(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた発光効果を有しかつ製造が簡単な電子放出発光素子による表示画素構造。【解決手段】第１の基板および第２の基板を含む。第１の基板上にはいくつかのカソード構造層が配置される。第２の基板は、光透過材料である。いくつかのアノード構造層は、第２の基板上に配置され、光透過導電材料からなる。第１の基板が第２の基板に面していることにより、カソード構造層は、それぞれ、アノード構造層と位置合わせされる。第１の基板と第２の基板との間に分離構造が配置され、複数のアノード構造層および複数のカソード構造層をそれぞれ区分することによりいくつかの空間が形成される。いくつかの蛍光層は、複数のアノード構造層と複数のカソード構造層との間にそれぞれ配置される。複数の空間内に低圧ガスがそれぞれ充填される。低圧ガスは、動作電圧下で少なくとも十分な量の電子が蛍光層に直接衝突することを可能にする電子平均自由行程を有する。【選択図】図２
2008153229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示画素構造であって、
一の第１の基板と、
前記第１の基板に配置される複数のカソード構造層と、
一の光透過材料でできた一の第２の基板と、
前記第２の基板上に配置され、一の光透過導電材料でできている複数のアノード構造層であって、
前記複数のカソード構造層が前記複数のアノード構造層とそれぞれ位置合わせされるように前記第１の基板が前記第２の基板に面する複数のアノード構造層と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記複数のアノード構造層、および、前記複数のカソード構造層をそれぞれ区分することにより、複数の空間を形成する一の分離構造と、
前記複数のアノード構造層と前記複数のカソード構造層との間にそれぞれ配置されることにより、複数の画素を形成する複数の蛍光層と、
前記複数の空間内に充填され、一の動作電圧下で少なくとも十分な量の電子が前記複数の蛍光層に直接衝突することを可能にする一の電子平均自由行程を含む一の低圧ガスと、
を含む表示画素構造。
【請求項２】
前記低圧ガスの一のガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルである、請求項１に記載の表示画素構造。
【請求項３】
前記複数の蛍光層は、それぞれ、前記アノードの一の表面に配置される、請求項１に記載の表示画素構造。
【請求項４】
前記複数の蛍光層は、複数の材料特性に従い、異なる色の複数の光を発する、請求項１に記載の表示画素構造。
【請求項５】
少なくとも３つの隣接する画素は、一の画素ユニットを形成し、前記３つの蛍光層は、赤、緑、および、青の光をそれぞれ発する３つの蛍光材料を含む、請求項１に記載の表示画素構造。
【請求項６】
前記画素ユニットは、他の原色光をさらに含む、請求項５に記載の表示画素構造。
【請求項７】
前記動作電圧は、前記複数の画素の前記複数のアノード構造層および前記複数のカソード構造層に対応して印加されることにより、望ましい輝度グレーレベルを生成する、請求項１に記載の表示画素構造。
【請求項８】
前記複数のカソード構造層にそれぞれ配置される複数の二次電子源材料層をさらに含む、請求項１に記載の表示画素構造。
【請求項９】
前記複数の二次電子源材料層の一の材料は、ＭｇＯ、Ｔｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、または、ＣｅＯ２を含む、請求項８に記載の表示画素構造。
【請求項１０】
前記アノード構造層および前記カソード構造層の少なくとも１つに配置される複数の誘導放電構造層をさらに含む、請求項１に記載の表示画素構造。
【請求項１１】
一列に並べられた複数の表示画素を含む表示装置であって、前記複数の表示画素のそれぞれは、一の電子放出発光素子を含み、該電子放出発光素子は、
一のカソード構造層と、
一のアノード構造層と、
前記カソード構造層と前記アノード構造層との間に配置される一の蛍光層と、
前記カソードと前記アノードとの間に配置され、前記カソードをして複数の電子を発射せしめる一の低圧ガスであって、一の動作電圧下で少なくとも十分な量の電子が前記蛍光層に直接衝突することを可能にする一の電子平均自由行程を含む低圧ガスと、
を含む表示装置。
【請求項１２】
前記低圧ガスの一の雰囲気ガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルである、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１３】
各電子放出発光素子の前記蛍光層は、前記アノード構造層の一の表面に配置される、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１４】
各電子放出発光素子の前記アノード構造層および前記カソード構造層を担持する一の上部基板および一の下部基板をさらに含む、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１５】
各電子放出発光素子は、前記アノード構造層および前記カソード構造層の少なくとも１つに配置される一の誘導放電構造をさらに含む、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１６】
