JP2004503060A

JP2004503060A - 電界放出カソードおよびフラット・パネル・ディスプレイ

Info

Publication number: JP2004503060A
Application number: JP2002508818A
Authority: JP
Inventors: ブウィアブリン，アレクサンダー・アレクサンドロヴィッチ; ラクヒモフ，アレキサンダー・ツルスノヴィッチ; サモロドフ，ヴラディミル・アナトリエヴィッチ; スエティン，ニコライ・ヴラディスラヴォヴィッチ; ティモフェーヴ・ミカイル・アルカディエヴィッチ
Original assignee: オブシェストヴォ・ス・オグラニチェンノイ・オトゥヴェストヴェンノスチュ・“ヴィソキー・テクノロジー”
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2004-01-29
Also published as: RU2210134C2; EP1318538A2; US20030173885A1; AU2001276803A1; KR20030025264A; WO2002005304A3; WO2002005304A2; US6870309B2

Abstract

本発明は、電界放出カソードに基づくフラット・パネル・ディスプレイ端末に関する。前記発明の目的は、高放出特性を有する電界放出カソードを用いたフル・カラー・プロセシング・ディスプレイ端末を開発することである。発明の電界放出カソードは、ガラスから形成され得る絶縁基板と、基板上に配置されたナノ結晶性炭素膜エミッタとを備え、前記エミッタは、粒径が１０^−９〜１０^−４ｍの耐高温材料の粉末粒子からなる単層の形態で具現化され、前記粒子はナノ結晶性炭素膜で覆われている。本発明のフラット・ディスプレイ端末は、その一方に電界放出カソードのシステムが配置された複数の平坦なガラス板を備え、前記カソードは、粒径が１０^−９〜１０^−４ｍでナノ結晶性炭素膜で覆われた耐高温材料の粒子粉末からなる単層が被覆されたブスバーの形態で具現化される。粉末粒子は、シリコン、ダイヤモンド、炭化ケイ素、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、およびこれらの合金からなる一群に属する材料からなる。ガラス板は板ガラスの形態で具現化される。少なくとも１つのグリッドをカソードとアノードとの間に配置することができる。前記発明によって、ディスプレイ端末を密閉および真空引きするための標準的なプロセシングを用いることに加えて、ディスプレイ端末のカソード・アセンブリを製造するために安価なガラスおよびポリマーさえ用いることができる。

