KR100307042B1 - Amorphous Diamond Membrane Flat Field Emission Cathode - Google Patents

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KR100307042B1
KR100307042B1 KR1019950705490A KR19950705490A KR100307042B1 KR 100307042 B1 KR100307042 B1 KR 100307042B1 KR 1019950705490 A KR1019950705490 A KR 1019950705490A KR 19950705490 A KR19950705490 A KR 19950705490A KR 100307042 B1 KR100307042 B1 KR 100307042B1
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첸강차이에
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맥거리 존 더블유.
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Abstract

필드방출 캐소드는 전도성재료층(14)와 저 효율 일함수로 기능하며 전도성재료층 위에 증착되어 방출위치를 형성하는 비정질 다이아몬드막층(12)를 포함하고 있다. 방출 위치 각각은 전자친화력이 다른 적어도 두 개의 서브영역을 포함하고 있다.The field emission cathode includes an amorphous diamond film layer 12 which functions as a low efficiency work function with the conductive material layer 14 and is deposited on the conductive material layer to form an emission position. Each emission position includes at least two subregions with different electron affinity.

Description

[발명의 명칭][Name of invention]

플랫 전계 방사캐소드Flat Field Radiating Cathode

[관련 분야][Related Fields]

본 발명은 여기에서 참조되고 있는 “다이아몬드 박막에 근거한 플랫 패널 디스플레이”로 표제된 출원 번호 07/851.701(1992. 3. 16)의 CIP출원이다.The present invention is a CIP application of Application No. 07 / 851.701 (March 16, 1992) entitled "Flat Panel Display Based on Diamond Thin Films" referred to herein.

[발명의 기술분야]Technical Field of the Invention

본 발명은 일반적으로, 플랫 전계방사캐소드에 관한 것으로, 평평한 방사표면 상에 위치된 복수의 방사위치를 가지는 비정질 다이아몬드막을 채용한 캐소드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention generally relates to flat field emission cathodes and to cathodes employing amorphous diamond films having a plurality of radiation positions located on a flat radiation surface.

[발명의 배경][Background of invention]

전계방사는 방사재료의 표면에 근접하는 전계가 방사재료의 표면에 존재하는 전위 장벽의 폭을 좁게 할 때 발생하는 현상이다. 이것은 양자터널효과가 발생하게 하여, 전자가 전위장벽을 통하게 하여 재료로부터 방사되게 한다. 이것은 열이 온 방사에 반대되는 것이기 때문에, 방사재료 내의 열에너지는 재료로부터 전자를 방사하는 데에 충분하게 된다. 열이온 방사는 전형적인 현상인 반면, 전계방사는 양자 역학적 현상이다.Field radiation is a phenomenon that occurs when an electric field near the surface of the emissive material narrows the width of the potential barrier present on the surface of the emissive material. This causes the quantum tunnel effect to occur, causing electrons to radiate from the material through the potential barrier. Since this is the opposite of heat radiation, the thermal energy in the radiating material is sufficient to radiate electrons from the material. Thermal ion radiation is a typical phenomenon, whereas field emission is a quantum mechanical phenomenon.

특정 재료의 표면으로부터의 전자 전계방사를 개시하는 데에 필요한 전계 강도는 재료의 효과적인 “일함수”에 따라 달라진다. 많은 재료가 양의 일함수를 가지고 있어, 전계방사를 초래하기 위해 비교적 강한 전계를 필요로 하게 된다. 사실, 몇가지 재료는 낮은 일함수를 가지고 있거나 음의 전자 친화력을 가지고 있어, 방사를 위해 강한 전계가 발생할 필요는 없다. 이러한 재료는 전도체 상에서 박막으로 증착되게 되어, 비교적 낮은 문턱전압이 전자방사를 생성하는 데에 필요한 캐소드가 생성되게한다.The field strength needed to initiate electron field emission from the surface of a particular material depends on the effective "work function" of the material. Many materials have a positive work function, requiring a relatively strong electric field to cause field radiation. In fact, some materials have a low work function or negative electron affinity, so there is no need for a strong electric field to be emitted. This material is deposited in a thin film on the conductor, so that a relatively low threshold voltage produces the cathode needed to produce electron emission.

종래의 장치에서는, 전계방사가 한 개의, 비교적 원추형 캐소드(마이크로-팁 캐소드)의 선단에서의 예리한 점에 모아지게 하는 캐소드 형태를 제공하여 전자의 전계방사를 강화시키는 것이 바람직하였다. 캐소드에 인접하는 추출 그리드와 관련하여 마이크로-팁 캐소드는 전계방사 디스플레이에서 수 년간 사용되어 왔다.In conventional devices, it has been desirable to provide a cathode form that causes field radiation to be collected at a sharp point at the tip of a single, relatively conical cathode (micro-tip cathode) to enhance electron field radiation. Micro-tip cathodes have been used for years in field emission displays with respect to the extraction grid adjacent to the cathode.

예를 들어, 스핀드 등(Spindt et al.)에게 1989년 8월 15일 부여된 미국 특허 제 4, 857, 799호는 전계방사캐소드를 이용한 매트릭스-어드레스 평면 디스플레이에 관한 것이다. 캐소드는 디스플레이 지지 구조체에 결합되어 페이스 플레이트(face plate) 상의 대응 음극발광 영역에 전류를 통한다. 페이스 플레이트는 바람직한 실시예에서 캐소드 배치로부터 40미크론 이격되어 있고, 진공이 플레이트와 캐소드 사이의 공간에 제공된다. 화소 사이에 산재되어 있는 레그 형태의 스페이서는 이 간격을 유지하고, 캐소드의 베이스용 전기 접합부는 지지 구조체를 통해 확산된 부분이다. 스핀드 등은 매트릭스 배치의 복수의 마이크로-팁 전계방사캐소드를 이용하고 있는데, 이 캐소드의 선단은 캐소드 위에서 추출 그리드의 개구와 정렬되어 있다. 스핀드 등의 특허에서 설명되고 있는 디스플레이는 추출 그리드 위에 애노드를 부가하여, 트리오드(세 단자) 디스플레이이다.For example, US Pat. Nos. 4, 857, 799, issued August 15, 1989 to Spindt et al., Relate to matrix-addressed flat panel displays using field emission cathodes. The cathode is coupled to the display support structure and conducts current to the corresponding cathodic region on the face plate. The face plate is 40 microns away from the cathode arrangement in a preferred embodiment, and a vacuum is provided in the space between the plate and the cathode. Leg-shaped spacers interspersed between the pixels maintain this spacing, and the base electrical junction of the cathode is the portion that is diffused through the support structure. Spind et al. Utilize a plurality of micro-tip field emission cathodes in a matrix arrangement, the tip of which is aligned with the opening of the extraction grid above the cathode. The display described in the Spind et al. Patent is a triode (three terminal) display with an anode added over the extraction grid.

마이크로-팁은 미세 구조로 되어 있기 때문에, 제작되기 어려운 구조이다. 마이크로-팁이 디스플레이 전체를 통해 일정한 형태를 가지고 있지 않으면, 팁에서 팁으로의 방사가 변화되어, 디스플레이의 조명에 불균일을 초래하게 된다. 더욱이, 제작오차가 비교적 엄하기 때문에, 이 마이크로-팁 디스플레이의 제작에 비용이 많이 소모되게 된다.Since the micro-tips have a fine structure, they are difficult to fabricate. If the micro-tip does not have a uniform shape throughout the display, the radiation from tip to tip changes, resulting in non-uniform illumination of the display. Moreover, because the manufacturing error is relatively severe, the manufacturing of this micro-tip display is expensive.

수 년동안, 정밀하게 작동하게 오차허용범위내로 대량 제작될 수 있는 캐소드를 만드는 문제를 해결하는 데에 실질적인 노력을 경주하였다. 종래 기술의 다른 목적은 비교적 저효율 일함수를 가지는 방사재료를 이용하여 추출 전계강도를 최소화하는 것이다.Over the years, substantial efforts have been made to solve the problem of making cathodes that can be mass manufactured to within tolerance to precise operation. Another object of the prior art is to minimize the extraction field strength by using a spinning material having a relatively low efficiency work function.

