CN1956133A - 电子发射装置和采用其的电子发射显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种电子发射装置及采用其的显示器，其中该电子发射装置包括：基板；阴极，形成在基板上；电子发射区域，电连接到阴极上；栅极，同阴极一道设置，并且在阴极和栅极之间夹置有绝缘层，栅极穿过阴极以形成多个交叉区域。这里，至少两行该电子发射区域沿阴极的纵向设置在各交叉区域上，并且在各行上的电子发射区域在栅极纵向上彼此偏离。此外，绝缘层和栅极具有对应于各电子发射区域的开口部分，以暴露该电子发射区域。

Description

电子发射装置和采用其的电子发射显示器
技术领域
本发明涉及电子发射装置和采用电子发射装置的电子发射显示器，特别是，改善了电子发射区域的设置和各单元像素的栅极开口部分由此增加电子发射效率的电子发射装置。
背景技术
通常，根据电子源的种类，电子发射元件可以分类为热阴极型或冷阴极型。
在冷阴极型电子发射元件中，有场发射矩阵(FEA)型、表面传导发射(SCE)型、金属-绝缘体-金属(MIM)型和金属-绝缘体-半导体(MIS)型。
FEA型电子发射元件包括电子发射区域以及阴极和栅极，该阴极和栅极用作驱动电极以控制来自电子发射区域的电子发射。电子发射区域由具有低功函和/或高纵横比的材料形成。例如，电子发射区域由含碳材料形成，如碳纳米管(CNT)、石墨和类钻石碳(DLC)。使用这些用于电子发射区域材料时，当在真空环境(或真空状态)下把电场施加于电子发射区域时，电子容易从这些电子发射区域中发出。
电子发射元件矩阵设置在第一基板上，以形成电子发射装置。光发射单元与荧光层和阳电极一起形成在第二基板上，第二基板与第一基板组合，从而形成电子发射显示器。
就是说，电子发射装置包括电子发射区域和多个用作扫描功能的驱动电极和数据电极，其操作来控制各单元像素的电子发射的开/关和发射量。对于电子发射显示器，从电子发射区域发出的电子激发荧光层，从而发光或显示所需的图像。
对于典型的FEA型电子发射装置，阴极、绝缘层和栅极依次形成在基板上，而开口部分形成在栅极和绝缘层上以部分暴露阴极表面。电子发射区域形成在开口部分内的阴极上。同样，对于各单元像素(或像素单元)，典型地沿阴极的纵向方向连续设置电子发射区域。
就上述结构而言，随着各单元像素的电子发射区域数量的增加，电子发射均匀性增强，并且降低了驱动电压。然而，通过绝缘层和栅极的开口部分围绕各电子发射区域的结构，因为栅极开口部分的尺寸需要减少和/或电子发射区域之间的距离需要缩短，所以在工艺(或制造工艺)中增加电子发射区域数量相当困难。
此外，通过上述结构的电子发射装置，由于阴极和栅极之间的电压差，电场形成在电子发射区域周围，并且由于该电场而从电子发射区域中发出电子。由于电子发射区域和栅极沿第一基板的一方向(或表面方向)彼此分隔，所以一些电子倾斜地(或以倾斜的方式)从电子发射区域中发出，并且朝向相反的基板撒布(或扩散)。
从而，电子在相应的像素上与荧光层碰撞，也在其相邻的其它像素上与荧光层碰撞，由此引起不正确彩色光的发射并且降低了显示质量。因此，有必要开发减少或防止电子束撒布的结构。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种改进的电子发射装置，其增加了电子发射的均匀性，降低了驱动电压，并且减少或防止电子束撒布，以因此减小不正确彩色光的发射。
本发明的另一个方面是提供电子发射显示器，其采用该改进的电子发射装置。
根据本发明的实施例，电子发射装置包括：基板；形成在该基板上的多个第一电极；电连接到该第一电极上的多个电子发射区域；多个第二电极，随同该第一电极设置，且在该第一电极和该第二电极之间夹置有绝缘层，该第二电极与该第一电极交叉以形成多个交叉区域。这里，至少两行电子发射区域沿第一电极的纵向设置在各交叉区域上，并且在各行上的电子发射区域在第二电极的纵向上彼此偏离。另外，绝缘层和第二电极具有对应于各电子发射区域的多个开口部分，以暴露电子发射区域。
