TW463204B - Field emission device having a composite spacer - Google Patents

Description

五、發明說明（ι) 有關申請參考 有關主題#姐- 製作方法之美題為具有複合間隔物之場發射器之 並指定給同二申：：申請，其律㈣970 91 ’於同曰申請 發明領域 發^:關於場發射裝置及特別關於場發射顯示。 極板之間τI眾=Γ隔：結構於場發射顯示之陰極與陽 之分隔。彼箄必葙週隔物結構可維持陰極與陽極間 .…須維持陰極與陽極間的電位差。 但間隔物能負面影孿在門ρ3哭μ匕 此自险# #14 如響在間&益附近之電子流向陽極。某 因而子可以靜電方式使間隔物之表面充電’ 物附。以Π與所企望者不同。錄 間隔物與陰極電子流之失真。同時亦可在 在發射顯示領域中，此種接近 可引起顯示器產生之影像Π = ?處之電子流失真， -間隔物之位置匕 種失真可因在每 成為可見到的 像中產生—黑暗區域’而使間隔物 題數間：：曾試圖解決間隔物充電有關之問 哺例如·在本技蟄中.早已熟知提一呈 物，該表面之表面電隹:甚低，足可移：、表面之間隔 電子，並且此表面電姐丨已夠高，可引起之衝撞 ^ ,, t _ /_ 」<文善由％極流险；ί®夕 電^引起的功率損耗。此電阻性表 ^ •3由以具有理想電阻

C:\ProgramFiks\Patent\54902.ptd 第 5 頁 46320 五 '發明說明（2) :薄：’將間隔物塗層而實現。但此種薄膜易受機械損 :丄及/或改變，如處理間隔物期間所發生者。此等薄膜 響pi : f陰ί :化學不相容性。&化學不相容性可負面影 ‘：：之％發射器之發射特性。此夕卜，塗層間隔物在 裂造上亦相當困難。 f間隔物问度上提供額外獨立控制之電極，以用來控制 壓分布’已為此技藝所熟知之事。但此種 驟，J ί I ; : ^括額外之間隔物電擊形成之處理步 :當= 易於受到機械之損，。此種以往技藝之 4 ϊ此亦使用額外之電壓泝 上，Α與τ @ # 將電壓加於間隔物電極 上此舉可增加裝備之電源需求。 因此，存在著一種改善場發射裝置之 隔物可降低電子流之失真以及 之間 圖式之簡略說明 1幻度之功率知耗。 截^圖?圖式為根據本發明之場發射裝置之—具體實例之 非C 2明簡明及清晰計，®中所示之元件，並 ::際尺寸1如’元件之某些尺寸，彼此間已被誇大。 本發明係供具有本複合間隔器物 合間隔物有-第一層，其可由介電。母：複 材料製成，尚有一導電層聯接於第—居 1 5 =大 極，而第一層接近陽極。導電層使電^ :層接、去 間，俾使間隔層表面之充電可以^子二：合間隔物鞋 … ^ k η °控制之充電由於有

^63204 五、發明說明（3) ----- 間隔！之存在’可提供電子軌道之降低之失真。複合間隔 物^南度大於_微求，SI此可使本發明之複混合間隔物 在尚壓場發射裝置中非常有用，肖裝置係在陰極與陽極間 ^電位差超過25 00伏特之情況下操作。在本發明之一具體 實例中，場發射裝置為具有複合間隔物之場發射顯示器’ 該間隔物對場發射顯示器之觀者而言，可以看見。 此唯一圖不為根據本發明之場發射顯示器（FED)1 〇〇之截 面圖。FED 100有一陰極1〇2與陽極1〇4相對。一騰空區域 106在陰極102與陽極1〇4之間》騰空區域1〇6中之壓力小於 大約1 0 6托。複合間隔物1 〇 8延伸於陰極1 〇 2與陽極1 〇 4之 間。複合間隔物1 0 8可提供機械支撐以維持陰極丨〇 2與陽極 1 0 4之間的分隔。複合間隔物1 〇 8尚有一特性，即改善複合 間隔物108之靜電充電。複合間隔物1〇8之靜電充電之控制 可使在FED 1 00中之電子流1 32執道之失真亦受到控制《在 本具體實例圖示中，複合間隔物1 〇 8有一特性，可使FED 1 0 0之觀察者在其操作期間看不見間隔物。 陰極1 0 2含一基質11 6，可由玻璃及珪造成。基質11 6配 置後’陰極導體11 8可包含一薄鉬層。一介電層1 20即形成 於陰極導體118之上。介電層120可由二氧化珪製成。介電 層1 2 0限定許多放射井1 2 2，井中配置一個電子放射器 124。在圖中之具體實例中，電子放射器124包含spindt接 頭。 但是，根據本發明之場放射裝置並不限於s p i n d t接頭電 子源。例如，一放射碳薄膜亦可用來做為陰極之電子源。

