专利名称：一种场致发射平板显示器件及其制作方法
技术领域：
本发明属于真空电子发射显示技术领域，具体涉及一种冷阴极场致发射显示器件 的像素结构及其制作工艺方法。
背景技术：
场致电子发射(Field Electron Emission，简称FE)，是指外加电场作用于材料表 面，导致材料表面势垒的降低和宽度的变窄，从而材料内费米海中的大量电子可以隧道穿 过或者越过势垒顶部而进入真空的发射过程。场致发射显示技术(FED)是利用场致电子发 射技术实现图像显示的技术，FED产生图像的原理为通过电场使电子从电子发射材料表面 发射出来，在电场的加速作用下，电子高速撞击荧光粉发光，FED采用了矩阵选址方式，场致 发射电子时不需要预热，不存在热阴极电子发射的预热延迟，具有响应速度快、分辨率高、 色再现性好、对比度好、耐高低温、抗振动冲击、电磁辐射极微、生产成本低、易于实现数字 化显示等特点。FED平板显示器件的一系列优点，使得它成为极具竞争力的平板显示器件， 其应用前景十分广阔。电子发射材料表面发射电子需要的电场强度，取决于材料的功函数，表面形状等 因素，功函数越低，发射材料表面的曲率越小，就越有利于电子从材料表面发射出来。碳纳 米管的直径尺寸一般为1 20nm，长度从数百纳米 数十微米间，具有直径小，长度直径比 高的特点，化学稳定性及热稳定性好，是一种理想的电子发射源材料。因此碳纳米管作为场 致电子发射材料用于场子致电子发射显示从一开始就备受科研人员的普遍关注。目前碳纳米管场致发射显示(CNT-FED)技术中碳纳米管的制造工艺主要有两种 1)碳纳米管粉末涂覆在衬底上；2) CVD方法在衬底上直接生长。前者工艺比较简单，但在制 作高精度面板时存在困难，这种方法存在以下问题a)难以形成垂直于衬底的碳纳米管； b)要去除多余的碳纳米管材料；c)难以保持发射器位置的均勻性和较高密度。后者通过制 作化学气相沉积(CVD)催化剂图形、选择性生产碳纳米管的方法，比较容易保证精度，但也 存在以下问题a)生长温度过高，一般需超过600°C，常用的浮法玻璃基板无法使用，限制 了衬底材料的选择；b)难以保证大面积上的均勻性；c)需要使用CVD设备，设备成本和工 艺成本高。另外，上述两种方法都需要解决如何在结构中加入栅电极以减小驱动电压的问 题。研究更好的碳纳米管电子发射陈列制造工艺，制造出大面积均勻场发射稳定的碳纳米 管阴极，实现均勻的电子发射密度，以及降低碳纳米管发射列阵的制备工艺成本是碳纳米 管场致发射显示技术必需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种场致发射平板显示器件及其制作方法，目的旨在解决现有碳纳米 管场致发射显示技术中碳纳米管发射阵列分布不均的问题，解决涂敷法制作碳纳米管发射 阵列中的碳纳米管取向问题。为实现上述目的，本发明采取如下技术方案
包括平行设置的下玻璃基板和上玻璃基板，上玻璃基板的下表面设有透明高压阳 极，透明高压阳极表面设有红、绿、蓝三基色荧光粉及将三基色荧光粉分隔的黑矩阵，下玻 璃基板的上表面自内向外依次设有栅电极、绝缘介质层和阴极，上、下玻璃基板之间通过封 接边框粘合形成密闭真空腔体，其特征在于碳纳米管浆料通过低熔点玻璃材料固定于阴 极表面，碳纳米管浆料与阴极表面形成电连接，部分碳纳米管的尖端突出于低熔点玻璃材 料的表面，形成电子发射尖端。一种场致发射平板显示器件的制备方法，包括以下基本步骤(1)碳纳米管浆料的配制按质量百分比计，称取0. 5%经酸洗处理后的碳 纳米管材料置入5% 25%的有机溶剂中，使用超声或机械搅拌的方式使碳纳米管材料在 有机溶剂中分散均勻，然后依次加入15 % 30 %的碱溶性树脂、5 % 20 %的活性单体、
