(57)【要約】【課題】チャージアップ防止、電子放出層への電流制限、電極マイグレーション抑制、電極等の保護を図る抵抗膜の形成工程の工程数を削減し製造コストダウンを可能とすること。【解決手段】電子放出層６を備えたカソード電極と、ゲート電極とを絶縁部分露出領域を介在させて離隔配置した冷陰極電子源において、両電極で覆われないで露出している絶縁部分露出領域と、上記カソード電極と電子放出層との境界領域と、電極表面露出領域と、電子放出層上面露出領域との４つの領域のうち、少なくとも２つの領域に単一の連続する高抵抗膜を設けた構成。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界電子放出する電子放出層を備えたカソード電極と該電子放出層からの電子放出を制御するゲート電極とを絶縁領域を介在させて離隔配置した冷陰極電子源において、
上記両電極で覆われず絶縁部分が露出している絶縁部分露出領域と、上記カソード電極と電子放出層との境界領域と、電極表面が露出している電極表面露出領域と、電子放出層上面露出領域との４つの領域のうち、少なくとも２つの領域に単一の連続する高抵抗膜を設けた、ことを特徴とする冷陰極電子源。
【請求項２】
上記連続する高抵抗膜を、上記絶縁部分露出領域、境界領域および電極表面露出領域に設けた、ことを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電子源。
【請求項３】
上記連続する高抵抗膜を、上記絶縁部分露出領域、電極表面露出領域および電子放出層上面露出領域に設けた、ことを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電子源。
【請求項４】
上記ゲート電極が、カソード電極の両側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の冷陰極電子源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出層を有するカソード電極と、電子放出層からの電子放出を制御するゲート電極と、を絶縁基板表面に一定の距離を隔てて配置した冷陰極電子源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記冷陰極電子源では、絶縁基板上でゲート電極をカソード電極と一定の距離を隔てて配置すると共にこれら電極を蛍光体付きのアノード電極と対向配置し、全体で発光素子を構成することができる。これらは電極がゲート電極とカソード電極とアノード電極との３つから構成されているので一般的にはトライオード構造の発光素子と称されている。
【０００３】
そして、このトライオード構造の発光素子には、ゲート電極をカソード電極に対して基板表面からの電極高さ位置を同一に配置したインプレーンタイプおよびパラレルタイプと、ゲート電極をカソード電極よりも電極高さ位置を高く配置したオーバーゲートタイプと、ゲート電極をカソード電極よりも電極高さ位置を低く配置したアンダーゲートタイプがある。
【０００４】
インプレーンタイプの発光素子では、ゲート電極の電位をカソード電極の電位と同電位に制御しアノード電圧の印加により電子放出層から電子を引き出すと共に蛍光体に向けて加速衝突させて蛍光体を励起発光させる一方、ゲート電極の電位をカソード電極に対して負の電位に制御してアノード電圧による電子放出層からの電子引き出しを抑制して上記蛍光体の励起発光状態を停止させるようになっている。
【０００５】
また、インプレーンタイプ以外の上記他のタイプの発光素子では、ゲート電極の電位をカソード電極の電位に対して正の電位に制御して電子放出層から電子を引き出すと共にその引き出した電子をアノード電圧により蛍光体に向けて加速衝突させて蛍光体を励起発光させる一方、ゲート電圧の印加を停止して上記蛍光体の励起発光状態を停止させるようになっている。
【０００６】
いずれのタイプの発光素子においても、本出願人が鋭意研究したところ以下の幾つかの課題が存在することを見出すことができた。その代表的な課題のうち３つの課題を以下に説明する。
【０００７】
第１の課題を説明すると、カソード電極上の電子放出層から放出した電子はアノード電極に向けて放出される電子以外に一部の電子はカソード電極とゲート電極との間で露出している絶縁表面にチャージアップするようになる。このチャージアップした電子は過剰に蓄積されてくると、電子が絶縁表面から放出され、ゲート電極やカソード電極に衝突したり、あるいは電子放出層に衝突したりしてそれらにダメージを与えると共に一部は蛍光体に衝突して蛍光体がチャージアップしたり、分解、劣化したり等の現象が生じる。以上が第１の課題である。
