专利名称：电子发射装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种电子发射装置，且尤其涉及一种具有用于聚焦电子束的聚焦电极的电子发射装置。
背景技术：
一般地，电子发射装置分为热阴极用作电子发射源的第一类型，和冷阴极用作电子发射源的第二类型。在第二型电子发射装置中，公知有场发射器阵列(FEA)型、表面导电发射器(SCE)型、金属绝缘体金属(MIM)型和金属绝缘体半导体(MIS)型。
FEA型电子发射装置基于的原理为当具有低的选出功或高的高宽比的材料用作电子发射源时，在真空环境下由于电场作用电子容易从该材料发射。已经开发了基于钼、硅或诸如碳纳米管、石墨和类金刚石碳的碳基材料的尖锐前端尖端结构作为电子发射源。
采用该尖端结构，当电场聚焦于其尖锐前端时，电子容易从那些端点发射。但是，在通过半导体工艺制造尖端结构时，工艺步骤复杂，且在较大的器件中，难于获得均匀的器件质量。
就此而论，近来已经进行了取代尖端结构的碳基材料的尝试。尤其地，因为碳纳米管具有100的极小端曲率(其中，1＝10-8cm)且即使在1-10V/μm的低电场下也顺利地发射电子，所以它被认为是一种理想的电子发射材料。
在FEA型电子发射装置中，阴极电极形成于第一基板上，且电子发射区形成于阴极电极上。绝缘层形成于阴极电极上，具有暴露电子发射区的开口部分，且栅电极形成于绝缘层上。阳极电极和磷光层形成于第二基板上。
当预定的驱动电压施加到阴极电极和栅电极时，由于两个电极之间的电压差在电子发射区周围形成电场，使得电子从电子发射区发射。发射的电子被施加到阳极电极的高压吸引(约几百到几千伏)，且引导向第二基板，由此与磷光层碰撞并导致它们发光。
期望在电子发射装置中绝缘层具有足够大的厚度。这是因为当绝缘层具有足够大的厚度和栅电极相对于电子发射区具有足够的高度时，电子从电子发射区发射良好，同时阻止了电子束的散射。
不过，当从第一基板的电子发射区发射的电子向第二基板前进时，它们被散射，且部分地到达相邻目标像素的不正确的磷光层。由此不正确的磷光层发光，导致屏幕色彩表现的恶化。
为了解决如此的问题，在中间插入绝缘层的同时，在栅电极上形成控制电子束的聚焦电极。为了方便解释，设置于阴极电极和栅电极之间的绝缘层称为“第一绝缘层”，且设置于栅电极和聚焦电极之间的绝缘层称为“第二绝缘层”。第二绝缘层将聚焦电极和电子发射区分开了预定的距离。开口部分形成于聚焦电极和第二绝缘层处来产生电子束迁移路径。
因此，当从电子发射区发射的电子通过第二绝缘层的开口部分和聚焦电极时，电子的漫射角度由于聚焦电极的负(-)电势而减小，由此防止束漫射和允许有效的聚焦。
为了获得更好的电子束聚焦效率，用于将栅电极和聚焦电极彼此绝缘的第二绝缘层可以形成具有足够大的厚度，使得聚焦电极从电子发射区分开大的距离。
但是，当绝缘层均形成具有大的厚度时，其上沉积有第一和第二绝缘层的结构的稳定性恶化，由此限制了电子束聚焦效率的改善。这是因为当两个绝缘层依次形成时，之前形成的绝缘层和栅电极可能由于在后形成的绝缘层的培烧温度引起变形或破裂。
发明内容
在本发明的示范性实施例中，电子发射装置稳定了第一和第二绝缘层的沉积结构，且提高了电子发射区的发射特性和电子束聚焦效率。
在该实施例中，电子发射装置包括第一基板；和第一和第二电极，形成于第一基板上且通过插入在它们之间的第一绝缘层来彼此绝缘。电子发射区电耦合到第一电极。聚焦电极形成于第一和第二电极上，且第二绝缘层插入聚焦电极与第一和第二电极之间。第二绝缘层具有暴露电子发射区的开口。第一和第二绝缘层每个具有1μm或更大的厚度，且第一绝缘层具有比第二绝缘层的软化温度高30℃或更大的软化温度。
在另一实施例中，电子发射装置包括第一基板；和第一和第二电极，形成于第一基板上且通过插入在它们之间的第一绝缘层来彼此绝缘。电子发射区电耦合到第一电极。聚焦电极形成于第一和第二电极上，且第二绝缘层插入聚焦电极与第一和第二电极之间。第二绝缘层具有暴露电子发射区的开口。第一和第二绝缘层每个具有1μm或更大的厚度，且第一绝缘层具有比第二绝缘层的培烧温度高50℃或更大的培烧温度。
在一个实施例中的第一绝缘层具有比第二绝缘层的培烧温度高的软化温度。在另一实施例中，第一绝缘层具有3μm或更大的厚度，且第二绝缘层具有5μm或更大的厚度。
