(57)【要約】  【課題】  サージ電圧の発生を効率良く防ぎ、フィールドエミッタ素子の焼損を防ぐとともに、使用寿命を延長させるフィールドエミッタディスプレーを提供する。  【解決手段】  フィールドエミッタディスプレーの構造であって、少なくとも陰極と、該陰極に対して所定の距離を置いて設けられる陽極と、該陽極と陰極との間において電子を励起する複数のカーボンナノチューブによって組成されるフィールドエミッタ素子と、該陰極と該陽極との間に位置し、正電気を帯びるイオンを吸引する保護構造と含んでなる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも陰極と、該陰極に対して所定の距離を置いて設けられる陽極と、該陽極と陰極との間において電子を励起する複数のカーボンナノチューブによって組成されるフィールドエミッタ素子と、該陰極と該陽極との間に位置し、正電気を帯びるイオンを吸引する保護構造と含んでなることを特徴とするフィールドエミッタ。
【請求項２】
前記保護構造は、少なくとも還元板と、及び少なくとも一以上の該還元板に電気的に接続して負の電圧を提供するバイアスソースとを含んでなることを特徴とする請求項１に記載のフィールドエミッタ。
【請求項３】
前記還元板は、少なくとも矩形を呈し、互いに平行して配設される複数の還元板を含むことを特徴とする請求項２に記載のフィールドエミッタ。
【請求項４】
前記フィールドエミッタ素子は長条形に設けられ、かつ少なくとも一以上の該還元板と平行して配設される
ことを特徴とする請求項１に記載のフィールドエミッタ。
【請求項５】
前記保護構造がネット状の構造を具え、少なくとも一以上のネット状構造の還元板を具えることを特徴とする請求項１に記載のフィールドエミッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フィールドエミッタに関し、特にフラットパネルディスプレーであるフィールドエミッタディスプレーに設けられ、イオン化した気体によって誘発されるサージ電圧が原因となって発生する焼損を防ぐ保護構造を具えたフィールドエミッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットディスプレーは、例えばコンピュータなどの電子装置に応用されるまでに発展してきた。そのうち、最も注目を集めるフラットパネルは、好ましい解像度を提供するアクティブマトリクス・液晶表示装置である。但し、液晶表示装置は多くの潜在的な制限を有し、その応用上において数多くの適宜でない状況が存在する。例えば、液晶表示装置には製造工程において数多くの制限が存在しする。これにはガラス基板にアモルファスシリコンを塗布する場合の速度の遅い沈降の高低、製造の高複雑性と低生産率などが挙げられる。また、液晶表示装置は高度の動力による蛍光バックライト光線を消費する。しかも、その殆どの光線を浪費している。一般に液晶表示装置は明るい光線が存在する環境において、もしくは大きな視角の場合には、画面が見にくくなる。この点においても液晶表示装置の応用性に制限を与える。
【０００３】
前述のフラットパネルに代わるものとして、この数年急激に発展してきたものに、フィールドエミッタディスプレーである。該液晶表示装置は、従来の制限の一部を克服し、従来の技術に見られない特徴を提供するものである。例えば、薄膜トランジスタ液晶表示装置と比較した場合、フィールドエミッタディスプレーは高いコントラストと、広い視角と、より高き輝度と、パワーの低消耗率を有し、かつ捜査環境における温度条件の範囲が広い。
【０００４】
フィールドエミッタディスプレーと従来の液晶表示装置との最大の差異について、フィールドエミッタディスプレーは液晶表示装置と異なり、色を有する蛍光粉（phosphor）を利用して、自身で光線を発生させることができる、即ち、フィールドエミッタディスプレーは、複雑で、電力を消耗するバックライトとフィルタを必要としない、しかもフィールドエミッタ装置から放射される光線は、そのほとんどが直接視角で確認することができる。また、フィールドエミッタディスプレーは大きな薄膜トランジスタアレイを必要としない。よって、液晶表示装置における浪費と、低い歩留まりの発生ソースに係る大部分の問題を改善することができる。
