专利名称：密封型三极场发射发光管及其制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于真空科学与技术、微电子学科学与技术、显示技术以及纳米科学与技术的相互交叉领域，涉及到场致发射发光管的器件制作，具体涉及到碳纳米管阴极的场致发射发光管的器件制作，特别涉及到一种碳纳米管阴极的密封型三极场发射发光管及其制作工艺。
背景技术：
碳纳米管具有高的纵横比率，小的尖端曲率半径、良好的导电性能以及优良的电子发射能力，是一种性能独特的场致发射阴极材料，已经引起了众多科研人员的高度重视。在外加电压的作用下，碳纳米管无须额外的能量就会发射出大量的电子，这一特有属性在场致发射显示器件中得到了充分的发挥和利用。利用从碳纳米管阴极发射出的电子，使其以更高的速度向阳极运动，对阳极表面的荧光粉层进行轰击，从而发出可见光。
目前，已经开发出了多种二极管结构和三极管结构的平板场致发射显示器件，将会在大屏幕户外显示屏，平板显示电视以及各种仪器仪表的终端显示设备等方面得到大量的应用。但是，在这些显示设备当中，其显示屏幕都是一种平面型的。这种平面型的显示器件已经符合了许多种终端显示设备的要求，却并不适用于普通的、丰富多彩形状各异的发光器件方面。因此，如何研究出各种形状显示屏幕的发光器件，来适合不同行业的大量需求，这是需要解决的一个现实问题。在目前的日光灯当中，一则其发光亮度和发光强度还不够高，二则在器件制作工艺过程中要接触到如汞等有毒物质，会对人身造成一定的伤害，关于这些方面还需要进一步的改进。
在碳纳米管阴极的制备方面，其制作工艺大致可以分为两类，即移植法和直接生长法。移植法具有大面积制作的可能性，但是移植后的碳纳米管阴极的场致发射能力会有所下降；而利用直接生长法制备的碳纳米管生长密度高，电子发射电流密度大，具有移植法制备的碳纳米管阴极所无法比拟的良好场致发射特性，那么在器件制作的过程中如何充分发挥和利用这一优点，值得考虑。
此外，在确保显示器件的优良图像质量的前提下，还需要进一步的降低器件的制作成本，使得器件制作过程免于复杂化，有利于进行商业化的大规模生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种密封型三极场致发射结构的、制作过程成本低廉的、成品率高的、结构简单而稳定可靠的碳纳米管阴极的发光管器件及其制作工艺。
本发明的目的是这样实现的包括由阳极玻璃和玻璃圆块所构成的密封真空腔；在阳极玻璃的内侧有阳极电极层以及荧光粉层；密封在真空腔内部的有阴极结构，控制栅极以及消气剂附属元件，其中阴极结构由阴极衬底、阴极电极层以及制备在阴极电极层上面的碳纳米管构成。三极结构的场致发射发光管采用直接生长的碳纳米管作为阴极材料，同时利用长直型玻璃条作为阴极衬底材料，确保了阴阳极之间的间距和整体发光均匀性。
所述的密封型三极场致发射发光管的外壳玻璃由长直圆管型玻璃构成；外壳玻璃可以为钠钙玻璃或硼硅玻璃；外壳玻璃同时也就是发光管的阳极玻璃；阳极玻璃内侧存在一个荧光粉层；荧光粉层的上面存在一个透明阳极电极层，其透明阳极电极层为锡铟氧化物膜层；发光管的内部为一个由阳极玻璃和玻璃圆块所构成的密封真空腔；阴极和控制栅极都位于密封真空腔当中；阴极衬底材料为圆形长直玻璃条，此长直玻璃条可以为钠钙玻璃，硼硅玻璃；圆形长直玻璃条的上面存在一个阴极电极层；阴极电极层的上面存在一个催化剂金属层；催化剂金属层的上面存在一个绝缘隔离层；刻蚀后的绝缘隔离层要暴露出底部的催化剂金属层；绝缘隔离层的上面存在一个栅极电极层；可以利用催化剂金属层进行碳纳米管的制备。
