CN1700389A - 带自对准工艺的三极碳纳米管场致发射显示器的制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到碳纳米管阴极的三极结构场发射显示器的器件制作，特别涉及到带有自对准工艺的碳纳米管场发射显示器的制作工艺，显示器主要包括由阴极面板、阳极面板和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，在阴极面板上有生长的碳纳米管阴极，位于碳纳米管阴极上部并控制其电子发射的控制栅极，在器件的制作过程中采用了带有自对准性质的制作工艺，用于栅极结构的制作和碳纳米管阴极的生长，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

带自对准工艺的三极碳纳米管场致发射显示器的制作工艺

技术领域

本发明属于真空科学技术、纳米科学技术以及微电子科学技术的相互交叉领域，涉及到平板显示器的器件制作，具体涉及一种碳纳米管阴极的场致发射显示器的器件制作方面的内容，特别涉及到一种带有自对准工艺的三极结构碳纳米管场致发射显示器及其制作工艺。

背景技术

目前，对于利用碳纳米管作为阴极材料而制作的场致发射平板显示器件来说，其阴极制作工艺多种多样，各不相同。利用生长工艺制备的碳纳米管阴极的场致发射特性要优于其它移植方法制备的碳纳米管阴极的场致发射特性，但是受到器件其它结构制作工艺特点的限制，如栅极结构材料能够承受的高温温度限制，阴极衬底材料能够承受的高温温度限制，绝缘层结构和阴极衬底材料的热膨胀问题，栅极结构制作工艺对碳纳米管阴极的影响等等，都制约着生长方法制备的碳纳米管阴极的应用。而如何解决和协调器件制作工艺和碳纳米管阴极生长工艺之间的相互制约问题也是研究者们需要考虑的问题之一。在平板器件的器件制作过程中，受到实际工艺制作精度和实际设备水准的限制，碳纳米管阴极条的制备和阴极导电条之间总是存在着一定的对准误差，而控制栅极条和碳纳米管阴极条之间也存在着一定的对准误差。一方面，尽管在实际器件制作中这些都能够控制在所允许的范围之内，但如何能够进最大可能减少对准误差所带来的负面影响，制作出精度更高、场致发射性能更好的器件，也是需要思考的问题；另一方面，在大面积器件的制作过程中，一旦出现器件某一处的对准失误，都会造成整体器件的制作失败，如：由于对准失误，某一处的控制栅极条和碳纳米管阴极条相互连通，这样控制栅极就不能对碳纳米管阴极起到有效的控制作用；由于对准失误，碳纳米管阴极条和阴极导电条之间只有少部分重合，使得只有少部分的碳纳米管阴极能够被施加上电压，大部分碳纳米管阴极则处于浮空状态，这样既大量浪费了碳纳米管阴极材料，也使得器件的场致发射性能急剧降低等等，因此会造成器件的制作成功率很低，而器件的制作成本会极大增高，这与尽可能的降低器件制作成本要求是相反的。另外，在器件制作的过程中对设备的精度要求、对制作工艺的精度要求都会相应的提高，这在无形中也进一步增加的器件的制作成本。对于如何能够既有效充分的利用生长碳纳米管阴极的良好场致发射特性，避免其它工艺对碳纳米管阴极的影响，同时还能够简化器件制作工艺，提高器件的制作成功率，降低器件制作成本，使得整体器件的制作工艺趋向于简单化，降低对制作器件材料的材料要求，目前还没有一个行之有效的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷和不足结合现有技术的优点提供一种制作工艺简单、制作成本低廉、制作过程稳定可靠、带有自对准工艺的三极结构碳纳米管场致发射显示器的制作工艺。

本发明采用的解决方案是：显示器主要包括由阴极面板、阳极面板和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，在阴极面板上有生长的碳纳米管阴极，位于碳纳米管阴极上部并控制其电子发射的控制栅极，在器件的制作过程中采用了带有自对准性质的制作工艺，用于栅极结构的制作和碳纳米管阴极的生长。

具体制作工艺步骤如下：

1、阴极基底玻璃(1)的划片：对整体平板玻璃进行划片，

2、阴极导电条(2)的制作：

在阴极基底玻璃(1)上蒸镀一层锡铟氧化物薄膜层；对蒸镀的锡铟氧化物薄膜层进行光刻，形成阴极导电条(2)；

3、绝缘层(3)的生长：

在阴极基底玻璃(1)上制作出二氧化硅层，用作控制栅极和碳纳米管阴极之间的绝缘层(3)；

4、绝缘层(3)的光刻：

对阴极基底玻璃(1)上的二氧化硅层(3)进行光刻，要求使得阴极导电条(2)暴露出来，以便于为后续的碳纳米管阴极制备工艺作准备；

5、金属镍层的制作：在阴极基底玻璃(1)上蒸镀一层金属镍层；

6、栅极条(4)和阴极镍条(5)的形成：

对金属镍层进行光刻；要求保留位于二氧化硅绝缘层(3)上的金属镍层，作为控制栅极条(4)；要求保留位于阴极导电条(2)上的金属镍层，作为碳纳米管生长的催化剂；要求位于二氧化硅绝缘层(3)上的金属镍层(即控制栅极条(4))和位于阴极导电条(2)上的金属镍层相互断开；

