JPH06208835A - ダイヤモンド材を電子源に用いた陰極ルミネセンス・ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 陰極ルミネセンス層１０３，２０３に対し遠
位に配置された透明なフェースプレート１０４，２０４
上に配置された透明な導電層１０５，２０５上に配置さ
れたダイヤモンド材の層１０６，２０６を有する電子エ
ミッタを提供する。 【構成】 外部から付与される適切な信号の入力が、ダ
イヤモンド材層１０６，２０６からの電子の放出を誘発
し、陰極ルミネセンス層１０３，２０３からの光子放出
を実質的に励起する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に陰極ルミネセン
ス蛍光ディスプレイに関し、さらに詳しくは、非熱電子
的電子源を用いる陰極ルミネセンス蛍光ディスプレイに
関する。

【０００２】

【従来の技術】陰極ルミネセンス・ディスプレイは周知
の技術であり、一般的に、熱励起によって電子を放出す
る電子源を使用する。これらの熱励起電子源を使用する
ディスプレイは、ブラウン管装置に典型的に利用されて
いる。そのような電子源の一つの一般的な欠点は、電子
源から電子放出を誘発するために必要な熱エネルギが、
動作効率にとって有害であるということである。別の欠
点は、加熱によってこれらの電子発生源から電子放出を
誘発する必要があるために、これらの電子発生源が、平
面ディスプレイへの適用に一般的に望ましい分散型電子
源の実現にあまり適していないということである。

【０００３】それとは別に、陰極ルミネセンスディスプ
レイへの適用に適した一種の非熱電子的電子源である、
マイクロエレクトロニクス電界放出電子源が知られるよ
うになった。マイクロエレクトロニクス電界放出電子源
は、一般的に、数百オングストローム程度の非常に小さ
い曲率半径の幾何学的不連続性を持つように形成された
電子エミッタに電界を与えることによって利用される。
そのようなマイクロチップ電子エミッタを多数使用し、
１００万個以上のマイクロチップをマイクロチップ電子
エミッタ配列にパターン化することによって、分散型冷
陰極電子源を実現することができる。しかし、マイクロ
エレクトロニクス電界放出電子エミッタは、熱電子エミ
ッタより効率が高いが、それぞれが数百オングストロー
ム程度の非常に小さい物理的特徴を持つエミッタを多数
設ける必要性に関連して、制約される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、これらの
欠点のうち少なくとも幾つかを克服する平面ディスプレ
イおよび分散形電子源の必要性が存在する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この必要性およびその他
は、主表面を持つ基板，主表面上に配置された導電層，
導電層上に配置された陰極ルミネセンス層，陰極ルミネ
センス層に対し遠位に配置され、それとの間に介在領域
を形成する、実質的に光学的に透明なフェースプレー
ト，介在領域内でフェースプレート上に配置された実質
的に光学的に透明な導電層，および実質的に光学的に透
明な導電層上に配置され、動作可能にそれに結合された
ダイヤモンド材層を有する陰極ルミネセンス装置の提供
によって、実質的に満たされる。

