專利名稱：具有放電電子發(fā)射器的場致發(fā)射顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場致發(fā)射顯示器領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及具有電介質(zhì)隔離裝置的場致發(fā)射顯示器，所述電介質(zhì)隔離裝置保持場致發(fā)射顯示器的陰極板和陽極板之間的隔離距離。
背景技術(shù)：
具有保持顯示器的陰極板和陽極板之間的隔離距離的電介質(zhì)隔離裝置的場致發(fā)射顯示器是本領(lǐng)域已知的。本領(lǐng)域認(rèn)識到，在顯示器工作期間電介質(zhì)隔離裝置的表面可以靜電充電。電介質(zhì)隔離裝置的靜電充電表面會導(dǎo)致一些問題，例如顯示器的觀察者＂可看見＂隔離結(jié)構(gòu)。也就是說，充電表面導(dǎo)致引向熒光體的電子被吸引到充電表面并且遠(yuǎn)離熒光體。通過這種方式，在每個隔離裝置的位置上，在顯示圖象中形成不期望的間隙。
在顯示器工作期間經(jīng)常中和充電的隔離裝置表面的技術(shù)是本領(lǐng)域已知的。例如，使用被用來激活熒光體的電子發(fā)射器提供放電電子以便使充電隔離裝置表面放電的技術(shù)是本領(lǐng)域已知的?，F(xiàn)有技術(shù)指出，在熒光體電壓從顯示模式數(shù)值降低的同時提供放電電子。顯示模式數(shù)值是被用來激活熒光體的數(shù)值。盡管這些放電電子被用于使隔離裝置表面放電，某些電子會被吸引到非隔離裝置表面。當(dāng)偏離電子撞擊非隔離裝置表面時，它們會導(dǎo)致污染物放氣，從而導(dǎo)致電子發(fā)射器的發(fā)射特征的退化。
這種現(xiàn)有技術(shù)方案的另一個問題是下拉和上拉陽極電壓需要消耗較大的能量。例如，在顯示模式期間，即在產(chǎn)生顯示圖象期間使用的陽極電壓會大于1000伏。在放電模式期間，即隔離裝置放電期間將陽極電壓降低到小于大約400伏的技術(shù)是已知的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要一種提供對隔離裝置放電的裝置的改進(jìn)場致發(fā)射顯示器，所述隔離裝置不需要降低陽極電壓，但降低了現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的放氣的速率。


圖1根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例示出了具有放電電子發(fā)射器的場致發(fā)射顯示器的剖面局部視圖，所述放電電子發(fā)射器是邊緣發(fā)射器；圖2根據(jù)本發(fā)明另一個實施例示出了具有放電表面發(fā)射器的場致發(fā)射顯示器的剖面局部視圖，所述放電電子發(fā)射器是表面發(fā)射器；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例示出具有放電電子發(fā)射器的場致發(fā)射顯示器的剖面局部視圖，其中電極的三極管結(jié)構(gòu)使放電電子發(fā)射器發(fā)出電子；而圖4是示出具有放電電子發(fā)射器的場致發(fā)射顯示器的剖面局部視圖，所述放電電子發(fā)射器是Spindt頂端發(fā)射器，其中在使充電電子發(fā)射器發(fā)射電子時導(dǎo)致Spindt頂端發(fā)射器發(fā)出電子。
