电子发射装置以及利用该装置的电子发射显示器转让专利
申请号 : CN200710084952.6
文献号 : CN100585780C
文献日 : 2010-01-27
发明人 : 安商爀 , 李相祚 , 诸柄佶 , 全祥皓 , 洪秀奉 , 赵珍熙
申请人 : 三星SDI株式会社
摘要 :
本发明公开了一种电子发射装置，其包括基板，形成在所述基板上的第一电极，电连接到所述第一电极的电子发射区域，以及位于所述第一电极之上的第二电极，使得所述第二电极与所述第一电极绝缘。所述第二电极含有开口以暴露所述电子发射区域。第三电极位于所述第二电极之上使得所述第三电极与所述第二电极绝缘。所述第三电极含有与所述第二电极的开口连通的开口。各个所述电子发射区域和所述第二电极同时满足以下条件：D2/D1≤0.579(1)，以及D2≥1μm (2)。其中D1表示所述第二电极的每个开口的宽度，D2表示每个所述电子发射区域的宽度。
权利要求 :
1.一种电子发射装置，包括：
基板；
形成在所述基板上的第一电极；
电连接到所述第一电极的电子发射区域；
位于所述第一电极之上的第二电极，使得所述第二电极与所述第一电 极绝缘，所述第二电极含有开口以暴露所述电子发射区域；以及位于所述第二电极之上的第三电极，使得所述第三电极与所述第二电 极绝缘，所述第三电极含有与所述第二电极的开口连通的开口；
其中各个所述电子发射区域和所述第二电极同时满足以下条件：D2/D1≤0.467(1)，以及D2≥1μm (2)其中D1表示所述第二电极的每个开口的宽度，D2表示每个所述电子 发射区域的宽度。
2.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中在所述第一和第二电极 中任一个的宽度方向上测量D1和D2。
3.根据权利要求2所述的电子发射装置，其中所述电子发射区域和所 述第二电极的开口顺次排布在所述第一电极的长度方向上，并且在所述第 一电极的宽度方向上测量D1和D2。
4.根据权利要求2所述的电子发射装置，其中所述电子发射区域和所 述第二电极的开口形成为圆形的形状。
5.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中每个所述电子发射区域 形成为完全由电子发射材料形成的电子发射层和在其表面上形成有电子发 射材料的电子发射层中的任一种。
6.根据权利要求5所述的电子发射装置，其中所述电子发射区域包括 碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、球壳状碳C60和 硅纳米线中的至少一种。
7.根据权利要求3所述的电子发射装置，其中所述第三电极含有在所 述第一和第二电极的每个相交区域处的开口之一。
8.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述第一和第二电极中 的任一个为扫描电极，而所述第一和第二电极中的另一个为数据电极，同 时所述第三电极为聚焦电极。
9.一种电子发射显示器，包括：
彼此以预定距离面对的第一基板和第二基板；
形成在所述第一基板上的第一电极；
电连接到所述第一电极的电子发射区域；
位于所述第一电极之上的第二电极，使得所述第二电极与所述第一电 极绝缘，所述第二电极含有开口以暴露所述电子发射区域；
位于所述第二电极之上的第三电极，使得所述第三电极与所述第二电 极绝缘，所述第三电极含有与所述第二电极的开口连通的开口；
形成在所述第二基板表面上的荧光层；以及
位于所述荧光层表面上的第四电极；
其中所述电子发射区域和所述第二电极同时满足以下条件：D2/D1≤0.467(1)，以及D2≥1μm(2)其中D1表示所述第二电极的每个开口的宽度，D2表示每个所述电子 发射区域的宽度。
10.根据权利要求9所述的电子发射显示器，其中所述电子发射区域 和所述第二电极的开口顺次排布在所述第一电极的长度方向上，并且在所 述第一电极的宽度方向上测量D1和D2。
11.根据权利要求9所述的电子发射显示器，其中所述电子发射区域 和所述第二电极的开口形成为圆形的形状。
12.根据权利要求9所述的电子发射显示器，其中所述荧光层包括在 所述第二基板上沿第一方向交替设置的红色、绿色和蓝色荧光层，并且垂 直于所述第二基板上的第一方向来测量D1和D2。
13.根据权利要求12所述的电子发射显示器，其中所述电子发射区域 和所述第二电极的开口在垂直于所述第二基板上的第一方向的第二方向上 顺次排布。
14.根据权利要求9所述的电子发射显示器，其中所述电子发射区域 形成为完全由电子发射材料形成的电子发射层和在其表面上形成有电子发 射材料的电子发射层中的任一种。
15.根据权利要求13所述的电子发射显示器，其中所述第三电极含有 在所述第一和第二电极的每个相交区域处的开口之一。
16.根据权利要求9所述的电子发射显示器，其中所述第一和第二电 极中的任一个为扫描电极，而所述第一和第二电极中的另一个为数据电极， 同时所述第三电极为聚焦电极，所述第四电极为阳极电极。
