され、第２電極は、第１電極の上方に第１電極から離間して配設されている。エミッタは、第１電極と第２電極との間に配設されている。エミッタは、中央部が周辺部よりも厚く形成された金属層と金属層上に形成されカーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバのうちの少なくとも一方を含む炭素材料で形成されている。絶縁層は、第１電極と第２電極との間に配設されている。開口部は、第２電極及び絶縁層を貫通するように形成されている。抵抗層は、第１電極と絶縁層との間に配設されていると共に、開口部から露出するように形成されている。金属層が、抵抗層に接するように配設されている。
図５は、上記特開２００１−１２６６０９号公報に開示された電子放出素子を説明する断面図である。絶縁基板１０１の上にカソード電極１０３、抵抗層１１３、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６が配設されている。ゲート電極１０６の上方には、アノード電極１０７が配置している。抵抗層１１３は、絶縁基板１０１上に形成されている。エミッタホール１１０は、ゲート絶縁膜１０５及びゲート電極１０６を貫通して抵抗層１１３に達している。図５から明らかなように、エミッタホール１１０の底部には、金属部１０４’とその表面のカーボンナノチューブ１０８とを有する金属層１０９’が形成されている。カーボンナノチューブ１０８の先端から電子１２０が放出される。エミッタホール１１０直下の抵抗層１１３の下には、カソード電極１０３が存在しない。
この電子放出素子では、金属層１０９’がエミッタホール１１０内部に島状配置されていて、その下側部分が抵抗層１１３の抵抗成分１１３’と接続されている。そうすることで、異常に多量の電子放出があった場合、この島状の金属層１０９’の全体の電位が、正電位に向かって上昇する。それにより、カーボンナノチューブ１０８へ印加される実効電界が抑制され電子放出を制御している。
また、特開２００１−２１０２２１号公報には、冷陰極及びその冷陰極の製造方法が開示されている。この従来例の冷陰極は、電子源と、電子源と電気的に接続されたカソード電極と、ゲート電極と、電子源とゲート電極とを電気的に絶縁するためのゲート絶縁層とを備えている。ゲート絶縁層が第１ゲート絶縁層と第２ゲート絶縁層とを有する。ここで、第１ゲート絶縁層は電子放出領域を規定し、第２ゲート絶縁層はカソード電極とゲート電極との間の絶縁層として機能する。更に、電子源とカソード電極との間に高抵抗層が配設されている。複数の電子源は互いに電気的に絶縁されている。特開２００１−２１０２２１号公報に開示される冷陰極は、図４に示される抵抗層１１２と同様の高抵抗層が付加されたＣＮＴ型電子源である。
特開２００１−２５０４６９号公報には、電界放出電子源アレイ及びその製造方法が開示されている。この従来例の電界放出電子源アレイでは、電界放出電子源とカソード電極配線とが抵抗層を介して電気的に接続されている。電界放出電子源と抵抗層が同一の微小空間に形成されている。微小空間のそれぞれが絶縁体材料で絶縁分離されている。電子放出領域が微小空間の集積として形成されている。特開２００１−２５０４６９号公報に開示される電界放出電子源アレイは、図４と同様の抵抗接続関係を有している。
特開２０００−３４８６００号公報には、円筒型電子源を用いる冷陰極及びその製造方法が開示されている。この従来例の円筒型電子源は、真空中に電子を放出する電子源と、電子を引き出すためのゲート電極と、電子源とゲート電極を電気的に絶縁するゲート絶縁層を備えている。電子源が円筒型電子源であり、円筒型電子源の片端又は両端が、電子源を構成する材料と異なる高抵抗材料で置換されている。特開２０００−３４８６００号公報に開示された円筒型電子源は、図４と同様の抵抗接続関係を有している。
上記の各従来例では、１つのエミッタホールの内部に複数のエミッションサイトを備えるＣＮＴ型の電子源は、図４に示されている抵抗接続関係、又は、図５に示される抵抗接続関係を有している。
ここで、図４において、Ａ電子源の電位変化はＢ電子源からの電子放出に影響を与えない。つまり、Ａ電子源が異常に電子放出した場合、Ａ電子源の直下のカソード電極からＡ電子源に向かって垂直上方に流れる電子流と抵抗成分ＲＡとによる電圧降下のためＡ電子源の電子放出が抑制されるが、その電圧降下はＢ電子源からの電子放出に影響を与えない。Ｂ電子源では、その直下のカソード電極との間の電子流が少ない場合、垂直方向の電圧降下は少ないので、通常通りの電子放出が行われる。また、図５に示される場合は、島状の金属層１０９’では全てのカーボンナノチューブ１０８は同電位となっている。すなわち、抵抗層１１３が無い場合のカソード電極１０３に、外部から抵抗が接続された場合と同様の状況となる。
次に、ダイオードアクションについて説明する。図６Ａは、図１に示される単純マトリクス構造のＣＮＴ型ＦＥＤにおいて、ゲート電圧Ｖｇとカソード電圧Ｖｋの組に対するドライブ電圧を示す表である。また、図６Ｂは、そのＣＮＴ型電子源におけるカソード電極とゲート電極との間の電界（横軸）と、カソード電極からアノード電極へ流れる電流の密度（縦軸）との関係を示すグラフである。
ダイオードアクションがおきる状況は、以下の様になる。
本来であれば、ゲート電圧Ｖｇとカソード電圧Ｖｋの組に対して図６Ａの表のドライブ電圧が印加される場合、表右下の４０Ｖ印加（Ｖｇ＝＋２０Ｖ、Ｖｋ＝−２０Ｖ）以外の状態では電子が一定値以下（しきい値電流以下）にならなければならない。図６Ｂを参照すれば、Ｖｇ＝＋２０Ｖ、Ｖｋ＝−２０Ｖ以外の状況、例えばＶｇ＝＋２０Ｖ、Ｖｋ＝０Ｖにおいては、エミッタ表面の電界が２Ｖ／μｍ（２×１０６Ｖ／ｍ）以上となる領域は、存在しないはずである。
図７は、従来の電子放出素子と等電位線を示す断面図であり、図７で使用される符号は、既述の図４と同様である。ここで、図７に示されるように、実際にはエミッタホール１１０の側壁周辺の電界は２×１０６Ｖ／ｍ未満になっているが、中央部分では２×１０６Ｖ／ｍ以上の高電界領域が形成されている。等電位線により示されるように、この部分からは電子が放出され続け、ダイオードアクションが発生する。この領域をダイオードアクション領域と名づける。
ダイオードアクションは、特に、（アノード電極１０７−ゲート電極１０６間の電界）≧（ゲート電極１０６−カソード電極１０３間の電界）という条件、すなわち、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件で発生し易い。ここで、アノード電極１０７の電位Ｖａ、ゲート電極１０６の電位Ｖｇ、カソード電極１０３の電位Ｖｋ、アノード電極１０７−ゲート電極１０６間の距離ｄａ、及び、ゲート電極１０６−カソード電極１０３（あるいはＣＮＴペースト表面）間の距離ｄｋである。
また、ＣＮＴ型電子源において、電子放出の安定化の際、ドライブ電圧（ゲート電極−カソード電極間の電圧）の増加を抑制することが望まれている。
図８は、エミッタから放出される電流量（縦軸）とゲート電極−カソード電極間の電圧Ｖｇｋ（ドライブ電圧）（横軸）との関係を示すグラフである。曲線Ａは、図４及び図５のような抵抗層を用いない場合を示し、曲線Ｂは、抵抗層を用いる場合を示している。また、電流Ｉ１は、図６Ａにおけるピーク輝度電流に相当し、Ｉ２は、しきい値電流に相当する。
図８に示されるように、図４及び図５に示されるように抵抗が付加される場合（曲線Ｂ）のドライブ電圧（Ｖ２２−Ｖ２１）は、抵抗が付加されない場合（曲線Ａ）のドライブ電圧（Ｖ１２−Ｖ１１）と比較して、数倍以上に高くなっている。図４または図５に示される電子放出装置においては、抵抗がＣＮＴペースト１０９に直列に接続されている。即ち、等価回路的には、各カーボンナノチューブ１０８毎に、カーボンナノチューブ１０８−抵抗層の抵抗−カソード電極１０３と直列に接続されている。このため、各エミッタホール１１０内のＣＮＴペースト１０９の表面電位が一様に変化し、印加電圧Ｖｇｋが増加されるとその分だけ電子放出が促進されるが、その電子放出に相当する電流が直列抵抗に流れて電圧降下（正の電位方向にシフト）が促進される。この結果、図８に示されるように、抵抗が付加されている場合には、大きなドライブ振幅が必要となる。
上記説明と関連して、冷陰極電界電子放出素子及び冷陰極電界電子放出型表示装置が、特開２０００−１５６１４７号公報に開示されている。この従来例の冷陰極電界電子放出素子は、支持体表面に、電子放出層、絶縁層、ゲート電極層がこの順に積層され、ゲート電極層と絶縁層とを貫通する開口部が設けられ、開口部の底面に露出した電子放出層から電子が放出される。開口部の開口面積は、開口上端部側から開口底面側に向かって連続的に又は不連続的に減少している。
また、電子放出装置及びその駆動方法が、特開２００２−６３８６２号公報に開示されている。この従来例の電子放出装置は、基板と、開口部を有し、基板上に配置されたゲート電極と、開口部内の基板上にカソード材料で形成された薄膜のエミッタと、エミッタから所定の間隔をあけて配設され、所定の電位が印加されるアノード電極とを備えている。エミッタから放出される電子がアノード電極に到達する際の広がり範囲が所定の限界値以内になるようにゲート電位が印加される。ゲート・エミッタ間電界が、アノード電極とゲート電極間に形成されるゲート・アノード間電界よりも小さい値に設定されている。
従って、本発明の目的は、ダイオードアクションを解消することが出来る冷陰極構造、電子放出装置及び電子放出型表示装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、低ドライブ電圧（Ｖｇの振幅とＶｋの振幅を低く抑制する）を実現できる冷陰極構造、電子放出装置及び電子放出型表示装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、電子放出を安定化することが可能な冷陰極構造、電子放出装置及び電子放出型表示装置を提供することである。
本発明の観点では、冷陰極構造は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた導電性カソード電極と、カソード電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、ゲート電極とゲート絶縁膜を貫通するように形成されたエミッタホールと、エミッタホールの底部に形成され、分布抵抗成分を有する電子放出部とを具備する。電子放出部は、その表面に分散され、電子を放出する突起を有している。前記エミッタホールの前記底部の中央部における前記電子放出部の電位は、前記エミッタホールの前記底部の周辺部における前記電子放出部の電位より高い。ここで、前記エミッタホールの前記底部の中央部における電子放出部の突起は、第１抵抗値を持つように分布抵抗成分を介してカソード電極に接続され、前記エミッタホールの前記底部の周辺部における電子放出部の突起は、第２抵抗値を持つように分布抵抗成分を介してカソード電極に接続され、第１抵抗値は、第２抵抗値より大きい。この結果、動作時には、電子放出部の中央部の突起は、周辺部の突起より高い電位にある。
ここで、電子放出部は、第１分布抵抗成分を有する下側抵抗層と、下側抵抗層の上に形成され、第２分布抵抗成分を有する抵抗層とを具備してもよい。抵抗層は、その表面に突起を有している。下側抵抗層のシート抵抗は、１０ＭΩ以上で５００ＭΩ以下であることが望ましく、抵抗層のシート抵抗は、１０ＭΩ以上５００ＭΩ以下であることが望ましい。第１分布抵抗成分の値と第２分布抵抗成分の値はほぼ等しいことが望ましい。
エミッタホールは、ゲート電極とゲート絶縁膜に加えて、カソード電極を貫通していてもよい。この場合、電子放出部は、絶縁基板上に形成され、エミッタホールの底部の端部においてカソード電極と電気的に接続されている。こうして、電子放出部の中央部の突起は、電子放出部の周辺部の突起より大きい抵抗値をもってカソード電極に接続されルことになる。
また、電子放出部は、カソード電極上に形成されていてもよい。この場合、絶縁基板は、エミッタホールに対応する部位に第１窪みを有し、カソード電極は、絶縁基板の表面に沿って、第２窪みを持つように形成され、電子放出部は、カソード電極の第２窪みに形成されてもよい。このとき、電子放出部は、分布抵抗成分を有する抵抗層とを具備し、抵抗層は、その表面に突起を有している。抵抗層のシート抵抗は、１０ＭΩ以上５００ＭΩ以下であることが望ましい。
エミッタホールは、ゲート電極とゲート絶縁膜に加えて、カソード電極を貫通していてもよい。電子放出部は、絶縁基板上に形成され、エミッタホールの底部の端部においてカソード電極と電気的に接続されている。
上記の冷陰極構造において、抵抗層は、ほぼ一様な厚さを有していてもよく、場合によっては、抵抗層の膜厚は、エミッタホールの中央部で薄く周辺部で厚いことが好ましく、他の場合には、抵抗層の膜厚は、エミッタホールの中央部で厚く周辺部で薄くともよい。また、下側抵抗層の膜厚は、エミッタホールの中央部で厚く周辺部で薄くともよい。
また、突起は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー及びカーボンナノホーンの少なくとも一種類を含んでいることが望ましい。
