JP2002505502A - 温度差に適応するスペーサシステムを備えたフラットパネルディスプレイの設計及び製造 - Google Patents
温度差に適応するスペーサシステムを備えたフラットパネルディスプレイの設計及び製造Info
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Abstract
Description
、ディスプレイに作用する空気圧などの外圧に耐えるためのスペーサシステムを
有するフラットパネルCRTディスプレイの設計及び製造に関する。
からなる。一般にカソードと呼ばれるこの電子放出装置は、広い範囲に電子を放
出する電子放出素子を備える。放出された電子は、発光装置の対応する領域に配
置された発光素子に向かって誘導される。発光素子に電子が衝当すると、その発
光素子が発光してディスプレイの画面に画像を形成する。
ね環状(annular)の外周壁を介して互いに連結され、電子が電子放出装置から 発光装置に移動する活性領域を有する密閉されたエンクロージャを形成する。デ
ィスプレイが効率的に作動するために、密閉された空間の圧力を極めて低くする
必要がある。通常この圧力は1.33×10-4Pa或いはそれ以下の高真空であ
る。従って、ディスプレイの内圧と外圧との差は1気圧に近いのが普通である。
薄い。例えば少なくとも10cm2の有意な画像面積のフラットパネルCRTデ ィスプレイでは、電子放出装置及び発光装置は通常それらにかかる内圧と外圧と
の差に耐えることができない。従って、通常はスペーサ(または支持)システム
を密閉されたエンクロージャに配設して、ディスプレイが空気圧及びその他の外
圧で損壊しないようにする。また、この内部のスペーサシステムによって、電子
放出装置と発光装置との間に比較的一定な空間が保たれる。
方向に間隔をおいて配置された一群のスペーサからなる。この各スペーサは、壁
型或いは支柱型など様々な形状にすることができる。スペーサの形状に拘らず、
スペーサが占有していない活性領域部分でディスプレイ内の電子の流れがを起こ
る。
サシステムに衝当し、スペーサシステムが帯電する場合がある。スペーサシステ
ム近傍の電位場(potential field)が変化する。従って、電子の軌道に影響を 与えて画像面に形成される画質の低下につながる場合が多い。Spindt他に
よる米国特許第5,532,548号及びSchmid他による米国特許第5,
675,212号に記載されているように、通常は電極をスペーサシステムの壁
面に沿って配設して、スペーサ壁の存在によって発生する様々な不都合な影響に
対処する。
システムの設計が重要である。このスペーサシステムは様々な環境の影響を受け
やすい。従って、画質の低下を起こすことなく、様々な環境条件に適応できるス
ペーサシステムを提供することが重要となる。
れたスペーサシステム内部を流れる熱エネルギーが画質の低下につながるという
結論に達した。このエネルギーの流れは、スペーサシステムの高さ間(底部と頂
部)の温度差という形態で表される。この温度差により、スペーサシステムにお
ける電気抵抗はその高さによって変化する。ディスプレイが作動中にスペーサシ
ステム内に電流が流れることで、スペーサシステムの高さによって電気抵抗が異
なるため、スペーサシステムに沿った電位場は、電流の流れがない場合または同
等の温度差がない場合にスペーサシステムに沿って存在し得る電位場とは異なる
。
より電子が偏向される。このように偏向された電子の中には、かなり離れた脇道
にそれて、ディスプレイの画面上に線などの好ましくない特徴を出現させ、画像
面の画質を低下させるものもある。この温度差は、電子放出装置或いは発光装置
における熱の放散、或いはディスプレイの外側の環境における高輝度等による極
端な状態により発生する。
を好適に制御することによって緩和することができるという結論に達した。
発光装置、スペーサ(または支持)システムを含む。発光装置は通常、概ね環状
の外周壁を介して電子放出装置と連結され、電子がディスプレイの活性領域であ
る電子放出装置から発光装置まで移動して発光装置の外側表面に画像を形成する
密閉されたエンクロージャを形成する。電子放出装置と発光装置との間に配置さ
れたこのスペーサシステムが、ディスプレイに作用する外圧に耐える。電子放出
装置から発光装置までのスペーサシステムの高さは通常、少なくとも0.3mm
以上、好ましくは0.5mm或いはそれ以上である。
average thermal coefficient)であり、hはスペーサシステムの高さであり、 KAVは概ね室温におけるスペーサシステムの平均熱伝導率であり、fは発光装置
の外面に対して概ね垂直に見た活性領域面に対する活性領域内のスペーサによっ
て占められた平均断面積の部分である。スペーサパラメータCは、好ましくは1
0-6m3/W以下であり、更に好ましくは10-7m3/W以下である。
度差から起こる電子の偏向が減少する。6×10-5m3/W以下となるようにパ ラメータCを選択すれば、通常はディスプレイ画面に好ましくない特徴の形で現
れる電子の偏向による画質の低下を大幅に削減することができる。パラメータC
が10-6m3/W以下の場合、特にパラメータCが10-7m3/W以下の場合は、
スペーサシステム内を流れる熱エネルギーが典型的な比率となり、この種の画質
の低下が実質的に排除されるのが普通である。
向による好ましくない画質の低下が発生しないように、最初にスペーサシステム
の熱パラメータ及び電気パラメータ、寸法パラメータを選択する。これには、ス
ペーサパラメータCを小さくすることが含まれる。詳しくは、パラメータCを前
述した基準に従って選択する。次ぎに、電子放出装置及び発光装置、スペーサシ
ステムを、それぞれの寸法パラメータ、特に部分fに従って組み立ててディスプ