17.根据权利要求1所述的电子发射装置，其中所述第一、第二和第 三电极形成阶梯结构。
18.根据权利要求9所述的电子发射显示器，其中所述第一、第二和 第三电极形成阶梯结构。
19.一种电子发射结构，包括：
第一电极；
用于发射电子流并形成在所述第一电极上的电子发射区域；以及垂直于所述第一电极形成的第二电极，其中所述第二电极还包括孔， 所述孔的尺寸和位置对应于所述电子发射区域，其中所述第二电极的孔的宽度和所述电子发射区域的宽度满足以下条 件：D2/D1＝0.467(1)，以及D2≥1μm (2)其中D1是所述孔的宽度，D2是所述电子发射区域的宽度。
说明书 :
技术领域
本发明的各方面涉及一种电子发射装置，更具体而言，涉及一种具有 电子发射区域宽度与栅电极开口宽度的预定比率的电子发射装置以及利用 该电子发射装置的电子发射显示器。
背景技术
通常，依据电子源的类型将电子发射元件分为不同的类型。这些类型 包括利用热阴极的第一类型与利用冷阴极的第二类型。
利用冷阴极的第二类型的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)型以及金属-绝缘 体-半导体(MIS)型。
FEA型的电子发射元件含有电子发射区域以及比如阴极电极和栅电极 的驱动电极。FEA型的电子发射元件基于当电场在真空下施加到电子发射 区域时，从电子发射区域很容易地发射出电子这一原理。电子发射区域由 具有低的功函数或高纵横比(aspect ratio)的材料形成，比如含碳材料或纳 米尺寸材料。
在第一基板上将数个电子发射元件排布成阵列以制成电子发射装置， 并且将该电子发射装置与包含具有荧光层的发光单元和阳极电极的第二基 板结合。这些部件用于构建电子发射显示器。
对于普通的FEA型电子发射显示器，在第一基板上顺序形成阴极电极、 绝缘层和栅电极，并且在栅电极和绝缘层处形成有开口从而部分地暴露阴 极电极。在开口内的阴极电极上形成电子发射区域。在第二基板的面对第 一基板的表面上形成荧光层和阳极电极。
阴极电极和栅电极被图案化成条状并形成为彼此相交，阴极电极和栅 电极的每个相交区域形成像素。电子发射区域位于像素的预定领域内使得 电子发射区域彼此隔开一距离。
当向阴极电极和栅电极施加预定的驱动电压时，在像素的电子发射区 域周围形成电场，该处两电极之间的电压差超过阈值，从这些电子发射区 域发射出电子。发射的电子被施加到阳极电极的高电压吸引，并被导向第 二基板。当发射的电子到达第二基板时，发射的电子与相应像素的荧光层 碰撞，并引起光的发射。
对于以上结构，可以在栅电极之上进一步形成绝缘层和聚焦电极以聚 焦电子束。聚焦电极接收0V或者几到几十伏的负直流(DC)电压，并向 穿过栅电极和绝缘层中的开口的发射电子施加排斥力，从而将这些电子聚 焦在电子流的中心。
同时，与在早期的电子发射器设计中提出的锥形Spindt型发射器不同， 可以主要通过易于控制的丝网印刷工艺，利用在其表面上具有电子发射材 料的层来形成电子发射区域。
来自含有层状电子发射区域和聚焦电极的电子发射显示器的电子束在 电子束的流(stream)之内包括主电子束和次电子束。主电子束与次电子束 一起存在于电子束的流之中。子电子束位于主电子束外部。每个次电子束 的宽度大于主电子束的宽度，并且每个次电子束的强度比主电子束的强度 弱。
因此，荧光层在发光时划分成基于主电子束的主发光区域和基于次电 子束的二级发光区域。在次电子束广泛分散到邻近的不同颜色的荧光层的 情况下，这些不同颜色的荧光层被激发从而使色纯度劣化。
由于以下现象而产生了引起二级光发射的次电子束，即，从电子发射 区域的边缘发出的电子被栅电极吸引，靠近聚焦电极穿过的某些电子通过 聚焦电极的负电场而完全弯曲到相对侧。
为了防止次电子束的产生，常规上已经提出了应当改变聚焦电极的开 口的形状或尺寸，或者应当控制聚焦电压的大小。然而，当扩大聚焦电极 的开口的宽度或者提高聚焦电压以防止次电子束的产生时，即使防止了次 电子束的产生并因而减小了二级光发射，也反而增大了主电子束的宽度并 由此增大了主发光区域的宽度。
利用冷阴极的第二类型的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)型以及金属-绝缘 体-半导体(MIS)型。
FEA型的电子发射元件含有电子发射区域以及比如阴极电极和栅电极 的驱动电极。FEA型的电子发射元件基于当电场在真空下施加到电子发射 区域时，从电子发射区域很容易地发射出电子这一原理。电子发射区域由 具有低的功函数或高纵横比(aspect ratio)的材料形成，比如含碳材料或纳 米尺寸材料。
在第一基板上将数个电子发射元件排布成阵列以制成电子发射装置， 并且将该电子发射装置与包含具有荧光层的发光单元和阳极电极的第二基 板结合。这些部件用于构建电子发射显示器。
对于普通的FEA型电子发射显示器，在第一基板上顺序形成阴极电极、 绝缘层和栅电极，并且在栅电极和绝缘层处形成有开口从而部分地暴露阴 极电极。在开口内的阴极电极上形成电子发射区域。在第二基板的面对第 一基板的表面上形成荧光层和阳极电极。
