专利名称：冷阴极显示装置及冷阴极显示装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及冷阴极显示装置，特别涉及厚度薄而显示面积大的冷阴极显示装置。
背景技术：
冷阴极显示装置，是一种在通过将至少一个是透明的一对基板对置而形成的空间中，使从电子发射部发射的电子与荧光体碰撞而显示所需图案的显示装置。图13中示出现有技术的冷阴极显示装置的结构。
背基板101和前基板102，中间夹着隔板103对置而形成外壳。此外壳内部经排气而形成真空。背基板101、前基板102和隔板103，利用玻璃焊料104固定，并且在冷阴极显示装置的性质方面，至少作为显示面的前基板102的一部分必须是透明的。在前基板102上的内侧形成发光部以便可以显示规定的图案，此发光部的结构包括作为阳极的透明电极108和淀积于其上的荧光体109(以下也将此部分称为“阳极”)。
另一方面，在背基板101上的内侧与阳极对应形成电子发射部，此电子发射部的结构包括作为阴极的基板电极105和淀积于其上的冷阴极材料106(以下也将此部分称为“阴极”)。此处，电子发射部使用的是现有的灯丝，但最近开始使用可以借助印刷法形成的包含碳纳米管的导电层作为电场发射型冷阴极材料。其理由是使用包含碳纳米管的导电层作电子源，与使用灯丝相比，其亮度高寿命长，并且由于导电层可以利用印刷法形成而可以降低制造成本。另外，关于使用包含碳纳米管的导电层的电场发射型冷阴极材料，在日本专利特开2001-155666中有详细描述。
其次，在阳极和阴极之间，设置有用来控制电子的引出电极107，在此引出电极107与阴极相交叉的位置上设置有多个开口部供阴极发射的电子通过。此引出电极107的结构为其一部分弯曲所形成的脚部由玻璃焊料固定而固定于背基板101上。此引出电极107必须从外部向其供给电位。因此，引出电极107在外壳内与铜布线电极110，此铜布线电极110的一部分穿过玻璃焊料104突出到外壳的外部。另外，由于基板电极105与透明电极108也必须从外部供给电位，所以也都分别与铜布线电极相连接。此外，在图13中，只示出引出电极107和铜布线电极110的连接。
其次，对冷阴极显示装置的动作原理予以说明。基本上与三极电子管类似，在保持10-3～10-5Pa的真空的外壳内，通过对基板电极105施加电位使电子从冷阴极材料106发射出来。该发射电子，在受到引出电极107控制的同时，由作为阳极的透明电极108和作为阴极的基板电极105的电位差加速。受到加速的电子，在到达作为阳极的荧光体109时使荧光体激发。该被激发的荧光体在返回到常态发光。利用该发光，冷阴极显示装置进行所要求的显示。
现有的冷阴极显示装置，是单纯的三极电子管，即由阳极、引出电极和阴极构成。此时，存在以下的问题。
现有的冷阴极显示装置的引出电极的结构，是着眼于引出电压和引出效率对引出电极的孔径、板厚、和阴极的间隔进行优化设计的。可是，即使是对引出电极的孔径、板厚、和阴极的间隔进行优化，从阴极射出的电子(下面也称其为“电子束”)在阳极面上的尺寸也不可能足够小。因此，缩短电子束到达阳极面上的经过距离就可以使电子束在荧光体上的尺寸(下面也称其为“电子束直径”)与荧光体的尺寸相比很小。就是说，阳极和引出电极之间的间隔必须很短。
由于阳极和引出电极之间的间隔必须很短，在阳极和引出电极之间可施加的电压的值受到限制，不能施加高电压。在阳极上不能施加高电压就是不能使荧光体的发光效率足够高，具有不能得到足够亮度的冷阴极显示装置的问题。
另外，由于阳极和引出电极之间的间隔必须很短，阴极和阳极之间的间隔也变短。因此，作为整个冷阴极显示装置的结构，必须作成为阴极的电子发射部的尺寸和阳极的荧光体的尺寸大致为1∶1的结构。其结果，在通过改变引出电极的电压来调整电流值而使引出电极附近的会聚力改变并从而使电子束直径改变时，因为该电子束直径的改变直接影响阳极的荧光体的发光，所以会产生像素间的亮度差异。
另外，由于阳极和引出电极之间的间隔必须很短，就要求组装的精度高。因此，如果组装的精度差，电子束的位置会偏离而发生使相邻的荧光体发光的混合色发射的现象，引起色纯度恶化的问题。
此外，存在的另一个问题是阴极表面的电子发射局部化。其原因如下。在通常的冷阴极电子源的场合，其发射特性是由带有凸起的形状的阴极表面电场强度和阴极表面的功函数决定的。可是，由于电场强度对突起的形状非常敏感，所以即使是以某种方式使阴极表面的功函数一致，但在技术上要想使阴极表面在μm以下的精度平坦化是困难的。因此，阴极表面的突起在高度方向的散差是不可避免的，阴极的电子发射量与阴极表面的电场有很强的依赖关系。所以，由于阴极表面的突起形状的微小差异会产生容易发射电子的部分和难以发射电子的部分，并且在容易发射电子的部分上，一旦开始电子发射，则随着表面电场的增加电流值成指数函数形状增加。其结果，电子发射区域在阴极表面上会出现局部化，发亮的像素成为发光点以点状散布的像素而引起画质的劣化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以解决上述问题，使阳极与引出电极充分分开而确保击穿电压，使电子束直径的尺寸与荧光体的尺寸相比足够小，缓和像素的发光点以点状散布的情况而抑制画质劣化的冷阴极显示装置的结构及其制造方法。
