分支银门控交错多棱面复合阴极结构的发光显示器的制作方法

本发明属于真空科学与技术领域、集成电路科学与技术领域、微电子科学与技术领域、显示技术领域、纳米科学与技术领域以及光电子科学与技术领域的相互交叉领域，涉及到平面场发射发光显示器的制作，具体涉及到碳纳米管阴极的平面场发射发光显示器的制作，特别涉及到一种分支银门控交错多棱面复合阴极结构的发光显示器及其制作工艺。

背景技术：

碳纳米管是一种性能优异的电子源材料，在外部强电场强度的作用下，无需额外能量就能够发射大量的电子。随着碳纳米管被成功应用到场发射发光显示器中以后，对于场发射发光显示器的研究，业已引起了众多科研人员的高度关注。碳纳米管阴极的场发射发光显示器具有许多优异特性，例如，更高的显示图像质量、更宽的显示视角、更低的功率损耗等。在具体显示器制作方面，丝网印刷工艺的成功引入，使得大面积碳纳米管阴极的制作已经完全能够实现，同时还会极大降低整体发光显示器的制作成本，这使得场发射发光显示器朝向实用化方向迈出了更坚实的步伐。

但是，在三极结构的场发射发光显示器中，还存在许多技术难题有待于解决。门极是三极结构场发射发光显示器中的关键元件，它的工作电压将会直接控制碳纳米管是否进行电子发射，故此门极的制作是必须要慎重考虑的事情。目前，门极与阴极之间的有效距离均偏大，这就造成了门极工作电压居高不下、门极对碳纳米管的控制作用大幅度减弱等现象的出现；同时，门极的制作结构过于复杂，这无形中就增大了整体发光显示器的制作成本。碳纳米管阴极的制作面积过小，这将直接导致阳极工作电流的大幅减少，不利于进一步提高场发射发光显示器的发光强度；在碳纳米管阴极中，能够进行电子发射的有效碳纳米管还偏少，这对于提高碳纳米管的电子发射效率也是不利的。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于克服上述发光显示器中存在的缺陷和不足，提供一种制作工艺简单的、制作结构稳定可靠的、显示器发光亮度高的分支银门控交错多棱面复合阴极结构的发光显示器及其制作工艺。

技术方案：本发明的分支银门控交错多棱面复合阴极结构的发光显示器，包括真空室及位于真空室内的消气剂和支撑墙附属元件，所述真空室由阴极封装玻璃、阳极封装玻璃和透明玻璃框所构成；在阳极封装玻璃上有阳极膜传导层、阳极外延长线层和荧光粉层，所述阳极外延长线层与阳极膜传导层相连，所述荧光粉层制备在阳极膜传导层上面；在阴极封装玻璃上有分支银门控交错多棱面复合阴极结构。