レイを形成する。
ディスプレイはスペーサシステム内部を流れる熱エネルギーの典型的な比率を容
易に確保できる。従って、本発明はフラットパネルCRTディスプレイの設計及
び製造において大きな利点となる。
非常に類似した要素を表す。
置との間に配置された内部のスペーサシステムの高さ間の温度差から起こる画質
の低下をなくす或いは削減するためのフラットパネルCRTディスプレイの設計
における技術を提供する。本発明のフラットパネルCRTディスプレイにおける
電子放出は、通常は電界放出の理論に基づいて起こる。本発明に従って設計され
た電界放出フラットパネルCRTディスプレイ(電界放出ディスプレイと呼ばれ
ることが多い)は、フラットパネルのテレビ、或いはパーソナルコンピュータや
ラップトップコンピュータ、ワークステーションなどのフラットパネルビデオモ
ニタとして用いられる。
012Ω-cmを越える抵抗を有する物質に用いられる。用語「電気的に非絶縁」 は1012Ω-cmより小さい抵抗を有する物質に用いられる。電気的に非絶縁の 物質は、(a)抵抗が1Ω-cm未満の導電性の物質と、(b)抵抗が1Ω-cm
から1012Ω-cmの範囲の電気的に抵抗性の物質とに分類される。同様に、用 語「非導電性」は1Ω-cm以上の抵抗を有する物質であり、電気的に抵抗性の 物質及び電気的に絶縁の物質を含む。このカテゴリは、10V/μm未満の電界
で適用される。
って、電気的に非絶縁の電極は、導電性の材料または/及び抵抗が1から105 Ω-cmの電気的に抵抗性の材料で形成することができる。電気的に非絶縁の各 電極の抵抗は通常は103Ω-cm未満である。
(field-emission display)の側面図及び平面図である。図1及び図2のFED
の主な部品は、電界放射電子放出(field-emission electron-emitting)装置1
0(または電界エミッタ)と、発光装置12、外周壁14と、概ね並行な一群の
スペーサ壁16からなるスペーサシステムとである。電界エミッタ10及び発光
装置12は外周壁14を介して互いに連結され、通常は1.33×9の-4Pa或
いはそれ以下の高真空に保たれる密閉されたエンクロージャ18を形成する。ス
ペーサ壁16は、装置10と12との間のエンクロージャ18の内側に配置され
ている。従って外周壁14は、それぞれのスペーサ壁16を横方向に覆っている
。
ースプレート20の内側の表面に積層された一群のパターン形成された層22と
からなる。発光装置12は、概ね平坦で透明なフェースプレート24とそのフェ
ースプレート24の内側の表面に積層された一群のパターン形成された層26と
からなる。ベースプレート20及びフェースプレート24は、互いに概ね並行に
延在する。パターン形成された層22及びパターン形成された層26は、様々な
方法で形成することができる。層22及び層26の形成の一例が、以下に説明す
る図3に示されている。
18における活性領域28のスペーサ壁16の間を通過する電子を選択的に放出
する電界放射電子放出素子(図1及び図2には図示せず)の複数のセットからな
る二次元アレイを含む。活性領域28の境界は、図1及び図2の破線によって概
ね示されている。それぞれ異なる電子放出素子のセットによって放出された電子
は、発光装置12のパターン形成された層26に配設された発光素子の二次元ア
レイ(図1或いは図2には示されていない)の対応する発光素子で終結する軌道
を概ね沿うように制御(集束)されている。図1の矢印30は典型的な電子の軌
道を示している。発光素子に電子が衝当すると、その発光素子が発光して活性領
域28に対応する領域内のフェースプレート24の外側(視聴側)表面に画像を
形成する。
ィスプレイである。複数の電子放出素子と対向側に位置する対応する発光素子と
のセットが、白黒の場合は1つのピクセルを、カラーの場合は1つのサブピクセ
ルを形成する。フラットパネルディスプレイがカラーディスプレイの場合は、赤
と青と緑の三つのサブピクセルで1つのピクセルを形成する。
当異なりうる。上述したように、この温度差は、電界エミッタ10或いは発光装
置12の熱の放散及び/または外側の強い日光による高輝度などの因子によって
起こりうる。発光装置12は、通常、電界エミッタ10より平均温度が高い。装
置10と装置12の平均温度が著しく異なる場合、この著しい温度差は通常、ス
ペーサ壁16の高さhの高さ間に現れる。スペーサ壁の高さは、電界エミッタ1
0から発光装置12まで(或いはその逆)である。スペーサ壁16を流れる熱エ
ネルギー(熱)は、発光装置12から電界エミッタ10に向かって或いはその逆
に流れるが、その流れる方向は装置12或いは装置10のどちらの平均温度が高
いかによって決まる。
このような温度差は、ベースプレート20の表面に近い空気とフェースプレート
24の表面に近い空気との極端な温度差から発生し得り、この著しい温度差の殆
どは、ベースプレート20及びフェースプレート24の外面に沿った空気の境界
層との間で低下する。極端な場合、このスペーサ壁16の高さ間の温度差は5℃
に達し得る。
/または電気的に抵抗性の材料を含み、この材料は、スペーサ壁16の高さ全体
に亘って連続して延在する。発光装置12のパターン形成された層26は、電界
エミッタ10の電気的に非絶縁の層22に現れる電圧より通常5,000〜10,
000ボルト高い電圧に維持されるアノードを含む。従って、スペーサ壁16を
電流が流れる。スペーサ壁を流れる正の電流は、発光装置12から電界エミッタ
10に向かって流れる。このスペーサ壁を流れる電流が、スペーサ壁16に沿っ
た電位場に影響を及ぼす。
さ間の温度差により通常は、特に電気的に非絶縁のスペーサ壁の材料が電気抵抗
性の場合、スペーサ壁の高さに沿って異なる電気抵抗が発生する。スペーサ壁1
