JP2002509337A - Field emission device with synthetic spacer - Google Patents

Field emission device with synthetic spacer

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JP2002509337A
JP2002509337A JP2000539505A JP2000539505A JP2002509337A JP 2002509337 A JP2002509337 A JP 2002509337A JP 2000539505 A JP2000539505 A JP 2000539505A JP 2000539505 A JP2000539505 A JP 2000539505A JP 2002509337 A JP2002509337 A JP 2002509337A
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cathode
spacer
conductive layer
field emission
emission device
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スコット・ケー・アジーノ
ピーター・エー・スミス
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Abstract

(57)【要約】 フィールド・エミッション・ディスプレイ(100)は、複数の電子エミッタ(124)を有するカソード(102)と、カソード(102)に対置するアノード(104)と、アノード(104)とカソード(102)との間に延在する合成スペーサ(108)とを含む。合成スペーサ(108)は、誘電材料またはバルク抵抗材料からなる第1層(107)と、第1層(107)に接着され、金属,金属合金またはセラミック・金属合成材料からなる導電層(109)とを含む。合成スペーサ(108)の高さは、500マイクロメートルよりも大きい。 (57) Abstract: A field emission display (100) comprises a cathode (102) having a plurality of electron emitters (124), an anode (104) opposite the cathode (102), an anode (104) and a cathode. (102) and a synthetic spacer (108) extending therebetween. The composite spacer (108) is composed of a first layer (107) made of a dielectric material or a bulk resistance material, and a conductive layer (109) bonded to the first layer (107) and made of a metal, a metal alloy or a ceramic-metal composite material. And The height of the composite spacer (108) is greater than 500 micrometers.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

(関連出願) 関連主題は、本出願と同じ日付に出願され、同じ譲受人に譲渡された、弁理士
整理番号FD97091号である、米国特許出願 "Method for Fabricating a F
ield Emission Device Having a Composite Spacer"において開示される。
RELATED APPLICATION A related subject is U.S. Patent Application "Method for Fabricating a F. No. FD97091, filed on the same date as the present application and assigned to the same assignee.
ield Emission Device Having a Composite Spacer ".

【0001】 (産業上の利用分野) 本発明は、フィールド・エミッション・デバイスの分野に関し、さらに詳しく
は、フィールド・エミッション・ディスプレイに関する。
The present invention relates to the field of field emission devices, and more particularly, to a field emission display.

【0002】 (従来の技術) フィールド・エミッション・ディスプレイ(field emission display)のカソー
ド・プレートとアノード・プレートとの間でスペーサ構造を利用することは、当
技術分野で知られている。スペーサ構造は、カソードとアノードとの間のセパレ
ーションを維持する。また、スペーサ構造は、カソードとアノードとの間の電位
差に耐えなければならない。
[0002] The use of a spacer structure between a cathode plate and an anode plate of a field emission display is known in the art. The spacer structure maintains the separation between the cathode and the anode. Also, the spacer structure must withstand the potential difference between the cathode and the anode.

【0003】 しかし、スペーサは、このスペーサ付近では、アノードに向かう電子の流れに
悪影響を及ぼすことがある。カソードから放出される電子の一部は、スペーサの
表面を静電帯電して、スペーサ付近の電圧分布を所望の電圧分布から変えること
がある。スペーサ付近の電圧分布の変化の結果、電子フローの歪が生じることが
ある。また、その結果、スペーサとカソードとの間のように、電気アーク(elect
rical arching)が生じることがある。
However, the spacer may adversely affect the flow of electrons toward the anode in the vicinity of the spacer. Some of the electrons emitted from the cathode may electrostatically charge the surface of the spacer, changing the voltage distribution near the spacer from the desired voltage distribution. Changes in the voltage distribution near the spacers may result in distortion of the electron flow. Also, as a result, as between the spacer and the cathode, an electric arc (elect.
rical arching) may occur.

【0004】 フィールド・エミッション・ディスプレイでは、スペーサ近傍の電子フローの
歪により、ディスプレイによって表示されるイメージに歪が生じることがある。
特に、この歪は、各スペーサの位置にてイメージに暗い領域を生じることによっ
て、スペーサを「目に見える」ようにする。
In a field emission display, an image displayed by the display may be distorted due to distortion of the electron flow near the spacer.
In particular, this distortion makes the spacers "visible" by creating dark areas in the image at each spacer location.

