CN1956135A - 一种间隔装置以及具有间隔装置的电子发射显示器 - Google Patents

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Abstract

一种能有效释放感应电流的电子的间隔装置，以及一种具有该间隔装置的电子发射显示器，包括：主体，其设置于分别具有第一电极层和第二电极层的第一基板和第二基板之间，以及形成于该主体侧面的覆盖层。该覆盖层具有接触该第一电极层和第二电极层之一的第一部分和形成于该主体侧面的中心部分之上的第二部分。该第一部分的厚度大于该第二部分的厚度。

Description

一种间隔装置以及具有间隔装置的电子发射显示器
技术领域
本发明涉及一种位于两个基板之间的间隔装置以形成一真空包来在基板之间保持一定的间隔，本发明还涉及一种具有该间隔装置的电子发射显示器。
背景技术
通常地，排列在电子发射设备上的电子发射器件被分为使用热阴极作为电子发射源的器件和使用冷阴极作为电子发射源的器件。
有几种类型的冷阴极电子发射器件，包括：场发射器阵列(FEA，FieldEmitter Array)器件、表面传导发射器(SCE，Surface Conduction Emitter)器件、金属-绝缘体-金属(MIM，Metal-Insulator-Metal)器件和金属-绝缘体-半导体(MIS，Metal-Insulator-Semiconductor)器件。
MIM器件包括第一金属层和第二金属层以及介于该第一金属层和第二金属层之间的绝缘层。MIS器件包括金属层和半导体层以及介于该金属层和半导体层之间的绝缘层。在MIM器件中，当一定的电压被施加于第一金属层和第二金属层时，根据遂道效应现象，从该第一金属层产生的电子通过该绝缘层到达该第二金属层。在到达该第二金属层的电子中，一些能量高于该第二金属层功函的电子从该第二金属层被发射出。在该MIS器件中，当一定的电压被施加于其金属层和半导体层时，根据遂道效应现象，从该半导体层产生的电子通过该绝缘层到达该金属层。在到达该金属层的电子中，一些能量高于该金属层功函的电子从该金属层被发射出。
SCE器件包括相面对的第一电极和第二电极以及介于该第一电极和第二电极之间的传导层。细裂缝被排列于该传导层以形成电子发射区。当一定的电压施加在该第一电极和第二电极以允许电流沿该传导层的表面流动时，电子从该电子发射区被发射出。
该FEA器件利用的原理为：当具有相对较低功函或相对较大的纵横比的材料被用来作为电子源，电子在真空环境下通过电场被有效地发射出。目前，电子发射区由具有相对较低功函或相对较大纵横比的材料构成，比如：钼基材料、硅基材料和碳基材料如碳纳米管、石墨和类钻碳，这样，当在真空环境下电场被施加于该类材料时，电子可以被有效的发射出。当电子发射区由钼基材料或硅基材料构成时，这些电子发射区做成尖头电极结构。
电子发射器件被排列在基板之上以形成电子发射设备。该电子发射设备与另一设置有光发射单元的基板相结合以提供一种电子发射显示器，该光发射单元包括荧光层和阳电极。
该电子发射设备包括电子发射区和大量作为扫描和数据电极的驱动电极。通过对电子发射区和驱动电极的操作，对每一象素的开/关操作以及电子发射量进行控制。该电子发射显示器使用从电子发射区发射出的电子激发荧光层来显示预定的图像。
另外，还有大量的间隔装置被设置于真空包中以防止基板被该真空包的内部和外部的压差所损坏或击碎。
这些间隔装置被暴露在该真空包的内部空间，从电子发射器射出的电子在该真空包内迁移。所以，该间隔装置通过电子与其的碰撞被正电或负电地充电。该被充电的间隔装置可能由于吸引或排斥电子而扭曲电子波束路径，从而降低电子发射显示器的颜色复制和亮度的质量。
