专利名称：螺旋型阴极阵列发射结构的平板显示器及其制作工艺的制作方法
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，特别涉及到一种螺旋型阴极阵列发射结构的平板显示器及其制作工艺。
背景技术：
碳纳米管具有低的阈值电场以及良好的场致发射特性，是一种极具应用潜力的冷阴极材料。而利用碳纳米管作为阴极材料而制作的场致发射平板显示器则是一种新型的平面型显示设备，具有高亮度、高分辨率、高图像质量等优点，其应用越来越广泛。碳纳米管的独特几何外形使得非常容易在外加电压作用下形成强大的电场强度，从而不需要额外的能量就能够发射出大量的电子，形成冷场致发射现象。
在三极结构的场致发射平板显示器件当中，当在栅极上施加适当电压以后，就会在碳纳米管顶端形成强大的电场强度，一方面，栅极的工作电压是决定所形成的电场强度的主要因素，栅极的工作电压越高，所形成的电场强度数值也就越大；另一方面，碳纳米管阴极的形状也是影响所形成的电场强度的主导因素，一般情况下，碳纳米管阴极形状的曲率半径越小，所形成的电场强度数值就会成倍的增加，这样也有助于迫使碳纳米管阴极发射出更多的电子，能够进一步的减低栅极结构的工作电压。那么，在实际器件的制作过程中，究竟采用何种结构形式，如何促进栅极结构和阴极结构的高度集成化发展，如何有效地增强栅极的控制性能，如何进一步降低栅极的工作电压，等等一系列问题，都需要众多科研人员来解决。
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、结构简单的螺旋型阴极阵列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、碳纳米管以及螺旋型阴极阵列发射结构。
所述的螺旋型阴极阵列发射结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面板；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘层；绝缘层上面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阴极增高层；阴极增高层为一个倒置的螺钉型形状，底部为圆形形状，和阴极引线层紧密接触；阴极增高层越向上越小，最后顶部集中成一个尖点，阴极增高层的旁侧呈现一种螺旋向上的类螺钉型形状；位于同一个阴极引线层上面的阴极增高层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极增高层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极增高层的表面；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层和阴极导电层；隔离层的下表面为一个平面，要覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层，上表面也为一个平面，和栅极电极层紧密接触；隔离层的高度要低于阴极增高层的高度；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极电极层；栅极电极层的大部分都位于隔离层上面，但是其前端部分要伸向电子通道孔内部，呈现一种悬空状态；栅极电极层前端悬空状态部分要向上弯曲，其倾斜的角度与阴极增高层向上缩减的角度相同；栅极电极层的最前端的高度要高于阴极增高层的顶部；栅极电极层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘覆盖层；绝缘覆盖层要覆盖住大部分的栅极电极层，但是不能够覆盖住处于悬空状态的栅极电极层部分；碳纳米管制备在阴极导电层上面。
所述的螺旋型阴极阵列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、铝、钼、铬、锡、铟；阴极增高层的掺杂类型为n型、p型；阴极导电层为金属铁、钴、镍；栅极电极层的走向和阴极引线层的走向是相互垂直的；栅极电极层为金属金、银、钼、铬、铝。
一种螺旋型阴极阵列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)绝缘层的制作在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘层；3)阴极引线层的制作在绝缘层上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；4)阴极增高层的制作在阴极引线层上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；5)阴极导电层的制作在阴极增高层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；
6)隔离层的制作在绝缘层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；7)栅极电极层的制作在隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极电极层；8)绝缘覆盖层的制作在栅极电极层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘覆盖层；9)螺旋型阴极阵列发射结构的表面清洁处理对螺旋型阴极阵列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钠钙玻璃进行划割，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[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；放入烧结炉当中进行高温烧结；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，在所述的螺旋型阴极阵列发射结构中，将阴极增高层制作成了倒置的类螺钉型形状，并将碳纳米管制备在了位于阴极增高层表面上的阴极导电层的上面，这样，可以极大地增高碳纳米管阴极的电子发射面积，有利于提高整体器件的显示亮度，同时，由于类螺钉型形状能够极大的改变碳纳米管阴极的形状的曲率，就可以进一步增强碳纳米管阴极表面顶端的电场强度，迫使其发射出更多的电子，有利于进一步降低器件的工作电压。
其次，在所述的螺旋型阴极阵列发射结构中，将栅极电极层制作成了向上弯曲的折线型形状，并且其弯曲的角度和阴极增高层向上缩减的角度相同，这样，就可以将栅极电压同时施加给更多的碳纳米管阴极，迫使其发射出更多的电子。与此同时，由于栅极位于碳纳米管阴极的旁侧，这样就极大地减小了栅极电流，进一步增大了阳极工作电流，这对于进一步提高整体器件的显示亮度也是有利的。
此外，在所述的螺旋型阴极阵列发射结构中，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。
图1给出了螺旋型阴极阵列发射结构的纵向结构示意图；图2给出了螺旋型阴极阵列发射结构的横向结构示意图；图3给出了带有螺旋型阴极阵列发射结构的、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。
所述的一种带有螺旋型阴极阵列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]以及螺旋型阴极阵列发射结构。
所述的螺旋型阴极阵列发射结构包括阴极玻璃面板[1]、绝缘层[2]、阴极引线层[3]、阴极增高层[4]、阴极导电层[5]、隔离层[6]、栅极电极层[7]、绝缘覆盖层[8]和碳纳米管[9]部分。
