专利名称：一种平面三极场发射显示器件及其制备的方法
技术领域：
本发明是一种场致发射显示器件结构及制造方法，属于电子显示器件制造的技术领域。
背景技术：
目前，场致发射显示器件(FED)作为新型的平板显示器件，距离市场化还有一定的差距，存在一些关键技术瓶颈。其中三极结构的设计和制备是影响场发射显示器件实用化的一个重要因素。
采用二极结构可以构成最简单的场致发射显示器，并通过矩阵扫描的方式实现视频图像的显示。在二极结构场致发射显示屏中，一方面阳极需要高压才能给电子足够能量轰击荧光粉实现高亮度，另一方面阳极电极又充当调制电极，连接外围驱动电路芯片不能承受过高的电压，因此存在发光亮度和驱动电压之间存在矛盾，必须在二极结构的基础上引入三极结构，由栅极进行电压调制，由阳极控制发光亮度。
在三极结构中，栅极必须尽可能靠近阴极，同时要求栅极孔径足够小(一般在50微米以下，视器件的整体结构而定)，才能有效地实现低电压调制。因为栅极孔径很小，而且栅极距离阴极很近，采用丝网印刷的方法很难把发射体浆料准确填冲到栅极孔中。另外还容易造成发射体和栅极电极相连而短路。一般先制备阴极发射阵列并覆盖保护层，然后再采用掩膜工艺和精密光刻工艺制备介质膜孔结构和栅极电极，最后打开发射体的保护层。采用这方法须用多次掩膜和精密光刻，对位要求苛刻，成品率较低。虽然保护层对阴极有一定的保护作用，但是仍然会造成部分发射体的损伤，影响显示器件性能。如果在三极结构中采用CVD的方法在介质膜孔中直接生长发射材料，虽然可以避免材料填充的困难，但是由于CVD的工作温度很高，容易对玻璃基板造成损伤。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种发射性能优良，制备工艺简单和成本低廉的平面三极场发射显示器件及其制备的方法。
技术方案针对传统三极结构中的前述技术难点，本发明提出一种平面式场发射三极结构。在该结构中，数据电极和行扫描电极几乎位于同一平面内，可以采用传统的平面印刷或者镀膜工艺，降低了制造成本。在本发明所提出的结构中，采用具有电子表面发射性能的纳米材料作为场致发射体，再利用碳纳米管或者其它纳米材料做为辅助发射电极，有效地增加了数据电极和连接电极之间的电场强度，减小驱动电压。本发明的场发射显示器结构，制备工艺简单，成本低廉，产品的合格率高。
本发明的平面三极场发射显示器件在阴极玻璃基板上设有多条数据电极，在数据电极上设有与之垂直的横条状介质层，该介质层上的与数据电极相交处设有具有表面电子发射性能的场发射材料层，在场发射材料层上沿介质层的长度方向设有辅助发射电极，在介质层上的两端设有金属引出电极并与辅助发射电极相导通，在场发射材料层上还设有与数据电极平行的连接电极，该连接电极与数据电极相导通；在阴极玻璃基板或介质层上设有支撑体，在支撑体上设有阳极玻璃基板，在阳极玻璃基板的下表面设有阳极电极，在阳极电极的下表面设有荧光粉层。还可以在荧光粉层上制作一层铝膜。
辅助发射电极采用碳纳米管制备，或采用具有较好场发射性能的碳纳米纤维或者其它导电的纳米材料构成。
本发明的的平面三极场发射显示器件的制备的方法为a.)在阴极玻璃基板上采用印刷、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法制备数据电极，b.)在数据电极上通过印印刷、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法制备与数据电极垂直的条状介质层，c.)在条状介质层上印刷制备具有表面电子发射性能的场发射材料层，d).在条状介质层上印刷、烧结制备金属引出电极，该电极与数据电极相互垂直且绝缘，e).在场发射材料层上利用印刷的方法制备碳纳米管辅助发射电极，该电极与数据电极垂直，与金属引出电极相导通，