所述分支银门控交错多棱面复合阴极结构的衬底为阴极封装玻璃；阴极封装玻璃上的印刷的绝缘浆料层形成黑覆盖层；黑覆盖层上的印刷的银浆层形成阴极外延长线层；阴极外延长线层上的印刷的绝缘浆料层形成阴极基底一层；阴极基底一层呈六棱锥台型，其上、下表面均为平面，外侧壁为六棱锥体的六个侧面；阴极基底一层中存在三角孔，三角孔内的印刷的银浆层形成阴极连接线层；阴极连接线层和阴极外延长线层相互连通；阴极基底一层上的印刷的绝缘浆料层形成阴极基底二层；阴极基底二层呈现四棱锥型，其下表面为平面，外侧壁为四棱锥型的四个侧面，顶部为锥尖，所述下表面位于阴极基底一层上表面上；阴极基底二层的纵向中心轴线和阴极基底一层的纵向中心轴线相重合，均垂直于阴极封装玻璃；阴极基底一层外侧壁上的刻蚀的金属层形成阴极电极下层；阴极电极下层覆盖于阴极基底一层外侧壁的上半部分；阴极基底一层上表面的刻蚀的金属层形成阴极电极中层；阴极电极中层覆盖于阴极基底一层的上表面，环绕在阴极基底二层的周围；阴极电极中层、阴极电极下层和阴极连接线层相互连通；阴极基底二层表面的刻蚀的金属层形成阴极电极上层；阴极电极上层覆盖于阴极基底二层的外侧壁，且和阴极电极中层相互连通；黑覆盖层上的印刷的绝缘浆料层形成门极增高层；门极增高层的上、下表面均为平面；门极增高层中存在圆形孔，圆形孔中暴露出阴极电极上层、阴极电极中层、阴极电极下层、阴极基底一层和阴极基底二层；门极增高层中圆形孔的内侧壁为圆筒面；门极增高层的上表面的印刷的银浆层形成门极平面电极层；门极平面电极层位于门极增高层上表面靠近圆形孔边缘部位，并环绕在圆形孔周围，其前端截止于门极增高层上表面圆形孔边缘，不向圆形孔内突出；门极平面电极层上的印刷的绝缘浆料层形成门极间隔层；门极间隔层的下表面为平面，位于门极平面电极层上；门极间隔层的上表面为向内凹陷的、靠近圆形孔边缘部分高度高而远离圆形孔边缘部分高度低的弧形面；门极间隔层上表面的印刷的银浆层形成门极弧面电极层；门极弧面电极层覆盖于门极间隔层的上表面，且和门极平面电极层相互连通；门极增高层上的印刷的银浆层形成门极外延长线层；门极外延长线层和门极平面电极层相互连通；门极弧面电极层、门极外延长线层上的印刷的绝缘浆料层形成门极遮盖层；碳纳米管层制备在阴极电极下层、阴极电极中层和阴极电极上层上。

具体地，所述阴极封装玻璃的材料为硼硅玻璃或钠钙玻璃。

具体地，述分支银门控交错多棱面复合阴极结构的固定位置为阴极封装玻璃；阴极电极下层为金属银、钼、镍、铬、锡或钴；阴极电极中层为金属银、钼、镍、铬、锡或钴；阴极电极上层为金属银、钼、镍、铬、锡或钴。

本发明同时提供上述分支银门控交错多棱面复合阴极结构的发光显示器的制作工艺，包括以下步骤：

1)阴极封装玻璃的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成阴极封装玻璃；

2)黑覆盖层的制作：在阴极封装玻璃上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成黑覆盖层；

3)阴极外延长线层的制作：在黑覆盖层上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极外延长线层；

4)阴极基底一层的制作：在黑覆盖层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成阴极基底一层；

5)阴极连接线层的制作：在阴极基底一层的三角孔中印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极连接线层；

6)阴极基底二层的制作：在阴极基底一层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成阴极基底二层；

7)阴极电极下层的制作：在阴极基底一层的外侧壁上制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极电极下层；

8)阴极电极中层的制作：在阴极基底一层的上表面制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极电极中层；

9)阴极电极上层的制作：在阴极基底二层的表面制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极电极上层；

10)门极增高层的制作：在黑覆盖层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极增高层；

11)门极平面电极层的制作：在门极增高层的上表面印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极平面电极层；

12)门极间隔层的制作：在门极平面电极层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极间隔层；

13)门极弧面电极层的制作：在门极间隔层的表面上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极弧面电极层；

14)门极外延长线层的制作：在门极增高层上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极外延长线层；

15)门极遮盖层的制作：在门极弧面电极层、门极外延长线层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极遮盖层；

16)分支银门控交错多棱面复合阴极结构的清洁：对分支银门控交错多棱面复合阴极结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

17)碳纳米管层的制作：将碳纳米管印刷在阴极电极下层、阴极电极中层和阴极电极上层上，形成碳纳米管层；

18)碳纳米管层的处理：对碳纳米管层进行后处理，改善其场发射特性；

19)阳极封装玻璃的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成阳极封装玻璃；

20)阳极膜传导层的制作：对覆盖于阳极封装玻璃表面的锡铟氧化物膜层进行刻蚀，形成阳极膜传导层；

21)阳极外延长线层的制作：在阳极封装玻璃上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阳极外延长线层；