为了防止电子波束路径的改变，该间隔装置可被覆盖一种绝缘材料或者可连接电极以向外部释放在该间隔装置上积累的电荷。然而，由于该覆盖层的厚度小于1μm，因此其不能有效接触电极。
发明内容
本发明提供了一种间隔装置，通过改变形成于该间隔装置侧面的覆盖层的厚度其电子传导效率被最大限度的提高，本发明还提供了一种具有该间隔装置的电子发射显示器。
在本发明实施例中，一种间隔装置，包括：主体，用于将分别具有第一电极层和第二电极层的第一基板和第二基板间隔开；覆盖层，形成于该主体的侧面；其中，该覆盖层具有接触第一电极层和第二电极层之一的第一部分和形成于该主体的侧面的中心部分的第二部分，且该第一部分的厚度大于该第二部分的厚度。
该覆盖层可包括接触第二电极层的上覆盖层、接触第一电极层的下覆盖层和将上覆盖层和下覆盖层连为一体的中心层；其中，至少该上覆盖层和下覆盖层中的一个的厚度从于中心覆盖层连接的部分向所述主体的一端逐渐增加。
在本发明另一实施例中，一种电子发射显示器，包括：第一基板和第二基板，相互面对以形成真空包；电子发射单元，设置于该第一基板上；光发射单元，设置于第二基板上；间隔装置，设置于该第一基板和第二基板之间；该间隔装置包括：主体，设置于分别具有第一电极层和第二电极层的第一基板和第二基板之间；覆盖层，形成于该主体的侧面；其中，该覆盖层具有接触第一电极层和第二电极层之一的第一部分和形成于该主体的侧面的中心部分的第二部分，且该第一部分的厚度大于该第二部分的厚度。
该覆盖层可包括：一个用于接触所述光发射单元的上覆盖层，一个用于接触电子发射单元的下覆盖层，以及一个将上覆盖层和下覆盖层连为一体的中心层；至少该上覆盖层和下覆盖层中的一个的厚度从与中心覆盖层连接的部分向所述主体的一端逐渐增加。
所述主体的厚度可为均匀的，而至少所述上覆盖层和下覆盖层中的一个的厚度变化。
至少所述上覆盖层和下覆盖层中的一个的厚度增加率可为恒定的。
或者，至少所述上覆盖层和下覆盖层中的一个的厚度增加率可为上升的。
或者，主体可具有对应于所述上覆盖层和下覆盖层中至少一个的第一部分；并且，该主体的第一部分的厚度可向该主体的另一端逐渐减少。此时，所述间隔装置的厚度可为均匀的。
所述主体的第一部分的厚度减少率可为恒定的。
所述主体的第一部分的厚度减少率可为上升的。
所述上覆盖层、下覆盖层和中心覆盖层满足如下条件：
T2/T1＜5
其中，T1为中心覆盖层的厚度，T2为上覆盖层和下覆盖层之一的最大厚度。
所述上覆盖层可包括从由氧化铬Cr2O3、氮化钛TiN、氧化锆ZrO2、类钻碳以及上述几项的组合物构成的组合中选择的材料。
所述电子发射单元可包括：阴电极和门电极，形成于第一基板并相互绝缘；电子发射区，连接阴电极；聚焦电极，形成于该阴电极和门电极之上并与二者绝缘。
所述间隔装置可被设置于所述聚焦电极之上。
所述电子发射区可包括从由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、钻石、类钻碳、C60、硅纳米导线以及上述几项的组合物构成的组合中选择的材料。
附图说明
对于本发明的更完整的了解以及本发明所带来的有益效果将显而易见，正如这些通过参考以下结合附图的详细描述变得更好理解，附图中，相同的参考标记指示相同或相似的部件；
图1A为基于本发明第一实施例的电子发射显示器的部分被断开的分解透视图；
图1B为图1A的部分A的放大视图；
图2为图1A的电子发射显示器的部分被断开的剖面视图；
图3为图1A的电子发射显示器的间隔装置、聚焦电极和第二绝缘层的放大剖面视图；
图4为基于本发明第二实施例的电子发射显示器的间隔装置、聚焦电极和第二绝缘层的放大剖面视图；
