CN1801424A - 电子发射装置 - Google Patents

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Abstract

一种电子发射装置，包括在基板方向上设置在基板上的第一电极，和设置在基板表面并覆盖整个第一电极的绝缘层。第二电极设置在绝缘层上并且垂直于第一电极。电子发射区与第一和第二电极中的一个连接。第一电极的侧边和第二电极的侧边分别彼此交叉。

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，本发明涉及一种驱动电极彼此垂直设置，同时在其间设置绝缘层的电子发射装置。
背景技术
电子发射装置通常分为：一类采用热阴极作为电子发射源，一类采用冷阴极作为电子发射源。有几种类型的冷阴极电子发射装置，包括：场发射阵列(FEA)装置，金属-绝缘体-金属(MIM)装置，金属-绝缘体-半导体(MIS)装置及表面传导发射器(SEC)装置。
FEA电子发射装置基于的原理是：当具有低功函数或是高纵横比(aspectratio)的材料用作电子发射源时，在真空环境下给电子发射源施与电场，电子很容易从电子发射源中发出。基于钼(Mo)或硅(Si)，或是含碳材料如石墨制成的尖头电极结构已经用于形成电子发射区。
在FEA电子发射装置中，电子发射区和用作驱动电极的阴极及栅电极一起形成在第一基板上，以便控制电子发射。荧光层和阳电极一起形成在第二基板上，以便加速从电子发射区向荧光层发出的电子。绝缘层设置在阴极和栅电极之间，使他们彼此绝缘，并且阴极和栅电极制成条形，彼此垂直。
对于上述结构来说，绝缘层可以形成10微米的微小厚度，以生成微像素。然而，对于具有这样厚度绝缘层的FEA电子发射装置来说，绝缘层的表面粗糙程度有赖于阴极外形。当金属材料设置在绝缘层表面形成栅电极时，栅电极也具有依赖于绝缘层表面状态的粗糙表面。
如上，当栅电极不具有平滑的表面，甚至是粗糙的表面时，在它和阴极交叉区，裂缝易形成在栅电极的侧面边缘上。裂缝扩展到栅电极的中心，增加栅电极局部的阻抗，甚至引起栅电极损坏。当绝缘层厚度变薄时，这样的问题变得更加严重。
发明内容
在本发明的一个示范性实施例中，提供一种具有特定结构的电子发射装置，在其上设置绝缘层时，两个驱动电极设置成彼此垂直，以防止设置在绝缘层上的驱动电极产生裂缝。
在本发明的一个示范性实施例中，电子发射装置包括在基板的一个方向上设置在基板上的第一电极和形成在基板整个表面上并覆盖第一电极的绝缘层。第二电极设置在绝缘层上，与第一电极垂直。电子发射区与第一和第二电极中的一个连接。第一电极的侧边和第二电极的侧边分别彼此交叉，并且第一电极的侧边至少在其上的一个交叉区相对于第二电极的侧边倾斜。
在第一种情况下，第一电极具有预定宽度，而第二电极在其侧边分别与第一电极侧边交叉区具有可变宽度部分。
各个第二电极具有：第一区，与第一电极重叠，具有第一宽度；第二区，设置在第一电极间，具有不同于第一宽度的第二宽度；第三区域，设置在第一和第二区之间，具有可变宽度部分。
当第一宽度大于第二宽度时，第二电极的可变宽度部分以105-165°倾斜角和第一电极的侧边分别交叉。比较而言，当第一宽度小于第二宽度时，第二电极的可变宽度部分以15-75°倾斜角和第一电极的侧边分别交叉。
在第二种情况下，第二电极具有预定宽度，而第一电极在其侧边分别与第二电极侧边交叉区具有可变宽度部分。
各个第一电极具有：第一区，与第二电极重叠，并且具有第三宽度；第二区，设置在第二电极之间，具有不同于第三宽度的第四宽度；第三区，设置在第一和第二区之间，具有可变宽度部分。