阴极电极和栅电极被图案化成条状并形成为彼此相交，阴极电极和栅 电极的每个相交区域形成像素。电子发射区域位于像素的预定领域内使得 电子发射区域彼此隔开一距离。
当向阴极电极和栅电极施加预定的驱动电压时，在像素的电子发射区 域周围形成电场，该处两电极之间的电压差超过阈值，从这些电子发射区 域发射出电子。发射的电子被施加到阳极电极的高电压吸引，并被导向第 二基板。当发射的电子到达第二基板时，发射的电子与相应像素的荧光层 碰撞，并引起光的发射。
对于以上结构，可以在栅电极之上进一步形成绝缘层和聚焦电极以聚 焦电子束。聚焦电极接收0V或者几到几十伏的负直流(DC)电压，并向 穿过栅电极和绝缘层中的开口的发射电子施加排斥力，从而将这些电子聚 焦在电子流的中心。
同时，与在早期的电子发射器设计中提出的锥形Spindt型发射器不同， 可以主要通过易于控制的丝网印刷工艺，利用在其表面上具有电子发射材 料的层来形成电子发射区域。
来自含有层状电子发射区域和聚焦电极的电子发射显示器的电子束在 电子束的流(stream)之内包括主电子束和次电子束。主电子束与次电子束 一起存在于电子束的流之中。子电子束位于主电子束外部。每个次电子束 的宽度大于主电子束的宽度，并且每个次电子束的强度比主电子束的强度 弱。
因此，荧光层在发光时划分成基于主电子束的主发光区域和基于次电 子束的二级发光区域。在次电子束广泛分散到邻近的不同颜色的荧光层的 情况下，这些不同颜色的荧光层被激发从而使色纯度劣化。
由于以下现象而产生了引起二级光发射的次电子束，即，从电子发射 区域的边缘发出的电子被栅电极吸引，靠近聚焦电极穿过的某些电子通过 聚焦电极的负电场而完全弯曲到相对侧。
为了防止次电子束的产生，常规上已经提出了应当改变聚焦电极的开 口的形状或尺寸，或者应当控制聚焦电压的大小。然而，当扩大聚焦电极 的开口的宽度或者提高聚焦电压以防止次电子束的产生时，即使防止了次 电子束的产生并因而减小了二级光发射，也反而增大了主电子束的宽度并 由此增大了主发光区域的宽度。
发明内容
因此，本发明的各个方面包括一种电子发射装置以及利用该电子发射 装置的电子发射显示器，所述电子发射装置减小了次电子束的产生从而使 二级光发射最小化，同时没有大幅影响主电子束。
在本发明的一个方面中，所述电子发射装置包括：基板，形成在所述 基板上的第一电极，电连接到所述第一电极的电子发射区域，以及位于所 述第一电极之上的第二电极，使得所述第二电极与所述第一电极绝缘。所 述第二电极含有开口以暴露所述电子发射区域。第三电极位于所述第二电 极之上使得所述第三电极与所述第二电极绝缘。所述第三电极含有与所述 第二电极的开口连通的开口。所述电子发射区域和所述第二电极中的每一 个同时满足以下条件：
D2/D1≤0.579(1)，以及D2≥1μm (2)
其中D1表示所述第二电极的每个开口的宽度，D2表示每个所述电子 发射区域的宽度。
所述电子发射区域和所述第二电极的开口可以顺次排布在所述第一电 极的长度方向上，并且在所述第一电极的宽度方向上测量D1和D2。
所述电子发射区域和所述第二电极的开口可以形成为圆形的形状。
每个所述电子发射区域可以形成为完全由电子发射材料形成的电子发 射层和在其表面上形成有电子发射材料的电子发射层中的任一种。
所述第三电极可以含有在所述第一和第二电极的每个相交区域处的开 口之一。
所述第一和第二电极中的任一个可以为扫描电极，而所述第一和第二 电极中的另一个为数据电极，同时所述第三电极为聚焦电极。
在本发明的另一示例性实施例中，所述电子发射显示器包括彼此以预 定距离面对的第一基板和第二基板，形成在所述第一基板上的第一电极， 电连接到所述第一电极的电子发射区域，以及位于所述第一电极之上的第 二电极，使得所述第二电极与所述第一电极绝缘。所述第二电极含有开口 以暴露所述电子发射区域。第三电极位于所述第二电极之上使得所述第三 电极与所述第二电极绝缘。所述第三电极含有与所述第二电极的开口连通 的开口。在所述第二基板的表面上形成有荧光层。第四电极位于所述荧光 层的表面上。所述电子发射区域和所述第二电极同时满足以下条件：
D2/D1≤0.579(1)，以及D2≥1μm (2)
其中D1表示所述第二电极的每个开口的宽度，D2表示每个所述电子 发射区域的宽度。
所述荧光层可以包括在所述第二基板上沿第一方向交替设置的红色、 绿色和蓝色荧光层，并且可以垂直于所述第二基板上的第一方向来测量D1 和D2。
所述电子发射区域和所述第二电极的开口可以在垂直于所述第二基板 上的第一方向的第二方向上顺次排布。
本发明的一个方面包括一种电子发射结构，包括：第一电极；用于发 射电子流并形成在所述第一电极上的电子发射区域；以及垂直于所述第一 电极形成的第二电极，其中所述第二电极还包括孔，其尺寸和位置对应于 所述电子发射区域使得从所述电子发射区域发射的电子流的主电子束和次 电子束在距所述电子发射区域预定距离处具有基本相等的宽度。
在以下描述中，本发明的附加方面和/或优点将得到部分地阐述并将从 所述描述中部分地显而易见，或者，可以通过实践本发明而得到认知。
