JP2004511065A

JP2004511065A - Field emission display with discharge electron emitter

Info

Publication number: JP2004511065A
Application number: JP2002508821A
Authority: JP
Inventors: シェ、チェンガン; ウェイ、イ
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2004-04-08
Also published as: AU2001264851A1; WO2002005307A1; CN1531738A; TW498379B; KR20030029617A; EP1303864A1

Abstract

表面（１０５）を画成するスペーサ（１０６）と、帯電電子エミッタ（１１６）と、帯電電子エミッタ（１１６）から放電された電子（１３０）を受容するために配置された陽極（１２５）とを備えるフィールドエミッションディスプレイ（１００，２００，３００，４００）であって、該陽極（１２５）は帯電電子エミッタ（１１６）に対して約１０００ボルトより大きい作動電圧にて作動するよう形成され、かつ陽極（１２５）に受容されるために帯電電子エミッタ（１１６）から放電された電子（１３０）の一部が、スペーサ（１０６）の表面（１０５）に静電帯電を引き起こし、放電電子エミッタ（１０９，２０９，４０９）は、陽極（１２５）における電圧が作動電圧に等しい間、帯電スペーサ表面（１０５）を放電するよう形成されているフィールドエミッションディスプレイ。放電電子エミッタ（１０９，２０９，４０９）は、スペーサ（１０６）と帯電電子エミッタ（１１６）との中間に配置され、カーボンナノチューブにより形成されることが好ましい。A spacer (106) defining a surface (105), a charged electron emitter (116), and an anode (125) arranged to receive electrons (130) discharged from the charged electron emitter (116). A field emission display (100, 200, 300, 400) comprising: an anode (125) configured to operate at an operating voltage greater than about 1000 volts relative to a charged electron emitter (116); Some of the electrons (130) discharged from the charged electron emitter (116) to be received by the 125 (125) cause electrostatic charging on the surface (105) of the spacer (106), causing the discharged electron emitter (109, 209) to discharge. , 409) are formed to discharge the charged spacer surface (105) while the voltage at the anode (125) is equal to the operating voltage. A field emission display that is. The discharge electron emitters (109, 209, 409) are preferably disposed between the spacer (106) and the charged electron emitter (116), and are preferably formed of carbon nanotubes.

