CN1391247A - 吸气剂成分以及使用它的场致发射显示器 - Google Patents

吸气剂成分以及使用它的场致发射显示器 Download PDF

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Abstract

公开了一种吸气剂和使用它的场致发射显示器(FED)，其通过使用能够降低激活温度的吸气剂进行激活处理，能够提高真空度和残余气体吸收能力。所述吸气剂成分包括铬，所述场致发射显示器具有以铬为主要成分的吸气剂。

Description

吸气剂成分以及使用它的场致发射显示器
发明领域
本发明涉及吸气剂的成分，特别涉及吸气剂以及使用它的场致发射显示器，其能够降低激活温度。
背景技术
总的说来，目前各种平板显示器已经进展到可以降低重量和体积，这是阴极射线管(CRT)的缺点所在。
显示板显示器包括液晶显示器(LCD)，场致发射显示器(FED)，等离子显示板，电致发光(EL)，等等。为了改善显示质量，进行了各种研究以提高显示板显示器的亮度、对比度和色纯。
FED分为尖型FED，其中强电场集中在尖锐的发射体上，以通过量子力学隧道效应而发射电子，以及金属绝缘体金属(MIM)FED，其中强电场集中在具有特定面积的金属上，以通过量子力学隧道效应而发射电子。
图1是根据现有技术的尖型场致发射显示器的透视图，图2是根据现有技术的尖型FED的剖视图。
如图1和2所示，FED包括上玻璃基板2，其上层叠有阳极4和荧光材料6；以及形成在下玻璃基板8上的场致发射阵列32。
场致发射阵列32包括顺序地形成在下基板8上的阴极10和电阻层12，形成在电阻层12上的栅极绝缘层14和发射体22，以及形成在栅极绝缘层14上的栅极16。
阴极10向发射体22提供电流，电阻层12限制从阴极10提供给发射体2的过电流，从而向发射体22提供均匀的电流。
栅极绝缘层14隔离阴极10和栅极16。
栅16用作提取电子的提取电极。
在上玻璃基板2和下玻璃基板8之间安装有隔板40。
隔板40支持上玻璃基板2和下玻璃基板8，从而可以在上玻璃基板2和下玻璃基板8之间维持高真空状态。
例如，为了显示图像，将负极(-)阴极电压施加在阴极10上，将正极(+)阳极电压施加在阳极4上。另外，将正极(+)栅电压施加在栅极16上。
此后，从发射体22发射出来的电子束30与红、绿、蓝色的荧光材料6碰撞，激活荧光材料(荧光剂)。此时，发出可见的红、绿和蓝色的光。在此，为了控制各个象素，FED形成有图1的‘A’部分所示的矩阵结构。
图3是显示根据现有技术的FED的栅极结构的透视图，也就是显示形成在矩阵结构中的栅极结构的透视图。
首先，阴极10和栅极16由栅绝缘层14电绝缘，并形成为在水平或垂直方向上互相交叉。
栅极孔36形成在栅极16上，对应于各个栅极孔36的发射体22形成于阴极10之上。
然后，当阴极10接地，并有大约+100V的电压施加在栅极16上时，位于两个电极10和16相互交叉的部分的发射体22的端部产生强电场，由这个强电场发射出电子30。
这时，栅极16的电压随着栅极孔36的尺寸减小而降低，并且栅极16的电压随着发射体22的材料特性而改变。另外，通过顺序地向阴极10和栅极16施加电压，电子30在两个电极10和16相互交叉点从发射体22中发射出来，从而激活荧光材料6，相应地可以从象素发出光来。
例如，向涂覆有荧光剂6的阳极4施加大约几千伏的高压，以加速从发射体22发射出来的电子30，从而电子与荧光材料6碰撞。
这时，对于各个象素的亮度和颜色实现，象素的亮度可以使用电流量根据施加在发射体22和栅极16之间的电压差而变化的原理而加以控制，并且可以通过控制毗连的红、绿、蓝三个象素的亮度来实现颜色。
根据其驱动特性，FED板内的电场发射空间应该保持在大约10-5托的高真空状态。
也就是说，发射体22和栅极16分开亚微米级的间距，之间施加大约107V/cm的强电场。
这时，除非发射体22和栅极16之间的空间保持高度真空状态，否则发射体22和栅极16之间的电压会发生放电，或者会出现绝缘体破坏现象。