在本发明的一个方面中，所述电子发射装置包括：基板，形成在所述 基板上的第一电极，电连接到所述第一电极的电子发射区域，以及位于所 述第一电极之上的第二电极，使得所述第二电极与所述第一电极绝缘。所 述第二电极含有开口以暴露所述电子发射区域。第三电极位于所述第二电 极之上使得所述第三电极与所述第二电极绝缘。所述第三电极含有与所述 第二电极的开口连通的开口。所述电子发射区域和所述第二电极中的每一 个同时满足以下条件：
D2/D1≤0.579(1)，以及D2≥1μm (2)
其中D1表示所述第二电极的每个开口的宽度，D2表示每个所述电子 发射区域的宽度。
所述电子发射区域和所述第二电极的开口可以顺次排布在所述第一电 极的长度方向上，并且在所述第一电极的宽度方向上测量D1和D2。
所述电子发射区域和所述第二电极的开口可以形成为圆形的形状。
每个所述电子发射区域可以形成为完全由电子发射材料形成的电子发 射层和在其表面上形成有电子发射材料的电子发射层中的任一种。
所述第三电极可以含有在所述第一和第二电极的每个相交区域处的开 口之一。
所述第一和第二电极中的任一个可以为扫描电极，而所述第一和第二 电极中的另一个为数据电极，同时所述第三电极为聚焦电极。
在本发明的另一示例性实施例中，所述电子发射显示器包括彼此以预 定距离面对的第一基板和第二基板，形成在所述第一基板上的第一电极， 电连接到所述第一电极的电子发射区域，以及位于所述第一电极之上的第 二电极，使得所述第二电极与所述第一电极绝缘。所述第二电极含有开口 以暴露所述电子发射区域。第三电极位于所述第二电极之上使得所述第三 电极与所述第二电极绝缘。所述第三电极含有与所述第二电极的开口连通 的开口。在所述第二基板的表面上形成有荧光层。第四电极位于所述荧光 层的表面上。所述电子发射区域和所述第二电极同时满足以下条件：
D2/D1≤0.579(1)，以及D2≥1μm (2)
其中D1表示所述第二电极的每个开口的宽度，D2表示每个所述电子 发射区域的宽度。
所述荧光层可以包括在所述第二基板上沿第一方向交替设置的红色、 绿色和蓝色荧光层，并且可以垂直于所述第二基板上的第一方向来测量D1 和D2。
所述电子发射区域和所述第二电极的开口可以在垂直于所述第二基板 上的第一方向的第二方向上顺次排布。
本发明的一个方面包括一种电子发射结构，包括：第一电极；用于发 射电子流并形成在所述第一电极上的电子发射区域；以及垂直于所述第一 电极形成的第二电极，其中所述第二电极还包括孔，其尺寸和位置对应于 所述电子发射区域使得从所述电子发射区域发射的电子流的主电子束和次 电子束在距所述电子发射区域预定距离处具有基本相等的宽度。
在以下描述中，本发明的附加方面和/或优点将得到部分地阐述并将从 所述描述中部分地显而易见，或者，可以通过实践本发明而得到认知。
附图说明
通过以下结合附图对于各方面的详细描述，本发明的这些和/或其他方 面和优点将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明一个方面的电子发射显示器的局部分解透视图；
图2是图1所示的电子发射显示器的局部截面图；
图3是根据本发明一个方面的电子发射装置的局部放大平面图；
图4是示出了聚焦电极的变型的电子发射装置的局部放大平面图；
图5示意性地示出了从根据本发明一个方面的电子发射显示器的电子 发射区域中心发出的电子束的轨迹；
图6示意性地示出了从根据本发明一个方面的电子发射显示器的电子 发射区域边缘发出的电子束的轨迹；
图7是曲线图，示出了根据本发明一个方面的在电子发射显示器的电 子发射区域的宽度与栅电极开口的宽度的比率变化时测量到的主电子束和 次电子束的宽度。
图1是根据本发明一个方面的电子发射显示器的局部分解透视图；
图2是图1所示的电子发射显示器的局部截面图；
图3是根据本发明一个方面的电子发射装置的局部放大平面图；
图4是示出了聚焦电极的变型的电子发射装置的局部放大平面图；
图5示意性地示出了从根据本发明一个方面的电子发射显示器的电子 发射区域中心发出的电子束的轨迹；
图6示意性地示出了从根据本发明一个方面的电子发射显示器的电子 发射区域边缘发出的电子束的轨迹；
图7是曲线图，示出了根据本发明一个方面的在电子发射显示器的电 子发射区域的宽度与栅电极开口的宽度的比率变化时测量到的主电子束和 次电子束的宽度。
具体实施方式
现将详细参照本发明的各个方面，其实例示于附图中，其中通篇用相 同的附图标记表示相同的元件。以下描述各个方面从而通过参照附图来说 明本发明。
如图1至3所示，电子发射显示器包括彼此以预定距离面对的第一基 板10和第二基板12。在第一基板10和第二基板12的外围设置有密封构件 (未示出)以将它们彼此密封，并且基板10和12之间的内部空间被抽空 至约10-6Torr。这样，第一基板10和第二基板12以及密封剂形成了真空容 器。
在第一基板10的面对第二基板12的表面上排布电子发射元件的阵列。 电子发射元件的阵列用于在第一基板10上构建电子发射装置100。电子发 射装置100与第二基板12和设置在第二基板12上的发光单元110一起组装 从而构建电子发射显示器。
