CN1622272A - 带有镇流电阻结构的三极碳纳米管场致发射平面显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种碳纳米管阴极的场致发射显示器的器件制作，特别涉及到带有镇流电阻结构的场致发射平板显示器及其制作工艺，包括阴极面板、阳极面板以及玻璃围框所构成的密封真空腔；阳极面板上有铟锡氧化物薄膜导电层和荧光粉层；控制栅极；在阴极面板上制备有碳纳米管阴极导电层、镇流电阻层以及碳纳米管阴极，该镇流电阻结构为每一个像素点下对应的碳纳米管阴极都制备了一个镇流电阻，用于调整碳纳米管场致发射电子的能力，提高了整体碳纳米管阴极发射电子的均匀性和稳定性，解决了碳纳米管阴极材料和阴极面板之间粘结不牢固的缺点；改善了整体显示器件的图像显示质量，降低了整体器件的制作成本，具有结构简单、制作工艺简单、制作成本低廉、制作过程稳定可靠的优点。

Description

带有镇流电阻结构的三极碳纳米管场致发射平面显示器及其制作工艺

技术领域

本发明属于真空科学技术、平面显示技术、微电子技术、大规模集成电路技术以及纳米科学技术的相互交叉领域，涉及到场致发射平板显示器的器件制作，具体涉及到碳纳米管阴极的三极结构场致发射显示器的器件制作方面的内容，特别涉及到带有镇流电阻结构的、碳纳米管阴极的、三极结构的场致发射平面显示器件的制作工艺。

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，显示图像质量的好与坏是整体显示器件制作成功与否的关键指标之一。而实现碳纳米管阴极能够均匀、稳定的发射大量的电子，对阳极面板上的荧光粉发光层进行高能量轰击，这是显示良好显示图像的前提条件。碳纳米管是一种特殊的冷阴极材料，能够仅仅在外界电压的作用下发射大量的电子，这是由于其特殊的结构造型而决定的。在将碳纳米管制作成阴极材料的过程中，受到具体制作工艺，制作浆料等各种因素的影响，其场致发射电子的能力已经下降了许多，但这又是其所必需经历的过程。那么，如何采取有效的措施，能够让大面积的碳纳米管阴极实现均匀、稳定的发射电子，是研究人员们所面临的一个现实问题。

对于印刷到阴极面板上的碳纳米管阴极来说，其场致发射电子的能力要受到多种因素的影响，诸如：碳纳米管阴极导电层电阻阻值的影响，碳纳米管阴极与阴极面板的附着力大小的影响，同一碳纳米管阴极在不同外界条件下发射能力的变化，等等。随着器件显示面积的增大，相应的位于同一导电层上碳纳米管阴极的数量也在不断的增加。对于距离相近的碳纳米管阴极来说，由于受到外界因素的影响，其对应的荧光粉的发光程度也有可能所有区别，这就需要进行额外的电学调节，期望让发光亮度比较弱的碳纳米管阴极施加稍微高一些的电压，发射更多的电子，提高该像素点的亮度，而让发光亮度比较高的碳纳米管阴极上的电压稍微低一些，降低该像素点的亮度。而对于诸如此列问题还没有得到完美的解决方案。

在尽可能不影响碳纳米管阴极的场致电子发射能力的前提下，在引入改善处理工艺的同时，还需要进一步降低器件的制作成本，能够进行大面积的器件制作，器件制作过程免于复杂化，有利于进行商业化的大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于克服上述场致发射显示器中存在的缺点而提供一种带有多晶硅镇流电阻结构的、制作过程稳定可靠、结构简单、成品率高、成本低廉的带有镇流电阻的三极碳纳米管场致发射平面显示器及其制作工艺。

