(57)【要約】【課題】簡単な構造でありながら、高品質で信頼性、生産性および実用性の高い電界放出型蛍光表示装置およびこの表示装置の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】カソード電極上に設けられた電子放出源と、アノード電極上に設けられた蛍光体とを対向配置した電界放出型蛍光表示装置において、上記蛍光体が低電圧駆動型の蛍光体であり、ライン状に形成されたカソード電極と、ライン状に形成されたアノード電極とをカソード電極上に成膜された絶縁層を介して直交するように重ねた電極構造を有する電界放出型蛍光表示装置およびこの表示装置の製造方法により、信頼性、生産性および実用性が高く、かつ、高品質な電界放出型蛍光表示装置の提供が可能になった。【選択図】  図１
2004303679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極上に設けられた電子放出源と、アノード電極上に設けられた蛍光体とを対向配置した電界放出型蛍光表示装置において、上記蛍光体が低電圧駆動型の蛍光体であり、ライン状に形成されたカソード電極と、ライン状に形成されたアノード電極とをカソード電極上に成膜された絶縁層を介して直交するように重ねた電極構造を備えたことを特徴とする電界放出型蛍光表示装置。
【請求項２】
上記低電圧駆動型の蛍光体が、駆動電圧が５００Ｖ以下で発光する蛍光体、好ましくは１００Ｖ以下の駆動電圧で発光する蛍光体であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
上記電子放出源がグラファイトナノファイバーやカーボン・ナノチューブなどのカーボン系材料を成長させて形成させたものであることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
背面板用基板上にライン状のカソード電極を成膜し、さらにこのカソード電極の上に絶縁層を成膜して、上記カソード電極上にマイクロキャビティが形成されるようにこの絶縁層をエッチングし、このマイクロキャビティ内でカーボン系材料を成長させて電子放出源を形成することによってカソード基板を製造する工程と、前面板用基板上にライン状のアノード電極を成膜し、このアノード電極に低電圧駆動型の蛍光体を設けることによってアノード基板を製造する工程と、上記低電圧駆動型の蛍光体と上記電子放出源とを対向配置し、かつ、上記ライン状のカソード電極とライン状のアノード電極とが絶縁層を介して直交するように重ねる工程とを少なくとも含むことを特徴とする電界放出型蛍光表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィールドエミッションディスプレイ（以下ＦＥＤという）など、電子放出源を利用した電界放出型蛍光表示装置及びこの表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種のフラットディスプレイのうち、ＦＥＤなどの電子放出源を利用した電界放出型蛍光表示装置には、電極構造が、カソード電極およびアノード電極のみで構成される２極構造型のものと、カソード電極、ゲート電極およびアノード電極から構成される３極構造型のものとがある。
【０００３】
上記２極構造型の場合は、蛍光体を励起する駆動電圧が数百Ｖ乃至数千Ｖ程度必要となるため、電圧が高すぎてパルス駆動などによる動画表示が困難となり、実用性が低いという欠点がある。
【０００４】
たとえば、電子放出源として、電界電子放出特性が比較的良いカーボンファイバーを採用し、カソード電極とアノード電極との間の距離を１５０μｍとしたＦＥＤの場合であっても、アノード電極には、５００Ｖ程度の電圧を印加する必要があり、依然として動画表示には不向きといわざるをえない。
【０００５】
そこで、上記駆動電圧を低く抑えるために、アノード電極を構成する基板上に設けられたＲ、Ｇ、Ｂ各色の蛍光体の電位をいずれも同電位とし、低電圧のパルス駆動などにより、カソード電極から放出された冷陰極電子が各色蛍光体に入射するのを制御する必要がある。
【０００６】
上記３極構造型の場合は、カソード電極とゲート電極との間の距離を小さくすることにより、電子放出源に印加される実効的な電場を大きくすることができるため、上記パルス駆動による制御が可能となり、２極構造型よりも駆動電圧を低くすることができる。
