(57)【要約】  【課題】  従来のものよりも低い製造コストで画面の大型化を図ることができる表示装置を提供すること。  【解決手段】  表示装置１０は、陰極基板２０と、電子引出基板３０と、陽極４０と、スペーサ５０とを有し、陰極基板２０は、ガラス基板２１と、ガラス基板２１に形成された溝２１ａの底面に設けられた電子放出電極２２と、電子放出電極２２上に形成されたグラファイトナノファイバ２３とを備え、電子引出基板３０は、ガラス基板３１と、ガラス基板３１上に形成されてグラファイトナノファイバ２３から電子を引き出す電子引出電極３２とを備え、陽極４０は、ガラス基板４１と、ガラス基板４１上に形成されて電子を捕捉する陽極電極４２と、電子の衝突によって発光する蛍光体層４３とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝が形成された基板と、所定の電界が印加されたときに電子を放出する電子放出手段とを備え、前記溝は、前記基板の一方の面に形成され、前記電子放出手段は、前記溝の内部に設けられたことを特徴とする陰極基板。
【請求項２】
前記電子放出手段は、炭素系材料で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の陰極基板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の陰極基板と、前記陰極基板から前記電子を引き出す電子引出電極とを備え、前記電子引出電極は、前記陰極基板から所定の間隔をおいて対向配置されたことを特徴とする電子源基板。
【請求項４】
請求項３に記載の電子源基板と、前記電子源基板から放出された前記電子を加速して捕捉する陽極とを備え、前記陽極は、前記引出電極に対して前記陰極基板が設けられた側とは異なる側に前記引出電極から所定の間隔をおいて対向配置された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】
本発明は、印加された電界によって電子を放出する陰極基板、電子源基板及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の表示装置としては、図５に示すようなものが知られている。図５に示された従来の表示装置１は、電子源基板２と陽極３とを有し、電子源基板２は、ガラス基板２ａ上に形成された電子放出電極２ｂと、カーボンナノチューブ又はグラファイトナノファイバで形成された電子放出部２ｃと、電子放出電極２ｂ上に形成された絶縁層２ｄと、電子放出部２ｃから電子を引き出す電子引出電極２ｅとを備え、陽極３は、ガラス基板３ａ上に形成され電子を捕捉する陽極電極３ｂと、電子の衝突によって発光する蛍光体層３ｃとを備え、電子放出電極２ｂと電子放出部２ｃ及び電子引出電極２ｅとの間の電気的絶縁を絶縁層２ｄに確保させた構成で、電子放出電極２ｂと電子引出電極２ｅとの間に印加された電界によって放出された電子を陽極に捕捉させて蛍光体層３ｃを発光させるようになっている（例えば、非特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
従来の表示装置１の製造方法としては、まず、ガラス基板２ａ上に電子放出電極２ｂ及び電子放出部２ｃを生成するための触媒層が成膜された後パターニングされる。次いで、その上に蒸着法やスパッタ法によって例えばＳｉＯ２が成膜され絶縁層２ｄが形成される。さらにその上に電子引出電極２ｅが成膜された後パターニングされる。その後エッチングで絶縁層２ｄに開口部が形成され触媒層が露出された後、ＣＶＤ法により電子放出電極２ｂに電子放出部２ｃが形成されて電子源基板２が得られる。そして、電子源基板２と陽極３とが所定の間隔で対向配置されてフリットシールが行われ、パネル内部が真空排気されることにより、表示装置１が得られる。
【非特許文献１】Ｓ．Ｕｅｍｕｒａ，ｅｔ  ａｌ．，"Ｌａｒｇｅ  Ｓｉｚｅ  ＦＥＤ  ｗｉｔｈ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  Ｅｍｉｔｔｅｒ"，ＳＩＤ'０２，ｐｐ．１１３２−１１３５（２００２）
