专利名称：枝杈状栅控阴极阵列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，特别涉及一种枝杈状栅控阴极阵列结构的平板显示器及其制作工艺。
背景技术：
碳纳米管以其独特的物理化学特性以及其优越的场致发射性能而受到了众多研究者们的高度关注，并被广泛的应用于各种场致发射器件当中，特别是在场致发射平板显示器中得到了大量的实际应用。当碳纳米管表面顶端的电场强度足够强的情况下，不需要额外的能量，碳纳米管就会发射出大量的电子，形成冷场致发射现象。利用这一特性，已经进行了碳纳米管作为阴极材料的场致发射平板显示器的研制，这种显示器具有响应速度快，图像质量高，工作温区大以及功耗低等诸多优点，有望在显示设备市场占据一定的份额。
在三极结构的场致发射显示器件中，栅极结构控制着碳纳米管阴极的电子发射，是显示器件中比较关键的控制元件之一。目前，在大多数的显示器件中都采用了栅极位于碳纳米管阴极上方的结构形式，栅极结构的控制作用非常显著。但是，碳纳米管阴极的形状也会影响着在碳纳米管表面顶端所形成的电场强度，进而影响到碳纳米管所发射电子的多少。一般而言，碳纳米管阴极形状的曲率越小，越有助于进一步增强碳纳米管表面顶端的电场强度。反之亦然。因此，在实际器件的制作过程中，如何进一步增强栅极的控制性能，如何进一步增强碳纳米管表面的电场强度，从而降低器件的工作电压，这些都是需要解决的现实问题。
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、结构简单的枝杈状栅控阴极阵列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控制栅极、碳纳米管以及枝杈状栅控阴极阵列结构。
所述的枝杈状栅控阴极阵列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掺杂多晶硅层形成阴极增高层；阴极增高层呈现一种枝杈状结构，即中间为一个圆柱体，圆柱体四周存在着许多的枝杈；位于同一个阴极引线层上面的阴极增高层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极增高层上面的枝杈状结构相互之间不能遮掩，即从顶部向下看，枝杈状结构之间不能重叠；阴极增高层的主体为一个圆柱体，但是周围的枝杈状结构为圆尖锥状，附在圆柱体的侧面；阴极增高层的表面上刻蚀后的金属层形成阴极连通层；阴极玻璃面板上刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层和阴极连通层；隔离层的上表面为一个平面，和栅极引线层相接处，下表面为一个平面，要覆盖住阴极引线层以及阴极玻璃面板上的空余部位；隔离层的内侧面，即电子通道孔的表面，为一个斜坡面，即从靠近阴极玻璃面板处的隔离层下表面开始，到隔离层的上表面结束，形成一个向外凹陷的斜坡，上表面处的电子通道孔的直径最大，下表面处的电子通道孔的直径最小；隔离层上表面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；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电子通道孔的中心部位延伸，呈现一种悬空状态；栅极引线层的前端悬空部分略向下弯曲；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极引线层的上表面，包括其前端处于悬空状态的栅极引线层在内；碳纳米管制备在阴极连通层上。
所述的枝杈状栅控阴极阵列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、铬、钼、锡；阴极连通层为金属铁、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；阴极增高层的掺杂类型为n型、p型；栅极引线层为金属金、银、铝、铬、钼。
一种枝杈状栅控阴极阵列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)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)阴极增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，刻蚀后形成阴极增高层；4)阴极连通层的制作在阴极增高层的表面上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极连通层；5)隔离层的制作在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；6)栅极引线层的制作在隔离层上面制备出一个金属层，刻蚀后形成隔离层；7)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；8)枝杈状栅控阴极阵列结构的表面清洁处理对枝杈状栅控阴极阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；9)碳纳米管的制备将碳纳米管制备在阴极导电层上面；10)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；11)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；12)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；13)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；14)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；15)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12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13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15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，在所述的枝杈状栅控阴极阵列结构中，将阴极增高层制作成了一个枝杈状结构，并将碳纳米管制备在其上面的阴极连通层上。这样，一方面可以极大地增加碳纳米管的电子发射面积，能够进一步提高整体显示器件的亮度；另一方面还改变了碳纳米管阴极的形状，充分利用了边缘位置发射大量电子的特有现象，使得碳纳米管阴极的有效发射面积极大地得到增加。另外，利用掺杂多晶硅层制作了阴极增高层，可以充分利用掺杂多晶硅层的半导体特性来对流经碳纳米管阴极的电流进行调节，避免阴极电流过大或过小。
其次，在所述的枝杈状栅控阴极阵列结构中，将隔离层制作了一种侧面斜坡状，并制作了处于悬空状态的栅极引线层。这样，就有力了避免了栅极结构-阴极结构之间短路现象的发生，能够进一步增大碳纳米管阴极顶端的电场强度，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，在所述的枝杈状栅控阴极阵列结构中，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。
