(57)【要約】【課題】  本発明は、冷陰極から放出された電子ビームにより蛍光体を発光させる電子放出素子、発光素子及び冷陰極ディスプレイ装置に関し、蛍光体に照射される電子ビームのビーム径を小さくしてディスプレイの高精細化を図ることができ、かつ低電圧駆動で容易に製造することを課題とする。【解決手段】  基板６１上に開口部Ｅを有した絶縁層６４と、絶縁層６４上に制御電極６５と、開口部Ｅに露出された基板６１上に電子放出電極６２と、電子放出電極６２の近傍に引出電極６３とを形成し、アノード電極７２を介して基板７３に形成された蛍光体７１が、電子放出電極６２及び引出電極６３と対向するように発光素子６０を構成する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に形成され、電子を放出する電子放出電極と、
前記電子放出電極の近傍の前記基板上に形成され、前記電子放出電極から前記電子を引き出す引出電極と、
前記基板上に形成され、前記電子放出電極及び引出電極を露出する開口部を有した絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、引き出された前記電子が前記蛍光体に向かうよう制御する制御電極とを備えたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記電子放出電極は、前記電子を放出する電子放出面を有しており、
前記電子放出面は、炭素系材料により形成されてい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】
前記引出電極は、前記電子放出電極と同一の構造を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記電子放出電極及び引出電極と対向する位置に設けられたアノード電極と、
該アノード電極の面に形成された蛍光体と、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子放出素子とを備えたことを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項４に記載の発光素子を複数設けて構成されたことを特徴とする冷陰極ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子、発光素子及び冷陰極ディスプレイ装置に係り、特に、冷陰極から放出された電子ビームにより蛍光体を発光させる電子放出素子、発光素子及び冷陰極ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を表示するための冷陰極ディスプレイ装置には、冷陰極を備えた複数の発光素子が配設されている。これら複数の発光素子は、ＲＧＢ用の蛍光体を有したサブピクセルにそれぞれ対応している。このような、冷陰極ディスプレイ装置を、例えば、ハイビジョン用ディスプレイ装置として用いる場合には、６００万個以上のサブピクセルが必要となり、それに伴い隣接するサブピクセル同士の間隔を小さくする必要がある。
【０００３】
また、このような冷陰極ディスプレイ装置に画像を表示させる際には、混色を防ぐために、１つのサブピクセルに対する蛍光体での電子ビームのビーム径をサブピクセルのピッチ以下にする必要がある。
【０００４】
次に、図１乃至図３を参照して、３つの従来の発光素子の構成について説明する。図１は、２電極タイプの発光素子を示した図であり、図２は、３電極タイプの発光素子を示した図であり、図３は、集束電極を備えた４電極タイプの発光素子を示した図である。なお、図１乃至図３に示した「装置前面側」は、画像を観視する側を示しており、「装置背面側」は、装置前面側とは反対の側を示している。
【０００５】
また、図２中のＲ１は、蛍光体２７に照射された電子ビームのビーム径（以下、ビーム径Ｒ１とする）を示しており、図３中のＲ２は、蛍光体４１に照射された電子ビームのビーム径（以下、ビーム径Ｒ２とする）を示している。
【０００６】
