专利名称：圆环多柱型阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于平面显示技术领域、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，特别涉及一种圆环多柱型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，新一代的场致发射显示器是利用碳纳米管尖端场致发射原理而制作的平板化、高效率化、高分辨率化的大面积平面器件，这也是众多科研人员不懈努力追求的目标之一。碳纳米管具有小的尖端曲率半径以及极高的纵横比率，不需要额外的能量，仅仅依靠施加在碳纳米管顶端的电场就可以实现场致发射，从这个意义上来说，通过施加电压的调节，就完全可以控制碳纳米管阴极的电子发射。碳纳米管发射电子的能力非常强，只要适当的施加了电场强度以后，碳纳米管就可以发射电子，相对于热阴极而言，减少了阴极部分的预热过程，从而降低了整体器件发射电子的延迟时间。
在三极结构的场致发射显示器件当中，栅极是一个比较关键的元件，它对碳纳米管阴极的电子发射起着必要的控制作用。目前，大多数显示器件当中都采用了栅极位于碳纳米管阴极上方的结构形式。这种结构的栅极控制能力强，制作工艺比较简单，但是所形成的栅极电流比较大，对于制作材料的要求比较高。那么如何在充分发挥利用这种栅极结构的强有力控制功能的同时，对栅极的制作工艺进一步简化，并且将栅极和阴极结构有机的结合到一起，促进整体器件的高度集成化发展，这是需要重点考虑的现实问题。另外，在碳纳米管阴极的电子发射过程中，受到具体阴极形状的影响，并不是所有的碳纳米管阴极都能够均匀稳定的发射出大量电子的，一般情况下，位于阴极边缘位置的碳纳米管发射的电子最多，其表面形成的电场强度也最大，而位于阴极中央位置的碳纳米管发射的电子相对要少一些，或者根本就不发射电子，也就是比较独特的边缘位置发射大量电子的现象。那么如何采取行之有效的措施，在器件制作的过程中充分利用这一现象，这是需要考虑的问题。
此外，在三极结构的平板场致发射显示器件当中，在确保整体器件良好图像质量的前提下，还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当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、结构简单的圆环多柱型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圆环多柱型阴极发射结构的平板显示器，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控制栅极、碳纳米管阴极以及圆环多柱型阴极发射结构。
所述的圆环多柱型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阴极引线层，阴极引线层上面的刻蚀后的金属层形成过渡层，阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层，隔离层中间部分的二氧化硅层被刻蚀掉，暴露出底部的过渡层，隔离层形成一个圆环柱型形式环绕在过渡层的周围，过渡层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极增高层，阴极增高层从纵向结构上看形成多个柱型形式，矗立在过渡层的上面，从横向结构上看形成一个圆环型形式，位于隔离层内侧的过渡层上面但靠近隔离层，阴极增高层顶部的刻蚀后的金属层形成阴极导电层，隔离层顶部的刻蚀后的金属层形成栅极引线层，栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层，碳纳米管制备在阴极导电层的上面。
所述的圆环多柱型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，栅极位于碳纳米管阴极的上方，控制着碳纳米管阴极的电子发射，阴极引线层为金属金、银、铜、铬、钼、锡，过渡层为金属铝、镍、钴、钼、铟，阴极增高层的掺杂类型为n型或为p型，阴极导电层为金属金、银、铝、铬、钼，栅极引线层为金属铝、钼、铬、锡、铜、镍、钴，栅极引线层和阴极引线层是相互垂直排列的。
一种圆环多柱型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)阴极玻璃面板的制作对整体平板玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；2)阴极引线层的制作在阴极玻璃面板上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；3)过渡层的制作在阴极引线层的上面再次制备出一个金属层，刻蚀后形成过渡层；
4)隔离层的制作在阴极玻璃面板的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；5)阴极增高层的制作在过渡层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；6)阴极导电层的制作在阴极增高层的顶部制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；7)栅极引线层的制作在隔离层的顶部制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极引线层；8)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；9)圆环多柱型阴极发射结构的表面清洁处理对圆环多柱型阴极发射结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；10)碳纳米管的制备在阴极导电层的上面制备出碳纳米管阴极；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、支撑墙结构和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4具体为在阴极玻璃面板的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中间部分的二氧化硅层被刻蚀掉，暴露出底部的过渡层；隔离层形成一个圆环柱型形式环绕在过渡层的周围。
所述步骤5具体为在过渡层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；阴极增高层从纵向结构上看形成多个柱型形式，矗立在过渡层的上面，从横向结构上看形成一个圆环型形式，位于隔离层内侧的过渡层上面但靠近隔离层。
