CN1638008A - 场发射器件、采用该器件的显示器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种场发射器件、采用该器件的显示器及其制造方法。该场发射器件，包括：玻璃衬底；形成在玻璃衬底上的发射器电极；形成在发射器电极上的碳纳米管(CNT)发射器；以及，绕CNT发射器形成的栅极叠层，其从CNT发射器提取电子束，并将提取出的电子束聚焦到给定位置。所述栅极叠层包括：覆盖所述发射器电极的掩膜层，其绕CNT发射器形成；形成在所述掩膜层并具有预定高度的栅极绝缘层；形成在所述栅极绝缘层的倾斜面上的镜面电极；形成在所述栅极绝缘层上并且与所述镜面电极间隔开的栅极；以及，顺序形成在所述栅极上的聚焦栅极绝缘层和聚焦栅极。

Description

场发射器件、采用该器件的显示器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种场发射器件、采用该器件的显示器及其制造方法，更具体地，涉及一种具有改进的电子束聚焦效果的场发射器件、采用该器件的显示器及其制造方法。
背景技术
通常将显示设备用作PC或TV接收器的监视器，显示设备是主要的传统信息传输媒体。这种显示设备大体分类成：使用高速发射的热电子的阴极射线管(CRT)显示器；以及平板显示器，其取得了快速的技术进步。平板显示器包括液晶显示器(LCD)，等离子显示器(PDP)和场发射显示器(FED)。
在场发射显示器中，在场发射器和栅极之间形成强电场，所述场发射器和栅极设置在阴极上并且具有固定间隔，这样，电子从场发射器发射出，撞击阳极的荧光体，从而发光。场发射显示器是一种非常薄的显示设备，并因为其具有如下特征而受到关注：其整体厚度只有若干厘米，宽视角，低能耗以及低制造成本。
场发射显示器使用与CRT基本相同的物理原理。换言之，阴极的发射受到加速并撞击阳极，因此，镀覆在阳极上的荧光体受到激发，然后发出特定颜色的光。与CRT不同，场发射显示器使用冷阴极材料作为电子源。
图1是普通场发射显示器的概要视图。参照图1，该场发射显示器包括形成在衬底10上的阴极12。此外，在绝缘层14上形成用作电子提取电极(electron extracting electrode)的栅极16。场发射器19设置在一个孔中，通过该孔露出阴极12的一部分。
但是，在具有上述结构的场发射显示器中，如果不控制电子束的轨迹，则不能在给定的像素处精确地显示所需的颜色。所以，需要一种控制电子束轨迹的技术，其能够使场发射器19发出的电子精确地传输到镀覆有荧光体的阳极上的所需像素。
图2示出具有聚焦栅极的电子源的一个示例。
参照图2，在栅极26上额外沉积第二绝缘层27，并在第二绝缘层27上形成控制电子束轨迹的聚焦栅极28。图2中，附图标记20、22、24和29分别指代衬底、阴极、第一绝缘层和场发射器。
图3示出对具有聚焦栅极的FED的发射器的电子束轨迹进行计算机模拟得到的结果。
参照图3，过聚焦的电子从目标荧光体层区域偏离，并且激励另一区域中的荧光体层，这样导致颜色纯度的劣化。造成这种不希望的结果的原因是，用作电子源的碳纳米管(CNT)具有恒定的突出方向，如图4所示。
为了避免上述问题，美国专利No5920151公开了一种具有嵌入式聚焦结构的场发射显示器(FED)，但是其需要进行排出形成在聚焦栅极上的有机材料的挥发性气体的排气过程，所述材料例如是聚酰亚胺，这样使得所公开的FED难以应用到大屏幕领域。
发明内容
本发明提供一种具有改进的电子束聚焦效果的场发射器件和一种采用该器件的显示器，及其制造方法。
