CN101609776A

CN101609776A - 可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法

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Publication number: CN101609776A
Application number: CNA200910063192XA
Authority: CN
Inventors: 童杏林; 姜德生; 李磊
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2009-12-23

Abstract

本发明涉及一种可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法，该方法的场致发射显示器采用了柔性材料作为阴极板的衬底，利用Si的微加工工艺及相应的阴极和栅极驱动电路，制备出一种具有高亮度、高发光效率、宽视角、相应速度快，实现大屏幕现显示折叠的场致发射显示器。同时改变行列电极与微锥尺寸之间的比例，在行列电极的交叉处形成多个微锥，驱动电路的选址可以控制多个微锥的发射，从而改善场致发射的性能。此外，由于它的整体结构，包括阴极板、栅极结构、支撑的制造工艺普遍采用了掩膜板，制造工艺被简化，因此提高了产量并且降低了成本，本发明不同于以往的场致发射显示器，它具有发射性能高、可折叠、制作流程简单易行等特点。

Description

可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法

技术领域

本发明属于微电子技术、光电子技术及微加工技术的交叉领域，涉及场致发射平板显示器件，具体涉及到一种可折叠的新型场致发射器的制备方法。

背景技术

当今世界，多媒体和通讯技术迅猛发展，已经进入了高度信息化社会，人类比以往任何时候更需要显示设备。随着社会的发展，需要开发一种具有重量轻、易携带、低功耗和低成本的显示器。

对于目前市场上主流的显示器主要有阴极射线管显示器、液晶显示器、等离子显示器等。场致发射显示器兼具普通阴极射线管显示器和液晶等显示器的优点，具有功耗低、亮度高、超薄、能够实现大屏面等特点，因此，被认为是下一代的主流显示器。然而，到目前为止，场致发射显示器的市场化进程仍然停滞徘徊不前，主要原因是场致发射显示器制备工艺复杂，大批量生产存在一定困难。

发明内容

本发明的目的提供一种，以184有机硅聚合物柔性材料为利用衬底，利用Si的微加工工艺及相应的阴极和栅极驱动电路，制备出一种具有高亮度、高发光效率、宽视角、相应速度快，实现大屏幕现显示折叠的场致发射显示器。

本发明的原理是采用一种特殊的184有机硅聚合物柔性材料作为场致发射显示器阴、阳极板的衬底及支撑结构。柔性的衬底和支撑结构可保证显示平面的平整度，维持发射体发光的均匀性。本发明包括：以柔性衬底和高性能的场致发射材料制备带有微锥结构阴极发射阵列的方法；一种特殊的栅极结构及制备方法；阳极制备工艺；驱动电路及器件封装工艺。

一种可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法，包括场致发射器件的阴极结构、栅极结构、支撑技术、阳极结构、封装工艺，其特征在于：利用硅的微加工工艺制备一种聚合物柔性材料作为场致发射阴极微锥阵列的衬底，选择质软的有机材料作为衬底，因此具有可折叠性。采用飞秒激光沉积方法在柔性衬底的表面沉积两层薄膜，第一层是铝电极(Al)薄膜、铝电极为阴极，铝电极由引线引出，并与驱动电路的列扫描电路相连。第二层是氮化镓(GaN)薄膜，氮化镓材料作为场致发射材料，用以提高场致发射性能，将其涂覆在聚合物微锥的表面，制备成场致发射阴极阵列，阴极板微锥阵列上的铝电极薄膜和氮化镓薄膜是列相连的，呈条形状，微锥分别和阳极板上的像素相对应，掩膜板用来制作阴极板，形成倒金字塔状的场致发射的阴极母板。

栅极作为控制电极，在支撑墙之间，是行相连的，同样呈条形状，与阴极呈垂直结构，栅极也包括两层，第一层为银(Ag)导电层，银电极由引线引出，并与驱动电路的行扫描电路相连。第二层为氧化硅(SiO2)薄层，选择不同的掩膜板，可以制备出所需要的栅极结构。

