JP3879101B2 - FED device equipped with electron multiplier and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP3879101B2 JP2003010946A JP2003010946A JP3879101B2 JP 3879101 B2 JP3879101 B2 JP 3879101B2 JP 2003010946 A JP2003010946 A JP 2003010946A JP 2003010946 A JP2003010946 A JP 2003010946A JP 3879101 B2 JP3879101 B2 JP 3879101B2
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  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、FED(フィールド・エミッション・ディスプレイ/Field Emission Display)の改良に係り、高輝度特性を有する電子増倍部(ダイノード/dynode)を装着したFEDデバイス及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のFEDとして、特許文献1に記載されたスピンドタイプ(spindt type)のFEDが知られている(図2参照)。このタイプのFEDは、Siの基板上に尖鋭な円錐状に形成された電子放出源となる冷陰極を有し、カソード電極とゲートとの間で電圧を印加して冷陰極から電子を放出させるFEDである。このタイプの冷陰極は、陰極基板の先端に、仕事函数の低いMO、Cr、Ptなどの材料を真空蒸着することによって形成している。
【0003】
特許文献2に記載されたFEDは、一般にカーボン・ナノチューブ(carbon nanotubes/CNT)FEDと称されるタイプである(図3参照)。このタイプでは、冷陰極にカーボン・ナノチューブを採用している。
【0004】
特許文献3は、前述したスピンドタイプを採用したもので、冷陰極から放出された電子を陽極がわで増倍せしめる電子増倍層を蛍光体に装着したFEDが記載されている(図11参照)。このFEDによると、電子33は、空間51を利用して電子の自然拡散で電子増倍層50に衝撃を与えて二次電子を発生させ、蛍光体を励起してガラス基板外部に発光表示させる仕組みである。
【特許文献1】
米国特許第3,665,241号公報
【特許文献2】
特開2002−343281号公報
【特許文献3】
米国特許第5,982,082号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これら従来のFEDは、いずれも発光輝度と発光均一性に限界が生じ、製造コストが高くなるなど多くの課題が残されていた。
【0006】
特許文献1及び特許文献2にあっては、いずれも冷陰極から放出される電子を発光層に直接衝撃せしめて発光させ、画像あるいは文字に変換してガラス基板外部に表示する手段を採用している。この為、冷陰極から放出される電子の量がそのまま輝度やコントラストに反映することになる。しかしながら、これら従来の冷陰極から発生する電子の量に限界が生じ、高輝度の発光が得られるまでの電子は得られていない。また、発光が均一に得られないので、例えば、ハイビジョンが要求される平面ディスプレイなどに用いることは問題があった。
【0007】
尤も、特許文献1のタイプでは、電子放出源となる冷陰極をより尖鋭な円錐状に形成することで、特許文献2のタイプよりも高い解析度が得られるが、この冷陰極の製造に極めて多くのコストを要するものになっていた。一方、特許文献2のタイプでは、特許文献1のタイプに比べて低コスト化が可能になるが、輝度が低く、寿命も短いという欠点がある。
【0008】
特許文献3のFEDは、電子を増倍せしめる電子増倍層を使用している。ところが、ただ一層のみの電子増倍層では電子の倍増効果が限られている。しかも、空間51を利用して電子の自然拡散で電子増倍層50を衝撃し二次電子を発生させるので、それぞれ一つの画素に対する単一陰極電子発生源(エミッター)36は、他の個々のエミッターと一定の間隔を持って隔離する必要が生じる。その為、空間51は、たちまち複雑になるばかりか、製造コストも高くなる不都合が生じる。
【0009】
この他、電子発生源として、図4に示すp-n ジャンクションタイプ(p-n junction type)において、同図(イ)に示されるPNタイプの冷陰極や、同図(ロ)に示されるMIMタイプの冷陰極、あるいは図5に示されるサーフェース・エミッション(Surface emission/conduction emitter)と称する冷陰極が提案されているが、いずれも冷陰極から発生する電子の量に限界が生じ、高輝度の発光が得られるまでの電子は得られていない。
【0010】
そこで、本発明は上述の課題を解消すべく創出されたもので、FEDの発光輝度を向上させると共に、発光初期性能を長時間維持し、しかも耐久性に優れ安価なコストで提供することが可能な電子増倍部を装着したFEDデバイス及びその製造方法を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成すべく本発明は、透光性を有するガラス基板1と、このガラス基板1の内面に陽極として設けられた陽極ITO電極3と、該陽極ITO電極3の内側に設けられ陽極ITO電極3に対向する冷陰極から発生した電子の衝撃により発光し前記ガラス基板1の外部に光を透過せしめる発光層4とを有するFEDデバイスにおいて、前記冷陰極の電子発生源として、長さを10μ m以下に成形したCNTを配設し、前記発光層4として、真空蒸着された薄膜の発光層4を形成し、NiとFeとの合金に多数の有しにCu−Be又はAg−Mgの二次電子発生材料9を塗布したメタルチャンネル型電子増倍部6を配設し、前記冷陰極と発光層4との間に絶縁層5、10を介して配設し、冷陰極から発生した一次電子7が電子増倍部6のを通過する際に、二次電子発生材料9に衝撃を与えて、前記発光層4に放射する二次電子8量を増加せしめることにある。
