電子放出デバイス、および電子放出デバイスを用いる電子放出表示デバイス
【課題】画面の輝度と画素間の発光均一度を高め、高解像度製作に有利であり、製造品質を向上させる電子放出デバイス、および電子放出デバイスを用いる電子放出表示デバイスを提供する。
【解決手段】基板１０と、基板１０上に形成される第１電極１４と、第１電極１４に電気的に接続される電子放出部２０と、第１電極１４上部で第１電極１４と絶縁されて配置され、第１電極１４との交差領域で電子放出部２０を開放するための複数の開口部１８１を形成する第２電極１８とを含み、第２電極１８は、下記条件を満たすように形成される電子放出デバイスが提供される。条件：１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５。ここで、Ｄは、第２電極の開口部の幅を示し、Ｐは、第２電極の互いに隣接する開口部のピッチを示す。
【解決手段】基板１０と、基板１０上に形成される第１電極１４と、第１電極１４に電気的に接続される電子放出部２０と、第１電極１４上部で第１電極１４と絶縁されて配置され、第１電極１４との交差領域で電子放出部２０を開放するための複数の開口部１８１を形成する第２電極１８とを含み、第２電極１８は、下記条件を満たすように形成される電子放出デバイスが提供される。条件：１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５。ここで、Ｄは、第２電極の開口部の幅を示し、Ｐは、第２電極の互いに隣接する開口部のピッチを示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出デバイスに係り、より詳しくは、ゲート電極の開口部幅と開口部ピッチの比率を最適化した電子放出デバイス、および電子放出デバイスを用いる電子放出表示デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子放出素子は、電子源の種類に応じて、熱陰極を用いる方式と冷陰極を用いる方式とに分類される。なお、以下では、類似の用語を幾つか用いている。ここで、構成物質、電子放出部、電子放出素子、電子放出デバイス、電子放出表示デバイスの順に、用語を示す構造の複雑度が大きくなるものとする。
【０００３】
ここで、冷陰極を用いる方式の電子放出素子としては、電界放出アレイ型、表面伝導エミッション型、金属−絶縁層−金属型および金属−絶縁層−半導体型などが知られている。
【０００４】
この中で、電界放出アレイ型電子放出素子は、下記で示す構成物資によって形成される電子放出部と、電子放出部の電子放出を制御する駆動電極であるカソード電極およびゲート電極を備えたものである。電子放出部の構成物質としては、仕事関数が低いか、或いは、縦横比が大きい物質、例えば、炭素ナノチューブや黒鉛またはダイヤモンド状炭素のような炭素系物質を使用する。このような電子放出部は、真空中の弱い電界によって簡単に電子を放出させる。
【０００５】
電子放出素子は、第１基板にアレイ構造に配置されて、電子放出デバイスを構成する。電子放出デバイスは、蛍光層とアノード電極などで構成された発光ユニットが備えられる第２基板と上述の構造を備える第１基板とを結合することにより、電子放出表示デバイスを構成する。
【０００６】
通常の電界放出アレイ型電子放出表示デバイスは、第１基板上に、カソード電極、絶縁層およびゲート電極が順次に形成され、ゲート電極および絶縁層に開口部が形成されて、カソード電極の表面の一部を露出させ、開口部の内側のカソード電極上に電子放出部が配置される構成を備える。そして、第１基板に対向する第２基板の一面には、蛍光層とアノード電極が配置される。
【０００７】
カソード電極およびゲート電極は、互いに交差する方向に沿って帯状パターンに形成される。カソード電極とゲート電極との交差領域が一つの画素領域を構成し、画素領域の所定の部位に、複数の電子放出部が相互所定の距離をおいて配置される。
【０００８】
カソード電極およびゲート電極に所定の駆動電圧を印加すると、カソード電極とゲート電極との間の電位差が臨界値以上となる画素において、電子放出部の周囲に電界が形成されて、電子放出部から電子が放出される。放出された電子は、アノード電極に印加された高電圧に引き寄せられて、第２基板へ向かいながら、対応する画素の蛍光層に衝突して、蛍光層を発光させる。
【０００９】
上述した構造でゲート電極の開口部の幅と開口部の稠密度、つまり、互いに隣接する開口部のピッチが、各画素領域に位置する電子放出部の個数、電子放出部のエミッション効率および工程収率などに大きい影響を与える。
【００１０】
言い換えると、絶縁層のエッチング特性と電子放出部の製造法などを考慮して、ゲート電極の開口部を適正広さに形成し、この開口部を画素領域の所定の部位に適正水準で稠密に配置すれば、電子放出部のエミッション効率を上げて高輝度画面を実現することができる。さらに、工程収率を高めて、生産性を向上させ、高解像度デバイスを容易に製作できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、従来の電子放出デバイスでは、その設計・製作時に、ゲート電極の開口部の幅および互いに隣接する開口部のピッチの関係を最適化できず、上述の効果を十分に得られていない。
【００１２】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ゲート電極の開口部の幅および互いに隣接する開口部のピッチの関係を最適化して、電子放出部のエミッション効率を上げて、工程収率を高め、高解像度製作に有利な電子放出デバイス、および電子放出デバイスを用いる電子放出表示デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、基板と、基板上に形成される第１電極と、第１電極に電気的に接続される電子放出部と、第１電極の上部で、第１電極と絶縁されて配置され、第１電極との交差領域に電子放出部を開放するための複数の開口部が形成される第２電極とを含み、第２電極は、下記条件を満たすように形成される電子放出デバイスが提供される。条件：１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５。ここで、Ｄは、第２電極の開口部の幅を示し、Ｐは、第２電極の互いに隣接する開口部のピッチを示す。
【００１４】
第２電極は、下記条件を満たすように形成されてもよい。条件：１．４１≦Ｐ／Ｄ≦１．６０。
【００１５】
本発明によれば、第２電極において、開口部の幅（Ｄ）および互いに隣接する開口部のピッチ（Ｐ）の比率を上記のように最適化できるので、同一のゲート電圧で最大の放出電流量を得ることができ、電子放出部のエミッション効率を向上でき、工程収率を高めることができるため、高解像度製作に有利となる電子放出デバイスを提供できる。
【００１６】
電子放出部および第２電極の開口部は、いずれも円形に形成されてよい。また、第２電極の開口部は、上記交差領域の中央部分に配置されてもよく、第１電極および第２電極のうち、いずれか一つの電極の長手方向に沿って一列に配置されてよい。
【００１７】
上記電子放出デバイスは、第２電極との絶縁を維持し、第２電極の上部に配置される第３電極をさらに含むことができる。第３電極は、上記交差領域ごとに第２電極の複数の開口部を開放する開口部を備えることができる。
【００１８】
第１電極および第２電極のうち、いずれか一つの電極は、走査電極であり、他の一つの電極は、データ電極であり、第３電極は、集束電極であってよい。
【００１９】
電子放出部は、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、フラーレンおよびシリコンナノワイヤーからなる群から選択される少なくとも一つの物質を含んで構成されてもよい。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によれば、互いに対向して配置される第１基板および第２基板と、第１基板上に形成される第１電極と、第１電極に電気的に接続される電子放出部と、第１電極の上部で、第１電極と絶縁して配置され、第１電極との交差領域に電子放出部を開放するための複数の開口部が形成される第２電極と、第２基板の一面に形成される蛍光層と、蛍光層の一面に配置されるアノード電極とを含み、第２電極は、下記条件を満たすように形成される電子放出表示デバイスが提供される。条件：１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５。ここで、Ｄは、第２電極の開口部の幅を示し、Ｐは、第２電極の互いに隣接する開口部のピッチを示す。
