场发射像素管的制作方法

专利名称：场发射像素管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种场发射装置，尤其涉及一种场发射像素管。
背景技术：
碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)是一种新型碳材料，由日本研究人员 Iijima在1991年发现，请参见"Helical Microtubules of Graphitic Carbon", S. Iijima， Nature, vol.354, p56 (1991)。碳纳米管具有极大的长径比(其长度在微 米量级以上，直径只有几个纳米或几十个纳米)，具有良好的导电导热性能， 并且还有很好的机械强度和良好的化学稳定性，这些特性使得碳纳米管成为 一种优良的场发射材料。因此，碳纳米管在场发射装置中的应用成为目前纳 米科技领域的 一个研究热点。
碳纳米管长线是由超顺排碳纳米管阵列制备出来的线状碳纳米管材料。 首先，从超顺排碳纳米管阵列抽出碳纳米管薄膜，再经有机溶液收缩成纤维 状或用旋转的方法拧成绳状。这种线状碳纳米管材料具有宏观的尺度，对其 进行一些操作极为方便。这种碳纳米管长线的端面具有很好的场发射能力， 是一种良好的场发射电子源。
场发射像素管是碳纳米管场发射电子源的 一个重要应用领域。传统的场 发射像素管包括一个中空壳体，该壳体具有一个出光部，该出光部的内壁依 次涂覆有荧光粉层和阳极层，该壳体内部与该出光部相对处有一 阴极发射 体，该阴极发射体包括一碳纳米管长线作为场发射电子源。当该场发射像素 管工作时，在阳极层和阴极之间加上电压形成电场，通过电场作用使阴极发 射体尖端发射出电子，电子穿透阳极层轰击荧光粉层，发出可见光。这种传 统的场发射像素管，由于采用在壳体出光部内壁涂覆形成荧光层和阳极，受 制备工艺限制， 一般具有较大的体积。
传统的具有碳纳米管阴极发射体的像素管在用作大型户外显示器时，由 于像素管体积较大，则组装成大型户外显示器后，分辨率较低。而且，每个 像素管需要一个独立的真空管，且仅为一个显示像素单元， 一个个独立的真空管的制造和封装是一个耗时又耗成本的过程，因此会提高该像素管的应用 成本。另外，传统的具有碳纳米管阴极发射体的像素管，由于制造过程中阴 极与阳极需要准确对准，制造工艺难度大，良品率低。
有鉴于此，确有必要提供一种体积较大，成本低廉，且，更易于制造和 应用的场发射像素管。

发明内容
一种场发射像素管，其包括一壳体及多个显示像素单元间隔设置于该壳 体内，其中，每个显示像素单元包括一阴极，至少一阳极，以及至少一荧光
粉层，该阴极包括至少一个阴极发射体，该阴极发射体与阳极对应设置，该 荧光粉层设置于阳极上。
相较于现有技术，所述的场发射像素管具有以下优点第一，该场发射
像素管包括多个显示像素单元，且每个显示像素单元体积很小，所以组装成 大型户外显示器后，分辨率较高。第二，该场发射像素管中，多个显示像素 单元置于一个壳体内，且每个显示像素单元中阴极与阳极无需精确对准，可 以简化制备工艺，降低制备成本，易于实现大规模生产使用。


图1是本技术方案第一实施例的场发射像素管的结构示意图。
图2是本技术方案第 一实施例采用碳纳米管长线作为阴极发射体的电子
发射端》文大示意图。
图3是本技术方案第 一 实施例采用碳纳米管长线作为阴极发射体的电子 发射端的扫描电镜照片。
图4是本技术方案第 一实施例采用碳纳米管长线作为阴极发射体的场发 射尖端的透射电镜照片。
图5至图8是本技术方案第一实施例的阴极发射体与阳极的位置关系示 意图。
图9是本技术方案第 一实施例的场发射像素管的制备方法的流程示意
图"
图10是本技术方案第二实施例的场发射像素管的结构示意图的俯视图。
具体实施例方式
以下将结合附图对本技术方案作进一步的详细说明。
请参阅图l，本技术方案第一实施例提供一种场发射像素管100，包括一
