專利名稱：場致發(fā)射裝置、采用該裝置的顯示器及制造該裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種場致發(fā)射裝置、一種采用該場致發(fā)射裝置的顯示器以及該場致發(fā)射裝置的制造方法，特別地，本發(fā)明涉及一種具有改進電子束聚焦效應(yīng)的場致發(fā)射裝置、一種采用該場致發(fā)射裝置的顯示器以及該場致發(fā)射裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
顯示裝置，通常其主要是信息傳輸?shù)拿浇?，其已被典型地用作PC(個人電腦)或TV(電視機)接收機的監(jiān)視器。這些顯示裝置主要分為使用高速熱電子發(fā)射的陰極射線管(CRTs)、和快速發(fā)展的平板顯示裝置。平板顯示裝置包括液晶顯示器(LCD)、等離子體顯示板(PDP)、以及場致發(fā)射顯示裝置(FED)。
在場致發(fā)射顯示裝置中，強電場形成在一場致發(fā)射器和一柵電極之間，該柵電極以一恒定間隔設(shè)置在一陰極上，使得電子從該場致發(fā)射器被發(fā)射以撞擊陽極上的熒光體，從而發(fā)射光。該場致發(fā)射顯示器是一非常薄的顯示裝置，由于其幾厘米薄的總厚度、寬視角、低能耗以及低制造成本，因此吸引了很大的注意力。
場致發(fā)射顯示裝置利用和CRT大體上相同的的物理原理。換句話說，從陰極發(fā)射的發(fā)射電子被加速以便撞擊陽極，因此涂覆在陽極上的熒光被激發(fā)從而產(chǎn)生特定顏色的發(fā)射光。但是，與CRT不同，場致發(fā)射顯示裝置使用冷陰極材料作為電子源。
圖1是普通場致發(fā)射顯示裝置的示意圖。參照圖1，該場致發(fā)射顯示裝置包括一形成在襯底10上的陰極12。而且，作為電子提取電極的一柵電極16形成在一絕緣層14上。一場致發(fā)射器19設(shè)置在一孔內(nèi)，陰極12的一部分通過該孔被暴露出來。
但是，在具有上述結(jié)構(gòu)的場致發(fā)射顯示裝置中，如果不控制電子束的軌跡，期望的顏色將不會精確地顯示在預(yù)定的像素處。因此，存在一電子束軌跡控制技術(shù)的需要，其能使由場致發(fā)射器19發(fā)射的電子精確地傳送到涂覆有熒光材料的陽極上的一預(yù)定像素處。
圖2示出了具有一聚焦柵電極的一電子源的例子。
參照圖2，一第二絕緣層27被附加地沉積在柵電極26上并且一用于控制電子束軌跡的聚焦柵電極28形成在該第二絕緣層上。在圖2中，附圖標(biāo)記20、22、24和29分別表示襯底、陰極、第一絕緣層和場致發(fā)射器。
圖3示出了從具有聚焦柵電極的FED發(fā)射器發(fā)射的電子束軌跡相對應(yīng)的計算機模擬結(jié)果。
參照圖3，過焦電子偏離一目標(biāo)熒光層區(qū)域并將激發(fā)另一區(qū)域的熒光層，這將導(dǎo)致顏色純度的惡化。如圖4所示，這種不合乎需要的結(jié)果是由作為電子源的一碳納米管(CNT)的不規(guī)則凸出方向所造成的。
為了避免上述擔(dān)憂，美國專利US5920151公開了一種具有埋入式聚焦結(jié)構(gòu)的場致發(fā)射顯示(FED)裝置，但是，其需要一除氣工序，該除氣工序從形成在聚焦柵電極上的有機材料(即聚酰亞胺)處排出揮發(fā)性氣體，從而使得該密閉的FED難以應(yīng)用于大屏幕顯示場。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有改進電子束聚焦效應(yīng)的場致發(fā)射裝置、一種采用該場致發(fā)射裝置的顯示器以及一種制造該場致發(fā)射裝置的方法。
本發(fā)明的一方面，提供了一種場致發(fā)射裝置，其具有一玻璃襯底，一形成在該玻璃襯底上的發(fā)射電極，一形成在該發(fā)射電極上的碳納米管(CNT)發(fā)射器，以及一形成在該CNT發(fā)射器周圍的柵疊層，柵疊層從該CNT發(fā)射器汲取電子束并將所汲取的電子束聚焦到一給定位置。其中該柵疊層包括一掩模層，其覆蓋設(shè)置在該CNT發(fā)射器周圍的發(fā)射電極；一柵絕緣層和一柵電極，它們順序形成在該掩模層上；一在柵電極上的聚焦柵絕緣層，其具有兩個面對CNT發(fā)射器的傾斜面；以及一聚焦柵電極，其涂覆在該聚焦柵絕緣層上。