6を電流が流れると、スペーサ壁16の高さに沿って電気抵抗が異なるため、ス
ペーサ壁16に沿った電位場とスペーサ壁16の高さ間の温度差がない場合のス
ペーサ壁16に沿った電位場とは異なる。スペーサ壁16が本発明に従って設計
されない場合は、スペーサ壁16に沿ってこのように変更された電界によって、
電界エミッタ10によって放出された電子、特にスペーサ壁16の近傍の電子放
出素子から放出された電子が、スペーサ壁16の温度がスペーサ壁16と接する
電界エミッタ10より高いか或いはスペーサ壁16と接する発光装置12より高
いかによって、スペーサ壁16から離れる方向或いはスペーサ壁16に向かう方
向に偏向される。
ては、スペーサシステムの高さ間で1℃もの温度差が容易に発生し得る。従来の
方法で設計された高電圧FEDのスペーサシステムの高さ間の1℃の温度差は、
電子の偏向を引き起こしうり、ディスプレイの画面に好ましくない特徴(形状)
、典型的には好ましくない線が現れ得る。
、選択しない場合にスペーサ壁16の温度差により発生してその温度差を解消し
ない限りフェースプレート24の外面の画像に好ましくない特性を引き起こす電
子の偏向を防止する。詳細には、スペーサ壁16の熱特性及び電気特性、寸法特
性は、スペーサの熱/寸法パラメータCが6×10-5/m3/W以下となるよう に選択する。スペーサパラメータCは、好ましくは10-6/m3/W以下であり 、更に好ましいのは10-7/m3/W以下である。
hはスペーサ壁16の平均高さであり、KAVは概ね室温におけるスペーサ壁16
の平均熱伝導率であり、fはフェースプレート24の外面に対して概ね垂直に見
た活性領域28の平均(断面)面積AAに対する活性領域28内のスペーサ壁1 6によって占有される平均断面面積ASの部分である。図1に示されているよう に、スペーサ壁の高さhは、スペーサ壁16が層22と接触する電子放出装置1
0の内側表面からスペーサ壁16が層26と接触する発光装置12の内側表面ま
での高さである(逆から計ってもよい)。スペーサ面積部分fは以下のように表
すことができる。
せる。第1に、スペーサ壁16の高さ間に熱エネルギーの流れを発生させる所定
の環境条件(例えば、発光装置12或いは電界エミッタ10への日光)の組合せ
に対処するべく、パラメータCのh/fKAVの部分を小さくしてスペーサ壁16
の高さ間の温度差を減少させる。次に、通常は結果的に減少するがその結果に拘
わらず、スペーサ壁16の高さ間に発生する温度差に対処するべく、パラメータ
CのαAVh部分を小さくして電子の偏向を減少させる。上述したようにパラメー
タCの値を選択することによって、スペーサ壁16の高さ間の温度差による電子
の偏向によって起こる画質の低下を大幅に削減できる。パラメータCが相当小さ
い場合は、熱エネルギーがスペーサ壁16を流れる典型的な高い値を実質的に排
除できる。
、通常は少なくとも0.3mmであり、好ましくは0.5mm以上であり、更に
好ましくは1.0mm以上である。
材料から様々に形成することができる。例えば、それぞれのスペーサ壁16は、
導電性の主要壁(または主要部分)と、主要壁の外面の片側或いは両側にパター
ン形成した電気的に非絶縁のコーティングとから形成することもできる。詳しく
は、非導電性の主要壁は、電気的に抵抗性の材料及び電気的に絶縁の材料からな
り得る。パターン形成された非導電性のコーティングは、導電性の材料または/
及び電気的に抵抗性の材料とからなる。それぞれのスペーサ壁16のパターン形
成された非絶縁コーティングを、スペーサ壁16がパターン形成された層22及
びパターン形成された層26でそれぞれ電界エミッタ10及び発光装置12に接
触する主要壁の両端部或いは片側の端部に延在させることもできる。
ができる。それぞれの主要壁は、1つの層或いは一群の薄い層として形成するこ
とができる。典型的な実施例において、それぞれの主要壁は、所定の温度例えば
室温(20〜25℃)或いは標準温度(0℃)において比較的均一な電気抵抗を
もつ電気的に抵抗性の材料で形成された壁型のベース部から主としてなる。別法
では、それぞれの主要壁は、所定の温度で比較的均一な電気抵抗をもつ電気的に
抵抗性のコーティングがベース部表面の両側に施された電気的に絶縁の壁型のベ
ース部として形成することができる。抵抗性コーティングの厚さは、通常は概ね
0.01〜0.1μmである。どちらの場合も、それぞれの主要壁の抵抗性の材
料が、主用壁の高さ全体に亘って連続して延在する。
非導電性のコーティングで両面が覆われるのが普通である。二次的な放出を抑制
するコーティングは通常、電気的に抵抗性の材料からなる。
14,781号及びSpindt他による米国特許第5,532,548号、S
chmid他による米国特許第5,675,212号に記載されている。これら
3つの特許の内容を引用することをもって本明細書の一部とする。電界エミッタ
10と発光装置12との間のスペーサ壁16の抵抗は、通常は5×109〜5× 1011Ω-cm2を、典型的には約1011Ω-cm2を活性領域の面積AAで割った ものである。
伝導率である。それぞれのスペーサ壁16が複数の材料からなる場合、電気抵抗
の熱係数αAVは、複数の材料からなる点を除けば、均一即ち単一の材料からなり
、任意の温度において同じ電気抵抗を有し、温度によって同じように電気抵抗が
変化するスペーサ壁16と同一のスペーサ壁の電気抵抗の熱係数と考えられる。
同様に熱導電性KAVは、複数の材料からなる点を除けば、同じ熱伝導性即ち任意
の温度で同じ熱量を伝えるスペーサ壁16と同一の均一なスペーサ壁の熱導電性
と考えられる。
se-weighted)スペーサ断面積である。
化する距離であり、Ayはフェースプレートの外側の表面に対して垂直方向から
