JPH0635405A - カソードルミネセント表示装置 - Google Patents

カソードルミネセント表示装置

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JPH0635405A
JPH0635405A JP11101893A JP11101893A JPH0635405A JP H0635405 A JPH0635405 A JP H0635405A JP 11101893 A JP11101893 A JP 11101893A JP 11101893 A JP11101893 A JP 11101893A JP H0635405 A JPH0635405 A JP H0635405A
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layer
electrons
electron
diamond
cathodoluminescent
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Application number
JP11101893A
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English (en)
Inventor
James E Jaskie
ジェイムズ・イー・ジャスキー
Lawrence Dworsky
ローレンス・ドゥオルスキー
Robert C Kane
ロバート・シー・ケイン
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Motorola Solutions Inc
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Motorola Inc
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    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J31/125—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection
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    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
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  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Illuminated Signs And Luminous Advertising (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑なリソグラフおよび製造技術を用いるこ
となく電子源および該電子源を用いたイメージ表示装置
を実現可能とする。 【構成】 複数のダイアモンド結晶子（４０３）を含む
電子源を使用したカソードルミネセント表示装置であ
る。好ましい実施例として、画素アレイを使用したイメ
ージ表示装置が実現され、各々の画素はそれに関連して
電子放出ダイアモンド結晶子（４０３）を含む電子源を
有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にはカソードル
ミネセント表示装置に関し、かつより特定的には複数の
電子源を使用したフラットディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】カソードルミネセント表示装置が技術上
知られておりかつ通常イメージ表示装置および光源とし
て使用される。カソードルミネセント表示装置において
は、該装置内に配置されたカソードルミネセント材料の
層においてかつそこに衝突する大きなエネルギの電子に
よって引き起こされる光子（ｐｈｏｔｏｎ）放出により
該装置において可視光が発生される。従って、カソード
ルミネセント表示装置は電子源から放出されかつ印加さ
れたアノード電圧によってカソードルミネセント材料
（燐光性物質：ｐｈｏｓｐｈｏｒ）に向けて加速される
付随する電子源を必要とする。
【０００３】必要な電子源（単数または複数）からの電
子放出を実現する１つの従来技術の方法においては、熱
エネルギが加えられて関連する真空エネルギ障壁の上の
電子放出器（ｅｍｉｔｔｅｒ）に位置する電子のエネル
ギレベルを上昇させ、それによって電子が前記電子放出
器に隣接する自由空間領域に解放できるようにし、かつ
引き続き、燐光性物質が設けられたアノードに向けて加
速できるようにする。このようにして形成されかつ実現
された電子源は効率の悪さ、大きなサイズ、集積化の欠
如、および記憶可能なイメージ表示装置への導入の不可
能なことを含む数多くの望ましくない特徴を持ってい
る。
【０００４】別の従来技術のカソードルミネセント表示
