(57)【要約】【課題】  カーボンナノチューブを利用した電界放出素子を提供する。【解決手段】  多数のＣＮＴエミッタＥがその上面に配列されるカソード電極Ｃと、前記ＣＮＴエミッタＥからの電子が通過する貫通孔Ｔを有する絶縁層Ｉと、前記絶縁層Ｉの貫通孔Ｔに対応するものであって、前記ＣＮＴエミッタＥに対して第１方向及びこれに直交する第２方向に相異なる強度の電場を形成する細長型のゲートホールＨを有するゲート電極Ｇと、を具備する電界放出素子。これにより、電子の制御が効果的に行われ、したがって色純度及び輝度が向上する。【選択図】      図５
2004193126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のＣＮＴエミッタがその上面に配列されるカソード電極と、
前記ＣＮＴエミッタからの電子が通過する貫通孔を有するゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の貫通孔に対応するものであって、前記ＣＮＴエミッタに対して第１方向及びこれに直交する第２方向に相異なる強度の電場を形成する細長型のゲートホールを有するゲート電極と、を具備することを特徴とする電界放出素子。
【請求項２】
前記ゲートホールは、一方向に延びたスロット形態を有することを特徴とする請求項１に記載の電界放出素子。
【請求項３】
前記ＣＮＴエミッタは少なくとも二つが並んで配置され、
前記二つのＣＮＴエミッタが前記細長型のゲートホールの一つに対応して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電界放出素子。
【請求項４】
前記二つのＣＮＴエミッタは相互対向する部分が弧状であり、その反対側が欠けた半月または三日月型になっていることを特徴とする請求項３に記載の電界放出素子。
【請求項５】
第１方向に延びる多数の平行なカソード電極と、
前記第１方向に直交する第２方向に延びるものであって、前記カソード電極が重なる部分に前記第１方向及び前記第２方向に相異なる電場を形成する細長型のゲートホールが形成されている多数の平行なゲート電極と、
前記ゲートホールのそれぞれに対応して前記カソード電極上に形成される多数のＣＮＴエミッタと、
前記カソード電極とゲート電極間に介在されるゲート絶縁層と、を具備することを特徴とする電界放出素子。
【請求項６】
前記ゲートホールは、一方向に延びたスロット状になっていることを特徴とする請求項５に記載の電界放出素子。
【請求項７】
前記ゲートホールは、前記第２方向に延びることを特徴とする請求項６に記載の電界放出素子。
【請求項８】
前記ＣＮＴエミッタは少なくとも二つが並んで配置され、
対向する二つのＣＮＴエミッタが、前記細長型のゲートホールの一つに対応して配置されていることを特徴とする請求項５ないし７のうちいずれか１項に記載の電界放出素子。
【請求項９】
前記二つのＣＮＴエミッタは相互対向する部分が弧状であり、その反対側が欠けた半月または三日月型になっていることを特徴とする請求項８に記載の電界放出素子。
【請求項１０】
第１方向に延びる多数の平行なカソード電極と、
前記第１方向に直交する第２方向に延びるものであって、カソード電極が重なる部分に第１ゲートホールが形成されている多数の平行な第１ゲート電極と、
前記カソード電極と第１ゲート電極間に設けられ、前記第１ゲートホールに対応する第１貫通孔が設けられている第１ゲート絶縁層と、
前記第１ゲートホールに対応する第２貫通孔を有する第２ゲート絶縁層と、
前記第２ゲート絶縁層上に形成されるものであって、第１方向及び第２方向に相異なる強度の非対称的な電場を形成する細長型のゲートホールが形成された第２ゲート電極と、を具備することを特徴とする電界放出素子。
【請求項１１】
前記ゲートホールは、一方向に延びたスロット状になっていることを特徴とする請求項１０に記載の電界放出素子。
【請求項１２】
前記ゲートホールは前記第２方向に延びることを特徴とする請求項１１に記載の電界放出素子。
【請求項１３】
前記ＣＮＴエミッタは少なくとも二つが並んで配置され、
