專利名稱：場致電子發(fā)射平板顯示器支撐結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于平板顯示器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及場致電子發(fā)射結(jié)構(gòu)的大屏幕平板顯示器的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
眾所周知顯示器件在信息科學的各個方面得到廣泛應用，其產(chǎn)值在信息產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。近年來，平面顯示器件的發(fā)展更為迅速。
目前主要的顯示器件有CRT(陰極射線管)；LCD-passive(無源液晶顯示器)；LCD-active(有源液晶顯示器)；PDP(等離子體顯示器)；ELD(場致發(fā)光顯示器)；VFD(真空熒光顯示器)；OLED(有機發(fā)光二極管)；FED(場致發(fā)射顯示器)。而場致發(fā)射顯示(FED)是新型平板顯示技術(shù)之一，其發(fā)光原理最接近陰極射線管(CRT)，它采用場致發(fā)射陣列陰極產(chǎn)生場發(fā)射電流激勵熒光粉發(fā)光，因而結(jié)合了傳統(tǒng)的CRT和其它平板顯示器的優(yōu)點，在亮度、分辨率、響應速度、視角、功耗、工作電壓、色彩再現(xiàn)及工作溫度范圍等方面都有優(yōu)良的性能，因此FED被看作是CRT的最好繼承者，它不僅具有CRT高畫質(zhì)的優(yōu)點，同時又克服了CRT的體積龐大的缺點，而且功耗較低。但是由于FED需要超高真空技術(shù)，因此在大尺寸屏幕的制作過程中，還需要解決抗壓的問題。即為防止器件真空室內(nèi)外氣壓差(器件內(nèi)為真空，而外部受到大氣壓的作用)引起形變，進而影響顯示效果，需要有優(yōu)化的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。
因此在FED的制造技術(shù)中，支撐技術(shù)是影響其質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是決定FED在大尺寸顯示屏的應用是否能取得成功的關(guān)鍵。事實上，支撐技術(shù)也主要是針對FED這種真空型平板顯示器而提出的，其原因是場致發(fā)射平板顯示器由涂有熒光粉和陽極鋁膜的上極板、制備有發(fā)射電子的陰柵極的下極板、環(huán)封玻璃和支撐結(jié)構(gòu)組成，中間維持超高真空，而外部受到大氣的壓力。當FED的陽極基體和陰極基體真空封接在一起后.整個器件必然會由于大氣壓力的擠壓而變形，因而影響成像質(zhì)量，導致平板顯示器的成像失真，甚至由于受到應力過大使得玻璃板破裂。為了盡量消除這種影響，就必須研究開發(fā)適當?shù)闹渭夹g(shù)。在陰極發(fā)射類型的平板顯示器中，被抽真空的空腔內(nèi)從底到頂必須被維持在真空度少于10-5托。小尺寸的顯示器，如對角線的尺寸小于1寸的，不需要采用支撐結(jié)構(gòu)。1毫米厚的玻璃板，和對角線為1寸的一個區(qū)域能夠支撐住大氣壓的壓力，但是熒光屏的顯示區(qū)域增加時，采用支撐體就變得重要了。
從實際觀點來講，一些支撐必須在平板上排成一列以防止基體的變形。然而，許多支撐體在平板顯示器中又產(chǎn)生了負面的影響，如抽真空變得困難，元器件被污染以及制造成本的增加和支撐體帶電影響電子發(fā)射軌跡等。在這一項研究中，基體的應力和形變被采用有限元的方法進行計算以獲得最佳的支撐結(jié)構(gòu)，盡量減少支撐體的數(shù)量從而減少其帶來的負面影響。
