WO2004049372A1 - 電子源装置および表示装置 - Google Patents

電子源装置および表示装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2004049372A1
WO2004049372A1 PCT/JP2003/014980 JP0314980W WO2004049372A1 WO 2004049372 A1 WO2004049372 A1 WO 2004049372A1 JP 0314980 W JP0314980 W JP 0314980W WO 2004049372 A1 WO2004049372 A1 WO 2004049372A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
electron source
source device
porous
conductor
Prior art date
Application number
PCT/JP2003/014980
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takeo Ito
Hidemi Matsuda
Masaaki Inamura
Hajime Tanaka
Kazuo Sakai
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Toshiba
Fuji Pigment Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kabushiki Kaisha Toshiba, Fuji Pigment Co., Ltd. filed Critical Kabushiki Kaisha Toshiba
Priority to US10/536,269 priority Critical patent/US20060138664A1/en
Priority to EP03774189A priority patent/EP1566823A4/en
Publication of WO2004049372A1 publication Critical patent/WO2004049372A1/ja

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00—Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H01J31/123—Flat display tubes
    • H01J31/125—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection
    • H01J31/127—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection using large area or array sources, i.e. essentially a source for each pixel group
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/312—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode having an electric field perpendicular to the surface, e.g. tunnel-effect cathodes of Metal-Insulator-Metal [MIM] type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/312—Cold cathodes having an electric field perpendicular to the surface thereof
    • H01J2201/3125—Metal-insulator-Metal [MIM] emission type cathodes

