專利名稱：場發(fā)射顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場發(fā)射顯示器(FED)，更具體地，涉及具有能夠提高電子束的聚焦特性以及電流密度分布的均勻性的電子發(fā)射結(jié)構(gòu)的FED。
背景技術(shù)：
作為信息傳輸媒介的基本部分的常規(guī)顯示器已經(jīng)廣泛用作PC顯示器或TV屏幕。顯示器主要分為基于高速熱電子發(fā)射的陰極射線管(CTR)和顯示出迅速增長的平板顯示器(FPD)如液晶顯示器(LCD)、等離子體顯示面板(PDP)、以及場發(fā)射顯示器(FED)。
FED中，當(dāng)從柵極電極施加強電場時，以規(guī)則的間距布置在陰極電極上的發(fā)射器發(fā)射電子。來自發(fā)射器的電子撞擊且激勵形成在陽極電極上的熒光體材料，導(dǎo)致其發(fā)光。其中從冷陰極發(fā)射的電子聚焦在屏幕上從而產(chǎn)生圖像的FED的圖像質(zhì)量特性受作為電子源的發(fā)射器的材料和結(jié)構(gòu)的較大影響。
在早期發(fā)展階段，F(xiàn)ED利用由鉬(Mo)制成的金屬尖(微尖(micro-tip))作為發(fā)射器。然而，具有金屬尖發(fā)射器的FED需要形成超細微孔來布置發(fā)射器且需要Mo沉積以在整個屏幕表面形成均勻的金屬微尖。這樣，F(xiàn)ED需要復(fù)雜的制造工藝、高精密技術(shù)、及使用昂貴的設(shè)備，導(dǎo)致高制造成本。因此，具有金屬尖發(fā)射器的FED具有在增大屏幕尺寸方面的限制。
為了促進在低驅(qū)動電壓條件下的電子發(fā)射且簡化制造工藝，F(xiàn)ED行業(yè)正在研發(fā)用于平面發(fā)射器的制造的技術(shù)。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，碳基材料例如石墨、金剛石、類金剛石型碳(DLC)、C60(富勒烯)、或者碳納米管(CNT)適于形成平面發(fā)射器。特別地，CNT作為用于形成FED的發(fā)射器的最理想的材料脫穎而出，因為它允許在低驅(qū)動電壓條件下的容易的電子發(fā)射。
圖1A和1B分別是常規(guī)FED的局部剖視圖和局部頂視圖。參照圖1A和1B，常規(guī)FED通常具有帶陰極電極12、陽極電極22和柵極電極14的三極管結(jié)構(gòu)。即，常規(guī)FED包括形成在后基板11上的陰極電極12和柵極電極14、形成在前基板21上的陽極電極22、以及形成在陽極電極22上的由紅(R)、綠(G)、藍(B)熒光體構(gòu)成的熒光體層23和用于提高對比度的黑矩陣24。后和前基板11和21由位于其間的間隔物31間隔開。制造FED的方法包括在后基板11上形成發(fā)射器16將布置在其上的陰極電極12；隨后在陰極電極12上形成具有細微開口(microscopic aperture)15和柵極電極14的絕緣層13；以及在陰極電極12上開口15內(nèi)布置發(fā)射器。
然而，三極管型FED受到顏色純度退化和難以實現(xiàn)銳利圖像的困擾，因為從發(fā)射器16朝向熒光體層23發(fā)射的電子束由于施加到柵極電極14的電壓(數(shù)十的正電壓)而發(fā)散，使得不僅在期望象素的熒光體而且相鄰的熒光體也發(fā)射光。
為了防止電子束的發(fā)散，已經(jīng)提出了在柵極電極上具有用于聚焦電子束的柵極聚焦電極的FED。圖2示出所提出的FED的示例。參照圖2，F(xiàn)ED包括柵極聚焦電極56，其形成在沉積于柵極電極54上的第二絕緣層55上且控制電子束的軌跡。圖2中的附圖標(biāo)記51、52、53和57分別表示后基板、陰極電極、第一絕緣層、電子發(fā)射器。附圖標(biāo)記61、62和63分別表示前基板、陽極電極和熒光體層。
