图像显示装置 【技术领域】
本发明涉及使用电子发射器件的平板图像显示装置。背景技术 使用电子发射器件的常规已知平板图像显示装置包括如下这样的图像显示装置, 该图像显示装置包括彼此相对放置的电子源基板 ( 背板 ) 和对向基板 ( 前板 ), 其中在电子 源基板上形成大量电子发射器件, 并且阳极和发光部件被安装在对向基板上。在该图像显 示装置内, 当在电子发射器件的栅电极与阴极电极之间施加电压时, 从电子发射器件发射 电子。发射的电子被定向到发光部件以发光。在这样做时, 为了导致高强度发光, 希望增加 阳极电势与阴极 - 栅电极电势之间的差。然而, 增加电势差在阳极和电子发射器件之间产 生高电场, 使得易于在阳极和电子发射器件之间发生放电。这种放电可能导致过大的电流 流过电子发射器件, 从而使得电子发射特性因电子发射器件而改变。
日本专利申请特开 No.2006-209990 公开了如下这样的技术, 该技术在将放电电 子发射器件的电子发射单元和与该放电电子发射器件相邻的电子发射器件的电子发射单 元相连接地发生二次放电 ( 电弧放电 ) 时, 通过使用附加电极阻断和吸收该二次放电, 来防 止该相邻器件损坏。
采用日本专利申请特开 No.2006-209990 中公开的技术, 虽然通过放电产生的放 电电流被附加电极吸收, 但由于附加电极连接到与电子发射器件相连的扫描配线, 放电电 流还从附加电极流到与电子发射器件相连的扫描配线。这降低了电子发射器件的驱动电 压, 导致放电期间图像劣化。
另外, 采用日本专利申请特开 No.2006-209990 中公开的技术, 放置在绝缘层上的 附加电极允许具有比绝缘层小的面积, 并且因此不能被置于接近电子发射器件。这使得附 加电极难以作为避雷装置, 这继而使得不能减小由电子发射器件产生的放电。
发明内容
因此, 本发明的一个目的是提供一种减少由电子发射器件产生的放电并且防止放 电期间图像劣化的图像显示装置。
为了实现该目的, 根据本发明的一个方面, 一种图像显示装置包括 : 背板, 所述背 板具有多个信息配线、 在与信息配线相交的方向上布置在信息配线之上的多个扫描配线、 沿着扫描配线布置在信息配线和扫描配线之间的绝缘层、 以及多个电子发射器件, 各电子 发射器件电气连接到各信息配线以及电气连接到各扫描配线 ; 以及前板, 所述前板具有阳 极电极和被从电子发射器件发射的电子照射的发光部件, 并且所述前板与所述背板相对地 布置, 其中电子发射器件布置在彼此相邻的扫描配线之间, 并且电气连接到相邻扫描配线 中的一个扫描配线, 相邻扫描配线中的另一个扫描配线通过贯穿所述绝缘层的接触孔电气 连接到放电诱导电极, 并且其中所述放电诱导电极的一个端部被所述绝缘层覆盖, 并且放 电诱导电极的另一个端部向着电子发射器件从所述绝缘层延伸出。从而, 可以有利地提供减少由电子发射器件产生的放电并且防止放电期间图像劣 化的图像显示装置。
从下文参考附图对示例实施例的描述, 本发明的其它特征将变得清晰。 附图说明
图 1A 是示出了适用于本发明的背板的例子的图。 图 1B 是示出了适用于本发明的背板的例子的图。 图 1C 是示出了适用于本发明的背板的例子的图。 图 2 是示出了根据本发明的图像显示装置的图。 图 3 是示出了根据本发明的图像显示装置中的各电极的电势的图。 图 4A-1 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4A-2 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4B-1 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4B-2 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4C-1 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4C-2 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4D-1 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4D-2 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4E-1 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4E-2 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4F-1 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4F-2 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4G-1 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4G-2 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4H-1 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4H-2 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4I-1 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 4I-2 是示出了图 1A、 1B 和 1C 所示背板的生产步骤的图。 图 5 是示出了根据例子 2 的背板的图。 图 6 是示出了根据例子 3 的背板的图。具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
