專利名稱：電子發(fā)射裝置及使用其的電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及一種電子發(fā)射裝置，且更具體地涉及一種具有被配置成一圖象顯示陣列，例如一矩陣形式的電子發(fā)射裝置的電子發(fā)射顯示裝置。
常規(guī)地，在場電子發(fā)射顯示設(shè)備中，一場發(fā)射顯示器(FED)被已知為一裝有一冷陰極電子發(fā)射源的陣列的平面發(fā)射顯示裝置，其中該冷陰極電子發(fā)射源不要求陰極加熱。例如微小微小突起的斯班德特(Spindt)型冷陰極的FED的發(fā)射原理如下。它的發(fā)射原理象一陰極射線管(CRT)，盡管該FDE具有一不同于CRT的斯班德特突起的陰極陣列。在該FED中，通過除了該斯班德特型陰極以外的間隔開的各門電極，電子被引入一真空空間，且這些電子被使撞擊到被涂覆在一透明陽極上的熒光物質(zhì)上，從而引致光發(fā)射。
然而，該FED具有一問題，由于這些微小的斯班德特型發(fā)射極陣列的制做復(fù)雜且過程繁多而使產(chǎn)量較低。
還知有一種作為平面電子發(fā)射源的帶有金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)的多個(gè)電子發(fā)射裝置的電子發(fā)射裝置。該帶有MIM結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置包括一作為基極的Al底基層，被依次形成在基底上的具有約10nm厚度的一Al2O3絕緣體層和作為具有約10nm厚度的一頂電極的一Au覆蓋層。在該MIM裝置被置放在真空中的一相對電極的下面的情況下，當(dāng)在該Al底基層和Au覆蓋層之間施加一電壓且在同時(shí)，將一加速電壓施加至該相對電極時(shí)，則一些電子從該Au覆蓋層發(fā)射出并到達(dá)該相對電極。
然而，該具有MIM結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置不能提供足夠量的發(fā)射的電子。
為克服該MIM裝置的發(fā)射的這些缺陷，通?？紤]到需要使該Al2O3絕緣體層薄幾納米并使該Al2O3絕緣體層具有均勻的質(zhì)量以使Al2O3絕緣體層和Au覆蓋層之間的界面更加均勻。
為提供一更薄和更均勻的絕緣體層，例如，試圖通過使用一陽極化方法控制陽極化的電流從而改善電子發(fā)射特性，如在日本專利申請No.7-65710中所述的。
然而，即使由該陽極化方法制做的具有MIM結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置也只確保約1×10-5A/cm2的發(fā)射電流和約0.1％的電子發(fā)射效率。
其絕緣體層具有幾十納米至幾微米厚度的MIM型電子發(fā)射裝置不具有一均勻形成的平面形成狀態(tài)，導(dǎo)致該裝置的不穩(wěn)定的電子發(fā)射特性的問題。
還知道一種表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射裝置。這種裝置如下所述的被制做。首先在一絕緣材料的基底上形成一對面對的電極。接著在該兩面對的電極之間橋接一導(dǎo)電薄膜。該導(dǎo)電薄膜橋在一起電過程時(shí)被起電以使在其中形成一間隙或破裂為一電子發(fā)射部分。由于通過局部破壞、變性或變形該導(dǎo)電薄膜而生成這樣一間隙或破裂，有這樣的問題該電子發(fā)射部分中的結(jié)構(gòu)同性是低劣的，且該電子發(fā)射部分的形狀的重制造性較差。該電子發(fā)射部分在一直線形狀上受到限制。
本發(fā)明是鑒于上述而提出的，且因此其目的是提供一種具有高到足以在被施加低電壓時(shí)穩(wěn)定地發(fā)射電子的電子發(fā)射效率的電子發(fā)射裝置，和一包括采用多個(gè)這樣的電子發(fā)射裝置的扁平面顯示裝置的顯示設(shè)備。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一電子發(fā)射裝置，包括由一半導(dǎo)體材料，一金屬復(fù)合物或金屬制成的電子提供層；形成在該電子提供層上的一絕緣體層；和形成在該絕緣體層上的一薄膜金屬電極。
其特征在于該絕緣體層和該薄膜金屬具有多個(gè)島形區(qū)，在該多個(gè)島形區(qū)處該絕緣體層和該薄膜金屬電極兩者的厚度逐漸減小。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置，所述島形區(qū)為電子發(fā)射部位。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置，所述絕緣體層由介電質(zhì)制成且具有50nm或更大的膜厚度。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置，該薄膜金屬電極終止在各島形區(qū)中的該絕緣體層上。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置，該絕緣體層被終止在各島形區(qū)中的該電子提供層上。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置，各島形區(qū)是形成在該薄膜金屬電極的平坦表面上的一凹入。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置，該絕緣體層和薄膜金屬通過物理汽相淀積和/或化學(xué)汽相淀積而被形成。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置，在各島形區(qū)中設(shè)置一微小顆粒。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置，在各島形區(qū)中設(shè)置一反錐形塊。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，還提供了一種制造具有多個(gè)島形區(qū)，在該多個(gè)島形區(qū)處一絕緣體層和一薄膜金屬電極的厚度逐漸減小的電子發(fā)射裝置的方法，包括有步驟在一基底上形成一電子提供層；將多個(gè)微小顆粒噴射到該電子提供層上；在該電子提供層和這些微小顆粒上沉積一絕緣材料，從而形成一薄絕緣體層；及在該絕緣體層和這些微小顆粒上形成一薄膜金屬電極，從而圍繞在這些微小顆粒下的一接觸表面形成若干島形區(qū)。
在根據(jù)本發(fā)明的制造一電子發(fā)射裝置的方法的一實(shí)施例中，該方法在薄膜金屬電極形成步驟后還包括一步驟在該電子提供層和該薄膜金屬電極上施加一電壓，用于生成導(dǎo)電路徑。
在根據(jù)本發(fā)明的制造一電子發(fā)射裝置的方法的一實(shí)施例中，該方法在薄膜金屬電極形成步驟后還包括一步驟從這些島形區(qū)中去除這些微小顆粒。
在根據(jù)本發(fā)明的制造一電子發(fā)射裝置的方法的一實(shí)施例中，該方法在微小顆粒去除步驟后還包括一步驟在該電子提供層和該薄膜金屬電極上施加一電壓，用于生成導(dǎo)電路徑。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種制造具有多個(gè)島形區(qū)，在該多個(gè)島形區(qū)處一絕緣體層和一薄膜金屬電極的厚度逐漸減小的電子發(fā)射裝置的方法，包括有步驟在一基底上形成一電子提供層；形成若干電絕緣反錐形塊，各電絕緣反錐形塊在垂直于該基底的方向上突出且各在其上部具有一在平行于該基底的方向上突出的伸出部分；在該電子提供層上沉積一絕緣體，從而形成一薄絕緣體層；及在該絕緣體層上形成一薄膜金屬電極，從則圍繞在這些反錐形塊下的一接觸表面形成若干島形區(qū)。
