CN1700400A - 场发射显示器及其制造方法 - Google Patents

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金夏辰
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Abstract

本发明提供了一种场发射显示器及其制造方法。该场发射显示器包括：衬底；在衬底的顶面上相互平行地形成的多个底栅极电极；在底栅极电极的上面部分上垂直于底栅极电极形成的多个阴极电极，在阴极电极的与底栅极电极相交的部分中形成各个阴极孔；在阴极电极上相对于阴极孔的中心对称形成的多个发射极；及在阴极孔的中心部分形成的与底栅极电极电连接的多个栅极电极。

Description

场发射显示器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种场发射显示器(FED)及其制造方法，更具体地，涉及一种能够改进电子束聚焦效果和能够降低驱动电压的场发射显示器(FED)及其制造方法。
背景技术
显示器是传统信息传递介质的重要部分，它包括PC监视器和电视机(TV)。显示器分成采用高速热电子发射的阴极射线管(CRT)和近来非常高速开发的平板显示器。平板显示器包括液晶显示器(LCD)、等离子体显示板(PDP)和场发射显示器(FED)。
场发射显示器(FED)将强电场加在位于阴极电极上的发射极和栅极电极之间，从而从发射极发射电子，电子碰撞阳极层上的荧光材料，并发射光。由于FED是整体厚度为几个厘米的薄型显示器并具有宽视角、低功耗和低成本的优点，FED与液晶显示器(LCD)和等离子体显示板(PDP)成为下一代显示器的关注点。
FED利用类似于CRT的物理原理。即，如果从阴极电极发射的电子被加速并碰撞阳极电极，涂覆在阳极电极上的荧光层(fluorescent layer)被激发，从而发射出具有预定颜色的光。但是，不同于CRT，FED的发射极由冷阴极材料构成。
图1示出了传统场发射显示器(FED)的结构。图1的FED包括彼此分离的下衬底10和上衬底20。下衬底10和上衬底20通过放置在其间的间隔物(未示出)保持预定距离。在下衬底10的顶面上形成阴极电极12，并在阴极电极12上依次叠置绝缘层14和用于电子引出的栅极电极16。在绝缘层14上形成空腔，通过该空腔露出阴极电极12的一部分，并在空腔中形成发射极30。同时，在上衬底20的底面上形成阳极电极22，并在阳极电极22上涂覆荧光层24。
然而，在具有以上结构的FED中，当没有正确控制电子束的轨迹时，则不能够在期望的像素中正确地表示出期望的颜色。因此，需要控制电子束的轨迹，使得从发射极30发射的电子正确地迁移至其上涂覆有荧光层24的阳极电极22的期望位置。
发明内容
本发明提供一种改进了发射极结构的场发射显示器(FED)，从而改善电子束的聚焦效果和降低驱动电压，并提供其制造方法。
根据本发明的一方面，提供一种场发射显示器，包括：衬底；在衬底的顶面上相互平行地形成的多个底栅极电极；在底栅极电极的上面部分上垂直于底栅极电极形成的多个阴极电极，在阴极电极的与底栅极电极相交的部分中形成各个阴极孔；在阴极电极上相对于阴极孔的中心对称形成的多个发射极；以及在阴极孔的中心部分形成的与底栅极电极电连接的多个栅极电极。
发射极可以具有沿阴极孔周边的环形形状。发射极可以由从碳纳米管(CNT)、无定形碳、纳米金刚石、纳米金属线和纳米氧化金属线的组中选取的至少一种构成。
第一绝缘层可以形成在底栅极电极和阴极电极之间，且在第一绝缘层中形成与阴极孔连通的第一空腔。在阴极电极的顶面上可以形成第二绝缘层，且在第二绝缘层中形成与阴极孔连通的第二空腔。在第二绝缘层的顶面上可以形成聚焦电极。
栅极电极可以从第一空腔的底部中心部分突出。在栅极电极中可以形成由绝缘材料构成的凸起。
栅极电极的顶部部分可以布置在与阴极电极的高度相同的高度处。栅极电极的顶部部分可以布置在阴极电极和聚焦电极之间的一高度处。
在底栅极电极的顶面上可以形成用于后向曝光的掩模层。用于后向曝光的掩模层可以由非晶硅或金属薄膜构成。底栅极电极可以是透明电极。
根据本发明的另一方面，提供一种场发射显示器，包括：衬底；在衬底的顶面上相互平行地形成的多个底栅极电极；在底栅极电极的上面部分上垂直于底栅极电极形成的多个阴极电极，在与底栅极电极相交的阴极电极的部分中形成各个阴极孔；和多个在阴极电极上相对于阴极孔的中心对称形成的发射极。