【0016】
本発明の製造方法は、透光性を有するガラス基板1と、このガラス基板1の内面に陽極として設けられた陽極ITO電極3と、該陽極ITO電極3の内側に設けられ陽極ITO電極3に対向する冷陰極から発生した電子の衝撃により発光し前記ガラス基板1の外部に光を透過せしめる発光層4とを有するFEDデバイスにおいて、長さを10μ m以下に成形したCNT13を陰極ITO電極15上にスクリーン印刷する冷陰極製造工程と、陰極ITO電極15上に絶縁層16とゲート電極12とを順次スクリーン印刷にて形成し、NiとFeとの合金に多数の有しにCu−Be又はAg−Mgの二次電子発生材料を塗布してメタルチャンネル型電子増倍部を設け、該電子増倍部を、ゲート電極12の上に、絶縁層16を介して配設する電子増倍部装着工程と、陽極ITO電極3がわのガラス基板1と陰極ITO電極15がわのガラス基板14との周囲をガラス・フリトで封止後、デバイス内部を真空ポンプで10−6torrの真空に設定する真空工程とからなる。
【0019】
本発明によると、冷陰極から発せられた一次電子が電子増倍部6を通過する際に、電子量が増加した二次電子となって発光層4に放射され、高輝度の発光を促すものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の基本構成は、FEDデバイスに、電子量を増加させる電子増倍部6を装着したものである。
【0021】
FEDデバイスは、透光性を有するガラス基板1と、このガラス基板1の内面に陽極として設けられた陽極ITO電極3と、該陽極ITO電極3の内側に設けられITO電極3に対向する冷陰極から発生した電子の衝撃により発光し前記ガラス基板1の外部に光を透過せしめる発光層4とを有している。
【0022】
このFEDデバイスの冷陰極と陽極との間に電子増倍部6を装着する。該電子増倍部6から発生した一次電子7が電子増倍部6の空洞を通過する際に、二次電子発生材料9に衝撃を与え、前記発光層4に放射する二次電子8量を増加せしめる。
【0023】
本発明に最適な電子増倍部6としてメタルチャンネル型電子増倍部6Aを使用する(図13参照)。また、この他にも、ボックス型電子増倍部(図6参照)、ラインフォーカス型電子増倍部(図7参照)、メッシュ型電子増倍部(図8参照)、MPC型電子増倍部(図9参照)などのタイプがあるが、本発明では、これらの電子増倍部は使用しない
【0024】
特に、メタルチャンネル型電子増倍部6Aとしては、図13(イ)乃至(ハ)のいずれのタイプを選択してもよい。すなわち、同図(イ)は、二次電子発生材料9を塗布した孔6Aaの内周面が湾曲した状態を成す。また、同図(ロ)は、この孔6Aaの内周面が筒状を成し、且つ対向する側面が平行になっている。さらに、同図(ハ)は、孔6Aaの内周面が筒状を成し、且つ対向する側面が平行になっていない状態を成している。図示例のように、一層のメタルチャンネル型電子増倍部6Aは、高さ(厚み)が約0.2mm、孔6Aaの口径は約0.1mm〜0.3mmで、42%のNiと58%のFeとの合金を用いる。更に、冷陰極がわの孔6Aaの口径を、陽極がわの孔6Aaの口径よりも小さく形成した場合(同図ハ)は、発光層4の発光材料や二次電子発生材料9などが冷陰極に堆積し難くすることができる。また、孔6Aaの内周面に塗布する二次電子発生材料9は、Cu−Be(銅−ベリリュウム)又はAg−Mg(銀−マグネシウム)の使用が好適である。
【0025】
図12に示す電子増倍部6は、4枚の電子増倍部6を重ねた状態を示している。この場合、二次電子8の発生を更に増加せしめることができる。例えば、1枚のゲインをU(=二次電子発生数/一次電子発生数)とすると、n枚の電子増倍部6を重ねた全体のゲインは、Ut=k・Un (k=定数、n=電子増倍部6の枚数)となる。一方、各電子増倍部6は、それぞれ絶縁層5、10を介して積層されており、この電子増倍部6自体がスペーサーの役割も兼ねているので、FEDデバイスの空間をサポートし、各絶縁層5、10の厚みを薄くすることができる。しかも、電子増倍部6が絶縁層5、10と共に、FEDデバイスの冷陰極と陽極との間の支持強度を強化することができるので、薄型大画面用のFEDデバイスとして使用することができる。
【0026】
次に、本発明FEDデバイスの製造方法として、冷陰極にマルチウォールタイプのCNT13を使用し、電子増倍部6にメタルチャンネル型電子増倍部6Aを配設した実施例に基づいて説明する(図1参照)。製造工程は便宜上、冷陰極製造工程、電子増倍部装着工程、真空工程に分けて説明する。
【0027】
冷陰極製造工程は、アーク・リスチャージ方法で、長さを10μ m以下に成形したマルチウォールタイプのCNT13を用いる。次に、CNT13をシルバーペストの中に混練してパタン化したメタル・マスクで、ガラス基板14上の陰極ITO電極15上にスクリーン印刷する。このCNT13をベーキングした後に、CNT13の表面処理を施して冷陰極を製造するものである。
【0028】
電子増倍部装着工程は、まず、陰極ITO電極15上に絶縁層16とゲート電極12とをスクリーン印刷にて形成する。更に、絶縁層16からゲート電極12の上方に向けてスクリーン印刷にて形成された絶縁層10を介してメタルチャンネル型電子増倍部6Aを配設する。図示例のメタルチャンネル型電子増倍部6Aは一層であるが、これを二層、あるいは図12に示す四層など、複数層に積層することが可能である。更に、メタルチャンネル型電子増倍部6Aの上面に絶縁層5をスクリーン印刷し、この絶縁層5の上端にブラックマトリクス2をスピン・コーティングで施す。そして、該ブラックマトリクス2の上に、ガラス基板1を装着してメタルチャンネル型電子増倍部6Aを固定する。このガラス基板1の内側には、予め陽極ITO電極3と真空蒸着された薄膜の発光層4とを設けてある。
【0029】
真空工程では、陽極ITO電極3がわのガラス基板1と陰極ITO電極15がわのガラス基板14との周囲をガラス・フリト(図示せず)で封止し、その後、デバイス内部を真空ポンプで10-6torrの真空に設定する。
