JPH11144650A - 発光素子及びこれを備えた表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作不良を抑制することが可能な発光素子及
びこれを備えた表示装置を提供すること。 【解決手段】 冷陰極基板26上の絶縁層25の表面には、
縦方向に並ぶ冷陰極群20の走査電極22を接続する走査電
極配線層22a 、22a …が縦方向に複数形成されており、
その端部は冷陰極基板26の縁部に設けられたランド34、
34…に夫々接続されている。また横方向に並ぶ冷陰極群
20のゲート電極55を接続するゲート電極配線層55a 、55
a …が横方向に複数形成されており、その端部は冷陰極
基板26の他の縁部に設けられたランド34、34…に夫々接
続されている。走査電極配線層22a、22a …の幅は数十
〜数百μm であり、ゲート電極配線層55a 、55a …の幅
は数mm程度になしてある。これにより冷陰極基板26表面
に形成された絶縁層25は殆ど露出していない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極を用いた発
光素子及びこれを縦横夫々複数列に配列した表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、表示装置の大画面化に伴い、平板
型表示装置（フラット・パネル・ディスプレイ）の開発
が益々盛んに行われている。中でも平面状に配置された
電界放出型陰極、即ち冷陰極（Cold Cathode) からなる
電子源を備えた電界放出型表示装置（ＦＥＤ：Ｆield
Ｅmission Ｄisplay) は、高輝度、広視野角、高速応
答、及び低消費電力の実現が可能な自発光型表示装置と
して注目されている。

【０００３】図９は、カラー大画面表示装置を示す模式
的斜視図である。この表示装置では、冷陰極を用いた発
光素子Ｅが縦横夫々複数列に隙間無く配列されている。
この大画面表示装置は、各発光素子Ｅの大きさ及び／又
は配列数を変更することにより、あらゆる画面サイズに
対応することが容易である。例えば10cm角の発光素子Ｅ
を、１例として４×４個を１つのユニットとして、その
ユニットを30×50個配列したり、100 ×360 個配列した
りして大画面の表示装置とする。

【０００４】図10は１つの発光素子Ｅを示す模式的断面
図であり、本発明者が特開平９−106772号公報にて開示
したものである。図中１は真空容器であり、約10〜12mm
隔てて対向配置された透明な前面パネル２及び背面パネ
ル３が、矩形枠状のガラス製のスペーサ４を間に挟み、
これらが低融点ガラス５にて気密に封止されてなる。前
面パネル２の内面には、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの各領域を有
する略正方形の蛍光体106 （数mm角）が、マトリックス
状に塗布されており、蛍光面６を形成している。蛍光面
６全体には、発光効率を高めること、及び電子加速用の
陽極として機能させることを目的としたアルミバック陽
極９が形成されている。

【０００５】真空容器１内には、厚み約１mmの陰極基板
8aが、前面パネル２と平行に、蛍光面６と約５〜６mmの
間隔を隔てて配置されている。陰極基板8aの前面には図
11にその正面図を示す如く、蛍光面６を構成する各蛍光
体106 に対応する位置に、冷陰極群20がマトリクス状に
形成されており、その隙間には真空コンダクタンスの向
上を目的とした孔24が多数開設されている。また陰極基
板8aの背面にはガス吸着用のゲッタ14が多数配設されて
いる。

【０００６】図12は、図10のＩ部を示す拡大図であり、
冷陰極群20の構成を模式的に示す。各冷陰極群20は、対
応する数mm角の蛍光体106 への電子の発散角を考慮して
相似的に小さくなしてある（例えば0.３mm角）。陰極基
板8aの表面には、このサイズを有し、例えばニオブ、
金、クロム等の金属からなる走査電極22がマトリクス状
に形成されており、その表面には、数千個の孔を有する
絶縁層56、及び例えばニオブ、タンタル、モリブデン等
の金属からなり、数千個の孔を有するゲート電極55が積
層されている。絶縁層56及びゲート電極55の孔は約１μ
m 径であり、約５〜10μm 間隔でマトリクス状に配置さ
れている。各孔には、例えばタングステン、モリブデン
等の金属を蒸着させることにより、走査電極22と電気的
に接続された円錐形の冷陰極23（底面直径：約１μm ）
が形成されている。従って数千個の冷陰極23の先端部分
はゲート電極55によって夫々囲僥されている。

