JPH0246636A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は冷陰極を用いた薄型画表示装置に関するもので
ある。

従来の技術 従来から冷陰極を２次元に配列し、ｘ−ｙマトリックス
電極を用いて制御し画像表示を行なう薄型表示装置は数
多く報告されている。その中でも薄膜電界放出型冷陰極
を用いた薄型表示装置が注目される。この薄型表示装置
は第６図に示すように基板表面に１０６〜１０７個／Ｃ
２ｆの高密度に形成したミクロンサイズの薄膜電界放出
型冷陰極を用いるものである。

この冷陰極は図に示すように基板２１の表面にマトリッ
クス電極の一方のＸ電極２２を形成し、その表面に絶縁
層２３ともう一方のＹ電極２４を形成し、Ｘ−Ｙ電極の
各交点の部分のＹ電極に１６〜２μｍの微小な孔２６を
ホトエツチング技術によって１ｏｏＯ個以上設け、更に
絶縁層２３をエツチングする。こうして形成した基板を
回転させながらタングステン、モリブデンなどの高隔点
金属を斜蒸着して円錐状の冷陰極チップ２６を形成する
。冷陰極形成後、表面の不要金属層を除去して薄膜電界
放出型冷陰極電子源が作られる。

このＸ−Ｙマトリックス電子源と蛍光体を塗布したフェ
ースプレートとを対向させて画像表示装置が構成されて
いる。この画像表示装置は各画素に１ｏｏＯ個以上もの
微小電子源を有する持っているため、個々の微小電子源
に特性上のバラツキがあっても全体としては平均化され
た特性となり画面全体にわたって比較的均一な明るさが
得られる特長を持っている。

発明が解決しようとする課題 前記の画像表示装置は前述のように良い特長を持ってい
るにもかかわらず実用化に至っていない。

その理由の１つは製造工程が複雑でコストが高くなるこ
とと表示装置として必要な面積に−様な電界放出型冷陰
極が作れないことにある。また他の理由は電子ビームに
よって残留ガスがイオン化され、陰極と蛍光体面間に印
加される陽極電圧によって加速された高エネルギのイオ
ンが円錐形状の冷陰極に衝突し、スパッタするため寿命
が短かく、動作が不安定となることである。

課題を解決するための手段 Ｘ−Ｙマトリックス電極によって制御する電子源を備え
た絶縁性背面板と蛍光体を塗着したフェースプレートを
対向させた画像表示装置において、Ｘ−Ｙマトリックス
電極の各交点に設ける電子源を、Ｘアレー電極に接続し
た電極（以後冷陰極と呼ぶ）と、これに同一平面上で対
向するＹアレー電極（以後冷陰極と対向する部分をゲー
ト電極と呼ぶ）とで構成する。

作用 このように同一平面上に対向して配置した冷陰極（Ｘア
レー電極）とゲート電極（Ｙアレー電極）との間に電圧
を印加すると、冷陰極とゲート電極間に高電界が発生し
、電子放出が起る。放出された電子の一部は対向するゲ
ート電極に衝突するが、ゲート電極の表面で２次電子を
発生する。発生した２次電子は対向するフェースプレー
トの蛍光面に印加する正の電圧（以後陽極電圧と呼ぶ）
によって加速され蛍光体に衝突して、蛍光体を発光させ
る。

上記構成のように同一平面内に冷陰極とゲート電極を構
成すると、冷陰極とゲート電極との間隔は１μｍ程度で
あって、この間で残留ガスがイオン化されて陰極尖端部
に衝突するイオンの量は従来の構成のものに比較して数
百分の１となり、陰極尖端部のイオン衝突によるスバタ
ーされる量も若木発明の画像表示装置の断面の一部を第
１図に示す。画像表示装置はＸ−Ｙマトリックス電極の
各交点に電界放出電子源を設けたガラス基板１と蛍光体
を塗着したフェースプレート２を対向させて構成する。

前記電界放出電子源は、Ｘ電極３０表面を被覆する絶縁
層４の表面にお互いに対向した冷陰極７とゲート電極６
とで構成されている。

冷陰極７は絶縁層４に設けたスルーホール６を通してＸ
電極３に接続されている。第２図はこの電子源を上面か
ら見た時の電極の構成を単純化して示しである。ゲート
電極５に対向する冷陰極７の端面には多数の凸状部１２
が形成されている。冷陰極７に設けた凸状部の尖端とゲ
ート電極６の間隔は０．５〜２μｍである。一方、フェ
ースプレート２は透明なガラス基板で、その表面に透明
電極８、例えばＩＴＯ膜（酸化インシーム・錫膜、また
は５ｎ０２膜を設け、その表面に低速電子線用蛍光体、
例えばＺｎＯ：Ｚｎからなる蛍光体９が塗布されている
。

このように構成したＸ電極（冷陰極）とＹ電極（ゲート
電）間に１００Ｖ〜１５０Ｖの電圧を印加すると冷陰極
の凸状部の尖端には〜１ｏ　Ｖ／ｃｍの強電界が発生し
、尖端部から電子放出が起る。