【０００７】
従って、現在では電子放出源を利用した電界放出型蛍光表示装置は、３極構造型が主流である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
しかし、ゲート電極を介して電子放出源から放出される冷陰極電子は、電界によって与えられた方向に直進するため、必ずしも要求する蛍光体のアドレスに入射するとは限らず、発散する確率が高くなる。放出される冷陰極電子が発散すると、漏れ発光や混色などによる画像ぼけが生じるおそれがあり、高精細な画像表示の要請に十分には応えられず、品質に大きく影響する。
【０００９】
このような問題を解決するために、従来、ゲート電極とアノード電極との間に第４極目として収束電極を設け、ゲート電極から放出される冷陰極電子を収束電極によって収束し、要求する蛍光体のアドレスにのみ入射するようにし、漏れ発光や混色を防止していた（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特願平２００２−３５２３２４号（第２頁）
【特許文献２】
特開平５−２４５１９３号（特許請求の範囲）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の収束電極を設けた３極構造型の表示装置では、アノード電極とゲート電極との間のミリオーダのギャップに収束電極を設けなければならず、厳密な寸法管理が要求されるため、構造が複雑になり、量産化するにあたり生産性に大きく影響するという問題があった。
【００１２】
また、構造が複雑になれば、故障要因も増えるため、信頼性の問題も生じていた。
【００１３】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、簡単な構造でありながら、高品質で信頼性の高い電界放出型蛍光表示装置およびこの表示装置の製造方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明にかかる電界放出型蛍光表示装置は、カソード電極上に設けられた電子放出源と、アノード電極上に設けられた蛍光体とを対向配置した電界放出型蛍光表示装置において、上記蛍光体が低電圧駆動型の蛍光体であり、ライン状に形成されたカソード電極と、ライン状に形成されたアノード電極とをカソード電極上に成膜された絶縁層を介して直交するように重ねた電極構造を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、蛍光体が低電圧駆動型の蛍光体であるため、カソード電極とアノード電極のみの簡単な２極構造であっても低電圧のパルス駆動が可能となり、また、カソード電極とアノード電極とが絶縁層を介して重なっているため、電子放出源から放出された冷陰極電子は、絶縁層によって隣接するアドレスから遮断されるので発散せず、要求する蛍光体のアドレスに正確に入射し、画像ぼけが改善される。
【００１６】
上記低電圧駆動型の蛍光体は、駆動電圧が５００Ｖ以下で発光する蛍光体、好ましくは１００Ｖ以下の駆動電圧で発光する蛍光体であることが望ましい。
【００１７】
なお、上記電子放出源を電界電子放出特性が優れているグラファイトナノファイバーやカーボン・ナノチューブなどのカーボン系材料を成長させて形成させたものにすれば、より高い電子電流密度をえることができ、さらに消費電力を抑えることもできる。
【００１８】
また、上記課題を解決するため、本発明にかかる電界放出型蛍光表示装置の製造方法は、背面板用基板上にライン状のカソード電極を成膜し、さらにこのカソード電極の上に絶縁層を成膜して、上記カソード電極上にマイクロキャビティが形成されるようにこの絶縁層をエッチングし、このマイクロキャビティ内でカーボン系材料を成長させて電子放出源を形成することによってカソード基板を製造する工程と、前面板用基板上にライン状のアノード電極を成膜し、このアノード電極に低電圧駆動型の蛍光体を設けることによってアノード基板を製造する工程と、上記低電圧駆動型の蛍光体と上記電子放出源とを対向配置し、かつ、上記ライン状のカソード電極とライン状のアノード電極とが絶縁層を介して直交するように重ねる工程とを少なくとも含むことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）〜（ｉ）は、本発明にかかる電界放出型蛍光表示装置、すなわちＦＥＤの製造方法における各プロセスを説明するための基板の模式的断面図である。
