(57)【要約】本発明は冷陰極表示装置に関し、特に、厚みが薄く表示面積が広い冷陰極表示装置において、アノードを引出電極より十分離して耐電圧を確保することができると共に、電子ビーム径を蛍光体のサイズより十分小さくすることができる冷陰極表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。  そして、上記目的を達成するために、従来の冷陰極表示装置の構造にフォーカス電極（３）が追加された構造である。このフォーカス電極（３）は、引出電極（５）及びカソード（７）を背面基板（９）とで挟む位置に設けられている。フォーカス電極（３）上には電子通過窓（４）が設けられており、この電子通過窓（４）が、カソード７及び電子通過窓（６）上に位置するように、フォーカス電極（３）が配置されている。また、フォーカス電極（３）は、引出電極（５）と絶縁物を介して一定の距離を有して固着支持されている。
2003085692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空に排気された空間を有する対向配置された第１、第２基板（９，１）であって表示面となる前記第２基板（１）の少なくとも表示面部分が透過性を有する一対の基板と、
前記第２基板（１）上の前記空間側の所定の位置に配置され、陽極及び前記陽極上に配置される蛍光体とを有する発光部（２）と、
前記第１基板（９）上の前記空間側の前記発光部（２）に対向する位置に配置され、所定の電位が印加されると電子を放出する電子放出部（７）と、
前記電子放出部（７）と前記発光部（２）との間に設けられ、前記電子放出部（７）から放出された電子を制御する引出電極（５）と、
前記発光部（２）と前記引出電極（５）との間に設けられ、前記電子放出部（７）から放出された電子を通過させるための窓（４）を有するフォーカス電極（３）と、を備えた冷陰極表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷陰極表示装置であって、
前記フォーカス電極（３）は板状体よりなり、前記窓（４）は前記板状体に細長格子状に形成されていることを特徴とする、冷陰極表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の冷陰極表示装置であって、
前記フォーカス電極（３）は多数の線状体よりなり、前記窓（４）は前記線状体を平行離間配置することによりストライプ状に形成されていることを特徴とする、冷陰極表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の冷陰極表示装置の製造方法であって、
（ａ）前記引出電極（５）が前記第１基板（９）の前記電子放出部（７）上に印刷法により形成される工程、
（ｂ）前記フォーカス電極（３）が前記第１基板（９）上に印刷法により形成される工程、を備える冷陰極表示装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の冷陰極表示装置の製造方法であって、
前記（ｂ）工程は、前記第１基板（９）上に衝立（８）を形成し、さらに前記衝立（８）上に前記フォーカス電極（３）を印刷法で形成することを特徴とする、冷陰極表示装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の冷陰極表示装置であって、
前記フォーカス電極（３）は、非円形又は矩形の複数の前記窓（４）を有し、
前記窓（４）の長軸又は長辺は、前記発光部（２）に形成された前記蛍光体の長辺と平行で、前記引出電極（５）に形成された非円形又は矩形の通過窓（６）の長軸又は長辺と直交し、
１つの前記窓（４）に対して、複数の前記通過窓（６）が設けられていることを特徴とする、
冷陰極表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の冷陰極表示装置であって、
前記窓（４）の短軸又は短辺の長さは、前記フォーカス電極（３）の板厚の２倍より短いことを特徴とする、
冷陰極表示装置。
【請求項８】
請求項１に記載の冷陰極表示装置であって、
前記フォーカス電極（３）と前記電子放出部（７）との間隔ｄは、前記電子放出部（７）と前記陽極との間隔Ｄ、前記電子放出部（７）の幅ｗ、蛍光体のピッチＷ及び陽極電圧Ｖａとの関係において、（Ｄ／ｄ−１）×ｗ×（９／Ｖａ）１／２／Ｗ＜２２の関係を満たしていることを特徴とする、
冷陰極表示装置。
【請求項９】
請求項１に記載の冷陰極表示装置であって、
隣接する前記窓（４）の間隔ＷＧは、前記フォーカス電極（３）と前記引出電極（５）との間隔ｄＦＧ、前記電子放出部（７）の電圧を基準とした時の前記フォーカス電極（３）の電圧ＶＦ及び引出電極（５）の電圧ＶＧとの関係において、ＷＧ＞ＶＦ／ａｂｓ（ＶＰ−ＶＧ）×ｄＦＧの関係を満たしていることを特徴とする、
冷陰極表示装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の冷陰極表示装置であって、
前記引出電極（５）は、一画素内に非円形又は矩形の複数の通過窓（６）を有し、
前記通過窓（６）は、前記電子放出部（７）と前記引出電極（５）とが交差する部分に、前記電子放出部（７）の方向に１列に配置されていることを特徴とする、
冷陰極表示装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の冷陰極表示装置であって、
前記電子放出部（７）の幅は、前記引出電極（５）の通過窓（６）の長軸の長さから、前記引出電極（５）と前記電子放出部（７）との間隔の２倍の長さを減算した長さになることを特徴とする、
冷陰極表示装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の冷陰極表示装置であって、
前記引出電極（５）は、非円形又は矩形の複数の通過窓（６）を有し、
前記通過窓（６）の長軸又は長辺は、前記電子放出部（７）の長手方向と直交し、
前記通過窓（６）の短軸又は短辺は、前記電子放出部（７）と前記引出電極（５）との間隔の１／２以上であることを特徴とする、
冷陰極表示装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は冷陰極表示装置に関し、特に、厚みが薄く表示面積が広い冷陰極表示装置に関する。
背景技術
冷陰極表示装置は、少なくとも一方が透明な一対の基板を対向配置させたことにより形成される空間内で、電子放出部から放出された電子を蛍光体に衝突させて所望のパターンを表示させる表示装置である。図１３に従来技術の冷陰極表示装置の構造を示す。
背面基板１０１と前面基板１０２は、スペーサ１０３を介して対向配置され外囲器を形成している。この外囲器内は真空に排気される。背面基板１０１，前面基板１０２とスペーサ１０３とは、ガラスフリット１０４で固着され、また、冷陰極表示装置の性質上、少なくとも表示面となる前面基板１０２の一部が透明であることが必要である。前面基板１０２上の内側には、所定のパターンを表示できるように発光部が形成されており、この発光部は、陽極となる透明電極１０８、その上に蛍光体１０９が積層される構造となっている（以下、この部分を「アノード」ともいう。）。
