CN1308992C - 场致发射型显示器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种场致发射型显示器及其制造方法，防止绝缘层中的裂痕并增加阴极电极的导电性以便增强屏幕亮度和降低激励电压。所述场致发射型显示器包括：彼此相对并相互分开的第一和第二基板，一个或多个形成在所述第一基板上的栅电极，以及形成在一个或多个栅电极上的阴极电极，同时在其间插有绝缘层。阴极电极具有双层构造，包括由高导电材料形成的第一电极层，和位于所述第一电极层上的由高耐性材料形成的第二电极层，电子发射源与所述阴极电极相接触，至少一个阳极电极形成在第二基板上，以及荧光屏形成在所述阳极电极上。

Description

场致发射型显示器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种场致发射型显示器，更特别地，涉及将栅电极置于阴极电极下方以便控制发射体的电子发射以及通过使用后侧曝光技术形成发射体的场致发射型显示器及其制造方法。
背景技术
通过厚膜工艺(如丝网印刷技术)形成电子发射源的技术近来在场致发射型显示器(FED)领域中已经被研究和开发，使用碳基材料用于在低压驱动条件(大约10-100V)下发射电子。
根据技术开发中的最新趋势，石墨、金刚石、类金刚石碳以及碳纳米管都是公知的非常适于发射体的碳基材料。在这些碳基材料之中，因为碳纳米管是一个良好的电子发射体甚至在1-10V/μm的低电场下，所以碳纳米管被认为是理想的电子发射材料。
在专利号No.6359383和No.6436221的美国专利中公开了涉及使用碳纳米管和丝网印刷技术制造发射体的一些现有技术，其内容在此引作参考。
发明内容
根据前述，本发明提供一种场致发射型显示器及其制造方法，其防止绝缘层中的裂痕并增加阴极电极的导电性以便增强屏幕亮度和降低激励电压。
本发明提供一种场致发射型显示器，其包括第一基板和第二基板，以及形成在第一基板上的至少一个栅电极。阴极电极形成在栅电极上，并同时在其间插入绝缘层。每个阴极电极具有双层构造，包括由高导电材料形成的第一电极层，和形成在所述第一电极层上并由高耐性材料形成的第二电极层。电子发射源与所述阴极电极相接触。在第二基板上形成至少一个阳极电极。荧光屏形成在所述阳极电极上。
使用具有蚀刻选择性的不同金属材料形成上述第一电极层和第二电极层。优选地，第一和第二电极层分别由铝(Al)和铬(Cr)形成。电子发射源由碳纳米管、石墨、金刚石、类金刚石碳、富勒烯(fulleren)(C60)或其组合而形成。
所述场致发射型显示器进一步包括对电极，其与电子发射源分开，位于预定间距的阴极电极之间。所述对电极通过形成在绝缘层中的通孔与栅电极相接触。所述对电极具有第一对电极层和第二对电极层，其中第二对电极层被形成在第一对电极层上，且第一对电极层和第二对电极层由具有蚀刻选择性的不同金属材料形成。优选地，第一对电极层和第二对电极层分别由铝(Al)和铬(Cr)形成。
根据本发明用于制造场致发射型显示器的方法，具有透明导电材料的条形栅电极形成在第一透明基板上。在第一基板的整个表面上涂覆并同时覆盖所述栅电极的透明电介质层，以形成绝缘层。在所述绝缘层上沉积由高导电材料形成的第一电极层，和在所述第一电极层上沉积由高耐性材料形成的第二电极层。在与栅电极相交的方向上条形构图所述第二电极层。对所述第一电极层进行首次构图以在发射体位置处形成开口部位。光敏电子发射材料被涂覆在第一基板的最顶层表面上，并被通过第一基板后侧的紫外线照射，以选择地硬化填充在所述开口部位中的电子发射材料，并形成电子发射源。所述第一电子层沿第二电极层的轮廓线被二次构图，以形成阴极电极。
附图说明
