熱電子放出用の電子放出物質、それを備えた電子放出素子、及びそれを備えた平板ディスプレイ装置

【課題】熱電子放出用の電子放出物質、それを備えた電子放出素子、及びそれを備えた平板ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】電子放出物質の本体部と、電子放出物質の本体部の表面に形成されたベースメタル層と、ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子放出物質、それを備えた電子放出素子、及びそれを備えた平板ディスプレイ装置に係り、さらに詳細には、冷陰極及び熱陰極として同時に使われ、寿命が延長された電子放出物質、それを備えて電流密度が大きく高まった電子放出素子、及びこのような電子放出素子を備えた平板ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的に、電子放出素子には、電子放出物質として熱陰極を利用する方式と冷陰極を利用する方式とがある。
【0003】
熱陰極を利用する方式の電子放出素子では、エジソン効果が利用される。エジソン効果とは、高度に加熱された金属及び半導体の表面から電子が放出される現象であって、リチャードソン効果または熱電子放出現象ともいう。熱によってエネルギーを得た電子が原子の拘束から外れて固体の表面から放出されるものであって、各種の通信用真空管及びクーリッジ管(X線管の一種)など、一般的に熱電子菅という真空管または放電管に応用される。エジソン効果によって金属の表面から放出される電子を熱電子といい、放出する物体を熱陰極という。また、熱陰極に対して高い電位を有する陽極を置いたときに、熱電子の移動によって生じる電流を熱電子電流という。
【0004】
一般的に、熱陰極の電子放出は、温度の上昇によって増加するが、熱陰極の種類や表面状態によって差があり、例えば、アルカリ土金属の酸化物は、純粋な金属よりも低い温度で熱電子を放出する。このため、比較的低い低電圧で使われる小型の真空管の陰極は、タングステン及びトリウムが混合されたタングステンなどからなり、かかる種類の金属酸化物を多く使用する。また、エジソン効果は、その物質から電子を放出させるのに必要なエネルギーの大きさで表示する仕事関数で表される。タングステンは、2700K(仕事関数は、4.5ほど)、トリウム−タングステンは、1900K(仕事関数は、2.6ほど)ほどで電子を放出する。
【0005】
一方、冷陰極を利用する方式の電子放出素子としては、FED(Field Emission Device)型、SCE(Surface Conduction Emitter)型、MIM(Metal Insulator Metal)型、MIS(Metal Insulator Semiconductor)型、及びBSE(Ballisticelectron Surface Emitting)型が知られている。
【0006】
FED型電子放出素子は、仕事関数が低いか、またはβ関数が高い物質を電子放出物質として使用する場合、真空中で電界差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って、Mo及びSiなどを主な材質とする尖端チップ構造物、グラファイト及びDLC(Diamond Like Carbon)などの炭素系物質、または、ナノチューブ及びナノワイヤなどのナノ物質を電子放出物質として適用した素子が開発されている。
【0007】
しかし、このようなカーボンナノチューブを利用するFED型電子放出素子の場合、電子放出物質の寿命が短く、電子放出量が少ない問題、すなわち、電流密度が低い問題があって商用化が難しい。このように電子放出量が少ない電子放出素子を利用してディスプレイ装置に使用する場合、輝度が低く、発光効率が低下するという問題がある。したがって、このような問題を解決できる新たな電子放出物質と、それを備えた電子放出素子及び平板ディスプレイ装置の開発が必要なのが実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、電子放出物質の寿命が長く、電子放出量が多い、すなわち、電流密度が高い電子放出素子を提供することを目的とする。
【0009】
また、エジソン効果による熱陰極での電子放出原理をFED型の電子放出素子に適用して、非発光型表示素子のバックライトユニット及びディスプレイ装置などに活用されうる電子放出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記本発明の目的は、電子放出物質の本体部と、前記電子放出物質の本体部の表面に形成されたベースメタル層と、前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える熱電子放出用の電子放出物質を提供することによって達成される。
【0011】
