场致发光显示器.pdf

提供一种场致发光显示器(FED)。该FED包括：第一基板；形成在第一基板上的阴极电极；形成在阴极电极上的具有第一孔的导电层，阴极电极经该第一孔被部分暴露；形成在导电层上的具有与第一孔相连的第二孔的绝缘层；形成在绝缘层上的具有与第二孔相连的第三孔的栅极电极；形成在经第一孔暴露的阴极电极上的发射器，其设置在第一孔的每一侧彼此分开预定距离；和面对第一基板设置的第二基板，其间具有预定距离，第二基板上形成有阳极电极和具有预定图案的荧光层。此处，在发射器间的阴极电极中形成腔体使得第一基板可经其暴露。因此，改进了发射器发射的电子束的聚焦特性，且使电流密度峰值精确位于各象素中，因而增加图象的色纯度和亮度。

1.  一种场致发光显示器，包括：
第一基板；
形成在所述第一基板上的阴极电极；
形成在所述阴极电极上的、具有第一孔的导电层，所述阴极电极经该第一孔部分地暴露；
形成在所述导电层上的、具有第二孔的绝缘层，该第二孔与所述第一孔相连；
形成在所述绝缘层上的、具有第三孔的栅极电极，该第三孔与所述第二孔相连；
形成在经所述第一孔暴露的所述阴极电极上的发射器，该发射器设置在所述第一孔的每一侧上彼此分开预定距离；和
面对所述第一基板设置的第二基板，其间具有预定距离，在所述第二基板上形成有阳极电极和具有预定图案的荧光层。

2.  如权利要求1所述的场致发光显示器，其中在所述发射器之间的所述阴极电极中形成一腔体，使得所述第一基板可以经由该腔体暴露。

3.  如权利要求2所述的场致发光显示器，其中所述第一、第二和第三孔及所述腔体是沿所述阴极电极的纵向延伸的矩形。

4.  如权利要求3所述的场致发光显示器，其中所述第三和第二孔的宽度大于所述第一孔的宽度，且所述腔体的宽度小于所述第一孔的宽度。

5.  如权利要求4所述的场致发光显示器，其中所述发射器间的预定距离小于所述第一孔的宽度，且所述腔体的宽度小于所述发射器间的预定距离。

6.  如权利要求4所述的场致发光显示器，其中所述第三孔的宽度与所述第二孔的宽度相等。

7.  如权利要求4所述的场致发光显示器，其中所述第三孔的宽度大于所述第二孔的宽度。

8.  如权利要求1所述的场致发光显示器，其中在所述阴极电极的两侧形成所述导电层，并且所述导电层沿所述阴极电极的纵向延伸，且在所述导电层之间形成所述第一孔。

9.  如权利要求1所述的场致发光显示器，其中所述导电层形成在所述阴极电极的两侧以具有预定长度，并且在所述导电层之间形成所述第一孔。

10.  如权利要求1所述的场致发光显示器，其中所述导电层形成在所述阴极电极上以包围所述第一孔。

11.  如权利要求1所述的场致发光显示器，其中所述导电层包括形成为覆盖所述阴极电极的上表面和侧表面的绝缘材料层和形成在该绝缘材料层上的金属层。

12.  如权利要求1所述的场致发光显示器，其中对于各个象素形成有多个第一孔、多个第二孔和多个第三孔，并且所述发射器形成在所述多个第一孔的每一个中。

13.  如权利要求1所述的场致发光显示器，其中所述发射器由碳基材料形成。

14.  如权利要求13所述的场致发光显示器，其中所述发射器由碳纳米管形成。

15.  一种场致发光显示器，包括：
第一基板；
形成在所述第一基板上的阴极电极；
形成在所述阴极电极上的、具有第一圆孔的导电层，所述阴极电极经由该第一圆孔被部分暴露；
形成在所述导电层上的、具有第二圆孔的绝缘层，该第二圆孔与所述第一圆孔相连；
形成在所述绝缘层上的、具有第三圆孔的栅极电极，该第三圆孔与所述第二圆孔相连；
在经所述第一圆孔暴露的所述阴极电极上形成环状的发射器，该发射器沿所述第一圆孔的内周设置；和
面对所述第一基板设置的第二基板，其间具有预定的距离，该第二基板上形成有阳极电极和具有预定图案的荧光层。