【非特許文献２】Ｓ．Ｋａｎｇ，ｅｔ  ａｌ．，"Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｆｏｒ  Ｔｒｉｏｄｅ−Ｔｙｐｅ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｍｉｔｔｅｒ  Ａｒｒａｙ"，ＳＩＤ'０３，ｐｐ．８０２−８０５（２００３）
【非特許文献３】Ｍ．Ｈｉｒａｋａｗａ，ｅｔ  ａｌ．，"Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｔｒｉｏｄｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ  ｎａｎｏｆｉｂｅｒ  ＦＥＤ  ｂｙ  Ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶＤ  Ｍｅｔｈｏｄ"，ＩＤＷ'０２，ｐｐ．１０６５−１０６８（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の表示装置では、絶縁層２ｄとして一般にＳｉＯ２が用いられ、ＳｉＯ２とガラス基板２ａとは熱膨張係数の差が大きいので、高温の環境下において実施される工程、例えば、ＣＶＤ法により電子放出電極２ｂに電子放出部２ｃを形成する工程、電子源基板２と陽極３との封着工程及び真空排気工程等において絶縁層２ｄに亀裂や剥がれが発生し、製造歩留が低下して製造コストが増大するという問題があった。
【０００５】
また、従来の表示装置では、画面が大型化されるに従って、要求される膜厚精度でＳｉＯ２を成膜することが困難となると共に、電子放出電極２ｂと電子引出電極２ｅとの間の電気的短絡の原因となるピンホールが発生し易くなるので、画面の大型化を図るのが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、従来のものよりも低い製造コストで画面の大型化を図ることができる陰極基板、電子源基板及び表示装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の陰極基板は、溝が形成された基板と、所定の電界が印加されたときに電子を放出する電子放出手段とを備え、前記溝は、前記基板の一方の面に形成され、前記電子放出手段は、前記溝の内部に設けられたことを特徴とする構成を有している。
【０００８】
この構成により、本発明の陰極基板は、ＳｉＯ２で形成された絶縁層が廃止され、溝の段差を絶縁層として電子放出手段に電界を印加することができるので、従来発生していた絶縁層の亀裂、剥がれ、ピンホール等の不良や、高い成膜精度の確保、製造歩留の低下等の問題を回避することができ、従来のものよりも低い製造コストで画面の大型化を図ることができる。
【０００９】
また、本発明の陰極基板は、前記電子放出手段が、炭素系材料で形成されたことを特徴とする構成を有している。
【００１０】
この構成により、本発明の陰極基板は、電子を放出する電子放出手段が炭素系材料で形成されるので、比較的低い電圧で電子を放出することができ、また、従来の製造方法をそのまま踏襲することができるので、製造コストを従来のものよりも低く抑えることができる。
【００１１】
さらに、本発明の電子源基板は、陰極基板と、前記電界を印加して前記電子放出手段から前記電子を引き出す電子引出電極とを備え、前記電子引出電極は、前記陰極基板から所定の間隔をおいて対向配置されたことを特徴とする構成を有している。
【００１２】
この構成により、本発明の電子源基板は、電子引出電極が陰極基板の溝の段差を絶縁層として電子放出手段に電界を印加することができるので、従来発生していた絶縁層の亀裂、剥がれ、ピンホール等の不良や、高い成膜精度の確保、製造歩留の低下等の問題を回避することができ、従来のものよりも低い製造コストで画面の大型化を図ることができる。
【００１３】
さらに、本発明の表示装置は、電子源基板と、前記電子を捕捉する陽極とを備え、前記陽極は、前記引出電極に対して前記陰極基板が設けられた側とは異なる側に前記引出電極から所定の間隔をおいて対向配置されたことを特徴とする構成を有している。
【００１４】
