CN1334589A - 平面显示器及安装场致发射型电子发射源的方法 - Google Patents

Abstract

一种平面显示器包括:玻璃基板、场致发射型电子发射源、前玻璃件、电子引出电极和荧光物质膜。电子发射源被安装在所述基板上。前玻璃件通过真空空间与所述基板面对并且至少透射部分光。电子引出电极具有电子通过孔,并远离电子发射源设置,与所述基板相对。荧光物质膜形成在面对基板的前玻璃件表面上。电子发射源包括板状金属件和包敷膜。板状金属件具有大量通孔,用作纳米管纤维的生长核心。包敷膜由纳米管形成,它覆盖所述金属件的表面和各通孔的内壁。还公开一种安装场致发射型电子发射源的方法。

Description

平面显示器及安装场致发射型 电子发射源的方法

技术领域

本发明涉及以自场致发射型电子发射源发射之电子轰击荧光物质而发光的平面显示器，以及安装场致发射型电子发射源的方法。

背景技术

近年来，在平面显示器，如FED(场致发射显示器)或平面真空荧光显示器中，当自电子发射源发射的电子轰击在发光部分上时，这种显示器发光，所述发光部分由计数电极上形成的荧光物质组成，人们提出在其电子发射源中采用碳纳米管(carbon nanotube)。在碳纳米管中，将一石墨单层封闭成圆柱形式，在圆柱的末端制成5节圆环。由于碳纳米管通常的直径非常小，比如10nm到50nm那样小，当将其应用于约100V的电场时，可自其末端场致发射电子。

日本专利未审公开特开平11-162383(参考文献1)提出一种在其此类电子发射源中使用碳纳米管的平面显示器。参考文献1描述了一种电子发射源，其中针形柱状石墨件的长度从几微米至几毫米，并由碳纳米管形成，以导电粘合剂固定该发射源，也通过印制与柱状石墨件混合的涂胶形成电子发射源。

在这些电子发射源中，同时形成不连续的部分，如发射极或凹槽。如果加给平行的电场，得到场致电子发射，则该电场集中在所述不连续的部分，造成局部电子发射。局部电子发射造成使用这种电子发射源的平面显示器上亮度不均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够得到均匀亮度的平面显示器，排除亮度不均匀，还提供安装场致发射型电子发射源的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种平面显示器，它包括；基板；安装在所述基板上的场致发射型电子发射源；通过真空空间与所述基板面对并且至少透射部分光的前玻璃件；电子发射极，它带有电子通过孔，并远离电子发射源设置，与所述基板相对；以及在面对基板的前玻璃件表面上形成的荧光物质膜。所述电子发射源包括：具有大量通孔的板状金属件，它用作纳米管纤维的生长核心；以及由纳米管形成的包敷膜，它覆盖所述金属件的表面和所述各通孔的内壁。

附图说明

图1A是本发明一种具体实施方式之平面显示器主要部分的透视图；图1B是图1A中所示电子发射源部分的放大截面图；

图2A是表示图1所示电子发射源制造过程的金属基板的平面图；图2B是图2A所示金属件的放大平面图；

图3A和3B分别是平面图和截面图，表示利用金属基板固定夹具，将图1A所示电子发射源装在玻璃基板上的情况。

具体实施方式

以下将参照附图详细描述本发明。

图1A表示本发明一种具体实施方式的平面显示器。参照图1A，多个基板加强肋104竖直地立在玻璃基板101上，以预定的间隔彼此平行，条带状场致发射型电子发射源110布置在被所述基板加强肋104夹着的玻璃基板101上。用含有低熔点熔结玻璃的绝缘涂胶106将场致发射型电子发射源110固定到玻璃基板101的表面上。

面对着玻璃基板101布置透明的前玻璃件103，多个前表面加强肋105竖直地立在与玻璃基板101相对的前玻璃件103的表面上，以预定的间隔彼此平行，使它们与所述基板加强肋104正交。各前表面加强肋105的下端面与各基板加强肋104的上端面在它们的相交部分互相接触。在被前表面加强肋105夹着的前玻璃件103表面区域上形成荧光物质膜140，金属背膜130用作阳极，形成于荧光物质膜140的表面上。

多个与金属背膜130相对的呈梯形的电子引出电极120被支承在各基板加强肋104的上端面上，与各前表面加强肋105限定的各个区域对应。玻璃基板101和前玻璃件103通过定位玻璃框架(未示出)以预定的间隔彼此相对，并以低熔点熔结玻璃将它们的周围粘附在所述定位玻璃框架的两个表面上。使玻璃基板101、前玻璃件103以及定位玻璃框架所构成的外壳内部的真空度保持在10^-5Pa量级。