本发明的冷阴极显示装置包括具有经排气成为真空的空间的对置的第一、第二基板，作为显示面的上述第二基板的至少显示面部分具有透射性；配置于上述第二基板上的上述空间侧的预定位置上，且具有阳极及配置于上述阳极上的荧光体的发光部；配置于与上述第一基板上的上述空间侧的与上述发光部对置的位置上，且在施加预定的电位时发射电子的电子发射部设置于上述电子发射部和上述发光部之间，控制从上述电子发射部发射的电子的引出电极；以及设置于上述发光部和上述引出电极之间，具有用来使从上述电子发射部发射的电子通过的窗口的聚焦电极。
根据本发明的冷阴极显示装置，可以使阳极与引出电极充分分开而确保击穿电压，使电子束直径的尺寸与荧光体的尺寸相比足够小，缓和像素的发光点以点状散布的情况而抑制画质劣化。
本发明的目的、特征、方面和优点，从以下的详细说明和附图会更加清楚地看到。
图1为示出本发明的实施方案1的冷阴极显示装置的斜视图。
图2为示出本发明的实施方案1的前基板及阳极的斜视图。
图3为示出本发明的实施方案1的背基板及阴极的平面图。
图4为示出本发明的实施方案1的引出电极的平面图。
图5为示出本发明的实施方案1的聚焦电极的平面图。
图6为示出本发明的实施方案1的电子束的轨迹的剖面图。
图7为示出本发明的实施方案1的电子束的轨迹的剖面图。
图8为示出本发明的实施方案1的引出电极和阴极之间的电位差和电子束直径的关系的示图。
图9为示出不具有聚焦电极的冷阴极显示装置的引出电极和阴极之间的电位差和电子束直径的关系的示图。
图10为示出本发明的实施方案2的聚焦电极的形状的斜视图。
图11为示出本发明的实施方案3的背基板上的结构的斜视图。
图12为示出本发明的实施方案3的阴极附近的结构的制造过程的加工过程图。
图13为示出现有的冷阴极显示装置的平面图。
图14为示出本发明的实施方案5的电场强度比和短边的长度/板厚的关系的示图。
图15为示出本发明的实施方案6的电子束直径与聚焦电极和阴极之间的间隔的关系的示图。
图16为示出本发明的实施方案6的电子束直径与荧光体的关系的示图。
图17为示出本发明的实施方案7的冷阴极显示装置的剖面图。
图18为示出本发明的实施方案8的阴极的位置与电子束发散角之间的关系的示图。
图19为示出本发明的实施方案9的中央部的电场/周边部的电场与宽高比(aspect ratio)的关系的示图。
具体实施例方式
1.实施方案1图1为示出本发明的实施方案1的冷阴极显示装置的斜视图。首先，本实施方案的前基板1的结构，与现有的冷阴极显示装置的前基板的结构相同，在前基板1上阳极2是按照规定的显示图案设置的。在本实施方案中，形成的阳极2是带条状。在图2中示出前基板1及阳极2的扩大图。此处，阳极2是在前基板1上形成作为阳极的透明电极并在其上淀积荧光体的结构。
另一方面，本实施方案的背基板9的结构是，在背基板9上的与阳极2相对应的位置上形成阴极7，在与背基板9上的阴极7相连接的位置上形成隔条8，阴极7的行的宽度为100μm，其配置间距为200μm。图3示出背基板上的阴极7及隔条8的平面图。此处，阴极7，是在背基板9上形成带条状的作为阴极(负电极)的电极并在其上淀积冷阴极材料的结构。隔条8是利用丝网印刷法及喷射法等用玻璃焊料形成为带条状。
此外，在阴极7和带条正交的位置，且在形成阴极7的背基板9上形成带条状的引出电极5。在此引出电极5上设置有电子通过窗口6，并且引出电极5的配置使此电子通过窗口6位于阴极7之上。另外，引出电极5，由玻璃焊料固定支撑于隔条8上。图4示为出引出电极5的扩大平面图。在图4中，示出三根引出电极5。此外，在一根引出电极5上在与像素相对应的位置设置多个电子通过窗口6，对一个像素设置大约10个电子通过窗口6。此窗口的长边为100μm，短边为20μm，以每隔60μm的间距配置。另外，在引出电极的电子通过窗口6附近设置的圆孔是用来以玻璃焊料固定支撑引出电极5和隔条8的孔。
其次，本实施方案的背基板9的结构还具备聚焦电极3。该由一片金属板状体形成的聚焦电极3，设置于形成引出电极5及阴极7的背基板9之上。另外，在聚焦电极3中设置电子通过窗口4，聚焦电极3的配置方式使得此电子通过窗口4位于阴极7及引出电极的电子通过窗口6之上。此聚焦电极3，夹着绝缘物和引出电极5保持一定距离而被固定支撑。图5为示出聚焦电极的扩大平面图。此外，聚焦电极3，是由与背基板大致相同大小的一片电极形成的，电子通过窗口4的长边为500μm，短边为100μm，一个窗口对应一个像素成格子状存在。另外，聚焦电极3的板厚为100μm。
本实施方案的冷阴极显示装置的结构是，具有上述的前基板的结构的前基板1和具有上述的背基板的结构背基板9配置成，使阳极2和阴极7互相对置并且夹着隔板固定支撑外周以保持一定的间隔的结构。另外，有时在需要时也在内部采用使前基板1和背基板9保持一定距离用的隔板。为驱动冷阴极显示装置，必须从外部向聚焦电极3及引出电极5等电极供给电位。因此，这些电极要根据需要与外部的电极相连接，但在图1中这些电极和外部的电极的连接部分未图示。
此处，上述的窗口的尺寸及板厚等参数是例示，这些数值是可以按照各个冷阴极显示装置的规格进行适宜的设计的。另外，在本实施方案中，配置于阳极2上的荧光体及阴极7形成为带条状，但这只不过是例示，也可以形成为矩阵状。
下面对本实施方案的聚焦电极的动作予以说明。图6示出从图1的A-A剖面及B-B剖面中的阴极7发射的电子的轨迹(下面也称其为“电子束轨迹”)。此处，从阴极7发出的箭头表示电子流，斜线表示电子的发散度。另外，将与阴极7的行正交的方向、与阴极7的行平行的方向和从阴极7到阳极2的方向分别设定为X方向、Y方向和Z方向。
