專利名稱：橋柵結構的三極場致發(fā)射顯示器及其制作工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于真空科學技術、微電子技術、平面顯示技術以及納米科學技術的相互交叉領域，涉及到場致發(fā)射平板顯示器的器件制作，具體涉及到碳納米管陰極的三極結構場致發(fā)射顯示器的器件制作方面的內容，特別涉及到帶有橋柵結構的、碳納米管陰極的、三極結構的場致發(fā)射平面顯示器件的制作工藝。
背景技術：
碳納米管是一種特殊的陰極材料，能夠僅僅在外界電壓的作用下發(fā)射大量的電子，形成場致發(fā)射電子，這是由于其特殊的形狀而決定的。對于利用碳納米管作為陰極材料的場致發(fā)射平板顯示器件來說，為了能夠最大程度的降低生產成本，降低整體器件的工作電壓，以便于和常規(guī)的集成電路相結合，制作三極結構的場致發(fā)射平面顯示器件是一個必然的選擇。
由于控制柵極和碳納米管陰極之間的距離很近，因此在控制柵極上施加相對比較低的電壓，就容易在碳納米管陰極的頂端形成強大的電場強度。顯然，柵極結構在控制著碳納米管電子發(fā)射方面占有重要的地位。在以往的柵極結構中，柵極條位于碳納米管陰極的正上方，并且在柵極條上預留電子通道孔，以便于從碳納米管陰極發(fā)射的電子順利通過電子通道孔向陽極運動。而所制作的柵極條都是平面型結構的，沒有充分的結合碳納米管尖端的特點，使得碳納米管場致發(fā)射電子的能力大打折扣；從碳納米管發(fā)射電子的角度來說，其頂端的電場強度最大，發(fā)射電子的數量也最大，但是受到實際工藝的影響，所制作的碳納米管陰極并不都是直立的，而是朝向各個方向的都有，這就更進一步削弱了柵極的控制作用。即使對于直立的碳納米管陰極來說，其頂端稍下部分的兩側也能夠發(fā)射大量的電子，而由于受到平面型柵極條的限制，并不能夠充分利用這一部分的電子發(fā)射。這些都是其不利之處。而實際上，無論是從理論模擬的結果來分析，還是從實際器件演示的結論來看，其能夠大量發(fā)射電子的部位恰恰是碳納米管陰極的邊沿部分，這里的碳納米管頂端曲率半徑最大，所發(fā)射的電子也最多。如果能夠充分利用碳納米管陰極的這一特點，那么無疑將極大的增強碳納米管發(fā)射電子的能力，提高顯示器件的場致發(fā)射性能。
此外，還需要進一步降低整體平板顯示器件的制作成本，器件制作過程免于復雜化，有利于進行商業(yè)化的大規(guī)模生產。目前，各制作企業(yè)或者研究機構用來制作控制柵極的材料各不相同，但大多都使用了專用的特殊制作材料，同時也使用了特殊的制作工藝，這就帶來了一系列的問題，如器件制作成本高；制作過程復雜；制作工藝條件要求過于苛刻，無法進行大面積制作等等。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述場致發(fā)射顯示器中存在的缺點而提供一種帶有橋柵結構的、制作過程穩(wěn)定可靠、結構簡單、成品率高、成本低廉的三極碳納米管場致發(fā)射平面顯示器及其制作工藝。
