(57)【要約】【課題】電界電子放出素子において、一定でかつ安定化した電子放出性能を保障できる電極形状を提供する。【解決手段】カソード電極２の電極幅方向中央の電極主部分２１表面を直線状平坦面となし、その電極主部分２１表面に連続する電極エッジ部分２２を楕円円弧や一定半径の円弧等の曲面状とした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極を、電極中央側のカソード電極主部分と、電極端部側のカソード電極エッジ部分とに分けると共に、上記カソード電極主部分表面を直線状平坦面となし、上記カソード電極エッジ部分を上記直線状平坦面に連続した曲面状となしている、電界電子放出素子。
【請求項２】
上記カソード電極エッジ部分の断面形状が、楕円円弧形状である、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
上記カソード電極エッジ部分の断面形状が、一定半径の円弧形状である、請求項１に記載の素子。
【請求項４】
上記カソード電極を断面矩形形状の導電性台座上に一体的に設けた、請求項１から３までのいずれか１項に記載の素子。
【請求項５】
真空密封容器内において、カソード電極の片側または両側にゲート電極を設けると共に、カソード電極とゲート電極とを引出電極で真空密封容器外に引き出すようにした電界電子放出素子において、少なくとも、カソード電極を請求項１から４までのいずれか１項に記載の電極形状とした電界電子放出素子。
【請求項６】
上記引出電極を電極中央側の引出電極主部分と、電極端部側の引出電極エッジ部分とに分けると共に、上記引出電極主部分表面を直線状平坦面となし、上記引出電極エッジ部分を上記直線状平坦面に連続した曲面状とした請求項５に記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空密封容器内でアノード電極と対向して基板上の配線により、カソード電極、必要に応じてゲート電極、ならびに電極引出用電極を設けた電界電子放出素子において、上記配線の形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記電界電子放出素子としては、真空密封容器内の例えば基板上に電子放出層付きのカソード電極を配線すると共に、このカソード電極を蛍光体付きのアノード電極と対向配置することでダイオード構造の発光素子や、あるいは真空密封容器内の例えば基板上のカソード電極片側または両側にゲート電極を配置し、蛍光体付きのアノード電極と対向配置することでトライオード構造の発光素子を構成することができる。トライオード構造の発光素子は、ゲート電極をカソード電極よりも電極高さを高く配置したオーバーゲートタイプと、ゲート電極、カソード電極、電子放出層をパラレルに配置したパラレルタイプと、ゲート電極をカソード電極よりも電極高さを低く配置したアンダーゲートタイプとがある。なお、カソード電極上の電子放出層は、よく知られるように、印刷、エッチング、塗布等の技術を用いて形成されている。また、基板上の電極配線の一部をカソード電極やゲート電極引出用の電極引出用電極として用いて、容器外へカソード電極やゲート電極の引き出しを行う。
【０００３】
以上各種タイプの電界電子放出素子にあって、例えばカソード電極は、電子放出層を備えていて、この電子放出層への電界集中により電子放出が行われるが、従来一般のカソード電極にあっては、その側面視断面形状が矩形形状であり、その電極主部分ではなく電極エッジ部分に電界集中が起こり易い。このような電極エッジ部分への電界集中は、異常放電発生の原因となる他に上記電子放出層からの電子放出の発生量不均一化をもたらし、均一な電子放出性能に影響する。そこで、電極配線全体をそのエッジ部分も含めてその全体断面形状を円弧形状とした技術が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、この従来技術では、配線全体の断面形状を円弧形状としたので、電極配線の一部からなるカソード電極上に、電子放出層をスクリーン印刷やインクジェット等の各種塗布あるいはエッチング等により形成する場合に、電子放出層の厚さを高精度に均一制御して塗布等を行うことが困難であり、電界電子放出素子の製造ごとで電子放出層厚さにばらつきが起こりやすくなる。また、電極配線の断面形状が円弧形状であると、その断面積を一定制御して基板上に設けることが困難であるから、電界電子放出素子の製造ごとで電極配線の配線抵抗にばらつきが起こりやすくなる。
【０００５】
以上により、電子放出層の厚さや電極配線の抵抗値のばらつきにより、電界電子放出素子における電子放出性能に影響が現れ、一定でかつ安定化した電子放出性能を保障できる電界電子放出素子を得難いという課題がある。