图1给出了枝杈状栅控阴极阵列结构的纵向结构示意图；图2给出了枝杈状栅控阴极阵列结构的横向结构示意图；图3给出了带有枝杈状栅控阴极阵列结构的、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。
所述的一种带有枝杈状栅控阴极阵列结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板[1]、阳极玻璃面板[10]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]、制备在阳极导电层上面的荧光粉层[13]以及在阳极导电层的非显示区域印刷的绝缘浆料层[12]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[14]以及消气剂[9]附属元件，在阴极玻璃面板上有控制栅极[6]、碳纳米管[8]以及枝杈状栅控阴极阵列结构。
所述的枝杈状栅控阴极阵列结构包括阴极玻璃面板[1]、阴极引线层[2]、阴极增高层[3]、阴极连通层[4]、隔离层[5]、栅极引线层[6]、栅极覆盖层[7]和碳纳米管[8]部分。
所述的枝杈状栅控阴极阵列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掺杂多晶硅层形成阴极增高层；阴极增高层呈现一种枝杈状结构，即中间为一个圆柱体，圆柱体四周存在着许多的枝杈；位于同一个阴极引线层上面的阴极增高层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极增高层上面的枝杈状结构相互之间不能遮掩，即从顶部向下看，枝杈状结构之间不能重叠；阴极增高层的主体为一个圆柱体，但是周围的枝杈状结构为圆尖锥状，附在圆柱体的侧面；阴极增高层的表面上刻蚀后的金属层形成阴极连通层；阴极玻璃面板上刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层和阴极连通层；隔离层的上表面为一个平面，和栅极引线层相接处，下表面为一个平面，要覆盖住阴极引线层以及阴极玻璃面板上的空余部位；隔离层的内侧面，即电子通道孔的表面，为一个斜坡面，即从靠近阴极玻璃面板处的隔离层下表面开始，到隔离层的上表面结束，形成一个向外凹陷的斜坡，上表面处的电子通道孔的直径最大，下表面处的电子通道孔的直径最小；隔离层上表面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；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电子通道孔的中心部位延伸，呈现一种悬空状态；栅极引线层的前端悬空部分略向下弯曲；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极引线层的上表面，包括其前端处于悬空状态的栅极引线层在内；碳纳米管制备在阴极连通层上。
所述的枝杈状栅控阴极阵列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、铬、钼、锡；阴极连通层可以为金属铁、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；阴极增高层的掺杂类型可以为n型，也可以为p型；栅极引线层可以为金属金、银、铝、铬、钼。
一种带有枝杈状栅控阴极阵列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钼层，刻蚀后形成阴极引线层；3)阴极增高层[3]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，刻蚀后形成阴极增高层；4)阴极连通层[4]的制作在阴极增高层的表面上制备出一个金属钴层，刻蚀后形成阴极连通层；5)隔离层[5]的制作在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；6)栅极引线层[6]的制作在隔离层上面制备出一个金属铬层，刻蚀后形成隔离层；7)栅极覆盖层[7]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；8)枝杈状栅控阴极阵列结构的表面清洁处理对枝杈状栅控阴极阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；9)碳纳米管[8]的制备将碳纳米管制备在阴极导电层上面；10)阳极玻璃面板[10]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；11)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；12)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；13)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；14)器件装配将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构[14]和四周玻璃围框[15]装配到一起，并将消气剂[9]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；15)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3具体为阴极引线层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极增高层；阴极增高层呈现一种枝杈状结构，即中间为一个圆柱体，圆柱体四周存在着许多的枝杈；位于同一个阴极引线层上面的阴极增高层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极增高层上面的枝杈状结构相互之间不能遮掩，即从顶部向下看，枝杈状结构之间不能重叠；阴极增高层的主体为一个圆柱体，但是周围的枝杈状结构为圆尖锥状，附在圆柱体的侧面。
所述步骤5具体为阴极玻璃面板上刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层和阴极连通层；隔离层的上表面为一个平面，和栅极引线层相接处，下表面为一个平面，要覆盖住阴极引线层以及阴极玻璃面板上的空余部位；隔离层的内侧面，即电子通道孔的表面，为一个斜坡面，即从靠近阴极玻璃面板处的隔离层下表面开始，到隔离层的上表面结束，形成一个向外凹陷的斜坡，上表面处的电子通道孔的直径最大，下表面处的电子通道孔的直径最小。
所述步骤6具体为隔离层上表面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；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电子通道孔的中心部位延伸，呈现一种悬空状态；栅极引线层的前端悬空部分略向下弯曲。