應(yīng)當(dāng)理解，為了圖解的簡單和清楚，圖中示出的單元不必按比例繪出。例如，某些單元的尺寸彼此相對被夸大。此外，在認(rèn)為適當(dāng)?shù)那闆r下，在附圖中重復(fù)使用附圖標(biāo)記以指示對應(yīng)的單元。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及場致發(fā)射顯示器，所述場致發(fā)射顯示器可以在高電壓下工作并且保持電介質(zhì)隔離裝置不可見。通過提供放電電子發(fā)射器實現(xiàn)隔離裝置的不可見性。放電電子發(fā)射器被用來使靜電充電的隔離裝置表面放電，同時陽極電壓等于工作電壓(例如，相對充電電子發(fā)射器大于大約1000伏)。也就是說，不必為實現(xiàn)隔離裝置不可見性而降低陽極電壓，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比改進(jìn)了功耗要求。放電電子發(fā)射器最好由碳制成，并且結(jié)合顯示器的陽極限定二極管結(jié)構(gòu)。放電電子發(fā)射器的位置最好足夠接近隔離裝置，使得放電電子發(fā)射器發(fā)射的電子可以導(dǎo)致充電隔離裝置表面的放電。
圖1根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例示出了具有放電電子發(fā)射器109的場致發(fā)射顯示器(FED)100的剖面局部視圖，所述放電電子發(fā)射器是邊緣發(fā)射器。盡管這里描述的圖例只涉及顯示設(shè)備，然而本發(fā)明的范圍不局限于顯示設(shè)備。本發(fā)明可用于對隔離裝置和具有充電結(jié)構(gòu)的任何類型場致發(fā)射設(shè)備中的充電結(jié)構(gòu)進(jìn)行放電。
FED 100包含陰極板102和陽極板104。隔離裝置106將陰極板102與陽極板104隔離，從而在其間限定中間區(qū)域107。陰極板102包含可以由玻璃、硅、陶瓷等等組成的基底108。陰極110配置在基底108上。陰極110被連接到第一電壓源126。電介質(zhì)層112配置在陰極110上并且限定充電發(fā)射器井114。
充電電子發(fā)射器116配置在充電發(fā)射器井114內(nèi)。在圖1的實施例中，充電電子發(fā)射器116是可由鉬制成的Spindt頂端電子發(fā)射器。然而本發(fā)明也被實現(xiàn)成這樣的設(shè)備，該設(shè)備的充電電子發(fā)射器具有除了圓錐幾何結(jié)構(gòu)之外的幾何結(jié)構(gòu)。例如，充電電子發(fā)射器可以是邊緣發(fā)射器、表面發(fā)射器等等。它也可以由除了鉬之外的放射材料，例如鉆石、碳納米管等等制成。
陰極板102還包含配置在電介質(zhì)層112上并且被連接到第二電壓源127的柵極提取電極118。對陰極110和柵極提取電極118施加選定電壓可以使充電電子發(fā)射器116發(fā)射電子。
在圖1的實施例中，陰極板102包含配置在電介質(zhì)層112上的控制電極113?？刂齐姌O113被連接到第四電壓源129?？刂齐姌O113被連接到放電電子發(fā)射器109以便控制放電電子發(fā)射器109上的電壓。在圖1的實施例中，放電電子發(fā)射器109限定邊緣發(fā)射器。放電電子發(fā)射器109由電子發(fā)射材料制成。放電電子發(fā)射器109最好至少部分由碳并且多數(shù)由碳納米管制成。
陽極板104包含由諸如玻璃的固態(tài)透明材料制成的透明基底120。黑矩陣122配置在透明基底120上，并且最好由氧化鉻制成。熒光體124配置在由黑矩陣122限定的開口123內(nèi)。熒光體124是陰極發(fā)光物質(zhì)，并且在被充電電子發(fā)射器116發(fā)射的電子激活時發(fā)光。
最好由鋁制成的陽極125限定覆蓋熒光體124和黑矩陣122的覆蓋層。陽極125被連接到第三電壓源128。制造用于可矩陣尋址FED的電子發(fā)射器和陽極板的方法是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的。