在根據(jù)本發(fā)明的制造的一電子發(fā)射裝置的方法的一實(shí)施例中，該方法在薄膜金屬電極形成步驟后還包括一步驟在該電子提供層的該薄膜金屬電極上施加一電壓，用于生成導(dǎo)電路徑。
在根據(jù)本發(fā)明的制造一電子發(fā)射裝置的方法的一實(shí)施例中，該方法在薄膜金屬電極形成步驟后還包括一步驟從這些島形區(qū)中去除這些反錐形塊。
在根據(jù)本發(fā)明的制造一電子發(fā)射裝置的方法的一實(shí)施例中，該方法在去除步驟后還包括一步驟在該電子提供層和該薄膜金屬電極上施加一電壓，用于生成導(dǎo)電路徑。
在根據(jù)本發(fā)明的制造一電子發(fā)射裝置的方法的一實(shí)施例中所述塊形成步驟包括有步驟在所述基底上形成一反錐形塊材料層；通過光刻法用于曝露出至少所述電子提供層的部分以在所述反錐形塊材料層上形成一保護(hù)層(resist)掩膜；及通過干蝕刻或濕蝕刻來雕刻具有所述伸出部分的所述反錐形塊。
本發(fā)明還提供了一種電子發(fā)射顯示裝置，包括一對相互相對的，之間插有一真空間隔的一第一基底和一光學(xué)透明的第二基底；形成在所述的第一基底上的多個(gè)電子發(fā)射裝置，各電子發(fā)射裝置包括一形成在所述第一基底上的若干歐姆電極上的由一半導(dǎo)體材料、一金屬復(fù)合物或金屬制成的一電子提供層，形成在所述電子提供層上的一絕緣體層，和形成在所述絕緣體層上且面對該真空間隔的一薄膜金屬電極，其中該絕緣體層和薄膜金屬具有多個(gè)島形區(qū)，在這些島形區(qū)中，該絕緣體層和該薄膜金屬電極兩者的厚度逐漸減小。
形成在所述第二基底上的一集電極；及形成在所述集電極上且面對該真空間隔的一熒光材料層。
在根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射顯示裝置中，所述絕緣體層由介電質(zhì)制成且具有50mm或更大的膜厚度。
在根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射顯示裝置中，該薄漠金屬電極在各島形區(qū)中的該絕緣體層上終止。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射顯示裝置中，該絕緣體層在各島形區(qū)中的該電子提供層上被終止。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射顯示裝置中，各島形區(qū)是形成在該薄膜金屬電極的平坦表面中的一凹入。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射顯示裝置中，該絕緣體層和該薄膜金屬通過一物理汽相沉積和/或化學(xué)汽相淀積而被形成。
在根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射顯示裝置中，該顯示裝置還包括形成在所述第一基底上且配置在所述電子發(fā)射裝置中的相鄰兩個(gè)之間以使圍繞這些電子發(fā)射裝置用于劃分它們的多個(gè)絕緣支持部件，其中從所述第一基底到最接近于所述真空間隔的所述絕緣支持部件的表面的距離基本上等于從所述第一基底到最接近于所述真空間隔的所述薄膜金屬電極的表面的距離。
在根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射顯示裝置中，該顯示裝置還包括多個(gè)總線電極，各總線電級以一條形被配置以與一相鄰的所述薄膜金屬電極電連接，其中所述歐姆電極和所述電極為條樣電極并被配置以相互垂直地延伸。
在根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射顯示裝置中，所述第一基底包括多個(gè)第一絕緣壁壘，各第一絕緣壁壘被配置在所述電子發(fā)射裝置之間并突入到所述真空間隔中，而所述第二基底包括多個(gè)第二壁壘，各第二壁壘突入到所述真空間隔中以鄰接所述第一壁壘。
根據(jù)本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置，由于該絕緣體層和該薄膜金屬電極的島形部分的厚度在一方向上逐漸減小它們的界面沿該方向延伸且從這些島形區(qū)發(fā)射的電子量增多。
而且，由于該絕緣體層的相對厚度，不可能在該絕緣體層中產(chǎn)生通孔(through-bore)且因此其產(chǎn)量被提高。本發(fā)明的電子發(fā)射裝置是一平面的或點(diǎn)狀的電子發(fā)射二級管且可適合于高速裝置，例如一象素真空管或球的源、一掃描或透射電子顯微鏡的電子發(fā)射源、一真空微電子裝置及諸如此類。而且，該電子發(fā)射裝置可用作為一發(fā)射毫米或亞毫米波長的電磁波的一微小的微波管或二極管，且還可用作為一高速轉(zhuǎn)換裝置。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的發(fā)射裝置的概略性截面視圖；圖2至5為各自示出根據(jù)本發(fā)明的一種制造電子發(fā)射裝置的方法中一裝置基底的一部分的放大截面視圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一種制造電子發(fā)射裝置的方法中的一裝置基底的一部分的放大的截面視圖；圖7至10為各自示出根據(jù)本發(fā)明的另一電子發(fā)射裝置的一部分的放大的透圖；圖11為示出根據(jù)本發(fā)明的相對于一施加的裝置電壓Vps，具有多個(gè)島形區(qū)(其中一絕緣體層和一薄膜金屬電極的厚度逐漸地減小)的一電子裝置的二極管電流Id與發(fā)射電流Ie中的變化示意圖；圖12為示出根據(jù)本發(fā)明的相對于施加的裝置電壓Vps，作為一比例較例的一電子發(fā)射裝置的二極管電流Id和發(fā)射Ie中的變化的示意圖；圖13和14為各自示出根據(jù)本發(fā)明的一不同的電子發(fā)射裝置的一部分的放大的透視圖；圖15為示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一電子發(fā)射顯示裝置的局部透視圖；及圖16為沿圖15中的線AA截取的，根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射顯示裝置的概略性局部放大截面視圖；及圖17和18為各自示出根據(jù)本發(fā)明的另一電子發(fā)射裝置的一部分的放大截面視圖。
下面將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的電子發(fā)射裝置進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1中所示，以一疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的一電子發(fā)射裝置“S”包括在由玻璃或諸如此類制成的第一基底10上的由鋁(Al)、鎢(W)、氮化鈦(TiN)、銅(Cu)、鉻(Cr)或諸如此類制成的一歐姆電極11；在該歐姆電極11上的由例如硅(Si)的半導(dǎo)體材料或金屬復(fù)合物或金屬制成的一電子提供層12；在該電子提供層12上的由例如SiOx(x＝0.1至2.0)或諸如此類的介電質(zhì)制成的一絕緣體層13；和在絕緣體層13上的由例如鉑(Pt)、金(Au)或諸如此類的金屬制成的面對一真空間隔的一薄膜金屬電極15。具體地，該絕緣體層13被沉淀厚得多的厚度以使具有50nm或更大的厚度。這些層通過使用 Ar、Kr、Xe或它們混合物的氣體，或基本上由其中混合有O2、N2諸如此類的這些稀有氣體中的一種組成的氣體混合物，在0.1至100mTorr，最好為0.1至20mTorr氣體壓力和0.1至1000nm/分，最好為0.5至100nm/分的形成速率的濺射條件下，通過濺射法而被形成。
