CN100521057C - 电子发射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电子发射装置包括第一衬底；面向第一衬底并与第一衬底分隔开的第二衬底；在第一衬底上的电子发射单元，电子发射单元具有至少两个电极和用于发射电子的发射区；和在第二衬底上将通过由电子形成的束激发的光发射单元。电子发射单元包括用于聚焦所述束的聚焦电极。光发射单元包括在其上像素设置成图案的屏幕。每个像素具有荧光层。像素之一的荧光层通过所述束激发。所述聚焦电极包括开口，所述束通过所述开口。当到达像素的所述电子束的垂直直径是DBV且至少一个像素的垂直节距是PV时，垂直直径DBV和垂直节距PV满足：0.4＜DBV/PV＜1。

Description

电子发射装置
技术领域
本发明涉及一种电子发射装置，更具体而言，涉及一种电子发射装置，其中束通过开口的尺寸设定在相应于像素的垂直节距的范围内，以最小化(或减少或防止)电子束在垂直方向上撞击(striking)和激发不必要的像素，从而改善分辨率的一致性。
背景技术
电子发射装置(例如场发射器阵列(FEA)装置、弹道电子表面(ballisticelectron surface)(BSE)装置、表面传导发射(surface conduction emission)(SCE)装置、金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal)(MIM)型装置和金属-绝缘体-半导体(metal-insulator-semiconductor)(MIS)装置，等等)包括面向彼此的第一和第二衬底。电子发射区形成在第一衬底上。作为驱动电极用于控制电子从电子发射区的发射的阴极和栅电极也形成在第一衬底上。形成在面向第一衬底的第二衬底上的是荧光屏和用于把荧光屏置于高电位状态的阳极。
利用密封材料诸如玻璃料(frit)把第一和第二衬底在它们的周边密封在一起，且衬底之间的内部空间被抽空以形成真空腔(或真空室)。真空室中配置的是用于均匀地保持第一和第二衬底之间的间隙的多个分隔件。
典型的电子发射装置还包括用于聚焦来自电子发射区的电子束的聚焦电极。聚焦电极与栅电极之间分隔开一间隙(可以是预定的)。即，聚焦电极与栅电极是分隔开的。
聚集电极设置有多个相应于荧光屏的像素的束通过开口。即，每个束通过开口的尺寸可以设计为与每个相应的像素相同。
然而，当电子束通过束通过开口到达目标像素时，到目标像素的电子束尺寸可能大于目标像素的尺寸。这样，电子束可以撞击目标像素和邻近目标像素的不必要的像素，从而激发不必要的像素。
因此，降低了目标像素的发光度，从而降低了荧光屏的总分辨率。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种电子发射装置，其中设定形成在聚焦电极上的束通过开口的尺寸以最小化(或减少或防止)通过束通过开口的电子束激发不必要的像素。
在本发明的示范性实施例中，电子发射装置包括第一衬底；面向第一衬底并与第一衬底分隔开的第二衬底；形成在第一衬底上的电子发射单元，电子发射单元具有第一电极、第二电极和用于发射电子的电子发射区；和形成在第二衬底上并用于通过由电子形成的电子束激发的光发射单元。电子发射单元包括用于聚焦电子束的聚焦电极；光发射单元包括在其上多个像素设置成图案的荧光屏，每个像素具有荧光层，至少一个像素的荧光层用于通过电子束激发；且聚焦电极包括束通过开口，电子束通过束通过开口，且当束通过开口的垂直长度是LV且至少一个像素的垂直节距是PV时，垂直长度LV和垂直节距PV满足：0.25≤LV/PV≤0.60。
在一个实施例中，当到达像素的电子束的垂直直径是DBV时，垂直直径DBV和垂直节距PV满足：0.4<DBV/PV<1。
多个电子发射区可以设置在相应于束通过开口的区域中。
可选地，单个电子发射区可以设置在相应于束通过开口的区域中。
附图说明
附图与说明书一起图示了本发明的示范性实施例，且与说明书一起用于说明本发明的原理：
图1是根据本发明实施例的电子发射装置的局部透视图；
