CN100375217C - 双栅极结构的平板场致发射显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到带有双栅极结构的平面场致发射显示器及其制作工艺，平面显示器包括由阴极面板、阳极面板和四周玻璃围框构成的真空腔，阳极面板上有锡铟氧化物薄膜层和在锡铟氧化物薄膜层上的荧光粉层，阴极面板上有碳纳米管阴极，来控制碳纳米管阴极电子发射，位于真空腔内部的绝缘隔离支撑墙，特征在于制作双栅极结构，来控制碳纳米管阴极的电子发射，具有结构简单、制作成本低廉、制作工艺简单、制作过程稳定可靠的优点。

Description

双栅极结构的平板场致发射显示器及其制作工艺

技术领域

本发明属于平面显示技术、真空科学与技术以及纳米科学与技术的相互交叉技术领域，涉及到平板场致发射显示器的器件制作，具体涉及到碳纳米管阴极的平板显示器的器件制作方面的内容，特别涉及一种带有双栅结构、碳纳米管阴极的双栅极结构的平板场致发射显示器及其制作工艺。

背景技术

碳纳米管具有独特的几何特性和物理性质，具有小的尖端曲率半径，高的机械强度，在电压作用下能够发射大量的电子。而对于利用碳纳米管作为冷阴极材料的场致发射平板显示器来说，需要最大程度的降低生产成本，降低器件的工作电压，以便于和常规的集成电路相结合。

在平板碳纳米管薄膜显示屏当中，栅极结构是器件制作过程中不可缺少的部分，其控制特性也是衡量平板器件的重要性能指标之一。在利用专用绝缘材料制作的栅极方面，不仅包含着相当复杂的制作工艺，而且涵盖有新技术的开发利用，造成总体器件的制作成本很高；对于碳纳米管显示屏而言，实现工艺简单、稳定可靠、成本低廉的器件制作，也是实际产品应用的前提条件。栅极材料的主要选择原则为：必须要能够应用到真空环境当中，并且在真空环境下出气量要小；必须要具有一定的电学绝缘等级，以使控制栅极部分和碳纳米管阴极部分在较高电压下能够完全相互电学绝缘；要求控制栅极的基底材料和阴极衬底材料的热膨胀系数相接近，避免在高温烧结封装的过程中发生炸裂现象，等等。尽管各个制作企业或研究机构使用的控制栅极制作材料各不相同，但是大多都使用了专用的特殊制作材料，同时也使用了特殊的制作工艺，对于器件的材料要求比较高，在器件的制作过程中容易使得碳纳米管阴极受到一定的损伤和污染，这是其不利之处。此外，在确保栅极结构对碳钠米管阴极具有良好控制作用的前提下，需要尽可能的降低总体器件成本，进行稳定可靠、成本低廉的器件制作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种带有双栅极结构、结构简单、制作过程稳定可靠、成本低廉、制作成功率高的双栅极结构的平板场致发射显示器及其制作工艺。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的双栅极结构的平板场致发射显示器，包括由阴极面板、阳极面板和四周玻璃围框构成的密封真空腔、在阳极面板上有光刻的锡铟氧化物薄膜层以及制备在锡铟氧化物薄膜层上面的荧光粉层、在阴极面板上设置的碳纳米管阴极、位于真空腔内部起支撑作用的绝缘隔离支撑墙，在碳纳米管阴极上方设置有控制碳纳米管阴极的电子发射的双栅极结构。

