CN1909167A - 带有集成玻璃隔离阵列结构的平板显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及到带有集成玻璃隔离阵列结构的平板显示器及其制作工艺，包括由阴极玻璃面板、阳极玻璃面板和四周玻璃围框构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层以及印刷在阳极导电层上的荧光粉层；在阴极玻璃面板上有控制栅极，生长的碳纳米管阴极以及集成玻璃隔离阵列结构；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。采用玻璃作为栅极和阴极之间的隔离结构，进一步增强了栅极和阴极之间隔离结构的绝缘性能，降低了器件的工作电压。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

带有集成玻璃隔离阵列结构的平板显示器及其制作工艺

技术领域

本发明属于平面显示技术领域、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，涉及一种平板场致发射显示器的器件制作，具体涉及一种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，特别涉及一种带有集成玻璃隔离阵列结构的、碳纳米管阴极的场致发射平面显示器件的器件制作及其制作工艺。

背景技术

碳纳米管具有小的尖端曲率半径，高的纵横比率以及良好的导电性能，是一种相当优秀的冷阴极发射材料，已经引起了众多科研人员的高度关注。在外加电压的作用下碳纳米管能够发射出大量的电子，从而形成了独特的冷场致发射现象。利用碳纳米管作为阴极材料的平板显示器是一种新型的场致发射显示器，具有完全平板化、高分辨率、高亮度、高清晰度以及宽视角等优点，其应用越来越广泛，未来具有相当大的发展空间。

为了有效的降低整体器件成本，降低器件的工作电压，以便于能够和常规的集成驱动电路相结合到一起，制作三极结构的场致发射显示器件已经成为了一种必然的选择。在三极结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器件当中，控制栅极结构是比较关键的元件之一，它对碳纳米管阴极的电子发射起着十分必要的控制作用。无论是制作控制栅极的材质、制作工艺，还是控制栅极的结构型是等，都是研究人员值得关注的方面。目前，大多数的栅极结构都采用制作氧化物层来作为栅极和阴极之间的隔离结构；由于栅极和阴极之间的绝缘隔离结构要具有足够的绝缘性能，来抗拒碳纳米管顶端的强大电场强度，防止二者之间的电学击穿；但是同时又要求此绝缘隔离结构的厚度要很小，防止栅极上的工作电压过高；因此在确保栅极结构的良好控制作用的前提下，对于栅极和阴极之间的绝缘隔离结构具有很高的材质要求和电学性能要求，同时还要兼顾实际制作工艺的可行性。目前大多数的研究机构都采用了特殊的制作材料和制作工艺，不具有通用性和普及性，造成了整体器件的制作成本过高，这不符合降低器件成本的要求，影响了整体器件的高度集成化发展。那么应该如何对这种结构进行改进，使之既能够充分利用发挥栅极结构的控制性能，加大对碳纳米管阴极电子发射的管制，同时还要满足低成本、易制作等技术指标要求，这是需要值得思考和研究的现实问题。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，将控制栅极结构和碳纳米管阴极结构有机的结合到一起，以及如何选择适合的栅极制作工艺，这些都是需要重点考虑的方面。

此外，在三极结构的平板场致发射显示器件当中，在确保整体器件良好显示图像质量的前提下，还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玻璃隔离阵列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：包括由阴极玻璃面板、阳极玻璃面板和四周玻璃围框构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层以及印刷在阳极导电层上的荧光粉层；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，生长的碳纳米管阴极以及集成玻璃隔离阵列结构。

所述的集成玻璃隔离阵列结构的衬底材料为玻璃，如纳钙玻璃、硼硅玻璃，也就是显示器件的阴极玻璃面板；需要对阴极玻璃面板进行刻蚀，形成凹槽形状；凹槽形状是重复排列的；凹槽形状的突起部分和凹陷部分的宽度是不相同的，突起部分要比凹陷部分窄；凹槽形状突起部分上存在栅极导电层；栅极导电层的上面存在一个栅极覆盖层；凹槽形状底部存在阴极导电层；阴极导电层的上面存在一个催化剂金属层；可以利用催化剂金属制备碳纳米管。

所述的集成玻璃隔离阵列结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上。栅极导电层可以为锡铟氧化物膜层，也可以为金属层，如金属金、银、钼、铬、铝、锡、镍。阴极导电层为金属层，可以为金属金、银、锡、铟、钼。阴极导电层和栅极导电层的走向是相互平行的。催化剂金属层可以为金属铁、钴、镍。

一种带有集成玻璃隔离阵列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：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；

2)凹槽形状的制作：对阴极玻璃面板的显示区域进行刻蚀，形成凹槽形状；凹槽形状是重复排列的；并且凹槽形状的突起部分和凹陷部分的宽度是不相同的，突起部分要比凹陷部分窄；

3)栅极导电层的制作：在阴极玻璃面板上蒸镀一层金属，刻蚀后形成栅极导电层；栅极导电层位于凹槽形状突起部分的上面；

4)栅极覆盖层的制作：在阴极玻璃面板上制备出一层二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极导电层；