一方、背面基板１０１上の内側には、アノードに対応して電子放出部が形成されており、この電子放出部は、陰極となる基板電極１０５、その上に冷陰極材料１０６が積層される構造となっている（以下、この部分を「カソード」ともいう。）。ここで、電子放出部は、従来フィラメントが使用されていたが、最近では印刷法で形成できるカーボンナノチューブを含む導電層が電界放出型冷陰極材料として使用されるようになっている。その理由は、カーボンナノチューブを含む導電層を電子源として使用する方が、フィラメントを使用するより高輝度、長寿命であり、また導電層は印刷法で形成することが可能なため安価で製造可能であるからである。また、カーボンナノチューブを含む導電層を電界放出型冷陰極材料に使用することについては、特開２００１−１５５６６６に詳しい。
次に、アノードとカソードとの間には、電子を制御するための引出電極１０７が設けられており、この引出電極１０７は、カソードから放出された電子が通過するための開口部がカソードと交差する位置に多数設けられている。この引出電極１０７は、引出電極１０７の一部を曲げて作られた脚部を背面基板１０１上にガラスフリットで固着して、背面基板１０１上に固定される構造である。この引出電極１０７には外部から電位を供給する必要がある。そのため、引出電極１０７は、一部がガラスフリット１０４を貫通して外部に突出している銅配線電極１１０と外囲器内で接続されている。また、基板電極１０５や透明電極１０８も同様に外部から電位を供給する必要があるため、銅配線電極とそれぞれ接続されている。なお、図１３では、引出電極１０７と銅配線電極１１０との接続のみ示している。
次に、冷陰極表示装置の動作原理について説明する。基本的には三極電子管に類似しており、１０−３〜１０−５Ｐａ程度の真空に保たれた外囲器内でカソードである基板電極１０５に電位を印加することにより冷陰極材料１０６から電子が放出される。その放出された電子は、引出電極１０７により制御されるとともに、アノードである透明電極１０８とカソードである基板電極１０５との電位差により加速される。加速された電子は、アノードである蛍光体１０９に達し、蛍光体を励起する。この励起された蛍光体は、定常状態に戻る際に発光する。この発光を利用して、冷陰極表示装置は所望の表示を行う。
従来の冷陰極表示装置は、単純な三極電子管でありアノード、引出電極とカソードから構成されていた。この場合、以下のような問題点があった。
従来の冷陰極表示装置の引出電極構造は、引出電圧と引出効率が主眼に、引出電極の孔径、板厚、カソードとの間隔を最適化する設計がなされていた。しかし、引出電極の孔径、板厚、カソードとの間隔を最適化しても、カソードから放出された電子（以下、「電子ビーム」ともいう。）のアノード面上でのサイズを十分小さくすることができなかった。そのため、電子ビームがアノード面上に届くまでの距離を短くして、電子ビームのアノード面上でのサイズ（以下、「電子ビーム径」ともいう。）をアノードの蛍光体のサイズより小さくしていた。つまり、アノードと引出電極との間隔を狭くしなければならなかった。
アノードと引出電極との間隔を狭くしなければならないため、アノードと引出電極間に印加できる電圧は限られた値となり、高電圧を印加できなかった。アノードに高電圧を印加できないことは、蛍光体での発光効率を十分高めることができないことであり、十分な輝度の冷陰極表示装置が得られない問題があった。
また、アノードと引出電極との間隔を狭くしなければならないため、カソードとアノードとの間隔も狭くなる。そのため、冷陰極表示装置全体の構成としてカソードの電子放出部のサイズとアノードの蛍光体のサイズがほぼ１：１になるような構成にする必要があった。その結果、電流値の調整を行うため引出電極の電圧を変動させることにより、引出電極近傍の収束力が変動して電子ビーム径が変動するような場合、その電子ビーム径の変動がダイレクトにアノードの蛍光体の発光に影響を与えるので、画素間の輝度がばらつく問題があった。
また、アノードと引出電極との間隔を狭くしなければならないため、組み立て精度が要求される。そのため、組み立て精度が悪いと、電子ビームの位置がずれ、隣の蛍光体を発光させる多色打ちが発生し、色純度の劣化を引き起こす問題があった。
さらに、カソード面から電子が局在して放出される問題があった。この原因は以下の通りである。通常の冷陰極電子源の場合、エミッション特性は突起状の形状をしたカソード表面上の電界強度とカソード表面の仕事関数により決定される。しかし、電界強度は突起の形状に非常に敏感に依存するため、カソード表面上の仕事関数を何らかの方法でそろえたとしても、カソードの表面をμｍ以下の精度で平坦化することは技術的に困難である。そのため、カソード表面の突起に高さ方向のばらつきが出ることは避けられず、カソードの電子放出量はカソード表面の電界に強く依存することになる。従って、カソード表面の突起形状の微妙な違いにより、電子を放出しやすい部分と放出しにくい部分が生じ、電子を放出しやすい部分で一旦電子放出が始まると表面電界の増加に伴って指数関数的に電流値が増える。その結果、電子放出領域はカソード表面上で局在し、点灯する画素は発光点がドット状に点在する画素となり、画質を劣化させる問題があった。
発明の開示
本発明は、上記のような問題点を解決し、アノードを引出電極より十分離して耐電圧を確保することができ、電子ビーム径を蛍光体のサイズより十分小さくすることができ、画素の発光点がドット状に点在するのを緩和し画質の劣化を抑えることができる冷陰極表示装置の構造及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る冷陰極表示装置は、真空に排気された空間を有する対向配置された第１、第２基板であって表示面となる第２基板の少なくとも表示面部分が透過性を有する一対の基板と、第２基板上の空間側の所定の位置に配置され、陽極及び陽極上に配置される蛍光体とを有する発光部と、第１基板上の空間側の発光部に対向する位置に配置され、所定の電位が印加されると電子を放出する電子放出部と、電子放出部と発光部との間に設けられ、電子放出部から放出された電子を制御する引出電極と、発光部と引出電極との間に設けられ、電子放出部から放出された電子を通過させるための窓を有するフォーカス電極とを備えている。
本発明に係る冷陰極表示装置によれば、アノードを引出電極より十分離して耐電圧を確保することができ、電子ビーム径を蛍光体のサイズより十分小さくすることができ、画素の発光点がドット状に点在するのを緩和し画質の劣化を抑えることができる。
この発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