図１に示すように、２電極タイプの発光素子１０は、基板１１とその上に形成された冷陰極１２からなる電子放出素子と、電極１４と蛍光体１３とが形成された基板１５とにより構成されている。なお、図では省略しているが、基板１１と基板１５との間を支持するスペーサが適宜設けられている。冷陰極１２とアノード電極１４とは、マトリクス状に形成されており、蛍光体１３は、冷陰極１２と対向するように形成されている。電極１４は、電子の引出しと電子の加速との両方を行うためのものである。発光素子１０は、電極１４により引出され、加速された電子ビームＢを蛍光体に照射することで発光を行うものである（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００７】
図２に示すように、３電極タイプの発光素子２０は、前面基板部２６と、電子放出素子２５と、スペーサ１７とにより構成されている。前面基板部２６は、蛍光体２７と、アノード電極２８と、基板２９とにより構成されており、基板２９の下方には、アノード電極２８と蛍光体２７とが形成されている。
【０００８】
電子放出素子２５は、基板２１と、冷陰極２２と、絶縁層２３と、引出電極２４とにより構成されている。基板２１上には、開口部Ｃを有した絶縁層２３及び引出電極２４が形成されており、開口部Ｃに露出された基板２１上には、冷陰極２２が形成されている。
【０００９】
また、前面基板部２６と電子放出素子２５とは、蛍光体２７と冷陰極２２とが対向するように配設され、前面基板部２６と電子放出素子２５との間はスペーサ１７により支持されている。発光素子２０は、冷陰極２２から電子を引出電極２４により引き出して、アノード電極２８により加速させ、電子ビームＢとして蛍光体２７に照射させて発光を行うものである（例えば、非特許文献２参照。）。
【００１０】
図３に示すように、４電極タイプの発光素子３０は、前面基板部３９と、電子放出素子３７と、スペーサ３８とにより構成されている。前面基板部３９は、蛍光体４１と、アノード電極４２と、基板４３とにより構成されており、基板４３の下方には、アノード電極４２と蛍光体４１とが形成されている。
【００１１】
電子放出素子３７は、基板３１と、冷陰極３２と、絶縁層３３，３５と、引出電極３４と、集束電極３６とにより構成されている。基板３１上には、開口部Ｄを有した絶縁層３３が形成されている。また、絶縁層３３上には、引出電極３４と、絶縁層３５と、集束電極３６とが順次形成されている。
【００１２】
前面基板部３９と電子放出素子３７とは、蛍光体４１と冷陰極３２とが対向するように配設され、前面基板部３９と電子放出素子３７との間はスペーサ３８により支持されている。発光素子３０は、冷陰極３２から電子を引出電極３４により引き出し、集束電極３６により電子ビームＢを集束させ、アノード電極４２により加速させた電子ビームＢを蛍光体４１に照射させることで発光を行うものである。
【００１３】
このように、電子ビームＢを集束させるための集束電極３６を設けることにより、電子ビームＢのビーム径Ｒ２の広がりを抑制し、混色を防ぐことができる。このような、発光素子３０を冷陰極ディスプレイ装置に適用することで、ディスプレイの高精細化を図ることができる（例えば、非特許文献３参照。）。
【非特許文献１】Q.H.Wang,et.al., “A nanotube-based field-emission flat paneldisplay”,Applied PhysicsLetters,pp.2912-2913(1998)
【非特許文献２】F.Ito,et.al., “Experimentally Low-Voltage Triode Flat PanelDisplay Using Carbon Nanotube”,Proc.IDW’00,pp.1177-1178(2000)
【非特許文献３】Y.W.Jin,et.al., “A Study on the Driving Property of DoubleGated Triode-Type Field Emission Display using Carbon Nanotube Emitter”,Proc.IDRC’02,pp.229-232(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、２電極タイプの発光素子１０の場合には、電子の引き出しと、引き出した電子の加速とを同一の電極１４で行うため、高電圧で駆動させる必要がある。そのため、駆動回路のコストが高くなると共に、消費電力が大きくなるという問題があった。
【００１５】
３電極タイプの発光素子２０の場合には、低電圧で駆動可能であるが、冷陰極２２から放出された電子は、引出電極２４の方向に力を受けるため、電子ビームＢのビーム径Ｒ１が広がってしまい、ディスプレイの高精細化を図ることができないという問題があった。
