JP3696887B2 - アノードに集束電極を有する電界放出ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明では先行研究計画庁（ＡＲＰＡ）により認められた契約Ｎｏ．ＤＡＢＴ６３−９３−Ｃ−００２５下で政府の支援でおこなわれた。政府は、この発明においていくつかの権利を有する。
技術の分野
本発明は電界放出ディスプレイ装置、特に集束電極を有する電界放出ディスプレイ装置に関するものである。
発明の背景
従来の電界放出フラットパネルディスプレイ装置は古い陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイ装置と比較し体積、重量、消費電力が少ないディスプレイ装置が必要な用途において使い勝手に優れている。図１に示すように従来の電界放出ディスプレイ装置１０では複数の電界誘導電子エミッタ１４がベースプレート１２に設置され、支持基体１６で支えられる構造になっている。エミッタ１４は支持基体１６の表面に付着された絶縁層１８に設けられた各開口部に配置されている。また抽出グリッド２０を形成する導電層はエミッタ１４のそれぞれの開口部の回りを囲うように絶縁層１８の上に付着されている。
図１に示す従来の電界放出ディスプレイ装置１０は透明な視野層２４を有するフェースプレート２２を備え、このフェースプレート２２は、このフェースプレート２２とベースプレート１２の間に位置するスベーサー（図示せず）で隔てられている。インジウムと錫の酸化物などの層で構成されるアノード２６はベースプレートに面した視野層２６の面に付着されている。更に発光層２８の局在部分もアノード２６上に設置されている。発光層２８の典型例としては陰極燐光材料など電子をぶつけると発光する燐光性材料で構成される。ブラックマトリクス３０は発光層２８の局在部分同士の間のアノード２６上に付着され、周辺光を吸収して電界放出ディスプレイ装置のコントラストを改善している。
作動方法は、抽出グリッド２０に導電電圧Ｖｃが例えば４０ボルト印加され、エミッタ１４には電源電圧Ｖｓが例えば０ボルトが印加されると、エミッタ１４の周囲には強い電界が形成される。この電界により、既知のファウラーノルトハイム（Fowler-Nordheim）等式効果に従って各エミッタ１４から電子放出を引き起こす。アノード２６にアノード電圧Ｖａが例えば１，０００ボルト印加されると電子放出により放出された電子はフェースプレート２２に向けて引き寄せられる。これらの電子のあるものは発光層２８の局在部分にぶつかり発光層を発光させる。この方法で電界放出ディスプレイ装置は表示をおこなう。図１に示した電界放出ディスプレイ装置では簡略化のため発光層２８の各局在部分と対応するエミッタ１４は２つしか示されていないが、当業者であれば発光層２８の各局在部分と対応するエミッタ１４の数は実際には異なるエミッタ１４からの電子放出量の個々の差を平均化するために、数百個にも及ぶことを理解するであろう。
従来の電界放出ディスプレイ装置でモノクローム表示用として構成されているものでは、ディスプレイ装置内の発光層の各局在部分はモノクローム表示の１ピクセルを構成する。更に従来の電界放出ディスプレイ装置でカラー表示用として構成されているものでは、発光層の各局在部分はカラー表示の緑、赤または青のサブピクセル（副ピクセル）を構成し、そして緑、赤および青のサブピクセルは一体となってカラー表示１ピクセルを構成する。結果としてモノクローム表示の各ピクセルとカラー表示の各サブピクセルとは共に発光層の局在部分の１つと個々に対応しており、つまりはエミッタセットとも個々に対応している。
従来の電界放出ディスプレイ装置では、発光層の１番目の局在部分と対応しているエミッタから電子放出が起こると発光層の２番目の局在部分にも衝突して両方の局在部分を発光させる。結果的に１番目の局在部分と対になった１番目のピクセルまたはサブピクセルは正しくオンし、２番目の局在部分と対になった２番目のピクセルまたはサブピクセルは誤ってオンする。この現象は、例えばカラーディスプレイ装置において赤サブピクセルの赤色の点灯を所望したにも拘わらず青サブピクセルと赤サブピクセル両方から紫色の光が発せられる現象を引き起こす。このような現象は不正確な表示を提供するため明らかに問題である。
この現象はブリードオーバー（にじみ出し）と称される。従来の電界放出ディスプレイ装置では各エミッタの電子放出はディスプレイ装置のベースプレートから発散する傾向があるためこの現象が発生する。電子の放出があまりにも広く及んでしまうとディスプレイ装置の発光層の複数の局在部分に当たってしまう。同様のブリードオーバー現象を引き起こす原因には、発光層の各局在部分と対になったエミッタセットとのミスアラインメント（位置合わせ不良）が挙げられる。