【０００５】
フィールドエミッタディスプレーにおいて、電子は陰極から放出され、トランスパーレント・カバープレートに塗布された蛍光粉に衝突して画像を発生させる。かかる陰極発光（cathode  luminescent）発生の過程は、最も効率のよい発光方法とされている。逆に、従来の陰極射線管装置は、フィールドエミッタ素子のそれぞれの画素、もしくは放射単位毎に自身の電子ソースを有する。即ち典型的なマイクロチップ（microtip）エミッタアレイである。陰極とゲートとの間に電圧の差が存在すると、電子が陰極から吸引され、加速して塗布された蛍光粉に衝突する。このため、励起された電流によって表示される輝度は、励起する材質のワーク関数（work  function）に関連する。フフィールドエミッタディスプレーが必要とする効率を達成するためには、放出元の材料の清浄と、均一性は極めて重要である。
【０００６】
電子がフィールドエミッタ素子内を通過するためには、その大部分のフィールドエミッタ素子は、いずれも例えば１０−７torrなどの低電圧下で操作しなければならない。これは所定の長さの均一なフリーパス（mean  free  path）を提供して電子を励起するとともに、マイクロチップ（miocrotip）の汚染と劣化を防ぐためである。本発明のディスプレーの解像度はフォーカスゲートによって電子をマイクロチップから平行に引き出す。
【０００７】
初期の頃におけるフィールドエミッタ陰極の発展は、モリブデンによってなる金属微尖端電子放出体が常用された。これら装置は、酸化させて厚い酸化シリコン層を形成したシリコンチップを形成し、次いで酸化シリコン層面に金属ゲートを沈降させて付着させる。該金属ゲートはパターン化してゲート開口を形成する。次に該開口下方をエッチングして井戸（well）を形成する。次いで、例えばニッケルなどの犠牲材料層を電子放出体の壁内に沈殿しないように沈降させて形成する。次に、キャビティ−内にモリブデンを垂直方向に沈降させて、該開口にマイクロチップの円錐体を形成し、犠牲罪であるニッケルを除去して円錐状の金属放出体を形成する。
【０００８】
図１Ａに従来のフィールドエミッタディスプレー（１０）の断面図を開示する。図面によればフィールドエミッタディスプレー（１０）は抵抗層（１２）、絶縁層（１６）をガラス基板（１４）上に形成し、さらに金属ゲート層（１８）、金属マイクロチップ（２０）具え、該抵抗層（１２）によって短絡などによって発生する課題な電流を防ぐ。
【０００９】
図１Ｂ、１Ｃに他のフィールドエミッタディスプレー（３０）の断面図を開示するフィールドエミッタディスプレー（３０）は、陽極（２８）がフィールドエミッタディスプレー（３０）の構造の上部に突出する。また、ゲート（１８）、陰極層（２２）抵抗層（１２）などを具える。
【００１０】
その他、関連する技術で公開されたものには、１９９９年８月１９日にアメリカ合衆国で出願された出願第０９／３７７，３１５号があり、カーボンナノを利用したフィールドエミッタディスプレーが開示される。
【００１１】
図２Ａ、図２Ｂに開示する他のフィールドエミッタディスプレー（４０）は、陰極（４２）と、陽極（４６）との間に所定の距離を置く。複数のフィールドエミッタ素子（４４）を具え、さらに陰極（４２）と陽極（４６）との間に電界（５０）を形成する電源供給ソース（４８）を具える。
【００１２】
従来のフィールドエミッタ装置において、励起された高エネルギー電子が窒素と酸素に衝突し、正電気を帯びた窒素イオン、酸素イオンになり、陰極に放出されるとサージ電圧が発生してフィールドエミッタ素子を容易に焼損させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この発明は、サージ電圧によって発生するフィールドエミッタ素子の焼損を防ぐ新規な保護構造を具えるフィールドエミッタディスプレーを提供することを課題とする。
【００１４】
また、この発明はフィールドエミッタ素子使用寿命を延長させることのできるフィールドエミッタディスプレーを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
