CN1758412A

CN1758412A - 电子发射装置

Info

Publication number: CN1758412A
Application number: CNA2005100716493A
Authority: CN
Inventors: 张喆铉
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: US20050184647A1; KR20050086238A; JP2005243609A; CN100555532C

Abstract

提供一种电子发射装置，其包括第一和第二基板，二者相对设置并以预定距离相互隔开。电子发射单元设置第一基板上，图像显示单元设置在第二基板上。包括多个束引导孔的聚焦电极设置在第一和第二基板之间。聚焦电极位于接近束引导孔的部分包括薄层。聚焦电极的其他部分包括厚层，该厚层的厚度大于薄层的厚度。

Description

电子发射装置

技术领域

本发明涉及一种电子发射装置，特别是涉及一种用于电子发射装置的聚焦电极。

背景技术

通常，电子发射装置分为两类，第一类中，热阴极用作电子发射源。在第二类中，冷阴极用作电子发射源。

已知的第二类电子发射装置包括场发射体阵列(FEA)型，表面传导发射体(SCE)型，金属-绝缘体-金属(MIM)型，金属-绝缘体-半导体(MIS)型，和弹道电子表面发射(BSE)型。

不同类型的电子发射装置其各自的结构不同。但是，每个电子发射装置基本上包括容纳在真空管中的电子发射单元和在真空管中与电子发射单元相对的图像显示单元。

在FEA型电子发射装置中，通过当驱动电压施加到电子发射区内的驱动电极上时所产生的电场，电子从电子发射区发射。

格栅电极(grid electrode)设置第一和第二基板之间，第一基板和第二基板形成真空管。格栅电极包括具有多个互相之间以预定距离隔开的束引导孔的网形金属板。该格栅电极增强从电子发射区发射出的电子束的聚焦能力，提高颜色纯度，并提高阴极和阳极电极的耐受电压特性。可替代地，与格栅电极具有不同结构的聚焦电极可以设置在第一和第二基板之间。

不论是使用格栅电极还是使用聚焦电极，聚焦电子束能力的提高对于耐受电压特性，即阻碍电场从阳极电极发射的能力具有负面的影响。类似地，耐受电压特性的改善对于电子束的聚焦能力具有负面的影响。具体地，与阴极电极相反，当将负电压施加于聚焦电极以提高聚焦能力时，到达阳极电极的电子数目显著减少，因而亮度降低。为了当将负电压施加于聚焦电极时提高亮度，或者增加聚焦电极和电子束发射区之间的距离或者增加聚焦电极的厚度。但是，当完成该措施后，降低了聚焦能力并且阳极电极的电场直接到达电子发射区。因此，不能将一个高电压施加于阳极电极，从而导致亮度降低。

由于上述问题，当负电压施加到聚焦电极时，聚焦能力提高，但是亮度降低。具体地，聚焦电极阻断来自阳极电极的电流，因而阻止足够的阳极电流的流动。因此，不能施加高阳极电压，且降低了亮度。当在磷光质层上不形成金属层时，降低了磷光质层的寿命和效率。

当包括金属网的格栅电极用于阻断强阳极电流时，可以容易地将高电压施加于阳极电极。但是，当将负电压施加于格栅电极时，多数从阴极发射的电子由于格栅电极的厚度也被阻挡，到达阳极电极的电子数目显著减少。当正电压施加到格栅电极时，束流分散不能聚焦电子束，导致颜色表示度明显减少。

因此，建议在使用聚焦电极外附加使用阳极阻挡电极。但是，在这样的结构中，绝缘层设置在聚焦电极和阳极阻挡电极之间。这样的绝缘层在显影和蚀刻过程中对其他电极层会有负面的影响。进而，对于这样的结构的加工步骤会非常复杂，并且会增加成本和降低生产率。

发明内容

根据本发明，提供一种电子发射装置，其改善聚焦电极的结构，以获得足够的束流聚焦能力并提高亮度和颜色表示度。

本发明的电子发射装置包括第一和第二基板，二者相对设置并以预定的距离相互隔开。电子发射单元设置在第一基板上，图像显示单元设置在第二基板上。具有多个束引导孔的聚焦电极设置在第一和第二基板之间。接近束引导孔处，聚焦电极的厚度是薄的。聚焦电极的其他部分厚度是厚的，其厚度大于接近束引导孔处的厚度。