所述的双栅极结构包括以玻璃为衬底材料的阴极面板、设置在阴极面板上的阴极导电条和绝缘层，在绝缘层设置有下栅极导电条，在栅极导电条上设置有绝缘层，在绝缘层上设置有上栅极导电条，在上栅极导电条上设置有栅极覆盖层。所述双栅极结构固定方式为单独固定安装和安装固定在阴极面板上之一，其位于阳极面板和阴极面板之间的位置，双栅极结构的衬底材料为玻璃，钠钙玻璃和硼硅玻璃之一。所述的双栅极结构中的导电条分为两部分，即上栅极部分和下栅极部分，其中上栅极部分与碳纳米管阴极之间的距离相对比较大，而下栅极部分与碳纳米管阴极之间的距离相对比较小，双栅极结构中上栅极和下栅极之间的绝缘材料为聚酰亚胺层、薄玻璃、云母板、陶瓷片以及云母片材料之一，双栅极结构中的上栅极部分导电条的走向和下栅极部分导电条的走向相互垂直，双栅极结构中的下栅极和碳纳米管阴极之间相互隔离开。所述的双栅极结构中的电极是采用导电条来制作，导电条为锡铟氧化物导电膜、银浆制作、采用蒸镀铜、铝、镍、金、银导电金属制作之一，双栅极结构中存在有用于电子穿越的电子通道孔，双栅极结构中的处于上部栅极和下部栅极相交叉位置的电子通道孔相互连通，上栅极的表面存在一个绝缘覆盖层。

本发明中的双栅极结构采用如下的工艺进行制作：

1)衬底材料玻璃的准备：

对整体衬底材料玻璃进行划片；衬底材料玻璃作为阴极面板；

2)阴极导电条的制作：

在衬底材料玻璃上蒸镀上一层锡铟氧化物层；对蒸镀的锡铟氧化物层进行光刻，形成阴极导电条；

3)下栅极与阴极导电条之间的绝缘层的制作：

在衬底材料玻璃上通过旋转涂敷工艺制备出聚酰亚胺层，固化温度为375℃，形成下栅极与阴极导电条之间的绝缘层。对制备的聚酰亚胺层进行刻蚀，将阴极区域刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔。

4)下栅极导电条的制作：

在下栅极与阴极导电条之间的绝缘层的上面制作出铝膜层，再利用常规的光刻工艺，将制备的铝膜层光刻形成下栅极导电条。

5)上下栅极之间的绝缘层的制作：

在衬底材料玻璃上再次通过旋转涂敷工艺制备出聚酰亚胺层，固化温度为375℃，要求完全覆盖住下栅极导电条，形成上下栅极之间的绝缘层，对制备的聚酰亚胺层进行光刻，将阴极区域刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔。

6)上栅极导电条的制作：

在上下栅极之间的绝缘层的上面制作出铝膜层，再利用常规的光刻工艺，将制备的铝膜层光刻形成上栅极导电条。要求上栅极导电条的走向和下栅极导电条的走向是相互垂直的。

7)上栅极覆盖层的制作：

在衬底材料玻璃上再次通过旋转涂敷工艺制备出聚酰亚胺层，固化温度为375℃，要求完全覆盖住上栅极导电条，形成上栅极覆盖层。对制备的聚酰亚胺层进行光刻，将阴极区域刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔。

8)玻璃表面的处理：

对整体玻璃进行清洁处理，除掉杂质。

本发明中的带有双栅极结构的碳纳米管阴极平板场致发射显示器按照如下的工艺进行制作：

1、阴极板的制作：

1)碳纳米管阴极的印刷：

结合丝网印刷工艺，将碳纳米管印刷碳纳米管阴极导电条上。

2)碳纳米管阴极的后处理

对印刷后的碳纳米管阴极进行后处理，以改善碳纳米管的场发射特性。

2、阳极面板的制作：

1)清洁平板玻璃，除掉表面杂质；

2)在平板玻璃上蒸镀一层锡铟氧化物薄膜；

3)对锡铟氧化物薄膜进行光刻，形成阳极导电条；

4)结合丝网印刷工艺，在导电条的非显示区域印刷绝缘浆料层，用于防止寄生电子发射；经过烘烤(烘烤温度：150℃，保持时间：5分钟)之后，放置在烧结炉中进行高温烧结(烧结温度：580℃，保持时间：10分钟)；

5)结合丝网印刷工艺，在导电条上面的显示区域印刷荧光粉层；在烘箱当中进行烘烤(烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟)；

