直流等離子體尋址結構中的抗濺射低脫出功的陰極電極導電塗層的製作方法
2023-10-10 16:10:39
專利名稱：直流等離子體尋址結構中的抗濺射低脫出功的陰極電極導電塗層的製作方法
技術領域：
本發明涉及了具有特殊性能的電極的形式，更具體地說，涉及了用於直流等離子體尋址結構的抗濺射的陰極電極的形成。
應用數據存儲元件的系統包括，例如，攝象機和圖象顯示器。這樣的系統都應用了用以向存儲元件提供數據或從存儲元件取回數據的尋址結構。一種這個類型的，也是本發明的一個實施例具體針對的系統是一種通用的平板顯示器，它的存儲或顯示元件存儲光圖案數據、基於平板的顯示系統提供一種代替相對笨重，體積龐大和使用高電壓的陰極射線管的系統的理想的替代物。
平板顯示器包括遍及於顯示器表面視野區域分布的多重顯示元件或「象素」。在液晶平板顯示器中，每個象素的光學行為由施加於象素兩端的電位梯度的大小而確定。在這樣的器件中能在每個象素的兩端獨立地建立電位梯度是所希望的。各種不同的方案被設計出來用以達到這個目的。在現行可取的有源矩陣液晶陣列中通常對每一個象素都有一個薄膜電晶體。這個電晶體通常由行驅動線選通「on」，而在電晶體這個點上它將從列驅動線接收到一個數值，這數值在下一個行驅動線選通之前一直被存儲起來。象素的兩面透明的電極給象素兩端施加一個符合於存儲值的電位梯度，這樣就確定了象素的光學行為。
美國專利號No.4896149的專利敘述了另一種型號的有源矩陣液晶陣列，取名為「等離子體可尋址液晶」或「PALC」顯示器的結構和工作。這個技術避免了對每個象素要使用一個薄膜電晶體的麻煩和限制。液晶元件的每一個象素位於一薄的密封的絕緣阻擋層和導電的表面之間，在薄膜的阻擋層的相對的另一面儲存著惰性氣體，該惰性氣體可通過施加在氣體體積兩端的足夠的電位梯度而有選擇地從非電離非導電狀態到電離的導電的等離子狀態進行變換。
當氣體處於導電狀態，這有效地將薄阻擋層的表面設置到地電位。在這個狀態，象素和薄的阻擋層兩端的電位等於導電錶面達到的任何電壓值。當氣體體積兩端的電壓被移去以後，電離的氣體又重新迴轉到不導電的狀態。被引進到象素兩端的電位梯度被液晶材料和絕緣的阻擋層的固有電容存儲。這個電位梯度保持恆定和導電錶面的電壓水平無關是因為薄的阻擋層的電壓將在導電錶面的電壓水平以下以一個它當初被接地時引進的一個電位差浮動。
宏觀上看，PALC顯示器包括在頂板下面的、在絕緣板中形成的並含有惰性氣體的一組通道，所述頂板與形成通道的肋條的頂端接觸並且圍繞周緣與絕緣板密封連接。在相對的兩面，平行的電極沿著每根通道的長度延伸。在工作期間，氣體於相對的電極間引進大的電位梯度而被電離並由此而變成導電的等離子體。在顯示器處於工作狀態下，這一過程在一秒內發生很多次。
在氣體的電離狀態中，為避免沿著電極長度上電位的差別，電極每單位長度的電阻不大於每釐米2歐姆(每英寸5歐姆)是所希望的。為使電極得到在具有很小的橫截面積情況下可供利用的這樣小的單位長度電阻值，使用高導電能力的金屬諸如金、銀、銅或鋁。
在生產PALC的部分工藝中，在標準大氣壓下一小時的烘烤雖然金和銀被氧化的程度最小，但由於它們昂貴的代價而不合需要。銅在如此烘烤中被顯著氧化並失去導電能力，不幸的是鋁的導電性比希望的更小。用一種抗氧化的金屬鍍復的銅提供了一種單位長度有均勻低電阻的電極，其具有充分抗氧化的性能。
鉻已經被試驗來作為鍍復在銅上的金屬並被發現具有相當好的抗氧化作用。不幸的是，這種結構會導致「濺射破壞」。濺射破壞在字面上就是陰極表面一個一個原子的升華作用，並且發生在隋性氣體的正離子和陰極表面碰撞的時候。如果陰極表面材料對濺射敏感，陰極最後就變得越來越薄，電阻越來越大，被濺射出來的陰極材料澱積在通道中的光傳輸部分上，最後使顯示器變黑。
