CN1282448A - 具有复合隔板的场发射器件 - Google Patents

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Abstract

一种场发射显示器(100)包括具有多个发射极(124)的阴极(102),与阴极(102)相对的阳极(104),在阳极(104)和阴极(102)间延伸的复合隔板(108)。复合隔板(108)包括由介质或体阻材料构成的第一层(107),附着到第一层(107)上,且由金属、金属合金或陶瓷－金属复合材料构成的导电层(109)。复合隔板(108)的高度大于500微米。

Description

具有复合隔板的场发射器件
相关申请
相关的主题公开于题为“制造具有复合隔板的场发射器件”的美国专利申请，该申请人代理号为FD97091，与本申请同一日申请，已转让给同一受让人。
发明的领域
本发明涉及场发射器件领域，特别涉及场发射显示器。
发明的背景
所属领域已知，场发射显示器的阴极和阳极板间要使用隔板结构。隔板结构保持阴极和阳极间处于隔离状态。它们还必须耐受阴极和阳极间的电位差。
然而，隔板会负面影响隔板附近电子向阳极的流动。阴极发射的某些电子会将隔板的表面静电充电，改变隔板附近的电压分布偏离所希望的电压分布。隔板附近电压的改变会造成电子流变形。还可导致例如在隔板和阴极之间产生电弧。
在场发射显示器中，隔板附近的这种电子流变形会造成显示器产生的图像失真。具体说，这种变形会因在每个隔板位置处在图像中产生暗区，而使隔板“可见”。
几种现有隔板都试图解决与隔板充电有关的问题。例如，所属领域已知，提供一种隔板，该隔板的表面薄层电阻低到足以去除传导撞击的电子，但高到足以改善由于从阳极到阴极的电流造成的功率损耗。这种电阻性表面可通过用具有所希望电阻的薄膜涂敷隔板实现。然而，这些膜易机械损伤和／或改性，例如在隔板的处理期间会发生这些情况。这些薄膜还会引入与例如阴极等的化学不兼容。化学不兼容会负面影响阴极上电子发射极的发射特性。另外，涂敷的隔板制造起来可能会很困难。
所属领域还已知，沿隔板的高度提供附加的独立的控制电极，以控制隔板附近的电压分布。然而，这种现有技术方案包括形成也易受机械损伤的隔板电极的附加处理步骤。这种现有技术方案还要使用附加的电压源，以便给隔板电极加电位，这会增加器件的功率要求。
因此，需要一种改进的场发射器件，该器件的隔板可以减少电子流的变形，并且不会造成过量的功耗。
附图简介
唯一的附图是本发明的场发射器件的实施例的剖面图。
应理解，为了简单和清楚地展示，图中的各元件不必按比例绘制。例如，某些元件的尺寸被彼此放大。
发明介绍
本发明涉及具有复合隔板的场发射器件。每个复合隔板具有可由介质材料或体阻材料构成的第一层，和附着于第一层上的导电层。导电层靠近阴极，第一层靠近阳极。导电层使得电子离开复合隔板，由此控制隔板表面的充电。控制了充电具有可以减小由于隔板存在造成的电子轨迹变形的好处。复合隔板还具有大于500微米的高度，可以使本发明的复合隔板有利于高压场发射器件，这种器件在超过约2500V的阴极-阳极电位差下工作。在本发明的一个实施例中，场发射器件是场发射显示器，该显示器具有对于场发射显示器的观察者来说不可见的复合隔板。
唯一的附图是本发明的场发射显示器(FED)100的剖面图。FED100具有与阳极104相对的阴极102。阴极102和阳极104间存在抽空区106。抽空区106内的压力低于约10-6乇。复合隔板108在阴极102和阳极104间延伸。复合隔板108提供机械支撑，以保持阴极102和阳极104间的隔离状态。复合隔板108还具有改善复合隔板108的静电充电的结构。通过控制复合隔板108的静电充电，还可以控制FED 100内的电子流132的轨迹变形。在图示的实施例中。复合隔板108具有使其工作期间FED 100的观察者看不见它的结构的特性。
阴极102包括可由玻璃、硅等构成的基片116。基片116上设置有包括钼薄层的阴极导体118。阴极导体118上形成有介质层120。介质层120例如可由二氧化硅形成。介质层120限定多个发射阱122，每个发射阱中设置有多个电子发射极124。在图示的实施例中，电子发射极124包括Spindt尖。
然而，根据本发明的场发射器件不限于Spindt尖电子源。例如可以用发射碳膜代替阴极电子源。
阴极102还包括多个栅引出电极。图中示出了第一和第二栅引出电极126和128。一般说，栅引出电极用于选择性寻址电子发射极。
阳极104包括透明基片110，其上设置有阳极导体112，阳极导体112是透明的，可以包括氧化铟锡薄层。多个荧光体114设置于阳极导体112上。荧光体114与电子发射极124相对。
第一电压源136连接到阳极导体112上。第二电压源138连接到第二栅引出电极128上。第三电压源140连接到第一栅引出电极126上，第四电压源142连接到阴极导体上。
复合隔板108在阴极102和阳极104间延伸，以提供机械支撑。复合隔板108的高度足以防止阳极104和阴极102间发生电孤。例如，在阳极104和阴极102间的电位差大于约2500时，复合隔板108的高度大于约500微米，较好是在700-1200微米间。复合隔板108的一端在不覆盖荧光体n4的表面上接触阳极104；复合隔板108的相对端在不限定发射阱122的部分接触阴极102。
根据本发明，复合隔板108包括从复合隔板108的两端的中间一点到阳极104延伸的第一层107。第一层107的高度为H。复合隔板108还包括导电层109，该层与第一层107连接，并向着阴极102延伸。导电层109具有设置于抽空区106内的导电表面111。导电层109的高度为h。
第一层107包括介质材料或体阻材料。第一层107的材料选择为可承受所加电位。第一层107的材料较好具有较高功函数，以便改善第一层107的附加电子发射性。第一层107较好还具有很光滑的表面，以减少电荷积累和附加电子发射。适用作第一层107的介质材料包括陶瓷、玻璃、兰宝石、石英等。适用于第一层107的体阻材料包括含铁玻璃陶瓷、氧化锡、氧化镍、氮化硅、钛酸钕、氧化锆等。一般说，体阻材料的电阻率为105-1013Ωcm。
