JP3799482B2 - Rare earth metal-manganese oxide layers for field emission displays - Google Patents

Rare earth metal-manganese oxide layers for field emission displays Download PDF

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Abstract

A conductive, light-absorbing baseplate for use in a field emission display is disclosed. The interior surface of the baseplate is coated with a praseodymium-manganese oxide layer having a resistivity that does not exceed 1 x 10<5> OMEGA .cm. A field emission display is also disclosed which comprises the conductive, light-absorbing baseplate, as well as processes for manufacturing the baseplate, field emission display and the conductive, light-absorbing praseodymium-manganese oxide material used to coat the baseplate.

Description

１．技術分野
本発明は、一般に電界放出ディスプレイに関し、さらに、表面電荷を放出させ浮遊電子を吸収するための電界放出ディスプレイ内のベースプレートの表面に設けられた導電性、光吸収、希土類金属−マンガン酸化物層に関する。
２．発明の背景
コンピュータやテレビジョンのような多くの装置がディスプレイの使用を必要とする。通常、陰極線管(CRT)がこの機能を果たすために使用されている。
CRTは、りん被覆スクリーンに指向される走査電子銃からなる。電子銃はスクリーン上の個々のリン画素すなわちピクセルに衝突する電子の流れを放射する。電子がピクセルに当たると、リンのエネルギーを増加させる。エネルギーレベルがこの励起状態から減少すると、ピクセルは光子を放出する。これらの光子は光の点として視聴者が見えるようにスクリーンを通過する。CRTは、しかし、多くの欠点を有する。スクリーンの全体の巾をスキャンするために、CRTスクリーンは電子銃から相対的に離れていなければならない。このため、全体ユニットが大きくなりかさばる。CRTはまた、動作させるためにかなりの電力を必要とする。
ラップトップコンピュータのようなさらに近代的な装置は、軽量で携帯可能であることを要する。現在、そのようなスクリーンは電子蛍光あるいは液晶ディスプレイ技術を使用している。このようなスクリーンに変わるものとして期待される技術として電界放出ディスプレイがある。電界放出ディスプレイ(FED)はCRTに使用される走査電子銃の代わりの電子源としてコールドカソードエミッターチップのベースプレートを使用する。
電解に置かれたとき、これらのエミッターチップは、リンピクセルが接着されるフェースプレートの方向に電子の流れを放出する。
ピクセルにおける単一の銃発射電子の代わりに、FEDエネルギーチップのアレーを備えている。各エミッターチップはそれぞれアドレス可能であり、１つ以上のエミッターチップはフェースプレート上の単一のリンピクセルに対応する。
FEDに関係する問題の１つは、ピクセルから放出された光子のすべてが光の点として視聴者が見るフェースプレートを通過するのではない、ということである。
むしろ、ほぼ半分の光子がほぼベースプレートの方向に向かい、FED内のエミッターチップ及び／または回路に衝突する。これによって、望ましくない光電効果が発生し、ベースプレートからの反射光がFEDのコントラストを減少させる。さらなる問題は、エミッターチップから放出された電子の全てが現実にそのターゲットのピクセルを実際に励起させるものではない、ということである。その代わりに、これらの電子の一部は、内部的に反射して、ターゲットとされていないピクセルを励起させるということである。
したがって、光電効果を最小にし、内部反射電子に関係する問題を最小にする電界放出ディスプレイに対する技術上の要請が存在する。本発明はこの要請に応え、かつ他の関係する利点を与えることができるものである。
発明の概要
要約すると、本発明は一般に、FEDベースプレートの内部表面上に被覆された導電性、光吸収、希土類金属−マンガン酸化物層に関する。希土類金属−マンガン酸化物層は、フェースプレートからの反射電子に関係する光電効果及び損傷を減少させるとともに、ベースプレートに到達する周囲の光及び／またはベースプレートの方向に放射された光子の吸収により、表示像及びコントラストを改善する。
１つの実施例においては、電界放出ディスプレイ用の導電性でかつ光吸収ベースプレートが開示されている。ベースプレートの内部表面の少なくとも一部（例えば、フェースプレートの反対側の表面）は１×１０5Ωcm、好ましくは、１×１０4Ωcmさらに好ましくは、１×１０3Ωcm、を越えない抵抗を有する導電性、光吸収、希土類金属−マンガン酸化物層で被覆されている。
この希土類金属−マンガン酸化物層は１０００Åから、１５０００Åの範囲の厚さのベースプレートに被覆されており、５００ｎｍの波長において、少なくとも１×１０5cm-1の光吸収係数を有する。
関連実施例においては、本発明にかかる導電性光吸収ベースプレートを有するFEDが開示されている。このディスプレイは、ラップトップコンピュータのスクリーン（これに限定されるものではないが）を含む高い周囲光条件のもとで使用される製品での使用に特に適している。
さらに他の実施例においては、導電性光吸収ベースプレートを製造する方法が開示されている。
この方法は、ベースプレートの内面を、１×１０5Ωcmを越えない抵抗を有する希土類金属−マンガン酸化物層で被覆することを含んでいる。好ましい被覆技術は（これに限定されるものではないが、）ＲＦスパッタリングによ層形成を含んでいる。
