專利名稱：電子發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子發(fā)射裝置，尤其涉及一種配置有將電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出的電子聚焦的金屬格柵極(metal grid electrode)的電子發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
電子發(fā)射裝置(EED)通常包括一個顯示設(shè)備，當(dāng)陰極的電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出的電子發(fā)光時，從該顯示設(shè)備實現(xiàn)任意的圖像。由于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)，電子通過與形成在陽極上的熒光層的碰撞而發(fā)光。由陰極、柵極(gateelectrode)和陽極構(gòu)成的三極管是一種廣泛用于EED的結(jié)構(gòu)。
通常使用的三極管由真空容器組成，真空容器包括背部基板和前部基板，背部基板包括陰極和柵極，前部基板包括陽極。使用密封劑，例如玻璃料，將真空容器裝配成整體。真空容器包括幾個間隔物，其在背部和前部基板之間形成固定間隙，以保持背部基板離開前部基板。
由電子發(fā)射裝置在真空容器中產(chǎn)生弧光放電。能夠推斷出弧光放電是通過發(fā)生在真空容器中的除氣作用由大量氣體同時電離產(chǎn)生的。通常，所產(chǎn)生的弧光放電隨著陽極電壓的升高而會變得更加劇烈。由于弧光放電，柵極就易于受到損壞，因為陽極與柵極之間可能形成電短路。
為了解決這一問題，已經(jīng)提出了一種電子發(fā)射裝置，其中在背部基板和前部基板之間配置金屬格柵極。格柵極能夠保護配置于背部基板上的電極不因發(fā)生弧光放電而被損壞，并且提高了聚焦所發(fā)射電子的能力。
然而，當(dāng)金屬格柵極的熱膨脹系數(shù)顯著不同于用作平板顯示器的前部和背部基板的熱鋼化玻璃(heat-reinforced glass)的熱膨脹系數(shù)時，在電子發(fā)射裝置的密封和排氣工藝中會出現(xiàn)幾個問題。一個問題是限制了高溫工藝的可用性。另一個問題是當(dāng)格柵極和底板(underplate)未對準時，在排氣工藝期間可能會損壞顯示板。而且，由于格柵極未對準，從電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出的電子可能與周圍區(qū)域而非選擇區(qū)域的熒光層碰撞，并使色純度降低。
為了解決這些問題，引入了一種設(shè)計，其補償了在熱處理工藝期間產(chǎn)生的格柵極的未對準。然而，這種設(shè)計使用了復(fù)雜的工藝并在質(zhì)量控制方面有一定的局限。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種電子發(fā)射裝置，通過提供具有與第一和第二基板相近熱膨脹系數(shù)的金屬格柵極，該電子發(fā)射裝置能夠防止由于格柵極和前部及背部基板之間的熱膨脹系數(shù)的差異而引起的未對準。
在第一實施例中，電子發(fā)射裝置(EED)包括構(gòu)成真空容器且兩者之間具有預(yù)定間隙彼此相對地設(shè)置的第一基板和第二基板、以絕緣狀態(tài)設(shè)置在第一基板的絕緣層上的陰極和柵極、包括電子發(fā)射材料并形成在陰極上的電子發(fā)射區(qū)、設(shè)置在第二基板上的至少一個陽極和紅、綠和藍色熒光層、和放置于真空容器中并配置有使電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出的電子通過的孔的格柵極，其中格柵極的熱膨脹系數(shù)在第一和第二基板的熱膨脹系數(shù)的80％-120％的范圍內(nèi)。
在第二實施例中，電子發(fā)射裝置(EED)包括構(gòu)成真空容器且兩者之間具有預(yù)定間隙彼此相對地設(shè)置的第一基板和第二基板、以絕緣狀態(tài)設(shè)置在第一基板的絕緣層上的陰極和柵極、包括電子發(fā)射材料并形成在陰極上的電子發(fā)射區(qū)、設(shè)置在第二基板上的至少一個陽極和紅、綠和藍色熒光層、和放置于真空容器中并配置有使電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出的電子通過的孔的格柵極，其中格柵極包括鎳鐵合金。


