專利名稱：場發(fā)射裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及場發(fā)射裝置，更具體地，涉及一種靜電四極透鏡(electrostaticquadruple lens)結構被構建在陰極上的發(fā)射器(emitter)與陽極之間，以提高聚焦效果的場發(fā)射裝置。
背景技術：
通常，場發(fā)射裝置(FED)可以應用于平面顯示裝置或發(fā)光裝置，其通過從柵電極施加電場到設置在陰極電極上的發(fā)射器而發(fā)射電子。這些電子與陽極電極上涂覆的熒光材料碰撞，從而發(fā)光。此外，所謂的具有雙柵極結構的FED除了柵電極外還包括聚焦電極。
利用自冷陰極發(fā)射的電子束發(fā)光的FED的亮度和色純度不僅取決于作為電子源的發(fā)射器的材料和結構，還取決于將所發(fā)射的電子束準確聚焦到熒光材料圖案上從而發(fā)光的聚焦效果。也就是說，為了用FED實現(xiàn)高分辨顯示裝置，需要將電子束聚焦到目標熒光材料圖案上且防止電子束著落在其它相鄰熒光材料上的技術。
此外，當高電壓應用到陽極以獲得高亮度和耐久性時，為了電穩(wěn)定性，發(fā)射器與陽極間的距離必須增大。然而，隨著發(fā)射器和陽極之間的距離增大，電子束更可能發(fā)散。于是，更加需要能將電子束傳送至熒光材料圖案并在其上準確聚焦的結構。
圖1A是SEM照片，示出具有雙柵極結構的傳統(tǒng)FED；圖1B是平面圖，示出圖1的FED。具有雙柵極結構的傳統(tǒng)FED 20包括設置在陰極電極之上且發(fā)射電子的發(fā)射器21；其上的柵電極22，引出電子且具有圍繞發(fā)射器21的圓形第一開口部分22a；設置在其上的聚焦電極23，對所引出的電子束進行聚焦且具有圓形第二開口部分23a，該圓形第二開口部分23a具有與第一開口部分22a共同的圓心。而且，柵電極22與陰極電極絕緣，聚焦電極23與柵電極22絕緣。
圖2A是平面圖，示出與每個像素區(qū)對應的具有雙柵極結構的傳統(tǒng)FED。當自FED 20發(fā)出的電子束對于一像素區(qū)不能充分發(fā)光時，對應一像素區(qū)可布置多個FED 20，如圖2A所示。
圖2B示出圖2A的FED的陽極表面上電子束斑的模擬圖像。該圖像說明抵達陽極的電子束的形狀取決于施加在聚焦電極上的電壓。當聚焦電極電壓Vf為0V時，具有圓形形狀的電子束被聚焦在較寬區(qū)域上，隨著電壓增加，電子束被聚焦得更窄。但是，當聚焦電極電壓為約50V時，暈圈(halo)出現(xiàn)在電子束周圍，于是增大了到達區(qū)域。
通常，在采用FED的顯示裝置中，熒光材料圖案呈縱向條紋形式。另一方面，根據(jù)傳統(tǒng)雙柵極結構，由于抵達陽極的電子束具有圓形形狀，所以該電子束可能偏離熒光材料的長度。
此外，參見圖2B，最優(yōu)聚焦效果在-40V的聚焦電極電壓下獲得。即，為了在傳統(tǒng)雙柵極結構中獲得充足的聚焦效果，聚焦電極和柵電極之間的電勢會較大，于是電子擊穿可能在聚焦電極和柵電極間出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種場發(fā)射裝置(FED)，其具有對自發(fā)射器發(fā)出的電子束進行聚焦并將該電子束的橫截面轉變成與熒光圖案相應的條紋形狀的聚焦效果。
本發(fā)明還提供一種FED，其包括聚焦電極，該電極相對于柵電極具有較低的電勢。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種場發(fā)射裝置，包括后基板，陰極電極形成于其上；發(fā)射多個電子束的發(fā)射器，形成在該陰極電極上；柵電極，設置在該陰極電極的上表面之上，從而自該發(fā)射器引出電子；以及面對該后基板的前基板，其中陽極電極和熒光層形成在該前基板的下表面上，其中，相應于每個發(fā)射器，四極透鏡結構形成在該陰極電極和該陽極電極之間。
相應于每個發(fā)射器，四極透鏡結構可以形成在該陰極電極和該陽極電極之間。
