带有聚焦电极结构的碳纳米管场发射平板显示器及其制作工艺.pdf

本发明涉及到碳纳米管阴极的场致发射显示器的器件制作，特别涉及带有聚焦电极结构的场致发射平板显示器及其制作工艺，包括阴极板、阳极板和玻璃围框构成的密封真空腔、在阴极板上有印刷的碳纳米管阴极、在阳极面板上制备有荧光粉发光层、位于碳纳米管阴极的上部并控制其电子发射的控制栅极以及位于控制栅极和阳极板之间并进行电子束聚焦的聚焦电极结构。在阳极板和控制栅极之间添加设置有聚焦栅极结构，用于将从控制栅极经过的电子进行聚焦，使其在阳极板上形成稳定、明亮的像素，具有结构简单、制作工艺简单、制作成本低廉、制作过程稳定可靠的优点。

1、  一种带有聚焦电极结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器，包括阴极板[12]、阳极板和玻璃围框构成的密封真空腔、在阴极板上有印刷的碳纳米管阴极[14]、在阳极面板上制备有荧光粉发光层[9]、位于碳纳米管阴极[14]的上部并控制其电子发射的控制栅极[13]以及位于控制栅极和阳极板之间并进行电子束聚焦的聚焦电极结构，其特征在于：在阳极板和控制栅极之间添加设置有聚焦栅极结构，用于将从控制栅极经过的电子进行聚焦，使其在阳极板上形成稳定、明亮的像素。

2、  如权利要求1所述的一种带有聚焦电极结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器，其特征在于：所述聚焦电极结构包括基底材料[1]、电子通道孔[2]、聚焦电极[3]、背侧聚焦电极[4]、支撑柱[5]以及聚焦电极引线[6]。

3、  如权利要求1所述的一种带有聚焦电极结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器，其特征在于：所述聚焦电极结构位于阳极面板和控制栅极结构之间的位置。

4、  如权利要求1所述的一种带有聚焦电极结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器，其特征在于：所述聚焦电极结构的固定位置既可以单独安装固定，也可以安装固定在阳极面板上，同时还可以安装固定在控制栅极结构上。

5、  如权利要求1所述的一种带有聚焦电极结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器，其特征在于：所述聚焦电极结构中的电极既可以采用丝网印刷工艺制备的银浆线条来制作，也可以采用蒸镀铜、铝、金导电物质线条来制作，所述聚焦电极结构中既可以在基底材料的单侧制作电极，也可以在基底材料的双侧制作电极。

6、  一种带有聚焦电极结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器的制作工艺，其特征在于：所述聚焦电极结构按照如下的工艺进行制作：
1)基底材料天然云母片[1]的划片；
对整体天然云母片[1]进行裁剪，形成符合要求的形状；
2)电子通道孔[2]的制作
在裁剪后的天然云母片[1]上制作出电子通道孔[2]；
3)聚焦电极[3]的制作
利用镀膜机，对天然云母片[1]上进行蒸镀上一层金属导电介质层-铝膜，然后通过光刻工艺，制作出所需要的形状，即制作了聚焦电极[3]；
4)背侧聚焦电极[4]的制作
再次利用镀膜机，对天然云母片[1]背侧进行蒸镀上一层金属导电铝膜，然后通过光刻工艺，制作出所需要的形状。即制作出了背侧聚焦电极[4]；
5)支撑柱[5]的制作
在天然云母片[1]的空余区域安装制作支撑柱[5]，用于支撑聚焦电极结构，使其和阳极面板、控制栅极部分都保持有一定的距离。
6)聚焦电极引线[6]的制作
在聚焦电极[3]、背侧聚焦电极[4]的两侧都制作出聚焦电极引线[6]，用于和外电路进行连接。
7)聚焦电极[3]和背侧聚焦电极[4]表面的清洁处理
需要对聚焦电极[3]和背侧聚焦电极[4]的表面进行清洁处理，除掉灰尘和杂质。

