(57)【要約】【課題】電子放出均一度を高めながら、同時にエミッション効率を向上させることができる電子放出デバイスを提供する。【解決手段】第１基板と、第１基盤と互いに対向して配置される第２基板と、第１基板上に形成されるカソード電極と、カソード電極上に形成される電子放出部と、電子放出部に対応する開口部をそれぞれ備え、カソード電極上に順次に形成される絶縁層およびゲート電極とを有し、絶縁層における開口部の幅Ｈ１が、絶縁層の厚さＴ１より２倍以上広い電子放出デバイスが提供される。【選択図】図２
2007128877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と；
前記第１基盤と互いに対向して配置される第２基板と；
前記第１基板上に形成されるカソード電極と；
前記カソード電極上に形成される電子放出部と；
前記電子放出部に対応する開口部をそれぞれ備え、前記カソード電極上に順次に形成される絶縁層およびゲート電極と；
を有し、
前記絶縁層における前記開口部の幅Ｈ１が、前記絶縁層の厚さＴ１より２倍以上広いことを特徴とする、電子放出デバイス。
【請求項２】
前記電子放出部の幅Ｈ２が、前記絶縁層の前記開口部幅Ｈ１に対して下記の条件を有することを特徴とする、請求項１に記載の電子放出デバイス。
０．２≦（Ｈ２/Ｈ１）≦１
【請求項３】
前記電子放出部の厚さＴ２が、前記絶縁層の厚さＴ１に対して下記の条件を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の電子放出デバイス。
０．１≦（Ｔ２/Ｔ１）≦１  
【請求項４】
前記電子放出部が、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイアモンド状カーボン、フラーレン（Ｃ６０）、シリコンナノワイヤーのうちのいずれか１つ、またはこれらの混合物からなることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出デバイス。
【請求項５】
前記第２基板に形成される蛍光層と；
前記蛍光層の一面に形成されるアノード電極と；
をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の電子放出デバイス。
【請求項６】
前記ゲート電極と絶縁されて、前記ゲート電極上に形成される集束電極をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の電子放出デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子放出デバイスに関し、より詳しくはエミッション効率を向上させることが可能な電子放出デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子放出デバイスは電子源として熱陰極（hot  cathode）を利用する方式と冷陰極（cold  cathode）を利用する方式がある。
【０００３】
ここで、冷陰極を利用する方式の電子放出デバイスとしては、電界放出アレイ（Field  Emitter  Array;ＦＥＡ、以下、「ＦＥＡ」と言う。）型、表面伝導エミッション（Surface  Conduction  Emission;ＳＣＥ）型、金属-絶縁層-金属（Metal-Insulator-Metal;ＭＩＭ）型および、金属-絶縁層-半導体（Metal-Insulator-Semiconductor;ＭＩＳ）型などが知られている。
【０００４】
この中で、ＦＥＡ型電子放出デバイスは仕事関数（work  function）が低いか、または縦横比（aspect-ratio）の大きい物質を電子源として用いる場合において、真空中で電界によって容易に電子が放出される原理を利用したものであり、例えば、炭素ナノチューブと、黒鉛、ダイアモンド状カーボンのようなカーボン系物質で電子放出部を形成したものが開発されている。
【０００５】
通常のＦＥＡ型電子放出デバイスは、真空容器を構成する２つの基板、すなわち第１基板、第２基板を備える。第１基板上には、電子放出部と、当該電子放出部の電子放出を制御する複数の駆動電極であるカソード電極、およびゲート電極とが備えられ、また、第２基板上には、蛍光層と、第１基板側から放出された電子を蛍光層に向かって効率的に加速させるアノード電極とが備えられて、所定の発光または表示作用を行う。
【０００６】
上記電子放出デバイスにおいて、ゲート電極は、絶縁層を間においてカソード電極上部に形成され、カソード電極とゲート電極との交差領域ごとに、ゲート電極と絶縁層に開口部がそれぞれ形成される。そして、上記開口部内側のカソード電極上に電子放出部が形成されるのが一般的である。