금속 흡착제가 선택적으로 증착되어 있는 전계방사 선단에 관련한, 프레이저 등(Fraser, Jr et al.)에게 1976년 3월 30일자로 부여된 미국 특허 제 3, 947, 716호에서 이러한 노력이 개시되어 있다. 진공시, 정제된 전계방사 선단은 선택된 평면으로부터 만들어진 열전계를 형성하기 위한 정전(靜電)계의 존재시 가열펄스를 받는다. 이 선택된 평면으로부터의 방사패턴이 관찰되어, 정전계 내에서 선단을 가열하는 공정이 원하는 평면에서 방사가 관찰될 때까지 반복된다. 그 후, 흡착제는 선단상에서 증발한다. 이 공정에 의해 구성된 선단은 일함수가 감소된 방사평면과, 일함수가 증가된 비방사 평면이 선택적으로 새겨진다. 이렇게 마련된 선단상에 증착된 금속 흡착제는 실질적으로 개선된 방사 특성을 가지는 전계방사기 선단이 생기게 한다. 이미 언급한 바와 같이, 이러한 마이크로-팁 캐소드는 이들의 미세 형태로 인해 생산하는 데에 비용이 많이 들게 된다. 또한, 방사가 비교적 예리한 선단에서 발생하기 때문에, 하나의 캐소드에서 다른 캐소드로의 방사가 약간 일치하지 않게 된다. 이러한 문제는 많은 캐소드가 컴퓨터용 평면 패널 디스플레이에서와 같이 다수개가 이용될 때 허용되지 않는다.This effort is disclosed in US Pat. No. 3, 947, 716, issued March 30, 1976 to Fraser, Jr. et al., Relating to field emission tips on which metal adsorbents are selectively deposited. . In vacuum, the purified field emission tip receives a heating pulse in the presence of an electrostatic system to form a thermal field made from the selected plane. The radiation pattern from this selected plane is observed and the process of heating the tip in the electrostatic field is repeated until radiation is observed in the desired plane. Thereafter, the adsorbent evaporates on the tip. The tip constructed by this process is selectively engraved with the radiation plane with reduced work function and the non-radiation plane with increased work function. The metal adsorbent deposited on the tip thus prepared results in a field emitter tip having substantially improved spinning characteristics. As already mentioned, these micro-tip cathodes are expensive to produce due to their fine form. In addition, since the radiation occurs at a relatively sharp tip, the radiation from one cathode to the other becomes slightly inconsistent. This problem is not acceptable when many cathodes are used in large numbers, such as in flat panel displays for computers.

상술한 캐소드 구조에서 명백한 바와 같이, 양호한 캐소드 설계에서의 주요한 속성은 캐소드를 구성하는 재료의 일함수를 최소화하는 것이다. 사실상, 디아아몬드 결정체의 형태로, 알킬 금속 및 원소 탄소와 같은 몇 개의 물질이 저효율 일함수를 나타내고 있다. 많은 발명이 캐소드용 코팅체와 같이 음의 전자 친화력 성질을 이용하는 캐소드에 적합한 형태를 발견하는 데에 주력하고 있다.As is evident in the cathode structure described above, a major attribute in good cathode design is to minimize the work function of the material constituting the cathode. In fact, in the form of diamond crystals, several materials, such as alkyl metals and elemental carbons, exhibit low efficiency work functions. Many inventions focus on finding suitable forms for cathodes that utilize negative electron affinity properties, such as cathode coatings.

예를 들어, 스미드 등(Smith et al.)에게 1976년 7월 20일자로 부여된 미국 특허 제 3, 970, 887호는, 단결정 반도체 기판이 공지된 집적 마이크로전자회로기술에 의해 처리되어 복수의 일체인 결정 반도체 돌출 전계방사기팁을 전계방사기 팁이 단결정 반도체 기판에 집적되는 방식으로 기판의 표면상의 원하는 전계방사캐소드 위치에서 생성하는 초미세 전계방사 전자원과 이것을 제작하는 방법에 관한 것이다. 절연층 및 그 위에 놓이는 전도층 반도체 기판 위에서 차례대로 형성되고 전계방사 위치에 개구가 제공되어 전계방사 팁에 마이크로-애노드를 형성하게 된다. 초기에 반도체 기판을 적당히 도핑하여 각 전계방사 위치에 반대의 전도성 영역을 제공하고 적당히 전도층을 형성하므로써, 몇 개의 전계방사 위치 사이의 전기적 격리가 성취될 수 있다. 스미드 등은 예리하게 팁된 캐소드를 칭하고 있다. 그래서, 스미드 등에 개시되어 있는 캐소드는 프레이저 주니어 등과 동일한 단점을 가지고 있다.For example, U. S. Patent No. 3, 970, 887, issued July 20, 1976 to Smith et al., Discloses that a single crystal semiconductor substrate is processed by known integrated microelectronic circuit technology, An ultra-fine field emission electron source that generates an integrated crystalline semiconductor projecting field emitter tip at a desired field emission cathode location on a surface of a substrate in such a manner that the field emitter tip is integrated into a single crystal semiconductor substrate, and a method of manufacturing the same. An insulating layer and a conductive layer semiconductor substrate overlying are formed in turn and openings are provided in the field emission position to form the micro-anode at the field emission tip. By initially doping the semiconductor substrate appropriately to provide opposite conductive regions at each field emission location and forming a suitable conductive layer, electrical isolation between several field emission locations can be achieved. Smith and the like refer to sharply tipped cathodes. Thus, the cathode disclosed in the smid and the like has the same disadvantage as the Fraser junior and the like.

그레이 등에게 1981년 12월 29일자로 부여된 미국 특허번호 4, 307, 507은 단결정 재료 기판이 선택적으로 마스크되어 마스크되지 않은 영역이 아래에 놓이는 기판상에 섬(island)을 형성하게 하는 전계 방사기 어레이 캐소드 구조를 제작하는 방법에 관한 것이다. 마스크되지 않은 영역 아래의 단결정 재료는 그 측면이 결정체의 예리한 점에서 교차하는 개구 배열을 형성하도록 배향-종속적으로 에칭된다.US Patent Nos. 4, 307, and 507, issued December 29, 1981 to Gray et al., Describe an electric field emitter that allows a single crystal material substrate to be selectively masked to form islands on the underlying substrate. A method of fabricating an array cathode structure. The single crystal material below the unmasked area is oriented-dependently etched to form an array of openings whose sides intersect at the sharp points of the crystals.

버스타 등(Busta et al.)에게 1987년 8월 11일자로 부여된 미국 특허 제 4, 685, 996호는 또한 전계방사기를 제조하는 방법에 관한 것으로 기판상에 적어도 하나의 깔대기 형상의 돌출부를 형성하도록 이방성(異方性) 에칭된 단결정 실리콘 기판을 포함한다. 버스타 등에 개시되어 있는 제조방법은 예리한 팁의 캐소드를 제공한다.U. S. Patent No. 4, 685, 996, issued August 11, 1987 to Busta et al., Also relates to a method of making an field emitter, wherein at least one funnel-shaped protrusion on a substrate is formed. And a single crystal silicon substrate anisotropically etched to form. The manufacturing method disclosed in Busta et al. Provides a sharp tip cathode.

예리한 팁의 캐소드는 버스타 등에게 1989년 8월 8일자로 부여된 미국 특허 제 4, 885, 636호에서 개시되어 있다.Sharp tip cathodes are disclosed in US Pat. Nos. 4, 885, 636, issued August 8, 1989 to Busta et al.

또 다른 예리한 팁이 방사캐소드는 그레이 등(Gray et al.)에게 1990년 10월 23일자로 부여된 미국 특허 제 4, 964, 946호에 개시되어 있다. 그레이 등은 소프트 레벨링 평면화 기술, 예를 들어 스핀-온(spin-on) 공정을 이용하여 소프트 정렬된 전계방사기를 제작하는 공정을 개시하고 있다.Another keen tip is disclosed in US Pat. No. 4, 964, 946, issued October 23, 1990 to Gray et al. Gray et al. Disclose a process of fabricating soft aligned field emitters using soft leveling planarization techniques, such as spin-on processes.