さらに他の実施例においては、導電性、光吸収希土類金属−マンガン酸化物材料を製造する方法が開示されている。この方法は、希土類金属−マンガン酸化物材料を降伏させるために十分な時間、１２００〜１５００℃の温度で希土類金属化合物とマンガン化合物との混合物を加熱する方法を含んでいる。
希土類金属化合物は、Ｐｒ6Ｏ11であり、マンガン化合物はＭｎＯ2及びＭｎ（ＣＯ3）2から選択される。さらに、希土類金属−マンガン酸化物材料の中のマンガン化合物に対する希土類金属の比は、材料が（ベースプレート上に同層を形成した後）１×１０5Ωcmを越えない抵抗を有するような範囲になっている。
本発明のこれらの及び他の特徴は、添付の図及び詳細な説明を参照することにより明らかになる。
図面の説明
図１は、従来技術にかかる電界放出ディスプレイスクリーンの断面図であり、内部反射電子とともに、放射された及び光子及び反射された(back-emitted)光子の両方を図示している、
図２は、本発明にかかる電界放出ディスプレイの一例の断面図である。
実施例の説明
上記したように、本発明は、FED内で使用される導電性、光吸収希土類金属−マンガン酸化物層に関する。この層は、FED内の浮遊電子に関連する表面電荷を解消する役割を果たすとともに、ベースプレートの内部表面の少なくとも一部（例えば、フェースプレートの反対側の表面）は１×１０5Ωcm、好ましくは、１×１０4Ωcmさらに好ましくは、１×１０3Ωcm、を越えない抵抗を有するものでなければならない。さらに、希土類金属−マンガン酸化物層はまた、反射光子（たとえば、ベースプレートの方向のフェースプレートから放射された光子）を吸収する役割を果たす。その極めて暗い色のために、希土類金属−マンガン酸化物層は容易に光（例えば、希土類金属−マンガン酸化物層の光吸収係数は１×１０5cm-1のオーダーである）を吸収し、このことは、FEDに多く利点を与える。これらの利点の１つFEDのベースプレートに当たる浮遊光子による下部側回路における光電効果を最小にすることである。さらに有利な特性は、放射光と、カソード表面からの背景反射との間の良好なコントラストを与えるということである。
現在のFEDスクリーンに関係する問題が図１に従来技術にかかるスクリーンを参照して説明する。特に、図１は、ベースプレート３とフェースプレート４からなるFEDスクリーン２の断面図である。フェースプレート４は導電層９と接触するピクセル６のアレーを含んでいる。ベースプレート３はシリコン基板１２から突出するエミッターチップ１０のアレーを備えている。導電層１４は各エミッターチップを電源（図示せず）に選択的に接続するアドレススキーム（図示せず）にエミッターチップを接触させている。絶縁層１６が各エミッターチップ１０を取り囲んでいる。導電ゲート１８もまたエミッターチップを取り囲んでおり、絶縁層１６によて導電層１４及び基板１２から分離されている。導電層１８は、エミッターチップのように、同様のアドレススキーム（図示せず）を介して電源の正の端子に接続されている。図１のエミッターチップ１１のように特定のエミッターチップがアドレスされると、電界が適当な導電ゲームとエミッターチップとの間に形成される。この電界は、エミッターチップ１１に対し、フェースプレート４に位置するピクセル７に向かって（矢印１７及び１９によって示される）電子流れを放出させる。
明確にするために、図１は、各エミッターチップに対応する単一のピクセルを示している。しかし、一つ以上のエミッターチップが単一のピクセルと協働してもよいことを認識されたい。さらに、フェースプレート４とベースプレート３の距離は適当な支持部材（図示せず）を用いて固定することができ、フェースプレート４とベースプレート３はこれらの端部で封止されており、高真空（１×１０-5〜１×１０-8トール）が維持されている。
（図１の矢印１９で示す）電子がリンピクセル７に当たると、リンは励起状態に持ち上げられ、これが接地（非励起）状態に戻るときに光子８を放出する。しかし、光子１５によって示されるように、同様に光子はベースプレート３に向かう逆方向に放出される可能性がある。この場合、光子１５はベースプレート３の成分の望ましくない電子及びホールに導く光電効果を発生させる可能性がある。
図１は、現在のFEDスクリーンと協働するさらなる問題を示している。光子の解放を生じるリンピクセルを励起するのではなく、ターゲットとなるピクセルへの電子が反射し、分散し、該ピクセルに吸収される。図１の矢印１３で示されるように）これらの反射電子の一部及び／または二次放出で発生したものがベースプレート３の方向に戻る可能性があり、上記のようにベースプレート３における望ましくない電子及びホールを発生させることにつながるものである。
本発明は、（たとえばフェースプレートの反対側表面）のようなベースプレートの内部表面上の希土類金属−マンガン酸化物の層を有するベースプレートを用いることによって上記の問題を解決するものである。図２に示すように、本発明のFEDスクリーン２０はフェースプレート４及びベースプレート３を備えている。希土類金属−マンガン酸化物層２２は導電ゲート１８に接触しており、このゲート１８は、導電層１４及び基板１２上の絶縁層１６と接触している。エミッターチップ１０及びフェースプレート４（ピクセル６、導電層９及び透明材料５を含む）は図１について上記したのと同様である。
（図２において矢印１５で示すように）光子が希土類金属−マンガン酸化物層２２に当たると、吸収され、これによって光電効果を軽減し、FEDのコントラストを改善する。（図２の矢印１３で示すように）ベースプレート３に向かってもどるように反射する電子もまた、希土類金属−マンガン酸化物層に衝突する。希土類金属−マンガン酸化物層２２は導電性であるので、捕獲された電子は導電ゲート１８が正にバイアスされているとき、該導電ゲート１８を介して放出される。また、もし、希土類金属−マンガン酸化物層２２が例えば、中間絶縁層（図示せず）によって、導電性ゲート１８から電気的に絶縁されている場合には、希土類金属−マンガン酸化物層２２は接地しても良い。いずれにしても、希土類金属−マンガン酸化物層は、ベースプレート３の成分に当たる電子の数を急激に減少させ、これによって、内部の望ましくない電子ホールを消失させる。