【００１６】
また、４電極タイプの発光素子３０では、電子ビームＢのビーム径Ｒ２の広がりを抑制することができ、かつ低電圧で駆動可能であるが、構造が複雑になり製造コストが高くなるという問題があった。
【００１７】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、電子放出素子、発光素子及び冷陰極ディスプレイ装置に係り、特に、電子ビームのビーム径を小さくしてディスプレイの高精細化を図ることができ、かつ低電圧駆動で容易に製造することのできる電子放出素、発光素子及び冷陰極ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１記載の発明では、基板と、該基板上に形成され、電子を放出する電子放出電極と、前記電子放出電極の近傍の前記基板上に形成され、前記電子放出電極から前記電子を引き出す引出電極と、前記基板上に形成され、前記電子放出電極及び引出電極を露出する開口部を有した絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、引き出された前記電子が前記蛍光体に向かうよう制御する制御電極とを備えたことを特徴とする電子放出素子により、解決できる。
【００２０】
上記発明によれば、基板上に形成された電子放出電極の近傍に引出電極を設けることにより、電子放出電極と引出電極との間の距離が短くなり、引出電極は低電圧で電子放出電極から電子を引き出すことができる。また、制御電極は、引き出された電子を制御するためだけの電極であるため、電子の制御を低電圧で行うことができる。
【００２１】
請求項２記載の発明では、前記電子放出電極は、前記電子を放出する電子放出面を有しており、前記電子放出面は、炭素系材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子により、解決できる。
【００２２】
上記発明によれば、電子を放出しやすい炭素系材料を用いて電子放出面を形成することにより、電子放出電極は低電圧で電子を放出することができる。
【００２３】
請求項３記載の発明では、前記引出電極は、前記電子放出電極と同一の構造を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子により、解決できる。
【００２４】
上記発明によれば、引出電極を電子放出電極と同一の構造とすることにより、引出電極を電子放出電極として用いることができる。これにより、引出電極と電子放出電極とを適宜使い分けて電子を放出させて、電子放出電極の負担を軽減することができる。また、引出電極は電子放出電極と同一構造であるため、引出電極及び電子放出電極を一度に形成して、製造工程を簡略化することができる。
【００２５】
請求項４記載の発明では、前記電子放出電極及び引出電極と対向する位置に設けられたアノード電極と、該アノード電極の面に形成された蛍光体と、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子放出素子とを備えたことを特徴とする発光素子により、解決できる。
【００２６】
上記発明によれば、制御電極により引き出された電子を、アノード電極で加速させ、蛍光体に導いて、低電圧で蛍光体を発光させることができる。
【００２７】
請求項５記載の発明では、請求項４に記載の発光素子を複数設けて構成されたことを特徴とする冷陰極ディスプレイ装置により、解決できる。
【００２８】
上記発明によれば、蛍光体に到達する電子ビームのビーム径を小さくして、ディスプレイの高精細化を図ることができ、かつ低電圧駆動で容易に製造を行うことができる。
【発明の効果】
【００２９】
上述の如く本発明によれば、蛍光体に照射される電子ビームのビーム径を小さくして、ディスプレイの高精細化を図ることができ、かつ低電圧駆動で容易に製造することのできる電子放出素子、発光素子及び冷陰極ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００３１】
（第１実施例）
始めに、図４を参照して、本発明の第１実施例による冷陰極ディスプレイ装置５０について説明する。図４は、本発明の第１実施例による冷陰極ディスプレイ装置の概略図である。なお、図４に示したＸ，Ｘ方向は、水平走査方向を示しており、Ｙ，Ｙ方向は垂直走査方向を示している。