22)荧光粉层的制作：在阳极膜传导层上印刷荧光粉，经烘烤工艺后形成荧光粉层；

23)显示器器件装配：将消气剂安装于阳极封装玻璃的非显示区域；然后，将阳极封装玻璃、阴极封装玻璃、透明玻璃框和支撑墙装配到一起，用夹子固定；

24)显示器器件封装：对已装配的显示器器件进行封装工艺形成成品件。

所述步骤21具体为：在阳极封装玻璃上的非显示区域印刷银浆，经过烘烤之后，最高烘烤温度：180℃，最高烘烤温度保持时间：8分钟；放置在烧结炉中进行烧结，最高烧结温度：525℃，最高烧结温度保持时间：8分钟。

所述步骤22具体为：在阳极封装玻璃上的阳极膜传导层上印刷荧光粉，然后放置在烘箱中进行烘烤，最高烘烤温度为120℃，最高烘烤温度保持时间：10分钟。

所述步骤24具体为：将显示器器件放入烘箱中进行烘烤；放入烧结炉中进行烧结；在排气台上进行器件排气、封离；在烤消机上对消气剂进行烤消，最后加装管脚形成成品件。

有益效果：本发明具有如下显著的进步：

首先，在所述的分支银门控交错多棱面复合阴极结构中，制作了六棱锥台型阴极基底一层和四棱锥型阴极基底二层的复合结构，并在阴极电极下层、阴极电极中层、阴极电极上层表面制备了碳纳米管层。一方面，在这种立体复合结构中，碳纳米管层的制作面积被有效扩大了。随着碳纳米管层制作面积的增大，就会有更多的碳纳米管都参与场发射电子，这对进一步增大发光显示器的阳极工作电流、增强发光显示器的发光亮度无疑是有利的。另一方面，在这种立体复合结构中，存在着很多的“棱角”，即圆滑的碳纳米管层被“有效弯曲”了。众所周知，在碳纳米管的电子发射过程中，存在“边缘电场集中”现象，即在碳纳米管层的“棱角”处，由于曲率变化的影响，电场强度会急剧增加，那么位于此处的碳纳米管会发射出更多的电子。这种分支银门控交错多棱面复合阴极结构充分利用了“边缘电场集中”现象，这样有助于进一步降低发光显示器的门极工作电压、减少整体发光显示器的功率损耗。

其次，在这种分支银门控交错多棱面复合阴极结构中，利用烧结固化的银浆层制作了分支门极结构。其中门极平面电极层和门极弧面电极层是相互连通的，都属于门极的一部分，门极的工作电压也会同时传递给门极平面电极层和门极弧面电极层。这样，同一个门极工作电压，就能够同时控制阴极电极下层、阴极电极中层、阴极电极上层上更多的碳纳米管。当施加适当门极工作电压以后，碳纳米管会进行电子发射，且碳纳米管发射电子数量的变化会随着门极工作电压的变化而变化，这就体现了门极对碳纳米管的强有力控制功能，这当然也是高质量发光显示器所需要的。

第三，在这种分支银门控交错多棱面复合阴极结构中，门极被制作了碳纳米管层的周围。这样，碳纳米管所发射的电子，在阳极高电压的作用下，会大部分高速向阳极运动而形成阳极工作电流；门极对碳纳米管发射的电子进行截流的几率很小，从而形成的门极工作电流也就很小，这对降低整体发光显示器的功率损耗是有帮助的。

此外，在所述的分支银门控交错多棱面复合阴极结构中，没有采用特殊的制作材料，更没有采用特殊的制作工艺，这有助于进一步降低整体发光显示器的制作成本。同时，鉴于这种分支银门控交错多棱面复合阴极结构制作结构很简单，这有利于提高整体发光显示器的制作成品率。

附图说明

图1给出了分支银门控交错多棱面复合阴极结构的纵向结构示意图；

图2给出了分支银门控交错多棱面复合阴极结构的横向结构示意图；

图3给出了分支银门控交错多棱面复合阴极结构的发光显示器的结构示意图；

图中：阴极封装玻璃1、黑覆盖层2、阴极外延长线层3、阴极基底一层4、阴极连接线层5、阴极基底二层6、阴极电极下层7、阴极电极中层8、阴极电极上层9、门极增高层10、门极平面电极层11、门极间隔层12、门极弧面电极层13、门极外延长线层14、门极遮盖层15、碳纳米管层16、阳极封装玻璃17、阳极膜传导层18、阳极外延长线层19、荧光粉层20、消气剂21、透明玻璃框22、支撑墙23。

