(57)【要約】表面（１０５）を画成するスペーサ（１０６）と、帯電電子エミッタ（１１６）と、帯電電子エミッタ（１１６）から放電された電子（１３０）を受容するために配置された陽極（１２５）とを備えるフィールドエミッションディスプレイ（１００，２００，３００，４００）であって、該陽極（１２５）は帯電電子エミッタ（１１６）に対して約１０００ボルトより大きい作動電圧にて作動するよう形成され、かつ陽極（１２５）に受容されるために帯電電子エミッタ（１１６）から放電された電子（１３０）の一部が、スペーサ（１０６）の表面（１０５）に静電帯電を引き起こし、放電電子エミッタ（１０９，２０９，４０９）は、陽極（１２５）における電圧が作動電圧に等しい間、帯電スペーサ表面（１０５）を放電するよう形成されているフィールドエミッションディスプレイ。放電電子エミッタ（１０９，２０９，４０９）は、スペーサ（１０６）と帯電電子エミッタ（１１６）との中間に配置され、カーボンナノチューブにより形成されることが好ましい。
2004511065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペーサと、
帯電電子エミッタと、
該スペーサと該帯電電子エミッタとの中間に配置され、かつカーボンから成る放電電子エミッタとを備える、フィールドエミッションディスプレイ。
【請求項２】
前記放電電子エミッタはカーボンナノチューブから成る、請求項１に記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項３】
陽極と、
表面を画成するスペーサと、
該スペーサの近傍に配置された帯電電子エミッタと、
放電電子エミッタとを備え、前記スペーサは前記陽極と前記放電電子エミッタとの間に延び、かつ該放電電子エミッタはカーボンから成る、フィールドエミッションディスプレイ。
【請求項４】
放電電子エミッタはカーボンナノチューブから成る、請求項３に記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項５】
請求項３に記載のフィールドエミッションディスプレイであって、前記放電電子エミッタから離間され、かつ該放電電子エミッタからスペーサ放電電子を引き出すよう配置された放電エミッタゲートをさらに備え、該放電電子エミッタは電源と接続されるよう形成され、かつ該放電電子エミッタ、該放電エミッタゲート、および該陽極は、三極管配置を画成して該放電電子エミッタからスペーサ放電電子を引き出す、フィールドエミッションディスプレイ。
【請求項６】
表面を画成するスペーサと、
帯電電子エミッタと、
該帯電電子エミッタから放電された電子を受容する陽極であって、該陽極は作動電圧において作動するよう形成され、かつ該作動電圧は該帯電電子エミッタに対して約１０００ボルトより大きく、かつ陽極に受容されるために帯電電子エミッタから放電された電子の一部が、スペーサの表面に静電帯電を生じさせて帯電したスペーサ表面を提供し得る陽極と、
該陽極における電圧が作動電圧と等しい間、帯電スペーサ表面を放電するよう形成された放電電子エミッタと、を備えるフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項７】
前記放電電子エミッタがカーボンから成る、請求項６に記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項８】
前記放電電子エミッタが、スペーサと帯電電子エミッタとの中間に配置された、請求項６に記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項９】
前記スペーサが第二の表面を画成し、かつ前記放電電子エミッタは、スペーサによって画成された第二の表面と当接する層を有する、請求項６に記載のフィールドエミッションディスプレイ。
【請求項１０】
請求項６に記載のフィールドエミッションディスプレイであって、前記放電電子エミッタから離間され、かつ該放電電子エミッタからスペーサ放電電子を引き出すよう配置された放電エミッタゲートをさらに備え、該放電電子エミッタは電源と接続されるよう形成され、かつ該放電電子エミッタ、該放電エミッタゲート、および該陽極は、三極管配置を画成して該放電電子エミッタからスペーサ放電電子を引き出す、フィールドエミッションディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明はフィールドエミッションディスプレイの分野に属し、さらに詳細には、フィールドエミッションディスプレイの陰極プレートと陽極プレートとの間の分離距離を保持する誘電体スペーサを有するフィールドエミッションディスプレイに関する。