根据本发明的又一方面，提供一种场发射显示器，包括：以一距离彼此相对的下衬底和上衬底；在下衬底的顶面上相互平行地形成的多个底栅极电极；在底栅极电极的上面部分上垂直于底栅极电极形成的多个阴极电极，在阴极电极的与底栅极电极相交的部分中形成各个阴极孔；具有在阴极电极上相对于阴极孔的中心对称形成的多个发射极的电子发射源；在上衬底的底面上形成的阳极电极；及在阳极电极的底面上形成的荧光层，其中电子发射源包括多个发射极阵列，各个发射极阵列包括至少一个发射极并对应于像素的各个子像素，且邻近发射极阵列彼此交错。
根据本发明的又一方面，提供一种制造场发射显示器的方法，该方法包括：在衬底的顶面上相互平行地形成多个底栅极电极；在衬底的顶面上形成第一绝缘层，在第一绝缘层中形成有露出底栅极电极的一部分的第一空腔；在第一绝缘层的顶面上垂直于底栅极电极形成多个阴极电极，在阴极电极中形成有与第一空腔连通的阴极孔；在阴极电极的顶面上形成第二绝缘层，在第二绝缘层中形成有与阴极孔连通的第二空腔；在第二绝缘层的顶面上形成聚焦电极；形成从第一空腔的底部中心部分突出的多个栅极电极；以及在阴极电极上形成关于栅极电极的中心对称的多个发射极。
栅极电极的形成可以包括：形成从第一空腔的底部中心部分突出的凸起；以及在凸起的外表面上形成栅极电极。凸起和第二绝缘层可以同时形成。栅极电极和聚焦电极可以同时形成。
发射极的形成可以包括：在形成第一绝缘层之前，在底栅极电极的顶面上形成被构图成与发射极对应的形状的用于后向曝光的掩模层；在经由第二空腔露出的阴极电极上涂覆电子发射材料；以及使用用于后向曝光的掩模层作为光掩模，采用后向曝光通过光刻工艺构图电子发射材料，从而形成发射极。
根据本发明的又一方面，提供一种制造场发射显示器的方法，该方法包括：在衬底的顶面上相互平行地形成多个底栅极电极；在衬底的顶面上形成第一绝缘层，在第一绝缘层中形成有露出底栅极电极的一部分的第一空腔；在第一绝缘层的顶面上垂直于底栅极电极形成多个阴极电极，在阴极电极中形成有与第一空腔连通的阴极孔；形成从第一空腔的底部中心部分突出的多个栅极电极；在阴极电极的顶面上形成第二绝缘层，在第二绝缘层中形成有与阴极孔连通的第二空腔；在第二绝缘层的顶面上形成聚焦电极；以及在阴极电极上形成关于栅极电极的中心对称的多个发射极。
栅极电极的可以形成包括：形成从第一空腔的底部中心部分突出的凸起；以及在凸起的外表面上形成栅极电极。凸起和第一绝缘层可以同时形成。栅极电极和阴极电极可以同时形成。
根据本发明的又一方面，提供一种制造场发射显示器的方法，该方法包括：在衬底的顶面上相互平行地形成多个底栅极电极；在衬底的顶面上形成第一绝缘层，在第一绝缘层中形成有露出底栅极电极的一部分的第一空腔；在第一绝缘层的顶面上垂直于底栅极电极形成多个阴极电极，在阴极电极中形成有与第一空腔连通的阴极孔；在阴极电极的顶面上形成第二绝缘层，在第二绝缘层中形成有与阴极孔连通的第二空腔；在第二绝缘层的顶面上形成聚焦电极；以及在阴极电极上形成关于栅极电极的中心对称的多个发射极。
附图说明
通过参照附图详细地说明其示范实施例，本发明的上述和其它方面及优点将变得更加明显，其中：
图1是示出传统场发射显示器(FED)的一部分的横截面视图；
图2是示出根据本发明一实施例的FED的一部分的横截面视图；
图3是图2的FED的重要截取部分的透视图；
图4是示出图2所示FED的单位结构的横截面视图；
图5是示出根据本发明实施例的FED中发射极阵列排列的例子的平面视图；
图6是示出根据本发明实施例的FED中发射极阵列排列的另一例子的平面视图；
图7是示出根据本发明实施例的FED中荧光层的子像素区域排列的例子的平面视图；
图8A和8B示出区域，其中从图5和6的发射极阵列发射的电子束到达形成在现有技术荧光层上的子像素区域；
图9是横截面视图，示出了根据本发明另一实施例的FED的一部分；
图10是横截面视图，示出了根据本发明又一实施例的FED的一部分；
图11A至11C示出了对图9的FED中的电子束发射进行模拟的结果；
图12A至12C示出了对图10的FED中的电子束发射进行模拟的结果；
图13A至19示出了制造图4的FED的方法；
图20至24示出了制造图9的FED的方法；以及
图25至29示出了制造图10的FED的方法。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细说明根据本发明的场发射显示器(FED)及其制造方法的示范实施例。全部附图中相同附图标记表示相同元件。
图2是示出根据本发明实施例的场发射显示器(FED)的一部分的横截面视图，图3是图2中FED的重要截取部分的透视图，以及图4是示出图2所示FED的单位结构的横截面视图。
参考图2至4，场发射显示器(FED)包括彼此相对的下衬底110和上衬底120。通过放置在其间的间隔物(未示出)，保持了下衬底110和上衬底120之间的距离。玻璃衬底一般用作下衬底110和上衬底120。
