CN1866457A - 电子发射器件及采用该器件的电子发射显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子发射器件，包括基板；形成在基板上的阴电极；与阴电极交叉、并与阴电极绝缘的门电极；和电连接到阴电极的电子发射区。阴电极包括，具有内部开口部分的主电极，设置在开口部分中并以一距离与主电极分隔开的分离电极，和配置在主电极和分离电极之间的阻抗层。分离电极具有通孔。电子发射区接触分离电极，并设置在通孔中。分离电极具有第一高度，且电子发射区具有较之第一高度更小的第二高度。

Description

电子发射器件及采用该器件的电子发射显示设备

技术领域

本发明涉及电子发射器件，特别地，涉及具有改进的阴电极结构和增强的电子束聚合效率的电子发射器件，以及使用该电子发射器件的电子发射显示设备。

背景技术

根据电子源的类型，电子发射元件可分为，利用热阴极的电子发射元件和利用冷阴极的电子发射元件。

冷阴极电子发射元件有多个类型，其中包括：场发射器阵列(FEA)型、表面传导发射(SCE)型、金属-绝缘体-金属(MIM)型、以及金属-绝缘体-半导体(MIS)型。

为构造电子发射显示设备，电子发射元件阵列形成在第一基板上以制造电子发射器件，且该电子发射器件与第二基板相结合，该第二基板具有包括荧光体层、黑体层(black layer)和阳电极在内的发光单元。

在普通FEA型电子发射显示设备中，电子发射区形成在第一基板上，且阴电极和门电极，作为用于控制来自电子发射区的电子发射的驱动电极，提供给每个子像素。荧光体层、黑体层和用于加速电子束的阳电极，形成在第二基板面对第一基板的表面上。

电子发射区电连接到阴电极，以接收电子发射所需的电流。门电极设置在不同于阴电极的平面上，且绝缘层置于门电极和阴电极之间。例如，门电极可以绝缘方式设置于阴电极之上。开口形成在门电极和绝缘层，以便显露出电子发射区。

当预定驱动电压施加到阴电极和门电极时，阴电极和门电极之间的电压差超出阈值的子像素所在的电子发射区周围形成电场，且电子从这些电子发射区发射出。所发射的电子，为施加到阳电极的高电压所吸引，径直对准第二基板，以便与相应子像素处的荧光质碰撞并发光。

然而，就上所述发光结构而言，电场无法在电子发射区的整个范围上都均匀地聚合。也就是说，电场主要聚合在电子发射区面对门电极的上部边缘，且电子从该处发射出。所发射的电子，以随机倾角向第二基板传播，并到达相应子像素的正确的彩色荧光质上，同时也到达临近子像素的不正确的彩色荧光质上，从而使屏幕的色纯度恶化。

此外，随着该电子发射显示设备的工作，非稳态驱动电压施加到阴电极，或非稳态电压降在阴电极产生，使得相应子像素处的电子发射区接收到不同驱动电压。这种情况下，电子发射区的发射特性变得不均匀，且相应子像素的发光均匀性恶化。

发明内容

本发明的一个示例性实施例，提供了一种电子发射器件和使用该电子发射器件的电子发射显示设备，该器件通过使电子束的发散降至最低(或降低、或防止)来提高屏幕色纯度，以便通过使电子发射区的发射特性均匀来提高发光均匀性。

在本发明示意性实施例中，电子发射器件包括基板；形成在基板上的阴电极；与阴电极交叉、并与阴电极绝缘的门电极；和电连接到阴电极的电子发射区。阴电极包括，具有内部开口部分的主电极，设置在开口部分中并以一距离与主电极分隔开的分离电极(isolate electrode)，和配置在主电极和分离电极之间的阻抗层。分离电极具有通孔。电子发射区接触分离电极，并设置在通孔中。分离电极具有第一高度，且电子发射区具有较之第一高度更小的第二高度。