可用于本发明的电子发射器件包括场发射型器件、 MIM 器件和表面传导型电子发 射器件, 其中尤其是从易于放电的角度出发, 允许施加几千伏或更高电压的表面传导电子 发射器件是适用的。
( 背板的配置 )
图 1A 到 1C 是示出了配备有根据本发明的电子发射器件的背板的实施例的示意 图, 其中图 1A 是平面图, 图 1B 是沿着图 1A 中的线 1B-1B 取得的截面图, 并且图 1C 是沿着图 1A 中的线 1C-1C 取得的截面图。
通过在绝缘基板 1 上形成阴极电极 5 和栅电极 4, 基本地配置根据本发明的电子发 射器件 13。阴极电极 5 和栅电极 4 彼此平行地交替布置, 并且互相相邻的阴极电极 5 和栅 电极 4 彼此配对 ( 图 1A)。下面, 从阴极电极 5 到配对的栅电极 4 的方向将被称为 x 方向。 另外, 垂直于 x 方向并且平行于绝缘基板 1 表面的方向将被称为 y 方向。另外, 垂直于 x 方 向和 y 方向两者的方向将被称为 z 方向。
当在阴极电极 5 和栅电极 4 之间施加阈值电压或高于阈值电压的电压时, 根据本 发明的电子发射器件发射电子。 通过施加在电极之间的脉冲电压的峰值和脉冲宽度控制发 射的电子的数量。 另一方面, 由于在阈值电压或低于阈值电压时极少发射电子, 因此在通过 给 x 方向配线和 y 方向配线施加脉冲电压以便选择必要的电子发射器件的情况下, 可以控 制电子发射的量。
栅电极 4 形成在堆叠在绝缘基板 1 上的第一绝缘层 2 和第二绝缘层 3 上, 并且在 其 y 方向侧的更靠近配对的阴极电极 5 的部分上具有突出部 4a( 图 1B)。另外, 栅电极 4 的 突出部 4a 沿着栅电极 4 从更靠近配对的阴极电极 5 的一侧下降, 并且到达端点 4b。栅电极 4 和其突出部 4a 可以作为单个部件整体形成或作为分离的部件单独形成。另外, 栅电极 4 通过栅连接电极 8 与信息配线 10 电气连接 ( 图 1A), 并且当驱动电子发射器件 13 时, 通过 图 3 所示的信息配线 10 施加栅电势 VG。 阴极电极 5 形成在绝缘基板 1 上, 并且在其 y 方向侧更靠近配对的栅电极 4 的部 分上具有突出部 5a( 图 1B)。另外, 阴极电极 5 的突出部 5a 从更靠近配对的栅电极 4 的一 侧突出, 中途沿着第一绝缘层 2 上升, 并且到达端点 5b。阴极电极的突出部的端点 5b 被放 置成跨过微小间隙 6 面对配对的栅电极的突出部的端点 4b。阴极电极 5 和其突出部 5a 可 以作为单个部件整体形成或作为分离的部件单独形成。另外, 阴极电极 5 通过阴极连接电 极 7 与扫描配线 12a 电气连接 ( 图 1A), 并且当驱动电子发射器件 13 时, 通过图 3 所示的扫 描配线 12a 施加阴极电势 VC。阴极电势 VC 低于栅电势 VG。
因此, 当驱动电子发射器件 13 时, 栅电势 VG 和阴极电势 VC 之间的差分电势被施加 到形成在阴极电极的突出部的端点 5b 和配对的栅电极的突出部的端点 4b 之间的间隙 6。 因此, 在间隙 6 中产生电场, 在阴极电极的突出部的端点 5b 处产生电子。即, 间隙 6 作为电 子发射单元。附带地, 例如如图 1A 所示, 可以在每对阴极电极 5 和栅电极 4 中形成阴极电 极的多个突出部 5a 和栅电极的多个突出部 4a。
沿着 y 方向布置信息配线 10, 沿与信息配线 10 交叉的方向在信息配线 10 之上安 装扫描配线 12, 并且绝缘层 11 通过经过信息配线 10 和扫描配线 12 之间而沿扫描配线 12 设置 ( 图 1A)。可替换地, 可沿着 x 方向布置信息配线 10, 并且可沿着 y 方向布置扫描配线 12。
提供了与信息配线 10 和扫描配线 12 电气连接的多个电子发射器件 13。 各电子发 射器件 13 被置于彼此相邻的第一扫描配线 12a 和第二扫描配线 12b 之间 ( 图 1A)。
放电诱导电极 (discharge induction electrode)9 由导电材料制成, 并且在一端 部覆盖有绝缘层 11。放电诱导电极 9 的被绝缘层 11 覆盖的端部通过设置在绝缘层 11 中的 接触孔与第二扫描配线 12b 电气连接 ( 图 1C)。这样旨在通过放电诱导电极 9 将放电产生 的放电电流耗散到扫描配线 12b。在放置在第一和第二扫描配线 12a 和 12b 之间的电子发
射器件之中, 放电诱导电极 9 的另一端暴露并且延伸到距第一电子发射器件 13 比距绝缘层 11 更近的位置, 在第一扫描配线 12a 被选择而第二扫描配线 12b 不被选择时该第一电子发 射器件 13 被驱动。这样旨在将在阳极和电子发射器件之间产生的放电引导到放电诱导电 极 9, 并且从而使得放电诱导电极 9 的暴露部放电。因此, 本发明可以减少由电子发射器件 产生的放电。附带地, 放电诱导电极 9 的暴露部越大, 由放电诱导电极 9 的暴露部产生的放 电的比率越大, 并且因此, 减少由电子发射器件产生的放电的效果越好。
