专利名称：电子发射器件的阴极衬底、电子发射器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电子发射器件，尤其涉及一种电子发射器件以及制造该电子发射器件的方法，该电子发射器件具有阴极衬底和在该阴极衬底中形成的两个绝缘层，这两个绝缘层由不同材料构成以提高生产效率。
背景技术：
通常，电子发射器件被分成热阴极用作电子发射源的第一类型和冷阴极用作电子发射源的第二类型。第二类型电子发射器件可以进一步被分为场发射阵列(FEA)型、表面导电发射(SCE)型、金属-绝缘体-金属(MIM)型或金属-绝缘体-半导体(MIS)型。
MIM型和MIS型电子发射器件分别具有金属/绝缘体/金属(MIM)电子发射结构以及金属/绝缘体/半导体(MIS)电子发射结构。当给金属层或金属和半导体层施加电压时，电子从具有高电势的金属层或半导体层迁移并加速至具有低电势的金属层，由此实现电子发射。
SCE型电子发射器件包括形成在衬底上彼此相互面对的第一电极和第二电极，导电薄膜位于第一电极和第二电极之间。在导电薄膜中生成微裂纹，以形成电子发射区。当给这些电极施加电压使电流流到导电薄膜表面时，电子从电子发射区发射。
FEA型电子发射器件基于以下原理，即当将具有低功函或高宽高比(aspect ratio)的材料用作电子发射源时，在真空环境中，电子很容易由于电场的作用而从材料中发射出。基于钼Mo或硅Si的正面尖端(sharp-pointedtip)结构或含碳的材料如纳米管碳、石墨以及类金刚石碳已经被研发用作电子发射源。
冷阴极电子发射器件具有形成真空容器的第一衬底和第二衬底。电子发射区和控制电子发射区电子发射的驱动电极形成在第一衬底上。荧光层和阳极电极形成在第二衬底上，该阳极电极有效地加速从第一衬底一侧向荧光层发射的电子，由此发光并显示所希望的图像。
具有上述结构的电子发射器件中，当从发射区发射的电子向第二衬底前进时，它们以预定倾斜角分散，由此使屏幕色彩纯度变劣。此外，当将电压施加至设置在第二衬底中的阳极电极时，阳极电极的高电压干扰并影响电子发射区，由此形成不希望的电子发射。
因此，为了解决这种问题，建议应该在第一衬底和第二衬底之间设置栅格电极。该栅格衬底由具有多束通道孔的薄金属板构成，并且以预定距离设置在第一衬底和第二衬底之间。当驱动该电子发射器件时，将几千伏正(+)直流电压施加至栅格衬底。该栅格衬底截取从电子发射器分散的电子，并且防止由于阳极电极的高电压引起的不希望的电子发射。
可是，如果该电子发射器件具有栅极衬底，在对其进行组装时就很难处理和设置该栅格衬底以及第一衬底和第二衬底，这导致生产率降低，生产成本增加。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种电子发射器件的改进的设计。
本发明的进一步的目的在于提供一种制造该改进的电子发射器件的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种用于冷阴极电子发射器件的设计，其中施加至阳极电极的高电压不会干扰电子发射极的发射电子的能力。
本发明又一个目的是提供一种制造该改进的电子发射器件的方法，其中减少了工艺步骤的数量，简化了整个工艺。
本发明又一个目的是提供一种电子发射器件的阴极衬底，其提高了屏幕色彩纯度。
本发明又一个目的是提供一种制造该阴极衬底的方法，该方法效率极高。
具有阴极衬底的电子发射器件可以实现这些或其它目的，该阴极衬底包括衬底、形成在该衬底上的电子发射区、以及用于控制从该电子发射区发射的电子的一个或多个驱动电极。第一绝缘层接触该驱动电极。该阴极衬底配置有聚焦电极，其用于聚集从电子发射区发出的电子。第二绝缘层位于该驱动电极和聚焦电极之间。第一绝缘层和第二绝缘层由不同种类的材料形成。
第一绝缘层和第二绝缘层由引起不同蚀刻率的不同材料形成。在至少一个实施例中，用于第一绝缘层的材料的蚀刻率是第二绝缘层所使用的材料的蚀刻率的1/3或更小。可选择地，在另一实施例中，第一绝缘层中所使用的材料的蚀刻率是第二绝缘层中所使用的材料的蚀刻率的三倍或更大。驱动电极所使用的材料和第二绝缘层所使用的材料具有不同的蚀刻率。驱动电极所使用的材料的蚀刻率是第二绝缘层所使用的材料的蚀刻率的1/10或更小。
