專利名稱：一種多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示器，更具體地說，涉及一種多層結(jié)構(gòu)的場(chǎng)發(fā)射顯示器。
背景技術(shù)：
平板顯示器以其輕薄的優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。常見的平板顯示器包括液晶顯示器(LCD)、等離子體顯示器(PDP)，電致發(fā)光(EL)顯示器、平面矩陣(CRT)顯示器和場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)等。其中，液晶顯示器顯示效果清晰且功耗很低，因此占據(jù)了筆記本計(jì)算機(jī)和部分臺(tái)式計(jì)算機(jī)顯示器的市場(chǎng)，但因其造價(jià)較高且存在響應(yīng)時(shí)間問題，難以用于實(shí)現(xiàn)大屏幕高速度的顯示。而常用的等離子體顯示器和平面矩陣顯示器等產(chǎn)品功耗高，熱損失較大，仍有其不能克服的缺點(diǎn)場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)采用冷陰極陣列作為電子源，通過冷陰極電子源發(fā)射電子轟擊熒光粉發(fā)光實(shí)現(xiàn)顯示。FED器件的顯示原理和傳統(tǒng)CRT相同，因此具備CRT器件的主動(dòng)發(fā)光、圖像質(zhì)量好、顯示速度快、亮度高、分辨率高諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，因?yàn)镕ED器件中采用了場(chǎng)致發(fā)射冷陰極，所以功耗很低，并且體積也很小。
在現(xiàn)有技術(shù)中，場(chǎng)發(fā)射顯示器一般為三極結(jié)構(gòu)，如圖1所示，即由陰極3、柵極4和陽極6組成。陰極一般采用微尖陣列冷陰極、薄膜冷陰極或碳納米管冷陰極，柵極4一般采用微加工工藝或絲網(wǎng)印刷膜冷陰極或碳納米管冷陰極，柵極4一般采用微加工工藝或絲網(wǎng)印刷工藝制備。首先在基板1上制作陰極3，接著在陰極3的周圍制作絕緣層2，并在絕緣層2上制作柵極4。最后基板1與陽極6通過絕緣支撐物5組裝成顯示器件?？梢钥闯觯鲜龅默F(xiàn)有工藝步驟較為復(fù)雜，導(dǎo)致加工顯示器的成本也比較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種工藝簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，具有多層結(jié)構(gòu)的場(chǎng)發(fā)射顯示器。
本發(fā)明所述的多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器由三層基板組成，包括陰極基板，柵極基板和陽極基板，各基板之間使用固體絕緣材料保持相互絕緣并分別加有工作電壓，此三層基板以一定間隔固定彼此相對(duì)位置。整個(gè)多層結(jié)構(gòu)顯示器可以通過密封材料形成一個(gè)密閉的空間，內(nèi)部的氣體可由真空泵抽走，并在多層結(jié)構(gòu)顯示器內(nèi)形成真空。所述陰極基板上設(shè)置有作為電子發(fā)射源的陰極，所述柵極基板上開有限定電子通道的柵極孔，并在與對(duì)應(yīng)柵極孔的位置處安設(shè)柵極電極。所述陽極基板上覆有導(dǎo)電層和熒光粉層。
工作時(shí)，整個(gè)器件內(nèi)部處于真空狀態(tài)。在陰極的某一行和柵極的某一列之間施加電壓，電子將在柵極電壓的作用從陰極發(fā)射出來，通過柵極孔，打到陽極上發(fā)光，從而實(shí)現(xiàn)某一個(gè)像素點(diǎn)的顯示。
本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器采用多層基片上分別制作陰極、柵極和熒光屏再進(jìn)行組裝的結(jié)構(gòu)，這樣就簡(jiǎn)化了工藝的復(fù)雜程度并且降低工藝成本。同時(shí)，在本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以方便地制作聚焦極，有效地聚焦陰極電子源發(fā)射的電子束，消除像素點(diǎn)之間的串?dāng)_。


