CN1130840A - 场致发射微尖的簇形布局 - Google Patents

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Abstract

场致发射平板形显示器件的发射体板包括电阻材料层及导电材料的网格状结构。导电板也在由导体网格限定的间隔中的电阻涂层上形成。形如圆锥的微尖发射体在导电板的上表面形成。利用此结构，因为所有微尖发射体都与导电板在电气上接触使它们都处于等电势。本发明也揭示了包含其上形成多个微尖发射体或由一薄层电阻性材料隔开的导电板的发射体簇的布局。

Description

场致发射微尖的簇形布局
本申请是1994年11月18日提交的名为“镇流层上场致发射微尖簇形布局”的编号为08/341,829的美国专利申请部分继续申请。此申请包括了与同日提交的名为“邻近条状导体的簇形场致发射微尖”的编号为08/＿＿，＿＿，的美国专利密切相关的主题，后者是1994年11月18日提交的编号为08/341,740的专利申请的部分继续申请。
本发明一般涉及平板形显示器尤其涉及电子发射微尖(mi-crotip)结构的布局，其中一簇微尖形成于导电板上或与导电板相隔很近，而导电板与导电网格结构在横向由电阻性媒质分隔开。
便携式计算机的出现更迫切需要重量轻、袖珍式及电源效率高的显示器。因为用于这些起显示器作用的器件的空间不可能用于通常的阴极射线管(CRT)，所以特别有兴趣试图提供令人满意的及具有亮度、分辨率、显示通用性及功耗等可相比或更优越的显示特性的平板形显示器。然而当生产在某些应用上有用的显示器时，这些尝试都不能提供可与常用的CRT相比的显示器。
目前，液晶显示器几乎广泛使用于折叠和笔记本式计算机。与CRT相比，这些显示器的对比度较差，只有一有限范围的视角，并且在彩色型中它们以与扩展的电池工作不相容的速率消耗功率。此外，彩色屏幕比同等尺寸的CRT屏幕贵得多。
液晶显示器技术的缺陷引起的结果是，在工业上更加关注于薄膜形场致发射显示器技术。运用此技术的平板形显示器使用了一列矩阵可寻址的尖顶薄膜形冷场致发射阴极和一含有荧光屏的阳极。
场致发射现象在1950年左右被发现，并且由如SRI Interna-tional的查尔斯A.斯宾兹等许多个人的进一步研究把此技术提高到此程度即它有希望用于廉价、低功耗、高分辨率、高对比度及全彩色平板形显示器的制造中。
场致发射显示器技术的优点在C.A.斯宾兹等人于1973年8月28日提交的编号为3,755,704，名为“场致发射阴极结构和使用此结构的器件”的美国专利；迈克尔·博雷尔等人于1989年8月15日提交的编号为4,857,161，名为“对于由场致发射激励的阴极发光显示装置的生产工艺”的美国专利；迈克尔·博雷尔等人于1990年7月10日提交的编号为5,194,780的，名为“具有微尖发射阴极的电子源以及由使用所述光源的场致发射激励的阴极致发光显示装置”的美国专利；罗伯特·迈耶于1993年3月16日提出的编号为5,194,780，名为“具有微尖发射阴极的电源”的美国专利；以及杰恩-弗雷德里克·克拉克于1993年7月6日提出的编号为5,225,820，名为“微尖三原色荧光屏”的美国专利中被揭示。本申请将通过引用结合这些专利。
本发明涉及使用电阻层以提供一个防止电子发射体输出过剩电流的镇流器。在已有技术中，提供这种镇流有两个途径。在博雷尔等人(′916)的专利中揭示了竖向电阻的途径且这里相应于图1进行讨论；在迈耶(′780)的专利中揭示了横向电阻的途径且这里相应于图2A和2B进行讨论。
先参考图1，在此剖面图中示出可能是博雷尔等人(′916)的专利中揭示的那种类型示意的已有技术场致发射平板形显示器件的一部分。在此实施例中，场致发射器件包括一具有面对发射板的阴极致发光荧光涂层的阳极板，此荧光涂层可从相对于其激励侧看到。
更具体地说，图1的示意的已有技术竖向电阻场致发射器件包括阴极致发光阳极板10和电子发射体(或阴极)板12。发射体板12的阴极部分包括在绝缘衬底18上形成的导电层15、在导电层15上形成的电阻层16，以及在电阻层16上形成的许多导电的微尖14。
栅极包括一层淀积在覆盖了电阻层16的绝缘层20上的导电层。微尖发射体14呈锥形并在穿过导电层22和绝缘层20的孔34中形成。如此选择栅极层22和绝缘层20的厚度，使每个微尖14的顶点基本上与导电栅极层22处于同一水平上。导电层22组成横贯发射体板12表面的导电带的行，而导电层15组成横贯发射体板12的表面的导电带列，导电层22的行与导电层15的列正交，从而能对相应于一个像素的行和列交点处的微尖14进行矩阵寻址选择。
阴极板10包括淀积在透明平面支持体26上的导电膜28，而透明平面支持体26面向栅极22并与其平行地放置，导电膜28淀积在直接面向栅极22的支持体26的表面。导电膜28可具有横贯支持体26的表面的连续涂层的形状；或者，它可具有如克拉克的美国专利号5,225,820的专利中提出的包含三组横贯支持体26表面的相互电绝缘的平行导电带的形状。阳极板10也包括阴极致发光荧光涂层24，24淀积在导电膜28上从而直接面向并非常靠近栅极22。在克拉克的专利中，每一组导电带都覆盖有荧光涂层，此荧光涂层分别发出三原色红、蓝和绿中的一种光。
通过电源30把一相对于栅极22为负的电势加到用作阴极的导电层15上，对上述结构中的一个或更多个微尖发射体14供电，从而形成一吸引从微尖14的顶点来的电子的电场。自由电子向阳极板10的方向加速，阳极板10通过接在栅极22和用作阳极的导电膜28之间的电源32施加实质上更大的正电压而被正向偏置。被吸引到阳极导电层28的电子的能量传到荧光涂层24，引起它发光。电子电荷从荧光涂层24传到导电膜28，完成了到电源32的电路。
电阻层用来提供对每个微尖发射体过量电流的镇流因而使电子发射均匀性较好。采用场致发射装置即是激发显示器屏幕上的像素，电阻层可以消除过分亮的点。电阻层还可以通过限制电流来减少微尖的击穿危险，从而防止行与列之间短路。最后，电阻层允许几个微尖发射体与栅板导体之间的短路；短路时非常有限的峰值电流(几个微安)不会影响其它阴极导体的工作。
