CN100527323C - 空心底栅阵列结构的平板显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空心底栅阵列结构的平板显示器及其制作工艺，包括由阴极玻璃面板、阳极玻璃面板和四周玻璃围框所构成的密封真空腔；在阴极玻璃面板上有阴极导电层、碳纳米管以及空心底栅阵列结构；在阳极玻璃面板上有阳极导电层以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构以及消气剂附属元件，能够进一步减小栅极结构对电子束的截留，增大器件的显示亮度，增强碳纳米管阴极的电子发射面积和数量，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

空心底栅阵列结构的平板显示器及其制作工艺

技术领域

本发明属于平板显示技术领域、微电子科学与技术领域、真空科学与技术领域以及纳米科学与技术领域的相互交叉领域，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场致发射显示器的器件制作方面的内容，特别涉及一种空心底栅阵列结构的平板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，呈现出优良的场致发射特性，非常适合于用作场致发射显示设备的冷阴极材料。场致发射显示器是利用场致发射冷阴极发射的电子束轰击荧光粉层而发光的显示器件，它具有类似于阴极射线管显示器的工作原理，同样也就将阴极射线管显示器的高图像质量继承下来。场致发射显示器能够把阴极射线管显示器的明亮清晰特性，液晶显示器的超薄型等优点相互结合起来，真正实现了平板显示的高端技术水准，它具有液晶显示器的重量轻、阴极射线管显示器的响应速度快以及比液晶显示器大得多的宽视角，是一种新型的显示设备。

栅极结构是三极结构场致发射平面显示器中的关键元件之一，它直接控制着碳纳米管阴极的电子发射。在大多数的显示器件中都采用了栅极位于碳纳米管阴极上方的结构形式，其制作工艺比较简单，栅极的控制作用比较显著，但是其栅极电流过于偏大，工作电压过于偏高，这些都是不利的。那么就需要对这种结构控制模式进行改进，以便于进一步的降低栅极的工作电压。在实际器件的制作过程中，究竟采用何种结构控制模式，究竟采用何种制作材料，如何尽可能的缩短栅极结构和碳纳米管阴极结构二者之间的距离，如何进一步的增强碳纳米管阴极表面顶端的电场强度，这些都是值得思考的问题，以便于进行更好的高质量器件制作。

此外，在三极结构的平板场致发射显示器件当中，在确保栅极结构对碳纳米管阴极具有良好控制作用的前提下，还需要尽可能的降低总体器件成本，进行稳定可靠、成本低廉、性能优良、高质量的器件制作。

发明内容

本发明的目的在于克服上述平板显示器件中存在的缺点和不足而提供一种成本低廉、制作过程稳定可靠、制作成功率高、结构简单的空心底栅阵列结构的平板显示器及其制作工艺。

本发明的目的是这样实现的：包括由阴极玻璃面板、阳极玻璃面板和四周玻璃围框所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层、制备在阳极导电层上面的荧光粉层以及在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构以及消气剂附属元件，在阴极玻璃面板上有阴极导电层、碳纳米管以及空心底栅阵列结构。所述的空心底栅阵列结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面板；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘层；绝缘层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层为类四方环形形状，即从俯视角度看，外围是一个四方形，内部是中空的圆形形状；相邻的类四方环形形状之间有引线相互连接，且是通过类四方环形形状的对角线定点进行相互连接的；类四方环形形状以及通过对角线定点进行相互连接的引线共同构成了栅极引线层，相邻的栅极引线层是互不连通的；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层要完全覆盖住栅极引线层；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成阴极引线层；阴极引线层的图案与栅极引线层图案完全相同，但是阴极引线层的走向与栅极引线层的走向是相互垂直的，即中间类四方环形形状的图案完全相同，而阴极引线层之间的类四方环形形状相连是通过区别于栅极引线层的另外两个对角线顶点进行相互连通的；阴极引线层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层的形状与阴极引线层中的类四方环形形状的图案完全相同，且仅仅位于阴极引线层中的类四方环形形状的上面；阴极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成阴极覆盖层；阴极覆盖层要完全覆盖住除了阴极导电层区域以外的其余区域，其中包括相邻类四方环形形状之间的引线部分，和类四方环形形状中间的中空圆形孔部分，以及阴极引线层以外的空余的隔离层部分；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