带有聚焦电极结构的碳纳米管场发射平板显示器及其制作工艺
技术领域
本发明属于真空科学技术、微电子科学技术以及纳米科学技术的相互交叉领域，涉及到平板显示器的器件制作，具体涉及一种碳纳米管阴极的场致发射显示器的器件制作方面的内容，特别涉及一种带有聚焦电极结构的场致发射平板显示器及其制作工艺。
背景技术
目前，对于利用碳纳米管作为阴极的场致发射平板显示器来说，通常情况下是没有聚焦电极的。但是，由于从碳纳米管阴极发射的电子存在着一定的发射角度，并不都是垂直于阳极面板的方向发射的，而是遍布于控制栅极孔所限定的各个角度范围，这样就容易在阳极面板上形成一个很大的像素点光斑范围。同时，由于显示器件中阳极面板和控制栅极之间存在着一定的距离，从而促使电子束在阳极面板上所形成的像素点光斑范围进一步扩大。阳极面板和控制栅极之间的距离越大，所形成的像素点光斑范围也就越大。这对于进一步提高显示器件的显示分辨率是非常不利的。另一方面，由于在阳极面板上的像素点面积很小，发散的电子束在阳极面板上所覆盖的面积很大，这样就造成了多个像素点同时发光，出现了显示器件中的颜色交叉失真现象，严重损坏了显示图像的质量。因此，如何控制显示器件中的电子束发散现象是急需解决的一个现实问题。
另外，为了进一步提高显示器件的使用寿命，在使用高压荧光粉作为发光层的同时需要进一步加大阳极面板和控制栅极之间的距离，以便于克服低压荧光粉使用寿命短的致命缺点。但是，采取这种措施的同时就和控制电子束发散现象发生了矛盾，一方面，需要减少阳极面板和控制栅极之间的距离来降低电子束发散的影响，另一方面，还需要加大阳极面板和控制栅极之间的距离来进一步提高电子的运动能量，轰击高压荧光粉而发光，因此，如何解决这个矛盾现象也是需要重点思考的问题之一。
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采用带有聚焦栅极结构的、结构简单、制作工艺简单、制作成本低廉、制作过程稳定可靠的碳纳米管阴极场致发射平板显示器。
本发明采用的解决方案是：包括阴极板、阳极板和玻璃围框构成的密封真空腔、在阴极板上有印刷的碳纳米管阴极、在阳极面板上制备有荧光粉发光层、位于碳纳米管阴极的上部并控制其电子发射的控制栅极以及位于控制栅极和阳极板之间并进行电子束聚焦的聚焦电极结构。在阳极板和控制栅极之间添加设置有聚焦栅极结构，用于将从控制栅极经过的电子进行聚焦，使其在阳极板上形成稳定、明亮的像素。
所述聚焦电极结构包括基底材料、电子通道孔、聚焦电极、背侧聚焦电极、支撑柱以及聚焦电极引线。所述聚焦电极结构位于阳极面板和控制栅极结构之间的位置。所述聚焦电极结构的固定位置既可以单独安装固定，也可以安装固定在阳极面板上，同时还可以安装固定在控制栅极结构上。所述聚焦电极结构中的电极既可以采用丝网印刷工艺制备的银浆线条来制作，也可以采用蒸镀铜、铝、金导电物质线条来制作，所述聚焦电极结构中既可以在基底材料的单侧制作电极，也可以在基底材料的双侧制作电极。
所述聚焦电极结构按照如下的工艺进行制作：
1)基底材料天然云母片[1]的划片；
对整体天然云母片[1]进行裁剪，形成符合要求的形状；
2)电子通道孔[2]的制作
在裁剪后的天然云母片[1]上制作出电子通道孔[2]；
3)聚焦电极[3]的制作
利用镀膜机，对天然云母片[1]上进行蒸镀上一层金属导电介质层-铝膜，然后通过光刻工艺，制作出所需要的形状，即制作了聚焦电极[3]；
4)背侧聚焦电极[4]的制作
再次利用镀膜机，对天然云母片[1]背侧进行蒸镀上一层金属导电铝膜，然后通过光刻工艺，制作出所需要的形状。即制作出了背侧聚焦电极[4]；
5)支撑柱[5]的制作
