CN1707740A - 电子发射装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种电子发射装置，包括互相面对并且形成真空区域的第一衬底和第二衬底。在第一衬底上设置电子发射区域，在第二衬底上设置具有光发射区和非光发射区的光发射区域。光发射区域包括形成在第二衬底上的至少一层荧光层。至少一个阳极覆盖该荧光层。阳极还定位成在阳极和非光发射区之间没有间隙。在光发射区，阳极的形状遵循荧光层的形状，并在阳极和荧光层之间形成间隙。

Description

电子发射装置及其制造方法

                         技术领域

本发明涉及一种电子发射装置及其制造方法，特别涉及一种具有金属薄膜的发射区域的电子发射装置及其制造方法，这层金属薄膜能够提高屏幕的亮度和色纯度。

                         背景技术

一般地，电子发射装置包括作为电子供应源的热或冷阴极。已知的冷阴极电子发射装置包括场发射阵列(FEA：field emitter array)型，金属-绝缘体-金属(MIM：metal-insulator-metal)型，金属-绝缘体-半导体((MIS：metal-insulator-semiconductor)型，表面传导发射(SCE：surface conductionemitter)型，和弹道电子表面发射(BSE：ballistic electron surface emitter)型。尽管这些电子发射装置的具体结构有所不同，但一般都包括真空区域内发射电子的电子发射源及含有荧光层的光发射区域。该光发射区域面对着电子发射单元，用以发射光和显示所要得到的图像。

                         发明内容

本发明的目的在于提供一种电子发射装置，包括第一衬底和第二衬底，其中第一衬底具有电子发射区域及控制该区域电子发射的电极，第二衬底具有荧光层、提高屏幕对比度的黑色层以及阳极。该阳极用以使第一衬底电子发射区域所发射的电子有效地加速到第二衬底上的荧光层。该阳极可形成为覆盖荧光层和黑色层的金属薄膜，或者形成为位于含有荧光层的光发射区域和黑色层之间的透明电极，即该阳极在面对着真空区域的第二衬底的表面上。

通过在第二衬底上形成的荧光层上形成作为表面平整层的中间层，然后在中间层上气相沉积铝，就可以形成覆盖荧光层和黑色层的金属薄膜，以形成阳极。因为该中间层通过烘烤除去，所以在第二衬底上不会留下中间层，因此，金属薄膜在烘烤后与荧光层和黑色层隔开预定间隙。这种电子发射装置及其制造方法是这样的，通过控制表面平整层的高度，使得金属薄膜的形状易于控制，电子的流动变得容易，并且亮度和色纯度增加。

在本发明一个实施例中，所述电子发射装置包括互相面对并且形成真空区域的第一衬底和第二衬底、在第一衬底上形成的电子发射单元以及在第二衬底上形成的光发射区域。光发射区域包括在第二衬底上形成的至少一层荧光层，以及覆盖第二衬底上的荧光层的至少一个阳极。在第二衬底上，阳极与非光发射区无间隙地形成。阳极的形状与在光发射区荧光层的形状一致。

在本发明另一实施例中，电子发射装置包括互相面对并且形成真空区域的第一衬底和第二衬底、在第一衬底上形成的电子发射单元以及在第二衬底上形成的光发射区域。光发射区域包括、在第二衬底上形成的至少一个阳极、在阳极上形成的至少一层荧光层以及覆盖荧光层和阳极的至少一层金属薄膜。所形成的金属薄膜在非光发射区与阳极没有任何间隙。金属薄膜的形状与在光发射区的荧光层的形状一致。

在本发明另一实施例中，制造电子发射装置的方法包括以下步骤：(a)在衬底上形成至少一层荧光层，相应于第二衬底上限定的光发射区；(b)在荧光层的表面上，除了在第二衬底上限定的非光发射区以外，通过涂覆形成中间层的混合物来形成表面平整层；(c)在第二衬底上形成有表面平整层的整个表面上形成金属薄膜制成的至少一个阳极；以及(d)通过烘烤第二衬底除去表面平整层。

                         附图说明

通过下面结合附图对本发明优选实施例进行的描述，本发明的上述和其他的优点将会变得更加清楚。在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的电子发射装置的剖视图；

图2是根据本发明另一实施例的电子发射装置的剖视图；

图3A，3B，3C和3D示意性地图示了根据本发明示例性实施例制造电子发射装置的步骤。

                       具体实施方式

以下，参照附图更充分地说明本发明。附图中所示的是本发明的优选实施例。

参照图1，电子发射装置包括真空区域，由互相密封在一起并基本平行的第一衬底2和第二衬底4所组成，在二者之间形成预定空间。

第一衬底2的电子发射单元100向第二衬底4发射电子，第二衬底4的光发射区域200发射可见光以显示图像。

电子发射单元100可由任意一已知的电子发射装置来实现。在图1中，示例性实施例设置的是FEA型电子发射装置。

图1中所示的电子发射装置中，多个阴极6在第一衬底上按预定的图案形成，例如，按条纹状图案形成，在两两条纹之间形成一定的条纹间隙。形成的绝缘层8覆盖阴极6。在绝缘层8上，沿着与阴极6基本垂直的方向形成多层栅电极10，这些栅电极按预定图案形成，例如条纹状图案形成，在两两条纹之间有一定的间隙。

如图1所示，如果定义阴极6和栅电极10交叉的区域为一个像素区，那么，对于每一个象素来说，在绝缘层8和栅电极10中形成具有至少一个开口8a、10a的绝缘层，因此阴极6会有某些部分表面是暴露的，电子发射区域12就形成在暴露的阴极6上。

电子发射区域12包括加电场时能够发射电子的电子发射材料，例如碳纳米管、石墨、金刚石、类金刚石碳、富力烯(C60)、硅纳米线，或这些材料的混合物，或是象钼之类的金属材料。电子发射区域的形成方法可以是诸如丝网印刷术、照相平版印刷术、化学气相沉积(CVD)、溅射等。

扫描信号施加于阴极6和栅电极10中的一个电极，数据信号外加于另外的一个电极。大于电压阈值的两个电极之间存在着电压差值，有着这样电压差值的像素中的电子发射源12周围生成电场，从而发射出电子。

值得一提的是，电子发射单元100的组成并不只局限于前面所提到的实施例。例如，可以先在第一衬底上形成栅电极，接着在栅电极上形成阴极，在阴极和栅电极之间加一绝缘层。电子发射区域与阴极电连接。

在图1中，所示出的FEA型电子发射装置的电子发射单元是电子发射单元的一个例子。尽管如此，电子发射单元100并不局限于此，SCE、MIN、MIS和BSE电子发射装置的电子发射单元也能实现此发明。

在与第一衬底2相对应的第二衬底4的一例形成至少一层荧光层14。黑色层16可在各荧光层14之间的非光发射区域形成，以提高屏幕对比度。黑色层16可以用基于氧化铬的薄膜形成，或是用诸如石墨类含碳材料的厚膜形成。在黑色层16和荧光层14上至少形成一个阳极18，从而组成光发射区域200。

在一个示例性实施例中，阳极18通过金属气相沉积或溅射做成金属薄膜，比如铝薄膜。当在这层金属薄膜上施加高压时，它会起到阳极的作用来加速电子束。

当阳极18形成在与非光发射区如黑色层16对应的区域上时，它无间隙地粘结在黑色层16上。当阳极18与黑色层16互相接触时，电子能够容易流动，促进放电，荧光层上的电荷容易穿过金属薄膜移动到黑色层。在黑色层16上直接气相沉积金属材料即可得到上述结构的阳极18。

另一方面，阳极18与荧光层14的表面隔开预定间隙。通过烘烤除去形成在荧光层14上的中间层(未标出)，使阳极18与荧光层14分离，即可得到这样的间隙。因此，在荧光层14和阳极18之间形成了预定的空间，而黑色层16和阳极18直接互相接触。