また、上記本発明の目的は、カーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブの表面に形成されたベースメタル層と、前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える熱電子放出用のカーボンナノチューブを提供することによって達成される。
【0012】
また、上記本発明の目的は、基板と、前記基板に設けられたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に連結された電子放出物質と、前記カソード電極上に配置された第1絶縁体層と、前記第1絶縁体層によって前記カソード電極と絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備え、前記電子放出物質は、電子放出物質の本体部と、前記電子放出物質の本体部の表面に形成されたベースメタル層と、前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える熱電子放出用の電子放出物質を提供することによって達成される。
【0013】
また、上記本発明の目的は、基板と、前記基板に設けられたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に連結された電子放出物質と、前記カソード電極上に配置された第1絶縁体層と、前記第1絶縁体層によって前記カソード電極と絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備え、前記電子放出物質は、カーボンナノチューブと、前記カーボンナノチューブの表面に形成されたベースメタル層と、前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える電子放出素子を提供することによって達成される。
【0014】
ここで、前記カソード電極と前記ゲート電極とは、交差して配置され、前記電子放出素子は、前記ゲート電極の上側に設けられる第2絶縁体層と集束電極とをさらに備えうる。
【0015】
また、上記本発明の目的は、第1基板と、前記第1基板に設けられた複数のカソード電極と、前記カソード電極と交差する方向に延びた複数のゲート電極と、前記カソード電極と前記ゲート電極との間に配置されて前記カソード電極とゲート電極とを電気的に絶縁する第1絶縁体層と、前記カソード電極と電気的に連結され、ベースメタル層及び熱電子放出層を備える電子放出物質の本体部を含む複数の電子放出物質を備える電子放出素子と、前記電子放出物質に対向する位置に配置されたアノード電極と、電子を受けて可視光線を発生させる蛍光体層が形成された第2基板と、を備える前面パネルと、を備える平板ディスプレイ装置を提供することによって達成される。
【0016】
ここで、前記平板ディスプレイ装置は、前記ゲート電極の上側に設けられる第2絶縁体層と集束電極とをさらに備えうる。
【0017】
また、上記本発明の目的は、第1基板と、前記第1基板に設けられたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に連結され、ベースメタル層及び熱電子放出物質層を備える電子放出物質の本体部を含む複数の電子放出物質と、前記カソード電極上に配置された第1絶縁体層と、前記第1絶縁体層によって前記カソード電極と絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備える電子放出素子と、前記電子放出物質に対向する位置に配置されたアノード電極と、電子を受けて可視光線を発生させる蛍光体層が形成された第2基板を備える前面パネルと、前記前面パネルの前方に設置されて、前記蛍光体層から供給される可視光線を制御して画像を具現する非発光型表示素子と、を備える平板ディスプレイ装置を提供することによって達成される。
【0018】
ここで、前記非発光型表示素子は、液晶ディスプレイ素子であり、前記平板ディスプレイ装置は、前記ゲート電極の上側に設けられる第2絶縁体層と集束電極とをさらに備えうる。
【0019】
以上で、前記熱電子放出層は、BaO、SrO、及びCaOからなる群から選択される少なくとも一つを含み、前記ベースメタル層は、Ni合金からなるが、0.01重量%〜0.5重量%のMgまたはSiを含み、前記ベースメタル層と前記熱電子放出層の厚さの和は、1nm〜1000nmであることが望ましい。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、既存の電子放出素子に比べて少ない消費電力でも電流密度を高めて、非発光型表示素子のためのバックライトユニット及び自発光型のディスプレイ装置などを具現する場合に、画像の輝度及び発光効率を向上させうる。
【0021】
また、コーティングされた電子放出物質を使用することによって、電子放出素子及びそれを備えた平板ディスプレイ装置の寿命を大きく延長させうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明による電子放出物質(カーボンナノチューブ)、電子放出素子、平板ディスプレイ装置、及びその製造方法の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【0023】
