(57)【要約】【課題】電子放出素子を用いた発光型表示装置において、電子ビームの広がりによる画質低下を防止する。【解決手段】電子放出素子１１としてＭＩＭ(Metal Insulator Metal)を用い、この電子放出素子１１の周囲を導電性の隔壁１２（走査配線）で囲う。この隔壁１２と電子放出素子１１の表画の電位が同じになるように、電子放出素子１１と隔壁１２を上部電極１０で覆う。電子放出素子１１と隔壁１２は、カソード基板１３上に形成され、このカソード基板１３と対向する側には、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各カラー蛍光体１４が形成されたアノード基板１５が配置され、電子放出素子１１から放出された電子ビーム１６によりカラー蛍光体１４が励起されてカラー発光する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の基板上に交差状に配置した複数の走査配線と複数の信号配線と、前記走査配線と信号配線との交差部に配置した電子放出素子と、前記一方の基板に対向した他方の基板上に電子放出素子から放出される電子ビームで励起され発光する蛍光体とを備えた発光型表示装置において、
前記電子放出素子の周辺を囲んで隔壁となる走査配線と電子放出素子表面とを同電位とする電子放出素子毎の電子レンズを設けることによって、前記電子放出素子から放出される電子ビームを収束することを特徴とする発光型表示装置
【請求項２】
前記電子放出素子は、走査配線の溝部に配置され、走査配線の溝部以外が隔壁となることを特徴とする請求項１に記載の発光型表示装置
【請求項３】
前記走査配線上と電子放出素子表面に上部電極を設け、前記信号配線上に電子放出素子裏面が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光型表示装置
【請求項４】
前記隔壁となる走査配線と電子放出素子との左右方向の距離が、上下方向の距離より狭いことを特徴とする請求項１に記載の発光型表示装置
【請求項５】
前記隔壁となる走査配線上にスペーサを設け、前記スペーサを接合するスペーサ接合部材へ電子ビームが到達しないようにすることを特徴とする請求項１に記載の発光型表示装置
【請求項６】
前記蛍光体の周辺に黒色層を設け、前記黒色層の開口幅が、電子放出素子の開口幅より広いことを特徴とする請求項１に記載の発光型表示装置
【請求項７】
一方の基板上に交差状に配置した複数の走査配線と複数の信号配線と、前記走査配線と信号配線との交差部に配置した電子放出素子と、前記一方の基板に対向した他方の基板上に電子放出素子から放出される電子ビームで励起され発光する蛍光体とを備えた発光型表示装置において、
前記電子放出素子の両サイドを囲んで隔壁となる隣接の走査配線と電子放出素子表面との差電位による電子放出素子毎の電子レンズを設けることによって、前記電子放出素子から放出される電子ビームを収束することを特徴とする発光型表示装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクス状に配置された複数の冷陰極から放出した電子ビームを収束して蛍光面を発光させ，画像を表示する発光型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
面状電子源として冷陰極を用いた発光型表示装置において、電子ビームの広がりを抑制する構造が種々提案されている。そのうち下記特許文献１には、放射した電子ビームの広がりを制限するために、電子源基板上に絶縁性の隔壁を有する画素構造を備えた電界放射型電子源が記載され、また、下記特許文献２には、スピント型電子源において、ゲート電極上に突起を設け、電子レンズ効果により電子軌道を収束する冷陰極電界電子放出表示装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１６９２４号公報
