專利名稱：包括形成多層結(jié)構(gòu)電子發(fā)射源的場發(fā)射顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場發(fā)射顯示器，并且更具體地，涉及包含使用碳納米管的電子發(fā)射源的場發(fā)射顯示器。
背景技術(shù)：
第一個場發(fā)射顯示器使用Spindt型的電子發(fā)射源，其中例如鉬或者硅的材料被形成層并且在多個位置形成尖銳的點。但是，Spindt型的電子發(fā)射源因為其精微的結(jié)構(gòu)使得加工復(fù)雜，并且需要高精確度的加工工藝。這些因素使Spindt型的電子發(fā)射源應(yīng)用于大屏幕尺寸的顯示設(shè)備變得困難。
因此，正在努力通過利用碳基材料形成平的電子發(fā)射源來簡化加工并使具有大屏幕尺寸的顯示設(shè)備的生產(chǎn)變得容易。
適合形成電子發(fā)射源的碳基材料包括石墨、金剛石型的碳(DLC)和碳納米管。其中，碳納米管看來很有用作電子發(fā)射源的前途。這是因為碳納米管具有曲率半徑大約為十幾到幾十納米的極端微細(xì)的尖，還因為碳納米管在大約1～10V/μm的低電場下就能夠發(fā)射電子。
使用碳納米管的電子發(fā)射源典型地采用絲網(wǎng)印刷方法形成。在絲網(wǎng)印刷方法中，碳納米管粉末、熔塊(frit)和媒介物(vehicle)結(jié)合成的糊狀混合物被絲網(wǎng)印刷到陰極電極上，然后該混合物經(jīng)熱處理以便蒸發(fā)掉混合物中的有機(jī)成分。緊接著，熔塊被熔化使得碳納米管粘附到陰極電極上。
通過使用絲網(wǎng)印刷方法，加工變得簡單而且應(yīng)用到大屏幕顯示設(shè)備變得可能。但是，采用絲網(wǎng)印刷方法形成的電子發(fā)射源使得大部分的碳納米管嵌在所述糊狀物的固體顆粒的里面并且不能從電子發(fā)射源的表面突出來。
圖15顯示用絲網(wǎng)印刷方法形成的電子發(fā)射源的示意圖。碳納米管3a和3b被詳細(xì)地顯示。雖然碳納米管3a從傳統(tǒng)的電子發(fā)射源1表面突出來，但是碳納米管3b(也即，大部分的碳納米管)被嵌在固體顆粒中的。嵌在固體顆粒中的碳納米管3b不能實施電子發(fā)射。圖中參考標(biāo)記5表示陰極電極，參考標(biāo)記7表示絕緣層，參考數(shù)字9所示為柵電極。
圖16是使用絲網(wǎng)印刷方法形成的電子發(fā)射源的內(nèi)部橫斷面部分的掃描電子顯微鏡照片。在照片中，球形的材料是固體顆粒。圖上顯示細(xì)的碳納米管嵌在固體顆粒中間。
因此，在使用用碳納米管的傳統(tǒng)的電子發(fā)射源的情況下，在一定水平的電場下的不能得到在電子發(fā)射源周邊產(chǎn)生的期望的電子發(fā)射數(shù)量。為了實現(xiàn)期望水平的電子發(fā)射，必須施加更高的電壓，也即，更高的總的驅(qū)動電壓是必須的。除消耗更大的能量之外，高電壓的應(yīng)用導(dǎo)致電子發(fā)射源的壽命縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種場發(fā)射顯示器，其中更多數(shù)量的碳納米管被制成從電子發(fā)射源的表面凸出，并因此增加電子發(fā)射的數(shù)量，減小驅(qū)動電壓，并且增加電子發(fā)射源的壽命。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種容易加工的和高效的場發(fā)射顯示器。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種簡化的制造方法并通過形成平的電子發(fā)射源使得具有大屏幕尺寸的顯示設(shè)備的生產(chǎn)變得容易。
在一實施例中，本發(fā)明提供一種場發(fā)射顯示器，包括第一和第二襯底，該些襯底以預(yù)定間隔彼此相對設(shè)置，以形成真空裝置；電子發(fā)射源，設(shè)置在第一和第二襯底其中之一上；電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置，用來誘導(dǎo)電子發(fā)射源的電子發(fā)射；以及輻射裝置，設(shè)置在第一和第二襯底其中之一上，也即，沒有形成電子發(fā)射源的襯底上，該輻射裝置利用來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射實現(xiàn)圖像。所述電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層(base layer)，所述基極層連接碳納米管層到設(shè)置有電子發(fā)射源的襯底，并且具有導(dǎo)電性以便施加電子發(fā)射所需的電壓到碳納米管上，而且，所述基極層具有預(yù)定的厚度。此外，所述碳納米管層以完全不與基極層混合的狀態(tài)設(shè)置在基極層上。
所述基極層包括粘性材料，為選自包括PbO、SiO2和Ba2O3的組中的至少一種粘性材料；以及金屬導(dǎo)電材料，為選自包括銀、銅和鋁的組中的金屬導(dǎo)電材料。此外，基極層可以通過具有導(dǎo)電性的例如銀、鎳、鋁、金、鈷和鐵的粘性材料實現(xiàn)。
優(yōu)選地，基極層具有包括隆起和凹坑的外表面。為了實現(xiàn)這樣的構(gòu)造，基極層包括直徑為0.05～5μm(微米)的球形顆粒，或者包括具有間隔1～20μm、深度0.01～5μm和寬度0.05～10μm的隆起和凹坑的薄膜。
