專利名稱：利用碳納米管的場發(fā)射顯示裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一個場發(fā)射顯示(FED)裝置及其制造方法，尤其是使用碳納米管的FED裝置及其制造方法。
一般地，在場發(fā)射顯示(FED)裝置中，當(dāng)相對于圓錐形硅發(fā)射器頂端施加幾百伏正電壓到外部柵電極時，在強(qiáng)電場的影響下，電子從發(fā)射器頂端的端部射出，并且所發(fā)射的電子與陽極相碰撞，其中有幾千伏特到幾百千伏特施加到該陽極，且該陽極涂覆有熒光體材料。以這樣方式，該FED設(shè)備就可以做為一種顯示裝置。但是，在使用碳發(fā)射器頂端的傳統(tǒng)的FED裝置中，這樣裝置是以蝕刻的方式制成的，卻存在著以大約1.0-1.5nm的間隔將陽極與陰極相分開的困難，而且，在傳統(tǒng)的FED裝置中，漏電流很高，可靠性及其性能受到了影響，且產(chǎn)量也很低，這是由于很高的操作電壓和很高的電流發(fā)射造成的硅頂端退化而導(dǎo)致的。一個使用碳納米管的FED設(shè)備已經(jīng)被證明是對使用硅發(fā)射器頂端的改進(jìn)。
傳統(tǒng)的碳納米管是由電子放電方法或激光沉積方法合成，并放進(jìn)一個干凈的溶液且用超聲洗滌器搖動加以精制而成。該精制的碳納米管移植進(jìn)一個多孔的陶制濾波器孔中以便將該精制的碳納米管應(yīng)用到一個FED裝置上。然后，包含在該多孔的陶制濾波器孔中的碳納米管打上標(biāo)志(stamp)并被垂直放置在針對一個FED裝置的一個下基底上的導(dǎo)電聚合體上，由此形成發(fā)射器頂端。
使用傳統(tǒng)碳納米管作為一個發(fā)射器頂端的FED裝置在穩(wěn)定性方面要優(yōu)于使用硅發(fā)射器頂端的FED裝置，但是使用傳統(tǒng)碳納米管的FED裝置卻在將碳納米管放置在導(dǎo)電聚合體方面存在著困難，并且其制造方法也很復(fù)雜。因此，使用傳統(tǒng)碳納米管的FED裝置具有較低的產(chǎn)量，且不能制造成具有很大的面積。
本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一種使用碳納米管的場發(fā)射顯示(FED)裝置，它可以被制成具有很大的面積，而且在單元面積上具有高密度的頂端。
本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供一種制造FED裝置的方法，可以通過一種簡單的制造過程被制成具有很大的面積。
因此，為達(dá)到第一個目標(biāo)，本發(fā)明提供一個場發(fā)射顯示裝置，它包括形成在一個下基底上的用作陰極的第一金屬膜；一個絕緣膜模模板(pattern)和形成在該第一金屬膜上的第二金屬膜模板，其中每一個都具有多個可暴露第一金屬膜的細(xì)孔。下基底可由玻璃、石英、硅、或氧化鋁形成。第一金屬膜可由鉻、鈦、鎢或氧化鋁形成，而第二金屬膜模板可以由鉻、鈦或鈀形成，每個細(xì)孔直徑大約為0.5-10.0微米。一種導(dǎo)電高聚合物膜形成在該細(xì)孔內(nèi)，用作發(fā)射器頂端的碳納米管被垂直地布置在該導(dǎo)電高聚合物膜內(nèi)。一個間隔器安裝在該第二金屬膜模板內(nèi)，一個上基底放置在該間隔器上，在該上基底上附著有一個透明電極和一個熒光體材料。
