CN1700401A - 场发射显示器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种场发射显示器(FED)和制造其的方法。该FED包括：第一基板；阴极，形成于第一基板上；导电层，形成于阴极上且具有第一开口；绝缘层，形成于所述第一基板上以覆盖导电层的上表面和侧表面，且具有位于第一开口中且暴露部分阴极的第二开口；栅电极，形成于绝缘层上且具有与第二开口连接的第三开口；发射器，形成于第二开口中暴露的阴极上且沿第二开口的两边设置以彼此隔开预定的距离；和第二基板，设置以使其以预定的距离面对第一基板，且具有阳极和在其表面上形成的预定图案的荧光层。暴露第一基板的空腔形成于阴极中，位于发射器之间。

Description

场发射显示器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有能够改善电子束的聚焦特性和防止电流密度降低的电子发射结构的场发射显示器和制造其的方法。
背景技术
图像显示器一般用作个人计算机或电视接收器的监视器。图像显示器可以分为阴极射线管(CRT)、诸如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)的平板显示器和场发射显示器(FED)。
在FED中，通过从栅电极对发射器施加一强电场，电子从规则地设置于阴极上的发射器发射且与涂布于阳极表面的荧光材料碰撞，由此发射光。由于FED通过使用冷阴极电子作为电子发射源形成图像，图像质量受到发射器的材料和结构的高度影响。
在早期的FED中使用主要由钼构成的Spindt型金属尖端(或微尖端)作为发射器。
在具有金属尖端发射器的FED中，必须形成一超细孔以放置发射器且必须沉积钼以在成像平面的整个区域形成均匀的金属微尖端。因此，制造工艺复杂且必须使用昂贵的设备，由此增加了FED的生产成本。因此，具有金属尖端发射器的FED不能用于大屏幕显示。
因此，人们研究了用于形成平面形状发射器的技术，以便即使在低压驱动条件下也获得优良的电子发射和简化制造工艺。
近来，碳基材料，例如，石墨、金刚石、类金刚石碳(DLC)、C60(富勒烯)、和碳纳米管(CNT)被用于平面形状发射器。在上述的材料中，CNT可以即使在较低的驱动电压下有效地导致电子发射。
图1A和1B示出传统的FED的例子。图1A是传统的FED的部分横截面图而图1B是传统的FED的部分平面图。
请参考图1A和1B，FED具有三极管结构，包括阴极12、阳极22和栅电极14。阴极12和栅电极14形成于后基板11上而阳极22形成于前基板21的下表面上。分别由R、G和B磷光体组成的荧光层23和用于改善对比度的黑底24形成于阳极22的下表面上。后基板11和前基板21通过设置于其间的隔离物31彼此分开。在这样的FED中，首先在后基板11上形成阴极12，在其上堆叠具有细小开口15的绝缘层13和栅电极14，且然后在位于开口15中的阴极12上设置发射器16。
但是，具有如上所述的三极管结构的FED在驱动期间具有低颜色纯度且难于获得清晰的图像。这些问题是因为大多数电子由发射器16的边缘部分发射，且由于施加于栅电极14的电压(几伏至几十伏的正电压)向荧光层23前进的电子束发散，由此既允许目标像素的磷光体发光也允许邻近的其它像素的磷光体发光。
为了解决以上问题，已经作出限制从发射器发射的电子束发散的努力，其通过减少相应于一个像素的发射器16的面积以设置大量的发射器16来限制电子束发散。但是，难于在预定尺寸的像素中形成大量的发射器16，而且用于允许相关像素的磷光体发光的发射器16的整体面积减小。而且，聚焦电子束的效应不充分。
同时，为了防止电子束发散，提出了一种FED，其中在栅电极53或63的周围设置用于聚焦电子束的分开的电极54或64，如图2A和2B所示。
图2A示出一种FED，其中通过设置围绕栅电极53的环状聚焦电极54聚焦电子束。图2B示出一种FED，其中通过利用由下栅电极63和上栅电极64组成的双栅极聚焦电子束。但是，这些FED具有复杂的结构。而且，由于以上结构主要用于具有形成于阴极51或61上的金属尖端发射器52或62的FED，当该结构被用于具有平面形状发射器的FED时，还未获得满意的效果。
U.S.Patent No.5552659公开了能够减少电子束发散的电子发射结构，其通过界定形成于设置有发射器的基板上的非绝缘层和介电层厚度来减少电子束发散。不过，相对于一个像素形成了大量的孔且在各自的孔中形成了由大量的电子发射源组成的精细结构。因此，该结构是非常复杂的，使制造困难且也在空间上限制了该结构。因此，相应于一个像素的发射器的数量和面积的最大化存在一个极限，由此缩短了寿命。
