(57)【要約】【課題】この発明は、電子ビームのスポット幅を広くでき、表示輝度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、円形の陽極２１と円環形の陰極２２を有する。陰極２２は、円環状のギャップＧを介して陽極２１の周りに形成されている。この電子放出素子１６から電子ビームを放出する場合、Ｘ配線３１およびＹ配線３２を介して陽極２１と陰極２２との間にしきい値電圧を超える電圧を与え、前面基板との間にアノード電圧を与える。すると、円環形の陰極２２から円形の陽極２１に向けてギャップＧを電子が飛び越え、アノード電圧によって前面基板に向けて加速され、電子ビームが蛍光体層に照射される。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた第１の導電膜と、
この第１の導電膜の略全周に亘って一定のギャップを介して略環状に設けられた第２の導電膜と、
を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
上記第１の導電膜は円形であり、上記第２の導電膜は該第１の導電膜と同心の円環形であ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】
上記第１の導電膜は楕円形であり、上記第２の導電膜は楕円環形であ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４】
上記第１の導電膜は陽極として機能し、上記第２の導電膜は陰極として機能することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４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第１および第２の導電膜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第１および第２の導電膜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６】
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する表示装置であって、
上記各電子放出素子は、上記背面基板の内面に設けられた第１の導電膜、およびこの第１の導電膜の略全周に亘って一定のギャップを介して略環状に設けられた第２の導電膜を有し、上記背面基板の内面にマトリックス状に設けられ、
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上記第１の導電膜を接続した第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上記第２の導電膜を接続した第２配線を有することを特徴とする表示装置。
【請求項７】
上記第１の導電膜は円形であり、上記第２の導電膜は該第１の導電膜と同心の円環形であることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
上記第１の導電膜は楕円形であり、上記第２の導電膜は楕円環形であることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項９】
上記第１の導電膜は陽極として機能し、上記第２の導電膜は陰極として機能することを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の表示装置。
【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、各電子放出素子に一対一で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は、導電性の薄膜に形成された細長い亀裂を介して電子を放出させるため、蛍光体画素に形成されるビームスポットが細長くなる。このため、対応する蛍光体画素の全面に効率良く電子ビームが照射されなくなり、蛍光体画素が局所的に劣化して使用寿命が短くなる問題があった。
【０００８】
また、蛍光体画素の全面積に対して電子ビームが照射される面積が小さいため、蛍光体画素の輝度が低く、満足のいく表示輝度を得ることが難しかった。
【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】
【０００９】
この発明の目的は、電子ビームのスポット幅を広くでき、表示輝度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】
【００１０】
上記目的を達成するため、この発明の電子放出素子は、基板上に設けられた第１の導電膜と、この第１の導電膜の略全周に亘って一定のギャップを介して略環状に設けられた第２の導電膜と、を有する。
【００１１】
上記発明の電子放出素子によると、第１の導電膜と第２の導電膜との間に環状のギャップを形成でき、この環状のギャップを介して電子を放出させることができる。このため、電子ビームのスポット形状が細長くなることがなく、スポットの幅を広くできる。
【００１２】
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設けられた第１の導電膜、およびこの第１の導電膜の略全周に亘って一定のギャップを介して略環状に設けられた第２の導電膜を有し、上記背面基板の内面にマトリックス状に設けられ、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上記第１の導電膜を接続した第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上記第２の導電膜を接続した第２配線を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
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、電子ビームのスポット幅を広くでき、表示輝度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】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
前面基板２の内面には、この発明の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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
各電子放出素子１６の後述する陰極は、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の後述する陽極は、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。
【００２１】