本發(fā)明主要包括由陰極面板、陽極面板和玻璃圍框構成的密封真空腔，在陰極面板上有印刷的碳納米管陰極以及控制碳納米管電子發(fā)射的橋柵結構控制柵極，在陽極面板上有光刻的錫銦氧化物薄膜層以及制備在錫銦氧化物薄膜層上面的熒光粉層，在陰極面板上制作有橋柵結構，用于控制碳納米管陰極的電子發(fā)射，提高了碳納米管發(fā)射電子的能力，改善了顯示器件的場致發(fā)射性能。橋柵結構的固定位置為安裝固定在陰極面板上；橋柵結構的控制柵極位于碳納米管陰極的上面部位，用于控制碳納米管陰極的電子發(fā)射；橋柵結構的襯底材料為大型、具有相當良好的耐熱性和可操作性、成本低廉的高性能絕緣材料；橋柵結構中的襯底材料為玻璃，如鈉鈣玻璃，硼硅玻璃；橋柵結構中的碳納米管陰極導電條可以為錫銦氧化物薄膜導電層，也可以為銀漿條，也可以為鉻、鎳、金、鋁金屬；碳納米管陰極導電條是結合光刻工藝完成的；橋柵結構中的絕緣隔離層為聚酰亞胺薄膜層，是結合旋轉涂敷工藝完成的；橋柵結構中需要對聚酰亞胺薄膜層進行兩次刻蝕，是結合反應離子刻蝕方法完成的；橋柵結構中聚酰亞胺層的深刻蝕過程將碳納米管陰極孔的中間部分完全刻蝕掉，暴露出底部的碳納米管陰極導電條；橋柵結構中的淺刻蝕過程是對碳納米管陰極孔周圍的外部部分進行淺刻蝕，碳納米管陰極孔沿不進行刻蝕，遠離碳納米管陰極孔沿的部分進行刻蝕，越遠離碳納米管陰極孔的位置，刻蝕的程度越比較大，形成一個碳納米管陰極孔孔沿高，向外四周呈坡度下降的錐形體；橋柵結構中是在絕緣隔離層的上面制備出鋁膜層來作為控制柵極導電條的，是結合電子束蒸發(fā)工藝完成的；橋柵結構中的控制柵極導電條圖案的形成是結合光刻工藝完成的；橋柵結構中的控制柵極導電條和碳納米管陰極導電條的走向是相互垂直的；橋柵結構由襯底材料玻璃、碳納米管陰極導電條、絕緣隔離層、控制柵極導電條構成。
本發(fā)明中的橋柵結構采用如下的工藝進行制作1)襯底材料玻璃[1]的準備對整體襯底材料玻璃進行劃片，2)錫銦氧化物薄膜層的制作在襯底材料玻璃[1]上蒸鍍上一層錫銦氧化物薄膜層，3)碳納米管陰極導電條[2]的制作對蒸鍍的錫銦氧化物薄膜層進行光刻，形成碳納米管陰極導電條[2]，4)絕緣層的制作在襯底材料玻璃[1]上制備出聚酰亞胺薄膜層，作為碳納米管陰極和控制柵極導電條之間的絕緣層，固化溫度為375℃，
5)絕緣隔離層[3]的制作對制備的聚酰亞胺薄膜層進行刻蝕，刻蝕的過程分為兩個部分第一部分，對制備的聚酰亞胺層進行深刻蝕，要將圖案的陰極區(qū)域完全刻蝕掉，形成碳納米管陰極孔，使底部的碳納米管陰極導電條—錫銦氧化物薄膜條—完全暴露出來，以便于為后續(xù)的碳納米管陰極制備和后處理工藝作準備；第二部分，對位于碳納米管陰極孔周圍的外部部分進行淺刻蝕，碳納米管陰極孔沿不進行刻蝕，遠離碳納米管陰極孔沿的部分進行刻蝕，越遠離碳納米管陰極孔的位置，刻蝕的程度越比較大，形成一個碳納米管陰極孔孔沿高，向外四周呈坡度下降的錐形體。這樣就構成了橋柵結構的絕緣隔離層[3]，6)控制柵極導電條[4]的制作在絕緣隔離層[3]的上面制備出鋁膜層；再利用常規(guī)的光刻工藝，將制備的鋁膜層光刻形成控制柵極導電條。其中，控制柵極導電條和碳納米管陰極導電條的走向是相互垂直的，7)玻璃表面的處理對整體玻璃表面進行清潔處理，除掉雜質，本發(fā)明中的帶有橋柵結構的碳納米管陰極場致發(fā)射平板顯示器按照如下的工藝進行制作1、陰極板的制作1)碳納米管陰極[5]的印刷結合絲網印刷工藝，將碳納米管[5]印刷在預留的碳納米管陰極孔當中，使得碳納米管能夠和碳納米管陰極導電條[2]的接觸良好。
2)碳納米管[5]陰極的后處理對印刷后的碳納米管[5]陰極進行后處理，以改善碳納米管的場致發(fā)射特性。
2、陽極面板的制作1)清潔平板玻璃[6]，除掉表面雜質；