みて垂直距離yの関数であるスペーサ壁16の局部断面積である。層22から層
24においてスペーサ壁16が比較的一定した断面積ASOの場合、式3よりASO がスペーサ断面積ASの値となる。
ぞれのスペーサ壁16は図1及び図2の典型的な実施例において、スペーサ壁の
長手方向の両端が活性領域28の全長をやや越えて延在する。また、図1及び図
2の実施例において、活性領域28の境界は、第1のスペーサ壁16と最後のス
ペーサ壁16の概ね中心線を通る。典型的にはスペーサ壁である追加のスペーサ
(図示せず)を、活性領域28の外側の密閉されたエンクロージャ18に配置す
ることもできる。追加のスペーサを配置しても、このような追加のスペーサは、
熱に関して式1のパラメータCに著しく影響を与えるほどではないためここでは
考慮しない。
することができる。スペーサ壁16の厚みが垂直方向の距離yの関数として概ね
一定である図1及び図2に例示された状態を考える。Nをスペーサ壁16の数と
し、活性領域28の部分に延在する初めのスペーサ壁及び最後のスペーサ壁16
を含む。スペーサ16は通常、平均厚さtに概ね等しい。スペーサ壁16の厚み
は概ね同じ平均厚さtである。式3を用いると、スペーサの平均断面積ASは概 ね式(N−1)tlに等しく、lはスペーサ壁16に並行な方向における活性領
域28の長さである。活性領域AAはwlであり、wはスペーサ壁16に垂直な 方向における活性領域28の幅である。従って、図1及び図2の実施例の面積部
分fは、概ね以下の式から求めることができる。
域28の幅wは(N−l)(s+t)である。スペーサの間隔が概ね一定の場合
、図1及び図2の実施例のおおよその値は以下の式で表すことができる。
5によりスペーサ領域部分fが得られる。この場合、スペーサの平均断面積AS はNtlとなる。活性領域28の幅wは概ねN(s+t)となるため、活性領域
AAは概ねN(s+t)lとなる。このように変更した面積AA及びASの係数か らも式5が得られる。
スペーサ壁16の熱パラメータ及び寸法パラメータを、通常はスペーサパラメー
タCが6×10-5m3/W以下と小さくなるように選択する。パラメータCは、 好ましくは10-6m3/W以下、更に好ましくは10-7m3/W以下となるように
選択する。選択した設計に基づいて電界エミッタ10及び発光装置12、外周壁
14、スペーサ壁16をそれぞれ別々に製造した後、スペーサの面積部分fが選
択された値となるように間隔をあけてそれぞれの部品10及び12、14、16
を組み立ててFEDを製造する。密閉されたディスプレイのエンクロージャ18
の圧力が所望の高真空となるようにこの組立工程を行う。
おいてスペーサパラメータCが重要なことが分かるであろう。オームの法則及び
クーロンの法則、(熱及び電界に対する)ラプラス方程式、ニュートンの(力−
質量)法則(Newton's (force-mass)law)を適用すると、(a)スペーサ壁1 6の高さh間の温度差ΔT、及び(b)電子の電子放出装置10から発光装置1
2への軌道がスペーサ壁16を流れる熱エネルギーによって偏向された量Δxの
それぞれは、概ね以下の関係となる。
サ壁16を流れる熱エネルギーの比率である。別法では、出力密度パラメータP
は、スペーサ部分Fとスペーサ壁16の出力密度(エネルギーの流れの方向に対
して垂直方向にみた断面積当たりの出力)との積である。
エミッタ10に流れる場合、スペーサ壁16が装置12に接触する部分の温度は
、スペーサ壁16がエミッタ10に接触する部分の温度より高い。各電子は、最
も近いスペーサ壁16の1つに向けて偏向される。例えば、このことは、出力パ
ラメータP及び温度差ΔT、電子偏向量Δxが正の値の場合に起こる。熱エネル
ギーがスペーサ壁16を介してエミッタ10から装置12に流れる場合は、逆の
ことが起こる。
ることができる。
る。式8の右側部分に示されているように、式8の中央の二つのカッコ部分がス
ペーサパラメータCとなる。式6より、出力密度パラメータPが所定の値である
ためスペーサパラメータCのh/fKAV部分が小さくなると、それに(概ね)比
例してスペーサ壁16の高さ間の温度差ΔTが小さくなる。式7より、得られる
温度差ΔTの値においてパラメータCのαAVh部分を小さくすると、それに(概
ね)比例して偏向量Δxが小さくなる。環境条件の変化により出力密度パラメー
タPが増大して温度差ΔTが大きくなる場合、偏向量Δxを所定の許容値に保つ
ために、パラメータCを小さくしなければならない。
的に依存する無次元パラメータである。パラメータβは通常0.05〜0.15
であり、典型的には0.11である。
発生しない偏向量Δxの最大値は通常4μmである。フェースプレート24の外
側の表面に目に見える好ましくない特徴を引き起こす電子の偏向を発生させるこ
となく、図1及び図2のFEDに適合する出力密度パラメータPの最大値は、好
ましくは30W/m2以上であり、より好ましくは100W/m2以上であり、更
に好ましくは300W/m2以上である。上記したパラメータβの典型的な値0 .11において、出力密度パラメータPが概ね30W/m2、スペーサパラメー タCが上記した好適な最大値である10-6m3/Wかそれより幾分小さい場合、 式9より、偏向量Δxはその最大許容値4μmよりやや小さくなる。パラメータ
Pが概ね100W/m2であると、パラメータCが3×10-7m3/Wかそれより
やや小さい場合、偏向量Δxは典型的なその最大許容値よりやや小さくなる。パ
ラメータPが300W/m2であり、パラメータCがより好適な上記した最大値 である10-7m3/Wかややそれより小さい場合、偏向量Δxは典型的なその最 大許容値よりやや小さくなる。
設定する。パラメータβの典型的な値において、偏向量Δxは典型的なその最大
