CN101345175A - 电子发射装置 - Google Patents

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CN101345175A CNA2008101361321A CN200810136132A CN101345175A CN 101345175 A CN101345175 A CN 101345175A CN A2008101361321 A CNA2008101361321 A CN A2008101361321A CN 200810136132 A CN200810136132 A CN 200810136132A CN 101345175 A CN101345175 A CN 101345175A
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安商爀
李相祚
赵珍熙
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Abstract

一种电子发射装置包括：i)基板；ii)基板上的阴极电极，其具有第一开口并且包括不透射紫外线的材料；iii)电子发射区域，其在第一开口中并且用于发射电子；以及iv)栅电极，与阴极电极电绝缘并且具有电子发射区域发射的电子从其穿过的第二开口。栅电极的紫外线透射率约为30％或者更大。穿过电子发射区域中心并且垂直于基板的平表面的第一假想线和穿过第二开口中心且垂直于基板的平表面的第二假想线之间的距离约为0.5μm或者更小。

Description

电子发射装置
技术领域
本发明涉及一种电子发射装置。
背景技术
通常，在电子发射装置中，热或冷阴极可以用作电子发射源。有几种类型的冷阴极电子发射装置，如场发射阵列(FEA，field emitter array)电子发射装置、表面传导发射(SCE，surface conduction emission)电子发射装置、金属-绝缘体-金属(MIM，metal-insulator-metal)电子发射装置、金属-绝缘体-半导体(MIS，metal-insulator-semiconductor)电子发射装置等。
FEA电子发射装置配置有控制电子发射单元及其电子发射的驱动电极(例如阴极电极和栅电极)。具有低功函数和/或高纵横比(aspect ratio)的材料用来形成FEA电子发射装置中的电子发射单元。例如，诸如碳纳米管、石墨和类金刚石碳的碳基材料已经开发使用在电子发射单元中从而使电子在真空中容易地通过电场被发射。多个电子发射单元排列在基板上以形成电子发射装置，电子发射装置与其上形成磷光体和阳极电极的另一个基板结合以制造电子发射显示器。
发明内容
本发明实施例的一个方面涉及一种电子发射装置，通过采用具有适当的紫外线透射率(ultraviolet transmittance)的金属作为栅电极材料，背面曝光(back exposure)可应用到该电子发射装置。
根据本发明一实施例的电子发射装置包括：i)基板；ii)基板上的阴极电极，其具有第一开口并且包括不透射紫外线(ultraviolet non-transmitting)的材料；iii)电子发射区域，其在第一开口中并且发射电子；以及iv)栅电极，与阴极电极电绝缘并且具有电子发射区域发射的电子从其穿过的第二开口。栅电极的紫外线透射率至少约为30％(即，约30％或者更大)。穿过电子发射区域的中心并且垂直于基板的平表面的第一假想线和穿过第二开口的中心且垂直于基板的平表面(plane surface)的第二假想线之间的距离至多约为0.5μm(即，约0.5μm或者更小)。
栅电极可以包括非氧化金属(non-oxide metal)。该非氧化金属可以包括选自由Cr、Al、Mo、Ti、Yb、Ag、Mg10Ag1、以及它们的组合构成的组中的材料。如果非氧化金属包括Cr，那么栅电极的厚度至多可以约为400(即，约400
Figure A20081013613200062
或者更小)。如果非氧化金属包括Al，那么栅电极的厚度至多可以约为250
Figure A20081013613200063
(即，约250
Figure A20081013613200064
或者更小)。如果非氧化金属包括Mg10Ag1，那么栅电极的厚度至多可以约为200
Figure A20081013613200065
(即，约200
Figure A20081013613200066
或者更小)。
非氧化金属可以包括Ag和选自由Cr、Al和Yb组成的组中的至少一种元素，该至少一种元素和Ag在栅电极中彼此分层堆积使得该一种元素在基板和Ag之间。栅电极的厚度至多可以约为30nm(即，约30nm或者更小)。
根据本发明一实施例的电子发射装置还可以包括将阴极电极与栅电极电绝缘的绝缘层。绝缘层可以配置有与第一和第二开口相通的第三开口，在绝缘层邻接阴极电极的平面处，第三开口的边界可以围绕第一开口的边界或者与第一开口的边界一致。
第一开口可以由电子发射区域填充。阴极电极可以包括：i)电阻层(resistance layer)，包括不透射紫外线的材料；以及ii)导电层(conductivelayer)，电连接到电阻层。第一开口可以位于电阻层中。