主电极和分离电极可局部地覆盖阻抗层的上表面。

多个分离电极可设置在主电极的开口部分中，且相互之间以一距离分隔开。这种情况下，阻抗层形成在每一分离电极两侧且在主电极与分离电极之间。

电子发光器件可进一步包括设置在阴电极和门电极之上并与阴电极和门电极绝缘的聚合电极。

本发明的示例性实施例中，电子发射显示设备包括第一基板；面对第一基板的第二基板；形成在第一基板上的阴电极；与阴电极交叉、并与阴电极绝缘的门电极；电连接到阴电极的电子发射区；形成在第二基板的表面上的荧光体层；和形成在荧光体层的表面上的阳电极。阴电极包括，具有内部开口部分的主电极，设置在开口部分中并以一距离与主电极分隔开的分离电极，和配置在主电极和分离电极之间的阻抗层。分离电极具有通孔。电子发射区接触分离电极并设置在通孔中。分离电极具有第一高度，且电子发射区具有较之第一高度更小的第二高度。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的电子发射显示设备的局部分解透视图。

图2是根据本发明第一实施例的电子发射显示设备的局部截面图。

图3是根据本发明第一实施例的电子发射显示设备的阴电极和电子发射区的局部放大平视图。

图4是根据本发明第二实施例的电子发射显示设备的阴电极和电子发射区的局部放大平视图。

图5是根据本发明第三实施例的电子发射显示设备的阴电极和电子发射区的局部放大平视图。

图6是根据对比例的电子发射显示设备的局部截面图，示出了电子发射区周围的电势分布和电子束轨迹。

图7是根据示例的电子发射显示设备的局部截面图，示出了电子发射区周围的电势分布和电子束轨迹。

图8是根据本发明第四实施例的电子发射显示设备的局部分解透视图。

具体实施方式

如图1到图3所示，根据本发明第一实施例的电子发射显示设备，包括二者间以预定距离相平行地彼此面对的第一基板10和第二基板12。密封部件(图中未示出)提供在第一基板10和第二基板12的边缘，以便密封它们，且第一基板10和第二基板12之间的内部空间，被抽成10^-6托(Torr)的真空，以便利用第一基板10、第二基板12和密封部件构造真空腔室(或真空容器)。

电子发射元件的阵列，形成在第一基板10面对第二基板12的表面上，以便与第一基板10共同构造电子发射器件100。电子发射器件100随后与第二基板12和提供在第二基板12上的发光单元110相结合，形成电子发射显示设备。

阴电极14沿作为第一电极的第一基板10的方向，在第一基板10上被形成条纹图案，绝缘层16形成在第一基板10的整个表面上，同时覆盖阴电极14。门电极18在绝缘层16上被形成条纹图案，以便与作为第二电极的阴电极14相交叉(或正交)。阴电极14和门电极18的交叉区域，对应于电子发射显示设备的子像素。

在该实施例中，阴电极14中的每一个，都具有：沿第一基板10的方向被形成条纹图案、并具有内部开口部分20的主电极141；与主电极141隔开一距离的分离电极142；以及电连接主电极141和分离电极142的阻抗层143。分离电极142内部具有多个通孔22，电子发射区24位于每一通孔22中。

主电极141和分离电极142，局部地覆盖阻抗层143的上表面，并具有较之阻抗层143更大的厚度以降低二者间的接触阻抗。主电极141和/或分离电极142，可由诸如铝(Al)和/或钼(Mo)之类的低电阻率材料(或导电材料)形成。

阻抗层143具有介于约10000Ωcm到100000Ωcm的电阻率，这使得其阻抗高于用于形成主电极141和/或分离电极142的导电材料。例如，阻抗层143可以p型掺杂非晶硅或n型掺杂非晶硅形成。阻抗层143可以是，对每一子像素来说具有一个宽度(可以是预定的)的环状，以使阻抗层143环绕分离电极142的整个边缘。