在本发明另一示范性实施例中，电子发射器件包括相互面对的第一衬底和第二衬底、以及在第一衬底上彼此绝缘的第一电极和第二电极，其中第一绝缘层位于它们之间。电子发射区或者连接该第一电极或者连接该第二电极。聚焦电极形成在第一电极和第二电极上方，同时露出该电子发射区。第二绝缘层位于该聚焦电极和第二电极之间，或者位于该聚焦电极和第一电极之间。第一绝缘层和第二绝缘层由不同种类的材料形成。荧光层形成在第二衬底上。至少一个阳极电极形成在该荧光层的表面上。
第一绝缘层所使用的材料和第二绝缘层所使用的材料的蚀刻率不同。第二绝缘层所使用的材料或者和第一电极所使用的材料的蚀刻率不同，或者和第二电极所使用的材料的蚀刻率不同。
在制造该电子发射器件的方法中，在第一衬底上形成第一和第二驱动电极，使得第一绝缘层位于第一衬底和驱动电极之间。第二绝缘层形成在驱动电极上，使得第二绝缘层所使用的材料和第一绝缘层所使用的材料的蚀刻率不同。聚焦电极形成在第二绝缘层上。使用蚀刻液或蚀刻气对第二绝缘层进行部分地蚀刻，以部分地露出该第二驱动电极。
此后，电子发射区可以形成在第二驱动电极的露出的部分上。可选择地，可以对第一绝缘层进行部分地蚀刻，以部分地露出第一驱动电极，随后在第一驱动电极的露出部分上形成电子发射区。在前一种情况下，当形成第一绝缘层和第二绝缘层时，第一绝缘层可以由其蚀刻率是第二绝缘层所使用的材料的蚀刻率的1/3或更小的材料形成。在后一种情况下，当形成第一绝缘层和第二绝缘层时，第一绝缘层可以由其蚀刻率是构成第二绝缘层的材料的蚀刻率的三倍或更大的材料形成。当对第二绝缘层和第一绝缘层进行部分地蚀刻时，第二绝缘层和第一绝缘层可以仅通过使用相同的蚀刻液或蚀刻气进行单个的蚀刻工艺来处理。
当结合相应附图考虑时，通过参考下列详细的描述，本发明将变得更易于理解，随之本发明更完整的评价以及其所具有的优点将会变得显而易见，在这些附图中相同的附图标记指示相同或相似的组件，其中图1是根据本发明第一实施例的电子发射器件的局部分解透视图；图2是根据本发明第二实施例的电子发射器件的局部截面视图；图3A至图3E示意性地示出根据本发明制造图1和图2所示的电子发射器件的方法；图4A是根据本发明第一实施例的电子发射器件的局部截面图，其示出了栅极电极的变化；图4B是表示图4A中所示的栅极电极的平面图；图5是根据本发明第二实施例的电子发射器件的局部截面图；图6是图5所示的第一衬底的局部平面图；图7A至图7E示意性地示出根据本发明制造图5所示的电子发射器件的方法；图8是根据本发明第二实施例的电子发射器件的局部截面图，其示出了阴极电极的变化；图9是根据本发明第三实施例的电子发射器件的局部截面图；图10A至图10D示意性地示出根据本发明制造图9所示的电子发射器件的方法；图11是根据本发明第三实施例的电子发射器件的局部截面图，其示出了阴极电极的变化。
具体实施例方式
现在参看附图，图1和图2表示根据本发明第一实施例的电子发射器件。如图1和图2所示，电子发射器件包括阴极衬底100和阳极衬底200，它们彼此平行设置，并且彼此间隔开预定距离，并且在它们之间组装形成一真空容器。阴极衬底100指设置来发射电子的电子发射结构的衬底，阳极衬底200指由于这些电子引起发射可见光并且显示所期望的图像的衬底。
具体地，阴极衬底100和阳极衬底200具有下列构成组件。首先，作为第一电极的栅极电极6形成条带形状，其在第一衬底2上的一方向上(图中的Y轴方向)设置在第一衬底2上，第一绝缘层8形成在第一衬底2的整个表面上，并覆盖栅极电极6。作为第二电极的多个阴极电极10形成在第一绝缘层8上，同时垂直于栅极电极6延伸。
电子发射区12形成在阴极电极10中，同时部分地接触阴极电极10，使其与阴极电极10电连接。在该实施例中，当把栅极电极6和阴极电极10相交的区域定义为像素区时，该电子发射区12形成在第一衬底2上所限定的各个像素区中。此外，如图1和图2所示，电子发射区12设置在每个单独的像素区中的阴极电极10的一侧外围中(在一边缘上)，并且在其一个或多个侧面上被阴极电极10所围绕。