首先，对X方向的A-A剖面的电子束的轨迹予以说明(图6(a))。从阴极7向Z方向发射的电子(电子束)，受到引出电极5的吸引。不过，X方向的引出电极的电子通过窗口6是长边侧，引出电极5处于与电子束的轨迹分开的位置。因此，电子束的轨迹，在X方向上不大受力的作用而通过引出电极的电子通过窗口6。
通过引出电极5的电子，由于引出电极5和聚焦电极3之间的电位差而缓慢加速。并且，由于聚焦电极3使得在X方向上也受到力的作用，电子束的轨迹发散。但是，由于引出电极5和聚焦电极3的距离短，可抑制电子束的轨迹的发散而防止电子与聚焦电极3碰撞。另外，由于X方向的聚焦电极3的电子通过窗口4是短边侧，聚焦电极3处于电子束的轨迹的附近。由于在此聚焦电极3的附近受到阳极2的电场的影响，电子束的轨迹受到在会聚方向上的力的作用。所以，X方向的A-A剖面的电子束的轨迹由于聚焦电极3而缓慢会聚，聚焦于阳极面上。
其次，对Y方向的B-B剖面的电子束的轨迹予以说明(图6(b))。从阴极7向Z方向发射的电子(电子束)，受到引出电极5的吸引。不过，Y方向的引出电极的电子通过窗口6是短边侧，引出电极5处于与电子束的轨迹附近的位置。因此，电子束的轨迹，在Y方向受力的作用吸引而接近引出电极。图6(b)示出Y方向的B-B剖面的电子束的轨迹在通过引出电极5以后发散的情形。
通过引出电极5的电子，由于引出电极5和聚焦电极3之间的电位差而缓慢加速。并且，由于聚焦电极3使得在Y方向上也受到力的作用，电子束的轨迹发散。另外，由于Y方向的聚焦电极3的电子通过窗口4是长边侧，聚焦电极3不处于电子束的轨迹的附近。因此，电子束的轨迹几乎不会受到在此聚焦电极3的附近由于阳极2的电场的影响而产生的在会聚方向上的力的作用。所以，Y方向的B-B剖面的电子束的轨迹不会聚，而缓慢地发散聚焦于阳极面上。
在图6(b)中，示出的是从一个像素的一个引出电极的电子通过窗口4发出的电子束的轨迹。不过，由于在一个像素中存在多个引出电极的电子通过窗口4，所以在一个像素范围内存在的是如图6(c)所示的电子束的轨迹。其结果，如果像本实施方案这样增加一个聚焦电极3，电子束的轨迹会变成在X方向上会聚，在Y方向上发散的轨迹。此处，在图6中，示出的是在引出电极5(-10V)和阴极7(-90V)之间施加80V，在引出电极5和聚焦电极3之间施加200V电位差时的电子束的轨迹。
下面，在图7中示出的是在引出电极5(-10V)和阴极7(-30V)之间施加20V，在引出电极5和聚焦电极3之间施加200V电位差时的电子束的轨迹。此处，从阴极7发出的箭头表示电子流，斜线表示电子的发散度。图7(a)为示出X方向的A-A剖面的电子束的轨迹的示图，此时的电子束的轨迹，与图6(a)一样，由聚焦电极3缓慢会聚而聚集于阳极面上。图7(b)为示出从一个引出电极的电子通过窗口4发出的Y方向的B-B剖面的电子束的轨迹的示图，此时，由于引出电极5和阴极7之间的电位差小，在Y方向上作用的力弱，电子束的轨迹不会发散而聚焦于阳极面上。
如上所述，图8示出在使引出电极5和阴极7之间的电位差变化时的阳极面上的电子束直径的变化。在图8中，是使引出电极5的电压固定为-10V而只使阴极7的电压(Ek)改变。从图8可知，即使使阴极7的电压(Ek)改变，X方向上的电子束的直径也几乎不改变。另一方面，可以看到，Y方向上的电子束的直径在使阴极7的电压(Ek)减小时电子束的直径增加。就是说，X方向的电子束的直径不受引出电极5和阴极7之间的电位差的变化的影响，Y方向的电子束的直径不随引出电极5和阴极7之间的电位差的增加而增加。此处，在引出电极5(-10V)和阴极7(Ek＝-90V)之间的电位差是80V时，X方向的电子束的直径缩小为20μm，而Y方向上的电子束的直径发散成400μm。
另一方面，图9示出在不具有聚焦电极3时的引出电极5和阴极7之间的电位差和阳极面上的电子束直径的关系。在图9中也是使引出电极5的电压固定为-10V而只使阴极7的电压(Ek)改变。在图9中，在阴极7的电压(Ek)为-100V时，电子束的直径最小，该点是将上述结构看作是透镜系时的最佳聚焦。不过，如果阴极7的电压(Ek)从-100V偏离，就从最佳聚焦偏离而变为过会聚或未会聚的状态，阳极面上的电子束的直径将急剧变化。因此，在不具有聚焦电极3时电子束的直径受到引出电极5和阴极7之间的电位差很大的影响，此外，在没有聚焦电极3时，电子束的直径没有X方向、Y方向的各向异性。
如上所述，通过在冷阴极显示装置中增加聚焦电极3，可以将阳极面上的电子束的直径控制为比荧光体的尺寸小。另外，可以将电子束的直径控制为与引出电极5和阴极7之间的电位差没有关系。因此，不需要限制阳极2和引出电极5的距离来控制电子束的直径，就可以得到充分确保阳极2和引出电极5之间的击穿电压的距离。
另外，由于阳极和引出电极之间的间隔可以加宽，阴极和阳极之间的间隔也可以加宽。因此，作为冷阴极显示装置的整体结构，不需要作成阴极的电子发射部的尺寸和阳极的荧光体的尺寸大致为1∶1的结构。就是说，即使是在为调整电流值而改变引出电极的电压以便改变引出电极附近的会聚力的情况下，也可以缓和该电子束的直径的变化对阳极的荧光体的发光的直接影响，并且可以缓和像素之间的亮度的散差的问题。