また、本発明の他の観点では、冷陰極構造は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた導電性カソード電極と、カソード電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、ゲート電極とゲート絶縁膜を貫通するように形成されたエミッタホールと、エミッタホールの底部に形成された電子放出部とを具備する。電子放出部は、その表面に分散され、電子を放出する突起を有し、エミッタホールの中央部での突起の電位は、エミッタホールの周辺部での突起の電位よりも高い。ここで、突起は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー及びカーボンナノホーンの少なくとも一種類を含んでいることが望ましい。
また、本発明の他の観点では、電子放出装置は、上記の冷陰極構造と、ゲート電極及び電子放出部に対向して離間して設けられたアノード電極と、アノード電極にアノード電圧を印加する第１電源と、ゲート電極にゲート電圧を印加する第２電源とを具備している。カソード電極にカソード電圧を印加する第３電源を更に具備していてもよい。この場合、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件において、電放出部の中央部からの電子放出が電放出部の周辺部からの電子放出よりも少ない。ここで、Ｖａはアノード電極の電位、Ｖｇはゲート電極の電位、Ｖｋはカソード電極の電位、ｄａはアノード電極のゲート電極側の表面とゲート電極のアノード電極側の表面との距離、及びｄｋゲート電極のゲート絶縁膜側の表面と電子源膜のゲート電極側の表面との距離である。また、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件において、電子放出部から放出された電子が、ゲート電極の高さにおける電子放出部の中央部付近に対応する位置に集束される。
また、本発明の他の観点では、電子放出型表示装置は、上記の電子放出装置と、水平同期信号と、垂直同期信号と、データクロックと、データ信号とに基づいて、Ｘ駆動信号及びＹ駆動信号を出力する制御回路部と、Ｘ駆動信号に基づいて、電子放出装置のカソード電極を制御するＸドライバ部と、Ｙ駆動信号に基づいて、電子放出装置のゲート電極を制御するＹドライバ部とを具備する。
また、本発明の他の目的は、低ドライブ電圧（Ｖｇの振幅とＶｋの振幅を低く抑制する）を実現できる冷陰極構造、電子放出装置及び電子放出型表示装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、電子放出を安定化することが可能な冷陰極構造、電子放出装置及び電子放出型表示装置を提供することである。
本発明の観点では、冷陰極構造は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた導電性カソード電極と、カソード電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、ゲート電極とゲート絶縁膜を貫通するように形成されたエミッタホールと、エミッタホールの底部に形成され、分布抵抗成分を有する電子放出部とを具備する。電子放出部は、その表面に分散され、電子を放出する突起を有している。前記エミッタホールの前記底部の中央部における前記電子放出部の電位は、前記エミッタホールの前記底部の周辺部における前記電子放出部の電位より高い。ここで、前記エミッタホールの前記底部の中央部における電子放出部の突起は、第１抵抗値を持つように分布抵抗成分を介してカソード電極に接続され、前記エミッタホールの前記底部の周辺部における電子放出部の突起は、第２抵抗値を持つように分布抵抗成分を介してカソード電極に接続され、第１抵抗値は、第２抵抗値より大きい。この結果、動作時には、電子放出部の中央部の突起は、周辺部の突起より高い電位にある。
ここで、電子放出部は、第１分布抵抗成分を有する下側抵抗層と、下側抵抗層の上に形成され、第２分布抵抗成分を有する抵抗層とを具備してもよい。抵抗層は、その表面に突起を有している。下側抵抗層のシート抵抗は、１０ＭΩ以上で５００ＭΩ以下であることが望ましく、抵抗層のシート抵抗は、１０ＭΩ以上５００ＭΩ以下であることが望ましい。第１分布抵抗成分の値と第２分布抵抗成分の値はほぼ等しいことが望ましい。
エミッタホールは、ゲート電極とゲート絶縁膜に加えて、カソード電極を貫通していてもよい。この場合、電子放出部は、絶縁基板上に形成され、エミッタホールの底部の端部においてカソード電極と電気的に接続されている。こうして、電子放出部の中央部の突起は、電子放出部の周辺部の突起より大きい抵抗値をもってカソード電極に接続されルことになる。
また、電子放出部は、カソード電極上に形成されていてもよい。この場合、絶縁基板は、エミッタホールに対応する部位に第１窪みを有し、カソード電極は、絶縁基板の表面に沿って、第２窪みを持つように形成され、電子放出部は、カソード電極の第２窪みに形成されてもよい。このとき、電子放出部は、分布抵抗成分を有する抵抗層とを具備し、抵抗層は、その表面に突起を有している。抵抗層のシート抵抗は、１０ＭΩ以上５００ＭΩ以下であることが望ましい。
エミッタホールは、ゲート電極とゲート絶縁膜に加えて、カソード電極を貫通していてもよい。電子放出部は、絶縁基板上に形成され、エミッタホールの底部の端部においてカソード電極と電気的に接続されている。
上記の冷陰極構造において、抵抗層は、ほぼ一様な厚さを有していてもよく、場合によっては、抵抗層の膜厚は、エミッタホールの中央部で薄く周辺部で厚いことが好ましく、他の場合には、抵抗層の膜厚は、エミッタホールの中央部で厚く周辺部で薄くともよい。また、下側抵抗層の膜厚は、エミッタホールの中央部で厚く周辺部で薄くともよい。
また、突起は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー及びカーボンナノホーンの少なくとも一種類を含んでいることが望ましい。
また、本発明の他の観点では、冷陰極構造は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた導電性カソード電極と、カソード電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、ゲート電極とゲート絶縁膜を貫通するように形成されたエミッタホールと、エミッタホールの底部に形成された電子放出部とを具備する。電子放出部は、その表面に分散され、電子を放出する突起を有し、エミッタホールの中央部での突起の電位は、エミッタホールの周辺部での突起の電位よりも高い。ここで、突起は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー及びカーボンナノホーンの少なくとも一種類を含んでいることが望ましい。
また、本発明の他の観点では、電子放出装置は、上記の冷陰極構造と、ゲート電極及び電子放出部に対向して離間して設けられたアノード電極と、アノード電極にアノード電圧を印加する第１電源と、ゲート電極にゲート電圧を印加する第２電源とを具備している。カソード電極にカソード電圧を印加する第３電源を更に具備していてもよい。この場合、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件において、電放出部の中央部からの電子放出が電放出部の周辺部からの電子放出よりも少ない。ここで、Ｖａはアノード電極の電位、Ｖｇはゲート電極の電位、Ｖｋはカソード電極の電位、ｄａはアノード電極のゲート電極側の表面とゲート電極のアノード電極側の表面との距離、及びｄｋゲート電極のゲート絶縁膜側の表面と電子源膜のゲート電極側の表面との距離である。また、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件において、電子放出部から放出された電子が、ゲート電極の高さにおける電子放出部の中央部付近に対応する位置に集束される。
また、本発明の他の観点では、電子放出型表示装置は、上記の電子放出装置と、水平同期信号と、垂直同期信号と、データクロックと、データ信号とに基づいて、Ｘ駆動信号及びＹ駆動信号を出力する制御回路部と、Ｘ駆動信号に基づいて、電子放出装置のカソード電極を制御するＸドライバ部と、Ｙ駆動信号に基づいて、電子放出装置のゲート電極を制御するＹドライバ部とを具備する。
図１は、第１従来例のＣＮＴ−ＦＥＤのカソードパネルの構成を示す図であり、
図２は、第１従来例のＣＮＴ−ＦＥＤのカソードパネルにおけるエミッタホール周辺部の構造を示す断面図であり、
図３は、第１従来例のＣＮＴ−ＦＥＤにおいて、カソードパネルからアノード電極へ電子が放出された結果を示すグラフであり、
図４は、第２従来例の電子放出源を示す断面図であり、
図５は、第３従来例の電子放出素子を示す断面図であり、
図６Ａは、ＣＮＴ型ＦＥＤにおけるゲート電圧とカソード電圧の印加の一例を示す表であり、
図６Ｂは、ＣＮＴ型電子源におけるカソード電極−ゲート電極間電界と、カソード電極−アノード電極間電流密度との関係の一例を示すグラフであり、
図７は、従来の電子放出素子と等電位線を示す図であり、
図８は、エミッタから放出される電流量とゲート電極−カソード電極間電圧との関係を示すグラフであり、
図９Ａは、本発明の第１実施例による電子放出装置の構造を示す断面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示される第１実施例による電子放出装置の等価回路を示す図であり、
図１０Ａから１０Ｅは、本発明の第１実施例による電子放出装置の製造方法を示す断面図であり、
図１１は、本発明の電子放出装置が適用される電子放出表示装置の構成を示すブロック図であり、
図１２Ａは、本発明の第２実施例による電子放出装置の構造を示す断面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａに示される第２実施例による電子放出装置の等価回路を示す図であり、
図１３は、エミッタホールの中心軸の片側について、電子源膜上の電位分布を示す図であり、
図１４は、電子放出装置における電子源膜からの電子放出特性を示すグラフであり、
図１５は、電子放出装置における所定の条件での電子源膜上の電位分布を示す図であり、
図１６は、電子放出装置における所定の条件での電子源膜上の電位分布を示す図であり、
図１７Ａは、本発明の第３実施例による電子放出装置の構造を示す断面図であり、図１７Ｂは、図１７Ａに示される第３実施例による電子放出装置の等価回路を示す図であり、
図１８Ａは、本発明の第４実施例による電子放出装置の構造を示す断面図であり、図１８Ｂは、図１８Ａに示される第４実施例による電子放出装置の等価回路を示す図であり、
図１９Ａは、本発明の第５実施例による電子放出装置の構造を示す断面図であり、図１９Ｂは、図１９Ａに示される第５実施例による電子放出装置の等価回路を示す図である。
図２は、第１従来例のＣＮＴ−ＦＥＤのカソードパネルにおけるエミッタホール周辺部の構造を示す断面図であり、
図３は、第１従来例のＣＮＴ−ＦＥＤにおいて、カソードパネルからアノード電極へ電子が放出された結果を示すグラフであり、
図４は、第２従来例の電子放出源を示す断面図であり、
図５は、第３従来例の電子放出素子を示す断面図であり、
図６Ａは、ＣＮＴ型ＦＥＤにおけるゲート電圧とカソード電圧の印加の一例を示す表であり、
図６Ｂは、ＣＮＴ型電子源におけるカソード電極−ゲート電極間電界と、カソード電極−アノード電極間電流密度との関係の一例を示すグラフであり、
図７は、従来の電子放出素子と等電位線を示す図であり、
図８は、エミッタから放出される電流量とゲート電極−カソード電極間電圧との関係を示すグラフであり、
図９Ａは、本発明の第１実施例による電子放出装置の構造を示す断面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示される第１実施例による電子放出装置の等価回路を示す図であり、
図１０Ａから１０Ｅは、本発明の第１実施例による電子放出装置の製造方法を示す断面図であり、
図１１は、本発明の電子放出装置が適用される電子放出表示装置の構成を示すブロック図であり、
図１２Ａは、本発明の第２実施例による電子放出装置の構造を示す断面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａに示される第２実施例による電子放出装置の等価回路を示す図であり、
図１３は、エミッタホールの中心軸の片側について、電子源膜上の電位分布を示す図であり、
図１４は、電子放出装置における電子源膜からの電子放出特性を示すグラフであり、
図１５は、電子放出装置における所定の条件での電子源膜上の電位分布を示す図であり、
図１６は、電子放出装置における所定の条件での電子源膜上の電位分布を示す図であり、
図１７Ａは、本発明の第３実施例による電子放出装置の構造を示す断面図であり、図１７Ｂは、図１７Ａに示される第３実施例による電子放出装置の等価回路を示す図であり、
図１８Ａは、本発明の第４実施例による電子放出装置の構造を示す断面図であり、図１８Ｂは、図１８Ａに示される第４実施例による電子放出装置の等価回路を示す図であり、
図１９Ａは、本発明の第５実施例による電子放出装置の構造を示す断面図であり、図１９Ｂは、図１９Ａに示される第５実施例による電子放出装置の等価回路を示す図である。
以下に、本発明の冷陰極構造、電子放出装置及び電子放出型表示装置を添付図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ：ＣＮＴ）を用いた冷陰極構造を含む電子放出装置が適用された電子放出型表示装置としてのＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）を例として説明する。しかし、通常のＦＥＤや他の用途においても、本願発明は適用可能である。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一の符号を付して説明する。