前記二つのＣＮＴエミッタが前記細長型のゲートホールの一つに対応するように配置されていることを特徴とする請求項１０ないし１２のうちいずれか１項に記載の電界放出素子。
【請求項１４】
前記二つのＣＮＴエミッタは、相互対向する部分が弧状であり、その反対側が欠けた半月または三日月型になっていることを特徴とする請求項１３に記載の電界放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界放出素子に係り、特にカーボンナノチューブ（Carbon Nano Tube：ＣＮＴ）を利用した電界放出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＮＴは、小さな直径及びチューブ先端の鋭さによって非常に低い電圧でも電界放出がなされる材料であり、Ｃ60（フラーレン）と物性が似ている。ＣＮＴは、チューブ形態でかつ優秀な電子放出特性、化学的、機械的耐久性を有していてその物性及び応用性が研究されつつある。現在、電界放出ディスプレイ用として使われるスピント型（例えば、特許文献１参照）電界放出素子は、電子が放出されるエミッタとしてのマイクロチップを利用する。このようなマイクロチップは、電界放出時に、雰囲気ガスにより寿命が短縮されたり、電界が不均一であるなどの問題点を有している。また、電界放出のための駆動電圧を下げるためには仕事関数が下がらなければならないが、既存の金属マイクロチップとしては限界がある。これを克服するための物質として、縦横比が非常に高くて、Ｃ60と類似した構造を有して耐久性及び電子伝導性に優れたＣＮＴを電子放出源として使用する電界放出アレイが開発されている。
【０００３】
図１は、特許文献２に開示されたような一つのゲート電極を有する従来の電界放出アレイの単位ＣＮＴ電子銃の断面構造を概略的に示す。
【０００４】
基板１上にカソード電極２が形成されており、その上にカソード電極２を一部カバーしてカソード電極２の中央部分を露出させる開口部３ａを有するカソード絶縁層３が形成されている。カソード絶縁層３上には、カソード絶縁層３の開口部３ａに比べて大きい貫通孔４ａ及びゲートホール５ａをそれぞれ有するゲート絶縁層４及びゲート電極５が形成される。一方、前記カソード電極２の上面には成長されまたは塗布されたＣＮＴエミッタ８が設けられる。なお、図１において、符号９は前面板であり、符号９ｂはアノード電極、符号９ｃは蛍光体層である。
【０００５】
図２は、二つのゲート電極を有する従来の電界放出アレイの単位ＣＮＴ電子銃の断面構造を概略的に図示する。この電子銃は、図１に図示された電子銃に、第２ゲート絶縁層６及びこの上面の第２ゲート電極７が付加された構造を有する。具体的に説明すれば、カソード絶縁層３上には、カソード絶縁層３の開口部３ａに比べて大きい貫通孔４ａ及び第１ゲートホール５ａを有する第１ゲート絶縁層４及び第１ゲート電極５が形成される。そして、第１ゲート電極５上には、第１ゲート電極５の第１ゲートホール５ａに比べて大きい貫通孔６ａ及び第２ゲートホール７ａを有する第２ゲート絶縁層６及び第２ゲート電極７が形成されている。一方、前記カソード電極２の上面には成長され、または塗布されたＣＮＴエミッタ８が設けられる。
【０００６】
図２に図示された構造の電界放出素子は、図１に図示された電界放出素子とは違って二つの第１、第２ゲート電極を有することによって内部のアーク防止及び効果的なフォーカシングなどの電子制御が可能である。図３は、一つの画素に４つの単位電子銃が配列された従来の構造の電界放出素子の平面写真であり、従来のＣＮＴ電界放出素子でＣＮＴエミッタ８及びゲート電極の開口部８、６ａの形態及び関係を抜すいして示す。
【０００７】
このようなＣＮＴ電子銃を利用した電界放出素子は、スピント型のマイクロチップとは違ってカソード電極上の大部分のＣＮＴエミッタの大部分のＣＮＴから電子を放出するために電流密度が高い長所を有するが、一方ではこのような広い範囲に放出される電子が所定領域の蛍光体だけでなく他の領域の蛍光体にまで到達できる。したがって、ＣＮＴを電子放出物質として利用する電界放出素子において、ＣＮＴから放出される電子を効果的に制御できなければ色純度、輝度などにおいて不利になる。