【0005】 いくつかの従来のスペーサは、スペーサ帯電に伴う問題を克服することを試み
ている。例えば、伝導(conduction)により衝突電子(impinging electrons)を除 去するのに十分低いが、アノードからカソードへの電流に起因する電力損を改善
するのに十分高いシート抵抗を有する表面を具備するスペーサを提供することが
当技術分野において知られている。この抵抗性表面は、所望の抵抗を有する膜で
スペーサをコーティングすることによって実現できる。しかし、これらの膜は、
スペーサの取り扱い中に生じるであろうような、物理的な破損および/または変
化の影響を受けやすい。また、これらの膜は、例えば、カソードとの化学的な非
整合性を生じることがある。化学的な非整合性は、カソード上の電子エミッタの
エミッション特性に悪影響を及ぼすことがある。また、コーティングされた膜は
、製造するのが困難な場合もある。
[0005] Some conventional spacers attempt to overcome the problems associated with spacer charging. For example, a spacer with a surface having a sheet resistance that is low enough to eliminate impinging electrons by conduction, but high enough to improve power loss due to anode-to-cathode current. It is known in the art to provide This resistive surface can be achieved by coating the spacer with a film having the desired resistance. However, these membranes
Susceptible to physical damage and / or changes, such as would occur during handling of the spacer. Also, these films may cause, for example, chemical incompatibility with the cathode. Chemical inconsistencies can adversely affect the emission characteristics of the electron emitter on the cathode. Also, coated membranes can be difficult to manufacture.

【0006】 また、スペーサ付近の電圧分布を制御するために、スペーサの高さに沿って追
加の独立して制御される電極を設けることが当技術分野で知られている。しかし
、この従来の方式は、スペーサ電極を形成するための余分な工程を含み、このス
ペーサ電極も物理的に破損の影響を受けやすい。また、この従来の方式は、スペ
ーサ電極に電位を印加するための余分な電圧源を利用し、そのためデバイスの電
力条件が増加することがある。
It is also known in the art to provide additional independently controlled electrodes along the height of the spacer to control the voltage distribution near the spacer. However, this conventional method includes an extra step for forming a spacer electrode, and this spacer electrode is also susceptible to physical damage. In addition, this conventional method utilizes an extra voltage source for applying a potential to the spacer electrode, which may increase the power requirements of the device.

【0007】 従って、電子フローの歪を低減し、かつ過剰な電力損を生じさせないスペーサ
を有する、改善されたフィールド・エミッション・デバイスが必要とされる。
[0007] Accordingly, there is a need for an improved field emission device having spacers that reduce distortion of the electron flow and do not cause excessive power dissipation.

【0008】 (好適な実施例の説明) なお、図示を簡単かつ明瞭にするため、図面に示す要素は必ずしも縮尺通りで
はないことを理解されたい。例えば、いくつかの要素の寸法は互いに対して誇張
されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS It should be understood that for simplicity and clarity of illustration, the elements shown in the figures are not necessarily to scale. For example, the dimensions of some elements are exaggerated with respect to one another.

【0009】 本発明は、合成スペーサ(composite spacers)を有するフィールド・エミッシ ョン・デバイスに関する。各合成スペーサは、誘電材料(dielectric material) またはバルク抵抗材料(bulk resistive material)から作製できる第1層と、第 1層に接着された導電層とを有する。導電層はカソードに近接し、第1層はアノ
ードに近接する。導電層は、電子を合成スペーサから離れさせ、そのためスペー
サ表面の帯電は制御される。この制御された帯電により、スペーサの存在による
電子の軌道(trajectory of electrons)の歪が低減するという効果が得られる。 また、合成スペーサは、500マイクロメートルより大きい高さを有し、これは
本発明の合成スペーサを、約2500ボルトを超えるカソード・アノード間電位
差で動作する高電圧フィールド・エミッション・デバイスにおいて有用にする。
本発明の一実施例では、フィールド・エミッション・デバイスは、合成スペーサ
を有するフィールド・エミッション・ディスプレイであり、この合成スペーサは
、フィールド・エミッション・ディスプレイの利用者からは見えない。
[0009] The present invention is directed to a field emission device having composite spacers. Each composite spacer has a first layer, which can be made from a dielectric material or a bulk resistive material, and a conductive layer adhered to the first layer. The conductive layer is adjacent to the cathode, and the first layer is adjacent to the anode. The conductive layer causes the electrons to move away from the composite spacer, so that the charging of the spacer surface is controlled. This controlled charging has the effect of reducing the distortion of the trajectory of electrons due to the presence of the spacer. Also, the composite spacer has a height greater than 500 micrometers, which makes the composite spacer of the present invention useful in high voltage field emission devices operating with cathode-anode potentials greater than about 2500 volts. .
In one embodiment of the present invention, the field emission device is a field emission display having a composite spacer that is invisible to a user of the field emission display.