【0030】
次に、上述の如く製造した本発明FEDデバイスと、従来型のFEDデバイスとの実験結果を説明する(図14、図15参照)。
【0031】
図14(イ)は、従来型のFEDデバイスで電子増倍部6を装着していない。このとき、陽極電圧(Va)=500V、ゲート電圧(Vg)=0、陰極電圧(Vc)=−270Vに設定している。一方、同図(ロ)は、本発明FEDデバイスであり、二層のメタルチャンネル型電子増倍部を装着している。こちらは、陽極電圧(Va)=650V、ゲート電圧(Vg)=0、陰極電圧(Vc)=−270V、第2のメタルチャンネル型電子増倍部と接地間の電圧(V2)=150V、第1のメタルチャンネル型電子増倍部の電極(V1)=0としている。
【0032】
この結果、本発明FEDデバイスは、図15に示すように、従来型のFEDデバイスに比べて、発光輝度(B)対動作時間(t)と、陰極電流(Ic)対動作時間(t)とにおいて優れた特性を示している。同図中に示す実線は、本発明FEDデバイスの発光輝度(B)と陰極電流(Ic)を表す。また、点線は従来型FEDデバイスの発光輝度(B)と陰極電流(Ic)を表している。すなわち、従来型FEDデバイスでは、動作時間(t)=1500時間経過後、発光輝度(B)及び陰極電流(Ic)が共に経時変化を示しているが、本発明FEDデバイスでは、いずれも経時変化は認められない。
【0033】
図16は、図15における各FED素子の発光パターンを示している。図16(イ)は、本発明と従来例の発光パターンであるが、いずれも電子増倍部6を装着しない初期発光パターンを示している(▲1▼、▲2▼参照)。また、同図(ロ)は、動作時間(t)=1500時間経過後の発光パターンであり、電子増倍部6を装着した本発明と、装着しない従来例とを比較している(▲3▼、▲4▼参照)。同図(イ)における初期発光時の発光輝度(B)は、いずれも150nits(Ic=0.5mA)であった(▲1▼、▲2▼参照)。一方、動作時間(t)=1500時間経過後を示す同図(ロ)において、従来型FEDデバイスでは、FED素子の発光は見られなかった(▲4▼参照)。このとき、本発明FEDデバイスのFED素子は、発光輝度(B)=100nitsも発光していることがわかった(▲3▼参照)。この際、陰極電流(Ic)は、両者とも0.004mAまで減少している。この原因は、CNTの材質が経時変化によって劣化したものと考えられる。従って、耐久性能に優れたCNTを使用することにより、FEDデバイスの寿命を延ばすことができる。
【0034】
これらの結果から、FEDデバイスに電子増倍部を装着することで次の特徴が実証された。第1に発光輝度が向上すること。第2に陰極の応答性能が向上すること。第3に陰極の電流を減少し、陰極の寿命を延ばすこと。第4に高輝度と応答特性がよいので、TFT等のアクティブ・ディバイス(active device)で回路を駆動しなくてもよいことなどである。特に第4の特性は、FEDデバイスの製造コストを安価にする重要な特性になっている。
【0035】
尚、図14(ロ)の実験で、電子増倍部6(メタルチャンネル型電子増倍部)を一層用いたときの電子増倍のゲイン(U)=5であったが、電子増倍部6を二層用いた場合、全体のゲイン(Ut)=52が得られた。従って、電子増倍部6をn層にした場合の全体のゲインは、Ut=k・Un(k=常数)で示される。
【0036】
【発明の効果】
本発明は、上述の如く構成したことにより、当初の目的を達成した。
【0037】
すなわち、多数の空洞に二次電子発生材料9を塗布した電子増倍部6を、冷陰極と発光層4との間に絶縁層5、10を介して配設し、冷陰極から発生した一次電子7が電子増倍部6の空洞を通過する際に、二次電子発生材料9を衝撃して前記発光層4に放射する二次電子8量を増加させることにより、FEDの発光輝度を向上させることが可能になった。また、冷陰極と陽極との間に電子増倍部6を介することで、電子増倍部6自体がスぺーサーの役割を果し、FEDデバイスの強度を高め、従来よりも薄く、且つ、広いFEDデバイスの提供を可能にする。
【0038】
しかも、冷陰極の電子発生源17として、カーボン・ナノチューブを使用することにより、低電圧による使用が可能になり、耐久性に優れ安価なコストで提供することができる。
【0039】
電子増倍部6にメタルチャンネル型電子増倍部6Aを使用したことにより、発光初期性能を長時間維持することが可能になった。
【0040】
更に、本発明の製造方法によると、スクリーン印刷を基本とした製造が可能になり、極めて安価に提供することができる。
【0041】
このように本発明によると、FEDの発光輝度を向上させると共に、発光初期性能を長時間維持し、しかも耐久性に優れ安価なコストで提供することが可能になるなどといった有益な種々の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略断面図。
【図2】他のタイプの電子発生源を示し、(イ)は斜視図、(ロ)は断面図。
【図3】他のタイプの電子発生源を示し、(イ)は斜視図、(ロ)は断面図。
【図4】他のタイプの電子発生源を示し、(イ)はPNタイプの断面図、(ロ)はMIMタイプの断面図。
【図5】他のタイプの電子発生源を示す概略図。
【図6】他の電子増倍部を示し、(イ)は斜視図、(ロ)は要部断面図。
【図7】他の電子増倍部を示す要部断面図。
【図8】他の電子増倍部を示す概略図。
【図9】他の電子増倍部を示し、(イ)は一部切欠き斜視図、(ロ)は要部断面図。
【図10】他の電子増倍部を示し、(イ)は断面図、(ロ)は要部拡大断面図。
【図11】従来のFEDデバイスを示す概略断面図である。
【図12】本発明の他の実施例を示す概略断面図。
【図13】(イ)乃至(ハ)は、本発明のメタルチャンネル型電子増倍部における孔の実施例を示す要部斜視図。
【図14】FEDデバイスによる試験方法で、(イ)は本発明を示し、(ロ)は従来例を示す概略図。
【図15】本発明と従来のFEDデバイスによる試験の特性結果を示す図。