球形顆粒為選自包括銀、銅和鋁的組中的導(dǎo)電金屬顆粒，所述薄膜由銦錫氧化物或鉻形成。
優(yōu)選地，碳納米管層的碳納米管密度是基極層的碳納米管密度的100～1,000,000倍，并且基極層形成有0.05～5μm的厚度。
本發(fā)明提供一種場發(fā)射顯示器，包括第一和第二襯底，所述襯底以預(yù)定間隔彼此相對設(shè)置以形成真空裝置；電子發(fā)射源，其設(shè)置在所述第一和第二襯底中的一個襯底上；電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置，其誘導(dǎo)來自所述電子發(fā)射源的電子發(fā)射；以及輻射裝置，其設(shè)置在所述第一和第二襯底中的包括所形成的電子發(fā)射源的另一個襯底上，該輻射裝置通過來自所述電子發(fā)射源的電子發(fā)射實現(xiàn)圖像，電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層，該基極層連接所述碳納米管層到所述第一和第二襯底中的一個設(shè)置有電子發(fā)射源的襯底，并且該基極層具有導(dǎo)電性以施加電子發(fā)射所需的電壓到所述碳納米管層，以及所述基極層具有預(yù)定的厚度，并且所述碳納米管層以與所述基極層基本上不混合的狀態(tài)被設(shè)置在所述基極層上。
本發(fā)明還提供一種場發(fā)射顯示器，包括第一和第二襯底，所述襯底以預(yù)定間隔彼此相對設(shè)置，以形成真空裝置；電子發(fā)射源，其設(shè)置在所述第一和第二襯底中的一個襯底上；電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置，其用來誘導(dǎo)來自所述電子發(fā)射源的電子發(fā)射；以及輻射裝置，其設(shè)置在第一和第二襯底中的一個沒有形成電子發(fā)射源的襯底上，該輻射裝置通過來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射實現(xiàn)圖像，所述電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層，該基極層連接該碳納米管層到設(shè)置有所述電子發(fā)射源的襯底上，并且具有導(dǎo)電性以便施加電子發(fā)射所需的電壓到所述碳納米管層上，所述基極層具有預(yù)定的厚度，所述碳納米管層以與所述基極層基本上不混合的狀態(tài)被設(shè)置在所述基極層上，以及所述基極層具有包括通過直徑范圍為0.05到5μm的球形顆粒形成的隆起和凹坑的外表面。
本發(fā)明又提供一種場發(fā)射顯示器，包括第一和第二襯底，所述襯底以預(yù)定間隔彼此相對設(shè)置，以形成真空裝置；電子發(fā)射源，其設(shè)置在所述第一和第二襯底中的一個襯底上；電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置，其用來誘導(dǎo)來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射；以及輻射裝置，其設(shè)置在第一和第二襯底中的沒有形成所述電子發(fā)射源的另一個襯底上，該輻射裝置通過來自所述電子發(fā)射源的電子發(fā)射實現(xiàn)圖像，所述電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層，該基極層連接該碳納米管層到設(shè)置有所述電子發(fā)射源的襯底，且包含導(dǎo)電性并提供施加電子發(fā)射所需的電壓到所述碳納米管層上，所述基極層包括預(yù)定的厚度，所述碳納米管層以與所述基極層基本上不混合的狀態(tài)被設(shè)置在所述基極層上，以及所述基極層包括外表面，該外表面包括通過具有間距為1到20μm、深度為0.01到5μm的隆起和凹坑的薄膜形成的隆起和凹坑。
本發(fā)明再提供一種場發(fā)射顯示器，包括第一和第二襯底，所述襯底以預(yù)定間隔彼此相對設(shè)置，以形成真空裝置；電子發(fā)射源，其設(shè)置在所述第一和第二襯底中的一個襯底上；電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置，其用來誘導(dǎo)來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射；以及輻射裝置，其設(shè)置在第一和第二襯底中的沒有形成所述電子發(fā)射源的另一個襯底上，該輻射裝置通過來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射實現(xiàn)圖像，所述電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層，該基極層連接該碳納米管層到第一和第二襯底中的一個設(shè)置有所述電子發(fā)射源的襯底，且包含導(dǎo)電性以便施加電子發(fā)射所需的電壓到所述碳納米管層上，所述基極層具有預(yù)定的厚度，所述碳納米管層以與所述基極層基本上不混合的狀態(tài)被設(shè)置在所述基極層上，以及所述碳納米管層的碳納米管密度為在所述基極層的碳納米管密度的100到1,000,000倍的范圍內(nèi)。
