(57)【要約】【課題】  グリッド電極と前後面基板の熱膨張係数の差異により生じる誤整列を防止する。【解決手段】  間隔をおいて対向配置されて、真空容器の壁を構成する第１及び第２基板2,4と、第１基板上で絶縁層を間に置き、互いに絶縁されて位置するカソード電極及びゲート電極14,10と、カソード電極上に電子放出物質を含んで形成される複数の電子放出部16と、第２基板上に位置する少なくとも一つのアノード電極20と、アノード電極上に位置する赤色、緑色及び青色の蛍光層22と、真空容器内部に設置されて、前記複数の電子放出部から各々放出された電子集合が各々通過する複数の孔を備えたグリッド電極8と、を備えた電子放出素子において、グリッド電極の熱膨張係数が第１基板及び第２基板の熱膨張係数の８０乃至１２０％になるようにした。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔をおいて対向配置されて、真空容器の壁を構成する第１及び第２基板と、
前記第１基板上で絶縁層を間に置き、互いに絶縁されて位置するカソード電極及びゲート電極と、
前記カソード電極上に電子放出物質を含んで形成される複数の電子放出部と、
前記第２基板上に位置する少なくとも一つのアノード電極と、
前記アノード電極上に位置する赤色、緑色及び青色の蛍光層と、
前記真空容器内部に設置されて、前記複数の電子放出部から各々放出された電子集合が各々通過する複数の孔を備えたグリッド電極を含み、前記グリッド電極の熱膨張係数が前記第１基板及び第２基板の熱膨張係数の８０乃至１２０％であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記グリッド電極の熱膨張係数が、前記第１基板及び第２基板の熱膨張係数の９０乃至１１０％であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記グリッド電極の熱膨張係数が、前記第１基板及び第２基板の熱膨張係数の９５乃至１０５％であることを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記グリッド電極の熱膨張係数は、ニッケルの含量によって調節されることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記グリッド電極は、ニッケルの含量が４２乃至５２重量％のニッケル-鉄（Ｎｉ-Ｆｅ）合金であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記グリッド電極は、ニッケルの含量が４５乃至５０重量％のニッケル-鉄（Ｎｉ-Ｆｅ）合金であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項７】
前記グリッド電極は、ニッケルの含量が４７乃至４９重量％のニッケル-鉄（Ｎｉ-Ｆｅ）合金であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項８】
前記第１基板及び第２基板は、１．０×１０-６乃至１０．０×１０-６/℃の熱膨張係数を有するガラス板であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項９】
前記グリッド電極は、クロム、コバルト、及びチタニウムからなる群より選択される１種以上の金属をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項１０】
前記グリッド電極は、０．０５乃至０．２ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項１１】
前記電子放出部は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、黒鉛（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン（ＤＬＣ）及びフラーレン（Ｃ６０）からなる群より選択される１種以上のカーボン系物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項１２】
間隔をおいて対向配置されて、真空容器の壁を構成する第１及び第２基板と、
前記第１基板上で絶縁層を間に置き、互いに絶縁されて位置するカソード電極及びゲート電極と、
前記カソード電極上に電子放出物質を含んで形成される複数の電子放出部と、
前記第２基板上に位置する少なくとも一つのアノード電極と、
前記アノード電極上に位置する赤色、緑色及び青色の蛍光層と、
前記真空容器内部に設置されて、前記複数の電子放出部から各々放出された電子集合が各々通過する複数の孔を備えるグリッド電極を含み、前記グリッド電極はニッケル-鉄合金を含むことを特徴とする電子放出素子。
【請求項１３】
前記グリッド電極は４２乃至５２重量％のニッケルを含むことを特徴とする請求項１２に記載の電子放出素子。
【請求項１４】
