本发明涉及场发射显示技术领域，特别是一种多孔硅场发射发光二极管阵列及其制作技术。本发明的多孔硅场发射发光二极管阵列，包括阳极板、阴极板、荧光粉和多孔硅片，其中，阳极板由导电玻璃和引线一组成，阴极板由玻璃和引线二组成，多孔硅片由硅基底和多孔硅层组成。在阴极板的玻璃上设有m列银浆导电引线二，每列上固定n片多孔硅片；在阳极板的导电玻璃上把导电层腐蚀成n行引线一，荧光粉涂履在阳极板玻璃正面的引线一上，每行引线上涂履m块荧光粉浆料，每块荧光粉浆料的面积尺寸比阴极板上多孔硅片略大；多孔硅场发射发光二极管阵列的阴极板与阳极板之间的间隙通过隔离子和密封材料构成一真空度在1×10-5Pa以下的密封空腔。
1.一种多孔硅场发射发光二极管阵列，其特征在于该多孔硅场发射发光二极管阵列包括阳极板、阴极板、荧光粉和多孔硅片，阳极板由导电玻璃和引线一组成，导电玻璃由玻璃基板和导电层组成，引线一从导电层中引出；阴极板由玻璃和引线二组成，多孔硅片由硅基底和多孔硅层组成，多孔硅层设在硅基底顶面；在阴极板的玻璃上设有用作排气的小孔；
在阴极板的玻璃上设有m列银浆导电引线二，每列上固定n片多孔硅片，构成n×m多孔硅阵列；在阳极板的导电玻璃上把导电层腐蚀成n行引线一，荧光粉涂履在阳极板玻璃正面的引线一上，每行引线上涂履m块荧光粉浆料，构成n×m荧光粉阳极阵列；场发射发光二极-5管阵列的阴极板与阳极板之间的间隙通过隔离子和密封材料构成一真空度在1×10 Pa以下的密封空腔。
2.根据权利要求1所述的多孔硅场发射发光二极管阵列，其特征在于多孔硅场发射发光二极管阵列的多孔硅片的多孔硅层作为场发射的阴极，多孔硅层由纳米多孔硅材料制成。
3.根据权利要求1所述的多孔硅场发射发光二极管阵列，其特征在于多孔硅场发射发光二极管阵列的阳极由阴极射线荧光粉涂履在导电玻璃的导电层上而构成n×m荧光粉阳极阵列。
4.根据权利要求1所述的多孔硅场发射发光二极管阵列，其特征在于多孔硅场发射发光二极管阵列的阴极由纳米多孔硅构成所述n×m多孔硅阴极阵列。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的多孔硅场发射发光二极管阵列，其特征在于多孔硅场发射发光二极管阵列由阳极阵列和阴极阵列，通过隔离子和密封材料构成一真空度在-5
6.根据权利要求1所述的多孔硅场发射发光二极管阵列，其特征在于多孔硅场发射发光二极管阵列的阴极与阳极之间的间隙距离为100～200μm。
7.根据权利要求1或2所述的多孔硅场发射发光二极管阵列，其特征在于涂履在阳极板玻璃正面的引线一上的每块荧光粉浆料的面积尺寸比阴极板上的多孔硅片的面积尺寸略大。
8.一种多孔硅场发射发光二极管阵列的制作方法，其特征在于该多孔硅场发射发光二极管阵列的制作方法包括以下步骤：(1)多孔硅片的制作
用电阻率为0.01～0.03Ωcm的单晶硅片作为多孔硅片的硅基底，将单晶硅片放在腐蚀槽中进行电化学方法腐蚀，电极采用铂(Pt)，腐蚀液采用氢氟酸和无水乙醇组成的混合液，其中，氢氟酸采用浓度为35％～45％的氢氟酸，腐蚀液中的组分的体积配比为：氢氟酸∶无水乙醇(C2H5OH)＝1∶0.95～1.05；单晶硅片表面生成多孔硅后，使用正离子或负
离子对多孔硅消除悬空键处理，处理后可获得其表面具有10-10 个.μm 微尖锥的纳米多孔硅层；
