TW385468B - Field emission device - Google Patents

Description

五、發明說明（1) [發明之技術範圍] 本發明為，有關於使用於電場放射顯示器（FED)等之電 場放射裝置。 [以往之技術] 在於電場放射顯示器（FED),陰極基板側與陽極基板側 以相隔預定間隔之間隙（gap)密封並且使内部成為真空狀 態。做為其電場放射陰極（FEC)使用史賓特型之冷陰極時， 對於閘極電極施加引出電壓之情況下，由設置在該閘極電 極之開口部内之錐狀射極經由電場放射放射電子，施加正 電壓之陽極電極之螢光體發光而施行顯示動作。 一高電壓型之FED為，由於高電壓用之螢光體之發光效率 高，因此比較低電壓之電場放射顯示器可以獲得高輝度。 但是，在於高電壓型之FED，為對於陽極，閘極間施加數以之 電壓，陽極•閘極間之間隙取得較大值。由於此，必須使放 射之電子束（beam)集束。通常，FED之電場放射陰極（FEC) 使用2段閘極型。但是，該2段閘極型之FE(：為，由在閘極電 極之另外層設置集束電極而成為2段重疊型者，因此，層 成增加而使製程困難化。並且，為使製程平易 集束電極與閘極電極形成於同一層之平面集束型之fec應 構成。 第5圖為’平面集束型FEC之平面圖。圖中，為集 極，32為閛極電極，32a為開口部。第6圖為，平面集束型FE 之剖面圖。圖中，11為錐狀射極，12為絕 板，33為電阻層，34為陰極電極線e

五、發明說明（2) 在平面集東型FEC，無法將閘極電極32完全由集束電極 31包圍。由於此，如第5圖所示，集束電極31與閘極電極32 均為梳齒型，由互相嚙合之形狀形成在絕緣層之上面之同 一平面。閘極電極32為多數之開口部32a以縱向以每i點 (dot)行列排列。 如第6圖所示，陰極基板η上形成陰極電極線34而在其 上面形成電阻層33，且在其更上面形成絕緣層12。並且，絕 緣層12之上面形成前述集束電極31及閘極電極32。閘極電 極32與其下面之絕緣層12設置開口部32a，其中之電阻層33 之上面形成錐狀射極Π。閘極電極32及集束電極31為，分 （ 別施加閘極電極電壓，集束電極電壓。 如前所述，在平面集束型FEC，無法將閘極電極32完全 由集束電極31包圍。此種結果，由錐狀射u放射之電子束 為，具有由集束電極31之開口侧，圖示之例為由下方漏洩， 無法獲付所求之光束點（beam spot)直徑之問題。 前述問題為，起因於在閘極電極與向該閘極電極供給 閘極電極電壓之線之間，無法設置包圍閘極電極之電極或 構造物之狀況。由於此，不是僅限於集束電極之問題。再 者，即使在集束電極或構造物不完全包圍閘極電極之情況 下，對於閘極電極供給閘極電極電壓之線與此等集束電極 | 或構造物之配置關係受到限制等問題。 [發明欲解決之問題] 本發明為解決前逑問題而施者，其目的在於提供在閘 極電極之周圍可以將電極或構造物無限制設置之電場放射

ίίΐ電:其由ΐ 極電極之周圍形 小之電場放射裝置者了以使電子束之點直徑充分減 [解決問題之方法] 在申請專利範圍第1項所 層，形成於該絕緣層之上層之 及前述閘極電極之開口部，形 電極線，及陰極電極線等之電 上層形成前述閘極電極線，前 述閘極電極為經由第1層間接 前述閘極電極線為經由第2層 接線者β 記載之發明中，在於具有絕緣 閘極電極，形成於前述絕緣層 成於該開口部内之射極，閘極 場放射裝置中，前述絕緣層之 述絕緣層之下層形成接線，前 線部以電路接線於前述接線， 間接線部以電路接線於前述 由於此，由於可以將電路上必須互相接線之閘極電極 與閘極電極線在相同絕緣層之上層分離形成，結果可以在 閘極電極之周圍無限制設置電極或構造物。