5%引发剂，搅拌均勻后加入40% 60%低熔点玻璃粉体，先经过机械搅拌，再使用 三辊研磨机进行混合制得碳纳米管浆料；(2)下基板制作玻璃基板清洗一栅电极浆料涂敷一干燥一栅电极图形曝光一栅 电极图形显影一栅电极烧结一绝缘介质层涂敷一阴极浆料涂敷一干燥一阴极图形显影一 阴极烧结一碳纳米管浆料涂敷一干燥一碳纳米管发射材料图形曝光一显影一绝缘介质图 形刻蚀一碳纳米管浆料烧结一碳纳米管浆料刻蚀处理，碳纳米管尖端部分暴露；所用的绝 缘介质击穿电压不小于lOV/ym，绝缘介质图形刻蚀以介质层底部的栅电极表面充分暴露 即可，碳纳米管浆料烧结过程中，先升温至350°C 370°C，保温30分钟，使用氮气、氦气、 氖气、氩气、氪气或氙气惰性气体，转换烧结炉内的氧气，至氧含量小于5ppm后再继续升高 温度至500°C，使碳纳米管浆料中的低熔点玻璃成分熔融，碳纳米管材料充分粘接到阴极表(3)下基板刻蚀将制作完成的下基板使用质量百分比浓度0. 3%的酸液进 行刻蚀处理，刻蚀至碳纳米管浆料层中的碳纳米管尖端暴露出介质层表面即可；(4)上基板制作玻璃基板清洗一透明导电层制备一黑矩阵浆料涂敷一干燥一黑 矩阵图形曝光一黑矩阵图形显示一黑矩阵图形烧结一荧光粉图形涂敷一荧光粉烧结。(5)封接选择真空封接用低熔点玻璃浆料在上基板上设置封接框，将上下基板 对合，使上基板上的荧光粉图形与下基板上的碳纳米管发射材料图形位置相一致后使用夹 具固定，然后在氮气保护氛围下烧结，使上下基板通过封接框粘结形成密闭的真空腔体即 制作完成。所述的低熔点玻璃粉体是指熔点低于500°C可溶于酸的玻璃粉体。所述的碱溶性树脂是指甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物。所述的活性单体是指甲基丙烯酸。所述的弓|发剂是指光引发剂907。所述的有机溶剂是指惰性溶剂。所述的下基板制作步骤中，制备完成的栅电极表面覆盖介质层，在介质层上进行 阴极的制作，阴极表面再覆盖碳纳米管电子发射材料，通过光刻工艺制作出碳纳米管电子 发射材料的图形，然后以碳纳米管电子发射材料的图形为掩模，用刻蚀液对介质层进行刻 蚀得到介质层图形，然后进行烧结，使碳纳米管电子发射材料在低熔点玻璃粉体的作用下 与阴极粘结在一起，最后对碳纳米管电子发射材料图形使用刻蚀液进行处理，刻蚀掉部分粘结碳纳米管电子发射材料的低熔点玻璃粉，使碳纳米管电子发射材料的尖端暴露出来。为了实现碳纳米管的均勻分布，采取了将碳纳米管分散在玻璃粉浆料中的方法， 通过将碳纳米管预分散在有机溶剂中，然后加入光引发剂、活性单体等助剂，最后加入无机 玻璃粉体，经过机械搅拌混合后，再经过三辊研磨机多次研磨，制成感光性的碳纳米管发射 体浆料，使碳纳米管发射体均勻地分布于浆料中，碳纳米管的密度可以通过其在浆料中的 含量多少调节，根据碳纳米管材料的长度、长径比、直径的不同，碳纳米管的含量可在0. 1% wt 5% wt间选取，最终达到器件制作完成后，碳纳米管发射尖端的密度为101 7i!m2，典 型的，可选取碳纳米管发射尖端的密度为5 X 102/ y m2。为了制作工艺的简单化，保证碳纳米管发射陈列的精度和一致性，器件的结构采 用栅电极在底部、阴极在顶部，碳纳米管发射体制作在阴极的表面，栅电极和阴极间设置绝 缘介质层的结构；为保证结构精度，栅电极和阴极、碳纳米管发射体图形采用厚膜丝网印刷 结合光刻工艺的方式来制备。绝缘介质层的图形采取刻蚀工艺，以碳纳米管发射体图形及 阴极图形为掩模加工完成。