根据本发明的一方面，提供一种场发射器件，其包括：玻璃衬底；形成在玻璃衬底上的发射器电极；形成在发射器电极上的碳纳米管(CNT)发射器；以及，绕CNT发射器形成的栅极叠层，其从CNT发射器提取电子束，并将提取出的电子束聚焦到给定位置。其中，所述栅极叠层包括：覆盖所述发射器电极的掩膜层，其绕CNT发射器形成；形成在所述掩膜层并具有预定高度的栅极绝缘层；形成在所述栅极绝缘层的倾斜面上的镜面电极(mirrorelectrode)；形成在所述栅极绝缘层上并且与所述镜面电极间隔开的栅极；以及，顺序形成在所述栅极上的聚焦栅极绝缘层和聚焦栅极。
根据本发明的另一方面，提供一种场发射显示器，其包括：玻璃衬底；形成在玻璃衬底上的发射器电极；形成在发射器电极上的碳纳米管(CNT)发射器；绕CNT发射器形成的栅极叠层，其从CNT提取电子束，并将提取出的电子束聚焦到给定位置；形成在所述栅极叠层上的前面板，信息显示在该前面板上；以及，镀覆在所述前面板对着CNT发射器的表面上的荧光体层。其中，所述栅极叠层包括：覆盖所述发射器电极的掩膜层，其绕CNT发射器形成；形成在所述掩膜层并具有预定高度的栅极绝缘层；形成在所述栅极绝缘层的倾斜面上的镜面电极；形成在所述栅极绝缘层上并且与所述镜面电极间隔开的栅极；以及，顺序形成在所述栅极上的聚焦栅极绝缘层和聚焦栅极。
根据本发明的另一方面，提供一种制造场发射器件的方法，该场发射器件包括：玻璃衬底；形成在玻璃衬底上的发射器电极；形成在发射器电极上的碳纳米管(CNT)发射器；以及，绕CNT发射器形成的栅极叠层，其从CNT提取电子束，并将提取出的电子束聚焦到给定位置。其中，形成所述栅极叠层的步骤包括：(1)在玻璃衬底上形成掩膜层，以便通过通孔局部露出透明电极；(2)形成填充所述掩膜层中的通孔的栅极绝缘层；(3)围绕所述通孔对所述栅极绝缘层进行布图，从而露出所述透明电极；(4)围绕所述通孔在所述栅极绝缘层上形成电极；(5)除去布置在所述栅极绝缘层的倾斜面和顶面之间的边缘区域的电极；(6)在步骤(5)所得到的产品上顺序形成聚焦栅极绝缘层和聚焦栅极；以及，(7)围绕所述通孔对所述聚焦栅极和所述聚焦栅极绝缘层进行布图，从而通过该通孔露出所述透明电极。
附图说明
通过以下参照附图对本发明优选实施例的描述，本发明的上述方面和有点将会明了，附图中：
图1是普通场发射显示器(FED)的概要剖视图；
图2是具有聚焦栅极的普通FED的概要剖视图；
图3示出对具有聚焦栅极的FED的发射器发出的电子束进行计算机模拟所得的结果；
图4是普通CNT发射器的电子扫描显微(SEM)图；
图5是根据本发明实施例的场发射显示器的局部剖视图；
图6-14是示出层叠和蚀刻氧化物层的顺序步骤，该步骤和氧化物层用于形成图5所示场发射显示器的栅极叠层中的栅极绝缘层；
图15是示出蚀刻速度和图5所示场发射显示器的栅极叠层中的聚焦栅极绝缘层中的硅烷(SiH4)的流速的关系；
图16是示出沉积速度和图5所示场发射显示器的栅极叠层中的聚焦栅极绝缘层中的硅烷(SiH4)的流速的关系；
图17是示出一种曝光光刻胶层的方法的剖视图，这种曝光方法与图6-14所示用于层叠和蚀刻氧化物层的曝光方法不同；
图18-32是示出在制造图5所示场发射显示器的方法中形成栅极叠层和碳纳米管发射器的顺序步骤的剖视图；
图33和34是示出与图21-24所述的形成电极的方法不同的另一种示例性方法的剖视图；
图35是SEM图，示出已布图的光刻胶形成在内部，被栅极绝缘层围绕；
图36是SEM图，示出执行浮脱(lift-off)步骤之后得到的光刻胶层；以及
图37示出对根据本发明的FED的发射器发出的电子束进行计算机模拟所得到的结果。
具体实施方式
下文参照附图详细描述根据本发明的场发射显示器件、采用该器件的显示设备及其制造方法，附图中示出本发明的优选实施例。附图中，清楚起见将层、区域等的厚度夸大。
图5是根据本发明实施例的场发射显示器件的局部剖视图。
