CN1828809B

CN1828809B - 电子发射器件及其制造方法和包括其的电子发射显示器

Info

Publication number: CN1828809B
Application number: CN2006100070103A
Authority: CN
Inventors: 李相辰
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: EP1696450B1; EP1696450A3; EP1696450A2; US20060244365A1; DE602006000161T2; KR20060092512A; DE602006000161D1; CN1828809A

Abstract

本发明公开了一种电子发射器件及其制造方法，其中在有限区域中光滑地形成多个孔，并采用该多个孔中的一些形成连接到信号线的欧姆层。电子发射器件包括：第一电极，设置在衬底上；第一绝缘层，设置在第一电极上并具有多个第一孔；欧姆层，设置在多个第一孔的至少一个中，并电连接到第一电极；第二绝缘层，通过薄膜生长工艺形成，第二绝缘层位于第一绝缘层和欧姆层上并覆盖除了其中设置有欧姆层的至少一个孔以外的多个第一孔的内表面，从而在第一孔内形成第二孔；信号线，电连接到欧姆层并用于经由欧姆层向所述第一电极供应电压；发射器，设置在第二孔内，并电连接到第一电极；和第二电极，设置在第二绝缘层上，并具有多个栅孔，其相应于第二孔。

Description

电子发射器件及其制造方法和包括其的电子发射显示器

技术领域

本发明涉及一种电子发射器件、其制造方法、和包括该电子发射器件的电子发射显示器，且更具体而言，涉及一种电子发射器件、其制造方法、和包括该电子发射器件的电子发射显示器，其中孔被用于形成连接到信号线的欧姆层。

背景技术

通常，电子发射器件具有这样的结构，其中当在阴极电极与栅电极之间施加电场时，电连接到阴极电极的发射器通过量子隧穿效应发射电子。这种电子发射器件分类为热电子阴极型或冷阴极型，其中热电子阴极型和冷阴极型分别采用热电子阴极和冷阴极作为电子发射源。

冷阴极型电子发射器件包括例如场发射阵列(FEA)、表面导电发射器(SCE)、金属绝缘体金属(MIM)、金属绝缘体半导体(MIS)、弹道电子表面发射(BSE)等等。

采用这样的电子发射器件，可以实现电子发射显示器、各种背光、用于光刻的电子束单元等等。其中，电子发射显示器包括设置有电子发射器件以发射电子的阴极衬底，和设置有荧光层的阳极衬底，所发射的电子与该荧光层碰撞以发光。在通常的电子发射显示器中，阴极衬底具有矩阵形，其中阴极电极与栅电极交叉，且多个电子发射器件限定在这些交叉区域中，此外，阳极衬底包括荧光层和连接到该荧光层的阳极电极，从而阳极电极向荧光层施加高电压以加速从电子发射器件向形成在阳极衬底上的荧光层所发射的电子。

作为FEA型电子发射器件的实例，存在公开于韩国专利No.0370246中的常规电子发射器件。这种常规FEA型电子发射器件包括衬底、下电极、欧姆层、形成有孔的第一绝缘层、形成在所述孔中的发射器、栅电极、形成在与栅电极相同平面上并设置在栅电极周围的第一聚焦电极，和越过第二绝缘层形成在第一聚焦电极上的第二聚焦电极。采用此结构，常规电子发射器件提高了从发射器所发射的电子束的聚集效果。此外，欧姆层用于提高发射器与下电极之间的接触特性。

上述电子发射器件的第一绝缘层形成为在下电极与栅电极之间具有预定厚度，因此将下电极与栅电极绝缘。下电极与栅电极用于向发射器提供电场。此外，下电极相应于阴极电极。这样的绝缘层可以通过印刷并退火绝缘材料的厚膜生长方法或者例如化学气相淀积(CVD)等的薄膜生长方法而形成。

厚膜生长方法可以用于形成大尺寸和不昂贵的绝缘层。然而，在厚膜生长方法中，当绝缘层在高温退火时，欧姆层的电阻会变化，难以形成具有所需电阻的欧姆层。特别是，在厚膜生长方法中，绝缘层形成得厚，因此孔的直径变大。此外，绝缘层的孔具有粗糙表面，从而外来材料可能形成在孔中且孔是不均匀的。在具有预定厚度的绝缘层插入在阴极电极与栅电极之间且将预定电压施加在阴极电极与栅电极之间的情况下，随着绝缘层变厚，充当介质材料的绝缘层的耐受电压和温度变高，因此增加了功耗。