本發(fā)明的另一發(fā)面，進一步提供了一種場致發(fā)射顯示裝置，其具有一玻璃襯底，一形成在該玻璃襯底上的發(fā)射電極，一形成在該發(fā)射電極上的碳納米管(CNT)發(fā)射器，一形成在該CNT發(fā)射器周圍的柵疊層，該柵疊層從該CNT發(fā)射器汲取電子束并將所汲取的電子束聚焦到一給定位置，一前面板，其形成在該柵疊層的上方并且信息顯示在該前面板上，以及一熒光層，其涂覆在面對CNT發(fā)射器的前面板表面上，其中該柵疊層包括一掩模層，其覆蓋設(shè)置在CNT發(fā)射器周圍的發(fā)射電極；一柵絕緣層和一柵電極，其順序形成在該掩模層上；一在柵電極上的聚焦柵絕緣層，其具有兩個面對CNT發(fā)射器的傾斜面；以及一聚焦柵電極，其涂覆在該聚焦柵絕緣層上。
本發(fā)明的又一方面，進一步提供了一種制造場致發(fā)射裝置的方法，該場致發(fā)射裝置具有一玻璃襯底，一形成在該玻璃襯底上的透明電極，一形成在該發(fā)射電極上的碳納米管(CNT)發(fā)射器，以及一形成在該CNT發(fā)射器周圍的柵疊層，其從該CNT發(fā)射器汲取電子束并將所汲取的電子束聚焦到一給定位置，其中形成所述柵疊層包括(1)在玻璃襯底上形成一掩模層以便通過一通孔部分地露出該透明電極；(2)在該掩模層上形成一柵絕緣層以填充通孔；(3)在所述通孔周圍的柵絕緣層上形成一柵電極；(4)在所述柵電極和柵絕緣層上形成一聚焦柵絕緣層；(5)在所述通孔周圍的聚焦柵絕緣層上形成一井；(6)在所述通孔周圍的聚焦柵絕緣層上形成一聚焦柵電極；以及(7)移除所述柵電極內(nèi)的聚焦柵絕緣層和柵絕緣層。


通過參照附圖并詳細(xì)描述優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述方面和優(yōu)點將變得更加明顯，在附圖中圖1是普通場致發(fā)射顯示裝置(FED)的斷面示意圖；圖2是具有一聚焦柵電極的普通FED的斷面示意圖；圖3示出了與從具有聚焦柵電極的FED發(fā)射器發(fā)射的電子束軌跡相應(yīng)的計算機模擬結(jié)果；圖4是顯示普通CNT發(fā)射器的掃描電子顯微(SEM)照片；圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的場致發(fā)射顯示裝置的部分?jǐn)嗝媸疽鈭D；圖6-14是堆疊及蝕刻應(yīng)用到形成一柵絕緣層的工藝中的氧化層的順序步驟的斷面示意圖，該柵絕緣層被包括在圖5所示的場致發(fā)射顯示裝置的柵疊層中；圖15是取決于含在一聚焦柵絕緣層內(nèi)的硅烷(SiH4)流速的蝕刻速率的圖表，該柵絕緣層被包括在圖5所示的場致發(fā)射顯示裝置的柵疊層中；
圖16是取決于含在一聚焦柵絕緣層內(nèi)的硅烷(SiH4)流速的沉積速率的圖表，該柵絕緣層被包括在圖5所示的場致發(fā)射顯示裝置的柵疊層中；圖17是與圖6-14所示堆疊和蝕刻氧化層的曝光方法不同的光致抗蝕劑層曝光方法的斷面示意圖；圖18-30是在制造圖5所示場致發(fā)射顯示裝置的方法中形成一柵疊層和一碳納米管發(fā)射器的順序步驟的斷面示意圖；圖31和32是根據(jù)本發(fā)明實施例所制造的場致發(fā)射裝置的SEM照片；以及圖33和34示出了與從根據(jù)本發(fā)明的FED發(fā)射器發(fā)射的電子束軌跡相對應(yīng)的計算機模擬結(jié)果。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的一場致發(fā)射裝置、采用該裝置的顯示器以及制造該場致發(fā)射裝置的方法將參照附圖對其作更加完整地描述，這些附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在附圖中，為清楚起見，層、區(qū)域等的厚度都被擴大了。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的場致發(fā)射顯示裝置的部分?jǐn)嗝鎴D。