参照图5，在玻璃衬底30上形成发射器电极32。该发射器电极32优选是由铟锡氧化物(ITO)制成的透明电极。在玻璃衬底30上形成栅极叠层S1，其局部覆盖发射器电极32。在栅极叠层S1之间形成接触孔44。CNT发射器46形成在通过接触孔44露出的发射器电极32上。从CNT发射器46发出电子。该CNT发射器46与栅极叠层S1之间是非接触状态。该栅极叠层S1部分地覆盖透明电极32，并且包括第一掩膜层34，该第一掩膜层用作背曝光(back exposure)的掩膜，下文将对其描述。该第一掩膜层34与CNT发射器46间隔开。在第一掩膜层34上顺序层叠栅极绝缘层36、栅极38、聚焦栅极绝缘层40和聚焦栅极42。栅极绝缘层36形成有凹陷的倾斜面，栅极绝缘层36和CNT发射器46之间的距离沿着电子运动的方向逐渐增加。在倾斜面上形成有凹陷的镜面电极37。该镜面电极37的下部与第一掩膜层34相连。各叠层36、38、40和42都向上逐渐变小，如图5所示。所以，栅极叠层S1的侧向面形成为阶梯状的倾斜面。
在制造图5所示的CNT FED的过程中，通过使用紫外线的背曝光方法对栅极叠板S1的各种元件进行布图，下文将描述这些元件。所以，从光学特性来看，第一掩膜层34最好是相对可见光透明而相对紫外线不透明的材料层。例如，可以将非晶硅用作第一掩膜层34。
凹陷镜面电极37的上端与栅极38隔开，而其下端与第一掩膜层34相连。所以，在第一掩膜层34由非晶硅形成的情况下，施加到发射器电极32上的电压通过掩膜层34传输给凹陷的镜面电极37。该凹陷的镜面电极37优选由与栅极38相同的材料形成，下文将对其进行描述。
设置栅极绝缘层36是为了在栅极38和透明电极32之间建立电绝缘。该栅极绝缘层36由例如硅氧化物(SiOx)的绝缘材料形成，并且其厚度通常在大约4到10μm的范围内。其中，下标“X”优选小于2(X＜2)。栅极绝缘层36的厚度可以根据形成方法和所用材料改变。
栅极38和凹陷的镜面电极37优选由0.25μm厚的铬形成。该栅极38和凹陷的镜面电极37可以是由具有不同导电性能的材料形成的不同电极。在这种情况下，栅极38和凹陷的镜面电极37的厚度可以不是0.25μm。
聚焦栅极绝缘层40将栅极38与聚焦栅极42电隔离。该聚焦栅极绝缘层40可以硅氧化物(SiOx)，其厚度不小于2μm，优选是3μm到15μm之间。其中，下标“X”优选小于2(X＜2)。
聚焦栅极42优选由具有例如0.25μm的预定厚度的铬电极形成。该聚焦栅极42可以由具有不同导电性能的材料形成。在这种情况下，电极的厚度可以不是0.25μm。
栅极38用于从CNT发射器46提取电子束。因此，可以在栅极38上施加预定的AC栅极电压Vg，例如+80V。
同时，所述凹陷镜面电极37与发射器电极32电连接，该发射器电极32在初始阶段用于聚焦从CNT发射器发出的电子。由凹陷的镜面电极37执行的聚焦在图37中示出。
此外，聚焦栅极42收集从CNT发射器46发出的电子束，从而到达荧光体层54的给定位置。为了达到这一目的，在聚焦栅极42上施加聚焦栅极电压Vfg，该电压的极性与栅极电压Vg的相同，但是其绝对值比栅极电压Vg小10V。
参照图5，将前面板50设置成与栅极叠层S1的聚焦栅极42之间隔开预定距离D，该距离例如是11mm。在该前面板50上显示各种类型的信息。在对着栅极叠层S1的、前面板50的底面上形成阳极52，在阳极52的一部分上形成荧光体层54，而在该阳极的其他部分上形成用于防止光学串扰的黑矩阵56。该荧光体层54具有荧光体，该荧光体受到电子束的激励而发出红(R)、绿(G)和蓝色(B)均匀分布的光55。在阳极52上施加DC电压Va。
图5中，在前面板50和栅极叠层S1之间设置间隔件，简洁起见没有示出该间隔件。
