專利名稱：具有體阻隔板的場發(fā)射器件的制作方法
引用相關(guān)申請相關(guān)的主題公開于于1997年12月17日申請的、題為“具有復合隔板的場發(fā)射器件”的美國專利申請，該申請已轉(zhuǎn)讓給同一受讓人。
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及場發(fā)射器件領(lǐng)域，特別涉及場發(fā)射顯示器。
發(fā)明的背景所屬領(lǐng)域已知，場發(fā)射顯示器的陰極和陽極板間要使用隔板。隔板結(jié)構(gòu)保持陰極和陽極板間的隔離，并防止由于內(nèi)部真空和外部大氣壓力間的壓差造成的內(nèi)爆。隔板結(jié)構(gòu)還必須耐受陰極和陽極間的電位差。
然而，隔板會對隔板附近從陰極板向陽極板的電子流產(chǎn)生不良影響。隔板已由介質(zhì)材料制造，可以耐受陰極和陽極板間的電位差，并可以防止由于兩板間電導通產(chǎn)生的功耗。然而，介質(zhì)隔板表面會被隔板附近從陰極板發(fā)射的某些電子靜電充電。充電現(xiàn)象將隔板附近的電壓分布變得與希望的電壓分布不同。隔板附近的這種電壓分布會造成電子流變形。例如還會在隔板和陰極板間造成電弧。
在場發(fā)射顯示器中，隔板附近的電子流的這種變形會造成顯示器產(chǎn)生的圖像失真。具體說，失真是指在由于在每個隔板的位置處的圖像是產(chǎn)生暗區(qū)使隔板“可見”。
有幾種現(xiàn)有技術(shù)的隔板試圖解決與隔板充電有關(guān)的這些問題。例如，所屬領(lǐng)域已知提供包括體介質(zhì)材料并具有導電表面的隔板。導電表面具有低到足以去通過傳導去除累積的電荷，但高到足以改善由于陽極和陰極板間的電流造成的功耗的表面電阻。該電阻表面可以通過用具有希望電阻的膜涂敷隔板實現(xiàn)。電阻涂層的典型厚度小于1微米。
現(xiàn)有技術(shù)的涂敷隔板仍存在許多困難。例如，很難實現(xiàn)非常薄電阻膜的均勻性和可靠性。膜厚的不均勻會造成器件輸出的不均勻，例如場發(fā)射顯示器件的顯示圖像不均勻。這是由于例如會被充電的隔板上的區(qū)域或點造成的。
涂敷隔板的其它缺點是有限的電阻涂層的電強度、機械強度和化學強度。例如，涂層無法與器件內(nèi)的其它材料或真空環(huán)境兼容。對于在器件壽命內(nèi)保持恒定的工作性能來說，電阻涂層的特性必須保持恒定。涂層的特性必須不會因制造和器件工作期間的撞擊電子流、高溫處理、化學作用等而改變。
然而，非常薄的電阻涂層會對例如陽極和陰極間的電流和場發(fā)射器件工作期間的撞擊電荷產(chǎn)生的電負載敏感。非常薄電阻膜可以耐受的最大電流密度會太低，不足以適應陽極和陰極間的電位差。如果涂層內(nèi)的電流密度超過涂層的最大值，電阻膜會發(fā)生過熱和材料擊穿。
所屬領(lǐng)域還已知為了轉(zhuǎn)偏或聚焦電子在隔板上提供電極，以便電子不撞到隔板表面上。這種現(xiàn)有技術(shù)方案增大了器件制造和器件工作過程的復雜性和成本。
因此，需要一種具有能減小電子流失真、且不會產(chǎn)生過量功耗的隔板的改進場發(fā)射器件。
附圖
簡介唯一的附圖是本發(fā)明場發(fā)射器件的實施例的剖面圖。
應理解，為了簡單且清楚地展示的目的，圖中所示各構(gòu)件未必按比例畫出。例如，某些構(gòu)件的尺寸彼此間作了放大。
介紹本發(fā)明涉及具有在陽極板和陰極板間延伸的體阻隔板的場發(fā)射器件。本發(fā)明的體阻隔板沿其整個高度，在其整個截面積上是導電的。所以，由于帶電物質(zhì)撞擊體阻隔板造成的電流會在體阻隔板的截面積上分布。這種特點具有將該電流分布于體阻隔板的截面積上的優(yōu)點。以此方式，減小了具有設(shè)于介質(zhì)體上的電阻涂層的現(xiàn)有技術(shù)隔板上的電流密度。電流密度減小產(chǎn)生了數(shù)個優(yōu)點，例如減少了熱量的產(chǎn)生，減小了材料擊穿的危險。本發(fā)明的體阻隔板由特征在于導電性受電子/空穴濃度控制的材料構(gòu)成。該材料的特征在于導電性主要由電子/空穴的運動控制。
