专利名称：场发射显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及场发射显示器(FED)，更具体地，涉及具有能够提高电子束的聚焦特性以及电流密度分布的均匀性的电子发射结构的FED。
背景技术：
作为信息传输媒介的基本部分的常规显示器已经广泛用作PC显示器或TV屏幕。显示器主要分为基于高速热电子发射的阴极射线管(CTR)和显示出迅速增长的平板显示器(FPD)如液晶显示器(LCD)、等离子体显示面板(PDP)、以及场发射显示器(FED)。
FED中，当从栅极电极施加强电场时，以规则的间距布置在阴极电极上的发射器发射电子。来自发射器的电子撞击且激励形成在阳极电极上的荧光体材料，导致其发光。其中从冷阴极发射的电子聚焦在屏幕上从而产生图像的FED的图像质量特性受作为电子源的发射器的材料和结构的较大影响。
在早期发展阶段，FED利用由钼(Mo)制成的金属尖(微尖(micro-tip))作为发射器。然而，具有金属尖发射器的FED需要形成超细微孔来布置发射器且需要Mo沉积以在整个屏幕表面形成均匀的金属微尖。这样，FED需要复杂的制造工艺、高精密技术、及使用昂贵的设备，导致高制造成本。因此，具有金属尖发射器的FED具有在增大屏幕尺寸方面的限制。
为了促进在低驱动电压条件下的电子发射且简化制造工艺，FED行业正在研发用于平面发射器的制造的技术。
根据现有技术，碳基材料例如石墨、金刚石、类金刚石型碳(DLC)、C60(富勒烯)、或者碳纳米管(CNT)适于形成平面发射器。特别地，CNT作为用于形成FED的发射器的最理想的材料脱颖而出，因为它允许在低驱动电压条件下的容易的电子发射。
图1A和1B分别是常规FED的局部剖视图和局部顶视图。参照图1A和1B，常规FED通常具有带阴极电极12、阳极电极22和栅极电极14的三极管结构。即，常规FED包括形成在后基板11上的阴极电极12和栅极电极14、形成在前基板21上的阳极电极22、以及形成在阳极电极22上的由红(R)、绿(G)、蓝(B)荧光体构成的荧光体层23和用于提高对比度的黑矩阵24。后和前基板11和21由位于其间的间隔物31间隔开。制造FED的方法包括在后基板11上形成发射器16将布置在其上的阴极电极12；随后在阴极电极12上形成具有细微开口(microscopic aperture)15和栅极电极14的绝缘层13；以及在阴极电极12上开口15内布置发射器。
然而，三极管型FED受到颜色纯度退化和难以实现锐利图像的困扰，因为从发射器16朝向荧光体层23发射的电子束由于施加到栅极电极14的电压(数十的正电压)而发散，使得不仅在期望象素的荧光体而且相邻的荧光体也发射光。
为了防止电子束的发散，已经提出了在栅极电极上具有用于聚焦电子束的栅极聚焦电极的FED。图2示出所提出的FED的示例。参照图2，FED包括栅极聚焦电极56，其形成在沉积于栅极电极54上的第二绝缘层55上且控制电子束的轨迹。图2中的附图标记51、52、53和57分别表示后基板、阴极电极、第一绝缘层、电子发射器。附图标记61、62和63分别表示前基板、阳极电极和荧光体层。
然而，具有栅极聚焦电极56的常规FED会由于阳极电压和栅极聚焦电压的变化而受到聚焦较差的困扰。图3示出图2的常规FED中电子束发射的模拟结果。参照图3，束轮廓(beam profile)随着栅极聚焦电压变化而变得不一致，导致差的聚焦。差的聚焦导致电子激励目标荧光体层之外的荧光体层，从而降低象素均匀性。
发明内容
本发明提供具有电子发射结构的场发射显示器及其制造方法，所述电子发射结构能够改进电子束的聚焦特性，从而提供宽的色彩再现范围，且提高电流密度分布的均匀性从而提高白光均匀性(white uniformity)。