现在描述制造根据本发明的CNT FED的方法。具体地，下文将描述形成栅极叠层S1的步骤。
首先，参照图6-14详细描述在形成栅极绝缘层36和/或聚焦绝缘层40的过程中应用的材料层的层叠和蚀刻步骤，所述栅极绝缘层36和/或聚焦绝缘层40包括在栅极叠层S1中。
参照图6，在衬底80上形成第一电极82。该衬底80可以对应于图2所示CNT FED(称之为根据本发明的FED)的玻璃衬底30。该第一电极82对应于根据本发明的FED的ITO透明电极32。
在第一电极82上形成第二掩膜84。然后，在第二掩膜84上形成通孔86，第一电极82通过该通孔露出。第二掩膜84由对于可见光透明而对于UV光不透明的材料层形成，所述材料层例如是非晶硅层。所以，该第二掩膜84对应于根据本发明的FED的第一掩膜层34。
参照图7，通过使用填充孔86的二氧化硅(SiO2)在第二掩膜84上形成具有预定厚度(t)的绝缘层88。其中，该绝缘层88的厚度为2μm或更大，优选为3到15μm，最优选为6到15μm。可以通过使用RF的等离子加强化学气相沉积(PECVD)形成该绝缘层88。但是，可以根据绝缘层88的厚度改变所用的技术。例如，当绝缘层88的厚度在上述厚度范围内相对较小时，可以使用溅射技术。当绝缘层88的厚度在上述厚度范围内相对较大时，可以使用电镀或化学蒸镀技术。
下面详细描述利用PECVD技术用硅氧化物(SiOx)形成绝缘层88的处理情况。
在形成硅氧化物(SiOx)的过程中，将衬底80保持在大约250℃到大约450℃的范围内，优选在大约340℃。此外，RF功率保持在大约100到300W的范围内，优选大约160W。反应室的压力保持在600到1200mTorr的范围内，优选大约900mTorr。作为源气体的硅烷(SiH4)的流速优选保持为使沉积速度大于400nm/min。例如，硅烷的流速保持在50-700sccm，优选大约300sccm，该流速大大高于形成普通二氧化硅(SiO2)的流速，形成二氧化硅的流速大约是15sccm。另一种源气体硝酸(N2O)的流速优选在大约700到4500sccm的范围内，优选1000到3000sccm。
如上限定的硅烷的流速还可以在利用PECVD技术蚀刻硅氧化物(SiOx)的过程中使用。在这种情况下，如图15所示，在如上所限定的硅烷流速范围内，硅氧化物(SiOx)的蚀刻速度大大高于传统情况中的C1。在蚀刻过程中，优选地将硅烷流速保持在使硅氧化物(SiOx)的蚀刻速度高于100nm/min。
当在上述情况下形成硅氧化物(SiOx)时，可以将其厚度形成在如上限定的范围内。所以，可以比现有技术得到更好的步骤。根据本发明，如图16所示，沉积速度(埃/min)大大高于现有技术中的C。
参照图8，在绝缘层88上第二电极90。该第二电极90可以是铬电极。第二电极90可以对应于根据本发明的FED的栅极叠层S1包括的聚焦栅极42。覆盖第二电极90的第一光刻胶层92形成在绝缘层88上。该第一光刻胶层92优选由正性光刻胶层形成。在形成第一光刻胶层92之后，向上向衬底80上照射UV光，这被称为背曝光。由于掩膜层84的UV掩膜特性，除去孔86之外的第二掩膜84的区域没有在背曝光阶段中被UV光曝光。该经过通孔86照射的UV光穿过绝缘层88，第一光刻胶层92对应于通孔86的区域92a(下文中被称作曝光区)被UV曝光。之后执行显影过程。在显影过程中除去第一光刻胶层92的曝光区域92a。然后，执行预定的烘烤过程。
图9示出显影过程和烘烤过程之后得到的产品。如图9所示，绝缘层88通过由除去曝光部分92a而形成的部分露出。