이들이 저효율 일함수를 이용하고 있어 장점이 있긴 하지만, 예리한 팁의 캐소드는 평면 패널 그래픽 디스플레이에 채용될 때 위에서 간단히 언급되고 있는 바와 같이 근본적인 문제를 가지게 된다. 먼저, 제작에 비교적 비용이 많이 든다. 둘째로, 일치되게 제작하기가 어렵다. 즉, 예리한 팁의 캐소드로부터의 전자방사는 팁에서 생기게 된다. 따라서, 팁은 인접 캐소드의 매트릭스에서 몇 개의 캐소드는 다른 캐소드보다 더 효과적으로 전자를 방사하지 않아, 불균일한 시각 디스플레이를 형성하지 않도록 최대로 정밀도 있게 제작되어야 한다. 다시 말해, 캐소드의 제작은, 그 표면을 따라 디스플레이의 명도의 불일치의 문제를 최소화하도록 더욱 확실하게 행해져야 한다.Although they have the advantage of using a low efficiency work function, the sharp tip cathodes have a fundamental problem, as briefly mentioned above, when employed in flat panel graphic displays. First, manufacturing is relatively expensive. Second, it is difficult to produce consistently. That is, electrospinning from the cathode of the sharp tip occurs at the tip. Thus, the tips must be made with maximum precision so that some cathodes in the matrix of adjacent cathodes do not emit electrons more effectively than other cathodes, thereby forming a non-uniform visual display. In other words, the fabrication of the cathode should be done more reliably to minimize the problem of brightness mismatch of the display along its surface.

1992년 3월 16일자로 “다이아몬드 박막상에 근거한 플랫 패널 디스플레이”로 표제된 출원번호 07/851, 701에서는, 대체 캐소드 구조체가 먼저 개시되어 있다. 이 출원은 상술한 마이크로-팁 구성과 반대로 비교적 평평한 방사표면을 가지는 캐소드를 개시하고 있다. 바람직한 실시예에서 캐소드는 비교적 저효율 일함수를 가지는 전계방사 재료를 이용한다. 이 재료는 전도층 위에 증착되어 복수의 방사위치를 형성하고, 이 위치 각각은 비교적 낮은 세기의 전계하에서 전자를 전계방사 할 수 있다.In Application No. 07 / 851,701, entitled March 16, 1992, “Flat Panel Display Based on Diamond Thin Films”, an alternative cathode structure is disclosed first. This application discloses a cathode having a relatively flat radial surface as opposed to the micro-tip configuration described above. In a preferred embodiment the cathode uses a field emission material having a relatively low efficiency work function. This material is deposited on the conductive layer to form a plurality of radiation positions, each of which is capable of field emission of electrons under a relatively low intensity electric field.

평면 캐소드는 미세한 마이크로-팁 형태가 제거되어 있기 때문에 비용이 덜 들고 양적으로 생산하기가 덜 어렵다. 평면 캐소드 구조의 이점은 여기에서 상세히 설명된다. 출원번호 07/851, 701은 여기에서 참조로 설명되고 있다.Planar cathodes are less expensive and less difficult to produce quantitatively, as the fine micro-tip form is removed. The advantages of the planar cathode structure are described in detail here. Application numbers 07 / 851,701 are described herein by reference.

재료과학 분야에서 비교적 최근의 개발로 비정질 다이아몬드를 발견해 왔다. 비정질 다이아몬드의 구조 및 특성은 씨. 콜린스 등(C. Collins et al.)에 의해 1989년 4월 텍사스 저널 오브 사이언스 41권에서 발행된 “박막 다이아몬드”에서 상세히 설명된다. 콜린스 등은 레이저 증착 기술에 의해 비정질다이아몬드막을 생산하는 방법을 설명한다. 여기에서 설명되고 있는 바와 같이 비정질 다이아몬드는 복수의 마이크로 결정체를 포함하고 있고, 이 결정체는 각각 막의 가공법에 따라 특정의 구조를 가지고 있다. 이들 마이크로 결정체가 형성되는 방법과 이들의 특성은 완전히 이해되지 않는다.A relatively recent development in the field of materials science has found amorphous diamond. The structure and properties of amorphous diamond are It is described in detail in “Thin Diamond”, published by C. Collins et al. Collins et al describe a method of producing an amorphous diamond film by laser deposition techniques. As described herein, the amorphous diamond contains a plurality of microcrystals, each of which has a specific structure depending on the processing method of the film. How these microcrystals are formed and their properties are not fully understood.

다이아몬드는 음의 전자 친화력을 가진다. 즉, 비교적 낮은 전계만이 다이아몬드의 표면에 존재하는 전이 장벽을 왜곡하는 데에 필요하다. 따라서, 다이아몬드는 전계방사캐소드와 관련하여 사용되는 매우 바람직한 재료이다. 사실, 종래기술은 마이크로-팁 캐소드 상의 방사표면으로서 결정체 다이아몬드막을 이용하여 왔다.Diamonds have a negative electron affinity. That is, only a relatively low electric field is needed to distort the transition barrier present on the diamond's surface. Thus, diamond is a very preferred material used in conjunction with field emission cathodes. In fact, the prior art has used a crystalline diamond film as the radiation surface on a micro-tip cathode.

1987년 5월 29일자로 접수된 영국 부루밍함 B4, 7ET, 아스톤 트라이앵글, 아스톤 대학, 전자 공학 응용 물리학과로부터 에스. 바직과 알. 브이. 라담에 의해 발행된 “합성 수지-탄소 코팅을 이용하여 개선된 냉캐소드 방사”에서, 약 1.5MVm-1정도로 낮은 인가 전계에서 스위치-온 되게 되며, 통상 < 또는 =8MVm-1의 보통의 인가 전계에서 > 또는 =1mA의 안정된 방사전류를 가지는 역전가능한 I-V특성을 가지는, 새로운 형태의 합성 수지-탄소 전계방사캐소드가 설명되고 있다. 전자방사 화상 기술은, 전체 외부 저장 전류가 캐소드 표면위에 임의 분산된 높은 강도의 개별의 방사위치로부터 발생하는 것을 나타내고 있다. 관찰된 특성은 금속-절연체-금속-절연체-진공(MIMIV) 방사 조직과 관련되는 2단계 스위치-온 공정을 포함하는 새로운 고온 전자 방사기술에 의해 정성적으로 설명되어 왔다. 그러나, 그라파이트 분말을 수지 화합물에 혼합하여 더 큰 입자가 되게 하고, 이로 인해 단위 영역당 입자의 갯수가 작아지기 때문에 더 적은 방사 위치가 되게한다. 많은 위치량이 낮은 전압원으로부터 더 균일한 명도를 만들도록 생성되는 것이 바람직하다.British Columbia, B4, 7ET, Aston Triangle, Aston University, Department of Applied Physics, Electronic Engineering, filed May 29, 1987. Basic and Al. V. Issued by the Latham-in "PVC improved by using the carbon-coated cold-cathode emission", about -1 1.5MVm switch from a low electric field so - and so on, usually usually applied electric field of <or = 8MVm -1 A new type of synthetic resin-carbon field emission cathode has been described, which has a reversible IV characteristic with a stable radiated current of> or = 1 mA. Electrospinning imaging techniques have shown that the entire external storage current originates from high intensity individual radiation locations that are randomly distributed on the cathode surface. The observed properties have been qualitatively explained by new high temperature electrospinning techniques involving a two-stage switch-on process involving metal-insulator-metal-insulator-vacuum (MIMIV) radiating tissue. However, the graphite powder is mixed with the resin compound to produce larger particles, which results in fewer spinning positions since the number of particles per unit area is smaller. It is desirable that a large amount of position be generated to make more uniform brightness from a lower voltage source.

1991년 6월 10일 오하이오, 아텐, 오하이오 대학에서 물리 천체 및 응축입자와 표면과학 프로그램부로부터 씨. 왕, 에이 그라시아, 디. 씨. 잉그람, 옘. 레이크 및 옘. 이. 코데시이 의해 발행된 “방사 전자 마이크로스코피에서 관찰된 CVD 다이아몬드막으로부터의 냉 전계방사”에서, 외부 여기없이 방사 마이크로스코프의 가속전계에서 화상을 형성하는 데에 충분한 강도를 가지는 전자를 방사하는 것으로 관찰된 두꺼운 화학적 증기증착 “CVD” 다결정 다이아몬드막이 개시되어 있다. 각 결정체는 약 1~10미크론이다. CVD공정은 다이아몬드막의 증착을 위해 800℃를 필요로 한다. 이 온도는 유리기판을 용융할 수 있다.June 10, 1991 Mr. from the Department of Physical and Astro and Condensed Particles and Surface Science Programs at the University of Ohio, Ohten, Ohio. King, Agracia, D. Seed. Ingram, 옘. Rake and iii. this. In “Cold Field Emission from CVD Diamond Films Observed in Radiated Electron Microscopy,” published by Kodeshi, observed to emit electrons of sufficient intensity to form an image in the accelerating field of a radiating microscope without external excitation. A thick chemical vapor deposition "CVD" polycrystalline diamond film is disclosed. Each crystal is about 1-10 microns. The CVD process requires 800 ° C. for the deposition of the diamond film. This temperature can melt the glass substrate.

