(57)【要約】【課題】この発明は、電子の放出効率を高めることができる電子放出素子、電子放出装置、および表示装置を提供することを課題とする。【解決手段】電子放出素子１６は、一対の素子電極をつなぐ導電膜２１を有し、導電膜２１に亀裂を形成して電子放出部２３が形成されている。電子放出部２３を飛び越える電子が着地する側の導電膜２１上には、突起２４が設けられ、飛び越えた電子を集中させて電子の放出効率を高くする。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に互いに離間して設けられた一対の素子電極と、
これら一対の素子電極をつなぐ導電膜と、
上記一対の素子電極間で上記導電膜に亀裂を生じせしめて形成された電子放出部と、
上記導電膜に接触して設けられ、上記電子放出部を飛び越えた電子を集中させる少なくとも１つの突起と、
を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
上記突起は、Ａｇ、Ｃ、Ｃｕのうち少なくとも１種を含む材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
上記Ｃｕ突起は、Ｃｏによって表面を被覆されていることを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の複数の電子放出素子と、
これら複数の電子放出素子の上記一対の素子電極をマトリックス状に接続した配線と、を有し、
上記配線を介して外部から与えられる信号に応じて各電子放出素子の上記一対の素子電極間に選択的に電位差を与えることにより上記複数の電子放出素子から選択的に電子を放出させることを特徴とする電子放出装置。
【請求項５】
複数の電子放出素子およびその配線を有する背面基板、および各電子放出素子に対応した蛍光体層およびメタルバックを有する前面基板の周縁部同士を封着した表示パネルを有し、
上記各電子放出素子は、上記背面基板の内面に互いに離間して設けられた一対の素子電極、これら一対の素子電極をつなぐ導電膜、上記一対の素子電極間で上記導電膜に亀裂を生じせしめて形成された電子放出部、および上記導電膜に接触して設けられ上記電子放出部を飛び越えた電子を集中させる少なくとも１つの突起を有し、
上記配線は、第１の方向に並んだ複数列の上記電子放出素子の一方の素子電極を接続した第１配線、および上記第１の方向と直交する第２の方向に並んだ複数行の上記電子放出素子の他方の素子電極を接続した第２配線を有することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子を放出させる電子放出素子、この電子放出素子を基板上に複数個並べて配置した電子放出装置、およびこの電子放出装置から放出される電子により画像を表示する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子放出素子として、例えば、絶縁性の基板上に形成された導電性薄膜に電流を流すことにより電子を放出させる現象を利用した表面伝導型の電子放出素子が知られている。
【０００３】
この種の電子放出素子は、例えば、絶縁性の基板上に、一定のギャップを介して対向した一対の電極パターンを形成し、ギャップを介して一対の電極パターンをつなぐように導電性の薄膜を設け、一対の電極パターン間に電位差を与えることによりギャップの略中間位置で導電性の薄膜に亀裂を生じさせることにより形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
そして、この電子放出素子を動作させる際、一対の電極パターン間に電位差を与えることにより、導電性の薄膜に形成された亀裂、すなわち電子放出部から電子を放出させる。
【０００５】
このような電子放出素子は、基板上に複数個並べて電子放出装置が構成され、さらに、アノード電圧が与えられる蛍光体スクリーンと組み合わされて表示装置が構成される。
【０００６】
表示装置の動作時には、外部から画像データに基づく駆動信号が与えられ、複数の電子放出素子の電極対に選択的に電位差が与えられて電子が放出される。そして、放出された電子がアノード電圧によって加速されて、各電子放出素子に対応して設けられた蛍光体スクリーンの各蛍光体画素に照射され、蛍光体画素が選択的に励起発光されて画像が表示される。
【０００７】
しかし、上述した従来の電子放出素子では、選択的に与えられる電位差によって電子放出部を飛び越えた電子のうちの殆どが電極パターンに流れてしまうため、アノード電圧によって加速される電子の量が極めて少なく、電子の放出効率は数％に過ぎなかった。
【特許文献１】特開平９−２３７５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、電子の放出効率を高めることができる電子放出素子、電子放出装置、および表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、この発明の電子放出素子は、基板上に互いに離間して設けられた一対の素子電極と、これら一対の素子電極をつなぐ導電膜と、上記一対の素子電極間で上記導電膜に亀裂を生じせしめて形成された電子放出部と、上記導電膜に接触して設けられ、上記電子放出部を飛び越えた電子を集中させる少なくとも１つの突起と、を有する。
