专利名称：非挥发性吸气材料涂敷的平面屏栅极的生产工艺及产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生产非挥发性吸气材料涂敷的平面屏栅极的工艺以及由此得到的栅极。
近年来，为了取代传统的大体积电视显像管和计算机屏幕，对平面屏幕进行了广泛的研究。在各种建议的平面屏幕类型中，所谓的场致发射显示器或即FED显得前景诱人。一般地，FED是通过把两个平面玻璃板沿其周围焊接得到的。这种焊接是用所谓的“熔料封焊”操作由低熔点玻璃浆料熔接来实现的。由此得到的结构为两个互相平行的表面，间隔零点几到2～3毫米。在后面部分的内表面(边缘除外)上设置许多个尖锐化的金属(如钼)微阴极，并在靠近微阴极的位置上设置许多个栅电极，从而通过施加一个小的电位差可得到一个高的电场，能从微阴极上抽取出电子。电子流向前面部分的内表面(边缘除外)上的荧光物质加速。具有荧光物质并且与具有微阴极的区域相对的区域是成像区。通过选择性地只激励某些荧光物质来形成屏幕图像。在微阴极和荧光物质相距零点几毫米的FED中，只需简单地选择性激发微阴板组就可实现荧光物质的选择性激励，因为在这样的距离上，电子束是充分地准直的。与之不同，为了选择性激励2～3毫米厚的FED中的荧光物质，必须采用一个或多个电栅极以精确地导向电子束。这些栅极通常由厚度为20至200μm的金属薄片形成，具有与屏幕相同的表面区域，上面有许多个尺寸为30至200μm的针孔，彼此间隔30至300μm。进一步地，为了防止电子束扩散，FED内部空间必须保持真空状态，残余压力对于氢不高于10-3毫巴，对于其它气体不高于10-4毫巴，最好低于10-6毫巴。在其工作中包含多种材料的同一FED会发射出多种气体。如署名为本申请人的专利申请WO95/23425和WO96/01492所公开的，为了在FED内部持必要的真空度，可采用非挥发性吸气材料，或称为NEG，该类材料可以固定气体如O2、H2O、CO、CO2和N2。
在现有工艺中，NEG部件以小片或薄层的形式布置在FED内部阴极所在区域的边缘。然而，如此运行时，由于FED空白空间的厚度小，存在着从屏幕中间区域向边缘上气体传输慢的问题，尤其是对大尺寸FED而言。如此，在FED内部形成气体的浓度梯度，有损FED的正常工作。
因此，本发明的目的是提供有规则地扩展到整个屏幕表面的吸气材料沉积物。
根据本发明可实现这一目标，它的第一方面涉及一种涂敷吸气材料的平面屏栅极的生产工艺，包括下列步骤——提供一金属薄板，其厚度与得到的栅极相同，其表面面积至少和成像区域大小相等；——用一种或多种非挥发性吸气材料涂敷金属薄板的至少一面；——选择性地除去用吸气材料涂敷的金属薄板的一部分。
下面，参照附图描述本发明。其中，
图1示出了根据本发明得到的用吸气材料涂敷的一种栅极；图2示出了根据本发明另一个实施方案的栅极；图3示出了根据本发明的工艺得到的、内含有一种栅极的FED的分解图。
所采用的薄板金属必须具有制造电视屏栅极所需的一般特性，具体地说，必须容易加工和具有小的真空内气体析出率。而且，对于吸气材料粉末来说，还必须具有良好的粘结性能。用于此目的的优选材料是镍及其合金，如Ni-Cr合金，或因瓦合金(64％Fe、36％Ni)。薄板厚度一般为20至100μm。