当第三宽度大于第四宽度时，第一电极的可变宽度部分以105-165°倾角和第二电极的侧边分别交叉。比较而言，当第三宽度小于第四宽度时，第一电极的可变宽度部分以15-75°倾角和第二电极的侧边分别交叉。
绝缘层的厚度至少是第一电极的厚度的二倍。绝缘层具有小于10微米的厚度。
电子发射区设置在第一电极上，第二电极和绝缘层分别有开口部分露出电子发射区。绝缘层具有上表面，设置在高于电子发射区上表面的平面上。电子发射区可以设置在第二电极一侧的边缘上，接触第二电极。
附图说明
结合附图，参照如下详细的描述，本发明变得更好理解，由此本发明更全面的价值及其许多附带的优点也易于显见，附图中相同的标号代表相同或类似的元件，其中：
图1是根据本发明的第一个实施例的电子发射装置的部分部件分解图。
图2是根据本发明的第一个实施例的电子发射装置的部分截面视图。
图3是根据本发明的第一个实施例的电子发射装置在第一基板上的部分结构的平面图。
图4是根据本发明的第二个实施例的电子发射装置在第一基板上的部分结构的平面图。
图5是根据本发明的第三个实施例的电子发射装置在第一基板上的部分结构的平面图。
图6是根据本发明的第四个实施例的电子发射装置在第一基板上的部分结构的平面图。
图7是根据本发明的第五个实施例的电子发射装置的部分部件分解图。
图8是根据本发明的第五个实施例的电子发射装置的部分截面视图。
图9是根据本发明的第五个实施例的电子发射装置在第一基板上的部分结构的平面图。
图10是根据本发明的第六个实施例的电子发射装置在第一基板上的部分结构的平面图。
图11是根据本发明的第七个实施例的电子发射装置在第一基板上的部分结构的平面图。
图12是根据本发明的第八个实施例的电子发射装置在第一基板上的部分结构的平面图。
具体实施方式
如图1至3所示，根据本发明的第一个实施例的电子发射装置具有第一和第二基板2和4，彼此相对并彼此隔开。电子发射的结构形成在第一基板2上，而光发射的结构形成在第二基板4上，随电子发射而发射可见光线。
第一电极6(下文称为“阴极”)在第一基板2上制成条形，并且绝缘层8形成在第一基板2的整个表面上，以便覆盖阴极6。第二电极10(下文称为“栅电极”)制成条形，设置在绝缘层8上，并垂直于阴极6。
绝缘层8可以通过化学蒸镀(CVD)-沉淀SiO2形成。绝缘层8的适宜厚度是阴极6厚度的2倍或以上，但是不能超过10微米。当绝缘层8的厚度小于阴极6厚度的2倍时，很难使阴极6和栅电极10彼此充分绝缘。当绝缘层8的厚度超过10微米时，很难形成微像素。然而，绝缘层8的形成和绝缘层8的厚度不局限于如上所述。
绝缘层8的表面粗糙程度有赖于阴极6的外形，而栅电极10的表面粗糙程度有赖于绝缘层8的表面粗糙度。
对于上述结构来说，当阴极6和栅电极10的交叉区定义为像素区时，至少一个开口部分12形成在每个像素区的绝缘层8和栅电极10上，以便露出阴极6的部分表面。电子发射区14形成在开口部分12内的阴极6上。绝缘层8的上表面设置在比电子发射区上表面高的平面上，这样以使栅电极10设置在比电子发射区14高的平面上。
在图1-3中，每个象素区提供四个电子发射区14，该发射区沿着阴极6的长度方向设置，电子发射区14和开口部分12的平面形状形成圆形。然而，电子发射区14的设置不局限于此。
在这个实施例中，电子发射区14是由在电场作用下发射电子的材料形成，如含碳材料和纳米材料。电子发射区14更适宜用碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石的碳、C60、纳米硅线，或者是它们的组合。电子发射区14可以通过直接生长、丝网印刷、化学气相沉积(CVD)或者是溅镀法等方法形成。
在这个实施例中，阴极6具有预定宽度，然而栅电极10在其侧边和阴极6侧边的交叉区具有可变宽度部分16。
