CN101013647A - 电子发射显示器的分隔件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电子发射显示器，用于防止由于分隔件导致环绕分隔件的电子束变形和弧光放电。该电子发射显示器包括：第一基底和第二基底，彼此面对以形成真空容器；电子发射单元，设置在第一基底上；发光单元，设置在第二基底上；多个分隔件，位于第一基底和第二基底之间。每个分隔件具有：分隔件本体，具有表面粗糙度；电阻层，置于分隔件主体的侧面上；平板层，覆盖电阻层。平板层的厚度大于电阻层的厚度，平板层的表面粗糙度小于分隔件本体的粗糙度。

Description

电子发射显示器的分隔件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种电子发射显示器，更具体地讲，涉及一种安装在电子发射显示器的真空容器内的分隔件(spacer)。
背景技术
通常，根据电子源的种类，电子发射装置分为热阴极型和冷阴极型。
在冷阴极型中存在场发射阵列(FEA)型、表面传导发射(SCE)型、金属-绝缘体-金属(MIM)型和金属-绝缘体-半导体(MIS)型。
电子发射元件的阵列典型地布置在第一基底上以形成电子发射单元，发光单元形成在第二基底的面向第一基底并具有荧光体层和阳极电极的表面上，从而构成电子发射显示器。
电子发射单元具有电子发射区和具有扫描电极和数据电极的驱动电极，以在各个像素向第二基底发射预定量的电子。发光单元用电子发射区发射的电子来激发荧光层，以发射可见光线，从而显示期望的图像。
第一基底和第二基底利用密封构件在它们的外围彼此密封，第一基底和第二基底之间的内部空间被抽真空至大约10-6托，从而与密封构件一起构成了真空容器。由于真空容器内外的压差导致其承受强压。因此，将多个分隔件安装在第一基底和第二基底之间，以使第一基底和第二基底彼此分隔预定距离。
用具有抗压性而几乎不导电的材料来形成分隔件，以有效承受施加到真空容器的压力并防止电子发射单元和发光单元之间的电短路。就此，用电介质材料比如玻璃和陶瓷来形成普通的分隔件，并利用金刚石砂轮(diamondwheel)或激光切割机(laser cutter)将分隔件加工成预定形状。
在与电子束碰撞的情况下，用电介质形成的分隔件在其表面容易带上电荷，这使得环绕分隔件的电子束的轨迹变形。因此，基于氧化铬(Cr2O3)的高电阻层形成在分隔件的侧面上，从而防止分隔件表面带电。
然而，在分隔件本体的表面上呈现出微观裂缝或微孔，由此，分隔件本体具有预定的表面粗糙度。因此，当将电阻材料涂覆到分隔件上以形成电阻层时，只是用电阻层对分隔件进行局部涂覆。没有电阻层的分隔件表面带电，使得电子束的轨迹变形，从而产生不理想的发光。
此外，即使当在分隔件上形成电阻层时，分隔件仍然会具有不平坦的表面，随着电子发射显示器的运行，电场集中在分隔件的表面上，使得在真空容器内会产生弧光放电。弧光放电使得电子发射显示器的内置结构损坏，从而导致产品故障。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种电子发射显示器，该电子发射显示器具有表面粗糙度降低的分隔件，以防止异常发光和弧光放电。
根据本发明的一个示例性实施例，第一基底和第二基底与密封构件一起形成真空容器，分隔件位于第一基底和第二基底之间以承受施加到真空容器上的压力。每个分隔件具有分隔件本体、电阻层和平板层，其中，分隔件本体具有表面粗糙度，电阻层置于分隔件本体的至少一个侧面上，平板层覆盖电阻层。平板层的厚度大于电阻层的厚度，平板层的表面粗糙度小于分隔件本体的表面粗糙度。
