TW420820B - High-efficiency FED - Google Patents

Description

經濟部中央標孪局員工消費合作杜印製 42〇82〇 A7 B7 五、發明説明（） 發明背景 (1) 發明所屬範圍： 本發明揭示一種場發射平面顯示器，包括此發明的結構與 製造方法。此種顯示器具有一個面板，其中陽極形成於螢光層 的內表面。 (2) 相關技術說明： 電腦和電子工業日漸需要輕薄及重量小的顯示器面板，其 中一項應用產品就是手提式電腦。目前使用最普遍的顯示器面 板就是液晶顯示器(LCI>)，但是因爲每次切換時，液晶像素的 光反應時間非常緩慢，再加上亮度相當不夠，因此其他的顯示 器技術正漸漸被開發硏究出來。 其中有一項產品具有潛力，不僅可以提洪較快速反應時間 以及增加亮度，又可維持輕薄的外觀和低功率耗損，它就是場 發射顯示器(FED)。一個典型的FED是由一排位於基板上的微 小冷陰極電子發射器陣列所組成的°此陣列所發射的電子’透 過一個眞空的空間被加速到對面的陽極。這些電子再撞擊發光 材料(螢光體），而使螢光材料發光。 __ 這一排微小錐狀的電子發射器是由週邊控制和影像夥成電 路來作驅動，這些電路使用兩排導電線路’分別爲縱向和橫 向。縱向線路在錐狀的電子發射器夥成的地方形成陰極接觸 點。而橫向的導電線路所形成的閘門電極’則利周一層介電層 來將其和縱向線路分隔開來。縱向線路形成於基板上’而閘門 電極和介電層又在縱向線路上有開口’且發射器形成於開口 內。閘門電極的開口邊緣非常靠近發射器的尖端，且可當作電 子式定址閛pi電極或控制閘極° — 圖1是相關技術的彩色場發射顯示器的橫切面圖。揭济在 美國專利編號5,22,5820 ’其中陽極的切換可用來選擇從每一 個像窜(或頴示器的圖片元件)上要發出的色彩。縱.向電極12是 在底上形成的，且有發射尖端μ於其上形成。發f 2 被絕緣層16分隔開來。具有開口的橫向電極18或閘門是在過^ 層16上形成的，且與縱向電極垂直，當電子20發射時，它們會 被吸引到導電陽極22，24和/或26，視啓動哪一個陽—而定。 在圖1中，陽極22之電壓遠高於陽極24和26，因此電子2〇會被 它吸引。在電子20撞撃螢光粉28之後，螢光粉28就會發射出 本紙張尺度適州中國國家標準（CNS ) A4規格U!〇X 297公釐） ---.--------------,η------線， (請先閱讀背面之注意事该.#寫本頁} 一 A20820 A7 B7 經濟部令央標隼局貝工消費合作社印製 五、發明説明（） 光線。利用切換陽極’陰極/閘門所須的驅動電路較少，而且 陽極電壓會變動，以便補償不同顏色螢光體在效能上的差異。 、但是圖1的架構仍有一些缺點。陽極電壓被限制在約1000 伏左右，因爲在高電壓時，鄰近的陽極電極之間可能產生擊 穿。专這個電壓之下，吾人必須使周較低效率的螢光體。此 外，二次電子會降低有效的陽極電壓；當高能量電子撞擊螢光 體表面時，表面內部的某些電子會被激發並釋出表面。這些被 釋出的電子會圍繞在螢光體的表面，因而降低陽極的電位。 製造用於電視、電腦和其他產品的陰極&線管(CRT)的技 術，是由良好建立、成熟的製程和結構所組成，如圖2所示。 電子30穿過蔭罩遮幕32被吸引到由鋁膜組成之陽極電極34。 比較圖1和圖2之後，吾人可察覺，CRT之陽極電極34是形成於 螢光體36的內部表面(相對於玻璃檢視表靣39)，與典型的 FED(圖1)架—剛好相反，其士螢光體是裉成於電極的內部表 面(相對於玻璃29)。螢光體36彼此由黑色矩陣38分隔開來且絕 緣’當電子穿過鋁表面撞擊螢光體36時，螢光體36會發射出 光=黑色矩陣38通常由碳所形成，可增進顯示對比。在高電壓 下操作CRT時，約2〇,〇〇〇〜3〇,〇〇〇伏特，可發展|使闬有效率 的螢光體。然而，有一些因素使得CRT面板結樽40卻無法修改 用竺FED上。由於封閉式的閘門—陽極空間，使得FED無法使用 太高$電壓。而且，必須使用是一定値以下的陽極電壓’因此 無法節省驅動電路，如圖丨的切換陽極設計。 發明的簡要說明 因^ ’本發明的目的是提供一種可降低驅動電路需求的場 發射顯示器，另一方面則是以現有的螢光體時，可以在較低的 陽極操作電壓之範圍內也能操作場發射顯示器。 