16.  如权利要求15所述的场致发光显示器，其中在所述发射器中的所述阴极电极中形成圆形的腔体，使得所述第一基板可以经该腔体暴露。

17.  如权利要求16所述的场致发光显示器，其中所述第三圆孔和所述第二圆孔的内径大于所述第一圆孔的内径，且所述腔体的内径小于所述第一圆孔的内径。

18.  如权利要求17所述的场致发光显示器，其中所述发射器的内径小于所述第一圆孔的内径，并且所述腔体的内径小于所述发射器的内径。

19.  如权利要求18所述的场致发光显示器，其中所述第三圆孔的内径与所述第二圆孔的内径相同。

20.  如权利要求18所述的场致发光显示器，其中所述第三圆孔的内径大于所述第二圆孔的内径。

21.  如权利要求15所述的场致发光显示器，其中所述导电层包括形成为覆盖所述阴极电极的上表面和侧表面的绝缘材料层和形成在该绝缘材料层上的金属层。

22.  如权利要求15所述的场致发光显示器，其中对于各个象素形成有多个第一圆孔、多个第二圆孔和多个第三圆孔，并且在所述多个第一圆孔的每一个中形成所述发射器。

23.  如权利要求15所述的场致发光显示器，其中所述发射器由碳基材料形成。

24.  如权利要求23所述的场致发光显示器，其中所述发射器由碳纳米管形成。

25.  一种场致发光显示器，包括：
第一基板；
形成在所述第一基板上的阴极电极；
形成在所述阴极电极上的绝缘材料层；
形成在所述绝缘材料层上的导电层；
穿过所述绝缘材料层和所述导电层而形成的第一孔，使得所述阴极电极可以经由该第一孔被部分暴露；
形成在所述导电层上的、具有第二孔的绝缘层，所述第二孔与所述第一孔相连；
形成在所述绝缘层上的、具有第三孔的栅极电极，所述第三孔与所述第二孔相连；
在经所述第一孔暴露的所述阴极电极上形成的发射器，该发射器设置在所述第一孔的两侧使得所述发射器之间彼此分开预定的距离；和
面对所述第一基板设置的第二基板，其间具有预定的距离，所述第二基板上形成有阳极电极和具有预定图案的荧光层。

26.  如权利要求25所述的场致发光显示器，其中所述导电层通过所述绝缘材料层与所述阴极电极隔绝。

27.  如权利要求25所述的场致发光显示器，其中在所述阴极电极中形成一腔体使得所述第一基板可以经由该腔体暴露，并且所述腔体设置在所述发射器之间。

28.  如权利要求27所述的场致发光显示器，其中所述第一、第二和第三孔及所述腔体形成为沿所述阴极电极的纵向延伸的矩形。

29.  如权利要求28所述的场致发光显示器，其中所述第二和第三孔的宽度大于所述第一孔的宽度，且所述腔体的宽度小于所述第一孔的宽度。

30.  如权利要求29所述的场致发光显示器，其中所述发射器之间的距离小于所述第一孔的宽度，且所述腔体的宽度小于所述发射器之间的距离。

31.  如权利要求29所述的场致发光显示器，其中所述第三孔的宽度与所述第二孔的宽度相等。

32.  如权利要求29所述的场致发光显示器，其中所述第三孔的宽度大于所述第二孔的宽度。

33.  如权利要求25所述的场致发光显示器，其中所述绝缘材料层和所述导电层依次形成在所述阴极电极的两侧并且沿所述阴极电极的纵向延伸，且在所述导电层之间以及所述绝缘材料层之间形成所述第一孔。

34.  如权利要求25所述的场致发光显示器，其中所述绝缘材料层和所述导电层依次形成在所述阴极电极的两侧以具有预定长度，且在所述导电层之间以及所述绝缘材料层之间形成所述第一孔。

35.  如权利要求25所述的场致发光显示器，其中所述绝缘材料层和所述导电层形成在所述阴极电极上以包围所述第一孔。

36.  如权利要求25所述的场致发光显示器，其中所述导电层的纵向端电连结到所述阴极电极。

37.  如权利要求25所述的场致发光显示器，其中对于各个象素形成有多个第一孔、多个第二孔和多个第三孔，且在所述多个第一孔的每一个中形成所述发射器。

38.  如权利要求25所述的场致发光显示器，其中所述发射器由碳基材料形成。

39.  如权利要求38所述的场致发光显示器，其中所述发射器由碳纳米管形成。

40.  一种场致发光显示器，包括：
第一基板；
形成在所述第一基板上的阴极电极；
形成在所述阴极电极上的绝缘材料层；
形成在所述绝缘材料层上的导电层；
穿过所述绝缘材料层和所述导电层而形成的第一圆孔，使得所述阴极电极可以经该第一圆孔被部分暴露；
形成在所述导电层上的、具有第二圆孔的绝缘层，该第二圆孔与所述第一圆孔相连；
形成在所述绝缘层上的、具有第三圆孔的栅极电极，该第三圆孔与所述第二圆孔相连；
在经所述第一圆孔暴露的所述阴极电极上形成环状的发射器，该发射器沿所述第一圆孔的内周设置；和
面对所述第一基板设置的第二基板，其间具有预定的间距，所述第二基板上形成有阳极电极和具有预定图案的荧光层。