具体实施方式

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本实施例。

本实施例的分支银门控交错多棱面复合阴极结构的发光显示器如图1、图2和图3所示，包括由阴极封装玻璃1、阳极封装玻璃17和透明玻璃框22所构成的真空室；在阳极封装玻璃17上有阳极膜传导层18、与阳极膜传导层18相连的阳极外延长线层19以及制备在阳极膜传导层18上面的荧光粉层20；在阴极封装玻璃1上有分支银门控交错多棱面复合阴极结构；位于真空室内的消气剂21和支撑墙23附属元件。

其中，分支银门控交错多棱面复合阴极结构包括阴极封装玻璃1、黑覆盖层2、阴极外延长线层3、阴极基底一层4、阴极连接线层5、阴极基底二层6、阴极电极下层7、阴极电极中层8、阴极电极上层9、门极增高层10、门极平面电极层11、门极间隔层12、门极弧面电极层13、门极外延长线层14、门极遮盖层15和碳纳米管层16。

分支银门控交错多棱面复合阴极结构的衬底材料为玻璃，可以为钠钙玻璃、硼硅玻璃，也就是阴极封装玻璃1；阴极封装玻璃1上的印刷的绝缘浆料层形成黑覆盖层2；黑覆盖层2上的印刷的银浆层形成阴极外延长线层3；阴极外延长线层3上的印刷的绝缘浆料层形成阴极基底一层4；阴极基底一层4呈现六棱锥台型，即阴极基底一层4的上、下表面均为平面，阴极基底一层4的外侧壁为六棱锥体的六个侧面；阴极基底一层4中存在三角孔，作为阴极连接线层5的通道；阴极基底一层4中三角孔内的印刷的银浆层形成阴极连接线层5；阴极连接线层5和阴极外延长线层3是相互连通的；阴极基底一层4上的印刷的绝缘浆料层形成阴极基底二层6；阴极基底二层6呈现四棱锥型，即阴极基底二层6的下表面为平面，位于阴极基底一层4上表面上，阴极基底二层6的外侧壁为四棱锥型的四个侧面，阴极基底二层6的顶部为四棱锥型的锥尖而不是平面；阴极基底二层6的纵向中心轴线和阴极基底一层4的纵向中心轴线均垂直于阴极封装玻璃1，且是重合的；阴极基底一层4外侧壁上的刻蚀的金属层形成阴极电极下层7；阴极电极下层7覆盖于阴极基底一层4外侧壁的上半部分，即阴极基底一层4的六棱锥台侧面的下半部分不存在阴极电极下层7；阴极基底一层4上表面的刻蚀的金属层形成阴极电极中层8；阴极电极中层8覆盖于阴极基底一层4的上表面，环绕在阴极基底二层6的周围；阴极电极中层8、阴极电极下层7和阴极连接线层5是相互连通的；阴极基底二层6表面的刻蚀的金属层形成阴极电极上层9；阴极电极上层9覆盖于阴极基底二层6的外侧壁，且和阴极电极中层8相互连通；黑覆盖层2上的印刷的绝缘浆料层形成门极增高层10；门极增高层10的上、下表面均为平面；门极增高层10中存在圆形孔，圆形孔中暴露出阴极电极上层9、阴极电极中层8、阴极电极下层7、阴极基底一层4和阴极基底二层6；门极增高层10中圆形孔的内侧壁为圆筒面；门极增高层10的上表面的印刷的银浆层形成门极平面电极层11；门极平面电极层11位于门极增高层10上表面靠近圆形孔边缘部位，并环绕在圆形孔周围，其前端截止于门极增高层10上表面圆形孔边缘，不向圆形孔内突出；门极平面电极层11上的印刷的绝缘浆料层形成门极间隔层12；门极间隔层12的下表面为平面，位于门极平面电极层11上；门极间隔层12的上表面为向内凹陷的、靠近圆形孔边缘部分高度高而远离圆形孔边缘部分高度低的弧形面；门极间隔层12上表面的印刷的银浆层形成门极弧面电极层13；门极弧面电极层13覆盖于门极间隔层12的上表面，且和门极平面电极层11相互连通；门极增高层10上的印刷的银浆层形成门极外延长线层14；门极外延长线层14和门极平面电极层11是相互连通的；门极弧面电极层13、门极外延长线层14上的印刷的绝缘浆料层形成门极遮盖层15；碳纳米管制备在阴极电极下层7、阴极电极中层8、阴极电极上层9上。