【０００８】
また、従来電界放出素子の各単位電子銃は一つの画素に対応して図４に示されたように実質的に真円形態に形成されたＣＮＴエミッタ及びこれに対応する真円形態のゲート電極の開口部５ａ、６ａをそれぞれ具備する。したがって、各単位電子銃からあらゆる方向にまんべんなく広がる電子が放出されるが、このような電子の放出は前述したような他の領域の蛍光体に到達することによって色純度及び輝度にさらに悪影響を及ぼす。
【０００９】
このように一つの画素に対応して多数の単位電子銃が設けられる構造の電界放出素子で良質の画質を得るためには、各単位電子銃から放出された電子を与えられた蛍光体だけに収斂し、他の領域には進ませない必要がある。
【特許文献１】米国特許第３，７８９，４７１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４４０，７６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、多数の単位電子銃のＣＮＴエミッタから放出される電子を効果的に制御できるＣＮＴ電界放出素子を提供するところにその目的がある。
【００１１】
また、本発明は良質の画像を実現できるＣＮＴ電界放出素子を提供するところに他の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために本発明による電界放出素子の一類型は、多数のＣＮＴエミッタがその上面に配列されるカソード電極と、前記ＣＮＴエミッタからの電子が通過する貫通孔を有するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の貫通孔に対応するものであって、前記ＣＮＴエミッタに対して第１方向及びこれに直交する第２方向に相異なる強度の電場を形成する非対称型ゲートホールを有するゲート電極と、を具備する。
【００１３】
前記目的を達成するために本発明による電界放出素子の他の類型は、第１方向に延びる多数の平行なカソード電極と、前記第１方向に直交する第２方向に延びるものであって、カソード電極が重なる部分に第１方向及び第２方向に相異なる電場を形成する細長型のゲートホールが形成されている多数の平行なゲート電極と、前記各ゲートホールに対応して前記カソード電極上に形成される多数のＣＮＴエミッタと、前記カソード電極とゲート電極間に介在されるゲート絶縁層と、を具備する。
【００１４】
また、前記目的を達成するために本発明による電界放出素子のさらに他の類型は、第１方向に延びる多数の平行なカソード電極と、前記第１方向に直交する第２方向に延びるものであって、カソード電極が重なる部分に第１ゲートホールが形成されている多数の平行な第１ゲート電極と、前記カソード電極と第１ゲート電極間に設けられる前記第１ゲートホールに対応する第１貫通孔が設けられている第１ゲート絶縁層と、前記第１ゲートホールに対応する第２貫通孔を有する第２ゲート絶縁層と、前記第２ゲート絶縁層上に形成されるものであって、第１方向及び第２方向に相異なる強度の電場を形成する細長型のゲートホールが形成された第２ゲート電極と、を具備する。
【００１５】
前記本発明の電界放出素子の類型において、前記ゲートホールは、一方向に延びたスロット状になっており、特にゲート電極の延長方向に並んで延びることが望ましい。
【００１６】
また、前記本発明の電界放出素子の類型において、前記ＣＮＴエミッタは少なくとも二つが並んで形成され、二つのＣＮＴエミッタが前記非対称的なゲートホールの一つに対応するように形成され、望ましくは、前記二つのＣＮＴエミッタは相互対向する部分が弧状であり、その反対側は欠けた半月または三日月型になっている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明はＣＮＴを電子放出源として使用した電界放出素子において、ゲートホールの形態を細長化させると共にＣＮＴエミッタのパターンを変形することによって不要な部分に対する電子の衝突を防止し、したがって色純度、輝度を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付した図面を参照しながら本発明による電界放出素子の望ましい実施例を詳細に説明する。