当发生放电时, 随着放电的进展出现阴极斑点 (cathode spot)。阴极斑点是在 放电期间出现的电子发射点, 并且是来自阳极的放电电流的注入点 ( 见 J.Appl.Phys., vol.51, No.3, 1414(1980))。阴极斑点向较低电势侧移动。因此, 如果在放电诱导电极 9 的 暴露部上发生放电, 阴极斑点从放电诱导电极 9 的暴露部向扫描配线 12b 移动。阴极斑点 在去往扫描配线 12b 的途中到达绝缘层 11 的端部, 但是被绝缘层 11 阻止超出绝缘层 11 的 该端部。因此, 阴极斑点停留在该端部。由于阴极斑点停留在该端部, 放电诱导电极 9 由于 被加热而熔化, 并且可能断裂。因此, 为了防止放电诱导电极 9 熔化和断裂, 希望将放电诱 导电极 9 配置为满足下列表达式 (a) 到 (c)。
Ee = P×Cp×ρ×Tm (a) Ea = R×I2×t1 (b)
Ee > Ea (c)
其中, P 是放电诱导电极在从与配线的连接部位到面对该连接部位的端部的范围 3 内的体积 [m ], Cp 是放电诱导电极的定压比热 (specific heat at constant pressure) [J/kgK], ρ 是放电诱导电极的密度 [kg/m3], Tm 是放电诱导电极的熔点 [K], R 是放电诱导 电极在从与配线的连接部位到面对该连接部位的端部的范围内的电阻 [Ω], I 是放电诱导 电极的容许电流值 [A], 并且 t1 是流过放电诱导电极的放电诱导电流的持续时间 [sec]。 上 面的表达式 (a) 到 (c) 的含义是放电诱导电极 9 熔化时消耗的能量 Ee 大于流过放电诱导 电极 9 的放电电流的能量 Ea。
在使用根据本发明的电子发射器件 13 的图像显示装置中, 电子发射器件可被以 矩阵方式布置。关于用于驱动以矩阵方式布置的电子发射器件 13 的方法, 希望以多个信息 配线和多个扫描配线矩阵驱动电子发射器件 13。 矩阵驱动包含给从沿着 x 方向或 y 方向布 置成行的扫描配线 12 中顺序选择的一个或多个扫描配线 12 施加电压, 使得电子发射器件 13 随着扫描配线 12 被选择而顺序发射电子。
假设其中放电诱导电极 9 如图 1A 到 1C 所示地与扫描配线 12b 电气连接并且电子 发射器件 13 以矩阵方式布置的图像显示装置通过顺序选择扫描配线以使得被选择的和未 被选择的扫描配线将彼此交替地被矩阵驱动。当扫描配线 12a 被选择、 驱动适当的电子发 射器件、 并且从而在放电诱导电极 9 的暴露部上产生放电时, 放电电流被引导到未被选择 的扫描配线 12b。在这一点上, 放置在扫描配线 12b 和相对于扫描配线 12a 位于扫描配线 12b 的相对侧的相邻扫描配线 ( 未示出 ) 之间的未示出的电子发射器件不被驱动。 因此, 即 使电势由于放电电流而上升, 未示出的电子发射器件也不发射电子。
接下来, 假设其中放电诱导电极 9 与扫描配线 12a 电气连接并且电子发射器件 13 被以矩阵方式布置的图像显示装置被矩阵驱动。当扫描配线 12a 被选择、 驱动适当的电子 发射器件、 并且从而在放电诱导电极 9 的暴露部上产生放电时, 放电电流流过选择的扫描
配线 12a。在该情况下, 驱动电压减小, 导致低亮度。例如, 放电电流流过选择的扫描配线 12a、 电子发射器件 13 的驱动电压减小 1V 并且将显示面上的亮度近似减半时, 可以在视觉 上辨识出亮度劣化。
因此, 根据本发明, 如图 1A 所示, 每个电子发射器件 13 安装在两个相邻扫描配线 12a 和 12b 之间。另外, 放电诱导电极 9 的被绝缘层 11 覆盖的端部通过设置在绝缘层 11 中 的接触孔与第二扫描配线 12b 电气连接。从放置在第一和第二扫描配线 12a 和 12b 之间的 电子发射器件之中, 放电诱导电极 9 的另一端部从绝缘层 11 暴露出, 并且延伸到距电子发 射器件 13 比距绝缘层 11 更近的位置, 在第一扫描配线 12a 被选择而第二扫描配线 12b 不 被选择时该电子发射器件 13 被驱动。
这样, 通过如图 1A 到 1C 所示地被配置, 根据本发明的图像显示装置可防止放电期 间亮度劣化, 这是因为如果当电子发射器件被驱动时放电诱导电极放电, 放电电流不流过 选择的扫描配线。 另外, 如果扫描配线的电阻被设置为低于信息配线的电阻, 可以减小流过 信息配线的放电电流。 这由于防止如下情况的有效性而是更希望的, 在该情况中, 信息配线 的电势上升、 导致过大电流流过其余未被驱动的电子发射器件, 并且从而使得电子发射特 性随着电子发射器件的不同而改变。 假设电子发射器件 13 在如图 1A 到 1C 所示地配置的根据本发明的图像显示装置 中放电。当电子发射器件 13 放电时, 阴极斑点出现, 并且电子发射单元的材料以及包含在 该材料中的气体蒸发并且电离, 产生电弧。电弧由于两极性扩散而以恒定加速度蔓延。然 而, 采用图 1A 到 1C 的配置, 由于两极性扩散导致的电弧蔓延被引导到放电诱导电极 9, 并且 被放电诱导电极 9 吸收。被放电诱导电极 9 吸收的电弧随后自己熄灭。这使得能够消除在 电子发射器件 13 中发起的阴极斑点。希望地是, 间隙 6 和放电诱导电极 9 之间的距离不大 于 200μm。
( 背板的制造方法 )
接下来, 将通过引用图 1A 到 1C 的配置作为例子并且参考图 4A-1 到 4I-1, 描述配 备有根据本发明的电子发射器件的背板的制造方法。 图 4A-1 到 4I-1 是平面图, 并且图 4A-2 到 4I-2 是沿着图 4A-1 到 4I-1 中的 A-A 和 B-B 取得的截面图。