【０００６】この必要性およびその他はさらに、主表面
を持つ基板、主表面上に配置された多数の導電層，少な
くとも導電層上に配置された陰極ルミネセンス層，陰極
ルミネセンス層に対して遠位に配置され、それとの間に
介在領域を形成する、実質的に光学的に透明なフェース
プレート，介在領域内でフェースプレート上に配置され
た多数の実質的に光学的に透明な導電層，および多数の
光学的に透明な導電層の少なくとも幾つかの上に配置さ
れ、動作可能にそれらに結合されたダイヤモンド材層か
ら構成され、導電層の少なくとも幾つかおよび実質的に
光学的に透明な導電層の少なくとも幾つかに、外部から
付与される適切な信号を入力すると、それらに対応する
ダイヤモンド材層によって電子が放出されて、陰極ルミ
ネセンス層からの光子放出を事実上励起し、この光子放
出を実質的に光学的に透明なフェースプレートを通して
観察することができるように構成された陰極ルミネセン
ス画像ディスプレイの提供によって、さらに満たされ
る。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明に従って構成した陰極ルミネ
センス装置１００の実施態様の一部分の側面図である。
上に導電層１０２が配置された主表面１１１を持つ基板
が設けられている。導電層１０２は、半導体技術で見ら
れるホトリソグラフィやエッチング法など、適切な手段
を用いることによってパターン形成する。陰極ルミネセ
ンス層１０３が導電層１０２上に配置されているが、こ
れは支持基板１０１の主表面１１１の露出部上にも配置
することができる。実質的に光学的に透明なフェースプ
レート１０４を陰極ルミネセンス層１０３に対し遠位に
配置し、それとの間に介在領域１０７を形成する。実質
的に光学的に透明な導電層１０５を、フェースプレート
１０４上に配置する。ダイヤモンド材層１０６（電子エ
ミッタ）を、実質的に光学的に透明な導電層１０５上に
配置し、動作可能にこれと結合する。一般に、実質的に
光学的に透明な導電層１０５およびダイヤモンド材層１
０６は、半導体技術で見られるホトリソグラフィ，エッ
チング，リフトオフなど、適切な方法を幾つでも使用す
ることによってパターン形成する。導電層１０２と実質
的に光学的に透明な導電層１０５との間に外部から印加
される電圧１１０など、外部から付与される適切な信号
の入力によって、ダイヤモンド材層１０６に電界が誘発
される。誘導電界が適切な大きさ、一般に１×１０⁵ Ｖ
／ｃｍ² 以上に達すると、ダイヤモンド材層またはダイ
ヤモンド材電子エミッタ１０６から電子が放出される。
放出された電子は介在領域１０７を横断し、陰極ルミネ
センス層１０３に衝突して、光子エネルギ放出を励起
し、その後、導電層１０２で捕集される。本発明の適用
対象によっては、外部から付与される１０ボルト台以下
の電圧または信号を用いることによって、電子放出を達
成することが望ましい。一般に、１０ボルト台以下のそ
うした電圧または信号は、介在領域１０７を１．０ミク
ロン台以下の大きさとすることによって、達成すること
ができる。

【０００８】光子は、方向を選択することなく、陰極ル
ミネセンス層１０３から放出される。フェースプレート
１０４に向かって放出された光子は、介在領域１０７，
実質的に光学的に透明なダイヤモンド材層１０６，実質
的に光学的に透明な導電層１０５，および実質的に光学
的に透明なフェースプレート１０４を横断し、観測可能
な輝度として出現する。さらに、フェースプレート１０
４以外の方向に放射された光子の一部は、フェースプレ
ート１０４の方向に反射して、その後輝度として出現す
る。これらの光子の反射は、陰極ルミネセンス層１０３
内の粒界，基板１０１に光学的反射性材料が含まれる場
合には基板１０１の主表面１１１，および導電層１０２
が反射性材料から形成される場合には導電層１０２な
ど、数箇所で発生する。

【０００９】本発明の目的は、観測可能な輝度として利
用可能性できる光子エネルギーの部分を増大することを
通して、少なくとも部分的に効率の向上を実現した陰極
ルミネセンス装置を提供することである。

【００１０】本発明の別の目的は、フェースプレート１
０４に対応する側を第１面、基板１０１に対応する側を
第２面として、両面のどちらからでも光子エネルギが観
察される陰極ルミネセンス装置を提供することである。
両面の輝度観察が望ましい本発明の別の実施態様では、
基板１０１および導電層１０２が両方とも、実質的に光
学的に透明な材料を含むようにすることが必要である。