根据本发明一实施例的电子发射装置还可以包括不透射紫外线的聚焦电极，其位于栅电极上并且与栅电极电绝缘。通过第一开口邻接电子发射区域的部分阴极电极的紫外线透射率可为至少约30％(即，约30％或者更大)。阴极电极的该部分可以包括非氧化金属且该非氧化金属可以包括选自由Cr、Al、Mo、Ti、Yb、Ag、Mg10Ag1、和其组合构成的组中的至少一种材料。阴极电极的该部分的厚度至多可以约为30nm(即，约30nm或者更小)。
阴极电极可以包括：i)主电极和与主电极分隔开的隔离电极(isolatedelectrode)；ii)电阻层，其连接主电极和隔离电极并且由不透射紫外线的材料制成；以及iii)导电层，其在主电极上并且邻接电阻层。隔离电极的紫外线透射率至少可以约为30％(即，约30％或者更大)。隔离电极可以包括非氧化金属。非氧化金属可以包括选自由Cr、Al、Mo、Ti、Yb、Ag、Mg10Ag1、和其组合构成的组中的至少一种材料。如果非氧化金属包括Cr，那么隔离电极的厚度至多可以约为400
Figure A20081013613200067
(即，约400
Figure A20081013613200068
或者更小)。如果非氧化金属包括Al，那么隔离电极的厚度至多可以约为250
Figure A20081013613200071
(即，约250
Figure A20081013613200072
或者更小)。如果非氧化金属包括Mg10Ag1，那么隔离电极的厚度至多可以约为200
Figure A20081013613200073
(即，约200
Figure A20081013613200074
或者更小)。
非氧化金属可以包括Cr、Al和Yb中至少一种元素以及Ag，并且该至少一种元素和Ag可以在隔离电极中分层堆积使得至少一种元素在基板和Ag之间。隔离电极的厚度至多可以约为30nm(即，30nm或者更小)。主电极的紫外线透射率至少可以约为30％(即，30％或者更大)并且主电极可以包括非氧化金属。
根据本发明另一个实施例的电子发射装置包括：i)基板；ii)基板上的阴极电极，其具有第一开口并且包括不透射紫外线的材料；iii)电子发射区域，其在第一开口中并且发射电子；以及iv)栅电极，与阴极电极电绝缘并且具有电子发射区域发射的电子从其穿过的第二开口。栅电极的紫外线透射率至少约为30％。电子发射区域中心和第二开口中心之间在垂直于阴极电极的延伸方向的方向上的距离至多约为0.5μm。
附图说明
图1为配置有根据本发明第一实施例的电子发射装置的发光装置的示意性分解透视图；
图2为图1的发光装置的示意性截面图；
图3A到3J为顺序示出制作图1的电子发射装置的方法的图；
图4为配置有根据本发明第二实施例的电子发射装置的发光装置的示意性截面图；
图5为配置有根据本发明第三实施例的电子发射装置的发光装置的示意性分解透视图；
图6A到6H为顺序示出制作图4的电子发射装置的方法的图；
图7A到7E为顺序示出制作根据本发明第四实施例的电子发射装置的方法的图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，仅以示例方式显示和描述本发明的某些示范性实施例。正如本领域技术人员所认识到的，所描述的实施例可以以各种不同的方式进行修改，全部不脱离本发明的思想和范围。相应地，附图和说明书被认为本质上是示例性的而不是限制性的。在下文中，相同的附图标记表示相同的元件。
此外，当元件被称为在另一元件“上”时，它可以直接在所述另一元件上，或者可以间接在所述另一元件上，一个或更多居间元件置于其间。相反，当元件被称为“直接”在另一元件“上”时，则没有居间元件存在。
此外，虽然术语第一、第二、第三等可在这里用来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分应不受这些术语限制。这些术语只用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区别开。因此，下面论述的第一元件、部件、区域、层或部分也可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不背离本发明的教导。
这里所使用的术语用于描述特定实施例，且无意限制本发明。这里使用时，单数形式“一”“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。还将理解，当在此说明书中使用时术语“包括”和/或“包含”明确说明所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组元的存在，但是不排除存在或添加一个或更多其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组元、和/或它们的组群。
为了描述方便，这里可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”、“之上”等，来描述一个元件或特征相对于另一元件或特征的如图所示的关系。将理解，空间相对术语旨在包含除了图中所绘的取向之外装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，被描述为在其他元件或特征的“下方”或“下面”的元件则会取向在所述其他元件或特征“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两种取向。装置可以另外地取向(旋转90度或其它取向)，相应地解释这里所使用的空间相对描述语。
