JP2008508665A - 高解像度陰極構造 - Google Patents
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Abstract
本発明は、陰極を形成している第1下部金属被膜層(20)と、電気絶縁層と、取り出しグリッドを形成している第2上部金属被膜層(10、12)と、前記第2金属被膜層内と前記電気絶縁層内に形成された開口部(21)と、前記開口部内に配置された電子放出手段(22)のラインとを備え、前記ラインはスクリーンのロウ方向に平行であることを特徴とするロウ及びコラム状に配置されたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体に関する。
Description
本発明は放出陰極の分野及びそのスクリーン製造方法への応用に係り、特にカーボンナノチューブに基づいたスクリーン製造方法への応用に関する。
スクリーンの解像度は、そのスクリーンの表示性能に影響を与える重要な要素であり、その装置を用いることができる応用の種類にも部分的に影響を及ぼす。
更に、所定の解像度における製造のし易さは、製造コストに影響を与える重要な要素である。
カーボンナノチューブに基づいたFEDスクリーンは、幾何学的配置についてかなり大きな公差を有する陰極構造を用いており、その製造コストの安さに貢献している。
FEDスクリーンはロウ及びコラムから成り、ロウとコラムの交点はピクセルを定義する。表示されるデータはコラムに同時に伝えられる。それぞれのロウは順々に走査されて、スクリーン全体がアドレスされる。
特許文献1に記載の三極管型陰極構造1が、図1A及び1Bに示されており、
‐ スクリーンのコラム方向に配置された陰極を形成する第1金属被膜層4(この第1層(下部層)は、放出の一様性を改善する例えばシリコンから形成された任意の抵抗層2を支持する。)と、
‐ 抵抗層と第2金属被膜層10との間の絶縁体6(例えばシリカ)と、
を備える。
‐ スクリーンのコラム方向に配置された陰極を形成する第1金属被膜層4(この第1層(下部層)は、放出の一様性を改善する例えばシリコンから形成された任意の抵抗層2を支持する。)と、
‐ 抵抗層と第2金属被膜層10との間の絶縁体6(例えばシリカ)と、
を備える。
この金属被膜層10(上部層)は、電子を取り出すスクリーン制御グリッドに対応する。このグリッドはスクリーンのコラム方向に配置されている。
グリッド導線12はグリッド10と同じレベルに配置されており、グリッド同士を接続し、また、スクリーンのロウ方向に配置されたメイングリッド導線11にグリッドを接続する。同様に、陰極4と同じレベル上の陰極導線13は陰極同士を接続する(図1B)。
例えばカーボンナノチューブ14等の放出手段は、溝16内の抵抗層上に配置されている。この溝16は、グリッド及び絶縁層6内に形成された開口部である。
典型的には、図1Aに示すように、溝16の幅は略15μmであり、グリッドは25μmのオーダーのピッチで配置されている。
図1Bに示すように、溝16は、スクリーンのコラム方向に配置されており、グリッド10及び陰極4と同じである。
放出電子ビームの発散により、陽極上に位置するリンの領域についての重なり部分δが決まる(図2)。スクリーンの解像度を決定するカラーピッチPは一般的に、ロウ方向の二重の重なり部分である。特に、有色のリンがコラムに平行なストリップ内に配置された場合に、このようになる。
図1A及び1Bに示す構造の場合には、陽極と陰極との距離が1mmで、陽極の電圧が3kVの場合で、この重なり部分は一般的に240μmのオーダーとなり、1.4mmのカラーピクセルとなる。
このような解像度は巨大スクリーンに対しては適用可能であるが、例えば対角線が50cmの高解像度スクリーン(1000ライン)に用いるのには支障がある。
従って、図1Aに示すような陰極本来の単純さを維持しながらも、解像度を改善することが可能な新規スクリーン構造を見つけ出すことが課題である。
本発明は第一に、陰極を形成している第1下部金属被膜層と、電気絶縁層と、取り出しグリッドを形成している第2上部金属被膜層と、前記第2金属被膜層内と前記電気絶縁層内に形成された開口部と、前記開口部内に配置された電子放出手段のラインとを備え、前記ラインはスクリーンのロウ方向に平行であるロウ及びコラム状に配置またはアドレスされたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体に関する。
