Способ изготовления систем дисплея с плоским экраном и компонентов

 

Способ для изготовления катода дисплея включает образование проводящей дорожки, прилегающей к лицевой поверхности подложки. К выбранной части проводящей дорожки прилегает выполненный участок аморфного алмаза. Дисплей на диодах включает катодную пластину и анодную пластину. Герметичное уплотнение поддерживает вакуум между пластинами. Катодная пластина и анодная пластина разделены расположенными на равномерном расстоянии штырями. Множества эмиттерных областей, обладающих способностью работать в режиме низкого напряжения, образуются соответствующими слоями аморфного алмаза вдоль проводящих дорожек, расположенных на подложке. Вдоль прозрачных проводящих дорожек, расположенных по подложке, выполнен слой фотоэмиссионного материала. Увеличительные контактные площадки или выводы дают возможность подключения к внешнему источнику сигнала. Технический результат - получение более равномерной электронной эмиссии от каждого участка катода при использовании источника низкого напряжения. 8 с. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Настоящее изобретение касается в общем дисплеев с плоскими экранами и, в частности, способов изготовления систем дисплеев с плоским экраном и компонентов.

Перекрестная ссылка на имеющие отношение к изобретению заявки.

Следующие патентные заявки США, находящиеся в процессе одновременного рассмотрения с переуступкой прав тому же правопреемнику, содержат относящийся к данному изобретению материал и включены здесь в качестве ссылочного материала: Патентная заявка США, серийный номер 07/851701, номер реестра патентного поверенного М0050 - PO1US, с названием изобретения "Дисплей с плоским экраном на основе тонких алмазных пленок", поданная 16 марта 1992 г., и Патентная заявка США, серийный номер 08/071157, номер реестра патентного поверенного M0050 - P03US, с названием изобретения "Плоский катод с автоэлектронной эмиссией, покрытый пленкой аморфного алмаза", поданная 2 июня 1993 года.

Предшествующий уровень техники.

Автоэлектронные эмиттеры имеют широкое применение в различных областях, например, в качестве дисплеев с плоскими экранами и в вакуумной микроэлектронике. Дисплеи на основе автоэлектронной эмиссии, в частности, имеют существенные преимущества по сравнению с другими имеющимися в продаже дисплеями с плоскими экранами, включая более низкое потребление энергии, более высокую мощность и в общем более низкую стоимость. В настоящее время имеющиеся в продаже дисплеи с плоскими экранами на основе автоэлектронной эмиссии, однако нецелесообразны из-за использования в них элементов острия с автоэлектронной эмиссией, изготавливаемых сложной микротехнологией. Сложность процесса изготовления металлического острия и в результате этого небольшой выход продукта приводит к его удорожанию, что неблагоприятно сказывается на стоимости систем дисплеев в целом.

Автоэлектронная эмиссия как явление имеет место, когда электрическое поле вблизи поверхности эмиссионного материала сужает ширину потенциального барьера, существующего на поверхности эмиссионного материала. Это сужение потенциального барьера вызывает квантовый тоннельный эффект (квантованное тоннелирование), вследствие которого электроны проходят через потенциальный барьер и излучаются из материала. Явление квантовой механики автоэлектронной эмиссии отличается от классического явления термоионной эмиссии, в которой тепловая энергия внутри эмиссионного материала достаточна для выброса электронов из материала.

Напряженность поля, необходимая для инициирования автоэлектронной эмиссии электронной из поверхности определенного материала зависит от эффективности "рабочих функций" материала. Многие материалы имеют положительные функции и поэтому требуют относительно напряженного электрического поля для возбуждения автоэлектронной эмиссии. Другие материалы, такие как цезий, нитрид тантала и трихромистый моносилицид, могут иметь рабочие функции при режиме низкого напряжения и не требуют напряженных полей для получения эмиссии. Экстремальным явлением такого материала является материал с отрицательным электронным средством, в результате чего эффективная рабочая функция очень близка к нулю (< 0,8 электронвольт). Именно эта вторая группа материалов может быть нанесена в качестве тонкой пленки на проводник для образования катода с относительно низким пороговым напряжением для возбуждения электронных эмиссий.

В устройствах предшествующего уровня техники автоэлектронная эмиссия электронов усиливалась обеспечением геометрической формы катода, которая увеличивает локальное электрического поле в одной относительно острой точке острия конуса (например, катод с микроострием). Так, в патенте США N 4857799, опубликованном 15 августа 1989 года (выдан Спиндту и др.), предложен дисплей с плоским экраном и матричной адресацией, где используются катоды с автоэлектронной эмиссией. Катоды включены в подложку устройства и возбуждают соответствующие катодолюминесцентные участки на противоположной лицевой поверхности (экране). Авторы (Спиндт и др.) используют множество катодов автоэлекронной эмиссии с остриями, изготовленными микротехнологическим процессом (микроостриями) в матричном устройстве, в котором острия катодов совмещены с окнами в сетке тока экстракции над катодами. В сочетании с анодом над сеткой тока экстракции дисплей, описанный Спиндтом и др., представляет собой триодный дисплей (с тремя терминалами).

Катоды с микроостриями трудны в изготовлении, так как они имеют тончайшую геометрию. Если микроострия не имеют постоянную геометрию по всему дисплею, будут происходить изменения в эмиссии от острия к острию, что приведет к неравномерному освещению дисплея. Кроме того, так как производственные допуски относительно ограничены, такие микроострия в изготовлении требуют значительных материальных затрат. Таким образом, по существу своевременными являются попытки, предпринятые с целью обеспечить конструкцию катодов, которые могут изготовляться серийно с соблюдением при этом строго ограниченных допусков.

Помимо попыток решения проблем, связанных с производственными допусками, были также предприняты попытки выбрать и использовать эмиссионные материалы с относительно "низкорежимными" рабочими функциями с целью уменьшить до минимума напряженности поля выделения.

