显示板的场致发射体阴极的背板结构的制作方法

专利名称：：显示板的场致发射体阴极的背板结构的制作方法
技术领域：
：本发明一般涉及在显示板中供场致发射体使用的多层阴极背板结构和制造该结构的方法。本发明特别涉及包括被一个或多个介质组合物的构图层分隔的多个电极的多层阴极背板结构。一般称为场致发射材料或场致发射体的场致发射电子源可用于各种电子应用领域，例如，真空电子器件、平板计算机和电视机、发射栅极(emissiongate)放大器、速调管和照明。显示屏幕有广泛的应用，例如民用和商用电视机、膝上型和台式计算机及室内和室外广告和信息显示。与大多数电视机和台式计算机使用的厚阴极射线管监视器相比，平板显示器仅几英寸厚。对于膝上型计算机来说，平板显示器是必需的，而且对于许多其它应用而言平板显示器在重量和尺寸上也具有优势。目前，膝上型计算机平板显示器使用液晶，其中通过施加小的电信号，液晶就可以从透明状态转换成不透明状态。可靠地制造其尺寸大于适合膝上型计算机的尺寸的这些显示器是困难的。已提出用等离子体显示器代替液晶显示器。等离子体显示器使用充电气体的微小单元来产生图象，并需要较大的电功率来操作。还提出有使用场致发射电子源即场致发射材料或场致发射体的阴极和荧光体的平板显示器，其中用场致发射体发射的电子轰击荧光体，该荧光体可发光。这种显示器具有这样的潜力，即可提供普通阴极射线管在可视显示上的优点和其它平板显示器在厚度(深度)、重量和功耗方面的优点。美国专利US4857799和5015912披露了使用由钨、钼或硅构成的微尖阴极的矩阵寻址平板显示器。WO94-15352、WO94-15350和WO94-28571披露了其中阴极有较平的发射表面的平板显示器。可是，鉴于上述情况，需要用于平板显示器的场致发射体阴极背板结构，其中该显示器有接近场致发射体的控制栅电极并且能够按大尺寸和按质量以要求的所需精度可靠地进行生产。参照附图和以下对本发明的详细描述，本领域的技术人员将明了本发明的其它目的和优点。本发明提供在显示板(例如平面显示器)中供场致发射体用的多层阴极背板结构及制造该结构的方法。特别是，本发明提供在显示板中供场致发射体用的多层阴极背板结构，该多层阴极背板结构包括由一个或多个介质构图层分隔的多个电极，通过焙烧经扩散构图而构图的厚膜介质组合物形成各介质构图层。本发明还提供在显示板中供场致发射体用的多层阴极背板结构，该多层阴极背板结构包括由一个或多个介质构图层分隔的多个电极，通过焙烧经曝光于光化辐射构图和显影的可光印刷(photoprintable)的厚膜组合物形成各介质构图层。本发明还提供在显示板中供场致发射体用的多层阴极背板结构，该多层阴极背板结构包括由一个或多个介质构图层分隔的多个电极，通过焙烧经构图的高强度玻璃/陶瓷带(tape)形成各介质构图层。多层阴极背板结构在平板计算机和电视机以及其它大屏幕应用中是有用的。作为在本文中的应用，术语“显示板”包括平面和曲面以及其它可能的几何形状。图1(a-i)展示使用扩散构图技术构成多层阴极背板结构的方法。图2(a-b)展示示于图1中的具有纤维状阴极的多层阴极背板结构的应用。图3(a-d)展示使用高强度玻璃/陶瓷带构成多层阴极背板结构的方法。本发明的阴极背板结构的多层结构可使栅电极非常近地设置于场致发射体附近并由此提供发射所需的控制。阴极背板结构的构成使用一种或多种下列技术扩散构图技术；可光印刷的组合物；和高强度玻璃/陶瓷带和丝网印刷。这些技术帮助它们制备大尺寸的阴极背板和以可复制的结果大规模地生产。电阻和其它电路元件可包括在该结构中，例如在适当时机通过丝网印刷或其它构图方法完成。可用于制备多层阴极背板结构的扩散技术导致介质构图层的形成，该扩散技术披露于美国专利US5032216、US5209814、US5260163、US5275689和US5306756中，这些专利的所有内容都引证于此。