CN1670885A - 电子发射装置 - Google Patents

Abstract

一种电子发射装置，包括在基板上形成的栅电极。该栅电极位于第一平面。绝缘层在栅电极上形成。阴极在绝缘层上形成。电子发射区域与阴极电连接。该电子发射区域位于第二平面。此外，电子发射装置包括基本位于电子发射区域的第二平面的反电极。栅电极和反电极用于接收相同的电压，在至少一个电子发射区域和至少一个反电极之间的距离D满足如下条件：1(μm)≤D≤28.1553+1.7060t(μm)，其中t表示绝缘层的厚度。

Description

电子发射装置

技术领域

本发明涉及一种电子发射装置，特别涉及一种具有在与电子发射区域同一平面上设置的栅电极以诱发后者发射电子的电子发射装置。

背景技术

一般地，电子发射装置可分为两种类型。第一种类型使用热(或热离子的)阴极作为电子发射源，第二种类型使用冷阴极作为电子发射源。

此外，第二种类型的电子发射装置具有场致发射器阵列(FEA)类型，金属-绝缘体-金属(MIM)类型，金属-绝缘体-半导体(MIS)类型以及表面导电发射(SCE)类型。

MIM类型和MIS类型电子发射装置具有金属/绝缘体/金属(MIM)电子发射结构或者金属/绝缘体/半导体(MIS)电子发射结构。当向金属或半导体施加电压时，电子从具有高电位的金属或半导体迁移到具有低电位的金属并被加速，由此来发射电子。

SCE类型电子发射装置包括在相互面对的基板上形成的第一和第二电极，以及在第一和第二电极之间设置的导电薄膜。导电薄膜上形成微小裂缝，以形成电子发射区域。当电压施加于电极，形成流向导电薄膜表面的电流时，电子从电子发射区域发射。

FEA类型电子发射装置基于下述原理：当具有低功函或高宽高比的材料用作电子发射源时，真空环境中电子容易因电场而从材料中发射出来。一种基于钼、硅或含碳材料的前端尖锐的结构，例如碳纳米管、石墨和/或类金刚石碳已经被开发作为电子发射源使用。

一般地，基于冷阴极的电子发射装置具有构成真空容器的第一和第二基板。电子发射区域和用于控制电子发射区域的电子发射的驱动电极在第一基板上形成。磷光层和用于有效地加速从第一基板面向磷光层的一侧发射的电子的电子加速电极在第二基板上形成，由此发光和/或显示期望的图像。

FEA类型的电子发射装置具有三极管结构，其中阴极和栅电极作为驱动电极在第一基板上形成，阳极作为电子加速电极在第二基板上形成。阴极和栅电极设置在不同平面，分别接收不同的电压，以使电子从电连接于阴极的电子发射区域发射出来。

在FEA类型的电子发射装置中，从电子发射区域发射的电子数目相对于在电子发射区域周围形成的电场强度(E)呈指数增加。电场强度(E)与施加在栅电极上的电压成正比，并与电子发射区域和栅电极的接近程度成正比。

然而，在当前已有的电子发射装置中，由于栅电极的结构限制，电场强度(E)未最大化，因此从电子发射区域发射的电子数目不能得到显著增加，这使得高亮度屏幕很难实现。

当然，可提高施加于栅电极的电压解决上述问题。但是，在这种情况下，由于能耗的增加使电子发射装置的广泛使用变得困难，并由于使用高成本驱动器，电子发射装置的生产成本也会增加。

发明内容

本发明的一个方面，提供了一种电子发射装置，其无需提高用于进行电子发射的驱动电压即可增加发射电子的数目。

在本发明的一个典型实施例中，电子发射装置包括在基板上形成的栅电极。该栅电极位于第一平面。绝缘层在栅电极上形成。阴极在绝缘层上形成。电子发射区域电连接于阴极。电子发射区域位于第二平面。此外，该电子发射装置包括基本设置在电子发射区域的第二平面上的反电极。栅电极和反电极用于接收相同的电压，在至少一个电子发射区域和至少一个反电极之间的距离D满足如下条件：1(μm)≤D≤28.1553+1.7060t(μm)，其中t表示绝缘层的厚度。

