專利名稱：場發(fā)射像素管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種場發(fā)射裝置，尤其涉及一種場發(fā)射像素管。
背景技術(shù)：
碳納米管(CarbonNanotube, CNT)是一種新型碳材料，由日本研究人員 Iijima在1991年發(fā)現(xiàn)，請參見"Helical Microtubules of Graphitic Carbon", S. Iijima, Nature, vol.354, p56 (1991)。碳納米管具有極大的長徑比(其長度在微 米量級以上，直徑只有幾個納米或幾十個納米)，具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能， 并且還有很好的機械強度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，這些特性使得碳納米管成為 一種優(yōu)良的場發(fā)射材料。因此，碳納米管在場發(fā)射裝置中的應(yīng)用成為目前納 米科技領(lǐng)域的 一個研究熱點。
碳納米管長線是由超順排碳納米管陣列制備出來的線狀碳納米管材料。 首先，從超順排碳納米管陣列抽出碳納米管薄膜，再經(jīng)有機溶液收縮成纖維 狀或用旋轉(zhuǎn)的方法擰成繩狀。這種線狀碳納米管材料具有宏觀的尺度，對其 進行一些操作極為方便。這種碳納米管長線的端面具有很好的場發(fā)射能力， 是一種良好的場發(fā)射電子源。
場發(fā)射像素管是碳納米管場發(fā)射電子源的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。傳統(tǒng)的場 發(fā)射像素管包括一個中空殼體，該殼體具有一個出光部，該出光部的內(nèi)壁依 次涂覆有熒光粉層和陽極層，該殼體內(nèi)部與該出光部相對處有 一 陰極發(fā)射 體，該陰極發(fā)射體包括一碳納米管長線作為場發(fā)射電子源。當(dāng)該場發(fā)射像素 管工作時，在陽極層和陰極之間加上電壓形成電場，通過電場作用使陰極發(fā) 射體尖端發(fā)射出電子，電子穿透陽極層轟擊熒光粉層，發(fā)出可見光。
然而，傳統(tǒng)的具有碳納米管陰極發(fā)射體的像素管，因為要將熒光粉層涂 覆在殼體內(nèi)一表面上，受制備工藝限制，幾何尺寸較大， 一般發(fā)光區(qū)域為厘 米量級，或更大，這使得基于碳納米管的場發(fā)射像素管的應(yīng)用受到了極大的 限制，例如，傳統(tǒng)的像素管無法用來組裝具有較高分辨率的大型戶外顯示器。 傳統(tǒng)的具有碳納米管陰極發(fā)射體的像素管，由于制造過程中陰極與陽極需要準(zhǔn)確對準(zhǔn)，制造工藝難度大，良品率低。另外，傳統(tǒng)的像素管制備方法，先 將熒光粉層涂覆在殼體內(nèi)壁上，再在熒光粉層上沉積一層有機物，然后在有 機物層上鍍一陽極層，最后將有機物蒸發(fā)掉，制造工藝較復(fù)雜。
有鑒于此，確有必要提供一種尺寸小，更易于制造的場發(fā)射像素管。

發(fā)明內(nèi)容
一種場發(fā)射像素管，其包括一殼體以及置于殼體內(nèi)的一陰極， 一熒光粉 層和一陽極，該陰極與陽極之間間隔設(shè)置，其中，該陰極包括一陰極支撐體 與一陰極發(fā)射體，該陰極發(fā)射體一端與陰極支撐體電性連接，其中，該陽極 包括一端面，所述萸光粉層設(shè)置在該陽極端面上。
所述的端面為拋光的平面、半球面、球面、錐面或凹面。 所述的陽極一端通過陽極引線連接到殼體外，端面設(shè)置在陽極另一端。 所述的陽極為一金屬桿，該金屬桿直徑為100微米至1厘米。 所述的陰極發(fā)射體為 一碳納米管長線、單根碳納米管或單根納米碳纖維。 所述的碳納米管長線包括一電子發(fā)射端，該電子發(fā)射端為碳納米管長線 遠(yuǎn)離陰極支撐體的一端。
所述的電子發(fā)射端包括多個突出的場發(fā)射尖端。 所述的場發(fā)射尖端的頂端突出有一根碳納米管。