所述电阻层可具有105-108Ωcm的特定电阻率和0.5-1μm的厚度。
所述平板层可具有1-1.5μm的厚度和0.01-0.1μm的表面粗糙度。所述平板层可以由绝缘材料形成，或者由电阻材料形成，其中，所述电阻材料的特定电阻率大于所述电阻层的特定电阻率。
在制造分隔件的方法中，通过将分隔件本体材料图案化来形成具有表面粗糙度的分隔件本体。将电阻材料涂覆到分隔件本体的至少一个侧面上，以形成覆盖分隔件本体侧面的电阻层。平板层形成在电阻层上，并且平板层的厚度大于电阻层的厚度，平板层的表面粗糙度小于分隔件本体的表面粗糙度。
可以通过喷射或浸润来形成平板层，并且可以对平板层进行表面处理。平板层可以由绝缘材料形成，或者由特定电阻率比电阻层的特定电阻率大的材料形成。
根据本发明另一示例性实施例，电子发射显示器包括：第一基底和第二基底，彼此面对以形成真空容器；电子发射单元，设置在第一基底上；发光单元，设置在第二基底上；多个分隔件，位于第一基底和第二基底之间。每个分隔件具有分隔件本体、电阻层和平板层，其中，分隔件本体具有表面粗糙度，电阻层置于分隔件本体的侧表面上，平板层覆盖电阻层。平板层的厚度大于电阻层的厚度，平板层的表面粗糙度小于分隔件本体的表面粗糙度。
电阻层可具有105-108Ωcm的特定电阻率和0.5-1μm的厚度。所述平板层可具有1-1.5μm的厚度和0.01-0.1μm的表面粗糙度。
电子发射单元可具有彼此绝缘的阴极电极和栅电极以及与阴极电极电连接的电子发射区。
可选择地，电子发射单元可具有：第一导电薄膜和第二导电薄膜，彼此分隔开；第一电极和第二电极，电连接到第一导电薄膜和第二导电薄膜；电子发射区，位于第一导电薄膜和第二导电薄膜之间。
发光单元可具有：荧光体层；黑层，位于荧光体层之间；阳极电极，置于荧光体层和黑层的一个表面上。
第一基底和第二基底具有有源区和非有源区，其中，有源区分别具有电子发射单元和发光单元，非有源区置于有源区外部。分隔件包括置于有源区中的第一分隔件和置于非有源区中的第二分隔件。
附图说明
图1A、图1B和图1C示意性示出制造根据本发明实施例的分隔件的步骤。
图2是根据本发明实施例的电子发射显示器的示意性剖视图。
图3是根据本发明实施例的FEA型电子发射显示器的局部分解透视图。
图4是根据本发明实施例的FEA型电子发射显示器的局部剖视图。
图5是根据本发明实施例的SCE型电子发射显示器的局部剖视图。
具体实施方式
如图1A所示，制备抗压分隔件材料，并利用切割机(比如金刚石砂轮或激光切割机)将其切割成预定形状，从而形成分隔件本体10。
用玻璃、陶瓷、强化玻璃和目前用于形成分隔件的各类其它材料中的任意一种材料来形成分隔件材料。分隔件本体10可以形成为条形、柱形或各种其它形状。在附图中示出了条形的分隔件本体。
可选择地，分隔件本体10可以由感光玻璃材料形成，并通过用局部曝光、热处理和刻蚀使感光玻璃材料图案化来完成分隔件本体10。
如在图1A的放大部分中所示的，在表面粗糙度为0.12-0.2μm的成品分隔件本体10的表面上呈现出微观裂缝或微孔。
如图1B所示，通过将电阻材料涂覆到分隔件本体10的侧面上来形成电阻层12。电阻层12具有提供电子运动路线的功能，使得与分隔件表面碰撞的电子流出至电子发射单元(未示出)或流出至发光单元(未示出)，从而防止分隔件表面带电。
电阻层12被设计成通过分隔件防止电子发射单元和发光单元彼此短路，并被设计成提供电子的运动路线。为此，电阻层12具有大概105-108Ωcm的特定电阻率。例如，电阻层12可以由Cr2O3形成。
为了保持上述特定的电阻值，电阻层12可以大体形成为0.5-1μm薄的厚度。因此，由于分隔件本体10的表面粗糙度，所以电阻层12不能充分地填充分隔件本体10的表面微观裂缝或微孔，并且电阻层12可仅仅部分地形成在分隔件本体10的表面上。