所述的阴极电极层可以为金属金、银、钼、铬、锡。催化剂金属层可以为铁、钴、镍。绝缘隔离层可以为二氧化硅层、绝缘浆料层。栅极电极层可以为金属金、银、钼、铬、铟、铂。长直玻璃条的固定位置为安装固定在两侧的玻璃圆块上。
一种密封型三极场致发射发光管的制作工艺，其制作工艺如下1)阳极玻璃的制作对玻璃管进行划割，形成阳极玻璃；2)荧光粉层的制作在阳极玻璃的内侧制备出荧光粉层；在烘箱当中进行烘烤(烘烤温度120℃，保持时间10分钟)；3)阳极电极层的制备在荧光粉层的上面蒸镀一层锡铟氧化物膜层，形成阳极电极层；4)玻璃圆块的制作对钠钙平面玻璃进行划割，制作出玻璃圆块；用于和阳极玻璃构成一个密封真空腔；5)阴极衬底的制作对长直玻璃条进行切割，除掉表面灰尘和杂质，形成阴极衬底；6)阴极电极层的制作在阴极衬底的上面蒸镀上一层金属，形成阴极电极层；7)催化剂金属层的制作在阴极电极层的上面制备出一层金属，形成催化剂金属层；
8)绝缘隔离层的制作在催化剂金属层的上面制作出一个二氧化硅层，作为绝缘隔离层；对绝缘隔离层进行刻蚀，暴露出底部的催化剂金属层；9)栅极电极层的制作在绝缘隔离层的上面蒸镀一层金属，刻蚀后形成栅极电极层；10)阴极结构表面的清洁处理对整体阴极结构的表面进行清洁处理，除掉表面灰尘和杂质；11)碳纳米管[10]的制备利用催化剂金属层制备出碳纳米管；12)器件装配将阳极玻璃、玻璃圆块、阴极结构装配到一起，并将消气剂[11]放入到空腔当中，用低熔点玻璃粉固定；在相互连接处涂抹好低熔点玻璃粉，用夹子固定；13)器件烧结将装配器件放入到烘箱当中进行烘烤(烘烤温度150℃，保持时间5分钟)；放入烧结炉当中进行烧结(烧结温度450℃，保持时间10分钟)；14)成品制作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；最后加装金属引线形成成品件。
本发明具有如下的积极效果首先，在本发明中的密封型三极场发射发光管中，当在栅极上施加适当电压以后，就在碳纳米管的顶端形成强大的电场强度，迫使碳纳米管发射出大量的电子；发射的电子在阳极电压的作用下，加速向阳极运动，轰击荧光粉层而发出可见光；其次，在本发明中的密封型三极场发射发光管中，利用长直玻璃条作为阴极衬底，并在上面制作了阴极和控制栅极。由于长直玻璃条具有一定的坚固性，且其热膨胀系数很小，这样就确保了整体发光管的发光均匀性；
第三，在本发明中的密封型三极场发射发光管中，在阴极电极层的上面制作了催化剂金属层，这就为后续工艺中碳纳米管阴极的生长作了准备，可以结合低温生长工艺进行碳纳米管的制备。这样，在充分利用了直接生长法制备的碳纳米管阴极所具备的良好场致发射特性的同时，将栅极和阴极高度集成到一起，有利于进一步提高器件的显示分辨率和器件制作成功率。
此外，在本发明中的密封型三极场发射发光管中，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器件的制作成本，简化了器件的制作过程，有利于进行商业化的大规模生产。
图1给出了密封型三极场发射发光管的剖面结构示意图。
图2中给出了一个密封型三极场发射发光管的实施例的结构示意图。
具体实施例方式
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。