分支银门控交错多棱面复合阴极结构的固定位置为阴极封装玻璃1；阴极电极下层7可以为金属银、钼、镍、铬、锡、钴；阴极电极中层8可以为金属银、钼、镍、铬、锡、钴；阴极电极上层9可以为金属银、钼、镍、铬、锡、钴。

上述分支银门控交错多棱面复合阴极结构的发光显示器的制作工艺如下：

1)阴极封装玻璃1的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成阴极封装玻璃1；

2)黑覆盖层2的制作：在阴极封装玻璃1上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成黑覆盖层2；

3)阴极外延长线层3的制作：在黑覆盖层2上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极外延长线层3；

4)阴极基底一层4的制作：在黑覆盖层2上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成阴极基底一层4；

5)阴极连接线层5的制作：在阴极基底一层4的三角孔中印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极连接线层5；

6)阴极基底二层6的制作：在阴极基底一层4上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成阴极基底二层6；

7)阴极电极下层7的制作：在阴极基底一层4的外侧壁上制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极电极下层7；

8)阴极电极中层8的制作：在阴极基底一层4的上表面制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极电极中层8；

9)阴极电极上层9的制作：在阴极基底二层6的表面制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极电极上层9；

10)门极增高层10的制作：在黑覆盖层2上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极增高层10；

11)门极平面电极层11的制作：在门极增高层10的上表面印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极平面电极层11；

12)门极间隔层12的制作：在门极平面电极层11上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极间隔层12；

13)门极弧面电极层13的制作：在门极间隔层12的表面上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极弧面电极层13；

14)门极外延长线层14的制作：在门极增高层10上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成门极外延长线层14；

15)门极遮盖层15的制作：在门极弧面电极层13、门极外延长线层14上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极遮盖层15；

16)分支银门控交错多棱面复合阴极结构的清洁：对分支银门控交错多棱面复合阴极结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

17)碳纳米管层16的制作：将碳纳米管印刷在阴极电极下层7、阴极电极中层8和阴极电极上层9上，形成碳纳米管层16；

18)碳纳米管层16的处理：对碳纳米管层16进行后处理，改善其场发射特性；

19)阳极封装玻璃17的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成阳极封装玻璃17；

20)阳极膜传导层18的制作：对覆盖于阳极封装玻璃17表面的锡铟氧化物膜层进行刻蚀，形成阳极膜传导层18；

21)阳极外延长线层19的制作：在阳极封装玻璃17上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阳极外延长线层19；具体是在阳极封装玻璃17上的非显示区域印刷银浆，经过烘烤(最高烘烤温度：180℃，最高烘烤温度保持时间：8分钟)之后，放置在烧结炉中进行烧结(最高烧结温度：525℃，最高烧结温度保持时间：8分钟)；

22)荧光粉层20的制作：在阳极膜传导层18上印刷荧光粉，经烘烤工艺后形成荧光粉层20；具体是在阳极封装玻璃17上的阳极膜传导层18上印刷荧光粉，然后放置在烘箱中进行烘烤(最高烘烤温度为120℃，最高烘烤温度保持时间：10分钟)；

23)显示器器件装配：将消气剂21安装于阳极封装玻璃17的非显示区域；然后，将阳极封装玻璃17、阴极封装玻璃1、透明玻璃框22和支撑墙23装配到一起，用夹子固定；

24)显示器器件封装：对已装配的显示器器件进行封装工艺形成成品件，具体是将显示器器件放入烘箱中进行烘烤；放入烧结炉中进行烧结；在排气台上进行器件排气、封离；在烤消机上对消气剂21进行烤消，最后加装管脚形成成品件。