參照圖5，一發(fā)射電極32形成在一玻璃襯底30上。該發(fā)射電極32優(yōu)選地是一由氧化銦錫(ITO)制成的透明電極。一部分地覆蓋該發(fā)射電極32的柵疊層S1形成在玻璃襯底30上。一接觸孔44形成在柵疊層S1之間以暴露該發(fā)射電極32。一CNT發(fā)射器46形成在由接觸孔44所暴露的發(fā)射電極32上。電子從該CNT發(fā)射器46處發(fā)射出來。該CNT發(fā)射器46相對于柵疊層S1處于非接觸狀態(tài)。該柵疊層S1部分地覆蓋透明電極32并包括一第一掩模層34，該第一掩模層用作背面曝光掩模，這在以后將被描述。第一掩模層34與CNT發(fā)射器46間隔開。在第一掩模層34上順序疊置有一柵絕緣層36、一柵電極38、一聚焦柵絕緣層40以及一聚焦柵電極42。如圖5所示，各個疊層36、38、40和42向上逐漸縮小。這樣，柵疊層S1的側(cè)面成形為階梯狀傾斜表面。
在圖5所示的制造CNT FED的過程中，柵疊層S1的各個元件通過使用紫外線的背面曝光方法被構(gòu)圖，這將在以后進行描述。因此，從光學(xué)特性角度來說，第一掩模層34優(yōu)選地是對于可見光是透明的而相對于紫外光則是不透明的材料層。例如，一非晶硅層可被用作第一掩模層34。
為了在柵電極38和透明電極32之間建立起電絕緣，設(shè)置了柵絕緣層36。柵絕緣層36由一絕緣材料(例如二氧化硅(SiO2))制成，其厚度通常在約5-10μm(微米)的范圍。柵絕緣層36的厚度可根據(jù)形成方法和所使用的材料而變化。
柵電極38優(yōu)選地由約0.25μm厚的鉻形成。柵電極38可由具有不同電導(dǎo)率的材料制成。在這種情形下，柵電極38的厚度可以不是0.25μm。
聚焦柵絕緣層40使柵電極38與聚焦柵電極42電絕緣。兩個傾斜面40a和40c形成在聚焦柵絕緣層40的一平面上，該平面面對CNT發(fā)射器46。換句話說，在該平面上形成一連接到柵電極38的第一傾斜面40a、一連接到該第一傾斜面40a的水平部分40b、以及一從該水平部分40b向上傾斜的第二傾斜面40c。第一傾斜面40a的傾斜角優(yōu)選地大于第二傾斜面40c的傾斜角。而且，傾斜面40a和40c優(yōu)選地以凹面形成。水平部分40b可被連接到第二傾斜面40c，從而形成一傾斜平面。
聚焦柵絕緣層42可以是氧化硅(SiOx)，其厚度(T)不小于2μm，優(yōu)選地為3-15μm。這里，下標(biāo)值“x”優(yōu)選地小于2(x＜2)。
聚焦柵電極42優(yōu)選地為一具有一預(yù)定厚度的鉻電極，例如大約0.25μm，其從聚焦柵絕緣層40的水平部分40b處向上形成。聚焦柵電極42可由具有電導(dǎo)率的不同材料制成。在這種情形下，該電極的厚度可以不是0.25μm。
柵電極38用于從CNT發(fā)射器46處提取電子束。因此，一預(yù)定的AC(交流)柵電壓Vg，例如+80V，可被施加給柵電極38。
而且，聚焦柵電極42聚集從CNT發(fā)射器46處發(fā)射的電子束以便到達(dá)熒光層54的一給定位置。為此，具有與柵電壓Vg相同極性且其絕對值較低的聚焦柵電壓Vfg，例如近似-10V，被施加給聚焦柵電極42。
參照圖5，一前面板50設(shè)置在相距柵疊層S1的聚焦柵電極42向上的一預(yù)定距離D(例如1.1mm)處。各種類型的信息顯示在該前面板50上。一陽極52形成在面對柵疊層S1的前面板50的底表面上，而一熒光層54形成在該陽極52的一部分上，并且為了防止光串?dāng)_，一黑矩陣56形成在該陽極的其余部分上。該熒光層54具有通過電子束激發(fā)以發(fā)射均勻分布的紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)的光55的熒光體。
在圖5中，為簡潔起見，設(shè)置在前面板50和柵疊層S1之間的隔板未顯示。
下面將描述一種根據(jù)本發(fā)明一實施例的CNT FED的制造方法。特別地，形成柵疊層S1也將隨后描述。
首先，將參照附圖6-14詳細(xì)描述疊置和蝕刻應(yīng)用于形成包括在柵疊層S1中的一柵絕緣層36和/或一聚焦柵絕緣層40的工藝中的材料層的步驟。
參照圖6，一第一電極82形成在一襯底80上。該襯底80可對應(yīng)于圖2中所示的CNT FED(根據(jù)本發(fā)明其作為一FED)的玻璃襯底30。該第一電極82對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的FED的一ITO透明電極32。
一第二掩模層84形成在該第一電極82上。隨后，一通孔86形成在一第二掩模層84上，通過該通孔露出第一電極82。第二掩模層84由一種對可見光透明而對UV(紫外)光不透明的材料層形成，例如一非晶硅層。因此，第二掩模層84對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明FED的第一掩模層34。