【００２１】
第２電極は、下記条件を満たすように形成されてよい。条件：１．４１≦Ｐ／Ｄ≦１．６０。
【００２２】
本発明によれば、第２電極において、開口部の幅（Ｄ）および互いに隣接する開口部のピッチ（Ｐ）の関係を上記のように最適化できるので、同一のゲート電圧で最大の放出電流量を得ることができるため、向上された画面の輝度と画素間の発光均一度、高解像度を備える電子放出表示デバイスを提供できる。
【００２３】
電子放出部および第２電極の開口部は、円形に形成されてよい。
【００２４】
第２電極の開口部は、上記交差領域の中央部に配置されてよい。
【００２５】
蛍光層は、第２基板の一方向に沿って交互に配置される赤色蛍光層、緑色蛍光層および青色蛍光層を含むことができ、赤色蛍光層、緑色蛍光層および青色蛍光層の各々は、上記交差領域ごとに対応するように形成され、第２電極の開口部は、上記交差領域の中央部で、一方向と直交する方向に沿って一列に配置されてもよい。
【００２６】
第２電極と絶縁を維持し、第２電極の上部に配置される第３電極をさらに含むことができ、第３電極は、上記交差領域ごとに第２電極の複数の開口部を開放する開口部を備えることができる。
【００２７】
第１電極および第２電極のうち、いずれか一つの電極は、走査電極であり、他の一つの電極は、データ電極であり、第３電極は、集束電極であってよい。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、ゲート電極の開口部の幅および互いに隣接する開口部のピッチの比率を最適化することによって、電子放出デバイスにおいて、同一のゲート電圧で最大の放出電流量を得ることができ、工程不良を最少化でき、電子放出部のエミッション効率を向上できる。したがって、本発明の電子放出デバイスを用いる電子放出表示デバイスは、画面の輝度と画素間の発光均一度を向上することができ、高解像度を備えることができるので、製造品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分分解斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分断面図である。図３は、図１に示す電子放出デバイスの部分拡大平面図である。
【００３１】
図１を参照すると、電子放出表示デバイスは、所定の間隔をおいて平行に対向して配置される第１基板１０および第２基板１２を含む。第１基板１０および第２基板１２の周縁には、密封部材（図示せず）が配置されて、第１基板１０および第２基板１２を接合させ、第１基板１０と第２基板１２との間の内部空間が、約１．３３×１０−４Ｐａの真空度となるように排気される。これにより、第１基板１０と第２基板１２および密封部材が真空容器を構成する。
【００３２】
第１基板１０の第２基板１２に対向する面には、電子放出素子がアレイ状に配置される。アレイ状の電子放出素子は、第１基板１０と共に電子放出デバイス１００を構成し、電子放出デバイス１００は、第２基板１２および第２基板１２に形成される発光ユニット１１０と結合されて、電子放出表示デバイスを構成する。ここで、電子放出素子とは、電子を放出するための各々部材を含んで構成されるものであり、以下で説明するカソード電極１４、絶縁層１６、ゲート電極１８および電子放出部２０を含む。そして、発光ユニット１１０は、電子放出デバイス１００から放出される電子によって発光するための各々部材を含んで構成されるものであり、以下で説明する蛍光層２２、黒色層２４、アノード電極２６を含む。
【００３３】
まず、第１基板１０の第２基板１２に対向する面上には、第１電極であるカソード電極１４が、第１基板１０の一方向（図１のｙ方向）に沿って帯状パターンに形成され、カソード電極１４を覆いながら、第１基板１０全体に絶縁層１６が形成される。絶縁層１６上には、第２電極であるゲート電極１８が、カソード電極１４と直交する方向（図１のｘ方向）に沿って帯状パターンに形成される。
【００３４】
カソード電極１４とゲート電極１８との交差領域を画素領域として定義すると、カソード電極１４上において、各々の画素領域ごとに電子放出部２０が、カソード電極１４に電気的に接続されるように形成される。そして、絶縁層１６には、各電子放出部２０に対応する開口部１６１が形成され、ゲート電極１８には、各電子放出部２０に対応する開口部１８１が形成されることにより、第１基板１０上において、電子放出部２０が露出されるようになる。本発明の実施形態において、画素領域で電子放出部２０が複数形成される場合、電子放出部２０に対応して、ゲート電極１８の開口部１８１、絶縁層１６の開口部１６１も複数設けられる。
【００３５】
電子放出部２０は、真空中で電界が加えられると電子を放出する物質、例えば、炭素系物質またはナノメートルサイズ物質などで形成される。
【００３６】
電子放出部２０は、一例として、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、フラーレン（Ｃ６０）、シリコンナノワイヤーからなる群から選択される一つの物質またはこれらを組み合わせた物質などを含んで構成される。電子放出部２０の製造法としては、スクリーン印刷法、直接成長法、化学気相蒸着法またはスパッタリング法などを適用してもよい。
【００３７】
本発明の実施形態において、電子放出部２０は、画素領域（カソード電極１４とゲート電極１８との交差領域）ごとにカソード電極１４およびゲート電極１８のうち、いずれか一つの電極、一例として、カソード電極１４の長手方向（図１のｙ方向）に沿って一列に配置される。この電子放出部２０に対応して、ゲート電極１８の開口部１８１および絶縁層１６の開口部１６１も、画素領域ごとにカソード電極１４およびゲート電極１８のうち、いずれか一つの電極、一例として、カソード電極１４の長手方向（図１のｙ方向）に沿って一列に配置される。そして、ゲート電極１８の開口部１８１および絶縁層１６の開口部１６１は、カソード電極１４とゲート電極１８との交差領域の中央部に配置されるが、これについて以下で説明する。また、電子放出部２０およびゲート電極１８の開口部１８１は、略円形に形成されてもよい。絶縁層１６の開口部１６１もゲート電極１８の開口部１８１と同様に、略円形に形成されてよい。
【００３８】
次に、第２基板１２の第１基板１０に対向する一面には、蛍光層２２、一例として、赤色蛍光層（２２Ｒ）、緑色蛍光層（２２Ｇ）および青色蛍光層（２２Ｂ）が相互間に所定の間隔をおいて、第２基板１２の一方向、例えば、ｘ方向に沿って交互に形成される。赤色蛍光層（２２Ｒ）、緑色蛍光層（２２Ｇ）および青色蛍光層（２２Ｂ）の各々間には、画面のコントラスト向上のための黒色層２４が形成される。蛍光層２２は、カソード電極１４とゲート電極１８との交差領域ごとに、赤色蛍光層（２２Ｒ）、緑色蛍光層（２２Ｇ）および青色蛍光層（２２Ｂ）のうち、いずれか一つの色の蛍光層が対応するように配置される。この場合、ゲート電極１８の開口部１８１は、交差領域の中央部で、一方向（ｘ方向）と直交する方向（ｙ方向）に沿って一列に配置されるので、一列で配置される開口部１８１には、赤色蛍光層（２２Ｒ）、緑色蛍光層（２２Ｇ）および青色蛍光層（２２Ｂ）のいずれか一つの蛍光層が対応することができる。よって、開口部１８１より放出される電子が対応する蛍光層に衝突し、所望の色を発光することができる。
【００３９】
図１を参照すると、蛍光層２２および黒色層２４の第１基板１０に対向する面上には、アルミニウム（Ａｌ）などのような金属膜から構成されるアノード電極２６が形成される。アノード電極２６は、外部から電子ビーム加速に必要な高電圧が印加されて、蛍光層２２を高電位状態に維持させて、蛍光層２２から放射される可視光のうち、第１基板１０に向かって放射される可視光を第２基板１２側に反射させて、画面の輝度を高めることができる。
【００４０】
