專利名稱：一種場(chǎng)發(fā)射顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種場(chǎng)發(fā)射顯示裝置，尤其設(shè)計(jì)一種基于碳納米管的場(chǎng)發(fā)射顯示器的制作方法。
背景技術(shù)：
碳納米管是在1991年由Iijima在電弧放電的產(chǎn)物中首次發(fā)現(xiàn)的中空碳管，其表在1991年出版的Nature 354，56。碳納米管以其優(yōu)良的導(dǎo)電性能，完美的晶格結(jié)構(gòu)，納米尺度的尖端等特性而成為極具希望的場(chǎng)發(fā)射陰極材料，在場(chǎng)發(fā)射平面顯示器件、電真空器件、大功率微波器件等應(yīng)用領(lǐng)域有著廣闊的前景。
通過(guò)化學(xué)氣相沉積法可以容易地在硅片、玻璃等基板上生長(zhǎng)出位置、取向、高度都確定的碳納米管陣列，而點(diǎn)陣的尺寸可以通過(guò)半導(dǎo)體光刻工藝控制催化劑薄膜達(dá)到很高的制造精度，這使得碳納米管陣列在平面顯示器件中可能得到迅速的應(yīng)用。
美國(guó)專利6,339,281揭露了一種三級(jí)型結(jié)構(gòu)碳納米管場(chǎng)發(fā)射顯示器的制備方法。該方法包括如下步驟(1)在一基底形成陰極，再在陰極上形成一絕緣層；(2)在絕緣層上形成柵極層，再在柵極層上形成開(kāi)口；(3)利用柵極層作為掩模，用過(guò)刻蝕在絕緣層中形成一微孔；(4)在基底上形成一層催化劑，利用化學(xué)氣相沉積法在基底上生長(zhǎng)碳納米管陣列。
然而實(shí)際制備過(guò)程中，利用化學(xué)氣相沉積法制備用于場(chǎng)發(fā)射的碳納米管陣列有如下缺點(diǎn)及本領(lǐng)域一直難以克服的難題1.為了達(dá)到顯示均勻性，柵極與用于場(chǎng)發(fā)射的碳納米管陣列的間距需要在大面積上保持微米量級(jí)的均勻性，而利用化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)工藝要做到碳納米管高度大面積均勻比較困難。
2.為了制作便攜式平面顯示器，必須減低能耗，同時(shí)為了線路上易于實(shí)現(xiàn)尋址和對(duì)顯示灰度的控制，要求盡量降低柵級(jí)的起始發(fā)射電壓，因此柵極與碳納米管陣列的間距應(yīng)盡可能減小。化學(xué)氣相沉積方法雖然能夠大體上控制碳納米管陣列的生長(zhǎng)高度，但其精度目前還不能滿足要求，難以精確控制上述間距在一理想的范圍。
3.化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)的碳納米管陣列上表面不可避免的會(huì)有一薄層雜亂分布的碳納米管，且其尺度不均勻，并夾雜少量的催化劑顆?；驘o(wú)定性碳等雜質(zhì)，造成場(chǎng)發(fā)射性能的不穩(wěn)定和不均勻，并可能降低器件的壽命。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種柵極與碳納米管陣列的間距在大面積上保持微米量級(jí)的均勻性的場(chǎng)發(fā)射顯示器的制作方法。
本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種碳納米管陣列發(fā)射端的碳納米管尺度均勻、整齊排列、不含有催化劑顆?；驘o(wú)定性碳等雜質(zhì)的場(chǎng)發(fā)射顯示器的制作方法。
本發(fā)明再進(jìn)一步要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種柵極與碳納米管陣列的間距可盡可能減小，例如達(dá)到微米量級(jí)的場(chǎng)發(fā)射顯示器的制作方法。