根据本发明的一方面，提供一种FED，包括第一基板；阴极电极，其以第一方向形成在该第一基板上；阴极聚焦电极，其在该阴极电极上形成至预定高度且具有矩形的沿第一方向伸长的第一开口(aperture)；绝缘层，其形成在该第一基板上从而覆盖该阴极聚焦电极且具有多个第二开口，所述第二开口以与第一方向垂直的第二方向形成在该绝缘层与阴极电极交迭的区域中且与所述第一开口连接；栅极电极，其形成在所述绝缘层上从而在第二方向上延伸且具有多个与对应的第二开口连接的第三开口；发射器，其形成在所述第一开口内在所述阴极电极上；以及第二基板，其与所述第一基板相对设置并与所述第一基板间隔开预定距离，且其上具有预定图案的阳极电极和荧光体层。
在所述第二方向上的所述第三开口的宽度可大于在所述第二方向上的所述第一开口的宽度。所述第三开口可在第二方向上伸长。所述第一开口对应每个象素，形成多个第二和第三开口用于每象素。所述阴极电极电连接到阴极聚焦电极。发射器可由碳纳米管(CNT)制成。
根据本发明的另一方面，提供一种FED，包括第一基板；阴极电极，其以第一方向形成在所述第一基板上；阴极聚焦电极，其在所述阴极电极上形成至预定高度且具有在所述第一方向上伸长的矩形第一开口；第一绝缘层，其形成在所述第一基板上从而覆盖所述阴极聚焦电极且具有多个第二开口，所述第二开口以与第一方向垂直的第二方向形成在所述绝缘层与所述阴极电极交迭的区域内且与所述第一开口连接；栅极电极，其形成在所述第一绝缘层上从而在第二方向上延伸，且具有多个与相应的第二开口连接的第三开口；第二绝缘层，其形成在所述第一绝缘层上且具有第四开口，所述第四开口在第一方向上伸长且与所述第三开口连接；栅极聚焦电极，其形成在所述第二绝缘层上且具有与第四开口连接的第五开口；发射器，其形成在所述第一开口内在所述阴极电极上；以及第二基板，其与所述第一基板相对设置并与所述第一基板间隔开预定距离，且其上具有预定图案的阳极电极和荧光体层。
通过参照附图详细描述其示例性实施例，本发明的以上和其它特征和优点将变得更加明显，附图中图1A和1B分别是常规场发射显示器(FED)的局部横截面图和局部顶视图；图2是常规FED的另一示例的横截面图；图3示出图2的常规FED中电子束发射的模拟结果；图4是根据本发明第一实施例的FED的局部横截面图；
图5是局部顶视图，示出图4的FED中后基板上部件的布置；图6是根据本发明第二实施例的FED的局部横截面图；以及图7和8示出图4的FED中电子束发射的模拟结果。
具体实施例方式
下面，将通过参照
本发明的优选实施例来详细描述本发明。附图中相似的附图标记表示相似的元件。
图4是根据本发明第一实施例的FED的局部横截面图。图5是局部顶视图，示出图4的FED中后基板上部件的布置。为了更清楚地呈现，仅在栅极聚焦电极处的孔在图5中被示出。
参照图4和5，FED包括彼此相对设置且间隔开预定距离的第一基板110和第二基板120。第一基板110和第二基板120通常分别被称为后基板和前基板。通常由玻璃制成的后和前基板110和120被设置在其间的间隔物(spacer)间隔开。
部件布置在后基板110上从而诱发场发射，同时部件布置在前基板120上从而利用场发射的电子产生图像。
更具体地，阴极电极111以条形图案布置在后基板110上。阴极电极111可由导电材料或透明导电金属例如铟锡氧化物(ITO)制成。
阴极聚焦电极112形成在阴极电极111上且与其电连接。阴极聚焦电极112具有第一开口112a，阴极电极111通过其被暴露。阴极聚焦电极112的厚度可以是1至5μm。第一开口112a在阴极电极110的方向上即在Y方向上伸长。阴极聚焦电极112和阴极电极111可集成位单一单位。
第一绝缘层113在后基板110和阴极聚焦电极112上形成为约3至15μm厚。第一绝缘层113具有多个与第一开口112a连接的第二开口113a。即，多个第二开口113a形成在阴极电极111与栅极电极114(稍后将描述)直交的区域(每个对应于一个象素)中。多个第二开口113a中的每个具有矩形形状且在X方向上即与阴极电极111的纵向方向(Y方向)垂直的方向上伸长。第二开口113a的宽度W2大于或等于第一开口112a的宽度W1。