【００３２】
冷陰極ディスプレイ装置５０は、データ入力端子５１と、制御装置５２と、データドライバ５４と、ゲートドライバ５３と、冷陰極ディスプレイ本体５５とにより構成されている。データ入力端子５１は、映像データである画像データａを制御装置５２に供給するためのものである。制御装置５２は、冷陰極ディスプレイ装置５５の制御全般を行うものであり、制御信号ｂによりデータドライバ５４の駆動及びタイミングを制御し、制御信号ｃによりゲートドライバ５３の駆動を制御するためのものである。
【００３３】
また、制御装置５２は、データ入力端子５１から入力された画像データａをデータドライバ５４に入力する。データドライバ５４は、制御信号ｂに基づいて、冷陰極ディスプレイ５５内に設けられた制御電極６５に対して電圧を印加するためのものである。ゲートドライバ５３は、制御信号ｃに基づき、スイッチのＯＮ／ＯＦＦを行うためのものである。これにより、１水平走査信号をどの垂直位置で表示するかが制御される。冷陰極ディスプレイ本体５５は、画像を表示するためのものであり、複数の発光素子により構成されている。
【００３４】
次に、図５を参照して、冷陰極ディスプレイ本体５５に設けられた第１実施例の発光素子６０について説明する。図５は、第１実施例の発光素子の概略図である。なお、図５に示したＺ，Ｚ方向は、鉛直方向を示しており、Ｙ，Ｙ方向は、垂直走査方向（制御電極６５の長手方向）を示している。また、図５に示した「装置前面側」は、画像を観視する側を示しており、「装置背面側」は、装置前面側とは反対の側を示している。
【００３５】
発光素子６０は、装置前面側に設けられた前面基板部７４と、スペーサ６８と、装置背面側に設けられた電子放出素子６７とにより構成されている。電子放出素子６７は、基板６１と、電子放出電極６２と、引出電極６３と、絶縁層６４と、制御電極６５とにより構成されている。基板６１上には、基板６１を露出する開口部Ｅを有した絶縁層６４が形成されている。また、開口部Ｅに当接する基板６１上には、電子放出電極６２が形成されている。
【００３６】
電子放出電極６２は、電子放出面６２ａを有しており、この電子放出面６２ａから電子が放出される。電子放出面６２ａの材料には、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、アモルファスカーボン等の電子を放出しやすい炭素系材料を用いることができる。
【００３７】
このような炭素系材料を用いて、電子放出面６２ａを形成するとことにより、電子放出電極６２は、低電圧で電子を放出することができる。なお、電子放出電極６２全体を炭素系材料で形成しても良い。
【００３８】
電子放出電極６２に近接した位置の基板６１上には、引出電極６３が形成されている。このように、電子放出電極６２の近接した位置に引出電極６３を形成することで、電子放出電極６２と引出電極６３との間の距離が短くなり、引出電極６３は、低電圧で電子放出電極６２から電子を引き出すことができる。また、引き出された電子により、電子放出電極６２及び引出電極６３の上方には、電子雲Ｑが形成される。
【００３９】
基板６１上には、電子放出電極６２及び引出電極６３を露出する開口部Ｅを有した絶縁層６４が形成されている。この絶縁層６４上には、制御電極６５が電子放出電極６２及び引出電極６３と直交する方向に形成されている。この制御電極６５は、蛍光体７１に電子が向かうよう制御するためのものである。
【００４０】
制御電極６５に電圧を印加した場合には、電子Ｂ１は蛍光体７１に向かう方向に導かれ、電圧を印加しない場合には、電子は蛍光体７１に向かう方向に導かれない。このように、制御電極６５は、電子Ｂ１を蛍光体７１に向かわせるか否かの制御を行う。
【００４１】
このような電子の制御のみを行う制御電極６５を設けることにより、低い電圧で電子の制御を行うことができる。また、制御電極６５は低電圧で駆動するため、制御電極６５から受ける電子のＹ，Ｙ方向のエネルギーが小さくなり、電子ビームの広がりが抑制され、電子ビームのビーム径Ｒ３を小さくして、混色を防ぐことができる。
【００４２】
次に、前面基板部７４について説明する。前面基板部７４は、基板７３とアノード電極７２と、蛍光体７１とにより構成されている。基板７３上には、電子を加速させるためのアノード電極７２が形成されている。また、アノード電極７２上には、蛍光体７１が形成されている。