まず、本発明による電界放出素子は、Ｘ−Ｙマトリックス型に配置される多数の平行なカソード電極及びゲート電極を具備する。カソード電極とゲート、及びこれらの交差部に設けられるＣＮＴエミッタの積層構造は、基本的に前述した従来の電界放出素子と実質的に同一であるか、または既知の他の電界放出素子と同一である。したがって、このような技術的背景を有する本願発明の細部的な基本構造については詳細に説明せず、本発明による電界放出素子の技術的特徴部分について詳細に説明する。
【００１９】
図５は、Ｘ−Ｙマトリックス構造でカソード電極及びゲート電極が配置される電界放出素子において、本発明の基本的な構造を説明するための電界放出素子の第１実施例の概略的抜すい平面図であり、図６はその断面図である。
【００２０】
図５及び図６に示されたように、基板上で、第１方向（図面で垂直方向）のカソード電極Ｋと第２方向（図面で水平方向）のゲート電極Ｇとが直交する方向に配置され、これら間に絶縁層Ｉが設けられている。そして、カソード電極Ｋとゲート電極Ｇ間の交差部に本発明の一実施例によって４つのＣＮＴエミッタＥが設けられているが、他の実施例によれば、一つのＣＮＴエミッタだけ形成されることもあり、またはそれ以上のＣＮＴエミッタが形成されることもある。前記ＣＮＴエミッタＥは、カソード電極Ｋ上に形成され、ゲート電極Ｇには前記ＣＮＴエミッタＥのそれぞれに対応する４つの細長型のゲートホールＨが形成されている。そして、前記絶縁層Ｉは一般的な電界放出素子と同じく前記ゲート電極とカソード電極とを電気的に絶縁し、前記ＣＮＴエミッタＥに対応する貫通孔Ｔを有する。
【００２１】
図７は、図５及び図６に図示された本発明による電界放出素子の他の変形例であって、一つの細長型のゲートホールＨ’に二つのＣＮＴエミッタＥが対応するように配置された第２実施例の概略的な平面図であり、図８はその断面図である。
【００２２】
図７に示されたように、基板上には、第１方向（図面で垂直方向）のカソード電極Ｋと第２方向（図面で水平方向）のゲート電極Ｇとが直交する方向に配置され、これらの間に絶縁層Ｉが設けられている。そして、カソード電極Ｋとゲート電極Ｇ間の交差部に本発明の一実施例として４つのＣＮＴエミッタＥが設けられているが、他の実施例によれば一つだけ形成されることもあり、それ以上形成されることもある。前記ＣＮＴエミッタＥは、カソード電極Ｋ上に形成され、ゲート電極Ｇには、二つの隣接したＣＮＴエミッタＥに対応する細長型のゲートホールＨ’が二つ形成されている。そして、前記絶縁層Ｉは一般的な電界放出素子と同じく前記ゲート電極とカソード電極とを電気的に絶縁し、前記ＣＮＴエミッタに対応する貫通孔Ｔを有する。
【００２３】
前述した二つの実施例の共通的な特徴は、ＣＮＴエミッタＥからの電子放出を誘導するゲート電極ＧのゲートホールＨ、Ｈ’が、一方向に延びた細長型の構造を有しているという点である。このような細長型のゲートホールＨ、Ｈ’は、第１方向及びこれに直交する第２方向に相異なる電界を形成する。このような非対称的な電界は、ＣＮＴエミッタＥでの局部的な電子放出差を発生させる。
【００２４】
図９Ａは、本発明を特徴づける細長型のゲートホールによる電子ビームの生成及び蛍光体層に対するスポット形成の状態を示したシミュレーション結果を示し、図９Ｂは、ゲートホールＨ、Ｈ’の狭い方向、すなわち、第１方向への電子ビームの発散を示したシミュレーション結果を示し、図９Ｃは、ゲートホールＨ、Ｈ’の広い方向、すなわち、第２方向への電子ビームの発散を示したシミュレーション結果を示す。図９Ａないし図９Ｃに示されるように、電界放出時に、ゲートホールＨから第１方向、すなわち、カソード電極Ｋの長手方向には非常に強い電場が形成され、そして第２方向には状態的に非常に弱い電場が形成される。そのため、強い電場が形成される第１方向に電子ビームの発散角が大きくなり、第２方向には小さくなる。したがって、蛍光体層で前記ゲートホールＨの長手方向に直交する方向に延びた形態の非対称型のビームスポットが形成される。図１０は、前記のような細長型のゲートホールを有する電界放出素子のシミュレーションによる蛍光体層上の電子ビームスポットの形状を示す。