圖1為現(xiàn)有的技術(shù)的場(chǎng)發(fā)射顯示器結(jié)構(gòu)；圖2為本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器的各基片立體結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器在無聚焦極的情況下的截面圖，其中圖3(a)為玻璃或陶瓷材料制成柵極基板的示意圖，圖3(b)為金屬材料制成的柵極基板的示意圖；圖4為本發(fā)明所述的多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器在有聚焦極的情況下的截面圖，其中圖4(a)為玻璃或陶瓷材料制成柵極基板后制備聚焦極電極的示意圖，圖4(b)為金屬材料制成柵極基板后制備聚焦極電極的示意圖；圖5為本發(fā)明所述的多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器的柵極孔的形狀圖，其中(a)圓形、(b)橢圓形、(c)正方形、(d)矩形、(e)長(zhǎng)條形；圖6為采用本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器的某個(gè)像點(diǎn)在不同陰極電流下的顯示圖像，其中圖6(a)為1微安陰極電流時(shí)的顯示圖象，圖6(b)為3微安陰極電流時(shí)的顯示圖象，圖6(c)為10微安陰極電流時(shí)的顯示圖象；圖7為采用本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器用柵極對(duì)單點(diǎn)像素的尋址實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖中基板1，絕緣層2、18、19，陰極3、9，柵極4，絕緣支撐物5，陽極6，陰極基板7，陰極電極條8，柵極電極10，柵極基板11，柵極孔12，陽極基板13，透明導(dǎo)電層14，熒光粉層15，絕緣體16，聚焦極電極17，絕緣薄膜層18、19具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
如圖2所示陰極基板7的材料可以是玻璃，陶瓷，金屬或硅片。首先，對(duì)于玻璃或陶瓷基片，可以在它們上面制備導(dǎo)電的金屬電極或透明的導(dǎo)電電極(如氧化錫銦，簡(jiǎn)稱ITO)作為陰極電極條8，在陰極電極條8上制備陰極9。陰極9可以是微尖陣列冷陰極、薄膜冷陰極，碳納米管冷陰極，金屬或半導(dǎo)體納米材料冷陰極如納米線、納米帶、納米棒等。其次，對(duì)于金屬或硅片基板，由于其本身導(dǎo)電，可以直接在它們上面制作陰極9。陰極9可以是微尖陣列冷陰極、薄膜冷陰極，碳納米管冷陰極，金屬或半導(dǎo)體納米材料冷陰極如納米線、納米帶、納米棒等。陰極電極條8的引線可以在陰極基板的一側(cè)或兩側(cè)引出。
柵極基板11的材料可以是陶瓷，玻璃或金屬。首先在它們上面采用機(jī)械鉆孔、化學(xué)腐蝕、噴砂或激光加工工藝制備柵極孔12。如圖5所示，柵極孔的形狀可以為圓形、橢圓形、正方形、長(zhǎng)方形和長(zhǎng)條形等。對(duì)于玻璃或陶瓷材料的柵極基板，如圖3(a)所示，在柵極基板11的下表面柵極孔12的位置處制備條狀柵極電極10。對(duì)于金屬柵極基板，如圖3(b)所示，可以采用在柵極基板下表面制備一層絕緣層18，然后在絕緣層上制備條狀柵極電極10。柵極10的材料為金屬，形狀為長(zhǎng)條形?？梢允褂秒娮邮舭l(fā)、磁控濺射等方法，結(jié)合光刻方法制作柵極電極，或直接采用絲網(wǎng)印刷的辦法印制條狀柵極電極10。通常條狀柵極電極10與陰極電極條8成垂直交叉。這樣，當(dāng)在柵極電極和陰極電極分別施加高電位和低電位時(shí)，在它們交叉的位置的陰極可以發(fā)射電子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)某一陰極的尋址。柵極電極條的引線可以在柵極基板11的一側(cè)或兩側(cè)引出。
當(dāng)使用玻璃或陶瓷柵極基板時(shí)，如圖4(a)所示，可以在柵極基板11的上表面柵極孔12的位置處制備聚焦極電極17。聚焦極電極也可以是整片的導(dǎo)電層。對(duì)于金屬柵極基板，如圖4(b)所示，可以采用金屬基板為聚焦極，或?qū)⒕劢箻O做成條狀。當(dāng)在金屬柵極基板上制作條形聚焦極時(shí)，首先在柵極基板上表面制備一層絕緣層19，然后在絕緣層上制備聚焦極電極17。聚焦極電極17的材料為金屬，形狀為長(zhǎng)條形?？梢允褂秒娮邮舭l(fā)、磁控濺射等方法，結(jié)合光刻方法制作聚焦極電極，或直接采用絲網(wǎng)印刷的辦法印制條狀聚焦極電極17。條狀聚焦極電極17與陰極電極條8成垂直交叉或與陰極電極條8平行，條狀聚焦極電極17排列方向視引線的方便而定，無特別的要求。條狀聚焦極電極17的引線可以在柵極基板11的一側(cè)或兩側(cè)引出。
陽極基板13的材料是玻璃。首先，在玻璃上制作透明導(dǎo)電層14(如氧化錫銦，簡(jiǎn)稱ITO)，在透明導(dǎo)電層14上面制備條形或點(diǎn)狀的熒光粉層15。對(duì)于單色的顯示器，也可以采用在透明導(dǎo)電層上制備整片的熒光粉層。另一種方案是，在陽極基板13上先制備熒光粉層，然后在上面蒸鋁。
在上述三層基板制作完成后，將各基板相互絕緣地組裝在一起。組裝時(shí)，陰極、柵極和陽極的熒光粉像點(diǎn)相互對(duì)準(zhǔn)。各基板之間使用固體絕緣材料絕緣?？刹捎谜辰觿?，例如低熔點(diǎn)玻璃粉將上述三層基板相互位置固定并密封起來。為控制基板之間的間距，可以在基板上的相應(yīng)位置通過絲網(wǎng)印刷的方法印制絕緣的支撐體?；虿捎媒^緣體制作支撐物，并通過基片之間的壓力固定。
以下，我們結(jié)合附圖3說明一個(gè)實(shí)施的例子。首先，清洗玻璃陰極基板7，采用電子束蒸發(fā)在玻璃基板上制備導(dǎo)電ITO電極，采用光刻的方法制作ITO陰極電極條8，在陰極電極條8上制備陰極9。陰極9采用碳納米管，采用絲網(wǎng)印刷的方法制備。
柵極基板11的材料采用陶瓷片。首先在它上面采用激光加工工藝制備柵極孔12，柵極孔的形狀為圓形。采用掩模的方法，用磁控濺射在柵極基板11上制備金屬鉻條。
在玻璃陽極基板13上制作ITO導(dǎo)電層14，在ITO導(dǎo)電層14上面制備條形熒光粉層。
在上述三層基板制作完成后，柵極和陰極、柵極與陽極之間使用固體絕緣材料絕緣。各基板采用低熔點(diǎn)玻璃粉將上述三層基板相互位置固定相互絕緣地組裝在一起。組裝時(shí)，陰極、柵極和陽極的熒光粉像點(diǎn)相互對(duì)準(zhǔn)。
器件組裝完畢后，整個(gè)器件內(nèi)部處于真空狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試。在陰極的某一行和柵極的某一列之間施加電壓，電子在柵極電壓的作用從陰極發(fā)射出來，通過柵極孔，打到陽極上發(fā)光，實(shí)現(xiàn)某一個(gè)像素點(diǎn)的顯示。圖6為采用本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器的某個(gè)像點(diǎn)在不同陰極電流下的顯示圖像。圖6(a)、(b)和(c)分別是陰極電流為1微安，3微安和10微安時(shí)顯示器的顯示情況。
圖7為采用本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器用柵極對(duì)單個(gè)像素點(diǎn)的尋址實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖7可以看到，在不同的柵極和陰極條加上電壓，可以對(duì)單個(gè)象素點(diǎn)進(jìn)行有效的尋址。
使用本發(fā)明的方法，通過采用不同尺寸的基片即可以實(shí)現(xiàn)制作不同尺寸的顯示器。對(duì)于大面積的顯示也可以用較小尺寸的基片拼裝而成。本發(fā)明的顯示器可應(yīng)用于各類顯示終端、電視等，特別適用于40英寸以上的數(shù)字高清電視。
權(quán)利要求
1.一種多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器，其特征在于包括陰極基板(7)，柵極基板(11)和陽極基板(13)，各基板之間使用固體絕緣材料保持相互絕緣并分別加有工作電壓，此三層基板以預(yù)定間隔固定彼此相對(duì)位置并真空封裝；所述陰極基板(7)上設(shè)置有作為電子發(fā)射源的陰極(9)；所述柵極基板(11)上開有限定電子通道的柵極孔(12)，并在與對(duì)應(yīng)柵極孔的位置處安設(shè)柵極電極(10)。所述陽極基板(13)上覆有導(dǎo)電層(14)和熒光粉層(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器，其特征在于陰極基板(7)、柵極基板(11)、陽極基板(13)的材料是玻璃，陶瓷、金屬或硅片，也可以是上述四種材料的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器，其特征在于當(dāng)所述陰極基板(7)的材料是金屬或硅片時(shí)，在其上直接設(shè)置陰極(9)；當(dāng)所述陰極基板(7)的材料是玻璃、陶瓷時(shí)，在上面制備導(dǎo)電的金屬電極或透明導(dǎo)電電極作為陰極電極條(8)，并在陰極電極條(8)上安設(shè)陰極(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器，其特征在于所述陰極(9)是由微尖陣列冷陰極、薄膜冷陰極，碳納米管冷陰極，金屬或半導(dǎo)體納米材料冷陰極即納米線、納米帶、納米棒冷陰極其中的一種構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器，其特征在于所述柵極孔(12)的形狀為圓形、橢圓形、矩形、正方形或長(zhǎng)條形，所述柵極電極(10)是條狀金屬電極，所述條狀金屬柵極電極與陰極電極條(8)成垂直交叉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器，其特征在于所述柵極基板(11)為絕緣基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器，其特征在于采用玻璃或陶瓷制作柵極基板(11)時(shí)，直接在柵極基板(11)下表面柵極孔(12)位置處安設(shè)柵極電極(10)，采用金屬制作柵極基板時(shí)，在柵極基板(11)上設(shè)置絕緣層(18)并在它上面制作相互絕緣的導(dǎo)電條狀柵極電極(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述多層結(jié)構(gòu)場(chǎng)發(fā)射顯示器，其特征在于當(dāng)使用玻璃或陶瓷制作柵極基板(11)時(shí)，在柵極基板(11)的上表面柵極孔(12)的位置處安設(shè)聚焦極電極(17)。當(dāng)使用金屬柵極基板時(shí)，可以采用整片金屬柵極基板為聚焦極，或在柵極基板(11)上表面制作絕緣層(19)，并在絕緣層(19)之上安聚焦極電極(17)，所述聚焦極電極(17)與陰極電極條(8)成垂直交叉或平行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種工藝簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，具有多層結(jié)構(gòu)的場(chǎng)發(fā)射顯示器，其結(jié)構(gòu)包括陰極基板，柵極基板和陽極基板，各基板之間使用固體絕緣材料保持相互絕緣并分別加有工作電壓，此三層基板以預(yù)定間隔固定彼此相對(duì)位置并真空封裝，所述陰極基板上設(shè)置有作為電子發(fā)射源的陰極，所述柵極基板上開有限定電子通道的柵極孔，并在與對(duì)應(yīng)柵極孔的位置處安設(shè)柵極電極，所述陽極基板上覆有導(dǎo)電層和熒光粉層。本發(fā)明簡(jiǎn)化了工藝的復(fù)雜程度并且降低工藝成本，同時(shí)，在其多層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以方便地制作聚焦極，有效地聚焦陰極電子源發(fā)射的電子束，消除像素點(diǎn)之間的串?dāng)_。
文檔編號(hào)H01J29/46GK1664978SQ20051003371
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者許寧生, 陳軍, 戴亦藝, 鄧少芝, 佘峻聰 申請(qǐng)人:中山大學(xué)