一方、アノード電極２６は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；インジウムスズ酸化物）などのような透明導電膜で形成されてもよい。この場合、アノード電極２６は、第２基板１２に対向する蛍光層２２および黒色層２４の一面に位置する。また、アノード電極２６として、上述した金属膜と透明導電膜で各々構成されるアノード電極を共に備える構造も可能である。
【００４１】
そして、第１基板１０と第２基板１２との間には、真空容器に加えられる圧縮力を支持し、第１基板１０と第２基板１２との間隔を一定に維持させるスペーサ２８（図２参照）が配置される。スペーサ２８は、蛍光層２２の領域を侵さないように、黒色層２４の領域に対応して配置される
【００４２】
上述した構成の電子放出表示デバイスは、外部からカソード電極１４、ゲート電極１８およびアノード電極２６に所定の電圧を供給されることにより、駆動する。一例として、カソード電極１４およびゲート電極１８のうち、いずれか一つの電極が走査駆動電圧を印加されて走査電極として機能して、他の一つの電極がデータ駆動電圧を印加されてデータ電極として機能する。アノード電極２６は、電子ビーム加速に必要な電圧、一例として、数百〜数千ボルトの正の直流電圧が印加される。
【００４３】
上記のように各々電極に所定の電圧を印加すると、カソード電極１４とゲート電極１８との電位差が臨界値以上となる画素において、電子放出部２０周囲に電界が形成され、この電界を介して電子放出部２０から電子が放出される。放出された電子は、アノード電極２６に印加された高電圧に引き寄せられて、対応する画素の蛍光層２２に衝突し、蛍光層２２を発光させる。ここで、画素は、カソード電極１４とゲート電極１８との交差領域に対応する電子放出デバイス１００および発光ユニット１１０で構成される。
【００４４】
上述した構造で、ゲート電極１８の開口部１８１の幅、つまり、開口部１８１の直径は、絶縁層１６のエッチング特性や電子放出部２０の製造法など主に工程特性によって、適正寸法が定められる。つまり、湿式エッチングで絶縁層１６に開口部１６１を形成する場合には、湿式エッチングの等方性エッチング特性を考慮しなければならず、また電子放出部２０の製造方法に応じて、電子放出部２０の周辺の余裕空間幅（Ｗ）（図２参照）を調節しなければならない。
【００４５】
そして、画素領域内で電子放出部２０が配置される領域は、画素領域中央の所定の部位に限定される。これは、電子放出部２０から放出される電子が所定の発散角を備えて広がって進行するので、第２基板１２に到達する電子ビームスポットが隣接する蛍光層２２まで広がることを抑制するためのものである。また、電子がスペーサ２８に衝突しないようにして、スペーサ２８の表面が帯電されることを抑制するためでもある。画素領域中央の所定の部位に配置される電子放出部２０に対応して、ゲート電極１８の開口部１８１も画素領域の中央部に配置される。
【００４６】
ここで、本発明の実施形態の電子放出表示デバイスは、ゲート電極１８の開口部１８１の幅に対する開口部１８１のピッチ（互いに隣接する開口部１８１の中心間の距離）の比率を最適化して、電子放出部２０のエミッション効率を上げるとともに、工程不良を防止する構造を提供する。本発明の実施形態でゲート電極１８は、下記の数式１を満たすように形成される。
１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５・・・・・・（数式１）
【００４７】
ここで、Ｄは、ゲート電極１８の開口部１８１の幅、つまり、直径を示す。Ｐは、ゲート電極１８の互いに隣接する開口部１８１の中心間の距離、つまり、ピッチを示す（図３参照）。
【００４８】
図４は、ゲート電極の開口部の直径（Ｄ）に対する開口部のピッチ（Ｐ）の比率を変化させて、一つの画素領域に配置される電子放出部の放出電流量を測定して示すグラフである。
【００４９】
実験に使用された電子放出表示デバイスにおいて、絶縁層１６の厚さは、３μｍであり、ゲート電極１８の開口部１８１の直径は、１４μｍに設定される。そして、開口部１８１のピッチを１７μｍから２４μｍに変化させて、電子放出部２０の放出電流量を測定した。駆動条件は、カソード電圧０Ｖ、ゲート電圧６０Ｖ、アノード電圧８ｋＶとして同一に設定した。
【００５０】
図４を参照すると、開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチの比率（Ｐ／Ｄ）が１．５である時、最高の放出電流量を示すことが分かる。そして、開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）が１．３６〜１．６５である時、放出電流量ピーク値を基準とすると、９０％以上の放出電流量を示していることが分かる。
【００５１】
開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）が１．３６未満であれば、ゲート電極１８の互いに隣接する開口部１８１の相互間に十分な距離を確保できなくなる。よって、一つの電子放出部２０において、電子放出部２０を取り囲むゲート電極１８の電界が隣接する開口部１８１によって相殺されるので、全体として電子放出部２０のエミッション効率が低下される。そして、開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）が１．６５を超過すれば、電子放出部２０の個数が減少して、放出電流量が減少する。
【００５２】
また、開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）が１．４１〜１．６０である時、放出電流量ピーク値を基準にすると、９５％以上の放出電流量を示すので、ゲート電極１８は、下記の数式２を満たすように形成されてよい。
１．４１≦Ｐ／Ｄ≦１．６０・・・・・・（数式２）
【００５３】
一方、開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）が１．３６未満である場合には、ゲート電極１８の開口部１８１と絶縁層１６の開口部１６１が不均一に形成され、エッチングマージンが縮小されてゲート電極１８の開口部１８１が互いに連結したり、絶縁層１６の開口部１６１が互いに連結されるなど工程不良が発生しやすい。
【００５４】
このように、ゲート電極１８が上述した二つの数式の条件を満たすように形成されることによって、同一のゲート電圧で最高の放出電流量を得ることができ、工程不良を最少化できる。そして、電子放出部２０のエミッション効率を上げることができるので、高輝度の画面および高解像度を備える電子放出表示デバイスを提供できる。また、本発明の実施形態の電子放出表示デバイスにおいて、ゲート電極１８の開口部１８１の幅（Ｄ）およびピッチ（Ｐ）の関係を上記の二つの数式のように、最適化できるので、画素間の発光均一度を向上できる。
【００５５】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分分解斜視図である。図６は、図５に示す電子放出デバイスの部分拡大平面図である。ここで、本発明の第２実施形態に係る電子放出表示デバイスは、本発明の第１実施形態の電子放出表示デバイスと基本的に同じ構成要素を備えている。そこで、図５および図６において符号に「’」を付した部材は、第１実施形態の部材と同じ構成要素であるとする。
【００５６】
図５を参照すると、本実施形態の電子放出表示デバイスは、ゲート電極１８’上部に配置される集束電極３０をさらに含む。便宜上、カソード電極１４’とゲート電極１８’との間に配置される絶縁層を第１絶縁層１６’とすると、ゲート電極１８’上において第１基板１０全体に第２絶縁層３２が配置され、第２絶縁層３２上に集束電極３０が形成される。本実施形態において、集束電極３０は、第３電極となる。
【００５７】
集束電極３０にも電子ビーム通過のための開口部３０１が形成され、第２絶縁層３２にも電子ビーム通過のための開口部３２１が形成される。この開口部３０１、開口部３２１は、一例として、画素領域ごとに一つずつ形成されて、一つの画素領域に配置される複数の電子放出部２０’およびゲート電極１８’の複数の開口部１８１’を開放することができる。
【００５８】
