CN1971831B - 锯齿形侧栅控制结构的平板显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锯齿形侧栅控制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、碳纳米管以及锯齿形侧栅控制结构；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结构的工作电压，从而降低整体器件的生产成本，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

锯齿形侧栅控制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，特别涉及一种锯齿形侧栅控制结构的平板显示器及其制作工艺。

背景技术

场致发射平板显示器以其完美的显示效果与低功耗平面显示的特点而被誉为下一代平板显示器的代表，而以碳纳米管作为阴极材料的新型场致发射显示器业已成为了这一显示器领域的研究热点。碳纳米管具有小的尖端曲率半径，高的纵横比率，以及良好的场致发射特性，非常适合于用作发射大量电子的冷阴极材料，从而使得碳纳米管在真空显示技术方面具有极大的应用潜力。利用碳纳米管作为阴极材料而制作的场致发射显示器是一种新型的平板显示设备，它将阴极射线管的高图像质量，液晶显示器的超薄型，以及等离子体显示器的大面积性等优点集于一身，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件当中比较关键的控制元件之一，它控制着碳纳米管阴极的电子发射。目前，在大多数的显示器件当中都是采用了栅极位于碳纳米管阴极上方的结构形式，这种控制形式的制作工艺简单，栅极的控制作用比较显著，但是所形成的栅极电流比较大，对于制作材料要求比较高，这是其不利之处。因此，如何对现有的栅极结构进行有效改进，如何进一步增强栅极结构的控制性能，这是值得认真研究的问题。另外，在碳纳米管阴极发射大量电子的过程中，所发射的部分电子被栅极结构所截留，形成了栅极电流，这是不利的，如何进一步减小栅极电流，尽可能的增大阳极电流，这也是需要认真思考的问题。

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、结构简单的锯齿形侧栅控制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、碳纳米管以及锯齿形侧栅控制结构。

所述的锯齿形侧栅控制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增高层；阴极增高层为一个圆柱体型形状，位于阴极引线层的上面；位于同一个阴极引线层上面的阴极增高层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极增高层上表面为一个平面，上表面上面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增高层的上表面，但是不能够覆盖住其它部位；阴极增高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增高层的侧面；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极绝缘层；栅极绝缘层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层和阴极导电层；栅极绝缘层的下表面为一个平面，覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层部分，上表面也为一个平面，和栅极引线层紧密接触；栅极绝缘层的高度不能够超过阴极增高层的高度；电子通道孔的内侧面为一个垂直于阴极玻璃面板的圆柱面；栅极绝缘层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层大部分都位于栅极绝缘层的上面，但是其前端部分向电子通道孔中心部位延伸，呈现悬空状态；栅极引线层前端悬空部分的侧面呈现一种锯齿型形状，齿尖朝向电子通道孔的中心部位方向；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，但是不能够覆盖住处于悬空状态的栅极引线层；碳纳米管制备在阴极导电层上面。

所述的锯齿形侧栅控制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、锡、铬；阴极增高层的掺杂类型为p型、n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、锡、钼、铬、铝。

一种锯齿形侧栅控制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：在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；

5)阴极覆盖层的制作：在阴极增高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：在阴极增高层的侧面上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

7)栅极绝缘层的制作：在绝缘层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极绝缘层；

8)栅极引线层的制作：在栅极绝缘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)锯齿形侧栅控制结构的表面清洁处理：对锯齿形侧栅控制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[15]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；

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，在所述的锯齿形侧栅控制结构中，将阴极增高层制作成了圆柱体型形状，并将碳纳米管制备在位于阴极增高层侧面的阴极导电层的上面。这样就极大地增大了碳纳米管阴极的电子发射面积，有利于进一步提高整体器件的显示亮度。同时，利用掺杂多晶硅层制作了圆柱体型阴极增高层，那么就可以充分利用掺杂多晶硅层的半导体特性，来对流经碳纳米管阴极的电流进行调节，避免其电流过大或者过小。

其次，在所述的锯齿形侧栅控制结构中，将栅极引线层制作在了碳纳米管阴极的侧面，并且呈现一种悬空态锯齿状。这样，一方面位于侧面的栅极引线层在能够使得碳纳米管阴极表面顶端产生强大电场强度的同时，还能够进一步缩小二者之间的距离，从而降低栅极结构的工作电压；另一方面锯齿型形状的栅极更容易将电场集中，从而迫使碳纳米管阴极发射出更多的电子。另外，位于碳纳米管阴极侧面的栅极结构还不会截留大量的电子，从而减小了栅极电流，有利于进一步提高整体器件的阳极工作电流。

此外，在所述的锯齿形侧栅控制结构中，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给出了锯齿形侧栅控制结构的纵向结构示意图；