在下衬底110的顶面上，形成了条形形状的、相互平行的多个底栅极(under-gate)电极115。底栅极电极115由氧化铟锡形成，其是透明导电材料。同时，在底栅极电极115的顶面上，形成了构图成预定形状的用于后向曝光(backward exposure)的掩模层113。用于后向曝光的掩模层113由非晶硅(a-Si)或金属薄膜形成，使得底栅极电极115和栅极电极116相互电连接。同时，用于后向曝光的掩模层113用作通过光刻工艺采用后向曝光形成发射极130的光掩模和在下文中要说明的制造FED的方法中的电阻层。
在用于后向曝光的掩模层113的顶面上形成第一绝缘层114至预定厚度。在第一绝缘层114中形成第一空腔114a，通过该空腔露出用于后向曝光的掩模层113。
在第一绝缘层114的顶面上，垂直于底栅极电极115形成了多个阴极电极112。阴极电极112可以由导电金属材料或者其是透明导电材料的ITO构成。在与底栅极电极115相交的各个阴极电极112中形成各个阴极孔112a。各个阴极孔112a具有圆形截面并与各个第一空腔114a连通。
在阴极电极112上阴极孔112a的附近形成多个发射极130。每个发射极130相对于每个阴极孔112a的中心对称形成。每个发射极130可以具有沿着每个阴极孔112a内部的环形形状，如图3所示。当每个发射极130相对于每个阴极孔112a的中心对称形成时，可以增加发射极130进行电子发射的面积。在本实施例中，发射极130可以具有多种形状，其中每个发射极130相对于每个阴极孔112a的中心是对称的。发射极130可以由电子易于发射出的材料构成。因此，发射极130可以由从碳纳米管(CNT)、无定形碳、纳米金刚石、纳米金属线和纳米氧化金属线(nanooxidation metallic line)的组中选取至少一种构成。
在阴极电极112的顶面上，形成第二绝缘层118至预定厚度。在第二绝缘层118中形成与阴极孔112a连通的第二空腔118a。
在第二绝缘层118的顶面上形成聚焦电极140。聚焦电极140控制从发射极130发射的电子束的轨迹。聚焦电极140可以由导电金属材料或者其是透明导电材料的ITO构成。
同时，在阴极孔112a的中心部分中形成阴极电极116。即，在由各个第一空腔114a、阴极孔112a和第二空腔118a形成的空间中形成各个栅极电极116。栅极电极116从第一空腔114a的底部中心部分突出，并在栅极电极116中形成由绝缘材料构成的凸起117。栅极电极116可以形成为一体并从第一空腔114a的底部中心部分突出。栅极电极116形成为使得其顶部部分布置在阴极电极112和聚焦电极140之间的一高度处。在这种情况下，凸起117可以形成在与第二绝缘层118的厚度相同的高度处。栅极电极116可以由导电金属材料或者其是透明导电材料的ITO构成，如聚焦电极140中一样。
在上衬底120的底面上形成阳极电极122，并在阳极电极122的底面上形成荧光层124，在该荧光层124中依次设置红(R)、绿(G)和蓝(B)色荧光材料。阳极电极122可以由其是透明导电材料的ITO构成，使得从荧光层124发射的可见光透过。黑矩阵可以形成在上衬底120的底面上并位于荧光层124之间，用于改善对比度。
将参考图5和6说明根据本实施例的其中设置有发射极130的FED的结构。
首先，参考图5，五个发射极130直线排列并组成一个发射极阵列130A。发射极阵列130A组成电子发射源。各个发射极阵列130A对应于各个子像素(sub-pixel)，子像素是FED中一个像素的基本单位。同时，邻近的发射极阵列130A彼此交错，如图5所示。同时，尽管一个发射极阵列130A由如图5所示沿直线排列的五个发射极130构成，沿直线排列的六个或六个以上发射极130或者五个或五个以下130可以组成一个发射极阵列130A。
同时，发射极130可以具有图6的结构。参考图6，沿两条直线排列的八个发射极130组成一个发射极阵列130B。如上所述，邻近发射极阵列130B彼此交错。同时，发射极阵列130B的发射极130的数量可以不同于图6中发射极130的数量。
由于发射极阵列130A和130B在下衬底110上排列成具有上述结构，形成在上衬底120上的荧光层的子像素区124R、124G和124B排列成具有图7的结构。参考图7，各个子像素区124R、124G和124B对应于各个发射极阵列130A和130B。在本例中，邻近子像素区124R、124G和124B彼此交错。各个子像素区124R、124G和124B形成为包括其中从图5和6中发射极阵列130A和130B发射的电子束到达子像素区124R、124G和124B的所有区域。图8A和8B示出了区50和50’，其中从图5和6的发射极阵列130A和130B发射的电子束到达形成在现有技术的荧光层上的子像素区24R、24G和24B。参考图8A和8B，从发射极阵列130A和130B发射的部分电子束到达子像素区24R、24G和24B以外的地方。于是，当荧光层的子像素区124R、124G和124B如图7所示排列时，从发射极阵列130A和130B发射的电子束可以没有损失地到达所有子像素区124R、124G和124B。