更确切地讲，栅电极包括：第一区101，与阴极重叠，宽度为w1；第二区102，设置在阴极6之间，宽度为w2，比宽度w1小；第三区103，设置在第一和第二区101和102之间，具有可变宽度部分16。因此，栅电极10的可变宽度部分16以钝角的倾角(θ1)和阴极6的侧边交叉，如图3所示。
第三区103和阴极6的侧边重叠。对于第三区103来说，由于阴极6具有一定的厚度，该面在纵向上不平，由此栅电极10在第一和第二区101和102之间形成预定的倾斜面。
对于第三区103来说，可变宽度部分16扩大了栅电极10的侧边的长度，缓慢地引起栅电极10的倾斜变化。因此，对于根据本发明的这个实施例的电子发射装置来说，由于有可变宽度部分16，栅电极10的应力集中可以减小到防止阴极10上裂缝的发生。
栅电极10的可变宽度部分16可以相对于阴极6的侧边以105-165°(θ1)倾角倾斜。这个角度是135°加上或减去30°得到的值。如果倾角不满足上述范围，在驱动电子发射装置时，施与到每个像素区的电场会不一致，因此，在阴极6和栅电极10之间发生校正误差时，会削弱发光的一致性。
荧光层18和黑层20形成在与第一基板2相对的第二基板4的表面上，阳电极22用金属材料如铝形成在荧光层18和黑层20上。阳电极22接收加速电子束所需的高电压，朝着第二基板4反射从荧光层18发射到第一基板2的可见光线，因此增强了屏幕亮度。
阳电极22由透明的导体材料形成，如铟锡氧化物(ITO)。阳电极设置在荧光层和黑层的表面上，与第二基板相对，构图成多个独立部分。
密封剂，如密封玻璃料，涂于第一和第二基板2和4的周围，然后第一和第二基板彼此密封起来。隔离装置24设置在第一和第二基板2和4之间，支撑着两个基板，使他们彼此隔开。
对于具有上述结构的电子发射装置来说，当给阴极和栅电极6和10施与预定驱动电压时，在像素区上电子发射区14的周围形成电场，在两个电极之间的电压差超过临界值的地方，电子从电子发射区14发出。发出的电子被施与到阳电极22的高电压所吸引，朝着第二基板4的方向，因此在相应的像素区与荧光层18碰撞，使荧光层发光。
对于根据本发明这个实施例的电子发射装置来说，由于栅电极10具有可变宽度部分16，在栅电极10上产生裂缝得以阻止，因此防止栅电极增大阻抗，并且防止栅电极被损坏。
如图4所示，对于根据本发明的第二个实施例的电子发射装置来说，栅电极10’的可变宽度部分16’和阴极6的侧边以锐角的倾角(θ2)彼此交叉。
更确切地说，在这个实施例中，各个栅电极10’包括：第一区101’，与阴极6重叠，宽度为w1’；第二区102’，设置在阴极6之间，宽度为w2’，比宽度w1大；第三区103’，设置在第一和第二区101’和102’之间，具有可变宽度部分16’。
栅电极10’的可变宽度部分16’可以对应于阴极6的侧边以15-75°(θ2)角度倾斜。这个角度是45°加上或减去30°得到的值。如果倾角不满足上述范围，在驱动电子发射装置时，施与到每个像素区的电场会不一致，因此，当在阴极6和栅电极10’之间发生校正误差时，会削弱发光的一致性。
作为选择，可变宽度部分可以在阴极上提供，而不是在栅电极上。
如图5所示，对于根据本发明的第三个实施例的电子发射装置来说，栅电极26具有预定宽度，而阴极18在其侧边与栅电极26侧边交叉区具有可变宽度部分30。
在这个实施例中，各个阴极28包括：第一区281，与栅电极26重叠，宽度为w3；第二区282，设置在栅电极26之间，宽度为w4，比宽度w3小；第三区283，设置在第一和第二区281和282之间，具有可变宽度部分30。
因此，阴极28的可变宽度部分30和栅电极26的侧边以钝倾角(θ3)彼此交叉。阴极28的可变宽度部分30缓慢引起栅电极26的局部倾斜变化，由于其倾斜变化，减小了栅电极26的应力集中。倾角(θ3)的范围是105-165°。
如图6所示，对于根据本发明的第四个实施例的电子发射装置来说，阴极28’的可变宽度部分30’和栅电极26的侧边以锐角的倾角(θ4)彼此交叉。
更确切地说，在这个实施例中，各个阴极28’包括：第一区281’，与栅电极26重叠，宽度为w3’；第二区282’，设置在栅电极26之间，宽度为w4’，比宽度w3’大；第三区283’，设置在第一和第二区281’和282’之间，具有可变宽度部分30’。倾角(θ4)的范围是15-75°。
如图7至9所示，对于根据本发明第五个实施例的电子发射装置来说，第一电极32(下文称为“栅电极”)、绝缘层34和第二电极36(下文称为“阴极”)依次地形成在第一基板2上。栅电极32和阴极36制成条形，彼此垂直。电子发射区38设置在阴极36边缘的一侧，而在栅电极32和阴极36交叉的各个区接触阴极36。
对于具有上述结构的电子发射装置来说，在给栅电极和阴极32和36施与预定驱动电压时，像素区上电子发射区38的周围形成电场，像素区两个电极间电压差超过临界值，电子从电子发射区38发出。发出的电子被施与给阳电极22的高电压吸引，朝着第二基板4的方向，因此在相应像素区与荧光层18碰撞，发出光。在这个实施例中，栅电极32具有预定宽度，但是，阴极36在其侧边与栅电极32的侧边交叉区具有可变宽度部分40。
确切地说，各个阴极36包括：第一区361，与栅电极32重叠，宽度为w5；第二区362，设置在栅电极32之间，宽度为w6，比宽度w5小；第三区363，设置在第一和第二区361和362之间，具有可变宽度部分40。
因此，阴极36的可变宽度部分40和栅电极32的侧边以钝角的倾角(θ5)交叉，如图9所示。阴极36的可变宽度部分40缓慢引起阴极36的局部倾斜变化，由于其倾斜变化，减小了阴极36的应力集中。倾角(θ5)的范围是105-165°。
如图10所示，对于根据本发明的第六个实施例的电子发射装置来说，阴极36’的可变宽度部分40’和栅电极32的侧边以锐角的倾角(θ6)彼此交叉。
更确切地说，在这个实施例中，各个阴极36’包括：第一区361’，与栅电极32重叠，宽度为w5’；第二区362’，设置在栅电极32之间，宽度为w6’，比宽度w5’大；第三区363’，设置在第一和第二区361’和362’之间，具有可变宽度部分40’。倾角(θ6)的范围是15°～75°。
如图11所示，对于根据本发明的第七个实施例的电子发射装置来说，阴极42具有预定宽度，而栅电极44在其侧边与阴极42侧边交叉区具有可变宽度部分46。
在这个实施例中，各个栅电极44包括：第一区441，与阴极42重叠，宽度为w7；第二区442，设置在栅电极42之间，宽度为w8，比宽度w7小；第三区443，设置在第一和第二区441和442之间，具有可变宽度部分46。
因此，栅电极44的可变宽度部分46和阴极42侧边以钝角的倾角(θ7)彼此交叉。栅电极44可变宽度部分46缓慢地引起阴极42局部倾斜变化，由于其倾斜变化，减小了阴极42的应力集中。倾角(θ7)的范围是105-165°。
如图12所示，对于根据本发明的第八个实施例的电子发射装置来说，栅电极44’的可变宽度部分46’和阴极42侧边以锐角的倾角(θ8)彼此交叉。
更确切地说，在这个实施例中，各个阴极44’包括：第一区441’，与阴极42重叠，宽度为w7’；第二区442’，设置在栅电极42之间，宽度为w8’，比宽度w7’大；第三区443’，设置在第一和第二区441’和442’之间，具有可变宽度部分46’。倾角(θ8)的范围是15-75°。