阻抗层143电连接用于接收来自真空容器外部的驱动电压的主电极141，和用于在其中安装一或多个电子发射区24的分离电极。随着电子发射显示设备的工作，阻抗层143有助于使电子发射区24的发射特性大体均匀。

对应电子发射区24的侧面，与分离电极142在对应通孔22中接触，以接收电子发射所需电流。电子发射区24具有较之分离电极142更小的高度，使得电子发射区24的上表面，置于分离电极142的上表面之下。

亦即，在该实施例中，分离电极142具有较之电子发射区24更大的高度，使得其环绕电子发射区24的上表面。电子发射区24的侧面边缘，并未显露于真空环境中，而仅有其上表面显露于真空环境中。随着电子发射显示设备的工作，分离电极142改变电子发射区24周围的场分布，并降低从电子发射区24发射出的电子的初始发散角。

电子发射区24，可由用于在真空环境下被施加电场时发射电子的材料形成，诸如碳质材料和/或纳米尺寸材料。例如，电子发射区24可以碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、富勒烯(fullerene)C₆₀、硅纳米线、或以上材料的组合形成。

由于在上述结构中，电子发射区24在(或局部地填充)分离电极142的通孔22中，因此，无需用于形成电子发射区24的图案的独立过程(亦即，上述结构可具有与微图案成形的电子发射区24相同的效果)

开口161和开口181分别对应于相应电子发射区24，形成在绝缘层16和门电极18处，以便显露出第一基板10上的电子发射区24。绝缘层16的对应开口161和门电极18的对应开口181，在宽度(或尺寸)上大于安装对应电子发射区24的分离电极142的对应通孔22。

图1和图3示出了一个分离电极142设置在子像素处，且圆形电子发射区24沿主电极141纵向顺序地设置在对应分离电极142处的情况。但是，分离电极142和各个子像素的电子发射区24的排列结构、数目和平面形状，并非限定于图中所示，而是可以各种适应方式进行调整。

如图4所示，就根据实施例二的电子发射显示设备的阴电极14′而言，多个分离电极144在主电极141′的开口部分20′中，以使它们相互以一距离分隔开的方式，沿主电极141′的纵向排列。阻抗层145在分离电极144两侧沿主电极141′的纵向，被形成条纹图案。

如图5所示，就根据第三实施例的电子发射显示设备的阴电极14″而言，多个分离电极144′在主电极141″的开口部分20″中，以使它们相互以一距离分隔开的方式，沿主电极141″的纵向排列。阻抗层146形成在每一分离电极144′两侧位于主电极141″和分离电极144′之间处。

就根据实施例二和实施例三的结构而言，阻抗在主电极141″或主电极141″与分离电极144或144′之间，分别提供给每一电子发射区24′或24″，以便更加有效地稳定各个电子发射区24′或24″的发射特性。

此外，电子发射区24可以是矩形平面形、椭圆平面形或任意其它形状，而非圆平面形。在采用可选形状的实施例中，绝缘层16的开口161和门电极18的开口181，应具有对应于电子发射区24的平面形状。

再次参考图1和图2，荧光体层26形成在第二基板12面对第一基板10的表面上。荧光体层26具有相互间以一距离分隔开的红荧光体层26R、绿荧光体层26G和蓝荧光体层26B，黑体层28形成在相邻红荧光体层26R、绿荧光体层26G和蓝荧光体层26B之间以增强屏幕对比度。单色荧光体层26R、26G或26B被提供为对应于一个子像素，具有红荧光体层26R、绿荧光体层26G和蓝荧光体层26B的三个子像素共同形成一个像素。

阳电极30由类铝金属材料形成在荧光体层26和黑体层28上。正电极30接收用于加速来自外部的电子束所需的高电压，并使荧光体层26维持在高电势状态。此外，阳电极30反射由荧光体层26辐射的可见光，到朝向第二基板12侧的第一基板10，以增加屏幕亮度。