従来の電界放出ディスプレイ装置ではブリードオーバーは３通りの方法で緩和されている。一つ目の方法では、従来のディスプレイ装置のアノードに印加される電圧Ｖａは比較的高く１０００ボルト程度になっているためディスプレイ装置のエミッタから放出される電子はアノードに向けて急速に加速される。その結果、放出される電子が発散される時間が短縮されている。２つ目の方法では、従来のディスプレイ装置ではベースプレートとフェースプレートとの隙間は比較的狭く設定されているため、やはり電子が発散される時間は短縮されている。３番目の方法は、従来の電界放出ディスプレイ装置では比較的低い表示解像度を提供しているため発光層の局在部分同士の間の空間は比較的大きく設定されていた。前記の３つの方法が活用されていたため放出された電子は発光層の誤った局在部分にぶつかる前に対になった局在部分に正しくぶつけられていた。
しかしながらディスプレイ設計者が従来の電界放出ディスプレイ装置の解像度を高め、より優れた表示をしようと試みるためにディスプレイ装置の発光層の局在部分を必然的に詰めすぎてしまった。その結果ブリードオーバー現象が生じ始めた。
この問題の解決策として１つには従来の電界放出ディスプレイ装置のベースプレートとフェースプレートとの距離を狭めることが挙げられる。距離が狭められればディスプレイ装置のエミッタから放出される電子は発散し過ぎてブリードオーバー現象を引き起こす時間的ゆとりが無くなるためだ。しかしながらこの解決策は実用的でないことが判明している。放出電子をアノードに向けて十分に加速させるためのアノードに加えられるアノード電圧Ｖａは実際には１０００ボルト以上である必要があり、ベースプレートとフェースプレートとの距離が狭められるとこの比較的高い電圧のためにアークが発生してしまう。また別の方法としてブリードオーバー現象を抑えるためにアノード電圧Ｖａを引き上げて電子放出をアノードに向けて加速させようとしてもフェースプレートとベースプレート間でアークが発生してしまう。以上のとおり従来の電界放出ディスプレイ装置ではディスプレイ解像度を高めながら同時にブリードオーバー現象も抑制する実用的な方法は見当たらない。
したがってブリードオーバー現象の発生を抑えた高解像度の電界放出ディスプレイ装置の実現のための技術が求められる。
発明の概要
好適な実施形態として、本発明は、ベースプレートとフェースプレートを有するディスプレイ装置を含む電子システムを提供する。ベースプレートは複数の開口部を設けられた絶縁層を含み支持基体の上に設置される。ベースプレートは複数の電界誘導電子エミッタを含み、各電界誘導電子エミッタは支持基体に支えられて絶縁層の対応する各開口部に配置される。ベースプレートはさらに開口部の周囲を囲うように絶縁層上に位置された導電層を含んでおり、導電層に導電電圧が加えられ、エミッタに電源電圧が加えられると各エミッタからの電子放出が引き起こされる。フェースプレートはベースプレートから空間を隔て実質的に平行に位置された実質的に透明で且つベースプレート側に実質的平面を向けた視野層を有する。フェースプレートはエミッタと向かい合うように視野層の実質的平面に位置されたアノードを含みアノードにアノード電圧が加わるとエミッタから放出された電子はアノードへと向けられる。フェースプレートは更にエミッタと対向するようにアノード上に設けられた発光層を有し、電子放出によりアノードに向かう電子の少なくともある部分は発光層の局在部分にぶつかって発光し表示を提供する。最後にフェースプレートには導電ストリップをもつ集束電極が含まれ、導電ストリップはエミッタに実質的に対向するように発光層の局在部分の周囲を囲むように視野層の実質的平面に位置され、アノード電圧よりも低い集束電極電圧が集束電極に加わるとアノードに向けて放出された電子は発光層の局在部分に集束される。
本発明の別の好適な実施形態としてはディスプレイ装置の作製方法が挙げられる。
この作製方法には、上に電界誘導電子エミッタが付着された支持基体を提供するステップを有し、支持基体の表面上にエミッタが隠れるように絶縁層を付着するステップを有し、絶縁層上に導電層を付着させるステップを有し、エミッタが露出されて導電層と絶縁層の開口部内に位置されるように導伝層と絶縁層の部分を除去するステップを有し、支持基体と空間を隔てて実質的に平行な関係であって且つ支持基体に表面を向けるように実質的に透明な視野層を設置するステップを有し、エミッタに対向するように視野層の表面にアノードを設けるステップを有し、エミッタに対向するようにアノード上に位置された局在部分を有する発光層を設けるステップを有し、集束電極を位置決めするステップを有し、この集束電極は、実質的にエミッタに対向すると共に発光層の局在部分回りに位置するように視野層の実質的平面上に配された導電ストリップを含む。
本発明ではアノードに集束電極を採用することで高表示解像度下でもブリードオーバー現象の発生を防ぐディスプレイ装置を有利に提供する。