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明はフィールドエミッションディスプレイの分野に属し、さらに詳細には、フィールドエミッションディスプレイの陰極プレートと陽極プレートとの間の分離距離を保持する誘電体スペーサを有するフィールドエミッションディスプレイに関する。
【０００２】
（発明の背景）
ディスプレイの陰極プレートと陽極プレートとの間の分離距離を保持する誘電体スペーサを有するフィールドエミッションディスプレイは、当技術分野において周知である。誘電体スペーサの表面は、ディスプレイの作動中に静電帯電し得ることが当技術分野において認識されている。誘電体スペーサの静電帯電した表面は、ディスプレイの観察者にスペーサ構造が「可視」になるといった問題を生じ得る。即ち、帯電した表面は、蛍光体に向かって指向されている電子を蛍光体の帯電表面に向けて引きつけ、蛍光体から離れさせてしまう。このようにして、ディスプレイ画像上の各スペーサの位置に望ましくないギャップが形成される。
【０００３】
ディスプレイの作動中に、時折り帯電したスペーサ表面を中和することは、当技術分野にて周知である。例えば、蛍光体を活性化する電子エミッタを使用して、帯電したスペーサ表面を放電するための放電電子を提供することが当技術分野において周知である。先行技術において、蛍光体における電圧がディスプレイモード値よりも低下している間、放電電子が提供されることが教示される。ディスプレイモード値とは、蛍光体を活性化させるため使用される値である。これらの放電電子はスペーサ表面の放電に有用であるが、電子の一部はスペーサのない表面に誘引される。逸脱した電子がスペーサのない表面に衝突すると、それらは汚染種の気体放射を起こし、電子エミッタのエミッション特性の劣化を引き起こし得る。
【０００４】
この従来技術手法による別の問題点は、陽極電圧を上昇および下降させるためにかなりのエネルギーを消費することである。例えば、ディスプレイ画像が形成されるディスプレイモードの間に使用される陽極電圧は、１０００ボルトより大きなものであり得る。スペーサが放電される放電モード中には、陽極電圧を約４００ボルト未満に減少させることが周知である。
【０００５】
従って、陽極電圧を減少させる必要がなく、かつ気体放電率が従来技術のそれよりも減少した、スペーサ放電のための手段を備える改良されたフィールドエミッションディスプレイが必要とされる。
【０００６】
描写を簡略化および明確にするために、図面中の要素は必ずしも当尺に描かれていない。例えば、要素いくつかの寸法は、相対的に誇張されている。さらに、適切と考慮される箇所にて、対応する要素を示すために参照番号は図面間にて繰り返される。
【０００７】
（好ましい実施態様の説明）
本発明は、誘電体スペーサの不可視性を保持しながら高電圧にて作動させることが可能であるフィールドエミッションディスプレイに関する。スペーサの不可視性は、放電電子エミッタを提供することにより達成される。放電電子エミッタは、陽極における電圧が作動電圧（例、帯電電子エミッタに対して約１００ボルトより大きい）と等しい間、静電帯電したスペーサ表面を放電するよう設計されている。即ち、不可視性を達成するために陽極電圧を低下させる必要がなく、それにより従来技術に対して改良された電力消費が実現される。放電電子エミッタはカーボンから製作されることが好ましく、ディスプレイの陽極と伴にダイオード配置を画成することが好ましい。放電電子エミッタは、スペーサの十分近傍に配置され、従って放電電子エミッタから放電される電子が帯電スペーサ表面の放電を引き起こすことが好ましい。
【０００８】
図１は、本発明の好ましい実施態様による、エッジエミッタである放電電子エミッタ１０９を有するフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）１００の部分断面図である。ここに記される図面はディスプレイを意図するものであるが、本発明の範囲はディスプレイに限定されない。むしろ本発明は、このような構造を有する任意のタイプのフィールドエミッション装置における、スペーサおよび他の帯電した構造体に有用である。
【０００９】
ＦＥＤ１００は、陰極プレート１０２と陽極プレート１０４とを備える。陰極プレート１０２は、スペーサ１０６によって陽極プレート１０４から離間され、陰極プレート１０２とスペーサ１０６との間に中間スペース領域を画成する。陰極プレート１０２は、ガラス、シリコン、セラミックなどから形成され得る基板１０８を備える。陰極１１０は、基板１０８上に配置される。陰極１１０は、第一の電源１２６に接続されている。誘電体層１１２は陰極１１０上に配置され、かつ帯電エミッタウェル１１４を画成している
【００１０】
帯電電子エミッタ１１６は、帯電電子エミッタウェル１１４内に配置されている。図１の実施態様において、帯電電子エミッタ１１６は、モリブデンから形成され得るスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）チップ電子エミッタである。しかしながら、本発明は、円錐形以外の形状を有する帯電電子エミッタを有する装置によっても体現される。例えば、帯電電子エミッタは、エッジエミッタ、表面エミッタなどであってもよい。帯電電子エミッタは、ダイアモンド、カーボンナノチューブなどのような、モリブデン以外の電子放出物質から形成することもできる。
【００１１】
陰極プレート１０２はさらに、誘電体層１１２上に配置され第二の電源１２７に接続された、ゲート引き出し電極（ｇａｔｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１１８を備える。陰極１１０およびゲート引き出し電極１１８に選択された電位を適用することにより、帯電電子エミッタ１１６に電子を放電させ得る。
【００１２】
図１の実施態様において、陰極プレート１０２は、誘電体層１１２上に配置された制御電極１１３を備える。制御電極１１３は、第四の電源１２９に接続されている。制御電極１１３は、放電電子エミッタ１０９における電位を制御するために、放電電子エミッタ１０９に接続されている。図１の実施態様において、放電電子エミッタ１０９は、エッジエミッタを形成している。放電電子エミッタ１０９は、電子放出物質から形成されている。放電電子エミッタ１０９は、少なくとも部分的にカーボンから形成されることが好ましく、カーボンナノチューブから形成されることが最も好ましい。
【００１３】
陽極プレート１０４は、例えばガラスのような固体の透明材料から形成された透明基板１２０を備える。透明基板１２０上に黒色マトリックス１２２が配置され、この黒色マトリックス１２２は酸化クロムから形成されていることが好ましい。黒色マトリックス１２２により画成される開口部１２３内に、蛍光体１２４が配置される。蛍光体１２４は、カソードルミネッセント（ｃａｔｈｏｄｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）であり、帯電電子エミッタ１１６により放射される電子によって活性化され、光を放電する。
【００１４】
陽極１２５は、アルミニウムから形成されることが好ましく、蛍光体１２４および黒色マトリックス１２２を覆うブランケット層を画成する。陽極１２５は、第三の電源１２８に接続されている。マトリックスにアドレス可能なＦＥＤの電子エミッタおよび陽極プレートを製造する方法は、当業者に周知である。
【００１５】
スペーサ１０６は、例えばガラス、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などのような誘電体材料から形成される。スペーサ１０６は、第一の表面１０５および第二の表面１１１を画成する。図１の実施態様において、放電電子エミッタ１０９は第二の表面１１１に接合され、従ってスペーサ１０６は陽極１２５と放電電子エミッタ１０９との間に延びる。
【００１６】
放電電子エミッタ１０９は、スペーサ１０６が形成される材料である誘電体材料のシートを提供し、該誘電体材料シート上に、例えばニッケル、鉄などのような、ナノチューブ形成触媒材料の層を配置することにより形成できる。触媒層を有する誘電体材料のシートは、その後、例えばリブまたは他の有用な形状に切断される。その後、ナノチューブは、例えばエタンガスを使用する化学気相成長法のような利便性のある方法を使用して、触媒層内で成長される。
【００１７】
ＦＥＤ１００の作動中、陽極１２５における作動電圧は、帯電電子エミッタ１１６により放電される複数の帯電電子１３０を誘引するよう選択される。陽極１２５における作動電圧は高い（例、帯電電子エミッタ１１６に対して１０００ボルトよりも大きい）ことが好ましい。陽極１２５における作動電圧は、約３０００ボルトであることが最も好ましい。制御電極１１３における電圧は、ほぼ地電位と等しいことが好ましい。
【００１８】
本発明の利点の一つは、陽極１２５における電位が、スペーサ１０６の放電プロセス中、作動電圧に保持されることである。即ち、スペーサの不可視性を達成するために、陽極１２５における電位を低下させる必要がない。陽極１２５における電位を保持する能力は、電力消費の減少、作動コストの低下、駆動電子機器の簡素化などの利益をもたらす。
【００１９】
帯電電子１３０の一部は、スペーサ１０６に受容される。該帯電電子１３０の一部は、高エネルギー電子である複数のスペーサ帯電電子１３２を形成する。例えば、第一の表面１０５におけるスペーサ帯電電子１３２のエネルギーは、約１０００電子ボルトより大きくなり得る。スペーサ帯電電子１３２のエネルギーは、該エネルギーがスペーサ１０６の第一の表面１０５に到達すると、第一の表面１０５に正電荷を形成する程十分高くなる。
【００２０】
第一の表面１０５の静電帯電は、さらに、第一の表面１０５の二次電子収率（ｓｅｃｏｎｄａｒｙｅｌｅｃｔｒｏｎｙｉｅｌｄ）が１より大きい事実に基づく。二次電子収率は、表面から放射される電子の、表面に受容される電子に対する比率で定義される。
【００２１】
一般に、本発明による放電電子エミッタは、陽極における電圧が作動電圧と等しい間、帯電表面を放電するよう設計されている。放電電子エミッタ１０９は、スペーサ１０６の第一の表面１０５を中和するのに有用である。陽極１２５における作動電圧が高く、および制御電極１１３に適切な電位（例、地電位）を適用することによって、放電電子エミッタ１０９は多数のスペーサ放電電子１３４を放射する。第一の表面１０５へ到達したスペーサ放電電子１３４のエネルギーは、第一の表面１０５を静電帯電させるというよりは、放電させる程十分に低い。例えば、第一の表面１０５へ到達したスペーサ放電電子１３４のエネルギーは、１００ボルトのオーダーであり得る。
【００２２】
放電電子エミッタ１０９が低エネルギー電子を提供することができる理由の一つは、帯電電子エミッタ１１６と比較するとスペーサ１０６に非常に近接しているためである。即ち、スペーサ放電電子１３４は、スペーサ帯電電子１３２よりも短い距離にて加速され、従ってスペーサ１０６へ到達するとエネルギーはより低いものとなる。
【００２３】
この近接さは、スペーサと帯電電子エミッタとの中間に、放電電子エミッタを配置して達成される事が好ましい。図１の実施態様において、この近接さは、放電電子エミッタ１０９を、放電電子エミッタ１０９の放電面がスペーサ１０６の第一の表面１０５と同一の広がりを有するようにスペーサ１０６上に配置することにより達成される。
【００２４】
さらに、放電電子エミッタ１０９は、スペーサ１０６を放電し同スペーサ１０６を不可視にするのに十分な放電の程度を提供することが可能である。十分な放電電流は、一つには、放電電子エミッタ１０９を形成する材料に、十分に放電可能な材料を選択することにより提供され得る。