結(jié)合附圖參照下面的詳細描述將能更好地理解本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電子發(fā)射裝置的局部分解透視圖；圖2是圖1的電子發(fā)射裝置的局部截面視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的包括格柵極的電子發(fā)射裝置的局部分解透視圖；圖4是圖3中示出的電子發(fā)射裝置的局部截面視圖；圖5是表示金屬格柵極的熱膨脹系數(shù)與格柵極的鎳含量之間的關(guān)系的曲線圖；
圖6是根據(jù)例3制作的電子發(fā)射裝置的電極在第一基板上的對準的照片圖；圖7是根據(jù)比較例1制作的電子發(fā)射裝置的電極在第一基板上的對準的照片圖。
具體實施例方式
在第一實施例中，電子發(fā)射裝置(EED)包括構(gòu)成真空容器且兩者之間具有預(yù)定間隙彼此相對地設(shè)置的第一基板和第二基板、以絕緣狀態(tài)設(shè)置在在第一基板的絕緣層上的陰極和柵極、包括電子發(fā)射材料并形成在陰極上的電子發(fā)射區(qū)、設(shè)置在第二基板上的至少一個陽極和紅、綠和藍色熒光層、和放置于真空容器中并配置有使電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出的電子通過的孔的格柵極，其中格柵極的熱膨脹系數(shù)在第一基板和第二基板的熱膨脹系數(shù)的80％-120％的范圍內(nèi)。
在第二實施例中，電子發(fā)射裝置(EED)包括構(gòu)成真空容器且兩者之間具有預(yù)定間隙彼此相對地設(shè)置的第一基板和第二基板、以絕緣狀態(tài)設(shè)置在第一基板的絕緣層上的陰極和柵極、包括電子發(fā)射材料并形成在陰極上的電子發(fā)射區(qū)、提供在第二基板上的至少一個陽極和紅、綠和藍色熒光層、和放置于真空容器中并配置有使電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出的電子通過的孔的格柵極，其中格柵極包括鎳鐵合金。
參照附圖更具體地對本發(fā)明加以描述。然而，本發(fā)明不局限于圖中的結(jié)構(gòu)。相反，附圖給出了本發(fā)明的電子發(fā)射裝置的例子。
如這里用到的，“第一基板”指包括熒光層的前部基板，“第二基板”指包括電子發(fā)射區(qū)的背部基板。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包含格柵極的電子發(fā)射裝置的局部分解透視圖。圖2是圖1示出的電子發(fā)射裝置的局部截面視圖。
參照圖1和圖2，電子發(fā)射裝置包括構(gòu)成真空容器的第一基板2和第二基板4。第一基板2和第二基板4彼此面對設(shè)置并彼此相隔預(yù)定距離。格柵極8設(shè)置在第一基板2和第二基板4之間。格柵極8包括幾個開口6以允許電子束通過。用于發(fā)射電子的電子形成區(qū)設(shè)置在第一基板2上。圖像實現(xiàn)區(qū)設(shè)置在第二基板上。利用從第一基板2向第二基板4發(fā)射的電子，從圖像實現(xiàn)區(qū)發(fā)射出可見光。
特別地，在第一基板2上設(shè)置條形圖案的柵極10，并且各個柵極10沿Y方向延伸。在第一基板2面向第二基板4的一側(cè)的柵極10上設(shè)置絕緣層12。在絕緣層12上設(shè)置條狀圖案的陰極14，并且各個電極14垂直于柵極10沿X方向延伸。用作電子發(fā)射源的電子發(fā)射區(qū)16設(shè)置于陰極14和柵極10的每一交叉點處的陰極14的邊緣上。
如果需要，可以在第一基板2上設(shè)置反電極18。反電極18通過經(jīng)過形成在絕緣層12中的孔12a的觸點而與柵極10電連接。反電極18設(shè)置在陰極14之間并距離電子發(fā)射區(qū)16預(yù)定距離。反電極18為電子發(fā)射區(qū)16周圍的區(qū)域提供更強的電場，以使電子順利地從電子發(fā)射區(qū)16發(fā)射出來。
