JP2001229805A - 電界放出カソードならびに電界放出型表示装置 - Google Patents

電界放出カソードならびに電界放出型表示装置

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JP2001229805A JP2000036241A JP2000036241A JP2001229805A JP 2001229805 A JP2001229805 A JP 2001229805A JP 2000036241 A JP2000036241 A JP 2000036241A JP 2000036241 A JP2000036241 A JP 2000036241A JP 2001229805 A JP2001229805 A JP 2001229805A
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electrode
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cathode
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Mitsuru Tanaka
満 田中
Manabu Kitada
学 北田
Kazuhiko Tsuburaya
和彦 円谷
Yasuyuki Naito
康之 内藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 平面集束構造の高電圧形FEDにおいて、ゲ
ート−集束電極間の絶縁不良を防止するとともに、仮に
絶縁不良が生じた場合でも、不良ドットだけのショート
に留まり、全体の集束電極は正常に電位が印加されるよ
うにすること 【解決手段】 1画素を構成するサブピクセル10は、
隣接する行方向のゲート電極2とゲート電極7、及びゲ
ート電極2と同一平面上に導電性の金属層である集束電
極8がゲート電極7を囲むように形成されている。集束
電極8は、コンタクトホール11、結線9を介して集束
電極端子13と電気的に接続され、集束電極端子13と
コンタクトホール7との間の結線9中に集束保護抵抗層
12を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出源として
電界放出カソード(FEC:Field Emission Cathode)
を使用した表示装置(以下、電界放出型表示装置(FE
D:Field Emission Display)という)に関する。
【0002】
【従来の技術】金属または半導体表面の印加電界を10
9 [V/m ]程度にすると、トンネル効果により電子
が障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われ
る。これを電界放出(Field Emission)といい、このよ
うな原理で電子を放出するカソードを電界放出カソード
(FEC)と呼んでいる。このような原理を利用するこ
とにより、FECを用いた表示装置を作ることができ
る。この表示装置は、電界放出型表示装置(Field Emis
sion Display、FED)と呼ばれている。
【0003】上述したような従来のFEDにおいては、
アノードを1kV以下の低い電圧で駆動させているのが
通常である。アノード電圧としてこのような低アノード
電圧を採用することにより、アノードとカソードとの間
隔を150μm〜300μm程度と狭くすることがで
き、非常に薄型の表示装置を実現することができる。そ
して、カソード−アノード間の距離が短いために、エミ
ッタから放出された電子は比較的小さい広がり幅をもっ
てアノードに到達することとなる。しかしながら、上記
のような低電圧タイプのFEDにおいては、蛍光体の発
光効率が低く、所定の輝度を得るためには大きなアノー
ド電流(例えば、50mA/cm2 〜100mA/cm
2 程度のアノード電流密度)が必要となる。
【0004】そこで、近年、更に低消費電力で高輝度を
得るために、数kV以上のアノード電圧を用いるFED
の開発が進められている。このような高電圧タイプのデ
ィスプレイにおいては、カソード−アノード間、又はグ
リッド−アノード間の放電を防止するために、アノード
基板とカソード基板の間隔を500μm〜5mm程度と
広くすることが必要となる。このため、エミッタから放
出される電子をアノード電極の画素領域に対して集束す
るための手段が必要となる。図2は高電圧平面集束型F