종래의 기술은: (1) 비정질 다이아몬드의 고유한 특성의 이용; (2) 전계방사가 발생할 수 있는 더욱 분산된 영역을 가지는 전계방사캐소드를 제공; 및 (3) 충분히 높은 농도의 방사위치를 제공하여(즉, 더욱 작은 입자 또는 결정체) 각 캐소드 위치로부터 더욱 균일한 전자방사를 생성하면서, 낮은 전압원을 사용하여 전자방사에 필요한 전계를 생성하는 등에는 문제가 있었다.The prior art includes: (1) the use of the inherent properties of amorphous diamond; (2) providing an field emission cathode having a more dispersed area in which field radiation may occur; And (3) providing a sufficiently high concentration of radiation (i.e., smaller particles or crystals) to produce more uniform electron radiation from each cathode position, using a low voltage source to produce an electric field for electron radiation, and the like. There was a problem.

[본 발명의 요약]Summary of the Invention

종래기술은 다른 형태의 다이아몬드와 본질적으로 다른 물리적 특질을 가지는 비정질 다이아몬드가 특히 양호한 방사재료를 만든다는 것을 인식하지 못하였다. 출원 번호 07/851, 701은 방사재료로서 비정질 다이아몬드의 사용을 최초로 개시하고 있다. 사실상, 여기에서 설명되고 있는 바람직한 실시예에서, 비정질 다이아몬드는 평면 캐소드 구조와 관련하여 사용되어 근본적으로 다른 전계방사캐소드 설계가 생기게 한다.The prior art has not recognized that amorphous diamond, which has physical properties that are essentially different from other forms of diamond, makes particularly good spinning materials. Application No. 07/851, 701 discloses for the first time the use of amorphous diamond as a spinning material. Indeed, in the preferred embodiment described herein, amorphous diamond is used in connection with planar cathode structures resulting in radically different field emission cathode designs.

본 발명은 복수의 다이아몬드 마이크로 결정체 영역이 캐소드 표면상에 증착되게 하는 방법으로 비정질 다이아몬드를 증착하여 각 영역(화소)에서 일정한 퍼센티지의 SP2의 구조로 나타나는 결정체와 다른 퍼센티지의 SP3의 구조로 나타나는 결정체가 있게 하는 단계로 비정질 다이아몬드를 이용하고 있다. SP2및 SP3결정체는 다른 전자 친화력을 가진채로, 많은 SP2및 SP3구조는 각 영역에서 구조사이이 불연속성 또는 계면이 생긴다.The present invention represented by the crystal and other percentages of the structure of SP 3 represented by a plurality of diamond micro-crystal region structure of SP 2 of a certain percentage for each region (pixel) to the deposition of the amorphous diamond in a manner to cause deposition on the cathode surface Amorphous diamond is used to make crystals exist. While SP 2 and SP 3 crystals have different electron affinity, many SP 2 and SP 3 structures have discontinuities or interfaces between them in each region.

따라서, 상기한 경우를 감안하여, 본 발명의 목적은 전도성 재료층과 저효율 일함수 재료로 기능하며, 전도성 재료위에 증착되는 비정질 다이아몬드막층을 포함하는 독립 어드레스가능한 캐소드를 제공하는 데에 있다. 여기에서 비정질 다이아몬드막은 복수의 국부 분산 전자 방사 위치로 이루어지고, 각 서브위치는 서브영역 사이에서 전자 친화력을 다르게 한 복수의 서브영역을 가지고 있다.In view of the foregoing, it is therefore an object of the present invention to provide an independent addressable cathode comprising a layer of amorphous diamond film which functions as a conductive material layer and a low efficiency work function material and is deposited on the conductive material. Here, the amorphous diamond film is composed of a plurality of locally dispersed electron emission positions, and each sub position has a plurality of sub regions having different electron affinity between the sub regions.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 비정질 다이아몬드막은 비교적 평펴한 방사 표면으로 증착되어 있다. 그러므로, 평평한 캐소드가 제조가 더 용이하고, 제조비용이 덜 들며, 디스플레이의 작동동안 평평한 캐소드로부터의 방사를 제어하기가 더 용이하다.In a preferred embodiment of the present invention, an amorphous diamond film is deposited with a relatively flat radiating surface. Therefore, flat cathodes are easier to manufacture, less expensive to manufacture, and easier to control radiation from the flat cathodes during operation of the display.

본 발명의 기술적 이점은, 방사 위치가 전자 친화력을 다르게 한 불연속 경계를 포함하는 전기적 특성을 가지고 있는 캐소드를 제공하고 있다는 것이다.The technical advantage of the present invention is that it provides a cathode having an electrical property including a discontinuous boundary in which the radiation position has a different electron affinity.

본 발명의 다른 기술적 이점은 방사 위치가 도펀트 원소를 포함하는 캐소드를 제공하는 데에 있다.Another technical advantage of the present invention is to provide a cathode whose radial position comprises a dopant element.

본 발명의 다른 기술적 이점은 도펀트 원소가 탄소인 캐소드를 제공하는 데에 있다.Another technical advantage of the present invention is to provide a cathode wherein the dopant element is carbon.

본 발명의 다른 기술적 이점은 방사위치가 복수의 결합구조를 각각 가지는 캐소드를 제공하는 데에 있다.Another technical advantage of the present invention is to provide a cathode in which the radial position each has a plurality of coupling structures.

본 발명의 또 다른 기술적 이점은 방사위치에서 하나의 결합구조가 SP3인 캐소드를 제공하는 데에 있다.Another technical advantage of the present invention is to provide a cathode in which one bonding structure is SP 3 in the radial position.

본 발명의 또 다른 기술적 이점은 각 방사위치가 복수의 결합차수 그 중 하나가 SP3인 캐소드를 제공하는 데에 있다.Another technical advantage of the present invention is to provide a cathode in which each radial position is a plurality of coupling orders, one of which is SP 3 .

본 발명의 또 다른 기술적 이점은 방사위치가 저효율 일함수 재료와 다른 원소의 도펀트를 포함하는 캐소드를 제공하는 데에 있다. 저효율 일함수 재료로 비정질 다이아몬드를 사용하는 경우에, 도펀트 원소는 탄소가 아니다.Another technical advantage of the present invention is to provide a cathode whose radiation position comprises a dopant of a low efficiency work function material and another element. In the case of using amorphous diamond as the low efficiency work function material, the dopant element is not carbon.

본 발명의 또 다른 기술적 이점은 방사 위치가 결정체 구조의 불연속성을 포함하는 캐소드를 제공하는 데에 있다. 이 불연속성은 점 결함(point defects), 선결함(line defects), 또는 위치 어긋남(dislocation)이다.Another technical advantage of the present invention is to provide a cathode whose radial position includes the discontinuity of the crystal structure. This discontinuity is point defects, line defects, or dislocations.

본 발명은 새로운 플랫 패널 디스플레이용 동작방법과 비정질 다이아몬드를 방사 와이어 스크린상의 코팅체로, 냉캐소드 형광램프 내에서의 원소로 사용하는 방법을 포함하고 있다.The present invention includes a novel method of operation for flat panel displays and a method of using amorphous diamond as a coating on a radiating wire screen and as an element in a cold cathode fluorescent lamp.