博雷尔等人(′916)建议用电阻率大约介于102—166欧姆·厘米的材料作电阻层。特别是从包括氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化铁(Fe2O3)、氧化锌(ZnO)并掺杂硅元素的一组材料中选用作电阻层的材料。
遗憾的是，博雷尔等人(′916)所描述的那种器件并不能圆满地解决因微尖与栅极电极之间短路而产生的问题。当有一个微粒引起微尖与栅极导体短路时，施加在栅极与阴极导体之间的所有电压(大约70—100伏)都转到了电阻覆盖层两端。为了能允许这种少量的短路(这在包含几百万个微尖发射体的显示器面板中实际上是不可避免的)，电阻覆盖层必须能耐受大约100伏的电压，这要求其厚度大于2微米。否则，就会因受热而导致击穿，并在栅极导体与阴极导体之间出现完全短路，从而使电子发射源无法使用。但是，薄至2微米的电阻覆盖层必定会出现导致阴极导体与微尖发射件之间电阻层击穿的“针孔”或其它缺陷。
图2A和图2B分别是作为改进的已有技术的场致发射器件横向电阻阴极结构(它可能是在迈耶(Meyer)(′780)专利中揭示的那种)的截面和平面图。在此参考资料中揭示的微尖发射阴极电子源包括做成网状结构的阴极和/或栅极导体，微尖发射体在网格状间隙内以矩阵排列方式形成于电阻层上。
具体而言，图2A和2B所示的场致发射结构40包括在玻璃衬底46的二氧化硅绝缘薄层44上形成网格状结构的阴极导体42。形成于导体42和绝缘层44上的电阻层48支持多个导电微尖发射体50。包含一层导电材料52的栅极电极淀积在将电阻层48覆盖住的绝缘层54上。微尖发射件50在电阻层48的穿过导电层52和绝缘层54的孔56内呈圆锥形。导电层安排为横贯场致发射结构40表面的导电带的行，而包括阴极导体42的网格状结构安排为横贯场致发射结构40表面的导电带的列，从而使在行与列交点处微尖50的矩阵寻址选择对应于一个像素。
这种安排不需要加厚电阻层就可以提高场效应微尖发射器件的击穿电阻。所揭示的阴极导体(和/或栅极导体)的网格状结构能够使迈耶专利中的阴极导体和电阻覆盖层基本上位于同一平面内。在该结构中，击穿电阻不再受电阻层厚度内缺陷的影响；而是从横向将阴极导体与微尖隔开的电阻覆盖层作为控制过量电流的一个镇流器。因而足以保证在阴极导体与微尖之间保持一个防止击穿的距离，与此同时仍然使电阻覆盖层担负起均匀电子发射的作用。
在上面的已有技术的器件中，每个微尖都位于电阻层的顶部。在博雷尔等人(′916)的专利中，电阻层的厚度或垂直尺寸决定了对过量电流的镇流；在迈耶的专利中，沿电阻层的横向间隔决定了镇流作用。镇流采用电阻性压降的形式从而使流经电流最多的那些微尖的电阻性降压最大，由此以这样的方式减少每个尖端上的电流。这两个专利中镇流装置的等效电路都是将每个尖端与单独的缓冲电阻器串联以限制场致发射电流。
但是，凭直觉就可以从图2B中看到，微尖50和阴极网格状结构42之间的镇流电阻随着阵列内各自的微尖50的位置而变化。在包括4×4阵列的说明性安排中，阵列顶角处的微尖50c的镇流电阻就比位于阵列侧边的微尖50s的小，而50s的镇流电阻又要比阵列内部的微尖50I的小。随着阵列尺寸增加到5×5或6×6阵列，微尖之间镇流电阻差异就会更加明显，据信，一个或多个内部微尖处的电势将不足以激发电子发射。因此，要求提供一种使所有的微尖电势大致相等的布局。
但是这样的布局必须在***的物理和电气要求的约束下作出。首先，为了防止失效的微尖发射体利用过量电流，必须在导电阴极网格与每个微尖之间保持相当大的距离，即在网格与每个尖端之间保持阻值较高的电阻路径。其次，要进行优化设计，使导电网格与各微尖之间的间距相等从而使每个尖端的发射和降低的性能相同。
与要保持各微尖到导电网格等间距要求相矛盾的是要在小面积区域内尽可能多地放入微尖从而减少每个微尖的发射电流。采用大的簇形微尖可以最好地做到这一点，极端的例子就是一个完整的微尖阵列就是一个最终的显示像素的尺寸，遣憾的是，簇越大，由于到导电阴极网格的电阻路径差异，尖端发射之间的差异就越大。
由上可见，有必要改进用于场致发射平板显示器件的发射体结构，在改善每个微尖电子发射均匀性的同时对微尖发射体每个阵列中的过量电流进行镇流，另外还要保证发射体结构中较高的微尖密度。
依据本发明的原理，这里揭示了一种电子发射装置，它包括限定网格状间隔的导电网格状结构，以及在横向与网状结构隔开并占据网格状间隔中心区域的导电极。此装置还包括与网格状结构和导电板电接触的电阻层，以及多个位于中心区域的微尖发射体。
依据本发明还揭示了一种电子发射装置，它包括一绝缘衬底、在此衬底上形成的网格状结构的导体(此网格状结构限定了网格状间隔)，以及占据网格状间隔内区域的绝缘衬底上的导电板。此装置也包括覆盖了网格状结构和导电层的衬底上的一层电阻性材料。本装置还包括电阻层上的电绝缘层，以及绝缘层上的导电层，此导电层具有多个在其中形成并贯穿绝缘层的孔。最后，此装置包括导电层上的微尖发射体，每个发射体在导电层中相应的孔中形成。
再依据本发明，揭示了一种制造电子发射装置的方法，此方法包括下列步骤：提供一绝缘衬底；在衬底上淀积第一层导电物质并从而形成网格状结构和导电板，导电板在由网格状结构限定的网格状间隔中形成；在覆盖了网格状结构和导电板的衬底上形成一电阻性材料层；在电阻层上形成一电绝缘层；在绝缘层上形成第二导电层；在导电板上方的第二导电层中形成孔，此孔穿透绝缘层；以及在电阻层上形成微尖发射体，每个发射体在第二导电层的一个相应的孔中形成。
结合附图阅读以下的详细描述可全面理解本发明的上述特征，其中：
图1是依据早先讨论的已有技术的场致发射器件一部分的剖面图；
图2A和2B分别是早先讨论的改进的已有技术场致发射器件一部分的剖面图和俯视图；
图3示出的是依据本发明的一个导电网格中发射体簇的场致发射装置一部分的剖面图；
图4示出的是依据本发明第二个实施例的一个导电网格中发射体簇的场致发射装置一部分的剖面图；
图5示出的是依据本发明的第三个实施例的一个导电网格中发射体簇的场致发射装置一部分的剖面图；