Definitions

  • the present invention relates to an electron source device and a display device including the electron source device.
  • FED field-emission display
  • This FED has a face plate and a rear plate which are opposed to each other while maintaining a predetermined gap.
  • Three color phosphor layers are formed on the inner surface of the face plate, and these are formed on the inner surface of the rear plate.
  • An electron emission source that emits electrons for exciting the phosphor is provided.
  • This electron emission source has a structure in which an electric field is concentrated on a sharp portion of an electron emission portion formed of molybdenum (Mo), and electrons are emitted from the electron emission portion by a voltage applied to the phosphor layer. are doing. With this method, a thin flat display device is realized.
  • Mo molybdenum
  • the present invention has been made to solve these problems, and has an electron source device that has high electron emission capability, is inexpensive, and can be used for a long period of time even at a low vacuum, and has such an electron source device. It is another object of the present invention to provide an inexpensive and highly reliable display device having high luminous efficiency. Disclosure of the invention
  • a first aspect of the present invention is an electron source device, comprising: a porous layer made of an insulator, having a large number of micropores disposed in a direction perpendicular to a main surface; and both sides of the porous layer.
  • a first conductor layer and a second conductor layer respectively disposed on the substrate, and when a DC voltage is applied between the first conductor layer and the second conductor layer as an anode.
  • the current density I / S is within the following range.
  • a second embodiment of the present invention is an electron source device, which is made of an insulator and is perpendicular to the main surface.
  • An electrical conductor layer wherein at least one end of the micropores of the porous layer and the first conductor layer or the second conductor layer are separated by a barrier layer made of a dielectric;
  • a current density I / S when a DC voltage is applied between the second conductor layer as an anode and the first conductor layer is in the following range.
  • a third embodiment of the present invention is a display device, in which a first substrate and a second substrate which are arranged to face each other. A substrate, a phosphor layer provided on an inner surface of the first substrate, and an electron source provided on an inner surface of the second substrate and emitting electrons for exciting the phosphor layer.
  • the source is any of the electron source devices described above.
  • the first conductive layer is provided on one main surface of the porous layer made of an insulator, and the second conductive layer is provided on the other main surface.
  • a DC voltage is applied between the first conductor layer and the second conductor layer as an anode, an electric field is generated in the fine pores of the porous layer, and Electrons move in a direction toward the second conductor layer.
  • I / S the density of the current flowing between the first conductor layer and the second conductor layer, I / S, is 1 ⁇ A / cm 2 or more, a part of the pores of the porous layer is reduced. In this case, electrons penetrate through the second conductive layer and are emitted to the outside, for example, toward the phosphor layer.
  • the first conductive layer is provided on one main surface of the porous layer made of an insulator, and the second conductive layer is provided on the other main surface. And at least one of the fine pores of the porous layer described above. Since the end portion and the first or second conductor layer are separated by a barrier layer made of a dielectric, the first conductor layer and the first conductor layer are separated from each other by using the second conductor layer as an anode. When a DC voltage is applied during this time, an electric field is generated in the micropores of the porous layer, and this electric field is concentrated on the barrier layer, and electrons (tunnel electrons) are emitted.
  • the direction of electron movement is from the first conductor layer to the second conductor layer.
  • IZS which is the density of the current flowing between the first conductor layer and the second conductor layer, is 1 // A, cm 2 or more, at least the micropores of the porous layer
  • tunneling electrons penetrate the second conductor layer and are emitted toward an outer phosphor layer.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of an electron source device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the electron source device of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the electron source device of the present invention.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a fourth embodiment of the electron source device of the present invention.
  • FIG. 5 is a sectional view showing a fifth embodiment of the electron source device of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a sixth embodiment of the electron source device of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing the electron emission characteristics of the electron source devices of the first to sixth embodiments.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an FED provided with the electron source device of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the electron sources of samples Nos. 1 to 23 in the example of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of the electron sources of samples No. 24 to 29 in the example of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a method for examining characteristics of a display device provided with an electron source in the example of the present invention.
  • 1 to 6 are cross-sectional views each showing a schematic configuration of the first to sixth embodiments of the present invention.
  • Each of the electron source devices according to the first to sixth embodiments is made of an insulator, and has a porous layer 1 including a large number of micropores (nanoholes) 1a having a diameter on the order of nanometers (nm). .
  • the many nanoholes 1a extend in the direction along the thickness direction, that is, in the direction perpendicular to the main surface, and have openings on one main surface side of the porous layer 1, for example, the upper surface side. have. As shown in FIG. 2, an opening may be provided on the lower surface side. Further, as shown in FIG. 3, the nanohole la may be a through-hole (through-hole) having openings on both upper and lower sides.
  • the diameter (diameter) of the nanohorn 1a is desirably 5 nm or more: LOOOOnm. If the diameter of the nanohole 1a is too large, the concentration of the electric field is weakened, and the starting voltage of electron emission (emis- sion) becomes high, which is not preferable. Conversely, if the diameter of the nanohole 1a is too small, it becomes difficult to form the hole itself.
  • a porous insulator having nanoholes 1a As such a porous insulator having nanoholes 1a, a porous insulator is used.
  • Lumina aluminum oxide
  • the porous alumina layer can be formed by a method other than anodic oxidation.
  • the porous layer 1 it is also possible to use a titanium oxide layer having a large number of nanoholes formed by anodizing a titanium (T i) layer. Further, as the porous layer 1, tantalum (T a), niobium (N b), vanadium (V), zirconium (Z r), molybdenum (Mo), haf-pum (H f), tungsten (W), etc. Oxide layer of each metal formed by anodizing the metal.
  • the thickness of the porous layer 1 is desirably 0.05 ⁇ m to 50 / Xm, and more preferably 0.1 ⁇ ! 220 ⁇ .
  • a first conductor layer 2 is provided on the lower surface of such a porous layer 1.
  • the conductor constituting the first conductor layer 2 include metals such as Al, Ag, Cu, Ni, Au, and Ba, and carbon.
  • the second conductive layer 3 serving as a gate electrode is directly or via a barrier layer described later. Is formed.
  • the conductor constituting the second conductor layer 3 as in the conductor constituting the first conductor layer 2, carbon, A1, Ag, Cu, Ni, Au, B a and the like.
  • the formation of the second conductor layer 3 can be performed by various methods such as vapor deposition, sputtering, and electric field deposition.
  • the Au layer can be formed by a method such as evaporation or sputtering.
  • the A1 layer can be formed by an evaporation method, and the Ag layer can be formed by an electric field deposition method.
  • at least one of the first conductor layer 2 and the second conductor layer 3 is A multilayer structure in which a number of conductor layers are stacked can also be used. .
  • the inside of the nanohole 1a of the porous layer 1 is a void, but as shown in FIG. 4 of the fourth embodiment, a layer 4 made of a conductor or a semiconductor is used. It may be formed.
  • the conductor or semiconductor layer 4 is electrically connected to the first conductor layer 2 or the second conductor layer 3 at the opening of the nanohole 1a, and conducts the conduction in the nanohole 1a to a barrier layer described later. It is sufficient if it can be secured.It may be attached or formed on part or all of the inner wall surface of nanohole 1a, or may be filled so as to fill part or all of nanohole 1a. good.
  • any material having a certain degree of conductivity can be used.
  • conductive materials such as carbon, Al, Ag, Cu, Ni, Au, and Ba can be used.
  • semiconductor materials such as Ni oxide, ATO, and ITO can be used.
  • These conductor or semiconductor layers can be formed by, for example, an electrochemical method, a CVD method, or a vapor deposition method.
  • a barrier layer 5 made of a dielectric is provided on the surface of the porous layer 1 opposite to the opening of the nanohole 1a.
  • a layer made of the same material as the insulator constituting the porous layer 1 is used.
  • alumina aluminum oxide-aluminum
  • the bottom end of the nanohole 1a and the first conductor layer 2 or the second conductor layer 3 It can be configured so as to be separated by the barrier layer 5 made of the same alumina as the insulator having the nanoholes 1a.
  • a structure having a through-hole having openings on both the upper and lower sides as nanoholes 1 a has no barrier layer 5 and is porous. Even in a structure in which the first conductor layer 2 and the second conductor layer 3 are directly formed on both surfaces of the layer 1, emission of electrons can be obtained.
  • a second barrier layer 5a made of a dielectric may be formed on the surface of the porous layer 1 on the opening side of the nanohole 1a.
  • the barrier layer may have a structure in which two or more dielectric layers are stacked.
  • a barrier layer (first barrier layer) 5 made of aluminum formed by anodic oxidation of aluminum is provided on a barrier layer (first barrier layer) 5 made of one or more layers of another dielectric material.
  • the second barrier layer 5a may be formed by laminating the two barrier layers 5a to form the barrier layer 6 having a multilayer structure.
  • the type of the dielectric constituting the first barrier layer 5 or the second barrier layer 5a is not particularly limited, but is preferably a dielectric having a high dielectric constant and good withstand voltage characteristics.
  • aluminum oxide (alumina) formed by the above-described anodic oxidation of aluminum, tantalum oxide, silicon nitride, titanium oxide, silica, and the like can be used.
  • a DC voltage is applied using the first conductor layer 2 as a cathode (negative electrode) and the second conductor layer 3 as an anode (positive electrode). jumping out electrons, the density of the current I by the emitted electrons (IZS) is, IAZC HI 2 or more, preferably has a 1 0 0 m a m 2 or less. Note that S represents the area of a portion where the first conductive layer 2, the second conductive layer 3, and the porous layer 1 all overlap in the thickness direction.