상술한 특성 및 이점을 성취하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예는 기판, 전도성 재료층, 기판위에 증착되는 전자 저항성 기둥(pillar) 및 상기 전도성 재료 위에 증착되는 비정질 다이아몬드막층으로 이루어진 비정질 다이아몬드막 냉캐소드로서, 비정질 다이아몬드막은 전자 친화력을 다르게 하는 복수의 분산된 마이크로 결정 전자 방사위치를 포함하는 비교적 평평한 방사표면을 구비한다.In order to achieve the above-described characteristics and advantages, a preferred embodiment of the present invention is an amorphous diamond film cold cathode comprising a substrate, a conductive material layer, an electron resistant pillar deposited on the substrate, and an amorphous diamond film layer deposited on the conductive material. As an example, the amorphous diamond film has a relatively flat radiation surface that includes a plurality of dispersed microcrystalline electron emission positions that vary electron affinity.

상기한 바는 이후 본 발명의 상세한 설명이 더욱 잘 이해되기 위해서 본 발명의 특성 및 기술적 이점을 폭 넓게 기재하고 있는 것이다. 본 발명의 청구범위를 형성하는 본 발명의 부가되는 특성 및 이점은 이하 설명된다. 설명되고 있는 개념과 특정 실시예는 본 발명과 동일한 목적을 실행하는 다른 구성을 변형 및 설계하기 위한 기본으로서 이용될 수 있다는 것이 당업자에게 인식될 수 있을 것이다. 당업자에게는 청구범위에 기재되어 있는 본 발명의 영역 및 정신에서 벗어나지 않고 등가의 구성이 가능하게 되는 것이 이해될 것이다.What has been described above is a broad description of the characteristics and technical advantages of the present invention in order that the detailed description thereof may be better understood. Additional features and advantages of the present invention which form the claims of the present invention are described below. It will be appreciated by those skilled in the art that the concepts and specific embodiments described may be used as a basis for modifying and designing other configurations that perform the same purposes as the present invention. It will be understood by those skilled in the art that equivalent configurations may be made without departing from the scope and spirit of the invention as set forth in the claims.

[도면의 간단한 설명][Brief Description of Drawings]

다음에, 본 발명 및 그 이점에 대한 완전한 이해를 돕기 위해, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to aid in a full understanding of the present invention and its advantages.

제1도는 본 발명의 캐소드 및 기판의 단면도.1 is a cross-sectional view of a cathode and a substrate of the present invention.

제2도는 방사위치를 포함한 본 발명의 캐소드의 평면도.2 is a plan view of the cathode of the present invention including the radial position.

제3도는 제2도의 방사위치의 세부도.3 is a detail of the radiation position of FIG.

제4도는 본 발명의 캐소드를 사용하는 플랫 패널 디스플레이의 단면도.4 is a cross-sectional view of a flat panel display using the cathode of the present invention.

제5도는 코팅된 전선 매트릭스 방사기를 나타낸 도면.5 shows a coated wire matrix emitter.

제6도는 코팅된 전선의 단면도.6 is a cross-sectional view of the coated wire.

제7도는 제6도의 코팅된 전선을 사용하는 형광튜브의 측면도.7 is a side view of a fluorescent tube using the coated wire of FIG.

제8도는 제7도의 형광튜브의 부분단면도.8 is a partial cross-sectional view of the fluorescent tube of FIG.

제9도는 본 발명을 구체화한 플렛 패널 디스플레이를 구비한 컴퓨터이다.9 is a computer with a flat panel display embodying the present invention.

[발명의 상세한 설명]Detailed description of the invention

본 발명의 캐소드 및 기판을 나타내는 단면도가 제1도에 도시된다. 일반적으로 10으로 지시된 캐소드는 저항층(11), 저효율 일함수 방사기층(12) 및 중간금속층(13)을 포함한다. 캐소드(10)는 기판(15)상에 놓여진 캐소드 도전층(14) 상에 놓여진다. 캐소드(10)의 층(11, 12, 13)의 구조 및 기능과 도전층(14) 및 기판(15)에 대한 캐소드(10)의 관계는는, 참조문헌 미합중국 특허 제 07/851, 701호와 관련하여 상세히 기술된다.A cross-sectional view showing the cathode and substrate of the present invention is shown in FIG. The cathode, generally designated 10, comprises a resistive layer 11, a low efficiency work function emitter layer 12, and an intermediate metal layer 13. The cathode 10 is placed on the cathode conductive layer 14 placed on the substrate 15. The structure and function of the layers 11, 12, 13 of the cathode 10 and the relationship of the cathode 10 to the conductive layer 14 and the substrate 15 are described in US Patent Nos. 07/851 and 701. This is described in detail.

제2도에는 제1도의 캐소드(10)의 평면도가 도시된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 방사기층(12)은 전체 비정질구조의 복수의 다이아몬드 미세결정체를 포함하는 비정질 다이아몬드막이다. 비정질 다이아몬드 재료가 레이저 플라즈마 증착, 화학증기 증착, 이온빔 증착, 스퍼터링, 저온증착(섭씨 500도 보다 낮은), 증발, 캐소딕 아크증발, 자기 분리 캐소딕 아크증발, 레이저 음파 증착, 또는 유사한 기술 또는 이러한 것들의 조합에 의해 금속층(13)에 증착될 때 미세결정체가 발생하며, 이에 의해 비정질 다이아몬드막은 복수의 미세결정체로서 증착된다. 이러한 처리 중의 하나는 미합중국 물리학협회에서 발간된 “비정질 다이아몬드의 레이저 플라즈마원”, 시. 비. 콜린즈 외, 1989년 1월에 기재되어 있다.2 shows a plan view of the cathode 10 of FIG. 1. In a preferred embodiment of the present invention, the radiator layer 12 is an amorphous diamond film containing a plurality of diamond microcrystals of the entire amorphous structure. The amorphous diamond material may be laser plasma deposition, chemical vapor deposition, ion beam deposition, sputtering, low temperature deposition (less than 500 degrees Celsius), evaporation, cathodic arc evaporation, magnetic separation cathodic arc evaporation, laser sonic deposition, or similar techniques or such Microcrystals are generated when deposited on the metal layer 13 by a combination of these, whereby the amorphous diamond film is deposited as a plurality of microcrystals. One such process is the "Laser Plasma Source of Amorphous Diamond" published by the American Physics Society. ratio. Collins et al., January 1989.

미세결정체는 증착시의 주위조건 및 우연에 의존하는 특정한 원자구조로 형성된다. 주어진 주위압력 및 온도에서, 결정의 특정 퍼센트는 SP2(탄소원자의 2차원 결합) 구조에 나타날 것이다. 그러나 다소 적은 퍼센트는 SP3(3차원 결합) 구조에 나타날 것이다. SP3구조의 다이아몬드 미세결정체에 대한 전자 친화력은 SP2구조의 탄소 또는 흑연(그라파이트:graphite) 미세결정체에 대한 전자 친화력 보다 작다. 따라서, SP3구조의 미세결정체는 낮은 전자 친화력을 가지며, “방사위치”를 형성한다. 이러한 방사위치(또는 SP3구조를 갖는 미세결정체)는 제2도에서 방사기층(12)에 복수의 흑점으로 표시된다.Microcrystals are formed into specific atomic structures that depend on the ambient conditions and coincidence upon deposition. At a given ambient pressure and temperature, a certain percentage of the crystal will appear in the SP 2 (two-dimensional bond of carbon atoms) structure. However, a somewhat smaller percentage will appear in the SP 3 (three-dimensional bond) structure. The electron affinity for diamond microcrystals of the SP 3 structure is less than the electron affinity for carbon or graphite (graphite) microcrystals of the SP 2 structure. Thus, the microcrystals of the SP 3 structure have low electron affinity and form "radiative positions". These spinning positions (or microcrystals having an SP 3 structure) are represented by a plurality of dark spots on the radiator layer 12 in FIG.

평평표면은 본질적으로 미시적인 평평표면이다. 그러나, 특별한 타입의 표면 형태는 요구되지 않는다. 하지만, 어떠한 다결정 박막의 일반적인 소특징은, 확장 요소의 증가 때문에 방사특성을 향상할 수 있다. 어떠한 마이크로-팁 배치는 더 큰 확장요소를 야기하며, 사실 본 발명은 마이크로-팁 또는 “뾰족한” 구조에 사용 가능하다.The flat surface is essentially a micro flat surface. However, no special type of surface shape is required. However, a common feature of certain polycrystalline thin films is that they can improve their radiation characteristics due to the increase in expansion elements. Any micro-tip placement results in a larger expansion element, and in fact the present invention can be used for micro-tip or "pointed" constructions.