而且，Japanese Laid-open Patent Publication No.2000-348602、2003-16907、和2003-16910公开了具有平面形状发射器的电子发射结构。该电子发射结构可以通过改变阴极的形状聚焦电子束。但是，从发射器发射的电流密度一般会降低，且因此驱动电压增加。
发明内容
本发明提供了一种具有能够改善电子束的聚焦特性且防止电流密度降低的电子发射结构的场发射显示器(FED)和制造其的方法。
依据本发明的一方面，提供有一种FED，包括：第一基板；阴极，形成于第一基板上；导电层，形成于阴极上且具有第一开口；绝缘层，形成于所述第一基板上以覆盖导电层的上表面和侧表面，且具有位于第一开口中且暴露部分阴极的第二开口；栅电极，形成于绝缘层上且具有与第二开口连接的第三开口；发射器，形成于第二开口中暴露的阴极上且沿第二开口的两边设置以彼此隔开预定距离；和第二基板，设置以使以预定的距离面对第一基板，且具有阳极和在其表面上形成的预定图案的荧光层。
暴露所述第一基板的空腔可以形成于阴极中以设置于发射器之间。
第一、第二和第三开口和空腔可以具有四方形状。
第一开口的宽度可以大于第二开口的宽度且空腔的宽度可以小于第二开口的宽度。发射器之间的距离可以小于第二开口的宽度且可以大于空腔的宽度。而且，第三开口的宽度可以等于或大于第二开口的宽度。
导电层可以在阴极的长度方向上沿阴极的两边的每边延伸且所述第一开口可以形成于导电层之间。
或者，预定长度的导电层可以形成于阴极的两边的每边且第一开口可以形成于导电层之间。
导电层可以形成于阴极上以围绕第一开口。
依据本发明的另一方面，提供有一种FED，包括：第一基板；阴极，形成于第一基板上；导电层，形成于阴极上且具有第一圆形开口；绝缘层，形成于第一基板上以覆盖导电层的上表面和侧表面，且具有位于第一圆形开口中且暴露部分阴极的第二圆形开口；栅电极，形成于绝缘层上且具有与第二圆形开口连接的第三圆形开口；环形发射器，形成于第二圆形开口中暴露的阴极上；和第二基板，设置以使以预定的距离面对第一基板，且具有阳极和在其表面上形成的预定图案的荧光层。
暴露第一基板的圆形空腔可以形成于阴极中以设置于发射器之内。
所述第一开口的内直径可以大于所述第二开口的内直径且所述空腔的内直径可以小于所述第二开口的内直径。发射器的内直径可以小于所述第二开口的内直径且可以大于所述空腔的内直径。而且，所述第三开口的内直径可以等于或大于所述第二开口的内直径。
发射器可以形成得与绝缘层的侧表面接触。发射器可以由碳基材料构成，例如，碳纳米管。
可以相应于一个像素提供多个第一开口、多个第二开口和多个第三开口。发射器可以设置于多个第二开口的每个内。
依据本发明的另一方面，提供有一种制造FED的方法，该方法包括：在基板上形成阴极；在阴极上形成具有暴露部分阴极的第一开口的导电层；在基板上形成覆盖阴极和导电层的绝缘层；在绝缘层上形成具有小于第一开口的孔的金属材料层；通过该孔蚀刻绝缘层以形成位于第一开口中且暴露部分阴极的第二开口；构图金属材料层以形成具有与第二开口连接的第三开口的栅电极；和在通过第二开口暴露的阴极上形成发射器。
在阴极的形成中，可以通过在基板上沉积导电材料至预定的厚度且然后通过以条的形式构图来形成阴极。
在阴极的形成中，暴露基板的空腔可以形成于阴极中。在该情况中，空腔可以小于第二开口。
在导电层的形成中，可以由在阴极上涂布导电、光敏浆料且然后通过曝光且显影它来构图它形成导电层。在该情况中，可以通过丝网印刷术涂布导电浆料。
在绝缘层的形成中，可以通过丝网印刷术在基板上涂布浆料形态的绝缘材料且然后在预定的温度烧结绝缘材料形成绝缘层。
在金属材料的形成中，可以通过溅射在绝缘层上沉积金属材料至预定的厚度形成金属材料层，且可以由部分蚀刻金属材料层形成孔。
在绝缘层的蚀刻中，可以使用金属材料层作为蚀刻掩模蚀刻绝缘层。
在栅电极的形成中，可以通过以条的形式构图金属材料层形成栅电极。
发射器的形成可以包括：向第二开口的内部涂布碳纳米管光敏浆料；在基板后辐射光以选择性地曝光位于阴极上的部分碳纳米管浆料；和去除未曝光的剩余部分碳纳米管浆料以形成由保留的碳纳米管构成的发射器。
基板可以由透明玻璃构成且阴极可以由氧化铟锡(ITO)构成。
而且，发射器的形成可以包括：在第二开口的内部涂布光致抗蚀剂且构图该光致抗蚀剂以仅在阴极的表面保留；在第二开口的内部涂布碳纳米管浆料；加热基板至预定的温度以通过光致抗蚀剂和碳纳米管浆料之间的热化学反应形成发射器；和去除未经历热化学反应的部分碳纳米管浆料。
或者，发射器的形成可以包括：在阴极的表面上形成催化金属层；通过对催化金属层提供含碳气体从催化金属层表面垂直生长碳纳米管以形成发射器。
附图说明
通过详细描述其示范性实施例并参考附图，本发明的以上和其它特征和优点将变得更加明显，附图中：
图1A和1B示出传统的场发射显示器(FED)的例子，图1是传统的FED的部分横截面图而图1B是传统的FED的平面图；