【００２５】
図１の実施態様は、放射電子エミッタ１０９を活性化してスペーサ放電電子１３４を生成するためのダイオード配置を提供する。ダイオードの第一の電極は、制御電極１１３によって画成され、ダイオードの第二の電極は、陽極１２５で画成される。放電電子エミッタ１０９は、陽極１２５における作動電圧によって放電するよう設計されている。ダイオード配置の利点は、三極間配置と対比すると、スペーサ放電電子１３４によって形成されるビームの広がりが小さいことである。ビームの広がりの低下は、ビームの一部がスペーサのない表面に受容されることによる汚染物質の発生率が低くなる利点を提供する。
【００２６】
図２は、本発明の別の実施態様による、表面エミッタである放電電子エミッタ２０９を有するフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）２００の部分断面図である。放電電子エミッタ２０９は、部分的にＦＥＤ２００の陰極プレート２０２を画成し、スペーサ１０６と帯電電子エミッタ１１６との中間に配置されている。図２の実施態様において、放電電子エミッタ２０９は、放電可能な表面２１１を画成する。放電可能な表面２１１は、蛍光体１２４を覆わない陽極１２５の一部分と対向することが好ましい。放電電子エミッタ２０９は、電子放出物質から形成されている。放電電子エミッタ２０９は、その少なくとも一部がカーボンから形成されることが好ましく、カーボンナノチューブから形成されることが最も好ましい。
【００２７】
放電電子エミッタ２０９は、例えば、プリフォームドナノチューブと、銀、金などのような利便性の高い導電性材料とを混合し、その後誘電体層１１２上に該混合物の層を堆積させパターン化することにより形成され得る。スペーサ１０６の第二の表面１１１がその後、放電電子エミッタ２０９と当接するよう配置される。
【００２８】
図２の実施態様において、第四の電源１２９が、放電電子エミッタ２０９に直接接続されている。図１の実施態様と同様、図２の実施態様は、放電電子エミッタ２０９の活性化のためにダイオード配置を画成している。
【００２９】
フィールドエミッションディスプレイのスペーサと陰極プレートとの間に、追従性がよい金属層を堆積することは、当技術分野において周知である。これら従来技術のスペーサパッドの目的としては、スペーサ高の不均一によるスペーサの破壊を防止することである。これらの先行技術によるスペーサパッドは、いくつかの中和電子を放電し得る一方で、これらの先行技術は、スペーサパッドがスペーサの不可視性を実現するのに適当な程度にスペーサを中和するか、または選択的にアドレスされた電子エミッタから放電される電子の軌跡の過剰歪曲を防止するのに十分な速度にてスペーサを放電することを、教示または示唆していない。一方、本発明によるフィールドエミッションディスプレイは、少なくともこれらの利点を実現するに十分な中和速度を提供する。
【００３０】
図３は、本発明のさらなる別の実施態様による、電極の三極管配置により放射される放電電子エミッタ２０９を有するフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）３００の部分断面図である。図３の実施態様において、陰極プレート３０２は、第五の電源３２３に接続された放電エミッタゲート３２１をさらに備える。陰極プレート３０２の誘電体層３１２はさらに、放電電子エミッタ２０９に作用するため放電エミッタゲート３２１に電位を与えるゲートウェル３２５を形成する。放電エミッタゲート３２１は、放電電子エミッタ２０９から電子を引き出すよう配置されている。放電エミッタゲート３２１における電位は、放電電子エミッタ２０９から放電を引き起こすよう選択される。放電電子エミッタ２０９、放電エミッタゲート３２１、および陽極１２５は、三極管配置を画成して放電電子エミッタ２０９からスペーサ放電電子１３４を引き出す。
【００３１】
図３の三極管配置は、スペーサ放電の電子電流を選択的に制御できる利点を提供する。例えば、ＦＥＤ３００は製造後、ＦＥＤ３００の作動中にどのスペーサが帯電されるか決定することができ、その帯電スペーサに対応する放電エミッタゲートのみの放電のために、選択的にバイアスをかける事ができる。即ち、スペーサの可視を防止するに十分高い放電電流を達成するためには、三極管配置の使用が必要である。図３の実施態様は、一時的な制御も提供することができる。例えば、スペーサ放電電子１３４は、ディスプレイの各コマの終了時など、連続的にまたは時折り提供され得る。
【００３２】
図４は、帯電電子エミッタ１１６が放電されるときに放電されるスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）チップエミッタである放電電子エミッタ４０９を有するフィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）４００の部分断面図である。ＦＥＤ４００の陰極プレート４０２は、放電エミッタウェル４１１をさらに画成する誘電体層４１２を備える。放電電子エミッタ４０９は、放電電子エミッタウェル４１１内に配置されている。
【００３３】
図３の実施態様と同様、ＦＥＤ４００の陰極プレート４０２は、ゲート引き出し電極４１８によって画成される放電エミッタゲートを有する。即ち、帯電電子エミッタ１１６を放電させる電極は、放電電子エミッタ４０９をも放電させる。このようにして、スペーサ放電電子１３４は、スペーサ帯電電子１３２がスペーサ１０６の静電帯電を引き起こす時、即ち必要とされるときに提供される。ゲート引き出し４１８は、放電電子エミッタ４０９から離間され、放電電子エミッタ４０９からスペーサ放電電子１３４を引き出すよう配置されている。
【００３４】
図３の実施態様と同様に、ＦＥＤ４００は三極管配置を画成してスペーサ放電電子１３４を引き出す。三極管は、放電電子エミッタ４０９、ゲート引き出し電極４１８、および陽極１２５によって画成される。図３の実施態様とは異なり、放電電子エミッタ４０９は、陰極１１０を経由して第一の電源１２６に接続されている。
【００３５】
放電電子エミッタ４０９は、第一の放電表面１０５を放電するのに十分な速度にてスペーサ放電電子１３４を提供するよう設計されている。例えば、放電電子エミッタ４０９は、帯電電子エミッタ１１６が形成される材料であり得る、電子放出物質から形成される。帯電電子エミッタ４０９の総数もまた、十分な放電速度を提供するよう選択される。
【００３６】
一般に、各放電電子のエネルギーは、受容する表面を静電帯電させるというよりは中和させる程十分に低い。各スペーサ放電電子１３４は、スペーサ１０６に到達した際のエネルギーが約１００電子ボルト未満である事により特徴づけられる事が好ましい。スペーサ放電電子１３４のスペーサ１０６に到達した際のエネルギーは、少なくとも一つには、放電電子エミッタ４０９とスペーサ１０６との間の距離により決定される。
【００３７】
図４の実施態様は、さらにスペーサパッド４１５を備える。スペーサパッド４１５は、例えば金のような追従性がよい材料により形成される。ＦＥＤ４００の作動中におけるスペーサパッド４１５からの電子放電は、もし存在したとしても、スペーサの不可視性を実現するのに有用である程、第一の表面１０５を中和するのには十分ではない。従って、放電電子エミッタ４０９が存在しない場合は、第一の表面１０５は、スペーサ１０６が可視となるのに十分な程度まで静電的に帯電する。
【００３８】
要約すれば、本発明は、放電電子エミッタを有するフィールドエミッションディスプレイに関するものである。放電電子エミッタは、蛍光体活性電子エミッタとは異なる。さらに、放電電子エミッタは、陽極電圧が高い作動電圧値にて保持される一方で誘電体表面の放電を提供するよう配置および設計されており、それによって改良された電力消費要求など数々の利益が実現される。
【００３９】
本発明の特定の実施例を示し記述したが、さらなる変更と改良が当業者により為される。例えば本発明は、図４に示すものと同様であり、カーボン表面エミッタがスピントチップ放電電子エミッタと置換されている点のみ図４のものとは異なるディスプレイにより具体化される。さらなる実施態様として、本発明は、図４に示すものと同様であり、放電電子エミッタは、ゲート引き出し電極から独立して制御され得る、放電エミッタゲートにより放電される点のみ図４のものとは異なるディスプレイにより具体化される。
【００４０】
従って、本発明が示される特別な形態に限定されることなく理解される事を願い、また請求項が本発明の精神と範囲から逸脱しない全ての変更を含むことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施態様による、エッジエミッタである放電電子エミッタを有するフィールドエミッションディスプレイの部分断面図。
【図２】本発明の好ましい実施態様による、表面エミッタである放電電子エミッタを有するフィールドエミッションディスプレイの部分断面図。
【図３】本発明の好ましい実施態様による、電極の三極管配置により放電が引き起こされる放電電子エミッタを有するフィールドエミッションディスプレイの部分断面図。
【図４】本発明の好ましい実施態様による、帯電電子エミッタが放電される時放電が引き起こされるスピントエッジエミッタである、放電電子エミッタを有するフィールドエミッションディスプレイの部分断面図。[0001]
(Field of the Invention)
The present invention belongs to the field of field emission displays, and more particularly, to a field emission display having a dielectric spacer that maintains a separation distance between a cathode plate and an anode plate of the field emission display.
[0002]
(Background of the Invention)
Field emission displays with dielectric spacers that maintain the separation between the cathode and anode plates of the display are well known in the art. It is recognized in the art that the surface of the dielectric spacer may be electrostatically charged during operation of the display. The electrostatically charged surface of the dielectric spacer can cause problems such as making the spacer structure "visible" to a viewer of the display. That is, the charged surface attracts electrons directed toward the phosphor toward the charged surface of the phosphor, causing the electrons to move away from the phosphor. In this way, an undesirable gap is formed at the position of each spacer on the display image.