(第1の実施の形態)
図1は、トップゲート型の電子放出ディスプレイ装置の概略的な構成を示す部分斜視図であり、図2は、図1のII−II線に沿った断面図であり、図3は、図2の電子放出物質の表面の拡大図である。
【0024】
図1及び図2に示したように、本実施の形態の電子放出ディスプレイ装置100は、平行に配置されて真空の発光空間103を形成する電子放出素子101及び前面パネル102と、電子放出素子101と前面パネル102との間の間隔を保持するスペーサ60と、を備える。
【0025】
電子放出素子101は、第1基板110と、第1基板110上で相互に交差するように配置された複数のゲート電極140及びカソード電極120と、ゲート電極140とカソード電極120との間に配置されて、ゲート電極140とカソード電極120とを電気的に絶縁する絶縁体層130と、を備える。
【0026】
ゲート電極140とカソード電極120とが交差する領域には、電子放出ホール131が形成されており、その内部に電子放出源150が配置されている。
【0027】
前面パネル102は、第2基板90と、第2基板90の底面に配置されたアノード電極80と、アノード電極80の一面に配置された蛍光体層70と、を備える。
【0028】
第1基板110及び第2基板90は、所定の厚さを有する板状の部材、または、石英ガラス、少量のNaといった不純物を含有したガラス、板ガラス、もしくは、SiO、酸化アルミニウム、もしくはセラミックがコーティングされたガラスから形成されるガラス基板が使われ、スペーサ60は、絶縁物質で形成されうる。
【0029】
カソード電極120及びゲート電極140は、通常の電気導電物質からなりうる。カソード電極120及びゲート電極140は、例えば、Al、Ti、Cr、Ni、Au、Ag、Mo、W、Pt、Cu、及びPdなどの金属またはその合金、ガラスにPd、Ag、RuO、及びPd−Agなどの金属またはその金属酸化物が混合されて構成されたプリント導電性物質、In及びSnOなどの透明導電性物質、または多結晶シリコンといった半導体物質から形成されうる。
【0030】
図面には示されていないが、電子放出素子101の第1基板110と前面パネル102の第2基板90とは、フリットにより端部が結合され、内部の発光空間103が密閉されて真空に維持される。
【0031】
一方、ディスプレイ装置として使われるためには、ゲート電極140とカソード電極120とが、前述したように交差して配置されることが、画素を定義し、かつ画像を具現するように制御し易いのでさらに望ましい。
【0032】
図3及び図4に示したように、電子放出物質151は、表面にコーティング層が形成された熱電子放出用の電子放出物質の本体部152を含む。コーティング層は、電子放出物質の本体部152の表面と接するベースメタル層162と、ベースメタル層162の表面に形成された熱電子放出層161と、を備える。電子放出物質の本体部152は、ナノチューブ、ナノワイヤ、ナノファイバ、炭素、黒鉛、及びDLCなどの電子放出物質ならば、何れも可能である。このうち、電子放出物質の本体部152は、カーボンナノチューブが望ましく、SWCNT(Single−Walled Carbon Nano Tube)及びMWCNT(Multi−Walled Carbon Nano Tube)のうち何れかのものでも可能であるが、MWCNTであることがさらに望ましい。ベースメタル層162は、Ni合金であることが望ましく、0.01ないし0.5重量%以上のMgまたはSiを含有する。熱電子放出層161は、BaO、SrO、及びCaOのうち何れか一つ以上の物質を含んでなりうる。熱電子放出層161は、通常、600℃ないし800℃の温度で熱電子を放出させる。
【0033】
熱電子放出層161は、製造過程で、前述したような形態に存在しないこともある。すなわち、製造過程でBaCO、SrCO、及びCaCOからなる群から選択される少なくとも一つの炭酸塩で電子放出物質の本体部のベースメタル層162をコーティングした後、ディスプレイの内部を真空にするための排気工程中に、カソード電極120に電流を流して電子放出物質の本体部の端部が800℃ほどに加熱されるとき、COが放出されつつ、物質からなるコーティング層が完成される。
【0034】
BaCO、SrCO、及びCaCOからなる群から選択される少なくとも一つの炭酸塩で電子放出物質の本体部をコーティングする方法は、特別に制限されず、スパッタリングのような物理的な蒸着方法またはBaCO、SrCO、及びCaCOなどを含む有機溶媒に入れて液状コーティングする方法を使用する。このような方法を使用できるので、コーティング層の形成が非常に単純な工程でなされうる。
【0035】