聚焦电极的厚度在接近束引导孔处可以是阶梯状的。可替换地，除了在接近束引导孔处区域的厚层被去除外，聚焦电极可以包括形成在薄层上的厚层。在另一个实施例中，聚焦电极接近束引导孔的区域包括薄层，聚焦电极的其他部分包括电连接至薄层上的厚层。

可以通过沉积的方法在聚焦电极上施加薄层，可以通过导电金属浆料的丝网印刷方法在聚焦电极上施加厚层。可替换地，薄层和厚层可以包括相同的导电材料。

薄层可以是具有预定宽度并沿着每个束引导孔的边缘延伸的环形。

可以首先施加厚层于聚焦电极，然后施加薄层。

在替换实施例中，多个聚焦电极处于电子发射单元之上。

聚焦电极可以包括金属材料。

在第一基板上的电子发射单元包括多个排列在第一基板上并以预定距离隔开的阴极电极。电子发射区设置在阴极电极上。每个电子发射区可以包括含碳材料或者纳米尺寸材料。绝缘层设置在阴极电极上，多个栅极电极(gate electrode)设置在绝缘层上。

在第二基板上的图像显示单元包括处于第二基板上的阳极电极，多个以预定图案设置在阳极电极上的磷光质层。

附图说明

本发明的以上或者其他优点将通过结合附图参照以下的详细描述得到更好地理解，其中：

图1是根据本发明第一实施例的电子发射装置的局部透视图；

图2是根据图1的电子发射装置的局部横截面图；

图3是根据本发明第二实施例的电子发射装置的电子发射区的局部透视图；

图4是根据本发明第三实施例的电子发射装置的聚焦电极的局部透视图；和

图5是根据本发明第四实施例的电子发射装置的聚焦电极的局部透视图。

具体实施方式

本发明将参考附图在此后进行更为详细地描述，在这些附图中表示了本

发明的优选实施例。

如图1和2所示，根据本发明第一实施例的电子发射装置分别包括第一和第二基板20和22，二者相对设置并以预定距离相互隔开，从而形成一个真空管。

在第一基板20上设置电子发射单元，在第二基板22上设置图像显示单元。电子发射单元向图像显示单元发射电子，其发光，从而显示所需要的图像。

处于第一基板20上的电子发射单元包括多个排列在第一基板20上并以预定距离隔开的阴极电极24。电子发射区28设置在阴极电极24上。多个栅极电极26设置在阴极电极24上并垂直于阴极电极24延伸。绝缘层25设置在阴极电极24和栅极电极26之间。

处于第二基板22上的图像显示单元包括设置在第二基板22上的阳极电极30和多个以预定图案设置在阳极电极30上的磷光质层32。

第二绝缘层50设置于栅极电极26之上，多个聚焦电极40分别设置于在第一基板20和第二基板22之间的第二绝缘层50上。每个聚焦电极40包括多个束引导孔41。每个聚焦电极40包括薄层42和厚层44。该厚层44具有大于薄层42的厚度。

在这个实施例中，多个聚焦电极40以与栅极电极26的图案相对应的图案排列在第一基板20上。聚焦电极40的束引导孔41以与电子发射区28的图案相对应的预定图案排列。

聚焦电极40增加从电子发射区28发射的电子束的聚焦能力。聚焦电极可以包括薄金属片，每个具有多个以预定距离隔开的束引导孔41。这样的结构构成金属网。

栅极电极26和阴极电极24设置为条状图案并互相垂直延伸。具体地，如图1所示，阴极电极24排列为沿Y轴延伸的条状图案，栅极电极26排列为沿X轴延伸的条状图案。绝缘层25设置在栅极电极26和阴极电极24之间并覆盖第一基板20的全部表面。电子发射区28位于栅极电极26和阴极电极24的交叉点上，并且电连接至阴极电极24。

电子发射区28是具有基本均匀厚度的平发射体。每个电子发射区28包括含碳材料，其在低压驱动条件下，即大约10-大约100V的电压下，良好地发射电子。含碳材料可以选自石墨、金刚石、类金刚石的碳、碳纳米管、C₆₀(富勒烯)及它们的化合物构成的组。在这些含碳材料中，优选碳纳米管，因为它们具有非常小的几个至几十个纳米的终端曲率半径，并且它们即使在低压电场例如大约1V/μm到大约10V/μm条件下仍能够良好地发射电子。可替换地，电子发射区28可以包括纳米尺寸材料，例如纳米管，石墨纳米纤维，或者硅纳米线。