参照图10，将局部露出绝缘层88的第一光刻胶层92用作蚀刻掩膜，对绝缘层88进行首次蚀刻。该首次蚀刻是湿蚀刻过程，其使用预定的蚀刻剂，并进行预定的时间。通过该首次蚀刻在绝缘层88的露出部分形成具有预定深度的第一槽G1。形成有绝缘层88的第一槽G1的部分的厚度t1小于没有受到蚀刻影响的绝缘层88的部分的厚度。该第一槽G1由于湿蚀刻各向同性特征而延伸到第一光刻胶层92的下部分。相应地，在第一光刻胶层92下形成第一切口93。在首次蚀刻之后，将第一光刻胶层92除去。
参照图11，在除去第一光刻胶层92之后，在具有第一槽G1的绝缘层88上形成覆盖第二电极90的第二光刻胶层96。该第二光刻胶层96由与第一光刻胶层92类似的正性光刻胶层形成。形成第二光刻胶层96之后，执行第二背曝光。在第二背曝光期间，对应于第二光刻胶层96的孔86的区域96a被曝光。之后，执行显影过程，以除去被曝光的区域96a，随后进行烘烤。
图12示出烘烤第二光刻胶层96之后得到的产品结构。通过除去第二光刻胶层96的曝光区域96a形成的部分局部地露出第一槽G1。在这种情况下，将第二光刻胶层96用作掩膜，对具有第一槽G1的绝缘层88进行二次蚀刻。该二次蚀刻是使用预定蚀刻剂的湿蚀刻。执行二次蚀刻，直到第一电极82露出，如图13所示。在二次蚀刻过程中，在绝缘层88上形成通孔98。第一电极82的预定部分通过该通孔露出。该通孔98由于湿蚀刻而延伸到第二光刻胶层96的下部分。结果，在第二光刻胶层96下形成第二切口100。在二次蚀刻之后，将第二光刻胶层96灰化并将其剥离。然后，执行预定的清洗步骤，随后进行干燥。
图14示出清洗和干燥之后所得的产品。参照图14，在绝缘层88上形成露出第一电极82的通孔98。
或者，除了背曝光之外，还可以使用前曝光来蚀刻绝缘层88，即，UV光向下照射到光刻胶层上，如图17所示。
具体的，参照图17，将掩膜M设置在距离第一光刻胶层92给定间距的地方，该掩膜M具有对应于孔86的透光孔隙，并且覆盖其余部分。然后，光102向下照射到掩膜M上。照入掩膜M的一部分光102通过形成在掩膜M中的透光孔隙照射到第一光刻胶层92中。因此，第一光刻胶层92的预定部分92a被曝光。然后除去掩膜M。第一光刻胶层92的显影、清洗和烘烤的过程以及用第一光刻胶层92作为蚀刻掩膜进行湿蚀刻的过程与上述的相同。
下文描述制造如图5所示的CNT FED的方法，该方法采用上述的绝缘层88的沉积和蚀刻过程。
参照图18，在玻璃衬底30上形成透明电极32。该透明电极32优选由ITO电极形成，但可以使用其他的等效电极。在玻璃衬底30上形成用于背曝光的第一掩膜层34，其覆盖透明电极32。该第一掩膜层34优选由相对可见光透明但相对UV光不透明的材料层形成。例如，可以将非晶硅层用作第一掩膜层34。在第一掩膜层34中形成第一通孔h1，透明电极32通过该通孔部分地露出。
参照图19，在第一掩膜层34上形成填充第一通孔h1的栅极绝缘层36。该栅极绝缘层36由厚度大约为4-10μm的二氧化硅形成。该栅极绝缘层36是通过如图6-14所示的形成绝缘层88的形成方法形成的。在栅极绝缘层36上镀覆第一光刻胶层P1。然后，将UV光照射到玻璃衬底30的底面上，这被称为背曝光。该UV光通过透明电极32、第一通孔h1和栅极绝缘层36入射到第一光刻胶层P1。入射到除第一通孔h1外的部分的UV光被第一掩膜层34阻挡。因此，仅有位于第一通孔h1上的第一光刻胶层P1的部分P1a被UV光曝光。该曝光区域P1a通过显影过程除去。之后，执行预定的烘烤过程。
图20示出显影过程和烘烤过程之后所得的产品。栅极绝缘层36通过除去部分P1a露出。
随后，将把栅极绝缘层36部分露出的第一光刻胶层P1用作蚀刻掩膜，对栅极绝缘层36进行湿蚀刻。连续地执行该湿蚀刻过程预定时间，从而露出电极32。接下来，除去第一光刻胶层P1(参见图21)。
