CN1909160A - 圆环状叶型阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆环状叶型阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺，包括由阳极玻璃面板、阴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、碳纳米管阴极以及圆环状叶型阴极发射结构；能有增大阴极的发射面积，充分利用了边缘位置发射大量电子的场致发射现象，能够进一步提高碳纳米管阴极的电子发射效率，提高整体器件的显示亮度，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

圆环状叶型阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺

技术领域

本发明属于平板显示技术领域、电子科学与技术领域、真空科学与技术领域、集成电路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，特别涉及一种圆环状叶型阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺。

背景技术

随着显示技术的不断发展，平板发光显示器件越来越走向人们的日常生活。利用碳纳米管作为阴极材料的场致发射平板显示器件目前已经成为了平板显示领域的热门话题，引起了科研人员的高度重视，它是利用了碳纳米管阴极的场发射原理而制作的。碳纳米管具有小的尖端曲率半径，高的纵横比率以及极高的机械强度，良好的物理化学特性，能够在外加电压的作用下发射出大量的电子。碳纳米管场致发射显示器件具有高清晰度，高图像质量，高显示亮度以及工作温区宽等优点，可以大幅度降低器件的功耗，实现器件的真正平板化。

为了能够尽可能的降低整体器件的制作成本，以便于和常规的集成驱动电路相结合，制作三极结构的场致发射平板显示器件已成为了一种必然的发展趋势。在三极结构的碳纳米管阴极平板显示器件中，栅极是一个比较关键的元件，它对碳纳米管的电子发射起着必要的控制作用。在目前的大多数显示器件当中都选用了栅极结构位于碳纳米管阴极上方的结构形式，栅极结构的控制作用显著，但所形成的栅极电流比较大，对于制作材料的要求比较严格。受到各种因素的制约，目前在器件制作技术上无法取得重大的突破，那么如何选择合适的器件制作工艺是急需解决的一个难题。当在控制栅极上施加适当电压以后，就会迫使碳纳米管发射出大量的电子，但是并不是所有的碳纳米管阴极都同时均匀发射大量电子的，位于阴极边缘位置发射的电子最多，其表面形成的电场强度也最大，而位于阴极中央位置发射的电子则相对要少一些，或者根本就不发射电子，这也就是独特的边缘位置发射大量电子的现象。那么如何充分利用这种现象？这是研究人员值得思考的一个现实问题。

此外，在尽可能不影响碳纳米管阴极的场致发射能力的前提下，还需要进一步降低整体平板显示器件的制作成本；在能够进行大面积显示器件制作的同时，还需要使得器件制作过程免于复杂化，有利于进行商业化的大规模生产。

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、结构简单的圆环状叶型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：一种圆环状叶型阴极发射结构的平板显示器，包括由阳极玻璃面板、阴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、碳纳米管阴极以及圆环状叶型阴极发射结构。

所述的圆环状叶型阴极发射结构的衬底材料为玻璃，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阴极增高层；阴极增高层的中间存在一个圆形孔，需要暴露出底部的阴极玻璃面板；阴极增高层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；悬空阴极导电层部分位于刻蚀后的阴极增高层的圆孔中；悬空阴极导电层部分呈现叶型结构，且叶型结构呈现圆环状环绕；悬空阴极导电层部分的叶型为至少两个，且对称分布；阴极导电层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘隔离层；绝缘隔离层的形状和阴极增高层的形状相同，要覆盖住除处于悬空状态以外的阴极导电层；绝缘隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极层；栅极层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；在阴极导电层的前端叶型结构上面的刻蚀后的金属层形成催化剂层；在催化剂层上制备有碳纳米管。

所述的圆环状叶型阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上，且栅极和阴极是集成到一起的，栅极结构位于碳纳米管阴极的上方，控制着阴极的电子发射，阴极导电层为金属金、银、铝、钼、铬、锡，栅极层为金属金、银、铝、钼、铬、锡，催化剂层为金属铁、钴、镍。

一种圆环状叶型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)阴极增高层的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后的二氧化硅层形成阴极增高层；阴极增高层的中间存在一个圆形孔，需要暴露出底部的阴极玻璃面板；

3)阴极导电层的制作：在阴极增高层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

4)绝缘隔离层的制作：在阴极导电层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘隔离层；绝缘隔离层的形状和阴极增高层的形状相同，要覆盖住除处于悬空状态以外的阴极导电层；

5)栅极的制作：在绝缘隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极层；

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

7)催化剂层的制作：在阴极导电层的前端叶型结构的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成催化剂层；

8)圆环状叶型阴极发射结构的表面清洁处理：对圆环状叶型阴极发射结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