41.  如权利要求40所述的场致发光显示器，其中所述导电层通过所述绝缘材料层与所述阴极电极隔绝。

42.  如权利要求40所述的场致发光显示器，其中在所述阴极电极中形成一圆形腔体使得所述第一基板可以经该腔体暴露，并且该圆形腔体设置在所述发射器之间。

43.  如权利要求42所述的场致发光显示器，其中所述第二和第三圆孔的内径大于所述第一圆孔的内径，且所述圆形腔体的内径小于所述第一圆孔的内径。

44.  如权利要求43所述的场致发光显示器，其中所述发射器的内径小于所述第一圆孔的内径，且所述圆形腔体的内径小于所述发射器的内径。

45.  如权利要求44所述的场致发光显示器，其中所述第三圆孔的内径与所述第二圆孔的内径相等。

46.  如权利要求44所述的场致发光显示器，其中所述第三圆孔的内径大于所述第二圆孔的内径。

47.  如权利要求40所述的场致发光显示器，其中所述导电层的纵向端电连结到所述阴极电极。

48.  如权利要求40所述的场致发光显示器，其中对于各个象素形成有多个第一圆孔、多个第二圆孔和多个第三圆孔，并且在所述多个第一圆孔的每一个中形成所述发射器。

49.  如权利要求40所述的场致发光显示器，其中所述发射器由碳基材料形成。

50.  如权利要求49所述的场致发光显示器，其中所述发射器由碳纳米管形成。

场致发光显示器
技术领域
本发明涉及一种场致发光显示器，并尤其涉及一种具有提高电子束的聚焦特性的发射器结构的场致发光显示器。
背景技术
作为传统数据传递介质最重要部分之一的显示装置被用在个人电脑和电视接收机中。显示装置包括使用高速热电子发射的阴极射线管(CRT)、和近年来得到了迅猛发展的如液晶显示器(LCD)、等离子显示板(PDP)和场致发光显示器(FED)的平板显示器。
关于平板显示器，FED是一种能够使发射器以规律间隔布置在阴极电极上的显示装置，通过对发射器施加强电场而发射电子，并通过电子与涂覆在阳极电极表面上的荧光材料碰撞而辐射光束。因为FED利用发射器作为电子源而在其上形成并显示图像，所以图像的质量会依赖于发射器的材料和结构而有相当大的变化。
早期的FED使用由钼(Mo)形成的纺锤形金属尖(或微尖)作为发射器。但要将这种金属尖型发射器设置在FED中，应该形成超显微孔，并且钼应该均匀地沉积在显示屏的整个表面上，这需要使用很难的技术和昂贵的设备，并且因而导致制造成本的增加。因此，在制造宽屏幕FED时存在明显的局限性。
在FED工业中，正在对形成FED的平坦发射器的方法进行研究，这种平坦发射器甚至在低的驱动电压下可以发射足够量的电子，最终可以简化制造FED的工艺。
FED工业目前的趋势表明：碳基材料，如石墨、金刚石、类金刚石碳(DLC)、富勒烯(C₆₀)或碳纳米管(CNT)，适于制造平坦发射器，并且尤其是CNT被认作是最理想的材料，因为它甚至在低的驱动电压下可以成功地发射电子。
图1A和1B分别是传统FED的截面图和平面图。参见图1A和1B，传统FED具有由阴极电极12、阳极电极22和栅极电极14构成的三极管结构。阴极电极12和栅极电极14形成在后基板11上，阳极电极22形成在前基板21的底部。荧光层23由R、G和B荧光材料形成，在阳极电极22的底面上形成黑色矩阵24以便提高对比度。后基板11和前基板21彼此分开预定的距离。由于设置在后基板11和前基板21之间的间隔件31，后基板11和前基板21之间的预定距离得以维持。在制造传统FED时，阴极电极12形成在后基板11上，其中均具有微小孔15的绝缘层13和栅极电极14淀积在后基板11上，并且发射器16形成在阴极电极12上的各个孔15中。
但是，传统FED由于下列原因会降低颜色纯度和图像的总图片质量。从发射器16发射的大部分电子来自发射器16的边缘。电子被转换成电子束，且电子束行进到荧光层23。但是，当行进到荧光层23时，由于加到栅极电极14的几伏至几十伏的电压电子束会发散，在这种情况下，电子束不仅使所需象素的荧光材料发光，而且还使临近所需象素的象素的荧光材料发光。
为了使从发射器发射的电子束朝荧光层23发散的趋势最小化，可以在各个孔15中的阴极电极12上设置多个发射器，各个发射器具有小于对应于一个象素的发射器16的面积。但是在此情况下，明确地限制了在具有预定尺寸的各个象素中充分地形成多个发射器，用于使一个象素的荧光材料发光的发射器16的整个面积减小，并且电子束不会充分地聚焦。
为了防止电子束在向荧光层行进时发散，提出了其它传统的FED，它们分别具有图2A和2B所示的结构。图2A和2B所示的传统FED均包括接近栅极电极设置的附加电极，以增强电子束的聚焦特性。
更具体地说，在图2A所示的传统FED中，在栅极电极53周围设置环形的聚焦电极54。在图2B所示的传统FED中，设置一种包括下栅极电极63和上栅极电极64的双栅结构，以便对电子束聚焦。但是，图2A和2B所示的传统FED具有较为复杂的结构。另外，在图2A和2B所示的传统FED结构中，发射器52或62是金属微尖，其形成在阴极电极51或61上，当此种FED结构应用到具有平坦发射器的FED时还没有证明效果是令人满意的。
