專利名稱：場發(fā)射顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種場發(fā)射顯示器，尤其涉及一種高分辨率的三極型場發(fā)射顯示裝置。
背景技術：
場發(fā)射顯示器是繼陰極射線管(CRT)顯示器和液晶(LCD)顯示器之后，最具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d平面顯示技術。相對于現有的顯示器，場發(fā)射顯示器具有顯示效果好、視角大、功耗小以及體積小等優(yōu)點，尤其是基于碳納米管的場發(fā)射顯示器，即碳納米管場發(fā)射顯示器(CNT-FED)，近年來越來越受到重視。
碳納米管首先是由日本研究人員發(fā)現，并發(fā)表在《自然》雜志(Nature，Vol.354，Nov.7，1991，pp.56-58)。碳納米管是一種新型碳材料，其具有極優(yōu)異的導電性能，以及幾乎接近理論極限的尖端表面積(尖端表面積愈小，其局部電場愈集中，場增強因子愈大)，所以碳納米管是已知最好的場發(fā)射材料，它具有極低的開啟電場(大約2伏/微米)，可傳輸極大的電流密度，并且發(fā)射電流極穩(wěn)定，因而非常適合做場發(fā)射顯示器的發(fā)射體。隨著碳納米管生長技術的日益成熟，碳納米管場發(fā)射顯示器的研究已經取得一系列重要進展。
一般而言，場發(fā)射顯示器的結構可以分為二極型和三極型。所謂二極型即包括有陽極和陰極的場發(fā)射結構，這種結構由于需要施加高電壓，而且均勻性以及電子發(fā)射難以控制，驅動電路成本高，基本上不適合高分辨率顯示器的實際應用。三極型結構則是在二極型基礎上改進，增加有柵極來控制電子發(fā)射，可以實現在較低電壓條件下發(fā)出電子，而且電子發(fā)射容易通過柵極來精確控制。
如圖6所示，是目前一種典型的三極型場發(fā)射裝置，圖中僅示出一個像素的顯示結構。這里所謂像素是指圖像顯示的最小單元。在典型的彩色顯示系統(tǒng)中，彩色圖像是通過三原色的組合來實現的，即紅(R)、綠(G)、藍(B)三種單獨的色彩單元。每個用于顯示單獨的色彩(例如紅色)的單元即可稱為一個像素。以下的場發(fā)射裝置是以紅色像素單元為例來說明。該裝置其包括一基底101，形成于基底101上的絕緣層102，形成于絕緣層102上的柵極103，其中絕緣層102和柵極103形成有穿孔104以供發(fā)射電子穿過，在穿孔104底端形成有發(fā)射電子的發(fā)射元件105，此處它也是陰極。另外，在柵極103上方間隔一定距離的位置是陽極106以及具有紅色熒光物質的熒光層107。使用時，施加不同電壓在陽極106、柵極103和陰極，電子即可從發(fā)射元件105發(fā)射出，并穿過穿孔104，然后在陽極106形成的電場作用下加速到達陽極106和熒光層107，激發(fā)熒光層107發(fā)出可見光。一般陽極106電壓是幾千伏，柵極106的電壓為100伏左右。這種結構的場發(fā)射顯示裝置，發(fā)射的電子由于受兩側柵極103的電場作用，有一大部分電子110和111會發(fā)生較大角度的偏轉，打到熒光層107以外的區(qū)域。而打到與發(fā)射元件105正對區(qū)域的中心位置的電子很少，這樣就導致電子偏轉到旁邊其它的像素上(例如綠色或藍色)，從而顯示出其它顏色，產生錯誤的顏色顯示；或者是電子打到旁邊其它的紅色像素上，從而導致圖像解析錯誤。