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種場(chǎng)發(fā)射顯示器的制作方法。其主要包括如下步驟(1)提供一種工作板；(2)根據(jù)預(yù)定的顯示點(diǎn)陣在工作板上沉積柵極電極；(3)在柵極上形成一層絕緣介質(zhì)膜；(4)在絕緣介質(zhì)膜上沉積催化劑層；(5)根據(jù)上述預(yù)定的顯示點(diǎn)陣在催化劑層上形成絕緣層，使該絕緣層的相應(yīng)于顯示點(diǎn)陣的位置留有一空間；(6)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在上述絕緣層的空間內(nèi)，催化劑層上生長(zhǎng)碳納米管陣列；(7)在碳納米管陣列上沉積陰極電極；(8)封裝陰極電極并去除工作板；(9)用濕法刻蝕工藝去除絕緣層；(10)與帶有陽(yáng)極電極的熒光屏封裝。
其中，在步驟(2)之后步驟(1)之前進(jìn)一步可在工作板上沉積一層?xùn)艠O保護(hù)層，目的是避免柵極在生長(zhǎng)過(guò)程中積碳；在步驟(3)之后步驟(4)之前進(jìn)一步可在絕緣介質(zhì)膜上沉積一層硅保護(hù)層，步驟(4)中的催化劑層沉積于保護(hù)層上。相應(yīng)的，在步驟(9)之后步驟(10)之前進(jìn)一步要用干法刻蝕去除保護(hù)層與顯示點(diǎn)陣相應(yīng)的部分。另外，在步驟(7)中可先在碳納米管陣列上沉積一層電阻負(fù)反饋層，再在電阻負(fù)反饋層上沉積陰極電極。該電阻負(fù)反饋層的制備材料為硅或合金。
該柵極保護(hù)層的制備材料與該絕緣介質(zhì)膜的制備材料可為玻璃、涂敷絕緣層的金屬、硅、氧化硅、陶瓷或云母，要求能夠耐受700℃左右的碳納米管生長(zhǎng)溫度。該柵極保護(hù)層的厚度為1微米～100微米，該絕緣介質(zhì)膜的厚度為1微米～1000微米，優(yōu)選為10微米～200微米。該絕緣層的制備材料可為玻璃、涂敷絕緣層的金屬、硅、氧化硅、陶瓷或云母，其厚度為1微米～10毫米，優(yōu)先為10微米～500微米。保護(hù)層的厚度為10納米～1000納米。催化層的厚度為1～10納米。優(yōu)選為5納米。
利用本發(fā)明方法制得的場(chǎng)發(fā)射顯示器的絕緣介質(zhì)膜可用來(lái)控制柵極與碳納米管的間距，可以實(shí)現(xiàn)該距離的人為控制進(jìn)而獲得較低的柵極啟動(dòng)電壓。本發(fā)明碳納米管陣列是通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制得，且用作發(fā)射電子的發(fā)射端為碳納米管靠近催化劑的一端，因此用于發(fā)射電子的碳納米管可實(shí)現(xiàn)大面積高度一致均勻性，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)各象素的場(chǎng)發(fā)射效果的一致性。而且發(fā)射端面不會(huì)含有催化劑顆粒或無(wú)定性碳等雜質(zhì)，也不會(huì)含有雜亂分布的碳納米管，使場(chǎng)發(fā)射性能更穩(wěn)定、更均勻，從而延長(zhǎng)場(chǎng)發(fā)射顯示器的壽命。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步揭露。

圖1是制造本發(fā)明場(chǎng)發(fā)射顯示器所用的具有多孔的工作板的主視圖。
圖2是在柵極保護(hù)層上沉積柵極電極的示意圖。
圖3是在圖2所示之柵極電極上沉積絕緣介質(zhì)膜的示意圖。
圖4是在圖3所示之絕緣介質(zhì)膜上沉積保護(hù)層的示意圖。
圖5是在圖4所示之保護(hù)層上形成催化劑層的示意圖。
圖6是在圖5所示之催化劑層上形成帶有間隙的絕緣層的示意圖。
圖7是在圖6所示之絕緣層之間隙中生長(zhǎng)碳納米管陣列的示意圖。
圖8是在圖7所示之碳納米管陣列的頂部沉積負(fù)反饋層的示意圖。
圖9是對(duì)圖8所示之負(fù)反饋層上沉積陰極電極的示意圖。
圖10是去除圖9中的工作板后對(duì)陰極電極封裝底板的示意圖。
圖11是對(duì)柵極保護(hù)層和圖10中的絕緣介質(zhì)膜進(jìn)行刻蝕的示意圖。
圖12是對(duì)圖11中碳納米管的保護(hù)層進(jìn)行刻蝕的示意圖。