【特許文献２】特開２００３−１９７１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に記載の電界放射型電子源においては、放射した電子ビームの一部が隔壁で遮られ、蛍光面に入射しないので混色は発生しないが、電子ビームの利用効率が低く、輝度低下、効率が低下する。また、絶縁性（セラミック）の隔壁は電子ビームの照射により帯電し、放電などの原因となりやすく信頼性が低下する。
【０００４】
また、上記特許文献２に記載の冷陰極電界電子放出表示装置において、ゲート電極上に突起を設ける方法は、電子ビームの収束効果が高く、電子ビームの利用効率の低下も少ないが、ゲート電極の形成加工が必要であり、プロセスが複雑になり、コスト高、スループット、歩留まりが低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、混色による画質の低下がなく、電子ビームの励起損失を少なくして、輝度を向上させ、効率を向上し、さらに、コスト負担の少ない電子ビーム収束方式を採用した発光型表示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】
【０００６】
一方の基板上に交差状に配置した複数の走査配線と複数の信号配線と、前記走査配線と信号配線との交差部に配置した電子放出素子と、前記一方の基板に対向した他方の基板上に電子放出素子から放出される電子ビームで励起され発光する蛍光体とを備えた発光型表示装置において、ＭＩＭ(Metal Insulator Metal)構造の電子放出素子の周辺を走査配線で囲み、この走査配線が、電子放出素子から放出される電子ビームの隔壁となり、隔壁となる走査配線の電位と電子放出素子の表面電位とを同じにすることで、電子放出素子毎の電子レンズを形成する。この電子レンズの作用によって、電子放出素子から放出される電子ビームを収束して、蛍光体を励起し、発光させる。
【０００７】
また、電子放出素子の両サイドを隣接する走査配線で囲み、隣接する走査配線と電子放出素子の表面に差電位を与えて、電子放出素子毎の電子レンズを形成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、混色がない良好な表示品質が得られ、電子ビームの広がりがないので、高精細のパネルが構成できる。また、放出した電子ビームが全て蛍光体に当たり電子ビームの励起損失が少ないので、効率、輝度が向上する。
【０００９】
したがって、本発明は、ＭＩＭを電子放出素子に用いたＦＥＤ(Field Emission Display)表示装置やＳＥＤ(Surface Electron emission Display)などの他の電子放出素子を用いたＦＥＤ表示装置に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明に係る発光型表示装置における複数の画素の一部断面図であって、電子放出素子１１としてＭＩＭを用い、この電子放出素子１１の周囲を導電性の隔壁１２（走査配線）で囲った基本構成図である。
【００１２】
電子放出素子１１の周囲には、カソード電位と同一電位の隔壁１２を配置し、この隔壁１２と電子放出素子１１の表画の電位が同じになるように、少なくとも隔壁１２の表面は導電体層で形成されている。すなわち、これら電子放出素子１１と隔壁１２は上部電極１０で覆われている。
【００１３】
これら電子放出素子１１と隔壁１２はカソード基板１３上に形成され、このカソード基板１３と対向する側には、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各カラー蛍光体１４が形成されたアノード基板１５が配置され、電子放出素子１１から放出された電子ビーム１６によりカラー蛍光体１４が励起されてカラー発光する。
【００１４】
図２は、図１の一部を拡大した等電位面を示す概念図であって、等電位線２１と電子ビーム１６の軌跡を示す。