根据本发明的第一实施例，可在荧光层上形成阳极，以改善电子发射装置的亮度和色外观。在形成的阳极中，不同颜色的荧光层通过调节中间层的表面平整层彼此分开。也就是说，不同颜色的荧光层是彼此分开的。依照本发明所形成的阳极相对于整个第二衬底来说并不是很平整的，而是遵循着具有临时中间层的荧光层和黑色层的形状。临时中间层即是随着金属薄膜的气相沉积仅在荧光层上形成的表面平整层。因为在烘烤后能够除去表面平整层，所以，阳极保持了中间层/表面平整层的形状。也能控制阳极的形状得到直角、半圆和锯齿状，但是其成形并不只局限于此。

根据第一实施例的电子发射装置，因为阳极按照与荧光层表面一样的形状形成，所以，一个荧光层产生的散射光和二次电子仅局限于一层荧光层，不能移动到其它的荧光层，从而使得装置的亮度和色纯度得到改善。

根据本发明的电子发射装置，由于亮度受到阳极的影响，所以，可以通过控制形成于某一荧光层上的表面平整层的高度来调整荧光层和阳极之间的距离，从而控制荧光材料的亮度和亮度比。在一个示例性实施例中，通过在至少一层荧光层上形成表面平整层，可以将荧光层和阳极之间的距离控制在100nm到10μm之间。

图2是本发明第二实施例的电子发射装置的剖面图。除了一附加阳极之外，与实施例之一样，该实施例的电子发射装置与第一实施例具有相同结构的电子发射单元100和光发射区域300，因此相同部分具有相同的标号。

如图2所示，根据本发明第二实施例，电子发射装置的光发射区域300包括在第二衬底4上形成的至少一个阳极20、在阳极20上形成的至少一层荧光层14以及覆盖荧光层14和阳极20形成的至少一个金属薄膜阳极18。

因此光电子发射区域300的阳极20位于荧光层14和第二衬底4之间。阳极20是一透明电极，是用透明氧化物如氧化铟锡(ITO)形成的。阳极20形成在第二衬底4的整个表面，或以不同的图案例如以条纹图案形成。

根据第二实施例，该电子发射装置与第一实施例的电子发射装置的区别之处在于，加速电子束的电压提供给阳极20和金属薄膜阳极18。金属薄膜阳极18通过金属黑效应来提高屏幕亮度。

黑色层16用于提高屏幕对比度，最好放在位于光发射区的荧光层14之间的非光发射区。荧光层14可以形成在图案化电极20上不用来形成黑色层的地方。

参照图1和图2，在第一衬底2上形成电子发射单元100，在第二衬底4上形成光发射区域200或300。将隔子26布置在绝缘层10上之后，第一和第二衬底的周边用密封剂互相密封在一起，第一和第二衬底围成的内部空间经排气孔(未标出)抽空，即可得到电子发射装置。

至少一层红色、绿色和蓝色的荧光层不用黑色层互相隔开。在此情况下，阳极或金属薄膜放在荧光层之间的阳极上，并且没有任何间隙地紧密粘结在荧光层之间的阳极上。

根据本发明的电子发射单元的组成并不局限于上述所提到的实施例。例如，可以先在第一衬底的整个表面形成栅电极，接着在栅电极上形成阳极，在阳极和栅电极之间有绝缘层。可按照交叉的条纹图案来形成阳极和栅电极。

当按照条纹图案形成阳极时，荧光层形成在阳极上而没有黑色层，一部分金属膜直接放置在荧光层之间的第二衬底上并且没有任何间隙地紧密粘结在荧光层之间的第二衬底上。

下面将参照图3A至图3D来解释根据本发明示例性实施例的平板显示器的制造方法。

如图3A所示，黑色层16形成在第二衬底4上的非光发射区。黑色层16可以用氧化铬薄膜等薄膜形成，或者用石墨等含碳材料的厚膜形成。

在光发射区，在黑色层16之间形成红色、绿色和蓝色的荧光层14。

选定有待与黑色层16无间隙地形成阳极的位置，然后，如图3B所示，除了上述位置，在荧光层14上选择性地形成中间层34作为表面平整层。

形成中间层的混合物包括粘结剂树脂和溶剂。在一些示例性实施例中，粘结剂树脂可选自以下组中的至少一种，该组包括丙烯酸树脂、环氧树脂、乙基纤维素、硝基纤维素、聚氨酯以及酯树脂。在一些示例性实施例中的溶剂可选自一下组中的至少一种，该组包括：丁基溶纤剂(BC：butyl cellosolve)，丁基卡必醇乙酸酯(BCA：butyl carbitol acetate)，松油醇(TP：terpineol)以及乙醇。该混合物的粘度在30,000到100,000之间。