【0010】 図1は、本発明によるフィールド・エミッション・ディスプレイ(FED:fi
eld emission display)の断面図である。FED100は、アノード104に対
置するカソード102を有する。真空領域106は、カソード102とアノード
104との間に存在する。真空領域106内の圧力は、約10-6UUトルよりも
小さい。合成スペーサ108は、カソード102とアノード104との間に延在
する。合成スペーサ108は、カソード102とアノード104との間のセパレ
ーションを維持するための物理的な支持となる。また、合成スペーサ108は、
合成スペーサ108の静電帯電を改善する特徴を有する。合成スペーサ108の
静電帯電を制御することにより、FED100内の電子電流132の軌道の歪も
制御される。図1の実施例において、合成スペーサ108は、動作中にFED1
00の利用者から見えなくする特徴を有する。
FIG. 1 shows a field emission display (FED: fi) according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an eld emission display. FED 100 has cathode 102 opposite anode 104. A vacuum region 106 exists between the cathode 102 and the anode 104. The pressure in the vacuum region 106 is less than about 10 -6 UU Torr. Synthetic spacer 108 extends between cathode 102 and anode 104. The composite spacer 108 provides a physical support for maintaining the separation between the cathode 102 and the anode 104. In addition, the synthetic spacer 108
The composite spacer 108 has a feature of improving electrostatic charging. By controlling the electrostatic charging of the composite spacer 108, the distortion of the trajectory of the electron current 132 in the FED 100 is also controlled. In the embodiment of FIG.
It has the feature of making it invisible to the user of 00.

【0011】 カソード102は、ガラス,シリコンなどから作製できる基板116を含む。
基板116の上には、カソード導体(cathode conductor)118が設けられ、こ のカソード導体118は、モリブデンの薄層を含むことができる。誘電層120
は、カソード導体118の上に形成される。誘電層120は、例えば、二酸化シ
リコンから作製できる。誘電層120は複数のエミッタ・ウェル122を画定し
、これらのエミッタ・ウェル122内のそれぞれ一つに、複数の電子エミッタ1
24が設けられる。図1の実施例において、電子エミッタ124はSpindtチップ
(Spindt tips)を含む。
The cathode 102 includes a substrate 116 that can be made from glass, silicon, or the like.
Provided on the substrate 116 is a cathode conductor 118, which may include a thin layer of molybdenum. Dielectric layer 120
Is formed on the cathode conductor 118. The dielectric layer 120 can be made of, for example, silicon dioxide. The dielectric layer 120 defines a plurality of emitter wells 122, each having a plurality of electron emitters 1 in each of the wells 122.
24 are provided. In the embodiment of FIG. 1, the electron emitter 124 is a Spindt chip
(Spindt tips).

【0012】 ただし、本発明によるフィールド・エミッション・デバイスはSpindtチップ電
子ソースに限定されない。例えば、カソードの電子ソースとして、放射性カーボ
ン膜(emissive carbon film)を利用してもよい。
However, the field emission device according to the present invention is not limited to a Spindt chip electronic source. For example, an emissive carbon film may be used as the cathode electron source.

【0013】 カソード102は、複数のゲート引出し電極をさらに含む。図1において、第
1ゲート引出し電極126および第2ゲート引出し電極128が図示されている
。一般に、ゲート引出し電極は、電子エミッタを選択的にアドレス指定するため
に用いられる。
The cathode 102 further includes a plurality of gate extraction electrodes. FIG. 1 shows a first gate extraction electrode 126 and a second gate extraction electrode 128. Generally, a gate extraction electrode is used to selectively address an electron emitter.

【0014】 アノード104は透明基板110を含み、この透明基板110の上に、アノー
ド導体112が設けられ、このアノード導体112は透明であり、酸化インジウ
ム錫の薄層を含むことができる。複数の燐光体(phosphors)114は、アノード 導体112の上に設けられる。燐光体114は、電子エミッタ124に対置する
The anode 104 includes a transparent substrate 110, on which an anode conductor 112 is provided, the anode conductor 112 being transparent and may include a thin layer of indium tin oxide. A plurality of phosphors 114 are provided on the anode conductor 112. Phosphor 114 is opposed to electron emitter 124.

【0015】 第1電圧源136は、アノード導体112に接続される。第2電圧源138は
、第2ゲート引出し電極128に接続される。第3電圧源140は、第1ゲート
引出し電極126に接続され、第4電圧源142は、カソード導体118に接続
される。
The first voltage source 136 is connected to the anode conductor 112. The second voltage source 138 is connected to the second gate extraction electrode 128. The third voltage source 140 is connected to the first gate extraction electrode 126, and the fourth voltage source 142 is connected to the cathode conductor 118.

【0016】 合成スペーサ108は、カソード102とアノード104との間に延在して、
物理的な支持を提供する。合成スペーサ108の高さは、アノード104とカソ
ード102との間の電気アークの防止を助けるのに十分である。例えば、アノー
ド104とカソード102との間の電位差が約2500よりも大きい場合、合成
スペーサ108の高さは、約500マイクロメートルよりも大きく、好ましくは
700〜1200マイクロメートルの範囲内である。合成スペーサ108の一端
は、燐光体114によって被覆されない面にてアノード104に接触し、合成ス
ペーサ108の他端は、エミッタ・ウェル122を画定しない部分にてカソード
102に接触する。
The synthetic spacer 108 extends between the cathode 102 and the anode 104,
Provides physical support. The height of the composite spacer 108 is sufficient to help prevent electrical arcing between the anode 104 and the cathode 102. For example, if the potential difference between the anode 104 and the cathode 102 is greater than about 2500, the height of the composite spacer 108 is greater than about 500 micrometers, preferably in the range of 700-1200 micrometers. One end of the synthetic spacer 108 contacts the anode 104 on the side not covered by the phosphor 114, and the other end of the synthetic spacer 108 contacts the cathode 102 at a portion that does not define the emitter well 122.