各電子放出発光素子は、前記カソード上に配置される一の二次電子源材料層をさらに含む、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１７】
３つの隣接する電子放出発光素子は、赤、緑、青の光をそれぞれ発する一の画素ユニットを形成する、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記画素ユニットは、他の原色光をさらに含む、請求項１７に記載の表示装置。
【請求項１９】
表示装置であって、
一の第１の基板と、
一の二次元配列を形成するよう前記第１の基上に配置される複数のカソード構造層と、
一の光透過材料でできた一の第２の基板と、
前記第２の基板上に配置され、一の光透過導電材料でできている複数のアノード構造層であって、前記複数のカソード構造層が前記複数のアノード構造層と位置合わせされるように前記第１の基板が前記第２の基板に面する複数のアノード構造層と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記複数のアノード構造層、および、前記複数のカソード構造層をそれぞれ区分することにより、複数の空間を形成する一の分離構造と、
前記複数のアノード構造と前記複数のカソード構造との間にそれぞれ配置されることにより、複数の画素を形成する複数の蛍光層と、
前記複数の空間内に充填され、一の動作電圧下で少なくとも十分な量の電子が前記複数の蛍光層に直接衝突することを可能にする一の電子平均自由行程を含む一の低圧ガスと、
前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも１つに配置され、前記対応する動作電圧を印加するよう前記二次元配列の前記複数の画素を制御することにより輝度グレーレベルを生成する複数の駆動ユニットと、
を含む表示装置。
【請求項２０】
前記複数の駆動ユニットは、前記複数の画素を一のアクティブモード、または、一のパッシブモードで駆動する、請求項１９に記載の表示装置。
【請求項２１】
前記低圧ガスの一のガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルである、請求項１９に記載の表示装置。
【請求項２２】
各画素は、前記複数の駆動ユニットの制御下で前記複数の画素の駆動を支援する少なくとも１つの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をさらに含む、請求項１９に記載の表示装置。
【請求項２３】
前記複数の蛍光層は、複数の材料特性に従い異なる色の複数の光を発する、請求項１９に記載の表示装置。
【請求項２４】
前記複数の蛍光層は、複数の異なる動作電圧に従い複数の異なる輝度グレーレベルを発する、請求項１９に記載の表示装置。
【請求項２５】
表示画素構造であって、
一の第１の基板と、
一の光透過材料でできた一の第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置されて複数の空間を区分する一の分離構造と、
前記第１の基板上に配置され、各々が前記複数の空間のそれぞれに含まれる複数のカソード構造層と、
前記第１の基板上に配置され、各々が前記複数の空間のそれぞれに含まれる複数のアノード構造層と、
前記第１の基板上の前記複数のアノード構造層と前記複数のカソード構造層との間にそれぞれ配置されることにより、複数の画素を形成する複数の蛍光層と、
前記複数の空間内に充填され、一の動作電圧下で少なくとも十分な量の電子が前記複数の蛍光層に直接衝突することを可能にする一の電子平均自由行程を含む一の低圧ガスと、
を含む表示画素構造。
【請求項２６】
前記低圧ガスの一の雰囲気ガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルである、請求項２５に記載の表示画素構造。
【請求項２７】
少なくとも３つの隣接する画素は、一の画素ユニットを形成し、前記３つの蛍光層は、赤、緑、青の光をそれぞれ発する３つの蛍光材料を含む、請求項２５に記載の表示画素構造。
【請求項２８】
前記画素ユニットは、他の原色光をさらに含む、請求項２７に記載の表示画素構造。
【請求項２９】
前記動作電圧が前記複数の画素の前記複数のアノード構造層および前記複数のカソード構造層に対応して印加されることにより、望ましい輝度グレーレベルがそれぞれ生成される、請求項２５に記載の表示画素構造。
【請求項３０】
前記複数のカソード構造層にそれぞれ配置される複数の二次電子源材料層をさらに含む、請求項２５に記載の表示画素構造。
【請求項３１】
前記複数の二次電子源材料層の一の材料は、ＭｇＯ、Ｔｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＣｅＯ２を含む、請求項３０に記載の表示画素構造。
【請求項３２】
前記アノード構造層および前記カソード構造層の少なくとも１つに配置される複数の誘導放電構造をさらに含む、請求項２５に記載の表示画素構造。
【請求項３３】
表示装置であって、
一の第１の基板と、
一の光透過材料でできた一の第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、一の二次元配列を形成するよう複数の空間を区分する一の分離構造と、
