CN1956129B - 圆台椎尖结构阴极阵列发射结构的平板显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆台椎尖结构阴极阵列发射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控制栅极、碳纳米管以及圆台椎尖结构阴极阵列发射结构；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，能够进一步增大碳纳米管阴极的场致电子发射效率和数量，增强栅极的控制功能和控制效率，降低整体器件的工作电压，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

圆台锥尖结构阴极阵列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、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，特别涉及一种圆台锥尖结构阴极阵列发射结构的平板显示器及其制作工艺。

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物理化学特性，是一种优良的场致发射阴极材料。利用碳纳米管作为阴极材料而制作的场致发射显示器和阴极射线管显示器一样具有高亮度、高分辨率、高图像质量等特点，并兼顾具有液晶显示器的超薄型，以及等离子体显示器的大面积性，具有可平板化、大型化以及价格低廉等优点。由此可见，在大型平板显示器技术领域，场致发射显示器成为了一个热门话题。

在三极结构的场致发射显示器中，当在栅极结构上施加适当电压以后，就会在碳纳米管阴极表面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，形成冷场致发射现象。一方面，栅极电压是决定碳纳米管阴极表面顶端所形成的电场强度的决定性因素，另一方面，碳纳米管阴极的形状也对所形成的电场强度具有一定的影响作用。很显然，碳纳米管阴极的形状的曲率越小，越有利于在碳纳米管阴极表面顶端形成更强的电场强度，也就越有利于降低栅极结构的工作电压。反之亦然。这些都值得众多科研人员认真地思考。另外，在碳纳米管阴极发射电子的过程中，并不是所有的碳纳米管都能够发射大量电子的，一般情况下位于阴极边缘位置的碳纳米管所发射的电子更多，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、结构简单的圆台锥尖结构阴极阵列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：

一种带有双栅极发射体阴极控制结构的平板显示器，包括由阴极面板、阳极面板以及四周玻璃围框所构成的密封真空腔、阳极面板上有光刻的锡铟氧化物薄膜层以及制备在锡铟氧化物薄膜层上面的荧光粉层、在阴极面板上制备有碳纳米管阴极，其特征在于：在阴极面板上制备有双栅极发射体阴极控制结构，每一个像素点下对应的碳纳米管阴极都制备有一个用于调整碳纳米管场致发射电子的能力，达到使得整体碳纳米管阴极能够均匀、稳定发射电子的双栅极发射体阴极控制结构；所述的圆台锥尖结构阴极阵列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一层；阴极基底一层为圆柱体型形状，上下表面均为平面，下表面和阴极引线层紧密接触；阴极基底一层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极基底二层；阴极基底二层为圆锥体型形状，位于阴极基底一层的上面；阴极基底一层和阴极基底二层的掺杂类型是相同的；阴极基底二层的底面直径要小于阴极基底一层的直径，即当阴极基底二层位于阴极基底一层上面之后，在其周围要暴露出呈现圆环状的阴极基底一层的上表面；阴极基底一层和阴极基底二层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层仅仅位于阴极基底二层的整个圆锥型表面上以及阴极基底二层的圆柱体型的圆环上表面上；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在圆型孔，暴露出底部的阴极基底一层、阴极基底二层以及阴极导电层；隔离层上下表面均为平面，下表面要覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层部分；隔离层的高度要高于阴极基底一层的高度，但是要低于阴极基底一层和阴极基底二层二者的总和高度；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层的大部分都位于隔离层的上面，但是其前端部分要向圆型孔的中心部分延伸；栅极引线层中前端部分要向上弯曲，其弯曲部分是垂直向上的，其前端弯曲部分的最高点与阴极基底二层的最高点的高度是相同的；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要覆盖住大部分的栅极引线层，但不能覆盖住前端弯曲部分的内侧面；碳纳米管制备在阴极导电层上面。

所述的圆台锥尖结构阴极阵列发射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、钼、铬、锡之一；阴极基底一层和阴极基底二层的掺杂类型为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；栅极引线层为金属金、银、钼、铬、铝之一。

