JP2007511881A - 電界放出素子及びこれを用いた電界放出表示装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、基板と、該基板上に形成されたカソード電極と、該カソード電極に接続された電界エミッタとを備えるカソード部と、前記電界エミッタを取り囲む形態で、前記電界エミッタ周囲の上部に形成された電界放出−抑制ゲート部と、少なくとも1つの貫通孔を有する金属メッシュと、該金属メッシュの少なくとも一領域上に形成された誘電体膜とを備える電界放出−誘導ゲート部とを含む電界放出素子、及びこれを用いた電界放出表示装置を提供する。これにより、従来技術に係る電界放出素子の問題点であるゲートリーク電流、アノード電圧によって生じる電子放出、電子ビームのダイバージェンスなどを大きく改善できるという効果がある。
Description
本発明は一般に、電界放出素子及びこれを用いた電界放出表示装置に関し、より詳細には、電子の放出を抑制する機能を有する電界放出抑制ゲート部を備える電界放出素子及びこれを用いた電界放出表示装置に関する。
電界放出素子(field emission device)は、真空または特定のガス雰囲気中で電界を加えると、カソード電極から電子を放出する素子であって、マイクロ波素子、センサ、及びフラットパネルディスプレイなどの電子源として広く用いられている。
電界放出素子からの電子放出効果は、素子の構造、エミッタの材質、及びエミッタの形状によって大きく異なる。電界放出素子の構造は、大きく、カソード及びアノードで構成される2極型(diode type)と、カソード、ゲート及びアノードで構成される3極型(triode type)とに分けられる。
3極型電界放出素子において、カソードまたは電界エミッタは、電子を放出する機能を果たし、ゲートは、電子放出を生じさせる機能を果たし、アノードは、放出された電子を受け取る機能を果たす。3極型構造では、電子放出のための電界はエミッタに隣接したゲートに印加されるので、2極型に比べて低電圧駆動が可能であり、放出電流を容易に制御できることから、多く研究開発されている。
電界エミッタの材料には、金属、シリコン、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどが挙げられ、カーボンナノチューブやカーボンナノファイバーは、細くて鋭く、安定性に優れているので、エミッタの材料として広く用いられている。
以下、従来技術に係る電界放出素子のうち、最も広く用いられている構造の1つであるスピント(spindt)型電界放出素子を説明する。図1は、従来技術に係るスピント型電界放出素子の概略構成図である。
スピント型電界放出素子は、カソード、ゲート及びアノードで構成され、カソードは、カソード基板11と、その上に形成されたカソード電極12と、金属チップ13と、金属チップ13を取り囲む構造で形成され、内部にゲート開口部22を有する絶縁体21とを備える。絶縁体21上には、ゲート電極23が形成されている。そして、上述した構造全体と対向するように配置されたアノード基板31上には、アノード電極32が形成されている。
このような電界放出素子を製作するためには、絶縁体21に直径1μm程度のゲート開口部22を形成し、その上に犠牲分離膜(sacrificial isolation layer)を形成した後、電子ビーム蒸着法を用いて自己整列方式で金属チップ13を形成する。
したがって、上述した工程では、微細パターンを形成しなければならないし、電子ビーム蒸着方法を用いた自己整列方式を使用するため、大面積の電界放出素子への応用には困難が伴う。
このような工程上の問題点を解決するために、より簡単な工程で電界放出素子を製作するための努力が続けられており、それに応ずる電界エミッタの材料の1つとして、カーボンナノチューブやカーボンナノファイバーが挙げられる。
カーボンナノチューブやカーボンナノファイバーは、非常に小さい径(〜nm)を有し、長さが長い(〜μm)ため、電子放出源として非常に適している。しかし、これらの材料を、電子放出を容易に生じさせ、制御し得る構造を有する電子放出源として使用する場合、スピント型金属チップに比べて、自己整列方式で電子放出ゲートを形成することは容易ではない。
図2は、従来技術に係るカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーを用いた電界放出素子の概略構成図である。図1のスピント型電界放出素子との差異は、図2の電界放出素子の電界エミッタ14として使用されるカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーが、絶縁体の内部に形成された大きなゲート開口部(〜10μm)を介して露出されるという点である。
