专利名称：桥栅结构的三极场致发射显示器及其制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于真空科学技术、微电子技术、平面显示技术以及纳米科学技术的相互交叉领域，涉及到场致发射平板显示器的器件制作，具体涉及到碳纳米管阴极的三极结构场致发射显示器的器件制作方面的内容，特别涉及到带有桥栅结构的、碳纳米管阴极的、三极结构的场致发射平面显示器件的制作工艺。
背景技术：
碳纳米管是一种特殊的阴极材料，能够仅仅在外界电压的作用下发射大量的电子，形成场致发射电子，这是由于其特殊的形状而决定的。对于利用碳纳米管作为阴极材料的场致发射平板显示器件来说，为了能够最大程度的降低生产成本，降低整体器件的工作电压，以便于和常规的集成电路相结合，制作三极结构的场致发射平面显示器件是一个必然的选择。
由于控制栅极和碳纳米管阴极之间的距离很近，因此在控制栅极上施加相对比较低的电压，就容易在碳纳米管阴极的顶端形成强大的电场强度。显然，栅极结构在控制着碳纳米管电子发射方面占有重要的地位。在以往的栅极结构中，栅极条位于碳纳米管阴极的正上方，并且在栅极条上预留电子通道孔，以便于从碳纳米管阴极发射的电子顺利通过电子通道孔向阳极运动。而所制作的栅极条都是平面型结构的，没有充分的结合碳纳米管尖端的特点，使得碳纳米管场致发射电子的能力大打折扣；从碳纳米管发射电子的角度来说，其顶端的电场强度最大，发射电子的数量也最大，但是受到实际工艺的影响，所制作的碳纳米管阴极并不都是直立的，而是朝向各个方向的都有，这就更进一步削弱了栅极的控制作用。即使对于直立的碳纳米管阴极来说，其顶端稍下部分的两侧也能够发射大量的电子，而由于受到平面型栅极条的限制，并不能够充分利用这一部分的电子发射。这些都是其不利之处。而实际上，无论是从理论模拟的结果来分析，还是从实际器件演示的结论来看，其能够大量发射电子的部位恰恰是碳纳米管阴极的边沿部分，这里的碳纳米管顶端曲率半径最大，所发射的电子也最多。如果能够充分利用碳纳米管阴极的这一特点，那么无疑将极大的增强碳纳米管发射电子的能力，提高显示器件的场致发射性能。
此外，还需要进一步降低整体平板显示器件的制作成本，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。目前，各制作企业或者研究机构用来制作控制栅极的材料各不相同，但大多都使用了专用的特殊制作材料，同时也使用了特殊的制作工艺，这就带来了一系列的问题，如器件制作成本高；制作过程复杂；制作工艺条件要求过于苛刻，无法进行大面积制作等等。
发明内容
本发明的目的在于克服上述场致发射显示器中存在的缺点而提供一种带有桥栅结构的、制作过程稳定可靠、结构简单、成品率高、成本低廉的三极碳纳米管场致发射平面显示器及其制作工艺。
本发明主要包括由阴极面板、阳极面板和玻璃围框构成的密封真空腔，在阴极面板上有印刷的碳纳米管阴极以及控制碳纳米管电子发射的桥栅结构控制栅极，在阳极面板上有光刻的锡铟氧化物薄膜层以及制备在锡铟氧化物薄膜层上面的荧光粉层，在阴极面板上制作有桥栅结构，用于控制碳纳米管阴极的电子发射，提高了碳纳米管发射电子的能力，改善了显示器件的场致发射性能。