参照图22，在除去第一光刻胶层P1之后，在栅极绝缘层36上形成覆盖第一通孔h1的第二光刻胶层P2。该第二光刻胶层P2优选由正性光刻胶层形成。然后，执行背曝光，即将光照射到玻璃衬底30的底面上。附图标记P2a指代背曝光所得的曝光区域。
之后，执行显影操作，除去除曝光区域P2a外的第二光刻胶层P2。图35是示出形成在栅极绝缘层36中的曝光区域P2a的SEM图。
参照图23，通过电子束沉积技术在栅极绝缘层36上形成电极38a。优选地，将是导电材料的铬用作电极38a的源材料。
参照图24，当将曝光区域P2a的第二光刻胶层P2浮脱(lift off)时，露出透明电极32。图36是示出进行浮脱操作之后所得的光刻胶层的SEM图。
参照图25，在电极38a上镀覆填充露出的透明电极32的第三光刻胶层P3，该第三光刻胶层P3经过硬化烘烤。该硬化烘烤的第三光刻胶层P3在对应于电极38a的倾斜面和水平面之间的过渡区域的边缘区域P3s变薄。然后，如果通过O2等离子工艺对第三光刻胶层P3均匀蚀刻，则在薄边缘区域P3a处露出电极。
接下来，使用预定的蚀刻剂通过露出的边缘区域P3a对露出的电极38a进行蚀刻，这样电极38a被分成两个分开的电极37和38。具体地，形成在栅极绝缘层36上的是栅极38，在栅极绝缘层36的倾斜面上形成新电极37。该新电极37是与设置在其下的掩膜层34和透明电极32电连接的凹陷镜面电极37。图26示出将第三光刻胶层P3除去后生成的产品。
参照图27，在栅极绝缘层27上形成覆盖镜面电极37和第一通孔h1的聚焦栅极绝缘层40，并使其具有预定的厚度。该聚焦栅极绝缘层40是通过图6-14所示的形成栅极绝缘层88的形成方法形成的。在聚焦栅极绝缘层40上溅射铬，以形成聚焦电极42。然后，在该聚焦栅极绝缘层42上镀覆第四光刻胶层P4。然后，将UV光照射到玻璃衬底30的底面上，即执行背曝光。其中，执行过蚀刻(over etch)，从而将第四光刻胶层P4的露出区域形成得比栅极38的孔h2宽。接下来，通过显影过程除去曝光区域P4a。
接下来，聚焦栅极42通过除去曝光区域P4a而形成的部分而部分露出。然后，将第四光刻胶层P4用作蚀刻掩膜对聚焦栅极42的露出部分进行湿蚀刻(参见图28)。之后，将第四光刻胶层P4除去。
参见图29，在聚焦栅极绝缘层40上镀覆第五光刻胶层P5，然后执行背曝光以形成曝光区域P5a。然后，在第五光刻胶层P5上执行显影操作。将第五光刻胶层P5用作掩膜，对聚焦栅极绝缘层40进行局部蚀刻，从而通过第一通孔h1露出透明电极32。
图30示出除去第五光刻胶层P5之后所得的产品。然后，在包括第一掩膜层34、栅极绝缘层36、栅极38、聚焦栅极绝缘层40和聚焦栅极42的栅极叠层上形成孔60，至少透明电极32通过该孔露出。该孔60对应于图5所示的接触孔44。
参照图31，在通过孔60露出的透明电极32上镀覆包括负性光刻胶材料的CNT膏45，然后对该感光CNT膏45进行背曝光。然后，执行显影和烘烤步骤，从而形成CNT发射器46，如图32所示。
形成CNT FED的顺序步骤与传统过程中的相同。
图21-24示出通过电子束沉积和浮脱过程在栅极绝缘层36上形成电极38a，但是并不限于该方法。或者，如图33所示，可以在栅极绝缘层36和透明电极32上溅射铬以形成电极38b，之后镀覆光刻胶层P2’，并通过背曝光在光刻胶层P2’中形成曝光区域P2’a。然后，执行显影过程，以便如图34所示地利用布图的光刻胶层P2’蚀刻露出的电极38b，从而得到与图24所示相同的产品。
图37示出对根据本发明的FED的发射器发出的电子束的轨迹进行计算机模拟所得的结果。参照图37，从CNT发射器46发出的电子束首先被镜面电极37聚焦，然后被聚焦栅极42二次聚焦，并且有方向性地向对着CNT发射器46的荧光体层行进。
