JPH04280047A - Flat type image display device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は電界放出型の平面型画像
表示装置に関し、特に複数の微小な尖頭形状のカソード
がエミッション源として使用される平面型画像表示装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type flat image display device, and more particularly to a flat image display device in which a plurality of minute, pointed cathodes are used as an emission source.
【０００２】0002
【従来の技術】現在主流のテレビジョン受像機のＣＲＴ
に代わる画像表示装置として、平面型の画像表示装置が
検討されており、このような平面型の画像表示装置とし
ては、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセン
ス素子（ＥＬＤ），プラズマ表示装置（ＰＤＰ）等が挙
げられ、また、画面の明るさの点で、電界放出型の画像
表示装置も注目されている。ここで、その電界放出型の
画像表示装置について簡単に説明すると、半導体製造プ
ロセスを利用して基板上に形成された直径１．０ミクロ
ン以下のモリブデン等よりなる円錐状のカソードをエミ
ッション源とし、そのカソードの先端側に、板状とされ
各カソードに対応して孔が配されたゲート電極が形成さ
れる。ゲート電極はカソードの先端と離間され、両者の
間には選択的に高電圧が印加されて電界放出が発生し、
上記カソードから電子ビームが引き出される。そして、
この電子ビームをアノードの裏面に配された発光体（蛍
光体）に照射することで、所要の画面が表示される。こ
のような電界放出型の画像表示装置については、例えば
、米国特許第３６６５２４１号公報や特開平１−２９４
３３６号公報等にその記載がある。[Prior Art] CRTs in currently mainstream television receivers
Planar image display devices are being considered as alternative image display devices, and examples of such planar image display devices include liquid crystal displays (LCDs), electroluminescent devices (ELDs), and plasma display devices ( In addition, field emission type image display devices are also attracting attention in terms of screen brightness. Here, to briefly explain the field emission type image display device, a conical cathode made of molybdenum or the like with a diameter of 1.0 microns or less formed on a substrate using a semiconductor manufacturing process is used as an emission source. A plate-shaped gate electrode is formed on the tip side of the cathode, and has a hole corresponding to each cathode. The gate electrode is separated from the tip of the cathode, and a high voltage is selectively applied between the two to generate field emission.
An electron beam is extracted from the cathode. and,
A desired screen is displayed by irradiating this electron beam onto a light emitting body (phosphor) arranged on the back surface of the anode. Regarding such a field emission type image display device, for example, U.S. Pat.
There is a description of this in Publication No. 336, etc.
【０００３】図４は従来の電界放出型の画像表示装置の
一例の要部を示す断面図である。基板１０１上にカソー
ド１０２が形成され、そのカソード１０２からサブミク
ロンオーダーで離間したゲート電極１０３が配されてい
る。ゲート電極１０３は平板状の導電体にカソード１０
２に対応して孔を形成した構造とされる。上記基板１０
１に対向しては、面状のアノード１０４が配される。こ
のアノード１０４とカソード１０２の間は真空とされる
。そして、アノード１０４の裏面側には発光体層１０５
が形成され、この発光体層１０５上には前面パネルガラ
ス１０６が設けられる。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of an example of a conventional field emission type image display device. A cathode 102 is formed on a substrate 101, and a gate electrode 103 is arranged at a distance of submicron order from the cathode 102. The gate electrode 103 has a cathode 10 on a flat conductor.
It has a structure in which holes are formed corresponding to No. 2. Said substrate 10
A planar anode 104 is arranged opposite to the anode 1 . A vacuum is created between the anode 104 and cathode 102. A light emitter layer 105 is provided on the back side of the anode 104.
is formed, and a front panel glass 106 is provided on this light emitting layer 105.
【０００４】0004
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
電界放出型の画像表示装置では、尖頭形状のカソード１
０２から放出される電子ビームが散乱し、輝度が十分に
ならず、像が不鮮明になると言う問題が生ずる。この電
子ビームの散乱の原因としては、電子同士の反発やゲー
ト電極から発生する電場の影響による電界レンズ等が挙
げられる。[Problems to be Solved by the Invention] However, in such a field emission type image display device, the point-shaped cathode 1
A problem arises in that the electron beam emitted from 02 is scattered, the brightness is not sufficient, and the image becomes unclear. Causes of this scattering of the electron beam include repulsion between electrons and an electric field lens due to the influence of an electric field generated from the gate electrode.