【００４３】
電子放出電極６２及び引出電極６３と蛍光体７１とが対向するように、前面基板部７４と電子放出素子６７とはスペーサ６８により支持されている。なお、スペーサ６８を設ける位置は、図５に示した位置に限定されない。
【００４４】
次に、図５乃至図６を参照して、第１実施例の発光素子６０の駆動方法について説明する。図６は、第１実施例の電子放出素子に形成される等電位面を模式的に示した図である。図６におけるＳは、発光素子６０に形成された等電位面（以下、等電位面Ｓとする）を示している。
【００４５】
始めに、電子放出電極６２から電子を引き出すために、引出電極６３の電位を電子放出電極６２の電位に対して正の電位に設定して、電子放出電極６２の電子放出面６２ａから電子を引き出す。この引き出された電子により、電子放出電極６２及び引出電極６３の上方には電子雲Ｑが形成される。この際、Ｙ，Ｙ方向に力を大きく受けた電子Ｂ２は、引出電極６３に導かれる。
【００４６】
次に、制御電極６５の電位を電子放出電極６２の電位に対して正の電位に設定する。引き出された電子Ｂ１を蛍光体７１の方向に導く。この際、電子Ｂ１は、蛍光体７１付近に形成された下に凸な等電位面Ｓに直交する方向に力を受けるため、蛍光体７１に対して集束する方向に導かれる。
【００４７】
次に、アノード電極７１に印加された電圧により電子Ｂ１を加速させ、電子Ｂ１を集束された電子ビームとして蛍光体７１に照射させて蛍光体７１を発光させる。また、蛍光体７１を発光させたくない場合には、引出電極６３の電位を下げて、電子放出電極６２からの電子の放出を止めるか、あるいは、制御電極６５の電位を下げて引き出された電子Ｂ１が蛍光体７１の方向に移動しないようにする。
【００４８】
次に、図７乃至図１２を参照して、発光素子６０に設けられた電子放出素子６７の製造方法の一例について説明する。なお、前面基板部７４は、従来技術と同様な構成であるので製造方法の説明は省略する。図７乃至図１２は、電子放出素子の製造工程を示した図である。なお、図７乃至図１２において、図５と同一構成部分には、同一の符号を付す。
【００４９】
始めに、図７に示すように、予め十分な洗浄を行った基板６１上に、引出電極６３の部材となる材料を成膜し、フォトエッチング法や印刷法などにより引出電極６３を形成する。また、引出電極６３の材料には、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ等を用いることができる。引出電極６３は、例えば、幅Ｆを１０μｍ、高さＨ１を０．１〜１０μｍ程度に形成される。
【００５０】
次に、図８に示すように、電子放出電極６２であるカーボンナノチューブを形成するための触媒層７５を形成する。触媒層７５は、例えば、幅Ｇを１０μｍ、高さＨ２を０．１〜１０μｍに形成される。また、触媒層７５には、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｆｅ等あるいはこれらの合金を用いることができる。
【００５１】
次に、図９に示すように、図８に示した構造体上に絶縁膜６４Ａと、制御電極用部材６５Ａとを順次成膜する。絶縁膜６４Ａの膜厚Ｉは、例えば１〜１００μｍ程度に形成され、絶縁膜６４Ａには、例えばＳｉＯ２膜，ＳｉＮ膜等を用いることができる。制御電極用部材６５Ａは、電気を通す材料であれば良く、例えばＣｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ等を用いることができる。また、制御電極用部材６５Ａの膜厚Ｊは、例えば０．１〜１０μｍ程度に形成される。
【００５２】
次に、図１０に示すように、制御電極用部材６５Ａ上に開口部Ｋを有したレジスト膜７７を形成する。開口部Ｋは、略円形状をしており、例えばその直径は、７０μｍ程度に形成される。また、図１０中に示した幅Ｌは、１００μｍ程度に形成することができる。
【００５３】
次に、図１１に示すように、レジスト膜７７をマスクとして、制御電極用部材６５Ａと絶縁膜６４Ａとを順次エッチングして、制御電極６５と、開口部Ｅを有した絶縁層６４とを形成する。
【００５４】
次に、図１２に示すように、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、触媒層７５を化学的に反応させて、電子放出電極６２であるカーボンナノチューブを形成する。