图2A和2B是示出传统的FED的其它例子的部分横截面示意图；
图3是本发明的实施例的FED的部分横截面图；
图4是示出图3的FED中在后基板上形成的元件的布置的部分平面图；
图5A至5C是示出图3的FED中在阴极上形成的三种类型的导电层的部分透视图；
图6是图3的FED的改进的部分横截面图；
图7是本发明的另一实施例的FED的部分平面图；
图8是本发明的又一实施例的FED的部分平面图；
图9A至9H是依次示出本发明的制造FED的方法的横截面图；
图10A至10C是依次示出本发明的另一制造FED的方法的横截面图；
图11A至11C示出图1所示的传统的FED的电子束发射的仿真结果；
图12A至12C示出图3所示的本发明的实施例的FED的电子束发射的仿真结果；
图13A至13C示出当导电层和发射器之间的距离不均匀时图3所示的本发明的实施例的FED的电子束发射的仿真结果。
具体实施方式
将参考显示本发明的实施例的附图更加全面地描述本发明。在附图中，相似的标记指示相似的元件且为了清晰可以放大元件的尺寸。
图3是本发明的实施例的场发射显示器(FED)的部分横截面图，而图4是示出图3的FED中在后基板上形成的元件的布置的部分平面图。
请参考图3和4，本发明的实施例的FED包括两个彼此面对且通过预定距离分开的基板，即，典型地被称为后基板的第一基板110和典型地被称为前基板的第二基板120。由于在其间安装的隔离物130，通过均匀的距离分开后基板110和前基板120。玻璃基板典型地用于后基板110和前基板120。
在后基板110上提供能够获得场发射的结构，且在前基板120上提供能够通过由场发射发射的电子形成预定图像的结构。
具体地，在后基板110上形成在预定图案中以预定的距离设置的多个阴极111，例如，以条的形式。阴极111可以由导电金属材料或例如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料构成。阴极111的材料依据形成发射器115的方法改变，如下所述。
暴露后基板110的空腔111a可以形成于阴极111中。空腔111a可以设置于发射器115之间。相对于一个像素125可以形成一个空腔111a且空腔111a可以具有相应于像素125的形状的纵向长的形状，即，在阴极111的长度方向(Y方向)较长的矩形形状。
电连接于阴极111的导电层112形成于阴极111上。导电层112可以利用导电金属浆料形成至约2-5μm的厚度。暴露部分阴极111的第一开口112a形成于导电层112中。可以相对于一个像素125形成一个第一开口112a，而且第一开口112a可以具有相应于像素125的形状的纵向长的形状，即，在阴极的长度方向(Y方向)较长的矩形形状。当空腔111a形成于阴极111中，如上所述，第一开口112a的宽度(W1)大于空腔111a的宽度(WC)。
绝缘层113形成于其上形成有阴极111和导电层112的后基板110上。绝缘层113覆盖导电层112的上表面和侧表面。绝缘层113可以利用例如浆料状态的绝缘材料形成至约10-20μm的厚度。位于第一开口112a中以暴露部分阴极111的第二开口113a形成于绝缘层113中。第二开口113a与第一开口112a相似也具有在阴极111的长度方向(Y方向)上较长的矩形形状且其宽度(W2)小于第一开口112a的宽度(W1)。以该方式，导电层112被绝缘层113完全覆盖以不通过第二开口113a被暴露。因此，当在绝缘层113中形成第二开口113a时，导电层112不受蚀刻剂的影响。这会在后面再次描述。
多个在预定图案中以预定距离排列的栅电极114，例如，以条的形式，形成于绝缘层113上。栅电极114在阴极111的纵向(Y方向)的垂直方向(X方向)上延伸。栅电极114可以由例如铬(Cr)的导电金属构成且可以具有约几千的厚度。第三开口114a可以具有与第二开口113a的同样形状且其宽度(W3)可以也等于第二开口113a的宽度(W2)。
发射器115形成于第二开口113a中暴露的阴极111上。发射器115具有小于导电层112的厚度且具有平面形式。发射器115通过由阴极111和栅电极114之间施加的电压形成的电场发射电子。在本发明中，碳基材料，例如石墨、金刚石、类金刚石碳(DLC)、C60(富勒烯)、碳纳米管(CNT)等用于发射器115。特别地，能够即使在较低驱动电压下平稳地导致电子发射的CNT可以用于发射器115。
在本实施例中，发射器115沿第二开口113a的两边设置以通过预定距离隔开。换言之，两个发射器115设置于一个第二开口113a中且与第二开口113a的两侧的绝缘层113的侧表面接触且具有在第二开口113a的长度方向(Y方向)彼此平行的棒状。因此，由于发射器115可以具有比传统的发射器宽的区域，即使在长驱动期间的情况中，也可以保证其使用寿命期间的可靠性。当空腔111a设置于发射器115之间时，如上所述，发射器115之间的距离(D)小于第二开口113a的宽度(W2)且大于空腔111a的宽度(Wc)。
