專利名稱：碳納米管場致發(fā)射顯示器件的柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場發(fā)射顯示器柵極結(jié)構(gòu)的設(shè)計、材料的選擇和制作工藝流程的設(shè)計、發(fā)射材料表面處理技術(shù)，屬于場發(fā)射顯示器制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，碳納米管場致發(fā)射顯示器件(CNT-FED)作為新型顯示技術(shù)，距離市場化還有很大的差距，主要是由于一些技術(shù)瓶頸仍不能得到有效的解決。其中高效的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作是一個典型的問題。
一塊帶有碳納米管陣列的陰極基板和一塊有透明電極并涂覆熒光粉的陽極基板即可組成最簡單的二極結(jié)構(gòu)碳納米管場致發(fā)射顯示屏，其制作工藝簡單。在二極結(jié)構(gòu)碳納米管場致發(fā)射顯示屏中，一方面陽極需要高壓才能給電子足夠能量轟擊熒光粉實現(xiàn)高亮度，另一方面陽極電極又充當(dāng)調(diào)制電極，連接外圍驅(qū)動電路又需要低電壓，因此存在發(fā)光亮度和驅(qū)動電壓之間的不可調(diào)和的矛盾，必須在二極結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入柵極結(jié)構(gòu)，由柵極進行電壓調(diào)制，由陽極控制亮度。
柵極必須盡可能靠近陰極，同時要求柵極孔徑足夠小(一般在50微米以下，視器件的整體結(jié)構(gòu)而定)，才能有效地降低驅(qū)動電壓，實現(xiàn)低電壓調(diào)制。因為柵極孔徑很小，而且距離陰極很近，把碳納米管漿料填到柵極孔中則很難，很容易使碳納米管和柵極電極相連而短路。一般采用先制作好帶有柵極的結(jié)構(gòu)，然后再填充碳納米管。兩種方法可以實現(xiàn)向柵極孔中填充碳納米管其一是采用掩膜工藝和精密光刻工藝在柵極上制作掩膜，然后通過絲網(wǎng)印刷工藝將碳納米管漿料填涂進柵極孔；其二是在柵極孔中用化學(xué)氣相沉積法定向生長碳納米管。這兩種方法都須采用多次掩膜和精密光刻，對位要求苛刻，成品率較低，同時不利于制作大面積顯示面板。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種碳納米管場致發(fā)射顯示器件的柵極結(jié)及構(gòu)其制作方法，該結(jié)構(gòu)中柵極結(jié)構(gòu)的制作、碳納米管填涂和陰極表面處理的方法，避免了先制作顯示屏整體結(jié)構(gòu)后填充發(fā)射材料所帶來的高精度對準的困難，同時解決了柵極和陰極之間容易短路的問題。該制作方法中可以利用常用的絲網(wǎng)印刷的方法制作柵極結(jié)構(gòu)碳納米管場致發(fā)射顯示器件，同時可以對陰極表面進行有效處理，增強發(fā)射性能。
技術(shù)方案本發(fā)明的碳納米管場致發(fā)射顯示器件的柵極結(jié)構(gòu)以玻璃襯底為陰極玻璃基板，在玻璃襯底上覆蓋陰極電極，在陰極電極上設(shè)有致密材料薄層，在陰極電極和致密材料薄層上覆蓋絕緣介質(zhì)層，在絕緣介質(zhì)層的中間設(shè)有絕緣介質(zhì)孔，碳納米管漿料層表面暴露在絕緣介質(zhì)孔中，下部熔入致密材料薄層中，在絕緣介質(zhì)層的上部上覆蓋柵極電極，柵極電極中設(shè)有柵極小孔，柵極小孔與其下部的絕緣介質(zhì)孔(對齊，絕緣介質(zhì)孔(的橫截面形狀為上寬下窄的碗狀結(jié)構(gòu)。所述的致密材料薄層的厚度比碳納米管漿料層厚度小，保證致密材料薄層熔化后滲入碳納米管漿料層中使得碳納米管漿料表面能暴露在絕緣介質(zhì)孔中。所述的致密材料薄層由無機成分氧化鉛(PbO)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二硼(B2O3)和有機成分氨丙基三乙氧基硅烷(H2N-CH2-CH2-CH2-Si-(OC2H5)3)組成；各成分的比例按重量計為氧化鉛10％～20％，二氧化硅25％～45％，三氧化硼10％～30％，氨丙基三乙氧基硅烷25％～45％。其熔點為570℃～580℃，高于絕緣介質(zhì)層的燒結(jié)溫度550℃。