許容値である4μmよりやや小さくなる。別法では、パラメータCを3×10-8 m3/W以下とし、パラメータPが100W/m2と高い場合でも、ΔXの最大値
が0.4μmより高くならないようにする。従って、ある因子によってパラメー
タPが小さくなると、概ね同じ因子によって偏向量ΔXも小さくなる。
いて、電界エミッタ10のパターン形成された層22は、下側の電気的に非絶縁
のエミッタ領域50と、誘電体層52と、概ね並行な一群の制御電極54と、電
界放射電子放出要素56のセットからなる二次元のアレイと、集束システム58
とからなる。ベースプレート10の内側の表面に延在する下側の非絶縁領域50
は、行方向即ちFEDのピクセルのそれぞれの行に沿った方向に延在する概ね並
行な一群のエミッタ電極を含む。また、非絶縁領域50は、エミッタ電極の上に
延在する電気的に抵抗性の層を含むのが普通である。誘電体層52は非絶縁領域
50の上に延在する。
a)列方向即ちFEDのピクセルのそれぞれの列に沿った方向に延在する主要制
御部分60と、(b)その主要制御部分60に隣接する一群の薄いゲート部分6
2とからなる。一群の制御開口64のそれぞれは、対応するそれぞれの主要制御
部分60を貫通している。それぞれのゲート部分62は、1つの制御開口64に
広がっている。図3の実施例において、それぞれのゲート部分62は、部分的に
その主要制御部分60の上に延在している。別法では、それぞれのゲート部分6
2は、その制御部分60の下側に延在させることもできる。図面の面に対して並
行な水平方向に延在する列方向の制御電極54の1つが図3に示されている。
がある非絶縁領域50に至る開口に位置し、対応するゲート部62の開口部を介
して露出している。誘電体層52を貫通するこの開口と、ゲート部62は図3に
示されていない。電子放出素子56のセットからなる二次元アレイは、制御開口
64の側壁によって横方向に画定されている。電子放出素子56は図3に細かく
示されている。一般的な実施例において、素子56は直立したコーン型或いはフ
ィラメント型である。
開口64間の領域(図3には図示せず)の誘電体層52に向かって下方に延在す
る。ベースプレート20の内側表面に対して概ね垂直方向からみると、集束シス
テム58は概ねワッフル型の形状である。集束システム58は、ベース部集束構
造66と、そのベース部集束構造66の上に延在し、かつその側壁の途中まで下
方に向かって延在する導電性の集束コーティング68とからなる。集束構造66
は、電気的に絶縁の材料及び/または電気的に抵抗性の材料からなる。構成部5
0及び52、54、56、58の典型的な実施例が、1998年5月27日に出
願されたSpindt他による国際出願PCT/US98/09907及び19
98年10月27日に出願されたCleeves他による国際出願PCT/US
98/22717に記載されている。
光素子70からなる二次元アレイと、ブラックマトリクス72と、FEDのアノ
ード(またはコレクタ)となる導電性の光反射層74とからなる。発光素子70
は、それぞれが電子放出素子56の一群と向かい合ってフェースプレート24の
内側表面に位置する。ブラックマトリクス72は、各発光素子70の間のワッフ
ル状になったフェースプレート24の内側表面に延在する。組立アライメントを
許容する金属小片(図示せず)が、ブラックマトリクス72の端部部分の下側に
延在する。光反射アノード層74は、発光素子70及びブラックマトリクス72
の上に延在し得る。構成部70及び72、74の典型的な実施例は、1998年
4月27日に出願されたHaven他による国際出願PCT/US98/076
33に示されている。
たは主要スペーサ部分)80と、多数の電気的に非絶縁のフェース電極82と、
一対の電気的に非絶縁の端部(或いは縁部)電極84とからなる。好ましくは導
電性の材料からなるフェース電極82は、それぞれの主要壁80の外面の片側ま
たは両側に配置させることができる。図3の実施例においては、フェース電極8
2が、電界エミッタ10より発光装置12に近い各主要壁80の片側の外面に配
置されている。
10及び発光装置12に接触する主要壁80の両端部(または縁部)にそれぞれ
位置する。詳しくは、それぞれのスペーサ壁16の端部電極84の一方が(a)
電界エミッタ10の集束システム58の集束コーティング68と接触し、他方が
(b)発光装置12の光反射アノード層74と接触する。集束コーティング68
及びアノード層74に電位が加えられると、端部電極84によってそれぞれのス
ペーサ壁16の両端に電位が加えられることになる。スペーサ壁16が集束コー
ティング68に接触するスペーサ壁16の端部の電位場(または電圧分布)は、
1999年1月15日に出願されたSpindt他による国際出願PCT/US
99/01026に記載されているように制御することができる。またこの内容
を引用することをもって本明細書の一部とする。
いる。これは、ディスプレイの組立中にスペーサ壁16によって集束構造58に
力を加えることによって、または/及びディスプレイの組立の前に集束構造58
に溝を形成することによって達成することができる。実施例によるが、これらの
窪んだ空間が存在しない場合が多い。
は互いに分割されている。単純化するために、図3は、2行のピクセルがそれぞ れの連続するスペーサ壁16の組を分割している例を示している。通常はそれぞ
れの連続するスペーサ壁の組の間には、2行以上例えば30行のピクセルがある
。
.02Ω/Ω-℃であり、典型的には0.005Ω/Ω-℃である。平均熱伝導率
KAVは、通常は10〜300W/m-℃であり、典型的には50W/m-℃である
。フェース電極82の平均厚さを含む平均スペーサ厚さtは、通常は40〜10
0μmであり、典型的には50〜60μmである。スペーサの高さhは通常0.