本発明によると、周知の構造と比較して、構造が90°回転されている。言い換えると、放出手段が配置される溝がラインの方向に平行になっている。
結果として、ビームの重なり部分が顕著に改善される。
平行なロウまたはグリッドは、グリッドの方向に垂直な方向に発散する場の構造を生成することに寄与する。
一方、グリッドを形成するロウに平行な電場の成分は実質的にゼロである。
従って、本発明はまた、陰極を形成している第1下部金属被膜層と、電気絶縁層と、取り出しグリッドを形成している第2上部金属被膜層と、前記第2金属被膜層内と前記電気絶縁層内に形成された開口部と、ロウ方向の導線とを備え、前記開口部は前記取り出しグリッド及び前記ロウ方向の導線に平行に配置されているロウ及びコラム状に配置またはアドレスされたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体に関する。
開口部は、ロウ方向に平行な一つ以上の溝を含んでいてもよい。
ロウ及びコラムはピクセルを定義する。グリッドは、スクリーン上のロウ方向に平行なバンドの形状をしていてもよく、ピクセルのそれぞれにおいて少なくとも一つのグリッド導線を介して互いに接続されていてもよい。
グリッドはグリッド導線によって接続されていてもよく、近接する導線のペアはそれぞれ側方向に対してピクセルを区切る。
グリッドはグリッド導線によって接続されていてもよく、グリッド導線のそれぞれは、コラム方向のピクセルの対称軸上に配置されている。
グリッド導線が同じライン上の二つの近接する電子放出手段の間を通過するようになっていてもよく、同じライオン上の電子放出手段の任意のペアに対してこのようになっていてもよい。
グリッドはグリッド導線によって接続されており、複数の前記グリッド導線が前記ピクセルのそれぞれのコラム方向に配置されていてもよい。
好ましくは、この場合、ピクセルは側方のグリッド導線を有しておらず、側方の導線による電気的な乱れが排除されるようになっている。
電子放出手段は炭素またはシリコンから成るナノチューブまたはナノファイバに基づいていることが好ましい。
本発明は更に、
‐ 第1下部金属被膜層に陰極を形成する段階と、
‐ 電気絶縁層と、第2上部金属被膜層を形成する段階と、
‐ 前記第2金属被膜層及び前記電気絶縁層に開口部を形成する段階と、
‐ 前記開口部に配置された電子放出手段のラインを形成する段階とを備え、
前記ラインはスクリーンのロウ方向に平行である、
ロウ及びコラム状に配置されたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体の製造方法に関する。
‐ 第1下部金属被膜層に陰極を形成する段階と、
‐ 電気絶縁層と、第2上部金属被膜層を形成する段階と、
‐ 前記第2金属被膜層及び前記電気絶縁層に開口部を形成する段階と、
‐ 前記開口部に配置された電子放出手段のラインを形成する段階とを備え、
前記ラインはスクリーンのロウ方向に平行である、
ロウ及びコラム状に配置されたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体の製造方法に関する。
前記方法は、前記第1金属被膜層上に抵抗層を形成する段階を備えてもよい。
前記第2金属被膜層及び前記電気絶縁層をエッチングして前記開口部を形成することができる。
触媒のパッドを前記開口部内に蒸着することができ、前記電子放出手段は前記パッド上に生成されている。
前記電子放出手段は、例えばCVD法を用いて形成された炭素またはシリコンから成るナノチューブまたはナノファイバを備えることができる。
変形例としては、前記電子放出手段を前記開口部の底面に加えることができる。
本発明による構造の第1実施例が図3に図示されており、放出装置のピクセルが示されている。これは単色ピクセルであり、カラーピクセル(カラーピクセルは3つの単色ピクセルを備え、1つは赤用、1つは緑用、1つは青用である)のサブピクセルとも称する。
本構造の基本的な要素(第1金属被膜層、抵抗層、絶縁体等)は、図1Aの構造の場合と同様にして得られる。
即ち、本発明による装置もまた、
‐ スクリーンの陰極を形成する第1金属被膜層4(下部層)と、
‐ 陰極4上に支持され、放出の一様性を改善する抵抗層2(例えば、この層はシリコンから成る)と、
‐ 制御グリッド10を形成するために用いられる第2金属被膜層10と抵抗層2との間の絶縁体6と、
を備える。
‐ スクリーンの陰極を形成する第1金属被膜層4(下部層)と、
‐ 陰極4上に支持され、放出の一様性を改善する抵抗層2(例えば、この層はシリコンから成る)と、