另外，由于阳极和引出电极之间的间隔可以加宽，对组装的精度的要求缓和。因此，由于组装的精度差，使电子束的位置偏离而发生使相邻的荧光体发光的混合色发射的现象，引起色纯度恶化的问题也可以缓和。
此外，电子发射区域在阴极表面上出现局部化，发亮的像素成为发光点以点状散布的像素而引起画质的劣化的问题也可以因为在冷阴极显示装置上增加聚焦电极3而缓和。就是说，如果从局部化电子发射区域有电子发射，电子束的轨迹会受到聚焦电极3在Y方向上的发散。通过使此电子束的轨迹发散，在阳极面上，可以使其与从另一个局部化的电子发射区域发射的电子束的轨迹相互重叠而使阳极面上的荧光体发光。因此，可以使发亮的像素内的点状发光均匀化而使画质劣化的问题缓和。
本实施方案的冷阴极显示装置包括具有经排气成为真空的空间的对置的前基板1、背基板9，作为显示面的前基板1的至少显示面部分具有透射性；配置于背基板9上的空间侧的预定位置，具有阳极及配置于阳极上的荧光体的阳极2；配置于与背基板9上的空间侧的阳极2对置的位置上，在施加预定的电位时发射电子的阴极7；设置于阴极7和阳极2之间，控制从阴极7发射的电子的引出电极5；设置于阳极2和引出电极5之间，具有用来使从阴极7发射的电子通过的电子通过窗口4的聚焦电极3。根据本实施方案的冷阴极显示装置，可以使阳极2与引出电极5充分分开而确保击穿电压，使电子束直径的尺寸充分小，缓和像素的发光点以点状散布的情况而抑制画质劣化。
本实施方案的冷阴极显示装置的聚焦电极3是由板状体构成，电子通过窗口4是在板状体上形成的细长格子状。根据本实施方案的冷阴极显示装置，可以使阳极2与引出电极5充分分开而确保击穿电压，使电子束直径的尺寸充分小，缓和像素的发光点以点状散布的情况而抑制画质劣化。
2.实施方案2图10为示出本实施方案的聚焦电极3的形状的斜视图。在实施方案1中，聚焦电极3的形状是在如图1至图5所示的与背基板9尺寸大致相同的一片电极上以格子状设置电子通过窗口4的形状。此电子通过窗口4，是与像素相对应设置的。
不过，在实施方案1的聚焦电极3的形状中，由于电子通过窗口4是与像素相对应地设置，所以必须使电子通过窗口4与阴极7及引出电极的电子通过窗口6对准。该位置对准，由于电子通过窗口4小，其长边为500μm，短边为100μm，就要求位置对准精度很高。假如聚焦电极3的位置对准产生偏离，就不能有足够的电子到达阳极2一侧，荧光体的发光降低，造成画质劣化。
于是，本实施方案的聚焦电极3是，电子通过窗口4作成为条带状。就是说，聚焦电极3是由平行分开配置的多根金属的线状体构成的，是在与阴极7的行的正交的方向上无电极存在的聚焦电极3的形状。通过制作这种条带状的聚焦电极3，在阴极7的行的方向上就不需要高精度的位置对准，制造容易。
另外，即使是本实施方案的聚焦电极3的形状，也与实施方案1的聚焦电极3一样，本实施方案的聚焦电极3，具有与在阴极7的行的正交方向(X方向)上使电子束的直径收缩的作用和在阴极7的行的方向(Y方向)上使电子束的直径发散的作用。
本实施方案的冷阴极显示装置的聚焦电极3是由多根线状体构成的，电子通过窗口4是通过将线状体平行分开配置而形成的条带状。根据本实施方案的冷阴极显示装置，可进一步缓和聚焦电极3的电子通过窗口4和引出电极5的电子通过窗口6等的位置对准精度。
3.实施方案3图11为示出实施方案3的背基板上的结构的斜视图。图11示出的冷阴极显示装置的结构是利用印刷法在背基板9上形成聚焦电极3及引出电极5。
图12示出实施方案3的阴极附近的结构的制造过程。首先，在将背基板9清洗后(图12(a))，在背基板9上通过蒸发淀积形成作为阴极的电极(图12(b))，在其上通过印刷涂布包含碳纳米管等的冷阴极材料并经过干燥研磨而形成阴极7(图12(c))。此外，在背基板9上的整个面上涂布绝缘膜(图12(d))，在该绝缘膜上通过印刷形成与阴极7的行正交的引出电极5(图12(e))。另外，在通过印刷形成的引出电极5上也设置用于使电子通过的窗口。其后，正在未形成阴极7的部分的引出电极5上，对玻璃糊进行印刷、干燥和研磨而形成与阴极7的行平行的隔条8(图12(f))，在该隔条8上通过印刷形成聚焦电极3(图12(g))。
这样，在采用印刷法形成聚焦电极3及引出电极5时，具有可以形成精度高的聚焦电极3及引出电极5，并且不需要组装聚焦电极3及引出电极5的过程的优点。即使是利用本实施方案的这种制造方法制作的聚焦电极3，也与实施方案1的聚焦电极3一样，本实施方案的聚焦电极3，具有在与阴极7的行的正交方向(X方向)上使电子束的直径收缩的作用和在阴极7的行的方向(Y方向)上使电子束的直径发散的作用。
本实施方案的冷阴极显示装置的制造方法，包括利用印刷法在背基板9上形成引出电极5的工序和利用印刷法在背基板9上形成聚焦电极3的工序。根据本实施方案的冷阴极显示装置在制造方法，可精度更高地形成引出电极5及聚焦电极3，不需要引出电极5及聚焦电极3的组装过程。
另外，在本实施方案的冷阴极显示装置的制造方法中，通过印刷法在背基板9上形成聚焦电极3的工序，还包括在背基板9上形成隔条8以及再在隔条8上形成聚焦电极3。根据本实施方案的冷阴极显示装置，可以高精度地形成引出电极5及聚焦电极3，也不需要引出电极5及聚焦电极3的组装过程。
4.实施方案4本实施方案的冷阴极显示装置是涉及聚焦电极的窗口的发明。下面根据实施方案1中也使用的图1进行说明。在前基板1上形成条带状的阳极2。在图1中，在Y方向上形成阳极2。另一方面，在背基板9上，在与阳极2相对应的位置上形成阴极7，并且在与背基板9上的阴极7相邻的位置形成隔条8。在图1中，阴极7及隔条8也是在Y方向上形成条带状。比如，阴极7的行是以100μm宽200μm间距进行配置的。