9)碳纳米管的制备：利用催化剂层制备出碳纳米管；

10)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；

11)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；

12)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；

13)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；

14)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；

15)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3具体为在阴极增高层的上面制备出一个金属钼层，刻蚀后形成阴极导电层；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；悬空阴极导电层部分位于刻蚀后的阴极增高层的圆孔中；悬空阴极导电层部分呈现叶型结构，且叶型结构呈现圆环状环绕；悬空阴极导电层部分的叶型为两个，或为多个，且对称分布。

所述步骤12具体为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13具体为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15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，在所述的圆环状叶型阴极发射结构中，在阴极玻璃面板上制作了阴极增高层，用于对于碳纳米管阴极的抬高处理；一则将碳纳米管阴极和阴极玻璃面板相互隔离开来，避免阴极玻璃面板中杂质对碳纳米管阴极的影响；二则也有利于进行碳纳米管的生长和处理；

其次，在所述的圆环状叶型阴极发射结构中，将阴极导电层的悬空部分制作成了圆环状叶型结构，这样，既有效地增大了碳纳米管阴极的发射面积，又充分利用了碳纳米管阴极的边缘位置发射大量电子的现象；在阴极导电层的上面制作了催化剂层，能够利用常规的低温直接生长法进行碳纳米管阴极的制备，这也就充分结合了直接生长法碳纳米管阴极所具有的良好场致发射特性；

第三，所述的圆环状叶型阴极发射结构中的栅极对碳纳米管阴极起着强有力的控制作用。当在栅极上施加适当电压以后，在叶型结构表面的碳纳米管顶端就会形成强大的电场强度，迫使碳纳米管阴极发射出大量的电子，以更高的速度飞向阳极，轰击荧光粉层而发出可见光。通过调节栅极工作电压的大小，也就控制着碳纳米管阴极的电子发射。

此外，在圆环状叶型阴极发射结构中，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。

附图说明

图1给出了圆环状叶型阴极发射结构的纵向结构示意图。

图2给出了圆环状叶型阴极的俯视图。

图3给出了圆环状叶型阴极发射结构的横向结构示意图。

图4给出了带有圆环状叶型阴极发射结构的、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。

所述的一种带有圆环状叶型阴极发射结构的平板显示器，包括由阳极玻璃面板9、阴极玻璃面板1和四周玻璃围框14所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层10以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层12；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构13以及消气剂附属元件15。在阴极玻璃面板上有控制栅极5、碳纳米管8阴极以及圆环状叶型阴极发射结构。

所述的带有圆环状叶型阴极发射结构包括阴极玻璃面板1、阴极增高层2、阴极导电层3、绝缘隔离层4、栅极5、栅极覆盖层6、催化剂层7、碳纳米管8。

所述的圆环状叶型阴极发射结构的衬底材料为玻璃，如钠钙玻璃，硼硅玻璃，也就是阴极玻璃面板1；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成阴极增高层；阴极增高层的中间存在一个圆形孔，需要暴露出底部的阴极玻璃面板；阴极增高层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；悬空阴极导电层部分位于刻蚀后的阴极增高层的圆孔中；悬空阴极导电层部分呈现叶型结构，且叶型结构呈现圆环状环绕；悬空阴极导电层部分的叶型可以为两个，也可以为多个，且对称分布；阴极导电层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘隔离层；绝缘隔离层的形状和阴极增高层的形状相同，要覆盖住除处于悬空状态以外的阴极导电层；绝缘隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极层；栅极层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；在阴极导电层的前端叶型结构上面的刻蚀后的金属层形成催化剂层；可利用催化剂层制备碳纳米管。

所述的圆环状叶型阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上，且栅极和阴极是集成到一起的，栅极结构位于碳纳米管阴极的上方，控制着阴极的电子发射。阴极导电层可以为金属金、银、铝、钼、铬、锡。栅极层可以为金属金、银、铝、钼、铬、锡。催化剂层可以为金属铁、钴、镍。

一种带有圆环状叶型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，如钠钙玻璃，硼硅玻璃，进行划割，制作出阴极玻璃面板；

2)阴极增高层2的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后的二氧化硅层形成阴极增高层；阴极增高层的中间存在一个圆形孔，需要暴露出底部的阴极玻璃面板；

3)阴极导电层3的制作：在阴极增高层的上面制备出一个金属层，如金属钼层，刻蚀后形成阴极导电层；

4)绝缘隔离层4的制作：在阴极导电层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘隔离层；绝缘隔离层的形状和阴极增高层的形状相同，要覆盖住除处于悬空状态以外的阴极导电层；