桥栅结构的固定位置为安装固定在阴极面板上；桥栅结构的控制栅极位于碳纳米管阴极的上面部位，用于控制碳纳米管阴极的电子发射；桥栅结构的衬底材料为大型、具有相当良好的耐热性和可操作性、成本低廉的高性能绝缘材料；桥栅结构中的衬底材料为玻璃，如钠钙玻璃，硼硅玻璃；桥栅结构中的碳纳米管阴极导电条可以为锡铟氧化物薄膜导电层，也可以为银浆条，也可以为铬、镍、金、铝金属；碳纳米管阴极导电条是结合光刻工艺完成的；桥栅结构中的绝缘隔离层为聚酰亚胺薄膜层，是结合旋转涂敷工艺完成的；桥栅结构中需要对聚酰亚胺薄膜层进行两次刻蚀，是结合反应离子刻蚀方法完成的；桥栅结构中聚酰亚胺层的深刻蚀过程将碳纳米管阴极孔的中间部分完全刻蚀掉，暴露出底部的碳纳米管阴极导电条；桥栅结构中的浅刻蚀过程是对碳纳米管阴极孔周围的外部部分进行浅刻蚀，碳纳米管阴极孔沿不进行刻蚀，远离碳纳米管阴极孔沿的部分进行刻蚀，越远离碳纳米管阴极孔的位置，刻蚀的程度越比较大，形成一个碳纳米管阴极孔孔沿高，向外四周呈坡度下降的锥形体；桥栅结构中是在绝缘隔离层的上面制备出铝膜层来作为控制栅极导电条的，是结合电子束蒸发工艺完成的；桥栅结构中的控制栅极导电条图案的形成是结合光刻工艺完成的；桥栅结构中的控制栅极导电条和碳纳米管阴极导电条的走向是相互垂直的；桥栅结构由衬底材料玻璃、碳纳米管阴极导电条、绝缘隔离层、控制栅极导电条构成。
本发明中的桥栅结构采用如下的工艺进行制作1)衬底材料玻璃[1]的准备对整体衬底材料玻璃进行划片，2)锡铟氧化物薄膜层的制作在衬底材料玻璃[1]上蒸镀上一层锡铟氧化物薄膜层，3)碳纳米管阴极导电条[2]的制作对蒸镀的锡铟氧化物薄膜层进行光刻，形成碳纳米管阴极导电条[2]，4)绝缘层的制作在衬底材料玻璃[1]上制备出聚酰亚胺薄膜层，作为碳纳米管阴极和控制栅极导电条之间的绝缘层，固化温度为375℃，
5)绝缘隔离层[3]的制作对制备的聚酰亚胺薄膜层进行刻蚀，刻蚀的过程分为两个部分第一部分，对制备的聚酰亚胺层进行深刻蚀，要将图案的阴极区域完全刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔，使底部的碳纳米管阴极导电条—锡铟氧化物薄膜条—完全暴露出来，以便于为后续的碳纳米管阴极制备和后处理工艺作准备；第二部分，对位于碳纳米管阴极孔周围的外部部分进行浅刻蚀，碳纳米管阴极孔沿不进行刻蚀，远离碳纳米管阴极孔沿的部分进行刻蚀，越远离碳纳米管阴极孔的位置，刻蚀的程度越比较大，形成一个碳纳米管阴极孔孔沿高，向外四周呈坡度下降的锥形体。这样就构成了桥栅结构的绝缘隔离层[3]，6)控制栅极导电条[4]的制作在绝缘隔离层[3]的上面制备出铝膜层；再利用常规的光刻工艺，将制备的铝膜层光刻形成控制栅极导电条。其中，控制栅极导电条和碳纳米管阴极导电条的走向是相互垂直的，7)玻璃表面的处理对整体玻璃表面进行清洁处理，除掉杂质，本发明中的带有桥栅结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器按照如下的工艺进行制作1、阴极板的制作1)碳纳米管阴极[5]的印刷结合丝网印刷工艺，将碳纳米管[5]印刷在预留的碳纳米管阴极孔当中，使得碳纳米管能够和碳纳米管阴极导电条[2]的接触良好。
2)碳纳米管[5]阴极的后处理对印刷后的碳纳米管[5]阴极进行后处理，以改善碳纳米管的场致发射特性。
2、阳极面板的制作1)清洁平板玻璃[6]，除掉表面杂质；