在申請專利範圍第2項所記載之發明中，在於具有絕緣 層’形成於絕緣層之上層之閘極電極，形成於前述絕緣層及 前述閘極電極之開口部，形成於該開口部内之射極，閘極電 極線，及陰極電極線等之電場放射裝置中，前述絕緣層之上 層形成前迷陰極電極線，前述絕緣層之下層形成前述閛極 線，前述閘極電極為經由第1層間接線部以電路接線於前述 閛極電極線，前述射極為經由第2層間接線部以電路接線於 前述陰極電極線者。 由於此，可以將電路上必須互相接線之閘極電極與閘

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第1圖為，本發明乏笸7 I

之第1說明圖。圖中i 之電場放射裝置中之FEC 阻層，4為二雷搞Vf集束電極，2為閘極電極線，3為電 η Π ^ 7 Α Μ，^ Ύ a，5b為接點孔，6為閘極電極，為 ^^：；：, ；；：--内部之狀態圖示。閘極電極…單元二= 田模式表不〇 第2圖為，本發明之第1實施例之電場放射裝置之FEC之 第2說明圖。亦即為圖中沿著箭頭A，A之戴線之電場放射陰 極之部分剖面圖。圖中，對於第5圖，第δ圖，第i圖之相同部 分附加相同符號而省略其說明。 在本實施例之電場放射裝置中，如第2圖所示，在陰極

C:\Program Files\Patent\3101〇〇· ptd 第 7 頁 五、發明說明（5) 基板侧之絕緣層1 2之上層报忐„ Λ & 續办成閘極電極6，絕緣廢 電極6形成開口部6a在嗜龆緣層12及閘極 缝嚴彳？之上〜P 1 部6a内形成錐狀射極U。锻 雷搞β夕用ill报士隹I 成别述之閉極電極6,在閘極 電極6之周圍形成集束電極丨，再 你_ 灼極 極電極線2。絕緣層〗2之下層搞 不亦形成閘 3,则所示之陰極電：：4層等(陰成接線7,電阻層 电规猓4辱。閘極電極6為，經由篦1思 間接線部之接點孔5a以電路拉始认拉必7 、.甶第1層 ’udd μ电裕接線於接線7，如第r 極電極線2為經由第2声間接綠却+址L '、’閘 两乐間接線部之接點孔5b以電 接線7。此種積層構造之陰極基板彳# 、; ;南加#氣亩而, 农娜签极側馬興陽極基板侧隔離 而内部成為真空之狀態密封。 # 如第1圖所示，在陰極電極線4之一部分之區域，電阻 3形成在陰極電極線4之上面，其上面形成絕緣層12。陰 電極線4接線於在顯示裝置之外部位置之顯示控制裝^。 在絕緣層1 2之上層，閘極電極6為形成於電阻層3之上方之 一部分區域，在開口部6a内之電阻層3之上面形成錐狀射極 11。設置錐狀射極11之電阻層3之下面不存在陰極線4。 在絕緣層1 2之上層之同一平面中，形成閘極電極6及集 束電極1，集束電極1為具有成為矩形中空狀之額緣狀之部' 分，由此完全包園閘極電極6之周圍。集束電極1為，另又具 有向橫方向延伸之電極線，在陰極基板13之邊緣部與其他 之行線之集束電極共同經由1體化之端子接線於外部之顯 示控制裝置。在絕緣層1 2之上層亦形成向相同向横方向延 伸之閘極電極線2而以每一行線接線於顯示控制裝置。 下層之接線7成為逆L字狀，一端部經由接點孔5a接線