鉻電鍍的使用在兩個方面導致濺射破壞。首先，鉻有高脫出功，並且由此不是好的二次電子發射體。因為這些電子必須被發射出達到足夠的數量才能使惰性氣體進入導電的等離子體狀態。這樣，陰極和陽極間的電位差就必須大大提高。作為結果，氣體離子將被更大的電壓梯度加速並由此隨著時間而獲得更高的動能，它們和陰極表面碰撞，由此而導致更快的濺射破壞。
其次，鉻有相當低的升華熱。這直接轉化為對濺射破壞的相當高的敏感性。作為結果，當鉻的鍍層構成了陰極的外層，顯示器就只能延續大約500小時，其後濺射破壞的結果是那麼嚴重，以致於顯示器已不再能使用了。要在商業上能接受，一個產品應該要有可供使用的至少10000工作小時的壽命，最好要超過20000小時。
陰極上的外部鍍層不僅必須是良好的二次電子的發射體以及抗濺射破壞，在PALC顯示器的生產工藝中是必要的一部分的一小時空氣烘烤中它也必須對氧化不敏感。好的二次電子發射體要有低的脫出功。具有好的抗濺射性能的材料要有高的升華熱。
最後，有關用於形成能充分解決上述問題的陰極的材料的任何方案都將是辦不到的，除非能得到一種能實現這種方案的經濟的工藝。
因此，本發明的一個目的是要提供一種抗氧化和濺射破壞並且是良好的二次電子發射體的陰極電極。本發明的另一個目的是要提供PALC顯示器中那樣的陰極電極。
本發明是一種至少包括一種難熔的化合物的陰極電極的塗層以及一種用至少一種難熔的化合物的粒子的電泳澱積的方法塗復陰極電極的工藝。在本發明中，一種二級粒子，已知的一種「燒結物」，也被澱積了。在其後的一小時空氣烘烤中，這種粒子熔化了並由此把難熔的化合物的粒子燒結在電極的表面。
本發明也是一種等離子體尋址結構，在此結構中至少一種難熔的化合物粒子用電泳澱積的方法澱積在顯示器的陰極上。
本發明的另外的目的和優點從以下參考附圖對最佳實施例的詳細的敘述中將是很明白的。
圖1是先有技術的顯示板的顯示表面的正視圖以及相聯繫的本發明的其中被應用的等離子體尋址結構的驅動電路。
圖2為從圖1的左面看的放大的斷塊等角圖，顯示了形成先有技術顯示板的結構元件的層次。
圖3為放大的斷塊的帶有部分剝離的正視圖，顯示圖2的先有技術顯示板內部不同深度方面的正視圖。
圖4為放大的等離子體尋址結構中通道的剖面圖，同時顯示先有技術陰極電極的剖面(為表達清楚起見，按比例放大後顯示)。
圖5為被大大地放大的圖4所顯示的先有技術陰極的表面的剖面圖，圖中同時顯示了向陰極表面傳播的正離子。
圖6為被大大地放大的圖4所顯示的先有技術陰極的表面的剖面圖，為正離子撞擊陰極表面後的情形。
圖7為被大大地擴張的PALC顯示器中通道的剖面圖，圖中為根據本發明正在進行電泳的情形，同時畫出難熔化合物和燒結物的粒子，為表達清楚起見，按比例放大後顯示。
圖8為被大大地擴張的圖7所示的通道和粒子的剖面圖，為電泳完成後的情形；以及圖9為被大大地擴張的圖7所示的通道和粒子的剖面圖，為一小時空氣烘烤後的情形，圖中燒結物粒子已經熔化。
圖1-3顯示了平板顯示器系統10，提供了先有技術等離子體尋址結構，該結構包括一組延伸的陰極62，本發明的實施與這些陰極有關。參考圖1-3，平板顯示器系統10包括一有顯示表面14的顯示板12，顯示表面14包括一由矩形平面的陣列形成的圖案，此矩形平面的陣列由在垂直和水平方向上互相隔開預先設定的距離的標稱相同的數據存儲或顯示元件(「象素」)16組成。陣列中每一個顯示元件或象素16表示一薄的，狹窄的垂直方向定向的電極18和一延伸的狹窄的水平方向定向的等離子體通道20的重疊的交叉點。(電極18在下文被稱為「列電極18」)。在特定的等離子通道20上的所有的顯示元件或象素16，當在此等離子體通道內的惰性氣體被充分電離時就被同時置1。每個象素被設定至此時列電極和地之間的電位梯度。