ECを示し、カソードガラス基板31、カソード電極3
2、抵抗層33、絶縁層34、スピント型エミッタ3
5、開口部36、ゲート電極37、集束電極38、スペ
ーサ39、カラー蛍光体40、アノード電極41、アノ
ード基板42から構成されている。
【0005】カソード電極32は、カソード基板31上
にストライブ状に形成される。このカソード電極32上
に抵抗層33、絶縁層34及びゲート電極層を薄膜技術
によって形成する。そして、ゲート電極層及び絶縁層3
4の所定箇所をエッチングして、開口部36を形成し、
エミッタ材料を斜め蒸着法によって、蒸着堆積すること
により、コーン状のエミッタ35が形成される。また、
ゲート電極37と集束電極38は、ゲート電極層をホト
レジストでパターニングし、同一レイヤ面にゲート電極
37、集束電極38形成される。
【0006】このようなFEDは、ゲート電極37に電
圧を印加すると、エミッタから放出される電子e-は、
集束電極38により集束されて、アノード電極41に到
達し、カラー蛍光体40により発光する。図示の例の場
合は、例えば、アノード電圧Va=3kV、ゲート電圧
Vg=70Vmax、集束電圧Vf=−50Vmax、アノー
ド基板42とカソード基板31間の対面距離は、0.8
mmとした、従来例を示している。
【0007】図3は、上記図2のカソード基板31に形
成されている1ドット分のエミッタ領域(サブピクセ
ル)を斜視図で示したものであり、同一部分は、同一符
号とされている。この図3では、基本画素の1ドットに
対応するエミッタ35が6個とされているが、エミッタ
35の間隔は、数μmとされるので、通常は、数10個
のエミッタによって、1ドットが形成される。また、ゲ
ート電極37と集束電極38の間隔は集束性を向上させ
るために、数μm以下に設定される。
【0008】高電圧平面集束型FECにおいては、十分
な輝度を得るために、従来は1kV以下(多くは、20
0V〜500V)であったアノード電圧Vaを、数kV
(多くは2kV〜5kV)に上げることを前提としてい
る。一般に、アノード電圧Vaが10倍となれば、アノ
ード電流Iaは1/10であればよいことになり、アノ
ード電流は低電圧動作のときの数%に減少させることが
できる。電流の小さい領域で、かつ、高電圧で用いる場
合には蛍光体の発光効率は一般に5〜20倍改善され
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、同一レイヤ
に形成された集束電極38とゲート電極37間の距離は
数μとかなり狭く、同じゲートレイヤ内に形成されてい
るため、これらの電極間で絶縁不良の発生する確率は高
くなる。集束電極38は一般に全体を一つの端子で取り
出し、電圧が印加されるように構成されているため、一
箇所でもゲート電極37と集束電極38間に絶縁不良が
あると全体の電位が低下し、フォーカス特性が得られな
くなり、正常な動作ができなくなってしまうという問題
があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は多層配
線構造を用い、集束電極をドット毎に下層に落とし込
み、抵抗層を介して引き出し線との間を配線する。これ
により、例えばあるドットでゲート−フォーカス絶縁不
良が発生しても、この保護抵抗で集束の引き出し配線の
電位は保護されるので、集束電極の電位ドロップが発生
せず、絶縁不良はそのドットのみで全体に影響しないよ
うにすることができる。
【0011】請求項1の発明は、カソード基板上に配設
され、電子を放出するエミッタと、前記エミッタの周囲
に前記カソード基板上に絶縁層を介して配設されエミッ
タから放出された電子を引き出すゲート電極と、前記ゲ
ート電極と同一平面もしくは絶縁層を介してエミッタに
対し前記ゲート電極から遠ざかった位置に形成された集
束電極を有する電界放出型カソードにおいて、前記集束
電極は、保護抵抗を介して集束電圧供給ラインと結線さ
れていることを特徴とするの電界放出カソードであり、
請求項2の発明は、カソード基板上に配設され、電子を
放出するエミッタと、前記エミッタの周囲に前記カソー
ド基板上に絶縁層を介して配設されエミッタから放出さ
れた電子を引き出すゲート電極と、前記ゲート電極と同
一平面もしくは絶縁層を介してエミッタに対し前記ゲー
ト電極から遠ざかった位置に形成された集束電極を有す
る電界放出型カソードと、前記カソード基板と対向して
位置し、内面に陽極導体ならびに蛍光体層を有する陽極
基板と、カソード基板ならびに陽極基板を一定高さに保