较好的扩散技术是DiffusionPatterningTM系统(可从E.I.duPontdeNemoursandCompany，Wilmington，DE购买)。该方法基于在包含丙烯酸聚合物的干燥介质层与通过最好是丝网印刷淀积在介质层上且包括络合有机基(complexorganicbase)的成像膏之间的化学反应。选择介质层与成像膏的成分，以便在加热条件下，使成像膏扩散到介质层中。结果，介质层的该部分变成可溶于水的并能够用水溶液清洗，由此形成介质构图层。成像膏的位置限定去除介质层的部位。然后干燥构图的介质。目前，焙烧层的典型厚度约为15-20μm。该方法可重复进行以形成较厚的层。已显示了较薄的层并且在本发明中较薄的层也是有用的。可光印刷的组合物包括光敏聚合物。这种组合物披露于美国专利US4598037、US4726877、US4753865、US4908296、US4912019、US4925771、US4959295、US5032478、US5032490、US5035980和US5047313中，其全部内容均引证于此。可用于制备多层阴极背板结构的较好的可光印刷的组合物是FODEL介质膏(可从E.I.duPontdeNemoursandCompany，Wilmington，DE购买)。介质膏被印刷于衬底上并进行干燥。目前，当干燥时，这样的层成为厚度约为8-10μm的介质层。较薄的层已被展示并且在本发明中也是有用的。如果期望较厚的层，那么可在第一层上印刷第二层介质膏并干燥。用光电设备(phototool)使可光印刷的组合物对紫外线曝光来实现构图。在该方法的显影步骤中用水溶液去除涂层的未曝光区域。然后焙烧保留的涂层曝光区域。为获得约40-50μm的最后焙烧厚度，印刷/干燥、印刷/干燥、曝光、显影和焙烧工序被再重复一次。当使用可光印刷的导电膏时，该技术也可用于形成构图的导电体。可用于制备多层阴极背板结构上的构图的介质层的高强度玻璃/陶瓷带是可在较低温度下焙烧的介质组合物，因而允许使用诸如金、银、铜和铂之类的导电材料。这样的带披露于美国专利US4752531中，其全部内容均引证于此。较好的带是陶瓷GREENTAPE(可从E.I.duPontdeNemoursandCompany，Wilmington，DE购买)。按尺寸冲切该带，并通过穿孔或钻孔形成对准孔、通路和其它构图。导体也可构图于该带上，例如通过丝网印刷。以这种方式可加工带的各层。然后对准、层叠和共同焙烧各带层。典型的是，制备的介质层在焙烧之后取决于所用的特殊GREENTAPE的厚度约为90-210μm，但也可使用较薄的GREENTAPE制备较薄的层。如上所述，显示板可以是平面或曲面，因而多层阴极背板结构也可以是平面或曲面。非限定性的实例和附图展示本发明所述的平面多层背板结构。曲面的多层阴极背板结构也具有相同的多层结构。阴极背板结构的多层构造在设计上提供了灵活性并且可以以各种形式供场致发射体使用。场致发射体可以是层状形式，其最好被构图或可以被选择淀积。在构成多层阴极背板期间可引入场致发射体或将场致发射体形成于完成的多层阴极背板上。场致发射体也可为纤维形式。在形成纤维场致发射体中各种纤维或纤维状几何结构都是可以的。“纤维”指其一维尺寸远大于其它两维尺寸的物体。“纤维状”指类似于纤维的任何结构，即使该结构不能移动，并且能够支撑其自身的重量。例如，某一其直径典型地小于10μm的“纤维状”结构能够在阴极电极上直接生成。纤维可以捆扎在一起形成多丝纤维(multiplefilamentfiber)。场致发射体最好按照美国专利US5578901为金刚石、类金刚石碳或玻璃状碳，该美国专利的全部内容均引证于此。