KR100284830B1 - 평면의 필드 방사 음극을 사용하는 3극 진공관 구조 평판 디스플레이 - Google Patents

평면의 필드 방사 음극을 사용하는 3극 진공관 구조 평판 디스플레이 Download PDF

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씨.알. 클라인 쥬니어
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Abstract

시각 정보를 디스플레잉 하기 위한 평판 디스플레이는 다수의 대응 광-방사 양극(130), 및 필드 방사 음극(170)을 포함하고, 양극의 각각은 대응 음극의 각각으로부터 방사에 대해 광을 방사하고, 음극(170)의 각각은 광 대응 음극에서 양극에 방사 레벨을 제어하기 위하여 대응 양극(130) 및 음극(170) 사이에 산재된 다수의 국부적은 전자 방사 장소 및 그리드 조립체(102)의 상대적으로 평평한 방사 표면을 가지는 낮은 일 함수 물질을 포함한다.

Description

[발명의 명칭]
평면의 필드 방사 음극을 사용하는 3극 진공관 구조 평판 디스플레이
[발명의 상세한 설명]
[관계출원]
본 출원은 “다이아몬드 박막을 바탕으로한 평판 디스플레이”라는 명칭의 1992년 3월 16일자로 출원된 제 07/851,701호의 일부 계속 출원이며 참조에 의하여 여기에 통합된다.
[발명의 기술 분야]
본 발명은, 일반적으로, 컴퓨터등의 평판 디스플레이, 보다 상세히, 화소가 개별적으로 어드레스 가능한 평평한 음극 이미터(emmiter)를 가지는 3극 진공관 화소 구조(3개의 단자)를 사용하는 필드 방사형의 평판 디스플레이에 관한 것이다.
[발명의 배경]
일반적인 면에서 필드 방사 컴퓨터 디스플레이들은 새롭지 않다. 수년동안 다수의 필드 방사 음극 및 대응 양극을 포함하는 디스플레이가 있었고, 여기서 양극은 대응 음극으로부터 전자의 충돌에 응답하여 광을 방사한다. 그러나, 상기 디스플레이의 논의에 들어가기전에, 필드 방사의 성질을 이해하는 것이 도움이 된다.
필드 방사는 방사 물질의 표면에 근접한 전기장이 방사 물질의 표면에 존재하는 전위 장벽의 폭을 좁게 할때 발생하는 현상이다. 이것은 양자터널 효과를 일으키고, 그것에 의해 전자가 전위 장벽을 통과하여 물질로부터 방사된다. 각 물질의 표면에서 전자의 방사를 일으키기 위하여 요구되는 필드 세기는 물질의 “일 함수”에 달려있다. 많은 물질들은 양의 일 함수를 가지며 그래서 필드 방사를 일으키기에 비교적 강한 전기장물 요구한다. 사실, 몇몇 물질은 낮거나 심지어 음의 일함수를 가지며 그래서 방사를 일으키기 위한 강한 필드를 요구하지 않는다. 상기 물질은 컨덕터상에 박막으로서 증착되고, 그 결과 상대적으로 낮은 임계 전압을 가지는 음극이 전자방사를 낳도록 요구된다.
종래 기술 장치에서는, 원뿔형 음극(마이크로-팁 음극)의 팁(tip)에서 하나의 상대적으로 날카로운 부분에 전자방사를 집중시킨 음극 구조를 제공함으로써 전자의 필드 방사를 향상시키는 것은 바람직하였다. 음극과 유사한 추출 그리드와 관련하여 이들 마이크로-팁 음극은 3극 진공관 필드 방사 디스플레이에서 수년동안 사용되어 왔다.
예를 들면, Spindt(스핀드)등에 의해 1989년 8월 15일에 공고된 미합중국 특허 제 4,857,799호는 필드 방사 음극을 사용하는 매트릭스 어드레스된 평판 디스플레이에 관한것이다. 음극은 디스플레이 백킹(backing) 구조로 결합되고, 화면상에 대몽하는 발광성 음극 영역을 활성화 시킨다. 화면은 바람직한 실시예에서 음극 장치로부터 40미크론 떨어져 있고, 진공은 평면과 음극 사이의 공간에 제공된다. 레그(leg) 형태로 스페이서(Spacer)는 간격을 유지하는 화소 사이에 산재하고, 음극의 베이스를 위한 전기적 접속은 백킹 구조를 통하여 구역에 확산된다. 스핀드등은 매트릭스 장치에서 다수의 마이크로-팁 필드 방사 음극을 사용하고, 음극의 팁은 음극상에 추출 그리드에서 구멍과 정렬된다. 추출 그리드상에 양극의 추가로, 스핀드등에 의해 기술된 디스플레이는 3극 진공관 디스플레이이다.
유감스럽게도, 마이크로-팁은 세밀한 구조를 갖으므로, 마이크로 팁은 제조하기에 어렵다. 만약 마이크로-팁이 디스플레이상에서 완전히 일관된 구조를 갖지 않는다면, 팁에서 팁으로의 방사 변화가 발생할 것이고 그 결과 디스플레이의 조도는 고르지 않을 것이다. 더욱이, 제조 오차가 비교적 정밀하므로, 상기 마이크로-팁 디스플레이는 만들기에 비싸다.