如图3所示，电子发射区28可以呈锥形。可替换地，电子发射区28可以呈各种其他形状，例如楔形或者薄边形膜。

栅极电极26和绝缘层25包括孔，这些孔允许在阴极电极24上设置电子发射区28，并使得电子能够发射到第二基板22上。

阳极电极30设置在第二基板22上，并且包括透明的电极材料，例如铟锡氧化物(ITO)，这些材料具有优异的光透射率。

如图1所示，磷光质层32设置在第二基板22上，红，绿和蓝磷光质层32R，32G和32B分别以交替的顺序排列，并且互相以预定的距离隔开。磷光质层32R，32G和32B沿着与聚焦电极40相同的方向，即X轴方向延伸。黑暗层33设置在磷光质层32R，32G，和32B之间以提高对比度。

如图2所示，薄金属层34可以设置在磷光质层32和黑暗层33上。金属层34可以包括铝。该薄金属层34提高耐压特性和亮度特性。

可替换地，磷光质层32和黑暗层33直接设置在第二基板22上，省去透明阳极电极30，并且薄金属层34设置在磷光质层32和黑暗层33上。在这样的结构中，在高压条件下金属层34起到的阳极电极的作用。在这个实施例中，与阳极电极30设置在基板22上并包括透明电极材料的情况相比，屏幕亮度得到更加有效的提高。

第一基板20和第二基板22，以预定的距离互相隔开，并通过密封剂密封在一起。第一基板20和第二基板22密封在一起使得阴极电极24和磷光质层32互相垂直设置。在两个基板20和22之间的内部空间进行抽真空处理，然后密封结构保持在真空状态。

为了在第一基板20和第二基板22之间保持恒定的距离，在第一基板20和第二基板22之间设置间隔物38，并且互相之间以预定的距离隔开。优选地，设置间隔物38以避开像素位置和电子束通道。

用于电绝缘的绝缘层50设置在聚焦电极40和栅极电极26之间。绝缘层50包括在尺寸和位置上与聚焦电极40上的束引导孔41相应的束引导孔51。

在一个实施例中，每个聚焦电极40位于接近束引导孔41边缘的部分包括薄层42。具体地，如图1和2所示，每个聚焦电极40位于接近束引导孔41的部分包括薄层42，而聚焦电极的其他部分包括厚层44，因而形成了在每个束引导孔41的边缘周围是阶梯状的聚焦电极40。

可替换地，厚层44首先沉积在每个聚焦电极40的整个表面。对每个聚焦电极40位于接近每个束引导孔41的部分进行处理，例如部分的或一半的蚀刻处理，从而在每个束引导孔41的边缘周围形成薄层42。

在另一个替换实施例中，每个聚焦电极40包括金属网。对金属网位于接近每个束引导孔41的部分进行加工，例如通过部分的或者一半的蚀刻以在每个束引导孔41的边缘周围得到薄层。

因为电场施加在接近每个束引导孔41的薄层42的边缘上，所以可以获得足够的束流聚焦能力。

在需要处，厚层44可以包括多阶梯结构。

在一个替换实施例当中，如图4所示，每个聚焦电极40包括设置在绝缘层50上的薄层42和设置在薄层42上的厚层44，并且以预定的距离与每个束引导孔隔开。

最好通过沉积的方法施加薄层42，且最好通过导电金属浆料的丝网印刷方法施加厚层。

形成厚层44的导电金属材料选自银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、铜(Cu)、镍(Ni)、铝(Al)、钨(W)、钼(Mo)、钼/钨(Mo/W)，钼/锰(Mo/Mn)、铅(Pb)、锡(Sn)、铬(Cr)、铬/铝(Cr/Al)和它们的化合物构成的组。该形成厚层44的导电金属材料包含具有直径为几个微米或者更小的小颗粒。

可以通过沉积ITO、铝(Al)、铬(Cr)、或铬/铝(Cr/Al)和它们的化合物施加薄层42。

在一个替换实施例中，如图5所示，每个聚焦电极40位于接近束引导孔41的部分包括沿着束引导孔41边缘延伸的薄层42。每个聚焦电极40的其余部分，即处于薄层42外边缘的部分，包括厚层44。每个聚焦电极40的薄层42具有预定宽度并呈沿着束引导孔41的边缘延伸的环形或者带形。薄层42和厚层44彼此电连接。薄层42位于接近束引导孔41的部分环绕束引导孔41，厚层44环绕薄层42。

这样的聚焦电极40的结构，即位于接近束引导孔41部分的聚焦电极包括薄层42和其余部分包括厚层44，可防止裂缝的形成，当薄层42在厚层44之前施加时，有时会产生这种裂缝。这种裂缝是由在后施加厚层44时所需要的热处理过程中施加到薄层42上的应力引起的。并且可以通过首先施加厚层44而后施加薄层42而避免这种裂缝。

