金屬柵網及場發射裝置和場發射顯示器的製作方法

2023-09-22 02:21:20

專利名稱：金屬柵網及場發射裝置和場發射顯示器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬柵網及應用該金屬柵網的場發射裝置及場發射顯示器。
背景技術：
場發射裝置是場發射電子器件，如場發射顯示器的重要元件。現有技術中的場發射裝置通常包括一絕緣基底；一設置於該絕緣基底上的陰極電 極；多個設置於陰極電極上的電子發射體；一設置於該絕緣基底上的第一絕緣隔離層，所 述第一絕緣隔離層具有通孔，所述電子發射體通過該通孔暴露，以使電子發射體發射的電 子通過該通孔射出；以及一金屬柵網，所述金屬柵網設置於絕緣隔離層表面，用於控制電子 發射體的電子發射。通常，所述金屬柵網為一具有多個網孔的金屬柵網。當所述場發射裝置 工作時，向陰極電極施加一低電位，向金屬柵網施加一高電位。所述電子發射體發射電子， 且該電子通過金屬柵網的網孔射出。所述場發射裝置應用於場發射電子器件時，在遠離金 屬柵網處設置一陽極電極。所述陽極電極提供一陽極電場，以對發射的電子進行加速。然而，現有技術中的金屬柵網的網孔通常為圓形或正六邊形。當所述網孔孔徑較 大時，會導致陽極電場向陰極表面滲透。而當所述網孔孔徑較小時，會導致電子穿透柵極的 機率降低。

發明內容
綜上所述，確有必要提供一種既具有較高的電子穿透率且在使用過程可以抑制陽 極電場滲透的金屬柵網及應用該金屬柵網的場發射裝置及場發射顯示器。一種金屬柵網，其可以用於場發射裝置的柵極電極，其中，所述金屬柵網包括多個 金屬條相互垂直地連接，定義出多個長方形網孔，且該多個長方形網孔排列成多個行或列。—種金屬柵網，其可以用於場發射裝置的柵極電極，其中，所述金屬柵網包括一金 屬片以及形成與該金屬片上的多個長方形網孔，且該多個長方形網孔排列成多個行或列。一種場發射裝置，其包括一金屬柵網，其中，所述金屬柵網包括多個金屬條相互 垂直地連接，定義出多個長方形網孔，且該多個長方形網孔排列成多個行或列。一種場發射顯示器，其包括一場發射裝置，所述場發射裝置包括一金屬柵網，其 中，所述金屬柵網包括多個金屬條相互垂直地連接，定義出多個長方形網孔，且該多個長方 形網孔排列成多個行或列。與現有技術相比，由於所述金屬柵網採用長方形網孔，所以通過控制網孔的寬度 可以有效抑制陽極電場的滲透，且通過控制網孔的長度可以獲得較大的幾何孔率，從而提 高電子穿透機率。


圖1為本發明第一實施例提供的金屬柵網的結構示意圖。圖2為本發明第二實施例提供的金屬柵網的結構示意圖。
圖3為本發明第三實施例提供的金屬柵網的結構示意圖。
圖4為本發明實施例提供的場發射裝置的結構示意圖。
圖5為本發明實施例提供的場發射顯示器的結構示意圖。
主要元件符號說明
場發射顯示器10
陰極基板12
陽極基板14
絕緣支撐體15
陽極電極16
螢光粉層18
場發射裝置100
絕緣基底102
陰極電極104
電子發射層106
絕緣隔離層108
第一開口1080
金屬柵網110,210,310
1102,2102,3102
節點1104,2104,3104
網孔1106,2106,3106
固定元件112
第二開口1120
具體實施例方式以下將結合附圖詳細說明本發明實施例提供的金屬柵網及應用該金屬柵網的場 發射裝置及場發射顯示器。所述場發射裝置可以包括一個或多個單元。本發明實施例僅以 一個單元為例說明。以下，本發明首先介紹幾種應用於場發射裝置的金屬柵網。請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種金屬柵網110，其包括多個相互連接的金 屬條1102，以定義多個網孔1106，且該多個網孔1106排列成多個行或列。所述金屬柵網110為一平面結構。所述金屬柵網110的材料可以為不鏽鋼、鉬或 鎢等具有較大剛性的金屬材料。