专利名称：电子发射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子发射装置。更特别地，本发明涉及具有间隔物加载区域的电子发射装置，其中限定间隔物加载区域的宽度从而减小由于间隔物的充电而导致的屏幕图像质量变差。
背景技术：
通常，电子发射装置分为利用热阴极作为电子发射源的那些和利用冷阴极作为电子发射源的那些。有数种类型的冷阴极电子发射装置，包括场发射器阵列(FEA)型、金属-绝缘体-金属(MIM)型、金属-绝缘体-半导体(MIS)型和表面导电发射器(SCE)型。
MIM型和MIS型电子发射装置分别具有金属/绝缘体/金属(MIM)结构和金属/绝缘体/半导体(MIS)结构的电子发射区域。当电压施加到绝缘体两侧的两金属、或者金属和半导体时，电子从高电势金属或半导体迁移至低电势金属，在那里电子被聚集并被发射。
SCE型电子发射装置包括形成在第一和第二电极之间的薄导电膜，所述第一和第二电极彼此面对地布置在基板上。高电阻电子发射区域或者微缝(micro-crack)电子发射区域位于薄导电膜上。当电压施加到第一和第二电极且电流施加到导电膜的表面时，电子从电子发射区域被发射。
FEA型电子发射装置利用由具有低功函数或高长径比(aspect ratio)的材料制成的电子发射区域。当在真空环境中暴露到电场时，电子从这些电子发射区域被容易地发射。基于钼(Mo)或硅(Si)的具有尖锐的前尖端结构(tip structure)的电子发射区域已经被使用。另外，包括碳质材料例如碳纳米管的电子发射区域已经被使用。
尽管不同类型的电子发射装置具有特定的结构，但是它们基本上具有彼此密封从而形成真空容器(vacuum vessel)的第一和第二基板、布置在第一和第二基板之间的间隔物、形成在第一基板上的电子发射区域、用于控制电子从电子发射区域的发射的驱动电极、形成在第二基板的面对第一基板的表面上的磷光体层(phosphor layer)、以及用于使从电子发射区域发射的电子朝向磷光体层加速从而导致发光以产生显示的阳极电极。
间隔物支承真空容器从而防止它变形和破裂，并维持第一和第二基板之间的恒定距离。间隔物可以与各磷光体层之间的非发光区域对应地定位，从而它们不拦截从电子发射区域朝向磷光体层移动的电子。
然而，实际上，对于电子发射装置运行期间电子束的实际轨迹，从电子发射区域发射的电子中的一些并不从电子发射区域笔直地朝向在相应像素处的磷光体层移动，而是朝向非发光区域或者朝向在与目标像素相邻的像素处的不正确的磷光体层漫射(diffuse)。
这些偏离的电子会碰撞间隔物的表面，这又会根据间隔物材料而产生电荷例如正电势或负电势。表面带电的间隔物会使电子束的轨迹歪曲，导致间隔物周围的显示均匀性变差以及从相邻磷光体层的无意识发光，导致屏幕图像质量的总体变差。
发明内容
因此本发明针对电子发射装置、显示装置以及制造方法，其基本克服了由于现有技术的限制和缺点导致的一个或更多问题。
因此本发明一实施例的特征在于提供一种电子发射装置，其使间隔物周围的非正常发光和显示均匀性变差最小化。
因此本发明一实施例的另一特征在于提供一种电子发射装置，其使表面带电的间隔物对所发射的电子的轨迹的影响最小化。
本发明的上述和其它特征和优点中的至少一个可通过提供一种电子发射装置来实现，该电子发射装置包括彼此面对的第一和第二基板，单元像素定义在所述第一和第二基板上；电子发射单元，其在所述第一基板上；磷光体层，其在所述第二基板的面对所述第一基板的表面上，每个磷光体层对应于至少一个单元像素；非发光区域，其在所述磷光体层之间；以及间隔物，其置于所述第一和第二基板之间且布置在所述非发光区域中，其中所述非发光区域包括加载有所述间隔物的间隔物加载区域，其中间隔物加载区域的宽度和所述单元像素的节距满足下列条件A/B≥约0.2，其中A表示间隔物加载区域的宽度，B表示沿所述间隔物加载区域的宽度定位的所述单元像素的节距。