為了達(dá)到第二目標(biāo)，本發(fā)明提出一種制造場發(fā)射顯示裝置的方法。在該方法中，一個用作陰極的第一金屬膜形成在該下基底上，一個絕緣膜形成在該第一金屬膜上。一個用作柵電極的第二金屬膜形成在該絕緣膜上。一個絕緣膜模板和一個第二金屬膜模板(其中每一個具有多個可以暴露第一金屬膜的細(xì)孔)通過將第二金屬膜和該絕緣膜制成模板而形成。一種液態(tài)導(dǎo)電高聚合物膜形成在該細(xì)孔內(nèi)。用作發(fā)射器頂端的碳納米管被噴射進(jìn)該細(xì)孔且垂直排列。在此，該碳納米管是通過超聲振動或施加電壓的方式豎直地布置在該細(xì)孔內(nèi)。該液態(tài)導(dǎo)電高聚合物膜是彎曲的，且一個間隔器安裝在該第二金屬膜模板上，一個具有透明電極和附著到其上的熒光體材料的上基底被附著到該間隔器上。
按照本發(fā)明的使用碳納米管的場發(fā)射顯示裝置可以通過在第二金屬膜和絕緣膜內(nèi)形成細(xì)孔且把該碳納米管放進(jìn)該細(xì)孔的方式被簡單地制造成具有大面積。
本發(fā)明的上述目標(biāo)及其它優(yōu)點將通過描述詳細(xì)的實施例及參照附圖將變得更加清晰，其中，

圖1是使用碳納米管的場發(fā)射顯示裝置(FED)的橫截面圖；圖2-圖4是說明制造圖1中的FED顯示的方法的橫截面圖。
在此，將參照圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行描述。但是，但是本發(fā)明的一個實施例可以被修改成各種形式，而且本發(fā)明的保護(hù)范圍也并不限于所描述的實施例，該實施例僅是向本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的人更完整地描述本發(fā)明。在附圖中，層或區(qū)域的厚度及大小被夸大以便更清晰，其中同一標(biāo)號表示同一部件。而且當(dāng)說明一個層是形成在另一個層或基底上時，該層也可以直接形成在另一個層或基底上，或者其它的層可以插入其間。
參照圖1，按照本發(fā)明的一個使用碳納米管的場發(fā)射顯示(FED)具有一個第一金屬膜32，該金屬膜用作為陰極且形成在下基底30上。該下基底30是由玻璃、石英、硅或氧化鋁(Al2O3)形成，第一金屬膜32是由鉻、鈦、鎢或氧化鋁形成。一個絕緣膜模板34a和一個第二金屬膜模板36a(其中每一個都具有暴露該第一金屬膜32的多個細(xì)孔)形成在該第一金屬膜32上。第二金屬膜模板36a可以由鉻、鈦或鈀形成，并在FED裝置中用作柵電極，細(xì)孔的形成尺寸為直徑0.5-10.0微米。
一個導(dǎo)電高聚合物膜42形成在該細(xì)孔內(nèi)，且碳納米管44被垂直排列在該導(dǎo)電高聚合物膜42內(nèi)。該碳納米管44可以用作發(fā)射器頂端。這些垂直排列的碳納米管44可以較低的電壓獲得大量的發(fā)射電流，例如1.5V/μm。而且，垂直排列的碳納米管44可以增加發(fā)射效率，因為它們具有每單元面積上高密度的頂端。間隔器48安裝在第二金屬膜模板36a上，而上基底50設(shè)置在該間隔器48上，其中一個用作陽極的透明電極52和一個熒光材料54附著到該上基底上。一個電場施加到用作陰極的第一金屬膜32和作為陽極的透明電極52，以便電子從垂直排列的碳納米管44發(fā)射，所發(fā)射的電子與熒光材料54相碰撞，因此具有這種結(jié)構(gòu)的FED裝置發(fā)射紅、綠和藍(lán)光。此時，一個電場施加到用作柵電極的第二金屬膜模板36a和作為陰極的第一金屬膜32之間，因此電子很容易地與該熒光材料碰撞。因此按照本發(fā)明的FED裝置是一個三極FED裝置。