在天然云母片[1]的空余区域安装制作支撑柱[5]，用于支撑聚焦电极结构，使其和阳极面板、控制栅极部分都保持有一定的距离。
6)聚焦电极引线[6]的制作
在聚焦电极[3]、背侧聚焦电极[4]的两侧都制作出聚焦电极引线[6]，用于和外电路进行连接。
7)聚焦电极[3]和背侧聚焦电极[4]表面地清洁处理
需要对聚焦电极[3]和背侧聚焦电极[4]的表面进行清洁处理，除掉灰尘和杂质。
本发明具有如下积极效果：
本发明在控制栅极和阳极面板之间施加了一个聚焦电极结构，其主要目的就是对于经过控制栅极孔出来的电子进行聚焦，缩小电子束发散的角度，减少电子束所覆盖的光斑范围，尽最大限度的使得电子束朝向规定的像素点方向运动，轰击荧光粉发光层而发出可见光。由于电子束所覆盖的光斑范围减小，到达阳极面板上所占用的像素点面积也就相应的减少，这样，在同样的显示面积情况下，就可以制作更多的像素发光点，也可以制作面积更小的像素发光点，这对于进一步提高显示器件的显示分辨率是非常有利的。受到聚焦电极作用的影响，电子束所覆盖的光斑范围进一步减少，并且电子束能够完全朝向所规定的荧光粉像素点进行高能量轰击，而不会影响相邻像素点的发光情况，这样就不会造成多个像素点同时发光以及寄生电子发光现象，也就消除了显示器件中的颜色交叉失真现象，这有利于进一步提高显示器件的显示图像质量。由于有了聚焦电极结构的影响，电子束的发散角度受到进一步的控制，这样就可以在不影响图像质量的前提下进一步增大阳极面板和控制栅极之间的距离，同时也可以使用高压荧光粉作为发光层，也就相应的解决了如前所述二者之间的矛盾现象。
本发明由于增加了阳极板和控制栅极之间的距离而电子束没有发生进一步的扩散，从而使得发射的电子有足够的时间和足够的距离增加其运动能量，轰击荧光粉层而发出可见光，这十分有利于进一步提高整体器件的显示亮度。同时，由于发射电子的运动能量增大，就可以使用高压荧光粉作为发光层，这也就克服了低压荧光粉使用寿命短的缺点，显著的提高了整体器件的使用寿命和发光效率。
该场致发射平板显示器的特点是：它主要包括如下的组成部分—阴极板、阳极板和玻璃围框构成的密封真空腔；在阴极板上有印刷的碳纳米管阴极；在阳极面板上制备有荧光粉发光层；位于碳纳米管阴极的上部并控制其电子发射的控制栅极以及位于控制栅极和阳极板之间并进行电子束聚焦的聚焦电极。
附图说明
图1给出了聚焦电极结构的纵向结构示意图。
图2给出了聚焦电极结构的横向结构示意图。
图3给出了一个带有聚焦电极结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器实施例的结构示意图。
具体实施方式
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。
如图1、2、3所示，本发明包括阴极板12、阳极板和玻璃围框构成的密封真空腔、在阴极板上有印刷的碳纳米管阴极14、在阳极面板上制备有荧光粉发光层9、位于碳纳米管阴极14的上部并控制其电子发射的控制栅极13以及位于控制栅极和阳极板之间并进行电子束聚焦的聚焦电极结构，在阳极板和控制栅极之间添加设置有聚焦栅极结构，用于将从控制栅极经过的电子进行聚焦，使其在阳极板上形成稳定、明亮的像素。所述聚焦电极结构包括基底材料1、电子通道孔2、聚焦电极3、背侧聚焦电极4、支撑柱5以及聚焦电极引线6。所述聚焦电极结构位于阳极面板和控制栅极结构之间的位置。所述聚焦电极结构的固定位置既可以单独安装固定，也可以安装固定在阳极面板上，同时还可以安装固定在控制栅极结构上。所述聚焦电极结构中的电极既可以采用丝网印刷工艺制备的银浆线条来制作，也可以采用蒸镀铜、铝、金导电物质线条来制作，所述聚焦电极结构中既可以在基底材料的单侧制作电极，也可以在基底材料的双侧制作电极。