本發(fā)明另提供一種場發(fā)射顯示器，包括電子發(fā)射源，其設(shè)置在第一襯底上，該電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層，該基極層連接所述碳納米管層到第一襯底且包含導(dǎo)電性以提供施加電子發(fā)射所需的電壓到所述碳納米管層上，所述基極層包括預(yù)定的厚度，以及所述碳納米管層以與所述基極層基本上不混合的狀態(tài)被設(shè)置在所述基極層上。
本發(fā)明提供一種形成用于場發(fā)射顯示器的電子發(fā)射源的方法，包括絲網(wǎng)印刷包括粘性材料、導(dǎo)電材料和媒介物的第一混合物到襯底上，然后干燥第一混合物；絲網(wǎng)印刷包括碳納米管粉末和媒介物的第二混合物到第一混合物上，然后干燥第二混合物；以及烘烤第一和第二混合物以熔化第一混合物中的粘性材料，并且蒸發(fā)第一和第二混合物中的有機(jī)成分。
本發(fā)明還提供一種形成用于場發(fā)射顯示器的電子發(fā)射源的方法，包括絲網(wǎng)印刷包括粘性材料、導(dǎo)電材料、光敏樹脂、光固化引發(fā)劑和媒介物的第一混合物到襯底上，然后干燥第一混合物；絲網(wǎng)印刷包括碳納米管粉末、光敏樹脂、光固化引發(fā)劑和媒介物的第二混合物到第一混合物上，然后干燥第二混合物；強(qiáng)化第一和第二混合物的部分區(qū)域以便選擇性地硬化第一和第二混合物；通過去除經(jīng)過強(qiáng)化工藝沒有被硬化的區(qū)域使第一和第二混合物形成圖形；以及烘烤第一和第二混合物的剩余區(qū)域以熔化第一混合物的粘性材料，并蒸發(fā)第一和第二混合物中的有機(jī)成分。


由于通過參考下列的詳細(xì)描述及附圖本發(fā)明變得更好理解，故而本發(fā)明的更完整的評價及其伴隨的很多優(yōu)勢將是容易明白的，在附圖中相似的參考標(biāo)記表示相同的或相似的構(gòu)件，在其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的場發(fā)射顯示器的局部立體透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的場發(fā)射顯示器的局部剖視圖；圖3和4是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的改良的示例的電子發(fā)射源的示意圖；圖5是根據(jù)發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的場發(fā)射顯示器的局部立體透視圖；圖6是根據(jù)發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的場發(fā)射顯示器的局部剖視圖；圖7到11是顯示根據(jù)本發(fā)明形成電子發(fā)射源的連續(xù)的步驟的示意圖；圖12和13是掃描電子顯微鏡照片，分別顯示了根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射源的平面圖和側(cè)視圖；圖14是顯示本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的電子發(fā)射源的電流密度和電場強(qiáng)度之間的關(guān)系的曲線圖；圖15是用傳統(tǒng)方法形成的電子發(fā)射源的示意圖；以及圖16是用傳統(tǒng)方法形成的電子發(fā)射源的內(nèi)部斷面的掃描電子顯微鏡照片。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的場發(fā)射顯示器的局部立體透視圖，圖2是是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的場發(fā)射顯示器的局部剖視圖。
場發(fā)射顯示器(FED)2包括以預(yù)定間隔彼此相對設(shè)置的前襯底4和后襯底6，以形成真空裝置。電子發(fā)射源8和用來產(chǎn)生電子發(fā)射所需的電場的結(jié)構(gòu)設(shè)置在后襯底6上，而能夠通過利用電子發(fā)出可見光來實現(xiàn)預(yù)定圖像的結(jié)構(gòu)設(shè)置在前襯底4上。
更具體地，陰極電極10以條形圖形沿著Y軸方向形成在后襯底6上。此外，在后襯底6上形成覆蓋陰極電極10的絕緣層12，并且在絕緣層12上形成沿X軸方向的條形的柵極電極14使得柵極電極14垂直于陰極電極10。
貫穿柵極電極14和絕緣層12的孔16形成在陰極10和柵極14交叉的區(qū)域(也即，像素區(qū)域)。通過碳納米管實現(xiàn)的電子發(fā)射源8形成在陰極電極10的由孔16暴露的區(qū)域。每一個電子發(fā)射源8通過絕緣層12與柵極電極14絕緣，并且由柵極電極14形成的孔16的最上面的部分(在Z方向上)環(huán)繞包圍著電子發(fā)射源8上方的區(qū)域。
每一個電子發(fā)射源8包括碳納米管層18和基極層20。基極層20連接碳納米管層18和對應(yīng)的陰極電極10，并且具有一定程度的導(dǎo)電性以便能夠施加電子發(fā)射所需的電壓。碳納米管層18設(shè)置在基極層20上，并且形成這兩個元件的材料基本上不混合。
基極層20包括粘性材料和導(dǎo)電材料以便表現(xiàn)出粘性和導(dǎo)電性，并且優(yōu)選地，以0.05～5μm的預(yù)定厚度形成在陰極10上。所述粘性材料是選自于PbO、SiO2、Ba2O3或它們的混合物中的玻璃熔塊，并且通過烘烤被熔化以便碳納米管18a被粘附到陰極電極10。導(dǎo)電材料可以使用金屬。優(yōu)選地，基極層20的導(dǎo)電材料是使用例如銀(Ag)、銅(Cu)和鋁(Al)的金屬。當(dāng)基極層的厚度小于0.05微米，在電子發(fā)射源被激發(fā)后，因為碳納米管層與基極層的粘連弱，碳納米管容易從基極層上脫開。當(dāng)基極層的厚度大于5微米，通過陰極電極的碳納米層的場發(fā)射效應(yīng)退化。此外，當(dāng)基極層包括作為粘連材料的玻璃熔塊時，因為玻璃熔塊不導(dǎo)電，碳納米管層的場發(fā)射效應(yīng)進(jìn)一步退化。