该电子发射区12由处于电场中时能发射电子的材料构成，如石墨、金刚石、类金刚石碳、碳纳米管、C60(富勒烯)以及硅纳米线或它们的组合。电子发射区12可以通过丝网印刷、定向生长、化学气相沉积(CVD)或溅射来形成。
反电极14形成在第一衬底2上，其在第一绝缘层上方，以吸引栅极电极6的电场。反电极14和电子发射区12相间隔，并且位于阴极电极10之间。反电极14通过经由绝缘层8形成的通孔8a接触栅极电极6，使得反电极14与栅极电极6电连接。
当给阴极电极10和栅极电极6施加预定驱动电压形成在电子发射区附近的电场时，反电极14也另外地构造用于从电子发射区12发射电子的电场。随同电子发射区12，可以对应于在第一衬底2上所限定的各个像素区设置反电极14。
第二绝缘层16和聚焦电极18形成在阴极电极10和第一绝缘层8上，其开口部分16a和18a露出电子发射区12。如图1和图2所示，聚焦电极18形成在第二绝缘层16的整个表面上，或者可以构图成条状。通过淀积或溅射金属层可以在第二绝缘层16上形成聚焦电极18。可选择地，具有开口部分18a的金属板可以被附着到第二绝缘层16上。
当驱动电子发射器件时，聚焦电极18聚集从电子发射区12发出的电子，并防止施加至第二衬底4侧面的高电压干扰在电子发射区12周围形成的电场。第二绝缘层16位于阴极电极10和聚焦电极18之间，防止在它们之间发生短路。随着第二绝缘层16厚度增大，可以增加聚焦电极18的电子束聚焦效果。第二绝缘层16的厚度优选地确定为10μm或更大。
第二绝缘层16和聚焦电极18的开口16a和18a可以对应于在第一衬底2上所限定的各个像素区域设置，以部分地或全部地露出反电极14和电子发射区12。如图2所示，反电极14部分或全部的露出使电子穿过第二绝缘层16和聚焦电极18的开口部分16a和18a导向第二衬底4。这是由于这些电子从电子发射区12的一侧外围(边缘部分)直接向着反电极14强烈发射的缘故。
如上所述，在第一衬底2上设置有电子发射区12、用于控制从电子发射区12发射电子的作为驱动电极的阴极电极10和栅极电极6、用于聚焦电子束的聚焦电极18以及用于使这些电极彼此绝缘的第一绝缘层8和第二绝缘层16。第一绝缘层8和第二绝缘层16由不同种类的材料形成，尤其是由对蚀刻液或蚀刻气具有不同蚀刻率的材料形成。
当对第二绝缘层16进行局部蚀刻以形成开口部分16a时，为了避免第一绝缘层8被蚀刻和变形，蚀刻率的差异是必须的。当使用蚀刻液或蚀刻气时，第一绝缘层8中所使用的材料的蚀刻率优选地确定为第二绝缘层16所使用的材料的蚀刻率的1/3或更小。
第二绝缘层16和阴极电极10还可以由对于蚀刻液或蚀刻气具有不同蚀刻率的材料形成。当对第二绝缘层16进行局部蚀刻以形成开口部分16a时，这也可以避免阴极电极10被蚀刻和变形。阴极电极10中所使用的材料的蚀刻率为第二绝缘层16所使用的材料的蚀刻率的1/10或更小。例如，当使用含有氟化氢HF的蚀刻液对第二绝缘层16进行蚀刻以形成开口部分16a时，阴极电极10可以由满足以上限定的蚀刻率条件的金属材料，如铝Al、铬Cr或钼Mo构成。
同阴极电极10，反电极14也可以构造成使其可以通过第二绝缘层16中的开口部分16a部分地或全部地露出。因此，当使用蚀刻液或蚀刻气时，反电极14可以由满足与阴极电极10所使用的材料相同的蚀刻率条件的材料构成。通过选择用于像这样的组件的材料，在第二绝缘层16的蚀刻过程中，阴极电极10和反电极14不容易被破坏或变形。反电极14优选地由与阴极电极10相同的材料构成。
荧光层20和黑底层22形成在面对第一衬底2的第二衬底4的表面上，阳极电极24使用基于铝的金属层形成在荧光层20和黑底层22上。阳极电极24接收加速电子束所需的电压，并使向着第一衬底2辐射的可见光从荧光层20向第二衬底4的一侧反射，由此增强屏幕亮度。另外，阳极电极也可以由基于氧化铟锡(ITO)的透明导电层而非金属层来构成。在这种情况下，阳极电极形成在荧光层20和黑底层22的表面上，面对第二衬底4，并被构图成具有多个部分。
