(57)【要約】【課題】電極に放電痕が生じない二極管構造の蛍光発光型表示装置を提供する。【解決手段】蛍光発光型表示素子は、アノード基板２とカソード基板３が対面してなる真空気密容器４を有する。カソード基板の内面には、開口６を有する枠状のカソード電極５と該カソード電極の内縁に被せて開口内に設けられたカーボン材料層７からなるカソードがある。アノード基板の内面にはアノード電極８と蛍光体層９を有するアノードがある。蛍光体層はカソード電極の開口よりも内側の部分でカーボン材料と対面する。カーボン材料層とカソード電極の間の抵抗が適当であり、蛍光体層がカソード電極の内側なので、アノードとカソードの間には放電による放電痕が生じにくく、表示品位が低下しにくい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔をおいて対面するアノード基板とカソード基板を有する真空気密容器と、前記カソード基板の内面に形成されたカソード電極と該カソード電極に設けられたカーボン材料を有するカソードと、前記アノード基板の内面に形成されたアノード電極と該アノード電極に設けられて前記カソードと対面する蛍光体層を有するアノードを備え、前記カソードの前記カーボン材料から放出された電子を前記アノードの前記蛍光体層に射突させて該蛍光体層を発光させる蛍光発光型表示装置において、
前記カソード電極が内方に開口を有する枠状に形成され、前記カソード電極に導通するように前記カーボン材料を前記開口を含む前記カソード電極の外形よりも内側に設け、前記蛍光体層が前記カソード電極の開口よりも内側の部分において前記カーボン材料と対面するように構成されたことを特徴とする蛍光発光型表示素子。
【請求項２】
前記カソード電極と前記カーボン材料の間に、抵抗層を設けたことを特徴とする請求項１記載の蛍光発光型表示素子。
【請求項３】
所定間隔をおいて対面するアノード基板とカソード基板を有する真空気密容器と、前記カソード基板の内面に形成されたカソード電極と該カソード電極に設けられたカーボン材料を有するカソードと、前記アノード基板の内面に形成されたアノード電極と該アノード電極に設けられて前記カソードと対面する蛍光体層を有するアノードを備え、前記カソードの前記カーボン材料から放出された電子を前記アノードの前記蛍光体層に射突させて該蛍光体層を発光させる蛍光発光型表示装置において、
前記アノード電極が内方に開口を有する枠状に形成され、前記アノード電極に導通するように前記蛍光体層を前記開口を含む前記アノード電極の外形よりも内側に設け、前記カーボン材料が前記アノード電極の開口よりも内側の部分において前記蛍光体層と対面するように構成されたことを特徴とする蛍光発光型表示素子。
【請求項４】
前記アノード電極と前記蛍光体層の間に、抵抗層を設けたことを特徴とする請求項３記載の蛍光発光型表示素子。
【請求項５】
前記カソード材料が、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル、カーボンナノホーン、ナノウィスカーのうち、少なくとも一種類を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の蛍光発光型表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界電子放出型のカソードと蛍光体層を有するアノードを真空気密容器の内部で所定間隔をおいて対面させ、カソードのカーボン材料から放出させた電子を蛍光体層に射突させて発光させる二極管構造の蛍光発光型表示装置に係り、特にカソードとアノードの間で放電が生じることにより表示品位や寿命が低下するおそれの少ない蛍光発光型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、カーボン材料から電子を放出する電界電子放出型のカソードと、蛍光体層を有するアノードを、真空気密容器の内部で所定間隔をおいて対面させた二極管構造の蛍光発光型表示装置が開示されている。また下記特許文献２には、格子状のカソード導体が区画する多数の格子の各部分に、電界電子放出型のカソードが互いに離れた島状に設けられてなる電子放出源が開示されている。また下記特許文献３には、透光性基板上に透光隙間群を有するメッシュ状金属細線で表示セグメントに対応した陽極を形成し、この陽極上に蛍光体層を被着形成して、蛍光体層の発光を透光性基板を通して観察する蛍光発光型表示装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１４３６４５号公報
