201227788 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種場發射陰極裝置及其製備方法，尤其涉 及一種適用於電子發射功率較大的場發射陰極裝置及其 製備方辛。 【先前技#ί】 [0002] 場發射顯示器係繼陰極射線管（CRT)顯示器和液晶顯示器 (LCD)之後，最具發展潛力的下一代新興技術。相對於先 前的顯示器’場發射顯示器具有顯示效果好 '視角大、 功耗小及體積小等優點，尤其係基於奈米碳管之場發射 顯示器，近年來越來越受到重視、 [0003] 場發射陰極裝置係場發射顯示器之重要元件。先前技術 中，場發射陰極裝置的製備方法通常包括以下步驟：提 供一基底；在基底上形成複數陰極電極；將奈米碳管通 過化學氣相沈積法設置在陰極電極上形成電子發射體。 圆然’以上述方法製備的場發射陰極較中，電子發射體 中之奈米碳管與陰極電極的結合力不夠強，因此發 射陰極裝置電子發射功率較大時，奈米碳管在發射電子 時谷易被強電場拔出，從而限制了該場發射陰極裝置的 電子發射能力和壽命，影響了場發射陰極I置的穩定性 〇 【發明内容】 则㈣於此，提供—種適用於電子發射功率較大的場發射 陰極裝置實為必要。 099146333 表單編號A0101 第4頁/共27頁 0992079677-0 201227788 _6]種場發射陰極裝置，包括：-基底；-金屬板，所述 金屬板具有一第一表面、一與第一表面相對的第二表面 及貝穿該第一表面和第二表面的至少—通孔，所述金屬 板的第—表面與所述基底貼合設置；至少一線狀電子發 射體，其與所述金屬板電連接；及一填充物，所述填充 物填充於所述至少一通孔中；其中，每個通孔内至少設 置有所述線狀電子發射體，位於通孔内的所述線狀電 子發射體的一端設置於所述金屬板的第一表面與所述基 底之間。
... .
[0007] ❹ 一種場發射陰極裝置的製猶方法，其包括以下步驟：提 供一金屬板，該金屬板包括1淹一袅面;與該第一表面 相對的第二表面及貫穿第一表面和第二表面的至少一通 孔；提供至少一場發射線材，對應所述金屬板的每一通 孔設置所述至少一場發射線材，將所述學發射線材的一 端固定於所述金屬板的第一表面s，將另一端貫穿所述金 屬板的通孔從所述金屬板的第二表面拉出；切斷所述至 少一場發射線材’從而在所述余屬板的每個通孔内形成 至少一線狀電子發射體；提供一基底，將所述金屬板的 第一表面貼附於將所述基底一表面；在每個設置有線狀 電子發射體的通孔内填充填充物，以使電子發射體固定 於通孔内，形成所述場發射陰極裝置。 [0008] 與先前技術相比’由於本發明提供的場發射陰極裝置中 的電子發射體的一部份固定於金屬板與基底之間，一部 份通過填充物固定於金屬板通孔中，因此在場發射陰極 裝置電子發射功率較大的情況下，可以承受較大的電場 099146333 表單編號A0I01 第5頁/共27頁 0992079677-0 201227788 兒子發射體具有更強 另外，由於金屬板 中產生的熱量快速的 %子發射體熔斷，進 壽命。 力而不會被電場力拔出，從而使言亥 的電子發射能力和更長的使用壽命 具有良好的導熱能力，可將場發射 傳導散發出去，因此可以有效防止 一步的提高場發射陰極裝置的使用 【實施方式】 [0009] 以下將結合附圊詳細說明本發明實施 極裝置及其製備方法。 例提供的場發射陰 [0010] [0011] [0012] *月參閱圖1至圖3B，本發明提供一插 種場發射陰極裝置1〇
’所述場發射陰極裝置100包括至小森 ^ 一電子發射體11 〇， -金屬板120及一基底130，所述金屬板12&設置於基底 130-表面。所述金屬板12〇具有複數通孔i2i，所述至 少—電子發射體110設置於通孔121中。 所述基底13G的材料限’可為麵、喊、塑膠或聚合 物等絕緣材料’也可為金、:銀、爾及銘一種或任意幾種 之合金，也可為矽等半導體材料，只需保證所述基底130 能夠具有固定的形狀及一定的機械強度。所述基底丨3 〇的 形狀與厚度不限，可根據實際需要製備。優選地，所述 基底130的形狀為正方形或矩形，厚度大於等於15微米。 所述金屬板120具有一第一表面i2〇a、一與第一表面 120a相對的第二表面12〇1)及貫穿該第一表面12〇&和第二 表面120b的至少一通孔121。當所述金屬板12〇具有複數 通孔121時，所述複數通孔丨21可以均勻分佈或按照預定 099146333 的圖形分佈。