CN1694220A - 带有平栅结构的场致发射显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有平栅结构的场致发射显示器及制作工艺，包括阳极面板、阴极面板和四周玻璃围框构成的真空腔、锡铟氧化物薄膜层、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导电条、碳纳米管阴极导电条上的碳纳米管阴极、真空腔内部的绝缘隔离支撑墙，在碳纳米管阴极两侧位于绝缘隔离支撑墙的下方设置有用于控制碳纳米管阴极电子发射的平栅结构，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

带有平栅结构的场致发射显示器及其制作工艺

技术领域

本发明属于纳米科学技术、真空微电子科学技术以及平面显示技术的相互交叉技术领域，涉及到平板场致发射显示器的器件制作，具体涉及到碳纳米管阴极的三极结构平板场致发射显示器的器件制作方面的内容，特别涉及一种带有平栅结构的、碳纳米管阴极的、三极结构的场致发射平面显示器及其制作工艺。

背景技术

碳纳米管是一种特殊的冷阴极材料，具有高的纵横比，小的尖端曲率半径，能够在外加电压的作用下发射大量的电子，目前已经引起了人们的高度重视。对于利用碳纳米管作为阴极材料的平板显示器件来说，为了能够最大程度降低生产成本，降低器件的工作电压，以便于和常规的集成电路相结合，制作三极结构的平板显示器件是一个必然的选择。

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。目前，尽管控制栅极的结构繁多，制作材料也各不相同，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。目前，大多数平板显示器件中都选择了控制栅极位于碳纳米管阴极上方的结构形式，栅极结构的强有力控制作用很明显。但是所形成的栅极电流比较大，对于器件的材料要求比较高，在器件的制作过程中容易使得碳纳米管阴极受到一定的损伤和污染，这是其不利之处。尽管各个制作企业或研究机构使用的控制栅极制作材料各不相同，但是大多都使用了专用的特殊制作材料，同时也使用了特殊的制作工艺，这就带来了一系列的问题，如：器件制作成本高；制作过程复杂；制作工艺条件要求过于苛刻，无法进行大面积制作等等。

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，在栅极结构的制作过程中尽可能减少对碳钠米管阴极的影响，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带有平栅结构、制作过程稳定可靠、制作成功率高、成本低廉、结构简单的带有平栅结构的场致发射显示器及其制作工艺。

本发明的目的是这样实现的：

带有平栅结构的三极平面场致发射显示器包括由阳极面板、阴极面板和四周玻璃围框构成的密封真空腔，光刻在阳极板上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导电条、设置在碳纳米管阴极导电条上的碳纳米管阴极、位于真空腔内部起支撑作用的绝缘隔离支撑墙，在碳纳米管阴极两侧并位于绝缘隔离支撑墙的下方设置有用于控制碳纳米管阴极电子发射的平栅结构。所述的平栅结构包括以玻璃为衬底材料阴极面板、设置在阴极面板上的碳纳米管阴极导电条、绝缘隔离层和控制栅极导电条，在控制栅极导电条上设置有控制栅极导电条覆盖层，控制栅极导电条位于碳纳米管阴极导电条的两侧并靠绝缘隔离层相互隔离开。所述的平栅结构的衬底材料为玻璃。在平栅结构中，控制栅极导电条为结合丝网印刷工艺完成的银浆条、锡铟氧化物薄膜导电条、铬、镍、金、银金属条之一，平栅结构的底面和碳纳米管阴极导电条位于同一个平面上，平栅结构中的碳纳米管阴极导电条的走向和控制栅极导电条的走向相互平行。控制栅极导电条位于绝缘隔离支撑墙下方，控制栅极导电条呈“V”字型。

本发明中的平栅结构采用如下的工艺进行制作：

1)衬底材料玻璃的准备：

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：

在划片后的衬底材料玻璃上蒸镀上一层锡铟氧化物薄膜层；对锡铟氧化物薄膜层进行光刻，形成碳纳米管阴极导电条；

3)控制栅极导电条的制作：

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；形成控制栅极导电条；控制栅极导电条的走向和碳纳米管阴极导电条的走向是相互平行的；控制栅极导电条的顶部制作成“V”字型，用于更好的支撑绝缘隔离支撑墙；

4)绝缘隔离层的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底玻璃上的碳纳米管阴极导电条和控制栅极导电条之间的位置印刷绝缘浆料；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：590℃，保持时间：10分钟；形成绝缘隔离层；

5)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顶部印刷绝缘浆料；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：590℃，保持时间：10分钟；形成控制栅极导电条覆盖层。

6)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。

本发明中的带有平栅结构的碳纳米管阴极平板三极结构场致发射显示器按照如下的工艺进行制作：

1、阴极板的制作：

1)碳纳米管阴极的印刷：

结合丝网印刷工艺，将碳纳米管印刷碳纳米管阴极导电条上。

2)碳纳米管阴极的后处理

对印刷后的碳纳米管阴极进行后处理，以改善碳纳米管的场发射特性。

2、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；

3、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。要求阳极导电条的走向和碳纳米管阴极导电条的走向是相互垂直的。

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：

本发明中的平栅结构中的控制栅极部分是位于碳纳米管阴极的两侧的，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。由于控制栅极位于碳纳米管阴极的两侧，并且用绝缘隔离层和碳纳米管阴极相互隔离开，所以所发射的电子不会受到控制栅极结构的截流，这样所形成的控制栅极电流也就比较小，极大地提高了碳纳米管阴极的场致发射效率，也提高了整体显示器件的发光效率。本发明中的平栅结构中的控制栅极部分是位于碳纳米管阴极的两侧的，并且控制栅极导电条的底面和碳纳米管阴极导电条是位于同一平面的。这样就有效的解决了高栅结构中栅极电流大，碳纳米管发射电子效率低，对绝缘隔离层材料要求高等不利因素，改善了碳纳米管阴极的场致发射电子能力。众所周知，碳纳米管阴极条的边缘部分的电子场发射能力最强，电子发射的效率也最高。而在本发明中的平栅结构中的控制栅极部分是位于碳纳米管阴极两侧的，这起到了进一步增强碳纳米管顶端的电场强度的效应，进一步提高了碳纳米管阴极发射电子的能力，改善了显示器件的场致发射性能。同时，由于控制栅极部分和碳纳米管阴极的导电条位于同一个平面上，这就极大地降低了对二者之间绝缘隔离层材料的要求，降低了整体器件的生产成本，另外，也简化了器件的制作工艺。在本发明中的平栅结构中，从制作工艺的角度来看，是先制作了平栅结构，后制作碳纳米管阴极部分。当所有的控制栅极结构部分都制作完毕之后，才进行碳纳米管阴极部分的制作，这样，所制作的碳纳米管阴极不会受到控制栅极结构制作工艺的干扰，也就不会对碳纳米管阴极部分产生污染和损伤，极大地提高了器件制作的成功率，改进了碳纳米管阴极的场致发射电子的能力。

附图说明

图1给出了平栅结构的纵向结构示意图。

图2给出了平栅结构的横向结构示意图。

图3中给出了一个带有平栅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，本发明包括由阳极面板7、阴极面板1和四周玻璃围框12构成的密封真空腔，光刻在阳极板7上的锡铟氧化物薄膜层8以及制备在锡铟氧化物薄膜层上面的荧光粉层10、设置在阴极面板1上的碳纳米管阴极导电条2、设置在碳纳米管阴极导电条2上的碳纳米管阴极6、位于真空腔内部起支撑作用的绝缘隔离支撑墙11，在碳纳米管阴极6两侧并位于绝缘隔离支撑墙的下方设置有用于控制碳纳米管阴极6电子发射的平栅结构。所述的平栅结构包括以玻璃为衬底材料阴极面板1、设置在阴极面板1上的碳纳米管阴极导电条2、绝缘隔离层3和控制栅极导电条4，在控制栅极导电条4上设置有控制栅极导电条覆盖层5，控制栅极导电条4位于碳纳米管阴极导电条2的两侧并靠绝缘隔离层3相互隔离开。所述的平栅结构的衬底材料为玻璃。在平栅结构中，控制栅极导电条为结合丝网印刷工艺完成的银浆条、锡铟氧化物薄膜导电条、铬、镍、金、银金属条之一，平栅结构的底面和碳纳米管阴极导电条位于同一个平面上，平栅结构中的碳纳米管阴极导电条的走向和控制栅极导电条的走向相互平行。控制栅极导电条4位于绝缘隔离支撑墙11下方，控制栅极导电条4呈“V”字型。在本发明中的平栅结构中的控制栅极部分是位于碳纳米管阴极两侧的，这起到了进一步增强碳纳米管顶端的电场强度的效应，进一步提高了碳纳米管阴极发射电子的能力，改善了显示器件的场致发射性能。同时，由于控制栅极部分和碳纳米管阴极的导电条位于同一个平面上，这就极大地降低了对二者之间绝缘隔离层材料的要求，降低了整体器件的生产成本，简化整体器件制作工艺和制作过程。

本发明中的平栅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；

2)碳纳米管阴极导电条2的制作：

在划片后的衬底材料玻璃上蒸镀上一层锡铟氧化物薄膜层；对锡铟氧化物薄膜层进行光刻，形成碳纳米管阴极导电条2；

3)控制栅极导电条4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；形成控制栅极导电条4；控制栅极导电条的走向和碳纳米管阴极导电条的走向是相互平行的；控制栅极导电条的顶部制作成“V”字型，用于更好的支撑绝缘隔离支撑墙；

4)绝缘隔离层3的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底玻璃上的碳纳米管阴极导电条2和控制栅极导电条4之间的位置印刷绝缘浆料；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：590℃，保持时间：10分钟；形成绝缘隔离层3；