在絕緣體層13和薄膜金屬電極15上形成多個(gè)島形區(qū)14，其中該絕緣體層13和薄膜金屬電極15的厚度朝向島形區(qū)的中央逐漸地減小。
如圖1中所示，各島形區(qū)14被形成為在薄膜金屬電極15的平坦表面上的一凹入。在各島形區(qū)14中，薄膜金屬電極15在絕緣體層13上的邊緣“A”處結(jié)束。各島形區(qū)14中的絕緣體層13在電子提供層12上的邊緣“B”處結(jié)束。
作為凹入的多個(gè)島形區(qū)14被以下述方式形成。首先，如圖2中所示，在其上形成有歐姆電極11的基底10上通過濺射形成電子提供層12。
然后，在電子提供層12上噴射多個(gè)球形微小顆粒20，如圖3中所示，圖中僅示出了一個(gè)微小顆粒。這些微小顆粒不需要為球形來確保電子發(fā)射。然而，考慮到微小顆粒的晶界部分的均勻度，在一膜上的均勻頒且無絮凝，帶有各向同性形狀的球形顆粒，例如用于液晶顯示面板，球磨機(jī)或諸如此類的隔離物(spacer)是期望的。用于這些微小顆粒的可用材料是一絕緣體、半導(dǎo)體和金屬。當(dāng)使用金屬微小顆粒，在此情況下裝置可能會短路時(shí)，在形成薄膜金屬電極15后應(yīng)去除這些微小顆粒。
接著，如圖4中所示，在電子提供層12和微小顆粒20上沉積一絕緣體13、13a，從而形成是該絕緣體的一薄膜的絕緣體層13。在此時(shí)，該絕緣體氣體圍繞電子提供層12接觸各微小顆粒20的部分，從而形成一絕緣體層部分，其厚度從絕緣體層13的預(yù)定厚度開始逐漸減小。該絕緣體部分在各島形區(qū)14中的電子提供層12上的邊緣“B”處結(jié)束。
接著，在絕緣體層13和微小顆粒20上沉淀金屬層15、15a，從而形成薄膜金屬電極15，如圖5所示。在此時(shí)，金屬氣體從絕緣體層13和微小顆粒20之間的間隔，過訪電子提供層12接觸各微小顆粒20的部分，從而形成一薄膜金屬電極部分，其厚度從薄膜金屬電極15的預(yù)定厚度開始逐漸減小。該薄膜金屬電極部分在各島形區(qū)14中的絕緣體層13上的邊緣“A”處結(jié)束。換言之，在各微小顆粒20和絕緣體層13或薄膜金屬電極15之間有一邊界(晶界)且絕緣體層13和薄膜金屬電極15從該邊界開始朝向該微小顆粒和電子提供層12之間的接觸點(diǎn)連續(xù)地且逐漸變薄。在以上方式中，作為凹入的島形區(qū)14圍繞絕緣體層13和薄膜金屬電極15中的微小顆粒20上的接觸表面而被形成。
在該薄金屬電極形成步驟后，通過采用超聲波清除或諸如此類去除這些微小顆粒而形成圖1中所示的凹陷的凹入的島形區(qū)14。
注意該電子發(fā)射裝置可具有未被去除的微小顆粒。這些微小顆粒的直徑被設(shè)至這樣一大小以使各微小顆粒的部分露出電子發(fā)射側(cè)上的薄膜金屬電極的表面，即各微小顆粒未被完全掩蓋。當(dāng)絕緣體層變得太厚而不能從外部確認(rèn)這些微小顆粒的存在時(shí)，發(fā)射電流變低。
在該微小顆粒去除步驟或替代地在該薄金屬電極形成步驟后，不管這些微小顆粒是否在該裝置上，可對攜載電子發(fā)射裝置的基底10執(zhí)行一導(dǎo)電路徑生成步驟，各電子發(fā)射裝置具有島形區(qū)14，在厚度逐漸減小的絕緣體層13的部分上終止的薄膜金屬電極15。在電子提供層12和薄膜金屬電極15上施加一適當(dāng)?shù)碾妷阂栽趯?dǎo)電路徑生成步驟中在它們之間流動一給定電流。盡管在絕緣體層13的邊緣“B”和薄膜金屬電極15的邊緣“A”之間的絕緣體部分具有高電阻率，該部分變成用于一電子發(fā)射部位的一電流路徑。因此，該電流首先在該電子發(fā)射部位內(nèi)的該絕緣體部分流動。這樣發(fā)生焦耳熱以使在該電子發(fā)射部位的該絕緣體部分的表面中或內(nèi)部中的導(dǎo)電路徑的生成被使容易。
接著盡管Si材料在開始時(shí)顯現(xiàn)出高電阻率，在絕緣體部分的電子發(fā)射部位上及下的電子提供層12的Si部分獲得局部地且選擇地被減小的低電阻，導(dǎo)致電流量的增大。這樣，在各島形區(qū)14中集中地且均勻地生成導(dǎo)電路徑。而且，該電路徑生成步驟防止了因?yàn)樵陂_始時(shí)Si的高電阻率導(dǎo)致的不希望有的絕緣體破壞，并對獲得的裝置的穩(wěn)定的發(fā)射電流作出了貢獻(xiàn)。
盡管在該實(shí)施例中，這些微小顆粒20與電子提供層12相接觸，可在微小顆粒噴射步驟之前馬上通過濺射而形成一輔助絕緣體層13b以使通過該輔助絕緣體層13b將這些微在粒30與電子提供層12分隔開，如圖6中所示。該分隔開的距離應(yīng)在幾十埃至幾千埃的范圍內(nèi)。該設(shè)計(jì)可防止電子提供層12與薄膜金屬電極15之間的短路。
島形區(qū)14并不限于由這些微小顆粒形成的火山口樣的凹入，而可采取槽形凹入14a的形狀，如圖7所示，或錐樣凹入14b的形狀，如圖9所示。島形區(qū)的形狀和形成這些島形區(qū)的方法是任選的。以與上述島形區(qū)14的程序相同的程序來形成在圖7和9中示出的例子中的槽形凹入14a和錐樣凹入14b，除了以如圖8中所示的線或點(diǎn)形反錐形塊21a或如圖10中所示的圓柱形反錐形塊12b替代了這些微小顆粒外。該電子發(fā)射裝置可具有電子提供層12或如圖6中所示的輔助絕緣體層13b上的反錐形塊21a或21b。各反錐形塊21a或21b由象一保護(hù)層的電絕緣材料形成，在垂直于基底10的方向上突出并在其上部具有一伸出部分22a或22b，其在平行于基底的方向上突出。在形成薄金屬電極15后，執(zhí)行一去除步驟，用于從島形區(qū)中去除去反錐形塊21a、21b以使形成凹入的島形區(qū)。
如上所述，該電子發(fā)射裝置具有作為通過去除微小顆粒20或反錐形塊21a或21b而在頂表面均勻形成的凹入的多個(gè)島形區(qū)14，如圖1、7或9所示。該電子發(fā)射裝置可具有在凹入的島形區(qū)14的中央中被去除的微小顆粒20或反錐形塊21a或21b，如圖5和6，或圖8或10中所示。
在攜載多個(gè)電子發(fā)射裝置的第一基底10，即裝置基底或后基底被用于一顯示裝置的情況下，第二基底，即由玻璃制成的前基底1和基底10通過一隔離物被相互平行隔開地支持并被密封以相互面對，其間插有一真空間隔4。在前基底1的內(nèi)表面上，形成例如錫化銦氧化物(所謂的ITO)、錫氧化物(SnO)、鋅氧化物(ZnO)或諸如此類的至少一透明集電極2。該透明集電極捕獲發(fā)射的電子。這些透明集電極可被配置成與紅(R)、綠(G)藍(lán)(B)色信號相關(guān)聯(lián)的三個(gè)一組的若干組以提供一彩色顯示面板，且若干電壓被各自提供給這些三個(gè)集電極。這些透明集電極被分別涂鍍有熒光材料3R、G、B，這些熒光材料可發(fā)射對應(yīng)于光的三原色R、G和B的光。可在熒光材料層3R、G、B之間的前基底1設(shè)置一黑條掩膜BM或后金屬層?？商鎿Q地，可將集電極2整體地形成為一單片膜用于一單色顯示面板。用于后基底10的材料不限于玻璃，可替代玻璃而使用例如Al2O3、Si3N4和BN等的陶瓷。
該電子發(fā)射裝置“S”可被看作為一二極管，在其表面的薄膜金屬電極15被連接至一正的施加電壓Vd且該歐姆電極11被連接至一地電位，如圖1中所示。當(dāng)在歐姆電極11和薄膜金屬電極15之間施加例如近似90伏的電壓以將電子提供進(jìn)電子提供層12中時(shí)，二極管電流Id流動。由于絕緣體層13具有高電阻，大部分施加的電場被施加且集中給絕緣體層13。這些電子在絕緣體層13中行進(jìn)朝向各島形區(qū)14中的薄膜金屬電極15。由于強(qiáng)電場，到達(dá)薄膜金屬電極15附近的一些電子通過島形區(qū)14以被向外發(fā)射進(jìn)入該真空間隔。
