CN100543914C - 电子发射器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包含具有高亮度和高电导的发光区域的电子发射器件，及其制造方法。根据本发明的一实施例，一电子发射器件包括：包含至少一个形成于所述第二衬底上的荧光层的发光区域；一表面处理层，其形成于荧光层的表面，并且包括制作荧光层的焙烧工序后存留的功能材料；和至少一个覆盖表面处理层的阳极。

Description

电子发射器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种电子发射器件及其制造方法，尤其涉及一种包括具有高水平亮度和电导(conductance)的发光区域的电子发射器件及其制造方法。
背景技术
通常，电子发射器件包括作为电子提供源的热阴极和冷阴极。场致发射器阵列(FEA)型、金属-绝缘体-金属(MIM)型、金属-绝缘体-半导体(MIS)型、表面传导发射器(SCE)型和弹道电子面发射器(BSE)型均属于已知的包含冷阴极的电子发射器件。
就具体结构而言，上述电子发射器件各有不同。但是，基本上电子发射器件包括用于在真空容器内发射电子的电子发射源和一发光区域，所述发光区域包含与电子发射单元相对的荧光层，以发光并显示预期图像。
发明内容
一种电子发射器件，其包括：具有电子发射区域和控制来自所述区域的电子发射的电极的第一衬底，以及第二衬底，所述第二衬底具有一荧光层，一用于改善屏幕对比度的黑层和对从第一衬底发射到所述荧光层的电子有效加速的阳极。阳极可以形成为覆盖所述荧光层和黑层的金属薄膜，或者作为位于包括荧光层的发光区域和黑层之间的、即在第二衬底面对真空容器的表面上的透明电极。
从电子发射源发射的电子通过碰撞荧光层并发光而形成图像。但是，一些电子会在荧光层中形成累积电荷，所述累积电荷可能阻止电子到达荧光层。因此，屏幕亮度可能降低。为了提高表面电导，有人提出采用导电材料处理荧光体颗粒的表面，或者在荧光层的表面覆盖导电材料。但是，这些方法需要独立的涂布工艺。而且，根据后一种方法，即使通常不需要表面处理，由于采用导电材料覆盖黑层，亮度的改善也受到了限制。
根据本发明的一些实施例，提供了一种电子发射器件及其制造方法，其中通过简单工艺即可形成荧光层的表面处理，并且只有荧光层得到了处理。
在本发明的一个示范性实施例中，一种电子发射器件包括：彼此相对并形成一真空容器的第一和第二衬底；形成于所述第一衬底上的电子发射单元；以及形成于所述第二衬底上的发光区域。所述发光区域包括：至少一个形成于所述第二衬底上的荧光层；一表面处理层，其形成于荧光层的表面，并且包括用于制作荧光层的焙烧工序后存留的功能材料；和至少一个覆盖表面处理层的阳极。
在本发明的另一个示范性实施例中，一种电子发射器件包括：彼此相对并形成一真空容器的第一和第二衬底；形成于所述第一衬底上的电子发射单元；以及形成于所述第二衬底上的发光区域。所述发光区域包括：至少一个形成于所述第二衬底上的阳极；至少一个形成于所述阳极上的荧光层；一表面处理层，其形成于所述荧光层的表面，并且包括制作所述荧光层的焙烧工序后存留的功能材料；以及至少一个覆盖所述表面处理层的金属薄膜。
在本发明的又一实施例中，一种制造电子发射器件的方法包括的步骤为：在第二衬底上，对应于界定在所述第二衬底上的发光区域形成至少一个荧光层；通过涂布用于形成中间层的成分对所述荧光层进行表面处理，所述成分包括制作荧光层的焙烧工序结束后存留在所述荧光层表面的功能材料；在经过表面处理的所述荧光层上形成由金属薄膜构成的阳极；以及通过对第二衬底进行焙烧形成表面处理层。
在本发明的又一实施例中，一种制造电子发射器件的方法包括的步骤为：通过在第二衬底上、对应于界定在所述第二衬底上的发光区域涂布透明氧化物形成一阳极；在所述阳极上形成至少一个荧光层；通过涂布用于形成中间层的成分对所述荧光层进行表面处理，所述成分包括制作荧光层的焙烧工序结束后存留在所述荧光层表面的功能材料；在所述经过表面处理的荧光层上形成一金属薄膜；以及通过对第二衬底进行焙烧形成表面处理层。
附图说明
通过参照附图，对本发明的优选实施例予以详细说明，本发明的上述及其他优势将变得更加明显，其中
图1是根据本发明的一实施例的电子发射器件的剖面图；以及