【図16】本発明と従来のFEDデバイスによる試験の発光パターンを示し、(イ)は初期発光パターン、(ロ)は経時後の発光パターン。
【符号の説明】
1 ガラス基板
2 ブラックマトリクス
3 陽極ITO電極
4 発光層
5 絶縁層
6 電子増倍部
7 一次電子
8 二次電子
9 二次電子発生材料
10 絶縁層
11 真空
12 ゲート電極
13 CNT
14 ガラス基板
15 陰極ITO電極
16 絶縁層
17 電子発生源
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in FED (Field Emission Display), and relates to an FED device equipped with an electron multiplier (dynode) having high luminance characteristics and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As a conventional FED, a spindt type FED described in Patent Document 1 is known (see FIG. 2). This type of FED has a cold cathode as an electron emission source formed in a sharp conical shape on a Si substrate, and applies a voltage between the cathode electrode and the gate to emit electrons from the cold cathode. FED. This type of cold cathode is formed by vacuum-depositing a material such as MO, Cr, or Pt having a low work function on the tip of the cathode substrate.
[0003]
The FED described in Patent Document 2 is a type generally referred to as carbon nanotubes / CNT FED (see FIG. 3). This type employs carbon nanotubes for the cold cathode.
[0004]
Patent Document 3 employs the above-described spind type, and describes an FED in which an electron multiplying layer for multiplying electrons emitted from a cold cathode by a cathode is mounted on a phosphor (see FIG. 11). ). According to this FED, the electrons 33 use the space 51 to impact the electron multiplication layer 50 by the spontaneous diffusion of electrons to generate secondary electrons, and excite the phosphor to emit light on the outside of the glass substrate. It is a mechanism.
[Patent Document 1]
US Pat. No. 3,665,241 [Patent Document 2]
JP 2002-343281 A [Patent Document 3]
US Pat. No. 5,982,082
[Problems to be solved by the invention]
However, these conventional FEDs still have many problems such as a limitation in light emission luminance and light emission uniformity and an increase in manufacturing cost.
[0006]
In both Patent Document 1 and Patent Document 2, the electron emitted from the cold cathode is directly applied to the light emitting layer to emit light, converted into an image or text, and displayed on the outside of the glass substrate. Yes. For this reason, the amount of electrons emitted from the cold cathode is directly reflected in luminance and contrast. However, the amount of electrons generated from these conventional cold cathodes is limited, and no electrons have been obtained until high-luminance emission is obtained. In addition, since light emission cannot be obtained uniformly, there has been a problem in using it for flat displays and the like that require high vision, for example.