如图3C所示，在形成中间层34的第二衬底4的整个表面上气相沉积或溅射铝等金属材料，从而形成阳极18。阳极在没有中间层34的地方直接与黑色层16接触。

然后，烘烤第二衬底4的金属薄膜以除去中间(表面平整)层34。这样就得到第二衬底4的结构，如图3D所示。当除去中间层34时，阳极18在荧光层14上部分与荧光层14隔开对应于中间层34的预定间隙，因此其结构不同于在黑色层16上的阳极18。烘烤工艺的示例性温度在400℃到480℃之间。通过对中间层34进行构图，可以控制阳极的形状来形成直角、半圆和锯齿状等。形成表面平整层的混合物的涂覆厚度在3到4μm，荧光层和金属薄膜之间的距离通过烘烤调整到100nm到10μm。

最后，在第一衬底上形成栅电极、绝缘层、阴极和电子发射源。当将隔子布置在绝缘层上后，第一和第二衬底的周边用密封剂密封在一起，第一和第二衬底围成的内部空间经排气孔(未标出)抽空，从而制得电子发射装置。

一般可使用照相平版印刷术工艺按照条纹图案来形成阳极20，并可省略在第二衬底6上形成黑色层16。

在如图2所示的本发明另一实施例中，电子发射装置可按以下步骤制造：在第二衬底上形成透明导电层例如ITO层以形成阳极20。在阳极20上的非光发射区形成黑色层16。因此，除了阳极20之外，可以按照上述实施例中相同的方法，形成光发射区域300。

以下的例子更详细地描述了本发明。但是，应该明白，本发明并不受到这些例子的限制。

例1

将重量比为25％的乙基纤维素加入重量比为75％的松油醇(TP)，制得形成中间层用的混合物。可以选择性将该混合物涂覆在第二衬底上具有图1所示结构的荧光层上，但不涂覆在黑色层上。然后，在第二衬底和荧光层上气相沉积铝。接着，在450℃烘烤以除去形成中间层的混合物。具有图1所示电子发射单元的第二衬底和上面制作的第一衬底周密封剂密封在一起，第一和第二衬底围成的内部空间经排气孔抽空，这样就得到了电子发射装置。

对比例1

例1中形成中间层用的混合物涂覆在荧光层和黑色层上。然后，使用与实施例1相同的方法制得电子发射装置，除了铝膜用气相沉积法与衬底平行地形成之外。

根据一般的测量方法，表1和表2列出了对例1和对比例1的亮度和色外观的测量结果。

                                                   表1

		Va
						3.5kV	4.0kV	4.5kV	5.0kV
		亮度(％)	对比例1	100	100					100	100
例1	100					108	111	112

                                                    表2

		Va
						3.5kV	4.0kV	4.5kV	5.0kV
		色外观(％)	对比例1	59	56					56	55
例1	73					69	70	69

如表1和表2所示，实施例1的亮度和色外观要好于对比例1。

根据本发明，金属薄膜是遵循着荧光层的形状形成的，从而阻止了二次电子和荧光散射产生的颜色的混合，改善了色纯度和亮度。此外，根据本发明，能够控制阳极和具有特殊颜色的荧光层之间间隙的距离，还能够用中间层来控制金属薄膜的形状，在一个实施例中该金属薄膜是铝反射膜。此外，中间层可用丝网印刷的方法来涂覆，这样就不会受到衬底大小的影响，从而可应用于更大的显示器。

尽管已经详细描述了本发明的实施例，但应该理解，对这里教导的本发明基本构思的多种变型和/或修改，对本领域技术人员可能是显而易见的，仍然会落在由权利要求限定的本发明的精神和范围之中。

Claims (19)