构成所述外壳的玻璃基板101、前玻璃件103以及定位玻璃框架均由低碱性钠钙玻璃制成，并且玻璃基板101和前玻璃件103采用厚度为1mm至2mm的平板玻璃。基板加强肋104由绝缘体制成，而所述绝缘体是通过把含低熔点熔结玻璃的绝缘涂胶丝网印制在玻璃基板101上至一定高度再煅烧而成的。在这种情况下，每个基板加强肋104被制成宽度为50μm，高度为从电子发射源110起0.3mm至0.6mm。加强肋的间隔被设定成使电子发射源110的宽度为0.3mm。

所述基板加强肋104并不限于上述安排，它的宽度只要不在相邻的电子发射源110之间产生电介质击穿，并且能够经受住大气压力就是足够的。在不致造成电子发射源110与电子引出电极120之间放电的范围之内，基板加强肋104的高度最好比较小。必要时，也可改变肋间间隔。

如图1B所示，电子发射源110包括：带有大量通孔117的平板状金属件111，它用作纳米管纤维的生长核心；由大量纳米管纤维制成的包敷膜112，所述纤维覆盖所述平板状金属件111的表面和通孔117的内壁。平板状金属件111是铁或含铁合金制成的金属板。通孔117在平板状金属件111中成矩阵形式，使平板状金属件111成栅格形状。

通孔117的开口可为任意形状，只要包敷膜112均匀分布在平板状金属件111上即可，并且各开口的大小无需相同。例如，这些开口可以是诸如三边形、四边形或六边形等多边形，通过围绕这种多边形的拐角形成的那些多边形，或者圆形或椭圆形。通孔之间的平板状金属件111的局部形状也不限于图1B所示的方形，而可为任何形状，如由曲线构成的圆形或椭圆形、诸如三边形、四边形或六边形等多边形，或者通过围绕这种多边形的拐角形成的那些多边形。

构成包敷膜112的纳米管纤维的厚度约为10nm或者更大，但小于1μm，长度约为1μm或者更大，但小于100μm，并且由碳纤维材料制成。这种纳米管是足够的，即使它们是单层碳纤维的纳米管，其中每一个纳米管是将石墨单层封闭成圆柱形，并在圆柱的末端形成5节圆环。另外，纳米管纤维可为共轴多层碳纳米管并且分别封闭成圆柱形的，每一个纳米管由多层纳米管形成伸缩结构；纳米管纤维还可为中空石墨管，每个管具有不规则的缺失结构；或者可为装有碳的石墨管。另外，各纳米管可以混合方式具有这些结构。

上述每个纳米管纤维的一端连到平板状金属件111的表面，或者连到所述通孔的壁面，而另一端由其它纳米管纤维卷绕或缠绕，以盖住构成栅格的金属部分，从而形成棉絮状包敷膜112。在这种情况下，用厚度10μm-30μm的包敷膜112覆盖厚度为0.05mm-0.20mm的平板状金属件111，形成平滑的弯曲表面。

前表面加强肋105由绝缘体制成，所述绝缘体是通过在前玻璃件103内表面的预定位置反复丝网印制含低熔点熔结玻璃的绝缘涂胶达到一定的高度，再煅烧印制的绝缘涂胶而形成的。在这种情况下，在电子引出电极120与金属背膜130之间，使每个前表面加强肋105形成宽度为50μm，高度为2.0mm-4.0mm。将肋的间隔设定成使各前表面加强肋105所夹区域的荧光物质膜宽度为0.3mm。

前表面加强肋105并不限于上述安排，它的宽度只要不在相邻的金属背膜130之间或电子引出电极120之间产生电介质击穿，并且能够经受住大气压力就是足够的。可以根据拟加到金属背膜130上的电压改变前表面加强肋105的高度。必要时，也可改变肋间间隔。

荧光物质膜140被制成由多种具有预定颜色的荧光物质组成，并通过以条状形式将每种颜色的荧光物质涂胶丝网印制在前玻璃件103的内表面上，再煅烧印制的条而形成，使厚度为10μm-100μm，宽度为0.3mm。荧光物质膜140包括：采用发射红色荧光用以显示红色(R)的发射红色荧光物质膜140R；采用发射绿色荧光用以显示绿色(G)的发射绿色荧光物质膜140G；以及采用发射蓝色荧光用以显示蓝色(B)的发射蓝色荧光物质膜140B。荧光物质膜140可在前表面加强肋105限定的区域内依发射红色荧光物质膜140R、发射绿色荧光物质膜140G和发射蓝色荧光物质膜的次序反复排列。

作为有关红、绿、蓝的每一种荧光物质膜140R、140G和140B，可以采用通常在阴极射线管等中使用，并在4kV至10kV的高压加速的电子轰击之下发光的公知氧化物荧光物质或硫化物荧光物质。虽然在彩色显示器中采用三种荧光物质膜发射R、G、B三原色，但本发明并不限于这样，而且对于单色显示器而言，可以使用一种荧光物质膜。金属背膜130由厚度约为0.1μm的铝薄膜制成，并且利用公知的汽相沉积法被制成于所述荧光物质膜的表面上。

电子引出电极120由厚度为50-μm的不锈钢板或42-6合金板制成，并呈阶梯形状，带矩形电子通孔121，所述通孔是通过蚀刻每个电子引出电极120而形成的，宽度适合于前表面加强肋105之间，侧片部分被布置在基板加强肋104上并在电子发射源110中心线上方。电子通孔121并不限于矩形，而可以有其它形状，比如它们可以构成网孔结构，或者可以是大量直径为20μm-100μm的圆形开孔。

以下将参照图2A、2B、3A和3B描述一种制造上述平面显示器的方法，它包括将电子发射源110粘附于玻璃基板101上的步骤。[电子发射源的形成]

首先，如图2A所示，制成金属基板113，具有多个条带形的板状金属件111与之形成一体，这些金属件具有大量通孔117并按预定间隔平行排列，一对从所述条带形的板状金属件111的头至尾彼此相对的保持件115，用于保持每一条条带形的板状金属件111的两端。所述这一对保持件115在相对的位置处有两组安装通孔116。如图2B所示，每一条板状金属件111都具有以矩阵形式形成的多个通孔117，致其具有栅格样形状。

在制作所述金属基板113时，利用具有整体形成带大量通孔117之条带形板状金属件111和保持件115图样的掩膜，用光或紫外线使在由铁或含铁合金制成的金属板上形成的光敏抗蚀膜曝光，然后再显影，从而形成具有所需图样的抗蚀膜。随后，将金属板浸入蚀刻溶液中，除去不需要的部分，在那里没有形成抗蚀膜。此后，去掉抗蚀膜，并冲洗所得的结构，于是就得到金属基板113。

在这种情况下，借助掩膜图样可使通孔117形成任何形状。如果图样形成于金属平板的一个表面上的抗蚀膜上面，同时保留在另一个表面上的抗蚀膜完整，则构成栅格的相邻通孔之间的金属部分的局部形状成为梯形或三角形的。如果图样形成于两个表面上的抗蚀膜上面，则所述局部形状成为六角形或菱形的。根据制作的方法和制作的条件，可按这种方式改变所述局部形状。蚀刻之后，如果进行电解抛光，则可得到弯曲的局部形状。

铁或含铁合金被用作金属基板113的材料，因为铁用作碳制纳米管纤维的生长核心。当选择铁作为金属基板113的材料时，使用工业纯的铁(纯度为99.96％的Fe)。这个纯度并非特别必须的，而可以是比如97％或99.9％。作为含铁合金，可以使用比如42合金(42％的Ni)或42-6合金(42％的Ni和6％的Cr)。不过，本发明并不限于它们。按照本实施例，在考虑制造成本和实用性的同时，使用厚度为0.05mm到0.20mm的42-6合金薄板。

继而，通过热CVD(化学汽相淀积)使由碳纳米管纤维形成的包敷膜112形成于金属基板113上。具体地说，将金属基板113装入反应容器中，再将反应容器内部抽成真空。然后，按预定的比例，将甲烷气和氢气，或一氧化碳气和氢气引入反应容器，使反应容器内部保持在1atm。在这种气氛中，用红外线灯对金属基板113加热一段预定的时间，在金属基板113的表面及构成栅格之通孔117的内壁上生长碳纳米管纤维的包敷膜112。当采用热CVD时，构成包敷膜112的碳纳米管纤维可成卷曲状。[安装电子发射源]

将用于粘结电子发射源110的绝缘涂胶106加到构成外壳的玻璃基板101上。具体地说，将含有低熔点熔结玻璃的绝缘涂胶106丝网印制到玻璃基板101的将要布置电子发射源110的区域上。将含有低熔点熔结玻璃的绝缘涂胶丝网印制到玻璃基板101的那些将要布置基板加强肋104的区域，反复印制达到一定的高度。通过在空气中将玻璃基板101加热至400℃，对其实施煅烧，以除去涂胶中所含的粘合剂。

如图3B所示，使用金属安装夹具150，把由包敷膜112形成的金属基板113放置在煅烧过的玻璃基板101上。该金属安装夹具150具有深度几乎等于玻璃基板101厚度的槽151，使它能够容纳玻璃基板101。在边缘150a上形成两组突起152，它们从所述槽的一头到另一头彼此相对，与金属基板113的保持件115中形成的通孔116对应。

如图3B所示，煅烧过的玻璃基板101被容纳于金属安装夹具150的槽151中，保持件115的通孔116与金属安装夹具150的突起152啮合，从而把带包敷膜112的金属基板113置于玻璃基板101上。接下去，以一对条状保持夹具153促使保持件115抵住金属安装夹具150的边缘150a的上表面，所述一对条状保持夹具153安装在槽151的两侧，从而固定住金属基板113。将玻璃基板101和突起152安排成，使得在金属基板113的保持件115的通孔116与相应的突起152啮合的情况下，带包敷膜112并用作电子发射源110的金属件111与由绝缘涂胶106印制的区域相符合，以便粘附电子发射源110。

在氮气氛或局部氧气压力被降低的空气气氛中，对其上安装有玻璃基板101和金属基板113的金属安装夹具150加热至400℃-600℃。然后，熔合绝缘涂胶106中所含的熔结玻璃，使带包敷膜112的金属件111被固定，部分埋在绝缘涂胶106中。如果绝缘涂胶106很薄，则平板状金属件111上形成的、要被粘附到绝缘涂胶106中的部分包敷膜112可能在事先被除去。

不锈钢作为金属安装夹具150的材料的热胀系数比作为玻璃基板101材料的低碱性钠钙玻璃或作为金属基板113材料的42-6合金的热胀系数大。当在400℃-600℃下实施加热时，金属安装夹具150膨胀得比金属基板113大，于是，金属基板113被附以加给它的拉应力。当温度回到室温时，在装到玻璃基板101上并带有包敷膜112的平板状金属件111中产生收缩力。

从金属安装夹具150中取走玻璃基板101，并使保持件115与装到玻璃基板101上的金属基板113分开。按照这种方式，得到被粘结得引起收缩力并具有电子发射源110的玻璃基板101。

在上述实施例中，通过在把平板状金属件111装到玻璃基板101上之前，在玻璃基板101印制而形成基板加强肋104。如果不用基板加强肋104，可以只把用于粘附电子发射源110的绝缘涂胶106印制到玻璃基板101上。含有低熔点熔结玻璃的绝缘涂胶106被用作粘合剂。不过，本发明并不限于此，可用诸如碎料涂胶类的导电涂胶来代替，只要它是含有熔结玻璃的粘合剂即可。把电子发射源110固定到玻璃基板101上的方法并不限于用粘合剂固定整个电子发射源110，而是可以部分地以粘合剂固定所述电子发射源110，比如只在它的两端固定。

以下将描述以上述方式制作的平面显示器的工作情况。

在本实施例的平面显示器中，将DC电源电压加于电子引出电极120与电子发射源110之间，使电子引出电极120处于正电位。于是，对应于电子引出电极120与电子发射源110的相交部分，把电场均匀地加给电子发射源110的各纳米管纤维(包敷膜112)上，以便从各纳米管纤维发出电子。所发出的电子从电子引出电极120的电子通孔121射出。与此同时，当把正电压(加速电压)加给金属背膜130时，从电子通孔121出射的电子被加速朝向金属背膜130。被加速的电子穿过金属背膜130，对着荧光物质膜140轰击，引起它发光。

分别以一定的数目使电子引出电极120和电子发射源110形成行和列。随着将正电压(加速电压)加到金属背膜130，就有一定的正电压被加到激活行上的电子引出电极120，同时有一定的负电压被加到与所述激活行上的那些要发光之象素对应的列上的电子发射源110。继续对第一行直到预定的行上的电子引出电极120实行这种操作，使得能够实现点阵显示。没有加给负电压的电子发射源110和处于除所述激活行以外各行上的电子引出电极120的那些电子发射源110被设定为0V。

按照本实施例，用作电子发射源的纳米管纤维覆盖平板状金属件111的表面和通孔117的内壁，形成具有平滑表面的包敷膜112。因此，电场被均匀地加给所述的表面，就使得场致发射电子并非局部而是均匀地被发射。于是，可以得到均匀的场致发射电子，并可在整个屏幕上得到同样的照明。

由于收缩力恒定地作用在电子发射源110上，所以电子发射源110不会因热膨胀而变形，并可使电子发射源110与电子引出电极120之间的距离波动得到抑制。这就避免了照明的波动，因而得到均匀的照明。由于电子发射源110以它们的整个长度被粘结到玻璃基板101上，所以使在驱动期间引起的电子发射源110的振动受到抑制，这就防止了噪声。

本发明并不限于上述实施例，而可被用于各种类型，只要是通过把场致发射型的电子发射源粘附到基板上而被使用的平面显示器即可，所述电子发射源是带大量通孔的平板状金属件，并用作纳米管纤维的生长核心，由纳米管纤维形成的包敷膜覆盖所述金属件的表面及所述通孔的壁面。本发明可按各种方式改型，比如可以形成：平面显示器将玻璃或陶瓷隔离层用作所述基板加强肋或前表面加强肋的类型；没有基板加强肋或前表面加强肋，但是其中叠置两个间隔玻璃件，并将各电子引出电极夹在且固定在所述间隔玻璃件之间的类型；以及没有基板加强肋或前表面加强肋，但是其中金属背膜也用作电子引出电极的类型。

如上所述，按照本发明的平面显示器，由于并非局部而是均匀地发射场致发射电子，所以能够得到均匀的照明，而排除照明的不均匀性。另外，因热膨胀引起的电子发射源与电子引出电极之间的距离波动受到抑制，从而避免了照明的波动。

Claims (10)

1.一种平面显示器，其特征在于，包括

基板(101)；

安装在所述基板上的场致发射型电子发射源(110)；

通过真空空间与所述基板面对并且至少透射部分光的前玻璃件(103)；

电子引出电极(120)，它带有电子通过孔(121)，并远离所述电子发射源设置，与所述基板相对；

在面对所述基板的前玻璃件表面上形成的荧光物质膜(140，140R，140G，140B)；

所述电子发射源包括：

具有大量通孔(117)的板状金属件(111)，它用作纳米管纤维的生长核心；

由纳米管形成的包敷膜(112)，它覆盖所述金属件的表面和所述各通孔的内壁。

2.如权利要求1所述的显示器，其特征在于，

所述电子发射源包含多个彼此平行排列的条带状电子发射源；

所述电子引出电极包含多个按与所述各条带状电子发射源正交方向排列的条带状电子引出电极；

所述荧光物质膜包含多个与所述条带状电子引出电极相对的条带状荧光物质膜。

3.如权利要求2所述的显示器，其特征在于，

所述显示器还包括多个支撑加强肋(104)，它们按一定的间隔竖直地立在所述基板上；

所述各条带状电子发射源布置在所述支撑加强肋中间；

所述各条带状电子引出电极被支撑在所述支撑加强肋上。

4.如权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述电子发射源以含有熔结玻璃的粘合剂被固定到所述基板上。

5.如权利要求1所述的显示器，其特征在于，

所述电子发射源的金属件由铁和含铁合金之一制成；

构成所述包敷膜的纳米管由碳制成，并适于按卷曲状态覆盖所述金属件。

6.如权利要求5所述的显示器，其特征在于，构成所述包敷膜的纳米管纤维是每条纤维的厚度不小于10nm而比1μm小，长度不小于1μm而比100μm小。

7.如权利要求5所述的显示器，其特征在于，

所述金属件的厚度为0.05mm至0.20mm；

所述包敷膜覆盖所述金属件的表面和通孔的内壁面，厚度为10μm至30μm，形成平滑的弯曲表面。

8.如权利要求1所述的显示器，其特征在于，所述金属件具有多个通孔，成矩阵形状，形成栅格。

9.一种安装场致发射电子发射源的方法，其特征在于，包括如下步骤：

制作金属基板(113)，它整体具有多个条带形的板状金属件(111)，它们按一定的间隔彼此平行地形成于金属板上，并具有大量通孔(117)，用作纳米管的生长核心，还具有一对从所述各条带形的板状金属件的头至尾彼此相对的保持件(115)，适于保持每一条条带形的板状金属件的两端；

在金属基板的表面上和通孔的内壁面上形成由纳米管纤维形成的包敷膜(112)；

在保持件之间，将各条带形金属件粘结到玻璃基板(101)的表面上，伴随着将拉力加到形成有包敷膜的金属基板上；

使保持件与金属基板分开，卸下已将场致发射型电子发射源安装于其上的玻璃基板。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述粘结步骤包括：在使安装板状金属的金属夹具被加热到400℃-600℃的时候，把条带形金属件粘结到玻璃基板上的步骤，金属基板的两端固定于所述金属安装夹具上。

Images