參照圖7，一絕緣層88通過使用二氧化硅(SiO2)以一預(yù)定厚度(t)形成在第二掩模層84上，其用于填充通孔86。這里，絕緣層88形成的厚度為2μm或更大，優(yōu)選地為3-15μm，更優(yōu)選地為6-15μm。該絕緣層88可使用RF并通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)而形成。但是，使用的技術(shù)可根據(jù)絕緣層88的厚度而不同。例如，當(dāng)絕緣層88形成的厚度在上述厚度范圍內(nèi)的相對較薄處時，可以使用濺射法。當(dāng)絕緣層88形成的厚度在上述厚度范圍內(nèi)的相對較厚處時，可以使用電鍍法或熱蒸發(fā)法。
通過PECVD技術(shù)使用氧化硅(SiOx)形成絕緣層88的詳細(xì)工藝條件將在下文作描述。
在形成氧化硅(SiOx)的過程中，襯底80維持在大約250℃-450℃的溫度范圍，優(yōu)選地，在約340℃。而且，射頻功率被維持在100-300W的范圍內(nèi)，優(yōu)選地為約160W。反應(yīng)室的壓力被維持在600-1200mTorr的范圍，優(yōu)選地為約900mTorr。作為源氣體的硅烷(SiH4)的流速優(yōu)選被維持使得沉積速率大于400nm/min的水平。例如，硅烷的流速被維持在50-700sccm，優(yōu)選地為約300sccm，這遠(yuǎn)大于形成普通二氧化硅(SiO2)時的流速，即約15sccm。另一源氣體硝酸(N2O)的流速優(yōu)選地為700-4500sccm的范圍，更優(yōu)選地為1000-3000sccm。
上面所限定的硅烷流速也可被應(yīng)用于通過PECVD技術(shù)而蝕刻氧化硅(SiOx)的工藝。在該情形下，如圖15所示，在以上所限定的硅烷流速范圍內(nèi)，氧化硅(SiOx)的蝕刻速率遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)情形的速率C1。在蝕刻過程中，硅烷流速優(yōu)選地維持在使氧化硅(SiOx)的蝕刻速率大于100nm/min的水平。
當(dāng)氧化硅(SiOx)在上述工藝條件下形成時，其形成的厚度可在上述厚度范圍之內(nèi)。于是，可獲得比現(xiàn)有技術(shù)更好的階梯覆蓋率。如圖16所示，根據(jù)本發(fā)明的沉積速率(/min)遠(yuǎn)大于現(xiàn)有技術(shù)的沉積速率C。
參照圖8，一第二電極90形成在絕緣層88上。該第二電極90可以是一鉻電極。第二電極90可與包括在根據(jù)本發(fā)明FED的柵疊層S1內(nèi)的聚焦柵電極42相對應(yīng)。一覆蓋第二電極90的第一光致抗蝕劑層92形成在絕緣層88上。第一光致抗蝕劑層92優(yōu)選地由一正性光致抗蝕劑層形成。形成該第一光致抗蝕劑層92之后，UV光向上照射至襯底80，其為背面曝光。由于掩模層84的UV遮蔽特性，第二掩模層84除通孔86之外的區(qū)域在背面曝光過程中不會曝光在UV光下。貫穿通孔86照射的UV光穿過絕緣層88，以及與第一光致抗蝕劑層92的通孔86相對應(yīng)的一區(qū)域92a(在這之后，其標(biāo)記為一曝光區(qū))被暴露在UV光之下。在此之后，進行一顯影工藝。第一光致抗蝕劑層92的曝光區(qū)92a在顯影工藝中被移除。隨后，進行一預(yù)定的烘烤工藝。
圖9示出了經(jīng)過顯影工藝和烘烤工藝后得到的結(jié)果產(chǎn)品。如圖9所示，絕緣層88通過移除曝光區(qū)92a而形成的一部分露出。
參照圖10，使用部分地暴露絕緣層88的第一光致抗蝕劑層92作為一蝕刻掩模，初步蝕刻絕緣層88。初步蝕刻是一濕蝕刻工藝，其使用一預(yù)定的蝕刻劑并進行一段預(yù)定的時間。通過初步蝕刻，具有一預(yù)定深度的第一凹槽G1形成在該絕緣層88的露出部分。絕緣層88的第一凹槽G1形成處的部分的厚度t1小于未受初步蝕刻影響的該絕緣層88部分的厚度t。由于濕蝕刻的各向同性特征，第一凹槽G1延伸到第一光致抗蝕劑層92的一下部。因此，在第一光致抗蝕劑層92下面形成第一底切93。在初步蝕刻之后，該第一光致抗蝕劑層92被移除。
