CN102664130B - 一种场发射显示器封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种场发射显示器封装方法。本方法将热氧化制备CuO纳米线与低熔点玻璃粉的烧结同步进行，可以在场发射显示器的阴极基板上生长CuO纳米线冷阴极的同时固化低熔点玻璃粉。本发明工艺简单，既简化了场发射显示器的工艺流程，可以节约制作成本，也可以避免封装的烧结过程对CuO纳米线冷阴极发射特性造成影响。

Description

一种场发射显示器封装方法

技术领域

本发明涉及场发射显示器(FED)的制作技术，更具体地说，涉及一种在封装过程实现CuO纳米线生长的场发射显示器封装方法，属于真空微电子领域。

背景技术

场发射显示器是一种新型的平板显示器，它具有高亮度、高分辨率、宽视角、可全色显示、低功耗等优点，发展前景广阔。

冷阴极是场发射显示器的核心部件。场发射显示器中的冷阴极从最初以钼、硅的尖锥型发射体，金刚石、类金刚石等薄膜型冷阴极，碳纳米管冷阴极，发展到新型的金属和半导体准一维纳米冷阴极。代表性的新型准一维纳米冷阴极材料有W，Mo，WO_X、MoO_x、Si、SiC、ZnO、CuO等纳米线、纳米带和纳米尖等。其中CuO、ZnO等新型半导体氧化物纳米线冷阴极制备工艺简单，易于与场发射显示器的结构集成，特别适用于场发射显示器。

封装是场发射显示器制作过程中必不可少的步骤。其目的使场发射显示器形成一个密封的空间，通过后续的排气工艺，使器件内部保持一定的真空度，使得冷阴极能够正常工作。

常规的场发射显示器制作过程如图1所示。图1a)是阴极基板示意图。阴极基板11一般采用玻璃衬底，上面制作有阴极电极12、阴极发射体13、绝缘层14和栅极15等结构，阴极基板还留有排气孔16。图1b)是阳极基板示意图。阳极基板17也采用玻璃衬底，上面制作有透明导电层18和荧光粉层19，荧光粉层通常是彩色荧光粉条纹。在分别制作完阴极基板和阳极基板后，需要将将阴极基板和阳极基板集成，如图1c)所示。在阳极基板和阴极基板之间均匀放置隔离体110，隔离体的作用是支撑玻璃基板，使玻璃基板受力均匀，同时能将冷阴极和阳极之间隔开一定的距离，使得阳极能够施加较高的电压。接着，在阴极和阳极基板的缝隙之间涂覆低熔点玻璃粉111，并安装和封接排气管112，如图1d)所示。最后，通过高温烧结使低熔点玻璃粉固化，再通过排气管对器件进行排气，达到一定的真空度后封离。这样，使场发射显示器形成具有一定真空度的独立器件。该方法在高温烧结过程会对已经制备好的冷阴极特性造成影响。

在常规的场发射显示器制作中，一般先分别制作好阴极基板和阳极基板。然后将阴极基板和阳极基板集成，在阴极和阳极基板的缝隙之间涂覆低熔点玻璃粉，通过高温烧结使低熔点玻璃粉固化，再通过排气管对器件进行排气，达到一定的真空度后封离。这样，场发射显示器便形成具有一定真空度的独立器件。由于封装工艺需要在较高温度下进行，因此，该过程不可避免地对在阴极基板上已经制作好的冷阴极有影响，通常会造成其发射特性下降，严重的会使之彻底失效。

发明内容

本发明给出了一种在场发射显示器的封装过程中同时实现CuO纳米线生长的封装方法，通过在封装的烧结过程同时一步实现纳米冷阴极的生长，节省了制作工艺步骤，纳米冷阴极不必经过两次烧结过程，保持了纳米冷阴极的优异发射特性。

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种在场发射显示器的封装过程中实现CuO纳米线生长的方法，其包括以下步骤：

a)首先在阴极基板上制备导电层和铜膜；

b)将阴极基板与带荧光粉层的阳极基板对准并固定；

c)在阴极和阳极基板之间的缝隙涂覆低熔点玻璃粉；

d)安装排气管；

e)通过排气管，向器件内部通入氧气、空气或含有氧气的混合气体；

f)按照一定的升温速率，将整个器件加热至400～450℃，并保温1～5小时，最后降温。

上述方法中的阴极基板为二极结构或带栅极的结构，阴极基板上各层薄膜的制作采用光刻，真空镀膜，剥离等工艺技术制作。其中，光刻可采用紫外或电子束光刻，真空镀膜技术采用通用的镀膜方法，如电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射。所述的导电层一般为Cr、Al、Ti、ITO中的一种或几种的组合，厚度范围在200nm～600nm，铜膜厚度为500nm～2μm。排气管可以安装于阴极基板或阳极基板上。向器件内部通入的氧气、空气或含氧气的混合气体的气体流量范围是100sccm～5slm，器件加热的升温速率是每分钟1度～15度。

