CN1959915A - 间隔物和包含该间隔物的电子发射显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种间隔物，该间隔物布置在电子发射显示器的第一基板与第二基板之间，并且包括主体、布置在所述主体侧面上的电阻层、布置在所述电阻层上的二次电子发射防止层，以及布置在所述电阻层和二次电子发射防止层之间的扩散防止层。该扩散防止层防止电阻层和二次电子发射防止层之间的相互扩散。

Description

间隔物和包含该间隔物的电子发射显示器
技术领域
本发明涉及一种间隔物以及一种包含该间隔物的电子发射显示器。更具体地说，本发明涉及一种配置为防止电荷累积在其表面上的间隔物，以及一种包含该间隔物的电子发射显示器。
背景技术
一般而言，将电子发射元件分类为使用热阴极作为电子发射源的电子发射元件和使用冷阴极作为电子发射源的电子发射元件。存在几种类型的冷阴极电子发射元件，包括场发射体阵列(FEA)元件、表面传导发射体(SCE)元件、金属-绝缘体-金属(MIM)元件和金属-绝缘体-半导体(MIS)元件。
典型的电子发射元件包括电子发射区和用来控制该电子发射区的电子发射的驱动电极。电子发射区根据提供到驱动电极上的电压发射电子。电子发射元件排列在第一基板上来形成一个电子发射装置。该电子发射装置的第一基板布置为面对第二基板，该第二基板上带有包括荧光体层和阳极电极的光发射单元。所述第一基板和第二基板在其周边采用密封元件密封在一起，并且将第一基板和第二基板之间的内部空间排空来形成一个带有真空外壳的电子发射显示器。
另外，多个间隔物布置在该真空外壳中，以防止由于真空外壳内外的压力差导致基板损坏或者断裂。
这些间隔物通常由不导电材料，例如陶瓷或者玻璃形成，并且布置为对应于荧光体层之间的非发射区，以便不会干扰从电子发射装置发射的电子朝向荧光体层移动的路径。
然而，当电子发射装置发射的电子朝向对应的荧光体层移动时，由于阳极电极产生的高电场会产生电子束扩散现象。这种电子束扩散现象即使在提供了聚焦电极的情况下也不能完全抑制。
由于这种电子束扩散现象，一些电子不能降落在相应的荧光体层上，而是与所述间隔物碰撞。而这些由玻璃或者陶瓷形成的间隔物的电子发射系数大于1。因此，当电子碰撞这些间隔物时，许多二次电子从这些间隔物发射出来，这些间隔物因此而呈正电。当这些间隔物被充电时，围绕间隔物的电场发生改变从而扭曲电子束路径。
电子束的扭曲使得电子发射装置发射的电子朝向间隔物移动。在这种情况下，用户将会在屏幕上看到间隔物，从而产生可见间隔物的问题，恶化了显示质量。
发明内容
本发明提供一种能够抑制电子束扭曲从而防止显示质量恶化的间隔物，以及一种包含这种间隔物的电子发射显示器。
在本发明一个示例性实施例中，间隔物包括：主体；布置在所述主体侧面上的电阻层；布置在所述电阻层上的二次电子发射防止层；以及布置在所述电阻层和二次电子发射防止层之间的扩散防止层，该扩散防止层适于防止电阻层和二次电子发射防止层之间的相互扩散。
所述扩散防止层的电阻率优选小于所述二次电子发射防止层的电阻率，但大于所述电阻层的电阻率。所述扩散防止层优选包括金属氮化物层或者金属氧化物层。所述金属氮化物层优选包括Cr或者Ti。所述金属氧化物层优选包括从Cr、Ti、Zr和Hf组成的组中选择的材料。
所述电阻层优选包括高电阻材料。所述高电阻材料优选包括从由Ag、Ge、Si、Al、W、Au组成的组中选择的金属或者其合金，以及从由Si3N4、AlN、PtN、GeN组成的组中选择的化合物或者其组合物。
所述二次电子发射防止层优选包括二次电子发射系数在1～1.8范围内的材料。所述二次电子发射防止层优选包括从由类金刚石碳、Nd2O3和Cr2O3组成的组中选择的材料。
所述间隔物优选进一步包括布置在所述主体的各个顶面和底面上的接触电极。所述接触电极优选包括从由Ni、Cr、Mo和Al组成的组中选择的材料。
在本发明另一示例性实施例中，提供的电子发射显示器包括：适于形成一真空外壳的第一基板和第二基板；布置在第一基板上的电子发射单元；布置在第二基板上的光发射单元；以及布置在所述第一基板和第二基板之间的间隔物，该间隔物包括：主体；布置在所述主体侧面上的电阻层；布置在所述电阻层上的二次电子发射防止层；以及布置在所述电阻层和二次电子发射防止层之间的扩散防止层，该扩散防止层适于防止电阻层和二次电子发射防止层之间的相互扩散。