同时，美国专利第5,552,659公开了一种电子发射器，通过限制形成有电子发射器处的形成于基板上的非绝缘层地厚度与介电层的厚度之间的比率，以及通过限制穿过非绝缘层、介电层和形成于介电层上的栅极层而形成的孔的直径与非绝缘层的厚度之间的比率，减小了电子发射的发散。但是，制造电子发射器非常困难，因为电子发射器具有非常复杂的结构，其中对应于各个象素形成多个孔，并且在各个孔中形成有多个电子发射器。此外，在电子发射器的制造中存在空间限制。因此，限制了对应于各个象素的发射器的数量和面积的最大化，并且当长时间驱动发射器时发射器的寿命会缩短。
发明内容
本发明提供了一种可以提高电子束聚焦特性的场致发光显示器(FED)。
根据本发明的一个方面，提供了一种场致发光显示器(FED)。该FED包括：第一基板；形成在第一基板上的阴极电极；形成在阴极电极上的具有第一孔的导电层，阴极电极经该第一孔被部分暴露；形成在导电层上的具有与第一孔相连的第二孔的绝缘层；形成在绝缘层上的具有与第二孔相连的第三孔的栅极电极；形成在经第一孔暴露的阴极电极上的发射器，发射器设置在第一孔的每一侧彼此分开预定的距离；和面对第一基板设置的第二基板，其间具有预定距离，第二基板上形成有阳极电极和具有预定图案的荧光层。
在发射器之间的阴极中形成一腔体，使得第一基板可以经其暴露。
第一、第二和第三孔及腔体可以是沿阴极电极的纵向延伸的矩形。
第三和第二孔的宽度可以大于第一孔的宽度，腔体的宽度小于第一孔的宽度。
发射器之间的预定距离可以小于第一孔的宽度，腔体的宽度可以小于发射器之间的距离。
第三孔的宽度可以与第二孔的宽度相等。
第三孔的宽度可以大于第二孔的宽度。
可以在阴极电极的两侧形成导电层，并且导电层可以在阴极电极的纵向延伸，可以在导电层之间形成所述第一孔。
可以在阴极电极的两侧形成具有预定长度的导电层，并且可以在导电层之间形成第一孔。
可以在阴极电极上形成包围第一孔的导电层。
导电层可以包括形成为覆盖阴极电极的上表面和侧表面的绝缘材料层，以及形成在绝缘材料层上的金属层。
可以对各个象素形成多个第一孔、多个第二孔和多个第三孔，并且可以在多个第一孔的各个中形成发射器。
发射器可以由碳基材料形成。
发射器可以由碳纳米管形成。
根据本发明的另一方面，提供了一种场致发光显示器(FED)。该FED包括：第一基板；形成在第一基板上的阴极电极；形成在阴极电极上的具有第一圆孔的导电层，阴极电极经该圆孔被部分暴露；形成在导电层上的具有与第一圆孔相连的第二圆孔的绝缘层；形成在绝缘层上的具有与第二圆孔相连的第三圆孔的栅极电极；在经第一圆孔暴露的阴极电极上形成环状的发射器，发射器沿第一圆孔的内周设置；和面对第一基板设置的第二基板，两基板间具有预定间距，第二基板上形成有阳极电极和具有预定图案的荧光层。
可在发射器中的阴极电极中形成圆形腔体，使得第一基板可经其暴露。
可以对各个象素形成多个第一圆孔、多个第二圆孔和多个第三圆孔，并且可以在多个第一圆孔的各个中形成发射器。
根据本发明的又一方面，提供了一种场致发光显示器(FED)。该FED包括：第一基板；形成在第一基板上的阴极电极；形成在阴极电极上的绝缘材料层；形成在绝缘材料层上的导电层；穿过绝缘材料层和导电层而形成的第一孔，使得阴极电极可以经第一孔被部分暴露；形成在导电层上的具有与第一圆孔相连的第二圆孔的绝缘层；形成在绝缘层上的具有与第二圆孔相连的第三圆孔的栅极；在经第一圆孔暴露的阴极电极上形成环状的发射器，发射器沿第一圆孔的两侧设置使得发射器之间彼此分开预定的距离；和面对第一基板设置的第二基板，两基板之间有预定的间距，第二基板上形成有阳极电极和具有预定图案的荧光层。
可以通过绝缘材料层隔绝导电层和阴极电极。
根据本发明的又一方面，提供了一种场致发光显示器(FED)。该FED包括：第一基板；形成在第一基板上的阴极电极；形成在阴极电极上的绝缘材料层；形成在绝缘材料层上的导电层；穿过绝缘材料层和导电层而形成的第一孔，使得阴极电极可以经第一孔被部分暴露；形成在导电层上的具有与第一圆孔相连的第二圆孔的绝缘层；形成在绝缘层上的具有与第二圆孔相连的第三圆孔的栅极电极；在经第一圆孔暴露的阴极电极上形成环状的发射器，发射器沿第一圆孔的内周设置；和面对第一基板设置的第二基板，两基板间有预定的间距，第二基板上形成有阳极电极和具有预定图案的荧光层。
可以通过绝缘材料层隔绝导电层和阴极电极。
附图说明
通过下面参考附图对其示例性实施例的详细描述，本发明的上述及其它特点和优点将变得更加清晰，在附图中：
图1A和1B分别是传统场致发光显示器(FED)的截面图和平面图；
图2A和2B是其它传统FED的截面图；
图3是根据本发明第一实施例的FED的截面图；
图4是图3所示FED的平面图；
图5A、5B和5C是形成在图3所示FED的各个阴极电极上的导电层的三个实例的透视图；
图6、7和8是图3所示FED的改型的截面图；
图9是根据本发明第二实施例的FED的平面图；
图10是根据本发明第三实施例的FED的平面图；
图11A、11B和11C是表示图1所示传统FED的电子束发射模拟结果的简图；
图12A、12B和12C是在相应FED的各个阴极电极中没有形成腔体的情况下，图3所示FED的电子束发射模拟结果的简图；
图13A、13B和13C是在相应FED的各个阴极电极中形成了腔体的情况下，图3所示FED的电子束发射模拟结果的简图；
图14A、14B和14C是在相应FED的各个阴极电极中形成的腔体宽度已经改变的情况下，图3所示FED的电子束发射模拟结果的简图；
图15A、15B和15C是表示图7所示FED的电子束发射模拟结果的简图；和
图16A和16B是表示图8所示FED的电子束发射模拟结果的简图。