【０００８】
また、第２の課題を説明すると、カソード電極側から電流が制限されることなく電子放出層に供給されると、カソード電極の破壊や、電子放出層からの電子放出特性の不安定化により蛍光体の発光輝度にばらつきが生じる。以上が第２の課題である。
【０００９】
さらに、第３の課題を説明すると、例えばゲート電極やカソード電極の材料に銀がその高い導電性を有しまた比較的安価であることなどから使用されることがある。しかしながら、銀は例えば高湿度雰囲気で直流負荷時にイオン化して正極側から負極側に移動し、負極側にて析出して成長するいわゆる銀マイグレーションを引き起こし、最悪の場合、ゲート電極とカソード電極とが短絡してしまう可能性もある。特に、ゲート電極とカソード電極とが僅かな距離を隔てて並設されるようになると、その可能性は極めて高い。以上が第３の課題である。
【００１０】
従来の冷陰極電子源では、これら課題を同時に解決しえたものはなかった。また、これら課題を解決するにはそれら個々の技術を冷陰極電子源の製造工程に組み込む必要があり、工程数が増加しコストアップになると共に、工程数が増加する分、冷陰極電子源内部に不要な異物等が混入する可能性も増大するなど、新たな課題も浮上してくる。
【００１１】
なお、個々の技術として例えば特開平１１−７９１０号公報には高抵抗膜をスペーサのチャージアップ防止膜とする技術が開示されており、特開平５−１１７５８０号公報には銀電極を用いる圧電素子をポリメタクリル酸メチルと無機イオン交換体とからなるコーティング剤でコーティングする技術が開示されており、特開平７−９４０７５号公報には電子放出層とカソード電極との間に電流制限のためのバラスト抵抗膜を介装する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−７９１０号公報
【特許文献２】特開平５−１１７５８０号公報
【特許文献３】特開平７−９４０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明においては、上記した課題のうち少なくとも２つ以上を、製造工程を増加させずに、同時に解決した冷陰極電子源の構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による冷陰極電子源は、電界電子放出する電子放出層を備えたカソード電極と該電子放出層からの電子放出を制御するゲート電極とを絶縁領域を介在させて離隔配置した冷陰極電子源において、上記両電極で覆われず絶縁部分が露出している絶縁部分露出領域と、上記カソード電極と電子放出層との境界領域と、電極表面が露出している電極表面露出領域と、電子放出層上面露出領域との４つの領域に対して、少なくとも２つの領域に対して単一の連続する高抵抗膜を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
上記電極表面露出領域とは電極上面や側面で露出している領域のことである。
【００１５】
本発明では、上記４つの領域の中から少なくとも２つの領域の組み合わせの詳細は、説明の簡略化のために略するが、例えば、数個の組み合わせを述べると、絶縁部分露出領域と境界領域とを単一の連続する高抵抗膜を設けることでチャージアップ防止と電子放出安定化とを図ることが可能であり、絶縁部分露出領域と電極表面露出領域とを単一の連続する高抵抗膜を設けることでチャージアップ防止と電極マイグレーションおよびアーク放電防止とを図ることが達成可能であり、絶縁部分露出領域と電子放出層上面露出領域とを単一の連続する高抵抗膜を設けることでチャージアップ防止と電子放出層の保護とを図ることが達成可能である。
【００１６】
すなわち別々の工程で複数の抵抗膜を形成することで可能であった各抵抗膜それぞれの機能を単一の工程で形成した単一の高抵抗膜が備えるので、抵抗膜形成工程数の削減が可能となってコストダウンが達成され、また抵抗膜形成工程数が減るので、製造工程で冷陰極電子源内部への異物等の混入の可能性を低減することができる構造である。
【００１７】
本発明の好適な一態様は、上記連続する高抵抗膜を、絶縁部分露出領域、カソード電極と電子放出層の境界領域および電極表面露出領域に設けることである。
【００１８】
本発明の好適な一態様は、上記連続する高抵抗膜を、上記絶縁部分露出領域、電極表面露出領域および電子放出層上面露出領域に設けることである。
【００１９】
本発明の好適な一態様は、上記ゲート電極が、カソード電極の両側に設けていることである。
【００２０】
