专利名称：场发射装置的老化方法
技术领域：
本发明涉及一种场发射装置的老化方法，特别涉及一种可以克服场发射 装置制造过程中的短路问题的场发射装置的老化方法，这样可以使场发射装 置正常工作。
背景技术：
通常，电子发射装置可以分为使用热阴极作为电子发射器的装置或者使 用冷阴极作为电子发射器的装置。公知地，使用冷阴极的电子发射装置可以分为场发射器阵列(FEA)装置、表面传导发射器(SCE)装置、金属绝缘 体金属(MIM)装置、金属绝缘体半导体(MIS)装置、以及弹道电子表面 发射(BSE)装置。FEA电子发射装置是公知的场发射装置。场发射装置的工作原理是这样 的，当电子发射器由具有小功函数和大J3函数的材料制成时，由于真空中电 场造成的隧穿效应，电子容易被发射。电子发射器可以具有带锐利尖端的尖 端结构，该结构可以由钼(Mo)或硅(Si)形成，或者由石墨或类金刚石碳 (DLC)形成。近年来，场发射装置使用纳米材料制成，例如纳米管或纳米 线，作为电子发射器。场发射装置可以根据其电极的布置分为二极管场发射装置和三极管场 发射装置。特别地，二极管场发射装置包括具有顶面的阴极，电子发射器布 置在该顶面上，阳极布置在阴极的相对侧。在二极管场发射装置中，由于阴 极和阳极之间的电势差，电子被发射。三极管场发射装置包括和二极管场发 射装置相同的阴极和阳极，并且还包括邻接阴极布置的栅电极，来释放电子。 场发射显示器(FED)使用一种场发射装置，该装置包括布置在阳极表面的 荧光材料层，这样从发射器发射的电子可以被加速并接触焚光材料层来发 光。场发射装置制造后要经过老化处理来保证性能的稳定。传统的老化方法 的例子是緩慢升高供给阳极的电压或者供给升压的小宽度脉沖信号，参见韩国专利公开2004-90799。同时，在韩国专利公开2005-105409公开了逐渐升 高阳极、栅电极和阴极电压的方法。还有其他的实例，韩国专利公开 2006-20288中介绍的方法，其中电流被周期性的测量，当电流小于目标电流 时，通过反馈来增加电流。然而，传统的方法中不提供修复场发射装置中的 短路的方法，该短路在老化过程的最初阶段被探测到。图1A到1C是三极管场发射装置的多种类型短路的照片图像。图1A到 1C的三极管场发射装置使用碳纳米管(CNT)形成的发射器。图1A到1C中显示的三极管发射装置中短路的成因在以下叙述。首先， 参照图1A,在三极管场发射装置的发射器5形成的过程中，发射器5和发 射器孔3的中心部位没有对准，以致于发射器5和栅电极2距离很近或接触 到栅电极2。第二，参照图1B,发射器5的一部分类似于细牙螺紋(参照图 5A) —样延伸并接触栅电极2。第三，参照图1C，由于CNT发射器或者外 部物质6，栅电极2连接到阴极1。因此，当在具有短路部分的场发射装置上进行传统的老化处理时，过电 流会流到短路部分并产生大的电弧，结果造成短路部分被永久损坏。图2是FED在传统的老化处理后被永久损坏的照片图像。参照图2，在 对FED进行传统老化处理之后将正常的驱动电压供给到阳极和阴极时，电 子束不会从永久损坏部分射出。这样，可以确认形成多条水平线，电子束没 有从该多条水平线射出。当FED在水平方向执行扫描操作之后，水平线会 显示出。在稳定模式下，电子和涂在阳极的荧光层碰撞发光。然而，由于电 压没有供给到永久损坏的扫描线，不发光的水平线得以显示。发明内容本发明提供一种老化场发射装置的方法，所述方法可以克服在场发射装 置制造过程中的短路问题，这样，可以使场发射装置正常的运行。根据本发明的一个方面，提供一种场发射装置的老化方法，该装置包括 相互平行布置的阴极和阳极，布置在阴极上以发射电子到阳极的发射器，与 发射器相邻的布置在阴极上的栅电极，该方法包括提供电压到阴极；提供 电压到栅电极；以及接着提供足够低的电压到阳极以防止阴极和栅电极之间 的短路部分由于过电流而永久损坏。提供到阳极的电压可以为0.1到lkV的直流(DC)电压。可以将恒定电压提供给阳极。栅电极和阴极之间的电势差可以在0到200V的范围。提供到阴极的电压可以为接地电压，以及提供到栅电极的电压可以为正 电压(+ )。该方法还可以包括以0到60V/分钟的升高速率增加提供到栅电极的电压。