除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的技术人员的一般理解相同的意思。还将理解，术语，诸如在一般使用的字典中定义的那些，应解释为具有与其在相关技术和本公开的背景中的涵义一致的涵义，而不应在理想化或过度正式的意义上解释，除非在这里明确地如此定义。
这里参照附图描述了本发明的实施例，附图是本发明的理想实施例的示意图。因此，由于例如制造技术和/或公差引起的图示形状的变化是可以预期的。因此，实施例不应解释为限于这里所示的区域的特定形状，而是包括由于例如由制造引起的形状的偏离。例如，示出或描述为平的区域可以通常具有粗糙和/或非线性的特征。另外，示出的尖角可以是倒圆的。因此，图中示出的区域本质上是示意性的，它们的形状不旨在示出区域的精确形状且不旨在限制本发明的范围。
图1示出包括根据本发明第一实施例的电子发射装置100的发光装置1000的分解图。图1中的放大的圆示出电子发射区域30的放大图。
发光装置1000通过将具有第一基板10的电子发射装置100与第二基板40结合来制造，第一基板10上形成多个电子发射元件，第二基板40上形成阳极电极48和磷光体层44。光发射穿过第二基板40的外表面。
如图1所示，电子发射装置100包括第一基板10、多个阴极电极16、电子发射区域30、第一绝缘层18和多个栅电极20。如果需要，电子发射装置100还可以包括其他适合的元件。
阴极电极16形成在第一基板10上并且彼此间隔开。每个阴极电极16沿y轴延伸。每个阴极电极16包括电阻层161和导电层163。导电层163电连接到电阻层161。电阻层161形成为条形图案并且由不透射紫外线的材料形成。例如，电阻层161可以由金属形成。通过利用电阻层161不透射紫外线的性质，电子发射装置100的电子发射元件可以利用背面曝光制作。导电层163沿电阻层161的两侧边缘(或者边缘部分)形成在电阻层161上，并与电阻层161平行地延伸。可选择地，在另一个实施例中，导电层163可以形成在电阻层161的后表面上。这里，当驱动电压施加到每个阴极电极16时，因为导电层163的电导率高于电阻层161的电导率，所以会减少或者最小化欧姆损失。在一个实施例中，导电层163由金属例如铝形成。
如图1的放大圆所示，电子发射区域30形成在电阻层161中。就是说，电阻层161设置有各电子发射区域30置于其中的开口1611。电子发射区域30可以由这样的材料形成，当在真空环境下电场施加到其上时，该材料发射电子，如碳基材料或者纳米尺度材料。例如，电子发射区域30可以包括碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C60、硅纳米线、或者其组合。可选择地，电子发射区域30每个可以形成为具有尖端(pointedend)(例如尖的顶端)的钼基或者硅基末端结构(tip structure)。
绝缘层18位于阴极电极16上以使栅电极20电绝缘。绝缘层18形成在第一基板10的整个表面上，同时覆盖阴极电极16。栅电极20形成为沿与阴极电极16交叉的方向(x轴)延伸的条图案。电子发射区域30发射的电子从其穿过的开口201形成在栅电极20中在栅电极20和阴极电极16的每个交叉区域处。栅电极20和阴极电极16的交叉区域可以限定像素区域。多个电子从在像素区域处的电子发射区域30发射。
第二基板40定位得面对第一基板10。磷光体层44、黑层46和阳极电极48设置在第二基板40上。黑层46形成在磷光体层44之间以吸收外面的光，从而改善对比度。当电子与磷光体层44碰撞时，磷光体层44发射可见光。磷光体层44可以仅使用白磷光体层，或者使用红、绿和蓝磷光体层。
阳极电极48设置在磷光体层44和黑层46上。阳极电极48可以由金属例如铝形成。可选择地，磷光体层44和黑层46可以设置在阳极电极48上。因为高电压施加到阳极电极48，所以从电子发射区域30发射的电子被阳极电极48加速从而与磷光体层44碰撞。
图2示出图1的发光装置1000的示意性截面结构。图2中的放大圆示出电子发射区域30周围区域的放大图。
第一基板10和第二基板40在它们的外围(或者外围区域)利用密封件密封在一起以形成真空封套(vacuum envelope)。该真空封套的由第一基板10、第二基板40以及密封件包封的内部空间被排气(或者抽空)以保持约10-6托(torr)的真空度。
如图2所示，第一基板10和第二基板40由隔垫物50彼此分隔开。隔垫物50承受(或者抵抗)施加到真空封套的压力并且保持第一基板10和第二基板40之间的均匀间隙。隔垫物50置于黑层46之下从而不干扰磷光体层44。
下面将描述上述发光装置1000的运行。首先，电压(例如预定电压)从一个或者多个外部电压源施加到阴极电极16、栅电极20和阳极电极48。例如，在一个实施例中，阴极电极16被施加扫描驱动电压，栅电极20被施加数据驱动电压。可选择地，在另一个实施例中，栅电极20被施加扫描驱动电压，阴极电极16被施加数据驱动电压。阳极电极48被施加电压(例如约几百到几千伏的正直流电压)。
电场形成在阴极电极16和栅电极20之间的电压差大于阈值的像素处在电子发射区域30周围。结果，电子发射区域30发射电子。所发射的电子被施加到阳极电极48的高电压吸引而与相应像素的磷光体层44碰撞。从而，磷光体层44发射可见光。