【００２５】
以上のような細長型のゲートホールＨ、Ｈ’による非対称的な電界は、電子ビームを制御して一方向に延びたビームスポットを形成できる。このようなビームスポットの制御は、従来の技術で問題になった電子ビームの不要な拡張を抑制して目的の蛍光体層にのみ電子ビームスポットを形成できる。図１１は、図７に図示された電界放出素子により蛍光体層上に電子ビームスポットを形成した場合を示した図である。図１１に示したように、カソード電極Ｋ上の４つのＣＮＴエミッタから電子ビームが放出されるにおいて、ゲート電極Ｇに形成される第２方向に延びたゲートホールＨ’により第１方向に延びる電子ビームスポットが蛍光体層上に形成される。この時に電子ビームスポット及び蛍光体層が第１方向に共に延びるので電子ビームが蛍光体層上にのみ形成される。すなわち、図１１に図示された電界放出素子は、一つの画素に対応して４つの単位電子銃を有し、これら各単位電子銃は蛍光体層上の目標点近辺に電子ビームを照射し、この時に細長型（第１方向）ゲートホールにより縦方向（第２方向）に延びた非対称型電子ビームスポットを形成する。このような縦長型の電子ビームスポットの形成は、画像表示装置でストライプ状の蛍光体層の構造に合い、したがって高い色純度及び輝度の画像表示を可能にする。
【００２６】
図１２は前述した実施例よりさらに多くの単位電子銃が、一つの画素に配列された本発明による電界放出素子の第３実施例の概略的平面図である。
【００２７】
図１２を参照すれば、縦方向（第１方向）に延びる二つのカソード電極Ｋが横方向（第２方向）に並んで配列されており、前述した実施例に比べて大きい幅を有するゲート電極Ｇが第２方向に延びている。ゲート電極Ｇとカソード電極Ｋ間には絶縁層Ｉが介在されている。前記ゲート電極Ｇ及び各カソード電極Ｋの各交差部には、８つの単位電子銃を構成するＣＮＴエミッタＥ及び２つずつのＣＮＴエミッタに対応する４つの細長型のゲートホールＨ’が形成されている。本実施例は、前述した実施例の他の変形例であって、電子ビーム制御メカニズムは前述した通りである。
【００２８】
前記のような本発明による電界放出素子の特徴は、ＣＮＴエミッタから電子を引き出して電子ビーム化するゲートホールの形状にあり、このような形状はゲート電極が二つ適用されるいわゆるダブルゲート型電界放出素子にも適用できる。
【００２９】
図１２は本発明によるダブルゲート型電界放出素子の一実施例を示す。
【００３０】
図１２を参照すれば、第１方向のカソード電極Ｋと第２方向の第１ゲート電極Ｇ１とが直交する方向に配置され、これらの間に第１絶縁層Ｉ１が設けられている。第１ゲート電極Ｇ１上には第２絶縁層Ｉ２が設けられ、第２絶縁層Ｉ２上には第２ゲート電極Ｇ２が設けられる。前記したように前記カソード電極Ｋと第１ゲート電極Ｇ１とはＸ−Ｙマトリックス構造に配置され、前記第２ゲート電極Ｇ２は単一層として第２絶縁層Ｇ２上に形成される。前記カソード電極Ｋとゲート電極Ｇの間の各交差部に本発明の一実施例によって４つのＣＮＴエミッタＥが設けられている。
【００３１】
前記ＣＮＴエミッタＥはカソード電極Ｋ上に形成され、第１ゲート電極Ｇ１には前記ＣＮＴエミッタＥのそれぞれに対応する真円形態の４つのゲートホールＨ１が形成されている。そして、前記第１、第２絶縁層Ｉ１、Ｉ２は一般的な電界放出素子と同じく前記第１、第２ゲート電極Ｇ１，Ｇ２とカソード電極Ｋとを電気的に絶縁し、前記ＣＮＴエミッタに対応する貫通孔（図示せず）を有する。
【００３２】
以上のようなダブルゲート型電界放出素子において、電子ビームの非対称的制御は、第２ゲート電極に形成された細長型のゲートホールＨ２により行われる。ここで、本実施例では、細長型のゲートホールＨ２が最上層の第２ゲート電極Ｇ２に形成されており、この下部の第１ゲート電極Ｇ１のゲートホールは従来の構造と同じく真円形態を有する。しかし、他の実施例によれば、前記第１ゲート電極Ｇ２にも細長型のゲートホールが形成され、この時に第１ゲート電極Ｇ１及び第２ゲート電極Ｇ２の各ゲートホールＨ１、Ｈ２は同方向に延びる。
