JP2008124015A - 電子放出物質及びそれを備えた電子放出表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】電子放出効率に優れ、かつ寿命が延長された電子放出物質と、これを備えた電子放出表示素子とを提供すること。
【解決手段】電子放出物質の表面に水素原子が結合されるようにした。また、電子放出表示素子１００を、蛍光体層７０を備える前面パネル１０２と、前面パネル１０２と接合されて所定の空間を形成する電子放出素子１０１と、前面パネル１０２と電子放出素子１０１とが形成する空間１０３の内部に配置された水素放出剤２０と、を備えるように構成した。また、水素放出剤２０は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｇ、Ｔｈ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉを含むグループのうちから選択された金属の水素化合物を一つ以上含むようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子放出物質及びそれを備えた電子放出表示素子に関する。

電子放出表示素子は、電子放出素子から放出された電子が蛍光体層を励起させて可視光線を発生させることを利用した平板ディスプレイ装置の一種である。かかる電子放出表示素子に使われる電子放出素子については、多様な研究が進められている。そのうちの一つを例に挙げると、マイクロチップの先端における先端放電効果及び電子トンネリング現象によって電子が放出されることを利用した電界放出素子がある。また、このようなマイクロチップを利用した方式における、マイクロチップの劣化による寿命短縮及び電子放出効率の低下の問題を解決するために、電子放出物質としてカーボンナノチューブを利用した例がある。

しかし、研究によれば、カーボンナノチューブを電子放出物質として適用した場合、駆動中に活性ガスがカーボンナノチューブに吸着したり、カーボンナノチューブ自体の電気抵抗によって発生したジュール熱によって電子及び原子の構造に変化が生じ、その結果、電子放出物質として用いられているカーボンナノチューブの性能が低下するという問題が発生するとのことである。これにより、このような問題点を解消するための方案を講ずる必要性が生じている。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、本発明の目的とするところは、電子放出効率に優れ、かつ寿命が延長された電子放出物質と、これを備えた電子放出表示素子とを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、表面に水素原子が結合された電子放出物質が提供される。

このような本発明にかかる電子放出物質によれば、電子放出物質の表面に水素原子が結合されたことにより、電子放出物質の構造的な欠陥が補完されて、電子放出物質の電気抵抗が減少される。これにより、電子放出バリヤが低くなるため、電子放出効率や電子放出特性が向上されて、駆動が安定化され、また、寿命が延長された電子放出物質を提供することができる。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、蛍光体層を備える前面パネルと、上記前面パネルと接合されて所定の空間を形成する電子放出素子と、上記前面パネルと上記電子放出素子とが形成する空間の内部に配置された水素放出剤と、を備えることを特徴とする電子放出表示素子が提供される。

このような本発明にかかる電子放出表示素子によれば、上記水素放出剤を備えたことにより、上記水素放出剤から放出される水素原子が、上記電子放出素子に吸着されて、上記電子放出素子を組成する電子放出物質の表面の欠陥を補完することができる。また、上記水素放出剤から放出される水素原子は、上記所定の空間内の酸素やラジカルイオンのような活性ガスを還元させることもできる。このように、水素原子が電子放出素子に吸着されることにより、電子放出素子の電子放出物質の電気抵抗が減少されて電子放出バリヤが低くなり、電子放出効率が向上される。また、上記所定の空間内の酸素やラジカルイオンが還元されることにより、電子放出物質の劣化を促進する物質が除去される。これにより、電子放出効率や電子放出特性が向上され、駆動が安定化し、電子放出物質の劣化が抑制され、寿命が延長された電子放出表示素子を提供することができる。

このとき、上記水素放出剤は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｇ、Ｔｈ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉを含むグループのうちから選択された金属の水素化合物を一つ以上含んで組成されるのがよい。

また、上記前面パネルは、可視光線を透過する材質で形成された前面基板と、上記前面基板の背面に配置されたアノード電極と、上記アノード電極と隣接して配置された蛍光体層とを備えるように構成されるのがよい。

そして、上記水素放出剤は、上記前面パネルに配置されるように構成されるのがよい。このように、上記電子放出素子に比べてその構成があまり複雑ではない上記前面パネルに上記水素放出剤を設けるようにしたことにより、電子放出表示素子の製造工程が容易になる。