【特許文献２】特許２６５７９８４号公報
【特許文献３】特開昭５９−０７５５４３号公報
【０００３】
上記各文献にて示したように、電界電子放出型のカソードを電子源とし、該カソードから放出された電子が射突して発光する蛍光体層が設けられたアノードを発光部とする二極管構造の蛍光発光型表示装置が知られている。このような構造の蛍光発光型表示装置は、一般に所定間隔をおいて対面するアノード基板とカソード基板を有する真空気密容器を有しており、この真空気密容器のアノード基板とカソード基板の各内面側に、それぞれ前記アノードと前記カソードが形成されている。
【０００４】
このような蛍光発光型表示装置では、図７に示すように、特許文献３の表示装置と同様にカソードのカソード電極１００が、枠体１０１の内方にハッチングパターン１０２が設けられた構造となっている場合がある。ハッチングパターン１０２は電子を放出するカーボン材料層１０３とカソード電極１００との導通をより確実にするために設けられたものであり、カーボン材料層１０３はハッチングパターン１０２を覆って設けられている。アノード電極１０５を有するアノードは、同図中にカソード電極１００と重ねて図示したように、図中紙面に垂直方向について所定間隔をおいて、カソードに対面する位置に設けられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７に示したように、電界電子放出型のカソードと蛍光体層を有するアノードが所定間隔をおいて対面する二極管構造の蛍光発光型表示装置において、カソード電極１００がハッチングパターン１０２を有する枠体１０１の構造を有している場合には、アノードとカソードの間に所定の電圧を加えてカソードから電子を放出させ、アノードに射突させて蛍光体層を発光させようとすると、図７中に黒点で示したように、両電極の間で放電が発生してハッチングパターンの付近に放電痕１１０が生じることがあった。
【０００６】
図８は、前記二極管構造の蛍光発光型表示装置において、透光性のカソード基板の外側から、カソード基板と、ハッチングパターンと、薄くて透光性のあるカーボン材料を通してアノード基板の内面にあるアノードの蛍光体層を視認した状態を示す写真であり、前記放電痕が蛍光体層に黒点（汚れ）として生じてしまった実際の状況を示すものである。なお、放電痕は、図８のようにアノードの蛍光体層に生じる場合と、カソード電極のハッチングパターンに相当する部分のカーボン材料が破壊された箇所として生じる場合もある。いずれの場合においても、放電痕がある部分では蛍光体層の発光が得られなくなるので、表示部分中に発光しない黒点が生じることとなり表示品位が低下する。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術における課題を解決するためになされたものであり、電界電子放出型のカソードと蛍光体層を有するアノードが所定間隔をおいて対面する二極管構造の蛍光発光型表示装置において、アノードにもカソードにも放電痕が生じず、表示品位が低下しないようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載された蛍光発光型表示素子は、所定間隔をおいて対面するアノード基板とカソード基板を有する真空気密容器と、前記カソード基板の内面に形成されたカソード電極と該カソード電極に設けられたカーボン材料を有するカソードと、前記アノード基板の内面に形成されたアノード電極と該アノード電極に設けられて前記カソードと対面する蛍光体層を有するアノードを備え、前記カソードの前記カーボン材料から放出された電子を前記アノードの前記蛍光体層に射突させて該蛍光体層を発光させる蛍光発光型表示装置において、
前記カソード電極が内方に開口を有する枠状に形成され、前記カソード電極に導通するように前記カーボン材料を前記開口を含む前記カソード電極の外形よりも内側に設け、前記蛍光体層が前記カソード電極の開口よりも内側の部分において前記カーボン材料と対面するように構成されたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載された蛍光発光型表示素子は、請求項１記載の蛍光発光型表示素子において、
