CN1794403A - 带有集成背栅结构的平板显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到带有集成背栅结构的平板显示器及其制作工艺，带有集成背栅结构的平板显示器，包括由阴极面板、阳极面板和四周玻璃围框构成的密封真空腔；在阳极面板上设置有阳极导电条以及制备在阳极导电条上面的荧光粉层；安装在阴极面板和阳极面板之间的支撑墙结构以及消气剂附属元件，在阴极面板上制作有含碳纳米管阴极并控制碳纳米管阴极电子发射的集成背栅结构，具有制作过程稳定可靠、制作工艺简单、制作成本低廉、结构简单的优点。

Description

带有集成背栅结构的平板显示器及其制作工艺

技术领域

本发明属于平而显示技术领域、微电子科学与技术领域、真空科学与技术领域以及纳米科学技术领域的相互交叉领域，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平板场致发射显示器的器件制作方面的内容，特别涉及到带有集成背栅结构的、碳纳米管阴极的场致发射平面显示器件的制作工艺。

背景技术

碳纳米管具有小的尖端曲率半径、高的纵横比率，极高的机械强度以及良好的物理化学特性，是一种较为理想的冷阴极制作材料。目前，用于碳纳米管阴极的制备方法大致可以分为两种，即：直接生长法和移植法。直接生长法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，具有发射电流密度大、发射电流比较均匀等诸多优点，这是用移植法制备的碳纳米管阴极所无法相比的。但是受到其它器件结构的限制，如阴极衬底材料所能够承受的高温限制，阴极衬底材料的热膨胀问题以及栅极结构材质选择等等，都制约着直接生长法制备的碳纳米管阴极的应用。

在三极结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器件中，栅极电压对碳纳米管阴极的电子发射起着必要的控制作用，栅极结构的制作工艺以及栅极结构材料的选择都有着十分严格的要求。其中，栅极结构的控制形式也是研究人员所重点考虑的内容之一。目前，大多数平板显示器件中都选择了栅极结构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明显，但是所形成的栅极电流比较大，栅极控制电压偏高，对于器件的材质要求比较高，在器件的制作过程中容易使得碳纳米管阴极受到一定的污染和损伤，这是其不利之处。

另外，如何在充分利用直接生长法制备碳纳米管阴极所具有的良好场致发射特性的基础上，将栅极结构和碳纳米管阴极结构有机的结合到一起，从而促进整体器件的高度集成化发展，这是需要重点考虑的工艺之一。

此外，在确保栅极结构对碳纳米管阴极具有良好控制作用的前提下，还需要尽可能的降低总体器件成本，进行稳定可靠、成本低廉、性能优良、高质量的器件制作。

发明内容

本发明的目的在于克服上述平板显示器件中存在的缺点而提供一种成本低廉、制作过程稳定可靠、制作成功率高、结构简单的带有集成背栅结构的平板显示器件及其制作工艺。

本发明的目的是这样实现的：一种带有集成背栅结构的平板显示器，包括由阴极面板、阳极面板和四周玻璃围框构成的密封真空腔；在阳极面板上设置有阳极导电条以及制备在阳极导电条上面的荧光粉层；安装在阴极面板和阳极面板之间的支撑墙结构以及消气剂附属元件，在阴极面板上制作有含碳纳米管阴极并控制碳纳米管阴极电子发射的集成背栅结构。

所述的集成背栅结构包括基底材料硅片、制作在基底材料硅片上的第一次二氧化硅层、在第一次二氧化硅层上光刻出的各个金属过渡层、设置在金属过渡层上的催化剂金属层、将金属过渡层、催化剂金属层以及暴露的第一次二氧化硅层全部覆盖起来第二次二氧化硅层，在第二次二氧化硅层上存在着电子孔，电子孔位于催化剂金属层的上方，并暴露出孔中的催化剂金属层，碳纳米管阴极位于催化剂金属层上方的电子孔内。

所述的集成背栅结构的集成背栅结构中的硅片上面存在一个第一次二氧化硅层，充当控制栅极和碳纳米管阴极之间的绝缘层；第一次二氧化硅层的上面存在一个金属过渡层，此金属过渡层可以为金属金、银、铟、铝和锡；金属过渡层上面存在一个催化剂金属层，此催化剂金属层可以为铁、钴、镍、铬；金属过渡层和催化剂金属层的图案完全相同；催化剂金属层充当碳纳米管阴极生长过程中的催化剂层。