【0017】 本発明に従って、合成スペーサ108は、合成スペーサ108の両端の中間に
ある点からアノード104に向かって延在する第1層107を含む。第1層10
7は、高さHを有する。また、合成スペーサ108は、第1層107に接続され
、かつカソード102に向かって延在する導電層109を含む。導電層109は
、真空領域106内に設けられる導電面111を有する。導電層109は、高さ
hを有する。
In accordance with the present invention, the composite spacer 108 includes a first layer 107 that extends toward the anode 104 from a point halfway between the ends of the composite spacer 108. First layer 10
7 has a height H. The composite spacer 108 also includes a conductive layer 109 connected to the first layer 107 and extending toward the cathode 102. The conductive layer 109 has a conductive surface 111 provided in the vacuum region 106. The conductive layer 109 has a height h.

【0018】 第1層107は、誘電材料またはバルク抵抗材料を含む。第1層107の材料
は、印加電位に耐えるように選択される。第1層107の材料は、好ましくは、
第1層107からのスプリアス電子エミッションを改善するために高い仕事関数
を有する。また、第1層107は、好ましくは、電荷蓄積およびスプリアス・エ
ミッションを低減するために極めて滑らかな表面を有する。第1層107として
有用な誘電材料には、セラミック,ガラス,サファイア,石英などが含まれる。
第1層107として有用なバルク抵抗材料には、鉄含有ガラス・セラミック,酸
化錫,酸化ニッケル,窒化シリコン,ネオジム・チタネート,酸化ジルコニウム
などが含まれる。一般に、バルク抵抗材料は、105〜1013Ω・cmの範囲内 の抵抗を有する。
The first layer 107 includes a dielectric material or a bulk resistance material. The material of the first layer 107 is selected to withstand the applied potential. The material of the first layer 107 is preferably
It has a high work function to improve spurious electron emissions from the first layer 107. Also, the first layer 107 preferably has a very smooth surface to reduce charge storage and spurious emissions. Dielectric materials useful as first layer 107 include ceramic, glass, sapphire, quartz, and the like.
Bulk resistance materials useful as first layer 107 include iron-containing glass ceramics, tin oxide, nickel oxide, silicon nitride, neodymium titanate, zirconium oxide, and the like. Generally, bulk resistive materials have a resistance in the range of 10 5 to 10 13 Ω · cm.

【0019】 導電層109は、導電材料を含む。好ましくは、導電層109は、アルミニウ
ム,金,銅などの金属からなる。また、金属合金から作製できる。本発明の別の
実施例では、導電層109は、セラミック・金属合成材料を含む。導電層109
の導電性は、上記のように電子偏向(deflection)または収束(focusing)を行うた
めに必要である。
The conductive layer 109 contains a conductive material. Preferably, conductive layer 109 is made of a metal such as aluminum, gold, or copper. Moreover, it can be manufactured from a metal alloy. In another embodiment of the present invention, conductive layer 109 comprises a ceramic-metal composite. Conductive layer 109
Is necessary to effect electron deflection or focusing as described above.

【0020】 導電層109を構成する材料は、更なる利点を提供するように選択できる。例
えば、延性金属は、FED100の組み立て中にカソード102への破損の危険
を低減する。導電層109の材料は、導電層109からのスプリアス電子エミッ
ションを制御するために、高い仕事関数を有することができる。また、導電層1
09として選択される材料は、金属間化合物(intermetallics)や他の望ましくな
い化学反応の形成を防ぐために、カソード102の材料に対して極めて不活性で
なければならない。
The material making up the conductive layer 109 can be selected to provide additional benefits. For example, a ductile metal reduces the risk of breakage to cathode 102 during assembly of FED 100. The material of the conductive layer 109 can have a high work function to control spurious electron emissions from the conductive layer 109. Also, the conductive layer 1
The material selected as 09 must be very inert with respect to the material of the cathode 102 to prevent the formation of intermetallics and other undesirable chemical reactions.

