CN100385603C - 带有岛栅结构的平板场致发射显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有岛栅结构的平板场致发射显示器及其制作工艺，带有岛栅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、在阴极面板上有印刷的碳纳米管阴极、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、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岛栅结构；进一步了降低器件的工作电压，具有制作过程稳定可靠、制作工艺简单、制作成本低廉、结构简单的优点。

Description

带有岛栅结构的平板场致发射显示器及其制作工艺

技术领域

本发明属于真空科学与技术、平面显示技术、微电子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，尤其涉及一种带有岛栅结构的平板场致发射显示器及其制作工艺。

背景技术

碳纳米管具有小的尖端曲率半径，极高的机械强度，是一种较为理想的冷阴极材料。在平板显示器件的制作过程中，需要尽可能的降低总体生产成本，降低整体器件的工作电压，以便于能够和常规的集成电路相结合，这也是器件制作人员需要重点考虑的研究课题之一。在平板碳纳米管场致发射显示器件当中，栅极结构是器件制作过程中不可缺少的元件之一，其制作质量的优劣与否直接影响到整体显示器件的质量，其控制特性也是衡量平板显示器件的重要性能指标之一。

在目前的碳纳米管阴极平板显示器件制作当中，一方面，大多数都使用了专用的绝缘材料来制作栅极结构，这其中不仅包含有相当复杂的器件制作工艺，而且还涵盖有新技术的开发利用，造成总体器件的制作成本很高；对于碳纳米管平板显示器件来说，实现工艺简单、稳定可靠、成本低廉的器件制作，这是平板器件的基本要求，也是实际产品应用的前提条件。另一方面，在平板显示器件当中所制作的栅极结构均为一个闭合结构，因此在进一步降低工作电压方面，研究人员只能从进一步减少栅极和阴极之间的距离等方面着手，造成既提高了总体器件的制作成本，但是在进一步降低器件的工作电压方面的效果又不是很明显。

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上述现有技术中存在的不足而提供一种成本低廉、制作成功率高、制作过程稳定可靠、结构简单的带有岛栅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来实现的：

带有岛栅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、在阴极面板上有印刷的碳纳米管阴极、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、位于真空腔内部起支撑作用的绝缘隔离支撑墙，其特征在于：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岛栅结构；所述的岛栅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，在阴极导电条的两侧设置有绝缘隔离层，设置在绝缘隔离层上的第一栅极导电条和第二栅极导电条，在第一栅极导电条和第二栅极导电条的上面有绝缘覆盖层；碳纳米管阴极制备在阴极导电条的上面；第一栅极导电条顶部和第二栅极导电条顶部位于同一个平面，但第一栅极导电条顶部和第二栅极导电条顶部是互不相连的；岛栅结构中存在有用于电子穿越的电子通道孔；第一栅极导电条顶部和第二栅极导电条顶部的表面存在一个绝缘覆盖层；第一栅极导电条的走向和碳纳米管阴极导电条的走向是相互垂直的；第一栅极导电条围绕在电子通道孔的周围，占据四分之三周长的位置；第二栅极导电条也围绕在电子通道孔的周围，占据五分之一周长的位置。

所述的带有岛栅结构的平板场致发射显示器的制作工艺，采用如下的工艺进行制作：

a、所述的岛栅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)绝缘隔离层的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃上印刷绝缘浆料；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：590℃，保持时间：10分钟；形成绝缘隔离层；

4)第一栅极导电条的制作：

结合丝网印刷工艺，在绝缘隔离层上印刷银浆；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟；形成第一栅极导电条；第一栅极导电条的走向和碳纳米管阴极导电条的走向是相互垂直的；第一栅极围绕在电子通道孔的周围，占据四分之三周长的位置；

5)第二栅极导电条的制作：

结合丝网印刷工艺，在绝缘隔离层上印刷银浆；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟；形成第二栅极导电条；第二栅极也围绕在电子通道孔的周围，占据五分之一周长的位置；

6)绝缘覆盖层的制作：

结合丝网印刷工艺，在栅极导电条，包括第一栅极和第二栅极在内的顶部印刷绝缘浆料；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：590℃，保持时间：10分钟；形成绝缘覆盖层；