一种带有集成背栅结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：其制作工艺如下：

A、阳极板的制作：

1).清洁平板玻璃，除掉表面杂质，形成阳极面板；

2).在阳极面板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用于防止寄生电子发射的绝缘浆料层，在150℃±10℃的温度条件下烘烤5～15分钟之后，放置在烧结炉中进行580℃±10℃的高温烧结，保持时间为5～15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，放置在烘箱中，在120℃±10℃的温度条件下烘烤5～15分钟；

B、阴极板的制作：对整体平板玻璃进行裁剪，除掉表面杂质，形成阴极面板[8]；

C、器件装配：将阴极面板、阳极面板以及玻璃围框、集成背栅结构、支撑墙结构装配到一起，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；

D、成品制作：对已经装配好的器件进行如下的封装工艺：

1).将样品器件放入烘箱当中进行烘烤；

2).放入烧结炉当中进行高温烧结；

3).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，最后加装管脚形成所需要的平板显示器。

集成背栅结构包括基底材料硅片、第一次二氧化硅层、金属过渡层、催化剂金属层、第二次二氧化硅层、电子孔和碳纳米管阴极，并采用如下的工艺进行制作：

1)、基底材料硅片的制作：对整体硅片进行裁剪，制作出基底材料硅片；

2)、第一次二氧化硅层的制作：在基底材料硅片上制作出一层二氧化硅层，形成第一次二氧化硅层；

3)、金属过渡层的制作：在第一次二氧化硅层的上面蒸镀一层银膜，然后通过常规的光刻工艺，对金属银膜进行光刻，制作出金属过渡层；

4)、催化剂金属层的制作：在第一次二氧化硅层的上面蒸镀一层铬膜，然后通过常规的光刻工艺，对金属铬膜进行光刻，制作出催化剂金属层；催化剂金属层的图案与金属过渡层的图案完全相同，并且催化剂金属层位于金属过渡层的正上方；

5)、第二次二氧化硅层的制作：在第一次二氧化硅层的上面制作出第二次二氧化硅层，此二氧化硅层将金属过渡层、催化剂金属层以及暴露的第一次二氧化硅层全部覆盖起来；

6)、电子孔的制作：在第二次二氧化硅层上制作出电子孔，电子孔位于催化剂金属层的上方，并暴露出电子孔中的催化剂金属层；

7)、集成背栅结构的表面清洁处理：对集成背栅结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

8)、碳纳米管阴极的生长：利用催化剂金属层作为生长碳纳米管用的催化剂，结合直接生长法，在金属过渡层的上面制备出碳纳米管阴极。

本发明具有如下的积极效果：

本发明中的最主要特点在于制作了集成背栅结构，并制作了带有集成背栅结构的、碳纳米管阴极的场致发射平板发光显示器件。

本发明中的集成背栅结构中的栅极结构位于碳纳米管阴极的下方，对于其电子发射起着强有力的控制作用。当在栅极上施加适当电压以后，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，直接向阳极告诉运动，轰击荧光粉层而发光。由于栅极位于碳纳米管阴极的下方，并且二者之间用二氧化硅层进行相互隔离开来，所以所发射的电子不会受到栅极结构的截流，从而所形成的栅极电流也比较小，极大的提高了碳纳米管阴极的场致发射效率，提高了整体显示器件的发光效率。

本发明中的集成背栅结构中的基底材料为硅片，一方面充当整个集成背栅结构的基底材料，另一方面也充当着栅极的作用。当在掺杂硅片上施加适当电压以后，就会在碳纳米管顶端形成一定的电场强度。此外，这种结构将栅极结构和碳纳米管阴极结构高度的集成到一起，有利于进一步降低器件的整体成本，提高整体器件的显示分辨率。本发明中的集成背栅结构中，在第一次二氧化硅层的基础上，又制作了第二次二氧化硅层，一方面用于将金属过渡层、催化剂金属层以及暴露的第一次二氧化硅层全部覆盖起来，防止杂质灰尘的污染，也防止寄生电子的发射；另一方面也有利于进一步提高整体器件的制作成功率，防止相邻金属过渡层之间的粘连。

在本发明中的集成背栅结构中，在金属过渡层的基础上又制作了催化剂金属层，这就为后续工艺中碳纳米管阴极的生长作了充分的准备。这样，就可以在栅极结构中的电子孔中直接生长碳纳米管阴极材料了，也就使得栅极结构和碳纳米管阴极高度集成到一起。既简化了整体器件的制作工艺，同时也有利于进一步提高整体器件的显示分辨率。