Одна такая попытка отражена в документах патента США N 3947716, опубликованном 30 марта 1976 года, выданном Фрезеру Ст. и др., где предлагается острие для автоэлектронной эмиссии, на которое выборочно нанесен металлический адсорбент. Кроме того, имеющее такую оболочку острие выборочно фасетировано эмиттирующей плоскостной поверхностью, имеющей низкорежимную рабочую функцию, и неэмиттирующей плоскостной поверхностью, имеющей рабочую функцию повышенного режима напряжения. При том, что микроострия, изготовленные таким образом, имеют улучшенные эмиссионные характеристики, они дорогостоящие в изготовлении из-за необходимости в высокоточной геометрии. Эта необходимость в тончайшей точной геометрии в значительной степени усложняет соблюдение постоянства эмиссии между микроостриями. Эти недостатки становятся особенно недопустимыми, когда применяются большие матрицы элементов микроострия для катодов, какие, например, имеют место в дисплеях с плоскими экранами.

Кроме того, были попытки, направленные на выбор подходящих геометрических форм для катодов, использующих материалы с отрицательным электронным сродством в качестве покрытия для катода. Например, в патенте США N 3970887, опубликованном 20 июля 1976 года, выданном Смиту и др, предлагается микроминиатюрный источник электронов с автоэлектронной эмиссией и способ его изготовления. В этом случае в необходимых участках катода с автоэлектронной эмиссией образуется множество острий с автоэлектронной эмиссией на монокристаллических полупроводниках, выполненных заодно с подложкой на монокристаллических полупроводниках. Источник автоэлектронной эмиссии в соответствии с патентом Смита и др. требует катодов с заостренными остриями (как в патенте Фрезера и др.), и потому также не лишен вышеизложенных недостатков.

В патенте США N 4307507, опубликованном 29 декабря 1981 года, выданном Грею и др. и в патенте США N 4685996, выданном Баста и др, описаны способы изготовления конструкций эмиттеров с автоэлектронной эмиссией. В частности, патент Грея и др. направлен на разработку способа изготовления структуры матричного катода с автоэлектронной эмиссией (холодного катода), в котором подложка монокристаллического материала выборочно замаскирована так, что незамаскированные участки образуют островки на прилегающей снизу подложке. Монокристаллический материал под незамаскированными участками подвергается анизотропному травлению для образования матрицы отверстий (окон), края которых пересекаются в полученной анизотропно острой точке. Патенты Баста и др. также направлены на обеспечение способа создания эмиттера с автоэлектронной эмиссией, который включает анизотропное травление монокристаллической кремниевой подложки для образования по меньшей мере одного выступа в виде воронки на подложке. Баста и др. также предусматривает изготовление катода с заостренным острием.

Катоды с заостренным остриями также описаны в патенте США N 4885636, опубликованном 8 августа 1989 года, выданном Баста и др. и в патенте США N 4964946, опубликованном 23 октября 1990 года, выданном Грею и др. Грей и др. , в частности, в своем патенте описывает процесс изготовления матричных эмиттеров с автоэлектронной эмиссией с использованием плавного выравнивания для обеспечения плоскостности (например, методом центрифугирования).

В то время как использование материалов с низкорежимной рабочей функцией (т.е. способностью работать при низком напряжении), улучшает эмиссию, катодам с заостренными остриями, упомянутым выше, все же свойственны недостатки, связанные с необходимостью соблюдения точности геометрических форм: катоды с такими остриями дорогостоящи и сложны в изготовлении, так как необходимо получение эмиссии постоянной консистенции по матрице. Плоские катоды помогают свести до минимума эти недостатки. Плоские катоды намного дешевле в изготовлении и их значительно легче изготавливать в больших количествах (например, в матрице), так как исключается геометрическая форма микроострия. В патентной заявке с серийным номером 07/851701, поданной 16 марта 1992 года и озаглавленной "Дисплей с плоским экраном на основе тонких алмазных пленок", впервые был предложен другой вид структуры катода. В патентной заявке с серийным номером 07/851701 описан катод, имеющий относительно плоскую эмиссионную поверхность в противоположность упомянутой конфигурации микроострия. Катод этот, в своем предпочтительном примере реализации, использует материал для автоэлектронной эмиссии, имеющий относительно низкорежимную рабочую функцию (способность работать на низком напряжении). Этот материал наносится на проводящий слой и образует множество эмиттерных участков, каждый из которых обладает способностью автоэлектронной эмиссии при наличии электрического поля относительно слабой напряженности.

Сравнительно поздним достижением в области науки материалов было открытие аморфного алмаза. Структура и характеристики аморфного алмаза были пространно описаны в статье "Тонкопленочный алмаз", опубликованной в Техасском Научном журнале, том 41, N 4, 1989 (автор Коллинс и др.). Коллинс и другие описывают способ производства пленки аморфного алмаза с использованием технологии лазерного осаждения. Как там описано, аморфный алмаз содержит множество микрокристаллитов, каждый из который имеет особую структуру в зависимости от способа приготовления пленки. Та технология, в ходе использования которой образуются эти микрокристаллиты, и их особые свойства поняты не до конца.

Алмаз имеет отрицательное электронное сродство. То есть, требуется электрическое поле относительно низкой напряженности для сужения потенциального барьера, присутствующего на поверхности алмаза. Таким образом, алмаз является чрезвычайно целесообразным материалов для использования в сочетании с катодами с автоэлектронной эмиссией (холодными катодами). Например, в статье "Увеличенная холодно-катодная эмиссия с использованием сложных полимерно-углеродных покрытий" (опубликовали С. Бэйик и Р.В. Лэтэм из Отдела Университета Эстон, Бирмингем В4, 7ЕТ, Великобритания), от 29 мая 1987 года, описан новый тип сложного полимерно-углеродного холодного катода, который работает при полях такой небольшой величины напряженности, как приблизительно 1,5 МВ м^-1, и затем имеет обратимую вольт-амперную характеристику двухбазового диода со стабильными эмиссионными потоками, превышающими или равными 1 мА при умеренных полях, обычно превышающих или равных 8 МВ м^-1.

Непосредственное формирование изображений методом автоэлектронной эмиссии показало, что общий получаемый выход потока зависит от высокой плотности отдельных участков эмиссии произвольно распределенных по поверхности катода.

Изученные характеристики были объяснены с точки зрения их качества новым механизмом горячей электронной эмиссии, который включает две стадии срабатывания, свойственные эмиссионному режиму МИМИВ, т.е. режиму металл - изолятор (диэлектрик) - металл - изолятор (диэлектрик) - вакуум. Однако, вмешивание графитного порошка в соединение полимера приводит к большим размерам частиц кристаллита и, следовательно, к меньшим количествам эмиттерных участков, так как количество частиц на единицу площади невелико. Предпочтительно, чтобы получали большее количество эмиттерных участков для обеспечения более равномерной яркости от источника низкого напряжения.