所述扩散防止层的电阻率优选小于所述二次电子发射防止层的电阻率，但大于所述电阻层的电阻率。所述扩散防止层优选包括金属氮化物层或者金属氧化物层。所述金属氮化物层优选包括Cr或者Ti。所述金属氧化物层优选包括从Cr、Ti、Zr和Hf组成的组中选择的材料。
所述电阻层优选包括高电阻材料。所述高电阻材料优选包括从由Ag、Ge、Si、Al、W、Au组成的组中选择的金属或者其合金，以及从由Si3N4、AlN、PtN、GeN组成的组中选择的化合物或者其组合物。
所述二次电子发射防止层优选由二次电子发射系数在1～1.8范围内的材料形成。所述二次电子发射防止层优选包括从由类金刚石碳、Nd2O3和Cr2O3组成的组中选择的材料。
所述电子发射显示器优选进一步包括布置在所述主体的各个顶面和底面上的接触电极。
所述电子发射单元优选包括电子发射区和适于驱动所述电子发射区的电极。所述电子发射区优选包括从碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、球壳状碳分子(C60)、硅纳米线和其组合物组成的组中选择的材料。
所述电子发射显示器优选进一步包括布置在所述第一基板与第二基板之间的聚焦电极。
附图说明
结合附图并参照下列详细描述，本发明将变的更易于理解，因而本发明更完全的认识及其附带的优点将会更清楚，附图中相同的附图标记表示相同或者相似的元件，其中：
图1A为根据本发明一实施例的电子发射显示器的部分分解透视图；
图1B为图1A的部分A的放大视图；
图2为图1电子发射显示器的部分剖视图；以及
图3为根据本发明另一实施例的电子发射显示器的部分剖视图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明作详细描述，其中所示附图示出本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以不同的方式实施，其结构也并不限制在所陈述的实施例内。提供这些实施例只是为了使本发明公开的彻底和完全，并向本领域技术人员全面地传达本发明的概念。
图1A、1B和图2是本发明一实施例的电子发射显示器的视图。在本实施例中，图示的是带有FEA元件阵列的电子发射显示器。
参照图1A和2，电子发射显示器包括彼此面对并以预定间隔分隔开的第一基板10和第二基板20。
在第一基板10和第二基板20面对的表面上，分别设置用于发射电子的电子发射单元100和利用电子发射单元100发射的电子来发射可见光的光发射单元200。
也就是说，多个阴极电极(第一电极)110以条形图案布置在第一基板10上并沿一个方向(图1中的Y轴方向)延伸，而第一绝缘层120布置在第一基板10上以便覆盖阴极电极110。多个栅极电极(第二电极)130以条形图案布置在第一绝缘层120上且沿与阴极电极110直角相交的方向(图1中的X轴方向)延伸。
一个或一个以上电子发射区160形成在阴极电极上的阴极电极110与栅极电极130的各个相交区域。与电子发射区160对应的开口120a和130a分别形成在第一绝缘层120和栅极电极130内，以便露出电子发射区160。
可由位于真空中的电场中时能够发射电子的材料形成电子发射区160，例如含碳材料或者纳米尺寸的材料。例如，电子发射区160可以由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、球壳状碳分子(C60)、硅纳米线，或者其组合物经过丝网印刷、直接生长、化学汽相沉积或溅射工艺形成。
在图1A中，三个电子发射区160沿阴极电极110连续排列在各个相交区域，每个电子发射区160带有平坦的圆形顶面。然而，电子发射区并不限于这种排列和顶面形状。
在前面的描述中，尽管栅极电极130布置在阴极电极110上方，且第一绝缘层120置于栅极电极和阴极电极之间，但本发明并不局限于此。也就是说，栅极电极130也可以布置在阴极电极110的下方，且第一绝缘层置于它们之间。在此情况下，电子发射区160可以布置在第一绝缘层上的阴极电极的侧壁上。
一个阴极电极110、一个栅极电极130、所述第一绝缘层120以及三个电子发射区160形成一个电子发射元件。也就是说，多个电子发射元件排列在第一基板10上，以形成一个电子发射装置。