另外，在第二基板4面向第一基板2的一側(cè)上形成陽極20。在陽極20上提供紅、綠和藍色熒光層22。由黑色層24組成的熒光屏26形成在陽極20上并設(shè)置于熒光層22之間。陽極20包括例如氧化銦錫(ITO)的透明電極。如圖1和2中所示，陽極20包括形成在第二基板4整個表面上的一個電極?？蛇x擇地，陽極20可以包括形成在基板上的幾個電極，其圖案與熒光層22的圖案相對應(yīng)。如果需要，可以在熒光屏26的表面上設(shè)置一個金屬層(未示出)，通過金屬背效應(yīng)(metal back effect)以提高亮度。在這個實施例中，透明電極能夠被省略并將金屬層用作陽極。
而且，用于聚焦電子束的格柵極8設(shè)置在第一基板2和第二基板4之間，但是更靠近第一基板2設(shè)置。格柵極8包括具有幾個允許電子束通過的開口6的金屬板。格柵極8通過上間隔物28和下間隔物30設(shè)置于真空容器中，其中上間隔物28位于第二基板4和格柵極8之間，下間隔物30位于第一基板2和格柵極8之間。間隔物28和30將格柵極8從第一和第二基板以預(yù)定的恒定距離分隔開。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的包括格柵極的電子發(fā)射裝置的局部分解透視圖。圖4是圖3中示出的電子發(fā)射裝置的局部截面視圖。
參照圖3和圖4，電子發(fā)射裝置(EED)包括預(yù)定尺寸的第一基板2和預(yù)定尺寸的第二基板4。第一基板2與第二基板4大致平行設(shè)置并且其間具有預(yù)定間隙。在這種結(jié)構(gòu)中第一基板2和第二基板4相連接以限定EED外部并形成真空裝置。
在第一基板2上形成通過電場發(fā)射電子的發(fā)射結(jié)構(gòu)，且在第二基板4上形成能通過與電子的相互作用實現(xiàn)預(yù)定圖像的發(fā)光結(jié)構(gòu)。
更具體地，對于發(fā)射結(jié)構(gòu)來說，陰極14以條性圖案形成，絕緣層12形成在第一基板2的整個表面上并覆蓋陰極14。而且，在絕緣層12上形成條性圖案的柵極10。在柵極10和絕緣層12中形成孔10a和12a，在通過孔10a和12a暴露出的相同區(qū)域中的陰極14上形成電子發(fā)射區(qū)16。
對于用于實現(xiàn)預(yù)定圖形的發(fā)光結(jié)構(gòu)，在第二基板4相對于第一基板2的表面上形成陽極20。同樣，在陽極20上形成熒光層22和黑色層24。熒光層22被從第一基板2的電子源16發(fā)射出的電子照射。
利用這種結(jié)構(gòu)，如果由于陰極14和柵極10之間的電壓差電子從電子發(fā)射區(qū)16發(fā)射出來，電子被施加于陽極20上的高壓吸引而撞擊并激發(fā)熒光層22。
格柵極8固定在第一基板2和第二基板4之間以阻止這些元件之間的弧光放電并有助于聚焦所發(fā)射的電子。優(yōu)選的是，格柵極8包括多個開口6，各開口6對應(yīng)于一個電子發(fā)射區(qū)16。通過位于第二基板4和格柵極8之間的上間隔物28和位于第一基板2和格柵極8之間的下間隔物30，將格柵極8固定在真空容器中。間隔物28和30將格柵極8從第一和第二基板上隔離開預(yù)定的恒定距離。
在所述的EED中，電子發(fā)射區(qū)域16包括碳基材料。優(yōu)選的是，碳基材料選自于由碳納米管、石墨、金剛石、類金剛石碳、富勒烯(C60)及其混合物構(gòu)成的組。
優(yōu)選的是，第一和第二基板包括具有大約1.0×10-6到大約10.0×10-6/℃范圍的熱膨脹系數(shù)的玻璃基板。更優(yōu)選的是，第一和第二基板包括具有大約1.0×10-6到大約10.0×10-6/℃范圍的熱膨脹系數(shù)的熱鋼化玻璃基板。
格柵極的熱膨脹系數(shù)在第一基板2和第二基板4的熱膨脹系數(shù)的80％到120％的范圍內(nèi)變動，優(yōu)選大約90％到大約110％，更優(yōu)選大約95％到大約105％。當(dāng)格柵極的熱膨脹系數(shù)小于玻璃基板的熱膨脹系數(shù)的80％或大于其120％時，不對準的可能性增加。因此，格柵極和玻璃基板之間的熱膨脹系數(shù)的差異優(yōu)選盡可能的小。
通過控制鎳鐵合金中鎳的含量可以控制格柵極的熱膨脹系數(shù)。例如，當(dāng)?shù)谝换?和第二基板4分別包括具有大約1.0×10-6到大約10.0×10-6/℃范圍的熱膨脹系數(shù)的熱鋼化玻璃基板時，能夠使用包含大約42到大約52wt％鎳含量的鎳鐵合金的格柵極。優(yōu)選的是，鎳含量在大約45大約50wt.％范圍變動，更優(yōu)選大約47到大約49wt.％。
