六角棱型柱阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺

摘要

本发明涉及到六角棱型柱阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺，包括由阴极玻璃面板、阳极玻璃面板和四周玻璃围框所构成的密封真空腔；在阴极玻璃面板上有控制栅极，碳纳米管以及六角棱型柱阴极发射结构；在阳极玻璃面板上有阳极导电层以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构以及消气剂附属元件，能够有效地降低栅极结构的工作电压，增大碳纳米管阴极的发射电子面积，有利于进一步提高整体器件的显示图像质量，具有制作过程稳定可靠、制作工艺简单、制作成本低廉、结构简单的优点。

权利要求

1、一种六角棱型柱阴极发射结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板 (1)、阳极玻璃面板(10)和四周玻璃围框(15)所构成的密封真空腔；在 阳极玻璃面板上有阳极导电层(11)、制备在阳极导电层上面的荧光粉层(13) 以及在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层(12)；位于阳极玻璃面板和 阴极玻璃面板之间的支撑墙结构(14)以及消气剂附属元件(16)；其特征在 于：在阴极玻璃面板上有控制栅极(7)、碳纳米管(9)以及六角棱型柱阴极 发射结构；六角棱型柱阴极发射结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面 板；阴极玻璃面板上面的刻蚀后的金属层形成阴极引线层；阴极引线层上面 的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成提升层；提升层为六角棱型柱形状，即从顶面 往下看呈现一个六边形形状，从侧面看则是一个棱型柱形状；提升层的上下 表面均为平面，下表面和阴极引线层紧密接触；提升层的上表面上面刻蚀后 的二氧化硅层形成阴极覆盖层；阴极覆盖层要完全覆盖住提升层的上表面， 但是不能够覆盖住提升层的其它部位；提升层侧面上的刻蚀后的金属层形成 阴极导电层；阴极导电层布满提升层的侧面；阴极玻璃面板上面的刻蚀后的 二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在圆形孔，暴露出提升层，且圆形孔的 侧壁是垂直于阴极玻璃面板的；隔离层环绕在提升层的周围，但是是相互分 开的，并不相互接触；隔离层的高度与提升层的高度相同，但是不能够高出 提升层的高度；隔离层的上下表面均为平面，下表面要覆盖住阴极引线层以 及空余的阴极玻璃面板部分，上表面和栅极引线层相互接触；隔离层上面的 刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层的大部分都位于隔离层的上面， 但是其前端部分要向圆形孔的中心部位延伸，呈现悬空状态，但是和提升层 要相互隔离开来；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层； 栅极覆盖层要覆盖住大部分的栅极引线层，但是不能够覆盖住其前端处于悬 空状态的栅极引线层部分；碳纳米管制备在阴极导电层上。

2、根据权利要求1所述的六角棱型柱阴极发射结构的平板显示器，其特 征在于：所述的六角棱型柱阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃 面板上；阴极引线层为金属金、银、钼、铬、铝、锡之一；提升层的掺杂类 型为n型或p型；阴极导电层为金属铁、钴、镍之一；栅极引线层的走向和 阴极引线层的走向是相互垂直的；栅极引线层为金属金、银、铝、钼、铬、 铁之一。

3、一种如权利要求1所述的六角棱型柱阴极发射结构的平板显示器的制 作工艺，其特征在于：其制作工艺如下：1)阴极玻璃面板(1)的制作：对整体平板玻璃进行划割，制作出阴极 玻璃面板；

2)阴极引线层(2)的制作：在阴极玻璃面板上制备出金属层，刻蚀后 形成阴极引线层；

3)提升层(3)的制作：在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层， 刻蚀后形成提升层；提升层为六角棱型柱形状，即从顶面往下看呈现一个六 边形形状，从侧面看则是一个棱型柱形状；提升层的上下表面均为平面，下 表面和阴极引线层紧密接触；