使用丝网印刷工艺把混合有碳纳米管材料的感光浆料敷在阴极的表面，经过干燥 后，使用一个图形与阴极图形相同，但是图形宽度稍大于阴极图形的掩模对碳纳米管浆料 层曝光、经过显影工序后得到碳纳米管发射阵列图形，然后以碳纳米管发射阵列图形为掩 模，将酸性溶液喷洒到基板表面，对基板表面的介质层进行处理，碳纳米管发射阵列图形以 外的介质表面由于没有碳纳米管浆料的覆盖，介质材料暴露于酸性溶液环境下，与酸性溶 液发生化学反应后被去除，有碳纳米管浆料覆盖的地方，酸性溶液无法与介质层接触，因此 经过酸性溶液处理后，得到了与碳纳米管发射阵列一致的介质层图形。碳纳米管发射阵列图形和介质层图形加工完成后，将基板进行高温处理，去除碳 纳米管浆料中的无用有机物，在高温下，低熔点玻璃粉体熔化，将碳纳米管材料与阴极材 料表面粘合到一起。为了避免碳纳米管浆料中的碳纳米管材料与氧气发生反应而受破坏， 烧结时，先在大气环境下，对将基板加热到350°C 370°C，以去除浆料中的有机载体成 分，然后往烧结炉内通入高纯的氮气，将氧气转换出来后，在氮气的氛围下，将基板加热至 450°C 550°C，使碳纳米管浆料中的低熔点玻璃熔融。将烧结完成后的碳纳米管阵列图形基板使用低浓度的酸液进行处理，去除碳纳米 管阵列层中的部分低熔点玻璃材料，由于碳纳米管在酸液中的稳定性很好，几乎不与酸溶 液发生反应，所以在酸液中，粘合碳纳米管材料的低熔点玻璃与酸溶液反应后，形成可溶物 被去掉，通过控制处理时间来控制去掉低熔点玻璃材料的量，至碳纳米管材料的尖端暴露 于粘结用的低熔点玻璃材料层表面后，停止处理。由此可得到碳纳米管尖端暴露，密度均勻 的碳纳米管电子发射阵列。本发明具有以下有益效果本发明通过将碳纳米管混合于浆料中，先将碳纳米管置于惰性溶剂中预混合后， 再加入无机的低熔点玻璃粉体，用三辊研磨机进行充分混合，可以得到均勻的碳纳米管发 射体分布，相对于现有的碳纳米管涂敷工艺，本发明采取的分散方法碳纳米管在浆料中的 比例较小，且先经过溶液混合后再经过机械混合，在整个浆料体系中，碳纳米管的分布均勻 性更好；碳纳米管发射体在浆料中的分布和取向是无序的，但宏观统计上的均勻的，通过对粘合碳纳米管发射体的低熔点玻璃材料进行酸刻蚀处理，可使部分取向与基板表面呈较 大角度的碳纳米管的尖端暴露于粘结用的低熔点玻璃层表面；本发明中，碳纳米管阵列的图形通过将碳纳米管材料配制成感光性的浆料涂敷于 阴极表面后，再经光刻工艺制作成碳纳米管阵列的图形，可以得到尺寸精确的碳纳米管阵 列，相对于现有的碳纳米管浆料图形印刷工艺，尺寸精确度更高。本发明的碳纳米管阵列的结构均为层面结构，图形简单易于加工；整个加工过程 为厚膜丝网印刷工艺和光刻工艺相结合，相对现有的CVD形成碳纳米管阵列的技术，不需 要昂贵的CVD设备，降低了器件制作的工艺成本。现有的碳纳米管印刷涂敷工艺是将碳纳米管浆料涂敷于基板表面后，利用胶带、 毛刷等手段，破坏碳纳米管在浆料中的碳纳米管原有取向，使部分碳纳米管竖起，形成部分 发射尖端。这些方法存在取向不够均勻，同时由于碳纳米管浆料涂敷后需去除浆料中的有 机成分，碳纳米管与阴极表面的附着不够牢固，易受其它工序加工条件影响造成脱落、取向 改变等缺陷。本发明中，碳纳米管材料通过低熔点玻璃经烧结后，与阴极形成高强度的结 合，不易因其它外力影响产生脱落、取向改变等变化；碳纳米管的尖端由低熔点玻璃经过酸 刻蚀去除后暴露出来，形成的发射尖端密度更为均勻，且各发射尖端的方向相对固定，电子 发射状态在器件工作过程中不易发生变化，有利于器件的长时间稳定工作。