所述通孔121的橫截面形狀不限，可為圓形 、矩形、正方形等，優選的，所述通孔12ι的橫截面形狀 表單編號A0101 第6頁/共27頁 0992079677-0 201227788 為圓形，通孔121直徑可為3微米至1〇〇〇微米。所述金屬 板120的材料可為金、銀、銅、鋁或上述金屬任意組合的 合金中的任意—種。所述金屬板12〇的形狀與厚度不限， 可根據實際需要製備。優選地，所述金屬板12〇的形狀為 正方形或矩形，厚度大於等於15微米。本實施例中，所 述金屬板120為一邊長為毫米，屬度為1毫米的正方形 鋼板。由於金屬板12〇具有容易成塑加工、開孔工藝成熟 等優點’且金屬板120具有良好的導熱能力’故，所述場 發射陰極裝置100中採用金屬板120町有效降低工藝成本 • ，且可有利於在應甩時改善電子發射禮110的散熱狀況。 所述第一表面120a與所述基底130魴合設置’並通過一黏 結層140與所述基底130結合。所述黏結層140的厚度不 限，其材料可採用耐熱黏結劑，如環氡黏合劑等，所述 耐熱黏結劑可分別與金屬板120及基底130牢固的黏結。 [0013]所述電子發射體no與所述金屬板12〇的通孔121對應設 置。每一通孔121内可設置至少一所述電子發射體110 » 、 所述電子發射體110為一線狀結構並且設置在所述通孔 β 121内。具體地，所述電子發射體包括相對的兩端， 所述電子發射體11〇的一端設置於所述金屬板12〇的第一 表面120a與基底13〇之間並且被金屬板120與基底130夾 持固定。所述電子發射體的另一端向遠離所述第一表 面120a的方向延伸，即向遠離所述基底130的方向延伸， 作為電子發射端。所述電子發射體110貫穿所述通孔丨21 ，所述電子發射體丨10的電子發射端可與所述金屬板120 的第二表面120b爭齊戒延伸出所述通孔121。請參閱圖 099146333 衫磁 AG1G1 ^ η 27 I 0992079677-0 201227788 3A，當所述電子發射體no的電子發射端設置在所述通孔 121内時，所述電子發射端應與所述金屬板丨2〇的第二表 面120b平齊，即位於同一平面内，並且所述電子發射體 110與所述通孔121的侧壁間隔設置，使得金屬板12〇不 會遮罩所述電子發射端的電子，確保電子能在電場作用 下從電子發射體的電子發射端發射出來。請參閱圖3B， 當所述電子發射體110貫穿所述通孔121向遠離所述金屬 板120的方向延伸時，所述電子發射體ho的電子發射端 從所述通孔121内延伸出來，未設置在通孔12丨内。 [0014] 本實施例中’每一通孔121内僅設置有一電子發射體11 〇 ’所述電子發射體110的一 4:¾走於所.述金屬板1 2 〇與基 底130之間，電子發射體11〇貫穿所述金屬板12()的通孔 121 ’另一端從所述通孔121内延伸出來，向遠離金屬板 120第二表面120b的方向延伸’作為電子發射端。具體的 ，所述電子發射體110包括一設置於所述第一表面12〇3之 第一部份110a、一位於通扎12Ϊ中之苐二部份ii〇b及一 遠離第二表面120b延伸之第.部份11 〇c，所述第一部份 110a、第二部份ll〇b及第三部份ll〇c為依序相連的一體 結構。具體的’所述第一部份ll〇a位於第一表面i2〇a與 基底130之間並且貼附於所述金屬板120的第一表面i2〇a ’即所述線狀電子發射體11 〇的部份側壁貼附於第一表面 1 20a。所述第一部份11 〇a的長度不限，只要能使所述電 子發射體110的部份側壁與第一表面1 20a保持部份接觸即 可。所述第二部份11 〇b整體位於通孔121中，並且所述第 二部份110b的兩端分別與第一部份110a、第三部份11〇(： 099146333 表單編號A0101 第8頁/共27頁 0992079677-0 201227788 Ο [0015]
[0016] 相連接，而且其軸向基本垂直於所述金屬板120的第一表 面120a及第二表面120b。所述第三部份11 0c向遠離金屬 板120第一表面120a的方向延伸，作為電子發射端。優選 的’所述第一部份ll〇a的長度為第二部份11 0b長度的2 倍，以更加牢固的固定所述電子發射體110。所述第三部 份110c的一端與第二部份110b相連’另一端向遠離金屬 板120的方向延伸作為電子發射端。所述電子發射端可與 所述金屬板120的第二表面120b平齊’即所述電子發射體 110與所述通孔121的孔壁間隔設置，所述電子發射體 110的電子發射端設置於通孔121内，益且與所述金屬板 120的第二表面120b平齊設置:；所述電子發射體也可 貫穿所述通孔121，並且所述電子發射體的電子發射 端延伸出所述通孔121，向遠離金屬板120的方向延伸。 