【０００５】そこで、本発明は上記技術的な課題に鑑み
、カソードから放出される電子ビームの散乱を防止して
、発光体の発光強度を向上させるような平面型画像表示
装置の提供を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned technical problems, it is an object of the present invention to provide a flat image display device that prevents scattering of electron beams emitted from a cathode and improves the emission intensity of a light emitter. do.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の平面型画像表示装置は、基体と、その基体
上に設けられる複数の尖頭形状のカソードと、そのカソ
ードと真空空間を介して対向する面状のアノードと、そ
のアノードの上記基体の反対側に設けられた発光体とを
有している。この装置において、電子ビームを引き出す
ためのゲート電極は、例えば複数個のカソード単位ごと
に分離され、順次走査される。そして、本発明では、上
記アノードは上記カソードに対応した位置に複数の突起
部を有する。その対応した位置の一例としては、各カソ
ードを通過する基体主面に垂直な線と、面状のアノード
の交点に設けることができる。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the flat image display device of the present invention includes a base body, a plurality of pointed cathodes provided on the base body, and a vacuum space between the cathode and the cathode. It has a planar anode that faces each other with a space in between, and a light emitting body provided on the opposite side of the anode to the base body. In this device, the gate electrode for extracting the electron beam is separated into a plurality of cathode units, for example, and sequentially scanned. In the present invention, the anode has a plurality of protrusions at positions corresponding to the cathode. As an example of the corresponding position, it can be provided at the intersection of a line passing through each cathode perpendicular to the main surface of the substrate and a planar anode.
【０００７】[0007]
【作用】面状のアノードのカソードに対応した位置に突
起部を形成することで、突起部の周囲よりも突起部の先
端部側の方がカソードとの間の電位勾配が急になり、そ
の結果、アノードの各突起部に電界が集中する。このた
め尖頭部からの電子ビームは突起部に向けて集中するこ
とになり、発光体の発光強度が向上する。[Operation] By forming a protrusion at a position corresponding to the cathode of a planar anode, the potential gradient between the tip of the protrusion and the cathode becomes steeper than that around the protrusion. As a result, the electric field concentrates on each protrusion of the anode. Therefore, the electron beam from the tip is concentrated toward the protrusion, and the light emission intensity of the light emitter is improved.
【０００８】[0008]
【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。図３は本実施例の平面型画像表示装置の一部
の模式図である。１つの画素に対応して区分されたカソ
ード電圧供給部３１とゲート電極３２が形成され、これ
らはＸＹマトリクスを構成して走査される。カソード電
圧供給部３１には、複数のカソード３１ａが形成されて
おり、これらカソード３１ａから電子ビームがそれぞれ
放出される。ゲート電極３２はカソード３１ａの位置に
対応した孔３２ａを有し、ゲート電極３２とカソード３
１ａは近接配置され、そのゲート電極３２の孔３２ａを
前記電子ビームが通過する。ゲート電極３２のカソード
電圧供給部３１の反対側には、面状のアノード電極３３
が配される。特に、本実施例の場合、このアノード電極
３３には、カソード３１ａに対応した突起部３３ａが形
成され、この突起部３３ａによって電界が集中して電子
ビームの散乱が防止される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic diagram of a part of the flat image display device of this embodiment. A cathode voltage supply section 31 and a gate electrode 32 are formed to correspond to one pixel, and these sections constitute an XY matrix and are scanned. A plurality of cathodes 31a are formed in the cathode voltage supply section 31, and electron beams are emitted from these cathodes 31a, respectively. The gate electrode 32 has a hole 32a corresponding to the position of the cathode 31a, and the gate electrode 32 and the cathode 3
1a are arranged close to each other, and the electron beam passes through the hole 32a of the gate electrode 32. A planar anode electrode 33 is provided on the opposite side of the gate electrode 32 from the cathode voltage supply section 31.
will be arranged. In particular, in the case of this embodiment, a protrusion 33a corresponding to the cathode 31a is formed on the anode electrode 33, and the protrusion 33a concentrates the electric field to prevent scattering of the electron beam.