f).在场发射材料层上用印刷的方法制备碳纳米管连接电极，该电极与辅助发射电极相垂直，且相距一小于400微米的微小间距，连接电极与数据电极相导通，g.)在阴极玻璃基板或介质层上设有支撑体，h.)在带透明导电膜阳极玻璃基板的透明导电膜一侧上制备荧光粉层，i.)将阴极玻璃基板与阳极玻璃基板封接排气，形成器件内的真空工作环境。
有益效果在本发明中，除了具有普通平面式三极结构制备工艺简单，成本低廉，产品合格率高等特点外，由于使用了碳纳米管辅助发射电极和连接电极，数据电极和扫描电极之间的电场强度得以有效加强，从而降低了驱动电压，使得显示器件的外围驱动电路更加简单。
本发明的的三极结构与现有的平面式三极结构不同之处为●扫描电极由金属引出电极和辅助发射电极两部分构成；●辅助发射电极采用碳纳米管或者其它具有良好电子场发射性能的材料构成；●连接电极由碳纳米管或者其它具有良好电子场发射性能的材料构成。
图1是本发明所提出的支撑体在介质层上、透明导电膜阳极电极的三极结构示意图。
图2是阴极基板上电极的相关电极位置示意图。
图3是本发明所提出的支撑体在阴极基板上、铝膜阳极电极的三极结构示意图。
其中有阴极玻璃基板1、数据电极2、介质层3、场发射材料层4、金属引出电极5、辅助电极6，连接电极7、支撑体8、阳极玻璃基板9、阳极电极10、荧光粉层11、铝膜12。
具体实施例方式
本发明的平面三极场发射显示器件是在阴极玻璃基板1上设有多条数据电极2，在数据电极2上设有与之垂直的横条状介质层3，该介质层3上的与数据电极2相交处设有具有表面电子发射性能的场发射材料层4，在场发射材料层4上沿介质层3的长度方向设有辅助发射电极6，在介质层3上的两端设有金属引出电极5并与辅助发射电极6相导通，在场发射材料层4上还设有与数据电极2平行的连接电极7，该连接电极7与数据电极2相导通；在阴极玻璃基板1或介质层3上设有支撑体8，在支撑体8上设有阳极玻璃基板9，在阳极玻璃基板9的下表面设有阳极电极10，在阳极电极10的下表面设有荧光粉层11。还可以在荧光粉层11上制作一层铝膜12。其中，辅助发射电极6采用碳纳米管制备，或采用具有较好场发射性能的碳纳米纤维或者其它导电的纳米材料构成。
阳极玻璃基板由制作在透明导电膜玻璃基板上的透明导电膜作为阳极电极以及在透明导电膜上制作的荧光粉层共同构成，荧光粉层位于阳极玻璃基板面向阴极玻璃基板的一侧；或者阳极玻璃基板也可以是将荧光粉层制作在透明导电膜玻璃基板上后，再在荧光粉层上制作一层铝膜阳极电极12制成。
制备的方法为在阴极玻璃基板上采用印刷、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法制备数据电极；在数据电极上通过印印刷、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法制备与数据电极垂直的条状介质层；在条状介质层上印刷制备具有表面电子发射性能的场发射材料层；在条状介质层上印刷、烧结制备金属连接电极，该电极与数据电极相互垂直且绝缘；在场发射材料层上利用印刷的方法制备碳纳米管辅助发射电极，该电极与数据电极垂直，与金属引出电极相导通；在场发射材料层上用印刷的方法制备碳纳米管连接电极，该电极与辅助发射电极相垂直，且相距一小于400微米的微小间距。连接电极与数据电极相导通；在阴极基板或者介质层上制备支撑体；在带透明导电膜阳极玻璃基板的透明导电膜一侧上制备荧光粉层；将阴极玻璃基板与阳极玻璃基板封接排气，形成器件内的真空工作环境。
在普通三极结构中，发射材料必须准确填充到介质膜孔中。如果发射材料位置有所偏移或者发射体层过厚，则会造成阴极与栅极之间的短路。如果发射材料的面积远小于介质膜孔尺寸，虽然避免了阴极与栅极的短路，但是会使驱动电压迅速增加。
通常可采用丝网印刷的方法印制图案化的场发射体层。为了避免介质层制备和栅极制备等后道工序对发射体的影响，必须在发射体上覆盖保护层。这增加了工艺复杂性，而且仍有部分发射体性能将受到破坏。如果先制备介质膜孔和栅极电极，采用丝网印刷的方法很难将发射材料准确地填充到膜孔内。