【特許文献１】特開２０００−２５１６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明においては、一定でかつ安定化した電子放出性能を保障できる電界電子放出素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明第１による電界電子放出素子は、カソード電極を、電極中央側のカソード電極主部分と、電極端部側のカソード電極エッジ部分とに分けると共に、上記カソード電極主部分表面を直線状平坦面となし、上記カソード電極エッジ部分を上記直線状平坦面に連続した曲面状となしていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記カソード電極の電極エッジ部分には、その電極幅方向両側の電極端部だけに限定されず、例えば、カソード電極が、その電極長さ方向一端側が引出電極に連成され、その電極長さ方向他端側が何処にも接続されていない他端側である場合、当該他端側も含むことができる。また、周囲がどこにも接続されていない場合では、その周囲端部を電極エッジ部分とすることができる。
【０００９】
本発明第１においては、カソード電極主部分の表面が直線状平坦面であるので、その上の電子放出層からはその表面全体にわたりほぼ均等な電子密度にて電子放出が行われるようになる一方で、その電極エッジ部分は曲面形状であるので、電極エッジ部分には電界集中が行われにくく緩和されるようになり、異常放電の抑制や、所望とする電子密度でもって電極主部分上の電子放出層から電子放出させることができ、その電子放出性能が向上する。
【００１０】
また、本発明第１においては、電極主部分表面が直線状平坦面であると共に、その電極主部分に連続して曲面形状の電極エッジ部分を設けた構成であるので、その電極主部分から電極エッジ部分全体に、電子放出層を塗布等により均等に形成しやすくなる結果、電子放出層の厚さを高精度に均一制御して、電界電子放出素子の製造上の電子放出層の厚さばらつきを抑制し、一定でかつ安定化した電子放出性能を保障できる電界電子放出素子を提供することができるようになる。
【００１１】
本発明第１において、好ましい態様は、上記カソード電極エッジ部分の断面形状が、楕円円弧形状となっていることである。
【００１２】
本発明第１において、別の好ましい態様は、上記カソード電極エッジ部分の断面形状が、一定半径の円弧形状となっていることである。
【００１３】
本発明第１において、さらに別の好ましい態様は、上記カソード電極を断面矩形形状の台座上に一体的に設けたことである。この台座上に設けた場合、カソード電極全体の断面積が増大する結果、電極抵抗値が低減化し、より小さい電力でもって電界電子放出素子を駆動することができ、電子放出効率を向上させることができるようになる。この台座はその表現の一例であり、全体構成の説明の便宜で用いたものであり、狭く解釈されるべきではない。
【００１４】
本発明第２による電界電子放出素子は、真空密封容器内に、カソード電極の片側または両側にゲート電極を設けると共に、カソード電極とゲート電極とを引出電極で真空密封容器外に引き出すようにした電界電子放出素子において、少なくとも、カソード電極を本発明第１のカソード電極形状としたことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明第２において、好ましい態様は、上記引出電極を電極中央側の引出電極主部分と、電極端部側の引出電極エッジ部分とに分けると共に、上記引出電極主部分表面を直線状平坦面となし、上記引出電極エッジ部分を上記直線状平坦面に連続した曲面状とすることである。
【００１６】
上記基板は、その名称に限定されるものではなんらなく、電界電子放出素子においてカソード電極を配置する部材であれば何でもよい。また、電界電子放出素子のタイプにも限定されない。例えばフラットパネルディスプレイにおけるリアパネル内面にカソード電極を配置する場合では、そのリアパネルが基板に相当し、また、フラットパネルディスプレイ内部にカソード電極を配置する部材であれば、基板と称することができる。さらに、管状電界放射型ランプであれば、そのランプ内部においてカソード電極を配置する部材であれば、基板に含むことができる。
【００１７】