目前，制作隔離支撐柱的方法很多，國外不少公司也成功地使用這些方法制作出了滿足要求的支撐。在國際上，支撐柱的結(jié)構(gòu)形狀有很多，普遍使用有墻式支撐、柱狀支撐和球狀支撐等等。球狀支撐是一種將預先制好的球形陶瓷或玻璃微珠直接放置在器件上下極板間作為支撐柱的方法。這種方法雖然工藝簡單，但微珠直徑誤差很難控制在要求范圍內(nèi)，并由于體積比較大，影響圖像的分辨力，一般很少公司采用；墻式支撐是目前運用比較廣泛的一種支撐結(jié)構(gòu)，主要因為在高電壓的場致發(fā)射平板顯示器FED中，上下極板之間的間隔比較大(毫米量級)，墻式支撐可以提供更為牢固的結(jié)構(gòu)。但是，鑒于墻式支撐在抽真空的場發(fā)射顯示器中所暴露的表面積要大于同樣情況下的球狀支撐和柱狀支撐，桿支撐會導致在其周圍產(chǎn)生更多的電子軌道的偏移；柱狀支撐是一般FED也經(jīng)常使用的支撐形狀，這種類型的支撐柱一般能實現(xiàn)很高的高/直徑比，但普遍存在如何準確放置在極板上的問題。因此在平板顯示器的制作過程中要綜合考慮各要素的影響，選用適當?shù)闹涡螤睢?br>
場致電子發(fā)射平板顯示器的優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)，應當在一定的尺寸范圍內(nèi)使用盡可能少的支撐材料，使平板顯示器在受到內(nèi)真空和外大氣壓差的作用下產(chǎn)生的最大形變在人眼視覺允許條件下，且其最大等效應力小于玻璃板的抗張范圍。場致發(fā)射平板顯示器的支撐結(jié)構(gòu)是否滿足支撐要求的判據(jù)為最大形變在5um以內(nèi)，在此范圍內(nèi)人眼無法分辨出圖像顯示的失真，且平板顯示器所受到的最大應力應小于玻璃板的抗張強度，玻璃板的抗張范圍為(40-60N/mm2)。
隨著國內(nèi)場致發(fā)射平板顯示器的發(fā)展，其支撐問題也備受國內(nèi)學者的關(guān)注。在專利CN03115391.7場致發(fā)射平板顯示器件的多材料層支撐物中郭太良等人從支撐體的材料選擇進行了研究，實現(xiàn)了支撐、吸氣、黑底、電荷瀉放等功能；而專利CN03115395.X一種平板顯示器件封接用的夾具一文中則從封接角度注意到了平板顯示器的支撐問題，在均勻分布的墊柱的作用下，它可使平板顯示屏各點溫度相差不超過2℃，從而使平板顯示屏能均勻受熱，且可形成非常平整的平面，使平板顯示屏各點受力相等。但是這些專利都沒有實際的考慮具體的支撐結(jié)構(gòu)即支撐體如何在平板顯示器內(nèi)進行合理放置的問題。而一般傳統(tǒng)的柱狀支撐大都采用了如圖1對齊支撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)工藝簡單，放置位置容易確定，但是其支撐效果卻不是很理想。
發(fā)明內(nèi)容
為解決以上的不足，本發(fā)明提供一種能夠在滿足場致發(fā)射平板顯示器對支撐結(jié)構(gòu)的嚴格要求的同時，能夠減少支撐柱數(shù)目，減少支撐體在抽真空的場發(fā)射顯示器中所暴露的表面積的支撐結(jié)構(gòu)。
為此，本發(fā)明采用如下的解決方案一種場致發(fā)射平板顯示器的支撐結(jié)構(gòu)，包括上極板1、下極板2以及設(shè)置在所述兩個極板之間的支撐體3，其特征在于，每行設(shè)置有等間距的支撐體3，各行的柱狀支撐體3和與其相鄰行的支撐體3之間呈交叉對齊分布結(jié)構(gòu)。
其中的支撐體3最好為柱狀支撐體。
采用本發(fā)明提供的支撐結(jié)構(gòu)，能夠在保證平板顯示器圖像不失真的條件下，使用總數(shù)目和所占表面積均為最小的支撐體，不僅可以節(jié)省生產(chǎn)成本，而且更重要的是可以降低由于支撐體的加入給平板顯示器帶來的負面影響，如抽真空變得困難，元器件被污染和支撐體帶電影響電子發(fā)射軌跡等。而且可以防止支撐體放出更多氣體而影響平板顯示器的真空度，從而影響電子發(fā)射效率及準直性，破壞成像的清晰度。