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、高効率の電界放出（ｃｏｌｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ）カソードおよびこれに基づくフル・カラー・フラット・パネル・ディスプレイの分野に関する。
【０００２】
（従来技術）
ディスプレイは、シリコン、モリブデン、または他の導電性材料からなる先端の形状で作製された電界放出カソードを備えることが知られている（Ｉ．ＢｒｏｄｉｅおよびＰ．Ｒ．Ｓｃｈｗｏｅｂｅｌ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＥＥＥ、１９９４年、第８２巻、第７号、１００６ページ）。しかしこのようなカソードは非常に高価で、その放出特性は安定していない。
【０００３】
またディスプレイは、電界放出カソードが基板および基板上のエミッタの形態で作製され、エミッタは、レーザ・スパッタリング法で製造されたアモルファス・ダイヤモンド膜で作製されることが知られている（Ｄｉａｍｏｎｄ　ｂａｓｅｄ　ｆｉｅｌｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｆｌａｔ　ｐａｎｅｌ　ｄｉｓｐｌａｙｓ．Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌ．、１９９５年５月、７１ページ）。アモルファス・ダイヤモンド膜は、高エネルギー・レーザによりグラファイト・ターゲットから蒸発させた炭素を、冷却された基板上へ堆積させることによって製造される。このような膜に固有の欠点は、放出中心の密度が低く（２０Ｖ／μｍの電界において１平方ｃｍあたり〜１０^３）、２５６色調のフル・カラー・モニタを作製するには不十分なことである。またその複雑さ、コスト、および拡大することの難しさなどの欠点も挙げることができる。
【０００４】
電界放出膜カソードを、基板および基板上のエミッタの形態で作製し、エミッタをナノ結晶性炭素（ダイヤモンド）膜で形成することが知られている（米国特許第０６，０４２，９００号（１９９６年３月１２日））。ナノ結晶性炭素（ダイヤモンド）膜における放出中心の密度は１０^５を上回り、放出閾値は５〜８Ｖ／μｍであり、電流は１Ａ／平方ｃｍであるため、このようなカソードは高品質のフル・カラー・モニタを作製するのに十分な放出特性を有している。しかしこのような膜の堆積技術は、ガラス基板を使用できない７００℃を上回る温度まで基板を加熱することを必要とする。
【０００５】
（発明の説明）
提案する発明の目的は、高放出特性を有し、技術的に製造され、製造費用がかからない電界放出膜カソードを開発することである。ディスプレイを密閉および真空引きするための必要条件を全て満たす最も安価で技術的な材料はガラスであり、またガラスをエッチングしまたはガラス上にメタライゼーションを施すための方法がすでに開発され、このカソードに基づくフル・カラー・ディスプレイを形成するためにガラス基板またはポリマー基板さえ使用できることが重要である。
【０００６】
提案される電界放出膜カソードにおいては、誘電体基板とこの基板上のナノ結晶性炭素膜エミッタとが設けられ、前記エミッタは、ナノ結晶性炭素膜が被覆された高温材料粉末の粒子からなる単層の形態で作製されている。粉末粒子のサイズは、１０^−９〜１０^−４ｍの範囲で選択される。
【０００７】
前記粉末は、次の材料から選択される。すなわちシリコン、ダイヤモンド、炭化ケイ素、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、またはこれらの合金である。金属層を基板とエミッタとの間に挿入することができる。
【０００８】
提案されるのは、平行な誘電体パネルであって、電界放出カソードのシステムが前記パネルの一方にパネル間の間隔に配置され、カソードが平行な導線とこの導線上のナノ結晶性炭素膜エミッタとの形態で作製される、平行な誘電体パネルと、反対側の前記パネル上に配置されたアノードのシステムとを備えるフラット・パネル・ディスプレイであって、エミッタが、高温材料粉末の粒子からなる単層の形態で作製され、高温材料粉末が、次の材料すなわちシリコン、ダイヤモンド、炭化ケイ素、モリブデン、タングステン、タンタル、またはこれらの合金から選択され、１０^−９〜１０^−４ｍの範囲の粒径を有し、ナノ結晶性炭素膜が被覆されているフラット・パネル・ディスプレイである。また前記パネルをガラス板の形状で作製することができる。カソードおよびアノードは、行および列からなるシステムを形成する。ディスプレイは、二極管方式で作製することもできるし、カソードとアノードとの間に配置された付加的なグリッドを備えることもできる。
【０００９】
本発明は、電界放出カソードに基づく二極管方式によって作製されたフラット・パネル・ディスプレイのデザインを示す図面によって例示される。
カソードが基板（１）上に作製され、カソードは、基板上に配置されたエミッタを有する。エミッタは、ナノ結晶性炭素含有膜（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｌｍ）（３）が被覆された粒子（２）からなる単層の形態で作製されている。
【００１０】
ディスプレイは、２枚のガラス製パネル（４）および（５）を備える。前記パネルの一方（４）の上に平行な導線（６）が配置されている。導線は、その上にエミッタ（７）が配置され、電界放出カソードとして機能する。エミッタは、ナノ結晶性炭素膜が被覆された粒子粉末からなる単層の形態で作製されている。反対側のガラス製パネル（５）上には、アノード（８）のシステムが配置され、アノードには蛍光体の層（９）が被覆されている。カソードとアノードとの間の距離は、スペーサ（１０）のサイズで決まる。
【００１１】
（発明の実施形態の例）
ディスプレイを三極管方式で作製する場合には、カソードとアノードとの間にグリッドを配置する。このグリッドの主な機能は、放出電流を制御することである。グリッドと基板表面との間の距離の下限は、カソードの粗さによって制限され、上限は電圧制御の大きさによって制限される。
【００１２】
放出膜を堆積するときの粉末の加熱は、高放出膜の堆積技術の条件に基づいて６００〜９００℃の範囲の温度で行う。したがって粉末材料の選択は、約１０００℃までの高温に対する耐性、放出膜の高付着力、水素および炭素含有ガスの流れにおける低いスパッタリングおよび化学反応性に対する要求を考慮して行う。粉末粒子のサイズおよびその分散は、グリッドおよびカソード間の好適な最小間隔によって、また技術的および経済的な性能によって決まる。明らかに粉末粒子は、グリッドおよびカソード間の間隔よりも著しく小さい。
【００１３】
提案するカソードの放出特性が達成されている。シリコン粉末を、１０μｍ未満の粒径で用いた。粉末の薄い層を基板ホルダの表面に沿って分布させ、堆積プロセスを行った。走査電子顕微鏡および走査トンネル顕微鏡ならびにＸ線回折法による研究によって、粉末粒子表面上にナノ結晶性炭素膜が存在することが確認された。こうして製造した粉末を、銀ペーストを用いてシリコン基板上に塗布した。こうして作製したカソードの放出特性を、蛍光スクリーンを有する二極管試験装置において標準的な試験方法に基づいて測定した。これらのデータから、放出閾値はμｍあたりたった数ボルトであることが分かった。蛍光ルミネセンス・データから、電子放出はカソード表面に沿って均一に分布していることが分かった。１０ｍＡ／平方ｃｍを上回る電流密度が得られた。
【００１４】
（産業での利用可能性）
提案したデバイスによって、電界放出カソードを用いたディスプレイのカソード・アセンブリを製造するために安価なガラスおよびポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）さえ用いることが、またこうするために、ディスプレイを密閉および真空引きするための標準的な技術を用いることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
カソードを概略的に示す図である。
【図２】
行に沿った面を示す図である。
【図３】
列に沿ってディスプレイを示す図である。