2)在平板玻璃[6]上蒸镀一层锡铟氧化物[7]薄膜；3)对锡铟氧化物[7]薄膜进行光刻，形成一定图案的导电条；4)结合丝网印刷工艺，在导电条的非显示区域印刷绝缘浆料[8]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)结合丝网印刷工艺，在导电条上面的显示区域印刷荧光粉层[9]；在烘箱当中进行烘烤(烘烤温度120℃，保持时间10分钟)；3、器件装配将阴极面板、阳极面板以及玻璃围框[10]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。
4、成品制作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。
本发明具有如下积极效果本发明中的桥栅结构是非平面型的，充分的结合了碳纳米管尖端的特点，进一步提高了碳纳米管场致发射电子的能力。本发明中的桥栅结构中的控制栅极导电条位于碳纳米管阴极的上方，用于控制碳纳米管阴极电子的场致发射。在受到实际工艺影响的情况下，尽管并不是所有的碳纳米管阴极都是直立的，但是由于桥型栅极结构的存在，使得大部分的电场强度都能够集中于碳纳米管管的尖端部分，增强了碳纳米管发射电子的场致发射能力。即使是对于直立的碳纳米管阴极来说，也能够充分利用碳纳米管顶端稍下部分的两侧发射大量电子的能力，提高了显示器件的场致发射性能。
另外，在底栅结构的制作过程中，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。
该带有桥栅结构的三极碳纳米管阴极场致发射平面显示器包括有如下的主要组成部分由阴极面板、阳极面板和玻璃围框构成的密封真空腔，在阴极面板上有印刷的碳纳米管阴极以及控制碳纳米管电子发射的桥栅结构控制栅极，在阳极面板上有光刻的锡铟氧化物薄膜层以及制备在锡铟氧化物薄膜层上面的荧光粉层。在阴极面板上制作了桥栅结构，用于控制碳纳米管阴极的电子发射，提高了碳纳米管发射电子的能力，改善了显示器件的场致发射性能。
图1给出了桥栅结构的纵向结构示意图。
图2给出了桥栅结构的横向结构示意图。
图3中给出了一个带有桥栅结构的的碳纳米管阴极场致发射平面显示器的
具体实施例方式
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。
如图1、2、3所示，由阴极面板玻璃1、阳极面板玻璃6和玻璃围框10构成的密封真空腔，在阴极面板玻璃1上有印刷的碳纳米管阴极5以及控制碳纳米管5电子发射的桥栅结构控制栅极4，在阳极面板玻璃6上有光刻的锡铟氧化物薄膜层7以及制备在锡铟氧化物薄膜层7上面的荧光粉层9。在阴极面板上制作有桥栅结构，用于控制碳纳米管阴极的电子发射，提高了碳纳米管发射电子的能力，改善了显示器件的场致发射性能，在进一步提高碳纳米管阴极场致发射性能、改进显示器件的场发射效率的同时，还能够进一步降低整体平板器件的制作成本，简化整体器件制作工艺和制作过程。
本发明中的桥栅结构采用如下的工艺进行制作1)衬底材料玻璃[1]的准备对整体衬底材料玻璃进行划片，2)锡铟氧化物薄膜层的制作在衬底材料玻璃[1]上蒸镀上一层锡铟氧化物薄膜层，3)碳纳米管阴极导电条[2]的制作对蒸镀的锡铟氧化物薄膜层进行光刻，形成碳纳米管阴极导电条[2]，4)绝缘层的制作在衬底材料玻璃[1]上制备出聚酰亚胺薄膜层，作为碳纳米管阴极和控制栅极导电条之间的绝缘层，固化温度为375℃，5)绝缘隔离层[3]的制作对制备的聚酰亚胺薄膜层进行刻蚀，刻