列電極18和等離子體通道20的寬度確定了矩形的顯示元件的尺寸。列電極18被澱積在第一層電絕緣光透明基片的主要表面上，等離子體通道20被刻在第二層電絕緣光透明基片的主要表面上。本專業的技術人員能理解，一定的系統，如直接觀察型的或是投影型的反射顯示器將只要求所述基片中的一片是光透明的。
列電極18接收模擬電壓型的數據驅動信號，該信號由數據驅動器或驅動電路24的輸出放大器22(見圖2和3)的不同的個體在並行的輸出導線22』上產生，等離子體通道20接收電壓脈衝型的數據選通信號，該信號由輸出放大器26(見圖2和3)的不同的個體從選通電路28的輸出端在輸出導線26』上產生。每個等離子體通道20包含基準電極30，每個通道20和數據選通28共用的基準電位加到該基準電極30上。
為了在顯示表面14的所有區域裡合成圖象，顯示系統10應用了掃描控制電路32，該電路協調了數據驅動器24和數據選通28的功能，這樣，顯示板12的顯示元件16的所有的列都被一行一行地以行掃描的方式被尋址。顯示板12可以應用不同類型的電光材料。例如，應用了能改變入射光線33(見圖3)的偏振狀態的材料，則顯示板12就被安放在一對偏振濾光片34和36(見圖2)間，此對濾光片能配合顯示板12改變通過它們傳播的光的亮度。應用了散射液晶元件作為電光材料就不再需要應用偏振濾光片34和36。濾色片(未示出)可被安裝在顯示板12內用以改進多種顏色的可控制色光強度的圖象。對投影式顯示器，顏色可由用三塊單獨的每塊控制一種顏色的單色板10來獲得。
通過具體參考圖2和圖3可知，顯示板12包括一尋址結構，該結構包括一對基本上平行的被電光材料層44和絕緣材料薄層46隔開的電極結構40和42，電光材料層44可以是向列液晶，而絕緣材料薄層46可以是玻璃、雲母或塑料。電極結構40包括一玻璃絕緣基片48，光學透明的條狀的氧化銦錫的列電極18就被澱積在該玻璃基片的內表面50上。相鄰的列電極對被隔開一個距離52，該距離為同一行中在下一相鄰的顯示元件16之間限定了水平方向的間隔。
電極結構42包括一玻璃絕緣基片54，梯形剖面帶有完整邊牆的多重等子體通道20被刻制在此基片的頂部表面56裡。等離子體通道20有從頂部表面56到基部60測量而得的深度58。每一個等離子通道20有一陽極電極30和陰極電極62，兩者都是既薄又窄。每個電極都沿著基部60延伸，並且一個電極處在一對內邊牆64的範圍之外，該內邊牆在從基部60到內表面56的方向上逐漸岔開。
等離子體通道20的陽極電極30被連接到共用的基準電位，如所示的該基準電位能被固定在地電位上。等離子體通道20的陰極電極62被連接到數據選通28的輸出放大器26的不同的個體上(在圖2和3中分別示出3至5個)。為保證尋址結構的正常工作，陽極電極30和陰極電極62最好分別連接到在顯示板10相對的兩邊緣上的基準電位和數據選通28的放大後的輸出26』上。
相鄰的等離子體通道20間的邊牆64限定了多元支持結構66，其頂部表面56支持了絕緣材料層46。相鄰的等離子體通道20被每個支持結構66的頂部寬度68隔開，該寬度68為同一列中在下一相鄰的顯示元件16之間限定了垂直方向的間隔。列電極18和等離子體通道20的重疊區域70限定了顯示元件16的尺寸，該區域在圖2和圖3中用虛線示出。圖2更清楚地顯示了顯示元件16的陣列以及這些元件之間在垂直和水平方向的位置。
加到列電極18上的電壓的值規定了將相鄰的列電極18隔離的距離52。距離52通常大大小於列電極18的寬度。相鄰的等離子體通道20之間的邊牆64的傾斜度規定了距離68，該距離通常大大小於等離體通道20的寬度。列電極18的寬度和等離子體通道20的寬度通常是一樣的並且是所希望的圖象分辨力的函數，該分辨力的大小是由顯示器的用途規定的。使距離52和68儘可能地小是所希望的。在現行的顯示板12的型號中，通道的深度58近似為通道寬度的一半。