したがって、本発明の１つの実施例においては、FEDのベースプレートの内部表面上に設けるのに好適の希土類金属−マンガン酸化物材料が開示されている。希土類金属−マンガン酸化物材料は式Ｐｒ：Ｍｎ：Ｏ3（ここにおいて、マンガン化合物に対する希土類金属のモル比はほぼ０．１：１から１：０．１及び好ましくは０．５：１から１：０．５の範囲である。）で表すことができる。
このモル比は結果物である希土類金属−マンガン酸化物層の好適な導電性を与えるように見つけ出される。さらに、希土類金属に関するマンガン化合物の量を増加させることによって、導電性は増大する（すなわち、抵抗は減少する）。
希土類金属−マンガン酸化物材料はＰｒ6Ｏ11とＭｎＯ2（或いはＭｎ（ＣＯ3）2）とをミルジャーで混合し、これを約２μｍの平均直径を有する粒子を含む粉体に混練することによって製造される。この粉体は次に、約４時間にわたり、１２００〜１５００℃、好ましくは１２５０〜１４３０℃の範囲の温度に加熱される。加熱後の生成材料は、暗い色をしており、ほぼマット（matte）ブラックである。加熱材料はその後再び破砕され、粉状化されて約約２μｍの平均直径を有する粒子を含む粉体を生成する。
上記したように、Ｍｎに対するＰｒの比は結果物である希土類金属−マンガン酸化物層の導電性に影響を与える。その比はＰｒ6Ｏ11とＭｎＯ2（或いはＭｎ（ＣＯ3）2）成分の相対的な量によって制御することができる。このように、これらの成分は上記で開示したＰｒ：Ｍｎ比を発生するのに十分な量で混合される。その希土類金属−マンガン酸化物材料は１０００Å〜１５０００Åの範囲の厚さに任意の技術によりベースプレートの内面に堆積することができる。
そのような堆積技術は、この技術分野では当業者に公知であり、（限定されるものではないが）高周波（ＲＦ）スパッタリング、レーザーアブレーション、プラズマ堆積、化学蒸着（ＣＶＤ）及び電子ビームエラボレーションが含まれる。
たとえば、ＲＦスパッタリングの場合、希土類金属−マンガン酸化物材料は平面状のターゲットに圧縮され、その後、ＲＦスパッタリング用の好適の支持プレートに装着される。その後、スパッタリングは、２００〜３５０℃の基板温度及び約６×１０-3から３×１０-2トールのスパッタリング圧で、アルゴンあるいはアルゴンと酸素ガスをもちいてＲＦスパッター内で行われる。
ＣＶＤの場合には、たとえば、Ｐｒアセテート、ＰｒオキサレートあるいはＰｒ（Ｔｈｄ）及びＭｎアセテート、Ｍｎカルボニール、Ｍｎメトキサイド、及びＭｎオキサレートのようなＰｒとＭｎに対する有機金属化合物の前駆化合物を使用することができる。
希土類金属−マンガン酸化物材料の抵抗は例えば、（ベースプレートの内部表面に１つの層を形成した後）水素、及び／またはカーボンモノオキサイドのような還元雰囲気において材料を火炎を当てる。この処理は、本発明の実施において使用されるに好適のレベルに導電性を増加（抵抗を減少）する役割を果たす。また、さらなる成分、たとえば、導電性イオン及び／または金属をさらに導電性を高めるために負荷することもできる。
ベースプレートの内部表面上に生じた希土類金属−マンガン酸化物層は上記したように、下にある回路を光子及び浮遊電子から遮蔽する。希土類金属−マンガン酸化物層はまた極めて暗い色をしているので、FEDに対する高いコントラストを生じる。さらに、本発明に使用するFEDは、周囲光の条件下で高い可読性を有しており、特にテレビジョン、携帯コンピュータのスクリーンとして、及びたとえばアビオニックス（avionics）及び自動車のようなアウトドア使用のディスプレイにとくに好適である。
以下の例は、説明の目的で示されているものであり、限定の対象となるものではない。
実施例
実施例１
希土類金属−マンガン酸化物材料の生成
Ｐｒ6Ｏ11とＭｎＯ2とを市販（セラック（Ｃｅｒａｃ、Ｌａ Ｐｕｅｎｔｅ，ＣＡ）源から購入した。そして、さらに純度を上げることなく使用した。双方の成分（５１０．７２グラムのＰｒ6Ｏ11と８６ほ９４グラムのＭｎＯ2）をミルジャーに入れ、５００ｍｌのイソプロピルアルコールを加え結果として得られたスラリーを１００ｒｐｍで２４時間混練した。このスラリーを窒素雰囲気でオーブンにより乾燥した。乾燥材料を１３５０℃で４時間火炎を当て、その後冷却した。冷却した材料を好適な粉砕技術を用いて（平均粒径約２μｍ）の小粒子に粉砕した。
実施例２
ベースプレート上への希土類金属−マンガン酸化物材料の堆積
実施例１で得られた粉状材料を任意の技術によりベースプレート上に堆積させる。たとえば、ＲＦスパッタリングの場合、粉状材料を焼結して平面状のスパッターターゲットを形成する。スパッタリングは、２００〜３５０℃の基板温度及び約６×１０-3から３×１０-2トールのスパッタリング圧で、アルゴンあるいはアルゴンと酸素ガスをもちいてＲＦスパッター内で行われる。
実施例３
FEDスクリーンの製造
実施例２のベースプレートは公知の技術を用いてFEDスクリーンの製造に使用することができる。得られたFEDは現存する製品を凌ぐ多くの利点を有する。この利点には、光電効果を減少させること、フェースプレートからベースプレート成分への反射電子による損傷を減少すること、ベースプレートに到達する任意の周囲光の吸収及び／またはベースプレートの方向のフェースプレートによって放射された任意の光子の吸収により、改善されたディスプレイ像とコントラストを与えること、が含まれる。
上記から、本発明の特定の実施例が説明の目的で説明されているが、多くの修正が本発明の精神と範囲から逸脱することなく行うことができることが理解されるであろう。
したがって、本発明は添付の請求の範囲の記載を除いて限定されるものではない。1. TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to field emission displays, and further to conductive, light absorbing, rare earth metal-manganese oxides provided on the surface of a base plate in a field emission display for emitting surface charge and absorbing stray electrons. Regarding the layer.