この電子は１０ｏ〜１５０ｅＶに加速されてゲート電極
に衝突し２次電子１０を放出する。発生した２次電子は
対向するフェースプレートの透明電極８に印加する陽極
電圧（０２〜１ＫＶ　）によって加速され、蛍光体に衝
突して蛍光体を発光させる。この時、冷陰極の凸状部１
２の尖端部分下層の絶縁層１１の一部または全部を除去
すると尖端部により強い電界が発生し、電子放出が起り
易くなり、駆動電圧を下げる効果がある。

また、実施したより具体的な電極構成の斜視図を第３図
に示す。冷陰極７とゲート電極６は櫛の歯状に形成され
、お互いに噛合った状態に形成した。これは冷陰極に設
けた凸状部１２を出来るだけ多くして電子放出電流を多
くするためとエツチング誤差による各冷陰極尖端部から
の放出電流のバラツキによる画素間のバラツキを小さく
するためである。また、冷陰極とゲート電極の対向面が
Ｙ電極の長手方向に垂直（Ｘ電極の長手方向）となるよ
うに構成した。これは冷陰極の尖端部から放射した電子
の一部はゲート電極に衝突して２次電子を発生するが、
一部の電子はゲート電極に衝突せず隣の画素まで発散し
、クロストークの原因となるのを防止するためである。

第４図はＹ電極の長手方向に（Ａ−Ａ’線に沿って）切
断した断面の電子ビームの軌道を示す。第４図かられか
るように、ゲート電極に衝突しない電子ビームは次の冷
陰極が作る減速電界によって減速され、陽極電圧によっ
て加速されて蛍光体面に向って曲げられ、隣接する画素
まで発散しない。従って、一つの画素に対応する電子源
から発射した電子は一つの画素内の蛍光体に衝突し、ク
ロストークを防止することができる。

冷陰極のイオンスパタリングによる劣化の速さはパネル
内の残留ガス圧Ｐと電極間隔ｄの積Ｐｄ（イオンの発生
量はＰｄに比例する）に比例する。

従来型の冷陰極ではｄは冷陰極と陽極であって、はぼ２
００〜３００μｍである。一方、本発明の場合は冷陰極
とゲート電極の間隔０５〜１μｍとすることができるか
ら、この間で発生するイオンの量は従来例に比べて１／
２００〜１／６ｏｏとなり、陰極の寿命は同じ残留ガス
圧の場合２００〜３００倍長くなる。

実施例２ 第５図に実施例２の電極構成の要部を示す。ＸアレーＮ
’ＦＭ　Ｌ　＊　ｘ２　ｒ　ｘｓ・・・・・・ｘｎおよ
びＹア゛レー電極Ｌ　Ｉ　Ｙ２１　Ｙ５・・・・・・Ｙ
ｍでマトリックス電極を構成し、これらのＸアレー電極
に接続した櫛状冷陰極とＹアレー電極に接続した櫛状ゲ
ート電極の噛み合った電子部１５をＸアレー電極とＹア
レー電極が囲む基板表面に形成した。

即ち、２次電子放出部の電極がＸアレー電極およびＹア
レー電極表面上に重畳しない構成とした。

これは絶縁層に発生するピンホールによる画電極のショ
ートの発生をなくすることと、ＸおよびＹアレー電極間
の電気容量を小さくする効果がある。

Ｘアレー電極幅を５０μｍ、Ｙアレー電極幅を２０μｍ
、画素の大きさを３００Ｘ３００１１ｍとしたとき、ピ
ンホールの発生割合、および電気容量共に１／２０〜１
１５ｏに低減することができた。

次にこの冷陰極の製造方法について説明する。

ガラス基板の表面にＸアレー電極を形成するだめの金属
、例えばニッケルを厚さ０．２μｍ全面に蒸着し１．ホ
トエツチング技術によってストライプ状に分離する。電
極幅はＱ、３ｍｍとした０次に、絶縁層として５ｉ０２
膜をＣＶＤ法によって厚さ１μｍ形成し、Ｘアレー電極
上の一部にホトエツチングによってスルーホールを形成
した。更に、その上に厚さ０２μｍのタングステン金属
膜を蒸着し、同じくホトエツチング技術によってゲート
電極（Ｙアレー電極）５と冷陰極７を同時に形成した。

冷陰極の凸状部は１画素当り約６００個形成し、ゲート
電極との間隔は１μｍとした。次に、こうして製作した
基板全体を５ｉ０２膜エツチング液に浸漬して第２図に
示す冷陰極尖端部の凹部１１を形成した。

Ｘアレー電極を形成する金属はニッケルに限られるもの
ではなく、アルミニウム、チタン、金クロム合金などガ
ラス基板と密着性が良く、比抵抗の低い金属が望ましい
。絶縁層としては５１０２膜に限られるものではなく、
ＳｉＮ　、　ＢＮ　、　３ｉ０など絶縁性の良い材料で
あれば良い。冷陰極材料としてはタングステン以外にモ
リブデン、タンタル、チタンなど高隔点金属が望ましい
。