在一个实施例中，电子发射区域的至少两行之一中的电子发射区域之一设置成对应于电子发射区域的至少两行的另一个中的两个电子发射区域之间的中心。
在一个实施例中，至少两行电子发射区域对于各交叉区域以锯齿形设置。
在一个实施例中，电子发射区域包括选自于由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、钻石、类钻石碳、C60、硅纳米丝及其组合所组成的组中的至少一种材料。
在一个实施例中，电子发射装置还包括聚焦电极，通过在该第二电极和该聚焦电极之间插入附加绝缘层而设置在该第二电极之上，其中该附加绝缘层和该聚集电极具有形成在每个交叉区域上的开口部分，以暴露在每个交叉区域上的该第二电极的开口部分。
在一个实施例中，至少两行电子发射区域设置在各交叉区域上，其中在垂直于至少两行电子发射区域的位置，聚焦电极的开口部分包括：短距离区域，其中该聚焦电极的开口部分的一个侧端和该第二电极开口部分相应的一个的同一侧端彼此间隔开第一间距A；和长距离区域，其中该聚焦电极开口部分的相对侧端和该第二电极该开口部分的相应的一个的相对侧端彼此间隔开第二间距B，其中该长距离区域的纵横T/B为该短距离区域的纵横比T/A的1/2以下，并且其中T表示附加绝缘层的厚度。
在一个实施例中，第一电极是阴极，而第二电极是栅极。
根据本发明的另一个实施例，电子发射显示器包括：具有第一基板的电子发射装置，形成在第一基板上的多个第一电极，电连接到第一电极上的多个电子发射区域，以及多个第二电极，随同该第一电极设置，且在该第一电极和该第二电极之间夹置有绝缘层，该第二电极与该第一电极交叉以形成多个交叉区域，其中，至少两行电子发射区域沿第一电极的纵向设置在各交叉区域上，并且在各行上的电子发射区域在第二电极的纵向上彼此偏离，并且其中绝缘层和第二电极具有对应于各电子发射区域的多个开口部分，以暴露该电子发射区域。另外，电子发射显示器包括：第二基板，面对第一基板；三色荧光层，形成在第二基板表面上；和阳极，形成在荧光层表面上，其中荧光层设置在各交叉区域上，以便荧光层中的单色荧光层对应于每个交叉区域。
附图说明
附图与说明书一起，图示了本发明的示范性实施例，并且与描述一起，用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明实施例的电子发射显示器的局部分解透视图。
图2是图1所示电子发射显示器的局部截面图。
图3是图1所示电子发射装置的局部平面图。
图4A是沿图3中I-I线剖取的电子发射装置的局部截面图。
图4B是沿图3中II-II线剖取的电子发射装置的局部截面图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，通过图示方式，仅展示和描述本发明的具体的示范性实施例。本领域的技术人员应该认识到，所描述的示范性实施例可以作各种修改，而都不脱离本发明的精神或范围。因此，附图和描述实际上视作示范性的而非限制性的。
图1和2是根据本发明实施例的电子发射显示器1的局部分解透视图和局部截面图，而图3是如图1所示的电子发射装置100的局部平面图。
如图所示，电子发射显示器1包括第一基板10和第二基板12，彼此以一定距离(其中它们之间的距离可以为预定值)平行面对。第一基板10和第二基板12通过密封构件(未示出)在其周边彼此密封以形成容器，该容器的内部空间抽空成处于约10-6托(Torr)的真空状态(或真空度)，因此构成真空容器(或腔体)。
电子发射元件的阵列设置在面对第二基板12的第一基板10的表面上，以与第一基板10一起形成电子发射装置100。电子发射装置100与第二基板12一起形成电子发射显示器1。这里，光发射单元110设置在第二基板12上。
称为第一电极的阴极14，沿第一基板10的第一方向(附图中的y-轴方向)在第一基板10上形成条纹图案，而第一绝缘层16形成在第一基板10的整个表面区域上，以便其覆盖阴极14。称为第二电极的栅极18，在垂直于阴极14(附图中的x-轴方向)在第一绝缘层16上形成条纹图案。