発明を実施するための最良の形態
１．実施の形態１
図１に実施の形態１の冷陰極表示装置の斜視図を示す。まず、本実施の形態の前面基板１の構造は、従来の冷陰極表示装置の前面基板の構造と同様であり、前面基板１上にアノード２を所定の表示パターンに合わせて設けている。本実施の形態ではストライプ状にアノード２が形成されている。図２に前面基板１及びアノード２の拡大図を示す。ここで、アノード２は、前面基板１上に陽極である透明電極が形成され、その上に蛍光体を積層した構造である。
一方、本実施の形態の背面基板９の構造は、背面基板９上にアノード２と対応する位置にカソード７が形成され、背面基板９上のカソード７に隣接する位置に衝立８が形成されている。本実施の形態ではストライプ状にカソード７のラインと衝立８のラインが形成され、カソード７のラインは１００μｍ幅で２００μｍピッチで配置されている。図３に背面基板９上のカソード７及び衝立８の平面図を示す。ここで、カソード７は、背面基板９上に陰極である電極がストライプ状に形成され、さらにその上に冷陰極材料が積層された構造である。衝立８は、ガラスフリットをスクリーン印刷法やプラスト法などを用いてストライプ状に形成している。
さらに、ストライプ状に形成された引出電極５が、カソード７のストライプと直交する位置で、且つカソード７が形成されている背面基板９上に設けられている。この引出電極５には電子通過窓６が設けられ、この電子通過窓６がカソード７上に位置するように、引出電極５が配置されている。また、引出電極５は、衝立８にガラスフリットで固着支持されている。図４に引出電極５を拡大した平面図を示す。図４では３本の引出電極５が示されている。なお、一本の引出電極５には画素の対応する位置に複数の電子通過窓６が設けられており、１画素には１０個程度の電子通過窓６が設けられている。この窓は長辺が１００μｍ、短辺が２０μｍであり６０μｍピッチ毎に設けられている。また、引出電極の電子通過窓６近傍に設けられた丸孔は、引出電極５と衝立８とをガラスフリットで固着支持するための孔である。
次に、本実施の形態の背面基板９の構造は、さらにフォーカス電極３を備える。この１枚の金属の板状体で形成されているフォーカス電極３は、引出電極５及びカソード７が形成されている背面基板９上に設けられている。また、フォーカス電極３には電子通過窓４が設けられ、この電子通過窓４がカソード７及び引出電極の電子通過窓６上に位置するように、フォーカス電極３は配置されている。このフォーカス電極３は、引出電極５と絶縁物を介して一定の距離を有して固着支持されている。図５にフォーカス電極を拡大した平面図を示す。なお、フォーカス電極３は、背面基板とほほ同じ大きさの１枚の電極で形成されており、電子通過窓４は、長辺が５００μｍで短辺が１００μｍで、１画素に１窓が対応するよう格子状に存在する。また、フォーカス電極３の板厚は１００μｍである。
本実施の形態の冷陰極表示装置の構造は、上記の前面基板の構造を有する前面基板１と上記の背面基板の構造を有する背面基板９とをアノード２とカソード７が対向するように配置し、一定の間隔を保つようにスペーサを介して外周を固着支持した構造である。なお、必要に応じて内部にも前面基板１と背面基板９との距離を一定に保つためのスペーサを用いる場合がある。冷陰極表示装置を駆動するためには、フォーカス電極３や引出電極５等の電極は、外部より電位が供給されなければならない。そのため、これらの電極は、必要に応じて外部の電極と接続しているが、図１ではこれらの電極と外部の電極との接続部分は図示していない。
ここで、上記の窓の寸法や板厚等のパラメータは例示であり、個々の冷陰極表示装置の仕様によって適宜設計可能な数値である。また、本実施の形態では、アノード２に配置された蛍光体及びカソード７は、ストライプ状に形成されたいるが、これは例示であり、マトリックス状に形成されても良い。
次に、本実施の形態のフォーカス電極の動作について説明する。図６に図１のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面でのカソード７から放出された電子の軌道（以下、「電子ビームの軌道」ともいう。）を示す。ここで、カソード７から放出されている矢印は電子の流れを示し、斜線は電子の広がりを表している。また、カソード７のラインに対して直交する方向をＸ方向、カソード７のラインに対して平行な方向をＹ方向、カソード７からアノード２への方向をＺ方向とする。
まず、Ｘ方向のＡ−Ａ断面の電子ビームの軌道について説明する（図６（ａ））。カソード７からＺ方向に放出された電子（電子ビーム）は、引出電極５に引っ張られる。しかし、Ｘ方向の引出電極の電子通過窓６は長辺側であり、引出電極５は電子ビームの軌道から離れた位置に存在する。そのため、電子ビームの軌道は、Ｘ方向にはあまり力を受けずに引出電極の電子通過窓６を通過する。
引出電極５を通過した電子は、引出電極５とフォーカス電極３との電位差によって緩やかに加速される。また、フォーカス電極３によりＸ方向にも力を受けるため、電子ビームの軌道は広がることになる。しかし、引出電極５とフォーカス電極３との距離を短くすることで、電子ビームの軌道の広がりを抑え電子がフォーカス電極３に衝突することを防いでいる。また、Ｘ方向のフォーカス電極３の電子通過窓４は短辺側であり、電子ビームの軌道の近傍にフォーカス電極３が存在する。このフォーカス電極３の近傍ではアノード２からの電界の影響を受けるため、電子ビームの軌道は収束するような方向に力を受ける。従って、Ｘ方向のＡ−Ａ断面の電子ビームの軌道は、フォーカス電極３により緩やかに収束されアノード面上でフォーカスされることになる。
次に、Ｙ方向のＢ−Ｂ断面の電子ビームの軌道について説明する（図６（ｂ））。カソード７からＺ方向に放出された電子（電子ビーム）は、引出電極５に引っ張られる。しかし、Ｙ方向の引出電極の電子通過窓６は短辺側であり、引出電極５が電子ビームの軌道の近傍に存在する。そのため、電子ビームの軌道はＹ方向に力を受け、引出電極５に近いほど引っ張られる。図６（ｂ）にＹ方向のＢ−Ｂ断面の電子ビームの軌道が引出電極５通過後に広がるようすを示す。
引出電極５を通過した電子は、引出電極５とフォーカス電極３との電位差によって緩やかに加速される。また、フォーカス電極３によりＹ方向にも力を受けるため、電子ビームの軌道は広がることになる。さらに、Ｙ方向のフォーカス電極の電子通過窓４は長辺側であり、電子ビームの軌道の近傍にはフォーカス電極３が存在しない。そのため、アノード２からの電界の影響により生じるフォーカス電極３の近傍での電子ビームの軌道を収束させるような力は、ほとんど受けない。従って、Ｙ方向のＢ−Ｂ断面の電子ビームの軌道は、収束を受けず緩やかにアノード面上に広がってフォーカスされることになる。