[0003]
It is well known in the art to neutralize occasionally charged spacer surfaces during display operation. It is well known in the art, for example, to use a phosphor-activating electron emitter to provide discharge electrons for discharging a charged spacer surface. The prior art teaches that discharge electrons are provided while the voltage at the phosphor is below the display mode value. The display mode value is a value used to activate the phosphor. While these discharge electrons are useful for discharging the spacer surface, some of the electrons are attracted to the spacer-free surface. When the deviating electrons strike a surface without spacers, they cause gaseous emission of contaminating species, which can cause the emission characteristics of the electron emitter to deteriorate.
[0004]
Another problem with this prior art approach is that it consumes significant energy to raise and lower the anode voltage. For example, the anode voltage used during a display mode in which a display image is formed can be greater than 1000 volts. It is well known to reduce the anode voltage to less than about 400 volts during a discharge mode in which the spacers are discharged.
[0005]
Therefore, there is a need for an improved field emission display with means for spacer discharge that does not require a reduction in anode voltage and has a reduced gas discharge rate than that of the prior art.
[0006]
Elements in the figures are not necessarily drawn to scale, for simplicity and clarity of illustration. For example, the dimensions of some of the elements are relatively exaggerated. Further, where considered appropriate, reference numerals have been repeated among the figures to indicate corresponding elements.
[0007]
(Description of preferred embodiments)
The present invention relates to a field emission display that can be operated at a high voltage while maintaining the invisibility of a dielectric spacer. Spacer invisibility is achieved by providing a discharge electron emitter. The discharge electron emitter is designed to discharge the electrostatically charged spacer surface while the voltage at the anode is equal to the operating voltage (eg, greater than about 100 volts for a charged electron emitter). That is, there is no need to lower the anode voltage to achieve invisibility, thereby achieving improved power consumption over the prior art. The discharge electron emitter is preferably made of carbon and preferably defines a diode arrangement with the anode of the display. Preferably, the discharge electron emitter is located sufficiently close to the spacer so that the electrons discharged from the discharge electron emitter cause a discharge of the charged spacer surface.
[0008]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a field emission display (FED) 100 having a discharge electron emitter 109 that is an edge emitter, according to a preferred embodiment of the present invention. Although the drawings described herein are intended for displays, the scope of the present invention is not limited to displays. Rather, the present invention is useful for spacers and other charged structures in any type of field emission device having such a structure.
[0009]
The FED 100 includes a cathode plate 102 and an anode plate 104. Cathode plate 102 is spaced from anode plate 104 by a spacer 106 and defines an intermediate space region between cathode plate 102 and spacer 106. Cathode plate 102 includes a substrate 108, which may be formed from glass, silicon, ceramic, or the like. The cathode 110 is disposed on the substrate 108. The cathode 110 is connected to a first power supply 126. A dielectric layer 112 is disposed over the cathode 110 and defines a charged emitter well 114.
The charged electron emitter 116 is disposed in the charged electron emitter well 114. In the embodiment of FIG. 1, charged electron emitter 116 is a Spindt tip electron emitter, which may be formed from molybdenum. However, the invention is also embodied in a device having a charged electron emitter having a shape other than a cone. For example, the charged electron emitter may be an edge emitter, a surface emitter, etc. Charged electron emitters can also be formed from electron emitting materials other than molybdenum, such as diamonds, carbon nanotubes, and the like.
[0011]
Cathode plate 102 further includes a gate extraction electrode 118 disposed on dielectric layer 112 and connected to second power supply 127. By applying a selected potential to the cathode 110 and the gate extraction electrode 118, electrons can be discharged to the charged electron emitter 116.
[0012]
In the embodiment of FIG. 1, the cathode plate 102 includes a control electrode 113 disposed on the dielectric layer 112. The control electrode 113 is connected to the fourth power supply 129. The control electrode 113 is connected to the discharge electron emitter 109 to control the potential at the discharge electron emitter 109. In the embodiment of FIG. 1, the discharge electron emitter 109 forms an edge emitter. The discharge electron emitter 109 is formed from an electron emitting material. Preferably, the discharge electron emitter 109 is formed at least partially from carbon, most preferably from carbon nanotubes.