마이크로-팁 음극의 또 다른 예는 바다이(Barday)등에 의해 1991년 8월 6일에 등록된 미합중국 특허 제 5,038,070호에서 공지되고, 그것은 3극 진공관 디스플레이에 관한 것으로 몰딩공정에 의해 형성된 중공의, 직립하고 날카로운 원뿔형 또는 피라미드형태의 다수의 필드 이미터를 개시한다. 다수의 필드 이미터는 전기적 전도층의 표면으로 부터 신장한다. 전기 전도성 매쉬(mesh)는 전도층과 전기적 접측으로 고온 납땜 공정에 의해 전도층의 반대 표면에 부착된다. 매쉬는 설치하기 좋은 열 전도성을 가지는 강한 금속 베이스를 제공한다. 게이트 및 양극 구조 같은 추가의 소자는 필드 방사 3극 진공관 어레이(array)등을 형성하기 위하여 필드 이미터와 정렬되어 전도층상에 형성된다.
바다이등에 의한 필드 이미터 구조의 단점은 이미터 콘이 매우 복잡 하고 값비싼 공정인 사진 제판법으로 생성되어야 한다는 것이다.
또 다른 3극 진공관 마이크로-팁 구조는 1991년 IVMC, Nagahama의 기술 다이제스트에서 공개된 “LETl에서 ‘마이크로팁’ 디스플레이의 최근의 개발”에서 기술된다. 알. 메이어는 다음과 같은 두개의 두드러진 특징을 가지는 마이크로-팁 디스플레이를 기술한다 : (1) “마이크로-건”(또는 마이크로-팁)의 큰 매트릭스 어레이로부터 전계 효과에 의한 냉 전자 방사 및 (2)(수백 볼트) 발광성음극 저 전압. 다시, 메이어는 위에서 언급된 단점을 가지는 마이크로-팁 음극을 사용한다.
1991년 5월 14일에 등록된 스핀드등에 의한 다른 특허인 미합중국 특허 제 5,015,912호는 필드 방사형의 마이크로-팁 음극을 사용하는 매트릭스-어드레스된 평판 디스플레이를 지적한다. 스핀드등은 마이크로-팁 음극과 관련하여 사용하기 위한 그리드 구조를 개시한다.
스핀드등에 의해 개시된 본 발명의 특징은 전적으로 음극 조립체내에서 매트릭스 어드레스싱 구조를 제공하는 것이다. 각 음극은 화면 구조쪽에서 위쪽으로 투사하는 다수의 간격이 떨어진 전자 방사 팁을 포함한다. 전기적으로 전도성의 게이트 또는 추출 전극 장치는 추출장치로부터 전자 방사를 생성 및 제어하기 위하여 팁 근처에 위치된다. 상기 장치는 베이스 스트립에 수직이고 팁에 의해 방사된 전자가 통과할 수 있는 구멍을 포함한다. 추출 전극은 선택된 각각의 음극으로부터 방사시키기 위하여 선택된 각각의 음극과 관련하여 어드레싱된다. 그리드-음극 장치는 텅스텐, 몰리브덴 또는 실리콘으로 구성된 마이크로-팁 음극에서 필요며, 이는 전극의 방사를 일으키기 위하여 필요한 추출 필드가 50MV/m을 초과하기 때문이다. 그래서, 그리드는 마이크로-팁 음극에 근접하게(거의 1마이크로미터 내) 위치되어야 한다. 이들 정밀한 오차성은 공통 베이스로부터 각 화소의 게이트를 전기적으로 분리시키는 전기적인 절연층상에 최적의 석판술의 기술에 의해 게이트 전극이 생산된 것을 요구한다. 상기 사진 석판술은 디스플레이를 생산하기에 요구된 정밀성을 이루기에 어렵고 비용이 많이 들어서, 완성된 디스플레이를 위하여 거절 비율을 상승시킨다. 더욱이, 스핀드등에 의해 교시되는 추출 그리드는 다른 구조가 아니라 특히 마이크로 음극과 관련하여 동작시키기 위하여 설계 되었다.
스핀드등에 의해 개시된 장치가 가지는 두개의 주요 문제점은 1) 마이크로-팁 음극의 형성 및 2) 음극에 대한 추출 전극의 구조 및 배치이다. 스핀드등에 의해 개시된 구조는 넓은 영역 디스플레이의 경우에 제조하기에 극히 복잡하고 어렵다.
종래 기술은, 난해한 제조의 어려움에도 불구하고, 마이크로-팁 음극이 3극 진공관(3개의 단자) 구조에서 추출 그리드를 가지고 유용하게 사용되었기 때문에 마이크로-팁 음극이 지향되었다.
