專利名稱：柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于場發(fā)射顯示器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源，利用有機(jī)pn結(jié)取代傳統(tǒng)陰柵極及場發(fā)射陰極材料，實現(xiàn)低壓調(diào)控電子源的新型場發(fā)射顯示結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前用于場發(fā)射平板顯示器件陰極發(fā)射結(jié)構(gòu)主要有單一陰極、陰柵同極及其多極結(jié)構(gòu)等場發(fā)射電子源。單一陰極結(jié)構(gòu)的場發(fā)射源是由玻璃基板、金屬底電極以及金屬底電極上沉積的或者是直接生長的陰極發(fā)射材料組成。雖然其制作工藝簡單，但存在著高電壓驅(qū)動，電子發(fā)射不能調(diào)控等問題，與低驅(qū)動電壓，可控電子發(fā)射等場發(fā)射平板顯示理念相悖。不適合于制造優(yōu)良的FED顯示器。陰柵同極結(jié)構(gòu)的場發(fā)射源主要分為前柵結(jié)構(gòu)、后柵結(jié)構(gòu)以及平行柵結(jié)構(gòu)等。陰柵同極結(jié)構(gòu)雖然可以通過柵極來調(diào)控陰極的電子發(fā)射，降低了場發(fā)射平板顯示器的功耗。但是陰柵同極結(jié)構(gòu)存在制作工藝復(fù)雜，成本高等問題，尤其是前柵結(jié)構(gòu)和后柵結(jié)構(gòu)，由于這兩種結(jié)構(gòu)的陰極導(dǎo)電層和柵極導(dǎo)電層交疊放置，中間隔以介質(zhì)層防止兩導(dǎo)電層短路，加大了工藝的制作難度和成本。而平行柵結(jié)構(gòu)是柵極導(dǎo)電層和陰極導(dǎo)電層在同一平面內(nèi)相互平行，雖然不需要制作介質(zhì)層，工藝相對簡單，但是存在較大電子色散和束斑等問題。綜上所述，有必要提出一種制備工藝簡單，可以實現(xiàn)低壓調(diào)控，同時能有效控制電子色散的新型結(jié)構(gòu)的場發(fā)射顯示器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源，它具有制備工藝簡單，成本低，可實現(xiàn)柔性，低壓調(diào)控發(fā)射電子，采用超晶格材料，有效避免電子在遷移過程中的晶格散射等優(yōu)點(diǎn)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源，它依次包括基板、下電極層，η型有機(jī)材料層， P型有機(jī)材料層和上電極層，所述基板被下電極層所覆蓋，所述下電極層被η型有機(jī)材料層所覆蓋，所述P型有機(jī)材料層完全覆蓋在η型有機(jī)材料層上，所述P型有機(jī)材料層被上電極
層所覆蓋。所述的ρ型有機(jī)材料層是由非輻射復(fù)合和低功函數(shù)的有機(jī)材料制成的面狀、帶狀、方孔狀、魚骨狀、梳狀或圓孔狀的有機(jī)層；所述的有機(jī)材料是酞菁銅、氯化銦酞菁、低聚噻吩、聚噻吩、聚(3-己基噻吩)、三芳胺、聚對苯撐乙烯撐(PPV)、聚硅烷、PED0T/PSS (聚 3，4-乙撐二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸)；所述的ρ型有機(jī)材料層是采用印刷法，噴涂法，涂覆法，溶液甩膠法或蒸發(fā)鍍膜法制成的超薄的完整晶格層。所述的P型有機(jī)材料層的厚度為 1-100 nm。
所述的η型有機(jī)材料層是由低能級，非輻射復(fù)合，高電子遷移率的有機(jī)材料制成的面狀、帶狀、方孔狀、魚骨狀、梳狀或圓孔狀的有機(jī)層；所述的有機(jī)材料是富勒烯、摻堿金屬(Li、Na、K)的富勒烯衍生物、ActivInk Ν2200 (高電子遷移率的有機(jī)半導(dǎo)體材料)、 摻硫雜環(huán)的2-(1，3- 二硫-2-葉立德)丙二氰稠合的萘酰亞胺衍生物、N, N’ - 二萘嵌苯_3，4，9，10-四羧酸二酰亞胺、三硝基芴酮(TNF)、四氰基苯醌二甲烷(TCNQ)、萘酐、茈酐、 十六氟代酞菁銅(F16CuPc)、氟代低聚唆吩、全氟代a-六噻吩(PF-6T);所述的η型有機(jī)材料層是采用印刷法、涂覆法、噴涂法、溶液甩膠法或蒸發(fā)鍍膜法制成的。所述的η型有機(jī)材料層的厚度為l-2000nm。所述的基板是金屬薄片、柔性玻璃、柔性硅或有機(jī)聚合物；所述的有機(jī)聚合物是聚碳酸酯、聚酯、聚酰亞胺或聚乙烯。