场致发射显示器的制作方法

专利名称：场致发射显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及场致发射阴极型的平板显示器，具体地说，涉及由附加于基板上的附加腔形成的附加空间结构和最后形成的真空封装结构。
阴极射线管(CRT)被广泛地用于电视机、计算机以及其它目视信息的显视监视器。这种广泛地应用是由于可由阴极射线管得到优质的色彩、亮度、对比度和分辨率。然而，普通阴极射线管的缺点在于它们在实际显示屏后面要有较大的空间，使得它们又大又笨。
平板显示器在很多的结构中引起足够的兴趣，所说的这些结构中，与普通阴极射线管(CRT)有关的体积为其主要缺点，比如便携式计算机和手持电视机，以及顶装显示器。平板显示器的优点取决于大大改进了的阴极发光荧光体引入CRT，在通过采用制做集成电路的工艺而制做大型部件时，提供一种特别薄的、简单的和分辨率高的显示器。
场致发射显示器(FED)-一种平板显示器的概念出现于二十世纪六十年代后期。当把一个不同于像在阴极射线管中籍助热激发电子的电场接通时，依照量子力学隧道效应原理，从各个阴极发射电子。场致发射显示器(FED)包括按矩阵形式排址的多个阴极电极，控制发射电流的栅极，面对阴极一面敷以阴极发光荧光体的阳极电极和始终保持阴极与阳极间间隔的空间。场致发射显示器(FED)总是有几点优于其它显示器之处的。首先，可以按同样的结构制成阴极电极和栅电极，其结构是简单的。其次，考虑到它采用冷阴极这一事实，其电能消耗要低于其它显示器。最后，由于它是自发射的，所以能满足随后制造平板显示器须具有较高亮度和对比度的条件。
重要的是，整个显示面区域要保持电子发射面与相对的显示面互相绝缘。要使阴极对阳极的间隙小到能够降低使场致发射显示器(FED)工作所需的电压，而且其间隔必需是均匀的为了均匀的分辨率、亮度，以避免显示失真等。此外，为使所发射的电子自由地飞过围绕着场致发射显示器(FED)的容积并打到图象面板上，以防止电击穿和保持不受电离气体分子在阴极附近高势能下的任何冲击，必须在场致发射显示器(FED)中保持高真空，通常要低于1×10-5乇。但是，由于普通真空密封技术在封装像场致发射显示器(FED)这样低的真空时受到限制，必须找到一些克服现有技术这些缺点的新方法。
真空装配工艺可分为三组间隔制作工艺，密封和排气工艺，以及吸气剂激活工艺。一些有关间隔物(Spacer)制作工艺和吸气剂激活工艺的专利已公开出版。日本公开专利申请JP5-121015(申请人Sony公司)、JP-5-151916(申请人Futaba公司)以及JP5-182608(申请人Sharp公司)展示了利用各种结构的吸气剂保持高真空的方法。已出版的关于新型显示器的美国专利US 4923421和关于M.D.T的US 5232549展示了制作间隔的方法。美国专利US 5117304叙述了对场致发射显示器(FED)的密封方法。
为了消除普通真空装配方法所固有的问题，提出了本发明。由于场致发射显示器(FED)阴极对阳极的间隔是如此之小(在几百微米以下)，所以难于以极高的真空度下抽空其容积的情况下密封一个场致发射显示器(FED)，并且由于从场致发射显示器(FED)主体放气而在密封之后难于保持高真空。本发明引入场致发射显示器(FED)的新结构，它有附加空间，这增大了抽空系统的传导性，并随之有助于有效地抽空场致发射显示器(FED)的内腔。气体分子能够很容易地通过主空间基板上的多个孔进入到该附加空间去，而且这些气体分子可以通过附加腔基板处的排气管被抽出。在这种结构中，这个附加空间使得场致发射显示器(FED)中包括各种真空吸气剂并且对场致发射显示器(FED)的很长寿命期间保持高真空成为易事。
通过对照附图，阅读以下非限定性实施例，将更好地理解本发明，其中

图1是现有技术场致发射显示器(FED)的截面图；图2是本发明第一实施例的场致发射显示器(FED)的截面图；图3是本发明第二实施例的场致发射显示器(FED)的截面图；图4A是本发明第三实施例的场致发射显示器(FED)的截面图；图4B是本发明第三实施例的场致发射显示器(FED)的俯视图；对照图1，描述的是按照现有技术的场致发射显示器(FED)。它有一基板11和一个与基板11相对的面板21。多个呈条状的阴极电极13形成于基板11上。多个呈条状的阳极电极23形成于面板21上，它们相对于各阴极电极13以横向方式放置。