[0007]
However, in the type of Patent Document 1, by forming the cold cathode serving as an electron emission source in a sharper cone shape, a higher degree of analysis than that of the type of Patent Document 2 can be obtained. It was costly. On the other hand, the type of Patent Document 2 can be reduced in cost as compared with the type of Patent Document 1, but has the disadvantages of low brightness and short life.
[0008]
The FED of Patent Document 3 uses an electron multiplication layer that multiplies electrons. However, only a single electron multiplication layer has a limited electron multiplication effect. In addition, since the electron multiplier layer 50 is bombarded by natural diffusion of electrons using the space 51 to generate secondary electrons, the single cathode electron source (emitter) 36 for each pixel is connected to each other pixel. It is necessary to isolate the emitter from the emitter with a certain distance. For this reason, the space 51 is not only complicated, but also disadvantageously increases in manufacturing cost.
[0009]
In addition, as an electron generation source, in the pn junction type shown in FIG. 4, the PN type cold cathode shown in FIG. 4A or the MIM type cold cathode shown in FIG. Alternatively, cold cathodes called surface emission / conduction emitters as shown in FIG. 5 have been proposed. However, the amount of electrons generated from the cold cathodes is limited, and high-luminance emission is obtained. No electrons have been obtained until they are made.
[0010]
Therefore, the present invention was created to solve the above-described problems, and can improve the emission brightness of the FED, maintain the initial light emission performance for a long time, and can be provided at low cost with excellent durability. The present invention provides an FED device equipped with a simple electron multiplier and a method for manufacturing the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention includes a glass substrate 1 having translucency, an anode ITO electrode 3 provided as an anode on the inner surface of the glass substrate 1, and an anode provided inside the anode ITO electrode 3. In an FED device having a light emitting layer 4 that emits light by impact of electrons generated from a cold cathode facing the ITO electrode 3 and transmits light to the outside of the glass substrate 1, the electron source of the cold cathode has a length as 10 disposed mu m was formed below CNT, as the luminescent layer 4, to form a light emitting layer 4 of thin film vacuum deposited on the hole has a large number of holes in the alloy of Ni and Fe Cu- A metal channel type electron multiplying portion 6 coated with a secondary electron generating material 9 of Be or Ag—Mg is disposed, and disposed between the cold cathode and the light emitting layer 4 via insulating layers 5 and 10. The primary electrons 7 generated from the cold cathode are electrons. When passing through the holes in the multiplier section 6, by applying an impact to the secondary electron generating material 9 is to allowed to increase secondary electrons 8 amount of radiation into the light emitting layer 4.
[0016]
The manufacturing method of the present invention includes a glass substrate 1 having translucency, an anode ITO electrode 3 provided as an anode on the inner surface of the glass substrate 1, and an anode ITO electrode 3 provided inside the anode ITO electrode 3. in FED device emitted by electron impact generated from opposite cold cathode and a luminescent layer 4 which allowed to transmit light to the outside of the glass substrate 1, the cathode ITO electrodes 15 CNT13 molded length below 10 mu m and a cold cathode manufacturing process for screen printing on an insulating layer 16 and the gate electrode 12 on the cathode ITO electrode 15 are sequentially formed by screen printing, to the hole has a large number of holes in the alloy of Ni and Fe A secondary channel generating material of Cu—Be or Ag—Mg is applied to provide a metal channel type electron multiplier, and the electron multiplier is disposed on the gate electrode 12 via an insulating layer 16. After the electron-multiplier mounting step, the periphery of the glass substrate 14 with the anode ITO electrode 3 and the cathode ITO electrode 15 is sealed with a glass frit, the inside of the device is 10-6 torr with a vacuum pump And a vacuum process for setting the vacuum.
[0019]
According to the present invention, when primary electrons emitted from the cold cathode pass through the electron multiplier section 6, they are emitted to the light emitting layer 4 as secondary electrons having an increased amount of electrons, and promote high-luminance emission. It is.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The basic configuration of the present invention is such that an electron multiplier 6 for increasing the amount of electrons is attached to an FED device.
[0021]
The FED device includes a transparent glass substrate 1, an anode ITO electrode 3 provided as an anode on the inner surface of the glass substrate 1, and a cold cathode provided inside the anode ITO electrode 3 and facing the ITO electrode 3. And a light emitting layer 4 that emits light by the impact of electrons generated from the light and transmits the light to the outside of the glass substrate 1.
[0022]
The electron multiplier 6 is mounted between the cold cathode and the anode of this FED device. When the primary electrons 7 generated from the electron multiplier 6 pass through the cavity of the electron multiplier 6, the secondary electron generating material 9 is impacted, and the amount of secondary electrons 8 emitted to the light emitting layer 4 is reduced. Increase it.