Подобным образом в статье, опубликованной авторами С.Ванг, А.Гарсия, Д. С. Ингрэм, М.Лэйк и М.Е.Кордеш из Отдела Физики и Астрономии и Отдела разработки научной программы Конденсации Вещества и Науки о Поверхности Университета Огайо, от 10 июня 1991 г, озаглавленной "Эмиссия холодного поля от алмазных пленок с химическим осаждением из паровой фазы алмаза ("ХПО"), наблюдаемая в эмиссионной электронной микроскопии", описываются поликристаллические алмазные пленки, полученные методом химического осаждения из паровой пленки, полученные методом химического осаждения из паровой фазы, которые показали эмиссию электронов с интенсивностью, достаточной для формирования изображения в ускоряющем поле эмиссионного микроскопа без возбуждения извне. Отдельные кристаллиты достигают порядка 1 - 10 микрон. Процесс химического осаждения из паровой фазы (ХПО) требует температуры 800^oC для осаждения алмазной пленки. Такая температура расплавит стеклянную подложку, которая применяется в дисплеях с плоским экраном.

Как итог, предшествующий уровень техники не смог: (1) использовать уникальные свойства аморфного алмаза; (2) обеспечить катоды с автоэлектронной эмиссией (холодные катоды), имеющие более диффузионную площадь, с которой может осуществляться автоэлектронная эмиссия; и (3) обеспечить достаточно высокую концентрацию эмиттерных участков, (т.е. меньших частиц или кристаллитов) для получения более равномерной электронной эмиссии от каждого участка катода, используя при этом источники низкого напряжения для получения необходимого поля для электронных эмиссий.

Краткое описание изобретения.

Согласно одному примеру реализации настоящего изобретения предлагается способ изготовления катода дисплея, который включает стадии образования проводящей дорожки, прилегающей к лицевой поверхности подложки, и образования участка аморфного алмаза, прилегающего к выбранной части проводящей дорожки.

Согласно другому примеру реализации настоящего изобретения предлагается способ для изготовления катодной пластины, предназначенной для использования в дисплее на диодах, который включает стадию образования первого слоя проводящего материала, прилегающего к лицевой поверхности подложки. Первый слой проводящего материала структурирован и подвергнут травлению для образования множества катодных полосок, разделенных участками подложки. Второй слой проводящего материала выполняется прилегающим к катодным полоскам и к разделительным участкам подложки. Затем формируется шаблон, прилегающий ко второму слою проводящего материала, включающий множество окон, образующих места для размещения множества прокладок. Затем выполняются прокладки введением выбранного материала в окна. Части второго слоя проводящего материала затем выборочно убираются для экспонирования участков поверхностей катодных полосок. Наконец, формируется множество эмиттерных областей аморфного алмаза в выбранных частях поверхностей катодных полосок.

В соответствии с еще одним примером реализации настоящего изобретения предложен способ изготовления элемента изображения катода дисплея на триоде, который включает стадии образования проводящей полоски на лицевой поверхности подложки. Выполняется прилегающий к проводящей полоске изолирующий слой (диэлектрик). Затем образуется слой проводника, прилегающий к полирующему слою, структурируется и подвергается травлению вместе с ним для образования множества окон, экспонирующих части проводящей полоски. Через окна выполняется травление для подтравливания частей изолирующего слоя, образующих часть боковой стенки каждого из окон. Наконец, в экспонируемых частях проводящей полоски образуются участки аморфного алмаза.

В соответствии со следующим примером реализации настоящего изобретения предложен способ изготовления катодной пластины дисплея на триоде, который включает стадию образования множества отстоящих на расстоянии одна от другой проводящих полосок на лицевой поверхности подложки. Изолирующий слой (диэлектрик) выполняется прилегающим к приводящим полоскам, после чего образуется слой проводника, прилегающий к изолирующему слою. Изолирующий слой и слой проводника структурируются и подвергаются травлению для образования множества окон, экспонирующих части проводящих полосок. Травление выполняется через окна для подтравливания частей изолирующего слоя, образующих часть боковой стенки каждого из окон. Наконец, в экспонируемых частях проводящих полосок образуются области аморфного алмаза.

Предпочтительные примеры реализации настоящего изобретения имеют существенные преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники, касающимся компонентов дисплеев с плоским экраном. В примерах реализации, согласно настоящему изобретению, целесообразно используются уникальные свойства аморфного алмаза. Кроме того, примеры реализации настоящего изобретения обеспечивают холодные катоды (с автоэлектронной эмиссией), которые имеют более широкую площадь рассеивания, с которой может происходить автоэлектронная эмиссия. Более того, примеры реализации, согласно настоящему изобретению, обеспечивают достаточно высокую концентрацию эмиттерных областей, что приводит к более эффективному получению равномерной эмиссии электронов от каждого катодного участка, при этом довольствуясь источником низкого напряжения для образования нужного для электронных эмиссий поля.

В изложенном выше описании изобретения довольно широко объяснялись признаки и технические преимущества настоящего изобретения с тем, чтобы проще можно было понять изложенное далее в подробном описании изобретения. Дополнительные признаки и преимущества изобретения будут описаны ниже и будут входить в описание пунктов патентования. Специалистам в данной области следует понимать, что идея изобретения и предпочтительные примеры его реализации могут быть легко применимы как основа для модификаций или конструирования других устройств, для выполнения тех же целей, что и цель настоящего изобретения. Также специалистам следует понимать, что эти эквивалентные решения не должны выходить за рамки сути и объема настоящего изобретения в том виде, как они описаны в прилагаемых пунктах патентования.

Краткое описание чертежей.

Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ дается следующее описание со ссылками на сопутствующие чертежи, в которых: фигура 1a - увеличенное объемное изображение в поперечном разрезе с пространственным разделением деталей дисплея (на диодах) с автоэлектронной эмиссией, выполненного согласно с принципами настоящего изобретения; фигура 1b - вид сверху в плане дисплея, показанного в фигуре 1a, установленный на опорной конструкции; фигура 1c - вид в плане лицевой поверхности катодной пластины, показанной в фигуре 1a; фигура 1d - вид в плане лицевой поверхности анодной пластины, показанной в фигуре 1a; фигуры 2a - 2l - ряды увеличенных изображений поперечного сечения детали, последовательно показывающие изготовления катодной пластины фигуры 1a; фигуры 3a - 3к - ряды увеличенных изображений поперечного сечения детали, последовательно показывающие изготовление анодной пластины фигуры 1a; фигура 4a - увеличенный вид в плане катода/сетки тока экстракции, используемых в дисплее (на триоде) с автоэлектронной эмиссией, выполненном согласно данному изобретению;
фигура 4b - сильно увеличенный вид в поперечном сечении выбранного элемента изображения в катоде /сетке тока экстракции фигуры 4a;
фигура 4c - увеличенное объемное изображение в поперечном сечении с пространственным разделением деталей дисплея (на триоде) с автоэлектронной эмиссией с использованием катода /сетки тока экстракции фигуры 4a;
фигуры 5a - 5 - ряды увеличенных изображений в поперечном разрезе детали, последовательно показывающие изготовление катода /сетки тока экстракции фигуры 4a;
фигура 6 изображает другой возможный пример реализации катодной пластины, показанной в фигуре 1a, в которой изготовленные микротехнологией прокладки были заменены стеклянными шайбами;
фигура 7 изображает дальнейший пример реализации катодной пластины, показанной в фигуре 1a, в которой между металлическими катодными дорожками и пленками аморфного алмаза выполнены слои материала с высоким удельным сопротивлением;
фигура 8a и 8 изображают еще вариант примера реализации, где используются материалы с высоким удельным сопротивлением и структурированные металлические катодные дорожки.

Подробное описание изобретения.

Предпочтительные примеры реализации настоящего изобретения лучше всего становятся понятными при рассмотрении фигур 1 - 5 чертежей, в которых одни и те же цифровые позиции обозначают одни и те же детали. Фигура 1 представляет собой увеличенное объемное изображение в поперечном разрезе с пространственным разделением деталей дисплея 10 (на диодах) с автоэлектронной эмиссией, изготовленного в соответствии с принципами настоящего изобретения. В фигуре 1 дается соответствующий вид в плане сверху дисплея 10, установленного на опорной конструкции (печатной плате) 11. Дисплей 10 включает структуру типа "сэндвич" из двух основных компонентов: катодной пластины 12 и анодной пластины 14. Между катодной пластиной 12 и анодной пластиной 14 при помощи герметичного уплотнения 16 поддерживается вакуум. В фигурах 1c и 1d, соответственно, даются отдельные изображения в плане противоположных поверхностей катодной пластины 12 и анодной пластины 14 (вид фигуры 1a по существу соответствует линии 1a - 1a фигур 1b, 1c и 1d).

Катодная пластина 12, изготовление которой описано в деталях, ниже включает подложку или пластину 18 из стекла (или другого передающего свет материала), на которой расположено множество отстоящих на расстоянии одна от другой проводящих дорожек (полосок) 20. Каждая проводящая дорожка 20 включает увеличенную контактную площадку (столбик) или вывод 22, которые дают возможность соединения данной дорожки 20 с внешним источником сигнала (не показан) (в фигуре 1b выводы 22 дисплея показаны подключенными к более широким выводам 23 печатной платы). Вдоль каждой дорожки 20 расположено множество эмиттерных областей 24, обладающих способностью рабочей функции при низком напряжении, которые отделены один от другого на заданное расстояние. В показанном примере реализации настоящего изобретения эмиттерные "низкорежимные" области, т. е. области, работающие при низком напряжении, образуются соответствующими слоями аморфного алмаза.

Катодная пластина 12 снабжена множеством штырей 26, расположенных на равномерном расстоянии один от другого по пластине, которые при окончательной сборке дисплея 10 обеспечивают необходимое разделение катодной пластины 12 и анодной пластины 14.

Анодная пластина 14, изготовление которой также описано в деталях ниже, подобным же образом содержит стеклянную подложку или пластину 28, на которой расположено множество отстоящих на расстоянии одна от другой прозрачных проводящих дорожек (полосок) 30, например, из легированной индием окиси олова. Каждая проводящая дорожка 30 соединена с увеличенной контактной площадкой или выводом 32 для возможности соединения с внешним источником сигнала (не показан) (в фигуре 1b выводы 32 дисплея показаны соединенными с более широкими выводами 33 печатной платы). Вдоль значительного отрезка длины каждой проводящей дорожки 30 выполняется слой 34 фосфора или другого фотоэмиссионного материала.

Дисплей 10, катодная пластина 12 и анодная пластина 14 расположены таким образом, что дорожки 20 и 30 по существу ортогональны друг другу. Каждая эмиттерная область 24 расположена приблизительно на пересечении соответствующей дорожки 20 на катодной пластине 12 и дорожки 30 на анодной пластине 14. Эмиссия от выбранной эмиттерной области 24 возбуждается созданием потенциала напряжения между существующей катодной дорожкой 20 и анодной дорожкой 30. Электроны, выбрасываемые из выбранной эмиттерной области 24, ударяются в слой фосфора 34 на соответствующей анодной дорожке 30, таким образом производя свет, который виден через анодный стеклянный слой 28. Для более полного описания работы дисплея 10 дается ссылка на рассматриваемую совместно с переуступкой прав тому же правопреемнику патентную заявку США, серийный номер 08/071157, с номером реестра патентного поверенного M0050-PO3US.

Изготовление катодной пластины 12 дисплея на диодах, согласно принципам настоящего изобретения, теперь может быть описано со ссылкой на показанный пример реализации фигур 2a - 2l. В фигуре 2a слой 20 проводящего материала выполняется на выбранной лицевой поверхности стеклянной пластины 18. В изображенном здесь примере реализации стеклянная пластина 18 содержит стеклянную пластину толщиной 1,1 мм, выполненную на основе натронной извести, очищенную химическим способом в обычном процессе, до образования проводящего слоя 20.

Проводящий слой 20 в изображенном примере реализации настоящего изобретения содержит слой хрома плотностью 1400 ангстрем. Следует заметить, что для образования проводящего слоя 20 могут быть выбраны другие материалы и другие процессы. Например, проводящий слой 20 может быть слоем меди, алюминия, молибдена, тантала, титана или их сочетаний. Для образования проводящего слоя 20 могут быть применены различные технологии в качестве альтернативы технологии напыления, осаждения или лазерной абляции.