圖13是封裝顯示屏后的場(chǎng)發(fā)射顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)先參閱圖13，本發(fā)明的場(chǎng)發(fā)射顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖。其包括陰極17，陽(yáng)極20，位于陰極與陽(yáng)極間的柵極19，用作場(chǎng)發(fā)射單元的碳納米管陣列15和柵極與陰極間的絕緣層14，該碳納米管陣列15的一個(gè)端面通過(guò)電阻負(fù)反饋層16與陰極17電性相連，該碳納米管陣列15的另一個(gè)與絕緣層14的靠近柵極19的端面基本位于同一平面，在絕緣層14與柵極19之間還包括一絕緣介質(zhì)膜12。陰極17通過(guò)底板18封裝。
下面通過(guò)圖1至圖12介紹本發(fā)明制造場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法。
請(qǐng)參閱圖1，首先，提供一個(gè)工作板10，該工作板10的表面可以帶有細(xì)微凹槽101或氣孔101，以便成品脫附容易。先用石蠟102等易于去除的物質(zhì)涂平，其平整度要求在1微米以下。工作板10應(yīng)當(dāng)可耐受碳納米管生長(zhǎng)時(shí)的高溫，并可反復(fù)使用。
再在工作板10上沉積一層?xùn)艠O保護(hù)層(如未示)。此柵極保護(hù)層的目的在于保護(hù)柵極19在后續(xù)生長(zhǎng)工藝中不產(chǎn)生積碳，其必要性取決于柵極材料的選擇，因此此步驟不是本發(fā)明的必要步驟。柵極保護(hù)層的材料同絕緣介質(zhì)膜11，厚度為1微米～100微米。
請(qǐng)參閱圖2，再在工作板10上的柵極保護(hù)層上沉積柵極電極19。沉積可采用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或?yàn)R射法，沉積可用鏤空的模板(圖未示)，或者用光刻工藝。柵極19的材料原則上可選用任何金屬，但需能夠耐受700℃左右的碳納米管生長(zhǎng)溫度，且其熱膨脹系數(shù)能夠與柵極保護(hù)層5、絕緣介質(zhì)膜11、保護(hù)層12、絕緣層14、底板18以及工作板10相匹配。
請(qǐng)參閱圖3，再在柵極電極19上沉積一絕緣介質(zhì)膜11。沉積方法可用鍍膜、印刷或直接采用現(xiàn)成的薄板。此絕緣介質(zhì)膜11在結(jié)構(gòu)中用于控制陰極17與柵極19間的間距，和后續(xù)工藝中的印刷、生長(zhǎng)用的基板。絕緣介質(zhì)膜11的厚度范圍為1微米～1000微米，最佳厚度范圍約為10微米～200微米，平整度要求在1微米以下。此絕緣介質(zhì)膜11應(yīng)當(dāng)可光刻加工，并且能夠耐受700℃左右的碳納米管生長(zhǎng)溫度，其材料可選擇高溫玻璃、涂敷絕緣層的金屬、硅、氧化硅或陶瓷、云母等。
請(qǐng)參閱圖4，再在絕緣介質(zhì)膜11上沉積一層保護(hù)層12。沉積時(shí)用光刻法制作出顯示點(diǎn)陣。此保護(hù)層12的目的在于保護(hù)碳納米管在后續(xù)工藝中可能采用的濕法刻蝕步驟中不被破壞，因此不是本發(fā)明的必要結(jié)構(gòu)。保護(hù)層12可采用硅或其它材料，要求可耐受濕法刻蝕，但可用不損傷碳納米管的干法刻蝕工藝去除。沉積方法可采用電子束蒸發(fā)或磁控濺射，其厚度在滿足保護(hù)要求的情況下可以盡量薄，厚度范圍為10nm～1μm。
請(qǐng)參閱圖5，再在保護(hù)層12上沉積催化劑層13。催化劑13材料可為鐵，鈷，鎳等過(guò)渡元素金屬或其合金。催化劑層13的沉積厚度為1～10nm，優(yōu)選5nm。沉積方式采用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或者濺射法。
請(qǐng)參閱圖6，再在催化劑層13上形成一絕緣層14。該絕緣層14的目的是絕緣陰極電極17與柵極電極19，同時(shí)形成空隙141以提供碳納米管的生長(zhǎng)空間。制作可采用鍍膜、印刷或直接采用現(xiàn)成的薄板。此絕緣層14厚度范圍1微米～10毫米，根據(jù)碳納米管陣列15的生長(zhǎng)長(zhǎng)度而定，優(yōu)選厚度范圍10微米～500微米。若采用現(xiàn)成的薄板則要求單面平整度1微米以下(面向催化劑一面)。制作時(shí)應(yīng)做出顯示點(diǎn)陣。此絕緣層14的制成材料應(yīng)當(dāng)能夠耐受700℃左右的碳納米管生長(zhǎng)溫度，其材料可選擇高溫玻璃、涂敷絕緣層的金屬、硅、氧化硅或陶瓷、云母等。