多个栅极电极114以规则间距且以预定图案例如条形图案布置在第一绝缘层113上。多个栅极电极114中的每个延伸在X方向上。栅极电极114可由导电金属如铬(Cr)形成至数千埃()的厚度。栅极电极114具有多个与相应的第二开口113a连接的第三开口114a。第三开口114a垂直于第一开口112a横向伸长。形成多个第二和第三开口113a和114a用于每象素。具有与第二开口113a相同的形状的第三开口114a具有大于或等于第二开口113a的宽度W2的宽度W3。
第二绝缘层115在第一绝缘层113和栅极电极114上形成为约5至15μm的厚度。第二绝缘层115具有与第一开口112a连接的第四开口115a。第四开口115a的宽度W4大于第一开口112a的宽度W1。
多个栅极聚焦电极116以条形图案沿Y方向形成在绝缘层115上。栅极聚焦电极116可由导电金属例如Cr形成至数千埃()的厚度。栅极聚焦电极116具有与第四开口115a连接的第五开口116a。第五开口116a在Y方向上伸长且具有与第四开口115a的宽度W4相等的宽度W5。
发射器(emitter)117设置在第一开口112a内阴极电极111上。发射器117可形成至与阴极聚焦电极112相同的高度。发射器117利用施加在阴极电极111、阴极聚焦电极112、以及栅极电极114间的电压产生的电场从而发射电子。发射器117可由碳基材料例如石墨、金刚石、类金刚石型碳(DLC)、C60(富勒烯)、或者碳纳米管(CNT)制成。特别地，允许低驱动电压下容易的电子发射的CNT可适于形成发射器117。
在本实施例中，发射器117通过第一开口112a被暴露且伸长在X方向上。即，多个发射器117布置在第一开口112a的长度方向上。
参照图4和5，阳极电极121形成在一个表面上，即与后基板110相对地设置的前基板120的底表面上，由红(R)、绿(G)和蓝(B)荧光体构成的荧光体层122形成在阳极电极121的表面上。阳极电极121由透明导电材料例如ITO形成从而允许从荧光体层122发射的可见光的透射。荧光体层122沿着阴极电极111的纵向方向(Y方向)伸长。
黑矩阵123形成在荧光体层122之间且提高对比度。金属薄膜124可由铝(Al)在荧光体层122和黑矩阵123上形成至数百埃的厚度，该厚度是充分小的从而允许从发射器117发射且被加速的电子容易地通过。金属薄膜124用于提高FED的亮度。即，当荧光体层122中的R、G和B荧光体被从发射器117发射的电子束激励从而发射可见光时，可见光被金属薄膜124反射。此外，撞击荧光体层122的背散射(back-scattered)电子从金属薄膜回弹向荧光体层122，从而增加从FED发射的可见光的量且提高亮度。
当金属薄膜124形成在前基板120上时，阳极电极121可被省略。这是因为具有导电性的金属薄膜124可充当阳极电极。如上构造的后基板110和前基板120彼此间隔开预定距离使得发射器117面对荧光体层122，且通过基板110和120之间的密封材料(未示出)彼此粘合。如前所述，间隔物130设置在后和前基板110和120之间从而维持其间的距离。
现在将详细描述具有上述构造的FED的运行。该FED中，当预定电压施加到阴极电极111或阴极聚焦电极112、栅极电极114、栅极聚焦电极116、以及阳极电极121时，电场产生在电极111或112、114、116、以及121之间，导致电子从发射器117被发射。该情况下，0至数十伏特的负电压施加到阴极电极111和阴极聚焦电极112。数伏特至数十伏特的正电压、数十伏特的负电压、以及数百至数千伏特的正电压分别施加到栅极电极114、栅极聚焦电极116、以及阳极电极121。从发射器117发射的电子被聚焦且被朝向荧光体层122加速并撞击荧光体层122。荧光体层122中的R、G和B荧光体被激发从而发射可见光。从发射器117发射的电子首先通过阴极聚焦电极112被聚焦且然后通过栅极聚焦电极116被聚焦，从而提高电子束的聚焦效率。