從島形區(qū)14放電的電子“e”(發(fā)射電流Ie)通過被施加至一相對集電極2(透明電極)的例如約5伏的高電壓Vc而被很快加速并由集電極2收集。當(dāng)在集電極2上涂覆熒光物質(zhì)3時(shí)，觀察到對應(yīng)的可見光。
總地來說，其絕緣體層具有幾十毫微米到幾微米厚度的MIM或MIS型電子發(fā)射裝置不能在該裝置的簡單制做后馬上發(fā)射電子。為確保電子發(fā)射，該制做的電子發(fā)射裝置需要一稱為“形成”的處理，其以這樣一方法在薄膜金屬電極15和歐姆電極11之間施加一電壓以使前一電極15變成正的。不似所謂的介質(zhì)擊穿，該“形成”處理尚未被清楚地解釋而關(guān)于此項(xiàng)有各種不同的看法，例如將一電極材料擴(kuò)散進(jìn)該絕緣體層，在該絕緣體層中結(jié)晶，稱為“絲極”的導(dǎo)電路徑的生成和該絕緣體的組分中的化學(xué)計(jì)量的偏差。該“形成”處理經(jīng)受一特別差的可控制性，使得難以制造具有高可靠性和可再制性的電子發(fā)射裝置。當(dāng)在電極表面中偶然地生成“形成部位”時(shí)，不可能確定電子發(fā)射的起源(電子發(fā)射源)。也就是說，由于不能在裝置表面中均勻地形成電子發(fā)射源，電子發(fā)射圖樣的均勻度變得特別差。
對于實(shí)施例的電子發(fā)射裝置，設(shè)置有逐漸變薄的絕緣體層13的一局部部分，即其13、15的厚度逐漸減小的島形區(qū)14，在各島形區(qū)14中，以這樣的方式形成一電子發(fā)射部位以使薄膜金屬電極15的邊緣被置放在逐漸變薄的絕緣體層13上。該電子發(fā)射裝置可充足地發(fā)射電子。除了以上處理外，可執(zhí)行上述所謂的導(dǎo)電路徑生成步驟。通過該導(dǎo)電路徑生成步驟，存在于電子發(fā)射部位內(nèi)的絕緣體層的表面中或內(nèi)部中的導(dǎo)電微小機(jī)構(gòu)生成并增多。因此推導(dǎo)出因?yàn)楫?dāng)驅(qū)動該電子發(fā)射裝置時(shí)在該導(dǎo)電微小結(jié)構(gòu)中生成強(qiáng)烈集中的電場，從電子發(fā)射部位發(fā)生電子發(fā)射。使用具有均勻大小和形狀的微小顆粒可有助于在整個(gè)裝置的表面上的島形區(qū)14中均勻地形成具有均勻大小和形狀的電子發(fā)射部位，導(dǎo)致形成一非常滿足要求的電子發(fā)射的圖樣。
有關(guān)電子發(fā)射效率，因?yàn)閮H是裝置表面中的島形區(qū)14用作為電子發(fā)射源和導(dǎo)電路徑，看起來已獲得沒有漏電流的高效的電子發(fā)射。
用于該電子發(fā)射裝置的電子提供層12的有效材料是硅(Si)且具體地氫化的非晶硅(a-SiH)是有效的，在該氫化的非晶硅中，a-Si的幾乎所有懸空鍵通過氫原子被端接。而且，氫化的非晶硅碳化物(a-SiH)(其中Si原子部分被碳原子(C)所替換)也被有效地用于電子提供層12。而且氫化的非晶硅氮化物(a-SiNH)(其中Si原子部分的氮原子(N)所替換)也可被有效地用于電子提供層12。而且，摻雜有硼、鋁、鎵、磷、銦、砷和/或銻的硅可被用于電子提供層12。替代Si，一單質(zhì)半導(dǎo)體或族IV、族III-V、族II-VI的一元素的復(fù)合半導(dǎo)體或諸如此類，例如鍺(Ge)、鍺硅復(fù)合物(Ge-Si)、碳化硅(SiC)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)或硒化鎘(CdSe)或CuInTe2也可被用于該電子發(fā)射裝置的電子提供層。
而且，例如Al、Au、Ag和Cu的金屬可作為電子提供材料，Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Cd、Ln、Sn、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Tl、Pb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和諸如此類也可被用于電子提供層12。
硅氧化物SiOx(其中下標(biāo)x表示一原子比)可作為介電材料，且金屬氧化物或金屬氮化物，例如，LiOx、LiNx、NaOx、KOx、RbOx、CsOx、BeOx、MgOx、MgNx、CaOx、CaNx、SrOx、BaOx、ScOx、YOx、YNx、LaOx、LaNx、CeOx、PrOx、NdOx、SmOx、EuOx、GdOx、TbOx、DyOx、HoOx、ErOx、TmOx、YbOx、LuOx、TiOx、ZrOx、ZrNx、HfOx、HfNx、ThOx、VOx、VNx、NbOx、TaOx、TaNx、CrOx、CrNx、MoOx、MoNx、WOx、WNx、MnOx、ReOx、FeOx、FeNx、RuOx、OsOx、CoOx、RhOx、IrOx、NiOx、PdOx、PtOx、CuOx、CuNx、AgOx、AuOx、CdOx、HgOx、BOx、BNx、AlOx、AlNx、GaOx、GaNx、InOx、SiNx、GeOx、SnOx、PbOx、POx、PNx、AsOx、SbOx、SeOx、TeOx和諸如此類也可被用于絕緣層13。
而且金屬絡(luò)合物例如LiAlO2、Li2SiO3、Li2TiO3、Na2Al22O34、NaFeO2、Na4SiO4、K2SiO3、K2TiO3、K2WO4、Rb2CrO4、Cs2CrO4、MgAl2O4、MgFe2O4、MgTiO3、CaTiO3、CaWO4、CaZrO3、SrFe12O19、SrTiO3、SrZrO3、BaAl2O4、BaFe12O19、BaTiO3、Y3Al5O12、Y3Fe5O12、LaFeO3、La3Fe5O12、La2Ti2O7、CeSnO4、CeTiO4、Sm3Fe5O12、EuFeO3、Eu3Fe5O12、GdFeO3、Gd3Fe5O12、DyFeO3、Dy3Fe5O12、HoFeO3、HO3Fe5O12、ErFeO3、Er3Fe5O12、Tm3Fe5O12、LuFeO3、Lu3Fe5O12、NiTiO3、Al2TiO3、FeTiO3、BaZrO3、LiZrO3、MgZrO3、HfTiO4、NH4VO3、AgVO3、LiVO3、BaNb2O6、NaNbO3、SrNb2O6、KTaO3、NaTaO3、SrTa2O6、CuCr2O4、Ag2CrO4、BaCrO4、K2MoO4、Na2MoO4、NiMoO4、BaWO4、Na2WO4、SrWO4、MnCr2O4、MnFe2O4、MnTiO3、MnWO4、CoFe2O4、ZnFe2O4、FeWO4、CoMoO4、CoTiO3、CoWO4、NiFeO4、NiWO4、CuFe2O4、CuMoO4、CuTiO3、CuWO4、Ag2MoO4、Ag2WO4、ZnAl2O4、ZnMoO4、ZnWO4、CdSnO3、CdTiO3、CdMoO4、CdWO4、NaAlO2、MgAl2O4、SrAl2O4、Gd3Ga5O12、InFeO3、MgIn2O4、Al2TiO5、FeTiO3、MgTiO3、NaSiO3、CaSiO3、ZrSiO4、K2GeO3、Li2GeO3、Na2GeO3、Bi2Sn3O9、MgSnO3、SrSnO3、PbSiO3、PbMoO4、PbTiO3、SnO2-Sb2O3、CuSeO4、Na2SeO4、ZnSeO3、K2TeO3、K2TeO4、Na2TeO3、Na2TeO4、和諸如此類也可被用于絕緣體層13。且進(jìn)而，例如FeS、Al2S3、MgS、ZnS和諸如此類的硫化物、例如LiF、MgF2、SmF3和諸如此類的氟化物。例如HgCl、FeCl2、CrCl3和諸如此類的氯化物、例如AgBr、CuBr、MnBr2和諸如此類的溴化物。例如PbI2、CuI、FeI2和諸如此類的碘化物及例如SiAlON和諸如此類的金屬氧化的氮化物也可被用于絕緣體層13。