如上所述，对于根据本发明的电子发射装置来说，可变宽度部分形成在第一和第二电极的一个上，以防止形成在绝缘层上的第二电极产生裂缝。具有可变宽度部分的电极更具相对较小的电流、低阻抗和低电压降。
尽管本发明结合一定的示范性实施例已经进行描述，本领域的技术人员会认识到，本发明不局限于已公开的实施例，而恰恰相反，涉及旨在覆盖如所附权利要求所述精神和范围内的各种修改。

Claims (16)

1、一种电子发射装置，包括：
第一电极，其在基板的一个方向上设置在该基板上；
绝缘层，其设置在该基板的整个表面上，并且覆盖该第一电极；
第二电极，其设置在该绝缘层上，并且垂直于该第一电极；和
电子发射区，其分别与该第一电极和该第二电极中的一个连接；
其中，该第一电极的侧边和该第二电极的侧边分别彼此交叉；并且
其中，在该第一电极的该侧边与该第二电极的该侧边交叉的至少一个区域，该第一电极的该侧边分别相对于该第二电极的该侧边倾斜。
2、如权利要求1所述的电子发射装置，其中，每个第一电极具有预定的宽度，而每个第二电极在该第一电极的该侧边与该第二电极的该侧边交叉的至少一个区域具有可变宽度部分。
3、如权利要求2所述的电子发射装置，其中，该各个第二电极包括：第一区，其与该第一电极重叠，具有第一宽度；第二区，其设置在该第一电极之间，具有与该第一宽度不同的第二宽度；和第三区，其设置在该第一和该第二区之间，具有可变宽度部分。
4、如权利要求3所述的电子发射装置，其中，该第一宽度比该第二宽度大，并且其中该第二电极的该可变宽度部分和该第一电极的该侧边以105°-165°范围的倾斜角分别彼此交叉。
5、如权利要求3所述的电子发射装置，其中，该第一宽度比该第二宽度小，并且其中该第二电极的该可变宽度部分和该第一电极的该侧边以15°-75°范围的倾斜角分别彼此交叉。
6、如权利要求1所述的电子发射装置，其中，该第二电极具有预定宽度，并且其中该第一电极在该第一电极的该侧边与该第二电极的该侧边交叉的该区域具有可变宽度部分。
7、如权利要求6所述的电子发射装置，其中，该各个第一电极包括：第一区，其与该第二电极重叠，具有第三宽度；第二区域，其设置在该第二电极之间，具有与第三宽度不同的第四宽度；和第三区，设置在该第一和该第二区之间，具有该可变宽度部分。
8、如权利要求7所述的电子发射装置，其中，该第三宽度比该第四宽度大，并且其中该第一电极的该可变宽度部分和该第二电极的该侧边以105°-165°范围的倾斜角分别彼此交叉。
9、如权利要求7所述的电子发射装置，其中，该第三宽度比该第四宽度小，并且其中该第一电极的该可变宽度部分和该第二电极的该侧边以15°-75°范围的倾斜角分别彼此交叉。
10、如权利要求1所述的电子发射装置，其中，该绝缘层的厚度至少是该第一电极的该厚度的二倍。
11、如权利要求1所述的电子发射装置，其中，该绝缘层的厚度小于10微米。
12、如权利要求1所述的电子发射装置，其中，该电子发射区设置在该第一电极上，并且该第二电极和该绝缘层分别具有开口部分露出电子发射区。
13、如权利要求12所述的电子发射装置，其中，该绝缘层具有布置在比该电子发射区的上表面高的平面上的上表面。
14、如权利要求1所述的电子发射装置，其中，该电子发射区设置在该第二电极的一侧边缘上，并接触该第二电极。
15、如权利要求1所述的电子发射装置，其中，该电子发射区的形成材料选自于下述一组材料：碳纳米管、石墨、纳米石墨纤维、金刚石、类金刚石的碳、C60和纳米硅线。
16、如权利要求1所述的电子发射装置，还包括与该基板相对的对置基板，荧光层设置在该对置基板上，并且至少一个阳电极设置在该荧光层的表面上。
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