倒置盆地型阴极阵列发射结构的平板显示器及其制作工艺

摘要

本发明涉及一种倒置盆地型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、碳纳米管以及倒置盆地型阴极阵列发射结构；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电子发射面积和发射效率，增强栅极结构的控制功能，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。

说明书

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，特别涉及一种倒置盆地型阴极发射阵列结构的平板显示器及其制作工艺。

背景技术

显示技术是一门多学科相互交叉的综合技术，已经渗透到各个领域。碳纳米管具有小的尖端曲率半径，在外加电场强度的作用下，能够发射出大量的电子，形成冷场致发射现象。利用碳纳米管的这种独特性质，可以用来制造新一代的场致发射平板显示器。碳纳米管阴极的场致发射平板显示器以其特有的优点赢得了广泛的关注，它将阴极射线管显示器的高图像质量、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，已经成为了国际平板显示领域的研究热点。

为了降低总体器件成本，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平板显示器已经成为了一种必然的选择。三极结构场致发射显示器的发展离不开栅极结构的研究，它是场致发射显示器研制中的重要组成部分，直接控制着碳纳米管阴极是否能够进行电子发射。而决定碳纳米管阴极是否进行电子发射的主要决定因素就是在碳纳米管阴极表面顶端所形成的电场强度。一旦所施加的电压超过阈值电压，碳纳米管就会发射出大量的电子。其中，碳纳米管阴极的形状也对所形成的电场强度有着直接的影响作用，很显然，一方面更多的碳纳米管阴极参与发射电子，这是对进一步提高器件的显示亮度是有利的，这就需要进一步增大碳纳米管阴极的发射面积；另一方面，对碳纳米管阴极的形状进行改进，也能够在某种程度上进一步增强碳纳米管阴极表面顶端的电场强度，这对于进一步减小栅极的工作电压也是有利的。因此，在实际器件的制作过程中，需要认真的考虑这些因素。

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、结构简单的倒置盆地型阴极阵列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，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、碳纳米管以及倒置盆地型阴极阵列发射结构。

所述的倒置盆地型阴极阵列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；阴极玻璃面板上的刻蚀的二氧化硅层形成绝缘层；绝缘层上面的刻蚀的金属层形成阴极引线层；引线层上面的刻蚀的掺杂多晶硅层形成阴极升高层；阴极升高层呈现一种倒置盆地型形状，即中间的阴极升高层部分的高度最高，然后向两侧依次降低，且呈台阶式梯度变化，最低处和阴极引线层相连；阴极升高层的底面为一个圆型面，和阴极引线层紧密接触；阴极升高层上面的刻蚀的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极升高层的上表面；绝缘层上面的刻蚀的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在圆型孔，暴露出底部的阴极升高层和阴极导电层；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；隔离层中圆型孔的内侧壁是垂直于阴极玻璃面板的圆柱面；隔离层的高度要高于阴极升高层的高度；隔离层中圆型孔的内侧壁上的刻蚀的金属层形成调控栅极层；调控栅极层位于圆型孔内侧壁靠近隔离层上表面的位置，呈现圆环型形状附在内侧壁上，其圆环宽度与阴极升高层中单个台阶的高度相同；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层和调控栅极层是相互连通的；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型孔的内部延伸，呈现悬空状态；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栅极引线层的上表面内在；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

所述的倒置盆地型阴极阵列发射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、铜、钼、铬、锡；阴极升高层的掺杂类型为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；调控栅极层为金属金、银、钼、铬、铝。

一种倒置盆地型阴极阵列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)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)阴极升高层的制作：在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极升高层；

5)阴极导电层的制作：在阴极升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：在绝缘层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；

