JP2008510270A - 走査電界放出ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】既存のＣＲＴには重さなどの問題点があり、電界放出ディスプレイには、多数の電子銃構造の均一性に問題があった。本発明は、これらの問題点を解決することができる薄膜フラットパネルディスプレイを提供することを課題とする。
【解決手段】走査電界放出ディスプレイ（ＳＦＥＤ）を開示する。この走査電界放出ディスプレイは、電子放出源と、前記電子放出源の電子放出を誘導し、電子ビームを偏向させるモジュール部とを含む。また、マルチ走査電界放出ディスプレイを開示する。このマルチ走査電界放出ディスプレイは、単位走査電界放出ディスプレイをｎ×ｍ行列に並列配列して構成したもので、前記走査電界放出ディスプレイから放出された電子ビームによってイメージが具現される蛍光部を含む画面部をさらに含むことにより、大型薄膜ディスプレイを実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は走査電界放出ディスプレイ（Ｓｃａｎｉｎｇ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）およびマルチ走査電界放出ディスプレイに係り、より詳しくは電界放出ディスプレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）の基本構造を有しながらも、ＣＲＴのように、一定の領域をスキャニングする走査電界放出ディスプレイまたはＭｉｃｒｏ−ＣＲＴに関するものである。

ＣＲＴの基本構造としては、電子銃、偏向ヨーク（デフレクター）、および蛍光膜から構成されるもので、電子銃から放出された電子ビームは、偏向ヨークによって蛍光膜に走査されることにより映像を具現する。しかし、ディスプレイ市場を支配して来たＣＲＴは徐々にフラットパネルディスプレイ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）にその座を譲っている。その主原因は、画面の大きさ、応答速度、輝度、視野角、色表現力などにおいて、ＣＲＴは、他のディスプレイに比べて優れた特性を表すが、重さなどにおいて弱点を有すからである。したがって、画面の大きさが大きくなるほど、その厚さと重さが他のディスプレイよりずっと大きくなるため、最近の大型画面を好む趨勢に応じることができず、市場での占有率が格段に落ちている。

電界放出ディスプレイはＣＲＴの限界を克服するために開発された技術で、基本的に電界電子放出のための電子放出源および電極などから構成され、ＣＲＴの単一電子銃とは対照的に、ピクセルごとにそれぞれ電界放出電子銃から構成されているが、多数の電子銃構造は均一性に問題点を持っている。

本発明の目的は、既存のＣＲＴと電界放出ディスプレイの前記のような問題点を解決することができる薄膜フラットパネルディスプレイを提供することにある。

本発明のほかの目的は、走査電界放出ディスプレイを利用して低電圧で駆動され、電力消費の少ない薄膜大面積ディスプレイを提供することにある。

本発明の一実施例による走査電界放出ディスプレイは、基本的に電子放出源、および前記電子放出源から放出される電子を加速して偏向させるモジュール部を含む。

本発明の他の実施例によるディスプレイは、単位走査電界放出ディスプレイがｎ×ｍの行列に並列に構成されたマルチ走査電界放出ディスプレイ；および前記走査電界放出ディスプレイから放出された電子ビームによってイメージが具現される蛍光部を含む画面部を含む。

本発明による走査電界放出ディスプレイは、電界放出ディスプレイの基本構造に、既存のＣＲＴと同様に、電子ビームを偏向させる構造を持っている。このような構造は、既に開発されたマイクロカラム（ｍｉｃｒｏｃｏｌｕｍｎ）技術を応用したものである（[1] H. S. Kim, D. W. Kim, S. J. Ahn, Y. C. Kim, S. S. Park, S. K. Choi, D. Y. Kim, J. Korean Phys. Soc., 43 (5), 831, (2003), [2] E. Kratschmer, H.S. Kim, M.G.R. Thomson, K.Y. Lee, S.A. Rishton, M.L. Yu, S.Zolgharnain, B.W. Hussey, and T.H.P. Chang, J. Vac. Sci. Techno. B 14 (6), 3792 (1996), [3] T.H.P. Chang, M.G.R. Thomson, E. Kratschmer, H.S. Kim, M.L. Yu, K.Y. Lee, S.A. Rishton, and B.W. Hussey, J. Vac. Sci. Techno. B 14 (6), 3774 (1996) 参照）。マイクロカラムは、電子を放出する電子放出源、電子ビームを制御してビームの一部をフィルタリングする三つの電極からなるソースレンズ部分、および電子ビームを走査するための二対の８極デフレクター（ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）、および電子ビームを集中させるアインツェル（Ｅｉｎｚｅｌ）レンズまたは集束レンズから構成されている。このような構造は、電子顕微鏡およびリソグラフィーのための基本構造でもある。マイクロカラムの全長は３．５ｍｍ以内でも製作が可能であり、これは電子放出源から集束レンズの最後の電極までの全長である。既存のカラムに比べ、超小型化したカラムはビームカレント（ｂｅａｍ ｃｕｒｒｅｎｔ）を極大化することができ、各種のレンズ収差を最小化することができるので、分解能を高めることができる。また、１〜２ｋＶの低電圧で電子ビームが放出されるので、既存の高電圧（１０ｋＶ以上）を使用する時に問題になっているスペースチャージング（ｓｐａｃｅ ｃｈａｒｇｉｎｇ）、電子−電子スキャタリング（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）問題を解決することができる特徴を持っている。このようなマイクロカラムは、既に開発された半導体微細加工技術を活用すれば、シリコンまたは金属薄膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）から製作可能であるので、半導体工程によって精巧に製造された電極ホール（またはアパーチャ）を有するレンズ部品を備えるカラムは光学収差を最小化して優れた性能を発揮することができる。