（第１実施例）
以下に、本発明の第１実施例による冷陰極構造を有する電子放出装置が適用されたＣＮＴ−ＦＥＤ（電子放出型表示装置）を説明する。
図９Ａは、本発明の第１実施例による電子放出装置の構成を示す断面図である。電子放出装置は、絶縁基板１、下側抵抗層２、カソード電極３、電子源膜９、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６、アノード電極７を備える。電子放出部は、下側抵抗層２と電子源膜９とを有し、電子源膜９は分布抵抗成分を有する抵抗層としてのペースト４とカーボンナノチューブ８とを含んでいる。第１電源１６、第２電源１７、第３電源１８が、アノード電極７、ゲート電極６、カソード電極３にそれぞれ接続されている。第１電源１６は、アノード電極７にアノード電圧Ｖａを印加し、第２電源１７は、ゲート電極６にゲート電圧Ｖｇを印加し、第３電源１８は、カソード電極３にカソード電圧Ｖｋを印加する。各電源は、制御部１５により制御される。
絶縁基板１は、ガラス基板のような絶縁材料製の基板、あるいは表面に絶縁性膜が形成された基板である。この例では、絶縁基板１として１ｍｍの厚みのガラス板が用いられる。
電子放出部の下側抵抗層２は、絶縁基板１上の電子が放出されるべき位置に、所定の形状で形成されている。この例では、下側抵抗層２は、直径６０μｍ、厚み１μｍの円盤状にアモルファスシリコンを堆積することにより形成される。下側抵抗層２は、分布抵抗成分を有する抵抗層として働く。また、下側抵抗層２は、その周辺においてカソード電極３と電気的に接続されている。下側抵抗層２は、印加されたカソード電圧Ｖｋ（但し、自身での電圧降下分を除く）を電子源膜９に印加する。カソード電圧Ｖｋの表面上の一部には電子源膜９が配設されている。第１カソード電極２のシート抵抗は２００ＭΩである。シート抵抗の範囲は、１０〜５００ＭΩが好ましい。抵抗が小さ過ぎると、通常の導電性カソード電極と同様になってしまい、抵抗が大き過ぎる場合には、ドライブ電圧が高くなり、最悪の場合電流が流れなくなる。
カソード電極３は、絶縁基板１上で、下側抵抗層２の周辺に、下側抵抗層２と電気的に接続するように配設されている。この例では、カソード電極３は、厚み２μｍ、シート抵抗５Ωの銀ペースト配線である。ただし、カソード電極３は、下側抵抗層２の端面と直接接していても良く、下側抵抗層２の端部を覆うように配設されていても良いが、下側抵抗層２の、電子源膜９を配設する領域には、配設されない。その際、第１カソード電極２の周囲全体を囲むように配設されていることが望ましい。これは、下側抵抗層２上の電子源膜９に均等に電圧を印加するためである。カソード電極３は、従来の電子放出装置におけるカソード電極に相当する。カソード電極３は、下側抵抗層２、抵抗層としてのペースト４及びカーボンナノチューブ８にカソード電圧Ｖｋを印加する。
ゲート絶縁膜５は、カソード電極３上に、カソード電極３を覆うように配設されている。この例では、ゲート絶縁膜５は、厚み１０μｍのガラスの膜である。ゲート絶縁膜５は、下側抵抗層２の、電子源膜９が配設されていない部分を覆っても良い。ゲート絶縁膜５は、カソード電極３とゲート電極６との間を絶縁する。
ゲート電極６は、ゲート絶縁膜５上に、ゲート絶縁膜５の全部又は一部を覆うように配設されている。この例では、厚み１μｍ、シート抵抗１０Ωの銀ペースト電極である。ゲート電極６は、エミッタホール１０の開口部の縁に達していることが望ましい。ゲート電極６は、ゲート電圧Ｖｇが印加される。
エミッタホール１０は、カソード電極３、ゲート絶縁膜５及びゲート電極６を貫通して、下側抵抗層２に達するように形成されている。この例では、下側抵抗層２を覆うようにスクリーン印刷で堆積されたカソード電極３、ゲート絶縁膜５及びゲート電極６にサンドブラスト工法を適用することにより、円筒形の穴として形成される。穴の直径は、４０μｍである。
電子源膜９は、ペースト４と、電子放出突起としてのカーボンナノチューブ８とを含んでいる。電子源膜９は、エミッタホール１０の底部、即ち下側抵抗層２の全表面、又は底部の周辺部を除く中央部分に堆積される。この例では、電子源膜９は、４０μｍ直径のエミッタホール１０の底部に厚み１μｍに堆積される。電子源膜９は、ゲート電圧Ｖｇ、カソード電圧Ｖｋ、アノード電圧Ｖａに基づいて、電子を放出する。
電子源膜９は、カーボンナノチューブ８がペースト４中に電子源膜９の表面に垂直な方向に配向して分散された高抵抗膜である。カーボンナノチューブ８及びその不純物は低抵抗物質であるので、高いシート抵抗の電子源膜９を得るために、カーボンナノチューブ８は精製され、かつその長さが短くされている。カーボンナノチューブを短くするに、化学的エッチング、燃焼、機械的すりつぶしなどの方法が組み合わされる。この例では、カーボンナノチューブ８は長さが０．５μｍ以下に短縮され、平均存在密度が１本／平方μｍになるように調整されている。ペースト４は、カーボンナノチューブ８を含み、それらを保持する。電子源膜９は、下側抵抗層２のように抵抗層として働く。電子源膜９は、カソード電圧Ｖｋが印加され、カーボンナノチューブ８にカソード電圧Ｖｋ（ただし、自身での電圧降下分を除く）を印加する。この例では、電子源膜９は、シート抵抗が２００ＭΩである。シート抵抗の範囲は、１０〜５００ＭΩが好ましい。抵抗が小さ過ぎると、通常の導電性カソード電極と同様になってしまい、抵抗が大き過ぎる場合には、ドライブ電圧が高くなり、最悪の場合電流が流れなくなる。また、下側抵抗層２と同程度のシート抵抗であることが好ましい。両者を共に有効に利用するためである。
なお、本発明は、カーボンナノチューブ８に限定されるものではない。例えば、カーボンナノファイバーやカーボンナノホーンのようなカーボンのナノ構造を有する材料を用いても同様に実施可能である。また、針状又は円錐状あるいは角錐状の形状を有し、他の種類の導電性材料、例えば、スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型エミッタに用いられる材料で形成された物質であっても良い。
また、上記カーボンナノチューブ８のように先端が尖鋭化した構造を有する他の材料を用いることも可能である。例えば、炭化物、例えば炭素、炭化珪素、酸化物、例えば酸化亜鉛、及び金属例えば銀及びスズの針状結晶やウィスカーを用いることが出来る。更に、髭結晶の代表的な生成機構であるＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｏｌｉｄ）機構により生成されたシリコンのナノワイヤを利用することも出来る。それらは、先端の直径が０．５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．１μｍである。先端の直径が小さいほど、電子が放出し易くなるからである。
また、本発明の電子源膜９では、ペースト４部分の抵抗が高い。そのため、前述の先端が尖鋭化した構造を有する他の材料として、抵抗が高い材料を用いても、ペースト４部分から電子が放出されることが無い。
アノード電極７は、ゲート電極６からゲート絶縁膜５と反対側の方向に離れて設けられる。アノード電極７は、カソード側から放出された電子を受け取る。この例では、アノード電極７は、ゲート電極６から上方２ｍｍ離れて配設されている。
第１実施例では、制御部１５の制御により、アノード電極７には第１電源１６からＶａ＝６ｋＶのアノード電圧が、ゲート電極６には第２電源１７から矩形パルス電圧が印加されている。矩形パルス電圧は、低レベルとしてＶｇ＝０Ｖを有し、高レベルとして１５〜２０Ｖを有する。第２カソード電極３には第３電源１８から矩形パルス電圧が印加される。矩形パルス電圧は、低レベルとしてＶｋ＝−１５〜−２０Ｖを高レベルとして０Ｖを有する。
図１０Ａから１０Ｅを参照して、電子放出装置の製造方法について説明する。図図１０Ａから１０Ｅは、本発明の電子放出装置の製造方法を説明するための断面図である。
図１０Ａに示されるように、絶縁基板１として、ガラス基板が提供される。図１０Ｂに示されるように、絶縁基板１上に、ＣＶＤ法によりアモルファスシリコン膜が成膜される。成膜後に、フォトリソグラフィー方法により、所望の位置に所望の形状を有する下側抵抗層２が形成される。次に、図１０Ｃに示されるように、絶縁基板１及び下側抵抗層２の一部を覆うように、カソード電極３として銀ペーストが、所望の位置に所望の形状にパターン印刷される。同様に、ゲート絶縁膜５としてガラスペースト、ゲート電極６として銀ペーストが、それぞれ所望の位置、所望の形状にパターン印刷される。その後、各膜毎、又は３種類の膜一体で焼成又は乾燥処理が行われ、３つの膜が形成される。図１０Ｄと１０Ｃに示されるように、上記のように作成された膜付きの基板に所定のマスク処理が行われる。サンドブラスト工法により、円筒形のエミッタホール１０が形成される。エミッタホール１０が形成された後、マスクは除去される。次に、図１０Ｅに示されるように、エミッタホール１０へ、カーボンナノチューブ８を含有するペースト４が堆積される。ペースト４を所定の温度で焼成又は乾燥することにより、電子源膜９が形成される。その後、アノード電極７が配設された後、電子が放出される領域が真空にされる。以上により、電子放出素子が完成する。
次に、本発明の電子放出型表示装置について説明する。図１１は、本発明の第１実施例による電子放出表示装置の構成を示すブロック図である。電子放出型表示装置は、ＦＥＤパネル３１、制御回路３２、電源回路３３、Ｙドライバ３４及びＸドライバ３５を備えている。
ＦＥＤパネル３１は、図９Ａに示される電子放出装置がマトリックス状に形成された表示部である。制御回路３２は、水平同期信号、垂直同期信号、データクロック及びデータ信号等を入力し、Ｙドライバ３４及びＸドライバ３５へＹ駆動信号及びＸ駆動信号を出力する。Ｙドライバ３４及びＸドライバ３５は、画像を表示するように、Ｙ駆動信号及びＸ駆動信号に基づいて、それぞれＦＥＤパネル３１のゲート電圧及びカソード電圧を駆動（アノード電圧は一定）する。電源回路３３は、ＦＥＤパネル３１、制御回路３２、Ｙドライバ３４及びＸドライバ３５を含む電子放出表示装置の各部へ電力を供給する。
ただし、本発明は、図１１の構成に制限されるものではなく、前述のＦＥＤパネル３１を用いていれば、他の従来技術を用いて、電子放出表示装置を構成することも可能である。
次に、本発明の第１実施例による電子放出表示装置の動作を、図９Ａと９Ｂを参照して説明する。
図９Ｂは、図９Ａに示される下側抵抗層２、カソード電極３及び電子源膜９に対応する等価回路を示す図である。等価回路は、抵抗成分４’、抵抗成分２’、導体３’及び導体８’を有する。ただし、抵抗成分２’、抵抗成分４’、導体３’及び導体８’は、図９Ａの第１カソード電極２、ペースト４、第２カソード電極３及びカーボンナノチューブ８に対応する。
図９Ｂに示される導体８’のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’は、図９Ａの領域Ｐ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’において電子源膜９の表面に垂直に配向されたカーボンナノチューブ８を代表して示している。図９Ｂに示されるように、電子源膜９の抵抗成分４’が、導体３’に対して直列に接続されている。同様に、下側抵抗層２の抵抗成分２’が、導体３’に対して直列に接続されている。電子源膜９の抵抗層４の抵抗成分４’及び下側抵抗層２の抵抗成分２’が、互いに並列に接続されている。このため、電子放出部の中央部の突起（カーボンナノチューブ）からカソード電極３までの抵抗は、電子放出部の周辺部の突起からカソード電極３までの抵抗より大きくなる。
図９Ｂにおいて、カソード電圧Ｖｋ、ゲート電圧Ｖｇ及びアノード電圧Ｖａの制御により、導体８’のＰ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’から電子が放出される。その場合、放出される電子は第２カソード電極３（導体３’）から各抵抗成分（２’又は４’）を経由して供給される。例えば、Ｐ３から放出される電子はＰ１とＰ２との間の抵抗成分２’又は抵抗成分４’、及びｐ２とＰ３との間の抵抗成分２’又は抵抗成分４’（又は、Ｐ１’とＰ２’との間の抵抗成分２’又は抵抗成分４’、及びＰ２’とｐ３’との間の抵抗成分２’又は抵抗成分４’）を経由して供給される。そのため、各抵抗において電圧降下（正の電位へのシフト）が生じて、Ｐ３の位置での電位が高くなる。他のカーボンナノチューブ８も同様である。その結果、電子源膜９の中央部分の電位は、正方向にシフトするので、電子源膜９全体の電位分布は、中央部が高く、周辺部が低い山形になる。このように、ダイオードアクションが生じやすい電子源膜９の中央部分の電位を正の高い電位にすることが出来る。こうして、ゲート電極と電子源膜９の中央部での電位差が小さくなる。従って、図７を参照して説明されたように、電子源膜９の中央部分に印加される電界が高くなる現象を防止することが可能となる。それにより、中央部分からの電子放出を抑制することが出来る。
このとき、電子源膜９の周辺部分はゲート電極６で印加される電界の影響を強く受けるので、ゲート電極６に正の高い電圧を印加した場合には多量の電子が放出される。一方、ゲート電極６に低い電圧もしくは負の電圧が印加された場合には電子は放出されない。