【図面の簡単な説明】
前記および本発明の他の特徴は後述する記述、添付された請求項および添付した図面の参照により理解し易くなるであろう。
図１は従来の電界放出ディスプレイ装置の側断面概略図である。
図２は本発明による好適なコンピューターシステムのブロック図である。
図３は図２の好適なコンピューターシステムのディスプレイ装置の側断面概略図である。
図４は図３の好適なディスプレイ装置のフェースプレートの底平面図である。
図５は本発明によるディスプレイ装置の作製方法のフロー図である。
本発明の詳細
図２に示した本発明の好適な実施例では、電子システム４０はＲＡＭなどの記憶装置４２とキーボードあるいはビデオ信号源などの入力装置４４を備え、両方はプロセッサ４８へ作動上連結されている。プロセッサ４８はディスプレイ装置５０と作動上連結される。当業者であればこの好適な電子システムはパーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、電子娯楽装置、ディスプレイ装置を用いた他の電子システムのようなさまざまな装置に適用できることを理解するであろう。
図２の好適なディスプレイ装置５０は図３でより詳細に示される。ディスプレイ装置５０はベースプレート５２を有し、このベースプレート５２は、支持基体５６に与えられた複数の電界誘導電子エミッタ５４を有する。各エミッタ５４は支持基体５６の表面上に付着された絶縁層５８の各開口部に配置される。抽出グリッド６０を形成する導電層６０は各エミッタ開口部の周囲を囲むように絶縁層５８上に付着される。
図３の好適なディスプレイ装置５０はさらに実質的に透明な視野層６４を有するフェースプレート６２を備え、フェースプレート６２はベースプレート５２とスペーサー（図示せず）により空間を隔てて実質的に平行な関係に位置づけられる。インジウムと錫の酸化物層などのアノード６６は局在部分６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄに分かれエミッタの各セット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄと対向するように視野層６４のベースプレート５２と面する実質的平面上に付着される。発光層の各局在部分６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄはアノードの各局在部分６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ上に付着される。発光層６８は電子と衝突すると光りを発する燐光性材料で構成される。導電ストリップを有する複数の集束電極７２ａ、７２ｂ、７２ｃはアノードの各局在部分６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄを囲み、アノードの各局在部分６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄのエミッタの各セット５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄに対向するように視野層の実質的平面上に付着される。また導電性であるブラックマトリクス７０はアノードの各局在部分６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄの間の複数の集束電極７２ａ、７２ｂ、７２ｃ上に付着される。
最後に、絶縁層７１が各集束電極７２ａ、７２ｂ、７２ｃとブラックマトリックス７０を被覆する。
作動面では、導電層６０に導電電圧Ｖｃが例えば４０ボルト加えられ、電源電圧Ｖｓ例えば０ボルトがエミッタ５４に加えられると、前述したとおり各エミッタ５４から電子放出を引き起こす。アノード電圧Ｖａ例えば１０００ボルトがアノードの各局在部分６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄに加えられるとこれらの電子放出はフェースプレート６２に向けて引き寄せられる。これらの電子の幾つかは発光層の局在部分６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄに衝突し発光層の発光を誘発しこれにより表示をおこなう。図３で示すディスプレイ装置５０は簡略化しており発光層の各局在部分６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄの各々と対応するエミッタ５４は２つしか示されていないが、当業者であればより多くのエミッタ５４が異なるエミッタ５４からの電子放出の個々の差異を平均化するために発光層の各局在部分６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄと対応することを理解するであろう。