本发明提供的在封装过程中生长CuO纳米线的方法，无需任何催化剂，采用直接加热的方法。将制作有电极、导电层和铜膜的阴极基板直接与阳极基板集成封装，在高温加热固化低熔点玻璃粉的同时即可生长出CuO纳米线，制作简单，既缩短了工艺流程，节约了生产成本，也可以避免封装过程的二次烧结对CuO纳米线造成的破坏，解决了常规的封装工艺对器件中的冷阴极的发射性能带来损害的问题。完全封装后的CuO纳米冷阴极场发射显示器件具有良好的场发射特性。

附图说明

图1是现有的FED封装工艺流程图。

图中：11－阴极基板，12－阴极电极，13－阴极发射体，14－绝缘层，15－栅极，16－排气孔，17－阳极基板，18－透明导电层，19－荧光粉层，110－隔离体，111－低熔点玻璃，112－排气管。

图2是本发明阴极基板为二极结构时的FED工艺流程图。

图中：21－阴极基板，22－阴极电极，23－铜膜，24－排气孔，25－阳极基板，26－透明导电层，27－荧光粉层，28－隔离体，29－低熔点玻璃，210－排气管，211－CuO纳米线。

图3是本发明阴极基板为带栅极结构的FED工艺流程图。

图中：31－阴极基板，32－阴极电极，33－绝缘层，34－栅极，35－排气孔，36－铜膜，37－阳极基板，38－透明导电层，39－荧光粉层，310－隔离体，311－低熔点玻璃，312－排气管，313－CuO纳米线。

图4为实施例的烧结温度曲线。

图5本发明制作的CuO纳米线冷阴极FED的实物图。

图6本发明制作的CuO纳米线冷阴极的SEM图。

图7本发明制作的CuO纳米线冷阴极的场发射像。

图8本发明制作的CuO纳米线冷阴极的I-V特性。

具体实施方式

为了更清楚地给出上述在封装过程中同步生长CuO纳米线的方法，以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

图2以二极结构器件为例，给出了一次烧结制作FED的工艺流程图。如图2a)所示，阴极基板21采用玻璃基板为衬底，在玻璃基板上制备一层电极层22，电极层可以采用Cr、Al、Ti、ITO中的一种或任意几种的组合，厚度约为200～600nm。接着使用紫外曝光或电子束曝光的方法在有需要定域生长的CuO纳米线的区域进行光刻，得到光刻胶图形。再在光刻好的基板上用磁控溅射、热蒸发或电子束蒸发的方法制备一层铜膜，铜膜厚度约为500nm～2μm，镀膜的功率和时间可以根据铜膜厚度的需要调整。采用剥离工艺去除光刻胶，剥离之后直接淀积在玻璃上的金属铜层保存下来，而淀积在光刻胶上的金属铜层将随着光刻胶的溶解而脱落，从而得到铜膜图形23。阴极基板上还留有排气孔24。

图2b)是阳极基板示意图，阳极基板25采用玻璃衬底，上面制作有透明导电层26和荧光粉层27。

在阴极基板和阳极基板之间均匀放置隔离体28，保证阴阳极间绝缘并保持一定的间距。然后将阴极板和阳极板对准，并用夹具固定，在阴阳基板之间的缝隙涂覆低熔点玻璃粉浆料29，并安装和封接排气管210，如图2c)所示。

将器件放置在高温烘箱中，将通气管插入排气管中，向器件内部通入氧气，空气或含有氧气的混合气体，通气量控制在100sccm～5slm范围内，将整个器件加热至400～450℃，并保温1～5小时，最后降温。

器件完成烧结后，阴极基板和阳极基板之间被低玻粉密封，排气管也和玻璃基板固定接合。同时，在阴极基板上生长出CuO纳米线211，如图2d)所示。

器件后续可以进行排气和封离工艺，将器件内部抽至一定的真空，并封离。一般还需在器件内部安装消气剂，以便在器件完全封离后，消气剂进一步吸附残余气体，保持器件内的真空度。

实施例2

图3以带栅极结构FED器件为例，给出了本专利的具体实施方法。阴极基板结构如图3a)所示，阴极基板31采用玻璃衬底，上面制作阴极电极32、绝缘层33、栅极34和排气孔35等结构，采用光刻技术结合镀膜技术在阴极电极上制备铜膜图形36，铜膜厚度约为500nm～2μm。