作为电子发射装置100的一部分，一个或多个阴极电极14(第一电极) 呈条状图案(或带状)地形成在第一基板10上并在第一基板10的方向上 延伸。在第一基板10的整个表面上形成第一绝缘层16使得第一绝缘层16 覆盖阴极电极14。一个或多个栅电极18(第二电极)呈条状图案(或带状) 地形成在第一绝缘层16上并在与阴极电极14基本垂直的方向上延伸。
当阴极电极14和栅电极18的相交(或交叉)区域被限定为像素时， 在各个像素的阴极电极14上形成一个或多个电子发射区域20。为了暴露第 一基板10上的电子发射区域20，在第一绝缘层16和栅电极18处分别形成 开口161和181，对应于各个电子发射区域20。
利用在真空下将电场施加到其上时发射电子的材料(电子发射材料) 来形成电子发射区域20。这样的材料包括含碳材料或纳米(nm)尺寸材料。 例如，可以利用碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、 球壳状碳(fullerene)C60、硅纳米线、或其组合来形成电子发射区域20。
利用具有预定厚度和预定宽度的电子发射层(未示出)来形成电子发 射区域20。电子发射层可以完全由电子发射材料形成，或者由在其表面上 形成有电子发射材料的结构形成。可以通过丝网印刷、直接生长、化学气 相沉积和/或溅镀来形成电子发射区域20。
在各个方面中，电子发射区域20在阴极电极14和栅电极18中任一个 的长度方向上顺次排布在各个像素上。例如，如图1所示，电子发射区域 20排布在阴极电极14的纵向方向上。电子发射区域20和栅电极18的开口 181中的每一个可以以圆形的形状形成。在其他方面中，电子发射区域20 和栅电极18的开口181的形状可以是椭圆形、矩形或其他形状。并且，在 一组电子发射区域20和开口181内，各电子发射区域20或开口181可以 与其他的形状不同。
在栅电极18和第一绝缘层16上形成聚焦电极22(第三电极)。第二绝 缘层24位于聚焦电极22之下从而使栅电极18和聚焦电极22彼此绝缘。 为了使电子束通过，还分别在聚焦电极22和第二绝缘层24中形成开口221 和241。在本发明的各个方面，第一、第二和第三电极14、18、22形成了 如图2所示的阶梯结构。
如图1所示，可以在每个像素的聚焦电极22中形成一个开口221，从 而使从每个像素发出的电子共同聚焦。可选地，如图4所示，对于每一个 电子发射区域20在聚焦电极22’处形成一个开口222，从而分别聚焦来自各 个电子发射区域20的电子。
作为电子发射显示器的一部分，在本发明的各个方面中，在第二基板 12的面对第一基板10的表面上形成荧光层26。荧光层26含有红色荧光层 26R、绿色荧光层26G和蓝色荧光层26B使得它们彼此隔开一距离。在各 个红色荧光层26R、绿色荧光层26G和蓝色荧光层26B之间设置黑色层28 以增强屏幕对比度。各个彩色荧光层26R、26G、26B位于各个像素中，并 且红色荧光层26R、绿色荧光层26G和蓝色荧光层26B在栅电极18的相应 的纵向方向上交替设置。
在荧光层26和黑色层28上形成阳极电极30。阳极电极30可以是金属 性材料，比如铝Al。阳极电极30接收为加速来自于电子发射区域20的电 子束所需的高电压，使荧光层26处于高电势状态，并将荧光层26辐射的 可见光线朝向第二基板12反射以提高屏幕亮度。
在各个方面中，可以利用比如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料形成阳 极电极30。在这种情况下，阳极电极30位于荧光层26和黑色层28的面朝 第二基板12的表面上。也可以形成透明导电层(比如ITO)和金属性层两 者以用作阳极电极30。
如图2所示，在第一基板10和第二基板12之间设置间隔物32，以承 受施加到真空容器的压力并恒定维持两基板10和12之间的距离。间隔物 32位于对应于黑色层28的位置使得间隔物32不进入到荧光层26之上。
通过将预定电压施加到阴极电极14、栅电极18、聚焦电极22和阳极 电极30来驱动以上结构的电子发射显示器。
在电子发射显示器的操作期间，阴极电极14和栅电极18中的一个接 收扫描驱动电压以用作扫描电极，而另一个电极接收数据驱动电压以用作 数据电极。聚集电极22接收聚焦电子束所需的电压，比如0V或几到几十 伏的负直流(DC)电压。阳极电极30接收加速电子束所需的电压，比如几 百到几千伏的正直流(DC)电压。
在电子发射显示器的操作期间，在像素的电子发射区域20周围形成电 场，该处阴极电极14和栅电极18之间的电压差超过阈值，从这些电子发 射区域20发射出电子。发射的电子穿过聚焦电极22的开口221，并聚焦在 电子束的流的中心。发射的电子被施加到阳极电极30的高电压吸引，与相 应像素的荧光层26碰撞，并引起光的发射。