C:\Program Files\Patent\54902.ptd 第 7 頁 s3 2〇4 五、發明說明（4) ' ------- 第：含許多門抽出電極。第一門抽出電極126及 用；如圖中之說明。通常，門抽出電極係 用采作選擇性電子放射器之定址。 上透明基f 110 ’―陽極導體112即配置其 極並可含一氧化麵錫。許多碟114配置在陽 極導體112之上。磷114在電子發射器124之對面。 第一電壓源136連接至陽極導體112 .第二電壓 8 接至第二門抽出電極128。第三電壓源14〇連接至第一門抽 出電極126，及一第四電壓源連接至陰極導體118。 複和間隔物108延伸在陰極1〇2及陽極1〇4之間以提供機 械支撐。複合間隔物108之高度足以協助阻止陽極1〇4及陰 極102間之電弧。例如，陽極1〇4及陰極1〇2之電位差如大 於2500 ,複合間隔物108之高度則大於約5〇()微米，宜在 7 00，1 20 0微米之範圍。複合間隔物1〇8之一端在未被磷 114盍住之表面與陽極104接觸；複合間隔物1〇8之相反端 與陰極102在未限定發射器壁122處接觸。 根據本發明，複合間隔物〗〇 8包括第一層丨〇 7，該層自複 合間隔物108末端之中間向陽極伸。第一層1〇7之高度 為Η。複合間隔物1〇8亦包括一導電層1〇9與第一層1〇7連 接’並向陰極102延伸。導電層丨09有一導電層表面丨丨1配 置在騰空區106之中。導電層109之高度為h。 第一層107包括一介電材料或體電組材料。第一層1(Π應 選擇為能承受所加電壓之材料。第一層1〇7最好有一高工 作功能，以便改進自第一層1 07之亂真電子放射。第一層

C:\Program Files\Patent\54902. ptd 第 8 頁 463204 五、發明說明（5) 107最好具有光滑之表面，以 射。用於第一層m之介電材料積=及亂真發 石’石英等。體電組材料用於第一層璃’藍寶 玻璃陶質，氧化錫，氧化錄，日者匕括·含鐵之 等。通常’體電組材料之電“二的钕，氧化锆 方歐姆，公分之間。 在i U的五次方到1 0的1 3次 導電層109包括導電材料。悬 金，銅等今屬所4 士、 ♦ 取好，導電層1〇9由如鋁， ⑷寺金原所造成。亦可由合 具體實例中，導電層109包括 金。在本：明之另- 109之導電性質非常必要，以供電層 上所述。 电卞偏轉或聚焦之用，如 含導電層1 09之材料可加以選 如：延性金屬可降低FED 1〇〇裝：=:;他優點。例 導電層U9之材料可有—高工間陰極#壞之危險。 之亂真電子放射。導電層109二，：便控制自導電層I。9 材料而言為非常情性，以防止、之材枓必須對陰極102之 的化學反應。 金屬間形成物質，及不理想 導電層109之高度h加以選挥7 , 轉，以改善複合間隔物m、:二提供電子流132之足夠偏 向適當之磷。意指高度h之選…充電’及導引電子流132 對面之石蟲。由於電子之偏轉可使電子撞擊電子發射器 物108之過度靜電放電，否導電層109可防止複合間隔 ^ ^ i , R3 μ a S產生如電子流132執道之過 度”，隔片可被見到，及電弧等不理 。 在本發明之較佳具體實例 〜 ’導電層109連接至一電

