JP2008508665A - 高解像度陰極構造 - Google Patents

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。

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。

仏国特許第２８３６２７９号明細書

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。

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。

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。

従来技術による陰極構造を示す。 従来技術による陰極構造を示す。 従来技術による陰極構造を示す。 本発明による陰極構造を示す。 本発明による陰極構造を示す。 本発明による陰極構造を示す。 本発明による陰極構造を示す。 本発明による陰極構造を示す。 従来技術による構造を示す。 本発明による構造を示す。

符号の説明

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

Claims (30)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. ‐ 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 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。
21. 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。
22. 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。
23. 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。
24. 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。
25. 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。
26. 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。
27. 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。
28. 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。
29. 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。
30. 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。

Images