【０００７】陰極基板8aの表面において、縦方向に並ぶ
冷陰極群20の走査電極22は走査電極配線層22a で接続さ
れており、横方向に並ぶ冷陰極群20のゲート電極55はゲ
ート電極配線層55a で接続されている（図13）。

【０００８】背面パネル３の中央には排気口18（約５mm
径）が開口されており、排気口18には排気管17が接続さ
れている。またアルミバック陽極９へ所定電位を供給す
るための給電線10が、外部から排気管17、排気口18、及
び陰極基板8aの孔24を通ってアルミバック陽極９に接続
されている。また背面パネル３には、走査電極22及びゲ
ート電極55へ制御電圧を与えるために、所定数の外部電
極16が貫設されており、各外部電極16は陰極基板8a表面
の走査電極22又はゲート電極55と適宜配線接続されてい
る。

【０００９】このような構成の発光素子Ｅは、図９に示
す如く、縦横にマトリクス状に所定個ずつ配列され、大
画面の表示装置を構成する。ここで、隣接する発光素子
Ｅ間の間隙が大きい場合、画面全体を見たときに、その
境界部分（継目、シーム）が目立つという問題がある。
従って隣接する発光素子Ｅ間の間隔はできるだけ小さい
ことが望ましく、そのために、外部電極16及び排気管17
を背面側に設けている。

【００１０】この発光素子Ｅの動作について説明する。
排気管17から排気を行って、真空容器１内を所定の真空
状態とする。また所定の外部電極16を介して走査電極2
2、ゲート電極55間に所定電圧を印加し、給電線10を介
してアルミバック陽極９に電子加速用の所定電圧を印加
する。走査電極22、ゲート電極55間の電圧が数十Ｖに達
すると、底部が走査電極22に接続されており、先端部が
ゲート電極55にて囲僥された冷陰極23の先端から電子が
放出され、蛍光面６へ向かう。この電子は、アルミバッ
ク陽極９に印加された高電圧により加速され、蛍光体10
6 に衝突し、これを発光させる。

【００１１】電子が蛍光体106 に衝突して発光したとき
に発生するガスは、陰極基板8aに開設された多数の孔24
を通り、ゲッタ14のフラッシュによって背面パネル３表
面に形成されたゲッタ膜15により吸着される。これによ
り真空容器１内の高真空状態を維持するようになしてあ
る。

【００１２】しかしながら大画面における解像度の向
上、及び高精細化を実現するためには、表示装置を構成
する発光素子Ｅの蛍光面６の解像度を高くする必要があ
り、これには所定面積当たりの蛍光体106 の数を増大
し、しかもサイズを縮小することが必要である。これに
伴い、蛍光体106 に対応する冷陰極群20の数を増大さ
せ、サイズを縮小する必要が生じる。冷陰極群20の数を
増大させる場合は、陰極基板8aと、背面パネル３に貫設
された外部電極とを接続する配線が極めて煩雑になるの
で、配線に要する労力が多大になるという問題がある。
また冷陰極群20のサイズを縮小する場合は、冷陰極23を
現状の１μm より更に小さくするか、又は数を減らす方
法があるが、前者は実現が非常に困難であり、後者は長
期的にみた場合の輝度低下につながるという問題があ
る。

【００１３】そこで、本発明者らは、このような問題を
解決することが可能な発光素子を、特願平９-93869号に
て提案している。この発光素子は、図10に示す陰極基板
8aに代えて、図14に示す如く、背面パネル３上に直接配
置した陰極基板8bを備える。背面パネル３の中央には排
気口18a 、18a …（約２mm径）が複数開設されており、
陰極基板8bの中央には、排気口18a 、18a …と連通させ
る排気孔28、28…が複数開設されている。排気管17a
は、背面パネル３との接続部分を拡大し大径になしてあ
り、全ての排気口18a 、18a …を覆うようになしてあ
る。また背面パネル３を貫通した多数の外部電極16は、
陰極基板8bに形成された多数の貫挿孔29に直接貫挿され
ている。