图1为本发明所述的碳纳米管场致发射显示器件的结构原理示意图，图中1为上 玻璃基板，2为透明高压阳极，3为封接玻璃边框，4为黑色矩阵，5为荧光粉，6为碳纳米管浆 料层，7为阴极，8为绝缘介质层，9为栅电极，10为下基板。图2为本发明实施例中所述的碳纳米管场致发射显示器件制作工艺过程中，碳纳 米管浆料经刻蚀处理后的结构示意图，图中1为上玻璃基板，2为透明高压阳极，3为封接 玻璃边框，4为黑色矩阵，5为荧光粉，6为碳纳米管浆料层，7为阴极，8为绝缘介质层，9为 栅电极，10为下基板，11为碳纳米管浆料层经部分刻蚀处理后暴露于粘结低熔点玻璃表面 的碳纳米管尖端。图3为本发明实施例中所述的碳纳米管场致发射显示器件下基板结构俯视示意 图，图中6为碳纳米管浆料层，7为阴极，8为绝缘介质层，9为栅电极，10为下基板，11为碳 纳米管浆料层经部分刻蚀处理后暴露于粘结低熔点玻璃表面的碳纳米管尖端，12为栅电极 与阴极正交所确定的一个像素位置。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。本发明所述的碳纳米管场致发射平板显示器件如图1所示，器件由上玻璃基板1、 下玻璃基板10平行设置，通过封接框3将上玻璃基板1、下玻璃基板10粘接为封闭的真空 腔体。上玻璃基板1与下玻璃基板10相对的内侧表面设置有透明高压电极2，透明高压电 极2的表面设置有起减少外界光反射的黑矩阵4和起接受电子轰击，将电子的能量转化为 可见光的荧光粉层5。下基板10与上基板1相对的内侧表面上设置有栅电极9阵列，栅电 极9的表面覆盖有绝缘介质层8，绝缘介质表面设置有阴极阵列7，阴极的表面设置有碳纳米管浆料层6，栅电极阵列与阴极阵列相互正交设置，如图3给出的本发明所述的碳纳米管 场致发射平板显示器件下基板结构的俯视图所示。工作时，透明高压阳极2上施加1000 10000伏的正向直流电压，阴极7上施加60 150伏直流负向直流电压，栅极9的表面接地 或施加60 150伏的正向直流电压。在施加在栅电极9上的正向电压与施加在阴极7上 的负向电压两者产生的电场作用下，电子从碳纳米管浆料层6中的碳纳米管尖端11表面发 射出来(如图2所示)。从碳纳米管尖端11表面发射出来的电子，在阴极7上施加的负向 电压与透明高压电极3上施加的正向电压之间产生的电场作用下，向上玻璃基板1内侧表 面高速运动，最终轰击在上玻璃基板1内侧表面设置的荧光粉5上，激励荧光粉5发出可见 光。通过对正交排列的栅电极阵列9和阴极阵列7形成的交叉矩阵，按一定的顺序施加电 压，并按照一定的顺序调节施加电压的高低，可以实现任一栅电极9和阴极7交点位置的电 子束流发射及电子整流大小的控制，从而实现图像显示。以下给出碳纳米管场致发射平板显示器件制作方法的实施例。实施例1碳纳米管浆料的配制选购结构单一性好，长度及长径比一致性较好的市售碳纳 米管材料，先在浓硫酸中进行浸泡处理，目的是去除碳纳米管中残留的无定型碳成分，处理 后洗净硫酸溶液；然后在质量百分比浓度1 10%稀硝酸溶液中浸泡清洗，目的是去除生 产时残留在碳纳米管材料内的金属催化剂。然后秤取碳纳米管材料用于配制碳纳米管浆 料，占浆料的比例为0. wt (可根据所用的碳纳米管材料的长度及长径比不同进行调整， 长度短，直径小的碳管用量少，反之增加碳管用量)；称好的碳纳米管材料置入配制浆料所 用的有机溶剂中，有机溶剂一般选取不与浆料中其它组分发生化学或物理反应的惰性溶剂 Taxinol ；根据所需的浆料粘度，溶剂的比例为5% wt ；然后使用超声或机械搅拌的方式使 碳纳米管在溶液中分散均勻。然后再依次加入24. 9% wt的碱溶性树脂(甲基丙烯酸和甲 基丙烯酸甲酯的共聚物)、15% wt的活性单体甲基丙烯酸、5% wt光引发剂907，搅拌均勻 后加入50% wt溶于酸的低熔点玻璃粉体(锌硼硅系)，熔点低于500°C。加入玻璃粉体后， 先经过初步的机械搅拌和预混合，再使用三辊研磨机进行最后的混合。