CN1971829B - 齿轮状侧向发射阴极阵列结构的平板显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮状侧向发射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、碳纳米管以及齿轮状侧向发射阴极阵列结构；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，能够进一步增大碳纳米管阴极的场致发射电子面积，有效地减小了栅极结构的电子截留现象，进一步降低了栅极的工作电压，有利于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

齿轮状侧向发射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，特别涉及一种齿轮状侧向发射阴极阵列结构的平板显示器及其制作工艺。

背景技术

碳纳米管主要是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴中空管状碳结构，层与层之间保持固定的间距，在相对比较低的电压下就能够发射大量的电子，因此，碳纳米管材料能够呈现出良好的场致发射特性，非常适合于用作各种场致发射器件的阴极材料。利用碳纳米管作为阴极材料而制作的场致发射平板显示器是一种新型的平面型显示设备，其工作原理与阴极射线管显示器的工作原理相类似，都是通过电子束轰击荧光粉层而发出可见光。这种新型的平面场致发射显示器件具有高清晰度、高亮度以及高分辨率等特点，其应用越来越广泛，已经成为了平板显示领域的热门话题。

栅极结构是三极结构场致发射显示器中的关键控制元件之一，它直接决定着碳纳米管是否能够进行电子发射。而进一步降低栅极结构的工作电压也是符合低压平板器件的质量性能技术指标的。但碳纳米管阴极的形状对于在碳纳米管阴极表面顶端所形成的电场强度具有一定的影响作用。一方面，碳纳米管阴极中能够发射电子的碳纳米管越多，所形成的电子流也越大，这显然对于进一步降低栅极结构的工作电压是有利的，所以需要尽可能多的碳纳米管阴极都能够发射出大量的电子；另一方面，碳纳米管阴极的形状的曲率越小，则越有助于增强在碳纳米管阴极表面顶端所形成的电场强度，这对于进一步降低栅极结构的工作电压也是有利的。因此，在实际器件的制作过程中，需要仔细认真地考虑这些因素和现象，以便于更好的制作高质量平板器件而努力。

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、结构简单的齿轮状侧向发射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控制栅极、碳纳米管以及齿轮状侧向发射阴极阵列结构。

所述的齿轮状侧向发射阴极阵列结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面板；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成阻塞层；阻塞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抬翘层；阴极抬翘层位于阴极引线层的上面，底部和阴极引线层紧密接触；阴极抬翘层为齿轮型形状，上下表面均为平面；阴极抬翘层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抬翘层的上表面；阴极抬翘层的侧面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极抬翘层的整个侧面；阻塞层上的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在圆形孔，暴露出中间的阴极抬翘层和阴极导电层；隔离层的高度要低于阴极抬翘层的高度；隔离层的上下表面均为平面，其圆形孔中的内侧面也是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，但是其前端部分要向圆形孔的中心部位延伸，呈现悬空状态；栅极引线层中前端的悬空状态部分略向上弯曲，但弯曲部分的最高点也不能超过阴极抬翘层的高度；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栅极引线层的上表面，包括其前端悬空部分的栅极引线层在内；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

所述的齿轮状侧向发射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、铜、铝、铬、钼、锡；阴极抬翘层的掺杂类型为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；栅极引线层为金属金、银、铬、钼、铝。

一种齿轮状侧向发射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)阴极玻璃面板的制作：对整体平板玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；

2)阻塞层的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阻塞层；

3)阴极引线层的制作：在阻塞层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；

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

5)阴极覆盖层的制作：在阴极抬翘层的上表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：在阴极抬翘层的侧表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；

8)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；

9)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；

10)齿轮状侧向发射阴极阵列结构的表面清洁处理：对齿轮状侧向发射阴极阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

11)碳纳米管的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

12)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；

13)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；

14)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；

15)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；

16)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。在玻璃面板的四周涂抹好低熔点玻璃粉，用夹子固定；

17)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14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15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17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，在所述的齿轮状侧向发射阴极阵列结构中，将栅极结构制作在了碳纳米管阴极的旁侧，并且二者之间是通过真空进行相互隔离开来的。这样，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更多的电子，所发射的电子在阳极高电压的作用下高速向阳极运动，电子束受到栅极结构截留的几率极大的降低，也就极大地减小了栅极电流，有利于进一步提高整体器件的显示亮度；另外，由于真空的绝缘性能要优于其它绝缘材料的，所以能够极大地增强栅极结构和碳纳米管阴极结构之间的绝缘等级，进而降低栅极结构的工作电压。