2. Many devices, such as computers and televisions, require the use of a display. A cathode ray tube (CRT) is typically used to perform this function.
The CRT consists of a scanning electron gun directed at a phosphorous coated screen. The electron gun emits a stream of electrons that impinge on individual phosphorus pixels or pixels on the screen. When an electron hits a pixel, it increases the energy of phosphorus. When the energy level decreases from this excited state, the pixel emits a photon. These photons pass through the screen so that the viewer can see them as spots of light. CRT, however, has a number of drawbacks. In order to scan the entire width of the screen, the CRT screen must be relatively distant from the electron gun. For this reason, the whole unit becomes large and bulky. CRTs also require significant power to operate.
More modern devices such as laptop computers need to be lightweight and portable. Currently, such screens use electrofluorescence or liquid crystal display technology. A field emission display is a technology expected to replace such a screen. A field emission display (FED) uses a base plate of a cold cathode emitter tip as an electron source instead of a scanning electron gun used in a CRT.
When placed in electrolysis, these emitter tips emit a stream of electrons in the direction of the faceplate to which the phosphor pixels are bonded.
Instead of a single gun firing electron at the pixel, it has an array of FED energy chips. Each emitter tip is individually addressable, and one or more emitter tips correspond to a single phosphor pixel on the faceplate.
One problem associated with FED is that not all of the photons emitted from a pixel pass through the faceplate that the viewer sees as a spot of light.
Rather, approximately half of the photons are directed towards the base plate and collide with the emitter tips and / or circuits in the FED. This creates an undesirable photoelectric effect and the reflected light from the base plate reduces the FED contrast. A further problem is that not all of the electrons emitted from the emitter tip actually cause the target pixel to actually be excited. Instead, some of these electrons reflect internally and excite non-targeted pixels.
Therefore, there is a technical need for a field emission display that minimizes the photoelectric effect and minimizes problems associated with internally reflected electrons. The present invention meets this need and can provide other related advantages.
SUMMARY OF THE INVENTION In summary, the present invention generally relates to a conductive, light absorbing, rare earth metal-manganese oxide layer coated on the inner surface of a FED baseplate. The rare earth metal-manganese oxide layer reduces the photoelectric effect and damage associated with the reflected electrons from the faceplate, and displays by ambient light reaching the baseplate and / or absorption of photons emitted in the direction of the baseplate. Improve image and contrast.
In one embodiment, a conductive and light absorbing base plate for a field emission display is disclosed. At least a portion of the inner surface of the base plate (eg, the opposite surface of the faceplate) has a resistance not exceeding 1 × 10 5 Ωcm, preferably 1 × 10 4 Ωcm, more preferably 1 × 10 3 Ωcm. Conductive, light absorbing, coated with a rare earth metal-manganese oxide layer.
This rare earth metal-manganese oxide layer is coated on a base plate having a thickness in the range of 1000 to 15000 and has a light absorption coefficient of at least 1 × 10 5 cm −1 at a wavelength of 500 nm.
In a related embodiment, an FED having a conductive light absorbing base plate according to the present invention is disclosed. This display is particularly suitable for use in products used under high ambient light conditions, including but not limited to laptop computer screens.
In yet another embodiment, a method for manufacturing a conductive light absorbing base plate is disclosed.
This method involves coating the inner surface of the base plate with a rare earth metal-manganese oxide layer having a resistance not exceeding 1 × 10 5 Ωcm. Preferred coating techniques include (but are not limited to) layer formation by RF sputtering.
In yet another embodiment, a method for producing a conductive, light absorbing rare earth metal-manganese oxide material is disclosed. This method includes heating the mixture of rare earth metal compound and manganese compound at a temperature of 1200-1500 ° C. for a time sufficient to yield the rare earth metal-manganese oxide material.
The rare earth metal compound is Pr 6 O 11 and the manganese compound is selected from MnO 2 and Mn (CO 3 ) 2 . Further, the ratio of rare earth metal to manganese compound in the rare earth metal-manganese oxide material is in a range such that the material has a resistance not exceeding 1 × 10 5 Ωcm (after forming the same layer on the base plate). ing.
These and other features of the present invention will become apparent upon reference to the accompanying drawings and detailed description.
DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view of a field emission display screen according to the prior art, illustrating both emitted and photon and back-emitted photons, along with internally reflected electrons.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of a field emission display according to the present invention.
DESCRIPTION OF EXAMPLES As noted above, the present invention relates to conductive, light absorbing rare earth metal-manganese oxide layers used in FEDs. This layer serves to eliminate surface charges associated with stray electrons in the FED, and at least a portion of the internal surface of the base plate (eg, the surface opposite the face plate) is 1 × 10 5 Ωcm, preferably It should have a resistance not exceeding 1 × 10 4 Ωcm, more preferably 1 × 10 3 Ωcm. Furthermore, the rare earth metal-manganese oxide layer also serves to absorb reflected photons (eg, photons emitted from the faceplate in the direction of the baseplate). Due to its extremely dark color, the rare earth metal-manganese oxide layer readily absorbs light (eg, the light absorption coefficient of the rare earth metal-manganese oxide layer is on the order of 1 × 10 5 cm −1 ), This gives many advantages to the FED. One of these advantages is minimizing the photoelectric effect in the lower circuit due to floating photons striking the base plate of the FED. A further advantageous property is that it provides a good contrast between the emitted light and the background reflection from the cathode surface.