与厚膜生长方法相反，在薄膜生长方法中，容易形成欧姆层而无需高温退火工艺。然而，因为绝缘层形成得薄，难以会聚电子束。

在常规电子发射器件中，难以在有限区域内形成期望数目的、其中分别形成有发射器的孔，且还难以通过该孔形成欧姆层。

发明内容

因此，本发明的一个方面是提供一种电子发射器件及其制造方法，其中多个孔光滑地形成在有限区域中，且采用多个孔中的一些形成连接到信号线的欧姆层。

本发明的另一方面是提供一种包括上述电子发射器件的电子发射显示器。

根据本发明的一个方面，提供了一种电子发射器件，其包括：衬底；第一电极，设置在所述衬底上；第一绝缘层，设置在所述第一电极上并具有多个第一孔；欧姆层，设置在所述多个第一孔的至少一个中，并电连接到所述第一电极；第二绝缘层，通过薄膜生长工艺形成，所述第二绝缘层位于所述第一绝缘层和欧姆层上并覆盖除了其中设置有所述欧姆层的所述至少一个孔以外的所述多个第一孔的内表面，从而在所述第一孔内形成第二孔；信号线，电连接到所述欧姆层并用于经由所述欧姆层向所述第一电极供应电压；发射器，设置在第二孔内，并电连接到所述第一电极；和第二电极，设置在所述第二绝缘层上，并具有多个栅孔，所述栅孔相应于第二孔。

所述第一绝缘层优选具有5μm到9μm范围的厚度，且其中所述第二绝缘层具有1μm到3μm范围的厚度。

所述电子发射器件优选还包括栅电极，其设置在所述第二电极上并具有相应于所述多个第二孔的多个控制孔。

所述栅电极优选包括覆盖有第三绝缘层的网状导电片。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造电子发射器件的方法，该方法包括：在衬底上形成第一电极；形成信号线，其电连接到在所述衬底上的第一电极，并用于向所述第一电极提供电压；通过印刷并退火绝缘材料而在所述第一电极上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层中形成多个第一孔；在所述多个第一孔的至少一个中形成欧姆层，以电连接到所述第一电极和信号线；通过薄膜生长工艺形成第二绝缘层，所述第二绝缘层位于所述第一绝缘层和欧姆层上并覆盖除了其中设置有所述欧姆层的所述至少一个孔以外的所述多个第一孔的内表面，从而在所述第一孔内形成第二孔；在所述第二绝缘层上形成第二电极，其在与第一电极交叉的方向具有预定形状；和在第二孔中形成发射器，以电连接到所述第一电极。

根据本发明的再一方面，提供了一种电子发射显示器，包括：第一和第二衬底，彼此面对；第一电极，设置在所述第一衬底上；第一绝缘层，设置在所述第一电极上并具有多个第一孔；欧姆层，设置在所述多个第一孔的至少一个中，并电连接到所述第一电极；第二绝缘层，通过薄膜生长工艺形成，所述第二绝缘层位于所述第一绝缘层和欧姆层上并覆盖除了其中设置有所述欧姆层的所述至少一个孔以外的所述多个第一孔的内表面，从而在所述第一孔内形成第二孔；信号线，电连接到所述欧姆层并用于经由所述欧姆层向第一电极供应电压；发射器，设置在第二孔中，并电连接到所述第一电极；第二电极，设置在所述第二绝缘层上，并具有多个栅孔，所述栅孔相应于第二孔；荧光层，设置在所述第二衬底上并用于响应于从所述发射器所发射的电子的碰撞而发光；和阳极电极，设置在所述第二衬底上并连接到所述荧光层。

所述电子发射显示器优选还包括格栅电极(grid electrode)，其设置在所述第二电极上并具有相应于所述多个第二孔的多个控制孔。

所述格栅电极优选包括覆盖有第三绝缘层的网状导电片。

所述发射器优选包括碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、类金刚石碳、C60、硅纳米线及其组合的至少之一。

