CN101399144A - 电子发射装置及其制造方法以及包括该装置的发光设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了电子发射装置及其制造方法以及包括该装置的发光设备。该电子发射装置包括：第一电极，在基板上的第一方向上延伸，并且彼此分隔；第二电极，在基板上的第一电极之间交错，并且在与第一方向相反的第二方向上延伸。第一电子发射器和第二电子发射器分别在第一电极和第二电极的侧表面上。在第一电子发射器和第二电子发射器之间形成间隙。

Description

电子发射装置及其制造方法以及包括该装置的发光设备
技术领域
本发明涉及包括电子发射单元的发光装置，特别是，具有多个电子发射装置的电子发射单元，该电子发射装置包括图案化的电子发射器。
背景技术
发光设备典型地包括前基板和后基板，在前基板上形成有阳极电极和磷光层，而在后基板上形成有电子发射器和驱动电极。前后基板的两边通过封框构件(sealing members)整体连接，并且其内部空间被抽真空，从而前后基板及封框构件构成真空容器。
驱动电极和与该驱动电极平行设置的阴极电极形成栅极电极。电子发射器典型地设置在阴极电极面对栅极电极的侧表面上。驱动电极和电子发射器形成电子发射单元。
金属反射层可以设置在磷光层面对后基板的表面上。金属反射层向前基板反射从磷光层发射以增加亮度的可见光。阳极电极、磷光层和金属反射层形成发光单元。
发光设备对阴极电极和栅极电极施加预定的驱动电压，并且对阳极电极施加超过几千伏的直流电压(阳极电压)。通过阴极电极和栅极电极之间的电压差，在电子发射器周围产生电场。电子从电场中释放出来，并且该电子受阳极电压的吸引且与对应的磷光层发生撞击。磷光层因此受激发而发射可见光。
形成电子发射器的常规方法依赖于发光设备中电子发射器的特定形状。因此，制造电子发射器的方法局限于电子发射器的形状，导致电子发射器的材料受到限制。
而且，常规电子发射器的形状具有很低的制造精度，使得制造具有所希望发光效率的发光设备非常困难。
发明内容
本发明提供电子发射装置和制造发光设备中采用的电子发射装置的方法。
根据本发明的示范性实施例，电子发射装置包括设置在基板上的第一电极，该第一电极在第一方向上延伸，并且彼此分隔。第二电极设置在基板上，在第二方向上交替于第一电极之间，且延伸在与第一方向相反的第二方向上。第一电子发射器和第二电子发射器分别设置在第一电极和第二电极的侧表面上。在第一电子发射器和第二电子发射器之间形成间隙。
根据本发明的另一个示范性实施例，提供具有彼此相对设置的第一基板和第二基板的发光设备。电子发射单元设置在第一基板的表面上，并且包括多个电子发射装置。在第二基板的表面上形成金属反射膜。发光单元包括在金属反射膜面对第一基板的表面上形成的磷光层。每个电子发射装置包括设置在基板上的第一电极，该第一电极在第一方向上延伸，并且彼此分隔。第二电极设置成交替于该第一电极之间，并且在与第一方向相反的第二方向上延伸。第一电子发射器和第二电子发射器分别设置在第一电极和第二电极的侧表面上。在第一电子发射器和第二电子发射器之间形成间隙。
根据本发明的另一个示范性实施例，提供制造电子发射装置的方法。该方法包括：在第一基板上交替形成第一电极和平行于该第一电极的第二电极；在第一电极和第二电极之间形成电子发射层；通过去除部分的电子发射层而形成电子发射层之间的间隙。
第一电子发射器和第二电子发射器的高度可以分别小于第一电极和第二电极的高度。
间隙的宽度可以小于20μm。
间隙的宽度可以在3μm和20μm之间。
第一电子发射器可以在沿着第一电极的纵向方向上彼此分隔。
第二电子发射器可以在沿着第二电极的纵向方向上彼此分隔。
第一电子发射器和第二电子发射器可以包括碳化物诱导碳。
电子发射装置还可以包括设置在基板的表面上至少一个间隙中的图案。
该间隙可以使用激光通过图案化电子发射层来形成。
附图说明
图1是根据本发明实施例的发光设备的部分截面图。
图2是图1中电子发射装置的透视图。
图3是图2中包括的电子发射装置的电子发射单元的部分平面图。
图4是沿着图3中的IV-IV线剖取的部分电子发射单元的截面图。
图5和6是根据本发明实施例的发光设备运行时的局部透视图。
图7A、7B和7C是描述根据本发明实施例制造发光设备的电子发射装置的方法的部分截面图。
图8是根据本发明实施例采用制造电子发射装置的方法制造的电子发光设备的部分截面图。
具体实施方式
参考图1、2和3，发光设备102包括第一基板12和第二基板14，它们彼此分隔，并且彼此平行设置。封框构件(未示出)设置在第一基板12和第二基板14边缘，以将第一和第二基板12、14二者连接起来。内部空间被抽真空以产生10-6托(torr)的真空，从而封框构件和第一与第二基板12、14形成真空容器。
设置在封框构件内部、包括第一和第二基板12、14之一的区域被分成贡献于实际发射可见光的显示区和围绕显示区的非显示区。发射电子的发射单元16(见图3)设置在第一基板12的内表面的显示区中。发射可见光的发光单元18设置在第二基板14内表面的显示区中。
电子发射单元16包括多个电子发射装置20，其中发光电流量分别控制。发光单元18设置在面对第一基板12的第二基板14中。发光单元18接受来自包括在第一基板12中的电子发射装置20的电子，并且发射可见光。在示范性实施例中，可见光穿过透明的第一基板12和/或透明的第二基板14传播，并且发射到发光设备102之外。
在本实施例中，电子发射单元16在双极驱动模式下运行。发光单元18最大化可见光的反射效率，并且增加发光表面的亮度。
更具体地讲，每个电子发射装置20都包括第一电极22，其在第一基板12上的第一方向(y方向)上彼此分隔。第二电极24在第一基板12上的第一方向上设置在第一电极22之间。第一电子发射器26设置在第一电极22面对第二电极24的侧表面上，并且厚度小于第一电极22。第二电子发射器38设置在第二电极24面对第一电极22的侧表面上，并且厚度小于第二电极24。
第一和第二电子发射器26、38之间的间隙防止其间发生短路，从而第一和第二电子发射器26、38以预定的间隔彼此分隔开。
第一电子发射器26可以形成为如图8的示范性实施例所示在沿着第一电极22的纵向方向上连续的线性图案，或者如图2的示范性实施例所示，可以形成为非连续的图案，从而电子发射器26在沿着第一电极22的纵向方向上彼此分隔。同样，第二电子发射器38可以形成为如图8的示范性实施例所示在沿着第二电极24的纵向方向上连续的线性图案，或者如图2示范性实施例所示可以形成为非连续的图案，从而电子发射器38在沿着第二电极24的纵向方向彼此分隔。
当第一基板12是前基板而第二基板14是后基板时，光射向第一基板12，第一和第二电子发射器26、38形成有多个彼此分隔的图案，从而第一基板12通过第一和第二电子发射器26、38之间的间隙被暴露出来，以增加对可见光的透明。
参照图2，第一连接电极221设置在第一电极22的一端，从而第一连接电极221和第一电极22形成第一电极组222。第二连接电极241设置在第二电极24的一端，从而第二连接电极241和第二电极24形成第二电极组242.
在第一基板12上，第一和第二电极22、24的高度大于第一电子发射器26的高度。第一和第二电极22、24可以通过下面的工艺形成，例如溅射或者真空沉积的薄膜工艺、例如丝网印刷或者层压的厚膜工艺或者本领域的技术人员所知晓的其它的各种方法。在示范性实施例中，第一和第二电极22、24的厚度范围可以是从约3μm到约12μm。
第一电子发射器26可以由当给其施加电场而使其处于真空时能发射电子的材料形成，例如碳族材料或者纳米尺寸材料。第一电子发射器26可以由选自由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、富勒烯C60、硅纳米丝及它们的复合材料组成的组中的材料形成。
另一方面，第一电子发射器26可以包括碳化物诱导碳(carbide drivencarbon)。碳化物诱导碳可以通过碳化物化合物和包含气体的卤族元素之间的热化学反应来制备，该反应可提取碳化物化合物中除了碳之外的所有元素。
碳化物化合物可以是选自由SiC4、B4C、TiC、ZrCx、Al4C3、CaC2、TixTayC、MoxWyC、TiNxCy和ZrNxCy组成的组中的至少一种碳化物化合物。饱含气体的卤族元素可以是Cl2、TiCl4或F2。包括有碳化物诱导碳的第一电子发射器26具有优秀的电子发射均匀性和较长的寿命。
第一电子发射器26可以用丝网印刷方法形成，并且可以形成的厚度范围为大约1μm到大约2μm。然而，形成第一电子发射器26的方法不限于丝网印刷方法，并且第一电子发射器26可以采用本领域的技术人员已知的各种方法形成。
具有上述结构的电子发射装置20以预定的间隔彼此平行地设置在第一基板12的显示区中。第一配线部分28和第二配线部分30设置在电子发射装置20之间，以便给第一和第二电极2、24施加驱动电压。
图4是沿着图3中的IV-IV线剖取的电子发射单元的截面图。
参照图3和4，第一配线部分28形成在第一基板12的第一方向(y轴方向)上，并电连接到第一基板12的方向上设置的电子发射装置20的第一电极组222。第二配线部分30形成在垂直于第一基板12方向的方向(x轴方向)上，并且电连接到电子发射装置20的第二电极组242，该第二电极组242设置在垂直于第一基板12方向的方向上。
在第一和第二配线部分28、30彼此交叉的区域中，在第一和第二配线部分28、30之间形成绝缘层32，以防止在第一和第二配线部分28、30之间发生断路。绝缘层32的厚度大于第一和第二配线部分28、30的厚度。
反过来参照图1，发光单元18包括在第二基板14内形成的金属反射膜34，以及在金属反射膜34面对第一基板12的表面上形成的磷光层36。
磷光层36可以由组合的磷形成，包括红磷、绿磷、蓝磷，并且发射白光，而且可以设置为遍及第二基板14的显示区。金属反射膜34作为阳极电极，从设置在真空容器之外的电源施加阳极电压。
金属反射膜34可以由透明的导电材料形成，例如铟锡氧化物(ITO)，以传输从磷光层36发射的可见光。
金属反射膜34可以用厚度为几千埃(
Figure A200810212974D0008080849QIETU
)的铝交替地形成，并且包括用来传输电子束的细微孔。尽管在本实施例中金属反射膜34作为阳极电极，但是在本发明中可以形成金属反射膜34之外的阳极电极层。
设置在第一和第二基板12、14之间的隔离物(未示出)支撑施加给真空容器的压力，并且保持第一和第二基板12，14之间不变的间隔。
具有上述结构的发光设备102形成像素，其每一个包括电子发射装置20和与每个电子发射装置20对应的磷光层36。发光设备102给第一和第二配线部分28、30之一施加扫描驱动电压，而给第一和第二配线部分28，30中的另一个施加数据驱动电压，并且给金属反射膜34施加超过10kV的直流电压(阳极电压)。
在像素的第一电子发射器26的周围形成电场，其中第一和第二电极22、24之间的电压差大于阈值，从而作为施加电场的结果发射出来电子(在图5和6中用e-标注)。电子受施加在金属反射膜34的阳极电压的吸引，并且与对应的磷光层36发生碰撞，从而磷光层36受激发射出可见光。从磷光层36发射的可见光透射通过第二基板14和/或第一基板12。
图5和6是根据本发明实施例的发光设备运行时的部分透视图。
参照图5和6，本实施例的发光设备102采用给第一和第二电极22的驱动电极22、24重复交替地输入扫描驱动电压和数据驱动电压的驱动方法。扫描驱动电压和数据驱动电压之间的低电压施加到阴极电极，而它们之间的高电压施加到栅极电极。
更具体地讲，在第一个时间周期，发光设备102可以通过第一配线部分28施加扫描驱动电压到第一电极22，并且通过第二配线部分30施加数据驱动电压到第二电极24。此后，在第二个时间周期，发光设备102可以通过第二配线部分30施加扫描驱动电压到第二电极24，并通过第一配线部分28施加数据驱动电压到第一电极22。
如果扫描驱动电压高于数据驱动电压，则在时间周期t1第二电极24是阴极电极，电子(图5中用e-标注)从第二电子发射器38发射，并且磷光层36受激。在时间周期t2第一电极22是阴极电极，电子(图6中用e-标注)从第一电子发射器36发射，并且磷光层36受激。
第一和第二时间周期重复运行，从而从第一和第二电子发射器26、38交替地发射电子。在如此的双极驱动模式中，减少了施加到第一和第二电子发射器26、38的每一个的负荷，从而增加第一和第二电子发射器26、38的寿命，提高了发光表面的亮度。
在上述实施例中，第一和第二电子发射器26、38的厚度小于第一和第二电极22、24的厚度。在这一点上，第一电极22和第一电子发射器26有大约1μm到10μm之间的厚度差，第二电极24和第二电子发射器38有大约1μm到10μm的厚度差。
如果第一和第二电极22、24与第一和第二电子发射器26、38之间的厚度差小于1μm，则阳极电场屏蔽效应的减弱会消减高电压的可靠性，使其不能达到高亮度、高效和长寿命。如果第一和第二电极22、24与第一和第二电子发射器26、38之间的厚度差大于10μm，则它们之间距离的增加会提高电压。
在上面的结构中，设置在第一基板12上，并且具有大于第一和第二电子发射器26、38的高度；该第一和第二电极22、24改变围绕第一和第二电子发射器26、38的电场分布，并且减小阳极电场相对于第一和第二电子发射器26、38的影响。
因此，为了增加发光表面的亮度，当给金属反射膜34施加的阳极电压大于10kV时，第一和第二电极22、24减弱围绕第一和第二电子发射器26、38的阳极电场，因而有效地阻止了阳极电场导致的二极管发射。
本实施例中的发光设备102增加阳极电压和发光表面的亮度，防止二极管发射，并且精确地控制每个像素的亮度。此外，发光设备102增加了高电压可靠性，使真空容器内的发生电弧减到最小，并且防止电弧导致的对内部结构的损害。
现在，将参照图7A到7C描述制造发光设备102的电子发射装置20的方法。
参照图7A，丝网印刷金属膏(metal paste)，并且在第一基板12上形成导电膜。图案化该导电膜，并且同时或者陆续形成第一和第二电极22、24。第一和第二电极22、24交替地形成为彼此平行。金属膏可以包括银(Ag)。第一和第二电极22、24大约在3到12μm之间。
参照图7B，在第一和第二电极22、24之间形成电子发射层40。电子发射层40可以是通过下面的步骤形成，(a)在第一基板12丝网印刷包括电子发射材料和感光材料成分的膏化合物，(b)通过从第一基板12的外表面照射紫外线来部分硬化该膏化合物，以及(c)使用显影器去处没有硬化的部分化合物。
电子发射材料可以选自由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、金刚石类碳、富勒烯、硅纳米丝和它们的结合组成的组中的材料形成。作为选择，碳化物诱导碳可以用作电子发射材料。碳化物诱导碳比用作常规电子发射器材料的碳纳米管更适合于采用喷墨方式来形成电子发射层。这是因为碳纳米管是具有开口率的纤维类型，而碳化物诱导碳是开口率大约为1的平面类型，具有非常小的场增强因子β。另外，碳化物诱导碳容易通过有选择地涂敷作为电子发射材料的前质(precursor)的碳来调节最终电子发射材料的尺寸。
在形成电子发射层40时，控制了膏化合物的印刷厚度和接受紫外线照射的时间，从而电子发射层40厚度小于第一和第二电极22、24的厚度。在示范性实施例中，电子发射层40的厚度可以大约在1μm到2μm之间。
可以考虑多种工艺来形成电子发射层40，这是因为对于形成电子发射层40的工艺的后续工艺使用激光去除部分的电子发射层40，并且形成电子发射层40之间的间隙，其不需要为了形成间隙而形成特别的电子发射层的方法。此外，因为形成电子发射层40的方法不受限制，所以上面描述的各种材料可以用作电子发射材料。
电子发射层40被激光照射的中心(见图7B中的箭头所示)被激光熔化，因而形成第一和第二电子发射器26、38，如图7C所示。第一和第二电子发射器26、38可以由小于约20μm的间隙彼此分隔。在示范性实施例中，间隙G(见图7C)可以是在3到20μm之间。通过上述的工艺完整地制造出电子发射装置20。
间隙可以更精确地控制。在本实施例中，制造电子发射装置20方法为通过激光照射，并且形成间隙，从而间隙的宽度可以精确地控制。具体地说，宽度小于20μm的间隙只能通过激光照射形成。宽度小于3μm的间隙会容易导致第一和第二电子发射器26、38之间的短路。如此，间隙的宽度可以大于3μm。
图8是采用制造根据本发明实施例的电子发射装置的方法制造的发光设备的部分放大图。
图8和图2中相同的参考数字表示相同的元件，因此对它们的描述将被省略。
参照图2和8，制造电子发射装置20的方法在第一和第二电极22、24之间形成电子发射层40，在电子发射层40的部分上照射激光，图案化该电子发射层40的该部分，并形成间隙。在照射激光和图案化该电子发射层40的部分的工艺中，精确地控制对电子发射层40的激光切割深度，以避免对第一基板12的损坏。然而，在上述工艺中，图案37可以形成在形成有电子发射层40的第一基板12上。例如，图案37可以使用深色进行硫化处理。在这种情况下，电子发射层40的被部分去除且形成间隙，并且在间隙的两侧形成第一和第二电子发射器26、38。因此，由于图案37是由激光切割效应形成的，因此图案37布置在间隙中。
图案37可以成为确定是否使用激光照射和去除部分电子发射层40的工艺制造了电子发射装置20的具体证据。
尽管没有图示，但是作为制造电子发射装置20方法的另一个实施例，参照图7A到7C，在第一基板12上形成ITO电极，在ITO电极上丝网印刷金属膏，并且形成导电膜。图案化导电膜，并且同时或者陆续形成第一和第二电极22、24。
在第一和第二电极22、24之间形成电子发射层40。电子发射层40可以形成为掩埋第一和第二电极22、24。其后，激光照射在第一和第二电极22、24之间形成的电子发射层40的中心，电子发射层40和ITO电极的部分被去除。在第一和第二电极22、24之间形成间隙，并且在ITO电极之间形成间隙。当ITO电极被用作辅助电极时，发射器材料和电极之间的约束效应增加，光源的表面的发光效率增强。
根据本发明的电子发射装置的制造方法可以被整体应用于多种电子发射器的制造方法中，并且对电子发射装置的材料没有限制。
根据本发明的电子发射装置和发光设备使其能够采用任何方法制造电子发射单元，当电子发射层进行丝网印刷覆盖时，能够使用非敏感/低温溶解粘合剂，因而最小化电子发射单元的表面上烧伤，并且增加电极的发射效果。
电子发射单元在电气上用作等效电极，从而通过激光照射可以精确地控制第一和第二电极之间间隙的精度。
根据本发明的电子发射装置和发光设备将包括作为电子发射单元材料的碳化物诱导碳的膏图案化到本发明的结构，由此与传统的冷阴极结构相比改善了发射性能的不均匀性，并且更容易构造冷阴极结构。