所述的一种密封型三极场致发射发光管，包括由阳极玻璃1和玻璃圆块4所构成的密封真空腔；在阳极玻璃的内侧有阳极电极层3以及荧光粉层2；密封在真空腔内部的有阴极结构，控制栅极9以及消气剂11附属元件，其中阴极结构由阴极衬底5、阴极电极层6以及制备在阴极电极层上面的碳纳米管10构成。
所述的密封型三极场致发射发光管的外壳玻璃由长直圆管型玻璃构成；外壳玻璃可以为钠钙玻璃，硼硅玻璃；长直圆管型玻璃同时也是发光管的阳极玻璃；在阳极玻璃内侧存在一个荧光粉层2；荧光粉层2的上面存在一个透明阳极电极层3，该透明阳极电极层为锡铟氧化物膜层；阴极和控制栅极都位于密封真空腔当中；阴极衬底5材料为圆形长直玻璃条，此长直玻璃条可以为钠钙玻璃，硼硅玻璃；圆形长直玻璃条的上面存在一个阴极电极层6；阴极电极层6的上面存在一个催化剂金属层7；催化剂金属层的上面存在一个绝缘隔离层8；刻蚀后的绝缘隔离层暴露出底部的催化剂金属层；绝缘隔离层8的上面存在一个栅极电极层9；在催化剂金属层上制备有碳纳米管10，可以利用催化剂金属层进行碳纳米管的制备。
所述的阴极电极层可以为金属金、银、钼、铬、锡。催化剂金属层可以为铁、钴、镍。绝缘隔离层可以为二氧化硅层、绝缘浆料层。栅极电极层可以为金属金、银、钼、铬、铟、铂。长直玻璃条的固定位置为安装固定在两侧的玻璃圆块上。
一种密封型三极场致发射发光管的制作工艺，其制作工艺如下1)阳极玻璃1的制作对钠钙玻璃管进行划割，形成阳极玻璃；2)荧光粉层2的制作在阳极玻璃的内侧制备出荧光粉层2；在烘箱当中进行烘烤(烘烤温度120℃，保持时间10分钟)；3)阳极电极层3的制备在荧光粉层的上面蒸镀一层锡铟氧化物膜层，形成阳极电极层；4)玻璃圆块4的制作对钠钙平面玻璃进行划割，制作出玻璃圆块4；用于和阳极玻璃构成一个密封真空腔；5)阴极衬底5的制作对长直玻璃条进行切割，除掉表面灰尘和杂质，形成阴极衬底；6)阴极电极层6的制作在阴极衬底的上面蒸镀上一层金属铬，形成阴极电极层；7)催化剂金属层7的制作在阴极电极层的上面制备出一层金属镍，形成催化剂金属层；8)绝缘隔离层8的制作在催化剂金属层的上面制作出一个二氧化硅层，作为绝缘隔离层；对绝缘隔离层进行刻蚀，暴露出底部的催化剂金属层；9)栅极电极层9的制作在绝缘隔离层的上面蒸镀一层金属钼，刻蚀后形成栅极电极层；10)阴极结构表面的清洁处理对整体阴极结构的表面进行清洁处理，除掉表面灰尘和杂质；11)碳纳米管10的制备利用催化剂金属层制备出碳纳米管；12)器件装配将阳极玻璃、玻璃圆块、阴极结构装配到一起，并将消气剂[11]放入到空腔当中，用低熔点玻璃粉固定；在相互连接处涂抹好低熔点玻璃粉，用夹子固定；13)器件烧结将装配器件放入到烘箱当中进行烘烤(烘烤温度150℃，保持时间5分钟)；放入烧结炉当中进行烧结(烧结温度450℃，保持时间10分钟)；14)成品制作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；最后加装金属引线形成成品件。
权利要求
1.一种密封型三极场致发射发光管，包括由阳极玻璃[1]和玻璃圆块[4]所构成的密封真空腔；在阳极玻璃的内侧有阳极电极层[3]以及荧光粉层[2]；控制栅极[9]以及消气剂附属元件[11]，其特征在于在真空腔内部密封有阴极结构，其中阴极结构由阴极衬底[5]、阴极电极层[6]以及制备在阴极电极层上面的碳纳米管[10]构成。