【０００２】
（発明の背景）
ディスプレイの陰極プレートと陽極プレートとの間の分離距離を保持する誘電体スペーサを有するフィールドエミッションディスプレイは、当技術分野において周知である。誘電体スペーサの表面は、ディスプレイの作動中に静電帯電し得ることが当技術分野において認識されている。誘電体スペーサの静電帯電した表面は、ディスプレイの観察者にスペーサ構造が「可視」になるといった問題を生じ得る。即ち、帯電した表面は、蛍光体に向かって指向されている電子を蛍光体の帯電表面に向けて引きつけ、蛍光体から離れさせてしまう。このようにして、ディスプレイ画像上の各スペーサの位置に望ましくないギャップが形成される。
【０００３】
ディスプレイの作動中に、時折り帯電したスペーサ表面を中和することは、当技術分野にて周知である。例えば、蛍光体を活性化する電子エミッタを使用して、帯電したスペーサ表面を放電するための放電電子を提供することが当技術分野において周知である。先行技術において、蛍光体における電圧がディスプレイモード値よりも低下している間、放電電子が提供されることが教示される。ディスプレイモード値とは、蛍光体を活性化させるため使用される値である。これらの放電電子はスペーサ表面の放電に有用であるが、電子の一部はスペーサのない表面に誘引される。逸脱した電子がスペーサのない表面に衝突すると、それらは汚染種の気体放射を起こし、電子エミッタのエミッション特性の劣化を引き起こし得る。
【０００４】
この従来技術手法による別の問題点は、陽極電圧を上昇および下降させるためにかなりのエネルギーを消費することである。例えば、ディスプレイ画像が形成されるディスプレイモードの間に使用される陽極電圧は、１０００ボルトより大きなものであり得る。スペーサが放電される放電モード中には、陽極電圧を約４００ボルト未満に減少させることが周知である。
【０００５】
従って、陽極電圧を減少させる必要がなく、かつ気体放電率が従来技術のそれよりも減少した、スペーサ放電のための手段を備える改良されたフィールドエミッションディスプレイが必要とされる。
【０００６】
描写を簡略化および明確にするために、図面中の要素は必ずしも当尺に描かれていない。例えば、要素いくつかの寸法は、相対的に誇張されている。さらに、適切と考慮される箇所にて、対応する要素を示すために参照番号は図面間にて繰り返される。
【０００７】
（好ましい実施態様の説明）
本発明は、誘電体スペーサの不可視性を保持しながら高電圧にて作動させることが可能であるフィールドエミッションディスプレイに関する。スペーサの不可視性は、放電電子エミッタを提供することにより達成される。放電電子エミッタは、陽極における電圧が作動電圧（例、帯電電子エミッタに対して約１００ボルトより大きい）と等しい間、静電帯電したスペーサ表面を放電するよう設計されている。即ち、不可視性を達成するために陽極電圧を低下させる必要がなく、それにより従来技術に対して改良された電力消費が実現される。放電電子エミッタはカーボンから製作されることが好ましく、ディスプレイの陽極と伴にダイオード配置を画成することが好ましい。放電電子エミッタは、スペーサの十分近傍に配置され、従って放電電子エミッタから放電される電子が帯電スペーサ表面の放電を引き起こすことが好ましい。
【０００８】
図１は、本発明の好ましい実施態様による、エッジエミッタである放電電子エミッタ１０９を有するフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）１００の部分断面図である。ここに記される図面はディスプレイを意図するものであるが、本発明の範囲はディスプレイに限定されない。むしろ本発明は、このような構造を有する任意のタイプのフィールドエミッション装置における、スペーサおよび他の帯電した構造体に有用である。
【０００９】