而且，例如鉆石、富勒烯(C2n)和諸如此類的碳或例如Al4C3、B4C、CaC2、Cr3C2、MO2C、MoC、NbC、SiC、TaC、TiC、VC、W2C、ZrC和諸如此類的金屬碳化物作為絕緣體層13的介電材料也是有效的。Fullerene(C2n)由碳原子組成。代表C60是一作為已知的足球分子的球表面藍(lán)形分子。還有已知的C32至C960和諸如此類。上述化學(xué)式中Ox、Nx和諸如此類中的下標(biāo)x代表原子比且在下文中也是如此。
除了島形區(qū)14以外的絕緣體層13的膜厚度可為50nm或更大，最好在100至1000nm的范圍內(nèi)。
金屬Pt、Au、W、Ru和Ir作為用于電子發(fā)射側(cè)上的薄膜金屬電極15的材料是有效的。而且，Be、C、Al、Si、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Ta、Re、Os、Tl、Pb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和諸如此類也可被用于薄膜金屬電極。
在制做該電子發(fā)射裝置的方法中，物理汽相沉積(PVD)和/或化學(xué)汽相沉積(CVD)對于在該基底上形成這些層是有效的。該P(yáng)VD法包括一真空沉積、MBE(分子束外延)、濺射、離子束濺射、電離真空沉積、激光燒蝕和諸如此類。該CVD法包括一熱CVD、等離子CVD和MOCVD(金屬-有機(jī)化學(xué)汽相沉積)。特別是濺射是有效的。
根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)電子發(fā)射裝置(各包括一由被加有硼B(yǎng)的Si制成的電子提供層)被制做作為實(shí)施例且它們的特性被特別地檢查或具體地核查。
首先，各被充分干燥的多個(gè)清潔且光滑的玻璃基底被制備作為后基底，且然后通過用氮進(jìn)行往復(fù)濺射在各基底的一側(cè)上沉積220nm厚的TiN的一歐姆電極。然后，通過濺射在每個(gè)基底的該歐姆電極上沉積5000nm厚的加有0.15atm％硼的非晶Si的一電子提供層，這樣提供了用于這些實(shí)施例的各攜載該電子提供層等的共同的基底。
對于第一實(shí)施例，如圖5中所示，所謂的微小顆粒噴射的基底是如其中微小顆粒被噴射在該共同的基底的電子提供層上那樣被制備的。在該實(shí)施例中使用的微小顆粒是具有約1.0μm直徑的球形微小顆粒(以下簡單稱為“隔離物”)。這些微小顆粒的材料為SiO2，且顆粒大小的分配范圍非常窄。使用與被采用來噴射隔離物用于一液晶顯示裝置的相同的已知方案來噴射這些微小顆粒。有兩種類型的噴射，濕噴射和干噴射，前者已被用于該實(shí)施例。
隔離物的這些球形微小顆粒被散布進(jìn)乙醇并被充分地?cái)噭右允共槐恍跄?。該顆粒散布的溶液被旋轉(zhuǎn)涂覆在該電子提供層上，然后通過干燥去除乙醇。這樣允許這些球形顆粒被均勻地涂覆在該電子提供層上。附著在該電子提供層上的微小顆粒的分布密度約每mm2140個(gè)顆粒。這樣，多個(gè)微小顆粒噴射的基底被制備作為該第一實(shí)施例的隔離物基底。
對于第二實(shí)施例，如圖6中所示，各具有一輔助絕緣體層的多個(gè)微小顆粒噴射的基底被制備，各所述基底具有與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，除了在微小顆粒噴射步驟之前馬上通過濺射形成50nm厚的SiO2的輔助絕緣體層以制備一微小顆粒噴射的基底，其中這些顆粒通過該輔助絕緣體層而與電子提供層離開地被設(shè)置外。這樣，帶有設(shè)置在該輔助絕緣體層上的隔離物的多個(gè)基底被制備作為SiO2/隔離物基底。
對于第三實(shí)施例，如圖8中所示，多個(gè)所謂的塊基底被制備，各塊基底具有形成在上述共同的基底的電子提供層上的一反錐形塊。酚醛清漆基光阻材料被用作為該反錐形塊的材料的保護(hù)層，且使用旋轉(zhuǎn)涂覆而被涂覆。在涂覆了該保護(hù)層后，通過預(yù)烘干、曝露、后烘干和顯影處理形成一期望的保護(hù)層圖樣。盡管待被形成的該圖樣然后可具有一任意的形狀，它應(yīng)該厚到在待后被形成的該絕緣體層中不被完全覆蓋。在該實(shí)施例中，5000nm厚且4000nm高的一線狀的反錐形塊，或直徑為2.0nm且4000nm高的一柱狀的反錐形塊在該電子提供層上由該保護(hù)層形成。盡管在該例中被使用的保護(hù)層的反錐形塊(以下有時(shí)被簡單地稱為“保護(hù)層”)具有一反錐形形狀的橫向截面，它可具有一任意的錐形角且錐形不是最重要的。帶有設(shè)置在電子提供層上的一保護(hù)層塊的多個(gè)基底被以上述方式制備作為塊基底。
接著，以這樣一方式在對應(yīng)于第一至第三實(shí)施例的基礎(chǔ)上制備攜載電子發(fā)射裝置的所謂的裝置基底以使通過使用氧氣進(jìn)行往復(fù)濺射在各得到的基底的電子提供層上形成330nm厚的SiO2的絕緣體層。在此時(shí)，這些球形微小顆粒的上部和該反錐形塊的突出部分通過裝置表面被曝露，雖然SiO2被濺射在微小顆粒和該反錐形塊的上表面上。盡管接近各微小顆粒和該反錐形塊接觸該電子提供層的接觸區(qū)(晶界)的區(qū)域通過該伸出部分被隱藏，該絕緣體層通過來自該接觸區(qū)周圍的濺射的氣體而被形成在該區(qū)域上。圍繞該接觸區(qū)，該絕緣體層朝向該接觸區(qū)逐漸地變薄。
接著，在將用于該薄膜金屬電極的一圖樣掩模置于各裝置基底的絕緣體層上后，通過濺射在其上沉積10nm厚的Pt或Au的薄膜作為薄膜金屬電極。這樣，這些電子發(fā)射裝置被制備。在此時(shí)，不執(zhí)行在該絕緣體層上的一表面處理而可形成該電子發(fā)射裝置，或在使該絕緣體層的表面經(jīng)過濺射蝕刻后可形成該金屬電極膜。在后一情況下，該濺射蝕刻蝕刻或修改在這些微小顆粒和該絕緣體(或該保護(hù)層與該絕緣體)之間的邊界部分以使當(dāng)形成該金屬電極的薄膜時(shí)電極材料更有效地過訪該邊界部分。這將更有效地導(dǎo)致電子發(fā)射。然而該濺射蝕刻在該裝置表面上留下反映這些微小顆粒的形狀的環(huán)狀掩模(或反映該保護(hù)層圖樣的環(huán)樣或線性掩模)。
在第一至第三實(shí)施例中，在濺射蝕刻步驟后在頂表面上成層形成各薄膜金屬電極。
作為第四實(shí)施例，如圖1所示，多個(gè)用于電子發(fā)射裝置“S”的裝置基底被制備，以使從第一實(shí)施例的微小顆粒噴射的基底中去除散布的微小顆粒。因此第四實(shí)施例的各裝置僅具有凹入的島形區(qū)。第四實(shí)施例的基底在與第一實(shí)施例相同的步驟中被制備，除了通過使用水、丙酮、乙醇、甲醇、乙丙醇或諸如此類進(jìn)行超音波清洗從帶有第一實(shí)施例的保護(hù)層的電子發(fā)射裝置的微小顆粒噴射基底中去除散布的微小顆粒和保護(hù)層圖樣外。
作為第五實(shí)施例，如圖7中所示，多個(gè)用于電子發(fā)射裝置“S”的裝置基底被制備，從第三實(shí)施例的塊基底中去除了由保護(hù)層制成的反錐形塊。因此，各裝置僅具有在島形區(qū)中的凹入和槽。第五實(shí)施例的基底在與第三實(shí)施例相同的步驟中被制備，除了通過使用水、丙酮、乙醇、甲醇、乙丙醇或諸如此類進(jìn)行超音波清洗從帶有第三實(shí)施例的保護(hù)層的電子發(fā)射裝置的塊基底中去除保護(hù)層圖樣外。
作為一比較例，以與上述例中相同的程序從電子提供層基底制備沒有凹入和槽的一電子發(fā)射裝置的多個(gè)基底，除了未設(shè)置散布的微小顆粒和該保護(hù)層圖樣外。
同時(shí)，通過在各透明玻璃基底10的內(nèi)部依次形成一ITO集電極和一熒光材料層來制備透明基底。