3、器件装配：

将阴极面板、阳极面板、绝缘隔离支撑墙以及玻璃围框装配到一起，并将消气剂放入到真空腔当中，用低熔点玻璃粉固定。在玻璃面板的四周涂抹好低熔点玻璃粉，用夹子固定。

5、成品制作：

对已经装配好的器件进行如下的封装工艺：将样品器件放入烘箱当中进行烘烤；放入烧结炉当中进行高温烧结；在排气台上进行器件排气、封离，在烤消机上对器件内部的消气剂进行烤消，最后加装管脚形成成品件。

本发明具有如下积极效果：

本发明中的双栅极结构中的控制栅极位于碳纳米管阴极的上方，用于控制碳纳米管阴极的电子发射。当在控制栅极上施加适当电压的时候，碳纳米管阴极就会发射出大量的电子。在本发明的双栅极结构中，可以采用上栅极和下栅极的相互垂直交叉方式进行显示器件像素的矩阵寻址的方式，这样就极大地降低了对碳纳米管阴极制备工艺的要求，在碳纳米管阴极的制备方式上有了更大的选择，既可以采用丝网印刷法移植的碳纳米管作为阴极材料，也可以采用直接在大面积衬底上生长的碳纳米管作为阴极材料；当然，也可以采用下栅极和碳纳米管阴极相互垂直交叉方式进行显示器件像素的矩阵寻址的方式，上栅极作为器件的辅助部分，来进一步的降低整体器件的工作电压。从器件显示方面有了更大的选择余地。在双栅极结构的制作过程中，并没有采用特殊的结构制作材料，也没有采用特殊的器件制作工艺，这在很大程度上就进一步降低了整体平板显示器件的制作成本，简化了整体显示器件的制作过程，能够进行大面积的器件制作，有利于进行商业化的大生产。

附图说明

图1给出了双栅极结构的纵向结构示意图。

图2给出了双栅极结构中的下栅极的俯视示意图。

图3给出了双栅极结构中的上栅极的俯视示意图。

图4给出了双栅极结构中的总体俯视示意图。

图5给出了一个带有双栅极结构的场致发射平面显示器的实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

如图1、2、3、4、5所示，本发明的双栅极结构的平板场致发射显示器包括由阴极面板1、阳极面板9和四周玻璃围框14构成的密封真空腔、在阳极面板9上有光刻的锡铟氧化物薄膜层10以及制备在锡铟氧化物薄膜层上面的荧光粉层12、在阴极面板1上设置的碳纳米管阴极8、位于真空腔内部起支撑作用的绝缘隔离支撑墙13，在碳纳米管阴极8上方设置有控制碳纳米管阴极的电子发射的双栅极结构。制作双栅极结构，用于控制碳纳米管阴极的电子发射，极大地降低了对二者之间绝缘隔离层材料的要求，降低了整体器件的生产成本，简化整体器件制作工艺和制作过程。

所述的双栅极结构包括以玻璃为衬底材料的阴极面板1、设置在阴极面板1上的阴极导电条2和绝缘层3，在绝缘层3上设置有下栅极导电条4，在栅极导电条4上设置有绝缘层5，在绝缘层5上设置有上栅极导电条6，在上栅极导电条6上设置有栅极覆盖层7。

所述的双栅极结构固定方式为单独固定安装和安装固定在阴极面板上之一，其位于阳极面板和阴极面板之间的位置，双栅极结构的衬底材料为玻璃，钠钙玻璃和硼硅玻璃之一。所述的双栅极结构中的导电条分为两部分，即上栅极部分和下栅极部分，其中上栅极部分与碳纳米管阴极之间的距离相对比较大，而下栅极部分与碳纳米管阴极之间的距离相对比较小，双栅极结构中上栅极和下栅极之间的绝缘材料为聚酰亚胺层、薄玻璃、云母板、陶瓷片以及云母片材料之一，双栅极结构中的上栅极部分导电条的走向和下栅极部分导电条的走向相互垂直，双栅极结构中的下栅极和碳纳米管阴极之间相互隔离开。所述的双栅极结构中的电极是采用导电条来制作，导电条为锡铟氧化物导电膜、银浆制作、采用蒸镀铜、铝、镍、金、银导电金属制作之一，双栅极结构中存在有用于电子穿越的电子通道孔，双栅极结构中的处于上部栅极和下部栅极相交叉位置的电子通道孔相互连通，上栅极的表面存在一个绝缘覆盖层。