したがって、放出された電子が電界放出ゲートに流れ込んで、リーク電流となる場合が多く発生する。また、絶縁体の厚さに比べて開口部が大きいため、アノード電圧による電子放出が発生し、電子放出の制御を難しくし、しかも、放出された電子ビームがアノードに到達する時、放出された電子ビームは大きくそれてしまう。
このような現象は、電界放出素子の特性を低下させ、特にフラットパネルディスプレイへの応用時に深刻な問題を引き起こすことがある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、新しいタイプの電界放出素子を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、電子放出を生じさせる電極であるゲートに流れ込むリーク電流を減少させ、電子放出の制御を容易にする電界放出素子を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、主にゲート電極の近くに配置されているカーボンナノチューブまたはナノファイバーにおける電子放出の結果生じる、リーク電流と電子ビームのダイバージェンス現象を低減する電界放出素子を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明の一態様に係る電界放出素子は、基板と、該基板上に形成されたカソード電極と、該カソード電極に接続された電界エミッタとを備えるカソード部と;前記電界エミッタを取り囲む形態で、前記電界エミッタの周囲の前記カソード部上に形成された電界放出−抑制ゲート部と;少なくとも1つの貫通孔を有する金属メッシュと、該金属メッシュの少なくとも一領域上に形成された誘電体膜とを備える電界放出−誘導ゲート部と;を含み、前記電界放出−抑制ゲート部は、前記電界エミッタからの電子放出を抑制し、前記電界放出−誘導ゲート部は、前記電界エミッタからの電子放出を誘導することを特徴とする。
また、本発明の他の態様に係る電界放出表示装置は、基板の上部に互いに絶縁されてマトリクスアドレッシングを可能にする縞状(in a stripe form)のカソード電極及び電界放出−抑制ゲート電極と、前記電極により定義される各ピクセルとを備え、前記各ピクセルは、カソード電極に接続された電界エミッタを有するカソード部と;前記カソード部の前記電界放出−抑制ゲートと、前記電界エミッタを取り囲む形態で、前記電界エミッタの周囲の領域上部に形成される絶縁体とを備える電界放出−抑制ゲート部と;前記電界エミッタから放出された電子が貫通できるように、少なくとも1つの貫通孔を有する金属メッシュと、該金属メッシュの少なくとも一領域上に形成される誘電体膜とを備える電界放出−誘導ゲート部と;アノード電極と、該アノード電極に接続される蛍光体とを備えるアノード部と;を含み、前記電界放出−抑制ゲート部は、前記電界エミッタからの電子放出を抑制し、前記電界放出−誘導ゲート部は、前記電界エミッタからの電子放出を誘導して、前記電界エミッタから放出された電子が前記貫通孔を介して前記蛍光体に衝突することを特徴とする。
以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施例に係る電界放出素子を詳細に説明する。下記の実施例は、当業者に本発明の趣旨が十分に伝達され得るようにするために一例として提示されるものである。したがって、本発明は、下記の実施例に限らず、様々な変形が可能である。
(電界放出素子)
図3は、本発明の実施例に係る電界放出素子の概略断面図である。
図3は、本発明の実施例に係る電界放出素子の概略断面図である。
図3の電界放出素子は、カソード部100と、電界放出−抑制ゲート部200と、電界放出−誘導ゲート部300とを備えて構成される。この電界放出素子は、例えば、電界放出表示装置において1つのドットピクセル(dot pixel)として利用可能であり、実際電界放出表示装置の製作に際して、多数の単位ピクセルがマトリクス形態で配置され、これら各々に各種信号を印加するための配線を備える。また、電界放出素子から放出される電子を加速するために、アノード部400をさらに備えることができる。アノード部400上には、アノード電極420が形成されている。また、本実施例に係る電界放出素子は、電界放出表示装置以外に、電子ビームリソグラフィ装置、マイクロ波素子、及びセンサ、バックライトなど多様に応用可能である。
また、電界放出−誘導ゲート部300は、金属メッシュ形態の別個の基板上に形成可能である。