具体实施方式
下面将参考展示本发明示例性实施例的附图更全面地描述本发明。附图中相同的标号表示相同的元件。
图3和图4分别是根据本发明第一实施例的场致发光显示器(FED)的截面图和平面图；参见图3和4，FED包括两个基板，即被称作后基板的第一基板110和被称作前基板的第二基板120。后基板110和前基板120形成为相互之间分开预定的距离且彼此面对。在后基板110和前基板120之间设置间隔物130，使得二者之间的预定距离得以维持。后和前基板110和120典型地由玻璃基板形成。
在后基板110上形成一种可以发射电子的结构，并在前基板120上形成一种可以利用发射的电子获得图象的结构。
更具体地说，在后基板110上以规律的间隔设置多个阴极电极111，呈现预定图案如条纹。阴极电极111的形成步骤是：在后基板110上沉积厚度例如为几百至几千Δ的导体金属材料或透明导体材料如氧化铟锡(ITO)，并将沉积的导体金属材料或透明导体材料构图成条纹。阴极电极111的材料可以由如何形成发射器115来决定，这在后面详细描述。
优选在阴极电极111中形成腔体111a，使得后基板110可通过它暴露。各腔体111a设置在发射器115之间。腔体111a可形成为与象素125一一对应。另外，考虑到各个象素125的形状，腔体111a可以形成为矩形，在阴极电极111的纵向即Y方向上比在阴极电极111的横向即X方向上延伸得长。
在各个阴极电极111上形成导电层112，从而与各个阴极电极111电连接。通过利用丝网印刷法在各个阴极电极111上涂覆导电浆料并在预定的温度下塑化导电浆料，可以形成厚度约为2-5Φm的导电层112。在导电层112中形成第一孔112a，通过它部分露出阴极电极111。第一孔112a可以形成为矩形，沿阴极电极111的纵向(即Y方向)延伸得比在阴极电极111的横向(即X方向)要长，使得它可对应于一个象素125。如上所述，在阴极电极111中形成腔体111a的情况下，第一孔112a形成为具有宽度W1，该宽度大于腔体111a的宽度Wc，使得它们可以与它们各自的腔体111a相连。
在导电层112上形成绝缘层113。绝缘层113形成在后基板110的整个表面上，使得不仅导电层112的上表面而且暴露在阴极电极111之间的后基板110都可被绝缘层113覆盖，如图3所示。通过利用丝网印刷法(在后基板110上)涂覆膏型绝缘材料并在预定的温度下塑化绝缘材料，可以形成厚度约为10-20Φm的绝缘层113。在绝缘层113中形成第二孔113a，使得它们可以与它们各自的第一孔112a相连。第二孔113a可以形成为矩形，在阴极电极111的纵向(即Y方向)延伸得比在阴极电极111的横向(即X方向)要长，使得它们可与象素125一一对应。此外，第二孔113a形成为具有宽度W2，该宽度大于第一孔112a的宽度W1。因此，导电层112可以经第二孔113a部分地暴露。
在绝缘层113上以规律的间隔按预定图案如条形形成多个栅极电极114。栅极电极114在垂直于阴极电极111的纵向(Y方向)的方向即X方向上延伸。通过利用溅射法在绝缘层113上沉积导电金属如铬(Cr)并将导电金属构图成条形，可以形成栅极电极114。在栅极电极114之间形成均与它们各自的第二孔113a相连的第三孔114a。第三孔114a具有与第二孔113a相同的形状。第三孔114a可具有与第二孔113a的宽度W2相同的宽度W3。
在经第一孔112a暴露的各个阴极电极111上形成发射器115。发射器115形成为具有小于导电层112的厚度，并且在阴极电极111上是平坦的。当发射器115受到加在阴极电极111和栅极电极114之间的电压所产生的电场的影响时发射电子。在本发明中，发射器115由碳基材料形成，例如石墨、金刚石、类金刚石碳(DLC)、富勒烯(C₆₀)或碳纳米管(CNT)。尤其优选发射器115由CNT形成，使得即使在低驱动电压下也可以平稳地发射电子。
在本实施例中，发射器115设置在各个第一孔112a的每一侧，使得它们之间相互隔开预定的距离。例如，两个发射器115可以设置在第一孔112a中，与经第一孔112a暴露的导电层12的侧面接触，并且可以形成为在第一孔112a的纵向(即，Y方向)上延伸的平行条。因此，发射器115具有大于现有技术中的面积，并因而甚至在长时间驱动时也可以保证比现有技术更长的寿命。另外，如上所述，在腔体111a形成于发射器115之间的情况下，发射器115之间的距离D小于各个第一孔112a的宽度W1，但大于各个腔体111a的宽度Wc。
发射器115可以以各种方式形成。例如，发射器115可以通过如下方式形成：在后基板110的上表面上涂覆光敏CNT膏、对后基板110的底面照射紫外线(UV)以选择性曝光所述光敏CNT膏，并将光敏CNT膏显影。在此情况下，阴极电极111应当由透明导电材料即ITO形成，并且导电层112和绝缘层113应由不透明材料形成。或者，发射器115可以按下列方式形成。在经第一孔112a暴露的各个阴极电极的上表面上形成Ni或Fe的催化剂金属层，并且通过对催化剂金属层供给碳基气体如CH₄、C₂H₂或CO₂而从催化剂金属层的表面垂直生长CNT。或者，发射器115可以按下列方式形成：在第一孔112a中沉积光致抗蚀剂，对光致抗蚀剂构图使得光致抗蚀剂可以只保留在将要形成发射器115处的阴极电极上表面的预定部分上，将CNT膏涂覆在保留的光致抗蚀剂上，并将后基板110加热到预定的温度使得CNT膏与剩余的光致抗蚀剂热反应。形成发射器115的第二和第三种方法不受形成发射器115的第一种方法对于阴极电极111、导电层112和绝缘层113的材料的限制。