この構成により、本発明の表示装置は、電子引出電極が陰極基板の溝の段差を絶縁層として電子放出手段に電界を印加し、陽極が電子放出手段から放出された電子を捕捉するので、従来発生していた絶縁層の亀裂、剥がれ、ピンホール等の不良や、高い成膜精度の確保、製造歩留の低下等の問題を回避することができ、従来のものよりも低い製造コストで画面の大型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、従来のものよりも低い製造コストで画面の大型化を図ることができるという効果を有する陰極基板、電子源基板及び表示装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
まず、本実施の形態の表示装置の構成について説明する。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の表示装置１０は、陰極基板２０と、電子引出基板３０と、陽極４０と、スペーサ５０とを有している。なお、陰極基板２０及び電子引出基板３０は、本発明の電子源基板を構成している。
【００１９】
陰極基板２０は、ガラス基板２１と、ガラス基板２１に形成された溝２１ａの底面に設けられた電子放出電極２２と、電子放出電極２２上に形成された電子放出手段としてのグラファイトナノファイバ（以下「ＧＮＦ」という。）２３とを備えている。電子引出基板３０は、ガラス基板３１と、ガラス基板３１上に形成されてＧＮＦ２３から電子を引き出す電子引出電極３２とを備えている。
【００２０】
図１（ｂ）は、陰極基板２０及び電子引出基板３０を陽極４０側から見たときの平面図である。図１（ｂ）に示すように、陰極基板２０のガラス基板２１には溝２１ａが形成され、溝２１ａ上に電子放出電極２２が設けられている。なお、ＧＮＦ２３の図示は省略している。
【００２１】
また、電子引出基板３０のガラス基板３１には、電子を通過させる開口部３１ａと、溝２１ａと直交する方向に電子引出電極３２が所定の間隔で設けられている。なお、溝２１ａの方向を以下「縦方向」といい、この方向に直交する方向を以下「横方向」という。
【００２２】
陽極４０は、ガラス基板４１と、ガラス基板４１上に形成されて電子を捕捉する陽極電極４２と、電子の衝突によって発光する蛍光体層４３とを備えている。
【００２３】
電子放出電極２２及び電子引出電極３２は、例えば、膜厚が１００〜３００ｎｍ程度のクロムで構成される。また、電子放出電極２２と電子引出電極３２との間には電子引出電圧が印加され、電子放出電極２２と陽極電極４２との間には陽極電圧が印加されるようになっている。
【００２４】
陽極電極４２は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：錫ドープ酸化インジウム）のような透明電極によって構成され、蛍光体層４３は、陽極電極４２上に蛍光体が塗布されて形成される。
【００２５】
スペーサ５０は、例えばガラスやセラミックス等で構成され、電子引出基板３０と陽極４０との間隔を例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度に設定するようになっている。
【００２６】
次に、本実施の形態の表示装置１０の製造方法について説明する。
【００２７】
最初に、陰極基板２０の製造方法について図２を用いて説明する。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示すように、フォトレジスト層６１が縦方向のストライプ状になるようガラス基板２１にパターニングされる。
【００２９】
次いで、例えばフッ化水素酸水溶液によってガラス基板２１がウェットエッチングされて溝２１ａが形成される。このとき、ガラス基板２１はフォトレジスト層６１の範囲を超えて横方向にもサイドエッチングされ、図２（ｂ）に示すような溝２１ａが得られる。溝２１ａは、例えば５μｍ程度の深さで形成される。
【００３０】
続いて、図２（ｃ）に示すように、フォトレジスト層６１の上方から例えばクロムを用いて電子放出電極膜６２が成膜される。電子放出電極膜６２は、例えば０．２μｍ〜０．３μｍ程度の膜厚で形成される。
【００３１】
さらに、図２（ｄ）に示すように、電子放出電極膜６２上に触媒層６３が成膜される。触媒層６３は、例えば鉄系合金を用いて１０ｎｍ程度の膜厚で形成される。鉄系合金としては、例えばニッケル４２％、クロム６％、鉄５２％の合金が用いられる。
【００３２】