Ссылаясь затем на фигуру 2b, по поверхности проводящего слоя 20 был нанесен слой фоторезиста 38 методом центрифугирования. Фоторезистом может быть, например, слой фоторезистора марки Шипли 1813 толщиной 1,5 мм. Затем, как показано в фигуре 2c, фоторезист 38 экспонировался и проявлялся для образования шаблона, определяющего границы и местоположение катодных дорожек 20. После этого в фигуре 2d после стадии удаления непроявленного фоторезиста (что может выполняться, например, с использованием технологии сухого травления) проводящий слой 20 подвергается травлению, при этом остающиеся части слоя 20 становятся требующимися дорожками 20. В предпочтительном примере реализации стадия травления, показанная в фигуре 2d, является жидкостным травлением 38. В фигуре 2e остающиеся части фоторезиста 36 удаляются использованием, например, подходящей технологии жидкостного травления.

В фигуре 2F по лицевой поверхности детали был выполнен второй слой проводника 40. В показанном примере реализации слой проводника 40 образуется напылением слоя плотностью 500 ангстрем титана, слоя меди плотностью 2500 ангстрем, и затем второго слоя титана плотностью 500 ангстрем. В других возможных примерах реализации металлы, такие как хром - медь - титан, также могут быть использованы в технологии формирования слоя, например, напылением или осаждением из паровой фазы. Затем, как показано в фигуре 2g, на поверхность слоя проводника 40 наносится слой 42 фоторезиста методом центрифугирования экспонируется и проявляется для образования шаблона, определяющего границы и местоположение штырей (разделительных прокладок) 26 и контактных площадок (выводов) 22. Фоторезистором 42 может служить, например, слой фоторезиста марки AZP 4620 13 мкм толщиной.

После удаления непроявленного фоторезиста (которое опять может выполняться технологией сухого травления), как показано в фигуре 2h, в окнах фоторезиста 42 образуются области 44. В показанном примере реализации области 44 образуются при помощи электролитического осаждения 25 мкм слоя меди или никеля после травления титана в окне. Вслед за стадией осаждения фоторезист удаляется с использованием материала WAYCOAT 2001 при температуре 80^oC, как показано в фигуре 2i, слой проводника 40 затем выборочно подвергается травлению, как показано в фигуре 2j. В показанном примере реализации настоящего изобретения используется невысокочастотное жидкостное травление для удаления слоя 40 меди/титана, чтобы составить штыри 26 и контактные площадки 22, которые составляют комплект слоя 44 меди над слоем 40 титана/меди/титана.

В фигуре 2K сверху катодной пластины накладывается металлический шаблон 46, выполненный из меди, молибдена или предпочтительно магнитных материалов, таких как никель или ковар (сплав), для определения границ эмиттерных областей 24, и выравнивается надлежащим образом по прокладкам и дорожкам. Затем выполняются эмиттерные области 24 в участках, экспонируемых через шаблон, образованием пленок аморфного алмаза, включающих множество алмазных микрокристаллов в общей аморфной структуре.

В примере реализации изобретения, показанном в фигуре 2K, аморфный алмаз образуется через окна в металлическом шаблоне 46 с использованием лазерной абляции. Однако, настоящее изобретение не ограничено только технологией лазерной абляции. Например, эмиттерные области 24, имеющие микрокристаллиты в общей аморфной структуре, могут быть образованы с использованием технологии лазерно-плазменного осаждения, химического осаждения из паровой фазы, ионно-лучевого осаждения, распыления, низкотемпературного осаждения из паровой фазы (ниже 500^oC), напыления, катодно-дугового напыления, магнитно-разделительного катодно-дугового напыления, осаждения методом катодного распыления, лазерно-акустического осаждения и прочими подобными способами или их комбинациями. Один такой процесс описан в статье "Лазерно-плазменный источник аморфного алмаза", опубликованной Американским Институтом Физики, в январе 1989 года (автор Коллинс и др.).

В общем микрокристаллиты образуются с определенными атомными структурами, которые зависят от условий окружающей среды во время образования слоя, а иногда спонтанно. При данном давлении и температуре окружающей среды какой-то процент кристаллов будет образовывать конфигурацию SP2 (двухмерную (меж)атомную связь атомов углерода), в то время как несколько ниже будет процентное отношение конфигурации SP3 (трехмерной (меж)атомной связи атомов углерода). Электронное сродство для алмазных микрокристаллитов в SP3 меньше, чем электронное сродство микрокристаллитов в SP2.

Поэтому те микрокристаллиты, которые относятся к SP3, становятся "эмиттерными участками" в эмиттерных областях 24. Для более полного понимания преимуществ аморфного алмаза теперь дается ссылка на совместно рассматриваемую и с переуступкой прав тому же правопреемнику патентную заявку США, серийный номер 08/071157, с номером реестра патентного поверенного N0050 - P03US.

Наконец, в фигуре 2L используется технология ионного травления или подобная ей для удаления каналов утечки между дорожками 20. Кроме того, другие обычные способы очистки (общеизвестные в области микротехнологий) также могут быть использованы для удаления больших частиц углерода (или графита), которые получаются во время процесса осаждения аморфного алмаза. После обычных операций, связанных с чисткой и удалением излишков стеклянной пластины 18 вокруг определенных границ, катодная пластина 12 готова для сборки с анодной пластиной 14.

Изготовление анодной пластины 14 в соответствии с принципами настоящего изобретения теперь будет описано с использованием в качестве иллюстрации примера реализации фигур 3a - 3к. В фигуре 3a слой 30 материала проводника образован на выбранной лицевой поверхности стеклянной пластины 28. В показанном примере реализации стеклянная пластина 28 содержит слой стекла на основе натронной извести толщиной 1,1 мм, которое было предварительно химически очищено обычным известным способом. Прозрачный проводящий слой 30 в данном показанном примере реализации изобретения содержит слой окиси олова, легированной индием, плотностью 2000А, который образовывали технологией распыления.