所述金屬條1102的厚度，即金屬柵網110的厚度大於等於 10微米。優選地，金屬柵網110的厚度為30微米 60微米。所述金屬條1102的寬度，即 相鄰兩個網孔1106的相鄰兩條邊之間的距離大於10微米。優選地，金屬條1102的寬度為 40微米 600微米。所述多個金屬條1102均相互垂直的連接，且連接處形成節點1104。所 述多個金屬條1102可以呈「T」字型或「十」字型連接，以定義多個長方形網孔1106。可以 理解，所述多個金屬條1102可以為一體成型的整體結構，即通過在一金屬片上打孔形成多 個網孔1106，而相鄰網孔1106之間的部分形成多個金屬條1102。所述網孔1106的長度可以為300微米 600微米，寬度可以為50微米 300微 米。優選地，所述網孔1106的寬度小於等於100微米，以有效抑制使用過程中陽極電場向場發射裝置100內部滲透。而所述金屬柵網110的幾何孔率可以通過改變網孔1106的長 度來調節。優選地，所述網孔1106的長度與寬度的比大於等於3 1，從而使金屬柵網110 具有較高的幾何孔率。優選地，所述金屬柵網110的幾何孔率大於等於50%。本實施例中，所述金屬柵網110為不鏽鋼柵網。所述金屬條1102的厚度為45微 米，所述金屬條1102的寬度為50微米。所述網孔1106的長度為300微米，所述網孔1106 的寬度為100微米。所述多個金屬條1102呈「十」字型連接。所述多個網孔1106成行列 式設置，即多個網孔1106排列成等距離的多個行或多個列。所述不鏽鋼金屬柵網110的幾 何孔率為59. 78%。所述金屬柵網110可以通過光刻技術和化學腐蝕相結合的工藝，對一不 鏽鋼金屬片進行打孔而製備。請參閱圖2，本發明第二實施例提供一種金屬柵網210，其包括多個相互連接的金 屬條2102，以定義多個網孔2106。本發明第二實施例提供的金屬柵網210與第一實施例提供的金屬柵網110的結構 基本相同，其區別在於多個網孔2106成行列式交錯設置，即多個網孔2106成交錯的兩個行 列式設置，且相鄰兩行的網孔2106部分交錯設置，任意三個相鄰的網孔2106均形成一「品」 字形。本實施例中，所述多個金屬條2102均呈「T」字型連接，從而形成多個節點2104。由 於每個節點2104均由兩個成「T」型連接的金屬條2102形成，所以該金屬柵網210的節點 2104較小。該金屬柵網210使用時局部應力小，可以有效避免使用過程中，由於金屬柵網 210膨脹係數不匹配而造成的金屬柵網210翹起的現象。請參閱圖3，本發明第三實施例提供一種金屬柵網310，其包括多個相互連接的金 屬條3102，以定義多個網孔3106。本發明第三實施例提供的金屬柵網310與第一實施例提供的金屬柵網110的結構 基本相同，其區別在於多個網孔3106成行列式交錯設置，即多個網孔3106成交錯的兩個行 列式設置，且相鄰兩列的網孔3106部分交錯設置，從而使得任意三個相鄰的網孔3106均形 成一「品」字形。本實施例中，所述多個金屬條3102均呈「T」字型連接，從而形成多個節點 3104。可以理解，所述金屬柵網110，210，310可以用於不同類型的場發射裝置。以下僅 以金屬柵網110為例，介紹一種採用本發明金屬柵網110，210，310作為柵極電極的的場發
射裝置。請參閱圖4，本發明實施例提供一種場發射裝置100，其包括一絕緣基底102，一陰 極電極104，一電子發射層106，一絕緣隔離層108，以及一金屬柵網110。所述絕緣基底102具有一表面(圖未標)。所述陰極電極104設置於該絕緣基底 102的表面。所述絕緣隔離層108設置於絕緣基底102表面或陰極電極104的表面。所述 絕緣隔離層108定義一第一開口 1080，以使陰極電極104的至少部分表面通過該第一開口 1080暴露。所述電子發射層106設置於所述陰極電極104通過第一開口 1080暴露的表面， 且與該陰極電極104電連接。所述金屬柵網110設置於所述絕緣隔離層108表面，通過該 絕緣隔離層108與所述陰極電極104間隔設置，而且從絕緣隔離層108的表面延伸至電子 發射層106上方，以將第一開口 1080覆蓋。進一步，所述場發射裝置100還可以包括一設 置於金屬柵網110表面的固定元件112，以將該金屬柵網110固定於絕緣隔離層108上。所述絕緣基底102的材料可以為矽、玻璃、陶瓷、塑料或聚合物。所述絕緣基底102