本发明中的带有聚焦电极结构的碳纳米管阴极场致发射平板显示器主要由阳极面板结构、阴极板结构、控制栅极、聚焦电极结构及其附属消气剂元件构成。本发明中的聚焦电极结构的固定位置既可以单独固定安装，也可以安装固定在阳极面板上，同时还可以安装固定在控制栅极结构上；本发明中的聚焦电极结构位于阳极面板和控制栅极结构之间的位置；本发明中的聚焦电极结构的基底材料为大型、具有相当良好的耐热性和可操作性，能够独立制作的、成本低廉的高性能绝缘材料；本发明中的聚焦电极结构的基底材料可以为薄层玻璃，优质云母板，陶瓷片以及云母片绝缘材料；本发明中的聚焦电极结构中的电极是采用导电条来制作的；本发明中的聚焦电极结构中的电极既可以采用丝网印刷工艺制备的银浆线条来制作，也可以采用蒸镀铜、铝、金导电物质线条来制作；本发明中的聚焦电极结构中的电极引线部分既可以采用金属导线来制作，也可以采用印刷的银浆导电条或者蒸镀的铜、铝、金导电物质线条来制作；本发明中的聚焦电极结构中既可以在基底材料的单侧制作电极，也可以在基底材料的双侧制作电极。
本发明的制作工艺如下：
1、聚焦电极结构的制作：
本发明中的聚焦电极结构包括基底材料天然云母片1、电子通道孔2、聚焦电极3、背侧聚焦电极4、支撑柱5、聚焦电极引线6部分，并采用如下的工艺进行制作：
1)基底材料天然云母片1的划片；
对整体天然云母片1进行裁剪，形成符合要求的形状；
2)电子通道孔2的制作
在裁剪后的天然云母片1上制作出电子通道孔2；
3)聚焦电极3的制作
利用镀膜机，对天然云母片1上进行蒸镀上一层金属导电介质层-铝膜，然后通过光刻工艺，制作出所需要的形状，即制作了聚焦电极3；
4)背侧聚焦电极4的制作
再次利用镀膜机，对天然云母片1背侧进行蒸镀上一层金属导电铝膜，然后通过光刻工艺，制作出所需要的形状。即制作出了背侧聚焦电极4；
5)支撑柱5的制作
在天然云母片1的空余区域安装制作支撑柱5，用于支撑聚焦电极结构，使其和阳极面板、控制栅极部分都保持有一定的距离。
6)聚焦电极引线6的制作
在聚焦电极3、背侧聚焦电极4的两侧都制作出聚焦电极引线6，用于和外电路进行连接。
7)聚焦电极3和背侧聚焦电极4表面的清洁处理
需要对聚焦电极3和背侧聚焦电极4的表面进行清洁处理，除掉灰尘和杂质。
2、阳极板主要由平板玻璃7、铟锡氧化物薄膜8、荧光粉层9、绝缘浆料层10、阳极引线11构成。
阳极板的制作：
1)清洁平板玻璃7，除掉表面杂质；
2)在平板玻璃7上蒸镀一层铟锡氧化物薄膜8；
3)对铟锡氧化物薄膜8进行光刻，形成一定形状的导电条；
4)结合丝网印刷工艺，在导电条的非显示区域印刷绝缘浆料层10，用以防止寄生电子发射；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)；
5)结合丝网印刷工艺，在导电条上面的显示区域印刷荧光粉层9；在烘箱当中进行烘烤(烘烤温度：120℃，保持时间：10分钟)；
6)制作出阳极引线11。
3、阴极板12和控制栅极13的制作
对平板玻璃上的铟锡氧化物薄膜进行光刻，形成一定形状的导电条；结合丝网印刷工艺，将绝缘浆料印刷在平板玻璃上，烧结固化后形成栅极条的支撑结构；将碳纳米管14印刷在导电条上，形成碳纳米管14发射电子源；将银浆印刷在绝缘浆料支撑结构上，从而制作了阴极板和控制栅极13。
4、器件装配
将阳极面板、阴极面板、控制栅极和聚焦电极结构进行装配，在器件内部放置消气剂，并在整体器件的四周涂抹低熔点玻璃粉，用夹子固定；
5、成品制作
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。