4)阴极导电层(4)的制作：在提升层的侧面上制备出一个金属层，刻 蚀后形成阴极导电层；阴极导电层布满提升层的侧面；

5)阴极覆盖层(5)的制作：在提升层的上表面制备出一个二氧化硅层， 刻蚀后形成阴极覆盖层；

6)隔离层(6)的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻 蚀后形成隔离层；

7)栅极引线层(7)的制作：在隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀 后形成栅极引线层；

8)栅极覆盖层(8)的制作：在栅极引线层的上面制备出一个二氧化硅 层，刻蚀后形成栅极覆盖层；

9)六角棱型柱阴极发射结构的表面清洁处理：对六角棱型柱阴极发射结 构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；

10)碳纳米管(9)的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；

11)阳极玻璃面板(10)的制作：对整体平板玻璃进行划割，制作出阳极 玻璃面板；

12)阳极导电层(11)的制作：在阳极玻璃面板上蒸镀一层锡铟氧化物 膜层，刻蚀后形成阳极导电层；

13)绝缘浆料层(12)的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆 料层；

14)荧光粉层(13)的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉 层；

15)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构(14)和 四周玻璃围框(15)装配到一起，并将消气剂(16)放入到空腔当中，用低 熔点玻璃粉固定；

16)成品制作：对已经装配好的器件进行封装工艺形成成品件。

4、根据权利要求3所述的六角棱型柱阴极发射结构的平板显示器的制作 工艺，其特征在于：所述步骤13具体为在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘 浆料层，用于防止寄生电子发射；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：5 分钟之后，放置在烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：580℃，保持时间：10 分钟。

5、根据权利要求3所述的六角棱型柱阴极发射结构的平板显示器的制作 工艺，其特征在于：所述步骤14具体为在阳极导电层上面的显示区域印刷荧 光粉层；在烘箱当中进行烘烤，烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟。

说明书

技术领域

本发明属于平板显示技术领域、微电子科学与技术领域、真空科学与技术 领域以及纳米科学与技术领域的相互交叉领域，涉及到平板场致发射显示器的 器件制作，具体涉及到碳纳米管阴极的平板场致发射显示器的器件制作方面的 内容，特别涉及一种六角棱型柱阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺。

背景技术

平板显示器已经成为了平板器件领域的主流方向，而场致发射显示器则是 目前在研平板显示技术中的一种，有望将来在显示市场上占据比较大的份额。 碳纳米管具有小的尖端曲率半径以及良好的场致发射性能，在外加电压的作用 下能够发射出大量的电子，从而使得碳纳米管在真空显示技术方面具有极大的 应用潜力，可以用来制造新一代的场致发射显示器件。这种显示器件具有高清 晰度，高图像质量，高分辨率等特点，其应用越来越广泛，各大相关研究机构 对其非常关注并投入研究。
为了降低总体器件成本，以便于和常规的集成驱动电路相结合，制作三极 结构的场致发射显示器件已经成为了一种必然的选择。在三极结构的场致发射 显示器件中，施加在栅极上的电压会在碳纳米管顶端形成强大的电场强度，迫 使碳纳米管不需要额外的能力就能够发射出大量的电子，即形成冷场致发射现 象。因此栅极结构是显示器件中比较关键的控制元件之一，但与此同时碳纳米 管阴极的结构和形状也是关键元素之一，它直接影响到在碳纳米管阴极顶端所 形成的电场强度的大小。很显然，在碳纳米管阴极上所形成的电场强度越大， 碳纳米管就能够发射出更多的电子，所需要的栅极电压也就越低，这符合平板 器件的低工作电压要求，这是有利的。那么，在实际器件的制作过程中，究竟 采用何种结构形式，如何更加有效的增大碳纳米管阴极顶端的电场强度，降低 栅极工作电压，这是需要考虑的现实问题。
此外，在三极结构的平板场致发射显示器件当中，在确保栅极结构对碳纳 米管阴极具有良好控制作用的前提下，还需要尽可能的降低总体器件成本，进 行稳定可靠、成本低廉、性能优良、高质量的器件制作。