ＦＥＤ１００は、陰極プレート１０２と陽極プレート１０４とを備える。陰極プレート１０２は、スペーサ１０６によって陽極プレート１０４から離間され、陰極プレート１０２とスペーサ１０６との間に中間スペース領域を画成する。陰極プレート１０２は、ガラス、シリコン、セラミックなどから形成され得る基板１０８を備える。陰極１１０は、基板１０８上に配置される。陰極１１０は、第一の電源１２６に接続されている。誘電体層１１２は陰極１１０上に配置され、かつ帯電エミッタウェル１１４を画成している
【００１０】
帯電電子エミッタ１１６は、帯電電子エミッタウェル１１４内に配置されている。図１の実施態様において、帯電電子エミッタ１１６は、モリブデンから形成され得るスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）チップ電子エミッタである。しかしながら、本発明は、円錐形以外の形状を有する帯電電子エミッタを有する装置によっても体現される。例えば、帯電電子エミッタは、エッジエミッタ、表面エミッタなどであってもよい。帯電電子エミッタは、ダイアモンド、カーボンナノチューブなどのような、モリブデン以外の電子放出物質から形成することもできる。
【００１１】
陰極プレート１０２はさらに、誘電体層１１２上に配置され第二の電源１２７に接続された、ゲート引き出し電極（ｇａｔｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１１８を備える。陰極１１０およびゲート引き出し電極１１８に選択された電位を適用することにより、帯電電子エミッタ１１６に電子を放電させ得る。
【００１２】
図１の実施態様において、陰極プレート１０２は、誘電体層１１２上に配置された制御電極１１３を備える。制御電極１１３は、第四の電源１２９に接続されている。制御電極１１３は、放電電子エミッタ１０９における電位を制御するために、放電電子エミッタ１０９に接続されている。図１の実施態様において、放電電子エミッタ１０９は、エッジエミッタを形成している。放電電子エミッタ１０９は、電子放出物質から形成されている。放電電子エミッタ１０９は、少なくとも部分的にカーボンから形成されることが好ましく、カーボンナノチューブから形成されることが最も好ましい。
【００１３】
陽極プレート１０４は、例えばガラスのような固体の透明材料から形成された透明基板１２０を備える。透明基板１２０上に黒色マトリックス１２２が配置され、この黒色マトリックス１２２は酸化クロムから形成されていることが好ましい。黒色マトリックス１２２により画成される開口部１２３内に、蛍光体１２４が配置される。蛍光体１２４は、カソードルミネッセント（ｃａｔｈｏｄｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）であり、帯電電子エミッタ１１６により放射される電子によって活性化され、光を放電する。
【００１４】
陽極１２５は、アルミニウムから形成されることが好ましく、蛍光体１２４および黒色マトリックス１２２を覆うブランケット層を画成する。陽極１２５は、第三の電源１２８に接続されている。マトリックスにアドレス可能なＦＥＤの電子エミッタおよび陽極プレートを製造する方法は、当業者に周知である。
【００１５】
スペーサ１０６は、例えばガラス、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などのような誘電体材料から形成される。スペーサ１０６は、第一の表面１０５および第二の表面１１１を画成する。図１の実施態様において、放電電子エミッタ１０９は第二の表面１１１に接合され、従ってスペーサ１０６は陽極１２５と放電電子エミッタ１０９との間に延びる。
【００１６】
放電電子エミッタ１０９は、スペーサ１０６が形成される材料である誘電体材料のシートを提供し、該誘電体材料シート上に、例えばニッケル、鉄などのような、ナノチューブ形成触媒材料の層を配置することにより形成できる。触媒層を有する誘電体材料のシートは、その後、例えばリブまたは他の有用な形状に切断される。その後、ナノチューブは、例えばエタンガスを使用する化学気相成長法のような利便性のある方法を使用して、触媒層内で成長される。
【００１７】
ＦＥＤ１００の作動中、陽極１２５における作動電圧は、帯電電子エミッタ１１６により放電される複数の帯電電子１３０を誘引するよう選択される。陽極１２５における作動電圧は高い（例、帯電電子エミッタ１１６に対して１０００ボルトよりも大きい）ことが好ましい。陽極１２５における作動電圧は、約３０００ボルトであることが最も好ましい。制御電極１１３における電圧は、ほぼ地電位と等しいことが好ましい。