电子发射区包括选自碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C60和硅纳米线中的材料。
电子发射装置还包括至少一个阳极电极，形成于面对第一基板且从第一基板分开的第二基板上；和磷光层，形成于阳极电极的表面上。
图1是依据本发明的第一实施例的电子发射装置的部分分解透视图。
图2是依据图1所示的第一实施例的电子发射装置的部分截面图。
图3是依据本发明的另一实施例的电子发射装置的部分截面图。
图4是示出由于第一组第一和第二绝缘层的培烧温度引起的栅电极的变形程度的电子显微照片。
图5是示出由于第二组第一和第二绝缘层的培烧温度引起的栅电极的变形程度的电子显微照片。
图6是示出由于第三组第一和第二绝缘层的培烧温度引起的栅电极的变形程度的电子显微照片。
图7A到7D示意性示出制造图1所示的电子发射装置的步骤。
具体实施例方式
后面将参考附图更加全面地描述本发明，在附图中显示了本发明的示范性实施例。
参考图1和图2，电子发射装置包括第一和第二基板10和20，它们彼此平行设置且通过预定的距离分开来界定内部空间。电子发射结构在第一基板10处提供来发射电子，且在第二基板20处提供光发射或显示结构来响应电子发射可见光，由此发射光或显示期望的图像。
具体地，第一电极11(以下称为“阴极电极”)在第一基板10上沿第一方向(附图的y方向上)条状构图，且第一绝缘层12形成于第一基板10的整个表面上且覆盖阴极电极11。第二电极13(以下称为“栅电极”)在第一绝缘层12上沿与第一方向交叉的第二方向条状构图。
阴极电极11和栅电极13的交叉区域在这里定义为像素区，且电子发射区16在那些像素区形成于阴极电极11上。开口部分12a和13a相应于电子发射区16形成在第一绝缘层12和栅电极13中来暴露电子发射区16。
图1示出了三个电子发射区设置于每个像素区的情况，且形成于第一绝缘层和栅电极中的开口部分成形为矩形，但是电子发射区的数目和第一绝缘层和栅电极的开口部分的形状不限于此，且可以以各种形式改变。
在该实施例中，采用在真空环境下施加电场时发射电子的材料，诸如碳基材料和纳米尺寸材料来形成电子发射区16。优选地采用碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C60和硅纳米线或其组合形成电子发射区16。
可以通过丝网印刷、化学气相沉积、溅射或直接生长来形成电子发射区16。通过丝网印刷形成的电子发射区具有约3μm的厚度，而通过另外的形成技术形成的电子发射区具有比前者更小的厚度。
第二绝缘层14和聚焦电极15形成于栅电极13和第一绝缘层12上，且开口部分14a和15a也分别形成于第二绝缘层14和聚焦电极15处来暴露电子发射区16。
如图1所示，第二绝缘层14和聚焦电极15在每个像素具有开口部分。或者，开口部分可以与电子发射部分一对一相应。在后一种情况中，第二绝缘层14和聚焦电极15的开口部分设置与第一绝缘层12和栅电极13的开口部分12a和13a一对一相应。
为了增强电子发射区16的电子发射效率，第一绝缘层12可以形成有1μm或更大的厚度。在某些实施例中，可以是3μm或更大的厚度。为了提高聚焦电极15的电子束聚焦效率而且防止电子发射区16受到阳极电场的影响，第二绝缘层14可以形成具有1μm或更大的厚度，在某些实施例中，可以是5μm或更大的厚度。
第一绝缘层12具有大于电子发射区16的厚度，且在电子发射区16由丝网印刷形成的情况中，第一绝缘层12的厚度可以确定为3μm或更大。
如图1所示，聚焦电极15形成于第一基板10的整个表面上。或者，聚焦电极15可以构图具有多个部分。在任何一情况中，开口部分14a和15a也分别形成于第二绝缘层14和聚焦电极15中来暴露第一基板10上的电子发射区16。
如上说明，栅电极13设置于阴极电极11的上方而且中间插入第一绝缘层12。如图3所示，栅电极13’可以设置于在第一基板10上、阴极电极11’下，而且中间插入第一绝缘层12’，且在该情况中，电子发射区16’接触单侧的阴极电极11’的外围。
即使采用图3所示的结构，第二绝缘层14’和聚焦电极15形成于第一绝缘层12’和阴极电极11’上，且开口部分14a’和15a形成于第二绝缘层14’和聚焦电极15中来暴露电子发射区16’。
在该实施例中，第一和第二绝缘层12’和14’形成具有上述的厚度，使得栅电极13’和聚焦电极15以足够大的距离从电子发射区16’分开。第一和第二绝缘层12’和14’用具有各种不同的热特性的各种材料形成。
尤其在该实施例中，第一绝缘层12’采用这样的绝缘材料形成其具有比第二绝缘层14’的软化温度高30℃或更大的软化温度(Ts)，且在该软化温度Ts绝缘层的釉料开始熔融。这是因为当在形成第一绝缘层12’之后形成第二绝缘层14’时，防止了第一绝缘层12’的断裂和变形来由此稳定第一和第二绝缘层12’和14’的沉积结构。
为了稳定第一绝缘层12’和第二绝缘层14’的沉积结构，第一绝缘层12’采用具有比第二绝缘层14’的培烧温度高50℃或更大的培烧温度的绝缘材料形成。绝缘层的培烧温度通常确定为比其软化温度高50℃或更大，但是如此的温度差可以对于相应的材料稍微作出改变。
第一绝缘层12’可以采用这样的绝缘材料形成其具有比第二绝缘层14’的培烧温度高50℃或更大的培烧温度，且具有比第二绝缘层14’的软化温度高30℃或更大的软化温度。在该情况中，第一绝缘层12’的软化温度高于第二绝缘层14’的培烧温度。
第一绝缘层12’和第二绝缘层14’用主要包含釉料的氧化物材料形成，诸如PbO、SiO2、B2O3、Al2O3和TiO2。采用相应的材料的适当组成，第一绝缘层12’和第二绝缘层14’可以在培烧和软化温度上不同。
图4示出第一和第二绝缘层具有550℃的相同的培烧温度的情况，且图5显示了第一绝缘层具有550℃的培烧温度和第二绝缘层具有570℃的培烧温度的情况。图6示出了第一绝缘层具有520℃的培烧温度和第二绝缘层具有570℃的培烧温度的情况。
如图所示，对于第一和第二绝缘层具有相同的培烧温度的图4所示的情况，和第一绝缘层的培烧温度比第二绝缘层的培烧温度高20℃的图5所示的情况，栅电极严重变形。但是，在第一绝缘层的培烧温度比第二绝缘层的培烧温度高50℃的图6所示的情况中，栅电极非常轻微地变形。图4和图5的椭圆形状区域指示了栅电极的扭曲部分。
再次参考图1和2，磷光层21和阳极电极23形成于面对第一基板10的第二基板20的表面上。阳极电极23接收几十到几千伏的正电压，且向磷光层21加速从电子发射区16发射的电子。
在该实施例中，磷光层21用红、绿和蓝着色，且黑色层22设置于相邻的磷光层21之间来提高对比度。阳极电极23形成于磷光层21上，且黑色层23用诸如铝的金属材料形成。金属阳极电极23向第一基板10反射从磷光层21发射的可见光到第二基板的该侧，由此提高屏幕亮度。
阳极电极可以用诸如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料形成。在该情况中，阳极电极设置于磷光层以及黑色层面对第二基板的表面上。阳极电极可以形成于第二基板的整个表面上或分为具有预定图案的多个部分。
第一和第二基板10和20彼此分开一距离，且用诸如釉料的密封材料彼此粘接。第一和第二基板10和20之间的内部空间排气来处于真空状态，由此构建电子发射装置。多个分隔物30培烧布置于第一和第二基板10和20之间的非发光区域来在基板之间保持固定的距离。
采用该实施例，当驱动电压施加到阴极电极11和栅电极13时，由于两个电极之间的电压差，因此围绕电子发射区16形成电场来从电子发射区16发射电子。发射的电子的漫射角由于施加到聚焦电极15的几十伏的负(-)电压而被减小且由此得以聚焦。聚焦的电子被施加到阳极电极22的高电压吸引，且引导向第二基板20，由此落在目标像素处的磷光层21上且使它们发光。
此时，因为第一绝缘层12具有1μm或更大的厚度，在一些实施例中具有3μm或更大的厚度，且第二绝缘层14具有1μm或更大的厚度且在一些实施例中具有5μm或更大的厚度，栅电极和聚焦电极13和15从电子发射区16有足够的距离。另外，第一绝缘层12和第二绝缘层14由于其培烧和软化温度之间的差异具有稳定的沉积结构，由此提高了电子束聚焦效率。
现将参考图7A到7D说明依据图1和2所示的实施例的电子发射装置的制造方法。
如图7A所示，沿第一方向在第一基板10上条状构图阴极电极11，且第一绝缘层12形成在第一基板10的整个表面上，并覆盖阴极电极11。利用丝网印刷、层压或流延(doctor blade)形成具有1μm或更大的厚度的第一绝缘层12，在一些实施例中，第一绝缘层12具有3μm或更大的厚度。