四極透鏡結構可以由FED的雙柵極結構中的柵電極和聚焦電極形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種FED，包括后基板，陰極電極形成在其上表面上；形成在該陰極電極上的發(fā)射器，其發(fā)射電子；柵電極，設置在該陰極電極的上表面之上，其間形成有第一絕緣層，并具有橫向第一開口部分，從而自該發(fā)射器引出電子；聚焦電極，設置在該柵電極的上表面之上，具有形成在其間的第二絕緣層，具有縱向第二開口部分，且該縱向第二開口部分的至少一部分與該第一開口部分一致；前基板，面對該后基板的上表面，且包括形成在其下表面上的陽極電極；以及形成在該陽極電極的下表面上的縱向熒光圖案。
形成發(fā)射器和像素區(qū)的發(fā)射器和熒光圖案可彼此一一對應。此外，多個發(fā)射器可以與單個像素區(qū)對應，且在此情況下，四極透鏡結構被構造來與每個發(fā)射器對應。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種FED，包括后基板，包括形成在其上表面上的陰極電極；一組發(fā)射器，包括形成在該陰極電極上的多個發(fā)射器，其發(fā)射電子；柵電極，設置在該陰極電極的上表面之上，具有形成在其間的第一絕緣層，且具有與每個發(fā)射器對應的橫向第一開口部分，從而自該發(fā)射器引出電子；聚焦電極，設置在該陰極電極的該上表面之上，具有形成在其間的第二絕緣層，且具有縱向第二開口部分，該第二開口部分的至少一部分與該第一開口部分一致；前基板，面對該后基板的上表面，且包括該前基板的下表面上的陽極電極；以及熒光圖案，其因電子束的碰撞而發(fā)光。
如上所述，“縱向(vertical)”是指其縱向長度比其橫向長度長的形狀，“橫向(horizontal)”是指其橫向長度比其縱向長度長的形狀。術語“縱向”和“橫向”不表示絕對方向，而是表示相對的垂直(perpendicular)方向。此外，像素區(qū)分別在顯示裝置中表示均勻熒光圖案，和在彩色顯示裝置中表示一種顏色發(fā)光區(qū)域，即子像素。


通過參照附圖詳細說明本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的以上和其它特征、以及優(yōu)點將變得更清楚，其中圖1A是SEM圖像，示出具有雙柵極結構的傳統(tǒng)場發(fā)射裝置(FED)；圖1B是圖1A的傳統(tǒng)FED的平面圖；圖2A是傳統(tǒng)FED的平面圖，其具有布置成與像素區(qū)對應的雙柵極結構；圖2B示出圖2A的FED的陽極表面上電子束斑的模擬圖像；圖3是概念示圖，示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的靜電四極透鏡的概念；圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的FED的四極透鏡結構的透視圖；
圖5A和5B是根據(jù)本發(fā)明的FED的電子束的軌跡的模擬圖像；圖6是根據(jù)本發(fā)明一實施例的FED的平面圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖6的FED的陽極表面上電子束斑的模擬圖像；圖8A和8B是根據(jù)本發(fā)明其它實施例的FED的平面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的FED的平面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖9所示FED的電子束的軌跡的模擬圖；圖11A和11B是根據(jù)本發(fā)明其它實施例的FED的平面圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖9中FED的陽極表面上電子束斑的模擬圖像；圖13是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的FED的平面圖；圖14示出根據(jù)本發(fā)明實施例的圖9中FED的陽極表面上電子束斑的模擬圖像；圖15是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的FED的平面圖；圖16示出根據(jù)本發(fā)明實施例的圖15所示FED的陽極表面上電子束斑的模擬圖像。