斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥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、微电子科学与技术领域、显示技术领域、集成电路科学与技术领域、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，特别涉及到一种斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的发光显示器及其制作工艺。

背景技术：

利用碳纳米管作为阴极而制作的场发射发光显示器是一种新型的显示装置，其工作原理与传统的阴极射线管显示器的工作原理大致相同，即由于门极工作电压的施加，使得碳纳米管顶端积累足够得电场强度，从而迫使碳纳米管发射电子，成为电子源；而发射的电子在阳极高电压的吸引下，高速轰击荧光粉层而发出可见光。由于场发射发光显示器的阴极-阳极之间距离很短，因而场发射发光显示器的厚度很薄，可以和液晶显示器相媲美；同时，由于场发射发光显示器采用了阴极射线管显示器的工作原理，故保留了阴极射线管显示器的高亮度、高色彩度、响应时间短等优异特性，再加之场发射发光显示器的能够大面积制作、功耗低等特点，这些因素的综合作用，使得场发射发光显示器业已发展成了下一代的最佳发光显示器。

然而，目前的碳纳米管阴极的场发射发光显示器中，普遍都存在着大量缺陷。例如，门极对碳纳米管的控制能力弱，这主要是由于门极和碳纳米管之间的有效距离太大而造成的；但若减小门极和碳纳米管之间的有效距离，则必然容易导致电击穿现象的出现，同时还由于对绝缘材料要求的增高，而无形中提高了发光显示器的制作成本。还有，由于门极对碳纳米管发射电子的大量截留而造成了门极电流偏大；门极工作电压居高不下；碳纳米管发射电子的效率很低；等等。这些缺陷都需要进一步的加以解决。碳纳米管进行电子发射的效率低下，也就无法进一步增加发光显示器的阳极电流，从而提升发光显示器的发光亮度。门极工作电压居高不下，无形中增大了发光显示器的功率损耗，这十分不利于节能环保。而对于这些缺陷目前还没有比较好的解决办法，还需要进行大量的研究和认真思考。

此外，在碳纳米管阴极的场发射发光显示器中，在确保门极对碳纳米管层具有良好控制性能的前提下，如何进一步降低发光显示器的制作成本，如何降低发光显示器的制作工艺难度，以及如何提高发光显示器的发光亮度等，这些也是不容忽视的实际发光显示器制作所面临的问题。

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而提供一种制作工艺稳定可靠的、结构简单的、制作成品率高的、成本低廉的、发光亮度高的带有斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的发光显示器及其制作工艺。

技术方案：本发明的带有斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的发光显示器，包括由前封装玻璃板、后封装玻璃板和透明玻璃框所构成的真空室，以及位于真空室内的隔离柱和消气剂附属元件；所述前封装玻璃板上具有阳极电极层、阳极引线层和荧光粉层，所述阳极引线层与阳极电极层相连，所述荧光粉层制备在阳极电极层上面；所述后封装玻璃板上具有斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构。

具体地，所述后封装玻璃板作为斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的衬底，所述衬底的材料为钠钙玻璃或硼硅玻璃；所述后封装玻璃板上印刷的银浆层形成阴极引线层，所述阴极引线层上印刷的绝缘浆料层形成阴极底层；所述阴极底层的下表面为平面，阴极底层的上表面呈现顶部凹陷的椭圆锥型形状，阴极底层中存在方形孔，所述方形孔内印刷的银浆形成阴极连接线层，阴极连接线层与阴极引线层相互连通；阴极底层上刻蚀的金属层形成阴极过渡层；所述阴极过渡层覆盖阴极底层上表面的顶部凹陷的椭圆锥型形状部分，并与阴极连接线层相互连通；阴极过渡层上刻蚀的金属层形成阴极电极层；阴极电极层和阴极过渡层相互连通；阴极电极层末端突出于阴极底层上表面平面；后封装玻璃板上印刷的绝缘浆料形成门极底层；门极底层的下表面为平面；门极底层中存在圆形孔，圆形孔中完全暴露出阴极电极层、阴极过渡层和阴极底层；门极底层中圆形孔在门极底层上、下表面形成的截面均为中空的圆面，圆形孔的内侧壁是垂直于后封装玻璃板的圆筒面；门极底层上圆形孔的边缘周围形成一个弯弓形倾斜面，弯弓形倾斜面环绕于圆形孔的周围，门极底层其余上表面部分为平面；门极底层上圆形孔弯弓形倾斜面上的刻蚀的金属层形成门极控制极层；门极控制极层覆盖于圆形孔弯弓形倾斜面上，其前端向前突出呈悬空态；门极底层上表面平面部分的刻蚀的金属层形成门极引线层；门极引线层和门极控制极层相互连通；门极底层上印刷的绝缘浆料层形成门极覆盖层；所述阴极电极层上制备有碳纳米管层。

