CN1315147C - 光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高度集成化栅极结构、碳纳米管阴极、三极结构的高度集成化栅极结构的平板显示器及其制作工艺，包括阴极面板、阳极面板和玻璃围框构成的真空腔、阳极面板上的锡铟氧化物薄膜层和锡铟氧化物薄膜层上的荧光粉层、阴极面板上的碳纳米管阴极、真空腔内部的绝缘隔离支撑墙，在阴极面板上有控制碳纳米管阴极电子发射的高度集成化栅极结构，具有制作过程稳定可靠、成本低廉、结构简单、制作成功率高的优点。

Description

光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器及其制作工艺

技术领域

本发明属于微电子科学技术、真空科学技术、平面显示技术以及纳米科学技术的相互交叉技术领域，涉及一种光敏玻璃一体栅极结构、碳纳米管阴极、三极结构的光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器及其制作工艺。

背景技术

对于利用碳纳米管作为阴极材料的场致发射平面显示器件来说，为了能够最大程度的降低生产成本，降低整体器件的工作电压，以便于和常规的IC电路相结合，制作三极结构的场致发射平面显示器件是一个必然的选择。

在三极结构的碳纳米管阴极场致发射显示器件中，栅极结构对于碳纳米管阴极的电子发射起着必要的控制作用，栅极结构是平板显示器件中必不可少的一个组成部分，其控制特性也是衡量平板器件的重要性能指标之一。栅极结构的制作工艺、结构形式的选择以及栅极衬底材料的选择都有着十分严格的要求，但其中都含有了相当复杂的制作工艺，造成总体器件的制作成本很高。因此，简化制作工艺和降低制作成本是研究人员所面临的一个现实问题。栅极材料的主要选择原则为：必须要具有一定的电学绝缘等级，以使控制栅极部分和碳纳米管阴极部分在较高电压下能够完全相互电学绝缘；必须要能够应用到真空环境当中，并且在真空环境下出气量要小；要求控制栅极的基底材料和阴极衬底材料的热膨胀系数相接近，避免在高温烧结封装的过程中发生炸裂现象，等等。

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，从而实现工艺简单、稳定可靠、成本低廉的器件制作，这也是进行实际产品规模化生产的基础。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种光敏玻璃一体栅极结构、制作过程稳定可靠、成本低廉、结构简单、制作成功率高的光敏玻璃一体栅极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：

光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器包括阴极面板、阳极面板和四周玻璃围框构成的密封真空腔、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、设置在阴极面板上的碳纳米管阴极、位于真空腔内部起支撑作用的绝缘隔离支撑墙，在阴极面板上设置有控制碳纳米管阴极电子发射的光敏玻璃一体栅极结构。所述的光敏玻璃一体栅极结构包括以玻璃为衬底材料的阴极面板、在阴极面板上设置的碳纳米管阴极导电条、在碳纳米管阴极导电条上设置的碳纳米管阴极、在碳纳米管阴极导电条的两边设置的光敏玻璃层、在光敏玻璃层的上方设置的控制栅极导电条、在控制栅极导电条的上方设置的控制栅极导电条覆盖层，在控制栅极导电条覆盖层的内部设置有电子通道孔。

一种光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器的制作工艺如下：

a、光敏玻璃一体栅极结构采用如下的工艺进行制作：

1)、以玻璃为衬底材料的阴极面板的准备：对整体衬底材料玻璃进行划片，

2)、碳纳米管阴极导电条的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃上印刷银浆，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，形成碳纳米管阴极导电条，

3)、碳纳米管阴极的制作：

结合丝网印刷工艺，在碳纳米管阴极导电条上印刷碳纳米管阴极浆料，作为碳纳米管阴极，对碳纳米管阴极进行烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，

4)、光敏玻璃层的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃上印刷上光敏玻璃层，要求完全覆盖碳纳米管阴极导电条和碳纳米管阴极，对光敏玻璃层进行烘烤，烘烤温度：200℃，保持时间：10分钟，

5)、控制栅极导电条的制作：

结合丝网印刷工艺，在光敏玻璃层的上面印刷银浆层，经过烘烤，烘烤温度：200℃，保持时间：10分钟，形成控制栅极导电条，对整体衬底进行常规的紫外光曝光工艺，然后放入到烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟，

6)、电子通道孔的制作：

将整体衬底放入到氢氟酸中进行腐蚀，形成电子通道孔，

7)、控制栅极导电条覆盖层的制作：

结合丝网印刷工艺，在控制栅极导电条的上面印刷绝缘浆料层，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，以二氧化碳气体作为保护气体，进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟，形成控制栅极导电条覆盖层，