所述的電子發(fā)射端正對陽極端面設(shè)置、斜對陽極端面設(shè)置或設(shè)置在陽極 端面附近。
所述的電子發(fā)射端與陽極端面的距離小于5毫米。 所述的殼體為一中空透明的圓柱體、立方體或三棱柱。 所述的場發(fā)射像素管進一步包括一吸氣劑位于殼體內(nèi)。 相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的場發(fā)射像素管的陰極發(fā)射體為碳納米管長線， 陽極為一個金屬桿，且該陽極端面設(shè)置有焚光粉層，該熒光粉層受電子激發(fā) 后發(fā)光。該場發(fā)射像素管具有以下優(yōu)點第一，熒光粉層設(shè)置在陽極端面上， 因此這種場發(fā)射像素管的體積小，發(fā)光面積僅為毫米量級，還可以更小?？?以用來組裝具有較高分辨率的大型戶外顯示器。第二，這種場發(fā)射像素管中 陰極與陽極無需精確對準(zhǔn)，因此，更容易制造。第三，這種場發(fā)射像素管采 用金屬桿作為陽極，制備成本低，易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)使用。


圖1是本技術(shù)方案實施例的場發(fā)射像素管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本技術(shù)方案實施例的碳納米管長線的電子發(fā)射端放大示意圖。 圖3是本技術(shù)方案實施例的碳納米管長線的電子發(fā)射端的掃描電鏡照片。
圖4是本技術(shù)方案實施例的碳納米管長線的場發(fā)射尖端的透射電鏡照片。
圖5至圖8是本技術(shù)方案實施例的陰極發(fā)射體與陽極的位置關(guān)系示意圖。
圖9是本技術(shù)方案實施例的場發(fā)射像素管的制備方法的流程示意圖。
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖對本技術(shù)方案作進一步的詳細(xì)說明。
請參閱圖1，本技術(shù)方案實施例提供一種場發(fā)射像素管100,其包括一 殼體102， 一陰極104， 一焚光粉層110， 一陽極112以及一陰極引線116 和一陽極引線114。該陰極104與陽極112間隔設(shè)置于殼體102內(nèi)。該陰極 104包括一陰極支撐體106與一陰極發(fā)射體108。該陰極支撐體106的第一 端與陰極發(fā)射體108—端電性連接，第二端通一陰極引線116電性連接到殼 體102外。該陽極112的一端包括一端面120。該熒光粉層IIO設(shè)置在陽極 112端面120上。該陽極112遠(yuǎn)離端面120的另一端通過一陽極引線114電 性連接到殼體102外。
所述殼體102為一真空密封的結(jié)構(gòu)。該殼體102的一端包括一出光部 124,其與端面120相對。該殼體102材料為一透明材料如石英石或玻璃。 在本實施例中，該殼體102為一中空玻璃圓柱體，且該圓柱體直徑為1毫米 至5毫米，高度為2毫米至5毫米?？梢岳斫獾氖?，該殼體102還可以是中 空的立方體、三棱柱或其它多邊形棱柱，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況 進行選擇。
所述陰極支撐體106為一導(dǎo)電體，如:金屬絲或金屬桿。該陰極支撐體 106形狀不限，且能夠?qū)岵⒕哂幸欢◤姸?。本實施例中該陰極支撐體106 優(yōu)選為鎳絲。