特别需要注意的是， 因为碳纳米管浆料最后需经酸液刻蚀处理以暴露碳纳米管发射尖端，所以所使用的低熔点 玻璃粉必需是可酸溶解的。下基板结构制作工艺流程玻璃基板清洗一栅电极浆料涂敷一干燥一栅电极图形 曝光一栅电极图形显影一栅电极烧结一绝缘介质层涂敷一阴极浆料涂敷一干燥一阴极图 形显影一阴极烧结一碳纳米管浆料涂敷一干燥一碳纳米管发射材料图形曝光一显影一绝 缘介质图形刻蚀一碳纳米管浆料烧结一碳纳米管浆料刻蚀处理，暴露碳纳米管尖端。此过 程中有两处需要特别注意1)本发明使用的绝缘介质需经过酸性溶液刻蚀出介质图形，因 此所用的绝缘介质必需是可酸溶解的，此外，必须有良好的绝缘性能，击穿电压不小于10V/ y m，在570°C以下烧结致密性良好，推荐使用与酸反应性较好的锌硼硅系玻璃料。绝缘介质 的刻蚀以介质层底部的栅电极表面充分暴露即可，因栅电极浆料在酸液下也会发生弱的反 应，过度刻蚀有可能会导致栅电极脱落或断裂。2)碳纳米管材料在大气环境下，在500°C及 以上时，会与空气中的氧气发生反应，形成C02或C0，因此，碳纳米管浆料烧结过程中，先升 温至350°C 370°C，保温30分钟左右，使浆料中的有机成分分解或挥发干净，此时，需使用 高纯的氮气或氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等惰性气体，转换烧结炉内的氧气，至氧含量小于5ppm后再继续升高温度至500°C，使碳纳米管浆料中的低熔点玻璃成分熔融，将碳纳米 管材料充分粘接到阴极表面。 碳纳米管烧结后的基板，使用低浓度的酸液进行刻蚀处理，可使用0. 3% (质量百分比浓度)的硝酸、盐酸、硼酸、草酸等酸性溶液，刻蚀使用的酸溶液取决于所使 用的碳纳米管浆料中的低熔点玻璃的体系及与酸液反应的速度快慢，需根据试验确定。刻 蚀至碳纳米管浆料层中的碳纳米管尖端部分暴露即可，过度刻蚀有可能导致碳纳米管浆料 中的低熔点玻璃成分全部溶解，碳纳米管材料失去低熔点玻璃的粘结而无法在阴极表面附碳纳米管浆料中碳纳米管材料的比例及碳纳米管浆料层刻蚀的控制，以刻蚀后完 成后，碳纳米管发射尖端的密度为101 7i!m2为宜。本发明所述的上基板工艺流程如下玻璃基板清洗一透明导电层制备一黑矩阵浆 料涂敷一干燥一黑矩阵图形曝光一黑矩阵图形显示一黑矩阵图形烧结一荧光粉图形涂敷 —荧光粉烧结。将制作完成的上基板上设置封接框，封接框的材料可使用常的真空封接用低熔点 玻璃浆料。然后将上下基板对合，使上基板上的荧光粉图形与下基板上的碳纳米管发射材 料图形位置相一致后使用夹具固定，然后在氮气保护氛围下烧结，使上下基板通过封接框 粘结形成为密闭的真空腔体。实施例2碳纳米管浆料的配制选购结构单一性好，长度及长径比一致性较好的市售碳纳 米管材料，先在浓硫酸中进行浸泡处理，目的是去除碳纳米管中残留的无定型碳成分，处理 后洗净硫酸溶液；然后在质量百分比浓度1 10%稀硝酸溶液中浸泡清洗，目的是去除生 产时残留在碳纳米管材料内的金属催化剂。然后秤取2. 5% wt,的碳纳米管材料置入配制 浆料所用的惰性溶剂Taxinol中；根据所需的浆料粘度，惰性溶剂的比例为10% wt ；然后 使用超声或机械搅拌的方式使碳纳米管在溶液中分散均勻。然后再依次加入15% wt的 碱溶性树脂(甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物)、15%wt的活性单体甲基丙烯酸、 7.5%wt光引发剂907，依次搅拌均勻后最后加入50% wt溶于酸的低熔点玻璃粉体。加入 玻璃粉体后，先经过初步的机械搅拌和预混合，再使用三辊研磨机进行最后的混合。