[0023]
A metal channel type electron multiplier 6A is used as the electron multiplier 6 most suitable for the present invention (see FIG. 13). In addition, a box type electron multiplier (see FIG. 6), a line focus type electron multiplier (see FIG. 7), a mesh type electron multiplier (see FIG. 8), and an MPC type electron multiplier. (See FIG. 9). However, in the present invention, these electron multipliers are not used .
[0024]
In particular, as the metal channel type electron multiplying unit 6A, any of the types shown in FIGS. That is, FIG. 4A shows a state in which the inner peripheral surface of the hole 6Aa coated with the secondary electron generating material 9 is curved. Further, in FIG. 6B, the inner peripheral surface of the hole 6Aa is cylindrical, and the opposing side surfaces are parallel. Further, FIG. 5C shows a state in which the inner peripheral surface of the hole 6Aa has a cylindrical shape and the opposing side surfaces are not parallel. As shown in the illustrated example, the single-layer metal channel type electron multiplier section 6A has a height (thickness) of about 0.2 mm, the diameter of the hole 6Aa is about 0.1 mm to 0.3 mm, 42% Ni and 58%. An alloy with Fe is used. Further, when the diameter of the cold cathode hole 6Aa is smaller than the diameter of the anode hole 6Aa (FIG. 3C), the light emitting material of the light emitting layer 4, the secondary electron generating material 9 and the like are cooled. It can be made difficult to deposit on the cathode. The secondary electron generating material 9 applied to the inner peripheral surface of the hole 6Aa is preferably Cu—Be (copper-beryllium) or Ag—Mg (silver-magnesium).
[0025]
The electron multiplier section 6 shown in FIG. 12 shows a state in which four electron multiplier sections 6 are stacked. In this case, the generation of secondary electrons 8 can be further increased. For example, if the gain of one sheet is U (= secondary electron generation number / primary electron generation number), the total gain of the n electron multipliers 6 superimposed is Ut = k · U n (k = constant). , N = number of electron multipliers 6). On the other hand, each electron multiplier section 6 is laminated via insulating layers 5 and 10, respectively. Since this electron multiplier section 6 also serves as a spacer, it supports the space of the FED device, The thickness of the insulating layers 5 and 10 can be reduced. In addition, since the electron multiplier section 6 and the insulating layers 5 and 10 can reinforce the support strength between the cold cathode and the anode of the FED device, it can be used as an FED device for a thin large screen.
[0026]
Next, a manufacturing method of the FED device of the present invention will be described based on an example in which a multiwall type CNT 13 is used as a cold cathode and a metal channel type electron multiplier 6A is provided in the electron multiplier 6. (See FIG. 1). For the sake of convenience, the manufacturing process will be described by being divided into a cold cathode manufacturing process, an electron multiplier mounting process, and a vacuum process.
[0027]
Cold cathode manufacturing process, an arc-squirrel charge method, using CNT13 multiwall type were molded length below 10 mu m. Next, the CNT 13 is screen-printed on the cathode ITO electrode 15 on the glass substrate 14 with a metal mask kneaded in silver paste and patterned. After the CNT 13 is baked, the CNT 13 is subjected to a surface treatment to produce a cold cathode.
[0028]
In the electron multiplier mounting step, first, the insulating layer 16 and the gate electrode 12 are formed on the cathode ITO electrode 15 by screen printing. Further, the metal channel type electron multiplier 6A is disposed from the insulating layer 16 to the upper side of the gate electrode 12 through the insulating layer 10 formed by screen printing. Although the metal channel type electron multiplier 6A in the illustrated example is a single layer, it can be laminated in a plurality of layers such as two layers or four layers shown in FIG. Further, the insulating layer 5 is screen-printed on the upper surface of the metal channel type electron multiplier 6A, and the black matrix 2 is applied to the upper end of the insulating layer 5 by spin coating. Then, the glass substrate 1 is mounted on the black matrix 2 to fix the metal channel type electron multiplier 6A. Inside the glass substrate 1, an anode ITO electrode 3 and a thin-film light emitting layer 4 which has been vacuum-deposited are provided in advance.
[0029]
In the vacuum process, the anode ITO electrode 3 and the cathode ITO electrode 15 are sealed around the glass substrate 14 with glass frit (not shown), and then the inside of the device is vacuum pumped. Set to a vacuum of 10 -6 torr.
[0030]
Next, experimental results of the FED device of the present invention manufactured as described above and a conventional FED device will be described (see FIGS. 14 and 15).
[0031]
FIG. 14A shows a conventional FED device in which the electron multiplier 6 is not mounted. At this time, the anode voltage (Va) = 500V, the gate voltage (Vg) = 0, and the cathode voltage (Vc) = − 270V. On the other hand, FIG. 5B shows the FED device of the present invention, which is equipped with a two-layer metal channel type electron multiplier. Here, the anode voltage (Va) = 650V, the gate voltage (Vg) = 0, the cathode voltage (Vc) = − 270V, the voltage between the second metal channel type electron multiplier and the ground (V2) = 150V, It is assumed that the electrode (V1) of the metal channel type electron multiplying unit 1 is 0.
