专利名称：Field emission display的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制作场致发射显示器的方法。本发明还涉及相应的场致发射显示
O
背景技术：
近年来，新型的平板显示器由于能与多种电子设备联接使用而得到了快速发 展。目前主要集中有液晶显示器(IXDs)、等离子显示屏(PDPs)、和有机发光二极管显示器 (0LED显示器)。尽管如此，另一有前景途径是使用场致发射技术提供显示器，即场致发射 显示器(FED)。场致发射显示器使用与正常阴极射线管(CRTs)所用技术类似的技术，即使用被 作为被场致发射电极发射的电子轰击的发射介质的磷光体层涂覆的显示屏。但是，FED和 CRT之间的差异是FED仅是几毫米的厚度，和代替使用单电子枪(single electron gun), 场致发射显示器使用一大组的纯金属尖端(fine metal tips)或碳纳米管，许多位于每个 磷光体点后，以通过称为场致发射的程序发射电子。FEDs与LCDs相比优势在于FED不会显 示出类似IXD的死像素，即使20%的发射器失效。而且，场致发射显示器是能量高效的并能 提供平板技术，其特征在于与现存的LCD和等离子显示技术相比更少的电力消耗，也可以 更便宜地制作，因为它们总部件更少。在US 2006/0226763公开了场致发射显示器和制作场致发射显示器的方法的示 例，其中场致发射设备包括基底，在基底上形成的阴极，和与阴极电连接的电子发射器。根 据所公开的场致发射显示器，用于发射电子的电极包括碳粒子，例如以多个碳管，碳球或类 似的形式。然而，使用公开方法形成电极不能提供构成电极的碳管高度的准确排列，因为碳 管不允许相互独立生长，从而造成碳管具有不同的高度。独立碳管的不同高度导致要获得 均勻稳定电子发射，实现高电流密度存在问题。包括校准多个碳管高度的附加加工步骤不 是所希望的，因为这种加工步骤会导致昂贵的终产品。因此需要一种至少缓解现有技术的问题的改善的场致发射显示器，更具体的是适 用于使现有技术中与场致发射电极相关的高度对齐问题最小化的场致发射显示器。
发明内容
根据本发明的一个方面，通过一种制作场致发射显示器的方法可满足上述目的， 包括将电子发射接收器排列在真空箱中，在电子发射接收器的附近排列波长转化材料，和 在真空箱中排列电子发射源，电子发射源适用于向电子发射接收器发射电子，其中电子 发射源是通过以下步骤形成的提供基底，在基底上形成多个ZnO-纳米结构，其中每个 ZnO-纳米结构具有第一端和第二端，第一端与基底连接，排列电绝缘体使ZnO-纳米结构相 互电绝缘，将电传导部件与选择的ZnO-纳米结构的第二端连接，将支撑结构排列在电传导 部件上，并去除基底，由此暴露ZnO-纳米结构的第一端。
在本文中，术语纳米结构应理解为表示具有一或多个100纳米(nm)或更小尺寸的 粒子。术语纳米结构包括纳米管、纳米球、纳米杆、纳米纤维、和纳米线，其中纳米结构可以 是纳米网络的一部分。而且，术语纳米球表示长宽比至多为3 1的纳米结构，术语纳米杆 表示最长尺寸至多为200nm，长宽比为3 1-20 1的纳米结构，术语纳米纤维表示最长尺 寸大于200nm，长宽比大于20 1的纳米结构，和术语纳米线表示最长尺寸大于IOOOnm的 纳米纤维。与纳米结构相关的更多定义包括术语长宽比，其表示物体最短轴与物体最长轴的 比值，其中轴不一定是垂直的。术语横截面的宽度是横截面的最长尺寸，横截面的高度是与 宽度垂直的尺寸。术语纳米网络表示大量单个纳米结构相互联接。此外，真空箱的壁可以至 少部分由电子发射接收器(例如由波长转化材料涂覆的)组成和电子发射接收器。而且， 真空箱应该是真空的，以便箱内处于低真空，促进电子源发射电子至电子接收器。波长转化材料优选包括磷光体、闪烁体、以及磷光体和闪烁体的混合物的至少一 种。磷光体和闪烁体都是用于“延展”波长转化材料所接收的光的带宽的材料。磷光体是 显示磷光现象的物质(曝光或暴露于供能粒子例如电子之后持续白灼)。同样地，闪烁体是 吸收高能量(电离)电磁或带电粒子射线然后作为反应，发出在特有的斯托克斯转移(更 长)波长的荧光光子，释放之前吸收的能量。本发明允许不同磷光体和/或闪烁体的混合 物。而且，波长转化材料可包括荧光材料、有机荧光材料、无机荧光材料、浸润的磷光体、磷 光体粒子、磷光体材料、YAG:Ce磷光体、或可将电磁射线转化成照明光和/或可见光的其他 材料。在现有技术中，电极，多个纳米结构的第一端通常是高度不齐的，因而造成在使用 场致发射显示器中的电极时获得均勻稳定电子发射，和/或实现高电流密度存在问题。然 而，根据本发明通过在具有预定表面构象的基底上形成大量纳米结构，然后使用初始与基 底连接的纳米结构末端作为电极的活性发射端(基底被去除之后)，可以获得均勻稳定的 电子发射。这是由于纳米结构主体的第一端是沿由基底的预定表面构象形成的预定线高度 对齐的。由于纳米结构的高度对齐特性，其可以增加场致发射排列的寿命，其中排列了本 发明的场致发射电极，因为存在更少的高度不齐的纳米结构。现有技术场致发射中存在的 高度不齐导致电子发射集中在纳米结构“伸直靠近”适用于接受由场致发射电极发射的电 子的电子接收器的部分。而且，通过不使用昂贵的现有技术蚀刻、磨光或类似方法步骤“高 度对齐”纳米结构，可以实现更便宜的终产品。而且，使用ZnO显示出优势，因为室温下ZnO的阴极射线发光光谱在约380nm具有 强度峰值并在+/-20nm之内具有80%的光容量。作为额外特征，由于在相对低温度下生长 ZnO纳米结构的可能性，使用ZnO在用作场致发射显示器的阴极时显示出优良结果。欧洲专 利申请06116370提供了这种方法的示例。优选地，形成多个纳米结构的步骤包括将多个金属或金属氧化物纳米粒子排列在 基底上，允许多个金属或金属氧化物纳米粒子生长形成纳米结构。使用现有技术已知的不 同方法可形成/排列金属或金属氧化物纳米粒子。这些方法包括例如化学气相沉积(CVD)， 或其变体之一，例如等离子增强化学气相沉积(PECVD)。然而，不同方法，现有和以后的，可 被构想且在本发明的范围之内。对生长纳米粒子同样重要。在本领域中已知不同方法，包括例如气-液-固(VLS)合成或低温生长方法。在欧洲专利申请06116370中公开了示例 性低温生长方法。在本发明的优选实施方式中，基底基本上是平的。但是，平表面不一定是直的。相 反，它是根据特定要求依据其中排列本发明场致发射电极的场致发射排列类型设置场致发 射电极形成的。优选地，电绝缘体选自包括绝缘体、半绝缘体、或不良绝缘体(poorinsulator)的 组。可以使用不同类型的绝缘化合物，例如具有不同韧性和/或弹性的聚合物、树脂、橡胶 或硅酮。然而，可以是其他化合物，它们也在本发明范围内。通过低温生长方法的方式，可 以扩大绝缘体材料的选择，因为生长期间热不是大问题。因而依据场致发射电极所需特性 允许绝缘化合物。在本发明的可选实施方式中，该方法还包括蚀刻纳米结构的暴露的第一端的步 骤。通过蚀刻暴露纳米结构第一端，可以实现更增强电子发射的尖端。在另一优选实施方式中，提供电连接部件的步骤包括提供多个电连接部件的步 骤，每个连接至不同选择的纳米结构，由此允许电极的不同部分可单独设定位址。通过允许 电极不同部分可单独设定位址，可以例如在每个不同部分对应一个像素的显示屏上或在单 独控制不同部分允许仅使用一个光源混合不同颜色光的场致发射光源上使用场致发射电 极。这种场致发射光源可以是例如提供发射具有宽波长谱的白光。根据本发明的另一方面，提供了场致发射显示器，该场致发射显示器包括电子发 射接收器、排列在电子发射接收器附近的波长转化材料、和电子发射源，所述电子发射源包 括多个具有第一端和第二端的ZnO-纳米结构、排列使ZnO-纳米结构相互电绝缘的电绝缘 体、与选择的ZnO-纳米结构第二端连接的电传导部件，和排列在电传导部件上的支撑结 构，其中ZnO-纳米结构的第一端是允许ZnO-纳米结构从充分定义的表面生长的一端，并暴 露ZnO-纳米结构的第一端。本发明的这个方面提供了与制作场致发射显示器的上述公开方法类似的优势，包 括例如增加场致发射显示器的寿命，例如由于存在更少的高度不齐的纳米结构。而且，通过 不使用昂贵的蚀刻、磨光、或类似方法步骤而获得高度对齐的纳米结构，可以提供更便宜的 终产品。优选使用本发明方法制作场致发射显示器。本发明场致发射显示器所用的电极也可用作压电排列例如纳米发生器中的活性 成分。适宜的纳米发生器如例如〃 Direct-Current NanogeneratorsDriven by Ultrasonic Waves"，Science 316,102(207) ；DOI :10· 1126/science. 1139266，Hudong Wang, et. al. 所公开的。
现在将参照所附附图更具体地描述本发明的这些和其他方面，其显示了本发明的 当前优选实施方式，其中图1是示意制作可用于本发明场致发射显示器的场致发射电极的基本步骤的流 程图，图2a至图2g是示意根据图1的方法步骤制作场致发射电极的方块图，和图3是本发明所述场致发射显示器的横截面图。
具体实施例方式下文中将参照所附附图更全面地描述本发明，其中显示了本发明当前优选的实施 方式。然而本发明可以具体化成许多不同的形式，不应该限于本文所列的实施方式；并非， 这些实施方式是全面且完整的，并向技术人员全面地传递了发明的范围。本文中相同的字 符表示相同的元素。关于附图尤其是图1，描述了示意制作可用于本发明场致发射显示器的场致发射 电极100的方法步骤的流程图。与图1类似，图2a至图2g显现了在图1所示的相应制作 步骤期间提供场致发射电极100。因而可类似参照图1和图2a至图2g。首先在步骤Sl (图2a)中，提供基底102，在基底102上按照预定顺序或随机排列 多个ZnO-纳米粒子104。在基底102上排列ZnO-纳米粒子104的方法包括例如化学气相 沉积(CVD)，或其变体之一，例如等离子增强化学气相沉积(PECVD)。此外，其他不同的金属 或金属氧化物纳米粒子，替代ZnO-纳米粒子104或与其一起排列在基底102上，这些均在 本发明范围内。基底102的表面优选基本上是平的，即具有非常低的粗糙度。在具体实施 方式中，基底102是直的，然而本发明中基底102可以具有任何预定形式，例如根据预定形 式是弯曲的。在步骤S2 (图2b)中，将多个ZnO-纳米粒子104排列在可使它们生长形成ZnO-纳 米结构106的环境中。不同的生长方法是本领域已知的，优选使用低温生长方法。其他生 长方法包括例如气_液-固(VLS)合成。ZnO-纳米结构106优选是纳米管、纳米棒或纳米 线，然而，其他可能的纳米结构类型例如纳米球和纳米纤维也包括在本发明内。在步骤S3(图2c)中，通常ZnO-纳米结构106的形成完成之后，提供一种绝缘材 料108使ZnO-纳米结构106相互基本电绝缘。电绝缘体108优选选自包括绝缘体、半绝缘 体、或不良绝缘体的组。而且，绝缘体108选自刚性或韧性绝缘体中的一种，从而为终产品 提供不同特征。不同树脂、聚合物、或橡胶材料可用作电绝缘体108。优选地，少部分纳米结 构106允许做绝缘体108之上的“表面”，即绝缘体108排列在纳米结构104之间和周围但 不完全覆盖远离基底102的一端(以上也称为第二端)。在步骤S4(图2d)中，将至少一个电传导部件110排列在绝缘体顶部并与选择的 纳米结构106的远离基底102的一端接触。在具体实施方式
中，场致发射电极100包括三 个电传导部件110，但是，任意数量的电传导部件110都是可以的并且都在本发明范围内。 在具体实施方式
中，三个电传导部件110的每个与多个纳米结构104的不同部分连接。例 如，如果在发光模块中使用场致发射电极100，它可适宜仅使用一个电传导部件110，因为 通常希望排列完整的发光模块以发射光。但是，如果在场致发射显示器中使用场致发射电 极100，希望其可以为场致发射电极100的不同部分单独设定位址。在步骤S5 (图2e)中，将支撑结构112排列在电传导部件110之上，即在电传导部 件110的顶部。选择支撑结构，类似于绝缘体108，可以是刚性或韧性。即，可以希望其具有 韧性的场致发射电极100，从而通常必须具有韧性绝缘体108和韧性支撑结构112。然而，在 本发明的范围内，有可能依据本发明所述电极所用的排列允许绝缘体108和支撑结构112 的不同组合。在步骤S6 (图2f)中，去除基底102，从而使纳米结构104的之前与基底102连接的一端暴露。去除基底的不同方法是本领域已知的，例如当基底是软基底例如由塑料制成 的情况时，可以使用适当溶剂溶解软基底。由于基底是基本平的，纳米结构104目前基本是 高度对齐的，其中高度对齐是基底102平整度的作用。最后，在任选和附加的步骤S7(图2g)中，蚀刻在ZnO-纳米结构104上暴露的 端/尖端，以提供更尖的尖端。当在场致发射排列例如场致发射显示器或场致发射发光体 系中使用场致发射电极100时更尖尖端的存在是所需的。从而，提供了具有基本高度对齐 的ZnO-纳米结构且无需包括现有技术中使用的有害的高度对齐步骤的一种场致发射电极 100。ZnO-纳米结构的暴露尖端(以上也称为第一端)的高度对齐允许高电流密度并提供 获得均勻稳定电子发射的可能性。这是由于纳米结构主体的第一端会沿由基底102的预定 表面构象形成的预定线高度对齐的。现在轮到图3，其提供了场致发射显示器300的横截面图，该显示器包括三个场致 发射电极100，并由本发明所述新方法制作。其他可能的场致发射排列包括场致发射发光模 块。场致发射显示器300还包括阳极302，排列在阳极302附近的磷光体层304 (例如透明 氧化锡铟ITO层或类似的)，控制场致发射电极100和通常控制场致发射显示器300的控制 逻辑(未示出)。所述控制逻辑通常包括为场致发射显示器300提供电力的电源供应。所 述场致发射排列300还包括透明盖306，例如玻璃、塑料或石英，其为密封场致发射显示器 300提供盖子，并由此允许提供操作场致发射显示器300所需的必要真空环境。场致发射电极100排列在背体结构308上，其具有突出结构310，在其上提供了用 作门电极的电连接体312。操作期间，门电极312允许由场致发射电极100发射的电子314 更容易从场致发射电极100发射出。即，当潜在差异存在于场致发射电极100和阳极302 之间时，通过来自场致发射电极100的电子314撞击磷光体层304从而发射光316，其优选 在可见波长内，例如白光。然而，也可能分割磷光体层以便其包括含有排列接收电子314并 发射不同颜色的不同磷光体材料的不同部分。而且，本领域技术人员实现本发明绝不限于以上描述的优选实施方式。相反，许多 修改和变化都可能在所附权利要求范围内。例如，如上所提的，电极不仅用于场致发射排列 例如场致发射显示器或场致发射光源，但也可，或替代，用作压电排列中的活性成分。
权利要求
一种制作场致发射显示器的方法，该方法包括以下步骤 将电子发射接收器排列在真空箱中； 在所述电子发射接收器的附近排列波长转化材料；和 在所述真空箱中排列电子发射源，所述电子发射源适用于向电子发射接收器发射电子，其中，所述电子发射源是通过以下步骤形成的 提供基底； 在所述基底上形成多个ZnO 纳米结构，其中，每个所述ZnO 纳米结构具有第一端和第二端，所述第一端与基底连接； 排列电绝缘体，以使所述ZnO 纳米结构相互电绝缘； 将电传导部件与选择的ZnO 纳米结构的第二端连接； 将支撑结构排列在电传导部件上；和 去除基底，由此暴露ZnO 纳米结构的第一端。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成多个纳米结构的步骤包括在基底上排列多 个金属粒子或金属氧化物粒子，并允许所述多个金属粒子或金属氧化物粒子生长形成纳米 结构。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，提供电连接部件的步骤包括提供多个电连接 部件，每个电连接部件与不同选择的纳米结构连接。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述多个电连接部件是单独可设定位址的。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述基底基本是平的。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述电绝缘体选自包括绝缘体、 半绝缘体、或不良绝缘体的组。
7.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括蚀刻纳米结构 的暴露的第一端的步骤。
8.—种场致发射显示器，该场致发射显示器包括 -电子发射接收器；_排列在所述电子发射接收器的附近的波长转化材料，和 -电子发射源，该电子发射源包括 -具有第一端和第二端的多个ZnO-纳米结构； -排列成使ZnO-纳米结构相互电绝缘的电绝缘体； -与选择的ZnO-纳米结构的第二端连接的电传导部件；和-排列在电传导部件上的支撑结构，其中，所述ZnO-纳米结构的第一端是允许ZnO-纳 米结构从充分定义的表面生长的一端，并且所述ZnO-纳米结构的第一端是暴露的。
9.根据权利要求8所述的场致发射显示器，其中，所述场致发射显示器包括多个电连 接部件，每个电连接部件与不同选择的纳米结构连接。
10.根据权利要求9所述的场致发射显示器，其中，所述多个电连接部件是单独可设定 位址的。
11.根据权利要求10所述的场致发射显示器，其中，所述场致发射显示器还包括用于 控制场致发射电极的不同部分的控制逻辑。
12.根据权利要求8-11中任意一项所述的电子发射源，所述电子发射源排列在压电排列，例如纳米发生器中。
全文摘要
文档编号H01J9/02GK101952929SQ20088012456
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年1月11日
发明者Hu Qui-Hong, Komitov Latchezar 申请人:Lightlab Sweden Ab