阳极面板包括两层，第一层为光刻的锡铟氧化物(ITO)薄膜层，在第一层的锡铟氧化物薄层上面再涂有荧光粉层。

整个场致发射显示器在真空环境下封装，场致发射阵列微锥之间由绝缘的支撑墙隔离，由于支撑墙的隔离，场致发射器内部被分割成许多的微真空单元，通过在真空环境下进行封装，从而能够保证较高的真空度；详细结构可参照附图3。所有的行、列电极由引线引出并与驱动电路相连，按矩阵选址的方式驱动，驱动结构简单易行，可以有效的控制任何一微锥的电子发射。阳极板上涂有三种荧光粉，通过控制与其相对应的微锥的电子发射，可以实现动态彩色显示。

由于本发明的场致发射显示器，采用了柔性材料作为阴极板的衬底，因此场致发射显示器具有可折叠性。同时，改变行列电极与微锥尺寸之间的比例，在行列电极的交叉处形成多个微锥，驱动电路的选址可以控制多个微锥的发射，从而改善场致发射的性能。此外，由于它的整体结构，包括阴极板、栅极结构、支撑的制造工艺普遍采用了掩膜板，制造工艺被简化，成本被降低。

附图说明

图1所示为场致发射阴极板制作工艺流程图

图2所示为场致发射栅极制作工艺流程图

图3为本发明的场致发射显示器的结构示意图

图4为本发明的场致发射显示器的驱动电路框图

其中：1-二氧化硅涂层，2-氮化硅涂层，3-光刻胶涂层，4-有机聚合物，5-衬底，6-(阴极)铝电极，7-氮化镓涂层，8-二氧化硅薄膜，9-银电极，(栅极)10-支撑，11-银光粉层，12-铟锡氧化物(阳极)

具体实施方法：

下面将结合附图对照本发明所做的场致发射显示器的实施方案作详细说明。

如图1所示，根据要加工的场致发射阵列的结构特点选择所需要的掩膜板。对柔性衬底材料进行预处理后，用等离子增强化学汽相淀积法(PECVD)在Si片上形成一定厚度薄膜1SiO₂及薄膜2SiN，该方法已广泛应用于半导体器件的保护和钝化。利用多重旋转离心法在薄膜表面涂布3，光刻胶，转速为5000r/min，预烘温度为80℃，涂胶操作间的快速烘焙的温度约为60℃，光刻胶为国产BP212紫外正型胶。用紫外曝光机光刻出掩膜图形，在此基础上刻蚀SiO2/SiN薄膜；湿法腐蚀Si，形成倒金字塔状的母板。然后浇灌：将聚合物4，均匀浇注到图形面向上的硅针上，聚合物用道康宁184(Sylgard 184)和固化剂按重量比10∶1的比例混和搅拌均匀，然后将聚合物固化；待聚合物固化后，就可将其从母版上剥离下来；清洗，吹干即可制作出所需的场致发射阴极板。

图2是本发明的场致发射栅极结构图。如图2所示，栅极位于支撑墙上，栅极层包括Ag电极9与SiO2膜层8，Ag电极与SiO2膜层呈条形状，位于行方向，形成控制栅极导电条，栅极导电条与阴极导电条相互垂直，栅极导电条沿行方向通过引线引出，便于按矩阵选址驱动。特别需要注意的是，要严格控制栅极导电条的尺寸，栅极导电条的宽度应该大于微锥发射电子的出口，从而每一栅极导电条能够控制该列上的微锥的电子发射，保证导电条没有断路，同时，栅极导电条的宽度又要受到行方向微锥数量的限制，栅极导电条宽度过宽，又会影响微锥的发射性能。

图3为本发明的场致发射显示器的结构示意图。如图3所示，是在图1的基础上，在阴极板的微锥表面上用PLD技术在沿列方向沉积出了条形状的Al电极薄膜6和GaN薄膜7，条形状的Al电极即为场致发射阴极，且呈列排列，每一列的Al电极通过引线引出，用以连接驱动电路。GaN薄膜用以提高微锥的发射性能。阴极板底部的微锥阵列呈矩阵状排列，多个微锥形成子矩阵发射结构，这样，当通过列驱动在阴极导电条上加上扫描信号，而通过行驱动在栅极导电条上加调制过后的数据信号，便可以控制任意一个微锥的电子发射，改变行列电极与微锥尺寸之间的比例，在行列电极的交叉处形成多个微锥，可以进一步加强本发明的场致发射显示器的性能。阳极板由衬底，ITO电极12，以及荧光粉层11组成，荧光粉层11附着于ITO电极12上。当微锥电子从阴极发射后，在栅极的控制下，冲击荧光粉层，使荧光粉发光。此外，由于支撑墙的隔离，场致发射器内部被分割成许多的微真空单元，通过在真空环境下进行封装，该结构能够很好地维持场致发射器内部的真空环境，保证了场致发射显示器的稳定性。