本发明中的双栅极结构采用如下的工艺进行制作：

1)衬底材料玻璃1的准备：

对整体衬底材料玻璃进行划片；衬底材料玻璃作为阴极面板；

2)阴极导电条2的制作：

在衬底材料玻璃1上蒸镀上一层锡铟氧化物层；对蒸镀的锡铟氧化物层进行光刻，形成阴极导电条2；

3)下栅极与阴极导电条之间的绝缘层3的制作：

在衬底材料玻璃1上通过旋转涂敷工艺制备出聚酰亚胺层，固化温度为375℃，形成下栅极与阴极导电条之间的绝缘层3。对制备的聚酰亚胺层进行刻蚀，将阴极区域刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔。

4)下栅极导电条4的制作：

在下栅极与阴极导电条之间的绝缘层3的上面制作出铝膜层，再利用常规的光刻工艺，将制备的铝膜层光刻形成下栅极导电条4。

5)上下栅极之间的绝缘层5的制作：

在衬底材料玻璃1上再次通过旋转涂敷工艺制备出聚酰亚胺层，固化温度为375℃，要求完全覆盖住下栅极导电条4，形成上下栅极之间的绝缘层5。对制备的聚酰亚胺层进行光刻，将阴极区域刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔。

6)上栅极导电条6的制作：

在上下栅极之间的绝缘层5的上面制作出铝膜层，再利用常规的光刻工艺，将制备的铝膜层光刻形成上栅极导电条6。要求上栅极导电条的走向和下栅极导电条的走向是相互垂直的。

7)上栅极覆盖层7的制作：

在衬底材料玻璃1上再次通过旋转涂敷工艺制备出聚酰亚胺层，固化温度为375℃，要求完全覆盖住上栅极导电条6，形成上栅极覆盖层7。对制备的聚酰亚胺层进行光刻，将阴极区域刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔。

8)玻璃表面的处理：

对整体玻璃进行清洁处理，除掉杂质。

本发明中的带有双栅极结构的碳纳米管阴极平板场致发射显示器按照如下的工艺进行制作：

1、阴极板的制作：

1)碳纳米管阴极8的印刷：

结合丝网印刷工艺，将碳纳米管8印刷碳纳米管阴极导电条上。

2)碳纳米管8阴极的后处理

对印刷后的碳纳米管8阴极进行后处理，以改善碳纳米管的场发射特性。

2、阳极面板的制作：

1)清洁平板玻璃9，除掉表面杂质；

2)在平板玻璃9上蒸镀一层锡铟氧化物薄膜；

3)对锡铟氧化物薄膜进行光刻，形成阳极导电条10；

4)结合丝网印刷工艺，在导电条的非显示区域印刷绝缘浆料11层，用于防止寄生电子发射；经过烘烤(烘烤温度：150℃，保持时间：5分钟)之后，放置在烧结炉中进行高温烧结(烧结温度：580℃，保持时间：10分钟)；

5)结合丝网印刷工艺，在导电条上面的显示区域印刷荧光粉层12；在烘箱当中进行烘烤(烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟)；

3、器件装配

将阴极面板、阳极面板、绝缘隔离支撑墙13以及玻璃围框14装配到一起，并将消气剂放入到真空腔当中，用低熔点玻璃粉固定。在玻璃面板的四周涂抹好低熔点玻璃粉，用夹子固定。

5、成品制作

对已经装配好的器件进行如下的封装工艺：将样品器件放入烘箱当中进行烘烤；放入烧结炉当中进行高温烧结；在排气台上进行器件排气、封离，在烤消机上对器件内部的消气剂进行烤消，最后加装管脚形成成品件。

