专利名称：内凹型栅控阵列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坊面的内容，特别涉及到一种内凹型栅控阵列结构的平板显示器及其制作工艺。
背景技术：
显示技术是一门多学科交叉的综合技术，已经渗透到各个领域，目前场致发射平板显示器以其特有的优点赢得了广泛关注。场致发射显示器具有体积小、亮度高、视角大、分辨率高、工作温区大的特点，其应用越来越广泛，已经成为了平板显示领域的热门话题。其中，碳纳米管具有独特的几何外形，良好的场致发射特性，非常适合于用作平板器件的阴极材料，而利用碳纳米管制作的场致发射器件则是平板显示领域的热门话题，将来有望在显示市场上占据比较大的份额。
在三极结构的场致发射显示器件中，栅极结构是比较关键的控制元件之一，它控制着碳纳米管阴极的电子发射，而栅极的控制能力也是评价场致发射显示器的重要性能指标之一。在目前的平板器件中，普遍都是采用栅极位于碳纳米管阴极上方的结构形式，其制作工艺比较简单，栅极的控制作用比较显著，但是所形成的栅极电流比较大，对于制作材料要求比较高，这是其不利之处。那么，一方面如何对栅极结构进行有效的改进，如何促进整体器件的集成化发展，这是值得关注的问题；另一方面如何有效地增强和改进栅极结构的控制能力，进一步的降低栅极结构的控制电压，减小栅极结构的漏电流，这也是值得认真思考的问题。
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、结构简单的内凹型栅控阵列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以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层；在阳极导电层的非显示区域印刷的绝缘浆料层；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阴极导电层、碳纳米管以及内凹型栅控阵列结构。
所述的内凹型栅控阵列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电极层形成阴极引线层；阴极玻璃面板上的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极提升层；阴极提升层位于阴极引线层的上面，且和阴极引线层紧密接触；位于同一个阴极引线层上面的阴极提升层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极提升层为尖角棱椎型形状，底部和阴极引线层接触，最高处汇聚成一个尖点，但其高度要低于栅极导电层的高度；阴极提升层表面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极提升层的整体上表面；阴极玻璃面板上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层要完全覆盖住阴极引线层；隔离层中存在电子通道孔，为圆型形状，暴露出底部的阴极提升层和阴极导电层；隔离层的上下表面均为平面，下表面覆盖住阴极引线层以及空余的阴极玻璃面板，上表面和栅极导电层紧密接触，位于电子通道孔中的隔离层侧面也是一个垂直于阴极玻璃面板的圆柱面，即电子通道孔是一个圆柱型形状；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极导电层；栅极导电层的大部分都位于隔离层的上面，但是其前端部分要伸向电子通道孔的中心部位，呈现一种悬空状态；栅极导电层的前端悬空部分以及位于隔离层上面的部分的高度是相同的；栅极导电层前端悬空部分的侧面呈现一个向内凹陷的半球型形状，整体栅极导电层前端悬空部分的侧面在电子通道孔中形成一个内凹型圆环结构；栅极导电层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极导电层的上表面，包括前端悬空部分；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。
所述的内凹型栅控阵列结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上；阴极引线层为锡铟氧化物膜层，或为金属层，如金、银、钼、铬、铝；阴极提升层的掺杂类型为p型、n型；阴极导电层为金属铁、钴、镍；栅极导电层为金属金、银、铝、钼、铬。
一种带有内凹型栅控阵列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)阴极引线层的制作在阴极玻璃面板上制备出一层金属，刻蚀后形成阴极引线层；3)阴极提升层的制作在阴极玻璃面板上制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极提升层；4)阴极导电层的制作在阴极提升层的表面制备出一层金属，刻蚀后形成阴极导电层；
