专利名称：平面式场发射三极结构及其制备方法
技术领域：
本发明是一种场致发射显示器件及制造方法，涉及场致发射显示器件中三极结构的设计及其制备方法。
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场致发射显示器的三极结构及其制备方法。
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，冷阴极为具有一定电阻特性的场发射材料。因此场发射材料可以直接印刷在行扫描电极和连接电极的间隙中，减小了对发射体印刷定位的的精度要求，提高了产品的合格率。
本发明的平面式场发射三极结构是在阴极玻璃基板上设有数据电极，在数据电极上设有与之垂直的横条状介质层，该介质层上设有行扫描电极，在行扫描电极上设有与数据电极并行的连接电极，在连接电极与行扫描电极之间的间隙处设有具有一定电阻特性的场发射材料；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。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制成。连接电极一端通过条状介质层空隙与数据电极相连，另一端位于条状介质层上，与行扫描电极间有一小于500微米的间隙。
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、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法制备行扫描电极，该电极与数据电极相互垂直且绝缘，d).利用印刷、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法的方法制备连接电极(5)，连接电极制备与行扫描电极制备在同一工艺过程中完成，(e).利用喷涂、镀膜、涂附等方法在行扫描电极和连接电极之间制备具有一定电阻特性的场发射材料，f.)制备支撑体，g.)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。
用不同发光颜色的荧光粉制作成带有图案的荧光粉层，控制数据电极和扫描电极上的电压信号以控制达到不同发光颜色荧光粉上的电子数目，以实现彩色图像显示。
本发明的的三极结构与现有的三极结构不同之处为●介质层为条状结构，相邻介质条之间存在一定空隙；●介质层厚度对驱动电压没有直接作用，因此可以增加介质层厚度以减小数据电极和行扫描电极间的漏电流；●纳米场发射体只需印刷在连接电极与行扫描电极的间隙间，不用精确对位。
有益效果在本发明中，驱动电压的大小决定于行扫描电极与连接电极之间的间隙宽度。因此可以采用较厚的介质层以保证数据电极和行扫描电极间的绝缘性，避免了普通三极结构中薄介质层引起的较大漏电流；在本发明所提出的新型三极结构中，用印刷或者镀膜的方法将具有一定电阻性的场发射材料沉积到行扫描电极和连接电极间的空隙处，其精度要求不高。克服了普通碳纳米管三极结构中发射材料定位困难的技术难点；在新型三极结构中，场发射材料具有一定的电阻特性，一方面可以减小行扫描电极与数据电极的短路，另一方面可以起限流电阻作用，进一步提高发射稳定性。
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阴极基板上电极的相关电极位置3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、条状介质层3、行扫描电极4、连接电极5、具有一定电阻特性的场发射材料6、支撑体7、阳极玻璃基板8、玻璃基板9、透明导电膜阳极电极10、荧光粉层11、铝膜阳极电极12。
具体实施例方式
本发明的新型平面式场发射三极结构是在在阴极玻璃基板1上设有数据电极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上设有行扫描电极4，在行扫描电极4上设有与数据电极2并行的连接电极5，在连接电极5与行扫描电极4之间的间隙处设有具有一定电阻特性的场发射材料6；在阴极玻璃基板1或介质层3上设有支撑体7，在支撑体7上设有阳极玻璃基板8，在阳极玻璃基板8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。
阳极玻璃基板8由制作在透明导电膜玻璃基板9上的透明导电膜作为阳极电极10以及在透明导电膜上制作的荧光粉层11共同构成，荧光粉层11位于阳极玻璃基板8面向阴极玻璃基板1的一侧；或者阳极玻璃基板8也可以是将荧光粉层11制作在透明导电膜玻璃基板9上后，再在荧光粉层上制作一层铝膜12阳极电极制成。连接电极5一端通过条状介质层3空隙与数据电极2相连，另一端位于条状介质层3上，与行扫描电极4间有一小于500微米的间隙；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。