金属薄板的表面面积至少和成像区域一样大。优选地，薄板表面略大于成像区域的表面，使得如后所述地在薄板上得到其上面没有孔的外边缘。该边缘有助于在FED内部固定薄板，并可用NEG材料沉积物涂敷，由此提供附加量的NEG材料。另一种方法，边缘也可以不涂敷NEG材料沉积物，以便于把栅极装在FED结构上。最后，还可以采取折衷方案，只是用NEG材料沉积物部分地涂敷边缘，例如只涂敷两个相对边缘，另两个相对边缘不涂敷，由此可兼顾上述二者的优点。还可以采用表面面积远大于成像区域的薄板，为其几倍或其加上边缘后的几倍。在这种情况下，是在其上形成NEG材料沉积物后从原始薄板上切割出合适尺寸的薄片来获得栅极的。
可在金属薄板的一面或两面涂敷吸气材料。为了用NEG材料沉积物涂敷金属薄板，原则上可以采用各种可行的制作粉末支撑薄层的技术，如冷轧、溅喷或丝网印刷技术。通过冷轧用NEG材料来涂敷金属支撑物在冶金领域已公知，而溅喷涂层技术已在如署名为本申请人的专利申请WO95/23425中公开。应优选采用丝网印刷技术，因其在大表面上加工时可获得最均匀的吸气材料层。根据丝网印刷技术要得到吸气材料层，首先在水-、乙醇-或水乙醇-介质中制备材料粉末的悬浮液，其中还有用作粘度调节剂、占悬浮液总重1％以下的高沸点的有机化合物。把由此得到的悬浮液铺展在塑料的网屏上，网孔尺寸为10至200μm；把网屏伸开在刚性框架上，与底的距离保持0.5至2mm。用填塞方式把合适的橡胶或金属光滑片加在其上面有悬浮液的网屏上部，强使悬浮液进入网屏孔，由此沉积在基底上。然后使该沉积物干燥并烧结，由此得到最终的涂敷薄板。至于用丝网印刷技术制备NEO材料层的细节，参见署名为本申请人的国际公开文本WO98/03987。丝网印刷技术的另一个优点在于，通过根据选定的图案选择性地阻塞网屏孔，可以得到成形图案的粉末沉积物；由此，对于上述的目的，例如制作其边缘全部或部分地没有NEG材料的金属薄板涂层，就特别容易。也可用合适的金属板替代丝网印刷的网屏来得到有成形图案的沉积物。
烧结后的NEG材料层的厚度优选地为20至100μm。沉积物厚度太小时，可得到的吸气材料少。另一方面，沉积物厚度太大时，对于得到的栅极孔难以合适地切割涂敷薄板。考虑到栅极的机械稳定性，沉积物最好不比薄板厚。此外，如果用溅喷或丝网印刷技术制作沉积物，且薄板的两面都涂敷时，相对两面上的沉积层最好具有相同或至少相近的厚度，以防止在随后的沉积层浇结步骤中薄板发生翘曲变形。
用作薄板涂层的NEG材料可以是任一种已知的NEG材料，如锆、钛、铌、铪、钽、钨金属，或者包含这些金属或其它金属的混和物及合金，其它金属通常从第一过渡系列的金属和铝中选择。优选地采用在专利US3,203,901、US4,071,335、US4,306,887、US4,312,669、US4,839,085、US5,180,568中公开的吸气材料合金，或者含75～90％重量锆的锆钴合金，或者在上述合金中添加合金总重的10％稀土元素得到的合金，又或者是含70～80％重量钛的钛钒合金和钛铬合金。特别优选的是本申请人生产和销售的商标名为St707的合金，其中含有70％重量锆、24.6％重量钒和5.4％重量铁。也可以采用几种合金的混和物或这些合金与上述吸气材料的混和物。最后，如果用溅喷或丝网印刷技术形成沉积层，可以将如镍或钛的金属粉末加入金属粉末的混合物或上述吸气合金中，加入量为整个混和物重量的2～20％，以利于粉末层的烧结。