所述斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的固定位置为后封装玻璃板；阴极过渡层为金属金、银、铜、铝、钼、铬或锡；阴极电极层为金属钼、铬、镍或锡；门极控制极层为金属金、银、铝、钼或铬；门极引线层为金属金、银、铝、钼或铬；门极引线层的走向和阴极引线层的走向相互垂直。

本发明同时提供上述带有斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的发光显示器的制作工艺，步骤如下：

1)后封装玻璃板的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成后封装玻璃板；

2)阴极引线层的制作：在后封装玻璃板上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极引线层；

3)阴极底层的制作：在阴极引线层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成阴极底层；

4)阴极连接线层的制作：在阴极底层的方形孔中印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极连接线层；

5)阴极过渡层的制作：在阴极底层上制备出一个金属铬层，刻蚀后形成阴极过渡层；

6)阴极电极层的制作：在阴极过渡层上制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极电极层；

7)门极底层的制作：在后封装玻璃板上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极底层；

8)门极控制极层的制作：在门极底层上圆形孔边缘部分弯弓形倾斜面上制备出一个金属铬层，刻蚀后形成门极控制极层；

9)门极引线层的制作：在门极底层上平面部分制备出一个金属铬层，刻蚀后形成门极引线层；

10)门极覆盖层的制作：在门极底层上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极覆盖层；

11)斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的清洁：对斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

12)碳纳米管层的制作：将碳纳米管印刷在阴极电极层上，形成碳纳米管层；

13)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；

14)前封装玻璃板的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成前封装玻璃板；

15)阳极电极层的制作：对覆盖于前封装玻璃板表面的锡铟氧化物膜层进行刻蚀，形成阳极电极层；

16)阳极引线层的制作：在前封装玻璃板上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阳极引线层；

17)荧光粉层的制作：在阳极电极层上印刷荧光粉，经烘烤工艺后形成荧光粉层；

18)显示器器件装配：将消气剂安装固定于前封装玻璃板的非显示区域；然后，将前封装玻璃板、后封装玻璃板、透明玻璃框和隔离柱装配到一起，用夹子固定；

19)显示器器件封装：对已经装配的显示器器件进行封装工艺形成成品件。

所述步骤16具体为：在前封装玻璃板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17具体为：在前封装玻璃板的阳极电极层上印刷荧光粉，然后放置在烘箱中进行烘烤，最高烘烤温度：120℃，最高烘烤温度保持时间：10分钟。

所述步骤19具体为对已装配的显示器器件进行如下的封装工艺：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：本发明具有如下的积极效果：

首先，在所述的斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构中，门极控制极层制作在碳纳米管层的斜旁侧。当在门极控制极上施加适当电压后，就会在碳纳米管层的表面形成强大的电场强度，迫使碳纳米管发射出大量的电子，这体现了门极控制极对碳纳米管的强有力控制作用。同时，由于门极控制极位于碳纳米管层的斜旁侧，因此碳纳米管发射的电子并不会被门极控制极大量截留，这十分有利于增加发光显示器的阳极电流，从而增强发光显示器的发光亮度。

