(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板上に第１方向に形成されるゲート電極と、
前記ゲート電極を覆いながら前記第１基板上に形成される絶縁層と、
前記絶縁層上に第２方向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エミッタと、
前記絶縁層上に前記エミッタから間隔をおいて形成され、前記絶縁層に貫通形成されたホールを通じて前記ゲート電極と連結されるカウンタ電極と、
前記第１基板と任意の間隔をおいて配置され、この第１基板と協働して真空容器を形成する第２基板と、
前記第２基板上に前記カソード電極及び前記カウンタ電極と対面するように形成されるアノード電極と、を含む電界放出表示装置。
【請求項２】
前記第１方向が前記第２方向と直角である、請求項１に記載の電界放出表示装置。
【請求項３】
前記エミッタが炭素系物質からなる、請求項１に記載の電界放出表示装置。
【請求項４】
前記カソード電極とカウンタ電極との間の距離が５０μｍ〜１５０μｍからなる、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項５】
前記エミッタと前記カウンタ電極とが同程度の高さを有する、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項６】
前記カウンタ電極が前記エミッタより高い、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項７】
前記エミッタの前記カウンタ電極に対向する面がのこぎり形状からなる、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項８】
前記カウンタ電極の前記エミッタに対向する面がのこぎり形状からなる、請求項７に記載の電界放出表示装置。
【請求項９】
前記エミッタの前記カウンタ電極に対向する面が凹んで形成され、前記カウンタ電極の前記エミッタに対向する面が膨らんで形成される、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項１０】
前記エミッタの前記カウンタ電極に対向する面が膨らんで形成され、前記カウンタ電極の前記エミッタに対向する面が凹んで形成される、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項１１】
前記カウンタ電極が電気メッキ法によって形成される、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項１２】
前記アノード電極がＩＴＯまたはＩＺＯからなる、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項１３】
前記炭素系物質が炭素ナノチューブ、Ｃ６０、ダイアモンド、ＤＬＣのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項１４】
前記エミッタが前記カソード電極上にストライプパターンで形成される、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項１５】
前記エミッタが前記カウンタ電極に対応して分離された島形状で形成された、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項１６】
前記エミッタがスクリーンプリンティング法によって形成される、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項１７】
前記エミッタが化学気相蒸着法またはスパッタリング法によって形成される、請求項３に記載の電界放出表示装置。
【請求項１８】
前記ホールがフォトリソグラフィ法によって形成される、請求項１に記載の電界放出表示装置。
【請求項１９】
前記ホールがプリンティング法によって形成される、請求項１に記載の電界放出表示装置。
【請求項２０】
前記カウンタ電極がメッキ法によって形成される、請求項６に記載の電界放出表示装置。
【請求項２１】
ゲート電極を有する第１基板、前記ゲート電極から絶縁層によって絶縁されるカソード電極、前記カソード電極に接触されるエミッタ、前記絶縁層に貫通形成されたホールを通じて前記ゲート電極に連結されるカウンタ電極及びアノード電極を有する第２基板を有する電界放出表示装置の駆動方法であって、