此外，形成为条带状的引出电极5，是设置在和阴极7的条带正交并且是形成阴极7的背基板9上。在此引出电极5上设置有电子通过窗口6，并且引出电极5的配置为使此电子通过窗口6位于阴极7之上。另外，引出电极5，由玻璃焊料固定支撑于隔条8上。在与像素相对应的位置设置多个电子通过窗口6，比如，对一个像素设置大约10个电子通过窗口6。此电子通过窗口6的窗口的X方向的长边为100μm，短边为20μm。
其次，在形成引出电极5及阴极7的背基板9上设置聚焦电极3。在聚焦电极3上也设置电子通过窗口4。在图1中，示出的是矩形的电子通过窗口4，但非圆形的电子通过窗口4也可以。此电子通过窗口4，是在阴极7及引出电极5的电子通过窗口6之上，配置成为电子通过窗口4的长边与阳极2的长边(Y方向)平行。相对引出电极5的电子通过窗口6的长边(X方向)，电子通过窗口4的长边正交。
由于结构是，对于一个聚焦电极3的电子通过窗口4设置多个引出电极5的电子通过窗口6，所以当通过一个电子通过窗口6的电子和通过另一个电子通过窗口6的电子通过电子通过窗口4时会重合。因此，可以使通过电子通过窗口6的电子的散差在通过电子通过窗口4时均匀化，可以向阳极2提供分布均匀的电子。
另外，通过使电子通过窗口6的长边方向在X方向上，而电子通过窗口4的长边方向在Y方向上，电子向X方向的会聚在通过电子通过窗口4时受到控制。在控制引出电极5和阴极7之间的电压，使电子的电流值改变来使冷阴极显示装置进行灰度表现时，如果是上述的结构，则引出电极5的电压的改变将不会使电子在X方向上的会聚受到影响。因此，在电子到达阳极2时，在X方向上电子不会过于发散，不会产生使其他像素发光的问题。
本实施方案的冷阴极显示装置，具有多个非圆形或矩形的电子通过窗口4，多个电子通过窗口6相对一个电子通过窗口4的设置是使电子通过窗口4的长轴或长边与在阳极2上形成的荧光体的长边平行，与在引出电极5上形成的非圆形或矩形的电子通过窗口6的长轴或长边正交。根据本实施方案的冷阴极显示装置，可以供给在分布上不存在不均匀的电子。并且，在冷阴极显示装置矩形灰度显示时，对电子的会聚无影响。
5.实施方案5本实施方案的聚焦电极3的窗口和板厚的关系在数值上有限制。
本实施方案的结构，与实施方案1所示的是大致相同的结构。背基板9的结构是，在背基板9上在与阳极2相对应的位置形成阴极7，在与背基板9上的阴极7相邻的位置形成隔条8。在本实施方案中，形成的是条带状的阴极7的行和隔条8的行。阴极7的行以100μm的宽度和200μm的间距配置。图3为示出背基板9上的阴极7和隔条8的平面图。在此，阴极7是，在背基板9上作为阴极的电极形成条带状，并且在其上淀积冷阴极材料的结构。隔条8是利用丝网印刷法及喷射法等把玻璃焊料形成为带条状。
另一方面，阳极是由RGB荧光体在条带上形成的结构，以一组RGB的间距是0.6mm形成。另外，为改善对比度，在各个荧光体之间形成黑带。此处，荧光体的宽度为100μm，在阳极2之上形成铝背衬以改善发光效率和电导通。另外，阳极2和阴极7的距离约为9mm，其间施加9kV的电压。
此外，形成为条带状的引出电极5，是在与阴极7的条带正交的位置，且在形成阴极7的背基板9上形成。在此引出电极5上设置电子通过窗口6，引出电极5的配置使此电子通过窗口6位于阴极7之上。另外，在一根引出电极5上的与像素相对应的位置上，设置有多个电子通过窗口6，对一个像素设置大约10个电子通过窗口6。此窗口的长边为100μm，短边为20μm，以每隔60μm的间距配置。此处，作为电子发射部的阴极7的宽度为100μm。
其次，在形成引出电极5及阴极7的背基板9上还设置有聚焦电极3。在聚焦电极3中也设置有电子通过窗口4。在图14中示出由于施加于阳极2上的电压在阴极7上感应的电场强度比和短边的长度/聚焦电极的板厚的关系。在本实施方案中，由于施加于阳极2上的电压在阴极7上感应的电场强度与施加于阳极2上的电压之比称为电场强度比，电子通过窗口4的短边的长度/聚焦电极的板厚称为短边的长度/板厚。如图14所示，可知如果短边的长度/板厚比大于2，则电场强度比变得非常大。电场强度比变大将使施加于阳极2的电压对阴极7的影响变大，相对地对引出电极5的电子的影响变小。就是说，由于施加到阳极2上的电压，使引出电极5对电子的控制性恶化。
于是，在本实施方案中，利用图14所示的电场强度比与短边的长度/板厚的关系，使短边的长度/板厚比小于2。就是说，使聚焦电极3的电子通过窗口4的短边的长度成为比聚焦电极3的板厚的2倍小的值。另外，在本实施方案中，电子通过窗口4作为矩形对待的，但电子通过窗口4也可以是非圆形，在该时候，短边的长度/板厚以短轴的孔径/板厚代替。
本实施方案的冷阴极显示装置，电子通过窗口4的短轴或短边的长度比聚焦电极3的板厚的2倍小。根据本实施方案的冷阴极显示装置，施加于阳极2上的电压的影响对阴极7不变大，因此不会使引出电极5对电子的控制性恶化。
6.实施方案6本实施方案的聚焦电极3和阴极7的位置关系在数值上有限制。本实施方案的结构，也与实施方案1所示的是大致相同的结构，示于图1。背基板9的结构是在背基板9上在与阳极2相对应的位置形成阴极7，在与背基板9上的阴极7相邻的位置形成隔条8。此处，阴极7是在背基板9上作为阴极的电极形成条带状，且在其上是淀积冷阴极材料的结构。隔条8，是利用丝网印刷法及喷射法等用玻璃焊料形成带条状。