Problems associated with current FED screens are illustrated in FIG. 1 with reference to a prior art screen. In particular, FIG. 1 is a cross-sectional view of an FED screen 2 comprising a base plate 3 and a face plate 4. Faceplate 4 includes an array of pixels 6 in contact with conductive layer 9. The base plate 3 is provided with an array of emitter chips 10 protruding from the silicon substrate 12. Conductive layer 14 contacts the emitter tips to an address scheme (not shown) that selectively connects each emitter tip to a power source (not shown). An insulating layer 16 surrounds each emitter tip 10. A conductive gate 18 also surrounds the emitter tip and is separated from the conductive layer 14 and the substrate 12 by an insulating layer 16. The conductive layer 18 is connected to the positive terminal of the power supply through a similar addressing scheme (not shown), like an emitter chip. When a particular emitter chip is addressed, such as the emitter chip 11 of FIG. 1, an electric field is formed between a suitable conductive game and the emitter chip. This electric field causes the emitter tip 11 to emit an electron flow (indicated by arrows 17 and 19) toward the pixel 7 located on the face plate 4.
For clarity, FIG. 1 shows a single pixel corresponding to each emitter chip. However, it will be appreciated that more than one emitter tip may work with a single pixel. Further, the distance between the face plate 4 and the base plate 3 can be fixed by using an appropriate support member (not shown), and the face plate 4 and the base plate 3 are sealed at these ends, and high vacuum ( 1 × 10 −5 to 1 × 10 −8 Torr) is maintained.
When an electron (indicated by arrow 19 in FIG. 1) strikes the phosphor pixel 7, the phosphor is lifted to an excited state and emits a photon 8 when it returns to the ground (non-excited) state. However, as indicated by photons 15, the photons may be emitted in the opposite direction toward the base plate 3 as well. In this case, the photons 15 can generate a photoelectric effect that leads to unwanted electrons and holes of the components of the base plate 3.
FIG. 1 illustrates a further problem of working with current FED screens. Rather than exciting the phosphorous pixel that causes the release of photons, electrons to the target pixel are reflected, scattered, and absorbed by the pixel. Some of these backscattered electrons and / or those generated by secondary emission (as indicated by arrow 13 in FIG. 1) may return in the direction of the base plate 3, and as described above, unwanted electrons in the base plate 3 And the generation of holes.
The present invention solves the above problems by using a base plate having a rare earth metal-manganese oxide layer on the inner surface of the base plate (eg, the opposite surface of the face plate). As shown in FIG. 2, the FED screen 20 of the present invention includes a face plate 4 and a base plate 3. The rare earth metal-manganese oxide layer 22 is in contact with the conductive gate 18, which is in contact with the conductive layer 14 and the insulating layer 16 on the substrate 12. The emitter chip 10 and the face plate 4 (including the pixel 6, the conductive layer 9 and the transparent material 5) are the same as described above for FIG.
When photons strike the rare earth metal-manganese oxide layer 22 (as indicated by arrow 15 in FIG. 2), they are absorbed, thereby reducing the photoelectric effect and improving the contrast of the FED. Electrons that reflect back toward the base plate 3 (as indicated by arrow 13 in FIG. 2) also strike the rare earth metal-manganese oxide layer. Since the rare earth metal-manganese oxide layer 22 is conductive, the trapped electrons are emitted through the conductive gate 18 when the conductive gate 18 is positively biased. If the rare earth metal-manganese oxide layer 22 is electrically insulated from the conductive gate 18 by, for example, an intermediate insulating layer (not shown), the rare earth metal-manganese oxide layer 22 is It may be grounded. In any case, the rare earth metal-manganese oxide layer sharply reduces the number of electrons impinging on the components of the base plate 3, thereby eliminating unwanted internal electron holes.
Accordingly, in one embodiment of the present invention, a rare earth metal-manganese oxide material suitable for provision on the inner surface of the FED baseplate is disclosed. The rare earth metal-manganese oxide material has the formula Pr: Mn: O 3 where the molar ratio of rare earth metal to manganese compound is approximately 0.1: 1 to 1: 0.1 and preferably 0.5: 1 to 1. : 0.5 range).
This molar ratio is found to provide suitable conductivity of the resulting rare earth metal-manganese oxide layer. In addition, increasing the amount of manganese compound relative to the rare earth metal increases the conductivity (ie, decreases the resistance).
The rare earth metal-manganese oxide material is obtained by mixing Pr 6 O 11 and MnO 2 (or Mn (CO 3 ) 2 ) with a mill jar, and kneading this into a powder containing particles having an average diameter of about 2 μm. Manufactured. The powder is then heated to a temperature in the range of 1200-1500 ° C, preferably 1250-1430 ° C, for about 4 hours. The resulting material after heating has a dark color and is almost matte black. The heated material is then crushed again and pulverized to produce a powder containing particles having an average diameter of about 2 μm.
As described above, the ratio of Pr to Mn affects the conductivity of the resulting rare earth metal-manganese oxide layer. The ratio can be controlled by the relative amounts of Pr 6 O 11 and MnO 2 (or Mn (CO 3 ) 2 ) components. Thus, these components are mixed in an amount sufficient to generate the Pr: Mn ratio disclosed above. The rare earth metal-manganese oxide material can be deposited on the inner surface of the base plate by any technique to a thickness in the range of 1000-15000.
Such deposition techniques are known to those skilled in the art and include (but are not limited to) radio frequency (RF) sputtering, laser ablation, plasma deposition, chemical vapor deposition (CVD) and electron beam elaboration. included.
For example, in the case of RF sputtering, the rare earth metal-manganese oxide material is compressed into a planar target and then mounted on a suitable support plate for RF sputtering. Thereafter, sputtering is performed in an RF sputter using argon or argon and oxygen gas at a substrate temperature of 200-350 ° C. and a sputtering pressure of about 6 × 10 −3 to 3 × 10 −2 Torr.
In the case of CVD, for example, Pr acetate, Pr oxalate or Pr (Thd) and Mn acetate, Mn carbonyl, Mn methoxide, and precursor compounds of organometallic compounds for Pr and Mn such as Mn oxalate can be used. .