また、上記電子放出素子は、ベース基板と、上記ベース基板の上面に形成された複数のカソード電極と、上記カソード電極を覆うように形成された絶縁体層と、上記絶縁体層の上側に形成された複数のゲート電極と、上記ゲート電極及び上記絶縁体層に連通して形成されて上記カソード電極を部分的に露出させる電子放出源ホールの内側に、上記カソード電極と電気的に連結されるように配置された電子放出源と、を備えるように構成されるのがよい。

または、上記電子放出素子は、ベース基板と、上記ベース基板の上面に形成された複数のカソード電極と、上記カソード電極を覆うように形成された第１絶縁体層と、上記第１絶縁体層の上側に形成された複数のゲート電極と、上記ゲート電極を覆うように形成された第２絶縁体層と、上記第２絶縁体層の上側に形成された集束電極と、上記第１絶縁体層、上記ゲート電極、上記第２絶縁体層及び上記集束電極に連通して形成されて上記カソード電極を部分的に露出させる電子放出源ホールの内側に、上記カソード電極と電気的に連結されるように配置された電子放出源と、を備えるように構成されることもできる。

あるいは、上記電子放出素子は、ベース基板と、上記ベース基板の上面に形成された複数の第１電極と、上記第１電極に対向して配置された複数の第２電極と、上記第１電極と上記第２電極との間に配置され、上記第１電極及び上記第２電極と電気的に連結された領域にナノギャップが形成された電子放出源と、を備えるように構成されることもできる。このような電子放出素子は、例えばＳＣＥ型の電子放出素子であることができる。

以上説明したように本発明によれば、電子放出物質として使われる例えばカーボンナノチューブなどの表面に水素原子が結合することにより、電子放出物質の表面の欠陥が補完されて電気抵抗が減少されて電子放出バリヤが低くなるので、電子放出効率がさらに向上された電子放出物質を提供できるものである。また、このような電子放出物質を備えることにより、動作安定性が向上して、また、寿命も延長された電子放出表示素子を提供できるものである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子の構成を概略的に示した断面図である。また、図２は、図１のＩＩ部分の拡大図であり、本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出素子を示す。

図１に示したように、本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子１００は、前面パネル１０２と電子放出素子１０１とが所定の真空空間１０３を形成するように密封材５０によって接合されて形成される。

前面パネル１０２は、前面基板９０、アノード電極８０及び蛍光体層７０を備える。

前面基板９０は、可視光線を透過させることができる材質で形成される。また、前面基板９０の背面、すなわち電子放出素子１０１と対向する側には、アノード電極８０及び蛍光体層８０が配設される。

アノード電極８０は、電気伝導性を有する材料であれば、いかなる素材により形成されることができる。かかるアノード電極８０は、電子放出素子１０１のベース基板１１０に形成された電子放出構造から放出された電子を加速させる役割を果たし、このようにして加速された電子は蛍光体層７０に衝突して蛍光体層７０を励起させる。アノード電極８０は、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄなどの金属、またはその合金から形成されることができる。あるいは、アノード電極８０は、Ｐｄ、Ａｇ、ＲｕＯ_２、Ｐｄ−Ａｇのうちから選択された素材とガラスとを含む印刷された導電体により形成されることもできる。また、アノード電極８０は、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３またはＳｎＯ_２などの透明導電体から形成されることもできる。更に、アノード電極８０は、多結晶シリコンなどの半導体物質により形成されることもできる。

蛍光体層７０は、加速された電子によって励起されて可視光線を発生するＣＬ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）型蛍光体により形成されることができる。蛍光体層７０に使用することができる蛍光体としては、例えば、赤色光用の蛍光体としては、ＳｒＴｉＯ_３：Ｐｒ、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_３Ｓ：Ｅｕなどを含む蛍光体を使用することができる。また、緑色光用の蛍光体としてはＺｎ（Ｇａ，Ａｌ）_２Ｏ_４：Ｍｎ、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌなどを含む蛍光体を使用することができる。そして、青色光用の蛍光体としてはＹ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ、ＺｎＧａ_２Ｏ_４、ＺｎＳ：Ａｇ、Ｃｌなどを含む蛍光体を使用することができる。蛍光体層７０に使用することができる蛍光体は、ここで言及した蛍光体に限定されるものではない。かかる蛍光体層７０は、アノード電極８０と隣接して配置されることができる。