過程を経て製作された電子放出物質の本体部のベースメタル層と熱電子放出層の厚さの和は、1nmないし1000nmであることが望ましい。もし、ベースメタル層162及び熱電子放出層161の厚さが1nm未満または1000nmを超える場合、熱電子放出がほとんどなされないので望ましくない。
【0036】
このような構成を有する熱電子放出用の電子放出物質の本体部152に電流が流れる場合、炭酸塩物質の酸化物は、電流活性化段階を通じてベースメタル層162に含まれているSiまたはMgとの還元反応を通じて、Ba2+、Sr2+、及びCa2+イオンとなり、電子を放出する。
【0037】
前述した本実施の形態による電子放出素子及び平板ディスプレイ装置は、次のような方式で作動する。
【0038】
電子放出のためにカソード電極120に(−)電圧を印加し、ゲート電極140には(+)電圧を印加して、カソード電極120に設置された電子放出源150から電子を放出させる。また、アノード電極80に強い(+)電圧を印加してアノード電極80の方向に放出された電子を加速させる。このように電圧が印加されれば、電子放出源150から電子が放出されてゲート電極140に向かって進んでアノード電極80に向かって加速される。アノード電極80に向かって加速された電子は、アノード電極80側に位置する蛍光体層70に接触しつつ可視光線を発生させる。このように、電子放出物質から電子が放出されつつ、電子放出物質の本体部の端部は800℃以上に加熱される。このような熱によって熱電子放出物質から熱電子が同時に放出され、これにより、電子放出物質から放出される電子の放出量、すなわち、電流密度が急に高まる。
【0039】
次に、本実施の形態による電子放出素子の製作方法を説明する。以下で説明される製造方法は、一例に過ぎず、必ずしも下記の方法で製造されねばならないものではない。
【0040】
まず、第1基板110、カソード電極120、絶縁体層130、及びゲート電極140を形成する素材を順次に所定厚さに積層する。積層は、スクリーンプリンティングのような工程で行うことが望ましい。
【0041】
次いで、ゲート電極140の上面に所定の厚さにマスクパターンを形成する。マスクパターンの形成は、電子放出ホール131を形成するためのものであって、フォトレジスト(Photo Resist:PR)を塗布し、UV及びE−ビームなどを利用してパターンを形成するフォトリソグラフィ工程によって行われる。
【0042】
次いで、マスクパターンを利用してゲート電極140、絶縁体層130、及びカソード電極120をエッチングして電子放出ホール131を形成する。エッチング工程は、ゲート電極140、絶縁体層130、及びカソード電極120の材料及び厚さによってエッチング液を利用する湿式エッチング、腐食性ガスを利用する乾式エッチング、またはイオンビームを利用するマイクロマシニング方式によってなされうる。
【0043】
次いで、電子放出物質ペーストを製造する。電子放出物質ペーストには前述したような方法で熱電子放出物質のコーティングされた電子放出物質を使用することが、電子放出効率を画期的に向上させる。
【0044】
次いで、電子放出物質を電子放出ホール131に塗布する。塗布工程は、スクリーンプリンティングによって行われうる。
【0045】
次いで、電子放出物質ペーストのうち、電子放出源150を形成する部分を硬化させる工程を行う。
【0046】
この工程は、電子放出物質ペーストに感光性樹脂が含まれた場合とそうでない場合とに、それぞれ異なって行われる。まず、感光性樹脂が含まれた場合には、露光工程を利用する。例えば、ネガティブ感光性を有する感光性樹脂を含む場合、ネガティブ感光性樹脂は、光を受ければ硬化する特性を有するので、フォトリソグラフィ工程でPRを塗布した後に光を選択的に照射して、電子放出物質ペーストのうち、必要な部分のみを硬化させて電子放出源150を形成することが可能である。次に、露光以後に現像して硬化されずに残っている電子放出物質ペーストとPRとを除去して電子放出素子101を完成する。
【0047】
一方、電子放出物質ペーストに感光性樹脂を含んでいない場合には、次のような方法で電子放出源150を形成できる。
【0048】
電子放出物質ペーストが感光性樹脂を含んでいない場合には、別途のPRパターンを利用したフォトリソグラフィ工程が必要である。すなわち、PR膜を利用してPRパターンを先に形成した後、PRパターンを利用して電子放出物質ペーストをスクリーンプリンティングで塗布する。
【0049】
前述したように、印刷された電子放出物質ペーストは、酸素ガス雰囲気下、または、1000ppm以下、特に10ないし500ppmの酸素が存在する窒素ガス雰囲気下で焼成する。このような酸素ガス雰囲気下での焼成を通じて、電子放出源150は、基板との接着力が増加し、ビヒクル(Vehicle)は揮発及び除去され、他の無機バインダーなどが溶融及び固形化されて、電子放出源150の耐久性の向上に寄与できる。
【0050】