上記の説明では第２カソード電極３の電位がゼロであるとされたが、ゲート電極６電位をゼロとしてもよい。この場合、第２カソード電極３の電位が高い負電位に設定された場合には、電子源膜９の周辺部から多量の電子が放出される。第２カソード電極３の電位が正の電位に設定された場合には電子は放出されない。
本発明では電子源膜９の周辺部すなわちゲート電極６の近傍では、ドライブ電圧に応じて電子の放出が行われ、または停止される。電子源膜９の中央部は、電子放出が抑制された状態を維持することが出来きる。こうして、ダイオードアクションを解消することが出来る。
また、カーボンナノチューブ８がゲート電極６と接触する場合など、電子が過大に流れる場合、電流が流れることに伴い、電子源膜９の抵抗層４の抵抗成分又は下側抵抗層極２の抵抗成分により、過大に電流が流れている電子源膜９又は下側抵抗層２の部分の電圧が大幅に降下する、即ち、正の電位へシフトする。その結果、過大に電流が流れている電子源膜９又は下側抵抗層２の部分とゲート電極６との間の電界が低下する。これにより、電子放出を抑制することが出来る。すなわち、電子放出を安定化させることが出来る。
上記の場合、周辺部の領域（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２’、Ｐ１’）では、第２カソード電極３からの抵抗成分が少ない。従って、図８における曲線Ｂのように、大きなドライブ電圧を印加する必要がなく、曲線Ａの２倍程度のドライブ電圧に抑制することが可能となる。すなわち、低ドライブ電圧で駆動することが出来る。
なお、図１１に示される、本発明の第１実施例による電子放出型表示装置の動作は、電子放出装置の動作が前述の通りである他は、従来技術と同様であるのでその説明を省略する。
前述の電子放出装置を用いた電子放出型表示装置についても、ダイオードアクションを解消し、電子放出を安定化し、低ドライブ電圧で駆動することが出来る。すなわち、本発明はＦＥＤで壁掛けテレビを製造する場合に有効な技術である。
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例による電子放出装置が適用されるＣＮＴ−ＦＥＤについて説明する。
図１２Ａは、本発明の第２実施例による電子放出装置の構成を示す断面図である。電子放出装置は、絶縁基板１、第２カソード電極３、ペースト４とカーボンナノチューブ８とを含む電子源膜９、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６、アノード電極７を備えている。この例では、電子放出部は、電子源膜９を有し、電子源膜９は分布抵抗成分を有する抵抗層としてのペースト４と突起としてのカーボンナノチューブ８とを含んでいる。アノード電極７にはアノード電圧Ｖａを印加する第１電源１６、ゲート電極６にはゲート電圧Ｖｇを印加する第２電源１７、カソード電極３にはカソード電圧Ｖｋを印加する第３電源１８が、それぞれ接続されている。各電源は、制御部１５により制御される。
第２実施例では、第１カソード電極２を用いていない点が第１実施例と異なる。その場合、エミッタホール１０は、カソード電極３、ゲート絶縁膜５及びゲート電極６を貫通して絶縁基板１に達するように形成される。
電子源膜９は、ペースト４とカーボンナノチューブ８とを含み、エミッタホール１０の底部、即ち絶縁基板１の全表面に、電子源膜９の外周部が第２カソード電極３と接するように堆積されている。厚みは、カソード電極３と同程度である。ただし、電子源膜９の外周部がカソード電極３と接していれば、厚みは前述の場合に制限されない。
その他の構成は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
また、本発明の第２実施例による電子放出装置の製造方法は、図１０Ｂにおいて、下側抵抗層２を形成するプロセスが無く、図１０Ｄにおいてエミッタホール１０を形成するプロセスで、エミッタホール１０が絶縁基板１まで形成される以外は、第１実施例と同様である。従って、その説明を省略する。
本発明の第２実施例による電子放出型表示装置は、図１１において第２実施例の電子放出装置をＦＥＤパネル３１に用いる他は、第１実施例と同様であるので、その説明を省略する。
次に、本発明の第２実施例による電子放出型表示装置の動作について、図１２Ａと１２Ｂを参照して説明する。
図１２Ｂは、図１２Ａにおけるカソード電極３及び電子源膜９に対応する等価回路を示す図である。等価回路は、抵抗成分２’、導体３’及び導体８’を有する。ただし、抵抗成分４’、導体３’及び導体８’は、図１２Ａのペースト４、カソード電極３及びカーボンナノチューブ８に対応する。
図１２Ｂの導体８’のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’は、図１２Ａの各領域（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’）において垂直に配向したカーボンナノチューブ８を代表して示している。電子源膜９のペースト４の抵抗成分４’が直列に接続されている。図１２Ｂにおいて、カソード電圧Ｖｋ、ゲート電圧Ｖｇ及びアノード電圧Ｖａの制御を通して、導体突起８’のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’から電子が放出される。この場合、放出電子は第２カソード電極３から各抵抗を経由して供給される。Ｐ３から放出される電子はＰ１とＰ２との間の抵抗成分４’、及び、Ｐ２とＰ３との間の抵抗成分４’（又は、Ｐ１’とＰ２’との間の抵抗成分４’、及び、Ｐ２’とＰ３’との間の抵抗成分４’）を経由して供給される。そのため、各抵抗において電圧降下（正の電位へのシフト）が生じて、Ｐ３の位置での電位が高くなる。他のカーボンナノチューブ８も同様である。その結果、電子源膜９の中央部分の電位は、正方向にシフトするので、電子源膜９全体の電位は、中央部が高く、周辺部が低い山形になる。
図１３は、図１２Ａのエミッタホール１０における中心軸の片側における電子源膜９上の電位分布を示す図である。縦軸は、電子源膜９上部表面からの距離、横軸は、中心軸と垂直な方向の中心軸からの距離である。ただし、ゲート開口部、即ちエミッタホール１０の開口部の半径＝２０μｍ、ゲート絶縁膜の厚み（ゲート電極６−電子源膜９間の距離ｄｋ）＝１０μｍ、ゲート電極６−アノード電極間の距離ｄａ＝２ｍｍ、アノード電極７（図１２Ａに図示せず）にアノード電圧Ｖａ＝６ｋＶ、ゲート電極６にゲート電圧Ｖｇ＝３３Ｖ、カソード電極３にカソード電圧Ｖｋ＝０Ｖが印加される。また、電子源膜９が２００ＭΩのシート抵抗を有する高抵抗膜として、シミュレーションが行われたときの電位分布を示している。
前述のように、第２実施例では、ダイオードアクションが生じやすい電子源膜９の中央部分の電位を正の高い電位にすることが出来るので、電子源膜９の中央部分からその周囲にかけて電位分布の勾配が緩やかになる、即ち、電界が減少することが判る。こうして、電子源膜９の中央部分に印加される電界が高く成る現象を防止することが可能となる。こうして、中央部分からの電子放出を抑制することが出来る。すなわち、本発明の第２実施例では、電子源膜９の周辺部すなわちゲート電極６の近傍ではドライブ電圧に応じて電子が放出またはその放出が停止される。電子源膜９の中央部は、電子放出が抑制された状態を維持することが出来き、ダイオードアクションを解消することが出来る。
また、図１４は、図１２に示される電子放出装置における電子源膜９からの電子放出特性を示すグラフである。横軸は、ゲート電圧（ゲート電極−カソード電極間の電圧）、縦軸は、アノード電流（カソード電極−アノード電極間の電流）である。半径２０μｍのゲート開口（エミッタホール）の中心（図１２Ａにおける領域Ｐ３を代表）からの電子放出を示す電流Ｉ３、中心から８μｍ（図１２Ａにおける領域Ｐ２及びＰ２’を代表）からの電子放出を示す電流Ｉ２、中心から２０μｍ（図１２Ａにおける領域Ｐ１及びＰ１’を代表、電子源膜の端部）からの電子放出を示す電流Ｉ１、及び、このエミッタホールか全体からの電子放出特性を示す電流ＩＴｏｔａｌをそれぞれ示している。図１３の状態は、図１４においてＶｇ＝３３Ｖの場合である。Ｖｇ＝３３Ｖにおいて、周辺部（Ｉ１及びＩ２）よりも中央部（Ｉ３）の電子放出が少ない。Ｖｇ＝３３Ｖのとき、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＝（６０００−３３）／２０００＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋ＝（３３−０）／１０である。すなわち、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件において中央部分からの電子放出が周辺部よりも少ない状況が作り出される例である。
図１５は、従来技術である図２に示される電子放出装置における（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件でのＣＮＴペースト１０９（電子源膜）上の電位分布を示す図である。（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件では、ゲート電極１０６−第１カソード電極１０３間の電界が、ゲート電極１０６−アノード電極１０７間の電界よりも大きいため、エミッタホール１１０の内部及びゲート電極１０６近傍では、その中心軸付近の等電位面がアノード電極１０７側へ膨らむ（上に凸）状態となる。そのため、その膨らんだ電位面は、ＣＮＴペースト１０９から放出される電子１２０に対して、円孔レンズとして機能する。すなわち、電子１２０は、円孔レンズにより軌道を曲げられ、本来到達すべきエミッタホール１１０上方のアノード電極１０７からずれた場所のアノード電極１０７へ到達する可能性がある。
一方、図１６は、図１２Ａに示される電子放出装置における、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件での電子源膜９上の電位分布を示す断面図である。（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件においても、エミッタホール１０の内部及びゲート電極６の高さ付近で、下に凸の電位分布となっている。ゲート電極６の高さ付近では、電子２０が集束している。
以上のように、第２実施例の電子源膜９の高抵抗層（ペースト４）の効果により、電子源膜９の表面の中央部分での電位を周辺部分での電位よりも高く設定することが出来る。そのため、中央部分の等電位面の間隔が広がり、上に凸ではなく、下に凸に電位分布を作り出すことが可能となる。すなわち、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件においても、ゲート電極６の高さ近傍で等電位面が上に凸の円孔レンズを形成しないので、電子は発散することなく、アノード電極７の所定の位置へ到達することが可能となる。
また、図１４において、中央部分からの電子放出が周辺部よりも少ない状況は、Ｖｇ＝１９Ｖにおいても起きている。Ｖｇ＝１９Ｖにおいて、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＝（６０００−１９）／２０００≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋ＝（１９−０）／１０である。すなわち、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件において中央部分からの電子放出が周辺部よりも少ない状況を作り出した例である。
ここで、従来技術の場合、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件は、図７に示されるように、エミッタホール１１０の中央部分では周辺部に比較して高電界領域が形成されている。そのため、この部分からは電子が放出し続け、ダイオードアクションが発生する可能性がある。
しかし、図１２Ａのように、本発明の電子放出装置では、電子源膜９の表面の中央部分の印加電界が周辺部分の表面の印加電界よりも低くなるように、電子源膜９中央部分の電位を正方向にシフトさせることが出来る。そのため、中央部分から電子が放出し続けるようなダイオードリアクションを防止することが可能となる。
また、電子が過大に流れるような状況が発生した場合、電流が流れることに伴い、電子源膜９の抵抗成分により、電圧が大幅に降下する、即ち正の電位へシフトする。その結果、過大に電流が流れている電子源膜９の部分とゲート電極６との間の電界が低下する。これにより、電子放出を抑制することが出来る。すなわち、電子放出を安定化させることが出来る。
上記の場合、周辺部の領域（図１２ＡにおけるＰ１、Ｐ２、Ｐ２’、Ｐ１’）では、第２カソード電極３からの抵抗成分が少ない。従って、図８における曲線Ｂのような大きなドライブ電圧を印加する必要がなく、曲線Ａの２倍程度のドライブ電圧に抑制することが可能となる。すなわち、低ドライブ電圧で駆動することが出来る。
第２実施例で示された装置の寸法や印加電圧は２０インチから６０インチを中心とした壁掛けテレビを低コストで製造する場合に典型的に用いられる値である。すなわち、本発明はＦＥＤで壁掛けテレビを製造する場合に有効な技術である。
なお、第２実施例は、図１３〜図１６の説明について、図１２Ａの構造の場合について説明している。しかしながら、第１実施例に示される図９Ａの構造の場合においても、具体的数値が異なるほかは同様に実施することが出来、同様の効果を得ることが出来る。
