环栅控谷口型阴极结构的平板显示器及其制作工艺

摘要

本发明涉及一种环栅控谷口型阴极结构的平板显示器及其制作工艺，包括由阳极玻璃面板、阴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引线层、碳纳米管以及环栅控谷口型阴极结构；能够进一步提高整体器件的显示图像质量，降低栅极的工作电压；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。

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，涉及一种环栅控谷口型阴极结构的平板显示器及其制作工艺。

背景技术

碳纳米管场致发射显示器是一种新型的平板显示设备，被誉为未来理想的平面显示器。这种显示其具有高分辨率、高亮度、高发光效率、视角宽、工作温区大、薄型化以及色彩鲜艳清晰图像、响应速度快等良好的性能特点，可广泛应用于移动电话、平面壁挂电视、大屏幕显示屏、头盔式目视镜等各种信息显示设备领域，为信息化时代的经济发展和社会发展做出了重大的贡献。它将阴极射线管显示器的高图像质量，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，业已成为了新一代国际平板显示技术的发展方向。

在三极结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器件当中，栅极结构对于碳纳米管阴极的电子发射起着决定性的控制作用，而同时栅极结构的工作电压大小也是低压平板显示设备质量体系的重要技术指标之一。只有栅极结构的工作电压和目前常规的集成驱动电路电压相符合或相接近的情况下，才能够大幅度的降低总体器件的生产成本。而降低栅极结构的工作电压却是一项似乎难以克服的课题，在目前所研制的碳纳米管阴极场致发射显示器件当中，都存在着栅极电压居高不下的缺点。另外，为了进一步提高整体器件的显示亮度，还需要有更多的碳纳米管阴极进行电子发射，这一方面需要提高碳纳米管阴极的电子发射效率，使得碳纳米管阴极能够发射出更多的电子，另一方面需要增大碳纳米管阴极的电子发射面积。而目前对于这些问题还没有一个比较圆满的解决办法，还需要认真的加以思考和研究。

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、结构简单的环栅控谷口型阴极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，包括由阳极玻璃面板、阴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；在阴极玻璃面板上有栅极引线层、碳纳米管以及环栅控谷口型阴极结构；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构以及消气剂附属元件。

所述的环栅控谷口型阴极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；阴极玻璃面板上面的印刷的绝缘浆料层形成阻滞层；阻滞层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层上面的印刷的绝缘浆料层形成栅极增高层；栅极增高层的上下表面均为平面，下表面要覆盖住栅极引线层以及空余的阻滞层部分；栅极增高层中存在小圆孔，作为栅极延长线层的通道；栅极增高层中小圆孔内印刷的银浆层形成栅极延长线层；栅极延长线层和栅极引线层是相互连通的；栅极增高层上表面上的刻蚀后的金属层形成栅极管制层；栅极管制层和栅极延长线层是相互连通的；栅极管制层呈现圆环型形状，依附于栅极增高层的上表面上；栅极管制层上面的印刷的绝缘浆料层形成间隔层；间隔层的上下表面均为平面，下表面要覆盖住栅极管制层以及栅极增高层；间隔层中存在谷口型孔，即谷口型孔的底部呈现圆盘面型形状，要暴露出下面的栅极管制层上表面，而且底部圆盘面型形状位于圆环形栅极管制层的中间位置，二者的中心位置是重合的，且谷口型底部圆盘面的直径要小于圆环形栅极管制层的内直径；间隔层中谷口型孔在间隔层的上表面形成一个中空的圆面型形状，其直径与圆环型栅极管制层的外直径相同，从间隔层的上表面开始，其大部分侧面都形成一个斜面，但在斜面的中间部分存在一个向内凹进的三角型形状，三角型的底边位于谷口型孔的斜面上，其尖角指向栅极管制层；间隔层中谷口型孔呈现环形，坐落于圆环型栅极管制层的上面；间隔层中谷口型孔的内侧壁上的刻蚀后的金属层形成阴极过渡层；阴极过渡层布满谷口型孔的内侧壁；阴极过渡层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；间隔层上表面上的刻蚀后的金属层形成阴极引线层；阴极引线层、阴极过渡层以及阴极导电层都是相互连通的；阴极引线层上面的印刷的绝缘浆料层形成阴极覆盖层；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

所述的环栅控谷口型阴极结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上；栅极引线层可以为金属金、银、铝、钼、铬；栅极管制层可以为金属金、银、铜、铝、钼、铬、锡；阴极引线层的走向和栅极引线层的走向是相互垂直的；阴极引线层可以为金属金、银、铜、铝、钼、铬、锡、铅、铟；阴极过渡层可以为金属金、银、铜、铝、钼、铬、锡；阴极导电层可以为金属铁、钴、镍。

一种环栅控谷口型阴极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)阻滞层的制作：在阴极玻璃面板上印刷绝缘浆料层，经烘烤、烧结工艺后形成阻滞层；

3)栅极引线层的制作：在阻滞层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极引线层；

4)栅极增高层的制作：在栅极引线层的上面印刷绝缘浆料层，经烘烤、烧结工艺后形成栅极增高层；

5)栅极延长线层的制作：在栅极增高层小圆孔内印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成栅极延长线层；

6)栅极管制层的制作：在栅极增高层上表面上制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极管制层；

7)间隔层的制作：在栅极管制层的上面印刷绝缘浆料层，经烘烤、烧结工艺后形成间隔层；

8)阴极过渡层的制作：在间隔层中谷口型孔的内侧壁上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极过渡层；

9)阴极导电层的制作：在阴极过渡层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；

10)阴极引线层的制作：在间隔层上表面上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；

11)阴极覆盖层的制作：在阴极引线层的上面印刷绝缘浆料层，经烘烤、烧结工艺后形成阴极覆盖层；

12)环栅控谷口型阴极结构的表面清洁处理：对环栅控谷口型阴极结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

13)碳纳米管的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

14)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；

15)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；

16)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；

17)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；

18)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；

19)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16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17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19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，在所述的环栅控谷口型阴极结构中，将碳纳米管阴极制备在了呈现谷口型孔内侧壁上面的阴极导电层的上面。这样，改变了宏观碳纳米管阴极的形状，使其曲率变小，充分利用了碳纳米管阴极边缘位置能够发射大量电子的独特现象，提高了碳纳米管阴极的电子发射效率，同时也有助于进一步降低栅极结构的工作电压。增大了碳纳米管阴极的电子发射面积，有助于提高器件的显示亮度。将栅极结构和阴极结构高度集成到一起，有助于促进整体器件的高度集成化发展。

其次，在所述的环栅控谷口型阴极结构中，制作了侧平栅极结构。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大量的电子，体现了栅极结构的强有力控制功能。由于栅极结构位于碳纳米管阴极的旁侧，并且被间隔层所覆盖，因此不会对从碳纳米管阴极发射的电子束进行截留，减小了栅极电流。由于栅极结构呈现圆环型环绕在碳纳米管阴极的周围，能够均匀的将外界电压施加给碳纳米管阴极，确保整体器件发光的均匀性和稳定性。

此外，在所述的环栅控谷口型阴极结构中，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给出了环栅控谷口型阴极结构的纵向结构示意图；

图2给出了环栅控谷口型阴极结构的横向结构示意图；

图3给出了带有环栅控谷口型阴极结构的、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。

所述的一种带有环栅控谷口型阴极结构的平板显示器，包括由阳极玻璃面板[13]、阴极玻璃面板[1]和四周玻璃围框[18]所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层[14]以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层[16]；在阴极玻璃面板上有栅极引线层[3]、碳纳米管[12]以及环栅控谷口型阴极结构；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[17]以及消气剂[19]附属元件。

所述的环栅控谷口型阴极结构包括阴极玻璃面板[1]、阻滞层[2]、栅极引线层[3]、栅极增高层[4]、栅极延长线层[5]、栅极管制层[6]、间隔层[7]、阴极过渡层[8]、阴极导电层[9]、阴极引线层[10]、阴极覆盖层[11]和碳纳米管[12]部分。