在本发明的第一实施例中，电子发射区域30的发射均匀性可以通过最小化栅电极20的开口201和电子发射区域30之间的未对准来提高。结果，会提高各像素的亮度均匀性。此外，通过减小开口201的尺寸，可以在各像素中形成更多电子发射区域30，从而增加发射效率和亮度。
如图2的放大圆所示，第一假想线C1和第二假想线C2之间的距离d可以为0.5μm或者更小。这里，第一假想线C1(在图中显示为点划线)穿过电子发射区域30的中心并且垂直于第一基板10的平表面。在一个实施例中，第一基板10的平表面是平行于x轴方向的表面，在所有侧表面中具有最大面积。第二假想线C2(在图中显示为双点划线)穿过开口201的中心并且垂直于第一基板10的平表面。当第一假想线C1和第二假想线C2之间的距离d在上述范围内时，开口201的中心和电子发射区域30的中心可以被认为是适当地(或者准确地)对准，从而会获得上述效果。
在一个实施例中，如果第一假想线C1和第二假想线C2之间的距离d大于0.5μm，那么开口201的中心和电子发射区域30的中心之间的对准未准确实现，因为该对准在允许的误差范围之外。因此，电子发射区域30会与栅电极20接触。这引起短路。结果，发光装置1000会发生故障并且电子发射区域30的发射均匀性会降低，从而降低每个像素的亮度均匀性。
将参考图3A到3J描述制造根据本发明第一实施例电子发射装置100的方法的工艺。
首先，如图3A所示，条图案的电阻层161通过在第一基板10上涂敷电阻材料并图案化涂敷层而形成在第一基板10上。开口1611形成在电阻层161中。开口1611形成在电子发射区域30将形成的位置处。开口1611可以形成为例如圆形。电阻层161可以由掺杂p型或者n型硅的非晶硅形成并且具有从10000到1000000Ωcm范围的电阻率。接下来，导电层163形成在电阻层161上，从而完成阴极电极16的形成。
如图3B所示，通过在第一基板10上沉积绝缘材料使得绝缘材料覆盖阴极电极16而形成具有一厚度(或者预定厚度)的绝缘层18。绝缘层可以通过化学气相沉积(CVD)或者丝网印刷形成。绝缘层18由透射紫外线的材料形成。栅电极20形成在绝缘层18上。
如图3C所示，在本发明的一个实施例中，栅电极20的开口利用背面曝光形成。因为电子发射区域和栅电极20的开口利用背面曝光形成，所以电子发射区域30和栅电极20的开口201能彼此很好地对准。在紫外光从第一基板10之下的部分照射以利用背面曝光形成栅电极20的开口201的情况下，栅电极20的开口部分201a应该由透射紫外线的材料形成以透射紫外光使得栅电极20的开口部分201a之上的第一光致抗蚀剂层22的部分能吸收紫外光。第一光致抗蚀剂层22的吸收紫外光的部分通过显影工艺被去除并且开口201通过刻蚀工艺形成在栅电极20中。
当用于背面曝光的紫外光的强度增加时，透射过栅电极20的紫外光的量也增加且因此能形成栅电极20的开口201。然而，因为随着紫外光的强度增加，制造成本增加，所以紫外光强度的增加具有限制。因此，考虑到制造成本，紫外光的强度可适当地调节。通过利用具有适当的紫外线透射率的材料形成栅电极20，紫外光的强度可被调节以用于背面曝光。在一个实施例中，栅电极的紫外线透射率为30％或者更大。在本发明的情况中，紫外线透射率可以指相对于紫外光的总量透射过栅电极20的紫外光的量。在一个实施例中，当紫外线透射率小于30％时，不得不增加紫外光的强度以用于背面曝光。这引起制造成本的增加。
因此，由具有30％或者更大的紫外线透射率的金属例如非氧化金属制成的栅电极20形成在绝缘层18上。例如，栅电极20可以由金属诸如铬(Cr)、铝(Al)、钼(Mo)、钛(Ti)、镱(Yb)、银(Ag)和/或Mg10Ag1制成。因为这些金属材料具有较高的电导率，这不同于氧化物金属，所以与氧化铟锡(ITO)和氧化锌锡(IZO)相比它们能最小化施加到栅电极20的驱动电压损失。栅电极20可以通过物理气相沉积(PVD)和/或化学气相沉积(CVD)由上述金属材料形成。
同时，栅电极20的紫外线透射率可以通过适当调整一个或者多个栅电极20的厚度来调整。在一个实施例中，栅电极20的厚度约为30nm或者更小。就是说，在一个实施例中，当栅电极20的厚度大于约30nm时，紫外光难以穿过栅电极20。因此，难以在栅电极20中形成开口201。
在一个实施例中，如果形成栅电极20的非氧化金属是铬，那么栅电极20的厚度约为400
Figure A20081013613200131
或者更小。就是说，由于铬具有较高的紫外线透射率，所以能使栅电极20较厚。在另一个实施例中，如果形成栅电极20的非氧化金属是铝，那么栅电极20的厚度约为250
Figure A20081013613200132
或者更小。就是说，由于铝具有较低的紫外线透射率，所以栅电极20应较薄。此外，在再一个实施例中，如果形成栅电极20的非氧化金属是Mg10Ag1，因为Mg10Ag1的紫外线透射率甚至低于铝，所以栅电极20的厚度约为200
Figure A20081013613200133
或者更小。
当ITO代替非氧化金属用作栅电极的材料用于背面曝光时，制作成本增加。形成在由ITO形成的栅电极上的光致抗蚀剂层被背面照射并且被显影以形成栅电极中的开口之后，刻蚀栅电极的开口部分。在这种情况下，因为栅电极的图案由于ITO晶粒而是不规则的，所以存在栅电极的开口边缘变粗糙的问题。此外，因为与金属相比ITO具有低热导率和低电导率，所以电子发射装置中产生的热难以散去且因此不能提高显示质量。此外，当由铝形成的电极用作由ITO形成的栅电极的辅助电极以提高栅电极的电导率时，需要单独的掩模来形成辅助电极。此外，在辅助电极和氧化铟锡彼此分离处可能发生电化现象(galvanic phenomenon)。因为以上问题，在本发明的一个实施例中，栅电极由非氧化金属制成。