參照圖11，在移除第一光致抗蝕劑層92之后，一覆蓋第二電極90的第二光致抗蝕劑層96形成在絕緣層88上，該絕緣層中形成有第一凹槽G1。該第二光致抗蝕劑層96與第一光致抗蝕劑層92一樣由一正性光致抗蝕劑層形成。在形成第二光致抗蝕劑層96之后，進行二次背面曝光。在該二次背面曝光過程中，與孔86對應(yīng)的第二光致抗蝕劑層96的區(qū)域96a被曝光。在此之后，進行一顯影工藝以便移除該曝光區(qū)96a，隨后烘烤所得到的結(jié)構(gòu)。
圖12示出了烘烤第二光致抗蝕劑層96后產(chǎn)生的作為結(jié)果的結(jié)構(gòu)。通過移除第二光致抗蝕劑層96的曝光區(qū)96a之后所產(chǎn)生的部分，部分地暴露第一凹槽G1。在該狀態(tài)下，具有第一凹槽G1的絕緣層88通過使用第二光致抗蝕劑層96作為一蝕刻掩模而被二次蝕刻。二次蝕刻是一使用一預(yù)定蝕刻劑的濕蝕刻工藝。如圖13所示，二次蝕刻進行直到第一電極82暴露出來為止。在二次蝕刻過程中，通孔98形成在絕緣層88內(nèi)，第一電極82的一預(yù)定區(qū)域通過該通孔被暴露出來。由于濕蝕刻，通孔98延伸到第二光致抗蝕劑層96的下部。結(jié)果，一第二底切100形成在該第二光致抗蝕劑層96之下。在二次蝕刻之后，第二光致抗蝕劑層96被灰化并被剝離而除去。隨后，進行一預(yù)定的清洗步驟，進而進行干燥處理。
圖14示出了在清洗和干燥后得到的產(chǎn)品。參照圖14，暴露第一電極82的通孔98形成在絕緣層88中。
可選擇地，代替背面曝光，正面曝光也可被用于蝕刻絕緣層88，也即，如圖17所示，UV光可向下照射到光致抗蝕劑層。
詳細(xì)的，參照圖17，一掩模M放置在與第一光致抗蝕劑層92相隔一給定間隙的位置上，該掩模M僅在與孔86相對應(yīng)的位置處具有一透射孔而屏蔽其余區(qū)域。接著，光線102向下照射入掩模M。一些照射入掩模M的光線102穿透形成在掩模M上的透射孔TA而照射入第一光致抗蝕劑層92。因此，第一光致抗蝕劑層92的預(yù)定區(qū)域92a被曝光。隨后，掩模M被移除。顯影、清洗和烘烤第一光致抗蝕劑層92的過程以及使用第一光致抗蝕劑層92作為一蝕刻掩模進行濕蝕刻都與上文所述相同。
一種制造圖5所示的CNT FED的方法將在下文描述，其中應(yīng)用了絕緣層88的上述沉積和蝕刻工藝。
參照圖18，一透明電極32形成在一玻璃襯底30上。該透明電極32優(yōu)選地為一ITO電極，但是其它等效電極也可以被使用。用于背面曝光的一第一掩模層34形成在玻璃襯底30上，其覆蓋住透明電極32。第一掩模層34優(yōu)選地為一相應(yīng)于可見光可透過而相應(yīng)于UV光不透過的材料層。例如，一非晶硅層可被用作第一掩模層34。一第一通孔h1形成在該第一掩模34上，透明電極32通過該通孔被部分地暴露。
參照圖19，一填充第一通孔h1的柵絕緣層36形成在第一掩模層34上。該柵絕緣層36由二氧化硅形成，其厚度為約1-5μm。
參照圖20，一絕緣層38形成在柵絕緣層36上。該柵電極38可為一鉻電極。這里，柵電極38形成的厚度為約0.25μm。柵電極38被構(gòu)圖以在其中形成一第二通孔h2。填充第一通孔h1的該柵絕緣層36的至少一部分通過第二通孔h2被露出。該第二通孔h2的直徑大于第一通孔h1的直徑。
參照圖21，一填充第二通孔h2的聚焦柵絕緣層40形成在柵電極38上。聚焦柵絕緣層40可以通過圖6-14所示的形成絕緣層88相同的方法而形成。因此，聚焦柵絕緣層40可形成為不小于2μm的厚度，優(yōu)選地為3-15μm，更優(yōu)選地是6-15μm。
再參照圖21，第一光致抗蝕劑層P1涂覆在聚焦柵絕緣層40上，并隨后被構(gòu)圖以形成與第一通孔h1和第二通孔h2相對應(yīng)并且其直徑大于第二通孔h2直徑的第三通孔h3。
參照圖22，使用圖案化的第一光致抗蝕劑層P1作為一掩模，用一預(yù)定蝕刻劑將聚焦柵絕緣層40濕蝕刻至一預(yù)定深度，以便形成一井(W)。隨后，第一光致抗蝕劑層P1被移除。這里，一第二傾斜面40c形成在該井W的一側(cè)，與圖5所示的水平部分40b相應(yīng)的部分形成在該井W的底面。
參照圖23，一聚焦柵電極42形成在聚焦柵絕緣層40上。該聚焦柵電極42可以為一鉻電極。