图5和6分别示出了从电子发射区域20的中心或其附近、以及从电子 发射区域20的边缘或其附近发射的电子束的轨迹。所示出的是沿着阴极电 极14的宽度方向(图1-6中的x轴方向)得到的电子发射装置100的截 面图和电子束的轨迹。
如图5所示，从电子发射区域20的中心或其附近发出的电子束的流的 左侧和右侧关于流的中心彼此对称或者基本对称。电子束朝向第二基板(未 示出)分散(或扇形散开)，并且完全由主电子束构成而没有次电子束。
同时，如图6所示，从电子发射区域20的边缘或其附近发出的电子偏 向侧方向上的栅电极18，朝向第二基板(未示出)行进以加入主电子束。 然而，靠近聚焦电极22穿过的某些电子通过聚焦电极22的负(或相反) 电场从主电子束根本上弯曲，由此形成次电子束。
这样，由于主要从电子发射区域20的边缘或其附近发射的电子，具有 比主电子束更大的宽度的次电子束形成到主电子束外部(或其之外)。因此， 在荧光层26或像素的主发光区域外部(或其之外)的荧光层26上形成了 基于次电子束的二级发光区域。
因为与现有技术的Spindt型电子发射器不同，电子发射区域20由具有 预定宽度的电子发射层形成，该电子发射区域20具有相对宽的电子发射区 域，所以产生了二级光发射(secondary light emission)。
为了减小二级光发射，根据本发明一个方面的电子发射显示器具有电 子发射区域20的宽度与栅电极18的开口181的宽度的预定比率，由此减 小和/或防止次电子束的产生。在这一方面，电子发射区域20和栅电极18 构造为满足以下条件：
D2/D1≤0.579 (1)
其中D1和D2分别表示栅电极18的开口181的宽度和电子发射区域 20的宽度。在不同颜色的荧光层26R、26G和26B的邻近方向上(也就是 阴极电极14的宽度方向上)测量D1和D2。在电子发射区域20和栅电极 18的开口181以圆形的形状形成的这一方面中，D1和D2可以分别表示栅 电极18的开口181的直径和电子发射区域20的直径。
图7是示出在电子发射区域20的宽度与栅电极18的开口181的宽度 的比率变化时测量的与荧光层26碰撞的主电子束和次电子束的宽度的曲线 图。在曲线图中示出的主电子束和次电子束的宽度表明了其在不同颜色的 荧光层26R、26G和26B的邻近方向上测量的宽度。
根据电子发射显示器的一个方面，第一绝缘层16的厚度设置成3μm， 栅电极18的开口181的宽度设置成15μm，第二绝缘层24的厚度设置成 4μm，聚焦电极22的开口221的宽度设置成38μm。并且，在将电子发射区 域的宽度从2μm变成12μm时测量主电子束和次电子束的宽度。而且，关 于驱动条件，阴极电压设置成20V，栅极电压设置成80V，聚焦电压设置成 0V，阳极电压设置成8kV。
如图7所示，随着电子发射区域20与栅电极18的开口181的宽度比 率D2/D1的增大，主电子束的宽度逐渐减小同时次电子束的宽度逐渐增大。 特别是，当电子发射区域20与栅电极18的开口181的宽度比率D2/D1超 过0.579时，次电子束的宽度增大到超过主电子束的宽度。当比率D2/D1 在0.579之上时，出现二级发光区域。如图7所示，0.579的比率D2/D1表 示当主电子束的宽度和次电子束的宽度基本相等时的情形。在本发明的一 个方面中，主电子束和次电子束的宽度约为175μm。
如上所述，根据本发明的这一方面，尽管不是必须，但电子发射区域 20的宽度D2与栅电极18的开口181的宽度D1的比率应小于0.579。结果， 有效地减少了次电子束的产生而没有根本上减小主电子束的宽度。
同时，尽管不是必须，但优选的是，电子发射区域20具有1μm或更大 的宽度。当电子发射区域20具有小于1μm的宽度时，难以构图(或制造) 电子发射区域20。更具体而言，在其制造期间的曝光工艺中存在困难，这 发生在含有电子发射材料和光敏材料的浆料混合物被印制在第一基板的整 个表面上并通过曝光被选择性地硬化之后。之后，通过显影工艺去除非硬 化部分以形成电子发射区域20。
此外，当电子发射区域具有小于1μm的宽度时，减小了来自电子发射 区域的放电电流的量，因此，需要提高驱动电压。因而，具有2μm宽度的 电子发射区域的驱动电压应该提高到具有6μm宽度的电子发射区域的驱动 电压的三倍，具有1μm宽度的电子发射区域的驱动电压应该提高到具有 6μm宽度的电子发射区域的驱动电压的六倍。因此，在这一方面，电子发 射区域20形成为具有至少约1μm的宽度。
如上所述，对于根据各个方面的电子发射显示器，由于电子发射区域 20和栅电极18构造成满足上述条件，所以减小了二级光发射，由此提高了 色纯度，并获得了最佳的光发射区域，使得即使对于较低的驱动电压也提 高了电子发射区域20的发射效率。
尽管已经表示并描述了本发明的几个方面，但本领域技术人员应理解 的是，在不偏离本发明的原理和精神的前提下可以在各方面中进行变化， 本发明的范围限定在权利要求和其等同物之中。
如图1至3所示，电子发射显示器包括彼此以预定距离面对的第一基 板10和第二基板12。在第一基板10和第二基板12的外围设置有密封构件 (未示出)以将它们彼此密封，并且基板10和12之间的内部空间被抽空 至约10-6Torr。这样，第一基板10和第二基板12以及密封剂形成了真空容 器。
