CN1495843A

CN1495843A - 具有碳基发射极的场发射显示器

Info

Publication number: CN1495843A
Application number: CNA031649440A
Authority: CN
Inventors: 吴泰植
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2004-05-12
Anticipated expiration: 2023-08-21
Also published as: US20040155572A1; KR100863952B1; US6956334B2; KR20040017420A; CN1310277C

Abstract

本发明公开了一种场发射显示器，包括第一衬底。至少一个栅极电极，按预定图案形成在第一衬底上。多个阴极电极，按预定图案形成在第一衬底上，从而与至少一个栅极电极形成交叉区。绝缘层，形成在至少一个栅极电极与多个阴极电极之间。至少一对发射极，电连接到阴极电极。第二衬底，与第一衬底相对设置，且其间具有预定的间隔。至少一个阳极电极，形成在第二衬底上。荧光层，形成在电连接到至少一个阳极电极的第二衬底上。

Description

具有碳基发射极的场发射显示器

技术领域

本发明涉及一种场发射显示器(FED)，并且特别涉及一种具有碳基发射极的FED。

背景技术

典型的FED用冷阴极作为发射电子源，以实现图像显示。FED的总体质量取决于形成电子发射层的发射极的材料和结构特征。采用发射极的最初的FED主要由钼(Mo)构成。随后开发了纺锤形金属尖(或微尖)发射极。

但是，在具有金属尖发射极的FED的制造中，必须形成其中设置发射极的极小开口，还必须在整个屏幕区域上沉积Mo并均匀形成金属微尖。结果，生产复杂化，并且制造中需要高精度的技术工艺和价格昂贵的设备，使得单位成本上升。而且，制造中包括的困难工艺造成很难制造具有大屏幕尺寸的FED。

因此，FED领域技术人员进行了大量的研究和开发，以便能在平面结构中形成发射极，该结构能够在低电压区中条件下进行良好的电子发射并且制造相对简便。已知，碳基材料，例如，石墨、金刚石、类金刚碳(DLC)、C60(富勒烯)或碳纳米管(CNT)，适用于制造平面发射极。特别是，认为具有在较低驱动电压下进行良好电子发射能力的CNT是用于FED中发射极的理想材料。

用CNT技术的FED通常采用具有阴极、阳极和栅极电极的三极结构。这些FED的阴极首先形成在衬底上。然后，在阴极电极上沉积绝缘层和具有微孔的栅极电极。然后在开口中形成发射极，使发射极位于阴极电极上。

但是，对于具有上述三极结构的FED，会发生颜色纯度降低，并且难以形成清晰的图像。当从发射极发射的电子形成电子束并朝向荧光屏行进时，施加到栅极电极上的电压(几伏到几十伏的正电压)使驱动电子束的散射力增加，造成电子束散射。因此，电子束不只是在期望的荧光体上着屏，而且会在非期望的荧光体上着屏并使其发亮。造成生成的颜色变弱，且难以形成清晰的图像。

为了防止出现这些问题，努力使发射极的尺寸最小化，并在对应一个荧光体的面积上沉积多个发射极，使电子束的散射减小到最小。然而，这就存在要将发射极形成为多小的限制和由于如果发射极太小而造成的荧光屏照亮的问题。还会发生关于电子束聚焦的困难。

为了防止电子束散射，公开了一种在栅极电极附近安装用于聚焦电子束的附加电极的结构。然而这种结构主要用到用微尖结构的FED中，而不能用到平面发射极结构中，在平面发射极结构中，得到的聚焦效果很小。

发明内容

根据本发明的典型实施例，提供一种场发射显示器，它能改善电子发射源的结构，和用于聚焦电子发射源发射的电子构成的电子束的聚焦的结构，从而提高了场发射显示器的总体质量。

在一个典型实施例中，本发明提供了一种场发射显示器，其包括第一衬底。至少一个栅极电极，按预定图案形成在第一衬底上。多个阴极电极，按预定图案形成在第一衬底上，该多个阴极电极形成了与至少一个栅极电极之间的重叠区，重叠区与像素区相对应。绝缘层，形成在至少一个栅极电极与多个阴极电极之间。至少一对发射极，电连接到阴极电极。第二衬底，与第一衬底相对且其间具有预定的间隔，第一与第二衬底在互连时形成真空组件。至少一个阳极电极，形成在第二衬底与第一衬底相对的表面上。荧光层，形成在电连接到至少一个阳极电极的第二衬底上。

在典型实施例中，以彼此间的预定间隔形成至少一对发射极，并且其紧密接触阴极电极。另外，发射极是纵向的，并沿着至少一个栅极电极的图案的方向延伸。在典型实施例中，发射极是碳纳米管。至少一对发射极形成在绝缘层上。