【００１５】
図２において、アノード基板１５の内側には、蛍光体１４を取り囲むように、黒色層（ブラックマトリクス）２２とアノード隔壁２３とが形成され、これら蛍光体１４、黒色層２２及びアノード隔壁２３を覆ってメタルバック２４が形成され、アノード電圧が印加される。なお、黒色層の開口幅は電子放出素子の開口幅（上下左右の幅）より広く形成されている。
【００１６】
このメタルバック２４を通して印加する正の高電圧と、カソード基板１３上の電子放出素子１１と隔壁１２に印加する数Ｖの駆動電圧との間で生じる等電位線２１が隔壁１２の近傍では、基板に平行な成分と、隔壁１２の影響により等電位線２１の分布が変化して、下に凸の歪んだ分布を生じる。
【００１７】
この分布により、電子放出素子１１から全方向に放射された電子ビーム１６は、この等電位線２１の歪領域を通過する際に、電子ビーム１６の中心方向に歪んだ電界の作用により、電子軌道が変化し、電子ビーム１６は、収束してアノード基板１５上の蛍光体１４に放出されるので、画素としての電子放出素子１１に対応する蛍光体１４のみを励起することになる。
【００１８】
したがって、電子ビームスポットが大きくならず、隣接する蛍光体を励起することがないので、混色現象がなく、良好な画質の表示ができる。また、全ての電子ビームが蛍光体を励起するので、電子ビームの利用効率もよく、高精細でも消費電カを低減することができる。
【００１９】
図３は、電界の歪成分である横方向偏向電界の強度と電子ビームの収束性の関係についての計算結果を示す図であって、カソード基板１３とアノード基板１５との距離が３ｍｍ、電子ビームの放出時のエネルギーは１ｅＶの場合で、電子放出素子１１を取り囲む周囲の隔壁１２の高さが０．１μｍ、５μｍ、２０μｍの場合を示した。それぞれの場合で、必要な電子ビームの軌道変位量５０〜２００μｍを得るための電界を求めると、０．００２Ｖ／μｍから２Ｖ／μｍあれば補正できることがわかる。実際のビーム変位量は隔壁１２の高さと電子放出素子１１との距離により変化するが、隔壁１２の高さとして、０．１から２０μｍで補正が可能であることが明確になった。
【００２０】
隔壁１２を構成する部材として、薄膜配線を用いるが、特に、走査配線は、電子放出素子１１が電流駆動型であり線順次駆動方式であるため、低抵抗であることが必要であるので、信号配線よりも厚い膜を用いており、収束効果が高い隔壁１２を構成するのに適している。このように、隔壁１２を走査配線とすると、走査配線（隔壁１２）と電子放出素子１１は、上部電極１０で覆われて同一電位であるので、走査配線の電位が自動的に電子放出素子１１の表面電位と同じになり、これまでのプロセスに新たなプロセスを追加することなく容易に隔壁１２を構成することができる。
【００２１】
他に、以下(1)から(4)の方法により隔壁１２を形成することもできる。(1) 電子放出素子１１の周囲にスペーサ接合用導電性フリットを用いて隔壁１２を設ける。走査配線の溝部に電子放出素子１１を設けることにより、走査配線の膜厚とフリット膜厚とが隔壁の高さとなり収束効果が高い。(2) 電子放出素子１１の周囲にメタル層を追加してホトリソ加工を追加して隔壁１２を形成する。(3) 電子放出素子１１の周囲のみ開口した保護レジストパターンを形成して、金属メッキにより選択的に隔壁１２を形成する。(4) 電子放出素子１１の周囲に絶縁層で隔壁１２の形状を形成し、その上部に電極をコートすることにより、隔壁１２に導電性を付与する。
【００２２】
また、電子放出素子１１のＭＩＭ絶縁膜として、１００〜３００ｎｍのＡＯ(Anode Oxide)膜、ＳｉＯ、ＳｉＮなどの絶縁膜を用いており、これらの層を用いて隔壁１２を形成してもよい。適用する電子放出素子はＭＩＭの他に、表面伝導型電子放射素子ＳＥＤ、スピント型電子放出素子、ＣＮＴ(Carbon NanoTube)を用いた電界放出素子、多結晶Ｓｉを用い、量子トンネル効果による電子放出素子等でもよい。固体の電子放出素子を多数平面に形成した平面電子源であれば適用することができる。
