CN100550265C - 电子发射器件和制造电子发射器件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子发射器件，包括：第一基板；面对第一基板并且与第一基板隔开预定间距的第二基板；阴极，每个阴极包括在第一基板上形成的第一电极和与第一电极间隔开的多个第二电极；在多个第二电极上形成的电子发射区；互连第一电极和多个第二电极的每一个、并且围绕电子发射区的电阻层；置于电阻层和阴极之上的绝缘层；和在绝缘层之上形成的栅极。

Description

电子发射器件和制造电子发射器件的方法

技术领域

本发明涉及电子发射器件和制造电子发射器件的方法。

背景技术

通常，电子发射器件被分为使用热阴极作为电子发射源的电子发射器件和那些使用冷阴极作为电子发射源的电子发射器件。有多种类型的冷阴极电子发射器件，包括场发射阵列(FEA)型，金属-绝缘体-金属(MIM)型，金属-绝缘体-半导体(MIS)型和表面导电发射器(SCE)型。

FEA型电子发射器件基于如下原理：当具有低功函数或者高深宽比的材料被用作电子发射源，在真空气氛中在其上施加电场时，电子容易从电子发射源发射。基于钼Mo或者硅Si或者含碳的材料，例如碳纳米管、石墨和类金刚石碳的尖锐端点结构被开发作为电子发射区。

普通的FEA型电子发射器件，阴极、绝缘层和栅极顺序形成在第一基板上，并且开口形成于栅极和绝缘层。电子发射区被形成在开口内的阴极之上。荧光粉层和阳极被形成在面对第一基板的第二基板表面。

在工作中，当扫描驱动电压被施加在任何一个阴极和栅极，并且数据驱动电压被施加在其它电极时，电场在电子发射区周围的电极间电压差超过阈值的像素形成。电子被从那些电子发射区发射。发射的电子被施加在阳极的高压(几百伏至几千伏的正电压)吸引，并且与相应的荧光粉层碰撞，从而使其光发射。

然而，使用此类型电子发射器件，当电子被从电子发射区发射，即使大多数电子直接向荧光粉层直线行进，但是一些电子被非直线地扩散。扩散在电子落在位于荧光粉层之间的黑色层上，对发射可见光线不起作用。进一步，扩散的电子落在相邻像素不正确的彩色荧光粉层上，并且使其光发射，从而恶化图像质量。

由于阴极和栅极具有内电阻，它们在驱动电子发射器件时可以导致电压下降和信号失真。特别是，当阴极由透明氧化层，例如氧化铟锡(ITO)形成时，与由金属导电层，例如铝(Al)或者银(Ag)形成的电极相比，它们包含更高的电阻。

当电压下降和信号失真发生时，即使当相同的驱动电压施加在所有像素时，施加在电子发射区的电场在每个像素上都有差别。结果，像素的电子发射均匀性恶化，并且在严重的情况下，沿阴极或者栅极的长度方向观察到明显的亮度差别。

发明内容

本发明的一个示范性实施例包括第一基板；面对第一基板并且与第一基板隔开预定间距的第二基板；阴极，每个阴极包括形成在第一基板上的第一电极和与第一电极间隔开的第二电极；在第二电极上形成的电子发射区；互连第一电极和第二电极并且围绕电子发射区的电阻层；位于电阻层和阴极之上的绝缘层；和在绝缘层之上形成的栅极。

第一电极可以以第一电极对的形式被提供于阴极，并且第二电极可以被设置于第一电极对之间。在一个实施例中，第二电极位于在第一基板上限定的像素区处，并且电子发射区在多个第二电极上形成。在另一实施例中，第二电极中的两个或更多个被提供在第一基板上限定的每个像素区处，并且电子发射区中的一个或多个形成在每个第二电极上。

第二电极可以由透明导电氧化层形成，并且第一电极可以具有低于第二电极的电阻的特定电阻。

在一个实施例中，第一电极由选自包括铝、钼、银、钛、钨、铬和铂的材料组的材料形成。在另一实施例中，电阻层以一一对应的方式在第一基板上限定的像素区处形成。电阻层也可以接触电子发射区的侧面，并且具有电阻率10⁶～10¹²Ωcm。

电子发射区可以由选自包括碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C₆₀和硅纳米线的材料组的材料形成。