所述电子发射显示器优选还包括设置所述第二衬底上且响应从发射器发射的与其碰撞的电子不发光的暗区。

附图说明

通过接合附图参考下面的详细描述，本发明的更完整的理解及其许多附带优点将更为明显，且本发明将更容易理解，在附图中，相同的参考标号表示相同或相似的元件，其中：

图1是常规电子发射器件的局部截面图；

图2是根据本发明实施例的电子发射器件的局部平面图；

图3是根据本发明实施例的电子发射器件的局部截面图；

图4A到4C是根据本发明实施例的电子发射器件制造方法的视图；

图5是采用根据本发明实施例的电子发射器件的电子发射显示器的截面图。

具体实施方式

图1是常规FEA型电子发射器件的截面图。参照图1，常规电子发射器件包括衬底100、下电极110、欧姆层120、形成有孔的第一绝缘层130、形成在孔中的发射器132、栅电极142、形成在与栅电极142相同平面内并在栅电极142周围设置的第一聚焦电极144、和越过第二绝缘层160形成在第一聚集电极144上的第二聚焦电极170。采用此结构，常规电子发射器件提高了从发射器132所发射出的电子束的会聚效果。此外，欧姆层120用于提高发射器132与下电极110之间的接触特性。

上述电子发射器件的第一绝缘层130形成为在下电极110与栅电极142之间具有预定厚度，因此将下电极110与栅电极142绝缘。下电极110和栅电极142用于向发射器132提供电场。此外，下电极110相应于阴极电极。这样的绝缘层可以通过印刷并退火绝缘材料的厚膜生长方法或者例如化学气相淀积(CVD)等的薄膜生长方法而形成。

此后，将参照附图描述根据本发明的示范性实施例。当第一层描述为位于第二层上时，第一层可以直接位于第二层上，或者第三层可以插入在第一层与第二层之间。此外，为了描述的方便和清楚而夸大了每层的厚度和尺寸。而且，通篇相同的参考标号表示相同元件。

图2是根据本发明实施例的电子发射器件的局部平面图，且图3是根据本发明实施例的电子发射器件的局部截面图。

参照图2和3，电子发射器件包括衬底201、第一电极203、信号线204、第一绝缘层205、欧姆层207、第二绝缘层209、第一孔211、第二电极213和发射器215。

衬底201采用玻璃衬底或硅衬底。具体地，当发射器215采用碳纳米管(CNT)浆料形成时，衬底201采用玻璃衬底用于背侧曝光。

第一电极203形成为具有条纹形成或分开的条纹形状。当发射器215通过背侧曝光形成时，第一电极203形成为透明电极，例如氧化铟锡(ITO)。在此实施例中，第一电极203用作电子发射器件的阴极电极。

当形成第一电极203时构图信号线204，或者通过加工导电材料而在衬底201上形成信号线204。此外，信号线204电连接到欧姆层207。信号线204将电子发射器件的第一电极203连接到驱动器或控制电路。而且，信号线204连接到每个电子发射器件的第一电极，并将来自数据驱动器(未示出)或扫描驱动器(未示出)的数据信号或扫描信号传送到预定的电子发射器件。

第一绝缘层205形成在衬底201和第一电极203上，并将第一电极2与第二电极213电绝缘。第一绝缘层205由绝缘材料例如含PbO和SiO₂的组合的玻璃材料制成，并形成有多个第一孔211，用于部分暴露第一电极203。用于束聚焦的第一绝缘层205具有厚度“H1”并通过厚膜生长方法形成。

第一孔211形成在第一电极203与第二电极213交叉的区域中。第一孔211穿过第一绝缘层205和第二绝缘层209而形成。根据本发明的实施例，在有限区域内，例如相应于电子发射显示器的像素单元的区域内，可以形成许多第一孔211。

形成欧姆层207以提高第一电极203与连接到第一电极203的信号线204之间的电接触特性，并向信号线204传送预定信号，因此保证了电子发射器件的耐用性和均匀性。在此实施例中，采用形成在第一绝缘层205上的多个孔(参照图4A的“210”))中的至少一个来形成欧姆层207。发射器215形成在其他孔中。