然而，如图1C所示，平板层(flatten layer)14形成在电阻层12的表面上，其厚度大于电阻层12的厚度。平板层14大致具有1-1.5μm的厚度，并充分覆盖分隔件本体10和电阻层12，使得平板层14填充分隔件本体10的表面微观裂缝和微孔。平板层14不受电阻层12和分隔件本体10的表面粗糙度的影响，并且平板层14的外表面具有极小的表面粗糙度0.01-0.1μm。
平板层14由绝缘材料形成，或者由具有特定电阻率的电阻材料形成，其中，所述特定电阻率大于电阻层12的电阻率。例如，平板层14可以由聚酰亚胺(PI)形成。可以以各种方式(比如喷射或浸润)来形成平板层14，并且通过表面处理工艺使平板层14具有上述确定的表面粗糙度范围。
采用根据本实施例的分隔件16，通过具有上述特定电阻值的电阻层12来提供电子的运动路线，从而防止分隔件16表面带电。此外，分隔件16防止基于电介质材料的分隔件本体10的表面被具有上述确定厚度和表面粗糙度的平板层14暴露，并且使表面粗糙度最小化，从而防止了在真空容器内由于安装分隔件而产生弧光放电。
根据本发明实施例，图2是具有上述分隔件的电子发射显示器的示意性剖视图。
如图2所示，电子发射显示器包括以预定距离彼此平行地面对的第一基底20和第二基底22。在第一基底20和第二基底22的外围设置密封构件24以使两基底彼此密封，且第一基底20和第二基底22之间的内部空间被抽真空至大约10-6托，从而形成真空容器。
第一基底20和第二基底22具有位于密封构件24内的有源区26和环绕有源区26的非有源区28，其中，有源区26用于发射可见光线。电子发射单元200设置在第一基底20的有源区26中，用于发射电子；发光单元300设置在第二基底22的有源区中，用于发射可见光线。
多个分隔件161、162设置在第一基底20和第二基底22之间，以承受施加到真空容器的压力，并使两基底彼此分隔预定距离。分隔件161设置在有源区26中，分隔件162设置在非有源区28中。为了方便说明，放置在有源区26中的分隔件被称作“第一分隔件161”，而放置在非有源区28中的分隔件被称做“第二分隔件162”。
第一分隔件161的宽度很小，以致于在电子发射显示器的运行过程中，从用户的角度看不到第一分隔件161。由于与第一分隔件161的宽度相比，第二分隔件162的宽度不那么受限制，所以可以将第二分隔件162的分隔件本体102形成得比第一分隔件161的分隔件本体101的宽度大。
第一分隔件161具有分隔件本体101以及置于分隔件本体101侧面上的电阻层121和置于电阻层121的表面上的平板层141，第二分隔件162具有分隔件本体102以及置于分隔件本体102侧面上的电阻层122和置于电阻层122的表面上的平板层142。分隔件本体101、102的表面粗糙度、电阻层121、122的厚度和特定电阻率、平板层141、142的厚度和表面粗糙度与在制造分隔件的方法中提到的那些(参数)相同。
现在将参照图3和图4来说明FEA型电子发射显示器的内部结构和分隔件操作，参照图5来说明SCE型电子发射显示器的内部结构和分隔件操作。
如图3和图4所示，对于FEA型电子发射显示器，电子发射单元210包括电子发射区30、阴极电极32、栅电极34和用于聚焦电子束的聚焦电极36。
具体地讲，阴极电极32在第一基底201的方向上是第一基底201上的带形图案，且第一绝缘层38形成在第一基底201的整个表面上以覆盖阴极电极32。栅电极34是第一绝缘层38上的带形图案，使得栅电极34与阴极电极32交叉。