本发明中的双栅极结构位于碳纳米管阴极的上方，用于控制碳纳米管阴极的电子发射；本发明中的双栅极结构既可以单独固定安装，也可以安装固定在阴极面板上；本发明中的双栅极结构位于阳极面板和阴极面板之间的位置；本发明中的双栅极结构中的导电条分为两部分，即上栅极部分和下栅极部分，其中上栅极部分与碳纳米管阴极之间的距离相对比较大，而下栅极部分与碳纳米管阴极之间的距离相对比较小；本发明中的双栅极结构的基底材料为大型、具有相当良好的耐热性和可操作性，能够独立制作的、成本低廉的高性能绝缘材料；本发明中的双栅极结构的基底材料为玻璃，如钠钙玻璃，硼硅玻璃；本发明中的双栅极结构中上栅极和下栅极之间的绝缘材料可以为聚酰亚胺层，薄玻璃，云母板，陶瓷片以及云母片材料；本发明中的聚酰亚胺层是结合旋转涂敷工艺和反应离子刻蚀方法完成的；本发明中的双栅极结构中的电极是采用导电条来制作的；本发明中的双栅极结构中的导电条可以为锡铟氧化物导电膜，可以采用银浆来制作，也可以采用蒸镀铜、铝、镍、金、银导电金属来制作；本发明中的双栅极结构中的导电条是结合光刻工艺完成的；本发明中的双栅极结构中的上栅极部分导电条的走向和下栅极部分导电条的走向是相互垂直的；本发明中的双栅极结构中的下栅极和碳纳米管阴极之间是相互隔离开的；本发明的双栅极结构中存在有用于电子穿越的电子通道孔；本发明中的双栅极结构中的处于上部栅极和下部栅极相交叉位置的电子通道孔是相互连通的；本发明中的上栅极的表面存在一个绝缘覆盖层；本发明中的双栅极结构上在不影响器件显示分辨率的前提下可以安装固定绝缘隔离支撑墙元件。

Claims (4)

1.一种双栅极结构的平板场致发射显示器，包括由以玻璃为衬底材料的阴极面板(1)、阳极面板(9)和四周玻璃围框(14)构成的密封真空腔、在阳极面板(9)上有光刻的锡铟氧化物薄膜层(10)以及制备在锡铟氧化物薄膜层上面的荧光粉层(12)、在以玻璃为衬底材料的阴极面板(1)上设置的碳纳米管阴极(8)、位于真空腔内部起支撑作用的绝缘隔离支撑墙(13)，其特征在于：

在碳纳米管阴极(8)上方设置有控制碳纳米管阴极的电子发射的双栅极结构，

在双栅极结构中，在以玻璃为衬底材料的阴极面板(1)上设置有阴极导电条(2)和绝缘层(3)，在绝缘层(3)上设置有下栅极导电条(4)，在下栅极导电条(4)上设置有绝缘层(5)，在绝缘层(5)上设置有上栅极导电条(6)，在上栅极导电条(6)上设置有栅极覆盖层(7)，

所述的双栅极结构中的导电条分为两部分，即上栅极部分和下栅极部分，其中上栅极部分与碳纳米管阴极之间的距离相对比较大，而下栅极部分与碳纳米管阴极之间的距离相对比较小，

双栅极结构中存在有用于电子穿越的电子通道孔，双栅极结构中的处于上部栅极和下部栅极相交叉位置的电子通道孔相互连通，上栅极的表面存在一个绝缘覆盖层。

2.根据权利要求1所述的双栅极结构的平板场致发射显示器，其特征在于：双栅极结构中上栅极和下栅极之间的绝缘材料为聚酰亚胺层、薄玻璃、云母板、陶瓷片以及云母片材料之一，双栅极结构中的上栅极部分导电条的走向和下栅极部分导电条的走向相互垂直，双栅极结构中的下栅极和碳纳米管阴极之间相互隔离开。