【００３３】
図１３は、カラーディスプレイのためのカソード電極及びゲート電極配置構造を概略的に示した本発明による電界放出素子の概略的構成図である。
【００３４】
図１３を参照すれば、第１方向に延びる３つの第１、第２、第３サブカソード電極Ｋr、Ｋg、Ｋbを有するカソード電極Ｙ1、Ｙ2〜Ｙnが多数並んで配置され、第１方向Ｙに直交する第２方向Ｘに延びるゲート電極Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3〜Ｘnが多数並んで配置されている。前記サブカソード電極Ｋr、Ｋg、Ｋbは一般的なカラー表示装置でと同じく、赤、緑、青の三色の画像をそれぞれ表現するためのものである。
【００３５】
各カソード電極Ｙ1〜Ｙnとゲート電極Ｘ1〜Ｘmとの交差部Ａはカラー画素領域に該当し、したがって、この部分に電子放出のための手段、ＣＮＴエミッタＥ及びこれに対応するゲートホールＨが存在する。図１３のＡ部分の拡大図である図１４を参照すれば、サブカソード電極Ｋr、Ｋg、Ｋb上にＣＮＴエミッタＥが形成されている。各サブカソード電極Ｋr、Ｋg、Ｋb上に、１行当り二つのＣＮＴエミッタＥが形成されている。そして、ゲート電極Ｇには、二つのＣＮＴエミッタＥに対応する細長型のゲートホールＨが多数形成されている。図１４には、一つのゲート電極による電子銃の構造を示したが、これは前述したようなダブルゲートによる電子銃の構造に代替できる。
【００３６】
前述した実施例は、画像表示装置に適用され、特に前記のようにカラー画像表示装置に適用されうる。カラー画像表示装置は、一つのカラー画素が赤、緑、青の単位画素の組み合わせよりなり、したがってこれに対応するカソード電極及びゲート電極の配列を有する。一般的にカソード電極は、赤、緑、青の単位画素に対応するように配列される。このような電極の配列は公知のものであるのでこれ以上説明しない。
【００３７】
前記カソード電極は電気的通路であって、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)などの透明性導電体または銀ペーストなどの不透明性導電体または２種類の材料以上よりなる積層構造で形成できる。
【００３８】
図１５は、実際に製作された本発明による電界放出素子の顕微鏡写真であり、図１６は、さらに拡大して示した電界放出素子の顕微鏡写真である。図１５及び図１６で長く延びたスリットはゲートホールを示し、その中にある点はＣＮＴエミッタである。
【００３９】
図１７は、本発明の電界放出素子において、最下位のカソード電極の配置構造を示した顕微鏡写真である。図１７で帯状に明るい部分がＩＴＯで形成されたカソード電極である。カソード電極で四角形枠に現れる部分はＩＴＯが除去された部分であって、その中の明るい四角形領域はＣＮＴエミッタが形成される領域である。
【００４０】
図１８は、図１７に図示されたＩＴＯカソード電極上に帯状の抵抗層が形成された状態を示した顕微鏡写真である。各抵抗層は各カソード電極上に形成される。この時に四角形エミッタの形成領域でＣＮＴエミッタが実際に形成される部分に貫通孔が形成され、したがってこの部分でＩＴＯ電極は露出される。図１８には、抵抗層に形成された小さな円形貫通孔が図示されている。この抵抗層により、前述した四角形のエミッタ形成領域は抵抗層により帯状のＩＴＯ電極と電気的に連結される。このような電極及び抵抗層の配列は画素間クロストーク及び電気的特性を考慮したものである。
【００４１】
前記のような本発明の電界放出素子は、ゲートホールを細長くしたことにより一方向に延びた細長型電子ビームスポットを形成することにその特徴がある。このような特徴はゲートホールの形態の変形により非対称的な電界を形成することにより達成される。終局的にビームスポットの細長化は、ビームスポットを一方向に延ばして蛍光体層で所定領域以外の領域に入り込まないようにすることである。一般的にカソード電極は蛍光体ストライプと同方向に延びるので電子ビームスポットはカソード電極または蛍光体層の延長方向に延ばすことが望ましい。
