斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的发光显示器的制作方法

本发明属于微电子科学与技术领域、集成电路科学与技术领域、纳米科学与技术领域、显示技术领域、光电子科学与技术领域以及真空科学与技术领域的相互交叉领域，涉及到平面场发射发光显示器的制作，具体涉及到碳纳米管阴极的平面场发射发光显示器的制作，特别涉及到一种斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的发光显示器及其制作工艺。

背景技术：

利用碳纳米管作为阴极的场发射发光显示器是近些年来新兴起的一种平面显示设备，其以高质量的显示图像、快速的响应时间、更广的使用温区等特性而吸引了众多科研人员的关注。在三极结构的场发射发光显示器中，门极被添加于阳极和阴极之间；由于门极-阴极之间的距离很近，较小的门极工作电压就能够达到碳纳米管发射电子所需的电场强度，从而迫使碳纳米管发射出大量电子。故而，门极和碳纳米管阴极是场发射发光显示器中的关键元件。

在三极结构的场发射发光显示器中，面临着众多的、有待解决的技术难题。诸如，其一，门极对碳纳米管阴极的控制能力问题。在许多场发射发光显示器中，受到门极制作结构、阴极制作工艺等因素影响，门极已经对碳纳米管的电子发射失去了调控能力，或者调控性能显著减弱。其二，能够进行有效电子发射的碳纳米管数量急剧降低。这是由于多方面因素造成的，有可能是由于不合理的门极-阴极制作结构方面的原因，也有可能是受碳纳米管制作工艺影响而使得碳纳米管被大量埋没方面的原因，更有可能是碳纳米管阴极制作面积过小而导致碳纳米管数量严重不足方面的原因。其三，阳极工作电流过小。这主要是由于碳纳米管发射能力下降所形成的。其它方面，如门极工作电压过高、门极电流过大，阳极工作电流过小、发光显示器的制作工艺过于复杂而导致整体发光显示器的制作成本过高，等等。这些技术难题的无法解决，严重阻碍了碳纳米管阴极场发射发光显示器在平面显示领域的向前发展。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于克服上述发光显示器中存在的缺陷和不足，提供一种制作工艺简单的、制作成本低廉的、显示器发光亮度高的、制作结构稳定可靠的斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的发光显示器及其制作工艺。

技术方案：本发明的斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的发光显示器，包括真空室及位于真空室内的消气剂和支撑绝缘柱附属元件，所述真空室由上密封玻璃板、下密封玻璃板和透明玻璃框所构成，在上密封玻璃板上有阳极膜导电层、荧光粉层和阳极外电极线层，所述荧光粉层制作在阳极膜导电层上面的荧光粉层，所述阳极外电极线层与阳极膜导电层相连；在下密封玻璃板上有斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构。