‐ 制御グリッド10を形成するために用いられる第2金属被膜層10と抵抗層2との間の絶縁体6と、
を備える。
組み立てにより、陽極(図1Aに示さず)を備えた三極管型構造が形成される。
しかしながら、図1Bの場合とは異なり、放出手段(この場合はナノチューブ)が配置された溝21は、グリッド10及び陰極4と同様に、スクリーンのロウ方向に平行に配置されている。
グリッド10は、(この場合、コラム方向に配置された)グリッド導線12を介して互いに接続され、また、ロウ方向を向いたままであるメインのグリッド導線11に接続されている。陰極は、下部金属被膜層(図1Aの層4)により形成され、コラム方向に配置された陰極導線20により互いに接続されている。
図3に示すピクセルは、メイングリッド配線11に平行でありグリッド10により離隔された3個の溝を有する。
より一般的には、ピクセルはn個の溝を有し、ロウ方向に配置された導線によって互いに離隔されている。
溝21には、電子放出素子のパッドあるいはアイランド22が備わっており、スクリーンのロウ方向に沿って配置されている。
放出素子は、抵抗層2を介して陰極4に電気的に接続されているが、基板の表面全体を覆って形成された金属層を介して接続されてもよい。
グリッドは溝と同じ方向に配置されていて、グリッド導線に平行である。
放出素子または手段をロウ方向に平行なラインに配置することにより、ビームの重なり部分が顕著に改善される。
スクリーン上のロウ方向に平行に配置されたグリッド10は、グリッドの方向に垂直な方向(従ってロウに垂直な方向)に発散する場の構造を形成することに寄与する。
他方、グリッドに平行な(従ってラインに平行な)電場の成分は実質的にゼロである。
グリッド10が無限に長いと仮定すると、対称性により、この成分は完全にゼロになる。
しかしながら、それぞれの溝の端部に配置された放出手段は、グリッドに接続されているグリッド導線12のせいで、発散する場の成分の影響下に置かれる。
こうした状況は、図4A〜5Bに示すピクセルの構造を用いることによって改善することが可能である。
これらの図面の場合では、側方のグリッド導線12は削除されており、1本の中央グリッド導線31(図4A、4B)や複数の中央グリッド配線41(図5A、5B)に置き換えられている。
グリッド10は、図4A及び5Aに示すように、側方のグリッド導線12が占めていた場所で停止するか、図4B及び5Bに示すように、側方のグリッド導線12が占めていた位置の上まで延長されている。
従って、それぞれのピクセルに対して、側方のグリッド導線12を削除することができる。また、これにより、側方の導線によって引き起こされる電気的な乱れが排除される。
中央グリッド配線31、41によって引き起こされる発散現象は、乱れが少ないものになっている。何故ならば、(図3に示すような近接するピクセルに乱れを生じさせ得る側方のグリッド導線12とは異なり、)単一のピクセル内でのみ効果を有するものだからである。
更に、陰極導線20は、0Vでピクセルの端部に配置されており、電子をピクセルの内部に向けて集中させる。従って、図4A、4B及び5A、5Bの構成は、図3の構成よりも好適なものとなっている。
図5A及び5Bの変形例は、複数の中央グリッド導線41を備えている。この二つの中央導線41が与える重複性により、図4A及び4Bの中央導線31におけるカットオフの問題を許容できるようになっている。
これらの実施例においては、ピクセルは、スクリーン上のロウ方向に配置されたグリッドによって互いに離隔されたn本の平行な溝を有している。また、それぞれのラインも、グリッドに接続されスクリーンのコラム方向に配置されたグリッド導線31、41によって、二つ(図4A、4B)またはそれ以上(図5A、5B)の部分に離隔されている。グリッド導線が、同じラインまたは溝の二つの近接する放出素子のパッドまたはアイランドの間を通過するようにすることも可能であり、それぞれのラインまたは溝に対して可能である。
図6Aは従来技術によるサブピクセルの構造を示しており、4本のグリッドのロウと、グリッドの間に配置された3本のナノチューブのラインを有している。コラム方向は、図面上部の矢印によって示されている。
パッドのサイズは5μm×10μmであり、溝の幅は15μmであり、サブピクセルの全幅Lは72μmである。
この構造に対して、陽極と陰極との距離が1mmで陽極の電圧が3kVの場合には、ロウ方向の側方の重なり部分δは240μmであると測定された。