所述间隔物加载区域的宽度和所述单元像素的节距可满足下面的条件A/B≤约0.5，其中A表示间隔物加载区域的宽度，B表示沿所述间隔物加载区域的宽度定位的所述单元像素的节距。黑层可形成在所述非发光区域处，所述间隔物加载区域的宽度可对应于黑层的宽度。所述单元像素可沿所述第二基板的水平和垂直边布置，所述间隔物可设置在沿所述第二基板的所述垂直边定位的磷光体层之间，所述间隔物加载区域的宽度和所述单元像素的节距沿所述第二基板的所述垂直边确定。所述间隔物可具有壁形状或柱形状。
本发明的上述和其它特征和优点中的至少一个还可通过提供一种显示装置实现，该显示装置包括第一基板，其包括电子发射元件；第二基板，其面对所述第一基板，所述第二基板包括沿第一方向布置的规则图案，所述规则图案具有设置在相邻发光区域之间的间隔物加载区域，所述间隔物加载区域具有沿所述第一方向的第一长度且所述发光区域具有沿所述第一方向的第二长度，其中所述规则图案具有沿所述第一方向的等于所述第一长度和所述第二长度的总和的节距，且其中所述第一长度大于或等于所述节距的约五分之一；以及间隔物，其设置在所述间隔物加载区域中。
所述第一长度可小于或等于所述节距的约一半。所述节距可对应于所述显示装置的垂直方向。每个发光区域可包括沿第二方向布置的三种不同颜色发光元件，所述第二方向基本与所述第一方向直交。所述第二方向可对应于所述显示装置的水平方向。所述显示装置可包括与所述间隔物加载区域对应的非发光区域。所述非发光区域可以是黑层。
本发明的上述和其它特征和优点中的至少一个还可通过提供一种制造显示装置的方法来实现，该方法包括在基板的表面上形成磷光体层，每个磷光体层对应于至少一个单元像素；在所述磷光体层之间形成非发光区域；以及在间隔物加载区域中布置间隔物，所述间隔物加载区域位于所述非发光区域中，其中间隔物加载区域的宽度和所述单元像素的节距满足下面的条件A/B≥约0.2，其中A表示间隔物加载区域的宽度，B表示沿所述间隔物加载区域的宽度定位的所述单元像素的节距。
所述间隔物加载区域的宽度和所述单元像素的节距可满足下面的条件A/B≤约0.5，其中A表示所述间隔物加载区域的宽度，B表示沿所述间隔物加载区域的宽度定位的所述单元像素的节距。该方法还可包括在所述非发光区域形成黑层。所述间隔物加载区域的宽度可对应于黑层的宽度。
通过参照附图详细描述其示例性实施例，本发明的上述和其它特征和优点对本领域技术人员而言将变得更加明显，附图中图1示出根据本发明一实施例的电子发射装置的局部剖视图；图2示出根据本发明一实施例的FEA型电子发射装置的局部分解透视图；图3和4示出图2的FEA型电子发射装置的局部剖视图；图5示出用于根据本发明另一实施例的FEA型电子发射装置的电子发射单元的局部剖视图；图6示出用于图2的FEA型电子发射装置的发光单元的局部剖视图；图7示出图2的FEA型电子发射装置的局部平面图；图8示出柱形间隔物的透视图；图9示出间隔物加载区域的宽度对单元像素的垂直节距的比值与错误颜色发射区域的长度之间的关系的曲线图；图10示出电子发射装置的错误颜色发射区域的局部平面图；图11示出间隔物加载区域的宽度对单元像素的垂直节距的比值与屏幕亮度之间的关系的曲线图。
具体实施例方式