各阳极电极23对于观察者为倒置的方向形成于面板21上，并由氧化铟锡(ITO)制成，这是一种透明的导电材料。荧光材料层25沉积于阳极电极23上。由基板11上的发射极15发射的电子与所述荧光材料层25撞击，结果就能发射光。
基板11被置于后面远离观察者，它由半导体或者玻璃制成。形成于基板11上的各阴极电极13由高掺杂的半导体或者导电金属制成。发射极15安置在阴极电极13上，由诸如硅、钼(Mo)等金属制成。发射极15的形状一般为圆锥形，并由这些发射极15发射电子。
各发射极由绝缘材料17相互隔开，并有多个栅极19沉积于绝缘材料17上。栅极19控制发射极15的发射电流。还有，在基板11的预定位置处具有排气开口29，此处就不再沉积阴极电极13了。将一排气管31插入排气开口29中。通过该排气开口29抽出存在于主空间26中的气体。在达到适当的低压时，封闭抽气管。
借助多个间隔撑档(Spacer)27使面板以大约100至200μm的预定间距面对于基板11按照如下方式被面对面地安装，即使得荧光材料层25和发射极15被彼此相对放置，并形成主空间26。在涂敷的面板21和基板11用玻璃料封印在两个端侧后，通过加热该组件封住主空间26。一种在面板21和基板11之间形成主空间26的方法如下第一步是通过使用间隔撑档27的方法使面板21以均匀的间隔与基板11分隔开，并密封面板21对与之间隔开的基板11间的两个边侧面。第二步是将在基板11上所形成的第一排气口29接到真空泵(未示出)，这之后抽出留在主空间26中的气体，使之处于高真空状态。第三步是切断经加热并延伸的排气管31，以便将主空间26与真空泵(未示出)分开，同时主空间26被保持在真空状态。
面板21和基板11之间的间隔撑档27在面板21和基板11两侧面的每一个处成壁状，而在面板21和基板11的两侧面中间成圆柱形。间隔撑档27由诸如玻璃或者聚酰亚胺等绝缘材料制成。
间隔撑档27应具有足够的强度，以便经得住由于外部大气压与被抽空的腔内压强间存在较高的压强差所引起的负荷，并且，为了保持图象分辨率和亮度，也应在显示板中造成这种间隔。
再有，使阴极电极13和阳极电极23延伸，与设在主空间26外边的外部电路(未示出)连在一起。
在如图1所详细描述的一个场致发射显示器(FED)实施例中，如果阴极电极13和阳极电极23通过一个外电路分别被加以负电压和正电压，则各相对的电极之间就建立一个电场。从每个被形成电场的每个发射极15发射电子。
为了使发射极15更易于发射电子，对基板11上的栅极19加正电压。从发射极15发射的电子受到阳极电极23的加速，与荧光材料层25撞击。然后，该荧光材料层25发光，形成图象。
上面详细描述的被称为三极管型的场致发射显示器(FED)结构具有由硅或者金属制成的圆锥形发射极和栅极。另一种可供选择的方式为薄膜二极管型场致发射显示器(FED)也是合用的，其中的发射极由金刚石薄膜制成，并且不需要分离的栅极。不过在现有技术的场致发射显示器(FED)中，由于面板与基板间的较短间距，使气态分子的运动受到限制。于是，随着腔体的各板间的间隔减小，为达到同样的低压，就需要更多的抽气时间。再有，也难于包含真空吸气剂，它被用于在抽空过程中密封之前避免各板之间产生压强。
现在对照图2，描述本发明一种具体实施例的场致发射显示器(FED)。如图2所示，本发明第一种具体实施例的场致发射显示器(FED)包括由面板21、与面板21相对的基板11及它们之间的间隔撑档27组成的主空间26，还包括由基板11和与基板11相对的附加腔203及它们之间的附加间隔撑档208组成的附加空间206。
面板21由透明玻璃制成并被置于观察者的前面。阳极电极23按对于观察者为相反的方向形成于面板21上，并由氧化铟锡(IRO)制成，这是一种透明的导电材料。在沉积有阳极电极的玻璃表面上涂敷有荧光材料层，利用电子在荧光物质上的轰击，由此发光。
基板11位于远离观察者的背面，并由半导体或者玻璃等制成。形成于基板11上的阴极电极13由导电金属制成。由钼(Mo)或钨(W)等制成的圆锥形发射极15被制作于阴极电极13的表面上，并被用于在所加电场下发射电子。各发射极由绝缘材料互相分隔开。多个栅极19沉积于电介质材料17上，它们的作用是易于从发射极15发射电子。多个第一排气口202形成于基板11上的预定部位处，此处不再沉积阴极电极13，它们的作用在于使气体分子更易于从主空间26流到附加空间206去。