なお、図１１に示す、本発明の第２実施例による電子放出型表示装置の動作は、電子放出装置の動作が前述の通りである他は、第１実施例と同様であるのでその説明を省略する。
前述の電子放出装置を用いた電子放出型表示装置についても、ダイオードアクションを解消し、電子放出を安定化し、低ドライブ電圧で駆動することが出来る。すなわち、本発明はＦＥＤで壁掛けテレビを製造する場合に有効な技術である。
（第３実施例）
次に、本発明の第３実施例による電子放出装置が適用されたＣＮＴ−ＦＥＤについて説明する。
図１７Ａは、本発明の第３実施例による電子放出装置の構成を示す断面図である。電子放出装置は、絶縁基板１、第２カソード電極３、電子源膜９、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６、アノード電極７を備えている。電子放出部は、電子源膜９を有し、電子源膜９は、分布抵抗成分を有する抵抗層としてのペースト４とその表面で分散された突起としてのカーボンナノチューブ８とを含んでいる。
図１７Ａの電子源膜９は、ペースト４の周辺部が厚く盛り上がり、中央部が薄く凹んでいる点が、ペースト４が概ね平坦である第２実施例の電子源膜９と異なる。
図１７Ｂは、図１７Ａに示される第２カソード電極３及び電子源膜９に対応する等価回路を示す図である。等価回路は、抵抗成分２’、導体３’及び導体８’を有する。ただし、抵抗成分４’−ａ〜４’−ｂ、導体３’及び導体８’は、図１７Ａのペースト４、第２カソード電極３及びカーボンナノチューブ８に対応する。
図１７Ｂの導体８’のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’は、図１７Ａの各領域（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’）において垂直に配向されたカーボンナノチューブ８を代表して示している。電子源膜９のペースト４の抵抗成分４’−ａ〜４’−ｂが直列に接続されている。
図１７Ｂにおいて、中央部に向かうほどペースト４の厚みが薄くなるため、その抵抗値が高くなる。すなわち、抵抗成分４’−ａの抵抗値＜抵抗成分４’−ｂの抵抗値、である。すなわち、図１２Ａの場合に比較して、中央部Ｐ３の位置での電位がより高くなる。その結果、電子源膜９の中央部分の電位は、より大きく正方向にシフトするので、電子源膜９全体の電位は、中央部がより高く、周辺部が低い山形になる。
その他の電子放出装置の構成は、第２実施例と同様であるので、その説明を省略する。また、電子放出装置の製造方法については、周辺部を厚く盛り上がらせ、中央部を薄く凹むようにする他は、第２実施例と同様であるのでその説明を省略する。本発明である電子放出型表示装置については、図１１において第３実施例の電子放出装置をＦＥＤパネル３１に用いる他は、第２実施例と同様であるので、その説明を省略する。また、図１７Ａの場合の電子放出装置及び電子放出型表示装置の動作は、電子源膜９の形状が異なる他は第２実施例と同様であるので、その説明を省略する。
第３実施例においても、第２実施例と同様の効果を得ることが出来る。
第３実施例では、第２実施例の図１２Ａにおける電子源膜９のペースト４の周辺部が厚く盛り上がり、中央部が薄く凹んでいる場合について説明している。同様に、第１実施例の図９Ａにおける電子減膜９のペースト４の周辺部が厚く盛り上がり、中央部が薄く凹んでいる場合（図示されず）についても、本実施例の場合と同様の効果を得ることが出来る。
（第４実施例）
次に、本発明の第４実施例による電子放出装置が適用されたＣＮＴ−ＦＥＤのについて説明する。
図１８Ａは、本発明の第４実施例による電子放出装置の構成を示す断面図である。電子放出装置は、絶縁基板１、下側抵抗層２１、カソード電極３、電子源膜９、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６、アノード電極７を備えている。電子放出部は、分布抵抗成分を有する下側抵抗層２と電子源膜９とを有し、電子源膜９は、分布抵抗成分を有する抵抗層としてのペースト４とその表面に分散された突起としてのカーボンナノチューブ８とを含んでいる。図１８Ａに示されるように、電子放出装置は、カソード電極３が、絶縁基板１上に形成されエミッタホール１０の底部にも存在する点、下側抵抗層２１が、エミッタホール１０の底部の全面、又は底部の周辺部を除く中央部分に堆積される点が第１実施例と異なる。
カソード電極３は、エミッタホール１０の底部も含めた絶縁基板１上に、所定の厚みで形成されている。カソード電極３は、従来の電子放出装置におけるカソード電極と同様である。
下側抵抗層２１は、エミッタホール１０底部のカソード電極３上の電子が放出されるべき位置に、周辺部が薄く、中央部が厚く盛り上がった凸形状に形成される。下側抵抗層２１は、抵抗層として働く。また、カソード電極３からカソード電圧Ｖｋが印加され、電子源膜９へカソード電圧Ｖｋ（ただし、自身での電圧降下分を除く）が印加される。表面には電子源膜９が配設されている。この例では、下側抵抗層２１として、高抵抗ペーストが使用され、周辺部が薄く中央部が厚く盛り上がった凸形状に、４０μｍ直径のエミッタホール１０の底部に、中心部の厚み１μｍに堆積される。シート抵抗は２００ＭΩである。シート抵抗の範囲は、１０〜５００ＭΩであることが好ましい。抵抗が小さ過ぎると、通常の導電性カソード電極と同様になってしまい、抵抗が大き過ぎる場合には、ドライブ電圧が高くなり、最悪の場合電流が流れなくなる。
電子源膜９は、エミッタホール１０の４０μｍ直径の穴の底部に形成された下側抵抗層２１上に、厚み１μｍに堆積する。電子源膜９のその他の特性、構成等については、第１実施例と同様であるのでその説明を省略する。
図１８Ｂは、図１８Ａにおける下側抵抗層２１、カソード電極３及び電子源膜９に対応する等価回路を示す図である。等価回路は、抵抗成分２１’−１〜３、導体３’、抵抗成分４’及び導体８’を有する。ただし、抵抗成分２１’−１〜３、導体３’、抵抗成分４’及び導体８’は、図１８Ａの下側抵抗層２１、第２カソード電極３、ペースト４及びカーボンナノチューブ８に対応する。
図１８Ｂの導体８’のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、ｐ１’は、図１８Ａの各領域（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、ｐ１’）において垂直に配向されたカーボンナノチューブ８を代表して示している。
電子源膜９のペースト４の抵抗成分４’は、各導体８’を介して直列に接続し、各導体を互いに並列に接続している。また、抵抗成分２１’−１〜２１’−３のそれぞれは、一端側を導体８’のそれぞれと直列に接続し、他端側を導体３’と接続している。
図１８Ｂにおいて、中央部に向かうほど第１カソード電極２１の厚みが厚くなるため、その抵抗値が高くなる。すなわち、抵抗成分２１’−１の抵抗値＜抵抗成分２１’−２の抵抗値＜抵抗成分２１’−３の抵抗値、である。すなわち、中央部Ｐ３の位置での電位がより高くなる。その結果、電子源膜９の中央部分の電位は、大きく正方向にシフトするので、電子源膜９全体の電位は、中央部が高く、周辺部が低い山形になる。
その他の電子放出装置の構成は、第１実施例と同様であるので、その説明を省略する。また、本発明である電子放出型表示装置については、図１１において第３実施例の電子放出装置がＦＥＤパネル３１に適用される他は、第１実施例と同様であるので、その説明を省略する。
また、本発明の電子放出装置の製造方法については、図１０Ｂに示される、第１カソード電極２を形成するプロセスが無く、図１０Ｄに示されるエミッタホール１０を形成するプロセスで、エミッタホール１０の底部が第２カソード電極３とされ、図１０Ｅに示される、電子源膜９が形成される前に第１カソード電極２１が形成される以外は、第１実施例と同様である。従って、その説明は省略する。ただし、図１０Ｅに示される、電子源膜９の形成方法として、ペースト４を下側抵抗層２１に塗付後、従来知られた電気泳動法で、ペースト表面にカーボンナノチューブ８を形成することも可能である。
また、図１８Ａに示される電子放出装置及び電子放出型表示装置の動作は、電子源膜９の形状が異なる以外は第１実施例と同様であるので、その説明を省略する。
本実施例においても、第１実施例と同様の効果を得ることが出来る。
（第５実施例）
図１９Ａと図１９Ｂは、本発明の第５実施例による電子放出装置を示す。第４実施例では、エミッタホール１０の底部は、絶縁基板１表面の平坦部分を使用しているので平坦である。しかし、エミッタホール１０の底部に窪み（凹部）を形成し、そこに電子源膜９を形成しても上記実施例と同様の効果を得ることが出来る。図１９Ａに示される電子放出装置は、エミッタホール１０の底部が窪んでいる点が図１８Ａと異なる。すなわち、絶縁基板１上のエミッタホール１０が形成される領域に、予め窪みが形成される。そこに下側抵抗層２１、カソード電極３及び電子源膜９が形成され、図１８Ａと同様の電子放出装置を得ることが出来る。その場合、図１９Ｂに示されるように、下側抵抗層２１、カソード電極３及び電子源膜９に対応する等価回路は、図１８Ｂと同等となる。
第５実施例は、上記の第１から第３実施例と同様の効果を得ることができる。加えて、以下の効果を有する。すなわち、電子源膜９の形成のためにエミッタホール１０へカーボンナノチューブ８を含有するペースト４が堆積される際、エミッタホール１０底部が窪んでいるので、ペーストを良好にその領域内に保持することが出来る。従って、電子源膜９を含めた電子放出装置の製造歩留まりを向上させることが出来る。
図１９Ａに示されるエミッタホール１０に窪みを設ける手法は、図２に例示される従来の技術（図１９Ａに示される電子放出装置おいて、下側抵抗層２を用いず、電子源膜９のペースト４が導電性ペーストである場合）に対して適用しても、同様に、製造歩留まりを上げるという効果を得ることができる。
本発明により、ゲート電極とカソード電極との間のドライブ振幅を低振幅にすることができると共に、ダイオードアクションを抑制することが可能となる。
（第１実施例）
以下に、本発明の第１実施例による冷陰極構造を有する電子放出装置が適用されたＣＮＴ−ＦＥＤ（電子放出型表示装置）を説明する。
図９Ａは、本発明の第１実施例による電子放出装置の構成を示す断面図である。電子放出装置は、絶縁基板１、下側抵抗層２、カソード電極３、電子源膜９、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６、アノード電極７を備える。電子放出部は、下側抵抗層２と電子源膜９とを有し、電子源膜９は分布抵抗成分を有する抵抗層としてのペースト４とカーボンナノチューブ８とを含んでいる。第１電源１６、第２電源１７、第３電源１８が、アノード電極７、ゲート電極６、カソード電極３にそれぞれ接続されている。第１電源１６は、アノード電極７にアノード電圧Ｖａを印加し、第２電源１７は、ゲート電極６にゲート電圧Ｖｇを印加し、第３電源１８は、カソード電極３にカソード電圧Ｖｋを印加する。各電源は、制御部１５により制御される。
絶縁基板１は、ガラス基板のような絶縁材料製の基板、あるいは表面に絶縁性膜が形成された基板である。この例では、絶縁基板１として１ｍｍの厚みのガラス板が用いられる。
電子放出部の下側抵抗層２は、絶縁基板１上の電子が放出されるべき位置に、所定の形状で形成されている。この例では、下側抵抗層２は、直径６０μｍ、厚み１μｍの円盤状にアモルファスシリコンを堆積することにより形成される。下側抵抗層２は、分布抵抗成分を有する抵抗層として働く。また、下側抵抗層２は、その周辺においてカソード電極３と電気的に接続されている。下側抵抗層２は、印加されたカソード電圧Ｖｋ（但し、自身での電圧降下分を除く）を電子源膜９に印加する。カソード電圧Ｖｋの表面上の一部には電子源膜９が配設されている。第１カソード電極２のシート抵抗は２００ＭΩである。シート抵抗の範囲は、１０〜５００ＭΩが好ましい。抵抗が小さ過ぎると、通常の導電性カソード電極と同様になってしまい、抵抗が大き過ぎる場合には、ドライブ電圧が高くなり、最悪の場合電流が流れなくなる。
カソード電極３は、絶縁基板１上で、下側抵抗層２の周辺に、下側抵抗層２と電気的に接続するように配設されている。この例では、カソード電極３は、厚み２μｍ、シート抵抗５Ωの銀ペースト配線である。ただし、カソード電極３は、下側抵抗層２の端面と直接接していても良く、下側抵抗層２の端部を覆うように配設されていても良いが、下側抵抗層２の、電子源膜９を配設する領域には、配設されない。その際、第１カソード電極２の周囲全体を囲むように配設されていることが望ましい。これは、下側抵抗層２上の電子源膜９に均等に電圧を印加するためである。カソード電極３は、従来の電子放出装置におけるカソード電極に相当する。カソード電極３は、下側抵抗層２、抵抗層としてのペースト４及びカーボンナノチューブ８にカソード電圧Ｖｋを印加する。
ゲート絶縁膜５は、カソード電極３上に、カソード電極３を覆うように配設されている。この例では、ゲート絶縁膜５は、厚み１０μｍのガラスの膜である。ゲート絶縁膜５は、下側抵抗層２の、電子源膜９が配設されていない部分を覆っても良い。ゲート絶縁膜５は、カソード電極３とゲート電極６との間を絶縁する。
ゲート電極６は、ゲート絶縁膜５上に、ゲート絶縁膜５の全部又は一部を覆うように配設されている。この例では、厚み１μｍ、シート抵抗１０Ωの銀ペースト電極である。ゲート電極６は、エミッタホール１０の開口部の縁に達していることが望ましい。ゲート電極６は、ゲート電圧Ｖｇが印加される。