【００１１】図１および図２に示す陰極ルミネセンス装
置１００では、後でさらに説明するディスプレイ２００
の場合と同様に、ダイヤモンド材層を、実質的に単結晶
ダイヤモンド層，多結晶ダイヤモンド材層，または粒状
ダイヤモンドなどの多数の離散ダイヤモンド結晶のいず
れかとして実現することができる。ダイヤモンド材層
は、色々な構造形態を得るために様々な析出技術によっ
て実現される。色々な構造を呈する。実質的単結晶ダイ
ヤモンド材層の場合、好適な結晶配向が誘導電界に暴露
されるようにすることが望ましい。ダイヤモンド材の特
定の結晶配向は、低い電界強度での電子放出を可能にす
る低い表面仕事関数を示すことが知られている。あるい
はまた、低い表面仕事関数の電子放出場所の統計分布を
もたらす結晶配向分布を有する多結晶ダイヤモンド材層
を設けることが望ましい場合もある。さらにまた、粒状
のダイヤモンド材をはじめとする多数のダイヤモンド微
結晶を利用することによって、低い表面仕事関数の電子
放出場所の統計分布を達成することが望ましい場合もあ
る。

【００１２】次に、図２について説明する。この図は、
図１に関してこれまで説明したように本発明を組み込ん
だ陰極ルミネセンス装置の実施態様を回転して、図１に
対し実質的に直交する方向から見た側面図を示してい
る。図１および図２の表現から、実質的に光学的に透明
な導電層１０５と導電層１０２が、相互に対して角を成
すように配置されていることが分かる。

【００１３】図３は、図１および図２に関連してこれま
で説明したのと同様に、本発明に係る陰極ルミネセンス
画像ディスプレイ２００の実施態様の部分拡大斜視図で
あり、図１および図２に関連して先に識別した特徴に対
応する特徴は、ここでは、数字「２」から始まる類似の
符号で示されている。図３はさらに、多数の導電層２０
２，多数の導電層２０２に対して角を成すように配置さ
れた多数の実質的に光学的に透明な導電層２０５，およ
びそれぞれが多数の実質的に光学的に透明な導電層２０
５のうちの一つの実質的に光学的に透明な導電層上に配
置された多数のダイヤモンド材層２０６が設けられてい
ることを示す。また、多数の導電層２０２のそれぞれお
よび多数の実質的に光学的に透明な導電層２０５のそれ
ぞれを選択的に付勢することを可能にする、外部に設け
られた相互接続部２３０が作動可能に接続されているこ
とを、概略的に示している。多数の導電層２０２の一つ
および多数の実質的に光学的に透明な導電層２０５の一
つを任意に選択すると、図３に示すように、選択された
層の定義済み交差ができ、その領域で、多数の実質的に
光学的に透明な導電層２０５のうちの選択された実質的
に光学的に透明な導電層上に配置されたダイヤモンド材
層２０６から形成された電子エミッタから、矢印ｅで示
される電界が誘発される。こうして、前記交差の領域に
実質的に対応するこの領域で電子放出が行われ、これは
次に、光子エネルギと表示された矢印で示す光子エネル
ギ放出を、ひいては輝度を、交差と同一領域に対応する
フェースプレートの実質的にその領域だけにもたらす。
多数の定義済み交差のそれぞれを組織的に選択し、適切
な外部信号をそれに付与することによって、観測可能な
画像が生成される。

