CN1329942C - 具有虚拟电极的电子发射器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有虚拟电极的电子发射器件及其制造方法。除用于发射电子的电极之外，该电子发射器件还具有各种功能性电极。电子发射器件包括互相面对的第一和第二衬底；在有效电子发射区内的第一衬底上设置的阴极电极，其接收扫描和数据信号中的一个；通过绝缘层与阴极电极绝缘的栅极电极，其接收所述扫描和数据信号中的另一个。电子发射区与阴极电极电连接。至少一个虚拟电极设置在该有效电子发射区外部，其接收所述扫描和数据信号中的一个。至少一个阳极电极形成在第二衬底上。荧光层形成在阳极电极的任一表面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子发射器件，并且更具体的，涉及一种除用于发射电子的电极外还具有各种功能性电极的电子发射器件。
背景技术
通常，电子发射器件分成其中热阴极用作电子发射源的第一种类型以及其中冷阴极用作电子发射源的第二种类型。在第二种类型的电子发射器件中，已知场发射器阵列(FEA)型，金属-绝缘体-金属(MIM)型，金属-绝缘体-半导体(MIS)型，表面导电发射器(SCE)型，以及弹道式电子表面发射器(BSE)型。
对于FEA型的电子发射器件，电子发射区由在电场的施加下发射电子的材料形成，并且驱动电极(如阴极电极和栅极电极)设置在电子发射区周围。当电场由于两电极之间的电压差而在电子发射区周围形成时，电子从电子发射区发射。
阴极电极和栅极电极互相交叉同时插入绝缘层，由此形成矩阵结构。当两电极的交叉区域定义为象素区时，每个象素上的电子发射通过将施加到任何一个电极的扫描信号和施加到其他电极的数据信号结合而进行控制。此时，具有直流特性和交流特性的方波施加到阴极电极和栅极电极上。方波包括相对高的电压，并且主要具有短的开(On)施加时间，尽管其依据象素数量有微小差别。
因此，采用通常的电子发射器件，驱动波形由于器件的内部因素容易失真，器件的内部因素如阴极电极和栅极电极的内阻，以及两电极之间所累加的电势量。特别是在接收扫描信号的电极中，由于在互相平行设置的电极行中，首先接收扫描信号的电极行和最后接收扫描信号的电极行容易发生信号失真。
当在驱动电子发射器件的过程中形成信号失真时，信号失真的象素上形成不必要的电子发射，或者在相关象素上不形成必要的电子发射。结果是，不可能进行象素的正确开/关控制，并且不形成精确的图像显示。
同时，由于具有大多数的电子发射器件，其内部空间抽空成真空状态，并且其中的剩余气体用吸气剂收集和去除，因此提高真空度。
吸气剂分成易挥发吸气剂以及不易挥发吸气剂。易挥发吸气剂广泛用于具有如阴极射线管等有效内部空间的真空显示器件，并且具有优良的剩余气体收集效率。然而，大多数电子发射器件具有非常狭窄的内部空间，如前后衬底之间的距离为2mm或者更小。因此，难于在狭窄的内部空间中以预定体积来量化吸气剂，并且由于具有设置在衬底上的电极的狭窄空间而难于施加易挥发吸气剂。毕竟，在该电子发射器件中，不易挥发吸气剂安置在显示区外部，并且进行激活以去掉抽空后的剩余气体。
然而，与挥发吸气剂相比，不易挥发的吸气剂具有低剩余气体收集效率，并且因此难于提高真空度。这使得器件结构和工艺步骤复杂。特别是采用用于电子发射区的含碳材料的FEA型电子发射器件，含碳材料容易与特别的剩余气体如氧气起反应，并且缩短了电子发射区的寿命以及电子发射效率。因此，对于采用含碳材料的电子发射器件，抽空后剩余的含氧气体必须去掉，并且该问题与吸气作用一起需要仔细考虑。
发明内容
在本发明的一个示例性实施例中，提供一种电子发射器件，其抑制信号失真并且防止屏幕质量变坏。
在本发明的另一示例性实施例中，提供一种电子发射器件，其在排气之后有效收集内部剩余气体，并且达到高真空度。
在本发明的一个示例性实施例中，电子发射器件包括：互相面对的第一和第二衬底；在有效电子发射区内的第一衬底上设置的阴极电极，其接收扫描和数据信号中的一个；通过绝缘层与阴极电极绝缘的栅极电极，其接收所述扫描和数据信号中的另一个。电子发射区与阴极电极电连接。至少一个虚拟电极设置在有效电子发射区外部，其在位于最外阴极电极外部时接收扫描和数据信号中的所述一个，或者在位于最外栅极电极外部时接收扫描和数据信号中的所述另一个。至少一个阳极电极形成在第二衬底上。荧光层形成在阳极电极的任一表面上。
该虚拟电极包括第一虚拟电极和第二虚拟电极中的至少一个，该第一虚拟电极设置在与其平行的最外阴极电极外部，该第二虚拟电极设置在与其平行的最外栅极电极外部。绝缘层设置在第一和第二虚拟电极之间。
在本发明的另一示例性实施例中，电子发射器件具有：互相面对的第一和第二衬底，形成在第一衬底上以接收扫描信号的第一电极，以及用绝缘层与第一电极绝缘的以接收数据信号的第二电极。电子发射区与第一电极或第二电极电连接。至少一个虚拟电极设置在最外面的第一电极外部，其接收扫描信号。
第一电极为阴极电极，并且第二电极为设置在阴极电极下面同时插入绝缘层的栅极电极。电子发射区设置在第一电极上。
第一电极是栅极电极，并且第二电极是设置在栅极电极下面同时插入绝缘层的阴极电极。电子发射区设置在第二电极上。
在本发明的另一示例性实施例中，电子发射器件包括：互相面对的第一和第二衬底，以及在插入绝缘层的同时在有效电子发射区内的第一衬底上设置的阴极电极和栅极电极。电子发射区与阴极电极电连接。至少一个虚拟电极设置在有效电子发射区外部，并具有形成在其上的吸气剂层。至少一个阳极电极形成在第二衬底上。荧光层形成在阳极电极的任一表面上。密封件设置在第一和第二衬底的外围同时围绕虚拟电极以将两个衬底彼此密封。
虚拟电极包括第一虚拟电极和第二虚拟电极，该第一虚拟电极设置在与其平行的最外面的阴极电极外部，该第二虚拟电极设置在与其平行的最外面的栅极电极外部。吸气剂层形成在第一和第二虚拟电极的至少一个上。
吸气剂层用不易挥发的吸气剂材料形成。该吸气剂层优选为用锆、钒、和铁的合金以及锆和铝的合金中的任何一种形成。吸气剂层形成在虚拟电极上以及虚拟电极方向上的绝缘层上。
吸气剂层用电子发射材料形成。此时，电子发射区和吸气剂层包含含碳材料和纳米级材料中的至少一种。
在一个虚拟电极线上形成的吸气剂层的电子发射材料的量比在一个阴极电极线上形成的电子发射区的电子发射材料的量大。
在制造电子发射器件的方法中，电子发射单元形成在有效电子发射区内的第一衬底上，并且至少一个虚拟电极形成在有效电子发射区外部。具有不易挥发吸气剂材料的吸气剂层形成在虚拟电极上。发光单元形成在第二衬底上。第一和第二衬底的外围采用密封件互相密封，并且第一和第二衬底之间的内部空间抽空。吸气剂层通过施加电流到虚拟电极而激活。
在制造电子发射器件的另一方法中，电子发射单元形成在有效电子发射区内的第一衬底上，并且至少一个虚拟电极形成在有效电子发射区外部。具有电子发射材料的吸气剂层形成在虚拟电极上。发光单元形成在第二衬底上。第一和第二衬底的外围采用密封件互相密封，并且第一和第二衬底之间的内部空间抽空。电场施加给吸气剂层以从吸气剂层发射电子，并且吸气剂层的电子发射材料与剩余气体互相作用以收集和去掉气体。
附图说明
本发明的上述和其他优点将通过参考附图详细描述其优选实施例而更加清楚，附图中：
图1是根据本发明第一实施例的电子发射器件的局部分解透视图；
图2是图1所示的电子发射器件的局部剖视图，示出其组合状态；
图3是根据本发明第一实施例的电子发射器件的阴极电极的示意图；
图4是根据本发明第一实施例的电子发射器件的栅极电极的示意图；
图5是根据本发明第二实施例的电子发射器件的局部分解透视图；
图6是图5所示的电子发射器件的局部剖视图，示出其组合状态；
图7是根据本发明第三实施例的电子发射器件的局部分解透视图；
图8是图7所示的电子发射器件的局部剖视图，示出其组合状态；
图9是根据本发明第三实施例的电子发射器件的局部剖视图，示出其吸气剂层的变形；
图10是根据本发明第四实施例的电子发射器件的第一衬底的局部平面图；
图11是根据本发明第五实施例的电子发射器件的局部分解透视图；
图12是图11所示的电子发射器件的局部剖视图，示出其组合状态；和
图13是根据本发明第六实施例的电子发射器件的局部剖视图。
具体实施方式
下文中将参考附图更加全面描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。
图1是根据本发明第一实施例的电子发射器件的局部分解透视图，并且图2是该电子发射器件的局部剖视图，示出其组合状态。
如图所示，电子发射器件包括以同时形成真空容器的距离互相面对的第一和第二衬底100和200。电子发射单元101提供在第一衬底100上，以在施加电场时发射电子，并且发光单元201在第二衬底200上形成以由于从电子发射单元101发射的电子而放射可视射线。
尤其是，栅极电极2在第一衬底100上以某个方向(附图中的Y方向)直线构图，并且绝缘层4形成在第一衬底100的整个表面上同时覆盖栅极电极2。阴极电极6在绝缘层4上以与栅极电极2交叉的方向(附图中的X方向)直线构图。当栅极电极2和阴极电极6之间的交叉区定义为象素区时，电子发射区8形成在每个象素区的阴极电极6的一侧外围上。
在该实施例中，电子发射区8用在电场的施加下发射电子的含碳材料或者纳米级材料形成。形成电子发射区8的电子发射材料从碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C60、硅纳米线以及其组合物中选择。
对电极10放置在第一衬底100上以阻止栅极电极2的电场施加到绝缘层4上。对电极10通过形成在绝缘层4上的通孔4a接触栅极电极2同时与其电连接。对电极10面对阴极电极6之间的电子发射区8，同时具有距离。对电极10使得可以容易通过在电子发射区8周围施加强电场和低驱动电压而发射电子。
红、绿、蓝色荧光层12布置在面对第一衬底100的第二衬底200上，同时以一定距离互相隔开，并且黑色层14形成在荧光层12之间以加强屏幕对比度。阳极电极16通过沉积金属材料(如铝)而形成在荧光层12和黑色层14上。阳极电极16接收加速来自外部的电子束所要求的电压，并且通过金属黑色效应加强屏幕亮度。
同时，阳极电极可用透明导电材料如铟锡氧化物(ITO)而不是金属材料形成。此时，阳极电极(未示出)首先用透明导电材料形成在第二衬底200上，并且荧光层12和黑色层14形成在阳极电极上。当需要时，金属层可形成在荧光层12和黑色层14上以加强屏幕亮度。阳极电极可形成在第二衬底200的整个区域上，或者以预定图案隔开。
多个隔离件18布置在第一和第二衬底100和200之间以维持这些衬底之间的距离恒定。侧杆20设置在第一和第二衬底100和200之间的外围上以通过熔接密封的方式固定它们。用第一和第二衬底100和200以及侧杆20形成的容器通过排气装置(未示出)抽空至处于真空状态。
图3和图4分别示意性示出图1所示的阴极电极和栅极电极。
如图所示，阴极电极6和栅极电极2互相交叉同时形成矩阵结构并且电子发射区8形成在阴极电极6上以发射电子的区域定义为有效电子发射区300。另外的电极不用于进行图像显示，即，虚拟电极22和24形成在有效电子发射区300的外部。
在该实施例中，虚拟电极22和24形成有第一虚拟电极22和第二虚拟电极24，第一虚拟电极22设置在与其平行的最外阴极电极6外部并且和阴极电极6一起连接到扫描信号发送器26上，第二虚拟电极24设置在与其平行的最外栅极电极2外部并且连接到数据信号发送器28上。如图1所示，第一和第二虚拟电极22和24在插入绝缘层4的同时互相绝缘。
一个或多个第一虚拟电极22设置在有效电子发射区300上下侧的外部。在附图中，两个第一虚拟电极22分别设置在有效电子发射区300的上下侧外部。一个或多个第二虚拟电极24设置在有效电子发射区300的左右侧外部。在附图中，两个第二虚拟电极24分别设置在有效电子发射区300的左右侧外部。
尽管上面描述第一虚拟电极22设置在最外阴极电极6外部并且第二虚拟电极24设置在最外栅极电极2外部，但是，虚拟电极可对应于阴极电极6和栅极电极2的任何一个设置，优选对应于接收扫描信号的电极。
在操作中，因为具有上述结构的电子发射器件，所以预定电压从外部馈送给栅极电极2、阴极电极6以及阳极电极16。例如，具有几到几十伏负电压的扫描信号施加给阴极电极6，而具有几到几十伏正电压的数据信号施加给栅极，并且几百到几千伏电压施加给阳极电极16。
在应用了所有扫描信号和数据信号的象素中，电场由于阴极电极6和栅极电极2之间的电压差而形成在电子发射区8周围，并且电子从电子发射区8发射。所发射的电子由施加到阳极电极16上的高电压吸引，并且向第二衬底200前进。电子最终冲击相关象素的相应荧光层，由此使该荧光层发光。
在该实施例中，由于第一虚拟电极22设置在最外阴极电极6外部，因此当一帧的扫描信号以图3的箭头方向施加到阴极电极6时，它们首先施加到设置在有效电子发射区300的上端外部的第一虚拟电极22上，并且最后施加到设置在有效电子发射区300的下端外部的第一虚拟电极上。因此，在最外阴极电极6上形成的可能信号失真在实际上不用于形成图像显示的第一虚拟电极22上产生。
结果是，第一虚拟电极22使在有效电子发射区300内发生的信号失真最小，并且可以在每个象素上精确进行开/关控制。设置在最外栅极电极2外部的第二虚拟电极24也具有与第一虚拟电极22相同的功能。
由于具有根据本发明实施例的电子发射器件，器件稳定性提高而不用纠正具有第一和第二虚拟电极22和24的驱动电路或者改变驱动方法，由此得到稳定的发光特性。此外，具有第一和第二虚拟电极22和24的电子发射器件发挥上述效果同时也发挥下面的补充效果。
首先，当电子发射区形成在第一虚拟电极22上时，实际上可在器件中进行不在有效电子发射区300内进行的电子发射实验或者寿命测试。第二，当在通过蚀刻进行的电极形成工艺中不均匀的构图在最外电极上形成时，图案可集中在虚拟电极22和24上，并且因此，稳定的电极图案形成可以在有效电子发射区300内进行。
尽管上面描述在插入绝缘层4的同时栅极电极2设置在阴极电极之下，但是即使具有图5和图6的结构，栅极电极30在插入绝缘层32的同时设置在阴极电极34上，第一和第二虚拟电极36和38仍可设置在有效电子发射区外部。
图5是根据本发明第二实施例的电子发射器件的局部分解透视图，并且图6是该电子发射器件的局部剖视图，示出其组合状态。
如图所示，开口部分40形成在每个象素区的栅极电极30和绝缘层32上，每个象素区上阴极电极34和栅极电极30互相交叉。开口部分40局部露出阴极电极34，并且电子发射区42形成在开口部分40内的阴极电极34上。第一虚拟电极36设置在与其平行的最外栅极电极30外部，并且第二虚拟电极38设置在与其平行的最外阴极电极34外部。
由于具有上面的结构，所以扫描信号施加到栅极电极30上，并且数据信号施加到阴极电极34上。象素开/关操作可利用栅极电极30和阴极电极34之间的电压差而进行控制。在驱动这种电子发射器件的过程中，第一和第二虚拟电极36和38使有效电子发射区内的信号失真最小化，并且可以实现精确开/关控制每个象素。
图7是根据本发明第三实施例的电子发射器件的局部分解透视图，并且图8是该电子发射器件的局部剖视图，示出其组合状态。该电子发射器件具有与第一实施例相同的基本结构，除了吸气剂层是形成在虚拟电极上。
如图所示，吸气剂层44形成在第一虚拟电极22上，并且向电子发射器件的内部空间露出。例如，吸气剂层44形成在这对第一虚拟电极22上及在第一虚拟电极22方向上在第一虚拟电极22之间设置的绝缘层4上。可替换的，如图9所示，吸气剂层44′可在第一虚拟电极方向22上形成在第一虚拟电极22上。在该实施例中，吸气剂层44或者44′是不易挥发的吸气剂，并且优选用锆和铝的合金，或者锆、钒和铁的合金形成。
类似于上面，因为吸气剂层44形成在第一虚拟电极22上，因此器件空间效率增强，并且在抽空后，内部空间中的剩余气体得以有效收集并且去掉，从而提高真空度。
即，由于具有根据本发明的电子发射器件，上述结构部件形成在第一和第二衬底100和200上，并且第一和第二衬底100和200的外围采用侧杆20和熔接密封46彼此密封。第一和第二衬底100和200之间的内部空间抽空，并且预定电流施加到第一虚拟电极22上，从而激活吸气剂层44。抽空后的剩余气体通过吸气剂层44的激活而进行收集和去掉，从而内部空间保持在高真空状态。
通过施加0.5-3mA的电流到第一虚拟电极22五分钟而进行吸气剂层44的激活。施加到第一虚拟电极22的电流的值或施加时间依据吸气剂材料的种类、吸气剂层44的厚度、第一和第二衬底100和200的大小、以及原始真空度而恰当控制。
如上所述，尽管根据本实施例的电子发射器件具有很窄的内部空间，但抽空后的剩余气体采用吸气剂层44进行收集和去掉，由此提高真空度。此时，吸气剂层44覆盖至少一个第一虚拟电极22，这样，足量的吸气剂材料填充器件的内部空间，由此增加剩余气体收集效率。
同时，除不易挥发的吸气剂材料之外，吸气剂层44可用与电子发射区8相同的电子发射材料形成。在电子发射区8老化之前有效电子发射区内的吸气剂层44老化，这样剩余气体通过吸气剂层44的电子发射材料与剩余气体反应而较早收集和去掉。
图10是根据本发明第四实施例的电子发射器件的第一衬底的局部平面图。
如图10所示，吸气剂层48形成在面对着对电极10的第一虚拟电极50的一侧外围上。优选的是，第一虚拟电极50具有大于阴极电极6的宽度，从而增加吸气剂层48的数量。第一虚拟电极50穿过栅极电极2的部分去掉，以形成露出绝缘层4的开口部分50a，并且吸气剂层48形成在每个开口部分50a的一侧外围上。
因此，在第一虚拟电极50上形成的吸气剂层48的电子发射材料的量比在阴极电极6上形成的电子发射区8的大，由此提高剩余气体收集效率。
由于具有本实施例的电子发射器件，上述的结构部件形成在第一和第二衬底100和200上，并且第一和第二衬底100和200的外围采用侧杆20和熔接密封46彼此密封。第一和第二衬底100和200之间的内部空间抽空，并且以真空密封方式进行密封。吸气剂层48通过向其施加电场和从其发射电子而老化，并且电子发射区8通过向其施加电场和从其发射电子而老化。
因此，由于具有根据本实施例的电子发射器件，吸气剂层48的电子发射材料与剩余气体在老化吸气剂层的步骤中起反应，由此收集和去掉剩余气体，并且器件的内部空间保持在高真空状态。
在老化吸气剂层48的步骤中，预定的驱动电压施加到第一虚拟电极50和栅极电极2上，由此在吸气剂层48周围形成电场。特别是，当吸气剂层48老化时，施加到第一虚拟电极50和栅极电极2的电压从阈值开始逐渐增加。所施加的电压比施加到有效电子发射区上的正常驱动电压高30-50V或者更多。因此，当从电子发射区8进行电子发射时，防止形成在第一虚拟电极50上的吸气剂层48发射电子。此时，2kV或者更少的低压施加到阳极电极，这样不形成电弧放电。
当吸气剂层48用与电子发射区8相同的电子发射材料如碳纳米管形成时，直接影响电子发射区8的电子发射材料的有害气体可选择性地从最短距离内的有效电子发射区去掉。因此，根据本实施例的电子发射器件提高了电子发射区8的寿命，并且增加了屏幕发光的均匀度，以及其充满度(fullness)。
图11是根据本发明第五实施例的电子发射器件的局部分解透视图，并且图12是该电子发射器件的局部剖视图，示出其组合状态。根据本实施例的电子发射器件具有与第二实施例相同的基本结构，除了吸气剂层形成在虚拟电极上。
如图所示，第一虚拟电极36设置在与其平行的最外栅极电极30外部，并且具有不易挥发的吸气剂材料的吸气剂层52形成在第一虚拟电极36上。由于具有该结构，在抽空器件的内部空间之后，电流施加到第一虚拟电极36上以激活吸气剂层50，并且收集和去掉剩余气体，由此提高真空度。第二虚拟电极38设置在与其平行的最外阴极电极34外部。
图13是根据本发明第六实施例的电子发射器件的局部剖视图。该电子发射器件的结构部件，如阴极电极、栅极电极、电子发射区以及第一和第二虚拟电极与第五实施例的相同，并且吸气剂层54形成在第二虚拟电极38上，具有与电子发射区相同的电子发射材料。
当器件的内部空间抽空并且预定驱动电压施加到第二虚拟电极38和栅极电极30上时，电场在吸气剂层54周围形成，并且吸气剂层54发射电子。吸气剂层54的电子发射材料(例如碳纳米管)与器件中的剩余气体起反应以在保持器件的内部空间处于高真空状态时收集和去掉有害剩余气体。
尽管上文中已经具体描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚理解，此处启发本领域的技术人员进行许多基本发明构思的变形和/或修正将落入本发明的精神和范围之内，如所附权利要求所限定的。
Claims (6)
1.一种电子发射器件，包括：
互相面对的第一和第二衬底；
在有效电子发射区内的第一衬底上设置的阴极电极，其接收扫描和数据信号中的一个；
通过绝缘层与阴极电极绝缘的栅极电极，其接收所述扫描和数据信号中的另一个；
与阴极电极电连接的电子发射区；
设置在有效电子发射区外部的至少一个虚拟电极，所述虚拟电极在位于最外阴极电极外部时接收扫描和数据信号中的所述一个，或者在位于最外栅极电极外部时接收扫描和数据信号中的所述另一个；
形成在第二衬底上的至少一个阳极电极；以及
形成在阳极电极任一表面上的荧光层。
2.权利要求1的电子发射器件，其中虚拟电极包括第一虚拟电极和第二虚拟电极中的至少一个，该第一虚拟电极设置在与其平行的最外阴极电极外部，该第二虚拟电极设置在与其平行的最外栅极电极外部。
3.权利要求2的电子发射器件，其中绝缘层设置在第一和第二虚拟电极之间。
4.一种电子发射器件，包括：
互相面对的第一和第二衬底；
形成在第一衬底上以接收扫描信号的第一电极；
通过绝缘层与第一电极绝缘以接收数据信号的第二电极；
与第一电极或第二电极电连接的电子发射区；以及
设置在最外面的第一电极外部的至少一个虚拟电极，其接收所述扫描信号。
5.权利要求4的电子发射器件，其中第一电极是阴极电极，并且第二电极是在插入绝缘层的同时设置在阴极电极下的栅极电极，电子发射区设置在第一电极上。
6.权利要求4的电子发射器件，其中第一电极是栅极电极，并且第二电极是在插入绝缘层的同时设置在栅极电极下的阴极电极，电子发射区设置在第二电极上。
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