図６（ｂ）では、１画素中の１つの引出電極の電子通過窓４からの電子ビームの軌道を示した。しかし、１画素中には複数の引出電極の電子通過窓４が存在するため１画素分では図６（ｃ）のような電子ビームの軌道となる。その結果、本実施の形態のようにフォーカス電極３を追加すると、電子ビームの軌道はＸ方向に収束し、Ｙ方向に広がる軌道となる。なお、図６では、引出電極５（−１０Ｖ）とカソード７（−９０Ｖ）との間には８０Ｖ、引出電極５とフォーカス電極３との間には２００Ｖの電位差が印加されている場合の電子ビームの軌道を示した。
次に、図７に引出電極５（−１０Ｖ）とカソード７（−３０Ｖ）との間に２０Ｖ、引出電極５とフォーカス電極３との間には２００Ｖの電位差を印加した場合の電子ビームの軌道を示す。ここで、カソード７から放出されている矢印は電子の流れを示し、斜線は電子の広がりを表している。図７（ａ）はＸ方向のＡ−Ａ断面の電子ビームの軌道を示す図であり、この場合の電子ビームの軌道は、図６（ａ）と同様フォーカス電極３により緩やかに収束されアノード面上にフォーカスされることになる。図７（ｂ）は１つの引出電極の電子通過窓４からのＹ方向のＢ−Ｂ断面の電子ビームの軌道、図７（ｃ）は１画素分のＹ方向のＢ−Ｂ断面の電子ビームの軌道を示す図であり、この場合、引出電極５とカソード７との間の電位差が小さいため、Ｙ方向に働く力が弱く電子ビームの軌道は広がらずにアノード面上にフォーカスされることになる。
上記のように引出電極５とカソード７との間の電位差を変化させた場合のアノード面上の電子ビーム径の変化を図８に示した。図８では、引出電極５の電圧を−１０Ｖに固定してカソード７の電圧（Ｅｋ）のみを変化させている。図８から、カソード７の電圧（Ｅｋ）を変化させてもＸ方向の電子ビーム径はほとんど変化しないことがわかる。一方、Ｙ方向の電子ビーム径はカソード７の電圧（Ｅｋ）を減少させると電子ビーム径が増加することがわかる。つまり、Ｘ方向の電子ビーム径は引出電極５とカソード７との間の電位差の変化に影響を受けず、Ｙ方向の電子ビーム径は引出電極５とカソード７との間の電位差の増加にともない増加する。ここで、引出電極５（−１０Ｖ）とカソード７（Ｅｋ＝−９０Ｖ）との間の電位差が８０Ｖのとき、Ｘ方向の電子ビーム径は２０μｍに絞られ、Ｙ方向の電子ビーム径は４００μｍに広がる。
一方、図９に、フォーカス電極３のない場合の引出電極５とカソード７との間の電位差とアノード面上の電子ビーム径の変化を示す。図９でも、引出電極５の電圧を−１０Ｖに固定してカソード７の電圧（Ｅｋ）を変化させている。図９では、カソード７の電圧（Ｅｋ）が−１００Ｖのとき最も小さい電子ビーム径となり、この点が上記の構造をレンズ系とみた場合のジャストフォーカスとなる。しかし、カソード７の電圧（Ｅｋ）が−１００Ｖからずれると、ジャストフォーカスからずれ過収束又は未収束の状態となりアノード面上の電子ビーム径は急激に変化する。従って、フォーカス電極３のない場合、電子ビーム径は引出電極５とカソード７との間の電位差に大きく影響を受けることになる。なお、フォーカス電極３のない場合、電子ビーム径にＸ方向、Ｙ方向の異方性はない。
上記により、冷陰極表示装置にフォーカス電極３を加えることにより、アノード面上の電子ビーム径を蛍光体のサイズより小さく制御することが可能となる。また、引出電極５とカソード７との間の電位差に無関係に電子ビーム径を制御することも可能となる。そのため、アノード２と引出電極５との距離を制限して電子ビーム径を制御する必要がなく、アノード２と引出電極５との耐電圧を十分確保できる距離にすることが可能である。
また、アノードと引出電極との間隔を広くできるため、カソードとアノードとの間隔も広くなる。そのため、冷陰極表示装置全体の構成としてカソードの電子放出部のサイズとアノードの蛍光体のサイズがほぼ１：１になるような構成にする必要がない。つまり、電流値の調整を行うため引出電極の電圧を変動させることにより引出電極近傍の収束力が変動して電子ビーム径が変動するような場合でも、その電子ビーム径の変動がダイレクトにアノードの蛍光体の発光に影響を与えるのを和らげ、画素間の輝度がばらつく問題を緩和する。
また、アノードと引出電極との間隔を広くできるため、組み立て精度の要求が緩和される。そのため、組み立て精度が悪いことにより、電子ビームの位置がずれ、隣の蛍光体を発光させる多色打ちが生じ、色純度を劣化させる問題を緩和できる。
さらに、電子放出領域がカソード表面上で局在し、点灯する画素がドット状の発光点の点在する画素となり、画質を劣化させる問題は、冷陰極表示装置にフォーカス電極３を加えることにより緩和される。つまり、局在する電子放出領域から電子が放出されると、電子ビームの軌道がフォーカス電極３によりＹ方向に広げられる。この電子ビームの軌道を広げることによりアノード面上で、別の局在する電子放出領域から放出された電子ビームの軌道と互いに重複し合いアノード面上の蛍光体を発光させる。そのため、点灯する画素内でドット状に発光するのを均一化し、画質の劣化問題を緩和させることかできる。
本実施の形態に係る冷陰極表示装置は、真空に排気された空間を有する対向配置された前面基板１、背面基板９であって表示面となる前面基板１の少なくとも表示面部分が透過性を有する一対の基板と、背面基板９上の空間側の所定の位置に配置され、陽極及び陽極上に配置される蛍光体とを有するアノード２と、背面基板９上の空間側のアノード２に対向する位置に配置され、所定の電位が印加されると電子を放出するカソード７と、カソード７とアノード２との間に設けられ、カソード７から放出された電子を制御する引出電極５と、アノード２と引出電極５との間に設けられ、カソード７から放出された電子を通過させるための電子通過窓４を有するフォーカス電極３とを備えている。本実施の形態に係る冷陰極表示装置によれば、アノード２を引出電極５より十分離して耐電圧を確保することができ、電子ビーム径を蛍光体のサイズより十分小さくすることができ、画素の発光点がドット状に点在するのを緩和し画質の劣化を抑えることができる。
本実施の形態に係る冷陰極表示装置は、フォーカス電極３が板状体よりなり、電子通過窓４は板状体に細長格子状に形成されている。本実施の形態に係る冷陰極表示装置によれば、アノード２を引出電極５より十分離して耐電圧を確保ことができ、電子ビーム径を蛍光体のサイズより十分小さくことができ、画素の発光点がドット状に点在するのを緩和し画質の劣化を抑えることができる。
２．実施の形態２
図１０に本実施の形態のフォーカス電極３の形状の斜視図を示す。実施の形態１では、フォーカス電極３の形状は、図１や図５に示すような背面基板９とほぼ同じ大きさの１枚の電極に電子通過窓４が格子状に設けられている形状であった。この電子通過窓４は、画素に対応して設けられている。
しかし、実施の形態１のフォーカス電極３の形状では、電子通過窓４が画素に対応して設けられているため、電子通過窓４をカソード７及び引出電極の電子通過窓６に位置合わせする必要があった。この位置合わせは、電子通過窓４が長辺５００μｍ、短辺１００μｍと小さいため、高い位置合わせ精度が要求される。仮にフォーカス電極３の位置合わせにずれが生じると、十分な電子ビームがアノード２側に届かなくなり蛍光体の発光が低下し、画質を劣化させる。