The resistance of the rare earth metal-manganese oxide material, for example, flames the material in a reducing atmosphere such as hydrogen and / or carbon monooxide (after forming a layer on the inner surface of the base plate). This treatment serves to increase the conductivity (decrease the resistance) to a level suitable for use in the practice of the present invention. Further components, such as conductive ions and / or metals, can also be loaded to further increase conductivity.
The rare earth metal-manganese oxide layer formed on the inner surface of the base plate shields the underlying circuitry from photons and stray electrons, as described above. The rare earth metal-manganese oxide layer is also very dark in color, resulting in a high contrast to FED. Furthermore, the FED used in the present invention is highly readable under ambient light conditions, especially as a screen for televisions, portable computers, and outdoor use displays such as avionics and automobiles. Is particularly suitable.
The following examples are given for illustrative purposes and are not intended to be limiting.
Example Example 1
Formation of Rare Earth Metal-Manganese Oxide Materials Pr 6 O 11 and MnO 2 were purchased from commercial sources (Cerac, La Puente, Calif.) And used without further purity. Both components (510 .72 grams of Pr 6 O 11 and 86 about 94 grams of MnO 2 ) was placed in a mill jar, 500 ml of isopropyl alcohol was added and the resulting slurry was kneaded for 24 hours at 100 rpm. The dried material was flamed for 4 hours at 1350 ° C. and then cooled, and the cooled material was ground into small particles (average particle size about 2 μm) using a suitable grinding technique.
Example 2
Deposition of rare earth metal-manganese oxide material on base plate The powdery material obtained in Example 1 is deposited on the base plate by any technique. For example, in the case of RF sputtering, a powdery material is sintered to form a planar sputtering target. Sputtering is performed in an RF sputter using argon or argon and oxygen gas at a substrate temperature of 200-350 ° C. and a sputtering pressure of about 6 × 10 −3 to 3 × 10 −2 Torr.
Example 3
Production of FED Screen The base plate of Example 2 can be used for the production of FED screens using known techniques. The resulting FED has many advantages over existing products. This advantage includes reducing the photoelectric effect, reducing backscattered electron damage from the faceplate to the baseplate component, absorbing any ambient light that reaches the baseplate and / or radiated by the faceplate in the direction of the baseplate. Providing improved display image and contrast by absorption of any photons.
From the foregoing, it will be appreciated that, although specific embodiments of the invention have been described for purposes of illustration, many modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
Accordingly, the invention is not limited except as by the appended claims.

Claims (53)

電界放出ディスプレイのフェースプレートとは反対側の内部表面を有するベースプレートを備え、前記内部表面の少なくとも一部が１×１０5Ωcmを越えない抵抗を有する希土類金属−マンガン酸化物層で被覆されていることを特徴とする電界放出ディスプレイ用の導電性でかつ光吸収性ベースプレート。 The faceplate of a field emission display comprising a baseplate having an interior surface of the opposite, at least a portion of said inner surface rare earth metals have a resistivity which does not exceed 1 × 10 5 Ωcm - it is coated with manganese oxide layer A conductive and light-absorbing base plate for a field emission display. 前記希土類金属−マンガン酸化物層が１×１０4Ωcmを越えない抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載のベースプレート。The base plate according to claim 1, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a resistance not exceeding 1 × 10 4 Ωcm. 前記希土類金属−マンガン酸化物層が１×１０3Ωcmを越えない抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載のベースプレート。The base plate according to claim 1, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a resistance not exceeding 1 × 10 3 Ωcm. 前記希土類金属−マンガン酸化物層の厚さが１０００Å〜１５０００Åの範囲であることを特徴とする請求項１のベースプレート。The base plate according to claim 1, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a thickness in the range of 1000 to 15000. 前記希土類金属−マンガン酸化物層が５００ｎｍの波長で少なくとも１×１０5cm-1の光吸収係数を有することを特徴とする請求項１に記載のベースプレート。The base plate according to claim 1, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a light absorption coefficient of at least 1 × 10 5 cm −1 at a wavelength of 500 nm. 導電性でかつ光吸収性のベースプレートを有する電界放出ディスプレイにおいて、
前記ベースプレートが前記電界放出ディスプレイのフェースプレートとは反対側の内部表面を有しており、前記内部表面の少なくとも一部が１×１０5Ωcmを越えない抵抗を有する希土類属−マンガン酸化物層で被覆されていることを特徴とする電界放出ディスプレイ。In a field emission display having a conductive and light absorbing base plate,
A rare earth-manganese oxide layer in which the base plate has an inner surface opposite to the face plate of the field emission display , and at least a portion of the inner surface has a resistance not exceeding 1 × 10 5 Ωcm; A field emission display characterized in that it is coated. 前記希土類金属−マンガン酸化物層が１×１０4Ωcmを越えない抵抗を有することを特徴とする請求項６に記載の電界放出ディスプレイ。7. The field emission display according to claim 6, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a resistance not exceeding 1 × 10 4 Ωcm. 前記希土類金属−マンガン酸化物層が１×１０3Ωcmを越えない抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載の電界放出ディスプレイ。2. The field emission display of claim 1, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a resistance not exceeding 1 × 10 3 Ωcm. 前記希土類金属−マンガン酸化物層の厚さが１０００Å〜１５０００Åの範囲であることを特徴とする請求項１の電界放出ディスプレイ。2. The field emission display according to claim 1, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a thickness in the range of 1000 to 15000. 前記希土類金属−マンガン酸化物層が５００ｎｍの波長で少なくとも１×１０5cm-1の光吸収係数を有することを特徴とする請求項１に記載の電界放出ディスプレイ。The field emission display of claim 1, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a light absorption coefficient of at least 1 x 10 5 cm -1 at a wavelength of 500 nm. ベースプレートのフェースプレートとは反対側の内部表面の少なくとも一部を希土類金属−マンガン酸化物を含む層で被覆する段階を含む、電界放出ディスプレイ用の導電性及び光吸収性ベースプレートを製造する方法において、
前記層が１×１０5Ωcmを越えない抵抗を有することを特徴とする方法。In a method of manufacturing a conductive and light-absorbing base plate for a field emission display comprising coating at least a portion of an inner surface of the base plate opposite the face plate with a layer comprising a rare earth metal-manganese oxide.