焼成温度は、電子放出物質ペーストに含まれたビヒクルの揮発温度及び時間を考慮して決定されねばならない。通常的な焼成温度は、350ないし500℃、望ましくは、450℃である。焼成温度が350℃未満であれば、ビヒクルの揮発が十分になされないという問題点が発生し、焼成温度が500℃を超えれば、製造コストが上昇し、基板が損傷されるという問題点が発生する恐れがあるためである。
【0051】
このように焼成された焼成結果物は、必要に応じて活性化段階を経る。活性化段階の一例によれば、熱処理工程を通じてフィルム状に硬化されうる溶液、例えば、ポリイミド系高分子を含む電子放出源の表面処理剤を焼成結果物上に塗布した後、それを熱処理した後、熱処理で形成されたフィルムを剥離する。活性化段階の他の具現例によれば、所定の駆動源として駆動されるローラの表面に接着力を有する接着部を形成して、焼成結果物の表面に所定の圧力を加圧することによって活性化工程を行っても良い。このような活性化段階を通じて、ナノサイズを有する無機物は、電子放出源150の表面に露出されるか、または垂直配向されるように制御されうる。
【0052】
一方、電子放出物質ペーストには、印刷性及び粘度を調節するためにビヒクル(Vehicle)をさらに含む。ビヒクルは、樹脂成分及び溶媒成分からなりうる。
【0053】
樹脂成分は、例えば、エチルセルロース及びニトロセルロースなどのセルロース系樹脂、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、及びウレタンアクリレートなどのアクリル系樹脂、ならびにポリビニルアセテート、ポリビニルブチラル、及びポリビニルエーテルなどのビニル系樹脂のうち少なくとも一つを含みうるが、これに制限されるものではない。前述したような樹脂成分のうち一部は、感光性樹脂の役割を同時に果たすことができる。
【0054】
溶媒成分は、例えば、ターピネオール、ブチルカルビトール(Butyl Carbitol:BC)、ブチルカルビトールアセテート(Butyl Carbitol Acetate:BCA)、トルエン、及びテキサノールのうち少なくとも一つを含みうる。このうち、溶媒成分は、ターピネオールを含むことが望ましい。
【0055】
また、電子放出物質ペーストは、必要に応じて感光性樹脂、光開始剤、及びフィラーのうち選択された一つ以上をさらに含みうる。
【0056】
一方、前述した感光性樹脂の非制限的な例には、アクリレート系モノマー、ベンゾフェノン系モノマー、アセトフェノン系モノマー、またはチオキサントン系モノマーがあり、さらに具体的には、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、2,4−ジエチルオキサントン、または2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノンを使用できる。
【0057】
光開始剤は、感光性樹脂が露光されるとき、感光性樹脂の架橋結合を開始する役割を果たす。光開始剤の非制限的な例には、ベンゾフェノンがある。光開始剤の含量は、カーボン系物質1重量部を基準として3〜10重量部、望ましくは、5〜8重量部でありうる。光開始剤の含量が3重量部未満である場合には、効率的な架橋結合がなされず、パターン形成に問題が発生する恐れがあり、10重量部を超えれば、製造コストが上昇するという問題点が発生する。
【0058】
フィラーは、基板と十分に接着できない部分の伝導性をさらに向上させる役割を果たす物質であって、その非制限的な例には、Ag及びAlなどがある。
【0059】
(第2の実施の形態)
図5は、本発明の第2の実施の形態による電子放出素子の断面図である。
【0060】
図5に示したように、本発明の第2の実施の形態による電子放出素子201は、基板110、カソード電極120、絶縁体層130、ゲート電極140、及び電子放出源150を備える前述した電子放出素子101(図1及び図2)の構成に集束電極145及び第2絶縁体層135をさらに備える。集束電極145は、第2絶縁体層135によってゲート電極140と絶縁され、ゲート電極140とカソード電極120との間に形成される電界によって放出される電子を集束する機能を有する。このような集束電極がさらに配置される電子放出素子201でも、電子放出物質に熱電子放出層を備える電子放出物質を使用する場合には、電子放出量が急増する効果が得られる。
【0061】
(第3の実施の形態)
図6は、本発明の第3の実施の形態による電子放出素子及びそれを備えた平板ディスプレイ装置の構成を概略的に示す図である。
【0062】
図6に示したように、本発明の第3の実施の形態による平板ディスプレイ装置3は、電子放出素子2及び前面パネル1を備え、前面パネル1は、第2基板90と、第2基板90の下面に形成されたアノード電極80と、アノード電極80上に塗布された蛍光体層70と、を備える。
【0063】