上述结构的阴极衬底100和阳极衬底200使用类似于玻璃料的密封材料彼此密封，并且彼此间隔开一定距离，使得阴极电极10面对荧光层20，并且在衬底100和衬底200之间的内部空间被排气成真空状态，由此构造出电子发射器件。多个隔板26设置在阴极衬底100和阳极衬底200之间的非发光区域，以维持在衬底2和4之间的恒定距离。
通过给栅极电极6、阴极电极10、聚焦电极18以及阳极电极24施加预定电压，可以驱动上述结构的电子发射器件。例如，给阴极电极10施加几至几十伏的负(-)扫描电压，给栅极电极6施加几至几十伏的正(+)数据电压，给聚焦电极18施加几十至几百伏的负(-)直流电压，给阳极电极24施加几百至几千伏的正(+)直流电压。
在栅极电极6和阴极电极10之间的电压差超过阈值的像素中在电子发射区12周围形成电场，电子从这些电子发射区12中发出。这些发出的电子由聚焦电压聚集同时穿过聚焦电极18，并由施加至阳极电极24的高压吸引，由此和有关像素中的荧光层20相碰撞，同时发出可见光。在该过程中，由于聚焦电极18和施加至聚焦电极18的电压，避免了阳极电极24对电子发射区12的影响。
现在将参照图3A至图3E对根据本发明在图1和图2中所示出的电子发射器件的制造方法进行解释。首先，如图3A所示，栅极电极6以条带形状形成在第一衬底2上，其在第一衬底2的第一方向上延伸。第一绝缘层8形成在第一衬底2的整个内表面上，并覆盖栅极电极6。第一绝缘层8可以通过几次丝网印刷形成5-20μm的厚度。
为了在第一绝缘层8上形成反电极14，将光刻胶层(未示出)施加在第一绝缘层8上。对光刻胶进行构图，然后对第一绝缘层进行蚀刻，由此对第一绝缘层8进行构图。在对第一绝缘层8进行蚀刻后，从第一绝缘层8去除已被构图的光刻胶。
此后，如图3B所示，导电层形成在第一绝缘层8上，并被构图以形成阴极电极10和反电极14。鉴于对第二绝缘层16之后要进行蚀刻和焙烧的工艺，因此阴极电极10和反电极14优选地是由具有蚀刻率为第二绝缘层16所使用的材料的蚀刻率的1/10或更小的材料构成。阴极电极10和反电极14可以形成具有少量的热氧化物。阴极电极10和阳极电极14优选地是由铝Al、铬Cr或钼Mo构成。
如图3C所示，第二绝缘层16形成在第一绝缘层8顶部上的阴极电极10上和反电极14上。第二绝缘层16由具有其蚀刻率与第一绝缘层8所使用的材料极大差别的绝缘材料构成。优选地，第二绝缘层16中所使用的材料的蚀刻率是第一绝缘层8中所使用的材料的蚀刻率的至少三倍。
随着第二绝缘层16厚度变大，可以提高以后将要形成的聚焦电极18的电子束聚焦效果。因此，优选通过反复几次进行丝网印刷以及高温焙烧使第二绝缘层16形成具有10μm或更大的厚度。
在第二绝缘层16上形成导电层，并且对该导电层进行构图，以形成具有开口部分18a的聚焦电极18。可选择地，具有开口部分18a的金属板可以附着到第二绝缘层16上，以形成聚焦电极18。如图3D所示，使用蚀刻液或蚀刻气对第二绝缘层16进行部分地蚀刻，以形成开口部分16a。在第二绝缘层16顶部的已构图的聚焦电极18可以用作对第二绝缘层16进行构图的蚀刻掩膜，由此消除了光蚀刻步骤。含有氟化氢HF的蚀刻液可以用来形成开口部分16a。由于第一绝缘层8中所使用的材料的蚀刻率不超过第二绝缘层16所使用的材料的蚀刻率的1/3，因此在对第二绝缘层16进行蚀刻的过程中，第一绝缘层8不易被破坏和/或改变。
同样，由于阴极电极10和反电极14中所使用的材料的蚀刻率不超过第二绝缘层16所使用的材料的蚀刻率的1/10，因此在对第二绝缘层16进行蚀刻的过程中，可以使对阴极电极10和反电极14的改变和/或破坏量最小。
参看图3E，现在使用电子发射材料如碳纳米管、石墨、金刚石、类金刚石碳、C60、硅纳米线或其组合在阴极电极10的一侧的外围形成电子发射区12。随着电子发射区12的形成，将有机材料，如赋形剂或粘结剂加入到该电子发射材料中，以形成具有适于丝网印刷的粘度的糊料。还可以在该糊料中加入感光材料，将该感光性的糊料丝网印刷在第一衬底2的整个表面上，随后在该感光层上设置光掩膜(未示出)。通过该光掩膜使该感光层部分地暴露在光中而变硬，并经过显影形成电子发射区12。
