CN102097272B - 阳栅同基板的三极结构场致发射显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，包括阳栅基板和阴极基板，阳栅基板上间隔设有数个带状阳极导电层，其上设有阳极汇流电极，阳栅基板上还设有纵横交织状的栅极下介质层，栅极下介质层的纵向组成带与阳极导电层相平行且其上依次设有带状栅极导电层和带状栅极保护介质层，阳极导电层未被栅极下介质层的横向组成带覆盖的部分上设有荧光体层；阴极基板上间隔设有数个带状阴极导电层，其上设有数个限流电阻层和阴极保护介质层，限流电阻层上设有电子发射体；带状阳极导电层和带状栅极导电层均与带状阴极导电层相互垂直；阳栅基板和阴极基板之间设有隔离介质层。该装置不仅结构设计合理，制作简单，而且电子色散小，图像显示效果好。

Description

阳栅同基板的三极结构场致发射显示器

技术领域

本发明涉及三极FED制造技术领域，特别是一种阳极和栅极设置在同一基板而阴极单独设置在另一基板上的新型三极结构场致发射显示器。

背景技术

场致发射显示器件（FED）是一种新型的平板显示技术，场发射显示技术具有阴极射线管（CRT）显示器的视角广、色彩鲜艳、响应速度快等优点，在目前的各种平板显示器中，只有FED的图象显示质量可以达到传统CRT的水平，FED显示器还具备液晶显示器（LCD）的薄、轻等优点。FED显示器具有显示效果好、视角大、功耗小以及体积小等优点。目前场致发射装置的结构主要分为二极结构、三极结构及其多极结构。

二极结构的场发射显示器包括阳极和阴极，虽然其制作工艺简单，但存在着高电压驱动，电子发射均匀性难于控制等问题，不适合于制造优良的FED显示器。

三极结构的场发射显示器一般包括阴极、栅极和阳极，主要分为前栅结构、后栅结构、平行栅结构等。此类结构的器件通过栅极来控制阴极的电子发射，避免了二极结构的场发射显示器的高压控制电子发射。

下面将参照附图描述前栅结构、后栅结构、平行栅结构的传统场发射显示器。图1是前栅结构的场致发射显示器的截面图，后基板上玻璃基板011上设置阴极导电层013、介质层014，介质层014上设置栅极导电层015，前基板上玻璃基板010上设置阳极导电层018，阳极导电层018上设置荧光粉017。将前基板、后基板对向组装而成，通过隔离支柱012来保持固定的距离。这种结构易于实现低压调制，但制作工艺复杂，成本高。通常情况下介质层和栅极是在场发射的电子材料之后制作，存在阴极发射材料易损坏和污染的问题。

图2是后栅结构的场致发射显示器的截面图，后基板上玻璃基板021上设置栅极导电层023，栅极导电层023上设置介质层024，介质层024上设置阴极导电层025，且阴极导电层025与栅极导电层023相互垂直，阴极导电层025上设置场致发射层026，前基板上玻璃基板020上设置阳极导电层028，阳极导电层028上设置荧光粉027。栅极导电层023处于阴极导电层025之下，制作完栅极导电层023以及介质层024后制作场致发射电子材料026。这种三极结构的场致发射显示器工艺相对简单，易于实现。但存在电子色散严重，束斑较大，相邻像素单元串扰。采用缩小阴极和阳极的间距的办法来降低像素单元串扰，不利于阳压的提高，发光效率降低。

无论前栅结构还是后栅结构的场发射显示器都存在着在栅极和阴极之间制作介质层困难等问题。图3是平行栅结构的场致发射显示器的截面图，后基板上玻璃基板031上设置栅极导电层033、阴极导电层034，阴极导电层034上设置场致发射层035，前基板上玻璃基板030上设置阳极导电层037，阳极导电层036上设置荧光粉027。其中栅极导电层033与阴极导电层034在同一个平面内相互平行，可以同时制作栅极导电层033和阴极导电层034。平行栅型的场致发射显示器的栅极和阴极平行相对，阴栅之间不需要制作介质层以防止阴极和栅极间的短路，制作工艺简单，但存在电子色散严重，束斑较大问题，而且必须通过扫描高压阳极来控制图像。

