TW512381B - Field emission display with transparent cathode - Google Patents

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512381 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（1 ) 發明領域： 本發明通常是關於場致發射顯示器，且更特別地是具 有透明陰極之場致發射顯示器。 發明背景： 一種場致發射顯示器之冷陰極係由C.A. Spindt等於應 用物理期刊，V47, NO. 12 ”具鉬圓錐體之薄膜場致發射陰 極的物理特性”中說明。該經說明的裝置在大電場的影響 下自射極表面進入真空由量子力學隧穿而產生電子。由任 何射極產生之電子流係由” Fowler-Nordheim”等式說明且 由一些包括射極圓錐體的幾何學與物理形狀以及發射表面 的工作函數之因素而影嚮。這些因素係由處理條件造成且 也許導致一群射極內大程度的發射電流之變化性。 平面板，場致發射顯示器係典型地由電機構定址。參 考圖1, 一典型的先前技藝顯示器係隨著應用於配置於非 導電基底10上之第一導電電極11與重疊第一導電電極 之第二導電電極1 2間之電壓訊號而說明。第一與第二電 極係由置於電極層間之電子非導電電介質層13的機構而 彼此電子分離。配置於第一與第二電極之射極元件1 4係 由應用於電極1 1與1 2間之不同的訊號以造成電子1 5 被射入真空2 0而活化。電子係由至陰極元件3 2之電壓 的應用而拖至發光元件31。 發光元件3 1 ,相對的電子發射元件1 4，產生回應 由自對應的發射元件1 4發射之電子之轟炸而產生光。典 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝- 、1Τ 線 512381 A7 B7 五、發明説明（2 ) 型地，大量的電子發射元件係與各發光元件有關，其定義 爲一像素。發光元件3 1係由位於平行且自電子發射元件 1 4隔開之透明傳體陰極觀看螢幕3 2而實現。該陰極觀 視螢幕係典型地於透明絕緣基底3 0上形成。發光元件係 典型地透過基底3 0與透明陰極而觀看。 因爲在任何射極的陣列或群之自射極至射極之發射電 流可能有大的變化，在由發光元件發射之光的強度可能有 對應的變化。此強度之變化造成圖像品質之惡化。 此外，電流發射加熱射極。該發射電流增加當射極的 溫度增加造成可能導致射極的熱破壞與/或射極的發弧 arcmg至陰極造成顯示器的破壞之正回饋條件。 爲了限制任何射極之電流且正常化該群射極之發射電 流，Kane， （US專利案號5, 142， 184)說明第 一導電電極1 1與射極元件1 4間之串聯鎭流電阻1 6的 強制增加。Kane的指導，與其它先前技藝，說明各種相互 連接且配置於第一導電電極與電子發射元件間之阻抗元件 的架構。典型先前技藝場致發射顯示器，圖2，包含多個 實質上以一般水平方向配置於非導電基底上之平行的第一 導電電極1 1 ,與類似多個以一般垂直且重疊於第一導電 電極配置之第二導電電極1 2。第一與第二電極陣列係由 置於包含電極陣列之層間之電子非導電電介質層13的機 構彼此電子分離。電子發射元件1 4係在第一與第二導電 電極的交點沿著各第一導電電極而配置。當電訊號係應用 於第一與第二導電電極，電子係自位於第一與第二電極的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 512381 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 交點之電子發射元件而發射。各電極被做成在寬度上儘可 能狹窄以提供各顯示器寬度大量的電極°電極的電阻17 必需是小的以提供自電極的一端至另一端之電定址訊號沒 有訊號精確的隨後的損耗與衰減。因此，電極係典型地自 如鋁之不透明的金屬材料而建構。這些材料的典型阻抗也 許是在2 - 5微一歐姆一公分的範圍。 參考圖1與3 .，與電子發射元件串聯之鎭流電阻1 6 及第一導電電極必要是高阻抗以提供射極元件之超出電流 充分的遲延。此電阻典型是1 〇5至1 〇7歐姆。 鎭流電阻1 6係與第一導電電極1 1內部的串聯電阻 1 7並聯。鎭流電阻必需係較沿著自一群射極至任何其它 群射極之電極電阻在電阻上足夠地高。此最好的比例最小 化電子發射的不一致性當作沿著電極之距離的函數。這被 槪要地顯示於圖3中以提供舉例說明。