所述的空心底栅阵列结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上；栅极引线层为金属金、银、铜、铝、钼、铬、锡、铟之一；阴极引线层为金、银、钼、铬之一；阴极导电层为金属铁、钴、镍之一。

一种空心底栅阵列结构的平板显示器的制作工艺，其制作工艺如下：

1)阴极玻璃面板的制作：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；

2)绝缘层的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘层；

3)栅极引线层的制作：在绝缘层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极引线层；栅极引线层为类四方环形形状，即从俯视角度看，外围是一个四方形，内部是中空的圆形形状；相邻的类四方环形形状之间有引线相互连接，且是通过类四方环形形状的对角线定点进行相互连接的；类四方环形形状以及通过对角线定点进行相互连接的引线共同构成了栅极引线层，相邻的栅极引线层是互不连通的；

4)隔离层的制作：在栅极引线层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层完全覆盖住栅极引线层；

5)阴极引线层的制作：在隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；阴极引线层的图案与栅极引线层图案完全相同，但是阴极引线层的走向与栅极引线层的走向是相互垂直的，即中间类四方环形形状的图案完全相同，而阴极引线层之间的类四方环形形状相连是通过区别于栅极引线层的另外两个对角线顶点进行相互连通的；

6)阴极导电层的制作：在阴极引线层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；阴极导电层的形状与阴极引线层中的类四方环形形状的图案完全相同，且仅仅位于阴极引线层中的类四方环形形状的上面；

7)阴极覆盖层的制作：在阴极引线层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阴极覆盖层；阴极覆盖层完全覆盖住除了阴极导电层区域以外的其余区域，其中包括相邻类四方环形形状之间的引线部分和类四方环形形状中间的中空圆形孔部分以及阴极引线层以外的空余的隔离层部分；

8)空心底栅阵列结构的表面清洁处理：对空心底栅阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

9)碳纳米管的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

10)阳极玻璃面板的制作：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；

11)阳极导电层的制作：在阳极玻璃面板上蒸镀一层锡铟氧化物膜层；刻蚀后形成阳极导电层；

12)绝缘浆料层的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；

13)荧光粉层的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；

14)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构和四周玻璃围框装配到一起，并将消气剂放入到空腔当中，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；

15)成品制作：对已经装配好的器件进行封装工艺形成成品件。

所述步骤12具体为在阳极导电层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。

所述步骤13具体为在阳极导电层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。

所述步骤15具体为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。

本发明具有如下的积极效果：

首先，在所述的空心底栅阵列结构中，制作了底部栅极，这样当在栅极上施加适当电压以后，就会在碳纳米管阴极表面顶端形成强大的电场强度，迫使碳纳米管发射出大量的电子，而发射出来的电子在阳极高电压的作用下直接飞向阳极，由于栅极位于碳纳米管阴极的底部，这样电子是不会通过阴极的，也就减小了栅极结构对电子束进行截留的几率，极大地增强了器件的阳极工作电流；另一方面，将底部栅极制作了空心形状，能够极大地减小栅极结构和碳纳米管阴极结构之间的电容，有利于提高器件的工作频率。

其次，在所述的空心底栅阵列结构中，将阴极导电层也制作成了类四方环形形状，这样可以极大地增加碳纳米管阴极的电子发射面积；另外，还可以充分利用位于边缘位置的碳纳米管能够发射出大量电子的独特现象，可以迫使更多的碳纳米管阴极都同时发射出更多的电子，有利于进一步提高整体器件的工作电流以及显示亮度。