前記ゲート電極とカソード電極との間に電界を形成する工程と、
前記カウンタ電極に電圧を印加して前記電界を強化する工程と、
前記エミッタの周囲に電界を形成して前記エミッタから電子を放出する工程と、を含む電界放出表示装置の駆動方法。
【請求項２２】
前記カウンタ電極に印加される電圧は前記ゲート電極に印加される電圧である、請求項２１に記載の電界放出表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電界放出表示装置に関し、より詳しくは、炭素系物質からなるエミッタを有する電界放出表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷陰極を電子放出源として使用してイメージを形成する装置である電界放出表示装置（FED、Field Emission Display）は、電子放出層であるエミッタの特性によって装置全体の品質が大きく左右される。
【０００３】
初期の電界放出表示装置において、前記エミッタは主にモリブデン（Mo）を主材質とする、いわゆる、スピント（Spindt）タイプの円錐形金属チップで形成されてきたが、これに関する従来技術としては、米国特許第３，７８９，４７１号に開示された電界放出カソードを有する表示装置がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記金属チップ形状のエミッタを有する電界放出表示装置を製造する時には、公知のように半導体製造工程、−▲１▼エミッタが配置されるホールを形成するためのフォトリソグラフィ及びエッチング工程、▲２▼金属チップを形成するためのモリブデンの蒸着工程など−を使用するため、製造工程が複雑で高難度の技術を必要とするだけでなく、高価の装備を使用しなければならないために製品製造単価の上昇によって大量生産が難しいという問題点がある。
【０００５】
これにより電界放出表示装置の関連業界では、低電圧（大略、１０〜５０Ｖ）の駆動条件でも電子放出ができ、製造工程上にも便宜を図ることができるようにするために、前記エミッタを平坦な形状に形成する技術を研究開発している。
【０００６】
いままでの技術動向によれば、前記平板な形状のエミッタとしては、炭素系物質、たとえば、グラファイト、ダイアモンド、ＤＬＣ（diamond like carbon）、Ｃ６０（Fllerene、フラーレン）または炭素ナノチューブ（CNT、Carbon nanotube）などが適していると知られており、このうち特に炭素ナノチューブが比較的低い駆動電圧（大略、１０〜５０Ｖ）でも電子放出を円滑に行うことができるので電界放出表示装置のエミッタとして最も理想的な物質として期待されている。
【０００７】
このような炭素ナノチューブを利用した電界放出表示装置と関する従来技術としては、米国特許第６，０６２，９３１号、第６，０９７，１３８号に開示された冷陰極電界放出表示装置がある。
【０００８】
一方、前記電界放出表示装置がカソード、アノード及びゲート電極を有する３極管の構造を有する時、この電界放出表示装置は、多くの場合、前記エミッタが配置される基板上に先にカソード電極を形成し、この上に前記エミッタを配置した後、このエミッタ上方に前記ゲート電極を配置した構造を有する。言い換えると、従来の電界放出表示装置はカソード電極とアノード電極との間にゲート電極を配置して前記エミッタから電子を放出してこれを蛍光体に誘導する構造を有する。
【０００９】
しかし、電界放出表示装置がその特性を高めるために、前記３極管の構造を取りながらも、前記炭素系物質、特に、炭素ナノチューブを用いて前記エミッタを形成する時には、前記ゲート電極及びこのゲート電極の下方に配置された絶縁層上部領域に形成されたホールの中に前記エミッタを良好に形成することが難しいという問題点がある。
【００１０】
このような問題点の原因は、ペーストを利用した印刷法で前記エミッタを形成する時、微細な大きさを有するホールの中にペーストを配置させるのが容易ではないためである。
【００１１】
最近は電界放出表示装置に用いる電極の配置を別なものにして前記問題点を解決しようとする努力がなされている。これに関する提案として、米国特許公開ＵＳ２００１/０００６２３２ Ａ１には、ゲート電極をエミッタが形成される基板とカソード電極との間に配置して形成する電界放出表示装置が開示されている。