前記グリッド電極は４５乃至５０重量％のニッケルを含むことを特徴とする請求項１３に記載の電子放出素子。
【請求項１５】
前記グリッド電極は４７乃至４９重量％のニッケルを含むことを特徴とする請求項１３に記載の電子放出素子。
【請求項１６】
前記グリッド電極は、クロム、コバルト、及びチタニウムからなる群より選択される１種以上の金属をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の電子放出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子に関し、より詳しくは電子放出部から放出された電子を収束させる金属製グリッド電極を備えた電子放出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電子放出素子（ＥＥＤ）は、量子力学的なトンネリング効果を利用して、カソード電極に備えられた電子放出部から電子を放出させ、放出された電子をアノード電極に備えられた蛍光層に衝突させて発光させることによって所定の映像を表現する表示装置であって、カソード電極とゲート電極及びアノード電極を備えた３極管構造が広く用いられている。
【０００３】
通常の３極管構造では、カソード電極とゲート電極を備えた後面基板と、アノード電極を備えた前面基板がガラスフリットのような密封材により一体に接合されて真空容器を構成し、真空容器内部には複数のスペーサが装着されて前後面基板を一定間隔に維持させる。
【０００４】
ところが、前記構成の電子放出素子は、真空容器内部でアーク放電を発生する場合があるが、アーク放電は、真空容器内部で発生するガス放出などにより瞬間的に多くのガスがイオン化されながら起こる放電現象に起因すると推定されている。通常のアーク放電は、アノード電圧が高まるに従って激しく発生し、アーク放電時にアノード電極とゲート電極が電気的に短絡されて、ゲート電極を損傷するという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するため、前面基板と後面基板の間に金属グリッド電極を装着した電子放出素子が提案された。グリッド電極は、アーク放電が発生した場合、その被害が後面基板に備えられた電極群に影響を与えないようにして、放出電子の収束を向上させる役割を果たす。
【０００６】
しかし、前記金属グリッド電極の熱膨張係数が、平板ディスプレイの前後面基板に用いられる熱強化ガラスの熱膨張係数に対して、大きく異なる場合には、電子放出素子の封着、排気などの工程において、いろいろな問題が発生するようになる。具体的には、高温工程の制約があり、グリッド電極と下板の誤整列（位置ずれ）が発生するため、排気工程時にパネルの破損などの問題が発生する。また、グリッド電極の誤整列によって電子放出部から放出された電子集合が選択された発光領域ではない近接領域の蛍光層にあたるようになってクロストークを生じ、色純度が低下するなどの問題が発生する。
【０００７】
従って、このような問題を解決するために、グリッド電極が焼成工程時に誤整列する（位置ずれを生じる）ことを考慮して、グリッド電極を補償設計するが、補償設計はその過程が面倒なだけでなく、補償設計による品質管理には一定の限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記のような問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、前後面基板と同程度の熱膨張係数を有する金属のグリッド電極を備えて、グリッド電極と前後面基板の熱膨張係数の差異により生じた誤整列を防止できる電子放出素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前記目的を達成するため、間隔をおいて対向配置されて、真空容器の壁を構成する第１及び第２基板と、前記第１基板上で絶縁層を間に置き、互いに絶縁されて位置するカソード電極及びゲート電極と、前記カソード電極上に電子放出物質を含んで形成される複数の電子放出部と、前記第２基板上に位置する少なくとも一つのアノード電極と、前記アノード電極上に位置する赤色、緑色及び青色の蛍光層と、前記真空容器内部に設置されて、前記複数の電子放出部から各々放出される電子集合が各々通過する複数の孔を備えたグリッド電極を含み、前記グリッド電極の熱膨張係数（ＴＥＣ）は、前記第１基板及び第２基板の熱膨張係数の８０乃至１２０％である電子放出素子を提供する。
【００１０】