持しながら気密容器を形成する側面部とを有する電界放
出型表示装置である。
【0012】請求項3の発明は、前記カソード基板上に
は、エミッタへ通電するためのカソード電極と、前記カ
ソード電極とエミッタ間に配設される抵抗層と、前記抵
抗層と同一材料からなる保護抵抗と、保護抵抗と結線さ
れた集束電圧ラインと、前記抵抗層ならびに保護抵抗上
に配設される絶縁層と、前記抵抗層の一部が露出するよ
うに絶縁層に形成された開口部内で抵抗層上に形成され
たエミッタと、前記開口部の周囲に形成されたゲート電
極と、前記ゲート電極と同一平面もしくは絶縁層を介し
てエミッタに対しゲート電極から遠ざかった位置に形成
された集束電極とを有し、前記集束電極と前記集束電圧
供給ラインは、コンタクトホールを介して接続されてい
る電界放出カソードであり、請求項4の発明は、前記電
界放出カソードにおいて、前記ゲート電極は、一表示単
位ごとに区分けして形成されるとともに、前記集束電極
は、前記ゲート電極を囲むように一表示単位ごとに形成
され、かつ前記集束電極はそれぞれ個別に形成された保
護抵抗に対し、コンタクトホールを介して接続された電
界放出カソードである。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態とさ
れる電界放出カソードの電極構造の概略を説明するため
の概略図であり、図1(a)は、本発明の電界放出カソ
ードの電極構造の断面図、図1(b)は、平面図であ
る。
【0014】図1(a)、(b)に基づいて本発明を詳
細に説明すると、電界放出カソードの1ドットを構成す
るサブピクセル10は、カソード基板1、カソード電極
2、エミッタ抵抗層3、絶縁層4、エミッタコーン5、
開口部6、ゲート電極7、集束電極8、結線9、絶縁層
4内を貫通して形成されているコンタクトホール11、
集束電極の保護抵抗層12、集束電極端子13から構成
されている。
【0015】本発明の電界放出カソードは、以下のよう
に作成される。カソード電極2は、カソード基板1上に
ストライブ状に形成される。このカソード電極2上に抵
抗層3、絶縁層4及びゲート電極層を薄膜技術によって
形成する。このとき、集束電極の保護抵抗層12も同時
に形成される。そして、ゲート電極層及び絶縁層4の所
定箇所をエッチングして、開口部6を形成するととも
に、コンタクトホール11も同時に形成する。次に、エ
ミッタ材料を斜め蒸着法によって、蒸着堆積することに
より、コーン状のエミッタ5が開口部6に形成される
が、コンタクトホール11内にもエミッタ材料が蒸着堆
積され、結線9と集束電極8間が導通される。そして、
ゲート電極7と集束電極8は、ゲート電極層をホトレジ
ストでパターニングし、同一レイヤ面にゲート電極7、
集束電極8形成される。
【0016】この図1において、カソード電極2上に
は、エミッタ抵抗層3を介して、複数の開口部6を有す
る絶縁層4が形成され、この開口部6内のカソード電極
2上に多数のエミッタコーン5が形成されている。そし
て、この絶縁層4上に図示するようなゲート電極7が形
成されている。ゲート電極7は、絶縁層4に設けられて
いる開口部6内のエミッタコーン5に対応して複数の孔
が形成されている。
【0017】1画素を構成するサブピクセル10は、隣
接する行方向のゲート電極2とゲート電極7、及びゲー
ト電極2と同一平面上に導電性の金属層である集束電極
8がゲート電極7を囲むように形成されている。集束電
極8は、コンタクトホール11、結線9を介して集束電
極端子13と電気的に接続されている。
【0018】本発明の電界放出カソードは、サブピクセ
ル10毎に放出電子を集束している集束電極8が、コン
タクトホール7、結線9を介して、保護抵抗層12に接
続されていることを特徴としている。本発明は、前述の
ように、従来と同様の多層配線構造の作成技術を応用す
ることにより、1ドットの単位であるサブピクセル10
に、保護抵抗層12を形成することができるので、一箇
所でもゲート電極7と集束電極8間にショート等による
不良が発生した場合でも、この保護抵抗層12が設けら
れているため、他の正常なサブピクセルに印加される電
圧と分離され、正常なサブピクセルには電気的な影響を
与えないようにすることができる。
【0019】
【発明の効果】本発明は、サブピクセル10毎に保護抵
抗層12を形成して、これを介して集束電極と集束端子
配線とを結線することにより、ゲート電極7と集束電極
8間に不良、例えば短絡事故が発生した場合でも、保護
抵抗層により他の正常サブピクセルには電気的な影響を