隔離裝置106由諸如玻璃、氧化鋁(Al2O3)等等的電介質(zhì)材料制成。隔離裝置106限定第一表面105和第二表面111。在圖1的實施例中，放電電子發(fā)射器109被連接到第二表面111，使得隔離裝置106在陽極125和放電電子發(fā)射器109之間延伸。
通過制備用于制成隔離裝置106的電介質(zhì)材料片并且此后在電介質(zhì)材料片上沉積諸如鎳、鐵等等的納米管形成催化劑材料層，可以制成放電電子發(fā)射器109。具有催化劑層的電介質(zhì)材料片接著被切割成例如翼肋或其它有用的幾何結(jié)構(gòu)。接著，通過使用方便的方法，例如使用乙烷氣體的化學(xué)汽相沉積方法在催化劑層中生長出納米管。
在FED 100工作期間，選擇陽極125上的工作電壓以吸引多個由充電電子發(fā)射器116發(fā)射的充電電子130。陽極125上的工作電壓最好較高(例如相對充電電子發(fā)射器116大于1000伏)。陽極125上的工作電壓大約為3000伏會更好。控制電極113上的電壓最好大約等于接地電壓。
本發(fā)明的一個益處是在對隔離裝置106放電的過程中可以將陽極125上的電壓保持在工作電壓上。也就是說，實現(xiàn)隔離裝置不可見性不必降低陽極125上的電壓。保持陽極125上的電壓的能力產(chǎn)生各種益處，例如功耗降低、工作成本降低并且簡化驅(qū)動電子設(shè)備。
充電電子130的一部分被隔離裝置106接收。這個部分定義多個隔離裝置充電電子132，隔離裝置充電電子132是高能電子。例如，第一表面105上隔離裝置充電電子132的能量可以大于大約1000電子伏。在到達(dá)隔離裝置106的第一表面105時，隔離裝置充電電子132的能量足夠地高，以致在第一表面105上產(chǎn)生正電荷。
第一表面105的靜電充電還起因于第一表面105的二次電子產(chǎn)生率大于1。二次電子產(chǎn)生率被定義成從表面發(fā)射的電子與該表面接收的電子的比值。
通常，根據(jù)本發(fā)明的放電電子發(fā)射器被用來使充電表面放電，同時陽極電壓等于工作電壓。放電電子發(fā)射器109被用于中和隔離裝置106的第一表面105。借助于陽極125上的高工作電壓并且通過向控制電極113施加適當(dāng)電壓(例如接地電壓)，可以使放電電子發(fā)射器109發(fā)射多個隔離裝置放電電子134。在到達(dá)第一表面105時，隔離裝置放電電子134的能量足夠地低，以致第一表面105產(chǎn)生放電而不是靜電充電。例如，隔離裝置放電電子134在到達(dá)第一表面105時的能量可以大約為100伏。
放電電子發(fā)射器109能夠提供低能電子的一個原因是其與充電電子發(fā)射器116相比更接近隔離裝置106。也就是說，隔離裝置放電電子134的加速距離短于隔離裝置充電電子132，因此在到達(dá)隔離裝置106時具有較低的能量。
最好通過將放電電子發(fā)射器布置在隔離裝置和充電電子發(fā)射器中間來實現(xiàn)這種接近。在圖1的實施例中，通過在隔離裝置106上布置放電電子發(fā)射器109來實現(xiàn)這種接近，使得放電電子發(fā)射器109的發(fā)射表面與隔離裝置106的第一表面105同延。
此外，放電電子發(fā)射器109能夠提供足夠使隔離裝置106放電并且使其不可見的發(fā)射范圍。部分地，通過選擇充分的、用于制成放電電子發(fā)射器109的放射材料可以提供足夠的發(fā)射電流。
圖1的實施例提供了激活放電電子發(fā)射器109以產(chǎn)生隔離裝置放電電子134的二極管結(jié)構(gòu)。二極管的第一電極由控制電極113限定，而二極管的第二電極由陽極125定義。使放電電子發(fā)射器109因陽極125上的工作電壓而發(fā)射電子。與三極管結(jié)構(gòu)相比，二極管結(jié)構(gòu)的益處是對隔離裝置放電電子134限定的射束產(chǎn)生較小的散布。較小的射束散布帶來的益處是，因非隔離裝置表面接收的射束部分造成的污染物產(chǎn)生具有較低的速率。