所述的环栅控谷口型阴极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；阴极玻璃面板上面的印刷的绝缘浆料层形成阻滞层；阻滞层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层上面的印刷的绝缘浆料层形成栅极增高层；栅极增高层的上下表面均为平面，下表面要覆盖住栅极引线层以及空余的阻滞层部分；栅极增高层中存在小圆孔，作为栅极延长线层的通道；栅极增高层中小圆孔内印刷的银浆层形成栅极延长线层；栅极延长线层和栅极引线层是相互连通的；栅极增高层上表面上的刻蚀后的金属层形成栅极管制层；栅极管制层和栅极延长线层是相互连通的；栅极管制层呈现圆环型形状，依附于栅极增高层的上表面上；栅极管制层上面的印刷的绝缘浆料层形成间隔层；间隔层的上下表面均为平面，下表面要覆盖住栅极管制层以及栅极增高层；间隔层中存在谷口型孔，即谷口型孔的底部呈现圆盘面型形状，要暴露出下面的栅极管制层上表面，而且底部圆盘面型形状位于圆环形栅极管制层的中间位置，二者的中心位置是重合的，且谷口型底部圆盘面的直径要小于圆环形栅极管制层的内直径；间隔层中谷口型孔在间隔层的上表面形成一个中空的圆面型形状，其直径与圆环型栅极管制层的外直径相同，从间隔层的上表面开始，其大部分侧面都形成一个斜面，但在斜面的中间部分存在一个向内凹进的三角型形状，三角型的底边位于谷口型孔的斜面上，其尖角指向栅极管制层；间隔层中谷口型孔呈现环形，坐落于圆环型栅极管制层的上面；间隔层中谷口型孔的内侧壁上的刻蚀后的金属层形成阴极过渡层；阴极过渡层布满谷口型孔的内侧壁；阴极过渡层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；间隔层上表面上的刻蚀后的金属层形成阴极引线层；阴极引线层、阴极过渡层以及阴极导电层都是相互连通的；阴极引线层上面的印刷的绝缘浆料层形成阴极覆盖层；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。

所述的环栅控谷口型阴极结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上；栅极引线层可以为金属金、银、铝、钼、铬；栅极管制层可以为金属金、银、铜、铝、钼、铬、锡；阴极引线层的走向和栅极引线层的走向是相互垂直的；阴极引线层可以为金属金、银、铜、铝、钼、铬、锡、铅、铟；阴极过渡层可以为金属金、银、铜、铝、钼、铬、锡；阴极导电层可以为金属铁、钴、镍。

一种带有环栅控谷口型阴极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)阻滞层[2]的制作：在阴极玻璃面板上印刷绝缘浆料层，经烘烤、烧结工艺后形成阻滞层；

3)栅极引线层[3]的制作：在阻滞层的上面制备出一个金属铬层，刻蚀后形成栅极引线层；

4)栅极增高层[4]的制作：在栅极引线层的上面印刷绝缘浆料层，经烘烤、烧结工艺后形成栅极增高层；

5)栅极延长线层[5]的制作：在栅极增高层小圆孔内印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成栅极延长线层；

6)栅极管制层[6]的制作：在栅极增高层上表面上制备出一个金属铬层，刻蚀后形成栅极管制层；

7)间隔层[7]的制作：在栅极管制层的上面印刷绝缘浆料层，经烘烤、烧结工艺后形成间隔层；

8)阴极过渡层[8]的制作：在间隔层中谷口型孔的内侧壁上制备出一个金属钼层，刻蚀后形成阴极过渡层；

9)阴极导电层[9]的制作：在阴极过渡层的上面制备出一个金属钴层，刻蚀后形成阴极导电层；

10)阴极引线层[10]的制作：在间隔层上表面上制备出一个金属钼层，刻蚀后形成阴极引线层；

11)阴极覆盖层[11]的制作：在阴极引线层的上面印刷绝缘浆料层，经烘烤、烧结工艺后形成阴极覆盖层；

12)环栅控谷口型阴极结构的表面清洁处理：对环栅控谷口型阴极结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

13)碳纳米管[12]的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

14)碳纳米管的后处理：对碳纳米管进行后处理，改善场致发射特性；

15)阳极玻璃面板[13]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；

16)阳极导电层[14]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；

17)绝缘浆料层[15]的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；

18)荧光粉层[16]的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；

19)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[18]装配到一起，并将消气剂[19]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；

20)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17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18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20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。