そこで本発明者は、従来の技術に鑑み鋭意研究を重ねた結果、還元板を含み、陰極と該陽極との間に位置し、正電気を帯びるイオンを吸引する保護構造と、陰極と、陽極と、電子を励起するフィールドエミッタ素子とを含んでなるフィールドエミッタディスプレーの構造によって課題を解決できる点に着眼し、係る知見に基づき本発明を完成させた。
以下、この発明について具体的に説明する。
【００１６】
請求項１に記載するフィールドエミッタディスプレーは、少なくとも陰極と、該陰極に対して所定の距離を置いて設けられる陽極と、該陽極と陰極との間において電子を励起する複数のカーボンナノチューブによって組成されるフィールドエミッタ素子と、該陰極と該陽極との間に位置し、正電気を帯びるイオンを吸引する保護構造と含んでなる。  
【００１７】
請求項２に記載するフィールドエミッタディスプレーは、請求項１における保護構造が、少なくとも還元板と、及び少なくとも一以上の該還元板に電気的に接続して負の電圧を提供するバイアスソースとを含んでなる。
【００１８】
請求項３に記載するフィールドエミッタディスプレーは、請求項２における還元板が、少なくとも矩形を呈し、互いに平行して配設される複数の還元板を含む。
【００１９】
請求項４に記載するフィールドエミッタディスプレーは、請求項１におけるフィールドエミッタ素子が長条形に設けられ、かつ少なくとも一以上の該還元板と平行して配設される。
【００２０】
請求項５に記載するフィールドエミッタディスプレーは、請求項１における保護構造がネット状の構造を具え、少なくとも一以上のネット状構造の還元板を具える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のフィールドエミッタディスプレーは、サージ電圧の発生を効率良く防ぎ、するフィールドエミッタ素子の焼損を防ぐとともに、使用寿命を延長させるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この発明はフィールドエミッタディスプレーに関し、気体イオンの放電経路を移動させて陰極を遠ざける構造を含んでなる。かかる構造は吸引されて陰極に至った電子の電流サージによって発生するフィールドエミッタ素子の焼損を防ぐことができる、よって、該素子の使用寿命を大幅に延長できるといった利点を有する。
【００２３】
図３にこの発明の実施例としてフィールドエミッタ装置（５４）の構造を開示する。フィールドエミッタ装置（５４）は、陰極（５６）と、電気的に接続する複数のフィールドエミッタ素子（５８）とを含んでなる。それぞれのフィールドエミッタ素子（５８）は、例えばカーボンナノチューブのように放電して高エネルギー電子を励起できる任意のマイクロチップである。陽極（６０）はと、陰極（５６）と、フィールドエミッタ素子（５８）との間は所定の距離を置く。陰極（５６）と陽極（６０）とは任意の導電性金属で電気的に接続する。電圧操作ソース（６２）は陰極（５６）と陽極（６０）とに電気的に接続して両者の間に電界（６４）を形成する。
【００２４】
この発明におけるフィールドエミッタ装置（５４）は。さらに保護構造（６８）を含んでなり、少なくとも還元板（７０）か、電極を含み、陰極（５６）上の典型的な位置に設けられる。還元板（７０）は金属酸化物が形成されにくい導電性の金属によってなる。絶縁層（７２）は電気的絶縁材によってなり、還元板（７０）と陰極（５６）とを隔てるために用いる。バイアス電位ソース（７４）は還元板（７０）に電気的に接続し、負の電圧を提供する。
【００２５】
フィールドエミッタディスプレー（５４）を操作する過程において、操作電圧（６２）は陰極（５６）と陽極（６０）との間の電位差を提供して電界（６４）を形成する。同様に、バイアスソース（７４）は還元板（７０）に負のバイアス電位を提供する。高エネルギー電子（６６）はフィールドエミッタ素子（５８）から励起されて放出され、陽極（６０）の標的蛍光粉（図示しない）に衝突して光線を励起する。これら高ネルギー電子（６６）はフィールドエミッタ素子（５８）を通貨して謡曲（６６）に至る過程において、フィールドエミッタ装置（５４）内の窒素分子、及び酸素分子に衝突して電子を発生させる。よって、Ｎ＋、０−イオンが形成される。
【００２６】