下面将参照附图更全面地描述本发明，附图中示出本发明的示例性实施例。但是，本发明可以以不同的形式实现，不应被理解为局限于这里提出的实施例。更确切地，提供这些实施例使得本公开将彻底和完整，将向本领域技术人员更充分地传达本发明的范围。图中，为了说明的清楚而放大了层和区域的尺寸。还将理解，当层被称为在另一层或基板“上”时，它可以直接在其它层或基板上，或者还可以存在中间层。此外，应明白，当层被称为在另一层“下”时，它可以直接在下面，还可以存在一层或更多中间层。另外，还将明白，当层被称为在两层“之间”时，它可以是该两层之间的唯一层，或者还可以存在一层或更多中间层。相似的附图标记始终表示相似的元件。
如图1所示，电子发射装置可包括彼此平行地布置且分隔开预定距离的第一基板2和第二基板4。密封部件(未示出)可设置在第一基板2和第二基板4的外围，从而在两个基板之间形成被抽真空的内部空间(真空室)。
电子发射单元100可设置在第一基板2的面对第二基板4的表面上，从而朝向第二基板4发射电子。发光单元200可设置在第二基板4的面对第一基板2的表面上，从而响应于所发射的电子发出可见光，由此产生发光或显示。
电子发射单元100可包括多个电子发射区域6和用于控制电子从电子发射区域6的发射的驱动电极(未示出)。一个或更多电子发射区域6可设置在定义在第一基板2上的各单元像素处。电子发射区域6可通过驱动电极控制，驱动电极可开启或关闭各单元像素的电子发射或控制电子发射的量。
发光单元200可包括彼此间隔开预定距离的磷光体层8，且可包括各磷光体层8之间的非发光区域。磷光体层8可分隔开地形成在定义在第二基板4上的各单元像素处，或者磷光体层8可延伸在两个或更多单元像素上。定义在第一基板2上的单元像素与定义在第二基板4上的单元像素在电子发射装置的厚度方向上(在图的z轴方向上)彼此对应。
多个间隔物10可在第一基板2与第二基板4之间布置在非发光区域处(为清晰起见，仅示出一个间隔物)。具有间隔物10的非发光区域可定义为间隔物加载区域(spacer loading region)12。在电子发射装置运行期间由于间隔物10的带电，电子束在间隔物加载区域12处会歪曲。
在根据本发明一实施例的电子发射装置中，根据定义在第一基板2或第二基板4上的单元像素的布置来定义间隔物加载区域12的尺寸，从而减小或消除由于电子束的歪曲而导致的屏幕图像质量变差，所述电子束的歪曲归因于间隔物的带电。现在将参照利用冷阴极的FEA型电子发射装置说明根据本发明的电子发射单元、发光单元和间隔物加载区域的结构。
如图2至4所示，电子发射单元101可包括在第一基板2上例如条形图案的且布置在平行于第一基板2的方向上的阴极电极14、形成在第一基板2的整个表面上且覆盖阴极电极14的绝缘层、以及在绝缘层16上例如条形图案的且布置在平行于第一基板并垂直于阴极电极14的方向上的栅极电极18。
阴极电极14和栅极电极18的交叉区域形成单元像素。一个或更多电子发射区域15可在各个单元像素处设置在阴极电极14上。开口20可形成在绝缘层16和栅极电极18处，对应于各电子发射区域15并暴露第一基板2上的电子发射区域15。
图中示出的电子发射区域15具有圆平面形状(circular plane shape)且沿每个各单元像素的阴极电极14的长度布置。然而，电子发射区域15的平面形状、每单元像素的数目、以及布置不局限于所示例子且可以以各种形式改变。
电子发射区域15可以用在施加电场的情况下发射电子的材料形成，例如碳质材料、纳米尺寸材料等。电子发射区域15可以用例如碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C60、硅纳米线等或其组合形成，且可以通过丝网印刷、直接生长、化学气相沉积、溅射等形成。