然而，具有柵極聚焦電極56的常規(guī)FED會由于陽極電壓和柵極聚焦電壓的變化而受到聚焦較差的困擾。圖3示出圖2的常規(guī)FED中電子束發(fā)射的模擬結(jié)果。參照圖3，束輪廓(beam profile)隨著柵極聚焦電壓變化而變得不一致，導(dǎo)致差的聚焦。差的聚焦導(dǎo)致電子激勵目標(biāo)熒光體層之外的熒光體層，從而降低象素均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供具有電子發(fā)射結(jié)構(gòu)的場發(fā)射顯示器及其制造方法，所述電子發(fā)射結(jié)構(gòu)能夠改進電子束的聚焦特性，從而提供寬的色彩再現(xiàn)范圍，且提高電流密度分布的均勻性從而提高白光均勻性(white uniformity)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種FED，包括第一基板；陰極電極，其以第一方向形成在該第一基板上；陰極聚焦電極，其在該陰極電極上形成至預(yù)定高度且具有矩形的沿第一方向伸長的第一開口(aperture)；絕緣層，其形成在該第一基板上從而覆蓋該陰極聚焦電極且具有多個第二開口，所述第二開口以與第一方向垂直的第二方向形成在該絕緣層與陰極電極交迭的區(qū)域中且與所述第一開口連接；柵極電極，其形成在所述絕緣層上從而在第二方向上延伸且具有多個與對應(yīng)的第二開口連接的第三開口；發(fā)射器，其形成在所述第一開口內(nèi)在所述陰極電極上；以及第二基板，其與所述第一基板相對設(shè)置并與所述第一基板間隔開預(yù)定距離，且其上具有預(yù)定圖案的陽極電極和熒光體層。
在所述第二方向上的所述第三開口的寬度可大于在所述第二方向上的所述第一開口的寬度。所述第三開口可在第二方向上伸長。所述第一開口對應(yīng)每個象素，形成多個第二和第三開口用于每象素。所述陰極電極電連接到陰極聚焦電極。發(fā)射器可由碳納米管(CNT)制成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種FED，包括第一基板；陰極電極，其以第一方向形成在所述第一基板上；陰極聚焦電極，其在所述陰極電極上形成至預(yù)定高度且具有在所述第一方向上伸長的矩形第一開口；第一絕緣層，其形成在所述第一基板上從而覆蓋所述陰極聚焦電極且具有多個第二開口，所述第二開口以與第一方向垂直的第二方向形成在所述絕緣層與所述陰極電極交迭的區(qū)域內(nèi)且與所述第一開口連接；柵極電極，其形成在所述第一絕緣層上從而在第二方向上延伸，且具有多個與相應(yīng)的第二開口連接的第三開口；第二絕緣層，其形成在所述第一絕緣層上且具有第四開口，所述第四開口在第一方向上伸長且與所述第三開口連接；柵極聚焦電極，其形成在所述第二絕緣層上且具有與第四開口連接的第五開口；發(fā)射器，其形成在所述第一開口內(nèi)在所述陰極電極上；以及第二基板，其與所述第一基板相對設(shè)置并與所述第一基板間隔開預(yù)定距離，且其上具有預(yù)定圖案的陽極電極和熒光體層。


通過參照附圖詳細描述其示例性實施例，本發(fā)明的以上和其它特征和優(yōu)點將變得更加明顯，附圖中圖1A和1B分別是常規(guī)場發(fā)射顯示器(FED)的局部橫截面圖和局部頂視圖；圖2是常規(guī)FED的另一示例的橫截面圖；圖3示出圖2的常規(guī)FED中電子束發(fā)射的模擬結(jié)果；圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的FED的局部橫截面圖；
圖5是局部頂視圖，示出圖4的FED中后基板上部件的布置；圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的FED的局部橫截面圖；以及圖7和8示出圖4的FED中電子束發(fā)射的模擬結(jié)果。
具體實施例方式