图2是图1中描述的电子发射装置的局部剖面图；
图3是形成在图1中描述的电子发射装置的荧光屏上的像素的示意图；
图4是形成在图1中描述的电子发射装置的聚焦电极上的束通过开口的示意图；
图5是图1描述的电子发射装置中聚焦电极的束通过开口的垂直直径与电子束的垂直直径的关系图；
图6A是电子发射装置的聚焦电极和电子发射区的第一改进示范性实施例的示意图；
图6B是电子发射装置的聚焦电极和电子发射区的第二改进示范性实施例的示意图；
图6C是电子发射装置的聚焦电极和电子发射区的第三改进示范性实施例的示意图；
图7是根据本发明另一实施例的电子发射装置的剖面图；和
图8是图7的电子发射装置的电子发射区的局部放大顶视图。
具体实施方式
图1和2示出了根据本发明实施例的电子发射装置。在这个实施例中，提供了FEA电子发射装置作为例子。
根据图1和2，FEA电子发射装置包括面向彼此并通过其间的距离(可以是预定的)分隔开的第一和第二衬底20和22，形成在第一衬底20上并通过距离(可以是预定的)彼此分隔开的多个第一电极(阴极)24，通过插入其间的第一绝缘层25与第一衬底上的第一电极24交叉的多个第二电极(栅电极)26，形成在第一电极24和第二电极26的交叉区的第一电极24上的电子发射区28，形成在第二衬底22上的阳极30，形成在阳极30表面上的荧光屏32，插入在第一和第二衬底20和22之间的分隔件60，形成在第二电极26和第一绝缘层25上的聚焦电极40，和形成在聚焦电极40下面以使聚焦电极40和第二电极26绝缘的第二绝缘层50。束通过开口400以预定的图案形成在聚焦电极40上，电子发射区28发射的电子形成的电子束通过开口。
聚焦电极40既屏蔽阳极30的电场又增强电子束的聚焦。
同时，束通过开口500形成在设置在聚焦电极40和第二电极26之间的第二绝缘层50上。形成在第二绝缘层50上的束通过开口500的图案与聚焦电极40的束通过开口400的图案相同(或基本相同)。
第一和第二电极24和26、电子发射区28和聚焦电极40组成用于把电子束发射到第二衬底22的电子发射单元。
另外，阳极30和荧光屏32组成用于发射由电子束引起的光的光发射单元。
更详细地描述电子发射单元，第一电极24和第二电极26形成条纹图案，它们交叉成直角。例如第一电极24形成为在图1的X轴方向延伸的条纹图案，和第二电极26形成为在图1的Y轴方向延伸的条纹图案。
设置在第一衬底20上的第一电极24和第二电极26之间的是第一绝缘层25。
在第一电极24和第二电极26的交叉区，一个或多个电子发射区28形成在第一电极24上以相应于每个像素区。相应于各个电子发射区28的开口250和260形成在第一绝缘层25和第二电极26中以暴露电子发射区28。
在这个实施例中，电子发射区28形成为圆形并设置在每个第一电极24的纵向X上。然而，电子发射区28的形状、数量和配置不限于此实施例。
电子发射区28可以由用于当电场在真空气氛下施加到其上时发射电子的材料形成，材料诸如含碳材料和/或纳米尺寸材料。电子发射区28可以由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C60、硅纳米线或其组合形成。
如上所述，第一电极24用作阴极而第二电极26用作栅电极。然而，在可选实施例中，第一电极24可以用作栅电极，且第二电极26可以用作阴极。在这个可选实施例(未示出)中，电子发射区28形成在第二电极26上。
更详细地描述光发射单元，荧光屏32包括每个具有红(R)、绿(G)和蓝(B)荧光体34R、34G和34B的荧光层34和设置在R、G和B荧光体34R、34G和34B之间的黑色层(black layer)36。荧光层和黑色层34和36可以形成为图案(可以是预定的)用于限定多个像素P(见图3)。
如图3中所示，在这个实施例中，每个具有矩形的多个像素P由荧光层和黑色层34和36限定。像素P的排列相应于聚焦电极40和第二绝缘层50的束通过开口400和500的排列。
同样如图3中所示，每个像素P具有在第一电极24的纵向上的垂直节距PV。像素P的垂直节距PV是荧光层34的垂直节距PP和黑色层36的垂直节距PB的总和。
