CN1956130A - 筒型阴极阵列结构的平板显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种筒型阴极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、碳纳米管以及筒型阴极阵列结构；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，能够进一步增强碳纳米管阴极表面顶端的电场强度，降低整体器件的工作电压，有利于进一步提高整体器件的显示图像质量，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

筒型阴极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，特别涉及一种筒型阴极阵列结构的平板显示器及其制作工艺。

背景技术

碳纳米管的独特场致发射特性早已引起了众多研究者们的高度关注，而利用碳纳米管作为阴极材料而制作的平板场致发射显示器业已成为了平板显示领域中的热门话题。碳纳米管具有独特的几何外形，小的尖端曲率半径，高数值的纵横比率会产生巨大的电场强度，迫使碳纳米管中的电子不需要额外的能量就能够向外发射，因此碳纳米管是一种具有应用潜力的良好冷阴极材料。碳纳米管场致发射平板显示器具有体积小，亮度高，工作温区大以及功耗低等特点，将来有望在显示市场上占据比较大的份额。

为了降低总体器件成本，以便于和常规的驱动电路相联系在一起，制作三极结构的场致发射显示器已经成为了一种必然的选择。在三极结构的平板器件当中，栅极控制着碳纳米管阴极的电子发射，一方面，栅极工作电压的高低与否直接决定着碳纳米管阴极表面顶端的电场强度大小，也就决定着碳纳米管是否能够发射出电子；另一方面，碳纳米管阴极的结构和形状也对在阴极表面顶端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曲率也越大，则对进一步增强碳纳米管阴极表面顶端的电场强度则是非常有利的。那么，在实际器件的制作过程中，究竟如何增强栅极的控制性能，如何进一步增强碳纳米管阴极表面顶端的电场强度，从而发射出更多的电子，如何促进阴极和栅极结构的高度集成化发展，这些都是值得考虑的问题。

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、结构简单的带有一种筒型阴极阵列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控制栅极、碳纳米管以及筒型阴极阵列结构。

所述的筒型阴极阵列结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面板；阴极玻璃面板上面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突起层；阴极突起层位于阴极引线层的上方，二者紧密接触；阴极突起层为一个类圆筒型形状，分为两个部分，下半部分为一个中空的圆柱面型，上半部分位于下半部分的上表面上，即中空的圆柱面的顶部，为一个圆环尖锥型形状；位于同一个阴极引线层上面的阴极突起层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极突起层表面上的刻蚀后的金属层形成阴极电极层；阴极电极层位于顶部圆环尖锥型形状的表面上以及中空圆柱型形状的上半部分，下半部分则没有阴极电极层，而且是在中空圆柱型形状的内外侧面的上半部分都存在阴极电极层；阴极玻璃面板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；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极突起层和阴极电极层；电子通道孔的内侧面是一个垂直于阴极玻璃面板的圆柱面；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部分，但是其前端部分要伸向电子通道孔的中心部分，呈现一种悬空状态；栅极引线层中前端处于悬空状态部分并不是一个平面，而是略向下弯曲，栅极引线层的最前端所形成的圆形半径与阴极突起层的外半径相同；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，但是不能够覆盖住前端处于悬空部分的栅极引线层；碳纳米管制备在阴极电极层上面。

所述的筒型阴极阵列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、铝、铬、钼、锡；阴极突起层的掺杂类型为n型、p型；阴极电极层为金属铁、钴、镍；栅极引线层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、铝、锡、钼、铬。

一种筒型阴极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)阴极突起层的制作：在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极突起层；

5)阴极电极层的制作：在阴极突起层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极电极层；

6)隔离层的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层存在电子通道孔；

7)栅极引线层的制作：在隔离层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)筒型阴极阵列结构的表面清洁处理：对筒型阴极阵列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电极层上面；

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，在所述的筒型阴极阵列结构中，将阴极突起层制作成了一个类圆筒型的形状，并在其上面制备了阴极电极层，将碳纳米管制备在阴极电极层上面。这样，就极大地增大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大量的电子发射，有利于提高整体器件的显示亮度。另一方面，这种结构也改变了碳纳米管阴极的形状，使得整体阴极形状的曲率也变小，这就更有利于增强碳纳米管阴极表面定端的电场强度，迫使其发射出更多的电子。

其次，在所述的筒型阴极阵列结构中，对栅极结构也作了改进。大部分的栅极都位于隔离层的上面，但是其前端部分呈现一种悬空状态，且接近于圆筒型阴极阵列结构中的中空圆柱面部分，这就为进一步缩小栅极结构和碳纳米管阴极结构二者之间的距离作了准备，有利于降低栅极结构的工作电压，从而降低整体器件的成本，也有利于进一步增强碳纳米管阴极表面顶端的电场强度。

此外，在所述的筒型阴极阵列结构中，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给出了筒型阴极阵列结构的纵向结构示意图；

图2给出了筒型阴极阵列结构的横向结构示意图；

图3给出了带有筒型阴极阵列结构的、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。

所述的一种筒型阴极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[10]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[11]、制备在阳极导电层上面的荧光粉层[13]以及在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层[12]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[14]以及消气剂[16]附属元件，在阴极玻璃面板上有控制栅极[7]、碳纳米管[9]以及筒型阴极阵列结构。

所述的筒型阴极阵列结构包括阴极玻璃面板[1]、绝缘层[2]、阴极引线层[3]、阴极突起层[4]、阴极电极层[5]、隔离层[6]、栅极引线层[7]、栅极覆盖层[8]和碳纳米管[9]部分。