另外，正电极可由基于铟锡氧化物(ITO)的透明导电层(未示出)形成，这种情况下，正电极设置在，荧光体层26和黑体层28正朝向第二基板12的表面上(亦即，正电极在第二基板12、与荧光体层26和黑体层28之间)。此外，还可同时形成，作为正电极的透明导电层和金属层。

隔离物32配置在第一基板10和第二基板12之间，以支撑施加于真空容器的压力，并使第一基板10和第二基板12之间保持大体上固定的距离。隔离物32设置在对应黑体层28的区域，这使得它不致侵入到对应荧光体层26的区域。

上述结构的电子发射显示设备，通过从外部向阴电极14、门电极18和阳电极30施加电压(可以是预定的)来工作。

例如，阴电极14或门电极18其中一电极，可接收扫描驱动电压以起到扫描电极的作用，而其中另一电极，可接收数据驱动电压以起到数据电极的作用。阳电极30接收用于加速电子束所需电压，例如从几百伏到几千伏的直流电压。

在阴电极14和门电极18之间的电压差超出阈值的子像素处，电场形成在电子发射区24周围，且电子从电子发射区24发射出。所发射的电子，为施加于阳电极30的高电压所吸引，因此碰撞相关子像素处的荧光体层26，并发光。

阻抗层143均匀地控制一或多个电子发射区24的发射特性，以提高子像素的发光均匀性。同时，分离电极142改变电子发射区24周围的场分布，并降低电子束的初始发散角以提高屏幕的色纯度。

图6和图7示出了根据对比例和示例的电子发射显示设备的电子发射区周围的电势分布和电子束轨迹。

根据对比例的电子发射显示设备，具有形成条纹图案的阴电极34。在对比例中，电子发射显示设备具有电子发射区36、绝缘层38和门电极40。在对比例和示例中，仿真的结果都是在0伏电压供给阴电极、80伏电压供给门电极、5000伏电压供给阳电极时获取的。

如图6所示，就根据对比例的电子发射显示设备而言，朝向第二电极(未示出)的凸等电位线仅在电子发射区36上方形成。以这种电势分布，从电子发射区36发射出的电子，具有大初始发散角(可为预设的)。

与此相对照，如图7所示，就根据示例的电子发射显示设备而言，由于分离电极142具有较之电子发射区24更大的高度，故而朝向第二基板(未示出)的一或多条凹等电位线形成在电子发射区24上方。藉由改变后的电势分布，电子束在经过分离电极142的通孔(例如，22)的同时被聚合，使得它们具有较之对比例更小的初始发散角。

相应地，藉由根据本实施例的电子发射显示设备，电子束的扩散降至最低，且电子束到达第二基板12的光点直径亦降低。此外，可防止电子束侵入不正确的色彩的区域(例如，不正确的荧光体层)，因此提高了屏幕的色纯度。

如图8所示，藉由根据本发明第四实施例的电子发射显示设备，聚合电极42形成在门电极18′上方以聚合电子束。第一绝缘层16′配置在阴电极14′和门电极18′之间，且第二绝缘层44提供在聚合电极42下方以使聚合电极42与门电极18′绝缘。

多个开口(未示出)可形成在对应于电子发射区24′的聚合电极42处，以便分别聚合从电子发射区24′发射出的电子。可选择地，如图8所示，可为每一子像素形成一个开口421，以全体地聚合从子像素发射出的电子。

电子发射显示设备工作期间，聚合电极42接收0伏或从几伏到几十伏的负直流电压。聚合电极42向经过开口421的电子提供斥力，并将电子聚合至来自电子发射区24′的电子束的束心。

尽管本发明已结合特定示例性实施例进行了说明，但是本领域技术人员应理解，本发明并非限制在所公开的实施例，相反，本发明力图覆盖在所附权利要求及其等价替换的精神和范围之内的各种修改。

Claims (17)