そこで、本実施の形態のフォーカス電極３は、電子通過窓４をストライプ状にした形状である。つまり、フォーカス電極３を平行離間配置した多数の金属の線状体により構成し、カソード７のラインに直交する方向には電極が存在しないフォーカス電極３の形状である。このようなストライプ状のフォーカス電極３とすることで、カソード７のライン方向には高い精度の位置合わせが必要でなくなり、製造が容易になる。
なお、本実施の形態のフォーカス電極３の形状であっても、実施の形態１のフォーカス電極３と同様、本実施の形態のフォーカス電極３はカソード７のラインに直交する方向（Ｘ方向）には電子ビーム径を絞る働きを有し、カソード７のラインの方向（Ｙ方向）には電子ビーム径を広げる働きを有する。
本実施の形態に係る冷陰極表示装置は、フォーカス電極３が多数の線状体よりなり、電子通過窓４は線状体を平行離間配置することによりストライプ状に形成されている。本実施の形態に係る冷陰極表示装置によれば、さらにフォーカス電極３の電子通過窓４と引出電極５の電子通過窓６等との位置合わせ精度が緩和される。
３．実施の形態３
図１１に実施の形態３の背面基板上の構成を示した斜視図を示す。図１１に示す冷陰極表示装置の構造は、フォーカス電極３及び引出電極５が印刷法を用いて背面基板９上に形成されている。
図１２に実施の形態３のカソード近傍の構造の製造プロセスを示す。まず、背面基板９を洗浄後（図１２（ａ））、背面基板９上にカソード電極となる電極を蒸着により形成し（図１２（ｂ））、その上にカーボンナノチューブ等を含む冷陰極材料を印刷で塗布し乾燥・研磨してカソード７を形成する（図１２（ｃ））。さらに、背面基板９上の全面に絶縁膜を塗布し（図１２（ｄ））、その絶縁膜上に、カソード７のラインと直交する引出電極５を印刷で形成する（図１２（ｅ））。なお、印刷で形成された引出電極５にも電子を通過させるための窓が設けられている。その後、カソード７が形成されていない部分の引出電極５上に、ガラスペーストを印刷・乾燥・研磨してカソード７のラインに平行な衝立８を形成し（図１２（ｆ））、その衝立８上にフォーカス電極３を印刷で形成する（図１２（ｇ））。
このように印刷法を用いてフォーカス電極３及び引出電極５を形成した場合、精度良くフォーカス電極３及び引出電極５を形成することが可能であり、フォーカス電極３及び引出電極５の組み立てるプロセスも不要になる利点がある。このような本実施の形態の製造方法で作製されたフォーカス電極３であっても、実施の形態１と同様、本実施の形態のフォーカス電極３はカソード７のラインに直交する方向（Ｘ方向）には電子ビーム径を絞る働きを有し、カソード７のラインの方向（Ｙ方向）には電子ビーム径を広げる働きを有する。
本実施の形態に係る冷陰極表示装置の製造方法は、引出電極５が背面基板９上に印刷法により形成される工程と、フォーカス電極３が背面基板９上に印刷法により形成される工程を備える。本実施の形態に係る冷陰極表示装置の製造方法によれば、さらに精度良く引出電極５及びフォーカス電極３を形成することが可能であり、引出電極５及びフォーカス電極３の組み立てるプロセスも不要になる。
また、本実施の形態に係る冷陰極表示装置の製造方法は、フォーカス電極３が背面基板９上に印刷法により形成される工程が、背面基板９上に衝立８を形成し、さらに衝立８上にフォーカス電極３を印刷法で形成する。本実施の形態に係る冷陰極表示装置の製造方法によれば、精度良く引出電極５及びフォーカス電極３を形成することが可能であり、引出電極５及びフォーカス電極３の組み立てるプロセスも不要になる。
４．実施の形態４
本実施の形態に係る冷陰極表示装置は、フォーカス電極の窓に関する発明である。実施の形態１で用いて図１に基づいて説明をする。前面基板１上にアノード２がストライプ状に形成されている。図１では、Ｙ方向にアノード２が形成されている。一方、背面基板９上には、アノード２と対応する位置にカソード７が形成され、背面基板９上のカソード７に隣接する位置に衝立８が形成されている。図１では、カソード７及び衝立８もＹ方向にストライプ状に形成されている。例えば、カソード７のラインは１００μｍ幅で２００μｍピッチで配置されている。
さらに、ストライプ状に形成された引出電極５が、カソード７のストライプと直交する位置で、且つカソード７が形成されている背面基板９上に設けられている。この引出電極５には電子通過窓６が設けられ、この電子通過窓６がカソード７上に位置するように、引出電極５が配置されている。また、引出電極５は、衝立８にガラスフリットで固着支持されている。電子通過窓６は、画素の対応する位置に複数設けられており、例えば、１画素には１０個程度の電子通過窓６が設けられている。この電子通過窓６窓は、Ｘ方向に長辺、Ｙ方向に短辺が位置するように設けられ、例えば、長辺が１００μｍ、短辺が２０μｍである。
次に、フォーカス電極３が、引出電極５及びカソード７が形成されている背面基板９上に設けられている。フォーカス電極３にも、電子通過窓４が設けられている。図１では、矩形の電子通過窓４が図示されているが、非円形の電子通過窓４でも良い。この電子通過窓４は、カソード７及び引出電極５の電子通過窓６上に、電子通過窓４の長辺が、アノード２の長辺（Ｙ方向）と平行に位置するように配置されている。引出電極５の電子通過窓６の長辺（Ｘ方向）に対して、電子通過窓４の長辺は直交している。
引出電極５の電子通過窓６が、１つのフォーカス電極３の電子通過窓４に対して複数設けられている構成であるため、１つの電子通過窓６を通過した電子と他の電子通過窓６を通過した電子とが電子通過窓４を通過する際に重なる。そのため、電子通過窓６を通過する電子のバラツキを電子通過窓４を通過する際に平均化することができ、均一な分布の電子がアノード２に供給することができる。
また、電子通過窓６の長辺方向をＸ方向に、電子通過窓４の長辺方向をＹ方向にすることで、電子のＸ方向への収束を電子通過窓４を通過する際に制御している。引出電極５とカソード７間の電圧を制御して、電子の電流値を変化させて冷陰極表示装置の階調表現を行う場合、上述のような構成であれば、引出電極５の電圧の変化で電子のＸ方向への収束には影響を受けない。そのため、アノード２に電子が到達する際に、Ｘ方向に電子が広がりすぎ他の画素を発光させる問題は生じない。
本実施の形態に係る冷陰極表示装置は、フォーカス電極３が、非円形又は矩形の複数の電子通過窓４を有し、電子通過窓４の長軸又は長辺が、アノード２に形成された蛍光体の長辺と平行で、引出電極５に形成された非円形又は矩形の電子通過窓６の長軸又は長辺と直交し、１つの電子通過窓４に対して、複数の電子通過窓６が設けられている。本実施の形態に係る冷陰極表示装置によれば、分布に偏りがない電子をアノード２に供給することができる。また、冷陰極表示装置の階調表現を行う際に、電子の収束に影響を与えない。
５．実施の形態５