7)调控栅极层的制作：在隔离层中圆型孔的内侧壁上制备出一个金属层，刻蚀后形成调控栅极层；

8)栅极引线层的制作：在隔离层上表面上制备出一个金属层，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)倒置盆地型阴极阵列发射结构的表面清洁处理：对倒置盆地型阴极阵列发射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，在所述的倒置盆地型阴极阵列发射结构中，将碳纳米管制备在阴极升高层表面上的阴极导电层的上面，这样，极大的增加了碳纳米管阴极的场致发射电子面积，使得更多的碳纳米管阴极都参与了电子发射，有利于进一步提高器件的显示图像质量。同时，多台阶状的阴极升高层也变化了碳纳米管阴极的形状，充分发挥了碳纳米管阴极边缘位置能够发射大量电子的特有现象，能够充分提高碳纳米管阴极的电子发射效率和发射数量，有利于提高器件的显示亮度。

其次，再所述的倒置盆地型阴极阵列发射结构中，对栅极结构也作了改进变化，呈现悬空状态的栅极引线层以及侧壁调控栅极层能够同时对碳纳米管阴极施加强大的电场强度，迫使碳纳米管阴极发射出更多的电子。同时结合利用了高栅结构控制作用强以及侧栅结构栅极电流小的优势，分别从顶面和侧面对碳纳米管施加电压，能够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，在所述的倒置盆地型阴极阵列发射结构中，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，有利于进行商业化的大规模生产。

附图说明

图1给出了倒置盆地型阴极阵列发射结构的纵向结构示意图；

图2给出了倒置盆地型阴极阵列发射结构的横向结构示意图；

图3给出了带有倒置盆地型阴极阵列发射结构的、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。

所述的一种带有倒置盆地型阴极阵列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[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[5]、碳纳米管[10]以及倒置盆地型阴极阵列发射结构。

所述的倒置盆地型阴极阵列发射结构包括阴极玻璃面板[1]、绝缘层[2]、阴极引线层[3]、阴极升高层[4]、阴极导电层[5]、隔离层[6]、调控栅极层[7]、栅极引线层[8]、栅极覆盖层[9]和碳纳米管[10]部分。

所述的倒置盆地型阴极阵列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；阴极玻璃面板上的刻蚀的二氧化硅层形成绝缘层；绝缘层上面的刻蚀的金属层形成阴极引线层；引线层上面的刻蚀的掺杂多晶硅层形成阴极升高层；阴极升高层呈现一种倒置盆地型形状，即中间的阴极升高层部分的高度最高，然后向两侧依次降低，且呈台阶式梯度变化，最低处和阴极引线层相连；阴极升高层的底面为一个圆型面，和阴极引线层紧密接触；阴极升高层上面的刻蚀的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极升高层的上表面；绝缘层上面的刻蚀的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在圆型孔，暴露出底部的阴极升高层和阴极导电层；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；隔离层中圆型孔的内侧壁是垂直于阴极玻璃面板的圆柱面；隔离层的高度要高于阴极升高层的高度；隔离层中圆型孔的内侧壁上的刻蚀的金属层形成调控栅极层；调控栅极层位于圆型孔内侧壁靠近隔离层上表面的位置，呈现圆环型形状附在内侧壁上，其圆环宽度与阴极升高层中单个台阶的高度相同；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层和调控栅极层是相互连通的；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型孔的内部延伸，呈现悬空状态；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栅极引线层的上表面内在；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

所述的倒置盆地型阴极阵列发射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、铜、钼、铬、锡；阴极升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；调控栅极层可以为金属金、银、钼、铬、铝。

一种带有倒置盆地型阴极阵列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)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)阴极升高层[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，刻蚀后形成阴极升高层；

5)阴极导电层[5]的制作：在阴极升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：在绝缘层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；

7)调控栅极层[7]的制作：在隔离层中圆型孔的内侧壁上制备出一个金属铬层，刻蚀后形成调控栅极层；

8)栅极引线层[8]的制作：在隔离层上表面上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)倒置盆地型阴极阵列发射结构的表面清洁处理：对倒置盆地型阴极阵列发射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。