在图1中的一连串步骤表示使用DiffusionPatterningTM系统构成具有平面构图的场致发射体的多层阴极背板结构的方法。如图1(a)所示，有钠玻璃、硼硅玻璃、玻璃陶瓷、介质材料或例如GREENTAPE之类的高强度玻璃/陶瓷带的基底1。在图1(b)中，例如通过丝网印刷在基底上淀积导电体层2。该导电体用作阴极电极。导电体可以是连续的层或按用于对发射体寻址的方案的规定进行构图。如图1(c)所示，印刷DiffusionPatterningTM介质层3并干燥。然后如图1(d)所示，在DiffusionPatterningTM介质层3上按相应于介质材料3的将要被去除部分的图形丝网印刷DiffusionPatterningTM成像膏4。然后加热构图的成像膏4，以有效地使成像膏4扩散到介质层3的部分5中。然后用水洗掉介质层3的部分5，如图1(e)所示，留下露出的阴极电极的长度。然后，对该结构进行干燥。为了制备较厚的介质，可重复介质印刷/干燥/扩散/显影/焙烧工序。如图1(e)所示，按照预定图形在焙烧的介质层3上例如丝网印刷构图导电体6并留下露出的阴极电极的部分。导电体6用作栅极或控制电极。所获得的产品是有构图的电极和介质的多层阴极背板结构。然后，按照设计要求在露出的阴极电极的一部分或露出的整个阴极电极上淀积场致发射体材料或场致发射体材料的前体(precursor)。这可通过以下工艺来完成在该结构上设置抗蚀剂7，例如RISTO(可从E.I.duPontdeNemoursandCompany，Wilmington，DE购买)，并对相应于阴极电极2的部分8的抗蚀剂的那些部分进行显影，其中期望在所述的部分淀积发射体材料或发射体材料的前体。干膜抗蚀剂可“账蓬式地遮盖”阴极电极2的露出区域9，即使有这种情况也很少，其中在该区域9上期望没有场致发射体材料(参见图1(g))。然后将场致发射体材料或场致发射体材料的前体11淀积于该结构上，如图1(h)所示。如果需要改善发射，那么应处理该场致发射体材料，或者，如果使用场致发射体材料的前体，那么应处理该前体，形成场致发射体材料，并且如果需要改善发射，那么还应处理该场致发射体材料。然后用众所周知的技术去除抗蚀剂7，所获得的具有在其位置上的场致发射体材料的多层阴极背板结构示于图1(i)中。如果要使用纤维阴极，那么如图2(a)所示，纤维阴极12可直接放置于图1(f)结构中露出的阴极电极上，或者在指定位置沿纤维阴极长度从介质柱悬置于阴极电极之上，或者从波浪形介质表面的峰悬置于阴极电极之上，其中每一个介质可由在图1(c)和(d)中所述的DiffusionPatterningTM处理和随后的水溶液清洗形成。然后，如图2(b)所示，设置纤维阴极。从悬置于介质柱或峰之间的纤维阴极的部分进行发射。或者，使用FODEL可光印刷的陶瓷涂层组合物代替DiffusionPatterningTM系统材料也可构成上述结构。在示于图1(c)中的阴极电极上丝网印刷FODEL介质膏涂层。然后用光电设备对该涂层进行光化辐射，例如紫外光照射，对指定介质层的这些部分的涂层进行曝光。栅电极可如上所述那样淀积。用水溶液洗掉涂层的未曝光部分，然后焙烧该结构，提供大体与图1(f)所示结构相同的结构。可如上所述那样执行随后的步骤。可用陶瓷GREENTAPE构成上述结构。在其上如上所述那样淀积栅电极之前，按对于介质来说预定的适当图形穿孔或钻孔陶瓷GREENTAPE。将陶瓷GREENTAPE层叠于包括阴极电极的基底上并焙烧该结构，从而提供大体与图1(f)所示结构相同的结构。随后的步骤可如上所述那样进行。有附加的电极以此来控制发射是有益的。它们允许在栅电极上使用较低发射电压并提供较高的加速电压。它们还提供调整电场图形和发射并对发射的电子进行聚焦的装置。在构成具有多控制电极的多层阴极背板结构中，陶瓷GREENTAPE特别有用。