CN1959909A - 电子发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子发射装置。该电子发射装置包括：第一基底和第二基底，彼此面对；阴极电极，形成在第一基底上；电子发射区，形成在阴极电极上；绝缘层，形成在阴极电极上并被设置有与电子发射区对应的开口；栅电极，形成在绝缘层上并被设置有与电子发射区对应的开口。绝缘层的开口的宽度H1等于或大于绝缘层的厚度T1的两倍。

Description

电子发射装置

                        技术领域

本发明涉及一种可以提高电子发射效率的电子发射装置。

                        背景技术

电子发射装置通常分为利用热阴极作为电子发射源的装置和利用冷阴极作为电子发射源的装置。

现有许多类型的冷阴极电子发射元件，包括场发射阵列(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型电子发射装置利用的原理是，当逸出功相对低或者开口率相对大的材料被用作电子源时，在真空气氛下由电场有效地发射电子。近来，已经开发出由碳基材料比如碳纳米管、石墨和类金刚石碳形成的电子发射区。

典型的FEA型电子发射装置包括具有彼此面对的第一基底和第二基底的真空包壳(envelope)。电子发射区以及阴极电极和栅电极形成在第一基底上，其中，阴极电极和栅电极是用于控制电子发射区的电子发射的驱动电极。荧光体层和阳极电极设置在第二基底上，其中，阳极电极用于有效地将从第一基底向着荧光体层发射的电子加速。以这种结构，FEA型电子发射装置发光或显示图像。

在FEA型电子发射装置中，栅电极形成在阴极电极上方且在栅电极和阴极电极之间设置有绝缘层。在阴极电极和栅电极的各交叉区，在栅电极和绝缘层中形成开口。电子发射区通常在开口中形成在阴极电极上。

可以通过丝网印刷工艺来形成电子发射区，其中，丝网印刷工艺在制造大尺寸的器件中是简单有效的。在这种情况下，为了使栅电极相对于电子发射区具有足够的高度，可以通过厚膜工艺比如丝网印刷工艺、刮匀涂覆(doctor-blade)工艺或层压工艺来形成绝缘层。

同时，当栅电极和阴极电极的交叉区被限定为像素区时，为了提高像素中电子发射的均匀性，优选地，精密地在栅电极和绝缘层中形成开口。

然而，当形成在栅电极和绝缘层中的各开口的宽度太小时，难以形成具有足够面积的电子发射区，因此电子发射效率降低。

                          发明内容

本发明提供了一种可以提高电子发射均匀性也可以提高电子发射效率的电子发射装置。

在本发明的示例性实施例中，电子发射装置包括：第一基底和第二基底，彼此面对；阴极电极，形成在第一基底上；电子发射区，形成在阴极电极上；绝缘层，形成在阴极电极上并被设置有与电子发射区对应的开口；栅电极，形成在绝缘层上并被设置有与电子发射区对应的开口，其中，绝缘层的开口的宽度H1等于或大于绝缘层的厚度T1的两倍。

电子发射区的宽度H2相对于绝缘层的开口的宽度H1可以被设置成满足下面的条件：

0.2≤H2/H1≤1

电子发射区的厚度T2可以被设置成满足下面的条件：

0.1≤T2/T1≤1

电子发射区可以由从以下材料组成的组选择的材料形成：碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、富勒烯C₆₀、硅纳米线及其组合物。

该电子发射装置还可包括：荧光体层，形成在第二基底上；阳极电极，成在荧光体层的表面上。

该电子发射装置还可包括聚焦电极，聚焦电极形成在栅电极上但与栅电极绝缘。

                          附图说明

由于通过参照下面结合附图的详细描述，本发明变得更好理解，所以对本发明的更全面的理解和本发明许多附带的优点将变得清楚，在附图中，相同的标号表示相同或相似的构件，其中：

图1是根据本发明实施例的电子发射装置的局部分解透视图；

图2是图1中的电子发射装置的局部剖视图；

图3是图1中的电子发射装置的局部俯视图；

图4是根据本发明另一实施例的电子发射装置的局部剖视图。

                        具体实施方式

现在将参照附图来更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被理解为受限于这里提出的实施例，相反地，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完全的，并且将本发明的构思完全传达给本领域的技术人员。只要有可能，在整个附图中，相同的标号将用来表示相同或相类似的部分。

