CN1881512B - 具有电子发射体的显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置和制造该显示装置的方法。电子发射体涂覆有金属氧化物纳米颗粒。显示装置包括电子发射体。电子发射体具有碳颗粒和金属氧化物颗粒。碳颗粒具有表面并且至少一部分金属氧化物颗粒形成在至少一部分碳颗粒表面上。当将具有涂覆外壁的碳纳米管用在电子发射体上时，电子发射发生在碳纳米管尖端和涂覆外壁，这使得当相邻的碳纳米管开始相互接触时，基于涂覆颗粒而增大电子发射区域并提高碳纳米管的传导率。

Description

具有电子发射体的显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种电子装置，尤其涉及一种电子发射体和具有该电子发射体的显示装置。
背景技术
一种电子发射装置是用电子发射来触发可见光的产生和图象的显示的显示装置。当将电压施加于阴极和阳极之间从而在它们之间形成电场时，电子从电子发射体朝着象素磷光体发射。从电子发射体发射的电子冲撞荧光或磷光材料，从而荧光或磷光材料发射可见光。
公开号为1999-233008和2002-216614的日本专利在电子发射体上使用PdO薄膜图案。
发明内容
本发明的一方面提供了一种电子装置，该装置可以包括：基板；形成在基板上的阴极；以及电连接到阴极的电子发射体，电子发射体包括碳颗粒和金属氧化物颗粒，其中碳颗粒具有表面，并且其中至少一部分金属氧化物颗粒形成在至少一部分碳颗粒表面上。
电子装置可以包括显示装置。电子装置可以进一步包括：包含表面的阳极；和在阳极表面上的磷光层，其中电子发射体包括通常朝向磷光层的表面。
在前述的装置中，碳颗粒可以包括从包含下述物质的组中选择的一种或多种：碳管，碳球体，碳椭圆体，石墨和金刚石。
还是在上述的装置中，金属氧化物颗粒可以包括从包含下述物质的组中选择的至少一种：PdO，ZnO和TiO2。金属氧化物颗粒可以具有约为100nm或更小的平均颗粒直径。金属氧化物颗粒可以具有约为5nm或更小的平均颗粒直径。
本发明的另一方面提供了一种制造电子装置的方法，该方法可以包括：提供基板；和在基板上形成电子发射体，电子发射体包括碳颗粒和金属氧化物颗粒，其中碳颗粒具有表面，并且其中至少一部分金属氧化物颗粒形成在至少一部分碳颗粒表面上。
碳颗粒可以包括从包含下述物质的组中选择的一种或多种：碳管，碳球体，碳椭圆体，石墨和金刚石。金属氧化物颗粒可以包括从包含下述物质的组中选择的一种或多种：PdO，ZnO和TiO2。
还是在上述的方法中，形成电子发射体可以包括：提供包含碳颗粒、金属氧化物颗粒和溶剂的合成物；在基板上用合成物形成图案；和煅烧图案。形成电子发射体可以进一步包括激活电子发射体。可以将至少一部分金属氧化物颗粒附着在至少一部分表面上。该合成物可以进一步包括从包含下述添加剂的组中选择的至少一种添加剂：粘合剂，填充剂，感光树脂，光引发剂，均化剂，增稠剂，溶解改善剂，分散剂和防沫剂。金属氧化物颗粒前体可以包括从包含下述物质的组中选择的一种或多种：Pd(NO3)2，Zn(NO3)和Ti(NO3)4。
还是在上述的方法中，提供合成物可以包括：将碳颗粒、金属氧化物颗粒前体混合从而形成混合物；和在包含氧的气氛中加热混合物以便将至少一些金属氧化物颗粒前体转化为金属氧化物颗粒。加热混合物可以包括：使混合物经受大约200℃到300℃的温度。煅烧图案可以包括：使图案经受大约400℃到500℃的温度。
本发明的再一方面提供了一种由前述方法制造的显示装置。