前記カソード電極と前記カーボン材料の間に、抵抗層を設けたことを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載された蛍光発光型表示素子は、所定間隔をおいて対面するアノード基板とカソード基板を有する真空気密容器と、前記カソード基板の内面に形成されたカソード電極と該カソード電極に設けられたカーボン材料を有するカソードと、前記アノード基板の内面に形成されたアノード電極と該アノード電極に設けられて前記カソードと対面する蛍光体層を有するアノードを備え、前記カソードの前記カーボン材料から放出された電子を前記アノードの前記蛍光体層に射突させて該蛍光体層を発光させる蛍光発光型表示装置において、
前記アノード電極が内方に開口を有する枠状に形成され、前記アノード電極に導通するように前記蛍光体層を前記開口を含む前記アノード電極の外形よりも内側に設け、前記カーボン材料が前記アノード電極の開口よりも内側の部分において前記蛍光体層と対面するように構成されたことを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載された蛍光発光型表示素子は、請求項３記載の蛍光発光型表示素子において、
前記アノード電極と前記蛍光体層の間に、抵抗層を設けたことを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載された蛍光発光型表示素子は、請求項１乃至４のいすれか一つに記載の蛍光発光型表示素子において、
前記カソード材料が、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル、カーボンナノホーン、ナノウィスカーのうち、少なくとも一種類を有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載された二極管構造の蛍光発光型表示素子によれば、開口内にハッチングがない枠状のカソード電極に電子を放出するカーボン材料が設けられ、このカソードと対面するアノードの蛍光体層がカソード電極の枠よりも内側に離れて設けられているので、アノードとカソードの間には放電が生じにくく、アノードとカソードのいずれにも放電痕が生じにくく、従って表示品位が低下しにくい。
【００１４】
請求項２に記載された蛍光発光型表示素子によれば、請求項１記載の蛍光発光型表示素子において、所定の電位が与えられる枠状のカソード電極と、電子を放出するカーボン材料との間に適当な抵抗が与えられるので、前記放電は一層生じにくくなる。
【００１５】
請求項３に記載された二極管構造の蛍光発光型表示素子によれば、開口内にハッチングがない枠状のカソード電極に電子が射突する蛍光体層が設けられ、このアノードと対面するカソードのカーボン材料がアノード電極の枠よりも内側に離れて設けられているので、アノードとカソードの間には放電が生じにくく、アノードとカソードのいずれにも放電痕が生じにくく、従って表示品位が低下しにくい。
【００１６】
請求項４に記載された蛍光発光型表示素子によれば、請求項３記載の蛍光発光型表示素子において、所定の電位が与えられる枠状のアノード電極と、電子が射突する蛍光体層との間に適当な抵抗が与えられるので、前記放電は一層生じにくくなる。
【００１７】
請求項５に記載された蛍光発光型表示素子によれば、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の蛍光発光型表示素子において、カソード材料としてカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル、カーボンナノホーン、ナノウィスカーのうち、少なくとも一種類を有しているので、電界電子放出効果によって電子をアノードに向けて効果的に放出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
(1) 第１実施形態（図１、図２、図６）
図１は本実施形態の要部断面図、図２は本実施形態の要部平面図、図６は本実施形態の効果を示す図である。