现在将说明具有以上结构的FED的工作。
首先，预定电压被加在阴极电极112和栅极电极116上。在本例中，电压经由底栅极电极115加在栅极电极116上。特别地，当负电压加在阴极电极112上并且正电压加在栅极电极116上时，电子开始从形成在阴极电极112上的发射极130发射。发射的电子导致涂覆在施加了正电压的阳极电极122上的荧光层124被激发并发射可见光。同时，通过加上预定电压的聚焦电极140控制从发射极130发射的电子的轨迹，使得电子到达荧光层124的期望位置。
图9是示出根据本发明另一实施例的场发射显示器(FED)的一部分的横截面视图。上述实施例和本实施例的不同之处现在将予以说明。
在下衬底210的顶面上相互平行地形成多个底栅极电极215，并且在底栅极电极215的顶面上形成用于后向曝光的掩模层213。在用于后向曝光的掩模层213的顶面上形成第一绝缘层214，在第一绝缘层214中形成了通过其露出用于后向曝光的掩模层213的一部分的第一空腔214a。
在第一绝缘层214的顶面上垂直于底栅极电极215形成多个阴极电极212。在与底栅极电极215相交的阴极电极212中形成阴极孔212a。阴极孔212a与第一空腔214a连通。
在阴极电极212上阴极孔212a的附近形成多个发射极230。每个发射极230具有沿每个阴极孔212a内部的环形形状。发射极230可以由从碳纳米管(CNT)、无定形碳、纳米金刚石、纳米金属线和纳米氧化金属线的组中选取的至少一种构成。
在阴极电极212的顶面上形成第二绝缘层218，在第二绝缘层218中形成与阴极孔212a连通的第二空腔218a。在第二绝缘层218的顶面上形成聚焦电极240。
同时，在阴极孔212a的中心部分形成栅极电极216。栅极电极216从第一空腔214a的底部中心部分突出，并在栅极电极216中形成由绝缘材料构成的凸起217。在本例中，栅极电极216形成为使得其顶部部分置于与阴极电极212的高度相同的高度处。同样地，凸起217形成在与第一绝缘层214的厚度相同的高度处。栅极电极216可以由导电金属材料或者为透明导电材料的ITO构成。其时，栅极电极216可以形成为一体并从第一空腔214a的底部中心部分突出。
图10是示出根据本发明又一实施例的场发射显示器(FED)的一部分的横截面视图。上述实施例和本实施例的不同之处现在将予以说明。
在下衬底310的顶面上相互平行地形成多个底栅极电极315，并且在底栅极电极315的顶面上形成用于后向曝光的掩模层313。在用于后向曝光的掩模层313的顶面上形成第一绝缘层314，在第一绝缘层314中形成了通过其露出用于后向曝光的掩模层313的一部分的第一空腔314a。
在第一绝缘层314的顶面上垂直于底栅极电极315形成多个阴极电极312。在与底栅极电极315相交的阴极电极312中形成阴极孔312a。阴极孔312a与第一空腔314a连通。
在阴极电极312上阴极孔312a的附近形成多个发射极330。每个发射极330具有沿每个阴极孔312a内部的环形形状。
在阴极电极312的顶面上形成第二绝缘层318，在第二绝缘层318中形成与阴极孔312a连通的第二空腔318a。在第二绝缘层318的顶面上形成聚焦电极340。
在具有以上结构的FED中，底栅极电极315所起的作用与上述实施例中栅极电极116和216的作用相同。也就是说，当预定电压加到各个阴极电极312和底栅极电极315时，电子从形成在阴极电极312上的发射极330发射。
现在将参考图11A至11C和图12A至12C阐述对根据本发明的FED中的电子束发射进行模拟的结果。
图11A至11C示出了对图9的FED中的电子束发射进行模拟的结果。这个模拟是在以下条件下进行的。即，3000V的电压加在阳极电极上，0V的电压加在栅极电极上，-20V的电压加在阴极电极上，以及-20V的电压加在聚焦电极上，从而亮度是大约300cd/m2，这是一个合适的值。特别地，图11A示出了从发射极发射的电子束的轨迹，图11B是发射极周边的扩展视图，以及图11C示出了电流密度。
参考图11A至11C，发现到达荧光层的电子束的宽度是大约200-300μm，且改进了电子束的聚焦效果。于是，根据本发明的FED能够获得适用于32″HDTV图像质量的分辨率。另外，即使当-20V的电压加在阴极电极上时，FED也能被驱动。于是，还发现FED能够在低于现有技术驱动电压的驱动电压被驱动。
