CN1725416A - 场发射显示装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种场发射显示装置及其制备方法，用于解决三极或四极型场发射显示装置中栅极与阴极间绝缘层难于制造的技术问题。该场发射显示装置包括：一绝缘基底，具有多个电子发射端的阴极，以及栅极，其特征在于该绝缘基底一表面上内陷有多个凹槽，阴极形成于该凹槽底部，栅极形成于该基底表面，并与阴极绝缘。本发明还提供一种场发射显示装置的制备方法，其包括下列步骤：步骤一，提供一具有一平整表面的绝缘基底；步骤二，在绝缘基底表面形成多个内陷的凹槽；步骤三，在凹槽底部形成阴极层；步骤四，在阴极层上形成电子发射端；步骤五，在基底表面形成栅极。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种场发射显示装置及其制备方法。
【背景技术】
场发射显示装置是一种自发光显示器，且具备高亮度、高效率、大视角、省电等优点。传统的场发射显示器(FED)三极结构，包括具有发射端的阴极、栅极以及具有荧光粉层的阳极，由真空封装(Vacuum Sealing)技术将其组合于高真空(10-6～10-7Torr)环境下，利用发射端所产生的电子源，在阳极电压(3000-8000V)的加速下撞击荧光粉使其发光。
其中，阴极和栅极之间须有一绝缘层支撑栅极并将其与阴极绝缘。如2002年9月3日公告之美国专利第6,445,124号公开一种场发射装置，请参阅图1，该装置包括绝缘基底11，形成于绝缘基底11上的阴极3，发射端7，栅极1以及将阴极3与栅极1隔开一定距离的绝缘层2。
然而，在场发射显示装置的制备过程中，在阴极与栅极之间设置绝缘层是技术上的难点，一般可采用的方法有印刷法，如2002年8月27号公告之美国专利第6,440,761号中所公开的方法。但是这种方法由于采用的丝网印刷的工艺，精度不能做到很高。
另外，也可采用半导体的薄膜工艺形成绝缘层然后再用刻蚀的方法形成通孔。如2003年3月6日公开、公开号为2003/0044537的美国专利申请公开一种碳纳米管场发射显示器的制备方法，包括下列步骤：提供一基底；在该基底上印刷一第一导电层并烧结；在该第一导电层上印刷一绝缘层及一第二导电层；刻蚀该第二导电层及绝缘层，形成使第一导电层露出的通孔；烧结第二导电层和绝缘层；在通孔中第一导电层上形成碳纳米管层。
还有的方法是将栅极与阴极同时制作，然后在栅极与阴极之间放上薄的绝缘条或者其他的绝缘材料，而这种安装工艺需要较高的精度，工艺上有一定的难度。
综上所述，现有技术制备场发射显示装置的工艺中，均是先有绝缘基板，然后在绝缘基板上形成栅极与阴极之间的绝缘层，并具有上述精度低或成本高等缺点，因此，提供一种克服上述缺点的场发射显示装置及其制备方法实为必要。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：现有技术场发射显示装置制备工艺中，在栅极与阴极之间形成绝缘层具有精度低或工艺复杂、成本高的困难。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一种场发射显示装置，其包括：一绝缘基底，具有多个电子发射端的阴极，以及栅极，其特征在于该绝缘基底一表面上内陷有多个凹槽，阴极形成于该凹槽底部，栅极形成于该基底表面，并与阴极绝缘。
本发明解决技术问题所采用的另一技术方案是提供一种场发射显示装置的制备方法，其包括下列步骤：步骤一，提供一具有一平整表面的绝缘基底；步骤二，在绝缘基底表面形成多个内陷的凹槽；步骤三，在凹槽底部形成阴极层；步骤四，在阴极层上形成电子发射端；步骤五，在基底表面形成栅极。
其中，在绝缘基底表面形成凹槽的方法包括刻蚀方法或机械加工方法。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：场发射显示装置的绝缘基底上内陷有多个凹槽，阴极形成于凹槽底部，栅极形成于基底表面，并与阴极绝缘，这样阴极与栅极之间不用再设置绝缘层，从而简化生产工艺。
【附图说明】
图1是现有技术中场发射显示装置的结构示意图。
图2是本发明第一实施例所提供的场发射显示装置示意图。
图3是本发明第二实施例所提供的场发射显示装置示意图。
图4是一绝缘基底示意图。
图5是在绝缘基底上形成一光刻胶层示意图。
图6是曝光示意图。
图7是显影示意图。
图8是刻蚀出凹槽的示意图。
图9是形成阴极层的示意图。
图10是形成催化剂层的示意图。
图11是去除绝缘基底表面的光刻胶层及其上面的阴极、催化剂层后的示意图。
图12是在催化剂层上生长碳纳米管的示意图。
图13是一栅极模组的示意图。
图14是一阳极模组的示意图。