7)玻璃表面的处理：

对整体玻璃进行清洁处现，除掉杂质；

b、阴极面板的制作：

1)碳纳米管阴极的印刷：

结合丝网印刷工艺，将碳纳米管阴极印刷到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；

c、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，在阳极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，在阳极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；

d、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；

e、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：本发明中的岛栅结构中的第一栅极导电条部分和第二栅极导电条部分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。当在第一栅极导电条和第二栅极导电条上施加适当电压的情况下，碳纳米管阴极就会发射出大量的电子，在器件显示方面有了更大的选择余地。在非对称长短控栅结构的制作过程中，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给出了岛栅结构的纵向结构示意图。

图2给出了岛栅结构的横向结构示意图。

图3给出了一个带有岛栅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所示，本发明带有岛栅结构的场致发射平面显示器包括由阴极面板1、阳极面板8和四周玻璃围框13构成的密封真空腔、在阴极面板1上有印刷的碳纳米管阴极7、在阳极面板8上有光刻的锡铟氧化物薄膜层9以及制备在锡铟氧化物薄膜层上面的荧光粉层11、位于真空腔内部起支撑作用的绝缘隔离支撑墙12，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岛栅结构，

所述的岛栅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，在阴极导电条2的两侧设置有绝缘隔离层3，设置在绝缘隔离层3上的第一栅极导电条4和第二栅极导电条5，在第一栅极导电条4和第二栅极导电条5的上面有绝缘覆盖层6；碳纳米管阴极7制备在阴极导电条2的上面；第一栅极导电条顶部和第二栅极导电条顶部位于同一个平面，但第一栅极导电条顶部和第二栅极导电条顶部是互不相连的；岛栅结构中存在有用于电子穿越的电子通道孔；第一栅极导电条顶部和第二栅极导电条顶部的表面存在一个绝缘覆盖层；第一栅极导电条的走向和碳纳米管阴极导电条的走向是相互垂直的；第一栅极导电条围绕在电子通道孔的周围，占据四分之三周长的位置；第二栅极导电条也围绕在电子通道孔的周围，占据五分之一周长的位置。

所述的岛栅结构进一步降低器件的工作电压，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。

所述的岛栅结构的衬底材料为钠钙玻璃，或硼硅玻璃。

所述岛栅结构中的绝缘隔离层3为绝缘浆料层，或薄玻璃，或云母板，或陶瓷片材料，绝缘隔离层是结合丝网印刷工艺和高温烧结工艺完成的。

所述的岛栅结构中的导电条为锡铟氧化物导电膜层，采用银浆制作，或采用蒸镀铜、铝、镍、金、银金属层制作；岛栅结构上在不影响器件显示分辨率的前提下安装绝缘隔离支撑墙元件。

一种带有岛栅结构的平板场致发射显示器的制作工艺，其特征在于：

a、所述的岛栅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)绝缘隔离层3的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃1上印刷绝缘浆料；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：590℃，保持时间：10分钟；形成绝缘隔离层3；

4)第一栅极导电条4的制作：

结合丝网印刷工艺，在绝缘隔离层3上印刷银浆；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟；形成第一栅极导电条4；第一栅极导电条的走向和碳纳米管阴极导电条2的走向是相互垂直的；第一栅极围绕在电子通道孔的周围，占据四分之三周长的位置；

5)第二栅极导电条5的制作：

结合丝网印刷工艺，在绝缘隔离层3上印刷银浆；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟；形成第二栅极导电条5；第二栅极也围绕在电子通道孔的周围，占据五分之一周长的位置；

6)绝缘覆盖层6的制作：

结合丝网印刷工艺，在栅极导电条，包括第一栅极和第二栅极在内的顶部印刷绝缘浆料；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：590℃，保持时间：10分钟；形成绝缘覆盖层6；

7)玻璃表面的处理：

对整体玻璃进行清洁处理，除掉杂质；

b、阴极面板的制作：

1)碳纳米管阴极7的印刷：

结合丝网印刷工艺，将碳纳米管阴极7印刷到碳纳米管阴极导电条2上；

2)碳纳米管阴极7的后处理

对印刷后的碳纳米管阴极7进行后处理，以改善碳纳米管的场发射特性；

c、阳极面板的制作：

1)清洁平板玻璃8，除掉表面杂质；

2)在平板玻璃8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9；

4)结合丝网印刷工艺，在阳极导电条的非显示区域印刷绝缘浆料层10，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，在阳极导电条上面的显示区域印刷荧光粉层11；在烘箱当中进行烘烤，烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟；

d、器件装配

将阴极面板、阳极面板、绝缘隔离支撑墙12以及玻璃围框13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；

e、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。

Claims (5)