所述步骤12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13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15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
1.一种枝杈状栅控阴极阵列结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板[1]、阳极玻璃面板[10]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]、制备在阳极导电层上面的荧光粉层[13]以及在阳极导电层的非显示区域印刷的绝缘浆料层[12]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[14]以及消气剂[9]附属元件，其特征在于在阴极玻璃面板上有控制栅极[6]、碳纳米管[8]以及枝杈状栅控阴极阵列结构。
2.根据权利要求1所述的枝杈状栅控阴极阵列结构的平板显示器，其特征在于所述的枝杈状栅控阴极阵列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掺杂多晶硅层形成阴极增高层；阴极增高层呈现一种枝杈状结构，即中间为一个圆柱体，圆柱体四周存在着许多的枝杈；位于同一个阴极引线层上面的阴极增高层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极增高层上面的枝杈状结构相互之间不能遮掩，即从顶部向下看，枝杈状结构之间不能重叠；阴极增高层的主体为一个圆柱体，但是周围的枝杈状结构为圆尖锥状，附在圆柱体的侧面；阴极增高层的表面上刻蚀后的金属层形成阴极连通层；阴极玻璃面板上刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层和阴极连通层；隔离层的上表面为一个平面，和栅极引线层相接处，下表面为一个平面，要覆盖住阴极引线层以及阴极玻璃面板上的空余部位；隔离层的内侧面，即电子通道孔的表面，为一个斜坡面，即从靠近阴极玻璃面板处的隔离层下表面开始，到隔离层的上表面结束，形成一个向外凹陷的斜坡，上表面处的电子通道孔的直径最大，下表面处的电子通道孔的直径最小；隔离层上表面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；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电子通道孔的中心部位延伸，呈现一种悬空状态；栅极引线层的前端悬空部分略向下弯曲；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极引线层的上表面，包括其前端处于悬空状态的栅极引线层在内；碳纳米管制备在阴极连通层上。
3.根据权利要求2所述的枝杈状栅控阴极阵列结构的平板显示器，其特征在于所述的枝杈状栅控阴极阵列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、铬、钼、锡；阴极连通层为金属铁、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；阴极增高层的掺杂类型为n型、p型；栅极引线层为金属金、银、铝、铬、钼。
4.一种枝杈状栅控阴极阵列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)阴极增高层[3]的制作在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；4)阴极连通层[4]的制作在阴极增高层的表面上制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极连通层；5)隔离层[5]的制作在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；6)栅极引线层[6]的制作在隔离层上面制备出一个金属层，刻蚀后形成隔离层；7)栅极覆盖层[7]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；8)枝杈状栅控阴极阵列结构的表面清洁处理对枝杈状栅控阴极阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；9)碳纳米管[8]的制备将碳纳米管制备在阴极导电层上面；10)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；11)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；12)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；13)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；14)器件装配将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构[14]和四周玻璃围框[15]装配到一起，并将消气剂[9]放入到空腔当中，用低熔点玻璃粉固定；15)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所述的枝杈状栅控阴极阵列结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于所述步骤12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。
6.根据权利要求4所述的枝杈状栅控阴极阵列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。
7.根据权利要求4所述的枝杈状栅控阴极阵列结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于所述步骤15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
本发明涉及一种枝杈状栅控阴极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控制栅极、碳纳米管以及枝杈状栅控阴极阵列结构；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有效电子发射面积，在进一步降低栅极工作电压的同时将二者高度集成到一起，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。
文档编号H01J29/04GK1937145SQ20061010728
公开日2007年3月28日 申请日期2006年10月17日 优先权日2006年10月17日
发明者李玉魁 申请人:中原工学院