在第一基板10的面对第二基板12的表面上排布电子发射元件的阵列。 电子发射元件的阵列用于在第一基板10上构建电子发射装置100。电子发 射装置100与第二基板12和设置在第二基板12上的发光单元110一起组装 从而构建电子发射显示器。
作为电子发射装置100的一部分，一个或多个阴极电极14(第一电极) 呈条状图案(或带状)地形成在第一基板10上并在第一基板10的方向上 延伸。在第一基板10的整个表面上形成第一绝缘层16使得第一绝缘层16 覆盖阴极电极14。一个或多个栅电极18(第二电极)呈条状图案(或带状) 地形成在第一绝缘层16上并在与阴极电极14基本垂直的方向上延伸。
当阴极电极14和栅电极18的相交(或交叉)区域被限定为像素时， 在各个像素的阴极电极14上形成一个或多个电子发射区域20。为了暴露第 一基板10上的电子发射区域20，在第一绝缘层16和栅电极18处分别形成 开口161和181，对应于各个电子发射区域20。
利用在真空下将电场施加到其上时发射电子的材料(电子发射材料) 来形成电子发射区域20。这样的材料包括含碳材料或纳米(nm)尺寸材料。 例如，可以利用碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、 球壳状碳(fullerene)C60、硅纳米线、或其组合来形成电子发射区域20。
利用具有预定厚度和预定宽度的电子发射层(未示出)来形成电子发 射区域20。电子发射层可以完全由电子发射材料形成，或者由在其表面上 形成有电子发射材料的结构形成。可以通过丝网印刷、直接生长、化学气 相沉积和/或溅镀来形成电子发射区域20。
在各个方面中，电子发射区域20在阴极电极14和栅电极18中任一个 的长度方向上顺次排布在各个像素上。例如，如图1所示，电子发射区域 20排布在阴极电极14的纵向方向上。电子发射区域20和栅电极18的开口 181中的每一个可以以圆形的形状形成。在其他方面中，电子发射区域20 和栅电极18的开口181的形状可以是椭圆形、矩形或其他形状。并且，在 一组电子发射区域20和开口181内，各电子发射区域20或开口181可以 与其他的形状不同。
在栅电极18和第一绝缘层16上形成聚焦电极22(第三电极)。第二绝 缘层24位于聚焦电极22之下从而使栅电极18和聚焦电极22彼此绝缘。 为了使电子束通过，还分别在聚焦电极22和第二绝缘层24中形成开口221 和241。在本发明的各个方面，第一、第二和第三电极14、18、22形成了 如图2所示的阶梯结构。
如图1所示，可以在每个像素的聚焦电极22中形成一个开口221，从 而使从每个像素发出的电子共同聚焦。可选地，如图4所示，对于每一个 电子发射区域20在聚焦电极22’处形成一个开口222，从而分别聚焦来自各 个电子发射区域20的电子。
作为电子发射显示器的一部分，在本发明的各个方面中，在第二基板 12的面对第一基板10的表面上形成荧光层26。荧光层26含有红色荧光层 26R、绿色荧光层26G和蓝色荧光层26B使得它们彼此隔开一距离。在各 个红色荧光层26R、绿色荧光层26G和蓝色荧光层26B之间设置黑色层28 以增强屏幕对比度。各个彩色荧光层26R、26G、26B位于各个像素中，并 且红色荧光层26R、绿色荧光层26G和蓝色荧光层26B在栅电极18的相应 的纵向方向上交替设置。
在荧光层26和黑色层28上形成阳极电极30。阳极电极30可以是金属 性材料，比如铝Al。阳极电极30接收为加速来自于电子发射区域20的电 子束所需的高电压，使荧光层26处于高电势状态，并将荧光层26辐射的 可见光线朝向第二基板12反射以提高屏幕亮度。
在各个方面中，可以利用比如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料形成阳 极电极30。在这种情况下，阳极电极30位于荧光层26和黑色层28的面朝 第二基板12的表面上。也可以形成透明导电层(比如ITO)和金属性层两 者以用作阳极电极30。
如图2所示，在第一基板10和第二基板12之间设置间隔物32，以承 受施加到真空容器的压力并恒定维持两基板10和12之间的距离。间隔物 32位于对应于黑色层28的位置使得间隔物32不进入到荧光层26之上。
通过将预定电压施加到阴极电极14、栅电极18、聚焦电极22和阳极 电极30来驱动以上结构的电子发射显示器。
在电子发射显示器的操作期间，阴极电极14和栅电极18中的一个接 收扫描驱动电压以用作扫描电极，而另一个电极接收数据驱动电压以用作 数据电极。聚集电极22接收聚焦电子束所需的电压，比如0V或几到几十 伏的负直流(DC)电压。阳极电极30接收加速电子束所需的电压，比如几 百到几千伏的正直流(DC)电压。
在电子发射显示器的操作期间，在像素的电子发射区域20周围形成电 场，该处阴极电极14和栅电极18之间的电压差超过阈值，从这些电子发 射区域20发射出电子。发射的电子穿过聚焦电极22的开口221，并聚焦在 电子束的流的中心。发射的电子被施加到阳极电极30的高电压吸引，与相 应像素的荧光层26碰撞，并引起光的发射。