装置の電子源は電界誘起電子放出（ｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｆｉｅｌｄ ｉｎｄｕｃｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ）を使用する。そのような従来技術の電子
放出器は先端部（ｔｉｐｓ）および鋭いエッジ／くさび
形状のような（５００オングストロームまたはそれ以下
のオーダの）小さな曲率半径の幾何学的不連続性を備え
て形成された構造の電界増強特性を利用して数千万ボル
ト毎センチメートルのオーダの（＞３×１０７Ｖ／ｃ
ｍ）増強された電界を達成する。他の従来技術の電子源
方法による改善は、この技術が集積可能性、小形化、お
よび記憶可能な装置への応用を可能にすることである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、小さな
曲率半径の幾何学的不連続性を備えた特徴部分を使用し
た電界増強電子放出器によって実現される、カソードル
ミネセント表示装置の基本的な制約は、このようにして
形成された方法および構造の製造が非常に複雑でありか
つこの技術の使用を制限することである。
【０００６】従って、前記従来技術の少なくともいくつ
かの欠点を克服するカソードルミネセント表示装置、電
子源、およびこれらを実現する方法の必要性が存在す
る。
【０００７】本発明の目的は、従来技術の複雑なリソグ
ラフおよび製造技術を使用する必要性なしに実現できる
新しい電子源を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、従来技術の複雑なリ
ソグラフおよび製造技術を使用する必要性なしに実現で
きる電子源を用いたイメージ表示装置を提供することに
ある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、電子源の放出
領域に関して制限のないイメージ表示装置を提供するこ
とにある。
【００１０】本発明のさらに他の目的は、従来技術のも
ののような複雑なリソグラフおよび製造工程を必要とし
ない電子源を実現する方法を提供することにある。
【００１１】本発明のさらに他の目的は、支持基板また
は導電性／半導電性経路材料上に被着された複数のダイ
アモンド結晶子を使用した電子源および該電子源を実現
する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的およ
び他のものは次のようなカソードルミネセント表示装置
の提供によって実質的に満たされ、該カソードルミネセ
ント表示装置は、主要面を有する支持基板と該支持基板
の主要面の少なくとも一部上に任意の方向に配設され
た、電子を放出するための、複数のダイアモンド結晶子
と、前記支持基板の主要面の露出した部分上に配置され
かついくつかのダイアモンド結晶子の上に配置されそし
てそこを通って規定される複数の開口を有する絶縁層
と、前記絶縁層の上に配設されかつ実質的にいくつかの
前記開口の少なくとも一部の実質的に周辺部に配置され
た制御電極と、放出された電子を集めるためのアノード
とを有し、該アノードは実質的に光学的に透明なフェイ
スプレート、該フェイ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、および該導電層上に配設され
たカソードルミネセント層を含み、これらはすべて固定
された間隔関係にありかつ電子放出ダイアモンド結晶子
に関して末端に配置され、それによって前記光学的に透
明な導電層と前記支持基板の間に外部から供給される電
圧の印加に応じて電子がダイアモンド結晶子によって放
出されかつ前記カソードルミネセント層の厚さをまず横
切りかつ該カソードルミネセント層に対しエネルギを伝
達した後前記光学的に透明な導電層において集められて
光子放出を励起する。
【００１３】上記目的および他のものはさらに電子放出
器を形成する方法の提供によって満たされ、該方法は主
要面を有する支持基板を提供する段階、および該支持基
板の主要面上に複数の実質的に任意の方向を有するダイ
アモンド結晶子を被着する段階を含む。
【００１４】
【実施例】次に図１を参照すると、本発明に係わる方法
を行うことによって実現される複数の電子源（電子放出
器）の部分的断面図が示されている。該方法は概略的に
主要面を有する支持基板１０１を提供する段階、および
その上に複数の実質的に任意の方向を向いたダイアモン
ド結晶子（ｄｉａｍｏｎｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅ
ｓ）１０３を配置する段階を含む。
【００１５】図２は上に述べた各段階を行いかつさらに
支持基板１０１の前記主要面の露出部分上にかつ前記複
数のダイアモンド結晶子１０３の上に絶縁層１０５を被
着する段階および絶縁層１０５上に制御電極１０７を被
着する段階によって実現される構造１００の実施例の部
分的断面図である。構造１００に対しては、制御電極１
０７は望ましくは導電性／半導電性材料とされる。
【００１６】図３は、さらに制御電極１０７の材料のい
くらかを選択的に除去する段階、絶縁層１０５の材料の
いくらかを選択的に除去し複数の開口１０９がそこを通
って規定され少なくともいくらかの複数のダイアモンド
結晶子を露出する段階、および選択的に制御電極１０７
のいくらかの他の材料を除去して複数の制御電極を形成