該材料的電阻率選擇為能夠去除器件工作期間撞擊體阻隔板的電荷，同時不會產(chǎn)生由于器件的陽極板和陰極板間產(chǎn)生的電流造成的過量功耗。本發(fā)明的體阻隔板還比現(xiàn)有技術(shù)的涂敷隔板較容易制造。
唯一的附圖是本發(fā)明的場發(fā)射顯示器(FED)100的剖面圖。FED100包括與陽極板104相對的陰極板102。陰極板102和陽極板104間存在抽空區(qū)106。抽空區(qū)106內(nèi)的壓力小于約1.33×10-4Pa(10-6乇)。
FED 100還包括在陰極板102和陽極板104間延伸的體阻隔板108。體阻隔板108提供機械支撐，以保持陰極板102和陽極板104間的隔離。盡管圖中只示出了一個隔板，但希望能理解，根據(jù)本發(fā)明的場發(fā)射器件可以有多個隔板。隔板的數(shù)量和結(jié)構(gòu)取決于例如陰極和陽極板基片的厚度和器件的整體尺寸。體阻隔板108還具有改善體阻隔板108的表面109的靜電充電的特點。通過控制體阻隔板108的靜電充電，還可以控制FED 100內(nèi)電子流132的軌道變形。在圖示的實施例中，體阻隔板108具有使FED 100工作期間觀察者看不到它的特點。
體阻隔板108的特征還在于，通過體阻隔板108，從陽極板104到陰極板102的電流造成的功耗處于能夠接受的水平。由器件工作期間通過整個隔板從陽極板到陰極板的電流造成的功耗小于器件總功耗的10％。例如，如果器件用1瓦的功率，則通過隔板的功耗小于100毫瓦。
陰極板102包括可由玻璃、硅等構(gòu)成的基片116?；?16上設(shè)置有可以包括鉬薄層的陰極導體118。介質(zhì)層120形成于陰極導體118上。介質(zhì)層120例如可以由二氧化硅構(gòu)成。介質(zhì)層120限定多個發(fā)射阱，發(fā)射阱中設(shè)有多個電子發(fā)射極124。在圖示的實施例中，電子發(fā)射極124包括Spindt尖。
然而，根據(jù)本發(fā)明的場發(fā)射器件不限于Spindt尖電子發(fā)射源。例如，代替之可以使用發(fā)射碳膜作為陰極板的電子源。
陰極板102還包括多個柵極。圖中示出了第一柵極126和第二柵極128。一般說，這些柵極用于選擇性尋址電子發(fā)射極124。
陽極板104包括透明基片，其上設(shè)置有陽極導體112，它是透明的，可以包括氧化銦錫薄層。多個熒光體114設(shè)于陽極導體112上。熒光體114與電子發(fā)射極124相對。
第一電壓源136接陽極導體112。第二電壓源138接第二柵極128。第三電壓源140接第一柵極126，第四電壓源142接陰極導體118。
體阻隔板108在陰極板102和陽極板104間延伸，提供機械支撐。體阻隔板108的高度足以防止陽極板104和陰極板102間發(fā)生電弧。例如，對于陽極板104和陰極板102間的電位差大于約2500V的情況來說，體阻隔板108的高度大于約500微米，較好是在700-1200微米之間。體阻隔板108的一端以其未覆蓋熒光體114的表面接觸陽極板104；體阻隔板108的另一端以其未限定發(fā)射阱的部分接觸陰極板102。
如圖所示，體阻隔板108具有高度H，和沿截線113取的截面。根據(jù)本發(fā)明，體阻隔板108在該整個截面上是導電的。所以，體阻隔板108在其體內(nèi)位于抽空區(qū)106內(nèi)的表面109處和其內(nèi)部是導電的。體阻隔板108在其整個高度H上也是導電的。在優(yōu)選實施例中，體阻隔板108在其截面積上和整個高度H上具體均勻電阻率。
體阻隔板108由選擇為能夠達到上述希望的目的的材料構(gòu)成。該體阻材料至少由一種具有合適電阻率的成分構(gòu)成，還可以有電阻率高于第一成分的其它成分。體阻隔板108內(nèi)的導電機制由固定電子/空穴濃度的材料缺陷結(jié)構(gòu)決定。導電機制的特征在于是電子導電而非離子導電。體阻隔板108內(nèi)的導電主要由電子/空穴的運動而非原子遷移率控制。由于器件壽命范圍內(nèi)會引起隔板成分的變化，所以原子作為運動物質(zhì)的離子導電不是體阻隔板108的合適導電機制。所以，對于長期組分穩(wěn)定性來說，提供電子導電機制。