電子放出素子１０１としては、多様な形態の電子放出素子を使用することができる。すなわち、電子放出源として熱陰極を利用する方式、または、冷陰極を利用する方式のいずれを使用することもできる。特に、冷陰極を利用する方式の電子放出素子としては、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）型、ＳＣＥ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｍｉｔｔｅｒ）型、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）型及びＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、ＢＳＥ（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ）型などの電子放出素子を用いることができる。

上記ＦＥＤ型の電子放出素子は、真空中で電界差によって容易に電子が放出される原理を利用したものであり、仕事関数が小さいか、またはベータ関数が大きい物質を電子放出源として含むことができる。このようなＦＥＤ型の電子放出素子の電子放出源に適する素子としては、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）などを主な材質とする先端が尖ったチップ（ｔｉｐ）構造物や、グラファイト、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）などの炭素系物質、またはナノチューブやナノワイヤなどのナノ物質などの素子が開発されている。

上記ＳＣＥ型の電子放出素子は、ベース基板上に相互に対向して配置された第１電極と第２電極との間に導電薄膜を設け、上記導電薄膜に微細亀裂（ナノギャップ）が形成されるようにした電子放出源が設けられた電子放出素子である。上記ＳＣＥ型の電子放出素子は、電極に電圧を印加して上記導電薄膜の表面に電流を流すと、上記微細亀裂が形成された電子放出源から電子トンネリング現象（トンネリング効果）によって電子が放出される原理を利用したものである。

上記ＭＩＭ型の電子放出素子は、金属−誘電層−金属（ＭＩＭ）構造からなる電子放出源を有する。かかるＭＩＭ型の電子放出素子は、誘電層を介して位置する二つの金属の間に電圧を印加するとき、高い電子電位を有する金属から、低い電子電位を有する金属方向に電子が移動及び加速されつつ放出される原理を利用した素子である。また、上記ＭＩＳ型の電子放出素子は、金属−誘電層−半導体（ＭＩＳ）構造からなる電子放出源を有する。かかるＭＩＳ型の電子放出素子は、誘電層を介して位置する金属と半導体との間に電圧を印加するとき、高い電子電位を有する半導体から、低い電子電位を有する金属方向に電子が移動及び加速されつつ放出される原理を利用した素子である。

上記ＢＳＥ型の電子放出素子は、半導体のサイズを電子の平均自由行程よりも小さい寸法となる範囲まで縮小すれば、電子が散乱せずに走行する原理を利用したものである。かかるＢＳＥ型の電子放出素子は、金属または半導体からなってオーミック電極上に形成される電子供給層と、上記電子供給層上に形成される絶縁体層と金属薄膜とを含み、上記オーミック電極と上記金属薄膜とに電源が印加されることによって、電子を放出することができる。

図２は、図１に示された電子放出表示素子のＩＩの部分を拡大した断面図であり、本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出素子を示す。図２に示されているのは、ＦＥＤ型の電子放出素子が電子放出表示素子に配置された状態である。

図２に示したように、電子放出素子１０１は、ベース基板１１０と、カソード電極（第１電極）１２０と、ゲート電極１４０（第２電極）と、第１絶縁体層１３０と、電子放出源ホール１３１と、電子放出源１５０とを備えることができる。

ベース基板１１０は、所定の厚さを有する板状の部材である。ベース基板１１０には、例えば、石英ガラス、少量のＮａのような不純物を含有したガラス、板ガラス、ＳｉＯ_２がコーティングされたガラス基板、酸化アルミニウム、またはセラミック基板などを用いることができる。また、フレキシブルディスプレイ装置を具現する場合には、柔軟な材質が使われることもある。

カソード電極（第１電極）１２０は、ベース基板１１０の上面に一方向に延長されるように配設される。

ゲート電極１４０（第２電極）は、カソード電極１２０及び絶縁体層１３０を介してベース基板１１０上に、カソード電極（第１電極）１２０と対向するように配設される。カソード電極１２０とゲート電極１４０とは、アノード電極８０の素材のような電気導電物質で形成されることができる。具体的には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄなどの金属またはその合金や、Ｐｄ、Ａｇ、ＲｕＯ_２、Ｐｄ−Ａｇのうちから選択された素材とガラスとを含む印刷された導電体や、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３またはＳｎＯ_２などの透明導電体や、多結晶シリコンなどの半導体物質などから形成されることができる。