在每個等離子體通道20中充滿了可電離的氣態混和物，通常是惰性氣體混和物。絕緣材料層46起著在通道20中包含的可電離氣態混和物和液晶材料層44之間的隔離阻擋物的作用。絕緣層46的缺損將使液晶材料流進通道20或可電離氣態混和物汙染液晶材料。如果應用一種固體或密封的電光材料，則絕材料層46可以從顯示器中除去。
圖4非常詳細地顯示了先有技術形成在玻璃基片54上的等離子體通道20。通道20頂部寬450微米，200微米深，底部大約300微米寬。陰極電極62大約寬75微米並具有0.2微米厚的底部鉻層72為的是對玻璃基片54有良好的附著力，大約2微米厚的銅層74用作良好的傳導以及0.2微米厚的頂部鉻層76為的是密封銅層74抗拒氧化。本專業的技術人員將理解到銅是強導電的，鉻是導電並不透氣的。陽極電極30通常具有和陰極62相似的外觀和結構。
圖5和圖6顯示出頂部鉻層對濺射破壞敏感。在圖5中，一個惰性氣體的離子78被顯示出正向先有技術陰極62的頂部鉻層76的起伏的表面80傳播。圖6顯示出離子78和表面80碰撞的結果是鉻原子82被從表面80移去以及離子78被從表面80反射。在一段時間裡，被移去的鉻原子82以逐漸增多的數目被澱積在通道20的邊上和底部以及復蓋層上，使可透射的顯示系統10變黑並且破壞了它的使用價值。進一步地，澱積在薄片46上的鉻最後終於使它的表面充分導電，這樣它將不再存儲不同數量的電荷在不同的象素16上，所以顯示器的這些線條就變成均勻的灰色。
圖7為等離子體通道120的剖面圖，其間顯示器正在經歷根據本發明實施的電泳過程。在圖7裡，相同的元件標以和它們在圖1-6中的相同的標號，不過每個標號被加上了100。電泳是眾所周知的技術，在本發明中應用的電泳技術是標準的並被本專業的技術人員了解。
難熔化合物的帶正電的粒子184通常直徑為大約4微米，為表達清楚起見，按比例放大後顯示。這些粒子被懸浮在不導電的液體如異丙醇的電泳液中。燒結物粒子186同樣帶正電，如圖所示同樣地被懸浮。施加在陰極162上的負電位吸引這些帶正電的粒子朝向陰極162。(通常相同的負電位在澱積過程中被施加到通道中所有的電極上)。
圖8示出電泳完成以後圖7所示通道的剖面圖。在頂部鉻層176上，難熔化合物粒子184組成的新的一層188和燒結物粒子相混合，這新的一層大約厚10微米。由於頂部粒子層188不連續並且不氣密，因此鉻層176仍被用來防止銅層174的氧化。鉻層176沿銅層174的全部長度延伸，所以也就沿著陰極162的全部長度延伸。
圖9示出空氣烘烤完成以後圖7所示通道的剖面圖。燒結物粒子186已經熔化進玻璃層190，由此把難熔化合物燒結到電極表面上並互相燒結住。
難熔材料有高升華熱的特性，所以撞擊氣體的離子和它們碰撞不會有助於升華或移去任何難熔材料的分子。此外，所用的難熔化合物是因它們在一小時空氣烘烤中的抗氧化性而被選中的，一小時空氣烘烤是生產工藝的一部分。
另外，所用的難熔材料是因它們的低脫出功而被選中的，當難熔材料的脫出功低時，因被電離或被激發的氣體原子的因素而發射二次電子的概率就被增強了，這樣，當電極表面的脫出功低時，只需很少的被激發或被電離的氣體原子被用來產生給定數量的二次電子。因為這些性能的原因，在陽極和陰極之間施加更低的電位梯度就能使PALC顯示器工作也就成為可能。在這樣的工作條件下，用不強的電場加速離子，由此導致低的離子能量和弱的濺射破壞。