另外，第二绝缘层140布置在第一绝缘层120上，同时覆盖栅极电极130，而聚焦电极150布置在第二绝缘层140上。电子束能够穿越的开口140a和150a分别形成在第二绝缘层140和聚焦电极150上。开口150a和140a布置为对应一个电子发射元件，以将电子发射区160发射出的电子大致聚焦到各个电子发射元件160上。聚焦电极150与电子发射区160的电平差越大，聚焦效率越高。因此，第二绝缘层140的厚度优选大于第一绝缘层120的厚度。
另外，聚焦电极150可以布置在第二绝缘层140的整个表面上，或者可以排列成具有多个对应于各个电子发射元件的部分的预定图案。
聚焦电极150可以由沉积在第二绝缘层140上的导电层形成，或者由带有开口150a的金属板形成。
荧光体层210和黑层220排列在第二基板20的面向第一基板10的表面上。由诸如铝之类的导电材料形成的阳极电极230布置在荧光体层210和黑层220上。阳极电极230通过接受加速电子束所需的高电压并且将荧光体层210向第一基板10发射的可见光线反射到第二基板20来增强屏幕亮度。
可选地，可由透明导电材料如氧化铟锡(ITO)而不是金属材料形成阳极电极230。在此情形中，阳极电极230位于第二基板20上，而荧光体层210和黑层220以预定图案布置在阳极电极230上。可选地，阳极电极230也可以布置为对应于荧光体层210和黑层220的图案的预定图案。
可选地，阳极电极230可以由透明材料形成，并在第二基板20上形成金属层，用来增强亮度。
荧光体层210可以布置为对应于在第一基板10上限定的各个单位像素区。可选地，荧光体层210还可以排列为条纹图案，且沿屏幕的竖直方向(图1的Y轴)延伸。黑层220由不透明材料形成，例如铬或者氧化铬。
在上述电子发射显示器中，荧光体层210排列为对应各个电子发射元件160。彼此对应的一个荧光体层210和一个电子发射元件160限定电子发射显示器的一个像素。
在第一基板10与第二基板20之间设置间隔物300，用于均匀地保持第一基板10与第二基板20之间的间距。间隔物300排列在黑层220所处的非光发射区处。在本实施例中，以壁型间隔物为例进行说明。
参照图1B，间隔物300包括由诸如玻璃或者陶瓷之类的不导电材料形成的主体310、覆盖所述主体310的电阻层321、布置在电阻层321上的扩散防止层322，以及布置在扩散防止层322上的二次电子发射防止层323。
电阻层321为将要对间隔物300充电的电荷提供了移动路径，以防止电荷积累到间隔物300上。电阻层321由相对低导电性的高电阻材料形成。例如，这种高电阻材料包括从由Ag、Ge、Si、Al、W和Au组成的组中选择的金属或者其合金，以及从由Si3N4、AlN、PtN和GeN组成的组中选择的化合物或者其组合物。优选地，高电阻材料从由Ag/Si3N4、Ge/AlN、Si/AlN、Al/PtN、W/GeN和Au/AlN组成的组中选择。
二次电子发射防止层323可最少化在电子碰撞间隔物300时从间隔物300发射的二次电子。二次电子发射防止层323由二次电子发射系数在1～1.8范围内的材料形成，例如类金刚石碳、Nd2O3或者Cr2O3。
扩散防止层322防止由于通过密封第一基板10和第二基板20来形成真空外壳的密封过程中施加的热量而在电阻层321与二次电子发射防止层323之间产生的相互扩射，从而防止电阻层321与二次电子发射防止层323之间的表面反应。
扩散防止层322由电阻率小于二次电子发射防止层323的电阻率但大于电阻层321的电阻率的材料形成。例如，扩散防止层322可以由从由CrN、TiN、CrO2、ZrO2、HfO2和TiO2组成的组中选择的金属氧化物材料形成。
当扩散防止层322的电阻率小于电阻层321的电阻率时，电流流经扩散防止层322而不是流经电阻层321，因此不能有效地实现电阻层321的电流。此外，当扩散防止层322的电阻率大于二次电子发射防止层323的电阻率时，电荷会积累在扩散防止层322上。因此，扩散防止层322的电阻率优选小于二次电子发射防止层323的电阻率但大于电阻层321的电阻率。
可以进一步将接触电极层331和332布置在间隔物的顶面和底面上。接触电极层331和332可以由Cr、Ni、Mo或者Al形成(参见图2)。