The method wherein the layer has a resistance not exceeding 1 × 10 5 Ωcm. 前記希土類金属−マンガン酸化物層が１×１０4Ωcmを越えない抵抗を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a resistance not exceeding 1 × 10 4 Ωcm. 前記希土類金属−マンガン酸化物層が１×１０3Ωcmを越えない抵抗を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a resistance not exceeding 1 × 10 3 Ωcm. 前記希土類金属−マンガン酸化物層の厚さが１０００Å〜１５０００Åの範囲であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。12. The method of claim 11, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a thickness in the range of 1000 to 15000. 前記希土類金属−マンガン酸化物層が５００ｎｍの波長で少なくとも１×１０5cm-1の光吸収係数を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, wherein the rare earth metal-manganese oxide layer has a light absorption coefficient of at least 1 × 10 5 cm −1 at a wavelength of 500 nm. 前記層が高周波スパッタリング、レーザーアブレーション、プラズマ堆積、化学蒸着または電子ビームエラボレーションによりベースプレートの内部表面に被覆されていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。12. The method of claim 11, wherein the layer is coated on the inner surface of the base plate by radio frequency sputtering, laser ablation, plasma deposition, chemical vapor deposition or electron beam elaboration. 前記層が高周波スパッタリングによってベースプレートのフェースプレートとは反対側の内部表面に被覆されていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。12. The method of claim 11, wherein the layer is coated on the inner surface of the base plate opposite the face plate by high frequency sputtering. Ｐｒ6Ｏ11とＭｎＯ2及びＭｎＣＯ3から選択されるマンガン源が前記高周波スパッタリングに対するスパッタリングターゲットを形成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。The method of claim 17, wherein a manganese source selected from Pr 6 O 11 , MnO 2 and MnCO 3 forms a sputtering target for the high frequency sputtering. 前記層が化学蒸着によって、前記ベースプレートのフェースプレートとは反対側の内部表面に被覆されていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。12. The method of claim 11, wherein the layer is coated on the inner surface of the base plate opposite the face plate by chemical vapor deposition. 希土類金属アセテート、希土類金属−マンガン酸化物層オキサレート、及びＰｒ（Ｔｈｄ）3から選択される希土類金属源が前記層を形成するのに使用されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。20. The method of claim 19, wherein a rare earth metal source selected from rare earth metal acetate, rare earth metal-manganese oxide layer oxalate, and Pr (Thd) 3 is used to form the layer. マンガンアセテート、マンガンカルボニール、マンガンメトキサイド、及びマンガンオキサレートから選択されるマンガン源を使用して前記層を形成することを特徴とする請求項１９に記載の方法。20. The method of claim 19, wherein the layer is formed using a manganese source selected from manganese acetate, manganese carbonyl, manganese methoxide, and manganese oxalate. さらに、被覆工程ののち、還元雰囲気で前記層に火炎を当てて前記層が１×１０5Ωcmを越えないように抵抗を低下させる工程を含んでいることを特徴とする請求項１９に記載の方法。20. The method of claim 19, further comprising a step of reducing the resistance so that the layer does not exceed 1 × 10 5 Ωcm after the coating step by applying a flame to the layer in a reducing atmosphere. Method. 前記還元性雰囲気が水素、カーボンモノオキサイド、あるいはその混合物から形成されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。23. The method of claim 22, wherein the reducing atmosphere is formed from hydrogen, carbon monooxide, or a mixture thereof. 前記層がさらに導電性イオンを含んでいることを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, wherein the layer further comprises conductive ions. 前記層がさらに金属を含んでいることを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, wherein the layer further comprises a metal. 前記層が主として希土類金属−マンガン酸化物からなることを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method according to claim 11, wherein the layer consists mainly of rare earth metal-manganese oxide. 前記層が約２μｍの平均粒径を有する粒子から形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, wherein the layer is formed from particles having an average particle size of about 2 μm. 前記層が導電ゲートと接触していることを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, wherein the layer is in contact with a conductive gate. 前記層が絶縁層と接触していることを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, wherein the layer is in contact with an insulating layer. 前記層がマンガンに対する希土類金属のモル比が０．１：１から１：０．１の範囲であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, wherein the layer has a molar ratio of rare earth metal to manganese in the range of 0.1: 1 to 1: 0.1. 前記層の前記モル比が０．５：１から１：０．５の範囲であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, wherein the molar ratio of the layers ranges from 0.5: 1 to 1: 0.5. 前記層がＰｒＭｎＯ3を含んでいることを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, wherein the layer comprises PrMnO 3 . さらに、導電性かつ光吸収性のベースプレートを用いた電界放出ディスプレイを組み立てる工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。The method of claim 11, further comprising the step of assembling a field emission display using a conductive and light absorbing base plate. 希土類金属化合物とマンガン化合物との混合物を約１２００〜１５００℃の度範囲で希土類金属−マンガン酸化物材料を生成するのに十分な時間加熱する工程を含む、導電性でかつ光吸収性の希土類金属−マンガン酸化物材料を有する電界放出ディスプレイのベースプレートを製造する方法において、