集束電極３０は、数〜数十ボルトの負の直流電圧が印加され、開口部３０１を通過する電子に反発力を付与して、電子放出部２０’から放出される電子を電子ビーム束の中心部に集束させることができる。よって、集束電極３０は、電子放出部２０’から放出される電子の広がりを抑制できるので、隣接した他の蛍光層に電子が到達する異常発光を防止できる。従って、優れた画面品質を実現できる。ここで、集束電極３０の開口部３０１、第２絶縁層３２の開口部３２１は、複数で形成されてもよい。しかし、上記のように、複数の電子放出部２０’およびゲート電極１８’の複数の開口部１８１’を開放するように一つの開口部で形成される方が、電子放出部２０’から放出される電子の広がりをより効果的に防止できる。
【００５９】
集束電極３０がゲート電極１８’の複数の開口部１８１’を開放する開口部３０１を形成する場合には、集束電極３０は、ゲート電極１８’の開口部１８１’の直径（Ｄ）と開口部１８１’のピッチ（Ｐ）との関係に影響を与えないようにする必要がある。従って、本実施形態でも、ゲート電極１８’の開口部１８１’の直径に対する開口部１８１’のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）は、上述した第１実施形態と同一に設定される。
【００６０】
この時、集束電極３０は、デバイス駆動時、電子ビーム集束にのみ関与するので、駆動電圧と第１絶縁層１６’厚さ、ゲート電極１８’の開口部１８１’の直径（Ｄ）および開口部１８１’のピッチ（Ｐ）を、上述した実験と同一に設定した場合、電子放出部２０’の放出電流量は、図４の実験結果と実質的に同一の結果を示す。
【００６１】
このように、本実施形態の電子放出表示デバイスでも、ゲート電極１８’が上述した二つの数式の条件を満たすように形成されることによって、同一のゲート電圧で最高の放出電流量を得ることができ、工程不良を最少化できる。そして、本実施形態の電子放出表示デバイスは、電子放出部２０’のエミッション効率を上げることができることにより、高輝度、優れた画素間の発光均一度、および高解像度を備えることができる。
【００６２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分断面図である。
【図３】図１に示す電子放出デバイスの部分拡大平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る電子放出表示デバイスで、ゲート電極の開口部直径に対する開口部ピッチの比率に応じた放出電流量変化を測定して示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分分解斜視図である。
【図６】図５に示す電子放出デバイスの部分拡大平面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 第１基板
１２ 第２基板
１４ カソード電極
１６ 第１絶縁層
１８ ゲート電極
２０ 電子放出部
２２、２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ 蛍光層
２４ 黒色層
２６ アノード電極
２８ スペーサ
１００ 電子放出デバイス
１１０ 発光ユニット
１６１、１８１ 開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出デバイスに係り、より詳しくは、ゲート電極の開口部幅と開口部ピッチの比率を最適化した電子放出デバイス、および電子放出デバイスを用いる電子放出表示デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子放出素子は、電子源の種類に応じて、熱陰極を用いる方式と冷陰極を用いる方式とに分類される。なお、以下では、類似の用語を幾つか用いている。ここで、構成物質、電子放出部、電子放出素子、電子放出デバイス、電子放出表示デバイスの順に、用語を示す構造の複雑度が大きくなるものとする。
【０００３】
ここで、冷陰極を用いる方式の電子放出素子としては、電界放出アレイ型、表面伝導エミッション型、金属−絶縁層−金属型および金属−絶縁層−半導体型などが知られている。
【０００４】
この中で、電界放出アレイ型電子放出素子は、下記で示す構成物資によって形成される電子放出部と、電子放出部の電子放出を制御する駆動電極であるカソード電極およびゲート電極を備えたものである。電子放出部の構成物質としては、仕事関数が低いか、或いは、縦横比が大きい物質、例えば、炭素ナノチューブや黒鉛またはダイヤモンド状炭素のような炭素系物質を使用する。このような電子放出部は、真空中の弱い電界によって簡単に電子を放出させる。
【０００５】
電子放出素子は、第１基板にアレイ構造に配置されて、電子放出デバイスを構成する。電子放出デバイスは、蛍光層とアノード電極などで構成された発光ユニットが備えられる第２基板と上述の構造を備える第１基板とを結合することにより、電子放出表示デバイスを構成する。
【０００６】
通常の電界放出アレイ型電子放出表示デバイスは、第１基板上に、カソード電極、絶縁層およびゲート電極が順次に形成され、ゲート電極および絶縁層に開口部が形成されて、カソード電極の表面の一部を露出させ、開口部の内側のカソード電極上に電子放出部が配置される構成を備える。そして、第１基板に対向する第２基板の一面には、蛍光層とアノード電極が配置される。
【０００７】
カソード電極およびゲート電極は、互いに交差する方向に沿って帯状パターンに形成される。カソード電極とゲート電極との交差領域が一つの画素領域を構成し、画素領域の所定の部位に、複数の電子放出部が相互所定の距離をおいて配置される。
【０００８】
カソード電極およびゲート電極に所定の駆動電圧を印加すると、カソード電極とゲート電極との間の電位差が臨界値以上となる画素において、電子放出部の周囲に電界が形成されて、電子放出部から電子が放出される。放出された電子は、アノード電極に印加された高電圧に引き寄せられて、第２基板へ向かいながら、対応する画素の蛍光層に衝突して、蛍光層を発光させる。
【０００９】
上述した構造でゲート電極の開口部の幅と開口部の稠密度、つまり、互いに隣接する開口部のピッチが、各画素領域に位置する電子放出部の個数、電子放出部のエミッション効率および工程収率などに大きい影響を与える。
【００１０】
言い換えると、絶縁層のエッチング特性と電子放出部の製造法などを考慮して、ゲート電極の開口部を適正広さに形成し、この開口部を画素領域の所定の部位に適正水準で稠密に配置すれば、電子放出部のエミッション効率を上げて高輝度画面を実現することができる。さらに、工程収率を高めて、生産性を向上させ、高解像度デバイスを容易に製作できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、従来の電子放出デバイスでは、その設計・製作時に、ゲート電極の開口部の幅および互いに隣接する開口部のピッチの関係を最適化できず、上述の効果を十分に得られていない。
【００１２】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ゲート電極の開口部の幅および互いに隣接する開口部のピッチの関係を最適化して、電子放出部のエミッション効率を上げて、工程収率を高め、高解像度製作に有利な電子放出デバイス、および電子放出デバイスを用いる電子放出表示デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、基板と、基板上に形成される第１電極と、第１電極に電気的に接続される電子放出部と、第１電極の上部で、第１電極と絶縁されて配置され、第１電極との交差領域に電子放出部を開放するための複数の開口部が形成される第２電極とを含み、第２電極は、下記条件を満たすように形成される電子放出デバイスが提供される。条件：１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５。ここで、Ｄは、第２電極の開口部の幅を示し、Ｐは、第２電極の互いに隣接する開口部のピッチを示す。
【００１４】
第２電極は、下記条件を満たすように形成されてもよい。条件：１．４１≦Ｐ／Ｄ≦１．６０。
【００１５】