第一绝缘层12采用与后来形成的第二绝缘层不同的热性能的材料形成。在一个实施例中，第一绝缘层12采用这样的氧化物材料形成其具有比第二绝缘层的培烧温度高50℃或更大的培烧温度，或具有比第二绝缘层的软化温度高30℃或更大的软化温度。
第一绝缘层12可以采用这样的氧化物材料形成其具有比第二绝缘层的培烧温度高50℃或更大的培烧温度，且具有比第二绝缘层的软化温度高30℃或更大的软化温度。在一实施例中，第一绝缘层14的软化温度高于第二绝缘层的培烧温度。
其后，采用诸如铬Cr的金属材料在第一绝缘层12上形成栅电极材料层，且通过光刻和蚀刻构图，由此在与阴极电极11交叉的第二方向上形成条状构图的栅电极13，在阴极电极和栅电极11和13的交叉的像素区具有开口13a。
如图7B所示，在第一绝缘层12上形成第二绝缘层14使得第二绝缘层14覆盖栅电极13。与第一绝缘层12相似，利用丝网印刷、层压或流延，第二绝缘层14形成具有1μm或更大的厚度，在一些实施例中，具有5μm或更大的厚度。
然后在第二绝缘层14上形成聚焦电极15，且通过光刻和蚀刻在相应于栅电极13的开口部分13a的部分处蚀刻，由此在聚焦电极15处形成开口部分15a。
如图7C所示，蚀刻通过聚焦电极15的开口部分15a暴露的第二绝缘层14，由此在第二绝缘层14处形成开口14a。蚀刻通过栅电极13的开口部分13a暴露的第一绝缘层12，由此在第一绝缘层12处形成开口12a。因此，在阴极电极11的将要形成电子发射区16的部分处部分地暴露阴极电极11。
如图7D所示，在阴极电极11的暴露的部分形成电子发射区16。
电子发射区16可以这样形成将诸如载体和粘合剂的有机材料加入粉末的电子发射材料中，搅拌该混合物来形成具有合适粘度的浆料，将该浆料丝网印刷到阴极电极11上，且干燥和培烧它。或者，电子发射区16可以通过化学气相沉积、溅射或直接生长来形成。
因为第一和第二绝缘层12和14利用具有不同的培烧和软化温度的绝缘材料形成，所以可以避免由于在后形成第二绝缘层14引起的第一绝缘层12和栅电极13的开裂或变形。因此，可以以稳定的方式形成第一和第二绝缘层12和14的沉积结构。
相对于FEA型电子发射显示器，在以上说明了采用在施加电场下发射电子的材料形成电子发射区，且通过用阴极电极和栅电极形成的驱动电极控制电子发射。但是，依据本发明的结构不限于FEA型电子发射装置，而可以以各种方式改变。
采用参考各种示范性实施例的上述的电子发射装置，可以稳定第一和第二绝缘层的沉积结构。另外，由于第一绝缘层的厚度提高了电子发射区的发射效率，且由于第二绝缘层的厚度提高了电子束聚焦效率，由此提高了相对于电子发射区拦截阳极电场的效应。由于束聚焦效率增加也提高了显示屏幕的色彩表现。
虽然在以上详细描述了本发明的实施例，然而应当清楚理解的是，这里教导的对于本领域的技术人员显而易见的基本发明构思的许多改变和/或修改仍然落在由权利要求和其等同方案所界定的本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种电子发射装置，包括第一基板；第一和第二电极，形成于所述第一基板上且通过插入在它们之间的第一绝缘层来彼此绝缘；电子发射区，电耦合到所述第一电极；聚焦电极，形成于所述第一和第二电极上；和第二绝缘层，插入所述聚焦电极与所述第一和第二电极之间，并具有暴露所述电子发射区的开口，其中，所述第一和第二绝缘层每个具有1μm或更大的厚度，且所述第一绝缘层具有比所述第二绝缘层的软化温度高30℃或更大的软化温度。
2.如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述第一绝缘层的软化温度高于第二绝缘层的培烧温度。
3.如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述第一绝缘层具有3μm或更大的厚度。
4.如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述第二绝缘层具有5μm或更大的厚度。