发明内容

本发明的目的在于克服上述平板显示器件中存在的缺点和不足而提供一种 成本低廉、制作过程稳定可靠、制作成功率高、结构简单的带有一种六角棱型 柱阴极发射结构的平板显示器及其制作工艺。
本发明的目的是这样实现的：包括由阴极玻璃面板、阳极玻璃面板和四周 玻璃围框所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层、制备在阳极 导电层上面的荧光粉层以及在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；位于 阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构以及消气剂附属元件，在阴极 玻璃面板上有控制栅极，碳纳米管以及六角棱型柱阴极发射结构。所述的六角 棱型柱阴极发射结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面板；阴极玻璃面板 上面的刻蚀后的金属层形成阴极引线层；阴极引线层上面的刻蚀后的掺杂多晶 硅层形成提升层；提升层为六角棱型柱形状，即从顶面往下看呈现一个六边形 形状，从侧面看则是一个棱型柱形状；提升层的上下表面均为平面，下表面和 阴极引线层紧密接触；提升层的上表面上面刻蚀后的二氧化硅层形成阴极覆盖 层；阴极覆盖层要完全覆盖住提升层的上表面，但是不能够覆盖住提升层的其 它部位；提升层侧面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满提 升层的侧面；阴极玻璃面板上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中 存在圆形孔，暴露出提升层，且圆形孔的侧壁是垂直于阴极玻璃面板的；隔离 层环绕在提升层的周围，但是是相互分开的，并不相互接触；隔离层的高度与 提升层的高度相同或略低一些，但是不能够高出提升层的高度；隔离层的上下 表面均为平面，下表面要覆盖住阴极引线层以及空余的阴极玻璃面板部分，上 表面和栅极引线层相互接触；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层； 栅极引线层的大部分都位于隔离层的上面，但是其前端部分要向圆形孔的中心 部位延伸，呈现悬空状态，但是和提升层要相互隔离开来；栅极引线层上面的 刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要覆盖住大部分的栅极引线 层，但是不能够覆盖住其前端处于悬空状态的栅极引线层部分；碳纳米管制备 在阴极导电层上。
所述的六角棱型柱阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板 上；阴极引线层为金属金、银、钼、铬、铝、锡之一；提升层的掺杂类型为n 型或p型；阴极导电层为金属铁、钴、镍之一；栅极引线层的走向和阴极引线 层的走向是相互垂直的；栅极引线层为金属金、银、铝、钼、铬、铁之一。
一种六角棱型柱阴极发射结构的平板显示器的制作工艺，其制作工艺如下：
1)阴极玻璃面板的制作：对整体平板玻璃进行划割，制作出阴极玻璃面板；
2)阴极引线层的制作：在阴极玻璃面板上制备出金属层，刻蚀后形成阴极 引线层；
3)提升层的制作：在阴极引线层的上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后 形成提升层；提升层为六角棱型柱形状，即从顶面往下看呈现一个六边形形状， 从侧面看则是一个棱型柱形状；提升层的上下表面均为平面，下表面和阴极引 线层紧密接触。
4)阴极导电层的制作：在提升层的侧面上制备出一个金属层，刻蚀后形成 阴极导电层，阴极导电层布满提升层的侧面；
5)阴极覆盖层的制作：在提升层的上表面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后 形成阴极覆盖层；
6)隔离层的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成 隔离层；
7)栅极引线层的制作：在隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅 极引线层；
8)栅极覆盖层的制作：在栅极引线层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀 后形成栅极覆盖层；
9)六角棱型柱阴极发射结构的表面清洁处理：对六角棱型柱阴极发射结构 的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；
10)碳纳米管的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；
11)阳极玻璃面板的制作：对整体平板玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；
12)阳极导电层的制作：在阳极玻璃面板上蒸镀一层锡铟氧化物膜层；刻 蚀后形成阳极导电层；
13)绝缘浆料层的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；
14)荧光粉层的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；
15)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构和四周玻璃 围框装配到一起，并将消气剂放入到空腔当中，用低熔点玻璃粉固定。在玻璃 面板的四周涂抹好低熔点玻璃粉，用夹子固定；
16)成品制作：对已经装配好的器件进行封装工艺形成成品件。
所述步骤13具体为在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层，用于防止 寄生电子发射；经过烘烤，烘烤温度：150℃，保持时间：5分钟之后，放置在 烧结炉中进行高温烧结，烧结温度：580℃，保持时间：10分钟。
所述步骤14具体为在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；在烘箱当 中进行烘烤，烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟。
所述步骤17具体为对已经装配好的器件进行如下封装工艺：将样品器件放 入烘箱当中进行烘烤；放入烧结炉中进行高温烧结；在排气台上进行器件排气、 封离，在烤消机上对器件内部的消气剂进行烤消，最后加装管脚形成成品件。
本发明具有如下的积极效果：
首先，在所述的六角棱型柱阴极发射结构中，栅极结构位于碳纳米管阴极 的旁侧，而且二者之间的距离很近。这样，一方面能够进一步的减小栅极电流， 有利于增加阳极工作电流，从而提高整体器件的显示图像质量；另一方面还可 以进一步的降低栅极结构的工作电压，降低总体器件成本。此外，栅极结构和 碳纳米管阴极结构之间是利用真空进行相互隔离的，有利于进一步增强碳纳米 管阴极表面顶端的电场强度；
其次，在所述的六角棱型柱阴极发射结构中，将提升层制作成了六角棱型 柱形状，并将碳纳米管制备在提升层侧面的阴极导电层的上表面。这样既可以 极大地增加碳纳米管阴极的发射面积，使其能够发射出更多的电子，同时还可 以利用提升层的半导体特性来对流经碳纳米管阴极的电流进行调节，避免阴极 电流过大或者过小；
此外，在所述的六角棱型柱阴极发射结构中，并没有采用特殊的结构制作 材料，也没有采用特殊的器件制作工艺，这在很大程度上就进一步降低了整体 平板显示器件的制作成本，简化了器件的制作过程，能够进行大面积的器件制 作，有利于进行商业化的大规模生产。