其次，在所述的斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构中，门极控制极层为弯弓形形状，且其前端向前突出，呈现悬空态。由于门极控制极层的弯弓形形状，有效增加了门极底层的厚度，使得门极底层不易由于碳纳米管层表面强大电场强度而被有效击穿，从而提高了发光显示器的成品率，在降低了门极底层工艺制作难度的同时，也有利于降低发光显示器的制作成本。同时，鉴于门极控制极层的前端向前突出，且呈现悬空态，这非常有利于门极控制极的末端尽可能的接近于碳纳米管，缩减二者之间的有效距离，这对进一步降低门极控制极的工作电压是有益的。

第三，在所述的斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构中，在阴极过渡层上面制作了阴极电极层。这种阴极过渡层+阴极电极层的复合结构，能够有效避免实际刻蚀过程中可能产生的阴极电极层断裂现象，提高了发光显示器的制作成品率；同时，阴极电极层末端突出于阴极底层上表面平面，也有助于缩减阴极电极层和门极控制极层的距离，有利于降低发光显示器的门极工作电压。

此外，在所述的斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构中，并没有采用特殊的制作材料，也没有采用特殊的制作工艺，这显著进一步降低了发光显示器的制作成本。在所述的斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的制作过程中，简化了发光显示器的制作过程，有助于进行商业化的大规模生产。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的发光显示器所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1给出了斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的纵向结构示意图；

图2给出了斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的横向结构示意图；

图3给出了一种带有斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的发光显示器的结构示意图；

图中：后封装玻璃板 1、阴极引线层 2、阴极底层 3、阴极连接线层 4、阴极过渡层 5、阴极电极层 6、门极底层 7、门极控制极层 8、门极引线层 9、门极覆盖层 10、碳纳米管层 11、前封装玻璃板 12、阳极电极层 13、阳极引线层 14、荧光粉层 15、消气剂 16、透明玻璃框 17、隔离柱 18。

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。

本实施例的斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的发光显示器如图1、图2和图3所示，包括由前封装玻璃板12、后封装玻璃板1和透明玻璃框17所构成的真空室；在前封装玻璃板上有阳极电极层13、与阳极电极层13相连的阳极引线层14以及制备在阳极电极层上面的荧光粉层15；在后封装玻璃板上的斜弓门控凹陷顶椭圆锥阴极结构；在真空室内具有隔离柱18和消气剂16附属元件。

其中，斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构包括后封装玻璃板1、阴极引线层2、阴极底层3、阴极连接线层4、阴极过渡层5、阴极电极层6、门极底层7、门极控制极层8、门极引线层9、门极覆盖层10和碳纳米管层11部分。

斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的衬底材料为玻璃，可以为钠钙玻璃、硼硅玻璃，也就是后封装玻璃板1；后封装玻璃板1上印刷的银浆层形成阴极引线层2；阴极引线层2上印刷的绝缘浆料层形成阴极底层3；阴极底层3的下表面为平面；阴极底层3的上表面呈现顶部凹陷的椭圆锥型形状；阴极底层3中存在方形孔，作为阴极连接线层4的通道；阴极底层3中方形孔内印刷的银浆形成阴极连接线层4；阴极连接线层4和阴极引线层2是相互连通的；阴极底层3上刻蚀的金属层形成阴极过渡层5；阴极过渡层5覆盖阴极底层3上表面的顶部凹陷的椭圆锥型形状部分，和阴极连接线层4相互连通；阴极过渡层5上刻蚀的金属层形成阴极电极层6；阴极电极层6和阴极过渡层5是相互连通的；阴极电极层6末端突出于阴极底层4上表面平面；后封装玻璃板1上印刷的绝缘浆料形成门极底层7；门极底层7的下表面为平面；门极底层7中存在圆形孔，圆形孔中完全暴露出阴极电极层6、阴极过渡层5和阴极底层3；门极底层7中圆形孔在门极底层上、下表面形成的截面均为中空的圆面，圆形孔的内侧壁是垂直于后封装玻璃板1的圆筒面；门极底层上圆形孔的边缘周围形成一个弯弓形倾斜面，弯弓形倾斜面环绕于圆形孔的周围，门极底层7其余上表面部分为平面；门极底层上圆形孔边缘部分的高度要高于阴极电极层6末端的高度；门极底层上圆形孔弯弓形倾斜面上的刻蚀的金属层形成门极控制极层8；门极控制极层8覆盖于圆形孔弯弓形倾斜面上，其前端向前突出，呈现悬空态；门极底层7上表面平面部分的刻蚀的金属层形成门极引线层9；门极引线层9和门极控制极层8是相互连通的；门极底层7上印刷的绝缘浆料层形成门极覆盖层10；碳纳米管层11制备在阴极电极层上。

斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的固定位置为后封装玻璃板1；阴极过渡层5可以为金属金、银、铜、铝、钼、铬、锡；阴极电极层6可以为金属钼、铬、镍、锡；门极控制极层8可以为金属金、银、铝、钼、铬；门极引线层9可以为金属金、银、铝、钼、铬；门极引线层9的走向和阴极引线层2的走向相互垂直。

上述带有斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的发光显示器的制作工艺如下：

1)后封装玻璃板1的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成后封装玻璃板1；

2)阴极引线层2的制作：在后封装玻璃板1上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极引线层2；

3)阴极底层3的制作：在阴极引线层2上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成阴极底层3；

4)阴极连接线层4的制作：在阴极底层3的方形孔中印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阴极连接线层4；

5)阴极过渡层5的制作：在阴极底层3上制备出一个金属铬层，刻蚀后形成阴极过渡层5；

6)阴极电极层6的制作：在阴极过渡层5上制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极电极层6；

7)门极底层7的制作：在后封装玻璃板1上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极底层7；

8)门极控制极层8的制作：在门极底层上圆形孔边缘部分弯弓形倾斜面上制备出一个金属铬层，刻蚀后形成门极控制极层8；

9)门极引线层9的制作：在门极底层上平面部分制备出一个金属铬层，刻蚀后形成门极引线层9；

10)门极覆盖层10的制作：在门极底层7上印刷绝缘浆料，经烘烤、烧结工艺后形成门极覆盖层10；

11)斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的清洁：对斜弓弧门控凹陷顶椭圆锥阴极结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

12)碳纳米管层11的制作：将碳纳米管印刷在阴极电极层上，形成碳纳米管层11；

13)碳纳米管层11的处理：对碳纳米管层11进行后处理，改善其场发射特性；

14)前封装玻璃板12的制作：对平面钠钙玻璃进行划割，形成前封装玻璃板12；

15)阳极电极层13的制作：对覆盖于前封装玻璃板12表面的锡铟氧化物膜层进行刻蚀，形成阳极电极层13；

16)阳极引线层14的制作：在前封装玻璃板12上印刷银浆，经烘烤、烧结工艺后形成阳极引线层14；具体是在前封装玻璃板12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)。

17)荧光粉层15的制作：在阳极电极层13上印刷荧光粉，经烘烤工艺后形成荧光粉层15；具体是在前封装玻璃板12的阳极电极层13上印刷荧光粉，然后放置在烘箱中进行烘烤(最高烘烤温度：120℃，最高烘烤温度保持时间：10分钟)。

18)显示器器件装配：将消气剂16安装固定于前封装玻璃板12的非显示区域；然后，将前封装玻璃板12、后封装玻璃板1、透明玻璃框17和隔离柱18装配到一起，用夹子固定；

19)显示器器件封装：对已经装配的显示器器件进行封装工艺形成成品件。封装工艺如下：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。