請一併參閱圖4，當所述每個通孔121内設置有複數電子 發射體110時，所述複數電子發射體110可相互間隔設置 或部份接觸設置，優選她，設置’在同一通孔121内的所述 複數電子發射體Π0的電子發射端相互間隔設置，從而減 少相互之間的遮罩效應。 進一步的，所述通孔121内設置有填充物123，用於進一 步固定所述電子發射體110。所述填充物123將所述電子 發射體110的部份表面緊密包覆，所述電子發射體11〇的 電子發射端應從所述填充物123中延伸出來，未被所述填 充物123包覆，即當所述電子發射體11〇的電子發射端延 伸出所述金屬板的第二表面12〇b時，所述填充物123可部 份填充於所述通孔121中，也可填滿所述通孔121 ;當所 099146333 表單編號A0101 第9頁/共27頁 0992079677-0 201227788 述電子發射體110的電子發射端與所述金屬板12〇的第二 表面12Gb平齊時’所述填充物123部份填充於所述通孔 121中’以保證所述電子發射端從所述填充物123中延伸 出來。所述填充物123為導電導熱材料，如錫f。所述填 充物123歸m定所述電子發射體11Q，同時將電子發射 體no在工作過程中產生的熱量傳導給金屬板i2Q，崎 低電子發射體110本身的溫度。 [0017] [0018] 所述電子發射體no為-具有柔祕和自切性的，且可 以用於發射電子的線狀電子發射體，其句 六匕括奈米碳管線 狀結構、碳纖維或矽奈米線線狀結構等。 丄以理解，所 述電子發射體m還可以與至少-具有柔W和可塑性的 支撐線材平行緊密設置或杻轉設置j所述支撐線材可為 鐵絲、鋁絲、銅絲、金絲、鉬絲或銀絲笨 中金屬微絲。所 述支撐線材的直徑和長度可根據實際需要而選定◊優選 地，所述支撐體線材的直径為50展米到5〇〇微米。所述支 撑線材可以進一步提高電子發射體110的自支推性。 本實施例中，以奈米碳管線狀結構為例說明。所述夬米 碳管線狀結構為一自支撐結構。所謂“自支撐結構即 該奈米碳管線狀結構無需通過一支撐體支撐，也能保持 自身特定的形狀。所述奈米碳管線狀結構包括至少一奈 米石炭管線。當《碳管線狀結構包括複數“❹線: ，複數奈米碳管線可平行排列組成束狀結構戋複數齐米 碳管線相互扭轉組成絞線結構。所述奈米喂管線狀結構 的直徑為1微米到500微米。本實施例中，所述奈米碳管 線狀結構的直徑為5 0微米。 099146333 表單編號A0101 第10頁/共27頁 0992079677-0 201227788 [0019] [0020] Ο [0021] 所述奈米碳管線可為非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米 碳管線。該非扭轉的奈米碳管線包括複數沿奈米碳管線 軸向延伸的奈米碳管，即奈米碳管的軸向與奈米碳管線 的轴向基本平行。該扭轉的奈米碳管線包括複數繞奈米 碳管線軸向螺旋排列的奈米碳管，即奈米碳管的軸向沿 奈米壤管線的袖向螺旋延伸。所述奈米碳管線中每一奈
I 米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首 尾相連。所述奈米碳管線長度不限，直徑為0. 5奈米〜100 微米。該奈米碳管線中的奈米碳管為單壁、雙壁或多壁 奈米碳管。該奈米碳管的直徑小於5奈米，長度範圍為10 微米〜100微米。 本發明提供的場發射陰極裝置100中的電子發射體110的 一部份固定於金屬板120與基底130之間，所以該電子發 射體110被牢固地固定在金屬板120與基底130之間，因 此可以承受較大的電場力而不會被電場力拔出，而且由 於金屬板120具有良好的導熱能力，因此可以將場發射中 產生的熱量傳導散發出去，因此可有效防止電子發射體 熔斷，進一步的提高場發射陰極裝置的使用壽命。所述 場發射陰極裝置100可應用於場發射顯示器、場發射平面 光源等場發射裝置中。 請一併參閱圖5及圖6，本發明進一步提供上述場發射陰 極裝置100的製備方法，其包括以下步驟： 步驟S10，提供一金屬板120，該金屬板120包括一第一 表面120a及與該第一表面120a相對的第二表面120b，且 該金屬板120具有複數貫穿該第一表面120a和第二表面 099146333 表單編號A0101 第11頁/共27頁 0992079677-0 [0022] 201227788 [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] 1 20b的通孔121。 