カソード部100は、ガラス、セラミック、またはポリイミドのような絶縁性基板からなるカソード基板110と、カソード基板110の所定の領域上に金属、金属化合物などから形成されるカソード電極120と、カソード電極120の一部の領域上にダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどのうちのいずれか1つからなる膜状(薄膜または厚膜)の電界エミッタ130とを備える。例えば、カソード基板110は、0.5mm乃至5mmの厚さを有し、カソード電極120は、0.1μm乃至1.0μmの厚さを有する。
電界放出−抑制ゲート部200は、酸化膜、または窒化膜などからなる絶縁体210と、絶縁体210を貫通する構造を有する電界放出−抑制ゲート開口部220と、絶縁体210上の一部領域に金属、金属化合物などで形成される電界放出−抑制ゲート電極230とを備える。
例えば、絶縁体210と電界放出−抑制ゲート電極230の厚さは、各々0.5μm乃至20μm、0.1μm乃至1.0μmであり、電界放出−抑制ゲート開口部220の厚さは、5μm乃至100μmである。
電界放出−誘導ゲート部300は、金属メッシュ320と、この金属メッシュ320の内部に形成される貫通孔310と、カソード部100と対向する面の少なくとも一部の面に形成される誘電体膜330とを備える。好ましくは、貫通孔310は、傾斜した内壁を有し、カソード部100側からアノード部400側に向けて孔のサイズが小さくなる構造となっている。この構造は、電界エミッタ130から放出された電子をアノード電極420に集中させる役目を果たし、高解像度の電界放出表示装置を製作可能にする。一方、貫通孔310の大きさ、形状などは、特に限定されず、様々に変えることができることは、当業者にとって自明である。
また、貫通孔310の内壁に形成された誘電体膜330は、電界エミッタ130から放出された電子が金属メッシュ320に直接衝突することを防止する役目を果たす。したがって、誘電体膜330は、金属メッシュ320の全面に形成されてもよく、一部のみに形成されてもよい。好ましくは、誘電体膜330が貫通孔310の傾斜した内壁を覆うように形成することができる。一方、誘電体膜330が金属メッシュ320の一部分上のみに形成される場合は、熱膨張係数の差異による損傷を、より効果的に防ぐことができる。
誘電体膜330には、一般的な化学気相蒸着(CVD)法により蒸着されるシリコン酸化膜、一般的な半導体製造工程に使用されるシリコン窒化膜などの薄膜、SOG(Spin-On-Glass)層をスピンコーティング(spin-coating)することによって形成されるシリコン酸化膜、一般的なプラズマディスプレイパネル(PDP)に使われるスクリーンプリント法、すなわちペースト/焼成法により形成される厚膜絶縁体など多様な種類が適用可能であるが、好ましくは、ペースト/焼成方法を使用して製造される誘電体膜である。
金属メッシュ320は、カソード部100及び電界放出−抑制ゲート200とは別に、アルミニウム、鉄、銅、ニッケルなどのような単一の金属板またはこれらの組み合わせで製作することが可能であり、ステンレス鋼、インバール(invar)、コバール(kovar)のような低い熱膨張係数を有する合金板を用いて製造することもできる。電界放出−誘導ゲート部300の機能を考慮して、金属メッシュ320の厚さは、10μm乃至500μmで製作可能である。
また、金属メッシュ320において、電界エミッタ130から電子が放出され得るように、電界は電界エミッタ130の方向(図3の実線方向)に印加され、電界放出−抑制ゲート電極230には、金属メッシュ320により電界エミッタ130に誘導される電界と反対方向(図3の点線方向)に電界が印加され、電界エミッタ130から電子が放出されないようにする。
電界エミッタ130は、薄膜または厚膜で形成することができ、カソード電極120上に、触媒金属を用いてダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどのいずれか1つを直接成長させたり、又は、予め成長させた粉末状ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどのいずれか1つを含むペースト(paste)をプリンティングしたりすることによって形成することができる。