如图3C所示，第一光致抗蚀剂层22形成在栅电极20上以覆盖栅电极20。第一光致抗蚀剂层22是正型，曝光部分被图案化并且被去除。接下来，在截光掩模24放置在第一基板10的后表面上以与阴极电极16之间的各部分对应之后，将紫外光照射到第一基板10的后表面。在这种情况下，因为电阻层161不透射紫外光，所以仅穿过开口1611的紫外光到达第一光致抗蚀剂层22使得第一光致抗蚀剂层22的选定部分能暴露到紫外光。
如图3D所示，在截光掩模24被去除之后，显影第一光致抗蚀剂层22的曝光部分以形成与栅电极20的各开口部分201a对应的开口221。因此，栅电极20的开口部分201a可以通过光致抗蚀剂层22的开口221被刻蚀。
如图3E所示，通过刻蚀被光致抗蚀剂层22的开口221暴露的开口部分201a，在栅电极20中形成开口201。接下来，通过刻蚀被开口201和221暴露的第一绝缘层18，在第一绝缘层18中形成开口181。当开口181和201形成时，在第一绝缘层18邻接电阻层161的平面处，开口181的边界围绕开口1611的边界。此外，开口181的边界可以与开口1611的边界一致。在这种情况下，在后续的工艺中，第二光致抗蚀剂层可以形成在开口181中以形成开口1611中的电子发射元件。
当湿法刻蚀绝缘层18时，由于各向同性的刻蚀特性，比栅电极20的开口201大的开口181可形成在绝缘层18的上部分。在这种情况下，在湿法刻蚀绝缘层18之后，栅电极20被进一步刻蚀以使栅电极20的开口201的边界与绝缘层18的各开口181一致。
如图3F所示，开口181和201形成之后，去除第一光致抗蚀剂层22。然后，形成与栅电极20的开口201对准的电子发射区域30。
如图3G所图解，起牺牲层作用的第二光致抗蚀剂层26形成在栅电极20上。第二光致抗蚀剂层26是正型，其中曝光部分被图案化并且被去除。接下来，在截光掩模24放置在第一基板10的后表面上以与阴极电极16之间的各部分对应之后，将紫外光照射到第一基板10的后表面。在这种情况下，因为电阻层161不透射紫外光，所以仅穿过开口1611的紫外光到达第二光致抗蚀剂层26，使得第二光致抗蚀剂层26的选定部分被暴露到紫外光。
因此，如图3H所示，显影被曝光的第二光致抗蚀剂层26以形成在其中的开口261。在第一绝缘层18邻接电阻层161的平面处，开口261的边界与开口1611的边界基本一致。因此，第二光致抗蚀剂层26允许暴露电阻层161的其中将形成电子发射区域30的开口1611。
接下来，如图3I所示，包括电子发射材料和光致抗蚀剂材料的膏混合物28通过丝网印刷沉积在第二光致抗蚀剂层26上。然后，在截光掩模24置于第一基板10的后表面上之后，将紫外光照射到第一基板10的后表面。在这种情况下，因为电阻层161不透射紫外光，所以填充在开口1611中的膏混合物被选择性地硬化。通过显影工艺去除未被硬化的膏混合物并且第二光致抗蚀剂层26被剥离。接下来，硬化的膏被干燥和烧结。
因此，如图3J所示，具有形成在开口1611中的电子发射区域30的电子发射装置100能被制作。因为电子发射区域30通过背面曝光被硬化，所以到第一基板10的粘着力较高(或者优异)。如果需要，通过将压敏带粘附到第一基板10且然后被去除的活化工艺使电子发射材料暴露到电子发射区域30的表面，电子发射区域30的电子发射效率能被增强。
如图3A到3J所示，因为栅电极20的开口201和电子发射区域30通过共同利用电阻层161的开口1611而形成，所以开口201的中心能与电子发射区域30的各中心精确对准。因此，由栅电极20和电子发射区域30之间的接触引起的短路能被减少或防止。
图4示出设置有本发明第二实施例的电子发射装置200的发光装置2000。在图4的放大圆中，以放大状态示出栅电极20。因为图4所示的发光装置2000与第一实施例的发光装置相似，所以相同的附图标记表示相同的元件，且将不再提供其详细说明。
如图4的放大圆所示，栅电极20可以包括顺次分层堆积在第一绝缘层18上的第一金属层203和第二金属层205。例如，铝可以用于第一金属层203，同时银可以用于第二金属层205。可选择地，镱可以用于第一金属层203，同时银可以用于第二金属层205。此外，铬可以用于第一金属层203，同时银可以用于第二金属层205。如上所述，通过分层堆积金属材料形成栅电极20，栅电极20可以被调整到期望的厚度。
图5示意性示出设置有根据本发明第三实施例的电子发射装置300的发光装置3000的分解透视图。因为除了聚焦电极60和第二绝缘层58之外，图5所示的发光装置3000的结构与图1的发光装置1000的结构基本相同，所以相同的附图标记表示相同的元件，且将不再提供其详细说明。
如图5所示，第二绝缘层58还设置在栅电极20上以将聚焦电极60与栅电极20电绝缘。开口581和开口601分别形成在第二绝缘层58和聚焦电极60中以允许电子发射区域30发射的电子从其穿过。当驱动电压施加到聚焦电极60时，电子被聚焦电极60聚焦(或者会聚)且因此能够提高发光装置3000的显示质量。