1、一种电子发射装置，包括：

第一衬底和第二衬底，两者互相面对并且形成真空区域；

电子发射区域，位于所述第一衬底；以及

光发射区域，包括光发射区和非光发射区，位于所述第二衬底，

其中：

所述光发射区包括在所述第二衬底上形成的至少一层荧光层，以及

所述至少一层荧光层上覆盖至少一个阳极，所述至少一个阳极在光发射区遵循所述至少一层荧光层的形状，所述至少一个阳极和所述至少一层荧光层之间形成预定的间隙，而所述至少一个阳极与所述非光发射区接触。

2、如权利要求1所述的电子发射装置，还包括用于在相邻的荧光层之间形成非光发射区的黑色层，所述至少一个阳极与黑色层间无间隙地形成。

3、如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述至少一层荧光层包括彼此间具有预定层间隙的多层红色、绿色和蓝色的荧光层中的一层，并且所述至少一层荧光层和所述至少一个阳极之间的距离在100nm到10μm之间。

4、如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述阳极由金属薄膜形成。

5、如权利要求4所述的电子发射装置，其中，所述金属薄膜是铝膜。

6、一种电子发射装置，包括：

第一衬底和第二衬底，两者互相面对并且形成真空区域；

电子发射区域，位于所述第一衬底；以及

光发射区域，包括光发射区和非光发射区，位于所述第二衬底，

其中：

所述光发射区包括在所述第二衬底上形成的至少一个阳极，

在所述至少一个阳极上形成至少一层荧光层，以及

至少一层金属薄膜覆盖所述至少一个阳极和所述至少一层荧光层，所述至少一层金属薄膜在所述非光发射区与所述至少一个阳极相接触，在所述光发射区域所述至少一层金属薄膜的形状遵循所述至少一层荧光层的形状，并且在所述至少一层荧光层和所述至少一层金属薄膜之间有预定的间隙。

7、如权利要求6所述的电子发射装置，还包括位于相邻所述荧光层之间的所述非发射区上的黑色层，所述金属薄膜与所述黑色层之间无间隙地形成。

8、如权利要求6所述的电子发射装置，其中，所述荧光层包括多层红色、绿色和蓝色的荧光层，彼此间具有预定的间隙，并且所述至少一层荧光层和所述金属薄膜之间的距离在100nm到10μm之间。

9、如权利要求6所述的电子发射装置，其中，所述阳极由金属薄膜形成。

10、如权利要求9所述的电子发射装置，其中，所述金属薄膜是铝膜。

11、一种制造电子发射装置的方法，包括：

(a)在第二衬底上形成至少一层荧光层，相应于所述衬底上限定的光发射区；

(b)除了所述第二衬底上限定的非光发射区之外，通过涂覆用以形成中间层的混合物，在所述荧光层的表面形成表面平整层；

(c)在所述表面平整层上形成至少一层金属薄膜制成的阳极；以及

(d)通过烘烤所述第二衬底除去所述表面平整层。

12、如权利要求11所述的方法，其中，形成表面平整层时用以形成中间层的所述混合物包括粘结剂树脂和溶剂。

13、如权利要求12所述的方法，其中，所述粘结剂树脂选自于以下组中的至少一种，该组包括丙烯酸树脂、环氧树脂、乙基纤维素、硝基纤维素、聚氨酯以及酯树脂。

14、如权利要求12所述的方法，其中，所述溶剂选自于以下组中的至少一种，该组包括丁基溶纤剂、丁基卡必醇乙酸酯、松油醇以及乙醇。

15、如权利要求8所述的方法，其中，通过对用以形成中间层的所述混合物进行丝网印刷，形成3到4μm的厚度，来将荧光层和阳极之间的所述距离控制在100nm到10μm，并且在形成表面平整层时进行烘烤。

16、如权利要求15所述的方法，其中，所述烘烤工艺在400℃到480℃的温度下进行。

17、如权利要求11所述的方法，其中，在形成至少一层荧光层和形成表面平整层之间，还形成与所述第二衬底上的所述非光发射区相应的黑色层。

18、如权利要求11所述的方法，其中，形成至少一个阳极是通过气相沉积或溅射金属来完成的。

19、如权利要求18所述的方法，其中，所述金属是铝。

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