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、全ての交差点は図示しない絶縁膜により、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
法、スパッタ法等を用いて形成されるＳｉＯ2等がある。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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の後述する陰極−陽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。
【００３１】
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。
【００３２】
次に、この発明の第１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（ａ）には、１つの電子放出素子１６を背面基板４の内面側から見た平面図を示してあり、図５（ｂ）には、図５（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図を示してある。また、図６には、本実施の形態の電子放出素子１６から放出された電子ビームの蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂにおけるスポット形状を図示してある。
【００３３】
電子放出素子１６は、枝配線３３を介してＸ配線（信号線）３１に接続された円形の陽極２１（第１の導電膜）と、枝配線３４を介してＹ配線（走査線）３２に接続された円環形の陰極２２（第２の導電膜）と、を有する。陽極２１および陰極２２は、それぞれ導電性の薄膜により形成されている。陰極２２は、環状且つ一定のギャップＧ（電子放出部）を介して陽極２１の外側に離間して同心円状に形成されている。
【００３４】
この電子放出素子１６を背面基板４上に形成する場合、予め、絶縁層の下に信号線側の電極を形成しておく。そして、走査線側の電極、絶縁層、信号線の順で図示のようなパターンを形成する。
【００３５】
例えば、Ｙ配線３２にマイナスしきい値電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加してＸ配線３１に０［Ｖ］以上の駆動電圧を印加すると、陽極２１と陰極２２との間のギャップＧでしきい値電圧を超える電位差が形成され、陰極２２から陽極２１に向けて電子がギャップＧを飛び越える。そして、このギャップＧを飛び越えた電子のうち数％の電子が図５（ｂ）に示すように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。
【００３６】
このとき、蛍光体層Ｒ（代表して説明する）に形成される電子ビームのスポットＳの形状は、図６に示すように、円環状となる。つまり、電子ビームのスポット形状は、ギャップＧを飛び越えて加速される電子の軌道に依存し、より具体的には、陽極２１および陰極２２の形状に依存する。このため、本実施の形態では、スポットＳの形状が円環状となる。なお、ここでは、電子ビームのスポットＳの形状を円環状としたが、電子ビームの軌道を変化させてスポットＳの形状を円形とすることもできる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態によると、円形の陽極２１の周りに円環状の陰極２２を配置して両者の間に円環状のギャップＧを形成したため、ギャップＧから放出される電子ビームの蛍光体層Ｒ、Ｇ、ＢにおけるスポットＳの形状を円環状もしくは円形とすることができた。これにより、従来の電子放出素子のように細長い亀裂から放出される電子ビームの細長いスポット形状と比較して、スポットＳの幅を広くでき、蛍光体層全面に対するスポットＳの面積を大きくすることができた。よって、蛍光体層の局所的な劣化を防止でき、蛍光体層の使用寿命を延長でき、表示輝度を高めることができた。
【００３８】
図７には、この発明の第２の実施の形態に係る電子放出素子４０の平面図を示してある。この電子放出素子４０は、楕円形の陽極４１（第１の導電膜）および楕円環形の陰極４２（第２の導電膜）を有する以外、上述した第１の実施の形態の電子放出素子１６と同じ構造を有する。よって、ここでは、上述した第１の実施の形態の電子放出素子１６と同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３９】
この電子放出素子４０によると、楕円形の陽極４１と楕円環形の陰極４２との間に形成されるギャップＧの形状も楕円環状となるため、この電子放出素子４０から放出されて蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂに照射される電子ビームのスポットＳの形状も楕円環状となる。また、電子ビームの軌道を変更すればスポットＳの形状を楕円形とすることもできる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によると、陽極４１および陰極４２の形状を変更することで、電子ビームのスポットＳの形状も容易に変更でき、蛍光体層に対するスポットＳの面積比をより大きくすることもできる。なお、スポットＳの形状を変更する場合、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの形状（本実施の形態では矩形）に合わせることが有効であり、この他に、矩形や多角形のスポットＳを形成するようにしても良い。
【００４１】
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。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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】この発明の第１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（ａ）、および断面図（ｂ）。
【図６】図５の電子放出素子から放出される電子ビームのスポット形状を示す図。
【図７】この発明の第２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。
【符号の説明】
【００４３】
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、４０…電子放出素子、１８…配線、２１、４１…陽極、２２、４２…陰極、３１…Ｘ配線、３２…Ｙ配線、３３、３４…枝配線、Ｇ…ギャップ。
【図１】
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【図２】
2006173007.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006173007.tif 000007
【図６】
2006173007.tif 000008
【図７】
2006173007.tif 000009