当感光材料对紫外线敏感并且紫外线用于上述正面曝光工艺中时，这些紫外线不会到达电子发射区12的底表面，由此减弱了电子发射区12的粘结强度，并且破坏了其构图精度。因此，背面曝光技术可以代替用来对用以形成电子发射区12的感光层进行构图。如图4A和图4B所示，背面曝光开口部分6a形成在栅极电极6中，并且紫外线照射阴极电极2的底面，并穿过开口部分6a，以形成具有良好的粘结强度和构图精度的电子发射区12。
阴极电极衬底2和在其上具有荧光层20、黑底层22和阳极电极24的第二衬底4组装在一起，在衬底2和衬底4之间的内部空间被排气，由此构建出电子发射器件。将忽略对在第二衬底4上形成荧光层20、黑底层22和阳极电极24的工艺以及将衬底2和衬底4相互组装在一起的工艺的说明。
参看图5和图6，图5和图6示出根据本发明第二实施例的电子发射器件。如图5和图6所示，阴极电极28是待形成在第一衬底2上的第一电极，栅极电极30是形成在第一衬底上并形成在第一绝缘层32的顶部的第二电极。在第一衬底2上所限定的各个像素区中至少一个开口部分30a和32a形成在栅极电极30和第一绝缘层32中。电子发射区12形成在阴极电极28上，通过经第一开口部分30a和32a露出。根据第二实施例的电子发射器件的其它构成组件与第一实施例的有关组件相同。
在第二实施例中，第一绝缘层32和第二绝缘层16由与第一实施例相关材料具有相同蚀刻率关系的材料构成，并且由与第一实施例相关材料相同的材料形成。因此，当对第二绝缘层16进行部分地蚀刻以形成开口16a时，可以使在蚀刻过程中对第一绝缘层32的破坏最小化。此外，当对第二绝缘层16进行部分地蚀刻以形成开口16a时，为了使对栅极电极30的破坏最小化，对栅极电极的材料进行选择，使得当蚀刻液或蚀刻气用于第二绝缘层16时栅极电极30的蚀刻率优选确定为第二绝缘层16所使用的材料的蚀刻率的1/10或更小。在该实施例中，栅极电极30可以使用铝Al、铬Cr或钼Mo形成。
通过给阴极电极28、栅极电极30、聚焦电极18以及阳极电极24施加预定电压，可以驱动上述结构的电子发射器件。例如，给栅极电极30施加几十至几百伏的正(+)扫描电压，给阴极电极28施加几至几十伏的正(+)数据电压，给聚焦电极18施加几十至几百伏的负(-)电压，给阳极电极24施加几百至几千伏的正(+)电压。
因此，在阴极电极28和栅极电极30之间的电压差超过阈值的像素中在电子发射区12周围形成电场，电子从这些电子发射区12中发出。这些发出的电子由聚焦电压聚集同时穿过聚焦电极18，并由施加至阳极电极24的高压吸引，由此和相关像素中的荧光层20相碰撞，并发出可见光。
现在将参照图7A至图7E对根据本发明在图5中所示出的电子发射器件的制造方法进行说明。参看图7A，阴极电极28形成条带形状，在第一衬底2的第一方向上延伸。第一绝缘层32形成在第一衬底2的整个内表面上，覆盖已构图的阴极电极28。第一绝缘层32可以通过反复进行几次丝网印刷形成5-20μm的厚度。
导电层形成在第一绝缘层32上，并且被构图以形成具有开口部分30a的栅极电极30。鉴于对第二绝缘层16之后要进行蚀刻和高温焙烧的工艺，因此要仔细选择栅极电极30的材料，使得用于栅极电极30的材料的蚀刻率为第二绝缘层16所使用的材料的蚀刻率的1/10。优选的是，栅极电极30所使用的材料被很小程度地热氧化。栅极电极30的优选材料包括铝Al、铬Cr或钼Mo。
在第一绝缘层32上形成栅极电极30之后，如图7B所示，第二绝缘层16形成在由栅极电极覆盖的第一绝缘层32上。当使用蚀刻液或蚀刻气时，第二绝缘层16由蚀刻率是第一绝缘层32中所使用的材料的蚀刻率的三倍或更大的材料构成。通过反复几次进行丝网印刷以及高温焙烧使第二绝缘层16形成10μm的厚度。
在第二绝缘层16上形成导电层，并且对该导电层进行构图，由此形成聚焦电极18，聚焦电极18通过第二开口部分18a穿孔。可选择地，具有第二开口部分18a的金属板可以附着到第二绝缘层16上，以形成聚焦电极18。如图7C所示，通过使用蚀刻液进行蚀刻对第二绝缘层16进行构图，由此形成第二开口部分16a。当第二绝缘层16被部分地蚀刻以形成开口部分16a时，由于在第一绝缘层32和第二绝缘层16中使用的材料的蚀刻率的差异以及在栅极电极30和第二绝缘层16中使用的材料的蚀刻率的差异可以使对第一绝缘层32和栅极电极30的破坏最小化。