絶縁体層１３０は、ゲート電極１４０とカソード電極１２０との間に配置されて、カソード電極１２０とゲート電極１４０とを絶縁することによって、二つの電極間にショートが発生することを防止する。すなわち、絶縁体層１３０は、カソード電極１２０を覆うように配置されることができる。そして、ゲート電極１４０は、絶縁体層１３０の上に配置されることができる。

電子放出源ホール１３１は、電子放出源１５０を形成するための空間である。電子放出源ホール１３１は、例えば、カソード電極１２０とゲート電極１４０とが交差する電子放出源１５０が配設される領域に、カソード電極１２０の一部分が露出されるように、孔を、ゲート電極１４０及び絶縁体層１３０に連通するように形成することによって設けることができる。

電子放出源１５０は、カソード電極１２０と通電されるように配置される。電子放出源１５０には、カーボン物質またはナノ物質を電子放出物質として使用することができる。電子放出源１５０は、電子放出源ホール１３１の内側に、カソード電極１２０と電気的に連結されるように形成される。このとき、電子放出源１５０の最上部は、ゲート電極１４０と比べて高さが低く配置されるのがよい。

電子放出源１５０に使用される電子放出物質としては、カーボン物質やナノ物質を用いるのがよい。カーボン物質としては、仕事関数が小さく、ベータ関数が大きいカーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ：ＣＮＴ）、グラファイト、ダイアモンド、またはダイヤモンド状カーボンなどを使用するのがよい。また、ナノ物質としては、ナノチューブ、ナノワイヤ、ナノロッドなどを使用するのがよい。特に、カーボンナノチューブは、電子放出特性に優れて低電圧駆動が容易であるため、カーボンナノチューブを電子放出源１５０として用いた装置においては、装置の大面積化を図ることができるといった利点がある。

スペーサ６０は、電子放出素子１０１と前面パネル１０２との間に配置され、電子放出素子１０１と前面パネル１０２との間隔を維持する役割を果たす。スペーサ６０は、図１に示されるように、電子放出素子１０１の面に垂直な方向に、不連続的に配置されることができる。図１は、断面図であるため、スペーサ６０が真空空間１０３を密閉するように図示されているが、実際の密封は、密封材５０によってなされ、スペーサ６０は、真空空間１０３を支持する役割を果たす。スペーサ６０は、絶縁物質により形成されることができる。

前面パネル１０２と電子放出素子１０１とが形成する真空空間１０３の一側には、内部に残存するガスを排出するための排気口１６０が形成される。また、内部壁面のうち所定の位置には、水素放出剤２０が配設される。

水素放出剤２０は、前面基板９０、ベース基板１１０、またはその他の真空空間１０３内に位置する所定の領域に配置されることができるが、前面パネル１０２に配置されるのがよい。これは、前面パネル１０２が電子放出素子１０１に比べてその構成があまり複雑ではなく、電子放出素子１０１よりも少ない数の工程を経て製造されるので、製造工程を考慮した場合、比較的構成が簡単な前面パネル１０２側に水素放出材２０を配置することにより、製造が容易になり有利になるためである。

水素放出剤２０は、水素を含むＺｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｇ、Ｔｈ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉまたはこれらの化合物から形成されることができる。かかる水素放出剤２０は、加熱されることにより水素原子を放出させることができる（詳細後述）。このようにして放出された水素原子は、電子放出源１５０の電子放出物質に吸着されて、電子放出物質の表面の欠陥や欠損を補完する作用を有する。そして、かかる作用により、電子放出源１５０を構成する電子放出物質の電気抵抗が減少されて、電子放出バリヤが低くなり、電子放出物質の電子放出効率が向上される。このように電子放出特性が向上された電子放出物質は、安定的に駆動されることができ、また、その寿命も延長される。また、水素放出剤２０から放出された上記水素原子は、電子放出表示素子１００の真空空間１０３内に残留する酸素やラジカルイオンのような活性ガスを還元させる作用も有する。その結果、電子放出物質の劣化を促進する物質が除去されるので、電子放出物質の寿命が延長され、また、電子放出効率や電子放出特性が向上されて安定的に駆動されるといった効果を奏することができる。

このように、本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出物質は、水素原子が結合されたことを特徴とし、かかる特徴により、電気抵抗が減少されて電子放出バリヤが低くなり、電子の放出効率が向上されるといった効果を奏する。