5所述的陰極發(fā)射體108可以選自碳納米管長線、單根碳納米管、單根納 米碳纖維或其它場發(fā)射電子源。本實施例中，陰極發(fā)射體108優(yōu)選為一碳納 米管長線。該碳納米管長線的長度為0.1毫米至10毫米，直徑為1微米至 100微米。該碳納米管長線是由多個平行的首尾相連的碳納米管束組成的束 狀結(jié)構(gòu)或由多個首尾相連的碳納米管束組成的絞線結(jié)構(gòu)，該相鄰的碳納米管 束之間通過范德華力緊密結(jié)合，該碳納米管束中包括多個首尾相連且定向排 列的碳納米管。該碳納米管長線中的碳納米管為單壁、雙壁或多壁碳納米管。 該碳納米管的長度范圍為10~100微米，且碳納米管尖端的直徑小于5納米。 該碳納米管長線包括一電子發(fā)射端122。請參見圖2,該電子發(fā)射端122可 以包括多個突出的場發(fā)射尖端300。該場發(fā)射尖端300的頂端突出有一根碳 納米管302。請參閱圖3，從碳納米管長線的電子發(fā)射端122的掃描電鏡照 片可以看出該電子發(fā)射端包括多個突出的場發(fā)射尖端。請參閱圖4，從碳納 米管長線的電子發(fā)射端122的透射電鏡照片上，可以看出碳納米管長線中的 場發(fā)射尖端的頂端突出有一根碳納米管。
所述的陽極112為一導(dǎo)電體，如金屬桿。該陽極112形狀不限，且能 夠?qū)岵⒕哂幸欢◤姸取１緦嵤├?，陽極112優(yōu)選為銅金屬桿。該銅金屬 桿直徑為IOO微米至I厘米?？梢岳斫?，該銅金屬桿直徑可以根據(jù)實際需要 選擇。所述的端面120設(shè)置于陽極112靠近電子發(fā)射端122的一端，且為一 拋光端面120。該拋光的端面120可以為平面、半球面、球面、錐面、凹面 或其它形狀端面。該拋光的端面120可以反射熒光粉層IIO發(fā)出的光。
所述的熒光粉層IIO設(shè)置在陽極112的端面120上。該熒光粉層110的 材料可以為白色熒光粉，也可以為單色熒光粉，例如紅色，綠色，藍(lán)色熒光 粉等，當(dāng)電子轟擊熒光粉層110時可發(fā)出白光或其它顏色可見光。該熒光粉 層UO可以釆用沉積法或涂敷法設(shè)置在陽極112的一端的端面120上。該熒 光粉層110厚度為5至50微米。
所述的陰極發(fā)射體108與陽極112的設(shè)置可以為多種位置關(guān)系，請參見 圖5至圖8?？梢允闺娮影l(fā)射端122與陽極112的端面120正對設(shè)置；可以 使碳納米管長線與金屬桿軸向成一銳角，使電子發(fā)射端122與端面120斜對 設(shè)置；可以使碳納米管長線與金屬桿軸向互相垂直或平行，使電子發(fā)射端122 設(shè)置在端面120附近。其中，電子發(fā)射端122與端面120距離小于5毫米。另外，該場發(fā)射像素管100進一步包括一位于殼體102內(nèi)的吸氣劑118， 用于吸附場發(fā)射像素管內(nèi)殘余氣體，維持場發(fā)射像素管內(nèi)部的真空度。該吸 氣劑118可以為蒸散型吸氣劑金屬薄膜，在殼體102封接后通過高頻加熱蒸 鍍的方式形成于靠近陰極104的殼體102內(nèi)壁上。該吸氣劑118也可以為非 蒸散型吸氣劑，固定在陰極支撐體106上。所述的非蒸散型吸氣劑118材料
主要包括鈦、鋯、鉿、釷、稀土金屬及其合金。
當(dāng)該場發(fā)射像素管100工作時，在陽極112和陰極104之間加上電壓形成電 場，通過電場作用使陰極發(fā)射體108尖端即電子發(fā)射端122發(fā)射出電子，發(fā)射 電子到達(dá)陽極112,轟擊陽極112表面的熒光粉層110，發(fā)出可見光。其中，一 部分可見光直接透過殼體102—端的出光部124射出，另 一部分可見光則經(jīng)過 陽極112端面120反射后，透過殼體102—端的出光部124射出。該場發(fā)射像素 管，由于將熒光粉層110設(shè)置于陽極112端面120上，避免了制備工藝限制，所 以體積可以做到更小，其發(fā)光面積僅為毫米量級。而且，該場發(fā)射像素管中 陰極與陽極無需精確對準(zhǔn)，因此，更容易制造。另外，這種場發(fā)射像素管采 用金屬桿作為陽極，制備成本低，易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)使用。
請參閱圖9，本技術(shù)方案實施例還進一步提供一場發(fā)射像素管100的制 備方法，具體包括以下步驟
步驟一，提供一玻璃芯柱，該玻璃芯柱包括兩個金屬絲分別作為陰極引 線116與陽極引線114。