5)隔离层的制作在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；6)栅极导电层的制作在隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极导电层；7)栅极覆盖层[7]的制作在栅极导电层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；8)内凹型栅控阵列结构的表面清洁处理对内凹型栅控阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；9)碳纳米管的制备将碳纳米管制备在阴极导电层上面；10)阳极玻璃面板的制作对整体平板玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；11)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；12)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；13)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；14)器件装配将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构和四周玻璃围框装配到一起，并将消气剂放入到空腔当中，用低熔点玻璃粉固定；15)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12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13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15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，在所述的内凹型栅控阵列结构中，将处于悬空状态的栅极导电层的前端侧面制作成了向内凹陷的半球型形状，整体栅极导电层前端悬空部分的侧面在电子通道孔中形成一个内凹型圆环结构。这样，一方面，有利于减少栅极导电层和电子束相互接触的几率，尽可能的减小栅极电流，有利于进一步增强整体器件的显示亮度；另一方面，还利于实现对通过电子通道孔的电子进行部分聚焦功能，增强整体器件的显示亮度和显示图像质量；其次，在所述的内凹型栅控阵列结构中，将碳纳米管阴极制作成了尖角棱椎状结构，一方面可以有效地增大碳纳米管阴极的发射面积，有利于进一步增大器件阳极的工作电流；另一方面还改进了碳纳米管阴极的形状，有利于进一步增强碳纳米管阴极表面顶端的电场强度，迫使碳纳米管阴极在比较低的栅极工作电压下就能够发射出更多的电子；此外，还有利于进一步缩小栅极结构和碳纳米管阴极结构之间的距离。
此外，在所述的内凹型栅控阵列结构中，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给出了内凹型栅控阵列结构的纵向结构示意图；图2给出了内凹型栅控阵列结构中阴极提升层的斜视图；
图3给出了内凹型栅控阵列结构的横向结构示意图；图4给出了带有内凹型栅控阵列结构的、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。
所述的一种带有内凹型栅控阵列结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板[1]、阳极玻璃面板[9]和四周玻璃围框[14]所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层[10]以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层[12]；在阳极导电层的非显示区域印刷的绝缘浆料层[11]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[13]以及消气剂附属元件[15]，在阴极玻璃面板上有阴极导电层[4]、碳纳米管[8]以及内凹型栅控阵列结构。
所述的内凹型栅控阵列结构包括阴极玻璃面板[1]、阴极引线层[2]、阴极提升层[3]、阴极导电层[4]、隔离层[5]、栅极导电层[6]、栅极覆盖层[7]和碳纳米管[8]部分。
所述的内凹型栅控阵列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电极层形成阴极引线层；阴极玻璃面板上的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极提升层；阴极提升层位于阴极引线层的上面，且和阴极引线层紧密接触；位于同一个阴极引线层上面的阴极提升层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极提升层为尖角棱椎型形状，底部和阴极引线层接触，最高处汇聚成一个尖点，但其高度要低于栅极导电层的高度；阴极提升层表面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极提升层的整体上表面；阴极玻璃面板上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层要完全覆盖住阴极引线层；隔离层中存在电子通道孔，为圆型形状，暴露出底部的阴极提升层和阴极导电层；隔离层的上下表面均为平面，下表面覆盖住阴极引线层以及空余的阴极玻璃面板，上表面和栅极导电层紧密接触，位于电子通道孔中的隔离层侧面也是一个垂直于阴极玻璃面板的圆柱面，即电子通道孔是一个圆柱型形状；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极导电层；栅极导电层的大部分都位于隔离层的上面，但是其前端部分要伸向电子通道孔的中心部位，呈现一种悬空状态；栅极导电层的前端悬空部分以及位于隔离层上面的部分的高度是相同的；栅极导电层前端悬空部分的侧面呈现一个向内凹陷的半球型形状，整体栅极导电层前端悬空部分的侧面在电子通道孔中形成一个内凹型圆环结构；栅极导电层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极导电层的上表面，包括前端悬空部分；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。