在这个实施例中，当阴极电极32和栅电极34的交叉区域被限定为像素时，电子发射区30形成在相应像素的阴极电极32上，且开口381形成在第一绝缘层38中，开口341形成在与相应电子发射区30对应的栅电极34中，使得电子发射区30在第一基底201上通过开口341和381暴露。
电子发射区30由在真空气氛中当被施加电场时发射电子的材料形成，所述材料比如含碳材料或纳米级的材料。例如，电子发射区30可以由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、富勒烯C60、硅纳米线或其组合物通过丝网印刷、直接生长、喷溅或化学气相沉积形成。
可选择地，电子发射区可以由主要基于钼(Mo)或硅(Si)的顶部尖锐的尖端结构形成。
附图中示出了环形的电子发射区30线性地布置在阴极电极32的纵向方向上。然而，每个像素的形状、数目和电子发射区30的布置不限于所示出的那样，而是可以以各种方式改变。
聚焦电极36形成在栅电极34和第一绝缘层38上。第二绝缘层40置于聚焦电极36之下，以使栅电极34与聚焦电极36绝缘，开口361形成在聚焦电极36中，开口401形成在第二绝缘层40中，以使电子束穿过。
聚焦电极36具有与相应电子发射区30对应的开口，以分开地聚焦从相应电子发射区30发射的电子。可选择地，每个像素形成一个开口361，以将像素发射的电子共同地聚焦。图3示出了第二种情况。
发光单元310包括荧光体层42、位于相邻的荧光体层42之间的黑层44、置于荧光体层42和黑层44表面上的阳极电极46。
荧光体层42包括红色荧光体层42R、绿色荧光体层42G和蓝色荧光体层42B，使得在阴极电极32和栅电极34的每个交叉区域放置一个有颜色的荧光体层。在相应荧光体层42之间放置矩阵形状的黑层42，以增强屏幕对比度。
阳极电极46由类铝的金属层形成，类铝的金属层放置在荧光体层42和黑层44面向第一基底201的表面上。阳极电极46从外部接收使荧光体层42处于高电势状态用于加速电子束所需的高压，并且阳极电极46将荧光体层42照向第一基底201的可见光向着第二基底221反射，从而增强了屏幕亮度。
可选择地，阳极电极可以由透明的导电层比如氧化铟锡(ITO)形成。在这种情况下，阳极电极置于荧光体层42和黑层44面向第二基底221的表面上。也可同时将金属层和透明导电层形成为阳极电极。
第一分隔件161与黑层44对应，且不侵入到荧光体层42的区域。第一分隔件161具有分隔件本体101、电阻层121和平板层141，其中，分隔件本体101大致具有0.12-0.2μm的表面粗糙度，电阻层121置于分隔件本体101的侧面上且具有0.5-1μm的厚度和105-108Ωcm的特定电阻率，平板层141置于电阻层121的表面上且大致具有1-1.5μm的厚度和0.01-0.1μm的粗糙度。
导电粘合层(未示出)置于第一分隔件161面向第一基底201的表面上或第一分隔件161面向第二基底221的表面上，以使电阻层121与聚焦电极36电连接或者使电阻层121与阳极电极46电连接。
虽然在附图中没有示出，但是第二分隔件置于第一基底201和第二基底221的非有源区，并且第二分隔件的宽度大于第一分隔件161的宽度。第二分隔件与第一分隔件除了它们的分隔件本体的宽度不同之外，它们的总体结构相同。
通过从外部向阴极电极32、栅电极34、聚焦电极36和阳极电极46提供预定电压来驱动上述结构的电子发射显示器。
例如，阴极电极32和栅电极34中的一个接收扫描驱动电压，另一个电极接收数据驱动电压。聚焦电极36接收聚焦电子束所需的电压例如0V或负直流电压，阳极电极46接收加速电子束所需的电压例如几百伏至几千伏的正直流电压。