【００５５】
以上、説明したような製造工程により、発光素子６０の電子放出素子６７を形成することができる。また、本実施例の発光素子６０は、従来の４電極タイプの発光素子３０のように、引出電極３４の上に絶縁層３５と集束電極３６とを積層させた構成とされていないため、発光素子３０を製造する場合と比較して、容易に製造することができる。なお、発光素子６０の電子放出素子６７の製造方法は、上記方法に限定されない。
【００５６】
次に、図１３乃至図１５を参照して、冷陰極ディスプレイ本体５５の駆動方法について説明する。図１３は、冷陰極ディスプレイ本体の背面基板部の平面図であり、図１４は、図１３に示したＧ１―Ｇ２方向の冷陰極ディスプレイ本体の断面図であり、図１５は、冷陰極ディスプレイ本体における駆動パルス波形を示した図である。なお、図１３中のＸ，Ｘ方向は、電子放出電極６２及び引出電極６３の長手方向を示しており、Ｙ，Ｙ方向は、制御電極６５の長手方向を示している。
【００５７】
図１５において、（ａ）は１番目の引出電極６３−１に供給されるパルス波形Ｖｐ１、（ｂ）は２番目の引出電極６３−２に供給されるパルス波形Ｖｐ２、（ｃ）はｎ番目の引出電極６３−ｎに供給されるパルス波形Ｖｐｎ、（ｄ）は１〜ｎ番目の電子放出電極６２−１〜６２−ｎに供給される電位Ｖｅ、（ｅ）は制御電極６５−１〜６５−ｍに供給されるパルス波形Ｖｃ（データ入力端子５１から入力される画像データａに対応したパルス波形）をそれぞれ示している。また、図１５におけるｔ１〜ｔｎは、それぞれ１水平ラインを走査する時間（以下、時間ｔ１〜ｔｎとする）を示しており、１Ｆは一画面を表示する時間を示している。
【００５８】
図１４に示すように、冷陰極ディスプレイ本体５５は、複数の発光素子６０により構成されている。冷陰極ディスプレイ本体５５は、Ｘ，Ｘ方向に設けられたｎ本の電子放出電極６２−１〜６２−ｎと、電子放出電極６２−１〜６２−ｎの近傍のＸ，Ｘ方向に設けられたｎ本の引出電極６３−１〜６３−ｎと、Ｙ，Ｙ方向に設けられたｎ本の制御電極６５−１〜６５−ｎとを有している。制御電極６５−１〜６５−ｍは、データ入力端子５１から入力される画像データａに対応した画像信号をそれぞれ出力するためのものであり、電子放出電極６２−１〜６２−ｎと引出電極６３−１〜６３−ｍとで水平ラインのどこの位置の蛍光体７１を発光させるかを決めて冷陰極ディスプレイ本体５５に画像の表示を行う。
【００５９】
具体的には、図１５に示すように、電子放出電極６２−１〜６２−ｎの電位Ｖｅを基準にしたとき、一番目の引出電極６３−１、２番目の引出電極６３−２、・・・、ｎ番目の引出電極６３−ｎの順に、電子放出電極６２−１〜６２−ｎに対して正の電位となるような電圧Ｖｐ１〜Ｖｐｎを印加して電子を放出させる。
【００６０】
次に、表示したい列、つまり電子を蛍光体の方向に導きたい列の制御電極に電子放出電極６２−１〜６２−ｎに対して順次正の電位となる電圧Ｖｃを印加することにより、冷陰極ディスプレイ本体５５に一画面を表示することができる。このような走査を、入力された画像データａに基づき、繰り返し行うことで冷陰極ディスプレイ本体５５に動画が表示される。また、時間ｔｇ１〜ｔｇｎの長さを変えて駆動させることで、輝度を変えて画像を表示することができる。
【００６１】
このように複数の発光素子６０により冷陰極ディスプレイ本体５５を構成することで、低電圧で駆動でき、かつ混色を防いで、ディスプレイの高精細化を行うことができる。
【００６２】
（第２実施例）
次に、図１６を参照して、本発明の第２実施例の発光素子８０について説明する。図１６は、本発明の第２実施例の発光素子の概略を示した図である。なお、図１６において、図５と同一構成部分には同一の符号を付す。発光素子８０は、前面基板部７４と、電子放出素子８５と、スペーサ６８とにより構成されている。前面基板部７４及びスペーサ６８は、先に説明した発光素子６０と同一構成であるので説明を省略する。
【００６３】
電子放出素子８５は、基板６１と、電子放出電極８２と、引出電極８３と、絶縁層６４と、制御電極６５とにより構成されている。基板６１上には、基板６１を露出する開口部Ｅを有した絶縁層６４が形成されており、絶縁層６４上には、制御電極６５が形成されている。
【００６４】