首先, 如图 4A-1 和 4A-2 所示, 绝缘层 21 和 22 以及导电层 23 被顺序堆叠在基板 1 上。
基板 1 是绝缘基板, 其具有足够的机械支撑电子发射器件 13、 信息配线 10 和扫描 配线 12 的强度, 并且由从具有减少的杂质 ( 诸如石英玻璃和 Na) 的含量的绝缘材料 ( 诸如 玻璃、 钠钙玻璃、 氧化铝以及陶瓷 ) 中适当选择的材料制成。基板 1 所需的特征包括对干蚀 刻、 湿蚀刻和显影溶液的碱和酸的抗耐性以及机械强度。
绝缘层 21 和 22 是由诸如 SiN(SixNy) 或 SiO2 的材料制成的绝缘膜, 其具有极好的 可加工性, 并且通过诸如溅射工艺、 CVD 工艺或气相沉积工艺的典型的气相成膜技术形成。 绝缘层 21 和 22 的厚度为 5nm 到 50μm, 并且希望为 10nm 到 1μm。绝缘层 21 和 22 的厚度 可以相等。另外, 希望绝缘层 21 和 22 是以蚀刻速度不同的材料制成的。希望绝缘层 21 和 22 之间的蚀刻选择性为 10 或更大, 并且更希望地为 50 或更大。 具体地, 例如, 可将 SixNy 用 于绝缘层 21, 而诸如 SiO2 的绝缘材料、 具有高磷浓度的 PSG、 或具有高硼浓度的 BSG 膜可被 用于绝缘层 22。
导电层 23 被用作图 1A 所示的栅电极 4 和栅连接电极 8, 并且通过诸如溅射工艺、 CVD 工艺或气相沉积工艺的典型的气相成膜技术形成。除了导电性之外还具有高导热性和 高熔点的材料适用于导电层 23。这样的材料的例子包括金属, 诸如 Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 Ni、 Cr、 Au、 Pt 和 Pd 以及其合金 ; 碳化物, 诸如 TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC 和 WC ; 硼化物, 诸如 HfB2、 ZrB2、 CeB6、 YB4 和 GdB4 ; 氮化物, 诸如 TiN、 ZrN、 HfN 和 TaN ; 半导 体, 诸如 Si 和 Ge ; 有机聚合材料 ; 非晶碳 ; 石墨 ; 类金刚石碳 ; 以及分散金刚石碳和碳化合 物, 可以从它们当中选择适当的材料。导电层 23 为 5nm 到 500nm 厚, 并且希望其为 20nm 到 500nm 厚。
接下来, 如图 4B-1 和 4B-2 所示, 在导电层 23 上形成放电诱导电极 9 和信息配线 10。可以在同一步骤中形成放电诱导电极 9 和信息配线 10。可用的形成方法包括诸如溅射 工艺、 CVD 工艺或气相沉积工艺的典型的气相成膜技术 ; 诸如光贴 (photo-pasting) 工艺的 典型印刷技术 ; 镀敷工艺 ; 以及光刻工艺。
除了导电性之外还具有高导热性和高熔点的材料适用于放电诱导电极 9。这样的 材料的例子包括金属, 诸如 Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 Ni、 Cr、 Au、 Pt 和 Pd 以及其合金 ; 碳化物, 诸如 TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC 和 WC ; 硼化物, 诸如 HfB2、 ZrB2、 CeB6、 YB4 和 GdB4 ; 氮化物, 诸如 TiN、 ZrN、 HfN 和 TaN ; 半导体, 诸如 Si 和 Ge ; 有机聚合材料 ; 石墨 ; 以 及碳化合物诸如碳纳米管, 可以从它们当中选择适当的材料。例如, 当放电电流约为 1A 并 且使用 Cu 作为放电诱导电极 9 的材料时, 放电诱导电极 9 为 10nm 到几十毫米厚, 并且希望 为 100nm 到 100μm 厚。更希望地, 放电诱导电极 9 配置为满足上面的等式 (a) 到 (c), 以便 防止放电诱导电极 9 熔化和断裂。
除了导电性之外还具有高导热性和高熔点的材料适用于信息配线 10。这样的材 料的例子包括金属, 诸如 Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 Ni、 Cr、 Au、 Pt 和 Pd 以 及其合金 ; 碳化物, 诸如 TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC 和 WC ; 硼化物, 诸如 HfB2、 ZrB2、 CeB6、 YB4 和 GdB4 ; 氮化物, 诸如 TiN、 ZrN、 HfN 和 TaN ; 半导体, 诸如 Si 和 Ge ; 有机聚合材料 ; 石墨 ; 以及 碳化合物诸如碳纳米管, 可以从它们当中选择适当的材料。信息配线 10 的厚度为 10nm 到 几十毫米, 并且希望为 100nm 到 100μm。
接下来, 如图 4C-1 和 4C-2 所示, 通过光刻技术在导电层 23 上形成抗蚀剂图案, 然 后使用蚀刻方法顺序加工导电层 23、 绝缘层 22 和绝缘层 21。这产生了栅电极 4、 栅连接电 极 8、 第二绝缘层 3 和第一绝缘层 2。这种蚀刻工艺通常使用能够通过将转变为等离子体的 蚀刻气体定向到该材料执行精确蚀刻的 RIE( 反应离子蚀刻 )。作为所使用的加工气体, 当 加工形成氟化物的材料时, 使用基于氟的气体 ( 诸如 CF4、 CHF3 或 SF6), 并且当加工形成氯化 物的材料 ( 诸如 Si 或 Al) 时, 使用基于氯的气体 ( 诸如 Cl2 或 BCl3)。另外, 为了保持相对 于抗蚀剂的蚀刻选择性、 确保蚀刻后表面的平滑度、 或增加蚀刻速度, 按照需要添加氢、 氧、 氩和 / 或其它气体。可以在蚀刻基板 1 的顶面之前、 在蚀刻基板 1 的一部分之后, 或在蚀刻 绝缘层 21 一半之后停止蚀刻加工。如果在蚀刻绝缘层 21 的一半之后停止蚀刻加工, 绝缘 层 21 的剩余部分和基板 1 可被一起作为基板 1。另外, 栅电极 4 在 x 方向的长度以及相邻 栅电极之间的间隔可以根据电子发射器件的大小或应用电子发射器件的图像形成装置的 大小而按照需要改变。