【００２０】
図１（ａ）〜（ｇ）は、カソード基板の製造プロセスを示したものである。
【００２１】
まず、（ａ）で示すように、背面板用ガラス基板１の上に、ライン状のカソード電極２を成膜する。次に、（ｂ）で示すように、上記カソード電極２の上に、絶縁層３を成膜する。（ｃ）で示すように、絶縁層３の上に、マスク４を形成し、（ｄ）でマスク４が形成されていない箇所の絶縁層３をエッチングしてマイクロキャビティ５を形成する。（ｅ）で示すように、マイクロキャビティ５内でグラファイトナノファイバー等のカーボン系材料６を好ましくは触媒の存在下で成長させ、（ｆ）で示すように、電子放出源７を形成し、（ｅ）で示したマスク４の上に堆積したカーボン系材料６をマスク４とともに除去してカソード基板を製造する。
【００２２】
図１の（ｇ）及び（ｈ）は、アノード基板の製造プロセスを示したものである。
【００２３】
（ｇ）で示すように、前面板用ガラス基板８の上に、ライン状のアノード電極９を成膜し、（ｈ）で示すように、アノード電極９のライン上に低電圧駆動型の蛍光体１０を設けてアノード基板を製造する。
【００２４】
なお、この低電圧駆動型の蛍光体１０は、駆動電圧が５００Ｖ以下で発光する蛍光体、好ましくは１００Ｖ以下の駆動電圧で発光する蛍光体であることが望ましい。具体的には、例えば、ＺｎＯ系、ＺｎＳ系、ＺｎＧａ２Ｏ４系、ＳｒＴｉＯ３：Ｐｒ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕなどが挙げられる。
【００２５】
図１の（ｉ）で示すように、上記プロセスにより製造された（ｆ）のカソード基板と（ｈ）のアノード基板とを電子放出源７と蛍光体１０とが対向し、かつ、カソード電極２とアノード電極９とが絶縁層３を介して直交するように重ねて、ＦＥＤを製造する。なお、蛍光体１０に対向する位置の絶縁層３については、蛍光体１０の厚さの分だけさらにエッチングしてもよい。
【００２６】
従って、カソード電極２のラインとアノード電極９のラインとの間のギャップは絶縁層３の厚さになる。この絶縁層３によって、電子放出源７から放出された冷陰極電子が隣接するアドレスに発散するのを阻止することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明にかかる電極構造を有するＦＥＤの実施例および比較例を説明する。
【００２８】
（実施例１）
図１の（ｉ）で示したように、カソード電極２とアノード電極９との間のギャップは、絶縁層３の厚さになるが、本実施例では、この絶縁層３の厚さをおよそ３μｍとした。
【００２９】
なお、蛍光体１０としては、低電圧駆動型のＺｎＯ系をアノード電極９に塗布し、電子放出源７の材料は、グラファイトナノファイバーを使用した。
【００３０】
カソード電極２とアノード電極９とをそれぞれ配線し、真空チャンバにセットして１０−３Ｐａ程度まで排気した。
【００３１】
カソード電極２に−２０Ｖのスキャン信号を印加し、一方、アノード電極９には３０Ｖのスキャン信号を印加した。このときカソード電極２とアノード電極９の信号が一致したアドレスで電位差が５０Ｖとなり、電子放出源７から放出された冷陰極電子が、上記信号が一致したアドレスの蛍光体１０に入射し、この蛍光体１０が発光することが確認できた。
【００３２】
（比較例１）
図２は、従来の２極構造型で、従来使用されてきた蛍光体（Ｐ２１）を採用したＦＥＤの基板の模式的断面図である。蛍光体（Ｐ２１）は、具体的には赤がＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、緑がＺｎＳ：ＣＵ，ＡＬ、青がＺｎＳ：Ａｇである。
【００３３】
背面板用ガラス基板２１の上に、ライン状のカソード電極２２を成膜し、マイクロキャビティ２４を設け、マイクロキャビティ２４内でグラファイトナノファイバーを成長させて電子放出源２５を形成し、カソード基板を製造した。一方、前面板用ガラス基板２６の上にライン状のアノード電極２７を成膜し、上記蛍光体（Ｐ２１）２８を塗布してアノード基板を製造した。両電極間のギャップを図示しないスペーサーでおよそ２００μｍに保持し、ライン状のカソード電極２２とライン状のアノード電極２７とが直交するように重ねた。これを真空チャンバにセットして１０−３Ｐａ程度まで排気した。