在具有上述结构的装置中，阴极电极14可以电连接到电子发射区域15从而向电子发射区域施加电流以引起电子发射。栅极电极18可利用栅极电极18与阴极电极14之间的电压差在电子发射区域15周围形成电场，导致电子从电子发射区域15的发射。即，阴极电极14和栅极电极18可充当用于控制电子发射的驱动电极。
在另一实施例中，如图5所示，阴极电极14′和栅极电极18′可互换。在电子发射单元102中，栅极电极18′可首先形成在第一基板2上，绝缘层16′可形成在第一基板2的整个表面上，覆盖栅极电极18′。然后阴极电极14′可形成在绝缘层16′上。
电子发射区域15′可形成在绝缘层16′上且可以接触阴极电极14′的侧表面。对电极17可电连接到栅极电极18′同时在阴极电极14′之间与电子发射区域15′间隔开。对电极17可用于将栅极电极18′的电场引到绝缘层16′之上从而在电子发射区域15′周围形成强电场。
回到图2至4所示的实施例，发光单元201可包括形成在第二基板4的面对第一基板2的表面上的红、绿和蓝磷光体层22R、22G和22B，非发光区域在各磷光体层22之间。磷光体层22不出现在非发光区域中，实际上可见光不从非发光区域发射。黑层(black layer)24可用例如铬或铬氧化物形成在非发光区域从而提高屏幕对比度。
阳极电极26可用例如诸如铝的金属材料形成在磷光体层22和黑层24上。阳极电极26接收加速电子束所需的高电压，且在电子发射装置运行期间可将从磷光体层22朝向第一基板2发射的可见光反射回朝向第二基板4从而提高屏幕亮度。
在图6所示的另一实施例中，阳极电极26′可首先形成在第二基板4的表面上，然后磷光体层22和黑层24可形成在阳极电极26′上。阳极电极26′可由透明导电材料例如铟锡氧化物(ITO)形成使得它透射从磷光体层22发出的可见光。图6的附图标记202表示发光单元。
单元像素也可与定义在第一基板2上的单元像素对应地定义在第二基板4上。图7示出图2的FEA型电子发射装置的局部平面图，其示出了结构的细节，其中一磷光体层22分开地形成在定义在第二基板4上的每个单元像素处。
间隔物10可布置在第一基板2与第二基板4之间从而维持第一基板2与第二基板4之间的恒定距离并支承该真空容器，从而防止其变形和破裂。
间隔物10可以为壁形状，即具有矩形外形且垂直于第一基板2和第二基板4取向，并且可布置在栅极电极18之间并与其平行排列。供选地，间隔物可成形为柱，例如图8所示的十字柱(cross pillar)10′。如图7所示，间隔物10可位于磷光体层22之间，彼此间隔开预定距离且沿图的y轴方向取向。
用于间隔物10的间隔物加载区域12可具有与定义在第一基板2或第二基板4上的单元像素的垂直节距(pitch)B成比例的宽度A。间隔物加载区域12的宽度A是沿图的y轴方向测量的两相邻单元像素之间的偏心距离(eccentric distance)。
参照图7，根据本发明，间隔物加载区域12的宽度A形成为与沿该宽度定位的单元像素的垂直节距B对应。这样，根据本发明，宽度A和垂直节距B满足下面的公式比值A/B大于或等于约0.2。即，A/B≥约0.2(公式1)。
此外，根据本发明，宽度A和垂直节距B还优选满足下面的公式比值A/B小于或等于约0.5。即，A/B≤约0.5(公式2)。
用于参考，如图7所示，一磷光体层22被设置用于各单元像素，磷光体层22的垂直节距用B表示。