在典型实施例中，至少一对发射极形成在交叉区中的阴极电极开口中或在交叉区中的阴极电极上。另外，场发射显示器还包括安装在第一与第二衬底之间，并包括对应于交叉区的开口的金属网栅。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的场发射显示器的局部剖视图；

图2是图1的场发射显示器的局部平面图；

图3A和3B显示出从图1的场发射显示器的发射极发射的电子束的轨迹的计算机模拟计算的结果；

图4A和4B显示出从采用三极结构的传统场发射显示器的发射极发射的电子束的轨迹的计算机模拟计算的结果；

图5是根据本发明第二实施例的场发射显示器的局部平面图；以及

图6和7是根据本发明第四实施例的场发射显示器的局部剖视图。

具体实施方式

图1是根据本发明第一实施例的场发射显示器(FED)的局部剖视图。图2是图1的场发射显示器的局部平面图。

参见附图，FED包括：有预定尺寸的第一衬底2(以下称作下玻璃衬底)和有预定尺寸的第二衬底4(以下称作上玻璃衬底)。上玻璃衬底4设置成与下玻璃衬底2大致平行，其间有预定的间隔。当上玻璃衬底4和下玻璃衬底2互连时，形成了限定FED的真空组件。

在下玻璃衬底2上设置能产生电场的结构，在上玻璃衬底4上设置能通过由于电场产生而发射的电子实现预定图形的结构。以下将更详细地描述这些结构。

在下玻璃衬底2上按预定图形(例如条形)、以预定间隔、并沿下玻璃衬底2的Y方向形成多个栅极电极6。在下玻璃衬底2的整个表面上沉积预定厚度的绝缘层8，并且其覆盖栅极电极6。

多个不透明的阴极10在绝缘层8上以预定间隔形成，并且与栅极电极垂直交叉，从而形成对应于FED的像素区的交叉区。即，沿着与Y方向垂直的X方向以条形图案形成阴极电极10，如图2所示。在栅极电极6与阴极电极10交叠处的阴极电极10中形成露出绝缘层8的开口10a。

具体参见图2，开口10a大致为在Y方向具有长度的细长形。这种细长形也用于发射极和荧光层，这在以下会描述。但是，注意，本发明不限于用于这些元件的细长形，也可以用其它的结构。

在每个开口10a中的绝缘层8上形成一对发射极12。由于发射极12必须电连接到阴极电极10，所以发射极12安装在接触阴极电极10的开口10a中。即，对应的两个发射极12的设置在每个开口10a中，沿Y方向延伸，并处于紧密接触对应的阴极的开口10a的相对侧，使得两个发射极12之间存在预定的间隔。

发射极12形成为平面结构，但其厚度大于阴极电极10的厚度(如图1所示)。而且，发射极12根据为给栅极电极6和阴极10施加电压而形成的电场的发射而发射电子。在本发明的一个实施例中，发射极12用碳基材料形成，例如，用碳纳米管形成。此外，发射极12像开口10a一样，沿着大致相同的纵向方向形成，即，为纵向结构并沿Y方向延伸，如图2所示。

对于上玻璃衬底4，在上玻璃衬底4与下玻璃衬底2相对的表面上形成由诸如ITO的透明材料构成的阳极电极14。在阳极电极14上还形成了红(R)、绿(G)、兰(B)色荧光体构成的荧光层16。形成荧光层16的荧光体具有对应阴极电极10的开口10a和发射极12的纵向图形。

此外，在荧光层16之间形成多层黑矩阵层18以增强对比度，在荧光层16和黑矩阵层18上形成金属薄膜层(未示出)。金属薄膜层增强了FED的耐压能力和亮度特性。

金属网栅22形成在上玻璃衬底4与下玻璃衬底2之间，网栅22聚焦发射极12产生的电子束。网栅22用诸如铝镇静钢(AK steel：aluminum-killedsteel)或不胀钢的合金钢构成，并且包括对应与阴极电极10的开口10a的多个开口22a。

FED的制造中，网栅22密封于这样一种状态中，其插入上述的位置中，即，处于使网栅22的开口22a与阴极电极10的开口10a对齐的位置。更详细地说，具有上述结构的下玻璃衬底2与上玻璃衬底4之间隔开预定的间隔，并且处于发射极12与荧光层16相对的状态。然后用正确定位的网栅22，在下玻璃衬底2与上玻璃衬底4周围设置密封胶(未示出)，由此用设置在这些元件之间的网栅22密封这些元件，形成单个组件。密封下玻璃衬底2与上玻璃衬底4之前安装垫片24，以保持其间的间隔。垫片24设置在非像素区中。

具有上述结构的FED中，预定的外部电压加到栅极电极6、阴极电极10、金属网栅22和阳极电极14上。例如，几伏至几十伏的正电压施加到栅极电极6上，几伏至几十伏的负电压施加到阴极电极10上，几伏至几百伏的正电压施加到金属网栅22上，且几伏到几百伏的正电压施加到阳极电极14上。阴极电极10通常具有扫描电极功能，而栅极电极6提供数据信息，反之亦然。结果，栅极电极6与阴极电极10之间形成电场(见图3A中的等位线11)，使发射极12发射电子。而且，发射的电子形成电子束13(见图3A和3B)，飞向荧光层16并在荧光层上着屏，由此照亮荧光层16并形成规定的图像。