제3도에는 제2도의 미세결정체가 더욱 상세히 도시된다. 복수의 미세결정체(31, 32, 33, 34)가 예를 들어 도시된다. 미세결정체(31, 32, 33)는 SP2구조를 갖는 것으로 도시된다. 미세결정체(34)는 SP3구조를 갖는 것으로 도시된다. 제3도에 도시된 바와 같이, 미세결정체(34)는 SP2구조를 갖는 미세결정체에 의해 둘러 싸인다.3 shows the microcrystals of FIG. 2 in more detail. A plurality of microcrystals 31, 32, 33, 34 are shown for example. The microcrystals 31, 32, 33 are shown to have an SP 2 structure. Microcrystals 34 are shown to have an SP 3 structure. As shown in FIG. 3, microcrystals 34 are surrounded by microcrystals having an SP 2 structure.

표면의 단위영역 당 매우 많은 수의 임의로 분포된 국부 방사위치가 제공된다. 이러한 방사위치는 막의 나머지 위치와는 다른 전자적 특성을 갖는다. 이것은 다음의 조건들 중 하나 이상의 조합으로 인한 것이다:A very large number of randomly distributed local radial positions are provided per unit area of the surface. This radiation position has different electronic properties than the rest of the membrane. This is due to a combination of one or more of the following conditions:

1) 비정질 다이아몬드 격자에 도핑원자(탄소와 같은)의 존재; 2) 동일한 미세결정체내의 SP2에서 SP3로 결합구조 변화; 3) 동일한 미세결정체의 결합구조의 순서변화; 4) 막 재료와 다른 요소의 불순물(대개 도펀트 원소); 5) 여러 미세결정체 사이의 계면; 6) 미세결정체 경계부에 발생하는 불순물 또는 결합구조 차이; 7) 점 또는 선 결함 또는 위치 어긋남과 같은 다른 결함.1) the presence of doping atoms (such as carbon) in the amorphous diamond lattice; 2) binding structure change from SP 2 to SP 3 in the same microcrystal; 3) change in the order of the bonding structure of the same microcrystals; 4) impurities of the membrane material and other elements (usually dopant elements); 5) the interface between the various microcrystals; 6) impurity or bond structure difference occurring in the boundary of microcrystalline; 7) Other defects such as point or line defects or misalignment.

막의 생산시 상술된 각각의 조건을 발생시키는 방법은 본 기술에 잘 나타나 있다.Methods of generating each of the conditions described above in the production of the membrane are well represented in the art.

미세결정체내에 차이를 발생시키는 상술된 조건들 중의 하나는 도핑이다. 비정질 다이아몬드 박막의 도핑은 탄소원소를 다이아몬드 내로 증착하듯이 삽입함으로써 달성가능하다. 어떤 미세결정체는 n형일 것이다. 선택적으로 탄소아닌 도펀트 원소가 방사위치의 바람직한 퍼센티지 및 특성에 의거하여 사용될 수도 있다. 다행히, 플랫 패널 디스플레이 환경에서는, 하나와 같은 적은 방사위치를 갖는 캐소드가 충분히 기능할 수 있다. 그러나, 최적의 기능을 위해서는, 제곱 미크론 당 1 내지 10개의 n형 미세결정체가 바람직하다. 그리고, 사실, 본 발명은 1 미크론 미만, 통상 0.1 미크론 직경의 미세결정체를 발생한다.One of the conditions described above that causes a difference in the microcrystals is doping. Doping of the amorphous diamond thin film can be achieved by inserting carbon elements as if they were deposited into diamond. Some microcrystals will be n-type. Optionally, non-carbon dopant elements may be used based on the desired percentage and properties of the spinning position. Fortunately, in a flat panel display environment, a cathode with as few radiation positions as one can function sufficiently. However, for optimal function, 1 to 10 n-type microcrystals per square micron are preferred. And, in fact, the invention produces microcrystals of less than 1 micron, usually 0.1 micron in diameter.

제1도의 캐소드(10)로부터의 방사는, 전위차가 캐소드(10) 및 이 캐소드(10)로부터 약간의 거리로 분리되어 있는 애노드(제1도에는 미도시된) 사이에 인가될 때, 발생한다. 이러한 전위가 인가되는 동시에, 전자는 캐소드(10)의 방사층(12)으로 이동하게 된다.Radiation from the cathode 10 of FIG. 1 occurs when a potential difference is applied between the cathode 10 and the anode (not shown in FIG. 1) separated by some distance from the cathode 10. FIG. . At the same time this potential is applied, the electrons move to the emitting layer 12 of the cathode 10.

다음의 실시예에서, 다른 일함수의 미세결정체를 발생하도록 존재한다고 가정되는 조건은 동일한 미세결정체의 SP2에서 SP3로의 결합구조 변환이다(앞의 조건 3). 제2도 및 제3도에 도시된 방사위치에 대하여, SP3구조를 갖는 미세결정체는 SP2구조를 갖는 미세결정체 보다 낮은 일함수 및 전자 친화력을 갖는다. 따라서, 캐소드(10) 및 애노드(미도시된) 사이에 전압이 증가됨에 따라, 전압은 SP3미세결정체가 전자를 방사하기 시작하는 점에 도달할 것이다. 만일 캐소드(10) 표면상의 SP3미세결정체의 퍼센티지가 충분히 높으면, SP3미세결정체로부터의 방사는 애노드(미도시된)를 여기시키기에 충분할 것이며, SP2미세결정체로부터 방사를 발생시키기에 충분한 크기로 전압레벨을 상승시킬 필요가 없다. 따라서, 비정질 다이아몬드막이 압력, 온도 및 증착방법을 본 기술에 잘 알려진 방식으로 제어함으로써, SP3미세결정체는 충분한 전자방사를 생산할 정도로 큰 미세결정체의 전체수이 퍼센티지를 만들 수 있다.In the following examples, the condition assumed to exist to generate different work functions of microcrystals is the transformation of the bond structure from SP 2 to SP 3 of the same microcrystals (condition 3 above). With respect to the radiation positions shown in FIGS. 2 and 3, the microcrystals having the SP 3 structure have a lower work function and electron affinity than the microcrystals having the SP 2 structure. Thus, as the voltage increases between the cathode 10 and the anode (not shown), the voltage will reach the point where the SP 3 microcrystals begin to emit electrons. If the percentage of the SP 3 microcrystals on the cathode 10 surface is high enough, the radiation from the SP 3 microcrystals will be sufficient to excite the anode (not shown) and will be large enough to generate radiation from the SP 2 microcrystals. No need to raise the voltage level. Thus, by controlling the pressure, temperature and deposition method of the amorphous diamond film in a manner well known in the art, the SP 3 microcrystals can make the total susceptibility percentage of the microcrystals large enough to produce sufficient electron emission.

제4도에는 본 발명의 캐소드를 사용하는 플랫 패널 디스플레이의 단면도가 도시된다. 제1도와 같이 캐소드 도전층(14) 및 기판(15) 상에 여전히 배치되는 캐소드(10)는, 일반적으로 41로 지시되며 바람직한 실시예에서는 유리로 형성된 기판(42)을 포함하는 애노드에 결합된다. 기판(42)은, 바람직한 실시예에서는 인듐 주석 산화층인 애노드 도전층(43)을 갖는다. 마지막으로, 형광층(44)은 애노드 도전층에 증착되어 캐소드(10)로부터의 전자류의 가시적인 지시를 제공한다. 즉, 애노드(41) 미 캐소드(10) 사이에 전위차가 인가될 때, 캐소드(10)로부터 흐르는 전자는 애노드 도전층(43) 쪽으로 흐르게 되지만, 형광층(44)가 부딪치면서, 형광층이 유리기판(42)을 통하여 발광시키게 되어, 컴퓨터 또는 다른 비디오장치와 함께 사용하는 바람직한 타입의 가시적 디스플레이를 제공한다. 애노드(41)는, 캐소드(10) 및 애노드(41) 사이에 필요한 분리성을 제공하는 절연된 분리장치(45, 46)에 의해 분리된다. 이것은 모두 미합중국 특허 제 07/851/701호에 기술된 장치에 따른 것이다.4 is a cross-sectional view of a flat panel display using the cathode of the present invention. The cathode 10, still disposed on the cathode conductive layer 14 and the substrate 15, as shown in FIG. 1, is bonded to an anode, which is generally indicated at 41 and in a preferred embodiment comprises a substrate 42 formed of glass. . The substrate 42 has an anode conductive layer 43 which is an indium tin oxide layer in a preferred embodiment. Finally, the fluorescent layer 44 is deposited on the anode conductive layer to provide a visual indication of the electron flow from the cathode 10. That is, when a potential difference is applied between the anodes 41 and the cathodes 10, electrons flowing from the cathodes 10 flow toward the anode conductive layer 43, but the fluorescent layer 44 collides, so that the fluorescent layer is glass. Light is emitted through the substrate 42 to provide a preferred type of visual display for use with a computer or other video device. The anode 41 is separated by insulated separators 45 and 46 which provide the necessary separation between the cathode 10 and the anode 41. This is all in accordance with the apparatus described in US Pat. No. 07/851/701.