なお、カソード電極表面に設ける電子放出層の材料は特に限定しないが、好ましくはナノサイズのカーボン系材料からなる。このカーボン系材料は特に限定しないが、ファイバ、粒子でもよい。ファイバとしては、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンナノコイル、グラファイトナノファイバー、グラファイトリボン、などのファイバを例示することができる。電子放出材料には上記ファイバだけに限定されず、例えば、粒子形態でもよく、この形態としては例えばグラファイト粒子を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、一定でかつ安定化した電子放出性能を保障できる電界電子放出素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る電界電子放出素子を説明する。図１に実施の形態の電界電子放出素子の概略構成、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面構成、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面構成、図４は図１のＣ−Ｃ線に沿う断面構成を示す。図５はカソード電極を拡大して示す断面図である。なお、図２ないし図４では説明の都合でアノード電極を示している。
【００２０】
まず、図１ないし図４を参照して、実施の形態の電界電子放出素子は、図示略の真空密封容器内に、図１では図示略のアノード電極と対向して同じく図１では図示略の基板が配置される。この基板上に配線が形成される。この配線は、交互に隣接配置された複数のカソード電極用配線（以降、カソード電極）２およびゲート電極用配線（以降、ゲート電極）４と、カソード電極２とゲート電極４とを引き出すための引出電極用配線（以降、引出電極）６，８とで構成されている。
【００２１】
カソード電極２とゲート電極４はアノード電極１０と対向して基板１２上に形成配置されている。カソード電極２表面には電子放出層１４が形成されている。そして、カソード電極２とゲート電極４との基板１２上での離間距離、アノード電極１０に印加するアノード電圧、ゲート電極４に印加するゲート電圧の制御、等により、カソード電極２上の電子放出層１４からはアノード電極１０に向けて電界放射による電子が放出されるようになっている。
【００２２】
そして、以上の構成において、図５で示すようにカソード電極２を電極主部分２１と、電極主部分２１の電極幅方向両側の電極エッジ部分２２と、に分けると共に、電極主部分２１を図中左右の電極幅方向から見た表面形状はアノード電極１０に平行な直線状平坦面であり、電極エッジ部分２２の電極幅方向から見た断面形状は、楕円円弧（部分楕円）状ないし円弧（部分真円）状等の曲面形状になっている。上記電極主部分２１と電極エッジ部分２２は、図示はしないが、ゲート電極４、引出電極６，８についても同様に電極主部分２１と電極エッジ部分２２とに分けることができる。
【００２３】
なお、実施の形態では、説明の都合で、電極エッジ部分２２をカソード電極２の電極幅方向両側としたが、図１で示すように、カソード電極２は、その電極長さ方向一端側２２ｅ１が基部として引出電極６に連成されていると共に、電極長さ方向他端側２２ｅ２がその電極幅方向両側のゲート電極４間に延在している。したがって、カソード電極２の電極エッジ部分２２としては上記電極幅両側の電極エッジ部分２２以外に、この電極長さ方向他端側２２ｅ２も電極エッジ部分に含むことができる。また、カソード電極２が引出電極６に接続されていないタイプの場合では、引出電極に連成されていない側端部も電極エッジ部分となる。
【００２４】
以上の構成においてカソード電極２上の電子放出層１４からの電子放出について図６、図７を参照して説明する。
【００２５】
図６では、電極エッジ部分２２の図中右半分断面形状が、破線で示すように楕円円弧（部分楕円）状、半径ｒ１の円弧（部分円）状、半径ｒ２（＜ｒ１）の円弧（部分円）状それぞれを示す。なお、電極エッジ部分２２が実線で示す形状Ｓ０は従来の矩形形状を示す。楕円円弧状の電極エッジ部分２２は符号で２２ａ、半径ｒ１の円弧状の電極エッジ部分２２は符号で２２ｂ、半径ｒ２（＜ｒ１）の円弧状の電極エッジ部分２２は符号で２２ｃで示す。電極エッジ部分２２ａでは、エッジ起点Ｓ１からカソード電極端Ｅまでの水平距離がＬ１、電極エッジ部分２２ｂでは、エッジ起点Ｓ２からカソード電極端Ｅまでの水平距離がＬ２（＜Ｌ１）、電極エッジ部分２２ｃでは、エッジ起点Ｓ３からカソード電極端Ｅまでの水平距離がＬ３（＜Ｌ２）である。なお、実施の形態では、破線で示す電極エッジ部分２２の形状例として３つを示すが、もちろん、このような形状例、形状数に限定されるものではない。
【００２６】
そして、図７（ａ）ないし（ｃ）のカソード電極２は、図６の電極エッジ部分２２ａ，２２ｂ，２２ｃそれぞれであるカソード電極２の電極幅方向右半分が図示されている。図７（ａ）は、電極エッジ部分２２ａの断面形状が、楕円円弧状である場合の電子放出のシミュレーションを示し、図７（ｂ）は、電極エッジ部分２２ｂの断面形状が、半径ｒ１の円弧状である場合の電子放出のシミュレーションを示し、図７（ｃ）は、電極エッジ部分２２ｃの断面形状が、半径ｒ２（＜ｒ１）の円弧状である場合の電子放出のシミュレーションを示す。この電子放出のシミュレーションにおいては、一シミュレーション例として、カソード電極に０Ｖ、ゲート電極に８０Ｖ、アノード電極に１１ｋＶの電圧、それぞれに印加し、また、アノード電極１０とカソード電極２との対向間隔（ギャップ）は３ｍｍ、カソード電極２とゲート電極４との離間間隔は５０μｍ、カソード電極２とゲート電極４それぞれの電極幅は５０μｍを想定している。