前記第１の基板上に配置され、各々が前記複数の空間のそれぞれに含まれる複数のカソード構造層と、
前記第１の基板上に配置され、各々が前記複数の空間のそれぞれに含まれる複数のアノード構造層と、
前記第１の基板上の前記複数のアノード構造層と前記複数のカソード構造層との間にそれぞれ配置されることにより、複数の画素を形成する複数の蛍光層と、
前記複数の空間内に充填され、一の動作電圧下で少なくとも十分な量の電子が前記複数の蛍光層に直接衝突することを可能にする一の電子平均自由行程を含む一の低圧ガスと、
前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも１つに配置され、前記対応する動作電圧を印加するよう前記二次元配列の前記複数の画素を制御することにより輝度グレーレベルを生成する複数の駆動ユニットと、
を含む表示装置。
【請求項３４】
前記低圧ガスの一の雰囲気ガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルである、請求項３３に記載の表示装置。
【請求項３５】
少なくとも３つの隣接する画素は、一の画素ユニットを形成し、前記３つの蛍光層は、赤、緑、青の光をそれぞれ発する３つの蛍光材料を含む、請求項３３に記載の表示装置。
【請求項３６】
前記画素ユニットは、他の原色光をさらに含む、請求項３３に記載の表示装置。
【請求項３７】
前記動作電圧が前記複数の画素の前記複数のアノード構造層および前記複数のカソード構造層に対応して印加されることにより、望ましい輝度グレーレベルがそれぞれ生成される、請求項３３に記載の表示装置。
【請求項３８】
前記複数のカソード構造層にそれぞれ配置される複数の二次電子源材料層をさらに含む、請求項３３に記載の表示装置。
【請求項３９】
前記複数の二次電子源材料層の一の材料は、ＭｇＯ、Ｔｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＣｅＯ２を含む、請求項３８に記載の表示装置。
【請求項４０】
前記アノード構造層および前記カソード構造層の少なくとも１つに配置された複数の誘導放電構造をさらに含む、請求項３３に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね発光素子に関し、特に、電子放出発光素子およびその応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、大量生産の光源装置または表示装置は、主に、以下に説明するような２つのタイプの発光機構を採用している。１．ガス放電光源：例えば、ガス放電光源は、グロー放電により電子がガスに衝突することにより遷移し、紫外線を発するよう、カソードとアノードとの間の電界を用いることにより吐出チャンバに充たされるガスをイオン化するプラズマパネルまたはガス放電ランプに適用されることができる。また、同じ吐出チャンバに配置される蛍光層は、紫外線を吸収して可視光を発する。２．電界放出型光源：電界放出型光源は、例えば、超高真空環境を提供するカーボンナノチューブ電界放出ディスプレイなどに適用できる。また、カーボンナノ材料の電子エミッタがカソード上に作製されるが、これは、高アスペクト比の微細構造を電子エミッタで用いることにより、カソードから離れるために電子がカソードの仕事関数に打ち勝つ手助けとなる。さらに、カソードとアノードとの間の高電場によるカソードのカーボンナノチューブから電子が逃げるよう、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）でできたアノード上に蛍光層がコーティングされる。したがって、電子は、可視光を発するよう、真空環境においてアノード上の蛍光層に衝突する。
【０００３】
しかしながら、上記２つのタイプの発光構造には、不利な点がある。例えば、紫外線照射後に、減衰が起きることにより、ガス放電光源における材料を選択する際に特定の必要条件が考慮されなければならない。また、ガス放電発光機構が２つの工程を通じて可視光を発することにより、さらにエネルギーが消費され、工程中にプラズマが間違いなく生じるとすれば、さらに多くの電気が消費される。一方で、電界放出型光源は、カソード上に成長するかまたはコーティングされる均一な電子エミッタを必要とするが、このタイプのカソード構造の大量生産技術は成熟しておらず、電子エミッタの均一性と生産率の悪さとが未だボトルネックとなっている。さらに、電界放出型光源のカソードとアノードとの間の距離は、正確に制御されなければならず、また、超高真空包装はとても難しく、製造コストが嵩む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明は、優れた発光効果を有しかつ製造が簡単な、電子放出発光素子により構成される表示画素構造を目的とする。
【０００５】