また、開口部Ｅに露出された基板６１上には、電子放出面８２ａを有した電子放出電極８２が形成され、電子放出電極８２の近傍の基板６１上には、引出電極８３が形成されている。この引出電極８３は、電子放出電極８２と同一の構造を有しており、引出電極８３には、電子を放出する電子放出面８３ａが形成されている。電子放出面８３ａの材料には、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、アモルファスカーボン等の炭素系材料を用いることができる。なお、電子放出電極８２及び引出電極８３は、蛍光体７１と対向するように配置されている。
【００６５】
このように、引出電極８３を電子放出電極８２と同一の構造とし、電子放出電極８２の近接した位置に形成することにより、電子を放出させる電極を電子放出電極８２あるいは引出電極８３のどちらかを選択して、低電圧で電子を引き出すことができる。また、電子を放出しやすい炭素系材料を用いて、電子放出面８３ａを形成することにより、電子放出電極８２は、引出電極８３から低電圧で電子を引き出すことができる。なお、電子放出電極８２及び引出電極８３の全てを炭素系材料で形成しても良い。
【００６６】
次に、図１７乃至図１８を参照して、電子放出電極８２から電子を放出した場合の電子の移動と、引出電極８３から電子を放出した場合の電子の移動とについて説明する。図１７は、電子放出電極から電子の放出を行なった場合の電子の移動を模式的に示した図であり、図１８は、引出電極から電子の放出を行なった場合の電子の移動を模式的に示した図である。
【００６７】
図１７に示すように、電子放出電極８２から電子の放出を行なった場合には、電子放出電極８２から電子は引出電極８３側に引き出され、制御電極６５により電子Ｂ１は蛍光体７１の方向に導かれ、電子Ｂ１はアノード電極７２により加速されて、電子ビームとなり蛍光体７１に照射されることで発光する。なお、Ｙ，Ｙ方向のエネルギーの大きな一部の電子Ｂ２は、引出電極８３に導かれる。
【００６８】
図１８に示すように、引出電極８３から電子の放出を行なった場合には、引出電極８３から電子Ｂ１は電子放出電極８２側に引き出され、制御電極６５により電子Ｂ１は蛍光体７１の方向に導かれ、アノード電極７２により加速されて電子ビームとなり同図中の蛍光体７１に照射されることで発光する。なお、Ｙ，Ｙ方向のエネルギーの大きな一部の電子Ｂ２は、電子放出電極８２に導かれる。また、電子を放出する電極の切り替えは、引出電極８３及び電子放出電極８２に印加する電圧の極性を反転させることで行われる。
【００６９】
このように引出電極８３の構造を電子放出電極８２と同一構造とすることにより、電子を放出させる電極を電子放出電極８２または引出電極８３のいずれかを選択することができる。これにより、電子を放出する電極を交互に切り替えて、引出電極８３と電子放出電極８２とを適宜使い分けて、電子放出電極８２の負担を軽減し、電子放出電極８２の破損を防止して、電子放出電極８２の寿命を長くすることができる。
【００７０】
また、電子を放出する電極の切り替え周期は、例えば１フィールド（１Ｆ）毎に行うことができるが、これに限定されない。さらに、引出電極８３は、電子放出電極８２と同一の構造であるため、電子放出電極８２と引出電極と８３とを一度に形成することができ、発光素子８０の製造工程を簡略化することができる。
【００７１】
図１９は、従来技術の発光素子の電子ビームが蛍光体に照射された領域と第２実施例の発光素子の電子ビームが蛍光体に照射された領域とを示した図である。なお、図１９中に示したＵは、従来技術の発光素子の電子ビームが蛍光体に照射された領域（以下、照射領域Ｕとする）を示しており、Ｖ１，Ｖ２は第２実施例の発光素子の電子ビームが蛍光体に照射された領域（以下、照射領域Ｖ１，Ｖ２とする）を示している。
【００７２】
本実施例では、電子を放出させる電極として、電子放出電極８２と引出電極８３とを用いるため、蛍光体７１には２つの領域Ｖ１，Ｖ２に電子ビームが照射される。図１９に示すように、２つの照射領域Ｖ１，Ｖ２の面積の合計は、従来の電子ビームの照射領域Ｕの面積よりも小さいため、本実施例の発光素子８０においても、電子ビームを集束させて、混色を防ぐことができる。なお、発光素子８０の２つの照射領域Ｖ１，Ｖ２にそれぞれ別の色を発光する蛍光体を設けることで、さらなるディスプレイの高精細化を図ることができる。