또한, 제4도에는 양극(48) 및 음극(49)을 포함하는 전압원(47)이 도시된다. 양극은 전압원(47)으로부터 애노드 도전층(43)에 결합되는 반면, 음극(49)은 전압원(47)으로부터 음극 도전층(14)에 결합된다. 전압원(47)은 캐소드(10) 및 애노드(41) 사이에 전위차를 가하여, 전압원(47)에 의해 인가된 전압이 충분히 높으면 캐소드(10) 및 애노드(41) 사이에 전자류를 발생시킨다.Also shown in FIG. 4 is a voltage source 47 comprising an anode 48 and a cathode 49. The anode is coupled from the voltage source 47 to the anode conductive layer 43, while the cathode 49 is coupled from the voltage source 47 to the cathode conductive layer 14. The voltage source 47 applies a potential difference between the cathode 10 and the anode 41 to generate an electron flow between the cathode 10 and the anode 41 when the voltage applied by the voltage source 47 is sufficiently high.

제9도에는 키보드(93), 디스크드라이브(94), 하드웨어(92) 및 디스플레이(91)를 구비한 컴퓨터(90)가 도시된다. 본 발명은 이미지 및 텍스트를 제공하는 수단으로서 디스플레이(91) 내에 사용 가능하다. 본 발명의 모든 가시적인 것은 애노드(41)이다.9 shows a computer 90 having a keyboard 93, a disk drive 94, hardware 92, and a display 91. The present invention can be used in the display 91 as a means for providing an image and text. All visible of the present invention is the anode 41.

제5도에는, 일반적으로 51로 지시된 전선망의 형태로 코팅된 전선매트릭스 방사기가 도시된다. 전선망(51)은 교차점에서 전기적으로 결합되는 복수의 전선의 행 및 열을 포함한다. 전선망(51)은 비정질 다이아몬드와 같은 저효율 일함수 및 전자 친화력을 갖는 물질로 코팅되어, 비코팅 전선 또는 판 캐소드를 사용하고 고전류 및 전위차를 인가하여 백열 및 전선망에서 애노드로의 전자류를 생산하는 장치에 사용하는 전선망 캐소드를 생산한다. 비정질 다이아몬드 코팅 및 이에 관련된 낮은 일함수의 장점에 의해, 백열은 더 이상 필요하지 않다. 따라서, 전선망(51) 캐소드가 실온에서 전자를 방사하는 데 사용될 수 있다.In FIG. 5, the wire matrix spinner is coated in the form of a wire network, generally designated 51. The wire net 51 includes rows and columns of a plurality of wires that are electrically coupled at intersections. The wire network 51 is coated with a material having a low efficiency work function and electron affinity such as amorphous diamond, using an uncoated wire or plate cathode and applying a high current and potential difference to produce an electron flow from the incandescent and wire networks to the anode Produces wire cathodes for use in By virtue of the amorphous diamond coating and its associated low work function, incandescence is no longer needed. Thus, the wire 51 cathode can be used to emit electrons at room temperature.

제6도에는 낮은 일함수 및 전자 친화력을 갖는 재료로 코팅된 전선의 단면도가 도시된다. 61로 지시된 전선은 레이저 플라즈마 증착, 또는 앞에서 기재된 나머지 공지기술들 중의 하나에 의해 증착된 코팅부(62)를 구비하여, 코팅부(62)가 제1도 내지 제5도에 설명된 캐소드와 동일한 방법으로 냉 캐소드로 역할 가능하게 한다.6 shows a cross-sectional view of a wire coated with a material having a low work function and electron affinity. The wire designated 61 has a coating 62 deposited by laser plasma deposition, or one of the remaining known techniques described above, such that the coating 62 is formed with the cathodes described in FIGS. In the same way it serves as a cold cathode.

제7도에는, 코팅된 전선(61)이 전도성 필라멘트로 가능하며, 애노드로서 기능하고 형광튜브를 제공하는 전기적 접점(73)을 갖는 유리튜브(72)에 의해 둘러싸이는 전선(61)의 일 응용예가 도시된다. 튜브는 제1도 내지 제5도와 관련되어 기술된 플랫 패널 디스플레이의 일 예와 유사한 방법으로, 즉, 전선(61)(음) 및 튜브(72) k이에 전위차가 인가되어 캐소드 전선(61) 및 튜브애노드(72) 사이에 공간 하전을 충분히 극복하도록 기능한다. 일단 공간하전이 극복되면, 전자는 코팅부(62)의 방사위치 SP3로부터 흐른다.In FIG. 7, one application of the wire 61 is possible, wherein the coated wire 61 is capable of conductive filaments, and is surrounded by a glass tube 72 having an electrical contact 73 serving as an anode and providing a fluorescent tube. An example is shown. The tube is similar to the example of the flat panel display described in connection with FIGS. 1-5, i.e., the potential difference is applied between the wire 61 (negative) and the tube 72 k so that the cathode wire 61 and It functions to sufficiently overcome the space charge between the tube anodes 72. Once the space charge is overcome, electrons flow from the radial position SP 3 of the coating 62.

제8도에는, 제7도의 형광튜브(71)의 부분단면도가 도시된다. 형광튜브(71)에 저효율 일함수 캐소드를 함께 형성하는 제6도의 전선(61) 및 코팅부(62)가 다시 도시된다. 제7도의 유리튜브(72)는 애노드 도전층(82)에 코팅된 유리벽(81)을 포함한다. 애노드 도전층(82)은 제7도의 전기적 접점(73)에 전기적으로 결합된다. 마지막으로, 형광층(83)은 애노드 도전층(82)에 증착된다. 캐소드 전선(61) 및 애노드 도전층(82) 사이에 전위차가 인가될 때, 전자가 방사기 코팅부(82) 및 애노드 전도층(82) 사이를 흐르게 된다. 그러나, 제4도에서와 같이 전자는 먼저 형과층(83)과 충돌하여, 형광층(83)이 광자를 유리벽(81)을 통하여 형광튜브(71)의 외측으로 방사하게 하며, 이에 의해 종래의 형광튜브와 유사한 방법으로 빛을 제공한다. 그러나, 제7도 및 제8도의 형광튜브는 비정질 다이아몬드막과 같은 저효율 일함수 방사기를 갖는 캐소드를 사용하므로, 형광튜브는 작동시 더워지지 않는다. 이로써, 종래의 형광튜브에서 보통 열의 형태로 낭비되는 에너지가 저장된다. 그리고, 열이 발생하지 않으므로, 공기조절에 의해 추후에 열을 제거할 필요가 없다.8, a partial cross-sectional view of the fluorescent tube 71 of FIG. Again shown is the wire 61 and coating 62 of FIG. 6 which together form a low efficiency work function cathode in the fluorescent tube 71. The glass tube 72 of FIG. 7 includes a glass wall 81 coated on the anode conductive layer 82. The anode conductive layer 82 is electrically coupled to the electrical contact 73 of FIG. Finally, the fluorescent layer 83 is deposited on the anode conductive layer 82. When a potential difference is applied between the cathode wire 61 and the anode conductive layer 82, electrons flow between the emitter coating 82 and the anode conductive layer 82. However, as in FIG. 4, electrons first collide with the mold layer 83, causing the fluorescent layer 83 to emit photons through the glass wall 81 to the outside of the fluorescent tube 71. Provide light in a manner similar to conventional fluorescent tubes. However, since the fluorescent tubes of FIGS. 7 and 8 use a cathode having a low efficiency work function emitter such as an amorphous diamond film, the fluorescent tube does not get warm in operation. This saves the energy wasted in the form of heat, usually in conventional fluorescent tubes. And since heat does not generate | occur | produce, it is not necessary to remove heat later by air regulation.