用厚度为2～3mm浮法钠钙玻璃做阴极板的玻璃，阴极板玻璃上打 小孔，用作排气孔；在阴极板玻璃正面用银浆材料采用丝网印刷工艺，制作银浆m列，在阴极板玻璃反面用银浆材料采用丝网印刷工艺，制作银浆阴极m列引线二和阳极n行引线一，阴极板玻璃正面银浆m列引线二与阴极板玻璃反面阴极m列引线对应用银浆连接；多孔硅片切成
0.2×0.2mm的小片，用银浆材料作粘合剂，在每列银浆引线二上固定n片多孔硅片，间隔距离相同，在阴极板玻璃正面构成多孔硅n×m阵列，要求平整度小于10μm/cm；
用厚度为2mm ITO导电玻璃采用光刻技术，用HNO3和HCI体积比1∶2.05～3.05的混合酸溶液刻蚀导电玻璃上的ITO导电层，使之成为n行导电引线一，用丝网印刷工艺在导电引线一上涂履阴极射线荧光粉浆料，每行导电引线一上涂履m块荧光粉浆料，每块荧光粉浆料的面积尺寸略大于0.2×0.2mm，间隔距离相同，构成荧光粉n×m阵列，阳极n行导电引线一与阴极板玻璃反面阳极n行引线对应用导线连接；
用厚度为670μm的高温玻璃制作成1mm×1mm×670μm的隔离子，隔离子的作用是保证阴、阳两极绝缘，并保持阴极表面与阳极荧光粉之间间隔100～200μm的距离，并防止在抽真空时，由于大气压力的原因导致阴、阳极破裂或变形；
①阴极板正面四周用喷枪涂敷低熔点玻璃浆料，放入马弗炉中烧结，烧结温度为
②将阳极板和烧好的阴极板对准，即将发射阴极点与涂履的荧光粉对准，中间均匀放置8～12颗隔离子，四周用铁夹子夹紧防止移动而错位，使阴极表面与阳极荧光粉之间间隔100～200μm的距离，在阴极板反面排气孔处，用低熔点玻璃粉粘结玻璃排气管，进行抽气——充氮气——抽气——充氮气——再抽气，再放入真空马弗炉中烧结并退火取出；
③烧结完成后，即成发光二极管阵列，放入吸气剂，进行抽气——充氮气——抽气——-5充氮气——再抽气，并进行烘烤除气，在1×10 Pa真空下封口，完成真空封装工序。
9.根据权利要求8所述的多孔硅场发射发光二极管阵列的制作方法，其特征在于微尖锥表面加少量的金属材料。
10.根据权利要求8所述的多孔硅场发射发光二极管阵列的制作方法，其特征在于微尖锥表面加少量的碳纳米管材料。
11.根据权利要求8所述的多孔硅场发射发光二极管阵列的制作方法，其特征在于微尖锥表面加少量的氧化锌材料。
多孔硅场发射发光二极管阵列及其制作技术
技术领域
[0001] 本发明涉及场发射显示技术领域，特别是一种多孔硅场发射发光二极管阵列及其制作技术。
背景技术
[0002] 多孔硅(porous silicon简称PS)是孔径为纳米数量级的、海绵状的多孔材料，表面具有微尖锥，具有电致发光、光致发光特性。因此，自1956年Uhlir首次采用阳极氧化方法制备得到多孔硅以来，越来越多的科研工作者重视该项研究，特别是近10多年来，它在微电子学和光电子学领域的应用前景，引起了广泛关注，成为当前研究的热点。
[0003] 目前市售发光二极管(light emission diode)简称为LED。由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物，利用PN结中的电子与空穴复合时能辐射出可见光的原理制成。例如磷砷化镓、磷化铝镓铟(AlGaInP)二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓(GaN)发蓝、绿光(日本发明，价格很高)。市售二极管只有红、黄、蓝少数色彩，其它是它们的混合色，其色彩不理想。