如上描述的，在烘烤包括粘性材料和導(dǎo)電材料的基極層20之后，固體顆粒保存下來。形成碳納米管層18的碳納米管18a被設(shè)置成一端附著在相應(yīng)的基極層20而相反的一端沿著遠(yuǎn)離電子發(fā)射源8的方向從相應(yīng)的基極層20伸出。
基極層20可以僅由導(dǎo)電材料形成，或者也可以由具有粘性的如銀(Ag)、鎳(Ni)、鋁(Al)、金(Au)、鈷(Co)和鐵(Fe)的導(dǎo)電材料形成。
既然基極層20和碳納米管層18是以這種方式被人工地分離，并且碳納米管18a在重量上明顯比形成基極層20的例如銀的金屬顆粒輕，所以形成碳納米管層18的單個碳納米管18a的穿透進(jìn)入基極層20被最小化。最終結(jié)果是碳納米管層18的碳納米管18a的密度是基極層20的碳納米管18a密度的100到1,000,000倍。
由于電子發(fā)射源8中的基極層20和碳納米管層18的分離結(jié)構(gòu)，碳納米管18a從電子發(fā)射源8的表面突出而不是嵌在基極層20里面。結(jié)果，實現(xiàn)從電子發(fā)射源8的表面突出的碳納米管18a的數(shù)量的增加，并且以這種方式，從碳納米管18a的尖端發(fā)射的電子發(fā)射更容易發(fā)生。
施加電子加速所需的高電壓(大約5～10kV(千伏))的透明的陽極電極22和被發(fā)出可見光的電子激發(fā)的熒光(phosphor)層24形成在前襯底4上。間隔棒26設(shè)置在前襯底4和后襯底6之間以便保持它們之間預(yù)定的單元間隔。
如果預(yù)定的DC(直流)或者AC(交流)電壓施加到陰極電極10和柵極電極14之間，并且高電壓施加到陽極電極22上，那么由于陰極電極10和柵極電極14之間的電壓差在電子發(fā)射源8的周圍形成電場，使得電子從電子發(fā)射源中發(fā)射。發(fā)射的電子被吸引到施加到陽極電極22的高電壓，因此撞擊相應(yīng)的熒光層24。結(jié)果熒光層24被點亮以實現(xiàn)預(yù)定的圖像。
當(dāng)從電子發(fā)射源的表面突出的碳納米管18a的數(shù)量更多時，電場更容易聚集到碳納米管18a的末端。因此，電子發(fā)射從更多數(shù)量的碳納米管18a的末端發(fā)生，從而電子發(fā)射數(shù)目增加。這提高了屏幕的亮度。
電子發(fā)射源8可以利用基極層的不平坦的表面形成或者通過在基極層20的表面制造隆起(凸出)和凹坑以增加基極層的表面面積，使得設(shè)置在基極層20上的碳納米管18a的密度進(jìn)一步增加。
在本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中的一個改良的示例中，參考圖3，電子發(fā)射源28的基極層30包括直徑為0.05～5μm的球形顆粒30a，并且基極層30由于球形顆粒30a具有不平坦的外表面。碳納米管層32也由于球形顆粒30a而具有不平坦的外表面。球形顆粒30a優(yōu)選地由例如銀、銅和鋁的導(dǎo)電金屬形成。除了導(dǎo)電顆粒外，基極層30還可以包括例如玻璃熔塊的粘性材料。當(dāng)球形顆粒直徑小于0.05微米，基極層太密以至于不能留出足夠的位置來垂直排列碳納米管。因此，碳納米管層的場發(fā)射效應(yīng)退化。當(dāng)球形顆粒直徑大于5微米，與碳納米管層的場發(fā)射不相關(guān)的球形顆粒的表面積變得更大。因此，碳納米管層的場發(fā)射效應(yīng)同樣退化。
在本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中的另一個改良的例子中，參考圖4，電子發(fā)射源34的基極層36可以包括形成有寬度0.05～10μm、深度0.01～5μm和間隔1～20μm的隆起和凹坑的薄膜36a。該寬度與陰極電極的結(jié)構(gòu)相關(guān)，并且為了確保陰極電極的間距和分辨率，在每一個電子發(fā)射源中有最小數(shù)量的碳納米管。寬度的范圍得自以上事實。此外，考慮到該寬度，間隔的最小范圍是1微米。深度與碳納米層的場發(fā)射效應(yīng)相關(guān)。當(dāng)深度小于0.01微米，場發(fā)射不會到達(dá)碳納米管。薄膜36a由例如ITO(銦錫氧化物)和鉻的導(dǎo)電材料制成，并且薄膜36a的隆起和凹坑可以用傳統(tǒng)的光刻工藝形成。基極層36和碳納米層38因為薄膜36a的隆起和凹坑而同樣具有不平坦的外表面。
用于在電子發(fā)射源的周圍形成電場的電極結(jié)構(gòu)可以依照如下描述來實現(xiàn)。圖5是根據(jù)發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的場發(fā)射顯示器的局部立體透視圖，圖6是根據(jù)發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的場發(fā)射顯示器的局部剖視圖。前襯底4的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的前襯底的結(jié)構(gòu)相同，所以將只描述后襯底6的結(jié)構(gòu)。
在后襯底6上形成沿著Y軸方向的條形的柵極電極40，并且絕緣層42形成在后襯底6的整個表面上并覆蓋柵極電極40。在絕緣層42上形成沿X方向的條形的陰極電極44使得陰極44垂直于柵極電極40。此外，電子發(fā)射源46形成在陰極電極44和柵極電極40交叉的區(qū)域(也即，像素區(qū)域)。也即，電子發(fā)射源46形成在陰極電極44上的每一個像素區(qū)域中。
如果預(yù)定的DC或AC電壓被施加到柵極電極40和陰極電極44之間，因為柵極電極40和陰極電極44之間的電壓差在電子發(fā)射源46周圍形成電場。由于電子發(fā)射源46的結(jié)構(gòu)和第一優(yōu)選實施例的相同，它的詳細(xì)描述將不再提供。
現(xiàn)在將參考圖7到圖11描述形成電子發(fā)射源的方法。
首先，如圖7所示，混合了粘性材料、導(dǎo)電材料和媒介物的第一混合物48被絲網(wǎng)印刷到陰極電極10上并干燥。優(yōu)選地，粘性材料是從PbO，SiO2，Ba2O3或它們的混合物中選出的玻璃熔塊，并且導(dǎo)電材料是粉末狀的銀、銅、鋁等金屬。第一混合物48也可以通過導(dǎo)電材料或者具有導(dǎo)電性的粘性金屬實現(xiàn)。銀、鎳、鋁、金、鈷和鐵可以用作具有導(dǎo)電性的粘性材料。
所述媒介物是用來調(diào)節(jié)復(fù)合物的粘度、濃度等的材料，以便允許容易的印刷。典型的例子包括提供粘著力的制劑(agent)、粘合劑和溶劑。例如，硅族材料可以用作提供粘著力的制劑；丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂可以用作粘合劑；以及乙基纖維、萜品醇和丁基卡必醇乙酯(butyl carbitol acetate)可以用作溶劑。
另一方面，參考圖8，在第一混合物50包括顆粒半徑為0.05～5μm的，例如銀、銅或者鋁的導(dǎo)電顆粒50a的情況下，第一混合物50通過導(dǎo)電顆粒50a實現(xiàn)不平坦的外表面。
接著，參考圖9，包括碳納米管粉末和媒介物的第二混合物52被絲網(wǎng)印刷到第一混合物48上并隨后干燥。干燥的第一和第二混合物48和52在300到500℃的溫度下烘烤5～60分鐘。這燒掉第一和第二混合物48和52中的有機(jī)成分因而實現(xiàn)由圖2所示的基極層20和碳納米管18a形成的電子發(fā)射源8。
在烘烤工藝中，第一混合物48的粘性材料熔化，并且在第一和第二混合物48和52中的有機(jī)成分都被去除使得大部分的碳納米管18a設(shè)置成一端粘在相應(yīng)的基極層20而它們的另一端從電子發(fā)射源8的表面伸出。
此外，第一混合物48和第二混合物52還可以包括光敏樹脂和光固化引發(fā)劑(photoinitiator)。在這種情況下，在絲網(wǎng)印刷第一和第二混合物48和52到后襯底6上之后，紅外線被有選擇性地照射到期望形成電子發(fā)射源8的部分以便硬化部分第一和第二混合物48和52。在這個工藝中沒有硬化的區(qū)域隨后被去除，因而在所期望的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)電子發(fā)射源8。
如圖4所示，在當(dāng)電子發(fā)射源34包括薄膜36a的情況下，電子發(fā)射源的形成按如下所述的實現(xiàn)。
首先，參考圖10，由ITO和鉻等制成的導(dǎo)電膜54涂在陰極電極10上，厚度為1～5μm的光致抗蝕劑56涂在導(dǎo)電膜54上，然后光致抗蝕劑56以1～20μm間隔被圖形化以便暴露部分導(dǎo)電膜54。隨后，蝕刻溶液(如箭頭所示)用來蝕刻導(dǎo)電膜54的暴露部分，因而導(dǎo)致如圖11所示的在其上形成間隔1～20μm、寬度0.05～10μm和深度0.01～5μm的隆起和凹坑的薄膜36a。
接著，粘性材料和媒介物混合的第一混合物58被絲網(wǎng)印刷到薄膜36a上并且干燥，然后包括碳納米管粉末和媒介物的第二混合物60被絲網(wǎng)印刷到第一混合物58上并且干燥。干燥的第一和第二混合物58和60在300到500℃的溫度下烘烤5～60分鐘因而去除在第一和第二混合物58和60中的有機(jī)成分。如圖4所示，這樣完成了電子發(fā)射源34的形成。
圖12和13是掃描電子顯微鏡照片，分別顯示了基極層中包含銀顆粒的電子發(fā)射源的平面圖和側(cè)視圖。在照片中，球形部分是銀顆粒，并且可以看見細(xì)的碳納米管從銀顆粒的表面伸出。
圖14是顯示本發(fā)明(優(yōu)選實施例)的和現(xiàn)有技術(shù)(對照樣品)的電子發(fā)射源的電流密度和電場強(qiáng)度之間的關(guān)系的曲線圖。圖12所示的電子發(fā)射源用作優(yōu)選實施例的電子發(fā)射源，而圖16所示的電子發(fā)射源用作對照樣品的電子發(fā)射源。圖中橫軸表示施加到電子發(fā)射源上的電場強(qiáng)度，縱軸表示電流密度。
如圖14所示，由于在優(yōu)選實施例中從電子發(fā)射源的表面伸出更大數(shù)量的碳納米管，所以相對對照樣品而言在相同的電場強(qiáng)度下實現(xiàn)了明顯更高的電流密度。在施加7.5V(volts)電壓的情況下，優(yōu)選實施例的電流密度大約是對照樣品的四倍。
在如上構(gòu)造的本發(fā)明的FED中，更大數(shù)量的碳納米管可以從電子發(fā)射源的表面伸出。因此，在同樣電場強(qiáng)度的情況下電子發(fā)射的數(shù)目增加從而提高屏幕亮度，并且能夠在較低的驅(qū)動電壓下達(dá)到期望的電子發(fā)射數(shù)目使得運行FED所需的能量較少。這也防止施加過高的電壓到電子發(fā)射源上從而電子發(fā)射源的壽命增加。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經(jīng)在上文被詳細(xì)地描述，但是應(yīng)該明確地理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可能會遇到的這里所教導(dǎo)的基本的發(fā)明概念的很多變化和/或改動，仍然是在如所附的權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種場發(fā)射顯示器，包括第一和第二襯底，所述襯底以預(yù)定間隔彼此相對設(shè)置以形成真空裝置；電子發(fā)射源，其設(shè)置在所述第一和第二襯底中的一個襯底上；電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置，其誘導(dǎo)來自所述電子發(fā)射源的電子發(fā)射；以及輻射裝置，其設(shè)置在所述第一和第二襯底中的不包括所形成的電子發(fā)射源的另一個襯底上，該輻射裝置通過來自所述電子發(fā)射源的電子發(fā)射實現(xiàn)圖像，電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層，該基極層連接所述碳納米管層到所述第一和第二襯底中的一個設(shè)置有電子發(fā)射源的襯底，并且該基極層具有導(dǎo)電性以施加電子發(fā)射所需的電壓到所述碳納米管層，以及所述基極層具有預(yù)定的厚度，并且所述碳納米管層以與所述基極層基本上不混合的狀態(tài)被設(shè)置在所述基極層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器，其中所述電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置包括陰極電極，其以條形圖形形成在第一和第二襯底中的一個設(shè)置有所述電子發(fā)射源的襯底上，所述電子發(fā)射源設(shè)置在該陰極電極的外表面上；絕緣層，其被形成并在除了電子發(fā)射源形成區(qū)域之外的所有區(qū)域覆蓋所述陰極電極；以及柵極電極，其以條形圖形并沿基本上垂直所述陰極電極的方向形成在所述絕緣層上，該柵極電極包括用來暴露電子發(fā)射源的孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器，其中所述電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置包括柵極電極，其以條形圖形形成在第一和第二襯底中的一個設(shè)置有所述電子發(fā)射源的襯底上；絕緣層，其形成在第一和第二襯底中的一個設(shè)置有所述電子發(fā)射源的襯底的整個表面上，并覆蓋所述柵極電極；以及陰極電極，其以條形圖形并沿基本上垂直所述柵極電極的方向形成在所述絕緣層上，所述電子發(fā)射源形成在所述陰極電極的外表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器，其中所述輻射裝置包括陽極電極，其形成在沒有形成所述電子發(fā)射源的襯底上；以及熒光層，其形成在所述陽極電極的外表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層包括選自于由銀、鎳、鋁、金、鈷和鐵構(gòu)成的組中的具有導(dǎo)電性的粘性材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層包括選自于由銀、銅和鋁構(gòu)成的組中的金屬導(dǎo)電材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層包括粘性材料，其通過選自于由PbO，SiO2，Ba2O3或它們的混合物構(gòu)成的組中的玻璃熔塊實現(xiàn)；以及金屬導(dǎo)電材料，其選自于由銀、銅和鋁構(gòu)成的組中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層具有包括隆起和凹坑的外表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層包括直徑為0.05～5μm的球形顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的場發(fā)射顯示器，其中所述球形顆粒為選自于由銀、銅和鋁構(gòu)成的組中的導(dǎo)電金屬顆粒。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層包括具有寬度0.05～10μm、深度0.01～5μm和間隔1～20μm的隆起和凹坑的薄膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的場發(fā)射顯示器，其中所述薄膜由銦錫氧化物或鉻形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器，其中所述碳納米管層的碳納米管的密度為所述基極層的碳納米管密度的100到1,000,000倍。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層形成厚度為0.05μm到5μm。
15.一種場發(fā)射顯示器，包括第一和第二襯底，所述襯底以預(yù)定間隔彼此相對設(shè)置，以形成真空裝置；電子發(fā)射源，其設(shè)置在所述第一和第二襯底中的一個襯底上；電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置，其用來誘導(dǎo)來自所述電子發(fā)射源的電子發(fā)射；以及輻射裝置，其設(shè)置在第一和第二襯底中的一個沒有形成電子發(fā)射源的襯底上，該輻射裝置通過來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射實現(xiàn)圖像，所述電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層，該基極層連接該碳納米管層到設(shè)置有所述電子發(fā)射源的襯底上，并且具有導(dǎo)電性以便施加電子發(fā)射所需的電壓到所述碳納米管層上，所述基極層具有預(yù)定的厚度，所述碳納米管層以與所述基極層基本上不混合的狀態(tài)被設(shè)置在所述基極層上，以及所述基極層具有包括通過直徑范圍為0.05到5μm的球形顆粒形成的隆起和凹坑的外表面。
16.一種場發(fā)射顯示器，包括第一和第二襯底，所述襯底以預(yù)定間隔彼此相對設(shè)置，以形成真空裝置；電子發(fā)射源，其設(shè)置在所述第一和第二襯底中的一個襯底上；電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置，其用來誘導(dǎo)來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射；以及輻射裝置，其設(shè)置在第一和第二襯底中的沒有形成所述電子發(fā)射源的另一個襯底上，該輻射裝置通過來自所述電子發(fā)射源的電子發(fā)射實現(xiàn)圖像，所述電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層，該基極層連接該碳納米管層到設(shè)置有所述電子發(fā)射源的襯底，且包含導(dǎo)電性并提供施加電子發(fā)射所需的電壓到所述碳納米管層上，所述基極層包括預(yù)定的厚度，所述碳納米管層以與所述基極層基本上不混合的狀態(tài)被設(shè)置在所述基極層上，以及所述基極層包括外表面，該外表面包括通過具有間距為1到20μm、深度為0.01到5μm的隆起和凹坑的薄膜形成的隆起和凹坑。
17.一種場發(fā)射顯示器，包括第一和第二襯底，所述襯底以預(yù)定間隔彼此相對設(shè)置，以形成真空裝置；電子發(fā)射源，其設(shè)置在所述第一和第二襯底中的一個襯底上；電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置，其用來誘導(dǎo)來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射；以及輻射裝置，其設(shè)置在第一和第二襯底中的沒有形成所述電子發(fā)射源的另一個襯底上，該輻射裝置通過來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射實現(xiàn)圖像，所述電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層，該基極層連接該碳納米管層到第一和第二襯底中的一個設(shè)置有所述電子發(fā)射源的襯底，且包含導(dǎo)電性以便施加電子發(fā)射所需的電壓到所述碳納米管層上，所述基極層具有預(yù)定的厚度，所述碳納米管層以與所述基極層基本上不混合的狀態(tài)被設(shè)置在所述基極層上，以及所述碳納米管層的碳納米管密度為在所述基極層的碳納米管密度的100到1,000,000倍的范圍內(nèi)。
18.一種形成用于場發(fā)射顯示器的電子發(fā)射源的方法，包括絲網(wǎng)印刷包括粘性材料、導(dǎo)電材料和媒介物的第一混合物到襯底上，然后干燥第一混合物；絲網(wǎng)印刷包括碳納米管粉末和媒介物的第二混合物到第一混合物上，然后干燥第二混合物；以及烘烤第一和第二混合物以熔化第一混合物中的粘性材料，并且蒸發(fā)第一和第二混合物中的有機(jī)成分。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，該粘性材料具有導(dǎo)電性，并選自于由銀、鎳、鋁、金、鈷和鐵構(gòu)成的組中。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中金屬導(dǎo)電材料選自于由銀、銅和鋁構(gòu)成的組中。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述粘性材料通過選自于由PbO，SiO2，Ba2O3或它們的混合物構(gòu)成的組中的玻璃熔塊實現(xiàn)；以及所述金屬導(dǎo)電材料選自于基本上由銀、銅和鋁構(gòu)成的組中。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括涂導(dǎo)電膜到陰極電極上；涂厚度范圍為1～5μm的光致抗蝕劑在所述導(dǎo)電膜上；以1～20μm間隔對光致抗蝕劑進(jìn)行圖形化以暴露導(dǎo)電膜；以及利用蝕刻溶液蝕刻所述導(dǎo)電膜的部分區(qū)域，以暴露部分導(dǎo)電膜，以便形成間隔1～20μm、寬度0.05～10μm和深度0.01～5μm的隆起和凹坑。
23.一種形成用于場發(fā)射顯示器的電子發(fā)射源的方法，包括絲網(wǎng)印刷包括粘性材料、導(dǎo)電材料、光敏樹脂、光固化引發(fā)劑和媒介物的第一混合物到襯底上，然后干燥第一混合物；絲網(wǎng)印刷包括碳納米管粉末、光敏樹脂、光固化引發(fā)劑和媒介物的第二混合物到第一混合物上，然后干燥第二混合物；強(qiáng)化第一和第二混合物的部分區(qū)域以便選擇性地硬化第一和第二混合物；通過去除經(jīng)過強(qiáng)化工藝沒有被硬化的區(qū)域使第一和第二混合物形成圖形；以及烘烤第一和第二混合物的剩余區(qū)域以熔化第一混合物的粘性材料，并蒸發(fā)第一和第二混合物中的有機(jī)成分。
24.一種場發(fā)射顯示器，包括電子發(fā)射源，其設(shè)置在第一襯底上，該電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層，該基極層連接所述碳納米管層到第一襯底且包含導(dǎo)電性以提供施加電子發(fā)射所需的電壓到所述碳納米管層上，所述基極層包括預(yù)定的厚度，以及所述碳納米管層以與所述基極層基本上不混合的狀態(tài)被設(shè)置在所述基極層上。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，還包括以預(yù)定間隔與第一襯底相對設(shè)置的第二襯底，以形成真空裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，還包括用來誘導(dǎo)來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射的電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的場發(fā)射顯示器，還包括設(shè)置在第二襯底上的輻射裝置，第二襯底不包括所形成的電子發(fā)射源，該輻射裝置通過來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射實現(xiàn)圖像。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層包括選自于由銀、鎳、鋁、金、鈷和鐵構(gòu)成的組中的具有導(dǎo)電性的粘性材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層包括選自于由銀、銅和鋁構(gòu)成的組中的金屬導(dǎo)電材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層包括粘性材料，通過選自于由PbO，SiO2，Ba2O3或它們的混合物構(gòu)成的組中的玻璃熔塊實現(xiàn)；以及金屬導(dǎo)電材料，選自于由銀、銅和鋁構(gòu)成的組中。
31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層具有包括隆起和凹坑的外表面。
32.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層包括直徑從O.05到5μm的球形顆粒。
33.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，其中所述球形顆粒為選自于由銀、銅和鋁構(gòu)成的組中的導(dǎo)電金屬顆粒。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層包括具有間隔1～20μm、深度0.01～5μm和寬度在0.05～10μm的隆起和凹坑的薄膜。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的場發(fā)射顯示器，其中所述薄膜由銦錫氧化物或鉻形成。
36.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，其中所述碳納米管層的碳納米管的密度為所述基極層的碳納米管密度的100到1,000,000倍。
37.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層形成厚度為0.05μm到5μm。
38.根據(jù)權(quán)利要求24所述的場發(fā)射顯示器，其中所述基極層包括直徑為0.05到5μm的球形顆粒，所述球形顆粒在所述基極層的外表面上產(chǎn)生隆起和凹坑。
全文摘要
本發(fā)明公開場發(fā)射顯示器，其包括以預(yù)定間隔彼此相對設(shè)置的第一和第二襯底；設(shè)置在第一和第二襯底其中之一上的電子發(fā)射源；用于誘導(dǎo)從電子發(fā)射源發(fā)射電子的電子發(fā)射誘導(dǎo)裝置；設(shè)置在沒有形成電子發(fā)射源的襯底上的輻射裝置，該輻射裝置通過來自電子發(fā)射源的電子發(fā)射實現(xiàn)圖像。電子發(fā)射源包括碳納米管層和基極層，該基極層連接碳納米管層到襯底并且施加電子發(fā)射所需的電壓到碳納米管層上。此外，設(shè)置在基極層上的碳納米管層處于與基極層基本不混合的狀態(tài)。
文檔編號H01J1/304GK1512536SQ20031011653
公開日2004年7月14日 申請日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者柳美愛, 金薰英, 南仲佑 申請人:三星Sdi株式會社