3극 진공관(3개의 단자) 화소 구조에서, 전극 추출 그리드 구조는 대응 음극 및 양극쌍 사이에 산재된다. 3극 진공관 디스플레이의 경우에, 그리드는 몇몇의 장점을 생성하는 여분의 제어 매개변수를 준다. 첫째로, 그리드는 음극 및 양극에 관계없이 제어될 수 있고 그결과 독립적으로 제어가능한 음극-양극 및 음극-그리드 전기장을 생성한다. 이것은 전자 방사를 달성하기 위하여 음극-그리드 필드에 인가되는 매우 낮은 제어 전압의 사용을 허용하고, 반면 그리드-양극 전압은 매우 높을 수 있어서(수백 내지 수천 임계 볼트), 그결과 디스플레이의 매우 높은 전력 효율을 일으킨다. 이것은 양극 형광 물질이 보다 큰 전위를 통하여 떨어지는 전자에 의하여 여기되고, 그래서 보다 큰 운동 에너지를 가지는 전자에 의하어 충돌될수 있기 때문이다. 둘째로, 각각의 그리드-양극쌍을 어드레싱 및 여기시키기 위하여 선택적으로 인가된 전압은 보다 낮을 수 있어서(40볼트 정도), 구동회로에서 보다 많은 종래 전자의 사용을 허락한다. 최종적으로, 그리드 및 양극사이의 보다 낮은 전기장(마이크로미터당 1-5볼트정도)은 음극 및 양극조립체를 분리시키기 위하여 사용된 스페이서 물질을 위한 유전체 요구를 감소시킨다. 종래 기술의 추출 그리드 구조는 전자 추출 및 방사의 제어를 향상시키기 위하여 마이크로-팁 양극과 협력하도록 설계되었다.
“다이아몬드 박막을 바탕으로한 평판 디스플레이”라는 명칭의 1992년 3월 16일에 출원된 제 07/851,701호에서, 선택적인 음극 구조가 처음으로 개시되었다. 제 07/851,701호는 상대적으로 평면 방사 표면을 가지는 음극을 개시하였다. 바람직한 실시예에서, 음극은 상대적으로 낮은 효율의 일함수를 가지는 방사 물질을 사용한다. 물질은 전도층상에 증착되고 다수의 방사 장소를 형성하며, 각각은 상대적으로 낮은 밀도의 전기장의 존재에서 전자를 필드-방사 할수있다.
평면 음극은 세밀한 마이크로-팁 구조가 제거됐기 때문에 보다 값이 싸고 많은 양을 생산하기에 어렵지 않다. 평면 음극 구조의 장점은 여기에서 상세히 논의되었다. 본 발명에 공통적으로 할당된 본 출원의 완전성은 참조에 의하여 여기에서 통합된다.
재료 과학의 분야에서 상대적으로 최신의 발전은 비결정 다이아몬드의 발견이었다. 비결정 다이아몬드의 구조 및 특징은 콜린등에 의한 “Texas journal of science” 제 41권 1989, 4호에서 편찬된 “박막 다이아몬드”에서 논의되고 그것은 여기서 참조로서 통합된다. 콜린등은 레이저 증착 기술에 의한 비결정 다이아몬드막의 생산 방법을 기술한다. 여기서 기술된것처럼, 비결정 다이아몬드는 다수의 마이크로-정자를 포함하고, 마이크로-정자 각각은 막의 제작 방법에 의존하는 구조이다. 마이크로-정자가 형성된 방식 및 각각의 특성은 완전히 이해되지 않는다.
다이아몬드는 방향(111)에서 음의 전자 친화력을 갖는다. 그래서 n-형 다이아몬드는 음의 일 함수를 가진다. 즉 상대적으로 낮은 전기장이 다이아몬드 표면에서 현재의 전위 장벽을 일그러뜨리기 위해서 요구된되다. 그래서, 다이아몬드는 필드 방사 음극과 관련하여 사용하기 위한 매우 적당한 물질이다. 사실, 종래 기술은 다이아몬드 막을 마이크로-팁 음극상의 방사표면으로서 촉진 시키기 위하여 사용되었다. 그러나, 종래 기술은 다이아몬드의 다른 형태와 다른 물리적 특성을 가지는 비결정 다이아몬드가 특히 좋은 방사 물질을 만든다는 점을 인식하는데 실패했다. 제 07/851,701호는 방사 물질로서 비결정 다이아몬드 막의 사용을 처음으로 개시하였다. 사실, 여기서 기술된 본 발명의 바람직한 실시예에서, 비결정 다이아몬드 막은 근본적으로 다른 필드 방사 음극 설계를 초래하기 위하여 평면 음극 구조와 관련하여 사용된다. 비결정 다이아몬드 막에서 나타나는 마이크로-정자는 그것의 각각의 구조에 따른 전자 방사 장소로서 기능하도록 다소간 배치된다. 그러므로, 상대적으로 평평한 음극 방사 표면인 표면상에서, 비결정 다이아몬드 마이크로-정자는 표면 주변에 분배될 것이고 그것의 비율은 국소화된 전자 방사 장소로서 역할을 할것이다.
종래 기술은 몰리브덴, 텅스텐, 실리콘 또는 유사 물질로 구성된 마이크로-팁 음극을 바탕으로한 3극 진공관 평판 디스플레이를 지향했다. 종래 기술은 1) 설계에서 상대적으로 간단하고, 2) 제조하기에 상대적으로 비싸지 않고 및 3) 다수의 분배되고 국소화된 전자 방사 장소를 포함하는 상대적으로 평면 방사 표면을 가지고 음극을 사용하는 3극 진공관(3개의 단자) 화소 구조를 사용하는 매트릭스 어드레스 가능한 평판 디스플레이를 제공하는데 실패했다. 종래 기술은 평면 음극과 관련하여 사용하기 위한 적절한 그리드 구조를 제공하는 문제를 어드레싱 하지 못한다.