本発明の走査電界放出ディスプレイは、マイクロカラム構造において、電子銃とデフレクターの一部を含むモジュール部から構成することができ、既存のＣＲＴと同一機能を有しながら、低電圧で駆動できて電力消費が小さく、小さな面積を走査する単位走査電界放出ディスプレイを並列に配列して大面積ディスプレイを具現することができる。

本発明によるマルチ走査電界放出ディスプレイは、既存のＣＲＴと電界放出ディスプレイの欠点を克服し、利点を取ったもので、低電圧で駆動可能であって、低電力消費のスキャンが可能な薄膜型ディスプレイを具現することができる。

以下、図１を参照して、本発明による一般的な走査電界放出ディスプレイを説明する。電子ビームスキャンの可能な本発明の単位走査電界放出ディスプレイ１の一般的な基本構造は、電子を放出する電子放出源１０と、電子ビーム放出を誘導するエクストラクタ（ｅｘｔｒａｃｔｏｒ）２１、電子ビームを加速して電子を集束する制御電極２２および電子ビームを走査するための偏向制御電極２３を含む走査電界放出ディスプレイモジュール部２０とから構成されている。電子放出源１０とエクストラクタ２１間の間隔は数十〜数百マイクロメートルほどであり、走査電界放出ディスプレイの動作は、電子放出源１０の特性に非常に敏感に依存する。したがって、より具体的には、本発明の走査電界放出ディスプレイは、タングステンワイヤを尖るように化学的にエッチングしたチップを含む電子放出源１０と、微少電気機械システム（ＭＥＭＳ）工程で製作したＳｉ薄膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）２層間に絶縁層であるパイレックス（Ｐｙｒｅｘ）を挟んでボンディングしたエクストラクタ２１および制御電極２２を含むソースレンズと、ビームを走査する偏向制御電極２３とから構成されている。

単位走査電界放出ディスプレイの構造は、電子放出源の端部から偏向制御電極の端部までの全長が数マイクロメートルないし数ミリメートルの薄い構造も可能であり、さらに低電圧（１００Ｖ〜１ｋｅＶ）で駆動される。偏向制御電極から所定の距離に、蛍光板を含むディスプレイ画面部３０が位置する。

前記モジュール部の電子放出を誘導するエクストラクタ、制御電極および偏向制御電極は、高ドーピングされたシリコン材質から作って電極として使用し、各層間はパイレックスのような絶縁体またはセラミックなどで絶縁する。単一走査電界放出ディスプレイにおいて、シリコン電極の大きさはおよそ１０×１０ｍｍであり（大きさは１×１ｍｍ以下にも縮小可能）、中央に数十〜数百μｍの直径を有する円形または四角形の孔（ａｐｅｒｔｕｒｅ）が形成されており、フォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、湿式食刻または乾式食刻などのような半導体およびＭＥＭＳ工程を用いて精巧に製作される。