7、控制栅极覆盖层(6)的制作：

再次在阴极基底玻璃(1)上制作一层二氧化硅层；然后，再次对二氧化硅层进行光刻，制作出控制栅极覆盖层(6)；控制栅极条(4)被埋藏在二氧化硅层当中；要求去除掉位于阴极导电条(2)上金属镍层上的二氧化硅层，使金属镍层完全暴露出来；

8、碳纳米管阴极(7)的生长：

利用金属镍层作为催化剂，在所制作的阴极面板结构上进行碳纳米管的低温生长，形成碳纳米管阴极(7)。

本发明具有如下积极效果：

1、在本发明中，采用了生长的碳纳米管作为阴极材料，其场致发射特性要远远优于其它工艺所制备的阴极材料，因此所制作的器件性能将更加良好；

2、由于在本发明的工艺制作过程中，采用的都是常规的器件制作工艺，并没有采用特殊的制作材料以及特殊的制作工艺，所以能够极大地降低器件的生产成本；

3、在本发明中，是将其它结构(包括控制栅极部分，阴极导电条等)都制作完毕之后才进行碳纳米管阴极的生长，因此就完全避免了其它器件制作工艺对碳纳米管阴极的影响，保证了碳纳米管的良好场致发射能力；

4、在本发明中，在工艺步骤(6)中，经过对金属镍层的一次性光刻，使得部分镍层充当了控制栅极条，另一部分作为碳纳米管阴极生长的催化剂，在一定程度上简化了器件制作工艺步骤，缩短了器件制作周期；

5、在本发明中，在控制栅极条上覆盖了二氧化硅层，这就使得控制栅极条免于受到碳纳米管生长工艺的影响，同时也使得控制栅极条和生长出来的碳纳米管阴极之间互不产生影响；

6、在本发明中，由于利用光刻工艺，仅仅保留了阴极导电条上的金属镍层，而将其它部分都完全用二氧化硅层覆盖住，因此碳纳米管只能够利用金属镍作为催化剂的前提下在阴极导电条上进行生长，具有自对准的性质，从而保证了器件正常的场致发射性能，对于进一步提高器件分辨率，改善器件场致发射性能等都是有一定积极作用的。

附图说明

图1给出了阴极-栅极结构的纵向结构示意图。

图2给出了阴极-栅极结构的横向结构示意图。

图3给出了一个带有自对准工艺的三极结构碳纳米管场致发射显示器实施例的结构示意图。

其中上述各图中符号的含义为：1阴极基底玻璃；2阴极导电条；3绝缘层；4栅极条；5阴极镍条；6控制栅极覆盖层；7碳纳米管；8阳极基底玻璃；9阳极锡铟氧化物膜导电条；10阳极绝缘层；11荧光粉层；12四周玻璃围框。

具体实施方式

如图1、2、3所示，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。

带有自对准工艺的三极结构碳纳米管场致发射显示器的制作工艺如下：

1、阴极基底玻璃(1)的划片：对整体平板玻璃进行划片，

2、阴极导电条(2)的制作：

在阴极基底玻璃(1)上蒸镀一层锡铟氧化物薄膜层；对蒸镀的锡铟氧化物薄膜层进行光刻，形成阴极导电条(2)；

3、绝缘层(3)的生长：

在阴极基底玻璃(1)上制作出二氧化硅层，用作控制栅极和碳纳米管阴极之间的绝缘层(3)；

4、绝缘层(3)的光刻：

对阴极基底玻璃(1)上的二氧化硅层(3)进行光刻，要求使得阴极导电条(2)暴露出来，以便于为后续的碳纳米管阴极制备工艺作准备；

5、金属镍层的制作：在阴极基底玻璃(1)上蒸镀一层金属镍层；

6、栅极条(4)和阴极镍条(5)的形成：

对金属镍层进行光刻；要求保留位于二氧化硅绝缘层(3)上的金属镍层，作为控制栅极条(4)；要求保留位于阴极导电条(2)上的金属镍层，作为碳纳米管生长的催化剂；要求位于二氧化硅绝缘层(3)上的金属镍层(即控制栅极条(4))和位于阴极导电条(2)上的金属镍层相互断开；

7、控制栅极覆盖层(6)的制作：

再次在阴极基底玻璃(1)上制作一层二氧化硅层；然后，再次对二氧化硅层进行光刻，制作出控制栅极覆盖层(6)；控制栅极条(4)被埋藏在二氧化硅层当中；要求去除掉位于阴极导电条(2)上金属镍层上的二氧化硅层，使金属镍层完全暴露出来；