在本发明的典型实施例中，电子发射装置包括在基板上形成的栅电极。该栅电极位于第一平面。绝缘层在栅电极上形成。阴极在绝缘层上形成。电子发射区域电连接于阴极。电子发射区域位于第二平面。此外，该电子发射装置包括基本设置在电子发射区域的第二平面上的反电极。栅电极和反电极用于接收相同的电压，当电压施加于阴极和栅电极时，电场强度出现一个或多个拐点(inflection point)。此外，当在至少一个电子发射区域和至少一个反电极之间的距离表示为D，并且拐点处的至少一个电子发射区域和至少一个反电极之间的最大距离表示为dl，在至少一个电子发射区域和至少一个反电极之间的距离D满足如下条件：1(μm)≤D≤dl(μm)。

在至少一个电子发射区域和至少一个反电极之间的距离D可以满足如下两个条件：1(μm)≤D≤28.1553+1.7060t(μm)，且0.5(μm)≤t≤30(μm)，其中t表示绝缘层的厚度。

在本发明的典型实施例中，电子发射装置包括在基板上形成的栅电极。该栅电极位于第一平面上。绝缘层在栅电极上形成。阴极在绝缘层上形成。电子发射区域电连接于阴极。电子发射区域位于第二平面上。此外，该电子发射装置包括基本设置在电子发射区域的第二平面上的反电极。栅电极和反电极用于接收相同的电压，至少一个电子发射区域和至少一个反电极的相互间隔大约1至30μm的距离。

栅电极设置的比阴极更接近基板。此外，反电极可在绝缘层上形成，而通过在绝缘层上形成的通路孔与栅电极接触。

在本发明的典型实施例中，电子发射装置包括在第一基板上形成的第一阴极。该第一阴极位于第一平面上。绝缘层在第一阴极上形成。栅电极在绝缘层上形成。该栅电极位于第二平面上。此外，该电子发射装置包括第二阴极和电子发射区域。第二阴极基本设置在栅电极的第二平面上，并且第二阴极和第一阴极用于接收相同的电压。该电子发射区域与第二阴极电连接，并且至少一个电子发射区域和至少一个栅电极相互间隔大约1至30μm的距离。

第一阴极可设置得比栅电极更接近基板。第二阴极可在绝缘层上形成，而通过在绝缘层形成的通路孔与第一阴极接触。

附图说明

附图和说明书阐述了本发明的具体实施例，并连同该说明用于解释本发明的原理。

图1是按照本发明第一实施例的电子发射装置的局部分解透视图。

图2是按照本发明第一实施例的电子发射装置的局部剖视图。

图3是图1所示的第一基板的局部平面图。

图4是第一基板的局部平面图，表示了阴极和电子发射区域的变体。

图5是表示施加于电子发射区域的电场强度的变化模式的曲线图，该变化取决于电子发射区域和反电极之间距离的变化。

图6A、6B和6C是表示当绝缘层厚度分别为30μm、25μm和1μm时，按照电子发射区域和反电极之间距离的变化测量的电子发射区域的电场强度的曲线图。

图7是表示阴极电流的变化的曲线图，该变化取决于栅电极和阴极之间的电压差。

图8是表示取决于电子发射区域和反电极之间距离变化的漏电流的曲线图。

图9是表示按照本发明第二实施例的电子发射装置中，取决于电子发射区域和反电极之间距离变化的电场强度的曲线图。

图10是按照本发明第三实施例的电子发射装置的第一基板的局部平面图。

图11是按照本发明第四实施例的电子发射装置的第一基板的局部平面图。

图12是按照本发明第四实施例的电子发射装置的第一基板的局部剖视图，表示了阻抗层和电子发射区域的变体。

图13是按照本发明第五实施例的电子发射装置的第一基板的局部平面图。

图14是按照本发明第六实施例的电子发射装置的局部剖视图。

图15是按照本发明第六实施例的电子发射装置的第一基板的局部平面图。

图16是按照本发明第六实施例的电子发射装置的第一基板的平面图。

图17是驱动波形图，表示按照本发明第六实施例可施加于电子发射装置的驱动波形的实例。

图18是按照本发明第七实施例的电子发射装置的第一基板的局部平面图。

图19是按照本发明第八实施例的电子发射装置的第一基板的局部平面图。

图20是按照本发明第八实施例的电子发射装置的第一基板的局部剖视图，表示了阻抗层和电子发射区域的变体。

图21是按照本发明第九实施例的电子发射装置的局部剖视图。

具体实施方式

在以下详细描述中，本发明的典型实施例通过举例显示并描述。因此，附图和描述实际上应视为例证性的而非限制性的。

现在参照图1至8说明按照本发明第一实施例的电子发射装置。

如图1至3所示，第一实施例的电子发射装置包括相互平行设置的第一和第二基板2和4，该第一和第二基板具有预定距离以形成内部空间。为了发光和/或显示期望的图像，在第一基板2处提供电子发射结构以发射电子，在第二基板4处提供光发射或显示结构以发射由电子引起的可见光线。