孔の整列は非常に重要な要素で、光学収差に影響を与える。このような整列について、この明細書では、大韓民国特許出願第１０−２００１−００４０１９６号の発明“レーザーを利用した電子レンズの整列方法”の内容および大韓民国特許出願第１０−２００２−００８７２２４号の発明“マイクロカラムのエクストラクタおよびエクストラクタ孔と電子放出源の整列方法”を参照する。この明細書では、電子ビーム放出源およびレンズは二通りの方法、つまりレーザーの回折パターンを利用して整列する方法と、放出された電子の量を測定して整列する方法とによって整列され、これは本発明の走査電界放出ディスプレイにも適用可能である。各電極ホールは、レーザー回折パターン（ｌａｓｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ）を利用した整列方法で整列した後、陽極接合（ａｎｏｄｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ）で結合する。レーザー整列方法を簡単にまとめると、Ｈｅ−Ｎｅレーザーをｘ−ｙステージの下端に垂直に固定させ、レーザービームを第１電極ホールを通過させると、ホールを通過したビームは回折パターンを形成する。回折パターンが完全な円を形成すれば、レーザービームとレンズの電極ホールは同一光学軸線上に位置する。二つの電極ホールの整列状態によって回折パターンが変わる。第２電極ホールをｘ−ｙ−ｚステージ（ｓｔａｇｅ）に固定して、二つの電極ホールが正確に整列されれば、対称な回折パターンが形成される。電極がレーザーパターン方式で整列されれば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーを利用し、部分ボンディング法と陽極ボンディング法を使用して走査電界放出ディスプレイモジュールを完成する。単一走査電界放出ディスプレイモジュールのそれぞれの電極はウェハースケール（ｗａｆｅｒ−ｓｃａｌｅ）に加工可能であり、このような形態はマルチ構造配列に望ましく応用できる。そして、特に、マルチ構造配列においては、半導体製造工程を利用したウェハー整列積層方式でホールの整列を行っても走査電界放出ディスプレイモジュールを製作することができる。

単位走査電界放出ディスプレイ構造において、電子放出源と電極を通過して一つのデフレクターによってスキャンされる電子の領域範囲は次のように定義することができる。デフレクターに入射する電子のエネルギーは、Ｅ＝１／２ｍｖ^２＝ｑＶ_ｔｉｐのように与えられる。ここで、ｍ、ｑはそれぞれ電子の質量と電荷量、Ｖ_ｔｉｐはチップに印加される電圧である。これにより、電子の速度はＶ＝（２ｑＶ_ｔｉｐ／ｍ）^１/２となる。電子がデフレクターを通過する時、デフレクターに印加された電圧（Ｖ_Ｄ）によって偏向され、電子が受ける加速度は、ａ＝ｑＥ_１／ｍに表現される。ここで、デフレクター区間での電場の強さが、Ｅ_１＝２Ｖ_Ｄ／Ｄのように一定に作用すると仮定している。Ｄはデフレクターの直径である。電子がデフレクターによって画面で偏向される距離はＬ∝Ｖ_ＤＴ_ｄＳ／ＤＶ_ｔｉｐである。ここで、Ｔ_Ｄはデフレクターの厚さ、Ｓはデフレクターと画面間の距離である。したがって、単位走査電界放出ディスプレイのスキャン領域は、デフレクターに印加する電圧とデフレクターと画面間の距離に比例する。

図２は本発明によるマルチ走査電界放出ディスプレイ構造配列の概念図を示す。大面積マルチ走査電界放出ディスプレイ構造は既存の電界放出ディスプレイと類似の配列構造を持っているが、単位モジュールは蛍光板の一定領域を走査する構造である。したがって、図２のように、平板状の大型蛍光板３０を一定の大きさを有するｎ×ｍ配列に区画された単位画面に分け、それぞれの単位画面に対応するように単位走査電界放出ディスプレイをｎ×ｍ行列の形に配置する。このようにすれば、電子ビーム源と単位画面間の距離は、単位走査電界放出ディスプレイの場合と同様に、５０〜１００ｍｍ程度の範囲に最小化することができ、走査電界放出ディスプレイを行列形式に複数並列配置することによって所望の画面を拡大することができるので、薄膜型大型ディスプレイとして活用できる。