由于间隔物300通过接触电极层331和332有效地电连接至阳极电极230和聚焦电极150，因而充电到间隔物300上的电子会被去除。
另外，间隔物300除了形成为壁型之外，还可以形成为截面为圆形或者十字形的柱型。
在将间隔物300设置在第一基板10和第二基板20之间后，在第一基板10和第二基板20周边采用密封元件通过高温热结合工艺密封在一起，然后排空第一基板10和第二基板20之间限定的内部空间而形成一个真空外壳。
由于电阻层321与电子发射防止层323之间的表面反应被间隔物300的扩散防止层322阻止，因此防止了电阻层321与电子发射防止层323的层特性的恶化。
当向阴极电极110、栅极电极130、聚焦电极150和阳极电极230供给预定电压时，将驱动上面所述的电子发射显示器。例如，阴极电极110和栅极电极130其中之一作为接收扫描驱动电压的扫描电极，而另一个作为接收数据电压的数据电极。聚焦电极150接收几伏到几十伏的负电压。阳极电极230接收例如几百伏到几千伏的正电压。
电场环绕电子发射区而形成，在电子发射区，阴极电极110和栅极电极130之间的电压差等于或者大于一阈值，因此，电子从电子发射区发射出来。发射出的电子在供给到阳极电极230上的高电压的作用下汇聚并穿过聚焦电极150的开口150a，而后撞击到相应的荧光体层210上，从而激发荧光体层210。
在上述过程中，尽管有聚焦电极150的作用，电子束仍然扩散。因此，一些电子不能落到荧光体层210上而是碰撞间隔物300。即使当电子碰撞间隔物300时，来自间隔物300的二次电子发射也能够被二次电子发射防止层323最小化。此外，即使当间隔物300的表面带有电荷，电荷也会由电阻层321和接触电极层331和332转移离开间隔物300，因此电荷不会积累在间隔物300的表面上。
结果是，在电子发射显示器中，能够防止间隔物300周围的电场扭曲产生的电子束扭曲。
尽管上述示例性实施例叙述的电子发射显示器具有场发射体阵列(FEA)元件，但本发明并不局限于此例。也就是说，本发明可以应用于带有其他类型电子发射元件的电子发射显示器，例如表面传导发射体(SCE)元件、金属-绝缘体-金属(MIM)元件或者金属-绝缘体-半导体(MIS)元件。
图3为根据本发明另一实施例的带有SCE元件阵列的电子发射显示器的视图。在本实施例中，与上述实施例相同的部分具有相同的附图标记，并且这里省略其详细描述。
参照图3，第一基板40和第二基板20彼此面对并分隔开预定间隔。电子发射单元400位于第一基板40上而光发射单元200位于第二基板20上。
第一电极421和第二电极422布置在第一基板40上并且彼此分隔开。电子发射区440布置在第一电极421和第二电极422之间。第一导电层431和第二导电层432分别布置在第一基板40上的第一电极421与电子发射区440之间以及电子发射区440与第二电极422之间，同时部分地覆盖第一电极421和第二电极422。也就是说，第一电极421和第二电极422通过第一导电层431和第二导电层432电连接到电子发射区440。
在本实施例中，第一电极421和第二电极422可以由各种导电材料形成。第一导电层431和第二导电层432可以为由诸如Ni、Au、Pt或者Pd等材料形成的微粒薄膜。电子发射区440可由石墨碳或者碳化合物形成。例如，电子发射区440可以由选自由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、球壳状碳分子(C60)、硅纳米线或其组合物组成的组中的材料形成。
当向第一电极421和第二电极422供给电压时，电流沿平行于电子发射区440的表面的方向流动，通过第一导电层431和第二导电层432而实现表面传导电子发射。发射的电子在供给到阳极电极230上的高电压作用下而被吸引，从而冲击和激发相应的荧光体层210。
根据本发明，由于间隔物包括电阻层、二次电子发射防止层和接触电极层，因而能够防止间隔物周围的电场扭曲，因此防止了电子束的扭曲。
此外，由于间隔物进一步包括布置在电阻层和二次电子发射防止层之间的扩散防止层，因而能够防止在热结合过程中由于二次电子发射防止层与电阻层之间的表面反应而对层特性的恶化。
因此，用户在屏幕上看到间隔物的可见间隔物的问题将会解决，从而可以提高电子发射显示器的显示质量。