【０００９】本実施例の各電極の電圧の関係について説
明すると、カソード３１ａとゲート電極３２の間には、
数十Ｖ程度の電圧が印加され、カソード３１ａとアノー
ド電極３３の間には数百Ｖ程度の電圧が印加される。従
って、カソード３１ａとゲート電極３２の間の電圧によ
って電子ビームが引き出され、その引き出された電子ビ
ームがアノード電極３３の電位によってアノード電極３
３まで導かれる。前述のように、アノード電極３３には
突起部３３ａが形成されているため、電子ビームは突起
部３３ａに集中し、その裏面の発光体を効率良く発光さ
せることになる。To explain the relationship between the voltages of each electrode in this embodiment, there is a voltage between the cathode 31a and the gate electrode 32.
A voltage of about several tens of volts is applied, and a voltage of about several hundred volts is applied between the cathode 31a and the anode electrode 33. Therefore, an electron beam is extracted by the voltage between the cathode 31a and the gate electrode 32, and the extracted electron beam is applied to the anode electrode 3 by the potential of the anode electrode 33.
It leads to 3. As described above, since the anode electrode 33 has the protrusion 33a, the electron beam is concentrated on the protrusion 33a, causing the light emitting body on the back surface to emit light efficiently.
【００１０】次に、図２を参照して、本実施例の具体的
な構造について説明する。本実施例の平面型画像表示装
置は、そのカソード側の構造として、基体１１上に、導
電体層からなるカソード電圧供給層１２が形成される。
そのカソード電圧供給層１２上には、絶縁材料のシリコ
ン酸化膜１３が形成されている。このシリコン酸化膜１
３の膜厚Ｔ１ は、例えば１μｍ程度である。シリコン
酸化膜１３には、それぞれ底部にカソード電圧供給層１
２が臨む凹部１５が複数個形成され、これら凹部１５内
にそれぞれ微小な円錐の尖頭形状からなるカソード１４
が形成される。各カソード１４は、例えばタングステン
やモリブデン等の金属から構成される。このカソード１
４の尖頭形状は、例えば斜め蒸着法やリフトオフ法等を
利用しながら形成される。これらカソード１４は好まし
くはカソード電圧供給層１２上に２次元行列状に配列さ
れ、その尖頭形状のカソード１４の基板主面に垂直な断
面は２等辺三角形とされる。カソード１４の頂点と底面
の間の高さＴ４ は、およそ０．５μｍ程度とされる。Next, the specific structure of this embodiment will be explained with reference to FIG. In the flat image display device of this embodiment, as a structure on the cathode side, a cathode voltage supply layer 12 made of a conductive layer is formed on a base 11. On the cathode voltage supply layer 12, a silicon oxide film 13 of an insulating material is formed. This silicon oxide film 1
The film thickness T1 of No. 3 is, for example, about 1 μm. Each silicon oxide film 13 has a cathode voltage supply layer 1 at its bottom.
A plurality of recesses 15 facing the cathode 14 are formed in each recess 15, and each cathode 14 is formed in the shape of a minute conical tip.
is formed. Each cathode 14 is made of metal such as tungsten or molybdenum. This cathode 1
The pointed shape of No. 4 is formed using, for example, an oblique vapor deposition method, a lift-off method, or the like. These cathodes 14 are preferably arranged in a two-dimensional matrix on the cathode voltage supply layer 12, and the cross section of the pointed cathode 14 perpendicular to the main surface of the substrate is an isosceles triangle. The height T4 between the top and bottom of the cathode 14 is approximately 0.5 μm.
【００１１】シリコン酸化膜１３上には、薄膜のゲート
電極層１６が形成される。このゲート電極層１６には、
上記カソード１４の位置に対応して２次元行列状に複数
の透孔１７が形成される。この透孔１７の径Ｄ１ はお
よそ１μｍ程度である。ゲート電極層１６に形成される
透孔１７の径Ｄ１ はシリコン酸化膜１３の凹部１５の
径よりも小さいため、ゲート電極層１６は凹部１５上に
周囲から突き出した形状とされる。A thin gate electrode layer 16 is formed on the silicon oxide film 13. In this gate electrode layer 16,
A plurality of through holes 17 are formed in a two-dimensional matrix in correspondence with the positions of the cathodes 14. The diameter D1 of this through hole 17 is approximately 1 μm. Since the diameter D1 of the through hole 17 formed in the gate electrode layer 16 is smaller than the diameter of the recess 15 of the silicon oxide film 13, the gate electrode layer 16 is shaped to protrude above the recess 15 from the surroundings.