本発明は、さらに、優れた表示品質を提供し、コストと製造時の複雑さを減らす表示画素として電子放出発光素子を用いる表示装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願明細書中に例示され、概括的に説明されるように、第１の基板および第２の基板を含む表示装置の画素構造が提供される。第１の基板には複数のカソード構造層が配置される。第２の基板は、光透過材料でできている。第２の基板上には複数のアノード構造が配置され、アノード構造は、光透過導電材料でできている。複数のカソード構造層が複数のアノード構造層とそれぞれ位置合わせされるように第１の基板は第２の基板に面している。第１の基板と第２の基板との間に分離構造が配置されて複数のアノード構造層および複数のカソード構造層をそれぞれ区分することにより、複数の空間が形成される。複数のアノード構造層と複数のカソード構造層との間には、複数の蛍光層がそれぞれ配置される。複数の空間内には低圧ガスが充填される。低圧ガスの層は、動作電圧下で少なくとも十分な量の電子が蛍光層に直接衝突することを可能にする電子平均自由行程を有する。
【０００７】
本発明は、一列に並んだ複数の表示画素を含む表示装置をさらに提供する。各表示画素は、電子放出発光素子を含む。電子放出発光素子は、カソード構造層、アノード構造層、カソード構造層とアノード構造層との間に配置される蛍光層、および、カソードとアノードとの間に配置され、カソードをして複数の電子を均一に発射せしめる低圧ガスを含む。低圧ガスは、動作電圧下で少なくとも十分な量の電子が蛍光層に衝突することを可能にする電子平均自由行程を有する。
【０００８】
本発明は、第１の基板および第２の基板を含む表示装置をさらに提供する。第１の基板上に、二次元配列を形成するよう複数のカソード構造層が配置される。第２の基板は、光透過材料でできている。
第２の基板上には複数のアノード構造層が配置され、アノード構造層は、光透過導電材料でできている。複数のカソード構造層が複数のアノード構造層とそれぞれ位置合わせされるように第１の基板は第２の基板に面している。第１の基板と第２の基板との間に分離構造が配置されることにより、複数のアノード構造層および複数のカソード構造層を複数の空間に区分する。アノード構造層とカソード構造層との間には複数の蛍光層がそれぞれ配置される。複数の空間内には低圧ガスが充填され、低圧ガス層は、動作電圧下で少なくとも十分な量の電子が蛍光層に直接衝突することを可能にする電子平均自由行程を有する。第１の基板および第２の基板の少なくとも１つ配置される複数の駆動ユニットは、対応する動作電圧を印加するよう二次元配列の画素を制御し、輝度グレーレベルを生成する。
【０００９】
上記を鑑み、本発明は、カソードから電子を容易に誘導する薄いガスを用い、そうすることにより、カソード上に電子エミッタを製造することが原因で生じ得る問題を回避する。さらに、ガスが薄いと、ほとんどの電子が蛍光層と直接反応できるようになる大きい平均自由行程を有し、ガスと衝突する前に光を発するようになる。また、このプロセスによってグロー放電は生じない。換言すれば、本発明の電子放出発光素子は、より高い発光効果を有し、製造が簡単であり、なおかつ優れた生産率を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
添付の図面は、本発明のさらなる理解をもたらし、本明細書の一部に組み込まれて本明細書の一部を形成する。図面は、本発明の実施形態を示すと共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１１】
【図１】従来の発光構造の発光機構と、本発明の電子放出発光素子との比較を示す図である。
【００１２】
【図２】本発明の電子放出発光素子の基本アーキテクチャを概略的に示す。
【００１３】
【図３】本発明の他の実施形態に従う電子放出発光素子を概略的に示す。
【００１４】
【図４Ａ−４Ｃ】本発明の構造を有するさまざまな電子放出発光素子を概略的に示す。
【００１５】
【図５】本発明に従う電子放出発光素子の異なる形状の発光構造を概略的に示す。
【００１６】
【図６】本発明の一実施形態に従う光源装置を概略的に示す。
【００１７】
【図７−８】本発明の複数の実施形態に従う表示装置を概略的に示す。
【００１８】
【図９−１０】本発明の複数の実施形態に従う表示装置の画素構造を概略的に示す。
【００１９】
【図１１−１２】本発明の一実施形態に従う輝度グレーレベル制御機構を概略的に示す。
【００２０】
【図１３−１４】本発明の一実施形態に従う表示装置を概略的に示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態への詳細な参照がなされ、その例が添付の図面に示される。
同一または同様な部分を参照するに当たっては、可能な限り、図面および説明において同じ参照番号が用いられる。
【００２２】
本発明により提供される電子放出発光素子は、従来のガス放電光源および電界放出型光源の長所を備え、上記２つの従来の発光構造の欠点を克服する。図１を参照すると、２つの従来の発光構造と本発明の電子放出発光素子との比較を表す略図が示される。詳しくは、従来のガスグロー放電光源は、紫外線を生成すべくガスを用いることにより電子が他のガス分子に衝突するよう、カソードとアノードとの間の電界を利用して吐出チャンバに充填されたガスをイオン化し、蛍光層が紫外線を吸収することにより可視光を生成する。さらに、従来の電界放出光源は、カソード上の電子エミッタの高アスペクト比構造を用いることにより、超高真空環境においてカソードから離れるために電子がカソードの仕事関数に打ち勝つ手助けをする。したがって、電子は、カソードとアノードとの間の高電界によりカソードの電子エミッタから逃げ、アノード上の蛍光層に衝突することにより、可視光を発する。換言すると、蛍光層の材料は、設計機構の必要条件に従い、可視光、赤外線、または、紫外線を発することができる材料であってよい。