另外，除非电场发射空间保持在高度真空状态，否则显示板内所存在的中性粒子会与电子碰撞，而产生阳离子。
产生的阳离子与发射体22碰撞而破坏发射体22，或者与电子30碰撞而降低电子30的加速能量，从而降低亮度。
因此，为了提高亮度，真空处理是必需的，以在FED的制造过程中使显示板的内部处于高真空状态。
图4是一个剖视图，显示了根据现有技术的FED的显示板结构。也就是说，图4是要显示吸气剂。省略了对图1和图3中重复显示的结构的描述。
如图4所示，FED的显示板包括上玻璃基板2，在其上层叠有阳极4和荧光材料6；阴极10和绝缘层14；形成在绝缘层14上的栅极16；下玻璃基板8，具有形成在栅极16上的聚焦绝缘层(未示出)；以及玻璃熔接密封38，用于支持上玻璃基板2和下玻璃基板8。
另外，在显示板中形成吸气剂34，用以在连接上玻璃基板2和下玻璃基板8之前吸收在FED的制造过程中产生的气体。
吸气剂34分为挥发性吸气剂(EG)和非挥发性吸气剂(NEG)。
钡被用作EG的材料，并且EG被用于形成电视屏幕和计算机屏幕的阴极射线管。也就是说，钡吸气剂通过外部加热而从阴极射线管的内壁挥发，并以金属薄膜的形式被用于去除阴极射线管内的残余气体。
在这个方面，在激活之前，钡作为BaAl4+Ni的前体而存在，当钡前体由外部加热而挥发时，进行激活处理。
一般地，使用BaAl4化合物的粉末和镍粉的混合物作为钡膜的前体。
镍在大约850℃的温度下与铝发生反应，根据“闪蒸(flash)”现象，由这个反应产生的热使钡挥发。
但是，现有技术有一些问题，在FED的显示板内形成EG的结构很复杂，并且当EG激活时，内部温度上升至800～1250℃。因此，在诸如FED的薄膜显示器的情况下，由于基板被破坏而难以保持真空度。
同时，NEG使用钛(Ti)、锆(Zr)等作为主要成分，并通过添加其它的金属，诸如铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)或铁(Fe)和氧化物而形成。
NEG通过去除灯泡或FED中的残余气体而提高真空度，并用于各种应用领域，比如延长设备的寿命。
在NEG的激活过程中，在结合了压缩并烧结的粉末颗粒之后，当它们首次暴露在空气中时，在粉末颗粒的表面形成的氧化物、碳化物和氮化物薄膜被去除。
在NEG的激活过程中，加热氧化物、碳化物和氮化物等等这些材料，以把氧、碳和氮扩散到吸气剂材料中，然后，处于激活状态、可以进行气体吸收的纯NEG的金属表面就暴露出来。
NEG的激活温度取决于成分。例如，由意大利的SAES Getters生产并销售的ST-707是通过在350℃下激活70atm％的Zr，24.6atm％的V和5.4atm％的Fe的合金而形成的，ST-101是通过在900℃下激活84atm％的Zr，26atm％的Al的合金而形成的。
考虑到对某些设备功能的损害、能量和处理成本，激活处理最好在低温下进行短的时间，这些对于使用玻璃基板的FED之类的薄膜型显示器来说是非常需要的。
在日本专利公开No.8-196899和国际专利号PCT/IT 97/00027中公开了关于可以在低温下进行的激活处理的技术。
在日本专利公开No.8-196899中，通过加热器将钛(Ti)、氧化钛(TiO2)和氧化钡(BaO2)之类的氧化剂加热，以合适的比例混合，从而可以产生反应热，然后加压以构成特定形状的NEG系统。
对于这两种氧化剂(TiO2，BaO2)，为了形成Ti2O5(钛的中间氧化物)，钛被部分地氧化。
氧化反应的反应热会激活残余的钛，在300～400℃的温度下激活该混合物。
国际专利号PCT/IT 97/00027公开了一种吸气剂成分，包括从Ag2O、CuO和Co3O4或它们的混合物和合金的组中选出的氧化剂。
第三种成分，比如稀土元素中的钇和镧，也可以选择性地加到合金中去。
通常，在该成分中，吸气剂材料需要350～900℃的高温来激活，同时包含所有这些成分的吸气设备可以在280～500℃的温度下工作，这是一个相对低的温度。