본 발명의 목적은 방사를 유발하도록 평면 음극과 유사한 새로운 추출 그리드를 사용하는 3극 진공관 디스플레이를 제공함으로써, 상대적으로 평평한 필드 방사 음극의 표면상에 비결정 다이아몬드 막을 증착하는 아이디어를 수행하는 것이다.
[발명의 요약]
본 발명은 물리적으로 얇은면을 유지하는 CRT에서 사용된 형태의 발광성 인 광물질의 장점을 사용하는 평판 디스플레이 장치에 관한것이다. 특히, 본 발명은 (1) 각각의 양극이 각각의 대응 음극으로부터의 방사에 응답하여 광을 방사하고, 각각의 음극이 다수의 분배되고 국소화된 전자 방사 장소를 포함하는 상대적으로 평평한 방사 표면을 가지며 낮은 일 함수 물질의 층을 포함하는 다수의 대응 광-방사 양극 및 필드-방사 음극 및 (2) 대응 음극에서 양극으로 방사 레벨을 제어하기 위하여 대응 양극 및 음극 사이에 산재되고, 대응 음극의 지름과 같은 지름의 구멍을 가져서, 음극이 그리드 조립체 아래에 놓이지 않는 그리드 조립체를 포함하는 평판 디스플레이를 제공한다.
바꾸어 말하면, 평판 디스플레이는 3극 진공관(3개의 단자) 화소 구조를 사용하는 필드 방사 형이다. 디스플레이는 수직관계로 스트립(strip)에 배치된 그리드 및 음극 조립체를 사용함에 의해 매트릭스-어드레스 가능하여서 각 그리드 스트립 및 각 음극 스트립은 각각 그리드 및 음극 전압 구동기에 의해 어드레스 가능하다. 실제적으로, “화소”는 각 그리드 스트립 및 음극 스트립의 교점에서 형성된다. 그 결과는 디스플레이내의 각 화소가 각각 발광할수 있다는 것이다.
그리드 스트립 그 자신은 평면 음극을 동작시키도록 허용하는 새로운 구조를 가진다. 보다 상세히, 그리드 스트립은 바람직하게 SiO2기판을 포함하고, 바람직하게 금속의 전도층에 증착된다. 전도층은 각각의 음극-양극 쌍에 대응하는 구멍을 생산하기 위하여 에칭되고, 구멍의 가장 자리는 대응 음극의 가장자리 위에 위치된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 음극 조립체는 (1) 그리드의 구멍을 통한 또는 (2) 그리드의 구멍과 정렬하여 사진 제판법으로 패터닝(patterning)된 다수의 평면 음극을 포함한다. 각 음극은 기판상에 증착된 전도 물질 및 전도 물질 상에 증착된 저항 물질을 포함한다. 그리고 나서 낮은 효율적인 일 함수의 박막은 저항층 상에 증착된다. 저항층은 음극 스트립의 다양한 보조구역 사이에 전기적 절연도를 제공한다.
양극 조립체는 전도층상에 증착된 낮은 에너지 인장물질(바람직한 실시예에서 산화 아연같은)을 가지고 기판상에 증착되는 전도물질(바람직한 실시예에서 산화 인듐같은)로 구성된다, 본 발명의 선택적인 실시예에서, 다수의 적색, 녹색 및 파란색 인광물질이 칼라의 디스플레이를 제공하기 위하여 전도층상에 증착될 수 있다.
완성 양극 조립체 및 음극 조립체는 인쇄된 회로 기판상에 주변의 유리 재료 봉인과 서로 결합된다. 조립체 사이의 적당한 간격은 유리 섬유 또는 유리 구슬을 구성하는 스페이서 또는 전형적인 증착 기술에 의해 생산된 고정된 스페이서에 의해 유지된다. 조립체는 밀봉하여 봉합되고 진공은 배기관은 통하여 양극 및 음극 조립체 사이의 공간내에서 이루어진다. 상기 구조내의 진공을 유지하기 위한 시스템은 종래 기술에서 잘 알려져 있다, 진공내의 잔류 가스는 게터(getter)로 불리는 장치에 의해 서로 수집된다.
그리드 스트립 및 음극 스트립의 각각의 행과 열은 전형적인 반도체 장착 기술에 의해 제공된 가용성 접속기예 의해 외부적으로 액세스 가능하다. 이들 접속기는 디스플레이내의 각 화소의 어드레스 가능성을 제공하기 위하여 그리드 및 음극 구동기에 부착된다.
각각의 화소는 화소에 대응하는 음극 및 그리드 스트립 부분 사이의 전기적인 전위 차이가 음극을 코팅하는 방사 물질로부터 전자를 추출하기에 충분할때 발광되어, 제어 그리드를 통하고 양극쪽으로 음극으로부터 전자의 방사를 유발시킨다. 양극으로 전자를 이동시키기 때문에, 전자는 낮은 에너지 물질을 때려서 빛을 생성한다.