[0004] 场发射发光二极管与市售发光二极管的原理不同，但是与以碳纳米管为材料的发光二极管的研发原理相同。它是利用纳米硅的微尖锥在一定的场强下能够幅射出电子，电子打在涂有荧光粉的导电玻璃上(阳极)发光。
[0005] 在显示器领域，常规的阴极射线管显示器(CRT)将渐渐被平板显示器(FPD)所取代。平板显示器主要可分为：液晶显示器(LCD)、等离子显示器(PDP)、有机发光二极管(OLED)、场发射显示器(FED)。
[0006] 液晶显示器(LCD)现在的社会拥有量虽然占据第二位，已经占据平板显示器份额的80％以上，其产品范围已经复盖整个应用领域，是平板显示器的主流产品。它的优点是体积薄、重量轻。但是，由于其核心部件稳定性较差，本身不发光而且视角小，限制了它的使用范围和显示效果，能否最终替代阴极射线管显示器(CRT)，尚未可知。
[0007] 等离子显示器(PDP)的优点是响应速度快，接近CRT。缺点是驱动电压高、耗电量大、发光效率低、象素节距大。从长远来看，PDP将是一种过渡技术，因为PDP只适用于大屏幕和电视接收机，而不适用于电脑等领域。
[0008] 有机发光二极管(OLED)在大尺寸、低成本上占有优势，但由于全彩面板寿命较短，约5000小时，仍局限于单色显示领域应用，限制了它的发展。
[0009] 场发射显示器(FED)与CRT的原理相似，也属于真空电子束激发发光显示技术，显示画质优秀，但制作工艺完全不同，FED的关键技术是发射阴极的制作。
[0010] 场发射显示器(FED)使用的电子枪可达到N×M个，场发射显示器(FED)具有所需电压低、采用冷阴极、重量轻、厚度薄等等优点，它既具有阴极射线管(CRT)显示技术的色彩鲜艳丰富、显示无限灰度、适合显示动画等优点，也具有平板显示器重量轻、厚度薄、体积小的优点，所以场发射显示器(FED)有显示器之王之称，是最终替代阴极射线管(CRT)显示技术的、比较理想的显示器。世界各国都在竟相研制中。
[0011] 场发射发光二极管阵列可以用于单色或多色广告显示，可以是研制场发射显示器FED的前期产品，场发射发光二极管阵列的研制将有助于开发新一代的显示器。多孔硅是一3 4 -2
种纳米量级的新材料，表面具有10-10 个.μm 微尖锥，在一定的条件下，具有发射电子的功能，工作时即使有一部分微尖锥老化而失去发射电子的功能，还会有另一部分微尖锥继续发射电子，具有可靠性好、寿命长等优点，故它适用于制作场发射发光二极管的阴极，加上它是硅材料，更有利于实现全硅光电子的集成。目前，采用多孔硅制作场发射发光二极管未见报道。
发明内容
[0012] 本发明的任务是提供一种多孔硅场发射发光二极管阵列及其制作技术。
[0013] 本发明所采用的技术方案是通过如下方式完成的：一种多孔硅场发射发光二极管阵列，它包括阳极板、阴极板、荧光粉和多孔硅片，其中，阳极板由导电玻璃和引线一组成，导电玻璃由玻璃基板和导电层组成，引线一从导电层中引出；阴极板由玻璃和引线二组成，多孔硅片由硅基底和多孔硅层组成，多孔硅层设在硅基底顶面；在阴极板的玻璃上设有用作排气的小孔；在阴极板的玻璃上设有m列银浆导电引线二，每列上固定n片多孔硅片，构成n×m多孔硅阵列；在阴极板的玻璃上所制成的多孔硅阵列其平整度小于10μm/cm；在阳极板的导电玻璃上把导电层腐蚀成n行引线一，荧光粉涂履在阳极板玻璃正面的引线一上，每行引线上涂履m块荧光粉浆料，每块荧光粉浆料的面积尺寸比阴极板上多孔硅片略大，构成n×m荧光粉阳极阵列；多孔硅场发射发光二极管阵列的阴极板与阳极板之间的间-5隙通过隔离子和密封材料构成一真空度在1×10 Pa以下的密封空腔。