具体地，所述斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的衬底为下密封玻璃板；下密封玻璃板上的印刷的绝缘浆料层形成半透明遮掩层；半透明遮掩层上的印刷的银浆层形成阴极外电极线层；阴极外电极线层上的印刷的绝缘浆料层形成阴极绝缘底层；阴极绝缘底层呈现斜多边齿轮角形状，即阴极绝缘底层的下表面为平面，位于阴极外电极线层上；阴极绝缘底层的上表面为向内凹陷的曲面，即远离阴极绝缘底层中心垂直轴线的阴极绝缘底层高度高而靠近阴极绝缘底层中心垂直轴线的阴极绝缘底层高度低，且阴极绝缘底层上表面面积小于阴极绝缘底层下表面面积；阴极绝缘底层的外侧面为倾斜齿轮面，存在有向外凸起的齿轮角，齿轮角的外侧面为平面，靠近阴极绝缘底层上表面的外侧面向阴极绝缘底层中心垂直轴线倾斜；阴极绝缘底层中存在四方形孔，阴极绝缘底层四方形孔中印刷的银浆层形成阴极绝缘底层引线层；阴极绝缘底层引线层和阴极外电极线层是相互连通的；阴极绝缘底层上印刷的绝缘浆料层形成阴极绝缘顶层；阴极绝缘顶层为直立七棱柱体，即阴极绝缘顶层的上表面为平面，阴极绝缘顶层的外侧面为向外凸起的七棱柱体面；阴极绝缘顶层位于阴极绝缘底层上表面上，且阴极绝缘顶层的中心垂直轴线和阴极绝缘底层的中心垂直轴线相互重合；阴极绝缘顶层中存在四方形孔，阴极绝缘顶层四方形孔中的印刷的银浆层形成阴极绝缘顶层引线层；阴极绝缘顶层引线层和阴极绝缘底层引线层是相互连通的；阴极绝缘底层外侧面上的刻蚀的金属层形成阴极底电极条层；阴极底电极条层呈现条状，位于齿轮形阴极绝缘底层的齿轮角外侧面上，阴极绝缘底层的相邻齿轮角外侧面之间不存在阴极底电极条层，相邻阴极底电极条层是相互分开的；阴极底电极条层和阴极外电极线层是相互连通的；阴极绝缘顶层上的刻蚀的金属层形成阴极顶电极面层；阴极顶电极面层布满阴极绝缘顶层的上表面，阴极顶电极面层和阴极绝缘顶层引线层相互连通；半透明遮掩层上的印刷的绝缘浆料层形成门极绝缘下层；门极绝缘下层中存在圆形孔，圆形孔中暴露出阴极绝缘底层、阴极绝缘顶层、阴极底电极条层和阴极顶电极面层；门极绝缘下层圆形孔的内侧面为圆筒面；门极绝缘下层的下表面为平面，位于半透明遮掩层上，门极绝缘下层的上表面为正向弯弧形状，靠近门极绝缘下层圆形孔部分的门极绝缘下层高度高而远离门极绝缘下层圆形孔部分的门极绝缘下层高度低；门极绝缘下层上的印刷的银浆层形成门极下电极层；门极下电极层上的印刷的绝缘浆料层形成门极绝缘中层；门极绝缘中层覆盖于门极下电极层上，门极绝缘中层的上表面为正向缓弯弧形状，靠近门极绝缘中层圆形孔部分的门极绝缘中层高度高而远离门极绝缘中层圆形孔部分的门极绝缘中层高度低，且门极绝缘中层上表面弯弧半径比门极绝缘下层上表面弯弧半径大；门极绝缘中层上的印刷的银浆层形成门极上电极层；半透明遮掩层上的印刷的银浆层形成门极外电极线层；门极外电极线层、门极下电极层和门极上电极层是相互连通的；门极上电极层上的印刷的绝缘浆料层形成门极绝缘上层；碳纳米管层制备在阴极底电极条层和阴极顶电极面层上。

具体地，所述斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的固定位置为下密封玻璃板；阴极底电极条层为金属银、镍、钼、钴或铬；阴极顶电极面层为金属银、镍、钼、钴或铬。

具体地，所述下密封玻璃板的材料为硼硅玻璃或钠钙玻璃。

本发明同时提供上述斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的发光显示器的制作工艺，包括以下步骤：

1)下密封玻璃板的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成下密封玻璃板；

2)半透明遮掩层的制作：在下密封玻璃板上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成半透明遮掩层；

3)阴极外电极线层的制作：在半透明遮掩层上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极外电极线层；

4)阴极绝缘底层的制作：在阴极外电极线层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成阴极绝缘底层；

5)阴极绝缘底层引线层的制作：在阴极绝缘底层四方形孔内印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极绝缘底层引线层；

6)阴极绝缘顶层的制作：在阴极绝缘底层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成阴极绝缘顶层；

7)阴极绝缘顶层引线层的制作：在阴极绝缘顶层四方形孔内印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极绝缘顶层引线层；

8)阴极底电极条层的制作：在阴极绝缘底层外侧面上制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极底电极条层；

9)阴极顶电极面层的制作：在阴极绝缘顶层上表面上制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极顶电极面层；

10)门极绝缘下层的制作：在半透明遮掩层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极绝缘下层；

11)门极下电极层的制作：在门极绝缘下层的上表面印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极下电极层；

12)门极绝缘中层的制作：在门极下电极层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极绝缘中层；

13)门极上电极层的制作：在门极绝缘中层上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极上电极层；

14)门极外电极线层的制作：在半透明遮掩层上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极外电极线层；

15)门极绝缘上层的制作：在门极上电极层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极绝缘上层；

16)斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的清洁：对斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