借助间隔撑档27使面板21以大约100至200μm的预定间距面对于基板11按照如下方式被面对面地安装，使得荧光材料层25和阴极电极13被彼此相对放置，并由此形成主空间26。存在于主空间26中的气体可通过第一排气开口202流入附加空间206中。
间隔撑档27形成于面板21和基板11之间。该间隔撑档27在面板21和基板11两侧面的每一个为壁状形状，而在面板21和基板11的两侧面中间成圆柱形。间隔撑档27由诸如玻璃或者聚酰亚胺等介质材料制成，其作用如所述。再有，使阴极电极13和阳极电极23延伸，与设在主空间26外边的电路(未示出)连接。
为使场致发射显示器(FED)成平板形并提高场致发射显示器(FED)的真空度，在面对基板11另一面的位置形成由玻璃制作的附加腔203。该附加腔具有间隔最好为1mm至200mm的厚度。
玻璃制成的附加间隔撑档208形成于基板11和附加腔203之间。该附加间隔撑档208在基板11和附加腔203两侧面的每一个为壁状形状，而在基板11和附加腔203的两侧面中间成圆柱形。附加间隔撑档208应达到间隔撑档27的条件，其作用已有描述。不过，由于此间隔撑档并不为观察者所见，所以，有关尺寸和特定面积的限制就不那么严格。
在附加空间206的一个侧壁上形成第二排气开口204，将排气管205插入第二排气开口204中，待达到高真空后，将此排气管密封。
由于本发明中场致发射显示器(FED)的总容积足够大，因而可在附加空间206的预定部位含有真空吸气剂207，用来消除在封住排气管205之后仍然留在主空间26和附加空间206中的气体。有两类真空吸气剂可被采用由钛(Ti)或钡(Ba)制成的蒸发性真空吸气剂，或者由诸如锆-铝(Zt-Al)合金或锆-钒-铁(Zr-V-Fe)合金等构成的非蒸发性真空吸气剂。
主空间26和附加空间206由面板21、基板11及附加腔203连接而成，并由第一密封201密封。存在于主空间26中的剩余气体通过第一排气开口202流入附加空间206，并通过第二排气开口204被抽出。就数目而言，第一排气开口202形成几个，其作用在于增加该抽气结构的导气性能，提高主空间26和附加空间206的真空度。当主空间26和附加空间206维持于一个真空状态时，为使附加空间206与真空泵(未示出)分离，切断通过受到加热、扭转和拉伸的排气管205。密封过程中放出的气体由真空吸气剂207以后消除。
现在对照图3，描述本发明另一种具体实施例的场致发射显示器(FED)。在图3所描述的场致发射显示器(FED)中，衬板308附于图1描述的现有技术场致发射显示器(FED)的基板11的背面。基板11由硅晶片制成。衬板308的尺寸类似于基板11。衬板308增强了基板11的机械强度，从而阻止基板11因外界压力等而致损坏。再有，就数目而言，第一排气开口302形成几个，以提高主空间26的真空度。
在衬板308的下部以特定形状，如“U”形，形成一附加腔303，并且由玻璃等介质材料制成。衬板308的作用在于使场致发射显示器(FED)成平板形和提高场致发射显示器(FED)的真空度。附加空间306形成大约1mm到200mm间隔的厚度。另外，附加腔303的上部与互相对面设置的衬板308的另一面形成附加空间306。面板21与基板11之间形成的主空间26以及衬板308与附加腔303之间形成的附加空间306均被涂敷以玻璃等组成的密封材料301，为的是提高它们的真空度。附加空间306的一个侧壁上形成第二排气开口304。将排气管305插入此第二排气开口304中。在通过此第二排气开口304抽出存留的气体之后，封闭排气管305。
在附加空间306的预定位置处安置有真空吸气剂307，其作用是减少密封排气管305封闭过程中放出的气体以及从构成场致发射显示器(FED)材料放出的气体的量。有两类真空吸气剂可被采用由钛(Ti)或钡(Ba)制成的蒸发性真空吸气剂，或者由诸如锆-铝(Zr-Al)合金或锆-钒-铁(Zr-V-Fe)合金等制成的非蒸发性真空吸气剂。