5)控制栅极导电条覆盖层5的制作：

结合丝网印刷工艺，在控制栅极导电条的顶部印刷绝缘浆料；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：590℃，保持时间：10分钟；形成控制栅极导电条覆盖层5。

6)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。本发明中的带有平栅结构的碳纳米管阴极平板三极结构场致发射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6的印刷：

结合丝网印刷工艺，将碳纳米管6印刷碳纳米管阴极导电条上。

2)碳纳米管6阴极的后处理

对印刷后的碳纳米管6阴极进行后处理，以改善碳纳米管的场发射特性。

2、阳极面板的制作：

1)清洁平板玻璃7，除掉表面杂质；

2)在平板玻璃7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8；

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9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10；在烘箱当中进行烘烤，烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟；

3、器件装配

将阴极面板、阳极面板、绝缘隔离支撑墙11以及玻璃围框12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。要求阳极导电条8的走向和碳纳米管阴极导电条2的走向是相互垂直的。

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。

Claims (6)

1、一种带有平栅结构的三极平面场致发射显示器，包括由阳极面板(7)、阴极面板(1)和四周玻璃围框(12)构成的密封真空腔，光刻在阳极板(7)上的锡铟氧化物薄膜层(8)以及制备在锡铟氧化物薄膜层上面的荧光粉层(10)、设置在阴极面板(1)上的碳纳米管阴极导电条(2)、设置在碳纳米管阴极导电条(2)上的碳纳米管阴极(6)、位于真空腔内部起支撑作用的绝缘隔离支撑墙(11)，其特征在于：在碳纳米管阴极(6)两侧并位于绝缘隔离支撑墙的下方设置有用于控制碳纳米管阴极(6)电子发射的平栅结构。

2、根据权利要求1所述的一种带有平栅结构的三极平面场致发射显示器，其特征在于：所述的平栅结构包括以玻璃为衬底材料阴极面板(1)、设置在阴极面板(1)上的碳纳米管阴极导电条(2)、绝缘隔离层(3)和控制栅极导电条(4)，在控制栅极导电条(4)上设置有控制栅极导电条覆盖层(5)，控制栅极导电条(4)位于碳纳米管阴极导电条(2)的两侧并靠绝缘隔离层(3)相互隔离开。

3、根据权利要求1所述的一种带有平栅结构的三极平面场致发射显示器，其特征在于：所述的平栅结构的衬底材料为玻璃。

4、根据权利要求1所述的一种带有平栅结构的三极平面场致发射显示器，其特征在于：在平栅结构中，控制栅极导电条为结合丝网印刷工艺完成的银浆条、锡铟氧化物薄膜导电条、铬、镍、金、银金属条之一，平栅结构的底面和碳纳米管阴极导电条位于同一个平面上，平栅结构中的碳纳米管阴极导电条的走向和控制栅极导电条的走向相互平行。

5、根据权利要求1所述的一种带有平栅结构的三极平面场致发射显示器，其特征在于：控制栅极导电条(4)位于绝缘隔离支撑墙(11)下方，控制栅极导电条(4)呈“V”字型。

6、一种带有平栅结构的三极平面场致发射显示器的制作工艺，其特征在于：

所述的平栅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；

2)碳纳米管阴极导电条(2)的制作：

在划片后的衬底材料玻璃上蒸镀上一层锡铟氧化物薄膜层；对锡铟氧化物薄膜层进行光刻，形成碳纳米管阴极导电条(2)；

3)控制栅极导电条(4)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；形成控制栅极导电条(4)；控制栅极导电条的走向和碳纳米管阴极导电条的走向是相互平行的；控制栅极导电条的顶部制作成“V”字型，用于更好的支撑绝缘隔离支撑墙；

4)绝缘隔离层(3)的制作：

结合丝网印刷工艺，在衬底玻璃上的碳纳米管阴极导电条(2)和控制栅极导电条(4)之间的位置印刷绝缘浆料；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：590℃，保持时间：10分钟；形成绝缘隔离层(3)；

5)控制栅极导电条覆盖层(5)的制作：

结合丝网印刷工艺，在控制栅极导电条的顶部印刷绝缘浆料；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：590℃，保持时间：10分钟；形成控制栅极导电条覆盖层(5)。

6)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，

所述的带有平栅结构的碳纳米管阴极平板三极结构场致发射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(6)的印刷：结合丝网印刷工艺，将碳纳米管(6)印刷碳纳米管阴极导电条上，

2)碳纳米管(6)阴极的后处理：对印刷后的碳纳米管(6)阴极进行后处理，以改善碳纳米管的场发射特性，

(2)、阳极面板的制作：

1)清洁平板玻璃(7)，除掉表面杂质；

2)在平板玻璃(7)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(8)；

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

(3)、器件装配：将阴极面板、阳极面板、绝缘隔离支撑墙[11]以及玻璃围框[12]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。要求阳极导电条[8]的走向和碳纳米管阴极导电条[2]的走向是相互垂直的，

(4)、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。

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