本发明包括有阴极面板、阳极面板以及玻璃围框所构成的密封真空腔，阳极面板上有铟锡氧化物薄膜导电层和荧光粉层，控制栅极，在阴极面板上制备有碳纳米管阴极导电层，镇流电阻层以及碳纳米管阴极，在每一个像素点下对应的碳纳米管阴极都设置有一个镇流电阻。本发明中的镇流电阻结构的固定位置为安装固定在阴极面板上；本发明中的镇流电阻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；本发明中的镇流电阻结构中的衬底材料为玻璃，如钠钙玻璃，硼硅玻璃；本发明中的镇流电阻结构中的衬底玻璃上有锡铟氧化物薄膜层；本发明中的镇流电阻结构中的锡铟氧化物薄膜层可以通过光刻工艺来完成实现一定的图案；本发明中的镇流电阻结构中需要在衬底材料玻璃上存在一个金属导电层；本发明中的镇流电阻结构中的导电金属层可以采用溅射或者蒸镀工艺来完成；本发明中的镇流电阻结构中的导电金属层可以为金属铬、镍、金、银、铝层；本发明中的镇流电阻结构中的导电金属层可以采用光刻工艺来完成制作相应的图案；本发明中的镇流电阻结构中需要在导电金属层上制作掺杂多晶硅层；本发明中的镇流电阻结构中的掺杂多晶硅层可以制作一层，也可以制作多层；本发明中的镇流电阻结构中的掺杂多晶硅层可以通过常规刻蚀工艺来完成制作相应的图案；本发明中的镇流电阻结构中的锡铟氧化物薄膜层和掺杂多晶硅层是相互连通的，但是和导电金属层之间是相互绝缘的；本发明中的镇流电阻结构中的碳纳米管阴极可以直接印刷在掺杂多晶硅层上面，也可以印刷在与掺杂多晶硅相连的锡铟氧化物层上面；本发明中的镇流电阻结构由衬底材料玻璃、锡铟氧化物导电条、金属引线、掺杂多晶硅构成。

本发明中的镇流电阻结构采用如下的工艺进行制作：

1)衬底材料玻璃[1]的准备：

对整体衬底材料玻璃进行划片，形成符合要求的形状；

2)锡铟氧化物薄膜层的制备：

在衬底材料玻璃[1]上制备出一层锡铟氧化物薄膜层；

3)锡铟氧化物导电条[2]的制作：

按照锡铟氧化物层掩模版图案的要求，结合光刻工艺，将锡铟氧化物薄膜层制作成所需要图案的导电条[2]；

4)金属层的制作：

在整体衬底玻璃上再次蒸镀上一层铬层；

5)金属引线[3]的制作：

按照铬金属层掩模版图案的要求，结合光刻工艺，将铬层制作成所需要图案的金属引线[3]，需要金属引线和锡铟氧化物层不连接；

6)掺杂多晶硅层的制作：

在衬底玻璃上面溅射上一层掺杂多晶硅层；

7)掺杂多晶硅[4]图案的制作：

按照掺杂多晶硅掩模版图案的要求，结合常规的刻蚀工艺，将掺杂多晶硅层制作成所需要的图案，需要掺杂多晶硅和锡铟氧化物层相连接；

8)玻璃表面的处理

对整体玻璃表面进行清洁处理，除掉杂质。

本发明中的带有镇流电阻结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器按照如下的工艺进行制作：

1、阴极板的制作：

1)碳纳米管阴极[5]的印刷

结合丝网印刷工艺，将碳纳米管[5]印刷在衬底玻璃[1]的锡铟氧化物薄膜[2]层上，形成用于发射电子的碳纳米管[5]阴极；

2)碳纳米管[5]阴极的后处理

对印刷后的碳纳米管[5]阴极进行后处理，以改善碳纳米管的场致发射特性。

2、阳极面板的制作：

1)清洁平板玻璃[6]，除掉表面杂质；

2)在平板玻璃[6]上蒸镀一层锡铟氧化物[7]薄膜；

3)对锡铟氧化物[7]薄膜进行光刻，形成一定图案的导电条；

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[8]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[9]；在烘箱当中进行烘烤(烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟)；

6)制作出阳极引线[10]

3、控制栅极[11]的制作

在裁减后的天然云母片上制作出通道孔；按照设计要求，结合丝网印刷工艺，将银浆印刷在通道孔的周围，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)；制作出栅极引线；