3극 진공관 디스플레이에서, 음극 및 양극의 공간은 1 마이크로미터 정도이다. 간격이 너무 밀접하기 때문에, 단지 40 볼트 또는 그 정도의 전압이 방사를 유발시키기에 요구된다. 경제적으로 유용한 장치는 종래 기술에서 40 볼트로 전환하기에 유용하다. 이들 전압 구동기는 그리드 구동기 및 음극 구동기로서 역시 참조된다. 화소는 요구된 구동기 전압이 그리드 스트립에 근접한 음극 스트립의 부분으로부터 전자의 방사를 일으키는 대응 그리드 스트립 및 음극 스트립에 인가될때 어드레싱 하고 발광한다. 전자는 만약 대응 음극 또는 대응 그리드 스트립이, 이루어지지 않은 음극 및 그리드 사이의 요구된 임계 전위때문에 요구된 구동기 전압에 의해 구동된다면 각각의 화소에서 방사되지 않는다.
본 발명은 음극에서 양극으로 전자의 방사를 차례로 변조하는 제어 그리드에 공급된 전압을 제어함으로써 그레이 스케일 모드(grey scale mode)에서 디스플레이를 실행시키는 능력이 있어서, 양극상에 증착된 인광 물질의 빛 에너지 방사를 변화시킨다.
그리드는 유전체 물질층에 의해 지지된다. 유전체 물질은 음극 및 대응 구멍 사이의 유전체 물질을 제거하기 위하여 이방적으로 에칭된다. 이것은 그리드층을 지지하는 유전체 물질의 다수의 버섯 모양의 존재를 초래한다. 선택적으로 유전층은 버섯 모양의 구조가 국부적으로 매달린 그리드를 남겨두고 에칭될때까지 등방적으로 에칭될 수 있다. 이것은 공중 가교를 초래한다.
본 발명의 몇몇의 장점은 낮은 전력 소비, 높은 휘도 및 낮은 비용이다. 부가적으로, 본 발명의 음극 조립체는 정교한 사진 제판술이 바람직한 평면 음극 장치 및 그리드 조립체를 생산하기에 요구되지 않기 때문에 제조 하기에 덜 복잡하고 덜 비싸다.
상기는 본 발명의 상세한 설명이 보다 잘 이해되도록 본 발명의 특징 및 기술적인 장점을 오히려 넓게 약술되었다. 본 발명의 추가의 특징 및 장점은 본 발명의 청구 범위의 주제 형식으로 기술된다. 공지된 개념 및 구체적인 실시예가 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 변형 또는 설계하기 위한 기초로서 손쉽게 사용될 수 있도록 기술에서 전문가에 의해 올바르게 인식되어야 한다. 기술에서 전문가에 의해 상기 동등한 구조는 부가된 청구 범위에서 출발하는 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않도록 인식되어야 한다.
본 발명의 보다 완전한 이해 및 장점을 위하여, 참조는 첨부된 도면과 관련하여 얻어진 설명으로 만들어 진다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 결합된 음극 및 추출 그리드 조립체의 평면도.
제2도는 3극 진공관의 측단면도.
제3도는 제2도의 결합된 음극 및 추출 그리드 조립체의 부분 측면도.
제4도는 음극 증착전 지지 기둥이 없는 이미터 어레이의 부분 측면도.
제5도는 음극 증착후 지지 기둥이 없는 이미터 어레이의 부분 측면도.
제6도는 음극 증착전 지지 기둥이 있는 이미터 어레이의 부분 측면도.
제7도는 음극 증착전 지지 기둥이 있는 이미터 어레이의 부분 측면도.
제8도는 비효율적인 그리드 구조를 도시한 도.
제9도는 사이에 끼는 유전층을 가지는 결합된 음극 및 추출 그리드 조립체의 사시도.
[발명의 상세한 설명]
제1도는 본 발명의 결합된 음극 및 추출 그리드 조립체의 평면도를 도시한다. 그들의 구조 및 기능은 제2도에 관계있는 설명에서 보다 세밀하게 기술될 것이다. 그리드 구조(102)는 서로 음극 구조(101)를 형성하는 음극 스트립과 수직의 방식으로 배치된 전기적으로 절연되고 각각 어드레스 가능한 스트립으로 분할된다. 음극 스트립은 양극 스트립(도시되지 않음)에 평행이다. 상기 직각의 배치에서, 구조(101, 102)에서 스트립은 평판 디스플레이를 위한 토대를 형성하는 수직 및 수평으로 어드레스 가능한 구조를 제공한다. 외부 접속기(220)는 음극 구조 및 그리드 구조(102)에 전기적인 액세스를 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 음극 스트립 및 그리드 스트립은 유전층에 의해 분리된다.
제2도는 본 발명의 3극 진공관 판넬 디스플레이의 “화소”(100)의 측면도를 도시한다. 제1도의 음극 구조(101)의 각 음극 스트립(103)은 기판(101), 전도층(150), 절연층(160)및 평면 음극(170)을 포함한다. 각각의 평면 음극(170)은 서로 간격이 떨어져 있어 그 결과 저항층(160)에 의해 절연이 유지된다. 양극 조립체(104)는 전형적인 유리인 기판(120), 전형적으로 산화 인듐-주석(ITO)인 전도층(130), 및 산화 아연(ZnO)인 낮은 에너지 인광물질(140)로 구성된다. 그러나, 만약 색조의 디스플레이가 설계되면, 적색, 녹색 및 파란 인광 물질은 ZnO로 대신할 수 있다. 양극 조립체(104)는 다수의 유전체 스페이서(190)에 의해 그리드 구조(102)로부터 분리되고, 양극 조립체(104) 및 그리드 구조(102) 사이의 설계된 거리를 유지한다.