【0021】 導電層109の高さhは、合成スペーサ108の静電帯電を改善し、かつ電子
電流132を適切な燐光体に向かわせるのに十分な電子電流132の偏向を行う
ように選択される。すなわち、高さhは、電子エミッタに対置する燐光体に、電
子が当るように選択される。電子を偏向させることにより、導電層109は、合
成スペーサ108の過剰な静電帯電を防ぎ、さもなければこの静電帯電により、
電子電流130の軌道の過剰な歪,視認可能なスペーサ,電気アークなどの望ま
しくない結果が生じる。
The height h of the conductive layer 109 is selected to improve the electrostatic charging of the composite spacer 108 and to deflect the electron current 132 sufficiently to direct the electron current 132 to the appropriate phosphor. You. That is, the height h is selected so that the electrons hit the phosphor opposite the electron emitter. By deflecting the electrons, the conductive layer 109 prevents excessive electrostatic charging of the composite spacer 108, or otherwise, due to this electrostatic charging,
Undesirable results such as excessive distortion of the trajectory of the electron current 130, visible spacers, and electric arcs may occur.

【0022】 本発明の好適な実施例では、導電層109は電位に接続され、これはFED1
00の動作中に合成スペーサ108上に生じる静電電荷を除去するのに有用であ
る。図1の実施例では、放電電位は第2導電層130にて供給される。第2導電
層130は誘電層120の上に設けられ、モリブデン,アルミニウムなどの導電
性金属の薄層を含む。
In a preferred embodiment of the present invention, conductive layer 109 is connected to a potential, which is
It is useful to remove the electrostatic charge generated on the composite spacer 108 during the 00 operation. In the embodiment of FIG. 1, the discharge potential is provided at the second conductive layer 130. The second conductive layer 130 is provided on the dielectric layer 120 and includes a thin layer of a conductive metal such as molybdenum and aluminum.

【0023】 第2導電層130における電位は、独立して制御可能である。最も好ましくは
、第2導電層130は電気グランドに接続される。電気グランドに接続すること
は、電子偏向を向上させ、しかも余分な電力を必要としない。ただし、合成スペ
ーサ108の望ましい程度の電子偏向および/または電荷散逸特性を提供するた
めに選択された電位を印加するための第5電位源(図示せず)に接続することも
できる。あるいは、第2導電層130は、FED100のゲート引出し電極の一
つに接続しても、あるいはその一部でもよく、この場合、追加の電位源は必要な
い。
The potential of the second conductive layer 130 can be independently controlled. Most preferably, the second conductive layer 130 is connected to an electrical ground. Connecting to an electrical ground improves electron deflection and does not require extra power. However, it can also be connected to a fifth potential source (not shown) for applying a selected potential to provide the desired degree of electron deflection and / or charge dissipation characteristics of the composite spacer 108. Alternatively, the second conductive layer 130 may be connected to, or be a part of, one of the gate extraction electrodes of the FED 100, in which case no additional potential source is required.

【0024】 図1の実施例では、電子電流132は、動作中に合成スペーサ108をFED
100の利用者から見えなくするのに十分な程度に制御される。具体的には、導
電層109は、合成スペーサ108の近傍に電界(electric field)を形成するた
めに必要とされる。この電界形成機能を提供するため、導電層109の導電材料
が真空領域106に露出されることが重要である。
In the embodiment of FIG. 1, the electron current 132 causes the composite spacer 108 to be FED during operation.
It is controlled to a degree sufficient to make it invisible to 100 users. Specifically, conductive layer 109 is needed to create an electric field near composite spacer 108. In order to provide the electric field forming function, it is important that the conductive material of the conductive layer 109 is exposed to the vacuum region 106.

【0025】 ここで、本発明によるフィールド・エミッション・デバイスの一例としての構
成について、図1を参照して説明する。なお、本発明を具現するフィールド・エ
ミッション・デバイスは、図1を参照して説明する幾何学的構成に制限されない
ことを理解されたい。この構成は、カソード102とアノード104との間の電
位差が約300ボルトよりも大きく、好ましくは、約2500〜10,000ボ
ルトの範囲内である場合の、FED100の動作で有用である。また、この構成
は、VGA構成を含む。ただし、本発明を具現するフィールド・エミッション・
ディスプレイは、VGA構成に制限されないことを理解されたい。
Here, a configuration as an example of the field emission device according to the present invention will be described with reference to FIG. It should be understood that the field emission device embodying the present invention is not limited to the geometry described with reference to FIG. This configuration is useful in the operation of FED 100 when the potential difference between cathode 102 and anode 104 is greater than about 300 volts, and preferably within the range of about 2500 to 10,000 volts. This configuration also includes a VGA configuration. However, the field emission that embodies the present invention
It should be understood that the display is not limited to a VGA configuration.