五 發明說明（6) P且層3成電為極邊電方:層中:：體㊁該接線部分之附近，電 層之之=線7之狀態。下層之接線7為，穿過上 ^ ^ ^ ，在另一端部經由接點孔5 b接線於_l C 線』。另一方面，設置在開口内Ϊ多ΪΪ 電阻声3、為ΐ ^電阻層3以電路接線於陰極電極線2 s 部以縱方；Λ:較長以矩形狀在沿著由閘極電極6之下 形成。ΚίΓΛ延:，陰極電極線4之上方之間之區域 者不：：：Λ / 陰極電極線4之過電流而設置 射極11 = 之情況下設如閑極電極6與1個錐狀 fn之别端之間由於某種原因放電或短路時，可以 紐5電極線2及陰極電極線4中流通過電流。再者 錐狀射極11中，設如存在容易放射電子者時，有在 ，生異常明亮之點。經由設置電阻層3,可 錐狀 力異常多之電流時，對於該錐== 加電壓下降，由此施行穩定之電子放射。 如此，經由使用接點孔5a，5b之層間配線，上 電刻與閑極電極線2由下層接線。由於上層之J極電閑= i L極1;極錄線i ΐ離，因此可以由集束電極1完全包園間極 =。所/ Λ電子束之漏玫消失，程序成為平易而可 以獲得所求之光束點直徑。 第3圖為，本發明之第i實施例之電場放射裝置之之 製程之說明圖。第3圖（a)至第3圖U)表示製程之順 中，與第5圖，第6圖，第1圖之相同部分附加相同符號而省略 五、發明說明（Ό 其說明。 如第3圖（a)所示，在玻璃蓉除 m η *丨爾悝你、L 基板（背景部，第2圖之 13)上，利用焊濺法（spatter lng)等形成陰極材料之鈮 (Nb…Niobium)等之薄膜，由此形成陰極電極線4與接線了之 圖型（pattern)。 如第3圖（b)所示，含有陰極電極線4之一部分，在避開 接線7之凹形狀之部分形成電阻層3之圖型。電阻層3為，滲 雜（dope)雜質（impurity)之 a_Si(alpha siHc〇n)等Si 系 統之材料經由CVD(Chemical Vaper Deposition)法以薄膜 形成。 、 此等陰極電極線4，接線7，電阻層3成為下層，該層之上 面，圖中雖無表示，S i 〇2經由CVD法形成薄膜而形成絕緣層 12(第2圖）。在於該絕緣層12使用阻光劑（ph〇t〇 resist) 與氟酸液之圖型蝕刻（pattern etching)法形成接點孔5a， 5 b形成用之孔。此種孔為，具有傾斜之侧面，由開口侧擴大 之方式形成。 如第3圖（b)所示，在絕緣層12上經由焊濺法（spu山 ttering)蒸著形成鈮（Nb)等之薄膜，由此形成閘極電極6， 集束電極1，閘極電極線2等之圖型。此時，在前述接點孔用 之孔之傾斜之侧面及底面亦經由焊濺法蒸著等形成接點孔 5a，5b。閘極電極6，集束電極1，閘極電極線2成為上層，由 此形成陰極基板侧之積層基板。並且，亦可以沿著接線7及 陰極電極線4之全長留下電阻層3。此時，在於接點孔 5a，5b，在電阻層3亦穿孔開口而由焊濺法蒸著形成。

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五、發明說明（8) 其後’同於以往之FEC，僅說明概要。經由表層塗布阻 先層形点pq r"*