再次參照圖23，一填充井W的第二光致抗蝕劑層P2涂覆在聚焦柵電極42上。隨后，UV光照射到玻璃襯底30的一底表面上，其被稱為背面曝光。該UV光經(jīng)由透明電極32、第一通孔h1、柵絕緣層36、以及聚焦柵絕緣層40而入射到第二光致抗蝕劑層P2。為了背面曝光，入射到除第一通孔h1外的部分上的UV光被第一掩模層34屏蔽。于是，只有位于第一通孔h1上方的第二光致抗蝕劑層P2部分被暴露在UV之下。如圖23所示，這里進行過度蝕刻以使得第二光致抗蝕劑層P2的曝光區(qū)P2a比第二通孔h2更寬。下一步，曝光區(qū)P2a通過顯影工藝被移除。聚焦柵電極42通過由移除曝光區(qū)P2a所產(chǎn)生的部分而部分地露出。隨后，該聚焦柵電極42的暴露部分通過使用第二光致抗蝕劑層P2作為一蝕刻掩模而進行濕蝕刻。
圖24是示出通過濕蝕刻經(jīng)由第二光致抗蝕劑層P2來移除聚焦柵電極42的曝光區(qū)并隨后移除第二光致抗蝕劑層P2之后的狀態(tài)的斷面圖。
參照圖24，一第四通孔h4形成在移除聚焦柵電極42的曝光區(qū)之后所產(chǎn)生的部分上，并且該聚焦柵電極42形成在聚焦柵絕緣層40的第二傾斜面40c和水平部分40b上。
圖25和26示出了部分地移除經(jīng)由第四通孔h4而露出的聚焦柵絕緣層40的過程。該步驟與圖23和24所示的移除聚焦柵電極42的步驟相類似。也即，第四通孔h4和聚焦柵電極42被聚焦柵絕緣層40上的一第三光致抗蝕劑層P3覆蓋，該第三光致抗蝕劑層P3與第二光致抗蝕劑層P2相同，并隨后進行背面曝光以形成一曝光區(qū)P3a，隨后，該曝光區(qū)P3a通過顯影工藝被移除。
隨后，使用曝光區(qū)P3a作為一掩模，聚焦柵絕緣層40通過濕蝕刻而被部分地移除，從而形成一凹槽58以便暴露柵絕緣層36(見圖26)。此時，如圖5所示的第一傾斜面40a形成了。
參照圖27，覆蓋凹槽58的一第四光致抗蝕劑層P4涂覆在露出柵絕緣層36上并背面曝光，以及隨后進行顯影以移除一曝光區(qū)P4a，從而構(gòu)圖該第四光致抗蝕劑層P4。
隨后，柵絕緣層36通過濕蝕刻而被構(gòu)圖。圖28示出了在移除第四光致抗蝕劑層P4后所產(chǎn)生的結(jié)果產(chǎn)品。隨后，一孔60形成在包括第一掩模層34、柵絕緣層36、柵電極38、聚焦柵絕緣層40以及聚焦柵電極42的柵疊層S1上，至少透明電極32通過孔60露出?？?0與圖5所示的孔44對應(yīng)。
如圖29所示，一包括負(fù)性感光材料的CNT漿料45涂覆在經(jīng)由孔60而露出的透明電板32上，該感光CNT漿料45經(jīng)受背面曝光。隨后，進行顯影及烘烤步驟，從而在發(fā)射電極32上形成一CNT發(fā)射器46，如圖30所示。
形成CNT FED的后續(xù)步驟與傳統(tǒng)工藝相同。
圖31和32是根據(jù)本發(fā)明實施例而制造的場致發(fā)射裝置的SEM照片。
參照圖31和32，從該斷面看去，一聚焦柵絕緣體結(jié)構(gòu)包括一第一傾斜部分40a、一第二水平部分40b和一第二傾斜部分40c。
圖33和34示出了關(guān)于從根據(jù)本發(fā)明的FED發(fā)射器發(fā)射的電子束軌跡的計算機模擬結(jié)果。
參照圖33和34，從CNT發(fā)射器發(fā)射的電子以一方向性朝向面對CNT發(fā)射器的一熒光層遷移。
如上文所述，在根據(jù)本發(fā)明的CNT FED中，由于聚焦柵電極形成在聚焦柵絕緣層的一傾斜面上，以一寬角度發(fā)散的電子束可被有效地聚焦，從而實現(xiàn)高色彩純度。
在制造工藝方面，限定一透明電極區(qū)域的一掩模層被形成在一透明電極和一柵絕緣層之間，在該透明電極區(qū)域內(nèi)將形成一CNT發(fā)射器，并且UV光從該透明電極的底部向上照射，從而構(gòu)圖被涂覆在將要形成CNT發(fā)射器的該區(qū)域上的一光致抗蝕劑層。由于光致抗蝕劑層的一將被曝光區(qū)域由掩模層所限定，則用于限定光致抗蝕劑層的將被曝光區(qū)域的單獨掩模不再被需要。也即，光致抗蝕劑層的將被曝光區(qū)域通過掩模層的自對準(zhǔn)方式來確定。因此，制造工藝可被簡化。而且，由于沒有必要形成一單獨掩模，該CNT FED的制造成本也可被降低。另外，通過使用常規(guī)的半導(dǎo)體技術(shù)而不需要單獨的特定設(shè)備，可以制造大面積的CNT FED。
已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例對其作出了詳細(xì)說明和描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，在不偏離本發(fā)明由所附權(quán)利要求及其等同物限定的精神和范圍的前提下，本發(fā)明可作出各種形式及細(xì)節(jié)的改變。