图3(a)的基底11可以是钠玻璃、硼硅玻璃、玻璃陶瓷或介质材料，但最好是陶瓷GREENTAPE。例如通过丝网印刷，使用诸如FODEL导电膏之类的光电构图材料在基底上淀积导电体层12。该导体用作阴极电极并可构图或是连续的。如果构图，那么与用作阴极电极的部分电隔离的该导体部分可用作对其它电极提供不同电压的母线，并且可在陶瓷GREENTAPE中形成通路并用导体填充它，以提供在指定母线与适当的电极之间的连接。作为实例，示出通路20和母线21。穿孔或钻孔第二陶瓷GREENTAPE层13，在其中形成沟道以放置场致发射体并且还形成通路，然后将层13设置于阴极电极上。按照预定图形，在层13上形成导电体14。导电体14用作控制电极。如果期望有附加的控制电极，那么穿孔或钻孔第三陶瓷GREENTAPE层15，在其中形成沟道以放置场致发射体并且还形成通路，然后将层15设置于导电体14上。层15可完全覆盖导电体14的平面，如图3(a)所示，仅留下露出的边缘16或可更退后地设置以露出更多的导电体14。按照预定图形，在层15上形成用作附加控制或聚焦电极的导电体17。可按相同方式构成附加电极。各陶瓷GREENTAPE层单独制备。然后使它们对准、层叠和进行焙烧，形成示于图3(a)的具有构图的电极和介质的多层阴极背板结构。然后如图3(b)所示，在该结构上淀积场致发射体材料或场致发射体材料的前体18。如果需要改善发射，那么应处理该场致发射体材料，或者，如果使用场致发射体材料的前体，那么应处理该前体，形成场致发射体材料，并且如果需要改善发射，那么还应处理该场致发射体材料。如果要使用纤维阴极19，那么纤维阴极19可直接放置于经焙烧的图3(a)结构中露出的阴极电极上，或者如图3(c)所示，悬置于阴极电极之上。如图3(d)所示，纤维阴极可在指定位置沿纤维阴极的长度从由陶瓷GREENTAPE层13和GREENTAPE层15形成的波浪形介质层表面的鞍形谷悬置于阴极电极之上。或者，纤维阴极也可从由陶瓷GREENTAPE层13形成的介质层的鞍形谷悬置。尽管在上述描述中已说明了本发明的特定实施例，但本领域的技术人员应该理解，本发明可进行多种修改、替换和重组而不会脱离本发明的精神或基本特征。由所附的权利要求而不是前述说明表示本发明的范围。权利要求1.在显示板中供场致发射体用的多层阴极背板结构，包括由一个或多个介质组合物的构图层分隔的多个电极，通过焙烧经扩散构图而构图的厚膜介质组合物形成各所述的构图层。2.根据权利要求1所述的多层阴极背板结构，其中使用扩散构图系统形成厚膜介质组合物。3.根据权利要求1或2所述的多层阴极背板结构，还包括场致发射体。4.在显示板中供场致发射体用的多层阴极背板结构，该多层阴极背板结构包括由一个或多个介质组合物的构图层分隔的多个电极，通过焙烧经曝光于光化辐射构图和显影的可光印刷的厚膜组合物形成各所述的构图层。5.根据权利要求4所述的多层阴极背板结构，其中所述可光印刷的组合物是介质膏。6.根据权利要求4或5所述的多层阴极背板结构，还包括场致发射体。7.在显示板中供场致发射体用的多层阴极背板结构，该多层阴极背板结构包括由一个或多个介质组合物的构图层分隔的多个电极，通过焙烧经构图的高强度玻璃/陶瓷带形成各所述的构图层。8.根据权利要求7所述的多层阴极背板结构，还包括场致发射体。全文摘要提供在显示板中供场致发射体用的多层阴极背板结构。还公开了制备该背板结构的方法。该背板结构由被一个或多个介质组合物的构图层分隔的多个电极构成,通过焙烧经扩散构图而构图的厚膜介质组合物形成各所述的构图层。文档编号H01J29/46GK1251204SQ98803641公开日2000年4月19日申请日期1998年3月19日优先权日1997年3月25日发明者小D·I·埃米申请人:纳幕尔杜邦公司