接下来, 如图 4D-1 和 4D-2 所示, 以诸如溅射工艺、 CVD 工艺或气相沉积工艺的典型气相成膜技术形成绝缘层 11。重要的是将绝缘层 11 形成为覆盖作为下层配线的信息配 线 10 的一部分或全部。尤其在信息配线 10 和扫描配线 12 之间的相交处需要绝缘层 11, 以 提供两类配线之间的电绝缘。对于绝缘层 11 可使用具有良好绝缘特性或高电阻的任何材 料, 并且 SiN(SixNy)、 SiO2 等可被适合地使用。绝缘层 11 的厚度为 5nm 到 50μm, 并且希望 为 10nm 到 1μm。
接下来, 如图 4E-1 和 4E-2 所示, 通过光刻技术在绝缘层 11 上形成抗蚀剂图案, 然 后使用蚀刻方法形成用于使扫描配线 12 和放电诱导电极 9 电气互连的接触孔 15。
接下来, 如图 4F-1 和 4F-2 所示, 在绝缘层 11 的一部分上形成扫描配线 12 以便 掩埋接触孔 15。可用的形成方法包括诸如溅射工艺、 CVD 工艺或气相沉积工艺的典型的气 相成膜技术 ; 诸如光贴工艺的典型印刷技术 ; 镀敷工艺 ; 以及光刻工艺。除了导电性之外还 具有高导热性和高熔点的材料适用于扫描配线 12。这样的材料的例子包括金属, 诸如 Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 Ni、 Cr、 Au、 Pt 和 Pd 以及其合金 ; 碳化物, 诸如 TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC 和 WC ; 硼化物, 诸如 HfB2、 ZrB2、 CeB6、 YB4 和 GdB4 ; 氮化物, 诸如 TiN、 ZrN、 HfN 和 TaN ; 半导体, 诸如 Si 和 Ge ; 有机聚合材料 ; 石墨 ; 以及碳化合物诸如碳纳米管, 可以 从它们当中选择适当的材料。扫描配线 12 的厚度为 10nm 到几十毫米, 并且希望为 100nm 到 100μm 厚。 接下来, 如图 4G-1 和 4G-2 中所示, 在由第一绝缘层 2、 第二绝缘层 3 和栅电极 4 制 成的层积体的一个侧面中, 通过使用蚀刻方法仅仅部分地去除第二绝缘层 3 的侧面, 来形 成凹部 14。 另外, 使用蚀刻方法部分地去除绝缘层 11, 以形成放电诱导电极 9 的暴露部。 例 如, 如果第二绝缘层 3 和绝缘层 11 由 SiO2 制成, 则蚀刻法可以使用公知为缓冲氢氟酸 (BHF) 的氟化铵和氢氟酸的混合溶液。如果第二绝缘层 3 和绝缘层 11 由 SixNy 制成, 可以使用热 的磷酸盐基蚀刻溶液。凹部 14 的深度、 即凹部中第二绝缘层 3 的侧面和第一绝缘层 2 的侧 面之间的距离越大, 减少驱动期间的泄漏电流的效果越强, 并且因此越好。然而, 如果凹部 14 太深, 栅电极 4 可能变形或塌陷, 因此在考虑到这一点的情况下适当地设定该深度。 希望 凹部 14 的深度一般为大约 30nm 到 200nm。虽然在图 4A-1 到 4I-2 中, 第一绝缘层 2 和第二 绝缘层 3 被示出为堆叠, 但是根据本发明的电子发射器件不限于此。可以通过去除一个绝 缘层的一部分形成凹部 14。可替换地, 第一绝缘层 2 和第二绝缘层 3 两者可以具有多层结 构。
接下来, 如图 4H-1 到 4H-2 所示, 形成阴极电极 5 和阴极连接电极 7。除了导电性 之外还具有高导热性和高熔点的材料适用于阴极电极 5。这样的材料的例子包括金属, 诸 如 Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 Ni、 Cr、 Au、 Pt 和 Pd 以及其合金 ; 碳化物, 诸 如 TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC 和 WC ; 硼化物, 诸如 HfB2、 ZrB2、 CeB6、 YB4 和 GdB4 ; 氮化物, 诸如 TiN、 ZrN、 HfN 和 TaN ; 半导体, 诸如 Si 和 Ge ; 有机聚合材料 ; 非晶碳 ; 石墨 ; 类金刚石碳 ; 以 及分散金刚石碳和碳化合物, 可以从它们当中选择适当的材料。阴极电极 5 的厚度为 5nm 到 500nm, 并且希望为 20nm 到 500nm。可以按照需要改变阴极电极 5 在 x 方向的长度。
接下来, 如图 4I-1 到 4I-2 所示, 形成阴极电极的突出部 5a 和栅电极的突出部 4a。 在通过诸如溅射工艺、 CVD 工艺或气相沉积工艺的典型气相成膜技术形成薄的导电膜之后, 可以使用光刻技术形成阴极电极的突出部 5a 和栅电极的突出部 4a。由于存在凹部 14, 在 栅电极的突出部 4a 和阴极电极的突出部 5a 的端点之间自动形成微小间隙 6。可以使用具