圖2根據(jù)本發(fā)明另一個實施例示出了具有放電電子發(fā)射器209的場致發(fā)射顯示器(FED)200的剖面局部視圖，所述放電電子發(fā)射器209是表面發(fā)射器。放電電子發(fā)射器209部分限定FED 200的陰極板202并且配置在隔離裝置106和充電電子發(fā)射器116中間。在圖2的實施例中，放電電子發(fā)射器209限定發(fā)射表面211。發(fā)射表面211最好與不覆蓋熒光體124的一部分陽極125相對。放電電子發(fā)射器209由電子發(fā)射材料制成。放電電子發(fā)射器209最好至少部分由碳并且多數(shù)由碳納米管制成。
例如通過混合預(yù)先形成的納米管和諸如銀、金等等的適宜導(dǎo)電材料，并且此后在電介質(zhì)層112上沉積和光刻出混合物層，可以制成放電電子發(fā)射器209。
接著將隔離裝置106的第二表面111配置成與放電電子發(fā)射器209鄰接。
在圖2的實施例中，第四電壓源129被直接連接到放電電子發(fā)射器209。與圖1的實施例類似，圖2的實施例定義了用于激活放電電子發(fā)射器209的二極管結(jié)構(gòu)。
在場致發(fā)射顯示器的隔離裝置和陰極板之間沉積出柔順(compliant)金屬層的技術(shù)是本領(lǐng)域已知的。這些現(xiàn)有技術(shù)隔離裝置墊的目的是防止因隔離裝置高度的不均勻而造成隔離裝置的破損。雖然這些現(xiàn)有技術(shù)隔離裝置墊可以發(fā)射某些中和電子，然而現(xiàn)有技術(shù)沒有給出這樣的教導(dǎo)或提示以足夠?qū)⒏綦x裝置中和到這樣的程度的速率進(jìn)行發(fā)射，即適于實現(xiàn)隔離裝置不可見性，或防止從選擇性尋址電子發(fā)射器發(fā)射的電子出現(xiàn)軌跡過度畸變的程度。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射顯示器確實提供了至少足夠?qū)崿F(xiàn)這些益處的中和速率。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例示出具有放電電子發(fā)射器209的場致發(fā)射顯示器(FED)300的剖面局部視圖，其中三極管電極結(jié)構(gòu)使所述放電電子發(fā)射器209發(fā)射電子。在圖3的實施例中，陰極板302還包含被連接到第五電壓源323的放電發(fā)射器柵極321。陰極板302的電介質(zhì)層312還限定柵極井325，柵極井325允許放電發(fā)射器柵極321上的電壓施加到放電電子發(fā)射器209。放電發(fā)射器柵極321導(dǎo)致從放電電子發(fā)射器209提取電子。選擇放電發(fā)射器柵極321上的電壓，以導(dǎo)致從放電電子發(fā)射器209的發(fā)射。放電電子發(fā)射器209、放電發(fā)射器柵極321和陽極125限定用于從放電電子發(fā)射器209提取隔離裝置放電電子134的三極管結(jié)構(gòu)。
圖3的三極管結(jié)構(gòu)帶來的益處是允許選擇性控制隔離裝置放電電子電流。例如，在制造FED 300之后，可以確定哪個隔離裝置在FED300工作期間充電，并且只對與充電隔離裝置對應(yīng)的放電發(fā)射器柵極進(jìn)行選擇性發(fā)射偏置。也就是說，為實現(xiàn)足夠防止隔離裝置可見性的高放電電流，不必使用三極管結(jié)構(gòu)。圖3的實施例也可以提供時間控制。例如，可以連續(xù)或經(jīng)常提供隔離裝置放電電子134，例如在每個顯示幀結(jié)束時。
