(57)【要約】【課題】冷陰極電子源から放出された電子の衝突による発光を利用して画像を表示する表示装置において、電子放出の均一性を確保できる冷陰極電子源及びそれを用いて高画質化を図った表示装置を提供する。【解決手段】冷陰極電子源２は、電界の作用によって電子を放出する電子放出材料２１、基板電極２２、電子引出電極２３、連続孔からなる多孔性部材２４とを備え、多孔性部材２４は基板電極２２と電子引出電極２３との間にあるとともに電子放出材料２１を含有し、電子放出材料２１の先端部は多孔性部材２４の孔壁から突出しているようにした。【選択図】　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界の作用によって電子を放出する電子放出材料と、前記電子放出材料に電界を付与するための基板電極及び電子引出電極と、前記基板電極と前記電子引出電極との間に連続孔からなる多孔性部材とを備え、前記多孔性部材は前記電子放出材料を含有し、前記電子放出材料の先端部は前記多孔性部材の孔壁から突出していることを特徴とする冷陰極電子源。
【請求項２】
前記電子放出材料は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１記載の冷陰極電子源。
【請求項３】
前記多孔性部材は、二次電子増倍材料で形成され、凹凸のある孔壁面を有していることを特徴とする請求項２記載の冷陰極電子源。
【請求項４】
電界の作用によって電子を放出する電子放出材料と、前記電子放出材料に電界を付与するための基板電極及び電子引出電極と、前記基板電極と前記電子引出電極との間に連続孔からなる多孔性部材とを備え、前記電子放出材料は前記基板電極の表面に配置されていることを特徴とする冷陰極電子源。
【請求項５】
冷陰極電子源から放出された電子の衝突による発光を利用して画像を表示する表示装置において、前記冷陰極電子源は、電界の作用によって電子を放出する電子放出材料と、前記電子放出材料に電界を付与するための基板電極及び電子引出電極と、前記基板電極と前記電子引出電極との間に連続孔からなる多孔性部材とを備え、前記多孔性部材は前記電子放出材料を含有し、前記電子放出材料の先端部は前記多孔性部材の孔壁から突出していることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界の作用によって電子を放出する冷陰極電子源に関するものである。さらに、その冷陰極電子源を用いたフラットパネル型の表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界の作用によって電子を放出する電界電子放出とは、金属または半導体などの表面の印加電界を１０９Ｖ／ｍ程度にするとトンネル効果により障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われる現象である。この電界電子放出の電子源を冷陰極電子源といい、熱エネルギーを利用して熱電子を放出する電子源（熱陰極電子源）に比べ、省エネルギーであるとともに長寿命化できるなど多くの優れた点を有している。
【０００３】
冷陰極電子源に適用される電子放出材料としてカーボンナノチューブ（以下ＣＮＴと略す）が知られている。ＣＮＴは直径４〜５０ｎｍ、長さ１０μｍ以上と非常にアスペクト比の高い材料であり、外部電界を効率よくＣＮＴの先端部に集中することが可能となる。これは、外部から印加する電界がマクロ的に低くてもＣＮＴの近傍では非常に大きく増幅され、電子を取り出すのに十分な電界強度を発生できることを示している。その結果、電極に加える引出電極電位が比較的小さくても電子放出が可能であり、制御電源に必要とされる電圧を低減できるメリットがある。
【０００４】
図５は、特開２００１−１５５６６６号公報に開示された表示装置の要部断面図である。１０９は表示面、１４１は透明陽極、１４２は蛍光体膜であり、発光部は透明陽極１４１と蛍光体膜１４２からなる。１２０はＣＮＴで構成された電子放出部、１２１は基板電極、１２５は電子引出電極である。電子放出部１２０の表面はＣＮＴを露出するため、レーザ照射が施されている。
【０００５】