在上述FED的操作期间，当发射极12发射的电子形成的电子束向荧光层16行进时，金属网栅22对其进行聚焦。

图3A和3B显示出发射极12发射的电子束的轨迹的计算机模拟计算的结果。图3A显示出向对应的荧光层16行进的电子束的总体轨迹，图3B显示出电子束通过金属网栅22时的轨迹的放大图。

如上图所示，从发射极12发射的电子束13直接飞向像素区的中心，而不会向相对于与荧光层的每个像素相对应的像素的一个方向倾斜，如图4A和4B所示，图4A和4B显示出用单个发射极结构而不是用本发明的成对的发射极结构的常规FED中产生的电子束的轨迹。

因此，在根据本发明的FED中，从一个发射极12发射的电子束13只在设定的荧光层16上着屏，而不在相邻的不同颜色的荧光层16上着屏。结果，电子束13更好的会聚在其设计的荧光层16上以，将其照亮。

图5是根据本发明第二实施例的场发射显示器的局部平面图。第二实施例的FED中，对应像素的发射极42分成两个分开部分。即，发射极42分成用于每个像素40的两部分。除了分割发射极42之外，本发明第二实施例的其它结构与上述的第一实施例的结构相同。因此其它的结构在此不再描述。

用于每个像素40的发射极42的这种分割是对第一实施例实现优点的补充，其还将改善分辨率。

在上述的本发明的FED中，发射极发射的电子束只在预定像素的荧光层上着屏。这可以在实现为每个像素在对应阴极电极上形成发射极的简单结构的同时执行。因此，可以防止由于电子束在非预定荧光层上着屏而引起的颜色纯度下降。

另外，通过形成单一结构的发射极，可以从发射极发射更大量的电子，从而实现更好的图像质量。此外，通过增加发射极的面积，能延长发射极的寿命，特别是在FED长期工作时。最后，像第二实施例一样，通过分割用于每个像素的发射极，能明显提高图像的分辨率，因此能形成高质量的数字图像。

参见图6，例如，在一个实施例中，至少形成一个条形阳极电极140，同时具有起公用电极功能的一个栅极电极60。其余的部件及其功能与上述的图1所示和图5所示的另一实施例的相同。本领域技术人员应了解，阴极电极能接收扫描信息，而阳极电极能接收数据信息，反之亦然。

各个实施例中的阳极电极可以用金属层构成，而不用诸如ITO的透明材料构成。在用金属层构成阳极电极时，荧光层形成在前衬底上，金属层形成在荧光层上。

而且，在本发明的一个实施例中，如图7所示，阴极电极上可形成至少一对发射极。

尽管上面已经详细描述了本发明的几个实施例，但是，本领域技术人员应了解，在本发明原理的基础上可以进行各个变化和/或改进，这些变化和改进都属于所附权利要求所界定的本发明的实质和范围内。

Claims

1.一种场发射显示器，包括：

第一衬底；

至少一个栅极电极，按预定图案形成在第一衬底上；

多个阴极电极，按预定图案形成在第一衬底上，该多个阴极电极形成了与至少一个栅极电极之间的重叠区，重叠区与像素区相对应；

绝缘层，形成在至少一个栅极电极与多个阴极电极之间；

至少一对发射极，电连接到阴极电极；

第二衬底，与第一衬底相对且其间具有预定的间隔，第一与第二衬底在互连时形成真空组件；

至少一个阳极电极，形成在第二衬底与第一衬底相对的表面上；以及

荧光层，形成在电连接到至少一个阳极电极的第二衬底上。

2.如权利要求1所述的场发射显示器，其中以彼此间的预定间隔形成至少一对发射极，并且其紧密接触阴极电极。

3.如权利要求1所述的场发射显示器，其中至少一对发射极是纵向的，并沿着至少一个栅极电极的图案的方向延伸。

4.如权利要求1所述的场发射显示器，其中至少一对发射极是碳纳米管。

5.如权利要求1所述的场发射显示器，其中多个阴极电极是不透明的。

6.如权利要求1所述的场发射显示器，其中多个阴极电极中的每一个包括在重叠区中的开口，并且在开口中形成至少一对发射极。

7.如权利要求1所述的场发射显示器，其中至少一对发射极形成在重叠区中的多个阴极电极中的至少一个上。

8.如权利要求1所述的场发射显示器，还包括：安装在第一与第二衬底之间，并包括对应于重叠区的开口的金属网栅。

9.如权利要求1所述的场发射显示器，其中至少一对发射极形成在绝缘层上。