此外，在本发明中的集成背栅结构中，并没有采用特殊的结构制作材料，也没有采用特殊的器件制作工艺，这在很大程度上就进一步降低了整体平板显示器件的制作成本，简化了器件的制作过程，能够进行大面积的器件制作，有利于进行商业化的大规模生产。

附图说明

图1给出了集成背栅结构的纵向结构示意图；

图2给出了集成背栅结构的横向结构示意图；

图3给出了带有集成背栅结构的、碳纳米管场致发射平面显示器的结构示意图。

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。

本发明包括由阴极面板8、阳极面板9和四周玻璃围框15构成的密封真空腔；在阳极面板9上设置有阳极导电条10以及制备在阳极导电条10上面的荧光粉层11；安装在阴极面板8和阳极面板9之间的支撑墙结构13以及消气剂附属元件14，在阴极面板8上制作有含碳纳米管阴极7并控制碳纳米管阴极电子发射的集成背栅结构。所述的集成背栅结构包括基底材料硅片1、制作在基底材料硅片1上的第一次二氧化硅层2、在第一次二氧化硅层2上的光刻出的各个金属过渡层3、设置在金属过渡层3上的催化剂金属层4、将金属过渡层、催化剂金属层以及暴露的第一次二氧化硅层全部覆盖起来第二次二氧化硅层5，在第二次二氧化硅层5上存在着电子孔6，电子孔6位于催化剂金属层4的上方，并暴露出孔中的催化剂金属层，碳纳米管阴极7位于催化剂金属层4上方的电子孔内。

在阴极面板制作了高度集成化的背栅结构，其一，栅极结构位于碳纳米管阴极的下方，对于其电子发射起着强有力的控制作用；其二，利用了直接生长法制备的碳纳米管阴极作为阴极材料；其三，将栅极结构和碳纳米管阴极结构高度集成到一起，有利于进一步提高平板显示器件的显示分辨率，简化器件的制作工艺，降低器件的制作成本。

所述的集成背栅结构的固定位置为安装固定在阴极面板上；栅极位于碳纳米管阴极的背部；基底材料为硅片；基底材料硅片既可以为n型，也可以为p型；

所述的集成背栅结构的集成背栅结构中的硅片上面存在一个第一次二氧化硅层，充当控制栅极和碳纳米管阴极之间的绝缘层；第一次二氧化硅层的上面存在一个金属过渡层，此金属过渡层可以为金属金、银、铟、铝和锡；金属过渡层上面存在一个催化剂金属层，此催化剂金属层可以为铁、钴、镍、铬；金属过渡层和催化剂金属层的图案完全相同；催化剂金属层充当碳纳米管(直接生长法)阴极生长过程中的催化剂层；

所述的集成背栅结构的硅片上存在着第二次二氧化硅层，此二氧化硅层将金属过渡层、催化剂金属层以及暴露的第一次二氧化硅层全部覆盖起来；第二次二氧化硅层上存在着电子孔；电子孔位于催化剂金属层的上方，并暴露出孔中的催化剂金属层；碳纳米管阴极可以利用直接生长法进行制备，也可以利用移植法进行制备；碳纳米管阴极位于催化剂金属层上方的电子孔内。

本发明中的集成背栅结构的固定位置为安装固定在阴极面板上；本发明中的集成背栅结构中的栅极位于碳纳米管阴极的背部；本发明中的集成背栅结构的基底材料为硅片；本发明中的集成背栅结构的基底材料硅片既可以为n型，也可以为p型；本发明中的集成背栅结构中的硅片既可以充当集成栅极结构的基底材料，也充当集成背栅结构的控制栅极；本发明中的集成背栅结构中的集成背栅结构中的硅片上面存在一个第一次二氧化硅层，充当控制栅极和碳纳米管阴极之间的绝缘层；本发明中的集成背栅结构中的第一次二氧化硅层的上面存在一个金属过渡层，此金属过渡层可以为金属金、银、铟、铝和锡；本发明中的集成背栅结构中的金属过渡层上面存在一个催化剂金属层，此催化剂金属层可以为铁、钴、镍、铬；本发明中的集成背栅结构中的金属过渡层和催化剂金属层的图案完全相同；本发明中的集成背栅结构中的催化剂金属层充当碳纳米管(直接生长法)阴极生长过程中的催化剂层；本发明中的集成背栅结构中的硅片上存在着第二次二氧化硅层，此二氧化硅层将金属过渡层、催化剂金属层以及暴露的第一次二氧化硅层全部覆盖起来；本发明中的集成背栅结构中的第二次二氧化硅层上存在着电子孔；本发明中的集成背栅结构中的电子孔位于催化剂金属层的上方，并暴露出孔中的催化剂金属层；本发明中的集成背栅结构中的碳纳米管阴极可以利用直接生长法进行制备，也可以利用移植法进行制备；本发明中的集成背栅结构中的碳纳米管阴极位于催化剂金属层上方的电子孔内。