【００１４】このような構成の発光素子では、陰極基板
8bと外部電極16とを直接接触させているので、外部電極
16、陰極基板8b間を架け渡す配線接続が不要であり、こ
の配線接続に要する労力及び時間が不要となる。またこ
の材料費も削減される。さらに蛍光面６と陰極基板8bと
の間隔は図10に示すものと同様、約５〜６mmであるの
で、発光素子全体の厚みが薄いという利点がある。また
陰極基板8bを背面パネル３に接着させたために、排気口
18a の開設位置が制限されるが、排気管17a の接続部を
拡大することにより、この開設位置の制限を緩和させ、
排気コンダクタンスの低下を抑制している。

【００１５】なお特願平９-93869号においては、陰極基
板8bを用いずに、冷陰極（冷陰極群）を直接背面パネル
３に形成した発光素子も提案している。この場合は、背
面パネル３を例えば蒸着装置内に設置して、その表面に
冷陰極23を形成するので、背面パネル３の厚みが、冷陰
極の形成に使用する蒸着装置の制約を満足する程度に薄
い必要がある。

【００１６】ところが図14に示す発光素子は、組み立て
時に陰極基板8bの排気孔28、28…と、背面パネル３の排
気口18a 、18a …との位置を合わせる必要があり、また
多数の外部電極16と陰極基板8bの多数の貫挿孔29とを高
精度に全て同時に位置合わせし嵌合させる必要がある。
従ってこの作業が非常に困難であり、煩わしいという問
題がある。

【００１７】そこで本発明者らは、冷陰極群20を設ける
冷陰極基板を複数に分割し、排気口18a を塞がないよう
に背面パネル３上に分割された冷陰極基板を設置した発
光素子を特願平９−277377号において提案している。ま
たこの発光素子においては、外部電極16a が冷陰極基板
を貫通していないため、冷陰極基板と背面パネル３との
位置合わせは容易である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの発光
素子に高電圧を印加して点灯運転した場合、絶縁性を有
する冷陰極基板の露出部分の電位が変動することがあ
る。これは冷陰極23から放出された電子が蛍光体106 に
衝突し発光させるときに発生した２次電子、又は空中に
浮遊している電子が冷陰極基板へ到達し滞留することに
よるものと考えられる。この冷陰極基板の露出部分の電
位が上昇した場合は、配線層（走査電極配線層22a 又は
ゲート電極配線層55a)と、この配線層近傍で電位が上昇
した部分との間で間欠的な放電を起こすことがある。ま
た電位が低下した場合は、その負の電界によって冷陰極
23から正常な電子放出が行われなくなることがある。

【００１９】このような現象は、図９に示す如く、縦横
夫々複数列に配列される発光素子で生じ易く、特開平５
−121015号公報、特開平６−338274号公報に開示されて
いる発光素子では生じ難い。前者では、例えば、配線層
の幅が0.３mm程度であり、その間隔は数mm〜10mm程度で
あり、冷陰極基板の露出面積が大きい。これに対し、後
者は１つの発光素子で１つの表示装置を構成するもので
あり、電子の浮遊空間に面している冷陰極基板上の面は
略ゲート電極で覆われている。従って２次電子又は浮遊
電子がこの面に到達しても滞留することがないためであ
る。

【００２０】本発明は、斯かる知見に鑑みてなされたも
のであり、冷陰極基板の表面における配線の占める面積
を増大させることにより、動作不良を抑制することが可
能な発光素子及びこれを備えた表示装置を提供すること
を目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発光素子
は、縦横夫々複数列に配列して表示装置を構成する発光
素子であって、蛍光面を備えた前面パネル及び背面パネ
ルを有する真空容器と、前記背面パネルの内面側に設け
られた絶縁性の冷陰極基板と、該冷陰極基板の表面にマ
トリクス状に形成されており、走査電極、ゲート電極及
び複数の冷陰極を含む複数の冷陰極群と、一方向に並ぶ
冷陰極群の走査電極を接続する走査電極配線と、他方向
に並ぶ冷陰極群のゲート電極を接続し前記走査電極配線
と交差するゲート電極配線とを備え、前記冷陰極基板の
表面の、前記冷陰極群が形成されていない領域は前記走
査電極配線又は前記ゲート電極配線で略覆われているこ
とを特徴とする。