本発明はまた、間隔をおいて対向配置されて、真空容器の壁を構成する第１及び第２基板と、前記第１基板上で絶縁層を間に置き、互いに絶縁されて位置するカソード電極及びゲート電極と、前記カソード電極上に電子放出物質を含んで形成される複数の電子放出部と、前記第２基板上に位置する少なくとも一つのアノード電極と、前記アノード電極上に位置する赤色、緑色及び青色の蛍光層と、前記真空容器内部に設置されて、前記複数の電子放出部から各々放出された電子集合が各々通過する複数の孔を備えたグリッド電極を含み、前記グリッド電極はニッケル-鉄合金を含む電子放出素子を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電子放出素子は、第１、第２基板と同程度の熱膨張係数を有する金属製グリッド電極を備えて、グリッド電極と前後面基板の間の熱膨張係数の差異と温度変化によって生じる大きな内部応力を防止するので、広範な温度変化を伴う加工過程での破損を防止でき、高温加工が可能になって真空封着もでき、素子の信頼性を高めることができるという長所がある。また、必然的に局部的誤整列を低減させるので、製品の品質が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明の明細書に用いられた図面は、本発明のグリッド電極を含む電子放出素子の一例を示すに過ぎず、本発明が下記図面の構造に限られるわけではない。
【００１３】
本発明で第１基板は、蛍光体層を含む前面基板を意味し、第２基板は電子放出部を含む後面基板を意味する。
【００１４】
図１は本発明のグリッド電極を含む電子放出素子の一例を示した部分分解斜視図であり、図２は図１の組立状態を示す部分断面図である。
【００１５】
図面を参照すると、電子放出素子は任意の間隔をおいて対向配置されて真空容器の壁を構成する第１及び第２の基板２、４と、電子ビーム通過のための複数の開口部６を形成して両基板の間に配置されるグリッド電極８を含む。第１基板２には電子形成で電子を放出する構成であり、第２基板４には前記第１基板２側から放出された電子集合によって可視光を放出してイメージを実現する構成が提供される。
【００１６】
より具体的に説明すると、第１基板２上にはゲート電極１０が一方向（図面のＹ方向）に沿ってストライプパターンを形成して、ゲート電極１０を覆う形で、第１基板２の内面全体に絶縁層１２が配置される。絶縁層１２上にはカソード電極１４がゲート電極１０と直交する方向（図面のＸ方向）に沿ってストライプパターンを形成して、ゲート電極１０とカソード電極１４の交差領域ごとにカソード電極１４の一側縁に電子放出源である電子放出部１６が位置する。
【００１７】
前記第１基板２上には、対向電極１８を配置することができる。対向電極１８は、絶縁層１２に形成された接続孔１２ａをとおしてゲート電極１０と接触して電気的に連結され、カソード電極１４の間で電子放出部１６と間隔をおいて位置する。対向電極１８は、電子放出部１６の周囲により強い電場が印加されるようにして、電子放出部１６から電子を効率的に放出させる役割を果たす。
【００１８】
そして、第１基板２に対向する第２基板４の一面には、アノード電極２０が形成され、アノード電極２０の一面に、赤色、緑色または青色の単色蛍光膜２２と、この各色蛍光膜２２の間に配置される黒色格子層２４からなる蛍光スクリーン２６が形成される。アノード電極２０は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明電極で形成される。これは図面のような前記第２基板４の全面に一つの電極として形成する事もできるが、前記蛍光膜２２のパターンに対応して複数個形成する事も出来る。蛍光スクリーン２６表面には、メタルバック効果によって画面の輝度を高める金属膜（図示せず）が位置することができて、この場合、前記透明電極を省略して金属膜をアノード電極として使用することができる。
【００１９】
また、第１基板２と第２基板４の間には、電子ビーム収束のためのグリッド電極８が位置する。グリッド電極８は、電子ビーム通過のための複数の開口部６を有する金属板からなって、第１基板２により近く位置する。グリッド電極８は、第２基板４とグリッド電極８の間に位置する上部スペーサ２８と、第１基板２とグリッド電極８の間に位置する下部スペーサ３０によって第１及び第２の基板２、４と夫々一定の間隔を維持して真空容器内部に配置される。
【００２０】
図３は、本発明のグリッド電極を含む電子放出素子の別の一例を示した部分分解斜視図であり、図４は図３の組立状態を示す部分断面図である。
【００２１】
図３及び図４に示すように、電子放出素子は、真空の内部空間を介在して互いに平行に配置される第１基板２と第２基板４とを含む。第１基板２には、電子放出部１６とともにカソード電極１４及びゲート電極1０が備えられ、第２基板４には、アノード電極２０が形成され、アノード電極２０の一面に、赤色、緑色または青色の単色蛍光膜２２と、この各色蛍光膜２２の間に配置される黒色格子層２４が形成される。
【００２２】
まず、第１基板２上には、所定パターン、例えばストライプ形状のカソード電極１４が互いに所定間隔を置いて第１基板２の一方向（図面のＹ軸方向）に複数列形成され、絶縁層１２が、カソード電極１４を覆うように、第１基板２の全体にわたって形成される。絶縁層１２上には、所定パターン、例えばストライプ形状のゲート電極１０が互いに所定間隔を置き、カソード電極１４と直交する方向（図面のＸ軸方向）に複数列形成される。
【００２３】