与えないようにすることができる。これにより、歩留ま
り及び動作時の信頼性の向上が期待できる。さらに、従
来の多層配線構造を利用して保護抵抗層を形成するの
で、従来プロセスを大きく変更する必要はなく、コスト
増を最小限に抑えることができる。そして、多層配線構
造のため、配線自由度が大きいので、複雑な配線も形成
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の実施例の電界放出型表示装置
を示し、(a)は断面図、(b)は、平面図を示す。
【図2】図2は、従来の高電圧平面集束型電界放出表示
装置の断面図を示す。
【図3】図3は、従来の高電圧平面集束型電界放出表示
装置のエミッタと各電極の位置関係の概要を示す斜視図
である。
【符号の説明】
1 カソード基板、2 カソード電極、3 エミッタ抵
抗層、4 絶縁層、5エミッタコーン、6 開口部、7
ゲート電極、8 集束電極、9 結線、10 サブピ
クセル、11 コンタクトホール、12 集束電極保護
抵抗層、13集束電極端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 円谷 和彦 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 (72)発明者 内藤 康之 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 Fターム(参考) 5C031 DD17 5C036 EE04 EE08 EE14 EF01 EF06 EF09 EG12 EG19 EG46 EH04 5C041 AB19 AC50 AD10 AE07

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カソード基板上に配設され、電子を放出
    するエミッタと、前記エミッタの周囲に前記カソード基
    板上に絶縁層を介して配設されエミッタから放出された
    電子を引き出すゲート電極と、前記ゲート電極と同一平
    面もしくは絶縁層を介してエミッタに対し前記ゲート電
    極から遠ざかった位置に形成された集束電極を有する電
    界放出型カソードにおいて、 前記集束電極は、保護抵抗を介して集束電圧供給ライン
    と結線されていることを特徴とする電界放出カソード。
  2. 【請求項2】 カソード基板上に配設され、電子を放出
    するエミッタと、前記エミッタの周囲に前記カソード基
    板上に絶縁層を介して配設されエミッタから放出された
    電子を引き出すゲート電極と、前記ゲート電極と同一平
    面もしくは絶縁層を介してエミッタに対し前記ゲート電
    極から遠ざかった位置に形成された集束電極を有する電
    界放出型カソードと、前記カソード基板と対向して位置
    し、内面に陽極導体ならびに蛍光体層を有する陽極基板
    と、カソード基板ならびに陽極基板を一定高さに保持し
    ながら気密容器を形成する側面部とを有する電界放出型
    表示装置。
  3. 【請求項3】 前記カソード基板上には、エミッタへ通
    電するためのカソード電極と、前記カソード電極とエミ
    ッタ間に配設される抵抗層と、前記抵抗層と同一材料か
    らなる保護抵抗と、保護抵抗と結線された集束電圧供給
    ラインと、前記抵抗層ならびに保護抵抗上に配設される
    絶縁層と、前記抵抗層の一部が露出するように絶縁層に
    形成された開口部内で抵抗層上に形成されたエミッタ
    と、前記開口部の周囲に形成されたゲート電極と、前記
    ゲート電極と同一平面もしくは絶縁層を介してエミッタ
    に対しゲート電極から遠ざかった位置に形成された集束
    電極とを有し、前記集束電極と前記集束電圧供給ライン
    は、コンタクトホールを介して接続されていることを特
    徴とする請求項1記載の電界放出カソード。
  4. 【請求項4】 前記電界放出カソードにおいて、前記ゲ
    ート電極は、一表示単位ごとに区分けして形成されると
    ともに、前記集束電極は、前記ゲート電極を囲むように
    一表示単位ごとに形成され、かつ前記集束電極はそれぞ
    れ個別に形成された保護抵抗に対し、コンタクトホール
    を介して接続されたことを特徴とする請求項3記載の電
    界放出カソード。
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