第二绝缘层209形成在第一绝缘层205和欧姆层207上，并形成有相应于第一绝缘层205的孔的第二孔211。例如，第二绝缘层209形成为旋涂玻璃(Spin on Glass，SOG)绝缘层。这样的SOG层通常用在1μm或以下的薄膜工艺中。通过重复SOG层淀积工艺三到五次，形成第二绝缘层的厚度“H2”。

第二电极213形成在第二绝缘层209上并具有预定形状。例如，第二电极213具有沿与第一电极203交叉的方向延伸的条纹形，并形成在第二绝缘层209的第二孔211周围。在此实施例中，第二电极213用作阴极衬底的栅电极。第二电极213由具有好的导电性的金属制成，例如从包括金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、铝(Al)、铬(Cr)及其合金的组中选择的至少一种。第二电极213交叉第一电极205。此外，第二电极213交叉第一电极205的区域相应于电子发射显示器的像素区。

发射器215形成在第二绝缘层209的第二孔211中，并电连接到通过第二孔211暴露的第一电极203。发射器215由碳材料或者具有约一纳米尺寸的材料制成。例如，发射器215由碳纳米管(CNT)、石墨、石墨纳米纤维、类金刚石碳、C60、硅纳米线或其组合制成。

根据本发明的实施例，电子发射器件还可以包括格栅电极(参照图5的“580”)。该格栅电极可以设置为网形导电片，其设置在形成于第二绝缘层209和第二电极213上的附加绝缘层(参照图5的“570”)上。

采用此结构，根据本发明实施例的电子发射器件具有与常规电子发射器件不同的结构。即，常规电子发射器件具有其中随着绝缘层厚度变厚而直径变大的结构，且因此难以通过具有适当厚度的厚绝缘层的孔形成用于束聚焦的欧姆层。另一方面，根据本发明实施例的电子发射器件具有这样的结构，其中具有适当厚度的适当数目的孔形成在第一绝缘层中，且欧姆层通过多个形成的孔中的至少一个而形成，从而易于形成欧姆层。此外，根据本发明的实施例，在第一绝缘层退火之后形成欧姆层，从而欧姆层不会由于第一绝缘层的退火工艺而变形。

在常规电子发射器件中，绝缘层通过通常的厚膜生长工艺而形成得厚，从而形成在绝缘层中的孔具有粗糙表面，因此使后面形成发射器的工艺受限或复杂化。另一方面，根据本发明实施例的电子发射器件具有这样的结构，其中欧姆层形成在第一绝缘层中的至少一个孔中，且在第一绝缘层和欧姆层上额外形成第二绝缘层，从而孔贯穿第一和第二绝缘层光滑地形成。因此，当通过后面的背侧曝光工艺形成发射器时，减少了由于孔内壁上的外来材料所导致的缺陷发射器。

图4A到4C是根据本发明实施例的电子发射器件的制造方法的视图。

参照图4A，在衬底201上淀积导电材料并对其进行光刻工艺，因此构图所述第一电极203和信号线(参照图2的“204”)。第一电极203和信号线电学断开。信号线用于向第一电极203传送驱动电子发射器件的信号。

然后，在具有第一电极203和信号线的衬底201上印刷并退火绝缘材料，因此形成第一绝缘层205。绝缘材料被印刷得厚并具有约10μm到15μm的厚度，然后被退火以具有约5μm到9μm厚度，因此形成第一绝缘层205。绝缘材料包括包含PbO和SiO₂的组合的玻璃材料。在此工艺中，保证了绝缘层的厚度，从而稳定地聚焦从电子发射器件发射的束。

然后，通过光刻工艺在第一绝缘层205中形成多个孔210。在此工艺中，孔210的内表面粗糙地形成。因此，当通过对CNT浆料进行背侧曝光而形成发射器时，孔210的粗糙表面可能形成短路。然而，此问题可以通过第二绝缘层209解决。

然后，如图4B所示，通过采用预定的欧姆材料填充至少一个孔210而形成欧姆层207。欧姆层207电连接到第一电极203和信号线。因此，欧姆层207提高了信号线与第一电极203之间的电接触特性，因此保证了电子发射器件的耐用性和均匀性。