【実施例２】
【００２３】
本実施例は、実施例１を簡略に実現する具体的な画素構造を示し、加えて電子ビームの変位を大きくするための構造と、表示パネル構造に必須のスペーサ接合部材による電子ビーム変位への影響を軽減し、また、収束できなかった微量の電子ビームがあっても隣の画素の蛍光体を照射しないようにする工夫を含めたものである。
【００２４】
図４は、画素の平面構造図、図５は、画素の断面構造図であって、矢印で示される位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれの図において対応し、走査配線４１の溝部４２、すなわち、走査配線４１の上部電極１０の溝部４２に電子放出素子１１が設けてある。電子放出素子１１は、走査配線４１と信号配線４９により選択されて電子ビーム１６を放出する。
【００２５】
図４において、電子放出素子１１の周辺から走査配線溝部４２への距離は、左右方向と上下方向で距離を変えており、左右方向の距離４３は上下方向の距離４４よりも小さい。これは、カラー表示パネルでは縦ストライプ構造をとり、画素は左右に順次ＲＧＢＲＧＢと配列するため、画素の形状としては、左右方向は縦方向の１／３の幅しかなく、電子ビームの広がりによる混色の許容幅は、左右方向は上下方向よりも３倍以上厳しく、電子ビームを左右方向により強く収束させることが必要である。
【００２６】
したがって、本実施例では、走査配線４１で形成される隔壁と電子放出素子１１との距離を上下方向よりも左右方向により狭めることにより、左右方向の収束効果が強くなる。また、収束性を向上するためにも、電位分布を電子ビームの断面内で均等でなく、上下左右で差をつけることにより、電子ビームの収束効果を高めることができる。
【００２７】
また、カソード基板とアノード基板の間隙を保って、大気中で表示パネル内部を真空保持する表示パネルを実現するため、表示パネルにスペーサ４５を配置する必要がある。ところが、スペーサ４５をカソード基板とアノード基板に固定するために、フリットガラスなどのスペーサ接合部材４６を用いているが、電子放出素子１１の表面から電子ビームが等方的に放射され、一部がスペーサ接合部材４６に当る。そして、スペーサ接合部材４６の表面に帯電し、電子ビームの軌道を変化させる要因となる。この現象は、スペーサ４５のカソード基板よりの底辺部でも同様の現象が起きる。すなわち、スペーサ４５は、アノード基板とカソード基板を絶縁する機能が必要であり、導電性が低いため帯電しやすい。このように、スペーサ４５の底辺部又はスペーサ接合部材４６の局所帯電が管内放電の原因となり表示パネルの信頼性を著しく低下する。
【００２８】
そこで、図５に示すように、スペーサ接合部材４６を走査配線溝部４２から離し、電子放出素子１１の外端部から走査配線溝部４２の縁端部までの見通し線５１よりも外側に配置することにより、電子ビーム１６がスペーサ接合部材４６に到達することを防止して、スペーサ接合部材４６の帯電による電子ビーム１６の変位効果を防止することができ、スペーサ４５の近傍での輝度の変化を防ぐことができる。同様の理由からスペーサ４５の底辺は走査配線４１よりも、より高い位置にあることが望ましい。
【００２９】
さらに、アノード基板１５には、黒色層２２の開口部に配置した蛍光体１４の周囲にアノード隔壁２３を設け、黒色層２２の開口部よりも広い開口を有するアノード隔壁２３が設けてある。また、蛍光体１４の発光を前方に効率よく取り出して輝度を高めるためメタルバック２４を設ける。なお、Ａｌの信号配線４９上には、ＭＩＭ絶縁層５２を形成するＡＯ膜からなる層間絶縁膜５３、ＳｉＮ膜５４、Ｃｒ膜５５が順次形成され、Ｃｒ膜５５上には、Ａｌの走査配線４１、Ｃｒ膜５６が順次形成される。
【００３０】