图5A至5C示出在阴极111上形成的三种类型的导电层112。
首先，请参考图5A，导电层112可以沿阴极111的两边的每边在阴极111的长度方向上延伸。在该情况中，第一开口112a形成于在阴极111的两侧上形成的导电层112之间。发射器115与第二开口113a的两侧的绝缘层113的每个侧表面接触且具有在阴极111的长度方向上的预定长度。而且，阴极111中形成的空腔111a可以设置于发射器115之间且可以具有与发射器115的长度相同的长度。
接下来，请参考图5B，导电层112可以形成于阴极111的两边的每边上至预定的长度且第一开口112a可以形成于其间。在该情况中，导电层112可以具有与发射器115相同的长度。
请参考图5C，导电层112可以形成于阴极111上以围绕第一开口112a。在该情况中，第一开口112a的所有的四个侧表面都由导电层112界定。
回到图3和图4，阳极121形成于前基板120的表面上，即，面对后基板110的下表面上，且由磷光体R、G和B组成的荧光层122形成于阳极121的表面上。阳极121由例如ITO的透明导电材料构成以透射从荧光层122发射的可见光。荧光层122具有在阴极的长度方向(Y方向)上纵向长的图案。
在前基板120的下表面中，黑底123可以形成于荧光层122之间用于改善对比度。
而且，金属薄膜层124可以形成于荧光层122和黑底123的表面上。金属薄膜层124主要由铝构成且具有约几百的厚度以容易地透射从发射器115发射的电子。该金属薄膜层124用以改善亮度。当通过从发射器115发射的电子束激发荧光层122的磷光体R、G和B以发射可见光时，由于可见光被金属薄膜层124反射，所以从FED发射的可见光的量增加，由此改善亮度。
同时，当金属薄膜层124形成于前基板120上时，可以不形成阳极121。由于金属薄膜层124具有导电性，如果对其施加电压，金属薄膜层124可以作为阳极121。
设置具有以上结构的后基板110和前基板120以使发射器115和荧光层122彼此以预定距离面对且通过围绕它们涂布的密封材料(未显示)连接。隔离物130安装于后基板110和前基板120之间以保持其间的距离。
现在将描述具有以上结构的本发明的实施例的FED的运行。
当预定电压施加于阴极111、栅电极114和阳极121的每个时，在这些电极111、114和121之间形成电场时从发射器115发射电子。此时，对阴极111施加0和几十伏之间的负电压，对栅电极114施加0和几十伏之间的正电压，且对阳极121施加几百和几千伏之间的正电压。由于导电层112与阴极111的上表面接触，等于施加于阴极111的电压同时施加于导电层112。从发射器115发射的电子形成电子束且电子束向阳极121前进且与荧光层122碰撞。结果，激发荧光层122的磷光体R、G和B以发射可见光。
由于发射器115设置于第二开口113的两侧的每侧上，通过从发射器115发射的电子形成的电子束可以被聚焦而不被广泛地发散。而且，由于高于发射器115的导电层112形成于发射器115的两外侧上，所以由于通过导电层112诱发的电场引起的电子束的聚焦更有效。
当在阴极111中形成空腔111a时，形成了电场等势线以围绕发射器115。由于电场的效应，电流密度增加，且因此图像的亮度增加，由此降低驱动电压。而且，由于通过调整空腔111a的宽度(WC)可以更有效地聚焦电子束，所以电流密度的峰可以准确地位于相应的像素中。
如上所述，本发明的实施例的FED中，从发射器115发射的电子束的聚焦特性得到改善，电流密度增加，且由于电流密度的峰可以准确地位于相应的像素中，所以颜色纯度和图像的亮度得到改善，由此获得高质量的图像。
将参考以后的仿真结果进一步地描述如上所述的本发明的实施例的FED的优点。
图6是图3所示的本发明的实施例的FED的改进的部分横截面图。
请参考图6，形成于栅电极114中的第三开口114a的宽度(W3)可以大于绝缘层113中形成的第二开口113a的宽度(W2)。当第三开口114a的宽度(W3)大于第二开口113a的宽度(W2)时，阴极111和栅电极114之间的距离增加，且因此改善耐压特性。
现在将描述本发明的其它实施例。
图7是本发明的另一实施例的FED的部分平面图。由于本发明的另一实施例的FED的横截面结构相同于图4所示的本发明的实施例的FED，所以其说明被省略。