图6A到6H示出顺序制作图5的电子发射装置300的方法。因为制作电子发射装置300的工艺与图3A到3J的制作电子发射装置100的工艺相似，所以将不再提供与以前显示和描述的工艺基本相同的那些工艺。
首先，如图6A所示，每个包括电阻层161和导电层163的阴极电极16形成在第一基板10上。接下来，由透明材料形成的第一绝缘层18形成在第一基板10的整个表面上以覆盖阴极电极16。金属涂敷层涂敷在第一绝缘层18上并且被图案化以形成与阴极电极16交叉的栅电极20。
接下来，如图6B所示，第二绝缘层58形成在栅电极20上且聚焦电极60形成在第二绝缘层58上。掩模层32形成在聚焦电极60上并且被图案化以形成开口321。在这种情况下，掩模层32的开口321被设计成大于电阻层161的开口1611，使得形成在聚焦电极60和第二绝缘层58中的开口能形成得大于电阻层161的开口1611。
如图6C所示，顺序地刻蚀被掩模层32的开口321暴露的部分聚焦电极60和与聚焦电极60的暴露部分对应的部分第二绝缘层58。因此，开口601和开口581分别形成在聚焦电极60和第二绝缘层58中。接下来，如图6D所示，第一光致抗蚀剂层22形成在第一基板10的整个表面上以覆盖聚焦电极60。将紫外光照射到第一基板10的后表面使得第一光致抗蚀剂层22通过电阻层161的开口1611被选择性地曝光。
然后，如图6D所示，曝光的第一光致抗蚀剂层22被显影以在第一光致抗蚀剂层22中形成开口221。根据本实施例，因为聚焦电极60不透射紫外光，所以不需要前述实施例中使用的截光掩模(见图3C中的截光掩模)。接下来，顺序地刻蚀被第一光致抗蚀剂层22的开口221暴露的部分栅电极20和与栅电极20的暴露部分对应的部分第一绝缘层18。
因此，如图6E所示，在开口201和开口181分别形成在栅电极20和第一绝缘层18中之后，去除第一光致抗蚀剂层22。接下来，如图6F所示，第二光致抗蚀剂层26形成在聚焦电极60上，然后将紫外光照射到第一基板10的后表面使得第二光致抗蚀剂层26被选择性地曝光。然后，曝光的第二光致抗蚀剂层26被显影。
在这种情况下，如图6F所示，开口261形成在第二光致抗蚀剂层26中。因此，仅电子发射区域30将要置于其中的开口1611通过第二光致抗蚀剂层26的开口261被选择性地暴露。
接下来，如图6G所示，在包括电子发射材料和光致抗蚀剂材料的膏混合物28通过丝网印刷沉积在第二光致抗蚀剂层26上之后，紫外光穿过第一基板10的后表面照射到膏混合物28。然后，膏混合物28被显影。
如图6H所示，通过烘焙显影的膏混合物28，电子发射区域30形成在电阻层161的开口1611中。通过采用以上方法，可以制作根据本发明一实施例的电子发射装置300。
图7A到7E示出制造根据本发明第四实施例的电子发射装置400的方法。因为除了阴极电极66(图7E中所示)的制作方法之外，根据本发明第四实施例的电子发射装置400的制作方法与根据本发明第一到第三实施例的电子发射装置100到300的制作方法基本相同，所以相同的附图标记表示相同的元件且将不再提供其详细说明。
如图7A所示，其紫外线透射率约为30％或者更大的金属层165a沉积在基板10上。金属层165a的材料、厚度和特性与包括在根据本发明第一到第三实施例的电子发射装置100到300中的栅电极20的材料、厚度和特性相同(或者基本相同)。因此，将不再提供其详细说明。
接下来，如图7B所示，金属层165a(图7A所示)被图案化以形成主电极1651和隔离电极1653。开口1651a形成在主电极1651中，隔离电极1653形成在开口1651a中。因此，主电极1651和隔离电极1653被开口1651a彼此分隔开。因为隔离电极1653是图案化金属层165a之后的剩余部分，所以隔离电极1653的材料、厚度和特性与金属层165a相同(或者基本相同)。
接下来，如图7C所示，不透射紫外线的材料167a通过采用丝网印刷等方法涂敷在第一基板10的整个表面上。然后，光致抗蚀剂涂敷在基板10上且用于阻挡光的掩模贴附到基板10以覆盖与开口1651a对应的部分。接下来，在紫外线照射到基板10上之后，去除阻挡光的掩模并且显影基板10。
然后，如图7D所示，电阻层167形成得电连接主电极1651和隔离电极1653。施加到主电极1651的电压能通过电阻层167施加到隔离电极1653。因此，形成在隔离电极1653上的电子发射区域能被驱动且然后能发射电子。
最后，如图7E所示，导电层163通过采用溅射法和/或其他合适方法形成在主电极1651上。主电极1651通过采用其紫外线透射率约为30％或者更大的金属层165a(图7A所示)形成，导电层163形成在其上。因此，主电极1651和导电层163彼此不分离。换句话说，铝一般用于导电层163，在主电极1651和导电层163之间的边界处的化学吸力(chemical attraction)是良好的，因为它们都是金属。因此能提高阴极电极66的耐用性。
在传统的例子中，因为作为导电层的铝膜通过采用溅射方法和/或其他合适的方法形成在由ITO形成的主电极上，所以会发生电池现象(batteryphenomenon)。就是说，因为ITO和铝层之间的化学吸力不好，所以可能发生铝层与ITO分离的现象。因此，阴极电极66的耐用性变差。然而，如上所述，在本发明的第四实施例中，因为主电极1651通过利用其紫外线透射率约为30％或者更大的金属层165a(图7A所示)形成，所以不发生上述问题。