蚀的过程分为两个部分第一部分，对制备的聚酰亚胺层进行深刻蚀，要将图案的阴极区域完全刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔，使底部的碳纳米管阴极导电条—锡铟氧化物薄膜条—完全暴露出来，以便于为后续的碳纳米管阴极制备和后处理工艺作准备；第二部分，对位于碳纳米管阴极孔周围的外部部分进行浅刻蚀，碳纳米管阴极孔沿不进行刻蚀，远离碳纳米管阴极孔沿的部分进行刻蚀，越远离碳纳米管阴极孔的位置，刻蚀的程度越比较大，形成一个碳纳米管阴极孔孔沿高，向外四周呈一定坡度下降的锥形体。这样就构成了桥栅结构的绝缘隔离层[3]，6)控制栅极导电条[4]的制作在绝缘隔离层[3]的上面制备出铝膜层；再利用常规的光刻工艺，将制备的铝膜层光刻形成控制栅极导电条。其中，控制框[12]所构成的密封真空腔，在阴极面板玻璃[1]上有印刷的碳纳米管阴极[7]以及控制碳纳米管[7]电子发射的底栅结构控制栅极，在阳极面板玻璃[8]上有光刻的锡铟氧化物薄膜层[9]以及制备在锡铟氧化物薄膜层[9]上面的荧光粉层[11]。控制栅极部分位于碳纳米管阴极的底部和两侧，用于控制碳纳米管阴极的电子发射。其中两侧的控制栅极部分对碳纳米管阴极的电子发射起到了增强效应。在进一步减小栅极电流、提高碳纳米管阴极场致发射性能、改进显示器件的场发射效率的同时，还能够进一步降低整体平板器件的制作成本，简化整体器件制作工艺和制作过程。
本发明中的底栅结构采用如下的工艺进行制作1)衬底材料玻璃[1]的准备对整体衬底材料玻璃进行划片；2)底部控制栅极导电条[2]的制作结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃上印刷银浆，形成底部控制栅极导电条[2]；经过烘烤(烘烤温度150℃，保持时间10分钟)之后，放置在烧结炉中进行高温烧结(烧结温度585℃，保持时间10分钟)；3)绝缘隔离层[3]的制作结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃上印刷绝缘浆料，形成绝缘隔离层[3]；经过烘烤(烘烤温度150℃，保持时间10分钟)之后，放置在烧结炉中进行高温烧结(烧结温度590℃，保持时间10分钟)；4)侧壁控制栅极导电条[4]的制作结合丝网印刷工艺，在衬底材料玻璃上印刷银浆，形成侧壁控制栅极导电条[4]。经过烘烤(烘烤温度150℃，保持时间10分钟)之后，放置在烧结炉中进行高温烧结(烧结温度585℃，保持时间10分钟)。由于在制作绝缘隔离夹子固定。
4、成品制作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。
权利要求
1.一种桥栅结构的三极场致发射显示器，包括有由阴极面板玻璃[1]、阳极面板玻璃[6]和玻璃围框[10]构成的密封真空腔，在阴极面板玻璃[1]上有印刷的碳纳米管阴极[5]以及控制碳纳米管[5]电子发射的桥栅结构控制栅极[4]，在阳极面板玻璃[6]上有光刻的锡铟氧化物薄膜层[7]以及制备在锡铟氧化物薄膜层[7]上面的荧光粉层[9]，其特征在于在阴极面板上制作有桥栅结构，所述桥栅结构由衬底材料玻璃[1]、碳纳米管阴极导电条[2]、绝缘隔离层[3]、控制栅极导电条[4]构成，栅极位于碳纳米管阴极的上面部位，用于控制碳纳米管阴极的电子发射，固定位置为安装固定在阴极面板上。