【００１２】
この技術では、ゲート電極の位置変更によりエミッタを基板の最上位置に配置させることによって、炭素系物質で大量生産に効果がある印刷法でエミッタを容易に形成するようにしている。
【００１３】
しかし、どうしてもゲート電極がエミッタの下に位置した状態で絶縁層によって覆われて非露出された状態を維持するので、カソード電極とゲート電極との間に、エミッタから電子を放出させるための電気場を十分に形成するためには、高い電圧の印加を受けるかまたは基板上に所定の間隔をおいて配置されるカソード電極間の間隔を広くしなければならない。
【００１４】
したがって、前記技術による電界放出表示装置を使用する時には、ゲート電極に対する駆動電圧が上昇する負担があったり、またはカソード電極間の間隔を広くする時、装置の駆動が不可能になる負担がある。
【００１５】
ここで、前記装置駆動が不可能とは、カソード電極間の間隔が広くなれば、エミッタから放出された電子と、この電子が該当蛍光体にぶつかって発生する電子が絶縁層の表面に積まれ、充電（positively charging）される確率が高まるが、このように絶縁層の表面に蓄積された電子は、前記装置で一つの画素に対する電界放出を起こす時、決められた必要量より多くの電界放出が起こるようにし、不必要な電子を発生させることによって、望まない蛍光体の異常発光が発生することを言う。
【００１６】
したがって、本発明は前記のような問題点を勘案して案出されたものであって、本発明の目的は、ゲート電極の駆動に必要な電圧を上昇させずに、十分な電界放出を起こし、良質のイメージを表示できる電界放出表示装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を実現するために、第１基板と、前記第１基板上に第１方向に形成されるゲート電極と、前記ゲート電極を覆いながら前記第１基板上に形成される絶縁層と、前記絶縁層上に第２方向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エミッタと、前記絶縁層上に前記エミッタから間隔をおいて形成され、前記絶縁層に貫通形成されたホールを通じて前記ゲート電極と連結されるカウンタ電極と、前記第１基板と任意の間隔をおいて配置されながら、この第１基板と協働して真空容器を形成する第２基板及び前記第２基板上に前記カソード電極及び前記カウンタ電極と対面するように形成されるアノード電極を含む電界放出表示装置を提供する。
【００１８】
前記でカウンタ電極とゲート電極との電気的な連結は、前記ホール内に前記カウンタ電極を形成する物質または導電性がある物質が配置され、これらが前記カウンタ電極とゲート電極を連結することによって形成される。
【００１９】
また、前記で前記カウンタ電極は前記エミッタとの間に最適の電子放出を行うための電界を形成するために、前記カソード電極との間の間隔を適正に維持するのが好ましい。
【００２０】
さらに、前記でカウンタ電極は前記エミッタとの間に最適の電子放出を行うための電界を形成するために、前記カソード電極より高く前記絶縁層上に形成されるのが好ましい。
【００２１】
さらに、前記でカウンタ電極とエミッタとは最適の電子放出を行うための電界を形成するために、その対向する各々の面を凹凸や曲面形状のように平らでない形状に形成されるのが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を明確にするための好ましい実施例を添付した図面を参考にしてより詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の第１実施例による電界放出表示装置を示した部分斜視図であり、図２は本発明の第１実施例による電界放出表示装置の結合断面図であって、図１の矢印Ａ方向から見て示した図面である。なお、各部品の平面的形状および配置は、仮想表示面に投影された状態を記す。
【００２４】
図示されているように、電界放出表示装置は任意の大きさを有する第１基板（または背面基板、以下、便宜上背面基板と称する）２と第２基板（または前面基板、以下、便宜上前面基板と称する）４とを内部空間部が形成されるように所定の間隔をおいて実質的に平行に配置して装置の外観である真空容器を形成している。