このようにして４８０Ｘ６６０個のマトリックス電子源
を形成したガラス基板と厚さ０．２μｍのＩＴＯを蒸着
しＺｎＯ：　Ｚｎ蛍光体を塗着したフェースプレートと
をｏ、　ｓ　ｍｍの間隔を保って対向させ、周囲を低融
点ガラス７リツトでシールし、真空排気して画面サイズ
１０インチの画像表示装置を作ったＯ 冷陰極（垂直走査電極）をアース電位とし、ゲート電極
（ビデオ信号変調電極）に１　ｓｏｗ印加すると、１画
素当り約１０μ人の電子放出電流を得た。蛍光体面に５
００Ｖ印加し、フィールド周波数６０Ｈｚで線順次駆動
を行なうと約５Ｏｆ’Ｌの面輝度を得た。電界放出型冷
陰極の電子放出はゲート電圧に対して指数関数的に変化
する。ゲート電極に１００ｖ印加しても電子放出は殆ん
ど起らず、カットオフ状態にある。従って、ゲート電極
には約１ｏｏｖのバイアス電圧を印加しておき、ビデオ
変調信号電圧はｓｏｙとした。また、電子放出特性は信
号電圧に敏感であシ、パルス波高変調よりもパルス幅変
調が望ましく１２８階調のパルス幅変調を行った。

この実施例ではＺｎＯ：　Ｚｎ蛍光体を用いたが、赤、
緑、青の３原色をストライプ状に塗着すればカラー表示
ができることは言うまでもない。

発明の効果 本発明によれば、Ｘアレー電極表面に被覆した絶縁層表
面に蒸着した高融点金属薄膜のエツチングによって多数
の冷陰極とゲート電極を同時に形成できるため均一性が
良く、かつ安価に製造できる。

また冷陰極とゲート電極の対向面をゲートアレー電極の
長手方向に垂直となるように配置することによってクロ
ストークを防止することができる０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における画像表示装置の部分
断面図、第２図は第１図の実施を例における電子源部の
要部平面図、第３図は同実施例における電子源部の斜視
図、第４図は、第３図人−人′線における断面図、第５
図は、本発明の他の実施例における電極配置の概念を示
す平面図、第６図ａおよびｂは、各々従来の電界放射型
マトリックス表示装置の斜視図および要部拡大斜視図で
ある。 １・・・・・・絶縁基板、２・・・・・・フェースプレ
ート、３・・・・・・Ｘアレー電極、４・・・・・・絶
縁層、５・・・・・・Ｙアレー電極（ゲート電極）、６
・・・・・・スルーホール、７・・・・・・冷陰極、８
・・・・・・透明電極、９・・・・・・蛍光体、１０・
・・・・・２次電子、１１・・・・・・絶縁層除去部。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第 図 纂 第 図 第 図 図 ？ 第 図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ−Ｙマトリックス電極によって制御する２次元
   電子源を備えた絶縁性背面板と蛍光体を塗着したフェー
   スプレートを対向させた画像表示装置において、前記Ｘ
   −Ｙマトリックス電極の各交点に構成される電子源が、
   同一平面上に形成された冷陰極とゲート電極とから成る
   プレーナー型電界放出電子源であることを特徴とする画
   像表示装置。
2. （２）Ｘ−Ｙマトリックス電極の各交点に構成される電
   子源が、Ｘアレー電極表面に被覆した絶縁層の一部に設
   けたスルーホールを通して接続された冷陰極と、これに
   対向するＹアレー電極に接続されたゲート電極とで構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の画像表示装置。
3. （３）冷陰極のゲート電極に対向する部分に多数の凸状
   部を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項に記載の画像表示装置。
4. （４）冷陰極に設けた凸状部の少くとも尖端部下部の絶
   縁層の一部が除去されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第３項に記載の画像表示装置。
5. （５）Ｘ−Ｙマトリックス電極を構成する対向する両電
   極が櫛状に形成され、お互に噛み合った形状に構成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   画像表示装置。
6. （６）対向する両電極の対向面がＹアレー電極の長手方
   向に垂直（Ｘアレー電極の長手方向）であることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項に記載の画像表示装置。
7. （７）冷陰極とゲート電極が櫛状に噛み合った電子源部
   がＸアレー電極およびＹアレー電極の少なくとも一方の
   アレー電極上を除く部分に形成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の画像表示装置。
8. （８）特許請求の範囲第２項に記載の画像表示装置の製
   造法であって、絶縁基板表面にＸアレー電極を形成し、
   全面に絶縁層を被覆し、前記Ｘアレー電極上の絶縁層の
   一部にスルーホールを設け、全面に電極用金属薄膜を被
   覆し、エッチング法によって同時に冷陰極とＹアレー電
   極を形成することを特徴とする画像表示装置の製造法。