【００２２】請求項２記載の発光素子は、請求項１にお
いて、走査電極配線及びゲート電極配線のうち一方の幅
は数mmであり、他方の幅は数十〜数百μm であることを
特徴とする。

【００２３】請求項３記載の表示装置は、請求項１又は
２記載の発光素子が、縦横夫々複数列に配列されている
ことを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づき具体的に説明する。 実施の形態１．図１は、本発明に係る発光素子を示す模
式的断面図であり、図９に示す如く縦横夫々複数列に配
列して表示装置を構成する。図２は図１のII−II線にお
ける模式的断面図であり、図３は図２のIII-III 線にお
ける模式的断面図である。図４は発光素子の主要な構成
部品である、前面パネル２、スペーサ４、冷陰極基板26
及び背面パネル３を正面側から示す分解斜視図である。

【００２５】図中１は真空容器であり、約５〜６mm隔て
て対向配置された透明な前面パネル２及び背面パネル３
が、矩形枠状のガラス製のスペーサ４を間に挟み、これ
らが低融点ガラス５にて気密に封止されてなる。前面パ
ネル２の内面には、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの各領域を有する
蛍光体106 （数mm角）が、マトリックス状に塗布されて
おり、蛍光面６を形成している。蛍光面６全体には、発
光効率を高めること、及び電子加速用の陽極として機能
させることを目的としたアルミバック陽極９が形成され
ている。

【００２６】背面パネル３の中央には、図２に示す如
く、複数（図では５つ）の排気口18a、18a …が十の字
状に設けられており、背面パネル３の内面には、厚み約
１mmの例えばガラス又はセラミックスからなる絶縁性の
複数（図では４枚）の冷陰極基板26、26…が、排気口18
a 、18a …と重ならないように所定間隔を隔てて配置さ
れ、複数箇所を低融点ガラスにて接着されている。背面
パネル３の外面には、接続部を大径とした排気管17a
が、全排気口18a 、18a …を覆うように接続されてい
る。排気管17a の大径部内側にはガス吸着用のゲッタ14
a 、14a …が配設されている。

【００２７】冷陰極基板26の表面（前面）には、図２に
示す如く、蛍光面６を構成する各蛍光体106 に対応する
位置に、冷陰極群20がマトリクス状に形成されている。
図５は、図１のＶ部を示す拡大図であり、冷陰極群20の
構成を模式的に示す。図５では蛍光体106 と冷陰極群20
とが略同サイズで示されているが、実際には、各冷陰極
群20は、対応する数mm角の蛍光体106 への電子の発散角
を考慮して相似的に小さくなしてある（例えば0.３mm
角）。

【００２８】冷陰極基板26の表面には、冷陰極群20に相
当するサイズを有し、例えばニオブ、金、クロム等の金
属からなる走査電極22がマトリクス状に形成されてお
り、その表面には、数千個の孔を有する絶縁層56、及び
例えばニオブ、タンタル、モリブデン等の金属からな
り、数千個の孔を有するゲート電極55が積層されてい
る。絶縁層56及びゲート電極55の孔は約１μm 径であ
り、約５〜10μm 間隔でマトリクス状に配置されてい
る。各孔には、例えばタングステン、モリブデン等の金
属を蒸着させることにより、走査電極22と電気的に接続
された円錐形の冷陰極23（底面直径：約１μm ）が形成
されている。従って数千個の冷陰極23の先端部分はゲー
ト電極55によって夫々囲僥されている。