一种圆台锥尖结构阴极阵列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)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：在绝缘层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)阴极基底一层和阴极基底二层的制作：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一层和阴极基底二层；

5)阴极导电层的制作：在阴极基底一层和阴极基底二层的表面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

6)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；

7)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；

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)圆台锥尖结构阴极阵列发射结构的表面清洁处理：对圆台锥尖结构阴极阵列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、支撑墙结构和四周玻璃围框装配到一起，并将消气剂附属元件放入到空腔当中，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。

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，在所述的圆台锥尖结构阴极阵列发射结构中，将阴极基底层制作成了圆台锥尖型形状，并将碳纳米管制备在位于圆台锥尖型形状表面的阴极导电层的上面。这样，就极大地增加了碳纳米管阴极的电子发射面积，使得更多的碳纳米管都能够进行场致电子发射，有利于进一步的提高整体器件的显示亮度；还更改了碳纳米管阴极的形状，充分发挥了碳纳米管阴极边缘位置发射大量电子的特有现象，能够极大的提高器件的阳极工作电流。此外，利用掺杂多晶硅层作为阴极基底材料，还能够充分利用掺杂多晶硅的半导体特性，对流经碳纳米管的阴极电流进行有效的调节。

其次，在所述的圆台锥尖结构阴极阵列发射结构中，制作了弯曲型的控制栅极结构。这样，当在栅极上施加适当电压以后，能够在碳纳米管阴极表面顶端形成更为强大的电场强度，迫使碳纳米管发射出更多的电子，有利于进一步的提高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；

此外，在所述的圆台锥尖结构阴极阵列发射结构中，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给出了圆台锥尖结构阴极阵列发射结构的纵向结构示意图；

图2给出了圆台锥尖结构阴极阵列发射结构的横向结构示意图；

图3给出了带有圆台锥尖结构阴极阵列发射结构的、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。

所述的一种圆台锥尖结构阴极阵列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[11]和四周玻璃围框[15]所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层[12]、制备在阳极导电层上面的荧光粉层[14]以及在阳极导电层的非显示区域印刷的绝缘浆料层[13]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[17]以及消气剂[16]附属元件，在阴极玻璃面板上有控制栅极[8]、碳纳米管[10]以及圆台锥尖结构阴极阵列发射结构。

所述的圆台锥尖结构阴极阵列发射结构包括阴极玻璃面板[1]、绝缘层[2]、阴极引线层[3]、阴极基底一层[4]、阴极基底二层[5]、阴极导电层[6]、隔离层[7]、栅极引线层[8]、栅极覆盖层[9]和碳纳米管[10]部分。

所述的圆台锥尖结构阴极阵列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；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一层；阴极基底一层为圆柱体型形状，上下表面均为平面，下表面和阴极引线层紧密接触；阴极基底一层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极基底二层；阴极基底二层为圆锥体型形状，位于阴极基底一层的上面；阴极基底一层和阴极基底二层的掺杂类型是相同的；阴极基底二层的底面直径要小于阴极基底一层的直径，即当阴极基底二层位于阴极基底一层上面之后，在其周围要暴露出呈现圆环状的阴极基底一层的上表面；阴极基底一层和阴极基底二层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层仅仅位于阴极基底二层的整个圆锥型表面上以及阴极基底二层的圆柱体型的圆环上表面上；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在圆型孔，暴露出底部的阴极基底一层、阴极基底二层以及阴极导电层；隔离层上下表面均为平面，下表面要覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层部分；隔离层的高度要高于阴极基底一层的高度，但是要低于阴极基底一层和阴极基底二层二者的总和高度；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层的大部分都位于隔离层的上面，但是其前端部分要向圆型孔的中心部分延伸；栅极引线层中前端部分要向上弯曲，其弯曲部分是垂直向上的，其前端弯曲部分的最高点与阴极基底二层的最高点的高度是相同的；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要覆盖住大部分的栅极引线层，但不能覆盖住前端弯曲部分的内侧面；碳纳米管制备在阴极导电层上面。