主空间26和附加空间306由面板21、基板11、衬板308及附加腔303连接而成，并由密封材料301密封。存在于主空间26中的剩余气体通过第一排气开口302流入附加空间306。启动与排气管相连的真空泵(未示出)，将流入附加空间306的气体抽出，使附加空间306变成真空状态。基板11的机械强度因衬板308而得到加强。由于多个第一排气开口302使气流的通导性增强，从而也使主空间26的真空度得以提高。当主空间26和附加空间306被保持抽到一个高真空状态时，为使附加空间306与真空泵(未示出)分离，切断通过受到加热和拉伸的排气管305。密封过程中放出并随后流入附加空间306的气体被附加空间306中所含的真空吸气剂207消除。图3所示的场致发射显示器(FED)被称为三极管型场致发射显示器(FED)，这是因为这类场致发射显示器(FED)有阴极、阳极和栅极。
现在对照图4A，描述本发明再一种具体实施例的场致发射显示器(FED)。图4A中所表示的场致发射显示器(FED)是一种无需带有栅极的金刚石薄膜场致发射显示器(FED)。带槽的附加腔401按向后的方向附加在基板411上。基板11上具有多个第一排气开口408和一个或多个内开口408A，后者的作用是容许气体在主空间426和附加空间416之间更有效地自由流动。附加腔410中形成的槽深比主空间426中形成的间隔撑档406的长度大得多。为了在通过管子409实施抽空时增加这种结构的强度，有如图4A所示，在附加腔410的中央部位制成一个或多个支撑406A。存在于主空间426的中心部分的气体很容易通过相对于基板411沿垂直方向制成的多个第一排气开口408和多个内开口408A移至附加空间416。结果，可以很容易地达到主空间426和附加空间416之间真空度的平衡状态。于是，要造成同样大小的显示，按照本发明上面描述的方法的真空封装过程比起现有技术方法，排放真空所需的时间可以减少。
图4B详细表示出制造本发明场致发射显示器(FED)的过程。参照图4B，在阴极电极404上形成发射电子的金刚石薄膜发射极403。首先在基板411的预定位置处制成多个排气开口408和多个内开口408A。如图4B所示，在基板411各边缘附近制成的第一排气出口408，其直径明显地比较大，而形成于发射极403之间的各内开口408A则具有小于几百微米的较小直径。制作本发明薄膜型场致发射显示器(FED)的第一步是利用间隔撑档406装配面板400、基板411和具有槽的附加腔410，以在阳极电极401和阴极电极404之间制成主空间426。然后将真空吸气剂405放在附加空间416的上部，以便提高场致发射显示器(FED)内部空间的真空度。最后一步是加热调整用密封材料装定的组件，并于加热之后通过与附加腔410连在一起的排气管409抽空腔体，这之后，在真空状态下封闭排气管409。
在本发明场致发射显示器(FED)抽真空的过程中，分子流范围的气流传导性是极为关键的因素。换句话说，为使本发明的抽真空具有如同几个管子并联连接的抽空同样的效果，作为拟在基板411上制作的第一排气开口408和内开口408A的尺寸或数目对于传导性的提高是非常重要的。因此，本发明场致发射显示器(FED)的总传导性等效于几个管子串联的传导性相加。随着第一排气开口408和内开口408A的尺寸或数目增加，本发明场致发射显示器(FED)的传导性得到加强。通过设计第一排气开口408和内开口408A的位置、尺寸和数目，使之具有一个为保持机械强度所适宜的最大值，则可明显地减少排气的时间。
与现有技术的场致发射显示器(FED)相比，本发明场致发射显示器(FED)具有譬如大大缩短的抽气时间和加强机械强度等优点。此外，本发明所实现的另一优点是，由于与现有技术场致发射显示器(FED)拟被封闭成真空态的空间容积相比，因本发明场致发射显示器(FED)容积的明显增大而降低了显示装置工作过程中放出气体所致真空度下降的速度，因而可使本发明场致发射显示器(FED)的寿命延长。
虽然如这里所公开和详细表述的这些特定的场致发射显示器(FED)能够充分地达到上面所确定的目的和优点，但应理解，上述的只不过是本发明目前的优选实施例的说明，除了所附各权利要求叙述外，对这里所示的结构或设计或方法的细节并无限制。
权利要求
1.一种场致发射显示板，它包括一个面板，所述面板的一侧上依次形成多个阳极电极和荧光材料层；一个面对着所述面板设置的基板，其上形成多个阴极电极和发射极；在所述面板和基板之间形成的多个间隔撑档，并以此在所述面板和基板之间形成一个主空间；在所述基板的预定部位处形成的多个第一排气开口，此处不再形成阴极电极；一个被安排与所述基板相连的附加腔，用来形成附加空间，此附加空间通过所述第一排气开口与所述主空间立体地连在一起；在所述附加空间的一个侧壁上形成一个第二排气开口。