第一至第五實(shí)施例和該比較例的各自電子發(fā)射裝置被組裝和制做以使以這樣一方法通過隔離物將裝置基底和透明基底保持平行相隔5mm，使該薄膜金屬電極和該集電極相互面對，帶有真空度為10-7乇或10-5帕的間隙。
在各制成的裝置的薄膜金屬電極和歐姆電極之間施加0至120V的裝置電壓Vps的情況下，各裝置的二極管電流Id和發(fā)射電流Ie被量度。下表示出了量度的結(jié)果。在該表中，從左側(cè)起，在首行中表示裝置結(jié)構(gòu)(歐姆電極材料)/(電子提供層材料)/(島形區(qū))/(絕緣體層材料)/(薄膜金屬材料)，它們以對應(yīng)于上述實(shí)施例的所述次序被分層。
表
在該表中，該隔離物表示由絕緣體制成的球形顆粒，而保護(hù)層表示由酚醛清漆基光阻材料制成的反錐形塊。
如從該量度的結(jié)果所見，這些實(shí)施例的具有凹入的島形區(qū)的電子發(fā)射裝置呈現(xiàn)出發(fā)射電流。具體地，根據(jù)第一實(shí)施例的具有TiN/Si+B/隔離物/SiO2/(Pt或Au)的分層結(jié)構(gòu)的裝置具有比從該比較例的發(fā)射電流明顯增大的發(fā)射電流。
圖11和12示出了當(dāng)施加0至90V的裝置電壓Vps時(shí)第一實(shí)施例(其中形成Pt電極)和該比較例中的電子發(fā)射裝置的二極管電流Id和發(fā)射電流Ie的變化。從這些圖中顯見具有凹入的島形區(qū)的電子發(fā)射裝置具有比該比較例的發(fā)射電流顯著增高兩位數(shù)的發(fā)射電流。與該比較例的1.2×10-5A/cm2相比，第一實(shí)施例的最大發(fā)射電流是6.9×10-3A/cm2。當(dāng)每mm2有約140個(gè)凹入的島形區(qū)時(shí)，來自一凹入的島形區(qū)的平均電子發(fā)射被計(jì)算為5.0×10-7A。還顯見與該比較例相比，具有凹入的島形區(qū)的電子發(fā)射裝置提供一具有很輕微的變化的穩(wěn)定的發(fā)射電流Ie和二極管電流Id。
而且，在以上第一實(shí)施例的條件下，制備帶有通常厚度為50nm或更厚但厚度在50nm至1000nm的范圍內(nèi)變化的絕緣體層的裝置，當(dāng)將一200V或更低的電壓施加給這些裝置時(shí)，測量相對于這些絕緣體層的厚度的可變的電子發(fā)射效率，{Ie/(Ie+Id)×100}(％)。結(jié)果表明具有這些特定厚度的絕緣體層的裝置顯示了0.1％或更大的電子發(fā)射效率。
其電子提供層僅包含Si而未加有B的電子發(fā)射裝置也顯示出與這些例子的相同的效果。
盡管對于以這樣的方法在絕緣體層和薄膜金屬電極中具有多個(gè)凹入的或成槽的島形區(qū)以使該層和金屬電極的厚度朝向中央地逐漸減小，該層和金屬電極的厚度也可離開中央地逐漸減小的電子發(fā)射裝置，給出了以上這些例子的描述。例如，作為再一例子，絕緣體層13和薄膜金屬電極15的厚度朝向一屏蔽隔板20a地逐漸減小的各島形區(qū)14可被形成在相關(guān)槽或凹入的一側(cè)壁上，如圖13所示。
圖13中示出的成槽的或凹入的島形區(qū)14可如下地被形成。首先，象圖8中的直線、錐形塊21a，屏蔽隔板20a由基底10上的保護(hù)層形成，歐姆電極11和電子提供層12被以次序地形成在基底10上。然后，通過濺射或諸如此類的方法形成絕緣體層13。在濺射該絕緣體層時(shí)，基底10上的電子提供層12的表面相對于濺射的絕緣體材料的流動方向被傾斜，以使絕緣體層13將具有一該部分，在該部分，較小量的絕緣體材料被沉積在屏蔽隔板20a的一側(cè)上或該絕緣體層的厚度朝向屏蔽隔板20a地逐漸地減小。接著，在基底10上的絕緣體層13的表面相對于濺射的用于薄膜金屬電極的材料的流動方向被傾斜，以使該薄膜金屬電極將具有一部分，在該部分，較小量的該薄膜金屬電極的材料被沉積在屏蔽隔板20a的一側(cè)上或該薄膜金屬電極的厚度朝向屏蔽隔板20a地逐漸減小。如果在絕緣體層13和薄膜金屬電極15的傾斜的濺射中，基底10的角度被以這樣一方式設(shè)置在該濺射系統(tǒng)中以使薄膜金屬電極15的濺射的材料對于基底的流動角度θ’變得大于絕緣體層13的濺射的材料對于基底的流動角度θ。各島形區(qū)14可具有這樣一結(jié)構(gòu)，其中薄膜金屬電極15在絕緣體層13上的邊緣“A”處結(jié)束?？赏ㄟ^蝕刻去除屏蔽隔板20a和其上的沉積物，從而曝露出電子提供層。
盡管在上述例子中島形區(qū)被形成為凹入，這些島形區(qū)可以這樣一方式被設(shè)計(jì)為平坦的或中凸的部分以使絕緣體層和薄膜金屬電極的厚度逐漸地減小。例如，作為再另一例子，可以這樣一方法形成平坦的或中凸的島形區(qū)14以使絕緣體層13和薄膜金屬電極15的厚度朝向電子提供層12的一山部分12a的頂部地逐漸地減小，如圖14中所示。這些平坦或中凸的島形區(qū)14可通過光刻和蝕刻等而被形成。電子提供層12的山部分12a可是連續(xù)的作為山脈或山系或波峰起伏的山鏈，且可替換地被形成為一系列獨(dú)立的凹入或突出。還在此情況中，各島形區(qū)14中的薄膜金屬電極15在絕緣體層13上的邊緣“A”處結(jié)束而絕緣體層13在電子提供層上的邊緣“B”處結(jié)束。電子提供層12的山部分12a的頂部可以這樣一方法被絕緣體層13覆蓋以使電子提供層12被完全覆蓋。
圖15示出了一電子發(fā)射顯示裝置的實(shí)施例，該電子發(fā)射顯示裝置包括其中形成的壁壘或肋條和作為一圖象顯示陣列的被配置成一矩陣形式的多個(gè)電子發(fā)射裝置。該示出的電子發(fā)射顯示裝置包括一由玻璃或諸如此類的材料制成的前透明基底1和一攜載該些電子發(fā)射裝置并支持該前基底的后基底10。形成在后基底10上的后壁壘或肋條RR鄰接形成在其頂表面的前基底1上的前壁壘或肋條FR以使兩基底相互平行且隔開地被置放，之間插入有一真空間隔4。
相互平行延伸的多個(gè)歐姆電極11被形成在最接近于真空間隔4的后基底10的內(nèi)表面上。歐姆電極11被分組成三個(gè)一組的若干組，其中一組中的三個(gè)對應(yīng)于R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))色信號，以提供一彩色顯示面板，且被各自提供以預(yù)定的信號。在歐姆電極11，多個(gè)電子發(fā)射裝置“S”被形成并配置成一矩陣形式。在相鄰裝置的薄膜金屬電極的部分上，多個(gè)垂直于歐姆電極并相互平行的總線電極16被定線以電連接這些薄膜金屬電極。一歐姆電極11和一總線電極16的相交對應(yīng)于一電子發(fā)射裝置“S”。因此，可提供一無源矩陣方案或一有源矩陣方案作為用于本發(fā)明的顯示設(shè)備的一驅(qū)動方案。
如圖16中所示，各電子發(fā)射裝置“S”包括依次形成在歐姆電極11上的一電子提供層12、一絕緣體層13和一薄膜金屬電極15。絕緣體層13和薄膜金屬電極15具有多個(gè)島形區(qū)(未示出)，其中絕緣體層和薄膜金屬電極的島形部分的厚度在它們的界面延伸的方向上逐漸地減小，如圖1、5、6至10、13和14中的至少之一所示。薄膜金屬電極15面對真空間隔4。
具體地，形成一絕緣支持部件17以環(huán)繞各電子發(fā)射裝置“S”并確定多個(gè)電子發(fā)射區(qū)域。絕緣支持部件17支持總線電極16，并防止線路故障。更具體地，如圖16中所示，絕緣支持部件17或具有大電阻的材料在除了厚度類似于在后續(xù)步驟中形成的電子發(fā)射裝置的最終厚度的該電子發(fā)射裝置外的周邊部分中被預(yù)先形成。