圖1(a)為現(xiàn)有的平板顯示器支撐結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
圖1(b)為現(xiàn)有的平板顯示器支撐結(jié)構(gòu)的45度角視圖。
圖1(c)為現(xiàn)有的平板顯示器支撐結(jié)構(gòu)從A方向看進去的俯視圖。
圖1(d)為現(xiàn)有的平板顯示器支撐結(jié)構(gòu)從B方向看進去的側(cè)面圖。
圖1(e)為現(xiàn)有的平板顯示器支撐結(jié)構(gòu)從C方向看進去的剖面2(a)為本發(fā)明的平板顯示器支撐結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
圖2(b)為本發(fā)明的平版顯示器支撐結(jié)構(gòu)的45度角視圖。
圖2(c)為本發(fā)明的平板顯示器支撐結(jié)構(gòu)從A方向看進去的俯視圖。
圖2(d)為本發(fā)明的平板顯示器支撐結(jié)構(gòu)從B方向看進去的側(cè)面圖。
圖2(e)為本發(fā)明的平板顯示器支撐結(jié)構(gòu)從C方向看進去的剖面圖。
圖中標號1為上極板；2為下極板；3為支撐體；4為1/4模型的輔助線。A，B，C箭頭分別表示不同的視角方向。
具體實施例方式
圖1為現(xiàn)有技術(shù)里采用的場發(fā)射平板顯示器的支撐結(jié)構(gòu)圖(不同的方向和視角)，包括涂有熒光粉和陽極鋁膜的上極板1、制備有發(fā)射電子的陰柵極的下極板2和支撐體3(為模擬方便沒有畫出環(huán)封上下極板的邊框玻璃)。上下極板的尺寸保持一致，長均為L，寬均為W，厚度均為2mm，兩極板之間的距離為3mm。在上極板1和下極板2之間放置支撐體3，支撐體與上下極板之間用粘接劑粘連。支撐體為底面半徑為0.1mm，高為3mm的小圓柱體。兩極板中間維持超高真空，而外部受到大氣的壓力。為保持平板顯示器的顯示屏各點的受力盡量相等，支撐體在器件內(nèi)應分布均勻。圖1所示的支撐結(jié)構(gòu)為一種對齊支撐結(jié)構(gòu)，支撐體在平板顯示器中放置均勻，各支撐體排列嚴格對齊。
圖2為本發(fā)明采用的平板顯示器的支撐結(jié)構(gòu)圖(不同的方向和視角)，本發(fā)明采用的極板的尺寸、支撐體的形狀大小均與圖1所示完全相同。圖中標號1和2為極板，3為支撐體。本發(fā)明采用交叉對齊支撐結(jié)構(gòu)，即第二排的支撐體與前一排兩支撐體的中點對齊。
因為16∶9的屏幕設(shè)計比4∶3顯示的內(nèi)容多，而且16∶9的寬屏幕效果更符合人眼的視覺特性，因此在此對16∶9的顯示器作為模擬對象進行研究分析。在本發(fā)明中，均利用ANSYS軟件自帶的對稱邊界條件進行1/4模型的模擬，其模擬結(jié)果即可代表整個大模型的模擬結(jié)果。各模擬圖中所標的尺寸為整個平板顯示器的實際尺寸。為便于觀察，在處理結(jié)果視圖時將模型的實際位移形變進行了放大顯示。為便于對比，給出了每個尺寸平板顯示器沒有加支撐時的應力分布圖。
在實際平板顯示器中，上下極板的四周用環(huán)封玻璃固定住，所有方向的位移均為0。而在模擬過程中，注意到平板顯示器的對稱性，僅對1/4模型進行了模擬，加了ANSYS軟件的對稱邊界條件，使得利用該1/4模型即可代表整個大模型，同時對上下極板均從外面施加一個向內(nèi)部的大氣壓力。為方便比較，對沒有加支撐的，采用對齊支撐結(jié)構(gòu)，交叉對齊支撐結(jié)構(gòu)的顯示器都進行了模擬計算。