专利名称：背栅极场发射显示器的阴极结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及场致发射平板显示器件，采用一种新型的阴极结构，提高背栅极场发 射显示器件的分辨率和亮度均匀性，降低制造成本。
背景技术：
场致发射显示器件(Field Emission Display Panel)是一种新型的平板显示器件。 该显示器采用场致发射体作为电子源。如果对场致发射体施加一很强的电场，由于隧道效 应，电子可由发射体逸出至真空，产生场致发射。从电子源发射出的电子经过聚焦后轰击 到荧光粉，激发荧光粉发光，实现图象显示。由于场致发射显示器件的图象显示机理与传 统的阴极射线管(Cathode Ray Tube)非常接近，因此场致发射显示器件可以达到与CRT相 同的图像显示质量。
场致发射显示器是一种平板显示器件，场发射阴极与栅极电极呈行列排列，场发射阴 极有阴极电极和场发射体组成，对阴极和栅极分别施加数据信号和扫描信号，实现矩阵扫 描，造成被选中的阴极发射电子，阳极施加相对于栅极要高的高压信号，是阴极发射的轰 击阳极荧光粉发光。在场发射显示器中，场发射阴极的发射性能是影响其图像显示质量的 重要因素。为了使阴极发射均匀稳定，通常在阴极电极与场发射体之间增加一电阻层。在 场发射显示器件中由于采用矩阵扫描，不同阴极列之间容易出现发射的串扰，从而影响图 像显示质量。因此在场发射显示器中，特别是高分辨率显示时，必须确保发射体与阴极电 极的精确对准，因此在实际制作中的难度比较大。
一种可以比较简单实现大面积制作场发射显示屏的方法是采用背栅极的场发射显示的 结构如图1所示。在阴极基板1上首先制备背栅极电极2;其后在背栅极上通过印刷或者镀 膜的方法制备绝缘介质层3;在绝缘介质上制备与背栅极电极方向垂直的阴极电极4;在阴
极电极上制备电阻层5和场致发射体6;在阳极基板7上制备彩色荧光粉图案8;将阴极基
板与阳极基板封接排气，形成器件内的真空工作环境。当背栅极场发射显示器正常工作时，
阳极施加一高压以保证电子轰击荧光屏的能量；背栅极施加扫描信号选择工作行阴极施 加数据信号，决定各象素点的亮度。在这种背栅极场发射显示器结构中，发射体材料必须 准确地制作在阴极电极之上。如果发射材料略超过阴极电极，则可能造成相邻阴极数据线 之间的短路。如果发射体材料的宽度小于阴极电极的宽度，虽然不会形成阴极电极间的短 路，但是会使驱动电压迅速增加。当显示器件分辨率较高时，阴极电极之间间距很小，发 射体涂层的图案化制备难度大、成本高。
发明内容
技术问题本实用新型的目的是提供一种高分辨率、亮度均匀性好和制造成本相对低廉的背栅极场发射显示器的阴极结构。
技术方案本实用新型的背栅极场发射显示器的阴极结构，是在阴极基板上设有条状 的背栅极电极，在背栅极电极上设有绝缘介质层，在绝缘介质层上设有与背栅极电极方向 垂直的条状阴极电极；在阴极电极上以及两阴极电极之间的间隙上设有场发射体层，或在 阴极电极上设有与对应背栅极电极平行的条状场发射体层，增加大面积制作场发射体层时 阴极电极之间的电阻；在阳极基板上制备有彩色荧光粉图案；由阴极基板与阳极基板封接 形成背栅极场发射显示器。
在绝缘介质层和阴极电极上可整片制作有场发射体层。也可在绝缘介质层和阴极电极 上制作有与阴极电极垂直的条状场发射体层。
背栅极场发射显示器的一种阴极结构是在阴极基板上设有条状的背栅极电极，在背栅 极电极上设有绝缘介质层，在绝缘介质层上设有与背栅极电极方向垂直的条状阴极电极； 在阴极电极上以及两阴极电极之间的间隙上设有场发射体层，或在阴极电极上设有与对应 背栅极电极平行的条状场发射体层，增加大面积制作场发射体层时阴极电极之间的电阻； 在阳极基板上制备有彩色荧光粉图案；由阴极基板与阳极基板封接、排气，形成背栅极场 发射显示器。