  • the mechanism for emitting electrons is considered as shown below. That is, the porous layer 1 exists between the first conductive layer 2 and the second conductive layer 3, and the porous layer 1 is formed by a gap (nanohole) and a dielectric (insulator). Therefore, when a DC voltage is applied between the first conductor layer 2 and the second conductor layer 3, an electric field concentrates in the nanohole la, and the other one from the other conductor layer Electron flow (movement) toward the (positive electrode side) conductor layer occurs. Some of the electrons flowing at this time are accelerated by the electric field in the nanohole 1a, and penetrate through the conductor layer on the positive electrode side, whereby the electrons are emitted to the outside.
  • the value of the current density (I / S) due to the flow of electrons described above includes, in addition to the applied voltage, the thickness of the porous layer 1, the diameter of the nanohole 1a of the porous layer 1, and the content of the nanohole 1a.
  • the conductor or semiconductor layer 4 is present in the nanohole 1a, the conductivity and the filling factor thereof, and when the dielectric barrier layer 5, 5a is present, its thickness and the dielectric constant of the dielectric It can be controlled by changing the parameters.
  • the above preferred range of the current density (I / S) is obtained as a result of repeating the experiment by the present inventors. That is, when the first conductive layer 2 is used as a reference electrode, the second conductive layer 3 is used as a good electrode, and when a voltage (positive voltage) is applied between these electrodes, the nanoholes in the porous layer 1 are formed.
  • the first Electrons move from the conductor layer 2 to the second conductor layer 3 through some of the nanoholes 1a, and the parentheses penetrate the second conductor layer 3 and move to the outside. For example, it was confirmed that the light was emitted toward the phosphor layer.
  • the electron emission characteristics were examined by changing the voltage (positive voltage) applied between the first conductor layer 2 and the second conductor layer 3. The results are shown in FIG.
  • the electron emission characteristics of the electron source device depend on the density (I / S) of the current flowing between the first conductor layer 2 and the second conductor layer 3. Also, it can be seen that the current density (IZS) must be 1 ⁇ A / cm 2 or more in order for electrons to be emitted from the electron source to the outside. If the current density (IZS) exceeds 100 mA / cm 2 , the electron source may be damaged by insulation breakdown, which is not preferable. Therefore, it is desirable that such an electron source device be operated at a current density (I S) of 100 mA / cm 2 or less.
  • the electron emission amount is 1 ⁇ AZ cm at a low voltage of 100 V or less. It is desirable that two or more current density (I ZS) is obtained, more preferably, to 5 0 as V or less 1 a / cm 2 or more current density (IZS) is obtained.
  • the minimum unit of the overlapping portion between the first and second conductive layers 2 and 3 to which the voltage is applied and the porous layer 1 is set is set. By reducing the area, the voltage applied between both conductor layers can be stabilized. In order to stabilize the voltage, the minimum unit area of the overlapping portion is preferably 25 mm 2 or less.
  • At least one selected from the first conductive layer 2, the second conductive layer 3, and the porous layer 1 has a predetermined pattern.
  • These patterns include simple matrix type patterns.
  • the first conductor layer 2 and the second conductor layer 3 can be formed in stripes parallel to the X-axis and Y-axis directions, respectively, and arranged so as to cross each other.
  • the first conductor layer 2 and Z or the second conductor layer 3 are patterned as described above, there is an advantage that an electron generation site can be adjusted and an electron generation amount can be controlled.
  • a small area cathode such as a display device or a cathode ray tube, which is driven by applying a voltage to the electron emission source It is suitable for a display device of the following type.
  • the FED includes a rear plate 7 and a face plate 8 each having a rectangular glass substrate, and these plates are arranged to face each other at a predetermined interval.
  • the rear plate 7 and the face plate 8 are joined together via a rectangular frame-shaped side wall 9 whose peripheral end is made of glass to form a vacuum envelope.
  • a phosphor screen 10 is formed on the inner surface of the face plate 8.
  • the phosphor screen 10 has a stripe-like or dot-like phosphor layer of three colors of red (R), blue (B), and green (G) and a light absorption layer composed of a black pigment, respectively. It is arranged in a predetermined arrangement.
  • a metal back layer 11 is formed as a third electrode (anode electrode).
  • a counter electrode (not shown) made of, for example, ITO is formed between the phosphor screen 10 and the face plate 8 and can be used as an anode electrode.
  • the light absorption layer can be formed by photolithography or the like.
  • the red (R), blue (B), formed of three-color phosphor layers of the green (G) is, Z n S system, Y 2 0 3 system, the fluorescent body fluid such as Y 2 O 2 S system It can be performed by a slurry method.
  • the phosphor layers of each color can be formed by a spray method or a printing method. In these methods, if necessary, patterning by photolithography can be used in combination.
  • the electron source device 12 of the first embodiment On the inner surface of the rear plate 7, the electron source device 12 of the first embodiment is provided.
  • the electron source device 12 has a second conductive layer 3 for emitting an electron beam (indicated by an arrow) outside the electron source device (inside the phosphor screen 10). And it is arranged.
  • the side wall 9 is sealed by, for example, frit glass to the periphery of the rear plate 7 and the periphery of the face plate 8, and the inside of the envelope constituted by the rear plate 7, the face plate 8 and the side wall 9 is formed. , Almost kept in vacuum. Further, between the rear plate 7 and the face plate 8, a number of spacers (not shown) are arranged at predetermined intervals to maintain a gap between these plates.
  • the spacer is formed in a plate shape or a column shape, respectively.
  • a voltage is applied between the first conductive layer 2 as the reference electrode and the second conductive layer 3 as the gate electrode, so that the second conductive layer Electrons emitted through 3 are accelerated by a voltage (anode voltage) applied to a third electrode (metal back layer 11) provided on the phosphor screen 10 side, and are accelerated by the phosphor layer. collide. As a result, the phosphor is excited and emits light, and a desired image is displayed.
  • An A1 substrate 50 mm long x 50 mm wide and 2.5 mm thick was washed with methanol to remove oil, and then an aqueous solution of phosphoric acid kept at 20 ° C (phosphoric acid concentration 4% by weight) ). Then, using a second A1 plate as the counter electrode, as shown in Table 1, anodizing was performed by changing the applied voltage (anodizing voltage) and time (anodizing time) to obtain porous alumina with nanoholes. A layer (anodized layer) was formed. (Sample No. 1 to 23)
  • an electron source having a porous alumina layer 15 having a pattern No. 4 and an Au thin film pattern 16 as a second conductive layer formed on the porous alumina layer 15 was obtained.
  • the porous alumina layer 15 has a porous portion 15 a in which nanoholes are formed and a barrier layer 15 b made of alumina formed at the bottom end of the nanohole 14.
  • the electron source having a structure in which the nanoholes 14 substantially penetrate the porous alumina layer 15 does not have the barrier layer 15 b and the porous alumina layer 1 5 comprises only the porous portion 15a.
  • a substrate (rear plate) 17 having an electron source obtained in this example and a substrate (face plate) on which a phosphor screen 18 was formed were formed.
  • ) 19 are arranged facing each other with a gap (gap) of 2 mm so that the pattern 16 of the Au thin film as the second conductive layer and the phosphor screen 18 face each other, It was kept in a vacuum atmosphere.
  • reference numeral 20 denotes a metal back layer as a third electrode.
  • the phosphor screen 18 was prepared in the following procedure. That is, after forming a lattice-matrix light-absorbing layer containing graphite as a main component by photolithography on a glass substrate measuring 50 mm in length and 50 mm in width, a gap between the light-absorbing layers is formed. regularly arranged red (Y 2 0 2 S: E u), green (Z n S: C u, a 1), and blue (Z n S: a g, a 1) of each phosphor layer, follower tri It was formed by lithography. Next, a film made of -trocellulose is formed on the phosphor layer, aluminum is deposited thereon, and a film is formed. A talback layer 20 was formed.
  • the assembly of the rear plate 17 and the face plate 19 was performed in the following procedure. First, a hole is drilled at a desired position outside the image effective surface of the electron source, and the exhaust pipe is joined with frit glass. Then, a glass frame, which is a spacer for controlling the gap, is placed on the electron source. Then, a face plate 19 was arranged so that the Au thin film pattern 16 as the second conductive layer of the electron source was opposed to the phosphor screen 18 via a glass frame. After aligning each electron emission site of the electron source so as to correspond to the phosphor screen pixel, they were joined by frit glass. Then, was evacuated by the exhaust pipe while heating at 3 0 0 ° C, it was sealed in the exhaust pipe upon reaching a vacuum degree of 1 X 1 0 _ 3 ⁇ 5 X 1 0- 3 P a.
  • the first conductive layer body layer A 1 plate 13 remaining without anodization was used as a force source electrode (reference electrode), and the Au thin film pattern 16 was used.
  • a gate electrode a DC voltage (drive voltage: Vd) of 10 OV or less was applied between these electrodes. The current flowing between the electrodes was measured.
  • the voltage of the third electrode (anode voltage: Va) was set to 5 kV, the value of the drive voltage was changed, and the presence or absence of electron emission was checked by observing the light emission state of the phosphor screen. Was. Then, the electron emission start voltage, the current value (I) flowing between the first conductor layer and the second conductor layer at this time, and the breakdown voltage were measured. And the current density (I / S) was determined. The value of S was 0.1 cm 2 , which was equal to the area of the Au thin film pattern. Table 2 shows the measurement results. [Table 2]
  • the value of the current density (I / S) flowing between the A1 plate as the first conductive layer and the Au thin film pattern as the second conductive layer is 1 ⁇ A / cm 2 or more: L
  • the display device provided with the electron sources of the samples No. 1 to 4, 7 to 9, 12 and 16 and the sample Nos. 24 to 28 in the range of 0 mAZ cm Lower than V Emission of electrons was observed at the voltage, and a good light emitting state was obtained.
  • the insulation breakdown voltage was high and the withstand voltage was sufficiently satisfactory.
  • the present invention it is possible to obtain a simple and inexpensive electron source device that has uniform and good electron emission capability, and has a long life even at a low vacuum.
  • the display device including the electron source device can realize a display with high luminous efficiency, low cost and high reliability.