[0013]
The anode plate 104 includes a transparent substrate 120 formed of a solid transparent material such as glass. A black matrix 122 is disposed on the transparent substrate 120, and the black matrix 122 is preferably formed from chromium oxide. The phosphor 124 is disposed in the opening 123 defined by the black matrix 122. Phosphor 124 is cathodoluminescent and is activated by electrons emitted by charged electron emitter 116 to discharge light.
[0014]
The anode 125 is preferably formed from aluminum and defines a blanket layer over the phosphor 124 and the black matrix 122. The anode 125 is connected to a third power supply 128. Methods of making matrix-addressable FED electron emitters and anode plates are well known to those skilled in the art.
[0015]
The spacer 106 is formed of a dielectric material such as glass, aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ), or the like. Spacer 106 defines first surface 105 and second surface 111. In the embodiment of FIG. 1, the discharge electron emitter 109 is bonded to the second surface 111, so that the spacer 106 extends between the anode 125 and the discharge electron emitter 109.
[0016]
The discharge electron emitter 109 provides a sheet of dielectric material from which the spacer 106 is formed, and upon which a layer of a nanotube-forming catalyst material, such as, for example, nickel, iron, etc., is disposed. Can be formed. The sheet of dielectric material with the catalyst layer is then cut, for example, into ribs or other useful shapes. Thereafter, the nanotubes are grown in the catalyst layer using a convenient method such as, for example, chemical vapor deposition using ethane gas.
[0017]
During operation of the FED 100, the operating voltage at the anode 125 is selected to attract a plurality of charged electrons 130 discharged by the charged electron emitter 116. The operating voltage at the anode 125 is preferably high (eg, greater than 1000 volts for the charged electron emitter 116). Most preferably, the operating voltage at anode 125 is about 3000 volts. The voltage at the control electrode 113 is preferably substantially equal to the ground potential.
[0018]
One of the advantages of the present invention is that the potential at anode 125 is maintained at an operating voltage during the process of discharging spacer 106. That is, it is not necessary to lower the potential at the anode 125 to achieve the invisibility of the spacer. The ability to maintain the potential at the anode 125 provides benefits such as reduced power consumption, reduced operating costs, and simplified drive electronics.
[0019]
Some of the charged electrons 130 are received by the spacer 106. Some of the charged electrons 130 form a plurality of spacer charged electrons 132 that are high energy electrons. For example, the energy of the spacer charged electrons 132 at the first surface 105 can be greater than about 1000 eV. The energy of the spacer charging electrons 132 is high enough to form a positive charge on the first surface 105 when the energy reaches the first surface 105 of the spacer 106.
[0020]
The electrostatic charging of the first surface 105 is further based on the fact that the secondary electron yield of the first surface 105 is greater than one. Secondary electron yield is defined as the ratio of electrons emitted from the surface to electrons accepted on the surface.
[0021]
Generally, the discharge electron emitter according to the invention is designed to discharge the charged surface while the voltage at the anode is equal to the operating voltage. The discharge electron emitter 109 is useful for neutralizing the first surface 105 of the spacer 106. Due to the high operating voltage at the anode 125 and the application of a suitable potential (eg, ground potential) to the control electrode 113, the discharge electron emitter 109 emits a large number of spacer discharge electrons 134. The energy of the spacer discharge electrons 134 reaching the first surface 105 is sufficiently low to discharge the first surface 105 rather than electrostatically charge the first surface 105. For example, the energy of the spacer discharge electrons 134 reaching the first surface 105 can be on the order of 100 volts.
[0022]
One of the reasons that the discharge electron emitter 109 can provide low energy electrons is that it is much closer to the spacer 106 as compared to the charged electron emitter 116. That is, the spacer discharge electrons 134 are accelerated at a shorter distance than the spacer charge electrons 132, and therefore have lower energy when reaching the spacer 106.
[0023]