所述的螺旋型阴极阵列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；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘层；绝缘层上面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阴极增高层；阴极增高层为一个倒置的螺钉型形状，底部为圆形形状，和阴极引线层紧密接触；阴极增高层越向上越小，最后顶部集中成一个尖点，阴极增高层的旁侧呈现一种螺旋向上的类螺钉型形状；位于同一个阴极引线层上面的阴极增高层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极增高层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极增高层的表面；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层和阴极导电层；隔离层的下表面为一个平面，要覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层，上表面也为一个平面，和栅极电极层紧密接触；隔离层的高度要低于阴极增高层的高度；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极电极层；栅极电极层的大部分都位于隔离层上面，但是其前端部分要伸向电子通道孔内部，呈现一种悬空状态；栅极电极层前端悬空状态部分要向上弯曲，其倾斜的角度与阴极增高层向上缩减的角度相同；栅极电极层的最前端的高度要高于阴极增高层的顶部；栅极电极层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘覆盖层；绝缘覆盖层要覆盖住大部分的栅极电极层，但是不能够覆盖住处于悬空状态的栅极电极层部分；碳纳米管制备在阴极导电层上面。
所述的螺旋型阴极阵列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、铝、钼、铬、锡、铟；阴极增高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；栅极电极层的走向和阴极引线层的走向是相互垂直的；栅极电极层可以为金属金、银、钼、铬、铝。
一种带有螺旋型阴极阵列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)绝缘层[2]的制作在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘层；3)阴极引线层[3]的制作在绝缘层上面制备出一个金属铬层，刻蚀后形成阴极引线层；4)阴极增高层[4]的制作在阴极引线层上面制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；5)阴极导电层[5]的制作在阴极增高层的上面制备出一个金属镍层，刻蚀后形成阴极导电层；6)隔离层[6]的制作在绝缘层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；7)栅极电极层[7]的制作在隔离层的上面制备出一个金属钼层，刻蚀后形成栅极电极层；8)绝缘覆盖层[8]的制作在栅极电极层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘覆盖层；9)螺旋型阴极阵列发射结构的表面清洁处理对螺旋型阴极阵列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；放入烧结炉当中进行高温烧结；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。
权利要求
1.一种螺旋型阴极阵列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[16]附属元件，其特征在于在阴极玻璃面板上有控制栅极[7]、碳纳米管[9]以及螺旋型阴极阵列发射结构。
2.根据权利要求1所述的螺旋型阴极阵列发射结构的平板显示器，其特征在于所述的螺旋型阴极阵列发射结构的衬底材料为玻璃，也就是阴极玻璃面板；阴极玻璃面板上的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘层；绝缘层上面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阴极增高层；阴极增高层为一个倒置的螺钉型形状，底部为圆形形状，和阴极引线层紧密接触；阴极增高层越向上越小，最后顶部集中成一个尖点，阴极增高层的旁侧呈现一种螺旋向上的类螺钉型形状；位于同一个阴极引线层上面的阴极增高层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极增高层上面的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极增高层的表面；绝缘层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔，暴露出底部的阴极增高层和阴极导电层；隔离层的下表面为一个平面，要覆盖住阴极引线层以及空余的绝缘层，上表面也为一个平面，和栅极电极层紧密接触；隔离层的高度要低于阴极增高层的高度；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极电极层；栅极电极层的大部分都位于隔离层上面，但是其前端部分要伸向电子通道孔内部，呈现一种悬空状态；栅极电极层前端悬空状态部分要向上弯曲，其倾斜的角度与阴极增高层向上缩减的角度相同；栅极电极层的最前端的高度要高于阴极增高层的顶部；栅极电极层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成绝缘覆盖层；绝缘覆盖层要覆盖住大部分的栅极电极层，但是不能够覆盖住处于悬空状态的栅极电极层部分；碳纳米管制备在阴极导电层上面。
3.根据权利要求2所述的螺旋型阴极阵列发射结构的平板显示器，其特征在于所述的螺旋型阴极阵列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、铝、钼、铬、锡、铟；阴极增高层的掺杂类型为n型、p型；阴极导电层为金属铁、钴、镍；栅极电极层的走向和阴极引线层的走向是相互垂直的；栅极电极层为金属金、银、钼、铬、铝。
4.一种螺旋型阴极阵列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)绝缘层[2]的制作在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘层；3)阴极引线层[3]的制作在绝缘层上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极引线层；4)阴极增高层[4]的制作在阴极引线层上面制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极增高层；5)阴极导电层[5]的制作在阴极增高层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成阴极导电层；6)隔离层[6]的制作在绝缘层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；7)栅极电极层[7]的制作在隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极电极层；8)绝缘覆盖层[8]的制作在栅极电极层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成绝缘覆盖层；9)螺旋型阴极阵列发射结构的表面清洁处理对螺旋型阴极阵列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。
5.根据权利要求4所述的螺旋型阴极阵列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。
6.根据权利要求4所述的螺旋型阴极阵列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。
7.根据权利要求4所述的螺旋型阴极阵列发射结构的平板显示器的制作工艺，其特征在于所述步骤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；放入烧结炉当中进行高温烧结；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。
全文摘要
本发明涉及一种螺旋型阴极阵列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、碳纳米管以及螺旋型阴极阵列发射结构；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，能够进一步增大碳纳米管阴极的场致发射电子面积，降低栅极结构的工作电压，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。
文档编号H01J1/304GK1953132SQ200610107310
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月17日 优先权日2006年10月17日
发明者李玉魁 申请人:中原工学院