[0014] 在多孔硅场发射发光二极管阵列中，多孔硅场发射发光二极管阵列的阴极与阳极之间的间隙距离为100～200μm。
[0015] 在多孔硅场发射发光二极管阵列的阴、阳两极间加一定的电场，阴极就会发射电子，当电子打到阳极的荧光粉上就会发光；采用绿色荧光粉，就发绿光；采用红色荧光粉，就发红光。
[0016] 本发明一种多孔硅场发射发光二极管阵列的制作技术包括以下步骤：
[0017] 1、多孔硅片的制作
[0018] 用低电阻率的单晶硅片作为多孔硅片的硅基底，将单晶硅片放在腐蚀槽中进行电化学方法腐蚀，电极采用铂(Pt)，腐蚀液采用氢氟酸和无水乙醇组成的混合液，其中，氢氟酸采用浓度为35％～45％的氢氟酸，腐蚀液中的组分的体积配比为：氢氟酸(HF)∶无水乙醇(C2H5OH)＝1∶0.95～1.05；单晶硅片表面生成多孔硅后，使用正离子或负离子对多孔3 4 -2
硅消除悬空键处理，处理后可获得其表面具有10-10 个.μm 微尖锥的纳米多孔硅层。使用正离子或负离子消除多孔硅悬空键，可采用专利号为02112389.6的阴极还原表面处理技术或专利号为02112391.8的阳极氧化表面处理技术。
[0019] 为了提高微尖锥发射电子的能力，微尖锥表面可加少量的金属、碳纳米管、氧化锌等材料。
[0020] 2、制作阴极
[0021] 用厚度为2～3mm浮法钠钙玻璃做阴极板的玻璃(100×100×2mm)，阴极板玻璃上打 3mm小孔，用作排气孔；在阴极板玻璃正面用银浆材料采用丝网印刷工艺，制作银浆m列，在阴极板玻璃反面用银浆材料采用丝网印刷工艺，制作银浆阴极m列引线二和阳极n行引线一，阴极板玻璃正面银浆m列引线二与阴极板玻璃反面阴极m列引线对应用银浆连接；多孔硅片切成0.2×0.2mm的小片，用银浆材料作粘合剂，在每列银浆引线二上固定n片多孔硅片，间隔距离相同，在阴极板玻璃正面构成多孔硅n×m阵列，要求平整度小于10μm/cm。
[0022] 3、制作阳极
[0023] 用厚度为2mmITO导电玻璃采用光刻技术，用HNO3和HCI体积比1∶2.05～3.05的混合酸溶液刻蚀导电玻璃上的ITO导电层，使之成为n行导电引线一，用丝网印刷工艺在导电引线一上涂履阴极射线荧光粉浆料；每行导电引线一上涂履m块荧光粉浆料，面积尺寸略大于0.2×0.2mm，间隔距离相同，构成多孔硅n×m阵列，阳极n行导电引线一与阴极板玻璃反面阳极n行引线对应用导线连接。
[0024] 4、制作隔离子
[0025] 用厚度为670um的高温玻璃制作成1mm×1mm×670um的隔离子。隔离子的作用是保证阴、阳两极绝缘，并保持阴极表面与阳极荧光粉之间间隔100～200um的距离，并防止在抽真空时，由于大气压力的原因导致阴、阳极破裂或变形。
[0026] 5、真空封装
[0027] ①阴极板正面四周用喷枪涂敷低熔点玻璃浆料，放入马弗炉中烧结，烧结温度为430℃～500℃，并退火到室温；
[0028] ②将阳极板和烧好的阴极板对准(发射阴极点与荧光粉对准)，中间均匀放置8～12颗隔离子，四周用铁夹子夹紧防止移动而错位；使阴极表面与阳极荧光粉之间间隔100～200um的距离；在阴极版反面排气孔处，用低熔点玻璃粉粘结玻璃排气管，进行抽气——充氮气——抽气——充氮气——再抽气，再放入真空马弗炉中烧结并退火取出；