所述的兩個金屬絲被玻璃固定，并一皮玻璃隔開，形成H形狀玻璃芯柱。 該金屬絲為可以實現(xiàn)和玻璃熔封的材料，通常為杜美絲、鴒絲、鉬絲等。
步驟二，提供一金屬桿作為陽極112,并將該陽極112與上述陽極引線114 一端電性連接。
將作為陽極112的金屬桿的一端通過點焊技術(shù)與陽極引線114 一端電性 連接。本技術(shù)方案實施例中，該金屬桿優(yōu)選的為銅金屬桿，直徑為IOO微米 至1厘米。將金屬桿的另一端端面120拋光，該拋光端面120可以為平面、 半球面、球面、錐面、凹面或其它形狀端面。
步驟三，提供一焚光粉，并將該焚光粉設(shè)置于上述陽極112—端的端面120 上，形成一熒光粉層IIO。
將上述熒光粉釆用涂敷或沉積的方法設(shè)置于陽極112拋光的端面120。該萸光粉可以為白色熒光粉，也可以為單色熒光粉，例如紅色，綠色，藍(lán)色 熒光粉等。
步驟四，提供一金屬絲作為陰極支撐體106，并將該陰極支撐體106與上 述陰極引線116—端電性連接。
將陰極支撐體106與陰極引線116—端電性連接的方法為點焊法。本技術(shù) 方案實施例中，陰極支撐體106優(yōu)選為鎳絲。
步驟五，提供一陰極發(fā)射體108,并將該陰極發(fā)射體108與陰極支撐體106 遠(yuǎn)離陰極引線116的一端電性連接，形成一場發(fā)射像素管100預(yù)制體。
陰極發(fā)射體108為碳納米管長線，單根碳納米管，單根納米碳纖維或其 它場發(fā)射電子源。本實施例中，陰極發(fā)射體108優(yōu)選為碳納米管長線。其中， 該碳納米管長線的長度為0.1毫米至10毫米，直徑為1微米至1毫米。碳納 米管長線通過導(dǎo)電膠與陰極支撐體106—端電性連接。當(dāng)使用碳納米管長線 作為陰極發(fā)射體108時，制備該陰極發(fā)射體108具體包括以下步驟
首先，提供一超順排碳納米管陣列形成于一硅基板上。
其次，從上述超順排碳納米管陣列中抽出一碳納米管薄膜或一碳納米管 絲，通過使用有機溶劑或者施加機械外力處理該碳納米管薄膜或者碳納米管 絲得到一碳納米管長線。
從超順排碳納米管陣列中抽出 一束碳納米管時，相鄰的碳納米管由于范 德華力的作用而相互連接在一起而形成一碳納米管薄膜或一碳納米管絲。本 實施例中，也可以采用扭轉(zhuǎn)紡紗技術(shù)制備一碳納米管長線。
最后，使上述碳納米管長線斷裂，從而得到一陰極發(fā)射體108。
上述使碳納米管長線斷裂的方法為機械切割法或激光燒灼熔斷法。碳納 米管長線斷裂后，在斷點形成兩個電子發(fā)射端122。其中，釆用機械切割法 得到的電子發(fā)射端122包括多個平行排列且長度一致的碳納米管束。采用激 光燒灼熔斷法得到的電子發(fā)射端122包括多個突出的場發(fā)射尖端300，且每 個場發(fā)射尖端300的頂端突出有一根碳納米管302。
步驟六，提供一玻璃管作為殼體102，將上述場發(fā)射像素管100預(yù)制體封 裝在玻璃管內(nèi)，得到一場發(fā)射像素管IOO。
玻璃管為一端開口，另一端封口的玻璃管。封裝具體包括以下步驟
首先，將上述場發(fā)射像素管100預(yù)制體通過管壁裝入該玻璃管內(nèi)，并對開口進行密封，密封時在密封處留一排氣孔。
其次，將該排氣孔外接真空泵，用以將殼體102抽真空，使殼體102內(nèi) 達(dá)到一定的真空度。
最后，密封排氣孔，得到所述場發(fā)射像素管100。
可以理解，在封裝上述場發(fā)射像素管100前，進一步還可以在場發(fā)射像素 管100內(nèi)設(shè)置一吸氣劑118,該吸氣劑118設(shè)置于殼體102內(nèi)壁。
本實施例中，采用機械切割法或激光燒灼熔斷法制備碳納米管長線作為 陰極發(fā)射體108,制備方法簡單，且碳納米管長線中包括多個場發(fā)射尖端300， 可以有效降低該陰極發(fā)射體108的電場屏蔽效應(yīng)。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依 據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