【００１４】一般に、陰極ルミネセンス画像ディスプレ
イ２００は、幾つかの方法によって作成することができ
る。単なる例として、陰極ルミネセンス画像ディスプレ
イ３２００は二つの部分に分けて作成される。第１部分
は、第２部分とは別個に処理されるフェースプレート２
０４，光学的に透明な導電層２０５，および多数のダイ
ヤモンド材層２０６を含む。第２部分は、第１部分とは
別個に処理される基板２０１，導電層２０２，および陰
極ルミネセンス層２０３を含む。その後、第１部分およ
び第２部分を固定された空間関係で相互の上に配置し、
こうしてフェースプレート２０４と陰極ルミネセンス層
２０３との間に介在領域２０７を形成する。第１部分と
第２部分の配置はさらに、フェースプレート２０４のダ
イヤモンド材層２０６と陰極ルミネセンス層２０３とを
介在領域２０７によって分離させることによって規定さ
れる。さらに、フェースプレート２０４の多数のダイヤ
モンド材層２０６および光学的に透明な導電層２０５の
配置は、導電層２０２が光学的に透明な導電層２０５お
よび多数のダイヤモンド材層２０６と交差するように実
施し、こうして格子構造を形成し、個々の交差点を相互
接続部２３０によって選択することができるようにす
る。

【００１５】適用対象によっては、以上に説明したよう
に得られる画像は、フェースプレート２０４からだけで
なく、基板２０１を通して出現する輝度によっても、観
測できるようにすることが望ましい。そのような適用対
象では、基板２０１および導電層２０２を両方とも、基
板２０１では例えば石英またはサファイア、導電層２０
２では例えばインジウムすず酸化物（ＩＴＯ）をはじめ
とする、実質的に光学的に透明な材料から形成すること
が望ましい。さらに、最適な性能を達成するために、ダ
イヤモンド材層２０６や陰極ルミネセンス層２０３な
ど、その他の構造を実質的に光学的に透明にすること
は、普通の技術の熟練者にとって明白である。