36鎳鐵合金，即鎳含量為36wt.％的合金，先前被用作陰極射線管(CRT)的格柵極或蔭罩。然而，這種合金不適合用于高溫工藝，并且因為36鎳鐵合金的熱膨脹系數(shù)比平板顯示器的第一和第二基板的熱膨脹系數(shù)小得多，易于在格柵極和下面板之間產(chǎn)生未對準。然而，鎳含量為42-52wt％的鎳鐵合金，正如本發(fā)明中使用的，具有希望范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)，基本上消除了未對準問題和與高溫工藝相關(guān)的問題。
本發(fā)明的格柵極主要包括鎳鐵合金。另外，還可以包括任選自于由鉻、鈷或鈦構(gòu)成的組中的金屬以提供希望的物理和機械特性，例如蝕刻和可加工性。鎳鐵合金中的鉻、鈷或鈦的量根據(jù)需要而定。但是，優(yōu)選的是，鉻的量在大約0.01到大約10wt％之間變動。
在一個實施例中，格柵極的厚度在大約0.05到大約0.2mm的范圍變動。當(dāng)格柵極的厚度小于大約0.05mm時，難于對電極進行機械操作。當(dāng)格柵極的厚度大于大約0.2mm時，難以進行細微孔工藝處理。
包括本發(fā)明的格柵極的電子發(fā)射裝置能夠以頂柵形式、底柵形式或根據(jù)柵極位置的修正形式進行制造，并且不限定于特定結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射裝置。
下文中，描述本發(fā)明的例子。下述例子僅作為本發(fā)明的例子，本發(fā)明并不局限于這些例子。
例1具有熱膨脹系數(shù)(TEC)8.6×10-6/℃的熱鋼化玻璃(PD-200)用作第一和第二基板。格柵極使用包含42wt％鎳的鎳鐵合金制造。電子發(fā)射裝置根據(jù)圖1中示出的結(jié)構(gòu)制造。
例2除了格柵極使用包含45wt％鎳的鎳鐵合金制造之外，電子發(fā)射裝置根據(jù)例1中描述的方法制造。
例3除了格柵極使用包含47wt％鎳的鎳鐵合金制造之外，電子發(fā)射裝置根據(jù)例1中描述的方法制造。
例4除了格柵極使用包含42wt％的鎳、6wt％的鉻、和52wt％的鐵的鎳鉻鐵合金制造之外，電子發(fā)射裝置根據(jù)例1中描述的方法制造。
比較例1除了格柵極使用包含36wt％鎳的鎳鐵合金制造之外，電子發(fā)射裝置根據(jù)例1中描述的方法制造。
圖5是表示金屬格柵極的熱膨脹系數(shù)與格柵極的鎳含量之間的關(guān)系的曲線圖。虛線圍繞的區(qū)域表示熱鋼化玻璃大約8.6×10-6/℃的熱膨脹系數(shù)。
下表列出了例1-例4和比較例1中使用的格柵極的熱膨脹系數(shù)(TEC)。
表1

例1-4的電子發(fā)射裝置在密封和排氣工藝過程中不會發(fā)生未對準，然而比較例1的電子發(fā)射裝置在密封和排氣工藝過程中會發(fā)生未對準，這造成了部件受損。
圖6和7分別是例3和比較例1的電子發(fā)射裝置的電極在第一基板上對準的顯微照片。如圖6所示，能夠通過格柵極中的開口看到例3的電子發(fā)射裝置的陰極，表示電極精確對準。相反，如圖7所示，比較例1的電子發(fā)射裝置的陰極是偏移的，表示電極未對準。
由于格柵極和前部或背部基板之間的熱膨脹系數(shù)的差異發(fā)生未對準。這種未對準能夠通過本發(fā)明中采用具有與第一和第二基板的熱膨脹系數(shù)相近的金屬格柵極而避免。這樣做時，提高了對準精度，能夠進行高溫工藝處理，并提高了裝置的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射裝置，其包括構(gòu)成真空容器且兩者之間具有預(yù)定間隙彼此相對地設(shè)置的第一基板和第二基板；在所述第一基板的絕緣層上以絕緣狀態(tài)設(shè)置的陰極和柵極；包括電子發(fā)射材料并在所述陰極上形成的電子發(fā)射區(qū)；在所述第二基板上設(shè)置的至少一個陽極和紅、綠和藍色熒光層；和安裝于所述真空容器中并配置有使所述電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出的電子通過的孔的格柵極，其中所述格柵極的熱膨脹系數(shù)在所述第一和第二基板的熱膨脹系數(shù)的80％-120％的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