单元像素分别形成在阴极14和栅极18的交叉区域上。对于各单元像素，多个电子发射区域20形成在阴极14上。开口部分161和181形成在对应于各电子发射区域20的第一绝缘层16和栅极18上，以在第一基板10上暴露电子发射区域20。
形成电子发射区域20的材料为，在真空环境(或状态)下当电场施与其上时发射电子的材料，例如含碳材料和/或纳米(nm)尺度。电子发射区域20由CNT、石墨、石墨纳米纤维、DLC、C60、硅纳米丝及其组合通过丝网印刷术、直接生长、溅射法和/或化学汽相沉积(CVD)而形成。
在此实施例中，为(或在)各单元像素沿阴极14的纵向方向设置至少两行电子发射区域20，在各行上的电子发射区域20在栅极18的纵向上彼此偏离(或移位)。开口部分161和181也分别形成在第一绝缘层16和栅极18上，对应于电子发射区域20的设置。
附图中所图示的是，两行电子发射区域20沿阴极14的纵向方向设置，而各行上的电子发射区域20在栅极18的纵向上彼此偏离。即，电子发射区域20以锯齿形设置。设置在一行上的电子发射区域20之一可以对应于纵向上设置在栅极18另一行上的两个电子发射区域20之间的中心设置。
就电子发射区域20和栅极开口部分181的这种排列而言，对于各单元像素，可以提高电子发射区域20的集成度(以因此增加电子发射区域的数量)而不导致任何不希望的变形，如栅极开口部分181尺寸的减少或栅极开口部分181之间距离的缩小，因此适于有效地增加电子发射区域20的数量。
称为第三电极的聚焦电极22形成在栅极18和第一绝缘层16上。第二绝缘层24设置在聚焦电极22的下面以使栅极18和聚焦电极22彼此绝缘。开口部分221和241形成在聚焦电极22和第二绝缘层24上以通过电子束。
在此实施例中，开口部分241和221以一一对应关系形成在各单元像素的第二绝缘层24和聚焦电极22上，以便每个开口部分暴露各单元像素所有栅极开口部分181。这样，聚焦电极22聚集地聚焦对应的单元像素发射的电子。
由于电子发射区域20和栅极开口部分181的该排列结构，沿栅极18纵向进行的聚焦电极22的开口部分221构造成比传统开口部分宽度大。通过下面更详细解释的优化结构，提高了聚焦电极22的聚集效率。
图4A和4B是分别沿图3中I-I和II-II线剖取的电子发射装置的局部截面图。
如图4A所示，基于附图，电子发射区域201位于左侧行上，而暴露它的栅极18的开口部分182偏向聚焦电极22的开口部分221内部的左侧。就聚焦电极22的开口部分221而言，它的一个侧端与栅极18的开口部分182的同一侧端沿第一基板10的第二方向(或表面方向)(在附图x-轴方向上)在电子发射区域20左侧以第一间距A分隔，并且在电子发射区域20的右侧，它的相对侧端与栅极18的开口部分182的相对侧端以大于第一间距A的第二间距B分隔。
如图4B所示，基于附图，电子发射区域202位于右侧行上，而暴露它的栅极18的开口部分183偏向聚焦电极22的开口部分221内部的右侧。就聚焦电极22的开口部分221而言，它的一个侧端与栅极18的开口部分182的同一侧端沿第一基板10的第二方向(或表面方向)(在附图x-轴方向上)在电子发射区域20右侧以第一间距A分隔，并且在电子发射区域20的左侧，它的相对侧端与栅极18的开口部分182的相对侧端以大于第一间距A的第二间距B分隔。
当沿x-轴方向竖直观看电子发射装置100时，聚焦电极22的开口部分221划分成短距离区和长距离区域，在短距离区中聚焦电极22的开口部分221的一个侧端和栅极18的开口部分182和183的同一侧端彼此以第一间距A分隔，而在长距离区中聚焦电极22的开口部分221的相对侧端和栅极18的开口部分182和183的相对侧端彼此以第二间距B分隔。长距离区域的纵横比T/B确定为短距离区域的纵横比T/A的1/2以下。并且T的值表示第二绝缘层24的厚度，其为沿第一基板10的第三方向(或厚度方向)(在附图的z-轴方向上)的栅和聚焦电极18和22之间的距离。