在一个实施例中，电子发射器件也包括置于栅极之上并且与栅极电绝缘的聚焦电极，在第二基板的面对第一基板的表面上形成的荧光粉层，和在荧光粉层的表面上形成的阳极。

电阻层的厚度可以大于电子发射区的厚度，以使电阻层的顶面被置于高于电子发射区的顶面的平面。

制造电子发射器件的方法的一个实施例包括：(a)使用金属材料在第一基板上形成第一电极对，并且使用透明导电氧化材料在第一电极对之间形成第二电极，从而形成阴极；(b)在第一电极对和第二电极上形成电阻层，并且在电阻层中形成开口以使开口部分地暴露第二电极的表面；(c)在阴极和电阻层上形成绝缘层和栅极，以使绝缘层和栅极分别具有开口；和(d)在第二电极上，电阻层的开口内形成电子发射区。

第二电极可以由ITO形成，并且第一电极可以由选自包括铝、钼、银、钛、钨、铬和铂的材料组的材料形成。

在一个实施例中，形成电子发射区包括：(a)将电子发射材料和光敏材料的混合物施加在第一基板的整个表面上；(b)从第一基板的背面用紫外线照射混合物，以硬化填充于电阻层开口内的混合物；并且(c)之后，通过显影移除未被硬化的混合物，干燥以及烧结剩余的混合物。

电子发射区的厚度可以薄于电阻层的厚度，以使电阻层的顶面被置于高于电子发射区的顶面的平面。

在另一实施例中，电子发射器件包括第一基板；面对第一基板并且与其隔开预定间距的第二基板；包括在第一基板上形成的多个第一电极和与该多个第一电极间隔开的第二电极的阴极；在第二电极上形成的至少一个电子发射区；互连多个第一电极和第二电极并且围绕至少一个电子发射区的电阻层；置于电阻层和阴极之上的绝缘层；和在绝缘层之上形成的栅极。第二电极也可以由透明导电氧化物层形成。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的电子发射器件的部分分解透视图。

图2是根据本发明第一实施例的电子发射器件的局部俯视视图。

图3是根据本发明另一实施例的电子发射器件的局部截面视图，示出第二电极和其中的电子发射区的变化。

图4是根据比较示例1，模拟发射电子束轨迹的电子发射器件的示意图。

图5是根据示例1，模拟发射电子束轨迹的电子发射器件的示意图。

图6是根据本发明另一实施例的电子发射器件的局部截面视图。

图7A示出根据本发明一个实施例的制造电子发射器件的第一阶段。

图7B示出根据本发明一个实施例的制造电子发射器件的第二阶段。

图7C示出根据本发明一个实施例的制造电子发射器件的第三阶段。

图7D示出根据本发明一个实施例的制造电子发射器件的第四阶段。

图7E示出根据本发明一个实施例的制造电子发射器件的第五阶段。

图7F示出根据本发明一个实施例的制造电子发射器件的第六阶段。

图7G示出根据本发明一个实施例的制造电子发射器件的第七阶段。

具体实施方式

如图1和2所示，根据本发明实施例的电子发射器件包括被布置成互相平行、且相隔预定间距的第一基板2和第二基板4。密封件(未示出)被置于第一基板2和第二基板4的外围以将其互相密封。即，第一基板2和第二基板4和密封件形成真空封装。

电子发射单元100被置于第一基板2的表面上以向第二基板4发射电子，并且发光单元200被置于面对第一基板2的第二基板4的表面上，以由于这些电子而发射可见光线。

阴极6在第一基板2的表面沿第一基板2的第一方向形成条状图案，并且绝缘层8在第一基板2的整个表面上形成，同时覆盖阴极6。栅极10在垂直于阴极6的绝缘层8上形成条状图案。

在此实施例中，当阴极6和栅极10的交叉区被定义为像素区时，电子发射区12被形成以在各自的像素区覆盖阴极6。开口81和101在绝缘层8和栅极10对应于电子发射区12处形成，同时暴露第一基板2上的电子发射区12。

电子发射区12由在真空环境下被施加电场时发射电子的材料，例如含碳材料和纳米尺度的材料形成。电子发射区12可以由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C₆₀、硅纳米线或者其混合物通过丝网印刷，直接生长，化学汽相沉积或者溅射形成。

在此实施例中，每个阴极6包括布置成互相平行并且分隔预定间距的一对第一电极61和以一定距离设置在第一电极61之间的第二电极62。第一电极61在一侧端部被连接至电极焊盘部分(未示出)以接收驱动电压。每个第二电极62分别位于各自的像素区，并且一个或者多个电子发射区12被置于每个第二电极62之上。

如图中所示，一个第二电极62位于每个像素区处，并且两个电子发射区12被置于每个第二电极62之上。可选择地，两个或者更多第二电极62可以位于每个像素区，并且一个或者更多电子发射区12可以被置于每个第二电极62之上。如图3所示，两个第二电极62’位于每个像素区，并且一个电子发射区12被置于每个第二电极62’之上。

再参照图1和2，使用将在下文解释的形成电子发射区12的工艺，第二电极62可以由透明氧化物材料，例如氧化铟锡(ITO)形成，以传输紫外光线。第一电极61可以由具有低于第二电极62的电阻的特定电阻的材料形成，例如铝、钼、银、钛、钨、铬和铂。

每个第二电极62通过电阻层14被电连接至一对第一电极61。电阻层14分别位于各自的像素区。即，一个电阻层14在每个像素区形成，同时覆盖第一和第二电极61和62。电阻层14由具有高于第一和第二电极61和62电阻率的电阻率，例如电阻率10⁶～10¹²Ωcm的导电材料形成。

当在沿阴极6的长度方向形成电压降时，电阻层14使施加于电子发射区12的电流密度在沿阴极的长度方向布置的像素处均匀。由于电阻层14，每像素的电子发射均匀性被增强，并且表现出均匀的亮度。

在此实施例中，电阻层14围绕电子发射区12，同时接触电子发射区12的侧面。由于电子发射区12除了顶面之外的所有面接触第二电极62或者电阻层14，与阴极6的接触电阻可以被最小化，并且在工作中，电场被均匀地施加在整个顶面，因此实现从该顶面的均匀发射。

进一步，在此实施例中，电阻层14的顶面被置于高于电子发射区12的顶面的平面。使用电阻层14，电场围绕电子发射区12形成，以使电子束可以被良好聚焦。即，电阻层14起到聚焦电极的作用，以聚焦从电子发射区12发射的电子。

荧光粉层16在面对第一基板2的第二基板4的表面上形成，并且具有互相间隔一定距离的红，绿和蓝色荧光粉层16R，16G和16B，黑色层18被置于各自荧光粉层16之间以增强屏幕对比度。阳极20由金属材料，例如铝形成在荧光粉层16和黑色层18上。

阳极20接收加速电子束需要的高电压，并且反射从荧光粉层16向第一基板2辐射的可见光线回到第二基板4，从而提高屏幕的亮度。

阳极20可以由透明导电材料，例如ITO形成。在此情况下，阳极被置于荧光粉层16和黑色层18的面对第二基板4的表面上。阳极可以在面对第二基板4的整个表面上形成，或者被形成为多个部分。

多个隔离物22可以被布置在第一和第二基板2和4之间。隔离物22保持第一基板2和第二基板4之间不变的间距，并且支持真空封装以防止其破损。间隔物22的位置对应于黑色层18，以便不占用荧光粉层16的区域。

上述构成的电子发射器件通过对阴极6、栅极10和阳极20施加预定的电压工作。例如，扫描驱动电压被施加于阴极6和栅极10中的任何一个，并且数据驱动电压被施加于另一个电极。几百伏至几千伏的正电压被施加于阳极20。

电场在电子发射区12周围阴极6和栅极10的电压差超过阈值的像素处形成，并且电子从电子发射区12发射。所发射的电子被施加于阳极20的高电压吸引，并且与相应的荧光粉层16碰撞，以引发其发光。在此过程中，使用根据本实施例的电子发射器件，每像素电子发射的均匀性被电阻层14增强，并且由于电阻层14的电子束聚焦操作，因而最小化电子束的扩展。

图4是根据比较示例1的电子发射器件的示意图，模拟发射电子束的轨迹，其中阴极1为条状，不含电阻层。图5是根据示例1，模拟发射电子束轨迹的电子发射器件的示意图。

根据示例1和比较示例1的电子束发射区，除了阴极的形状和具有或者缺少电阻层，其结构部件相同，并且模拟是在相同电压施加条件下进行的。

根据比较示例1的电子发射器件，如图4所示，等势线在电子发射区3形成，并且向电子发射区3凹陷。根据那样的电场分布，当电子从电子发射区3发射，它们以相当大的扩散角扩散。图4的参考数字5表示绝缘层，并且参考数字7表示栅极。

与此相反，根据示例1的电子发射器件，如图5所示，等势线在电子发射区12上方形成，并且由于电阻层14的存在而向电子发射区12突起。在距电子发射区12更远的距离，等势线变得平坦并且凹向电子发射区12。利用这样的电场分布，向电子发射区12突起的等势线极大地减少了电子束的初始扩散角。结果，电子以优异的聚焦能力向第二基板行进。

结果，在像素处发射的电子不趋向于落在黑色层，或者相邻像素不正确的彩色荧光粉层上，而是落在正确的彩色荧光粉层上。因此，利用本发明本实施例的电子发射器件，可抑制不正常的光发射，并且可增强颜色再现力和颜色纯度，产生极好的屏幕图像质量。

如图6所示，除了还有聚焦电极之外，根据本发明另一实施例的电子发射器件基本具有与如上讨论的实施例相关的电子发射器件相同的结构部件。

在此实施例中，当被设置于阴极6和栅极10之间的绝缘层8被定义为第一绝缘层时，第二绝缘层24和聚焦电极26在栅极10和第一绝缘层8上形成。开口241和261分别在第二绝缘层24和聚焦电极26形成。开口241和261可以在各自的像素区以一一对应方式形成，或者多个开口可以在对应于电子发射区12的数量的每个像素区形成。

在工作中，聚焦电极26可以接收几伏至几十伏的负电压，并且对通过开口261的电子产生排斥力。相应地，根据本实施例的电子发射器件，被电阻层14聚焦过一次的电子在通过聚焦电极26的开口261时被再次聚焦，从而较之前的实施例，改进了电子束聚焦效果。

下面将参照图7A至图7G解释制造电子发射器件的方法。

如图7A所示，具有透明氧化材料，例如ITO的导电薄膜被涂敷于第一基板2之上，并且形成图案以形成第二电极62。第二电极62可以被分别放置于在第一基板2上限定的各自像素区上。

第一电极61在第一基板2上沿第一方向形成于第二电极62的两侧。第一电极61可以通过丝网印刷、真空沉积、溅射、化学汽相沉积或者电镀方法，由特定的，阻值低于第二电极62阻值的材料，例如铝，钼，银，钛，钨，铬和铂形成。第二电极62和第一电极61可以交替以反序形成。

如图7B所示，电阻层14在第一基板2上限定的所有像素区的第一和第二电极61和62之上形成。电阻层14被形成图案，从而形成到电子发射区的开口141。在一个实施例中，电阻层14通过采用丝网印刷和烘干，应用具有电阻率10⁶～10¹²Ωcm的材料形成。

之后，如图7C所示，绝缘层8在第一基板2的整个表面形成，并且导电层10’在绝缘层8上形成，随后在导电层10’形成图案以形成开口101。如图7D所示，绝缘层8的通过导电层10’的开口101暴露的部分被通过刻蚀移除，以在绝缘层8中形成开口81。导电层10’沿垂直于第一电极61形成图案，以形成栅极10。

如图7E所示，将包含电子发射材料和光敏材料的膏状混合物施加在第一基板2的整个表面上，并且紫外线28通过第一基板2的背面照射，以有选择地硬化电阻层14的开口141内填充的混合物。未被硬化的混合物通过显影被移除，并且硬化的混合物被烘干和烧结，从而形成如图7F所示的电子发射区12。此时，紫外线的强度和照射时间被适当地控制，以使电子发射区12具有低于电阻层14的高度。

使用背光曝光技术，混合物被从第二电极62的表面开始硬化。电子发射区12因此很好地结合到阴极6。除了丝网印刷，电子发射区12也可以通过直接生长、化学汽相沉积或者溅射形成。

如图7G所示，当被置于阴极6和栅极10之间的绝缘层8被定义为第一绝缘层时，第二绝缘层24和聚焦电极26在电子发射区12形成之前，被形成于栅极10和第一绝缘层8之上，并且开口261和241在聚焦电极26和第二绝缘层24形成，随后通过上述方式在第二电极62上形成电子发射区12。结果，完成根据如图6所示实施例的具有聚焦电极26的电子发射器件。

虽然本发明的示范性实施例在上文被详述，但是本领域的熟练技术人员应该清楚地理解，对在此讲授的基本发明概念的各种变化和/或者改变都没有脱离本发明权利要求和其等效物定义的精神和范围。

Claims (20)

1、一种电子发射器件，包括：

第一基板；

面对该第一基板并且与该第一基板隔开预定间距的第二基板；

阴极，每个阴极包括在该第一基板上形成的第一电极和与该第一电极间隔开的第二电极；

在所述第二电极上形成的电子发射区；

互连所述第一电极和第二电极并且围绕所述电子发射区的电阻层；

位于所述电阻层和阴极之上的绝缘层；和

在该绝缘层之上形成的栅极。

2、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述第一电极以第一电极对的形式被提供于阴极，并且所述第二电极被设置于该第一电极对之间。

3、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述第二电极位于在该第一基板上限定的像素区处，并且所述电子发射区中的一个或多个形成在所述第二电极上。

4、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述第二电极中的两个或更多个被提供在该第一基板上限定的每个像素区处，并且所述电子发射区中的一个或多个形成在每个第二电极上。

5、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述第二电极由透明导电氧化层形成。

6、如权利要求5所述的电子发射器件，其中所述第一电极具有低于所述第二电极的电阻的特定电阻。

7、如权利要求6所述的电子发射器件，其中所述第一电极由选自包括铝、钼、银、钛、钨、铬和铂的材料组的材料形成。

8、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述电阻层以一一对应的方式在该第一基板上限定的像素区处形成。

9、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述电阻层接触所述电子发射区的侧面。

10、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述电阻层具有电阻率10⁶～10¹²Ωcm。

11、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述电子发射区由选自包括碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C₆₀和硅纳米线的材料组的材料形成。

12、如权利要求1所述的电子发射器件，进一步包括置于该栅极之上并且与该栅极电绝缘的聚焦电极。

13、如权利要求1所述的电子发射器件，进一步包括在该第二基板的面对该第一基板的表面上形成的荧光粉层和在所述荧光粉层的表面上形成的阳极。

14、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述电阻层的厚度大于所述电子发射区的厚度，以使电阻层的顶面被置于高于电子发射区的顶面的平面。

15、一种制造电子发射器件的方法，包括：

(a)使用金属材料在第一基板上形成第一电极对，并且使用透明导电氧化材料在该第一电极对之间形成第二电极，从而形成阴极；

(b)在该第一电极对和第二电极上形成电阻层，并且在该电阻层中形成开口以使该开口部分地暴露所述第二电极的表面；

(c)在所述阴极和电阻层上形成绝缘层和栅极，以使该绝缘层和栅极分别具有开口；和

(d)在第二电极上、所述电阻层的开口内形成电子发射区。

16、如权利要求15所述的方法，其中所述第二电极由ITO形成，并且所述第一电极由选自包括铝、钼、银、钛、钨、铬和铂的材料组的材料形成。

17、如权利要求15所述的方法，其中所述形成电子发射区包括：

(a)将电子发射材料和光敏材料的混合物施加在第一基板的整个表面上；

(b)从该第一基板的背面用紫外线照射该混合物，以硬化填充于电阻层开口内的混合物；以及

(c)之后，通过显影移除未被硬化的混合物，干燥以及烧结剩余的混合物。

18、如权利要求15所述的方法，其中所述电子发射区的厚度薄于电阻层的厚度，以使电阻层的顶面被置于高于所述电子发射区的顶面的平面。

19、一种电子发射器件，包括：

第一基板；

面对该第一基板并且与第一基板隔开预定间距的第二基板；

阴极，包括在该第一基板上形成的多个第一电极和与所述多个第一电极间隔开的第二电极；

在该第二电极上形成的至少一个电子发射区；

互连所述多个第一电极和所述第二电极并且围绕所述至少一个电子发射区的电阻层；

置于该电阻层和该阴极之上的绝缘层；和

在该绝缘层之上形成的栅极。

20、如权利要求19所述的电子发射器件，其中所述第二电极由透明导电氧化层形成。

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