CN1909152B - 蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器及其制备工艺，包括由阴极玻璃面板、阳极玻璃面板和四周玻璃围框所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构以及消气剂附属元件；在阴极玻璃面板上有控制栅极、碳纳米管以及蜂窝型栅控阴极发射结构；能够进一步增强栅极的控制功能和控制效率，在将栅极-阴极结构高度集成到一起的同时进一步缩短二者之间的距离，降低整体器件的工作电压，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

蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器及其制备工艺

技术领域

本发明属于平板显示技术领域、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与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，特别涉及到带有一种蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器及其制备工艺。

背景技术

显示器件是一种十分重要的人机交流界面，已经广泛的应用到各种行业当中。碳纳米管具有特有的几何外形，高的表面比，小的尖端曲率半径以及良好的导电性能，所以能够呈现出非常优秀的场致发射特性，从而使得碳纳米管在真空显示技术方面具有极大的应用潜力，尤其是在场致发射显示设备方面更为明显。碳纳米管具有优良的场致发射特性，可以用来制造新一代场致发射显示器。这种显示器具有体积小、亮度高、视角大、分辨率高、工作温区大、功耗低的特点，将来有望在显示市场上占据比较大的份额。这种新型的平面场致发射显示器件具有高清晰度、高亮度以及高分辨率等特点，其应用越来越广泛，已经成为了平板显示领域的热门话题。

在三极结构的场致发射显示器件中，当在栅极上施加适当电压以后，就会在碳纳米管顶端形成强大的电场强度，迫使碳纳米管发射出大量的电子，因此，栅极结构是显示器件中比较关键的控制元件之一。目前，在大多数的显示器件当中都是采用栅极位于碳纳米管阴极上方的结构形式，这种控制形式的制作工艺简单，栅极的控制作用比较显著，但是所形成的栅极电流比较大，对于制作材料要求比较高，这是其不利之处。那么，在实际器件的制作过程中，究竟采用何种结构形式，应用何种结构材料，如何促进栅极结构和阴极结构有机的高度集成到一起，促进整体器件的集成化发展，如何有效地增加栅极的控制性能，这些都是值得思考的问题。另外，在碳纳米管阴极发射大量电子的过程中，受到阴极具体形状的影响，并不是所有的碳纳米管阴极都能够均匀稳定的发射电子的，存在着一个边缘位置发射大量电子的现象，在器件制作的过程中，应该有效地利用这种现象，进一步提高器件的显示亮度。

此外，在三极结构的平板场致发射显示器件当中，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和不足而提供一种成本低廉、制作过程稳定可靠、制作成功率高、结构简单的蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺。

本发明的目的是这样实现的：包括由阴极玻璃面板、阳极玻璃面板和四周玻璃围框所构成的密封真空腔、在阳极玻璃面板上有阳极导电层以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层、位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构以及消气剂附属元件。在阴极玻璃面板上有控制栅极、碳纳米管以及蜂窝型栅控阴极发射结构。

所述的蜂窝型栅控阴极发射结构包括衬底材料，也就是阴极玻璃面板，阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成阻塞层，阻塞层上面的刻蚀后的电极层形成阴极引线层，阴极引线层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层，阴极导电层为六边型形状位于阴极引线层的上方，位于同一个阴极引线层上面的六边型形状阴极导电层是通过底部的阴极引线层而相互连通的，阻塞层上的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层，隔离层中存在一个电子通道孔，为六边型形状，与阴极导电层的六边型是相互对应的，隔离层的下表面是一个平面，和阻塞层相接触，位于电子通道孔中的内侧面是为组成六边型的六个垂直于阻塞层的平面，而其上表面则是一个斜坡面，靠近电子通道孔边缘附近的隔离层较高，远离电子通道孔边缘的隔离层较低，隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层，栅极引线层大部分都位于隔离层的上方，但其前端部分要沿着斜坡面的方向指向电子通道孔的中心轴方向，并呈现一种悬空状态，栅极引线层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成侧壁栅极层，侧壁栅极层的下表面和栅极引线层相接触，上表面为一个平面，其内侧面为一个垂直于阻塞层的平面，但要远离电子通道孔的边缘，形成一个台阶状结构，栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层，栅极覆盖层要覆盖住大部分的栅极引线层，但不能覆盖住前端处于悬空状态的栅极引线层，不能覆盖住侧壁栅极层，碳纳米管制备在阴极导电层上。