【００１８】
本発明の利点の一つは、陽極１２５における電位が、スペーサ１０６の放電プロセス中、作動電圧に保持されることである。即ち、スペーサの不可視性を達成するために、陽極１２５における電位を低下させる必要がない。陽極１２５における電位を保持する能力は、電力消費の減少、作動コストの低下、駆動電子機器の簡素化などの利益をもたらす。
【００１９】
帯電電子１３０の一部は、スペーサ１０６に受容される。該帯電電子１３０の一部は、高エネルギー電子である複数のスペーサ帯電電子１３２を形成する。例えば、第一の表面１０５におけるスペーサ帯電電子１３２のエネルギーは、約１０００電子ボルトより大きくなり得る。スペーサ帯電電子１３２のエネルギーは、該エネルギーがスペーサ１０６の第一の表面１０５に到達すると、第一の表面１０５に正電荷を形成する程十分高くなる。
【００２０】
第一の表面１０５の静電帯電は、さらに、第一の表面１０５の二次電子収率（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｙｉｅｌｄ） が１より大きい事実に基づく。二次電子収率は、表面から放射される電子の、表面に受容される電子に対する比率で定義される。
【００２１】
一般に、本発明による放電電子エミッタは、陽極における電圧が作動電圧と等しい間、帯電表面を放電するよう設計されている。放電電子エミッタ１０９は、スペーサ１０６の第一の表面１０５を中和するのに有用である。陽極１２５における作動電圧が高く、および制御電極１１３に適切な電位（例、地電位）を適用することによって、放電電子エミッタ１０９は多数のスペーサ放電電子１３４を放射する。第一の表面１０５へ到達したスペーサ放電電子１３４のエネルギーは、第一の表面１０５を静電帯電させるというよりは、放電させる程十分に低い。例えば、第一の表面１０５へ到達したスペーサ放電電子１３４のエネルギーは、１００ボルトのオーダーであり得る。
【００２２】
放電電子エミッタ１０９が低エネルギー電子を提供することができる理由の一つは、帯電電子エミッタ１１６と比較するとスペーサ１０６に非常に近接しているためである。即ち、スペーサ放電電子１３４は、スペーサ帯電電子１３２よりも短い距離にて加速され、従ってスペーサ１０６へ到達するとエネルギーはより低いものとなる。
【００２３】
この近接さは、スペーサと帯電電子エミッタとの中間に、放電電子エミッタを配置して達成される事が好ましい。図１の実施態様において、この近接さは、放電電子エミッタ１０９を、放電電子エミッタ１０９の放電面がスペーサ１０６の第一の表面１０５と同一の広がりを有するようにスペーサ１０６上に配置することにより達成される。
【００２４】
さらに、放電電子エミッタ１０９は、スペーサ１０６を放電し同スペーサ１０６を不可視にするのに十分な放電の程度を提供することが可能である。十分な放電電流は、一つには、放電電子エミッタ１０９を形成する材料に、十分に放電可能な材料を選択することにより提供され得る。
【００２５】
図１の実施態様は、放射電子エミッタ１０９を活性化してスペーサ放電電子１３４を生成するためのダイオード配置を提供する。ダイオードの第一の電極は、制御電極１１３によって画成され、ダイオードの第二の電極は、陽極１２５で画成される。放電電子エミッタ１０９は、陽極１２５における作動電圧によって放電するよう設計されている。ダイオード配置の利点は、三極間配置と対比すると、スペーサ放電電子１３４によって形成されるビームの広がりが小さいことである。ビームの広がりの低下は、ビームの一部がスペーサのない表面に受容されることによる汚染物質の発生率が低くなる利点を提供する。
【００２６】
図２は、本発明の別の実施態様による、表面エミッタである放電電子エミッタ２０９を有するフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）２００の部分断面図である。放電電子エミッタ２０９は、部分的にＦＥＤ２００の陰極プレート２０２を画成し、スペーサ１０６と帯電電子エミッタ１１６との中間に配置されている。図２の実施態様において、放電電子エミッタ２０９は、放電可能な表面２１１を画成する。放電可能な表面２１１は、蛍光体１２４を覆わない陽極１２５の一部分と対向することが好ましい。放電電子エミッタ２０９は、電子放出物質から形成されている。放電電子エミッタ２０９は、その少なくとも一部がカーボンから形成されることが好ましく、カーボンナノチューブから形成されることが最も好ましい。