另一方面，阳极2是由RGB的荧光体在条带上形成的结构，以一组RGB的间距是0.6mm形成。另外，为改善对比度，在各个荧光体之间形成黑带。此处，荧光体的宽度为100μm，在阳极2之上形成铝背衬以改善发光效率和电导通。另外，阳极2和阴极7的距离约为9mm，其间施加9kV的电压。
此外，形成为条带状的引出电极5，是在与阴极7的条带正交的位置且在形成阴极7的背基板9上形成。在此引出电极5上设置电子通过窗口6，引出电极5的配置使此电子通过窗口6位于阴极7之上。其次，聚焦电极3，设置于形成引出电极5及阴极7的背基板9上。在聚焦电极3上也设置电子通过窗口4。图15示出阳极2上的电子束直径与聚焦电极3和阴极7之间的间隔的关系。此处所谓的聚焦电极3和阴极7之间的间隔指的是聚焦电极3和阴极7之间的最短距离。就是说，从聚焦电极3的下表面到阴极7的上表面的距离是聚焦电极3和阴极7之间的间隔。
此处，图16示出电子束直径与荧光体的关系的示意图。在RGB的荧光体20之间形成黑带21。各荧光体20及黑带21的宽度为100μm。在图16中，电子束的分布22是正态分布。作为冷阴极显示装置，为了获得显示品质高的影像，必须防止规定的荧光体以外的荧光体不会受到电子束的分布22的激发。此处所谓的电子束的分布22与电子束的直径大致相同，以下称其为电子束的直径。为了不使规定的荧光体以外的荧光体受到激发，必须将最短电子束的直径限定为相邻的黑带21的1/2的区域为止。就是说，在图16中，必须使电子束的直径为200μm或更小。其结果，从图15可知，聚焦电极3和阴极7的间隔必须是200μm或更大。
上述的关系示出由于聚焦电极3和阴极7的间隔形成静电透镜。所以，可以认为从阴极7发射的电子由聚焦电极3使其成像与阳极2上。由此，如果将聚焦电极3和阴极7的间隔以d表示、阳极2和阴极7的间隔以D表示、电子发射部的宽度以w表示、荧光体的RGB之间的间距(在本实施方案中为0.2mm)以W表示、阳极电压分别以Va(kV)表示，进行模型化，则F×w×((D-d)/d)×(9/Va)1/2＜W的关系成立。在本实施方案中，由于d＝200μm、D＝9000μm、w＝100μm、W＝200μm和Va＝9kV，所以F＜1/22。因此，聚焦电极3和阴极7之间的间隔d的确定应使(D/d-1)×w×(9/Va)1/2/W＜22的关系成立。此处，所谓的阳极2和阴极7的间隔指的是阳极2和阴极7之间的最短距离。就是说，从阳极2的下表面到阴极7的上表面的距离是阳极2和阴极7之间的间隔。
本实施方案的冷阴极显示装置，在聚焦电极3和阴极7的间隔d、阴极7和阳极2的间隔D、阴极7的宽度w、荧光体的间距W及阳极电压Va的关系中，满足(D/d-1)×w×(9/Va)1/2/W＜22的关系。根据本实施方案的冷阴极显示装置，由于不会使电子发射到其他荧光体上而发光，所以可获得显示品质高的冷阴极显示装置。
7.实施方案7在实施方案7中，确定聚焦电极3和引出电极5的间隔和电子通过窗口4的间隔之间的关系。此处，所谓的聚焦电极3和引出电极5的间隔指的是聚焦电极3和引出电极5之间的最短距离。就是说，从聚焦电极3的下表面到引出电极5的上表面的距离是聚焦电极3和引出电极5之间的间隔。图17为实施方案的冷阴极显示装置的剖面图。特别是，冷阴极显示装置的聚焦电极3及引出电极5的附近的扩大图。在图17中，在基板上形成阴极7，在阴极7之间形成隔条8。在此隔条8上设置引出电极5，并且在与引出电极5分开距离dFG的位置设置聚焦电极3。此处，在阴极7之上形成引出电极5的电子通过窗口6和聚焦电极3的电子通过窗口4，以使从阴极7发射的电子到达阳极(未图示)。在图17中，示出从阴极7发射的第一电子轨迹10和被聚焦电极3散射的电子的第二电子轨迹31。另外，在图17中，示出的是将在聚焦电极3上形成的矩阵状形状的电子通过窗口4的间隔设为WG，将聚焦电极3和引出电极5之间的间隔设定为dFG。
从引出电极5引出的电子，向聚焦电极3运动。不过，从阴极7刚刚发射的电子的发散角非常大。因此，从阴极7发射的电子，有时不是通过阴极7的正上方的电子通过窗口4，而是如图17所示的第一电子轨迹30，从与发射电子的阴极7相邻的电子通过窗口4发射到阳极2。另外，如图17所示，从阴极7发射的电子，有时会受到聚焦电极3的散射而通过第二电子轨迹31发射到阳极。无论是哪一种情况，因为会使规定的像素以外的像素发光，都会成为冷阴极显示装置的显示品质降低的原因。
在本实施方案中，如上所述，为了消除通过与发射电子的阴极7相邻的电子通过窗口4的电子，调整电子通过窗口4的间隔WG和聚焦电极3和引出电极5的间隔dFG的关系。就是设定当从阴极7发射的具有初始能量的电子，在正上方的电子通过窗口4以外，通过电子通过窗口4的间隔WG的部分和引出电极5之间的区域时，被聚焦电极3和引出电极5吸引的条件。设定该条件，就可以将引起规定的像素以外的像素发光而使冷阴极显示装置的显示品质降低的电子去除。此处，下面的讨论是以阴极7的电位作为基准值。