下基板结构制作工艺流程玻璃基板清洗一栅电极浆料涂敷一干燥一栅电极图形 曝光一栅电极图形显影一栅电极烧结一绝缘介质层涂敷一阴极浆料涂敷一干燥一阴极图 形显影一阴极烧结一碳纳米管浆料涂敷一干燥一碳纳米管发射材料图形曝光一显影一绝 缘介质图形刻蚀一碳纳米管浆料烧结一碳纳米管浆料刻蚀处理，暴露碳纳米管尖端。制备 完成的栅电极表面覆盖介质层，在介质层上进行阴极的制作，阴极表面再覆盖碳纳米管电 子发射材料，通过光刻工艺制作出碳纳米管电子发射材料的图形，然后以碳纳米管电子发 射材料的图形为掩模，用刻蚀液对介质层进行刻蚀得到介质层图形，然后进行烧结，使碳纳 米管电子发射材料在低熔点玻璃粉的作用下与阴极粘结在一起，最后对电子发射材料图形 使用刻蚀液进行处理，刻蚀掉部分粘结碳纳米管电子发射材料的低熔点玻璃粉，使碳纳米 管的尖端暴露出来。此过程中有两处需要特别注意1)本发明使用的绝缘介质需经过酸性 溶液刻蚀出介质图形，因此所用的绝缘介质必需是可酸溶解的，此外，必须有良好的绝缘性 能，击穿电压不小于10V/ y m，在570°C以下烧结致密性良好，推荐使用与酸反应性较好的锌硼硅系玻璃料。绝缘介质的刻蚀以介质层底部的栅电极表面充分暴露即可，因栅电极浆 料在酸液下也会发生弱的反应，过度刻蚀有可能会导致栅电极脱落或断裂。2)碳纳米管材 料在大气环境下，在500°C及以上时，会与空气中的氧气发生反应，形成C02或⑶，因此，碳 纳米管浆料烧结过程中，先升温至350°C 370°C，保温30分钟左右，使浆料中的有机成分 分解或挥发干净，此时，需使用高纯的氮气或氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等惰性气体，转换 烧结炉内的氧气，至氧含量小于5ppm后再继续升高温度至500°C，使碳纳米管浆料中的低 熔点玻璃成分熔融，将碳纳米管材料充分粘接到阴极表面。 碳纳米管烧结后的基板，使用低浓度的酸液进行刻蚀处理，可使用0. 3% (质量百分比浓度)的硝酸、盐酸、硼酸、草酸等酸性溶液，刻蚀使用的酸溶液取决于所使 用的碳纳米管浆料中的低熔点玻璃的体系及与酸液反应的速度快慢，需根据试验确定。刻 蚀至碳纳米管浆料层中的碳纳米管尖端部分暴露即可，过度刻蚀有可能导致碳纳米管浆料 中的低熔点玻璃成分全部溶解，碳纳米管材料失去低熔点玻璃的粘结而无法在阴极表面附碳纳米管浆料中碳纳米管材料的比例及碳纳米管浆料层刻蚀的控制，以刻蚀后完 成后，碳纳米管发射尖端的密度为101 7i!m2为宜。本发明所述的上基板工艺流程如下玻璃基板清洗一透明导电层制备一黑矩阵浆 料涂敷一干燥一黑矩阵图形曝光一黑矩阵图形显示一黑矩阵图形烧结一荧光粉图形涂敷 —荧光粉烧结。将制作完成的上基板上设置封接框，封接框的材料可使用常的真空封接用低熔点 玻璃浆料。然后将上下基板对合，使上基板上的荧光粉图形与下基板上的碳纳米管发射材 料图形位置相一致后使用夹具固定，然后在氮气保护氛围下烧结，使上下基板通过封接框 粘结形成为密闭的真空腔体。实施例3碳纳米管浆料的配制选购结构单一性好，长度及长径比一致性较好的市售碳纳 米管材料，先在浓硫酸中进行浸泡处理，目的是去除碳纳米管中残留的无定型碳成分，处理 后洗净硫酸溶液；然后在质量百分比浓度1 10%稀硝酸溶液中浸泡清洗，目的是去除生 产时残留在碳纳米管材料内的金属催化剂。然后秤取占浆料的比例为5% wt的碳管，置入 配制浆料所用的惰性溶剂Taxinol中，溶剂的比例为20% wt ；然后使用超声或机械搅拌的 方式使碳纳米管在溶液中分散均勻。然后再依次加入15% wt的碱溶性树脂(甲基丙烯酸 和甲基丙烯酸甲酯的共聚物)、15% wt的活性单体甲基丙烯酸、5% wt光引发剂907等成 分，依次搅拌均勻后最后加入40% wt低熔点玻璃粉体。