17)碳纳米管层的制作：将碳纳米管印刷的阴极底电极条层和阴极顶电极面层上，形成碳纳米管层；

18)碳纳米管层的处理：对碳纳米管层进行后处理，改善其场发射特性；

19)上密封玻璃板的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成上密封玻璃板；

20)阳极膜导电层的制作：对覆盖于上密封玻璃板表面的锡铟氧化物膜层进行刻蚀，形成阳极膜导电层；

21)阳极外电极线层的制作：在上密封玻璃板上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阳极外电极线层；

22)荧光粉层的制作：在阳极膜导电层上印刷荧光粉，经烘烤工艺后形成荧光粉层；

23)显示器器件装配：将消气剂安装于上密封玻璃板的非显示区域；然后，将上密封玻璃板、下密封玻璃板、透明玻璃框和支撑绝缘柱装配到一起，用夹子固定；

24)显示器器件封装：对已装配的显示器器件进行封装工艺形成成品件。

具体地，所述步骤21中，在上密封玻璃板的非显示区域印刷银浆，经过烘烤之后，最高烘烤温度：180℃，最高烘烤温度保持时间：8分钟；放置在烧结炉中进行烧结，最高烧结温度：525℃，最高烧结温度保持时间：8分钟。

具体地，所述步骤22中，在上密封玻璃板的阳极膜导电层上印刷荧光粉，然后放置在烘箱中进行烘烤，最高烘烤温度为120℃，最高烘烤温度保持时间：10分钟。

具体地，所述步骤24中，将显示器器件放入烘箱中进行烘烤；放入烧结炉中进行烧结；在排气台上进行器件排气、封离；在烤消机上对消气剂进行烤消，最后加装管脚形成成品件。

有益效果：本发明具有如下显著的进步：

首先，在所述的斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构中，制作了斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极。在倾斜的阴极绝缘底层的齿轮角外侧面上以及直立七棱柱的上表面上，都制备了碳纳米管层，这样，显著增大了碳纳米管层的制作面积。当在门极上施加适当工作电压后，所制备的碳纳米管均会参与场电子发射。参与电子发射的碳纳米管数量增多了，就意味着阳极工作电流增大了，这对进一步改善发光显示器的发光亮度和发光强度等都是明显有帮助的。

其次，在所述的斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构中，碳纳米管层制备在了阴极底电极条层和阴极顶电极面层上。由于阴极底电极条层仅位于阴极绝缘底层齿轮角的倾斜外侧面上，可以看到，阴极底电极条层就存在着大量的边缘部分；同样，由于阴极顶电极面层位于阴极绝缘顶层的上表面，可以看到，阴极顶电极面层也存在着大量的边缘部分。在阴极底电极条层和阴极顶电极面层的边缘部分，受曲率变化影响，该处的电场强度会显著增强，从而迫使该处的碳纳米管能够发射出更多的电子。很显然，在斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构中，由于有更多的边缘部分，这对于进一步增强碳纳米管的场电子发射是显著有益的。

第三，在所述的斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构中，制作了双弯弧门控结构。当在门极上施加适当工作电压后，碳纳米管会发射大量电子，且其发射电子的数量多少受到门极工作电压大小的调控。制作了门极下电极层和门极上电极层，这样能够进一步增强对碳纳米管层的控制性能，使得更多的碳纳米管同时进行场电子发射。另一方面，由于门极下电极层和门极上电极层同时与门极外电极线层是相互连通的，这样，即使某一个电极层受损而失效时，另一个电极层能够继续正常工作，这就极大增加了整体发光显示器的制作成功率。

此外，在所述斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的制作过程中，并没有采用特殊的制作工艺，故而能够极大减小整体碳纳米管阴极发光显示器的制作成本。

附图说明

图1给出了斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的纵向结构示意图。

图2给出了斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的横向结构示意图。

图3给出了斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的发光显示器的结构示意图。

图中：下密封玻璃板1、半透明遮掩层2、阴极外电极线层3、阴极绝缘底层4、阴极绝缘底层引线层5、阴极绝缘顶层6、阴极绝缘顶层引线层7、阴极底电极条层8、阴极顶电极面层9、门极绝缘下层10、门极下电极层11、门极绝缘中层12、门极上电极层13、门极外电极线层14、门极绝缘上层15、碳纳米管层16、上密封玻璃板17、阳极膜导电层18、阳极外电极线层19、荧光粉层20、消气剂21、透明玻璃框22、支撑绝缘柱23。