【００１６】

【実施態様項】

（請求項２） 基板が実質的に光学的に反射する性質で
あることを特徴とする請求項１記載の陰極ルミネセンス
装置。 （請求項３） ダイヤモンド材層が実質的に単結晶ダイ
ヤモンド膜から構成されることを特徴とする請求項１記
載の陰極ルミネセンス装置。 （請求項４） ダイヤモンド材層が実質的に多結晶ダイ
ヤモンド膜から構成されることを特徴とする請求項１記
載の陰極ルミネセンス装置。 （請求項５） ダイヤモンド材層が実質的に粒状ダイヤ
モンド材などの多数のダイヤモンド材微結晶によって構
成されることを特徴とする請求項１記載の陰極ルミネセ
ンス装置。 （請求項６） 介在領域が１．０ミクロン台であること
を特徴とする請求項１記載の陰極ルミネセンス装置。 （請求項７） Ａ 主表面を持つ基板； Ｂ 主表面上に配置された多数の導電層； Ｃ 少なくとも導電層上に配置された陰極ルミネセンス
層； Ｄ 陰極ルミネセンス層に対して遠位に配置され、それ
との間に介在領域を形成する、実質的に光学的に透明な
フェースプレート； Ｅ 介在領域内でフェースプレート上に配置された多数
の実質的に光学的に透明な導電層；および Ｆ 実質的に光学的に透明な導電層の少なくとも一部分
の上に配置され、動作可能にそれに結合されたダイヤモ
ンド材層；によって構成されることを特徴とする陰極ル
ミネセンス装置。 （請求項８） 介在領域が１．０ミクロン台であること
を特徴とする請求項７記載の陰極ルミネセンス装置。 （請求項９） 基板が実質的に光学的に反射する性質で
あることを特徴とする請求項７記載の陰極ルミネセンス
装置。 （請求項１０） ダイヤモンド材層が実質的に単結晶ダ
イヤモンド膜によって構成されることを特徴とする請求
項７記載の陰極ルミネセンス装置。 （請求項１１） ダイヤモンド材層が実質的に多結晶ダ
イヤモンド膜によって構成されることを特徴とする請求
項７記載の陰極ルミネセンス装置。 （請求項１２） ダイヤモンド材層が粒状ダイヤモンド
材などの多数のダイヤモンド材微結晶によって構成され
ることを特徴とする請求項７記載の陰極ルミネセンス装
置。 （請求項１４） 介在領域が１．０ミクロン台であるこ
とを特徴とする請求項２記載の陰極ルミネセンス装置。 （請求項１５） 基板が実質的に光学的に反射する性質
であることを特徴とする請求項２記載の陰極ルミネセン
ス画像ディスプレイ。 （請求項１６） ダイヤモンド材層が実質的に単結晶ダ
イヤモンド膜によって構成されることを特徴とする請求
項２記載の陰極ルミネセンス画像ディスプレイ。 （請求項１７） ダイヤモンド材層が実質的に多結晶ダ
イヤモンド膜によって構成されることを特徴とする請求
項２記載の陰極ルミネセンス画像ディスプレイ。 （請求項１８） ダイヤモンド材層が実質的に粒状ダイ
ヤモンド材などの多数のダイヤモンド材微結晶によって
構成されることを特徴とする請求項２記載の陰極ルミネ
センス画像ディスプレイ。 （請求項１９） 基板およびその上に配置された導電層
が実質的に光学的に透明であることを特徴とする請求項
２記載の陰極ルミネセンス画像ディスプレイ。 （請求項２０） 光子放出が実質的に光学的に透明なフ
ェースプレートおよび実質的に光学的に透明な基板を通
して観察できることを特徴とする請求項１９記載の陰極
ルミネセンス画像ディスプレイ。 （請求項２２） Ａ 主表面を持つ、実質的に光学的に
透明な基板； Ｂ 主表面上に配置された第１群の多数の実質的に光学
的に透明な導電層； Ｃ 少なくとも第１群の実質的に光学的に透明な導電層
上に配置された、実質的に光学的に透明な陰極ルミネセ
ンス層； Ｄ 実質的に光学的に透明な陰極ルミネセンス層に対し
て遠位に配置され、それとの間に介在領域を形成する、
実質的に光学的に透明なフェースプレート； Ｅ 介在領域内でフェースプレート上に配置された第２
群の多数の実質的に光学的に透明な導電層；および Ｆ 多数の実質的に光学的に透明な導電層の少なくとも
一部分の上に配置され、動作可能にそれに結合された実
質的に光学的に透明なダイヤモンド材層；によって構成
され、外部から付与される適切な信号を、第１群および
第２群の実質的に光学的に透明な導電層の少なくとも一
部分に入力すると、それに対応するダイヤモンド材層か
ら電子が放出され、次いで陰極ルミネセンス層からの光
子放出が励起され、この光子放出が、実質的に光学的に
透明なフェースプレートおよび実質的に光学的に透明な
基板の両方から観測可能であることを特徴とする両面表
示用陰極ルミネセンス装置。 （請求項２３） 実質的に光学的に透明な基板が石英に
よって形成されることを特徴とする請求項２２記載の両
面表示用陰極ルミネセンス装置。 （請求項２４） 実質的に光学的に透明な基板がサファ
イアによって形成されることを特徴とする請求項２２記
載の両面表示用陰極ルミネセンス装置。 （請求項２５） 第１群の多数の実質的に光学的に透明
な導電層がインジウムすず酸化物によって構成されるこ
とを特徴とする請求項２２記載の両面表示用陰極ルミネ
センス装置。

【図面の簡単な説明】

【図１】陰極ルミネセンス装置の請求の部分側面図であ
る。

【図２】図１に関連して先に示した請求を、図１に対し
実質的に直交方向から見た部分側面図である。

【図３】陰極ルミネセンス画像ディスプレイの請求の拡
大部分斜視図である。

【符号の説明】

１００ 陰極ルミネセンス装置 １０１ 基板 １０２ 導電層 １０３ 陰極ルミネセンス層 １０４ フェースプレート １０５ 導電層 １０６ ダイヤモンド材層 １０７ 介在領域 １１１ 主表面 ２００ 陰極ルミネセンス画像ディスプレイ ２０１ 基板 ２０２ 導電層 ２０３ 陰極ルミネセンス層 ２０４ フェースプレート ２０５ 導電層 ２０６ ダイヤモンド材層 ２０７ 介在層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ・イー・ジェイスキー アメリカ合衆国アリゾナ州スコッツデイ ル、イー・マウンテン・ビュー12256 (72)発明者 ロバート・シー・ケイン アメリカ合衆国アリゾナ州スコッツデイ ル、エヌ・ナインティーサード・ストリー ト27031