構(gòu)成體阻隔板108的材料還選擇為滿足以下各項。首先，必須能耐受所加電位。第二，必須能導通到足以去除器件工作期間的撞擊電荷。第二，必須不以大于器件所用總功率的10％的比率耗散功率。如果使用一個以上隔板，則各隔板的總功耗必須不大于總功耗的10％。第四，體阻隔板108的材料較好具有高功函數(shù)，以便改善從表面109的假電子發(fā)射。最后，該材料還必須相對于例如陰極板102和陽極板104的材料等器件內(nèi)的其它材料不活潑。例如，希望不活潑的特征能防止形成金屬互化物，和其它不希望化學反應，這些都對電子發(fā)射有不良影響。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，體阻隔板108連接用于在FED 100工作期間去除撞擊體阻隔板108的電荷的電位。在圖示的實施例中，陰極板102包括與體阻隔板108連接的導電層130。導電層130設(shè)置于介質(zhì)層120上，包括例如鉬、鋁等導電材料薄層。放電電位例如通過到第五電壓源(未示出)的接點提供。也可以通過到一個柵極的接點接觸。前一結(jié)構(gòu)允許導電層130上的電位獨立受控，以提供體阻隔板108的希望放電特性。后一結(jié)構(gòu)不需要附加的電源。導電層130更好是接地。到地的接點不需要附加的電源，因此，可以降低器件制造和工作的成本。
下面結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的場發(fā)射器件的例示結(jié)構(gòu)。希望理解，實施本發(fā)明的場發(fā)射器件不限于結(jié)合附圖介紹的精確幾何結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)特別適用于陰極板102和陽極板104間的電位差大于約300V、較好為約2500-10000V的FED 100的工作。也可以包括VGA結(jié)構(gòu)。然而，希望理解，實施本發(fā)明的場發(fā)射顯示器不限于VGA結(jié)構(gòu)。
透明基片110和基片116的厚度都為約1毫米。體阻隔板108包括矩形平板，長度(向著紙內(nèi))約為5毫米，高度H(在陰極板102和陽極板104間延伸)為約1毫米，厚約0.07毫米。第一和第二柵極126、128間的中心距離約為0.3毫米。FED 100可以在陽極導體112與第一和第二柵極126、128間的電位差在約2500-10000V的條件下工作。對于該電壓范圍，陽極板104和陰極板102間的距離一般大于500微米，以減小陽極板104和陰極板102間發(fā)生電弧的危險。
對于結(jié)合附圖介紹的例示結(jié)構(gòu)，及陽極板104和陰極板102間電位差約為5000V的情況來說，構(gòu)成體阻隔板108的材料的電阻率較好為108-1010毆姆厘米。對于具有約5000V的電位差的FED100，體阻隔板108的優(yōu)選材料是鈦酸鋇鈮。體阻隔板108的另一合適材料是摻有少于4摩爾％硅砂的氧化鎳。
一般說，體阻隔板108由包括一個相或多個相的體阻材料構(gòu)成。各相組合，提供希望的總電阻率。有用的相結(jié)構(gòu)可以選自很寬的組合，以提供希望的特性。利用滲透原理，可以實現(xiàn)許多有用相的互連結(jié)構(gòu)，下面將對此作一介紹一般說，體阻相由兩個相或數(shù)組相構(gòu)成。一個相或一組相P1是絕緣的，另一相或另一組相P2絕緣性低于P1，或P1的導電性低于P2的導電性。有表示滲透譜的極限的三種常規(guī)微結(jié)構(gòu)。這些微結(jié)構(gòu)可構(gòu)成體阻隔板118內(nèi)的導電通道的框架。它們的基礎(chǔ)是相P1在相P2中滲透的狀態(tài)改變。
第一種微結(jié)構(gòu)的特征是晶粒間導電通道。這對應于相P1(絕緣相)顆?；蚓Я１籔2(較差絕緣相)包圍的狀態(tài)。因此，導電通道發(fā)生在P2內(nèi)，在P1顆?；蚓ЯＶg。這表示P1在P2中的低滲透作用。