する複数の個別の領域が実現されその各々が実質的に開
口１０９の少なくともいくらかの周辺に配置されるよう
にする段階、を経た後の構造１００の部分的断面図を示
す。
【００１７】上に述べた方法に従って実現される複数の
電子源（電子放出器）の他の実施例は前記複数の開口の
各々のほぼ回りに延在する単一の制御電極を用いること
ができ、この場合複数の制御電極を形成するために前記
制御電極の材料を選択的に除去するステップは行う必要
がない。
【００１８】電子源のさらに他の実施例はここに説明す
る方法に従って形成されかつ前記制御電極および絶縁層
の程度にまで形成された単一の開口を実現する構造を使
用することができる。
【００１９】図３に示された構造の場合は、断面図は複
数の電子源１１０を含むことが容易に分かり、該電子源
１１０の各々は開口１０９内に位置しかつ周辺に制御電
極１０７が接合されている。図３の制御電極は端面図で
見た時、選択的に形成されたストライプ（ｓｔｒｉｐｅ
ｓ）と考えることができ、その各々は少なくとも絶縁層
１０５を通って形成された開口１０９に応じて形成され
た少なくとも１つの開口を有する。
【００２０】図１０は、前に図１を参照して説明した構
造を含む本発明に従って構成された電子源を示し、この
場合図１において始めに詳細に説明した特徴部分は数字
“６”で始まる同様の参照番号で示されている。支持基
板６０１は導電性／半導電性材料からなり、ここではグ
ランド電位として示されている、基準電位に動作可能に
結合されている。末端に配置されたアノード６２３に動
作可能に結合された外部供給電圧源６２１により複数の
ダイアモンド結晶子６０３の表面に電界が誘起される。
このような構成により、ダイアモンド結晶子６０３（電
子源）はダイアモンド結晶子６０３のすぐ近くに隣接す
る自由空間領域６２５に電子を放出し、これら放出され
た電子は前記誘起された電界によりアノードに向かって
加速される。
【００２１】図４〜図６は、本発明の他の方法に係わる
種々のステップを行うことにより実現される構造を断面
図で示す。この方法においては、図４を参照すると、複
数の導電性／半導電性経路２１１が支持基板２０１の主
要面上に選択的に被着される。複数の任意の方向を向い
たダイアモンド結晶子２０３が次に前記導電性／半導電
性経路２１１上に被着される。図４〜図６の方法に従っ
て実現される電子源は望ましくは非導電性の支持基板２
０１を使用し、複数のダイアモンド結晶子２０３がその
上に配置される複数の導電性／半導電性経路２１１の付
加によって与えられる選択性の特徴を好適に利用する。
【００２２】図５は、上に述べたステップを行うことに
よりかつさらに絶縁層２０５を支持基板２０１の主要面
の露出部分にかつ複数のダイアモンド結晶子２０３の上
に被着する段階、および制御電極２０７を絶縁層２０５
上に被着する段階を含んで実現される構造２００の部分
的断面図である。構造２００に対しては、制御電極２０
７は望ましくは導電性／半導電性材料である。
【００２３】図６は、さらに制御電極２０７の材料のい
くらかを選択的に除去し、絶縁層２０５の材料のいくら
かを選択的に除去しそれによってそこを通る複数の開口
２０９が規定されて少なくともいくらかの複数のダイア
モンド結晶子が露出されるようにするステップを行った
構造２００の部分的断面図を示す。図６は複数の電子源
１１０を示し、それらの各々は開口２０９に関連する露
出したダイアモンド結晶子２０７を含む。さらに、複数
の導電性／半導電性経路２１１が端面図でかつ制御電極
２０７に関して実質的に直交して示されており、これら
は側面図における複数の制御電極として表されている。
このように構成することにより、図６の構造は複数の電
子源を含み、それらの内の各々は選択的に付勢されかつ
その上にダイアモンド結晶子が配設される複数の導電性
／半導電性経路および複数の制御電極からなるアドレス
ラインのマトリクスにより制御される。
【００２４】図１〜図３および図４〜図６の方法に従っ
て実現される、電子源は従来技術の方法および構造に対
して改善となるが、それはこれらが電界増強電子放出を
実現するために必要なサブミクロンのリソグラフィおよ
び高度に方向性の多材料蒸着技術のような複雑な形成プ
ロセスを使用しないからである。複数の任意の方向を向
いたダイアモンド結晶子の被着は、例えば、酸化物材料
が基板材料上に被着されかつ引き続き材料をあらかじめ
規定された厚さにまで薄くするためにドクターブレード
の下を通過されるデータ記録媒体を製造するために使用
されている方法のような、任意の数多くの一般に知られ
た方法によって行うことができる。
【００２５】図７は、本発明に係わる表示装置３００の
実施例を示す断面図である。複数の任意の方向を向いた
ダイアモンド結晶子３０３が上に配置された主要面を有
する支持基板３０１が電子源（電子放出器）として使用
される。アノード３１２が設けられかつ前記複数のダイ
アモンド結晶子３０３に関して固定された間隔をおいて
末端に配置されている。アノード３１２はカソードルミ
ネセント層３１７がその上に配設された実質的に光学的
に透明な導電層３１５をその上に有する実質的に光学的
に透明なフェースプレート３１３を含む。外部から与え
られる電圧源３１９が支持基板３０１および実質的に光