【００２５】
前記で背面基板２上には電界放出を行うことができる構成が、前面基板４上には電界放出によって放出された電子により所定のイメージを表示できる構成が形成されるが、これをより具体的に説明すれば、次の通りである。
【００２６】
まず、背面基板２上には所定のパターン、たとえば、ストライプ形状の複数の細長いゲート電極６が任意の間隔をおいて背面基板２の一方向（Ｘ）に沿って長く形成される。また、ゲート電極６上にはこのゲート電極６を覆いながら背面基板２上に全面を覆うように配置される絶縁層８が形成されるが、この絶縁層８はガラス質、ＳｉＯ２、ポリイミド、ナイトライド、またはこれらの組み合わせ、またはこれらの積層構造からなるのが好ましい。
【００２７】
また、絶縁層８上には複数の細長いカソード電極１０が所定のパターン、たとえば、ストライプ形状をし任意の間隔をおいてゲート電極６と直交する方向（Ｙ）に沿って長く形成される。
【００２８】
さらに、背面基板２上に設定される画素領域部位には電界放出によって実質的に電子を放出するように、カソード電極１０に沿って細長いエミッタ１２が形成配列される。本実施例にあっては、エミッタ１２はカソード電極１０の長さ方向に沿って、このカソード電極１０の端部及び絶縁層８を覆うように形成されている。もちろん、ここでエミッタ１２の配置形状は一つの例にすぎ、たとえば、カソード電極１０の上にこのカソード電極１０の長さ方向に沿って中心部だけ、またはカソード電極１０の一側端部だけ、またはカソード電極１０の両端部だけなど、多様な形態をすることが可能である。
【００２９】
このようなエミッタ１２は本発明において、炭素系物質、例えば、炭素ナノチューブ、Ｃ６０（Fllerene、フラーレン）、ダイアモンド、ＤＬＣ、グラファイトまたはこれらの組み合わせなどを主材料として構成され、その形成法としてはスクリーンプリンティング法、化学気相蒸着法（CVD）またはスパッタリング法などを用いることができ、本実施例では材質としては炭素ナノチューブを、形成法としてスクリーンプリンティング法を使用している。
【００３０】
また、本発明においては、各ゲート電極６に印加される駆動電圧が少なくても各エミッタ１２から絶縁層８より上方に、良好に電子を放出できるようにするためのカウンタ電極１４が複数個形成されている。
【００３１】
カウンタ電極１４は、電界放出表示装置の動作時、ゲート電極６に所定の駆動電圧が印加されてエミッタ１２との間に電子放出のための電界を形成する時、自身もエミッタ１２に向かって電子放出のための電界を追加的に形成するようになる部材であって、これは背面基板２上に設定される画素領域部位にそれぞれ配置される。
【００３２】
本実施例でカウンタ電極１４は、大略四角形状であり、各カソード電極１０の間に設定される画素領域に配置される。ここで、カウンタ電極１４の形状は前記四角形状以外に他のパターンでも形成可能である。
【００３３】
一方、カウンタ電極１４はゲート電極６と電気的に連結され、ゲート電極６の駆動によって連動される。このために本実施例では、絶縁層８上に形成された貫通ホール８ａを通じてゲート電極６とカウンタ電極１４を電気的に連結させており、この時、貫通ホール８ａ内には実質的な２個の電極６、１４の電気的連結のために、カウンタ電極１４を形成する物質自体、または別途の導電性のある物質などが配置される。また、貫通ホール８ａはカウンタ電極１４に対応する形状を有し、実質的にこれは絶縁層８の製造方法‐印刷法、フォトリソグラフィ法など‐によって形成される。
【００３４】
このように構成される背面基板２上の構成に比べて、前面基板４上には、ＩＴＯからなるアノード電極１６とともに、図１のゲート電極６の長手方向（X）に沿ってストライプパターンのＲ、Ｇ、Ｂ蛍光層１８が任意の間隔をおいて形成される。
【００３５】
背面基板２と基板４とは、エミッタ１２と蛍光層１８が直交状態に対向するように任意の間隔をおいて配置され、その周囲に塗布されるシーリング物質２０によって付着されることにより一体をなす。この時、２枚の基板２、４の間の非画素領域には前記両基板の間の間隔を維持するためのスペーサ２２が多数配置される。
【００３６】
以上のように構成される電界発光表示装置は、その外部からアノード電極１６、カソード電極１０及びゲート電極６に所定の電圧を印加すれば、ゲート電極６とエミッタ１２端部との間に電界を形成しながら、エミッタ１２から電子を放出し、この放出された電子を前記蛍光層１８に誘導してこの蛍光層１８を打撃するようにし、この時、発生する光で所定のイメージを実現する。