電子放出素子2は、第2基板90と対向して平行に配置された第1基板10と、第1基板10上にストライプ状に形成されたカソード電極20と、カソード電極20と平行にストライプ状に形成されたゲート電極30と、カソード電極20及びゲート電極30の周囲に配置された電子放出層40,50と、を備える。カソード電極20及びゲート電極30を取り囲む電子放出層40,50の間には、電子放出ギャップGが形成されている。
【0064】
前面パネル1と電子放出素子2との間には、大気圧より低い真空状態が維持され、前面パネル1と電子放出素子2との間の真空状態によって発生する圧力を支持し、発光空間103を確保するために、前面パネル1と電子放出素子2との間にはスペーサ60が配置される。
【0065】
このような構成を有する電子放出素子及び電子放出平板ディスプレイ装置の電子放出層にも、前述したような熱電子放出用の電子放出物質が使用され得る。この場合にも、電流密度が大きく高まって電子放出効率が向上し、ディスプレイ装置の輝度が高まり、寿命が延長される効果が得られる。
【0066】
一方、前述した第1〜第3の実施の形態における電子放出素子101,201,2は、所定の面積を有する面光源のバックライトユニットとして使われてもよい。すなわち、本発明による電子放出素子は、液晶ディスプレイ装置(Liquid Crystal Display:LCD)のような非発光表示素子のバックライトユニット(Back Light Unit:BLU)として使われうる。また、蛍光体層は、必要とする色相の可視光線を放出する蛍光体が使われるか、または白色光線を得るために光の三原色である赤色発光、緑色発光、及び青色発光の蛍光体が適切な割合で配置されうる。
【0067】
図7は、本発明の第1の実施の形態による電子放出素子がバックライトユニットとして機能する平板ディスプレイ装置の構成を示す斜視図であり、図8は、図7のVIII−VIII線に沿った部分断面図である。一方、図7及び図7を参照する下記の説明で、前述した電子放出素子に使われたゲート電極及びスペーサと同じ名称が重複的に使われるが、電子放出素子に使われる用語であるか、液晶ディスプレイパネルに使われる用語であるかは、その部材番号によって明確に区別される。
【0068】
図7に示したように、本発明による平板ディスプレイ装置は、非発光型のディスプレイパネルであって、液晶ディスプレイパネル700と、液晶ディスプレイパネル700に光を供給するバックライトユニット800と、を備える。液晶ディスプレイパネル700には、画像信号を伝達する軟性印刷回路基板720が付着されており、液晶ディスプレイパネル700の後方に配置されるバックライトユニット800との間の間隔を維持するためのスペーサ730が配置される。
【0069】
バックライトユニット800は、前述した本発明の第1の実施の形態による電子放出素子101と、図1及び図2に示した前面パネル(第2パネル)102とが所定の間隔をおいて配置されて、内部に真空の発光空間を形成しつつ結合されて作られうる。バックライトユニット800は、連結ケーブル104を通じて電源を供給され、電子放出素子の前面の第2基板90を通じて可視光線Vを放出させ、放出された可視光線Vを液晶ディスプレイパネル700に供給する。第1の実施の形態における電子放出素子101及び前面パネル102の構成は、前述した内容と同一であるので、ここでは説明を省略する。
【0070】
次に、図8を参照して、液晶ディスプレイ装置の構成及び作動原理について説明する。
【0071】
電子放出素子101に設置されたカソード電極120及びゲート電極140によって形成される電界によって電子が放出され、集束電極145(図示せず)によって集束された電子の流れが前面パネル102に設置されたアノード電極80によって加速されて蛍光体層70に当接しつつ可視光線Vが発生する。発生した可視光線Vは、前面の液晶ディスプレイパネル700に向かって進む。
【0072】
一方、液晶ディスプレイパネル700は、第2基板505を備え、第2基板505上には、バッファ層510が形成され、バッファ層510上には、半導体層580が所定のパターンで形成される。半導体層580上には、第1絶縁層520が形成され、第1絶縁層520上には、ゲート電極590が所定のパターンで形成され、ゲート電極590上には、第2絶縁層530が形成される。第2絶縁層530が形成された後には、乾式エッチングなどの工程によって第1絶縁層520及び第2絶縁層530がエッチングされて、半導体層580の一部が露出され、露出された部分を含む所定の領域にソース電極570及びドレイン電極610が形成される。ソース電極570及びドレイン電極610が形成された後に第3絶縁層540が形成され、第3絶縁層540上に平坦化層550が形成される。平坦化層550上には、所定のパターンで第1電極620が形成され、第3絶縁層540及び平坦化層550の一部がエッチングされて、ドレイン電極610及び第1電極620の導電通路が形成される。透明な第1基板680は、第2基板505と別途に製造され、第1基板の下面680aには、カラーフィルタ層670が形成される。カラーフィルタ層670の下面670aには、第2電極660が形成され、第1電極620及び第2電極660の相互対向する面には、液晶層640を配向する第1配向層630と第2配向層650とが形成される。第2基板505の下面505a(図示せず)には第1偏光層500が、第1基板の上面680bには第2偏光層690が形成され、第2偏光層の上面690aには保護フィルム695が形成される。カラーフィルタ層670と平坦化層550との間には、液晶層640を区画するスペーサ560が形成される。