然后，如图4C所示，通过在第一绝缘层205和欧姆层207上重复淀积SOG层几次，形成第二绝缘层209。第二绝缘层209具有1μm到3μm的厚度。然后，通过光刻工艺在第二绝缘层209上形成第二孔211。通过薄膜生长工艺而光滑地形成第二孔211的内表面。

然后，在第二绝缘层209上形成第二电极，且未示出的发射器形成在第二孔211中。

因此，在根据本发明实施例的电子发射器件中，在具有适合于束聚焦的厚度的绝缘层上形成足够数量的孔。并在至少一个孔中形成具有期望电阻的欧姆层，因此易于制造具有优异性质的电子发射器件。

图5是采用根据本发明实施例的电子发射显示器的截面图。

参照图5，根据本发明实施例的电子发射显示器包括阴极衬底500和阳极衬底600。阴极衬底500被用作其上具有电子发射区的电子发射衬底，且阳极衬底600被用作其上具有图像显示区的成像衬底，该阳极衬底由于与从阴极衬底500的电子发射区所发射的电子的碰撞而显示预定图像。此外，阴极衬底500包括上述电子发射器件。

更具体地，阴极衬底500包括后衬底510、第一电极520、信号线(参照图2的“204”)、第一绝缘层532、欧姆层534、第二绝缘层536、第二电极540、孔550和发射器560。信号线被用作向第一电极520传送用于驱动发射器560的预定信号的线路，且欧姆层534被用于提高信号线与第一电极520之间的电接触特性。阴极衬底具有与上述电子发射器件相同的结构，从而省略了重复的描述。

阴极衬底500还包括第三绝缘层570和格栅电极580。第三绝缘层570形成在阴极衬底500的第二电极540上。第三绝缘层570插入在第二电极540与相邻的第二电极之间，或者在一区域中设置为与第二电极540和相邻的第二电极两者部分交叠，只要其不受阴极衬底500的整个寄生电容的影响。优选地，第三绝缘层570具有从10μm到40μm变化的厚度，以提高格栅电极的束聚焦。

格栅电极580形成在阴极衬底500上，并形成有第二孔590，从发射器560发射的电子穿过该孔。此外，格栅电极580会聚向阳极衬底600的荧光层620行进的电子，并防止电极由于电弧而损坏。例如，格栅电极580保护第二电极540、发射器560、第一电极520等免受由施加到阳极640的高电压而导致的阳极电场的影响。在阴极衬底500上，格栅电极580形成为网状导电片。而且，格栅电极580可以包括形成在其上的预定绝缘层(未示出)。优选地，形成在格栅电极580表面上的绝缘层包括PbO和SiO₂以提高第一电极520、第二电极540和格栅电极580之间的耐受电压特性。

阳极衬底600包括面对阴极衬底500的后衬底510的前衬底610，形成在前衬底610的有效区内的荧光层620、和形成在前衬底610和荧光层620上的金属薄膜640。

前衬底610包括透明材料，例如玻璃等。

荧光层620形成为前衬底610的有效区内的发射区，并由于与从阴极衬底500的发射器560所发射的电子的碰撞而发光。荧光层620形成在前衬底610的一侧，并具有预定形状，例如条形。

采用金属薄膜640作为阳极电极，以向荧光层620提供高电压。金属薄膜640形成在前衬底610与荧光层620之间。此外，金属薄膜640更有效地会聚从发射器560发射的电子，并朝前衬底610反射光，因此提高反射效率。

此外，阳极衬底600还包括可选的暗区630，其形成为前衬底610的有效区内的非发光区。暗区630形成在形成像素的荧光层620之间，并吸收/阻隔外部光以防止串扰，因此提高对比度。

因此，本发明提供了采用具有好的特性的电子发射器件的电子发射显示器，从而保证了电子发射显示器的耐用性和均匀亮度。

在上述实施例中，电子发射器件应用到电子发射显示器的阴极衬底。然而，本发明不局限于此。作为选择，根据本发明实施例的电子发射器件可以应用到各种背光、用于光刻的电子束单元以及电子发射显示器。