图6是本发明第一种发射体簇布局的俯视图；
图7是本发明第二种发射体簇布局的俯视图；
图8是依据本发明相应于一条导电列线的第一种发射簇的俯视图；
图9是含有本发明的发射体簇和导电列线的像素布局的俯视图；
图10示出的是依据本发明第四个实施例的一个导电网格中一个发射体簇的场致发射装置一部分的剖面图；
图11是依据本发明邻近导电列线的发射体簇第二种布局的剖面图。
参考图3，在此剖面图中示出了依据本发明第一个实施例的一种说明性的场致发射平板形显示器件的发射体板60。具体些说，图3的发射体板60包括其上覆盖有一可选的薄绝缘层64的衬底66。可包括绝缘层64以增强随后的层与衬底66的附着力并限制从衬底66向随后的层的杂质扩散。电阻性材料涂层68覆盖于绝缘层64上，在68上形成导电材料的网格状结构62，它可与迈耶(′780)的专利中所述类型相同，导电网格状结构62的布局限定了包含于其中的间隔。
依据本发明，在由导电网62限定的空间中还在电阻涂层68的上部形成导电板78。绝缘层74覆盖了电阻涂层68、导电网格状结构62和导电板78，以及导电层72覆盖了绝缘层74。以圆锥形状示出的微尖发射体70在导电板78上表面的孔76中形成，该孔76贯穿了导电层72和绝缘层74直到板78。
通过在用作阴极的网格状结构62的导体上加第一电势，以及在用作栅极的导电层72上加上更正的第二电势，来激发微尖70的电子发射。用此结构，通过微尖发射体70与导电板78电气连接使所有的70的电势相等，从而它们的发射特性实际上比由已有技术方法得到的更均匀。
图3提供的图只示出一小部分发射体板60。实际上，微尖发射体70最好形成如图2B示出的典型的阵列结构类型；此外，为选择显示器的各个像素，发射体板60最好排成行列矩阵。通过举例，包含栅极的导电层可排成横贯发射体板60表面的导电带的行，而包含阴极导体的导电网格状结构62可排成横贯发射体板60表面的导电带列，典型地导电层72的行与导电网格状结构62的列正交，从而可对在相应于一个像素的一行和一列相交处的微尖70进行矩阵寻址选择。
通过图示，衬底66可包含玻璃，绝缘层64可包含具有厚度大约50纳米的二氧化硅(SiO2)。电阻层68可包含具有厚度大约0.5到2.0微米的非晶硅(α-Si)，绝缘层74可包含具有厚度大约1.0微米的SiO2。导电网格62可由铝、钼、铬、铌等金属制成，宽度大约为4微米而厚度大约0.2微米。导电板28可包含上述金属导体的任一种，并具有厚度大约为0.2微米。导电层可由铌制成且其厚度大约为0.4微米；导电层72中的孔76的直径典型地可为1.4微米。微尖70典型地可由钼制成并如此形成从而它们的尖顶大致与导电层72的上表面处于同一水平。
依据本发明，一种制造发射体板60的方法可包含以下步骤：提供一绝缘衬底66；在衬底66上淀积一SiO2层64；在层64上形成电阻性材料层68；在电阻层68上淀积一层导电材料且典型地通过光刻和刻蚀工艺形成导电网格状结构62并在由结构62的导体限定的间隔中形成导电板78；在绝缘层74上形成一导电层72；在导电板78上方的导电层72上形成多个孔76，孔76贯穿绝缘层74直到导电板78；在导电板78上形成微尖发射体70，每个发射体形成于导电层72中的一个孔76中。
通过参考下列说明性的过程可更全面理解上述方法。玻璃衬底66上覆有一薄的典型为SiO2的绝缘层64，它可经溅射淀积到50纳米厚。电阻层68通过在SiO2层64上溅射非晶硅(α-Si)加到大约500—2000纳米厚；或者可通过化学气相淀积(CVD)工艺来淀积非晶硅。
典型可包含铝、钼、铬或铌的导电材料层淀积在电阻层68上，其厚度大约为200纳米。在导电层上旋涂一层光致抗蚀剂到大约1000纳米厚。在光敏光致抗蚀剂层上放置一有图案掩模，把想要的光致抗蚀剂区域暴露在光中，从而限定了阴极网格状结构62和导电板78。在说明性的正光致抗蚀剂的情况下，在冲洗步骤中除去曝光区域，这个步骤可能包含在苛性或碱性化学冲洗剂中浸泡此组件的过程。清洗剂除去不想要的曝光的光致抗蚀剂区域。然后典型地通过运用六氟化硫(SF6)的反应离子刻蚀(RIE)工艺除去导电层的曝光区域。在铝导电层的情况下，刻蚀剂可包含氯化硼(BCl3)。通过半导体制造工艺中所知的氧等离子体干氧氧化或用剥蚀溶液除去留下的光致抗蚀剂，在电阻层68上留***极网格状结构62和导电板78。
包含SiO2的电绝缘层74淀积在电阻层68、阴极网格状结构62及导电板78上直至大约1000纳米厚。典型地通过电子束蒸发把典型可包含铝、钼、铬或铌的第二导电材料层72淀积在绝缘层74上，直至厚度大约为400纳米。在此第二导电层72上旋涂大约1000纳米厚的光致抗蚀剂层。在光敏光致抗蚀剂层上放置一有图案的掩模，对光致抗蚀剂想要的区域曝光，从而限定了直接位于导电板78上的孔76的阵列。在说明性的正光致抗蚀剂的情况下，在清洗过程中除去曝光了的光致抗蚀剂区域。典型地通过使用六氟化硫(SF6)的反应离子刻蚀(RIE)工艺除去含有孔76的第二导电层72未覆盖区域。在铝导电层的情况下，刻蚀剂可包含三氯化硼(BCl3)。
然后可把导电层72用作掩膜从而可用CF4等刻蚀剂在绝缘层74中干刻蚀出孔76直到导电板78。然后通过随后的运用稀释(缓冲)的氢氟酸(HF)的湿刻蚀工艺对绝缘层74进行凹蚀。绝缘层74的凹蚀部分用于防止微尖发射体70(阴极)和导电层72(栅极)之间的短路，并且它也有利于在制造平板形显示器的随后工艺步骤中形成更好的微尖。然后通过氧等离子体的干刻蚀工艺或用市售的剥蚀溶液除去留下的光致抗蚀剂。
形成微尖发射体70的工艺可参照博雷尔等人(′161)专利中所述的方法。形成微尖发射体70时首先淀积含有镍等的分隔层，以相对于此结构表面的一掠射角进行真空蒸发，从而保证分隔层材料淀积在绝缘层74开孔的内表面上。紧接着以基本上是正入射的角度在整个结构上淀积一层包含钼等的导电涂层，从而在孔76中形成尖顶形发射体70。然后通过电化学工艺对镍分隔层进行选择性溶解从而暴露出开孔的导电层72并导致电子发射体微尖70的显现。
