CN101083198A - 一种基于金属基板的场发射显示器栅极板及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于金属基板的场发射显示器栅极板及其制备方法和应用。本发明采用金属材料作为栅极基板，结合薄膜和厚膜工艺制备FED栅极板。该方法主要包括以下的工艺步骤：首先，在金属基板上制作栅极孔阵列，并对基板表面进行表面抛光处理；然后分别在基板上制备薄膜绝缘层和厚膜绝缘层；最后，利用在绝缘层上制备栅极金属电极条。本发明的基于金属基板的栅极板适用于大面积高分辨场发射显示器。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于金属基板的场发射显示器栅极板的制备方法，属于平板显示器制造技术领域。
背景技术
场发射显示器(Field Emission Display，FED)是一种显示性能与CRT相媲美的平板显示器。分立结构的FED因为器件的各个组件可以分开加工，然后组装起来，成品率高、成本低，满足产品化的要求而受到许多公司和研究单位的采纳。目前，分立结构FED的栅极板通常采用玻璃或陶瓷材料作为基板，在上面加工栅孔后直接制备金属电极。然而，采用玻璃或陶瓷材料作为FED栅极基板的缺点是，玻璃或陶瓷材料易碎，加工难，这导致此类材料的加工成本很高，且难于应用到大面积、高分辨的FED显示器件上。因此，制备出一种加工成本低、可用于大面积、高分辨的FED栅极板是分立结构FED产业化的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于金属基板的FED栅极板及其制备方法。
本发明的特征是采用金属材料作为栅极基板，利用等离子增强化学沉积、丝网印刷、蒸发镀膜和光刻等工艺，制作可应用于分立结构FED的栅极板。具体体如下：
本发明的第一个方面是一种基于金属基板的分立结构FED栅极板，其特征在于：所述的栅极板以金属板为基板，基板上开有贯通的基板的栅极孔阵列，在金属基板的上、下表面及栅极孔的孔壁均覆盖绝缘层，在绝缘层上制备有金属栅极电极。
上述的金属栅极电极为条状电极，设置于栅极板的上表面或下表面。
上述的金属栅电极设置于栅极孔旁，与栅极孔阵列的长或宽度方向平行设置。
进一步的，上述的绝缘层由内层的薄膜绝缘过渡层及外层的厚膜绝缘层组成；薄膜绝缘过渡层渡层的厚度为
材料为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。薄膜绝缘层的设置可以提高栅极绝缘层与金属基板间的黏附力。
本发明的第二个方面是一种基于金属基板的分立结构FED栅极板的制备方法，其制备工艺流程如下：
(1)在金属基板上制作栅极孔阵列；
(2)抛光金属基板，使表面光滑并使栅极孔边缘成弧形过渡的形貌；
(3)利用丝网印刷的方法在基板的上下两个表面及栅极孔壁制备厚膜绝缘层；
(4)在绝缘层上制备金属栅极电极。
上述的方法，在制备厚膜绝缘层之前，先在基板上沉积一层厚度为薄膜绝缘过渡层，该过渡层的厚度为
材料为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。以提高栅极绝缘层与金属基板间的黏附力。
采用丝网印刷的方式在基板两个面和栅极孔壁印制厚膜绝缘层；厚膜绝缘层的厚度为10微米至毫米。
金属栅极电极可以采用光刻工艺在绝缘层的表面制备金属电极图形而形成。
金属栅极电极也可采用物理气相沉积法在绝缘层上面制备；金属电极的沉积方法可以是电子束蒸发法、电阻加热蒸发法或磁控溅射法等其它方式；所沉积的金属电极材料可以是铝、铬等其它导电金属。
本发明的第三个方面是上述的基于金属基板的分立结构FED栅极板在场发射显示器件上的应用。
本发明采用金属材料作为基板材，有效地解决了材料易碎，加工难，加工成本很高的问题。上述的基于金属基板的分立结构FED栅极板，可应用于不同面积、不同分辨率的分立结构FED器件上，特别适用于大面积、高分辨率的显示器。
附图说明
图1基于金属基板的分立FED栅极板的制备工艺流程。
图2基于金属基板的分立FED栅极板的制备工艺示意图。
图3一种基于金属基板的分立FED栅极板的示意图。在此基板301上制作了72×32栅孔阵列302。
图4a完成后的栅极板整体照片。
图4b完成后的栅极板局部放大的电镜照片。
图5栅极板的栅极绝缘层的耐压特性曲线。
图6采用分立栅极基板制作FED的结构示意图。其中，601为荧光屏，602为隔离体，603为金属基板，604为绝缘层，605为隔离体，606为碳纳米管冷阴极，607为栅极电极条，608为阴极衬底。
图7基于金属基板的分立栅极板制作的FED的行扫描显示情况。
具体实施方式
为了更清楚地说明基于金属基板的分立FED栅极板的制备方法，下面具体说明制作工艺流程及其所涉及的关键问题处理方式。
制作工艺流程如图1所示。具体工艺示意图如图2所示。金属栅极板1的起始材料为薄金属板，可用不锈钢或其他的金属，厚度可以在50微米至2毫米范围。
如图2的b所示，采用光刻腐蚀或机械加工的方法在金属板上制作栅极孔2。制作栅极孔后，将基板进行抛光处理，提高基板的表面的平整度，并去除栅极孔边缘的尖锐突起，使孔边形成弧形形貌3(如图2的c所示)，以改善后续制备的绝缘层内部的电场分布，提高耐压。