【００３４】
カソード電極２２をアース電位としてアノード電極２７の１本のラインに６００Ｖ印加したところ、１ラインの発光が確認できた。
【００３５】
従って、２極構造型のＦＥＤの駆動電圧は、上記本発明にかかるＦＥＤの駆動電圧のおよそ１２倍であり、本発明にかかる電極構造を有するＦＥＤは従来の２極構造型と比較して非常に低電圧で駆動することがわかった。
【００３６】
（比較例２）
図３は、３極構造型で、従来使用されてきた蛍光体（Ｐ２１）を採用したＦＥＤの基板の模式的断面図である。
【００３７】
背面板用ガラス基板３１の上に、ライン状のカソード電極３２を成膜し、カソード電極３２とゲート電極３４を絶縁するためにカソード電極３２の上に絶縁層３３を成膜した。この絶縁層３３の厚さは、およそ３μｍとした。この絶縁層３３の上に、カソード電極３２と直交する方向にライン状のゲート電極３４を成膜した。上記直交している位置にマイクロキャビティ３５ができるように絶縁層３３をエッチングした。このマイクロキャビティ３５内でグラファイトナノファイバーを成長させて、電子放出源３６を形成し、カソード基板を製造した。一方、前面板用ガラス基板３７の上にライン状のアノード電極３８を成膜し、上記蛍光体（Ｐ２１）３９を塗布してアノード基板を製造した。カソード基板とアノード基板とを図示しないスペーサーでおよそ３ｍｍのギャップで保持して重ねた。
【００３８】
カソード電極３２、ゲート電極３４およびアノード電極３８をそれぞれ配線し、パネルを真空チャンバにセットして１０−３Ｐａ程度まで排気した。
【００３９】
ゲート電極３４に６５Ｖのスキャン信号を印加し、カソード電極３２にはアース電位のスキャン信号を印加した。アノード電極３８の電圧は１．５ｋＶとした。
【００４０】
このとき選択したゲート電極３４で電位差が６５Ｖとなり、電子放出源３６から冷陰極電子が放出され、この電子放出源３６と対向するアドレスの蛍光体３９に入射してこの蛍光体（Ｐ２１）３９を発光させた。
【００４１】
しかし、このとき発光ラインが上記アドレスの領域よりも太くなっていることから、この冷陰極電子は、発散していることが確認できた。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、アノード電極とカソード電極とから構成される２極の電極構造でありながら、低電圧駆動型の蛍光体をアノード電極に設けることにより、低電圧のパルス駆動などによる動画表示が可能となり、実用性の高い電界放出型蛍光表示装置の提供を可能にした。
【００４３】
また、電極を２極構造型にして簡素化することにより、生産性の向上を図るとともに、故障要因を減らすことによって信頼性の高い電界放出型蛍光表示装置の提供を可能にした。
【００４４】
さらに、ライン状のアノード電極とライン状のカソード電極とが、絶縁層を介して直交するように重なっているため、電子放出源から放出された冷陰極電子は、絶縁層によって隣接するアドレス上の蛍光体への発散および入射を遮断され、漏れ発光や混色などによる画像ぼけを防ぐことができるため、高品質の電界放出型蛍光表示装置の提供も可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる電界放出型蛍光表示装置、すなわちＦＥＤの製造方法を説明するためのフロー図であり、（ａ）〜（ｉ）は各プロセスでの基板の模式的断面図。
【図２】従来の２極構造型ＦＥＤの基板の模式的断面図。
【図３】従来の３極構造型ＦＥＤの基板の模式的断面図。
【符号の説明】
１    背面板用ガラス基板
２    カソード電極
３    絶縁層
４    マスク
５    マイクロキャビティ
６    カーボン系材料
７    電子放出源
８    前面板用ガラス基板
９    アノード電極
１０  蛍光体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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