在电子通过电子通过窗口4的间隔WG部分之前，被聚焦电极3或引出电极5吸引的条件，在设定聚焦电极3的电压为VF，引出电极电压为VG时，WG＜初始能量/abs(VF-VG)×dFG。其中，abs(VF-VG)表示(VF-VG)的绝对值。另外，如果要使从电子发射材料发射的电子不与引出电极碰撞，初始能量等于聚焦电极3的电压VF。因此，电子被聚焦电极3及引出电极5吸引的条件表示为WG＞VF/abs(VF-VG)×dFG。
比如，在聚焦电极3的电压VF为200V、引出电极5的电压VG为450V、电子通过窗口4的间隔WG为200μm、聚焦电极3和引出电极5的间隔dFG为100μm时，因为上式的右边为200/250×100μm＝80μm，左边为200μm，可满足上述的条件。另外，在实际的实验中也抑制了从相邻的电子通过窗口4的电子发射。在从引出电极5射出电子时，初始能量为450V，上式的右边为400/250×100μm＝160μm，由于左边为200μm，上述的条件满足。所以是可抑制从相邻的电子通过窗口4的电子发射的结构。
此外，为改善电子束在屏幕上的聚焦性能，有时将电子通过窗口4的短边的长度作成为比荧光体的宽度小。此时，存在电子容易与聚焦电极3发生碰撞，被聚焦电极3散射的电子从相邻的电子通过窗口4发射到阳极的问题。比如，电子通过窗口4的短边为60μm，聚焦电极3的电压VF为200V，阳极表面上的像素的子像素间距为0.2μm，荧光体的宽度为0.1mm，引出电极5的电压VG为450V，电子通过窗口4的间隔WG为140μm，聚焦电极3和引出电极5的间隔为100μm时，上式的右边为200/250×150μm＝120μm，左边为200μm，可满足上述的条件。另外，在实际的实验中也抑制了从相邻的电子通过窗口4的电子发射。
本实施方案的冷阴极显示装置，在相邻的电子通过窗口4的间隔WG，与在聚焦电极3和引出电极5的间隔dFG、以阴极7的电压为基准值时的聚焦电极3的电压VF及引出电极5的电压VG的关系中，满足WG＞VF/abs(VP-VG)×dFG的关系。根据本实施方案的冷阴极显示装置，可以将引起规定的像素以外的像素发光而使冷阴极显示装置的显示品质降低的电子去除。
8.实施方案8本实施方案，为降低从引出电极5引出的电子的发散度，对电子通过窗口6的长边和作为电子发射部的阴极7的宽度在数值上有限制。本实施方案的结构，与实施方案1所示的是大致相同的结构，示于图1。形成为条带状的引出电极5，设置在形成阴极7的背基板9上，与阴极7的条带正交。在此引出电极5上设置电子通过窗口6，引出电极5的配置使此电子通过窗口6位于阴极7之上。另外，引出电极5，由玻璃焊料固定支撑于隔条8上。此外，在一根引出电极5上在与像素相对应的位置设置多个电子通过窗口6，对一个像素设置大约10个电子通过窗口6。另外，电子通过窗口6，在阴极7和引出电极5交叉的部分(与一个像素相对应)在阴极7的方向(Y方向)上配置一列。此窗口的长边为60μm，短边为10μm，以每隔20μm的间距配置。
其次，设定引出电极5和阴极7的间隔为10μm。此处所谓的引出电极5和阴极7之间的间隔指的是引出电极5和阴极7之间的最短距离。就是说，从引出电极5的下表面到阴极7的上表面的距离是引出电极5和阴极7之间的间隔。图18示出在阴极的位置超过20μm时通过电子通过窗口6时电子的发散角急剧增大。在图18中，将电子通过电子通过窗口6时的发散度以电子束发散角(rad)表示。从图18可知，当阴极的宽度为40μm时，电子束的发射角足够小。
于是，如果从电子通过窗口6的长边60μm及引出电极5和阴极7的间隔10μm出发导出阴极7的宽度的关系式，则可得出电子通过窗口6的长边(L)-引出电极5和阴极7间隔(G)×2＝(L-2G)。在图18中，在设定引出电极5和阴极7的间隔(G)为10μm时，在使G的值改变时，同样可导出和阴极7的宽度关系式(L-2G)。由此，通过将阴极7的宽度设定为电子通过窗口6的长边(L)-引出电极5和阴极7的间隔(G)×2，可以得到通过电子通过窗口6时的电子的发射角小的冷阴极显示装置。
本实施方案的冷阴极显示装置，其引出电极5，在一个像素内具有多个非圆形或矩形的电子通过窗口6，而电子通过窗口6是在阴极7和引出电极5的交叉部分上在阴极7的方向上配置成为一列。根据本实施方案的冷阴极显示装置，与设置多列的电子通过窗口6的场合相比，可获得电子通过窗口6的开口率增大和电子通过效率提高的效果。
另外，本实施方案的冷阴极显示装置，阴极7的宽度是从引出电极5的电子通过窗口6的长轴减去引出电极5和阴极7的间隔的2倍的长度。根据本实施方案的冷阴极显示装置，可以获得通过电子通过窗口6时的电子的发散度小，在阳极2上的聚集特性不会劣化，显示品质高的冷阴极显示装置。
9.实施方案9本实施方案，是对引出电极5的电子通过窗口6的大小有限制的发明。本实施方案的结构，与实施方案1所示的是大致相同的结构，示于图1。形成为条带状的引出电极5，设置在形成阴极7的背基板9上，与阴极7的条带正交。在此引出电极5上设置电子通过窗口6，引出电极5的配置使此电子通过窗口6位于阴极7之上。另外，引出电极5，由玻璃焊料固定支撑于隔条8上。此外，在一根引出电极5上在与像素相对应的位置设置多个电子通过窗口6，对一个像素设置大约10个电子通过窗口6。此窗口的长边为100μm，短边为20μm，以每隔60μm的间距设置。此处，作为电子发射部的阴极7的宽度是100μm。
在本实施方案中，在引出电极5和阴极7的间隔改变的同时求出阴极7上的电场分布。阴极7上的电场分布，在引出电极5的开口部的周边部最强，向着引出电极5的开口部的中央部逐渐减弱。在图19中示出开口部的中央部的电场强度和周边部的电场强度的比与引出电极5和阴极7的间隔和电子通过窗口6的短边长度的比(下面将此比称为宽高比)的关系的示图。