所述的上、下電極層是面狀、帶狀、方孔狀、魚骨狀、梳狀或圓孔狀的電極層；所述的上、下電極層的厚度為10-1000 nm ；所述的上、下電極層是采用印刷法或鍍膜法結(jié)合刻蝕法制成的；所述的上、下電極材料為聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撐、聚苯撐乙烯、 聚雙炔、PED0T/PSS中的一種或多種復(fù)合的聚合物導(dǎo)電材料，或者是經(jīng)過摻雜處理的上述聚合物材料，或者是硅層，或者是銀、銅、鋁、鐵、鎳、金、鉻、鈦中的一種金屬元素的單層薄膜電極或多種金屬元素的多層復(fù)合薄膜或者合金薄膜，或者是具有導(dǎo)電性的Sn、Zn、In的氧化物中的一種或多種組合的氧化物有機(jī)薄膜，或者是銀、銅、鋁、鐵、鎳、金、鉻、鈦中的一種或多種組合的導(dǎo)電金屬顆粒，或者是Sn、Zn、In的氧化物中的一種或多種組合的印刷漿料所制備的導(dǎo)電層。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于
1)利用有機(jī)重?fù)诫spn結(jié)的電子濃度差實現(xiàn)電子的自擴(kuò)散，當(dāng)pn結(jié)足夠窄，P層足夠薄的時候，在上下電極上施加很小的電壓就可以實現(xiàn)大量電子從η型有機(jī)材料層到ρ型有機(jī)材料層甚至表面的轉(zhuǎn)移，而且由于P型有機(jī)材料層采用超晶格及低功函數(shù)的材料，只需要較低電壓就可以驅(qū)動電子脫離P型有機(jī)層發(fā)射到真空中去。2)無需介質(zhì)層隔離，也無需沉積或生長陰極場發(fā)射材料，采用有機(jī)材料，制備工藝簡單，成本低，使用柔性基板，可實現(xiàn)器件柔性化。電子在移動過程中也降低了晶格散射的可能，有效地避免因電子色散引起的相鄰像素單元干擾的問題。


圖1為一種上電極層為帶狀的柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為一種上、下電極帶狀交叉的柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為一種上電極為圓孔狀的柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源結(jié)構(gòu)示意圖中001、111、221—基板；002、112、222—下電極層；003,113,223—ρ型有機(jī)材料層； 004,114,224—η型有機(jī)材料層；005、115、225—上電極層。
具體實施例方式一種柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源，它依次包括基板、下電極層，η型有機(jī)材料層，P型有機(jī)材料層和上電極層，所述基板被下電極層所覆蓋，所述下電極層被η型有機(jī)材料層所覆蓋，所述P型有機(jī)材料層完全覆蓋在η型有機(jī)材料層上，所述P型有機(jī)材料層被上
4電極層所覆蓋。所述的ρ型有機(jī)材料層是由非輻射復(fù)合和低功函數(shù)的有機(jī)材料制成的面狀、帶狀、方孔狀、魚骨狀、梳狀或圓孔狀的有機(jī)層；所述的有機(jī)材料是酞菁銅、氯化銦酞菁、低聚噻吩、聚噻吩、聚(3-己基噻吩)、三芳胺、聚對苯撐乙烯撐(PPV)、聚硅烷、PED0T/PSS (聚 3，4-乙撐二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸)；所述的ρ型有機(jī)材料層是采用印刷法，噴涂法，涂覆法，溶液甩膠法或蒸發(fā)鍍膜法制成的超薄的完整晶格層。所述的P型有機(jī)材料層的厚度為 1-100 nm。所述的η型有機(jī)材料層是由低能級，非輻射復(fù)合，高電子遷移率的有機(jī)材料制成的面狀、帶狀、方孔狀、魚骨狀、梳狀或圓孔狀的有機(jī)層；所述的有機(jī)材料是富勒烯、摻堿金屬(Li、Na、K)的富勒烯衍生物、ActivInk Ν2200 (高電子遷移率的有機(jī)半導(dǎo)體材料)、 摻硫雜環(huán)的2-(1，3- 二硫-2-葉立德)丙二氰稠合的萘酰亞胺衍生物、N, N’ - 二萘嵌苯_3，4，9，10-四羧酸二酰亞胺、三硝基芴酮(TNF)、四氰基苯醌二甲烷(TCNQ)、萘酐、茈酐、 十六氟代酞菁銅(F16CuPc)、氟代低聚唆吩、全氟代a-六噻吩(PF-6T);所述的η型有機(jī)材料層是采用印刷法、涂覆法、噴涂法、溶液甩膠法或蒸發(fā)鍍膜法制成的。所述的η型有機(jī)材料層的厚度為l-2000nm。