如上所述，在根据本发明的CNT FED中，由于镜面电极首先聚焦在很大角度内分散的电子束，因此可以提高聚焦效果，从而实现高色彩纯度。
考虑制造过程，限定出透明电极区域的掩膜层形成在透明电极和栅极绝缘层之间，在该透明电极中形成CNT发射器，并且UV光从透明电极的下部向上照射，因而对镀覆在形成CNT发射器的区域上的光刻胶层进行布图。由于光刻胶层的待曝光区域由掩膜层决定，因此不需要限定出光刻胶层的待曝光区域的分开掩膜。即，由于不必要形成分开的掩膜，所以可以减少CNTFED的制造成本。进一步，可以在不需要分开的专用装置的条件下使用普通的半导体技术制造大面积的CNT FED。

Claims (27)

1、一种场发射器件，包括：玻璃衬底；形成在玻璃衬底上的发射器电极；形成在发射器电极上的碳纳米管(CNT)发射器；以及，绕CNT发射器形成的栅极叠层，其从CNT发射器提取电子束，并将提取出的电子束聚焦到给定位置，
其中，所述栅极叠层包括：
覆盖所述发射器电极的掩膜层，其绕CNT发射器形成；
形成在所述掩膜层并具有预定高度的栅极绝缘层；
形成在所述栅极绝缘层的倾斜面上的镜面电极；
形成在所述栅极绝缘层上并且与所述镜面电极间隔开的栅极；以及，
顺序形成在所述栅极上的聚焦栅极绝缘层和聚焦栅极。
2、如权利要求1所述的场发射器件，其中，所述镜面电极和所述CNT发射器之间的距离沿着电子行进的方向逐渐增大。
3、如权利要求2所述的场发射器件，其中，所述栅极绝缘层的厚度大约为4-10μm。
4、如权利要求3所述的场发射器件，其中，所述栅极绝缘层是硅氧化物(SiOx)层，X小于2。
5、如权利要求1所述的场发射器件，其中，所述镜面电极的下部与所述掩膜层连接。
6、一种场发射显示器，其包括：玻璃衬底；形成在玻璃衬底上的发射器电极；形成在发射器电极上的碳纳米管(CNT)发射器；绕CNT发射器形成的栅极叠层，其从CNT发射器提取电子束，并将提取出的电子束聚焦到给定位置；形成在所述栅极叠层上的前面板，信息显示在该前面板上；以及，镀覆在所述前面板对着CNT发射器的表面上的荧光体层，
其中，所述栅极叠层包括：
覆盖所述发射器电极的掩膜层，其绕CNT发射器形成；
形成在所述掩膜层并具有预定高度的栅极绝缘层；
形成在所述栅极绝缘层的倾斜面上的镜面电极；
形成在所述栅极绝缘层上并且与所述镜面电极间隔开的栅极；以及，
顺序形成在所述栅极上的聚焦栅极绝缘层和聚焦栅极。
7、如权利要求6所述的场发射器件，其中，所述镜面电极和所述CNT发射器之间的距离沿着电子行进的方向逐渐增大。
8、如权利要求7所述的场发射器件，其中，所述栅极绝缘层的厚度大约为4-10μm。
9、如权利要求8所述的场发射器件，其中，所述栅极绝缘层是硅氧化物(SiOx)层，X小于2。
10、如权利要求6所述的场发射器件，其中，所述镜面电极的下部与所述掩膜层连接。
11、一种制造场发射器件的方法，该场发射器件包括：玻璃衬底；形成在玻璃衬底上的发射器电极；形成在发射器电极上的碳纳米管(CNT)发射器；以及，绕CNT发射器形成的栅极叠层，其从CNT发射器提取电子束，并将提取出的电子束聚焦到给定位置，
其中，形成所述栅极叠层的步骤包括：
(1)在玻璃衬底上形成掩膜层，以便通过通孔局部露出透明电极；
(2)形成填充所述掩膜层中的通孔的栅极绝缘层；
(3)围绕所述通孔对所述栅极绝缘层进行布图，从而露出所述透明电极；
(4)围绕所述通孔在所述栅极绝缘层上形成电极；
(5)除去布置在所述栅极绝缘层的倾斜面和顶面之间的边缘区域的电极；
(6)在步骤(5)所得到的产品上顺序形成聚焦栅极绝缘层和聚焦栅极；以及，
(7)围绕所述通孔对所述聚焦栅极和所述聚焦栅极绝缘层进行布图，从而通过该通孔露出所述透明电极。
12、如权利要求11所述的方法，其中，对所述栅极绝缘层进行布图的步骤包括：