图12A至12C示出了对图10的FED中的电子束发射进行模拟的结果。这个模拟是在以下条件下进行的。即，3000V的电压加在阳极电极上，0V的电压加在栅极电极上，-20V的电压加在阴极电极上，以及-20V的电压加在聚焦电极上，如上文所述。特别地，图12A示出了从发射极发射的电子束的轨迹，图12B是发射极周边的扩展视图，并且图12C示出了电流密度。
参考图12A至12C，发现到达荧光层的电子束的宽度是大约200-300μm，改进了电子束的聚焦效果并且能够在低驱动电压驱动FED，如上文所述。
在下文中，将参考附图说明制造根据本发明的场发射显示器(FED)的方法。
图13A至19示出了制造图4中FED的方法。
首先，如图13A和13B所示，在下衬底110的顶面上相互平行地形成条形形状的多个底栅极电极115。玻璃衬底一般用作下衬底110，并且底栅极电极115可以通过在下衬底110的顶面上涂覆诸如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料并通过构图该导电材料而形成。
接下来，如图14A所示，在下衬底110的顶面上形成用于后向曝光的掩模层113，以覆盖底栅极电极115。图14B是图14A的部分A的放大视图，且图14C是沿着图14B的B-B’线截取的单位结构的横截面视图。
现在将参考附图仅说明FED的单位结构的横截面。
用于后向曝光的掩模层113可由下衬底110的顶面上的非晶硅(a-Si)或金属薄膜并通过构图该a-Si或金属薄膜形成。用于后向曝光的掩模层113用作采用后向曝光通过光刻工艺形成发射极(图19的130)的光掩模和在下文中要说明的工艺中的电阻层。于是，用于后向曝光的掩模层113构图成对应于发射极(图9的130)的形状。其时，通过采用前向曝光经由光刻工艺形成发射极(图19的130)，可以省略形成用于后向曝光的掩模层113的上述操作。
随后，如图15所示，在用于后向曝光的掩模层113的顶面上形成其中形成第一空腔114a的第一绝缘层114。第一绝缘层114可以通过以下步骤形成：在用于后向曝光的掩模层113的顶面上涂覆预定绝缘材料，构图该绝缘材料，以及形成第一空腔114a，通过该空腔114a露出用于后向曝光的掩模层113的一部分。
接下来，如图16所示，在第一绝缘层114的顶面上，垂直于底栅极电极115形成多个阴极电极112。在本例中，在与底栅极电极115相交的各个阴极电极112中，形成与第一空腔114a连通的各个阴极孔112a。通过在图15所得结构的整个表面上涂覆导电金属材料或者透明导电材料如ITO，并构图该材料，可以形成该阴极孔112a。
随后，如图17所示，在阴极电极112的顶面上形成第二绝缘层118，在该第二绝缘层118中形成了与阴极孔112a连通的第二空腔118a，并且形成从每个第一空腔114a的底部中心部分突出的凸起117。在本例中，凸起117布置在每个阴极孔112a的中心部分。第二绝缘层118和凸起117可以通过在图16所得结构的整个表面上涂覆预定绝缘材料并通过构图该绝缘材料而形成。同样，凸起117可以形成在与第二绝缘层118的厚度相同的高度处。其时，第二绝缘层118和凸起117可以依次形成。
接下来，如图18所示，在第二绝缘层118的顶面上形成聚焦电极140，并且在凸起117的外表面上形成栅极电极116。通过在图17所得结构的整个表面上涂覆导电材料或者透明导电材料如ITO，并通过构图该材料，可以同时形成聚焦电极140和栅极电极116。其时，可以依次形成聚焦电极140和栅极电极116。
随后，如图19所示，沿着阴极孔112a内部形成环形形状的多个发射极130。于是，每个发射极130相对于每个阴极孔112a的中心对称形成。发射极130可以通过以下方式形成：在图18所得结构的整个表面上涂覆预定的电子发射材料，和使用用于后向曝光的掩模层113作为光掩模，采用后向曝光通过光刻工艺构图该电子发射材料。电子发射材料可以是从碳纳米管(CNT)、无定形碳、纳米金刚石、纳米金属线和纳米氧化金属线的组中选取的至少一种。其时，发射极130可以通过使用前向曝光的光刻工艺形成。在这种情况下，不需要用于后向曝光的掩模层113。发射极130可以具有多种形状，其中每个发射极130相对于每个阴极孔112a的中心是对称的。
最后，其上形成有阳极电极(图2的122)和荧光层(图2的124)的上衬底(图2的120)与图9的所得结构相组合，从而完成了FED。
图20至24示出了制造图9中FED的方法。