好ましくは、電界放出−抑制ゲート部200の電界放出−抑制ゲート開口部220の大きさは、絶縁体210の厚さに対して1乃至20倍となるようにすることによって、電界放出−抑制ゲート電極230により電界エミッタ130から電子放出が生じることを容易に抑制することができる。仮に20倍以上である場合は、電界放出−抑制ゲート部200が電界放出−誘導ゲート部300により電界エミッタ130に誘導される電界を遮蔽することが難しくなり、これにより、電界放出−誘導ゲート部300により電界エミッタ130から電子放出することを抑制することが難しくなる。好ましい絶縁体210の厚さは、0.5μm乃至20μm程度である。
電界放出−誘導ゲート部300は、誘電体膜330と共に、電界エミッタ130がアノード電圧により電子を放出することを抑制する役目を果たし、電界エミッタ130から放出された電子が、例えばアノード部410の特定の位置に到達できるようにする、電子ビームを集中させる効果を奏することができる。
また、電界放出−誘導ゲート部300の貫通孔310の大きさは、金属メッシュ320と誘電体膜330の厚さの合計値に対して1乃至3倍となるようにすることによって、アノード電極420による電界が電界エミッタ130に誘導されて電子放出が生じることを防止することができる。仮に、貫通孔310の大きさが3倍以上である場合は、電界放出−誘導ゲート部300が、アノード電極420に印加されるアノード電圧により電界エミッタ130に誘導される電界を遮蔽することが難しくなり、アノード電圧により電界エミッタ130から電子放出されることを抑制することが難しくなる。
また、誘電体膜330は、電界エミッタ130から放出された電子が電界放出−誘導ゲート部330に流れることを低減することができる。
また、電界エミッタ130から放出された電子を加速させるために、アノード部400をさらに備えることができる。アノード部400は、ガラス、プラスチック、各種セラミック、各種透明性絶縁性基板などの透明基板410上に、例えば、透明導電層のアノード電極420が設けられる。したがって、例えば、アノード基板410は、0.5mm乃至5.0mm、アノード電極420は、0.1μm程度で製作可能である。
また、電界エミッタ130から放出された電子を加速させるために、アノード部400をさらに備えることができる。アノード部400は、ガラス、プラスチック、各種セラミック、各種透明性絶縁性基板などの透明基板410上に、例えば、透明導電層のアノード電極420が設けられる。したがって、例えば、アノード基板410は、0.5mm乃至5.0mm、アノード電極420は、0.1μm程度で製作可能である。
また、カソード部100、電界放出−抑制ゲート部200、電界放出−誘導ゲート部300、及びアノード部400は、カソード部100の電界エミッタ130が電界放出−抑制ゲート開口部220と電界放出−誘導ゲートの貫通孔310を介してアノード部400のアノード電極420と対向しつつ、真空パッケージングされるように構成することができる。
また、カソード部100、電界放出−抑制ゲート部200、電界放出−誘導ゲート部300、及びアノード部400は、スペーサ(図示せず)などを用いて互いに対向するように接着することもできる。
また、電界放出−誘導ゲート電極330には、電界エミッタ130から電子が放出されるように、電界を電界エミッタ130方向に印加し(図3で実線矢印方向)、電界放出−抑制ゲート電極230には、電界放出−誘導ゲート電極により電界エミッタ130に誘導される電界と反対方向に電界を印加し(図3で点線矢印方向)、電界エミッタ130から電子が放出しないようにする。電界放出−誘導ゲート電極330の電位は、電界エミッタ130の電位よりも高く構成し、電界放出−抑制ゲート電極230の電位は、電界エミッタ130の電位よりも低く構成することができる。
例えば、図3に示すように、電界エミッタ130は、接地状態に連結され、電界放出−誘導ゲート電極330には、正の電圧、電界放出−抑制ゲート電極230には、負の電圧を印加することができる。
また、電界放出−誘導ゲート部300は、メッシュ形態でカソード部100及び電界放出−抑制ゲート部200と独立して製作できるので、製作工程が非常に容易であり、製造生産性及び収率を向上させることができる。
図4は、本発明の他の実施例に係る電界放出素子の断面図である。説明の便宜上、前述した実施例との差異点を中心に説明する。
図3の電界放出素子との差異点を説明すれば、図4の電界放出素子は、電界放出−誘導ゲート部300の金属メッシュ320の形状が異なる。本実施例によれば、金属メッシュ320の内壁が単一の傾斜角でなく、2つ以上の傾斜角を有する構造となっている。好ましくは、金属メッシュ320の内壁は、突出した部位を有するように形成することができる。このような構造によれば、電界エミッタ130から放出された電子を対向するアノード部400のアノード電極420に、より効果的に集中させることができるという効果がある。