制备的方法为在阴极玻璃基板上采用印刷、烧结或者镀膜、光刻的方法制备数据电极；在数据电极上通过印刷、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、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法制备行扫描电极，该电极与数据电极相互垂直且绝缘；利用印刷、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法制备连接电极；利用印刷、喷涂、镀膜、涂附等方法在行扫描电极和连接电极之间制备具有一定电阻特性的场发射材料；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，也可在阳极玻璃基板上直接制备荧光粉层，然后在荧光粉层上蒸镀一层铝膜；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。
本发明所提出的平面式场致发射三极结构中，连接电极一端通过条状介质层空隙与数据电极相连，另一端位于条状介质层上，与行扫描电极间有一小于500微米的间隙。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。
本发明的平面式三极结构中，通过一次丝网印刷或者光刻工艺可以同时制备行扫描电极和连接电极。因此制备工艺简单、成本较底，可以保证行扫描电极和连接电极之间微小间隙的精度。
权利要求
1.一种平面式场发射三极结构，其特征是其特征是在阴极玻璃基板(1)上设有数据电极(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)上设有行扫描电极(4)，在行扫描电极(4)上设有与数据电极(2)并行的连接电极(5)，在连接电极(5)与行扫描电极(4)之间的间隙处设有具有一定电阻特性的场发射材料(6)；在阴极玻璃基板(1)或介质层(3)上设有支撑体(7)，在支撑体(7)上设有阳极玻璃基板(8)，在阳极玻璃基板(8)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所述的平面式场发射三极结构，其特征是阳极玻璃基板(8)由制作在透明导电膜玻璃基板(9)上的透明导电膜作为阳极电极(10)以及在透明导电膜上制作的荧光粉层(11)共同构成，荧光粉层(11)位于阳极玻璃基板(8)面向阴极玻璃基板(1)的一侧；或者阳极玻璃基板(8)也可以是将荧光粉层(11)制作在透明导电膜玻璃基板(9)上后，再在荧光粉层上设置一层铝膜(12)阳极电极制成。
3.如权利要求1所述的平面式场发射三极结构，其特征是连接电极(5)一端通过条状介质层(3)空隙与数据电极(2)相连，另一端位于条状介质层(3)上，与行扫描电极(4)间有一小于500微米的间隙。
4.一种如权利要求1所述的平面式场发射三极结构的制备方法，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、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法制备行扫描电极(4)，该电极与数据电极(2)相互垂直且绝缘，d).利用印刷、烧结或者镀膜、光刻或者涂附、烧结的方法的方法制备连接电极(5)，连接电极(5)制备与行扫描电极制备在同一工艺过程中完成，(e).利用喷涂、镀膜、涂附等方法在行扫描电极(4)和连接电极(5)之间制备具有一定电阻特性的场发射材料(6)，f.)制备支撑体(7)，g.)在带透明导电膜阳极玻璃基板(8)的透明导电膜一侧上制备荧光粉层(11)，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。
5.如权利要求4所述的平面式场发射三极结构的制备方法，其特征是用不同发光颜色的荧光粉制作成带有图案的荧光粉层，控制数据电极和扫描电极上的电压信号以控制达到不同发光颜色荧光粉上的电子数目，以实现彩色图像显示。
全文摘要
平面式场发射三极结构及其制备方法涉及场致发射显示器件中三极结构的设计及其制备方法，在阴极玻璃基板(1)上设有数据电极(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)上设有行扫描电极(4)，在行扫描电极(4)上设有与数据电极(2)并行的连接电极(5)，在连接电极(5)与行扫描电极(4)之间的间隙处设有具有一定电阻特性的场发射材料(6)；在阴极玻璃基板(1)或介质层(3)上设有支撑体(7)，在支撑体(7)上设有阳极玻璃基板(8)，在阳极玻璃基板(8)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)，本发明发射性能优良，制备工艺简单和成本低廉。
文档编号H05B33/02GK1874625SQ200610085259
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月7日 优先权日2006年6月7日
发明者雷威, 张晓兵, 娄朝刚 申请人:东南大学