本実施の形態は、フォーカス電極３の窓と板厚との関係を数値限定するものである。本実施の形態の構造は、実施の形態１に示されたものとほぼ同じ構造であり、図１に示されている。背面基板９の構造は、背面基板９上にアノード２と対応する位置にカソード７が形成され、背面基板９上のカソード７に隣接する位置に衝立８が形成されている。本実施の形態ではストライプ状にカソード７のラインと衝立８のラインが形成され、カソード７のラインは１００μｍ幅で２００μｍピッチで配置されている。図３に、背面基板９上のカソード７及び衝立８の平面図を示す。ここで、カソード７は、背面基板９上に陰極である電極がストライプ状に形成され、さらにその上に冷陰極材料が積層された構造である。衝立８は、ガラスフリットをスクリーン印刷法やブラスト法などを用いてストライプ状に形成している。
一方、アノードはＲＧＢの蛍光体がストライプ上に形成されている構造となっており、ＲＧＢの１組がピッチ０．６ｍｍで形成されている。また、コントラスト改善のためにブラックストライプを各蛍光体の間に形成している。ここで、蛍光体の幅は、１００μｍであり、発光効率の改善と電気的な導通を目的としてアノード２上に、アルミバックが形成されている。また、アノード２とカソード７との距離は、約９ｍｍであり、この間に９ｋＶの電圧が印加されている。
さらに、ストライプ状に形成された引出電極５が、カソード７のストライプと直交する位置で、且つカソード７が形成されている背面基板９上に設けられている。この引出電極５には電子通過窓６が設けられ、この電子通過窓６がカソード７上に位置するように、引出電極５が配置されている。また、引出電極５は、衝立８にガラスフリットで固着支持されている。なお、一本の引出電極５には画素の対応する位置に複数の電子通過窓６が設けられており、１画素には１０個程度の引出電極の電子通過窓６が設けられている。この窓は長辺が１００μｍ、短辺が２０μｍであり６０μｍピッチ毎に設けられている。ここで、電子放出部であるカソード７の幅は１００μｍとしている。
次に、フォーカス電極３が、引出電極５及びカソード７が形成されている背面基板９上に設けられている。フォーカス電極３にも、電子通過窓４が設けられている。図１４に、アノード２に印加される電圧によりカソード７上に誘起される電界強度比と電子通過窓４の短辺の長さ／フォーカス電極の板厚との関係を示している。アノード２に印加される電圧によりカソード７上に誘起される電界強度比は、本実施の形態において電界強度比と、電子通過窓４の短辺の長さ／フォーカス電極の板厚は、本実施の形態において短辺の長さ／板厚という。図１４に示されるように、短辺の長さ／板厚の比が２を超えると電界強度比が非常に大きくなることがわかる。電界強度比が大きくなることは、アノード２に印加される電圧の影響が、カソード７に対して大きくなることであり、相対的に引出電極５の電子に対する影響が小さくなることである。つまり、アノード２に印加された電圧により、引出電極５による電子の制御性が悪化することである。
そこで、本実施の形態では、図１４に示した電界強度比に対する短辺の長さ／板厚の関係を利用し、短辺の長さ／板厚の比を２より小さくする。つまり、フォーカス電極３の電子通過窓４の短辺の長さを、フォーカス電極３の板厚の２倍より短い値にすることである。なお、本実施の形態では、電子通過窓４は矩形として取り扱ったが、電子通過窓４は非円形でも良く、その場合、短辺の長さ／板厚は、短軸の孔径／板厚と読み替える。
本実施の形態に係る冷陰極表示装置は、電子通過窓４の短軸又は短辺の長さが、フォーカス電極３の板厚の２倍より短い。本実施の形態に係る冷陰極表示装置によれば、アノード２に印加される電圧の影響が、カソード７に対して大きくなることはなく、引出電極５による電子の制御性を悪化させない。
６．実施の形態６
本実施の形態は、フォーカス電極３とカソード７の位置関係を数値限定するものである。本実施の形態の構造も、実施の形態１に示されるものとほぼ同じ構造であり、図１に示されている。背面基板９の構造は、背面基板９上にアノード２と対応する位置にカソード７が形成され、背面基板９上のカソード７に隣接する位置に衝立８が形成されている。ここで、カソード７は、背面基板９上に陰極である電極がストライプ状に形成され、さらにその上に冷陰極材料が積層された構造である。衝立８は、ガラスフリットをスクリーン印刷法やプラスト法などを用いてストライプ状に形成している。
一方、アノード２はＲＧＢの蛍光体がストライプ上に形成されている構造となっており、ＲＧＢの１組がピッチ０．６ｍｍで形成されている。また、コントラスト改善のためにブラックストライプを各蛍光体の間に形成している。ここで、蛍光体の幅は、１００μｍであり、発光効率の改善と電気的な導通を目的としてアノード２上に、アルミバックが形成されている。また、アノード２とカソード７との距離は約９ｍｍであり、この間に９ｋＶの電圧が印加されている。
さらに、ストライプ状に形成された引出電極５が、カソード７のストライプと直交する位置で、且つカソード７が形成されている背面基板９上に設けられている。この引出電極５には電子通過窓６が設けられ、この電子通過窓６がカソード電極７上に位置するように、引出電極５が配置されている。次に、フォーカス電極３が、引出電極５及びカソード７が形成されている背面基板９上に設けられている。フォーカス電極３にも、電子通過窓４が設けられている。図１５は、フォーカス電極３とカソード７との間隔に対するアノード２上の電子ビーム径の関係を示している。ここで、フォーカス電極３とカソード７との間隔とは、フォーカス電極３とカソード７との最短距離を表す。つまり、フォーカス電極３の下面からカソード７の上面までの距離が、フォーカス電極３とカソード７との間隔である。
ここで、図１６に、電子ビーム径と蛍光体との関係を示した模式図を示す。ＲＧＢの蛍光体２０の間に、ブラックストライプ２１が形成されている。各蛍光体２０及びブラックストライプ２１の幅は。１００μｍである。図１６において、電子ビームの分布２２は、正規分布で示されている。冷陰極表示装置として表示品位の高い映像を得るためには、電子ビームの分布２２が所定の蛍光体以外の蛍光体を励起しないようにする必要がある。ここで、電子ビームの分布２２とは、ほぼ電子ビーム径と同じであり、以下電子ビーム径という。所定の蛍光体以外の蛍光体を励起しないためには、最大の電子ビーム径を、隣接するブラックストライプ２１の１／２の領域までにとどめる必要がある。つまり、図１６では、電子ビーム径を２００μｍ以下にしなければならない。その結果、図１５よりフォーカス電極３とカソード７との間隔を、２００μｍ以上にしなければならないことがわかる。