首先，如图20所示，在用于后向曝光的掩模层213的顶面上形成其中形成了第一空腔214a的第一绝缘层214及从第一空腔214a的底部中心部分突出的凸起217。在下衬底210的顶面上形成多个底栅极电极215和在底栅极电极215的顶面上形成用于后向曝光的掩模层213的工艺与图13A至14C的工艺相同，因此省略对其的详细说明。通过在用于后向曝光的掩模层213的顶面上涂覆预定绝缘材料，并通过构图该绝缘材料，可以同时形成第一绝缘层214和凸起217。同样，凸起217形成在与第一绝缘层214的厚度相同的高度处。其时，第一绝缘层214和凸起217可以依次形成。
接下来，如图21所示，在第一绝缘层214的顶面上，垂直于底栅极电极215形成多个阴极电极212。栅极电极216形成在凸起217的外表面上。在本例中，在与底栅极电极215相交的各个阴极电极212中，形成与第一空腔214a连通的各个阴极孔212a。通过在图20所得结构的整个表面上涂覆导电金属材料或者透明导电材料如ITO，并构图该材料，可以同时形成该阴极电极212和栅极电极216。其时，阴极电极212和栅极电极216可以依次形成。
随后，如图22所示，在阴极电极212的顶面上形成第二绝缘层218，在第二绝缘层218中形成了与阴极孔212a连通的第二空腔218a。通过在图21所得结构的整个表面上涂覆预定绝缘材料并通过构图该绝缘材料，可以形成第二绝缘层218。
接下来，如图23所示，在第二绝缘层218的顶面上形成聚焦电极240。通过在图22所得结构的整个表面上涂覆导电金属材料或者透明导电材料如ITO，并通过构图该材料，可以形成聚焦电极240。
随后，如图24所示，沿着阴极孔212a内部形成环形形状的多个发射极230。于是，各个发射极230相对于每个阴极孔212a的中心对称形成。发射极230可以通过以下方式形成：在图23所得结构的整个表面上涂覆预定的电子发射材料，并使用用于后向曝光的掩模层213作为光掩模，采用后向曝光通过光刻工艺构图该电子发射材料。电子发射材料可以是从碳纳米管(CNT)、无定形碳、纳米金刚石、纳米金属线和纳米氧化金属线的组中选取的至少一种。其时，发射极230可以通过使用前向曝光的光刻工艺形成。在这种情况下，不需要用于后向曝光的掩模层213。发射极230可以具有多种形状，其中每个发射极230相对于每个阴极孔212a的中心是对称的。
最后，其上形成有阳极电极(图2的122)和荧光层(图2的124)的上衬底(图2的120)与图24的所得结构相组合，从而完成了FED。
图25至29示出了制造图10的FED的方法。
首先，如图25所示，在用于后向曝光的掩模层313的顶面上形成第一绝缘层314，在第一绝缘层314中形成了第一空腔314a。在下衬底310的顶面上形成多个底栅极电极315和在底栅极电极315的顶面上形成用于后向曝光的掩模层313的工艺与图13A至14C的工艺相同，因此省略对其的详细说明。通过在用于后向曝光的掩模层313的顶面上涂覆预定绝缘材料，并通过构图该绝缘材料，可以形成第一绝缘层314。
接下来，如图26所示，在第一绝缘层314的顶面上，垂直于底栅极电极315形成多个阴极电极312。在本例中，在与底栅极电极315相交的各个阴极电极312中，形成与第一空腔314a连通的各个阴极孔312a。通过在图25所得结构的整个表面上涂覆导电金属材料或者透明导电材料如ITO，并构图该材料，可以形成该阴极电极312。
随后，如图27所示，在阴极电极312的顶面上形成第二绝缘层318，在第二绝缘层318中形成了与阴极孔312a连通的第二空腔318a。通过在图26所得结构的整个表面上涂覆预定绝缘材料并通过构图该绝缘材料，可以形成第二绝缘层318。
接下来，如图28所示，在第二绝缘层318的顶面上形成聚焦电极340。通过在图27所得结构的整个表面上涂覆导电金属材料或者透明导电材料如ITO，并通过构图该材料，可以形成聚焦电极340。
随后，如图29所示，沿着阴极孔312a内部形成环形形状的多个发射极330。于是，每个发射极330相对于每个阴极孔312a的中心对称形成。发射极330可以通过以下方式形成：在图28所得结构的整个表面上涂覆预定的电子发射材料，并使用用于后向曝光的掩模层313作为光掩模，采用后向曝光通过光刻工艺构图该电子发射材料。电子发射材料可以是从碳纳米管(CNT)、无定形碳、纳米金刚石、纳米金属线和纳米氧化金属线的组中选取的至少一种。其时，发射极330可以通过使用前向曝光的光刻工艺形成。在这种情况下，不需要用于后向曝光的掩模层313。发射极330可以具有多种形状，其中每个发射极330相对于每个阴极孔312a的中心是对称的。
最后，其上形成有阳极电极(图2的122)和荧光层(图2的124)的上衬底(图2的120)与图29的所得结构相组合，从而完成了FED。