2.如权利要求1所述的密封型三极场致发射发光管，其特征在于所述的密封真空腔由长直圆管型玻璃构成；长直圆管型玻璃同时也是发光管的阳极玻璃；在阳极玻璃内侧存在一个荧光粉层[2]；荧光粉层[2]的上面存在一个透明阳极电极层[3]，该透明阳极电极层为锡铟氧化物膜层；阴极和控制栅极都位于密封真空腔当中；阴极衬底[5]材料为圆形长直玻璃条；圆形长直玻璃条的上面存在一个阴极电极层[6]；阴极电极层[6]的上面存在一个催化剂金属层[7]；催化剂金属层的上面存在一个绝缘隔离层[8]；刻蚀后的绝缘隔离层暴露出底部的催化剂金属层；绝缘隔离层[8]的上面存在一个栅极电极层[9]；在催化剂金属层上制备有碳纳米管[10]。
3.如权利要求2所述的一种密封型三极场致发射发光管，其特征在于所述的阴极电极层[6]为金属金、银、钼、铬、锡，催化剂金属层[7]为铁、钴、镍，绝缘隔离层[8]为二氧化硅层、绝缘浆料层，栅极电极层[9]为金属金、银、钼、铬、铟、铂，长直玻璃条的固定位置为安装固定在两侧的玻璃圆块上。
4.一种密封型三极场致发射发光管的制作工艺，其特征在于，其制作工艺如下1)阳极玻璃[1]的制作对玻璃管进行划割，形成阳极玻璃；2)荧光粉层[2]的制作在阳极玻璃的内侧制备出荧光粉层[2]；在烘箱当中进行烘烤，烘烤温度120℃，保持时间10分钟；3)阳极电极层[3]的制备在荧光粉层的上面蒸镀一层锡铟氧化物膜层，形成阳极电极层；4)玻璃圆块[4]的制作对平面玻璃进行划割，制作出玻璃圆块[4]；用于和阳极玻璃构成一个密封真空腔；5)阴极衬底[5]的制作对长直玻璃条进行切割，除掉表面灰尘和杂质，形成阴极衬底；6)阴极电极层[6]的制作在阴极衬底的上面蒸镀上一层金属，形成阴极电极层；7)催化剂金属层[7]的制作在阴极电极层的上面制备出一层金属，形成催化剂金属层；8)绝缘隔离层[8]的制作在催化剂金属层的上面制作出一个二氧化硅层，作为绝缘隔离层；对绝缘隔离层进行刻蚀，暴露出底部的催化剂金属层；9)栅极电极层[9]的制作在绝缘隔离层的上面蒸镀一层金属，刻蚀后形成栅极电极层；10)阴极结构表面的清洁处理对整体阴极结构的表面进行清洁处理，除掉表面灰尘和杂质；11)碳纳米管[10]的制备利用催化剂金属层制备出碳纳米管；12)器件装配将阳极玻璃、玻璃圆块、阴极结构装配到一起，并将消气剂[11]放入到空腔当中，用低熔点玻璃粉固定；在相互连接处涂抹好低熔点玻璃粉，用夹子固定；13)器件烧结将装配器件放入到烘箱当中进行烘烤，烘烤温度150℃，保持时间5分钟；放入烧结炉当中进行烧结，烧结温度450℃，保持时间10分钟；14)成品制作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；最后加装金属引线形成成品件。
全文摘要
本发明特别涉及一种密封型三极场发射发光管及其制作工艺，包括由阳极玻璃和玻璃圆块所构成的密封真空腔；在阳极玻璃的内侧有阳极电极层以及荧光粉层；密封在真空腔内部的有阴极结构，控制栅极以及消气剂附属元件，其中阴极结构由阴极衬底、阴极电极层以及制备在阴极电极层上面的碳纳米管构成，采用直接生长的碳纳米管作为阴极材料，充分利用了碳纳米管阴极的良好场致发射特性；利用长直型玻璃条作为阴极衬底材料，确保了阴阳极之间的间距和整体发光均匀性，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。
文档编号H01J9/00GK1909154SQ200610048508
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月2日 优先权日2006年8月2日
发明者李玉魁 申请人:中原工学院