本発明によれば、第２電極において、開口部の幅（Ｄ）および互いに隣接する開口部のピッチ（Ｐ）の比率を上記のように最適化できるので、同一のゲート電圧で最大の放出電流量を得ることができ、電子放出部のエミッション効率を向上でき、工程収率を高めることができるため、高解像度製作に有利となる電子放出デバイスを提供できる。
【００１６】
電子放出部および第２電極の開口部は、いずれも円形に形成されてよい。また、第２電極の開口部は、上記交差領域の中央部分に配置されてもよく、第１電極および第２電極のうち、いずれか一つの電極の長手方向に沿って一列に配置されてよい。
【００１７】
上記電子放出デバイスは、第２電極との絶縁を維持し、第２電極の上部に配置される第３電極をさらに含むことができる。第３電極は、上記交差領域ごとに第２電極の複数の開口部を開放する開口部を備えることができる。
【００１８】
第１電極および第２電極のうち、いずれか一つの電極は、走査電極であり、他の一つの電極は、データ電極であり、第３電極は、集束電極であってよい。
【００１９】
電子放出部は、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、フラーレンおよびシリコンナノワイヤーからなる群から選択される少なくとも一つの物質を含んで構成されてもよい。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によれば、互いに対向して配置される第１基板および第２基板と、第１基板上に形成される第１電極と、第１電極に電気的に接続される電子放出部と、第１電極の上部で、第１電極と絶縁して配置され、第１電極との交差領域に電子放出部を開放するための複数の開口部が形成される第２電極と、第２基板の一面に形成される蛍光層と、蛍光層の一面に配置されるアノード電極とを含み、第２電極は、下記条件を満たすように形成される電子放出表示デバイスが提供される。条件：１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５。ここで、Ｄは、第２電極の開口部の幅を示し、Ｐは、第２電極の互いに隣接する開口部のピッチを示す。
【００２１】
第２電極は、下記条件を満たすように形成されてよい。条件：１．４１≦Ｐ／Ｄ≦１．６０。
【００２２】
本発明によれば、第２電極において、開口部の幅（Ｄ）および互いに隣接する開口部のピッチ（Ｐ）の関係を上記のように最適化できるので、同一のゲート電圧で最大の放出電流量を得ることができるため、向上された画面の輝度と画素間の発光均一度、高解像度を備える電子放出表示デバイスを提供できる。
【００２３】
電子放出部および第２電極の開口部は、円形に形成されてよい。
【００２４】
第２電極の開口部は、上記交差領域の中央部に配置されてよい。
【００２５】
蛍光層は、第２基板の一方向に沿って交互に配置される赤色蛍光層、緑色蛍光層および青色蛍光層を含むことができ、赤色蛍光層、緑色蛍光層および青色蛍光層の各々は、上記交差領域ごとに対応するように形成され、第２電極の開口部は、上記交差領域の中央部で、一方向と直交する方向に沿って一列に配置されてもよい。
【００２６】
第２電極と絶縁を維持し、第２電極の上部に配置される第３電極をさらに含むことができ、第３電極は、上記交差領域ごとに第２電極の複数の開口部を開放する開口部を備えることができる。
【００２７】
第１電極および第２電極のうち、いずれか一つの電極は、走査電極であり、他の一つの電極は、データ電極であり、第３電極は、集束電極であってよい。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、ゲート電極の開口部の幅および互いに隣接する開口部のピッチの比率を最適化することによって、電子放出デバイスにおいて、同一のゲート電圧で最大の放出電流量を得ることができ、工程不良を最少化でき、電子放出部のエミッション効率を向上できる。したがって、本発明の電子放出デバイスを用いる電子放出表示デバイスは、画面の輝度と画素間の発光均一度を向上することができ、高解像度を備えることができるので、製造品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分分解斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分断面図である。図３は、図１に示す電子放出デバイスの部分拡大平面図である。
【００３１】
図１を参照すると、電子放出表示デバイスは、所定の間隔をおいて平行に対向して配置される第１基板１０および第２基板１２を含む。第１基板１０および第２基板１２の周縁には、密封部材（図示せず）が配置されて、第１基板１０および第２基板１２を接合させ、第１基板１０と第２基板１２との間の内部空間が、約１．３３×１０−４Ｐａの真空度となるように排気される。これにより、第１基板１０と第２基板１２および密封部材が真空容器を構成する。
【００３２】
第１基板１０の第２基板１２に対向する面には、電子放出素子がアレイ状に配置される。アレイ状の電子放出素子は、第１基板１０と共に電子放出デバイス１００を構成し、電子放出デバイス１００は、第２基板１２および第２基板１２に形成される発光ユニット１１０と結合されて、電子放出表示デバイスを構成する。ここで、電子放出素子とは、電子を放出するための各々部材を含んで構成されるものであり、以下で説明するカソード電極１４、絶縁層１６、ゲート電極１８および電子放出部２０を含む。そして、発光ユニット１１０は、電子放出デバイス１００から放出される電子によって発光するための各々部材を含んで構成されるものであり、以下で説明する蛍光層２２、黒色層２４、アノード電極２６を含む。
【００３３】
まず、第１基板１０の第２基板１２に対向する面上には、第１電極であるカソード電極１４が、第１基板１０の一方向（図１のｙ方向）に沿って帯状パターンに形成され、カソード電極１４を覆いながら、第１基板１０全体に絶縁層１６が形成される。絶縁層１６上には、第２電極であるゲート電極１８が、カソード電極１４と直交する方向（図１のｘ方向）に沿って帯状パターンに形成される。
【００３４】
カソード電極１４とゲート電極１８との交差領域を画素領域として定義すると、カソード電極１４上において、各々の画素領域ごとに電子放出部２０が、カソード電極１４に電気的に接続されるように形成される。そして、絶縁層１６には、各電子放出部２０に対応する開口部１６１が形成され、ゲート電極１８には、各電子放出部２０に対応する開口部１８１が形成されることにより、第１基板１０上において、電子放出部２０が露出されるようになる。本発明の実施形態において、画素領域で電子放出部２０が複数形成される場合、電子放出部２０に対応して、ゲート電極１８の開口部１８１、絶縁層１６の開口部１６１も複数設けられる。
【００３５】
電子放出部２０は、真空中で電界が加えられると電子を放出する物質、例えば、炭素系物質またはナノメートルサイズ物質などで形成される。
【００３６】
電子放出部２０は、一例として、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、フラーレン（Ｃ６０）、シリコンナノワイヤーからなる群から選択される一つの物質またはこれらを組み合わせた物質などを含んで構成される。電子放出部２０の製造法としては、スクリーン印刷法、直接成長法、化学気相蒸着法またはスパッタリング法などを適用してもよい。
【００３７】
本発明の実施形態において、電子放出部２０は、画素領域（カソード電極１４とゲート電極１８との交差領域）ごとにカソード電極１４およびゲート電極１８のうち、いずれか一つの電極、一例として、カソード電極１４の長手方向（図１のｙ方向）に沿って一列に配置される。この電子放出部２０に対応して、ゲート電極１８の開口部１８１および絶縁層１６の開口部１６１も、画素領域ごとにカソード電極１４およびゲート電極１８のうち、いずれか一つの電極、一例として、カソード電極１４の長手方向（図１のｙ方向）に沿って一列に配置される。そして、ゲート電極１８の開口部１８１および絶縁層１６の開口部１６１は、カソード電極１４とゲート電極１８との交差領域の中央部に配置されるが、これについて以下で説明する。また、電子放出部２０およびゲート電極１８の開口部１８１は、略円形に形成されてもよい。絶縁層１６の開口部１６１もゲート電極１８の開口部１８１と同様に、略円形に形成されてよい。