上記の関係は、フォーカス電極３とカソード７との間隔により、静電的なレンズが形成されていることを示している。従って、カソード７から放出された電子をフォーカス電極３によりアノード２上に結像させることが考えることができる。このことから、フォーカス電極３とカソード７との間隔をｄ、アノード２とカソード７との間隔をＤ、電子放出部の幅をｗ、蛍光体のＲＧＢ間のピッチ（本実施の形態では０．２ｍｍ）をＷ、アノード電圧をＶａ（ｋＶ）としてモデル化すると、Ｆ×ｗ×（（Ｄ−ｄ）／ｄ）×（９／Ｖａ）１／２＜Ｗの関係が成立する。本実施の形態では、ｄ＝２００μｍ、Ｄ＝９０００μｍ、ｗ＝１００μｍ、Ｗ＝２００μｍ、Ｖａ＝９ｋＶであるため、Ｆ＜１／２２となる。従って、（Ｄ／ｄ−１）×ｗ×（９／Ｖａ）１／２／Ｗ＜２２の関係が成立するように、フォーカス電極３とカソード７との間隔ｄを決定しなければならない。ここで、アノード２とカソード７との間隔とは、アノード２とカソード７との最短距離を表す。つまり、アノード２の下面からカソード７の上面までの距離が、アノード２とカソード７との間隔である。
本実施の形態に係る冷陰極表示装置は、フォーカス電極３とカソード７との間隔ｄがカソード７とアノード２との間隔Ｄ、カソード７の幅ｗ、蛍光体のピッチＷ及びアノード電圧Ｖａとの関係において、（Ｄ／ｄ−１）×ｗ×（９／Ｖａ）１／２／Ｗ＜２２の関係を満たしている。本実施の形態に係る冷陰極表示装置によれば、他の蛍光体に電子を放出して発光させることがないため、表示品位の高い冷陰極表示装置を得ることができる。
７．実施の形態７
実施の形態１１は、フォーカス電極３と引出電極５との間隔と電子通過窓４の間隔と関係について求めた。ここで、フォーカス電極３と引出電極５との間隔とは、フォーカス電極３と引出電極５との最短距離を表す。つまり、フォーカス電極３の下面から引出電極５の上面までの距離が、フォーカス電極３と引出電極５との間隔である。図１７は、本実施の形態に係る冷陰極表示装置の断面図である。特に、冷陰極表示装置のフォーカス電極３及び引出電極５の近傍を拡大した図である。図１７において、基板上にカソード７が形成され、カソード７間には衝立８が形成されている。この衝立８上には、引出電極５が設けられ、さらに引出電極５から距離ｄＦＧ離れた位置にフォーカス電極３が設けられている。ここで、カソード７から放出された電子がアノード（図示せず）に到達できるように、カソード７上には引出電極５の電子通過窓６及びフォーカス電極３の電子通過窓４が形成されている。図１７には、カソード７から放出された第１電子軌道３０と、フォーカス電極３により散乱された電子の第２電子軌道３１を示している。また、図１７において、フォーカス電極３に格子状の形状をした電子通過窓４の間隔をＷＧとし、フォーカス電極３と引出電極５との間隔をｄＦＧとして示している。
引出電極５より引き出された電子は、フォーカス電極３に向かって運動する。しかし、カソード７から放出された段階の電子は、非常に発散角が大きい。そのため、カソード７から放出された電子は、カソード７の真上の電子通過窓４を通過せずに、図１７に示したような第１電子軌道３０を通りり、電子を放出したカソード７に隣接する電子通過窓４よりアノードへ放出される場合がある。また、図１７に示されているように、カソード７から放出された電子は、フォーカス電極３により散乱されて第２電子軌道３１を通り、アノードへ放出される場合がある。いずれの場合も、所定の画素以外を発光させることになるため、冷陰極表示装置の表示品位を低下させる原因となる。
本実施の形態では、上記のように電子を放出したカソード７に隣接する電子通過窓４を通過する電子を除去するために、電子通過窓４の間隔ＷＧと、フォーカス電極３と引出電極５との間隔ｄＦＧとの関係を調整する。つまり、カソード７から放出された初期エネルギーの電子が、真上にある電子通過窓４を外れて、電子通過窓４の間隔ＷＧの部分と引出電極５との間の領域を通過する際に、フォーカス電極３乃至引出電極５に吸着されるような条件を設定する。このような条件にすれば、所定の画素以外を発光させ、冷陰極表示装置の表示品位を低下させる電子を除去できる。ここで、以下の検討はカソード７の電位を基準値としている。
電子通過窓４の間隔ＷＧの部分を通過するまでに、フォーカス電極３乃至引出電極５に吸着されるための条件は、フォーカス電極３の電圧をＶＦ、引出電極の電圧をＶＧとすると、ＷＧ＞初期エネルギー／ａｂｓ（ＶＦ−ＶＧ）×ｄＦＧとなる。ここで、ａｂｓ（ＶＦ−ＶＧ）は（ＶＦ−ＶＧ）の絶対値であることを表している。また、電子放出材料から放出された電子が引出電極に衝突しないとするならば、初期エネルギーはフォーカス電極３の電圧ＶＦとなる。従って、フォーカス電極３乃至引出電極５に吸着されるための条件は、ＷＧ＞ＶＦ／ａｂｓ（ＶＦ−ＶＧ）×ｄＦＧとなる。
例えば、フォーカス電極３の電圧ＶＦが２００Ｖ、引出電極５の電圧ＶＧが４５０Ｖ、電子通過窓４の間隔ＷＧが２００μｍ、フォーカス電極３と引出電極５の間隔ｄＦＧが１００μｍの場合、上式の右辺は２００／２５０×１００μｍ＝８０μｍとなり、左辺は２００μｍであるため、上記の条件を満足している。また、実際の試験においても隣接する電子通過窓４から、電子の放出が抑制されている。引出電極５から電子が放出された場合、初期エネルギーは４５０Ｖとなり、上式の右辺は４００／２５０×１００μｍ＝１６０μｍとなり、左辺は２００μｍであるため、上記の条件を満足している。従って、隣接する電子通過窓４から、電子の放出が抑制される構造である。
さらに、電子ビームのスクリーン上でのフォーカス性能を改善するために、電子通過窓４の短辺の長さを蛍光体の幅より小さくすることがある。この場合、電子がフォーカス電極３に衝突しやすく、フォーカス電極３で散乱された電子が隣接する電子通過窓４からアノードに放出される問題がある。例えば、電子通過窓４の短辺が６０μｍ、フォーカス電極３の電圧ＶＦが２００Ｖ、アノード面上の画素のサブピクセルピッチが０．２ｍｍ、蛍光体の幅が０．１ｍｍで、引出電極５の電圧ＶＧが４５０Ｖ、電子通過窓４の間隔ＷＧが１４０μｍ、フォーカス電極３と引出電極５の間隔が１００μｍの場合、上式の右辺は、２００／２５０×１５０μｍ＝１２０μｍとなり、左辺は２００μｍであるため、上記の条件を満足している。また、実際の試験においても隣接する電子通過窓４から、電子の放出が抑制されている。
本実施の形態に係る冷陰極表示装置は、隣接する電子通過窓４の間隔ＷＧが、フォーカス電極３と引出電極５との間隔ｄＦＧ、カソード７の電圧を基準とした時のフォーカス電極３の電圧ＶＦ及び引出電極５の電圧ＶＧとの関係において、ＷＧ＞ＶＦ／ａｂｓ（ＶＰ−ＶＧ）×ｄＦＧの関係を満たしている。本実施の形態に係る冷陰極表示装置によれば、所定の画素以外を発光させ、冷陰極表示装置の表示品位を低下させる電子を除去できる。
８．実施の形態８