场致发射显示器是一种真空器件，必须包含具有隔离作用的支撑结构。目前的技术仅限于单独做支撑结构，存在隔离支柱分布和放置难的问题。

综上所述，有必要提供一种新型结构的场致发射显示器件，其阴极与栅极制作工艺简单，低压调控，两基板间的隔离支撑结构容易放置，同时能有效控制电子色散引起的相邻像素单元串扰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，该FED显示器不仅结构设计合理，制作简单，而且电子色散小，图像显示效果好。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，其特征在于：包括相互平行设置且大小相适应的阳栅基板和阴极基板，所述阳栅基板上间隔并排设有数个带状阳极导电层，所述各阳极导电层上沿其长度方向设有阳极汇流电极，所述阳栅基板上还设有梳状、鱼骨状或纵横交织状的栅极下介质层，所述栅极下介质层由间隔排设的数个纵向组成带和间隔设于各纵向组成带一旁侧或两旁侧的多个横向组成支带形成，所述各纵向组成带与所述阳极导电层相平行且设于所述阳栅基板未被所述阳极导电层覆盖的部分上，所述各纵向组成带上依次覆盖有带状栅极导电层和带状栅极保护介质层，所述各横向组成带覆盖在所述阳极导电层上，所述阳极导电层未被所述横向组成带覆盖的部分上设有荧光体层；

所述阴极基板上间隔并排设有数个带状阴极导电层，所述各阴极导电层上沿其长度方向交替设有数个限流电阻层和阴极保护介质层，所述限流电阻层上设有电子发射体；

所述阳栅基板上的带状阳极导电层和带状栅极导电层均与所述阴极基板上的带状阴极导电层相互垂直；所述阳栅基板和阴极基板之间设有隔离介质层，所述隔离介质层一端与所述栅极保护介质层相连接，另一端与所述阴极保护介质层的一侧部相连接。

本发明的有益效果是三极结构场致发射显示器的阴极结构设置阴极基板上，阳极结构和栅极结构平行设置于阳栅基板上，阴极结构和栅极结构独立于两个基板上，无需考虑制作栅极结构对阴极结构的影响，制作方便，可以方便可靠地保护敏感的电子发射材料，提高电子发射效率、发射均匀性和稳定性。栅极和阳极虽然在同一基板上，但由于栅极和阳极互相平行，不需介质层进行隔离，极大地降低了器件制作难度，提高器件可靠性。阴极和栅极不在同一个基板上，制作工艺简单，降低相互交叉的阴极和栅极间介质层制作难的问题，有效避免栅极导电层制作对阴极导电层上的场致电子发射体的污染和破坏，同时可以实现低压调控，有效避免电子色散引起的相邻像素单元串扰。

附图说明

图1是前栅结构的场致发射显示器的截面图。

图2是后栅结构的场致发射显示器的截面图。

图3是平行栅结构的场致发射显示器的截面图。  

图4为本发明实施例的结构剖视图。

图5为本发明实施例的阳栅基板的结构示意图。

图6为本发明实施例的阴极基板的结构示意图。

图中：110—阳栅基板；111—阳极导电层；112—荧光体层；113—阳极汇流电极；120—栅极下介质层；121—栅极导电层；122—栅极保护介质层；130—阴极基板；131—阴极导电层；132—限流电阻层；133—电子发射体；134—阴极保护介质层；135—隔离介质层。

具体实施方式

本发明的阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，包括相互平行设置且大小相适应的阳栅基板和阴极基板，所述阳栅基板上间隔并排设有数个带状透明的阳极导电层，所述各阳极导电层上沿其长度方向设有宽度小于所述阳极导电层的阳极汇流电极，所述阳栅基板上还设有梳状、鱼骨状或纵横交织状的栅极下介质层，所述栅极下介质层由间隔排设的数个纵向组成带和间隔设于各纵向组成带一旁侧或两旁侧的多个横向组成支带形成，所述各纵向组成带与所述阳极导电层相平行且设于所述阳栅基板未被所述阳极导电层覆盖的部分上，所述各纵向组成带上依次覆盖有带状栅极导电层和带状栅极保护介质层，所述各横向组成带覆盖在所述阳极导电层上，所述阳极导电层未被所述横向组成带覆盖的部分上设有荧光体层；

所述阴极基板上间隔并排设有数个带状阴极导电层，所述各阴极导电层上沿其长度方向交替设有数个限流电阻层和阴极保护介质层，所述限流电阻层上设有电子发射体；

所述阳栅基板上的带状阳极导电层和带状栅极导电层均与所述阴极基板上的带状阴极导电层相互垂直；所述阳栅基板和阴极基板之间设有隔离介质层，所述隔离介质层一端与所述栅极保护介质层相连接，另一端与所述阴极保护介质层的一侧部相连接。