高抵抗膜の材料は特に限定しないが、例えばＳｎＯ2，ＳｎＯ2/Ｓｂ，ＳｎＯ2/Ｐ，ＮｉＯ，Ｆｅ2Ｏ3，ＺｎＯ，Ｃｒ2Ｏ3，Ｓｂ2Ｏ5等を例示することができる。また、高抵抗膜は、導体材料と絶縁材料とを混合することができる。高抵抗膜は、積層された絶縁層と導体層とで構成することができる。高抵抗膜の抵抗値は特に限定しないが、１０10〜１０12Ω／□が好ましい。
【００２１】
上記電子放出層を構成する電子放出材料は特に限定しないが、好ましくはナノサイズのカーボン系材料からなる。このカーボン系材料は特に限定しないが、ファイバ、粒子でもよい。ファイバとしては、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、カーボンナノコイル、グラファイトナノファイバー、グラファイトリボン、などのファイバを例示することができる。電子放出材料には上記ファイバだけに限定されず、例えば、粒子形態でもよく、この形態としては例えばグラファイト粒子を挙げることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、単一の連続する高抵抗膜により、従来では別々の抵抗膜を形成することにより可能であった複数の機能、例えばチャージアップ防止機能、カソード電極から電子放出層への電流制限機能、電極マイグレーション抑制機能、電極保護機能、電子放出層保護機能の少なくとも２つの機能を達成することができ、従来では複数の機能を得る場合、それぞれの機能に対応した抵抗膜を別々の工程で形成する必要があり、工程数増大等の課題を抱えていたのに対して、本発明では、単一の連続する高抵抗膜を単一の工程で形成することが可能であり、工程数が低減してコストダウン等が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る冷陰極電子源を説明する。図１にインプレーンタイプの冷陰極電子源の概略構成を示す。インプレーンタイプの冷陰極電子源におけるゲート電極に対する電位印加は上記したので説明を略する。インプレーンタイプの冷陰極電子源は、基板２の表面にカソード電極４が配置されている。カソード電極４の上面には電子放出層６が設けられている。カソード電極４の同一面内（インプレーン）両側にゲート電極８１，８２が形成されている。
【００２４】
上記構成を備えたインプレーンタイプの冷陰極電子源では、基板２に、カソード電極４とゲート電極８１，８２で覆われずに露出している絶縁部分露出領域１０と、カソード電極４と電子放出層６との間の境界領域１２と、カソード電極４の側面露出領域４ｂと、一方のゲート電極８１の上面露出領域８１ａ，側面露出領域８１ｂと、他方のゲート電極８２の上面露出領域８２ａ，側面露出領域８２ｂと、電子放出層６の上面露出領域６ａとを有する。
【００２５】
これら領域のうち、絶縁部分露出領域１０は高抵抗膜を形成することによりチャージアップを防止することができる。
【００２６】
境界領域１２は、高抵抗膜を介装することにより電子放出層６への電流制限をすることができる。
【００２７】
カソード電極４やゲート電極８１，８２の表面露出領域に高抵抗膜を形成することにより、電極マイグレーションを抑制することができる。このカソード電極４とゲート電極８１，８２の表面領域のうち少なくともその側面露出領域８１ｂ，８２ｂに高抵抗膜を形成することにより電極マイグレーションを抑制することができる。もちろんカソード電極４とゲート電極８１，８２の表面領域全体に高抵抗膜を形成することにより電極マイグレーションをより効果的に抑制することができる。
【００２８】
この場合、カソード電極４とゲート電極８１，８２の表面領域全体に高抵抗膜を形成することによりこれら電極をアーク放電から効果的に保護することができる。
【００２９】
実施の形態では、単一で連続する高抵抗膜を上記領域のうち少なくとも２つ以上の領域に形成することにより、これら複数の領域に対して従来では個々別々に要していた抵抗膜形成工程を一度の抵抗膜形成工程で形成可能として工程数を削減しこれによってコストダウンを図ることを可能とすると共に、工程数が削減される分、冷陰極電子源内部に不要な異物等が混入する可能性を減らし電子放出性能に優れた冷陰極電子源を得ることができるようにしたものである。
【００３０】
以下、上記高抵抗膜の形成を表１および表１に対応した図２〜図５を参照して説明する。表１において、「○」は機能有り、「×」は機能無し、「△（カソード）」はカソード電極に対してのみ機能有りでゲート電極には機能無し、「△（ゲート）」はゲート電極に対してのみ機能有りでカソード電極には機能無しを示す。
【００３１】
【表１】
