CN1210755C

CN1210755C - 碳纳米管场发射显示器

Info

Publication number: CN1210755C
Application number: CN 01142251
Authority: CN
Inventors: 樊雨心; 陈来成
Original assignee: HANLI PHOTOELECTRIC CO Ltd
Current assignee: HANLI PHOTOELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: CN1405833A

Abstract

一种碳纳米管场发射显示器。为提供一种发光亮度均匀、防止金属层剥离、确保铝膜的导电性、避免阳极干扰、有效改善显示品质的显示设备，提出本发明，它包括平行的阴极板及阳极板；阳极板包括第一玻璃基板、形成于第一玻璃基板上的多个荧光层及覆盖于多个荧光层上的具有平坦表面的铝层第一玻璃基板上黏着有用以遮蔽铝层的金属片；金属片包含有分别相对应于等荧光层的多个开口，且金属片的各开口边缘设置有两个向外折出的金属接脚。

Description

碳纳米管场发射显示器

技术领域

本发明属于显示设备部件，特别是一种碳纳米管场发射显示器。

背景技术

场发射显示器(field cmission display，FED)是一种使用三极结构，阳极、阴极及闸极的高压显示元件，利用其高电压低电流的特性可以达到高亮度的目的。因此FED除了具有液晶显示器(liqrid crystal display，LCD)轻薄的特性之外，更具有阴极射线管(cathode ray tube，CRT)的高亮度自发光的优点，使得FED成为极具竞争力的一种平面显示器。FED的发光原理及技术是将荧光体设置于阳极板上，将具有尖端放电的电子发射源设置于阴极板上，且在周围设置有闸极，则可利用闸极的高电场将电子自尖端释出，再藉由高压加速电子撞击荧光体以发出阴极荧光。

传统FED电子发射源制作是将钼金属制作成微尖端(micro-tip)，但碍于其制程较为繁杂且设备昂贵，在量产上一直遭遇到很大的困难。近年来，FED电子发射源采用具有较佳机械强度及电子发射性质的碳纳米管(carbonnanotube，CNT)，由于制程简单且设备低廉的网印技术、化学气相沉积(chemicalvapor deposition，CVD)技术均可应用在CNT的制作上，使CNT涂布或直接成长在电子发射区域中，因此可以提高CNT-FED的量产产能，并增加制作大面积CNT-FED的可能性。

如图1所示，习知的碳纳米管场发射显示器(CNT-FED)10是由两片平行的阴极板12及阳极板14构成，阴极板12与阳极板14之间呈真空状态且设置空间支撑柱(spacer)16，用来维持阴极板12与阳极板14之间的间距并抵抗大气压力。阳极板14包含有玻璃面板18及多个定义形成于玻璃板18表面预定区域内的荧光层20及覆盖住荧光层20平坦化的铝膜22。铝膜22具有以下几点作用：第一是作为阳极板14的导电层；第二是作为荧光体的反射层；第三是作为荧光层20的保护层，以避免离子的撞击和电场的吸附效应。另外，阴极板12包含玻璃基板24、多个定义形成于玻璃基板24表面预定区域的阴极层26、长成于每个阴极层26表面电子发射区域中的多个碳纳米管(CNT)结构34、设置于玻璃基板24边缘的绝缘层28及以玻璃胶黏着于绝缘层28上的网状金属层32。其中，网状金属层32的开口32a系暴露出阴极层26的电子发射区域，而网状金属层32的金属部分系围绕在阴极层26周围，以用来作为闸极层32b。

如图2所示，习知电子发射区域所有的CNT结构34系填满整体电子发射区域1A，因此位于电子发射区域1A周边的CNT结构34会有边缘效应发生，导致相对位置的荧光层20在发光时产生周围较亮、中间较暗的情形，进而影响CNT-FED10的发光均匀性。

然而，习知的CNT-FED10结构设计与制造上仍遭遇许多问题，以致无法呈现出最佳的显示品质：

1、利用CNT结构34发射电子时，位于电子发射区域1A周边的CNT结构34会有边缘效应(edge effect)发生，导致相对应位置的荧光层20在发光时产生周围较亮、中间较暗的情形，会使荧光层20的发光亮度不均匀，进而影响到CNT-FED10的发光品质。

2、习知制作闸极层32b的方法中，是先在阴极板12周围制作绝缘层28，再将网状金属层32黏着在绝缘层28上，因此仅有网状金属层32的边缘是藉由绝缘层28附着在阴极板12上，而网状金属层32的中间区域则是悬在阴极板12上方。然而，随着网状金属层32的面积变大时，网状金属层32的中间区域易产生下垂或不平整的现象，因此，当电子自CNT结构34的尖端释出时，闸极层32b会因电子的直接撞击以及电场的不均匀而产生震动，甚至导致网状金属层32的剥离现象，进而影响到相对应位置荧光层20的发光均匀性与发光效率。

3、在高温(450℃～500℃)环境中进行有机物的去除制程时，部分铝膜22会形成氧化铝，进而影响铝膜22的导电性。因此当发射出的电子撞击到阳极板14时，便会因铝膜22的导电性不佳而造成电荷累积，而且当电荷累积到一定量时，即会以火花放电(arc)的方式排除累积的电荷，进而使阳极板14上的亮点熄灭。此外，累积的电荷会产生排斥电场，使得后续发射的电子无法再轻易地撞击阳极板14，如此一来，阳极板14的电压无法提高，将导致荧光层20发出的亮度无法提升。

4、无论是以金属尖端或是CNT结构34作为电子发射源，其发射的电子多会有散开(diverent)的现象，因此容易在阳极板14上产生阳极干扰(crosstalk)的情形。而且，当电子的发射量较大时，过多的电子会直射阳极板14，进而发生火花放电。

发明内容

本发明的目的是提供一种发光亮度均匀、防止金属层剥离、确保铝膜的导电性、避免阳极干扰、有效改善显示品质的碳纳米管场发射显示器。

本发明碳纳米管场发射显示器包括平行的阴极板及阳极板；阳极板包括第一玻璃基板、形成于第一玻璃基板上的多个萤光层及覆盖于多个萤光层上的具有平坦表面的铝层第一玻璃基板上黏着有用以遮蔽铝层的金属片；金属片包含有分别相对应于等萤光层的多个开口，且金属片的各开口边缘设置有两个向外折出的金属接脚。

其中：

对向于第一玻璃基板设有第二玻璃基板；于第二玻璃基板上形成多个阴极层，阴极层包含多个互相分离的电子发射区及多个分别形成于阴极层且分别设置于各电子发射区中的碳纳米管结构，每一纳米管包含多个互相分离的次碳纳米管结构。

间隔排列定义于阴极层的多个电子发射区域以矩阵方式排列。

相邻电子发射区域的间隔距离为80～150μm。

电子发射区域的图形可为四边形、圆形或其他任何几何形状。

第二玻璃基板上相邻两阴极层之间的空隙内形成凸出于阴极层顶部至预定高度的多个阻隔壁；于各阻隔壁表面分别形成闸极层及于第二玻璃基板黏着设有用以遮蔽闸极层的金属网板；金属网板上对应于阴极层表面电子发射区域位置设有多个网孔。

金属网板上网孔的口径约为300～600μm。

金属网板的网孔为呈圆形孔。

金属网板的网孔为呈四边形孔。

金属网板的网孔为呈六边形孔。

由于本发明碳纳米管场发射显示器包括平行的阴极板及阳极板；阳极板包括第一玻璃基板、形成于第一玻璃基板上的多个萤光层及覆盖于多个萤光层上的具有平坦表面的铝层第一玻璃基板上黏着有用以遮蔽铝层的金属片；金属片包含有分别相对应于等萤光层的多个开口，且金属片的各开口边缘设置有两个向外折出的金属接脚。如此一来，发生在习知阴极层电子发射区域的边缘效应会发生在本发明每一个发射区域的周边，可以有效改善相对应位置荧光层的发光均匀性，而且随着多个发射区域的面积缩小、间隔距离缩短、分布密度增加，越能获得高均匀度、高亮度的发光品质；本发明先于两相邻阴极层之间制作阻隔壁，再于阻隔壁表面上网印闸极层制作方法，使网状闸极层系整体附着于每一阻隔壁表面，不易产生下垂或不平整的现象，可以防止电场产生不均匀的现象，进而改善CNT-FED的发光均匀性及发光效率。不仅发光亮度均匀、防止金属层剥离，而且确保铝膜的导电性、避免阳极干扰、有效改善显示品质，从而达到本发明的目的。

附图说明

图1、为习知CNT-FED结构示意剖视图。

图2、为习知电子发射区域结构示意仰视图。

图3、为本发明实施例一中CNT-FED的阴极板结构示意剖视图。

图4、为本发明实施例一中电子发射区域结构示意仰视图(四边形次发射区域)。

图5、为本发明实施例一中电子发射区域结构示意仰视图(圆形次发射区域)。

图6、为本发明实施例二中CNT-FED闸极层制作方法剖视图。

图7、为本发明实施例二中CNT-FED闸极层制作方法剖视图。

图8、为本发明实施例二中CNT-FED闸极层制作方法剖视图。

图9、为本发明实施例三中CNT-FED阳极板结构示意剖视图(形成金属接脚)。

图10、为本发明实施例三中CNT-FED阳极板结构示意剖视图。

图11、为本发明实施例四中CNT-FED阴极板结构示意剖视图。

图12、为本发明实施例四中CNT-FED阴极板金属网结构示意立体图(网孔为呈圆形孔)。

图13、为本发明实施例四中CNT-FED阴极板金属网结构示意立体图(网孔为呈四边形孔)。

图14、为本发明实施例四中CNT-FED阴极板金属网结构示意立体图(网孔为呈六边形孔)。

图15、为本发明实施例五中CNT-FED结构示意剖视图。

具体实施方式

本发明碳纳米管场发射显示器(CNT-FED)包括平行的阴极板及阳极板。

实施例一

如图3所示，本发明碳纳米管场发射显示器(CNT-FED)阴极板40包含玻璃基板41、定义形成于玻璃基板41表面预定区域上的阴极层42、覆盖于两相邻阴极层42空隙内设有开口45的绝缘层44、定义形成于绝缘层44开口45周围的网状闸极层46及长成于阴极层42表面电子发射区域中的CNT结构48。开口45贯穿绝缘层46以使阴极层42暴露出来。

其中，CNT结构48系由间隔成长于阴极层42表面电子发射区域中的三个次CNT结构481、482、483构成，三个次CNT结构481、482、483系以矩阵方式排列于整体电子发射区域中。这里要注意的是次CNT结构481、482、483是互相分离的，而且相互之间没有形成绝缘层。

如图4、图5所示，本发明系碳纳米管场发射显示器(CNT-FED)阴极板40阴极层42表面为与习知的电子发射区域面积1A相同的多个间隔排列的次发射区域1A1、1A2、1A3，并于多个间隔排列的次发射区域1A1、1A2、1A3中分别成长间隔排列的次CNT结构481、482、483。这里要注意的是上述的次发射区域A1、A2、A3是互相分离，而且相互之间没有形成绝缘层。如此一来，发生在习知阴极层26电子发射区域1A的边缘效应会发生在本发明每一个次发射区域1A1、1A2、1A3的周边，可以有效改善相对应位置荧光层的发光均匀性，而且随着次发射区域1A1、1A2、1A3的面积缩小、间隔距离缩短、分布密度增加，越能获得高均匀度、高亮度的发光品质。

搭配适当制作方式，次发射区域1A1、1A2、1A3的图形可为如图4所示的四边形、如图5所示的圆形或其他任何几何形状。

次发射区域1A1、1A2、1A3的制作方式可使用网印技术，即将CNT浆料涂敷在预定的次发射区域1A1、1A2、1A3中，其中较佳的间隔距离为80～150μm，较佳的次发射区域1A1、1A2、1A3面积为200×200μm²。

实施例二

本发明碳纳米管场发射显示器(CNT-FED)阴极板50闸极层56的制作方法包括如下步骤：

步骤一

形成阴极层50

如图6所示，以银(Ag)、铜(Cu)或其他导电金属材质，利用沉积加上微影的方式或是网印制程，于玻璃基板51表面预定区域上定义形成多个阴极层52；

步骤二

形成阻隔壁54

如图7所示，利用沉积加上微影的方式或是网印制程，于两相邻的阴极层52之间形成厚度约为30～100μm的阻隔壁(rib)54，并使每一阴极层52上方形成开口57；

步骤三

形成闸极层56

如图8所示，以银(Ag)、铜(Cu)或其他导电金属材质，利用网印技术于每一阻隔壁54表面形成闸极层56；

步骤四

烧烤

对阻隔壁54及闸极层56进行高温烧烤处理。

与习知的黏着网状金属层的方式相比，本发明实施例二利用先于两相邻阴极层52之间制作阻隔壁54，再于阻隔壁54表面上网印闸极层56，因此网状闸极层56系整体附着于每一阻隔壁54表面，不易产生下垂或不平整的现象，可以防止电场产生不均匀的现象，进而改善CNT-FED的发光均匀性及发光效率。此外，后续CNT结构的制作方式，可于阴极层52的整个电子发射区域上成长CNT，也可以搭配实施例一，将数个次CNT分别成长在多个间隔设置的次发射区域中。

实施例三

如图9、图10所示，本发明碳纳米管场发射显示器(CNT-FED)阳极板60包含玻璃面板61、定义形成于玻璃面板61表面预定区域内的多个荧光层62、具有平坦表面并覆盖住荧光层62的铝膜64及以玻璃胶黏着于玻璃面板61上并覆盖住铝膜64外围并与铝膜64为等电位的金属片66。金属片66与铝膜最好相隔既定距离。其中，金属片66包含多个与多个荧光层62区域相对应的开口57，使金属片66只覆盖住荧光层62以外的区域，以使发射的电子可撞击到荧光层62。如图9所示，可于金属片66各开口67边缘分别形成两个向外折出用来挡住散射电子的金属接脚68，使电子直射而撞击荧光层62，能够避免阳极干扰现象。

虽然在高温(450℃～500℃)环境中进行有机物去除制程时，部分铝膜64会形成氧化铝，进而影响铝膜64的导电性，但藉由金属片66的设置可补偿铝膜64的导电性，以避免电荷累积而产生火花放电(arc)。而且，增设的金属接脚68可以挡住散射的电子，防止阳极干扰现象。

实施例四

如图11所示，本发明碳纳米管场发射显示器(CNT-FED)阴极板50上罩设金属网板58，以有效抵挡斜射的电子，以避免电子散开(diverent)现象在阳极板上产生干扰。在以实施例二闸极层56制作方式制成的阴极板50上制作完成CNT结构后，以金属网板58罩住阴极板50表面，并使金属网板58与闸极层56之间保持0.1mm～1mm间距。其中，金属网板58上对应于电子发射区域(亦即荧光层)位置设有多个网孔59(59’、59”)。金属网板58与闸极层56为等电位，闸极层56的功能是吸收发射的电子；金属网板58的主要功能是使电子束聚焦。由于金属网板58所产生的电场会小于闸极层56所产生的电场，因此，金属网板58不会因过多的电子撞击而发生震动的情形。如此一来，倾斜射出的电子会被金属网板58挡住，且可藉由网孔59(59’、59”)限制直射电子的发射空间，可以防止过多的电荷累积在阳极板上，进而消除火花现象。

金属网板58上网孔59(59’、59”)的开口口径约为300～600μm，相邻网孔的间距约为100～200μm。如图12所示，网孔59为呈圆形孔。如图13所示，网孔59’为呈四边形孔。亦如图14所示，网孔59”为呈六边形孔。其中，呈六边形孔的网孔59”开口面积较大，可以使直射的电子流达到较大值。

实施例五

如图15所示，本发明碳纳米管场发射显示器(CNT-FED)系结合如图9、图10所示的实施例三的阳极板60及如图11所示的实施例四的阴极板50，可以同时利用金属片66的金属接脚68及金属网板58的网孔59(59’、59”)抵挡散射的电子，以有效防止阳极的干扰现象。

Claims

1、一种碳纳米管场发射显示器，它包括平行的阴极板及阳极板；阳极板包括第一玻璃基板(61)、形成于第一玻璃基板(61)上的多个萤光层(62)及覆盖于多个萤光层(62)上的具有平坦表面的铝层(64)其特征在于所述的第一玻璃基板(61)上黏着有用以遮蔽铝层(64)的金属片(66)；金属片(66)包含有分别对应于萤光层(62)的多个开口(67)，且金属片(66)的各开口(67)边缘设置有两个向外折出的金属接脚(68)。

2、根据权利要求1所述的碳纳米管场发射显示器，其特征在于所述的对向于第一玻璃基板设有第二玻璃基板；于第二玻璃基板上形成多个阴极层，阴极层包含多个互相分离的电子发射区及多个分别形成于阴极层且分别设置于各电子发射区中的碳纳米管结构，每一纳米管包含多个互相分离的次碳纳米管结构。

3、根据权利要求2所述的碳纳米管场发射显示器，其特征在于所述的阴极层的多个互相分离的电子发射区域以矩阵方式排列。

4、根据权利要求2所述的碳纳米管场发射显示器，其特征在于所述的相邻电子发射区域的间隔距离为80～150μm。

5、根据权利要求2所述的碳纳米管场发射显示器，其特征在于所述的电子发射区域的图形可为四边形、圆形或其他任何几何形状。

6、根据权利要求2所述的碳纳米管场发射显示器，其特征在于所述的第二玻璃基板上相邻两阴极层之间的空隙内形成凸出于阴极层顶部至预定高度的多个阻隔壁；于各阻隔壁表面分别形成闸极层及于第二玻璃基板黏着设有用以遮蔽闸极层的金属网板；金属网板上对应于阴极层表面电子发射区域位置设有多个网孔。

7、根据权利要求6所述的碳纳米管场发射显示器，其特征在于所述的金属网板上网孔的口径约为300～600μm。

8、根据权利要求6所述的碳纳米管场发射显示器，其特征在于所述的金属网板的网孔为呈圆形孔。

9、根据权利要求6所述的碳纳米管场发射显示器，其特征在于所述的金属网板的网孔为呈四边形孔。

10、根据权利要求6所述的碳纳米管场发射显示器，其特征在于所述的金属网板的网孔为呈六边形孔。