本发明中带有集成背栅结构的碳纳米管场发射平板显示器的制作工艺如下：

A、阳极板的制作：

1).清洁平板玻璃，除掉表面杂质，形成阳极面板9；

2).在阳极面板9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10；

4).结合丝网印刷工艺，在导电条10的非显示区域印刷绝缘浆料层12，用于防止寄生电子发射，在150℃±10℃的温度条件下烘烤5～15分钟之后，放置在烧结炉中进行580℃±10℃的高温烧结，保持时间为5～15分钟；

5).结合丝网印刷工艺，在导电条10上面的显示区域印刷荧光粉层11，放置在烘箱中，在120℃±10℃的温度条件下烘烤5～15分钟；

B、阴极板的制作：对整体平板玻璃进行裁剪，除掉表面杂质，形成阴极面板[8]；

C、器件装配：将阴极面板8、阳极面板9以及玻璃围框15、支撑墙13结构装配到一起，并将消气剂14放入到空腔当中，用低熔点玻璃粉固定，在玻璃而板的四周涂抹好低熔点玻璃粉，用夹子固定；

D、成品制作：

对已经装配好的器件进行如下的封装工艺：

1).将样品器件放入烘箱当中进行烘烤；

2).放入烧结炉当中进行高温烧结；

3).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，最后加装管脚形成所需要的平板显示器。

本发明中的集成背栅结构包括基底材料硅片1、第一次二氧化硅层2、金属过渡层3、催化剂金属层4、第二次二氧化硅层5、电子孔6和碳纳米管阴极7部分，并采用如下的工艺进行制作：

1、基底材料硅片的制作：对整体硅片进行裁剪，制作出基底材料硅片；基底材料硅片既充当集成背栅结构的基底材料，也充当集成背栅结构中的栅极；基底材料硅片既可以是n型，也可以为p型；

2、第一次二氧化硅层的制作：在基底材料硅片上制作出一层二氧化硅层，形成第一次二氧化硅层2；

3、金属过渡层的制作：在第一次二氧化硅层的上面蒸镀一层银膜，然后通过常规的光刻工艺，对金属银膜进行光刻，制作出金属过渡层3；

4、催化剂金属层的制作：在第一次二氧化硅层2的上面蒸镀一层铬膜，然后通过常规的光刻工艺，对金属铬膜进行光刻，制作出催化剂金属层4；催化剂金属层4的图案与金属过渡层3的图案完全相同，并且催化剂金属层4位于金属过渡层3的正上方；

5、第二次二氧化硅层的制作：在第一次二氧化硅层的上面制作出第二次二氧化硅层5，此二氧化硅层将金属过渡层、催化剂金属层以及暴露的第一次二氧化硅层全部覆盖起来；

6、电子孔的制作：在第二次二氧化硅层上制作出电子孔6。电子孔位于催化剂金属层的上方，并暴露出电子孔中的催化剂金属层4；

7、集成背栅结构的表面清洁处理：对集成背栅结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

8、碳纳米管阴极的生长：利用催化剂金属层作为生长碳纳米管用的催化剂，结合直接生长法，在金属过渡层的上面制备出碳纳米管阴极；

9、碳纳米管阴极的后处理：对碳纳米管阴极进行后处理，以进一步改善碳纳米管阴极的场致发射特性。

Claims (6)

1、一种带有集成背栅结构的平板显示器，包括由阴极面板[8]、阳极面板[9]和四周玻璃围框[15]构成的密封真空腔；在阳极面板[9]上设置有阳极导电条[10]以及制备在阳极导电条[10]上面的荧光粉层[11]；安装在阴极面板[8]和阳极面板[9]之间的支撑墙结构[13]以及消气剂附属元件[14]，其特征在于：在阴极面板[8]上制作有含碳纳米管阴极[7]并控制碳纳米管阴极电子发射的集成背栅结构。