本発明による走査電界放出ディスプレイの主要構成要素としての電子放出源には、既存のＣＲＴで使用する電子放出源と同様に、タングステンフィラメントに電流を流すことにより加熱された（＞２０００Ｋの温度）フィラメントから電子を発生させる熱放出（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｍｉｔｔｅｒ：ＴＥ）方式を用いることができるが、マイクロカラムで使用される一般的な電子放出源を使用することもできる。すなわち、一例としての本発明の走査電界放出ディスプレイの電子放出源は、マイクロカラムの電子放出源のように、先端が鋭いチップになったコールドフィールドエミッタ（Ｃｏｌｄ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ；ＣＦＥ）であり、電圧の印加により電子を放出する電界電子方式を使用することができる。ここで、チップはタングステンワイヤをＫＯＨまたはＮａＯＨ溶液でエッチングすることによって尖った針に加工される。針の端部直径は数百ｎｍ程度である。チップに不純物がついているか、チップ先端が荒いと、これから放出される電流が不安定であるかあるいはチップの荒い部分が分離して周辺の電極に損傷を与えて走査電界放出ディスプレイの作動を阻害する要因になる。したがって、チップから放出される電流の安全性を向上させるために、アニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）などの工程が必要である。さらに他の方法は、尖った針を加熱して一般的な熱電子方式としても使用可能である。

さらに他の電子放出源として、ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ−ｎａｎｏ−ｔｕｂｅ）チップ、シリコンチップ、シリコンに金属を蒸着したチップ、金属または他の加工可能なチップ、および熱電子（ｆｉｌａｍｅｎｔ）チップなどの、電子を放出するものが使用可能である。ＣＮＴチップは単一ＣＮＴであってもよいが、現在多く研究されている複数の束型ＣＮＴでもよい。

本発明による走査電界放出ディスプレイの作動原理は、前述したように、マイクロカラムの作動原理に非常に似ている。電子放出源から放出される電子を放出するように、電子放出源に対して相対的に正の電圧をエクストラクタに印加し、放出された電子ビームを集束するように制御電圧を印加し、集束された電子ビームを偏向させて蛍光面にスキャニングを行うものである。

本発明による走査電界放出ディスプレイのモジュール部は、前述した基本モジュールとして構成されるエクストラクタ２１、制御電極２２および偏向制御電極２３の組合せの他にも多様な構成が可能である。前述した基本モジュール部に外に、前記偏向制御電極の後にデフレクターをさらに使用して、多重偏向によってより鮮かで速いスキャニングを行うように構成することができる。

そのほかに、より鮮明な表示のために、マイクロカラムのように、集束レンズをさらに使用することができ、既存のマイクロカラムのような高精密フォーカシングを行わなくても単位画素を充分に小さくすることができる。高精密フォーカシングを行えば、もっと小さな画素を作ってスキャニングすることができ、スキャニングの範囲は同一であっても画素が小くなるので、全範囲をスキャニングするのに必要な時間あるいは制御の高精度を要求することはできるが、既存のマイクロカラムの制御方式を利用すれば、このような精密な制御も可能である。ただし、画素の大きさはディスプレイの性能と関連した問題で、人間の視力に左右されるので、必要に応じてマイクロカラムのフォーカシング法を使用して、所望の単位画素を作ってスキャニングすることができる。

また、ディスプレイの用途によっては高解像度が不要なディスプレイとして、広告看板や単純ディスプレイの場合、本発明による走査電界放出ディスプレイの構成は、電子ビームを放出する電子放出源および放出された電子ビームを加速させながら偏向を同時に行うことができる偏向レンズのみでモジュール部を構成することができる。すなわち、偏向およびエクストラクタの役目を同時に果たすような一つのレンズ層で構成すれば、最も簡単な構成の走査電界放出ディスプレイが構成される。

本発明による単位走査電界放出ディスプレイの構成は前述の通りである。しかし、前述のような単位走査電界放出ディスプレイをｎ×ｍ行列に配列して一つの走査電界放出ディスプレイを構成する場合は、多様な構成が可能である。まず、単位走査電界放出ディスプレイをそれぞれ独立したシングルマイクロカラムのように構成することもでき、全てを一つのウェハー型のマルチマイクロカラムのように走査電界放出ディスプレイを構成して作ることもでき、さらに、複合型として、単位シングルマイクロカラムとウェハー型のレンズ層を混合して製造した走査電界放出ディスプレイも可能である。

前記のどんな構成を選択して走査電界放出ディスプレイを製造するかは使用者のディスプレイ選択によるもので、ウェハー型は大量生産に適合し、シングルタイプは少量生産に、かつ混合型は中間生産に適合し、これは本発明の思想とは関係なく、使用者の必要に応じて選択することができる。