碳納米管場致發(fā)射顯示器件的柵極結(jié)構(gòu)的制作方法順序是先將陰極電極制作在玻璃襯底上，再在陰極電極上覆蓋碳納米管漿料層，制成發(fā)射材料層；再制作致密材料薄層覆蓋在已制作好的發(fā)射材料層的表面，然后在其上面覆蓋絕緣介質(zhì)層，燒結(jié)至550℃使介質(zhì)層成型，柵極電極用光敏銀漿制作成帶柵極小孔的條形電極，覆蓋在絕緣介質(zhì)層上面，然后制作絕緣介質(zhì)孔，最后燒結(jié)至570℃～580℃，使得絕緣介質(zhì)孔成型，同時致密薄層材料熔化，滲入碳納米管層中，降溫后將碳納米管粘結(jié)在陰極電極上。最后把整個基板放置在超聲器械中，超聲處理3～5分鐘，通過表面超聲清洗去除碳粉表面雜質(zhì)，增強碳納米管層的發(fā)射性能。
致密材料薄層的作用在于避免了在燒結(jié)絕緣介質(zhì)層過程中碳納米管層和絕緣層高溫下的相互滲透，并且阻止碳納米管在高溫下氧化，使得在后續(xù)的濕刻介質(zhì)孔時介質(zhì)被刻蝕，碳納米管則由于受保護而保留下來。
陰極玻璃基板經(jīng)過酒精和去離子水清洗后制作條狀銀電極作為陰極電極，碳納米管原料經(jīng)過提純和球磨后配入乙基纖維素和松油醇配置的溶液當(dāng)中，加熱并用磁力攪拌機充分混合后制成為印刷漿料，通過絲網(wǎng)印刷的方法在陰極電極上制備碳納米管漿料層圖案。烘烤至300℃使得碳納米管漿料中的乙基纖維素和松油醇分解和揮發(fā)，碳納米管和無定型碳則保留在銀電極上成為發(fā)射層，碳納米管的與電極之間的粘附力并不強，此時用超聲波很容易將電極上的碳納米管層去除。在碳納米管層上方繼續(xù)通過絲網(wǎng)印刷制作一層致密的材料，為氧化鉛、氧化硼、二氧化硅、氧化鎂和氨丙基三乙氧基硅烷高分子溶劑的混合材料，前3種無機成分，是低熔點玻璃粉的主要成分，燒結(jié)后可以把碳納米管固定在陰極電極上；后一種為有機高分子溶劑，作用為在高溫時防止碳納米管氧化。通常所用的各成分的比例為(按重量計)氧化鉛10％～20％，二氧化硅25％～45％，三氧化硼10％～30％，氨丙基三乙氧基硅烷25％～45％。其熔點為570℃～580℃，高于絕緣層的燒結(jié)溫度550℃，耐酸。印刷此材料時用目數(shù)大的絲網(wǎng)印刷一次，以保證此層的致密性，同時此材料層的厚度比碳納米管層厚度小。隨后在此基礎(chǔ)上絲網(wǎng)印刷介質(zhì)層，燒結(jié)至550℃使介質(zhì)層成型后，用光敏銀漿制作帶有柵極孔的柵極電極。制作掩膜和曝光后把基板放置于弱酸溶液中濕法刻蝕介質(zhì)小孔。清洗后將基板燒結(jié)至570℃～580℃，使得介質(zhì)孔成型，同時致密薄層材料熔化，滲入碳納米管層中，降溫后將碳納米管粘結(jié)在陰極電極上。這樣帶有柵極的陰極基板即制作完成。最后把基板放置在超聲器械中，用超聲的方法進行表面處理，通過表面超聲清洗去除碳粉表面雜質(zhì)，增強碳納米管層的發(fā)射性能。
由于碳納米管層和介質(zhì)層都較為疏松，容易在高溫下相互滲透，如果在碳納米管陰極上直接制作絕緣介質(zhì)層，那么在絕緣介質(zhì)層燒結(jié)后碳納米管層完全被絕緣介質(zhì)層覆蓋和滲透，在濕刻介質(zhì)孔時碳納米管層隨絕緣介質(zhì)一起脫離電極。在本發(fā)明的方法中，引入一致密薄層覆蓋在碳納米管層上后，使得在碳納米管層和介質(zhì)層中出現(xiàn)明顯的分層，避免了碳納米管漿料層和絕緣介質(zhì)層之間的相互滲透，同時高分子材料又避免了高溫時碳納米管氧化的問題。在濕刻介質(zhì)孔時起到保護碳納米管層的作用。因為此致密薄層材料很少，熔化后滲入碳納米管層中，增強了碳納米管和陰極電極之間的粘附力，就可以通過超聲的方法對碳納米管層表面進行處理，改善發(fā)射性能。