壳体136以及设置于该壳体136内的多个显示像素单元102,所述的多个显示像 素单元102间隔一定距离设置，且按照预定规律排列。每个显示像素单元102 包括一阴极112、 一阳极106、 一阴极引线124、 一阳极引线122和一荧光粉层 110。每个阴极112分别与一阳极106对应且间隔设置。该阴极112包括一阴极 支撑体114与一阴极发射体116,该阴极支撑体114的一端与阴极发射体116— 端电性连接，阴极支撑体114的另一端通过一阴极引线124电性连接到壳体136 外。该阴极发射体116与阳极106对应设置。该阳极106包括一端面108,该荧 光粉层110至少设置在该阳极106的端面108上。该阳极106远离端面108的另一 端通过一阳极引线122电性连接到壳体136外。
所述壳体136为一真空密封的结构。该壳体136正对阳极106的端面 108的部分为一出光部104。该壳体136的材料为一透明材料，如石英石 或玻璃。本实施例中，该壳体136为一中空玻璃圓柱体，且该圓柱体直径为 2毫米至10毫米，长度为5毫米至100厘米。可以理解的是，该壳体136 还可以是中空的立方体、长方体、三棱柱、其它多边形棱柱或V型、S型、 W型、Z型或其它形状的透明管，本领域技术人员可以根据实际情况进行选 择。
所述显示像素单元102在壳体136中可以有不同的排列方式，如线性排 列或按一定的阵列排列，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置。本实 施例中，显示像素单元102为线性等距离排列在壳体136中。可以理解，当 用该场发射像素管IOO组装大屏幕显示器时，多个显示像素单元102之间的 行距与列距要保持相等。
所述阴极支撑体114为一导电体，如:金属丝或金属杆。该阴极支撑体 114形状不限，且能够导热并具有一定强度。本实施例中该阴极支撑体114 优选为镍丝。
所述的阴极发射体116可以选自碳纳米管长线、单根碳纳米管、单根纳 米碳纤维或其它场发射电子源。本实施例中，阴极发射体116优选为一碳纳 米管长线。该碳纳米管长线的长度为0.1毫米至10毫米，直径为1微米至100微米。该碳纳米管长线是由多个平行的首尾相连的碳纳米管束组成的束
状结构或由多个首尾相连的碳纳米管束组成的绞线结构，该相邻的碳纳米管 束之间通过范德华力紧密结合，该碳纳米管束中包括多个定向排列的碳纳米 管。该碳纳米管长线中的碳纳米管为单壁、双壁或多壁碳纳米管。该碳纳米
管的长度范围为10 100微米，且碳纳米管尖端的直径小于5纳米。当采用 该碳纳米管长线作为阴极发射体116时，碳纳米管长线一端与阴极支撑体 114电性连接，碳纳米管长线远离阴极支撑体114的另一端作为阴极发射体 116的电子发射端120。该碳纳米管长线一端与阴极支撑体114的电性连接 方式可以为通过一导电胶电性连接，也可以通过分子间力或者其他方式实 现。请参见图2,采用碳纳米管长线作为阴极发射体116时，阴极发射体116 的电子发射端120可以是平整的端面或包括多个突出的场发射尖端300。当 阴极发射体116的电子发射端120可以包括多个突出的场发射尖端300时， 场发射尖端300的顶端突出有一根碳纳米管302。该碳纳米管302与其他远 离该场发射尖端300的顶端的碳纳米管紧密结合，使得该场发射尖端300的 顶端的碳纳米管在场发射过程中产生的热量可以很有效地被传导出去，并且 可以承受较强的电场力。请参阅图3及图4，其分别为采用碳纳米管长线作 为阴极发射体116时，阴极发射体116的电子发射端120的扫描电镜照片和 电子发射端120的场发射尖端300的透射电镜照片。可以理解，本实施例采 用碳纳米管长线作为阴极发射体116，且该碳纳米管长线包括多个突出的场 发射尖端300，可以有效降低该阴极发射体116的电场屏蔽效应，获得具有 较大密度的场发射电流。
所述的阳极106为一导电体，如金属杆。该阳极106形状不限，且能 够导热并具有一定强度。本实施例中，阳极106优选为铜金属杆。该铜金属 杆直径为IOO微米至I厘米。可以理解，该铜金属杆直径可以根据实际需要 选择。所述的端面108位于阳才及106的一端，且与出光部104对应设置，乂人 而^^电子发射端120靠近端面108i殳置。该端面108为一抛光面，可以为平 面、半3求面、J求面、锥面、凹面或其它形状端面。该抛光的端面108可以反 射荧光粉层IIO发出的光。
所述的荧光粉层IIO设置在阳极106表面，优选为设置于阳极106的端 面108上。该萸光粉层110的材料可以为白色焚光粉，也可以为单色荧光粉，例如红色，绿色，蓝色荧光粉等，当电子轰击荧光粉层110时可发出白光或
其它颜色可见光。该荧光粉层110可以釆用沉积法或涂敷法设置在阳极106 的一端的端面108上。该焚光粉层110厚度为5至50微米。不同阳极106 的端面108可以设置相同或不同颜色的荧光粉层110。可以理解，该荧光粉 层110还可以设置在整个阳极106上，但需要确保端面108上有荧光粉层 110。
所述的阴极发射体116—端与阴极支撑体114电性连接，远离阴极支撑 体114的另一端，即电子发射端120,靠近阳才及106的端面108,且与阳核^ 的106端面108间隔设置。请参见图5至图8，可以使电子发射端120与阳 极106的端面108正对设置；可以使石友纳米管长线与金属杆轴向成一锐角， 使电子发射端120与阳极106的端面108斜对设置；可以使碳纳米管长线与 金属杆轴向互相垂直或平行，使电子发射端120设置在阳极106的端面108 附近。总之，电子发射端120与阳极106的端面108设置的位置不限，只需 使电子发射端120与端面108的距离小于5毫米即可，本领域技术人员可以 依据实际情况设置。
另外，该场发射像素管IOO进一步包括一位于壳体136内的吸气剂118, 用于吸附场发射像素管内的残余气体，维持场发射像素管内部的真空度。该 吸气剂118可以为蒸散型吸气剂金属薄膜，在壳体136封接后通过高频加热 蒸镀的方式形成于壳体136的内壁上。该吸气剂118也可以为非蒸散型吸气 剂，设置在阴极支撑体114上。所述的非蒸散型吸气剂118的材料主要包括 钛、锆、铪、钍、稀土金属及其合金。
当该场发射像素管1 OO工作时，在 一 阳极106和 一 阴极114之间加上电压形
发射的电子到达阳极106,轰击阳极106表面的荧光粉层110，发出可见光。其 中， 一部分可见光直接透过壳体136—端的出光部104射出，另一部分可见光 则经过阳极106端面108反射后，透过壳体136—侧的出光部104射出。
所述场发射像素管100包括多个显示像素单元102，而且，每个显示像素 单元102体积较小，可以方便的用来组装大型户外显示器，且组装的大型户外 显示器分辨率较高。另外，该场发射像素管100中，多个显示像素单元102置 于一个壳体136内，且每个显示^f象素单元102中阴极114与阳极106无需精确对准，可以简化制备工艺，降低制备成本。
请参阅图9，本技术方案第一实施例还进一步提供场发射像素管100的
制备方法，具体包括以下步骤
步骤一，提供一玻璃芯柱，该玻璃芯柱包括两个金属丝分别作为阴极引 线124与阳极引线122。
所述的玻璃芯柱进一步包括一玻璃将上述两个金属丝固定并隔开，形成 H形状玻璃芯柱。该金属丝为可以实现和玻璃熔封的材料，通常为杜美丝、 鴒丝、钼丝等。
步骤二，提供一金属杆作为阳极106，并将该阳极106与上述阳极引线122 一端电性连接。
将作为阳极106的金属杆的一端通过点焊技术与阳极引线122 —端电性 连接。本技术方案实施例中，该金属杆优选为铜金属杆，直径为IOO微米至 1厘米。将金属杆的另一端端面108抛光，该抛光端面108可以为平面、半 J求面、J求面、《,面、凹面或其它形纟犬端面。
步骤三，提供一荧光粉，并将该荧光粉设置于上述阳极106—端的端面108 上，形成一荧光粉层IIO。
将上述荧光粉采用涂敷或沉积的方法设置于阳极106抛光的端面108。 该焚光粉可以为白色焚光粉，也可以为单色荧光粉，例如红色，绿色，蓝色 荧光粉等。