【００１０】
また、この発明の表示装置は、複数の電子放出素子およびその配線を有する背面基板、および各電子放出素子に対応した蛍光体層およびメタルバックを有する前面基板の周縁部同士を封着した表示パネルを有し、上記各電子放出素子は、上記背面基板の内面に互いに離間して設けられた一対の素子電極、これら一対の素子電極をつなぐ導電膜、上記一対の素子電極間で上記導電膜に亀裂を生じせしめて形成された電子放出部、および上記導電膜に接触して設けられ上記電子放出部を飛び越えた電子を集中させる少なくとも１つの突起を有し、上記配線は、第１の方向に並んだ複数列の上記電子放出素子の一方の素子電極を接続した第１配線、および上記第１の方向と直交する第２の方向に並んだ複数行の上記電子放出素子の他方の素子電極を接続した第２配線を有する。
【００１１】
上記発明によると、導電膜に接触して設けられた突起により、電子放出部を飛び越えた電子を集中させることができ、電子の放出効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の電子放出素子、電子放出装置、および表示装置は、上記のような構成および作用を有しているので、電子の放出効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。  
始めに、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態に係る表示装置の一例として、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）について説明する。図１は、前面基板２を部分的に切り欠いた状態のＳＥＤの真空外囲器１０（以下、表示パネル１０と称する場合もある）を示す斜視図であり、図２は、図１の真空外囲器１０を線II-IIで切断した断面図であり、図３は、図２の断面を部分的に拡大した部分拡大断面図であり、図４は、背面基板４の内面に形成された配線構造を説明するための模式図である。なお、図１乃至図３において、表示パネル１０の内部構造は、説明を分かり易くするため、適宜、構成を拡大して或いは概略的に示してある。
【００１４】
図１乃至図３に示すように、表示パネル１０は、それぞれ矩形のガラス板からなる前面基板２および背面基板４を備え、これらの基板は約１．０〜２．０ｍｍの隙間をおいて互いに平行に対向配置されている。なお、背面基板４は、前面基板２より１回り大きいサイズを有する。また、前面基板２および背面基板４は、ガラスからなる矩形枠状の側壁６を介して周縁部同士が接合され、内部が真空の扁平な平面パネル構造の真空外囲器１０を構成している。
【００１５】
前面基板２の内面には、画像表示部として機能する蛍光体スクリーン１２が形成されている。この蛍光体スクリーン１２は、赤、青、緑の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、および遮光層１１を並べて構成され、重ねてアルミニウム等からなるメタルバック１４を有する。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、ストライプ状あるいはドット状に形成されている。
【００１６】
背面基板４の内面には、蛍光体スクリーン１２の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起発光させるための電子ビームを放出する多数の表面伝導型の電子放出素子１６が設けられている。これらの電子放出素子１６は、画素毎、すなわち蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に対応して複数列および複数行に配列されている。各電子放出素子１６の詳細については後に詳述する。
【００１７】
また、背面基板４の内面上には、図４に示すように、各電子放出素子１６に駆動電圧を与えるための多数本の配線１８がマトリックス状に設けられている。各配線１８の端部は、図１に示すように、真空外囲器１０の外部に引き出されている。このように、多数の電子放出素子１６をマトリックス状に配線して背面基板４上に配置した構造が、本発明の電子放出装置として機能する。電子放出素子１６の配列については、種々のものを採用できるが、ここでは、図４を用いてその一例を説明する。
【００１８】
電子放出装置は、背面基板４の内面に、多数の電子放出素子１６を整列配置して構成される。すなわち、図中Ｘ方向（上下方向；第１の方向）にｍ個、Ｙ方向（左右方向；第２の方向）にｎ個の電子放出素子１６が形成されている。
【００１９】