電子引出電極１２５に正電位、基板電極１２１に負電位を印加して電子放出部１２０に電界を付与すると、ＣＮＴの先端部から電子が放出される。この電子は電子引出電極１２５の開口部を通過して発光部に到達し、発光部に電子が衝突すると発光が起きる。この発光を利用して表示面１０９に画像が表示される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表示面１０９において発光点がドット状に点在して画質が不均一となる問題があった。これは、電子放出部１２０の表面状態の微妙な凹凸に依存してＣＮＴの露出具合に不均一が生じ、電子放出部１２０表面において電子放出領域が偏ってしまうためである。これまでにも電子放出部１２０表面の平坦化は為されてきたが、１μｍ以下の精度で平坦化することは困難であった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電子放出の均一性を確保できる冷陰極電子源を提供する。さらに、その電子源を用いて高画質化を図ったフラットパネル型の表示装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる冷陰極電子源は、電界の作用によって電子を放出する電子放出材料と、電子放出材料に電界を付与するための基板電極及び電子引出電極と、基板電極と電子引出電極との間に連続孔からなる多孔性部材とを備え、多孔性部材が電子放出材料を含有し、電子放出材料の先端部が多孔性部材の孔壁から突出しているものである。
【０００９】
請求項２にかかる冷陰極電子源は、電子放出材料がカーボンナノチューブであるものである。
【００１０】
請求項３にかかる冷陰極電子源は、多孔性部材が二次電子増倍材料で形成され、凹凸のある孔壁面を有しているものである。
【００１１】
請求項４にかかる冷陰極電子源は、電界の作用によって電子を放出する電子放出材料と、電子放出材料に電界を付与するための基板電極及び電子引出電極と、基板電極と電子引出電極との間に連続孔からなる多孔性部材とを備え、電子放出材料は基板電極の表面に配置されているものである。
【００１２】
請求項５にかかる表示装置は、冷陰極電子源から放出された電子の衝突による発光を利用して画像を表示する表示装置において、冷陰極電子源が電界の作用によって電子を放出する電子放出材料と、電子放出材料に電界を付与するための基板電極及び電子引出電極と、基板電極と電子引出電極との間に連続孔からなる多孔性部材とを備え、多孔性部材が電子放出材料を含有し、電子放出材料の先端部は多孔性部材の孔壁から突出しているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明が適用される表示装置の実施の形態１を説明するための要部断面図である。図２は、この表示装置に用いられる冷陰極電子源の断面図である。図において、１は基板ガラス、２は冷陰極電子源、３はスペーサである。４はアルミバック陽極、５は蛍光体膜であり、両者は発光部を形成する。６はブラックマトリックス、７は表示面、８は引出電極である。冷陰極電子源２において、２１は電子放出源材料としてのＣＮＴ、２２は基板電極、２３は電子引出電極、２４は連続孔からなる多孔性部材である。
【００１４】
多孔性部材２４は、基板電極２２と電子引出電極２３との間に位置し、高抵抗性のガラス層から形成される。このとき、ガラス層は二次電子増倍材料であることが好ましく、例えば酸化マグネシウムなどを含んでいるものとする。連続孔の孔壁表面のみを二次電子増倍材料で覆っていてもよい。また、連続孔の孔壁面は凹凸を有しており、孔部はおおむね直径２μｍ程度の大きさであるものとする。ＣＮＴ２１の先端部は多孔性部材２４の孔壁から突出している。
【００１５】
続いて多孔性部材２４の形成方法について説明する。まず、ガラスペースト中にＣＮＴを混入するとともに有機系材質の球状物質を混入する。球状物質の例としてポリメタクリル酸メチル（以下ＰＭＭＡと略す）などのプラスチック粒子がある。ＣＮＴは、ガラスペースト中に１０〜２０重量％混入されることが好ましい。ＰＭＭＡ粒子は、直径５〜１０μｍのものが好ましく、ガラスペースト中に５〜１０重量％混入されることが好ましい。このとき、ガラスペーストを十分に混練することにより、ＣＮＴとＰＭＭＡはガラスペースト内で均一に分散される。