本発明による走査電界放出ディスプレイの駆動方法は、単位走査電界放出ディスプレイをｎ×ｍ行列に配列して駆動することであり、単位走査電界放出ディスプレイをそれぞれ駆動することができるが、マルチマイクロカラムで電子ビームを制御する方法と同様に制御することができる。このようなマルチ走査電界放出ディスプレイの作動方法に関しては、大韓民国特許出願第１０−２００４−００５２１０２号の発明“マルチマイクロカラムで電子ビームを制御する方法およびマルチマイクロカラム”の電子放出源および各レンズ層の作動原理を参照として引用することにより、本明細書中に記載したものとみなす。本発明のマルチ走査電界放出ディスプレイの作動原理は前記作動原理と同様に実施できる。

以下、大韓民国特許出願第１０−２００４−００５２１０２号に開示された作動原理に基づき、本発明によるマルチ走査電界放出ディスプレイの作動原理を簡単に説明する。

まず、図３〜図５を参照してモジュール部を説明する。

図３に示す制御層（レンズ層）は各単位モジュール部が四つで構成されたもので、２×２行列を有する。一つの層９０ａ全体に単位構成部（孔）９１にかかわらず、同じ電圧が全体層に印加されるようにし、よって、全体層が同じ材質からなっており、外部から電圧を受けるように、全体層に一つの接続部によって電圧が印加される。すなわち、接続部に電圧が印加されれば、層全体に同一電圧が印加されるように、同一材質から形成されている。材質としては、電圧を印加すれば等電位を構成することができる導体または半導体から構成される。この制御層の特徴は、全ての単位モジュールに同一電圧が印加されることである。したがって、最も単純に制御できる。

図４に示す制御層９０ｂは、各単位モジュール別に別個の電圧を印加して電子ビームを制御するものである。すなわち、各単位走査電界放出ディスプレイの領域によって電圧が個別に印加されるように、レンズ孔９１を含む単位レンズ部分９２が食刻された周囲の他のレンズ部分から絶縁されたものである。各単位レンズ別に電圧を印加するために別個の区分された食刻部分を通じて配線を行うことができる（単位走査電界放出ディスプレイが多い場合）。この場合、各単位レンズ部分９２は、食刻以外の方法でも形成できるが、食刻によって形成されることが最も望ましい。何故ならば、工程上、上部または下部の絶縁層に一般レンズ層を付着した後に食刻する方が、断片を別個にボンディングなどで付着するより速くてより精密であるからである。

図５は偏向可能なデフレクターとして使用される制御層９０ｃを示すものである。偏向制御層は、単位孔９１ａを基準に単位電極９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄを細分して食刻して、各単位電極間を絶縁させるものである。図５においては、単位電極は四つであるが、二つ以上の電極が望ましくは対称に使用されればよく、八つの単位電極が使用される場合もある。配線は図４の場合と同様に、各食刻部分を利用して配線可能であり、配線方式としては、外部または食刻部分内でパターン等を使用して形成することができる。

各モジュールの方位別に同一電圧を印加して偏向させることもでき、あるいは各モジュールの各デフレクターの方位別に個々の電圧を印加して作動することもできる。これはディスプレイの特性によって多様に適用することができる。

前述した基本走査電界放出ディスプレイのモジュールを基準として説明すれば、エクストラクタは、図３の一体型または個別型に電圧を印加して作動することができる。エクストラクタは、電子放出源との相関関係によって電圧が印加されるが、望ましくは、単位走査電界放出ディスプレイの各モジュール別にエクストラクタまたは電子放出源の電圧を個別に印加することである。すなわち、電子放出源を各単位走査電界放出ディスプレイのモジュール別に電圧を印加して制御し、電圧を補償するとすれば、エクストラクタは、図３のように、全てのエクストラクタに同一電圧を印加することができる。反対に、各単位モジュールの電子放出源に電圧を一体的に印加する場合は、各単位エクストラクタに個別に電圧を印加して電子ビームの放出量を制御すれば良い。もちろん、単位電子放出源およびエクストラクタの両者に個別に電圧を印加して電子ビームの放出量を制御することもできる。

制御電極としては、全てのマルチ走査電界放出ディスプレイの電子ビーム制御のために同一電圧が印加されるように、図３の一体型を使用してもかまわない。もちろん、この場合、個別的制御のために、図４の個別制御電極を使用することができる。

デフレクターの場合は、図５のように、各単位走査電界放出ディスプレイの単位デフレクターの方位別に個別に電圧を印加して電子ビームを偏向させることができる。しかし、各単位デフレクターの方位（座標）別に、電極に同一電圧を印加することで、各単位走査電界放出ディスプレイの電子ビームが同時に同一方向に偏向できるようにする方が電子ビームの偏向の制御においてより簡単である。その方法は、方位別に同じ電圧が印加できるように配線すれば良い。