Claims

誘電体基板と基板上のナノ結晶性炭素膜エミッタとの形態で作製された電界放出膜カソードであって、前記エミッタが高温材料の粉末粒子からなる単層の形態で作製され、粒子が、１０^−９〜１０^−４ｍの範囲のサイズを有しナノ結晶性炭素膜が被覆された電界放出膜カソード。
前記粉末粒子が、シリコン、ダイヤモンド、炭化ケイ素、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、またはこれらの合金のいずれかからなる請求項１に記載の電界放出カソード。
前記誘電体基板がガラスからなる請求項１に記載の電界放出カソード。
前記基板とエミッタとの間に金属層が配置された請求項１に記載の電界放出カソード。
間隔を置いた平行な誘電体パネルの一方の誘電体パネルに、平行な電界放出カソードのシステムが配置され、該カソードが平行な導線の形状で作製され、該導線上にナノ結晶性炭素膜エミッタを有し、前記間隔を置いた平行な誘電体パネルの反対側の前記誘電体パネル上に配置されたアノードのシステムを備え、該エミッタが、高温材料の粉末粒子からなる単層の形態で作製され、粒子が、１０^−９〜１０^−４ｍの範囲のサイズを有し該ナノ結晶性炭素膜が被覆されたフラット・パネル・ディスプレイ。
前記パネルがガラス板の形状で作製され得る請求項５に記載のフラット・パネル・ディスプレイ。
前記粉末粒子が、シリコン、ダイヤモンド、炭化ケイ素、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、またはこれらの合金のいずれかからなる請求項５に記載のフラット・パネル・ディスプレイ。
前記カソードとアノードとの間に、少なくとも１つのグリッドが配置された請求項５に記載のフラット・パネル・ディスプレイ。