前記加熱前の混合物においてマンガン化合物に対する希土類金属化合物のモル比が、前記希土類金属−マンガン酸化物材料が加熱工程の後、１×１０5Ωcmを越えない抵抗を有するように設定されており、電界放出ディスプレイのベースプレートの表面に前記希土類−マンガン酸化物材料を積層することを特徴とする方法。Conductive and light-absorbing rare earth metal comprising heating a mixture of rare earth metal compound and manganese compound at a temperature range of about 1200-1500 ° C for a time sufficient to produce a rare earth metal-manganese oxide material In a method of manufacturing a base plate of a field emission display having a manganese oxide material ,
The molar ratio of the rare earth metal compound to the manganese compound in the mixture before the heating, the rare earth metal - after manganese oxide material heating step are set so as to have a not exceed 1 × 10 5 Ωcm resistivity, the electric field Depositing said rare earth-manganese oxide material on the surface of a base plate of an emissive display . 前記抵抗が１×１０4Ωcmを越えないことを特徴とする請求項３４に記載の方法。The method of claim 34, wherein the resistance does not exceed 1 x 10 4 Ωcm. 前記抵抗が１×１０3Ωcmを越えないことを特徴とする請求項３４に記載の方法。The method of claim 34, wherein the resistance does not exceed 1 x 10 3 Ωcm. 前記加熱工程の前、希土類金属化合物とマンガン化合物の混合物が約２μｍの平均粒径まで粉状化されることを特徴とする請求項３４に記載の方法。35. The method of claim 34, wherein prior to the heating step, the mixture of rare earth metal compound and manganese compound is pulverized to an average particle size of about 2 [mu] m. 前記加熱工程の後、希土類金属−マンガン酸化物材料が約２μｍの平均粒径まで粉状化されることを特徴とする請求項３４に記載の方法。35. The method of claim 34, wherein after the heating step, the rare earth metal-manganese oxide material is pulverized to an average particle size of about 2 [mu] m. 前記希土類金属化合物が、Ｐｒ6Ｏ11であることを特徴とする請求項３４に記載の方法。The method of claim 34, wherein the rare earth metal compound, characterized in that it is a Pr 6 O 11. 前記マンガン化合物がＭｎＯ2またはＭｎＣＯ3であることを特徴とする請求項３４に記載の方法。The method according to claim 34, wherein the manganese compound is MnO 2 or MnCO 3 . 前記モル比が０．１：１から１：０．１の範囲であることを特徴とする請求項３４に記載の方法。35. The method of claim 34, wherein the molar ratio ranges from 0.1: 1 to 1: 0.1. 前記モル比が０．５：１から１：０．５の範囲であることを特徴とする請求項３４に記載の方法。35. The method of claim 34, wherein the molar ratio ranges from 0.5: 1 to 1: 0.5. 前記希土類金属−マンガン酸化物材料がＰｒＭｎＯ3を含んでいることを特徴とする請求項３４に記載の方法。The method of claim 34, manganese oxide material is characterized in that it contains PrMnO 3 - the rare earth metals. フェースプレートとベースプレートとを有し、前記フェースプレートから光子を放出させ、この場合、該光子の少なくとも一部を前記ベースプレートに向かって放出させ、前記ベースプレートに向かって放出させた光子の少なくとも一部を前記フェースプレートとベースプレートとの間に配置された希土類金属−マンガン酸化物を含む層に吸収させることを含む、電界放出ディスプレイを操作する方法であって、
前記層の少なくとも一部がフェースプレートとベースプレートとの間に配置された希土類金属−マンガン酸化物を含んでおり、かつ、前記希土類−マンガン酸化物がベースプレートのフェースプレートとは反対側の内部表面上にあることを特徴とする方法。 A face plate and a base plate, wherein photons are emitted from the face plate, wherein at least some of the photons are emitted toward the base plate, and at least some of the photons emitted toward the base plate are emitted. A method of operating a field emission display comprising absorbing a rare earth metal-manganese oxide layer disposed between the face plate and a base plate, comprising :
At least a portion of the layer includes a rare earth metal-manganese oxide disposed between the faceplate and the baseplate, and the rare earth-manganese oxide is on the inner surface of the baseplate opposite the faceplate. A method characterized by that. 光子が前記ベースプレートの方向にフェースプレートから放射されることを特徴とする請求項４４に記載の方法。45. The method of claim 44, wherein photons are emitted from the faceplate in the direction of the base plate. 前記層が１×１０5Ωcmを越えない抵抗を有することを特徴とする請求項４４に記載の方法。45. The method of claim 44, wherein the layer has a resistance not exceeding 1 x 10 < 5 > [Omega] cm. 前記層が前記ベースプレートの内部表面上の被覆であることを特徴とする請求項４４に記載の方法。45. The method of claim 44, wherein the layer is a coating on an inner surface of the base plate. 前記層が高周波スパッタリング、レーザーアブレーション、プラズマ堆積、化学蒸着または電子ビームエラボレーションによりベースプレートの内部表面に被覆されていることを特徴とする請求項４７に記載の方法。48. The method of claim 47, wherein the layer is coated on the inner surface of the base plate by radio frequency sputtering, laser ablation, plasma deposition, chemical vapor deposition or electron beam elaboration. 前記層がさらに、導電性イオンを含んでいることを特徴とする請求項４４に記載の方法。45. The method of claim 44, wherein the layer further comprises conductive ions. 前記層がさらに、金属を含んでいることを特徴とする請求項４４に記載の方法。45. The method of claim 44, wherein the layer further comprises a metal. 前記層が主として希土類金属−マンガン酸化物からなることを特徴とする請求項４４に記載の方法。45. The method of claim 44, wherein the layer consists primarily of rare earth metal-manganese oxide. 前記層がマンガンに対する希土類金属のモル比が０．１：１から１：０．１の範囲であることを特徴とする請求項４４に記載の方法。45. The method of claim 44, wherein the layer has a molar ratio of rare earth metal to manganese in the range of 0.1: 1 to 1: 0.1. 前記層がＰｒＭｎＯ3を含んでいることを特徴とする請求項４４に記載の方法。The method of claim 44, wherein the layer contains a PrMnO 3.
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