【００１２】以上のようなカソード側に真空空間を介し
て対向するアノード側の構造は、面状のアノード１８と
、そのアノード１８の上記基体１１の反対側に設けられ
た発光体からなる発光体層１９と、その発光体層１９の
アノード１８の反対側に設けられた前面パネルガラス２
０とを有している。ここで、ゲート電極層１６とアノー
ド１８の間の真空空間の距離Ｔ２ は、およそ１ｍｍ程
度とされ、この真空空間を挟んでカソード側とアノード
側が対向し、カソード１４からの電子ビームがアノード
１８に到達する。また、その真空空間の真空度は例えば
１０−９Ｔｏｒｒ程度とされる。The structure of the anode side which faces the cathode side through a vacuum space as described above is composed of a planar anode 18 and a light emitting body provided on the opposite side of the base 11 of the anode 18. a layer 19 and a front panel glass 2 provided on the opposite side of the anode 18 of the emitter layer 19;
0. Here, the distance T2 of the vacuum space between the gate electrode layer 16 and the anode 18 is approximately 1 mm, and the cathode side and the anode side face each other with this vacuum space in between, and the electron beam from the cathode 14 is directed to the anode 18. reach. Further, the vacuum degree of the vacuum space is, for example, about 10-9 Torr.
【００１３】上記アノード１８は、平面状のアルミニュ
ーム薄膜からなる構造とされ、特に本実施例では、上記
尖頭形状のカソード１４に対応して突起部２１が２次元
行列状に配列される。突起部２１はそれぞれ円錐状の形
状をなし、その頂点は各カソード１４の頂点と対峙する
。このアノード１８は、全体的におよそ１００オングス
トローム程度の略一定の膜厚Ｔ３ を有し、突起部２１
の突出量Ｔ５ は一例として１μｍ程度である。突起部
２１の径はカソード１４の径よりも小さいものに限定さ
れず、カソード１４の径よりも大きくても良い。また、
突起部２１の形状も図示の如き円錐状のものに限定され
ず、角錐や半球状或いは微小な角柱状のもの等でも良い
。さらに、本実施例では、突起部２１をカソード１４に
対して一対一に対応させているが、これに限定されず複
数のカソードに対して１つの突起部を対応させる構造や
、各突起部２１だけ材料を換える様にしても良い。The anode 18 has a structure made of a planar aluminum thin film, and in this embodiment in particular, protrusions 21 are arranged in a two-dimensional matrix in correspondence with the pointed cathode 14. Each of the protrusions 21 has a conical shape, and its apex faces the apex of each cathode 14 . The anode 18 has a substantially constant film thickness T3 of about 100 angstroms as a whole, and the protrusion 21
The protrusion amount T5 is, for example, about 1 μm. The diameter of the protrusion 21 is not limited to being smaller than the diameter of the cathode 14, and may be larger than the diameter of the cathode 14. Also,
The shape of the protrusion 21 is not limited to the conical shape as shown in the drawings, but may also be pyramidal, hemispherical, minute prismatic, or the like. Further, in this embodiment, the protrusions 21 are made to correspond one-to-one to the cathodes 14, but the structure is not limited to this, and a structure in which one protrusion corresponds to a plurality of cathodes, or each protrusion It is also possible to change only the material.
【００１４】このアノード１８上には、発光体層１９が
所要の膜厚で形成される。この発光体層１９にカソード
１４からの電子ビームがアノード１８を透過して照射さ
れることで、発光体層１９が発光する。さらにその発光
体層１９上には、透明なガラス材料からなる前面パネル
ガラス２０が形成される。本実施例の装置により表示さ
れる画面は、発光体層１９の発光によって前面パネルガ
ラス２０側に映し出されることになる。A light emitting layer 19 is formed on the anode 18 to a desired thickness. The light-emitting layer 19 is irradiated with an electron beam from the cathode 14 through the anode 18, so that the light-emitting layer 19 emits light. Furthermore, a front panel glass 20 made of a transparent glass material is formed on the light emitting layer 19. The screen displayed by the device of this embodiment is projected onto the front panel glass 20 by the light emitted from the light emitter layer 19.