[0029] ③烧结完成后，即成发光二极管阵列，放入吸气剂，进行抽气——充氮气——抽-5气——充氮气——再抽气，并进行烘烤除气；在1×10 Pa真空下封口，完成真空封装工序。
[0030] 本发明与现有技术相比，具有以下特点：
[0031] 1、制造容易、所需电压低、重量轻、厚度薄、体积小。
[0032] 2、有利于与控制电路集成在一起，有利于实现器件的微型化。
[0033] 3、它使用的多孔硅是一种纳米量级的新材料，表面具有103-104个.μm-2微尖锥，用它做场发射发光二极管的阴极，工作时即使有一部分微尖锥老化而失去发射电子的功能，还会有另一部分微尖锥继续发射电子，具有可靠性好、寿命长等优点。
[0034] 4、采用场发射制作技术，它既具有阴极射线管(CRT)显示技术的色彩鲜艳丰富、显示无限灰度、适合显示动画等特优点，也具有平板显示器重量轻、厚度薄、体积小的优点。
[0035] 5、其产品可以用作广告显示，也是研究场发射显示器的前期产品。
附图说明
[0036] 图1为多孔硅场发射发光二极管阵列的结构示意图。
具体实施方式
[0037] 下面对照附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
[0038] 实施例1
[0039] 参照附图1，一种多孔硅场发射发光二极管16×16阵列，它包括阳极板1、阴极板2、荧光粉3和多孔硅片4，其中，阳极板1由导电玻璃和引线一5组成，导电玻璃由玻璃基板和导电层组成，引线一5从导电层中引出；阴极板2由玻璃和引线二6组成，多孔硅片4由硅基底和多孔硅层组成，多孔硅层设在硅基底顶面；在阴极板2的玻璃上设有用作排气的小孔，在阴极板2的玻璃上设有16列银浆导电引线二6，每列上固定16片多孔硅片，构成
16×16多孔硅阵列；在阴极板2的玻璃上所制成的多孔硅阵列其平整度小于10μm/cm；在阳极板1的导电玻璃上把导电层腐蚀成16行引线一5，荧光粉3涂履在阳极板1玻璃正面的引线一5上，每行引线上涂履16块荧光粉浆料，每块尺寸比阴极板上多孔硅片略大，构成
16×16荧光粉阳极阵列；场发射发光二极管阵列的阴极板2与阳极板1之间的间隙通过隔-5
离子和密封材料构成一真空度在1×10 Pa以下的密封空腔。在多孔硅场发射发光二极管阵列中，场发射发光二极管的阴极与阳极之间的间隙距离为100～200μm。
[0040] 本发明一种多孔硅场发射发光二极管阵列的制作技术包括以下步骤：
[0041] 1、多孔硅片的制作
[0042] 用电阻率为0.01～0.03Ωcm，P型，晶面(100)的单晶硅片作为多孔硅片4的硅基底，将单晶硅片放在腐蚀槽中进行电化学方法腐蚀，电极采用铂(Pt)，腐蚀液采用浓度为35％～45％的氢氟酸和无水乙醇组成的混合液，配置浓度体积比为HF∶C2H5OH＝1∶1∶0.95～1.05；单晶硅片表面生成多孔硅后，使用正离子对多孔硅消除悬空键处理，采用专利号为02112389.6的阴极还原表面处理技术，对多孔硅进行了表面处理，处理后可
3 4 -2
获得其表面具有10-10 个.μm 微尖锥的纳米多孔硅层。
[0043] 2、制作阴极
[0044] 用厚度为2mm浮法钠钙玻璃做阴极板的玻璃(100×100×2mm)，阴极板玻璃上打3mm小孔，用作排气孔；在阴极板玻璃正面用银浆材料采用丝网印刷工艺，制作银浆16列，在阴极板玻璃反面用银浆材料采用丝网印刷工艺，制作银浆阴极16列引线二6和阳极16行引线一5，阴极板玻璃正面银浆16列与阴极板玻璃反面阴极16列引线二6对应用银浆连接；多孔硅片4切成0.2×0.2mm的小片，用银浆材料作粘合剂，在每列银浆引线二6上固定16片多孔硅片，间隔距离相同，在阴极板玻璃正面构成多孔硅16×16阵列，要求平整度小于10μm/cm。