Abstract

　この電子源装置は、絶縁体から構成され、主面に対して垂直方向に配設された多数の微細孔を有する多孔質層（例えば多孔質アルミナ層）と、この多孔質層の両面側に配設された第１および第２の導電体層とを備え、第２の導電体層を陽極として第１の導電体層との間に直流電圧を印加したときの電流密度Ｉ／Ｓが、１μＡ／ｃｍ２以上であることを特徴とする。ただし、Ｓは第１の導電体層と第２の導電体層および多孔質層の重なり部分の面積を示す。電子放出能力が高く、安価で低真空度でも長寿命の電子源装置が得られるので、発光効率が高く信頼性の高い表示装置を実現することができる。

Description

明 細 書 電子源装置および表示装置 技術分野
本発明は、 電子源装置および電子源装置を備えた表示装置に関する。 背景技術
近年、 平面型の画像表示装置として、 フィールドェミ ッショ ンデイス プレイ （以下、 F E Dと示す。 ） の開発が進められている。 この F E D は、 所定の間隙を保持して対向配置されたフェースプレートと リアプ レートとを有し、 フェースプレートの内面には 3色の蛍光体層が形成さ れ、 リアプレー トの内面には、 これらの蛍光体を励起する電子を放出す る電子放出源が設けられている。
F E Dの電子放出源として、 従来から、 スピン ト型と称する構造が提 案されている。 この電子放出源は、 モリ プデン （M o ) により形成され た電子放出部の先鋭部に電界を集中させ、 蛍光体層との間にかけた電圧 により、 電子放出部から電子を放出させる構造を有している。 この方式 により、 薄型の平面表示装置が実現される。
しかしながら、 前記した電子放出源は非常に精細な構造を有するため、 多数の電子放出源を均一にかつ簡便に形成することが極めて難しかった。 したがって、 大型の平面表示装置を作成することが困難であるばかりで なく、 小型画面の平面表示装置であっても、 製造コス トが高くなつてし まうという問題があった。 また、 電子放出源の僅かな形状の相違により 電子放出能力に違いが生じるため、 安定した画像を得ることが難しかつ た 最近、 アルミニウム （A 1 ) の陽極酸化により得られる直径が数 n m 〜数百 n mの極めて微細な細孔 （ナノホール） 内に、 カーボンナノ チューブ （C N ) を形成して電子放出源と した構造が提案されている (例えば、 Di spl ays21 (2000) P99-104参照）
しかしながら、 このような構造の電子放出源においては、 C Nが高価 格であるばかりでなく、 管内の真空度が低いと管内ガスが C Nを汚染す るため寿命が短くなるなど、 実用化面で多くの問題があった。
本発明は、 これらの問題を解決するためになされたもので、 電子放出 能力が高く、 安価であり、 かつ低真空度でも長期間使用に耐える電子源 装置、 およびそのような電子源装置を備え、 発光効率が高く安価で信頼 性の高い表示装置を提供することを目的とする。 発明の開示
本発明の第 1の態様は電子源装置であり、 絶縁体から構成され、 主面 に対して垂直方向に配設された多数の微細孔を有する多孔質層と、 前記 多孔質層の両面側にそれぞれ配設された第 1の導電体層および第 2の導 電体層を備え、 前記第 2の導電体層を陽極として前記第 1の導電体層と の間に直流電圧を印加したときの電流密度 I / Sが、 以下に示す範囲に あることを特徴とする。
1 μ A / c m 2 ≤ I / S
(ただし、 Iは、 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層との間を流 れる電流値を示し、 Sは、 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層お よび前記多孔質層の三層が厚さ方向に重なる部分の面積を示す。 ） 本発明の第 2の態様は電子源装置であり、 絶縁体から構成され、 主面 に対して垂直方向に配設された多数の微細孔を有する多孔質層と、 前記 多孔質層の両面側にそれぞれ配設された第 1の導電体層および第 2の導 電体層を備え、 前記多孔質層の微細孔の少なく とも一方の端部と前記第 1の導電体層または第 2の導電体層とが、 誘電体から成るバリァ層によ り隔てられ、 かつ前記第 2の導電体層を陽極として前記第 1の導電体層 との間に直流電圧を印加したときの電流密度 I / Sが、 以下に示す範囲 にあることを特徴とする。
1 A / c m 2 ≤ I / S
(ただし、 Iは、 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層との間を流 れる電流値を示し、 Sは、 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層お よび前記多孔質層の三層が厚さ方向に重なる部分の面積を示す。 ） 本発明の第 3の態様は表示装置であり、 互いに対向して配置された第 1の基板および第 2の基板と、 前記第 1の基板の内面に設けられた蛍光 体層と、 前記第 2の基板の内面側に設けられ、 前記蛍光体層を励起する 電子を放出する電子源とを備え、 該電子源は、 前記した電子源装置のい ずれかであることを特徴とする。
本発明の第 1の態様の電子源装置においては、 絶縁体から成る多孔質 層の一方の主面に第 1の導電体層が、 もう一方の主面に第 2の導電体層 がそれぞれ配設されており、 第 2の導電体層を陽極として第 1の導電体 層との間に直流電圧を印加したとき、 多孔質層の微細孔内に電界が生じ、 第 1の導電体層から第 2の導電体層に向う方向に電子が移動する。 そし て、 第 1の導電体層と第 2の導電体層との間を流れる電流の密度である I / Sが 1 μ A / c m 2以上となるとき、 多孔質層の微細孔の一部にお いて、 電子が第 2の導電体層を突き抜け、 外部の例えば蛍光体層に向け て放出される。
また第 2の態様の電子源装置においては、 絶縁体から成る多孔質層の 一方の主面に第 1の導電体層が、 もう一方の主面に第 2の導電体層がそ れぞれ配設されており、 前記した多孔質層の微細孔の少なく とも一方の 端部と第 1の導電体層または第 2の導電体層とが、 誘電体から成るバリ ァ層により隔てられているので、 第 2の導電体層を陽極として第 1の導 電体層との間に直流電圧を印加したとき、 多孔質層の微細孔内に電界が 発生し、 この電界がバリア層に集中し、 電子 （ トンネル電子） が放出さ れる。 電子の移動方向は、 第 1の導電体層から第 2の導電体層に向う方 向である。 そして、 第 1の導電体層と第 2の導電体層との間を流れる電 流の密度である I Z Sが 1 // A , c m 2以上となるとき、 多孔質層の微 細孔の少なく とも一部において、 トンネル電子が第 2の導電体層を突き 抜け、 外部の蛍光体層に向けて放出される。
このように本発明によれば、 均一で電子の放出能力が高い電子源装置 が得られる。 また、 電子放出部と雰囲気ガスとの直接接触が回避されて いるので、 電子放出部の汚染による劣化がほとんど生じず、 長寿命が達 成される。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る電子源装置の第 1の実施形態を示す断面図であ る。
図 2は、 本発明の電子源装置の第 2の実施形態を示す断面図である。 図 3は、 本発明の電子源装置の第 3の実施形態を示す断面図である。 図 4は、 本発明の電子源装置の第 4の実施形態を示す断面図である。 図 5は、 本発明の電子源装置の第 5の実施形態を示す断面図である。 図 6は、 本発明の電子源装置の第 6の実施形態を示す断面図である。 図 7は、 第 1乃至第 6の実施形態の電子源装置の電子放出特性を示す グラフである。
図 8は、 第 1の実施形態の電子源装置を備えた F E Dの構造を模式的 に示す断面図である。 図 9は、 本発明の実施例において、 試料 N o . 1〜 2 3の電子源の構 造を示す断面図である。
図 1 0は、 本発明の実施例において、 試料 N o . 2 4〜 2 9の電子源 の構造を示す断面図である。
図 1 1は、 本発明の実施例において、 電子源を備えた表示装置の特性 を調べる方法を模式的に示す図である。 発明を実施するための形態
次に、 本発明の実施の形態を、 図面に基づいて説明する。 なお、 本発 明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図 1乃至図 6は、 それぞれ本発明の第 1乃至第 6の実施形態の概略構 成を示す断面図である。
これら第 1乃至第 6の実施形態の電子源装置はいずれも、 絶縁体から 構成され、 直径がナノメー トル （nm) オーダーの多数の微細孔 （ナノ ホール） 1 aを含む多孔質層 1を有する。
多数のナノホール 1 aは、 厚さ方向に沿った方向に、 すなわち主面に 対して垂直な方向に延設されており、 多孔質層 1の一方の主面側、 例え ば上面側に開口部を有している。 図 2に示すように、 下面側に開口部を 有しても良い。 また、 図 3に示すように、 ナノホール l aが、 上下両面 側に開口部を有する透孔 （貫通孔） となっていても良い。
ここで、 ナノホーノレ 1 aの径 （直径） は、 5 nm〜： L O O O nmとす ることが望ましい。 ナノホール 1 aの径は、 大きすぎると電界の集中が 弱くなるため、 電子放出 （ェミ ッショ ン） の開始電圧が高くなり好まし くない。 逆にナノホール 1 aの径が小さすぎると、 孔の形成自体が難し くなる。
このよ うなナノホール 1 aを有する多孔質絶縁体としては、 多孔質ァ ルミナ （酸化アルミニウム） を挙げることができる。 例えば、 アルミ二 ゥムを主成分とする層を陽極酸化することにより、 多数のナノホールが 微小間隔をおいて規則的に配列された多孔質アルミナ層を得ることがで きる。 多孔質アルミナ層は、 陽極酸化以外の方法でも形成することがで さる。
また、 多孔質層 1 と しては、 チタン （T i ) 層の陽極酸化により形成 された、 多数のナノホールを有する酸化チタン層を用いることも可能で ある。 さらに、 多孔質層 1 として、 タンタル （T a ) 、 ニオブ （N b ) 、 バナジウム （V) 、 ジルコニウム （Z r ) 、 モリブデン （Mo ) 、 ハフ -ゥム （H f ) 、 タングステン （W) などを陽極酸化することにより形 成された各金属の酸化物層を挙げることもできる。