通過模擬所得到的應力分布圖可以得到，對于這兩種方案，不加支撐時，在1/4模型的右下角即整個平板顯示器的中心產(chǎn)生了最大形變，達20.3um，這樣的形變將使得電子發(fā)射軌跡發(fā)生了一定的偏轉(zhuǎn)，造成電子轟擊上陽極板時偏離象素的位置，造成顯示圖象質(zhì)量的下降。而其最大等效應力高達66N/mm2，已超出了玻璃板的抗張強度的上限60N/mm2，容易造成極板的破裂，因此加支撐是非常必要的。當加了支撐體后，如預想的一樣，平板顯示器上下極板向內(nèi)凹。對于對齊支撐結(jié)構(gòu)，加了4×4＝16根支撐體之后，平板顯示器的最大形變?yōu)?um，而最大應力點出現(xiàn)在靠近極板中心的支撐體附近區(qū)域，最大應力為26.9N/mm2。而對于交叉對齊支撐結(jié)構(gòu)，加了3.25×4＝13根支撐體，其模擬結(jié)果為最大形變5um，最大應力34.8N/mm2。上述兩種方案所得到的結(jié)果均滿足了最大形變在5um和最大應力小于玻璃板的抗張強度下限40N/mm2。相比較而言，對于同樣大面積的平板顯示器，交叉對齊支撐結(jié)構(gòu)所采用的支撐體根數(shù)比對齊支撐結(jié)構(gòu)的少用了3根即可得到與對齊支撐結(jié)構(gòu)相同的形變要求，同時也能滿足玻璃板對應力的限制條件，由此可以得出交叉對齊支撐要優(yōu)于對齊支撐。
為驗證以上結(jié)論，對320×180mm2的大尺寸平板顯示器進行了模擬，同樣，也對沒有加支撐的，采用對齊支撐結(jié)構(gòu)，交叉對齊支撐結(jié)構(gòu)的顯示器都進行了模擬計算。從模擬的結(jié)果中可以得到，對于相同面積的大尺寸平板顯示器，對齊支撐結(jié)構(gòu)采用了25×4＝100根支撐體，使得顯示器的最大形變在4.8um左右，而交叉對齊支撐結(jié)構(gòu)則僅采用了23.5×4＝94根就可以使得平板顯示器達到最大形變?yōu)?.2um，且最大應力為21N/mm2，滿足平板應力限制條件的要求。經(jīng)過比較，交叉對齊支撐結(jié)構(gòu)比對齊支撐結(jié)構(gòu)少用了6根支撐體材料卻可以達到更佳的形變效果。
權(quán)利要求
1.一種場致發(fā)射平板顯示器的支撐結(jié)構(gòu)，包括上極板(1)、下極板(2)以及設(shè)置在所述兩個極板之間的支撐體(3)，其特征在于，每行設(shè)置有等間距的支撐體(3)，各行的支撐體(3)和與其相鄰行的支撐體(3)之間呈交叉對齊分布結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射平板顯示器的支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述支撐體(3)為柱狀支撐體。
全文摘要
本發(fā)明屬于平板顯示器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及場致電子發(fā)射結(jié)構(gòu)的大屏幕平板顯示器的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。包括上極板(1)、下極板(2)以及設(shè)置在所述兩個極板之間的支撐體(3)，每行設(shè)置有等間距的支撐體(3)，各行的柱狀支撐體和與其相鄰行的支撐體(3)之間呈交叉對齊分布結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)，能夠在滿足場致發(fā)射平板顯示器對支撐結(jié)構(gòu)的嚴格要求的同時，能夠減少支撐柱數(shù)目，減少支撐體在抽真空的場發(fā)射顯示器中所暴露的表面積。
文檔編號H01J29/02GK1885481SQ200610014588
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者肖夏, 周慶瑜 申請人:天津大學