导电层109包括导电材料。导电层109较好由例如铝、金、铜等金属构成。也可以由金属合金构成。在本发明的另一实施例中，导电层109包括陶瓷-金属复合材料。导电层109的导电性必须能引起电子偏转或聚焦，如上所述。
导电层109的材料可以选择为提供附加的优点。例如，延性金属可以减小FED 100组装期间对阴极102的损伤。导电层109的材料可以具有较高的功函数，以便控制导电层109的附加电子发射。导电层109的材料选择必须相对于阴极102的材料非常不活泼，以防止形成金属互化物，和其它不希望的化学反应物。
导电层109的高度h选择为足以使电子流132偏转，以改善复合隔板108的静电充电，并使电子流132指向合适的荧光体。即，高度h选择为使电子撞击与取向的电子发射极相对的荧光体。通过偏转电子，导电层109防止了其它情况下产生的不希望结果的复合隔板108的过度静电充电，例如电子流132的轨迹过度变形、可见的可辨别的隔板、电弧等。
在本发明的优选实施例中，导电层109连接到对去除FED 100工作期间复合隔板108上发生的静电荷有益的电位。在图示的实施例中，在第二导电层130上提供放电电位。第二导电层130设置于介质层120上，包括例如钼、铝等导电材料薄层。
第二导电层130上的电位可以独立控制。第二导电层130最好是电接地。与地电连接可以加强电子偏转，同时不需要附加功率。然而，也可以连接到第五电压源(未示出)，以提供选择为使电子偏转达到希望的程度和／或提供复合隔板108的电荷消散特性的电位。或者，第二导电层130可连接到FED 100的一个栅引出电极的一部分上，或作为其一部分，不需要附加的电压源。
在图示的实施例中，电子流132控制到足以使其工作期间FED100的观察者看不见复合隔板108的程度。具体说，需要导电层109来整形复合隔板108附近的电场。为提供这种电场整形功能，重要的是导电层109的导电材料暴露于抽空区106中。
下面将结合附图介绍本发明场发射器件的例示结构。希望能够理解，实现本发明的场发射器件不限于结合附图所介绍的几何结构。该结构有利于FED 100在阴极102和阳极104间的电位差高于约300V，较好是约2500-10000V下工作的情况。也可以包括VGA结构。然而，希望能理解，实现本发明的场发射显示器不限于VGA结构。
在图示的实施例中，透明基片110和基片116的厚度都为约1毫米。复合隔板108包括矩形片晶，长度(向页面内)约为5毫米，高度(阴极102和阳极104间延伸)为约1毫米，厚度t约为0．07毫米。第一和第二栅引出电极126、128间中心到中心的距离为约0．3毫米。FED 100可以在阳极导体112与第一和第二栅引出电极126、128间的电位差为约2500-10000V的情况下工作。关于该电压范围，重要的是阳极104和阴极102间的距离大于500微米，以减少阳极104和阴极102间发生电弧的危险。
在FED 100工作期间，在第一和第二栅引出电极126、128、阴极导体118和阳极导体112上加电位，以便在电子发射极124产生选择性电子发射，并使电子通过抽空区106指向荧光体114。荧光体114由于撞击的电子而发光。
导电层109整形复合隔板108附近的电场，以便复合隔板108附近发射的电子指向荧光体114，而不撞击复合隔板108。对于结合附图所介绍的例示实施例来说，并对于阳极导体112与第一和第二栅引出电极126、128间的电位差在约2500-10000V间的情况来说，导电层109的高度h较好为约75-150微米。
根据本发明的复合隔板可利用经济且简单的方法制造。本发明的复合隔板不需要光刻步骤、昂贵的X射线印刷工艺或高取向性的腐蚀及淀积技术。也不需要会影响电子发射极的整体性的涂敷电子发射极的步骤。
可以首先通过提供介质或体阻材料片制造复合隔板108。这种片材料可以在市场上购得。利用许多方便的方法之一，例如丝网印刷、金属箔钎焊、电镀、无电镀敷、声电泳等，在介质或体阻材料上形成金属层。然后，例如通过用丝锯或切锯等，将具有附着于介质或体阻层上的金属层的复合片切割成分立的隔板。切割操作较好是从介质或体阻材料表面开始，以避免导电材料敷着于第一层107的表面上。
为制造该实施例，其中导电层109由陶瓷-金属复合材料构成，首先，通过在金属粉中分散绝缘陶瓷相，形成陶瓷-金属复合材料。通过标准陶瓷形成方法，例如型铸造、干压、注浆等将该混合物形成薄片。利用成形操作，切割成单片。单片层叠于所选介质或体阻材料层上。通过在低于约200℃的温度下，在接合界面上加压力，进行层叠步骤。或者，可以在防止金属成分氧化的还原气氛中，在200℃以上的温度下，热处理实现接合。通过改变金属和陶瓷的成分，可以改变机械和热特性，以得到希望的特性，例如希望的导电层109的热膨胀系数。例如，如果导电层109需要较大的机械强度而不是柔顺性，则该实施例是有利的。
形成阳极104和阴极102的方法所属领域的技术人员都知道。制造了阳极104和阴极102后，例如可以通过热压接合，把复合隔板108接合到第二导电层130上，以保持相对于阴极102的垂直结构。然后，将阳极104放置于复合隔板108上，在真空环境中气密式密封外壳。
总之，本发明涉及具有复合隔板的场发射器件。本发明的场发射器件可以在阳极-阴极电位差高于300V，较好约为2500-10000V的情况下工作。本发明的场发射显示器具有显示器的观察者肉眼不能识别的“看不见的隔板”。本发明的复合隔板可以利用简单且经济的方法制造。
尽管展示和介绍了本发明的特定实施例，但所属领域的技术人员可以做出进一步的改进和改善。因此，我们希望人们能理解，本发明不限于所展示的特殊形式，意在使所附权利要求书覆盖不背离本发明的精神和范围的所有改进。