多孔質層 1の厚さは、 0. 0 5 μ m〜 5 0 /X mとすることが望ましく、 より好ましくは 0. Ι μ π！〜 2 0 μ ιηとする。
このような多孔質層 1の下面に、 第 1の導電体層 2が配設されている。 第 1の導電体層 2を構成する導電体と して、 A l、 A g、 C u、 N i、 A u、 B aなどの金属やカーボン等を挙げることができる。
また、 多孔質層 1において、 第 1の導電体層 2が形成された面と反対 側の面には、 直接あるいは後述するバリア層を介して、 ゲート電極とな る第 2の導電体層 3が形成されている。 第 2の導電体層 3を構成する導 電体としては、 第 1の導電体層 2を構成する導電体と同様に、 カーボン、 A 1、 A g、 C u、 N i、 A u、 B aなどを挙げることができる。
第 2の導電体層 3の形成は、 蒸着、 スパッタリング、 電界析出など、 種々の方法で行うことが可能である。 例えば、 A u層の形成は、 蒸着、 スパッタリングなどの方法で行うことができる。 また、 A 1層は蒸着法 により、 A g層は電界析出法により、 それぞれ形成することができる。 また、 第 1の導電体層 2と第 2の導電体層 3の少なく とも一方を、 複 数の導電体層が積層された多層構造とすることもできる。 .
第 1乃至第 3 の実施形態において、 多孔質層 1 のナノホール 1 a内は 空隙部となっているが、 第 4の実施形態である図 4に示すように、 導体 または半導体から成る層 4を形成しても良い。 この導体または半導体層 4は、 ナノホール 1 a の開口部で第 1 の導電体層 2または第 2の導電体 層 3と電気的に接し、 かつ後述するバリァ層までナノホール 1 a内の導 通を確保することができるものであれば良く、 ナノホール 1 a の内壁面 の一部または全部に付着 ·形成されていても、 あるいはナノホール 1 a 内の一部または全部を埋めるように充填されていても良い。
導体または半導体層 4を構成する材料としては、 ある程度の導電性を 有するものであれば、 種類を問わず使用することができる。 例えば、 カーボン、 A l 、 A g、 C u、 N i、 A u、 B aなどの導電性材料を使 用することができる。 また、 N i酸化物、 A T O、 I T Oなどの半導体 材料も使用することができる。 これらの導体または半導体層の形成は、 例えば、 電気化学的方法や C V D法あるいは蒸着法などにより行うこと ができる。
図 1、 図 2および図 4にそれぞれ示すように、 多孔質層 1 のナノホー ル 1 aの開口部と反対側の面には、 誘電体から成るバリア層 5が設けら れている。 バリア層 5 としては、 多孔質層 1を構成する絶縁体と同じ材 料から成る層が用いられる。 例えば、 アルミニウムの陽極酸化により形 成された酸化アルミ -ゥム （アルミナ） 層を使用し、 ナノホール 1 aの 底端部と第 1 の導電体層 2または第 2の導電体層 3 とが、 ナノホール 1 aを有する絶縁体と同じアルミナから成るバリア層 5により隔てられる ように構成することができる。
なお、 図 3に示すように、 ナノホール 1 a として上下両面側に開口部 を有する透孔 （貫通孔） を有する構造では、 バリア層 5がなく、 多孔質 層 1の両面に直接第 1の導電体層 2および第 2の導電体層 3が形成され た構造としても、 電子の放出が得られる。
また、 図 5に示すように、 多孔質層 1のナノホール 1 aの開口側の面 に、 誘電体から成る第 2のバリア層 5 aが形成されていても良い。 さら に、 バリア層を 2層以上の誘電体層を積層した構造としても良い。 例え ば、 図 6に示すように、 アルミニウムの陽極酸化により形成されたアル ミナから成るバリア層 （第 1のバリア層） 5の上に、 1層あるいは 2層 以上の別の誘電体からなる第 2のバリア層 5 aを積層して形成し、 多層 構造のバリア層 6としてもよい。
ここで、 第 1のバリア層 5あるいは第 2のバリア層 5 aを構成する誘 電体としては、 特に種類は限定されないが、 誘電率が高く耐電圧特性が 良好なものが好ましい。 前記したアルミユウムの陽極酸化により形成さ れた酸化アルミェゥム （アルミナ） の他に、 酸化タンタル、 窒化ケィ素、 酸化チタン、 シリカ等を使用することができる。
そして、 このような構造を有する第 1乃至第 6の実施形態では、 第 1 の導電体層 2を陰極 （負極） 、 第 2の導電体層 3を陽極 （正極） として 直流電圧を印加することにより電子が飛び出し、 放出された電子による 電流 I の密度 （I Z S ) が、 I A Z C HI 2以上、 好ましくは 1 0 0 m A m 2以下となっている。 なお、 Sは、 第 1の導電体層 2 と第 2の導 電体層 3および多孔質層 1の三層が全て厚さ方向に重なる部分の面積を 示す。
電子を放出する機構は、 以下に示すように考えられる。 すなわち、 第 1の導電体層 2と第 2の導電体層 3 との間に多孔質層 1が存在し、 この 多孔質層 1は、 空隙部 （ナノホール） と誘電体 （絶縁体） とから成るた め、 第 1の導電体層 2と第 2の導電体層 3 との間に直流電圧を印加する と、 ナノホール l a内に電界が集中し、 一方の導電体層からも う一方 (正極側） の導電体層に向う電子の流れ （移動） が生じる。 このとき流 れる電子の一部が、 ナノホール 1 a内の電界によって加速され、 正極側 の導電体層を突き抜けることにより、 電子が外部に放出される。
前記した電子の流れによる電流密度 （ I / S) の値は、 印加電圧の他 に、 多孔質層 1の厚さ、 多孔質層 1の有するナノホール 1 aの径、 ナノ ホール 1 aの含有率、 ナノホール 1 a内に導体または半導体層 4が存在 する場合にはそれらの導電率および充填率、 誘電体から成るバリア層 5、 5 aが存在する場合にはその厚さおよび誘電体の誘電率などを変えるこ とにより制御することができる。
前記した電流密度 （ I / S ) の好ましい範囲は、 本発明者らが実験を 繰り返した結果、 得られたものである。 すなわち、 第 1の導電体層 2を 基準電極とすると 'ともに第 2の導電体層 3をグート電極と し、 これらの 電極間に電圧 （正電圧） を印加したとき、 多孔質層 1のナノホール 1 a 内に発生した電界で放出された電子による電流密度 （I/ S ) 、 Ιμ A / c m 2以上好ましくは 1 0 0 m AZ C m2以下となるように制御した 場合に、 第 1の導電体層 2から一部のナノホール 1 aを通り第 2の導電 体層 3に向う方向に電子 （トンネル電子） の移動が生じ、 かっこの電子 が第 2の導電体層 3を突き抜け、 外部の例えば蛍光体層に向けて放出さ れることが確認された。
これら第 1乃至第 6の実施形態の電子源装置において、 第 1の導電体 層 2と第 2の導電体層 3 との間に印加する電圧 （正電圧） を変え、 電子 放出特性を調べた結果を、 図 7に示す。
このグラフから、 電子源装置の電子放出特性が、 第 1の導電体層 2と 第 2の導電体層 3 との間を流れる電流の密度 （ I / S ) に依存すること がわかる。 また、 電子源から外部への電子放出が行われるには、 電流密 度 （ I Z S ) が 1 μ A/ c m2以上でなければならないことがわかる。 そして、 電流密度 （ I Z S ) が 1 0 0 m A/ c m2を超えると、 絶縁破 壌により電子源が損傷するおそれがあり好ましくない。 したがって、 こ のよ うな電子源装置では、 1 0 0 mA/ c m 2以下の電流密度 （ Iノ S ) で動作させることが望ましい。
さらに、 電子源装置の電子放出量を第 1の導電体層 2と第 2の導電体 層 3との間に印加する電圧により制御するとき、 1 0 0 V以下の低電圧 で 1 μ AZ c m2以上の電流密度 （ I ZS) が得られることが望ましく、 より好ましくは、 5 0 V以下で 1 A/ c m 2以上の電流密度 ( I Z S ) が得られるようにする。
また、 この関係は電流密度 （ I / S ) に依存していることから、 電圧 の印加される第 1および第 2の導電体層 2 , 3と多孔質層 1 との重なり 部分の最小単位の面積を小さくすることにより、 両導電体層間に印加す る電圧を安定化することができる。 前記電圧を安定化するために、 前記 した重なり部分の最小単位の面積は 2 5 mm 2以下であることが好まし い。
そして、 前記した重なり部分の最小単位の面積を小さくするために、 第 1の導電体層 2と第 2の導電体層 3および多孔質層 1から選ばれる少 なく とも一つを、 所定のパターンに形成することができる。 これらのパ ターンと しては、 単純マト リ ックス型のパターンが挙げられる。 例えば、 第 1の導電体層 2と第 2の導電体層 3とをそれぞれ X軸および Y軸方向 に平行なス トライプ状に形成し、 かつ互いにクロスするように配置する ことができる。
このよ うに第 1の導電体層 2および Zまたは第 2の導電体層 3をパ ターン化した場合には、 電子発生部位の調整ならびに電子発生量の制御 が可能であるという利点があり、 個々の電子放出源に順次電圧を印加し て駆動するタイプの表示装置や陰極線管のように、 小面積の陰極を使用 するタイプの表示装置に好適する。
次に、 このような電子源装置を備えた F E Dについて、 図 8に基づい て説明する。
この F E Dは、 それぞれ矩形のガラス基板を有するリアプレート 7お よびフェースプレート 8を備え、 これらのプレートは所定の間隔をおい て対向配置されている。 そして、 リアプレート 7とフェースプレート 8 は、 それぞれ周端部がガラスからなる矩形枠状の側壁 9を介して接合さ れ、 真空外囲器を形成している。
フェースプレー ト 8の内面には、 蛍光体スク リーン 1 0が形成されて いる。 蛍光体スクリーン 1 0は、 ス トライプ状あるいはドッ ト状に形成 された赤 （R ) 、 青 （B ) 、 緑 （G ) の 3色の蛍光体層と黒色顔料から 成る光吸収層が、 それぞれ所定の配列で並べられて構成される。 また、 蛍光体スク リーン 1 0の上には、 第 3の電極 （アノード電極） としてメ タルバック層 1 1が形成されている。 なお、 蛍光体スク リーン 1 0 と フェースプレー ト 8 との間に、 例えば I T Oからなる対向電極 （図示を 省略。 ） を形成し、 これをアノード電極とすることができる。
蛍光体スク リーン 1 0の形成において、 光吸収層はフォ トリ ソグラ フィなどにより形成することができる。 また、 赤 （R ) 、 青 （B ) 、 緑 ( G ) の 3色の蛍光体層の形成は、 Z n S系、 Y 2 0 3系、 Y 2 O 2 S系 などの蛍光体液を用いたスラリー法で行うことができる。 なお、 各色の 蛍光体層の形成は、 スプレー法や印刷法で行うこともでき、 これらの方 法においても、 必要に応じてフォ トリ ソグラフィによるパターエングを 併用することができる。
リアプレート 7の内面には、 第 1の実施形態の電子源装置 1 2が設け られている。 電子源装置 1 2は、 電子源装置外に電子ビーム （矢印で示 す。 ） を放出する第 2の導電体層 3を内側 （蛍光体スクリーン 1 0側） にして、 配設されている。
側壁 9は、 リァプレート 7の周縁部とフェースプレート 8の周縁部に、 例えばフリ ッ トガラスにより封着されており、 これらリアプレート 7と フェースプレート 8および側壁 9から構成された外囲器の内部は、 ほぼ 真空に保持されている。 さらに、 リアプレート 7とフェースプレート 8 の間には、 これらのプレート間の間隙を維持するため、 多数のスぺーサ (図示を省略。 ） が所定の間隔をおいて配置されている。 スぺーサはそ れぞれ板状あるいは柱状に形成されている。
このような F E Dによれば、 電子源装置において、 基準電極である第 1の導電体層 2 とゲート電極である第 2の導電体層 3との間の電圧印加 により、 第 2の導電体層 3を突きぬけて放出された電子が、 蛍光体スク リーン 1 0側に設けられた第 3の電極 （メタルバック層 1 1 ) に印加さ れた電圧 （アノード電圧） により加速され、 蛍光体層に衝突する。 その 結果蛍光体が励起されて発光し、 所望の画像が表示される。
なお、 本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、 この発明 の範囲内で種々変形可能である。
以下、 本 ¾明の具体的実施例について説明する。
実施例
縦 5 0 m m X横 5 0 m m、 厚さ 2 . 5 m mの A 1基板をメタノールで 洗浄し油分を取り除いた後、 2 0 °Cに保持されたリ ン酸水溶液 （リン酸 濃度 4重量％) の浴に浸漬した。 そして、 対向電極として第 2の A 1板 を使用し、 表 1 に示すように、 印加電圧 （陽極酸化電圧） および時間 (陽極酸化時間） を変えて陽極酸化を行い、 ナノホールを有する多孔質 アルミナ層 （陽極酸化層） を形成した。 （試料 N o . 1〜 2 3 )
また、 印加電圧 6 5 Vで陽極酸化を行った後、 徐々に陽極酸化電圧を 下げてバリァ層を溶解していく ことにより、 ノ リァ層の厚さが 1 0 n m 以下でナノホールが実質的に多孔質アルミナ層を貫通している陽極酸化 層を形成した （試料 N o . 2 4〜 2 9 ) 。
こう して形成されたナノホールを有する多孔質アルミナ層において、 ナノホール形成部の厚さ、 およびナノホールの底端部に形成されたアル ミナから成るバリア層の厚さをそれぞれ測定した。 測定結果を、 陽極酸 化の条件とともに表 1に示す。
【表 1 】
陽極酸化 陽極酸化 多孔質アルミナ層 バリァ層
電圧 時間 (min) (ナノホール形成部） 厚
(V) の厚さ（μπχ) (腿） 試料 No. 1 35 20 0.4 50
No. 2 35 45 1.8 50
No. 3 35 90 4.8 50
No. 4 35 120 7.5 50
No. 5 35 180 14.2 50
No. 6 35 240 23.3 50
No. 7 65 20 0.3 70
No. 8 65 45 1.3 70
No. 9 65 90 4.3 70
No. 10 65 120 7.0 70
No. 11 65 180 14.1 70
No. 12 95 20 0.2 100
No. 13 95 45 1.0 100
No. 14 95 90 3.8 100
No. 15 95 120 6.5 100
No. 16 1 15 20 0.2 1 10
No. 17 1 15 45 0.8 1 10
No. 18 1 15 90 3.4 110
No. 19 1 15 120 6.2 1 10
No. 20 130 20 0.1 120
No. 21 130 45 0.7 120
No. 22 130 90 3.2 120
No. 23 130 120 6.0 120
No. 24 65→0 20 1.1 0〜10
No. 25 65→0 45 2.1 0〜10
No. 26 65→0 90 4.9 0〜10
No. 27 65→0 120 8.0 0〜10
No. 28 65→0 180 14.8 0〜10
No. 29 65→0 240 23.5 0〜10 次いで、 陽極酸化層 （多孔質アルミナ層） の上に A uをスパッタリン グすることによ り、 長さ l O mmX幅 l mm (面積 0. l c m2) の A u薄膜 （厚さ約 4 0 nm) のパターンを形成した。
こう して、 図 9および図 1 0にそれぞれ示すように、 第 1の導電層体 層である陽極酸化されずに残った A 1板 1 3 と、 その上に形成された多 数のナノホール 1 4を有する多孔質アルミナ層 1 5、 および多孔質アル ミナ層 1 5の上に形成された第 2の導電層体層である A u薄膜のパター ン 1 6を有する電子源が得られた。 なお、 図 9に示す電子源では、 多孔 質アルミナ層 1 5は、 ナノホールが形成された多孔部 1 5 a と、 ナノ ホール 1 4の底端部に形成されたアルミナから成るバリア層 1 5 bとを 有しているが、 ナノホール 1 4が実質的に多孔質アルミナ層 1 5を貫通 している構造 （図 1 0) の電子源では、 バリア層 1 5 bがなく、 多孔質 アルミナ層 1 5が多孔部 1 5 aのみから構成されている。
次に、 図 1 1に示すように、 この実施例で得られた電子源を備えた基 板 （リ アプレー ト） 1 7 と、 蛍光体スク リ ーン 1 8が形成された基板 (フェースプレート） 1 9 とを、 第 2の導電体層である A u薄膜のパ ターン 1 6 と蛍光体スク リ ーン 1 8 とが向き合うよ うに 2 mmの間隔 (ギャップ） をおいて対向配置し、 真空雰囲気に保持した。 なお、 図中 符号 2 0は第 3の電極であるメタルバック層を示す。
なお、 蛍光体スク リーン 1 8は以下の手順で作成した。 すなわち、 縦 5 0 mm X横 5 0 mmのガラス基板上に、 グラフフアイ トを主成分とす る格子マトリ ックス状の光吸収層をフォ トリ ソグラフィにより形成した 後、 光吸収層の間隙部に、 規則正しく配列された赤 （Y202S ： E u) 、 緑 （Z n S ： C u, A 1 ) 、 青 （Z n S ： A g , A 1 ) の各蛍光体層を、 フォ トリ ソグラフィにより形成した。 次いで、 蛍光体層上に-トロセル ロースからなるフィルムを形成し、 その上にアルミニウムを蒸着し、 メ タルバック層 2 0を形成した。
また、 リアプレート 1 7とフェースプレート 1 9 との組立ては、 以下 の手順で行った。 まず、 電子源の画像有効面外の所望位置に穴をあけ、 排気管をフリ ッ トガラスにより接合した後、 電子源にギヤップ制御のた めのスぺーサであるガラス枠を配置し、 その上にフェースプレート 1 9 を配置し、 電子源の第 2の導電体層である A u薄膜のパターン 1 6 と蛍 光体スクリーン 1 8 とがガラス枠を介して対向するようにした。 電子源 の個々の電子放出部位が蛍光面画素と対応するように位置合せを行った 後、 フリ ッ トガラスにより接合した。 次いで、 3 0 0°Cで加熱しながら 排気管により排気を行い、 1 X 1 0 _3〜 5 X 1 0— 3 P aの真空度に なったところで排気管の封止を行った。
こう して得られた表示装置において、 第 1の導電層体層である陽極酸 化されずに残った A 1板 1 3を力ソード電極 （基準電極） とし、 A u薄 膜パターン 1 6をゲート電極とし、 これらの電極間に 1 0 O V以下の直 流電圧 （ドライブ電圧： V d ) を印加するようにした。 電極間を流れる 電流値を測定した。 第 3の電極の電圧 （アノード電圧 ： V a ) を 5 k V とし、 ドライブ電圧の値を変え、 蛍光面の発光状態を観察することによ り電子放出 （ェミ ッショ ン） の有無を調べた。 そして、 電子放出開始電 圧と、 このとき第 1の導電体層と第 2の導電体層との間を流れる電流値 ( I ) 、 および絶縁破壌電圧をそれぞれ測定した。 そして、 電流密度 ( I /S) を求めた。 なお、 Sの値は、 A u薄膜パターンの面積に等し く 0. 1 c m2であった。 測定結果を表 2に示す。 【表 2】
Figure imgf000018_0001
表 2の測定結果から、 以下のことが確かめられた。 すなわち、 第 1の 導電体層である A 1板と第 2の導電体層である A u薄膜パターンとの間 を流れる電流密度 （ I / S ) の値が 1 μ A/ c m 2〜： L 0 0 mAZ c m 2の範囲にある試料 N o . 1〜4 , 7〜 9， 1 2 , 1 6および試料 N o . 2 4〜 2 8の電子源を備えた表示装置では、 いずれも 5 0 V以下の低い 電圧で電子の放出が見られ、 良好な発光状態が得られた。 また、 絶縁破 壌電圧が高く、 耐電圧性も十分に満足のゆく ものであった。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明によれば、 均一で良好な電子放出能力を有 し、 簡便で低真空度でも長寿命の電子源装置を安価に得ることができる。 そして、 この電子源装置を備えた表示装置では、 発光効率が高く安価で 信頼性の高い表示を実現することができる。