步骤四，提供一金属丝作为阴极支撑体114,并将该阴极支撑体114与上 述阴极引线124—端电性连接。
将阴极支撑体114与阴极引线124—端电性连接的方法为点焊法。本技术 方案实施例中，阴极支撑体114优选为镍丝。
步骤五，提供一阴极发射体116,并将该阴极发射体116与阴极支撑体114 远离阴极引线124的一端电性连接，形成一显示像素单元102。
阴极发射体116为碳纳米管长线，单根碳纳米管，单根纳米碳纤维或其 它场发射电子源。本实施例中，阴极发射体116优选为碳纳米管长线。其中， 该碳纳米管长线的长度为0.1毫米至IO毫米，直径为l微米至100微米。碳 纳米管长线一端通过导电胶与阴极支撑体114一端电性连接，另一端作为电 子发射端120。该电子发射端120可以是一平整的端面或包括多个突出的场发射尖端300。当使用碳纳米管长线作为阴极发射体116时，制备该阴极发 射体116具体包括以下步骤
首先，提供一超顺排碳纳米管阵列形成于一硅基板上。 其次，从上述超顺排碳纳米管阵列中抽出 一碳纳米管薄膜或一碳纳米管 丝，通过使用有机溶剂或者施加机械外力处理该碳纳米管薄膜或者碳纳米管 丝得到一碳纳米管长线。
从超顺排碳纳米管阵列中抽出 一束碳纳米管时，相邻的碳纳米管由于范 德华力的作用而相互连接在一起而形成一碳纳米管薄膜或一碳纳米管丝。本 实施例中，也可以采用扭转纺纱技术制备一碳纳米管长线。
最后，使上述碳纳米管长线断裂，从而得到一阴极发射体116。 上述使碳纳米管长线断裂的方法为机械切割法或激光烧灼熔断法。碳纳 米管长线断裂后，在断点形成两个电子发射端120。其中，采用机械切割法 得到的电子发射端120为一平整的端面。采用激光烧灼熔断法得到的电子发 射端120包括多个突出的场发射尖端300，且每个场发射尖端300的顶端突
出有一根碳纳米管302。
步骤六，提供一玻璃管作为壳体136，将多个上述显示像素单元102封装 在玻璃管内，得到一场发射像素管IOO。
玻璃管为一端开口，另一端封口的玻璃管。封装具体包括以下步骤
首先，将多个上述显示像素单元102通过管壁装入该玻璃管内，并对开口 进行密封，密封时在密封处留一排气孔。
将显示像素单元102通过管壁装入该玻璃管内时，使阴极引线124与阳极 引线122固定在玻璃管管壁上，玻璃芯柱的玻璃则位于玻璃管内以保证阴极 112与阳极106位于同一平面内。封装后的显示像素单元102按玻璃管长度方向 线性等距离排列。可以理解，也可以将多个显示像素单元102按照预定阵列排 列封装于一壳体136内，得到一场发射像素管IOO，如显示像素单元102可以5 x 5排列。
其次，将该排气孔外接真空泵，用以将壳体136抽真空，使壳体136内 达到一定的真空度。
最后，密封排气孔，得到所述场发射像素管100。
可以理解，在封装上述场发射像素管100前，进一步还可以在场发射像素管100内设置一吸气剂118，该吸气剂118设置于壳体136内壁。
属于本发明的保护范围之内。
本实施例中，将多个显示像素单元102封装在一个壳体136中，简化了制 备工艺，降低了制备成本。另外，采用机械切割法或激光烧灼熔断法制备碳 纳米管长线作为阴极发射体116,制备方法简单，且阴极发射体116的电子发 射端120中包括多个场发射尖端300，可以有效降低该阴极发射体116的电场屏 蔽效应。
请参阅图10，本技术方案第二实施例提供一种具有RGB三原色的场发射 像素管200,该场发射像素管200的结构与本技术方案第一实施例提供的场发 射像素管100的结构基本相同，包括一壳体204及设置于该壳体204内的多个像 素单元202,所述的多个显示像素单元202间隔设置，且按照预定规律排列。 其区别在于，每个显示^f象素单元202包括一个阴极212，三个阳极206以及分别 设置于该三个阳极206端面的荧光粉层210。每个阴极212包括一个阴极支撑体 214和三个阴极发射体216,且每个阴极发射体216与一阳极206对应设置。