本実施例のカソードの構造おいて、電子ビーム収束効果は、電子ビームの周辺で高く、電子ビーム中心部では電界の歪が小さいため、電子放出素子１１の近傍での電子ビームの中央付近では収束効果が低く、この部分の電子ビームがアノード基板１５の近傍で広がる。そのため蛍光体１４を照射する電子ビームの形状は、おおむね電子放出素子１１のサイズ程度であるが、蛍光体１４の周辺部で微弱ながら電子ビームの裾野が広がり、多重反射などにより隣接する画素の蛍光体に微弱な発光を引き起こすことがあった。また、アノード基板１５とスペーサ４５のスペーサ接合部材４６に照射すると当該部分が帯電して電子ビームの偏向、管内放電の原因となる。
【００３１】
この電子ビームの形状は、本実施例のカソードの構造に固有のものであって、新たな課題である。そこで、アノード隔壁２３を設けることにより、周辺部の隣接画素からの電子ビームによる画素の微発光を防止することができ、微混色を防止して高い色精度の表示を得ることができ、同時にビームの偏向、管内放電を防止することができる。
【００３２】
図６は、画素の上下左右断面構造図であって、同図（ａ）は、図４の左右方向の断面図、同図（ｂ）は、図４の上下方向の断面図を示し、電子放出素子１１の周囲が、走査配線４１の隔壁で取り囲まれ、走査配線溝部４２の中心部に配置されている様子を示す。他の構成は、図５の構成と同様である。
【実施例３】
【００３３】
図７は、ＳＥＤ（表面伝導型薄膜電子放出素子）を用いた場合の画素構成図と画素回路の概念図であって、同図（ａ）に示すように、層間絶縁膜５３の開口部７１に、走査配線４１と信号配線４９に接続した２個の白金の表示電極７２，７３を露出させ、この表示電極間にＰｂＯパタンを形成した。
【００３４】
このＳＥＤ素子７４の周囲を走査配線４１の開口部７５で囲むことにより、同図（ｂ）に示すように、ＳＥＤ素子７４の周囲に走査配線４１が接続された隔壁１２が形成されて、走査配線４１を隔壁１２とした電子レンズが形成できる。なお、開口部７５を信号配線４９に設けてもよく、この場合は、隔壁１２の電位は、走査配線４１と異なるので、より大きな電子ビーム収束効果を得ることができる。
【実施例４】
【００３５】
図８は、画素の平面構造図と走査配線の駆動電圧波形図で、また、図９は、図８に示す一点鎖線Ａ−Ｂでの断面図であって、本実施例の特徴は、画素に隣接する走査配線に電圧を印加することにより、画素表面と走査配線に、電子ビームを変位させるための差電圧を印加して、ビーム収束効果を向上させることにある。
【００３６】
図８（ａ）において、各走査配線８１，８２，８３の形状を、電子ビーム広がり抑制電極８５を備えた櫛刃状に形成し、この抑制電極８５で電子放出素子１１の両サイドを挟み込むようにする。なお、信号配線４９上に形成した電子放出素子１１の表面は、上部電極１０を用いて、同図の下側の走査配線に接続されている。また、図中点線で示した抑制電極８５及び各走査配線の櫛刃状の端は、逆テーパー状の段差を設けて、上部電極１０の段切れにより分離する。もちろんリフトオフ、エッチングにより上部電極１０をパターニングして各走査配線間を分離してもよい。図８（ｂ）は、各走査配線８１，８２，８３に印加する駆動電圧波形を示す。
【００３７】
図９において、信号配線４９上の電子放出素子１１の表面は、自身が選択された走査配線の電圧が上部電極１０を介して印加されており、電子放出素子１１の左右外側には、隣接する走査配線パタンが櫛刃状に延びて電子ビーム広がり抑制電極８５が配置されている。
【００３８】
ここで、走査配線の駆動電圧は、図８（ｂ）に示すように、線順次走査する波形が印加されており、走査配線８２で示す走査配線＃ｎ＋１番目を選択している期間には、走査配線電圧である５Ｖが印加されており、他の走査配線８１，８３で示す走査配線＃ｎ、＃ｎ＋２番目の走査配線には０Ｖが印加される。こうして、走査パルスに同期して、隣接する走査線駆動電圧が、広がり抑制電極８５に印加される期間である広がり抑制電極駆動期間を設ける。
【００３９】