在随后的段落中，相应于图4和5，对相应图3已述元件相同的元件给出相同的标号。对相应于图3已述的元件在结构上相似并起相同作用的那些元件给出它们对应物的打一撇的标号或打二撇的标号。
现在参考图4，在此剖面图中，示出依据本发明第二个实施例的说明性的场致发射平板形显示器件的发射体板60′。具体些说，图4的发射体板60′包括其上覆盖有可选的薄绝缘层64的衬底66。在绝缘层64上形成导电材料的网格状结构62′，它可类似于迈耶(′780)的专利中所述的那种类型，结构62′的网格的布局限定了包含在其中的间隔。电阻性材料的涂层68覆盖了绝缘层64和导电网格状结构62′。
依据本发明，在由导电体62′的网格确定的空间中的电阻涂层68′上形成导电板78。绝缘层74′覆盖了电阻涂层68′及导电板78，且导电层72覆盖于绝缘层74′上。以尖顶形示出的微尖发射体70在孔76中导电板78的上表面形成，此孔76贯穿导电层72及绝缘层74′直至到板78。
依据本发明，用于制造发射体板60′的方法包括下列步骤：提供一绝缘衬底66；在衬底66上淀积一SiO2层64；在层64上淀积一层导电材料并典型地通过光刻和刻蚀工艺从而形成导电网格状结构62′；在层64和导电网格状结构62′上形成一电阻性材料层68′；在电阻层68′上淀积一层导电材料并典型地，通过光刻和刻蚀工艺，从而在由导体62′限定的间隔中形成导电板78；在电阻层68′和导电板78上形成一电绝缘层74′；在绝缘层74′上形成导电层72；在位于导电板78上方的导电层中形成多个孔76，此孔76贯穿绝缘层74′直到导电板78；在导电板78上形成微尖发射体70，在导电层72的每个孔76中形成一个发射体70。理解了制造发射体结构60的上述工艺后，可容易地确定形成发射体结构60′的层、结构、孔和微尖的说明性的材料和尺寸及说明性的方法的特征。
现在参考图5，在此剖面图中示出了依据本发明第三个实施例的说明性的场致发射平板形显示器件的发射体板60″。具体些说，图5的发射体板包括其上覆盖有可选薄绝缘层64的衬底66。在绝缘层64上形成电导电性材料的网格状结构62″，它与迈耶(′780)的专利中所述的类型相似，结构62″的导电网格的布局限定了包含于其中的间隔。
依据本发明，也在由导体62″的网格限定的区域中的绝缘层64上形成导电板78″，在分隔开网格状结构62″和导电板78″的区域中的绝缘层64上覆盖有一电阻材料涂层68″。绝缘层74″覆盖了电阻涂层68″、导电网状结构62″及导电板78″，而导电层72覆盖了绝缘层74″。以圆锥形状示出的微尖70在孔76中导电板78″的上表面形成，孔76贯穿了导电层72及绝缘层74″直到板78″。
依据本发明，用于制造发射体板60″的方法可包括以下步骤：提供一绝缘衬底66；在衬底66上淀积一SiO2层64；在层64上淀积一层导电材料，典型地通过光刻和刻蚀工艺在结构62″的导体限定的间隔中形成导电网格状结构62″和导电板78″；在分隔开网格状结构62″和导电78″的区域中层64上形成一层电阻性材料68″；在电阻层68″、网格状结构62″和导电板78″上形成电绝缘层74″；在绝缘层74″上形成导电层72；在导电板78″上方的导电层72中形成多个孔76，孔76贯穿绝缘层74″直到导电板78″；在导电板78″上形成微尖发射体70，每个发射体70在导电板72的每个孔76中形成。理解了制造发射体结构60的上述工艺后，可很容易地确定形成发射体结构60″的层、结构、孔和微尖的说明性材料和尺寸，以及说明性方法的特征。
现在参考图10，在此剖面图中示出依据本发明第四个实施例的说明性的场致发射平板形显示器件的发射体板61。特别是，图10的发射体板61包括其中覆盖可选薄绝缘层64的衬底66。在绝缘层64上形成一导电材料的网格状结构63，它可类似于迈耶(′780)的专利中所述的类型，结构63导电网格的布局限定了包含在其中的间隔。
依据本发明，导电板79也在由结构63的网格限定的间隔中的绝缘层64上形成。在绝缘层64、导电网格状结构63和导电板79上覆盖了电阻性材料涂层69。绝缘层75覆盖了电阻涂层69，导电层72覆盖了绝缘层75。穿过导电层72和绝缘层75直到电阻层69的上表面形成了孔76。孔76就在网格状结构63的间隔中导电板79正上方形成。以圆锥形状示出的微尖发射体70在孔76中电阻层69的上表面上形成。
在此结构中，导电网格状结构63包括阴极，导电层72包括场致发射器件61的栅极。通过在导电网格状结构63处加一相对于导电层72的电势为正的电势可使微尖发射体70进行电子发射。
图10所示的结构可以包括位于微尖发射体70和导电板79之间的典型厚度为1微米的电阻层69，以及位于每个导电板79和导电网格状结构63之间典型为5微米的横向间隔。于是，图10的结构在每个微尖发射体70和导电板79之间提供了一个相当小的竖向镇流电阻，在每个导电板79和导电网格状结构63之间提供了相对较大的横向镇流电阻。
依据本发明，用于制造发射体板61的方法可包括下列步骤：提供一绝缘衬底66；在衬底66上淀积一SiO2层64；在层64上淀积一层铝、铬、钼或铌等导电材料形成导电网格状结构63并典型地通过光刻和刻蚀工艺在由结构63限定的间隔中形成导电极79；在其上覆盖有网格状结构63和导电板79的层64上形成一例示为非晶硅等电阻性材料层69；在电阻层69上形成电绝缘层75；在绝缘层75上淀积一层例示为铌等导电材料并典型地通过光刻和刻蚀工艺形成行导电体72；在导电板79上方的导电层72中形成多个孔76，孔76贯穿绝缘层75直到电阻层69；在电阻层69上形成钼等做成的微尖发射体70，每个发射体在导电层72的一个孔76中形成。理解了制造发射体结构60的上述工艺后，可很容易地确定用于形成发射体结构61的层、结构、孔和微尖的说明性材料的尺寸，以及说明性方法的特征。
现在参考图6，其中示出依据图3、4和5示出的本发明实施例的发射体簇第一种布局的俯视图。图6示出的图类似于图3的实施例除去了导电层72和绝缘层74后呈现的图。图6描绘了网格状导体结构80，在由网格状结构80形成的间隔中的导电板82，在每个导体板82上形成的多个微尖84，位于网格状导体80和导电板82之间间隔中的电阻性材料区86。在说明性的实施例中，在导电板82上形成4×4阵列的微尖44，而所有的导电板82包括相同数量的微尖端84。