工艺的最后一步包括在其上制作用于电子束通过的孔，以选择性地除去NEG材料涂敷的金属薄板的一部分。这些孔通常是方的、菱形的、圆的或椭圆的，大小为50至200μm，被宽度为50至300μm的金属部件分隔开。由于要得到好的图像质量，孔必须尽可能均匀，且具有尖锐和规则的棱边。为了制作这些孔，优选采用切割精度可以为10μm的化学蚀刻方法。在用NEG材料涂敷薄板单一面的情况下，优选采用化学蚀刻法；这时，在具有NEG材料面相反的一面上进行与化学蚀刻技术相关的操作。另外，也可采用激光切割技术，它是在薄板两面均涂敷NEG材料时的优选技术。通过激光切割，可得到约30μm的切割宽度和合适的精度来形成FED栅极。而且，激光切割只引起薄板的局部熔化，可避免出现机械切割造成的切割毛刺；再则，这种局部熔化有助于把NEG材料粒子固定在切割棱上，否则就会脱离而在FED内部产生金属粉末。在切割棱上毛刺的出现和松散粉末的出现都会产生寄生电场，改变电子束的发射和传播，有害地影响成像。
由于分隔栅极孔的金属部件大约50至300μm宽，为了在工艺结束时得到规则的涂敷层，优选采用具有微细颗粒尺寸的NEG材料粉末。对于具有低分辨率(孔尺寸和它们之间的金属部件)的栅极来说，颗粒尺寸优选地小于约50μm。当栅极分辨率增加时，能使用的最大粉末颗粒尺寸减小，对于更精细的栅极，优选采用尺寸大于约20μm的粉末。
本发明的第二方面涉及用上述工艺得到的栅极。下面，参考附图，以本发明范围内非限制性例子的方式描述一些可能的栅极。
图1是根据本发明的工艺得到的一种栅极透视图的一部分，其中NEG材料覆盖全部可用的表面。栅极10由金属薄板11形成，NEG材料沉积层(13、13′)涂敷在其两面(12、12′)上。在薄板上有许多个被金属部件15、15′分隔开的孔14、14′，它们上面有NEG材料。
为了表达简单和提供出栅极结构较清晰的概念，所示的NEG材料只涂敷了薄板11两面的一部分，但实际上是要涂敷整个表面的。而且，尽管附图表示的金属薄板的一部分上有孔14、14′而没有NEG材料，但是根据本发明的工艺，实际只有在无孔连续薄板上全部涂敷NEG材料后才能形成孔的。最后，虽然示例的栅极中作为电子流动通道的孔具有方的截面，而且在其两面都涂敷了NEG材料，但是根据本发明，可能的孔结构与涂层的所有结合都是允许的。
图2是根据本发明的另一个可能方案的栅极一部分的示意图，其中边缘处没有NEG材料涂敷层。栅极20由薄板21形成，其外缘22处没有NEG材料沉积物，中间区域23(图中用阴影线包围)有NEG材料沉积物24涂敷，这里与图1一样，沉积物24只表示出一部分。在区域23中，制作了用于通过电子的孔25、25′。此处，示出了在方形屏图案上设置圆孔的例子，但是所有可能的孔形状和屏图案的结合都是允许的，诸如有圆形孔的六角形屏图案。
图3是包含有本发明的栅极的FED的局部分解示意图，其边缘如图2所示没有NEG材料。在图中，FED形成于前面玻璃部分31和后面玻璃部分32上，栅极20置于这两部分之间，在后面玻璃部分32的内表面33上区域34内布置有微阴极(图中未示出)。在对应于区域34的前面玻璃部分31的内表面35上，区域36即成像区内布置有荧光物质。栅极20的布置使得区域23(其上面有孔和NEG材料沉积物)基本上相当于成像区在栅板自身上的投影，边缘22位于该投影区的外侧。
本发明中用吸气材料涂敷的栅极实现了对电子束导向和在屏幕内部均匀分散吸气材料的双重功能，由此消除了现有技术中提及的问题。这些栅极不能通过例如用吸气材料来涂敷预先穿孔的金属薄板而得到；事实上，对于具有许多所需小孔的FED栅极，当试图对基底上的NEG材料烧结时，基底本身将经受严重的变形，这多半是由于高温下金属和吸气材料之间发生相互作用造成的。
权利要求
1．一种制造用吸气材料涂敷的平面屏栅极的工艺，包括下列步骤提供一金属薄板，其厚度与得到的栅极相同，其表面面积至少与成像区域相同；用一种或多种非挥发性吸气材料涂敷金属薄板的至少一面；选择性地除去用吸气材料涂敷的金属薄板的某些部分。