음극 스트립(103) 및 양극 조립체(104) 사이에 산재된 것은 그리드 구조(102)이다. 그리드 구조(102)의 개구부를 통하여 통과하는 전자는 낮은 에너지 인광물질(140)을 때리고 거기에 응답하여 광을 방사시키기 위하여 낮은 에너지 인광물질을 유발시키는 전도층(130) 쪽으로 가속된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 그리드 구조(102)는 바람직하게 이산화 실리콘(SiO2)인 유전체 물질의 층인 스페이서(180)에 의해 음극 스트립(103) 아래의 기판으로부터 분리된다. 후에 설명될, 구멍은 음극으로부터 채널을 형성하기 위하여 그리드 구조 및 SiO2를 통하여, 대응 양극으로부터 채널을 형성하기 일하여 그리드 구조 및 SiO2를 통하여 에칭될 것이다.
화소(100)는 충분한 전압이 화소(100)와 연합된 전도층(150)과 각각의 화소(100)에 대응하는 그리드 구조(102) 사이에 인가될때 발광된다. 일정한 DC전압과 결합한 두개의 구동기 전압은 화소(100)와 연합된 그리드 및 음극의 구조(102, 101)의 구역 사이에 충분한 임계 전위를 제공하도록 전압을 공급한다. 임계 전위는 평면 음극(170)으로부터 전자 방사를 일으킨다.
제3도는 제2도의 구역 3-3을 따라 취해진 제2도의 결합된 음극 및 추출 그리드의 부분 측면도를 도시한다. 제3도에서 도시한 바람직한 실시예에서, 스페이서(180)는 그리드 구조(102) 및 음극 스트립(103)하의 기판 사이에 적당한 거리를 유지하기 위하여 제공된다. 다시, 스페이서(300)는 바람직하게 유전체 물질의 층이다. 그리드 구조(102)는 다수의 구멍이 제공되고, 구멍은 대응 음극(도시되지 않음)에 정렬되거나 정렬될 것이다.
제4도는 음극 배치전에 지지 기둥이 없는 이미터 어레이의 부분 측면도이다. 이미터 어레이는 제1도에서 상세히 도시되고 기술된 기판, 음극 전도층 및 저항층을 포함한다. SiO2유전체 절연층(400)은 기판상에 증착되고 추출 게이트 전도층(102)을 위한 베이스를 제공한다. 제4도에서 도시된 것처럼, 층(102)은 이미 층(400)상에 증착되었고 구멍은 사진 제판술로 에칭된다. 제4도가 다면도이기 때문에, 구멍은 층(102)의 공간으로서 도시된다. 일단 구멍이 에칭이 되었으면, SiO2층이 유전층(400) 사이에 있는 층(102)의 부분 아래에서 제거될때까지 등방적으로 에칭된다. 각각의 화소에 대응하는 다수의 게이트 구멍이 화소의 지역에서 밀접하게 간격이 떨어지면, SiO2층의 등방적인 에칭은 층(102)이 기동으로부터 지지함이 없이 화소상에 국부적으로 매달려 있는 공중-가교 구조를 일으킨다. 비록 개개의 화소가 본 발명의 바람직한 실시예에서 다수의 음극 및 게이트 구멍을 포함할지라도, 층(102)은 제4도에서 도시된 것처럼 층(400)에 의해 화소 주위의 모든 측면상이 지지된다. 그러나, 특히 SiO2의 등방적인 에치는 다양한 구멍의 가장 자리로부터 무언가 에칭 백(etching back)되어 있는 층(102)을 초래한다. 이것은 본 발명의 중요한 특징이고 제5도에 대해 상세히 설명할 것이다.
제5도는 음극 증착 후에 지지 기둥이 없는 이미터 어레이의 부분측면도를 도시한다. 음극(500)은 구멍을 통하여 및 저항층 상에 증착되어 있는 것으로서 도시된다. 음극이 그리드 구조에서 구멍만큼 넓은 것은 주의하여야 한다. 음극이 완전히 구멍 아래에 놓여있는 것은 본 발명의 중요한 특징이다. 이것은 그리드의 힘에 의해 음극 주변에 존재하는 전기장이 음극의 표면상에서 상대적으로 일정하다는 것이다. 이것은 표면상에서 전기 방사를 일으킨다. 더욱이, 음극의 부분이 직접적으로 그리드 아래에 놓여있지 않기 때문에, 일단 방사된 전자는 양극 대신에 그리드를 때리지 않는다. 이것은 보다큰 디스플레이 효과를 일으키고, 그 때문에 전력은 양극을 때리는 것을 실패하는 전자를 낭비하지 않는다. 제6도는 음극 증착전에 지지 기둥을 가지는 이미터 어레이의 부분 측면도를 도시한다. 일단 구멍이 그리드층(102)에서 에칭되면, SiO2유전층(400) 아래는 모든 SiO2구멍 아래에서 에칭 될때까지 이방적으로 에칭된다, 이것은 각각의 구멍 사이의 다수의 버섯 모양의 기둥(600)을 남긴다.