如果使用由以上方法制作的阴极电极66，那么根据本发明第一到第三实施例的电子发射装置100到300可以利用背面曝光制作。就是说，因为与将要在随后的工艺中形成的电子发射区域30邻接的部分通过开口1671暴露到外，所以能够进行背面曝光。紫外线应穿过由开口1671的边界围绕的区域而不穿过开口1671外的区域。
因为电阻层167由不透射紫外线的材料制成且导电层163由金属制成，所以紫外线不穿过开口1671外边。然而，因为主电极1651的紫外线透射率约为30％或者更大，所以紫外线能够穿过主电极1651。因此，导电层163布置得邻接电阻层167以阻挡紫外线。结果，因为导电层163和电阻层167之间不形成间隔，所以紫外线不能透射。因此，通过图7A到7E所示的方法制作的阴极电极66可以用在根据本发明第一到第三实施例的电子发射装置100到300中。
将参考下面的例子更详细地描述本发明的实施例。这些例子仅用于说明本发明，本发明不限于此。
例子A
进行下面的试验以用于确定能够代替ITO作为栅电极材料的金属的紫外线透射率。
具有370mm×400mm尺寸且其上形成绝缘层的基板装载入真空腔室中。基板被装载入真空腔室之后，真空腔室的真空度被调整到小于10-5托(torr)。用于形成栅电极的200g的基金属(base metal)被装载入真空腔室。然后，采用溅射方法从基金属蒸发基金属9分钟以在绝缘层上形成栅电极。将光致抗蚀剂涂敷在栅电极上且用于阻挡光的掩模被贴附在基板的底面。然后，以25mW/秒的额定功率将紫外光照射到基板的底(或者后)表面4分钟。接下来，显影基板以在光致抗蚀剂中形成开口。采用具有不同紫外线透射率的多种基金属进行试验。
例子1
采用具有20％的紫外线透射率的金属制作栅电极。其他试验条件与例子A基本相同。
例子2
采用具有25％的紫外线透射率的金属制作栅电极。其他试验条件与例子1基本相同。
例子3
采用具有30％的紫外线透射率的金属制作栅电极。其他试验条件与例子1基本相同。
例子4
采用具有35％的紫外线透射率的金属制作栅电极。其他试验条件与例子1基本相同。
例子5
采用具有40％的紫外线透射率的金属制作栅电极。其他试验条件与例子1基本相同。
例子6
采用具有45％的紫外线透射率的金属制作栅电极。其他试验条件与例子1基本相同。
例子7
采用具有50％的紫外线透射率的金属制作栅电极。其他试验条件与例子1基本相同。
结果
观察根据例子1到7形成的开口的形状。根据例子1到7形成的开口的形状示于下面的表1中。
表1
  例子序号   紫外线透射率   开口的形成状况   注释
  1   20％   差   开口未形成
  2   25％   差   开口未完全形成
  3   30％   好   形成开口
  4   35％   好   形成开口
  5   40％   好   形成开口
  6   45％   好   形成开口
  7   50％   好   形成开口
如表1所示，在例子1和例子2的情况下，因为紫外光不能充分透射过栅电极，所以开口没有良好形成。在例子1的情况下，没有开口形成。在例子2的情况下，开口未完全形成。从表1所示的试验结果可以注意到，当具有30％或者更大的紫外线透射率的金属用于栅电极时，开口能适当地形成在栅电极中。
例子B
为了确定栅电极的适当的厚度，采用具有30％的紫外线透射率的金属进行下面的试验。
例子8
除了用紫外光照射的时间之外，该试验在与例子1基本相同的试验条件下进行。以25mW/秒的额定功率(power rate)照射紫外光以形成具有5nm厚度的栅电极。
例子9
除了用紫外光照射的时间之外，该试验在与例子1基本相同的试验条件下进行。以25mW/秒的额定功率照射紫外光以形成具有10nm厚度的栅电极。
例子10
除了用紫外光照射的时间之外，该试验在与例子1基本相同的试验条件下进行。以25mW/秒的额定功率照射紫外光以形成具有20nm厚度的栅电极。
例子11
除了用紫外光照射的时间之外，该试验在与例子1基本相同的试验条件下进行。以25mW/秒的额定功率照射紫外光以形成具有25nm厚度的栅电极。
例子12
除了用紫外光照射的时间之外，该试验在与例子1基本相同的试验条件下进行。以25mW/秒的额定功率照射紫外光以形成具有30nm厚度的栅电极。
例子13
除了用紫外光照射的时间之外，该试验在与例子1基本相同的试验条件下进行。以25mW/秒的额定功率照射紫外光以形成具有40nm厚度的栅电极。
例子14
除了用紫外光照射的时间之外，该试验在与例子1基本相同的试验条件下进行。以25mW/秒的额定功率照射紫外光以形成具有50nm厚度的栅电极。
观察根据例子8到14形成的开口的形状。根据例子8到14形成的开口的形状示于下面的表2中。
表2
  例子序号   厚度   开口的形成状况   注释
  8   5nm   好   形成开口
  9   10nm   好   形成开口
  10   20nm   好   形成开口
  11   25nm   好   形成开口
  12   30nm   好   形成开口
  13   40nm   差   开口未完全形成
  14   50nm   差   开口未形成
根据试验结果可以注意到，栅电极的厚度被适当地设置以透射被光致抗蚀剂吸收的紫外范围内波长的约30-90％。此外，甚至当使用通过例子A获得的并且具有不同的适当的紫外线透射率的其他基金属时，能够获得基本相同的结果。