如果在三极结构中采用CVD的方法直接生长发射材料，虽然可以将发射体准确定位，但其较高的工作温度(＞550℃)可对玻璃基板产生破坏。
本发明的采用碳纳米管辅助结构的平面三极场发射显示器件，通过一次丝网印刷可以同时制备辅助发射电极和连接电极。因此制备工艺简单，可以保证行辅助发射电极和连接电极之间微小间隙的精度。另外，由于采用碳纳米管或者其它具有优良场发射性能的纳米材料制备辅助发射电极和连接电极，有效地降低了驱动电压。
权利要求
1.一种平面三极场发射显示器件，其特征是在阴极玻璃基板(1)上设有多条数据电极(2)，在数据电极(2)上设有与之垂直的横条状介质层(3)，该介质层(3)上的与数据电极(2)相交处设有具有表面电子发射性能的场发射材料层(4)，在场发射材料层(4)上沿介质层(3)的长度方向设有辅助发射电极(6)，在介质层(3)上的两端设有金属引出电极(5)并与辅助发射电极(6)相导通，在场发射材料层(4)上还设有与数据电极(2)平行的连接电极(7)，该连接电极(7)与数据电极(2)相导通；在阴极玻璃基板(1)或介质层(3)上设有支撑体(8)，在支撑体(8)上设有阳极玻璃基板(9)，在阳极玻璃基板(9)的下表面设有阳极电极(10)，在阳极电极(10)的下表面设有荧光粉层(11)。
2.如权利要求1所述的平面三极场发射显示器件，其特征是在荧光粉层(11)上制作一层铝膜(12)。
3.如权利要求1所述的平面三极场发射显示器件，其特征是辅助发射电极(6)采用碳纳米管制备，或采用具有较好场发射性能的碳纳米纤维或者其它导电的纳米材料构成。
4.一种如权利要求1所述的平面三极场发射显示器件的制备的方法，其特征是制备的方法为a.)在阴极玻璃基板(1)上采用印刷、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法制备数据电极(2)，b.)在数据电极(2)上通过印印刷、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法制备与数据电极(2)垂直的条状介质层(3)，c.)在条状介质层(3)上印刷制备具有表面电子发射性能的场发射材料层(4)，d).在条状介质层(3)上印刷、烧结制备金属引出电极(5)，该电极与数据电极(2)相互垂直且绝缘，e).在场发射材料层(4)上利用印刷的方法制备碳纳米管辅助发射电极(6)，该电极与数据电极(2)垂直，与金属引出电极(5)相导通，f).在场发射材料层(4)上用印刷的方法制备碳纳米管连接电极(7)，该电极与辅助发射电极(6)相垂直，且相距一小于400微米的微小间距，连接电极(7)与数据电极(2)相导通，g.)在阴极玻璃基板(1)或介质层(3)上设有支撑体(8)，h.)在带透明导电膜阳极玻璃基板(9)的透明导电膜一侧上制备荧光粉层(11)，i.)将阴极玻璃基板与阳极玻璃基板封接排气，形成器件内的真空工作环境。
全文摘要
平面三极场发射显示器件及其制备方法是一种发射性能优良，制备工艺简单和成本低廉的制备的方法，在阴极玻璃基板(1)上设有多条数据电极(2)，在数据电极(2)上设有与之垂直的横条状介质层(3)，该介质层(3)上的与数据电极(2)相交处设有场发射材料层(4)，在场发射材料层(4)上设有辅助发射电极(6)，在介质层(3)上的两端设有金属引出电极(5)并与辅助发射电极(6)相导通，在场发射材料层(4)上还设有与数据电极(2)平行且导通的连接电极(7)；在阴极玻璃基板(1)或介质层(3)上设有支撑体(8)，在支撑体(8)上设有阳极玻璃基板(9)，在阳极玻璃基板(9)的下表面设有阳极电极(10)，在阳极电极(10)的下表面设有荧光粉层(11)。
文档编号H01J9/20GK101071721SQ20071002295
公开日2007年11月14日 申请日期2007年5月25日 优先权日2007年5月25日
发明者雷威, 张晓兵, 孙小卫, 娄朝刚 申请人:东南大学