取兩口圖型，由反應性離子巍刻（ion etching)(RlE )方色j干评 _ V 〇 、 、方性蝕刻，形成第3圖（d)所示開口部6a。僅在閘極 電極夕主τ~ 電阻 面以選擇性斜方向蒸著剝離層後，在其中底面之 士且層3(第2圖，第3圖（b)之表面，或在該電阻層3之上面形 成緩衝屏尨—± 咬人右θ便之表面，將翻（Molybdenum)等高融點金屬材料， ^ 私此等材料中之1種之氮化物或氧化物經由電子束葵 1U 餾（1〇n plating)法等蒸著，由此形成錐狀射極 制籬屉f 由閘極電極6之表面同時去除剝離層及積層於 刹離層之射極材料。 只 示者:j 為，:3極電極6之1方塊(block)部分由模式表 鄰而成為丨仃=:色顯示之情況為，各彩色別之3方塊相 電極i為\ wm。w之間極電極6分別包圍之集束 伸之電極線Λ Λ?彼此連體化而全面成為橫方向延 電極線，成為其中包園閘極電極6 之形狀。 〜〜狀之開口並排 前述電場放射裝置之具體例表示 徑（孔直徑）大約忐盔] 卜 開口部6a之直 # j大約成為1以m，在陰極基板上由數/y m w Μ、蛊螬 形成。做為顯示裝置放射電 ，以m早位連繽 部6a及錐狀射炼n私& +電子之目的下，例如數十個開口 =狀射極H形成在閘極電糾而 陽極基板侧與陰極基板側 塊以驅動 對於陽極則施加數Κν之電懕:广、以认定為1〜2画， 太需要陰極電流，因此錐肤& 度况為，由於不 躍狀射極11之個數可以少

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6a為，由每1 (dot)設置1列，但設置2列以上亦可。 閘極電極線2為決定發光之水平方向線而施行掃描 (scanning)，由此施加(^或10(^程度之電壓。陰極電極線4 由於階調顯示而施行脈寬調變驅動，由此施加〇v或6〇¥程度 之電壓。施加於集束電極1之電壓對應於集束之程度，由〇 〜-τον程度之範圍内固定。閘極電極6與集束電極i之間之 間隙為，對於收束之程度發生影響，成為大約1〇 。施加 於集束電極1之電壓成為一定值，對於無關於發光點之位置 之集束電極1由成為對於電源開路（open)狀態之方式施行 開關動作（switching)，可以減低集束電極i與陰極電極線4 間所形成之靜電電容量之損失而消耗之電力。 第4圖為，本發明之第2實施例之電場放射裝置中之FEC 之说明圖。與第1圖同樣，為由陽極侧所看之陰極基板侧之 積層構造之平面圖，由容易瞭解層構造之方式經由絕緣層 可以看出内部之層圖表示。圖中，對於其他圖同樣之部分 附加相同符號而省略其說明。21為集束電極，22為閘極電 極線，23為陰極電極線，24為接點孔。 在於參照第1圖至第3圖說明之第！實施例之FEC，閘極 電極線2形成於絕緣層12(第2圖）之上層，陰極電極線4形成 於絕緣層1 2之下層。對於此，在該實施例iFEC中，陰極電 極線2 3形成於上層，閘極電極線22形成於下層，由此使形成 陰極電極線23及閘極電極線22之層成為相反Q由於此，閘 極電極線22為，在平面圖上成為第1圖所示接線7與閘極電 極線22合併之形狀，經由第丨層間接線部之接點孔5a接線於

C:\PiOgram Files\patent\31〇1〇〇ptd 第 12 頁 五、發明說明（10) 閘極電極6。再者，錐狀射極11為，亦即為電阻層3及第2層 ΐ接線部沿著比較寬大之區域經由接點孔24對於設置在上 層之陰極電極23以電路接線。 如此，完全包圍閘極電極6之周圍之集束電極21及向縱 向延伸之陰極電極線23為，閘極電極線22設置於下層。 2此，閘極電極線22為可以避開集束電極21而接線於閘 J電極6之㈣，亦可以對於陰極電極線23交又向橫方向延 此種結果，即使在該第2實施射，電子束之漏 i 2，广cess)平易而可以獲得所求之光束點直 極線之製造與陰極電二圖之說製明造之二實施例，僅將閑極電 由此，全面成為大約相同者。=\序置換，改變接點孔， 極電極線22之上面沿著Λ二且存亦可以將電阻層3在間 第4圖所示之構成為，與篦 部分由模式表示者，施行3色之圖同樣;閘極電極6之1方塊 別之3方塊向横方向相鄰而成/ ^顯不之情況為，各彩色 電極6分別包圍之集束電極广為1個發光單位。相鄰之閘極 極1之電極線互相接線。或者，由向縱方向延伸之集束電 連成一體化而全面向縱方向延j為相鄰之額緣部分之上下 包圍閘極電極6之矩形狀之問申之電極線，但亦可以成為 在前述說明，第i圖，第2開_\並排之形狀° 層3對於陰極電極線4以電路 ，錐狀射極Π為，經由電阻 對於陰極電極線4以電路接線線。但是，為使錐狀射極11 兩者直接接線之構造，或降'τ ’亦可以不經由電阻層3成為 ”電阻層3外經由金屬層等以電