図６は電子放出源層が一体型になったものを示しているが、図４のような個別制御方式の電子放出源層も可能である。図６においては、電子放出源層７０に同一電圧が印加されるように、一つのウェハー層からなっている例を示す。同一電圧が印加されても、実際に放出される電子ビームは各電子放出源チップ７１によって異なる可能性がある。何故ならば、チップの形状などの様々な原因によって同一電子ビームが放出されない場合が実際に生じるからである。電子放出源は、一般的に使用されるタングステン（Ｗ）放出源、ショットキー放出源（ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｅｍｉｔｔｅｒ）、シリコン（Ｓｉ）放出源、モリブデン放出源、ＣＮＴ放出源、フィラメント放出源など、既存の電子放出源に使用されるものであればよい。それぞれの放出源が全て連結されて同一電圧を有するようにする。したがって、この場合、電子放出源から放出された電子ビームの量を均一化するために、エクストラクタの電圧は各放出源によって異なるように印加されるべきである。したがって、エクストラクタの電圧は図４のような方式で印加されなければならない。エクストラクタの場合は、各孔ごとに異なる電圧が必要とされるが、方向性は不要であるので、孔のまわりに円形に一つの電極を有すれば良い。ここで、各電子放出源から放出されて使用される電子ビームの量はカラムを通過した量から確認することができるので、必要な電圧の量を、各電子放出源ごとに異なるように印加することができる。よって、電子放出源から出る電子ビームの量を均一化することができる。

マルチ走査電界放出ディスプレイの電子ビームを制御する方法についてより具体的に説明すれば、電子を放出して電子ビームを形成し、制御する各単位走査電界放出ディスプレイがｎ×ｍ行列に配列されたマルチ走査電界放出ディスプレイで電子ビームを制御する方法において、
個別電子放出源および個別電子レンズを、
単位走査電界放出ディスプレイ部品の電子が通過する孔または電子放出源の全てに単一電圧を印加する方式（第１方式）、
単位走査電界放出ディスプレイ（孔または電子放出源）別に電圧を印加する方式（第２方式）；
単位走査電界放出ディスプレイ当たり同一方位（座標）電極別に同一電圧を印加する方式（第３方式）、および
各単位走査電界放出ディスプレイおよび電極（方位または座標）別に電圧を印加する方式（第４方式）のなかでいずれかの方式で選択的に制御する段階と、
電子の放出および進行を誘導するために、個別電子放出源およびレンズの個別エクストラクタに第１方式または第２方式でそれぞれ電圧を印加して電子放出源から電子を放出させる段階と、
第３方式または第４方式で電圧を印加して電子ビームを偏向させる段階とを含む。

第１方式には図３の制御層が使用され、第２方式には図４の制御層が使用され、第３方式および第４方式には図５の制御層が使用される。図５の制御層では、各方位別電極の配線を一緒に集めて行えば第３方式として作用し、方位別電極を個別に分けて配線して電圧を印加すれば第４方式として作用し、個別的配線をするとしても、電圧を印加する時、方位別に印加すれば第３方式として作用する。すなわち、第３方式と第４方式は配線によって区分できるが、配線は個別にし、電圧印加時に方位別に区別して印加するかによって区分することもできる。

前記制御方法において、フォーカシングは第１方式で行うことができる。

このような走査電界放出ディスプレイの作動原理によってエクストラクタの役目をデフレクターで果たすことが可能である。すなわち、偏向のために、各単位デフレクターの座標別に電圧差を置けば良いので、基本的にエクストラクタに必要な電圧に偏向に必要な電圧をさらに印加すれば電子ビームの放出を誘導することができる。また、電子ビームを加速するための制御電極の場合にも、デフレクターの各電極に加速に必要な電圧を全て印加し、偏向のための座標別電圧差を印加すれば電子ビームの加速も可能である。

したがって、モジュール部は全てデフレクターのみで構成し、電圧を印加する方式のみを変更することで充分に本発明による走査電界放出ディスプレイおよびマルチ走査電界放出ディスプレイを具現することができる。すなわち、基本型走査電界放出ディスプレイの場合、前述した方法によって、デフレクターのみで構成して、電子ビームの放出を誘導し、電子ビームの加速を制御する役目をすることができる。