5的形狀與厚度不限，可以根據實際需要選擇。優選地，所述絕緣基底102的形狀為圓形、正 方形或矩形。本實施例中，所述絕緣基底102為一邊長為10毫米，厚度為1毫米的正方形 玻璃板。所述陰極電極104為一導電層，且其厚度和大小可以根據實際需要選擇。所述所 述陰極電極104的材料可以為純金屬、合金、氧化銦錫或導電漿料等。可以理解，當絕緣基 底102為矽片時，該陰極電極104可以為一矽摻雜層。本實施例中，所述陰極電極104為一 厚度為20微米的鋁膜。該鋁膜通過磁控濺射法沉積於絕緣基底102表面。所述絕緣隔離層108設置於所述陰極電極104與金屬柵網110之間，用於使所述 陰極電極104與金屬柵網110之間絕緣。所述絕緣隔離層108的材料可以為樹脂、厚膜曝 光膠、玻璃、陶瓷、氧化物及其混合物等。所述氧化物包括二氧化矽、三氧化二鋁、氧化鉍等。 所述絕緣隔離層108的厚度和形狀可以根據實際需要選擇。所述絕緣隔離層108可以直接 設置於所述絕緣基底102表面，也可設置於陰極電極104表面。具體地，所述絕緣隔離層 108可以為一具有通孔的層狀結構，所述通孔即為第一開口 1080。所述絕緣隔離層108也 可為多個相隔一定距離設置的條狀結構，且所述相隔一定距離設置的條狀結構之間的間隔 即為第一開口 1080。所述陰極電極104的至少部分對應設置於所述絕緣隔離層108的第一 開口 1080處，並通過該第一開口 1080暴露。本實施例中，所述絕緣隔離層108為一厚度為 100微米的圓環形光刻膠設置於陰極電極104表面，且其定義有一圓形通孔，所述陰極電極 104的部分表面通過該圓形通孔暴露。所述電子發射層106包括多個電子發射體(圖未標)，如碳納米管、納米碳纖維、 矽納米線、或矽尖等任何可以發射電子的結構。所述電子發射層106的厚度和大小可以根 據實際需要選擇。進一步，所述電子發射層106的表面開可以設置一層抗離子轟擊材料，以 提高其穩定性和壽命。所述抗離子轟擊材料包括碳化鋯、碳化鉿、六硼化鑭等中的一種或多 種。本實施例中，所述電子發射層106為一碳納米管漿料層。所述碳納米管漿料包括碳納 米管、低熔點玻璃粉、以及有機載體。其中，有機載體在烘烤過程中蒸發，低熔點玻璃粉在烘 烤過程中熔化並將碳納米管固定於陰極電極104表面。所述固定元件112為一絕緣材料層，其厚度不限，可以根據實際需要選擇。所述固 定元件112的形狀與絕緣隔離層108的形狀相同，且其定義一與第一開口 1080相對應的第 二開口 1120，以使金屬柵網110暴露。本實施例中，所述固定元件112為通過絲網印刷的絕 緣漿料層。所述場發射裝置100具有以下優點第一，由於所述金屬柵網採用長方形網孔，所 以通過控制網孔的寬度可以有效抑制陽極電場的滲透，且通過控制網孔的長度可以獲得較 大的幾何孔率，從而提高電子穿透機率。第二，由於採用交錯設置的長方形網孔，所述金屬 柵網的節點與網孔相互牽制，局部應力小，所以該結構可以有效避免場發射裝置100使用 過程中，由於金屬柵網膨脹係數不匹配而造成的金屬柵網翹起現象。第三，該金屬柵網具有 較好的平整度和較高的機械強度，且易於製備，從而使得金屬柵網的製備成品率提高，製備 成本降低。可以理解，所述場發射裝置100不限於上述的結構。所述金屬柵網也可以適用於 其它結構的場發射裝置。所述場發射裝置100具有廣泛的具體應用範圍，如場發射顯示器、 真空器件、場發射光源、場發射離子源等。