此外，在所述的空心底栅阵列结构中，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规模生产。

附图说明

图1给出了空心底栅阵列结构的纵向结构示意图；

图2给出了空心底栅阵列结构的横向结构示意图；

图3给出了空心底栅阵列结构中栅极引线层的俯视结构示意图；

图4给出了空心底栅阵列结构的平面显示器的结构示意图。

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。

所述的一种带有空心底栅阵列结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板1、阳极玻璃面板9和四周玻璃围框15所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层10、制备在阳极导电层上面的荧光粉层12以及在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层11；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构14以及消气剂附属元件13，在阴极玻璃面板上有阴极导电层6、碳纳米管8以及空心底栅阵列结构。

所述的空心底栅阵列结构的衬底材料为玻璃，如钠钙玻璃、硼硅玻璃，也就是阴极玻璃面板；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘层；绝缘层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层为类四方环形形状，即从俯视角度看，外围是一个四方形，内部是中空的圆形形状；相邻的类四方环形形状之间有引线相互连接，且是通过类四方环形形状的对角线定点进行相互连接的；类四方环形形状以及通过对角线定点进行相互连接的引线共同构成了栅极引线层，相邻的栅极引线层是互不连通的；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层要完全覆盖住栅极引线层；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成阴极引线层；阴极引线层的图案与栅极引线层图案完全相同，但是阴极引线层的走向与栅极引线层的走向是相互垂直的，即中间类四方环形形状的图案完全相同，而阴极引线层之间的类四方环形形状相连是通过区别于栅极引线层的另外两个对角线顶点进行相互连通的；阴极引线层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层的形状与阴极引线层中的类四方环形形状的图案完全相同，且仅仅位于阴极引线层中的类四方环形形状的上面；阴极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成阴极覆盖层；阴极覆盖层要完全覆盖住除了阴极导电层区域以外的其余区域，其中包括相邻类四方环形形状之间的引线部分，和类四方环形形状中间的中空圆形孔部分，以及阴极引线层以外的空余的隔离层部分；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

所述的空心底栅阵列结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上；栅极引线层可以为金属金、银、铜、铝、钼、铬、锡、铟；阴极引线层可以为金、银、钼、铬；阴极导电层可以为金属铁、钴、镍。

一种带有空心底栅阵列结构的平板显示器的制作工艺，其制作工艺如下：

1)阴极玻璃面板1的制作：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；

2)绝缘层2的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘层；

3)栅极引线层3的制作：在绝缘层的上面制备出一个金属铬层，刻蚀后形成栅极引线层；

4)隔离层4的制作：在栅极引线层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；

5)阴极引线层5的制作：在隔离层的上面制备出一个金属钼层，刻蚀后形成阴极引线层；

6)阴极导电层6的制作：在阴极引线层的上面制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极导电层；

7)阴极覆盖层7的制作：在阴极引线层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阴极覆盖层；

8)空心底栅阵列结构的表面清洁处理：对空心底栅阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

9)碳纳米管8的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

10)阳极玻璃面板9的制作：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；

11)阳极导电层10的制作：在阳极玻璃面板上蒸镀一层锡铟氧化物膜层；刻蚀后形成阳极导电层；

12)绝缘浆料层11的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；

13)荧光粉层12的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；

14)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构14和四周玻璃围框15装配到一起，并将消气剂13放入到空腔当中，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；

15)成品制作：对已经装配好的器件进行封装工艺形成成品件。

所述步骤12具体为在阳极导电层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；

所述步骤13具体为在阳极导电层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；

所述步骤15具体为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 (6)