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更充分地說明本發(fā)明，附圖中示出本發(fā)明的示例性實施例。
圖3是概念示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的靜電四極透鏡(electrostatic quadruple lens)的概念。圖3示出來自垂直方向的電子束，且該四極裝置(quadruple device)的彼此面對的兩個電極具有相同的電勢。例如，彼此面對且縱向設置的兩個電極具有相同的電勢V1，彼此面對且橫向設置的兩個電極具有相同的電勢V2。如果V1大于V2，則形成電場，電場線(electricfield line)顯示為自V1至V2，帶負電的電子在與電場線相反的方向上受到與電場線相切的電力(electric force)(F＝eE)。因此，進入圖3的坐標中心的圓形橫截面電子束穿過四極透鏡，且圓形橫截面在尺寸上減小。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的FED的四極透鏡結構的透視圖。傳統(tǒng)上，采用FED的顯示裝置的熒光圖案被成形為具有比橫向?qū)挾雀蟮目v向長度。因此，F(xiàn)ED中的四極透鏡結構，如圖3所示，可以減小電子束的橫截面的橫向?qū)挾?，增加其縱向長度。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，電子束的橫截面的縱向長度與熒光圖案的子像素節(jié)距大致相同。
在圖4所示的FED中，正電壓Vg施加在柵電極上，該柵電極被安裝為靠近發(fā)射器，且更低的電壓被施加在聚焦電極上。于是，通過該柵電極和該聚焦電極可以提供四極透鏡結構，其中V1等于Vf，V2等于Vg(V1＜V2)。即，根據(jù)本實施例的四極透鏡結構可以具有橫向開口部分，從而該柵電極可以是彼此橫向面對的一對電極，聚焦電極可以是彼此縱向面對的一對電極。
圖5A和5B是根據(jù)本發(fā)明一實施例的FED的電子束的軌跡的模擬圖像。圖5A示出FED的橫向橫截面，圖5B示出FED的縱向橫截面。如上所述，自發(fā)射器發(fā)射的電子束的橫向?qū)挾缺粬烹姌OEG和聚焦電極FG構造的四極透鏡結構減小。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一實施例的FED 50的平面圖。根據(jù)當前實施例的FED50包括形成在陰極電極上表面上的發(fā)射器；柵電極52，位于陰極電極上側并具有橫向第一開口部分52a；以及聚焦電極53，位于柵電極52的上側且具有第二開口部分53a，第二開口部分的至少一部分與第一開口部分52a一致。第一絕緣層(未示出)設置在陰極電極和柵電極52之間，第二絕緣層(未示出)設置在柵電極52與聚焦電極53之間。此堆疊結構形成在FED的后基板的上表面上。陽極電極和熒光圖案形成在前基板(未示出)的下表面，其設置為與后基板的上表面相對立。熒光圖案可以是橫向的。柵電極52的橫向第一開口部分52a和聚焦電極53的第二開口部分53a彼此對準，于是提供通道，自發(fā)射器發(fā)射的電子束穿過該通道。第一和第二開口部分52a和53a分別具有電勢Vg和Vf，且在該通道中形成預定電場。于是，形成使電子束的橫截面變形的四極透鏡結構。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的圖6的FED的陽極表面上的電子束斑的模擬圖像。自發(fā)射器到陽極的距離為1.5mm，陰極電極的電壓Vc在-43V至-29V的范圍。柵電極的電壓Vg為40V；聚焦電極的電壓Vf為0V；陽極的電壓Va在5kV至10kV的范圍。陽極表面上電子束的橫向?qū)挾缺粶p小。此外，聚焦電極的電壓Vf為0V，與傳統(tǒng)雙結構相比遠小于柵電極的電壓Vg。聚焦電極的電壓Vf優(yōu)選在0V至-30V的范圍。特別地，當設置在后基板頂層上的聚焦電極的電壓Vf大致與地電壓相同時，可以獲得除聚焦效果外的各種優(yōu)點。