圖2至圖4是說明制造圖1的FED顯示的方法的橫截面圖。圖2說明了在一個下基底30上形成第一金屬膜32、絕緣膜34和第二金屬膜36的步驟。更詳細(xì)地說，用作陰極的第一金屬膜32在下基底30上形成的厚度大約為0.2-0.5μm，下基底30是由玻璃、石英、硅或氧化鋁(Al2O3)形成的。第一金屬膜32是由鉻、基底、鎢或氧化鋁形成的。下一步，絕緣膜34在第一金屬膜上以較低的溫度形成厚度大約為1-1.5μm。隨后，用作柵電極的第二金屬膜36在絕緣膜34上形成厚度大約為0.2-0.5μm。第二金屬膜36是通過電子束沉積或熱沉積方法由鉻、鈦或鈀形成的。
圖3說明了通過將第二金屬膜36和絕緣膜34制成模板，形成第二金屬膜模板36a和絕緣膜模板34a的步驟，膜模板36a和34a每個都具有細(xì)孔40。更詳細(xì)地說，第二金屬膜36涂覆有一層厚度大約為1.5-2.0μm的光阻膜(未示出)，并且該光阻膜延伸，由此形成了一個光阻模板38。下一步，第二金屬膜36和絕緣膜34利用該光阻模板作為一個屏障進(jìn)行腐蝕，由此形成了第二金屬膜模板36a和絕緣膜模板34a。在此，形成了多個細(xì)孔40以便暴露該第一金屬膜32，每個細(xì)孔40的直徑大約為0.5-10.0μm，且彼此分開成間距為大約2.0-15.0μm。
圖4說明了形成導(dǎo)電高聚合物膜42和將碳納米管44放進(jìn)細(xì)孔40的步驟。更詳細(xì)地說，導(dǎo)電高聚合物膜42通過用液態(tài)導(dǎo)電高聚合物填充絕緣膜34的細(xì)孔的1/3。例如該導(dǎo)電高聚合物可以是一個碳粘合劑或銀粘合劑。
下一步，用作發(fā)射器頂端的碳納米管44通過超聲振動、外加電壓等被噴射進(jìn)該細(xì)孔，且在第一金屬膜32上是垂直方向的。另句話說，在碳納米管被噴射進(jìn)細(xì)孔40后，施加超聲振動，在下基底30的上下部份間施加到電壓，或在所合成的結(jié)構(gòu)上同時執(zhí)行兩種方法。以該方式，碳納米管被有效地注入并垂直地排列在細(xì)孔40內(nèi)的導(dǎo)電高聚合物膜42內(nèi)。結(jié)果，碳納米管44就垂直地排列在第一金屬膜32上的導(dǎo)電高聚合物膜內(nèi)，垂直朝向的碳納米管44可以較低的電壓(如大約1.5V/μm)下獲得大量的發(fā)射電流。而且垂直排列的碳納米管44可以提供優(yōu)越的發(fā)光效率，因為它們具有每單元面積的高密度頂端。
隨后，其上噴射有碳納米管44的導(dǎo)電高聚合物膜42在400°或更低下進(jìn)行彎曲，最好是在300℃-400℃之間。
然后，如圖1所示，在第二金屬膜模板36a上安裝一個長度為100-700μm的間隔器48，下一步，用作陽極的透明電極52形成在該上基底50上，將一個熒光材料54(當(dāng)用電子碰撞時可以發(fā)光)附著到該透明電極52上。一個玻璃基底用作上基底50，而一個銦錫氧化物(ITO)電極可以用作透明電極。
然后，附著有透明電極52和熒光材料54的上基底50被上下反轉(zhuǎn)并放在間隔器48上，然后密封并安裝真空，由此完成了FED裝置的形成。
按照本發(fā)明，一個使用碳納米管的FED裝置可以利用在第二金屬膜和絕緣膜內(nèi)形成細(xì)孔并把碳納米管放進(jìn)該細(xì)孔的方法來簡單地制造成具有很大的面積。
而且，按照本發(fā)明的FED裝置可以在較低的電壓下獲得大量的發(fā)射電流，如1.5V/μm，因為它使用了用作發(fā)射器頂端的垂直朝向的碳納米管。而且，按照本發(fā)明的FED裝置提供了優(yōu)越的發(fā)光效率、高可靠性以及高產(chǎn)量，因為它在單元面積上具有高密度。
權(quán)利要求