图2给出了锯齿形侧栅控制结构的横向结构示意图；

图3给出了带有锯齿形侧栅控制结构的、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。

所述的一种锯齿形侧栅控制结构的平板显示器，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]，在阴极玻璃面板上有阴极导电层[6]、碳纳米管[10]以及锯齿形侧栅控制结构。

所述的锯齿形侧栅控制结构包括阴极玻璃面板[1]、绝缘层[2]、阴极引线层[3]、阴极增高层[4]、阴极覆盖层[5]、阴极导电层[6]、栅极绝缘层[7]、栅极引线层[8]、栅极覆盖层[9]和碳纳米管[10]部分。

所述的锯齿形侧栅控制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增高层；阴极增高层为一个圆柱体型形状，位于阴极引线层的上面；位于同一个阴极引线层上面的阴极增高层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极增高层上表面为一个平面，上表面上面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增高层的上表面，但是不能够覆盖住其它部位；阴极增高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增高层的侧面；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极绝缘层；栅极绝缘层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层和阴极导电层；栅极绝缘层的下表面为一个平面，覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层部分，上表面也为一个平面，和栅极引线层紧密接触；栅极绝缘层的高度不能够超过阴极增高层的高度；电子通道孔的内侧面为一个垂直于阴极玻璃面板的圆柱面；栅极绝缘层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层大部分都位于栅极绝缘层的上面，但是其前端部分向电子通道孔中心部位延伸，呈现悬空状态；栅极引线层前端悬空部分的侧面呈现一种锯齿型形状，齿尖朝向电子通道孔的中心部位方向；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，但是不能够覆盖住处于悬空状态的栅极引线层；碳纳米管制备在阴极导电层上面。

所述的锯齿形侧栅控制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、锡、铬；阴极增高层的掺杂类型可以为p型，也可以为n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、锡、钼、铬、铝。

一种带有锯齿形侧栅控制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：在绝缘层上面制备出一个金属钼层，刻蚀后形成阴极引线层；

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

5)阴极覆盖层[5]的制作：在阴极增高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：在阴极增高层的侧面上制备出一个金属钴层，刻蚀后形成阴极导电层；

7)栅极绝缘层[7]的制作：在绝缘层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极绝缘层；

8)栅极引线层[8]的制作：在栅极绝缘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)锯齿形侧栅控制结构的表面清洁处理：对锯齿形侧栅控制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[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；

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；阴极增高层为一个圆柱体型形状，位于阴极引线层的上面；位于同一个阴极引线层上面的阴极增高层是通过底部的阴极引线层而相互连通的。

所述步骤8具体为栅极绝缘层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层大部分都位于栅极绝缘层的上面，但是其前端部分向电子通道孔中心部位延伸，呈现悬空状态；栅极引线层前端悬空部分的侧面呈现一种锯齿型形状，齿尖朝向电子通道孔的中心部位方向。

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)

1.一种锯齿形侧栅控制结构的平板显示器，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阴极导电层[6]、碳纳米管[10]以及锯齿形侧栅控制结构；

所述的锯齿形侧栅控制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增高层；阴极增高层为一个圆柱体型形状，位于阴极引线层的上面；位于同一个阴极引线层上面的阴极增高层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极增高层上表面为一个平面，上表面上面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增高层的上表面，但是不能够覆盖住其它部位；阴极增高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增高层的侧面；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极绝缘层；栅极绝缘层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层和阴极导电层；栅极绝缘层的下表面为一个平面，覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层部分，上表面也为一个平面，和栅极引线层紧密接触；栅极绝缘层的高度不能够超过阴极增高层的高度；电子通道孔的内侧面为一个垂直于阴极玻璃面板的圆柱面；栅极绝缘层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层大部分都位于栅极绝缘层的上面，但是其前端部分向电子通道孔中心部位延伸，呈现悬空状态；栅极引线层前端悬空部分的侧面呈现一种锯齿型形状，齿尖朝向电子通道孔的中心部位方向；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，但是不能够覆盖住处于悬空状态的栅极引线层；碳纳米管制备在阴极导电层上面。

2.根据权利要求1所述的锯齿形侧栅控制结构的平板显示器，其特征在于：所述的锯齿形侧栅控制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、锡、铬之一；阴极增高层的掺杂类型为p型或n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、锡、钼、铬、铝之一。

3.一种如权利要求1所述的锯齿形侧栅控制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：在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；

5)阴极覆盖层[5]的制作：在阴极增高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：在阴极增高层的侧面上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

7)栅极绝缘层[7]的制作：在绝缘层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极绝缘层；

8)栅极引线层[8]的制作：在栅极绝缘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)锯齿形侧栅控制结构的表面清洁处理：对锯齿形侧栅控制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[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；

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所述的锯齿形侧栅控制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所述的锯齿形侧栅控制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所述的锯齿形侧栅控制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。