この実施の形態において、カソード電極１４とゲート電極１０との交差領域を画素領域（表示領域）と定義すると、それぞれの画素領域ごとに、絶縁層１２とゲート電極１０に少なくとも一つのゲートホール１２ａ、１０ａが形成されて、カソード電極１４の一部表面を露出させ、ゲートホール１２ａ、１０ａ内のカソード電極１４上に電子放出部１６が形成される。
【００２４】
前記の構成において、カソード電極１４とゲート電極１０とに所定の駆動電圧を印加すると、両電極間の電圧差により、電子放出部１６の周囲に電界が形成され、電子放出部１６から電子が放出される。
【００２５】
また、第１基板２に対向する第２基板４の 一面には、アノード電極２０が形成される。アノード電極２０は、外部から電子ビームの加速に必要な高電圧を受け、メタルバック（ｍｅｔａｌ  ｂａｃｋ）効果により画面の輝度を高める役割をする。 前記のアノード電極２０上には蛍光層２２、一例として赤色、緑色及び青色の蛍光層２２が所定間隔を置いて形成され、各色の蛍光層２２間には、画面のコントラストを向上させるための黒色層２４が形成される。
【００２６】
また、第１基板２と第２基板４の間には、電子ビーム収束のためのグリッド電極８が位置する。グリッド電極８は、電子ビーム通過のための複数の開口部６を有する金属板からなって、第１基板２により近く位置する。グリッド電極８は、第２基板４とグリッド電極８の間に位置する上部スペーサ２８と、第１基板２とグリッド電極８の間に位置する下部スペーサ３０によって第１及び第２の基板２、４と夫々一定の間隔を維持して真空容器内部に配置される。
【００２７】
本発明で電子放出部１６は、カーボン系物質を含むことができて、前記カーボン系物質の好ましい例としては、カーボンナノチューブ（ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）、黒鉛（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、ダイアモンド、ダイアモンド状カーボン（ｄｉａｍｏｎｄ-ｌｉｋｅ  ｃａｒｂｏｎ）、またはフラーレン（Ｃ６０;ｆｕｌｌｅｒｅｎ）の中から選択される何れか一つ以上のものである。
【００２８】
ここで、本発明の電子放出素子の第１、第２基板用の材料として用いられるものとしては、熱膨張係数が１．０×１０-６乃至１０．０×１０-６/℃であるガラス板を用いることが好ましく、前記熱膨張係数を有する熱強化ガラスを用いることがさらに好ましい。
【００２９】
また、前記グリッド電極８は、第１、第２基板（２、４）をなす前記ガラス板の熱膨張係数の８０乃至１２０％を有するものを用いることができ、好ましくは９０乃至１１０％であるものを使用することができ、さらに好ましくは９５乃至１０５％であるものを用いることができる。前記グリッド電極の熱膨張係数が、ガラス板の熱膨張係数の８０％未満、または１２０％を超える場合には誤整列のおそれがあるため、前記グリッド電極とガラス板の熱膨張係数の差は小さいほど良い。
【００３０】
前記グリッド電極の熱膨張係数は、ニッケル-鉄合金に含まれるニッケルの含量で調節することができる。熱膨張係数が１．０×１０-６乃至１０．０×１０-６/℃である熱強化ガラスを基準に、グリッド電極の熱膨張係数が前記範囲内にあるためには、ニッケル-鉄合金に含まれたニッケルの含量が４２乃至５２重量％であるものを使用することができ、好ましくはニッケルの含量が４５乃至５０重量％であるものを用いることができ、さらに好ましくはニッケルの含量が４７乃至４９重量％であるものを用いることができる。
【００３１】
既存の物質では、グリッド電極またはＣＲＴ用シャドーマスクの材料として多く用いられる３６ニッケル-鉄合金は、ニッケル含量が３６重量％であり、ニッケル-鉄合金の熱膨張係数が平板ディスプレイ用第１、第２基板材料として用いられるガラス板の熱膨張係数より非常に小さいため、高温工程に不適当であり、グリッド電極と下板の誤整列（位置ずれ）が発生しやすい。
【００３２】
しかし、本発明に係るグリッド電極の材質として、ニッケル含量が４２乃至５２重量％であるニッケル-鉄合金を使用すれば、前記平板ディスプレイ用ガラス板の熱膨張係数に対して８０乃至１２０％の熱膨張係数を有するため、前記のような高温工程における問題や誤整列の心配がない。
【００３３】
本発明のグリッド電極は、ニッケル-鉄合金を主成分とするが、熱膨張問題以外の物理的／機械的性質及びエッチング性、加工性のため、クロム、コバルト、またはチタンなどの金属をさらに含むことができる。
【００３４】
前記ニッケル-鉄合金に含まれるクロム、コバルト、またはチタニウムの含量は必要に応じて調節することができて、その中でも、クロムは０．０１乃至１０重量％含まれることが好ましい。
【００３５】
本発明の電子放出素子に用いられるグリッド電極は、厚さが０．０５乃至０．２ｍｍの板材を用いることが好ましい。前記グリッド電極の厚さが０．０５ｍｍ未満である場合、機械的操作が難しく、０．２ｍｍを超える場合は、微細孔の加工が難しくなる問題がある。