排気口１６０は、所定の栓（図示せず）によって密封されることができるように構成されることができる。あるいは、排気口１６０は、電子放出表示素子１００の内部空間のガスを排気させたあとに、排気口１６０をチップオフして封じるように構成されることもできる。排気口１６０は、図１に図示したように、電子放出素子１０１の基板１１０に形成されることができるが、これに限定されず、前面パネル１０２の前面基板９０に形成されることもできる。

真空空間１０３には、内部ガスを制御するためのゲッタ物質３０をさらに配置することができる。かかるゲッタ物質３０は、真空容器の製作で排気工程後に内部に残留するガス分子を除去するために設けられるものである。ゲッタ物質３０には、例えばバリウム（Ｂａ）などの蒸発型のゲッタを使用することもできるし、あるいは、その表面が活性化されて残留ガスを吸着することのできる非蒸発型のゲッタを使用することもできる。ゲッタ３０は、電子放出表示素子１００の内部に配設され、特に、排気管の内部に配設されることができる。ゲッタ３０は、電子放出表示素子１００を排気及び密封した工程の後に、加熱によって、ゲッタ物質を蒸発させるか、あるいは、表面が活性化されながら、残留ガスを吸着することができる。

図１に示した電子放出表示素子１００が、単なるランプとして可視光線を発生させるものではなく、画像を具現するためには、電子放出素子１０１に備えられたカソード電極（第１電極）１２０及びゲート電極（第２電極）１４０が交互に配置されるように配設されるのがよい。交互に配置することにより、可視光線が発生する画素を選択するのが容易になる。

以上のような構成を有する電子放出表示素子１００は、以下のように動作する。

先ず、カソード電極１２０に設けられた電子放出源１５０から電子を放出させるために、カソード電極１２０には（−）電圧が印加され、ゲート電極１４０には（＋）電圧が印加される。また、アノード電極８０に強い（＋）電圧を印加することにより、放出された電子はアノード電極８０の方向に加速される。すなわち、上記のようにアノード電極８０に電圧を印加することにより、電子放出源１５０を構成する電子放出物質から放出されてゲート電極１４０に向かって進んだ電子は、その後、アノード電極８０に向かって加速されるようになる。アノード電極８０に向かって加速された電子は、アノード電極８０側に位置する蛍光体層７０に衝突し、これにより蛍光体層７０が励起されて、可視光線が発生される。

図３は、本発明の第２の実施の形態による電子放出素子の構成を概略的に示した部分断面図である。第２の実施の形態による電子放出素子が設けられる電子放出表示素子の、電子放出素子以外の部分の構成は、第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子１００と同様である。

図３に示した第２の実施の形態による電子放出素子２０１は、図２の第１の実施の形態にかかる電子放出素子１０１と実質的に同じ構造を有する電子放出素子に、ゲート電極２４０の上側（前面パネル側）を覆う第２絶縁体層２３５と、第２絶縁体層２３５の上側に形成された集束電極２４５とをさらに備えた構成を有する。

集束電極２４５は、アノード電極（図示せず）とゲート電極２４０との間に形成された電界によって放出された電子がアノード電極に向って加速されるとき、電子の流れを中央に集束可能にする機能を有する。例えば、集束電極２４５に弱い（−）電圧が印加されると、電子放出源２５０から放出された電子は蛍光体層（図示せず）に向かって中央に集束され、電子が左右側の方向に分散されるのを防止することができる。

図３において、上記の説明で説明しなかった符号のそれぞれの名称は、以下の通りである。２１０は基板、２２０はカソード電極、２３０は第１絶縁体層、２４０はゲート電極、２５０は電子放出源、２３１は電子放出源ホールである。これらの構成要素は、図２に示したものと実質的に同じ構成及び作用を有するものであるため、ここで詳細な説明は省略する。

上記のような構成を有する第２の実施の形態による電子放出素子を備えた電子放出表示素子の場合にも、電子放出物質に水素原子が結合されると、電子放出物質の電気抵抗が減少し、その結果、電子放出バリヤが低くなるため、電子放出表示素子の寿命の延長と駆動安定性とを確保することができる。また、第２の実施の形態にかかる電子放出素子の電子放出物質も、第１の実施の形態にかかる電子放出物質と同様に、水素原子が結合されたことを特徴とし、かかる特徴により、電気抵抗が減少されて電子放出バリヤが低くなり、電子放出効率が向上されるといった効果を奏する。

次に、本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子の製造方法について説明する。本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子は、次のような方法で製造されることができる。また、以下に説明する第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子の製造方法は、上述した本発明の第２の実施の形態にかかる電子放出表示素子を製造する場合にも適用することができる。