【0073】
液晶ディスプレイパネル700の作動原理について簡単に説明すれば、ゲート電極590、ソース電極570、及びドレイン電極610によって制御された外部信号によって、第1電極620と第2電極660との間に電位差が形成され、電位差によって液晶層640の配列が決定され、液晶層640の配列によって、バックライトユニット100から供給される可視光線Vが遮蔽または通過される。通過された光がカラーフィルタ層670を通過しつつ、色を帯びて画像を具現する。
【0074】
図8には、液晶ディスプレイパネル(特に、TFT(Thin Film Transistor)−LCD)を例示したが、本発明の平板ディスプレイ装置を構成する非発光型表示素子は、これに限定されるものではなく、また、非発光表示素子としては、上記のような液晶ディスプレイパネル以外にも、多様な非発光型表示素子が適用されうる。
【0075】
上記のような電子放出素子をバックライトユニットとして備えた平板ディスプレイ装置は、そのバックライトユニットとして使われる電子放出素子の電流密度が高まり、電子放出効率が大きく向上し、輝度が高まり、かつ寿命が大きく延長されるにつれて、それを採用した平板ディスプレイ装置の画像の輝度の向上はもとより、寿命延長の効果をもたらす。
【0076】
本発明は、図面に示した実施の形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施の形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【0077】
本発明は、特にLCD及びPDPなどのような平板ディスプレイ装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0078】
【図1】本発明の第1の実施の形態による電子放出素子及びそれを利用した平板ディスプレイ装置の構成を概略的に示す図である。
【図2】図1のII−II線に沿った断面図である。
【図3】図1及び図2の電子放出物質の表面を示す拡大図である。
【図4】図3のIV部分の拡大図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態による電子放出素子の構成を概略的に示す図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態による電子放出素子及びそれを利用した平板ディスプレイ装置の構成を概略的に示す図である。
【図7】図1及び図2に示した電子放出素子をバックライトユニットとして利用する平板ディスプレイ装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図8】図7の平板ディスプレイ装置が結合された状態で、図7のVIII−VIII線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【0079】
60 スペーサ、
70 蛍光体層、
80 アノード電極、
90 第2基板、
100 平板ディスプレイ装置、
101,201 電子放出素子、
102 前面パネル、
103 発光空間、
110 第1基板、
120 カソード電極、
130 第1絶縁体層、
131 電子放出ホール、
135 第2絶縁体層、
140 ゲート電極、
145 集束電極、
150 電子放出源、
151 電子放出物質、
152 電子放出物質の本体部、
161 熱電子放出層、
162 ベースメタル層。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子放出物質の本体部と、
前記電子放出物質の本体部の表面に形成されたベースメタル層と、
前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える熱電子放出用の電子放出物質。
【請求項2】
前記熱電子放出層は、BaO、SrO、及びCaOからなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1に記載の熱電子放出用の電子放出物質。
【請求項3】
前記ベースメタル層は、Ni合金からなり、0.01重量%〜0.5重量%のMgまたはSiを含むことを特徴とする請求項1に記載の熱電子放出用の電子放出物質。
【請求項4】
前記ベースメタル層と前記熱電子放出層の厚さの和は、1nm〜1000nmであることを特徴とする請求項1に記載の熱電子放出用の電子放出物質。
【請求項5】
カーボンナノチューブと、
前記カーボンナノチューブの表面に形成されたベースメタル層と、