有导电性并且允许场发射的任意材料作为导电材料, 但是通常希望该材料具有 2000℃或更 高的高熔点, 以及 5eV 或更低的功函, 并且不允许容易地形成氧化物等的化学反应层, 或允 许容易地去除化学反应层。这些材料的例子包括金属, 诸如 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Au、 Pt 和 Pd 以及其合金 ; 碳化物, 诸如 TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC 和 WC ; 硼化物, 诸如 HfB2、 ZrB2、 CeB6、 YB4 和 GdB4 ; 氮化物, 诸如 TiN、 ZrN、 HfN 和 TaN ; 非晶碳 ; 石墨 ; 类金刚石碳 ; 以及分散金刚石 碳和碳化合物。用于导电材料的可用沉积方法包括诸如溅射工艺、 CVD 工艺或气相沉积工 艺的典型气相成膜技术, 并且适合地使用 EB 气相沉积。
( 图像显示装置的配置 )
接下来, 将描述配备有根据本发明的背板的图像显示装置。
一般地, 图像显示装置具有以矩阵方式在 x 方向和 y 方向上布置的多个电子发射 器件。放置在同一行中的多个电子发射器件的阴极电极或栅电极被电气连接到 x 方向上的 公共配线, 而放置在同一列中的多个电子发射器件的阴极电极或栅电极被电气连接到 y 方 向上的公共配线。将参考图 2 描述一种图像显示装置, 其使用以所谓的简单矩阵的方式这 样布置的电子发射器件作为电子源。
图 2 是示出了根据本发明的图像显示装置的实施例的透视图, 其被部分剖切以便 示出内部结构。基板 1 是其表面上安装了 m 个 x 方向配线 12( 扫描配线 ) 和 n 个 y 方向配 线 10( 信息配线 ) 的背板, 其中 m 和 n 两者是正整数。绝缘层 11 安装在 m 个扫描配线 12 和 n 个信息配线 10 之间, 将扫描配线和信息配线电气绝缘。每行电子发射器件 13 被安装 在彼此相邻的第一和第二扫描配线 12 之间, 并且总共 m×n 个电子发射器件 13 被以简单矩 阵方式布置。放电诱导电极 9 的被绝缘层 11 覆盖的端部通过设置在绝缘层 11 中的接触孔 与第二扫描配线电气连接。在放置在两个相邻扫描配线 12 之间的电子发射器件之中, 放电 诱导电极 9 的另一端部从绝缘层 11 暴露出来, 并且延伸到距电子发射器件 13 比距绝缘层 11 更近的位置, 在第一扫描配线被选择而第二扫描配线不被选择时该电子发射器件 13 被 驱动。m 个扫描配线 12 连接到相应的端子 Dx1、 Dx2… Dxm, 并且 n 个信息配线 10 连接到相 应的端子 Dy1、 Dy2… Dyn, 并且从而扫描配线和信息配线连接到放置在外部的驱动电路。
前板 46 具有玻璃基板 43 以及形成在玻璃基板 43 内部的组件。该组件包括诸如 当被电子照射时发光的荧光体的发光部件 44、 黑矩阵 (black matrix)48 和金属背 45。金 属背 45 作为阳极, 并且连接到高压端子 HV, 且被供给例如 10kV 的 DC 电压 Va。发光部件 44 安装在金属背 45( 即, 阳极 ) 上。也被称为黑色部件的黑矩阵 48 具有对应于电子发射器件 的 m×n 矩阵布置的矩阵形式。黑矩阵 48 的每个单元限定被来自对应的电子发射器件 13 的电子照射的对应发光部件 44 中的开口的外边缘。黑矩阵 48 防止荧光体之中颜色混合, 并且吸收外部光, 从而改进图像对比度。
在根据本实施例的图像显示装置内, 其上安装有电子发射器件的基板 1( 背板 ) 和 与背板相对放置的前板 46 通过诸如铅玻璃 (flit glass) 的密封件连接到支撑框架 42, 形 成外壳 47。当被在大气中或在氮气中以 400℃到 500℃的温度烧制 10 分钟或更长时, 外壳 47 被密封。在密封的外壳 47 被抽真空并且给金属背 45 施加电压 Va 的情况下, 分别给扫描 配线 12 和信息配线 10 施加扫描信号和调制信号, 从而加速从电子发射器件发出的电子, 以 便以电子照射发光部件 44, 并且从而实现图像显示。 另外, 如果需要, 可以在前板 46 和背板 之间安装被称为间隔件的支撑件 ( 未示出 ), 以便提供足够的抵抗大气压力的强度。下面将通过引用具体例子详细描述本发明。 然而, 应当注意, 本发明不限于下面描 述的例子所使用的配置和形式。
( 例子 1)
( 背板的生产 )
在当前例子中, 生产图 1A 到 1C 所示的背板。下面将描述生产的步骤。图 4A-1 到 4I-2 示出了当前例子中使用的背板的生产步骤。
首先, 彻底清洗用作基板 1 的钠钙玻璃。然后, 在基板 1 上沉积 300nm 厚的 Si3N4 膜 300 作为绝缘层 21, 沉积 20nm 厚的 SiO2 作为绝缘层 22, 然后沉积 30nm 厚的 TaN 作为导 电层 23, 所有这些通过溅射执行 ( 图 4A-1)。
接下来, 通过镀敷工艺施加 5μm 厚的 Cu, 并且通过在光刻步骤中构图形成放电诱 导电极 9 和信息配线 10( 图 4B-1)。放电诱导电极 9 的宽度是 25μm。
接下来, 旋涂正性光刻胶, 曝光和显影光掩模图案, 并且形成对应于栅电极和栅连 接电极的抗蚀剂图案。栅电极的宽度为 10μm, 并且栅电极的长度为 100μm。随后, 使用被 构图的光刻胶作为掩模, 使用 CF4 气体干蚀刻导电层 23、 绝缘层 22 和绝缘层 21。干蚀刻在 基板 1 上停止, 形成由第一绝缘层 2、 第二绝缘层 3 和包括栅连接电极 8 的栅电极 4 构成的 层积体 ( 图 4C-1)。 接下来, 通过 CVD 工艺形成 5μm 厚的 SiO2 膜作为绝缘层 11( 图 4D-1)。