請參見圖5，本發明實施例進一步提供一種採用所述場發射裝置100的場發射顯 示器10，其包括一陰極基板12，一陽極基板14，一陽極電極16，一螢光粉層18，以及一場發 射裝置100。其中，所述陰極基板12通過一絕緣支撐體15與陽極基板14四周封接。所述場發 射裝置100，陽極電極16和螢光粉層18密封在陰極基板12與陽極基板14之間。所述陽極 電極16設置於所述陽極基板14表面。所述螢光粉層18設置於所述陽極電極16表面。所 述螢光粉層18與場發射裝置100之間保持一定距離。所述場發射裝置100設置於所述陰 極基板12上。具體地，本實施例中，所述陰極基板12與場發射裝置100的絕緣基底102公 用一絕緣基板，以簡化結構。所述陰極基板12的材料可以為玻璃、陶瓷、二氧化矽等絕緣材料。所述陽極基板 14為一透明基板。本實施例中，所述陰極基板12與陽極基板14均為一玻璃板。所述陽極 電極16可為氧化銦錫薄膜或鋁膜。所述螢光粉層18可以包括多個發光單元，且每個發光 單元與場發射裝置100的一個單元對應設置。可以理解，所述場發射顯示器10不限於上述結構。所述場發射裝置100也可以適 用於其它結構的場發射顯示器。另外，本領域技術人員還可在本發明精神內作其它變化，當然這些依據本發明精 神所作的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍內。
權利要求
一種金屬柵網，其可以用於場發射裝置的柵極電極，其特徵在於，所述金屬柵網包括多個金屬條相互垂直地連接，定義出多個長方形網孔，且該多個長方形網孔排列成多個行或列。
2.如權利要求1所述的金屬柵網，其特徵在於，所述金屬條的厚度大於等於10微米，寬 度大於等於10微米。
3.如權利要求1所述的金屬柵網，其特徵在於，所述網孔的長度為300微米 600微 米，寬度為50微米 300微米。
4.如權利要求1所述的金屬柵網，其特徵在於，所述網孔的長度與寬度比大於等於 3 I0
5.如權利要求1所述的金屬柵網，其特徵在於，所述金屬柵網的幾何孔率大於等於 50%。
6.如權利要求1所述的金屬柵網，其特徵在於，所述多個網孔成行列式設置，所述多個 金屬條呈「十」字型連接。
7.如權利要求1所述的金屬柵網，其特徵在於，所述多個網孔成行列式交錯設置，所述 多個金屬條呈「T」字型連接。
8.如權利要求7所述的金屬柵網，其特徵在於，所述多個長方形網孔中的任意三個相 鄰的網孔均形成一 「品」字形。
9.如權利要求1所述的金屬柵網，其特徵在於，所述金屬柵網的材料為不鏽鋼、鉬或鎢。
10.如權利要求1所述的金屬柵網，其特徵在於，所述多個金屬條為一體成型的整體結構。
11.一種金屬柵網，其可以用於場發射裝置的柵極電極，其包括一金屬片及形成於金屬 片上的多個網孔，其特徵在於，所述多個網孔為多個長方形網孔，且該多個長方形網孔排列 成多個行或列。
12.—種場發射裝置，其包括一柵極電極，其中，所述柵極電極為如權利要求1至11 中任一項所述的金屬柵網。
13.—種場發射顯示器，其包括一場發射裝置，其中，所述場發射裝置包括一柵極電 極，所述柵極電極為如權利要求1至11中任一項所述的金屬柵網。
全文摘要
本發明涉及一種金屬柵網，其可以用於場發射裝置的柵極電極，其中，所述金屬柵網包括多個金屬條相互垂直地連接，定義出多個長方形網孔，且該多個長方形網孔排列成多個行或列。本發明進一步涉及一種採用該金屬柵網的場發射裝置及場發射顯示器。
文檔編號H01J29/46GK101908457SQ20101026475
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月27日 優先權日2010年8月27日
發明者範守善, 郝海燕 申請人:清華大學;鴻富錦精密工業(深圳)有限公司