薄层42和厚层44可以包括相同的导电材料，或者可以包括不同的材料。

厚层44防止电压施加到阳极电极32上时产生的电场影响电子发射区28。该薄层42使具有足够的电子束聚焦能力。

进而，聚焦电极的薄层42和厚层44各自同时提高束流聚焦能力和亮度。具体地，聚焦电极的薄层产生用于聚焦电子束的电场。因此，与阴极电极相对照，当负电压施加到聚焦电极时，通过束引导孔的电子数目没有明显减少，因而提高了亮度，束流聚焦能力和颜色表示度。

而且，由于高电压施加到阳极电极上时聚焦电极的厚层不产生电场，阳极电场在到达电子发射区之前就在以稳定和持续的方式被阻断，因而能够使高电压施加于阳极电极的同时提高亮度和显示质量。

聚焦电极的厚层44使得高电压可以施加到阳极电极上，并可以在磷光质层上形成薄金属层，该薄金属层可以提高磷光质层内的磷光体的寿命和发光效率。

与形成聚焦电极和阳极阻挡电极的常规方法相比，本发明的电子发射装置减少了一半的绝缘层和电极的形成。具体地，本发明的电子发射装置包括简化的加工步骤，提高了的生产率和降低了的生产成本。

尽管以上已经详细描述了本发明的优选实施例，但可以理解的是，对于本领域技术人员可以实现的基本发明构思的多种变化和/或改进也落在由附加的权利要求限定的本发明的精神和范围之内。

Claims

1.一种电子发射装置，包括：

第一和第二基板，二者相对设置并互相间隔预定距离；

电子发射单元，设置在第一基板上；

图像显示单元，设置在第二基板上；和

至少一个聚焦电极，设置在第一和第二基板之间，该聚焦电极包括多个束引导孔，其中聚焦电极位于接近每个束引导孔的部分包括具有第一厚度的薄层，聚焦电极的其余部分包括具有第二厚度的厚层，其中第二厚度大于第一厚度。

2.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述聚焦电极接近每个束引导孔的部分是阶梯状的。

3.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述聚焦电极包括设置在聚焦电极的全部表面上的薄层和设置在薄层上的厚层，其中从聚焦电极位于接近每个束引导孔的部分上去除厚层。

4.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述聚焦电极位于接近每个束引导孔的部分包括薄层，所述聚焦电极的其余部分包括与所述薄层电连接的厚层。

5.根据权利要求3所述的电子发射装置，其中所述薄层通过沉积方法施加，所述厚层通过导电金属浆料的丝网印刷方法施加。

6.根据权利要求4所述的电子发射装置，其中所述薄层通过沉积方法来涂覆，所述厚层通过导电金属浆料的丝网印刷方法来涂覆。

7.根据权利要求3所述的电子发射装置，其中所述薄层和厚层包括相同的导电材料。

8.根据权利要求4所述的电子发射装置，其中所述薄层和厚层包括相同的导电材料。

9.根据权利要求4所述的电子发射装置，其中所述薄层是具有预定宽度并沿着每个束引导孔延伸的环形束引导孔。

10.根据权利要求4所述的电子发射装置，其中所述聚焦电极通过首先涂覆所述厚层而后涂覆所述薄层来进行涂覆。

11.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述多个聚焦电极设置在所述电子发射单元上。

12.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述聚焦电极包括金属材料。

13.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述电子发射单元包括：

多个阴极电极，设置在所述第一基板上并以预定距离隔开；

多个电子发射区，设置在所述阴极电极上；

绝缘层，设置在所述阴极电极上；和

多个栅极电极，设置在所述绝缘层上。

14.根据权利要求13所述的电子发射装置，其中所述每个电子发射区包括选自含碳材料和纳米尺寸材料构成的组中的材料。

15.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述图像显示单元包括设置在所述第二基板上的阳极电极，和多个以预定图案设置在阳极电极上的磷光质层。

16.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述聚焦电极包括金属网。

17.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述聚焦电极的厚层包括选自Ag、Au、Pt、Pd、Cu、Ni、Al、W、Mo、Mo/W、Mo/Mn、Pb、Sn、Cr、Cr/Al和它们的组合所构成的组中的材料。

18.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述聚焦电极的薄层包括选自铟锡氧化物(ITO)、Al、Cr和Cr/Al及其组合所构成的组中的材料。