加入玻璃粉体后，先经过初步的机 械搅拌，将粉体与有机载体预混合后，再使用三辊研磨机进行最后的混合。下基板结构制作工艺流程玻璃基板清洗一栅电极浆料涂敷一干燥一栅电极图形 曝光一栅电极图形显影一栅电极烧结一绝缘介质层涂敷一阴极浆料涂敷一干燥一阴极图 形显影一阴极烧结一碳纳米管浆料涂敷一干燥一碳纳米管发射材料图形曝光一显影一绝 缘介质图形刻蚀一碳纳米管浆料烧结一碳纳米管浆料刻蚀处理，暴露碳纳米管尖端。此过 程中有两处需要特别注意1)本发明使用的绝缘介质需经过酸性溶液刻蚀出介质图形，因 此所用的绝缘介质必需是可酸溶解的，此外，必须有良好的绝缘性能，击穿电压不小于10V/ y m，在570°C以下烧结致密性良好，推荐使用与酸反应性较好的锌硼硅系玻璃料。绝缘介质的刻蚀以介质层底部的栅电极表面充分暴露即可，因栅电极浆料在酸液下也会发生弱的反 应，过度刻蚀有可能会导致栅电极脱落或断裂。2)碳纳米管材料在大气环境下，在500°C及 以上时，会与空气中的氧气发生反应，形成C02或C0，因此，碳纳米管浆料烧结过程中，先升 温至350°C 370°C，保温30分钟左右，使浆料中的有机成分分解或挥发干净，此时，需使用 高纯的氮气或氦气、氖气、氩气、氪气、氙气等惰性气体，转换烧结炉内的氧气，至氧含量小 于5ppm后再继续升高温度至500°C，使碳纳米管浆料中的低熔点玻璃成分熔融，将碳纳米 管材料充分粘接到阴极表面。碳纳米管烧结后的基板，使用低浓度的酸液进行刻蚀处理，可使用0. 3%浓 度的硝酸、盐酸、硼酸、草酸等酸性溶液，刻蚀使用的酸溶液取决于所使用的碳纳米管浆料 中的低熔点玻璃的体系及与酸液反应的速度快慢，需根据试验确定。刻蚀至碳纳米管浆料 层中的碳纳米管尖端部分暴露即可，过度刻蚀有可能导致碳纳米管浆料中的低熔点玻璃成 分全部溶解，碳纳米管材料失去低熔点玻璃的粘结而无法在阴极表面附着。碳纳米管浆料中碳纳米管材料的比例及碳纳米管浆料层刻蚀的控制，以刻蚀后完 成后，碳纳米管发射尖端的密度为101 7i!m2为宜。本发明所述的上基板工艺流程如下玻璃基板清洗一透明导电层制备一黑矩阵浆 料涂敷一干燥一黑矩阵图形曝光一黑矩阵图形显示一黑矩阵图形烧结一荧光粉图形涂敷 —荧光粉烧结。将制作完成的上基板上设置封接框，封接框的材料可使用常的真空封接用低熔点 玻璃浆料。然后将上下基板对合，使上基板上的荧光粉图形与下基板上的碳纳米管发射材 料图形位置相一致后使用夹具固定，然后在氮气保护氛围下烧结，使上下基板通过封接框 粘结形成为密闭的真空腔体。
权利要求
一种场致发射平板显示器件，包括平行设置的下玻璃基板和上玻璃基板，上玻璃基板的下表面设有透明高压阳极，透明高压阳极表面设有红、绿、蓝三基色荧光粉及将三基色荧光粉分隔的黑矩阵，下玻璃基板的上表面自内向外依次设有栅电极、绝缘介质层和阴极，上、下玻璃基板之间通过封接边框粘合形成密闭真空腔体，其特征在于碳纳米管浆料通过低熔点玻璃材料固定于阴极表面，碳纳米管浆料与阴极表面形成电连接，部分碳纳米管的尖端突出于低熔点玻璃材料的表面，形成电子发射尖端。