8)、玻璃表面的清洁处理：对整体玻璃表面进行清洁处理，除掉杂质，

b、碳纳米管阴极的后处理：

对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。

本发明中的光敏玻璃一体栅极结构的固定位置为安装固定在阴极面板上；本发明中的光敏玻璃一体栅极结构位于碳纳米管阴极的正上方，用于控制碳纳米管阴极的电子发射；本发明中的光敏玻璃一体栅极结构的衬底材料为大型、具有相当良好的耐热性和可操作性、成本低廉的高性能绝缘材料；本发明中的光敏玻璃一体栅极结构的衬底材料为玻璃，如钠钙玻璃，硼硅玻璃；本发明中光敏玻璃一体栅极结构的控制栅极导电条为银浆条，也可以为铬、镍、金、银金属条；本发明中的光敏玻璃一体栅极结构中的银浆条是结合丝网印刷工艺完成的；本发明中的光敏玻璃一体栅极结构中的银浆条上面覆盖了一层绝缘浆料层；本发明中的光敏玻璃一体栅极结构中是用光敏玻璃来制作控制栅极条和碳纳米管阴极之间的绝缘层的；本发明中的光敏玻璃一体栅极结构中导电银浆条的走向和碳纳米管阴极导电条的走向是相互垂直的；本发明中的光敏玻璃一体栅极结构中的电子通道孔图案是采用曝光工艺实现的；本发明中的光敏玻璃一体栅极结构中的光敏玻璃是采用高温加热工艺米完成固化的；本发明中的光敏玻璃一体栅极结构中的光敏玻璃中的电子通道孔是采用腐蚀工艺实现的。本发明中的光敏玻璃一体栅极结构由衬底材料玻璃、碳纳米管阴极导电条、碳纳米管阴极、光敏玻璃层、控制栅极导电条、控制栅极导电条覆盖层，电子通道孔构成。

本发明具有如下积极效果：

本发明中的带有光敏玻璃一体栅极结构是位于碳纳米管阴极的上部的，用于控制碳纳米管阴极电子的场致发射。当在控制栅极上施加适当电压的时候，碳纳米管阴极就会发射出大量的电子，所发射的电子在阳极高电压的作用下，直接向阳极高速运动，对荧光粉层进行轰击，从而发出可见光。本发明中的带有光敏玻璃一体栅极结构中使用光敏玻璃作为控制栅极导电条和碳纳米管之间的绝缘材料，当对光敏玻璃进行热处理之后，光敏玻璃形成致密的玻璃层，从而和衬底材料玻璃融为一体，真正体现了高度集成化的意义。本发明中的带有光敏玻璃一体栅极结构中结合曝光工艺和腐蚀工艺来形成了电子通道孔，电子通道孔的孔径可以作得很小，从而为进一步提高整体显示器件的分辨率提供了一定的便利条件。由于致密的玻璃具有良好的电学绝缘性能，这可提高控制栅极和碳纳米管阴极之间的绝缘等级，避免控制栅极与碳纳米管阴极在高电压下出现电学击穿现象；由于采用平板玻璃作为控制栅极的衬底材料，无需采用特殊的制作工艺，这就简化了整体器件的制作工艺，降低了制作成本，提高了整体器件的制作成功率。

附图说明

图1给出了光敏玻璃一体栅极结构的纵向结构示意图。

图2给出了光敏玻璃一体栅极结构的横向结构示意图。

图3中给出了一个带有光敏玻璃一体栅极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，本发明包括阴极面板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、设置在阴极面板1上的碳纳米管阴极3、位于真空腔内部起支撑作用的绝缘隔离支撑墙12，在阴极面板1上设置有控制碳纳米管阴极3电子发射的光敏玻璃一体栅极结构。

所述的光敏玻璃一体栅极结构包括以玻璃为衬底材料的阴极面板1、在阴极面板1上设置的碳纳米管阴极导电条2、在碳纳米管阴极导电条2上设置的碳纳米管阴极3、在碳纳米管阴极导电条2的两边设置的光敏玻璃层4、在光敏玻璃层4的上方设置的控制栅极导电条5、在控制栅极导电条5的上方设置的控制栅极导电条覆盖层6，在控制栅极导电条覆盖层6的内部设置有电子通道孔7。阴极面板1的材料为玻璃。所述的光敏玻璃一体栅极结构中的控制栅极导电条5为铬、镍、金、银金属条之一，控制栅极导电条5上面覆盖有一层绝缘浆料层(即控制栅极导电条覆盖层6)，控制栅极导电条5的走向和碳纳米管阴极导电条2的走向相互垂直。

一种光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器的制作工艺，如下：

首先是光敏玻璃一体栅极结构采用如下的工艺进行制作：

1)、以玻璃为衬底材料的阴极面板1的准备：对整体衬底材料玻璃进行划片，

2)、碳纳米管阴极导电条2的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃上印刷银浆，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，形成碳纳米管阴极导电条2，

3)、碳纳米管阴极3的制作：

结合丝网印刷工艺，在碳纳米管阴极导电条2上印刷碳纳米管阴极浆料，作为碳纳米管阴极3，对碳纳米管阴极3进行烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，

4)、光敏玻璃层4的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃1上印刷上光敏玻璃层4，要求完全覆盖碳纳米管阴极导电条2和碳纳米管阴极3，对光敏玻璃层进行烘烤，烘烤温度：200℃，保持时间：10分钟，