如以上所述，通过利用具有适当的紫外线透射率的金属形成栅电极，能均匀地实现通过刻蚀形成的开口的边缘的形状。因为与ITO相比透射紫外线的金属具有较高(或优异)的电导率，所以制作成本能降低且显示质量得到改善。
虽然结合某些示范性实施例描述了本发明，但是应该理解的是本发明不局限于所公开的实施例，而且，相反地，旨在覆盖包括在所附权利要求和其等价物的精神和范围内的各种修改和等价布置。

Claims (25)

1.一种电子发射装置，包括：
基板；
阴极电极，在所述基板上且具有第一开口，所述阴极电极包括不透射紫外线的材料；
电子发射区域，在所述第一开口中且用于发射电子；和
栅电极，与所述阴极电极电绝缘且具有所述电子发射区域发射的电子从其穿过的第二开口，所述栅电极具有至少30％的紫外线透射率，
其中穿过所述电子发射区域的中心且垂直于所述基板的平表面的第一假想线和穿过所述第二开口的中心且垂直于所述基板的平表面的第二假想线之间的距离至多为0.5μm。
2.如权利要求1所述的电子发射装置，其中所述栅电极包括非氧化金属。
3.如权利要求2所述的电子发射装置，其中所述非氧化金属包括选自由Cr、Al、Mo、Ti、Yb、Ag、Mg10Ag1、和其组合构成的组的材料。
4.如权利要求3所述的电子发射装置，其中所述非氧化金属包括Cr，所述栅电极的厚度至多为400
Figure A2008101361320002C1
5.如权利要求3所述的电子发射装置，其中所述非氧化金属包括Al，所述栅电极的厚度至多为250
Figure A2008101361320002C2
6.如权利要求3所述的电子发射装置，其中所述非氧化金属包括Mg10Ag1，所述栅电极的厚度至多为200
7.如权利要求3所述的电子发射装置，其中所述非氧化金属包括Ag和选自由Cr、Al和Yb组成的组的至少一种元素，所述至少一种元素和Ag在所述栅电极中彼此分层使得所述至少一种元素在所述基板和Ag之间。
8.如权利要求1所述的电子发射装置，其中所述栅电极的厚度至多为30nm。
9.如权利要求1所述的电子发射装置，还包括将所述阴极电极与所述栅电极电绝缘的绝缘层，
其中所述绝缘层具有与所述第一开口和所述第二开口相通的第三开口，在所述绝缘层邻接所述阴极电极的平面处，所述第三开口的边界围绕所述第一开口的边界或者与所述第一开口的边界一致。
10.如权利要求1所述的电子发射装置，其中所述第一开口被填充有所述电子发射区域。
11.如权利要求1所述的电子发射装置，其中所述阴极电极包括：
电阻层，包括不透射紫外线的材料；以及
导电层，电连接到所述电阻层，
其中所述第一开口位于所述电阻层中。
12.如权利要求1所述的电子发射装置，还包括不透射紫外线的聚焦电极，其位于所述栅电极上且与所述栅电极电绝缘。
13.如权利要求12所述的电子发射装置，其中所述阴极电极的通过所述第一开口邻接所述电子发射区域的部分的紫外线透射率至少为30％。
14.如权利要求13所述的电子发射装置，其中所述阴极电极的所述部分包括非氧化金属，且其中所述非氧化金属包括选自由Cr、Al、Mo、Ti、Yb、Ag、Mg10Ag1、和其组合构成的组的至少一种材料。
15.如权利要求13所述的电子发射装置，其中所述阴极电极的所述部分的厚度至多为30nm。
16.如权利要求1所述的电子发射装置，其中所述阴极电极包括：
主电极和与所述主电极分隔开的隔离电极；
电阻层，其连接所述主电极和所述隔离电极且包括不透射紫外线的材料；以及
导电层，其在所述主电极上且邻接所述电阻层，
其中所述隔离电极的紫外线透射率至少为30％。
17.如权利要求16所述的电子发射装置，其中所述隔离电极包括非氧化金属。
18.如权利要求17所述的电子发射装置，其中所述非氧化金属包括选自由Cr、Al、Mo、Ti、Yb、Ag、Mg10Ag1、和其组合构成的组的至少一种材料。
19.如权利要求18所述的电子发射装置，其中所述非氧化金属包括Cr，且所述隔离电极的厚度至多为400
Figure A2008101361320003C1
20.如权利要求18所述的电子发射装置，其中所述非氧化金属包括Al，且所述隔离电极的厚度至多为250
Figure A2008101361320003C2
21.如权利要求18所述的电子发射装置，其中所述非氧化金属包括Mg10Ag1，且所述隔离电极的厚度至多为200
Figure A2008101361320004C1
22.如权利要求18所述的电子发射装置，其中所述非氧化金属包括Ag和选自由Cr、Al和Yb组成的组的至少一种元素，且所述至少一种元素和Ag在所述隔离电极中彼此分层使得所述至少一种元素在所述基板和Ag之间。
23.如权利要求16所述的电子发射装置，其中所述隔离电极的厚度至多为30nm。
24.如权利要求16所述的电子发射装置，其中所述主电极的紫外线透射率至少为30％，所述主电极包括非氧化金属。
25.一种电子发射装置，其包括：
基板；
阴极电极，在所述基板上且具有第一开口，所述阴极电极包括不透射紫外线的材料；
电子发射区域，在所述第一开口中且用于发射电子；以及
栅电极，与所述阴极电极电绝缘且具有所述电子发射区域发射的电子从其穿过的第二开口，所述栅电极具有至少30％的紫外线透射率，
其中所述电子发射区域的中心和所述第二开口的中心之间在与所述阴极电极的延伸方向垂直的方向上的距离至多为0.5μm。
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