在此实施例中，导体80与导电板82上的每个微尖端84之间的阻值相等，而与一个导电板82上微尖的数量无关。由板82的边长、板82与导体80之间的距离，以及区域86中材料的面电阻来决定阻值。于是，每块板82上每个微尖84处于相等的电势，与它在板上的位置无关，并且它应可显示大致相等的发射和降低特性。
现在参考图7，其中示出依据本发明的发射体簇的第二种布局的俯视图。各部分关系与图6的相类似，图7示出了导体的网格状结构90、在由网格状结构90形成的每个间隔中的4个导体板92、每个导体板92上的多个微尖94，以及位于网格状导体90和到体板92之间的间隔中的电阻性材料区。在此说明性的实施例中，在导电板92上形成4×4的微尖94阵列，所有的板92都包含相等数量的微尖94。
容易理解在网格状结构90的间隔中可对称地放置导电板92从而从导板90到板92有相等的电阻路径。于是，导体90与导体板92上每个微尖94之间有相等的阻值，而与导电板92上的微尖94的数量无关，一般由板92靠近导体90的边长、板92与导体90之间的距离，以及区域96中材料的面电阻决定阻值。于是一块板92上每个微尖94处于相等的电势，与它在板上的位置无关，并且它应显示出相同的发射和降低特性。
图7的实施例提供了比图6实施例的微尖密度增加优点。因为对称的考虑，每个网格间隔中的所有导电板92到网格状导体90有相等的电阻路径。于是，虽然导电板92的电压值有浮动，但它们基本上相等，它们仅由于微尖94的发射特性变化而不同。相间间距s1和s2可以很小，而显著小于板92与网格状导体90之间的间隔s3和s4，后者的间隔提供了微尖94的镇流电阻。
导电板82(图6)和导电板92(图7)上的簇状微尖的数量是一种设计选择。部分地决定于上限失效微尖的小的几率，注意到极少出现的微尖与栅极短路实际上将引起那一簇中所有微尖的短路，结果导致那一簇中任一个微尖都不发射电子。另一方面，从减少每个微尖所需的全部发射，以及从减小簇中微尖发射特性变化的作用的观点来看，希望在每个导电板上聚集大量的微尖。
图6和7的实施例代表两种结构，其中导电板放于导电网格状结构的间隔中从而在导电网格和每个导电板之间具有相等的电阻路径时，可以预想到，例如，导电板形状不同，板和导电网格状之间位置关系不同等更多种这样的结构，所有的结构都具有与说明性的实施例相同或相似的优点，所有的结构都依据了本发明的原理。此外，可以认识到，对于网格状结构，可以除了使用这里示出的正方形间隔之外，还可以使用矩形、三角形或多边形(蜂窝)等间隔而不背离本发明的原理。
现参考图8，其中示出依据本发明的相应于导电列线的发射体簇的布局的俯视图。各部分关系类似于图6和7，图8示出导体的条状结构100、多个导电板102，(每个都靠近一条相应的条状导体100并与它在横向隔开)、在每个导电板102上的多个微尖104，以及在导电条100和导电板102之间间隔中的电阻性材料区106。如图所示，导电条100基本上互相平行，它们之间由两个导电板102分隔开。在这个说明性的实施例中，在导电板102上形成5×4阵列的微尖104，所有的板102都包含相等数量的微尖104。
传送到每个导电板102上微尖簇的电流是由于列条状导体100和导电板102之间的电阻层106形成的薄膜电阻器阻值的一个函数。在说明性的例子中，此电阻值与层106的面电阻、导电板102和条状导体100之间距离L成正比，而与靠近导体100的导电板102的宽度W成反比。相邻导电板102之间的小间距s5和s6的作用类似于与图7相应的实施例中讨论过的作用，但是由图8实施例给出的导电板102密度更大而具有附加的优点。
相应于图7和图8、9和11描述的实施例，以及在较小的程度上相应于图3—5、6和10的实施例所述的布局，允许通过一些设计和材料的权衡决定来提高一个显示器像素中微尖的密度。第一，簇间距(即间距s1到s6)可做得超过2微米以允许采用投影印刷技术，它们也可做得小于2微米以通过使用步进印刷技术扩大簇的容纳量。第二，可把簇间距做得超过2微米以利于通过湿式化学方法刻蚀其导电层，或者可把它们做得小于2微米以通过采用等离子体刻蚀技术扩大簇的容纳量。第三，簇间距可设为零，从而产生出一个只受像素尺寸限制的连续阵列。第四，可以减小图8中簇电阻器的长度、导电板102和条形导体100之间的距离L而不影响通过采用具有更高面电阻即更薄的电阻层或掺杂更少材料的电阻层得到的阻值。当然，由于条形导体100和导电板102之间的击穿场强使长度的尺寸L的减小受到限制。最后，通过增大图8中靠近导体100的导电板102的宽度W而电阻层106的面电阻值保持为常数值，可减小簇电阻的值而不影响簇电阻的长度L。
现在参考图9，其中示出含有本发明的发射体簇和导电列线的像素的一种布局的俯视图。此布局示出含有列条状导体100和多个导电板102，每个导体板102靠近一条条形导体100并与它在横向隔开。如图所示，导电条100大致相互平行，并且它们被两个导电板102相互分开。由导电汇流区域110把条形导体100的上端和下端(超出显示器有效区)连接起来。列导体100与图示的正交于条形导体100的行导体112相交但在电气上隔离。含有由条状列导体100(在每一端处与单个汇流区110(阴极)相连)和单个行导体(栅极)相交处的区域114可以代表单个显示器像素。为了冗余度和电流扩展，可在显示器像素之间的无效区中增加可选的交线导体116。
图8和9的实施例代表一种典型结构，其中靠近条状导体结构放置导电板从而在导电条和每个导体板之间提供相等的电阻路径，可以预见能想出例如导电板形状的不同、板和条之间位置关系不同等更多的这种结构，它们都具有相同或类似于图示实施例的优点，而它们也都依据了本发明的原理。