该方法还可以包括以0到60V/分钟的升高速率连续增加提供到栅电极 的电压，接着间歇地降低提供到栅电极的电压，并且接着再增加提供到栅电 极的电压。该方法还可以包括每次当提供到栅电极的电压增加了 10V时，连续减少 提供到栅电极的电压，并且接着再增加提供到栅电极的电压。这样，提供到 栅电极的电压可以减少到与电压升高周期的初始电压和最终电压的平均值 相应的值。提供到栅电极的电压可以是接地电压，以及提供到阴极的电压可以是负( - )电压。该方法还可以包括以0到-60V/分钟的下降速率减少提供到阴极的电压。 该方法还可以包括以0到-60V/分钟的下降速率连续减少提供到阴极的 电压，接着间歇地增加提供到阴极的电压，并且接着再减少提供到阴极的电压。该方法还可以包括每次当提供到阴极的电压下降了-10V时，连续增加 提供到阴极的电压，并且接着再减少提供到阴极的电压。这样，提供到阴极 的电压可以增加到与电压下降周期的初始电压和最终电压的平均值相应的值。发射器可以由碳纳米管(CNT)制成。
通过参考下述详细说明，并通过参考附图，本发明的更详尽的表述以及 其带来的优点，可以显现并且本发明更好理解，其中附图中相同的附图标记 代表相同或相似的装置。图1A到1C是三极管场发射装置多种短路的照片图像；图2是传统老化处理后永久损坏的场发射显示器(FED)的照片图像；图3是传统三极管场发射装置的剖视图；图4是根据本发明的一个实施例的图3中的三极管场发射装置的老化方 法中阳极电压相对于时间的图；图5是根据本发明的一个实施例的图3中的三极管场发射装置的老化方 法中栅电极电压相对于时间的图；图6是根据本发明的一个实施例的图3中的三极管场发射装置的老化方 法中阳极电流相对于时间的图；图7是根据本发明的一个实施例的图3中的三极管场发射装置的老化方 法中阳极电流相对于栅电极电压的图；图8是根据本发明的另一个实施例的图3中的三极管场发射装置的老化 方法中阴极电压相对于时间的图；图9A到9H是使用根据本发明的一个实施例的老化处理逐步修复FED 短路部分的照片图像；以及图IO是使用根据本发明的一个实施例的老化处理修复后的FED的照片 图像。
具体实施方式
本发明将在下述参照附图得到更详尽的说明，其中附图显示了本发明的 示例性实施例。本发明可以以不同的形式实施，此处的实施例不应该解释为 对本发明的限制。而是提供这些实施例以向本领域技术人员彻底、完全表达 本发明的范围。图3是传统的三极管场发射装置100的示意图，图4是根据本发明的三 极管场发射装置100的老化方法中阳极电压相对于时间的图，图5是根据本 发明的实施例的三极管场发射装置100的老化方法中栅电极电压相对于时间 的图，图6是根据本发明的实施例的三极管场发射装置100的老化方法中的 阳极电流相对于时间的图，图7是根据本发明的实施例的三极管场发射装置 100的老化方法中阳极电流相对于栅电极电压的图，图8是根据本发明的另 一个实施例的三极管场发射装置100的老化方法中阴极电压相对于时间的 图。参照图3 ,该三极管场发射装置100包括阴极110和阳极140, 二者 相互平行布置；栅电极120，堆叠在阴极110上；绝缘层125，夹置在阴极110和栅电极120之间；以及发射电子的发射器130。发射器130布置在发 射器孔135中，发射器孔135形成在栅电极120中。发射器130形成在阴极 110上，使得在发射器130和阴极IIO之间形成导电路径。发射器130由具 有良好的电子发射特性的碳纳米管(CNT)形成。然而，发射器130也可以 由硅(Si)或钼(Mo)形成。电子从发射器130向阳极140行进。使用三极管场发射装置100的场发 射显示器(FED)包括布置在阳极140表面的焚光材料层(未示出)，这样， 从发射器130射出的电子可以被加速并与荧光材料层碰撞以发光。阳极电压 Va供给到阳极140,栅电极电压Vg供给到栅电极120,以及阴极电压Vc 供给到阴极110。根据本发明的一个实施例，三极管场发射装置IOO制造后，在老化过程 中，恒定电压供给到阳极140。图4是根据本发明的当前实施例的三极管场 发射装置老化方法中的阳极电压相对于时间的图。