バイアスソース（７４）は還元板（７０）に負の電気的特性を提供する。前記Ｎ＋、０−イオンは、放電経路（７６）において陰極（５６）から還元板（７０）に偏り移動する。よって、Ｎ＋、０−イオンの陰極（５６）に対する接触を防ぐことができる。このため陰極に向かう電流のイオン誘導サージの発生によって起きるフィールドエミッタ素子（５８）の焼損を防ぐことができる。還元板（７０）上のＮ＋、０−イオンは、表１に開示するように、窒素と酸素の分子形式に還元される。
【表１】
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【００２７】
図４に、この発明の他の実施形態によるフィールドエミッタディスプレー（８０）の構造を開始する。フィールドエミッタディスプレー（８０）は、少なくとも陰極板（８１）と、該陰極板（８１）から所定の距離を置いて設けられる陽極板（８４）と、及び該陰極板（８１）及び陽極板（８４）とに電気的に接続する操作電圧ソース（８５）とを含んでなる。また、複数の陰極（８２）は長条形に形成され陰極板（８１）上にそれぞれ平行に設けられる。複数のフィールドエミッタト素子（８３）は、間隔を置いてそれぞれの長条形の陰極（８２）上に設ける。それぞれのフィールドエミッタト素子（８３）は、例えばカーボンナノチューブなど高エネルギー電子の励起、放出に適した任意のマイクロチップであればよい。
【００２８】
フィールドエミッタト素子（８３）は保護構造（８７）を具える。保護構造（８７）は少なくとも該陰極板（８１）上に設けられ、かつ矩形を呈する複数の還元板（８９）か、電極を含む。該還元板（８９）は平行して設けられ、かつ前記複数のフィールドエミッタト素子（８３）を提供する長条形の陰極（８２）に隣接して設けられる。バイアスソース（９０）は保護構造（８７）のそれぞれの還元板（８９）に電気的に接続して負のバイアス電位を還元板（８９）に提供する。よって、図３に開示する保護構造（６８）と同様に、バイアスソース（９０）が提供するバイアス電位によって還元板（８９）に負の電位を賦与する。該負の電位は正電気を帯びる窒素イオンと酸素イオンを吸引し、電流の誘導によって発生するフィールドエミッタ素子（８３）の損傷を防ぐことができる。
【００２９】
フィールドエミッタ素子（８３）と還元板（８９）は、陰極板（８１）上に設けられる。先ず、陰極板（８１）は、従来の沈降技術を利用して金属を基板（図示しない）上に沈降させて形成する。次いで、マイクロフォト技術で第１レチクルを作成して長条形状の陰極（８２）と還元板（９１）を陰極板（８１）上の幾何的位置に
限定する。さらに、該第１レチクルによって形状を限定されたパターンに基づいて陰極板（８１）にエッチングを施して長条形の陰極（８２）と還元板（８９）を形成する。この場合、湿式エッチングを利用することによって長条形の陰極（８２）の位置とサイズを正確に制御することができる。次に、第２レチクル（図示しない）を陰極板（８１）上に形成してフィールドエミッタ素子（８３）を設ける幾何的位置を限定し、化学気相成長によってフィールドエミッタ素子（８３）を形成する。
【００３０】
図５に、他の実施例形態によるフィールドエミッタディスプレー（９２）の構造を開示する。図面によれば、フィールドエミッタディスプレー（９２）は、少なくとも陰極板（９３）と、陰極板（９３）上に平行して形成され、かつ長さを延長させた長条形の複数の陰極（９４）と、該陰極板と所定の距離を置いて設けられる陽極（９６）と、該陰極板（９３）、陽極（９６）に電気的に接続する操作電圧ソース（９７）とを含んでなる。複数のフィールドエミッタ素子（９６）はそれぞれの長条形の陰極（９４）上に形成され、陽極（９６）に向かって高エネルギー電子を励起する。
【００３１】