学的に透明な導電層３１５の間に動作可能に結合されて
いる。電界が末端に配置されたアノード３１２とダイア
モンド結晶子３０３との間の相互空間に電圧源３１９に
よって誘起されている。前記電界は電子がダイアモンド
結晶子３０３から自由空間領域３２７に放出されるよう
にし、これらの電子は前記電界によってアノード３１２
の方向に加速される。アノード３１２に到達する電子は
光学的に透明な導電層３１５において集められる前にカ
ソードルミネセント層３１７にかつカソードルミネセン
ト層３１７からの光子放出を励起する。設けられたアノ
ードと共に、前に述べたように使用された電子源はカソ
ードルミネセント表示装置を構成する。
【００２６】次に図８を参照すると、図６に関して前に
説明した構造２００と同様の構造および図７に関して前
に説明したアノード３１２と同様のアノード４１２を含
むイメージ表示装置４００の実施例の断面図が示されて
おり、この場合図６および図７に関して前に説明した特
徴部分は数字“４”で始まる同様の参照数字が付されて
いる。装置４００はさらに、アノード４１２の実質的に
光学的に透明な導電層４１５と基準電位、ここではグラ
ンド電位として示されている、との間に動作可能に接続
された第１の外部供給電圧源４１９を含む。第２の外部
供給電圧源４２１は制御電極４０７と前記基準電位との
間に動作可能に結合されている。もちろん、電圧源４２
１は固定および／または可変電圧源を含む種々の構成に
よって提供できることが理解される。複数の制御された
電流源４２３が各々前記複数の導電性／半導電性経路４
１１の導電性／半導電性経路と基準電位との間に動作可
能に結合されている。このように形成しかつ外部供給電
源に動作可能に結合することにより、装置４００はイメ
ージ表示装置となり、電子放出は制御電極（単数または
複数）に印加される電圧（単数または複数）および制御
された電流源４２３を通って供給される制御された電子
流の組合わせにより同時的に制御される。
【００２７】図９は、図８を参照して前に説明した、イ
メージ表示装置４００の実施例を９０度回転させ複数の
制御電極４０７が端面図（ｅｎｄ ｖｉｅｗ）で表され
かつ複数の導電性／半導電性経路４１１が側面図で表さ
れるようにした断面図である。複数の出力端子４３３お
よび入力端子４３５を有する外部に設けられるスイッチ
４３１が示されている。出力端子４３３は前記複数の制
御電極４０７に動作可能に結合されている。電圧源４２
１はスイッチ４３１の入力端子４３５に動作可能に結合
されている。スイッチ４３１は機械的または電子的装置
を含む任意の数多くの一般に知られた手段によって実現
されかつ、例えば、印加された外部電圧の選択的な分割
または低減を含む機能を提供することができる。スイッ
チ４３１は走査的または順次的モードで前記複数の制御
電極４０７の内の選択された制御電極に適切なイネーブ
ル電圧を印加するために使用されている。コヒーレント
（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）な様式で、導電性／半導電性経路
４１１の各々に結合された制御された電流源４２３は特
定の制御電極および導電性／半導電性経路に関連する対
応する電子源によって放出されるべき、電子電流を発生
する。前記複数の電子源の各々から放出された電子は選
択的に前記制御された電流源および制御電極によって前
に述べたようにカソードルミネセント層４１７の一部を
付勢して実質的に光学的に透明なフェースプレート４１
３を通して見ることができるイメージを提供する。特定
の電子源および該特定の電子源が付勢するカソードルミ
ネセント層４１７の関連する部分は画素（ｐｉｘｅｌ）
として知られている。イメージは複数の画素からなりか
つ本明細書の開示においては各画素は本発明に従って実
現される電子源からなる。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように、図１〜図３および図
４〜図６の方法に従って実現されかつ図９の装置におい
て使用される電子源は従来技術の方法および構造に対し
て改善になるが、それはこれらが電界増強電子放出器を
実現するために必要なサブミクロンのリソグラフィおよ
び高度に方向性の多材料蒸着技術のような複雑な形成プ
ロセスを用いないからである。さらに、従来技術の複雑
な製造プロセスでは、熱イオンの陰極線管構造以外で
は、１００平方インチ（約６４５平方センチメートル）
より大きなオーダの、大形のカソードルミネセント表示
構造を実現するのは不可能であったが、本発明によれば
それが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる方法の種々のステップを行うこ
とによって実現される構造を表す部分的断面図である。
【図２】本発明に係わる方法の種々のステップを行うこ
とによって実現される構造を表す部分的断面図である。
【図３】本発明に係わる方法の種々のステップを行うこ
とによって実現される構造を表す部分的断面図である。
【図４】本発明に係わる他の方法の種々のステップを行
うことにより実現される構造を示す部分的断面図であ
る。
【図５】本発明に係わる他の方法の種々のステップを行
うことにより実現される構造を示す部分的断面図であ
る。