IH

Ά C:\Program Files\Patent\54902. ptd 第 4 63204 五、發明說明（6) 1° ； ^ ^fa1 # ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ f, ^ •位传在第Λ’Λ 。在圖中之具體實例中，放電 兒位係在弟一導電層130上提供。苐二導電層13〇係配 介電層102之上’並包括一導雷材料 # ; 等。 匕括^材抖之蹲層’如鉬，铭 第二導電層130之電位可以單獨控制。最好第二 130連接至地電位。此種連接至地電位，可提供改進:電 子偏轉’而不需要額外電源。但亦可連接至第五電位源$ (未不出），以提供電子偏轉及/或複合間隔物108之電子損 耗特性之理想程度^或者，第二導電層丨3 0亦可連接至或 為FED 100之門抽出電極之一部份，而不需要額外之電位 源。 在圖中之具體實例，電子流1 3 2被括共控制於足以使在 FED 1 0 0之觀者工作期間複合間隔物丨〇8成隱形之地步。特 別需要導電層1 0 9在複合間隔物1 〇 8附進形成電場。為的提 供此場形成功能’導電層1 〇 9須配置於騰空之區域丨06中。 以下’芩考附圖解釋本發明之場發射裝置之範例構型。 須瞭解本發明之場地發射裝置並不限於參考圖中之構形β 此構型在陰極1 0 2於與陽極1 〇 4間之電位差為大於3 0 0 V時 FED 100操作最有用，最好在25 0 0至1〇,〇〇〇伏之間。其亦 包括一VGA構型。須明瞭本發明之場發射顯示並不限於VGA 構型。 在圖中之具體實例，透明基質110及基質116每一均有大 約一毫米之厚度。複合間隔物1 〇 8包括一矩形小板，其長

C:\Program FiIes\Patent\54902.ptd 第10頁 463204 五、發明說明（7) 度約為五毫求’局度（在陰極1〇2及陽極1〇4間）約為一毫 米’及約為0 . 07毫米之厚度t。第一及第二門抽出電極 126，128之間之中心至中心距離約為0.3毫米。FED 100可 以操作在陽極導體112與第一及第二門抽出電極126，128 之間約為2500-10，000伏之電位差。以此電壓言，陽極 及陰極間之距離應大於5 〇 〇微米以便降低陽極〗〇 4及陰極 1 0 2間電弧之危險。 在操作FED 1 0 0時’電壓加至第一及第二門抽出電極 126 ’128，陰極導體118及陽極導體〖12以使電子發射器作 選擇之電子發射及導引電子通過騰空區1〇6至磷114 D磷 114即由撞擊電子而發光。 導電層1 0 9在複合間隔物1 〇 8之附近形成電場，故發射至 複合間隔物1 0 8附近之電子不致被導向磷丨丨4及不撞擊複合 間隔物1 0 8。在圖中之範例構形中，在陽極導體丨1 2及第一 及第二門抽出電極126，128之間之電位差，約為2500-10, 0 0 0伏特，導電層109之高度h最好為大約75 — 15〇微米之範 圍。 根據本發明之複合間隔物，可利用極經濟及簡單之方式 製成。本發明之複合間隔物，不需要光刻步驟，昂貴之X f平印’或高方向性姓刻及澱積技術。已不需要電子放射 器塗層之步戰’其會引起電子放射器不完整之危險。 複合間隔物1 0 8可由首先提供電介質或體電阻材料之薄 片製成。此種薄片可以商購。一金屬層可由一或多數傳統 方法’如絲網印刷 '金箔之銅焊、電鍍、無電塗層及聲播