図6Bは本発明による構造の一部分を示す。ナノチューブの溝は向きが変えられて、スクリーンのコラム方向に垂直に、つまりスクリーンのロウ方向に配置されている。
サブピクセルは、24μmのピッチ(図面においてピッチPで示す)で配置された12本の平行の溝(全ては図示せず)を有する。それぞれの溝は、5μm×10μmのナノチューブのパッドを3個有する。この条件下では、3kVの陽極の電圧で陽極と陰極との距離が1mmの場合に対して、コラム方向の側方の重なり部分は150μmにまで小さくなる。
用いられる実施例に関係なく、本発明による装置は、真空蒸着法やフォトリソグラフィを用いて形成することができる。
例えば、陰極の導電体は、例えばモリブデン、クロム、ニオブやTiW等の導電材料を蒸着することによって得られる。その後、この材料はバンドに沿ってエッチングされて、スクリーン上のロウ方向に沿って配置された陰極、及び、陰極を接続する導電素子が形成される。
その後、例えばシリコンから成る抵抗層等の蒸着が行われる。また、例えばシリカから成る絶縁層の蒸着が行われ、最終的に、電子を取り出すグリッドを形成する金属層が蒸着される。
その後、金属層及び絶縁層はエッチングされて、取り出しグリッドと同じようにスクリーンのロウ方向に沿って配置されるトレンチまたは溝が形成される。
電子放出材料の生成に適応される触媒パッド(ナノチューブを生成するためのNi、Co、Fe、Mo、Pt、やこれらの材料の合金)が、“リフトオフ”法によって溝の底面に蒸着される。この触媒は、例えばTiNから成るバリア層上に配置されてもよい。
カーボンナノチューブを用いる場合には、熱CVD法を用いて形成することが可能であり、例えば、150mTorrのオーダーの圧力でアセチレンが用いられる。
変形例としては、ナノチューブまたはより一般的な電子放出装置が、溝の底面に加えられる。
本発明による装置の一つは、スクリーン、特にFED型スクリーンに関連し、本発明による上述のような陰極装置または構造を有する。このようなスクリーンの対角線は、例えば50cmである。
1 三極管型陰極構造
2 抵抗層
4 陰極
6 絶縁体
10 グリッド
11 メイングリッド導線
12 グリッド導線
13,20 陰極導線
14,22 放出手段
16,21 溝
31,41 中央グリッド導線
2 抵抗層
4 陰極
6 絶縁体
10 グリッド
11 メイングリッド導線
12 グリッド導線
13,20 陰極導線
14,22 放出手段
16,21 溝
31,41 中央グリッド導線
Claims (30)
- 陰極を形成している第1下部金属被膜層(4、20)と、電気絶縁層(6)と、取り出しグリッドを形成している第2上部金属被膜層(10、12)と、前記第2金属被膜層内と前記電気絶縁層内に形成された開口部(21)と、前記開口部内に配置された電子放出手段(22)のラインとを備え、前記ラインはスクリーンのロウ方向に平行であることを特徴とするロウ及びコラム状に配置されたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体。
- 前記開口部(21)は前記スクリーンのロウ方向に平行な一つ以上の溝を含む請求項1に記載の陰極構造体。
- 前記放出手段は前記溝のそれぞれに配置されたパッド(22)上に配置されている請求項2に記載の陰極構造体。
- 前記第1金属被膜層(4、20)と前記電子放出手段(22)のラインとの間に抵抗層(2)が挿入されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の陰極構造体。
- 前記ロウ及び前記コラムはピクセルを定義し、前記グリッド(10)は、前記スクリーン上のロウ方向に平行なバンドの形状をしており、前記ピクセルのそれぞれにおいて少なくとも一つのグリッド導線(12)を介して互いに接続されている請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の陰極構造体。
- 前記グリッドはグリッド導線(11)によって接続されており、近接する前記導線のペアはそれぞれ側方向に対して前記ピクセルを区切る請求項5に記載の陰極構造体。
- 前記グリッドはグリッド導線によって接続されており、それぞれの前記グリッド導線(31)は、前記コラム方向の一ピクセルの対称軸上に配置されている請求項5に記載の陰極構造体。
- 前記グリッドはグリッド導線によって接続されており、前記ピクセルのそれぞれにおいて、複数の前記グリッド導線(41)が前記コラム方向に配置されている請求項5に記載の陰極構造体。