Затем, обращаясь к фигуре 3b, слой фоторезиста 50 наносился методом центрифугирования на лицевую поверхность проводящего слоя 30. Фоторезистом может быть, например, слой фоторезиста марки Шипли 1813 толщиной 1,5 мкм. Вслед за этим, как показано в фигуре 3c, фоторезист 50 экспонировался и проявлялся для получения шаблона, определяющего границы и местоположение анодных дорожек 30. Затем, как показано в фигуре 3d, после обычной операции удаления непроявившегося фоторезиста проводящий слой 30 подвергается травлению и остающиеся части слоя 30 становятся требующимися дорожками 30. В фигуре 3e остающиеся части фоторезиста 50 удаляются.

В фигуре 3F по лицевой поверхности детали образован второй проводящий слой 52. В показанном примере реализации настоящего изобретения проводящий слой 52 образован последовательным распылением слоя титана плотностью 500 ангстрем, слоя меди плотностью 2500 ангстрем, и второго слоя титана плотностью 500 ангстрем. В другом возможном варианте на этой стадии могут быть использованы другие материалы и технологии, как было описано выше в отношении аналогичной стадии, показанной в фигуре 2F. Затем, как показано в фигуре 3g, слой 54 фоторезиста наносится методом центрифугирования по поверхности проводящего слоя 52, экспонируется и проявляется для образования шаблона, определяющего границы и местоположение контактных площадок (выводов) 32.

После удаления непроявившегося фоторезиста завершается образование контактных площадок (выводов) 32 путем выполнения штекеров 56 из проводящего материала в окнах в фоторезисте 54, как показано в фигуре 3h. В показанном примере реализации настоящего изобретения контактные площадки 32 образованы электролитическим осаждением 10 мкм меди. После этой стадии осаждения удаляется фоторезист 54 (с использованием материала WAYCOAT 2001 при температуре 80^oC), как показано в фигуре 3i; экспонированные части слоя проводника 52 затем подвергаются травлению, как показано в фигуре 2j. В фигуре 3j используется невысокочастотное жидкостное травление для удаления экспонированных частей слоя 52 титана/меди/титана, чтобы оставить контактные площадки 32, которые составляют комплект с проводящими полосками 30, остающимися частями слоя 52 титана/меди/титана и проводящими штекерами 56. Использование невысокочастотного травления позволяет избежать возможного повреждения стекла 28.

После очистки и удаления излишков стекла 28 вокруг границ поперек значительных участков анодных дорожек 30 выборочно образуется слой фосфора 34 (фигура 3к). Слой фосфора, в показанном примере реализации настоящего изобретения, слой порошка оксида цинка (ZnO) может наносится, например, обычным способом электролитического осаждения, таким как электрофорез.

Затем может быть собран дисплей 10, изображенный в фигурах 1a и 1d, с использованием катодной пластины 12 и анодной пластины 14, как описано выше. Как это показано, соответствующие пластины располагаются лицевыми поверхностями одна к другой и герметизируются в вакууме 10^-7 торр при помощи герметичного уплотнения, которое проходит по всему периметру дисплея 10.

В показанном примере реализации настоящего изобретения герметичное уплотнение 16 получено стеклоприпоем, однако, в других возможных примерах реализации это уплотнение 16 может быть изготовлено с использованием лазера или эпоксидного материала, например, такого как материал с товарным знаком TORR-SEAL Epoxy.

Затем следует ссылка на фигуру 4а, которая изображает узел 60 катода/сетки дисплея 62 на триодах (фигура 4c). Узел 60 катода/сетки включает множество параллельных катодных дорожек (полосок) 64 и множество расположенных над ними дорожек или полосок 66 сетки тока экстракции. В каждой точке пересечения определенной катодной полоски 64 и дорожки 66 тока экстракции расположен "элемент изображения" 68. Следующий сильно увеличенный вид в поперечном разрезе типичного "элемента изображения" 68 дается в фигуре 4b так, как он показан по существу по линии 4b - 4b в фигуре 4a. Следующий сильно увеличенный объемный вид в поперечном разрезе выбранного элемента изображения 68 в узле дисплея 62 на триодах с установленной соответствующей анодной пластиной 70 и взятый по существу по линии 4c - 4c фигуры 4a дается в фигуре 4c. Прокладки 69 разделяют анодную пластину 70 и узел 60 катода/сетки.

Узел 60 катода/сетки образуется поперек лицевой поверхности стеклянного слоя подложки 72. В данном элементе изображения 68 множество низкорежимных эмиттерных областей 76 (работающих при низком напряжении) расположено так, что они прилегают к соответствующей проводящей катодной дорожке 64. Прокладки 78 разделяют катодные дорожки 64 от пересекающих дорожек 66 сетки. В каждом элементе изображения 68 располагается множество окон 80, проходящих через дорожку сетки 66 и совмещенных с эмиттерными областями 76 на соответствующей катодной дорожке 64.

Анодная пластина 70 включает стеклянную подложку 82, над которой расположено множество параллельных прозрачных анодных полосок или дорожек 84. На экспонируемой поверхности каждой анодной дорожки, по меньшей мере в районе каждого элемента изображения 68 расположен слой фосфора 86. Для монохромного дисплея требуется неструктурированный фосфор, например ZnO. Однако, если требуется цветной дисплей, каждый участок на анодной пластине 70, соответствующий элементу изображения, будет иметь слой фосфора трех различных цветов. Изготовление анодной пластины 70 по существу такое же, как было описано выше, за исключением того, что проводящие анодные дорожки 84 структурируются и подвергаются травлению таким образом, чтобы они располагались по существу параллельно катодным дорожкам 64 в готовом дисплее 62 на триодах.

Изготовление узла 60 катода/сетки согласно принципам настоящего изобретения теперь может быть описано со ссылкой на пример реализации изобретения, показанный в фигурах 5a - 5k. В фигуре 5a слой 64 проводящего материала образован по выбранной лицевой поверхности стеклянной пластины 72. В показанном примере реализации стеклянная пластина 72 содержит стекло на основе натронной извести толщины 1,1 мм, предварительно очищенное обычным химическим способом до образования проводящего слоя 64. В показанном примере реализации проводящий слой 64 содержит слой хрома плотностью 1400 ангстрем. Следует заметить, что для образования проводящего слоя, описанного выше, касающегося проводящего слоя 20 фигуры 2a и проводящего слоя 30 фигуры 3a, могут быть использованы другие способы изготовления и материалы.