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，在所述的圆环多柱型阴极发射结构中，栅极位于碳纳米管阴极的上方，控制着碳纳米管阴极的电子发射。在栅极的上方制作了栅极覆盖层，将栅极全部覆盖起来，避免了其它杂质对于栅极的影响，有利于提高整体器件的制作成功率，增强了栅极的控制能力。同时在在所述的圆环多柱型阴极发射结构中将栅极和阴极高度集成到一起，有利于进一步提高整体器件的集成度；
其次，在所述的圆环多柱型阴极发射结构中，对于碳纳米管阴极的形状作了进一步的优化处理。一方面，将阴极增高层制作成了一种圆环多柱型结构，使得碳纳米管阴极全部位于靠近隔离层的内侧附近，这样使得碳纳米管顶端的电场强度最大，能够有效地提高碳纳米管阴极的电子发射效率和发射电流密度；另一方面，将碳纳米管阴极全部制作了柱型结构的上面，这能够充分利用碳纳米管阴极边缘位置发射大量电子的现象，有助于进一步提高整体器件的图像显示质量。
第三，在所述的圆环多柱型阴极发射结构中，在阴极引线层的上面制作了过渡层，有助于提高阴极增高层和阴极引线层之间的粘附能力；在阴极增高层的上面再次制作了阴极导电层，有助于进一步提高碳纳米管阴极和阴极增高层之间的粘贴性。还有，在所述的圆环多柱型阴极发射结构中的阴极增高层是利用掺杂多晶硅而制作的，在掺杂多晶硅发挥导电功能为碳纳米管施加适当电压的同时还具有镇流功能，防止流经碳纳米管的阴极电流过大。
此外，在所述的圆环多柱型阴极发射结构中，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。
图1给出了圆环多柱型阴极发射结构的纵向结构示意图；图2给出了圆环多柱型阴极发射结构中阴极的斜视结构示意图；图3给出了圆环多柱型阴极发射结构的横向结构示意图；图4给出了带有圆环多柱型阴极发射结构的、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。
所述的一种带有圆环多柱型阴极发射结构的平板显示器，包括由阳极玻璃面板10、阴极玻璃面板1和四周玻璃围框15所构成的密封真空腔；在阴极玻璃面板上有控制栅极7、碳纳米管9阴极以及圆环多柱型阴极发射结构；在阳极玻璃面板上有阳极导电层11以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层13；支撑墙14结构以及消气剂16附属元件。
所述的圆环多柱型阴极发射结构包括阴极玻璃面板1、阴极引线层2、过渡层3、隔离层4、阴极增高层5、阴极导电层6、栅极引线层7、栅极覆盖层8和碳纳米管9阴极部分。
所述的圆环多柱型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，阴极玻璃面板上的刻蚀后的金属层形成阴极引线层，阴极引线层上面的刻蚀后的金属层形成过渡层，阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层，隔离层中间部分的二氧化硅层被刻蚀掉，暴露出底部的过渡层，隔离层形成一个圆环柱型形式环绕在过渡层的周围，过渡层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极增高层，阴极增高层从纵向结构上看形成多个柱型形式，矗立在过渡层的上面，从横向结构上看形成一个圆环型形式，位于隔离层内侧的过渡层上面但靠近隔离层，阴极增高层顶部的刻蚀后的金属层形成阴极导电层，隔离层顶部的刻蚀后的金属层形成栅极引线层，栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层，碳纳米管制备在阴极导电层的上面。
所述的圆环多柱型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，栅极位于碳纳米管阴极的上方，控制着碳纳米管阴极的电子发射。阴极引线层可以为金属金、银、铜、铬、钼、锡。过渡层可以为金属铝、镍、钴、钼、铟。阴极增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金、银、铝、铬、钼。栅极引线层可以为金属铝、钼、铬、锡、铜、镍、钴。栅极引线层和阴极引线层是相互垂直排列的。
一种带有圆环多柱型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)阴极引线层2的制作在阴极玻璃面板上制备出一个金属层，如金属铬层，刻蚀后形成阴极引线层；3)过渡层3的制作在阴极引线层的上面再次制备出一个金属层，如金属钼层，刻蚀后形成过渡层；4)隔离层[4]的制作在阴极玻璃面板的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；5)阴极增高层[5]的制作在过渡层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；6)阴极导电层[6]的制作在阴极增高层的顶部制备出一个金属层，如金属铬层，刻蚀后形成阴极导电层；7)栅极引线层[7]的制作在隔离层的顶部制备出一个金属层，如金属镍层，刻蚀后形成栅极引线层；8)栅极覆盖层[8]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；9)圆环多柱型阴极发射结构的表面清洁处理对圆环多柱型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[9]的制备在阴极导电层的上面制备出碳纳米管阴极；11)阳极玻璃面板[10]的制作对整体钠钙平板玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；12)阳极导电层[11]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[12]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[13]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[14]和玻璃围框[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。
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4具体为在阴极玻璃面板的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中间部分的二氧化硅层被刻蚀掉，暴露出底部的过渡层；隔离层形成一个圆环柱型形式环绕在过渡层的周围；所述步骤5具体为在过渡层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；阴极增高层从纵向结构上看形成多个柱型形式，矗立在过渡层的上面，从横向结构上看形成一个圆环型形式，位于隔离层内侧的过渡层上面但靠近隔离层；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。
权利要求