在这个实施例中，阳极30可以由诸如铝的导电材料形成。阳极30用于通过接收加速电子束所需的高电压和把从荧光屏32向第一衬底20发射的可见光线反射到第二衬底22而提高屏幕发光度，从而提高屏幕发光度。
可选地，阳极可以由透明导电材料诸如氧化铟锡(ITO)代替金属材料形成。在此可选情况中，阳极设置在第二衬底上，且荧光屏形成在阳极上(即，阳极在第二衬底和荧光屏之间)。这里，阳极包括多个设置成预定图案的部分。
分别具有电子发射单元和光发射单元的第一衬底20和第二衬底22通过使用密封剂(未示出)密封在一起，其内部抽空以形成真空。这里，电子发射区28面向荧光屏32。
另外，分隔件60设置在第一和第二衬底20和22之间以使第一和第二衬底20和22之间彼此分隔开一定的距离(可以是预定的)。分隔件42位于电子发射装置的非发射区使得它们不占用电子束的通道和像素P的相关区域。
另外，聚焦电极40的束通过开口400具有荧光屏32(见图4)上的像素P的垂直节距PV的25％到60％的范围内的垂直长度LV。
束通过开口400的垂直长度LV设定在一范围内，在这个范围内，当电子束到达荧光屏32时，可以仅撞击相应于目标像素的荧光层。现将对此详细描述。
由上述结构，当目标亮度值设定在300cd/m2且阳极电压施加到阳极30使得可以形成2.3V/m、2.8V/m、3.6V/m和5.6V/m的电场时，多个实测的垂直直径DBV图示在随后的表1和图5的曲线图中。
这里，当电子束撞击相应于在荧光屏32上的目标像素P的荧光层34时，测量了电子束的垂直直径DBV。荧光屏32的荧光层34的开口率设定在46％。
特别地，表1和图5的曲线图图示了当束通过开口400的垂直长度LV变化时测量的多种电子束的垂直直径DBV。
在表1和图5的曲线图中，给出了束通过开口400的垂直长度LV除以相应像素的垂直节距PV和电子束的垂直直径DBV除以相应像素的垂直节距PV的值。
表1
Figure C200610073823D00071
为了最小化(或减少或防止)电子束撞击不必要的像素，当电子束到达设置在荧光屏32的垂直方向上的像素的目标像素(例如P)时，电子束的垂直直径DBV应该小于目标像素P的垂直节距PV。即，设定DBV/PV小于1。
这里，为了实现目标亮度值300cd/m2，DBV/PV应该大于0.4。即，荧光层34的垂直节距PP约是目标像素P的垂直节距PV的61％且黑色层36的垂直节距PB约是39％。所以，当电子束的垂直直径DBV小于目标像素P的垂直直径PV的40％时，电子束撞击了小于荧光层34的总面积的2/3。结果，不能得到想要的发光度。即，不能实现目标亮度值300cd/m2。因此，为了实现目标亮度值300cd/m2，根据本发明实施例，DBV/PV设定大于0.4。
所以，在这个实施例中，DBV/PV设定大于0.4但小于1.0。
如表1和图5的曲线图所示，LV/PV在0.2到0.62的范围内。
当考虑到可能存在上述每个因素中的测量误差和实际产品的生产误差时，本发明的实施例设定LV/PV在0.25到0.60的范围内。
即，在本发明的一个实施例中，束通过开口400的垂直长度LV在目标像素P的垂直节距PV的25％到60％的范围内。
由上述结构，当从电子发射区发射的电子束到达目标像素时，该电子束不会激发相邻的像素，从而提供了一致的分辨率。
图6A到6C示出了根据本发明各种实施例的聚焦电极的束通过开口和电子发射区的图案。
首先根据图6A，在形成在荧光屏上的像素的垂直方向上设置了聚焦电极的束通过开口410，设置了单个电子区412以相应于单个束通过开口410。在图6A中，电子发射区412的图案可以与束通过开口410的图案相似。
根据图6B，设置了多个电子发射区416以相应于单个束通过开口414。
根据图6C，束通过开口包括一系列的孔418和相应于每个孔418设置的单个电子发射区420。
在上述图6A、6B和6C的实施例中，设置了束通过开口410、414和418以相应于荧光屏的像素。这里，每个束通过开口410、414和418设计得满足上述条件。