Затем, со ссылкой на фигуру 5b, по лицевой поверхности проводящего слоя 64 методом центрифугирования был нанесен слой фоторезиста 92. Фоторезистом может, например, служить 1,5 мкм слой фоторезиста марки Шипли 1813. Затем, как показано в фигуре 5c, фоторезист 92 был экспонирован и проявлен для образования шаблона, определяющего границы и местоположение катодных полосок 64. Затем, в фигуре 5d, после обычной стадии удаления непроявленного фоторезиста (например, с помощью сухого травления), проводящий слой 64 подвергается травлению, оставляя нужные дорожки 64. В фигуре 5e, удаляются остающиеся части фоторезиста 92.

Затем, как показано в фигуре 5F, по лицевой поверхности детали образуется изолирующий слой 94. В изображенном примере реализации изобретения изолятор (диэлектрик) 94 содержит слой диоксида кремния (SiO₂) 2 мкм толщиной, который распыляется по лицевой поверхности детали. Затем поперек изолирующего слоя 94 образуется металлический слой 66. В показанном примере реализации изобретения металлический слой содержит слой титана - вольфрама (Ti - W) (90 - 10%), плотностью 5000 ангстрем, выполненный по поверхности детали распылением. В других возможных примерах реализации настоящего изобретения могут быть использованы другие материалы и технологии.

Фигура 5 является следующим сильно увеличенным видом поперечного сечения части фигуры 5F, концентрирующимся на одном элементе изображения 68. В фигуре 5g на металлический слой 96 методом центрифугирования наносится слой 98 фоторезиста, которым может быть фоторезист Шипли 1813 со слоем 1,5 мкм толщиной. Фоторезист 98 затем экспонируется и проявляется для определения местоположения и границ дорожек 66 сетки и окон 80 через них. После удаления непроявленного фоторезиста металлический слой 66 (Ti - W в показанном примере реализации) и изолирующий слой 94 (в показанном примере SiO₂) подвергаются травлению, как показано в фигуре 5h, оставляя прокладки 78. Предпочтительно, используется процесс ионного травления для этой стадии травления, с тем чтобы обеспечить по существу вертикальные боковые стенки 100. В фигуре 5i остающиеся части слоя фоторезиста 98 удаляются при помощи материала WAYCOAT 2001 при температуре 80^oC.

После удаления фоторезиста выполняется жидкостное травление, которое подтравливает изолирующий слой 94, как показано в фигуре 5j, образуя далее прокладки 78. Другими словами, боковые стенки могут выполняться при жидкостном травлении, например, с использованием высокочастотного травления буферным раствором. Конструкция 62 катода/сетки по существу завершается образованием эмиттерных областей 76. В фигуре 5k металлический шаблон 102 образуется, определяя границы и местоположение эмиттерных областей 76. Затем формируются эмиттерные области 76 образованием пленок аморфного алмаза, содержащих множество алмазных микрокристаллитов в общей аморфной структуре. В примере реализации настоящего изобретения, показанном в фигуре 5j, аморфный алмаз образуется через окна в металлическом шаблоне 102 при помощи лазерной абляции. Опять же, настоящее изобретение, однако, предусматривает использование других технологий помимо лазерной абляции. Например, эмиттерные области 76, имеющие микрокристаллиты в общей аморфной структуре, могут образовываться с использованием лазерно-плазменного осаждения, химического осаждения из паровой фазы, ионно-лучевого осаждения, низкотемпературного осаждения из паровой фазы (ниже 500^oC), лазерно-акустического осаждения, напыления, катодно-дугового напыления и других подобных технологий или их комбинаций. Преимущества таких эмиттерных областей 76 аморфного алмаза были описаны выше в описании дисплея на диодах и в перекрестных заявках, включенных в описание в качестве ссылочных материалов.

Фигура 6 показывает другой возможный пример реализации катодной пластины 12 согласно настоящему изобретению. В этом случае изготовление прокладок 44, показанное в стадиях 2F - 2J, не требуется. Как показано в фигуре 6, после этого используется стеклянная фритта, сапфир, полимер или металлические шайбы (бусины) или волокна, например такие, как описанные стеклянные шайбы (бусины) величиной 25 микрон в диаметре, в качестве прокладок. Стеклянный шайбы (или бусины) могут крепиться на подложке лазерной сварной, напыленным индием или клеем. Кроме того, возможен вариант, что стеклянные шайбы закрепляются надлежащим образом соответствующей сборкой анодной и катодной пластин.

Фигура 7 показывает следующий пример реализации катодной пластины 12. В этом случае тонкий слой материала с высоким удельным сопротивлением, такого как аморфный кремний, осаждался между металлической дорожкой 20 и областями 24 пленки аморфного алмаза. Слой помогает саморегулироваться отдельным участкам эмиссии в определенном элементе изображения и увеличивает равномерность элемента изображения. Кроме того, как показано в фигуре 7, каждый слой 24 алмаза разбит на более мелкие части. Пример реализации, показанный в фигуре 7, может быть изготовлен, например, осаждением материала с высоким удельным сопротивлением через металлический шаблон 46 во время стадии изготовления, показанной в фигуре 2k (до образования областей 24 аморфного алмаза) с использованием технологии лазерной абляции, электронно-лучевого осаждения или термического испарения в вакууме (напыления). Затем сверху слоя материала с высоким удельным сопротивлением осаждается аморфный алмаз. Для создания слоев 24, которые разбиты на более мелкие участки, как показано в фигуре 7, пленка аморфного алмаза может быть пропущена через проволочную сетку или сито (не показано), вплетенное между металлическим шаблоном 46 и поверхностью слоя 106. В предпочтительном примере реализации сетка или сито из проволоки имеет отверстия порядка 20 - 40 мкм, однако отверстия большего или меньшего размера также применимы в зависимости от необходимого размера элемента изображения.

В фигурах 8a и 8 изображен еще один дополнительный пример реализации катодной пластины, имеющей структурированные металлические дорожки 20. В этом случае окно 108 было сделано через металлическую дорожку 20 и слой 106 материала с высоким удельным сопротивлением, как, например, слой описанный выше. Тонкие пленки 24 аморфного алмаза затем располагаются таким образом, чтобы прилегать к слою 106 материала с высоким удельным сопротивлением. В примере реализации, показанном в фигурах 8a и 8 пленки 24 аморфного алмаза структурируются как описано выше.