1.一种圆环多柱型阴极发射结构的平板显示器，包括由阳极玻璃面板[10]、阴极玻璃面板[1]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[11]以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层[13]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙[14]结构以及消气剂[16]附属元件，其特征在于在阴极玻璃面板上有控制栅极[7]、碳纳米管[9]阴极以及圆环多柱型阴极发射结构。
2.根据权利要求1所述的圆环多柱型阴极发射结构的平板显示器，其特征在于所述的圆环多柱型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阴极引线层[2]，阴极引线层上面的刻蚀后的金属层形成过渡层[3]，阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层[4]，隔离层中间部分的二氧化硅层被刻蚀掉，暴露出底部的过渡层，隔离层形成一个圆环柱型形式环绕在过渡层的周围，过渡层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极增高层[5]，阴极增高层从纵向结构上看形成多个柱型形式，矗立在过渡层的上面，从横向结构上看形成一个圆环型形式，位于隔离层内侧的过渡层上面但靠近隔离层，阴极增高层顶部的刻蚀后的金属层形成阴极导电层[6]，隔离层顶部的刻蚀后的金属层形成栅极引线层[7]，栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层[8]，碳纳米管[9]制备在阴极导电层的上面。
3.根据权利要求2所述的圆环多柱型阴极发射结构的平板显示器，其特征在于所述的圆环多柱型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，栅极位于碳纳米管阴极的上方，控制着碳纳米管阴极的电子发射，阴极引线层为金属金、银、铜、铬、钼、锡，过渡层为金属铝、镍、钴、钼、铟，阴极增高层的掺杂类型为n型或为p型，阴极导电层为金属金、银、铝、铬、钼，栅极引线层为金属铝、钼、铬、锡、铜、镍、钴，栅极引线层和阴极引线层是相互垂直排列的。
4.一种圆环多柱型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)阴极引线层[2]的制作在阴极玻璃面板上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；3)过渡层[3]的制作在阴极引线层的上面再次制备出一个金属层，刻蚀后形成过渡层；4)隔离层[4]的制作在阴极玻璃面板的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；5)阴极增高层[5]的制作在过渡层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；6)阴极导电层[6]的制作在阴极增高层的顶部制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；7)栅极引线层[7]的制作在隔离层的顶部制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极引线层；8)栅极覆盖层[8]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；9)圆环多柱型阴极发射结构的表面清洁处理对圆环多柱型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[9]的制备在阴极导电层的上面制备出碳纳米管阴极；11)阳极玻璃面板[10]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[11]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[12]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[13]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[14]和玻璃围框[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；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。
5.根据权利要求4所述的圆环多柱型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4具体为在阴极玻璃面板的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中间部分的二氧化硅层被刻蚀掉，暴露出底部的过渡层；隔离层形成一个圆环柱型形式环绕在过渡层的周围。
6.根据权利要求4所述的圆环多柱型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5具体为在过渡层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；阴极增高层从纵向结构上看形成多个柱型形式，矗立在过渡层的上面，从横向结构上看形成一个圆环型形式，位于隔离层内侧的过渡层上面但靠近隔离层。
7.根据权利要求4所述的圆环多柱型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。
8.根据权利要求4所述的圆环多柱型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。
9.根据权利要求4所述的圆环多柱型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。
全文摘要
本发明涉及一种圆环多柱型阴极发射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控制栅极、碳纳米管阴极以及圆环多柱型阴极发射结构；将栅极和碳纳米管阴极有机地高度集成到了一起，充分利用了碳纳米管阴极边缘位置发射大量电子的现象，有效地提高了其电子发射效率和发射电流密度，有助于进一步提高整体器件的图像显示质量，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。
文档编号H01J1/30GK1909170SQ20061004852
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月2日 优先权日2006年8月2日
发明者李玉魁 申请人:中原工学院