请参考图7，在该实施例中，相应于一个像素225，有多个第一开口212a，例如，两个第一开口212a，形成于导电层212中；多个第二开口213a，例如，两个第二开口213a，形成于绝缘层213中；多个第三开口214a，例如，两个第三开口214a，形成于栅电极214中。发射器215形成于第二开口213a中暴露的阴极211上且沿第二开口213a的两边设置以通过预定距离隔开，如本发明的实施例中所述。
在本实施例中，空腔211a可以也形成于阴极211中，且相对于一个像素225，有多个空腔211a，例如两个空腔211a。
在本实施例中，由于除了以上所述的结构之外的其它结构与在前的实施例相同，所以这里其描述被省略。而且，图6所示的改进可以应用于本实施例。
图8是本发明的又一实施例的FED的部分平面图。由于本发明的又一实施例的FED的横截面结构也相同于图4所示的本发明的实施例的FED，所以其说明被省略。
请参考图8，形成于导电层312中的第一开口312a、形成于绝缘层313中的第二开口313a、和形成于栅电极314中的第三开口314a具有圆形的形状。第二开口313a的内直径(D2)小于第一开口312a的内直径(D1)。第三开口314a的内直径(D3)可以等于第二开口313a的内直径(D2)。
环状发射器315形成于第二开口313a中暴露的阴极311上。形成发射器315以使其周边与绝缘层313的侧表面接触。发射器315的内直径(DE)小于第二开口313a的内直径(D2)。发射器315可以由碳基材料构成，例如碳纳米管。
在本实施例中，暴露后基板的圆形空腔311a(未显示)可以形成于阴极311中，且空腔311a设置于环形发射器315内。因此，空腔311a的内直径(DC)小于第二开口313a(D2)和发射器315的内直径(DE)的每个。
在本实施例的FED中，相应于一个像素325，可以形成多个第一开口312a、多个第二开口313a和多个第三开口314a。环状发射器315形成于多个第二开口313a的每个之内。
在本实施例中，由于除了上述结构之外的其它结构与上述的实施例相同，所以这里其描述被省略。
图6所示的改进可以也应用于本实施例。换言之，形成于栅电极314上的第三开口314a的内直径(D3)可以大于形成于绝缘层313中的第二开口313a的内直径(D2)。
图9A至9H是依次示出本发明的制造FED的方法的横截面图。
首先，请参考图9A，制备基板110，且然后在基板110上形成阴极111。例如玻璃基板的透明基板用作基板110以进行下述背曝光。由于上述的相同原因，阴极111由例如ITO的透明导电材料构成。具体地，可以通过在玻璃基板110上沉积ITO至预定厚度，例如，几百至几千，且然后以条的形式通过构图所述ITO形成阴极111。这里，可以通过构图材料层的公知方法进行ITO的构图，例如，通过涂布光致抗蚀剂形成蚀刻掩模，曝光并显影光致抗蚀剂且然后利用蚀刻掩模蚀刻ITO的方法。
形成阴极111期间，可以在阴极111中形成预定形状的空腔111a。可以如上所述通过构图ITO同时形成空腔111a和阴极111。这里，空腔111a可以具有在阴极111的长度方向(Y方向)上较长的矩形形状。
而且，当制造图8所示的FED时，在阴极中形成圆形的空腔。
然后，如图9B所示，在阴极111上形成电连接于阴极111的导电层112。具体地，可以通过丝网印刷术在阴极111上涂布导电、光敏浆料至预定厚度，例如，约2-5μm，且然后通过曝光和显影构图它来形成导电层112。这里，在导电层112中形成暴露部分阴极111的第一开口112a。导电层112和第一开口111a可以以图5A至5C所示的形式形成且第一开口112a的宽度远大于空腔111a的宽度。
而且，如图8所示，第一开口可以是圆的形式且第一开口的直径远大于空腔的直径。
图9C示出在图9B的所得物上形成绝缘层113的状态。
请参考图9C，例如，在形成有阴极111和导电层112的基板110上通过丝网印刷术涂布浆料状态的绝缘材料，且然后在预定温度下烧结以形成具有约10-20μm的绝缘层113。
然后，如图9D所示，在绝缘层113上形成金属材料层114’。金属材料层114’将稍后形成栅电极114，且可以通过溅射沉积例如铬(Cr)的导电金属至约几千的厚度形成栅电极114。然后在金属材料层114’中形成孔117。可以通过涂布、曝光和显影光致抗蚀剂形成蚀刻掩模，且然后利用该蚀刻掩模部分蚀刻金属材料层114’形成孔117。这里，孔117形成于相应于形成于导电层112中的第一开口112a的位置，且具有宽度小于第一开口112a的矩形形状。
而且，当如图8所示形成圆形的第一开口时，该孔也具有小于第一开口直径的圆形形状。
然后，利用金属材料层114’作为蚀刻掩模蚀刻通过孔117暴露的绝缘层113，直至暴露阴极111。
结果，如图9E所示，在绝缘层113中形成位于第一开口112a中且暴露部分阴极111的矩形第二开口113a。因此，导电层112的上表面和侧表面被绝缘层113完全覆盖，且因此没有被暴露于外部。因此，当在绝缘层113中形成第二开口113a时，由导电材料浆料构成的导电层112不受蚀刻剂的影响，由此消除由蚀刻剂引起的导电层112中的损伤。