本例の蛍光発光型表示素子１ａは、電界電子放出型のカソードを電子源とし、該カソードから放出された電子が射突して発光する蛍光体層が設けられたアノードを発光部とする二極管構造の蛍光発光型表示装置である。図１に示すように、この蛍光発光型表示装置１ａは、所定間隔をおいて対面するアノード基板２とカソード基板３を有している。図１にはアノード基板２とカソード基板３の図示しない外周部は、図示しないスペーサ部材等を介して封着材等により気密に封着されており、薄型パネル状の真空気密容器４が構成されている。
なお、寸法の一例を示せば、アノード基板２とカソード基板３の間隔は３５μｍ程度である。
【００１９】
図１に示すように、カソード基板３の内面には、カソード電極５が設けられている。カソード電極５はアルミ薄膜やＩＴＯ薄膜等の導電性膜で構成され、内方に開口６を有する矩形の枠状に形成されている。そして、この枠状のカソード電極５には、少なくとも枠状の外形よりも内側にカーボン材料層７が設けられている。本例では、カーボン材料は枠状のカソード電極５の開口６を埋めるとともに、枠の内縁にかかるように設けられている。また、本例では、カーボン材料の下に薄膜であるアルミやＩＴＯを用いたカソード電極としているが、あらかじめカーボン材料を塗布形成した後に、枠状部のカソード電極としてＡｇ材料を印刷したり、アルミやＩＴＯ薄膜を蒸着するなどしてカーボン材料の上側に枠状カソード電極を形成してもよい。
【００２０】
カーボン材料層７は、カーボン材料と、固着材としての有機Ｔｉと、溶剤とを混合してなるカーボンペーストを前記カソード電極５に所定厚さで塗布し、焼成することにより固着させて形成したものであり、表面には微細なカーボン材料の突起が無数に突出し、電界により電子放出を行う電子放出部を構成している。なお、本例のカーボン材料としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、フラーレン、ナノパーティクル、ナノカプセル、カーボンナノホーン、ナノウィスカーのうち、少なくとも一種類を使用している。尚、本発明におけるナノウィスカーとは、円近似断面径が１〜１０００ｎｍ（平均値）で、円近似断面に対する長さの比（アスペクト比）が５以上である略棒状の構造を有する導電性又は半導電性を有する物を意味する。
なお、本例のカーボン材料層７は、厚さが１μｍで抵抗率が１００〜１０００Ω・ｃｍの範囲に設定されている。本例での抵抗率は１００〜１０００Ω・ｃｍとしたが、ドット形状やサイズによっては、より広範囲に変更する必要もある。
【００２１】
図１に示すように、アノード基板２の内面には、アノード電極８が設けられている。アノード電極８はアルミ薄膜やＩＴＯ薄膜等の導電性膜で構成されており、前記カソード電極５と同等の幅寸法を有しているが、図２を参照して後述するようにこれに限定するものではない。そして、このアノード電極８の上には、蛍光体層９が形成されている。この蛍光体層９は、前記カソード電極５の開口６よりも内側の部分において前記カーボン材料層７と対面するように構成されている。
なお、蛍光体層９は、例えばＺｎＯ：Ｚｎ等からなり、その被着厚さはアノード電極８の厚さも含めて１５〜２０μｍ程度とされている。
【００２２】
図１に示すように、アノード電極８には、−極が設置された電源１０の＋極が接続されており、カソード電極５は接地電位とされている。
なお、本例の電源１０は１２０Ｖとされている。
【００２３】
図２は、本例の蛍光発光型表示素子１ａの平面図であるが、図１に示した構造例と異なり、枠状のカソード電極５が図中横方向に並べられて接続されている。またカソード電極５と図の紙面垂直方向に所定の間隔をおいて、かつカソード電極５と交叉する図中縦方向に沿って、帯状のアノード電極８が設けられている（図２では１本のみ例示する。）。このようにカソードとアノードを交叉させてマトリクスを構成し、両電極の走査駆動によって交点上のカソードから電子を放出し、対向する蛍光体層９に該電子を射突させ、これを選択的に発光させる構成とすることができる。
【００２４】
図２におけるアノード電極８の幅は、カソード電極５の開口６の幅よりも狭く、この点で図１の構造例とは異なるが、図２の帯状のアノード電極８に設けられた蛍光体層９は、カソード電極５の開口６よりも内側の部分においてカーボン材料層７と対面するように構成されている点においては図１の構造と同じである。