第二和第三種微結(jié)構(gòu)的特征在于，晶粒內(nèi)導電通道。第二種微結(jié)構(gòu)對應于P1相的顆?；蚓Я１舜酥苯咏佑|的狀態(tài)，這種材料中可以存在少量P2。導電通道由多顆粒-顆粒接觸點的P1相顆粒的互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)限定。
第三種微結(jié)構(gòu)中，在P1晶?；蝾w粒之間具有少量P2相，但P2的濃度可忽略不計，足以允許電子隧穿。不管晶界相的存在與否，都保持晶粒內(nèi)導電。這表示P1在P2中的高滲透作用。
體阻隔板108材料中含有任何一個相都可以是結(jié)晶或非晶或結(jié)晶和非晶結(jié)構(gòu)的混合物。能夠支持晶粒間導電的材料系的例子包括互連導電-決定相占總材料的體積比或高或低的系統(tǒng)。低體積比是指晶界相，高體積比是指引入較高絕緣相的基質(zhì)。具體的例子包括陶瓷-金屬復合物、不透明半導電玻璃、填有陶瓷的半導電玻璃、氧化物和非氧化物陶瓷系統(tǒng)、過渡金屬玻璃-陶瓷、氮化硅、碳化硅和鈦酸鋇鈮，但不限于這些。
支持晶粒內(nèi)導電的材料系的例子包括氧化物和非氧化物陶瓷、單晶、氧化鋯和如氧化錫、氧化鎳、氧化鎂和氧化鈦等過渡金屬氧化物。
所有這些材料系的共同點是通過使電子/空穴濃度合適，或通過利用材料的本征特征或利用摻雜劑改變電子/空穴濃度，實現(xiàn)對電阻率的控制的導電機制。物質(zhì)的固有遷移率由材料組分和結(jié)構(gòu)確定。
FED 100工作期間，電位加于第一和第二柵極126、128、陰極導體118和陽極導體112上，使電子發(fā)射極124產(chǎn)生選擇性電子發(fā)射，并使電子通過抽空區(qū)106指向熒光體114。撞擊電子引起熒光體114發(fā)光。如圖所示，多個撞擊電子134撞擊體阻隔板108。體阻隔板108充分導電，以防止撞擊電子134導致表面109被靜電充電。
撞擊體阻隔板108的電子流的幅度取決于FED 100的特定結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)。例如，撞擊電子流的幅度取決于電子流132的幅度、體阻隔板108和電子發(fā)射極124間的距離、所加電壓值及電子發(fā)射極124的幾何形狀。
根據(jù)本發(fā)明的體阻隔板可利用經(jīng)濟的常規(guī)方法制造。本發(fā)明的體阻隔板不需要光刻步驟、昂貴的X射線平版印刷、或高方向性的腐蝕和淀積技術(shù)。也不需要會對電子發(fā)射極的整體性造成危險的涂敷電子發(fā)射極的步驟。
可以通過首先形成片狀體阻材料來形成體阻隔板108?？梢允褂脙煞N基本形成方法中的一種。第一種方法是干壓陶瓷粉凝固物，另一種是條帶澆鑄法。干壓法的特征在于，將干陶瓷粉注入模具，通過加合適的壓力，陶瓷粉凝固成致密體?？梢詥屋S向壓陶瓷粉，其中壓力在一個方向施加，或均勻地加壓，在各方向均勻地加壓。通過油或水介質(zhì)控制所加壓力，可以實現(xiàn)均勻加壓。加壓前，陶瓷粉的表面需要通過引入用于控制通過靜電顆粒間相互作用鍵合的顆粒-顆粒的有機化合物(分散劑、粘合劑等)被改性，以便增大受壓體的密度。形成片狀后，在接近但不高于材料熔化溫度的溫度，煅燒該主體。于是得到致密低孔隙率主體。
第二種形成方法是條帶澆鑄法。通過將固態(tài)顆粒(玻璃，陶瓷、金屬、聚合物)、粘合劑、分散劑、和增塑劑的混合物澆鑄成薄片，制造條帶或柔性層，在將它們疊置成希望的厚度之前，可以切割或構(gòu)圖這些薄片。用或不用升高的層溫，將疊置體壓在一起，然后修整形成致密固態(tài)單片主體。疊置體的各層不必具有相同電阻率。
然后，將這樣形成的單片體鋸切、片切或切割成各分隔體。例如可以用金屬絲鋸或切片鋸切割該單片體。
形成陽極板104和陰極板102的方法都是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。制造了陽極板104和陰極板102后，例如通過熱壓粘合法，將體阻隔板108粘合到導電層130上，保持相對于陰極板102的垂直結(jié)構(gòu)。然后，將陽極板104置于體阻隔板108上，并在真空環(huán)境中氣密密封管殼。