【００２７】
図７（ａ）の電極エッジ部分２２ａ形状では、電極主部分２１からカソード電極２中央から矢印ａ１までの範囲Ａ１でアノード電極１０に向けて電子放出される。また、電極エッジ部分２２ａから矢印ａ１と矢印ｂ１との間の範囲Ｂ１でアノード電極１０に向けて電子放出される。電極主部分２１と電極エッジ部分２２ａとの境界は連続していて電極エッジ部分２２ａを楕円円弧として電極主部分２１の表面をこの楕円円弧に接する直線と考えることができる。そして、電極エッジ部分２２ａは、電極主部分２１と電極エッジ部分２２ａとの境界をエッジ起点Ｓ１としている。このエッジ起点Ｓ１から電極エッジ部分２２ａは楕円円弧形状になっている。
【００２８】
図７（ｂ）の電極エッジ部分２２ｂ形状では、電極主部分２１からカソード電極２中央から矢印ａ２までの範囲Ａ２でアノード電極１０に向けて電子放出される。また、電極エッジ部分２２ｂから矢印ａ２と矢印ｂ２の範囲Ｂ２でアノード電極１０に向けて電子放出される。電極主部分２１と電極エッジ部分２２ｂとの境界は連続していて電極エッジ部分２２ａを半径ｒ１の円弧として電極主部分２１の表面をこの円弧に接する直線と考えることができる。そして、電極エッジ部分２２ｂは、電極主部分２１と電極エッジ部分２２ｂとの境界をエッジ起点Ｓ２としている。このエッジ起点Ｓ２から電極エッジ部分２２ｂは半径ｒ１の円弧形状になっている。
【００２９】
図７（ｃ）の電極エッジ部分２２ｃ形状では、電極主部分２１からカソード電極２中央から矢印ａ３までの範囲Ａ３でアノード電極１０に向けて電子放出される。また、電極エッジ部分２２ｃから矢印ａ３と矢印ｂ３の範囲Ｂ３でアノード電極１０に向けて電子放出される。電極主部分２１と電極エッジ部分２２ｃとの境界は連続していて電極エッジ部分２２ｃを半径ｒ２の円弧として電極主部分２１の表面をこの円弧に接する直線と考えることができる。そして、電極エッジ部分２２ｃは、電極主部分２１と電極エッジ部分２２ｃとの境界をエッジ起点Ｓ３としている。このエッジ起点Ｓ３から電極エッジ部分２２ｃは半径ｒ２（＜ｒ１）の円弧形状になっている。
【００３０】
上記図７（ａ）（ｂ）（ｃ）を比較して判るように電極エッジ部分２２ａ，２２ｂ，２２ｃの曲率が大きい程、電子放出拡散が大きくなり、電子放出で電極主部分２１を用いる場合では、図７（ａ）の電極エッジ部分２２ａが電子放出の広がりが大きくなる。また、電極エッジ部分２２は直角から図７（ａ）の楕円形状等の曲面形状になると、電極エッジ部分２２での電界集中が緩和されてきているが、電極エッジ部分２２に一定の曲率で曲面形状で丸みがあれば、電界集中は十分に緩和されていることが判る。また、電子放出の密度も電極エッジ部分２２の形状により、制御することができるようになる。以上から電極エッジ部分２２の形状制御で、電子放出範囲を制御することができる。この制御は電界電子放出素子の使用用途に応じて適宜に決定することができる。
【００３１】
実施の形態では、相対向するフロントとリア一対のパネルと、これら両パネル間のサイドパネルとで内部を真空封止し、フロントパネル内面にアノード電極と蛍光体とを層設し、リアパネル内面に電界電子放出素子を配置してフラットパネルタイプの電界放射型発光素子を構成することができる。
【００３２】
もちろん、このようなフラットパネルタイプではなく、管形状やその他の形状とした電界放射型発光素子を構成することができる。
【００３３】
この場合、電界電子放出素子内の複数のカソード電極上の電子放出層から電子放出させた場合、実施の形態ではカソード電極のエッジ部分が曲面形状であるので、このようなエッジ部分での電界集中を抑制してカソード電極全体から均等に広範囲に電子放出することができ、均等発光できる発光素子を提供することができるようになる。特に、電極エッジ部分の形状制御により電子放出範囲を制御することで、発光素子における均等発光をより容易に制御することができるようになる。
【００３４】
図８はカソード電極２の変形例を示す。この例では、カソード電極２を断面矩形形状の導電性台座２３上に一体的に設けている。このように上記説明した電極主部分２１と電極エッジ部分２２とを備えたカソード電極２を台座２３上に設け、この台座２３を含めて全体を一体化してカソード電極２を構成した場合、カソード電極２全体の断面積が増大することになる結果、カソード電極２での電極抵抗値が低減化すると共に、アノード電極１０との対向距離も接近する結果、より小さい電力で電界電子放出素子を駆動することができ、電子放出効率を向上させることができるようになる。
【００３５】