1、一种空心底栅阵列结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板(1)、阳极玻璃面板(9)和四周玻璃围框(15)所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层(10)、制备在阳极导电层上面的荧光粉层(12)以及在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层(11)；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构(14)以及消气剂附属元件(13)，其特征在于：在阴极玻璃面板上有阴极导电层(6)、碳纳米管(8)以及空心底栅阵列结构；所述的空心底栅阵列结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面板；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘层；绝缘层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层为类四方环形形状，即从俯视角度看，外围是一个四方形，内部是中空的圆形形状；相邻的类四方环形形状之间有引线相互连接，且是通过类四方环形形状的对角线定点进行相互连接的；类四方环形形状以及通过对角线定点进行相互连接的引线共同构成了栅极引线层，相邻的栅极引线层是互不连通的；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层要完全覆盖住栅极引线层；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成阴极引线层；阴极引线层的图案与栅极引线层图案完全相同，但是阴极引线层的走向与栅极引线层的走向是相互垂直的，即中间类四方环形形状的图案完全相同，而阴极引线层之间的类四方环形形状相连是通过区别于栅极引线层的另外两个对角线顶点进行相互连通的；阴极引线层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层的形状与阴极引线层中的类四方环形形状的图案完全相同，且仅仅位于阴极引线层中的类四方环形形状的上面；阴极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成阴极覆盖层；阴极覆盖层要完全覆盖住除了阴极导电层区域以外的其余区域，其中包括相邻类四方环形形状之间的引线部分和类四方环形形状中间的中空圆形孔部分以及阴极引线层以外的空余的隔离层部分；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

2、根据权利要求1所述的空心底栅阵列结构的平板显示器，其特征在于：所述的空心底栅阵列结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上；栅极引线层为金属金、银、铜、铝、钼、铬、锡、铟之一；阴极引线层为金、银、钼、铬之一；阴极导电层为金属铁、钴、镍之一。

3、一种空心底栅阵列结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于，其制作工艺如下：

1)阴极玻璃面板(1)的制作：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；

2)绝缘层(2)的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘层；

3)栅极引线层(3)的制作：在绝缘层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极引线层；栅极引线层为类四方环形形状，即从俯视角度看，外围是一个四方形，内部是中空的圆形形状；相邻的类四方环形形状之间有引线相互连接，且是通过类四方环形形状的对角线定点进行相互连接的；类四方环形形状以及通过对角线定点进行相互连接的引线共同构成了栅极引线层，相邻的栅极引线层是互不连通的；

4)隔离层(4)的制作：在栅极引线层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层完全覆盖住栅极引线层；

5)阴极引线层(5)的制作：在隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；阴极引线层的图案与栅极引线层图案完全相同，但是阴极引线层的走向与栅极引线层的走向是相互垂直的，即中间类四方环形形状的图案完全相同，而阴极引线层之间的类四方环形形状相连是通过区别于栅极引线层的另外两个对角线顶点进行相互连通的；

6)阴极导电层(6)的制作：在阴极引线层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；阴极导电层的形状与阴极引线层中的类四方环形形状的图案完全相同，且仅仅位于阴极引线层中的类四方环形形状的上面；

7)阴极覆盖层(7)的制作：在阴极引线层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阴极覆盖层；阴极覆盖层完全覆盖住除了阴极导电层区域以外的其余区域，其中包括相邻类四方环形形状之间的引线部分和类四方环形形状中间的中空圆形孔部分以及阴极引线层以外的空余的隔离层部分；

8)空心底栅阵列结构的表面清洁处理：对空心底栅阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

9)碳纳米管(8)的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

10)阳极玻璃面板(9)的制作：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；

11)阳极导电层(10)的制作：在阳极玻璃面板上蒸镀一层锡铟氧化物膜层；刻蚀后形成阳极导电层；

12)绝缘浆料层(11)的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；

13)荧光粉层(12)的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；

14)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构(14)和四周玻璃围框(15)装配到一起，并将消气剂(13)放入到空腔当中，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；

15)成品制作：对已经装配好的器件进行封装工艺形成成品件。

4、根据权利要求3所述的空心底栅阵列结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述步骤12具体为在阳极导电层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、根据权利要求3所述的空心底栅阵列结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述步骤13具体为在阳极导电层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。

6、根据权利要求3所述的空心底栅阵列结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述步骤15具体为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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