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図２では絶縁部分露出領域１０、境界領域１２、ゲート電極８１，８２の上面露出領域８１ａ，８２ａ，側面露出領域８１ｂ，８２ｂ、カソード電極４の側面露出領域４ｂに単一の連続する高抵抗膜１００を設けていることにより表１のパターン１で示す機能を有する。すなわち、図２で示す冷陰極電子源では、上記高抵抗膜１００により絶縁部分露出領域１０が覆われていることにより絶縁部分露出領域１０がチャージアップされることがない。
【００３２】
また、高抵抗膜１００がバラスト抵抗膜として境界領域１２に介装されていることによりカソード電極４から電子放出層６への電流が制限され、大きい電流がカソード電極４、電子放出層６に流れなくなり、電子放出が安定化する。
【００３３】
さらに、高抵抗膜１００によりゲート電極８１，８２の上面露出領域８１ａ，８２ａ，側面露出領域８１ｂ，８２ｂ、カソード電極４の側面露出領域４ｂが覆われているので電極マイグレーション抑制と電極アーク放電防止とを図ることができる。
【００３４】
以上から、図２の冷陰極電子源は、上記表１のパターン１に示すようにチャージアップ防止と、電子放出安定化と、電極マイグレーション抑制と、電極保護と、電子放出源保護との５つの機能を単一の連続する高抵抗膜１００で達成することができるようになる結果、それぞれの機能に対応した抵抗膜を別々の工程で形成していた従来構造の冷陰極電子源が抱えていた工数増大等の課題を解決することができる。
【００３５】
図３に示す冷陰極電子源では、絶縁部分露出領域１０、ゲート電極８１，８２の上面露出領域８１ａ，８２ａ，側面露出領域８１ｂ，８２ｂ、カソード電極４の側面露出領域４ｂ、電子放出層６の上面露出領域６ａに単一の連続する高抵抗膜１００を設けている。図３に示す冷陰極電子源では、高抵抗膜１００により上記表１のパターン２に示す機能を得ることができる。特に高抵抗膜１００により電子放出層６の上面露出領域６ａも覆われているので、電子放出層６を保護することができる。
【００３６】
図４に示す冷陰極電子源では、絶縁部分露出領域１０、境界領域１２、カソード電極４の側面露出領域４ｂに単一の連続する高抵抗膜１００を設けている。図４に示す冷陰極電子源では高抵抗膜１００により表１のパターン３に示す機能を有する。これら機能は上述したからその説明を略する。ただし、図４に示す冷陰極電子源では高抵抗膜１００によりカソード電極４のみ電極マイグレーション抑制、電極保護機能を得られるが、ゲート電極８１，８２は電極マイグレーション抑制、電極保護機能を得ることはできない。
【００３７】
図５に示す冷陰極電子源では、絶縁部分露出領域１０、カソード電極４の側面露出領域４ｂ、電子放出層６の上面露出領域６ａに単一の連続する高抵抗膜１００を設けている。これら領域上に設けた高抵抗膜１００による表１のパターン４に示す機能を得ることができる。これら機能は上述したからその説明を略する。
【００３８】
図６に示す冷陰極電子源では、絶縁部分露出領域１０、ゲート電極８１，８２の上面領域８１ａ，８２ａ、側面領域８１ｂ，８２ｂ、に単一の連続する高抵抗膜１００を設けていることにより、表１のパターン５に示す機能を得ることができる。これら機能は上述したからその説明を略する。
【００３９】
次にインプレーンタイプでないタイプであるオーバーゲート、パラレルゲート、アンダーゲートタイプのうちオーバーゲートタイプの冷陰極電子源について説明する。実施の形態ではそれら各タイプの冷陰極電子源のうちオーバーゲートタイプの冷陰極電子源についてその代表例として説明する。オーバーゲートタイプの冷陰極電子源におけるゲート電極に対する電位印加は上記したので説明を略する。このオーバーゲートタイプの冷陰極電子源は図７で示すように基板２の表面全体にカソード電極４が配置されていると共にこのカソード電極４の中央側に電子放出層６が形成されると共にカソード電極４両側に絶縁層９１，９２が形成され、この絶縁層９１，９２の上面にゲート電極８１，８２が形成されている。
【００４０】
以上の構成を備えた冷陰極電子源においては、カソード電極４とゲート電極８１，８２とで覆われていない絶縁層９１，９２の側面が絶縁部分露出領域９１ａ，９２ａとなる。
【００４１】
このタイプの冷陰極電子源についても図８〜図１１を参照して高抵抗膜１００の形成について説明する。図８〜図１１それぞれの冷陰極電子源に設けた抵抗膜による機能のパターンを表２に示す。表２でも表１と同様に「○」は機能有り、「×」は機能無し、「△（カソード）」はカソード電極に対してのみ機能有りでゲート電極には機能無し、「△（ゲート）」はゲート電極に対してのみ機能有りでカソード電極には機能無しを示す。
【００４２】
【表２】