図5は、本発明のさらに他の実施例による電界放出素子の断面図である。説明の便宜上、前述した実施例との差異点を中心に説明する。
図3の電界放出素子との差異点を説明すれば、図5の電界放出素子は、ゲート部200の誘電体膜330が、金属メッシュ320の一部のみに形成された構造を有する。誘電体膜330が形成されていない領域(図5の符号340)は、空き空間として残すことができる。このような構造は、金属メッシュ320と誘電体膜330との間の熱膨張係数の差異による誘電体膜330の損傷を防止することができる。すなわち、誘電体膜330が金属メッシュ320の一部のみに形成される場合、熱膨張係数の差異による損傷を防止するにより効果的である。
図6は、本発明のさらに他の実施例に係る電界放出素子の概略断面図である。但し、説明の便宜上、前述した実施例との差異点を中心に説明する。
図3の電界放出素子との差異点を説明すれば、電界放出−抑制ゲート部200の開口部220が、単一ピクセル当たり、複数個形成されている。この場合、カソード部100の電界エミッタ130のドット数も開口部220と同じ数で構成することができ、また、電界エミッタ130は1個で構成することも可能である。図3では、カソード部100の電界エミッタ130のドット数も、開口部220と同じ数で構成した場合を示している。但し、電界放出−誘導ゲート部300の貫通孔310は、単位ピクセル当たり1個で構成している。しかし、他の変形例では、貫通孔310のピクセル当たりの個数も、複数個で構成することができる。
前述のような構造は、アノード電極420に高電圧を印加するのに効率的であるという長所を有する構造であって、複数のドットを形成することによって、アノード電極の高電圧が電界エミッタ130に悪影響を及ぼすことを低減できるという効果がある。
(電界放出表示装置)
次に、図7及び図8を参照して本発明の好ましい実施例に係る電界放出素子を用いた電界放出表示装置の製作例について説明する。
次に、図7及び図8を参照して本発明の好ましい実施例に係る電界放出素子を用いた電界放出表示装置の製作例について説明する。
図7は、本発明の好ましい実施例に係る電界放出表示装置の一部を示す断面図であり、図8は、図7の電界放出表示装置の、マトリクス形態で配列されたピクセルアレイ構造を説明するための平面図である。
図7を参照すれば、電界放出表示装置は、カソード部100、電界放出−抑制ゲート部200、電界放出−誘導ゲート部300、及びアノード部400を備えて構成される。
カソード部100は、基板110上に互いに絶縁されて、マトリクスアドレッシングを可能にする縞状のカソード電極120及び電界放出−抑制ゲート電極230と、電極により定義されるピクセルとを備え、各ピクセルには、カソード電極120に接続された電界エミッタ130を有する。電界放出−抑制ゲート部200は、電界エミッタ130を取り囲む形態で、電界エミッタ130の周囲の領域上に形成された絶縁層210、電界放出−抑制ゲート電極230、及び開口部220を備える。電界放出−誘導ゲート部300は、金属メッシュ320、その内部に形成された貫通孔310、及びカソード部100と対向する面の少なくとも一部の面に形成される誘電体膜330を備える。
カソード部100、電界放出−抑制ゲート部200、及び電界放出−誘導ゲート部300についての詳細な説明は、前述した電界放出素子の説明と同様なので、簡単にするために省略する。
アノード部400は、ガラスのような透明絶縁性基板からなるアノード基板410上に、アノード電極420と、アノード電極420の一部上に赤(R)、緑(G)、青(B)の蛍光体430と、隣接する蛍光体430間に形成される光遮蔽膜(black matrix)440とを有する。カソード部100、電界放出−抑制ゲート部200、電界放出−誘導ゲート部300、及びアノード部400は、スペーサ500を支持台にして、カソード部100の電界エミッタ130が電界放出−抑制ゲート部200の開口部220と電界放出−誘導ゲート部300の貫通孔310を介してアノード部の蛍光体430と互いに対向するように配置され、真空パッケージングされている。ここで、スペーサ500は、カソード部100/電界放出−抑制ゲート部200/電界放出−誘導ゲート部300と、アノード部400との間の間隔を維持する役目を果たし、必ず全てのピクセルに設けられる必要があるわけではない。
以下、本電界放出素子の駆動方式の一例について詳細に説明する。