图5和6分别示出了从电子发射区域20的中心或其附近、以及从电子 发射区域20的边缘或其附近发射的电子束的轨迹。所示出的是沿着阴极电 极14的宽度方向(图1-6中的x轴方向)得到的电子发射装置100的截 面图和电子束的轨迹。
如图5所示，从电子发射区域20的中心或其附近发出的电子束的流的 左侧和右侧关于流的中心彼此对称或者基本对称。电子束朝向第二基板(未 示出)分散(或扇形散开)，并且完全由主电子束构成而没有次电子束。
同时，如图6所示，从电子发射区域20的边缘或其附近发出的电子偏 向侧方向上的栅电极18，朝向第二基板(未示出)行进以加入主电子束。 然而，靠近聚焦电极22穿过的某些电子通过聚焦电极22的负(或相反) 电场从主电子束根本上弯曲，由此形成次电子束。
这样，由于主要从电子发射区域20的边缘或其附近发射的电子，具有 比主电子束更大的宽度的次电子束形成到主电子束外部(或其之外)。因此， 在荧光层26或像素的主发光区域外部(或其之外)的荧光层26上形成了 基于次电子束的二级发光区域。
因为与现有技术的Spindt型电子发射器不同，电子发射区域20由具有 预定宽度的电子发射层形成，该电子发射区域20具有相对宽的电子发射区 域，所以产生了二级光发射(secondary light emission)。
为了减小二级光发射，根据本发明一个方面的电子发射显示器具有电 子发射区域20的宽度与栅电极18的开口181的宽度的预定比率，由此减 小和/或防止次电子束的产生。在这一方面，电子发射区域20和栅电极18 构造为满足以下条件：
D2/D1≤0.579 (1)
其中D1和D2分别表示栅电极18的开口181的宽度和电子发射区域 20的宽度。在不同颜色的荧光层26R、26G和26B的邻近方向上(也就是 阴极电极14的宽度方向上)测量D1和D2。在电子发射区域20和栅电极 18的开口181以圆形的形状形成的这一方面中，D1和D2可以分别表示栅 电极18的开口181的直径和电子发射区域20的直径。
图7是示出在电子发射区域20的宽度与栅电极18的开口181的宽度 的比率变化时测量的与荧光层26碰撞的主电子束和次电子束的宽度的曲线 图。在曲线图中示出的主电子束和次电子束的宽度表明了其在不同颜色的 荧光层26R、26G和26B的邻近方向上测量的宽度。
根据电子发射显示器的一个方面，第一绝缘层16的厚度设置成3μm， 栅电极18的开口181的宽度设置成15μm，第二绝缘层24的厚度设置成 4μm，聚焦电极22的开口221的宽度设置成38μm。并且，在将电子发射区 域的宽度从2μm变成12μm时测量主电子束和次电子束的宽度。而且，关 于驱动条件，阴极电压设置成20V，栅极电压设置成80V，聚焦电压设置成 0V，阳极电压设置成8kV。
如图7所示，随着电子发射区域20与栅电极18的开口181的宽度比 率D2/D1的增大，主电子束的宽度逐渐减小同时次电子束的宽度逐渐增大。 特别是，当电子发射区域20与栅电极18的开口181的宽度比率D2/D1超 过0.579时，次电子束的宽度增大到超过主电子束的宽度。当比率D2/D1 在0.579之上时，出现二级发光区域。如图7所示，0.579的比率D2/D1表 示当主电子束的宽度和次电子束的宽度基本相等时的情形。在本发明的一 个方面中，主电子束和次电子束的宽度约为175μm。
如上所述，根据本发明的这一方面，尽管不是必须，但电子发射区域 20的宽度D2与栅电极18的开口181的宽度D1的比率应小于0.579。结果， 有效地减少了次电子束的产生而没有根本上减小主电子束的宽度。
同时，尽管不是必须，但优选的是，电子发射区域20具有1μm或更大 的宽度。当电子发射区域20具有小于1μm的宽度时，难以构图(或制造) 电子发射区域20。更具体而言，在其制造期间的曝光工艺中存在困难，这 发生在含有电子发射材料和光敏材料的浆料混合物被印制在第一基板的整 个表面上并通过曝光被选择性地硬化之后。之后，通过显影工艺去除非硬 化部分以形成电子发射区域20。
此外，当电子发射区域具有小于1μm的宽度时，减小了来自电子发射 区域的放电电流的量，因此，需要提高驱动电压。因而，具有2μm宽度的 电子发射区域的驱动电压应该提高到具有6μm宽度的电子发射区域的驱动 电压的三倍，具有1μm宽度的电子发射区域的驱动电压应该提高到具有 6μm宽度的电子发射区域的驱动电压的六倍。因此，在这一方面，电子发 射区域20形成为具有至少约1μm的宽度。
如上所述，对于根据各个方面的电子发射显示器，由于电子发射区域 20和栅电极18构造成满足上述条件，所以减小了二级光发射，由此提高了 色纯度，并获得了最佳的光发射区域，使得即使对于较低的驱动电压也提 高了电子发射区域20的发射效率。
尽管已经表示并描述了本发明的几个方面，但本领域技术人员应理解 的是，在不偏离本发明的原理和精神的前提下可以在各方面中进行变化， 本发明的范围限定在权利要求和其等同物之中。