【００３７】
このような動作の時、ゲート電極６に印加される電圧は、貫通ホール８ａを通じてカウンタ電極１４にも印加され、これによってエミッタ１２とカウンタ電極１４との間にも所定の強さを有する電界が形成される。この追加的な電界はエミッタ１２とゲート電極６との間に形成される電界に加えられて、エミッタ１２により強い電界を形成することができるので、これにエミッタ１２からは更に多量の電子を放出することができるようになる。図２の参照番号２４はエミッタ１２とカウンタ電極１４との間に形成される追加的な電界を示している。
【００３８】
つまり、電界放出表示装置においては、ゲート電極６に従来のような仕様を有する電界放出表示装置で該当ゲート電極に印加される電圧と同様な大きさの電圧が印加されても、カウンタ電極１４によって、更に多量の電子をエミッタ１２から放出させることができるようになり、これは言い換えると、ゲート電極６に印加される電圧を従来値と比較して低くしても、ある基準値ほどの電界放出を行うことができることを示す。
【００３９】
一方、カウンタ電極１４が絶縁層８上に配置される時、図２に示すように、カソード電極１０との関係、つまり、その間の間隔（d）を適正に維持して配置されるのが好ましい。
【００４０】
下表１は、本発明の発明者がカソード電極１０とカウンタ電極１４との間の前記間隔（d）を変化させながら、カソード電極１０上に形成される電界の強さ（E）を計算した値であって、ゲート電極６に駆動電圧が印加される場合（On）と、駆動電圧が印加されない場合（Off）とに分けて計算した。
【００４１】
【表１】
0003995567.tif 000002
【００４２】
表１の計算値は、アノード電極１６に印加される電圧を１，０００Ｖ、カソード電極１０に印加される電圧を０Ｖ、ゲート電極６がオンである場合に印加される電圧を１００Ｖ、ゲート電極６がオフである場合に印加される電圧をOＶとして計算したものである。
【００４３】
また、図３は表１を基準にして、オンである場合カソード電極１０上に形成される電界の強さと、オフである場合カソード電極１０上に形成される電界の強さとの比（On field to Off field ratio）と前記ｄとの間の関係を示すグラフである。
【００４４】
図３を見ると、前記ｄが減るほど、前記電界の強さの比が順次に大きくなることが分かる。これは、即ち前記dが適正の位置を維持するようになると、ゲート電極６に印加する電圧を下げてもエミッタ１２から電子放出を行うことができる十分な電界を形成することができることを意味する。本発明において、前記ｄは５０μmから１５０μmの間に維持されるのが好ましい。
【００４５】
一方、第１実施例でカウンタ電極１４の高さは、カソード電極１０の高さと大略同一であるが、本発明における前記カウンタ電極１４の高さが、必ず前記の場合に限定されるわけではない。
【００４６】
次に第２実施例について述べる。図４は、本発明の第２実施例による電界放出表示装置を示した部分斜視図であって、この第２実施例ではカウンタ電極について主に説明する。
【００４７】
この第２実施例による電界放出表示装置は、先に述べた第１実施例の電界放出表示装置と基本的に大部分同じ構造であるが、カウンタ電極だけは別にして構成している。便宜上この例の説明において、カウンタ電極を除いた構成については第１実施例で使用した引用符号をそのまま使用する。
【００４８】
図示されているように、この第２実施例でも前記カウンタ電極３０は、カソード電極１０の間に配置されながら絶縁層８の貫通ホール８ａを通じてゲート電極６と電気的に連結され、エミッタ１２との間に電子放出のための電界を形成する。
【００４９】
この時、カウンタ電極３０は貫通ホール８ａと大略類似した断面積を有し貫通ホール８ａ内外に配置されながら、ゲート電極６と電気的に連結されることはもちろん、絶縁層８上にカソード電極１０よりその上端が高い所に位置できる高さを有して形成される。このようなカウンタ電極３０の形成方法としてはメッキ法が好ましい。
【００５０】