附图说明

图1给出了六角棱型柱阴极发射结构的纵向结构示意图；
图2给出了六角棱型柱阴极发射结构的横向结构示意图；
图3给出了带有六角棱型柱阴极发射结构的、碳纳米管场致发射平面显示 器的结构示意图。

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这 些实施例。
所述的一种六角棱型柱阴极发射结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板 1、阳极玻璃面板10和四周玻璃围框15所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板 上有阳极导电层11、制备在阳极导电层上面的荧光粉层13以及在阳极导电层 的非显示区域印刷绝缘浆料层12；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支 撑墙结构14以及消气剂附属元件16，在阴极玻璃面板上有控制栅极7，碳纳米 管9以及六角棱型柱阴极发射结构。
所述的六角棱型柱阴极发射结构包括阴极玻璃面板1、阴极引线层2、提升 层3、阴极导电层4、阴极覆盖层5、隔离层6、栅极引线层7、栅极覆盖层8 和碳纳米管9部分。
所述的六角棱型柱阴极发射结构的衬底材料为玻璃，如钠钙玻璃、硼硅玻 璃，也就是阴极玻璃面板；阴极玻璃面板上面的刻蚀后的金属层形成阴极引线 层；阴极引线层上面的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成提升层；提升层为六角棱型 柱形状，即从顶面往下看呈现一个六边形形状，从侧面看则是一个棱型柱形状； 提升层的上下表而均为平面，下表面和阴极引线层紧密接触；提升层的上表面 上面刻蚀后的二氧化硅层形成阴极覆盖层；阴极覆盖层要完全覆盖住提升层的 上表面，但是不能够覆盖住提升层的其它部位；提升层侧面上的刻蚀后的金属 层形成阴极导电层；阴极导电层布满提升层的侧面；阴极玻璃面板上面的刻蚀 后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在圆形孔，暴露出提升层，且圆形孔 的侧壁是垂直于阴极玻璃面板的；隔离层环绕在提升层的周围，但是是相互分 开的，并不相互接触；隔离层的高度与提升层的高度可以相同，也可以略低一 些，但是不能够高出提升层的高度；隔离层的上下表面均为平面，下表面要覆 盖住阴极引线层以及空余的阴极玻璃面板部分，上表面和栅极引线层相互接触； 隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引线层的大部分都位于隔 离层的上面，但是其前端部分要向圆形孔的中心部位延伸，呈现悬空状态，但 是和提升层要相互隔离开来；栅极引线层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极 覆盖层；栅极覆盖层要覆盖住大部分的栅极引线层，但是不能够覆盖住其前端 处于悬空状态的栅极引线层部分；碳纳米管制备在阴极导电层上。
所述的六角棱型柱阴极发射结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板 上；阴极引线层可以为金属金、银、钼、铬、铝、锡之一；提升层的掺杂类型 可以为n型，也可以为p型；阴极导电层可以为金属铁、钴、镍之一；栅极引 线层的走向和阴极引线层的走向是相互垂直的；栅极引线层可以为金属金、银、 铝、钼、铬、铁之一。
六角棱型柱阴极发射结构的平板显示器的制作工艺，其制作工艺如下：
1)阴极玻璃面板1的制作：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阴极玻 璃面板；
2)阴极引线层2的制作：在阴极玻璃面板上制备出金属钼层，刻蚀后形成 阴极引线层；
3)提升层3的制作：在阴极引线层的上面制备出一个n型掺杂多晶硅层， 刻蚀后形成提升层；