【００２３】
上記２つの従来の発光機構とは異なり、本発明の電子放出発光素子は、電子エミッタの変わりに希薄ガスを用いることにより、電子が蛍光層と直接反応して光線を発するよう、電子をしてカソードから容易に発射せしめる。
【００２４】
従来のガスグロー放電光源と比較して、本発明の電子放出発光素子に充填されるガスの量は、電子をカソードから誘導するのに十分なだけでよく、その一方で、蛍光層に照射する紫外線を用いることにより光線は生じない。したがって、紫外線照射による素子内の材料の減衰は生じない。実験と理論により、本発明の電子放出発光素子内のガスは薄く、したがって、電子の平均自由行程は、訳５ｍｍ以上まで可能であることが検証される。換言すると、ほとんどの電子は、ガス分子に衝突する前に、蛍光層に直接衝突することにより光線を発する。さらに、本発明の電子放出発光素子は、２つのプロセスを経て光線を生じる必要がないので、より高い発光効果を有し、電力消費は低減する。
【００２５】
一方、従来の電界放出型光源は、カソード上の電子エミッタとして機能する微細構造を成す必要があり、微細構造は、大量生産工程で制御するのが難しい。最も一般的な微細構造は、カーボンナノチューブであるが、カソード上にコーティングされると、チューブの長さが異なり、集まって塊になるという問題が生じ、発光表面にダークスポットができて発光の均一性が満たされない。これが技術のボトルネックであり、電界放出型光源の主なコストになる。本発明の電子放出発光素子は、ガスを用いることにより、カソードから均一に電子を誘発でき、単純なカソードプレーナ構造のみを使用して電子放出発光パネルに対し７５％の発光均一性を得る事ができる。したがって、発光の均一性を向上させるのが難しいという従来の電界放出発光装置のボトルネックを解消する。したがって、製造コストを著しく節約でき、プロセスはより簡単になる。さらに、本発明の電子放出発光素子は、希薄ガスで満たされるため、超高真空環境は必要ない。したがって、超高真空包装の間に直面する困難を回避することができる。また、さらに、実験結果では、本発明の電子放出発光素子は、電源投入電圧をガスの力を借りて約０．４Ｖ／μｍまで下げることができることが示され、これは、一般的な電界放出電源の１から３Ｖ／μｍまでの電源投入電圧と比べかなり低い。
【００２６】
さらに、チャイルド‐ラングミュア式に基づき、本発明の電子放出発光素子の実際の関連データを方程式に置き換えた後、本発明の電界放出発光素子のカソードの暗い領域の分布は、約１０ｃｍから２５ｃｍまでの範囲となることが計算され、これは、アノードとカソードとの間の距離よりかなり大きい。換言すると、本発明の電子放出発光素子は、陰極の電子を誘発するためにガスを用い、電子は、直接蛍光層と接触して光を発する。
【００２７】
図２は、本発明の電子放出発光素子の基礎アーキテクチャを示す。図２を参照すると、電子放出発光素子２００は、主に、アノード２１０、カソード２２０、ガス２３０、および、蛍光層２４０を含む。ガス２３０は、アノード２１０とカソード２２０との間に配置され、ガス２３０が電界下で適当な量の陽イオン２０４を生じることにより、カソードが複数の電子２０２を発するようになる。本発明のガス２３０の雰囲気ガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルであって、好ましくは、２×１０−２トル乃至１０−３トル、あるいは、２×１０−２トル乃至１．５×１０−１トルである。さらに、蛍光層２４０は、電子２０２と反応して光Ｌを発するよう、電子２０２の移動経路に配置される。
【００２８】
この実施形態では、蛍光層２４０は、例えば、アノード２１０の表面にコーティングされる。また、例えば、アノード２１０は、光Ｌがアノード２１０を通過して、電子放出発光素子２００から現れるような透明導電性酸化物（ＴＣＯ）でできている。透明導電性酸化物は、例えば、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、または、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）から選択される一般的な材料であってよい。もちろん、他の実施形態では、アノード２１０またはカソード２２０は、導電性に優れる金属または他の材料からできていてもよい。
【００２９】
本発明で使用されるガス２３０は、その性質に特別な条件が要求されるわけではなく、Ｎ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの不活性ガス、または、イオン化の後に良好な導電性を有するＨ２およびＣＯ２などのガス、あるいは、Ｏ２および空気などの一般的なガスであってよい。また、蛍光層２４０のタイプを選択することにより、電子放出発光素子２００は、可視光、赤外線、または、紫外線など異なるタイプの光を発することができる。
【００３０】