保護構造（９９）はネット状、もしくはネット状に類似した構造であって、フィールドエミッタディスプレー（９２）において陰極板（９３）上に設けられる。該保護構造（９９）は、少なくとも矩形を呈し、かつ該陰極板（９３）上に平行して設けられる複数の還元板（１０１）を含む。先ず、陰極板（９３）を基板（図示しない）上に沈降させて形成する。次いで、第１レチクル（図示しない）を作成してパターン化された委員局板（９３）上にエッチングで長条形状の陰極（９４）を形成する。陰極板（９３）上の第１レチクルを除去し、絶縁層（１００）を陰極板（９３）と長条形の陰極（９４）上に沈降させる。次いで、絶縁層（１００）上に金属を沈降させて還元板（１０１）とする。さらに、第２レチクルを利用してマイクロフォト技術で還元板（１０１）の幾何的位置を限定し、該金属をエッチングしてネット状構造の還元板（１０１）を形成する。該ネット状の還元板（１０１）は、図示するように陰極（９４）表面のコンタクトホールから露出する。次に、触媒金属層を全面的に沈降させ、ポジタイプのフォトレジスタを塗布し、同様の第２レチクル（図示しない）を用い、マイクロフォト技術とエッチングによって該コンタクトホール外の職舞金属層を除去し、サイゴにフィールドエミッタ素子（９５）を化学学気相成長によってコンタクトホール内の触媒金属層（１０２）上に形成する。
【００３２】
該絶縁層（１００）は、保護層（９９）の一部に属し、陰極（９３）と還元板（１０１）とを隔てる作用を有する。よって、還元板（１００）と、その下方の節煙層（１００）はネット状、もしくはネット状に類似した構造保護構造（９９）を構成する。
【００３３】
バイアスソース（１０３）は保護構造（９９）の還元板（１０１）に電気的に接続する。バイアスソース（１０３）は保護構造（９９）に負の電位を提供して正電気を帯びる窒素イオンと酸素イオンを吸引させる。該窒素イオンと酸素イオンはフィールドエミッタ素子（９５）によって励起される高エネルギー電子によって形成される。よって、図３に開示するフィールドエミッタディスプレーと同様にイオンが長条形の陰極（９４）に至り、サージ電圧が発生して陰極（９４）とフィールドエミッタ素子（９５）に至ることを防ぐことができる。
【００３４】
以上はこの発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するも
のではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】従来のフィールドエミッタディスプレーの陰極とフィールドエミッタ素子を示した説明図である。
【図１Ｂ】他のフィールドエミッタディスプレーの断面構造を示した説明図である。
【図１Ｃ】図１Ｂに開示するフィールドエミッタディスプレーにおける電子の動作を示した説明図である。
【図２Ａ】従来のその他のフィールドエミッタディスプレーの断面構造を示した説明図である。
【図２Ｂ】従来の他のフィールドエミッタディスプレーにおける電子の動作を示した説明図である。
【図３】この考案によるフィールドエミッタディスプレーにおける電子の操作を示した説明図である
【図４】この考案によるフィールドエミッタディスプレーの構造を示した説明図である。
【図５】他の形態によるフィールドエミッタディスプレーの構造を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０、４０、５４、５８、８０、９２ フィールドエミッタディスプレー
１２     抵抗層
１４、３６    ガラス基盤
１６、１００    絶縁層
２０     金属マイクロチップ
２２、４２、５６、８１、９３  陰極
２６、５２    電子
２８、４６、６０、９６   陽極
３２     燐含有粒子
３４     酸化インジウム錫導電層
３８     側壁板
４４     フィールドエミッタ素子
４５、６６    高エネルギー電子
４８     電源供給ソース
５０、６４    電界
６８、８７、９９   保護構造
７０、８９    還元板
７４、９０、１０３   バイアスソース
８２、９４    陰極
８１、９５    フィールドエミッタ素子
８４     陽極板
８５、９７    操作電圧ソース
１０１     還元板
１０２     触媒金属層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2005228726.tif 000006
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2005228726.tif 000008
【図３】
2005228726.tif 000009
【図４】
2005228726.tif 000010
【図５】
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