このとき、図９に示すように、走査配線８２で示す走査線＃ｎ＋１番目の電子放出素子１１の表面は５Ｖ、ビーム広がり抑制電極８５は０Ｖとなる。このため電子放出素子１１から出射した電子ビームはビーム広がり抑制電極８５の電位と電子放出素子１１の表面との電位差が形成する補正電界により、電子ビームは幅方向に収束してアノード基板方向に進む。
【００４０】
なお、ビーム広がり抑制電極８５は、自身が取り囲む画素以外の走査配線に接続すればよいが、走査方向に、自身よりも前の走査配線に接続することにより、走査パルス印加後であるので電位変動がなく有利である。
【００４１】
また、図１０に示すように、走査パルス（５Ｖ）の後に、電子ビーム広がり抑制電極駆動期間１０１を設け、走査パルスの電位よりも低い電圧を印加することにより、電子ビーム広がり抑制電極８５の電圧を調整できるので、電子ビームの広がりが、最適になるように任意の電圧を印加することができ、アノード基板上の電子ビームの広がりを任意に調整できる。このためアノード基板上での任意の面積の蛍光体に、電子ビームを無駄なく照射でき、効率が高く、かつ、蛍光体全面に電子ビームを照射できるので、蛍光体寿命、信頼性が向上する。
【００４２】
なお、電子ビーム広がり抑制電極８５を、自身が取り囲む画素の走査配線よりも後の走査配線に接続した場合には、走査期間の前に、走査電圧よりも低い電圧を印加することにより、ビーム広がり抑制電極の電圧を調整できる。
【００４３】
さらに、図１１に示すように、電子ビーム広がり抑制電極駆動期間１０１の電位を電子放出素子の印加電圧が負（−４Ｖ）となるように設定することにより、電子放出素子の寿命改善に有効な反転パルスを発光の直前又は直後に印加できるので、電子放出素子の信頼性、長寿命化の効果がある。反転パルスは、さらに、帰線期間１０２にも印加することにより、反転パルスの合計印加時間が増大するので、寿命信頼性が一層向上することはいうまでもない。
【００４４】
また、任意の本数離れた走査配線と電子ビーム広がり抑制電極を接続すると、走査パルスから時間的に離れた安定した電圧を抑制電極に接続できるので、変動のないビーム幅補正ができる。この場合は、信号配線層又は追加した配線層などを用いて、画素を跨いで走査配線と抑制電極を交差構造で接続することにより実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る発光型表示装置における複数の画素の一部断面図
【図２】図１の一部を拡大した等電位面を示す概念図
【図３】横方向偏向電界の強度と電子ビームの収束性の関係図
【図４】画素の平面構造図
【図５】画素の断面構造図
【図６】画素の上下左右断面構造図
【図７】ＳＥＤ（表面伝導型薄膜電子放出素子）を用いた場合の画素構成図と画素回路の概念図
【図８】画素の平面構造図と走査配線の駆動電圧波形図
【図９】図８に示す一点鎖線Ａ−Ｂでの断面図
【図１０】走査配線の駆動電圧波形図
【図１１】走査配線の駆動電圧波形図
【符号の説明】
【００４６】
１０…上部電極、１１…電子放出素子、１２…隔壁、１３…カソード基板、１４…蛍光体、１５…アノード基板、１６…電子ビーム、２１…等電位線、２２…黒色層（ブラックマトリクス）、２３…アノード隔壁、２４…メタルバック、４１…走査配線、４２…走査配線溝部、４３…左右方向の距離、４４…上下方向の距離、４５…スペーサ、４６…スペーサ接合部材、４９…信号配線、５１…見通し線、５２…ＭＩＭ絶縁層、５３…層間絶縁膜、５４…ＳｉＮ膜、５５，５６…Ｃｒ膜、７１…層間絶縁膜の開口部、７２，７２…表示電極、７４…ＳＥＤ素子、８１，８２，８３…走査配線、８５…電子ビーム広がり抑制電極、１０１…電子ビーム広がり抑制電極駆動期間、１０２…帰線期間
【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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