5)阴极导电层的制作：在阴极玻璃面板上蒸镀一层金属，刻蚀后形成阴极导电层；

6)催化剂金属层的制作：在阴极导电层上制备出催化剂金属层；

7)集成玻璃隔离阵列结构的表面清洁处理：对集成玻璃隔离阵列结构的表面进行清洁处理，除掉灰尘和杂质；

8)碳纳米管的制备：利用催化剂金属层制备出碳纳米管；

9)阳极玻璃面板的制作：对整体钠钙平板玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；

10)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；

11)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；

12)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；

13)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构和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；

14)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5具体为在阴极玻璃面板上蒸镀一层金属铬，刻蚀后形成阴极导电层；刻蚀后的阴极导电层仅仅位于凹槽形状凹陷部分的上面，其余位置的阴极导电层需要去除掉；阴极导电层和栅极导电层互相不连接，并且二者是相互平行的；

所述步骤11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12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14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：

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

首先，在本发明中的集成玻璃隔离阵列结构中，栅极和碳纳米管阴极之间是依靠玻璃进行相互隔离开来的。一方面，众所周知，玻璃的绝缘性能非常良好，利用玻璃作为绝缘隔离结构，不会导致栅极和碳纳米管阴极二者之间短路现象的出现，极大地提高了整体器件的制作成功率；另一方面，由于在集成玻璃隔离阵列结构的制作过程中，是依靠刻蚀掉部分玻璃来制作出绝缘隔离结构的，这样，不仅确保了绝缘隔离结构玻璃和衬底玻璃(也就是阴极玻璃面板)是相同材质的，避免二者之间热膨胀现象的出现，同时还直接就将二者连接到一起，减少了制作工艺步骤，节约了器件制作成本；在阴极导电层的基础上制作了催化剂金属层，从而可以结合低温直接生长法制备碳纳米管，这样就充分利用了直接生长法制备碳纳米管阴极的良好场致发射特性，有助于进一步提高碳纳米管阴极的发射电流密度；

 其次，在本发明中的集成玻璃隔离阵列结构中，栅极对碳纳米管阴极的电子发射起着强有力的控制作用。当在栅极上施加适当的电压以后，在碳纳米管阴极表面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；有利于进一步提高碳纳米管阴极的电子发射效率，增强器件的显示亮度；

第三，碳纳米管阴极不会受到其它结构制作工艺的影响和损伤。在本发明中的集成玻璃隔离阵列结构中，是在全部其余结构都制作完毕之后，才进行碳纳米管阴极的生长，也就是说，碳纳米管阴极的制备不会受到其它结构制作工艺的影响，也就极大地减少了碳纳米管阴极所受到的伤害；

第四，在本发明中的集成玻璃隔离阵列结构中，在阴极导电层的上面制作了催化剂金属层，这就为后续工艺中的碳纳米管阴极的生长作了准备，可以结合低温直接生长法来制备碳纳米管阴极了。并且使得栅极结构和碳纳米管阴极结构高度集成到一起，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，在本发明中的集成玻璃隔离阵列结构中，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，这就在很大程度上进一步降低了整体平板显示器件的制作成本，有利于进行商业化的大规模生产。

附图说明

图1给出了集成玻璃隔离阵列结构的纵向结构示意图；

图2给出了集成玻璃隔离阵列结构的横向结构示意图；

图3给出了带有集成玻璃隔离阵列结构的、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。

所述的一种带有集成玻璃隔离阵列结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板[1]、阳极玻璃面板[9]和四周玻璃围框[14]构成的密封真空腔；在阳极面板上有阳极导电层[10]以及印刷在阳极导电层上的荧光粉层[12]；在阴极玻璃面板上有控制栅极[4]，生长的碳纳米管阴极[8]以及集成玻璃隔离阵列结构；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[15]附属元件。

所述的集成玻璃隔离阵列结构包括阴极玻璃面板[1]、凹槽形状突起部分[2]、凹槽形状凹陷部分[3]、栅极导电层[4]、阴极导电层[5]、栅极覆盖层[6]、催化剂金属层[7]、碳纳米管阴极[8]部分。

所述的集成玻璃隔离阵列结构的衬底材料为玻璃，如纳钙玻璃、硼硅玻璃，也就是显示器件的阴极玻璃面板；需要对阴极玻璃面板进行刻蚀，形成凹槽形状；凹槽形状是重复排列的；凹槽形状的突起部分和凹陷部分的宽度是不相同的，突起部分要比凹陷部分窄；凹槽形状突起部分上存在栅极导电层；栅极导电层的上面存在一个栅极覆盖层；凹槽形状底部存在阴极导电层；阴极导电层的上面存在一个催化剂金属层；可以利用催化剂金属制备碳纳米管。

所述的集成玻璃隔离阵列结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上。栅极导电层可以为锡铟氧化物膜层，也可以为金属层，如金属金、银、钼、铬、铝、锡、镍。阴极导电层为金属层，可以为金属金、银、锡、铟、钼。阴极导电层和栅极导电层的走向是相互平行的。催化剂金属层可以为金属铁、钴、镍。