This proximity is preferably achieved by disposing a discharge electron emitter between the spacer and the charged electron emitter. In the embodiment of FIG. 1, this proximity is achieved by placing the discharge electron emitter 109 on the spacer 106 such that the discharge surface of the discharge electron emitter 109 is coextensive with the first surface 105 of the spacer 106. Achieved.
[0024]
Further, the discharge electron emitter 109 can provide a sufficient degree of discharge to discharge the spacer 106 and render the spacer 106 invisible. Sufficient discharge current can be provided, in part, by selecting a material that can discharge sufficiently for the material forming the discharge electron emitter 109.
[0025]
The embodiment of FIG. 1 provides a diode arrangement for activating the emitting electron emitter 109 to produce spacer discharge electrons 134. The first electrode of the diode is defined by the control electrode 113 and the second electrode of the diode is defined by the anode 125. The discharge electron emitter 109 is designed to discharge with an operating voltage at the anode 125. An advantage of the diode arrangement is that the beam spread formed by the spacer discharge electrons 134 is less divergent than the three-pole arrangement. Reduced beam divergence provides the advantage of a lower incidence of contaminants due to a portion of the beam being received on a spacerless surface.
[0026]
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a field emission display (FED) 200 having a discharge electron emitter 209, which is a surface emitter, according to another embodiment of the present invention. Discharge electron emitter 209 partially defines cathode plate 202 of FED 200 and is located intermediate spacer 106 and charged electron emitter 116. In the embodiment of FIG. 2, the discharge electron emitter 209 defines a dischargeable surface 211. The dischargeable surface 211 preferably faces a part of the anode 125 that does not cover the phosphor 124. The discharge electron emitter 209 is formed from an electron emission material. It is preferable that at least a part of the discharge electron emitter 209 is formed of carbon, and it is most preferable that the discharge electron emitter 209 is formed of carbon nanotube.
[0027]
The discharge electron emitter 209 mixes, for example, a preformed nanotube with a convenient conductive material such as silver, gold, etc., and then deposits and patterns a layer of the mixture on the dielectric layer 112 Can be formed. The second surface 111 of the spacer 106 is then arranged to abut the discharge electron emitter 209.
[0028]
In the embodiment of FIG. 2, a fourth power supply 129 is directly connected to the discharge electron emitter 209. Like the embodiment of FIG. 1, the embodiment of FIG. 2 defines a diode arrangement for activation of the discharge electron emitter 209.
[0029]
It is well known in the art to deposit a conformable metal layer between a field emission display spacer and a cathode plate. The purpose of these prior art spacer pads is to prevent spacer breakage due to uneven spacer height. While these prior art spacer pads may discharge some neutralizing electrons, these prior art do not adequately neutralize the spacers to achieve spacer invisibility. Or teaching the spacer to discharge at a rate sufficient to prevent overdistortion of the trajectory of the electrons discharged from the selectively addressed electron emitter. On the other hand, the field emission display according to the present invention provides a neutralization rate sufficient to at least realize these advantages.
[0030]
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a field emission display (FED) 300 having a discharge electron emitter 209 emitted by a triode arrangement of electrodes, according to yet another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 3, the cathode plate 302 further comprises a discharge emitter gate 321 connected to a fifth power supply 323. The dielectric layer 312 of the cathode plate 302 further forms a gate well 325 that applies a potential to the discharge emitter gate 321 to act on the discharge electron emitter 209. The discharge emitter gate 321 is arranged to extract electrons from the discharge electron emitter 209. The potential at discharge emitter gate 321 is selected to cause a discharge from discharge electron emitter 209. The discharge electron emitter 209, the discharge emitter gate 321, and the anode 125 define a triode arrangement to extract spacer discharge electrons 134 from the discharge electron emitter 209.
[0031]
The triode arrangement of FIG. 3 offers the advantage that the electron current of the spacer discharge can be selectively controlled. For example, after fabrication, the FED 300 can determine which spacers are charged during operation of the FED 300 and can be selectively biased for discharging only the discharge emitter gate corresponding to the charged spacer. . That is, the use of a triode arrangement is necessary to achieve a sufficiently high discharge current to prevent visibility of the spacer. The embodiment of FIG. 3 can also provide temporary control. For example, spacer discharge electrons 134 may be provided continuously or occasionally, such as at the end of each frame of the display.