下面，將通過參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施例來詳細描述本發(fā)明。附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的FED的局部橫截面圖。圖5是局部頂視圖，示出圖4的FED中后基板上部件的布置。為了更清楚地呈現(xiàn)，僅在柵極聚焦電極處的孔在圖5中被示出。
參照圖4和5，F(xiàn)ED包括彼此相對設(shè)置且間隔開預(yù)定距離的第一基板110和第二基板120。第一基板110和第二基板120通常分別被稱為后基板和前基板。通常由玻璃制成的后和前基板110和120被設(shè)置在其間的間隔物(spacer)間隔開。
部件布置在后基板110上從而誘發(fā)場發(fā)射，同時部件布置在前基板120上從而利用場發(fā)射的電子產(chǎn)生圖像。
更具體地，陰極電極111以條形圖案布置在后基板110上。陰極電極111可由導(dǎo)電材料或透明導(dǎo)電金屬例如銦錫氧化物(ITO)制成。
陰極聚焦電極112形成在陰極電極111上且與其電連接。陰極聚焦電極112具有第一開口112a，陰極電極111通過其被暴露。陰極聚焦電極112的厚度可以是1至5μm。第一開口112a在陰極電極110的方向上即在Y方向上伸長。陰極聚焦電極112和陰極電極111可集成位單一單位。
第一絕緣層113在后基板110和陰極聚焦電極112上形成為約3至15μm厚。第一絕緣層113具有多個與第一開口112a連接的第二開口113a。即，多個第二開口113a形成在陰極電極111與柵極電極114(稍后將描述)直交的區(qū)域(每個對應(yīng)于一個象素)中。多個第二開口113a中的每個具有矩形形狀且在X方向上即與陰極電極111的縱向方向(Y方向)垂直的方向上伸長。第二開口113a的寬度W2大于或等于第一開口112a的寬度W1。
多個柵極電極114以規(guī)則間距且以預(yù)定圖案例如條形圖案布置在第一絕緣層113上。多個柵極電極114中的每個延伸在X方向上。柵極電極114可由導(dǎo)電金屬如鉻(Cr)形成至數(shù)千埃()的厚度。柵極電極114具有多個與相應(yīng)的第二開口113a連接的第三開口114a。第三開口114a垂直于第一開口112a橫向伸長。形成多個第二和第三開口113a和114a用于每象素。具有與第二開口113a相同的形狀的第三開口114a具有大于或等于第二開口113a的寬度W2的寬度W3。
第二絕緣層115在第一絕緣層113和柵極電極114上形成為約5至15μm的厚度。第二絕緣層115具有與第一開口112a連接的第四開口115a。第四開口115a的寬度W4大于第一開口112a的寬度W1。
多個柵極聚焦電極116以條形圖案沿Y方向形成在絕緣層115上。柵極聚焦電極116可由導(dǎo)電金屬例如Cr形成至數(shù)千埃()的厚度。柵極聚焦電極116具有與第四開口115a連接的第五開口116a。第五開口116a在Y方向上伸長且具有與第四開口115a的寬度W4相等的寬度W5。
發(fā)射器(emitter)117設(shè)置在第一開口112a內(nèi)陰極電極111上。發(fā)射器117可形成至與陰極聚焦電極112相同的高度。發(fā)射器117利用施加在陰極電極111、陰極聚焦電極112、以及柵極電極114間的電壓產(chǎn)生的電場從而發(fā)射電子。發(fā)射器117可由碳基材料例如石墨、金剛石、類金剛石型碳(DLC)、C60(富勒烯)、或者碳納米管(CNT)制成。特別地，允許低驅(qū)動電壓下容易的電子發(fā)射的CNT可適于形成發(fā)射器117。
在本實施例中，發(fā)射器117通過第一開口112a被暴露且伸長在X方向上。即，多個發(fā)射器117布置在第一開口112a的長度方向上。
參照圖4和5，陽極電極121形成在一個表面上，即與后基板110相對地設(shè)置的前基板120的底表面上，由紅(R)、綠(G)和藍(B)熒光體構(gòu)成的熒光體層122形成在陽極電極121的表面上。陽極電極121由透明導(dǎo)電材料例如ITO形成從而允許從熒光體層122發(fā)射的可見光的透射。熒光體層122沿著陰極電極111的縱向方向(Y方向)伸長。