各電子放出素子１６の後述する一方の素子電極は、それぞれ同じ行にある電子放出素子１６同士で共通の配線（走査線；第２配線）により接続されている。これをＹ配線と呼ぶ。Ｙ配線は、Ｙ1からＹmまでｍ本ある。また、各電子放出素子１６の後述する他方の素子電極は、それぞれ同じ列にある電子放出素子１６同士で共通の配線（信号線；第１配線）により接続されている。これをＸ配線と呼ぶ。Ｘ配線は、Ｘ1からＸnまでｎ本ある。
【００２０】
Ｘ配線およびＹ配線は、各電子放出素子１６の後述する導電膜と同様な材料で、同様な成膜およびパターニング方法で形成される。また、全てのＸ配線とＹ配線との間には交差点があるが、全ての交差点は後述する絶縁膜により、電気的に絶縁されているものとする。この絶縁膜として、例えば、真空蒸着法、印刷<BR>法、スパッタ法等を用いて形成されるＳｉＯ2等がある。
【００２１】
例えば、Ｙ配線には、Ｙ方向に配列した電子放出素子１６の行を選択するための信号電圧（走査信号）が印加され、Ｘ配線にはＸ方向に配列した電子放出素子１６の電流を変調するための信号電圧（変調信号）が印加されるようになっている。従って、各電子放出素子１６に印加される駆動電圧は、各電子放出素子１６に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
【００２２】
例えば、特定の電子放出素子１６に着目して、Ｙ配線にマイナスしきい値電圧Ｖf［Ｖ］を印加し、Ｘ配線に０［Ｖ］を印加した場合は、素子電極間にはしきい値電圧Ｖｆが印加されることになる。
【００２３】
従って、例えば、配線Ｙ1にマイナスのしきい値電圧Ｖf［Ｖ］を印加（走査信号を入力）し、配線Ｘ1に０［Ｖ］、Ｘ2〜Ｘnには０［Ｖ］以上の任意電圧（変調信号）を印加する事により、配線Ｙ1と配線Ｘ1に配線された電子放出素子１６では、素子電流は放出されず、その他の電子放出素子１６では任意の素子電流が放出されることになる。
【００２４】
この様に、上記構成の電子放出装置においては、単純なマトリクス配線を用いて、特定の電子放出素子１６を選択的に独立して駆動することが可能である。
【００２５】
図２に戻って、接合部材として機能する側壁６は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材１９により、前面基板２の周縁部および背面基板４の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。本実施の形態では、背面基板４と側壁６をフリットガラス１９ａを用いて接合し、前面基板２と側壁６をインジウム１９ｂを用いて接合した。
【００２６】
また、表示パネル１０は、前面基板２と背面基板４の間にガラスからなる複数の細長い板状のスペーサ８を備えている。本実施の形態において、スペーサ８は、複数の細長いガラス板としたが、多数の柱状のスペーサでも良い。各スペーサ８は、図３に示すように、上述した蛍光体スクリーン１２のメタルバック１４および遮光層１１を介して前面基板２の内面に当接する上端８ａ、および背面基板４の内面上に設けられた配線１８上に当接する下端８ｂを有する。しかして、これら複数のスペーサ８は、前面基板２および背面基板４の外側から作用する大気圧荷重を支持し、基板間の間隔を所定値に維持している。
【００２７】
さらに、ＳＥＤは、前面基板２のメタルバック１４にアノード電圧を印加する図示しない電圧供給部を備えている。電圧供給部は、例えば、メタルバック１４に１０［ｋＶ］程度の高電圧を印加することにより、蛍光体スクリーン１２の電位を高くする。これにより、接地された背面基板４と前面基板２との間に１０［ｋＶ］程度の電位差が形成される。
【００２８】
そして、上記ＳＥＤにおいて、画像を表示する場合、配線１８に接続した図示しない駆動回路を介して電子放出素子１６の一対の電極間に差電圧を与え、任意の電子放出素子１６の後述する電子放出部から電子ビームを放出するとともに、メタルバック１４にアノード電圧を印加する。電子放出部から放出された電子ビームは、アノード電圧によって加速され、蛍光体スクリーン１２に照射される。これにより、蛍光体スクリーン１２の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂが励起されて発光し、カラー画像を表示する。
【００２９】
また、上記構造の表示パネル１０を製造する場合、予め、蛍光体スクリーン１２の設けられた前面基板２を用意し、電子放出素子１６および配線１８が設けられているとともに側壁６およびスペーサ８が接合された背面基板４を用意しておく。そして、前面基板２、および背面基板４を図示しない真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を真空排気した後、側壁６を介して前面基板２を背面基板４に接合する。
【００３０】
次に、この発明の実施の形態に係る電子放出素子１６について、図５および図６を参照して説明する。図５には、任意の１つの電子放出素子１６を背面基板４の内面側から見た概略平面図を示してあり、図６には、図５の線VI-VIで電子放出素子１６を切断した部分拡大断面図を示してある。