三 个阴极发射体216的一端与阴极支撑体214—端电性连接。三个阴极发射体216 成一夹角设置，优选为成120度夹角设置。三个阳极206呈三角形设置，优选 为呈等边三角形设置，阴极212设置于三角形中间。三个阳极端面上分别设置 有红色荧光粉层210、绿色荧光粉层210和蓝色荧光粉层210。本技术领域人员 可以理解，三个阳4及206端面上可以设置相同或不同颜色的荧光粉层210。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依 据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1. 一种场发射像素管，其包括一壳体及多个显示像素单元间隔设置于该壳体内，其特征在于，每个显示像素单元包括一阴极，至少一阳极，以及至少一荧光粉层，该阴极包括至少一个阴极发射体，该阴极发射体与阳极对应设置，该荧光粉层设置于阳极上。
2. 如权利要求l所述的场发射像素管，其特征在于，所述的场发射像素管中，多个显示像素单元线性排列或按一定的阵列排列。
3. 如权利要求l所述的场发射像素管，其特征在于，所述的场发射像素管中， 阳极与阴极发射体数量相同，且，每个阴极发射体与一阳极对应设置。
4. 如权利要求l所述的场发射像素管，其特征在于，所述的荧光粉层为白色 荧光粉层、红色荧光粉层、绿色荧光粉层或蓝色荧光粉层。
5. 如权利要求4所述的场发射像素管，其特征在于，所述的场发射像素管中， 每个显示像素单元包括三个阳极，且，三个阳极上分别设置有红色荧光粉 层、绿色荧光粉层和蓝色荧光粉层。
6. 如权利要求l所述的场发射像素管，其特征在于，所述的阳极为一金属杆。
7. 如权利要求6所述的场发射像素管，其特征在于，所述的金属杆的直径为 100微米至1厘米。
8. 如权利要求l所述的场发射像素管，其特征在于，所述的阳极一端设置有 一端面，且焚光粉层设置于该阳极端面上。
9. 如权利要求8所述的场发射像素管，其特征在于，所述的端面为抛光的平 面、半5求面、3求面、4,面或凹面。
10. 如权利要求8所述的场发射像素管，其特征在于，所述的阴极发射体包括 一电子发射端，该电子发射端为阴极发射体远离阴极支撑体的一端。
11. 如权利要求10所述的场发射像素管，其特征在于，所述的电子发射端正 对阳极端面设置、斜对阳极端面设置或设置在阳极端面附近。
12. 如权利要求ll所述的场发射像素管，其特征在于，所述的电子发射端与 阳极端面的距离小于5毫米。
13. 如权利要求10所述的场发射像素管，其特征在于，所述的电子发射端包 括多个突出的场发射尖端。
14. 如权利要求13所述的场发射像素管，其特征在于，所述的场发射尖端的 顶端突出有一根碳纳米管。
15. 如权利要求l所述的场发射像素管，其特征在于，所述的阴极发射体为一碳纳米管长线、单根碳纳米管或单根纳米碳纤维。
16. 如权利要求l所述的场发射像素管，其特征在于，所述的壳体为一中空透 明的圓柱体、立方体或三棱柱。
17. 如权利要求l所述的场发射像素管，其特征在于，所述的壳体为一中空透 明的V形管、Z形管、W形管或S形管。
18. 如权利要求l所述的场发射像素管，其特征在于，所述的场发射像素管进 一步包括一吸气剂位于壳体内。
全文摘要
本发明涉及一种场发射像素管，其包括一壳体及多个显示像素单元间隔设置于该壳体内，其中，每个显示像素单元包括一阴极，至少一阳极，以及至少一荧光粉层，该阴极包括至少一个阴极发射体，该阴极发射体与阳极对应设置，该荧光粉层设置于阳极上。
文档编号H01J63/06GK101441972SQ20071012477
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月23日 优先权日2007年11月23日
发明者亮 刘, 范守善, 洋 魏 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司