前述した従来の電界放出ディスプレイ装置では、エミッタ５４から放出された電子は拡散しようとする。従来の電界放出ディスプレイ装置では、その結果、前述したブリードオーバー現象を引き起こす。しかしながら本発明では例えば５００ボルトの集束電極電圧Ｖｆをが各集束電極７２ａ、７２ｂ、７２ｃに印加されると集束電極７２ａ、７２ｂ、７２ｃとアノードの局在部分６６ａ、６６ｂ、６６ｃとの間の電圧差によってエミッタ５４からの電子放出は対応するアノードの各局在部分６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄに偏向され、ブリードオーバー現象の発生を防止する。
図４ではディスプレイ装置５０の好適なフェースプレート６２を詳細に示している。アノードの局在部分６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄは視野層６４の実質的平面に付着され、集束電極７２ａ、７２ｂ、７２ｃに周囲を覆われている。ブラックマトリクス７０はアノード局在部分６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄの間に置かれる。カラーディスプレイでは、アノードの局在部分３つが組み合わされて赤Ｒ，緑Ｇ、青Ｂを有するカラーディスプレイの１ピクセル７４を構成する。
図５では本発明のさらに別の実施例としてディスプレイ装置の作製方法が示されている。ステップ８０は上に電界誘導電子エミッタを有する支持基体が提示されている。次いでステップ８２ではシリコン二酸化物誘電体層などの絶縁層が支持基体の上に付着されエミッタを覆う。さらにステップ８４では絶縁層の上に導電層が付着される。次にステップ８６では導電層および絶縁層の複数の部分が取り去られ導電層および絶縁層にの開口部内にエミッタが露出されて位置される。これはエッチングにより為されるのが好ましい。更にステップ８８では実質的に透明な視野層が支持基体と空間を隔てて実質的に平行な位置関係に置かれ、それは支持基体側に面する表面を有する。加えてステップ９０ではアノードが視野層の表面に付着される。次にステップ９２では発光層の局在部分がエミッタに対向するようにアノードの上に付着されエミッタの対面に設置される。最後にステップ９４では導電ストリップを有する集束電極が発光層の局在部分を囲うように視野層の実質的平面に配される。このような方法により前記の好適な電子システムと同様に作動するディスプレイ装置は作製される。ディスプレイ装置の作製方法では一連の手順で説明されているが請求項では手順の限定は為されていない。むしろ請求項ではこれらの手順の順不同の実行も含まれている。
本発明はこのようにアノードに集束電極を採用することにより高解像度下でもブリードオーバー現象の発生を抑制する電界放出ディスプレイ装置の提供をおこなうものである。さらに付け加えると本発明はより高表示解像度の場合に起こりがちな電界放出ディスプレイ装置のエミッタと発光層の局在部分との間の僅かな位置ズレをも補償するものである。
本発明は好適な実施形態を用いながら説明してきたが本発明の適用は好適な実施例だけに限定されるものではない。むしろ本発明は付随した請求項により限定され、請求項では本発明の原理に基づいて作動するすべての同等な装置または方法を視野に入れて含めてある。

Claims (14)

1. ベースプレート及びフェースプレートを含むディスプレイ装置であって、
   前記ベースプレートが、
   支持基体を含み、
   複数の開口部を有し、支持基体の表面に位置された絶縁層を含み、
   各々が支持基体に支えられ、絶縁層の開口部に配置された複数の電界誘導電子エミッタを含み、
   絶縁層上の開口部の周囲に位置された導電層を含み、導電電圧が加えられ、エミッタに電源電圧が加えられると各エミッタからの電子放出を発生し、
   前記フェースプレートが、
   実質的に透明でベースプレートと空間を隔て実質的に平行な関係に位置された非導電性の視野層を含み、この視野層はベースプレート側に向けられた実質的平面を有し、
   エミッタと対向するように視野層の実質的平面に位置された導電性の透明材料の局在化され離間された複数の層を含み、これにより複数のアノードが形成され、該アノードにアノード電圧が印加されるとエミッタからの電子放出がアノードに向けられ、
   エミッタと対向するように各アノード上に位置された個々の発光層を有し、
   アノードへ向けられた電子放出の少なくともある部分が発光層の局在部分に衝突して光を発することでそれぞれ表示し、
   少なくともあるアノードの周囲を取り囲む複数の個々の集束電極を含み、各集束電極は、実質的にエミッタに対向するとともに発光層の局在部分の周囲に位置するように視野層の実質的平面に位置された導電ストリップを有し、アノード電圧よりも低い集束電圧が集束電極に加わるとアノードに向けられた電子放出を発光層の局在部分に集束し、