图9示出比值A/B(间隔物加载区域12的宽度A与单元像素的垂直节距B的比值)关于错误颜色磷光体层发光区域(以下简称为“错误颜色发射区域”)的长度的曲线图。如图10所示，错误颜色发射区域意味着从电子发射区域朝向目标单元像素发射的电子变为向在与目标单元像素相邻的像素处的错误颜色磷光体层行进，导致不需要的可见光发射。图10的附图标记28表示错误颜色发射区域。
如图9所示，曲线图的垂直轴表示沿第二基板的方向(沿图10的y轴方向)测量的错误颜色发射区域的长度。对于所示结果，磷光体层的水平宽度为130μm，间隔物的宽度为70μm，仅以绿磷光体层为目标。如图所示，根据间隔物加载区域12的变化的宽度A测量错误颜色发射区域的长度。
如图9所示，当间隔物加载区域12的宽度A对单元像素的垂直节距B的比值A/B小于约0.2时，发生错误颜色发射。随着比值A/B变得更小，错误颜色发射区域的长度变得更大。
在电子发射装置运行期间，如果电子碰撞间隔物10的表面，间隔物10可变得表面带电且使经过其附近的电子束的轨迹歪曲。因此，当比值A/B小于约0.2时，间隔物10会定位得太接近磷光体层，使得间隔物周围电子束的歪曲导致错误颜色发射。然而，注意，本发明不限于该工作理论。
相反，对于根据本发明此实施例的电子发射装置，其中比值A/B大于或等于约0.2，电子束在间隔物加载区域以外不歪曲且防止了错误颜色发射。
当比值A/B大于或等于约0.2时，错误颜色发射可被有效防止。然而，如果比值A/B大于约0.5，则磷光体层的面积相对于第二基板会减小至显示亮度变差的程度。
图11示出比值A/B关于亮度的曲线图。对于所示结果，电流密度为0.0304A/m2且阳极电场为3.06V/μm。如图11所示，利用根据本发明此实施例的电子发射装置可获得300cd/m2或更大的亮度，该电子发射装置中比值A/B小于或等于约0.5。
如上所述，利用根据本发明此实施例的电子发射装置，间隔物加载区域12的宽度A对单元像素的垂直节距B的比值A/B为能够获得高亮度屏幕而不导致错误颜色发射。因此，根据本发明此实施例的电子发射装置的使用可防止屏幕图像质量由于间隔物带电而变差且可导致所得显示的亮度增大。
以FEA型电子发射装置为背景提供了上述说明，其中电子发射区域由施加电场时发射电子的材料形成。然而，本发明不限于FEA型电子发射装置，而是可以应用于具有电子发射源、磷光体层和间隔物的其它冷阴极电子发射装置。
这里已经公开了本发明的示例性实施例，尽管采用了特定术语，但是它们仅在普通和描述性意义上被使用和解释，而不是用于限制。因此，本领域普通技术人员将理解，在不偏离权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可进行形式和细节上的各种变化。
权利要求
1.一种电子发射装置，包括彼此面对的第一和第二基板，单元像素定义在所述第一和第二基板上；电子发射单元，其在所述第一基板上；磷光体层，其在所述第二基板的面对所述第一基板的表面上，每个磷光体层对应于至少一个单元像素；非发光区域，其在所述磷光体层之间；以及间隔物，其置于所述第一和所述第二基板之间且布置在所述非发光区域中，其中所述非发光区域包括加载有所述间隔物的间隔物加载区域，其中间隔物加载区域的宽度和所述单元像素的节距满足下面的条件A/B≥约0.2其中A表示所述间隔物加载区域的宽度，B表示沿所述间隔物加载区域的宽度定位的所述单元像素的节距。
2.如权利要求1所述的电子发射装置，其中所述间隔物加载区域的宽度和所述单元像素的节距满足下面的条件A/B≤约0.5其中A表示所述间隔物加载区域的宽度，B表示沿所述间隔物加载区域的宽度定位的所述单元像素的节距。
3.如权利要求1所述的电子发射装置，其中黑层形成在所述非发光区域。