4)阴极导电层4的制作：在提升层的侧面上制备出一个金属钴层，刻蚀后 形成阴极导电层；
5)阴极覆盖层5的制作：在提升层的上表面制备出一个二氧化硅层，刻蚀 后形成阴极覆盖层；
6)隔离层6的制作：在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形 成隔离层；
7)栅极引线层7的制作：在隔离层的上面制备出一个金属铬层，刻蚀后形 成栅极引线层；
8)栅极覆盖层8的制作：在栅极引线层的上面制备出一个二氧化硅层，刻 蚀后形成栅极覆盖层；
9)六角棱型柱阴极发射结构的表面清洁处理：对六角棱型柱阴极发射结构 的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；
10)碳纳米管9的制备：将碳纳米管制备在阴极导电层上面；
11)阳极玻璃面板10的制作：对整体平板钠钙玻璃进行划割，制作出阳极 玻璃面板；
12)阳极导电层11的制作：在阳极玻璃面板上蒸镀一层锡铟氧化物膜层； 刻蚀后形成阳极导电层；
13)绝缘浆料层12的制作：在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；
14)荧光粉层13的制作：在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；
15)器件装配：将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构14和四周玻 璃围框15装配到一起，并将消气剂16放入到空腔当中，用低熔点玻璃粉固定。 在玻璃面板的四周涂抹好低熔点玻璃粉，用夹子固定；
16)成品制作：对已经装配好的器件进行封装工艺形成成品件。
所述步骤3具体为阴极引线层上面刻蚀后的掺杂多晶硅层形成提升层；提 升层为六角棱型柱形状，即从顶面往下看呈现一个六边形形状，从侧面看则是 一个棱型柱形状；提升层的上下表面均为平面，下表面和阴极引线层紧密接触。
所述步骤4具体为提升层侧面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极 导电层布满提升层的侧面。
所述步骤6具体为阴极玻璃面板上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层； 隔离层中存在圆形孔，暴露出提升层，且圆形孔的侧壁是垂直于阴极玻璃面板 的；隔离层环绕在提升层的周围，但是是相互分开的，并不相互接触；隔离层 的高度与提升层的高度可以相同，也可以略低一些，但是不能够高出提升层的 高度；隔离层的上下表面均为平面，下表面要覆盖住阴极引线层以及空余的阴 极玻璃面板部分，上表面和栅极引线层相互接触。
所述步骤7具体为隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极引线层；栅极引 线层的大部分都位于隔离层的上面，但是其前端部分要向圆形孔的中心部位延 伸，呈现悬空状态，但是和提升层要相互隔离开来。
所述步骤13具体为在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层，用于防止 寄生电子发射；经过烘烤(烘烤温度：150℃，保持时间：5分钟)之后，放置在 烧结炉中进行高温烧结(烧结温度：580℃，保持时间：10分钟)；
所述步骤14具体为在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；在烘箱当 中进行烘烤(烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟)；
所述步骤16具体为对已经装配好的器件进行如下的封装工艺：将样品器件 放入烘箱当中进行烘烤；放入烧结炉中进行高温烧结；在排气台上进行器件排 气、封离，在烤消机上对器件内部消气剂进行烤消，最后加装管脚形成成品件。