此類的鎭流的缺議占 是電阻的阻抗是與幾何學有關。圖1 0顯示各種用以定義 元件1 1 , 1 4與1 6的形狀與佈置之蝕刻製程及光學電 阻photoresist遭遇之建構誤差。圖1〇 a, l〇b與 1 0 c顯示由於光學電阻遮罩調準之X與y偏向造成自〜 顯示器至另一顯示器之阻抗變化之電阻16的長度變化。 圖1 0 d顯示透過圓錐體1 4至電阻1 6與金屬線1 1的 旋轉之調準誤差。此造成非一致發射與鎭流阻抗之高度變 化。圖1 0 e顯示由於光學電阻的切除下部之射極1 4 a 一不正常地薄鎭流電阻1 6 ,以及圖1 〇 f顯示可能發生 於如兀件1 1與1 6之兩元件間形成右角度之射極1 4 a (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} -裝 訂 線 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 512381 A7 B7 五、發明説明（4 ) 之鎭流電阻1 6的狹窄化。 一第二先前技藝顯示器係於美國專利案號 5，6 4 6，4 7 9中說明，圖4以橫截面的圖顯示一部 分。此顯示器被觀看以致於發光元件3 1也許透過基底 40被觀看。此架構有數個優點，包括反射電極52的可 能性。這是在增加當作電子光束電流的函數發射之光的量 之技藝所熟知之技術。此技藝說明包含配置且裝配多個射 極圓錐體1 4之透明的第一電極4 1之顯示器。第二透明 ，導電電極4 2係位於平面平行於第一導電透明電極且由 電介質金屬13的層分離。應用於第一與第二透明導電電 極之電訊號造成自配置於第一透明導電電極上之射極圓錐 體1 4發射之電子1 5。透明導電電極4 1的電阻率被選 擇以利提供任何射極之失敗這樣的事件之電短路保護。然 而，如自舉例槪要的呈現所見，圖5 ,訊號γ源與射極圓 錐體1 4間之阻抗1 7是圓錐體與該應用的電訊號5的位 置間之距離的可變函數。此阻抗之變化性可能導致最高阻 抗的區域之電訊號的衰減與最接近電訊號應用的來源之區 域之經增加的發射電流。當此結構被使用作顯示器之陰極 時，此電子發射的非一致性可能造成影像品質必然的損耗 。此外，爲達成透過透明導電電極之高的光傳送，導電膜 必需是薄的。此增加整張導電膜的阻抗，限制此類顯示器 的最大尺寸。 發明的節要： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

512381 A7 B7 五、發明説明（5 ) 因此，發明的目的是提供具有空間性分佈於整個陰極 之電子發射的一致性之場致發射顯示器。 另一目的是提供製造該陰極之改進的方法。 另一目的是提供產生主要根據鎭流材料的厚度而不是 根據其寬度與長度之串聯射極鎭流電阻。 另一目的是提供抗透明導電電極間之電短路之改進的 保護。 另一目的是提供透過該場致發射陰極之經增加的光傳 送。 另一目的是減少射極圓錐體的位置與電訊號的來源間 之阻抗。 提供之場致發射顯示器其中陰極包括於電子發射圓錐 體與連接該圓錐體至電訊號的來源之第一透明導電電極間 之鎭流電阻，且其中透明導電電極的經分佈阻抗係由置於 電子發射圓錐體的區域外之低阻抗區域而最小化。 圖形的說明 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 說 列 下 之 連 關 圖 附 與 讀 閱 白 的 巨 它中 其其 與 ， 述解 r了 的地 明楚 發淸 本更 將 明 圖 。 面圖 截畫 橫計 S 勺 器器 示示 顯顯 射射 發發 致致 場場 的的 藝藝 技技is 前前前 先先先 是是是 12 3 圖圖圖 第 與 抗 阻 流 鎭 之 極 射 藝 槪 的 極 電 電 導 橫 的 器 示 顯 射 發 致 場 之 極 電 明 透 具 的 藝 技 r 先 是 〇 4 現圖 呈 要 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） •8- 512381 A7 B7 五、發明説明（6 ) 截面圖。 圖5是先前技藝場致射極陰極之第一透明導電電極之 經分佈阻抗的槪要呈現。 圖6是發明的實施例的橫截面圖。 圖7是發明的實施例之第一透明導電電極的低阻抗區 域的g十畫圖。 圖8是與第一透明導電電極的經減少並聯經分佈的阻 抗串聯之鎭流電阻的槪要說明。 圖9 a — 9 j顯示具與第一透明導電電極的經分佈阻 抗串聯之鎭流電阻之透明場致發射陰極的建構之方法。 圖1 0 a — 1 0 f顯示各種處理結杲，其產生非一·致 的電阻架構。 