請參見圖7，為解決上述問題，Toshiba公司的研究人員Hironori Asai等人于2002年9月3日公告的美國專利第6,445,124號提出一種改進的結構，主要包括一基底211，一陰極層203形成在基底211上，絕緣層202和柵極201順序形成在陰極層203上，并形成有穿孔，在穿孔的底端、陰極層203上形成有電子發(fā)射層207，用以發(fā)射電子。其改進之處在于，上述結構需符合L/S≥1，其中S是穿孔的直徑，L是電子射出到達柵極201的最短距離，也即是電子發(fā)射層207與柵極201的最短距離。這種結構由于L需比較大，即電子發(fā)射層207的電子發(fā)射端與柵極201的距離較大，使得柵極201需很高電壓才能夠形成足夠的電場作用將電子從電子發(fā)射層207拔出，所以不利于降低發(fā)射電壓，也會提高該裝置的電能消耗；另外，由于電子發(fā)射層207位于絕緣層202底端，電子發(fā)射點距離柵極201較遠，發(fā)射出的電子很大部份被絕緣層202阻擋吸收(這一點也是這種結構能夠減少橫向擴散電子的原因)，所以發(fā)射電子的有效利用率很低，不可避免會影響圖像的顯示亮度。
為解決上述現有技術存在的技術問題，本發(fā)明其中兩發(fā)明人魏洋及范守善二人曾經提出一種具有中心柵結構的場發(fā)射裝置，詳情請參見中國發(fā)明專利申請第200410027043.5號。
在此，本發(fā)明對該中心柵結構的場發(fā)射裝置作進一步改良，進一步提高電子發(fā)射性能及其利用效率，并簡化制程，降低成本。

發(fā)明內容為解決現有技術的場發(fā)射顯示器柵極發(fā)射電壓高，以及由于電子發(fā)射體周圍的柵極對電子發(fā)射產生擴散作用技術問題，以下將通過若干實施例說明一種場發(fā)射顯示器，其可在較低電壓下容易發(fā)射電子，可以有效的控制發(fā)射電子的方向，將電子束聚焦到對應的像素區(qū)域，實現高分辨率圖像顯示，并可提高電子發(fā)射效率。
為實現上述內容，提供一種場發(fā)射顯示裝置，其包括具有熒光層的陽極，導電陰極和柵極，所述陰極包含有電子發(fā)射材料，其中，對應于同一像素的電子發(fā)射材料分布在該像素對應的柵極的兩側，所述柵極懸空設置在該像素對應的電子發(fā)射材料與該像素對應的熒光層之間。
優(yōu)選的，所述柵極由金屬絲制成，金屬絲包括金絲、鎳絲等。
優(yōu)選的，該場發(fā)射顯示裝置進一步包括至少兩絕緣障壁，所述金屬絲懸掛固定在兩絕緣障壁頂部。
優(yōu)選的，所述陰極為圓柱狀金屬絲；電子發(fā)射材料包括碳納米管，形成在圓柱狀金屬絲表面。
與現有技術相比，本技術方案具有如下優(yōu)點由于電子發(fā)射體的頂端相距柵極的距離可以較小，所以，可以降低發(fā)射電子的開啟電壓；而且，由于柵極位于電子發(fā)射體的上方中央，這種結構可使柵極同時具有發(fā)射電子和聚焦電子的作用，也就是柵極的電場可以改變電子束運動的方向，使電子束打到熒光屏上的斑點變小，從而實現高分辨率的平面顯示；另外，由于柵極懸空設置在電子發(fā)射材料上方，所以大部分電子發(fā)射材料均可發(fā)射電子轟擊其對應的熒光層，從而提高電子發(fā)射效率。

圖1是本發(fā)明第一實施例碳納米管場發(fā)射顯示裝置的剖視圖。
圖2是沿圖1的II-II剖線的剖視圖。
圖3是本發(fā)明第一實施例碳納米管場發(fā)射顯示裝置的電子發(fā)射與聚焦機理示意圖。
圖4是本發(fā)明第二實施例的剖視圖。
圖5是沿圖4的V-V剖線的剖視圖。
圖6是現有技術三極型場發(fā)射顯示器的結構和電子發(fā)射示意圖。
圖7是另一種現有技術揭露的場發(fā)射裝置結構示意圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖及具體實施例對本發(fā)明的實施方式作詳細描述。
請一起參見圖1及圖2，是本發(fā)明第一實施例一種碳納米管場發(fā)射顯示器10的剖示圖。該場發(fā)射顯示器10包括相對并平行設置的一基底11及一透明出光板21，多個支撐壁18將該基底11及該出光板21間隔開一定距離，以此形成一內部空間(圖未標示)；多個絕緣障壁14相互平行并分別間隔一定距離排列形成在該基底11的表面，這樣在相鄰兩個絕緣障壁14之間形成一空隙15；在每兩個絕緣障壁之間的各個空隙15的底部，分別設置有一第一金屬絲12，其基本平行于絕緣障壁14排列在基底11表面上，該第一金屬絲12的兩端可分別焊接在設置于兩側的引出極121上，所述引出極121有一部分延伸出內部空間外面，以利于與傳輸信號的裝置相連接；該第一金屬絲12的表面形成有碳納米管13，用于發(fā)射電子；至少一第二金屬絲16，橫跨各絕緣障壁14的頂部，懸掛于第一金屬絲12的上面，且該第二金屬絲16兩端部161及162分別向形成在基底11側邊表面的金屬電極17彎折延伸，并與之電連接，該第二金屬絲16用作柵極電極；上述金屬電極17可直接形成于基底11兩側邊的表面上，并且有一部分伸出內部空間外面以利于與傳輸信號的裝置(圖未示)相連接；所述出光板21面向基底11的內表面形成有一陽極22，而陽極22的表面形成有由熒光層23，熒光層23含有熒光物質，受電子轟擊時可激發(fā)出相應顏色的可見光。
在本實施例中，所述基底11可由玻璃、硅、陶瓷等絕緣材料制成；所述出光板21可由透明的玻璃板制成；陽極22可由銦錫氧化物導電膜(ITO)制成；而所述絕緣障壁14可由玻璃等絕緣材料形成具有一定高度的長條形，多個絕緣障壁14可相互平行、間隔一定距離的分布排列。
優(yōu)選的，本實施例中的第一金屬絲12可由金絲、鎳絲等導電性優(yōu)良的導體制成，其直徑適合實際使用即可，例如可為十微米至數十微米。第一金屬絲12表面的碳納米管13可通過合適的方法形成，例如，可以直接在鎳絲上通過化學氣相沉積法生長碳納米管，或用其它方法使碳納米管附著于第一金屬絲表面。優(yōu)選的，第一金屬絲12表面為圓弧狀，一方面有利于在圓弧狀表面上形成更多數量的碳納米管，另一方面可使碳納米管呈發(fā)散分布，有利于增大相鄰碳納米管尖端之間的距離，從而減小相互之間的場屏蔽效應，這種結構的優(yōu)點請參閱中國發(fā)明專利申請第200410052163.0號。
優(yōu)選的，第二金屬絲16可由金絲、鎳絲等導電性優(yōu)良的導體制成，其直徑在滿足機械強度的前提下可以盡量小，例如數微米至數十微米，以利于減少電子發(fā)射時對電子的阻擋。另外，第二金屬絲16可以通過粘結或其它方式固定于絕緣障壁14頂部，例如，可在安裝第二金屬絲16之前，先行在絕緣障壁14頂部印刷一層玻璃漿料，然后將第二金屬絲16繃緊、暫時橫懸在絕緣障壁14頂部，再通過燒結玻璃漿料將其固定于絕緣障壁14頂部。
在典型的場發(fā)射顯示裝置中，柵極與陰極分別是以相互垂直的行、列方式排布的，柵極與陰極分別控制掃描信號或控制信號。在本實施例中，當然也可以采用這種行、列排布的方式來安排柵極(即第二金屬絲16)與陰極(即形成有碳納米管13的第一金屬絲12)。每一行、列相交的位置即可對應于一個像素點。
本實施例中，各熒光層23分別正對于一第一金屬絲12，而作為柵極的第二金屬絲16則垂直于第一金屬絲12、懸掛在其上方，這種結構可稱為懸掛中心柵場發(fā)射結構。
本實施例中，絕緣障壁14的高度應比第一金屬絲12的直徑大，確保第一金屬絲12表面的碳納米管13不會與第二金屬絲16(即柵極)相接觸形成短路。優(yōu)選的，碳納米管13與第二金屬絲16之間的距離較小，有利于降低場發(fā)射所需的電壓。
使用時，分別施加不同電壓給陽極22，柵極(第二金屬絲16)和陰極(第一金屬絲12)，在柵極的電場作用下，電子從第一金屬絲12表面的碳納米管13頂端發(fā)射出來，并在陽極22的電場作用下，穿過內部空間加速轟擊至熒光層23發(fā)出可見光。本實施例的場發(fā)射結構中，柵極的位置對應于熒光層23的中心處，電子發(fā)射體碳納米管13則分別位于柵極兩側，這樣，柵極不僅起到將電子從碳納米管13頂端“拔出”的作用，還起到聚焦電子束的作用，即碳納米管13發(fā)射出的電子受懸掛在中央上方的柵極的電場作用，聚焦于熒光層23，從而實現電子正確、精準的轟擊在所需位置，可以實現較高分辨率的平面顯示。
為進一步了解本實施例的具體結構、實現電子束聚焦的原理以及其它特點，下面作以一個像素的結構為例子作進一步詳細描述。
請參見圖3，形成在第一金屬絲12(即陰極)表面的碳納米管13在第二金屬絲16(即柵極)的電壓(兩電極之間的電勢差)形成的電場作用下，碳納米管13發(fā)射出電子，其中距離第二金屬絲16較遠的碳納米管發(fā)射出來的電子33在電場作用下發(fā)生偏轉，容易轟擊在對應的熒光層23邊緣處，靠近第二金屬絲16的碳納米管發(fā)射出來的電子31容易轟擊在熒光層23的中心附近，僅僅只有極少數正對于第二金屬絲16的碳納米管發(fā)射出來的電子32容易被第二金屬絲16阻擋不能轟擊到熒光層23上，而且當第二金屬絲16直徑很小的情況下這種阻擋也可以降到最小。因此，大部分碳納米管13發(fā)射的絕大部分的電子均能有效的轟擊于熒光層23用于發(fā)光，所以，相對于現有技術，本實施例的電子發(fā)射效率大為提高；而且，由于第二金屬絲16的聚焦作用，使得電子轟擊在熒光層上的區(qū)域面積變小，從而可減小圖像最小像素的尺寸大小，可實現高分辨率、高質量的圖像顯示。
下面簡單介紹上述實施例的制備方法含有碳納米管13的第一金屬絲12可以采用前述的方法單獨制備；絕緣障壁14可采用傳統(tǒng)的絲網印刷方法形成；第二金屬絲16可采用前述的燒結方法固定于絕緣障壁上；最后將制備好的各部分組裝，并與帶有陽極及熒光層的玻璃板對中、真空封裝即可。所以，本實施例制備方法比較簡單，可大量生產。
請參閱圖4和圖5，本發(fā)明的第二實施例與第一實施例的結構大致相同，包括相對設置的基底11和出光板21，形成在基底11上的絕緣障壁14，以及形成在出光板21上的陽極22以及熒光層23，其不同在于，在相鄰兩絕緣障壁14之間形成的間隙15區(qū)域，形成有導電的陰極層41以及形成在該陰極層41表面的碳納米管層43，其中該陰極層41可為一層與絕緣障壁14平行的帶狀金屬薄膜，例如鎳、銅或金薄膜等。柵極45橫跨在絕緣障壁14頂部，與陰極層41呈垂直正交狀，其中柵極45與陰極層41相交叉的區(qū)域正對其上方的熒光層23。碳納米管層43可通過印刷碳納米管漿料的方法形成在陰極層41表面，也可通過其它方法形成；當然，碳納米管層43可分布于整個陰極層41表面，也可僅分布于柵極45與陰極層41相交區(qū)域的部分表面。
第二實施例的電子發(fā)射軌道及聚焦機理與第一實施例大致相似，在此不作詳細說明。
上述實施例僅對場發(fā)射顯示裝置的一部分單元結構作出說明，本技術領域的人員可根據上述實施例的精神擴大尺寸，形成大尺寸的平面顯示裝置。
可以理解的是，雖然本發(fā)明場發(fā)射顯示器的上述實施例采用碳納米管作為電子發(fā)射體，但不能因此限制本發(fā)明的范圍，另外的實施例中也可采用其它具有發(fā)射電子的尖端的材料，如碳纖維、石墨、金剛石也可適用，甚至具有尖端的金屬發(fā)射體也可作為發(fā)射電子的材料。
權利要求
1.一種場發(fā)射顯示裝置，其包括具有熒光層的陽極，導電陰極和柵極，所述陰極包含有電子發(fā)射材料，其特征在于，對應于同一像素的電子發(fā)射材料分布在該像素對應的柵極的兩側，所述柵極懸空設置在該像素對應的電子發(fā)射材料與該像素對應的熒光層之間。
2.根據權利要求1所述的場發(fā)射顯示裝置，其特征在于所述陰極與柵極分別按行列排布。
3.根據權利要求2所述的場發(fā)射顯示裝置，其特征在于各柵極正對于其對應的熒光層的中心。
4.根據權利要求3所述的場發(fā)射顯示裝置，其特征在于所述柵極由金屬絲制成。
5.根據權利要求4所述的場發(fā)射顯示裝置，其特征在于所述金屬絲包括金絲、鎳絲。
6.根據權利要求4所述的場發(fā)射顯示裝置，其特征在于該場發(fā)射顯示裝置進一步包括至少兩絕緣障壁，所述金屬絲懸掛固定在兩絕緣障壁頂部。
7.根據權利要求2所述的場發(fā)射顯示裝置，其特征在于所述陰極為圓柱狀金屬絲。
8.根據權利要求2所述的場發(fā)射顯示裝置，其特征在于所述陰極為金屬薄膜。
9.根據權利要求7或8所述的場發(fā)射顯示裝置，其特征在于所述電子發(fā)射材料是碳納米管。
10.根據權利要求1所述的場發(fā)射顯示裝置，其特征在于所述電子發(fā)射材料是選自碳納米管，碳纖維，石墨碳，金剛石，或金屬其中之一。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種場發(fā)射顯示裝置，其包括具有熒光層的陽極，導電陰極和柵極，所述陰極包含有電子發(fā)射材料，其中，對應于同一像素的電子發(fā)射材料分布在該像素對應的柵極的兩側，所述柵極懸空設置在該像素對應的電子發(fā)射材料與該像素對應的熒光層之間。優(yōu)選的，所述柵極由金屬絲制成，金屬絲包括金絲、鎳絲等。該場發(fā)射顯示裝置進一步包括至少兩絕緣障壁，所述金屬絲懸掛固定在兩絕緣障壁頂部。優(yōu)選的，所述陰極為圓柱狀金屬絲；電子發(fā)射材料包括碳納米管，形成在圓柱狀金屬絲表面。本發(fā)明具有如下優(yōu)點開啟電壓較低，實現高分辨率的平面顯示，提高電子發(fā)射效率。
文檔編號H01J31/12GK1825529SQ20051003333
公開日2006年8月30日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權日2005年2月25日
發(fā)明者魏洋, 劉亮, 范守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司