5.如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述第一电极、所述第一绝缘层和所述第二电极依次形成于所述第一基板上，且所述第一绝缘层和所述第二电极具有开口部分，所述开口部分至少部分地暴露其上形成所述电子发射区的第一电极的部分。
6.如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述第二电极、所述第一绝缘层和所述第一电极依次形成于所述第一基板上，且所述电子发射区接触所述第一电极的外围侧。
7.如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述电子发射区包括选自碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C60和硅纳米线中的材料。
8.如权利要求1所述的电子发射装置，还包括至少一个阳极电极，形成于面对所述第一基板且从所述第一基板分开的第二基板上；和磷光层，形成于所述阳极电极的表面上。
9.一种电子发射装置，包括第一基板；第一和第二电极，形成于所述第一基板上且通过插入在它们之间的第一绝缘层来彼此绝缘；电子发射区，电耦合到所述第一电极；聚焦电极，形成于所述第一和第二电极上；和第二绝缘层，插入所述聚焦电极与所述第一和第二电极之间，并且具有暴露所述电子发射区的开口，其中，所述第一和第二绝缘层每个具有1μm或更大的厚度，且所述第一绝缘层具有比所述第二绝缘层的培烧温度高50℃或更大的培烧温度。
10.如权利要求9所述的电子发射装置，其中，所述第一绝缘层的软化温度高于第二绝缘层的培烧温度。
11.如权利要求9所述的电子发射装置，其中，所述第一绝缘层具有3μm或更大的厚度。
12.如权利要求9所述的电子发射装置，其中，所述第二绝缘层具有5μm或更大的厚度。
13.如权利要求9所述的电子发射装置，其中，所述第一电极、所述第一绝缘层和所述第二电极依次形成于所述第一基板上，且所述第一绝缘层和所述第二电极具有开口部分，所述开口部分至少部分地暴露其上形成所述电子发射区的第一电极的部分。
14.如权利要求9所述的电子发射装置，其中，所述第二电极、所述第一绝缘层和所述第一电极依次形成于所述第一基板上，且所述电子发射区接触所述第一电极的外围侧。
15.如权利要求9所述的电子发射装置，其中，所述电子发射区包括选自碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C60和硅纳米线中的材料。
16.如权利要求9所述的电子发射装置，还包括至少一个阳极电极，形成于面对所述第一基板且从所述第一基板分开的第二基板上；和磷光层，形成于所述阳极电极的表面上
17.一种电子发射装置，包括基板；第一和第二电极，形成于所述基板上且通过插入在它们之间的第一绝缘层来彼此绝缘；电子发射区，电耦合到所述第一电极；聚焦电极，形成于所述第一和第二电极上；和第二绝缘层，插入所述聚焦电极与所述第一和第二电极之间，且具有暴露所述电子发射区的开口，其中，所述第一和第二绝缘层每个具有1μm或更大的厚度，且所述第一绝缘层的软化温度比所述第二绝缘层的培烧温度要高。
18如权利要求17所述的电子发射装置，其中，且所述第一绝缘层的软化温度比所述第二绝缘层的软化温度高30℃或更大。
19如权利要求17所述的电子发射装置，其中，且所述第一绝缘层的培烧温度比所述第二绝缘层的培烧温度高50℃或更大。
20如权利要求17所述的电子发射装置，其中，所述第一绝缘层具有3μm或更大的厚度，所述第二绝缘层具有5μm或更大的厚度。
全文摘要
本发明公开了一种电子发射装置。该电子发射装置包括第一基板；和第一和第二电极，形成于第一基板上且通过插入在它们之间的第一绝缘层来彼此绝缘。电子发射区电耦合到第一电极。聚焦电极形成于第一和第二电极上，且第二绝缘层插入聚焦电极与第一和第二电极之间。第二绝缘层具有暴露电子发射区的开口。第一和第二绝缘层每个具有1μm或更大的厚度，且第一绝缘层具有比第二绝缘层的软化温度高30℃或更大的软化温度。
文档编号H01J31/12GK1744255SQ20051009659
公开日2006年3月8日 申请日期2005年8月25日 优先权日2004年8月30日
发明者黄成渊 申请人:三星Sdi株式会社