次いで、フォトレジスト層６１が剥離されて、フォトレジスト層６１上に成膜された電子放出電極膜６２及び触媒層６３も除去される。その結果、図２（ｅ）に示すように、電子放出電極膜６２及び触媒層６３が溝２１ａの底面に形成された状態となる。
【００３３】
そして、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法によって、図２（ｆ）に示すように、炭素でできた細かい繊維状のＧＮＦ２３が、電子放出電極膜６２で形成された電子放出電極２２上に生成され、陰極基板２０が得られる。このＣＶＤ法による工程は、例えば、設定温度が５５０℃〜８００℃、反応時間が５分〜２０分間の条件で実施される。なお、電子放出電極膜６２とは異なるパターンで触媒層６３をパターニングすることにより、ＧＮＦ２３を電子放出電極２２上の任意の場所に形成することができる。
【００３４】
次に、電子引出基板３０の製造方法について説明する。電子引出基板３０は、図１（ｂ）に示すように、開口部３１ａが予め設けられたガラス基板３１に、電子引出電極３２が横方向に成膜されて形成される。電子引出電極３２は、例えば１００〜３００ｎｍ程度の膜厚のクロムで形成される。なお、開口部３１ａは、サンドブラスト法によって形成したり、ガラス基板３１として感光性ガラスを用いてフォトエッチングにより形成したりすることができる。
【００３５】
次に、陽極４０の製造方法について説明する。陽極４０は、図１（ａ）に示すように、まず、スパッタリング法や蒸着法によってガラス基板４１上に例えばＩＴＯが堆積されて陽極電極４２が形成される。そして、蛍光体が陽極電極４２上に塗布されて蛍光体層４３が形成されることにより、陽極４０が得られる。
【００３６】
以上のように製造された陰極基板２０、電子引出基板３０及び陽極４０は、まず、陰極基板２０と電子引出基板３０とが対向配置されて固着され、電子源基板が得られる。そして、電子源基板と陽極４０とがスペーサ５０によって固着され、封着されて真空排気された後、チップオフされて表示装置１０が得られる。
【００３７】
なお、前述した製造方法において示した材質、寸法、手法等は一例であり、これらに限定されるものではない。
【００３８】
例えば、ＧＮＦ２３に代えてカーボンナノチューブを陽極電極４２に形成してもよい。また、図２（ｂ）に示された溝２１ａを形成する工程において、前述したウェットエッチングに代えてサンドブラスト法や反応性ガスを用いたドライエッチング等の加工方法を選択することもできる。加工方法の選択や組み合わせにより、溝２１ａの縦横アスペクト比やサイドエッチングの寸法等を任意に設定することができるので、溝２１ａを所望の形状にすることができる。
【００３９】
さらに、電子引出基板３０を図３及び図４に示すものに変更することもでき、以下説明する。なお、図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、電子引出基板が一つの円形窓を備えた例を示す側面断面図及び平面図であり、図３（ｃ）は、電子引出基板が複数の円形窓を備えた例を示す平面図である（側面断面図は省略。）。また、図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、電子引出基板がワイヤで構成された例を示す側面断面図及び平面図である。
【００４０】
まず、図３（ａ）及び（ｂ）に示された電子引出基板７０は、ガラス基板７１と、電子引出電極７２とを備え、電子引出電極７２には電子が通過する円形状の貫通孔７１ａが形成されている。電子引出基板７０は、円形状の貫通孔７１ａが形成される構造によって、ガラス基板７１の強度を維持した状態で電子放出電極２２から電子を偏りなく均等に引き出すことができる。
【００４１】
また、図３（ｃ）に示された電子引出基板８０は、ガラス基板８１と、電子引出電極８２とを備え、電子引出電極８２には電子が通過する複数の貫通孔８１ａが形成されている。電子引出基板８０は、複数の貫通孔８１ａが形成される構造によって、ガラス基板８１の強度を維持した状態で電子放出電極２２から電子を引き出すことができ、陰極基板２０とのアライメントを容易化することができる。
【００４２】
さらに、図４（ａ）及び（ｂ）に示された電子引出基板９０は、電子引出電極としての複数の金属ワイヤ９１で構成されている。電子引出基板９０は、複数の金属ワイヤ９１が所定のピッチで並列に設けられているので、前述の電子引出基板７０よりも多くの電子を引き出すことができる。なお、複数の金属ワイヤ９１は、ガラス基板２１と熱膨張係数を合わせた材料、例えば４２６合金で構成することができる。