【図６】本発明に係わる他の方法の種々のステップを行
うことにより実現される構造を示す部分的断面図であ
る。
【図７】本発明に係わる表示装置の１実施例を示す部分
的断面図である。
【図８】本発明に係わる表示装置の他の実施例を示す部
分的断面図である。
【図９】図８に示される表示装置の実施例を９０度回転
して示す部分的断面図である。
【図１０】本発明に係わる電子源を使用した構造の１実
施例を示す部分的断面図である。
【符号の説明】
１０１ 支持基板 １０３ ダイアモンド結晶子 １００ １０５ 絶縁層 １０７ 制御電極 １０９ 開口 ３００ 表示装置 ３０１ 支持基板 ３０３ ダイアモンド結晶子 ３１２ アノード ３１３ 透明フェースプレート ３１５ 透明導電層 ３１７ カソードルミネセント層 ３１９ 電圧源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローレンス・ドゥオルスキー アメリカ合衆国アリゾナ州85258、スコッ ツデイル、イースト・コチズ・ドライブ 9638 (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85255、スコッ ツデイル、ノース・ナインティサード・ス トリート 27031

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 カソードルミネセント表示装置であっ
    て、 主要面を有する支持基板（４０１）、 電子を放出するために、前記支持基板の主要面上に任意
    の方向で配設された複数のダイアモンド結晶子（４０
    ３）、 前記支持基板の主要面の露出部分上に配設されかつさら
    に前記ダイアモンド結晶子上に配設された絶縁層（４０
    ５）、 前記絶縁層に規定されかつ前記絶縁層を通って延在する
    複数の開口（４０９）、 前記絶縁層の上にかつ実質的に前記複数の開口の周辺に
    配設された制御電極（４０７）、そして放出された電子
    を集めるためのアノード（４１２）であって、該アノー
    ドは、実質的に光学的に透明なフェースプレート（４１
    ３）、該フェースプレート上に配設された実質的に光学
    的に透明な導電層（４１５）、および前記導電層の上に
    配設されたカソードルミネセント層（４１７）を含み、
    これらはすべて固定された間隔でかつ電子放出ダイアモ
    ンド結晶子に関して末端に配設され、それによって前記
    実質的に光学的に透明な導電層および前記支持基板の間
    に電圧（４１９）を印加したのに応じて、電子が前記ダ
    イアモンド結晶子によって放出されかつ始めに前記カソ
    ードルミネセント層の厚さを横切りかつ該カソードルミ
    ネセント層にエネルギを伝達した後前記実質的に光学的
    に透明な導電層に集められ光子放出を励起するもの、 を具備することを特徴とするカソードルミネセント表示
    装置。
  2. 【請求項２】 カソードルミネセント表示装置であっ
    て、 主要面を有する支持基板（４０１）、 電子を放出するために、前記支持基板の主要面上に任意
    の方向で配設された複数のダイアモンド結晶子（４０
    ３）、 放出された電子を集めるためのアノード（４１２）であ
    って、該アノードは、実質的に光学的に透明なフェース
    プレート（４１３）、該フェースプレート上に配設され
    た実質的に光学的に透明な導電層（４１５）、および前
    記導電層の上に配設されたカソードルミネセント層（４
    １７）を含み、これらはすべて固定された間隔でかつ電
    子放出ダイアモンド結晶子に関して末端に配設され、そ
    れによって前記実質的に光学的に透明な導電層および前
    記支持基板の間に電圧（４１９）を印加したのに応じ
    て、電子が前記ダイアモンド結晶子によって放出されか
    つ始めに前記カソードルミネセント層の厚さを横切りか
    つ該カソードルミネセント層にエネルギを伝達した後前
    記実質的に光学的に透明な導電層に集められ光子放出を
    励起するもの、 を具備することを特徴とするカソードルミネセント表示
    装置。
  3. 【請求項３】 複数の制御された電子源を形成する方法
    であって、 主要面を有する支持基板（４０１）を準備する段階、 前記支持基板の前記面上に複数の導電性／半導電性経路
    （４１１）を被着する段階、 前記複数の導電性／半導電性経路上に複数の実質的に任
    意の方向を向いたダイアモンド結晶子（４０３）を被着
    する段階、 前記支持基板の主要面の露出した部分上にかつ前記複数
    のダイアモンド結晶子上に絶縁層（４０５）を被着する
    段階、 前記絶縁層の上に複数の制御電極（４０７）を被着する
    段階、そして前記制御電極および絶縁層の各々の材料の
    いくらかを選択的に除去してそこを通る複数の開口（４
    ０９）を規定し前記複数のダイアモンド結晶子の内のあ
    るダイアモンド結晶子を露出する段階、 を具備することを特徴とする複数の制御された電子源を
    形成する方法。
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