图5A、5B和5C表示形成在一个阴极电极111上的导电层112的三个实例。参照图5A，导电层112分别形成在阴极电极111的两侧以在阴极电极111的纵向上延伸，在此情况下，第一孔112a形成在导电层112之间。发射器115形成在导电层112之间，以在导电层112的纵向具有预定的长度并且与导电层112的侧面接触。腔体111a形成在发射器115之间的阴极电极111中，以具有与发射器115相同的长度。
参见图5B，导电层112形成在阴极电极111的每一侧以具有预定的长度，第一孔112a形成于其间。在此情况下，导电层112可以形成为具有与发射器115相同的长度。
参见图5C，导电层112形成在阴极电极111上以便完全包围第一孔112a。第一孔112a的所有四个侧壁由导电层112限定。因此，发射器115被导电层112完全包围。
再次参见图3和4，阳极电极121形成在前基板120的底表面上，其面对后基板110的上表面，并且荧光层122由阳极电极121上的R、G和B荧光材料形成。阳极电极121由透明导电材料如ITO形成，以致于从荧光层122发出的可见光可以从中穿过。荧光层122形成为在阴极电极111的纵向即Y方向延伸。
在前基板120底表面上的荧光层122中可以形成黑色矩阵123，从而提高对比度。
可以在荧光层122和黑色矩阵123上形成金属薄层124。金属薄层124由铝形成，其厚度小(例如几百Δ)使得从发射器115发出的电子易于从中通过。荧光层122的R、G和B荧光材料当被发射器115发出的电子束激励时发射可见光，并且从荧光层122的R、G和B材料发射的可见光被金属薄层124反射。因而，从整个FED辐射的可见光量增加，并且最终整个FED的亮度也增加。
在金属薄层124形成于前基板120上的情形中，可以不必形成阳极电极121，因为当金属薄层124被施加电压时可以充当导电层即阳极电极。
后基板110和前基板120定位成彼此分开预定的距离，使得发射器115可以面对荧光层122。后基板110和前基板120通过在它们周围施加密封材料(未示出)而彼此接合。如上所述，间隔物130设置在后基板110和前基板120之间，从而在后基板110和前基板120之间维持预定的距离。
下面将详细描述根据本发明优选实施例的FED的工作过程。
当对阴极电极111、栅极电极114和阳极电极121施加预定电压时，在它们之间形成电场，使得从发射器115中发射电子。此时，分别对阴极电极111、栅极电极114和阳极电极121施加0伏～负几十伏的电压、几伏～几十伏的电压以及几百伏～几千伏的电压。导电层112与阴极电极111的上表面接触，并且因而施加给阴极电极111的同样电压被施加给导电层112。发射的电子被转换成电子束，并且电子束被导向荧光层122使得它们最终可以与荧光层122碰撞。结果，激发出荧光层122的R、G和B荧光材料并发射可见光。
如上所述，因为发射器115设置在各个第一孔112a的每一侧，所以，由从发射器115发射的电子形成的电子束被聚焦而非广泛地分散。此外，因为导电层112设置在发射器115的每一侧，所以由于导电层112形成的电场而将电子束有效地聚焦。
而且，可以在各个阴极电极111中形成腔体111a，以致于发射器115可以被形成在发射器115周围的电场的等电位线包围。由于所述电场，电流密度增加，电流密度峰值精确地位于荧光层122的各个象素125中。可以通过调节腔体111a的宽度Wc而更有效地聚焦电子束。
如上所述，可以通过改进从发射器115发射的电子束的聚焦而增强图象的色纯净度，并且可以通过将电流密度的峰值精确定位在各个象素125中而增强图象的亮度。因此，可以得到高画面质量的图象。
稍后将参考图10～13C详细描述根据本发明优选实施例的FED的优点。
图6、7和8是根据本发明第一实施例的FED的改型的截面图。参考图6，在栅极电极114中可以形成宽度为W₃的各个第三孔114a，该宽度大于形成在绝缘层113中的第二孔113a的宽度W₂。通过形成宽度大于第二孔113a的第三孔114a，可以加长阴极电极111与它们各自的栅极电极114之间的距离，并且因而可以提高根据本发明第一实施例的FED的耐压特性。
参见图7，导电层112’可以包括形成在各个阴极电极111上的绝缘材料层1121和形成为覆盖绝缘材料层1121的上表面和侧表面的金属层1122，在此情况下，金属层1122电连结到阴极电极111从而起到导电层112’的基本功能。更具体地说，导电层112’可以通过如下方式形成：通过沉积、溅射或电镀方法，在各个阴极电极111上形成绝缘材料层1121并在绝缘材料层1121上形成金属层1122。当利用蚀刻剂在绝缘层113中形成第二孔113a时，金属层1122可以充当保护导电层112’不受蚀刻剂腐蚀的钝化层。因此，可以防止蚀刻剂造成的对导电层112’的损坏。更具体地说，图6所示的导电层112可以被蚀刻剂损坏，因为它由导电浆料形成。但是，图7的导电层112’不会受蚀刻剂的不利影响，因为它的表面由金属层1122形成。