图4为本发明的场致发射显示器的驱动电路框图。如图4所示，由于FED采用这种行列交叉的电极排列形式，其驱动电路就可以采用矩阵扫描的方式。对一个电极进行扫描，在另一个电极上加上选址电压，使相应的像元发光从而实现动态图像显示。整个FED驱动系统分为接口电路、逻辑控制电路、数据缓存、行驱动和列驱动5大部分。如图4所示，接口电路可以按照实际需要而不同，其主要功能是将外部视屏信号转换成FED能够识别处理的电信号，同时还要从外部信号中提取出各种同步信号。逻辑控制电路是整个系统的核心，是整机时序产生的控制单元，通过产生所需的单元控制信号对其他部分进行控制。数据缓存单元主要是匹配视频单元信号的输入速度与后级单元的输出速度，同时还完成对图像的截取，当显示器的显示容量发生改变的时候，缓存单元的容量也随之发生变化。行驱动功能是用来对行扫描脉冲信号进行译码并完成功率增益，该电路单元在完成电压、电流幅度放大的同时实现驱动电路与FED显示屏的参数匹配。列驱动主要将来自数据缓存单元的数据直接调制成脉宽表示的灰度信号，即脉冲宽度调制方式，并进行功率放大。它输出的高压脉冲信号送至FED显示屏相应的R、G、B所在三基色像元引线电极以驱动FED显示屏进行图像显示。

Claims

1、一种可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法：包括场致发射器件的阴极结构、栅极结构、支撑技术、阳极结构、封装工艺，其特征在于；

a、利用硅的微加工工艺制备一种聚合物柔性材料作为场致发射阴极微锥阵列的衬底，采用飞秒激光沉积方法在柔性衬底的表面沉积两层薄膜，第一层是铝电极薄膜、铝电极为阴极，第二层是氮化镓薄膜，氮化镓材料作为场致发射材料，将其涂覆在聚合物微锥的表面，制备成场致发射阴极阵列，阴极板微锥阵列上的铝电极薄膜和氮化镓薄膜是列相连的，呈条形状，微锥分别和阳极板上的像素相对应，掩膜板用来制作阴极板，形成倒金字塔状的场致发射的阴极母板；

b、栅极作为控制电极，在支撑墙之间，是行相连的，同样呈条形状，与阴极呈垂直结构，栅极也包括两层，第一层为银导电层，第二层为二氧化硅薄层，选择不同的掩膜板，可以制备出所需要的栅极结构；

c、阳极面板上包括两层，第一层为光刻的锡铟氧化物薄膜层，在第一层锡铟氧化物薄层的上面再涂有荧光粉层；

d、整个场致发射显示器在真空环境下封装，场致发射阵列微锥之间由绝缘的支撑墙隔离，由于支撑墙的隔离，场致发射器内部被分割成许多的微真空单元，通过在真空环境下进行封装，从而能够保证较高的真空度。

2、根据权利要求1所述的，一种可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法，场致发射阴极板的衬底采用聚合物柔性材料，该聚合物通过道康宁184与固化剂按照重量比10∶1配置而成。

3、根据权利要求1所述的，一种可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法，场致发射阵列中的每一行通过微锥底部的条形状铝电极相连，铝电极呈列状排列，微锥之间由绝缘的支撑墙隔离。

4、根据权利要求1所述的，一种可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法，场致发射阵列铝电极由引线引出，并与驱动电路的列扫描电路相连。

5、根据权利要求1所述的，一种可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法，栅极银导电条呈行状排列，栅极与阴极呈垂直结构，银电极由引线引出，并与驱动电路的行扫描电路相连。

6、根据权利要求1所述的，一种可折叠场致发射显示器的结构及其制作方法，通过改变栅极导电条与阴极导电条的尺寸关系，一个栅极导电条可以控制多个微锥的电子发射，从而进一步改善场致发射性能。