5)、控制栅极导电条5的制作：

结合丝网印刷工艺，在光敏玻璃层4的上面印刷银浆层，经过烘烤，烘烤温度：200℃，保持时间：10分钟，形成控制栅极导电条5，对整体衬底进行常规的紫外光曝光工艺，然后放入到烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟，

6)、电子通道孔7的制作：

将整体衬底放入到氢氟酸中进行腐蚀，形成电子通道孔7，

7)、控制栅极导电条覆盖层6的制作：

结合丝网印刷工艺，在控制栅极导电条5的上面印刷绝缘浆料层，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，以二氧化碳气体作为保护气体，进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟，形成控制栅极导电条覆盖层6，

8)、玻璃表面的清洁处理：对整体玻璃表面进行清洁处理，除掉杂质。

其次是碳纳米管阴极3的后处理：对碳纳米管阴极3进行后处理，以改善碳纳米管的场发射特性。

然后是阳极面板的制作：

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，在导电条的非显示区域印刷绝缘浆料10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，

再后是器件装配：

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，

最后是成品制作：

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。

光敏玻璃一体栅极结构中是用光敏玻璃来制作控制栅极导电条和碳纳米管阴极之间的绝缘层的，电子通道孔图案是采用曝光工艺实现的，光敏玻璃是采用高温加热工艺来完成固化的，光敏玻璃中的电子通道孔是采用腐蚀工艺实现的。

Claims (6)

1、一种光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器，包括阴极面板(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)、设置在阴极面板(1)上的碳纳米管阴极(3)、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：在阴极面板(1)上设置有控制碳纳米管阴极(3)电子发射的光敏玻璃一体栅极结构。

2、根据权利要求1所述的光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器，其特征在于：所述的光敏玻璃一体栅极结构包括以玻璃为衬底材料的阴极面板(1)、在阴极面板(1)上设置的碳纳米管阴极导电条(2)、在碳纳米管阴极导电条(2)上设置的碳纳米管阴极(3)、在碳纳米管阴极导电条(2)的两边设置的光敏玻璃层(4)、在光敏玻璃层(4)的上面设置的控制栅极导电条(5)、在控制栅极导电条(5)的上面设置的控制栅极导电条覆盖层(6)，在控制栅极导电条覆盖层(6)的内部设置有电子通道孔(7)。

3、根据权利要求1所述的光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器，其特征在于：阴极面板(1)的材料为玻璃。

4、根据权利要求2所述的光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器，其特征在于：所述的光敏玻璃一体栅极结构中的控制栅极导电条(5)为铬、镍、金、银金属条之一，控制栅极导电条(5)的走向和碳纳米管阴极导电条(2)的走向相互垂直。

5、一种光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：

a、光敏玻璃一体栅极结构采用如下的工艺进行制作：

1)、以玻璃为衬底材料的阴极面板(1)的准备：对整体衬底材料玻璃进行划片，

2)、碳纳米管阴极导电条(2)的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃上印刷银浆，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，形成碳纳米管阴极导电条(2)，

3)、碳纳米管阴极(3)的制作：

结合丝网印刷工艺，在碳纳米管阴极导电条(2)上印刷碳纳米管阴极浆料，作为碳纳米管阴极(3)，对碳纳米管阴极(3)进行烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：10分钟，

4)、光敏玻璃层(4)的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃(1)上印刷上光敏玻璃层(4)，要求完全覆盖碳纳米管阴极导电条(2)和碳纳米管阴极(3)，对光敏玻璃层进行烘烤，烘烤温度：200℃，保持时间：10分钟，

5)、控制栅极导电条(5)的制作：

结合丝网印刷工艺，在光敏玻璃层(4)的上面印刷银浆层，经过烘烤，烘烤温度：200℃，保持时间：10分钟，形成控制栅极导电条(5)，对整体衬底进行常规的紫外光曝光工艺，然后放入到烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟，

6)、电子通道孔(7)的制作：

将整体衬底放入到氢氟酸中进行腐蚀，形成电子通道孔(7)，

7)、控制栅极导电条覆盖层(6)的制作：

结合丝网印刷工艺，在控制栅极导电条(5)的上面印刷绝缘浆料层，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，以二氧化碳气体作为保护气体，进行高温烧结，烧结温度：585℃，保持时间：10分钟，形成控制栅极导电条覆盖层(6)，

8)、玻璃表面的清洁处理：对整体玻璃表面进行清洁处理，除掉杂质，

b、碳纳米管阴极(3)的后处理：

对碳纳米管阴极(3)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，在导电条的非显示区域印刷绝缘浆料(10)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。

6、根据权利要求5所述的光敏玻璃一体栅极结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：光敏玻璃一体栅极结构中是用光敏玻璃来制作控制栅极导电条和碳纳米管阴极之间的绝缘层的，电子通道孔图案是采用曝光工艺实现的，光敏玻璃是采用高温加热工艺来完成固化的，光敏玻璃中的电子通道孔是采用腐蚀工艺实现的。