CN100487849C - 横向阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种横向阴极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，在阴极玻璃面板上有栅极、碳纳米管阴极以及横向阴极发射结构；碳纳米管阴极是横向制备的，栅极处于碳纳米管阴极的侧向，控制着碳纳米管阴极的电子发射，能够进一步提高碳纳米管的电子发射效率，降低器件的工作电压，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

横向阴极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、电子科学与技术领域、真空科学与技术领域、集成电路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，特别涉及到一种横向阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺。

背景技术

显示器件是一种十分重要的人机交流界面，而随着信息技术的飞速发展，人们对于显示技术和显示器件也提出了越来越高、越来越严格的要求。碳纳米管具有小的尖端曲率半径，高的纵横比率，极高的机械强度，在外加电压的作用下能够发射出大量的电子，这早已引起了众多科研人员的高度重视。而利用碳纳米管作为阴极材料的场致发射平板显示器，具有高清晰度，高分辨率、高显示图像质量以及适用温区广等特点，实现了器件的真正平板化，使得显示器件变得更薄、更亮，将可能使得平板显示技术领域发生大变革。

在碳纳米管阴极的制备工艺中，大致可以分为两种方法，即直接生长法和移植法。直接生长法所制备的碳纳米管密度高，场致发射电流大，具有性能更加优良的场致发射特性，是移植法所无法比拟的，但受到衬底材料、生长温度等因素的制约，在使用方面受到一定限制。移植法的制备工艺简单，能够进行大面积的器件制作，不受衬底材料的限制，但所制备的碳纳米管的发射性能要差一些。在碳纳米管阴极发射大量电子的过程中，并不是所有的碳纳米管阴极都能够发射电子的，而是位于边缘位置的碳纳米管发射的电子多一些，位于内部位置的碳纳米管发射的电子要少一些，甚至在阴极的中央位置某些碳纳米管根本就不发射电子，这也就是较为独特的边缘能够发射大量电子的现象，在实际器件的制作过程中需要充分利用这种现象。

此外，在尽可能不影响碳纳米管阴极的场致发射能力的前提下，还需要进一步降低整体平板显示器件的制作成本；在能够进行大面积显示器件制作的同时，还需要使得器件制作过程免于复杂化，有利于进行商业化的大规模生产。

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、结构简单的带有横向阴极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：一种横向阴极发射结构的平板显示器，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，在阴极玻璃面板上有栅极、碳纳米管阴极以及横向阴极发射结构。

所述的横向阴极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金属层形成栅极引线层；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层要分为两部分，即栅极增高层和阴极增高层；栅极增高层位于栅极引线层的上面，阴极增高层位于栅极增高层的旁侧；栅极增高层和阴极增高层的高度是相同的；在栅极增高层的上面存在一个掺杂多晶硅层，刻蚀后的掺杂多晶硅层形成栅极层；栅极层覆盖在栅极增高层的上表面和侧面，并和底部的栅极引线层相接触；栅极层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极层，包括栅极层的顶部和侧面；阴极增高层的上面存在一个金属层，刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；在阴极导电层的前端悬空部分的上面存在另外一个金属层，刻蚀后的金属层形成催化剂层；阴极导电层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成阴极覆盖层；阴极覆盖层要覆盖住位于阴极增高层上面的全部阴极导电层，但不得覆盖住阴极导电层的前端悬空部分以及催化剂层；利用催化剂层制备碳纳米管。

所述的横向阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上，且栅极和阴极是集成到一起的，栅极位于阴极的侧向，控制着阴极的电子发射，栅极引线层为金属金、银、锡、铬、镍、钴、铝，栅极层的掺杂类型为p型或为n型，阴极导电层为金属金、银、锡、钼、铬，催化剂层为金属铁、钴、镍。

一种横向阴极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)栅极引线层的制作：在阴极玻璃面板上蒸镀上一层金属层，刻蚀后形成栅极引线层；

3)栅极增高层和阴极增高层的制作：在阴极玻璃面板的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后的二氧化硅层要分为两部分，即栅极增高层和阴极增高层；栅极增高层位于栅极引线层的上面，阴极增高层位于栅极增高层的旁侧；栅极增高层和阴极增高层的高度是相同的；

4)栅极层的制作：在栅极增高层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成栅极层；n型掺杂多晶硅层覆盖在栅极增高层的上表面和侧面，并和底部的栅极引线层相接触；