請(qǐng)參閱圖7，再在絕緣層14的間隙141中生長(zhǎng)碳納米管陣列15，其高度與絕緣層14大致相同即可，高度的不均勻性不會(huì)影響到場(chǎng)發(fā)射顯示效果。
請(qǐng)參閱圖8，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的需要，可選擇沉積一層電阻負(fù)反饋層16。此層的材料可選用合適電阻率的硅、合金等材料，厚度根據(jù)需要的電阻大小決定，該電阻大小由電路設(shè)計(jì)和使用時(shí)的柵極電壓決定，范圍可能在1千歐姆至100兆歐姆之間。沉積可采用電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或?yàn)R射法，沉積的形狀與陰極電極相同，沉積需要用到鏤空的模板。
請(qǐng)參閱圖9，在電阻負(fù)反饋層16上沉積陰極電極17。沉積的方法與沉積電阻負(fù)反饋層16相同，亦用到相同的沉積模板。陰極材料17與柵極電極19相同。
請(qǐng)參閱圖10，對(duì)陰極進(jìn)行封裝底板18。底板18可選用玻璃、塑料、陶瓷等材料，制作方法可采用印刷、粘接、融合等。
請(qǐng)參閱圖11，再脫離工作板10，翻轉(zhuǎn)后用適當(dāng)?shù)墓に?，如濕法刻蝕除去柵極保護(hù)層和絕緣介質(zhì)膜11在顯示像素點(diǎn)位置的對(duì)應(yīng)部分(未標(biāo)示)。
請(qǐng)參閱圖12，采用適當(dāng)?shù)墓に?，如干法刻蝕去除保護(hù)層12在顯示像素點(diǎn)位置的對(duì)應(yīng)部分(未標(biāo)示)。如有必要，可采用激光轟擊去除催化劑層13。
請(qǐng)參閱圖13，再與熒光屏封裝，即成場(chǎng)發(fā)射顯示器。其中熒光屏包括一陽(yáng)極20，玻璃基板21與熒光層22。
權(quán)利要求
1.一種制作場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法包括如下步驟(1)提供一種工作板；(2)根據(jù)預(yù)定的顯示點(diǎn)陣在工作板上沉積柵極電極；(3)在柵極上形成一層絕緣介質(zhì)膜；(4)在絕緣介質(zhì)膜上沉積催化劑層；(5)根據(jù)上述預(yù)定的顯示點(diǎn)陣在催化劑層上形成絕緣層，使該絕緣層的相應(yīng)于顯示點(diǎn)陣的位置留有一空間；(6)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在上述絕緣層的空間內(nèi)，催化劑層上生長(zhǎng)碳納米管陣列；(7)在碳納米管陣列上沉積陰極電極；(8)封裝陰極電極并去除工作板；(9)用濕法刻蝕工藝去除絕緣層與顯示點(diǎn)陣相應(yīng)的部分；(10)與帶有陽(yáng)極電極的熒光屏封裝。
2.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于在步驟(1)之后步驟(2)之前進(jìn)一步要在工作板上沉積一層?xùn)艠O保護(hù)層。
3.如權(quán)利要求2所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于該柵極保護(hù)層的厚度為1微米～100微米。
4.如權(quán)利要求2所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于該柵極保護(hù)層的制備材料為玻璃、涂敷絕緣層的金屬、硅、氧化硅、陶瓷或云母。
5.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于在步驟(3)之后步驟(4)之前進(jìn)一步要在絕緣介質(zhì)膜上沉積一層硅保護(hù)層，步驟(4)中的催化劑層沉積于該硅保護(hù)層上。