まず、電界放出−誘導ゲート部300の金属メッシュ320に一定の直流電圧(例えば、100V乃至1500V)を印加し、カソード部100の電界エミッタ130から電子放出を誘導する一方、アノード部400のアノード電極420に直流高電圧(例えば、1000V乃至15000V)を印加して、放出された電子を高エネルギーで加速させ、電界放出−抑制ゲート電極230には、0乃至−50V程度の負の電圧(negative voltage)を有するディスプレイスキャンパルス信号を印加し、カソード電極120には、0乃至50Vの正の電圧または0乃至−50Vの負の電圧を有するデータパルス信号を印加して、画像を表現する。
この際、ディスプレイの階調表現(gray representation)は、カソード電極120に印加されるデータ信号のパルス振幅(pulse amplitude)またはパルス幅(pulse width)を調節することによって得ることができる。
図8を参照すると、図7の各ドットピクセルは、マトリクス形態で配置されており、カソード電極120と電界放出−抑制ゲート電極230は、電界放出ディスプレイのマトリクスアドレッシング電極として配置されている。図8では、アノード部400を示さず、電界エミッタ130の大きさが電界放出−誘導ゲート貫通孔310より小さい場合を示しているが、実装時には、電界エミッタ130の大きさが電界放出−誘導ゲート貫通孔310よりも大きいように構成してもよいことはもちろんである。
上述した本発明によると、本発明に係る電界放出素子を電界放出表示装置に応用する場合、電界放出に必要な電界を電界放出−誘導ゲート部の金属メッシュを介して印加するので、アノード部とカソード部との間隔は調節自在であり、これにより、アノードに高電圧を印加できるようになり、電界放出表示装置の輝度を大きく高めることができる。
本発明に係る電界放出素子は、従来のカーボン電界放出素子の問題点であるゲートリーク電流、アノード電圧による電子放出、電子ビームダイバージェンスを大きく改善することができる。
また、電界放出誘導−ゲート電極に印加される電圧は、アノード電圧によって生じる電界エミッタの電子放出を抑制し、また、アノード部とゲート部との間に全体的に均一な電位を形成することによって、局部的なアーキングを防止し、電界放出表示装置の寿命を大きく向上させることができる。
また、電界放出−誘導ゲート部の傾斜した内壁を有する貫通孔は、電界エミッタから放出された電子を、電界エミッタに対向するアノードの蛍光体に集中させる役目を果たし、これにより、高解像度の電界放出表示装置を製作することができる。
添付の図面を参照して本発明の例示的な実施例を説明してきたが、本発明は上述した実施例及び添付の図面に限定されるものではなく、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者にとっては、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、様々な置換、変形及び変更が可能であることが明らかであろう。
Claims (24)
- 基板と、該基板上に形成されたカソード電極と、該カソード電極に接続された電界エミッタとを備えるカソード部と、
前記電界エミッタを取り囲む形態で、前記電界エミッタの周囲のカソード部の上に形成された電界放出−抑制ゲート部と、
少なくとも1つの貫通孔を有する金属メッシュと、該金属メッシュの少なくとも一領域上に形成された誘電体膜とを備える電界放出−誘導ゲート部とを含み、
前記電界放出−抑制ゲート部は、前記電界エミッタからの電子放出を抑制し、前記電界放出−誘導ゲート部は、前記電界エミッタからの電子放出を誘導することを特徴とする電界放出素子。 - 前記電界放出−誘導ゲート部の誘電体膜は、前記金属メッシュの全面または一部の面上に形成されることを特徴とする請求項1に記載の電界放出素子。
- 前記電界放出−誘導ゲート部の貫通孔の大きさは、前記金属メッシュの厚さと前記誘電体膜の厚さとの合計と比較して、1乃至3倍以下で構成されることを特徴とする請求項1に記載の電界放出素子。
- 前記金属メッシュの前記貫通孔は、少なくとも1つの傾斜した内壁を備えることを特徴とする 請求項1に記載の電界放出素子。
- 前記誘電体膜は、前記貫通孔の傾斜した内壁を覆うことを特徴とする請求項4に記載の電界放出素子。
- 前記電界放出−抑制ゲート部は、前記電界放出−誘導ゲート部から電気的に絶縁されており、その内部に電界放出−抑制ゲート開口部を有する絶縁体と、該絶縁体上に形成される電界放出−抑制ゲート電極とを有することを特徴とする請求項1に記載の電界放出素子。
- 前記電界放出−抑制ゲート開口部の大きさは、前記絶縁体の厚さと比較して1乃至20倍で構成されることを特徴とする請求項6に記載の電界放出素子。
- 前記金属メッシュの内壁は、少なくとも2つの傾斜角を有する突出部を含むことを特徴とする請求項4に記載の電界放出素子。