而且，在該實(shí)施例中，與后基底10相關(guān)聯(lián)的后肋條RR被形成在絕緣支持部件17上以從后基底10突入真空間隔4。這些肋條RR被以預(yù)定的間隔進(jìn)行定位。盡管在圖15中，這些肋條被形成在各自的電子發(fā)射裝置“S”之間，這些肋條RR可以更大的間隔被形成，例如，每兩個(gè)或三個(gè)電子發(fā)射裝置“S”。而且，盡管在圖15中，這些肋條RR以基本垂直于歐姆電極11的方向被連續(xù)地形成，這些肋條RR可被斷續(xù)地形成以使留下包括相鄰于與前基底1相關(guān)聯(lián)的前壁壘FR的部分的上部區(qū)域，但未示出。
最好地，各肋條RR使其頂表面區(qū)大于與后基底10接觸的底表面區(qū)。換言之，各肋條RR最好被形成以具有在其頂部上的一伸出部分，其在基本平行于后基底10的方向上突出。
而且，盡管在圖15中，后基底10的薄膜金屬電極15上沉積的總線電極16被形成一簡單的線性形狀，最好替代該線性形狀而形成這些總線電極16，以使具有的在電子發(fā)射裝置的薄膜金屬電極15之間的寬度大于在薄膜金屬電極上的寬度。換言之，最好形成總線電極16以使在電子發(fā)射裝置之間的寬度大于在這些裝置上的寬度。這樣，總線電極的電阻可被減小。
用于歐姆電極11的材料是被通常用于IC中的線路的Au、Pt、Al、W或諸如此類，且可替代地，這些歐姆電極可被形成為由鉻、鎳和鉻層組成的一三層結(jié)構(gòu)。而且，Al-Nd、Al-Mo、或Ti-N的一合金可被用于歐姆電極材料。歐姆電極11具有均勻的厚度，用于提供基本相同的電流給各個(gè)裝置。而且，由例如SiO2、SiNx、Al2O3或AlN的一絕緣體組成一輔助絕緣體層可被設(shè)置在后基底10和歐姆電極11之間，但在圖15中未示出。該輔助絕緣體層用于防止該裝置上的后基底10的不利影響(例如堿性成分的雜質(zhì)的淘析或粗糙的基底表面)。
從電子發(fā)射的原理看，用于薄膜金屬電極15的材料具有更低的功函數(shù)φ且更薄是較好的。為提高電子發(fā)射效率，用于薄膜金屬電極15的材料應(yīng)是周期表中的族I或族II中的金屬；例如Cs、Rb、Li、Sr、Mg、Ba、Ca和諸如此類是有效的且這些元素的合金也可被使用。為使薄膜金屬電極15很薄，用于薄膜金屬電極15的材料應(yīng)是帶有高導(dǎo)電性的化學(xué)上穩(wěn)定的；例如，Au、Pt、Lu、Ag、Cu和Ir的單個(gè)物質(zhì)或它們的合金或它們的多層是理想的。在這些金屬上或內(nèi)涂覆或摻雜帶有低功函數(shù)的金屬是有效的。
用于總線電極16的材料可是通常用于集成電路IC中的線路的Au、Pt、Al或諸如此類，且應(yīng)具有足以提供基本相同的電位給各個(gè)裝置的一厚度，相當(dāng)于0.1至50μm。如果薄膜金屬電極的材料的電阻可允許用于總線電極，這些電極材料可被用于總線電極。
另一方面，被施加一高電壓的由ITO制成的透明集電極2被集成地形成在由透明玻璃制成的且用作為一顯示表面的光學(xué)透明前基底1的內(nèi)表面上(相對于后基底10的表面)。在一黑條掩?；蛸N面(back)金屬層被設(shè)置在前基底1上的情況下，這樣一導(dǎo)電層可用作為替代ITO透明集電極的一集電極。
在集電極2上，多個(gè)前肋條(第二絕緣肋條)FR被與歐姆電極11平行地形成。在延伸的前肋條之間的集電極2上，由對應(yīng)于R、G、B的熒光材料制成的熒光材料層3R、3G、3B被各自地與真空間隔4相對地形成。這樣，前肋條(第二絕緣肋條)FR被設(shè)置在各自熒光材料的邊界上以保持后基底和前基底之間的一恒定的距離(例如1mm)。由于前肋條(第二絕緣肋條)FR在與沉積在后基底10上的后肋條(第一絕緣肋條)正交的方向上被配置在前基底1上，確保前基底通過對應(yīng)于光的三原色的R、G、B的熒光材料被明確地著色。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例的電子發(fā)射裝置具有由多個(gè)發(fā)光象素組成的一圖象顯示陣列，這些發(fā)光象素被配置成一矩陣形式且各發(fā)光象素包括紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)發(fā)光元素。自然，可通過以單色發(fā)光元素替換所有的RGB發(fā)光元素來形成一單色顯示面板。
圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電子發(fā)射發(fā)光裝置30，其以與上述實(shí)施例相似的方式被構(gòu)成在一后玻璃基底10上形成一歐姆電極11，在電極11上形成由半導(dǎo)體材料制成的一電子提供層12，將多個(gè)微小顆粒20噴射到電子提供層12上，并在層12上沉積一絕緣體層13且在層13上形成一薄膜金屬電極15以形成多個(gè)島形區(qū)14。替代在電子提供層12建立微小顆粒20，可如上所述地形成如圖8所示的線或壁狀反錐形塊21a或如圖10所示的柱狀反錐形塊21b。
該電子發(fā)射發(fā)光裝置包括一形成在電子發(fā)射裝置“S”的薄膜金屬電極15和多個(gè)島形區(qū)14上的熒光材料層3。該熒光層3直接接受來自該電子發(fā)射裝置的多個(gè)島形區(qū)14的電子，從而發(fā)光。而且，圖8示出根據(jù)本發(fā)明的另一電子發(fā)射發(fā)光裝置30，其除了上述實(shí)施例的微小顆粒20被去除外，與上述實(shí)施例相同。該電子發(fā)射發(fā)光裝置還包括一衍生物，該衍生物包括圖14中所示的電子發(fā)射裝置和形成在多個(gè)平坦或中凸的島形區(qū)上的一熒光材料層3。
該熒光材料層的制備方法是旋轉(zhuǎn)涂覆，其中薄膜金屬電極15被涂覆有流體形式的可發(fā)射期望的彩色光的熒光材料。熒光材料層3的制備方法不受限制。
而且，由玻璃制成的可滲透光的基底1可被提供給該電子發(fā)射發(fā)光裝置作為前基底以保護(hù)形成在后基底上的裝置。在前基底的內(nèi)表面上，可形成至少一可滲透光的集電極。該透明的集電極俘獲并收集通過熒光材料層的電子。前和后基底以一種方式用由一隔離物環(huán)繞的粘結(jié)材料而被支持并被密封以相互面對，使該電子發(fā)射發(fā)光裝置被插入在其間。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的電子發(fā)射發(fā)光裝置，由于熒光材料層被形成在電子發(fā)射裝置的薄膜金屬電極上，不需要用于加速電子的額外的電功率，以使可在該顯示裝置中使用簡單的驅(qū)動電路。而且由于在熒光材料層和薄膜金屬電極之間沒有真空間隔，通過采用本發(fā)明的電子發(fā)射發(fā)光裝置可獲得一超薄的平坦面板顯示裝置且由于不需要用于一真空間隔的額外的隔離物，這樣一面板顯示裝置具有從外面看的良好的視野。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射裝置，包括由一半導(dǎo)體材料，一金屬復(fù)合物或金屬制成的電子提供層；形成在該電子提供層上的一絕緣體層；和形成在該絕緣體層上的一薄膜金屬電極。其特征在于該絕緣體層和該薄膜金屬具有多個(gè)島形區(qū)，在該多個(gè)島形區(qū)處該絕緣體層和該薄膜金屬電極兩者的厚度逐漸減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子發(fā)射裝置，其中所述島形區(qū)為電子發(fā)射部位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電子發(fā)射裝置，其中所述絕緣體層由介電質(zhì)制成且具有50nm或更大的膜厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電子發(fā)射裝置，其中該薄膜金屬電極終止在各島形區(qū)中的該絕緣體層上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電子發(fā)射裝置，其中該絕緣體層被終止在各島形區(qū)中的該電子提供層上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電子發(fā)射裝置，其中各島形區(qū)是形成在該薄膜金屬電極的平坦表面上的一凹入。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電子發(fā)射裝置，其中該絕緣體層和薄膜金屬通過物理汽相淀積和/或化學(xué)汽相淀積而被形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電子發(fā)射裝置，其中在各島形區(qū)中設(shè)置一微小顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電子發(fā)射裝置，其中在各島形區(qū)中設(shè)置一反錐形塊。