电子束还可通过调节第一开口112a的宽度W1和阴极聚焦电极112的高度而被更有效地聚焦，从而允许峰值电流密度精确地在荧光体层122的期望象素内。
如上所述，根据本发明第一实施例的FED改善了从发射器117发射的电子束的聚焦特性，增加了电流密度，且允许峰值电流密度精确地位于期望象素内，从而提高了图像的颜色纯度(color purity)和亮度，因此提供高的图像质量。
图6是根据本发明第二实施例的FED的局部横截面图。将省略与图4所示的其对应物(counterpart)具有相同的附图标记的元件的说明。
参照图6，FED包括彼此相对设置且间隔开预定距离的后基板110和前基板120之间的间隔物130。阴极电极111以条形图案布置在后基板110上。阴极聚焦电极112形成在阴极电极111上且具有第一开口112a，阴极电极111通过其被暴露。
第一绝缘层113形成在后基板110和阴极聚焦电极112上。第一绝缘层113具有多个与第一开口112a连接的第二开口113a。第二开口113a的宽度W2大于或等于第一开口112a的宽度W1。
多个栅极电极114以规则间距且以预定图案例如条形图案布置在第一绝缘层113上。栅极电极114具有与第二开口113a连接的第三开口114a。第三开口114a具有大于或等于第二开口113a的宽度W2的宽度W3。
第二绝缘层215形成在第一绝缘层113上且覆盖栅极电极114。第二绝缘层215具有与第一开口112a连接的第四开口215a。第四开口215a的宽度W6大于第一开口112a的宽度W1。
多个栅极聚焦电极216以条形图案沿Y方向形成在绝缘层215上。栅极聚焦电极216具有与第四开口215a连接的第五开口216a。第五开口216a在Y方向上伸长且具有宽度W7x，其小于第三开口的宽度W3且大于第一开口112a的宽度W1。
发射器117设置在第一开口112a内阴极电极111上。发射器117可形成至与阴极聚焦电极112相同的高度。发射器117利用施加到阴极电极111、阴极聚焦电极112、以及栅极电极114间的电压产生的电场从而发射电子。
阳极电极121形成在一个表面上，即相对后基板110设置的前基板120的底表面上，由R、G和B荧光体构成的荧光体层122形成在阳极电极121的表面上。黑矩阵123形成在荧光体层122之间且提高对比度。金属薄膜124形成在荧光体层122和黑矩阵123上。
现在将描述根据本发明的FED中电子束发射的模拟结果。设置FED中元件的设计值用于模拟。例如，当FED屏幕具有16∶9的长宽比、38英寸的对角线长度、以及1280线的水平解析度以实现高清画质时，RGB组距(trio-pitch)可设置为小于约0.70mm。
在该情况下，阴极聚焦电极的高度可以设置为1至3μm，第一、第三和第五开口的宽度W1、W3和W5可分别设置为30至50μm、50至70μm和50至80μm。对本领域普通技术人员来说将很明显，部件的尺寸可依赖于FED的屏幕的大小、长宽比、以及解析度而改变。
图7和8示出图4的FED中电子束发射的模拟结果。图7和8分别示出在3000V和1500V的阳极驱动电压下在前基板120上的电子束分布。
模拟结果证实，根据本发明的FED包括在发射器两侧的阴极聚焦电极，允许从发射器发射的电子束的有效聚焦。
如上所述，根据本发明的FED包括在栅极孔内水平伸长的发射器和形成在发射器两侧的阴极聚焦电极，从而改善从发射器发射的电子束的聚焦特性，特别地，影响颜色调节(color coordinate)的最重要的因素即水平聚焦能力。因此，本发明的FED提供高色彩纯度和高画质。