上述阳栅基板与所述阴极基板上下配合设置时，所述阳栅基板上的带状栅极导电层对应的是所述阴极基板上的电子发射体和隔离介质层，所述阳栅基板上的荧光体层对应的是所述阴极基板上阴极保护介质层未被所述隔离介质层覆盖的部分。

上述栅极保护介质层上设有开孔，开孔处与所述电子发射体所处位置相对应，开孔面积与所述栅极保护介质层面积比的范围为（0～100％）。

上述栅极保护介质层由含金属氧化物的半导体材料制作而成。

上述阴极保护介质层的面积大于所述隔离介质层的面积。

上述栅极下介质层厚度的取值范围为（10～1000）μm，所述栅极保护介质层厚度的取值范围为（0.1～100）μm，所述阴极保护介质层厚度的取值范围为（0.1～100）μm，所述隔离介质层厚度的取值范围为（10～1000）μm，通过调整所述栅极下介质层、栅极保护介质层、阴极保护介质层和隔离介质层的厚度来控制阴极与阳极、阴极与栅极之间的间距。

上述栅极下介质层的侧壁处也设有荧光体层。

所述阳极汇流电极的电导率大于所述阳极导电层；所述阴极导电层、限流电阻层、阳极导电层和阳极汇流电极是硅层，或者是银、铜、铝、铁、镍、金、铬、铂、钛中的一种金属元素的单层薄膜，或者是银、铜、铝、铁、镍、金、铬、铂、钛中的多种金属元素的多层复合薄膜或合金薄膜，或者是具有导电性的Sn、Zn、In的氧化物中一种或多种组合的氧化物半导体薄膜，或者是含有所述银、铜、铝、铁、镍、金、铬、铂、钛中的一种或多种组合的导电金属颗粒或所述Sn、Zn、In中的一种或多种组合的导电半导体氧化物中一种或多种组合的印刷浆料所制备的导电层。

上述电子发射体包含零维微纳米材料、一维微纳米材料或二维微纳米材料。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图4、图5和图6，本实施例中阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，包括阴极基板130和阳栅基板110。

阴极基板130上设置带状阴极导电层131，在带状阴极导电层131的一部分上设置限流电阻层132，限流电阻层132上设置电子发射体133，在带状阴极导电层131上未被限流电阻层132覆盖的位置上设置阴极保护介质层134，在阴极保护介质层134的一部分设置隔离介质层135。

阳栅基板110上设置带状透明的阳极导电层111，在部分带状透明的阳极导电层111上设置阳极汇流电极113，在带状透明的阳极导电层111的一部分上设置荧光体层112，在阳栅基板110上设置与透明的阳极导电层111平行的栅极下介质层120，在栅极下介质层120上设置栅极导电层121，在栅极导电层121上设置栅极保护介质层122。

所述阴极基板上的电子发射体133包含一种或多种的纳米材料，该纳米材料是零维纳米材料或一维纳米材料或二维纳米材料，该纳米材料的低维尺度为1 ~100 nm，高维尺度为100 nm ~20 μm。该纳米材料可以是碳纳米管，纳米碳纤维，氧化锌、氧化镁、氧化性或者相近的纳米发射材料。优选的，本实施例通过电泳沉积工艺将碳纳米管发射材料转移到设置在阴极基板130上的阴极限流电阻层132上，形成电子发射体133。

所述阴极限流电阻层包含半导体材料，导电物质。其目的是提高阴极上发射电子的均匀性，改善阴极发射电流的稳定性，使发射电流和场发射发光点分布更加均匀，提高场发射显示器发光的均匀性。

所述的隔离介质层135设置在部分的阴极保护介质层134上，其面积小于阴极保护介质层134的面积。同时可以根据可以设置在阴极基板130上，同时也可以根据需要设置在阳栅基板110上的栅极保护介质层122上。

本发明实施例的阴极基板的制作工艺如下：

第一步，形成阴极导电层131。选用透明玻璃为基板130，首先在玻璃基板130上通过丝网印刷工艺或在具有整面导电薄膜的基板130上通过曝光刻蚀工艺制备得带状的阴极导电层131。本实施例优选利用磁控溅射的方法在在玻璃基板130制备一层CrCuCr导电薄膜，通过曝光-显影-刻蚀等一系列工艺形成带状的CrCuCr阴极导电层131。