图1、图2和图3分别是根据本发明实施例的电子发射装置的局部分解透视图、局部剖视图和局部俯视图。

参照图1、图2和图3，根据本发明实施例的电子发射装置包括第一基底10和第二基底20，其中，第一基底10和第二基底20彼此面对并彼此分隔预定的距离。在第一基底10和第二基底20的外围设置密封构件，以将它们密封在一起。因此，第一基底10、第二基底20和密封构件形成真空包壳。用于向第二基底20发射电子的电子发射单元100设置在第一基底10的面对第二基底20的表面上，用于通过被电子激发而发射可见光的发光单元200设置在第二基底20的面对第一基底10的表面上。

更详细地来描述电子发射装置，阴极电极110形成为在一方向(沿着图1中的y轴)延伸的带形图案，绝缘层112形成在第一基底10上，以充分覆盖阴极电极110。栅电极114以在一方向(沿着图1中的x轴)延伸的带形图案形成在绝缘层112上，以与阴极电极110交叉成直角。

阴极电极110和栅电极114的交叉区限定像素区。电子发射区116在各像素区形成在阴极电极110上。与各电子发射区116对应的开口112a和114a形成在绝缘层112和栅电极114中，以暴露电子发射区116。

可以通过厚膜工艺比如丝网印刷工艺、刮匀涂覆工艺或层压工艺来形成绝缘层112。

形成在绝缘层112中的开口112a的宽度H1和绝缘层112的厚度T1被设置成满足下面的公式1。

[公式1]

H1≥2×T1

当绝缘层112的开口112a的宽度如上所述等于或大于绝缘层112的厚度的两倍时，用于在开口112a中设置电子发射区116的面积是足够的，因此可以提高电子发射效率。

就此，可以通过将绝缘层112湿刻蚀来形成绝缘层112的开口112a。

此外，电子发射区116的宽度H2相对于绝缘层112的开口112a的宽度H1被设置成满足下面的公式2，使得当将电子发射区116设置得尽可能地靠近栅电极114时，不会由于电子发射区116而在栅电极114和阴极电极110之间发生短路。

[公式2]

0.2≤H2/H1≤1

当电子发射区116的宽度H2与绝缘层112的开口112a的宽度H1相比太小时，由栅电极114形成并施加到电子发射区116的电场变弱，因此驱动电压必须增大。当电子发射区116的宽度H2与绝缘层112的开口112a的宽度H1相比太大时，电子发射区会与栅电极114接触。

此外，电子发射区116的厚度T2相对于绝缘层112的厚度被设置成满足下面的公式3，使得从电子发射区116发射的电子束的漫射被最小化，从而提高像素区中电子发射的均匀性。

[公式3]

0.1≤T2/T1≤1

当电子发射区116的厚度T2与绝缘层的厚度T1相比太大时，好处是降低了驱动电压，但是却可以从受施加到阳极电极214的高压形成的阳极电场的影响必须被关闭的像素的电子发射区116发射出电子，这将在随后描述。当电子发射区116的厚度T2与绝缘层112的厚度T1相比太小时，驱动电压增大。

电子发射区116由当在真空气氛下被施加电场时发射电子的材料比如含碳材料或纳米尺寸的材料形成。例如，电子发射区116可以由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、富勒烯C₆₀、硅纳米线或其组合物形成。可以通过丝网印刷工艺、直接生长(direct growth)、化学气相沉积或溅射工艺来形成电子发射区116。

在附图中，示出了每个像素区中形成6个电子发射区116并且形成在绝缘层112和栅电极114中的开口112a和114a和电子发射区116的平面形状是圆形的例子，本发明不限于这个例子。即，电子发射区的数目和形状以及开口112a和114a的形状可以做不同的设计。

此外，如图4中所示，第二绝缘层118和聚焦电极120可以形成在栅电极114的上方。在这种情况下，开口118a和120a形成在第二绝缘层118和聚焦电极120中，以暴露电子发射区116。开口118a和120a被形成为对应于各像素区，以大体上将从一个像素区发射的电子会聚。就此，由于随着聚焦电极120和电子发射区116之间的高度差增大，聚焦效果增强，所以优选地，第二绝缘层118的厚度大于第一绝缘层112的厚度。