图1为根据本发明配置的场致发射型显示器的分解示意图；
图2为说明图1中所示部件的组合状态的场致发射型显示器的截面图；
图3为说明图2中所示状态的一种变化的场致发射型显示器的截面图；
图4A、4B、4C、4D和4E说明了本发明用于制造图1中所示场致发射型显示器的方法步骤。
具体实施方式
参照图1和2，场致发射型显示器包括第一基板2和第二基板4，其分别通过熔接密封被彼此密封以形成真空容器。在第一基板2处形成电场以发射电子，并通过因所述电子产生的可见光线在第二基板4处生成所需图像。
在第一基板2上形成具有沿Y轴方向行进的条形图案的栅电极6，并在第一基板2的整个表面上向内形成绝缘层8并使其覆盖所述栅电极6。阴极电极10沿X轴方向形成在绝缘层8上并与栅电极6相交。发射体12与阴极电极10的侧面相接触以便发射电子。
使用透明导电材料(如铟锡氧化物(ITO))形成所述栅电极6，并用透明电介质材料形成所述绝缘层8。所述发射体12可沿着阴极电极10被条形构图。所述发射体12形成在栅电极6和阴极电极10彼此相交的每个像素区中。可用碳基材料形成发射体12，如碳纳米管、石墨、金刚石、类金刚石碳、富勒烯(C60)和其组合材料。所述发射体12由碳纳米管形成。
阳极电极14被形成在面向第一基板2的第二基板4的表面上，而具有红色、绿色和蓝色荧光薄膜16以及黑色层18的荧光屏20形成在阳极电极14上。使用透明导电材料如ITO形成所述阳极电极14。在荧光屏20上设置金属层(未示出)，以通过金属反射效应增强屏幕亮度。在这种情况中，金属层可用作阳极电极并同时省略透明电极。
所述阴极电极10具有改善功能的双层构造。用第一电极层10a和第二电极层10b来形成阴极电极10，并且使用具有蚀刻选择性的不同金属形成第一电极层10a和第二电极层10b。使用高导电材料如铝(Al)形成与绝缘层8相接触的第一电极层10a，而使用高耐性材料(high endurance material)如铬(Cr)形成面对第二基板4的第二电极层10b。
第一电极层10a和第二电极层10b未被同时构图。在第一电极层10a覆盖绝缘层8时，第二电极层10b首先被构图。这样，第一电极层10a阻挠了由用于第二电极层10b的铬蚀刻剂对绝缘层8引起的损坏，进而防止了绝缘层8中的裂痕。
而且，在使用光敏电子发射材料以及后侧曝光技术形成发射体12时，第一电极层10a起到了牺牲层的作用。甚至在发射体12形成之后，一些第一电极层10a保留在第二电极层10b下方，进而与第二电极层10b一起形成阴极电极10。相应地，即使阴极电极10用于宽面积显示装置，由于第一电极层10a而使得阴极电极10的导电性增强，并能够减少压降。
因为第二电极层10b包含高的耐性，甚至在其上施加电气冲击，如电弧，第二电极层10b的可能表面损坏被最小化，进而防止阴极电极10被损坏。
通过为栅电极6、阴极电极10和阳极电极14施加外部、预定电压，驱动场致发射型显示器5。为栅电极6施加几伏至几十伏的正(+)电压，为阴极电极10施加几伏至几十伏的负(-)电压，并为阳极电极14施加几百伏至几千伏的正(+)电压。
由于栅电极6和阴极电极10之间的电压差，使得在发射体12附近形成电场，进而从发射体12发出电子。由于施加到阳极电极14的高电压，所发出的电子被吸引朝向荧光屏20。所述电子撞击相关像素中的荧光薄膜16，并发光以产生所需图像。
在第一基板2上可形成对电极以将栅电极6处的电场拉起至绝缘层8。如图3所示，对电极22通过形成在绝缘层8中的通孔8a与栅电极6相接触，以便与其形成电气连接。对电极22与阴极电极10之间的发射体12相分开。
当为栅电极6施加预定激励电压以形成使用于与发射体12相关联的电子发射的电场时，对电极12拉起发射体12附近的栅电极6的电压，以便在此施加更强的电场。这样，对电极22增加了来自发射体12的电子发射。