【００２５】
図２に示したカソード電極５のうち、左側のカソード電極５ａには、開口６の中央に枠からは離れた矩形の島状電極１１が設けられている。図２は、多数のカソード電極５の中の一部に島状電極１１を設けることを意味するのではなく、枠状のカソード電極５の変形例である島状電極１１を図２の実施形態の図中に同時に示したものである。このような島状電極１１を設ければ、島状電極１１はカソード電極５ａとは直接導通してはいないが、カーボン材料層７を介して両者は導通する。従って、カソード電極５ａから島状電極１１に至るまではカーボン材料層７の抵抗は徐々に増加するが、島状電極１１にかかる範囲ではカーボン材料層７の抵抗は一定となり、発光品位の向上に資することとなる。
また、この電極１１は、本例ではベタ状の電極となっているが、この島状電極がアルミハッチングパターンでも良好な発光品位となる。
【００２６】
本例によれば、開口６内にハッチングパターンのない枠状のカソード電極５，５ａにカーボン材料層７を設け、平面視でその枠よりも内側にアノードの蛍光体層９を設けて対面するように構成したので、カーボン材料層７のうちで蛍光体層９が直接対面している部分は、カソード電極５，５ａからはある程度離れた位置に存在することとなる。
【００２７】
このため、蛍光体層９とカーボン材料層７の間では放電が起こりにくくなり、放電痕が生じにくくなった。
図６は、カソード電極５にハッチングパターンがある従来例の表示素子（図中黒丸で示す）と、本例の表示素子（図中白丸で示す）について、各１３サンプルずつを実際に点燈して放電痕が発生したドット数をカウントしてグラフ化したものである。各サンプルはそれぞれ２００ドットを含んでいる。従来例（黒丸）では、１３のすべてのサンプルにおいて、２００ドット中、７０以上に放電痕が発生し、最も多く発生したサンプルでは２００ドット中、１９０以上に放電痕が発生した。これに対し、本例の表示素子（白丸）では、すべてのサンプルについて放電痕の発生は１０以下であった。
【００２８】
本例によれば、このように放電痕の発生が少なくなった結果、蛍光発光型表示装置としての表示品位、品質が向上した。さらに、放電痕発生が減少することにより、表示管内に発生する放出ガスが低減し、寿命特性も改善された（本例では３０％程度の寿命特性の向上が見られた。）。
【００２９】
カーボン材料層７はカソード電極５の枠から近いほど電子のエミッションが多くなるので、前記放電を防止するには、蛍光体層９が直接対面しているカーボン材料層７とカソード電極５との間の抵抗を適宜に設定することが有効であり、また図示はしないがカーボン材料の突出は枠近傍にも存在しうるので蛍光体層９は開口６の内方（枠の内側）に存在することが有効であると考えられるところ、本例によれば、カーボン材料層７には上述したように適当な抵抗値が付与され、また蛍光体層９はカソード電極５の枠の内側に離して設けたので、上述したような放電防止の効果が得られたものである。
【００３０】
また、本例において、カーボンペーストの配合を適宜に調整してカーボン材料層７の抵抗を前述した抵抗値の範囲の上限まで高め、又は平面視でカソード電極５の枠内に収められた蛍光体層９の大きさをより小さくすれば、電子の射突による蛍光体層９の劣化が進みにくく、寿命特性が向上する効果が得られる。
【００３１】
(2) 第２実施形態（図３）
本例の蛍光発光型表示素子１ｂは、図３に示すように枠状のカソード電極５とカーボン材料層７の間に抵抗層１２が設けられている点が第１例と相違するが、その他の構成は第１例と同じであるので、対応する部分には図１と同様の符号を付して第１例の説明を援用する。
本例によれば、カーボン材料層７自体の抵抗と、抵抗層１２の抵抗とによってカソード側の抵抗をさらに広い範囲でより精密に設定することができるので、前述した放電痕の発生の防止効果を一層確実に得ることができる。抵抗層１２はα−Ｓｉ、タンタル等の材料で形成することができる。α−Ｓｉは透光性があるので、カソード基板を通して蛍光体の発光を視認するタイプの表示素子に好適である。
【００３２】
(3) 第３実施形態（図４）
図４は本実施形態の要部断面図である。
本例の蛍光発光型表示素子１ｃは、第１例と同様の二極管構造の蛍光発光型表示装置であるが、第１例とは逆にアノード電極８が枠状である。
