CN1956128B - 圆环阴极阵列平栅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阴极阵列平栅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所构成的密封真空腔；在阴极玻璃面板上有阴极导电层、碳纳米管以及圆环阴极阵列平栅结构；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，能够进一步降低栅极的工作电压，有利于提高整体平板器件的图像显示质量，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

圆环阴极阵列平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，特别涉及一种圆环阴极阵列平栅结构的平板显示器及其制作工艺。

背景技术

显示技术及其显示器件在信息技术的发展过程中占据了十分重要的地位，平面电视、平面电脑等大面积显示设备以及各类仪器仪表上的显示屏为人们的日常生活和工作提供着大量的信息。科学技术发展的日新月异，显示技术也在发生一场变革。碳纳米管具有优良的场致发射特性，非常适合于用作新一代场致发射显示器的冷阴极材料。由于这种碳纳米管阴极的平板显示器具有重量轻、超薄型、体积小、无辐射等优点，成为了显示技术发展的方向，其应用越来越广泛，已经是平板显示领域的热门话题。

在三极结构的场致发射平板显示器件当中，控制栅极是不可缺少的重要元件之一，它直接控制着碳纳米管阴极是否能够进行电子发射。目前，三极结构的场致发射显示器的栅极控制模式多种多样，各不相同，但其实质上是相同的，即尽可能的用较小的栅极电压来在碳纳米管阴极表面顶端形成更大的电场强度，迫使碳纳米管发射出更多的电子。实际上，一方面需要尽可能的增大碳纳米管阴极的发射面积，这有助于进一步提高整体显示器件的显示亮度，另一方面，需要尽可能的减小栅极结构和碳纳米管阴极结构二者之间的距离，从而能够尽可能的降低整体器件的工作电压。在实际器件制作的过程中，应该有效的考虑这些因素和现象，进一步提高器件的显示亮度和显示图像质量，以便于制作出性能更加优良的显示设备。

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、结构简单的圆环阴极阵列平栅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、制备在阳极导电层上面的荧光粉层以及在阳极导电层的非显示区域印刷的绝缘浆料层；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阴极导电层、碳纳米管以及圆环阴极阵列平栅结构。

所述的圆环阴极阵列平栅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绝缘层；绝缘层上面的刻蚀后的金属层形成阴极引线层；阴极引线层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极基底层；阴极基底层为一个类圆锥台型形状，即底部下表面为一个圆型面，和阴极引线层紧密接触，上表面也为一个圆型平面，和阴极覆盖层相互接触，其直径要小于下表面圆型面的直径；阴极基底层的侧面为一个斜坡面，即从上表面开始到下表面结束，形成一个斜面；阴极基底层的上表面上的刻蚀后的二氧化硅层形成阴极覆盖层；阴极覆盖层要完全覆盖住阴极基底层的顶部上表面，但是不能够覆盖住其它部位；阴极基底层的侧面斜坡面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满整个阴极基底层的侧面斜坡面上；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层的上下表面均为平面，下表面要覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层部分，上表面和栅极引线层相互接触；隔离层中存在圆型孔，暴露出中间的阴极基底层和阴极导电层；隔离层中圆型孔的内侧壁是垂直于阴极玻璃面板的圆柱面；隔离层的高度与阴极基底层的高度是相同的；隔离层中圆型孔的内侧壁上面的刻蚀后的金属层形成调控栅极层；调控栅极层位于隔离层中圆型孔的内侧壁中靠近隔离层上表面处的位置，呈现一种圆环型形状环绕在阴极基底层的侧面周围；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层和调控栅极层是相互连通的；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极引线层，但不能覆盖住调控栅极层；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

所述的圆环阴极阵列平栅结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上；阴极引线层为金属金、银、铜、铝、铬、钼、锡；阴极基底层的掺杂类型为n型、p型；阴极导电层为金属铁、钴、镍；栅极引线层的走向和阴极引线层的走向是相互垂直的；调控栅极层为金属金、银、铝、钼、铬；栅极引线层为金属银、铝、钼、铬、铟。

一种圆环阴极阵列平栅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)绝缘层的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘层；

3)阴极引线层的制作：在绝缘层上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)阴极基底层的制作：在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极基底层；

5)阴极覆盖层的制作：在阴极基底层的上顶面上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阴极覆盖层；

6)阴极导电层的制作：在阴极基底层的侧面上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

7)隔离层的制作：在绝缘层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在圆型孔；

8)调控栅极层的制作：在绝缘层中圆型孔内侧壁上制备出一个金属层，刻蚀后形成调控栅极层；

9)栅极引线层的制作：在隔离层的上表面上制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极引线层；

10)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；

11)圆环阴极阵列平栅结构的表面清洁处理：对圆环阴极阵列平栅结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