通常，如虛线所示，4kV 或更高的直流电压作为恒定电压提供同时驱动三极管场发射装置100。然而， 在老化处理中供给阳极140足够低的阳极电压Va,这样阴极IIO与发射器孔 135中的栅电极120之间的短路部分不会因为过电流而损坏。阳极电压Va 可以是O.l到lkV的直流电压，例如，如实线所示，纟是供0.7kV的直流电压。在老化处理中，阴极IIO接地以使阴极电压Vc为接地电压，正(+ ) 电压供给到栅电极120以使栅电极电压Vg和阴极电压Vc之间的电势差保 持在200V以内。如图5所示，栅电极电压Vg可以从OV逐渐升高、间歇降 低、然后再升高。在多个电压升高周期中的每一个(图5中0到tl、 tl到t2、 以及t2到t3 ),栅电极电压Vg的升高速率可以是0到60V/分钟。在电压升 高周期中栅电极电压Vg逐渐升高，而在电压下降周期中4册电极电压Vg在 很短的周期或者瞬时下降。每个电压升高周期结束之后，栅电极电压Vg可 以下降到与相应的电压升高周期的初始电压和最终电压的平均值一样低。参照图5，栅电极电压Vg以恒定升高速率增加，每次当栅电极电压Vg 升高了 IOV时，栅电极电压Vg降低，然后继续升高。同样，在每个电压升 高周期结束后，栅电极电压Vg下降到和相应的电压升高周期的初始电压和 最终电压的平均值相应的值。特别地，栅电极电压Vg在周期"O到tl"周 期中从OV升高到IOV，在时间点tl下降到5V，接着在周期"tl到t2",从 5V升高到15V,在时间点t2，下降到IOV，然后继续升高。由于上述阳极电压Va、栅电极电压Vg和阴极电压Vc，图6所示的阳 极电流Ia供给到阳极140。栅电极电压Vg如图5所示绘示为具有恒定增长 速率的线性函数，同时阳极电流Ia绘示为指数函数。基于图5、 6的曲线， 4册电才及电压Vg和阳才及电流Ia的关系如图7所示。当以低的阳极电压Va和逐渐升高的栅电极电压Vg执行根据本发明的当 前实施例的老化处理时，在造成栅电极120和阴极110之间短路的部分(即， 如图1A所示发射器5接触栅电极2的部分、如图1B所示发射器5如细牙 螺紋延伸的部分和如图1C所示的外部物质)产生小的电弧，因此移除这些 部分。这些电弧不够大以致于没有永久损坏三极管场发射装置100的短路部 分以及相邻部分。因此，根据本发明的老化处理可以克服短路的问题，使得 三极管场发射装置100可以正常运行。在另一方面，通过使用没有间歇下降且以0到60V/分钟的速率连续升高 的栅电极电压Vg，可以执行老化处理。可选地，在老化处理中，栅电极120 可以接地以及负(-)电压可以供给到阴极110以使4册电极电压Vg和阴极 电压Vc之间的电势差保持在200V以内。这样，如图8所示，阴极电压Vc 可以从OV逐步下降，间歇升高，并接着再下降。在多个电压下降周期(图 8中0到tl、 tl到t2、以及t2到t3)的每个周期中，阴极电压Vc的下降速 率为0到-60V/分钟。当阴极电压Vc间歇升高时，阴极电压Vc在短周期内 或瞬时升高。当每个电压下降周期结束后，阴极电压Vc可以升高到相应于 对应的电压下降周期的初始电压和最终电压的平均值的值。参照图8，阴极电压Vc以恒定下降速率减少，每次当阴极电压Vc降低 了10V时，阴极电压Vc升高，并接着再减少。同样，当每个电压下降周期 结束后，阴极电压Vc增加到相应于对应电压下降周期的初始电压和最终电 压的平均值的值。特别的，阴极电压Vc在周期"O到tl"从OV下降到-IOV， 在时间点tl时，升高到-5V，在周期"tl到t2，，又从-5V下降到-15V, 在时间点t2时，升高到-IOV，并且接着下降。另一方面，可以使用以O到 -60￥/分钟的速率连续下降而没有间歇升高的阴极电压Vc来实施老化处 理。图9A到9H是使用根据本发明的当前实施例的老化处理，FED的短路 部分被逐步修复的照片图像，图10是通过根据本发明当前实施例的老化处 理修复过的FED的照片图像。本发明人通过拍摄对FED执行老化处理之后的FED变化确认了根据本 发明的老化处理的效果。老化处理可以在阳极电压Va为0.7V的恒定直流电 压并且阴极电压Vc为接地电压的条件下执行。同样，片册电极电压Vg在超 过约1小时的时间里由OV逐步增加到55V。