【００３３】
図４に示すように、アノード基板２の内面には、アノード電極１８が設けられている。アノード電極１８はアルミ薄膜やＩＴＯ薄膜等の導電性膜で構成され、内方に開口１６を有する矩形の枠状に形成されている。そして、この枠状のアノード電極１８には、少なくとも枠状の外形よりも内側に蛍光体層９が設けられている。本例では、蛍光体層９は枠状のアノード電極１８の開口１６を埋めるとともに、枠の内縁にかかるように設けられている。
【００３４】
図４に示すように、カソード基板３の内面には、カソード電極１５が設けられている。カソード電極１５はアルミ薄膜やＩＴＯ薄膜等の導電性膜で構成されており、前記アノード電極１８と同等の幅寸法を有しているが、図２に示した第１例の場合と同様、これに限定するものではない。そして、このカソード電極１５の上には、カーボン材料層７が形成されている。このカーボン材料層７は、前記アノード電極１８の開口１６よりも内側の部分において前記蛍光体層９と対面するように構成されている。
なお、カーボン材料層７の構成、電源１０、その他の構成は第１例と同様であり、対応する部分には第１例と同様の符号を付してその悦明を援用するものとする。
【００３５】
本例によれば、開口１６内にハッチングパターンのない枠状のアノード電極１８に蛍光体層９を設け、平面視でその枠よりも内側にカソードのカーボン材料層７を設けて対面するように構成したので、蛍光体層９のうちでカーボン材料層７が直接対面している部分は、アノード電極１８の枠からはある程度離れた位置に存在することとなった。
【００３６】
このため、蛍光体層９とカーボン材料層７の間では放電が起こりにくくなり、放電痕が生じにくくなった。本例における放電痕現象の効果は図６を参照して説明した第１例の場合と同様であり、蛍光発光型表示装置としての表示品位の向上、寿命の向上等の効果も第１例と同様である。
【００３７】
(4) 第４実施形態（図５）
本例の蛍光発光型表示素子１ｄは、図５に示すように枠状のアノード電極１８と蛍光体層９の間に抵抗層１３が設けられている点が第３例と相違するが、その他の構成は第３例と同じであるので、対応する部分には図３と同様の符号を付して第３例の説明を援用する。
本例によれば、蛍光体層９自体の抵抗と、抵抗層１３の抵抗とによってアノード側の抵抗をさらに広い範囲でより精密に設定することができるので、前述した放電痕の発生の防止効果を一層確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は第１実施形態の要部断面図である。
【図２】図２は第１実施形態の要部平面図である。
【図３】図３は第２実施形態の要部断面図である。
【図４】図４は第３実施形態の要部断面図である。
【図５】図５は第４実施形態の要部断面図である。
【図６】図６は本発明の各実施形態の効果を示す図である。
【図７】ハッチングパターンを有するカソード電極を備えた従来の二極管構造の蛍光発光型表示装置と、その問題点である放電痕の発生を示す平面図である。
【図８】従来の二極管構造の蛍光発光型表示装置において、カソード電極が設けられたカソード基板の側からハッチングパターン越しにアノードの蛍光体層を見た写真であって、ハッチングパターンに対応する蛍光体層の一部に放電痕が発生している状況を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…蛍光発光型表示素子
２…アノード基板
３…カソード基板
４…真空気密容器
５，１５…カソード電極
６，１６…開口
７…カーボン材料層
８，１８…アノード電極
９…蛍光体層
１２，１３…抵抗層
【図１】
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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２】
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【図７】
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【図８】
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