圖8A和8B是根據(jù)本發(fā)明其它實施例的FED的平面圖。根據(jù)本發(fā)明一實施例，F(xiàn)ED 60具有柵電極62的橢圓形開口部分62a，其具有橫向長軸；以及聚焦電極63的橢圓形第二開口部分63a，其具有縱向長軸。
橢圓形和矩形被用于當前的實施例，但是第一和第二開口部分不限于這些形狀，可以具有其它形狀。四極透鏡結構可以用這些形狀的組合來形成。
此外，雖然圖中未示出，但是如果利用靜電四極透鏡結構獲得了等勢線(equipotential line)的所需分布，則第二開口部分可以是圓形或正方形。
以下，將詳細描述本發(fā)明的其它實施例。
圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的FED 100的平面圖。根據(jù)本發(fā)明當前實施例的FED 100具有柵電極102，具有橫向矩形第一開口部分102a；以及聚焦電極103，具有縱向矩形開口部分103a，如先前實施例中那樣。但是，根據(jù)當前實施例的第二開口部分103a具有圖中發(fā)射器橫向軸下方的偏離橫向軸，且使電子束偏轉。
圖10是根據(jù)本發(fā)明當前實施例的圖9中FED的電子束的軌跡的模擬圖像。聚焦電極103(FG)的第二開口部分103a形成在發(fā)射器的中心下方，且傾斜的等勢線形成在電子束的路徑上，于是電子束被向下偏轉。
圖11A和11B是根據(jù)本發(fā)明其它實施例的FED的平面圖。根據(jù)本發(fā)明一實施例的FED 110具有柵電極112的橢圓形第一開口部分112a，其具有橫向長軸；以及聚焦電極113的橢圓形第二開口部分113a，其具有縱向長軸。第二開口部分113a的橫軸在發(fā)射器的橫軸下方。另外，根據(jù)本發(fā)明另一實施例的FED 120具有柵電極122的橢圓形第一開口部分122a，其具有橫向長軸；以及聚焦電極123的縱向矩形第二開口部分123a。第二開口部分123a的橫軸在發(fā)射器的橫軸的上方或下方。如前所述，第一和第二開口部分的形狀不限于橢圓形或矩形。
圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖9所示FED的陽極表面上的電子束斑的模擬圖像。此處，入射在陽極上的電子束自發(fā)射器的橫向軸向下偏轉。
圖13是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的FED的平面圖。根據(jù)當前實施例，F(xiàn)ED150具有與一像素區(qū)對應的一組發(fā)射器。具體地，多個發(fā)射器布置成組，每個發(fā)射器包括第一和第二開口部分52a和53a。即，F(xiàn)ED 150可以是多個根據(jù)圖6所示本發(fā)明實施例的FED 50的排列。由于熒光圖案具有縱向矩形形狀，所以發(fā)射器可以布置成縱向列。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的、與圖7類似的圖9所示FED的陽極表面上電子束斑的模擬圖像。
圖15是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的FED的平面圖。根據(jù)當前實施例的FED 200包括與一像素區(qū)對應的一組發(fā)射器。FED 200包括分別具有第一和第二開口部分52a和53a的發(fā)射器，且可以是圖9的FED 100的布置。