步驟S20 ’提供至少一電子發射體，對應所述金屬板 120的每個通孔121設置至少一電子發射體110。 對應所述金屬板120的每個通孔121設置至少一電子發射 體110的方法具體包括以下步驟： 步驟S21，提供一場發射線材供給裝置，用以連續不斷的 提供場發射線材1101。 所述場發射線材1101供給裝置包括一針管202，且該針管 202具有一針頭2〇4 ’將一場發射線杖]1〇】穿設於該針管 202内，並使該場發射線材11〇1的一端從釺管2〇2的針頭 204露出。 ： 所述針管202的内徑大小可根據所述場發射線材丨1〇ι的直 徑大小選擇，外徑大小可根據所述通孔121大小選擇。優 選地，所述針管202的内徑大小為場發射線材11〇1的直徑 大小的5倍至10倍以減小針管2〇2與場發射線材u〇i之間 的摩擦力。所述場發射線材_可以連續不斷地從針頭 204伸出。可以理解，所述場發射線材供給裝置還可包括 機械手臂（圖未示），控制電腦（圖未示）等輔助設備 以實現自動化連續生產。本實施例中，所述場發射^材 1101的供給裝置為具有—針管2Q2的注射器，其針頭加 被磨成平面。所述場發射線材1101為具有柔韌性和自支 樓性的，宏觀可操作，且可以用作發射電子。將該場發 射線材1101切斷可以得到複數電子發射體11〇。本實^例 中，所述場發射線材1101為一奈米碳管線狀結構。例 099146333 表單編號A0101 第12頁/共27頁 0992079677-0 201227788 [0028] [0029]
步驟S22,對應所述金屬板⑵的每個通孔⑶設置所述 場發射線材11G1，«所述電子發射體U〇e 將該針管2〇2從第二表叩⑽依次穿過所述金細獅 通孔121 ’同時不斷提供場發射線材1101，將所述場發射 線材mm針頭2G4露出的_端通過焊接、黏結等方式固 定於該金屬板12G的第-表面12Ga，本實施例巾，所述場 發射線材1101從針頭204露出的-端通過黏結劑固定於第 一表面120a。然後將針管2〇2從通孔121中拉出第二表面 120b。
[0030]將該場發射線材1101拉出通ki?i一定長度後切斷。具體 的，可將所述場發射線材1101—拉出通孔121後就立即切 斷，即所述場發射線材n〇l的切斷位置與所述第二表面 120b的平齊’通孔121内的場發射線材i nn形成所述電 子發射體110的電子發射端，所述電子發射端位於通孔 121内’並且該電子發射端與所述第表齑i2〇b平齊。另 外，也可將所述場勞射線材11〇1拉出第二表面12〇b一定 長度後再切斷形成朗述電子發射體110，因此所述電子發 射體110貫穿所述通孔121，所述電子發射體11〇的電子 發射端延伸出第二表面120b並向遠離金屬板120的方向延 伸。所述將場發射線材1101切斷的方法可為機械切割、 鐳射掃描、電子束掃描、通電流後鐳射輔助定點熔斷。 優選的，本實施例中所述電子發射體110的電子發射端延 伸出所述第二表面120b，且延伸出第二表面120b的部份 具有相同的長度。 099146333
步驟S23，重複上述步驟，以使所述場發射線材11〇1對應 表單編號A0101 第13賓/共27 I 0992079677-0 [0031] 201227788 金屬板120的每個通孔121設置，形成電子發射體HQ， 可以理解，也可在每個通孔121中設置複數電子發射體 110 〇 [0032] 步驟S30 ’提供一基底130，將所述金屬板120的第一表 面120a貼附於所述基底130 —表面。 [0033] 首先，提供一基底130 ’在所述基底130的一表面塗覆一 層黏結劑’形成一黏結層1 4 0。所述黏結劑可為環氧黏合 劑等。 [0034] 其次’將所述金屬板1 20的第.一表面1 20.a貼附於所述基底 130塗覆有黏結劑的表面，固化後形成一體結構。 [0035] 由於所述第一表面12〇a貼附有電子發射體11〇的一端，因 此在貼附的過程中，所述電子發射體11〇的一端一方面緊 密貼附於金屬板120的第一表面120a，另一方面通過黏結 層140與基底130緊密結合’即所述金屬板120與基底13〇 將所述電子發射體110的一端牵固的夾輿於二者之間。而 . ... ........... ..' ... 金屬板120的第一表面120夺中奏貼附有電子發射體11〇的 部份表面則通過黏結層與基底13〇緊密連接在一起。 [0036] 步驟S40 ’在每個設置有電子發射體11()的通孔12ι内填 充填充物123，以使電子發射體11〇固定於通孔丨21内， 形成所述場發射陰極裝置1〇〇。 [0037] 099146333 所述填充物123為導電導熱材料，如錫等，所述填充可通 過一工具如針管等將熔融態的填充物123填充入所述通孔 121内’所述填充的深度不限’優選的，所述填充物123 填滿整個通孔121，並且在填充的過程中，儘量保持所述 表單編號A0101 第14頁/共27頁 0992079677-0 201227788 電子發射體11 〇基本位於所述通孔121的中間位置，從而 使得填充物123圍繞所述位於通孔丨21内電子發射體110 的側壁均勻分佈’進而提高二者的接觸面積’提高導熱 能力’使得該電子發射體11〇在場發射過程中產生的熱量 可以有效地被傳導出去，並且可以承受較強的電場力。 進一步的’所述填充物123應確保所述電子發射體no的 電子發射端延伸出所述填充物123遠離基底13{)的表面， 從而保證電子發射體11〇能夠發射電子。 [0038] Ο 更進一步的，在步驟S40之後，可包括一將電子發射體 Π 0的延伸出第二表面12 〇 b的一瑜進行充分锻燒的步驟。 所述煅燒可利用酒精燈火焰等對所述電子發射體丨1〇的延 伸出第二表面120b的一端烘烤。這時，所述電子發射體 11 0的延伸出第二表面120b的奈米碳管線會在高溫火焰中 燃燒掉，但由於奈米碳管線優良的導熱性，奈米碳管線 靠近金屬板120的第二表面120b的部份會有一定長度的奈 米碳管線保留下來。該長度與火焰的溫度和氧化氣氛、 奈米碳管線的直徑、及金屬板120的導熱性有關，所述火 焰的溫度可為4〇(TC〜900°C。當這些條件固定後，燃燒 後保留的奈米碳管線長度即確定，從而可以形成保留長 度基本一致的奈米碳管線作為電子發射端。本實施例中 ，奈米碳管線的直徑為50微米，所述金屬板為厚度為lmm 的銅板，所述火焰的溫度為45(TC，燃燒後奈米碳管線從 金屬板第二表面延伸出的長度為0.5mm。所述奈米碳管線 經過煅燒之後，可以減少場發射陰極裝置工作過程中奈 米碳管線中奈米碳管的受熱揮發或您斷，影響場發射的 099146333 表單編號A0101 第15頁/共27頁 0992079677-0 201227788 穩定性，並且所述電子發射端的長度基本相同，從而可 提高場發射過程中的均勻性。 [0039] [0040] [0041] [0042] [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] 綜上所述’本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提 出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例 ’自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案 技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化， 皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明實施例提供的場發射陰極裝置之結構示意圖 〇 圖2為圖1所示的場發射陰極嚷置沿11 -11線之剖視圖。 圖3A、圖3B為本發明實施例提供的場發射陰極裝置中電 子發射體之電子發射端與金屬板的位置關係示意圖。 圖4為本發明實施例提供的場發射陰極裝置中通孔内設置 有複數陰極發射體之剖視罔。 圖5為本發明實施例提供的場發衫陰極裝置之製備方法的 流程圖。 圖6為本發明實施例提供的場發射陰極裝置之製備方法示 意圖。 【主要元件符號說明】 場發射陰極裝置：100 電子發射體：110 第一部份：110a 099146333 表單編號A0101 第16頁/共27頁 0992079677-0 201227788 [0049]' 第二部份：110b [0050] 第三部份：110c [0051] 金屬板：120 [0052] 第一表面：120a [0053] 第二表面：120b [0054] 通孔：121 [0055] 填充物：123 [0056] 基底：130 [0057] 黏結層：140 [0058] 針管：202 [0059] 針頭：204 [0060] 場發射線材：1101 Ο 099146333 表單編號Α0101 第17頁/共27頁 0992079677-0