一种带有集成玻璃隔离阵列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：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；

2)凹槽形状的制作：对阴极玻璃面板的显示区域进行刻蚀，形成凹槽形状；凹槽形状是重复排列的；并且凹槽形状的突起部分和凹陷部分的宽度是不相同的，突起部分要比凹陷部分窄；

3)栅极导电层的制作：在阴极玻璃面板上蒸镀一层金属钼，刻蚀后形成栅极导电层；栅极导电层位于凹槽形状突起部分的上面；

4)栅极覆盖层的制作：在阴极玻璃面板上制备出一层二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极导电层；

5)阴极导电层的制作：在阴极玻璃面板上蒸镀一层金属铬，刻蚀后形成阴极导电层；

6)催化剂金属层的制作：在阴极导电层上制备出催化剂金属层；

7)集成玻璃隔离阵列结构的表面清洁处理：对集成玻璃隔离阵列结构的表面进行清洁处理，除掉灰尘和杂质；

8)碳纳米管的制备：利用催化剂金属层制备出碳纳米管；

9)阳极玻璃面板[9]的制作：对整体钠钙平板玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；

10)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；

11)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；

12)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；

13)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构[13]和玻璃围框[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；

14)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5具体为在阴极玻璃面板上蒸镀一层金属铬，刻蚀后形成阴极导电层；刻蚀后的阴极导电层仅仅位于凹槽形状凹陷部分的上面，其余位置的阴极导电层需要去除掉；阴极导电层和栅极导电层互相不连接，并且二者是相互平行的；

所述步骤11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12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14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、一种带有集成玻璃隔离阵列结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板[1]、阳极玻璃面板[9]和四周玻璃围框[14]构成的密封真空腔；在阳极面板上有阳极导电层[10]以及印刷在阳极导电层上的荧光粉层[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[4]、生长的碳纳米管阴极[8]以及集成玻璃隔离阵列结构。

2、根据权利要求1所述的一种带有集成玻璃隔离阵列结构的平板显示器，其特征在于：所述的集成玻璃隔离阵列结构的衬底材料为玻璃，也就是显示器件的阴极玻璃面板；需要对阴极玻璃面板进行刻蚀，形成凹槽形状；凹槽形状是重复排列的；凹槽形状的突起部分和凹陷部分的宽度是不相同的，突起部分要比凹陷部分窄；凹槽形状突起部分上存在栅极导电层；栅极导电层的上面存在一个栅极覆盖层；凹槽形状底部存在阴极导电层；阴极导电层的上面存在一个催化剂金属层；利用催化剂金属制备碳纳米管。

3、根据权利要求2所述的一种带有集成玻璃隔离阵列结构的平板显示器，其特征在于：所述的集成玻璃隔离阵列结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上，栅极导电层为锡铟氧化物膜层，也为金属层，如金属金、银、钼、铬、铝、锡、镍，阴极导电层为金属层，为金属金、银、锡、铟、钼，阴极导电层和栅极导电层的走向是相互平行的，催化剂金属层为金属铁、钴、镍。

4、一种带有集成玻璃隔离阵列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)阴极玻璃面板的制作：对整体平板玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；

2)凹槽形状的制作：对阴极玻璃面板的显示区域进行刻蚀，形成凹槽形状；凹槽形状是重复排列的；并且凹槽形状的突起部分和凹陷部分的宽度是不相同的，突起部分要比凹陷部分窄；

3)栅极导电层的制作：在阴极玻璃面板上蒸镀一层金属，刻蚀后形成栅极导电层；栅极导电层位于凹槽形状突起部分的上面；

4)栅极覆盖层的制作：在阴极玻璃面板上制备出一层二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极导电层；

5)阴极导电层的制作：在阴极玻璃面板上蒸镀一层金属，刻蚀后形成阴极导电层；

6)催化剂金属层的制作：在阴极导电层上制备出催化剂金属层；

7)集成玻璃隔离阵列结构的表面清洁处理：对集成玻璃隔离阵列结构的表面进行清洁处理，除掉灰尘和杂质；

8)碳纳米管的制备：利用催化剂金属层制备出碳纳米管；

9)阳极玻璃面板[9]的制作：对整体钠钙平板玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；

10)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；

11)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；

12)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；

13)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构[13]和玻璃围框[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；

14)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所述的带有集成玻璃隔离阵列结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述步骤5具体为在阴极玻璃面板上蒸镀一层金属铬，刻蚀后形成阴极导电层；刻蚀后的阴极导电层仅仅位于凹槽形状凹陷部分的上面，其余位置的阴极导电层需要去除掉；阴极导电层和栅极导电层互相不连接，并且二者是相互平行的。

6、根据权利要求4所述的带有集成玻璃隔离阵列结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述步骤11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所述的带有集成玻璃隔离阵列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所述的带有集成玻璃隔离阵列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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