제7도는 음극 증착전 지지 기둥을 가지는 이미터 어레이의 부분 측면도를 도시한다. 음극이 그리드층의 구멍만큼 넓은 것은 중요하다. 기둥(600)이 그리드층의 구멍의 가장 자리에서 에칭백되는 것은 중요하다. 상기 하면, 제5도의 경우처럼 증착되는 음극은 구멍과 같은 동일한 직경이다. 유전층이 직접적으로 음극과 접촉하는 것은 바람직하지 못한데(그 결과 음극, SiO2및 공간의 “3극 진공관 접점”을 만든다), 그럼에도 불구하고 음극으로부터 방사된 전자는 낮은 저항 경로를 만들고, 대응 양극에 전자의 방사를 억제하는 유전층의 벽을 오르려는 경향이 있다. 상기된 경우처럼, 이것은 디스플레이의 비능률을 초래한다. 그러므로, 구멍으로부터 에칭백된 유전층을 제공하여서 음극으로부터 작은 거리에 의해 제거함으로서, 이 사건은 최소가 된다.
마스크로서 그리드 전도층을 사용하는 그리드 전도층에서 구멍을 통한 음극을 증착시키는 방법은 본 발명을 이루는 바람직한 방법이다. 제4-7도에서 기술된 선택적인 방법에서, 음극은 유전층 및 그리드 전도층의 증착전에 음극 전도층상에 형성될 수 있고, 대신에 그리드 전도층에서 구멍을 통하여 음극을 증착시킨다. 그러나, 이 선택적인 방법의 한가지 단점은 그리드 전도층에서 구멍에 비해 음극의 정렬에 주의를 기울여야 한다. 만약 잘못 정렬되면, 디스플레이 비능률 또는 비동작이 발생한다.
제8도는 비능률적인 그리드 구조를 도시한다. 일반적으로 설계된(801), 구조는 음극 기판(802)을 포함하고, 그위에 음극 전도층(803) 및 음극 방사 물질층(804)의 스트립이 증착된다. 유전층(805)은 음극 방사 물질의 스트립에 수직으로 하기위해서 적용되고 각각의 음극-양극쌍을 정의하는 구멍을 형성하기 위하여 에칭되는 스트립을 형성하기 위하여 물질층(804)상에 증착된다. 전도 물질의 그리드층(806)은 유전층(805)상에 증착되고, 그리드층(806)은 유전층(805)의 스트립에 대응하고 그안에 대응하는 구멍을 가지는 스트립에서 형성된다. 인광 물질층을 포함하는 양극 조립체(807)는 그리드(806)상에 위치되고 다수의 섬유질의 유전체 스페이서(808)에 의해 그리드로부터 제어된 거리가 유지된다.
비록 구조(801)가 평면 음극과 양립할 수 있지만, 몇몇의 단점을 가진다. 첫째로, 그리드층(806)아래에 전기장과 그리드층(806) 스트립 사이에 존재하는 필드보다 세다. 상기된 것처럼, 이것은 양극(807)이 아니라 그리드층(806)에 향해진 많은 이미터 전자를 일으킨다. 이들 전자들이 결코 인광 물질을 때리지 않기 때문에, 거기에서 에너지는 낭비된다.
둘째로, 그리드층(806) 구멍에서 및 내의 전기장의 비율은 그리드층(806) 구멍의 지름 및 유전층(805)의 두께에 의존한다. 좋은 디스플레이 동작을 위하여, 구멍의 지름 및 유전층(805)의 두께는 기껏해야 일대일 대응을 가진다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 구멍의 크기는 지름이 거의 1 내지 2 마이크로미터이다.
셋째로, 구멍을 완전히 가로질러 신장하는 방사층(804)은 유전체 물질(“3개의 교점”에서) 근처의 방사층의 부분으로부터 방사를 과도하게 일으킨다. 다른 한편으로, 방사층(804)로부터 방사는 한 측면에서 다른 측면으로 일정하지 않다. 음극의 가장 자리에서 더 강하다. 이것은 방사층(804) 및 그리드층(806)을 유전층(805)에 가로질러 끊기게 하는 유전층(805)의 표면을 따라 전류의 부족을 일으켜서, 화소의 동작을 제한하거나 완전히 할수없게 한다. 그래서, 구조(801)는 불완전하다.
제8도의 구조 및 제5도 및 제7도에서 도시된 상기 바람직한 구조 사이의 중요한 차이는 방사층(804)이 3개의 교점을 가지는 동일한 층이다는 것이지만, 각각의 음극은 제5도 및 제7도에서 음극이 게이트 구멍을 통하여 증착되고 구멍과 정렬되어 사전에 증착되는 것을 도시한다. 좌우간, 음극은 직접적으로 구멍 아래에 존재하고 게이트 전도체 아래로 신장하지 않는데, 그것은 단점으로서 상기됐고 제8도에서 명확하다.
더욱이, 제7도의 경우에, 버섯 모양의 SiO2유전체의 지지물은 각각의 음극 사이에 존재하고, 유전체 지지물은 3개의 교점을 제거하기 위하여 음극으로부터 분리되어 표면 전류 부족의 발생을 감소시킨다. 이들 이미터는 그리드층에 형성된 구멍의 한 측에서 다른 측으로 신장하지 않아서 유전층과 접촉하지 않고, 그 결과 전류 부족의 발생이 최소화 된다. 음극이 이산 장치인 대신에, 전도층 사에 분리되어 증착된다.