1.一種場發(fā)射顯示裝置，包括第一金屬膜，形成在一個下基底上用作陰極；形成在第一金屬膜上的絕緣膜模板和第二金屬膜模板，其中每個都有多個暴露第一金屬膜的細(xì)孔；形成在該細(xì)孔內(nèi)的導(dǎo)電高聚合物膜；用作發(fā)射器頂端的碳納米管，垂直排列在該導(dǎo)電高聚合物膜內(nèi)；間隔器，安裝在該第二金屬膜模板上；以及附著有透明電極和熒光材料的且形成在該間隔器上的上基底。
2.如權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示裝置，其中下基底是由玻璃、石英、硅或氧化鋁(Al2O3)形成的。
3.如權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示裝置，其中第一金屬膜是由鉻、鈦、鎢或氧化鋁形成，而第二金屬膜案是由鉻、鈦或鈀形成。
4.如權(quán)利要求1所述的場發(fā)射顯示裝置，其中每個細(xì)孔的直徑為0.5-1.0μm。
5.一種制造場發(fā)射顯示裝置的方法，該方法包括在一個下基底上形成用作陰極的第一金屬膜；在該第一金屬膜上形成一個絕緣膜；在該絕緣膜上形成用作柵電極的第二金屬膜；通過將第二金屬膜和該絕緣膜制成模板，形成一個絕緣膜模板和一個第二金屬膜模板，其中每一個都具有暴露該第一金屬膜的多個細(xì)孔；在該細(xì)孔內(nèi)形成一個液態(tài)導(dǎo)電高聚合物膜；將用作發(fā)射頂端的碳納米管噴射進(jìn)該細(xì)孔并且垂直排列該碳納米管；使液態(tài)導(dǎo)電高聚合物膜彎曲；在該第二金屬膜模板上安裝一個間隔器；將附著有透明電極和熒光材料的上基底附著到該間隔器。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該下基底是由玻璃、石英、硅或氧化鋁(Al2O3)形成的。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該第一金屬膜是由鉻、鈦、鎢或氧化鋁形成，而第二金屬膜案是由鉻、鈦或鈀形成。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該碳納米管是通過超聲振動或外加電壓方式垂直排列在該細(xì)孔內(nèi)。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中每個細(xì)孔具有的直徑為0.5-10.0μm。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該液態(tài)導(dǎo)電高聚合物膜是在300℃-400℃下彎曲的。
全文摘要
一種場發(fā)射顯示裝置及其制造方法。在該裝置中一個用作陰極的第一金屬膜形成一個下基底上,一個絕緣膜模板和一個第二金屬膜模板形成在該第一金屬膜上,其中每一個具有多個細(xì)孔以便暴露該第一金屬膜。一種液態(tài)導(dǎo)電高聚合物膜形成在該細(xì)孔內(nèi)。用作發(fā)射器頂端的碳納米管垂直排列在該聚合物膜上。該第二金屬膜模板上安裝有間隔器,附著有透明電極和熒光材料的上基底安裝在該間隔器上。相應(yīng)地,通過在第二金屬膜和絕緣膜內(nèi)形成細(xì)孔且把碳納米管放進(jìn)該細(xì)孔的方法,可以簡單地作成使用碳納米管的FED裝置。
文檔編號H01J29/04GK1286500SQ00121140
公開日2001年3月7日 申請日期2000年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月27日
發(fā)明者李鐵真, 柳在銀 申請人:李鐵真, 株式會社日進(jìn)納米技術(shù)