   少なくともある前記集束電極を覆う電気的絶縁材料を含み、及び
   前記発集束電極の少なくともある部分を覆い、コントラストマスクを形成するための導電性で不透明なマスキング材料層を含む、
   ディスプレイ装置。
2. 電源電圧、アノード電圧、集束電極電圧、導電電圧がそれぞれ異なっている、
   請求項１のディスプレイ装置。
3. 発光層が燐光層である請求項１のディスプレイ装置。
4. 感光層が陰極燐光層である請求項３のディスプレイ装置。
5. ディスプレイ装置は複数のピクセルを有し、各ピクセルは発光層の複数の局在部分の内の一つの局在部分を有し、各ピクセルはエミッタのセットの内の一つのセットと対向し、ベースプレートはさらに複数のエミッタ導電体を有し、各エミッタ導電体はエミッタのセット内の一つのセットのエミッタと動作上連結されエミッタの各セットは導電層に導電電圧を加え、エミッタのセットのエミッタと動作上連結されたエミッタ導電体に電源電圧を加えることで個別にアドレス可能である、
   請求項１のディスプレイ装置。
6. ディスプレイ装置は複数のピクセルを有し、各ピクセルは赤、青、緑のサブピクセルを有し、各サブピクセルは発光層の複数の局在部分の一つの局在部分を含み、各サブピクセルはエミッタのセット内のある一つのセットと対応し、ベースプレートは更に複数のエミッタ導電体を有し、各エミッタ導電体はエミッタのセットの一つのセットと動作上連結され、導電層に導電電圧を加え、エミッタのセットの内のエミッタと動作上連結されたエミッタ導電体に電源電圧を加えることでエミッタのセットは個別にアドレス可能である、
   請求項１のディスプレイ装置。
7. アノードが複数の局在部分を有し、各局在部分は発光層の複数の局在部分の内の一つの局在部分と個別に対応する、
   請求項１のディスプレイ装置。
8. ディスプレイ装置であって、
   電界が与えられると電子の放出を行なう放出手段を含み、
   局所化され離間された複数の領域に放出手段と実質的に位置合わせされた関係で位置され、第一の十分な電圧が加わると放出電子を引き付ける手段を含み、
   放出手段と引き付け手段との間に位置され、電子放出を得ると光を発することで表示を行う発光手段を含み、
   前記引き付け手段のそれぞれの周囲を取り囲むように位置され、第一の十分な電圧よりも低い第二の十分な電圧を得ると電子放出を発光手段上に集束する手段を含み、
   前記電子放出を集束する手段の少なくともある部分を覆う電気的絶縁材料を含み、及び、
   前記電子放出を集束する手段の少なくともある部分を覆い、コントラストマスクを形成するうための導電性で不透明なマスキング材料層を含む、
   ディスプレイ装置。
9. 前記放出手段がベースプレートを含み、ベースプレートは、
   支持基体を含み、
   支持基体の表面に位置され、開口部を有する絶縁層を含み、
   支持基体に支えられ、絶縁層の開口部内に配置された電界誘導電子エミッタを含み、
   絶縁層の開口部の周囲に位置された導電層を含み、導電層に導電電圧が加わりエミッタに電源電圧が加わるとエミッタからの電子放出が生じる、
   請求項８のディスプレイ装置。
10. 引き付け手段が、
    空間を隔てて放出手段とは実質的に平行に位置され、放出手段と対面する実質的平面を有する実質的に透明な非導電性の視野層を含み、
    放出手段と対向するように視野層の実質的平面上に位置された導電性の透明材料の局在化され離間された複数の層で構成されるアノードを含み、該アノードに第一の十分なアノード電圧が加わると放出手段からの電子放出がアノードへ向けられる、
    請求項８のディスプレイ装置。
11. 発光手段が放出手段に対向するように引き付け手段上に位置された発光層を含み、引き付け手段に第一の十分な電圧が加わると放出手段からの電子放出を発光層の局在部分へと引き付け、局在部分は電子放出を受けると光を発することで表示する、
    請求項８のディスプレイ装置。
12. 集束手段は導電ストリップを有し、導電ストリップは放出手段に実質的に対向して発光手段の周囲に位置され、集束電極電圧から成る第二の十分な電圧が集束電極に加えられると電子放出を発光手段上に集束させる、
    請求項８のディスプレイ装置。
13. 集束電極の少なくともある部分と、該集束電極の少なくともある部分を覆う前記マスキング材料層を覆う電気的絶縁材料を更に含む、
    請求項１のディスプレイ装置。
14. 電子放出を集束する手段の少なくともある部分と、該電子放出を集束する手段の少なくともある部分を覆うマスキング層を覆う電気的絶縁材料を更に含む、
    請求項８のディスプレイ装置。

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