而且，当为了制造图8所示的FED形成圆孔时，形成于绝缘层中的第二开口也具有圆形形状。
然后，以条的形式构图金属材料层114’以形成栅电极114。可以利用如上所述的构图材料层的通用方法进行金属材料层114’的构图。这里，在栅电极114中形成第三开口114a。第三开口114a具有与第二开口113a相同的形状且与第二开口113a相连接。第三开口114a的宽度可以等于或大于第二开口113a的宽度。
图9F至9H依次示出在阴极111上形成发射器115的方法。
首先，如图9F所示，通过丝网印刷术在图9E的所得物的整个表面上涂布碳纳米管(CNT)光敏浆料118。这里，必须在第二开口113a中完全填充CNT光敏浆料118。
然后，如图9G所示，在基板110之后辐射例如紫外线(UV)的光以选择性地曝光仅在阴极111上形成的CNT光敏浆料。此时，如果控制曝光量，则可以控制曝光的CNT光敏浆料的深度。
而且，取代背曝光，可以通过使用独立的光掩模进行基板110的前曝光。
然后，如果去除没有曝光的CNT光敏浆料，则只有曝光的CNT浆料保留以形成CNT发射器115，如图9H所示。因此，在第二开口113a中暴露的阴极111上形成了发射器115，且沿第二开口113a的两边设置以通过预定距离隔开。发射器115具有比导电层112小的厚度，例如，约0.5-4μm的厚度且具有平面形状。
而且，当第二开口是如图8所示的圆的形式时，形成环形发射器。
图10A至10C是依次示出本发明的另一制造FED的方法的横截面图。
下述的方法除了形成发射器的操作之外基本相同于上述方法。因此，该方法也包括图9A至9E的步骤。但是，由于该方法不使用背曝光，不需要基板110和阴极111是透明的。换言之，在该方法中，其它具有优良加工性的基板，例如，硅基板或塑料基板和玻璃基板可以用作基板110，且不透明导电金属材料和ITO可以用作阴极111。
在该方法中，在进行图9A至9E的操作之后，在通过第二开口113a暴露的阴极111的表面上涂布光致抗蚀剂119，如图10A所示。具体地，在第二开口113a中涂布光致抗蚀剂119，且然后构图，以仅在其上安置发射器115的阴极111的表面上保留。
然后，如图10B所示，通过丝网印刷术在图10A的所得物的整个表面上涂布CNT浆料118。此时，CNT浆料118必须在第二开口113a中完全填充。然后，加热基板110至预定温度，例如，大致80℃或更高。这样，光致抗蚀剂119和CNT浆料118经过热化学反应以形成CNT发射器115。
然后，如果去除没有经过热化学反应的CNT浆料118，则在阴极111的表面上形成具有预定厚度的CNT发射器115，如图10C所示。
而且，CNT发射器115可以以另一方式形成。换言之，在图10A的操作中，取代光致抗蚀剂119，在其上安置发射器115的阴极111的表面上形成由Ni或Fe构成的催化金属层，且然后对该催化金属层提供含碳气体，诸如CH4、C2H2或CO2以从催化金属层的表面垂直生长CNT，由此形成发射器115。
下面将描述传统的FED和本发明的实施例的FED的电子束发射的仿真结果。
在本仿真中，具有如图1所示的FED用作传统的FED。而且，由于本发明的三个实施例的FED具有基本相同的横截面结构，由此它们的电子束发射特性基本相似。因此，依据图3所示的本发明的实施例进行FED的电子束发射的仿真。
在进行仿真之前，设定仿真所需的FED的元件的设计参数。例如，当FED的屏幕具有16∶9的宽高比且其对角线为38英寸时，如果为了获得HD级的图像质量设计水平清晰度为1289线，则设定R、G、B三色点距为约0.69mm。
在该情况中，绝缘层的高度可以设为10-20μm，导电层的高度可以设为2-5μm，在导电层中形成的第一开口宽度(W1)可以设为70-90μm，在绝缘层中形成的第二开口的宽度(W2)可以设为60-80μm，且在栅电极中形成的第三开口的宽度(W3)可以设为60-90μm。在阴极中形成的空腔的宽度(WC)可以设为10-30μm。
但是，显然，以上定义的元件的尺寸可以依据诸如FED的尺寸、宽高比和屏幕的清晰度的前提条件改变。
图11A至11C示出图1所示的传统的FED的电子束发射的仿真结果。
首先，请参考图11A，从发射器发射的电子束在向荧光层前进期间逐渐发散开。
在图11B中，纵轴代表电流密度且电流密度的峰位于像素的边缘部分。这是因为电子主要从发射器的边缘部分发射。与此类似，如果在像素的中心部分的电流密度低，则像素的磷光体没有充分地被激发，由此降低亮度。