图2是根据本发明的另一个实施例的电子发射器件的剖面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明进行更加详细的说明，在附图中将示出本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的第一实施例的电子发射器件的剖面图。如图1所示，所述电子发射器件包括一真空容器，所述真空容器由彼此密封、并大体上相互平行、彼此间隔预定距离的第一衬底2和第二衬底4构成。
第一衬底2的电子发射单元100向第二衬底4发射电子，第二衬底4的发光区域200发射可见光，以显示图像。
所述电子发射单元100适用于电子发射器件的任何已知结构。在图1中，提供了一种FEA电子发射器件作为例子。
如图1的电子发射器件中所示，在预定图案中，例如，在所述第一衬底2上彼此之间具有一定空隙的条状图案中，形成多个阴极6，并且形成覆盖阴极6的绝缘层8。在绝缘层8上，沿垂直于阴极6的方向形成多个具有预定图案、例如条形图案的栅电极10，所述栅电极10相互间具有一定间隙。
如图1所示，将所述阴极6和栅电极10交叉的位置定义为像素区域，在绝缘层8和栅电极10中至少针对每一像素区域形成一个开口8a、10a，从而暴露了阴极6的一部分表面，并在暴露的阴极6上形成电子发射区域12。
电子发射区域12包括在施加电场时发射电子的电子发射材料。例子包括碳纳米管、石墨、金刚石、类金刚石碳、富勒烯(C60)、硅纳米线，或其组合，或者诸如钼的金属材料。通过诸如丝网印刷、光刻、化学气相淀积(CVD)、溅射等方法形成电子发射区域。
在阴极6和栅电极10中的一个上施加扫描信号，在另一电极上施加数据信号。在像素中围绕电子发射源12产生一电场，电子发射源12具有的两个电极之间的电势差超过阈值电压，从而发射出电子。
根据本发明，所述电子发射单元100的结构不限于上述实施例。例如，可以首先在第一衬底上形成所述栅电极，之后在所述栅电极上形成所述阴极，在所述阴极和栅电极之间具有一绝缘层。所述电子发射区域与所述阴极电连接。
在图1中，作为电子发射单元的一个例子示出了FEA电子发射器件的电子发射单元。但是，电子发射单元100不仅限于此，还可以采用SCE、MIN、MIS和BSE电子发射器件的电子发射单元。
在面对所述第一衬底2的第二衬底4的一侧形成至少一个荧光层14。在所述荧光层14上形成表面处理层16，其包括用于提高荧光层的亮度和电导的功能材料。在整个表面处理层16上形成至少一个阳极18，以构成发光区域200。
为了增强屏幕对比度，优选在荧光层14之间的非发光区域形成黑层20。可以采用诸如氧化铬薄膜的薄膜或采用诸如石墨的含碳物质的厚膜形成黑层20。
优选采用金属薄膜形成阳极18，所述金属薄膜由金属的汽相淀积或溅射形成。铝薄膜是最为优选的。在施加高压加速电子束时，金属薄膜起着阳极的作用。
形成于荧光层14上的表面处理层16包括在焙烧工序后存留的功能材料。所述功能材料还可以起着钝化层的作用，用于防止由电子束导致的荧光层的劣化。可以仅在R、G和B某一荧光体的荧光层的表面上形成表面处理层。
所述功能材料包括含有或不含有金属的氧化物，或凝胶。具体例子有In2O3、WO3、SiO2、MgO、Y2(SiO3)3、Al2O3、Ca2P2O7、SiO4及其混合物。在形成阳极18的金属薄膜时，向形成令荧光层18表面平坦的中间层的成分中添加该功能材料，并将其涂布在荧光层14上，并形成金属薄膜，随后对第二衬底进行焙烧，由此形成表面处理层16。在焙烧之后，仅有功能材料存留在荧光层14的表面上。
用于形成中间层的成分涂布工艺是通过丝网印刷、旋涂等方法实施的，但不限于这些方法。优选在涂布用于形成中间层的成分之后实施干燥处理。优选在200℃到500℃的温度下实施焙烧工序。
通过向形成表面平坦化层的成分中添加功能材料的方式制备用于形成中间层的成分，所述功能材料能够在对荧光层焙烧之后存留下来。所述成分包括与有机溶剂混合的纤维素树脂或丙烯酸树脂。就荧光层为100重量比份(part by weight)而言，添加到形成中间层的成分中的功能材料的量为0.001到20重量比份，优选为0.01到10重量比份，更优选为0.1到5重量比份，更为优选为0.1到1重量比份。在所包含的功能材料的量小于0.001重量比份时，无法获得表面处理的效果，在所述功能材料的量超过20重量比份时，由于可见光的透光度降低，屏幕亮度劣化，这是不可取的。根据本发明的实施例，通过仅向形成中间层的成分中添加所述功能材料，以形成表面平坦化层的方法，形成表面处理层。因此，可以同时执行制作表面平坦化层和表面处理层的工艺，而为制作表面处理层使用单独工序没有任何益处。可以仅在荧光层上有选择地形成表面处理层，而且形成作为非常薄的膜的表面处理层是经济的。优选表面处理层具有1nm到10μm的厚度。