図２における実施形態に加え、発光効果を向上させる目的で、本発明は、さらに、追加の電子源を提供すべく、カソード上に電子を簡単に生成する材料をさらに形成する。図３に示すような本発明の他の実施形態に従う電子放出発光素子３００では、例えば、カソード３２０は、二次電子源材料層３２２と共に形成される。二次電子源材料層３２２は、ＭｇＯ、Ｔｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、または、ＣｅＯ２のなどの材料で形成されてよい。ガス３３０は、電離イオン３０４を生じ、イオン３０４は陽イオンとなってアノード３１０から離れたカソード３２０へと移動し、イオン３０４がカソード３２０上の二次電子源材料層３２２に突き当たると、さらなる第２の電子３０２'が生成される。さらなる電子（最初の電子３０２および第２の電子３０２'を含む）は、蛍光層３４０と反応し、発光効果および放出の安定性を向上させる手助けとなるさらなる電離イオン３０４を生成する。二次電子源材料層３２２は、第２の電子を生成するばかりでなく、イオン３０４がカソード３２０に過剰にぶつからないようにする助けとなり得ることに注目されたい。
【００３１】
さらに、本発明は、アノードまたはカソードあるいは両方の上に電界放出型光源の電子エミッタと同様の構造を形成することができ、その結果、電極上の定常電圧を減少させてより簡単に電子を生成する。図４Ａから４Ｃは、本発明の誘導放出構造を有するさまざまな電子放出発光素子を示し、類似した素子は同じ番号で示され、以下に繰り返し説明しない。
【００３２】
図４Ａを参照すると、誘導放出構造４５２は、電子放出発光素子４００ａのカソード４２０上に形成され、誘導放出構造４５２は、例えば、金属材料、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、カーボンナノポーラス、ダイヤモンド膜、酸化亜鉛カラム、および、酸化亜鉛などの材料からできている微細構造である。誘導放出構造４５２は、前述の二次電子源材料層と共に追加されてもよい。さらに、ガス４３０は、アノード４１０とカソード４２０との間に配置され、蛍光層４４０は、アノード４１０の表面上に配置される。アノード４１０とカソード４２０との間の定常電圧は、電子４０２がさらに簡単に生成されるよう、誘導放出構造４５２により減少され得る。電子４０２は、蛍光層４４０と反応することにより、光Ｌを生じる。
【００３３】
図４Ｂにおける電子放出発光素子４００ｂは、図４Ａにおける電子放出発光素子と同様であり、明白な差異は、誘導放出構造４５４がアノード４１０上に配置されていることであり、上述のように、誘導放出構造４５４は、金属材料、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、カーボンナノポーラス、ダイヤモンド膜、酸化亜鉛カラム、および、酸化亜鉛などの材料からできている微細構造であってよい。また、誘導放出構造４５４は、前述の二次電子源材料層と共に追加されてよい。さらに、蛍光層４４０は、誘導放出構造４５４上に配置される。
【００３４】
図４は、誘導放出構造４５４および４５２を含む電子放出発光素子４００ｃを示し、誘導放出構造４５４は、アノード４１０上に配置され、蛍光層４４０は、誘導放出構造４５４上に配置され、誘導放出構造４５２は、カソード４２０上に配置される。ガス４３０は、アノード４１０とカソード４２０との間に配置される。
【００３５】
誘導放出構造４５２および／または４５４を有する異なる電子放出発光素子４００ａ、４００ｂ、または、４００ｃは、図３に示されるような二次電子源材料層３２２の設計と一体化されることにより、カソード４２０上に二次電子源材料層を形成し得る。カソード４２０が誘導放出構造４５４を伴い形成される場合、二次電子源材料層は、誘導放出構造４５４を覆う。したがって、電子４０２がより簡単に生成されるようアノード４１０とカソード４２０との間の定常電圧が低下するばかりでなく、二次電子源材料層を介し電子４０２の量が増加することにより発光効果もさらに向上する。
【００３６】
本発明により提供される発光構造として機能する電子放出発光素子は、異なる形状を有してもよい。図５および６は本発明に従う電子放出発光素子を用いる異なる形状を有するいくつかの発光構造を示す。
【００３７】
図５は、他の面内放射型発光構造６００を示す。アノード６１０、カソード６２０、および、蛍光層６４０は、基板６８０の上に配置される。例えば、基板６８０は、ガラス基板であり、アノード６１０およびカソード６２０の材料は、例えば、ＩＴＯ、または、ＩＺＯ、あるいは、導電性に優れる他の材料である。蛍光層６４０は、アノード６１０とカソード６２０との間に配置され、ガス６３０により誘発される電子６０２は、蛍光層６４０を透過して光Ｌを発する。上述のように、ガス６３０の雰囲気ガス圧力は、８×１０−１トル乃至１０−３トルであって、好ましくは、２×１０−２トル乃至１０−３トル、あるいは、２×１０−２トル乃至１．５×１０−１トルである。実際のガス圧力および動作電圧は、カソードとアノードとの間の異なる距離、ガス分類、および、構造によって変化する。また、本発明で用いられるガス６３０は、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、 キセノンなどの不活性ガス、または、イオン化の後に優れた導電性を有する水素および二酸化炭素などのガス、あるいは、酸素および空気などの一般的なガスであってよい。さらに、蛍光層６４０のタイプを選択することにより、電子放出発光素子６００は、可視光、赤外線、または、紫外線などの異なるタイプの光を発し得る。閉ガス環境は、例えば、一般的な技術により得られ、その詳細はここでは説明しない。