- グリッド導線が同じライン上の二つの近接する前記電子放出手段の間を通過する請求項8に記載の陰極構造体。
- グリッド導線が同じライン上の二つの近接する前記電子放出手段の間を通過するが、前記放出手段の全てのラインに対して、同じライン上の前記近接する放出手段の全てのペアの間を通過するようになっている請求項9に記載の陰極構造体。
- 前記ピクセルの少なくとも一つが側方のグリッド導線を有していない請求項7から請求項10のいずれか一項に記載の陰極構造体。
- 前記電子放出手段が炭素またはシリコンから成るナノチューブまたはナノファイバに基づいている請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の陰極構造体。
- 請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の陰極構造体を備えた特にFED型のスクリーン。
- ‐ 第1下部金属被膜層に陰極(4、20)を形成する段階と、
‐ 電気絶縁層(6)と、第2上部金属被膜層を形成する段階と、
‐ 前記第2金属被膜層及び前記電気絶縁層に開口部を形成して、前記第2金属被膜層内にグリッドを形成する段階と、
‐ 前記開口部に配置された電子放出手段のラインを形成する段階とを備え、
前記ラインはスクリーンのロウ方向に平行である、
ロウ及びコラム状に配置されたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体の製造方法。 - 抵抗層(2)を形成する段階を備える請求項14に記載の方法。
- 前記第2金属被膜層及び前記電気絶縁層がエッチングされている請求項14または請求項15のいずれかに記載の方法。
- 触媒のパッドが前記開口部内に蒸着されており、前記電子放出手段は前記パッド上に生成されている請求項14から請求項16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電子放出手段は炭素またはシリコンから成るナノチューブまたはナノファイバを有する請求項14から請求項17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ナノチューブまたは前記ナノファイバはCVD法を用いて形成された請求項18に記載の方法。
- 前記電子放出手段は前記開口部の底面に加えられている請求項14から請求項19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記開口部(21)は前記スクリーンのロウ方向に平行な一つ以上の溝を含む請求項14から請求項20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電子放出手段は前記溝ごとに配置されたパッド(22)上に配置されている請求項21に記載の方法。
- 前記ロウ及び前記コラムがピクセルを定義し、前記グリッドは、前記スクリーンのロウ方向に平行なバンド状に形成され、前記ピクセルのそれぞれにおいて少なくとも一つのグリッド導線(12)を介して互いに接続されている請求項14から請求項22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記グリッドはグリッド導線(11)によって接続されており、近接する前記導線のペアのそれぞれは側方向にピクセルを区切る請求項23に記載の方法。
- 前記グリッドはグリッド導線によって接続されており、それぞれの前記グリッド導線(31)は、前記コラム方向の一ピクセルの対称軸上に配置されている請求項23に記載の方法。
- 前記グリッドはグリッド導線によって接続されており、前記ピクセルのそれぞれにおいて、複数の前記グリッド導線(41)が前記コラム方向に配置されている請求項23に記載の方法。
- グリッド導線が同じライン上の二つの近接する前記電子放出手段の間を通過する請求項26に記載の方法。
- グリッド導線が同じライン上の二つの近接する前記電子放出手段の間を通過するが、前記放出手段の全てのラインに対して、同じライン上の前記近接する放出手段の全てのペアの間を通過するようになっている請求項27に記載の方法。
- 前記ピクセルの少なくとも一つが側方のグリッド導線を有していない請求項25から請求項28のいずれか一項の記載の方法。
- 請求項14から請求項29のいずれか一項に記載の陰極構造体の製造方法を備えた特にFED型のスクリーンの製造方法。
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