2)在平板玻璃[6]上蒸鍍一層錫銦氧化物[7]薄膜；3)對錫銦氧化物[7]薄膜進行光刻，形成一定圖案的導電條；4)結合絲網印刷工藝，在導電條的非顯示區(qū)域印刷絕緣漿料[8]層，用于防止寄生電子發(fā)射；經過烘烤(烘烤溫度150℃，保持時間5分鐘)之后，放置在燒結爐中進行高溫燒結(燒結溫度580℃，保持時間10分鐘)；5)結合絲網印刷工藝，在導電條上面的顯示區(qū)域印刷熒光粉層[9]；在烘箱當中進行烘烤(烘烤溫度120℃，保持時間10分鐘)；3、器件裝配將陰極面板、陽極面板以及玻璃圍框[10]裝配到一起，并將消氣劑放入到空腔當中，用低熔點玻璃粉固定。在玻璃面板的四周涂抹好低熔點玻璃粉，用夾子固定。
4、成品制作對已經裝配好的器件進行如下的封裝工藝將樣品器件放入烘箱當中進行烘烤；放入燒結爐當中進行高溫燒結；在排氣臺上進行器件排氣、封離，在烤消機上對器件內部的消氣劑進行烤消，最后加裝管腳形成成品件。
本發(fā)明具有如下積極效果本發(fā)明中的橋柵結構是非平面型的，充分的結合了碳納米管尖端的特點，進一步提高了碳納米管場致發(fā)射電子的能力。本發(fā)明中的橋柵結構中的控制柵極導電條位于碳納米管陰極的上方，用于控制碳納米管陰極電子的場致發(fā)射。在受到實際工藝影響的情況下，盡管并不是所有的碳納米管陰極都是直立的，但是由于橋型柵極結構的存在，使得大部分的電場強度都能夠集中于碳納米管管的尖端部分，增強了碳納米管發(fā)射電子的場致發(fā)射能力。即使是對于直立的碳納米管陰極來說，也能夠充分利用碳納米管頂端稍下部分的兩側發(fā)射大量電子的能力，提高了顯示器件的場致發(fā)射性能。
另外，在底柵結構的制作過程中，并沒有采用特殊的結構制作材料，也沒有采用特殊的器件制作工藝，這在很大程度上就進一步降低了整體平板顯示器件的制作成本，簡化了器件的制作過程，能夠進行大面積的器件制作，有利于進行商業(yè)化的大規(guī)模生產。
該帶有橋柵結構的三極碳納米管陰極場致發(fā)射平面顯示器包括有如下的主要組成部分由陰極面板、陽極面板和玻璃圍框構成的密封真空腔，在陰極面板上有印刷的碳納米管陰極以及控制碳納米管電子發(fā)射的橋柵結構控制柵極，在陽極面板上有光刻的錫銦氧化物薄膜層以及制備在錫銦氧化物薄膜層上面的熒光粉層。在陰極面板上制作了橋柵結構，用于控制碳納米管陰極的電子發(fā)射，提高了碳納米管發(fā)射電子的能力，改善了顯示器件的場致發(fā)射性能。


圖1給出了橋柵結構的縱向結構示意圖。
圖2給出了橋柵結構的橫向結構示意圖。
圖3中給出了一個帶有橋柵結構的的碳納米管陰極場致發(fā)射平面顯示器的
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步說明，但本發(fā)明并不局限于這些實施例。
如圖1、2、3所示，由陰極面板玻璃1、陽極面板玻璃6和玻璃圍框10構成的密封真空腔，在陰極面板玻璃1上有印刷的碳納米管陰極5以及控制碳納米管5電子發(fā)射的橋柵結構控制柵極4，在陽極面板玻璃6上有光刻的錫銦氧化物薄膜層7以及制備在錫銦氧化物薄膜層7上面的熒光粉層9。在陰極面板上制作有橋柵結構，用于控制碳納米管陰極的電子發(fā)射，提高了碳納米管發(fā)射電子的能力，改善了顯示器件的場致發(fā)射性能，在進一步提高碳納米管陰極場致發(fā)射性能、改進顯示器件的場發(fā)射效率的同時，還能夠進一步降低整體平板器件的制作成本，簡化整體器件制作工藝和制作過程。