先に簡単に説明したが、モジュール部の制御電極をボンディングし、電子放出源と孔とを整列させることは非常に重要である。しかし、前記ウェハー方式は、設計および製作において半導体ウェハー製作方式に従うなら、何の整列やボンディングの必要なしに、全てのマルチ走査電界放出ディスプレイを製作することができる。

しかし、混合型や単純シングル型の走査電界放出ディスプレイをｎ×ｍ行列に配列して使用する場合、電極のボンディングおよび電子放出源との整列は非常に重要であり、前述したように整列することが望ましい。この場合、大韓民国特許出願第１０−２００４−００５２１０２号の発明“マルチマイクロカラムで電子ビームを制御する方法およびマルチマイクロカラム”のウェハー型とシングル型を混合した混合型のように、本発明のマルチ走査電界放出ディスプレイは、図７のように、ウェハー型の電子放出源およびレンズとシングル型のワイヤ形デフレクターの組合型も可能である。

図７のように、混合型マルチ走査電界放出ディスプレイ８０は、電子放出源チップ８２および前記チップ８２を単位走査電界放出ディスプレイに対応するように固定する固定具８１を含む電子放出源層と；エクストラクタ層８３、絶縁層８４、および他の制御電極層８５を含むモジュールと；デフレクター８６をそれぞれウェハー型の各層別に具備し、これらを既存のシングル走査電界放出ディスプレイのようにハウジング８９に固定させることができる。もちろん、この場合、電子放出源層として、図６の電子放出源層７０を利用することもできる。このような混合型の場合は、全てのマルチ走査電界放出ディスプレイのハウジング８９内にウェハー型の層以外の各部分の構成部を挿入し、シングル走査電界放出ディスプレイの複合体として、例えば電子放出源チップ８２を固定具８１に固定して使用したように、単位走査電界放出ディスプレイに対応するように固定具などの固定手段を利用して挿入固定すれば良い。この外にも、実質的に現在使用されるシングル走査電界放出ディスプレイの薄膜をマルチ化してモジュールを予めウェハー型に製作することが可能であるから、ハウジング８９をそれぞれ電子放出源、レンズ層、およびデフレクターが位置する所を予め設定し、レンズ層をウェハー型にして予め作ってマルチ走査電界放出ディスプレイ全体を製作することもできる。また、電子放出源とレンズ層のみをウェハー型にし、残りを一般のシングル走査電界放出ディスプレイ式に製作し、ハウジング８９内に前記電子放出源のための固定具のようなものを使用して混合型マルチ走査電界放出ディスプレイを製作することもできる。すなわち、混合型の場合は、非常に多様な方式でマルチ走査電界放出ディスプレイの製作が可能である。

前記マルチ走査電界放出ディスプレイにさらにビームブランカー層を追加することができる。これは、前記制御方法で説明したように、任意の層間に加えることができるが、デフレクターの前に位置させることが望ましく、その構造はデフレクターと同様であり、多重デフレクターを使用する場合は、そのなかで一つがビームブランカーの役目を果たすようにすることができる。

蛍光部に走査される電子ビームの形状を必要によって変更することができる。このためには、レンズ層の孔の形状を必要によって変更すれば良く、必要に応じて電子ビームの形状を所定の形状に特定するために、所定形状の孔を有する別途のレンズ層を追加することができる。前記所定形状の孔を有するレンズ層は偏向の前および／または後に位置させることができる。

また、本発明によるマルチ走査電界放出ディスプレイがカラーディスプレイを行うことができる。これは既存のＣＲＴと同様な原理で容易に適用可能であり、また、現在の多様なカラーディスプレイの技術を本発明によるマルチ走査電界放出ディスプレイに容易に適用可能である。例えば、単位走査電界放出ディスプレイ三つを１群にし、前記１群の三つの単位走査電界放出ディスプレイを非常に近く配列し、それぞれの単位走査電界放出ディスプレイからＲＧＢの該当色を照射し、それらの色を混合し走査することにより、カラーディスプレイが可能になる。

本発明による走査電界放出ディスプレイは小型ディスプレイに使用できるだけでなく、マルチタイプの大面積平面ディスプレイに適用する時、薄膜型に製作することができ、高解像度を具現することができる。