一 、本發明更進一步的目的，是提供一個製造場發射顯不器的 方法，可甩來降低驅動電路的需求，同時在使,¾現有的營光體 的情多下’場發射顯示器也能在較低的陽極電壓範-內動作。 、這些目的是由一個具有底板和面板的場發射顯示器來毛 成，兵中玻璃板做爲面板的底座。在玻璃板之上有一個具有開 口的特殊圖形化黑色矩陣層，在黑色矩陣層之上的開□和開D 的附近形多了一些螢光元件。在^一個螢光元件的部分頂端表 面上重疊了一層金屬薄膜。由基板靳形成的底板則安置在面板 — I. ^ 私衣II------^ (請先閱讀背面之注意事分 寫本頁) - 本纸ίΜ—I：料 2i0x2^^_y ^20820 A7 B7 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印奴 五、發明説明（ 的對面且與之平1，基板上有一層導電層。在底板上胗成的電 子發射尖端延俾經過反射導電層的開□，且位在螢光元件的對 面。最後，有一個可在導電層和金屬薄膜之間建立不同電壓的 電源。 我們可更進一步的利用爲場發射顯示器製造一個具有玻璃 底座的面板的方法’來達成這些目的。在玻璃底座上形成一層 光尽層，在光阻層上形成一些開口，在開α上形成一些黑色矩 陣$件。除去光阻層，並在黑色矩陣元件上夥成第一'第二和 第三組的開口。在第一組開口胗成第一個螢光帶，在第二組開 口形二個？光帶，在第三組開口形成第三個營晃帶。在第 一、第二？3第三組螢光和黑色矩陣元件之上形成—層平坦層。 而金屬層就沈積在平坦層之上。在每個螢光帶的一部分表面上 圖形化金屬層以彩成一個金屬網帶，並除去平坦層。1力我回 圖示的簡要說明 圖1爲具有切換陽極的習知場發射顯示器之橫切面示意圖。 圖2爲習知CRT結構的橫切面示意圖。 ' 圖3爲本發明FED面板新結構的橫切面示意圖。 圖4爲是本發中FED的陽極設計之上視圖，而圖3爲圖4沿著線3_3 之橫切面示意圖。 圖5爲本發明之FED動作示意圖。 圖6至圖10爲本發明形成場發射顯示器的方法。 發明之詳細說明 士。^专，請參考圖3到圖5所顯示的發明新結構。這些圖示代 器的使用者透過玻璃42所觀察到的場發射顯示器之面 ，叫^用3種不同螢光混合物所形成的螢光元件44，可發出 骛的光，所：£：可在彩色FED的每個像素上顯:示出各種不 合。如前所述，黑色矩陣元件46可提俟對比，而改 善顯不旳影像。 杜44^515另—個重點就是金屬薄膜，其形成於每個螢光元 件44的郃分表面上，此金屬做爲顯示器的陽極，並且 網 丨~装-------訂--；----線 (請先閱讀背面之注意事項-〃故寫本育) 本紙張尺度} A4^ (21⑴97@ 420820 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 五、發明説明（） 狀結構50之內。此一結構允許較大範圍的操作電壓’從數伏特 則數千伏特。 從微尖端發射出的電子，會被吸引到網狀陽極50。少數電 子，數量視網狀設計而定’將會撞撃網狀金屬’而失去能量’ 但是大部分的電子都將逋過沒有金屬的區域’並撞擊到螢光體 上，把它們的能量轉換成光’而顯示出影像。 當電子撞擊到金屬薄膜時’能量損失之數量級約數千伏 特，視薄膜的厚度和材料而定°此即CRT的操作電壓需如此高 的原因之一 °假如去除金屬薄膜，則大部分的螢光體都可在較 低電壓及較高效ΐ之下操作。 圖3是圖4沿著線3-3的橫切面圖’顯示網狀結構50 ’金屬 薄膜設計上的不同差異，可用來把顯示器之操作’亮度等作最 佳化0 本發明的新結構，可預防習知的陽極切$方法中所衍生的 高電壓撃穿問題。藉由參考圖1，可瞭解高電壓的撃穿情形° 螢光體28—般都是利闱凡得瓦爾力附著在陽極表面上。假如在 顯示器橾作時，存在於閘門電極18和陽極電極22之間的電場變 得比凡得瓦爾力還要大時，那麼螢光體就會被吸引到閘門電極 18。此一現象即稱爲高電壓撃穿。另一方面，在本發明的結構 中，可從圖5中看出，不論加到陽極電極50之電壓大小多少’ 由於螢光體在金屬網狀陽極電極50和閘門電極58之間所產生的 電場之外，所以不會有撃穿的情況發生。 