主要元件對照表 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 0 非 導 電 基 底 1 第 — 導 電 電 極 2 第 二 導 電 電 極 3 非 導 電 電 介 質層 4 射 極 元 件 5 電 子 0 真 空 1 發 光 元 件 2 陰 極 元 件 0 透 明 絕 緣 基 底 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -9 - 512381 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 B7五、發明説明（7 ) 16 鎭流電阻 17 電阻 14a 射極 4 0 基底 5 2 反射電極 4 1 第一電極 42 第二導電電極 100 陰極部分 200 陽極部分 7 0 基底 7 2 陽極 6 5 部分 6 7 部分 6 4 射極 5 訊號源 6 6 阻抗元件 6 0 透明絕緣基底 61 第一透明導電電極 62 第二透明導電電極 6 3 絕緣層 6 8 道 600 電阻材料 700 光抗蝕劑 800 有光化性的光 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 512381 經濟部智慧財1局員工消費合作社印製 A7 __B7_五、發明説明（8 ) 7 0 1 區域 8 0 1 區域 6 9 閘 900 蒸發金屬層 發明的說明： 根據發明之場致發射顯示器顯示於圖6 - 9中。該顯 示器包含陰極部分1 0 0與陽極部分2 0 0。該陽極與陰 極部分彼此間分且係密封地以周長密封以形成洞穴（未顯 示）。於兩部分形成之洞穴隨著典型的大約10_6真空壓 力而排空。密封與排空該洞穴之技術在此技藝是熟知的。 顯示器的陰極部分2〇〇包含由如玻璃，陶，金屬， 或矽之材料製成之真空相容基底7 0。當基底7 0包含如 玻璃，矽或陶之半導體材料或電子絕緣，一電子導電陽極 7 2被形成於基底7 0的一表面上。陽極7 2典型地係自 一高度地導電且反射的金屬如鋁而形成。此材料典型地係 由真空機構如蒸發或噴濺以覆蓋基底7 0的整個表面或其 部分而沈澱。當能夠由電子電流剌激時發射之光之覆蓋材 料的區域3 1被形成於陽極7 2的電子導電部分上。此材 料典型地是陰極發冷光磷如Ζ η〇：Ζ η但可能是其它材 料或材料的組合如有機電發冷光膜。 各陰極1 0 0包含部分6 7與部分6 5。部分6 7位 於部分6 5之內且實質上係由部分6 5封閉，圖7。部分 6 7的第一定義特徵是以特定波長帶通之光的高傳送性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2i〇X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 線 •11 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 512381 A7 B7 五、發明説明（9 ) 此通常跨越對肉眼敏感之區域之可見度自4 0 0 nm至 7 0 0 n m之波長，但不排除其它波長。部分6 7的第二 定義特性是包含電子發射元件的陣列，其二者都被顯示， 實質上以一致的空間分佈而配置。部分6 5有低電抗力， 典型地在2 - 1 0微一歐姆公分的範圍。 如先前所討論，自電訊號源5至任何電子射極元件 6 4之電阻抗必需做得小以致於自該訊號源至電子射極之 訊號品質不被衰減。該低阻抗區域6 5提供一自訊號源5 至任何電子射極6 4之經最小化的電路徑。此外，圖8所 示之對等的電子電路呈現自訊號源5至任何電子射極6 4 之之電阻抗當作並聯阻抗電路。這有藉由倒數的阻抗的總 和：l/Rt〇t = l/ Ri+l/R2+l/R3+l/ R 4減少自訊號源至電子射極之總阻抗的效果。這也有正常 化自訊號源5至任何射極元件6 4之阻抗的效果以致於自 射極至橫跨陰極之射極之阻抗之差最小。 再參考圖6,陰極部分67包含於透明電子絕緣基底 6 0上形成之第一透明電子導電電極6 1，以及自由透明 電子絕緣層6 3之電極6 1隔開且電子分離之第二透明導 電電極6 2。電子發射元件6 4係以一實質上空間性一致 的陣列於第一透明導電電極6 1而配置。射極元件6 4係 由阻抗元件6 6自電極6 1隔開。阻抗元件6 6係電子連 接至射極元件6 4與第一透明電極6 1 ,且作用如鎭流電 阻。