【００４３】
次に、本実施の形態の表示装置１０の動作について図１を用いて説明する。
【００４４】
まず、電子放出電極２２と電子引出電極３２との間に電子引出電圧が印加され、電子放出電極２２と陽極電極４２との間に陽極電圧が印加される。例えば、電子引出電圧として２０Ｖ〜６０Ｖ程度の電圧、陽極電圧として２００Ｖ〜２ｋＶ程度の電圧が印加される。
【００４５】
次いで、電子引出電圧による電界によって、ＧＮＦ２３から電子が放出される。そして、ＧＮＦ２３から放出された電子は、陽極電圧による電界によって加速され、蛍光体層４３を通過して蛍光体層４３が発光した後、陽極電極４２に達する。
【００４６】
以上のように、本実施の形態の表示装置１０によれば、電子引出基板３０は、陰極基板２０の溝２１ａの段差を絶縁層としてＧＮＦ２３に電界を印加して電子を引き出し、陽極４０は、ＧＮＦ２３から放出された電子を加速して捕捉する構成としたので、従来発生していた絶縁層の亀裂、剥がれ、ピンホール等の不良や、高い成膜精度の確保、製造歩留の低下等の問題を回避することができ、従来のものよりも低い製造コストで画面の大型化を図ることができる。
【００４７】
また、本実施の形態の表示装置１０によれば、陰極基板２０の溝２１ａの段差を絶縁層とし、従来ＳｉＯ２で形成された絶縁層を廃止する構成としたので、電子放出電極と電子引出電極との間の距離を従来のものよりも精度よく設定することができ、電子放出電圧のばらつきを小さくして安定した電子放出を実現することができる。具体的には、電子放出電極と電子引出電極との間の距離を設定するに際し、従来のものは絶縁層の膜厚のばらつき及び触媒層を露出させるエッチング寸法のばらつきが影響するのに対し、本実施の形態に係る陰極基板２０は、溝２１ａのエッチング寸法のばらつきのみが影響する構成としたからである。
【００４８】
また、本実施の形態の表示装置１０によれば、陰極基板２０の溝２１ａの段差を絶縁層とし、従来のもので使用されていたＳｉＯ２の成膜工程を廃止する構成としたので、画面の大型化に伴って大型のＳｉＯ２成膜装置を導入する必要がなく、少ない設備投資で画面の大型化を図ることができる。
【００４９】
また、本実施の形態の表示装置１０によれば、電子を放出する電子放出手段が炭素系材料で形成される構成とし、比較的低い電子引出電圧で陰極基板２０から電子を放出させることができるので省電力化を図ることができ、また、従来の製造方法をそのまま踏襲することができるので、製造コストを従来のものよりも低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】（ａ）本発明の表示装置の構成を示す側面断面図  （ｂ）本発明の表示装置に係る電子源基板及び電子引出部の平面図
【図２】本発明の表示装置に係る電子源基板の製造工程図
【図３】（ａ）本発明の表示装置に係る電子引出基板が一つの円形窓を備えた例を示す側面断面図  （ｂ）本発明の表示装置に係る電子引出基板が一つの円形窓を備えた例を示す平面図  （ｃ）本発明の表示装置に係る電子引出基板が複数の円形窓を備えた例を示す平面図
【図４】（ａ）本発明の表示装置に係る電子引出基板がワイヤで構成された例を示す側面断面図  （ｂ）本発明の表示装置に係る電子引出基板がワイヤで構成された例を示す平面図
【図５】従来の表示装置の構成を示す側面断面図
【符号の説明】
【００５１】
１０  表示装置
２０  陰極基板
２１、３１、４１、７１、８１  ガラス基板
２１ａ  溝
２２  電子放出電極
２３  ＧＮＦ（電子放出手段）
３０、７０、８０、９０  電子引出基板
３１ａ  開口部
３２、７２、８２  電子引出電極
４０  陽極
４２  陽極電極
４３  蛍光体層
５０  スペーサ
６１  フォトレジスト層
６２  電子放出電極膜
６３  触媒層
７１ａ、８１ａ  貫通孔
９１  金属ワイヤ
【図１】
2006156098.tif 000003
【図２】
2006156098.tif 000004
【図３】
2006156098.tif 000005
【図４】
2006156098.tif 000006
【図５】
2006156098.tif 000007