如图19所示，如果宽高比等于或大于0.5，中央部和周边部的电场强度比等于或大于0.9，阴极7上的电场强度在一定程度上是一致的。就是说，是可以进行良好的电子发射的冷阴极显示装置。
本实施方案的冷阴极显示装置，引出电极引出电极5具有多个非圆形或矩形的电子通过窗口6，电子通过窗口6的长轴或长边与阴极7的长度方向正交，电子通过窗口6短轴或短边等于或大于阴极7和引出电极5的间隔的1/2。根据本实施方案的冷阴极显示装置，可以获得在阴极7上的电场强度均匀化，可以进行良好的电子发射的冷阴极显示装置。
上面对本发明进行了详细的说明，上述的说明，在所有的方面都是示例，本发明并不限定于此。可以理解，在不脱离本发明的范围的前提下，可以做出未例示的各种变形例。
权利要求
1.一种冷阴极显示装置，包括具有经排气成为真空的空间的对置的第一、第二基板(9，1)，作为显示面的上述第二基板(1)的至少显示面部分具有透射性；配置于上述第二基板(1)上的上述空间侧的预定位置上，且具有阳极及配置于上述阳极上的荧光体的发光部(2)；配置于与上述第一基板(9)上的上述空间侧的与上述发光部(2)对置的位置上，且在施加预定的电位时发射电子的电子发射部(7)设置于上述电子发射部(7)和上述发光部(2)之间，控制从上述电子发射部(7)发射的电子的引出电极(5)；以及设置于上述发光部(2)和上述引出电极(5)之间，具有用来使从上述电子发射部(7)发射的电子通过的窗口(4)的聚焦电极(3)。
2.如权利要求1所述的冷阴极显示装置，其特征在于，上述聚焦电极(3)由板状体构成，上述窗口(4)在上述板状体上形成为细长格子状。
3.如权利要求1所述的冷阴极显示装置，其特征在于，上述聚焦电极(3)由多个线状体构成，上述窗口(4)通过将上述线状体平行分开配置而形成为条带状。
4.一种冷阴极显示装置的制造方法，是如权利要求1所述的冷阴极显示装置的制造方法，包括(a)在上述第一基板(9)的上述电子发射部(7)上利用印刷法形成上述引出电极(5)的工序；以及(b)在上述第一基板(9)上利用印刷法形成上述聚焦电极(3)的工序。
5.如权利要求4所述的冷阴极显示装置的制造方法，其特征在于，上述(b)工序是，在上述第一基板(9)上形成隔条(8)，并且还在上述隔条(8)上利用印刷法形成上述聚焦电极(3)。
6.如权利要求1所述的冷阴极显示装置，其特征在于，上述聚焦电极(3)具有多个非圆形或矩形的上述窗口(4)；上述窗口(4)的长轴或长边，与在上述发光部上形成的上述荧光体的长边平行，与在上述引出电极(5)上形成的非圆形或矩形的上述通过窗口(6)的长轴或长边正交；并且对于一个上述窗口(4)设置有多个上述通过窗口(6)。
7.如权利要求6所述的冷阴极显示装置，其特征在于，上述窗口(4)的短轴或短边的长度比上述聚焦电极(3)的板厚的2倍短。
8.如权利要求1所述的冷阴极显示装置，其特征在于，在上述聚焦电极(3)和上述电子发射部(7)的间距d、上述电子发射部(7)和上述阳极的间距D、上述电子发射部(7)的宽度w、荧光体的间距W以及阳极电压Va的关系中，满足(D/d-1)×w×(9/Va)1/2/W＜22。
9.如权利要求1所述的冷阴极显示装置，其特征在于，在相邻的上述窗口(4)的间隔WG，上述聚焦电极(3)和上述引出电极(5)的间隔dFG、以上述电子发射部(7)的电压作为基准时的上述聚焦电极(3)的电压VF及引出电极(5)的电压VG的关系中，满足WG＞VF/abs(VP-VG)×dFG。
10.如权利要求1所述的冷阴极显示装置，其特征在于上述引出电极(5)在一个像素内具有多个非圆形或矩形的通过窗口(6)；在上述电子发射部(7)和上述引出电极(5)的交叉部分上，上述通过窗口(6)在上述电子发射部(7)的方向上配置成一列。
11.如权利要求1所述的冷阴极显示装置，其特征在于，上述电子发射部(7)的宽度是从上述引出电极(5)的通过窗口(6)的长轴的长度减去上述引出电极(5)和上述电子发射部(7)的间隔的2倍的长度而得到的长度。
12.如权利要求1所述的冷阴极显示装置，其特征在于，上述引出电极(5)具有多个非圆形或矩形的通过窗口(6)；上述通过窗口(6)的长轴或长边，与上述电子发射部(7)的长度方向正交，上述通过窗口(6)的短轴或短边等于或大于上述电子发射部(7)和上述引出电极(5)的间隔的1/2。
全文摘要
本发明涉及冷阴极显示装置，特别是目的在于提供一种在厚度薄而显示面积大的冷阴极显示装置中，使阳极与引出电极充分分开而确保击穿电压，使电子束直径的尺寸充分小的冷阴极显示装置的结构及其制造方法。为达到上述目的，在现有的冷阴极显示装置中增加聚焦电极(3)。此聚焦电极(3)，配置成为与背面基板(9)夹着引出电极(5)及阴极(7)。在聚焦电极(3)之上设置有电子通过窗口(4)，此电子通过窗口(4)，通过聚焦电极(3)的配置使其位于阴极(7)及通过窗口(6)之上。另外，聚焦电极(3)，与引出电极(5)之间夹着绝缘物保持一定的距离被固定支撑。
文档编号H01J9/14GK1557011SQ03801120
公开日2004年12月22日 申请日期2003年3月26日 优先权日2002年4月11日
发明者中田修平, 彦, 西村邦彦 申请人:三菱电机株式会社