2、根据权利要求1所述的一种带有集成背栅结构的平板显示器，其特征在于：所述的集成背栅结构包括基底材料硅片[1]、制作在基底材料硅片[1]上的第一次二氧化硅层[2]、在第一次二氧化硅层[2]上的光刻出的各个金属过渡层[3]、设置在金属过渡层[3]上的催化剂金属层[4]、将金属过渡层、催化剂金属层以及暴露的第一次二氧化硅层全部覆盖起来第二次二氧化硅层[5]，在第二次二氧化硅层[5]上存在着电子孔[6]，电子孔[6]位于催化剂金属层[4]的上方，并暴露出孔中的催化剂金属层，碳纳米管阴极[7]位于催化剂金属层[4]上方的电子孔内。

3、根据权利要求2所述的一种带有集成背栅结构的平板显示器，其特征在于：所述的基底材料硅片为n型或p型。

4、根据权利要求2所述的一种带有集成背栅结构的平板显示器，其特征在于：所述的集成背栅结构的集成背栅结构中的硅片上面存在一个第一次二氧化硅层，充当控制栅极和碳纳米管阴极之间的绝缘层；第一次二氧化硅层的上面存在一个金属过渡层，此金属过渡层可以为金属金、银、铟、铝和锡；金属过渡层上面存在一个催化剂金属层，此催化剂金属层可以为铁、钴、镍、铬；金属过渡层和催化剂金属层的图案完全相同；催化剂金属层充当碳纳米管阴极生长过程中的催化剂层。

5、一种带有集成背栅结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：其制作工艺如下：

A、阳极板的制作：

1).清洁平板玻璃，除掉表面杂质，形成阳极面板[9]；

2).在阳极面板[9]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[10]；

4).结合丝网印刷工艺，在导电条[10]的非显示区域印刷用于防止寄生电子发射的绝缘浆料层[12]，在150℃±10℃的温度条件下烘烤5～15分钟之后，放置在烧结炉中进行580℃±10℃的高温烧结，保持时间为5～15分钟；

5).结合丝网印刷工艺，在导电条[10]上面的显示区域印刷荧光粉层[11]，放置在烘箱中，在120℃±10℃的温度条件下烘烤5～15分钟；

B、阴极板的制作：对整体平板玻璃进行裁剪，除掉表面杂质，形成阴极面板[8]；

C、器件装配：将阴极面板[8]、阳极面板[9]以及玻璃围框[15]、集成背栅结构、支撑墙结构[13]装配到一起，并将消气剂[14]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；

D、成品制作：对已经装配好的器件进行如下的封装工艺：

1).将样品器件放入烘箱当中进行烘烤；

2).放入烧结炉当中进行高温烧结；

3).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，最后加装管脚形成所需要的平板显示器。

6、根据权利要求5所述的一种带有集成背栅结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：集成背栅结构包括基底材料硅片[1]、第一次二氧化硅层[2]、金属过渡层[3]、催化剂金属层[4]、第二次二氧化硅层[5]、电子孔[6]和碳纳米管阴极[7]，并采用如下的工艺进行制作：

1)、基底材料硅片的制作：对整体硅片进行裁剪，制作出基底材料硅片；

2)、第一次二氧化硅层的制作：在基底材料硅片上制作出一层二氧化硅层，形成第一次二氧化硅层[2]；

3)、金属过渡层的制作：在第一次二氧化硅层的上面蒸镀一层银膜，然后通过常规的光刻工艺，对金属银膜进行光刻，制作出金属过渡层；

4)、催化剂金属层的制作：在第一次二氧化硅层的上面蒸镀一层铬膜，然后通过常规的光刻工艺，对金属铬膜进行光刻，制作出催化剂金属层；催化剂金属层的图案与金属过渡层的图案完全相同，并且催化剂金属层位于金属过渡层的正上方；

5)、第二次二氧化硅层的制作：在第一次二氧化硅层的上面制作出第二次二氧化硅层，此二氧化硅层将金属过渡层、催化剂金属层以及暴露的第一次二氧化硅层全部覆盖起来；

6)、电子孔的制作：在第二次二氧化硅层上制作出电子孔，电子孔位于催化剂金属层的上方，并暴露出电子孔中的催化剂金属层；

7)、集成背栅结构的表面清洁处理：对集成背栅结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

8)、碳纳米管阴极的生长：利用催化剂金属层作为生长碳纳米管用的催化剂，结合直接生长法，在金属过渡层的上面制备出碳纳米管阴极。