まず、電子放出素子１０１と前面パネル１０２とを製作する。次に、水素を含むＺｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｇ、Ｔｈ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉまたはこれらの化合物からなる水素放出剤２０を、図１に示したように、前面基板９０、ベース基板１１０、またはその他の真空空間１０３の内部に位置する所定の領域に配置する。その後、例えばフリットのような密封材５０により、シーリング作業を行って真空空間１０３が形成されるように密閉を行う。次いで、内部の空間に残存しているガスを排気口１６０を通じて排気させてから、排気口１６０をチップオフする工程までを実施する。

次に、電子放出表示素子１００を加熱して水素放出剤２０から水素原子を放出させる。このとき、放出された水素原子は、電子放出源１５０の電子放出物質に吸着されるか、または、電子放出表示素子１００の真空空間１０３内に残留する酸素やラジカルイオンのような活性ガスを還元させる。ここで、電子放出源１５０の電子放出物質に吸着された上記水素原子は、電子放出物質の表面の欠陥を補完して、電子放出源１５０を構成する電子放出物質の電気抵抗を減少させることができるため、電子放出バリヤが低くなって電子放出効率が向上され、電子放出表示素子の寿命の延長と駆動安定性とを確保することができる。また、上記放出された水素原子により電子放出表示素子１００の真空空間１０３内に残留する酸素やラジカルイオンのような活性ガスが還元されると、電子放出物質の劣化を促進する物質が除去されて電子放出物質の寿命が延長され、また、電子放出効率を向上させるといった効果を奏することができる。

次に、ゲッタリング工程を通じて真空空間１０３の内部を更に真空化する。かかるゲッタリング工程では、水素を放出した際に消耗された水素原子以外の残りの水素ガスを、Ｂａ系ゲッタを利用してゲッタリングする。

上記のように、本発明の第１の実施の形態による電子放出素子の製造方法は、排気工程、水素放出工程、ゲッタリング工程の順に進められる。また、真空度をより向上させるために、第１の実施の形態による製造方法に更に２次排気工程を追加して、１次排気工程、水素放出工程、ゲッタリング工程、２次排気工程の順に製造を行うようにしてもよい。あるいは、真空度を更に向上させるために、更に別の排気工程を追加して、１次排気工程、水素放出工程、２次排気工程、ゲッタリング工程、３次排気工程の順で製造を行うようにしてもよい。

一方、上記水素放出剤は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｇ、Ｔｈ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉを含む金属元素のグループの中から選択された少なくとも一つの金属元素を含む水素化合物として予め製造されたものであることができる。または、上記水素放出剤は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｇ、Ｔｈ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉを含む金属元素のグループの中から選択された少なくとも一つの金属元素、またはこれらの化合物を、真空空間１０３の内壁に配置した後、真空空間１０３の内部に水素を充填して排気する工程を行うことによって、上記金属元素またはその化合物に水素原子が結合されて生成されることもできる。

以上、本発明の第１の実施の形態による電子放出表示素子１００の説明においては、水素放出剤２０が電子放出表示素子１００の内部に配置されることによって、水素原子を電子放出物質に付着させる方法について主に説明した。一方、電子放出表示素子は、次のような第１の変更例による製造方法によっても製造されることができる。

本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子の第１の変更例による製造方法について、以下に説明する。また、以下に説明する第１の変更例による電子放出表示素子の製造方法は、上述した本発明の第２の実施の形態にかかる電子放出表示素子を製造する場合にも適用することができる。

先ず、電子放出素子１０１の電子放出物質とカソード電極１２０とが電気的に連結されるようにするために、カソード電極１２０の上側（前面パネル１０２側の面）に電子放出源１５０を配設するのがよい。次に、アノード電極８０と蛍光体層７０とを備える前面パネル１０２と、電子放出素子１０１とを、例えばフリットなどの密封材５０によりシーリング（密封）して、電子放出表示素子１００を組み立てる。次に、電子放出表示素子１００の内部空間のガスを排気する前に、排気口１６０を通じて水素ガスを電子放出表示素子１００の内部に充填する。このとき、水素ガスの分圧が、１０^−１０ｔｏｒｒ〜１０^−１ｔｏｒｒに維持されるように水素ガスを充填するのがよい。