【0026】 図1の実施例において、透明基板110および基板116のそれぞれは、約1
ミリメートルの厚さを有する。合成スペーサ108は、矩形小板(rectangular p
latelet)を含み、これは約5ミリメートルの長さ(ページに入る)と、約1ミリ
メートルの高さ(カソード102とアノード104との間に延在する)と、約0
.07ミリメートルの厚さtとを有する。第1ゲート引出し電極126と第2ゲ
ート引出し電極128との間の中心から中心までの距離は、約0.3ミリメート
ルである。FED100は、アノード導体112と第1および第2ゲート引出し
電極126,128との間の電位差が約2500〜10,000ボルトの範囲内
で動作できる。この電圧範囲では、アノード104とカソード102との間の電
気アークの危険を低減するために、アノード104とカソード102との間の距
離が500マイクロメートルより大きいことが不可欠である。
In the embodiment of FIG. 1, each of the transparent substrate 110 and the substrate 116 has about 1
It has a thickness of millimeters. The synthetic spacer 108 is a rectangular plate.
latelet), which is about 5 millimeters long (enters the page), about 1 millimeter tall (extending between cathode 102 and anode 104), and about 0 millimeters.
. And a thickness t of 07 millimeters. The distance from the center to the center between the first gate extraction electrode 126 and the second gate extraction electrode 128 is about 0.3 mm. The FED 100 can operate with a potential difference between the anode conductor 112 and the first and second gate extraction electrodes 126, 128 in the range of about 2500-10,000 volts. In this voltage range, it is essential that the distance between anode 104 and cathode 102 be greater than 500 micrometers in order to reduce the risk of an electric arc between anode 104 and cathode 102.

【0027】 FED100の動作中に、電位が第1および第2ゲート引出し電極126、1
28,カソード導体118およびカソード導体112に印加され、電子エミッタ
124において選択された電子エミッションを生じさせ、電子を真空領域106
を介して燐光体114に向ける。燐光体114は、衝突する電子によって光を発
光させられる。
During the operation of the FED 100, the potential is changed to the first and second gate extraction electrodes 126, 1.
28, the cathode conductor 118 and the cathode conductor 112 to cause selected electron emissions at the electron emitter 124 to transfer electrons to the vacuum region 106.
Through to the phosphor 114. The phosphor 114 is caused to emit light by the colliding electrons.

【0028】 導電層109は、合成スペーサ108の近傍に電界を形成し、そのため合成ス
ペーサ108の近傍で放出される電子は燐光体114に向けられ、合成スペーサ
108に衝突しない。図1を参照して説明した一例としての構成では、アノード
導体112と第1および第2ゲート引出し電極126,128との間の電位差が
2500〜10,000ボルトの範囲内の場合、導電層109の高さhは、好ま
しくは、約75〜150マイクロメートルの範囲内である。
The conductive layer 109 creates an electric field near the composite spacer 108 so that electrons emitted near the composite spacer 108 are directed to the phosphor 114 and do not collide with the composite spacer 108. In the exemplary configuration described with reference to FIG. 1, if the potential difference between the anode conductor 112 and the first and second gate extraction electrodes 126 and 128 is in the range of 2500 to 10,000 volts, the conductive layer 109 Is preferably in the range of about 75-150 micrometers.

【0029】 本発明による合成スペーサは、極めて経済的かつ簡単な方法を利用して作製で
きる。本発明の合成スペーサは、フォトリソグラフィ工程や、高価なX線リソグ
ラフィや、指向性の高いエッチング・被着方法を必要としない。また、電子エミ
ッタの保全性を損ないうる、電子エミッタをコーティングする工程を必要としな
い。
The synthetic spacer according to the invention can be produced using a very economical and simple method. The synthetic spacer of the present invention does not require a photolithography step, expensive X-ray lithography, or a highly directional etching / deposition method. Also, there is no need for a step of coating the electron emitter, which can compromise the integrity of the electron emitter.

【0030】 合成スペーサ108は、まず誘電材料またはバルク抵抗材料のシートを設ける
ことによって作製される。このようなシートは一般に入手可能である。シルク・
スクリーニング,金属箔の蝋付け(brazing),電解メッキ,無電解メッキ,音響 泳動(acoustrophoresis)など多数の従来の方法のうち一つによって、金属層は誘
電またはバルク抵抗シートの上に形成される。次に、誘電またはバルク抵抗層に
接着された金属層を有する合成シートは、ワイヤ・ソー(wire saw)またはダイシ
ング・ソー(dicing saw)による切断のように、個別のスペーサに切断される。好
ましくは、切断工程は、第1層107の表面を導電材料でコーティングすること
を避けるため、誘電またはバルク抵抗材料の表面において開始される。
The composite spacer 108 is made by first providing a sheet of dielectric or bulk resistive material. Such sheets are generally available. silk·
The metal layer is formed on a dielectric or bulk resistive sheet by one of a number of conventional methods, such as screening, brazing of metal foil, electrolytic plating, electroless plating, and acoustophoresis. Next, the composite sheet with the metal layer adhered to the dielectric or bulk resistive layer is cut into individual spacers, such as with a wire saw or dicing saw. Preferably, the cutting step is initiated at the surface of the dielectric or bulk resistive material to avoid coating the surface of the first layer 107 with a conductive material.