[0032]
As a result, as shown in FIG. 15, the FED device of the present invention has a light emission luminance (B) vs. operation time (t), a cathode current (Ic) vs. operation time (t), as compared with a conventional FED device. It shows excellent characteristics. The solid line shown in the figure represents the emission luminance (B) and the cathode current (Ic) of the FED device of the present invention. The dotted line represents the light emission luminance (B) and the cathode current (Ic) of the conventional FED device. That is, in the conventional FED device, after the operation time (t) = 1500 hours, both the light emission luminance (B) and the cathode current (Ic) show changes over time. In the FED device of the present invention, both change over time. It is not allowed.
[0033]
FIG. 16 shows a light emission pattern of each FED element in FIG. FIG. 16 (a) shows the light emission patterns of the present invention and the conventional example, and both show the initial light emission patterns without the electron multiplier section 6 (see (1) and (2)). FIG. 6B shows a light emission pattern after the operation time (t) = 1500 hours has elapsed, and the present invention with the electron multiplier 6 attached is compared with a conventional example without the attachment (▲ 3). ▼, see (4)). The light emission luminance (B) at the initial light emission in FIG. 5A was 150 nits (Ic = 0.5 mA) (see (1) and (2)). On the other hand, in the same figure (b) showing the operation time (t) = 1500 hours elapsed, the conventional FED device did not emit light from the FED element (see (4)). At this time, it was found that the FED element of the FED device of the present invention emits light even with emission luminance (B) = 100 nits (see (3)). At this time, the cathode current (Ic) is both reduced to 0.004 mA. The cause of this is thought to be that the material of the CNT has deteriorated due to changes over time. Therefore, the lifetime of the FED device can be extended by using CNTs having excellent durability performance.
[0034]
From these results, the following features were demonstrated by attaching the electron multiplier to the FED device. First, the emission luminance is improved. Second, the cathode response performance is improved. Third, to reduce the cathode current and extend the life of the cathode. Fourth, since the high luminance and response characteristics are good, it is not necessary to drive the circuit with an active device such as a TFT. In particular, the fourth characteristic is an important characteristic for reducing the manufacturing cost of the FED device.
[0035]
In the experiment of FIG. 14B, the electron multiplication gain (U) = 5 when the electron multiplication unit 6 (metal channel type electron multiplication unit) is further used. If 6 with two layers, the overall gain (Ut) = 5 2 were obtained. Therefore, the overall gain when the electron multiplier section 6 is an n-layer is represented by Ut = k · U n (k = constant number).
[0036]
【The invention's effect】
The present invention achieves the original object by being configured as described above.
[0037]
That is, the electron multiplying portion 6 in which the secondary electron generating material 9 is applied to a large number of cavities is disposed between the cold cathode and the light emitting layer 4 via the insulating layers 5 and 10 to generate the primary generated from the cold cathode. When the electrons 7 pass through the cavity of the electron multiplier 6, the secondary electron generating material 9 is bombarded to increase the amount of secondary electrons 8 emitted to the light emitting layer 4, thereby improving the emission brightness of the FED. It became possible to make it. In addition, by interposing the electron multiplier 6 between the cold cathode and the anode, the electron multiplier 6 itself plays the role of a spacer, increasing the strength of the FED device, thinner than the conventional, A wide range of FED devices can be provided.
[0038]
Moreover, by using carbon nanotubes as the electron source 17 of the cold cathode, it is possible to use it at a low voltage, and it can be provided at low cost with excellent durability.
[0039]
By using the metal channel type electron multiplier 6A for the electron multiplier 6, it is possible to maintain the initial light emission performance for a long time.
[0040]
Furthermore, according to the production method of the present invention, production based on screen printing becomes possible and can be provided at a very low cost.
[0041]
As described above, according to the present invention, various advantageous effects such as improving the light emission luminance of the FED, maintaining the initial light emission performance for a long time, and providing it with excellent durability and low cost can be provided. It is what you play.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B show another type of electron generation source, where FIG. 2A is a perspective view and FIG. 2B is a cross-sectional view.
FIGS. 3A and 3B show another type of electron generation source, where FIG. 3A is a perspective view and FIG. 3B is a cross-sectional view.
4A and 4B show another type of electron generation source, where FIG. 4A is a cross-sectional view of a PN type, and FIG. 4B is a cross-sectional view of an MIM type.
FIG. 5 is a schematic diagram showing another type of electron source.
6A and 6B show another electron multiplier section, where FIG. 6A is a perspective view, and FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part showing another electron multiplier.
FIG. 8 is a schematic view showing another electron multiplier section.
9A and 9B show another electron multiplier section, where FIG. 9A is a partially cutaway perspective view, and FIG.
10A and 10B show another electron multiplier section, where FIG. 10A is a cross-sectional view, and FIG.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a conventional FED device.
FIG. 12 is a schematic sectional view showing another embodiment of the present invention.
FIGS. 13A to 13C are perspective views showing the main part of an embodiment of a hole in the metal channel type electron multiplier of the present invention.