【００３８】
次に、第２基板１２の第１基板１０に対向する一面には、蛍光層２２、一例として、赤色蛍光層（２２Ｒ）、緑色蛍光層（２２Ｇ）および青色蛍光層（２２Ｂ）が相互間に所定の間隔をおいて、第２基板１２の一方向、例えば、ｘ方向に沿って交互に形成される。赤色蛍光層（２２Ｒ）、緑色蛍光層（２２Ｇ）および青色蛍光層（２２Ｂ）の各々間には、画面のコントラスト向上のための黒色層２４が形成される。蛍光層２２は、カソード電極１４とゲート電極１８との交差領域ごとに、赤色蛍光層（２２Ｒ）、緑色蛍光層（２２Ｇ）および青色蛍光層（２２Ｂ）のうち、いずれか一つの色の蛍光層が対応するように配置される。この場合、ゲート電極１８の開口部１８１は、交差領域の中央部で、一方向（ｘ方向）と直交する方向（ｙ方向）に沿って一列に配置されるので、一列で配置される開口部１８１には、赤色蛍光層（２２Ｒ）、緑色蛍光層（２２Ｇ）および青色蛍光層（２２Ｂ）のいずれか一つの蛍光層が対応することができる。よって、開口部１８１より放出される電子が対応する蛍光層に衝突し、所望の色を発光することができる。
【００３９】
図１を参照すると、蛍光層２２および黒色層２４の第１基板１０に対向する面上には、アルミニウム（Ａｌ）などのような金属膜から構成されるアノード電極２６が形成される。アノード電極２６は、外部から電子ビーム加速に必要な高電圧が印加されて、蛍光層２２を高電位状態に維持させて、蛍光層２２から放射される可視光のうち、第１基板１０に向かって放射される可視光を第２基板１２側に反射させて、画面の輝度を高めることができる。
【００４０】
一方、アノード電極２６は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；インジウムスズ酸化物）などのような透明導電膜で形成されてもよい。この場合、アノード電極２６は、第２基板１２に対向する蛍光層２２および黒色層２４の一面に位置する。また、アノード電極２６として、上述した金属膜と透明導電膜で各々構成されるアノード電極を共に備える構造も可能である。
【００４１】
そして、第１基板１０と第２基板１２との間には、真空容器に加えられる圧縮力を支持し、第１基板１０と第２基板１２との間隔を一定に維持させるスペーサ２８（図２参照）が配置される。スペーサ２８は、蛍光層２２の領域を侵さないように、黒色層２４の領域に対応して配置される
【００４２】
上述した構成の電子放出表示デバイスは、外部からカソード電極１４、ゲート電極１８およびアノード電極２６に所定の電圧を供給されることにより、駆動する。一例として、カソード電極１４およびゲート電極１８のうち、いずれか一つの電極が走査駆動電圧を印加されて走査電極として機能して、他の一つの電極がデータ駆動電圧を印加されてデータ電極として機能する。アノード電極２６は、電子ビーム加速に必要な電圧、一例として、数百〜数千ボルトの正の直流電圧が印加される。
【００４３】
上記のように各々電極に所定の電圧を印加すると、カソード電極１４とゲート電極１８との電位差が臨界値以上となる画素において、電子放出部２０周囲に電界が形成され、この電界を介して電子放出部２０から電子が放出される。放出された電子は、アノード電極２６に印加された高電圧に引き寄せられて、対応する画素の蛍光層２２に衝突し、蛍光層２２を発光させる。ここで、画素は、カソード電極１４とゲート電極１８との交差領域に対応する電子放出デバイス１００および発光ユニット１１０で構成される。
【００４４】
上述した構造で、ゲート電極１８の開口部１８１の幅、つまり、開口部１８１の直径は、絶縁層１６のエッチング特性や電子放出部２０の製造法など主に工程特性によって、適正寸法が定められる。つまり、湿式エッチングで絶縁層１６に開口部１６１を形成する場合には、湿式エッチングの等方性エッチング特性を考慮しなければならず、また電子放出部２０の製造方法に応じて、電子放出部２０の周辺の余裕空間幅（Ｗ）（図２参照）を調節しなければならない。
【００４５】
そして、画素領域内で電子放出部２０が配置される領域は、画素領域中央の所定の部位に限定される。これは、電子放出部２０から放出される電子が所定の発散角を備えて広がって進行するので、第２基板１２に到達する電子ビームスポットが隣接する蛍光層２２まで広がることを抑制するためのものである。また、電子がスペーサ２８に衝突しないようにして、スペーサ２８の表面が帯電されることを抑制するためでもある。画素領域中央の所定の部位に配置される電子放出部２０に対応して、ゲート電極１８の開口部１８１も画素領域の中央部に配置される。
【００４６】
ここで、本発明の実施形態の電子放出表示デバイスは、ゲート電極１８の開口部１８１の幅に対する開口部１８１のピッチ（互いに隣接する開口部１８１の中心間の距離）の比率を最適化して、電子放出部２０のエミッション効率を上げるとともに、工程不良を防止する構造を提供する。本発明の実施形態でゲート電極１８は、下記の数式１を満たすように形成される。
１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５・・・・・・（数式１）
【００４７】
ここで、Ｄは、ゲート電極１８の開口部１８１の幅、つまり、直径を示す。Ｐは、ゲート電極１８の互いに隣接する開口部１８１の中心間の距離、つまり、ピッチを示す（図３参照）。
【００４８】
図４は、ゲート電極の開口部の直径（Ｄ）に対する開口部のピッチ（Ｐ）の比率を変化させて、一つの画素領域に配置される電子放出部の放出電流量を測定して示すグラフである。
【００４９】
実験に使用された電子放出表示デバイスにおいて、絶縁層１６の厚さは、３μｍであり、ゲート電極１８の開口部１８１の直径は、１４μｍに設定される。そして、開口部１８１のピッチを１７μｍから２４μｍに変化させて、電子放出部２０の放出電流量を測定した。駆動条件は、カソード電圧０Ｖ、ゲート電圧６０Ｖ、アノード電圧８ｋＶとして同一に設定した。
【００５０】
図４を参照すると、開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチの比率（Ｐ／Ｄ）が１．５である時、最高の放出電流量を示すことが分かる。そして、開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）が１．３６〜１．６５である時、放出電流量ピーク値を基準とすると、９０％以上の放出電流量を示していることが分かる。
【００５１】
開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）が１．３６未満であれば、ゲート電極１８の互いに隣接する開口部１８１の相互間に十分な距離を確保できなくなる。よって、一つの電子放出部２０において、電子放出部２０を取り囲むゲート電極１８の電界が隣接する開口部１８１によって相殺されるので、全体として電子放出部２０のエミッション効率が低下される。そして、開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）が１．６５を超過すれば、電子放出部２０の個数が減少して、放出電流量が減少する。
【００５２】
また、開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）が１．４１〜１．６０である時、放出電流量ピーク値を基準にすると、９５％以上の放出電流量を示すので、ゲート電極１８は、下記の数式２を満たすように形成されてよい。
１．４１≦Ｐ／Ｄ≦１．６０・・・・・・（数式２）
【００５３】
一方、開口部１８１の直径に対する開口部１８１のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）が１．３６未満である場合には、ゲート電極１８の開口部１８１と絶縁層１６の開口部１６１が不均一に形成され、エッチングマージンが縮小されてゲート電極１８の開口部１８１が互いに連結したり、絶縁層１６の開口部１６１が互いに連結されるなど工程不良が発生しやすい。
【００５４】