Claims

1. 絶縁体から構成され、 主面に対して垂直方向に配設された多数の微 細孔を有する多孔質層と、
前記多孔質層の両面側にそれぞれ配設された第 1の導電体層および第 2の導電体層を備え、
前記第 2の導電体層を陽請極として前記第 1の導電体層との間に直流電 圧を印加したときの電流密度 I ZSが、 以下に示す範囲にあることを特 徴とする電子源装置。 の
1 μ A/ c m 2 ≤ I / S
(ただし、 Iは、 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層との間を流 囲
れる電流値を示し、 Sは、 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層お よび前記多孔質層の三層が厚さ方向に重なる部分の面積を示す。 ）
2. 前記電流密度 I /Sが、 以下に示す範囲にあることを特徴とする請 求項 1記載の電子源装置。
1 μ A/ c m 2 ≤ I / S ≤ 1 0 0 mA/ c m 2
3. 前記微細孔を有する多孔質層が、 多孔質アルミナ層であることを特 徴とする請求項 1記載の電子源装置。
4. 前記多孔質アルミナ層が、 アルミニウムを主成分とする層の陽極酸 化により得られた層であることを特徴とする請求項 3記載の電子源装置。
5. 前記多孔質層の微細孔の径が、 5 n m〜 1 0 0 0 n mであることを 特徴とする請求項 1記載の電子源装置。
6. 前記多孔質層の厚さが、 0. 0 5 μ m〜 5 0 mであることを特徴 とする請求項 1記載の電子源装置。
7. 前記多孔質層の微細孔内に形成された導体または半導体層を有する ことを特徴とする請求項 1記載の電子源装置。
8. 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層および前記多孔質層から 選ばれる少なく とも 1つの層が、 パターン化されていることを特徴とす る請求項 1記載の電子源装置。
9. 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層の少なく とも一方が複数 の導電体層を有することを特徴とする請求項 1記載の電子源装置。
1 0. 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層および前記多孔質層の 三層が厚さ方向に重なる部分の最小単位の面積が、 2 5 mm2以下であ ることを特徴とする請求項 8記載の電子源装置。
1 1. 絶縁体から構成され、 主面に対して垂直方向に配設された多数の 微細孔を有する多孔質層と、
前記多孔質層の両面側にそれぞれ配設された。第 1の導電体層および第 2の導電体層を備え、
前記多孔質層の微細孔の少なく とも一方の端部と前記第 1の導電体層 または第 2の導電体層とが、 誘電体から成るバリア層により隔てられ、 かつ前記第 2の導電体層を陽極として前記第 1の導電体層との間に直 流電圧を印加したときの電流密度 I /Sが、 以下に示す範囲にあること を特徴とする電子源装置。
1 μ A/ c m2 ≤ I / S
(ただし、 Iは、 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層との間を流 れる電流値を示し、 Sは、 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層お よび前記多孔質層の三層が厚さ方向に重なる部分の面積を示す。 ）
1 2. 前記電流密度 I /Sが、 以下に示す範囲にあることを特徴とする 請求項 1 1記載の電子源装置。
1 μ A/ c m2 ≤ I / S ≤ 1 0 0 mA/ c m2 1 3. 前記多孔質層の微細孔が、 前記第 1の導電体層と第 2の導電体層 の少なく とも一方の側に開口部を有し、 かつ前記微細孔の前記開口部と 反対側の端部を閉塞するように形成された誘電体から成るバリァ層を有 することを特徴とする請求項 1 1記載の電子源装置。
1 4. 前記微細孔を有する多孔質層が、 多孔質アルミナ層であることを 特徴とする請求項 1 1記載の電子源装置。
1 5. 前記多孔質アルミナ層が、 アルミニウムを主成分とする層の陽極 酸化により得られた層であることを特徴とする請求項 1 4記載の電子源 装置。
1 6. 前記多孔質層の微細孔の径が、 5 n m〜 1 0 0 0 n mであること を特徴とする請求項 1 1記載の電子源装置。
1 7. 前記多孔質層の厚さが、 0. 0 5 μ m〜 5 0 / mであることを特 徴とする請求項 1 1記載の電子源装置。
1 8. 前記多孔質層の微細孔内に形成された導体または半導体層を有す ることを特徴とする請求項 1 1記載の電子源装置。
1 9. 前記バリア層が、 前記多孔質層を構成する絶縁体と同種の絶縁体 から成る層を有することを特徴とする請求項 1 1記載の電子源装置。
2 0. 前記バリア層が、 前記多孔質層を構成する絶縁体と異種の誘電体 から成る層を有することを特徴とする請求項 1 1記載の電子源装置。
2 1. 前記バリァ層の厚さが 5 n m〜 5 0 nmであることを特徴とする 請求項 1 1記載の電子源装置。
2 2. 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層および前記多孔質層か ら選ばれる少なく とも 1つの層が、 パターン化されていることを特徴と する請求項 1 1記載の電子源装置。
2 3. 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層の少なく とも一方が複 数の導電体層を有することを特徴とする請求項 1 1記載の電子源装置。 2 4. 前記第 1の導電体層と前記第 2の導電体層および前記多孔質層の 三層が厚さ方向に重なる部分の最小単位の面積が、 2 5 mm2以下であ ることを特徴とする請求項 2 2記載の電子源装置。
2 5 . 互いに対向して配置された第 1の基板および第 2の基板と、 前記 第 1の基板の内面に設けられた蛍光体層と、 前記第 2の基板の内面側に 設けられ、 前記蛍光体層を励起する電子を放出する電子源とを備えた表 示装置であり、
前記電子源は、 請求項 1乃至 2 4のいずれか 1項記載の電子源装置で あることを特徴とする表示装置。
PCT/JP2003/014980 2002-11-25 2003-11-25 電子源装置および表示装置 WO2004049372A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/536,269 US20060138664A1 (en) 2002-11-25 2003-11-25 Electron source device and display
EP03774189A EP1566823A4 (en) 2002-11-25 2003-11-25 DEVICE AND DISPLAY WITH ELECTRON SOURCE