其次，在所述的齿轮状侧向发射阴极阵列结构中，将阴极抬翘层制作成了齿轮型形状，并将碳纳米管制备在了位于阴极抬翘层表面上的阴极导电层的上面。这样，就可以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显示亮度。同时还改变了碳纳米管阴极的形状，有利于充分发挥边缘位置能够发射出大量电子的碳纳米管场致发射特有现象，能够使得碳纳米管阴极能够有效的发射出更多的电子。

此外，在所述的齿轮状侧向发射阴极阵列结构中，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给出了齿轮状侧向发射阴极阵列结构的纵向结构示意图；

图2给出了齿轮状侧向发射阴极阵列结构的横向结构示意图；

图3给出了带有齿轮状侧向发射阴极阵列结构的、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。

所述的一种带有齿轮状侧向发射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[11]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[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[15]以及消气剂附属元件[16]，在阴极玻璃面板上有控制栅极[8]、碳纳米管[10]以及齿轮状侧向发射阴极阵列结构。

所述的齿轮状侧向发射阴极阵列结构包括阴极玻璃面板[1]、阻塞层[2]、阴极引线层[3]、阴极抬翘层[4]、阴极覆盖层[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。

所述的齿轮状侧向发射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；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成阻塞层；阻塞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抬翘层；阴极抬翘层位于阴极引线层的上面，底部和阴极引线层紧密接触；阴极抬翘层为齿轮型形状，上下表面均为平面；阴极抬翘层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抬翘层的上表面；阴极抬翘层的侧面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极抬翘层的整个侧面；阻塞层上的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在圆形孔，暴露出中间的阴极抬翘层和阴极导电层；隔离层的高度要低于阴极抬翘层的高度；隔离层的上下表面均为平面，其圆形孔中的内侧面也是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，但是其前端部分要向圆形孔的中心部位延伸，呈现悬空状态；栅极引线层中前端的悬空状态部分略向上弯曲，但弯曲部分的最高点也不能超过阴极抬翘层的高度；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栅极引线层的上表面，包括其前端悬空部分的栅极引线层在内；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

所述的齿轮状侧向发射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、铜、铝、铬、钼、锡；阴极抬翘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、铬、钼、铝。

一种带有齿轮状侧向发射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)阻塞层[2]的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阻塞层；

3)阴极引线层[3]的制作：在阻塞层的上面制备出一个金属钼层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)阴极抬翘层[4]的制作：在阴极引线层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极抬翘层；

5)阴极覆盖层[5]的制作：在阴极抬翘层的上表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：在阴极抬翘层的侧表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；

8)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；

9)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；

10)齿轮状侧向发射阴极阵列结构的表面清洁处理：对齿轮状侧向发射阴极阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

11)碳纳米管[10]的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

12)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；

13)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；

14)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；

15)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；

16)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构[15]和四周玻璃围框[17]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；

17)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14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15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17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 (6)

1.一种齿轮状侧向发射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(11)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(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(15)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)以及齿轮状侧向发射阴极阵列结构；

所述的齿轮状侧向发射阴极阵列结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面板；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成阻塞层；阻塞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抬翘层；阴极抬翘层位于阴极引线层的上面，底部和阴极引线层紧密接触；阴极抬翘层为齿轮型形状，上下表面均为平面；阴极抬翘层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抬翘层的上表面；阴极抬翘层的侧面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极抬翘层的整个侧面；阻塞层上的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在圆形孔，暴露出中间的阴极抬翘层和阴极导电层；隔离层的高度要低于阴极抬翘层的高度；隔离层的上下表面均为平面，其圆形孔中的内侧面也是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，但是其前端部分要向圆形孔的中心部位延伸，呈现悬空状态；栅极引线层中前端的悬空状态部分向上弯曲，但弯曲部分的最高点也不能超过阴极抬翘层的高度；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栅极引线层的上表面，包括其前端悬空部分的栅极引线层在内；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

2.根据权利要求1所述的齿轮状侧向发射阴极阵列结构的平板显示器，其特征在于：所述的齿轮状侧向发射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、铜、铝、铬、钼、锡之一；阴极抬翘层的掺杂类型为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、铬、钼、铝之一。

3.一种如权利要求1所述的齿轮状侧向发射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)阻塞层(2)的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阻塞层；

3)阴极引线层(3)的制作：在阻塞层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；

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

5)阴极覆盖层(5)的制作：在阴极抬翘层的上表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：在阴极抬翘层的侧表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；

8)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；

9)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；

10)齿轮状侧向发射阴极阵列结构的表面清洁处理：对齿轮状侧向发射阴极阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

11)碳纳米管(10)的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

12)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；

13)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；

14)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；

15)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；

16)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构(15)和四周玻璃围框(17)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；

17)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所述的齿轮状侧向发射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所述的齿轮状侧向发射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15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所述的齿轮状侧向发射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17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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