现在参看图7D，光刻胶图形34形成在聚焦电极18以及栅极电极30通过第二开口部分16a和18a露出的部分的上方。使用光刻胶图形34作为蚀刻掩膜对第一绝缘层32进行蚀刻，由此在第一绝缘层中形成第一开口部分32a。然后，分离并除去该光刻胶图形34。
如图7E所示，电子发射材料淀积在从第一开口部分32a露出的阴极电极28上，以使电子发射区12形成在阴极电极28上。在第二实施例中，使用紫外线照射第一衬底2底面的背面曝光技术可以实现已构图的电子发射区12的形成。为了使用背面曝光技术对电子发射区12进行构图，如图8所示，开口部分28a必须首先在阴极电极28中形成。这允许电子发射区12形成在开口部分28a内，由此对它们进行填充。在形成电子发射区12的背面曝光中，具有开口28a的阴极电极28作为形成已构图的电子发射区12的光蚀刻掩膜。
现在参看图9，图9是根据本发明第三实施例的电子发射器件的局部截面图。如图9所示，分别对第一绝缘层38和栅极电极40穿孔而形成的第一开口部分38a和40a对应于分别对穿过第二绝缘层42和聚焦电极44而形成的开口部分42a和44a设置。在第三实施例中，对这些材料进行仔细选择，使得当使用蚀刻液或蚀刻气时第一绝缘层38的蚀刻率大于第二绝缘层42中使用的材料的蚀刻率。根据第三实施例的电子发射器件的其它构成组件与第二实施例的相关组件相同。
构成第一绝缘层38的材料的蚀刻率确定为构成第二绝缘层42的材料的蚀刻率的至少三倍。在构成第一绝缘层38的材料的蚀刻率大于构成第二绝缘层42的材料的蚀刻率的情形，可以仅通过一个单独的蚀刻工艺形成在第二绝缘层42中的第二开口部分42a和在第一绝缘层38中的第一开口部分38a。
现在参看图10A至图10D，图10A至图10D表示根据本发明制造图9所示的电子发射器件的方法。首先，如图10A所示，具有条带形状的阴极电极36形成在第一衬底2上，并在第一方向上延伸。第一绝缘层38形成在第一衬底2的整个内表面上，并覆盖阴极电极36。通过进行几次丝网印刷可以使第一绝缘层38形成具有5-20μm的厚度。在第一绝缘层38上形成导电层，并对此构图，由此形成带有第一开口部分40a的栅极电极40。
接下来，如图10B所示，第二绝缘层42形成在第一绝缘层38上，栅极电极40覆盖在第一绝缘层38上。使用其蚀刻率为第一绝缘层38所使用材料的蚀刻率的1/3或更小的材料形成第二绝缘层42。通过反复几次进行丝网印刷以及高温焙烧使第二绝缘层42优选形成具有至少10μm的厚度。
在第二绝缘层42上形成导电层，并且对该导电层进行构图，由此形成由第二开口部分44a穿孔的聚焦电极44。可选择地，具有第二开口部分44a的金属板可以附着到第二绝缘层42上，以形成聚焦电极44。聚焦电极44的第二开口部分44a设置成与栅极电极40的第一开口部分40a一对一地对应。如图10C所示，使用蚀刻液对第二绝缘层42和第一绝缘层38顺序地进行蚀刻，由此通过单独的蚀刻工艺形成第二绝缘层42中的第二开口部分42a和第一绝缘层38中的第一开口部分38a。
在第三实施例中，由于使用单一的蚀刻工艺形成第二绝缘层42中的第二开口部分42a和第一绝缘层38中的第一开口部分38a，因此可以省略了单独的光刻胶的涂覆和构图工艺，由此减少了工艺步骤数。通过使用于第二绝缘层42的材料的蚀刻率小于在第一绝缘层38中使用的材料的蚀刻率，当对第一绝缘层进行蚀刻时，防止第二绝缘层42的第二开口部分42a变大。因此，不需要对光刻胶进行构图的空间，这导致器件分辨率的提高。
如图10D所示，电子发射材料淀积在从第一开口部分38a和40a露出的阴极电极36上，以形成电子发射区12。在第三实施例中，随着电子发射区12的形成，可以使用背面曝光技术对电子发射区12进行构图。图11示出在根据该第三实施例的电子发射器件中形成已构图的电子发射区12的背面曝光技术。参看图11，开口部分36a形成在阴极电极36中，并且电子发射区设置在开口部分36a内，并对其进行填充。