2.一种如权利要求1所述的场致发射显示板，其中，在所述基板和附加腔之间形成的多个为增强所述显示板强度的附加间隔撑档。
3.一种如权利要求1所述的场致发射显示板，其中，在所述附加空间中包含的真空吸气剂。
4.一种如权利要求1所述的场致发射显示板，其中，所述附加腔由玻璃制成。
5.一种如权利要求1所述的场致发射显示板，其中，在基板各边缘附近形成的所述第一排气开口具有较大的直径，而在各发射极之间形成的一个或多个开口，其直径小于所述第一开口。
6.一种如权利要求5所述的场致发射显示板，其中，所述较大直径的范围是约从1mm到50mm，而所述较小直径的范围是小于约500μm。
7.一种如权利要求1所述的场致发射显示板，其中，所述附加空间的竖直间隔大于所述主空间的竖直间隔。
8.一种如权利要求7所述的场致发射显示板，其中，所述附加空间竖直间隔的范围为1到200mm。
9.一种如权利要求3所述的场致发射显示板，其中，所述真空吸气剂由蒸发性材料制成。
10.一种如权利要求9所述的场致发射显示板，其中，所述真空吸气剂由钼(Mo)、铌(Nb)、钽(Ta)、铝(Al)、或钛(Ti)，或者它们的合金制成。
11.一种如权利要求3所述的场致发射显示板，其中，所述真空吸气剂由不蒸发性材料制成。
12.一种如权利要求11所述的场致发射显示板，其中，所述真空吸气剂由钛(Ti)、锆-铝(Zr-Al)合金或者锆-钒-铁(Zr-V-Fe)合金制成。
13.一种场致发射显示板，它包括一个面板，所述面板的一侧上依次形成多个阳极电极和荧光材料层；一个面对着所述面板设置的基板，其上形成有多个阴极电极和发射极；在所述面板和基板之间形成的多个间隔撑档，并以此在所述面板和基板之间形成一个主空间；在所述基板的下部形成的衬板；在所述基板的预定部位处形成的多个第一排气开口，此处不再形成阴极电极；一个被安排与所述基板相连的附加腔，用来形成附加空间，此附加空间通过所述第一排气开口与所述主空间立体地连在一起；在所述附加空间的一个侧壁上形成的一个第二排气开口。
14.一种如权利要求13所述的场致发射显示板，其中，在所述基板和附加腔之间形成多个增强所述显示板强度的附加间隔撑档。
15.一种如权利要求13所述的场致发射显示板，其中，在所述附加空间中形成的真空吸气剂。
16.一种如权利要求13所述的场致发射显示板，其中，所述附加腔由硅晶片制成。
17.一种如权利要求13所述的场致发射显示板，其中，所述附加腔及衬板均由玻璃制成。
18.一种如权利要求13所述的场致发射显示板，其中，在基板各边缘附近制成的所述第一排气开口具有较大的直径，而在各发射极之间形成的一个或多个开口，其直径小于所述第一开口。
19.一种如权利要求18所述的场致发射显示板，其中，所述较大直径的范围是约从1mm到50mm，而所述较小直径的范围是小于约500μm。
20.一种如权利要求13所述的场致发射显示板，其中，所述附加空间的竖直间隔大于所述主空间的竖直间隔。
21.一种如权利要求20所述的场致发射显示板，其中，所述附加空间竖直间隔的范围为1mm到200mm。
22.一种如权利要求15所述的场致发射显示板，其中，所述真空吸气剂由蒸发性材料制成。
23.一种如权利要求22所述的场致发射显示板，其中，所述真空吸气剂由钼(Mo)、铌(Nb)、钽(Ta)、铝(Al)或钛(Ti)，或者它们的合金制成。
24.一种如权利要求15所述的场致发射显示板，其中，所述真空吸气剂由不蒸发性材料制成。
25.一种如权利要求24所述的场致发射显示板，其中，所述真空吸气剂由钛(Ti)、锆-铝(Zr-Al)合金或者锆-钒-铁(Zr-V-Fe)合金制成。
全文摘要
本发明描述基于平板显示器的场致发射阴极新结构。它包括一个主空间一个所附的附加空间，后者的容积比主空间的大。在这种结构中，能够比较容易地实现场致发射显示器(FED)容积的抽空。在附加腔内还可包含真空吸气剂，以消除在密封处理之后的压力增加以及可在该场致发射显示器(FED)的整个寿命期内保持高真空。
文档编号H01J29/04GK1136215SQ96101460
公开日1996年11月20日 申请日期1996年2月28日 优先权日1995年2月28日
发明者郑唬洙, 赵永来, 吴在烈, 文齐道 申请人:社团法人高等技术研究院研究组合