C:\Prograin Fi les\Patent\54902. ptd 第11頁 4 63204 五、發明說明（8) Ϊ = 片上形成^金屬層連接在 例如由線錯或切割鋸為之1好於；===隔物’ 電阻材料之表面開始，以便：：將;刀割：二在//質或體 電材料塗層。 无避免將弟一層107之表面以導 土為建造本具體實例由陶金屬材料製成之導電層1〇9，首 ^ ：金屬複合材料由在一金屬粉末中發散—絕緣陶質階 ^又所I成。混合物經由標準陶形成方法，# ' 麼縮、滑動•造等形成薄片。自形成作業中，一u 被疊層為選擇之電介質或體電阻材料： 在接合介面上於溫度小於攝氏· 元成，以防止金屬組件之氧化。改變金 …、處理下 機械及熱性質可以配合以達到理想特性以：層 1⑽之最佳熱膨脹係數。本具體實例在需 二= 大機械應力’而非順應性時，非常有用。 日09之較 陽極1 04及陰極i 02形成之方法對精於此技蔽者 知。4陽極H4及陰極102製成之後，複合“⑷已由，、 熱壓ifg接合法接合至第二導電層HQ，以掩# 垂直構型。在複合間隔物1〇8及封裝密=:陰極1。2成 後，陽極m於是予以置放。衣在封於真空環境中 總之，本發明係供具有複合間隔物之場發 明之場發射裝置可在陽極至陰極之電位差高於本發 下操作’最好約在测-10,咖伏特之間。本發明之=

d632〇- 五、發明說明（9) 射裝置有一"隱形間隔物"，顯示器之觀察者無法看到。本 發明之複合間隔物可利用簡單及經濟之方法製成。 本發明之特別具體實例，已如上所顯示及敘述，對於精 於此技藝者，進一步之修正及改進，當屬可行。吾人期望 本發明並不限於所示之特殊形式，並期望所附之申請專利 範圍所有之修正，而不致有悖本發明之精神及範圍。

C:\Program Files\Patent\54902. ptd 苐13頁

Claims (1)

1. Δ632 \ \ ηη 智號87116290 ^7年f月广/ 曰 修正 六、申請举利範圍' ------^ 1 . 一種場發射裝置（1 0 0 )含： 一具有多個電子發射器（124)之陰極（102)，其中之許 多電子發射器（1 2 4 )係設計為發射一電子流（1 3 2 ); 一陽極（104)配置以接收由多個電子發射器（124)發射 之電子流（1 3 2 ); 一騰空區（1 0 6 )配置在陰極（1 〇 2 )及陽極（1 0 4 )之間； 一複合間隔物（108)延伸於陽極（1〇4)及陰極（102)之 間及包含第一層（107)及導電層（1〇9)，其中複合間隔物 (108)之導電層（1〇9)限定一導電表面（in)於騰空區（1〇6) 之中’其中導電層（109)之高度選擇可造成電子流（132)之 偏轉至足以防止複合間隔物（丨〇 8 )被電子流（丨3 2 )造成過度 靜電玫電之程度’及其中之複合間隔物（108)之高度大於 5 〇〇微米。 2 .根據申請專利範圍之第1項之場發射裝置（丨〇 〇 )，其中 之第一層（107)延伸於陽極（1〇4)及導電層（1〇9)之間，其 中之導電層（109)延伸於第一層（1〇7)及陰極（1〇2)之間。 3.根據申請專利範圍之第1項之場發射裝置（100)，其中 之複合間隔物（108)之導電層〔1〇9)含一金屬。 4_根據申請專利範圍之第1項之場發射裝置（1〇〇)，其中 之複合間隔物（108)之導電層（1〇9)含一陶金屬複合材料。 5 .根據申請專利範圍之第1項之場發射裝置（1 〇 〇 )，其中 之複合間隔物（108)之第一層（1〇7)含一大電阻材料》 6.根據申請專利範圍之第1項之場發射裝置（1〇〇)，其中 之，复合間隔物（108)之第一層（1〇7)含一電介質材料》 『.根據申請專利範圍之第1項之場發射裝置（1〇〇)，其中

   Δ 63204 _案號 87116290 a 修正 六、申請專利範圍 之陰極（102)包括電介質層（120)，其中之陰極（102)尚包 括一第二導電層（130)配置在其電介質層（120)上，及其中 之第二導電層（130)連接至複合間隔物（108)之導電層 (：1 09)。 在場發射裝置（1 0 0 )之作業期間，由複合間隔物（1 0 8 ) 發展之靜電放電被經由第二導電層（1 3 0 )所消耗。 8 .根據申請專利範圍之第7項之場發射裝置（1 0 0 )，其中 之陰極（1 0 2 )含許多閘抽出電極（1 2 6，1 2 8 )，及其中之第 二導電層（1 3 0 )係連接至許多閘抽出電極（1 2 6，1 2 8 )之 O:\54\54902.ptc 第2頁 2刪_ 05. 06. 015