图5为基于本发明第三实施例的电子发射显示器的间隔装置、聚焦电极和第二绝缘层的放大剖面视图；
图6为基于本发明第四实施例的电子发射显示器的间隔装置、聚焦电极和第二绝缘层的放大剖面视图。
具体实施方式
参照附图本发明将被更充分的描述，其中本发明实施例被示出。虽然，本发明可能体现为多种不同形式，但其不应被解释为局限于这里所列举的实施例，而这些实施例的提出是为了以使本次公开彻底、完整，并向本领域技术人员充分传达本发明的概念。在任何可能的情况下，相同的标号将被用于每一附图来指示相同或相似的部件。
图1A到图3示出基于本发明第一实施例的电子发射显示器。
首先参见图1A、1B和2，基于本发明第一实施例的电子发射显示器1包括第一基板和第二基板2和4，其分别以预定的间隔相互面对。密封构件(未被示出)被分别提供于该第一基板和第二基板2和4的外围，以将这两个基板密封在一起。由该第一基板和第二基板2和4分别与该密封构件限定出的空间抽出气体而构成一个真空度被保持为大约10-6托的真空包。
电子发射单元101包括排列于第一基板2的电子发射区6以及驱动电极，如分别用于控制电子发射区域6的电子发射的阴电极和门电极8和10。
在本实施例中，阴电极8沿某一方向(图1中沿Y轴)被排列成条纹图案，并且第一绝缘层12被形成于第一基板2之上以充分覆盖阴电极8。门电极10沿某一方向(图1中沿X轴)在第一绝缘层之上被排列成条纹图案以便与阴电极8以直角交叉。
一个或多个电子发射区6被各自形成于阴电极8和门电极10的交叉区域。对应于电子发射区6的开口122和102形成为透过第一绝缘层12和门电极10露出该电子发射区6。
在本实施例中，举例示出了电子发射区6被形成为圆形并沿着阴电极的长度排列的实例，但本发明并不限于该实例。
该电子发射区6由某种材料构成，比如：含碳的材料或纳米材料，在真空环境下当有某电场被施加于该种材料之上时，该种材料将发射出电子。例如，该电子发射区6可由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、钻石、类钻碳、C60、硅纳米导线或上述各项的组合物构成。
同时，在本实施例中，还示出了门电极10被设置于阴电极之上且二者之间插入第一绝缘层12的实例。然而，本发明并不限于该实例。即，阴电极8可被设置于门电极10之上。此种情况下，电子发射区可被形成于第一绝缘层之上并接触阴电极8的表面。
第二绝缘层14被形成于第一绝缘层12以覆盖门电极10，并且聚焦电极16被形成于第二绝缘层14。
开口142和162形成为透过聚焦电极16和第二绝缘层14来露出电子发射区6。该开口142和162分别对应于每一阴电极和门电极6和10的交叉区域(以下，指“单位象素区域”)。该聚焦电极16可被形成于第二绝缘层之上的第一基板2的整个表面，或者可被形成为具有多个区域的预定图案。
该电子发射器件包括：第一绝缘层和第二绝缘层12和14各自的一部分、聚焦电极16和每一单位象素区域上至少一个电子发射区6。
下面更详细描述光发射单元。用于加强图像对比效果的荧光层18和黑层20形成于第二基板4之面对第一基板的表面上。各阳电极22，其由金属层构成如铝，分别形成于该荧光层和黑层18和20。
该阳电极22用于通过接收一定的高电压并将由荧光层18辐射到第一基板2的可见光线反射到第二基板4来提高屏幕亮度，该高电压是用来加速电子波束的。该阳电极22被设置于第二基板4的有效区域。
该阳电极可为透明导电层，其由诸如铟氧化锡(ITO)的非金属层构成。此种情况下，该阳电极被分别形成于荧光层和黑层18和20面对第二基板4的表面上。或者，该阳电极可包括金属层和透明导电层。