6.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于該絕緣介質(zhì)膜的厚度為1微米～1000微米。
7.如權(quán)利要求6所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于該絕緣介質(zhì)膜的厚度為10微米～200微米。
8.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于該絕緣介質(zhì)膜的制備材料為玻璃、涂敷絕緣層的金屬、硅、氧化硅、陶瓷或云母。
9.如權(quán)利要求5所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于該硅保護(hù)層的厚度為10納米～1000納米。
10.如權(quán)利要求5所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于在步驟(9)之后步驟(10)之前進(jìn)一步要用干法刻蝕去除保護(hù)層與顯示點(diǎn)陣相應(yīng)的部分。
11.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于該絕緣層的制備材料為玻璃、涂敷絕緣層的金屬、硅、氧化硅、陶瓷或云母。
12.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于該絕緣層的厚度為1微米～10毫米。
13.如權(quán)利要求12所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于該絕緣層的厚度為10微米～500微米。
14.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于在步驟(7)為先在碳納米管陣列上沉積一層電阻負(fù)反饋層，再在電阻負(fù)反饋層上沉積陰極電極。
15.如權(quán)利要求14所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于該電阻負(fù)反饋層的制備材料為硅或合金。
16.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于催化層的厚度為1～10納米。
17.如權(quán)利要求16所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于催化層的厚度為5納米。
18.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)發(fā)射顯示器的方法，其特征在于在步驟(9)之后步驟(10)之前進(jìn)一步用激光去除催化劑層在顯示點(diǎn)陣相應(yīng)的部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種場(chǎng)發(fā)射顯示器的制作方法，其包括如下步驟(1)提供一種工作板；(2)根據(jù)預(yù)定的顯示點(diǎn)陣在工作板上沉積柵極電極；(3)在柵極上形成一層絕緣介質(zhì)膜；(4)在絕緣介質(zhì)膜上沉積催化劑層；(5)根據(jù)上述預(yù)定的顯示點(diǎn)陣在催化劑層上形成絕緣層，使該絕緣層的相應(yīng)于顯示點(diǎn)陣的位置留有一空間；(6)通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在上述絕緣層的空間內(nèi)，催化劑層上生長(zhǎng)碳納米管陣列；(7)在碳納米管陣列上沉積陰極電極；(8)封裝陰極電極并去除工作板；(9)用濕法刻蝕工藝去除絕緣層；(10)與帶有陽(yáng)極電極的熒光屏封裝。
文檔編號(hào)H01J9/02GK1532866SQ0311406
公開(kāi)日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2003年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月26日
發(fā)明者劉亮, 范守善, 亮 劉 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司