所述的蜂窝型栅控阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上，且栅极和阴极结构是集成到一起的。衬底材料为玻璃，如钠钙玻璃，硼硅玻璃，也就是阴极玻璃面板。阴极引线层可以为锡铟氧化物膜层，也可以为金属层，如金、银、铁、铝、钼、铬、锡。阴极导电层可以为金属铁、钴、镍。栅极引线层可以为金属金、银、铝、钴、镍、铬、钼。侧壁栅极层的掺杂类型可以为p型，也可以为n型。

一种带有蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器的制作工艺，其制作工艺如下：

1)、阴极玻璃面板[1]的制作：对整体平板玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；

2)、阻塞层的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阻塞层；

3)、阴极引线层的制作：在阻塞层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)、阴极导电层的制作：在阴极引线层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

5)、隔离层的制作：在阻塞层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；

6)、栅极引线层的制作：在隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极引线层；

7)、侧壁栅极层的制作：在栅极引线层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成侧壁栅极层；

8)、栅极覆盖层的制作：在栅极引线层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；

9)、蜂窝型栅控阴极发射结构的表面清洁处理：对蜂窝型栅控阴极发射结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

10)、碳纳米管的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

11)阳极玻璃面板的制作：对整体平板玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；

12)、阳极导电层的制作：在阳极玻璃面板上蒸镀一层锡铟氧化物膜层，刻蚀后形成阳极导电层；

13)、绝缘浆料层的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；

14)、荧光粉层的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；

15)、器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构和四周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；

16)、成品制作：对已经装配好的器件进行封装工艺形成成品件。

所述步骤13具体为结合丝网印刷工艺，在阳极导电层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)；

所述步骤14具体为结合丝网印刷工艺，在阳极导电层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)；

所述步骤16具体为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。

本发明具有如下的积极效果：

首先，在所述的蜂窝型栅控阴极发射结构中，将隔离层制作成一个向外倾斜的斜坡面结构，并在其制作了栅极引线层，部分栅极引线层伸出了隔离层呈现一种悬空状态，这样，所制作的栅极引线层就呈现一个略微向上升高的状态，能够从碳纳米管阴极的顶端和侧面同时施加适当的电压，避免了栅极-阴极之间短路现象的发生，提高了碳纳米管阴极的电子发射效率，在将栅极-阴极结构高度集成到一起的同时进一步缩短二者之间的距离，降低整体器件的工作电压；

其次，在所述的蜂窝型栅控阴极发射结构中，在栅极引线层的上面还制作了侧壁栅极层，位于栅极覆盖层的周围，但没有被栅极覆盖层所覆盖，这样，一方面侧壁栅极层能够起到对碳纳米管阴极的电子束进行聚焦的作用，有利于进一步提高整体显示器件的分辨率和显示图像质量；另一方面，由于掺杂多晶硅层能够导电，且没有被栅极覆盖层所覆盖，能够有效地避免二极结构形式的电子发射，即避免栅极失去控制功能，能够进一步增强栅极的控制功能和控制效率，有利于提供整体平板器件的图像显示质量；

第三，在所述的蜂窝型栅控阴极发射结构中，将栅极结构和碳纳米管阴极结构都制作成了六边型形状，这样在器件结构排列的时候能够有效地利用显示面积，增加碳纳米管阴极的发射面积；与此同时，将栅极结构和阴极结构高度集成到一起，有助于促进整体器件的高度集成化发展；

此外，在所述的蜂窝型栅控阴极发射结构中，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给出了蜂窝型栅控阴极发射结构的纵向结构示意图；