相对于位于长距离区域的电子发射区域20，满足上述条件的聚焦电极22发挥了增加电子束聚集效率的作用，并且相对于设置在短距离区域的电子发射区域20，因聚焦电极22而抑制了过聚焦(over-focusing)，由此降低或防止所发射的电子被聚焦电场截取。
回过来参照图1和2，带红、绿和蓝荧光层26R、26G和26B的荧光层26形成在面对第一基板10的第二基板12的表面上，以便它们彼此分隔一定距离，并且黑色层28设置在各荧光层26之间，以增强屏幕对比度。荧光层26按一一对应关系对于在第一基板10上确定的各像素(或子-像素)而设置。
阳极30由如铝(Al)的金属材料形成在荧光层26和黑色层28上。阳极30接受来自外部电源的加速电子束所需的高电压，以使荧光层26处在高电压状态，并反射自荧光层26发出的可见光以朝向第二基板12的第一基板10，从而增加屏幕亮度。
或者，阳极可以用透明传导材料形成，如铟锡氧化物(ITO)，来代替金属材料。在这种情况下，阳极设置在第二基板12和荧光层26及黑色层28的表面之间的荧光层26和黑色层28的表面上。此外，也可以同时使用透明导体层和金属层作为阳极。
如图2所示，多个间隔物32设置在第一基板10和第二基板20之间，以承受施与真空容器上的压力来稳定地保持(或维持)两个基板10和20之间的距离。间隔物32设置在黑色层28的区域上，以便它们不侵入荧光层26的区域。
上述结构的电子发射显示器通过应用来自一个或多个外电源的电压(其可以为预定电压)到阴极14、栅极18、聚焦电极22和阳极30来驱动。
例如，当阴极14接收扫描驱动电压以作为扫描电极时，栅极18接收数字驱动电压以作为数据电极(或反之亦然)。聚焦电极22接收聚焦电子束所需的电压，例如，0V或范围从几伏到几十伏的负直流电压。阳极30接收加速电子束所需的电压，例如，范围从几百到几千伏的正直流电压。
然后，在像素电场形成在电子发射区域20周围，其中阴极14和栅极18之间的电压差超过临界值，并且电子由于电场而从电子发射区20中发出。所发射的电子在中心聚焦成电子束捆，而通过聚焦电极22的开口部分221。聚集电子束然后由施与阳极30的高电压吸引，并在相应的像素上向荧光层26碰撞，从而激发它们发光。
对于根据本发明实施例的电子发射显示器的驱动程序，电子发射区域20和栅极开口部分181以高集成度设置，以便各单元像素电子发射区20的数量增加，从而增加电子发射的均匀性并且降低驱动电压。此外，对于根据本发明实施例的电子发射显示器，聚焦电极22的聚集效率因其中开口部分221的形状而提高，因此降低或防止显示质量因不正确的彩色光发射而变差。
如上所述，对于根据本发明实施例的电子发射显示器，增加了各单元像素的电子发射区域的数量，以因此增加电子发射均匀性，降低驱动电压，并且增加电子发射区域上所发射的电子数量，从而实现高亮度显示屏。此外，对于根据本发明实施例的电子发射装置，提高了电子束聚集效率，以减少或防止不正确的彩色光发射，从而实现高质量显示屏。
尽管参照具体的示范性实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员可以理解的是，本发明不限于所揭示的实施例，而相反旨在覆盖包括权利要求的精神和范围内的各种修改和它们的等同特征。

Claims (18)

1、一种电子发射装置，包括：
基板；
形成在该基板上的多个第一电极；
电连接到该第一电极上的多个电子发射区域；和
多个第二电极，随同该第一电极设置，且在该第一电极和该第二电极之间夹置有绝缘层，该第二电极与该第一电极交叉以形成多个交叉区域，
其中至少两行电子发射区域沿该第一电极的纵向方向设置在各交叉区域上，并且该电子发射区域在各行上于该第二电极纵向上彼此偏离，并且
其中，该绝缘层和该第二电极具有对应于该各电子发射区域的多个开口部分，以暴露该电子发射区域。
2.如权利要求1所述的电子发射装置，其中该电子发射区域的至少两行之一中的电子发射区域之一设置成对应于该电子发射区域至少两行的另一个中的两个电子发射区之间的中心。
3.如权利要求1所述的电子发射装置，其中至少两行该电子发射区域对于各交叉区域以锯齿形设置。