總之，本發(fā)明涉及具有體阻隔板的場發(fā)射器件。本發(fā)明的體阻隔板充分導電，從而可以防止體阻隔板表面的靜電充電，同時可以控制器件的陽極板和陰極板間的功耗。它們的機械和電氣強度優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的涂敷隔板。在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的體阻隔板沿其整個高度，在其截面積上具有均勻的電阻率。
權(quán)利要求
1.一種場發(fā)射器件，包括具有多個電子發(fā)射極的陰極板；設(shè)置成接收多個電子發(fā)射極發(fā)射的電子流的陽極板；及在陽極板和陰極板間延伸的體阻隔板，其具有一定高度和截面積，所說體阻隔板沿其高度在截面積上導電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的場發(fā)射器件，其中體阻隔板沿其高度在其截面積上具有均勻的電阻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的場發(fā)射器件，還包括位于陰極板和陽極板間的抽空區(qū)，其中體阻隔板具有位于所說抽空區(qū)內(nèi)的表面，還包括具有電阻率的主體區(qū)，其中所說表面的電阻率等于本體區(qū)電阻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的場發(fā)射器件，其中場發(fā)射器件的特征在于總功耗，其中體阻隔板的特征在于其功耗，其中體阻隔板的功耗小于場發(fā)射器件的總功耗的10％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的場發(fā)射器件，其中體阻隔板包括特征在于主要由電子/空穴的運動控制導電性的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的場發(fā)射器件，其中構(gòu)成體阻隔板的所說材料選自陶瓷-金屬復合物、不透明半導電玻璃、填有陶瓷的半導電玻璃、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、過渡金屬玻璃-陶瓷、氮化硅、碳化硅和鈦酸鋇鈮、氧化鋯、單晶、過渡金屬氧化物和這些材料的組合所構(gòu)成的組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的場發(fā)射器件，其中體阻隔板包括電阻率為108-1010毆姆厘米的導電材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的場發(fā)射器件，其中陰極板包括導電層，其中導電層連接到體阻隔板，從而通過該導電層去除場發(fā)射器件工作期間產(chǎn)生于體阻隔板上的靜電荷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的場發(fā)射器件，其中陰極板包括多個柵極，其中所說導電層連接到多個柵極中的一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的場發(fā)射器件，其中體阻隔板包括鈦酸鋇鈮。
全文摘要
一種場發(fā)射顯示器(100)包括具有多個電子發(fā)射極(124)的陰極板(102),與陰極板(102)相對的陽極板(104),在陽極板(104)和陰極板(102)間延伸的體阻隔板(108)。所說體阻隔板(108)由導電材料構(gòu)成。所說導電材料的電阻率選擇為可以去除撞擊電荷,同時能防止由于通過體阻隔板(108)從陽極板(104)到陰極板(102)的電流產(chǎn)生過量功耗。
文檔編號H01J29/02GK1288583SQ99802233
公開日2001年3月21日 申請日期1999年1月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月20日
發(fā)明者斯科特·K·阿格諾, 比德·A·斯密斯, 黃榮峰, 喬伊斯·K·山本, 克萊格·阿姆里尼, 克里福德·L·安德森 申請人:摩托羅拉公司