图2给出了蜂窝型栅控阴极发射结构的横向结构示意图；

图3给出了带有蜂窝型栅控阴极发射结构的、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。

所述的一种带有蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板1、阳极玻璃面板10和四周玻璃围框15所构成的密封真空腔；在阴极玻璃面板上有控制栅极6、碳纳米管9以及蜂窝型栅控阴极发射结构；在阳极玻璃面板上有阳极导电层11以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层13；支撑墙结构14以及消气剂附属元件16。

所述的蜂窝型栅控阴极发射结构包括阴极玻璃面板1、阻塞层2、阴极引线层3、阴极导电层4、隔离层5、栅极引线层6、侧壁栅极层7、栅极覆盖层8和碳纳米管9部分。

所述的蜂窝型栅控阴极发射结构包括衬底材料，也就是阴极玻璃面板，阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成阻塞层，阻塞层上面的刻蚀后的电极层形成阴极引线层，阴极引线层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层，阴极导电层为六边型形状位于阴极引线层的上方，位于同一个阴极引线层上面的六边型形状阴极导电层是通过底部的阴极引线层而相互连通的，阻塞层上的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层，隔离层中存在一个电子通道孔，为六边型形状，与阴极导电层的六边型是相互对应的，隔离层的下表面是一个平面，和阻塞层相接触，位于电子通道孔中的内侧面是为组成六边型的六个垂直于阻塞层的平面，而其上表面则是一个斜坡面，靠近电子通道孔边缘附近的隔离层较高，远离电子通道孔边缘的隔离层较低，隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层，栅极引线层大部分都位于隔离层的上方，但其前端部分要沿着斜坡面的方向指向电子通道孔的中心轴方向，并呈现一种悬空状态，栅极引线层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成侧壁栅极层，侧壁栅极层的下表面和栅极引线层相接触，上表面为一个平面，其内侧面为一个垂直于阻塞层的平面，但要远离电子通道孔的边缘，形成一个台阶状结构，栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层，栅极覆盖层要覆盖住大部分的栅极引线层，但不能覆盖住前端处于悬空状态的栅极引线层，不能覆盖住侧壁栅极层，碳纳米管制备在阴极导电层上。

所述的蜂窝型栅控阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上，且栅极和阴极结构是集成到一起的。衬底材料为玻璃，如钠钙玻璃，硼硅玻璃，也就是阴极玻璃面板。阴极引线层可以为锡铟氧化物膜层，也可以为金属层，如金、银、铁、铝、钼、铬、锡。阴极导电层可以为金属铁、钴、镍。栅极引线层可以为金属金、银、铝、钴、镍、铬、钼。侧壁栅极层的掺杂类型可以为p型，也可以为n型。

一种蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器的制作工艺，其制作工艺如下：

1)、阴极玻璃面板1制作：对整体平板玻璃进行划割，制出阴极玻璃面板；

2)、阻塞层的制作：在阴极玻璃面板上制出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阻塞层；

3)、阴极引线层的制作：在阻塞层上面制备出一个金属层，如铬层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)、阴极导电层的制作：在阴极引线层的上面制备出一个金属层，如金属钴层，刻蚀后形成阴极导电层；

5)、隔离层的制作：在阻塞层上面制出二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；

6)、栅极引线层的制作：在隔离层的上面制备出一个金属层，如金属钼层，刻蚀后形成栅极引线层；

7)、侧壁栅极层的制作：在栅极引线层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成侧壁栅极层；

8)、栅极覆盖层的制作：在栅极引线层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；

9)、蜂窝型栅控阴极发射结构的表面清洁处理：对蜂窝型栅控阴极发射结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

10)、碳纳米管的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

11)阳极玻璃面板的制作：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；

12)、阳极导电层的制作：在阳极玻璃面板上蒸镀一层锡铟氧化物膜层，刻蚀后形成阳极导电层；

13)、绝缘浆料层的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；

14)、荧光粉层的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；

15)、器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构14和四周玻璃围框15装配到一起，并将消气剂16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；