但是，第二開口部分103a的橫向軸偏離發(fā)射器的橫向軸的程度——即軸間的距離d1和d2——可以根據(jù)四極透鏡結構的形狀的構造比(constructionratio)和自成組發(fā)射器的中心至組中每個發(fā)射器的距離來改變。也就是說，每個發(fā)射器離成組發(fā)射器的中心越遠，對應的第二開口部分103a的橫向軸更加偏離發(fā)射器的橫向軸，于是自發(fā)射器發(fā)出的電子束能夠聚焦在該組發(fā)射器的中心。
圖16示出根據(jù)本發(fā)明實施例的圖10所示FED的陽極表面上電子束斑的模擬圖像。參見圖16，抵達陽極的電子束的寬度等于圖15所示電子束的寬度，且縱向長度在中心的方向上減小，于是更加聚焦。
在上述構造中，根據(jù)本發(fā)明的FED包括四極透鏡結構，其將來自發(fā)射器的電子束聚焦，并將電子束的橫截面轉變成與熒光圖案相應的條形形狀。此外，在根據(jù)本發(fā)明的FED中，聚焦電極相對于柵電極具有小的電勢差，于是絕緣擊穿被預先防止。另外，根據(jù)本發(fā)明另一實施例的FED借助使用靜電四極透鏡結構通過選擇性偏轉的自成組發(fā)射器發(fā)出的電子束，改善了亮度和色純度。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實施例具體顯示和說明了本發(fā)明，但是本領域技術人員理解，在不悖離所附權利要求限定的本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，可對其進行形式和細節(jié)上的各種改變。
權利要求
1.一種場發(fā)射裝置，包括后基板，陰極電極形成于其上；發(fā)射多個電子束的發(fā)射器，形成在該陰極電極上；柵電極，設置在該陰極電極的上表面之上，從而自該發(fā)射器引出電子；以及面對該后基板的前基板，其中陽極電極和熒光層形成在該前基板的下表面上，其中，相應于每個發(fā)射器，四極透鏡結構形成在該陰極電極和該陽極電極之間。
2.根據(jù)權利要求1的場發(fā)射裝置，其中該四極透鏡結構使自該發(fā)射器發(fā)出的該電子束的橫截面變形，減小該橫截面的橫向?qū)挾取?br> 3.根據(jù)權利要求2的場發(fā)射裝置，其中該電子束的縱向長度與熒光圖案的子像素節(jié)距大致相同。
4.根據(jù)權利要求1的場發(fā)射裝置，還包括設置在該柵電極的該上表面之上的聚焦電極，四極透鏡結構由該柵電極和該聚焦電極形成。
5.一種場發(fā)射裝置，包括后基板，陰極電極形成在其上表面上；形成在該陰極電極上的發(fā)射器，其發(fā)射電子；柵電極，設置在該陰極電極的上表面之上，其間形成有第一絕緣層，并具有橫向第一開口部分，從而自該發(fā)射器引出電子；聚焦電極，設置在該柵電極的上表面之上，具有形成在其間的第二絕緣層，具有縱向第二開口部分，且該第二開口部分的至少一部分與該第一開口部分一致；前基板，面對該后基板的上表面，且包括形成在該前基板的下表面的陽極電極；以及形成在該陽極電極的下表面的縱向熒光圖案。
6.根據(jù)權利要求5的場發(fā)射裝置，其中該柵極電極的電壓大于該聚焦電極的電勢。
7.根據(jù)權利要求6的場發(fā)射裝置，其中該聚焦電極的電壓是地電勢。
8.根據(jù)權利要求6的場發(fā)射裝置，其中該聚焦電極的電壓在0V至-30V的范圍。
9.根據(jù)權利要求5的場發(fā)射裝置，其中該第一開口部分具有橫向矩形形狀和橫向橢圓形狀中的一種，該第二開口部分具有縱向矩形形狀和縱向橢圓形狀中的一種。
10.根據(jù)權利要求5的場發(fā)射裝置，其中該第一開口部分具有橫向矩形形狀和橫向橢圓形狀中的一種，該第二開口部分為正方形或圓形。
11.根據(jù)權利要求5的場發(fā)射裝置，其中該第二開口部分的橫向軸相對于該發(fā)射器的橫向軸偏離，且在偏離方向上偏轉該電子束。