【０００７】
上記電子放出部は、製造工程が容易で、大面積デバイス製作に有利なスクリーン印刷法によって形成することができる。上記の場合、電子放出部に対してゲート電極が十分な高さを確保するように絶縁層もまたスクリーン印刷、ドクターブレードおよびラミネートのような、いわゆる厚膜工程によって形成することができる。
【０００８】
一方、ゲート電極とカソード電極との交差領域を画素領域と定義する場合、画素内電子放出均一度を高めるためにはゲート電極と絶縁層の開口部を可能な限り微細に形成するのが有利である。
【０００９】
しかし、ゲート電極と絶縁層の開口部幅が狭すぎると、開口部内に十分な面積の電子放出部を形成することが難しいため、エミッション効率が低下する問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、電子放出均一度を高めながら、同時にエミッション効率を向上させることが可能な、新規かつ改良された電子放出デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、第１基板と、上記第１基盤と互いに対向して配置される第２基板と、上記第１基板上に形成されるカソード電極と、上記カソード電極上に形成される電子放出部と、上記電子放出部に対応する開口部をそれぞれ備え、上記カソード電極上に順次に形成される絶縁層およびゲート電極とを有し、上記絶縁層における上記開口部の幅Ｈ１が、上記絶縁層の厚さＴ１より２倍以上広い電子放出デバイスが提供される。
【００１２】
また、上記電子放出部の幅Ｈ２が、上記絶縁層の上記開口部幅Ｈ１に対して下記の条件を有するとしてもよい。
０．２≦（Ｈ２/Ｈ１）≦１
【００１３】
また、上記電子放出部の厚さＴ２が、上記絶縁層の厚さＴ１に対して下記の条件を有するとしてもよい。
０．１≦（Ｔ２/Ｔ１）≦１
【００１４】
また、上記電子放出部が、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイアモンド状カーボン、フラーレン（Ｃ６０）、シリコンナノワイヤーのうちのいずれか１つ、またはこれらの混合物からなるとしてもよい。
【００１５】
また、上記第２基板に形成される蛍光層と、上記蛍光層の一面に形成されるアノード電極とをさらに有するとしてもよい。
【００１６】
上記ゲート電極と絶縁されて、上記ゲート電極上に形成される集束電極をさらに有するとしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る電子放出デバイスは、エミッション効率を上げながら、同時に画素領域内電子放出均一度を高めることができる。
【００１８】
したがって、本発明に係る電子放出デバイスは、画面の輝度を高めて発光または表示品質を改善することができ、駆動電圧を下げて消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る電子放出デバイスの部分分解斜視図であり、図２は、本発明の実施形態に係る電子放出デバイスの部分断面図である。また、図３は、本発明の実施形態に係る電子放出デバイスの部分平面図である。
【００２１】
図１〜図３を参照すると、本発明の実施形態に係る電子放出デバイスは、所定の間隔をおいて平行に対向配置される第１基板１０と第２基板２０とを有する。第１基板１０と第２基板２０との周縁には密封部材（図示せず）が配置されて両基板を接合し、第１基板１０、第２基板２０、および密封部材は、真空容器を構成する。
【００２２】
第１基板１０のうちの第２基板２０との対向面には第２基板２０に向かって複数の電子を放出する電子放出ユニット１００が設けられ、第２基板２０のうちの第１基板１０との対向面には、上記電子によって可視光を放出して任意の発光または表示を行う発光ユニット２００が設けられる。
【００２３】
より具体的に説明すると、第１基板１０上には、カソード電極１１０が第１基板１０の一方向（図１、図２のＹ軸方向）に沿って帯状パターンで形成され、カソード電極１１０を覆うように、第１基板１０全体に絶縁層１１２が形成される。絶縁層１１２上にはゲート電極１１４がカソード電極１１０と直交する方向（図１、図３のＸ軸方向）に沿って帯状パターンで形成される。
【００２４】
本実施形態において、カソード電極１１０とゲート電極１１４とが交差する領域を「画素領域」と定義すると、画素領域のカソード電極１１０上には電子放出部１１６が形成され、絶縁層１１２とゲート電極１１４には電子放出部１１６に対応して貫通するそれぞれの開口部１１２ａ、１１４ａが形成される。その結果、第１基板１０上に電子放出部１１６が露出される。