虽然参照其示例性实施例特别显示和描述了本发明，但是本领域普通技术人员将明白，在不脱离权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可做出各种形式和细节上的改变。
权利要求
1.一种场发射显示器，包括第一基板；阴极电极，其以第一方向形成在所述第一基板上；阴极聚焦电极，其在所述阴极电极上形成至预定高度且具有在所述第一方向上伸长的矩形第一开口；绝缘层，其形成在所述第一基板上从而覆盖所述阴极聚焦电极，且具有多个第二开口，所述第二开口以与所述第一方向垂直的第二方向形成在所述绝缘层与所述阴极电极交迭的区域内并与所述第一开口连接；栅极电极，其形成在所述绝缘层上，在第二方向上延伸，且具有多个与相应的第二开口连接的第三开口；发射器，其形成在所述第一开口内在所述阴极电极上；以及第二基板，其与所述第一基板相对设置并与所述第一基板间隔开预定距离，且其上具有预定图案的阳极电极和荧光体层。
2.如权利要求1所述的显示器，其中在所述第二方向上所述第三开口的宽度大于在所述第二方向上所述第一开口的宽度。
3.如权利要求1所述的显示器，其中所述第三开口在所述第二方向上伸长。
4.如权利要求1所述的显示器，其中所述第一开口对应于每个象素，且其中形成多个第二和第三开口用于每象素。
5.如权利要求1所述的显示器，其中所述阴极电极电连接到所述阴极聚焦电极。
6.如权利要求1所述的显示器，其中所述发射器由碳基材料制成。
7.如权利要求6所述的显示器，其中所述发射器由碳纳米管(CNT)制成。
8.一种场发射显示器，包括第一基板；阴极电极，其以第一方向形成在所述第一基板上；阴极聚焦电极，其在所述阴极电极上形成至预定高度且具有在所述第一方向上伸长的矩形第一开口；第一绝缘层，其形成在所述第一基板上从而覆盖所述阴极聚焦电极且具有多个第二开口，所述第二开口以与所述第一方向垂直的第二方向形成在所述绝缘层与所述阴极电极交迭的区域内且与所述第一开口连接；栅极电极，其形成在所述第一绝缘层上从而以所述第二方向延伸且具有多个与相应的第二开口连接的第三开口；第二绝缘层，其形成在所述第一绝缘层上且具有第四开口，所述第四开口在所述第一方向上伸长且与所述第三开口连接；栅极聚焦电极，其形成在所述第二绝缘层上且具有与所述第四开口连接的第五开口；发射器，其形成在所述第一开口内在所述阴极电极上；以及第二基板，其与所述第一基板相对设置并与所述第一基板间隔开预定距离，且其上具有预定图案的阳极电极和荧光体层。
9.如权利要求8所述的显示器，其中在所述第二方向上所述第三开口的宽度大于在所述第二方向上所述第一开口的宽度。
10.如权利要求8所述的显示器，其中所述第三开口在所述第二方向上横向伸长。
11.如权利要求8所述的显示器，其中在所述第二方向上所述第五开口的宽度大于在所述第二方向上所述第三开口的宽度。
12.如权利要求8所述的显示器，其中所述第五开口的宽度大于所述第一开口的宽度且小于所述第三开口的宽度。
13.如权利要求8所述的显示器，其中所述第一开口对应于每个象素，且其中形成多个第二和第三开口用于每象素。
14.如权利要求8所述的显示器，其中所述阴极电极电连接到所述阴极聚焦电极。
15.如权利要求8所述的显示器，其中所述发射器由碳基材料制成。
16.如权利要求15所述的显示器，其中所述发射器由碳纳米管(CNT)制成。
全文摘要
本发明提供一种场发射显示器(FED)。该FED包括第一基板；阴极电极，其以第一方向形成在所述第一基板上；阴极聚焦电极，其形成在所述阴极电极上且具有在所述第一方向上伸长的矩形第一开口；栅极电极，其具有多个第三开口，所述第三开口以第二方向形成在所述栅极电极与所述阴极电极交迭的区域内且与所述第一开口连接；以及发射器，其形成在所述第一开口内在所述阴极电极上。
文档编号H01J29/02GK1801451SQ20061000572
公开日2006年7月12日 申请日期2006年1月6日 优先权日2005年1月7日
发明者吴泰植 申请人:三星Sdi株式会社