[0032]
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a field emission display (FED) 400 having a discharge electron emitter 409, which is a Spindt tip emitter that is discharged when the charged electron emitter 116 is discharged. The cathode plate 402 of the FED 400 includes a dielectric layer 412 that further defines a discharge emitter well 411. The discharge electron emitter 409 is arranged in the discharge electron emitter well 411.
[0033]
As in the embodiment of FIG. 3, the cathode plate 402 of the FED 400 has a discharge emitter gate defined by a gate extraction electrode 418. That is, the electrode that discharges the charged electron emitter 116 also discharges the discharge electron emitter 409. In this manner, spacer discharge electrons 134 are provided when spacer charging electrons 132 cause electrostatic charging of spacer 106, ie, when needed. The gate extraction 418 is spaced from the discharge electron emitter 409 and is arranged to extract the spacer discharge electrons 134 from the discharge electron emitter 409.
[0034]
Similar to the embodiment of FIG. 3, FED 400 defines a triode arrangement to extract spacer discharge electrons 134. The triode is defined by the discharge electron emitter 409, the gate extraction electrode 418, and the anode 125. Unlike the embodiment of FIG. 3, the discharge electron emitter 409 is connected to the first power source 126 via the cathode 110.
[0035]
Discharge electron emitter 409 is designed to provide spacer discharge electrons 134 at a rate sufficient to discharge first discharge surface 105. For example, the discharge electron emitter 409 is formed from an electron emitting material, which can be the material from which the charged electron emitter 116 is formed. The total number of charged electron emitters 409 is also selected to provide a sufficient discharge rate.
[0036]
Generally, the energy of each discharge electron is low enough to neutralize, rather than electrostatically charge, the receiving surface. Each spacer discharge electron 134 is preferably characterized by having an energy upon reaching the spacer 106 of less than about 100 electron volts. The energy at which the spacer discharge electrons 134 reach the spacer 106 is determined, at least in part, by the distance between the discharge electron emitter 409 and the spacer 106.
[0037]
The embodiment of FIG. 4 further comprises a spacer pad 415. The spacer pad 415 is formed of a material having good followability, such as gold. Electron discharge from the spacer pad 415 during operation of the FED 400, if present, is not enough to neutralize the first surface 105 to be useful in achieving spacer invisibility. Thus, in the absence of the discharge electron emitter 409, the first surface 105 is electrostatically charged to a degree sufficient to make the spacer 106 visible.
[0038]
In summary, the present invention relates to a field emission display having a discharge electron emitter. Discharge electron emitters are different from phosphor active electron emitters. In addition, the discharge electron emitter is arranged and designed to provide a discharge of the dielectric surface while the anode voltage is maintained at a high operating voltage value, thereby providing a number of benefits such as improved power consumption requirements. Is achieved.
[0039]
While particular embodiments of the present invention have been shown and described, further modifications and improvements can be made by those skilled in the art. For example, the invention is similar to that shown in FIG. 4 and is embodied by a display that differs from that of FIG. 4 only in that the carbon surface emitter is replaced with a Spindt-tip discharge electron emitter. As a further embodiment, the present invention is similar to that shown in FIG. 4, except that the discharge electron emitter is discharged by the discharge emitter gate, which can be controlled independently of the gate extraction electrode. It is embodied by different displays.
[0040]
Therefore, it is intended that the invention be understood not limited to the particular forms shown, and that the claims are intended to cover all modifications that do not depart from the spirit and scope of the invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a field emission display having a discharge electron emitter that is an edge emitter according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a field emission display having a discharge electron emitter that is a surface emitter, according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a field emission display having a discharge electron emitter in which a discharge is triggered by a triode arrangement of electrodes according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a field emission display having a discharge electron emitter that is a Spindt edge emitter in which a discharge is triggered when the charged electron emitter is discharged, according to a preferred embodiment of the present invention.