各间隔装置24分别设置于第一基板和第二基板2和4之间，用于各自在该第一基板和第二基板2和4之间不变地保持一间隔以抗衡外部的压力。这些间隔装置24被设置在黑层20的局部以避免干扰荧光层18。
在本实施例中，该间隔装置24包括主体26和形成于主体侧面并具有可变厚度的覆盖层28。
该间隔装置24的主体26可由矩形或圆形的柱体或者墙壁状的陶瓷或玻璃构成。
如图1B和图2所示，该覆盖层28包括接触阳电极22的上覆盖层282、接触聚焦电极16的下覆盖层284和将该上覆盖层282和下覆盖层284连成一体的中心覆盖层286。
如图3所示，该下覆盖层284的厚度从连接该中心覆盖层286的部分向该主体26的下端到连接聚焦电极16的部分逐渐增加。就是，该下覆盖层的厚度大于该中心覆盖层286。所以，该下覆盖层284与聚焦电极16的接触区域变大以减小覆盖层28的阻抗。
同样的，上覆盖层282的厚度从连接该中心覆盖层286的部分向该主体26的上端到连接阳电极22的部分逐渐增加。
该下覆盖层284的最大厚度T2可达到该中心覆盖层286的厚度T1的五倍(T2/T1＜5)。当该下覆盖层284的最大厚度T2大于该中心覆盖层286的厚度T1的五倍时，生产过程中可能出现困难，并且当该间隔装置被放置于真空包中时该下覆盖层284可能破裂。
该下覆盖层284的厚度增加率可为恒定的。就是，该下覆盖层284的厚度增加以使该覆盖层284的断面形状呈直线变化。
正如以上所述，该覆盖层28形成于主体26的侧面之上并分别接触阳电极和聚焦电极22和16，从而允许微弱的电流通过覆盖层28分别在阳电极和聚焦电极22和16之间流动。在这一点上，由于该上覆盖层和下覆盖层282和284的厚度分别向聚焦电极和阳电极16和22增加，覆盖层的阻抗减小了，从而该通过覆盖层284的电流能够被有效实现。
该覆盖层284可由氧化铬(Cr2O3)、氮化钛(TiN)、氧化锆(ZrO2)、类钻碳或上述几项的组合物构成。
该覆盖层283可通过电子束淀积、溅射或喷镀处理而形成。这里，掩膜可能被用来形成该具有可变厚度的覆盖层。
图4示出了基于本发明第二实施例的电子发射显示器的间隔装置、聚焦电极和第二绝缘层。本实施例中，下覆盖层288的厚度增加率向下增加使得该下覆盖层288的断面形状为曲线状。
在前述实施例中，举例示出了主体26的厚度为均匀的而下覆盖层284和288的厚度变化的实例。然而，本发明并不限于此实例。即，下覆盖层可以具有通过变化主体厚度而可变的厚度。
图5示出了基于本发明第三实施例的电子发射显示器的间隔装置、聚焦电极和第二绝缘层，且图6为基于本发明第四实施例的电子发射显示器的间隔装置、聚焦电极和第二绝缘层的放大剖视图。
参照图5，间隔装置30具有主体32，该主体32下部的厚度逐渐向下减少，还具有形成于主体32侧面的覆盖层34来使该间隔装置的整体的厚度均匀。所以，下覆盖层342的厚度按主体32的厚度减少率而向下增加。该主体32下部的厚度减少率为恒定的。
参照图6，主体36下部的厚度按逐渐增加的厚度减少率逐渐向下减少。因此，该主体36的下部的剖面形状可呈曲线状。
应用于下覆盖层的结构、材料、形状以及厚度变化率可以与应用于上覆盖层的相同。
虽然，具有FEA器件的电子发射显示器在上述实施例中作为实例，但本发明并不限于该实例。即，本发明还可应用于具有其它类型电子发射器件的电子发射显示器，如：SCE器件、MIM器件或MIS器件。
基于本发明，由于间隔装置具有可变的覆盖层，该覆盖层与聚焦电极之间的和/或该覆盖层与阳电极之间的接触区域可以增大，从而减少与电极的接触错误。因此，该间隔装置的电导率被提高了，从而通过该覆盖层有效排放次生电子到外侧。