次いで、電子放出表示素子１００を構成する電極に電圧を印加して、電子放出物質から０．１μＡ／ｃｍ^２〜２００μＡ／ｃｍ^２の範囲で、１分〜６０分間の間、電子が放出されるように駆動を行う。これにより、電子放出物質から放出されてアノード電極８０により加速されて進む電子が、電子放出表示素子１００の内部に充填された水素ガスを励起して、その結果、水素原子が発生する。このようにして発生された水素原子の一部は、電子放出物質の表面に付着されて、電子放出物質の表面の欠陥や欠損を補完する役割を果たすことができる。その結果、電子放出源１５０を構成する電子放出物質の電気抵抗が減少される。

上記のような工程を経た後に、排気工程、排気口１６０の仕上げ工程（排気口１６０を塞ぐ工程）、ゲッタリング工程などの工程を経て、電子放出表示素子１００の製造が完成される。

次に、本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子の第２の変更例による製造方法、及び、本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子の第３の変更例による製造方法について説明するが、かかる実施の形態の詳細な説明に先立って、先ず、水素解離触媒金属の作用について、以下に説明する。

図４は、水素解離触媒金属の作用を示す模式図である。図４に示したように、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｄまたはこれらの化合物で形成された解離用触媒金属が存在する空間に水素ガスが存在する場合、水素ガスが解離されて解離用触媒金属の表面に水素が原子として付加される。

このような解離用触媒金属を電子放出表示素子１００の内部に配置し、所定温度に加熱すれば、解離用触媒金属から水素原子が放出される。放出された水素原子は、電子放出素子１０１の電子放出源１５０を組成するカーボン物質の表面に吸着されるか、または、電子放出表示素子１００内に残存する酸素やラジカルイオンのような活性ガスを還元させる。水素原子が電子放出源１５０のカーボン物質の表面に吸着されると、カーボン物質の表面の構造的な欠陥部分が除去されて、カーボン物質の電気抵抗が減少し、また、電子放出素子１０１が電子を放出する際に発生される熱も減少される。そして、電子放出表示素子１００内に残存する酸素やラジカルイオンのような活性ガスが還元された場合にも、同様に、電子放出物質の劣化を促進する物質が除去されて、電子放出物質の寿命が延長されて電子放出効率が向上される。

このような原理を適用した本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子の第２の変更例による製造方法について、以下に説明する。また、以下に説明する第２の変更例による電子放出表示素子の製造方法は、上述した本発明の第２の実施の形態にかかる電子放出表示素子を製造する場合にも適用することができる。

まず、電子放出物質の表面に水素解離触媒金属をコーティングする。次に、コーティングされた電子放出物質で電子放出源１５０を形成するための組成物を製作する。そして、電子放出源１５０を形成するための上記組成物を、一般的な印刷工程により電子放出源ホール１３１の内部に塗布する。その後、熱処理及び表面処理などの工程を経て、電子放出素子１０１が製作される。上記のような方法によって電子放出素子１０１を製作した後に、前面パネル１０２と電子放出素子１０１とを封着する。その後、所定時間の間、電子放出源１５０が水素ガスに露出されるように維持する。この過程で、水素ガスが解離されて原子水素が電子放出物質の表面にコーティングされた水素解離触媒金属に付加される。これにより、電子放出源１５０の電子放出効率を向上させることができる。ここで、水素解離触媒金属は、上述したＰｔ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｄなどの金属、またはこれらの金属のうち一つ以上を含む金属化合物であることができる。

このとき、電子放出源１５０が水素ガスに露出されるようにする工程においては、約１分〜６０分間の間、水素の分圧が０．１ｂａｒ〜２．０ｂａｒの範囲内で維持されるのがよい。１分以下の時間で水素放出を誘導した場合には、原子水素が電子放出物質に付着される効果を十分に得ることが困難となる。また、６０分以上水素ガスに露出させたとしても、原子水素が電子放出物質に付着されるといった効果面において、さらに大きな効果を期待するのは難しい。

次に、本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子の第３の変更例による製造方法について、以下に説明する。また、以下に説明する第３の変更例による電子放出表示素子の製造方法は、上述した本発明の第２の実施の形態にかかる電子放出表示素子を製造する場合にも適用することができる。

