[发明专利]表面传导场发射电子源导电膜的结构

说明书

技术领域

本发明属于平板显示器件制造领域，涉及一种电子发射源的结构，特别涉及一种可用于场发射显示器件的表面传导电子发射源导电膜的膜层结构。

背景技术

表面传导电子发射显示器(Surface-conduction Electron-emitter Display，SED)是近年来新发展起来的一种先进的平板显示器件。无论在对比度、灰度级、色彩及动态图像显示质量等方面，还是在功耗和厚度方面，SED都比目前主流的液晶显示器(LCD)和等离子体显示器(PDP)更加优良，被认为是继LCD和PDP之后的下一代的平板显示器件。

SED是一种高真空显示器件，由前玻璃基板、后玻璃基板以及周围的封接材料框形成一个密封结构，内部为高真空。SED整体上可以分为两个部分，即阳极板和阴极板。

SED阳极板由玻璃板、黑矩阵、滤光膜、荧光粉和金属膜组成。其中，三色滤光膜分别对应R、G、B三基色荧光粉，用以提高色纯度。荧光粉以色条的形式间隔沉积，色条之间用黑矩阵间隔以避免干扰，同时还可以减小对外部光的反射，提高对比度。金属膜位于荧光粉层的表面，是一层很薄的金属薄膜，用于作为阳极。

SED阴极板的主要部分是SED电子源，包括玻璃板、行电极(扫描电极)、列电极(调制电极)和表面传导电子发射阴极(SCE)。SCE是SED电子源进行电子发射的部分，它的数目很大，尺寸微小。典型的SCE结构包括器件电极、导电膜以及导电膜上的电子发射区。两个相对的器件电极用于导电膜与行电极或列电极之间的电气连接，厚度在几十纳米到几微米之间，间隔距离在几微米到几十微米之间。导电膜两端与器件电极紧密连接，是SCE的关键部分，它的厚度很薄，只有几个纳米。

表面传导电子发射现象最早是由前苏联学者Elinson MI在20世纪60年代初发现的，属于薄膜场发射现象。首先在两个相距10μm的平行电极的间隙中沉积一层极薄的SnO₂薄膜，薄膜呈不连续颗粒状态，颗粒之间存在一些导电桥。然后在真空条件下，在两电极之间施加电压逐步烧掉颗粒之间的导电桥，从而形成相互间隔纳米量级间隙的SnO₂孤岛。之后在电极间施加电压时，孤岛之间形成强电场，产生场致发射，从一个孤岛发射的电子到达下一个孤岛，实现了电子表面传导，形成了传导电流。如果在平行电极的上方设置阳极，则部分传导电子在阳极电压的牵引下到达阳极，形成发射电流，即实现了表面传导电子发射。定义发射电流与传导电流的比值为电子发射率，SnO₂薄膜表面传导电子发射的发射率可达5％～10％，但发射电流不稳定度达到10％，无法应用于显示。

此后，1975年Hartwell M和Fonstad C G等人利用In₂O₃/SnO₂薄膜，1978年德国的Blessing R和Pagnia H利用Au薄膜，分别进行过非连续性薄膜表面传导电子发射方面的实验，对表面传导电子发射的各种现象进行了分析和研究。但是这些不连续薄膜的电子发射率普遍较低，大都在0.1％左右，有些虽然能够得到较高的发射率，但是其电子发射的均匀性和稳定性却又比较差，达不到实用的要求。

日本佳能公司经过多年的研究开发，采用特殊工艺实现了连续薄膜纳米缝隙阴极，得到了均匀稳定的电子发射。其做法是：首先用喷墨打印工艺(ink-jetprocess)将含钯(Pd)化合物的溶液“打印”在每个子像素上，即器件电极对的间隙上，经过焙烧除去有机质，含Pd的化合物即转变成PdO超细粒子，形成PdO超细粒子膜。然后对薄膜进行“加电形成”工艺(electro-forming process)得到亚微米级的缝隙，再通过“激活工艺”(activation process)在缝隙上沉积碳膜减小缝隙宽度，最终得到纳米级缝隙。佳能公司将这种阴极命名为表面传导电子发射阴极，而将采用这种阴极制作的显示器命名为表面传导电子发射式显示器。佳能于1997年的SID年会上展出了10英寸240×240像素SED样机。

基于PdO导电膜的SED工作时，在阴极板的器件电极上施加一个十几伏的电压，则在导电膜的裂缝处产生强场强，由于隧道效应，隧穿电子从裂缝的一端飞向另一端，从而产生表面传导电流。在阳极板的阳极上施加高压后能够吸引阴极发射的电子中的一部分轰击荧光粉发光。

用氧化钯作导电膜的SED的优点是电子发射稳定性好，但缺点是发射电流密度及电子发射率较低，导致SED亮度不高。

发明内容