特别的，栅电极电压Vg增加， 间歇下降，然后又上升。参照图9A，显示了老化处理的最初阶段，其中栅电极电压Vg为39.1V 以及阳极电流Ia为200 ju A，由于阴极和栅电极之间的短路，在不发光的地 方观察到10条水平线。然而，随着老化的进行，在短路部分偶尔产生小的 电弧，从而克服了短路部分的问题。结果，如图9B到9G所示，不发光水 平线数量减少了，并且如图9H所示，最终水平线消失了。当通过该老化方 法使水平线消失的FED在典型驱动条件下被驱动时，不发光的水平线不再 出现，但是如图IO所示，FED正常运行。提供到FED驱动测试的典型驱动 条件是阳极电压Va = 4.0kV，栅电极电压Vg = 37.8V,阴极电压Vc-接地 电压，阳极电流Ia-l.OmA。如上所述，通过使用根据本发明的场发射装置的老化方法，在三极管场 发射装置制造过程中产生的短路问题可以被克服，这样场发射装置可以正常 运行。因此，场发射装置和使用场发射装置的显示装置的废品率减少了，这样减少了资源浪费并降低了制造成本。虽然，通过参照这些实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域技术 人员可以理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况 下，在细节和形式上可以作出各种变形。
权利要求
1、一种场发射装置的老化方法，该场发射装置包括相互平行布置的阴极和阳极，布置在所述阴极上以发射电子到所述阳极的发射器，以及与所述发射器相邻的布置在阴极上的栅电极，该方法包括提供电压到所述阴极；提供电压到所述栅电极；以及提供足够低的电压到所述阳极以防止所述阴极和栅电极之间的短路部分由于过电流而被损坏。
2、 权利要求1的老化方法，其中提供到所述阳极的所述电压是0.1到 lkV的直流电压。
3、 权利要求l的老化方法，其中将恒定电压提供给所述阳极。
4、 权利要求1的老化方法，其中所述栅电极和阴极之间的电势差在0 到200V的范围。
5、 权利要求4的老化方法，其中提供到所述阴极的电压是接地电压， 以及提供到所述栅电极的电压是正电压。
6、 权利要求5的老化方法，包括以0到60V/分钟的升高速率增加提供 到所述栅电极的所述电压。
7、 权利要求5的老化方法，包括以0到60V/分钟的升高速率连续增加 提供到所述栅电极的电压，接着间歇地降低提供到所述栅电极的所述电压， 并且接着再升高提供到所述栅电极的所述电压。
8、 权利要求7的老化方法，包括每次当所述栅电极的电压增加10V时， 减少提供到栅电极的电压，并且接着再增加提供到所述栅电极的所述电压；其中提供到所述栅电极的电压减少到与电压升高周期的初始电压和最 终电压的平均值相应的值。
9、 权利要求4的老化方法，其中提供到所述栅电极的电压是接地电压， 以及提供到所述阴极的电压是负电压。
10、 权利要求9的老化方法，包括以0到-60V/分钟的下降速率减少提 供到所述阴极的电压。
11、 权利要求9的老化方法，包括以0到-60V/分钟的下降速率连续减 少提供到所述阴极的所述电压，接着间歇地增加提供到所述阴极的所述电压，并且接着再减少提供到所述阴极的所述电压。
12、 权利要求11的老化方法，包括每次当提供到所述阴极的所述电压 下降10V时，增加提供到所述阴极的所述电压，并且接着再减少提供到所述阴极的所述电压；其中提供到所述阴极的电压增加到与电压下降周期的起始电压和最终 电压的平均值相应的值。
13、 权利要求l的老化方法，其中所述发射器包括碳纳米管。
全文摘要
一种场发射装置的老化方法，该场发射装置包括相互平行布置的阴极和阳极，布置在阴极上以发射电子到阳极的发射器，以及布置在与发射器相邻的阴极上的栅电极，该方法包括提供电压到阴极；提供电压到栅电极；以及接着提供足够低的电压到阳极以防止阴极和栅电极之间的短路部分由于过电流而被永久损坏。
文档编号H01J9/42GK101226864SQ200710093270
公开日2008年7月23日 申请日期2007年11月22日 优先权日2006年11月22日
发明者宋炳权, 白瓒郁, 裵民钟, 郑得锡, 金善一 申请人:三星电子株式会社