12)碳纳米管的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

13)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；

14)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；

15)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；

16)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；

17)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；

18)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15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16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18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，在所述的圆环阴极阵列平栅结构中，在隔离层中圆型孔的内侧壁上制作了调控栅极层，然后通过栅极引线层对各个圆型孔中的调控栅极层进行相互连接。这样，由于调控栅极层和碳纳米管阴极位于同一个高度上，也就是说，调控栅极在碳纳米管阴极的侧面对碳纳米管施加影响，迫使碳纳米管发射出大量的电子，所发射的电子在阳极高电压的作用下加速向阳极运动，从而也就减小了栅极结构对电子束的截留几率，能够极大地减小栅极结构的工作电流，这对于进一步增强整体器件的显示亮度是有利的。

其次，在所述的圆环阴极阵列平栅结构中，将阴极基底层制作成了一个斜坡面，并将碳纳米管制作在了位于斜坡面上的阴极导电层的上面。这样，就能够极大地增加了碳纳米管阴极的电子发射面积，有利于进一步提高器件的阳极工作电流。同时还能够避免了栅极结构-碳纳米管阴极结构之间短路现象的发生，进一步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降低整体器件的工作电压。

此外，在所述的圆环阴极阵列平栅结构中，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给出了圆环阴极阵列平栅结构的纵向结构示意图；

图2给出了圆环阴极阵列平栅结构的横向结构示意图；

图3给出了带有圆环阴极阵列平栅结构的、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。

所述的一种圆环阴极阵列平栅结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板[1]、阳极玻璃面板[12]和四周玻璃围框[17]所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层[13]、制备在阳极导电层上面的荧光粉层[15]以及在阳极导电层的非显示区域印刷的绝缘浆料层[14]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[16]以及消气剂附属元件[18]，在阴极玻璃面板上有阴极导电层[6]、碳纳米管[11]以及圆环阴极阵列平栅结构。

所述的圆环阴极阵列平栅结构包括阴极玻璃面板[1]、绝缘层[2]、阴极引线层[3]、阴极基底层[4]、阴极覆盖层[5]、阴极导电层[6]、隔离层[7]、调控栅极层[8]、栅极引线层[9]、栅极覆盖层[10]和碳纳米管[11]部分。

所述的圆环阴极阵列平栅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；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘层；绝缘层上面的刻蚀后的金属层形成阴极引线层；阴极引线层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极基底层；阴极基底层为一个类圆锥台型形状，即底部下表面为一个圆型面，和阴极引线层紧密接触，上表面也为一个圆型平面，和阴极覆盖层相互接触，其直径要小于下表面圆型面的直径；阴极基底层的侧面为一个斜坡面，即从上表面开始到下表面结束，形成一个斜面；阴极基底层的上表面上的刻蚀后的二氧化硅层形成阴极覆盖层；阴极覆盖层要完全覆盖住阴极基底层的顶部上表面，但是不能够覆盖住其它部位；阴极基底层的侧面斜坡面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满整个阴极基底层的侧面斜坡面上；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层的上下表面均为平面，下表面要覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层部分，上表面和栅极引线层相互接触；隔离层中存在圆型孔，暴露出中间的阴极基底层和阴极导电层；隔离层中圆型孔的内侧壁是垂直于阴极玻璃面板的圆柱面；隔离层的高度与阴极基底层的高度是相同的；隔离层中圆型孔的内侧壁上面的刻蚀后的金属层形成调控栅极层；调控栅极层位于隔离层中圆型孔的内侧壁中靠近隔离层上表面处的位置，呈现一种圆环型形状环绕在阴极基底层的侧面周围；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层和调控栅极层是相互连通的；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极引线层，但不能覆盖住调控栅极层；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

所述的圆环阴极阵列平栅结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上；阴极引线层可以为金属金、银、铜、铝、铬、钼、锡；阴极基底层的掺杂类型可以为n型，也可以为p型；阴极导电层可以为金属铁、钴、镍；栅极引线层的走向和阴极引线层的走向是相互垂直的；调控栅极层可以为金属金、银、铝、钼、铬；栅极引线层可以为金属银、铝、钼、铬、铟。

一种带有圆环阴极阵列平栅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：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；

2)绝缘层[2]的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘层；

3)阴极引线层[3]的制作：在绝缘层上制备出一个金属钼层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)阴极基底层[4]的制作：在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极基底层；

5)阴极覆盖层[5]的制作：在阴极基底层的上顶面上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阴极覆盖层；

6)阴极导电层[6]的制作：在阴极基底层的侧面上制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极导电层；