- 前記電界放出−誘導ゲート部の前記金属メッシュは、アルミニウム、鉄、銅またはニッケルのうちの1つで形成される金属板、あるいはステンレス鋼、インバールまたはコバールのうちの少なくとも1つを含む合金板であることを特徴とする請求項1に記載の電界放出素子。
- 前記電界放出−抑制ゲート部は、単一のピクセル当たり複数個に分割されることを特徴とする請求項1に記載の電界放出素子。
- 前記金属メッシュの貫通孔は、カソード部側の孔の大きさがアノード部側の孔の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の電界放出素子。
- 前記電界エミッタは、ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーのうちの1つで形成される薄膜または厚膜で構成されることを特徴とする請求項1に記載の電界放出素子。
- 前記電界エミッタは、触媒金属を用いてダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーうちのいずれか1つを前記カソード電極上に直接成長させて形成することを特徴とする請求項12に記載の電界放出素子。
- 前記電界エミッタは、粉末状ダイヤモンド、ダイヤモンド状カーボン、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーのうちのいずれか1つを含むペーストを、プリンティングすることによって形成することを特徴とする請求項12に記載の電界放出素子。
- 基板の上部に互い絶縁されて、マトリクスアドレッシングを可能にする縞状のカソード電極及び電界放出−抑制ゲート電極と、前記電極により定義される各ピクセルとを備え、前記各ピクセルはカソード電極に接続された電界エミッタを有する、カソード部と、
前記電界エミッタを取り囲む形態で、前記電界エミッタの周囲の上部に形成されるカソード部の電界放出−抑制ゲート内にゲート開口部を備える絶縁体を有する電界放出−抑制ゲート部と、
前記電界エミッタから放出された電子が貫通できるように、少なくとも1つの貫通孔を有する金属メッシュと、該金属メッシュの少なくとも一領域上に形成される誘電体膜とを備える電界放出−誘導ゲート部と、
アノード電極と、該アノード電極に接続される蛍光体を備えるアノード部とを含み、
前記電界放出−抑制ゲート部は、前記電界エミッタからの電子放出を抑制し、前記電界放出−誘導ゲート部は、前記電界エミッタから電子放出を誘導して、前記電界エミッタから放出された電子が前記貫通孔を介して前記蛍光体に衝突できるようにすることを特徴とする電界放出表示装置。 - 前記カソード部、前記電界放出−抑制ゲート部、電界放出−誘導ゲート部、及びアノード部は、前記カソード部の前記電界エミッタが、前記電界放出−抑制ゲート開口部と前記貫通孔を介してアノード部のアノード電極と互いに対向するように、真空パッケージングされることを特徴とする請求項15に記載の電界放出表示装置。
- 前記電界放出−誘導ゲート部に一定の直流電圧を印加して、前記カソード部の電界エミッタからの電子放出を誘導し、前記電界放出−抑制ゲート部には負の電圧のスキャン信号を、前記カソード部には正または負の電圧のデータ信号を各々入力し、画像を表示することを特徴とする請求項16に記載の電界放出表示装置。
- 前記データ信号のパルス振幅またはパルス幅を変化させて、階調を表現することを特徴とする請求項17に記載の電界放出表示装置。
- 前記アノード部は、透明基板と、該透明基板上に形成された透明電極と、該透明電極の所定の領域上に形成される赤、緑、または青の蛍光体と、該蛍光体間に形成される光遮蔽膜とから構成されることを特徴とする請求項15に記載の電界放出表示装置。
- 前記電界放出−誘導ゲート部は、別の基板上に形成されることを特徴とする請求項15に記載の電界放出表示装置。
- 前記カソード部、前記電界放出−抑制ゲート部、及び前記電界放出−誘導ゲート部は、スペーサを支持台にして前記アノード部と対向することを特徴とする請求項15に記載の電界放出表示装置。
- 前記誘電体膜は、前記金属メッシュの全面または一部の面上に形成されることを特徴とする請求項15に記載の電界放出表示装置。
- 前記電界放出−抑制ゲート開口部の大きさは、前記絶縁体の厚さと比較して、1乃至20倍以下で構成されることを特徴とする請求項15に記載の電界放出表示装置。
- 前記金属メッシュの前記貫通孔は、少なくとも1つの傾斜した内壁を備えることを特徴とする 請求項15に記載の電界放出表示装置。
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