参见图8，在阴极电极111上形成绝缘材料层1123，并在绝缘材料层1123的上表面上形成导电层112”，使得导电层112”可以设置成离开阴极电极111与绝缘材料层1123的厚度一样大的距离，并且可以通过绝缘材料层1123与阴极电极111绝缘。在此情况下，导电层112”可以连结到与连结阴极电极111的电源不同的电源，并且因而可以对导电层112”施加与施加到阴极电极111的电压不同的电压。因此，通过控制施加到导电层112”的电压，其独立于施加到阴极电极111的电压，可以将导电层112”的电子束聚焦效果最大化。因此，导电层112”可以充当独立电极即聚焦电极。
导电层112”可以通过以下方式形成：通过沉积或电镀法，在阴极电极111上形成绝缘材料层1123并在绝缘材料层1123的上表面沉积导电金属材料。因为导电层112”由金属材料形成而非由导电浆料形成，所以可防止导电层112”被蚀刻工艺中用于形成绝缘层113中的第二孔113a的蚀刻剂损坏。
图8所示FED的其余元件与图3所示FED的各个对应部件相同，除了第一孔112a以规律的间隔形成在绝缘材料层和导电层112”中，并且设置在各个第一孔112a中的发射器115形成为与经由各个第一孔112a暴露的绝缘材料层1123的侧表面接触。
导电层112”的纵向端可与各个阴极电极111电连接，在这种情况下，相同电压可以加在导电层112”和阴极电极111上。
图9是根据本发明第二实施例的FED的平面图。根据本发明第二实施例的FED的剖面结构与根据本发明第一实施例的FED的剖面结构相同，因此不再示出根据本发明第二实施例的FED的剖面图。
参考图9，在各个象素225中，在导电层212中形成多个第一孔212a，例如两个第一孔212a，在绝缘层213中形成两个第二孔213a，并且在栅极电极214中形成两个第三孔214a。在各个第一孔212a中形成发射器215。与本发明第一实施例中的发射器115类似的发射器215被形成在经由第一孔212a露出的阴极电极212上。此外，发射器215设置在各个第一孔212a的每一侧，使得它们相互隔开预定距离。
可在对应于各个象素225的阴极电极221中形成多个腔体211a，例如两个腔体211a。
根据本发明第二实施例的FED的其它元件与根据本发明第一实施例的FED的各自对应部分相同，于是省略对它们的描述。图6、7和8中示出的根据本发明第一实施例的FED的变化也可以应用到根据本发明第二实施例的FED。
图10是根据本发明第三实施例的FED的平面图。根据本发明第三实施例的FED具有与根据本发明第一实施例的FED相同的剖面结构，于是不再显示根据本发明第三实施例的FED的剖面图。
参见图10，形成在导电层312中的第一孔312a、形成在绝缘层313中的第二孔313a和形成在栅极电极314中的第三孔314a均为圆形。第三孔314a的内径D₃和第二孔313a的内径D2大于第一孔312a的内径D₁。另外，第三孔314的内径D3可以与第二孔313a的内径D₂相同。
在经第一孔312a暴露的阴极电极上形成沿第一孔312a的内周的环状发射器315。发射器315的内径D_E小于第一孔312a的内径D₁。像第一实施例中的发射器115一样，发射器315可以由碳基材料如CNT形成。
在本发明的第三实施例中，与本发明第一实施例中一样，可以在阴极电极311中形成圆形腔体311a。腔体311a设置在发射器315之内。因此，腔体311a的内径D_c小于第一孔312a的内径D1以及发射器315的内径D_E。
在本发明的第三实施例中，对于各个象素325，可以设置多个第一孔312a、多个第二孔313a和多个第三孔，在这种情况下，发射器315形成在多个第一孔312a的每一个中。根据本发明第三实施例的FED的其余元件与根据本发明第一实施例的FED的对应部件相同，因而省去对它们的描述。
如图6、7和8所示，根据本发明第一实施例的FED的改型也可以应用到根据本发明第三实施例的FED。换言之，形成在栅极电极314中的第三孔314a的内径D₃可以大于形成在绝缘层313中的第二孔313a的内径D₂，并且导电层312可以包括形成在阴极电极311上的绝缘材料层和形成在绝缘材料层上的金属层。另外，导电层312可以形成在绝缘材料层的上表面上，而绝缘材料层形成在阴极电极311上。
在下面的段落中，描述根据本发明优选实施例的FED及传统FED的模拟结果。
在电子束发射模拟中，图1所示的传统FED和示于图3中的根据本发明第一实施例的FED分别选做现有技术和本发明的示例性实施例。更具体地说，根据本发明第一至第三实施例的FED具有几乎相同的截面结构，并因而具有几乎相同的电子束发射特性，因而，图3、6、7和8中的FED选做用于电子束发射模拟的本发明的示例性实施例。
在模拟之前，设定传统FED和根据本发明第一实施例的FED的每一个的元件设计尺寸。例如，在两种FED的屏幕均设计为具有16∶9的纵横比、38英寸的对角线长度和1280行的水平分辨率的情况下，将传统FED和根据本发明第一实施例的FED的屏幕设置成具有大约0.69mm的RGB三组间距，从而实现高分辨率(HD)水平的图象质量。在此情况下，在根据本发明第一实施例的FED中，优选将绝缘层设定为具有10-20φm的高度，优选导电层设定为具有2-5φm的高度，优选导电层中形成的第一孔设定为具有60-80φm的宽度W₁，优选绝缘层中形成的第二孔设定为具有70-90φm的宽度W₂，优选栅极电极中形成的第三孔设定为具有70-95φm的宽度W₃，并且优选阴极电极中形成的腔体设定为具有10-30φm的宽度W_c。