本実施の形態は、引出電極５から引き出された電子の発散力を低減するために、電子通過窓６の長辺と電子放出部であるカソード７の幅を数値限定するものである。本実施の形態の構造は、実施の形態１に示されるものとほぼ同じ構造であり、図１に示されている。ストライプ状に形成された引出電極５が、カソード７のストライプと直交する位置で、且つカソード７が形成されている背面基板９上に設けられている。この引出電極５には電子通過窓６が設けられ、この電子通過窓６がカソード７上に位置するように、引出電極５が配置されている。また、引出電極５は、衝立８にガラスフリットで固着支持されている。なお、一本の引出電極５には画素の対応する位置に複数の引出電極の電子通過窓６が設けられており、１画素には１０個程度の引出電極の電子通過窓６が設けられている。また、電子通過窓６は、カソード７と引出電極５とが交差する部分（１画素に対応する）に、カソード７の方向（Ｙ方向）に１列に配置されている。この窓は長辺が６０μｍ、短辺が１０μｍであり２０μｍピッチ毎に設けられている。
次に、引出電極５とカソード７との間隔は１０μｍに設定している。ここで、引出電極５とカソード７との間隔とは、引出電極５とカソード７との最短距離を表す。つまり、引出電極５の下面からカソード７の上面までの距離が、引出電極５とカソード７との間隔である。図１８に、カソード７の位置に対する電子通過窓６を通過時の電子の広がりを示している。ここで、カソード７の位置とは、カソード７の幅（Ｘ方向）の中心からの距離を表している。つまり、カソード７の位置の値が大きければ大きいほど、カソード７の端部に位置する。図１８では、カソード７の位置が２０μｍを越えると急激に電子通過窓６を通過時の電子の広がりが大きくなる。図１８では、電子通過窓６を通過時の電子の広がりを電子ビーム発散角（ｒａｄ）で表している。図１８から、電子ビーム発散角が十分低いカソード７の幅は４０μｍであることがわかる。
そこで、電子通過窓６の長辺６０μｍ及び、引出電極５とカソード７との間隔１０μｍから、カソード７の幅との関係式を導くと、電子通過窓６の長辺（Ｌ）−引出電極５とカソード７と間隔（Ｇ）×２となる（Ｌ−２Ｇ）。図１８は、引出電極５とカソード７と間隔（Ｇ）を１０μｍに設定した場合であるが、Ｇの値を変化させながら同様に、カソード７の幅との関係式を導くとＬ−２Ｇとなる。以上のことから、カソード７の幅を電子通過窓６の長辺（Ｌ）−引出電極５とカソード７と間隔（Ｇ）×２とすることで、電子通過窓６を通過時の電子の広がりが小さい冷陰極表示装置を得ることができる。
本実施の形態に係る冷陰極表示装置は、引出電極５が、一画素内に非円形又は矩形の複数の電子通過窓６を有し、電子通過窓６は、カソード７と引出電極５とが交差する部分に、カソード７の方向に１列に配置されている。本実施の形態に係る冷陰極表示装置によれば、複数列の電子通過窓６を設ける場合に比べて、電子通過窓６の開口率を大きくでき電子の通過効率が上がる効果がある。
また、本実施の形態に係る冷陰極表示装置は、カソード７の幅は、引出電極５の電子通過窓６の長軸の長さから、引出電極５とカソード７との間隔の２倍の長さを減算した長さになる。本実施の形態に係る冷陰極表示装置によれば、電子通過窓６を通過時の電子の広がりが小さく、アノード２でのフォーカス特性を劣化さず、表示品位の高い冷陰極表示装置を得ることができる。
９．実施の形態９
本実施の形態は、引出電極５の電子通過窓６の大きさ限定する発明である。本実施の形態の構造は、実施の形態１に示されるものとほぼ同じ構造であり、図１に示されている。ストライプ状に形成された引出電極５が、カソード７のストライプと直交する位置で、且つカソード７が形成されている背面基板９上に設けられている。この引出電極５には電子通過窓６が設けられ、この電子通過窓６がカソード７上に位置するように、引出電極５が配置されている。また、引出電極５は、衝立８にガラスフリットで固着支持されている。なお、一本の引出電極５には画素の対応する位置に複数の引出電極の電子通過窓６が設けられており、１画素には１０個程度の引出電極の電子通過窓６が設けられている。この窓は長辺が１００μｍ、短辺が２０μｍであり６０μｍピッチ毎に設けられている。ここで、電子放出部であるカソード７の幅は１００μｍである。
本実施の形態では、引出電極５とカソード７との間隔を変化させながら、カソード７上の電界分布を求めた。カソード７上の電界分布は、引出電極５の開口部の周辺部が最も強く、引出電極５の開口部の中央に向かって次第に弱くなる分布を持っている。図１９に、開口部の中央部の電界強度と周辺部の電界強度の比と、引出電極５とカソード７との間隔と電子通過窓６の短辺の長さとの比（以下、この比をアスペクト比という）の関係を示している。
図１９に示されるように、アスペクト比が０．５以上になると中央部と周辺部の電界強度の比が０．９以上となり、カソード７上の電界強度がある程度そろう。つまり、良好な電子放出が可能な冷陰極表示装置となる。
本実施の形態に係る冷陰極表示装置は、引出電極５が、非円形又は矩形の複数の電子通過窓６を有し、電子通過窓６の長軸又は長辺が、カソード７の長手方向と直交し、電子通過窓６の短軸又は短辺が、カソード７と引出電極５との間隔の１／２以上である。本実施の形態に係る冷陰極表示装置によれば、カソード７上の電界強度が均一化され、良好な電子放出が可能な冷陰極表示装置を得ることができる。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態１の冷陰極表示装置を示した斜視図である。
図２は、本発明の実施の形態１の前面基板及びアノードを示した斜視図である。
図３は、本発明の実施の形態１の背面基板及びカソードを示した平面図である。
図４は、本発明の実施の形態１の引出電極を示した平面図である。
図５は、本発明の実施の形態１のフォーカス電極を示した平面図である。
図６は、本発明の実施の形態１の電子ビームの軌道を示した断面図である。
図７は、本発明の実施の形態１の電子ビームの軌道を示した断面図である。
図８は、本発明の実施の形態１の引出電極とカソードとの間の電位差と電子ビーム径の関係を示した図である。
図９は、フォーカス電極のない冷陰極表示装置の引出電極とカソードとの間の電位差と電子ビーム径の関係を示した図である。
図１０は、本発明の実施の形態２のフォーカス電極の形状を示した斜視図である。
図１１は、本発明の実施の形態３の背面基板上の構成を示した斜視図である。
図１２は、本発明の実施の形態３のカソード近傍の構造の製造プロセスを示したプロセス図である。
図１３は、従来の冷陰極表示装置を示した平面図である。
図１４は、本発明の実施の形態５の電界強度比と短辺の長さ／板厚との関係を示した図である。
図１５は、本発明の実施の形態６の電子ビーム径と、フォーカス電極とカソード電極との間隔の関係を示した図である。
図１６は、本発明の実施の形態６の電子ビーム径と、蛍光体との関係を示した模式図である。
図１７は、本発明の実施の形態７の冷陰極表示装置の断面図である。
図１８は、本発明の実施の形態８のカソードの位置に対する電子ビーム発散角との関係を示した図である。
図１９は、本発明の実施の形態９の中央部の電界／周辺部の電界とアスペクト比との関係を示した図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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