【００４２】
このようなビームスポットの細長化は、前記のような実施例で説明されたゲート電極のゲートホールの細長化と合せてＣＮＴエミッタの形状を変更することによってさらに効果的に行われうる。
【００４３】
図１９は、本発明によるＣＮＴエミッタの変形例の図である。
【００４４】
図１９に示されたように、細長型のゲートホールの内側に半月型に形成されたＣＮＴエミッタが一対設けられている。この時に一対のＣＮＴエミッタＥが対向する部分は弧状であり、直線輪郭部分は外側を向いている。一方、図２０に図示されたＣＮＴエミッタＥの他の変形例ではＣＮＴエミッタＥが三日月型である。この場合も、一対のＣＮＴエミッタＥが対向する部分は、弧状であり、凹型の輪郭部分は外側を向いている。このようなＣＮＴエミッタの形態は、前述した非晶質抵抗層に形成される貫通孔または開口部の形状により制御可能である。
【００４５】
このようにＣＮＴエミッタＥの外側部分を欠かせる、すなわち除去することにより、ＣＮＴエミッタの外側からの電子放出を抑制する。ＣＮＴエミッタの外側から放出された電子は最も広く放出されるだけでなく、実際に各画素に対応する蛍光体には到達しない。
【００４６】
電界放出素子を構成した後フィールドエミッションディスプレイを作るためには電子を所望の色相の蛍光体にだけ衝突させることが色純度及び輝度向上に役に立つ。すなわち、図４に図示された形態の従来のＣＮＴエミッタは円形の形態を有しているために、これから放出された電子が所定蛍光体でない隣接した他の蛍光体に衝突することによって色純度を落とし、そして目標とする蛍光体に到達しないことにより目標とする蛍光体での発光輝度が落ちる。
【００４７】
真円の形態を有する従来構造のＣＮＴエミッタに対する電界放出素子の電界放出シミュレーション結果が、図２１ないし図２３に図示されている。図２１は並んだ二つのＣＮＴエミッタの中央部分での電子の発散、図２２は並んだ二つのＣＮＴエミッタの対向する内側での電子発散、そして図２３は並んだ二つのＣＮＴの相反した両外側部分での電子発散を示す。
【００４８】
図２１に示されたように、両ＣＮＴエミッタの各中央部から出る両側の電子ビームは真上の蛍光体に飛ばずに外側部分に発散される方向に進まれる。そして、図２３に示されたように、二つのＣＮＴエミッタの外側部分から出る電子ビームも同じく蛍光体に飛ばずにゲート電極に進まれてゲート漏れ電流を発生させる。しかし、図２２に示されたように、両ＣＮＴエミッタの各内側から放出される電子ビームは主に大きく拡散されずに真上にある蛍光体側に飛ぶ。
【００４９】
前記のように対向する二つのＣＮＴエミッタの相反した両外観部分を欠かすことによって図２３に図示されたような現象を防止する。本発明は前記のような電子進行メカニズムを利用してＣＮＴエミッタを図１９または図２０に図示されたような形態に形成する。エミッタの外側の半円部分を除去して内側の半円部分または三日月部分でのみ電子放出を起こす。このような構造よりなる電子放出素子は電子ビームを所望の蛍光体だけに発光させることによって色純度を向上させることができ、実験を通じてこれを確認した。
【００５０】
いくつかの模範的な実施例が説明され、かつ添付された図面に図示されたが、このような実施例は単に広い発明を例示したものであり、これらにより本発明は制限されないということが理解されねばならない。そして、本発明は図示されかつ説明された構造及び配列に限定されないという点が理解されねばならないが、これは多様な他の修正が当業者により行われうるからである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
このような本発明の電子放出素子は、電子放出源が要求されるあらゆる装置に適用できる。特に、多数の電子放出源アレイが要求される装置、例えば、平板ディスプレイ素子などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来のシングルゲート型電界放出素子の概略的断面図である。