4.如权利要求1所述的电子发射装置，其中该电子发射区域包括选自于由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、钻石、类钻石、C60、硅纳米线及其组合所组成的组中的至少一种材料。
5.如权利要求1所述的电子发射装置，还包括：
聚焦电极，通过在该第二电极和该聚焦电极之间插入附加绝缘层而设置在该第二电极之上，其中该附加绝缘层和该聚集电极具有形成在每个交叉区域上的开口部分，以暴露在每个交叉区域上的该第二电极的开口部分。
6.如权利要求5所述的电子发射装置，其中至少两行该电子发射区域设置在各交叉区域上，
其中，在垂直于该至少两行的电子发射区域位置，该聚焦电极的开口部分包括：短距离区域，其中该聚焦电极的开口部分的一个侧端和该第二电极开口部分相应的一个的同一侧端彼此间隔开第一间距A；和长距离区域，其中该聚焦电极开口部分的相对侧端和该第二电极该开口部分的相应的一个的相对侧端彼此间隔开第二间距B，
其中该长距离区域的纵横T/B为该短距离区域的纵横比T/A的1/2以下，并且
其中T表示该附加绝缘层的厚度。
7.如权利要求6所述的电子发射装置，其中该第一电极是阴极，而该第二电极是栅极。
8.如权利要求5所述的电子发射装置，其中该第一电极是阴极，而该第二电极是栅极。
9.如权利要求1所述的电子发射装置，其中该第一电极是阴极，而该第二电极是栅极。
10.一种电子发射显示器，包括：
电子发射装置，包括：第一基板；多个第一电极，形成在该第一基板上；多个电子发射区域，电连接到该第一电极和多个第二电极上；多个第二电极，随同该第一电极设置，且在该第一电极和该第二电极之间夹置有绝缘层，该第二电极与该第一电极交叉以形成多个交叉区域，
其中至少两行电子发射区域沿该第一电极的纵向方向设置在各交叉区域上，并且该电子发射区域在自行上于该第二电极的纵向上彼此偏离，并且其中该绝缘层和该第二电极具有对应于各电子发射区域的多个开口部分，以暴露该电子发射区域；和
第二基板，面对该第一基板；
三色荧光层，形成在该第二基板的表面上；和
阳极，形成在该荧光层的表面上，
其中该荧光层设置在该各交叉区域上，以便该荧光层的单色荧光层对应于每个交叉区域。
11.如权利要求10所述的电子发射显示器，其中该电子发射区域的至少两行之一中的电子发射区域之一设置成对应于该电子发射区域至少两行的另一个中的两个电子发射区之间的中心。
12.如权利要求10所述的该电子发射显示器，其中该至少两行电子发射区域对于各交叉区域以锯齿形设置。
13.如权利要求10所述的电子发射显示器，其中该电子发射区域包括选自于由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、钻石、类钻石碳、C60、硅纳米丝及其组合所组成的组中的至少一种材料。
14.如权利要求10所述的电子发射显示器，还包括：
聚焦电极，通过在该第二电极和该聚焦电极之间插入附加绝缘层而设置在该第二电极之上，其中该附加绝缘层和该聚集电极具有形成在每个交叉区域上的开口部分，以暴露在每个交叉区域上的该第二电极的开口部分。
15.如权利要求14所述的电子发射显示器，其中该至少两行电子发射区域设置在各交叉区域上，
其中，在垂直于该至少两行的电子发射区域位置，该聚焦电极的开口部分包括：短距离区域，其中该聚焦电极的开口部分的一个侧端和该第二电极开口部分相应的一个的同一侧端彼此间隔开第一间距A；和长距离区域，其中该聚焦电极开口部分的相对侧端和该第二电极该开口部分的相应的一个的相对侧端彼此间隔开第二间距B，
其中该长距离区域的纵横T/B为该短距离区域的纵横比T/A的1/2以下，并且
其中T表示该附加绝缘层的厚度。
16.如权利要求15所述的电子发射显示器，其中该第一电极是阴极，而该第二电极是栅极。
17.如权利要求14所述的电子发射显示器，其中该第一电极是阴极，而该第二电极是栅极。
18.如权利要求10所述的电子发射装置，其中该第一电极是阴极，而该第二电极是栅极。
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