2.—种权利要求所述场致发射平板显示器件的制备方法，其特征在于，包括以下基本 步骤(1)碳纳米管浆料的配制按质量百分比计，称取0. 5%经酸洗处理后的碳纳米 管材料置入5% 25%的有机溶剂中，使用超声或机械搅拌的方式使碳纳米管材料在有机 溶剂中分散均勻，然后依次加入15% 30%的碱溶性树脂、5% 20%的活性单体、 5 %引发剂，搅拌均勻后加入40 % 60 %低熔点玻璃粉体，先经过机械搅拌，再使用三辊研 磨机进行混合制得碳纳米管浆料；(2)下基板制作玻璃基板清洗一栅电极浆料涂敷一干燥一栅电极图形曝光一栅电极 图形显影一栅电极烧结一绝缘介质层涂敷一阴极浆料涂敷一干燥一阴极图形显影一阴极 烧结一碳纳米管浆料涂敷一干燥一碳纳米管发射材料图形曝光一显影一绝缘介质图形刻 蚀一碳纳米管浆料烧结一碳纳米管浆料刻蚀处理，碳纳米管尖端部分暴露；所用的绝缘介 质击穿电压不小于IOV/μ m，绝缘介质图形刻蚀以介质层底部的栅电极表面充分暴露即可， 碳纳米管浆料烧结过程中，先升温至350°C 370°C，保温30分钟，使用氮气、氦气、氖气、氩 气、氪气或氙气惰性气体，转换烧结炉内的氧气，至氧含量小于5ppm后再继续升高温度至 5000C，使碳纳米管浆料中的低熔点玻璃成分熔融，碳纳米管材料充分粘接到阴极表面；(3)下基板刻蚀将制作完成的下基板使用质量百分比浓度0. 3%的酸液进行刻 蚀处理，刻蚀至碳纳米管浆料层中的碳纳米管尖端暴露出介质层表面即可；(4)上基板制作玻璃基板清洗一透明导电层制备一黑矩阵浆料涂敷一干燥一黑矩阵 图形曝光一黑矩阵图形显示一黑矩阵图形烧结一荧光粉图形涂敷一荧光粉烧结；(5)封接选择真空封接用低熔点玻璃浆料在上基板上设置封接框，将上下基板对合， 使上基板上的荧光粉图形与下基板上的碳纳米管发射材料图形位置相一致后使用夹具固 定，然后在氮气保护氛围下烧结，使上下基板通过封接框粘结形成密闭的真空腔体即制作 完成。
3.根据权利要求2所述一种场致发射平板显示器件的制备方法，其特征在于，所述的 低熔点玻璃粉体是指熔点低于500°C可溶于酸的玻璃粉体。
4.根据权利要求2所述一种场致发射平板显示器件的制备方法，其特征在于，所述的 碱溶性树脂是指甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物。
5.根据权利要求2所述一种场致发射平板显示器件的制备方法，其特征在于，所述的 活性单体是指甲基丙烯酸。
6.根据权利要求2所述一种场致发射平板显示器件的制备方法，其特征在于，所述的 引发剂是指光引发剂907。
7.根据权利要求2所述一种场致发射平板显示器件的制备方法，其特征在于，所述的 有机溶剂是指惰性溶剂。
8.根据权利要求2所述一种场致发射平板显示器件的制备方法，其特征在于，所述的 下基板制作步骤中，制备完成的栅电极表面覆盖介质层，在介质层上进行阴极的制作，阴极 表面再覆盖碳纳米管电子发射材料，通过光刻工艺制作出碳纳米管电子发射材料的图形， 然后以碳纳米管电子发射材料的图形为掩模，用刻蚀液对介质层进行刻蚀得到介质层图 形，然后进行烧结，使碳纳米管电子发射材料在低熔点玻璃粉体的作用下与阴极粘结在一 起，最后对碳纳米管电子发射材料图形使用刻蚀液进行处理，刻蚀掉部分粘结碳纳米管电 子发射材料的低熔点玻璃粉，使碳纳米管电子发射材料的尖端暴露出来。
全文摘要
本发明提供一种场致发射平板显示器件及其制作方法，将碳纳米管浆料通过低熔点玻璃材料固定于阴极表面，碳纳米管浆料与阴极表面形成电连接，部分碳纳米管的尖端突出于低熔点玻璃材料的表面，形成电子发射尖端。通过将碳纳米管发射体均匀地分布于浆料中，解决现有碳纳米管场致发射显示技术中碳纳米管发射阵列分布不均的问题，通过对粘合碳纳米管发射体的低熔点玻璃材料进行酸刻蚀处理，可使部分取向与基板表面呈较大角度的碳纳米管的尖端暴露于粘结用的低熔点玻璃层表面；解决涂敷法制作碳纳米管发射阵列中的碳纳米管取向问题。
文档编号H01J31/12GK101877299SQ20101021259
公开日2010年11月3日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者唐李晟 申请人:彩虹集团公司