權(quán)利要求
1.一種場致發(fā)射裝置，其具有一玻璃襯底、一形成在該玻璃襯底上的發(fā)射電極、一形成在該發(fā)射電極上的碳納米管(CNT)發(fā)射器、以及一形成在該CNT發(fā)射器周圍的柵疊層，該柵疊層從該CNT發(fā)射器汲取電子束并將所汲取的電子束聚焦到一給定位置，其中該柵疊層包括一掩模層，其覆蓋設(shè)置在該CNT發(fā)射器周圍的發(fā)射電極；順序形成在該掩模層上的一柵絕緣層和一柵電極；一在該柵電極上的聚焦柵絕緣層，其具有面對CNT發(fā)射器的兩個傾斜面；以及一聚焦柵電極，其涂覆在該聚焦柵絕緣層上。
2.如權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射裝置，其中該聚焦柵絕緣層包括一連接到該柵電極的第一傾斜面、和一從該第一傾斜面向上傾斜的第二傾斜面，并且該第一傾斜面的傾斜角大于該第二傾斜面的傾斜角。
3.如權(quán)利要求2所述的場致發(fā)射裝置，其中所述聚焦柵電極是從該第二傾斜面向上形成的。
4.如權(quán)利要求2所述的場致發(fā)射裝置，其中該聚焦柵絕緣層進一步包括一在第一傾斜面和第二傾斜面之間的、具有一預(yù)定長度的水平部分。
5.如權(quán)利要求4所述的場致發(fā)射裝置，其中所述聚焦柵電極是從所述水平部分向上形成的。
6.如權(quán)利要求2所述的場致發(fā)射裝置，其中所述傾斜面是以凹面形成的。
7.如權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射裝置，其中所述發(fā)射電極為一透明電極，并且所述掩模層為一非晶硅層。
8.一種場致發(fā)射顯示裝置，其具有一玻璃襯底、一形成在該玻璃襯底上的發(fā)射電極、一形成在該發(fā)射電極上的碳納米管(CNT)發(fā)射器、一形成在該CNT發(fā)射器周圍的柵疊層、一形成在該柵疊層的上方并且信息顯示在其上的前面板、以及一涂覆在該前面板面對該CNT發(fā)射器的表面上的熒光層，該柵疊層從該CNT發(fā)射器汲取電子束并將所汲取的電子束聚焦到一給定位置，其中該柵疊層包括一掩模層，其覆蓋設(shè)置在該CNT發(fā)射器周圍的所述發(fā)射電極；順序形成在該掩模層上的一柵絕緣層和一柵電極；一在該柵電極上的聚焦柵絕緣層，其具有面對該CNT發(fā)射器的兩個傾斜面；以及一聚焦柵電極，其涂覆在該聚焦柵絕緣層上。
9.如權(quán)利要求8所述的場致發(fā)射顯示裝置，所述聚焦柵絕緣層包括一連接到該柵電極的第一傾斜面、和一從該第一傾斜面向上傾斜的第二傾斜面，并且該第一傾斜面的傾斜角大于該第二傾斜面的傾斜角。
10.如權(quán)利要求9所述的場致發(fā)射顯示裝置，其中所述聚焦柵電極是從所述第二傾斜面向上形成的。
11.如權(quán)利要求9所述的場致發(fā)射顯示裝置，其中所述聚焦柵絕緣層進一步包括一在第一傾斜面和第二傾斜面之間的、具有一預(yù)定長度的水平部分。
12.如權(quán)利要求11所述的場致發(fā)射顯示裝置，其中所述聚焦柵電極是從所述水平部分向上形成的。
13.如權(quán)利要求9所述的場致發(fā)射顯示裝置，其中所述傾斜面是以凹面形成的。
14.如權(quán)利要求8所述的場致發(fā)射顯示裝置，其中所述發(fā)射電極為一透明電極，并且所述掩模層為一非晶硅層。
15.一種制造場致發(fā)射裝置的方法，該場致發(fā)射裝置具有一玻璃襯底、一形成在該玻璃襯底上的透明電極、一形成在該發(fā)射電極上的碳納米管(CNT)發(fā)射器、以及一形成在該CNT發(fā)射器周圍的柵疊層，所述柵疊層從該CNT發(fā)射器汲取電子束并將所汲取的電子束聚焦到一給定位置，其中形成該柵疊層包括(1)在所述玻璃襯底上形成一掩模層以便經(jīng)由一通孔部分地露出該透明電極；(2)在該掩模層上形成一填充所述通孔的柵絕緣層；(3)在所述通孔周圍的所述柵絕緣層上形成一柵電極；(4)在所述柵電極和所述柵絕緣層上形成一聚焦柵絕緣層；(5)在所述通孔周圍的所述聚焦柵絕緣層上形成一井；(6)在所述通孔周圍的所述聚焦柵絕緣層上形成一聚焦柵電極；以及
