CN1320943A - 具有碳纳米管的场致发射阵列和制造场致发射阵列的方法 - Google Patents

具有碳纳米管的场致发射阵列和制造场致发射阵列的方法 Download PDF

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Abstract

用碳纳米管作为电子发射源的场致发射阵列和制造方法。包括形成背板组件,背板组件包括形成在背板上的条形阴极和碳纳米管。前板组件包括在前板上形成条形阳极,和在阳极上淀积荧光体;通过在非导电板中形成对应于阳极且彼此分开预定距离的多个开口,和在非导电板上形成条形栅极,所述栅极与阳极条垂直且具有对应于多个开口的多个发射开口;通过隔板支撑具有栅极的非导电板并按预定的距离使它和背板隔开。背板组件和前板组件,使阴极上的碳纳米管按距栅极的预定距离经过发射开口突出。

Description

具有碳纳米管的场致发射阵列 和制造场致发射阵列的方法
本发明涉及具有碳纳米管作为代替现有微尖的电子发射源的场致发射阵列和制造场致发射阵列的方法。
近年来，因碳纳米管的低功函数，在其寿命和热稳定性方向极好，因而对采用碳纳米管代替金属微尖作为电子发射源的电子发射器件进行了许多探讨。对于这样的具有碳纳米管的三极管型电子发射器件，与形成薄膜有关的复杂制造工艺被认为是一种缺点，因此存在在工作期间在封装的器件内产生杂质气体的问题。
为了解决该问题，本发明的目的在于提供采用碳纳米管作为电子发射源的场致发射阵列，和制造场致发射阵列的方法，其中具有栅极的非导电板装在前板上，和把具有阴极和淀积于阴极上的碳纳米管的背板与具有非导电板的前板组件组合在一起，以使整个薄膜形成变得容易同时不会引起工作期间在场致发射阵列内杂质气体的产生。
按照本发明的一个方案，提供一种场致发射阵列，它包括：背板组件，背板组件包括背板；在背板上形成的条形阴极；和在阴极上按彼此间预定的距离形成的碳纳米管；和前板组件，前板组件包括前板；在前板上形成的条形阳极；在阳极上淀积的荧光体；和非导电板，非导电板具有对应于阳极且彼此分开预定距离的多个开口；在非导电板上形成的条形栅极，所述栅极与阳极条垂直且具有对应于多个开口的多个发射开口；和隔板，用于支撑具有栅极的非导电板并按预定的距离使它和背板隔开，其中，把背板组件和前板组件彼此组合在一起，以使阴极上的碳纳米管按距栅极的预定距离经过发射开口突出。
在另一个实施例中，提供一种场致发射阵列，包括：背板组件，背板组件包括背板；在背板上形成的条形阴极；和在阴极上按彼此间预定的距离形成的碳纳米管；和前板组件，前板组件包括前板；在前板上形成的条形阳极；在阳极上淀积的荧光体；上和下非导电板，分别具有彼此分开预定距离且对应于阳极的多个开口；在下非导电板上形成的条形栅极，所述栅极与阳极条垂直且具有对应于多个开口的多个发射开口，其中栅极与碳纳米管之间的距离相对较小；和隔板，用于支撑上非导电板并按预定的距离使它和背板隔开，其中，把背板组件和前板组件彼此组合在一起，以使阴极上的碳纳米管按距栅极的预定距离经过发射开口突出。
在又一个实施例中，提供一种场致发射阵列，包括：背板组件，背板组件包括背板；在背板上形成的条形阴极；和在阴极上按彼此间预定的距离形成的碳纳米管；和前板组件，前板组件包括前板；在前板上形成的条形阳极；在阳极上淀积的荧光体；非导电板，非导电板具有对应于阳极且彼此分开预定距离的多个开口；在非导电板上形成的条形栅极，所述栅极与阳极条垂直且在通过多个开口露出的非导电板的上侧壁上延伸；和隔板，用于支撑具有栅极的非导电板并按预定的距离使它和背板隔开，其中，把背板组件和前板组件彼此组合在一起，以使阴极上的碳纳米管按距栅极的预定距离经过发射开口突出。