1.一种带有岛栅结构的平板场致发射显示器，包括由阴极面板(1)、阳极面板(8)和四周玻璃围框(13)构成的密封真空腔、在阴极面板(1)上有印刷的碳纳米管阴极(7)、在阳极面板(8)上有光刻的锡铟氧化物薄膜层(9)以及制备在锡铟氧化物薄膜层上面的荧光粉层(11)、位于真空腔内部起支撑作用的绝缘隔离支撑墙(12)，其特征在于：

在所述碳纳米管阴极(7)上方设置有控制碳纳米管阴极的电子发射的岛栅结构，

所述岛栅结构包括以玻璃为衬底材料的所述阴极面板(1)、设置在所述阴极面板(1)上的阴极导电条(2)，在阴极导电条(2)的两侧设置有绝缘隔离层(3)，在绝缘隔离层(3)上设置有第一栅极导电条(4)和第二栅极导电条(5)，在第一栅极导电条(4)和第二栅极导电条(5)上面设置有绝缘覆盖层(6)；所述碳纳米管阴极(7)制备在阴极导电条(2)的上面；第一栅极导电条顶部和第二栅极导电条顶部位于同一个平面，但第一栅极导电条顶部和第二栅极导电条顶部是互不相连的；所述岛栅结构中存在有用于电子穿越的电子通道孔；所述绝缘覆盖层位于第一栅极导电条顶部和第二栅极导电条顶部的表面；第一栅极导电条的走向和碳纳米管阴极导电条的走向是相互垂直的；第一栅极导电条围绕在电子通道孔的周围，占据四分之三周长的位置；第二栅极导电条也围绕在电子通道孔的周围，占据五分之一周长的位置。

2.如权利要求1所述的带有岛栅结构的平板场致发射显示器，其特征在于：所述的岛栅结构的衬底材料为钠钙玻璃，或硼硅玻璃。

3.如权利要求1所述的带有岛栅结构的平板场致发射显示器，其特征在于：所述岛栅结构中的绝缘隔离层(3)为绝缘浆料层，或薄玻璃，或云母板，或陶瓷片材料，绝缘隔离层是结合丝网印刷工艺和高温烧结工艺完成的。

4.如权利要求1所述的带有岛栅结构的平板场致发射显示器，其特征在于：所述的岛栅结构中的导电条为锡铟氧化物导电膜层，采用银浆制作，或采用蒸镀铜、铝、镍、金、银金属层制作；岛栅结构上在不影响器件显示分辨率的前提下安装绝缘隔离支撑墙元件。

5.一种带有岛栅结构的平板场致发射显示器的制作工艺，其特征在于：

a、所述的岛栅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)绝缘隔离层[3]的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃[1]上印刷绝缘浆料；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：590℃，保持时间：10分钟；形成绝缘隔离层[3]；

4)第一栅极导电条[4]的制作：

结合丝网印刷工艺，在绝缘隔离层[3]上印刷银浆；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟；形成第一栅极导电条[4]；第一栅极导电条的走向和碳纳米管阴极导电条[2]的走向是相互垂直的；第一栅极围绕在电子通道孔的周围，占据四分之三周长的位置；

5)第二栅极导电条[5]的制作：

结合丝网印刷工艺，在绝缘隔离层[3]上印刷银浆；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟；形成第二栅极导电条[5]；第二栅极也围绕在电子通道孔的周围，占据五分之一周长的位置；

6)绝缘覆盖层[6]的制作：

结合丝网印刷工艺，在栅极导电条，包括第一栅极和第二栅极在内的顶部印刷绝缘浆料；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：590℃，保持时间：10分钟；形成绝缘覆盖层[6]；

7)玻璃表面的处理：

对整体玻璃进行清洁处理，除掉杂质；

b、阴极面板的制作：

1)碳纳米管阴极[7]的印刷：

结合丝网印刷工艺，将碳纳米管阴极[7]印刷到碳纳米管阴极导电条[2]上；

2)碳纳米管阴极[7]的后处理

对印刷后的碳纳米管阴极[7]进行后处理，以改善碳纳米管的场发射特性；

c、阳极面板的制作：

1)清洁平板玻璃[8]，除掉表面杂质；

2)在平板玻璃[8]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[9]；

4)结合丝网印刷工艺，在阳极导电条的非显示区域印刷绝缘浆料层[10]，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，在阳极导电条上面的显示区域印刷荧光粉层[11]；在烘箱当中进行烘烤，烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟；

d、器件装配

将阴极面板、阳极面板、绝缘隔离支撑墙[12]以及玻璃围框[13]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；

e、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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