根据本发明的电子发射装置的制造方法可以以非敏感工艺代替形成电子发射单元的操作中所要求的常规曝光/显影工艺，其不需要例如曝光装置的昂贵装置，因而降低了制造成本。
在根据本发明的电子发射装置和发光设备中，电子发射器彼此面对，使得双极驱动成为可能，其提高了电子发射单元的寿命和亮度。
尽管参照示范性实施例对本发明已经进行了具体的展示和描述，但是本领域的普通技术人员应当理解的是，可以进行各种形式上和细节上的变化，而不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。
本申请对2007年9月17日提交韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2007-0094160要求优先权及其权益，其全部内容在此合并作为参考。

Claims (18)

1.一种电子发射装置，包括：
第一电极，在基板上，该第一电极在第一方向上延伸，并且彼此分隔；
第二电极，在该基板上，交替于该第一电极之间，并且在与该第一方向相反的第二方向上延伸；
第一电子发射器和第二电子发射器分别设在该第一电极和该第二电极的侧表面上，该第一电子发射器和该第二电子发射器以间隙分隔。
2.如权利要求1所述的电子发射装置，其中该第一电子发射器和第二电子发射器的高度分别小于该第一电极和该第二电极的高度。
3.如权利要求1所述的电子发射装置，其中该间隙的宽度小于20μm。
4.如权利要求1所述的电子发射装置，其中该间隙的宽度在3μm到20μm之间。
5.如权利要求1所述的电子发射装置，还包括布置在该基板的表面上的至少一个该间隙中的图案。
6.如权利要求1所述的电子发射装置，其中该第一电子发射器沿着该第一电极的纵向方向彼此分隔。
7.如权利要求1所述的电子发射装置，其中该第二电子发射器沿着该第二电极的纵向方向彼此分隔。
8.如权利要求1所述的电子发射装置，其中该第一电子发射器和第二电子发射器包括碳化物诱导碳。
9.一种发光设备，包括：
第一基板和第二基板，彼此面对；
电子发射单元，在该第一基板的表面上，并包括多个电子发射装置；
金属反射膜，在该第二基板的表面上；和
发光单元，在面对该第一基板的该金属反射膜的表面上具有磷光层；
其中每个该电子发射装置包括：
第一电极，在该第一基板上，该第一电极在第一方向上延伸，并且彼此分隔；
第二电极，在该第一基板上，交替于该第一电极之间，并且在与该第一方向相反的第二方向上延伸；以及
第一电子发射器和第二电子发射器，分别在该第一电极和该第二电极的侧表面上，该第一电子发射器和第二电子发射器以间隙分隔。
10.如权利要求9所述的发光设备，其中该第一电子发射器和第二电子发射器的高度分别小于该第一电极和该第二电极的高度。
11.如权利要求9所述的发光设备，其中该间隙的宽度小于20μm。
12.如权利要求11所述的发光设备，其中该间隙的宽度在3μm到20μm之间。
13.如权利要求9所述的发光设备，还包括布置在该第一基板的表面上的至少一个该间隙中的图案。
14.如权利要求9所述的发光设备，其中该第一电子发射器在沿着该第一电极的纵向方向上彼此分隔。
15.如权利要求9所述的发光设备，其中该第二电子发射器在沿着该第二电极的纵向方向上彼此分隔。
16.如权利要求9所述的发光设备，其中该第一电子发射器和第二电子发射器包括碳化物诱导碳。
17.一种电子发射装置的制造方法，该方法包括：
在第一基板上交替地形成第一电极和第二电极，该第二电极平行于该第一电极；
在该第一电极和该第二电极之间形成电子发射层；以及
通过去除部分的电子发射层而在该电子发射层之间形成间隙。
18.如权利要求17所述的方法，其中该间隙通过采用激光来图案化部分的该电子发射层而形成。
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