有益效果本發(fā)明的碳納米管場致發(fā)射顯示器件柵極結(jié)構(gòu)的制作方法。避開了向柵極孔中填充碳納米管的困難，提出了一種先制備發(fā)射材料，后制作柵極結(jié)構(gòu)的方法。利用一致密薄層覆蓋在碳納米管層上，使得在碳納米管層和介質(zhì)層中出現(xiàn)明顯的分層，避免了碳納米管層和介質(zhì)層之間的相互滲透，同時高分子材料又避免了高溫時碳納米管氧化的問題，在濕刻介質(zhì)孔時起到保護碳納米管層的作用，高溫?zé)Y(jié)后增強了碳納米管和陰極電極的粘附力，最后通過超聲的方法對碳納米管表面進行處理，去除表面雜質(zhì)，改善發(fā)射性能。


圖1是制作完成的柵極結(jié)構(gòu)剖面示意2是本發(fā)明制作柵極結(jié)構(gòu)的流程圖。
圖中有玻璃襯底1、陰極電極2、碳納米管漿料層3、致密材料薄層4、絕緣介質(zhì)層5、柵極電極6、柵極小孔7、絕緣介質(zhì)孔8。
具體實施方案本發(fā)明的制作碳納米管場致發(fā)射顯示器件的柵極結(jié)構(gòu)的方法，提出了采用先制作碳納米管漿料層，再制作柵極的流程，避免了精確對位的困難，同時提出了相應(yīng)的陰極表面處理的工藝。陰極玻璃基板經(jīng)過酒精和去離子水清洗后制作條狀銀電極作為陰極電極，碳納米管原料經(jīng)過提純和球磨后按一定比例配入乙基纖維素和松油醇配置的溶液當(dāng)中，加熱并用磁力攪拌機充分混合后制成為印刷漿料，通過絲網(wǎng)印刷的方法在陰極電極上制備碳納米管漿料層圖案。烘烤至300℃使得碳納米管漿料中的乙基纖維素和松油醇分解和揮發(fā)，碳納米管和無定型碳則保留在銀電極上成為發(fā)射層，碳納米管與電極之間的粘附力并不強，此時用超聲波很容易將電極上的碳納米管層去除。在碳納米管層上方繼續(xù)通過絲網(wǎng)印刷制作一層致密的材料，為氧化鉛、氧化硼、二氧化硅、氧化鎂和氨丙基三乙氧基硅烷高分子溶劑的混合材料，前3種無機成分，是低熔點玻璃粉的主要成分，燒結(jié)后可以把碳納米管固定在陰極電極上；后一種為有機高分子溶劑，作用為在高溫時防止碳納米管氧化。通常所用的各成分的比例為(按重量計)氧化鉛10％～20％，二氧化硅25％～45％，三氧化硼10％～30％，氨丙基三乙氧基硅烷25％～45％。其熔點為570℃～580℃，高于絕緣層的燒結(jié)溫度550℃，耐酸。印刷此材料時用目數(shù)大的絲網(wǎng)印刷一次，以保證此層的致密性，同時此材料層的厚度比碳納米管層厚度小。隨后在此基礎(chǔ)上絲網(wǎng)印刷介質(zhì)層，燒結(jié)至550℃使介質(zhì)層成型后，用光敏銀漿制作帶有柵極孔的柵極電極。制作掩膜和曝光后把基板放置于弱酸溶液中濕法刻蝕絕緣介質(zhì)孔。清洗后將基板燒結(jié)至570℃～580℃，使得絕緣介質(zhì)孔成型，同時致密薄層材料熔化，滲入碳納米管漿料層中，降溫后將碳納米管粘結(jié)在陰極電極上，這樣帶有柵極的陰極基板即制作完成。最后把基板放置在超聲器械中，用超聲的方法進行表面處理，通過表面超聲清洗去除碳粉表面雜質(zhì)，增強碳納米管層的發(fā)射性能。