Следует заметить, что в каждом из описанных здесь примеров реализации настоящего изобретения пленки аморфного алмаза могут быть изготовлены с использованием произвольной морфологии.

Существует несколько способов изготовления, например, ионно - лучевое травление, распыление, анодизация, осаждение напылением и ионная имплантация, которые помогают получать прекрасные спонтанные характеристики и размеры менее микрона без использования фотолитографии.

Один такой способ описан в совместно рассматриваемой, с переуступкой прав тому же правопреемнику, патентной заявки США с серийным номером 08/052958, с названием изобретения "Способ получения автоэлектронного эмиттера с использованием спонтанно расположенных ядер в качестве шаблона травления" с номером реестра патентного поверенного N DMS - 43/A; комбинация случайных признаков, которые увеличивают локальное электрическое поле на катоде, и работа в режиме низкого напряжения дают даже более низкие уровни полей электронной экстракции.

Следует указать, что принцип примеров реализации, показанных в фигурах 6 - 8 для катодной пластины 12, также может быть применен при изготовлении узла 60 катод/сетка дисплея 62 на триодах (фигура 4c).

Также следует заметить, что несмотря на то, что прокладки, как здесь показано, расположены на катодной пластине, они могут быть также расположены на анодной пластине или расположены и совмещены на катодной и анодной пластинах, как это предусмотрено согласно настоящему изобретению.

Несмотря на то, что настоящее изобретение и его преимущества были описаны в деталях, специалистам должно быть понятно, что различные изменения, замены и модификации могут быть внесены без выхода за рамки сути и объема настоящего изобретения, определенных в прилагаемых пунктах патентования.

Формула изобретения

1. Способ изготовления катода дисплея с автоэлектронной эмиссией, включающий образование проводящей дорожки, прилегающей к лицевой поверхности подложки, отличающийся тем, что дополнительно формируют участок аморфного алмаза, способного к автоэлектронной эмиссии, прилегающий к выбранной части проводящей дорожки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования проводящей дорожки формируют проводящий слой, прилегающий к лицевой поверхности подложки, наносят слой фоторезиста на указанный проводящий слой, экспонируют и проявляют указанный слой фоторезиста с образованием маски для травления проводящей дорожки, а затем травят проводящий слой через маску фоторезиста с образованием проводящей дорожки.

3. Способ изготовления катодной пластины дисплея на основе диодов, включающий формирование на лицевой поверхности подложки первого проводящего слоя, структурирование и травление по первому проводящему слою с образованием множества катодных полосок, отличающийся тем, что дополнительно формируют второй слой проводящего материала, прилегающий к катодным полоскам и участкам подложки между ними, формируют шаблон на втором проводящем слое, имеющий множество окон на местах расположения множества прокладок, образуют указанное множество прокладок посредством введения выбранного материала в окна, выборочно удаляют часть второго слоя проводящего материала для экспонирования площадей поверхности катодных полосок с последующим образованием множества эмиттерных областей аморфного алмаза в выбранных частях площадей поверхности катодных полосок.

4. Способ изготовления катодной пластины, включающий образование на лицевой поверхности проводящего слоя, структурирование и травление проводящего слоя с образованием множества катодных полосок, разделенных участками подложки, отличающийся тем, что дополнительно выборочно образуют множество эмиттерных областей аморфного алмаза в выбранных участках поверхности катодных полосок.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что при формировании эмиттерных областей аморфного алмаза включает образование области аморфного алмаза лазерной абляцией.

6. Способ изготовления элемента изображения катода дисплея на триодах, включающий формирование проводящей дорожки на лицевой поверхности подложки, отличающийся тем, что дополнительно формируют изолирующий слой, прилегающий к проводящей дорожке, образуют второй проводящий слой на изолирующем слое, структурируют и травят изолирующий и проводящий слои с образованием множества окон для экспонирования части проводящей дорожки, травят через окна частей изолирующего слоя, образующих часть боковой стенки каждого из окон, и образуют области аморфного алмаза в экспонируемых частях проводящей дорожки.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что при образовании областей аморфного алмаза используют метод алмазной абляции.

8. Способ изготовления катодной пластины дисплея на триодах, включающий образование проводящей дорожки на лицевой поверхности подложки, отличающийся тем, что дополнительно образуют изолирующий слой, прилегающий к проводящим дорожкам, образуют проводящий слой на изолирующем слое, структурируют и травят изолирующий и проводящий слои с образованием множества окон для экспонирования части проводящих дорожек, травят через окна части изолирующего слоя, образующие часть боковой стенки каждого из окон, и образуют области аморфного алмаза на экспонируемых частях проводящих дорожек.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что области аморфного алмаза образуют с использованием лазерной абляции.

10. Способ изготовления катодной пластины, включающий образование проводящего слоя на лицевой стороне подложки, отличающийся тем, что проводят структурирование и травление проводящего слоя с образованием множества катодных полосок, отстоящих на расстоянии одна от другой между чередующимися участками подложки, образуют множество прокладок, расположенных на указанных чередующихся участках подложки, и выборочно образуют множество эмиттерных областей аморфного алмаза в выбранных участках катодных полосок.

11. Способ изготовления катодной пластины, включающий образование проводящего слоя на лицевой стороне подложки, отличающийся тем, что проводят структурирование и травление проводящего слоя с образованием множества катодных полосок, разделенных чередующимися участками подложки, выборочно образуют области материала с высоким удельным сопротивлением, прилегающие к частям катодных полосок, и выборочно образуют множество эмиттерных областей аморфного алмаза в выбранных участках областей материала с высоким удельным сопротивлением.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что на стадии образования множества областей аморфного алмаза используют произвольную морфологию.

13. Способ изготовления катодной пластины, включающий образование проводящего слоя на лицевой поверхности подложки, отличающийся тем, что дополнительно проводят структурирование и травление проводящего слоя с образованием множества катодных полосок, разделенных чередующимися участками подложки, причем множество катодных полосок содержит множество окон, предназначенных для экспонирования расположенных под ними участков подложки, выборочно образуют области материала с высоким удельным сопротивлением в окнах, расположенных в катодных полосках, и выборочно образуют множество эмиттерных областей аморфного алмаза в выбранных участках областей материала с высоким удельным сопротивлением.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что на стадии образования множества эмиттерных областей аморфного алмаза используют произвольную морфологию.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12