聚焦电极120可以形成在第一基底10的整个表面上。

此外，聚焦电极120可以是涂覆在第二绝缘层118上的导电层或设置有开口120a的金属板。

荧光体层210和黑层212形成在第二基底20的面对第一基底10的表面上，阳极电极214形成在荧光体层210和黑层212上，其中，阳极电极214是由例如铝形成的金属层。阳极电极214用于通过接收使电子束加速所需的高压并将从荧光体层210向第一基底10发射的可见光向着第二基底20反射来提高屏幕亮度。

阳极电极可以是除了金属层之外的由例如氧化铟锡(ITO)形成的透明导电层。在这种情况下，阳极电极形成在荧光体层和黑层的面对第二基底20的表面上。

同时，由透明材料形成的阳极电极和利用反射作用增强亮度的金属层可以都形成在第二基底上。

荧光体层210可以被形成为与限定在第一基底上或以在屏幕的垂直方向(图4中的y轴)上延伸的带形图案形成的各像素区对应。

设置在第一基底10和第二基底20之间的是分隔件300，用于抵抗外力而均匀地保持第一基底10和第二基底20之间的间隙。分隔件300可以布置在其中形成黑层212的非发光区，以对荧光体层210的发光不发生干扰。

当预定电压施加到阳极电极214、阴极电极110和栅电极114时，上述的电子发射显示器100被驱动。例如数百至数千伏的电压施加到阳极电极214，扫描信号电压施加到阴极电极110和栅电极114中的一个，数据信号电压施加到阴极电极110和扫描电极114中的另一个。

然后，在阴极电极110和栅电极114之间的电压差超过阈值的像素中，在电子发射区116的周围形成电场，从而从电子发射区116发射出电子。由于受施加到阳极电极214的高压吸引，发射出的电子与对应像素的荧光体层212碰撞，从而激发了荧光体层212。

在本实施例的电子发射装置的上述操作中，由于栅电极114和电子发射区116之间的距离减小而电子发射区116的面积增大，所以可以提高电子发射效率。即，当栅电极114和电子发射区116之间的距离减小时，在电子发射区116的周围形成的电场强度增大。此外，当电子发射区116的面积增大时，电场集中的边缘的面积也增大。因此，由于电子发射区116的边缘的增大的面积和增大的电场，从电子发射区116发射的电子的量增加。

此外，即使当绝缘层112的开口112a的宽度H1相对于绝缘层112的厚度T1大时，由于电子发射区116的厚度T2相对于绝缘层112的厚度T1在适当的范围内，所以可以提高像素区中的电子发射的均匀性。

如上所述，本发明的电子发射装置可以提高电子发射的均匀性，也可以提高电子发射效率。

因此，可以增强电子发射装置的屏幕亮度并且可以提高发光和显示品质。此外，可以降低驱动电压，从而可以降低功耗。

虽然在上文中已经详细描述了本发明的示例性实施例，但是应该清楚地理解，在这里教导的基础发明构思的许多变化和/或更改仍然落入权利要求限定的本发明的精神和范围内。

Claims (6)

1、一种电子发射装置，包括：

第一基底和第二基底，彼此面对；

阴极电极，形成在所述第一基底上；

电子发射区，形成在所述阴极电极上；

绝缘层，形成在所述阴极电极上，并被设置有与所述电子发射区对应的开口；

栅电极，形成在所述绝缘层上，并被设置有与所述电子发射区对应的开口，

其中，所述绝缘层的开口的宽度H1等于或大于所述绝缘层的厚度T1的两倍。

2、如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述电子发射区的宽度H2相对于所述绝缘层的开口的宽度H1被设置成满足下面的条件：

0.2≤H2/H1≤1。

3、如权利要求1或2所述的电子发射装置，其中，所述电子发射区的厚度T2被设置成满足下面的条件：

0.1≤T2/T1≤1。

4、如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述电子发射区由从以下材料组成的组选择的材料形成：碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、富勒烯C₆₀、硅纳米线及其组合物。

5、如权利要求1所述的电子发射装置，还包括：

荧光体层，形成在所述第二基底上；

阳极电极，形成在所述荧光体层的表面上。

6、如权利要求1所述的电子发射装置，还包括聚焦电极，所述聚焦电极形成在所述栅电极上但与所述栅电极绝缘。

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