很多難熔化合物或難熔化合物組合能在本發明中起作用，可以相信，稀土金屬的六硼化物群中的化合物，具體地如LaB6，YB6，GdB6或CeB6都可提供和大多數其它難熔化合物的比較而具有的優良性能。值得注意的是，就應用的目而言，六硼化釔(YB6)也被計入稀土金屬的六硼化物之中。雖然釔在技術上不是稀土金屬元素的一員，但它具有很多稀土金屬的特性。另外兩種難熔化合物Cr3Si和金剛石在此應用中也能提供良好的性能。化合物LaB6經實驗室鑑定其性能很好。
為了確定一難熔化合物的性能，可進行實驗，在該實驗中，該化合物被用來製造PALC顯示器的等離子體電極，然後該顯示器處於工作狀態以確定誘發設定的濺射破壞等級所需的工作時間的長度。
對於本專業的技術人員來說，顯然，對上述本發明的實施例的詳細內容在不脫離其基本原理的前提下還可作出很多變化。因此，本發明的範圍應該僅由下述的權利要求書來確定。
權利要求
1.一種對數據元件進行尋址的尋址結構，該尋址結構包括可電離的氣態媒質，存儲數據信號的數據元件，陰極和陽極電極，其中陰極和陽極電極間足夠的高電位差引起可電離的氣態媒質從非電離狀態轉變到導電的等離子體狀態，在數據元件和電氣基準點之間提供可阻斷的電氣連接，用來對數據元件進行選擇性的尋址，其特徵在於所述陰極包括沿陰極長度延伸的高導電材料層，以及沿陰極長度延伸並復蓋陰極所有其它部分的至少一種難熔化合物塗層。
2.權利要求1中的尋址結構，其特徵在於該結構中陰極包括一不透氣的材料層，該材料對氧化不敏感但是導電的，該材料層將高導電材料層和難熔化合物塗層分開。
3.權利要求1或2中的尋址結構，其特徵在於該結構中陰極包括把高導電材料層和難熔化合物塗層分開的鉻層。
4.任何上述的權利要求中的尋址結構，其特徵在於該結構中難熔化合物塗層由電泳澱積粒子構成。
5.權利要求4中的尋址結構，其特徵在於該結構中的粒子由熔化的燒結物固定就位。
6.權利要求5中的尋址結構，其特徵在於該結構中熔化的燒結物由玻璃構成。
7.權利要求4中的尋址結構，其特徵在於該結構中塗層包括至少一種稀土金屬的六硼化物群中的化合物的粒子。
8.權利要求4中的尋址結構，其特徵在於該結構中塗層包括Cr3Si或金剛石的粒子。
9.生產用於對數據元件進行尋址的尋址結構的方法，該尋址結構包括可電離的氣態媒質，存儲數據信號的數據元件，陰極和陰極電極，其中陰極和陽極電極間的足夠大的電位差引起可電離氣態媒質從非電離狀態轉變為導電的等離子體狀態以提供數據元件和電氣基準點間可阻斷的電氣連接，用來對數據元件進行選擇性的尋址，其特徵在於該方法包括提供絕緣材料的平板，在其一個主要表面上有一系列分隔的等離子體通道，長度方向上沿每一個等離子體通道形成至少一個導電材料條，以及進行電泳，在每個通道的至少一個導電材料條上澱積至少一種難熔化合物的粒子。
10.權利要求9中的方法，其特徵在於在此方法中，在進行電泳前，一種不透氣的，對氧化不敏感但導電的材料層被緊密地形成在每個導電材料條的頂部。
11.權利要求9中的方法，其特徵在於在此方法中，所述粒子包括稀土金屬六硼化物的粒子。
12.權利要求9中的方法，在此方法中，所述粒子包括Cr3Si或金剛石的粒子。
全文摘要
電極的難熔化合物塗層(188)是抗濺射並有低脫出功,所以是良好的二次電子發射體,非常抗氧化和用電泳的方法容易塗敷。更具體地說,陰極電極(162)被應用在等離子體尋址結構(10)中。塗層最好是用電泳澱積至少一種難熔化合物的粒子(184)以及燒結物來形成。塗層接著被烘烤以熔化燒結物並把電泳澱積的粒子粘接到電極上去。
文檔編號H01J17/49GK1177824SQ96111369
公開日1998年4月1日 申請日期1996年8月30日 優先權日1996年8月30日
發明者J·S·穆爾, W·W·施坦, D·E·凱普哈特 申請人:特克特朗尼克公司