【００３６】
前記グリッド電極を含む本発明の電子放出素子は、ゲート電極の位置によってトップゲート形態、アンダーゲート形態、または、その変形された形態で製造できて、ある特定構造の電子放出素子に限定されない。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の好ましい実施例を記載する。ただし、下記の実施例は本発明の好ましい一実施例にすぎず、本発明が下記の実施例によって限定されるものではない。
【００３８】
［実施例１］
第１または第２基板用ガラス板としては、熱膨張係数が８．６×１０-６/℃である熱強化ガラス（ＰＤ-２００）を用い、グリッド電極はニッケル含量４２重量％であるニッケル-鉄合金で製造して、図１に示した構成によって電子放出素子を製造した。
【００３９】
［実施例２］
ニッケル含量４５重量％であるニッケル-鉄合金を利用してグリッド電極を製造したことを除いて、実施例１と同様な方法で、図１に示した構成によって電子放出素子を製造した。
【００４０】
［実施例３］
ニッケル含量４７重量％であるニッケル-鉄合金を利用してグリッド電極を製造したことを除いて、実施例１と同様な方法で、図１に示した構成によって電子放出素子を製造した。
【００４１】
［実施例４］
ニッケル４２重量％、クロム６重量％、及び鉄５２重量％を含むニッケル−クロム−鉄（Ｎｉ-Ｃｒ-Ｆｅ）合金でグリッド電極を製造したことを除いて、実施例１と同様な方法で、図１に示した構成によって電子放出素子を製造した。
【００４２】
［比較例１］
ニッケル含量３６重量％であるニッケル-鉄合金を利用してグリッド電極を製造したことを除いて、実施例１と同様な方法で、図１に示した構成によって電子放出素子を製造した。
【００４３】
図５は、ニッケルの含量によるニッケル-鉄合金の熱膨張係数（ＴＥＣ）を示したグラフである。図５で点線部分（４本の点線で囲まれた部分）は、強化ガラスの熱膨張係数を示したもので、約８．６×１０-６/℃の値を示す。
【００４４】
下記表１は、実施例１乃至４及び比較例１で用いられたグリッド電極の熱膨張係数を示す。
【００４５】
【表１】
2005243639.tif 000003
【００４６】
実施例１乃至実施例４により製造された電子放出素子は封着、排気工程の過程で誤整列が発生しなかったが、比較例１により製造された電子放出素子は前記封着、排気工程において誤整列による破損が発生した。
【００４７】
図６及び図７は、各々グリッド電極の孔を通して観察した実施例３及び比較例１によって製造された電子放出素子のカソード電極の顕微鏡写真である。図６及び図７で示しているように、比較例１によって製造された電子放出素子のカソード電極は、誤整列が発生して一側に片寄っているが、実施例３によって製造された電子放出素子は整列状態が整っていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、広範な温度変化を伴う加工過程での破損を防止でき、高温加工が可能になって真空封着もでき、素子の信頼性を高めることができので、電子放出素子の製造分野で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態による電子放出素子の部分分解斜視図である。
【図２】図１の電子放出素子が組立てられた状態を示す部分断面図である。
【図３】本発明の別の実施の形態による電子放出素子の部分分解斜視図である。
【図４】図３の電子放出素子が組立てられた状態を示す部分断面図である。
【図５】ニッケルの含量によるニッケル-鉄合金の熱膨張係数の変動を示したグラフである。
【図６】実施例３によって製造された電子放出素子のグリッド電極を通して観察したカソード構造の顕微鏡写真である。
【図７】比較例１によって製造された電子放出素子のグリッド電極を通して観察したカソード構造の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００５０】
２          第１基板
４          第２基板
６          開口部
８          グリッド電極
１０        ゲート電極
１２        絶縁層
１２ａ      接続孔
１４        カソード電極
１６        電子放出部
１８        対向電極
２０        アノード電極
２２        蛍光膜
２４        黒色層
２６        蛍光スクリーン
２８        上部スペーサ
３０        下部スペーサ
【図１】
2005243639.tif 000004
【図２】
2005243639.tif 000005
【図３】
2005243639.tif 000006
【図４】
2005243639.tif 000007
【図５】
2005243639.tif 000008
【図６】
2005243639.tif 000009
【図７】
2005243639.tif 000010