7)隔离层[7]的制作：在绝缘层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在圆型孔；

8)调控栅极层[8]的制作：在绝缘层中圆型孔内侧壁上制备出一个金属铬层，刻蚀后形成调控栅极层；

9)栅极引线层[9]的制作：在隔离层的上表面上制备出一个金属铬层，刻蚀后形成栅极引线层；

10)栅极覆盖层[10]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；

11)圆环阴极阵列平栅结构的表面清洁处理：对圆环阴极阵列平栅结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

12)碳纳米管[11]的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

13)阳极玻璃面板[12]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；

14)阳极导电层[13]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；

15)绝缘浆料层[14]的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；

16)荧光粉层[15]的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；

17)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构[16]和四周玻璃围框[17]装配到一起，并将消气剂[18]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；

18)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15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16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18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)

1.一种圆环阴极阵列平栅结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板[1]、阳极玻璃面板[12]和四周玻璃围框[17]所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层[13]、制备在阳极导电层上面的荧光粉层[15]以及在阳极导电层的非显示区域印刷的绝缘浆料层[14]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[16]以及消气剂附属元件[18]，其特征在于：

在阴极玻璃面板上有阴极导电层[6]、碳纳米管[11]以及圆环阴极阵列平栅结构；

所述的圆环阴极阵列平栅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绝缘层；绝缘层上面的刻蚀后的金属层形成阴极引线层；阴极引线层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极基底层；阴极基底层为一个类圆锥台型形状，即底部下表面为一个圆型面，和阴极引线层紧密接触，上表面也为一个圆型平面，和阴极覆盖层相互接触，其直径要小于下表面圆型面的直径；阴极基底层的侧面为一个斜坡面，即从上表面开始到下表面结束，形成一个斜面；阴极基底层的上表面上的刻蚀后的二氧化硅层形成阴极覆盖层；阴极覆盖层要完全覆盖住阴极基底层的顶部上表面，但是不能够覆盖住其它部位；阴极基底层的侧面斜坡面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满整个阴极基底层的侧面斜坡面上；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层的上下表面均为平面，下表面要覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层部分，上表面和栅极引线层相互接触；隔离层中存在圆型孔，暴露出中间的阴极基底层和阴极导电层；隔离层中圆型孔的内侧壁是垂直于阴极玻璃面板的圆柱面；隔离层的高度与阴极基底层的高度是相同的；隔离层中圆型孔的内侧壁上面的刻蚀后的金属层形成调控栅极层；调控栅极层位于隔离层中圆型孔的内侧壁中靠近隔离层上表面处的位置，呈现一种圆环型形状环绕在阴极基底层的侧面周围；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层和调控栅极层是相互连通的；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极引线层，但不能覆盖住调控栅极层；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

2.根据权利要求1所述的圆环阴极阵列平栅结构的平板显示器，其特征在于：所述的圆环阴极阵列平栅结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上；阴极引线层为金属金、银、铜、铝、铬、钼、锡之一；阴极基底层的掺杂类型为n型或p型；阴极导电层为金属铁、钴、镍之一；栅极引线层的走向和阴极引线层的走向是相互垂直的；调控栅极层为金属金、银、铝、钼、铬之一；栅极引线层为金属银、铝、钼、铬、铟之一。

3.一种如权利要求1所述的圆环阴极阵列平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：

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)绝缘层[2]的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘层；

3)阴极引线层[3]的制作：在绝缘层上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)阴极基底层[4]的制作：在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极基底层；

5)阴极覆盖层[5]的制作：在阴极基底层的上顶面上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阴极覆盖层；

6)阴极导电层[6]的制作：在阴极基底层的侧面上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

7)隔离层[7]的制作：在绝缘层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在圆型孔；

8)调控栅极层[8]的制作：在绝缘层中圆型孔内侧壁上制备出一个金属层，刻蚀后形成调控栅极层；

9)栅极引线层[9]的制作：在隔离层的上表面上制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极引线层；

10)栅极覆盖层[10]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；

11)圆环阴极阵列平栅结构的表面清洁处理：对圆环阴极阵列平栅结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

12)碳纳米管[11]的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

13)阳极玻璃面板[12]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；

14)阳极导电层[13]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；

15)绝缘浆料层[14]的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；

16)荧光粉层[15]的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；

17)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构[16]和四周玻璃围框[17]装配到一起，并将消气剂[18]放入到空腔当中，用低熔点玻璃粉固定；

18)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所述的圆环阴极阵列平栅结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述步骤15)绝缘浆料层的制作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。

5.根据权利要求3所述的圆环阴极阵列平栅结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述步骤16)荧光粉层的制作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。

6.根据权利要求3所述的圆环阴极阵列平栅结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述步骤18)成品制作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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