如上所述，根据本发明的场发射显示器(FED)及其制造方法具有以下效果。首先，改进了发射极的结构，使得发射极的电子发射面积增加并提高了发光效率。此外，可以改进电子束的聚焦效果，并且可以降低驱动电压。其次，根据本发明制造FED的工艺与传统制造FED的工艺兼容，从而防止发生附加成本。
尽管已经参照其示范实施例示出和阐述了本发明，本领域内的技术人员将会理解，在不脱离由所附权利要求限定的其精神和范围的条件下，可以在其中作出形式和细节上的各种变化。

Claims (47)

1.一种场发射显示器，包括：
衬底；
在衬底的顶面上相互平行地形成的多个底栅极电极；
在所述底栅极电极的上面部分上垂直于所述底栅极电极形成的多个阴极电极，各个阴极孔形成在所述阴极电极的与所述底栅极电极相交的部分中；
多个发射极，其在所述阴极电极上相对于所述阴极孔的中心对称形成；及
所述阴极孔的中心部分中的多个栅极电极，其形成为与所述底栅极电极电连接。
2.如权利要求1的场发射显示器，其中所述发射极具有沿所述阴极孔周边的环形形状。
3.如权利要求1的场发射显示器，其中所述发射极由从碳纳米管(CNT)、无定形碳、纳米金刚石、纳米金属线和纳米氧化金属线的组中选取的至少一种构成。
4.如权利要求1的场发射显示器，其中第一绝缘层形成在所述底栅极电极和所述阴极电极之间，并且与所述阴极孔连通的第一空腔形成在所述第一绝缘层中。
5.如权利要求4的场发射显示器，其中第二绝缘层形成在所述阴极电极的顶面上，并且与所述阴极孔连通的第二空腔形成在所述第二绝缘层中。
6.如权利要求5的场发射显示器，其中聚焦电极形成在所述第二绝缘层的顶面上。
7.如权利要求6的场发射显示器，其中所述栅极电极从所述第一空腔的底部中心部分突出。
8.如权利要求7的场发射显示器，其中由绝缘材料构成的凸起形成在所述栅极电极中。
9.如权利要求7的场发射显示器，其中所述栅极电极的顶部部分布置在与所述阴极电极的高度相同的高度处。
10.如权利要求7的场发射显示器，其中所述栅极电极的顶部部分布置在所述阴极电极和所述聚焦电极之间的一高度处。
11.如权利要求1的场发射显示器，其中用于后向曝光的掩模层形成在所述底栅极电极的顶面上。
12.如权利要求11的场发射显示器，其中用于后向曝光的所述掩模层由非晶硅或金属薄膜构成。
13.如权利要求1的场发射显示器，其中所述底栅极电极是透明电极。
14.一种场发射显示器，包括：
衬底；
在衬底的顶面上相互平行地形成的多个底栅极电极；
在所述底栅极电极的上面部分上垂直于所述底栅极电极形成的多个阴极电极，各个阴极孔形成在所述阴极电极的与所述底栅极电极相交的部分中；以及
多个发射极，其在所述阴极电极上相对于所述阴极孔的中心对称形成。
15.如权利要求14的场发射显示器，其中所述发射极具有沿所述阴极孔周边的环形形状。
16.如权利要求14的场发射显示器，其中所述发射极由从碳纳米管(CNT)、无定形碳、纳米金刚石、纳米金属线和纳米氧化金属线的组中选取的至少一种构成。
17.如权利要求14的场发射显示器，其中第一绝缘层形成在所述底栅极电极和所述阴极电极之间，并且与所述阴极孔连通的第一空腔形成在所述第一绝缘层中。
18.如权利要求17的场发射显示器，其中第二绝缘层形成在所述阴极电极的顶面上，并且与所述阴极孔连通的第二空腔形成在所述第二绝缘层中。
19.如权利要求18的场发射显示器，其中聚焦电极形成在所述第二绝缘层的顶面上。
20.如权利要求14的场发射显示器，其中用于后向曝光的掩模层形成在所述底栅极电极的顶面上。
21.如权利要求20的场发射显示器，其中用于后向曝光的所述掩模层由非晶硅或金属薄膜构成。
22.如权利要求14的场发射显示器，其中所述底栅极电极是透明电极。
23.一种场发射显示器，包括：
以一距离彼此相对的下衬底和上衬底；
在所述下衬底的顶面上相互平行地形成的多个底栅极电极；
在所述底栅极电极的上面部分上垂直于所述底栅极电极形成的多个阴极电极，各个阴极孔在阴极电极的与所述底栅极电极相交的部分中形成；
电子发射源，其具有形成在所述阴极电极上相对于所述阴极孔的中心对称的多个发射极；
在所述上衬底的底面上形成的阳极电极；及
在所述阳极电极的底面上形成的荧光层，
其中所述电子发射源包括多个发射极阵列，各个发射极阵列包括至少一个发射极并对应于像素的各个子像素，且邻近的发射极阵列彼此交错。
24.如权利要求23的场发射显示器，其中荧光层包括对应于所述发射极阵列的多个子像素区，且邻近的子像素区彼此交错。
25.如权利要求23的场发射显示器，其中所述发射极具有沿所述阴极孔周边的环形形状。
26.如权利要求23的场发射显示器，其中聚焦电极形成在所述阴极电极上。
27.如权利要求26的场发射显示器，其中与所述底栅极电极电连接的多个栅极电极形成在所述阴极孔的中心部分。