类似于阴极电极10，对电极22具有双层构造，其分别具有第一对电极层22a和第二对电极层22b。使用具有蚀刻选择性的不同金属来形成第一对电极层22a和第二对电极层22b。使用具有高导电性的铝形成与栅电极6相接触的第一对电极层22a，而使用具有高耐性的铬形成面向第二基板4的第二对电极层22b。
图4A、4B、4C、4D和4E说明了用于制造根据本发明的场致发射型显示器的方法。如图4A所示，透明导电材料(如ITO)被涂覆在第一透明基板2上，并被构图以形成条形栅电极6。在第一基板2的整个表面上印制透明电介质材料，并使其干燥以形成绝缘层8。在绝缘层8将要设置对电极的位置处形成通孔8a，并暴露栅电极6。
在绝缘层8上沉积50-1000nm厚度的铝以形成第一金属层24，而在第一金属层24上沉积50-1000nm厚度的铬以形成第二金属层26。由于沿绝缘层8的轮廓线进行铝的沉积，所以第一金属层24在通孔8a处与栅电极6相接触，以便与其形成电气连接。
接下来，如图4B所示，使用掩膜层28和铬蚀刻剂，在与栅电极6相交的方向上对第二金属层26条形构图，以便形成第二阴极电极层10b。而且，第二金属层26设置在通孔8a附近的部分被构图成具有大于所述通孔8a的尺寸，以便形成第二对电极层22b。第二金属层26的构图造成覆盖绝缘层8整个表面的第一金属层24，因此防止了由于铬蚀刻剂所引起的绝缘层8的表面损坏。
图4C说明了被首次构图以在将要设置发射体的位置处形成开口部位24a的第一金属层24。主要包含碳纳米管并处于膏状的光敏电子发射材料通过厚膜印刷技术被印制在第一基板2的顶表面上。
当通过第一基板2的后部将紫外线照射在填充开口部位24a的电子发射材料时，选择地硬化所述电子发射材料并将所述金属层24用作掩膜。如图4D所示，将未硬化的发射体材料移除以完成发射体12的构造。所述发射体12与第一金属层24和第二金属层10b的侧面相接触，并部分地与第二电极层10b的顶表面相接触。
如图4E所示，对第一金属层24进行二次构图以分别形成第一阴极电极层10a和第一对电极层22a，使其分别具有与第二阴极电极层10b和第二对电极层22b相同的形状，从而完成阴极电极10和对电极22。在形成发射体12时起到掩膜作用的第一金属层24保留，以形成阴极电极10和对电极22。使用具有高导电性的铝分别形成第一阴极电极层10a和第一对电极层22a，并增加阴极电极10和对电极22的导电性。
当第二金属层24被第二次构图时，利用铝蚀刻剂将分别置于第二阴极电极层10b和第二对电极层22b下面的第一阴极电极层10a和第一对电极层22a向内过蚀刻，以使得第一阴极电极层10a和第一对电极层22a分别具有向内压低的截面形状。
最后，在第一基板2上设置间隔物(未示出)。如图1所示，阳极电极14和荧光屏20被形成在第二基板4上。使用密封剂(未示出)分别在第一基板2和第二基板4的周缘处将它们相互密封，并且由第一基板2和第二基板4所构成的内部空间为真空，进而制作完成场致发射型显示器5。可选地，栅电极6可由表面电极形成，而阳极电极14可沿与阴极电极10相交的方向被条形构图。
如上所述，第一电极层防止了由铬蚀刻剂对绝缘层可能引起的损坏，进而防止了绝缘层中裂痕的产生。相应地，由于保留在绝缘层的裂痕中的电子发射材料所引起的非必要二极管光发射被降低，以便增强屏幕图像质量。由于具有高导电性的第一电极层增加了阴极电极的导电性，抑制了阴极电极的电压降同时促进了发射体的电子发射，进而增强屏幕亮度并实现低压驱动。进一步，由于第二高耐性的电极层，减少了在电冲击如电弧的情况下阴极电极的表面损坏的可能性。