也就是说，吸气设备可以通过利用与其它元素的热力学反应的反应热来在一个较低的温度下激活。
但是，当NEG合金突然与大量的反应气体接触时，也就是说，当它暴露在空气中时，以及当初始合金的熔点高于200～250℃时，合金进行强烈的放热反应，温度升高至1000℃以上。
因此，FED显示板的其它部分有可能会损坏，从而难以应用到FED或PDP(等离子显示板)之类的使用玻璃基板的电子显示器中去。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种吸气剂成分和使用它的场致发射显示器(FED)，它通过使用能够降低激活温度的吸气剂来进行激活处理，从而可以提高真空度和斥气性能。
为了实现这些和其它的优点，根据本发明的目的，正如在此作为实施例并加以详细描述的，提供了一种主要成分为Cr的吸气剂成分。吸气剂的成分还包括钛(Ti)和锆(Zr)。吸气剂的成分包括40atm％的铬(Cr)，30atm％的钛(Ti)和30atm％的锆(Zr)。
为了实现上述的目的，还提供了一种场致发射显示器，其包括主要成分为铬的吸气剂。
由以下对本发明的详细说明，结合附图，可以更加清晰地理解本发明上述及其它的目的、特征、方面和优点。
附图说明
附图帮助更好地理解本发明，并与说明书结合，构成本说明书的一部分，附图显示了本发明的实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。附图中：
图1是根据现有技术的尖型场致发射显示器(FED)的透视图；
图2是根据现有技术的图1中尖型场FED的剖视图；
图3是显示根据现有技术的FED的阴极栅极结构的透视图；
图4是显示根据现有技术的FED的显示板结构的剖视图；
图5显示了根据本发明的FED的吸气剂成分；
图6是FED的薄膜型吸气剂制造方法的流程图；
图7是FED的块型吸气剂制造方法的流程图；
图8A和图8B是显示根据现有技术和本发明的吸气剂的吸氧性能曲线图；
图9显示了与根据本发明的FED连接的真空泵；
图10A和图10B是显示了涂覆有根据现有技术和本发明的吸气剂材料的密封FED显示板的真空恢复程度的曲线图；以及
图11A至图11C是显示了根据本发明，吸气剂从新鲜状态到密封步骤和到激活步骤的斥氧性能的曲线图。
优选实施例详述
以下对附图中显示的本发明优选实施例进行详细的说明。
本发明之特征在于，激活处理是使用能够降低激活温度的吸气剂进行的，以下参照图5至图11C对能够提高真空度和斥气性能的吸气剂成分以及使用它的场致发射显示器的优选实施例进行详细说明。
图5显示了根据本发明的FED吸气剂的成分。
如图5所示，本发明的吸气剂成分包括铬(Cr)、锆(Zr)和钛(Ti)。也就是说，下面的表中显示了Cr-Zr-Ti族的吸气剂成分及其成分比例。
表1
             Cr-Zr-Ti族吸气剂成分
    成分     Cr     Zr     Ti
  原子百分比     20-70     20-50     0-30
吸气剂成分的组成比例是在吸气剂的重量为100atm％的假设的基础上计算的。
优选地，吸气剂成分的组成比例是40atm％的Cr，30atm％的Zr和30atm％的Ti。另外，这时吸气剂形成为溅射型或者块型。以下参照图6和7说明制造溅射型吸气剂和块型吸气剂的方法。
图6是FED的溅射型吸气剂制造方法的流程图。
首先，准备好一块上基板和下基板(步骤S61)。
第二，将准备好的基板安装在真空状态的室中(步骤S62)；
第三，在吸气剂材料Cr、Zr和Ti以及阳极之间注入溅射气体氩(Ar)。这里，吸气剂成分和阳极安装在所述的室中(S63)。
第四，使用等离子激活氩(Ar)。这时，室中的氩离子(Ar+)被靶表面附近的等离子自偏压产生的高电场加速(步骤S64)。
第五，在室中加速的氩离子(Ar+)与吸气剂成分(Cr-Zr-Ti族)相互碰撞，吸气剂材料弹射起来，沉积在准备好的基板上，厚度为0.01～10μm。也就是说，通过在基板上沉积0.01～10μm厚的吸气剂材料而制成溅射型吸气剂(S65)。
图7是FED的块型吸气剂制造方法的流程图。
首先，准备好一块上基板和下基板(步骤S71)。
第二，在准备好的基板上粉碎吸气剂成分Cr、Zr和Ti，以制成粉末，然后混合该金属粉末(步骤S72)。
第三，烧结混合好的金属粉末，然后在准备好的基板上沉积为大约1～100μm大小的颗粒。也就是说，混合好的金属粉末在基板上沉积为1～100μm大小的颗粒，从而形成块型吸气剂(步骤S73)。
图8A和8B是显示根据现有技术和本发明的吸气剂的吸氧性能的曲线图。
也就是说，通过在空气中、在400℃的热处理条件下使用俄歇电子能谱(AES)1个小时，图8A和8B显示了根据现有技术和本发明的吸气剂的吸氧性能的曲线图。
AES是表面分析设备，在聚焦为几百个阿姆斯特朗(armstrong)大小的电子束入射到吸气剂的表面上之后，测量发射出来的俄歇(auger)电子的能量，从而分析构成吸气剂表面的元素的类型和数量。
如图8A所示，图表的横轴表示在吸气剂表面下的深度，图表的纵轴表示吸气剂的成分或者吸入吸气剂中的杂质的量。
例如，在现有技术中，从吸气剂的表面到大约2000，吸入到吸气剂(由70atm％的Zr和30atm％的Ti构成)中的氧的量很多，但是从这里(2000)开始氧急剧减少，从3000开始稍微能见到一点点氧。
同时，如图8B所示，在吸入含有40atm％的Cr，30atm％的Zr和30atm％的Ti的吸气剂后，在吸气剂的表面存在多达5000以上的氧。从而可以比现有技术吸收更多的氧。
相应的，对于激活温度和激活时间，在上述400℃、1小时的实验条件下，本发明的吸气剂成分被充分激活。
图9显示了与本发明的FED相连接的泵。
如图9所示，为了去除烧结和结合后的显示板内的杂质，通过局部加热单元92加热显示板，以利用泵94向外排出显示板内的气体。
在气体从显示板内向室外排出的时候，当显示板内的真空度达到期望的水平时，加热排气管93的中部，然后通过夹断(pinch-off)工艺切断。也就是说，将显示板的室与外界隔离。
这时，对应于现有技术的显示板所需的真空度的压强是1.03×10-4托，而对应于本发明的显示板所需的真空度的压强是1.7×10-5托。
图9中显示的阳极4、阴极10和玻璃熔接密封38和91的功能和现有技术的相同，因此省略了对它们的描述。
同时，在进行夹断处理的时候，封闭的显示板处于杂质已经从显示板内的设备中排出的状态，它内部的真空度会由于排出的气体之类的原因而再次降低。因此，为了提高真空度，在300℃的温度下激活吸气剂90三个小时，以下参照图10A和10B对这个过程进行详细说明。
图10A和10B是显示涂覆有根据现有技术和本发明的吸气剂的FED的真空恢复程度的曲线图。
如图10A所示，在现有技术中，在300℃的温度下对包含30atm％的Ti和70atm％的Zr的吸气剂激活3个小时，对应于显示板真空度的压强恢复为1.03×10-4托。
同时，如图10B所示，在300℃的温度下对包含40atm％的Cr，30atm％的Ti和30atm％的Zr的吸气剂90激活3个小时的时候，对应于显示板真空度的压强恢复为1.7×10-5托，这是比现有技术低6倍的压强，完成最终的显示板。
图11A至11C是显示根据本发明的吸气剂从新鲜状态到密封步骤和到激活步骤的表面氧沾染和激活。
如图11A至11C所示，通过在大约300℃的温度下大约3个小时的激活处理沉积吸气剂成分并暴露在空气中，或者通过高温密闭处理把吸收在吸气剂表面上的氧转移到吸气剂之中，从而使吸气剂的表面和新鲜状态一样。这可以通过图11A至11C所示的俄歇电子能谱图看出。
使用本发明的吸气剂的FED包括：上玻璃基板2，其上层叠有涂覆了荧光材料6的阳极4；下玻璃基板8；形成在下玻璃基板上的阴极10；形成在阴极10上的电阻层12；形成在电阻层12上的绝缘层14；形成在绝缘层14上的栅极16；形成在绝缘层14上的发射体22；形成在栅极16上的聚焦绝缘层；以及形成在上玻璃基板2和下玻璃基板8之间、包含Cr-Ti-Zr族的吸气剂90。
发射体根据由阴极施加的电压发射出电子，栅极接收来自发射体的电子。阳极面对着阴极。
除了吸气剂90之外，FED的其它结构同现有技术的一样，因此省略了对它们的说明。
如上所述，本发明的吸气剂和使用它的FED具有很多优点。
也就是，例如，由于以铬为主要成分的吸气剂的斥氧性能的提高，与现有技术相比，激活能量变小了。也就是说，因为激活能量变小，所以可以在低于300℃的低温下进行激活处理，对应于残余气体吸收性能的压强和真空度比现有技术提高了6倍。
另外，以铬为主要成分的吸气剂可以容易地制成溅射型或者块型，无需现有的复杂的层叠结构或多孔成型工艺。
在不脱离本发明的精神和本质特征的情况下，本发明能够以多种方式实施，并且可以理解，上述的实施例不受前面说明书的任何细节的限制，除非另有说明，而应该在所附权利要求的精神和范围内广义地解释，因此，所附的权利要求包括所有落入这些权利要求的界限或者这些界限的等同物内的改变和改进。

Claims (22)

1.一种吸气剂成分，包括：铬(Cr)。
2.根据权利要求1所述的成分，还包括钛(Ti)和锆(Zr)。
3.根据权利要求2所述的成分，其特征在于，所述吸气剂包括20％～70atm％的铬(Cr)，0％～30atm％的钛(Ti)和20％～50atm％的锆(Zr)。
4.根据权利要求2所述的成分，其特征在于，所述吸气剂包括40atm％的铬，30atm％的钛和30atm％的锆。
5.根据权利要求2所述的成分，其特征在于，所述吸气剂是通过同时溅射Cr-Ti-Zr族的金属而制成的。
6.根据权利要求2所述的成分，其特征在于，所述吸气剂是通过粉碎并混合Cr-Ti-Zr族的金属并在真空中烧结所混合的金属而制成的。
7.根据权利要求1所述的成分，其特征在于，所述吸气剂成分降低了激活温度。
8.根据权利要求1所述的成分，其特征在于，所述的吸气剂形成于场致发射显示器(FED)的显示板内，并去除显示板内的气体。
9.在形成于FED内并去除显示板内气体的吸气剂中，一种吸气剂成分，包括Cr-Ti-Zr族。
10.根据权利要求9所述的成分，其特征在于，所述Cr-Ti-Zr族的吸气剂包括20％～70atm％的铬(Cr)，0％～30atm％的钛(Ti)和20％～50atm％的锆(Zr)。
11.根据权利要求9所述的成分，其特征在于，Cr-Ti-Zr族的吸气剂包括40atm％的铬，30atm％的钛和30atm％的锆。
12.根据权利要求9所述的成分，其特征在于，所述吸气剂是通过同时溅射Cr-Ti-Zr族的金属而制成的。
13.根据权利要求9所述的成分，其特征在于，所述吸气剂是通过粉碎并混合Cr-Ti-Zr族的金属并在真空中烧结所混合的金属而制成的。
14.根据权利要求9所述的成分，其特征在于，所述吸气剂成分降低了激活温度。
15.一种场致发射显示器(FED)，包括以铬为主要成分的吸气剂。
16.根据权利要求15所述的FED，其特征在于，所述吸气剂还包括Ti和Zr。
17.根据权利要求16所述的FED，其特征在于，所述吸气剂的成分比例为20％～70atm％的Cr，0％～30atm％的Ti和20％～50atm％的Zr。
18.根据权利要求16所述的FED，其特征在于，所述吸气剂的成分比例为40atm％的Cr，30atm％的Ti，和30atm％的Zr。
19.根据权利要求16所述的FED，其特征在于，所述吸气剂是通过同时溅射Cr-Ti-Zr族的金属而制成的。
20.根据权利要求16所述的FED，其特征在于，所述吸气剂是通过粉碎并混合Cr-Ti-Zr族的金属并在真空中烧结所混合的金属而制成的。
21.根据权利要求15所述的FED，还包括：
涂覆有荧光材料的阳极；
面对所述阳极的阴极；
发射体，用于根据由所述阴极施加的电压发射出电子；以及
栅极，用于接收来自所述发射体的电子。
22.根据权利要求15所述的FED，其特征在于，所述吸气剂去除FED的显示板内的气体。
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