エミッタホール１０は、カソード電極３、ゲート絶縁膜５及びゲート電極６を貫通して、下側抵抗層２に達するように形成されている。この例では、下側抵抗層２を覆うようにスクリーン印刷で堆積されたカソード電極３、ゲート絶縁膜５及びゲート電極６にサンドブラスト工法を適用することにより、円筒形の穴として形成される。穴の直径は、４０μｍである。
電子源膜９は、ペースト４と、電子放出突起としてのカーボンナノチューブ８とを含んでいる。電子源膜９は、エミッタホール１０の底部、即ち下側抵抗層２の全表面、又は底部の周辺部を除く中央部分に堆積される。この例では、電子源膜９は、４０μｍ直径のエミッタホール１０の底部に厚み１μｍに堆積される。電子源膜９は、ゲート電圧Ｖｇ、カソード電圧Ｖｋ、アノード電圧Ｖａに基づいて、電子を放出する。
電子源膜９は、カーボンナノチューブ８がペースト４中に電子源膜９の表面に垂直な方向に配向して分散された高抵抗膜である。カーボンナノチューブ８及びその不純物は低抵抗物質であるので、高いシート抵抗の電子源膜９を得るために、カーボンナノチューブ８は精製され、かつその長さが短くされている。カーボンナノチューブを短くするに、化学的エッチング、燃焼、機械的すりつぶしなどの方法が組み合わされる。この例では、カーボンナノチューブ８は長さが０．５μｍ以下に短縮され、平均存在密度が１本／平方μｍになるように調整されている。ペースト４は、カーボンナノチューブ８を含み、それらを保持する。電子源膜９は、下側抵抗層２のように抵抗層として働く。電子源膜９は、カソード電圧Ｖｋが印加され、カーボンナノチューブ８にカソード電圧Ｖｋ（ただし、自身での電圧降下分を除く）を印加する。この例では、電子源膜９は、シート抵抗が２００ＭΩである。シート抵抗の範囲は、１０〜５００ＭΩが好ましい。抵抗が小さ過ぎると、通常の導電性カソード電極と同様になってしまい、抵抗が大き過ぎる場合には、ドライブ電圧が高くなり、最悪の場合電流が流れなくなる。また、下側抵抗層２と同程度のシート抵抗であることが好ましい。両者を共に有効に利用するためである。
なお、本発明は、カーボンナノチューブ８に限定されるものではない。例えば、カーボンナノファイバーやカーボンナノホーンのようなカーボンのナノ構造を有する材料を用いても同様に実施可能である。また、針状又は円錐状あるいは角錐状の形状を有し、他の種類の導電性材料、例えば、スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型エミッタに用いられる材料で形成された物質であっても良い。
また、上記カーボンナノチューブ８のように先端が尖鋭化した構造を有する他の材料を用いることも可能である。例えば、炭化物、例えば炭素、炭化珪素、酸化物、例えば酸化亜鉛、及び金属例えば銀及びスズの針状結晶やウィスカーを用いることが出来る。更に、髭結晶の代表的な生成機構であるＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｏｌｉｄ）機構により生成されたシリコンのナノワイヤを利用することも出来る。それらは、先端の直径が０．５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．１μｍである。先端の直径が小さいほど、電子が放出し易くなるからである。
また、本発明の電子源膜９では、ペースト４部分の抵抗が高い。そのため、前述の先端が尖鋭化した構造を有する他の材料として、抵抗が高い材料を用いても、ペースト４部分から電子が放出されることが無い。
アノード電極７は、ゲート電極６からゲート絶縁膜５と反対側の方向に離れて設けられる。アノード電極７は、カソード側から放出された電子を受け取る。この例では、アノード電極７は、ゲート電極６から上方２ｍｍ離れて配設されている。
第１実施例では、制御部１５の制御により、アノード電極７には第１電源１６からＶａ＝６ｋＶのアノード電圧が、ゲート電極６には第２電源１７から矩形パルス電圧が印加されている。矩形パルス電圧は、低レベルとしてＶｇ＝０Ｖを有し、高レベルとして１５〜２０Ｖを有する。第２カソード電極３には第３電源１８から矩形パルス電圧が印加される。矩形パルス電圧は、低レベルとしてＶｋ＝−１５〜−２０Ｖを高レベルとして０Ｖを有する。
図１０Ａから１０Ｅを参照して、電子放出装置の製造方法について説明する。図図１０Ａから１０Ｅは、本発明の電子放出装置の製造方法を説明するための断面図である。
図１０Ａに示されるように、絶縁基板１として、ガラス基板が提供される。図１０Ｂに示されるように、絶縁基板１上に、ＣＶＤ法によりアモルファスシリコン膜が成膜される。成膜後に、フォトリソグラフィー方法により、所望の位置に所望の形状を有する下側抵抗層２が形成される。次に、図１０Ｃに示されるように、絶縁基板１及び下側抵抗層２の一部を覆うように、カソード電極３として銀ペーストが、所望の位置に所望の形状にパターン印刷される。同様に、ゲート絶縁膜５としてガラスペースト、ゲート電極６として銀ペーストが、それぞれ所望の位置、所望の形状にパターン印刷される。その後、各膜毎、又は３種類の膜一体で焼成又は乾燥処理が行われ、３つの膜が形成される。図１０Ｄと１０Ｃに示されるように、上記のように作成された膜付きの基板に所定のマスク処理が行われる。サンドブラスト工法により、円筒形のエミッタホール１０が形成される。エミッタホール１０が形成された後、マスクは除去される。次に、図１０Ｅに示されるように、エミッタホール１０へ、カーボンナノチューブ８を含有するペースト４が堆積される。ペースト４を所定の温度で焼成又は乾燥することにより、電子源膜９が形成される。その後、アノード電極７が配設された後、電子が放出される領域が真空にされる。以上により、電子放出素子が完成する。
次に、本発明の電子放出型表示装置について説明する。図１１は、本発明の第１実施例による電子放出表示装置の構成を示すブロック図である。電子放出型表示装置は、ＦＥＤパネル３１、制御回路３２、電源回路３３、Ｙドライバ３４及びＸドライバ３５を備えている。
ＦＥＤパネル３１は、図９Ａに示される電子放出装置がマトリックス状に形成された表示部である。制御回路３２は、水平同期信号、垂直同期信号、データクロック及びデータ信号等を入力し、Ｙドライバ３４及びＸドライバ３５へＹ駆動信号及びＸ駆動信号を出力する。Ｙドライバ３４及びＸドライバ３５は、画像を表示するように、Ｙ駆動信号及びＸ駆動信号に基づいて、それぞれＦＥＤパネル３１のゲート電圧及びカソード電圧を駆動（アノード電圧は一定）する。電源回路３３は、ＦＥＤパネル３１、制御回路３２、Ｙドライバ３４及びＸドライバ３５を含む電子放出表示装置の各部へ電力を供給する。
ただし、本発明は、図１１の構成に制限されるものではなく、前述のＦＥＤパネル３１を用いていれば、他の従来技術を用いて、電子放出表示装置を構成することも可能である。
次に、本発明の第１実施例による電子放出表示装置の動作を、図９Ａと９Ｂを参照して説明する。
図９Ｂは、図９Ａに示される下側抵抗層２、カソード電極３及び電子源膜９に対応する等価回路を示す図である。等価回路は、抵抗成分４’、抵抗成分２’、導体３’及び導体８’を有する。ただし、抵抗成分２’、抵抗成分４’、導体３’及び導体８’は、図９Ａの第１カソード電極２、ペースト４、第２カソード電極３及びカーボンナノチューブ８に対応する。
図９Ｂに示される導体８’のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’は、図９Ａの領域Ｐ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’において電子源膜９の表面に垂直に配向されたカーボンナノチューブ８を代表して示している。図９Ｂに示されるように、電子源膜９の抵抗成分４’が、導体３’に対して直列に接続されている。同様に、下側抵抗層２の抵抗成分２’が、導体３’に対して直列に接続されている。電子源膜９の抵抗層４の抵抗成分４’及び下側抵抗層２の抵抗成分２’が、互いに並列に接続されている。このため、電子放出部の中央部の突起（カーボンナノチューブ）からカソード電極３までの抵抗は、電子放出部の周辺部の突起からカソード電極３までの抵抗より大きくなる。
図９Ｂにおいて、カソード電圧Ｖｋ、ゲート電圧Ｖｇ及びアノード電圧Ｖａの制御により、導体８’のＰ１、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’から電子が放出される。その場合、放出される電子は第２カソード電極３（導体３’）から各抵抗成分（２’又は４’）を経由して供給される。例えば、Ｐ３から放出される電子はＰ１とＰ２との間の抵抗成分２’又は抵抗成分４’、及びｐ２とＰ３との間の抵抗成分２’又は抵抗成分４’（又は、Ｐ１’とＰ２’との間の抵抗成分２’又は抵抗成分４’、及びＰ２’とｐ３’との間の抵抗成分２’又は抵抗成分４’）を経由して供給される。そのため、各抵抗において電圧降下（正の電位へのシフト）が生じて、Ｐ３の位置での電位が高くなる。他のカーボンナノチューブ８も同様である。その結果、電子源膜９の中央部分の電位は、正方向にシフトするので、電子源膜９全体の電位分布は、中央部が高く、周辺部が低い山形になる。このように、ダイオードアクションが生じやすい電子源膜９の中央部分の電位を正の高い電位にすることが出来る。こうして、ゲート電極と電子源膜９の中央部での電位差が小さくなる。従って、図７を参照して説明されたように、電子源膜９の中央部分に印加される電界が高くなる現象を防止することが可能となる。それにより、中央部分からの電子放出を抑制することが出来る。
このとき、電子源膜９の周辺部分はゲート電極６で印加される電界の影響を強く受けるので、ゲート電極６に正の高い電圧を印加した場合には多量の電子が放出される。一方、ゲート電極６に低い電圧もしくは負の電圧が印加された場合には電子は放出されない。
上記の説明では第２カソード電極３の電位がゼロであるとされたが、ゲート電極６電位をゼロとしてもよい。この場合、第２カソード電極３の電位が高い負電位に設定された場合には、電子源膜９の周辺部から多量の電子が放出される。第２カソード電極３の電位が正の電位に設定された場合には電子は放出されない。
本発明では電子源膜９の周辺部すなわちゲート電極６の近傍では、ドライブ電圧に応じて電子の放出が行われ、または停止される。電子源膜９の中央部は、電子放出が抑制された状態を維持することが出来きる。こうして、ダイオードアクションを解消することが出来る。
また、カーボンナノチューブ８がゲート電極６と接触する場合など、電子が過大に流れる場合、電流が流れることに伴い、電子源膜９の抵抗層４の抵抗成分又は下側抵抗層極２の抵抗成分により、過大に電流が流れている電子源膜９又は下側抵抗層２の部分の電圧が大幅に降下する、即ち、正の電位へシフトする。その結果、過大に電流が流れている電子源膜９又は下側抵抗層２の部分とゲート電極６との間の電界が低下する。これにより、電子放出を抑制することが出来る。すなわち、電子放出を安定化させることが出来る。
上記の場合、周辺部の領域（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２’、Ｐ１’）では、第２カソード電極３からの抵抗成分が少ない。従って、図８における曲線Ｂのように、大きなドライブ電圧を印加する必要がなく、曲線Ａの２倍程度のドライブ電圧に抑制することが可能となる。すなわち、低ドライブ電圧で駆動することが出来る。
なお、図１１に示される、本発明の第１実施例による電子放出型表示装置の動作は、電子放出装置の動作が前述の通りである他は、従来技術と同様であるのでその説明を省略する。
前述の電子放出装置を用いた電子放出型表示装置についても、ダイオードアクションを解消し、電子放出を安定化し、低ドライブ電圧で駆動することが出来る。すなわち、本発明はＦＥＤで壁掛けテレビを製造する場合に有効な技術である。
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例による電子放出装置が適用されるＣＮＴ−ＦＥＤについて説明する。
図１２Ａは、本発明の第２実施例による電子放出装置の構成を示す断面図である。電子放出装置は、絶縁基板１、第２カソード電極３、ペースト４とカーボンナノチューブ８とを含む電子源膜９、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６、アノード電極７を備えている。この例では、電子放出部は、電子源膜９を有し、電子源膜９は分布抵抗成分を有する抵抗層としてのペースト４と突起としてのカーボンナノチューブ８とを含んでいる。アノード電極７にはアノード電圧Ｖａを印加する第１電源１６、ゲート電極６にはゲート電圧Ｖｇを印加する第２電源１７、カソード電極３にはカソード電圧Ｖｋを印加する第３電源１８が、それぞれ接続されている。各電源は、制御部１５により制御される。
第２実施例では、第１カソード電極２を用いていない点が第１実施例と異なる。その場合、エミッタホール１０は、カソード電極３、ゲート絶縁膜５及びゲート電極６を貫通して絶縁基板１に達するように形成される。
電子源膜９は、ペースト４とカーボンナノチューブ８とを含み、エミッタホール１０の底部、即ち絶縁基板１の全表面に、電子源膜９の外周部が第２カソード電極３と接するように堆積されている。厚みは、カソード電極３と同程度である。ただし、電子源膜９の外周部がカソード電極３と接していれば、厚みは前述の場合に制限されない。
その他の構成は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