黑矩陣123形成在熒光體層122之間且提高對比度。金屬薄膜124可由鋁(Al)在熒光體層122和黑矩陣123上形成至數(shù)百埃的厚度，該厚度是充分小的從而允許從發(fā)射器117發(fā)射且被加速的電子容易地通過。金屬薄膜124用于提高FED的亮度。即，當(dāng)熒光體層122中的R、G和B熒光體被從發(fā)射器117發(fā)射的電子束激勵從而發(fā)射可見光時，可見光被金屬薄膜124反射。此外，撞擊熒光體層122的背散射(back-scattered)電子從金屬薄膜回彈向熒光體層122，從而增加從FED發(fā)射的可見光的量且提高亮度。
當(dāng)金屬薄膜124形成在前基板120上時，陽極電極121可被省略。這是因為具有導(dǎo)電性的金屬薄膜124可充當(dāng)陽極電極。如上構(gòu)造的后基板110和前基板120彼此間隔開預(yù)定距離使得發(fā)射器117面對熒光體層122，且通過基板110和120之間的密封材料(未示出)彼此粘合。如前所述，間隔物130設(shè)置在后和前基板110和120之間從而維持其間的距離。
現(xiàn)在將詳細描述具有上述構(gòu)造的FED的運行。該FED中，當(dāng)預(yù)定電壓施加到陰極電極111或陰極聚焦電極112、柵極電極114、柵極聚焦電極116、以及陽極電極121時，電場產(chǎn)生在電極111或112、114、116、以及121之間，導(dǎo)致電子從發(fā)射器117被發(fā)射。該情況下，0至數(shù)十伏特的負電壓施加到陰極電極111和陰極聚焦電極112。數(shù)伏特至數(shù)十伏特的正電壓、數(shù)十伏特的負電壓、以及數(shù)百至數(shù)千伏特的正電壓分別施加到柵極電極114、柵極聚焦電極116、以及陽極電極121。從發(fā)射器117發(fā)射的電子被聚焦且被朝向熒光體層122加速并撞擊熒光體層122。熒光體層122中的R、G和B熒光體被激發(fā)從而發(fā)射可見光。從發(fā)射器117發(fā)射的電子首先通過陰極聚焦電極112被聚焦且然后通過柵極聚焦電極116被聚焦，從而提高電子束的聚焦效率。
電子束還可通過調(diào)節(jié)第一開口112a的寬度W1和陰極聚焦電極112的高度而被更有效地聚焦，從而允許峰值電流密度精確地在熒光體層122的期望象素內(nèi)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的FED改善了從發(fā)射器117發(fā)射的電子束的聚焦特性，增加了電流密度，且允許峰值電流密度精確地位于期望象素內(nèi)，從而提高了圖像的顏色純度(color purity)和亮度，因此提供高的圖像質(zhì)量。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的FED的局部橫截面圖。將省略與圖4所示的其對應(yīng)物(counterpart)具有相同的附圖標(biāo)記的元件的說明。
參照圖6，F(xiàn)ED包括彼此相對設(shè)置且間隔開預(yù)定距離的后基板110和前基板120之間的間隔物130。陰極電極111以條形圖案布置在后基板110上。陰極聚焦電極112形成在陰極電極111上且具有第一開口112a，陰極電極111通過其被暴露。
第一絕緣層113形成在后基板110和陰極聚焦電極112上。第一絕緣層113具有多個與第一開口112a連接的第二開口113a。第二開口113a的寬度W2大于或等于第一開口112a的寬度W1。
多個柵極電極114以規(guī)則間距且以預(yù)定圖案例如條形圖案布置在第一絕緣層113上。柵極電極114具有與第二開口113a連接的第三開口114a。第三開口114a具有大于或等于第二開口113a的寬度W2的寬度W3。