所述的内凹型栅控阵列结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上；阴极引线层可以为锡铟氧化物膜层，也可以为金属层，如金、银、钼、铬、铝；阴极提升层的掺杂类型可以为p型，也可以为n型；阴极导电层可以为金属铁、钴、镍；栅极导电层可以为金属金、银、铝、钼、铬。
一种带有内凹型栅控阵列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)阴极引线层[2]的制作在阴极玻璃面板上制备出一层金属钼，刻蚀后形成阴极引线层；3)阴极提升层[3]的制作在阴极玻璃面板上制备出一个n型掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极提升层；4)阴极导电层[4]的制作在阴极提升层的表面制备出一层金属镍，刻蚀后形成阴极导电层；5)隔离层[5]的制作在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；6)栅极导电层[6]的制作在隔离层的上面制备出一个金属铬层，刻蚀后形成栅极导电层；7)栅极覆盖层[7]的制作在栅极导电层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；8)内凹型栅控阵列结构的表面清洁处理对内凹型栅控阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；9)碳纳米管[8]的制备将碳纳米管制备在阴极导电层上面；10)阳极玻璃面板[9]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；11)阳极导电层[10]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；12)绝缘浆料层[11]的制作在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；13)荧光粉层[12]的制作在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；14)器件装配将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构[13]和四周玻璃围框[14]装配到一起，并将消气剂[15]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；15)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3具体为阴极玻璃面板上的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极提升层；阴极提升层位于阴极引线层的上面，且和阴极引线层紧密接触；位于同一个阴极引线层上面的阴极提升层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极提升层为尖角棱椎型形状，底部和阴极引线层接触，最高处汇聚成一个尖点，但其高度要低于栅极导电层的高度。
所述步骤4具体为阴极提升层表面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极提升层的整体上表面；所述步骤5具体为阴极玻璃面板上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层要完全覆盖住阴极引线层；隔离层中存在电子通道孔，为圆型形状，暴露出底部的阴极提升层和阴极导电层；隔离层的上下表面均为平面，下表面覆盖住阴极引线层以及空余的阴极玻璃面板，上表面和栅极导电层紧密接触，位于电子通道孔中的隔离层侧面也是一个垂直于阴极玻璃面板的圆柱面，即电子通道孔是一个圆柱型形状；所述步骤6具体为隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极导电层；栅极导电层的大部分都位于隔离层的上面，但是其前端部分要伸向电子通道孔的中心部位，呈现一种悬空状态；栅极导电层的前端悬空部分以及位于隔离层上面的部分的高度是相同的；栅极导电层前端悬空部分的侧面呈现一个向内凹陷的半球型形状，整体栅极导电层前端悬空部分的侧面在电子通道孔中形成一个内凹型圆环结构；所述步骤12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13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15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