3〜2mmであり、典型的には1.25mmである。最後に、スペーサの間隔s
は、通常は0.3〜2cmであり典型的には1cmである。スペーサの厚さt及
びスペーサの間隔sの記載した典型的な値を式5に代入すると、スペーサの面積
部分fは、概ね0.005〜0.006である。
の高さh、スペーサの面積部分fを式1に代入すると、スペーサパラメータCは
概ね3×10-8m3/Wとなる。従って、パラメータCの値が10-7m3/W以下
であるため、典型的な値である約300W/m2の出力密度パラメータP及び対 応する約1〜2℃の温度差ΔTの場合、この種の設計のスペーサ壁16ではスペ
ーサ壁16の高さhの高さ間の温度差による画質の低下を実質的に排除できる。
実際、パラメータPが約1000W/m2及び対応する温度差ΔTが約5℃の場 合、この種の設計のスペーサ壁16では画質の低下を概ね排除できる。
を、制御電極54及び下側の非絶縁領域50のエミッタ電極と較べて高い正の電
位に維持する。好適な電位が、(a)選択された1つの制御電極54と(b)選
択された1つのエミッタ電極との間に加えられると、同様に選択されたゲート部
62が選択された電子放出素子56のセットから電子を引き出すと共に得られる
電子の流れの大きさを制御する。発光素子70が高電圧燐光体であって、その発
光素子70での電流密度が0.1mA/cm2で、加えられたゲートとカソード 間の並行なプレート(gate-to-cathode parallel plate)の電界が20V/μm
に到達する場合、通常は所望の電子放出レベルが得られる。
ように引き寄せる。集束システム58、特に集束コーティング68が、引き出さ
れた電子を対応する発光素子70の方向に集束させる。フェース電極82が、ス
ペーサ壁16の外面に沿った電位場を制御して電子の軌道を制御する。更に、フ
ェース電極82がなければスペーサ壁16に衝当する電子によってスペーサ壁1
6に電荷が蓄積されるのを、フェース電極82が緩和する。最後に、上述したよ
うにスペーサパラメータCを選択すれば、選択しない場合にスペーサ壁16の高
さ間の著しい温度差によってフェースプレート画像面に現れる好ましくない線を
引き起こす電子の偏向を減少できる。電子が発光装置12に到達すると、アノー
ド層74を通過して対応する発光領域70に衝当し、フェースプレート24の外
面に可視光を放出する。別の発光素子70も、同様に選択的に活性化される。発
光素子70によって放出された光の中には、初め活性領域28に向かって進むも
のもある。アノード層74が、このような光を画像面に向かって反射させ、画像
の輝度を高める。
組合わさるのかを読者が容易に理解できるように、本発明の説明において用いた
。実際には、フラットパネルCRTディスプレイの部品は、ここで用いた方向を
示す用語によって示した方向とは異なることもある。従って、方向を示す用語は
説明を容易にするために用いたのであって、本発明は、ここで用いた方向を示す
用語で示した実施例とは異なる方向の実施例も含む。
けであり、上記した本発明の請求項の範囲を制限するものではない。例えば、ス
ペーサシステムにおけるスペーサは、支柱或いは壁の組み合わせによっても形成
することができる。ポストの長手方向に沿ったスペーサポストの断面は、例えば
円及び楕円、四角形などの様々な形にすることができる。壁の組み合わせからな
るスペーサを長手方向に沿って見ると、スペーサは、T型或いはH型、十字型等
の形にすることができ、式1−式3及び式6−式9はスペーサ壁16だけでなく
これらのタイプのスペーサにも適用することができる。これらのスペーサをスペ
ーサ壁として用いた場合、これらのスペーサがディスプレイの活性領域の一部に
のみ延在させることができる。
CRTディスプレイの電界エミッタは、熱電子放出或いは光電子放出によって動
作する電子エミッタを用いることもできる。電子放出素子から電子を選択的に引
き出すために制御電極を用いるのではなく、ディスプレイが動作中に連続的に電
子を放出する電子放出素子から電子を選択的に集める電極を電子エミッタに設け
ることもできる。記載した請求項に既定された本発明の範囲を逸脱することなく
、当業者は様々に適用したり変更したりすることができるであろう。
ィスプレイの側断面図である。
は図2の面1−1に沿って切り取られたものである。図2の断面は、図1の面2
−2に沿って切り取られたものである。
面図である。
012Ω-cmを越える抵抗を有する物質に用いられる。用語「電気的に非絶縁」 は1012Ω-cm以下の抵抗を有する物質に用いられる。電気的に非絶縁の物質 は、(a)抵抗が1Ω-cm未満の導電性の物質と、(b)抵抗が1Ω-cmから
1012Ω-cmの範囲の電気的に抵抗性の物質とに分類される。同様に、用語「 非導電性」は1Ω-cm以上の抵抗を有する物質であり、電気的に抵抗性の物質 及び電気的に絶縁の物質を含む。このカテゴリは、10V/μm未満の電界で適
用される。
材料から様々に形成することができる。例えば、それぞれのスペーサ壁16は、
導電性の主要壁(または主要部分)と、主要壁の外面の片側或いは両側にパター
ン形成した電気的に非絶縁のコーティングとから形成することもできる。詳しく
は、非導電性の主要壁は、電気的に抵抗性の材料及び電気的に絶縁の材料からな
り得る。パターン形成された非絶縁のコーティングは、導電性の材料または/及
び電気的に抵抗性の材料とからなる。それぞれのスペーサ壁16のパターン形成
された非絶縁コーティングを、スペーサ壁16がパターン形成された層22及び
パターン形成された層26でそれぞれ電界エミッタ10及び発光装置12に接触
する主要壁の両端部或いは片側の端部に延在させることもできる。
いて、電界エミッタ10のパターン形成された層22は、下側の電気的に非絶縁
のエミッタ領域50と、誘電体層52と、概ね並行な一群の制御電極54と、電
界放射電子放出要素56のセットからなる二次元のアレイと、集束システム58
とからなる。ベースプレート20の内側の表面に延在する下側の非絶縁領域50
は、行方向即ちFEDのピクセルのそれぞれの行に沿った方向に延在する概ね並
行な一群のエミッタ電極を含む。また、非絶縁領域50は、エミッタ電極の上に
延在する電気的に抵抗性の層を含むのが普通である。誘電体層52は非絶縁領域
50の上に延在する。
a)列方向即ちFEDのピクセルのそれぞれの列に沿った方向に延在する主要制
御部分60と、(b)その主要制御部分60に隣接する一群の薄いゲート部分6
2とからなる。一群の制御開口64のそれぞれは、対応するそれぞれの主要制御