10.一種制造具有多個(gè)島形區(qū)，在該多個(gè)島形區(qū)處一絕緣體層和一薄膜金屬電極的厚度逐漸減小的電子發(fā)射裝置的方法，包括有步驟在一基底上形成一電子提供層；將多個(gè)微小顆粒噴射到該電子提供層上；在該電子提供層和這些微小顆粒上沉積一絕緣材料，從而形成一薄絕緣體層；及在該絕緣體層和這些微小顆粒上形成一薄膜金屬電極，從而圍繞在這些微小顆粒下的一接觸表面形成若干島形區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的制造一電子發(fā)射裝置的方法，該方法在薄膜金屬電極形成步驟后還包括一步驟在該電子提供層和該薄膜金屬電極上施加一電壓，用于生成導(dǎo)電路徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的制造一電子發(fā)射裝置的方法，該方法在薄膜金屬電極形成步驟后還包括一步驟從這些島形區(qū)中去除這些微小顆粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的制造一電子發(fā)射裝置的方法，該方法在微小顆粒去除步驟后還包括一步驟在該電子提供層和該薄膜金屬電極上施加一電壓，用于生成導(dǎo)電路徑。
14.一種制造具有多個(gè)島形區(qū)，在該多個(gè)島形區(qū)處一絕緣體層和一薄膜金屬電極的厚度逐漸減小的電子發(fā)射裝置的方法，包括有步驟在一基底上形成一電子提供層；形成若干電絕緣反錐形塊，各電絕緣反錐形塊在垂直于該基底的方向上突出且各在其上部具有一在平行于該基底的方向上突出的伸出部分；在該電子提供層上沉積一絕緣體，從而形成一薄絕緣體層；及在該絕緣體層上形成一薄膜金屬電極，從則圍繞在這些反錐形塊下的一接觸表面形成若干島形區(qū)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的制造一電子發(fā)射裝置的方法，該方法在薄膜金屬電極形成步驟后還包括一步驟在該電子提供層的該薄膜金屬電極上施加一電壓，用于生成導(dǎo)電路徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的制造一電子發(fā)射裝置的方法，該方法在薄膜金屬電極形成步驟后還包括一步驟從這些島形區(qū)中去除這些反錐形塊。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的制造一電子發(fā)射裝置的方法，該方法在去除步驟后還包括一步驟在該電子提供層和該薄膜金屬電極上施加一電壓，用于生成導(dǎo)電路徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的制造一電子發(fā)射裝置的方法，其中所述塊形成步驟包括有步驟在所述基底上形成一反錐形塊材料層；通過光刻法用于曝露出至少所述電子提供層的部分以在所述反錐形塊材料層上形成一保護(hù)層掩膜；及通過干蝕刻或濕蝕刻來雕刻具有所述伸出部分的所述反錐形塊。
19.一種電子發(fā)射顯示裝置，包括一對相互相對的，之間插有一真空間隔的一第一基底和一光學(xué)透明的第二基底；形成在所述的第一基底上的多個(gè)電子發(fā)射裝置，各電子發(fā)射裝置包括一形成在所述第一基底上的若干歐姆電極上的由一半導(dǎo)體材料、一金屬復(fù)合物或金屬制成的一電子提供層，形成在所述電子提供層上的一絕緣體層，和形成在所述絕緣體層上且面對該真空間隔的一薄膜金屬電極，其中該絕緣體層和薄膜金屬具有多個(gè)島形區(qū)，在這些島形區(qū)中，該絕緣體層和該薄膜金屬電極兩者的厚度逐漸減小。形成在所述第二基底上的一集成電極；及形成在所述集電極上且面對該真空間隔的一熒光材料層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的電子發(fā)射顯示裝置中，其中所述絕緣體層由介電質(zhì)制成且具有50mm或更大的膜厚度。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的電子發(fā)射顯示裝置中，其中該薄漠金屬電極在各島形區(qū)中的該絕緣體層上終止。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的電子發(fā)射顯示裝置中，其中該絕緣體層在各島形區(qū)中的該電子提供層上被終止。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的電子發(fā)射顯示裝置中，其中各島形區(qū)是形成在該薄膜金屬電極的平坦表面中的一凹入。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的電子發(fā)射顯示裝置中，其中該絕緣體層和該薄膜金屬通過一物理汽相沉積和/或化學(xué)汽相淀積而被形成。
25.根據(jù)權(quán)利要求19的電子發(fā)射顯示裝置中，其中該顯示裝置還包括形成在所述第一基底上且配置在所述電子發(fā)射裝置中的相鄰兩個(gè)之間以使圍繞這些電子發(fā)射裝置用于劃分它們的多個(gè)絕緣支持部件，其中從所述第一基底到最接近于所述真空間隔的所述絕緣支持部件的表面的距離基本上等于從所述第一基底到最接近于所述真空間隔的所述薄膜金屬電極的表面的距離。
26.根據(jù)權(quán)利要求19的電子發(fā)射顯示裝置中，其中該顯示裝置還包括多個(gè)總線電極，各總線電級以一條形被配置以與一相鄰的所述薄膜金屬電極電連接，其中述歐姆電極和所述電極為條樣電極并被配置以相互垂直地延伸。
27.根據(jù)權(quán)利要求19的電子發(fā)射顯示裝置中，其中所述第一基底包括多個(gè)第一絕緣壁壘，各第一絕緣壁壘被配置在所述電子發(fā)射裝置之間并突入到所述真空間隔中，而所述第二基底包括多個(gè)第二壁壘，各第二壁壘突入到所述真空間隔中以鄰接所述第一壁壘。
全文摘要
一種電子發(fā)射裝置,包括由一半導(dǎo)體材料,一金屬復(fù)合物或金屬制成的電子提供層;形成在該電子提供層上的一絕緣體層;和形成在該絕緣體層上的一薄膜金屬電極。其特征在于該絕緣體層和該薄膜金屬具有多個(gè)島形區(qū),其中該絕緣體層和該薄膜金屬電極兩者的厚度逐漸減小。
文檔編號H01J9/02GK1264151SQ9911937
公開日2000年8月23日 申請日期1999年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月11日
發(fā)明者山田高士, 吉澤淳志, 秦拓也, 巖崎新吾, 根岸伸安, 中馬隆, 佐藤英夫, 伊藤寬, 吉川高正, 小笠原清秀 申請人:先鋒株式會社