图3b)是阳极基板示意图，阳极基板37采用玻璃衬底，上面制作有透明导电层38和荧光粉层39。

在阴极基板和阳极基板之间均匀放置隔离体310，保证阴阳极间绝缘并保持一定的间距。然后将阴极板和阳极板对准，并用夹具固定，在阴阳基板之间的缝隙涂覆低熔点玻璃粉浆料311，并安装和封接排气管312，如图3c)所示。

将器件放置在高温烘箱中，将通气管插入排气管中，向器件内部通入氧气，空气或含有氧气的混合气体，通气量控制在100sccm～5slm范围内，将整个器件加热至400～450℃，并保温1～5小时，最后降温。

器件完成烧结后，阴极基板和阳极基板之间被低玻粉密封，排气管也和玻璃基板固定接合。同时，在阴极基板上生长出CuO纳米线313。如图3d)所示。

实施例3

本实施例以二极结构场发射显示器为例，给出在场发射显示器封装过程中实现CuO纳米线生长的过程。

首先将玻璃衬底用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗20分钟，用氮气吹干。使用磁控溅射镀膜机在玻璃衬底上镀一层ITO导电层，ITO层厚度约400nm，接着在导电层ITO上均匀涂覆光刻胶，然后通过掩膜进行紫外曝光。曝光显影后再通过磁控溅射镀上铜薄膜，铜薄膜厚度约为850nm，镀膜后利用剥离工艺去除光刻胶，在衬底上留下铜薄膜图形。

在阴极和阳基板之间安放隔离体，对准并固定，在阴极和阳基板之间用低熔点玻璃浆料密封。排气管固定在阴极基板中。整个器件放入烘箱中，通过排气管向器件内部通入氧气，氧气流量为1.5slm，按照附图4的加热曲线开始加热烧结，在430℃保温3小时，最后降温，至130℃左右停止通氧，至室温取出进行排气和封离工艺。工艺结束后，器件成为一个全封装的FED显示器件。其实物图如图5所示，其内部真空度可达10^-6Pa量级。

附图6给出了封装过程中生长的CuO纳米线的SEM照片，可以确认在封装烧结过程中，CuO纳米线生长情况良好，其直径约为40～60nm，高度分布在200nm～1.3μm。一次烧结制作的二极器件的发射像如图7所示，在定域生长的区域有均匀的发射，发射点密度较高。场发射I-V特性如图8所示，如果定义开启电场为电流密度10μA/cm²时对应的电场强度，此方法生长的CuO纳米线冷阴极的开启电场约为10MV/m。

Claims (8)

1.一种在封装过程实现CuO纳米线生长的场发射显示器封装方法，其特征在于包括以下顺序的步骤：

a)首先在阴极基板所采用的玻璃基板衬底上制备导电层和铜膜图形；

b)在阳极基板所采用的玻璃衬底上面制作透明导电层和荧光粉层；

c)在阴极基板和阳极基板之间均匀放置隔离体，保证阴阳极间绝缘并保持一定的间距，然后将阴极基板和阳极基板对准并固定；

d)在阴极和阳极基板之间的缝隙涂覆低熔点玻璃粉；

e)安装排气管；

f)通过排气管，向器件内部通入氧气、空气或含有氧气的混合气体；

g)按每分钟1～15度的升温速率，将整个器件加热至400～450℃，并保温1～5小时，最后降温。

2.根据权利要求1所述的一种在封装过程实现CuO纳米线生长的场发射显示器封装方法，其特征是：阴极基板为二极结构或带栅极的结构。

3.根据权利要求2所述的一种在封装过程实现CuO纳米线生长的场发射显示器封装方法，其特征是：所述带栅极结构的阴极基板采用玻璃衬底，上面制作阴极电极、绝缘层、栅极和排气孔。

4.根据权利要求1所述的一种在封装过程实现CuO纳米线生长的场发射显示器封装方法，其特征是：所述阴极基板导电层和铜膜图形的镀膜方法为电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射。

5.根据权利要求1所述的一种在封装过程实现CuO纳米线生长的场发射显示器封装方法，其特征是：所述的铜膜图形的厚度为500nm～2μm。

6.根据权利要求1所述的一种在封装过程实现CuO纳米线生长的场发射显示器封装方法，其特征是：所述导电层的材料是Cr、Al、Ti、ITO中的一种或几种的组合，厚度为200nm～600nm。

7.根据权利要求1所述的一种在封装过程实现CuO纳米线生长的场发射显示器封装方法，其特征是：所述排气管安装于阴极基板或阳极基板上。

8.根据权利要求1所述的一种在封装过程实现CuO纳米线生长的场发射显示器封装方法，其特征是：通入气体的流量范围是100sccm～5slm。