如上所述，电子发射区由在施加电场时发射电子的材料，作为阴极电极和栅极电极的驱动电极控制从电子发射区的电子的发射，但是电子发射区和电子发射电极的结构并不限于这样，这些结构可以以不同的方式进行改变，并且仍落入本发明的范围之内。
尽管以上已经对本发明的优选实施例进行了详细的描述，但是应该清楚地理解，对在此教导的对于本领域技术人员来说显而易见的基础发明原理所进行的各种改变和变形仍将落入本发明的精神和范围中，正如在权利要求书中所限定的那样。
权利要求
1.一种阴极衬底，包括衬底；设置在所述衬底上的电子发射区；一个或多个驱动电极，其设置在所述衬底上，用于控制从所述电子发射区发射的电子；第一绝缘层，其由第一材料构成，并接触所述驱动电极；聚焦电极，其设置在所述衬底上，用于聚集从所述电子发射区发射的电子；以及第二绝缘层，其位于所述驱动电极和所述聚焦电极之间，由不同种类的第二材料构成。
2.如权利要求1所述的阴极衬底，所述第一材料的蚀刻率和所述第二材料的蚀刻率不同。
3.如权利要求2所述的阴极衬底，所述第一材料的蚀刻率是所述第二材料的蚀刻率的1/3或更小。
4.如权利要求2所述的阴极衬底，所述第一材料的蚀刻率是所述第二材料的蚀刻率的至少三倍。
5.如权利要求1所述的阴极衬底，所述驱动电极包括第三材料，所述第三材料的蚀刻率和所述第二材料的蚀刻率不同。
6.如权利要求5所述的阴极衬底，所述第三材料的蚀刻率不超过所述第二材料的蚀刻率的1/10。
7.如权利要求1所述的阴极衬底，所述电子发射区包括从石墨、金刚石、类金刚石碳、碳纳米管、C60以及硅纳米线中选出的材料。
8.一种电子发射器件，包括相互面对的第一衬底和第二衬底；设置在所述第一衬底上并彼此绝缘的第一电极和第二电极；第一绝缘层，其设置在所述第一电极和所述第二电极之间，包括第一材料；电子发射区，其连接到所述第一电极或者连接到所述第二电极；聚焦电极，其形成在所述第一电极和所述第二电极上方，同时露出所述电子发射区；第二绝缘层，其设置在所述聚焦电极和所述第二电极或者所述第一电极之间，由第二材料构成，所述第一材料和所述第二材料不同；形成在所述第二衬底上的荧光层；以及设置在所述荧光层表面上的至少一个阳极电极。
9.如权利要求8所述的电子发射器件，所述第一材料的蚀刻率和所述第二材料的蚀刻率不同。
10.如权利要求8所述的电子发射器件，所述第一电极由第三材料构成，所述第二电极由第四材料构成，所述第二材料和所述第三材料或所述第四材料具有不同的蚀刻率。
11.如权利要求8所述的电子发射器件，所述第一电极、所述第一绝缘层和所述第二电极依次设置在第一衬底上，所述第一电极和所述第二电极每个都是条带形状，所述第一电极和所述第二电极相正交。
12.如权利要求11所述的电子发射器件，所述电子发射区设置在所述第二电极的边缘部分，每个所述电子发射区的至少一个侧面被所述第二电极所包围。
13.如权利要求11所述的电子发射器件，进一步包括反电极，所述反电极与所述电子发射区相分隔，位于所述第二电极之间，并且用于接收和所述第一电极相同的驱动电压。
14.如权利要求13所述的电子发射器件，所述第二绝缘层和所述聚焦电极设置成至少部分地露出所述反电极。
15.如权利要求11所述的电子发射器件，所述第一材料的蚀刻率不超过所述第二材料的蚀刻率的1/3。
16.如权利要求11所述的电子发射器件，所述第一电极由第三材料构成，所述第二电极由第四材料构成，所述第四材料的蚀刻率不超过所述第二材料的蚀刻率的1/10。
17.如权利要求14所述的电子发射器件，所述反电极由第五材料构成，所述第五材料的蚀刻率不超过所述第二材料蚀刻率的1/10。
18.如权利要求11所述的电子发射器件，所述第一电极被穿孔形成背面曝光开口部分。
19.如权利要求8所述的电子发射器件，所述第二电极、所述第一绝缘层和所述第一电极依次设置在所述第一衬底上，所述第一电极和所述第二电极每个都是条带形状，所述第一电极和所述第二电极相正交。