28.一种制造场发射显示器的方法，该方法包括：
在衬底的顶面上相互平行地形成多个底栅极电极；
在所述衬底的顶面上形成第一绝缘层，在所述第一绝缘层中形成有露出所述底栅极电极的一部分的第一空腔；
在所述第一绝缘层的顶面上垂直于所述底栅极电极形成多个阴极电极，在所述阴极电极中形成有与所述第一空腔连通的阴极孔；
在所述阴极电极的顶面上形成第二绝缘层，在所述第二绝缘层中形成有与所述阴极孔连通的第二空腔；
在所述第二绝缘层的顶面上形成聚焦电极；
形成从所述第一空腔的底部中心部分突出的多个栅极电极；以及
在所述阴极电极上形成关于所述栅极电极的中心对称的多个发射极。
29.如权利要求28的方法，其中所述底栅极电极是透明电极。
30.如权利要求28的方法，其中所述栅极电极的形成包括：
形成从所述第一空腔的所述底部中心部分突出的凸起；以及
在所述凸起的外表面上形成所述栅极电极。
31.如权利要求30的方法，其中所述凸起和所述第二绝缘层同时形成。
32.如权利要求30的方法，其中所述栅极电极和所述聚焦电极同时形成。
33.如权利要求28的方法，其中所述发射极的形成包括：
在形成所述第一绝缘层之前，在所述底栅极电极的顶面上形成以对应于所述发射极的形状构图的用于后向曝光的掩模层；
在经由所述第二空腔露出的阴极电极上涂覆电子发射材料；以及
使用用于后向曝光的掩模层作为光掩模，采用后向曝光通过光刻工艺构图所述电子发射材料，从而形成所述发射极。
34.如权利要求33的方法，其中用于后向曝光的所述掩模层由非晶硅或者金属薄膜构成。
35.如权利要求33的方法，其中所述发射极具有沿所述阴极孔周边的环形形状。
36.如权利要求28的方法，其中所述发射极由从碳纳米管(CNT)、无定形碳、纳米金刚石、纳米金属线和纳米氧化金属线的组中选取的至少一种构成。
37.一种制造场发射显示器的方法，该方法包括：
在衬底的顶面上相互平行地形成多个底栅极电极；
在所述衬底的顶面上形成第一绝缘层，在所述第一绝缘层中形成有露出所述底栅极电极的一部分的第一空腔；
在所述第一绝缘层的顶面上垂直于所述底栅极电极形成多个阴极电极，在所述阴极电极中形成有与所述第一空腔连通的阴极孔；
形成从所述第一空腔的底部中心部分突出的多个栅极电极；
在所述阴极电极的顶面上形成第二绝缘层，在所述第二绝缘层中形成有与所述阴极孔连通的第二空腔；
在所述第二绝缘层的顶面上形成聚焦电极；以及
在所述阴极电极上形成关于所述栅极电极的中心对称的多个发射极。
38.如权利要求37的方法，其中所述栅极电极的形成包括：
形成从所述第一空腔的所述底部中心部分突出的凸起；以及
在所述凸起的外表面上形成所述栅极电极。
39.如权利要求38的方法，其中所述凸起和所述第一绝缘层同时形成。
40.如权利要求38的方法，其中所述栅极电极和所述阴极电极同时形成。
41.如权利要求37的方法，其中所述发射极的形成包括：
在形成所述第一绝缘层之前，在所述底栅极电极的顶面上形成以对应于所述发射极的形状构图的用于后向曝光的掩模层；
在经由所述第二空腔露出的阴极电极上涂覆电子发射材料；以及
使用用于后向曝光的掩模层作为光掩模，采用后向曝光通过光刻工艺构图所述电子发射材料，从而形成所述发射极。
42.如权利要求41的方法，其中用于后向曝光的所述掩模层由非晶硅或者金属薄膜构成。
43.如权利要求41的方法，其中所述发射极具有沿所述阴极孔周边的环形形状。
44.一种制造场发射显示器的方法，该方法包括：
在衬底的顶面上相互平行地形成多个底栅极电极；
在所述衬底的顶面上形成第一绝缘层，在所述第一绝缘层中形成有露出所述底栅极电极的一部分的第一空腔；
在所述第一绝缘层的顶面上垂直于所述底栅极电极形成多个阴极电极，在所述阴极电极中形成有与所述第一空腔连通的阴极孔；
在所述阴极电极的顶面上形成第二绝缘层，在所述第二绝缘层中形成有与所述阴极孔连通的第二空腔；
在所述第二绝缘层的顶面上形成聚焦电极；以及
在所述阴极电极上形成关于所述栅极电极的中心对称的多个发射极。
45.如权利要求44的方法，其中所述发射极的形成包括：
在形成所述第一绝缘层之前，在所述底栅极电极的顶面上形成以对应于所述发射极的形状构图的用于后向曝光的掩模层；
在经由所述第二空腔露出的所述阴极电极上涂覆电子发射材料；以及
使用用于后向曝光的所述掩模层作为光掩模，采用后向曝光通过光刻工艺构图所述电子发射材料，从而形成所述发射极。
46.如权利要求45的方法，其中用于后向曝光的所述掩模层由非晶硅或者金属薄膜构成。
47.如权利要求45的方法，其中所述发射极具有沿所述阴极孔周边的环形形状。
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