【0031】 導電層109がセラミック・金属合成材料からなる場合の実施例を作製するた
め、まず、セラミック・金属合成材料は、金属紛内に絶縁セラミック相を分散さ
せることによって作製される。混合物は、テープ・キャスティング(tape castin
g),乾式プレス(dry pressing),スリップ・キャスティング(slip casting)など
、標準的なセラミック形成方法を介して薄いシートに形成される。この形成工程
から、モノリス(monolith)が切り出される。モノリスは、選択された誘電または
バルク抵抗材料の層に積層される。この積層工程は、約200℃より低い温度に
て結合界面に圧力を加えることによって実施される。あるいは、金属成分の酸化
を防ぐため還元雰囲気内で、約200℃以上の温度にて熱処理することによって
接着を行うことができる。金属およびセラミックの組成を変えることにより、導
電層109の所望の熱膨張係数など、所望の特性を達成するために、機械的特性
および熱特性を調整できる。本実施例は、例えば、導電層109において、コン
プライアンスではなく、より大きな機械的強度が望ましい場合に、有用である。
In order to produce an embodiment in which the conductive layer 109 is made of a ceramic-metal composite material, the ceramic-metal composite material is first produced by dispersing an insulating ceramic phase in a metal powder. The mixture is tape castin
g) Formed into thin sheets via standard ceramic forming methods such as dry pressing, slip casting, etc. From this forming process, a monolith is cut out. The monolith is laminated to a layer of a selected dielectric or bulk resistive material. This laminating step is performed by applying pressure to the bonding interface at a temperature below about 200 ° C. Alternatively, bonding can be performed by heat treatment at a temperature of about 200 ° C. or more in a reducing atmosphere to prevent oxidation of the metal component. By changing the composition of the metal and the ceramic, the mechanical and thermal properties can be adjusted to achieve desired properties such as a desired coefficient of thermal expansion of the conductive layer 109. This embodiment is useful, for example, when a larger mechanical strength is desired in the conductive layer 109 instead of compliance.

【0032】 アノード104およびカソード102を形成する方法は、当業者に周知である
。アノード104およびカソード102が作製された後、合成スペーサ108は
、カソード102に対する垂直な構成を維持するために、例えば熱圧着により、
第2導電層130に接着される。次に、アノード104は、合成スペーサ108
の上に配置され、パッケージは真空環境において密封される。
[0032] Methods of forming anode 104 and cathode 102 are well known to those skilled in the art. After the anode 104 and the cathode 102 have been made, the composite spacer 108 may be bonded, for example, by thermocompression, to maintain a vertical configuration with respect to the cathode 102.
It is bonded to the second conductive layer 130. Next, the anode 104 is
And the package is sealed in a vacuum environment.

【0033】 以上、本発明は、合成スペーサを有するフィールド・エミッション・デバイス
に関する。本発明のフィールド・エミッション・デバイスは、300ボルト以上
で、好ましくは約2500〜10,000ボルトの範囲内のアノード・カソード
間電位差にて動作できる。本発明によるフィールド・エミッション・ディスプレ
イは、「目に見えないスペーサ」を有し、これはディスプレイの利用者には視認
できない。本発明の合成スペーサは、簡単で経済的な方法を利用して作製できる
As described above, the present invention relates to a field emission device having a synthetic spacer. The field emission device of the present invention can operate at an anode-cathode potential above 300 volts, and preferably in the range of about 2500-10,000 volts. Field emission displays according to the present invention have "invisible spacers" which are invisible to the user of the display. The synthetic spacer of the present invention can be made using a simple and economical method.

【0034】 本発明の具体的な実施例について図説してきたが、更なる修正および改善は当
業者に想起される。従って、本発明は図示の特定の形式に制限されないものとし
、特許請求の範囲は本発明の精神および範囲から逸脱しないあらゆる修正を網羅
するものとする。
While specific embodiments of the present invention have been illustrated, further modifications and improvements will occur to those skilled in the art. Therefore, it is not intended that the invention be limited to the specific forms shown, and the claims will cover all modifications that do not depart from the spirit and scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明によるフィールド・エミッション・デバイスの実施例の断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a field emission device according to the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5C032 CC10 5C036 EE09 EF01 EF06 EF09 EG01 EG12 EH04 EH08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5C032 CC10 5C036 EE09 EF01 EF06 EF09 EG01 EG12 EH04 EH08