所述的筒型阴极阵列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；阴极玻璃面板上面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突起层；阴极突起层位于阴极引线层的上方，二者紧密接触；阴极突起层为一个类圆筒型形状，分为两个部分，下半部分为一个中空的圆柱面型，上半部分位于下半部分的上表面上，即中空的圆柱面的顶部，为一个圆环尖锥型形状；位于同一个阴极引线层上面的阴极突起层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极突起层表面上的刻蚀后的金属层形成阴极电极层；阴极电极层位于顶部圆环尖锥型形状的表面上以及中空圆柱型形状的上半部分，下半部分则没有阴极电极层，而且是在中空圆柱型形状的内外侧面的上半部分都存在阴极电极层；阴极玻璃面板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；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极突起层和阴极电极层；电子通道孔的内侧面是一个垂直于阴极玻璃面板的圆柱面；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部分，但是其前端部分要伸向电子通道孔的中心部分，呈现一种悬空状态；栅极引线层中前端处于悬空状态部分并不是一个平面，而是略向下弯曲，栅极引线层的最前端所形成的圆形半径与阴极突起层的外半径相同；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，但是不能够覆盖住前端处于悬空部分的栅极引线层；碳纳米管制备在阴极电极层上面。

所述的筒型阴极阵列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、铝、铬、钼、锡；阴极突起层的掺杂类型可以为n型，也可以为p型；阴极电极层可以为金属铁、钴、镍；栅极引线层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、铝、锡、钼、铬。

一种带有筒型阴极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[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)阴极突起层[4]的制作：在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极突起层；

5)阴极电极层[5]的制作：在阴极突起层的上面制备出一个金属钴层，刻蚀后形成阴极电极层；

6)隔离层[6]的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层存在电子通道孔；

7)栅极引线层[7]的制作：在隔离层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[8]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)筒型阴极阵列结构的表面清洁处理：对筒型阴极阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

10)碳纳米管[9]的制备：将碳纳米管制备在阴极电极层上面；

11)阳极玻璃面板[10]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[11]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[12]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[13]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4具体为阴极引线层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极突起层；阴极突起层位于阴极引线层的上方，二者紧密接触；阴极突起层为一个类圆筒型形状，分为两个部分，下半部分为一个中空的圆柱面型，上半部分位于下半部分的上表面上，即中空的圆柱面的顶部，为一个圆环尖锥型形状；位于同一个阴极引线层上面的阴极突起层是通过底部的阴极引线层而相互连通的。

所述步骤5具体为阴极突起层表面上的刻蚀后的金属层形成阴极电极层；阴极电极层位于顶部圆环尖锥型形状的表面上以及中空圆柱型形状的上半部分，下半部分则没有阴极电极层，而且是在中空圆柱型形状的内外侧面的上半部分都存在阴极电极层。

所述步骤7具体为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部分，但是其前端部分要伸向电子通道孔的中心部分，呈现一种悬空状态；栅极引线层中前端处于悬空状态部分并不是一个平面，而是略向下弯曲，栅极引线层的最前端所形成的圆形半径与阴极突起层的外半径相同。

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 (7)

1、一种筒型阴极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[10]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[11]、制备在阳极导电层上面的荧光粉层[13]以及在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层[12]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[14]以及消气剂[16]附属元件，其特征在于：在阴极玻璃面板上有控制栅极[7]、碳纳米管[9]以及筒型阴极阵列结构。

2、根据权利要求1所述的筒型阴极阵列结构的平板显示器，其特征在于：所述的筒型阴极阵列结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面板；阴极玻璃面板上面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突起层；阴极突起层位于阴极引线层的上方，二者紧密接触；阴极突起层为一个类圆筒型形状，分为两个部分，下半部分为一个中空的圆柱面型，上半部分位于下半部分的上表面上，即中空的圆柱面的顶部，为一个圆环尖锥型形状；位于同一个阴极引线层上面的阴极突起层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极突起层表面上的刻蚀后的金属层形成阴极电极层；阴极电极层位于顶部圆环尖锥型形状的表面上以及中空圆柱型形状的上半部分，下半部分则没有阴极电极层，而且是在中空圆柱型形状的内外侧面的上半部分都存在阴极电极层；阴极玻璃面板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；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极突起层和阴极电极层；电子通道孔的内侧面是一个垂直于阴极玻璃面板的圆柱面；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部分，但是其前端部分要伸向电子通道孔的中心部分，呈现一种悬空状态；栅极引线层中前端处于悬空状态部分并不是一个平面，而是略向下弯曲，栅极引线层的最前端所形成的圆形半径与阴极突起层的外半径相同；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，但是不能够覆盖住前端处于悬空部分的栅极引线层；碳纳米管制备在阴极电极层上面。

3、根据权利要求2所述的筒型阴极阵列结构的平板显示器，其特征在于：所述的筒型阴极阵列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、铝、铬、钼、锡；阴极突起层的掺杂类型为n型、p型；阴极电极层为金属铁、钴、镍；栅极引线层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、铝、锡、钼、铬。

4、一种筒型阴极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[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)阴极突起层[4]的制作：在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极突起层；

5)阴极电极层[5]的制作：在阴极突起层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极电极层；

6)隔离层[6]的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层存在电子通道孔；

7)栅极引线层[7]的制作：在隔离层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[8]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)筒型阴极阵列结构的表面清洁处理：对筒型阴极阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

10)碳纳米管[9]的制备：将碳纳米管制备在阴极电极层上面；

11)阳极玻璃面板[10]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[11]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[12]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[13]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；

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。

5、根据权利要求4所述的筒型阴极阵列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。

6、根据权利要求4所述的筒型阴极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。

7、根据权利要求4所述的筒型阴极阵列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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