16)、成品制作：对已经装配好的器件进行封装工艺形成成品件。

所述步骤14具体为结合丝网印刷工艺，在阳极导电层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)；

所述步骤15具体为结合丝网印刷工艺，在阳极导电层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)；

所述步骤17具体为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)

1.一种蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板、阳极玻璃面板和四周玻璃围框所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构以及消气剂附属元件，其特征在于：

在阴极玻璃面板上有控制栅极、碳纳米管以及蜂窝型栅控阴极发射结构；

所述的蜂窝型栅控阴极发射结构包括衬底材料，也就是阴极玻璃面板，阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成阻塞层，阻塞层上面的刻蚀后的电极层形成阴极引线层，阴极引线层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层，阴极导电层为六边型形状位于阴极引线层的上方，位于同一个阴极引线层上面的六边型形状阴极导电层是通过底部的阴极引线层而相互连通的，阻塞层上的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层，隔离层中存在一个电子通道孔，为六边型形状，与阴极导电层的六边型是相互对应的，隔离层的下表面是一个平面，和阻塞层相接触，位于电子通道孔中的内侧面是为组成六边型的六个垂直于阻塞层的平面，而其上表面则是一个斜坡面，靠近电子通道孔边缘附近的隔离层较高，远离电子通道孔边缘的隔离层较低，隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层，栅极引线层大部分都位于隔离层的上方，但其前端部分要沿着斜坡面的方向指向电子通道孔的中心轴方向，并呈现一种悬空状态，栅极引线层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成侧壁栅极层，侧壁栅极层的下表面和栅极引线层相接触，上表面为一个平面，其内侧面为一个垂直于阻塞层的平面，但要远离电子通道孔的边缘，形成一个台阶状结构，栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层，栅极覆盖层要覆盖住大部分的栅极引线层，但不能覆盖住前端处于悬空状态的栅极引线层，不能覆盖住侧壁栅极层，碳纳米管制备在阴极导电层上。

2.根据权利要求1所述的蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器，其特征在于：所述的蜂窝型栅控阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上，且栅极和阴极结构是集成到一起的，衬底材料为钠钙玻璃或硼硅玻璃，也就是阴极玻璃面板，阴极引线层为锡铟氧化物膜层或为金、银、铁、铝、钼、铬、锡金属层之一，阴极导电层为铁、钴、镍金属层之一，栅极引线层为金属金、银、铝、钴、镍、铬、钼金属层之一，侧壁栅极层的掺杂类型为p型，或为n型。

3.一种如权利要求1所述的蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器的制作工艺，其制作工艺如下：

1)、阴极玻璃面板的制作：对整体平板玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；

2)、阻塞层的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阻塞层；

3)、阴极引线层的制作：在阻塞层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)、阴极导电层的制作：在阴极引线层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

5)、隔离层的制作：在阻塞层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；

6)、栅极引线层的制作：在隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极引线层；

7)、侧壁栅极层的制作：在栅极引线层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成侧壁栅极层；

8)、栅极覆盖层的制作：在栅极引线层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；

9)、蜂窝型栅控阴极发射结构的表面清洁处理：对蜂窝型栅控阴极发射结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

10)、碳纳米管的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

11)、阳极玻璃面板的制作：对整体平板玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；

12)、阳极导电层的制作：在阳极玻璃面板上蒸镀一层锡铟氧化物膜层，刻蚀后形成阳极导电层；

13)、绝缘浆料层的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；

14)、荧光粉层的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；

15)、器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构和四周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；

16)、成品制作：对已经装配好的器件进行封装工艺形成成品件。

4.根据权利要求3所述的蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述步骤13具体为结合丝网印刷工艺，在阳极导电层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.根据权利要求3所述的蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述步骤14具体为结合丝网印刷工艺，在阳极导电层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。

6.根据权利要求3所述的蜂窝型栅控阴极发射结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述步骤16具体为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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