圖4是示出具有放電電子發(fā)射器409的場致發(fā)射顯示器(FED)400的剖面局部視圖，所述放電電子發(fā)射器409是Spindt頂端發(fā)射器，其中在使充電電子發(fā)射器116發(fā)射電子時導(dǎo)致Spindt頂端發(fā)射器發(fā)出電子。FED 400的陰極板402具有電介質(zhì)層412，電介質(zhì)層412還限定放電發(fā)射器井411。放電電子發(fā)射器409配置在放電發(fā)射器井411內(nèi)。
與圖3的實施例類似，F(xiàn)ED 400的陰極板402具有由柵極提取電極418限定的放電發(fā)射器柵極。也就是說，導(dǎo)致從充電電子發(fā)射器116的發(fā)射的電極也導(dǎo)致從放電電子發(fā)射器409的發(fā)射。通過這種方式，在需要時提供隔離裝置放電電子134，此時隔離裝置充電電子132導(dǎo)致隔離裝置106的靜電充電。柵極提取電極418與放電電子發(fā)射器409隔離開，并且導(dǎo)致從放電電子發(fā)射器409提取隔離裝置放電電子134。
與圖3的實施例類似，F(xiàn)ED 400限定用于提取隔離裝置放電電子134的三極管結(jié)構(gòu)。三極管由放電電子發(fā)射器409、柵極提取電極418和陽極125限定。與圖3的實施例不同，放電電子發(fā)射器409通過陰極110被連接到第一電壓源126。
放電電子發(fā)射器409被用來以足夠使充電第一表面105放電的速率提供隔離裝置放電電子134。例如，放電電子發(fā)射器409由電子放射材料制成，該材料可以是制成充電電子發(fā)射器116的材料。還選擇放電電子發(fā)射器409的總數(shù)以便提供足夠的放電發(fā)射速率。
通常，每個放電電子的能量足夠地低，從而導(dǎo)致接收表面的中和而不是靜電充電。最好是，每個隔離裝置放電電子134的特征在于，當(dāng)?shù)竭_(dá)隔離裝置106時其能量等于小于大約100電子伏。放電電子發(fā)射器409和隔離裝置106之間的距離至少部分地確定到達(dá)隔離裝置放電電子134的隔離裝置106的能量。
圖4的實施例還包含隔離裝置墊415。隔離裝置墊415由諸如金的柔順材料制成。FED 400工作期間，從隔離裝置墊415發(fā)射的電子不足以將第一表面105中和到可以實現(xiàn)隔離裝置不可見性的程度。于是，如果缺少放電電子發(fā)射器409，第一表面105會被靜電充電到足夠產(chǎn)生隔離裝置106的可見性的程度。
總之，本發(fā)明用于具有放電電子發(fā)射器的場致發(fā)射顯示器。放電電子發(fā)射器與熒光體激活電子發(fā)射器不同。此外，放電電子發(fā)射器被配置和設(shè)計成提供電介質(zhì)表面的放電，同時陽極電壓保持在高工作電壓數(shù)值上，從而實現(xiàn)許多益處，例如改進(jìn)了功耗要求。
雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的具體實施例，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員會想到其它修改和改進(jìn)。例如，通過與圖4所示的類似的顯示器實現(xiàn)本發(fā)明，該顯示器的不同之處僅在于用碳表面發(fā)射器替換Spindt頂端放電電子發(fā)射器。作為另一個例子，通過與圖4所示的類似的顯示器實現(xiàn)本發(fā)明，該顯示器的不同之處僅在于通過可以從柵極提取電極獨立控制的放電發(fā)射器柵極使放電電子發(fā)射器發(fā)射電子。
因此應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不局限于示出的具體形式，我們期望通過所附權(quán)利要求書覆蓋不偏離本發(fā)明的宗旨和范圍的所有修改。
權(quán)利要求