然后，在阴极电极32和栅电极34之间的电压差超过阈值电压的像素中，环绕电子发射区30形成电场，电子从这些电子发射区30发射出。发射出的电子穿过聚焦电极36的开口361，并被聚焦在多束的电子束中心。聚焦的电子受施加到阳极电极46的高压吸引，并在相应像素与荧光体层42碰撞，从而激发荧光体层来发光。
由于上述的驱动过程，甚至在聚焦电极36操作的情况下，从相应的电子发射区30发射出的电子以预定的漫射角度漫射。因此，虽然一些电子与第一分隔件161的表面碰撞，但是这些电子通过电阻层121流向聚焦电极36或阳极电极46，从而防止第一分隔件161表面带电。
此外，由于第一分隔件161的平板层141防止基于电介质材料的分隔件主体101的表面被暴露，从而可以防止在没有电阻层121的区域的表面带电。因为第一分隔件和第二分隔件由于平板层而具有平滑的表面，所以可以有效防止由分隔件引起的弧光放电。
如图5所示，对于SCE型电子发射显示器，电子发射单元220包括：第一电极48和第二电极50，彼此隔开一定距离；第一导电薄膜52和第二导电薄膜54，在相应的第一电极48和第二电极50上；电子发射区56，位于第一导电薄膜52和第二导电薄膜54之间。
第一电极48和第二电极50可以由各种导电材料形成。第一导电薄膜52和第二导电薄膜54可以由基于导电材料(比如镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)和钯(Pd))的微粒薄膜形成。
电子发射区56可以由第一导电薄膜52和第二导电薄膜54之间设置的微观裂缝形成，或者由含有碳化合物的层形成。在第二种情况中，电子发射区56可以包含碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、富勒烯C60或其组合物。
发光单元320可以具有与前面描述的FEA型电子发射显示器的发光单元的结构相同的结构。置于有源区的第一分隔件161和置于非有源区的第二分隔件(未示出)也具有与前面描述的电子发射显示器的分隔件的结构相同的结构。为了方便说明，将把相同的标号用于表示与FEA型电子发射显示器相关结构组件相同的结构组件，并且将省略对这些结构组件的详细说明。
对于SEC型电子发射显示器，当预定的驱动电压施加到第一电极48和第二电极50时，电流通过第一导电薄膜52和第二导电薄膜54平行于电子发射区56的表面流动，从而产生表面传导型电子发射。发射出的电子受施加到阳极电极46的高压影响，并被导向第二基底222，从而撞击荧光体层42来发光。
由于上述的驱动过程，从相应的电子发射区56发射出的电子以预定的漫射角度漫射，使得一些电子与第一分隔件161的表面碰撞。然而，由于这些电子通过电阻层121流向阳极电极46，所以可以防止第一分隔件161表面带电。
此外，由于第一分隔件161的平板层141防止分隔件本体101的表面被暴露，因此防止了在没有电阻层121的区域第一分隔件161的表面带电。由于平板层具有极小的表面粗糙度，因此第一分隔件和第二分隔件可以有效防止由分隔件引起的弧光放电。
虽然以上已经详细描述了本发明的实施例，但是应该清楚地理解，对于本发领域的技术人员应该清楚的是，对于本发明中的基本发明构思的许多变形和/或修改仍将落入权利要求限定的本发明的精神和范围内。

Claims (18)

1、一种分隔件，位于第一基底和第二基底之间，所述第一基底和所述第二基底与密封构件一起形成了真空容器，所述分隔件承受施加到所述真空容器的压力，所述分隔件包括：
分隔件本体，具有表面粗糙度；
电阻层，置于所述分隔件主体的至少一个侧面上；
平板层，覆盖所述电阻层，所述平板层的厚度大于所述电阻层的厚度，并且所述平板层的表面粗糙度小于所述分隔件主体的表面粗糙度。
2、如权利要求1所述的分隔件，其中，所述电阻层具有105-108Ωcm的特定电阻率和0.5-1μm的厚度。
3、如权利要求1所述的分隔件，其中，所述平板层具有1-1.5μm的厚度和0.01-0.1μm的表面粗糙度。
4、如权利要求1所述的分隔件，其中，所述平板层由绝缘材料形成，或者由电阻材料形成，其中，所述电阻材料的特定电阻率大于所述电阻层的特定电阻率。
5、一种制造分隔件的方法，所述方法包括：
通过将分隔件本体材料图案化来形成分隔件本体，所述分隔件本体的表面有表面粗糙度；
通过将电阻材料涂覆到所述分隔件本体的侧面上来形成电阻层，所述电阻层覆盖所述分隔件本体的至少一个侧面；
在所述电阻层之上形成平板层，所述平板层的厚度大于所述电阻层的厚度，并且所述平板层的表面粗糙度小于所述分隔件本体的表面粗糙度。
6、如权利要求5所述的方法，其中，所述电阻层具有105-108Ωcm的特定电阻率和0.5-1μm的厚度。
7、如权利要求5所述的方法，其中，所述平板层具有1-1.5μm的厚度和0.01-0.1μm的表面粗糙度。
8、如权利要求5所述的方法，其中，所述平板层通过喷射或浸润形成，并且形成所述平板层的步骤还包括对所述平板层进行表面处理。
9、如权利要求5所述的方法，其中，所述平板层由绝缘材料形成，或者由特定电阻率大于所述电阻层的特定电阻率的材料形成。
10、一种电子发射显示器，包括：
第一基底和第二基底，彼此面对并与密封构件一起形成真空容器；
电子发射单元，设置在所述第一基底上；
发光单元，设置在所述第二基底上；
多个分隔件，位于所述第一基底和所述第二基底之间，
其中，每个分隔件包括分隔件本体、电阻层和平板层，其中，所述分隔件本体具有表面粗糙度，所述电阻层置于所述分隔件本体的侧面上，所述平板层覆盖所述电阻层，所述平板层的厚度大于所述电阻层的厚度并且所述平板层的表面粗糙度小于所述分隔件本体的表面粗糙度。
11、如权利要求10所述的电子发射显示器，其中，所述电阻层具有105-108Ωcm的特定电阻率和0.5-1μm的厚度。
12、如权利要求10所述的电子发射显示器，其中，所述平板层具有1-1.5μm的厚度和0.01-0.1μm的表面粗糙度。
13、如权利要求10所述的电子发射显示器，其中，所述平板层由绝缘材料形成，或者由电阻材料形成，其中，所述电阻材料的特定电阻率大于所述电阻层的特定电阻率。
14、如权利要求10所述的电子发射显示器，其中，所述电子发射单元包括彼此绝缘的阴极电极和栅电极以及与所述阴极电极电连接的电子发射区。
15、如权利要求14所述的电子发射显示器，其中，所述电子发射单元还包括聚焦电极，所述聚焦电极置于所述阴极电极和所述栅电极之上，从而所述聚焦电极与所述阴极电极和所述栅电极绝缘。
16、如权利要求10所述的电子发射显示器，其中，所述电子发射单元包括：
第一导电薄膜和第二导电薄膜，彼此分隔开；
第一电极，电连接到所述第一导电薄膜；
第二电极，电连接到所述第二导电薄膜；
电子发射区，位于所述第一导电薄膜和所述第二导电薄膜之间。
17、如权利要求10所述的电子发射显示器，其中，所述发光单元包括：
荧光体层；
黑层，位于所述荧光体层之间；
阳极电极，置于所述荧光体层和所述黑层的表面上。
18、如权利要求10所述的电子发射显示器，其中：所述第一基底和所述第二基底包括：
有源区，分别具有所述电子发射单元和所述发光单元；
非有源区，在所述有源区外部，所述分隔件包括：
第一分隔件，置于所述有源区；
第二分隔件，置于所述非有源区。
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