3.根据权利要求1所述的双栅极结构的平板场致发射显示器，其特征在于：所述的双栅极结构中的电极是采用导电条来制作，导电条为锡铟氧化物导电膜，采用银浆制作，或采用蒸镀铜、铝、镍、金、银导电金属之一制作。

4.一种双栅极结构的平板场致发射显示器的制作工艺，其特征在于：

双栅极结构采用如下的工艺进行制作：

1)衬底材料玻璃(1)的准备：

对整体衬底材料玻璃进行划片：衬底材料玻璃作为阴极面板；

2)阴极导电条(2)的制作：

在衬底材料玻璃(1)上蒸镀上一层锡铟氧化物层；对蒸镀的锡铟氧化物层进行光刻，形成阴极导电条(2)；

3)下栅极与阴极导电条之间的绝缘层(3)的制作：

在衬底材料玻璃(1)上通过旋转涂敷工艺制备出聚酰亚胺层，固化温度为375℃，形成下栅极与阴极导电条之间的绝缘层(3)，对制备的聚酰亚胺层进行刻蚀，将阴极区域刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔；

4)下栅极导电条(4)的制作：

在下栅极与阴极导电条之间的绝缘层(3)的上面制作出铝膜层，再利用常规的光刻工艺，将制备的铝膜层光刻形成下栅极导电条(4)，

5)上下栅极之间的绝缘层(5)的制作：

在衬底材料玻璃(1)上再次通过旋转涂敷工艺制备出聚酰亚胺层，固化温度为375℃，要求完全覆盖住下栅极导电条(4)，形成上下栅极之间的绝缘层(5)，对制备的聚酰亚胺层进行光刻，将阴极区域刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔，

6)上栅极导电条(6)的制作：

在上下栅极之间的绝缘层(5)的上面制作出铝膜层，再利用常规的光刻工艺，将制备的铝膜层光刻形成上栅极导电条(6)，要求上栅极导电条的走向和下栅极导电条的走向是相互垂直的，

7)上栅极覆盖层(7)的制作：

在衬底材料玻璃(1)上再次通过旋转涂敷工艺制备出聚酰亚胺层，固化温度为375℃，要求完全覆盖住上栅极导电条(6)，形成上栅极覆盖层(7)，对制备的聚酰亚胺层进行光刻，将阴极区域刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔，

8)玻璃表面的处理：

对整体玻璃进行清洁处理，除掉杂质，

带有双栅极结构的碳纳米管阴极平板场致发射显示器按照如下的工艺进行制作：

阴极板的制作：

1)碳纳米管阴极(8)的印刷：

结合丝网印刷工艺，将碳纳米管阴极(8)印刷在碳纳米管阴极导电条上，

2)碳纳米管阴极(8)的后处理：

对印刷后碳纳米管阴极(8)进行后处理，以改善碳纳米管的场发射特性，阳极面板的制作：

1)清洁平板玻璃(9)，除掉表面杂质；

2)在平板玻璃(9)上蒸镀一层锡铟氧化物薄膜；

3)对锡铟氧化物薄膜进行光刻，形成阳极导电条(10)，

4)结合丝网印刷工艺，在导电条的非显示区域印刷绝缘浆料层(11)，用于防止寄生电子发射；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：5分钟，之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：580℃，保持时间：10分钟，

5)结合丝网印刷工艺，在导电条上面的显示区域印刷荧光粉层(12)，在烘箱当中进行烘烤，烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟，

器件装配：

将阴极面板、阳极面板、绝缘隔离支撑墙(13)以及玻璃围框(14)装配到一起，并将消气剂放入到真空腔当中，用低熔点玻璃粉固定，在玻璃面板的四周涂抹好低熔点玻璃粉，用夹子固定，

成品制作：

对已经装配好的器件进行如下的封装工艺：将样品器件放入烘箱当中进行烘烤；放入烧结炉当中进行高温烧结；在排气台上进行器件排气、封离，在烤消机上对器件内部的消气剂进行烤消，最后加装管脚形成成品件。

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