このように、ゲート電極１８が上述した二つの数式の条件を満たすように形成されることによって、同一のゲート電圧で最高の放出電流量を得ることができ、工程不良を最少化できる。そして、電子放出部２０のエミッション効率を上げることができるので、高輝度の画面および高解像度を備える電子放出表示デバイスを提供できる。また、本発明の実施形態の電子放出表示デバイスにおいて、ゲート電極１８の開口部１８１の幅（Ｄ）およびピッチ（Ｐ）の関係を上記の二つの数式のように、最適化できるので、画素間の発光均一度を向上できる。
【００５５】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分分解斜視図である。図６は、図５に示す電子放出デバイスの部分拡大平面図である。ここで、本発明の第２実施形態に係る電子放出表示デバイスは、本発明の第１実施形態の電子放出表示デバイスと基本的に同じ構成要素を備えている。そこで、図５および図６において符号に「’」を付した部材は、第１実施形態の部材と同じ構成要素であるとする。
【００５６】
図５を参照すると、本実施形態の電子放出表示デバイスは、ゲート電極１８’上部に配置される集束電極３０をさらに含む。便宜上、カソード電極１４’とゲート電極１８’との間に配置される絶縁層を第１絶縁層１６’とすると、ゲート電極１８’上において第１基板１０全体に第２絶縁層３２が配置され、第２絶縁層３２上に集束電極３０が形成される。本実施形態において、集束電極３０は、第３電極となる。
【００５７】
集束電極３０にも電子ビーム通過のための開口部３０１が形成され、第２絶縁層３２にも電子ビーム通過のための開口部３２１が形成される。この開口部３０１、開口部３２１は、一例として、画素領域ごとに一つずつ形成されて、一つの画素領域に配置される複数の電子放出部２０’およびゲート電極１８’の複数の開口部１８１’を開放することができる。
【００５８】
集束電極３０は、数〜数十ボルトの負の直流電圧が印加され、開口部３０１を通過する電子に反発力を付与して、電子放出部２０’から放出される電子を電子ビーム束の中心部に集束させることができる。よって、集束電極３０は、電子放出部２０’から放出される電子の広がりを抑制できるので、隣接した他の蛍光層に電子が到達する異常発光を防止できる。従って、優れた画面品質を実現できる。ここで、集束電極３０の開口部３０１、第２絶縁層３２の開口部３２１は、複数で形成されてもよい。しかし、上記のように、複数の電子放出部２０’およびゲート電極１８’の複数の開口部１８１’を開放するように一つの開口部で形成される方が、電子放出部２０’から放出される電子の広がりをより効果的に防止できる。
【００５９】
集束電極３０がゲート電極１８’の複数の開口部１８１’を開放する開口部３０１を形成する場合には、集束電極３０は、ゲート電極１８’の開口部１８１’の直径（Ｄ）と開口部１８１’のピッチ（Ｐ）との関係に影響を与えないようにする必要がある。従って、本実施形態でも、ゲート電極１８’の開口部１８１’の直径に対する開口部１８１’のピッチ比率（Ｐ／Ｄ）は、上述した第１実施形態と同一に設定される。
【００６０】
この時、集束電極３０は、デバイス駆動時、電子ビーム集束にのみ関与するので、駆動電圧と第１絶縁層１６’厚さ、ゲート電極１８’の開口部１８１’の直径（Ｄ）および開口部１８１’のピッチ（Ｐ）を、上述した実験と同一に設定した場合、電子放出部２０’の放出電流量は、図４の実験結果と実質的に同一の結果を示す。
【００６１】
このように、本実施形態の電子放出表示デバイスでも、ゲート電極１８’が上述した二つの数式の条件を満たすように形成されることによって、同一のゲート電圧で最高の放出電流量を得ることができ、工程不良を最少化できる。そして、本実施形態の電子放出表示デバイスは、電子放出部２０’のエミッション効率を上げることができることにより、高輝度、優れた画素間の発光均一度、および高解像度を備えることができる。
【００６２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分断面図である。
【図３】図１に示す電子放出デバイスの部分拡大平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る電子放出表示デバイスで、ゲート電極の開口部直径に対する開口部ピッチの比率に応じた放出電流量変化を測定して示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電子放出表示デバイスの部分分解斜視図である。
【図６】図５に示す電子放出デバイスの部分拡大平面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 第１基板
１２ 第２基板
１４ カソード電極
１６ 第１絶縁層
１８ ゲート電極
２０ 電子放出部
２２、２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ 蛍光層
２４ 黒色層
２６ アノード電極
２８ スペーサ
１００ 電子放出デバイス
１１０ 発光ユニット
１６１、１８１ 開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板上に形成される第１電極と；
前記第１電極に電気的に接続される電子放出部と；
前記第１電極の上部で、前記第１電極と絶縁されて配置され、前記第１電極との交差領域に前記電子放出部を開放するための複数の開口部が形成される第２電極と；
を含み、
前記第２電極は、下記条件を満たすように形成されることを特徴とする、電子放出デバイス。
１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５
ここで、Ｄは、前記第２電極の前記開口部の幅を示し、Ｐは、前記第２電極の互いに隣接する前記開口部のピッチを示す。
【請求項２】
前記第２電極は、下記条件を満たすように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出デバイス。
１．４１≦Ｐ／Ｄ≦１．６０
【請求項３】
前記電子放出部および前記第２電極の前記開口部は、円形に形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子放出デバイス。
【請求項４】
前記第２電極の前記開口部は、前記交差領域の中央部に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出デバイス。
【請求項５】
前記第２電極の前記開口部は、前記第１電極および前記第２電極のうち、いずれか一つの電極の長手方向に沿って一列に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電子放出デバイス。
【請求項６】
前記第２電極と絶縁を維持し、前記第２電極の上部に配置される第３電極をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の電子放出デバイス。
【請求項７】
前記第３電極は、前記交差領域ごとに前記第２電極の複数の前記開口部を開放する開口部を備えることを特徴とする、請求項６に記載の電子放出デバイス。
【請求項８】
前記第１電極および前記第２電極のうち、いずれか一つの電極は、走査電極であり、他の一つの電極は、データ電極であり、前記第３電極は、集束電極であることを特徴とする、請求項６または７に記載の電子放出デバイス。
【請求項９】
前記電子放出部は、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、フラーレンおよびシリコンナノワイヤーからなる群から選択される少なくとも一つの物質を含んで構成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の電子放出デバイス。
【請求項１０】
互いに対向して配置される第１基板および第２基板と；
前記第１基板上に形成される第１電極と；
前記第１電極に電気的に接続される電子放出部と；
前記第１電極の上部で、前記第１電極と絶縁されて配置され、前記第１電極との交差領域に前記電子放出部を開放するための複数の開口部が形成される第２電極と；
前記第２基板の一面に形成される蛍光層と；
前記蛍光層の一面に配置されるアノード電極と；
を含み、
前記第２電極は、下記条件を満たすように形成されることを特徴とする、電子放出表示デバイス。