依据本发明，用于制造图8和9的实施例的发射体板的方法包括下列步骤：提供一绝缘衬底；在衬底上淀积一SiO2层；在SiO2层上形成一电阻性材料层106；在电阻层106上淀积一层导电材料典型地通过光刻和刻蚀工艺从而形成导电板102、列导电条100、汇流区110及(可选的)交线导体116；形成覆盖于电阻层106、导电板102及列导电条100的电绝缘层；在绝缘层上淀积一层导电材料并且典型地通过光刻和刻蚀工艺从而形成行导体112；在导电板102上方的行导体112中形成多个孔，孔贯穿绝缘层直到导电板102；在导电板102上形成微尖发射体104，每个发射体104在横向导体112的每个孔中形成。理解了制造依据图3所述的发射体结构60的上述工艺，可很容易确定形成图8和9的发射体板的层、结构、孔和微尖的说明性材料和尺寸及说明性方法的特征。
或者，依据本发明，用于制造图8和9的实施例的发射体板的另一种方法包括下列步骤：提供一绝缘衬底；在衬底上淀积一SiO2层；在SiO2层上淀积一层导电材料并且典型地通过光刻和刻蚀工艺形成列导电条100、汇流区110和(可选的)交线导体116；在SiO2层和列导电条100上形成一电阻性材料层106；在电阻层106上淀积一层导电材料并且典型地通过光刻和刻蚀工艺形成导电板102；形成覆盖了电阻层106和导电板102的电绝缘层；在绝缘层上淀积一层导电材料典型地通过光刻和刻蚀工艺形成行导体112；在导电板102上方的行导体112中形成多个孔，孔贯穿绝缘层直到导电板102；在导电板102上形成微尖发射体104，每个发射体104在行导体112的每个孔中形成。
现在参考图11，其中示出依据本发明实施的发射体簇靠近列导电线的第二种布局的发射体板118的剖面图。各部分关系相似于图10，在图11中示出其上覆盖有(可选的)薄绝缘层122的衬底。垂直于画面延伸的多个条状导体124同多个导电板128位于层122上。条状导体124和导电板128的相对位置与图8中的相同，其中每个板128都靠近一相应的条状导体124并与它在横向分隔开。一电阻材料涂层66覆盖了绝缘层122、条状导体124和导电板128。绝缘层130覆盖了电阻涂层126，导电层132覆盖了绝缘层130。穿过导电层132和绝缘层130直到电阻层126的上表面形成孔136。孔136直接形成于导电板128上方。以圆锥形状示出的微尖发射体134在孔136中电阻层126的上表面形成。
在此布局中，条状导体124包含场致发射器件118的阴极，而导电层132包含该器件的栅板。通过在条状导体124上加一相对于导电层132的电势为正的电势可实现微尖发射体134发射电子。
图11示出的结构可包括位于微尖发射体134和导电板128之间典型厚度为1微米的电阻层126，以及每个导电板128和相邻条形导体124之间5微米的典型横向间隔。于是图11的布局提供了位于每个微尖发射体134和导电板128之间相当小的竖向镇流电阻，以及位于每个导电板128和相邻条状导体124之间的相对较大的横向镇流电阻。
依据本发明用于制造发射体板118的方法包括下列步骤：提供一绝缘衬底120；在衬底120上淀积一SiO2层122，在SiO2层112上淀积一层铝、铬、钼或铌等导电材料，典型地通过光刻和刻蚀工艺形成图9示出类型的导电板128、列条124、以及汇流区和交线导体；在列导电条124和导电板128上生成非晶硅等电阻性材料层126；形成覆盖电阻层126的电绝缘层130；在绝缘层130上淀积一层铌等导电材料并且典型地通过光刻和刻蚀工艺形成行导体132；在导电板128上方的行导体132中形成多个孔136，孔贯穿绝缘层直到电阻层126；在电阻层126上形成钼的微尖发射体134，每个发射体134在行导体132中每个孔136中形成。
依据本发明中揭示的结构和方法已示出本发明的原理，可以认识到在本发明实践中可引入不同的变化。本发明的范围不限于其中揭示的特殊结构和方法，而应由所附的权利要求的广度所规定。

Claims (80)

1.电子发射装置，其特征在于包括：
限定网格间隔的导电网格状结构；
与所述网格状结构横向分隔开并占据所述网格中的中心区域的导电板；
与所述网格状结构和所述导电板电气上接触的电阻层；
位于所述中心区域中的多个微尖发射体。
2.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于它还包括与所述导电网格状结构、所述导电板及所述电阻层电气上绝缘的导电层，所述导电层中有孔形成，每个所述发射体在导电板中的相应一个所述孔中形成。
3.如权利要求2所述的电子发射装置，其特征在于它还包括用于在所述导电网格状结构和所述导电层之间加一电势的装置。
4.如权利要求2所述的电子发射装置，其特征在于所述网格状结构包含一阴极而所述导电层包含一栅极。
5.如权利要求2所述的电子发射装置，其特征在于所述孔在所述导电层中形成一个阵列。
6.如权利要求2所述的电子发射装置，其特征在于在所述导电层中的所述孔一般是圆形的且所述微尖发射体一般为圆锥形。
7.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于所述电阻层包含非晶硅。
8.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于所述微尖发射体包含钼。
9.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于所述导电板的材料是从包含铝、铬、钼和铌的组中选出来的。
10.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于所述导电网格状结构的材料是从含有铝、铬、钼和铌的组中选出来的。
11.如权利要求2所述的电子发射装置，其特征在于所述导电层包含铌。
12.电子发射装置，其特征在于包括：
绝缘衬底；
位于所述衬底上的导电网格状结构；
位于由所述网格状结构形成的间隔中的所述衬底上并与网格状结构电绝缘的导电板；
覆盖所述导电板并与所述网格状结构电气上接触的电阻层；以及
在所述电阻层上的多个微尖发射体且它们位于所述导电板的上方。
13.如权利要求12所述的电子发射装置，其特征在于所述导电板和所述网格状结构的间隔基本上大于覆盖了所述导电极的所述电阻层的厚度。