本發(fā)明中的橋柵結構采用如下的工藝進行制作1)襯底材料玻璃[1]的準備對整體襯底材料玻璃進行劃片，2)錫銦氧化物薄膜層的制作在襯底材料玻璃[1]上蒸鍍上一層錫銦氧化物薄膜層，3)碳納米管陰極導電條[2]的制作對蒸鍍的錫銦氧化物薄膜層進行光刻，形成碳納米管陰極導電條[2]，4)絕緣層的制作在襯底材料玻璃[1]上制備出聚酰亞胺薄膜層，作為碳納米管陰極和控制柵極導電條之間的絕緣層，固化溫度為375℃，5)絕緣隔離層[3]的制作對制備的聚酰亞胺薄膜層進行刻蝕，刻蝕的過程分為兩個部分第一部分，對制備的聚酰亞胺層進行深刻蝕，要將圖案的陰極區(qū)域完全刻蝕掉，形成碳納米管陰極孔，使底部的碳納米管陰極導電條—錫銦氧化物薄膜條—完全暴露出來，以便于為后續(xù)的碳納米管陰極制備和后處理工藝作準備；第二部分，對位于碳納米管陰極孔周圍的外部部分進行淺刻蝕，碳納米管陰極孔沿不進行刻蝕，遠離碳納米管陰極孔沿的部分進行刻蝕，越遠離碳納米管陰極孔的位置，刻蝕的程度越比較大，形成一個碳納米管陰極孔孔沿高，向外四周呈一定坡度下降的錐形體。這樣就構成了橋柵結構的絕緣隔離層[3]，6)控制柵極導電條[4]的制作在絕緣隔離層[3]的上面制備出鋁膜層；再利用常規(guī)的光刻工藝，將制備的鋁膜層光刻形成控制柵極導電條。其中，控制框[12]所構成的密封真空腔，在陰極面板玻璃[1]上有印刷的碳納米管陰極[7]以及控制碳納米管[7]電子發(fā)射的底柵結構控制柵極，在陽極面板玻璃[8]上有光刻的錫銦氧化物薄膜層[9]以及制備在錫銦氧化物薄膜層[9]上面的熒光粉層[11]。控制柵極部分位于碳納米管陰極的底部和兩側，用于控制碳納米管陰極的電子發(fā)射。其中兩側的控制柵極部分對碳納米管陰極的電子發(fā)射起到了增強效應。在進一步減小柵極電流、提高碳納米管陰極場致發(fā)射性能、改進顯示器件的場發(fā)射效率的同時，還能夠進一步降低整體平板器件的制作成本，簡化整體器件制作工藝和制作過程。
本發(fā)明中的底柵結構采用如下的工藝進行制作1)襯底材料玻璃[1]的準備對整體襯底材料玻璃進行劃片；2)底部控制柵極導電條[2]的制作結合絲網印刷工藝，在襯底材料玻璃上印刷銀漿，形成底部控制柵極導電條[2]；經過烘烤(烘烤溫度150℃，保持時間10分鐘)之后，放置在燒結爐中進行高溫燒結(燒結溫度585℃，保持時間10分鐘)；3)絕緣隔離層[3]的制作結合絲網印刷工藝，在襯底材料玻璃上印刷絕緣漿料，形成絕緣隔離層[3]；經過烘烤(烘烤溫度150℃，保持時間10分鐘)之后，放置在燒結爐中進行高溫燒結(燒結溫度590℃，保持時間10分鐘)；4)側壁控制柵極導電條[4]的制作結合絲網印刷工藝，在襯底材料玻璃上印刷銀漿，形成側壁控制柵極導電條[4]。經過烘烤(烘烤溫度150℃，保持時間10分鐘)之后，放置在燒結爐中進行高溫燒結(燒結溫度585℃，保持時間10分鐘)。由于在制作絕緣隔離夾子固定。
4、成品制作對已經裝配好的器件進行如下的封裝工藝將樣品器件放入烘箱當中進行烘烤；放入燒結爐當中進行高溫燒結；在排氣臺上進行器件排氣、封離，在烤消機上對器件內部的消氣劑進行烤消，最后加裝管腳形成成品件。
權利要求
1.一種橋柵結構的三極場致發(fā)射顯示器，包括有由陰極面板玻璃[1]、陽極面板玻璃[6]和玻璃圍框[10]構成的密封真空腔，在陰極面板玻璃[1]上有印刷的碳納米管陰極[5]以及控制碳納米管[5]電子發(fā)射的橋柵結構控制柵極[4]，在陽極面板玻璃[6]上有光刻的錫銦氧化物薄膜層[7]以及制備在錫銦氧化物薄膜層[7]上面的熒光粉層[9]，其特征在于在陰極面板上制作有橋柵結構，所述橋柵結構由襯底材料玻璃[1]、碳納米管陰極導電條[2]、絕緣隔離層[3]、控制柵極導電條[4]構成，柵極位于碳納米管陰極的上面部位，用于控制碳納米管陰極的電子發(fā)射，固定位置為安裝固定在陰極面板上。
2.如權利要求1所述的一種橋柵結構的三極場致發(fā)射顯示器，其特征在于所述橋柵結構的襯底材料為玻璃，如鈉鈣玻璃，硼硅玻璃。