12.一種場發(fā)射裝置，包括后基板，陰極電極形成在其上；形成在該陰極電極上的成組多個發(fā)射器，其發(fā)射電子；柵電極，設置在該陰極電極的上表面之上，從而自該發(fā)射器引出電子；前基板，面對該后基板的上表面，且包括形成在該前基板的下表面的陽極電極；以及熒光圖案，形成在該陽極電極的下表面的像素區(qū)上，且通過該電子束與該陽極電極的碰撞發(fā)光，其中相應于每個發(fā)射器，四極透鏡結構形成在該陰極電極與該陽極電極之間。
13.根據(jù)權利要求12的場發(fā)射裝置，其中所述成組發(fā)射器包括布置成縱向列的多個發(fā)射器，且該四極透鏡結構減小自每個發(fā)射器發(fā)出的電子束的橫向?qū)挾取?br> 14.根據(jù)權利要求12的場發(fā)射裝置，還包括設置在該柵電極的上表面之上的聚焦電極，四極透鏡結構由該柵電極和該聚焦電極組成。
15.根據(jù)權利要求12的場發(fā)射裝置，其中該四極透鏡結構將電子束向所述成組發(fā)射器的中心偏轉。
16.根據(jù)權利要求15的場發(fā)射裝置，其中該四極透鏡結構更多地偏轉相對遠離所述成組發(fā)射器的該中心設置的發(fā)射器的電子束。
17.一種場發(fā)射裝置，包括后基板，包括形成在其上表面上的陰極電極；成組發(fā)射器，包括形成在該陰極電極上的多個發(fā)射器，其發(fā)射電子；柵電極，設置在該陰極電極的上表面之上，具有形成在其間的第一絕緣層，且具有與每個發(fā)射器對應的橫向第一開口部分，從而自該發(fā)射器引出電子；聚焦電極，設置在該陰極電極的該上表面之上，具有形成在其間的第二絕緣層，且具有縱向第二開口部分，該第二開口部分的至少一部分與該第一開口部分一致；前基板，面對該后基板的該上表面，且包括該基板的下表面上的陽極電極；以及熒光圖案，其因電子束的碰撞而發(fā)光。
18.根據(jù)權利要求17的場發(fā)射裝置，其中該柵極電極的電壓大于該聚焦電極的電勢。
19.根據(jù)權利要求18的場發(fā)射裝置，其中該聚焦電極的電壓是地電勢。
20.根據(jù)權利要求18的場發(fā)射裝置，其中該聚焦電極的電壓在0V至-30V的范圍。
21.根據(jù)權利要求17的場發(fā)射裝置，其中該第一開口部分具有橫向矩形形狀和橫向橢圓形狀中的一種，該第二開口部分具有縱向矩形形狀和縱向橢圓形狀中的一種。
22.根據(jù)權利要求17的場發(fā)射裝置，其中該第一開口部分具有橫向矩形形狀和橫向橢圓形狀中的一種，該第二開口部分為正方形或圓形。
23.根據(jù)權利要求17的場發(fā)射裝置，其中所述成組發(fā)射器包括排列成縱向列的多個發(fā)射器。
24.根據(jù)權利要求23的場發(fā)射裝置，其中對應該成組發(fā)射器的一部分的該第二開口部分具有相對于該成組發(fā)射器的橫向軸偏離的橫向軸，且在偏離方向上偏轉電子束。
25.根據(jù)權利要求23的場發(fā)射裝置，其中與設置在該成組發(fā)射器的外側的發(fā)射器相應的該第二開口部分，具有相對于該成組發(fā)射器的橫向軸偏離的橫向軸，且在偏離的方向上偏轉電子束。
26.根據(jù)權利要求25的場發(fā)射裝置，其中隨該發(fā)射器離該成組發(fā)射器的中心的距離增加，與每個發(fā)射器對應的該第二開口部分的該橫向軸相對于該發(fā)射器的該橫向軸更偏離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種場發(fā)射裝置(FED)，其具有四極透鏡結構。該FED包括后基板，陰極電極形成于其上；發(fā)射電子束的發(fā)射器，形成在該陰極電極上；柵電極，設置在該陰極電極的上表面之上，自該發(fā)射器引出電子；以及面對該后基板的上表面的前基板，其中陽極電極和熒光層形成在該前基板的下表面，其中，相應于每個發(fā)射器，四極透鏡結構形成在該陰極電極和該陽極電極之間。
文檔編號H01J29/46GK1870214SQ20061008983
公開日2006年11月29日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權日2005年5月24日
發(fā)明者吳泰植 申請人:三星Sdi株式會社