4.如权利要求3所述的电子发射装置，其中所述间隔物加载区域的宽度对应于所述黑层的宽度。
5.如权利要求1所述的电子发射装置，其中所述单元像素沿所述第二基板的水平和垂直边布置，所述间隔物设置在沿所述第二基板的所述垂直边定位的所述磷光体层之间，所述间隔物加载区域的宽度和所述单元像素的节距沿所述第二基板的所述垂直边确定。
6.如权利要求1所述的电子发射装置，其中所述间隔物具有壁形。
7.如权利要求1所述的电子发射装置，其中所述间隔物具有柱形。
8.一种显示装置，包括第一基板，其包括电子发射元件；第二基板，其面对所述第一基板，所述第二基板包括沿第一方向布置的规则图案，所述规则图案具有设置在相邻发光区域之间的间隔物加载区域，所述间隔物加载区域具有沿所述第一方向的第一长度且所述发光区域具有沿所述第一方向的第二长度，其中所述规则图案具有沿所述第一方向的等于所述第一长度和所述第二长度的总和的节距，且其中所述第一长度大于或等于所述节距的约五分之一；以及间隔物，其设置在所述间隔物加载区域中。
9.如权利要求8所述的显示装置，其中所述第一长度小于或等于所述节距的约一半。
10.如权利要求8所述的显示装置，其中所述节距对应于所述显示装置的垂直方向。
11.如权利要求8所述的显示装置，其中每个发光区域包括沿第二方向布置的三种不同颜色发光元件，所述第二方向与所述第一方向基本直交。
12.如权利要求11所述的显示装置，其中所述第二方向对应于所述显示装置的水平方向。
13.如权利要求8所述的显示装置，还包括与所述间隔物加载区域对应的非发光区域。
14.如权利要求13所述的显示装置，其中所述非发光区域为黑层。
15.一种制造显示装置的方法，包括在基板的表面上形成磷光体层，每个磷光体层对应于至少一个单元像素；在所述磷光体层之间形成非发光区域；以及在间隔物加载区域中布置间隔物，所述间隔物加载区域位于所述非发光区域中，其中间隔物加载区域的宽度和所述单元像素的节距满足下面的条件A/B≥约0.2其中A表示所述间隔物加载区域的宽度，B表示沿所述间隔物加载区域的宽度定位的所述单元像素的节距。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述间隔物加载区域的宽度和所述单元像素的节距满足下面的条件A/B≤约0.5其中A表示所述间隔物加载区域的宽度，B表示沿所述间隔物加载区域的宽度定位的所述单元像素的节距。
17.如权利要求15所述的方法，还包括在所述非发光区域形成黑层。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述间隔物加载区域的宽度对应于所述黑层的宽度。
全文摘要
本发明提供一种电子发射装置，其实施例包括彼此面对的第一和第二基板，单元像素定义在所述第一和第二基板上；电子发射单元，其在所述第一基板上；磷光体层，其在所述第二基板的面对所述第一基板的表面上，每个磷光体层对应于至少一个单元像素；非发光区域，其在所述磷光体层之间；以及间隔物，其置于所述第一和所述第二基板之间且布置在所述非发光区域，其中所述非发光区域包括加载有所述间隔物的间隔物加载区域，其中所述间隔物加载区域的宽度和所述单元像素的节距满足下面的条件A/B≥约0.2，其中A表示所述间隔物加载区域的宽度，B表示沿所述间隔物加载区域的宽度定位的所述单元像素的节距。
文档编号H01J9/00GK1873888SQ20061005509
公开日2006年12月6日 申请日期2006年3月2日 优先权日2005年5月31日
发明者全祥皓, 李炳坤 申请人:三星Sdi株式会社