【００２９】冷陰極基板26の表面（前面）には、図６に
示す如く、縦方向に並ぶ冷陰極群20の走査電極22を接続
する走査電極配線層22a 、22a …が縦方向に複数形成さ
れており、その端部は冷陰極基板26の縁部（下辺）に設
けられたランド34、34…に夫々接続されている。また横
方向に並ぶ冷陰極群20のゲート電極55を接続するゲート
電極配線層55a 、55a …が横方向に複数形成されてお
り、その端部は冷陰極基板26の他の縁部（右辺）に設け
られたランド34、34…に夫々接続されている。

【００３０】ここで前面パネル２が約10cm角である場
合、走査電極配線層22a 、22a …の幅は、従来と同様、
数十〜数百μm 、通常20〜200 μm の範囲内であるが、
ゲート電極配線層55a 、55a …の幅は数mm程度（例えば
２mm）になしてあり、従来の10〜100 倍である。これに
より冷陰極基板26の露出面積が、従来より大幅に削減さ
れている。

【００３１】さらに背面パネル３には多数の貫挿孔35が
形成されており、各貫挿孔35には、走査電極22又はゲー
ト電極55へ制御電圧を与えるために、外部から所定数の
外部電極16a 、16a …が貫挿されている。その先端は背
面パネル３の表面（前面）より僅かに凹ませてあり、そ
の位置には、図７に示す如く、導電ペースト（例えば銀
ペースト）33、33…が四角く塗布されている。また背面
パネル３の表面には、例えば隣接する２つの冷陰極基板
26の配置領域を接続するように細長くなした多数のラン
ド31、31…が形成されており、その一端と所定の導電ペ
ースト33とは、細い導体からなる配線30で夫々接続され
ている。

【００３２】そして図７に示す如き背面パネル３の表面
に、図６に示す如き冷陰極基板26が、所定のランド31、
34同士が重なるように載置されており、これらランド3
1、34は塗布された導電ペースト（銀ペースト）32によ
って接続されている（図２、３参照）。このようにして
外部電極16a と所定の走査電極22又はゲート電極55とが
接続されている。これにより、マトリクス状をなす走査
電極配線層22a 、22a …及びゲート電極配線層55a 、55
a …のうち、所定の電圧に達した配線層の交点にある冷
陰極群20が点灯する。またアルミバック陽極９へ所定電
位を供給するための給電線10が、外部から排気管17a 及
び１つの排気口18a を通ってアルミバック陽極９に接続
されている。

【００３３】この発光素子の動作について説明する。排
気管17a から排気を行って、真空容器１内を所定の真空
状態とする。また所定の外部電極16a を介して走査電極
22、ゲート電極55間に所定電圧を印加し、給電線10を介
してアルミバック陽極９に電子加速用の所定電圧を印加
する。走査電極22、ゲート電極55間の電圧が数十Ｖに達
すると、底部が走査電極22に接続されており、先端部が
ゲート電極55にて囲僥された冷陰極23の先端から電子が
放出され、蛍光面６へ向かう。この電子は、アルミバッ
ク陽極９に印加された高電圧により加速され、蛍光体10
6 に衝突し、これを発光させる。

【００３４】電子が蛍光体106 に衝突して発光したとき
に発生するガスは、背面パネル３に開設された排気口18
a 、18a …を通り、排気管17a の大径部内に形成された
ゲッタ14a により吸着される。これにより、真空容器１
内の高真空状態が維持される。

【００３５】この発光素子は、図14に示すものと同様、
冷陰極基板26と背面パネル３とが離れていないので、図
10に示す発光素子のように背面パネル３、冷陰極基板間
の空間を配線で接続する必要がない。従って高解像度及
び高精細化を目的とした蛍光体106 数の増大に容易に対
応することができる。また図10に示す発光素子より、発
光素子全体の奥行きが小さいという長所を保持してい
る。

【００３６】さらに特願平９−277377号において提案さ
れたものと同様、背面パネル３と冷陰極基板とを接着す
る際、冷陰極基板26を、排気口18a 、18a …と重ならな
いように配置し、背面パネル３表面のランド31と冷陰極
基板26のランド34とを略位置合わせするだけでよく、少
々のずれは導電ペースト32の塗布により補うことが可能
である。従って組み立てに要する労力及び時間が大幅に
削減される。