まず、水素解離触媒金属の粒子をフィラーとして含む電子放出源１５０を形成するための組成物を製作する。上記組成物を使用して電子放出素子１０１を製作した後、前面パネル１０２と電子放出素子１０１とを封着する。その後、所定時間の間、電子放出源１０５が水素ガスに露出されるように維持する。この過程で、水素ガスが解離されて、一部の原子水素が電子放出物質の表面に結合される。これにより、電子放出源１５０の電子放出効率を向上させることができる。ここで、上記水素解離触媒金属は、上述したＰｔ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｐｄなどの金属、またはこれらの金属のうち一つ以上を含む金属化合物であることができる。また、上記水素解離触媒金属の粒子は、粒径の範囲が０．００２μｍ〜２．０μｍであるのがよい。

このとき、電子放出源１５０が水素ガスに露出されるようにする工程においては、約１分〜６０分間の間、水素の分圧が０．１ｂａｒ〜２．０ｂａｒの範囲内で維持されるのがよい。１分以下の時間で水素放出を誘導した場合には、原子水素が電子放出物質に付着される効果を十分に得ることが困難となる。また、６０分以上水素ガスに露出させたとしても、原子水素が電子放出物質に付着されるといった効果面において、さらに大きな効果を期待するのは難しい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、電子放出物質及びそれを備えた電子放出表示素子に適用可能である。

本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出表示素子の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる電子放出物質が適用された電子放出素子の構成を示す図面である。 本発明の第２の実施の形態にかかる電子放出物質が適用された電子放出素子の構成を示す図面である。 水素解離触媒金属の作用を示す模式図である。

符号の説明

２０ 水素放出剤
３０ ゲッタ
５０ 密封材
６０ スペーサ
７０ 蛍光体層
８０ アノード電極
９０ 前面基板
１００ 電子放出表示素子
１０１、２０１ 電子放出素子
１０２ 前面パネル
１０３ 真空空間
１１０、２１０ ベース基板
１２０、２２０ カソード電極
１３０、２３０ 第１絶縁体層
１３１、２３１ 電子放出源ホール
１３５、２３５ 第２絶縁体層
１４０、２４０ ゲート電極
１４５、２４５ 集束電極
１５０、２５０ 電子放出源

Claims (8)

1. 表面に水素原子が結合された電子放出物質。
2. 蛍光体層を備える前面パネルと、
   前記前面パネルと接合されて所定の空間を形成する電子放出素子と、
   前記前面パネルと前記電子放出素子とが形成する空間の内部に配置された水素放出剤と、
   を備えることを特徴とする電子放出表示素子。
3. 前記水素放出剤は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｇ、Ｔｈ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉを含むグループのうちから選択された金属の水素化合物を一つ以上含むことを特徴とする請求項２に記載の電子放出表示素子。
4. 前記前面パネルは、
   可視光線を透過する材質で形成された前面基板と、
   前記前面基板の背面に配置されたアノード電極と、
   前記アノード電極と隣接して配置された蛍光体層とを備えることを特徴とする請求項２に記載の電子放出表示素子。
5. 前記水素放出剤は、前記前面パネルに配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電子放出表示素子。
6. 前記電子放出素子は、
   ベース基板と、
   前記ベース基板の上面に形成された複数のカソード電極と、
   前記カソード電極を覆うように形成された絶縁体層と、
   前記絶縁体層の上側に形成された複数のゲート電極と、
   前記ゲート電極及び前記絶縁体層に連通して形成されて前記カソード電極を部分的に露出させる電子放出源ホールの内側に、前記カソード電極と電気的に連結されるように配置された電子放出源と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の電子放出表示素子。
7. 前記電子放出素子は、
   ベース基板と、
   前記ベース基板の上面に形成された複数のカソード電極と、
   前記カソード電極を覆うように形成された第１絶縁体層と、
   前記第１絶縁体層の上側に形成された複数のゲート電極と、
   前記ゲート電極を覆うように形成された第２絶縁体層と、
   前記第２絶縁体層の上側に形成された集束電極と、
   前記第１絶縁体層、前記ゲート電極、前記第２絶縁体層及び前記集束電極に連通して形成されて前記カソード電極を部分的に露出させる電子放出源ホールの内側に、前記カソード電極と電気的に連結されるように配置された電子放出源と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の電子放出表示素子。
8. 前記電子放出素子は、
   ベース基板と、
   前記ベース基板の上面に形成された複数の第１電極と、
   前記第１電極に対向して配置された複数の第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、前記第１電極及び前記第２電極と電気的に連結された領域にナノギャップが形成された電子放出源と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の電子放出表示素子。

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