在绝缘层上布置隔片(spacer)26之后，通过密封胶使包括电子发射单元100的第一衬底2和包括发光区域200的第二衬底4的外围彼此密封。通过排气孔(未示出)排空第一和第二衬底包围的内部空间，由此完成了电子发射器件的制作。
图2是根据本发明的第二优选实施例的电子发射器件的剖面图。根据本实施例，所述电子发射器件具有类似于第一实施例中相应部件的电子发射区域400和发光区域300。
如图2所示，根据本发明的第二实施例，所述电子发射器件的发光区域300包括：形成于所述第二衬底304上的至少一个透明电极322；形成于所述阳极322上的至少一个荧光层314；表面处理层316，其形成于所述荧光层314上，并且包括在荧光层的焙烧之后存留的功能材料；以及至少一个覆盖表面处理层316的金属薄膜324。
所述发光区域300中，将透明电极322布置在所述荧光层314和第二衬底304之间。采用诸如氧化铟锡(ITO)的透明氧化物形成透明电极322。透明电极322形成于第二衬底304的整个表面，或具有多种形状，例如具有条形图案。
在第二实施例中，所述电子发射器件与第一实施例的不同之处在于将加速电子束的电压施加到起着阳极作用的透明电极322上，并且金属薄膜324通过金属背效应(metal back effect)增强了屏幕亮度。
优选将用于增强屏幕对比度的黑层320布置在位于发光区域上的荧光层314之间的非发光区域上。可以将荧光层314形成于已构图阳极322上。
在绝缘层上布置隔片326之后，通过密封胶使包括电子发射单元400的第一衬底302和包括发光区域300的第二衬底304的外围彼此密封，并通过排气孔(未示出)排空第一和第二衬底包围的内部空间，由此完成了电子发射器件的制作。
下面的例子对本发明做出了进一步的详细说明。但是，应当得到理解的是，本发明不仅限于这些例子。
实例1到4
通过向金属氧化物中添加In2O3的方式制备用于形成中间层的成分，添加量如表1所示，在所述的形成中间层的成分中向萜品醇中添加了丙烯酸树脂。在表1中，In2O3的量是以100重量比份的荧光粉为基础的。对于每个实例而言，将所述成分涂布在具有图1所示结构的第二衬底上的荧光层上，并通过淀积铝的方式在荧光层上形成金属薄膜。之后，通过在450℃下焙烧，以去除丙烯乳胶的方式，形成含有金属氧化物的表面处理层。具有如图1所示的电子发射单元的第一衬底与按照上述说明制作的第二衬底通过密封胶彼此密封，并通过排气孔将第一和第二衬底围绕的内部空间的气体排除，从而完成电子发射器件的制作。
对比实例1
按照与实例1相同的方法制备电子发射器件，只是不向所述成分中添加金属氧化物。
表1根据实例1到4，以及对比实例1示出了电子发射器件的亮度测量结果。
表1
 
In<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(重量比份) 相对亮度(％)
实例1 0.01 72
实例2 0.05 75
实例3 0.1 78
实例4 0.5 82
对比实例1 - 63
如表1所示，与对比实例的亮度相比，根据实例1到4，具有表面处理层的电子发射器件的亮度较高，所述表面处理层包含功能材料氧化物。
根据本发明，通过向所述成分添加功能材料而提高亮度和电导的方式形成所述表面处理层，在形成金属薄膜时，其形成了使所述表面平坦化的中间层。因此，没有必要采用单独工艺制作表面处理层，从而简化了电子发射器件的制造工艺。可以仅在所述发光区域上有选择地形成表面处理层，而且，采用非常薄地金属膜形成表面处理层也是一种经济的做法。
尽管在上文中已经对本发明的优选实施例进行了详细说明，但是应当得到清晰理解的是：本领域的技术人员可能想到的对文中讲述的基本发明理念做出的很多变化和/或修改仍然属于如权利要求书定义的本发明的精神和范围。

Claims (24)

1.一种电子发射器件，其包括：
彼此相对并形成一真空容器的第一衬底和第二衬底；
在所述第一衬底上提供的电子发射单元；
在所述第二衬底上提供的发光区域，其包括至少一个形成于所述第二衬底上的荧光层；
位于所述荧光层上的表面处理层，其包括在制作荧光层的焙烧工序之后存留的功能材料；以及
至少一个覆盖所述表面处理层的阳极。
2.如权利要求1所述的电子发射器件，其中，黑层处于所述荧光层之间的非发光区域中。