2．如权利要求1所述的工艺，其中，该金属薄板由镍或镍-铬或镍-铁合金制成。
3．如权利要求1所述的工艺，其中，该金属薄板的厚度为20至100μm。
4．如权利要求1所述的工艺，其中，该金属薄板的大小和得到的栅极相同，且全部用NEG材料(非挥发性吸气材料)沉积物涂敷。
5．如权利要求1所述的工艺，其中，该金属薄板的大小和得到的栅极相同，且部分地用NEG材料沉积物涂敷，其一个或多个外边缘不用此类沉积物涂敷。
6．如权利要求1所述的工艺，其中，该金属薄板的大小约为得到的栅极表面的几倍，并且全部用NEG材料沉积物涂敷。
7．如权利要求1所述的工艺，其中，该金属薄板的一面用NEG材料沉积物涂敷。
8．如权利要求1所述的工艺，其中，该金属薄板的两面都用NEG材料沉积物涂敷。
9．如权利要求1所述的工艺，其中，该NEG材料沉积物用冷轧技术得到。
10．如权利要求1所述的工艺，其中，该NEG材料沉积物用溅喷技术得到。
11．如权利要求1所述的工艺，其中，该NEG材料用丝网印刷技术得到。
12．如权利要求1所述的工艺，其中，该NEG材料沉积物的厚度为20至100μm。
13．如权利要求12所述的工艺，其中，该NEG材料沉积物的厚度不大于所用的金属薄板。
14．如权利要求1所述的工艺，其中，该沉积物由溅喷或丝网印刷技术得到，薄板的两面都涂敷沉积物，两面上的沉积物具有相同或相近的厚度。
15．如权利要求1所述的工艺，其中，该NEG材料从锆、钛、铌、铪、钽、钨金属、或者包含这些金属或其它金属的混和物及合金中选择，上述其它金属通常从第一过渡系列的金属和铝中选择。
16．如权利要求15所述的工艺，其中，该NEG材料从Zr-Al、Zr-Fe、Zr-Ni、Zr-Co、Ti-V、Ti-Cr、Zr-V、Zr-V-Fe、Zr-Mn-Fe和Zr-Co-稀土元素合金中选择。
17．如权利要求15所述的工艺，其中，该NEG材料是锆、钛、铌、铪、钽、钨和它们与权利要求16所述的合金的混合物。
18．如权利要求15所述的工艺，其中，该沉积物由溅喷或丝网印刷技术得到，将镍和钛粉末加到所述NEG材料中，所加数量为混和物总重的2～20％。
19．如权利要求1所述的工艺，其中，该NEG材料的颗粒尺寸小于约50μm。
20．如权利要求19所述的工艺，其中，该NEG材料的颗粒尺寸小于约20μm。
21．如权利要求1所述的工艺，其中，用所谓的“化学蚀刻”技术选择性地除去涂敷了NEG材料的薄板的某些部分。
22．如权利要求1所述的工艺，其中，用激光切割技术选择性地除去涂敷了NEG材料的薄板的某些部分。
23．由权利要求1所述的工艺制造的一种栅极，其一面或两面用非挥发性吸气材料涂敷。
24．如权利要求23所述的栅极，其上面具有方形、菱形、圆形或椭圆形的孔。
25．如权利要求24所述的栅极，其上面具有尺寸为约50至200μm的许多个孔，且孔间被宽度为50至300μm的金属部件分隔开。
26．如权利要求24所述的栅极，其上面具有布置成方形或六角形屏幕图案的许多个孔。
全文摘要
公开了一种用非挥发性吸气材料涂敷的平面屏栅极的制造工艺,其中,金属薄板的厚度与所得到的栅极相同,其面积至少等于成像区域,该薄板的一面或两面用一种或多种非挥发性吸气材料涂敷,然后选择性地除去由此涂敷的薄板的一部分。还公开了用此种工艺制造的一些栅极的实施例。
文档编号H01J29/46GK1220766SQ98800362
公开日1999年6月23日 申请日期1998年3月23日 优先权日1997年3月25日
发明者阿勒索·考拉扎 申请人:工程吸气公司