1、一种电子发射器件，包括：

基板；

形成在基板上的阴电极；

与阴电极交叉、并与阴电极绝缘的门电极；和

电连接到阴电极的电子发射区，

其中阴电极包括，具有内部开口部分的主电极，设置在开口部分中并以一距离与主电极分隔开的分离电极，和配置在主电极与分离电极之间的阻抗层，分离电极具有通孔，

其中电子发射区接触分离电极，并设置在通孔中，并且

其中分离电极具有第一高度，且电子发射区具有较之第一高度更小的第二高度。

2、根据权利要求1所述的电子发射器件，其中主电极和分离电极局部地覆盖阻抗层的上表面。

3、根据权利要求2所述的电子发射器件，其中主电极和分离电极中的每一个都比阻抗层更厚。

4、根据权利要求1所述的电子发射器件，其中所述通孔包括多个通孔，且其中分离电极位于阴电极和门电极的交叉区域，并具有沿基板方向排列的所述多个通孔。

5、根据权利要求4所述的电子发射器件，其中具有预定宽度的阻抗层环绕分离电极的边缘。

6、根据权利要求1所述的电子发射器件，其中所述分离电极包括多个设置在主电极的开口部分中、且相互之间以一距离分隔开的分离电极。

7、根据权利要求6所述的电子发射器件，其中阻抗层形成在所述多个分离电极中每一分离电极两侧、且在主电极与所述多个分离电极之间。

8、根据权利要求1所述的电子发射器件，进一步包括设置在阴电极和门电极之上、并与阴电极和门电极绝缘的聚合电极。

9、一种电子发射显示设备，包括：

第一基板；

面对第一基板的第二基板；

形成在第一基板上的阴电极；

与阴电极交叉、并与阴电极绝缘的门电极；

电连接到阴电极的电子发射区；

形成在第二基板的表面上的荧光体层；和

形成在荧光体层的表面上的阳电极，

其中阴电极包括，具有内部开口部分的主电极，设置在开口部分中、并以一距离与主电极分隔开的分离电极，和配置在主电极与分离电极之间的阻抗层，分离电极具有通孔，

其中电子发射区接触分离电极、并设置在通孔中，并且

其中分离电极具有第一高度，且电子发射区具有较之第一高度更小的第二高度。

10、根据权利要求9所述的电子发射显示设备，其中主电极和分离电极局部地覆盖阻抗层的上表面。

11、根据权利要求10所述的电子发射显示设备，其中主电极和分离电极中的每一个都比阻抗层更厚。

12、根据权利要求9所述的电子发射显示设备，其中所述通孔包括多个通孔，且其中分离电极位于阴电极和门电极的交叉区域处，并具有沿基板方向排列的所述多个通孔。

13、根据权利要求9所述的电子发射器件，其中所述分离电极包括多个设置在主电极的开口部分中、且相互之间以一距离分隔开的分离电极。

14、根据权利要求13所述的电子发射显示设备，其中阻抗层形成在所述多个分离电极中每一分离电极的两侧，且在主电极和所述多个分离电极之间。

15、根据权利要求9所述的电子发射显示设备，进一步包括设置在阴电极和门电极之上、并与阴电极和门电极绝缘的聚合电极。

16、根据权利要求9所述的电子发射显示设备，其中分离电极适于提供朝向第二基板的凹等电势线，且分离电极高于电子发射区。

17、一种电子发射显示设备，包括：

第一基板；

面对第一基板的第二基板；

形成在第一基板上的阴电极；

与阴电极交叉、并与阴电极绝缘的门电极；

电连接到阴电极的电子发射区；

形成在第二基板的表面上的荧光体层；和

形成在荧光体层的表面上的阳电极，

其中阴电极包括，具有内部开口部分的主电极，设置在开口部分中、并以一距离与主电极分隔开的分离电极，和配置在主电极和分离电极之间的阻抗层，分离电极具有通孔，

其中电子发射区设置在通孔中，并且

其中分离电极适于提供朝向第二基板的凹等电势线，且分离电极高于电子发射区。

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