部分60を貫通している。それぞれのゲート部分62は、1つの制御開口64に
広がっている。図3の実施例において、それぞれのゲート部分62はまた、部分
的にその主要制御部分60の上に延在している。別法では、それぞれのゲート部
分62は、その制御部分60の下側に延在させることもできる。図面の面に対し
て並行な水平方向に延在する列方向の制御電極54の1つが図3に示されている
。
Claims (40)
- 【請求項1】 フラットパネルディスプレイであって、 電子放出装置と、 エンクロージャを形成するべく前記電子放出装置に連結された発光装置であっ
て、前記発光装置の外側表面に画像を形成するべく電子が前記エンクロージャに
おける前記ディスプレイの活性領域の前記電子放出装置から前記発光装置に移動
する、該発光装置と、 前記ディスプレイに作用する外部の力に耐えるために前記電子放出装置と前記
発光装置との間に位置するスペーサシステムであって、有しなければ前記スペー
サシステムを流れるエネルギーによる電子の偏向により画像に好ましくない特徴
が現れることが明らかな画質の低下を阻止する熱パラメータ及び電気パラメータ
、寸法パラメータを有する、該スペーサシステムとを含むことを特徴とするフラ
ットパネルディスプレイ。 - 【請求項2】 前記電子放出装置から前記発光装置までの前記スペーサシ
ステムの高さが少なくとも0.3mmであることを特徴とする請求項1に記載の
ディスプレイ。 - 【請求項3】 前記スペーサシステムの高さが少なくとも0.5mmであ
ることを特徴とする請求項2に記載のディスプレイ。 - 【請求項4】 前記熱パラメータ及び前記電気パラメータ、前記寸法パラ
メータが、(a)概ね室温における前記スペーサシステムの電気抵抗の平均熱係
数と、(b)前記電子放出装置から前記発光装置までの前記スペーサシステムの
高さと、(c)概ね室温における前記スペーサシステムの平均熱伝導率と、(d
)前記発光装置の外側表面に対して概ね垂直方向からみた、前記活性領域の面に
対する前記活性領域内の前記スペーサシステムによって占有された平均断面積部
分とを含むことを特徴とする請求項1に記載のディスプレイ。 - 【請求項5】 前記スペーサシステムを流れるエネルギーが、前記電子放
出装置と前記発光装置との間を流れる熱エネルギーを含むことを特徴とする請求
項1に記載のディスプレイ。 - 【請求項6】 前記スペーサシステムが、複数の独立したスペーサを含む
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れかに記載のディスプレイ。 - 【請求項7】 前記スペーサの少なくとも1つが、主要スペーサ部分と、
前記主要スペーサ部分上に延在するパターン形成された電気的に非絶縁のコーテ
ィングとを含むことを特徴とする請求項6に記載のディスプレイ。 - 【請求項8】 前記スペーサがスペーサ壁を含むことを特徴とする請求項
6に記載のディスプレイ。 - 【請求項9】 それぞれのスペーサ壁が、一対の反対向きの外面を有する
主要壁と、少なくとも一方の前記外面に位置する少なくとも1つの電極とを含む
ことを特徴とする請求項8に記載のディスプレイ。 - 【請求項10】 前記好ましくない特徴が線を含むことを特徴とする請求
項6に記載の方法。 - 【請求項11】 フラットパネルディスプレイであって、 電子放出装置と、 エンクロージャを形成するべく前記電子放出装置に連結された発光装置であっ
て、前記発光装置の外側表面に画像を形成するべく電子が前記エンクロージャに
おける前記ディスプレイの活性領域の前記電子放出装置から前記発光装置に移動
する、該発光装置と、 前記ディスプレイに作用する外圧に耐えるために前記電子放出装置と前記発光
装置との間に位置するスペーサシステムであって、αAVh2/fKAVと定義され るスペーサパラメータCが6×10-5m3/W以下であり、αAVが概ね室温にお ける前記スペーサシステムの電気抵抗の平均熱係数であり、hが前記電子放出装
置から前記発光装置までの前記スペーサシステムの高さであり、KAVが概ね室温
における前記スペーサシステムの平均熱伝導率であり、fが前記発光装置の外側
表面に対して概ね垂直方向から見た前記活性領域の面積に対する前記活性領域内
の前記スペーサシステムによって占有された平均断面積部分である、該スペーサ
システムとを含むことを特徴とするフラットパネルディスプレイ。 - 【請求項12】 パラメータCが10-6m3/W以下であることを特徴と する請求項11に記載のディスプレイ。
- 【請求項13】 パラメータCが10-7m3/W以下であることを特徴と する請求項11に記載のディスプレイ。
- 【請求項14】 前記高さhが少なくとも0.3mmであることを特徴と
する請求項11に記載のディスプレイ。 - 【請求項15】 前記電子放出装置と前記発光装置とを連結し、前記スペ
ーサシステムを概ね横方向に覆う、概ね環状(annular)の外周壁を更に含むこ とを特徴とする請求項11に記載のディスプレイ。 - 【請求項16】 前記スペーサシステムが複数の独立したスペーサを含む
ことを特徴とする請求項11乃至請求項15の何れかに記載のディスプレイ。 - 【請求項17】 前記スペーサが前記活性領域において互いに横方向に間
隔をおいて位置することを特徴とする請求項16に記載のディスプレイ。 - 【請求項18】 前記少なくとも1つのスペーサが、主要スペーサ部分と
、前記主要スペーサ部分上に延在するパターン形成された電気的に非絶縁のコー
ティングとを含むことを特徴とする請求項16に記載のディスプレイ。 - 【請求項19】 前記主要スペーサ部分が非導電性であることを特徴とす
る請求項18に記載のディスプレイ。 - 【請求項20】 前記主要スペーサ部分が、ベース部と、電子の二次的放
出を抑制する前記ベース部に延在するコーティングとを含むことを特徴とする請
求項19に記載のディスプレイ。 - 【請求項21】 前記ベース部が、所定の温度において電気抵抗が比較的
均一な電気的に抵抗性の材料を含むことを特徴とする請求項20に記載のディス
プレイ。 - 【請求項22】 前記ベース部が、電気的に絶縁のコアと、前記コアに延
在する電気的に抵抗性のコーティングとを含むことを特徴とする請求項20に記
載のディスプレイ。 - 【請求項23】 前記非絶縁のコーティングが導電性の材料を含むことを
特徴とする請求項18に記載のディスプレイ。 - 【請求項24】 前記スペーサがスペーサ壁を含むことを特徴とする請求
項16に記載のディスプレイ。 - 【請求項25】 連続する各スペーサ壁が、前記活性領域内で互いに概ね