具体地讲，栅电极6沿第一基板2的第一方向(例如图1的y-轴方向)，在第一基板2上被构图成条形。绝缘层8在第一基板2的整个表面上形成以覆盖栅电极6。阴极10沿着与栅电极6交叉的第二方向(例如图1的x-轴方向)，在绝缘层8上被构图成条形。

电子发射区域12在阴极10的一侧部分(one-sided portion)形成，而部分接触阴极10，以使之电连接于阴极10。在第一基板2上栅电极和阴极6和10相互交叉限定的各自像素区上提供电子发射区域12，。

电子发射区域12在绝缘层8上形成，而以预定宽度与阴极10的一侧部分接触。可选地，如图4所示，凹槽16可在阴极14的一侧部分形成，以接收电子发射区域12，并且电子发射区域12位于凹槽16内，而与阴极14的侧面接触。

电子发射区域12由施加电场后发射电子的材料形成。该材料可以是含碳的材料和/或纳米尺寸的材料。此外，电子发射区域12可由碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C60、硅纳米线和/或其组合形成。电子发射区域12可通过丝网印刷、化学气相淀积、直接生长和/或溅射形成。

反电极18(也可称作第二栅电极)在绝缘层8上形成，而电连接于栅电极6，以接收与后者相同的电压。反电极18通过在绝缘层8形成的通路孔8a与栅电极接触而与其电连接。反电极18设置在由第一基板2所限定的各自的像素区中，而与电子发射区域12隔开并位于阴极10(或阴极14)之间。

如图1至4所示，反电极18基本呈方形，但其形状不限于此。也就是说，反电极18的形状可以各种方式改变或更改。

工作参见图1至3，当预定的驱动电压施加于栅电极和阴极6和10而形成电子发射区域12周围的电场时，反电极18进一步在电子发射区域12的侧面形成电场。因此，即使低驱动电压施加于栅电极6，反电极18也使增强电子发射区域12的发射成为可能。

在上述结构中，栅电极6起第一电极的作用，以形成发射电子的电场，该第一电极位于不同于阴极10的平面，反电极18起第二电极的作用，以额外形成发射电子的电场，该第二电极位于和电子发射区域12相同的平面。

另外，通过反电极18在绝缘层8上形成的结构，电子发射区域12相对于面向反电极18的阴极10的一侧***，部分或全部更靠近反电极18。也就是说，如图3所示，电子发射区域12和反电极18之间的最短距离D小于阴极10和反电极18之间的最短距离a，而且在这种情况下，电子发射区域12和反电极18之间的距离减小了。

红、绿、蓝磷光层20在面向第一基板2的第二基板4的表面形成，黑层22设置在磷光层20之间，以增强屏幕对比度。阳极24利用例如铝的金属材料在磷光层20和黑层22上通过淀积形成。

阳极24从外部接收几十到几千伏直流电压，并对从第一基板2朝向磷光层20的一侧发射的电子进行加速。此外，阳极24将从磷光层20射向第一基板2的可见光线反射到第二基板4一侧，以进一步提高屏幕亮度。

可选地，阳极24可由透明导电材料形成，例如铟锡氧化物(ITO)。在这种情形下，阳极(未示出)位于磷光层20和黑层22面向第二基板4的表面。阳极可在第二基板4的整个表面形成，或分成具有预定图案的多个部分。

下面仍参见图1至3，设置第一和第二基板2和4以使阴极和阳极10和24彼此相对，并通过密封玻璃料(seal frit)将其在周边相互结合。将第一和第二基板2和4之间的内部空间抽成真空状态，由此构成电子发射装置。此外，多个隔离物26设置在第一和第二基板2和4之间的非发光区域，以预定的距离将它们相互隔开。

通过从外部向栅电极6、阴极10以及阳极24施加预定电压驱动上述构造的电子发射装置。例如，阴极10接收几伏到几十伏的负(-)扫描电压，以起到扫描电极的作用，栅电极和反电极6和18接收几伏到几十伏的正(+)数据电压，以起到数据电极的作用。

当然，正(+)电压可施加到所有阴极和栅电极10和6以驱动它们。也就是说，可以对电子发射装置规定如下：当阴极10接收地电压(例如0V)，栅电极6接收几十伏的正(+)电压时，像素开启，当所有阴极和栅电极10和6接收几十伏的正(+)电压时，像素关闭。

因此，由于阴极10和栅电极6之间的电压差，在设置栅电极6的电子发射区域12的底侧形成电场，还在形成反电极18的电子发射区域12的侧面形成电场。通过施加在阳极24上的高电压，从电子发射区域12发射的电子被吸引向第二基板4，并与相应的磷光层20相撞，从而发光。

在工作中，施加于电子发射区域12的电场强度与施加给栅电极6的电压、绝缘层8的厚度以及电子发射区域12和反电极18之间的距离紧密相关。

在此实施例中，电子发射区域12和反电极18以最佳距离相互分隔，将施加于电子发射区域12的电场强度最大化，并将电子发射区域12和反电极18之间的电流泄漏最小化。电子发射区域12和反电极18之间的距离以在第一基板2的平面中测量的尺寸表示。

图5示意性地表示施加于电子发射区域的电场强度的变化模式，该变化取决于电子发射区域和反电极之间距离的变化。如图5所示，电场值开始减小随后增加的拐点A位于电子发射区域和反电极之间特定距离处的电场强度线上。

在存在一个拐点的情况下，电子发射区域12和反电极18之间距离D的最大值可以是该拐点处电子发射区域12和反电极18之间的距离。在存在两个或更多拐点的情况下，电子发射区域12和反电极18之间距离D的最大值可以是在这些拐点处电子发射区域和反电极18之间的最大距离，或者是在这些拐点处电子发射区域12和反电极18之间的最小距离。在一个实施例中，使用了电子发射区域12和反电极18之间的最小距离。

电场强度线上拐点的位置在同一驱动条件下依绝缘层8的厚度而不同。也就是说，绝缘层8的厚度越小，因栅电极6引起的电场对电子发射区域12的影响越大。在通过薄膜形成工艺，例如淀积形成绝缘层8的情况下，其厚度可以约为0.5-1μm。在通过厚膜形成工艺，例如丝网印刷形成绝缘层8的情况下，其厚度可以约为10-30μm。

当绝缘层8的厚度以t表示时，具有拐点的电子发射区域12和反电极10之间的距离D可表示如下：

D＝28.1553+1.7060t(μm)                   (1)。

在电场强度线上有一个或更多拐点的情况下，表达式1是指距离值最小的拐点位置。

图6A、6B和6C是表示当绝缘层厚度分别约为30μm、25μm和1μm时电子发射区域的电场强度的曲线图，该电场强度取决于电子发射区域和反电极之间距离的变化。在这三种情况中，除了绝缘层厚度，电子发射装置都具有相同的结构。在图6A、6B和6C中，如图示，当向栅电极施加约70V电压，向阴极施加约-80V电压，向阳极施加约4kV电压时，进行了实验。

如图6A所示，当电子发射区域和反电极之间的距离变化(增大或减小)时，电场强度先减小后增加的拐点出现在电子发射区域和反电极之间的距离约为80μm处。因此，当绝缘层厚度约为30μm时，电子发射区域和反电极之间的最大距离规定约为80μm。

如图6B所示，两个拐点出现在电子发射区域和反电极之间的距离分别为约70μm，约90μm处。因此，当绝缘层厚度约为25μm时，电子发射区域和反电极之间的最大距离规定约为90μm或约70μm。

如图6C所示，一个拐点出现在电子发射区域和反电极之间的距离约为30μm处。因此，当绝缘层厚度约为1μm时，电子发射区域和反电极之间的最大距离规定约为30μm。

如上所述，电子发射区域12和反电极18之间的最大距离由表示电场强度的曲线图上的拐点决定。电子发射区域12和反电极18之间的距离越小，施加于电子发射区域12的电场强度提高越多，从而增大了发射电子的数目。

图7表示当电子发射区域和反电极之间的距离分别为约35μm、20μm和10μm时，作为栅电极和阴极之间的电压差的函数的阴极电流的变化。阴极电流是指从电子发射区域发射的电子数量。在此实验中，绝缘层厚度约为20μm，向栅电极施加约70V电压，向阴极施加约-80V电压，向阳极施加约4kV电压。

从图7可推知，在满足电子发射区域和反电极之间最大距离的条件的范围内，电子发射区域和反电极之间的距离越小，从电子发射区域发射的电子数目增加越多。

另一方面，为了确定电子发射区域12和反电极18之间的最小距离，图8表示了取决于电子发射区域12和反电极18之间距离变化的电流泄漏。电子发射区域和反电极之间的电流泄漏与绝缘层厚度无关。

如图8所示，在电子发射区域和反电极之间的距离约为2μm或更小的范围内，电子发射区域和反电极之间的距离越小，电流泄漏增加越多，当电子发射区域和反电极之间的距离约为1μm或更小时，电流泄漏急剧增加。鉴于实验结果，电子发射区域和反电极之间的距离应该约为1μm或更大。

如上所述，在表示施加于电子发射区域12的电场强度的线上存在一个或多个拐点的情况下，电子发射区域12和反电极18之间的距离不超过在这些拐点处电子发射区域12和反电极18之间的最大距离，或者不超过在这些拐点处电子发射区域12和反电极18之间的最小距离。

此外，在电场强度线上存在一个拐点的情况下，电子发射区域和反电极18之间的距离不超过在该拐点处电子发射区域12和反电极之间的距离。不论拐点的数目有多少，电子发射区域12和反电极18之间的距离应该约为1μm或更大。

电子发射区域12和反电极18之间的距离可表示如下：

1(μm)≤D≤28.1553+1.7060t(μm)                 (2)

在这种情况下，绝缘层的厚度t在大约0.5-30μm的范围内。

另一方面，如果电子发射区域12和反电极18之间的最大距离超过拐点处的距离，可提高施加于电子发射区域12的电场强度，但容易使电子在绝缘层8的表面充电。也就是说，位于电子发射区域12和未被这些电极8、12覆盖的反电极18之间的绝缘层8的暴露区域扩大了，使得该区域的绝缘层8的表面可能被电子充电。

绝缘层8的电子充电会导致不可控制的发射或弧光放电，从而劣化电子发射装置稳定的显示特性。此外，由于关状态像素处的阳极电场，容易发生所谓的二极管发射(diode emission)，其中将电子误发射。由于该原因，不能向阳极24施加太高的电压，并且在提高屏幕亮度方面产生限制。

根据本发明的第二实施例，电子发射区域12和反电极18之间的最大距离以数字形式提供。图9表示按照第二实施例，作为电子发射区域12和反电极18之间距离变化的函数的电子发射区域的电场强度。在与图6A至6C表示的有关结果的驱动条件不同的驱动条件下测得图9表示的结果。

在图中，曲线A表示绝缘层厚度约为30μm的情况，曲线B表示绝缘层厚度约为25μm的情况，曲线C表示绝缘层厚度约为1μm的情况。在这三种情况中，除了绝缘层厚度，电子发射装置具有相同的结构，并在向栅电极施加约100V的电压、向阴极施加约0V的电压、向阳极施加约1kV的电压的条件下进行实验。

如图9所示，在绝缘层厚度约为30μm的情况下和绝缘层厚度约为25μm的情况下，电子发射区域和反电极之间的距离越小，电场强度减小越多。当电子发射区域和反电极之间的距离达到大约50μm时，电场强度相对于该距离的减小成正比地增大。也就是说，在曲线A和B上，在电子发射区域和反电极之间的距离约为50μm处出现拐点，在该拐点处，随着电子发射区域和反电极之间的距离变化(增大或减小)，电场强度先减小后增加。

在绝缘层厚度约为1μm的情况下，电子发射区域和反电极之间的距离越小，电场强度减小越多。当电子发射区域和反电极之间的距离达到大约35μm时，电场强度急剧增大。也就是说，在曲线C上，在电子发射区域和反电极之间的距离约为35μm处出现拐点，在该拐点处，随着电子发射区域和反电极之间的距离变化(增大或减小)，电场强度先减小后增加。

因此，在表示绝缘层不同厚度的上述三种情况中，应将电子发射区域和反电极之间的距离设置为小于出现拐点处的电子发射区域和反电极之间的距离。因此，在本发明的一个实施例中，电子发射区域和反电极之间的距离规定为大约30μm或更小。

此外，当电子发射区域和反电极之间的距离约为15μm或更小时，在表示绝缘层不同厚度的上述三种情况中，施加于电子发射区域的电场强度超过60V/μm。因此，在本发明的一个实施例中，电子发射区域和反电极之间的距离规定为15μm或更小。

照此并参照前面所述，电子发射区域和反电极之间的距离规定约为1至30μm，或约为1至15μm。因此，在按照图9实施例的电子发射装置中，电流泄漏最小化，同时由于反电极带来的电场加强效果得到了最大化，由此增加发射电子的数目，降低驱动电压。

下面对按照本发明其他一些实施例的电子发射装置进行描述。在这些特定实施例中，规定电子发射区域和反电极之间的距离与图1至9实施例所述的用于发射区域的距离相同。

如图10所示，凸起部分30在与反电极18相对的阴极28一侧的***形成，电子发射区域与凸起部分30接触。沿阴极28纵向测量的凸起部分30的宽度W1设定为与沿该方向测量的反电极18的宽度W2相同。

凸起部分30有选择地在与反电极18相对的阴极28的部分上(或只是在阴极28的部分上)形成，由此减小了在给定像素处操作的电场对相邻像素的影响，并对每一像素的驱动更精确地进行控制。

如图11所示，在按照本发明第四实施例的电子发射装置中，阻抗层32在阴极28和电子发射区域12之间形成。特别地，阻抗层32可设置在阴极28的凸起部分30和电子发射区域12之间。阻抗层32可具有约0.01-10¹⁰Ω/cm的特定电阻率，并均匀地控制每一相应像素从电子发射装置12发射的电子数目。

在第四实施例中，电子发射区域12在绝缘层8上形成，而与阻抗层32的侧面接触。如图12所示，在一个实施例中的阻抗层32’也可向反电极18延伸，并且电子发射区域12在阻抗层32’上形成。在一个实施例中，阻抗层32’的厚度约为0.5μm或更小，该厚度小于绝缘层8的厚度。同样地，电子发射区域12和反电极18基本设置在大约同一平面上。

同样如图12所示，在电子发射区域12在阻抗层32’上形成的情况下，电子发射区域12和阻抗层32’之间的接触区域增大，从而进一步增强了阻抗层32’的效果。

如图13所示，在按照本发明第五实施例的电子发射装置中，开口部分36在阴极34上形成，而部分暴露绝缘层表面。因此，位于开口部分36下方的栅电极6的电场穿过绝缘层和开口部分36，并影响电子发射区域12，从而在电子发射装置工作期间，在电子发射区域12周围形成更强的电场。

如图14和15所示，在按照本发明第六实施例的电子发射装置中，第一阴极38沿第一基板2的第一方向(例如图14和15的y-轴方向)，在第一基板2上构图成条形，绝缘层8’在第一基板2的整个表面上形成，而覆盖第一阴极38。栅电极40在绝缘层8’上形成，而在第二方向上延伸与第一阴极38交叉(例如图15的x-轴方向)。

第二阴极42在栅电极40之间的绝缘层8上形成，电子发射区域12’在绝缘层8’上形成，而与第二阴极42接触。第二阴极42通过在绝缘层8’形成的通路孔8a’与第一阴极38相连而与其电连接。在由第一基板2限定的各自像素区上提供第二阴极42和电子发射区域12’。

可以规定电子发射区域12’和栅电极40之间的距离D’可与如图1至9实施例所述的电子发射区域和反电极之间的距离D相同。

如图16所示，在一个实施例中，栅电极(例如图14和15的栅电极40)从扫描信号施加单元44接收扫描信号电压，并作为扫描电极使用。此外，第一基板2上的第一阴极(例如图14和15的第一阴极38)从数据信号施加单元46接收数据信号电压，并作为数据电极使用。

图17表示按照本发明第六实施例，施加于电子发射装置的驱动波形。为方便起见，栅电极将称为“扫描电极”，第一和/或第二阴极将称为“数据电极”。

如图17所示，在周期T1中，扫描信号的开启电压V_S施加于扫描电极S_n。此外，数据信号的开启电压V₁施加于数据电极D_M。由于施加于扫描电极S_n和数据电极D_M的电压差V_S-V₁，电子从电子发射区域发射出来，并与磷光层(如图1、2和/或14的磷光层20)相撞，从而发光。

之后，在周期T2中，在扫描电极S_n上维持扫描信号的开启电压V_S，数据信号的关闭电压V_D施加于数据电极D_M。如此，施加于扫描电极S_n和数据电极D_M的电压差减小到V_S-V_D，使得不从电子发射区域发射电子。灰色可通过改变时间段T1和T2中的脉冲宽度适当地表示。

在周期T3中，扫描信号的关闭电压V₁施加于扫描电极S_n，数据信号的关闭电压V₁施加于数据电极D_M，使得不从电子发射区域发射电子。此时，规定扫描信号的关闭电压V₁与数据信号的开启电压V₁相同，或者共同规定为0V。

参照前面所述，在电子发射区域电连接于第一和第二阴极以接收数据信号的结构中，电子发射所需的最大电流值被数据电极的数目所除。也就是说，当电子发射装置产生纯白色屏幕时，从与一个扫描电极对应的多个电子发射区域发射的电子数目应该最大化。由全部数据电极限制(或部分负担)电子发射所需的该最大电流值，使得流向各自数据电极的电流具有由数据电极的数目所除的最大电流值。

因此，在按照图14至图17的实施例的电子发射装置中，在栅电极方向上(例如屏幕的水平方向)没有亮度差异。此外，即使在第一阴极出现几兆欧(MΩ)的线路电阻，当流经阴极的电流较小时，由于电压降引起的亮度劣化仍极小。

如图18所示，除了凸起部分50在面向电子发射区域12’的栅电极48的一侧部分上形成之外，按照本发明的第七实施例的电子发射装置具有与第六实施例相同的基本结构元件。凸起部分50用于提供电子发射区域12’和栅电极48之间的微小距离，并减小在某一像素处操作的电场对相邻像素的影响，从而更精确地驱动相应像素。

如图19所示，除了阻抗层28在第二阴极42和电子发射区域12’之间形成之外，按照第八实施例的电子发射装置具有与第六实施例和/或第七实施例相同的基本结构元件。电子发射区域12’在绝缘层8上形成，而与阻抗层28的侧面相接触。如图20所示，在一个实施例中，电子发射区域12’也可在阻抗层28’上形成。

在一个实施例中，电子发射区域12’在阻抗层28’上形成，阻抗层28’的厚度约为0.5μm或更小，其基本上小于绝缘层8的厚度。如此，可假定电子发射区域12’和栅电极40基本位于大约同一平面。

现在参考图21，按照本发明的第九实施例，格栅电极(grid electrode)52设置在第一和第二基板2和4之间，具有多个电子束通道孔52a。格栅电极52将向着第二基板4运动的电子集中，并屏蔽阳极电场对电子发射区域12的影响，从而防止由阳极电场引起的二极管光发射。

此外，图21显示上部隔离物26a设置在第二基板和格栅电极之间，下部隔离物26b设置在第一基板和格栅电极之间。

参照前面所述，在按照本发明特定实施例的电子发射装置中，电子发射区域和栅电极之间的电流泄漏得到了最小化，且施加于电子发射区域的电场强度得到了提高。结果，发射电子的数目增加，从而提高了屏幕亮度和色彩表现，并降低了能耗。

尽管已经结合特定典型实施例对本发明进行了描述，但对本领域技术人员来说可以理解本发明不限于所披露的实施例，相反地，意图覆盖包括在所附的权利要求及其等同物的主旨和范围内的各种修改。

Claims (28)

1.一种电子发射装置，包括：

多个在第一基板上形成的栅电极，该栅电极位于第一平面上；

在所述栅电极上形成的绝缘层；

多个在所述绝缘层上形成的阴极；

多个与所述阴极电连接的电子发射区域，该电子发射区域位于第二平面上；以及

多个基本位于所述电子发射区域的所述第二平面上的反电极；

其中，所述栅电极和反电极用于接收相同的电压；以及，

其中，在至少一个所述电子发射区域和至少一个所述反电极之间的距离D满足如下条件：

1(μm)≤D≤28.1553+1.7060t(μm)，

其中t表示所述绝缘层的厚度。

2.如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述绝缘层具有大约0.5至30μm的厚度。

3.如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述栅电极比所述阴极更接近第一基板。

4.如权利要求3所述的电子发射装置，其中，所述反电极在所述绝缘层上形成，通过在所述绝缘层上形成的通路孔与所述栅电极接触。

5.如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述电子发射区域在所述绝缘层上形成，使得所述电子发射区域的侧面与所述阴极的侧面相接触。

6.如权利要求1所述的电子发射装置，其进一步包括多个设置在所述阴极和所述电子发射区域之间的阻抗层。

7.如权利要求1所述的电子发射装置，其中，在所述阴极内部形成开口部分，以使所述绝缘层表面暴露。

8.如权利要求1所述的电子发射装置，其中，所述电子发射区域由从碳纳米管、石墨、石墨纳米纤维、金刚石、类金刚石碳、C60、硅纳米线材料构成的组中选择的材料形成。

9.如权利要求1所述的电子发射装置，进一步包括：

与所述第一基板相对的第二基板；

形成在所述第二基板上的多个磷光层和阳极；以及

设置在所述第一和第二基板之间的格栅电极。

10.一种电子发射装置，包括：

多个在基板上形成的栅电极，该栅电极位于第一平面上；

在所述栅电极上形成的绝缘层；

多个在所述绝缘层上形成的阴极；

多个与所述阴极电连接的电子发射区域，该电子发射区域位于第二平面上；以及

多个基本位于所述电子发射区域的所述第二平面上的反电极；

其中，所述栅电极和反电极用于接收相同的电压；

其中，当电压施加于所述阴极和栅电极时，出现电场强度的一个或更多拐点；以及，

其中，当在至少一个所述电子发射区域和至少一个所述反电极之间的距离表示为D，所述至少一个电子发射区域和所述至少一个反电极之间在拐点处的最大距离表示为d1时，在所述至少一个电子发射区域和所述至少一个反电极之间的距离D满足如下条件：

1(μm)≤D≤d1(μm)。

11.如权利要求10所述的电子发射装置，其中，在所述至少一个电子发射区域和所述至少一个反电极之间的距离D满足如下两个条件：

1(μm)≤D≤28.1553+1.7060t(μm)，以及

0.5(μm)≤t≤30(μm)，

其中t表示所述绝缘层的厚度。

12.一种电子发射装置，包括：

多个在第一基板上形成的栅电极，该栅电极位于第一平面上；

在所述栅电极上形成的绝缘层；

多个在所述绝缘层上形成的阴极；

多个与所述阴极电连接的电子发射区域，该电子发射区域在第二平面上形成；以及

多个基本位于所述电子发射区域的所述第二平面上的反电极；

其中，所述栅电极和反电极用于接收相同的电压；以及

其中，至少一个所述电子发射区域和至少一个所述反电极相互间隔大约1至30μm的距离。

13.如权利要求12所述的电子发射装置，其中，所述至少一个电子发射区域和所述至少一个栅电极相互间隔大约1至15μm的距离。

14.如权利要求12所述的电子发射装置，其中，所述栅电极比所述阴极更接近所述第一基板。

15.如权利要求14所述的电子发射装置，其中，所述反电极在所述绝缘层上形成，同时经由在所述绝缘层上形成的通路孔与所述栅电极相接触。

16.如权利要求12所述的电子发射装置，其中，所述电子发射区域在所述绝缘层上形成，使得所述电子发射区域的侧面与所述阴极的侧面相接触，且其中，所述电子发射区域从与所述反电极相对的阴极的一侧***朝所述反电极部分地突出。

17.如权利要求12所述的电子发射装置，其中，所述阴极具有多个朝向所述反电极的突起，且其中，所述电子发射区域与所述凸起接触。

18.如权利要求12所述的电子发射装置，进一步包括多个设置在所述阴极和电子发射区域之间的阻抗层。

19.如权利要求12所述的电子发射装置，进一步包括：

与所述第一基板相对的第二基板；

形成在所述第二基板上的多个磷光层和阳极；以及

设置在所述第一和第二基板之间的格栅电极。

20.一种电子发射装置，包括：

多个在第一基板上形成的第一阴极，该第一阴极位于第一平面上；

在所述第一阴极上形成的绝缘层；

多个在所述绝缘层上形成的栅电极，该栅电极位于第二平面上；

多个第二阴极，其基本位于所述栅电极的所述第二平面上；以及

多个与所述第二阴极电连接的电子发射区域；

其中，所述第一阴极和所述第二阴极用于接收相同的电压；以及

其中，至少一个所述电子发射区域和至少一个所述栅电极相互间隔大约1至30μm的距离。

21.如权利要求20所述的电子发射装置，其中，所述至少一个电子发射区域和所述至少一个栅电极相互间隔大约1至15μm的距离。

22.如权利要求20所述的电子发射装置，其中，所述第一阴极比所述栅电极更接近所述第一基板。

23.如权利要求22所述的电子发射装置，其中，所述第二阴极在所述绝缘层上形成，通过在所述绝缘层形成的通路孔与所述第一阴极接触。

24.如权利要求20所述的电子发射装置，其中，所述电子发射区域在所述绝缘层上形成，使得所述电子发射区域的侧面与所述第二阴极的侧面相接触。

25.如权利要求20所述的电子发射装置，其中，所述栅电极具有多个朝向所述电子发射区域的突起。

26.如权利要求20所述的电子发射装置，进一步包括多个设置在所述第二阴极和电子发射区域之间的阻抗层。

27.如权利要求20所述的电子发射装置，其中，所述栅电极与扫描信号施加单元电连接，所述第一阴极与数据信号施加单元电连接。

28.如权利要求20所述的电子发射装置，进一步包括：

与所述第一基板相对的第二基板；

形成在所述第二基板上的多个磷光层和阳极；以及

设置在所述第一和第二基板之间的格栅电极。

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