5)栅极覆盖层的制作：在栅极层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极层，包括栅极层的顶部和侧面；

6)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；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；

7)催化剂层的制作：在阴极导电层的前端悬空部分的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成催化剂层；

8)阴极覆盖层的制作：在阴极导电层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阴极覆盖层；刻蚀后的阴极覆盖层要覆盖住位于阴极增高层上面的全部阴极导电层，但不得覆盖住阴极导电层的前端悬空部分以及催化剂层；

9)横向阴极发射结构的表面清洁处理：对整体横向阴极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：利用催化剂层制备出碳纳米管；

11)阳极玻璃面板的制作：对整体平板玻璃进行划割，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[15]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，在所述的横向阴极发射结构中的碳纳米管阴极是横向放置的。当在栅极上施加适当电压以后，由于栅极和碳纳米管阴极之间的距离很近，栅极电压会在碳纳米管阴极的顶端形成强大的电场强度，迫使碳纳米管阴极发射出大量的电子；由于受到阳极高电压的影响，从碳纳米管阴极所发射的电子在飞向栅极的途中出现转折，转而以更高的速度飞向阳极，轰击荧光粉层而发出可见光。这样，就极大地减小了栅极电流，进一步提高了器件的显示亮度；

其次，在所述的横向阴极发射结构中的阴极导电层的前端部分悬空，这就为生长碳纳米管阴极留有余地；同时，通过控制阴极导电层悬空部分的长度，也可以对栅极和碳纳米管阴极之间的距离进行微调；

第三，在所述的横向阴极发射结构中在栅极层的上面制备了栅极覆盖层，一则避免其它杂质对栅极的影响，二则也使得栅极和碳纳米管阴极相互隔离开来，避免了二者之间短路现象的出现，提高了器件的制作成功率；

此外，在所述的横向阴极发射结构中，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。

附图说明

图1给出了横向阴极发射结构的纵向结构示意图；

图2给出了悬空部分阴极的结构示意图；

图3给出了横向阴极发射结构的横向结构示意图；

图4给出了带有横向阴极发射结构的、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。

所述的一种带有横向阴极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16所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层12以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层14；在阴极玻璃面板上有栅极4、碳纳米管10阴极以及横向阴极发射结构；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17。

所述的横向阴极发射结构包括阴极玻璃面板1、栅极引线层2、栅极增高层3、栅极层4、栅极覆盖层5、阴极增高层6、阴极导电层7、催化剂层8、阴极覆盖层9和碳纳米管10部分。

所述的横向阴极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1；阴极玻璃面板上的刻蚀后的金属层形成栅极引线层2；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层要分为两部分，即栅极增高层3和阴极增高层6；栅极增高层位于栅极引线层的上面，阴极增高层位于栅极增高层的旁侧；栅极增高层和阴极增高层的高度是相同的；在栅极增高层的上面存在一个掺杂多晶硅层，刻蚀后的掺杂多晶硅层形成栅极层4；栅极层覆盖在栅极增高层的上表面和侧面，并和底部的栅极引线层相接触；栅极层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层5；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极层，包括栅极层的顶部和侧面；阴极增高层的上面存在一个金属层，刻蚀后的金属层形成阴极导电层7；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；在阴极导电层的前端悬空部分的上面存在另外一个金属层，刻蚀后的金属层形成催化剂层8；阴极导电层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成阴极覆盖层9；阴极覆盖层要覆盖住位于阴极增高层上面的全部阴极导电层，但不得覆盖住阴极导电层的前端悬空部分以及催化剂层；利用催化剂层制备碳纳米管10。

所述的横向阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上，且栅极和阴极是集成到一起的，栅极位于阴极的侧向，控制着阴极的电子发射。栅极引线层可以为金属金、银、锡、铬、镍、钴、铝。栅极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金、银、锡、钼、铬。催化剂层可以为金属铁、钴、镍。

一种带有横向阴极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)栅极引线层2的制作：在阴极玻璃面板上蒸镀上一层铬层，刻蚀后形成栅极引线层；

3)栅极增高层3和阴极增高层6的制作：在阴极玻璃面板的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后的二氧化硅层要分为两部分，即栅极增高层和阴极增高层；栅极增高层位于栅极引线层的上面，阴极增高层位于栅极增高层的旁侧；栅极增高层和阴极增高层的高度是相同的；