尽管上面详细描述了本发明的示例性实施例，显然应当理解，此处所教授的基本发明概念的许多改变和/或变型，也处于如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内。

Claims (24)

1、一种间隔物，包括：
主体；
布置在所述主体侧面上的电阻层；
布置在所述电阻层上的二次电子发射防止层；以及
布置在所述电阻层和二次电子发射防止层之间的扩散防止层，该扩散防止层适于防止电阻层和二次电子发射防止层之间的相互扩散。
2、根据权利要求1所述的间隔物，其中所述扩散防止层的电阻率小于所述二次电子发射防止层的电阻率，但大于所述电阻层的电阻率。
3、根据权利要求2所述的间隔物，其中所述扩散防止层包括金属氮化物层或者金属氧化物层。
4、根据权利要求3所述的间隔物，其中所述金属氮化物层包括Cr或者Ti。
5、根据权利要求3所述的间隔物，其中所述金属氧化物层包括从Cr、Ti、Zr和Hf组成的组中选择的材料。
6、根据权利要求1所述的间隔物，其中所述电阻层包括高电阻材料。
7、根据权利要求6所述的间隔物，其中所述高电阻材料包括从由Ag、Ge、Si、Al、W、Au组成的组中选择的金属或者其合金，以及从由Si3N4、AlN、PtN、GeN组成的组中选择的化合物或者其组合物。
8、根据权利要求1所述的间隔物，其中所述二次电子发射防止层包括二次电子发射系数在1～1.8范围内的材料。
9、根据权利要求1所述的间隔物，其中所述二次电子发射防止层包括从由类金刚石碳、Nd2O3、和Cr2O3组成的组中选择的材料。
10、根据权利要求1所述的间隔物，进一步包括布置在所述主体的各个顶面和底面上的接触电极。
11、根据权利要求10所述的间隔物，其中所述接触电极包括从由Ni、Cr、Mo和Al组成的组中选择的材料。
12、一种电子发射显示器，包括：
适于形成一真空外壳的第一基板和第二基板；
布置在第一基板上的电子发射单元；
布置在第二基板上的光发射单元；以及
布置在所述第一基板和第二基板之间的间隔物，该间隔物包括：
主体；
布置在所述主体侧面上的电阻层；
布置在所述电阻层上的二次电子发射防止层；以及
布置在所述电阻层和二次电子发射防止层之间的扩散防止层，该扩散防止层适于防止电阻层和二次电子发射防止层之间的相互扩散。
13、根据权利要求12所述的电子发射显示器，其中所述扩散防止层的电阻率小于所述二次电子发射防止层的电阻率，但大于所述电阻层的电阻率。
14、根据权利要求13所述的电子发射显示器，其中所述扩散防止层包括金属氮化物层或者金属氧化物层。
15、根据权利要求14所述的电子发射显示器，其中所述金属氮化物层包括Cr或者Ti。
16、根据权利要求14所述的电子发射显示器，其中所述金属氧化物层包括从Cr、Ti、Zr和Hf组成的组中选择的材料。
17、根据权利要求12所述的电子发射显示器，其中所述电阻层包括高电阻材料。
18、根据权利要求17所述的电子发射显示器，其中所述高电阻材料包括从由Ag、Ge、Si、Al、W、Au组成的组中选择的金属或者其合金，以及从由Si3N4、AlN、PtN、GeN组成的组中选择的化合物或者其组合物。
19、根据权利要求12所述的电子发射显示器，其中所述二次电子发射防止层包括二次电子发射系数在1～1.8范围内的材料。
20、根据权利要求19所述的电子发射显示器，其中所述二次电子发射防止层包括从由类金刚石碳、Nd2O3和Cr2O3组成的组中选择的材料。
21、根据权利要求12所述的电子发射显示器，进一步包括布置在所述主体的各个顶面和底面上的接触电极。
22、根据权利要求12所述的电子发射显示器，其中所述电子发射单元包括电子发射区和适于驱动所述电子发射区的电极。
23、根据权利要求22所述的电子发射显示器，其中所述电子发射区包括从碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、球壳状碳分子(C60)、硅纳米线和其组合物组成的组中选择的材料。
24、根据权利要求12所述的电子发射显示器，进一步包括布置在所述第一基板与第二基板之间的聚焦电极。
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