按照本发明的另一个方面，提供一种制造场致发射阵列的方法，包括：形成背板组件，背板组件包括背板；在背板上形成的条形阴极；和在阴极上按彼此间预定的距离形成的碳纳米管；形成前板组件，前板组件包括前板；在前板上形成的条形阳极；在阳极上淀积的荧光体；非导电板，非导电板具有对应于阳极且彼此分开预定距离的多个开口；在非导电板上形成的条形栅极，所述栅极与阳极条垂直且具有对应于多个开口的多个发射开口；和隔板，用于支撑具有栅极的非导电板并按预定的距离使它和背板隔开，和把背板组件和前板组件彼此组合在一起，以使阴极上的碳纳米管按距栅极的预定距离经过发射开口突出。
最好形成前板组件包括：在前板上淀积金属层，和把该金属层构图为条形阳极；在阳极上淀积荧光体；在非导电板上形成条形栅极；和利用隔板把具有栅极的非导电板与具有阳极和荧光体的前板组合在一起，以使非导电板与前板彼此分开预定的距离。在这种情况下，在非导电板上形成条形栅极包括：在非导电板中形成彼此按预定距离分开的多个孔；和在具有多个孔的非导电板上淀积金属层，并把金属层构图为具有对应于多个孔的多个发射开口的条形栅极。
最好在非导电板上形成条形栅极包括：在下非导电板中形成彼此按预定距离分开的多个孔；在具有多个孔的下非导电板上淀积金属层，和把金属层构图为具有对应于所述孔的多个发射开口的条形栅极；和在具有栅极的下非导电板上安装具有多个孔的上非导电板，以使上非导电板的多个孔对应于发射开口。另外，在非导电板上形成条形栅极可以包括：在下非导电板中形成彼此按预定距离分开的多个孔；和通过倾斜淀积方法在通过多个孔露出的下非导电板的顶部和上侧壁上淀积金属层，和把金属层构图为具有对应于所述孔的多个发射开口的条形栅极。
通过下面参照附图对优选实施例的详细说明，本发明的上述目的和优点将更明了，其中：
图1-3是展示按照本发明的具有碳纳米管的场致发射阵列的第一、第二和第三实施例的剖面图；
图4是展示按照本发明的制造具有碳纳米管的场致发射阵列方法的优选实施例的剖面图；
图5和6展示在图4中所示的非导电板上形成栅极；
图7展示结合倾斜淀积方法，制造本发明碳纳米管场发射阵列的方法；
图8是展示按照本发明第一实施例的场致发射阵列的亮度在不同阳极电压电平下相对于栅电压变化的曲线图；
图9是场致发射阵列发射光的正面照片；和
图10是展示在按照本发明第三实施例的场致发射阵列上流动的阳极电流在不同的阳极电压电平下相对于栅极电压变化的曲线图，其中场致发射阵列具有通过倾斜淀积形成的栅极。
图1-3中展示按照本发明的用碳纳米管作为电子发射源的场致发射阵列的优选实施例。如图1-3所示，场致发射阵列包括背板组件100和前板组件200。在背板组件100中，在背板上形成一系列条形阴极11，和在阴极11上淀积碳纳米管11′。在作为前板20与非导电板23(23′,23″)的组合的前板组件200(200′,200″)中，在前板20上形成一系列条形阳极21，和在各阳极21上淀积荧光体22。通过隔板25，具有一系列形成为条形的栅极24(24a)的非导电板23与前板20组合。
三个实施例在非导电板23上形成的栅极24的结构上彼此不同。对于图1的第一实施例，在单个非导电板23上形成条形栅极24。对于图2的第二实施例，在比用于第一实施例的非导电板23相对薄的非导电板23′上形成条形栅极24。第三实施例与第一实施例类似，在非导电板23上形成条形栅极24，只是栅极24a在通过孔露出的非导电板23的上侧壁上延伸。第二和第三实施例的结构适于非导电板23的厚度相对较厚的情况，因它们提供使碳纳米管11′与栅极24(24a)之间的距离变小的作用。
另一方面，因碳纳米管11′具有低功函数、良好的寿命和热稳定性，因而它们可用作良好的电子发射源。通过在光敏玻璃或陶瓷衬底制备的非导电板23上淀积金属，然后构图金属层来形成栅极24。当背板组件100与前板组件200组合时，非导电板23用作隔板，在碳纳米管11′与栅极24之间提供适当的距离。这样，不需要分离形式的隔板。此外，因具有栅极24的前板组件200与背板组件100分开地形成，因而可以使薄膜形成简化，和防止在薄膜形成期间因热处理造成的碳纳米管的损伤。
在制造具有如上所述结构的具有碳纳米管的场致发射阵列中，如图4所示，单独制造背板组件100和前板组件200，然后彼此组合在一起。首先，为了形成背板组件100，在背板10上淀积金属层，然后构图成条形阴极11。然后，在阴极11上淀积恒定距离的碳纳米管11′。
为了形成前板组件200，在前板20上淀积金属，然后构图成为条形阳极21。接着，在阳极21上淀积荧光体22。然后利用隔板25组合具有阳极21的结构和具有栅极24的非导电板23，使它们之间具有预定的距离。如图5所示，在非导电板23中按预定距离形成相应于阳极21的多个孔23′，和如图6所示，在具有多个孔23′的非导电板23上形成条形栅极24。其中，栅极24的条与阳极21的条垂直。具体地说，在具有孔23′的非导电板23上淀积金属，然后构图成栅极24。具有栅极24的非导电板23具有对应于孔23′的多个发射开孔24′。
下面参照图1所示的按照本发明第一实施例的场致发射阵列结构，说明本发明的场致发射阵列的制造。背板组件100或前板组件200可在另一个组件之前先制造。
按照图2中所示第二实施例的场致发射阵列的制造与图1中所示的场致发射阵列的制造相同，只是非导电板23的制造不同。具体地说，在比第一实施例的非导电板23更薄的非导电板23′上形成条形栅极24，然后在具有栅极24的非导电板23′上安装另一个非导电板23″。
按照图3中所示本发明第三实施例的场致发射阵列的制造与第一实施例的不同之处在于形成于非导电板23上的栅极24的结构不同。具体地说，如图5所示，当在具有孔23′的非导电板23上形成条形栅极24时(这也用于制造按照第一实施例的场致发射阵列)，采用倾斜淀积(spint)方法，如图7所示，以使用作栅极的金属淀积在通过孔23′露出的非导电板23的上侧壁上。然后，如图3所示，把该金属层构图为条形栅极24a。因栅极24a的条在非导电板23的上侧壁延伸，因而栅极24a和碳纳米管11′变得更接近。
图8是展示按照本发明第一实施例的场致发射阵列的亮度在不同阳极电压电平下相对于栅电压变化的曲线图。如图8所示，随着阳极电压和栅极电压电平变高，亮度逐渐增加，直到在200V栅极电压和900V阳极电压下的2000cd/m2。图9中示出在亮度电平下场致发射阵列发射光的正面照片。
图10是展示在按照本发明第三实施例的场致发射阵列上流动的阳极电流在不同的阳极电压电平下相对于栅电压变化的曲线图，其中该场致发射阵列具有通过倾斜淀积形成的栅极。如图10所示，随着栅极电压电平增加，流动的阳极电流增加。可在50-200V的栅极电压范围内调节阳极电压电平。
如前所述，在按照本发明的具有碳纳米管作为电子发射源的场致发射阵列和制造该场致发射阵列的方法中，通过在背板上形成条形阴极，然后在阴极上淀积碳纳米管，来制造背板组件。通过在前板上形成条形阳极，然后在阳极上淀积荧光体；以及在非导电板中形成多个孔，和形成具有对应于多个孔的发射开口的条形栅极；然后利用隔板按预定距离把前板与具有栅极的非导电板组合在一起，由此制造前板组件。然后，把背板组件与前板组件彼此组合在一起，以使阴极上的碳纳米管按距栅极的预定距离经过发射开口突出。按照本发明的场致发射阵列的这种结构确保对碳纳米管的容易的薄膜淀积，和防止阵列工作期间的除气。
尽管参照其优选实施例已特别展示和描述了本发明，但应该理解，本领域的技术人员可以在形式和细节上进行各种改变，而不会脱离如所附权利要求所限定的本发明精神和范围。

Claims (9)

1．一种场致发射阵列，包括：
背板组件，背板组件包括背板；在背板上形成的条形阴极；和在阴极上形成的彼此间有预定距离的碳纳米管；和
前板组件，前板组件包括前板；在前板上形成的条形阳极；在阳极上淀积的荧光体；和非导电板，非导电板具有对应于阳极且彼此分开预定距离的多个开口；在非导电板上形成的条形栅极，所述栅极与阳极条垂直且具有对应于多个开口的多个发射开口；和隔板，用于支撑具有栅极的非导电板并按预定的距离使它和背板隔开，
其中，背板组件和前板组件彼此组合在一起，以使阴极上的碳纳米管按距栅极的预定距离经过发射开口突出。
2．一种场致发射阵列，包括：
背板组件，背板组件包括背板；在背板上形成的条形阴极；和在阴极上形成的彼此间有预定距离的碳纳米管；和
前板组件，前板组件包括前板；在前板上形成的条形阳极；在阳极上淀积的荧光体；上和下非导电板，分别具有彼此分开预定距离且对应于阳极的多个开口；在下非导电板上形成的条形栅极，所述栅极与阳极条垂直且具有对应于多个开口的多个发射开口，其中栅极与碳纳米管之间的距离相对较小；和隔板，用于支撑上非导电板并按预定的距离使它和背板隔开，
其中，背板组件和前板组件彼此组合在一起，以使阴极上的碳纳米管按距栅极的预定距离经过发射开口突出。
3．一种场致发射阵列，包括：
背板组件，背板组件包括背板；在背板上形成的条形阴极；和在阴极上形成的彼此间有预定距离的碳纳米管；和
前板组件，前板组件包括前板；在前板上形成的条形阳极；在阳极上淀积的荧光体；非导电板，非导电板具有对应于阳极且彼此分开预定距离的多个开口；在非导电板上形成的条形栅极，所述栅极与阳极条垂直且在通过多个开口露出的非导电板的上侧壁上延伸；和隔板，用于支撑具有栅极的非导电板并按预定的距离使它和背板隔开，
其中，背板组件和前板组件彼此组合在一起，以使阴极上的碳纳米管按距栅极的预定距离经过发射开口突出。
4．一种制造场致发射阵列的方法，包括：
形成背板组件，背板组件包括背板；在背板上形成的条形阴极；和在阴极上形成的彼此间有预定距离的碳纳米管；
形成前板组件，前板组件包括前板；在前板上形成的条形阳极；在阳极上淀积的荧光体；非导电板，非导电板具有对应于阳极且彼此分开预定距离的多个开口；在非导电板上形成的条形栅极，所述栅极与阳极条垂直且具有对应于多个开口的多个发射开口；和隔板，用于支撑具有栅极的非导电板并按预定的距离使它和背板隔开，和
把背板组件和前板组件彼此组合在一起，以使阴极上的碳纳米管按距栅极的预定距离经过发射开口突出。
5．如权利要求4的方法，其中形成背板组件包括：
通过形成薄膜在背板上淀积金属层，和把该金属层构图为条形阴极；和
在阴极上按彼此间预定的距离淀积碳纳米管。
6．如权利要求4的方法，其中形成前板组件包括：
在前板上淀积金属层，和把该金属层构图为条形阳极；
在阳极上淀积荧光体；
在非导电板上形成栅极；和
利用隔板把具有栅极的非导电板与具有阳极和荧光体的前板组合在一起，以使非导电板与前板彼此分开预定的距离。
7．如权利要求6的方法，其中在非导电板上形成条形栅极包括：
在非导电板中形成彼此按预定距离分开的多个孔；和
在具有多个孔的非导电板上淀积金属层，和把金属层构图为具有对应于多个孔的多个发射开口的条形栅极。
8．如权利要求6的方法，其中在非导电板上形成条形栅极包括：
在下非导电板中形成彼此按预定距离分开的多个孔；
在具有多个孔的下非导电板上淀积金属层，和把金属层构图为具有对应于所述孔的多个发射开口的条形栅极；和
在具有栅极的下非导电板上安装具有多个孔的上非导电板，以使上非导电板的多个孔对应于发射开口。
9．如权利要求6的方法，其中在非导电板上形成条形栅极包括：
在下非导电板中形成彼此按预定距离分开的多个孔；和
通过倾斜淀积方法在通过多个孔露出的下非导电板的顶部和上侧壁上淀积金属层，和把金属层构图为具有对应于所述孔的多个发射开口的条形栅极。
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