图15是一具有电势控制极的栅极模组的示意图。
【具体实施方式】
请参阅图2，本发明第一实施例所提供的场发射显示装置100包括基底101，阴极104，电子发射体106，栅极模组110，以及阳极模组120。其中基底101表面上形成有多个内陷凹槽，阴极104形成于该凹槽底部。其中该多个凹槽可以为相互平行的条形凹槽，其横截面包括矩形、梯形、三角形或弧形。可替代的，该多个凹槽可以为彼此独立且形成阵列的点状凹槽。电子发射体106包括碳纳米管、金属尖端或硅尖端，其形成于阴极104表面，本实施例选用碳纳米管作为电子发射体。栅极模组110包括栅极111和栅极载体112，其安装于基底101表面，其中栅极111贴覆在基底101表面上，栅极模组110具有多个通孔，暴露出阴极104及电子发射体106，使电子发射体106发射的电子能通过该通孔轰击到阳极模组120上。可以理解的是，栅极111也可以直接形成于基底101的非凹槽部分的表面，而不需要栅极载体112。阳极模组120包括阳极板121和荧光层122，阳极板121由阻隔壁109支撑，使其与栅极模组110之间隔开一定距离，并与栅极模组110对接，形成一密闭结构。荧光层122位置则与栅极模组110上的通孔以及电子发射体106的位置对应。
本发明所提供的场发射显示装置通过使阴极104形成于绝缘基底表面上的多个凹槽的底部，而栅极形成于基底的非凹槽部分的表面，从而使得阴极与栅极之间绝缘并隔开一定距离，使栅极与阴极绝缘，从技术效果上看，该具有凹槽的基底结构相当于绝缘基底与绝缘层一体成型的结构，因此不再需要在基底上形成栅极与阴极之间的绝缘层，简化制备工艺，且该具有凹槽的绝缘基底结构适合应用于三极型或四极型场发射显示装置中。
请参阅图3，本发明第二实施例所提供的场发射显示装置200结构与第一实施例所提供的场发射显示装置100基本相同，其不同之处在于采用包括电势控制极的栅极模组130取代栅极模组110，其中包括电势控制极的栅极模组130包括栅极133、载体132以及电势控制极131。相对于场发射显示装置100，由于增加一电势控制极131，场发射显示装置200成为一种四极型场发射显示装置。
本发明所提供的场发射显示装置的制备方法包括下列步骤：
步骤一，提供一具有平整表面的绝缘基底；该绝缘基底材料包括二氧化硅；
步骤二，在绝缘基底表面形成多个内陷的凹槽；该凹槽为可以为相互平行的条形凹槽，其横截面包括矩形、梯形、三角形或弧形，也可以为形成阵列的点状凹槽。在绝缘基底表面形成凹槽的方法包括刻蚀或机械加工；
步骤三，在凹槽底部形成阴极层；即采用蒸镀、涂敷、印刷或沉积等方法在凹槽底部形成一层导电材料；
步骤四，在阴极层上形成电子发射端；该电子发射端包括碳纳米管、金属尖端或硅尖端；
步骤五，在基底表面形成栅极；可以提供栅极模组，并将其位置对准安装在基底表面，也可以直接在基底表面印刷一栅极层；栅极模组具有多个通孔，且按规则排布成阵列。该通孔即为场发射显示装置的像素孔，用于暴露出阴极及电子发射体，使电子发射端发射的电子可通过该通孔轰击到后续步骤提供的阳极上。
步骤六，封装阳极，形成场发射显示装置，其中阳极表面具有荧光层。
以采用刻蚀的方法在绝缘基底表面形成条形凹槽、并采用碳纳米管为电子发射端为例，详细说明场发射显示装置100和200的制备方法，请参阅图4至图16，其包括下列步骤：
如图4所示，提供一具有一平整表面的绝缘基底101，该基底材料可以是玻璃；
如图5所示，在绝缘基底101表面上形成一光刻胶层102，该光刻胶层包括正型光刻胶和负型光刻胶，本实施例采用正型光刻胶；
如图6所示，提供一掩模103，将掩模103覆盖在光刻胶层102上，曝光；其中该掩模103具有相互平行的条形间隙；
如图7所示，显影，没被掩模103保护的光刻胶102经曝光后去除；
如图8所示，刻蚀，将没有光刻胶102的区域刻蚀一定深度，形成多个条形凹槽，该多个条形凹槽相互平行；
如图9所示，形成一阴极层104，采用蒸镀的方法在基底101表面形成一导电材料层，即阴极层104；
如图10所示，在阴极层上形成一催化剂层105，该催化剂层105一般是Fe、Co、Ni或其合金，厚度为1～10纳米，优选为3～5nm，为后续步骤生长作为电子发射端的碳纳米管阵列用；
如图11所示，去除基底101表面光刻胶层102及其表面的阴极层104和催化剂层105；
如图12所示，用化学气相沉积法在催化剂层105上生长碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列即为电子发射端106；
如图13所示，提供栅极模组110，并将其位置对准安装在基底表面；栅极模组110包括栅极111及栅极载体112，该栅极模组110上具有多个通孔，用于暴露出阴极104及电子发射体106，使电子发射体106发射的电子通过该通孔轰击到阳极上，该通孔按规则排布成阵列，构成场发射显示装置的像素孔。