【００３１】
図５に示すように、電子放出素子１６は、背面基板４の内面上に、Ｘ配線１８ａとＹ配線１８ｂをつなぐ略円形の導電膜２１を有する。本実施の形態では、導電膜２１の一端をＸ配線１８ａに接続し、導電膜２１の他端をＹ配線１８ｂに接続した枝配線１８ｃに接続した。つまり、本実施の形態では、Ｘ配線１８ａが一方の素子電極として機能し、枝配線１８ｃが他方の素子電極として機能する。なお、Ｙ配線１８および枝配線１８ｃとＸ配線１８ａとの間には、上述したように、略矩形の絶縁膜２２が設けられている。
【００３２】
図６にも示すように、導電膜２１には、Ｘ配線１８ａおよび枝配線１８ｃと略平行且つ離間した亀裂、すなわち電子放出部２３が形成されている。この電子放出部２３は、一対の素子電極をつなぐ導電膜２１を形成した後、Ｘ配線１８ａおよびＹ配線１８ｂにパルス状の高電圧を印加することにより、導電膜２１を焼き切って形成される。そして、電子放出部２３より図中右側、すなわち枝配線１８ｃ側の導電膜２１に略柱形状の突起２４が接触して設けられている。
【００３３】
突起２４は、好ましくは、Ａｇ、Ｃ、Ｃｕのうち少なくとも１種を含む材料により形成される。本実施の形態では、導電性に優れた比較的安価なＣｕにより形成したコア材の表面に耐熱性に優れたＣｏを被覆して形成した。そして、Ａｇペースト或いはＣｕペースト２５を用いて突起２４の基端を導電膜２１に接続した。また、突起２４は、電子放出部２３を飛び越えた電子を集中させるため、本実施の形態では、飛び越えた電子が着地する側の導電膜、すなわち枝配線１８ｃに接続した側の導電膜上に突起２４を設けた。言い換えると、電子の飛び越える方向が逆の場合には、突起２４も逆側の導電膜上に設ける必要がある。
【００３４】
上記構造の電子放出素子１６を動作させる場合、例えば、Ｙ配線１８ｂにマイナスしきい値電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加してＸ配線１８ａに０［Ｖ］以上の駆動電圧を印加する。すると、導電膜２１に形成されたギャップ、すなわち電子放出部２３でしきい値圧を超える電位差が形成され、図中右方向、すなわち突起２４に向けて電子が電子放出部２３を飛び越える。そして、電子放出部２３を飛び越えた電子が突起２４の先端に集中され、アノード電圧によって前面基板２に向けて加速され、対応する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂに照射される。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によると、各電子放出素子１６の導電膜２１上に突起２４を設けたため、前面基板２と背面基板４との間にアノード電圧を印加したとき、最も距離が近くなる突起先端と前面基板２との間で最も強いクーロン力を作用させることができる。また、突起２４を導電膜２１上に設けたことにより、素子電圧Ｖｆを与えた導電膜２１の電子放出部２３を飛び越えた電子を突起２４の先端に集中させることができ、電子の放出効率を高めることができる。
【００３６】
なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。
【００３７】
例えば、上述した実施の形態では、円柱形状の突起２４を電子放出部２３の近くで導電膜２１上に設けた場合について説明したが、これに限らず、複数の突起２４を設けても良く、電子が着地する側の導電膜２１上であればどこに設けても良い。また、突起２４の形状は円柱形状に限らず、例えば、図７に示す円錐形の突起３１や、図８に示す球形の突起３２であっても良い。特に、図７の円錐形の突起３１は、Ａｇペーストを用いた印刷により形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態に係るＳＥＤの真空外囲器を示す外観斜視図。
【図２】図１の真空外囲器を線II−IIに沿って切断した断面斜視図。
【図３】図２の断面を部分的に拡大して示す部分拡大断面図。
【図４】背面基板の内面に形成される配線構造を説明するための模式図。
【図５】この発明の実施の形態に係る電子放出素子の概略構造を示す平面図。
【図６】図５の線VI-VIに沿って電子放出素子を切断した部分拡大断面図。
【図７】電子放出素子の突起の変形例を説明するための図。
【図８】電子放出素子の突起の他の変形例を説明するための図。
【符号の説明】
【００３９】
２…前面基板、４…背面基板、６…側壁、８…スペーサ、１０…真空外囲器（表示パネル）、１２…蛍光体スクリーン、１４…メタルバック、１６…電子放出素子、１８…配線、２１…導電膜、２２…絶縁膜、２３…電子放出部、２４、３１、３２…突起。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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