【００７３】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。なお、電子放出電極の位置と引出電極の位置とを入れ替えて形成した構成としても良い。また、従来技術で挙げた発光素子１０の冷陰極１２の代わりに、電子放出電極と引出電極とを設けた構成とすることで、低電圧の駆動により電子を引き出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、蛍光体に照射される電子ビームのビーム径を小さくして、ディスプレイの高精細化を図ることができ、かつ低電圧駆動で容易に製造することのできる電子放出素子、発光素子及び冷陰極ディスプレイ装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】２電極タイプの発光素子を示した図である。
【図２】３電極タイプの発光素子を示した図である。
【図３】集束電極を備えた４電極タイプの発光素子を示した図である。
【図４】本発明の第１実施例による冷陰極ディスプレイ装置の概略図である。
【図５】第１実施例の発光素子の概略図である。
【図６】第１実施例の発光素子に形成される等電位面を模式的に示した図である。
【図７】電子放出素子の製造工程を示した図（その１）である。
【図８】電子放出素子の製造工程を示した図（その２）である。
【図９】電子放出素子の製造工程を示した図（その３）である。
【図１０】電子放出素子の製造工程を示した図（その４）である。
【図１１】電子放出素子の製造工程を示した図（その５）である。
【図１２】電子放出素子の製造工程を示した図（その６）である。
【図１３】冷陰極ディスプレイ本体の背面基板部の平面図である。
【図１４】図１３に示したＧ１―Ｇ２方向の冷陰極ディスプレイ本体の断面図である。
【図１５】冷陰極ディスプレイ本体における駆動パルス波形を示した図である。
【図１６】本発明の第２実施例の発光素子の概略を示した図である。
【図１７】電子放出電極から電子の放出を行なった場合の電子の移動を模式的に示した図である。
【図１８】引出電極から電子の放出を行なった場合の電子の移動を模式的に示した図である。
【図１９】従来技術の発光素子の電子ビームが蛍光体に照射された領域と第２実施例の発光素子の電子ビームが蛍光体に照射された領域とを示した図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０、２０、３０、６０、８０  発光素子
１１、１５、２１、２９、３１、４３、６１、７３  基板
１２、２２、３２  冷陰極
１３、２７、４１、７１  蛍光体
１４  電極
１７、３８、６８  スペーサ
２３、３３、３５、６４  絶縁層
２４、３４、６３、８３  引出電極
２５、３７、６７、７０、８５  電子放出素子
２６、３９、７４  前面基板部
２８、４２、７２  アノード電極
３６  集束電極
５０  冷陰極ディスプレイ装置
５１  データ入力端子
５２  制御装置
５３  ゲートドライバ
５４  データドライバ
５５  冷陰極ディスプレイ本体
６２、６２−１、６２−２、６２−ｎ、８２  電子放出電極
６２ａ、８２ａ、８３ａ  電子放出面
６４Ａ  絶縁膜
６５、６５−１、６５−２、６５−ｍ  制御電極
６５Ａ  制御電極部材
７５  触媒層
７７  レジスト膜
ａ  画像データ
ｂ、ｃ  制御信号
Ｂ  電子ビーム
Ｂ１、Ｂ２  電子
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｋ  開口部
Ｆ、Ｇ、Ｌ  幅
Ｈ１、Ｈ２  高さ
Ｉ、Ｊ  膜厚
Ｑ  電子雲
Ｒ１〜Ｒ５  ビーム径
Ｓ  等電位面
ｔ１、ｔ２、ｔｎ  時間
Ｕ、Ｖ１、Ｖ２  照射領域
Ｖｃ、Ｖｐ１、Ｖｐ２、Ｖｐｎ  パルス波形
Ｖｅ  電位
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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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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【図１９】
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