所述的基板是金屬薄片、柔性玻璃、柔性硅或有機(jī)聚合物；所述的有機(jī)聚合物是聚碳酸酯、聚酯、聚酰亞胺或聚乙烯。所述的上、下電極層是面狀、帶狀、方孔狀、魚骨狀、梳狀或圓孔狀的電極層；所述的上、下電極層的厚度為10-1000 nm ；所述的上、下電極層是采用印刷法或鍍膜法結(jié)合刻蝕法制成的；所述的上、下電極材料為聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撐、聚苯撐乙烯、 聚雙炔、PED0T/PSS中的一種或多種復(fù)合的聚合物導(dǎo)電材料，或者是經(jīng)過摻雜處理的上述聚合物材料，或者是硅層，或者是銀、銅、鋁、鐵、鎳、金、鉻、鈦中的一種金屬元素的單層薄膜電極或多種金屬元素的多層復(fù)合薄膜或者合金薄膜，或者是具有導(dǎo)電性的Sn、Zn、In的氧化物中的一種或多種組合的氧化物有機(jī)薄膜，或者是銀、銅、鋁、鐵、鎳、金、鉻、鈦中的一種或多種組合的導(dǎo)電金屬顆粒，或者是Sn、Zn、In的氧化物中的一種或多種組合的印刷漿料所制備的導(dǎo)電層。實施例1
如圖2所示，本發(fā)明的制作工藝如下 第一步，基板111準(zhǔn)備
本實施例采用PET基板，對PET基板進(jìn)行清洗，得到潔凈的基板表面； 第二步，制備下電極層112
本實施例采用蒸發(fā)鍍膜法，將摻雜適量碘的聚乙炔蒸鍍到PET基板上，通過掩模版形成帶狀電極層；
第三步，制備η型有機(jī)材料層113
本實施例采用絲網(wǎng)印刷法，將富勒烯衍生物的漿料制備在帶狀電極層上，形成一層400 nm厚的η型有機(jī)材料層，之后將η型有機(jī)材料層在160°C的空氣中保溫20min ； 第四步，制備P型有機(jī)材料層114
本實施例選用蒸發(fā)鍍膜法，在η型有機(jī)材料層上蒸鍍一層20 nm的氯化銦酞菁薄膜，蒸鍍時借助掩模版，制作成帶狀P型有機(jī)材料層；第五步，制備上電極層115
(1)采用絲網(wǎng)印刷法，將非晶硅絕緣介質(zhì)116填充在帶狀ρ型有機(jī)層中間；
(2)本實施例采用蒸發(fā)鍍膜法，將摻雜碘的聚乙炔蒸鍍到PET基板上， 通過掩模版形成帶狀電極層，與下電極層交叉放置；
(3 )用干法刻蝕法將未被上電極層覆蓋的絕緣介質(zhì)去除。實施例2
如圖3所示，本發(fā)明的制作工藝如下 第一步，基板221清洗
本實施例選用PC作為基板，首先將PC基板清洗，得到潔凈的基板表面； 第二步，金屬下電極222制備
形成金屬電極層，本實施例優(yōu)先選用磁控濺射鍍膜的方法，在玻璃基板上濺射鉻膜，在鉻膜上濺射銅膜，形成面狀雙層復(fù)合導(dǎo)電薄膜，電極層厚度為lum，鍍膜中借助模版，保護(hù)基板的邊緣；
第三步，在下電極層上制備η型有機(jī)材料層223
本實施例選用蒸發(fā)鍍膜法將適量摻雜的PCBM (富勒烯衍生物)沉積在下電極層上，形成500nm厚的η型超晶格有機(jī)材料層，將下電極層一端邊緣處印刷一層油墨保護(hù)層； 第四步，在η型有機(jī)材料層上制備P型有機(jī)材料層224
本實施例選用蒸發(fā)鍍膜法在有機(jī)η型有機(jī)材料層上沉積一層50nm的酞菁銅薄膜，作為 P型有機(jī)材料層；
第五步，制備上電極層225
(1)本實施例選用射頻濺射鍍膜法直接在P型有機(jī)層上濺射一層300nm厚的鉻膜；
(2)在鉻膜上用絲網(wǎng)印刷印上抗刻蝕保護(hù)油墨，再經(jīng)化學(xué)腐蝕處理將沒有油墨保護(hù)的鉻膜腐蝕去掉，用有機(jī)溶劑將油墨清洗去掉，形成圓孔狀鉻膜電極；
上述兩個實施例有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源在使用時，上電極加低正壓，下電極接地，由于pn結(jié)足夠薄，可獲得較大電場，在強(qiáng)電場的作用下，大量電子從金屬下電極注入至η型有機(jī)材料層，并在η型有機(jī)材料層中跳躍傳輸至P型有機(jī)材料層，當(dāng)P型有機(jī)材料層足夠薄， 電子可傳輸至P型有機(jī)材料層表面。本發(fā)明可通過對金屬上下電極施加調(diào)控電壓來控制電子源。