9
權(quán)利要求
1. 一種場發(fā)射像素管，其包括一殼體以及置于殼體內(nèi)的一陰極，一熒光粉層和一陽極，該陰極與陽極之間間隔設(shè)置，其中，該陰極包括一陰極支撐體與一陰極發(fā)射體，該陰極發(fā)射體一端與陰極支撐體電性連接，其特征在于，該陽極包括一端面，該熒光粉層設(shè)置在該陽極端面上。
2. 如權(quán)利要求l所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的端面為拋光的平 面、半^求面、3求面、4偉面或凹面。
3. 如權(quán)利要求l所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的陽極一端通過陽 極引線連接到殼體外，端面設(shè)置在陽極另一端。
4. 如權(quán)利要求l所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的陽極為一金屬桿。
5. 如權(quán)利要求4所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的金屬桿直徑為100 微米至1厘米。
6. 如權(quán)利要求l所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的陰極發(fā)射體為一 碳納米管長線、單根碳納米管或單根納米碳纖維。
7. 如權(quán)利要求6所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的碳納米管長線包 括一電子發(fā)射端，該電子發(fā)射端為碳納米管長線遠(yuǎn)離陰極支撐體的一端。
8. 如權(quán)利要求7所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的電子發(fā)射端包括 多個突出的場發(fā)射尖端。
9. 如權(quán)利要求8所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的場發(fā)射尖端的頂 端突出有一根碳納米管。
10. 如權(quán)利要求7所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的電子發(fā)射端正對 陽極端面設(shè)置、斜對陽極端面設(shè)置或設(shè)置在陽極端面附近。
11. 如權(quán)利要求10所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的電子發(fā)射端與 陽極端面的距離小于5毫米。
12. 如權(quán)利要求l所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的殼體為一中空透 明的圓柱體、立方體或三棱柱。
13. 如權(quán)利要求l所述的場發(fā)射像素管，其特征在于，所述的場發(fā)射像素管進 一步包括一吸氣劑位于殼體內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種場發(fā)射像素管，其包括一殼體以及置于殼體內(nèi)的一陰極，一熒光粉層和一陽極。該陰極與陽極間隔設(shè)置，其中，該陰極包括一陰極支撐體與一陰極發(fā)射體，該陰極發(fā)射體一端與陰極支撐體電性連接；該陽極包括一端面，且所述熒光粉層設(shè)置在該陽極端面上。
文檔編號H01J31/15GK101425443SQ20071012424
公開日2009年5月6日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者亮 劉, 范守善, 洋 魏 申請人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司