CN1971830A - 菱形栅控阴极发射阵列结构的平板显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种菱形栅控阴极发射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阴极导电层、碳纳米管以及菱形栅控阴极发射阵列结构；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，能够进一步增强栅极结构的控制功能，降低栅极结构的工作电压，增强碳纳米管的电子发射能力，有利于进一步提高整体器件的图像质量，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

菱形栅控阴极发射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，特别涉及一种菱形栅控阴极发射阵列结构的平板显示器及其制作工艺。

背景技术

场致发射显示器被认为是真正可以与等离子体显示器和液晶显示器相竞争的平板设备，实际上，这种显示器将阴极射线管的高图像质量，等离子体显示器的大面积性以及液晶显示器的超薄型等优点集于一身，具有更强的图像技术质量。碳纳米管具有很高的机械强度以及大电流密度，在制作成本上也具有明显的优势，非常适合于用作场致发射平板显示器的冷阴极材料。而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也是目前平板显示器件领域中的研究热点话题。

为了降低整体器件成本，以便于和常规的驱动电路相联系，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。其中，栅极结构是控制碳纳米管电子发射的关键元件之一，栅极电压的大小也就决定着碳纳米管是否能够发射电子以及发射电子的多少。但与此同时，碳纳米管阴极的形状也在一定程度上影响着在碳纳米管阴极表面顶端所形成的电场强度的大小。很显然，碳纳米管阴极形状的曲率半径越小，越有助于进一步增强碳纳米管阴极表面顶端的电场强度，也就越有助于进一步降低栅极结构的工作电压，这符合低电压器件的要求。那么，在实际器件的制作过程中，如何进一步增强增大碳纳米管阴极表面顶端的电场强度，如何确保栅极结构的良好控制性能，如何促进栅极结构和碳纳米管阴极结构的高度集成化，等等，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、结构简单的菱形栅控阴极发射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阴极导电层、碳纳米管以及菱形栅控阴极发射阵列结构。

所述的菱形栅控阴极发射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增高层；阴极增高层为中空的菱形柱形状，底部和阴极引线层紧密接触；阴极增高层是一个柱体结构，但其高度不能够超过隔离层的高度，从外围上看是一个菱形形状，中间部分是一个圆形孔形状，是中空的；阴极增高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增高层的外侧面以及顶部上表面；阻塞层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层以及阴极导电层；隔离层的下表面为一个平面，要覆盖住阴极引线层以及空余的阻塞层，上表面为一个平面，和栅极引线层紧密接触；隔离层中电子通道孔为一个菱形形状，和阴极增高层的菱形形状是相互对应的，但二者之间并不相互接触；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，但是其前端部分要伸向电子通道孔的内侧，呈现一种悬空状态；栅极引线层的前端悬空状态部分要略向下弯曲；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，但是不能够覆盖前端呈现悬空状态部分的栅极引线层；碳纳米管制备在阴极导电层上面。

所述的菱形栅控阴极发射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、钼、铬、锡；阴极增高层的掺杂类型为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、钼、铬、铝。

一种菱形栅控阴极发射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：在阻塞层上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)阴极增高层的制作：在阴极引线层上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；

5)阴极导电层的制作：在阴极增高层的上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：在阻塞层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；

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)菱形栅控阴极发射阵列结构的表面清洁处理：对菱形栅控阴极发射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，在所述的菱形栅控阴极发射阵列结构中，将栅极引线层制作成了菱形形状，其前端悬空部分并略向下弯曲。这样，一方面可以充分利用器件中的使用面积，能够制作出更多的场致发射冷阴极结构，另一方面还能够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，从而降低栅极结构的工作电压。

其次，在所述的菱形栅控阴极发射阵列结构中，将阴极增高层也制作成了类菱形柱形状，可以极大地增加碳纳米管阴极的场致发射电子面积，有利于进一步提高整体器件的显示亮度；同时改变了碳纳米管阴极形状的曲率，有利于增强碳纳米管阴极表面顶端的电场强度，迫使其发射出更多的电子，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，在所述的菱形栅控阴极发射阵列结构中，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给出了菱形栅控阴极发射阵列结构的纵向结构示意图；

图2给出了菱形栅控阴极发射阵列结构的横向结构示意图；

图3给出了带有菱形栅控阴极发射阵列结构的、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。

所述的一种带有菱形栅控阴极发射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的绝缘浆料层[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]以及消气剂附属元件[16]，其特征在于：在阴极玻璃面板上有阴极导电层[5]、碳纳米管[9]以及菱形栅控阴极发射阵列结构。