基板经过清洗后，在基板的两个表面都沉积薄膜绝缘过渡层4作为过渡层(如图2的d所示)。薄膜绝缘过渡层材料为二氧化硅、氮化硅或氧化铝等。厚度为0.2微米至2微米。制备方法可以采用化学气相沉积(PECVD)、物理蒸发或旋涂的方法。薄膜绝缘过渡层的制备过程中，金属基板两个面的绝缘层厚度需保持相等或相近。
如图2的e所示，采用丝网印刷的方式在基板上下两个面和栅极孔壁印制厚膜绝缘层5。根据器件对栅极板的耐压的要求，厚膜绝缘层的厚度可以在10微米至毫米的范围，为了平衡基板两面所受来自绝缘层产生的应力，金属基板两个面的厚膜绝缘层厚度需保持相等或相近。
绝缘层制备完成后，通过光刻技术在绝缘层上制备栅极金属电极条6(如附图2的e所示)。栅极金属电极条采用物理气相沉积，如热蒸发、磁控溅射或电子束蒸发的方式制备。电极条图形可应用光刻中常用的剥离技术(lift-off)制作，或采用光刻图形后直接刻蚀。根据器件结构的需要，栅极电极条可以制作于基板的单面或两面。
上述基于金属基板的分立结构FED栅极板，可以与FED的阴极面板和阳极面板组装，制作出FED器件。
实施例：
本实施例给出了2英寸的分立结构的FED器件的金属栅极板的制备方法，栅极板的分辨率为72×32(72×32栅孔阵列)，其规格如图3所示。每个栅极孔的尺寸约为200微米×600微米。
本实施例选取304号不锈钢为栅极基板，基板厚度为
利用图1和2给出的工艺流程和示意图制作栅极板。首先用化学腐蚀的方法在不锈钢金属基板1上加工栅极孔2的阵列。然后采用电化学抛光使不锈钢的表面光滑并使栅孔边缘呈弧形过渡的形貌3，如图2的c所示。
加工好的栅极基板经过丙酮、酒精清洗后，用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在基板的上下两面及栅极孔孔壁淀积上厚度约为
的SiO2薄膜4作为薄膜绝缘过渡层。
用丝网印刷的方法在栅极基板的两个表面制备厚膜绝缘层5，并进行烧结。本实施例中，厚膜绝缘层的主要成分为氧化铝和氧化硅。所制备的厚膜绝缘层的厚度约为
厚膜绝缘层5同时覆盖基板的上下表面和栅极孔孔壁。
最后应用电子束蒸发蒸镀金属铝电极，并用光刻工艺在绝缘层上制备出栅极电极图形6，电极厚度约为250nm。金属栅极电极设置在栅极孔的旁边，与栅极孔阵列的长度方向或宽度方向平行。
所制备的栅极板外形形貌如图4所示。图4(a)是整体的照片，图4(b)是局部放大的扫描电子显微镜照片。采用本发明制作的栅极板绝缘层有较好的耐压特性。在3×10-3Pa的真空中测试制备的栅极绝缘层的耐压特性，结果如图5所示，表明绝缘层能够承受1200V以上的直流电压。
采用该栅极基板可以与阳极荧光屏和阴极基板组装成场发射显示器。图6是采用金属基板栅极板的FED的结构图。图7是该FED器件在单行扫描时得到的显示图像。上述结果表明利用本发明方法制备的栅极板可以用于大面积高分辨FED器件。
Claims (10)
1.一种基于金属基板的分立结构FED栅极板，其特征在于：所述的栅极板以金属板为基板，基板上开有贯通的基板的栅极孔阵列，在金属基板的上、下表面及栅极孔的孔壁均覆盖绝缘层，在绝缘层上制备有金属栅极电极。
2.按权利要求1所述的基于金属基板的分立结构FED栅极板，其特征在于：所述的金属栅极电极为条状电极，设置于栅极板的下表面或上下表面。
3.按权利要求2所述的基于金属基板的分立结构FED栅极板，其特征在于：所述的金属栅极电极设置于栅极孔旁，与栅极孔阵列的长或宽度方向平行设置。
4.按权利要求1所述的所述的基于金属基板的分立结构FED栅极板，其特征在于：所述的绝缘层由内层的薄膜绝缘过渡层及外层的厚膜绝缘层组成；薄膜绝缘过渡层渡层的厚度为
材料为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。
5.一种基于金属基板的分立结构FED栅极板的制备方法，其制备工艺流程如下：
(1)在金属基板上制作栅极孔阵列；
(2)抛光金属基板，使表面光滑并使栅极孔边缘成弧形过渡的形貌；
(3)利用丝网印刷的方法在基板的上下两个表面及栅极孔壁制备厚膜绝缘层；
(4)在绝缘层上制备金属栅极电极。
6.如权利要求1描述的FED栅极板的制备方法，其特征在于：在制备厚膜绝缘层之前，先在基板上沉积一层厚度为薄膜绝缘过渡层，该过渡层的厚度为
材料为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。
7.如权利要求1所述的FED栅极板的制备方法，其特征在于：采用丝网印刷的方式在基板两个面和栅极孔壁印制厚膜绝缘层；厚膜绝缘层的厚度为10微米至毫米。
8.如权利要求1所述的FED栅极板的制备方法，其特征在于：采用光刻工艺在绝缘层的表面制备金属电极图形。
9.如权利要求1所述的FED栅极板的制备方法，其特征在于：采用物理气相沉积法在绝缘层上面制备栅极金属电极；金属电极的沉积方法是电子束蒸发法、电阻加热蒸发法或磁控溅射法；所沉积的金属电极材料是铝、铬等其它导电金属。
10.权利要求1至4任一项所述的基于金属基板的分立结构FED栅极板在场发射显示器件上的应用。
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