4、器件装配

将阴极面板、阳极面板、控制栅极以及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。

5、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。

本发明具有如下积极效果：

在本发明中，首先在钠钙玻璃衬底上蒸镀一层薄薄的金属铬层，它既可以作为碳纳米管阴极的引线，使得外加电压能够顺利地施加到碳纳米管阴极上，迫使其发射大量的电子，同时金属铬层也可以作为镇流电阻和玻璃衬底之间的缓冲层，避免了二者之间的热膨胀系数差别，防止在高温烧结封装工艺中龟裂现象的出现，提高了整体器件的制作成功率，简化了整体器件的制作工艺过程。在金属铬层的上面制备了掺杂多晶硅层，利用掺杂多晶硅镇流电阻的导电性能，能够顺利地将施加到金属铬层上的电压传递到碳纳米管阴极上面，同时又利用掺杂多晶硅镇流电阻的半导体特性，对于施加到不同碳纳米管阴极上的电势进行调节；当某一像素点上的电流过大、像素点亮度过高的时候，那么经过掺杂多晶硅镇流电阻的电流也会相应的增大，这样掺杂多晶硅镇流电阻上就会承担更多的电压，削弱了施加到碳纳米管阴极上的电压，达到了减小碳纳米管发射电流的作用；既然碳纳米管阴极发射的电子减小，相对应的像素点的亮度也就会降低；当某一像素点的电流过小、像素点亮度过低的时候，与前一种情况相类似，掺杂多晶硅镇流电阻上所承担的电压也会相应的减小，那么施加到碳纳米管阴极上的电压会有所增加，从而能够提高碳纳米管发射电子的数量，相对应的像素点的亮度也就会增强。就这样，通过调节经过掺杂多晶硅镇流电阻上电流的大小，来平衡各个碳纳米管发射阴极上的电压，从而也就调节了不同像素点下碳纳米管阴极的场致发射能力，达到实现整体碳纳米管阴极能够均匀、稳定的发射大量电子，以高能量轰击荧光粉发光层，从而实现显示图像的均匀性和稳定性。因此，本发明中的掺杂多晶硅镇流电阻具有一种自调节的功能。

该带有镇流电阻结构的三极碳纳米管阴极场致发射平板显示器包括有如下的主要组成部分：阴极面板、阳极面板以及玻璃围框所构成的密封真空腔；阳极面板上有铟锡氧化物薄膜导电层和荧光粉层；控制栅极；在阴极面板上制备有碳纳米管阴极导电层、镇流电阻层以及位于镇流电阻上面的碳纳米管阴极。

本发明的镇流电阻的主要目的为：为每一个像素点下对应的碳纳米管阴极都制备了一个镇流电阻，用于调整碳纳米管场致发射电子的能力，从而达到使得整体碳纳米管阴极能够均匀、稳定发射电子的作用，以期进一步改善整体显示器件的图像显示质量。

附图说明

图1给出了镇流电阻结构的纵向结构示意图。

图2给出了镇流电阻结构的横向结构示意图。

图3中给出了一个带有镇流电阻结构的的碳纳米管阴极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，包括有阴极面板、阳极面板以及玻璃围框所构成的密封真空腔，阳极面板上有铟锡氧化物薄膜导电层7和荧光粉层9，控制栅极11，在阴极面板上制备有碳纳米管阴极导电层2，镇流电阻层4以及碳纳米管阴极5，在每一个像素点下对应的碳纳米管阴极都设置有一个镇流电阻。为每一个像素点下对应的碳纳米管阴极都制备了一个镇流电阻，用于调整碳纳米管场致发射电子的能力，从而达到使得整体碳纳米管阴极能够均匀、稳定发射电子的作用，进一步改善了整体显示器件的图像显示质量。