前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える熱電子放出用の電子放出物質。
【請求項6】
前記熱電子放出層は、BaO、SrO、及びCaOからなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項5に記載の熱電子放出用の電子放出物質。
【請求項7】
前記ベースメタル層は、Ni合金からなり、0.01重量%〜0.5重量%のMgまたはSiを含むことを特徴とする請求項5に記載の熱電子放出用の電子放出物質。
【請求項8】
前記ベースメタル層と前記熱電子放出層の厚さの和は、1nm〜1000nmであることを特徴とする請求項5に記載の熱電子放出用の電子放出物質。
【請求項9】
基板と、
前記基板に設けられたカソード電極と、
前記カソード電極と電気的に連結された電子放出物質と、
前記カソード電極上に配置された第1絶縁体層と、
前記第1絶縁体層によって前記カソード電極と絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備え、
前記電子放出物質は、
電子放出物質の本体部と、
前記電子放出物質の本体部の表面に形成されたベースメタル層と、
前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える電子放出素子。
【請求項10】
基板と、
前記基板に設けられたカソード電極と、
前記カソード電極と対向して設けられたゲート電極と、
前記カソード電極及びゲート電極をそれぞれ覆い、前記カソード電極を覆う部分と前記ゲート電極を覆う部分との間に所定のギャップが形成される電子放出層と、を備え、
前記電子放出層は、
電子放出物質の本体部と、
前記電子放出物質の本体部の表面に形成されたベースメタル層と、
前記ベースメタル層の表面に形成された熱電子放出層と、を備える電子放出素子。
【請求項11】
第1基板と、前記第1基板に設けられた複数のカソード電極と、前記カソード電極と交差する方向に延びた複数のゲート電極と、前記カソード電極と前記ゲート電極との間に配置されて、前記カソード電極と前記ゲート電極とを電気的に絶縁する第1絶縁体層と、前記カソード電極と電気的に連結され、ベースメタル層及び熱電子放出層を備える電子放出物質の本体部を含む複数の電子放出物質と、を備える電子放出素子と、
前記電子放出物質に対向する位置に配置されたアノード電極と、電子を受けて可視光線を発生させる蛍光体層が形成された第2基板と、を備える前面パネルと、を備える平板ディスプレイ装置。
【請求項12】
第1基板と、前記第1基板に設けられたカソード電極と、前記カソード電極と電気的に連結され、ベースメタル層及び熱電子放出物質層を備える電子放出物質の本体部を含む複数の電子放出物質と、前記カソード電極上に配置された第1絶縁体層と、前記第1絶縁体層によって前記カソード電極と絶縁されるように配置されたゲート電極と、を備える電子放出素子と、
前記電子放出物質に対向する位置に配置されたアノード電極と、電子を受けて可視光線を発生させる蛍光体層が形成された第2基板と、を備える前面パネルと、
前記前面パネルの前方に設置され、前記蛍光体層から供給される可視光線を制御して画像を具現する非発光型表示素子と、を備える平板ディスプレイ装置。
【請求項13】
第1基板と、前記第1基板に設けられたカソード電極と、前記カソード電極と対向して設けられたゲート電極と、前記カソード電極及びゲート電極をそれぞれ覆い、前記カソード電極を覆う部分と前記ゲート電極を覆う部分との間に所定のギャップが形成されており、ベースメタル層及び熱電子放出物質層を備える電子放出物質の本体部を含む複数の電子放出層と、を備える電子放出素子と、
前記電子放出層に対向する位置に配置されたアノード電極と、電子を受けて可視光線を発生させる蛍光体層が形成された第2基板と、を備える前面パネルと、
前記前面パネルの前方に設置され、前記蛍光体層から供給される可視光線を制御して画像を具現する非発光型表示素子と、を備える平板ディスプレイ装置。

【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】
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【図8】
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【公開番号】特開2007−42629(P2007−42629A)
【公開日】平成19年2月15日(2007.2.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−192646(P2006−192646)
【出願日】平成18年7月13日(2006.7.13)
【出願人】(590002817)三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Fターム(参考)】