因此，如图11C所示，荧光层上的电子束的斑点的尺寸大于像素的尺寸，使得电子束既侵入相关的像素又侵入相邻的其它像素。特别地，在发射器没有形成于开口中的准确位置时或在当连接前基板和后基板时没有准确设置时，电流密度的峰高度地偏向相关的像素的边缘部分或从相关的像素偏离，从而同时激发其它像素的磷光体，由此显著地降低了颜色纯度。
如上所述，在具有图1所示的结构的FED中，颜色纯度被降低且难于获得清晰的图像质量。
图12A至12C示出图3所示的本发明的实施例的FED的电子束发射的仿真结果。
请参考图12A，由于导电层形成的电场效应，从沿第二开口的两边设置的发射器发射的电子束在向荧光层前进期间被聚焦而没有被广泛地发散。特别地，由于在阴极中形成的空腔，电场的等势线围绕发射器形成，因此，从发射器发射的电子束被更有效地聚焦。
请参考图12B，电流密度的峰对应于相关像素且像素的中心部分处的电流密度非常高。
因此，如图12C所示，荧光层上的电子束的斑点的尺寸与传统的FED相比显著降低，且因此防止了电子束侵入相邻其它像素的问题。
如上所述，在本发明的实施例的FED中，电子束的聚焦特性被高度改善，电流密度增加，且电流密度的峰准确地位于相关像素中，由此改善了颜色纯度和亮度。
图13A至13C示出当导电层和发射器之间的距离不均匀时图3所示的本发明的实施例的FED的电子束发射的仿真结果。
在制造该FED期间，导电层和发射器之间的距离可能不均匀，如图13A所示，发射器可以不准确位于第二开口中，或当连接前基板和后基板时没有实现准确的设置。
尽管如此，电子束仍被有效地聚焦，如图13A所示，且电流密度的峰对应于相关的像素，如图13B所示。
结果，如图13C所示，没有造成电子束到达荧光层的斑点从相关的像素偏离且侵入相邻的其它像素的问题。
如上所述，在本发明的实施例的FED中，由于沿开口的两边设置平面形状发射器且在发射器的两外侧设置导电层，从发射器发射的电子束的聚焦特性得到改善，且因此，图像的颜色纯度得到改善，由此获得高质量图像。
而且，在本发明的实施例的FED中，由于在阴极中形成空腔，电场的等势线围绕发射器形成。由于电场的效应，电流密度得到改善，以使图像的亮度可以得到改善。
而且，由于通过绝缘层完全覆盖由导电浆料构成的导电层，所以当通过蚀刻工艺在绝缘层中形成开口时，可以防止由于蚀刻剂引起的导电层的损伤。
虽然参考其示范性实施例具体显示和描述了本发明，然而本领域的一般技术人员可以理解在不脱离权利要求所界定的本发明的精神和范围内，可以作出形式和细节上的不同变化。

Claims (42)

1.一种场发射显示器，包括：
第一基板；
阴极，形成于所述第一基板上；
导电层，形成于所述阴极上且具有第一开口；
绝缘层，形成于所述第一基板上以覆盖所述导电层的上表面和侧表面，且具有第二开口，所述第二开口位于所述第一开口中且暴露部分所述阴极；
栅电极，形成于所述绝缘层上且具有第三开口，所述第三开口与所述第二开口连接；
发射器，形成于所述第二开口中暴露的阴极上且沿所述第二开口的两边设置以彼此隔开预定的距离；和
第二基板，设置所述第二基板以使其以预定的距离面对所述第一基板，所述第二基板还具有阳极和在其表面上形成的预定图案的荧光层。
2.权利要求1所述的场发射显示器，其中暴露所述第一基板的空腔形成于所述阴极中以位于所述发射器之间。
3.权利要求2所述的场发射显示器，其中所述第一、第二和第三开口以及所述空腔具有四方形状。
4.权利要求3所述的场发射显示器，其中所述第一开口的宽度大于所述第二开口的宽度且所述空腔的宽度小于所述第二开口的宽度。
5.权利要求4所述的场发射显示器，其中所述发射器之间的距离小于所述第二开口的宽度且大于所述空腔的宽度。
6.权利要求4所述的场发射显示器，其中所述第三开口的宽度等于所述第二开口的宽度。
7.权利要求4所述的场发射显示器，其中所述第三开口的宽度大于所述第二开口的宽度。
8.权利要求1所述的场发射显示器，其中所述导电层在所述阴极的长度方向上沿所述阴极的两边的每边延伸且所述第一开口形成于所述导电层之间。
9.权利要求1所述的场发射显示器，其中所述预定长度的导电层形成于所述阴极的两边的每边且所述第一开口形成于所述导电层之间。
10.权利要求1所述的场发射显示器，其中所述导电层形成于阴极上以围绕所述第一开口。
11.权利要求1所述的场发射显示器，其中所述发射器与所述绝缘层的侧表面接触。
12.权利要求1所述的场发射显示器，其中所述发射器由碳基材料构成。
13.权利要求12所述的场发射显示器，其中所述发射器由碳纳米管构成。
14.权利要求1所述的场发射显示器，其中相应于一个像素形成多个所述第一开口、第二开口和第三开口且所述发射器设置于多个所述第二开口的每个中。
15.一种场效应显示器，包括：
第一基板；
阴极，形成于所述第一基板上；
导电层，形成于所述阴极上且具有第一圆形开口；