接下来, 旋涂正性光刻胶, 曝光和显影光掩模图案, 并且形成抗蚀剂图案, 该抗蚀 剂图案不包括用于扫描配线 12 和放电诱导电极 9 的电气互连的接触孔 15 的位置。然后, 使用缓冲氢氟酸 (BHF)( 由 Stella Chemifa 公司生产的 LAL100) 作为蚀刻溶液, 通过湿蚀 刻工艺去除 SiO2 膜, 以形成接触孔 15( 图 4E-1)。
接下来, 通过镀敷 Cu 形成 5μm 厚的扫描配线 12( 图 4F-1)。
接下来, 旋涂正性光刻胶, 曝光和显影光掩模图案, 并且形成抗蚀剂图案, 该抗蚀 剂图案不包括电子源的位置。然后, 使用缓冲氢氟酸 (BHF)( 由 Stella Chemifa 公司生产 的 LAL100) 作为蚀刻溶液, 通过湿蚀刻工艺从栅电极 4 和放电诱导电极 9 上的区域的一部 分去除 SiO2 膜, 从而暴露用于由第一绝缘层 2、 第二绝缘层 3 和栅电极 4 构成的层积体的图 案的一部分。同时, 通过选择性蚀刻第二绝缘层 3 形成凹部 14( 图 4G-1)。相对于扫描配线 12 的放电诱导电极 9 的 y 方向长度为 60μm。从而, 在上面的表达式 (a) 到 (c) 中, Ee = -5 -5 2.8×10 , Ea = 8.1×10 , 并且因此满足 Ee > Ea。
接下来, 通过溅射工艺沉积 50nm 厚的 Mo, 并且在光刻步骤中形成包括阴极连接电 极 7 的阴极电极 5( 图 4H-1)。
接下来, 通过 EB 斜角沉积, 以斜上方 45°的角度选择性倾斜沉积 10nm 厚的 Mo。 随 后, 在光刻步骤中形成抗蚀剂图案, 并且使用 CF4 气体干蚀刻 Mo, 从而形成用于阴极电极的 突出部 5a 和栅电极的突出部 4a 的图案。这样, 通过确保从最靠近扫描配线 12a 侧的突出 部分 5a 和 4a 到放电诱导电极 9 的距离 L 不超过 150μm, 形成阴极电极和栅电极的突出部 5a 和 4a( 图 4I-1)。
( 图像显示装置的生产 )
以 720×160 的矩阵的形式布置以上面的方法生产的电子发射器件, 以便生产图 2 所示的图像显示装置。每行电子发射器件 13 安装在彼此相邻的第一和第二扫描配线之间。
放电诱导电极 9 的被绝缘层 11 覆盖的端部通过设置在绝缘层 11 中的接触孔与第二扫描配 线电气连接。从放置在第一和第二扫描配线之间的电子发射器件之中, 放电诱导电极 9 的 另一端部从绝缘层 11 暴露出, 并且延伸出至距电子发射器件 13 比距绝缘层 11 更近的位 置, 在第一扫描配线被选择而第二扫描配线不被选择时该电子发射器件 13 被驱动。通过支 撑框架 42 在真空中在基板 1 上方 2mm 处密封包括玻璃基板 43 以及在玻璃基板 43 中形成 的发光部件 44、 黑矩阵 48 和金属背 45 的前板 46, 形成外壳 47。测量厚度为 2mm 并且宽度 为 200μm 的两个间隔件 ( 未示出 ) 被放置在基板 1 和前板 46 之间, 以便提供能够抵抗大 气压力的结构。使用铟将基板 1、 支撑框架 42 和前板 46 结合在一起。另外, 使用相同方法 生产评价用图像显示装置。
另外, 生产没有放电诱导电极 9 的另一个图像显示装置以便比较。除了比较图像 显示装置不具有放电诱导电极 9 之外, 该比较图像显示装置与根据当前例子的评价用图像 显示装置具有相同配置, 并且除了在背板的生产过程中不安装放电诱导电极 9 之外, 比较 图像显示装置的制造方法与根据当前例子的评价用图像显示装置的制造方法相同, 因此将 省略其描述。
( 图像显示装置的评价 )
这样生产的评价用图像显示装置和比较图像显示装置被矩阵驱动, 并且通过施加 过大电压在由被选择的扫描配线驱动的一个电子发射器件中诱导放电。 在两个扫描配线上 测量电流值, 该两个扫描配线为 : 驱动在其中诱导放电的电子发射器件的被选择的扫描配 线和在该电子发射器件侧的与被选择的扫描配线相邻的扫描配线 ( 下面称为 “未被选择的 扫描配线” )。此外, 从由被选择的扫描配线驱动并且在其中不诱导放电的电子发射器件进 行亮度测量。对于亮度测量使用高速照相机 (FOR-A COMPANY LIMITED 生产的 VFC-300)。 通过适当的配线在阴极电极 5 和栅电极 4 之间施加电压。关于其中诱导放电的电子发射器 件, 给信息配线 10 施加 0 到 +20V 的电压, 并且给扫描配线 12 施加 0 到 -10V 的脉冲电压。 关于其中不诱导放电的电子发射器件, 给信息配线 10 施加 0 到 +10V 的电压, 并且给扫描配 线 12 施加 0 到 -10V 的电压。同时, 给前板 46 的金属背 45 施加 12kV 的高 DC 电压。
通过上面的方法进行的测量的结果如下。关于比较图像显示装置, 被选择的扫描 配线上的电流近似为 1A, 并且未被选择的扫描配线上的电流为 0A。在其中不诱导放电的电 子发射器件中, 放电期间的亮度下降为大约 8%。关于评价用图像显示装置, 被选择的扫描 配线上的电流近似为 0.5A, 并且未被选择的扫描配线上的电流近似为 0.5A。在其中不诱导 放电的电子发射器件中, 放电期间的亮度下降为大约 4%。因此, 当如同当前例子中使用的 配置那样安装放电诱导电极 9 时, 放电诱导电极 9 可以导致放电, 并且将放电电流引导到未 被选择的扫描配线, 导致减小的图像失真。
( 例子 2)
( 背板的生产 )