第二步，在导电阴极131上形成阴极限流电阻层132。本实施例中在带状的CrCuCr阴极导电层131上印刷上的含有整面导电层，之后经过曝光刻蚀工艺，在带状的CrCuC阴极导电层131的一部分上形成限流电阻层132，并在真空条件下或者氮气的保护下烧结得到阴极限流电阻层132。

第三步，在带状的阴极导电层131上制备阴极保护介质层134以及隔离介质层135。其中阴极保护介质层134厚度为0.1～100μm，隔离介质层135厚度为10～1000μm。选用丝网印刷法，光刻法、涂覆法中的一种或者两种以上的方法在阴极导电层上未被限流电阻层覆盖的阴极导电层131上制备阴极保护介质层134和在阴极保护介质层134的一部分设置隔离介质层135，并烧结后制得。本实施例优选通过丝网印刷法在阴极导电层131未被限流电阻层132覆盖的位置，印刷阴极保护介质层134，并在氮气的条件下烧结，之后丝网印刷上一层刻蚀的介质层，烧结后，通过曝光-显影，烧结后形成隔离介质层135。

第四步，在阴极限流电阻层132上形成电子发射体133。它可以通过电泳法、丝网印刷法、喷涂法、化学气相沉积法将所需的纳米发射材料转移到阴极限流电阻层132而制成。本实施例中优先电泳法，在阴极限流电阻层132上电泳沉积碳纳米管，并在氮气的保护条件下烧结处理，形成电子发射体133。

本发明实施例的阳栅基板的制作工艺如下：

第一步，在基板110上制备阳极导电层111。在透明导电玻璃基板110通过曝光刻蚀工艺制备得带状的阳极导电层111。本实施例优选在ITO玻璃基板130上，丝网印刷上感光胶，通过曝光-显影-刻蚀的方法，形成带状的阳极导电层111。

第二步，在阳极导电层111制备阳极汇流电极113。可以通过丝网印刷工艺或光刻工艺中的一种或两种办法相结合，并在氮气的保护条件下烧结处理，在阳极导电层111上制备阳极汇流电极113。其中阳极汇流电极113的面积小于阳极导电层111的面积，可以位于带状阳极导电层111的中间或者两侧边缘。本实施例中优先在具备好阳极导电层111的基板上丝网印刷一层导电感光银浆，通过曝光-显影，并在氮气的保护条件下烧结形成阳极汇流电极113，其大小为阳极导电层的面积5%。

第三步，在制备好阳极导电层111和阳极汇流电极113后，制备与阳极导电层111平行的栅极下介质层120和栅极导电层121，其中栅极下介质层120的厚度为10～1000μm。方法一，在制备好阳极导电层111和阳极汇流电极113的基板上丝网印刷上一层感光的介质层，后通过曝光-显影-烧结工艺形成平行于阳极导电层的梳状的栅极下介质层120，其中包括覆盖了部分的阳极导电层111，或者直接丝网印刷的方工艺制备栅极下介质层120。然后再梳状的栅极下介质层120上，通过丝网印刷、曝光-显影工艺中的一种方法，并烧结制备成带状的栅极导电层121。方法二，在制备好阳极导电层111和阳极汇流电极113的基板上丝网印刷上一层可刻蚀性的介质层，经过高温烧结后，在可刻蚀性介质层上制备栅极导电层121，刻蚀未被栅极导电层121覆盖的介质层，形成栅极下介质层120。本实施例中优先丝网印刷工艺直接制备栅极下介质层121，并覆盖了部分的阳极导电层111。然后栅极下介质层121上印刷一层感光银浆层，通过光刻工艺，形成与阳极导电层111平行的的栅极导电层121，并在充氮气的保护下烧结。

第四步，制备栅极保护介质层122，其厚度为0.1～100μm。可以通过丝网印刷工艺或曝光-显影-刻蚀工艺或喷涂工艺制备栅极保护介质层122，并在氮气的保护下烧结。本实施例中优选丝网印刷工艺直接在栅极导电层121制备栅极保护介质层112。

第五步，通过丝网印刷或喷涂的方式，在未被栅极下介质层121覆盖的阳极导电层111上丝印荧光体层112。其中荧光体层112可以在未被保护介质层121所覆盖的阳极导电层111上，也可以包括栅极下介质层120的侧壁。本实施例中优选丝网印刷工艺直接在未被栅极下介质层121覆盖的阳极导电层111上丝印荧光体层112，并在栅极下介质层120的侧壁处。