所述的圆台锥尖结构阴极阵列发射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、钼、铬、锡；阴极基底一层和阴极基底二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；栅极引线层可以为金属金、银、钼、铬、铝。

一种带有圆台锥尖结构阴极阵列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：在绝缘层的上面制备出一个金属钼层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)阴极基底一层[4]和阴极基底二层[5]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一层和阴极基底二层；

5)阴极导电层[6]的制作：在阴极基底一层和阴极基底二层的表面制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极导电层；

6)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；

7)栅极引线层[8]的制作：在隔离层的上面制备出一个金属铬层，刻蚀后形成栅极引线层；

8)栅极覆盖层[9]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)圆台锥尖结构阴极阵列发射结构的表面清洁处理：对圆台锥尖结构阴极阵列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[10]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[11]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[12]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[13]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[14]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[17]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)

1.一种圆台锥尖结构阴极阵列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[11]和四周玻璃围框[15]所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层[12]、制备在阳极导电层上面的荧光粉层[14]以及在阳极导电层的非显示区域印刷的绝缘浆料层[13]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[17]以及消气剂附属元件[16]，其特征在于：

在阴极玻璃面板上有控制栅极[8]、碳纳米管[10]以及圆台锥尖结构阴极阵列发射结构；

所述的圆台锥尖结构阴极阵列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一层；阴极基底一层为圆柱体型形状，上下表面均为平面，下表面和阴极引线层紧密接触；阴极基底一层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极基底二层；阴极基底二层为圆锥体型形状，位于阴极基底一层的上面；阴极基底一层和阴极基底二层的掺杂类型是相同的；阴极基底二层的底面直径要小于阴极基底一层的直径，即当阴极基底二层位于阴极基底一层上面之后，在其周围要暴露出呈现圆环状的阴极基底一层的上表面；阴极基底一层和阴极基底二层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层仅仅位于阴极基底二层的整个圆锥型表面上以及阴极基底二层的圆柱体型的圆环上表面上；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在圆型孔，暴露出底部的阴极基底一层、阴极基底二层以及阴极导电层；隔离层上下表面均为平面，下表面要覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层部分；隔离层的高度要高于阴极基底一层的高度，但是要低于阴极基底一层和阴极基底二层二者的总和高度；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层的大部分都位于隔离层的上面，但是其前端部分要向圆型孔的中心部分延伸；栅极引线层中前端部分要向上弯曲，其弯曲部分是垂直向上的，其前端弯曲部分的最高点与阴极基底二层的最高点的高度是相同的；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要覆盖住大部分的栅极引线层，但不能覆盖住前端弯曲部分的内侧面；碳纳米管制备在阴极导电层上面。

2.根据权利要求1所述的圆台锥尖结构阴极阵列发射结构的平板显示器，其特征在于：所述的圆台锥尖结构阴极阵列发射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、钼、铬、锡之一；阴极基底一层和阴极基底二层的掺杂类型为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；栅极引线层为金属金、银、钼、铬、铝之一。

3.一种如权利要求1所述的圆台锥尖结构阴极阵列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)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：在绝缘层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)阴极基底一层[4]和阴极基底二层[5]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一层和阴极基底二层；

5)阴极导电层[6]的制作：在阴极基底一层和阴极基底二层的表面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

6)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；

7)栅极引线层[8]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；

8)栅极覆盖层[9]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)圆台锥尖结构阴极阵列发射结构的表面清洁处理：对圆台锥尖结构阴极阵列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[10]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[11]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[12]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[13]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[14]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[17]和四周玻璃围框[15]装配到一起，并将消气剂附属元件[16]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所述的圆台锥尖结构阴极阵列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所述的圆台锥尖结构阴极阵列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所述的圆台锥尖结构阴极阵列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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