在所述栅极绝缘层上沉积光刻胶层；
对形成在所述通孔上的光刻胶层进行曝光；
除去光刻胶层的曝光部分；
将其曝光部分已经从其除去的光刻胶层用作蚀刻掩膜，通过蚀刻所述栅极绝缘层露出所述透明电极；以及
除去所述光刻胶层。
13、如权利要求12所述的方法，其中，所述形成电极的步骤包括：
在所述栅极绝缘层上镀覆负性光刻胶层，以覆盖露出的透明电极；
对形成在所述通孔上的所述光刻胶层进行曝光；
除去所述光刻胶层的未曝光部分；
围绕所述层的曝光部分在所述栅极绝缘层上形成电极；以及
除去所述光刻胶层。
14、如权利要求13所述的方法，其中，所述电极通过电子束沉积形成。
15、如权利要求14所述的方法，其中，所述光刻胶层的曝光部分通过浮脱过程除去。
16、如权利要求12所述的方法，其中，形成所述电极的步骤包括：
通过溅射在所述栅极绝缘层上形成电极，以覆盖所述露出的透明电极；
在所述电极上镀覆光刻胶层；
对形成在所述通孔上的光刻胶进行曝光；
除去所述光刻胶层的曝光部分；
将其曝光部分已经从其除去的光刻胶层用作蚀刻掩膜，蚀刻所述电极；以及
除去所述光刻胶层。
17、如权利要求11所述的方法，其中，所述除去电极的步骤包括：
在所述电极上镀覆光刻胶层，以覆盖所述通孔；
形成光刻胶层，并使其位于边缘区域的部分相比位于其他区域的部分薄；
利用O2等离子工艺通过蚀刻光刻胶层来除去沉积在所述边缘区域的光刻胶层，从而露出设置在所述边缘区域的电极；
通过对设置在所述边缘区域的露出电极进行湿蚀刻，在所述栅极绝缘层上形成栅极，并且在所述栅极绝缘层的倾斜面上形成与所述栅极分隔开的镜面电极；以及
除去所述光刻胶层。
18、如权利要求11所述的方法，其中，对所述聚焦栅极进行布图的步骤包括：
在所述聚焦栅极绝缘层上沉积光刻胶层；
对形成在所述通孔上的光刻胶曝光；
除去所述光刻胶层的曝光部分；
将其曝光部分已经从其除去的光刻胶层用作蚀刻掩膜，对所述聚焦栅极绝缘层进行湿蚀刻；以及
除去所述光刻胶层。
19、如权利要求18所述的方法，其中，对所述聚焦栅极绝缘层进行布图的步骤包括：
在所述聚焦栅极绝缘层上沉积覆盖该布图的聚焦栅极的光刻胶层；
对形成所述通孔上的光刻胶层进行曝光；
除去所述光刻胶层的曝光部分；
将其曝光部分已经从其除去的光刻胶层用作蚀刻掩膜，对所述聚焦栅极绝缘层进行湿蚀刻，从而露出所述透明电极；以及
除去所述光刻胶层。
20、如权利要求11所述的方法，还包括在形成所述栅极叠层之后在所述露出的透明电极上形成CNT发射器。
21、如权利要求20所述的方法，其中，所述形成CNT发射器的步骤包括：
在所述栅极叠层上镀覆包括负性感光材料的CNT膏，以覆盖所述通孔；
对所述通孔上的CNT膏进行曝光；以及
除去不包括所述曝光CNT膏的CNT膏。
22、如权利要求21所述的方法，其中，在对所述CNT膏曝光的过程中，通过从所述玻璃衬底的底部照射UV光对所述CNT膏进行曝光。
23、如权利要求12所述的方法，其中，在对所述光刻胶层曝光的过程中，通过从所述玻璃衬底的底部照射UV光对所述光刻胶层进行曝光。
24、如权利要求13所述的方法，其中，在对所述光刻胶层曝光的过程中，通过从所述玻璃衬底的底部照射UV光对所述光刻胶层进行曝光。
25、如权利要求16所述的方法，其中，在对所述光刻胶层曝光的过程中，通过从所述玻璃衬底的底部照射UV光对所述光刻胶层进行曝光。
26、如权利要求18所述的方法，其中，在对所述光刻胶层曝光的过程中，通过从所述玻璃衬底的底部照射UV光对所述光刻胶层进行曝光。
27、如权利要求19所述的方法，其中，在对所述光刻胶层曝光的过程中，通过从所述玻璃衬底的底部照射UV光对所述光刻胶层进行曝光。
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