本发明中的镇流电阻结构由衬底材料玻璃1、锡铟氧化物导电条2、金属引线3、掺杂多晶硅4构成。

1、镇流电阻结构的制作

1)衬底材料玻璃1的准备：

对整体衬底材料玻璃进行划片，形成符合要求的形状；

2)锡铟氧化物薄膜层的制备：

在衬底材料玻璃1上制备出一层锡铟氧化物薄膜层；

3)锡铟氧化物导电条2的制作：

按照锡铟氧化物层掩模版图案的要求，结合光刻工艺，将锡铟氧化物薄膜层制作成所需要图案的导电条2；

4)金属层的制作：

在整体衬底玻璃上再次蒸镀上一层铬层；

5)金属引线3的制作：

按照铬金属层掩模版图案的要求，结合光刻工艺，将铬层制作成所需要图案的金属引线3，需要金属引线和锡铟氧化物层不连接；

6)掺杂多晶硅层的制作：

在衬底玻璃上面溅射上一层掺杂多晶硅层；

7)掺杂多晶硅4图案的制作：

按照掺杂多晶硅掩模版图案的要求，结合常规的刻蚀工艺，将掺杂多晶硅层制作成所需要的图案，需要掺杂多晶硅和锡铟氧化物层相连接；

8)玻璃表面的处理

对整体玻璃表面进行清洁处理，除掉杂质。

2、阴极板的制作：

1)碳纳米管阴极5的印刷

结合丝网印刷工艺，将碳纳米管5印刷在衬底玻璃1的锡铟氧化物薄膜2层上，形成用于发射电子的碳纳米管5阴极；

2)碳纳米管5阴极的后处理

对印刷后的碳纳米管5阴极进行后处理(在审核时可能会问你具体的后处理工艺，你要有所准备)，以改善碳纳米管的场致发射特性。

3、阳极面板的制作：

1)清洁平板玻璃6，除掉表面杂质；

2)在平板玻璃6上蒸镀一层锡铟氧化物7薄膜；

3)对锡铟氧化物7薄膜进行光刻，形成一定图案的导电条；

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8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9；在烘箱当中进行烘烤(烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟)；

6)制作出阳极引线10

4、控制栅极11的制作

在裁减后的天然云母片上制作出通道孔；按照设计要求，结合丝网印刷工艺，将银浆印刷在通道孔的周围，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)；制作出栅极引线；

5、器件装配

将阴极面板、阳极面板、控制栅极以及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。

6、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。

Claims (6)

1、一种带有镇流电阻结构的碳纳米管阴极三极场致发射平面显示器，包括有阴极面板、阳极面板以及玻璃围框所构成的密封真空腔，阳极面板上有铟锡氧化物薄膜导电层[7]和荧光粉层[9]，控制栅极[11]，在阴极面板上制备有碳纳米管阴极导电层[2]，镇流电阻层[4]以及碳纳米管阴极[5]，其特征在于：在每一个像素点下对应的碳纳米管阴极都设置有一个镇流电阻。

2、如权利要求1所述的一种带有镇流电阻结构的碳纳米管阴极三极场致发射平面显示器，其特征在于：所述镇流电阻结构由衬底材料玻璃[1]、锡铟氧化物导电条[2]、金属引线[3]、掺杂多晶硅[4]构成。其中，掺杂多晶硅[4]镇流电阻对碳纳米管阴极的电势起到一个调节作用，金属引线[3]既可以作为碳纳米管阴极的引线，同时也可以作为镇流电阻和玻璃衬底之间的缓冲层。

3、如权利要求1所述的一种带有镇流电阻结构的碳纳米管阴极三极场致发射平面显示器，其特征在于：所述镇流电阻结构的衬底材料为玻璃，如钠钙玻璃。

4、如权利要求1所述的一种带有镇流电阻结构的碳纳米管阴极三极场致发射平面显示器，其特征在于：所述镇流电阻结构中的导电层可以采用溅射或者蒸镀工艺来完成；导电层可以是金属铬层；导电层可以采用光刻工艺来完成制作相应的图案。

5、如权利要求1所述的一种带有镇流电阻结构的碳纳米管阴极三极场致发射平面显示器，其特征在于：所述镇流电阻结构中需要在导电层上制作掺杂多晶硅层；掺杂多晶硅层可以制作一层，也可以制作多层；掺杂多晶硅层可以通过刻蚀工艺来完成制作相应的图案；碳纳米管阴极印刷在与掺杂多晶硅相连的锡铟氧化物层上面。

6、一种带有镇流电阻结构的碳纳米管阴极三极场致发射平面显示器的制作工艺，其特征在于：所述的镇流电阻结构按照如下的工艺进行制作：

1)衬底材料玻璃[1]的准备：

对整体衬底材料玻璃进行划片，形成符合要求的形状；

2)锡铟氧化物薄膜层的制备：

在衬底材料玻璃[1]上制备出一层锡铟氧化物薄膜层；

3)锡铟氧化物导电条[2]的制作：

按照锡铟氧化物层掩模版图案的要求，结合光刻工艺，将锡铟氧化物薄膜层制作成所需要图案的导电条[2]；

4)金属层的制作：在整体衬底玻璃上再次蒸镀上一层铬层；

5)金属引线[3]的制作：

按照铬金属层掩模版图案的要求，结合光刻工艺，将铬层制作成所需要图案的金属引线[3]，需要金属引线和锡铟氧化物层不连接；

6)掺杂多晶硅层的制作：

在衬底玻璃上面溅射上一层掺杂多晶硅层；

7)掺杂多晶硅[4]图案的制作：

按照掺杂多晶硅掩模版图案的要求，结合常规的刻蚀工艺，将掺杂多晶硅层制作成所需要的图案，需要掺杂多晶硅和锡铟氧化物层相连接；

8)玻璃表面的处理。

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