上述实施例中的阳栅同基板的三极结构场致发射显示器在使用时，阳极一般施加高压，阴极的电子发射体在栅极电场的作用下发射电子，一部分的场发射电子被栅极收集，另一部分的电子在阳极电场作用下撞击阳极的荧光粉层，并发光形成亮点，从而使场发射显示器发光显示。所述的阳栅同基板的三极结构场致发射显示器可以通过栅极电压来调控阴极上的电子发射体的发射情况，阳极在电场的作用下收集电子，轰击相对应红（R）、绿（G）、蓝（B）的三色荧光体的发光，形成显示图像。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，其特征在于：包括相互平行设置且大小相适应的阳栅基板和阴极基板，所述阳栅基板上间隔并排设有数个带状阳极导电层，所述各阳极导电层上沿其长度方向设有阳极汇流电极，所述阳栅基板上还设有栅极下介质层，所述栅极下介质层由间隔排设的数个纵向组成带和间隔设于各纵向组成带一旁侧或两旁侧的多个横向组成带形成，所述各纵向组成带与所述阳极导电层相平行且设于所述阳栅基板未被所述阳极导电层覆盖的部分上，所述各纵向组成带上依次覆盖有带状栅极导电层和带状栅极保护介质层，所述各横向组成带覆盖在所述阳极导电层上，所述阳极导电层未被所述横向组成带覆盖的部分上设有荧光体层；

所述阴极基板上间隔并排设有数个带状阴极导电层，所述各阴极导电层上沿其长度方向交替设有数个限流电阻层和阴极保护介质层，所述限流电阻层上设有电子发射体；

所述阳栅基板上的带状阳极导电层和带状栅极导电层均与所述阴极基板上的带状阴极导电层相互垂直；所述阳栅基板和阴极基板之间设有隔离介质层，所述隔离介质层一端与所述栅极保护介质层相连接，另一端与所述阴极保护介质层的一侧部相连接。

2.根据权利要求1所述的阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，其特征在于：所述阳栅基板与所述阴极基板上下配合设置时，所述阳栅基板上的带状栅极导电层对应的是所述阴极基板上的电子发射体和隔离介质层，所述阳栅基板上的荧光体层对应的是所述阴极基板上阴极保护介质层未被所述隔离介质层覆盖的部分。

3.根据权利要求2所述的阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，其特征在于：所述栅极保护介质层上设有开孔，开孔处与所述电子发射体所处位置相对应，开孔面积与所述栅极保护介质层面积比的范围为（0～100％）。

4.根据权利要求2所述的阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，其特征在于：所述栅极保护介质层由含金属氧化物的半导体材料制作而成。

5.根据权利要求1所述的阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，其特征在于：所述阴极保护介质层的面积大于所述隔离介质层的面积。

6.根据权利要求1所述的阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，其特征在于：所述栅极下介质层厚度的取值范围为（10～1000）μm，所述栅极保护介质层厚度的取值范围为（0.1～100）μm，所述阴极保护介质层厚度的取值范围为（0.1～100）μm，所述隔离介质层厚度的取值范围为（10～1000）μm，通过调整所述栅极下介质层、栅极保护介质层、阴极保护介质层和隔离介质层的厚度来控制阴极与阳极、阴极与栅极之间的间距。

7.根据权利要求1所述的阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，其特征在于：所述栅极下介质层的侧壁处也设有荧光体层。

8.根据权利要求1所述的阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，其特征在于：所述阳极汇流电极的电导率大于所述阳极导电层；所述阴极导电层、限流电阻层、阳极导电层和阳极汇流电极是硅层，或者是银、铜、铝、铁、镍、金、铬、铂、钛中的一种金属元素的单层薄膜，或者是银、铜、铝、铁、镍、金、铬、铂、钛中的多种金属元素的多层复合薄膜或合金薄膜，或者是具有导电性的Sn、Zn、In的氧化物中一种或多种组合的氧化物半导体薄膜，或者是含有所述银、铜、铝、铁、镍、金、铬、铂、钛中的一种或多种组合的导电金属颗粒或所述Sn、Zn、In中的一种或多种组合的导电半导体氧化物中一种或多种组合的印刷浆料所制备的导电层。

9.根据权利要求1所述的阳栅同基板的三极结构场致发射显示器，其特征在于：所述电子发射体包含零维微纳米材料、一维微纳米材料或二维微纳米材料。

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