このように、カウンタ電極３０がカソード電極１０より高く形成されれば、電界放出表示装置においては、カウンタ電極３０が、カソード電極１０はもちろん、このカソード電極１０上に形成されたエミッタ１２より相対的に高い位置で電界を形成するようになるので、これにエミッタ１２から放出される電子の初期走査方向及び速度などに影響を与えて上述した基本的な作用以外に電子ビームに対する集束機能もやはり向上させることができる。
【００５１】
次に、電界放出表示装置において、前記エミッタとカウンタ電極の関係を前記実施例と別にした他の実施例について検討してみる。つまり、上述した実施例でエミッタとカウンタ電極の各々はその対向する面が平らであるが、以下に説明する第３〜第５実施例ではこれと異なっている。
【００５２】
まず、図５に示した第３実施例の電界放出表示装置は、カウンタ電極３２のエミッタ３４に対向する面を上述した例と同様に平らに形成し、エミッタ３４のカウンタ電極３２に対向する面はのこぎり模様のような凹凸で形成している。
【００５３】
また、図６に示した第４実施例の電界放出表示装置は、カウンタ電極３６のエミッタ３８に対向する面と、エミッタ３８のカウンタ電極３６に対向する面が、どちらものこぎり模様のような凹凸で形成している。
【００５４】
このように前記対向電極及び/またはエミッタの対向面が凹凸に形成される時には、カウンタ電極とエミッタ電極の間隔が部分的にでも狭くなるので、これに前記間隔が狭くなったエミッタの部位は前記カウンタ電極によって形成される電界の影響をさらに受けるようになり、カウンタ電極による効果はさらに上昇する。
【００５５】
また、図７に示した第５実施例の電界放出表示装置では、カウンタ電極４０の対向面とエミッタ４２の対向面を、どちらも局面に、更に、例えばカウンタ電極４０のエミッタ４２に対向する面は膨らんだ形状に、エミッタ４２のカウンタ電極４０に対向する面は、カウンタ電極４０のエミッタ４２に対向する面に対応して凹んだ形状に形成している。
【００５６】
このような形状のカウンタ電極４０とエミッタ４２は、エミッタ４２の端部から放出された電子が、図示していない一つの画素の蛍光体に集束される時、エミッタ４２の対向面形状によって前記蛍光体の中心部に向かって集束される確率が高いので、これにより、前記画素に隣接する他の画素の蛍光体を照射して発光させる、いわゆる、スキャン方向ビーム焼きつき現象を防止することができる。
【００５７】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属するのは当然のことである。
【００５８】
【発明の効果】
本発明による電界放出表示装置は、ゲート電極と電気的に連結されながらカソード電極の間に配置されるカウンタ電極が前記ゲート電極によって形成される電界に加えてエミッタとの間に電界を形成するので、電子放出のための電界を上昇的に増加させることができる結果を得て、従来技術と比べると、ゲート電極に必要な駆動電圧を低減させた状態でも所望の電界放出で良質の画像を表示することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による電界放出表示装置を示した部分斜視図である
【図２】本発明の第１実施例による電界放出表示装置を示した結合断面図である
【図３】本発明によるゲート電極のオン、オフ時の電界の強さの比とカソード電極及びカウンタ電極間の距離関係を示すグラフである
【図４】本発明の第２実施例による電界放出表示装置を示した部分斜視図である
【図５】本発明の第３実施例による電界放出表示装置を示した部分平面図である
【図６】本発明の第４実施例による電界放出表示装置を示した部分平面図である
【図７】本発明の第５実施例による電界放出表示装置を示した部分平面図である
【符号の説明】
２  第１基板（背面基板）
４  第２基板（前面基板）
６  ゲート電極
８  絶縁層
８ａ  貫通ホール
１０  カソード電極
１２、３４、３８、４２  エミッタ
１４、３０、３２、３６、４０  カウンタ電極
１６  アノード電極
１８  Ｒ、Ｇ、Ｂ蛍光層
２０  シーリング物質
２２  スペーサ
２４  電界
【図１】
0003995567.tif 000003
【図２】
0003995567.tif 000004
【図３】
0003995567.tif 000005
【図４】
0003995567.tif 000006
【図５】
0003995567.tif 000007
【図６】
0003995567.tif 000008
【図７】
0003995567.tif 000009