8、碳纳米管阴极(7)的生长：

利用金属镍层作为催化剂，在所制作的阴极面板结构上进行碳纳米管的低温生长，形成碳纳米管阴极(7)。

9、阳极基底玻璃(8)的划片：对整体平板玻璃进行划片；

10、阳极锡铟氧化物膜导电条(9)的制作：对阳极基底玻璃(8)内侧的锡铟氧化物膜层进行光刻，形成阳极锡铟氧化物膜导电条(9)；

11、阳极绝缘层(10)的制作：在非显示区域以及显示区域的非锡铟氧化物膜导电条部分均印刷绝缘浆料层，用以防止寄生电子发射；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)；

12、阳极荧光粉(11)层的制作：结合丝网印刷工艺，在阳极锡铟氧化物导电条(9)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)；

13、器件装配：利用低熔点玻璃粉涂抹在阳极基底玻璃/四周玻璃围框(12)/隔离玻璃支撑柱/阴极基底玻璃相互连接部分，并放入消气剂，用夹子固定；

14、器件封装：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。

Claims (5)

1、一种带自对准工艺的三极碳纳米管场致发射显示器的制作工艺，显示器包括由阴极面板(1)、阳极面板(8)和玻璃围框(12)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(9)上面的荧光粉层(11)，在阴极面板(1)上有生长的碳纳米管阴极(7)，位于碳纳米管阴极上部并控制其电子发射的控制栅极(4)，其特征在于：在器件的制作过程中采用了带有自对准性质的制作工艺，用于栅极结构的制作和碳纳米管阴极的生长，具体包括如下步骤：

1)、阴极基底玻璃(1)的划片：对整体平板玻璃进行划片，

2)、阴极导电条(2)的制作：

在阴极基底玻璃(1)上蒸镀一层锡铟氧化物薄膜层；对蒸镀的锡铟氧化物薄膜层进行光刻，形成阴极导电条(2)；

3)、绝缘层(3)的生长：

在阴极基底玻璃(1)上制作出二氧化硅层，用作控制栅极和碳纳米管阴极之间的绝缘层(3)；

4)、绝缘层(3)的光刻：

对阴极基底玻璃(1)上的二氧化硅层(3)进行光刻，要求使得阴极导电条(2)暴露出来，以便于为后续的碳纳米管阴极制备工艺作准备；

5)、金属镍层的制作：在阴极基底玻璃(1)上蒸镀一层金属镍层；

6)、栅极条(4)和阴极镍条(5)的形成：

对金属镍层进行光刻；要求保留位于二氧化硅绝缘层(3)上的金属镍层，作为控制栅极条(4)；要求保留位于阴极导电条(2)上的金属镍层，作为碳纳米管生长的催化剂；要求位于二氧化硅绝缘层(3)上的金属镍层(即控制栅极条(4)和位于阴极导电条(2)上的金属镍层相互断开；

7)、控制栅极覆盖层(6)的制作：

再次在阴极基底玻璃(1)上制作一层二氧化硅层；然后，再次对二氧化硅层进行光刻，制作出控制栅极覆盖层(6)；控制栅极条(4)被埋藏在二氧化硅层当中；要求去除掉位于阴极导电条(2)上金属镍层上的二氧化硅层，使金属镍层完全暴露出来；

8)、碳纳米管阴极(7)的生长：

利用金属镍层作为催化剂，在所制作的阴极面板结构上进行碳纳米管的低温生长，形成碳纳米管阴极(7)。

2、根据权利要求1所述的一种带自对准工艺的三极碳纳米管场致发射显示器的制作工艺，其特征在于：可以用锡铟氧化物膜层来制作阴极导电条，也可以采用蒸镀金属镍、钴、铝、金层来制作阴极导电条，也可以通过丝网印刷法来制作金属银层来制作阴极导电条。

3、根据权利要求1所述的一种带自对准工艺的三极碳纳米管场致发射显示器的制作工艺，其特征在于：用二氧化硅层制作了控制栅极和碳纳米管阴极之间的绝缘层，也可以采用丝网印刷法印刷绝缘浆料层来制作控制栅极和碳纳米管阴极之间的绝缘层。

4、根据权利要求1所述的一种带自对准工艺的三极碳纳米管场致发射显示器的制作工艺，其特征在于：用金属镍层制作了控制栅极条，也可以用丝网印刷法印刷银浆层来制作控制栅极条。

5、根据权利要求1所述的一种带自对准工艺的三极碳纳米管场致发射显示器的制作工艺，其特征在于：用二氧化硅层制备在控制栅极条上面形成控制栅极覆盖层，也可以在控制栅极条上印刷绝缘浆料层来形成控制栅极覆盖层。

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