等間隔で離れていることを特徴とする請求項24に記載のディスプレイ。 - 【請求項26】 前記各スペーサ壁が、一対の反対向きの外面を有する主
要壁と、前記外面の少なくとも一方に位置する少なくとも1つの電極とを有する
ことを特徴とする請求項24に記載のディスプレイ。 - 【請求項27】 前記各スペーサ壁が、前記主要壁の少なくとも一方の端
部に端部電極を備えることを更に含むことを特徴とする請求項26に記載のディ
スプレイ。 - 【請求項28】 前記スペーサ壁の少なくとも1つが一群の薄膜の層を含
むことを特徴とする請求項26に記載のディスプレイ。 - 【請求項29】 前記スペーサが支柱を含むことを特徴とする請求項16
に記載のディスプレイ。 - 【請求項30】 フラットパネルディスプレイを製造する方法であって、
前記フラットパネルディスプレイが、 電子放出装置と、 エンクロージャを形成するべく前記電子放出装置に連結された発光装置であっ
て、前記発光装置の外側表面に画像を形成するべく電子が前記エンクロージャに
おいて前記電子放出装置から前記発光装置に移動する、該発光装置と、 前記ディスプレイに作用する外部の力に耐えるために前記電子放出装置と前記
発光装置との間に位置するスペーサシステムとを含み、 前記製造する方法が、 選択しなければ前記スペーサシステムを流れるエネルギーによって電子の偏向
が起こり前記画像に好ましくない特徴が現れるのが明らかな画質の低下を阻止す
るべく前記スペーサシステムの熱パラメータ及び電気パラメータ、寸法パラメー
タを選択する過程と、 前記各寸法パラメータに従って、前記電子放出装置と、前記発光装置と、前記
スペーサシステムとを組み立てて前記ディスプレイを形成する過程とを含むこと
を特徴とするフラットパネルディスプレイの製造方法。 - 【請求項31】 前記スペーサシステムが複数の独立したスペーサを含む
ことを特徴とする請求項30に記載の方法。 - 【請求項32】 フラットパネルディスプレイを製造する方法であって、
前記フラットパネルディスプレイが、 電子放出装置と、 エンクロージャを形成するべく前記電子放出装置に連結された発光装置であっ
て、前記発光装置の外側表面に画像を形成するべく電子が前記エンクロージャに
おける前記ディスプレイの活性領域の前記電子放出装置から前記発光装置に移動
する、該発光装置と、 前記ディスプレイに作用する外部の力に耐えるために前記電子放出装置と前記
発光装置との間に位置するスペーサシステムとを含み、 前記製造する方法が、 スペーサパラメータCが小さくなるように前記スペーサシステムの熱パラメー
タ及び電気パラメータ、寸法パラメータを選択する過程であって、前記スペーサ
パラメータCがαAVh2/fKAVと定義され、αAVが概ね室温における前記スペ ーサシステムの電気抵抗の平均熱係数であり、hが前記電子放出装置から前記発
光装置までの前記スペーサシステムの高さであり、KAVが概ね室温における前記
スペーサシステムの平均熱伝導率であり、fが前記発光装置の外側表面に対して
概ね垂直方向から見た前記活性領域の面積に対する前記活性領域内の前記スペー
サシステムによって占有された平均断面積の部分である、該過程と、 部分fに従って、前記電子放出装置と、前記発光装置と、前記スペーサシステ
ムとを組み立てて前記ディスプレイを形成する過程とを含むことを特徴とするフ
ラットパネルディスプレイの製造方法。 - 【請求項33】 パラメータCを小さくすることによって、前記スペーサ
システムを流れるエネルギーによって電子の偏向が起こり前記画像に好ましくな
い特徴が生成されるのを阻止することを特徴とする請求項32に記載の方法。 - 【請求項34】 徐々にパラメータCが低くなるように前記スペーサシス
テムの熱特性及び電気特性、寸法特性を選択することによって、前記スペーサシ
ステムを流れるエネルギーによって電子の偏向が起こり前記画像に好ましくない
特徴が形成されるのを徐々に妨げることを特徴とする請求項32に記載の方法。 - 【請求項35】 前記ディスプレイが、前記発光装置と前記電子放出装置
とを接続する概ね環状の外周壁を更に含み、前記組立の過程が、前記スペーサシ
ステムを概ね横方向に覆うように前記外周壁を配設することを含むことを特徴と
する請求項32に記載の方法。 - 【請求項36】 フラットパネルディスプレイを製造する方法であって、
前記フラットパネルディスプレイが、 電子放出装置と、 エンクロージャを形成するべく前記電子放出装置に連結された発光装置であっ
て、前記発光装置の外側表面に画像を形成するべく電子が前記エンクロージャに
おける前記ディスプレイの活性領域の前記電子放出装置から前記発光装置に移動
する、該発光装置と、 前記ディスプレイに作用する外部の力に耐えるために前記電子放出装置と前記
発光装置との間に位置するスペーサシステムとを含み、 前記製造する方法が、 αAVh2/fKAVと定義されるスペーサパラメータCが6×10-5m3/W以下
となるように選択する過程であって、αAVが概ね室温における前記スペーサシス
テムの電気抵抗の平均熱係数であり、hが前記電子放出装置から前記発光装置ま
での前記スペーサシステムの高さであり、KAVが概ね室温における前記スペーサ
システムの平均熱伝導率であり、fが前記発光装置の外側表面に対して概ね垂直
方向から見た前記活性領域の面積に対する前記活性領域内の前記スペーサシステ
ムによって占有された平均断面積部分である、該過程と、 部分fに従って、前記電子放出装置と、前記発光装置と、前記スペーサシステ
ムとを組み立てて前記ディスプレイを形成する過程とを含むことを特徴とするフ
ラットパネルディスプレイの製造方法。 - 【請求項37】 前記選択する過程が、パラメータCが10-6m3/W以 下となるように選択することを含むことを特徴とする請求項36に記載の方法。
- 【請求項38】 前記選択する過程が、パラメータCが10-7m3/W以 下となるように選択することを含むことを特徴とする請求項36に記載の方法。
- 【請求項39】 前記ディスプレイが、前記発光装置と前記電子放出装置
とを接続する概ね環状の外周壁を更に含み、前記組立の過程が、前記スペーサシ
ステムを概ね横方向に覆うように前記外周壁を配設することを含むことを特徴と
する請求項38に記載の方法。 - 【請求項40】 前記スペーサシステムが複数の独立したスペーサを含む
ことを特徴とする請求項32乃至請求項39の何れかに記載の方法。
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