鎭流電阻6 6的阻抗主要是依它們的厚度而定。射極 元件6 4係由道6 8自第二透明導電電極6 2電子分離。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇x297公釐） I--------^-------,玎------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -12- 經濟部智慧財產局β工消費合作社印製 512381 A7 ___B7_ 五、發明説明（1〇 ) 應用於第一與第二透明導電電極61, 62間之電訊號5 造成自電子射極6 4發射之電子。 圖9 a - 9 j顯示建構倂入本發明之顯示之方法。圖 9 a顯示覆以第一透明導電電極6 1之該透明電子絕緣基 底6 0。透明絕緣基底典型地是一類由Schott製造的玻璃 且記爲類型D 2 6 3。第一透明導電電極典型地是每見方 覆以一層1 0至1 0 0歐姆的阻抗之氧化銦錫（I T〇） 。陰極部分6 5係自低阻抗金屬如鋁，鉻，銅，鉬或金由 習知的光學石版術機構而形成。 圖9 b呈現重疊第一透明導電電極6 1之電阻材料 6 0 0的覆蓋層的沈澱。電阻層6 0 0典型地係自如實質 上對自2 4 0 nm至4 2 0 nm之波長帶通不透明之 5 i C之材料而形成。層6 .0 0典型地係由習知的噴濺或 化學蒸發沈澱（C V D )機構而沈澱。 電阻層6 0 0係由圖9 c之習知的光學石版術機構而 型樣以形成鎭流電阻6 6。電阻6 6典型地直徑是1至 1 · 5微米。電阻層600可以由具含F —離子之飩刻劑之 濕或乾機構而蝕刻。當蝕刻處理移除足夠的電阻層材料時 ，蝕刻停止以便曝光電極6 1。當自電極6 1測量至電阻 6 6對側電極6 1的表面時，電阻6 6的阻抗典型地是 1 0 4至1 0 7歐姆。該阻抗主要係由厚度所控制。 參考圖9 d ,透明絕緣層6 3係由電漿加強化學蒸發 沈澱（PE CVD)沈澱至典型的3 0 0 nm至5 0 0 nm的厚度。該層位在導電電極6 1與電阻6 6上。含絕 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X 297公釐） 裝 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -13- 經濟部智慧財產局—工消費合作社印製 512381 A7 B7 __ 五、發明説明（11 ) 緣層6 3之材料典型地是雙氧化矽或氮化矽，但也許是其 它具低電介質常數，良好的電子絕緣特質，與可視波長帶 通之光傳送之材料。第二透明導電電極6 2係沈澱於電介 質層6 3上。含第二透明導電電極之材料典型地是每見方 具一層1 0至1 00歐姆的阻抗之I TO。第二透明導電 電極典型地係由噴濺而沈澱。 圖9 e，藉著負式的光抗飩劑7 0 0 ,該抗餽劑在曝 光下聚合成有光化性的光且在顯影劑中變得不易溶解，係 於第二透明電極6 2上由旋轉塗層而沈澱。典型的抗蝕劑 的範例包括由東京〇hka公司製的OFPR或由Dongjin Semichem公司製的D N R - L 3 0 0。抗触劑被沈殿成 100-200nm的厚度。接下來的塗層步驟，抗蝕劑 係在熱平面上以90 °C持續2分鐘而軟烘。 圖9 f顯示由透過透明基底6 0,第一透明導電電極 6 1，透明絕緣層6 3與第二透明導電電極6 2傳送之典 型3 6 5 nm的波長的有光化性的光8 0 0的機構之光抗 蝕劑7 0 0的曝光。電阻元件6 6對此光的波長是不透明 的且因此避免阻抗元件6 6至光刻蝕劑層7 0 0的平面投 射之區域7 0 1之聚合。如於光學中所熟知，光將繞射且 散射在如阻抗元件6 6之特性的邊緣。此繞射的區域 8 0 1 ,造成區域7 0 1之直徑小於阻抗元件6 6的直徑 。直徑之差異也許由曝露於有光化性的光8 0 0的長度所 控制。這提供阻抗元件6 6的自我校調以以7 0 1爲特色 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 裝 訂 I 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -14- 512381 A7 __B7____ 五、發明説明（12 ) 在適當溶劑之發展期間，光抗蝕劑膜7 0 0的未曝露 區域7 0 1被移除以使由圖9 g之區域7 0 1定義之第二 透明導電電極62的部分曝露。 