绝缘层，形成于所述第一基板上以覆盖所述导电层的上表面和侧表面，且具有第二圆形开口，所述第二圆形开口位于所述第一圆形开口中且暴露部分所述阴极；
栅电极，形成于所述绝缘层上且具有第三圆形开口，所述第三圆形开口与所述第二圆形开口连接；
环形发射器，形成于所述第二圆形开口中暴露的所述阴极上；和
第二基板，设置所述第二基板以使其以预定的距离面对所述第一基板，所述第二基板还具有阳极和在其表面上形成的预定图案的荧光层。
16.权利要求15所述的场发射显示器，其中暴露所述第一基板的圆形空腔形成于所述阴极中以位于所述发射器之内。
17.权利要求15所述的场发射显示器，其中所述第一圆形开口的内直径大于所述第二圆形开口的内直径且所述空腔的内直径小于所述第二圆形开口的内直径。
18.权利要求17所述的场发射显示器，其中所述发射器的内直径小于所述第二圆形开口的内直径且大于所述空腔的内直径。
19.权利要求17所述的场发射显示器，其中所述第三圆形开口的内直径等于所述第二圆形开口的内直径。
20.权利要求17所述的场发射显示器，其中所述第三圆形开口的内直径大于所述第二圆形开口的内直径。
21.权利要求15所述的场发射显示器，其中所述发射器与所述绝缘层的侧表面接触。
22.权利要求15所述的场发射显示器，其中所述发射器由碳基材料构成。
23.权利要求22所述的场发射显示器，其中所述发射器由碳纳米管构成。
24.权利要求15所述的场发射显示器，其中相应于一个像素形成多个所述第一圆形开口、第二圆形开口和第三圆形开口且所述发射器设置于多个所述第二圆形开口的每个内。
25.一种制造场发射显示器的方法，所述方法包括：
在基板上形成阴极；
在所述阴极上形成具有暴露部分所述阴极的第一开口的导电层；
在所述基板上形成覆盖所述阴极和所述导电层的绝缘层；
在所述绝缘层上形成具有小于所述第一开口的孔的金属材料层；
通过所述孔蚀刻所述绝缘层以形成位于所述第一开口中且暴露部分阴极的第二开口；
构图所述金属材料层以形成具有与所述第二开口连接的第三开口的栅电极；和
在通过所述第二开口暴露的所述阴极上形成发射器。
26.权利要求25所述的方法，其中在所述阴极的形成中，通过在所述基板上沉积导电材料至预定的厚度且然后通过以条的形式构图它，形成所述阴极。
27.权利要求25所述的方法，其中在所述阴极的形成中，暴露所述基板的空腔形成于所述阴极中。
28.权利要求27所述的方法，其中所述空腔小于所述第二开口。
29.权利要求25所述的方法，其中在所述导电层的形成中，通过在所述阴极上涂布导电、光敏浆料且然后通过曝光且显影所述浆料以构图所述浆料，由此形成所述导电层。
30.权利要求29所述的方法，其中通过丝网印刷术涂布所述导电浆料。
31.权利要求25所述的方法，其中在所述绝缘层的形成中，通过丝网印刷术在所述基板上涂布浆料形态的绝缘材料且然后在预定的温度烧结所述材料形成所述绝缘层。
32.权利要求25所述的方法，其中在所述金属材料的形成中，通过溅射在所述绝缘层上沉积导电金属材料至预定厚度形成所述金属材料层且由部分蚀刻所述金属材料层形成所述孔。
33.权利要求25所述的方法，其中在所述绝缘层的蚀刻中，使用所述金属材料层作为蚀刻掩模蚀刻所述绝缘层。
34.权利要求25所述的方法，其中在所述栅电极的形成中，通过以条的形式构图所述金属材料层形成所述栅电极。
35.权利要求25所述的方法，其中所述发射器的形成包括：
在所述第二开口的内部涂布所述碳纳米管光敏浆料；
在所述基板后辐射光以选择性地仅曝光位于所述阴极上的部分碳纳米管浆料；和
去除所述未曝光的剩余部分碳纳米管浆料以形成由所述保留的碳纳米管构成的所述发射器。
36.权利要求35所述的方法，其中所述基板由透明玻璃构成且所述阴极由氧化铟锡构成。
37.权利要求25所述的方法，其中所述发射器的形成包括：
在所述第二开口的内部涂布光致抗蚀剂且构图它以仅在所述阴极的表面上保留所述光致抗蚀剂；
在所述第二开口的内部涂布碳纳米管浆料；
加热所述基板至预定的温度以通过所述光致抗蚀剂和所述碳纳米管浆料之间的热化学反应形成所述发射器；和
去除未经经历热化学反应的部分所述碳纳米管浆料。
38.权利要求25所述的方法，其中所述发射器的形成包括：
在所述阴极的表面上形成催化金属层；和
通过对所述催化金属层提供含碳气体从所述催化金属层表面垂直生长碳纳米管以形成所述发射器。
39.权利要求25所述的方法，其中所述第一开口、第二开口和第三开口具有四方形状。
40.权利要求39所述的方法，其中沿所述第二开口的两边形成所述发射器，且所述发射器具有棒状形状。
41.权利要求25所述的方法，其中所述第一开口、第二开口和第三开口具有圆形形状。
42.权利要求41所述的方法，其中所述发射器具有环形形状。
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