本発明による単位走査電界放出ディスプレイの基本構造を示す断面図である。 本発明によるマルチ走査電界放出ディスプレイの概念図である。 本発明によるマルチ走査電界放出ディスプレイの電子ビームを一体型に制御する制御層を示す平面図である。 本発明によるマルチ走査電界放出ディスプレイの電子ビームを個別に制御する制御層を示す平面図である。 本発明によるマルチ走査電界放出ディスプレイの電子ビームを偏向させるデフレクターを示す平面図である。 本発明によるマルチ走査電界放出ディスプレイの電子放出源層を概略的に示す斜視図である。 本発明による複合型マルチ走査電界放出ディスプレイの一部を切開した概略斜視図である。

符号の説明

１・・・単位走査電界放出ディスプレイ １０・・・電子放出源
２０・・・走査電界放出ディスプレイモジュール部 ２１・・・エクストラクタ
２２・・・制御電極 ２３・・・偏向制御電極 ３０・・・ディスプレイ画面部
７０・・・電子放出源層 ７１・・・電子放出源チップ
９１・・・単位構成部（孔） ９２・・・単位レンズ部分
９１ａ・・・単位孔 ９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄ・・・単位電極
８０・・・混合型マルチ走査電界放出ディスプレイ ８１・・・固定具
８２・・・電子放出源チップ ８３・・・エクストラクタ層
８４・・・絶縁層 ８５・・・制御電極層 ８６・・・デフレクター
８９・・・ハウジング

Claims (10)

1. 電子ビームを放出する電子放出源；および
   前記電子放出源から電子ビームの放出を誘導し、前記電子ビームを偏向させるモジュール部；
   を含む走査電界放出ディスプレイ。
2. 前記モジュール部が、
   前記電子放出源から電子ビームの放出を誘導するエクストラクタ；
   前記電子ビームを加速する制御電極；および
   前記電子ビームを偏向させるデフレクター；
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の走査電界放出ディスプレイ。
3. 前記モジュール部がデフレクターから構成されることを特徴とする、請求項１に記載の走査電界放出ディスプレイ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項の単位走査電界放出ディスプレイがｎ×ｍ行列に並列構成されたマルチ走査電界放出ディスプレイ；および
   前記走査電界放出ディスプレイから放出された電子ビームによってイメージが具現される蛍光部を含む画面部；
   を含むディスプレイ。
5. 前記マルチ走査電界放出ディスプレイがウェハー型に構成されることを特徴とする、請求項４に記載のディスプレイ。
6. 電子を放出して電子ビームを形成し、制御する各単位走査電界放出ディスプレイがｎ×ｍ行列に配列されたマルチ走査電界放出ディスプレイで電子ビームを制御する方法において、
   個別電子放出源および個別電子レンズを、
   単位走査電界放出ディスプレイ部品の電子が通過する孔または電子放出源の全てに単一電圧を印加する方式（第１方式）、
   単位走査電界放出ディスプレイ（孔または電子放出源）別に電圧を印加する方式（第２方式）；
   単位走査電界放出ディスプレイ当たり同一方位（座標）電極別に同一電圧を印加する方式（第３方式）、および
   各単位走査電界放出ディスプレイおよび電極（方位または座標）別に電圧を印加する方式（第４方式）のなかでいずれかの方式で選択的に制御する段階と、
   電子の放出および進行を誘導するために、個別電子放出源およびレンズの個別エクストラクタに第１方式または第２方式でそれぞれ電圧を印加して電子放出源から電子を放出させる段階と、
   第３方式または第４方式で電圧を印加して電子ビームを偏向させる段階とを含むマルチ走査電界放出ディスプレイで電子ビームを制御する方法。
7. フォーカシング段階をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載のマルチ走査電界放出ディスプレイで電子ビームを制御する方法。
8. 前記電子を放出させる段階および前記偏向させる段階が一つの段階で同時に行われるか、あるいは前記偏向段階とフォーカシング段階を全て含んで同時に行われることを特徴とする、請求項６または７に記載のマルチ走査電界放出ディスプレイで電子ビームを制御する方法。
9. 前記電子ビームの形状を所定の形状に特定するために、前記偏向段階、前記偏向段階の前、または前記偏向段階および前に、所定の形状を有するレンズ層に第１方式で電圧を印加することを特徴とする、請求項６ないし８のいずれか１項に記載のマルチ走査電界放出ディスプレイで電子ビームを制御する方法。
10. 前記マルチ走査電界放出ディスプレイの偏向の前に電子ビームを遮断するために、ビームブランカー層を第３または第４方式で制御することを特徴とする、請求項６ないし９のいずれか１項に記載のマルチ走査電界放出ディスプレイで電子ビームを制御する方法。

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