また、本発明の第２実施例による電子放出装置の製造方法は、図１０Ｂにおいて、下側抵抗層２を形成するプロセスが無く、図１０Ｄにおいてエミッタホール１０を形成するプロセスで、エミッタホール１０が絶縁基板１まで形成される以外は、第１実施例と同様である。従って、その説明を省略する。
本発明の第２実施例による電子放出型表示装置は、図１１において第２実施例の電子放出装置をＦＥＤパネル３１に用いる他は、第１実施例と同様であるので、その説明を省略する。
次に、本発明の第２実施例による電子放出型表示装置の動作について、図１２Ａと１２Ｂを参照して説明する。
図１２Ｂは、図１２Ａにおけるカソード電極３及び電子源膜９に対応する等価回路を示す図である。等価回路は、抵抗成分２’、導体３’及び導体８’を有する。ただし、抵抗成分４’、導体３’及び導体８’は、図１２Ａのペースト４、カソード電極３及びカーボンナノチューブ８に対応する。
図１２Ｂの導体８’のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’は、図１２Ａの各領域（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’）において垂直に配向したカーボンナノチューブ８を代表して示している。電子源膜９のペースト４の抵抗成分４’が直列に接続されている。図１２Ｂにおいて、カソード電圧Ｖｋ、ゲート電圧Ｖｇ及びアノード電圧Ｖａの制御を通して、導体突起８’のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’から電子が放出される。この場合、放出電子は第２カソード電極３から各抵抗を経由して供給される。Ｐ３から放出される電子はＰ１とＰ２との間の抵抗成分４’、及び、Ｐ２とＰ３との間の抵抗成分４’（又は、Ｐ１’とＰ２’との間の抵抗成分４’、及び、Ｐ２’とＰ３’との間の抵抗成分４’）を経由して供給される。そのため、各抵抗において電圧降下（正の電位へのシフト）が生じて、Ｐ３の位置での電位が高くなる。他のカーボンナノチューブ８も同様である。その結果、電子源膜９の中央部分の電位は、正方向にシフトするので、電子源膜９全体の電位は、中央部が高く、周辺部が低い山形になる。
図１３は、図１２Ａのエミッタホール１０における中心軸の片側における電子源膜９上の電位分布を示す図である。縦軸は、電子源膜９上部表面からの距離、横軸は、中心軸と垂直な方向の中心軸からの距離である。ただし、ゲート開口部、即ちエミッタホール１０の開口部の半径＝２０μｍ、ゲート絶縁膜の厚み（ゲート電極６−電子源膜９間の距離ｄｋ）＝１０μｍ、ゲート電極６−アノード電極間の距離ｄａ＝２ｍｍ、アノード電極７（図１２Ａに図示せず）にアノード電圧Ｖａ＝６ｋＶ、ゲート電極６にゲート電圧Ｖｇ＝３３Ｖ、カソード電極３にカソード電圧Ｖｋ＝０Ｖが印加される。また、電子源膜９が２００ＭΩのシート抵抗を有する高抵抗膜として、シミュレーションが行われたときの電位分布を示している。
前述のように、第２実施例では、ダイオードアクションが生じやすい電子源膜９の中央部分の電位を正の高い電位にすることが出来るので、電子源膜９の中央部分からその周囲にかけて電位分布の勾配が緩やかになる、即ち、電界が減少することが判る。こうして、電子源膜９の中央部分に印加される電界が高く成る現象を防止することが可能となる。こうして、中央部分からの電子放出を抑制することが出来る。すなわち、本発明の第２実施例では、電子源膜９の周辺部すなわちゲート電極６の近傍ではドライブ電圧に応じて電子が放出またはその放出が停止される。電子源膜９の中央部は、電子放出が抑制された状態を維持することが出来き、ダイオードアクションを解消することが出来る。
また、図１４は、図１２に示される電子放出装置における電子源膜９からの電子放出特性を示すグラフである。横軸は、ゲート電圧（ゲート電極−カソード電極間の電圧）、縦軸は、アノード電流（カソード電極−アノード電極間の電流）である。半径２０μｍのゲート開口（エミッタホール）の中心（図１２Ａにおける領域Ｐ３を代表）からの電子放出を示す電流Ｉ３、中心から８μｍ（図１２Ａにおける領域Ｐ２及びＰ２’を代表）からの電子放出を示す電流Ｉ２、中心から２０μｍ（図１２Ａにおける領域Ｐ１及びＰ１’を代表、電子源膜の端部）からの電子放出を示す電流Ｉ１、及び、このエミッタホールか全体からの電子放出特性を示す電流ＩＴｏｔａｌをそれぞれ示している。図１３の状態は、図１４においてＶｇ＝３３Ｖの場合である。Ｖｇ＝３３Ｖにおいて、周辺部（Ｉ１及びＩ２）よりも中央部（Ｉ３）の電子放出が少ない。Ｖｇ＝３３Ｖのとき、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＝（６０００−３３）／２０００＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋ＝（３３−０）／１０である。すなわち、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件において中央部分からの電子放出が周辺部よりも少ない状況が作り出される例である。
図１５は、従来技術である図２に示される電子放出装置における（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件でのＣＮＴペースト１０９（電子源膜）上の電位分布を示す図である。（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件では、ゲート電極１０６−第１カソード電極１０３間の電界が、ゲート電極１０６−アノード電極１０７間の電界よりも大きいため、エミッタホール１１０の内部及びゲート電極１０６近傍では、その中心軸付近の等電位面がアノード電極１０７側へ膨らむ（上に凸）状態となる。そのため、その膨らんだ電位面は、ＣＮＴペースト１０９から放出される電子１２０に対して、円孔レンズとして機能する。すなわち、電子１２０は、円孔レンズにより軌道を曲げられ、本来到達すべきエミッタホール１１０上方のアノード電極１０７からずれた場所のアノード電極１０７へ到達する可能性がある。
一方、図１６は、図１２Ａに示される電子放出装置における、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件での電子源膜９上の電位分布を示す断面図である。（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件においても、エミッタホール１０の内部及びゲート電極６の高さ付近で、下に凸の電位分布となっている。ゲート電極６の高さ付近では、電子２０が集束している。
以上のように、第２実施例の電子源膜９の高抵抗層（ペースト４）の効果により、電子源膜９の表面の中央部分での電位を周辺部分での電位よりも高く設定することが出来る。そのため、中央部分の等電位面の間隔が広がり、上に凸ではなく、下に凸に電位分布を作り出すことが可能となる。すなわち、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件においても、ゲート電極６の高さ近傍で等電位面が上に凸の円孔レンズを形成しないので、電子は発散することなく、アノード電極７の所定の位置へ到達することが可能となる。
また、図１４において、中央部分からの電子放出が周辺部よりも少ない状況は、Ｖｇ＝１９Ｖにおいても起きている。Ｖｇ＝１９Ｖにおいて、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＝（６０００−１９）／２０００≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋ＝（１９−０）／１０である。すなわち、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件において中央部分からの電子放出が周辺部よりも少ない状況を作り出した例である。
ここで、従来技術の場合、（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件は、図７に示されるように、エミッタホール１１０の中央部分では周辺部に比較して高電界領域が形成されている。そのため、この部分からは電子が放出し続け、ダイオードアクションが発生する可能性がある。
しかし、図１２Ａのように、本発明の電子放出装置では、電子源膜９の表面の中央部分の印加電界が周辺部分の表面の印加電界よりも低くなるように、電子源膜９中央部分の電位を正方向にシフトさせることが出来る。そのため、中央部分から電子が放出し続けるようなダイオードリアクションを防止することが可能となる。
また、電子が過大に流れるような状況が発生した場合、電流が流れることに伴い、電子源膜９の抵抗成分により、電圧が大幅に降下する、即ち正の電位へシフトする。その結果、過大に電流が流れている電子源膜９の部分とゲート電極６との間の電界が低下する。これにより、電子放出を抑制することが出来る。すなわち、電子放出を安定化させることが出来る。
上記の場合、周辺部の領域（図１２ＡにおけるＰ１、Ｐ２、Ｐ２’、Ｐ１’）では、第２カソード電極３からの抵抗成分が少ない。従って、図８における曲線Ｂのような大きなドライブ電圧を印加する必要がなく、曲線Ａの２倍程度のドライブ電圧に抑制することが可能となる。すなわち、低ドライブ電圧で駆動することが出来る。
第２実施例で示された装置の寸法や印加電圧は２０インチから６０インチを中心とした壁掛けテレビを低コストで製造する場合に典型的に用いられる値である。すなわち、本発明はＦＥＤで壁掛けテレビを製造する場合に有効な技術である。
なお、第２実施例は、図１３〜図１６の説明について、図１２Ａの構造の場合について説明している。しかしながら、第１実施例に示される図９Ａの構造の場合においても、具体的数値が異なるほかは同様に実施することが出来、同様の効果を得ることが出来る。
なお、図１１に示す、本発明の第２実施例による電子放出型表示装置の動作は、電子放出装置の動作が前述の通りである他は、第１実施例と同様であるのでその説明を省略する。
前述の電子放出装置を用いた電子放出型表示装置についても、ダイオードアクションを解消し、電子放出を安定化し、低ドライブ電圧で駆動することが出来る。すなわち、本発明はＦＥＤで壁掛けテレビを製造する場合に有効な技術である。
（第３実施例）
次に、本発明の第３実施例による電子放出装置が適用されたＣＮＴ−ＦＥＤについて説明する。
図１７Ａは、本発明の第３実施例による電子放出装置の構成を示す断面図である。電子放出装置は、絶縁基板１、第２カソード電極３、電子源膜９、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６、アノード電極７を備えている。電子放出部は、電子源膜９を有し、電子源膜９は、分布抵抗成分を有する抵抗層としてのペースト４とその表面で分散された突起としてのカーボンナノチューブ８とを含んでいる。
図１７Ａの電子源膜９は、ペースト４の周辺部が厚く盛り上がり、中央部が薄く凹んでいる点が、ペースト４が概ね平坦である第２実施例の電子源膜９と異なる。
図１７Ｂは、図１７Ａに示される第２カソード電極３及び電子源膜９に対応する等価回路を示す図である。等価回路は、抵抗成分２’、導体３’及び導体８’を有する。ただし、抵抗成分４’−ａ〜４’−ｂ、導体３’及び導体８’は、図１７Ａのペースト４、第２カソード電極３及びカーボンナノチューブ８に対応する。
図１７Ｂの導体８’のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’は、図１７Ａの各領域（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、Ｐ１’）において垂直に配向されたカーボンナノチューブ８を代表して示している。電子源膜９のペースト４の抵抗成分４’−ａ〜４’−ｂが直列に接続されている。
図１７Ｂにおいて、中央部に向かうほどペースト４の厚みが薄くなるため、その抵抗値が高くなる。すなわち、抵抗成分４’−ａの抵抗値＜抵抗成分４’−ｂの抵抗値、である。すなわち、図１２Ａの場合に比較して、中央部Ｐ３の位置での電位がより高くなる。その結果、電子源膜９の中央部分の電位は、より大きく正方向にシフトするので、電子源膜９全体の電位は、中央部がより高く、周辺部が低い山形になる。
その他の電子放出装置の構成は、第２実施例と同様であるので、その説明を省略する。また、電子放出装置の製造方法については、周辺部を厚く盛り上がらせ、中央部を薄く凹むようにする他は、第２実施例と同様であるのでその説明を省略する。本発明である電子放出型表示装置については、図１１において第３実施例の電子放出装置をＦＥＤパネル３１に用いる他は、第２実施例と同様であるので、その説明を省略する。また、図１７Ａの場合の電子放出装置及び電子放出型表示装置の動作は、電子源膜９の形状が異なる他は第２実施例と同様であるので、その説明を省略する。
第３実施例においても、第２実施例と同様の効果を得ることが出来る。
第３実施例では、第２実施例の図１２Ａにおける電子源膜９のペースト４の周辺部が厚く盛り上がり、中央部が薄く凹んでいる場合について説明している。同様に、第１実施例の図９Ａにおける電子減膜９のペースト４の周辺部が厚く盛り上がり、中央部が薄く凹んでいる場合（図示されず）についても、本実施例の場合と同様の効果を得ることが出来る。
（第４実施例）
次に、本発明の第４実施例による電子放出装置が適用されたＣＮＴ−ＦＥＤのについて説明する。