1.一種場致發(fā)射顯示器，包括隔離裝置；充電電子發(fā)射器；和配置在隔離裝置和充電電子發(fā)射器中間的放電電子發(fā)射器，其中放電電子發(fā)射器包括碳。
2.如權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射顯示器，其中放電電子發(fā)射器包括碳納米管。
3.一種場致發(fā)射顯示器，包括陽極；限定表面的隔離裝置；配置成接近隔離裝置的充電電子發(fā)射器；和放電電子發(fā)射器，其中隔離裝置在陽極和放電電子發(fā)射器之間延伸，并且放電電子發(fā)射器包括碳。
4.如權(quán)利要求3所述的場致發(fā)射顯示器，其中放電電子發(fā)射器包括碳納米管。
5.如權(quán)利要求3所述的場致發(fā)射顯示器，還包括與放電電子發(fā)射器隔離開并且被用來導(dǎo)致從放電電子發(fā)射器提取隔離裝置放電電子的放電發(fā)射器柵極；其中放電電子發(fā)射器被設(shè)計成連接到電壓源；并且放電電子發(fā)射器、放電發(fā)射器柵極和陽極限定用于從放電電子發(fā)射器提取隔離裝置放電電子的三極管結(jié)構(gòu)。
6.一種場致發(fā)射顯示器，包括限定表面的隔離裝置；充電電子發(fā)射器；被用來接收充電電子發(fā)射器發(fā)射的電子的陽極，其中陽極被設(shè)計成在工作電壓上工作，工作電壓相對充電電子發(fā)射器大于大約1000伏，由充電電子發(fā)射器發(fā)射以便被陽極接收的電子的一部分可以導(dǎo)致隔離裝置表面的靜電充電，從而產(chǎn)生充電的隔離裝置表面；和放電電子發(fā)射器，被用來使充電的隔離裝置表面放電，同時陽極電壓等于工作電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的場致發(fā)射顯示器，其中放電電子發(fā)射器包括碳。
8.如權(quán)利要求6所述的場致發(fā)射顯示器，其中放電電子發(fā)射器被配置在隔離裝置和充電電子發(fā)射器中間。
9.如權(quán)利要求6所述的場致發(fā)射顯示器，其中隔離裝置限定第二表面，并且放電電子發(fā)射器包括與隔離裝置限定的第二表面鄰接的層。
10.如權(quán)利要求6所述的場致發(fā)射顯示器，還包括與放電電子發(fā)射器隔離開并且被用來導(dǎo)致從放電電子發(fā)射器提取隔離裝置放電電子的放電發(fā)射器柵極；其中放電電子發(fā)射器被設(shè)計成連接到電壓源；并且放電電子發(fā)射器、放電發(fā)射器柵極和陽極限定用于從放電電子發(fā)射器提取隔離裝置放電電子的三極管結(jié)構(gòu)。
全文摘要
場致發(fā)射顯示器(100、200、300、400)包含限定表面(105)的隔離裝置(106)；充電電子發(fā)射器(116)；被用來接收充電電子發(fā)射器(116)發(fā)射的電子(130)的陽極(125)，其中陽極(125)被設(shè)計成在工作電壓上工作，工作電壓相對充電電子發(fā)射器(116)大于大約1000伏，由充電電子發(fā)射器(116)發(fā)射以便被陽極(125)接收的電子(130)的一部分(125)導(dǎo)致隔離裝置(106)的表面(105)的靜電充電；放電電子發(fā)射器(109、209、409)被用來使充電隔離裝置表面(105)放電，同時陽極(125)上的電壓等于工作電壓。放電電子發(fā)射器(109、209、409)被配置在隔離裝置(106)和充電電子發(fā)射器(116)中間，并且最好由碳納米管制成。
文檔編號H01J29/02GK1531738SQ01812615
公開日2004年9月22日 申請日期2001年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月12日
發(fā)明者謝成剛, 魏儀 申請人:摩托羅拉公司