但是，取决于根据本发明第一实施例的FED屏幕的大小、纵横比和分辨率，根据本发明第一实施例的FED的上述元件可以具有不同于这里列举的测量结果。
图11A～11C表示图1所示传统FED的电子束发射模拟结果。参见图11A，从传统FED的发射器发出的电子束朝传统FED的荧光层宽泛地发散。
图11B中的垂直轴表示电流密度。参见图11B，电流密度中的峰值接近象素的边缘而非象素的中心，因为如上所述大部分电子从发射器的边缘发出。如果象素的中心部分具有较低的电流密度，则象素的荧光材料不能被充分地激发，由此降低传统FED屏幕上显示的图象的亮度。特别是，在发射器没有精确布置在应该布置的地方的情况下，或是在传统FED的前后基板在粘结到一起时没有精确对准的情况下，电流密度的峰值很可能会接近传统FED的各个象素的边缘，这导致颜色纯净度相当大的降低。
参见图11C，到达传统FED荧光层的电子束斑不理想地侵占另一象素。
简言之，图1所示的传统FED最终会是低颜色纯净度和低画面质量。
图12A～12C示出在相应FED的各个阴极电极中没有形成腔体的情况下，图3所示根据本发明第一实施例的FED的电子束发射模拟结果。
参见图12A，从分别布置在根据本发明第一实施例的FED的第一孔的两侧的发射器发射的电子束因导电层所形成的电场被聚焦，而不是宽泛地朝向相应FED的荧光层宽泛地发散。参见图12B，电流强度的峰值通常位于象素的中心部位。
因此，如图12C所示，本发明中到达荧光层的电子束斑点尺寸远小于现有技术的情形，并且因而可以解决现有技术的问题，即瞄准一个象素的电子束还侵占另一个象素。即使本发明中电流密度总体低于现有技术中的情形，本发明中图象的颜色纯净度也高于现有技术的情形，因为与现有技术相比，从根据本发明第一实施例的FED的发射器发出的电子束的聚焦特性显著得到改进。此外，因为电流密度的峰值位于各个象素的中心部分，所以显示在根据本发明第一实施例的FED的屏幕上的图象亮度可以得到补偿。
图13A～13C示出了在相应FED的各个阴极电极中形成腔体的情况下，图3所示根据本发明第一实施例的FED的电子束发射模拟结果。
参见图13A，由于在图3所示FED的各个阴极电极中形成腔体，在发射器周围形成电场，以致于发射器可以被电场的等电位线包围。由于所述电场，从分别设置在第一孔两侧的发射器发出的电子束向着荧光层前进时可以被有效地聚焦。
参见图13B，电流密度的峰值精确地位于象素的中心部分。
因此，如图13C所示，在根据本发明第一实施例的FED的各个阴极电极中形成腔体的情况下，到达荧光层的电子束斑大小远小于没有腔体形成在相应FED的各个阴极电极中的情形。此外，在根据本发明第一实施例的FED的各个阴极电极中形成腔体的情况下，电流密度高于没有腔体形成在相应FED的各个阴极电极中的情形，更高于现有技术中的情形。
因此，通过在FED的各个阴极电极中形成腔体，可以增强电子束的聚焦特性，增大电流密度，使电流密度的峰值位于FED的各个象素的中心部位，并最终提高FED的颜色纯净度和亮度。
图14A～14C示出了在相应FED的各个阴极电极中形成的腔体宽度已经改变的情况下，图3所示根据本发明第一实施例的FED的电子束发射模拟结果。图14A～14C所示的模拟结果与图13A～13C的模拟条件相同，除了在根据本发明第一实施例的FED的各个阴极电极中形成宽度为W_C的腔体。更具体地说，图14A～14C中在根据本发明第一实施例的FED的各个阴极电极中形成的腔体宽度W_C大于图13A～13C中的情形。
参见图14A，在发射器周围形成电场，与图12A相比，使得发射器可被该电场的等电位线更好地包围。
参见图14B，电流密度的峰值精确地位于象素的中心部分。
因此，如图14C所示，到达荧光层的电子束斑大小远小于图13C中的情形。此外，图14C中的电流密度也远大于图13C中的情形。
因此，通过调节在FED的各个阴极电极中形成的腔体宽度，可以相当大地增大电流密度，有效聚焦电子束，并最终实现高质量图象。
图15A、15B和15C是表示图7的FED的电子束发射模拟结果的简图。
参见图15A，由于由绝缘材料层和金属层形成的导电层以及形成在阴极电极中的腔体，在发射器周围形成电场，以致于发射器可以被电场的等位线包围。因此，从发射器发出的电子束可以被有效地聚焦。因此，如图15B所示，电流密度的峰值精确地位于各个象素中。此外，如图15C所示，在荧光层上的电子束的束斑尺寸非常小。
如上所示，图7的FED可以具有与图3和6所示FED相同的效果。
图16A和16B是表示图8所示FED的电子束发射模拟结果的简图。参见图16A和16B，图8所示的FED具有与图3、6和7相同的效果，在图8所示的FED中，导电层形成在绝缘材料层的上表面上，以致于它可以与阴极电极绝缘。图8所示的FED通过调节施加到导电层上的电压可以比图3、6和7更有效地聚焦电子束。
如上所述，根据本发明的FED可以改进从发射器发射的电子束的聚焦特性，增加图象的颜色纯净度，并由此得到高质量的图象。
此外，根据本发明的FED可以通过精确设置各个象素中的电流密度峰值来提高图象的亮度。
虽然已参考其示例性实施例展示并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，在不脱离由所附权利要求限定的实质和范围的前提下，可以对本发明的形式和细节做各种改变。