虽然，以上本发明实施例已被详细描述，但应该明确地理解这里所述的基本的创造性概念的各种变换和/或修改仍落在附加的权利要求所限定的本发明的精神和保护范围之内。

Claims (16)

1、一种间隔装置，包括：
主体，用于将分别具有第一电极层和第二电极层的第一基板和第二基板间隔开；
覆盖层，形成于该主体的侧面；
其中，该覆盖层具有接触该第一电极层和第二电极层之一的第一部分和形成于该主体的侧面的中心部分的第二部分，且该第一部分的厚度大于该第二部分的厚度。
2、如权利要求1所述的间隔装置，其中，该覆盖层包括一个用于接触第二电极层的上覆盖层、一个用于接触第一电极层的下覆盖层和一个将该上覆盖层和下覆盖层连成一体的中心层；其中，至少该上覆盖层和下覆盖层中的一个的厚度从与中心覆盖层连接的部分向所述主体的一端逐渐增加。
3、一种电子发射显示器，包括：
第一基板和第二基板，相互面对以形成真空包；
电子发射单元，设置于该第一基板上；
光发射单元，设置于该第二基板上；
间隔装置，设置于该第一基板和第二基板之间；
其中，该间隔装置包括：
主体，设置于分别具有第一电极层和第二电极层的第一基板和第二基板之间；
覆盖层，形成于该主体的侧面；
其中，该覆盖层具有接触该第一电极层和第二电极层之一的第一部分和形成于该主体的侧面的中心部分的第二部分，且该第一部分的厚度大于该第二部分的厚度。
4、如权利要求3所述的电子发射显示器，其中，该覆盖层包括：接触所述光发射单元的上覆盖层，接触所述电子发射单元的下覆盖层，以及将该上覆盖层和下覆盖层连成一体的中心层；
其中，至少该上覆盖层和下覆盖层中的一个的厚度从与中心覆盖层连接的部分向所述主体的一端逐渐增加。
5、如权利要求4所述的电子发射显示器，其中，所述主体的厚度为均匀的；其中，至少所述上覆盖层和下覆盖层中的一个的厚度变化。
6、如权利要求5所述的电子发射显示器，其中，至少所述上覆盖层和下覆盖层中的一个的厚度增加率为恒定的。
7、如权利要求5所述的电子发射显示器，其中，至少所述上覆盖层和下覆盖层中的一个的厚度增加率是上升的。
8、如权利要求4所述的电子发射显示器，其中，所述主体具有对应于所述上覆盖层和下覆盖层中至少一个的第一部分；
其中，该主体的第一部分的厚度向该主体的另一端逐渐减少。
9、如权利要求8所述的电子发射显示器，其中，所述间隔装置的厚度为均匀的。
10、如权利要求8所述的电子发射显示器，其中，所述主体的第一部分的厚度减少率为恒定的。
11、如权利要求8所述的电子发射显示器，其中，所述主体的第一部分的厚度减少率是上升的。
12、如权利要求4所述的电子发射显示器，其中，所述上覆盖层、下覆盖层和中心覆盖层满足如下条件：
T2/T1＜5
其中，T1为中心覆盖层的厚度，T2为上覆盖层和下覆盖层之一的最大厚度。
13、如权利要求4所述的电子发射显示器，其中，所述上覆盖层包括从由氧化铬Cr2O3、氮化钛TiN、氧化锆ZrO2、类钻碳以及上述几项的组合物构成的组合中选择的材料。
14、如权利要求3所述的电子发射显示器，其中，所述电子发射单元包括：
阴电极和门电极，形成于所述第一基板并相互绝缘；
电子发射区，连接该阴电极；
聚焦电极，形成于该阴电极和门电极之上并与二者绝缘。
15、如权利要求14所述的电子发射显示器，其中，所述间隔装置被设置于所述聚焦电极之上。
16、如权利要求14所述的电子发射显示器，其中，所述电子发射区包括从由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、钻石、类钻碳、C60、硅纳米导线以及上述几项的组合物构成的组合中选择的材料。
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