図１８Ａは、本発明の第４実施例による電子放出装置の構成を示す断面図である。電子放出装置は、絶縁基板１、下側抵抗層２１、カソード電極３、電子源膜９、ゲート絶縁膜５、ゲート電極６、アノード電極７を備えている。電子放出部は、分布抵抗成分を有する下側抵抗層２と電子源膜９とを有し、電子源膜９は、分布抵抗成分を有する抵抗層としてのペースト４とその表面に分散された突起としてのカーボンナノチューブ８とを含んでいる。図１８Ａに示されるように、電子放出装置は、カソード電極３が、絶縁基板１上に形成されエミッタホール１０の底部にも存在する点、下側抵抗層２１が、エミッタホール１０の底部の全面、又は底部の周辺部を除く中央部分に堆積される点が第１実施例と異なる。
カソード電極３は、エミッタホール１０の底部も含めた絶縁基板１上に、所定の厚みで形成されている。カソード電極３は、従来の電子放出装置におけるカソード電極と同様である。
下側抵抗層２１は、エミッタホール１０底部のカソード電極３上の電子が放出されるべき位置に、周辺部が薄く、中央部が厚く盛り上がった凸形状に形成される。下側抵抗層２１は、抵抗層として働く。また、カソード電極３からカソード電圧Ｖｋが印加され、電子源膜９へカソード電圧Ｖｋ（ただし、自身での電圧降下分を除く）が印加される。表面には電子源膜９が配設されている。この例では、下側抵抗層２１として、高抵抗ペーストが使用され、周辺部が薄く中央部が厚く盛り上がった凸形状に、４０μｍ直径のエミッタホール１０の底部に、中心部の厚み１μｍに堆積される。シート抵抗は２００ＭΩである。シート抵抗の範囲は、１０〜５００ＭΩであることが好ましい。抵抗が小さ過ぎると、通常の導電性カソード電極と同様になってしまい、抵抗が大き過ぎる場合には、ドライブ電圧が高くなり、最悪の場合電流が流れなくなる。
電子源膜９は、エミッタホール１０の４０μｍ直径の穴の底部に形成された下側抵抗層２１上に、厚み１μｍに堆積する。電子源膜９のその他の特性、構成等については、第１実施例と同様であるのでその説明を省略する。
図１８Ｂは、図１８Ａにおける下側抵抗層２１、カソード電極３及び電子源膜９に対応する等価回路を示す図である。等価回路は、抵抗成分２１’−１〜３、導体３’、抵抗成分４’及び導体８’を有する。ただし、抵抗成分２１’−１〜３、導体３’、抵抗成分４’及び導体８’は、図１８Ａの下側抵抗層２１、第２カソード電極３、ペースト４及びカーボンナノチューブ８に対応する。
図１８Ｂの導体８’のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、ｐ１’は、図１８Ａの各領域（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ２’、ｐ１’）において垂直に配向されたカーボンナノチューブ８を代表して示している。
電子源膜９のペースト４の抵抗成分４’は、各導体８’を介して直列に接続し、各導体を互いに並列に接続している。また、抵抗成分２１’−１〜２１’−３のそれぞれは、一端側を導体８’のそれぞれと直列に接続し、他端側を導体３’と接続している。
図１８Ｂにおいて、中央部に向かうほど第１カソード電極２１の厚みが厚くなるため、その抵抗値が高くなる。すなわち、抵抗成分２１’−１の抵抗値＜抵抗成分２１’−２の抵抗値＜抵抗成分２１’−３の抵抗値、である。すなわち、中央部Ｐ３の位置での電位がより高くなる。その結果、電子源膜９の中央部分の電位は、大きく正方向にシフトするので、電子源膜９全体の電位は、中央部が高く、周辺部が低い山形になる。
その他の電子放出装置の構成は、第１実施例と同様であるので、その説明を省略する。また、本発明である電子放出型表示装置については、図１１において第３実施例の電子放出装置がＦＥＤパネル３１に適用される他は、第１実施例と同様であるので、その説明を省略する。
また、本発明の電子放出装置の製造方法については、図１０Ｂに示される、第１カソード電極２を形成するプロセスが無く、図１０Ｄに示されるエミッタホール１０を形成するプロセスで、エミッタホール１０の底部が第２カソード電極３とされ、図１０Ｅに示される、電子源膜９が形成される前に第１カソード電極２１が形成される以外は、第１実施例と同様である。従って、その説明は省略する。ただし、図１０Ｅに示される、電子源膜９の形成方法として、ペースト４を下側抵抗層２１に塗付後、従来知られた電気泳動法で、ペースト表面にカーボンナノチューブ８を形成することも可能である。
また、図１８Ａに示される電子放出装置及び電子放出型表示装置の動作は、電子源膜９の形状が異なる以外は第１実施例と同様であるので、その説明を省略する。
本実施例においても、第１実施例と同様の効果を得ることが出来る。
（第５実施例）
図１９Ａと図１９Ｂは、本発明の第５実施例による電子放出装置を示す。第４実施例では、エミッタホール１０の底部は、絶縁基板１表面の平坦部分を使用しているので平坦である。しかし、エミッタホール１０の底部に窪み（凹部）を形成し、そこに電子源膜９を形成しても上記実施例と同様の効果を得ることが出来る。図１９Ａに示される電子放出装置は、エミッタホール１０の底部が窪んでいる点が図１８Ａと異なる。すなわち、絶縁基板１上のエミッタホール１０が形成される領域に、予め窪みが形成される。そこに下側抵抗層２１、カソード電極３及び電子源膜９が形成され、図１８Ａと同様の電子放出装置を得ることが出来る。その場合、図１９Ｂに示されるように、下側抵抗層２１、カソード電極３及び電子源膜９に対応する等価回路は、図１８Ｂと同等となる。
第５実施例は、上記の第１から第３実施例と同様の効果を得ることができる。加えて、以下の効果を有する。すなわち、電子源膜９の形成のためにエミッタホール１０へカーボンナノチューブ８を含有するペースト４が堆積される際、エミッタホール１０底部が窪んでいるので、ペーストを良好にその領域内に保持することが出来る。従って、電子源膜９を含めた電子放出装置の製造歩留まりを向上させることが出来る。
図１９Ａに示されるエミッタホール１０に窪みを設ける手法は、図２に例示される従来の技術（図１９Ａに示される電子放出装置おいて、下側抵抗層２を用いず、電子源膜９のペースト４が導電性ペーストである場合）に対して適用しても、同様に、製造歩留まりを上げるという効果を得ることができる。
本発明により、ゲート電極とカソード電極との間のドライブ振幅を低振幅にすることができると共に、ダイオードアクションを抑制することが可能となる。
Claims (24)
- 絶縁基板と、
前記絶縁基板上に設けられた導電性カソード電極と、
前記カソード電極上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極と前記ゲート絶縁膜を貫通するように形成されたエミッタホールと、
前記エミッタホールの底部に形成され、分布抵抗成分を有する電子放出部と
を具備し、
前記電子放出部は、その表面に分散され、電子を放出する突起を有し、
前記エミッタホールの前記底部の中央部における前記電子放出部の電位は、前記エミッタホールの前記底部の周辺部における前記電子放出部の電位より高い
冷陰極構造。 - 請求項１の冷陰極構造において、
前記エミッタホールの前記底部の前記中央部における前記電子放出部の前記突起は、第１抵抗値を持つように前記分布抵抗成分を介して前記カソード電極に接続され、前記エミッタホールの前記低部の前記周辺部における前記電子放出部の前記突起は、第２抵抗値を持つように前記分布抵抗成分を介して前記カソード電極に接続され、前記第１抵抗値は、前記第２抵抗値より大きい
冷陰極構造。 - 請求項１又は２に記載の冷陰極構造において、
前記電子放出部は、
第１分布抵抗成分を有する下側抵抗層と、
前記下側抵抗層の上に形成され、第２分布抵抗成分を有する抵抗層とを具備し、
前記抵抗層は、その表面に前記突起を有する冷陰極構造。 - 請求項３に記載の冷陰極構造において、
前記下側抵抗層のシート抵抗は、１０ＭΩ以上で５００ＭΩ以下である
冷陰極構造。 - 請求項３又は４に記載の冷陰極構造において、
前記抵抗層のシート抵抗は、１０ＭΩ以上５００ＭΩ以下である
冷陰極構造。 - 請求項３に記載の冷陰極構造において、
前記第１分布抵抗成分の値と前記第２分布抵抗成分の値はほぼ等しい
冷陰極構造。 - 請求項３乃至６のいずれかに記載の冷陰極構造において、
前記エミッタホールは、前記ゲート電極と前記ゲート絶縁膜に加えて、前記カソード電極を貫通し、
前記電子放出部は、前記絶縁基板上に形成され、前記エミッタホールの前記底部の端部において前記カソード電極と電気的に接続されている
冷陰極構造。 - 請求項３乃至６のいずれかに記載の冷陰極構造において、
前記電子放出部は、前記カソード電極上に形成されている
冷陰極構造。 - 請求項８に記載の冷陰極構造において、
前記絶縁基板は、前記エミッタホールに対応する部位に第１窪みを有し、
前記カソード電極は、前記絶縁基板の表面に沿って、第２窪みを持つように形成され、
前記電子放出部は、前記カソード電極の前記第２窪みに形成される
冷陰極構造。 - 請求項１又は２に記載の冷陰極構造において、
前記電子放出部は、
分布抵抗成分を有する抵抗層とを具備し、
前記抵抗層は、その表面に前記突起を有する冷陰極構造。 - 請求項１０に記載の冷陰極構造において、
前記抵抗層のシート抵抗は、１０ＭΩ以上５００ＭΩ以下である
冷陰極構造。 - 請求項１０又は１１に記載の冷陰極構造において、
前記エミッタホールは、前記ゲート電極と前記ゲート絶縁膜に加えて、前記カソード電極を貫通し、
前記電子放出部は、前記絶縁基板上に形成され、前記エミッタホールの前記底部の端部において前記カソード電極と電気的に接続されている
冷陰極構造。 - 請求項３乃至１２のいずれかに記載の冷陰極構造において、
前記抵抗層は、ほぼ一様な厚さを有する
冷陰極構造。 - 請求項７又は１２に記載の冷陰極構造において、
前記抵抗層の膜厚は、前記エミッタホールの中央部で薄く周辺部で厚い
冷陰極構造。 - 請求項７乃至９のいずれかに記載の冷陰極構造において、
前記抵抗層の膜厚は、前記エミッタホールの中央部で厚く周辺部で薄い
冷陰極構造。 - 請求項１５に記載の冷陰極構造において、
前記下側抵抗層の膜厚は、前記エミッタホールの中央部で厚く周辺部で薄い
冷陰極構造。 - 請求項１乃至１６のいずれかに記載の冷陰極構造において、
前記突起は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー及びカーボンナノホーンの少なくとも一種類を含む冷陰極構造。 - 絶縁基板と、
前記絶縁基板上に設けられた導電性カソード電極と、
前記カソード電極上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極と前記ゲート絶縁膜を貫通するように形成されたエミッタホールと、
前記エミッタホールの底部に形成された電子放出部とを具備し、
前記電子放出部は、その表面に分散され、電子を放出する突起を有し、
前記エミッタホールの中央部での前記突起の電位は、前記エミッタホールの周辺部での前記突起の電位よりも高い
冷陰極構造。 - 請求項１８に記載の冷陰極構造において、
前記突起は、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー及びカーボンナノホーンの少なくとも一種類を含む冷陰極構造。 - 請求項１乃至１９のいずれかに記載の冷陰極構造と、
前記ゲート電極及び前記電子放出部に対向して離間して設けられたアノード電極と、
前記アノード電極にアノード電圧を印加する第１電源と、
前記ゲート電極にゲート電圧を印加する第２電源と
を具備する電子放出装置。 - 請求項２０に記載の電子放出装置において、
前記カソード電極にカソード電圧を印加する第３電源を更に具備する電子放出装置。 - 請求項２１に記載の電子放出装置において、
（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ≧（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件において、前記電放出部の前記中央部からの電子放出が前記電放出部の前記周辺部からの電子放出よりも少ない、ここで、Ｖａは前記アノード電極の電位、Ｖｇは前記ゲート電極の電位、Ｖｋは前記カソード電極の電位、ｄａは前記アノード電極の前記ゲート電極側の表面と前記ゲート電極の前記アノード電極側の表面との距離、及びｄｋ前記ゲート電極の前記ゲート絶縁膜側の表面と前記電子源膜の前記ゲート電極側の表面との距離である
電子放出装置。 - 請求項２１に記載の電子放出装置において、
（Ｖａ−Ｖｇ）／ｄａ＜（Ｖｇ−Ｖｋ）／ｄｋの条件において、前記電子放出部から放出された前記電子が、前記ゲート電極の高さにおける前記電子放出部の前記中央部付近に対応する位置に集束される、
ここで、Ｖａは前記アノード電極の電位、Ｖｇは前記ゲート電極の電位、Ｖｋは前記カソード電極の電位、ｄａは前記アノード電極の前記ゲート電極側の表面と前記ゲート電極の前記アノード電極側の表面との距離、及びｄｋ前記ゲート電極の前記ゲート絶縁膜側の表面と前記電子源膜の前記ゲート電極側の表面との距離である
電子放出装置。 - 請求項２０乃至２３のいずれかに記載の電子放出装置と、
水平同期信号と、垂直同期信号と、データクロックと、データ信号とに基づいて、Ｘ駆動信号及びＹ駆動信号を出力する制御回路部と、
前記Ｘ駆動信号に基づいて、前記電子放出装置のカソード電極を制御するＸドライバ部と、
前記Ｙ駆動信号に基づいて、前記電子放出装置のゲート電極を制御するＹドライバ部と
を具備する電子放出型表示装置。
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