在绝缘介质层和阴极电极上整片制作有场发射体层。 在绝缘介质层和阴极电极上制作有与阴极电极垂直的条状场发射体层。 整片制作的场发射体层通过掺杂方法调整其电阻特性，使相邻阴极电极之间在阴极电
压信号的作用下不发生短路现象，各阴极电极间的电阻大于2M 。
场发射体层通过丝网印刷、化学生长或物理生长的办法整片制作的纳米半导体材料发
射体层，或制作和阴极电极垂直的条状场发射体层。
场发射体层的材料是由氧化锌、或氮化铝半导体纳米材料制成。
有益效果在普通的背栅极场发射显示器中，发射材料必须准确地印制在阴极电极之 上。如果发射材料略超过阴极电极，则可能造成相邻阴极数据线之间的短路。如果发射材 料的宽度小于阴极电极的宽度，虽然不会形成阴极电极间的短路，但是会使驱动电压迅速 增加。当显示器件分辨率较高时，阴极电极之间间距很小，发射体涂层的图案化制备难度 大、成本高。
本实用新型针对背栅极场发射显示器制作上的一些困难，釆用新型的具有一定电阻特 性的纳米半导体场发射阴极材料如氧化锌、氮化铝等制作大面积覆盖在阴极电极上的发射 体层，克服了存在的阴极发射体过宽时的短路和过窄时驱动电压过高的问题，同时降低了 制作的成本。或在阴极电极上制作与对应栅极电极平行的条状发射体层，降低大面积制作 发射体层时阴极电极之间的电阻。本发明通过掺杂的方法调控纳米半导体场发射体材料的 电阻特性，在阴极电极表面整片制作发射体材料层，不需特殊的图案画处理。或在阴极电 极上制作与对应栅极电极平行的条状发射体层，降低整片制作发射体层时阴极电极之间的 电阻。该结构省略了发射体材料层的一次掩模制备工艺和电阻层制作工艺，降低了显示器 件的制造成本。同时在本发明所提出的结构屮，最大限度地利用了场发射的边沿效应，提 高了阴极的发射性能。
4图1是现有背栅极场致发射显示器结构示意图。
图2是采用本发明整片制备纳米半导体发射体层6的背栅极场致发射显示器结构示意图。
图3是采用本发明条状纳米半导体发射体层6的新型背栅极场致发射显示器结构示意图。
以上的图中有阴极基板l，背栅极电极2，介质层3，阴极电极4，限流电阻层5，发 射体层6，阳极基板7，荧光粉8。
具体实施方式
本实用新型的背栅极场发射显示器新型阴极结构是在阴极基板1上首先制备背栅极电 极2，然后再制备绝缘介质层3和阴极电极4，并在其上整片制备纳米半导体材料阴极发射 体层6,或者在阴极电极上制作与对应栅极电极平行的条状发射体层6。
在结构上在阴极基板上设有条状的背栅极电极，在背栅极电极上设有绝缘介质层， 在绝缘介质层上设有与背栅极电极方向垂直的条状阴极电极；在阴极电极以及阴极电极之 间的间隙上设有场发射体层，或在阴极电极上设有与对应背栅极电极平行的条状发射体层， 增加大面积制作发射体层时阴极电极之间的电阻；在阳极基板上制备有彩色荧光粉图案； 由阴极基板与阳极基板封接形成背栅极场发射显示器。
在绝缘介质层和阴极电极上整片制作有场发射体层。在绝缘介质层和阴极电极上制作 有与阴极电极垂直的条状场发射体层。
制备方法是
a. )首先在阴极基板1上制备背栅极电极2;
b. )在背栅极电极2上制备绝缘介质层3;
c. )在绝缘介质层3上制备与背栅极电极2方向垂直的阴极电极4;
d. )在阴极电极4以及阴极电极4之间的间隙上整片制作发射体层6，或在阴极电极4 上制作与对应背栅极电极2平行的条状发射体层6，增加大面积制作发射体层时阴极电极4 之间的电阻；
e. )在阳极基板7上制备彩色荧光粉图案；
f. )将阴极基板1与阳极基板7封接排气，形成器件内的真空状态。 整片制作的场发射体层6通过掺杂方法调整其电阻特性，使相邻阴极电极之间在阴极
电压信号的作用下不发生短路现象，各阴极电极4间的电阻大于2M 。