14.如权利要求12所述的电子发射装置，其特征在于它还包括覆盖所述电阻层且与其电绝缘的导电层，所述导电层中有孔形成，每个所述发射体在所述导电层中相应的一个所述孔中形成。
15.如权利要求14所述的电子发射装置，其特征在于它还包括用于在所述导电网格状结构和所述导电层之间加一电势的装置。
16.如权利要求14所述的电子发射装置，其特征在于所述网格状结构包含阴极而所述导电层包含栅极。
17.如权利要求14所述的电子发射装置，其特征在于所述孔在所述导电层中形成一阵列。
18.如权利要求14所述的电子发射装置，其特征在于，在所述导电层中的所述孔一般为圆形且所述微尖发射体一般为圆锥形。
19.如权利要求12所述的电子发射装置，其特征在于所述电阻层包含非晶硅。
20.如权利要求12所述的电子发射装置，其特征在于所述微尖发射体包含钼。
21.如权利要求12所述的电子发射装置，其特征在于所述导电板的材料从包含铝、铬、钼和铌的组中选取。
22.如权利要求12所述的电子发射装置，其特征在于所述导电网格状结构的材料从包含铝、铬、钼和铌的组中选取。
23.如权利要求14所述的电子发射装置，其特征在于，其特征在于所述导电层包含铌。
24.电子发射装置其特征在于包括：
绝缘衬底；
在所述衬底上形成的网格状结构的导体，所述网格状结构限定了网格间隔；
在所述绝缘衬底上占据了所述网格中的区域的导电板；
在所述衬底上覆盖了所述网格状结构和所述导电板的一层电阻性材料；
在所述电阻层上的电绝缘层；
在所述绝缘层上的导电层，所述导电层具有多个在其中形成的孔且所述孔贯穿所述绝缘层；
在所述电阻层上的微尖发射体，每个发射体在所述导电层中相应一个所述孔中形成。
25.如权利要求24所述的电子发射装置，其特征在于每个所述网格基本上为正方形。
26.如权利要求24所述的电子发射装置，其特征在于，每个所述导电板包括相等数量的发射体。
27.如权利要求24所述的电子发射装置，其特征在于，每个所述导电板基本上与所述导体等间距。
28.如权利要求27所述的电子发射装置，其特征在于每个所述导电板与所述导体的间距基本上大于覆盖每个所述导电板的所述电阻层的厚度。
29.如权利要求24所述的电子发射装置，其特征在于每个所述发射体对它的相邻导电板的电阻路径基本上相等。
30.如权利要求24所述的电子发射装置，其特征在于每个所述导电板对所述导体的电阻路径基本上相等。
31.如权利要求30所述的电子发射装置，其特征在于每个所述发射体对它的邻近导电板的电阻路径基本上相等。
32.如权利要求31所述的电子发射装置，其特征在于每个所述导电板和所述导体之间的电阻路径基本上大于每个所述发射体和它们邻近导电板之间的电阻路径。
33.如权利要求24所述的电子发射装置，其特征在于它还包括用于在所述导体和所述导电层之间加一电势的装置。
34.如权利要求24所述的电子发射装置，其特征在于所述导体包括阴极而所述导电层包括栅极。
35.一种用于制造电子发射装置的方法，其特征在于包含下列步骤：
提供绝缘衬底；
在所述衬底上淀积第一层导电材料从而形成网格状结构和导电板，所述导电板在由所述网格状结构限定的网格中形成；
在所述衬底上形成覆盖了所述网格状结构和所述导电板的一层电阻性材料；
在所述电阻层上形成一电绝缘层；
在所述绝缘层上形成第二导电层；
在所述导电板上方的所述第二导电层中形成孔，所述孔贯穿所述绝缘层；以及
在所述电阻层上形成微尖发射体，每个发射体在所述第二导电层中的相应一个所述孔中形成。
36.电子发射装置其特征在于包括：
其上具有多个微尖发射体的导电板；以及
由电阻层与所述板在横向隔开的导电网格状结构。
37.如权利要求36所述的电子发射装置，其特征在于所述导电板和所述导电网格状结构相位于与所述电阻层的同一表面相邻。
38.如权利要求36所述的电子发射装置，其特征在于所述导电板和所述导电网格状结构位于与所述电阻层的相对的表面相邻。
39.如权利要求36所述的电子发射装置，其特征在于它还包括覆盖了所述导电板并与所述网格状结构和所述板隔开的导电层，所述导电层中有孔形成，每个所述发射体在所述导电层中的相应一个所述孔中形成。
40.如权利要求38所述的电子发射装置，其特征在于所述导电板位于所述导电网格状结构的间隔的上方。
41.如权利要求37所述的电子发射装置，其特征在于所述板位于所述导电网格状结构的一个间隔中。
42.如权利要求39所述的电子发射装置，其特征在于它还包括用于在所述导电网格状结构和所述导电层之间加一电势的装置。
43.如权利要求39所述的电子发射装置，其特征在于所述网格状结构包含阴极而所述导电层包含栅极。
44.如权利要求39所述的电子发射装置，其特征在于所述孔在所述导电层中形成一个阵列。
45.如权利要求39所述的电子发射装置，其特征在于所述导电层中的所述孔基本上为圆形且所述微尖发射体基本上为圆锥形。
46.如权利要求36所述的电子发射装置，其特征在于，所述电阻层包含非晶硅。
47.如权利要求36所述的电子发射装置，其特征在于，所述微尖发射体包含钼。
48.如权利要求36所述的电子发射装置，其特征在于，所述导电板的材料从包含铝、铬、钼和铌的组中选取。
49.如权利要求36所述的电子发射装置，其特征在于，所述导电网格状结构的材料从包含铝、铬、钼和铌的组中选取。
50.如权利要求39所述的电子发射装置，其特征在于，所述导电层包含铌。
51.电子发射装置其特征在于包括：
绝缘衬底；
在所述衬底上形成的网格状结构的导体，所述网格状结构限定了网格间隔；
在所述衬底上且覆盖了网格状结构的一层电阻性材料；
在所述电阻层上占据覆盖了所述网格的区域的导电板；
在所述导电板上的电绝缘层；
在覆盖了所述导电板的所述绝缘层上的导电层，所述导电层中具有多个孔且所述孔贯穿所述绝缘层；
在所述导电板上微尖发射体，每个发射体在所述导电层中的相应一个所述孔中形成。
52.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于每个所述网格基本上为正方形。
53.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于每个所述导电板包括相等数量的发射体。