如上所述，本发明提供了电子发射器件及其制造方法，其中多个孔形成在有限区域中，并采用一些孔形成连接到信号线的欧姆层，因此保证了电子发射器件的耐用性和均匀性。

此外，本发明提供了由于绝缘层的介电性而能够减小功耗的电子发射显示器。

虽然已经接合某些示范性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，本发明旨在覆盖包括在权利要求的精神和范畴内的各种改进。

本申请在要求2005年2月18日在韩国知识产权局提交的题目为“电子发射器件、其制造方法、包括该电子发射器件的电子发射显示器”的申请No.10-2005-0013463的优选权，参考其内容并引用在此处。

Claims

1.一种电子发射器件，包括：

衬底；

第一电极，设置在所述衬底上；

第一绝缘层，设置在所述第一电极上并具有多个第一孔；

欧姆层，设置在所述多个第一孔的至少一个中，并电连接到所述第一电极；

第二绝缘层，通过薄膜生长工艺形成，所述第二绝缘层位于所述第一绝缘层和欧姆层上并覆盖除了其中设置有所述欧姆层的所述至少一个孔以外的所述多个第一孔的内表面，从而在所述第一孔内形成第二孔；

信号线，电连接到所述欧姆层并用于经由所述欧姆层向所述第一电极供应电压；

发射器，设置在所述第二孔内，并电连接到所述第一电极；和

第二电极，设置在所述第二绝缘层上，并具有多个栅孔，所述栅孔相应于所述第二孔。

2.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中所述第一绝缘层具有5μm到9μm范围的厚度，且其中所述第二绝缘层具有1μm到3μm范围的厚度。

3.根据权利要求1所述的电子发射器件，还包括格栅电极，其设置在所述第二电极上并具有相应于所述多个第二孔的多个控制孔。

4.根据权利要求3所述的电子发射器件，其中所述格栅电极包括覆盖有第三绝缘层的网状导电片。

5.一种制造电子发射器件的方法，所述方法包括：

在衬底上形成第一电极；

形成信号线，其电连接到在所述衬底上的第一电极，并用于向所述第一电极提供电压；

通过印刷并退火绝缘材料而在所述第一电极上形成第一绝缘层；

在所述第一绝缘层中形成多个第一孔；

在所述多个第一孔的至少一个中形成欧姆层，以电连接到所述第一电极和信号线；

通过薄膜生长工艺形成第二绝缘层，所述第二绝缘层位于所述第一绝缘层和欧姆层上并覆盖除了其中设置有所述欧姆层的所述至少一个孔以外的所述多个第一孔的内表面，从而在所述第一孔内形成第二孔；

在所述第二绝缘层上形成第二电极，其在与第一电极交叉的方向具有预定形状；和

在所述第二孔中形成发射器，以电连接到所述第一电极。

6.一种电子发射显示器，包括：

第一和第二衬底，彼此面对；

第一电极，设置在所述第一衬底上；

第一绝缘层，设置在所述第一电极上并具有多个第一孔；

信号线，电连接到所述欧姆层并用于经由所述欧姆层向第一电极供应电压；

发射器，设置在所述第二孔中，并电连接到所述第一电极；

第二电极，设置在所述第二绝缘层上，并具有多个栅孔，所述栅孔相应于所述第二孔；

荧光层，设置在所述第二衬底上并用于响应从所述发射器所发射的电子的碰撞而发光；和

阳极电极，设置在所述第二衬底上并连接到所述荧光层。

7.根据权利要求6所述的电子发射显示器，其中所述第一绝缘层具有5μm到9μm范围的厚度，且其中所述第二绝缘层具有1μm到3μm范围的厚度。

8.根据权利要求6所述的电子发射显示器，还包括格栅电极，其设置在所述第二电极上并具有相应于所述多个第二孔的多个控制孔。

9.根据权利要求8所述的电子发射显示器，其中所述格栅电极包括覆盖有第三绝缘层的网状导电片。

10.根据权利要求6所述的电子发射显示器，其中所述发射器包括碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、类金刚石碳、C60、硅纳米线及其组合的至少之一。

11.根据权利要求6所述的电子发射显示器，还包括设置所述第二衬底且响应从发射器所发射的与其碰撞的电子不发光的暗区。