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本实施例。

本实施例的斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的发光显示器如图1、图2和图3所示，包括由上密封玻璃板17、下密封玻璃板1和透明玻璃框22所构成的真空室；在上密封玻璃板17上有阳极膜导电层18、制作在阳极膜导电层18上面的荧光粉层20以及与阳极膜导电层18相连的阳极外电极线层19；在下密封玻璃板1上有斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构；位于真空室内的消气剂21和支撑绝缘柱23附属元件。

斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构包括下密封玻璃板1、半透明遮掩层2、阴极外电极线层3、阴极绝缘底层4、阴极绝缘底层引线层5、阴极绝缘顶层6、阴极绝缘顶层引线层7、阴极底电极条层8、阴极顶电极面层9、门极绝缘下层10、门极下电极层11、门极绝缘中层12、门极上电极层13、门极外电极线层14、门极绝缘上层15和碳纳米管层16。

斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的衬底材料为玻璃，可以为钠钙玻璃、硼硅玻璃，也就是下密封玻璃板1；下密封玻璃板1上的印刷的绝缘浆料层形成半透明遮掩层2；半透明遮掩层2上的印刷的银浆层形成阴极外电极线层3；阴极外电极线层3上的印刷的绝缘浆料层形成阴极绝缘底层4；阴极绝缘底层4呈现斜多边齿轮角形状，即阴极绝缘底层4的下表面为平面，位于阴极外电极线层3上；阴极绝缘底层4的上表面为向内凹陷的曲面，即远离阴极绝缘底层4中心垂直轴线的阴极绝缘底层4高度高而靠近阴极绝缘底层4中心垂直轴线的阴极绝缘底层4高度低，且阴极绝缘底层4上表面面积小于阴极绝缘底层4下表面面积；阴极绝缘底层4的外侧面为倾斜齿轮面，存在有向外凸起的齿轮角，齿轮角的外侧面为平面，靠近阴极绝缘底层4上表面的外侧面向阴极绝缘底层4中心垂直轴线倾斜；阴极绝缘底层4中存在四方形孔，阴极绝缘底层4四方形孔中印刷的银浆层形成阴极绝缘底层引线层5；阴极绝缘底层引线层5和阴极外电极线层3是相互连通的；阴极绝缘底层4上印刷的绝缘浆料层形成阴极绝缘顶层6；阴极绝缘顶层6为直立七棱柱体，即阴极绝缘顶层6的上表面为平面，阴极绝缘顶层6的外侧面为向外凸起的七棱柱体面；阴极绝缘顶层6位于阴极绝缘底层4上表面上，且阴极绝缘顶层6的中心垂直轴线和阴极绝缘底层4的中心垂直轴线相互重合；阴极绝缘顶层6中存在四方形孔，阴极绝缘顶层6四方形孔中的印刷的银浆层形成阴极绝缘顶层引线层7；阴极绝缘顶层引线层7和阴极绝缘底层引线层5是相互连通的；阴极绝缘底层4外侧面上的刻蚀的金属层形成阴极底电极条层8；阴极底电极条层8呈现条状，位于齿轮形阴极绝缘底层4的齿轮角外侧面上，阴极绝缘底层4的相邻齿轮角外侧面之间不存在阴极底电极条层8，相邻阴极底电极条层8是相互分开的；阴极底电极条层8和阴极外电极线层3是相互连通的；阴极绝缘顶层6上的刻蚀的金属层形成阴极顶电极面层9；阴极顶电极面层9布满阴极绝缘顶层6的上表面，阴极顶电极面层9和阴极绝缘顶层引线层7相互连通；半透明遮掩层2上的印刷的绝缘浆料层形成门极绝缘下层10；门极绝缘下层10中存在圆形孔，圆形孔中暴露出阴极绝缘底层4、阴极绝缘顶层6、阴极底电极条层8和阴极顶电极面层9；门极绝缘下层10圆形孔的内侧面为圆筒面；门极绝缘下层10的下表面为平面，位于半透明遮掩层2上，门极绝缘下层10的上表面为正向弯弧形状，靠近门极绝缘下层圆形孔部分的门极绝缘下层10高度高，而远离门极绝缘下层圆形孔部分的门极绝缘下层10高度低；门极绝缘下层10上的印刷的银浆层形成门极下电极层11；门极下电极层11上的印刷的绝缘浆料层形成门极绝缘中层12；门极绝缘中层12覆盖于门极下电极层11上，门极绝缘中层12的上表面为正向缓弯弧形状，靠近门极绝缘中层圆形孔部分的门极绝缘中层12高度高而远离门极绝缘中层圆形孔部分的门极绝缘中层12高度低，且门极绝缘中层12上表面弯弧半径比门极绝缘下层10上表面弯弧半径大；门极绝缘中层12上的印刷的银浆层形成门极上电极层13；半透明遮掩层2上的印刷的银浆层形成门极外电极线层14；门极外电极线层14、门极下电极层11和门极上电极层13是相互连通的；门极上电极层13上的印刷的绝缘浆料层形成门极绝缘上层15；碳纳米管层16制备在阴极底电极条层8和阴极顶电极面层9上。

