CN100339932C - 一种多层结构场发射显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工艺简单，性能优良，具有多层结构的场发射显示器，其结构包括阴极基板，栅极基板和阳极基板，各基板之间使用固体绝缘材料保持相互绝缘并分别加有工作电压，此三层基板以预定间隔固定彼此相对位置并真空封装，所述阴极基板上设置有作为电子发射源的阴极，所述栅极基板上开有限定电子通道的栅极孔，并在与对应栅极孔的位置处安设栅极电极，所述阳极基板上覆有导电层和荧光粉层。本发明简化了工艺的复杂程度并且降低工艺成本，同时，在其多层结构的基础上，可以方便地制作聚焦极，有效地聚焦阴极电子源发射的电子束，消除像素点之间的串扰。

Description

一种多层结构场发射显示器

技术领域

本发明涉及显示器，更具体地说，涉及一种多层结构的场发射显示器。

背景技术

平板显示器以其轻薄的优点得到广泛的应用。常见的平板显示器包括液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)，电致发光(EL)显示器、平面矩阵(CRT)显示器和场发射显示器(FED)等。其中，液晶显示器显示效果清晰且功耗很低，因此占据了笔记本计算机和部分台式计算机显示器的市场，但因其造价较高且存在响应时间问题，难以用于实现大屏幕高速度的显示。而常用的等离子体显示器和平面矩阵显示器等产品功耗高，热损失较大，仍有其不能克服的缺点

场发射显示器(FED)采用冷阴极阵列作为电子源，通过冷阴极电子源发射电子轰击荧光粉发光实现显示。FED器件的显示原理和传统CRT相同，因此具备CRT器件的主动发光、图像质量好、显示速度快、亮度高、分辨率高诸多优点。同时，因为FED器件中采用了场致发射冷阴极，所以功耗很低，并且体积也很小。

在现有技术中，场发射显示器一般为三极结构，如图1所示，即由阴极3、栅极4和阳极6组成。阴极一般采用微尖阵列冷阴极、薄膜冷阴极或碳纳米管冷阴极，栅极4一般采用微加工工艺或丝网印刷工艺制备。首先在基板1上制作阴极3，接着在阴极3的周围制作绝缘层2，并在绝缘层2上制作栅极4。最后基板1与阳极6通过绝缘支撑物5组装成显示器件。可以看出，上述的现有工艺步骤较为复杂，导致加工显示器的成本也比较昂贵。

发明内容

本发明提供一种工艺简单，性能优良，具有多层结构的场发射显示器。

本发明所述的多层结构场发射显示器由三层基板组成，包括阴极基板，栅极基板和阳极基板，各基板之间使用固体绝缘材料保持相互绝缘并分别加有工作电压，此三层基板以一定间隔固定彼此相对位置。整个多层结构显示器可以通过密封材料形成一个密闭的空间，内部的气体可由真空泵抽走，并在多层结构显示器内形成真空。所述阴极基板上设置有相互绝缘的阴极电极条(8)，阴极电极条(8)上设置作为电子发射源的阴极，所述栅极基板上开有限定电子通道的栅极孔，并在栅极孔旁安设相互绝缘的栅极电极条，栅极电极条(10)与阴极电极条(8)垂直。所述阳极基板上覆有导电层和荧光粉层。

工作时，整个器件内部处于真空状态。在阴极的某一行和栅极的某一列之间施加电压，电子将在栅极电压的作用从阴极发射出来，通过栅极孔，打到阳极上发光，从而实现某一个像素点的显示。

本发明的多层结构场发射显示器采用多层基片上分别制作阴极、栅极和荧光屏再进行组装的结构，这样就简化了工艺的复杂程度并且降低工艺成本。同时，在本发明的多层结构的基础上，可以方便地制作聚焦极，有效地聚焦阴极电子源发射的电子束，消除像素点之间的串扰。

附图说明

图1为现有的技术的场发射显示器结构；

图2为本发明的多层结构场发射显示器的各基片立体结构图；

图3为本发明的多层结构场发射显示器在无聚焦极的情况下的截面图，其中图3(a)为玻璃或陶瓷材料制成栅极基板的示意图，图3(b)为金属材料制成的栅极基板的示意图；

图4为本发明所述的多层结构场发射显示器在有聚焦极的情况下的截面图，其中图4(a)为玻璃或陶瓷材料制成栅极基板后制备聚焦极电极的示意图，图4(b)为金属材料制成栅极基板后制备聚焦极电极的示意图；

图5为本发明所述的多层结构场发射显示器的栅极孔的形状图，其中：(a)圆形、(b)椭圆形、(c)正方形、(d)矩形、(e)长条形；

图6为采用本发明所实现的多层结构场发射显示器的某个像点在不同阴极电流下的显示图像，其中：图6(a)为1微安阴极电流时的显示图象，图6(b)为3微安阴极电流时的显示图象，图6(c)为10微安阴极电流时的显示图象；

图7为采用本发明所实现的多层结构场发射显示器用栅极对单点像素的寻址实验结果。

图中：基板1，绝缘层2、18、19，阴极3、9，栅极4，绝缘支撑物5，阳极6，阴极基板7，阴极电极条8，栅极电极10，栅极基板11，栅极孔12，阳极基板13，透明导电层14，荧光粉层15，绝缘体16，聚焦极电极17，绝缘薄膜层18、19

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。

如图2所示：阴极基板7的材料可以是玻璃，陶瓷，金属或硅片。首先，对于玻璃或陶瓷基片，可以在它们上面制备导电的金属电极或透明的导电电极(如氧化锡铟，简称ITO)作为阴极电极条8，在阴极电极条8上制备阴极9。阴极9可以是微尖阵列冷阴极、薄膜冷阴极，碳纳米管冷阴极，金属或半导体纳米材料冷阴极如纳米线、纳米带、纳米棒等。其次，对于金属或硅片基板，由于其本身导电，可以直接在它们上面制作阴极9。阴极9可以是微尖阵列冷阴极、薄膜冷阴极，碳纳米管冷阴极，金属或半导体纳米材料冷阴极如纳米线、纳米带、纳米棒等。阴极电极条8的引线可以在阴极基板的一侧或两侧引出。

栅极基板11的材料可以是陶瓷，玻璃或金属。首先在它们上面采用机械钻孔、化学腐蚀、喷砂或激光加工工艺制备栅极孔12。如图5所示，栅极孔的形状可以为圆形、椭圆形、正方形、长方形和长条形等。对于玻璃或陶瓷材料的栅极基板，如图3(a)所示，在栅极基板11的下表面栅极孔12的位置处制备条状栅极电极10。对于金属栅极基板，如图3(b)所示，可以采用在栅极基板下表面制备一层绝缘层18，然后在绝缘层上制备条状栅极电极10。栅极10的材料为金属，形状为长条形。可以使用电子束蒸发、磁控溅射等方法，结合光刻方法制作栅极电极，或直接采用丝网印刷的办法印制条状栅极电极10。通常条状栅极电极10与阴极电极条8成垂直交叉。这样，当在栅极电极和阴极电极分别施加高电位和低电位时，在它们交叉的位置的阴极可以发射电子，从而实现对某一阴极的寻址。栅极电极条的引线可以在栅极基板11的一侧或两侧引出。

当使用玻璃或陶瓷栅极基板时，如图4(a)所示，可以在栅极基板11的上表面栅极孔12的位置处制备聚焦极电极17。聚焦极电极也可以是整片的导电层。对于金属栅极基板，如图4(b)所示，可以采用金属基板为聚焦极，或将聚焦极做成条状。当在金属栅极基板上制作条形聚焦极时，首先在栅极基板上表面制备一层绝缘层19，然后在绝缘层上制备聚焦极电极17。聚焦极电极17的材料为金属，形状为长条形。可以使用电子束蒸发、磁控溅射等方法，结合光刻方法制作聚焦极电极，或直接采用丝网印刷的办法印制条状聚焦极电极17。条状聚焦极电极17与阴极电极条8成垂直交叉或与阴极电极条8平行，条状聚焦极电极17排列方向视引线的方便而定，无特别的要求。条状聚焦极电极17的引线可以在栅极基板11的一侧或两侧引出。

阳极基板13的材料是玻璃。首先，在玻璃上制作透明导电层14(如氧化锡铟，简称ITO)，在透明导电层14上面制备条形或点状的荧光粉层15。对于单色的显示器，也可以采用在透明导电层上制备整片的荧光粉层。另一种方案是，在阳极基板13上先制备荧光粉层，然后在上面蒸铝。

在上述三层基板制作完成后，将各基板相互绝缘地组装在一起。组装时，阴极、栅极和阳极的荧光粉像点相互对准。各基板之间使用固体绝缘材料绝缘。可采用粘接剂，例如低熔点玻璃粉将上述三层基板相互位置固定并密封起来。为控制基板之间的间距，可以在基板上的相应位置通过丝网印刷的方法印制绝缘的支撑体。或采用绝缘体制作支撑物，并通过基片之间的压力固定。

以下，我们结合附图3说明一个实施的例子。首先，清洗玻璃阴极基板7，采用电子束蒸发在玻璃基板上制备导电ITO电极，采用光刻的方法制作ITO阴极电极条8，在阴极电极条8上制备阴极9。阴极9采用碳纳米管，采用丝网印刷的方法制备。

栅极基板11的材料采用陶瓷片。首先在它上面采用激光加工工艺制备栅极孔12，栅极孔的形状为圆形。采用掩模的方法，用磁控溅射在栅极基板11上制备金属铬条。

在玻璃阳极基板13上制作ITO导电层14，在ITO导电层14上面制备条形荧光粉层。

在上述三层基板制作完成后，栅极和阴极、栅极与阳极之间使用固体绝缘材料绝缘。各基板采用低熔点玻璃粉将上述三层基板相互位置固定相互绝缘地组装在一起。组装时，阴极、栅极和阳极的荧光粉像点相互对准。

器件组装完毕后，整个器件内部处于真空状态下进行测试。在阴极的某一行和栅极的某一列之间施加电压，电子在栅极电压的作用从阴极发射出来，通过栅极孔，打到阳极上发光，实现某一个像素点的显示。图6为采用本发明所实现多层结构场发射显示器的某个像点在不同阴极电流下的显示图像。图6(a)、(b)和(c)分别是阴极电流为1微安，3微安和10微安时显示器的显示情况。

图7为采用本发明所实现多层结构场发射显示器用栅极对单个像素点的寻址实验结果。由图7可以看到，在不同的栅极和阴极条加上电压，可以对单个象素点进行有效的寻址。

使用本发明的方法，通过采用不同尺寸的基片即可以实现制作不同尺寸的显示器。对于大面积的显示也可以用较小尺寸的基片拼装而成。本发明的显示器可应用于各类显示终端、电视等，特别适用于40英寸以上的数字高清电视。

Claims (8)

1.一种多层结构场发射显示器，其特征在于：

包括阴极基板(7)，栅极基板(11)和阳极基板(13)，各基板之间使用固定绝缘材料保持相互绝缘并分别加有工作电压，此三层基板以预定间隔固定彼此相对位置并真空封装；

所述阴极基板(7)上设置有相互绝缘的阴极电极条(8)，阴极电极条(8)上设置作为电子发射源的阴极(9)；

所述栅极基板(11)上开有限定电子通道的栅极孔(12)，并在栅极孔旁安设相互绝缘的栅极电极条(10)，栅极电极条(10)与阴极电极条(8)垂直；

所述阳极基板(13)上覆有导电层(14)和荧光粉层(15)。

2.根据权利要求1所述的多层结构场发射显示器，其特征在于：阴极基板(7)、栅极基板(11)、阳极基板(13)的材料是玻璃、陶瓷、金属或硅片。

3.根据权利要求1或2所述多层结构场发射显示器，其特征在于：所述阴极基板(7)的材料是玻璃或陶瓷，在其上面制备导电的金属电极或透明导电电极作为阴极电极条(8)，并在阴极电极条(8)上安设阴极(9)。

4.根据权利要求3所述多层结构场发射显示器，其特征在于：所述阴极(9)是由微尖阵列冷阴极、薄膜冷阴极、碳纳米管冷阴极、金属或半导体纳米材料冷阴极中的一种构成。

5.根据权利要求1所述多层结构场发射显示器，其特征在于：所述栅极孔(12)的形状为圆形、椭圆形、矩形、正方形或长条形。

6.根据权利要求1或2所述多层结构场发射显示器，其特征在于：所述栅极基板(11)为绝缘基板。

7.根据权利要求5所述多层结构场发射显示器，其特征在于：采用玻璃或陶瓷制作栅极基板(11)时，直接在栅极基板(11)下表面栅极孔(12)位置处安设条状栅极电极(10)，采用金属制作栅极基板时，在栅极基板(11)上设置绝缘层(18)并在它上面制作相互绝缘的导电条状栅极电极(10)。

8.根据权利要求5所述多层结构场发射显示器，其特征在于：当使用玻璃或陶瓷制作栅极基板(11)时，在栅极基板(11)的上表面栅极孔(12)的位置处安设聚焦极电极(17)；当使用金属栅极基板时，可以采用整片金属栅极基板为聚焦极，或在栅极基板(11)上表面制作绝缘层(19)，并在绝缘层(19)之上安聚焦极电极(17)，所述聚焦极电极(17)与阴极电极条(8)成垂直交叉或平行。

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