图7和8示出了根据本发明另一实施例的电子发射装置。在这个实施例中，举例了SCE电子发射装置。
如图7和8中所示，SCE电子发射装置包括形成在第一衬底20’同一平面上的第一和第二电极72和74。第一和第二导电薄膜73和75彼此靠近设置，同时部分覆盖第一和第二电极72和74的表面。
电子发射区78设置在第一导电薄膜73和75之间并与它们连接。所以，通过第一和第二导电薄膜73和75，电子发射区78电连接到第一和第二电极72和74。
当驱动电压施加到第一和第二电极72和74时，当电流水平地沿着电子发射区78的表面通过第一和第二导电薄膜73和75流动时，实现了表面传导(conduction)电子发射。
第一和第二电极72和74之间的距离设定在几十μm到几百μm的范围内。
第一和第二电极72和74可以由多种导电材料诸如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、Pd、Ag和它们的合金形成。可选地，第一和第二电极72和74可以是由金属氧化物形成的印刷导电电极或由ITO形成的透明电极。第一和第二导电薄膜73和75可以由基于导电材料诸如镍、金、铂和/或钯的微粒子形成。电子发射区78可以由含碳材料和/或纳米尺寸的材料形成。电子发射区38可以由石墨、金刚石、类金刚石碳、碳纳米管、C60或其组合形成。
在这个实施例中没有描述的其它部分与以上已经描述的实施例中的基本相同，且它们的详细描述将不再更详细地描述。
此外，以上任何实施例中没有描述的其它部分可以由FEA和/或SCE电子发射装置的任何合适的结构实现。
根据本发明，因为束通过开口的垂直长度设定在合适的范围内，在该范围内电子束不会撞击邻近的非目标像素，通过最小化(或减少或防止)电子束撞击和激发邻近的非目标像素，可以改善分辨率的一致性。
虽然结合某些具体实施例已经描述了本发明，但本领域的技术人员将会理解的是本发明不限于公开的实施例，而是相反地想要覆盖包括在所附权利要求和其等同物的精神和范围内的各种变体。

Claims (8)

1.一种电子发射装置，包括：
第一衬底；
第二衬底，面向所述第一衬底并与第一衬底分隔开；
电子发射单元，形成在所述第一衬底上，所述电子发射单元具有第一电极、第二电极和用于发射电子的电子发射区；和
光发射单元，形成在所述第二衬底上，并用于通过由电子形成的电子束激发；
其中所述电子发射单元包括用于聚集所述电子束的聚焦电极；
其中所述光发射单元包括在其上多个像素设置成图案的荧光屏，每个像素具有荧光层，至少一个像素的荧光层用于通过所述电子束激发；和
其中所述聚焦电极包括束通过开口，所述电子束通过所述开口，并且，当到达像素的所述电子束的垂直直径是DBV且至少一个像素的垂直节距是PV时，垂直直径DBV和垂直节距PV满足：
0.4<DBV/PV<1。
2.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中当所述束通过开口的垂直长度是LV且至少一个像素的垂直节距是PV时，垂直长度LV和垂直节距PV满足：
0.20≤LV/PV≤0.62。
3.根据权利要求2所述的电子发射装置，其中垂直长度LV和垂直节距PV满足0.25≤LV/PV≤0.60。
4.根据权利要求2或3所述的电子发射装置，其中多个电子发射区设置在相应于所述束通过开口的区域内。
5.根据权利要求2或3所述的电子发射装置，其中单个电子发射区设置在相应于所述束通过开口的区域内。
6.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中多个电子发射区设置在相应于所述束通过开口的区域内。
7.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中单个电子发射区设置在相应于所述束通过开口的区域内。
8.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述第一电极是阴极且第二电极是栅电极。
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