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管場致發(fā)射顯示器件的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于該柵極結(jié)構(gòu)以玻璃襯底(1)為陰極玻璃基板，在玻璃襯底(1)上覆蓋陰極電極(2)，在陰極電極(2)上設(shè)有致密材料薄層(4)，在陰極電極(2)和致密材料薄層(4)上覆蓋絕緣介質(zhì)層(5)，在絕緣介質(zhì)層(5)的中間設(shè)有絕緣介質(zhì)孔(8)，碳納米管漿料層(3)表面暴露在絕緣介質(zhì)孔(8)中，下部熔入致密材料薄層(4)中，在絕緣介質(zhì)層(5)的上部上覆蓋柵極電極(6)，柵極電極(6)中設(shè)有柵極小孔(7)，柵極小孔(7)與其下部的絕緣介質(zhì)孔(8)對齊，絕緣介質(zhì)孔(8)的橫截面形狀為上寬下窄的碗狀結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管場致發(fā)射顯示器件的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的致密材料薄層(4)的厚度比碳納米管漿料層(3)厚度小，保證致密材料薄層(4)熔化后滲入碳納米管漿料層(3)中使得碳納米管漿料表面能暴露在絕緣介質(zhì)孔中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的碳納米管場致發(fā)射顯示器件的柵極結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的致密材料薄層(4)由無機成分氧化鉛、二氧化硅、三氧化二硼和有機成分氨丙基三乙氧基硅烷組成；各成分的比例按重量計為氧化鉛10％～20％，二氧化硅25％～45％，三氧化硼10％～30％，氨丙基三乙氧基硅烷25％～45％。
4.一種如權(quán)利要求1所述的碳納米管場致發(fā)射顯示器件的柵極結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于其順序是先將陰極電極(2)制作在玻璃襯底(1)上，再在陰極電極(2)上覆蓋碳納米管漿料層(3)，制成發(fā)射材料層；再制作致密材料薄層(4)覆蓋在已制作好的發(fā)射材料層的表面，然后在其上面覆蓋絕緣介質(zhì)層(5)，燒結(jié)至550℃使介質(zhì)層成型，柵極電極(6)用光敏銀漿制作成帶柵極小孔(7)的條形電極，覆蓋在絕緣介質(zhì)層(5)上面，然后制作絕緣介質(zhì)孔(8)，最后燒結(jié)至570℃～580℃，使得絕緣介質(zhì)孔成型，同時致密薄層材料熔化，滲入碳納米管層中，降溫后將碳納米管粘結(jié)在陰極電極上。最后把整個基板放置在超聲器械中，超聲處理3～5分鐘，通過表面超聲清洗去除碳粉表面雜質(zhì)，增強碳納米管層的發(fā)射性能。
全文摘要
碳納米管場致發(fā)射顯示器件的柵極結(jié)構(gòu)及其制作方法，涉及場發(fā)射顯示器柵極結(jié)構(gòu)的設(shè)計、材料的選擇和制作工藝流程的設(shè)計、發(fā)射材料表面處理技術(shù)，該柵極結(jié)構(gòu)以玻璃襯底(1)為陰極玻璃基板，在玻璃襯底上覆蓋陰極電極(2)，在陰極電極上設(shè)有致密材料薄層(4)，在陰極電極和致密材料薄層(4)上覆蓋絕緣介質(zhì)層(5)，在絕緣介質(zhì)層(5)的中間設(shè)有絕緣介質(zhì)孔(8)，碳納米管漿料層(3)表面暴露在絕緣介質(zhì)孔(8)中，下部熔入致密材料薄層(4)中，在絕緣介質(zhì)層(5)的上部上覆蓋柵極電極(6)，柵極電極(6)中設(shè)有柵極小孔(7)，柵極小孔與其下部的絕緣介質(zhì)孔(8)對齊，絕緣介質(zhì)孔(8)的橫截面形狀為上寬下窄的碗狀結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01J1/00GK1832092SQ20061003920
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者狄云松, 雷威, 張曉兵, 崔云康, 儲開榮 申請人:東南大學(xué)