第二絕緣層215形成在第一絕緣層113上且覆蓋柵極電極114。第二絕緣層215具有與第一開口112a連接的第四開口215a。第四開口215a的寬度W6大于第一開口112a的寬度W1。
多個柵極聚焦電極216以條形圖案沿Y方向形成在絕緣層215上。柵極聚焦電極216具有與第四開口215a連接的第五開口216a。第五開口216a在Y方向上伸長且具有寬度W7x，其小于第三開口的寬度W3且大于第一開口112a的寬度W1。
發(fā)射器117設(shè)置在第一開口112a內(nèi)陰極電極111上。發(fā)射器117可形成至與陰極聚焦電極112相同的高度。發(fā)射器117利用施加到陰極電極111、陰極聚焦電極112、以及柵極電極114間的電壓產(chǎn)生的電場從而發(fā)射電子。
陽極電極121形成在一個表面上，即相對后基板110設(shè)置的前基板120的底表面上，由R、G和B熒光體構(gòu)成的熒光體層122形成在陽極電極121的表面上。黑矩陣123形成在熒光體層122之間且提高對比度。金屬薄膜124形成在熒光體層122和黑矩陣123上。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的FED中電子束發(fā)射的模擬結(jié)果。設(shè)置FED中元件的設(shè)計值用于模擬。例如，當(dāng)FED屏幕具有16∶9的長寬比、38英寸的對角線長度、以及1280線的水平解析度以實現(xiàn)高清畫質(zhì)時，RGB組距(trio-pitch)可設(shè)置為小于約0.70mm。
在該情況下，陰極聚焦電極的高度可以設(shè)置為1至3μm，第一、第三和第五開口的寬度W1、W3和W5可分別設(shè)置為30至50μm、50至70μm和50至80μm。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將很明顯，部件的尺寸可依賴于FED的屏幕的大小、長寬比、以及解析度而改變。
圖7和8示出圖4的FED中電子束發(fā)射的模擬結(jié)果。圖7和8分別示出在3000V和1500V的陽極驅(qū)動電壓下在前基板120上的電子束分布。
模擬結(jié)果證實，根據(jù)本發(fā)明的FED包括在發(fā)射器兩側(cè)的陰極聚焦電極，允許從發(fā)射器發(fā)射的電子束的有效聚焦。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的FED包括在柵極孔內(nèi)水平伸長的發(fā)射器和形成在發(fā)射器兩側(cè)的陰極聚焦電極，從而改善從發(fā)射器發(fā)射的電子束的聚焦特性，特別地，影響顏色調(diào)節(jié)(color coordinate)的最重要的因素即水平聚焦能力。因此，本發(fā)明的FED提供高色彩純度和高畫質(zhì)。
雖然參照其示例性實施例特別顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白，在不脫離權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可做出各種形式和細節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種場發(fā)射顯示器，包括第一基板；陰極電極，其以第一方向形成在所述第一基板上；陰極聚焦電極，其在所述陰極電極上形成至預(yù)定高度且具有在所述第一方向上伸長的矩形第一開口；絕緣層，其形成在所述第一基板上從而覆蓋所述陰極聚焦電極，且具有多個第二開口，所述第二開口以與所述第一方向垂直的第二方向形成在所述絕緣層與所述陰極電極交迭的區(qū)域內(nèi)并與所述第一開口連接；柵極電極，其形成在所述絕緣層上，在第二方向上延伸，且具有多個與相應(yīng)的第二開口連接的第三開口；發(fā)射器，其形成在所述第一開口內(nèi)在所述陰極電極上；以及第二基板，其與所述第一基板相對設(shè)置并與所述第一基板間隔開預(yù)定距離，且其上具有預(yù)定圖案的陽極電極和熒光體層。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中在所述第二方向上所述第三開口的寬度大于在所述第二方向上所述第一開口的寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中所述第三開口在所述第二方向上伸長。