頁 C:\Prograra Fi les\Patent\3101〇〇. pt^ • 第13 五、發明說明（11) 路接線。再者，在第4圖中為姑& 、 極電極線24,可以不經由電阻層3 =射極以電路接線於陰 電路”，或除了電阻層3外亦經由金以者以 在前段之說明中，成為寬廣屬e 4以電路接線。 極，但不一定限定於此，亦可以由圃、矩形形狀之閘極電 束電極包圍。集束電極不_定 二，=置而其周園由集 即可。 哪竭，衹需由不漏洩之程度包圍周圍 一前段之說明中關於高電壓型之電場放射裝置舉例表 亦二以隹適用於低㈣型之電場放射裝置，·此可以 知昇電子束之集束度或控制集束電壓以控制集束度等。 刖段之說明中，關於具有集束電極之電場放射裝置說 月，但疋本發明亦可以適用於在閘極電極之周圍設置其他 電極或構造物等之情況。 ' [發明之效果] 由前述說明可以明白，本發明具有在閘極電極之周圍 無限制設置電極或構造物等之效果。 經由閘極電極之周圍形成集束電極，在不漏洩電子束 之狀態下可以獲得所求之光束點。比較以往之2段閘極型， 由於層構成少，具有製程平易之效果。 [圖面之簡單說明] 第1圖本發明之第1實施例之電場放射裝置之FEC之第 1說明圖。 第2圖本發明之第1實施例之電場放射裝置之FEC之第

C:\Program Files\Patent\310100. ptd 第 14 頁 五、發明說明 2說明 第 程之說明ST 第4圖本發明之第2實施例之電場放射裝置之FEC之說 明圖。 第5圖平面集束型FEC之說明圖。 第6圖平面集束型FEC之剖面圖。 [符號之說明] 2, 22 4, 23, 34 6,32

、發明之第1實施例之電場放射裝置之FEC之製 1,21,31 3, 33 5a, 5b, 24 6a,32a 11 13 集束電極 電阻層 接點孔 開口部r 錐狀射極 陰極基板 12 閘極電極線 陰極電極線 閘極電極 接線 絕緣層

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Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 一種電場放射裝置，在於具有絕緣層，形成於該絕緣層之 上層之閘極電極，形成於前述絕緣層及前述閘極電極之 開口部，形成於該開口部内之射極，閘極電極線，及陰極 電極線等之電場放射裝置中，前述絕緣層之上層形成前 4 Μ極電極線，前述絕緣層之下層形成接線，前述閘極電 極為經由第1層間接線部以電路接線於前述接線，前述閘 極電極線為經由第2層間接線部以電路接線於前述接線 為特徵者。 •一種電場放射裝置，在於具有絕緣層，形成在該絕緣層之 上層之閘極電極，形成於前述絕緣層及前述閘極電極之 開口部，形成於該開口部内之射極，閘極電極線，及陰極 電極線等之電場放射裝置中，前述絕緣層之上層形成前 述陰極電極線，前述絕緣層之下層形成閘極電極線，前述 閉極電極為經由第丨層間接線部以電路接線於前述閘極 電極線’前述射極為經由第2層間接線部以電路接線於前 述陰極電極線為特徵者。 3.如申請專利範圍第1項或第2項所記載之電場放射裝置， 在前述絕緣層之上層而且為前述閘極電極之周圍形成集 束電極為特徵者。