3.如權利要求1所述的一種橋柵結構的三極場致發(fā)射顯示器，其特征在于所述橋柵結構中的碳納米管陰極導電條可以為錫銦氧化物薄膜導電層，也可以為銀漿條，也可以為鉻、鎳、金、鋁金屬。
4.如權利要求1所述的一種橋柵結構的三極場致發(fā)射顯示器，其特征在于所述橋柵結構中的絕緣隔離層為聚酰亞胺薄膜層，聚酰亞胺層的深刻蝕時，碳納米管陰極孔的中間部分完全刻蝕掉，暴露出底部的碳納米管陰極導電條；淺刻蝕過時是對碳納米管陰極孔周圍的外部部分進行淺刻蝕，碳納米管陰極孔沿不進行刻蝕，遠離碳納米管陰極孔沿的部分進行刻蝕，越遠離碳納米管陰極孔的位置，刻蝕的程度越比較大，形成一個碳納米管陰極孔孔沿高，向外四周呈坡度下降的錐形體。
5.如權利要求1所述的一種橋柵結構的三極場致發(fā)射顯示器，其特征在于所述橋柵結構是在絕緣隔離層的上面制備有鋁膜層，控制柵極導電條和碳納米管陰極導電條的走向是相互垂直的。
6.一種橋柵結構的三極場致發(fā)射顯示器的制作工藝，其特征在于所述橋柵結構采用如下的工藝進行制作1)襯底材料玻璃[1]的準備對整體襯底材料玻璃進行劃片，2)錫銦氧化物薄膜層的制作在襯底材料玻璃[1]上蒸鍍上一層錫銦氧化物薄膜層，3)碳納米管陰極導電條[2]的制作對蒸鍍的錫銦氧化物薄膜層進行光刻，形成碳納米管陰極導電條[2]，4)絕緣層的制作在襯底材料玻璃[1]上制備出聚酰亞胺薄膜層，作為碳納米管陰極和控制柵極導電條之間的絕緣層，固化溫度為375℃，5)絕緣隔離層[3]的制作對制備的聚酰亞胺薄膜層進行刻蝕，刻蝕的過程分為兩個部分第一部分，對制備的聚酰亞胺層進行深刻蝕，要將圖案的陰極區(qū)域完全刻蝕掉，形成碳納米管陰極孔，使底部的碳納米管陰極導電條—錫銦氧化物薄膜條—完全暴露出來，以便于為后續(xù)的碳納米管陰極制備和后處理工藝作準備；第二部分，對位于碳納米管陰極孔周圍的外部部分進行淺刻蝕，碳納米管陰極孔沿不進行刻蝕，遠離碳納米管陰極孔沿的部分進行刻蝕，越遠離碳納米管陰極孔的位置，刻蝕的程度越比較大，形成一個碳納米管陰極孔孔沿高，向外四周呈一定坡度下降的錐形體。這樣就構成了橋柵結構的絕緣隔離層[3]，6)控制柵極導電條[4]的制作在絕緣隔離層[3]的上面制備出鋁膜層；再利用常規(guī)的光刻工藝，將制備的鋁膜層光刻形成控制柵極導電條。其中，控制柵極導電條和碳納米管陰極導電條的走向是相互垂直的，7)玻璃表面的處理對整體玻璃表面進行清潔處理，除掉雜質，
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有橋柵結構的碳納米管陰極的三極結構場致發(fā)射顯示器及其制作工藝，顯示器包括由陰極面板、陽極面板和玻璃圍框構成的密封真空腔，在陰極面板上有印刷的碳納米管陰極以及控制碳納米管電子發(fā)射的橋柵結構控制柵極，在陽極面板上有光刻的錫銦氧化物薄膜層以及制備在錫銦氧化物薄膜層上面的熒光粉層，陰極面板上制作有橋柵結構，用于控制碳納米管陰極的電子發(fā)射，提高了碳納米管發(fā)射電子的能力，改善了顯示器件的場致發(fā)射性能，具有結構簡單、制作工藝簡單、制作成本低廉、制作過程穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。
文檔編號H01J9/02GK1667789SQ200510017468
公開日2005年9月14日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權日2005年3月30日
發(fā)明者李玉魁 申請人:中原工學院