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源，它依次包括基板、下電極層，η型有機(jī)材料層，P型有機(jī)材料層和上電極層，其特征在于所述基板被下電極層所覆蓋，所述下電極層被Π型有機(jī)材料層所覆蓋，所述P型有機(jī)材料層完全覆蓋在Π型有機(jī)材料層上，所述P型有機(jī)材料層被上電極層所覆蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源，其特征在于所述的P型有機(jī)材料層是由非輻射復(fù)合和低功函數(shù)的有機(jī)材料制成的面狀、帶狀、方孔狀、魚骨狀、梳狀或圓孔狀的有機(jī)層；所述的有機(jī)材料是酞菁銅、氯化銦酞菁、低聚噻吩、聚噻吩、聚3-己基噻吩、三芳胺、聚對苯撐乙烯撐、聚硅烷或聚3，4-乙撐二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸；所述的 P型有機(jī)材料層是采用印刷法，噴涂法，涂覆法，溶液甩膠法或蒸發(fā)鍍膜法制成的超薄的完整晶格層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源，其特征在于所述的ρ型有機(jī)材料層的厚度為1-100 nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源，其特征在于所述的η 型有機(jī)材料層是由低能級，非輻射復(fù)合，高電子遷移率的有機(jī)材料制成的面狀、帶狀、方孔狀、魚骨狀、梳狀或圓孔狀的有機(jī)層；所述的有機(jī)材料是富勒烯及富勒烯的堿金屬衍生物、 ActivInk Ν2200、摻硫雜環(huán)的2_(1，3- 二硫-2-葉立德)丙二氰稠合的萘酰亞胺衍生物、 N, N，- 二萘嵌苯-3，4，9，10-四羧酸二酰亞胺、2，4，7-三硝基芴酮、7，7，8，8-四氰基對苯醌二甲烷、1，8-萘二甲酸酐、3，4，9，10-茈四甲酸二酐、1，2，3,4,8,9, 10，11，15，16，17，18，22 ，23，24，25-十六氟酞菁銅(II)、氟代低聚唆吩或全氟代a_六噻吩；所述的η型有機(jī)材料層是采用印刷法、涂覆法、噴涂法、溶液甩膠法或蒸發(fā)鍍膜法制成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源，其特征在于所述的η型有機(jī)材料層的厚度為l-2000nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源，其特征在于所述的基板是金屬薄片、柔性玻璃、柔性硅或有機(jī)聚合物；所述的有機(jī)聚合物是聚碳酸酯、聚酯、聚酰亞胺或聚乙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源，其特征在于所述的上、 下電極層是面狀、帶狀、方孔狀、魚骨狀、梳狀或圓孔狀的電極層；所述的上、下電極層的厚度為10-1000 nm;所述的上、下電極層是采用印刷法或鍍膜法結(jié)合刻蝕法制成的；所述的上、下電極材料為聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撐、聚苯撐乙烯、聚雙炔、PED0T/PSS 中的一種或多種復(fù)合的聚合物導(dǎo)電材料，或者是經(jīng)過摻雜處理的上述聚合物材料，或者是硅層，或者是銀、銅、鋁、鐵、鎳、金、鉻、鈦中的一種金屬元素的單層薄膜電極或多種金屬元素的多層復(fù)合薄膜或者合金薄膜，或者是具有導(dǎo)電性的Sn、Zn、In的氧化物中的一種或多種組合的氧化物有機(jī)薄膜，或者是銀、銅、鋁、鐵、鎳、金、鉻、鈦中的一種或多種組合的導(dǎo)電金屬顆粒，或者是Sn、Zn、In的氧化物中的一種或多種組合的印刷漿料所制備的導(dǎo)電層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種柔性可控有機(jī)pn結(jié)場發(fā)射電子源結(jié)構(gòu)，它是由基板、下電極層，n型有機(jī)材料層，p型有機(jī)材料層，上電極層依次層疊而成，所述的基板采用柔性材料基板，所述的上、下電極層采用有機(jī)或無機(jī)的導(dǎo)電材料，所述的n型、p型有機(jī)材料層采用有機(jī)材料，所述p型材料層是超薄材料層，具有場發(fā)射電子源低壓調(diào)控，功耗小，制備工藝簡單，同時可制備成超晶格有機(jī)材料層，能有效降低電子束色散，柔性便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，適用于可控陰極的場致發(fā)射平板顯示領(lǐng)域。
文檔編號H01J1/308GK102360999SQ20111034898
公開日2012年2月22日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者葉蕓, 張永愛, 洪春燕, 胡利勤, 郭凡, 郭太良 申請人:福州大學(xué)