所述的斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的固定位置为下密封玻璃板1；阴极底电极条层8可以为金属银、镍、钼、钴、铬；阴极顶电极面层9可以为金属银、镍、钼、钴、铬。

所述的斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的发光显示器的制作工艺，其制作工艺如下：

1)下密封玻璃板1的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成下密封玻璃板1；

2)半透明遮掩层2的制作：在下密封玻璃板1上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成半透明遮掩层2；

3)阴极外电极线层3的制作：在半透明遮掩层2上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极外电极线层3；

4)阴极绝缘底层4的制作：在阴极外电极线层3上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成阴极绝缘底层4；

5)阴极绝缘底层引线层5的制作：在阴极绝缘底层4四方形孔内印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极绝缘底层引线层5；

6)阴极绝缘顶层6的制作：在阴极绝缘底层4上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成阴极绝缘顶层6；

7)阴极绝缘顶层引线层7的制作：在阴极绝缘顶层6四方形孔内印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极绝缘顶层引线层7；

8)阴极底电极条层8的制作：在阴极绝缘底层4外侧面上制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极底电极条层8；

9)阴极顶电极面层9的制作：在阴极绝缘顶层6上表面上制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极顶电极面层9；

10)门极绝缘下层10的制作：在半透明遮掩层2上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极绝缘下层10；

11)门极下电极层11的制作：在门极绝缘下层10的上表面印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极下电极层11；

12)门极绝缘中层12的制作：在门极下电极层11上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极绝缘中层12；

13)门极上电极层13的制作：在门极绝缘中层12上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极上电极层13；

14)门极外电极线层14的制作：在半透明遮掩层2上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极外电极线层14；

15)门极绝缘上层15的制作：在门极上电极层13上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极绝缘上层15；

16)斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的清洁：对斜多边齿轮角直立七棱柱复合阴极双弯弧门控结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

17)碳纳米管层16的制作：将碳纳米管印刷的阴极底电极条层8和阴极顶电极面层9上，形成碳纳米管层16；

18)碳纳米管层16的处理：对碳纳米管层16进行后处理，改善其场发射特性；

19)上密封玻璃板17的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成上密封玻璃板17；

20)阳极膜导电层18的制作：对覆盖于上密封玻璃板17表面的锡铟氧化物膜层进行刻蚀，形成阳极膜导电层18；

21)阳极外电极线层19的制作：在上密封玻璃板17上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阳极外电极线层19，具体是在上密封玻璃板17的非显示区域印刷银浆，经过烘烤(最高烘烤温度：180℃，最高烘烤温度保持时间：8分钟)之后，放置在烧结炉中进行烧结(最高烧结温度：525℃，最高烧结温度保持时间：8分钟)；

22)荧光粉层20的制作：在阳极膜导电层18上印刷荧光粉，经烘烤工艺后形成荧光粉层20；具体是在上密封玻璃板17的阳极膜导电层18上印刷荧光粉，然后放置在烘箱中进行烘烤(最高烘烤温度为120℃，最高烘烤温度保持时间：10分钟)；

23)显示器器件装配：将消气剂21安装于上密封玻璃板17的非显示区域；然后，将上密封玻璃板17、下密封玻璃板1、透明玻璃框22和支撑绝缘柱23装配到一起，用夹子固定；

24)显示器器件封装：对已装配的显示器器件进行封装工艺形成成品件，具体是将显示器器件放入烘箱中进行烘烤；放入烧结炉中进行烧结；在排气台上进行器件排气、封离；在烤消机上对消气剂21进行烤消，最后加装管脚形成成品件。