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002-341299 2002-11-25
JP2002341299A JP2004178863A (ja) 2002-11-25 2002-11-25 電子源装置および表示装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004049372A1 true WO2004049372A1 (ja) 2004-06-10

Family

ID=32375850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2003/014980 WO2004049372A1 (ja) 2002-11-25 2003-11-25 電子源装置および表示装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20060138664A1 (ja)
EP (1) EP1566823A4 (ja)
JP (1) JP2004178863A (ja)
KR (1) KR100770057B1 (ja)
CN (1) CN1714420A (ja)
WO (1) WO2004049372A1 (ja)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4554293B2 (ja) * 2004-07-20 2010-09-29 株式会社リコー 放電制御電極一体型帯電部材
JP5435868B2 (ja) * 2004-10-04 2014-03-05 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ ユニバーシティ オブ イリノイ マイクロ放電装置、マイクロ放電装置アレイ、誘電体で覆われた電極を製造する方法
KR100696506B1 (ko) 2005-04-01 2007-03-19 삼성에스디아이 주식회사 평판 디스플레이 장치
CN100428396C (zh) * 2005-09-16 2008-10-22 清华大学 基于多孔氧化铝结构的薄膜阴极场发射显示器件
KR100813834B1 (ko) * 2006-03-04 2008-03-17 삼성에스디아이 주식회사 산화된 다공성 실리콘 물질계 전자방출원을 구비한디스플레이 소자의 제조방법
KR100763894B1 (ko) * 2006-03-21 2007-10-05 삼성에스디아이 주식회사 Ｌｅｄ 칩을 이용한 디스플레이 장치의 제조방법
JP2012190972A (ja) * 2011-03-10 2012-10-04 Tomoyuki Nagashima 実装基板及びこれを用いた半導体装置
CN103137245B (zh) * 2011-11-30 2015-09-09 群康科技(深圳)有限公司 透明导电膜及其制造方法、电子装置
US9226396B2 (en) * 2013-03-12 2015-12-29 Invensas Corporation Porous alumina templates for electronic packages
KR101811851B1 (ko) * 2016-06-09 2017-12-22 (주)포인트엔지니어링 3차원 커패시터
WO2018212166A1 (ja) * 2017-05-18 2018-11-22 シャープ株式会社 電子放出素子およびその製造方法
JP6605553B2 (ja) * 2017-09-11 2019-11-13 シャープ株式会社 電子放出素子およびその製造方法ならびに電子素子の製造方法
JP6685341B2 (ja) 2018-03-30 2020-04-22 シャープ株式会社 電子放出素子およびその製造方法
CN109448591A (zh) * 2018-12-14 2019-03-08 中山市大至明广告制品有限公司 一种发光牌及其制作方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0923104A2 (en) * 1997-11-14 1999-06-16 Canon Kabushiki Kaisha Electron-emitting device and production method thereof
JPH11204024A (ja) * 1998-01-19 1999-07-30 Hitachi Ltd 薄膜型電子源、これを用いた表示パネルおよび表示装置
JP2000030603A (ja) * 1998-07-10 2000-01-28 Hitachi Ltd 薄膜型電子源、その駆動方法および製造方法並びにこれを用いた表示装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5430300A (en) * 1991-07-18 1995-07-04 The Texas A&M University System Oxidized porous silicon field emission devices
JP2707215B2 (ja) * 1994-09-02 1998-01-28 一郎 伊豫永 棟瓦止金具
US5990605A (en) * 1997-03-25 1999-11-23 Pioneer Electronic Corporation Electron emission device and display device using the same
JP3902883B2 (ja) * 1998-03-27 2007-04-11 キヤノン株式会社 ナノ構造体及びその製造方法
KR100338140B1 (ko) * 1998-09-25 2002-05-24 이마이 기요스케 전계 방사형 전자원
TWI286773B (en) * 2000-10-26 2007-09-11 Matsushita Electric Works Ltd Field emission type electron source
EP1320116A1 (en) * 2001-04-24 2003-06-18 Matsushita Electric Works, Ltd. Field emission electron source and production method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0923104A2 (en) * 1997-11-14 1999-06-16 Canon Kabushiki Kaisha Electron-emitting device and production method thereof
JPH11204024A (ja) * 1998-01-19 1999-07-30 Hitachi Ltd 薄膜型電子源、これを用いた表示パネルおよび表示装置
JP2000030603A (ja) * 1998-07-10 2000-01-28 Hitachi Ltd 薄膜型電子源、その駆動方法および製造方法並びにこれを用いた表示装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1566823A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP1566823A1 (en) 2005-08-24
CN1714420A (zh) 2005-12-28
US20060138664A1 (en) 2006-06-29
EP1566823A4 (en) 2006-05-31
KR20060017740A (ko) 2006-02-27
JP2004178863A (ja) 2004-06-24
KR100770057B1 (ko) 2007-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2004049372A1 (ja) 電子源装置および表示装置
JP3611503B2 (ja) 電子源及びその製造方法
KR20030059291A (ko) 카본 나노튜브의 패턴 형성 방법 및 전계 방출형 냉음극과그 제조 방법
EP1748460A1 (en) Electron emission material and electron emission panel having the same
JP3581298B2 (ja) 電界放出型電子源アレイ及びその製造方法
JP2006127794A (ja) 画像表示装置
JP2001052598A (ja) 電子放出素子とその製造方法、および該電子放出素子を使用した画像形成装置
KR100858811B1 (ko) 전자 방출 표시 소자의 제조 방법
JP4482459B2 (ja) 一体型３極構造の電界放出ディスプレイの製造方法
JP4047487B2 (ja) 電子放出源の製造方法、電子放出源及び蛍光発光型表示器
JP4043139B2 (ja) 電子放出源の製造方法
JP2001291465A (ja) 冷陰極及びその製造方法
JP2000215786A (ja) 電子放出素子及びその製造方法
JP2004014406A (ja) 電子源装置とその製造方法および表示装置
JP2000251614A (ja) 電界放出素子及びその製造方法
JP3581289B2 (ja) 電界放出電子源アレイ及びその製造方法
JP2000243247A (ja) 電子放出素子の製造方法
JP3597740B2 (ja) 冷陰極及びその製造方法
JP3854174B2 (ja) 表示装置およびその製造方法
JP3944415B2 (ja) 電子源装置とその製造方法および表示装置
JP2002124180A (ja) 電子放出素子の製造方法、電子放出素子、電子源及び画像形成装置
JP3760878B2 (ja) 陰極の製造方法
JP3568859B2 (ja) 冷陰極及びその冷陰極の製造方法
KR20090131169A (ko) 전자 방출 소자, 이를 구비한 전자 방출형 백라이트 유닛및 그 제조 방법
JP5055656B2 (ja) 電界放出型冷陰極及びその製造方法並びに平面画像表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CN KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 20038A39189

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020057009334

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003774189

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2003774189

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2006138664

Country of ref document: US

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10536269

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1020057009334

Country of ref document: KR

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10536269

Country of ref document: US

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 2003774189

Country of ref document: EP