【図２】従来のダブルゲート型電界放出素子の概略的断面図である。
【図３】実際に製作された従来の電界放出素子の顕微鏡写真である。
【図４】従来の電界放出素子のＣＮＴエミッタ及びゲートホールの形態及び配置を示した抜すい図である。
【図５】本発明による電界放出素子の第１実施例の概略的平面図である。
【図６】図５に図示された本発明による電界放出素子の概略的断面図である。
【図７】本発明による電界放出素子の第２実施例の概略的平面図である。
【図８】図７に図示された本発明による電界放出素子の概略的断面図である。
【図９Ａ】細長型のゲートホールによる電子ビームの発散様相を示す図である。
【図９Ｂ】細長型のゲートホールによる第２方向への電子ビームの発散様相様子を示したシミュレーション結果を示す図である。
【図９Ｃ】細長型のゲートホールによる第１方向への電子ビームの発散様相を示したシミュレーション結果を、それぞれ示した図面である。
【図１０】本発明による電界放出素子により蛍光体層上に形成される電子ビームスポットの形態を示した図面である。
【図１１Ａ】本発明による電界放出素子において、４つの単位電子銃によりストライプ状の蛍光体層の電子ビームを形成する様相を示した図面である。
【図１１Ｂ】実際に製作された本発明による電界放出素子の平面図であって、拡張された細長型スロットによる電子ビームの主な発散方向を説明する図面である。
【図１２】本発明による電界放出素子の第３実施例において、ダブルゲート型電界放出素子の概略的平面図である。
【図１３】本発明による電界放出素子が適用されるカラー表示装置のカソード電極及びゲート電極の配置構造を示した図面である。
【図１４】図１３のＡに対応する図面であって、カラー表示のためにカソード電極が色相別に分離されている構造を示した概略的な平面図である。
【図１５】実際に製作された本発明による電界放出素子の顕微鏡写真である。
【図１６】図１５に図示された電界放出素子を部分的に拡大した顕微鏡写真である。
【図１７】本発明による電界放出素子において、基板上に形成されるカソード電極の配置構造を示した図面である。
【図１８】図１７に図示されたカソード電極上に非晶質シリコン抵抗層が形成された状態を示した顕微鏡写真である。
【図１９】本発明による電界放出素子の他の実施例によるＣＮＴエミッタの変形例を示した図面である。
【図２０】本発明による電界放出素子の他の実施例によるＣＮＴエミッタの他の変形例を示した図面である。
【図２１】図４に図示されたような真円形態の従来の二つのＣＮＴエミッタの部分別電子発散のシミュレーション結果を示した図面である。
【図２２】図４に図示されたような真円形態の従来の二つのＣＮＴエミッタの部分別電子発散のシミュレーション結果を示した図面である。
【図２３】図４に図示されたような真円形態の従来の二つのＣＮＴエミッタの部分別電子発散のシミュレーション結果を示した図面である。
【符号の説明】
【００５３】
Ａ      交差部
Ｃ      カソード電極
Ｅ      ＣＮＴエミッタ
Ｇ      ゲート電極
Ｇ１    第１ゲート電極
Ｇ２    第２ゲート電極
Ｈ      ゲートホール
Ｈ１    ゲートホール
Ｈ２    ゲートホール
Ｉ      絶縁層
Ｋ      カソード電極
Ｔ      貫通孔
【図１】
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【図２】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図３】
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【図１１Ｂ】
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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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