參考圖9 h，第二透明導電電極6 2係由商業上有用 的媒介之濕或乾蝕刻在區域7 0 1中而移除以形成閘6 9 。閘6 9之直徑小於電阻元件6 6的直徑。由光刻蝕劑 7 0 0遮罩之區域不被蝕刻。同樣地，透明絕緣層6 3在 區域7 0 1中被蝕刻以形成道6 8。絕緣層6 3由含F —之 媒介之濕或乾蝕刻機構而飩刻以在阻抗元件6 6上停止。 電子發射元件6 4係由蒸發金屬層9 0 0進入道6 8 且順便映至光抗鈾劑層7 0 0而形成。金屬層9 0 0典型 地是鉬，自限定的來源蒸發以致於蒸發的半角小於1 0度 .。由於由金屬600的累積之區域701的關閉，這提供 電子射極6 4的圓錐形的形狀。這已由Spmdt等在1 9 7 6年1 2月”應用物理的期刊” V 4 7，# 1 2說明。 圖9 j顯示由蝕刻光抗蝕劑層7 0 0 ,或由剝蝕層 7 0 0的附著以致於關閉層9 0 0對第二透明電極6 2失 去機械附件之關閉層9 0 0的去除。這典型地係由處理三 氧化硫而執行。 已提供了一場致發射顯示器，其包括於電子發射圓錐 體與電子電流的來源間之電極的電阻抗被最小化之透明陰 極，鎭流電阻的阻抗主要地係由它的厚度所控制，且它的 電阻是與兩圓錐至電訊號的來源間之電極的電阻並聯。 前面本發明特定的實施例的說明爲舉例與說明的目的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 512381 A7 ______B7_____ 五、發明説明（13) 被呈現。它們不是想要徹底的或限制該發明成準確的公開 形式；顯然地許多修改與變化在上述指導的觀點中是可能 的。實施例被選擇且說明以最佳解釋發明的原理與它的實 際應用，爲致使其他熟知此技藝之人能最佳地利用該發明 與具各種修改之實施例如適合於預期之特別使用。發明的 範圍打算由下列申請專利範圍與它們的同義而定義。 111 II 11 批衣 1111.................訂 1. 111 n 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -16-

Claims (1)

1. 512381 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 1 · 一種場致發射顯示器，包含： 導電陽極，_ 發射光以回應由該導電陽極運載之電子轟炸之發光材料， 自該陽極隔開之場致發射陰極，包括： 第一實質地透明電極， 多個沈澱於該第一電極上之預定厚度的鎭流阻抗元件 多個電子發射元件，各有一阻抗元件，沈澱於該阻抗 元件上藉此該阻抗元件與各該電子發射元件串聯， 自該第一導電電極隔開之第二實質地透明導電電極， 該第二導電電極有多個洞，每一個與各該電子發射元件相 對，以及 於第一與第二導電電極間之透明絕緣層。 2 .如申請專利範圍第1項之場致發射顯示器，其中 該電子發射元件是圓錐形的，該阻抗元件是圓形的且該洞 是圓形的。 3 .如申請專利範圍第2項之場致發射顯示器，其中 該圓形的洞的直徑小於圓形的阻抗元件的直徑。 4 ·如申請專利範圍第1項之場致發射顯.示器，其中 多個該電子發射元件是在該第一透明導電電極的部分上， 且具較該導電電極高之電傳導性之材料的層繞著該電子發 射元件且係連接至該發射元件之電電流的來源。 5 ·如申請專利範圍第1項之場致發射顯示器，其中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 線 -17- 512381 A8 B8 C8 D8 ★、申請專利範圍 鎭流阻抗元件是不透明的。 6 . —種場致發射顯示器，包含由該導電陽極運載之 發光材料與導電陰極以及自該陽極隔開之場致發射陰極， 其特徵在於該場致發射陰極包括多個由沈澱於發射元件與 射極導體間之鎭流電阻之射極導體運載之電子發射元件。 7 · —種建構場致發射陰極的方法，包含步驟： 形成透明導電材料的層於透明基底上， 形成多個間隔，有抗力，薄圓形的區域於該導電材料 的表面上， 形成透明絕緣材料的層於透明導電材料的該層與該有 抗力的區域上， 形成透明導電材料的第二層於絕緣材料的該層上， 形成該絕緣層與第二導電層之開路於有抗力材料的區 域上，該開路小於有抗力材料的該區域，以及 沈激透過該開路之導電材料以形成電子發射圓錐體於 有抗力材料的該區域上。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張逋用中困81家樣率（CNS )从祕（21GX297公簸） -18_