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａ 主表面（１１１）を有する基板（１
   ０１）； Ｂ 主表面（１１１）上に配置された導電層（１０
   ２）； Ｃ 導電層（１０２）上に配置された陰極ルミネセンス
   層（１０３）； Ｄ 陰極ルミネセンス層（１０３）に対し遠位に配置さ
   れ、それとの間に介在領域（１０７）を形成する、実質
   的に光学的に透明なフェースプレート（１０４）； Ｅ 介在領域（１０７）内でフェースプレート（１０
   ４）上に配置された、実質的に光学的に透明な導電層
   （１０５）；および Ｆ 実質的に光学的に透明な導電層（１０５）上に配置
   され、動作可能にそれに結合されたダイヤモンド材層
   （１０６）；によって構成されることを特徴とする陰極
   ルミネセンス装置（１００）。
2. 【請求項２】 Ａ 主表面を有する基板； Ｂ 主表面上に配置された多数の導電層（２０２）； Ｃ 少なくとも導電層（２０２）上に配置された陰極ル
   ミネセンス層（２０３）； Ｄ 陰極ルミネセンス層（２０３）に対し遠位に配置さ
   れ、それとの間に介在領域（２０７）を形成する、実質
   的に光学的に透明なフェースプレート（２０４）； Ｅ 介在領域（２０７）内でフェースプレート（２０
   ４）上に配置された、多数の実質的に光学的に透明な導
   電層（２０５）；および Ｆ 多数の実質的に光学的に透明な導電層（２０５）の
   少なくとも一部分の上に配置され、動作可能にそれに結
   合されたダイヤモンド材層（２０６）；によって構成さ
   れ、 外部から付与される適切な信号を、導電層（２０２）の
   少なくとも一部分および実質的に光学的に透明な導電層
   （２０５）の少なくとも一部分に入力すると、それに対
   応するダイヤモンド材層（２０６）から電子が放出さ
   れ、次いで陰極ルミネセンス層（２０３）からの光子放
   出が励起され、この光子放出が、実質的に光学的に透明
   なフェースプレートから観測可能であることを特徴とす
   る陰極ルミネセンス装置。
3. 【請求項３】 Ａ 主表面（１１１）を持つ基板（１０
   １）を設ける段階； Ｂ 主表面（１１１）上に導電層（１０２）を析出する
   段階； Ｃ 主表面（１１１）上で導電層（１０２）をパターン
   形成する段階； Ｄ 導電層（１０２）上に陰極ルミネセンス層（１０
   ３）を析出する段階； Ｅ 実質的に光学的に透明なフェースプレート（１０
   ４）を設ける段階； Ｆ フェースプレート（１０４）上に実質的に光学的に
   透明な導電層（１０５）を析出する段階； Ｇ フェースプレート（１０４）上で実質的に光学的に
   透明な導電層（１０５）をパターン形成する段階； Ｈ 実質的に光学的に透明な導電層（１０５）上に、動
   作可能にこれに結合されたダイヤモンド材層（１０６）
   を析出する段階； Ｉ パターン形成された実質的に光学的に透明な導電層
   （１０５）を、パターン形成された導電層（１０２）に
   対向して配置し、それによって、パターン形成された実
   質的に光学的に透明な導電層（１０５）とパターン形成
   された導電層（１０２）との間に介在層（１０７）およ
   び交差を形成する段階；によって構成されることを特徴
   とする陰極ルミネセンス装置（１００）の製造方法。