54.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于每个所述导电板基本上与所述导体等间距。
55.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于每个所述导电板对所述导体的电阻路径基本上相等。
56.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于它还包括用于在所述导体和所述导电层之间加一电势的装置。
57.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于所述导体包含一个阴极且所述导电层包含一栅极。
58.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于所述发射体在每个导电板上形成一个阵列。
59.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于所述导电层中的所述孔一般为圆形且所述微尖发射体一般为圆锥形。
60.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于所述电阻层包含非晶硅。
61.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于所述微尖发射体包含钼。
62.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于所述导体的材料从包含铝、铬、钼和铌的组中选取。
63.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于所述导电板的材料从包含铝、铬、钼和铌的组中选取。
64.如权利要求51所述的电子发射装置，其特征在于所述导电层包含铌。
65.电子发射装置其特征在于包括：
绝缘衬底；
在所述衬底上的一层电阻性材料；
在所述电阻性材料上形成的网格状结构的材料，所述网格状结构限定了所述网格间隔；
在所述电阻性材料上并占据所述网格中区域且与所述网格状结构相隔的导电板；
在所述导电板上的电绝缘层；
在覆盖了所述导电板的所述绝缘层上的导电层，所述导电层中有多个孔形成且所述孔贯穿所述绝缘层；
在所述导电板上的微尖发射体，每个发射体在所述导电层中相应的一个所述孔中形成。
66.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于每个所述网格基本上为正方形。
67.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于每个所述多个导电板包括相等数量的发射体。
68.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于每个所述多个导电板基本上与所述导体等间距。
69.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于每个所述多个导电板对所述导体的电阻路径相等。
70.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于它还包括用于在所述导体和所述导电层之间加一电势的装置。
71.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于所述导体包含阴极而所述导电层包含栅极。
72.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于所述发射体在每个所述导电板上形成一个阵列。
73.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于所述导电层中的所述孔基本上为圆形且所述微尖发射体基本上为圆锥形。
74.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于所述电阻层包含非晶硅。
75.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于所述微尖发射体包含钼。
76.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于所述导体的材料可以包含铝、铬、钼和铌的组中选取。
77.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于所述导电板的材料可从包含铝、铬、钼和铌的组中选取。
78.如权利要求65所述的电子发射装置，其特征在于所述导电层包含铌。
79.一种用于制造电子发射装置的方法其特征在于包括下列步骤：
提供绝缘衬底；
在所述衬底上形成一层电阻性材料；
在所述电阻层上淀积一层导电材料从而形成导电网格状结构和导电板，所述导电板在由所述网格状结构的导体限定的网格中形成；
在所述导电板上形成电绝缘层；
在覆盖了所述导电板的所述绝缘层上形成导电层；
在所述导电板上方的导电层中形成孔，所述孔贯穿所述绝缘层；以及
在所述导电板上形成微尖发射体，每个发射体在所述导电层中相应的一个所述孔中形成。
80.一种用于制造电子发射装置的方法其特征在于包括下列步骤：
提供绝缘衬底；
在所述衬底上淀积第一层导电材料并从而形成网格状结构，所述网格状结构限定了网格；
在所述衬底上形成并覆盖了所述网格状结构的一层电阻性材料；
在所述电阻层上淀积第二层导电材料并从而形成覆盖所述网格的导电板；
在所述导电板上形成电绝缘层；
在覆盖了所述导电板的所述绝缘层上形成导电层；
在所述导电板上方的所述导电层中形成孔，所述孔贯穿所述绝缘层；以及
在所述导电板上形成微尖发射体，所述发射体在所述导电层中相应的一个所述孔中形成。
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication