专利名称：平板显示器和制造平板显示器阴极的方法
技术领域：
本发明涉及平板显示器和制造平板显示器阴极的方法，所述平板显示器通过将场发射电子源发出的电子轰击到磷光体来发光。
但是，在上述常规的平板显示器中，由于靠印制而形成阴极会在厚度方面发生变化或者表面产生起伏，所以造成不能形成平整的阴极。在这种情况下，当通过使用平行的电场产生场电子发射时，并未在阴极之间或者在阴极的表面中施加均匀的电场，从而导致电子发射量不均匀。这造成了亮度不规则。另外，产生局部的电子发射会造成电子发射量的不稳定，引起亮度变化。
为了达到上述的目的，根据本发明，提供一种平板显示器，包括至少部分半透明的前面玻璃；穿过真空室与前面玻璃相对放置的基片；在基片上形成的阴极；设置在真空室中并与阴极空间上隔开的栅电极；和在与基片相对的前面玻璃上形成的磷光体层和阳极，其中阴极包括具有多个开口部分并安装在基片上的金属部件，和包含填充在网状开口部分中的碳纳米管的导电材料。
图1A和1B示出了根据本发明第一实施例的平板显示器的布局。如图1A所示，根据本实施例的平板显示器包括当从上方看时，实际上是矩形的玻璃基片101；透明的前面玻璃103，其以预定的距离放置在与玻璃基片101相对的位置，并且从上方看时，其实际上具有矩形形状；和设置在这些部件的外围部分上的框架状隔板玻璃(space glass)107。用低熔点的熔合玻璃料将隔板玻璃107结合在彼此相对放置的玻璃基片101和前面玻璃103的外围部分，以便形成外壳。外壳的真空度保持在10-5帕(Pa)。低熔点的碱性碳酸氢钠玻璃用于构成外壳的玻璃基片101、前面玻璃103和隔板玻璃107。用厚度为1到2mm的玻璃板部件作为玻璃基片101和前面玻璃103。
以预定的间隔在玻璃基片101的一个表面上形成相互平行的多个基片肋条102。基片肋条将玻璃基片101的表面划分成彼此绝缘的多个区域。如图1B所示，在玻璃基片101上的区域中形成宽度与肋条之间的间隔相等的条带状阴极110，条带状阴极110夹在基片肋条102之间，以便与基片肋条102的高度(厚度)相同。基片肋条102是具有矩形剖面的绝缘体，通过在玻璃基片101上重复丝网印刷包含低熔点熔合玻璃料的绝缘糊膏直至达到预定的高度(厚度)，然后煅烧糊膏就形成所述的绝缘体。
阴极110包括具有多个网状开口部分111a的网状金属板111，和在网状开口部分111a中形成的电子发射部分112。以下面的方式在网状开口部分111a中形成电子发射部分112，即它们的厚度几乎均匀，并且表面不从网状开口部分111a中突出。基片肋条的高度要设置成等于或者小于网状金属板的高度，以便电子发射部分112和充当栅电极的导电薄膜121(后面说明)之间的间隔可以仅仅被间隔部件来规定。
更具体地说，基片肋条102的高度最好设置成与网状金属板111的相同或者比它小至少0.05mm，以防止与网状金属板111之间发生放电。在本实施例中，如上所述，网状金属板111的高度可以设置成与基片肋条102的相同，基片肋条102的间距可以设置成1到2mm，而基片肋条102的宽度可以设置为0.05mm。
以预定的间隔，在垂直于基片肋条102和阴极110的排列方向，在前面玻璃103与玻璃基片101相对的表面上直立形成多个前表面肋条104。在前面玻璃103的表面上重复形成条带状磷光体薄膜105B，105G，和105R，以便一个接一个地设置在前表面肋条104所夹的区域中。在磷光体薄膜105B，105G，105R(与玻璃基片101相对的表面)上形成充当阴极的金属衬底薄膜106。前表面肋条104是具有矩形剖面的绝缘体，通过在前面玻璃103内表面的预定位置重复丝网印刷包含低熔点熔合玻璃料的绝缘糊膏直至达到预定的厚度，然后煅烧糊膏形成所述的绝缘体。
磷光体薄膜105B，105G和105R由具有预定发射颜色的磷光体构成，并且通过在前面玻璃103的表面上将相应颜色的磷光体糊膏丝网印刷到条带图样中和煅烧糊膏来形成。磷光体薄膜105R是使用用于红光的红发射磷光体的红发射磷光体薄膜。磷光体薄膜105G是使用用于绿光的绿发射磷光体的绿发射磷光体薄膜。而磷光体薄膜105B是使用用于蓝光的蓝发射磷光体的蓝发射磷光体薄膜。按用于红光的磷光体薄膜105R、用于绿光的磷光体薄膜105G和用于蓝光的磷光体薄膜105B的顺序重复形成这些磷光体薄膜。
通过轰击用4到10kV的高电压加速的电子来发光的已知氧化物磷光体或者硫化物磷光体可以被用于R，G和B光束的磷光体薄膜105R，105G和105B，所述的氧化物磷光体或者硫化物磷光体通常用于阴极射线管。在本实施例中，发射基色光束，即R，G和B光束的三种类型的磷光体薄膜用于彩色显示器。但是，本发明并不局限于此，一种类型的磷光体薄膜可以用于单色显示器。金属衬底的薄膜106由具有大约0.1μm厚度的氧化铝薄膜制成，并且通过使用已知的汽相淀积方法在磷光体薄膜105R，105G和105B上来形成。
剖面为矩形的绝缘隔板120设置在玻璃基片101上的基片肋条102和阴极110二者与前面玻璃103的前表面肋条104之间，与前表面肋条104相一致。由0.3mm厚度的氧化铝基片形成绝缘隔板120，在所述的氧化铝基片中以预定的间距形成电子通道狭缝。所述狭缝使用激光束形成。要注意的是，绝缘隔板120并不局限于氧化铝基片，也可使用其它的陶瓷基片或者玻璃基片。很明显，绝缘隔板120的厚度和狭缝的宽度可以随需要而变化。
绝缘隔板120比前表面肋条104宽，并且按照绝缘隔板120的中心线与对应的前表面肋条104的中心线相一致的方式来设置。如图2所示，在前表面肋条104两侧的绝缘隔板102的端表面上形成一对条带状的栅电极121。绝缘隔板120承受大气压的压力并固定在前表面肋条104和网状金属板111之间。绝缘隔板120通过前表面肋条104支撑前面玻璃103，还支撑与阴极110间隔开的栅电极121。
前表面肋条104具有一定的高度，所述的高度用于设置栅电极121和金属衬底薄膜106之间2.0到4.0mm的间隙，而前表面肋条104的间距可以设置成与基片肋条102的相等。要注意的是，前表面肋条并不局限于此。前表面肋条104的宽度可以设置成防止毗邻金属衬底薄膜106和毗邻栅电极121之间的击穿，并且设置成支撑大气压力。前表面肋条104的高度可以随施加在金属衬底薄膜106上的阳极电压而变化。此外，肋条之间的间隔可以随需要而改变。
栅电极121是导电薄膜，其通过在绝缘隔板102上将包含有作为导电材料的银或者碳的导电糊膏丝网印刷到具有大约10μm厚度的条带状图样中，并煅烧糊膏来形成。在本实施例中，根据在绝缘隔板120上形成的条带状导电薄膜来构成栅电极121。但是，栅电极121并不局限于此，例如，也可以形成与磷光体薄膜105B，105G，105R相对的阶梯状或者网状的金属薄膜，并且由与电子发射部分112空间上分开的绝缘隔板120所支撑。
网状金属板111穿过外壳突出到外面，并且充当外部施加阴极电压的阴极引线。每个栅电极与延伸穿过外壳的栅电极引线(未示出)相连接。从外部向每个栅电极121施加预定的控制电压。金属衬底薄膜106与延伸穿过外壳的一个阳极引线(未示出)相连接。从外部向金属衬底薄膜106施加加速电子的阳极电压。
由具有规则六边形网眼的薄金属板来形成构成阴极110的网状金属板111。例如，刻蚀厚度为0.1到0.15mm的不锈钢板，以便形成具有0.1到1mm的开口尺寸(距对应侧的距离)的网状通孔，其具有规则六边形形状的开口部分111a。要注意的是，所述网状金属板111的开口部分的形状并不局限于规则的六边形。例如，可以按照具有以预定间隔形成的矩形通孔的阶梯形图样来构成网状金属板111。另一选择是，可以按照多边形的形状形成开口部分111a，例如三角形或者矩形、圆角多边形、圆形或者椭圆形。
电子发射部分112是一旦施加高电场就发射电子的场电子发射源。电子发射部分112通过印制方法用包含碳纳米管的导电糊膏填满网状金属板111的开口部分来形成。电子发射部分112包括填充网状金属板111的开口部分的导电薄膜和众多从导电薄膜的表面露出的多个碳纳米管。导电薄膜的表面暴露在网状金属板111的开口部分111a之中，而从导电薄膜表面露出的众多碳纳米管用作电子发射源。
每个碳纳米管具有这样的结构其中，单一石墨层闭合成圆柱形状，并且在圆柱的末端部分形成五元环(five-membered ring)。碳纳米管的直径较小，为4到5nm，因此一旦施加100V的电场，就可以发射场电子。要注意的是，碳纳米管的结构包括单层结构和同轴多层结构，在所述同轴多层结构中，多个石墨层堆叠成嵌套模形式，并且每个石墨层闭合形成圆柱形。可以使用任何一种结构。另一选择是，可以使用因结构打乱而具有缺陷的中空石墨管或者充满碳的石墨管。
在具有上述布局的平板显示器中，在阴极110和栅电极121之间设置电势差，以致将栅电极121设置成正电势。借助这种设置，电场集中在处于栅电极121和阴极110交叉处的电子发射部分112的碳纳米管上。因此，高电场施加在碳纳米管上，因而从其末端发射电子。在这种情况下，当正电压(加速电压)施加在金属衬底薄膜106上时，从电子发射部分112发射出的电子朝向金属衬底薄膜106加速行进。加速的电子透过金属衬底薄膜106并与磷光体薄膜105B、105G和105R撞击。然后磷光体薄膜105B、105G和105R发光。
设通过在行方向上形成n个栅电极121，在列方向上形成m个阴极110来构成n×m个点矩阵显示单元。在这种情况下，当正电压(加速电压)施加在金属衬底的薄膜106上时，正电压首先施加在第一行的栅电极上，而负电压施加在第m个阴极110上，以便按照从第一列到第m列来顺序扫描显示地址。从第一个到第n个栅电极121重复这种操作到，以便进行点矩阵显示。在这种情况下，在阴极110上和未施加电压的栅电极121上施加0V，或者将相对于阴极110为几V的负偏压施加在栅电极121上，以便防止电子发射部分112除处于显示地址之外的部分发射电子。
此外，可以以这种方式将0V和正电压施加到阴极110，即向其施加0V，发光；向其施加正电压，不发光。在这种情况下，相对于栅电极121，起作用的列保持在正电压，而0V或者几V的负偏压施加在剩余的列上，以便防止电子发射部分112除处于显示地址之外的部分发射电子。在本实施例中，施加在金属薄膜106上的电压设置成6kV，施加于栅电极121上的电压设置成500V和0V。在这种情况下，由于未使用负电压，所以不需要负电压源，因而降低了成本。
下面说明制造具有上述结构的平板显示器的方法。阴极的形成首先，如图3A所示，以预定的间隔在玻璃基片101上形成基片肋条102。通过在玻璃基片101上重复丝网印刷包含低熔点熔合玻璃料的绝缘糊膏直至达到预定高度，然后煅烧糊膏而形成基片肋条102。
如图3B所示，网状金属板111堆叠在玻璃基片101上毗邻的基片肋条102之间。如图3C所示，在印刷丝网115堆叠在网状金属板111上之后，借助丝网印刷，在网状金属板111的每个网状开口部分111a中填充包含碳纳米管的导电糊膏。在这种情况下，印刷丝网具有与网状金属板111的开口部分111a一一对应的印刷图样117。印刷图样117具有与开口部分111a的形状相似的平面形状，并且具有与开口部分111a相同的尺寸或者以预定的比率减少了的尺寸。
作为包含碳纳米管的导电糊膏116，使用了通过以1∶1的混合比率将具有多个10μm长度、主要包含碳纳米管的针状束(柱状石墨)与银糊膏(导电粘性溶液)糅合而获得的糊膏。银糊膏是具有流动性的糊膏，通过将大约1μm的颗粒直径的玻璃颗粒和大约1μm的颗粒直径的银颗粒扩散在将树脂作为溶剂而溶解的粘性载体中，就可以获得该银糊膏。作为一种载体，使用易溶解和挥发的物质。通过将糊膏在大气中加热大约300到400℃来消除载体。此外，作为玻璃颗粒，使用大约在300到400℃溶解的颗粒。
然后移开印刷丝网115，并且将作为结果的结构在约450℃加热预定的时间，以煅烧每个网状开口部分111a中包含碳纳米管的导电糊膏。借助这种方法，在每个网状开口111a中形成包含管束(bundle)的导电薄膜。由于在导电薄膜中形成了都具有0.1mm到1.0mm较小直径的开口部分，所以当在煅烧过程中玻璃颗粒一旦被加热，就不会发生表面起伏，并且表面被均匀地平面化。因此，可以获得具有很小变化的平整导电薄膜。
然后用激光束照射导电薄膜的表面，以便有选择地除去银颗粒和因蒸发而处于表面上的粘合剂，从而暴露出管束(bundle)。在此时，通过有选择地除去作为碳成分的多面体碳颗粒，而非管束表面的碳纳米管来仅仅将碳纳米管均匀地从导电薄膜暴露出来。要注意的是，如同美国专利NO.6239547的图7A到图7F所指示的那样，将碳纳米管从导电薄膜暴露出来的方法是一种已有的方法。
借助这种方法，碳纳米管仅仅分布在众多网状开口部分111a的表面，如图3D所示，在玻璃基片101上形成具有由碳纳米管构成的电子发射部分112的阴极。平板显示器的装配如图4所示，在其上形成了栅电极121的绝缘隔板120被设置在玻璃基片101上，在所述的玻璃基本101上，形成与栅电极121相面对的阴极120。在此时，设置绝缘隔板120，以便栅电极121变得与阴极110垂直。
在框架状的间隔玻璃107安装在玻璃基片101的外围部分以后，将前面玻璃103设置在隔板玻璃107上，其中在所述的前面玻璃103上形成了磷光体薄膜105B，105G和105R、金属衬底薄膜106和前表面肋条。此时将前面玻璃103设置在绝缘隔板120上，以便每个前表面肋条104的下端表面夹在一对栅电极121之间。然后用低熔点的熔合玻璃料粘合/固定玻璃基片101、前面玻璃103和隔板玻璃107，以便形成外壳。隔板玻璃107中形成的排气口(未示出)与真空泵相连接，以便将外壳抽到预定的压力。然后密封排气口。
图5示出了根据本发明第二实施例的平板显示器的结构。在本实施例中，在与绝缘隔板120垂直的方向形成前表面肋条104。在这种情况下，由分离电极来构成在绝缘隔板120上形成的栅电极122，所述的分离电极按照绝缘隔板120的纵向方向由前表面分离出来，并且彼此电连接。
在上述的实施例中，用激光束照射每个网状开口中的导电薄膜的表面，以便露出碳纳米管。但是，露出碳纳米管的方法并不局限于激光束照射方法。例如可以使用等离子体进行有选择的干刻蚀来露出碳纳米管。此外，用玻璃基片作为外壳的组成部分。但是，也可使用陶瓷基片等等。
此外，通过以1∶1的混合比率来糅合碳纳米管和银糊膏来获得导电糊膏116。但是，也可以以不同的混合比率来糅合。尽管银糊膏被用作包含碳纳米管的导电糊膏116，但是也可使用其它的导电糊膏。例如，可以使用采用了银/铜颗粒的导电糊膏。另一选择是，可以使用导电聚合物。
如同上面所述的一样，根据本发明，由于在网状金属部件的网状开口中形成充当电子发射源的包含碳纳米管的导电薄膜，其中对所述的金属部件进行处理以便得到均匀的厚度，所以导电薄膜被平面化，以便得到均匀的厚度。借助这种结构，可以向碳纳米管施加均匀的电场，并且场发射均匀发射出电子，而与位置无关。因此，实现了均匀场电子发射，并且获得均匀的亮度，而与象素无关。
权利要求
1.一种平板显示器，其特征在于包括至少部分半透明的前面玻璃(103)；穿过真空室与所述前面玻璃相对放置的基片(101)；在所述基片上形成的阴极(110)；设置在真空室中并与所述阴极空间上隔开的栅电极(121)；和在与所述基片相对的所述前面玻璃的表面上形成的磷光体层(105R、105G、105B)和阳极(106)，其中所述阴极包括具有多个开口部分并安装在所述基片上的金属部件(111)，和包含填充在网状开口部分(111a)中的碳纳米管的导电材料(116)。
2.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于还包括绝缘隔板(120)，其安装在金属部件上并支撑所述栅电极。
3.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于所述阴极包括多个相互平行设置的条带状电极，和所述栅电极包括在与条带状电极垂直的方向相互平行形成的多个条带电极。
4.根据权利要求3所述的显示器，其特征在于构成所述栅电极的条带电极包括多个分离电极，它们在纵向方向分离并且彼此电连接。
5.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于金属部件包括具有厚度与在所述基片上形成的基片肋条(102)的高度相同的网状金属板。
6.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于导电材料包括以预定的比率将包含作为主要成分的碳纳米管的圆柱状石墨与具有导电性的粘性溶剂混合而获得的糊膏状材料。
7.一种制造平板显示器电路的方法，其特征在于包括以下步骤将具有网状开口部分(111a)的金属板(111)堆叠在形成平板显示器的基片(103)上；用包含碳纳米管的导电材料(116)填充网状开口部分；和从暴露在网状开口部分中的导电材料的表面露出碳纳米管。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于填充步骤包括将具有与网状开口部分相对应的印刷图样的印刷丝网粘在金属板上，然后印制包含碳纳米管的导电性材料的步骤。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于还包括煅烧填充在网眼状开口部分中的导电材料的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于露出步骤包括用激光束照射煅烧的导电薄膜表面的步骤。
全文摘要
一种平板显示器，包括前面玻璃，玻璃基片，阴极，栅电极，磷光体薄膜和阳极。前面玻璃至少部分是半透明的。基片穿过真空室与前面玻璃相对设置。在基片上形成阴极。栅电极设置在真空室中，并且与阴极在空间上分离。在与基片相对的前面玻璃的前表面上形成磷光体层和阳极。每个阴极包括安装在基片上的具有开口部分的金属部件，和包含填充在网状开口中的碳纳米管的导电材料。还公开了一种制造平板显示器的方法。
文档编号H01J1/304GK1428813SQ02155939
公开日2003年7月9日 申请日期2002年12月12日 优先权日2001年12月12日
发明者上村佐四郎, 余谷纯子 申请人:则武伊势电子株式会社, 诺利塔克股份有限公司