【００３８】
他のデバイスの説明は、上記実施形態で例示されており、ここでは繰り返し説明しない。
【００３９】
図５の発光構造は、例示に過ぎず、本発明の発光構造の形状を限定するものではないことに留意されたい。例えば、他の実施形態では、上記発光構造は、異なる必要条件を満たすべく、異なる考慮事項に基づく図３の二次電子源材料層３２２、あるいは、図４Ａから４Ｃまでの誘導放出構造４５２および４５４の組み合わせであってよい。
【００４０】
本発明の電子放出発光素子は、例えば、上記のいくつかの実施形態におけるいずれかの電子放出発光素子で構成されることにより光源を提供するような光源装置の製造に用いられることができる。
図６は、本発明の一実施形態に従う光源装置を示す。図６を参照すると、光源装置８００は、一列に並べられて面光源Ｓを提供する複数の電子放出発光素子８００ａを含む。本実施形態で選択される電子放出発光素子８００ａの設計は、例えば、上記いくつかの実施形態のいずれか１つを含む。例えば、光源装置８００は、図６の発光構造６００と同様な設計を用いることができ、基板８８０上に数組のアノード８１０を作製することにより、大規模な目的を達成することができる。
【００４１】
上記のさまざまな電子放出発光素子は、表示装置にも応用できるのはもちろんである。図７は、本発明の一実施形態に従う表示装置を示す。図７を参照すると、表示装置９００の各表示画素９０２は、複数の表示画素９０２が静止または動画を表示する１つの表示フレームを形成するように電子放出発光素子により構成される。電子放出発光素子は、表示画素９０２として用いられるので、電子放出発光素子は、例えば、赤、緑、青の光を発することができる蛍光層を採用することにより、赤い表示画素Ｒ、緑の表示画素Ｇ、および、青い表示画素Ｂを形成し、それによって、フルカラー表示効果を得ることができる。また、図８に示すように、他の表示装置９００'の赤、緑、青の画素列がカラー・グレーレベル表示を実現するよう、実際の設計に応じて並べられてもよい。さらに、設計要件に従い、例えばオレンジ（Ｏ）の光など他の色の光の画素がさらに追加されることにより、赤、緑、青の画素と共に画素ユニット構造を形成することもできる。
【００４２】
図９は、本発明の一実施形態に従う表示装置の画素構造を示す。図９を参照すると、一般的に言えば、対応する輝度グレーレベルに従う三原色、すなわち赤、緑、青により１つの色が得られる。本実施形態では、赤、緑、青の画素に対応する３つの画素が例として挙げられる。
【００４３】
上述の技術により設計される画素構造は、例えば第１の基板１０００および第２の基板１００２を含み得る。複数のカソード構造層１００４は、第１の基板１０００の上に配置される。第２の基板１００２は、光透過材料でできている。複数のアノード構造層１０１０は、第２の基板１０００の上に配置され、アノード構造１０１０は、光透過材料でできている。複数のカソード構造層１００４が複数のアノード構造層１０１０とそれぞれ位置合わせされるように第１の基板１０００は第２の基板に面している。第１の基板１０００と第２の基板１００２との間に配置される分離構造１０１２が複数のアノード構造層１０１０および複数のカソード構造層１００４をそれぞれ区分することにより、複数の空間が形成される。複数の蛍光層１００８ａ、１００８ｂ、１００８ｃは、複数のアノード構造層１０１０と複数のカソード構造層１００４との間にそれぞれ配置される。低圧ガス１００６は、空間内に充填される。低圧ガス１００６は、動作電圧下で少なくとも十分な量の電子が蛍光層１００８ａ、１００８ｂ、および、１００８ｃに直接衝突することを可能にする電子平均自由行程を有する。
【００４４】
本願明細書において、蛍光層１００８ａ、蛍光層１００８ｂ、および、蛍光層１００８ｃは、例えば、異なる材料からそれぞれできており、赤、緑、青の光を発するよう励起される。画素のガスのガス圧力値は、互いに同じか、または、設計および実際の動作によって異なる。もちろん、ディスプレイが単色を表示することのみ要求されているのであれば、蛍光層の材料は、異なる配置を有していてもよい。
【００４５】
図１０は、本発明の他の実施形態に従う表示装置の画素構造を示す。図１０を参照すると、表示装置の設計は、図６の設計原理に基づき、図９の構造によって得られる。図９の表示装置では、２つの電極構造１００４および１０１０は、下部基板１０００と上部基板１００２とにそれぞれ配置される。図１０では、複数の二組の電極構造１００４'および１０１０'と、それら電極間に形成される１００８ａ'、１００８ｂ'、および１００８ｃ'が、例えば、基板１０００の同じ側に配置される。例えば、基板１０００は、光反射機能を有する。異なる色の可視光が蛍光材料の選択に基づき発せられることにより、望ましい混合色が生じ得る。
【００４６】
画像は輝度グレーレベルの変化により表示され、要求される色は、赤、緑、青の光の相対輝度グレーレベルにより決定される。したがって、各画素のグレーレベルは、いくつかの機構により調整される必要がある。図１１および１２は、本発明の一実施形態に従う輝度グレーレベル制御機構を示す。図１１を参照すると、異なるガス圧力および印加電圧に従い、異なる無効電流が生成される。一般的に言えば、２×１０−２トルのガス圧力に関しては、電流および印加電圧は、実質的に直線関係にある。