【００３７】そして、これら従来と同様の効果に加え、
本発明では、蛍光体106 からの２次電子、及び空間に浮
遊している電子は冷陰極基板26にほとんど到達せず、ゲ
ート電極配線層55a ，55a …を通って流れるので、冷陰
極基板26が表出している従来の発光素子のように、電子
がそこに留まり電位を上昇させることがない。従って高
電圧を印加する場合でも、配線層近傍での間欠的放電が
抑制され、冷陰極23から正常な電子放出が行われない等
の動作不良の発生を低減することができる。

【００３８】実施の形態２．図８は、実施の形態２に係
る発光素子の冷陰極基板の模式的正面図である。本実施
の形態では、実施の形態１とは逆に、ゲート電極配線層
55a 、55a …の幅は、従来と同様、数十〜数百μm であ
り、走査電極配線層22a 、22a …の幅を数mm程度になし
てある。これにより冷陰極基板26の露出面積が、従来よ
り大幅に削減されており、実施の形態１と同様の効果が
得られる。

【００３９】

【発明の効果】請求項１又は３記載の発光素子及びこれ
を備えた表示装置は、冷陰極基板の表面における導電性
の配線の占める面積を増大させることにより、冷陰極基
板へ向かう浮遊電子がこの配線へ到達する可能性が高ま
り、ここを流れる。従って冷陰極基板に滞留する浮遊電
子を減少させることができ、動作不良を抑制することが
可能である等、本発明は優れた効果を奏する。

【００４０】請求項２記載の発光素子は、走査電極配線
及びゲート電極配線のうち一方の幅は従来の場合の約10
〜100 倍としているので、冷陰極基板の露出表面を略覆
うことができる。他方の幅は従来と同様の数十〜数百μ
m のままでよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る発光素子を示す模式的断面図で
ある。

【図２】 図１のII−II線における模式的断面図であ
る。

【図３】 図２のIII-III 線における模式的断面図であ
る。

【図４】 発光素子の主要な構成部品を示す分解斜視図
である。

【図５】 図１のＶ部を示す拡大図である。

【図６】 冷陰極基板の模式的正面図である。

【図７】 背面パネルの模式的正面図である。

【図８】 実施の形態２に係る発光素子の要部を示す模
式的断面図である。

【図９】 発光素子が縦横夫々複数列に配列されてなる
大画面表示装置を示す模式的斜視図である。

【図１０】 従来の発光素子を示す模式的断面図であ
る。

【図１１】 図10に示す陰極基板の模式的正面図であ
る。

【図１２】 図10のＩ部を示す拡大図である。

【図１３】 図11に示す陰極基板の配線層を示す模式的
正面図である。

【図１４】 他の従来の発光素子を示す模式的断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 真空容器、２ 前面パネル、３ 背面パネル、６
蛍光面、22 走査電極、22a 走査電極配線層、23 冷陰
極、26 冷陰極基板、55 ゲート電極、55a ゲート電極
配線層、Ｅ 発光素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 修司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦横夫々複数列に配列して表示装置を構
   成する発光素子であって、蛍光面を備えた前面パネル及
   び背面パネルを有する真空容器と、前記背面パネルの内
   面側に設けられた冷陰極基板と、該冷陰極基板の表面に
   マトリクス状に形成されており、走査電極、ゲート電極
   及び複数の冷陰極を含む複数の冷陰極群と、一方向に並
   ぶ冷陰極群の走査電極を接続する走査電極配線と、他方
   向に並ぶ冷陰極群のゲート電極を接続し前記走査電極配
   線と交差するゲート電極配線とを備え、前記冷陰極基板
   の表面の、前記冷陰極群が形成されていない領域は前記
   走査電極配線又は前記ゲート電極配線で略覆われている
   ことを特徴とする発光素子。
2. 【請求項２】 走査電極配線及びゲート電極配線のうち
   一方の幅は数mmであり、他方の幅は数十〜数百μm であ
   ることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の発光素子が縦横夫
   々複数列に配列されていることを特徴とする表示装置。