極的熱膨脹系數(shù)在所述第一和第二基板的熱膨脹系數(shù)的大約90％到大約110％的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極的熱膨脹系數(shù)在所述第一和第二基板的熱膨脹系數(shù)的大約95％到大約105％的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極的熱膨脹系數(shù)通過電極中的鎳含量加以控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極包括鎳含量為大約42到大約52wt％的鎳鐵合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極包括鎳含量為大約45到大約50wt％的鎳鐵合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極包括鎳含量為大約47到大約49wt％的鎳鐵合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其中所述第一和第二基板分別包括具有大約1.0×10-6到大約10.0×10-6/℃范圍的熱膨脹系數(shù)的玻璃基板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極還包括至少一種選自于由鉻、鈷和鈦構(gòu)成的組的金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極具有大約0.05到大約0.2mm的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其中所述電子發(fā)射區(qū)域包括至少一種選自于由碳納米管(CNT)、石墨、金剛石、類金剛石碳(DLC)、富勒烯(C60)及其混合物構(gòu)成的組的碳基材料。
12.一種電子發(fā)射裝置，其包括構(gòu)成真空容器且兩者之間具有預(yù)定間隙彼此相對地設(shè)置的第一基板和第二基板；在所述第一基板的絕緣層上以絕緣狀態(tài)設(shè)置的陰極和柵極；包括電子發(fā)射材料并在所述陰極上形成的電子發(fā)射區(qū)；在所述第二基板上設(shè)置的至少一個陽極和紅、綠和藍色熒光層；和安裝于所述真空容器中并配置有使所述電子發(fā)射區(qū)發(fā)射出的電子通過的孔的格柵極，其中所述格柵極包括鎳鐵合金。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極的鎳含量為大約42到大約52wt％。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極的鎳含量為大約45到大約50wt％。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極的鎳含量為大約47到大約49wt％。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子發(fā)射裝置，其中所述格柵極還包括至少一種選自于由鉻、鈷和鈦構(gòu)成的組的金屬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子發(fā)射裝置，尤其涉及一種包含格柵極的電子發(fā)射裝置，該格柵極具有在電子發(fā)射裝置的第一和第二基板的熱膨脹系數(shù)的大約80％到大約120％的范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)。通過使由格柵極和電子發(fā)射裝置的第一及第二基板之間的熱膨脹系數(shù)的差異引起的未對準最小化，格柵極固定于適當(dāng)位置。格柵極還能使弧光放電的產(chǎn)生最小化。然而，即使產(chǎn)生了弧光放電，格柵極也能夠阻止弧光放電對陰極和柵極的損壞。根據(jù)本發(fā)明，通過在陽極上施加增大的電壓，易于實現(xiàn)具有增高的亮度和分辨率的電子發(fā)射裝置。
文檔編號H01J1/30GK1661758SQ20051005425
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者池應(yīng)準, 全祥皓, 李炳坤 申請人:三星Sdi株式會社