また、電源投入電圧は、異なるガス圧力に従い変化する。さらに、図１２を参照すると、印加電圧の大きさは、蛍光層に衝突する電子量と衝突エネルギーとを示す。ユニット面積における輝度も印加電圧と直線関係にあり、グレーレベル値は、望ましい色を得るよう印加電圧を変化させることにより変えることができる。
【００４７】
ガスの反応に基づき、選択されたガス圧力値の下で、実際に印加された電圧とグレーレベルとの間の関係は、グレーレベルを較正するためのデータとして役立つよう得られてよい。
【００４８】
例えば、３つの画素、すなわち、図９または図１０の赤、緑、青の画素を画素ユニットとみなし、グレーレベルに対応する電圧は、ドライバにより駆動され得る。図１３を参照すると、二次元配列駆動モードに基づく表示装置１３００は、対応する基板上における、画素のアノード構造およびカソード構造をそれぞれ双方向に制御する複数のドライバ１３０２および１３０６を含む。ドライバ１３０２は、例えば、対応する列の複数の画素のアノード（またはカソード）に結合される複数の制御回路１３０４を有し、ドライバ１３０６は、例えば、対応する行の複数の画素のカソード（またはアノード）に結合される複数の制御回路１３０８を有する。交差画素１３１０は、グレースケール値に対応する電圧を印加するよう、制御回路１３０４および制御回路１３０８により選択される。
【００４９】
例えば、時分割機構などのパッシブ駆動機構に関しては、スキャンラインはスキャンラインのフレームユニット内に順次表示される。人間の目は残像をもつので、一定の時間にすべてのスキャンラインが順番に表示されることにより画像が表示され得る。ここでは、第１のスキャンラインと第２のスキャンラインとの間にまだ時間差があるので、明度差を調整すべく、第１のスキャンラインの明度はより高く設定され、残りのスキャンラインの明度は、順次低くなる。
【００５０】
上記駆動機構は、パッシブモードで駆動される。また、駆動機構は、アクティブモードで駆動されてもよい。図１４を参照すると、二次元配列駆動モードに基づく表示装置１４００は、対応する基板上に配置され、画素のアノード構造およびカソード構造を双方向にそれぞれ制御する複数のドライバ１４０２および１４０４を含む。ドライバ１４０２は、例えば、対応する列の複数の画素のアノード（またはカソード）に結合される複数の制御回路を有し、ドライバ１４０４は、例えば、対応する列の複数の画素のカソード（またはアノード）に結合される複数の制御回路を含む。グレーレベルに対応する電圧を印加すべく、制御回路により交差画素が選択される。パッシブ駆動機構とは異なり、各画素１４０６は、発光ユニット１４１０に加え、スイッチ制御ユニット１４０８をさらに含む。スイッチ制御ユニット１４０８は、例えば、駆動ドライバにより制御されることにより画素をオン／オフし、かつ、発光明度を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ユニットを含む。
【００５１】
上記駆動機構の詳細は、当業者にとっては既知であり、本発明の画素構造および発光機構を採用する実際の設計の詳細は、本願明細書中では説明されない。
【００５２】
また、上記実施形態は、実際の設計要件に基づき、異なる応用および変形をなすべく組み合わされてよい。
【００５３】
上記鑑み、本発明により提供される電子放出発光素子、および、素子を用いる光源装置および表示装置は、節電、高発光効果、応答時間の短さ、製造の簡単さ、そして、環境にやさしい（水銀フリー）という特徴を有するため、光源装置および表示装置の他のオプションも市場に提供する。従来の発光構造と比較して、本発明により提供される電子放出発光素子は、カソードがプレーナ構造である限りにおいては正常に動作するという単純な構造を有し、関連する二次電子源材料層または誘導放出構造は、任意であり、不可欠な要素ではない。さらに、本発明の電子放出発光素子は、超高真空包装を必要としないので、生産プロセスを単純化でき、大量生産を容易にする。
【００５４】
一方、本発明の電子放出発光素子のカソードは、金属であってよく、したがって、反射率が向上し、明るさおよび発光効果も向上する。
さらに、電子放出発光素子により発せられる光の波長は、蛍光層のタイプにより変化し、異なる波長範囲の光源は、光源装置または表示装置の異なる使用法に従い設計されることができる。また、本発明の電子放出発光素子は、表示装置および光源装置（例えば、バックライトモジュール、または、照明ランプ）の異なる使用要件に見合うよう、プレーナ光源、線形光源、または、スポット光源に設計されることができる。
【００５５】
当業者にとり、本発明の範囲または趣旨から逸脱せずに本発明の構造に様々な修正および変更が成され得ることは明らかであろう。上記に鑑み、本発明は、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内で本発明の修正および変更を含むことが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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【外国語明細書】
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