本实用新型的背栅极场发射显示器技术，是在图2所示阴极基板上首先制备背栅极电 极；其后在背栅极上通过印刷或者镀膜的方法制备绝缘介质层；在绝缘介质上制备与背栅 极电极方向垂直的阴极电极；通过印刷、化学生长、物理生长的方法，制作在阴极电极以 及阴极电极之间的间隙上整片制作纳米半导体阴极发射体层，如氧化锌、氮化铝等，不用 做图案化处理；或在阴极电极上制作与对应栅极电极平行的条状发射体层，降低整片制作 发射体层时阴极电极之间的电阻。利用半导体的掺杂技术可以调整发射体材料的电导率， 将电阻率调整在30K m至80K m之间；在阳极基板上制备彩色荧光粉图案；将阴极基板 与阳极基板封接排气，形成器件内的真空工作环境。这样获得的结构因为阴极电极之间是 纳米半导体发射体材料，其电阻特性使得阴极电极之间的电位差下不足以使两电极之间短路。同时其电阻特性可以使其代替传统背栅结构图1中的阴极发射体层，在阴极发射体发 射电子时由于有电压降作用在这个发射体上，可以避免阴极发射电流过大对阴极造成的损 害。
新型阴极结构与现有的背栅极场发射显示器的不同之处为
* 通过掺杂的方式，控制纳米半导体材料场致发射体材料的电阻率，使其电阻率为 30K m至80K m;
* 不需要图1阴极电极上的限流电阻层5;
利用丝网印刷、化学生长、物理生长的方法，制作整片的发射体层，不需要对其
作图案化处理；
* 在阴极电极上制作与对应栅极电极平行的条状发射体层，降低制作发射体层时阴 极电极之间的电阻。
采用新型阴极结构的背栅极场发射显示器如图2所示。在阴极基板上制备背栅极电极; 其后在背栅极上制备绝缘介质层；制备与背栅极电极方向垂直的阴极电极；在阴极电极上 整体印刷具有纳米半导体场发射体层；在阳极基板上制备彩色荧光粉图案。
由于在新的阴极结构中，发射体材料具有的电阻特性，使相邻阴极电极之间的电阻高 于2M ，因此可以避免阴极电极之间的电阻耦合。在图2所示的阴极结构中，发射体材料 纵向电阻可以起到限流电阻层的作用。
权利要求1.一种背栅极场发射显示器的一种阴极结构，其特征是在阴极基板(1)上设有条状的背栅极电极(2)，在背栅极电极(2)上设有绝缘介质层(3)，在绝缘介质层(3)上设有与背栅极电极(2)方向垂直的条状阴极电极(4)；在阴极电极(4)上以及两阴极电极(4)之间的间隙上设有场发射体层(6)，或在阴极电极(4)上设有与对应背栅极电极(2)平行的条状场发射体层(6)，增加大面积制作场发射体层(6)时阴极电极(4)之间的电阻；在阳极基板(7)上制备有彩色荧光粉图案(8)；由阴极基板(1)与阳极基板(7)封接、排气，形成背栅极场发射显示器。
2. 根据权利要求1所述的背栅极场发射显示器的一种阴极结构，其特征是在绝缘介质 层(3)和阴极电极(4)上整片制作有场发射体层(6)。
3. 根据权利要求1所述的背栅极场发射显示器的一种阴极结构，其特征是在绝缘介质 层(3)和阴极电极(4)上制作有与阴极电极(4)垂直的条状场发射体层(6)。
专利摘要背栅极场发射显示器的一种阴极结构涉及场致发射平板显示器件，采用一种新型的阴极结构，提高背栅极场发射显示器件的分辨率和亮度均匀性，降低制造成本。在阴极基板(1)上设有条状的背栅极电极(2)，在背栅极电极(2)上设有绝缘介质层(3)，在绝缘介质层上设有与背栅极电极方向垂直的条状阴极电极(4)；在阴极电极上以及两阴极电极之间的间隙上设有场发射体层(6)，或在阴极电极上设有与对应背栅极电极平行的条状场发射体层，增加大面积制作场发射体层时阴极电极之间的电阻；在阳极基板(7)上制备有彩色荧光粉图案(8)；由阴极基板与阳极基板封接形成背栅极场发射显示器。
文档编号H01J29/04GK201345341SQ20092003671
公开日2009年11月11日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者娄朝刚, 张晓兵, 威 雷 申请人:东南大学