Claims

スペーサと、
帯電電子エミッタと、
該スペーサと該帯電電子エミッタとの中間に配置され、かつカーボンから成る放電電子エミッタとを備える、フィールドエミッションディスプレイ。A spacer,
A charged electron emitter;
A field emission display comprising a discharge electron emitter disposed between the spacer and the charged electron emitter and comprising carbon.

前記放電電子エミッタはカーボンナノチューブから成る、請求項１に記載のフィールドエミッションディスプレイ。2. The field emission display according to claim 1, wherein the discharge electron emitter comprises a carbon nanotube.

陽極と、
表面を画成するスペーサと、
該スペーサの近傍に配置された帯電電子エミッタと、
放電電子エミッタとを備え、前記スペーサは前記陽極と前記放電電子エミッタとの間に延び、かつ該放電電子エミッタはカーボンから成る、フィールドエミッションディスプレイ。An anode,
A spacer defining a surface;
A charged electron emitter disposed near the spacer,
A field emission display comprising a discharge electron emitter, wherein the spacer extends between the anode and the discharge electron emitter, and wherein the discharge electron emitter comprises carbon.

放電電子エミッタはカーボンナノチューブから成る、請求項３に記載のフィールドエミッションディスプレイ。4. The field emission display of claim 3, wherein the discharge electron emitter comprises a carbon nanotube.

請求項３に記載のフィールドエミッションディスプレイであって、前記放電電子エミッタから離間され、かつ該放電電子エミッタからスペーサ放電電子を引き出すよう配置された放電エミッタゲートをさらに備え、該放電電子エミッタは電源と接続されるよう形成され、かつ該放電電子エミッタ、該放電エミッタゲート、および該陽極は、三極管配置を画成して該放電電子エミッタからスペーサ放電電子を引き出す、フィールドエミッションディスプレイ。4. The field emission display of claim 3, further comprising a discharge emitter gate spaced from the discharge electron emitter and arranged to extract spacer discharge electrons from the discharge electron emitter, wherein the discharge electron emitter is connected to a power supply. A field emission display formed to be connected and wherein the discharge electron emitter, the discharge emitter gate, and the anode define a triode arrangement to extract spacer discharge electrons from the discharge electron emitter.

表面を画成するスペーサと、
帯電電子エミッタと、
該帯電電子エミッタから放電された電子を受容する陽極であって、該陽極は作動電圧において作動するよう形成され、かつ該作動電圧は該帯電電子エミッタに対して約１０００ボルトより大きく、かつ陽極に受容されるために帯電電子エミッタから放電された電子の一部が、スペーサの表面に静電帯電を生じさせて帯電したスペーサ表面を提供し得る陽極と、
該陽極における電圧が作動電圧と等しい間、帯電スペーサ表面を放電するよう形成された放電電子エミッタと、を備えるフィールドエミッションディスプレイ。A spacer defining a surface;
A charged electron emitter;
An anode for receiving electrons discharged from the charged electron emitter, wherein the anode is configured to operate at an operating voltage, and the operating voltage is greater than about 1000 volts relative to the charged electron emitter; A portion of the electrons discharged from the charged electron emitter to be accepted, the anode being capable of causing an electrostatic charge on the surface of the spacer to provide a charged spacer surface;
A discharge electron emitter configured to discharge the charged spacer surface while the voltage at the anode is equal to the operating voltage.

前記放電電子エミッタがカーボンから成る、請求項６に記載のフィールドエミッションディスプレイ。7. The field emission display of claim 6, wherein said discharge electron emitter comprises carbon.

前記放電電子エミッタが、スペーサと帯電電子エミッタとの中間に配置された、請求項６に記載のフィールドエミッションディスプレイ。7. The field emission display according to claim 6, wherein the discharge electron emitter is located between a spacer and a charged electron emitter.

前記スペーサが第二の表面を画成し、かつ前記放電電子エミッタは、スペーサによって画成された第二の表面と当接する層を有する、請求項６に記載のフィールドエミッションディスプレイ。7. The field emission display of claim 6, wherein the spacer defines a second surface and the discharge electron emitter has a layer in contact with the second surface defined by the spacer.

請求項６に記載のフィールドエミッションディスプレイであって、前記放電電子エミッタから離間され、かつ該放電電子エミッタからスペーサ放電電子を引き出すよう配置された放電エミッタゲートをさらに備え、該放電電子エミッタは電源と接続されるよう形成され、かつ該放電電子エミッタ、該放電エミッタゲート、および該陽極は、三極管配置を画成して該放電電子エミッタからスペーサ放電電子を引き出す、フィールドエミッションディスプレイ。7. The field emission display of claim 6, further comprising a discharge emitter gate spaced from said discharge electron emitter and arranged to extract spacer discharge electrons from said discharge electron emitter, said discharge electron emitter being connected to a power supply. A field emission display formed to be connected and wherein the discharge electron emitter, the discharge emitter gate, and the anode define a triode arrangement to extract spacer discharge electrons from the discharge electron emitter.