14A and 14B are schematic diagrams showing a test method using an FED device, wherein FIG. 14A shows the present invention and FIG. 14B shows a conventional example.
FIG. 15 is a graph showing the result of a test using the present invention and a conventional FED device.
FIG. 16 shows a light emission pattern of a test using the present invention and a conventional FED device, where (A) is an initial light emission pattern, and (B) is a light emission pattern after aging.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate 2 Black matrix 3 Anode ITO electrode 4 Light emitting layer 5 Insulating layer 6 Electron multiplication part 7 Primary electron 8 Secondary electron 9 Secondary electron generating material 10 Insulating layer 11 Vacuum 12 Gate electrode 13 CNT
14 Glass substrate 15 Cathode ITO electrode 16 Insulating layer 17 Electron generation source

Claims (2)

透光性を有するガラス基板と、このガラス基板の内面に陽極として設けられた陽極ITO電極と、該陽極ITO電極の内側に設けられ陽極ITO電極に対向する冷陰極から発生した電子の衝撃により発光し前記ガラス基板の外部に光を透過せしめる発光層とを有するFEDデバイスにおいて、前記冷陰極の電子発生源として、長さを10μ m以下に成形したCNTを配設し、前記発光層として、真空蒸着された薄膜の発光層を形成し、NiとFeとの合金に多数の有しにCu−Be又はAg−Mgの二次電子発生材料を塗布したメタルチャンネル型電子増倍部を配設し、前記冷陰極と発光層との間に絶縁層を介して配設し、冷陰極から発生した一次電子が電子増倍部のを通過する際に二次電子発生材料に衝撃を与えて前記発光層に放射する二次電子量を増加せしめることを特徴とする電子増倍部を装着したFEDデバイス。A light-transmitting glass substrate, an anode ITO electrode provided as an anode on the inner surface of the glass substrate, and light emitted by the impact of electrons generated from a cold cathode provided inside the anode ITO electrode and facing the anode ITO electrode in and FED device having a light emitting layer allowed to transmit light to the outside of the glass substrate, as an electron source of the cold cathode, is disposed a CNT formed by molding a length below 10 mu m, as the light-emitting layer, to form a light emitting layer of a thin film that is vacuum deposited, Ni and alloy metal channel electron multiplier coated with secondary electron generating material Cu-be or Ag-Mg in said hole has a large number of holes of the Fe And a secondary electron generating material when primary electrons generated from the cold cathode pass through the holes of the electron multiplying portion. Applying an impact to the light emitting layer FED device equipped with electron multiplying section, characterized in that allowed to increase the amount of secondary electrons to morphism. 透光性を有するガラス基板と、このガラス基板の内面に陽極として設けられた陽極ITO電極と、該陽極ITO電極の内側に設けられ陽極ITO電極に対向する冷陰極から発生した電子の衝撃により発光し前記ガラス基板の外部に光を透過せしめる発光層とを有し、二次電子発生材料を塗布した電子増倍部を前記冷陰極と発光層との間に配したFEDデバイスの製造方法において、長さを10μ m以下に成形したCNTを陰極ITO電極上にスクリーン印刷する冷陰極製造工程と、陰極ITO電極上に絶縁層とゲート電極とを順次スクリーン印刷にて形成し、NiとFeとの合金に多数の有しにCu−Be又はAg−Mgの二次電子発生材料を塗布してメタルチャンネル型電子増倍部を設け、該電子増倍部を、ゲート電極の上に絶縁層を介して配設する電子増倍部装着工程と、陽極ITO電極がわのガラス基板と陰極ITO電極がわのガラス基板との周囲をガラス・フリトで封止後、デバイス内部を真空ポンプで10−6torrの真空に設定する真空工程とからなることを特徴とする電子増倍部を装着したFEDデバイスの製造方法。A light-transmitting glass substrate, an anode ITO electrode provided as an anode on the inner surface of the glass substrate, and light emitted by the impact of electrons generated from a cold cathode provided inside the anode ITO electrode and facing the anode ITO electrode And a light emitting layer that transmits light to the outside of the glass substrate, and a method for manufacturing an FED device in which an electron multiplying portion coated with a secondary electron generating material is disposed between the cold cathode and the light emitting layer. and a cold cathode manufacturing process for screen printing molded CNT on the cathode ITO electrode length below 10 mu m, to form an insulating layer and a gate electrode sequentially by screen printing on the cathode ITO electrode, Ni and Fe the alloy many holes in the hole has a Cu-be or Ag-Mg secondary electron generating material is applied providing a metal channel electron multiplier unit, the electronic multiplier section, on the gate electrode Isolated on The step of mounting the electron multiplying portion disposed through the substrate, and the periphery of the glass substrate having the anode ITO electrode and the glass substrate having the cathode ITO electrode sealed with a glass frit, and the inside of the device by a vacuum pump 10 A method for manufacturing an FED device equipped with an electron multiplier, characterized by comprising a vacuum step of setting a vacuum of -6 torr.
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