【００１５】次に、図１を参照しながら、本実施例の突
起部２１を有したアノード１８では、電子ビームの散乱
が抑制されることを説明する。図１は従来例の図４に対
応した図である。アノード１８はアルミニューム薄膜か
らなる導体であるため、カソード１４の電位よりも数百
Ｖ程度高い電位で等電位とされる。突起部２１をアノー
ド１８の面よりもカソード１４側に突出させることで、
等電位曲線Ｅも突起部２１の形状に応じて変化し、カソ
ード１４と突起部２１の各頂点を結ぶ最短線上では、電
位勾配が急峻となる。その結果、散乱してしまうような
電子ｅ− までアノード１８の突起部１２に向かって集
中し、この電界レンズ効果によって、照射される電子ビ
ーム強度が強くなる。そして、電子ビーム強度が大きく
なることで、発光体層１９の発光強度も増大し、表示画
像の輝度が大きくされて鮮明な画像が表示されることに
なる。Next, referring to FIG. 1, it will be explained that scattering of electron beams is suppressed in the anode 18 having the protrusion 21 of this embodiment. FIG. 1 is a diagram corresponding to FIG. 4 of the conventional example. Since the anode 18 is a conductor made of an aluminum thin film, it has an equal potential at a potential several hundred volts higher than the potential of the cathode 14. By making the protrusion 21 protrude toward the cathode 14 side from the surface of the anode 18,
The equipotential curve E also changes depending on the shape of the protrusion 21, and the potential gradient becomes steep on the shortest line connecting the cathode 14 and each vertex of the protrusion 21. As a result, even the electrons e-, which would otherwise be scattered, are concentrated toward the protrusion 12 of the anode 18, and this electric field lens effect increases the intensity of the emitted electron beam. As the electron beam intensity increases, the emission intensity of the light emitter layer 19 also increases, and the brightness of the displayed image increases, resulting in a clear image being displayed.
【００１６】[0016]
【発明の効果】本発明の平面型画像表示装置は、尖頭状
のカソードに対応してアノードに突起部が形成される。
この突起部によって、該突起部付近の電界が集中し、カ
ソードから発生する電子ビームの散乱が抑制されること
になる。その結果、発光体の発光強度が増大し、鮮明な
画像が表示されることになる。In the flat image display device of the present invention, a protrusion is formed on the anode corresponding to the pointed cathode. This protrusion concentrates the electric field near the protrusion, thereby suppressing scattering of the electron beam generated from the cathode. As a result, the luminous intensity of the light emitter increases and a clear image is displayed.
【図１】本発明の平面型画像表示装置の一例における一
組のカソードと突起部付近の構造および電場の状態を示
す模式図FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure and electric field state near a pair of cathodes and protrusions in an example of a flat image display device of the present invention.
【図２】本発明の平面型画像表示装置の一例の一部の基
体から前面パネルガラスにかけての拡大断面斜視図FIG. 2 is an enlarged cross-sectional perspective view of a part of an example of the flat image display device of the present invention from the base to the front panel glass.
【図
３】本発明の平面型画像表示装置の一例の各電極の関係
を示す模式図FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between electrodes in an example of the flat image display device of the present invention.
【図４】従来の平面型画像表示装置の一例における一組
のカソードと突起部付近の構造および電場の状態を示す
模式図FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure and electric field state near a set of cathodes and protrusions in an example of a conventional flat image display device.
１１…基体 １２…カソード電圧供給層 １３…シリコン酸化膜 １４…カソード １５…凹部 １６…ゲート電極層 １７…透孔 １８…アノード １９…発光体層 ２０…前面パネルガラス ２１…突起部 11...Base 12...Cathode voltage supply layer 13...Silicon oxide film 14...Cathode 15... recess 16...Gate electrode layer 17...Through hole 18...Anode 19... Luminous layer 20...Front panel glass 21...Protrusion
Claims (1)
の尖頭形状のカソードと、そのカソードと真空空間を介
して対向する面状のアノードと、そのアノードの上記基
体の反対側に設けられた発光体とを有し、上記アノード
は上記カソードに対応した位置に複数の突起部を有する
ことを特徴とする平面型画像表示装置。Claim 1: A base body, a plurality of pointed cathodes provided on the base body, a planar anode facing the cathodes via a vacuum space, and a planar anode provided on the opposite side of the base body. and a light emitting body, wherein the anode has a plurality of protrusions at positions corresponding to the cathode.
Priority Applications (8)
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1991
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