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中形成所述井包括在所述聚焦柵絕緣層上沉積一光致抗蝕劑層；曝光形成在所述通孔上的所述光致抗蝕劑層；移除該光致抗蝕劑層的曝光部分；使用具有從此移除的曝光部分的光致抗蝕劑層作為一蝕刻掩模，通過濕蝕刻所述聚焦柵絕緣層而形成一具有預(yù)定深度的井；以及移除該光致抗蝕劑層。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中形成所述聚焦柵電極包括在所述井上形成所述聚焦柵電極；將一光致抗蝕劑層涂覆到所述聚焦柵電極上；曝光形成在所述通孔上的所述光致抗蝕劑層；移除所述光致抗蝕劑層的曝光部分；使用曝光部分已被移除的所述光致抗蝕劑層作為一蝕刻掩模來濕蝕刻所述聚焦柵電極；以及移除所述光致抗蝕劑層。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中移除所述聚焦柵絕緣層包括將一光致抗蝕劑層涂覆到所述聚焦柵電極以及該聚焦柵電極內(nèi)的聚焦柵絕緣層上；曝光形成在所述聚焦柵電極內(nèi)的所述光致抗蝕劑層；移除所述光致抗蝕劑層的曝光部分；使用曝光部分已被移除的所述光致抗蝕劑層作為一蝕刻掩模來濕蝕刻所述聚焦柵絕緣層；以及移除所述光致抗蝕劑層。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中移除所述柵絕緣層包括將一光致抗蝕劑層涂覆到一移除所述柵電極內(nèi)的所述聚焦柵絕緣層后而得到的結(jié)構(gòu)上；曝光形成在所述通孔上的所述光致抗蝕劑層；移除所述光致抗蝕劑層的曝光部分；使用所述光致抗蝕劑層作為一蝕刻掩模來濕蝕刻曝光部分已被移除的所述柵絕緣層；以及移除所述光致抗蝕劑層。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括形成柵疊層后在電極經(jīng)由通孔而露出的區(qū)域上形成CNT發(fā)射器。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中形成所述CNT發(fā)射器包括將包含一負(fù)性感光材料并覆蓋所述通孔的CNT漿料涂覆到移除所述聚焦柵絕緣層和所述柵絕緣層之后所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上；曝光該通孔上的所述CNT漿料；以及移除除了所述已曝光CNT漿料之外的CNT漿料。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中在曝光所述CNT漿料時，該CNT漿料通過從所述玻璃襯底的底面照射UV光而被曝光。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，其中在曝光所述光致抗蝕劑層時，該光致抗蝕劑層通過從所述玻璃襯底的底面照射UV光而被曝光。
24.如權(quán)利要求17所述的方法，其中在曝光所述光致抗蝕劑層時，該光致抗蝕劑層通過從所述玻璃襯底的底面照射UV光而被曝光。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，其中在曝光所述光致抗蝕劑層時，該光致抗蝕劑層通過從所述玻璃襯底的底面照射UV光而被曝光。
26.如權(quán)利要求19所述的方法，其中在曝光所述光致抗蝕劑層時，該光致抗蝕劑層通過從所述玻璃襯底的底面照射UV光而被曝光。
全文摘要
提供了一種具有改進電子束聚焦效應(yīng)的場致發(fā)射裝置、一種采用該場致發(fā)射裝置的顯示器以及一種制造該場致發(fā)射裝置的方法。該場致發(fā)射裝置包括一玻璃襯底，一形成在該玻璃襯底上的發(fā)射電極，一形成在該發(fā)射電極上的碳納米管(CNT)發(fā)射器，一形成在該CNT發(fā)射器周圍的柵疊層，該柵疊層從該CNT發(fā)射器處汲取電子束并將所汲取的電子束聚焦到一給定位置。該柵疊層包括一掩模層，其覆蓋設(shè)置在該CNT發(fā)射器周圍的發(fā)射電極；一柵絕緣層和一柵電極，它們順序形成在該掩模層上；一在柵電極上的聚焦柵絕緣層，其具有兩個面對CNT發(fā)射器的傾斜面；以及一聚焦柵電極，其涂覆在該聚焦柵絕緣層上。
文檔編號H01J3/02GK1627469SQ20041009263
公開日2005年6月15日 申請日期2004年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者崔浚熙, 安德烈·朱爾卡尼夫 申請人:三星Sdi株式會社