4.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中所述第一開口對應(yīng)于每個象素，且其中形成多個第二和第三開口用于每象素。
5.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中所述陰極電極電連接到所述陰極聚焦電極。
6.如權(quán)利要求1所述的顯示器，其中所述發(fā)射器由碳基材料制成。
7.如權(quán)利要求6所述的顯示器，其中所述發(fā)射器由碳納米管(CNT)制成。
8.一種場發(fā)射顯示器，包括第一基板；陰極電極，其以第一方向形成在所述第一基板上；陰極聚焦電極，其在所述陰極電極上形成至預(yù)定高度且具有在所述第一方向上伸長的矩形第一開口；第一絕緣層，其形成在所述第一基板上從而覆蓋所述陰極聚焦電極且具有多個第二開口，所述第二開口以與所述第一方向垂直的第二方向形成在所述絕緣層與所述陰極電極交迭的區(qū)域內(nèi)且與所述第一開口連接；柵極電極，其形成在所述第一絕緣層上從而以所述第二方向延伸且具有多個與相應(yīng)的第二開口連接的第三開口；第二絕緣層，其形成在所述第一絕緣層上且具有第四開口，所述第四開口在所述第一方向上伸長且與所述第三開口連接；柵極聚焦電極，其形成在所述第二絕緣層上且具有與所述第四開口連接的第五開口；發(fā)射器，其形成在所述第一開口內(nèi)在所述陰極電極上；以及第二基板，其與所述第一基板相對設(shè)置并與所述第一基板間隔開預(yù)定距離，且其上具有預(yù)定圖案的陽極電極和熒光體層。
9.如權(quán)利要求8所述的顯示器，其中在所述第二方向上所述第三開口的寬度大于在所述第二方向上所述第一開口的寬度。
10.如權(quán)利要求8所述的顯示器，其中所述第三開口在所述第二方向上橫向伸長。
11.如權(quán)利要求8所述的顯示器，其中在所述第二方向上所述第五開口的寬度大于在所述第二方向上所述第三開口的寬度。
12.如權(quán)利要求8所述的顯示器，其中所述第五開口的寬度大于所述第一開口的寬度且小于所述第三開口的寬度。
13.如權(quán)利要求8所述的顯示器，其中所述第一開口對應(yīng)于每個象素，且其中形成多個第二和第三開口用于每象素。
14.如權(quán)利要求8所述的顯示器，其中所述陰極電極電連接到所述陰極聚焦電極。
15.如權(quán)利要求8所述的顯示器，其中所述發(fā)射器由碳基材料制成。
16.如權(quán)利要求15所述的顯示器，其中所述發(fā)射器由碳納米管(CNT)制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種場發(fā)射顯示器(FED)。該FED包括第一基板；陰極電極，其以第一方向形成在所述第一基板上；陰極聚焦電極，其形成在所述陰極電極上且具有在所述第一方向上伸長的矩形第一開口；柵極電極，其具有多個第三開口，所述第三開口以第二方向形成在所述柵極電極與所述陰極電極交迭的區(qū)域內(nèi)且與所述第一開口連接；以及發(fā)射器，其形成在所述第一開口內(nèi)在所述陰極電極上。
文檔編號H01J29/02GK1801451SQ20061000572
公開日2006年7月12日 申請日期2006年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者吳泰植 申請人:三星Sdi株式會社