1.一种内凹型栅控阵列结构的平板显示器，包括由阴极玻璃面板[1]、阳极玻璃面板[9]和四周玻璃围框[14]所构成的密封真空腔；在阳极玻璃面板上有阳极导电层[10]以及制备在阳极导电层上面的荧光粉层[12]；在阳极导电层的非显示区域印刷的绝缘浆料层[11]；位于阳极玻璃面板和阴极玻璃面板之间的支撑墙结构[13]以及消气剂附属元件[15]，其特征在于在阴极玻璃面板上有阴极导电层[4]、碳纳米管[8]以及内凹型栅控阵列结构。
2.根据权利要求1所述的内凹型栅控阵列结构的平板显示器，其特征在于所述的内凹型栅控阵列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电极层形成阴极引线层；阴极玻璃面板上的刻蚀后的掺杂多晶硅层形成阴极提升层；阴极提升层位于阴极引线层的上面，且和阴极引线层紧密接触；位于同一个阴极引线层上面的阴极提升层是通过底部的阴极引线层而相互连通的；阴极提升层为尖角棱椎型形状，底部和阴极引线层接触，最高处汇聚成一个尖点，但其高度要低于栅极导电层的高度；阴极提升层表面上的刻蚀后的金属层形成阴极导电层；阴极导电层布满阴极提升层的整体上表面；阴极玻璃面板上面的刻蚀后的二氧化硅层形成隔离层；隔离层要完全覆盖住阴极引线层；隔离层中存在电子通道孔，为圆型形状，暴露出底部的阴极提升层和阴极导电层；隔离层的上下表面均为平面，下表面覆盖住阴极引线层以及空余的阴极玻璃面板，上表面和栅极导电层紧密接触，位于电子通道孔中的隔离层侧面也是一个垂直于阴极玻璃面板的圆柱面，即电子通道孔是一个圆柱型形状；隔离层上面的刻蚀后的金属层形成栅极导电层；栅极导电层的大部分都位于隔离层的上面，但是其前端部分要伸向电子通道孔的中心部位，呈现一种悬空状态；栅极导电层的前端悬空部分以及位于隔离层上面的部分的高度是相同的；栅极导电层前端悬空部分的侧面呈现一个向内凹陷的半球型形状，整体栅极导电层前端悬空部分的侧面在电子通道孔中形成一个内凹型圆环结构；栅极导电层上面的刻蚀后的二氧化硅层形成栅极覆盖层；栅极覆盖层要完全覆盖住栅极导电层的上表面，包括前端悬空部分；碳纳米管制备在阴极导电层的上面。
3.根据权利要求1所述的一种带有内凹型栅控阵列结构的平板显示器，其特征在于所述的内凹型栅控阵列结构的固定位置为安装固定在阴极玻璃面板上；阴极引线层为锡铟氧化物膜层，或为金属层，如金、银、钼、铬、铝；阴极提升层的掺杂类型为p型、n型；阴极导电层为金属铁、钴、镍；栅极导电层为金属金、银、铝、钼、铬。
4.一种带有内凹型栅控阵列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)阴极引线层[2]的制作在阴极玻璃面板上制备出一层金属，刻蚀后形成阴极引线层；3)阴极提升层[3]的制作在阴极玻璃面板上制备出一个掺杂多晶硅层，刻蚀后形成阴极提升层；4)阴极导电层[4]的制作在阴极提升层的表面制备出一层金属，刻蚀后形成阴极导电层；5)隔离层[5]的制作在阴极玻璃面板上制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成隔离层；隔离层中存在电子通道孔；6)栅极导电层[6]的制作在隔离层的上面制备出一个金属层，刻蚀后形成栅极导电层；7)栅极覆盖层[7]的制作在栅极导电层的上面制备出一个二氧化硅层，刻蚀后形成栅极覆盖层；8)内凹型栅控阵列结构的表面清洁处理对内凹型栅控阵列结构的表面进行清洁处理，除掉杂质和灰尘；9)碳纳米管[8]的制备将碳纳米管制备在阴极导电层上面；10)阳极玻璃面板[9]的制作对整体平板玻璃进行划割，制作出阳极玻璃面板；11)阳极导电层[10]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；12)绝缘浆料层[11]的制作在阳极导电层的非显示区域印刷绝缘浆料层；13)荧光粉层[12]的制作在阳极导电层上面的显示区域印刷荧光粉层；14)器件装配将阴极玻璃面板、阳极玻璃面板、支撑墙结构[13]和四周玻璃围框[14]装配到一起，并将消气剂[15]放入到空腔当中，用低熔点玻璃粉固定；15)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所述的一种带有内凹型栅控阵列结构的平板显示器，其特征在于所述步骤12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所述的一种带有内凹型栅控阵列结构的平板显示器，其特征在于所述步骤13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所述的一种带有内凹型栅控阵列结构的平板显示器，其特征在于所述步骤15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
本发明涉及一种内凹型栅控阵列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阴极导电层、碳纳米管以及内凹型栅控阵列结构；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，能够进一步降低栅极结构的工作电压，增强栅极的控制功能和控制效率，有利于进一步提高整体器件的显示亮度和显示图像质量，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H01J29/04GK1937146SQ20061010728
公开日2007年3月28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