20.如权利要求19所述的电子发射器件，一个或多个第一开口部分设置在位于所述第一电极和所述第二电极的每个相交区域的所述第二电极以及所述第一绝缘层中，所述电子发射区设置在所述第一电极从所述第一开口部分露出的部分上。
21.如权利要求20所述的电子发射器件，对所述第二绝缘层和所述聚焦电极每个穿孔形成第二开口部分，所述第二开口部分对应于所述第一开口部分。
22.如权利要求19所述的电子发射器件，所述第一材料的蚀刻率不超过所述第二材料的蚀刻率的1/3。
23.如权利要求19所述的电子发射器件，所述第一材料的蚀刻率是所述第二材料的蚀刻率的至少三倍。
24.如权利要求19所述的电子发射器件，所述第一电极由第三材料构成，所述第二电极由第四材料构成，所述第三材料的蚀刻率不超过所述第二材料的蚀刻率的1/10。
25.如权利要求20所述的电子发射器件，对所述第一电极穿孔形成对应于第一开口部分的背面曝光开口部分，所述电子发射区设置在所述背面曝光开口部分内，并且填充所述背面曝光开口部分。
26.如权利要求8所述的电子发射器件，所述电子发射区包括从石墨、金刚石、类金刚石碳、碳纳米管、C60以及硅纳米线中选出的至少一种材料。
27.如权利要求8所述的电子发射器件，所述聚焦电极包括金属层和金属板中的一个。
28.一种制造电子发射器件的方法，包括在第一衬底上形成第一驱动电极和第二驱动电极，在所述第一衬底和所述第二驱动电极之间以及在所述第一驱动电极和所述第二驱动电极之间形成第一绝缘层，所述第一绝缘层由第一材料构成；在所述第一驱动电极和所述第二驱动电极上形成第二绝缘层，所述第二绝缘层由第二材料构成，所述第二材料和所述第一材料的蚀刻率不同；在所述第二绝缘层上形成聚焦电极；以及使用蚀刻液或蚀刻气对所述第二绝缘层进行部分地蚀刻，使其部分地露出所述第二驱动电极。
29.如权利要求28所述的方法，进一步包括在所述第二驱动电极露出的部分上形成电子发射区。
30.如权利要求29所述的方法，所述第一材料的蚀刻率不超过所述第二材料的蚀刻率的1/3。
31.如权利要求29所述的方法，电子发射区的形成包括通过将有机材料加入到从石墨、金刚石、类金刚石碳、碳纳米管、C60以及硅纳米线中选出的至少一种材料中来制备糊料；丝网印刷所述糊料；以及焙烧所述经印刷过的糊料。
32.如权利要求28所述的方法，进一步包括在对所述第二绝缘层进行部分地蚀刻后，通过对所述第一绝缘层进行部分地蚀刻，使得部分地露出所述第一驱动电极；以及在所述第一驱动电极的露出部分上形成电子发射区。
33.如权利要求32所述的方法，所述第一材料的蚀刻率不超过所述第二材料的蚀刻率的1/3。
34.如权利要求32所述的方法，所述第一材料的蚀刻率是所述第二材料的蚀刻率的至少三倍。
35.如权利要求33所述的方法，通过使用相同的蚀刻液或相同的蚀刻气进行单独的蚀刻工艺，对所述第二绝缘层和所述第一绝缘层进行蚀刻。
36.如权利要求28所述的方法，所述驱动电极包括第三材料，所述第三材料的蚀刻率不超过所述第二材料的蚀刻率的1/10。
37.如权利要求32所述的方法，电子发射区的形成包括通过将有机材料加入到从石墨、金刚石、类金刚石碳、碳纳米管、C60以及硅纳米线中选出的至少一种材料中来制备糊料；丝网印刷所述糊料；以及焙烧所述经印刷过的糊料。
38.如权利要求28所述的方法，聚焦电极的形成包括在第二绝缘层上形成导电层；以及对所述导电层进行构图。
39.如权利要求28所述的方法，聚焦电极的形成包括对金属板进行穿孔来形成开口部分；以及将所述金属板粘连在所述第二绝缘层上。
全文摘要
本发明公开了一种电子发射器件的阴极衬底，其包括衬底、形成在该衬底上的电子发射区、以及用于控制从该电子发射区发射的电子的一个或多个驱动电极。第一绝缘层接触该驱动电极。该阴极衬底中配置有聚焦电极，其用于聚集从电子发射区发出的电子。第二绝缘层位于驱动电极和聚焦电极之间。第一绝缘层和第二绝缘层所使用的材料具有不同的蚀刻率。
文档编号H01J31/12GK1702803SQ20051007836
公开日2005年11月30日 申请日期2005年4月29日 优先权日2004年4月29日
发明者金维钟, 李天珪, 李相祚 申请人:三星Sdi株式会社