2.如权利要求1所述的一种桥栅结构的三极场致发射显示器，其特征在于所述桥栅结构的衬底材料为玻璃，如钠钙玻璃，硼硅玻璃。
3.如权利要求1所述的一种桥栅结构的三极场致发射显示器，其特征在于所述桥栅结构中的碳纳米管阴极导电条可以为锡铟氧化物薄膜导电层，也可以为银浆条，也可以为铬、镍、金、铝金属。
4.如权利要求1所述的一种桥栅结构的三极场致发射显示器，其特征在于所述桥栅结构中的绝缘隔离层为聚酰亚胺薄膜层，聚酰亚胺层的深刻蚀时，碳纳米管阴极孔的中间部分完全刻蚀掉，暴露出底部的碳纳米管阴极导电条；浅刻蚀过时是对碳纳米管阴极孔周围的外部部分进行浅刻蚀，碳纳米管阴极孔沿不进行刻蚀，远离碳纳米管阴极孔沿的部分进行刻蚀，越远离碳纳米管阴极孔的位置，刻蚀的程度越比较大，形成一个碳纳米管阴极孔孔沿高，向外四周呈坡度下降的锥形体。
5.如权利要求1所述的一种桥栅结构的三极场致发射显示器，其特征在于所述桥栅结构是在绝缘隔离层的上面制备有铝膜层，控制栅极导电条和碳纳米管阴极导电条的走向是相互垂直的。
6.一种桥栅结构的三极场致发射显示器的制作工艺，其特征在于所述桥栅结构采用如下的工艺进行制作1)衬底材料玻璃[1]的准备对整体衬底材料玻璃进行划片，2)锡铟氧化物薄膜层的制作在衬底材料玻璃[1]上蒸镀上一层锡铟氧化物薄膜层，3)碳纳米管阴极导电条[2]的制作对蒸镀的锡铟氧化物薄膜层进行光刻，形成碳纳米管阴极导电条[2]，4)绝缘层的制作在衬底材料玻璃[1]上制备出聚酰亚胺薄膜层，作为碳纳米管阴极和控制栅极导电条之间的绝缘层，固化温度为375℃，5)绝缘隔离层[3]的制作对制备的聚酰亚胺薄膜层进行刻蚀，刻蚀的过程分为两个部分第一部分，对制备的聚酰亚胺层进行深刻蚀，要将图案的阴极区域完全刻蚀掉，形成碳纳米管阴极孔，使底部的碳纳米管阴极导电条—锡铟氧化物薄膜条—完全暴露出来，以便于为后续的碳纳米管阴极制备和后处理工艺作准备；第二部分，对位于碳纳米管阴极孔周围的外部部分进行浅刻蚀，碳纳米管阴极孔沿不进行刻蚀，远离碳纳米管阴极孔沿的部分进行刻蚀，越远离碳纳米管阴极孔的位置，刻蚀的程度越比较大，形成一个碳纳米管阴极孔孔沿高，向外四周呈一定坡度下降的锥形体。这样就构成了桥栅结构的绝缘隔离层[3]，6)控制栅极导电条[4]的制作在绝缘隔离层[3]的上面制备出铝膜层；再利用常规的光刻工艺，将制备的铝膜层光刻形成控制栅极导电条。其中，控制栅极导电条和碳纳米管阴极导电条的走向是相互垂直的，7)玻璃表面的处理对整体玻璃表面进行清洁处理，除掉杂质，
全文摘要
本发明涉及一种带有桥栅结构的碳纳米管阴极的三极结构场致发射显示器及其制作工艺，显示器包括由阴极面板、阳极面板和玻璃围框构成的密封真空腔，在阴极面板上有印刷的碳纳米管阴极以及控制碳纳米管电子发射的桥栅结构控制栅极，在阳极面板上有光刻的锡铟氧化物薄膜层以及制备在锡铟氧化物薄膜层上面的荧光粉层，阴极面板上制作有桥栅结构，用于控制碳纳米管阴极的电子发射，提高了碳纳米管发射电子的能力，改善了显示器件的场致发射性能，具有结构简单、制作工艺简单、制作成本低廉、制作过程稳定可靠的优点。
文档编号H01J9/02GK1667789SQ200510017468
公开日2005年9月14日 申请日期2005年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者李玉魁 申请人:中原工学院