此外，本發明也可預防二次電子的問題，因爲金屬網50會 幫助傳導二次電子返回陽極電壓源。既然螢光體是一種良好的 絕緣體，在圖1的先前技藝中，螢光體表面上所產生的二次電 子都沒有被傳導，而造成螢光體的效率減少。另一方面，在圖 5的發明結構中，螢光體表面所產生的二次電子皆會被相同表 面上之金屬網傳導。 此外，在先前技藝FED設計中，如圖1，陽極需要一個透 明的導體，如銦錫氧化物(ITO)，如此一來，吾人於正面的玻 璃觀看時，所射出的先線才不會被遮住。在另一方面，本發明 的結構，對陽極的透明度沒有要求，因此可以使用如鋁、金或 銀的金屬h這些金屬比透明導體，如ITO，更能提供較佳的導 電性。它們也提供了製程方面的優點，ITO薄膜必須利甩濺鍍 來沈積，而金屬薄膜只要簡m地利闲熱蒸鍍即可形成。 .--1.-------^------1T--^----^ (請先聞讀背面之注意事項44寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨ο X 2?7公廣） 420820 A7 B7 經濟部中央標準局ΪΚ工消費合作社印掣 五、發明説明（ 本發明的FED面板結構安置在底板的對面，在底板上开多成 場發射尖端54，陰極56，閘門電極58等，如前所述。圖5所示 的是本發明的結構，陽極/螢光體62已被活化，且會吸引發射 自特定像素之電子60。 —現在’請參閱圖6到圖10描述本發明的方法。首先提烘一 個透明玻璃面板70，其厚度約從1〜10毫米之間。首先圖形化 一個負光阻層，然後噴上一層碳粉層；其厚度約在5〜50微米 之間，於是就形成黑色矩陣。接下來用酸性溶劑來完成最後的 製程，除掉光阻和多餘的碳，留下黑色矩障72，如圖6所示。 利用感光PVA進行塗佈、曝光和顯像，就會形成螢光體 74 ’ 76和78，以便製造想要的像素色彩。如圖7所示，使用三 種PVA漿料，包含紅_74 '綠-76和藍-78光發射螢光體，以及 PVA漿料80，並把這些步驟執行三次。 請參閱圖8，利用旋轉度膜，可沈積出平坦薄膜82，其厚 度約莅1〜10微米之間。然後利用熱蒸鍍沈積出金屬薄膜84， 其厚度約在500到5000埃。此一薄膜可使用鋁、金、銀或其他 相似金屬。 在本發明的一個重要步驟中，如圖9所示，圖形化金屬薄 膜以便形成FED的金屬陽極86。利用傳統的曝光顯影技術形成 光阻遮幕(未畫出），然後使用適當的蝕刻溶液如鋁使用HC1， 金或銀則使用王水(aqua regia)，來蝕刻製成金屬薄膜。在網 狀結構之中形成陽極元件86，如圖9所示。 最後，如圖1〇所述，在N2環境或眞空中，熱燃燒(burnout) 到大約450°C的溫度就可除去PVA漿料80和平坦薄膜82。 把面板結構安置在底板上，此底板上已有形成場發射微尖 端，先前已於圖5中所示及所述。底板和發射尖端的形成因與 本項發明無重大關聯且爲習知技藝，故不在此詳細敘述。 木纸張尺度適用十國國家標準（CNS) Λ4規格（21〇χ297公釐） --1.--------裝--------訂--^----線 (請先閱讀背面之注意夢h4寫本頁>

Claims (2)

1. 經濟部中央標隼局員工消费合作杜印製 420820 A8 BS C8 _______D8 六、申請專利範園 申請專利範圍 1. —個具有底板和面板的場發射顯示器，應至 一個玻璃板，作爲前述面板的底座； :個網狀層，具有開口，材質爲黑色矩陣，且形成於前述 极， 數個螢光元件，形成於前述黑色矩陣層上之開口內或開口之週 圍； ί —麵體光辦最讀之腿表面； ，田基塚所形成，且被安裝在前述面板的對面並且 興之平丫了 ； 一層導電層，在前述基板上； 數個電子發射尖端，形成於前述背板之上，延伸經過前述具反 射、導電層的開口 ’並在前述螢光元件的對面形成；和/汉 一個電源，係用來在前述導電層和前述金屬薄膜之間，建立不 同電豐。 一 2. 如串請專利範圍第〗項所述的顯示器，其中前述金屬薄膜爲網 . ’--- 3·'如串請專利範圍第1項所述的顯示器，其中前述金屬薄膜，爲 帶狀— ' 川 4. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器，其中前述金屬薄膜，其 材料爲IS、金、或銀。 5. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器，其中前述金屬薄膜，其 厚度約在500到5000埃之間。 〆、 6. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器，其中前述螢光元件，至 少包含數列紅、綠、藍光發光的材料。 7. 如申請專利範圍第1項所述的顯示器，其中前述黑色矩陣材料 爲碳粉，其厚度約在5〜50微米之間。 8. —個製造具有玻璃底座之面板的方法，係包含下列步驟： 在前述玻璃底座上形成一層光阻層； 在前述光阻層之上形成開口； 在前述開口內形成黑色矩陣元件； 移除前述光阻層，因此在前述黑色矩陣元件上形成第一、第二 和第二組開口； 在前述第一組開口上形成第一組螢光帶； 在前述第二組開口上形成第二組螢光帶； 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4规格（21〇乂2们公釐） n I n n n m n I n ΙΓ n n n n n v In (L n I IP n (請先閱讀背面之注意事J?..i,寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裴 420820 A8 B8 C8 --_ D8 穴、申“專利範圍 組開□上形成第三組螢光帶； 盒單尝5了、二、三個螢光帶和前述黑色矩陣元丨牛上’沈積〜 彥坦層之上沈積一層金屬層； 金屬?，以便在每個第一、二、三個登光帶部分之 丄形戚庇屬帶；和 除去前述平坦層； 9· 2專請€圍第8項所述的方法’其中前述金屬層之材料爲
2. 10.SJ苎ΐ請範圍第8項所述的方法’其中前述金屬薄膜，是利 用熱蒸鍍芒沈積的，其厚度約在5〇〇〜5〇〇〇埃。 11. 如專利申請範圍第8項所述的方法，其中前述金屬帶被圖 以形成實體帶。 12. 如專利申請範圍第8項所述的方法，其中前述金屬帶被圖形化 以形成網狀帶。 13. 如專利申請範圍第8項所述的方法，其中前述第一個螢光帶， 是由可發出紅光的材料所形成的，前述第二個螢光帶，是由可 發出綠光的材料所形成的，前述第三個螢光帶，是由可發出藍 光的#料所形成的。 14. 如專利申請範圍第8項所述的方法，其中除去前述平坦層的方 法熱燃燒。 15·—種製造具有玻璃底座之面板的場發射顯示器的方法，至少包 含的步驟如下： 在前述玻璃底座上形成一層光阻層； 在前述光阻層之上形成開口； 在前述開口內形成黑色矩陣元件； 移除前述光阻層，因此在前述黑色矩陣元件上形成第一、第二 和第三組開口； 在前述第一組開口上形成第一組螢光帶； 在前述第二組開口上形成第二組螢光帶； 在前述第三組開□上肜成第三組螢光帶； 在前述第一、二、三個螢光帶和前述黑色矩陣元件上，沈積一 層平坦層； 在前述平坦層之上沈積一層金屬層； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210XM7公釐） I---------裝 L------tT--^----0 f請先閲讀背面之注意事！5一 , .¾寫本頁) 420820 A8 B8 C8 ' D8 六、申請專利範圍 圖胗化前述金屬層，以便在每個第一、二、三個螢光帶部分之 上形成金屬帶；和 除去前述平坦層； 16.如專利申請範圍第15項所述的方法，其中前述金屬薄膜，是利 用熱蒸鍍來沈積的，其厚度約在5〇〇〜5000埃。 Π.如專利申請範圍第15項所述的方法，其中前述金屬帶被圖形化 以形成實體帶。 18. 如專利申請範圍第15項所述的方法，其中前述金屬帶被圖形化 以形成網狀帶。 19. 如專利申請範圍第Π項所述的方法，其中前述第一個螢光帶， 是由可發出紅光的材料所形成的，前述第二個螢光帶，是由可 發出綠光的材料所形成的，前述第三個螢光帶，是由可發出藍 光的材料所形成的。 ----------1----^---——=----線. ί請先閔讀背面之注意事0 , i,寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現格（210X297公釐）