本发明的又一方面提供了一种电子发射体，其具有涂覆有金属氧化物纳米颗粒的外壁从而当相邻的碳纳米管(CNT)开始相互接触时，基于涂覆颗粒而增大电子发射区域并增大传导率，电子发射装置包括电子发射体。电子发射体可以涂覆有金属氧化物纳米颗粒。
根据本发明的又一方面，制备电子发射体的方法包括：制备电子发射体成型合成物，合成物包括碳基材料、金属氧化物纳米颗粒前体以及媒介物或载体；在有氧环境下，对电子发射体成型合成物执行热处理；将热处理过的电子发射体成型合成物印在基板上；锻造印好的电子发射体成型合成物；以及激活产物从而获得电子发射体。
根据本发明的另一方面，电子发射装置包括：基板；形成在基板上的阴极；和电连接到阴极的电子发射体。
附图说明
通过参照附图对本发明的实例进行详细描述，本发明的上述及其他特征及优点将变得更加明显，其中：
图1是根据本发明一实施例的电子发射体的示意图，其示出了碳颗粒和金属氧化物颗粒；和
图2是根据本发明的一实施例的电子发射装置的横截面示意图。
具体实施方式
下面，将根据参照附图的实施例和实例详细描述本发明的各种特征。
包括CNT的碳基材料具有极好的电子传导率并且可以使用在电子发射体上从而提供具有良好传导率和电场浓度效果、低功函数、以及良好场发射特性的大面积区域。因此，碳基材料被期望作为电子发射装置的理想电子发射体。
然而，包括CNT的碳基材料可能会有不充分的电子发射能力，因为大多数的场发射似乎仅发生在具有较大场加强因数的CNT的尖端或末端。
根据本发明一实施例的电子发射体具有碳颗粒，在其外壁或表面上形成有一些金属氧化物纳米颗粒。
在本发明的实施例中，电子发射体包括碳基材料或碳颗粒。碳基材料具有良好的传导率和电子发射特性，因此当操作电子发射装置时朝着阳极的磷光层发射电子从而激发磷光体。碳基材料的实例包括，但不限于CNT，石墨，金刚石以及富勒烯。
在实施例中，这些碳基材料是具有一个或多个表面的颗粒形式，其上可以形成有金属氧化物颗粒。在某些实施例中，碳基材料包括单壁碳纳米管(SWCNT)或多壁碳纳米管(MWCNT)。
CNT是碳的同素异形体，其可以通过如，卷绕石墨片来制备从而形成具有纳米级直径的管状。这样得到的CNT可以是SWCNT或MWCNT。CNT也可以使用化学气相沉积(CVD)，如热CVD，直流(DC)等离子体CVD，RF等离子体CVD，或微波等离子体CVD来制备。本领域的技术人员可以理解用这些不同的方法来制备CNT和其他碳基材料对于本发明的实施例也是合适的。
根据本发明实施例的电子发射体可以通过在CNT或其他碳基材料的外壁或表面形成金属氧化物纳米颗粒来制备。参照图1，根据本发明一实施例的电子发射体具有CNT 110，该CNT 110具有外表面，外表面上形成有金属氧化物纳米颗粒120。金属氧化物颗粒可以稳固地附着于该表面或松散地结合到该表面。一些金属氧化物颗粒可以形成在两个或多个碳颗粒之间的空间中。在某些碳颗粒的表面上，许多金属氧化物颗粒可以基本上覆盖这些表面，如金属氧化物颗粒涂覆在这些表面上。在其他碳颗粒上，金属氧化物颗粒可以相对稀疏地散布。金属氧化物颗粒可以是纳米尺寸颗粒。金属氧化物颗粒包括，例如PdO，ZnO，和TiO2。尽管许多其它金属氧化物没被列出，但是也可以与碳基材料一起使用。本领域的普通技术人员可以理解它们可以是其他金属氧化物。可以单独使用金属氧化物或者也可以使用两种或多种不同金属氧化物的混合物。
根据量子力学计算，当金属氧化物纳米颗粒形成在CNT或其他碳基材料的外壁或表面上时，金属氧化物纳米颗粒可以改善CNT或其他碳基材料的电子发射能力。尽管本发明没有被任何科学理论限制，但是一种可能的解释是由于能量图中的电场，金属氧化物颗粒将表面导带改变到费米能级。在一实施例中，金属氧化物颗粒具有约为100nm或更小的平均颗粒直径，并且可选择地为5nm或更小。
根据本发明一实施例的制备电子发射体的方法包括：制备用于电子发射体的合成物；在有氧环境下对合成物进行热处理；将热处理过的合成物印刷或沉积在基板上；锻烧合成物；以及激活产物从而获得电子发射体。在该方法中，合成物包括碳基材料和金属氧化物颗粒前体。
在一个实施例中，制备包括碳基材料或碳颗粒、金属氧化物纳米颗粒前体以及媒介物或载体的电子发射体成型合成物。
典型的金属氧化物纳米颗粒前体是Pd(NO3)2，Zn(NO3)，Ti(NO3)4或它们的混合物。通过有氧环境下的热处理，颗粒前体可以转变成金属氧化物纳米颗粒，如PdO，ZnO，和TiO2。
电子发射体成型合成物中的媒介物或载体控制电子发射体成型合成物的适印性和粘性。典型的，媒介物包括聚合体和溶剂。聚合体的实例包括，但不限于纤维素基树脂如，乙基纤维素，硝基纤维素等等；丙烯酸(类)树脂，如聚酯丙烯酸盐，环氧丙烯酸盐和聚氨酯丙烯酸盐；以及乙烯基树脂。溶剂可以是，但不限于，丁基卡必醇醋酸盐(butyl carbitol acetate，BCA)，松油醇(TP)，甲苯，texanol，和丁基卡必醇(BC)等等，这些溶剂能够溶解碳基材料、金属氧化物纳米颗粒和聚合体。
在一些实施例中，电子发射体成型合成物可进一步包括至少一种添加剂，如粘合剂，填充剂，感光树脂，光引发剂，均化剂，增稠剂，溶解改善剂，分散剂和防沫剂。粘合剂用于改善碳基材料与基板的粘合并且可以是从包含以下物质的组中选择的至少一种：无机粘合剂，有机粘合剂以及具有低熔点的金属。填充剂用于改善不能充分地与作为阴极的下基板接触的碳基材料的传导率。填充剂的实例包括，但不限于Ag，Al和Pd。
感光树脂是用于在基板上给电子发射体构图。感光树脂的实例包括，但不限于热降解的丙烯酸盐基单体，苯甲酮基单体，苯乙酮基单体和噻吨酮基单体。更特别地，可以使用环氧丙烯酸盐，聚酯丙烯酸盐，2，4-diethyloxanthone，或2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮。当将感光树脂曝光时，光引发剂引起感光树脂的交联。光引发剂的一个实例包括，但不限于苯甲酮。均化剂用于在印刷或沉积之后降低碳基材料的表面张力从而改善包括在电子发射体成型合成物内的组分的均化特性。具有改善均化特性的电子发射体具有良好的发光一致性，并且电场能均衡地施加在它上面，从而提高电子发射体的寿命。假如必要的话，电子发射体成型合成物可以进一步包括增稠剂，溶解改善剂，分散剂和防沫剂。
在上述方法中，在有氧环境下对电子发射体成型合成物进行了热处理，使颗粒前体中的至少一些转变成金属氧化物纳米颗粒。热处理可以在大约200℃到300℃的温度下执行。
接着，通过合适的方法将制备好的电子发射体成型合成物印刷、涂覆或沉积在基板上从而在基板上形成一层合成物。根据合成物是否包括感光树脂，可以改变电子发射体成型合成物的印刷过程。在一个实施例中，当电子发射体成型合成物包括感光树脂时，可以不要求附加的光致抗蚀剂图案。将包括光致抗蚀剂树脂的一层合成物形成在基板上，接着将形成电子发射体的层区域有选择地曝光并且显影。另一方面，在另一个实施例中，当电子发射体成型合成物不包括感光树脂时，可以要求使用附加的光致抗蚀剂图案的光刻过程。使用光致抗蚀剂膜形成光致抗蚀剂图案，接着使用光致抗蚀剂图案在基板上有选择地形成合成物。
如上所述，通过煅烧过程，可以提高碳基材料和基板之间的粘合力。可将至少一些粘合剂熔化并凝固，这可以改善电子发射体的耐久性。使除气作用降到最小。煅烧温度可以由上述溶剂的挥发性以及完成粘合剂烧结的温度和时间来确定。煅烧温度可以从大约400℃到500℃，优选约为450℃。
在一个实施例中，给煅烧后产物表面上的碳基材料一激活过程。在激活过程的一实施例中，可以硬化为固体膜形式的液体材料形成在煅烧层上。例如，可以通过热处理固化液体材料。例如，该材料包括聚酰亚胺基聚合体。一旦液体材料形成在煅烧层上，它可以例如通过热处理固化成膜。然后将该膜剥离。在激活过程的另一个实施例中，以预定的压力使具有粘附表面的辊子在煅烧产物的表面上滚动。通过该激活过程，将煅烧层上的某些可释放材料从中移去，并且可将碳基材料或碳颗粒暴露出来。另外，该激活过程将碳颗粒定位于某一方向从而有效地从其中发射电子。
根据本发明另一实施例的电子发射装置、显示装置或场发射显示器包括：基板；形成在基板上的阴极；以及电连接到阴极的电子发射体。电子发射体包括碳颗粒和金属氧化物，其中碳颗粒具有一个或多个表面而金属氧化物形成在至少某个表面上。
图2是根据本发明的另一实施例的三极管电子发射装置的横截面示意图。参照图2，电子发射装置200包括上板201和下板202。上板201包括上基板290，位于上基板290的下表面290a上的阳极280，以及位于阳极280的下表面280a上的磷光层270。
下板202包括：下基板210，其放置在朝向上基板290的预定距离处；阴极220，位于下基板210上，呈现带状，在穿过图层的方向上延伸；栅极240，其以带状形式放置以便交叉阴极220的条带；绝缘层230，其插在栅极240和阴极220之间；电子发射器孔269，其形成在绝缘层230和栅极240内；以及电子发射器260，其放置在电子发射器孔269的井内，电连接到阴极220，并且具有低于栅极240的高度。
上板201和下板202在低于大气压的压力下保持真空，而隔板292插在上板201和下板202之间以便支撑上板201和下板202并且划分发射空间203。
阳极280施加所需的高电压，以加速从电子发射器260发射的电子以便使电子以高速撞击到磷光层270。磷光层270被所发射的电子激发后其能量级下降到低级别，从而发射出可见光线。在彩色电子发射装置的情况下，形成在多个发射空间203内的红、绿和蓝磷光层提供单元象素并且放置在阳极280的下表面280a。
栅极240使电子易于从电子发射体260发射出来。绝缘层230将电子发射体孔269与相邻的孔269分开并且在电子发射体260和栅极240之间绝缘。
现在将参照下面的实例更详细地描述本发明。下面的实例仅是示例性的并且并不打算限定本发明的范围。
实例1：根据本发明电子发射装置的制造
将1.632克的金属氧化物纳米颗粒前体Pd(NO3)2与碳纳米管混合，接着在有氧环境下对它们进行热处理。将1克的涂覆碳纳米管粉末(MWNT，从Iljin Nanotech Co，Ltd.可得到)，0.2克的玻璃料(8000升，从ShinheungCeramic Ind.Co.，Ltd.可得到)，3克的丙烯酸(类)树脂(Elvacite，从LuciteInternational Inc.可得到)，和5克的聚酯丙烯酸盐，5克的苯甲酮添加到10克的松油醇中并搅拌，然后将2克的可塑剂酞酸二辛酯(可从Sigma-AldrichCo.得到)进一步添加到碳纳米管和金属氧化物混合物中并混合从而制备出具有30,000cps粘度的电子发射体成型合成物。
将电子发射体成型合成物形成在基板上，该基板具有Cr栅极、绝缘层和ITO电极。接着，使用图形掩模和平行曝光系统将曝光能量为2000mJ/cm2的光照射到其上。然后，通过喷射丙酮使曝光的电子发射体图案显影。该图案在450℃下煅烧以形成电子发射体。该成型的电子发射体被具有粘性表面的辊子碾压，接着从辊子分离并且被激活从而得到最终的电子发射体。其后，将具有磷光层和阳极为ITO层的基板放置在朝向具有形成在其上的电子发射体的基板的位置，并且将隔板插在两基板之间以在基板之间保持间隙，从而得到电子发射装置。
当例如CNT的碳颗粒被用作电子发射体时，在碳颗粒的外壁或表面上形成有金属氧化物颗粒，电子发射发生在碳颗粒的尖端和涂覆外壁，这使得当相邻的碳颗粒开始相互接触时，更显著的增大电子发射区域并特别地提高碳颗粒的传导率。因此，可以提供具有改善的电子发射性能的电子发射体和包含该电子发射体的电子发射装置。
尽管本发明参照其中的实例进行了具体的说明和描述，但本领域的普通技术人员可以理解：各种形式和细节的变化并不会脱离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围。
本申请要求2005年4月12日在韩国知识产权局中请的申请号为10-2005-0030363的韩国专利申请的利益，在此将其全部引入作为参考。

Claims (17)

1.一种电子装置，包括：
基板；
形成在该基板上的阴极；以及
电连接到该阴极的电子发射体，该电子发射体包括碳颗粒和具有100nm或更小的平均颗粒直径的金属氧化物颗粒，其中该碳颗粒具有表面，并且其中至少一些金属氧化物颗粒仅形成在该碳颗粒的一部分表面上，且所述金属氧化物颗粒散布在所述碳颗粒上。
2.如权利要求1的装置，其中电子装置包括显示装置。
3.如权利要求2的装置，进一步包括：
包含表面的阳极；和
在该阳极表面上的磷光层，其中该电子发射体包括通常朝向该磷光层的表面。
4.如权利要求1的装置，其中该碳颗粒包括从包含下述物质的组中选择的一种或多种：碳管，碳球体，碳椭圆体，石墨和金刚石。
5.如权利要求1的装置，其中该金属氧化物颗粒包括从包含下述物质的组中选择的至少一种：PdO，ZnO和TiO2。
6.如权利要求1的装置，其中该金属氧化物颗粒具有约为5nm或更小的平均颗粒直径。
7.一种制造电子装置的方法，该方法包括：
提供基板；和
在基板上形成电子发射体，该电子发射体包括碳颗粒和具有100nm或更小的平均颗粒直径的金属氧化物颗粒，其中该碳颗粒具有表面，并且其中至少一些金属氧化物颗粒仅形成在该碳颗粒的一部分表面上，且所述金属氧化物颗粒散布在所述碳颗粒上。
8.如权利要求7的方法，其中该碳颗粒包括从包含下述物质的组中选择的一种或多种：碳管，碳球体，碳椭圆体，石墨和金刚石。
9.如权利要求7的方法，其中该金属氧化物颗粒包括从包含下述物质的组中选择的一种或多种：PdO，ZnO和TiO2。
10.如权利要求7的方法，其中形成该电子发射体包括：
提供包含该碳颗粒、该金属氧化物颗粒和溶剂的合成物；
在该基板上用该合成物形成图案；和
煅烧该图案。
11.如权利要求10的方法，其中形成该电子发射体进一步包括激活该电子发射体。
12.如权利要求10的方法，其中将至少一些金属氧化物颗粒仅附着在一部分该表面上。
13.如权利要求10的方法，其中该合成物进一步包括从包含下述添加剂的组中选择的至少一种添加剂：粘合剂，填充剂，感光树脂，光引发剂，均化剂，增稠剂，溶解改善剂，分散剂和防沫剂。
14.如权利要求10的方法，其中该金属氧化物颗粒前体包括从包含下述物质的组中选择的一种或多种：Pd(NO3)2，Zn(NO3)和Ti(NO3)4。
15.如权利要求10的方法，其中提供该合成物包括：
将该碳颗粒、金属氧化物颗粒前体混合从而形成混合物；和
在包含氧的气体中加热该混合物以便将至少一些该金属氧化物颗粒前体转化为金属氧化物颗粒。
16.如权利要求10的方法，其中该金属氧化物颗粒具有约为5nm或更小的平均颗粒直径。
17.一种由权利要求7的方法制造的显示装置。
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