【００２７】
放電電子エミッタ２０９は、例えば、プリフォームドナノチューブと、銀、金などのような利便性の高い導電性材料とを混合し、その後誘電体層１１２上に該混合物の層を堆積させパターン化することにより形成され得る。スペーサ１０６の第二の表面１１１がその後、放電電子エミッタ２０９と当接するよう配置される。
【００２８】
図２の実施態様において、第四の電源１２９が、放電電子エミッタ２０９に直接接続されている。図１の実施態様と同様、図２の実施態様は、放電電子エミッタ２０９の活性化のためにダイオード配置を画成している。
【００２９】
フィールドエミッションディスプレイのスペーサと陰極プレートとの間に、追従性がよい金属層を堆積することは、当技術分野において周知である。これら従来技術のスペーサパッドの目的としては、スペーサ高の不均一によるスペーサの破壊を防止することである。これらの先行技術によるスペーサパッドは、いくつかの中和電子を放電し得る一方で、これらの先行技術は、スペーサパッドがスペーサの不可視性を実現するのに適当な程度にスペーサを中和するか、または選択的にアドレスされた電子エミッタから放電される電子の軌跡の過剰歪曲を防止するのに十分な速度にてスペーサを放電することを、教示または示唆していない。一方、本発明によるフィールドエミッションディスプレイは、少なくともこれらの利点を実現するに十分な中和速度を提供する。
【００３０】
図３は、本発明のさらなる別の実施態様による、電極の三極管配置により放射される放電電子エミッタ２０９を有するフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）３００の部分断面図である。図３の実施態様において、陰極プレート３０２は、第五の電源３２３に接続された放電エミッタゲート３２１をさらに備える。陰極プレート３０２の誘電体層３１２はさらに、放電電子エミッタ２０９に作用するため放電エミッタゲート３２１に電位を与えるゲートウェル３２５を形成する。放電エミッタゲート３２１は、放電電子エミッタ２０９から電子を引き出すよう配置されている。放電エミッタゲート３２１における電位は、放電電子エミッタ２０９から放電を引き起こすよう選択される。放電電子エミッタ２０９、放電エミッタゲート３２１、および陽極１２５は、三極管配置を画成して放電電子エミッタ２０９からスペーサ放電電子１３４を引き出す。
【００３１】
図３の三極管配置は、スペーサ放電の電子電流を選択的に制御できる利点を提供する。例えば、ＦＥＤ３００は製造後、ＦＥＤ３００の作動中にどのスペーサが帯電されるか決定することができ、その帯電スペーサに対応する放電エミッタゲートのみの放電のために、選択的にバイアスをかける事ができる。即ち、スペーサの可視を防止するに十分高い放電電流を達成するためには、三極管配置の使用が必要である。図３の実施態様は、一時的な制御も提供することができる。例えば、スペーサ放電電子１３４は、ディスプレイの各コマの終了時など、連続的にまたは時折り提供され得る。
【００３２】
図４は、帯電電子エミッタ１１６が放電されるときに放電されるスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）チップエミッタである放電電子エミッタ４０９を有するフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）４００の部分断面図である。ＦＥＤ４００の陰極プレート４０２は、放電エミッタウェル４１１をさらに画成する誘電体層４１２を備える。放電電子エミッタ４０９は、放電電子エミッタウェル４１１内に配置されている。
【００３３】
図３の実施態様と同様、ＦＥＤ４００の陰極プレート４０２は、ゲート引き出し電極４１８によって画成される放電エミッタゲートを有する。即ち、帯電電子エミッタ１１６を放電させる電極は、放電電子エミッタ４０９をも放電させる。このようにして、スペーサ放電電子１３４は、スペーサ帯電電子１３２がスペーサ１０６の静電帯電を引き起こす時、即ち必要とされるときに提供される。ゲート引き出し４１８は、放電電子エミッタ４０９から離間され、放電電子エミッタ４０９からスペーサ放電電子１３４を引き出すよう配置されている。
【００３４】