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図８に示す冷陰極電子源では、絶縁部分露出領域９１ａ，９２ａ、境界領域１２、ゲート電極８１，８２の上面露出領域８１ａ，８２ａ，側面露出領域８１ｂ，８２ｂ、カソード電極４の上面露出領域４ａに単一の連続する高抵抗膜１００を設けていることにより表２のパターン１で示す機能を有する。これら機能は上述したからその説明を略する。
【００４３】
図９に示す冷陰極電子源では、単一の連続する高抵抗膜１００を上記絶縁部分露出領域９１ａ，９１ｂ、境界領域１２、カソード電極４の上面露出領域４ａに設けていることにより、上記表２のパターン２に示す機能を有する。これら機能は上述したからその説明を略する。
【００４４】
図１０に示す冷陰極電子源では、単一の連続する高抵抗膜１００を上記絶縁部分露出領域９１ａ，９１ｂ、ゲート電極８１，８２の上面領域８１ａ，８２ａ、側面領域８１ｂ，８２ｂ、カソード電極４の上面領域４ａ、電子放出層６の上面露出領域６ａに設けていることにより、上記表２のパターン３に示す機能を有する。これら機能は上述したからその説明を略する。
【００４５】
図１１に示す冷陰極電子源では、単一の連続する高抵抗膜１００を上記絶縁部分露出領域９１ａ，９１ｂ、カソード電極４の上面露出領域４ａ、電子放出層６の上面露出領域６ａに設けていることにより、上記表２のパターン４に示す機能を有する。これら機能は上述したからその説明を略する。
【００４６】
なお、上記以外のタイプであるパラレルタイプ、アンダーゲートタイプにも同様に適用することができる。
【００４７】
以上説明したように上記各実施形態では、別々の工程で複数の抵抗膜を形成することで可能であった各抵抗膜それぞれの機能を単一の工程で形成した単一の高抵抗膜が備えるので、抵抗膜形成工程数の削減が可能となってコストダウンが達成され、また抵抗膜形成工程数が減るので、製造工程で冷陰極電子源内部への異物等の混入の可能性を低減することができる構造である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、インプレーンタイプの冷陰極電子源の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、インプレーンタイプの冷陰極電子源において表１のパターン１で示す高抵抗膜が形成されている冷陰極電子源の概略構成を示す断面図である。
【図３】図３は、インプレーンタイプの冷陰極電子源において表１のパターン２で示す高抵抗膜が形成されている冷陰極電子源の概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、インプレーンタイプの冷陰極電子源において表１のパターン３で示す高抵抗膜が形成されている冷陰極電子源の概略構成を示す断面図である。
【図５】図５は、インプレーンタイプの冷陰極電子源において表１のパターン４で示す高抵抗膜が形成されている冷陰極電子源の概略構成を示す断面図である。
【図６】図６は、インプレーンタイプの冷陰極電子源において表１のパターン５で示す高抵抗膜が形成されている冷陰極電子源の概略構成を示す断面図である。
【図７】図７は、オーバーゲートタイプの冷陰極電子源の概略構成を示す断面図である。
【図８】図８は、オーバーゲートタイプの冷陰極電子源において表２のパターン１で示す高抵抗膜が形成されている冷陰極電子源の概略構成を示す断面図である。
【図９】図９は、オーバーゲートタイプの冷陰極電子源において表２のパターン２で示す高抵抗膜が形成されている冷陰極電子源の概略構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、オーバーゲートタイプの冷陰極電子源において表２のパターン３で示す高抵抗膜が形成されている冷陰極電子源の概略構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、オーバーゲートタイプの冷陰極電子源において表２のパターン４で示す高抵抗膜が形成されている冷陰極電子源の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
２  基板
４  カソード電極
６  電子放出層
８１，８２  ゲート電極
【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】
2009087692.tif 000011
【図８】
2009087692.tif 000012
【図９】
2009087692.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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