5)栅极5的制作：在绝缘隔离层的上面制备出一个金属层，如金属铬层，刻蚀后形成栅极层；

6)栅极覆盖层6的制作：在栅极层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；

7)催化剂层7的制作：在阴极导电层的前端叶型结构的上面制备出一个金属层，如镍层，刻蚀后形成催化剂层；

8)圆环状叶型阴极发射结构的表面清洁处理：对圆环状叶型阴极发射结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

9)碳纳米管8的制备：利用催化剂层制备出碳纳米管；

10)阳极玻璃面板9的制作：对整体平板玻璃，如钠钙玻璃，硼硅玻璃，进行划割，制作出阳极玻璃面板；

12)阳极导电层10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11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12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13和四周玻璃围框14装配到一起，并将消气剂15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3具体为在阴极增高层的上面制备出一个金属钼层，刻蚀后形成阴极导电层；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；悬空阴极导电层部分位于刻蚀后的阴极增高层的圆孔中；悬空阴极导电层部分呈现叶型结构，且叶型结构呈现圆环状环绕；悬空阴极导电层部分的叶型可以为两个，也可以为多个，且对称分布；

所述步骤13具体为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。

Claims (8)

1、一种圆环状叶型阴极发射结构的平板显示器，包括由阳极玻璃面板[9]、阴极玻璃面板[1]和四周玻璃围框[14]所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层[10]以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层[12]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[13]以及消气剂附属元件[15]，其特征在于：在阴极玻璃面板上有控制栅极[5]、碳纳米管[8]阴极以及圆环状叶型阴极发射结构。

2、根据权利要求1所述的圆环状叶型阴极发射结构的平板显示器，其特征在于：所述的圆环状叶型阴极发射结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面板[1]；阴极玻璃面板[1]上的刻蚀后的二氧化硅层形成阴极增高层[2]；阴极增高层的中间存在一个圆形孔，需要暴露出底部的阴极玻璃面板；阴极增高层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层[3]；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；悬空阴极导电层部分位于刻蚀后的阴极增高层的圆孔中；悬空阴极导电层部分呈现叶型结构，且叶型结构呈现圆环状环绕；悬空阴极导电层部分的叶型为至少两个，且对称分布；阴极导电层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘隔离层[4]；绝缘隔离层[4]的形状和阴极增高层的形状相同，要覆盖住除处于悬空状态以外的阴极导电层；绝缘隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极层[5]；栅极层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层[6]；在阴极导电层的前端叶型结构上面的刻蚀后的金属层形成催化剂层[7]；在催化剂层上制备有碳纳米管[8]。

3、根据权利要求2所述的圆环状叶型阴极发射结构的平板显示器，其特征在于：所述的圆环状叶型阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上，且栅极和阴极是集成到一起的，栅极结构位于碳纳米管阴极的上方，控制着阴极的电子发射，阴极导电层为金属金、银、铝、钼、铬、锡，栅极层为金属金、银、铝、钼、铬、锡，催化剂层为金属铁、钴、镍。

4、一种圆环状叶型阴极发射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：

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)阴极增高层[2]的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后的二氧化硅层形成阴极增高层；阴极增高层的中间存在一个圆形孔，需要暴露出底部的阴极玻璃面板；

3)阴极导电层[3]的制作：在阴极增高层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

4)绝缘隔离层[4]的制作：在阴极导电层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘隔离层；绝缘隔离层的形状和阴极增高层的形状相同，要覆盖住除处于悬空状态以外的阴极导电层；

5)栅极[5]的制作：在绝缘隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极层；

6)栅极覆盖层[6]的制作：在栅极层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；

7)催化剂层[7]的制作：在阴极导电层的前端叶型结构的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成催化剂层；

8)圆环状叶型阴极发射结构的表面清洁处理：对圆环状叶型阴极发射结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

9)碳纳米管[8]的制备：利用催化剂层制备出碳纳米管；

10)阳极玻璃面板[9]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；

11)阳极导电层[10]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；

12)绝缘浆料层[11]的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；

13)荧光粉层[12]的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；

14)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构[13]和四周玻璃围框[14]装配到一起，并将消气剂[15]放入到空腔当中，用低熔点玻璃粉固定；

15)成品制作：对已经装配好的器件进行封装工艺形成成品件。

5、根据权利要求4所述的圆环状叶型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3具体为在阴极增高层的上面制备出一个金属钼层，刻蚀后形成阴极导电层；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；悬空阴极导电层部分位于刻蚀后的阴极增高层的圆孔中；悬空阴极导电层部分呈现叶型结构，且叶型结构呈现圆环状环绕；悬空阴极导电层部分的叶型为两个，或为多个，且对称分布。

6、根据权利要求4所述的圆环状叶型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12具体为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。

7、根据权利要求4所述的圆环状叶型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。

8、根据权利要求4所述的圆环状叶型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15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。

Images