【００２５】
絶縁層１１２は、スクリーン印刷、ドクターブレードおよびラミネートのような、いわゆる厚膜工程によって形成することができる。
【００２６】
また、絶縁層１１２の開口部１１２ａ幅Ｈ１と厚さＴ１とは、数式１に示す条件を有する。
【００２７】
Ｈ１≧２×Ｔ１  ・・・（数式１）
【００２８】
数式１に示すように、絶縁層１１２の開口部１１２ａが厚さより２倍以上広い幅を有すると、絶縁層１１２の開口部１１２ａ内に配置される電子放出部１１６の面積を十分に確保できるので、エミッション効率を上げることができる。
【００２９】
ここで、絶縁層１１２の開口部１１２ａは、湿式エッチングによって絶縁層１１２をエッチングすることによって形成することができる。
【００３０】
なお、電子放出部１１６の幅Ｈ２は、ゲート電極１１４に最大限に隣接しながら、電子放出部１１６によってゲート電極１１４とカソード電極１１０との間の短絡（short）が発生しないように絶縁層１１２の開口部１１２ａ幅Ｈ１に対して数式２に示す条件を有する。
【００３１】
０．２≦（Ｈ２/Ｈ１）≦１  ・・・（数式２）
【００３２】
これは、電子放出部１１６の幅Ｈ２が絶縁層１１２の開口部１１２ａ幅Ｈ１より過度に狭い場合には、電子放出部１１６に印加されるゲート電極１１４による電界が弱化して駆動電圧を増加させなければならず、また、電子放出部１１６の幅Ｈ２が絶縁層１１２の開口部１１２ａ幅Ｈ１より広い場合には、ゲート電極１１４と接触するためである。
【００３３】
また、電子放出部１１６の厚さＴ２は、電子放出部１１６から放出される電子のビームの拡散を最少化しながら、画素領域内の電子放出均一度を高めるように絶縁層１１２の厚さＴ１に対して数式３に示す条件を有する。
【００３４】
０．１≦（Ｔ２/Ｔ１）≦１  ・・・（数式３）
【００３５】
これは、電子放出部１１６の厚さＴ２が絶縁層１１２の厚さＴ１より厚い場合には、駆動電圧が低くなる長所があるが、後述するアノード電極２１４に印加される高電圧によって形成されるアノード電界による影響でオフ（ｏｆｆ）されるべき画素の電子放出部１１６から電子が放出されるなどのエミッション不良が発生することがあり、電子放出部１１６の厚さＴ２が絶縁層１１２の厚さＴ１より過度に薄い場合には、駆動電圧が増加するためである。
【００３６】
電子放出部１１６は、真空中で電界が加えられると電子を放出する物質、例えば、カーボン系物質、またはナノメートルサイズ物質からなる。電子放出部１１６は、例えば、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイアモンド状カーボン、フラーレン（Ｃ６０）、シリコンナノワイヤーのうちのいずれか１つ、またはこれらの混合物から構成することができる。また、電子放出部１１６の製造法としてはスクリーン印刷、直接成長としてはスクリーン印刷、直接成長、化学気相蒸着、またはスパッタリングなどを適用することができる。
【００３７】
一方、図１〜図３では、本発明に係る電子放出デバイスの一例として画素領域ごとに６個の電子放出部１１６が設けられ、電子放出部１１６の平面形状と絶縁層１１２およびゲート電極１１４の開口部１１２ａ、１１４ａの平面形状とが円形である場合を示したが、上記構成に限られず、電子放出部１１６の個数、および電子放出部１１６の平面形状と絶縁層１１２およびゲート電極１１４の開口部１１２ａ、１１４ａの平面形状とは、例えば、正方形、台形、ひし形、正三角形など、多様に変形してもよい。
【００３８】
また、図４は、本発明の他の実施形態に係る電子放出デバイスを示す部分断面図である。図４を参照すると、ゲート電極１１４上に第２絶縁層１１８と集束電極１２０を形成することができる。上記構成の場合、第２絶縁層１１８と集束電極１２０にも電子ビーム通過のための開口部１１８ａ、１２０ａが備えられる。上記構成の一例として、開口部１１８ａ、１２０ａは画素領域当り１つが備えられて、集束電極１２０が１つの画素で放出される電子を包括的に集束する。この時、集束電極１２０は、電子放出部１１６との高さの差が大きいほど優れた集束効果を発揮するので、第２絶縁層１１８の厚さを第１絶縁層１１２の厚さより大きく形成するのが好ましい。
【００３９】
また、図４では図示してはいないが、集束電極１２０は、第１基板１０全体に形成することができる。
【００４０】
また、集束電極１２０は、第２絶縁層１１８上にコーティングされた導電膜で形成することができ、さらに、開口部１２０ａを備えた金属プレートで形成することもできる。
【００４１】