3.如权利要求1所述的电子发射器件，其中，所述功能材料是从由In2O3、WO3、SiO2、MgO、Y2(SiO3)3、Al2O3、Ca2P2O7、SiO4，及其混合物组成的组中选出的。
4.如权利要求1所述的电子发射器件，其中，所述表面处理层是通过在所述荧光层上涂布用于形成中间层的成分，并进行焙烧而形成的，所述成分是通过向用于平坦化所述荧光层的表面的成分中添加功能材料而制备的。
5.如权利要求1所述的电子发射器件，其中，相对于荧光层的100重量比份而言，所含功能材料的量为0.001到20重量比份。
6.如权利要求5所述的电子发射器件，其中，相对于荧光层的100重量比份而言，所含功能材料的量为0.1到1重量比份。
7.如权利要求1所述的电子发射器件，其中，所述表面处理层的厚度为1nm到10μm。
8.如权利要求1所述的电子发射器件，其中，所述阳极包含一金属薄膜。
9.如权利要求8所述的电子发射器件，其中，所述金属薄膜为铝薄膜。
10.一种电子发射器件，其包括：
彼此相对并形成一真空容器的第一和第二衬底；
在所述第一衬底上提供的电子发射单元；
在所述第二衬底上提供的发光区域，其包括至少一个所述第二衬底上的阳极；
至少一个形成于所述阳极上的荧光层；
位于所述荧光层上的表面处理层，其包括在制作荧光层的焙烧工序之后存留的功能材料；以及
至少一个覆盖所述表面处理层的金属薄膜。
11.如权利要求10所述的电子发射器件，其中，采用一透明电极形成所述阳极。
12.如权利要求11所述的电子发射器件，其中，所述透明电极包括氧化铟锡。
13.如权利要求10所述的电子发射器件，其中，至少一个黑层处于荧光层之间的非发光区域上。
14.如权利要求10所述的电子发射器件，其中，所述功能材料是从由In2O3、WO3、SiO2、MgO、Y2(SiO3)3、Al2O3、Ca2P2O7、SiO4及其混合物组成的组中选出的。
15.如权利要求10所述的电子发射器件，其中，所述表面处理层是通过在所述荧光层上涂布用于形成中间层的成分，并进行焙烧而形成的，所述成分是通过向用于平坦化所述荧光层的表面的成分中添加功能材料而制备的。
16.如权利要求10所述的电子发射器件，其中，相对于荧光层的100重量比份而言，所含功能材料的量为0.001到20重量比份。
17.如权利要求16所述的电子发射器件，其中，相对于荧光层的100重量比份而言，所含功能材料的量为0.1到1重量比份。
18.如权利要求10所述的电子发射器件，其中，所述表面处理层的厚度为1nm到10μm。
19.一种制造电子发射器件的方法，其包括：
在第二衬底上，对应于界定在所述第二衬底上的发光区域形成至少一个荧光层；
涂布用于形成中间层的成分，其包含在焙烧工序之后存留在荧光层表面上的功能材料，从而实现荧光层的表面处理；
在所述经过表面处理的荧光层上形成至少一个由金属薄膜构成的阳极；以及
通过对所述第二衬底进行焙烧形成所述表面处理层。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述功能材料是从由In2O3、WO3、SiO2、MgO、Y2(SiO3)3、Al2O3、Ca2P2O7、SiO4，及其混合物构成的组中选出的。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述的用于形成中间层的成分是通过向丙烯酸树脂乳胶中添加功能材料而制备的。
22.一种制造电子发射器件的方法，其包括：
通过在第二衬底上，对应于界定在所述第二衬底上的发光区域涂布透明氧化物形成一阳极；
在所述阳极上形成至少一个荧光层；
涂布用于形成中间层的成分，其包含在焙烧工序之后存留在荧光层表面上的功能材料，从而实现对荧光层的表面处理；
在所述的经过处理的荧光层的表面上形成一金属薄膜；以及
通过对所述第二衬底进行焙烧形成所述表面处理层。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述功能材料是从由In2O3、WO3，、SiO2、MgO、Y2(SiO3)3、Al2O3、Ca2P2O7、SiO4，及其混合物组成的组中选出的。
24.如权利要求22所述的方法，其中，所述的用于形成中间层的成分是通过向丙烯酸树脂乳胶中添加功能材料而制备的。
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