4)栅极层4的制作：在栅极增高层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成栅极层；n型掺杂多晶硅层覆盖在栅极增高层的上表面和侧面，并和底部的栅极引线层相接触；

5)栅极覆盖层5的制作：在栅极层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极层，包括栅极层的顶部和侧面；

6)阴极导电层7的制作：在阴极增高层的上面制备出一个钼金属层，刻蚀后形成阴极导电层；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；

7)催化剂层8的制作：在阴极导电层的前端悬空部分的上面制备出一个镍层，刻蚀后形成催化剂层；

8)阴极覆盖层9的制作：在阴极导电层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阴极覆盖层；刻蚀后的阴极覆盖层要覆盖住位于阴极增高层上面的全部阴极导电层，但不得覆盖住阴极导电层的前端悬空部分以及催化剂层；

9)横向阴极发射结构的表面清洁处理：对整体横向阴极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：利用催化剂层制备出碳纳米管；

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15和四周玻璃围框16装配到一起，并将消气剂17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。

Claims (6)

1、一种横向阴极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[16]所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层[12]以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层[14]；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[17]，其特征在于：

在阴极玻璃面板上有栅极[4]、碳纳米管[10]阴极以及横向阴极发射结构；

所述的横向阴极发射结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面板[1]；阴极玻璃面板上的刻蚀后的金属层形成栅极引线层[2]；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层要分为两部分，即栅极增高层[3]和阴极增高层[6]；栅极增高层位于栅极引线层的上面，阴极增高层位于栅极增高层的旁侧；栅极增高层和阴极增高层的高度是相同的；在栅极增高层的上面存在一个掺杂多晶硅层，刻蚀后的掺杂多晶硅层形成栅极层[4]；栅极层覆盖在栅极增高层的上表面和侧面，并和底部的栅极引线层相接触；栅极层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层[5]；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极层，包括栅极层的顶部和侧面；阴极增高层的上面存在一个金属层，刻蚀后的金属层形成阴极导电层[7]；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；在阴极导电层的前端悬空部分的上面存在另外一个金属层，刻蚀后的金属层形成催化剂层[8]；阴极导电层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成阴极覆盖层[9]；阴极覆盖层要覆盖住位于阴极增高层上面的全部阴极导电层，但不得覆盖住阴极导电层的前端悬空部分以及催化剂层；利用催化剂层制备碳纳米管[10]。

2、根据权利要求1所述的横向阴极发射结构的平板显示器，其特征在于：所述的横向阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上，且栅极和阴极是集成到一起的，栅极位于阴极的侧向，控制着阴极的电子发射，栅极引线层为金属金、银、锡、铬、镍、钴、铝之一，栅极层的掺杂类型为p型或为n型，阴极导电层为金属金、银、锡、钼、铬之一，催化剂层为金属铁、钴、镍之一。

3、一种横向阴极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)栅极引线层[2]的制作：在阴极玻璃面板上蒸镀上一层金属层，刻蚀后形成栅极引线层；

3)栅极增高层[3]和阴极增高层[6]的制作：在阴极玻璃面板的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后的二氧化硅层要分为两部分，即栅极增高层和阴极增高层；栅极增高层位于栅极引线层的上面，阴极增高层位于栅极增高层的旁侧；栅极增高层和阴极增高层的高度是相同的；

4)栅极层[4]的制作：在栅极增高层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成栅极层；n型掺杂多晶硅层覆盖在栅极增高层的上表面和侧面，并和底部的栅极引线层相接触；

5)栅极覆盖层[6]的制作：在栅极层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极层，包括栅极层的顶部和侧面；

6)阴极导电层[7]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；阴极导电层大部分都位于阴极增高层的上面，但其前端为悬空状态，要超出部分阴极增高层；

7)催化剂层[8]的制作：在阴极导电层的前端悬空部分的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成催化剂层；

8)阴极覆盖层[9]的制作：在阴极导电层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成阴极覆盖层；刻蚀后的阴极覆盖层要覆盖住位于阴极增高层上面的全部阴极导电层，但不得覆盖住阴极导电层的前端悬空部分以及催化剂层；

9)横向阴极发射结构的表面清洁处理：对整体横向阴极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：利用催化剂层制备出碳纳米管；

11)阳极玻璃面板[11]的制作：对整体平板玻璃进行划割，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[15]和四周玻璃围框[16]装配到一起，并将消气剂[17]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所述的横向阴极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所述的横向阴极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所述的横向阴极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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