[0045] 3、制作阳极
[0046] 用厚度为2mmITO导电玻璃采用光刻技术，用HNO3和HCI体积比1∶2.05～3.05的混合酸溶液刻蚀导电玻璃上的ITO导电层，使之成为16行导电引线一5，用丝网印刷工艺在导电引线一5上涂履阴极射线绿色荧光粉3，每块尺寸略大于0.2×0.2mm，间隔距离相同，构成多孔硅n×m阵列，阳极16行导电引线一5与阴极板玻璃反面阳极16行引线对应用导线连接。
[0047] 4、制作隔离子
[0048] 用厚度为670um的高温玻璃制作成1mm×1mm×670um的隔离子。隔离子的作用是保证阴、阳两极绝缘，并保持阴极表面与阳极荧光粉之间间隔100～200um的距离，并防止在抽真空时，由于大气压力的原因导致阴、阳极破裂或变形。
[0049] 5、真空封装
[0050] ①阴极板2正面四周用喷枪涂敷低熔点玻璃浆料，放入马弗炉中烧结(温度为430～500℃)并退火到室温；
[0051] ②将阳极板1和烧好的阴极板2对准(发射阴极点与荧光粉对准)，中间均匀放置8颗隔离子，四周用铁夹子夹紧防止移动而错位；使阴极表面与阳极荧光粉之间间隔200um的距离；在阴极版反面排气孔处，用低熔点玻璃粉粘结玻璃排气管，进行抽气——充氮气——抽气——充氮气——再抽气，再放入真空马弗炉中烧结并退火取出；
[0052] ③烧结完成后，即成发光二极管阵列，放入吸气剂，进行抽气——充氮气——抽-5气——充氮气——再抽气，并进行烘烤除气；在1×10 Pa真空下封口，完成真空封装工序。
[0053] 实施例2
[0054] 参照附图1，一种多孔硅场发射发光二极管8×8阵列，该多孔硅场发射发光二极管阵列的结构与实施例1相同。在该多孔硅场发射发光二极管阵列的制作过程中，在多孔硅片的制作时，腐蚀液采用浓度为35％的氢氟酸和无水乙醇组成的混合液，配置浓度体积比为HF∶C2H5OH＝1∶0.95；其余与实施例1中的多孔硅场发射发光二极管阵列的制作技术相同。为了提高多孔硅片4上的多孔硅层的微尖锥发射电子的能力，微尖锥表面可加少量的金属材料；阳极采用红色荧光粉。
[0055] 实施例3
[0056] 参照附图1，一种多孔硅场发射发光二极管8×8阵列，该多孔硅场发射发光二极管阵列的结构与实施例1相同。在该多孔硅场发射发光二极管阵列的制作过程中，在多孔硅片的制作时，腐蚀液采用浓度为45％的氢氟酸和无水乙醇组成的混合液，配置浓度体积比为HF∶C2H5OH＝1∶1.05，单晶硅片表面生成多孔硅后，使用负离子对多孔硅消除悬空键处理，采用专利号为02112391.8的阳极氧化表面处理技术，对多孔硅进行了表面处理，3 4 -2
处理后可获得其表面具有10-10 个.μm 微尖锥的纳米多孔硅层；其余与实施例1中的多孔硅场发射发光二极管阵列的制作技术相同。为了提高多孔硅片4上的多孔硅层的微尖锥发射电子的能力，微尖锥表面可加少量的碳纳米管材料；阳极采用蓝色荧光粉。
[0057] 实施例4
[0058] 参照附图1，一种多孔硅场发射发光二极管32×32阵列，该多孔硅场发射发光二极管阵列的结构及制作技术与实施例1相同，为了提高多孔硅片4上的多孔硅层的微尖锥发射电子的能力，微尖锥表面可加少量的氧化锌材料；阳极采用白色荧光粉。