再度図１を参照すると、第１基板１０に対向する第２基板２０の一面には、蛍光層２１０と黒色層２１２が形成され、蛍光層２１０と黒色層２１２上には、アルミニウムのような金属膜からなるアノード電極２１４が形成される。アノード電極２１４は、外部から電子ビームの加速に必要な高電圧の印加を受けて、蛍光層２１０で放射された可視光の中で第１基板１０に向かって放射された可視光を第２基板２０側に反射させて画面の輝度を高める役割を果たす。
【００４２】
一方、アノード電極２１４は、蛍光層２１０と黒色層２１２における第２基板２０側の一面に形成することができ、この場合、蛍光層２１０で放射された可視光が透過できるようにアノード電極は、ＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）のような透明導電層からなる。
【００４３】
なお、第２基板２０上には、透明材質のアノード電極と反射効果によって輝度を高める金属薄膜とが全て形成されてもよい。
【００４４】
蛍光層２１０は、第１基板１０上に設定された画素領域に一対一で対応して配置することができ、画面の垂直方向（図１〜図４のＹ軸方向）に沿って帯状パターンで形成することもできる。また、黒色層２１２は、クロムまたはクロム酸化物のような不透明材質からなることもできる。
【００４５】
上述した第１基板１０と第２基板２０との間には、複数のスペーサ３００が配置されて、第１基板１０と第２基板２０との間の間隔を一定に維持する。この時、スペーサ３００は、蛍光層２１０に重ならないように黒色層２１２が位置する非発光領域に対応して配置される。
【００４６】
上記のように構成される本発明の実施形態に係る電子放出デバイスは、アノード電極２１４に数百〜数千ボルトの（+）電圧を印加し、また、カソード電極１１０とゲート電極１１４のうちのいずれか１つの電極に走査信号電圧を印加すると同時に、他の１つの電極にデータ信号電圧を印加することにより、駆動する。
【００４７】
カソード電極１１０とゲート電極１１４とに電圧が印加された結果、カソード電極１１０とゲート電極１１４との間の電圧差が臨界値以上である画素において、電子放出部１１６の周囲に電界が形成される。そして、上記画素から電子が放出され、放出された電子は、アノード電極２１４に印加された高電圧に引導されて対応する画素の蛍光層２１０に衝突して、蛍光層２１０を発光させる。
【００４８】
上記の過程において、本発明の実施形態に係る電子放出デバイスは、縮少されたゲート電極１１４および電子放出部１１６との間の距離と、電子放出部１１６の広い面積によってエミッション効率を上げることができる。つまり、ゲート電極１１４と電子放出部１１６との間の距離が近くなると、同一な駆動条件で電子放出部１１６周囲により強い電界が印加され、また、電子放出部１１６の面積が広くなると、電界が集中する周縁部分の面積も広くなるので、電子放出部１１６からより多量の電子を放出することができる。
【００４９】
そして、絶縁層１１２の開口部１１２ａが絶縁層１１２の厚さＴ１に比べて広い幅Ｈ１を有しても、絶縁層１１２の厚さＴ１に対して電子放出部１１６が適正範囲の厚さＴ２を有するので、画素領域内の電子放出均一度を高めることができる。
【００５０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る電子放出デバイスを示す部分分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電子放出デバイスを示す部分断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電子放出デバイスを示す部分平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る電子放出デバイスを示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０    第１基板
２０    第２基板
１１０  カソード電極
１１２  絶縁層
１１２ａ、１１４ａ、１１８ａ、１２０ａ  開口部
１１４  ゲート電極
１１６  電子放出部
１１８  第２絶縁層
１２０  集束電極
２００  発光ユニット
２１０  蛍光層
２１２  黒色層
２１４  アノード電極
３００  スペーサ
Ｈ１    絶縁層の開口部の幅
Ｈ２    電子放出部の幅
Ｔ１    絶縁層の厚さ
Ｔ２    電子放出分の厚さ
【図１】
2007128877.tif 000003
【図２】
2007128877.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007128877.tif 000006