본 발명 및 그 이점이 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의한 본 발명의 사상 및 범주에서 벗어나지 않는 다양한 변형, 대체 및 수정이 가능하다는 것은 명백하다.Although the invention and its advantages have been described in detail, it is evident that various modifications, substitutions and alterations are possible without departing from the spirit and scope of the invention according to the appended claims.

Claims (27)

전도성 재료층: 및, 상기 전도성 재료 위에 증착된 비정질 다이아몬드층을 포함하고, 상기 비정질 다이아몬드층은 다이아몬드 결정체와 그라파이트 결정체의 결합 구조를 포함하고, 복수의 국부적 분산 전자 방사 위치를 포함하는 평평한 방사표면을 가지는 것을 특징으로 하는 플랫 전계 방사캐소드.Conductive material layer: and an amorphous diamond layer deposited over the conductive material, the amorphous diamond layer comprising a bonded structure of diamond crystals and graphite crystals, the planar radiation surface comprising a plurality of locally dispersed electron emission positions. Flat field emission cathode characterized in that it has. 제1항에 있어서, 상기 방사위치는 서로로부터 불연속적인 전기적 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 플랫 전계 방사캐소드.2. The flat field emission cathode of claim 1, wherein said radiation locations have discrete electrical characteristics from one another. 제1항에 있어서, 상기 위치는 적어도 두 개의 다른 전자 친화력을 가지는 것을 특징으로 하는 플랫 전계 방사캐소드.The flat field emission cathode of claim 1, wherein said location has at least two different electron affinities. 제1항에 있어서, 상기 각 위치는 직경이 1 미크론 이하인 것을 특징으로 하는 플랫 전계 방사캐소드.2. The flat field emission cathode of claim 1, wherein each location is less than 1 micron in diameter. 제1항에 있어서, 상기 방사위치는 각각 도펀트 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 전계 방사캐소드.2. The flat field emission cathode of claim 1, wherein said radiation locations each comprise a dopant element. 제5항에 있어서, 상기 도펀트 원소는 탄소인 것을 특징으로 하는 플랫 전계 방사캐소드.6. The flat field emission cathode of claim 5, wherein said dopant element is carbon. 제1항에 있어서, 상기 방사위치는 복수의 다른 결합구조를 가지는 것을 특징으로 하는 플랫 전계 방사캐소드.2. The flat field emission cathode of claim 1, wherein said radiation location has a plurality of different coupling structures. 제7항에 있어서, 상기 결합구조중 하나는 SP3인 것을 특징으로 하는 플랫 전계 방사캐소드.8. The flat field emission cathode of claim 7, wherein one of said coupling structures is SP 3 . 제1항에 있어서, 상기 방사위치는 각각 결정구조의 불연속성을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랫 전계 방사캐소드.2. The flat field emission cathode of claim 1, wherein said radiation locations each comprise a discontinuity of crystal structure. 제9항에 있어서, 상기 불연속성은 점 불연속성인 것을 특징으로 하는 플랫 전계 방사캐소드.10. The flat field emission cathode of claim 9, wherein the discontinuity is point discontinuity. 제9항에 있어서, 상기 불연속성은 선 불연속성인 것을 특징으로 하는 플랫 전계 방사캐소드.10. The flat field emission cathode of claim 9, wherein said discontinuity is a line discontinuity. 제9항에 있어서, 상기 불연속성은 위치 어긋남인 것을 특징으로 하는 캐소드.10. The cathode of claim 9, wherein the discontinuity is misalignment. 기판; 전도성 재료층; 및 상기 전도성 재료층 위에 증착된 비정질 다이아몬드막층을 포함하고, 상기 비정질 다이아몬드막은 다이아몬드 결정체와 그라파이트 결정체의 결합구조를 포함하고, 복수의 미세결정체 방사위치를 포함하는 평평한 방사표면을 가지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.Board; Conductive material layer; And an amorphous diamond film layer deposited on the conductive material layer, wherein the amorphous diamond film includes a bonding structure of diamond crystals and graphite crystals, and has a flat radiation surface including a plurality of microcrystalline radiation positions. Just cold cathode. 제13항에 있어서, 상기 방사위치 중 최소한의 인접 방사위치는 비연속성 전기적 특성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.14. The diamond film cold cathode of claim 13, wherein at least the adjacent radiation positions of said radiation positions have discontinuous electrical characteristics. 제13항에 있어서, 상기 각 위치는 직경이 1 미크론 이하인 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.14. The diamond film cold cathode of claim 13, wherein each location is less than 1 micron in diameter. 제13항에 있어서, 상기 방사위치는 도펀트 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.The diamond film cold cathode according to claim 13, wherein the spinning position comprises a dopant element. 제16항에 있어서, 상기 도펀트 원소는 탄소인 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.17. The diamond film cold cathode of claim 16, wherein the dopant element is carbon. 제13항에 있어서, 상기 각 방사위치는 적어도 두 개의 다른 결합 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.14. The diamond film cold cathode of claim 13, wherein each of the spinning positions has at least two different bonding structures. 제18항에 있어서, 상기 결합구조 중 하나는 SP3인 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.19. The diamond film cold cathode of claim 18, wherein one of the bonding structures is SP 3 . 제13항에 있어서, 상기 각 방사위치는 적어도 두 개의 다른 결합차수를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.14. A diamond film cold cathode according to claim 13, wherein each said spinning position has at least two different coupling orders. 제13항에 있어서, 상기 방사위치는 탄소가 아닌 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.14. The diamond film cold cathode of claim 13, wherein the spinning position comprises a dopant other than carbon. 제13항에 있어서, 상기 방사위치는 결정 구조의 결함을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.14. The diamond film cold cathode of claim 13, wherein said radiation location includes defects in crystal structure. 제22항에 있어서, 상기 결함은 점 결함인 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.23. The diamond film cold cathode of claim 22, wherein said defect is a point defect. 제22항에 있어서, 상기 결함은 선 결함인 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.23. The diamond film cold cathode according to claim 22, wherein said defect is a line defect. 제22항에 있어서, 상기 결함은 위치 어긋남인 것을 특징으로 하는 다이아몬드막 냉캐소드.23. The diamond film cold cathode according to claim 22, wherein the defect is misalignment. 전도성 재료층을 통해 전류가 흐르게 하는 단계; 및, 상기 전류가 상기 전도성 재료층 위에 증착되어 있는 비정질 다이아몬드막층을 통하도록 방향되게 하는 단계를 포함하고, 상기 비정질 다이아몬드막은 다이아몬드 결정체와 그라파이트 결정체의 결합구조를 포함하고, 불연속의 전기적 특성을 가지는 복수의 방사위치를 포함하는 평평한 방사표면을 가지는 것을 특징으로 하는 캐소드 동작방법.Flowing current through the conductive material layer; And directing the current through an amorphous diamond film layer deposited on the conductive material layer, wherein the amorphous diamond film includes a coupling structure of diamond crystals and graphite crystals, and has a plurality of discontinuous electrical characteristics. A cathode operating method, characterized in that it has a flat radiation surface including the radiation position of the. 전도성 필라멘트 위에 배치되어 있으며, 다이아몬드 결정체와 그라파이트 결정체의 결합구조를 포함하여, 각각 복수의 서브위치를 포함하는 복수의 전자 방사위치를 포함하는 비정질 다이아몬드막층; 및, 상기 필라멘트와 상기 비정질 다이아몬드막을 둘러싸고 있으며, 상기 전자 방사위치에 의해 방사된 전자의 수신에 응답하여 빛을 발하는 애노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광원.An amorphous diamond film layer disposed on the conductive filament and including a plurality of sub-positions of electron emission positions, including a bonding structure of diamond crystals and graphite crystals; And an anode surrounding the filament and the amorphous diamond film and emitting light in response to reception of electrons emitted by the electron emission position.
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