제9도는 사이에 끼는 유전체 층을 가지는 결합된 음극 및 추출 그리드 조립체의 사시도출 도시한다. 상기된 것처럼, 도시된것은 전도층(902)이 증착된 기판(901)이다. 도시된 것처럼, 전도층(902)은 스트립에 증착된다. 유전층(903)은 전도층(902)상의 전면층에 그리고 기판(901)의 부분에 증착된다. 다음에, 제어 그리드층(904)은 전도층(902) 스트립에 대해 수직으로 배향된 스트립 형식으로 유전층(903)에 증착되고 유전층(903)에서 구멍에 대응하는 다수의 구멍이 제공된다. 다수의 구멍(905)은 전도층(902)에 형성되거나 형성될 음극에 대응하는 유전층(903)에 형성된다. 그리드층(904)은 전도체층(902)으로부터 각기 전위적으로 분리된 그리드층(904)을 허용하는 회로를 구동하기 위하여 결합될 수 있는 다수의 단 전도체(905)에서 종결한다. 제9도의 목적을 위하여, 양극층 및 섬유질 간격의 물질은 비록 도시되지 않았지만, 만약 도시된다면, 그리드층(904)상에 존재한다.
상기로부터, 본 발명이 (1) 양극의 각각이 대응 음극의 각각으로부터의 방사에 응답하여 광을 방사하고, 음극의 각각이 다수의 분배되고 국소화된 전자 방사 장소를 포함하는 상대적으로 평평한 방사 표면을 가지는 낮은 일 함수 물질의 층을 포함하는 다수의 대응 광-방사 양극 및 필드-방사 음극 및 (2) 대응 음극에서 양극으로 방사 레벨을 제어하기 위하여 대응 양극 및 음극 사이에 산재된 그리드 조립체를 포함하는 평판 디스플레이를 첫째로 제공한다.
비록 본 발명 및 그것의 장점이 상세히 기술되었지만, 다양한 변화, 치환 및 선택은 첨가된 청구 범위에 의해 정의된 것처럼 본 발명의 정신 및 범위로 부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.

Claims (18)

  1. 각각의 양극이 각각의 대응 음극의 각각으로부터의 방사에 응답하여 광을 방사하고, 각각의 음극이 분배되고 국소화된 전자 방사 장소를 구비한 상대적으로 평평한 방사 표면을 가지는 낮은 일 함수 물질의 층을 포함하는, 다수의 대응 광-방사 양극 및 필드-방사 음극 및 대응 음극에서 양극으로 방사 레벨을 제어하기 위하여 대응 양극 및 음극 사이에 산재된 그리드 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 낮은 일 함수 물질의 층은 비결정의 다이아몬드 막인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 음극은 음극 조립체에 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  4. 제3항에 있어서, 상기 음극 조립체는 다수의 음극 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  5. 제4항에 있어서, 상기 그리드 조립체는 다수의 그리드 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  6. 제5항에 있어서, 상기 그리드 스트립은 상기 음극 스트립과 수직 관계로 배치되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  7. 제3항에 있어서, 유전층은 상기 그리드 조립체 및 상기 음극 조립체 사이의 소망된 거리를 유지하기 위하여 상기 그리드 조립체 및 상기 음극 조립체 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  8. 제1항에 있어서, 상기 각각의 음극은, 기판; 및 상기 기판상에 증착된 전기적 저항층을 가지며; 상기 낮은 일 함수를 가지는 물질의 층이 상이 저항층 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  9. 제1항에 있어서, 상기 그리드 조립체는 다수의 개별적으로 어드레스 가능한 그리드 소자를 포함하고, 상기 각각의 그리드 소자는 각각의 대응 음극 및 양극에 대응하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  10. 제9항에 있어서, 상기 그리드 소자에는 선택적으로 전위가 제공되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  11. 상대적으로 평평한 방사 표면을 형성하기 위하여 증착된 낮은 일 함수 물질의 층을 각각 포함하는 다수의 분산 필드-방사 음극 ; 및 내부에 구비된 각각의 구멍이 상기 분산 음극의 각각에 대응하고 상기 구멍의 가장자리가 상기 분산 음극의 가장자리 상에 위치되며, 상기 다수의 분산 음극 상에 증착된 전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  12. 제11항에 있어서, 상기 낮은 일 함수 물질의 층은 비결정의 다이아몬드 막인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  13. 제11항에 있어서, 상기 분산 음극은 음극 조립체에 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  14. 제13항에 있어서, 상기 음극 조립체는 다수의 음극 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전도층은 다수의 그리드 스트립을 포함하는 그리드 조립체로서 구성되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  16. 제15항에 있어서, 상기 그리드 스트립은 상기 음극 스트립과 수직 관계로 배치되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  17. 제15항에 있어서, 유전층은 상기 그리드 조립체 및 상기 음극 조립체 사이의 소망된 거리를 유지하기 위하여 상기 그리드 조립체 및 상기 음극 조립체 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  18. 제11항에 있어서, 상기 각각의 분산 음극은, 기판 ; 및 상기 기판상에 증착된 전기적 저항층을 가지며; 상기 낮은 일 함수를 가지는 물질의 층이 상기 저항층 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
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