図３の実施態様と同様に、ＦＥＤ４００は三極管配置を画成してスペーサ放電電子１３４を引き出す。三極管は、放電電子エミッタ４０９、ゲート引き出し電極４１８、および陽極１２５によって画成される。図３の実施態様とは異なり、放電電子エミッタ４０９は、陰極１１０を経由して第一の電源１２６に接続されている。
【００３５】
放電電子エミッタ４０９は、第一の放電表面１０５を放電するのに十分な速度にてスペーサ放電電子１３４を提供するよう設計されている。例えば、放電電子エミッタ４０９は、帯電電子エミッタ１１６が形成される材料であり得る、電子放出物質から形成される。帯電電子エミッタ４０９の総数もまた、十分な放電速度を提供するよう選択される。
【００３６】
一般に、各放電電子のエネルギーは、受容する表面を静電帯電させるというよりは中和させる程十分に低い。各スペーサ放電電子１３４は、スペーサ１０６に到達した際のエネルギーが約１００電子ボルト未満である事により特徴づけられる事が好ましい。スペーサ放電電子１３４のスペーサ１０６に到達した際のエネルギーは、少なくとも一つには、放電電子エミッタ４０９とスペーサ１０６との間の距離により決定される。
【００３７】
図４の実施態様は、さらにスペーサパッド４１５を備える。スペーサパッド４１５は、例えば金のような追従性がよい材料により形成される。ＦＥＤ４００の作動中におけるスペーサパッド４１５からの電子放電は、もし存在したとしても、スペーサの不可視性を実現するのに有用である程、第一の表面１０５を中和するのには十分ではない。従って、放電電子エミッタ４０９が存在しない場合は、第一の表面１０５は、スペーサ１０６が可視となるのに十分な程度まで静電的に帯電する。
【００３８】
要約すれば、本発明は、放電電子エミッタを有するフィールドエミッションディスプレイに関するものである。放電電子エミッタは、蛍光体活性電子エミッタとは異なる。さらに、放電電子エミッタは、陽極電圧が高い作動電圧値にて保持される一方で誘電体表面の放電を提供するよう配置および設計されており、それによって改良された電力消費要求など数々の利益が実現される。
【００３９】
本発明の特定の実施例を示し記述したが、さらなる変更と改良が当業者により為される。例えば本発明は、図４に示すものと同様であり、カーボン表面エミッタがスピントチップ放電電子エミッタと置換されている点のみ図４のものとは異なるディスプレイにより具体化される。さらなる実施態様として、本発明は、図４に示すものと同様であり、放電電子エミッタは、ゲート引き出し電極から独立して制御され得る、放電エミッタゲートにより放電される点のみ図４のものとは異なるディスプレイにより具体化される。
【００４０】
従って、本発明が示される特別な形態に限定されることなく理解される事を願い、また請求項が本発明の精神と範囲から逸脱しない全ての変更を含むことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施態様による、エッジエミッタである放電電子エミッタを有するフィールドエミッションディスプレイの部分断面図。
【図２】本発明の好ましい実施態様による、表面エミッタである放電電子エミッタを有するフィールドエミッションディスプレイの部分断面図。
【図３】本発明の好ましい実施態様による、電極の三極管配置により放電が引き起こされる放電電子エミッタを有するフィールドエミッションディスプレイの部分断面図。
【図４】本発明の好ましい実施態様による、帯電電子エミッタが放電される時放電が引き起こされるスピントエッジエミッタである、放電電子エミッタを有するフィールドエミッションディスプレイの部分断面図。
【国際公開パンフレット】
2004511065.tif 000003
2004511065.tif 000004
2004511065.tif 000005
2004511065.tif 000006
2004511065.tif 000007
2004511065.tif 000008
2004511065.tif 000009
2004511065.tif 000010
2004511065.tif 000011
2004511065.tif 000012
2004511065.tif 000013
2004511065.tif 000014
2004511065.tif 000015
【国際調査報告】
2004511065.tif 000016
2004511065.tif 000017