以上の構成を有する電界電子放出素子において、そのカソード電極２における電極主部分２１の電極幅方向での表面形状が直線平坦状であると共に、その電極主部分２１に連続する電極エッジ部分２２の形状を楕円円弧状や部分真円状の曲面形状としたので、電極主部分２１から電極エッジ部分２２全体に電子放出層を塗布等により均等に形成しやすくなる結果、電子放出層の厚さを高精度に均一制御して、電界電子放出素子の製造ごとで電子放出層の厚さにばらつきを抑制し、一定でかつ安定化した電子放出性能を保障できる電界電子放出素子を提供することができるようになる。
【００３６】
なお、ゲート電極４や引出電極６，８においても、そのエッジ部分を曲面形状とすることで、電界集中が起こりにくくなる結果、不要な電界集中による電子放出が行われずに済むようになり、カソード電極２表面の電子放出層における電子放出に悪影響を及ぼすことがなくなる。
【００３７】
なお、引出電極６，８において、その電極主部分２１の電極幅方向での表面形状を直線状平坦な形状とすることで、真空容器外に引出電極６，８を引き出し、図示略の外部フレキシブル引出配線と接続する場合、その外部フレキシブル引出配線との接触面積が増加するのでその接続も確実容易になる。
【００３８】
なお、実施の形態での電界電子放出素子は、トライオード型電界電子放出素子においてゲート電極４を実施の形態のようにパラレルタイプとしてカソード電極２の同一面内両側に配置する以外に、図示しないが、オーバーゲートタイプとしてカソード電極２両側でその電極高さをカソード電極２よりも高くしたり、アンダーゲートタイプとしてカソード電極２両側でその電極高さをカソード電極２よりも低くすることができる。さらには、このゲート電極４を省略したダイオード型電界電子放出素子とすることもできる。
【００３９】
以上の構成を有する実施の形態の電界電子放出素子においては、カソード電極２の電極主部分２１の表面形状が直線状平坦面であるので、電極主部分２１上の電子放出層からはほぼ均等に電子放出が行われるようになる一方、電極エッジ部分２２の形状が楕円円弧状や部分真円状等の曲面形状であるので、電極エッジ部分２２では電界集中が行われにくくなり、電極エッジ部分２２の電子放出層による電子放出の密度は、電極主部分２１上の電子放出層からの電子放出密度に対して連続的に減少させるよう制御することができ、例えばアノード電極１０表面に蛍光体を設けた場合に、その蛍光体の発光強度をほぼ均等化することができるようになる。
【００４０】
また、カソード電極２上に電子放出層を塗布等により形成する場合にカソード電極２主部分が直線状であるので、そこでの電子放出層の厚さを高精度に均一制御して塗布等を行い易くなり、電界電子放出素子の製造ごとで電子放出層の厚さにばらつきが起こりにくくなる。その結果、一定でかつ安定化した電子放出性能を保障できる電界電子放出素子を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、実施の形態の電界電子放出素子の概略構成の平面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面構成を示す図である。
【図３】図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面構成を示す図である。
【図４】図４は、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面構成を示す図である。
【図５】図５は、カソード電極を拡大して示す断面図である。
【図６】図６は、カソード電極の右半分において電極エッジ部分の各例を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）は、電極エッジ部分の断面形状が、楕円円弧状である場合の電子放出状態を示す図、図７（ｂ）は、電極エッジ部分の断面形状が、半径ｒ１の円弧状である場合の電子放出状態を示す図、図７（ｃ）は、電極エッジ部分の断面形状が、半径ｒ２（＜ｒ１）の円弧状である場合の電子放出状態を示す図である。
【図８】図８は、カソード電極２の他の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
２  カソード電極
２１  電極主部分
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  電極エッジ部分
４  ゲート電極
６，８  引出電極
１０  アノード電極
１２  基板
【図１】
2010055853.tif 000003
【図２】
2010055853.tif 000004
【図３】
2010055853.tif 000005
【図４】
2010055853.tif 000006
【図５】
2010055853.tif 000007
【図６】
2010055853.tif 000008
【図７】
2010055853.tif 000009
【図８】
2010055853.tif 000010