如图14所示，提供一阳极模组120，封装阳极，形成平面显示装置100。其中阳极模组120包括阳极板121及荧光层122，荧光层122可以是形成于阳极板121下表面的一连续膜层，也可以不连续且按一定规则排布，此时荧光层122的位置与栅极模组120上的通孔位置相对应，确保电子发射端发射的电子通过通孔轰击到荧光层122上。
另外，上述方法中可先去除基底101表面曝光过程中被保护的光刻胶102，然后再依次进行采用印刷等方法在凹槽底部形成阴极层、在阴极层表面形成催化剂层以及生长碳纳米管层等步骤，对上述步骤作此调整不影响技术效果。
场发射显示装置200的制备与上述场发射显示装置100的制备不同之处在于：如图15所示，提供栅极-电势控制极模组130取代栅极模组110，该栅极-电势控制极模组130包括栅即133，载体132以及电势控制极131，该栅极-电势控制极模组130同样具有多个按规则排布成阵列的通孔，该通孔同样为像素孔。由于电势控制极131的引入，该场发射显示装置200即为四极型场发射显示装置。
采用机械加工的方法在绝缘基底表面形成凹槽，其具体步骤包括：
提供一具有平整表面的绝缘基底；该绝缘基底材料为二氧化硅；
在绝缘基底表面通过机械加工出多个具有一定深度内陷的凹槽，该凹槽可以为条形凹槽，也可以为点状凹槽。该多个条形凹槽相互平行，其横截面包括矩形、梯形、三角形或弧形。点状凹槽形成阵列，构成场发射显示装置的像素阵列。
采用印刷方法在凹槽底部形成一层导电材料层作为阴极层；
在阴极层上形成电子发射端；该电子发射端包括碳纳米管、金属尖端或硅尖端；
在基底表面形成栅极；可以提供栅极模组，并将其位置对准安装在基底表面，也可以直接在基底表面印刷一栅极层；栅极模组具有多个通孔，且按规则排布成阵列。该通孔即为场发射显示装置的像素孔，用于暴露出阴极及电子发射体，使电子发射端发射的电子可通过该通孔轰击到后续步骤提供的阳极上。
封装阳极，形成场发射显示装置。
本方法采用半导体刻蚀或机械加工等比较成熟的工艺，在场发射显示装置的绝缘基底上形成一定深度内陷的凹槽，使阴极形成于凹槽底部，栅极形成于基底表面，这样阴极与栅极之间绝缘并隔开一定距离，因此不用再另外设置绝缘层，从而简化生产工艺，节约成本。
Claims (17)
1.一种场发射显示装置，包括一绝缘基底，具有多个电子发射端的阴极，以及栅极，其特征在于该绝缘基底一表面上内陷有多个凹槽，阴极形成于该凹槽底部，栅极形成于该基底表面，并与阴极绝缘。
2.如权利要求1所述的场发射显示装置，其特征在于该凹槽为条形凹槽，其横截面包括矩形、梯形、三角形或弧形。
3.如权利要求1或2所述的场发射显示装置，其特征在于该多个凹槽相互平行。
4.如权利要求1所述的场发射显示装置，其特征在于该多个凹槽为点状凹槽，并排列成阵列。
5.如权利要求1所述的场发射显示装置，其特征在于该场发射显示装置还包括一电势控制极。
6.如权利要求1所述的场发射显示装置，其特征在于该电子发射端包括碳纳米管、金属尖端或硅尖端。
7.如权利要求1、2或4所述的场发射显示装置，其特征在于栅极具有多个通孔，该通孔按规则排布成阵列，其位置与凹槽的位置对应。
8.一种场发射显示装置的制备方法，包括下列步骤：
提供一具有平整表面的绝缘基底；
在绝缘基底表面形成多个内陷的凹槽；
在凹槽底部形成阴极层；
在阴极层上形成电子发射端；
在基底表面形成栅极层。
9.如权利要求8所述的场发射显示装置的制备方法，其特征在于该绝缘基底材料包括二氧化硅。
10.如权利要求8所述的场发射显示装置的制备方法，其特征在于该电子发射端包括碳纳米管、金属尖端或硅尖端。
11.如权利要求8所述的场发射显示装置的制备方法，其特征在于凹槽通过刻蚀形成于绝缘基底表面。
12.如权利要求8所述的场发射显示装置的制备方法，其特征在于凹槽通过机械加工的方法形成于绝缘基底表面。
13.如权利要求8所述的场发射显示装置的制备方法，其特征在于栅极通过提供一栅极模组，将其位置对准安装在基底表面。
14.如权利要求13所述的场发射显示装置的制备方法，其特征在于该栅极模组包括栅极及栅极载体。
15.如权利要求13所述的场发射显示装置的制备方法，其特征在于该栅极模组包括栅基、栅极载体以及电势控制极。
16.如权利要求13、14或15所述的场发射显示装置的制备方法，其特征在于该栅极模组具有多个通孔，该通孔按规则排布成阵列，其位置与凹槽的位置对应。
17.如权利要求8所述的场发射显示装置的制备方法，其特征在于栅极通过印刷的方法形成于基底表面。
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