在当前例子中, 生产图 5 所示的背板。 根据当前例子的电子发射器件被以与例子 1 相同的方法生产, 并且除了栅电极 4 具有不同长度并且放电诱导电极 9 具有不同形状之外, 具有与例子 1 相同的配置。在当前例子中, 栅电极 4 长 200μm, 并且添加长度为 210μm 的 放电诱导电极 9′作为放电诱导电极 9。即, 放电诱导电极 9 的暴露部延伸到电子发射器件 13 与将电子发射器件 13 夹在中间的两个相邻信息配线 ( 第一和第二信息配线 )10 中的第一个信息配线之间的空间内。 从放电诱导电极 9 到微小间隙 6 的距离被设为不超过 150μm。
( 图像显示装置的生产 )
以 720×160 的矩阵的形式布置通过上面的方法生产的电子发射器件, 以便以与 例子 1 相同的方法生产图 2 所示的图像显示装置。另外, 使用相同方法生产评价用图像显 示装置。
另外, 生产没有放电诱导电极 9 的另一个图像显示装置以便比较。除了比较图像 显示装置不具有放电诱导电极 9 之外, 比较图像显示装置与根据当前例子的评价用图像显 示装置具有相同配置, 并且除了在背板的生产过程中不安装放电诱导电极 9 之外, 比较图 像显示装置的制造方法与根据当前例子的评价用图像显示装置的制造方法相同, 并且因此 将省略其描述。
( 对图像显示装置的评价 )
这样生产的评价用图像显示装置和比较图像显示装置在与例子 1 相同的条件下 被矩阵驱动。 使用与例子 1 相同的方法, 测量下列值 : 驱动其中诱导放电的电子发射器件的 被选择的扫描配线上的电流值, 在该电子发射器件侧与被选择的扫描配线相邻的扫描配线 上的电流值, 以及由被选择的扫描配线驱动并且其中不诱导放电的电子发射器件的亮度。
以上面的方法进行的测量的结果如下。关于比较图像显示装置, 被选择的扫描配 线上的电流近似为 1A, 并且未被选择的扫描配线上的电流为 0A。在其中不诱导放电的电子 发射器件中, 放电期间的亮度下降近似为 2%。关于评价用图像显示装置, 被选择的扫描配 线上的电流为 0.5μA, 并且未被选择的扫描配线上的电流为 0.5A。在其中不诱导放电的电 子发射器件中, 放电期间的亮度下降大约为 4%。 因此, 通过当前例子中使用的配置, 放电诱 导电极 9 可以导致放电, 并且将放电电流引导到未被选择的扫描配线, 导致减小的图像失 真。
( 例子 3)
( 背板的生产 )
在当前例子中, 生产图 6 所示的背板。 根据当前例子的电子发射器件被以与例子 2 相同的方法生产, 并且除了安装两个栅电极 4 和两个阴极电极 5 并且放电诱导电极 9 具有 不同形状之外, 具有与例子 2 相同的配置。在当前例子中, 栅电极 4 为 200μm 长, 并且两个 210μm 长的放电诱导电极 9′通过从放电诱导电极 9 延伸作为放电诱导电极 9 被安装在与 相应电极 4 的微小间隙 6 相距 150μm 或更近的距离处。即, 放电诱导电极 9 的暴露部延伸 到电子发射器件 13 与将电子发射器件 13 夹在中间的两个相邻信息配线 ( 第一和第二信息 配线 )10 之间的各空间内。从放电诱导电极 9 到微小间隙 6 的距离被设为不超过 150μm。
( 图像显示装置的生产 )
以 720×160 的矩阵的形式布置通过上面的方法生产的电子发射器件, 以便以与 例子 2 相同的方法生产图 2 所示的图像显示装置。另外, 使用相同方法生产评价用图像显 示装置。
另外, 生产没有放电诱导电极 9 的另一个图像显示装置用作比较。除了比较图像 显示装置不具有放电诱导电极 9 之外, 比较图像显示装置与根据当前例子的评价用图像显 示装置具有相同配置, 并且除了在背板的生产过程中不安装放电诱导电极 9 之外, 比较图 像显示装置的制造方法与根据当前例子的评价用图像显示装置的制造方法相同, 并且因此将省略其描述。
( 对图像显示装置的评价 )
这样生产的评价用图像显示装置和比较图像显示装置在与例子 2 相同的条件下 被矩阵驱动。 使用与例子 2 相同的方法, 测量下列值 : 驱动其中诱导放电的电子发射器件的 被选择的扫描配线上的电流值, 在该电子发射器件侧与被选择的扫描配线相邻的扫描配线 上的电流值, 以及由被选择的扫描配线驱动并且其中不诱导放电的电子发射器件的亮度。
以上面的方法进行的测量的结果如下。关于比较图像显示装置, 被选择的扫描配 线上的电流近似为 1A, 并且未被选择的扫描配线上的电流为 0A。在其中不诱导放电的电子 发射器件中, 放电期间的亮度下降近似为 8%。关于评价用图像显示装置, 被选择的扫描配 线上的电流为约 0.5μA, 并且未被选择的扫描配线上的电流为 0.5A。在其中不诱导放电的 电子发射器件中, 放电期间的亮度下降近似为 4%。 因此, 采用当前例子中使用的配置, 放电 诱导电极 9 可导致放电, 并且将放电电流引导到未被选择的扫描配线, 导致减小的图像失 真。
已经具体描述了本发明的实施例和例子, 但是本发明不限于上述实施例。可以基 于本发明的技术思想做出各种修改。 例如, 上面实施例中提到的数值和组件仅是示例, 并且 如果需要可以使用其它数值和组件。例如, 在上面的实施例中, 通过将音响装置 ( 未示出 ) 等连接到视频信息接收器 ( 未示出 ), 可以构造配备有图像信号产生电路 ( 未示出 )、 驱动 电路 ( 未示出 ) 和图像显示装置的电视机。 虽然已经参考示例实施例描述了本发明, 应当理解本发明不限于公开的示例实施 例。下面的权利要求的范围与最宽泛的解释一致, 以便包括所有这些修改以及等同结构和 功能。