１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５
ここで、Ｄは、前記第２電極の前記開口部の幅を示し、Ｐは、前記第２電極の互いに隣接する前記開口部のピッチを示す。
【請求項１１】
前記第２電極は、下記条件を満たすように形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の電子放出表示デバイス。
１．４１≦Ｐ／Ｄ≦１．６０
【請求項１２】
前記電子放出部および前記第２電極の前記開口部は、円形に形成されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の電子放出表示デバイス。
【請求項１３】
前記第２電極の前記開口部は、前記交差領域の中央部に配置されることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれかに記載の電子放出表示デバイス。
【請求項１４】
前記蛍光層は、前記第２基板の一方向に沿って交互に配置される赤色蛍光層、緑色蛍光層および青色蛍光層を含み、
前記赤色蛍光層、前記緑色蛍光層および前記青色蛍光層の各々は、前記交差領域ごとに対応するように形成され、
前記第２電極の前記開口部は、前記交差領域の中央部で前記一方向と直交する方向に沿って一列に配置されることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれかに記載の電子放出表示デバイス。
【請求項１５】
前記第２電極と絶縁を維持し、前記第２電極の上部に配置される第３電極をさらに含み、
前記第３電極は、前記交差領域ごとに前記第２電極の複数の前記開口部を開放する開口部を備えることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれかに記載の電子放出表示デバイス。
【請求項１６】
前記第１電極および前記第２電極のうち、いずれか一つの電極は、走査電極であり、他の一つの電極は、データ電極であり、前記第３電極は、集束電極であることを特徴とする、請求項１５に記載の電子放出表示デバイス。
【請求項１】
基板と；
前記基板上に形成される第１電極と；
前記第１電極に電気的に接続される電子放出部と；
前記第１電極の上部で、前記第１電極と絶縁されて配置され、前記第１電極との交差領域に前記電子放出部を開放するための複数の開口部が形成される第２電極と；
を含み、
前記第２電極は、下記条件を満たすように形成されることを特徴とする、電子放出デバイス。
１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５
ここで、Ｄは、前記第２電極の前記開口部の幅を示し、Ｐは、前記第２電極の互いに隣接する前記開口部のピッチを示す。
【請求項２】
前記第２電極は、下記条件を満たすように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の電子放出デバイス。
１．４１≦Ｐ／Ｄ≦１．６０
【請求項３】
前記電子放出部および前記第２電極の前記開口部は、円形に形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子放出デバイス。
【請求項４】
前記第２電極の前記開口部は、前記交差領域の中央部に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出デバイス。
【請求項５】
前記第２電極の前記開口部は、前記第１電極および前記第２電極のうち、いずれか一つの電極の長手方向に沿って一列に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電子放出デバイス。
【請求項６】
前記第２電極と絶縁を維持し、前記第２電極の上部に配置される第３電極をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の電子放出デバイス。
【請求項７】
前記第３電極は、前記交差領域ごとに前記第２電極の複数の前記開口部を開放する開口部を備えることを特徴とする、請求項６に記載の電子放出デバイス。
【請求項８】
前記第１電極および前記第２電極のうち、いずれか一つの電極は、走査電極であり、他の一つの電極は、データ電極であり、前記第３電極は、集束電極であることを特徴とする、請求項６または７に記載の電子放出デバイス。
【請求項９】
前記電子放出部は、炭素ナノチューブ、黒鉛、黒鉛ナノファイバー、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、フラーレンおよびシリコンナノワイヤーからなる群から選択される少なくとも一つの物質を含んで構成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の電子放出デバイス。
【請求項１０】
互いに対向して配置される第１基板および第２基板と；
前記第１基板上に形成される第１電極と；
前記第１電極に電気的に接続される電子放出部と；
前記第１電極の上部で、前記第１電極と絶縁されて配置され、前記第１電極との交差領域に前記電子放出部を開放するための複数の開口部が形成される第２電極と；
前記第２基板の一面に形成される蛍光層と；
前記蛍光層の一面に配置されるアノード電極と；
を含み、
前記第２電極は、下記条件を満たすように形成されることを特徴とする、電子放出表示デバイス。
１．３６≦Ｐ／Ｄ≦１．６５
ここで、Ｄは、前記第２電極の前記開口部の幅を示し、Ｐは、前記第２電極の互いに隣接する前記開口部のピッチを示す。
【請求項１１】
前記第２電極は、下記条件を満たすように形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の電子放出表示デバイス。
１．４１≦Ｐ／Ｄ≦１．６０
【請求項１２】
前記電子放出部および前記第２電極の前記開口部は、円形に形成されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の電子放出表示デバイス。
【請求項１３】
前記第２電極の前記開口部は、前記交差領域の中央部に配置されることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれかに記載の電子放出表示デバイス。
【請求項１４】
前記蛍光層は、前記第２基板の一方向に沿って交互に配置される赤色蛍光層、緑色蛍光層および青色蛍光層を含み、
前記赤色蛍光層、前記緑色蛍光層および前記青色蛍光層の各々は、前記交差領域ごとに対応するように形成され、
前記第２電極の前記開口部は、前記交差領域の中央部で前記一方向と直交する方向に沿って一列に配置されることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれかに記載の電子放出表示デバイス。
【請求項１５】
前記第２電極と絶縁を維持し、前記第２電極の上部に配置される第３電極をさらに含み、
前記第３電極は、前記交差領域ごとに前記第２電極の複数の前記開口部を開放する開口部を備えることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれかに記載の電子放出表示デバイス。
【請求項１６】
前記第１電極および前記第２電極のうち、いずれか一つの電極は、走査電極であり、他の一つの電極は、データ電極であり、前記第３電極は、集束電極であることを特徴とする、請求項１５に記載の電子放出表示デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２２７３４８（Ｐ２００７−２２７３４８Ａ）
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３２２４６（Ｐ２００６−２３２２４６）
【出願日】平成１８年８月２９日（２００６．８．２９）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２９日（２００６．８．２９）
【出願人】（５９０００２８１７）三星エスディアイ株式会社 (2,784)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]