【００１６】
ＣＮＴとＰＭＭＡが混入されたガラスペーストを、スクリーン印刷によって基板電極２２上に印刷形成する。この場合にガラスペーストパターンは、スクリーン印刷の版で形成してもよく、ある程度の領域をベタ膜として印刷した後にブラスト加工などで所定形状に形成してもよい。必要とされる膜厚方向の厚みのコントロールは、ガラスペーストの粘度調整やスクリーン版の印圧調整で行うことができ、多層塗りを実施してもよい。スクリーン印刷以外にもフレキソ印刷、オフセット印刷も可能であり、インクジェット法などもありうる。
【００１７】
このように形成されたガラスペーストパターンは、乾燥後に焼成されて多孔性部材となる。ここで、ＰＭＭＡ粒子とガラスペーストバインダーとしての有機溶剤は、酸素雰囲気において３５０℃程度で燃焼しつくしてしまう。一般に印刷形成するガラスペーストがガラス層に変質するのに必要な焼成温度は４００〜６００℃の範囲内にあり、この焼成条件下ではＰＭＭＡ粒子と有機溶剤は燃焼されてしまう。焼成後に得られる多孔性部材は焼成前に比べて２〜３割寸法収縮するともに、ＰＭＭＡ粒子の燃焼跡は空房となり、この寸法収縮のために空房同士が接続して連続孔が多数形成される。また、この寸法収縮時にほとんどのＣＮＴが先端部を孔壁から突出することとなり、ＣＮＴ先端部の露出量が増加する。さらに、ＣＮＴとＰＭＭＡとが均一に分散されていたことから、ＣＮＴ先端部の露出均一度も向上する。
【００１８】
次に、動作について説明する。電子引出電極２３に正電位、基板電極２２に負電位を印加して多孔性部材２４中のＣＮＴ２１に電界を付与すると、ＣＮＴ２１の先端部から電子が放出される。この電子は電子引出電極２３の開口部を通過して発光部に到達し、発光部に電子が衝突すると表示面７に画像が表示される。
【００１９】
多孔性部材２４の厚みを２０μｍとすると、印加電圧２００Ｖでは１０Ｖ／μｍの高電界が発生することになる。一般にガラスの絶縁耐力は２０Ｖ／μｍ程度であるから、このような動作条件では絶縁破壊を起こすことはない。ＣＮＴ２１の電子放出電界強度は約３Ｖ／μｍであるから、この電界の作用によって、多孔性部材２４の孔壁から突出しているＣＮＴ２１の先端部から電子が放出される。ＣＮＴ２１の先端部の露出均一度が向上していることから、電子放出特性の均一化が図られる。
【００２０】
さらに、多孔性部材２４が二次電子増倍材料で形成されているために、孔壁に衝突した電子によって新たな電子が放出されることになる。図３は、この実施の形態において電子放出材料からの放出電子の軌跡を説明するための模式図である。図において矢印は放出電子の軌跡を示す。連続孔の孔壁面は不規則な凹凸を有しているため、孔壁面に衝突した放出電子は乱反射し、さらに二次電子を放出しながら電子引出電極２３の方向に進んでいく。二次電子も放出電子同様に孔壁面に衝突しては乱反射し、新たな二次電子を放出しながら電子引出電極２３の方向に進んでいく。この実施の形態では、孔壁面の不規則な凹凸が放出電子あるいは二次電子の衝突頻度の向上をもたらし、二次電子増倍効果が大きい。ＣＮＴ先端部の露出量増加との相乗効果で、電子引出電極から発光部に向けて電子を放出するときの印加電圧を大幅に低減できる。
【００２１】
また、ＣＮＴから電子が放出されるとＣＮＴには正電荷が残ることになる。この正電荷が消えない限りＣＮＴ近傍の電界は小さくなり、次の電子放出が起こりにくくなる。そこで、この実施の形態では全てのＣＮＴは高抵抗性の多孔性部材２４を通して基板電極２２に接続されている。この正電荷は、多孔性部材２４を伝わるリーク電流として基板電極２２に流れ込み消失する。正電荷がＣＮＴから消失すると、再度ＣＮＴから電子放出するに十分な電界がＣＮＴ近傍に加わることになる。このように、ＣＮＴと基板電極との間に高抵抗体が存在すると、各ＣＮＴが次々と電子放出することはなく、電子放出電流を空間的にも時間的にも制限することになる。したがって、冷陰極電子源全体において電子放出電流を安定化できる。
【００２２】