Claims (9)

1、一种场发射器件(100)，包括：
具有多个电子发射极(124)的阴极(102)，其中多个电子发射极(124)设计为发射电子流(132)；
设置成接收多个电子发射极(124)发射的电子流(132)的阳极(104)；
设置在阴极(102)和阳极(104)间的抽空区(106)；以及
在阳极(104)和阴极(102)间延伸的复合隔板(108)，包括第一层(107)和导电层(109)，其中复合隔板(108)的导电层(109)限定设于抽空区(106)内的导电表面(111)，其中复合隔板(108)的高度大于500微米。
2、根据权利要求1的场发射器件(100)，其中第一层(107)在阳极(104)和导电层(109)间延伸，其中导电层(109)在第一层(107)和阴极(102)间延伸。
3、根据权利要求1的场发射器件(100)，其中复合隔板(108)的导电层(109)包括金属。
4、根据权利要求1的场发射器件(100)，其中复合隔板(108)的导电层(109)包括陶瓷-金属复合材料。
5、根据权利要求1的场发射器件(100)，其中复合隔板(108)的第一层(107)包括体阻材料。
6、根据权利要求1的场发射器件(100)，其中复合隔板(108)的第一层(107)包括介质材料。
7、根据权利要求1的场发射器件(100)，其中复合隔板(108)的导电层(109)的高度选择为使电子流(132)偏转到足以防止复合隔板(108)发生被电子流(132)过度静电充电的程度。
8、根据权利要求1的场发射器件(100)，其中阴极(102)包括介质层(120)，其中阴极(102)还包括设于介质层(120)上的第二导电层(130)，其中第二导电层(130)连接到复合隔板(108)的导电层(109)上，从而在场发射器件(100)工作期间，在复合隔板(108)上产生的静电荷通过第二导电层(130)消散。
9、根据权利要求8的场发射器件(100)，其中阴极(102)包括多个栅引出电极(126，128)，其中第二导电层(130)连接到多个栅引出电极(126，128)之一上。
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PB01 Publication
C01 Deemed withdrawal of patent application (patent law 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication