CN100552862C

CN100552862C - 电子发射器件,使用其的电子发射显示装置及其制造方法

Info

Publication number: CN100552862C
Application number: CNB2006100898922A
Authority: CN
Inventors: 柳敬善
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: KR20060104654A; CN1866458A; JP4418801B2; US20060220526A1; JP2006286636A

Abstract

本发明公开了一种电子发射器件，使用其的电子发射显示装置及其制造方法，所述电子发射器件包括：基底；基底上的阴极电极，该阴极电极具有主电极和辅助电极；辅助电极上的至少一个电阻层，电阻层的电阻率沿着该电阻层的厚度方向变化；以及连接到该电阻层的至少一个电子发射区。

Description

电子发射器件，使用其的电子发射显示装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电子发射器件。更具体的是本发明涉及一种具有控制电子发射的驱动电极以及用于增加相应像素的电子发射均匀性的电阻层的电子发射器件，使用该电子发射器件的电子发射显示装置，以及其制造方法。

背景技术

通常来说，可根据所使用的电子源种类来对电子发射元件进行分类。电子发射元件的种类包括采用热阴极的第一类型以及采用冷阴极的第二类型。

第二类型的电子发射元件，即，冷阴极型，包括场致发射器阵列(FEA)型、表面导电发射(SCE)型、金属-绝缘体-金属(MIM)型、以及金属-绝缘体-半导体(MIS)型。

FEA型的工作原理是将电场施加到真空下的电子发射区时电子容易从电子发射区发射。电子发射区可以用具有低功函和/或高纵横比的材料形成，该材料包括例如碳纳米管、石墨或者类金刚石碳(diamond-like carbon)的含碳材料。

FEA型具有电子发射区，以及作为控制电子从电子发射区发射的驱动电极的阴极电极和栅电极。该电子发射元件可以在基底上形成为元件的阵列，从而形成电子发射器件。该电子发射器件可与另一具有阳极电极以及基于荧光层的电子发射单元的另一基底组合，从而形成电子发射显示装置。

基于FEA的电子发射显示装置的一个通用实例包括第一和第二基底，该第一和第二基底形成真空容器。电子发射区与作为驱动电极的阴极电极和栅电极一起形成在第一基底上。荧光层与用于将从第一基底发射的电子向荧光层加速的阳极电极一起形成在第二基底的表面，所述表面面对第一基底。

阴极电极电连接到电子发射区，从而提供发射电子所需的电流。栅电极通过基于栅电极和阴极电极之间的电压差产生电场而控制电子发射。

然而，在实际上，当驱动电子发射器件时，施加到设置在相应像素的电子发射区的电压不同。特别是，由于驱动电极例如阴极电极的内部电阻，可使得电压在像素之间是不同的。结果，来自电子发射区的放电电流量在像素之间是不同的。这样，当将电子发射器件用作光源或者显示单元时，在像素之间可感觉到亮度差。

针对不均匀亮度的一种可能方案是减小驱动电极所用材料的电阻值。另一种可能的方案是在阴极电极和发射区之间提供电阻层。该电阻层可通过丝网印刷或者掺杂具有特定电阻率的材料的薄膜而形成。然而，由于具有这种电阻率的材料非常昂贵，因此材料成本增加。此外，当电阻层的形成不同于常规形成工艺时，需要形成电阻层的独立设备。此外，就耐酸性而言，电阻层可以非常弱，这样它们在蚀刻工艺中容易被蚀刻溶液损坏。

发明内容

因此，本发明涉及一种电子发射器件，使用该电子发射器件的电子发射显示装置，以及其制造方法，其基本克服了现有技术中的缺陷或者缺点所带来的一个或者多个问题。

因此，本发明的一个实施例的特点是提供一种电子发射器件，其构造成补偿由电极的内部电阻所导致的电压降，该电子发射器件包括电阻层，所述电阻层具有在该电阻层的厚度方向上变化的电阻。

因此，本发明的一个实施例的另一个特点是提供一种电子发射器件，其包括表现抗蚀性的电阻层。

本发明的至少一个上述或者其它特点和优点可通过提供一种电子发射器件实现，该电子发射器件包括：基底；基底上的阴极电极，该阴极电极具有主电极和辅助电极；辅助电极上的至少一电阻层，该电阻层沿着电阻层的厚度方向电阻率变化；以及连接到电阻层的至少一个电子发射区。

电阻层的电阻率在电阻层的厚度方向上逐渐变化。电阻层的电阻率可从电阻层接触辅助电极的表面增加到电阻层接触电子发射区的相对表面。辅助电极可包括扩散材料。该扩散材料可为银。辅助电极和电阻层可均包括扩散材料。

主电极可以对于紫外光透明，并且辅助电极可以具有与电子发射区对应的至少一个孔。电阻层的厚度范围为约1微米到约10微米。该电子发射器件还包括基底上的绝缘层，该绝缘层具有露出电子发射区的开口，以及绝缘层上的栅电极，该栅电极具有与绝缘层开口对应的开口。绝缘层和电阻层可包括相同的绝缘材料。

本发明的至少一个上述和其它特点以及优点还可通过提供一种电子发射显示装置实现，该电子发射显示装置包括：彼此相对的第一基底和第二基底；第一基底上的阴极电极，每个阴极电极具有主电极和辅助电极；辅助电极上的电阻层，电阻层沿着该电阻层的厚度方向变化电阻率；连接到电阻层的电子发射区；与阴极电极隔开的栅电极，在阴极电极和栅电极之间插入有绝缘层；第二基底面对第一基底的表面上的荧光层；以及与荧光层相邻的至少一个阳极电极。

电阻层的电阻率在电阻层的厚度方向上逐渐变化。电阻层的电阻率可从电阻层接触辅助电极的表面增加到电阻层接触电子发射区的相对表面。辅助电极包括银。可以对于相应像素形成单独电阻层。

本发明的至少一个上述和其它特点和优点还可通过提供一种制造电子发射器件的方法来实现，该方法包括在基底上形成阴极电极，在阴极电极上的预定位置形成扩散目标层，以及通过将包含在阴极电极中的导电扩散材料扩散到扩散目标层中而将扩散目标层转换成电阻层。

在基底上形成阴极电极包括在基底上形成主电极以及在主电极上形成辅助电极，该辅助电极包括扩散材料。该扩散材料可为银。该方法还可包括：在基底上形成绝缘层和栅电极，以及形成电子发射区，使得电子发射区连接到电阻层。形成扩散目标层和形成绝缘层均可采用相同的绝缘材料实现。形成扩散目标层和形成绝缘层均可在相同的处理条件下进行。

形成电子发射区可包括将包含电子发射材料和光敏材料的混合物涂覆到基底上，采用曝光局部硬化所涂覆的混合物，以及去掉所涂覆的混合物中未硬化的部分。该主电极可由透明材料形成，并且一个或者多个孔可形成在相应像素的辅助电极中，并且局部硬化所涂覆的混合物包括选择性地照射紫外光通过辅助电极中的孔。

附图说明

参考附图，通过具体描述其示范性实施例，可使本发明的上述和其它特点对于本领域的普通技术人员来说更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明实施例的电子发射显示装置的局部分解透视图；

图2示出了图1的电子发射显示装置的局部剖视图；

图3示出了图2的电阻层的剖视图；

图4示出了根据本发明另一实施例的电子发射显示装置的分解透视图；

图5A到5G示出在根据本发明实施例的制造电子发射器件的方法中的各个阶段的剖视图；以及

图6A到6D示出在根据本发明另一实施例的制造电子发射器件的方法中的各个阶段的剖视图。

具体实施方式

现将在下文中参考附图更全面描述本发明，在附图中示出本发明的示范性实施例。然而，本发明可以不同形式实现，并不局限于本文中列出的实施例。当然，提供这些实施例使得本发明清楚和完整，并且对本领域技术人员全面传达本发明的范围。在附图中，为演示的清楚起见，夸大了层和区域的尺寸。我们也应该理解，当称某层在另一层或者基底“上”时，其可以直接在另一层或者基底上，也可出现中间层。此外，我们还应该理解，当称某层在两层“之间”时，其可是两层之间的仅有的一层，也可存在一个或者多个中间层。全文中相同的元件用相同的附图标记表示。

图1示出了根据本发明实施例的电子发射显示装置的局部分解透视图，图2示出了图1的电子发射显示装置的局部剖视图。参考图1和2，根据本发明实施例的电子发射显示装置可包括彼此相对、即平行设置的第一基底2和第二基底4，其二者之间限定了内部空间。电子发射元件可形成在面对第二基底4的第一基底2的表面上。电子发射元件可规则地排列，例如以阵列形式，从而形成电子发射器件。发光单元可设置在第二基底4。发光单元可采用例如荧光剂的材料，从而当由发射电子激励时就能发出可见光。

阴极电极6可以条状图案设置在第一基底2上，并可沿着第一基底2在例如图1的y轴方向上延伸。绝缘层8可形成在第一基底2的整个表面上，覆盖阴极电极6。栅电极10以条状图案设置在绝缘层8上，并且可在例如图1的x轴方向的垂直于阴极电极6的方向上在绝缘层8上延伸。其中将阴极电极6和栅电极10交叉的区域限定为像素。

电阻层14可在相应像素处形成在阴极电极6上。下面提供电阻层14的形成细节。一个或者多个电子发射区12形成在每个电阻层14上。开口8a形成在绝缘层8中，开口10a形成在栅电极10中。开口8a，10a可定位成对应于每个电子发射区12，从而露出电子发射区12。

每个阴极电极6具有双层结构，其中主电极6a由辅助电极6b重叠。辅助电极6b的电阻值比主电极6a的小，从而减小阴极电极6的线电阻。

主电极6a可由例如氧化铟锡(ITO)的透明材料形成。辅助电极6b由例如具有高扩散系数的银(Ag)的扩散材料形成。在电子发射显示装置的工艺中，辅助电极6b可将其内部导电材料扩散到扩散目标层13(图5C所示)，从而将扩散目标层13变换成表现预定电阻率范围的电阻层14。下面另外详细描述该工艺。

在其中电压降是因为阴极电极6的电阻引起的情况下，电阻层14能够使得对于像素的电压条件获得更均匀的控制。特别是，电阻层14的电阻值比阴极电极6的高，因此增加了阴极电极6的整个线电阻，并且减小了每个像素的整体放电电流量。此外，电阻层14可减小像素之间的放电电流量的差异。因此，电阻层14可降低和平衡每个像素的放电电流量。

电阻层14沿其厚度方向，即图1的z轴方向表现出不同的电阻率。特别是，电阻层14的电阻率可逐渐变化。例如，电阻层14的电阻率可沿着厚度方向增加，厚度方向如从接触辅助电极6b的表面向接触电子发射区12的相对表面确定。电阻层14的电阻率取决于其中扩散材料的变化的密度和浓度，即密度和浓度在厚度方向上变化。如上所述，扩散材料可以例如是银。

图3示出了图2中所示的电阻层的剖视图。参考图3，电阻层14内扩散材料的密度和浓度从其接触辅助电极6b的表面向接触电子发射发射区12的相对表面逐渐减小。当扩散材料具有低电阻率时，其特定材料的分布较大的部分具有成比例降低的电阻值。电阻率可在约10³Ω·cm到约10⁹Ω·cm的范围内变化。下面另外具体描述电阻率的变化。电阻层14的厚度为约1微米到约10微米。

电子发射区12可用在真空大气下将电场施加到其上时发射电子的材料形成，该材料例如含碳材料，纳米(nm)大小的材料等。电子发射区12可用碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、富勒烯C₆₀、硅纳米线等以及其组合物形成。

电子发射区12可以是圆形的或者圆柱形的，并且在相应像素可排列为例如阴极电极6的纵向上的一行，如图1和2所示。然而，可选择每个像素的电子发射区12的其它形状，排列以及数量，本发明并不局限于所示的电子发射显示装置。

同样，电阻层14可以是矩形形状，并且可覆盖每个像素的整个区域，但其形状和位置可以各种方式变化，并且本发明并不局限于所示出的电子发射显示装置。例如，电阻层14可单独设置在每个像素的相应电子发射区12下。

图4示出了根据本发明另一实施例的电子发射显示装置的分解透视图。参考图4，阴极电极6’具有辅助电极6b’，在每个像素内的部分辅助电极6b’上具有一个或者多个孔7。可将孔7对应于每个电子发射区12来定位，并且在电子发射区12的形成过程中可采用孔7来使得紫外光通过辅助电极6b’，如下面具体描述。孔7的尺寸可略微大于电子发射区12的尺寸。孔7的形状，大小以及排列可以各种方式变化。可依据电子发射区12的工艺特性形成孔7，这将在下面描述。

聚焦电极(未示出)可形成在栅电极10和绝缘层8上，从而将从电子发射区12发射的电子聚焦。将绝缘层8标注为第一绝缘层，第二绝缘层(未示出)可形成在栅电极10和聚焦电极之间，以将它们彼此绝缘。

荧光层18和黑色层20可形成在面对第一基底2的第二基底4的表面上，阳极电极22可形成在荧光层18和黑色层20的表面上。阳极电极22可由例如铝的金属材料形成。工作中，阳极电极22接收用于加速电子束的高压。阳极电极22还将从荧光层18发射的可见光反射到电子发射显示装置的外部。特别是，阳极电极22可在第一基底的方向上提取由荧光层18发射的可见光，并将其向着第二基底4的外部反射回去，这样提高了屏幕亮度。

在另一种实施方式(未示出)中，阳极电极22可由例如ITO的透明材料形成。此时，阳极电极可设置在荧光层18和黑色层20的外表面上，即，这样设置使得荧光层18和黑色层20在阳极电极22和第一基底2之间。阳极电极22可被构图为多个单独的电极部分。

分隔体24可设置在第一基底2和基底4之间，以保持其之间的恒定距离。分隔体24还定位成与黑色层20的非发光区对应。

上述的电子发射显示装置可通过将预定电压施加到阴极电极6、栅电极10以及阳极电极22而进行工作。例如，可将电压差为几伏特到几十伏特的驱动电压施加到阴极电极6和栅电极10上，并将几百伏特到几千伏特的正(+)电压施加到阳极电极22。因此，在像素的阴极电极6和栅电极10之间的电压差超过预定值的地方，电子可以从电子发射区12发射。所发射的电子然后由施加到阳极电极22的高压吸引，然后与每个荧光层18碰撞从而导致可见光发射。

在工作中，形成在阴极电极6的电阻层14有助于补偿阴极电极6的任何正电压差，其可增强每个像素的放电电流量的均匀性。

现在参考图5A到5G说明本发明的实施例的制造电子发射器件的方法，其示出在本发明实施例的制造电子发射器件的方法中各个阶段的剖视图。

参考图5A，例如ITO的透明导电材料可以涂覆在第一基底2上，例如为条状图案，从而形成主电极6a。接着，参考图5B，在每个主电极6a上形成与主电极6a的图案一致的辅助电极6b。如上所述，辅助电极6b的材料可以是具有高扩散系数的银。

图5C和5D示出了扩散目标层13到电阻层14的变换。参考图5C和5D，将绝缘浆料涂覆在辅助电极6b上以在每个像素形成扩散目标层13。扩散目标层13可采用与绝缘层8相同的工艺设备和步骤用绝缘层8(此后将要形成)的浆料形成。形成在辅助电极6b上的扩散目标层13可以被加热或者烧制，这样辅助电极6b中的某些导电扩散材料扩散到扩散目标层13中。扩散材料的扩散方向由图5C中的向上箭头示出。

扩散导致扩散目标层13的性质发生变化。如所示，将扩散目标层13变换成电阻层14，其中扩散目标层13的初始绝缘性质减小而正在形成的电阻层14的导电性质形成。

特别是，如电阻层14的厚度方向所确定的，随着离辅助电极6b的距离增加，电阻层14的电阻率增加。电阻率增加是因为随着离辅助电极6b的距离增加导电材料从辅助电极6b的扩散量减小。因此，如上所述，电阻层14的电阻率在其厚度方向上逐渐变化。

为了增加烧制工艺中辅助电极6b的导电扩散材料扩散到扩散目标层13中的扩散率，辅助电极6b可由具有高扩散系数的材料形成。

电阻层14的最终电阻率取决于加热/烧制温度，烧制时间，以及扩散材料的成分。因此，例如，为了降低电阻层14的电阻率，可增加烧制温度和烧制时间，由此使得扩散量增加而且减小了电阻层14的电阻率。因此，显而易见的是可以直接的方式控制电阻层14的电阻率，例如，通过改变工艺温度，时间等。此外，可简化工艺，这是因为直接采用现有结构的辅助电极。

相反，常规上，电阻率可通过改变非晶硅(a-Si)中掺杂剂的浓度来进行控制。然而，与本发明的方法相比，在常规方法中均匀控制掺杂非晶硅层的电阻率更加困难，如上所述。

参考图5E，将绝缘材料涂覆到第一基底2的整个表面上，从而形成绝缘层8。然后导电层可以形成在绝缘层8上，采用例如掩模层(未示出)将开口10a形成在导电层中。

参考图5F，可例如通过在蚀刻溶液中进行浸渍而对形成在第一基底2上的结构进行蚀刻。因此可将绝缘层8通过导电层的开口10a暴露的部分进行蚀刻，从而在绝缘层8中形成开口8a。然后可以将导电层构图为例如条状图案，从而完成栅电极10。

参考图5G，电子发射区12形成在电阻层14上。可采用各种合适的技术形成电子发射区12，例如直接生长、化学气相沉积、溅射、丝网印刷等。

最后的操作(未示出)包括：将分隔体安装在电子发射设备上；在第二基底上形成荧光体、黑色层以及阳极电极；将第一和第二基底彼此贴附，在其周边采用例如玻璃粉；并且将基底之间的内部空间排气。

现在参考图6A到6D说明根据本发明另一实施例的制造电子发射器件的方法，图6A到6D示出了制造电子发射器件方法中各个阶段的剖视图。如上所述可以形成主电极6a、辅助电极6b’、电阻层14、绝缘层8以及栅电极10。此外，在每个像素的辅助电极6b’中形成一个或者多个孔7，从而允许紫外光固化。孔7可采用例如构图的掩模层(未示出)来形成。注意，即使出现孔7，辅助电极6b’仍然在烧制过程中将扩散材料扩散到扩散目标层13中，由此将其变换成电阻层14。

图6A示出主电极6a、具有孔7的辅助电极6b’、电阻层14、绝缘层8、以及栅电极10的形成。上面阐述了形成这些元件的操作细节。

参考图6B，制备包含电子发射材料和光敏材料的浆料状混合物，并且将其涂覆到第一基底2的结构的整个表面上，其中光敏材料例如为可紫外光硬化材料。

参考图6C，将曝光掩模30安装在第一基底2的背部，曝光掩模30在与辅助电极6b’的孔7的位置对应的部分上具有开口30a。从第一基底2的后侧照射紫外光(如箭头所示)通过孔7和开口30a，从而硬化浆料状混合物重叠电阻层14并且对应于孔7的部分。也就是说，因为辅助电极6b’不能透射紫外光，因此除非孔设置在辅助电极6b’上，浆料状混合物不被硬化。此外，电阻层14可以是透明的，这样即使在将导电材料扩散到其中之后，仍可采用后侧曝光。

在另一种实施方式(未示出)中，可省略曝光掩模30。特别是，即使在不提供曝光掩模30时，仍然可通过采用孔7来使用后侧曝光，从而控制曝光。

参考图6D，通过显影来去掉未硬化的部分，将剩余的硬化混合物，即对应于紫外光照射部的混合物进行干燥和烧制，从而形成电子发射区12。

根据本发明，由于将辅助电极的导电材料扩散到扩散目标层中，从而将其变换成电阻层，容易形成该电阻层而不需要额外的工艺步骤。此外，电阻层的材料是有成本效益的，并且具有高抗酸性，这样它在蚀刻工艺中不会被蚀刻溶液损坏。

本文中已经公开了本发明的示范性实施例，并且虽然采用了特定术语，但是它们仅以通用和描述性意义使用并且其目的不在于限制。因此，本领域普通技术人员应该理解在不脱离由权利要求所阐述的本发明的精神和范围的情况下可进行各种形式和细节上的变化。

Claims

1、一种电子发射器件，包括：

基底；

所述基底上的阴极电极，所述阴极电极具有主电极和辅助电极；

所述辅助电极上的至少一电阻层，所述电阻层的电阻率沿所述电阻层的厚度方向变化；以及

连接到所述电阻层的至少一个电子发射区，

其中所述电阻层的电阻率从所述电阻层接触所述辅助电极的表面到所述电阻层接触所述电子发射区的相对表面增加。

2、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述电阻层的电阻率在所述电阻层的厚度方向上逐渐变化。

3、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述辅助电极包括导电的扩散材料。

4、如权利要求3所述的电子发射器件，其中所述扩散材料是银。

5、如权利要求3所述的电子发射器件，其中所述辅助电极和电阻层均包括所述扩散材料。

6、如权利要求1所述的电子发射器件，其中所述主电极对于紫外光透明，并且所述辅助电极具有至少一与所述电子发射区对应的孔。

7、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范围是1微米到10微米。

8、如权利要求1所述的电子发射器件，还包括：

所述基底上的绝缘层，所述绝缘层具有暴露所述电子发射区的开口；以及

所述绝缘层上的栅电极，所述栅电极具有与所述绝缘层的开口对应的开口。

9、如权利要求8所述的电子发射器件，其中所述绝缘层和电阻层包括相同的绝缘材料。

10、一种电子发射显示装置，包括：

彼此相对的第一基底和第二基底；

所述第一基底上的阴极电极，每个阴极电极具有主电极和辅助电极；

所述辅助电极上的电阻层，所述电阻层的电阻率沿着所述电阻层的厚度方向变化；

连接到所述电阻层的电子发射区；

与所述阴极电极隔开的栅电极，并且在所述阴极电极与所述栅电极之间插入有绝缘层；

面对所述第一基底的第二基底的表面上的荧光层；以及

与所述荧光层相邻的至少一个阳极电极，

其中所述电阻层的电阻率从所述电阻层与所述辅助电极接触的表面到所述电阻层与所述电子发射区接触的相对表面增加。

11、如权利要求10所述的电子发射显示装置，其中所述电阻层的电阻率在所述电阻层的厚度方向上逐渐变化。

12、如权利要求10所述的电子发射显示装置，其中所述辅助电极包括银。

13、如权利要求10所述的电子发射显示装置，其中对于每个像素形成独立的电阻层。

14、一种制造电子发射器件的方法，包括：

在基底上形成阴极电极；

在所述阴极电极上的预定位置形成扩散目标层；以及

通过将包括在阴极电极中的导电扩散材料扩散到所述扩散目标层中而将所述扩散目标层转换成电阻层。

15、如权利要求14所述的方法，其中在所述基底上形成所述阴极电极包括：

在所述基底上形成主电极；以及

在所述主电极上形成辅助电极，所述辅助电极包括所述扩散材料。

16、如权利要求14所述的方法，其中所述扩散材料为银。

17、如权利要求14所述的方法，还包括：

在所述基底上形成绝缘层和栅电极；以及

形成电子发射区，使得所述电子发射区连接到所述电阻层。

18、如权利要求17所述的方法，其中形成所述扩散目标层和形成所述绝缘层均采用相同的绝缘材料实现。

19、如权利要求18所述的方法，其中形成所述扩散目标层和形成所述绝缘层均在相同的处理条件下进行。

20、如权利要求17所述的方法，其中形成所述电子发射区包括将包含电子发射材料和光敏材料的混合物涂覆到所述基底上，采用曝光局部硬化所述涂覆的混合物，以及去掉所述涂覆的混合物中未硬化的部分。

21、如权利要求20所述的方法，其中所述主电极由透明材料形成，在每个像素的辅助电极中形成一个或者多个孔，以及

局部硬化所述涂覆的混合物包括选择性照射紫外光到辅助电极中的孔中。

22、如权利要求14所述的方法，其中通过烧制而进行导电扩散材料的扩散。