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フィールド・エミッション・デバイス(100)であって: 複数の電子エミッタ(124)を有するカソード(102)であって、前記複
数の電子エミッタ(124)は、電子電流(132)を放出することを意図する
、カソード(102); 前記複数の電子エミッタ(124)から放出される電子電流(132)を受け
るべく設けられたアノード(104); 前記カソード(102)と前記アノード(104)との間に設けられた真空領
域(106);および 前記アノード(104)と前記カソード(102)との間に延在し、第1層(
107)および導電層(109)によって構成される合成スペーサ(108)で
あって、前記合成スペーサ(108)の前記導電層(109)は、前記真空領域
(106)内に設けられる導電面(111)を画定し、前記合成スペーサ(10
8)は、500マイクロメートルよりも大きい高さを有する、合成スペーサ(1
08); によって構成されることを特徴とするフィールド・エミッション・デバイス(
100)。
1. A field emission device (100) comprising: a cathode (102) having a plurality of electron emitters (124), said plurality of electron emitters (124) providing an electron current (132). A cathode (102) intended to emit; an anode (104) provided to receive an electron current (132) emitted from the plurality of electron emitters (124); the cathode (102) and the anode (104) ), And a vacuum region (106) provided between the anode (104) and the cathode (102);
107) and a conductive layer (109), wherein the conductive layer (109) of the synthetic spacer (108) is a conductive surface (111) provided in the vacuum region (106). ) And the synthetic spacer (10)
8) is a composite spacer (1) having a height greater than 500 micrometers.
08); a field emission device comprising:
100).
【請求項2】 前記第1層(107)は、前記アノード(104)と前記導
電層(109)との間に延在し、前記導電層(109)は、前記第1層(107
)と前記カソード(102)との間に延在することを特徴とする請求項1記載の
フィールド・エミッション・デバイス(100)。
2. The first layer (107) extends between the anode (104) and the conductive layer (109), and the conductive layer (109) is connected to the first layer (107).
2. The field emission device (100) according to claim 1, wherein the device extends between the cathode (102) and the cathode (102).
【請求項3】 前記合成スペーサ(108)の前記導電層(109)は、金
属からなることを特徴とする請求項1記載のフィールド・エミッション・デバイ
ス(100)。
3. The field emission device (100) according to claim 1, wherein the conductive layer (109) of the composite spacer (108) comprises a metal.
【請求項4】 前記合成スペーサ(108)の前記導電層(109)は、セ
ラミック・金属合成材料からなることを特徴とする請求項1記載のフィールド・
エミッション・デバイス(100)。
4. The field device according to claim 1, wherein said conductive layer of said composite spacer is made of a ceramic-metal composite material.
Emission device (100).
【請求項5】 前記合成スペーサ(108)の前記第1層(107)は、バ
ルク抵抗材料からなることを特徴とする請求項1記載のフィールド・エミッショ
ン・デバイス(100)。
5. The field emission device (100) of claim 1, wherein the first layer (107) of the composite spacer (108) is comprised of a bulk resistive material.
【請求項6】 前記合成スペーサ(108)の前記第1層(107)は、誘
電材料からなることを特徴とする請求項1記載のフィールド・エミッション・デ
バイス(100)。
6. The field emission device (100) according to claim 1, wherein the first layer (107) of the composite spacer (108) comprises a dielectric material.
【請求項7】 前記合成スペーサ(108)の前記導電層(109)は、電
子電流(132)による前記合成スペーサ(108)の過剰な静電帯電を防ぐの
に十分な程度に、電子電流(132)の偏向を生じさせるように選択された高さ
を有することを特徴とする請求項1記載のフィールド・エミッション・デバイス
(100)。
7. The conductive layer (109) of the composite spacer (108) has a sufficient electron current (132) to prevent excessive electrostatic charging of the composite spacer (108) by the electron current (132). The field emission device (100) of claim 1, having a height selected to cause the deflection of (132).
【請求項8】 前記カソード(102)は誘電層(120)を含み、前記カ
ソード(102)は、前記誘電層(120)の上に設けられた第2導電層(13
0)をさらに含み、前記第2導電層(130)は、前記合成スペーサ(108)
の前記導電層(109)に接続され、 フィールド・エミッション・デバイス(100)の動作中に前記合成スペーサ
(108)上に生じる静電電荷は、前記第2導電層(130)を介して散逸する
ことを特徴とする請求項1記載のフィールド・エミッション・デバイス(100
)。
8. The cathode (102) includes a dielectric layer (120), and the cathode (102) includes a second conductive layer (13) provided on the dielectric layer (120).
0), wherein the second conductive layer (130) comprises the composite spacer (108).
The electrostatic charge generated on the composite spacer (108) during operation of the field emission device (100) is dissipated through the second conductive layer (130). A field emission device (100) according to claim 1, characterized in that:
).
【請求項9】 前記カソード(102)は、複数のゲート引出し電極(12
6,128)からなり、前記第2導電層(130)は、前記複数のゲート引出し
電極のうちの一つに接続されることを特徴とする請求項8記載のフィールド・エ
ミッション・デバイス(100)。
9. The cathode (102) includes a plurality of gate extraction electrodes (12).
The field emission device (100) of claim 8, wherein the second conductive layer (130) is connected to one of the plurality of gate extraction electrodes. .
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