したがって、この実施の形態における冷陰極電子源では、電子放出特性の均一化に加えて、電子放出するための印加電圧の低減化、電子放出電流の安定化の効果がある。このような冷陰極電子源をフラットパネル型の表示装置に用いれば、発光の均一性や画像の滑らかさ等の高画質化が図られる。なお、図２では電子引出電極２３と多孔性部材２４とが接しているが、実際には両者が離れていることもあり、その距離を適宜設定することは設計事項である。
【００２３】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２を説明するための冷陰極電子源の断面図である。この実施の形態は、実施の形態１と異なる点として、ＣＮＴが多孔性部材に含有されずに基板電極の表面に配置されているものである。図において、ＣＮＴ２１は基板電極２２の表面にシリカ系バインダーによって接着されている。
【００２４】
この実施の形態においても、ＣＮＴ２１はすべて露出していることから、電子放出特性の均一化が図られることは言うまでもない。さらに、放出電子が連続孔を通過する距離が実施の形態１より長く、放出電子あるいは二次電子の衝突頻度の向上による二次電子増倍効果が一段と大きい。したがって、ＣＮＴ先端部の露出量増加との相乗効果で、電子放出するときの印加電圧を大幅に低減できる。このような冷陰極電子源をフラットパネル型の表示装置に用いれば、発光の均一性や画像の滑らかさ等の高画質化が図られる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、電界の作用によって電子を放出する電子放出材料と、電子放出材料に電界を付与するための基板電極及び電子引出電極と、基板電極と電子引出電極との間に連続孔からなる多孔性部材とを備え、多孔性部材が電子放出材料を含有し、電子放出材料の先端部が多孔性部材の孔壁から突出しているため、電子放出材料の先端部の露出量増加と露出均一度向上とが容易となり、電子放出特性の均一化を図った冷陰極電子源を提供できる。
【００２６】
また、電子放出材料がカーボンナノチューブであるため、電子を放出するときの印加電圧を低減できる。
【００２７】
また、多孔性部材が二次電子増倍材料で形成され、凹凸のある孔壁面を有しているため、電子衝突頻度の向上による二次電子増倍効果が大きく、電子を放出するときの印加電圧を大幅に低減できる。
【００２８】
この発明によれば、電界の作用によって電子を放出する電子放出材料と、電子放出材料に電界を付与するための基板電極及び電子引出電極と、基板電極と電子引出電極との間に連続孔からなる多孔性部材とを備え、電子放出材料は基板電極の表面に配置されているため、電子放出材料すべての露出が容易となり、電子放出特性の均一化を図った冷陰極電子源を提供できる。
【００２９】
この発明によれば、冷陰極電子源から放出された電子の衝突による発光を利用して画像を表示する表示装置において、冷陰極電子源が電界の作用によって電子を放出する電子放出材料と、電子放出材料に電界を付与するための基板電極及び電子引出電極と、基板電極と電子引出電極との間に連続孔からなる多孔性部材とを備え、多孔性部材が電子放出材料を含有し、電子放出材料の先端部は多孔性部材の孔壁から突出しているため、発光の均一性による高画質化を図った表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を説明するための表示装置の要部断面図である。
【図２】実施の形態１を説明するための冷陰極電子源の断面図である。
【図３】実施の形態１を説明するための模式図である。
【図４】実施の形態２を説明するための冷陰極電子源の断面図である。
【図５】従来の技術を説明するための表示装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１　基板ガラス、２　冷陰極電子源、２１　ＣＮＴ、２２　基板電極、２３　電子引出電極、２４　多孔性部材、３　スペーサ、４　アルミバック陽極、５　蛍光体膜、６　ブラックマトリックス、７　表示面、８　引出電極、１０９　表示面、１２０　電子放出部、１２１　基板電極、１２５　電子引出電極、１４１
透明陽極、１４２　蛍光体膜
【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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