尽管在上文已经详细地说明了本发明的示意性实施例，但应当清楚地理解，在此所教导的基本发明构思的一些变化和/或修改仍落在按照权利要求所限定的本发明的精神和范围内，这对于本领域技术人员来讲是显而易见的。

Claims (15)

1.一种场致发射型显示器，包括：
彼此相对的第一基板和第二基板；
形成在所述第一基板上的栅电极；
形成在所述第一基板上并覆盖所述栅电极的绝缘层；
阴极电极，形成在所述绝缘层上，所述阴极电极具有双层构造，包括由高导电材料形成的第一电极层，和形成在所述第一电极层上并由高耐性材料形成的第二电极层；
与所述阴极电极相接触的电子发射源；
形成在所述第二基板上的阳极电极；和
形成在所述阳极电极上的荧光屏。
2.根据权利要求1所述的场致发射型显示器，其中所述第一电极层和所述第二电极层由具有蚀刻选择性的不同金属材料形成。
3.根据权利要求1所述的场致发射型显示器，其中所述第一电极层和所述第二电极层分别由铝(Al)和铬(Cr)形成。
4.根据权利要求1所述的场致发射型显示器，其中所述第一电极层的一侧端部形成为下压截面形状。
5.根据权利要求1所述的场致发射型显示器，其中所述电子发射源与所述第一电极层和所述第二电极层的侧面相接触。
6.根据权利要求1所述的场致发射型显示器，其中所述电子发射源由碳纳米管、石墨、金刚石、类金刚石碳、富勒烯(C60)或其组合而形成。
7.根据权利要求1所述的场致发射型显示器，其中所述场致发射型显示器进一步包括：
以一定距离与所述电子发射源分开的对电极，其中所述对电极通过形成在所述绝缘层中的通孔与所述栅电极相接触。
8.根据权利要求7所述的场致发射型显示器，其中所述对电极进一步包括：
第一对电极层；和
形成在所述第一对电极层上的第二对电极层，其中所述第一对电极层和第二对电极层由具有蚀刻选择性的不同金属材料形成。
9.根据权利要求8所述的场致发射型显示器，其中所述第一对电极层和所述第二对电极层分别由铝(Al)和铬(Cr)形成。
10.一种用于制造场致发射型显示器的方法，包括步骤：
在第一透明基板上形成具有透明导电材料的栅电极；
在所述第一基板的整个表面上涂覆透明电介质材料并覆盖所述栅电极，以便形成绝缘层；
在所述绝缘层上沉积由高导电材料形成的第一电极层；
在所述第一电极层上沉积由高耐性材料形成的第二电极层；
沿与所述栅电极相交的方向条形构图所述第二电极层；
构图所述第一电极层以便在将要设置发射体的位置形成一开口部位；
在所述第一基板的顶表面上涂覆光敏电子发射材料；
通过所述第一基板的后侧辐射紫外线，以选择地硬化填充在所述开口部位的所述电子发射材料并形成电子发射源；和
沿所述第二电极层的轮廓线构图所述第一电极层以形成阴极电极。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一电极层由铝(Al)制成，而所述第二电极层由铬(Cr)制成。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述开口部位的位置靠近所述第二电极层的侧面。
13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
在涂覆所述透明电介质材料之后，通过在所述绝缘层中形成通孔而暴露所述栅电极。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在条形构图所述第二电极层时，所述第二电极层在所述通孔附近的部分被同时构图成具有大于所述通孔的尺寸。
15.根据权利要求14所述的方法，其中通过沿所述第二电极层的轮廓线构图所述第一电极，同时形成所述阴极电极和对电极。
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