所述的菱形栅控阴极发射阵列结构包括阴极玻璃面板[1]、阻塞层[2]、阴极引线层[3]、阴极增高层[4]、阴极导电层[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。

所述的菱形栅控阴极发射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增高层；阴极增高层为中空的菱形柱形状，底部和阴极引线层紧密接触；阴极增高层是一个柱体结构，但其高度不能够超过隔离层的高度，从外围上看是一个菱形形状，中间部分是一个圆形孔形状，是中空的；阴极增高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增高层的外侧面以及顶部上表面；阻塞层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层以及阴极导电层；隔离层的下表面为一个平面，要覆盖住阴极引线层以及空余的阻塞层，上表面为一个平面，和栅极引线层紧密接触；隔离层中电子通道孔为一个菱形形状，和阴极增高层的菱形形状是相互对应的，但二者之间并不相互接触；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，但是其前端部分要伸向电子通道孔的内侧，呈现一种悬空状态；栅极引线层的前端悬空状态部分要略向下弯曲；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，但是不能够覆盖前端呈现悬空状态部分的栅极引线层；碳纳米管制备在阴极导电层上面。

所述的菱形栅控阴极发射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、钼、铬、锡；阴极增高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。

一种带有菱形栅控阴极发射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：在阻塞层上面制备出一个金属铬层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)阴极增高层[4]的制作：在阴极引线层上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；

5)阴极导电层[5]的制作：在阴极增高层的上面制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极导电层；

6)隔离层[6]的制作：在阻塞层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；

7)栅极引线层[7]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[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)菱形栅控阴极发射阵列结构的表面清洁处理：对菱形栅控阴极发射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导电层上面；

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增高层；阴极增高层为中空的菱形柱形状，底部和阴极引线层紧密接触；阴极增高层是一个柱体结构，但其高度不能够超过隔离层的高度，从外围上看是一个菱形形状，中间部分是一个圆形孔形状，是中空的。

所述步骤5具体为阴极增高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增高层的外侧面以及顶部上表面。

所述步骤6具体为阻塞层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层以及阴极导电层；隔离层的下表面为一个平面，要覆盖住阴极引线层以及空余的阻塞层，上表面为一个平面，和栅极引线层紧密接触；隔离层中电子通道孔为一个菱形形状，和阴极增高层的菱形形状是相互对应的，但二者之间并不相互接触。

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，但是其前端部分要伸向电子通道孔的内侧，呈现一种悬空状态；栅极引线层的前端悬空状态部分要略向下弯曲。

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、一种菱形栅控阴极发射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的绝缘浆料层[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]以及消气剂附属元件[16]，其特征在于：在阴极玻璃面板上有阴极导电层[5]、碳纳米管[9]以及菱形栅控阴极发射阵列结构。

2、根据权利要求1所述的菱形栅控阴极发射阵列结构的平板显示器，其特征在于：所述的菱形栅控阴极发射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增高层；阴极增高层为中空的菱形柱形状，底部和阴极引线层紧密接触；阴极增高层是一个柱体结构，但其高度不能够超过隔离层的高度，从外围上看是一个菱形形状，中间部分是一个圆形孔形状，是中空的；阴极增高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增高层的外侧面以及顶部上表面；阻塞层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层以及阴极导电层；隔离层的下表面为一个平面，要覆盖住阴极引线层以及空余的阻塞层，上表面为一个平面，和栅极引线层紧密接触；隔离层中电子通道孔为一个菱形形状，和阴极增高层的菱形形状是相互对应的，但二者之间并不相互接触；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，但是其前端部分要伸向电子通道孔的内侧，呈现一种悬空状态；栅极引线层的前端悬空状态部分要略向下弯曲；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，但是不能够覆盖前端呈现悬空状态部分的栅极引线层；碳纳米管制备在阴极导电层上面。

3、根据权利要求2所述的菱形栅控阴极发射阵列结构的平板显示器，其特征在于：所述的菱形栅控阴极发射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、钼、铬、锡；阴极增高层的掺杂类型为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、钼、铬、铝。

4、一种菱形栅控阴极发射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：在阻塞层上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；

4)阴极增高层[4]的制作：在阴极引线层上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；

5)阴极导电层[5]的制作：在阴极增高层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

6)隔离层[6]的制作：在阻塞层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；

7)栅极引线层[7]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[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)菱形栅控阴极发射阵列结构的表面清洁处理：对菱形栅控阴极发射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导电层上面；

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。

5、根据权利要求4所述的菱形栅控阴极发射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所述的菱形栅控阴极发射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所述的菱形栅控阴极发射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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