專利名稱：具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)及其制備方法，特別是 一種具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的三極或多柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
場(chǎng)致發(fā)射顯示器(FieldEmissionDisplay，F(xiàn)ED)是一種新型的平板顯示器件，具 有質(zhì)量輕、耗電量低、無視角差等優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)光原理最接近陰極射線管(CathodeRayTube， CRT)，是目前廣為研究的一種顯示器件。柵型場(chǎng)致發(fā)射顯示器是一種具有三極或多極結(jié)構(gòu)的平板顯示器件，由陽極板和陰 極板對(duì)向組裝而成，在陽極板與陰極板之間通過支撐體陣列來保持陽極板與陰極板之間的 距離，其通過對(duì)陽極、柵極和陰極分別施加相應(yīng)的信號(hào)，使場(chǎng)發(fā)射陰極發(fā)射電子轟擊陽極熒 光粉發(fā)光，其中柵極起著調(diào)控陰極電子發(fā)射的作用。在柵型場(chǎng)發(fā)射顯示器中，場(chǎng)發(fā)射陰極的 發(fā)射性能是影響其圖像顯示質(zhì)量的重要因素，而陰極結(jié)構(gòu)和場(chǎng)發(fā)射體層是影響場(chǎng)發(fā)射陰極 發(fā)射性能的重要因素。場(chǎng)致發(fā)射顯示的分類方法很多，按結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單地將無柵極的稱為二極結(jié)構(gòu)場(chǎng)致發(fā) 射，有柵極的稱為三極結(jié)構(gòu)場(chǎng)致發(fā)射。與二極型結(jié)構(gòu)相比，三極結(jié)構(gòu)所需要調(diào)制電壓較低， 無需在陽極上進(jìn)行高壓調(diào)制。三極結(jié)構(gòu)場(chǎng)致發(fā)射顯示板中按柵極位置的不同，可分為前柵 極場(chǎng)致發(fā)射和后柵極場(chǎng)致發(fā)射。然而，上述柵極結(jié)構(gòu)只能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)。在三極或多極結(jié)構(gòu)的場(chǎng)致發(fā)射顯示器中，柵極結(jié)構(gòu)對(duì)于陰極的電子發(fā)射起著必要 的控制作用。柵極結(jié)構(gòu)的制作工藝以及柵極襯底材料的選擇都有著十分嚴(yán)格的要求。其 中，控制柵極結(jié)構(gòu)形式的選擇也是研究人員重點(diǎn)考慮的內(nèi)容之一，目前，大多數(shù)平板顯示器 中都選擇了控制柵極上制作發(fā)射材料的結(jié)構(gòu)形式，柵極結(jié)構(gòu)強(qiáng)有力的控制作用很明顯。但 是所形成的柵極電流比較大，對(duì)于器件材料要求比較高，在器件的制作過程中容易使得發(fā) 射材料受到一定的損傷和污染，這是其不利之處。目前，各制作企業(yè)或者研究機(jī)構(gòu)使用的 用來制作控制柵極的材料各不相同，同時(shí)使用了特殊的制作工藝，這就帶來一系列的問題， 如器件制作成本高；制作過程復(fù)雜；制作工藝條件要求過于苛刻，無法進(jìn)行大面積制作等寸。因此，在上述柵極結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出一種新型的場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu) 可以簡(jiǎn)單的在一個(gè)陰極單元上根據(jù)需要，實(shí)現(xiàn)多種柵極的調(diào)控，如前柵、后柵、雙前柵，雙后 柵等。我們提出的這種新型的場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，通過將條狀電極與介電層的寬度比進(jìn)行控 制，使得陰極板上條狀電極邊緣露出，同時(shí)考慮到最底層條狀電極是制作在玻璃基片上，要 實(shí)現(xiàn)邊緣結(jié)構(gòu)，需要對(duì)其邊緣進(jìn)行玻璃的刻蝕，同時(shí)仿真證明通過此制作方式可以獲得邊 緣增強(qiáng)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了多種柵極的調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供一種具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，充分利用薄膜電極的邊緣增強(qiáng)效應(yīng)，以增強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射柵極調(diào)控作用，降低場(chǎng)發(fā)射陰極開啟電場(chǎng)，提高前 柵型場(chǎng)發(fā)射陰極的場(chǎng)發(fā)射性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng) 發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括
一陰極基板，所述的陰極基板上刻蝕有相互平行間隔的凹槽，以形成發(fā)射陰極； 設(shè)于該陰極基板表面的第一條狀薄膜電極，該第一條狀薄膜電極部分處于凹槽上； 設(shè)于所述第一條狀薄膜電極表面的第一條狀絕緣介質(zhì)，所述的第一條狀絕緣介質(zhì)的寬 度比條狀第一條狀薄膜電極窄；
設(shè)于所述第一條狀絕緣介質(zhì)表面的第二條狀薄膜電極，所述的第二條狀薄膜電極的寬 度比所述的第一條狀絕緣介質(zhì)寬。本發(fā)明的另一目的是實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)所提供的一種具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā) 射陰極結(jié)構(gòu)的制備方法，其能簡(jiǎn)化工藝程序，降低制造成本。具體實(shí)現(xiàn)方法如下包括提供一陰極基板，其特征在于
(1)在所述的陰極基板上利用鍍膜技術(shù)形成第一薄膜電極層；
(2)采用物理氣相沉積法在所述的第一薄膜電極層上依次制作第一絕緣介質(zhì)層、第 二薄膜電極層；
(3)依次將所述的第一薄膜電極層、第一絕緣介質(zhì)層及第二薄膜電極層刻蝕成第一 條狀薄膜電極、第一條狀絕緣介質(zhì)、第二條狀薄膜電極，所述的第一條狀絕緣介質(zhì)的寬度比 第一、第二薄膜電極寬度窄，以裸露出第一條狀薄膜電極邊緣用于形成場(chǎng)發(fā)射源；
(4)在所述的陰極基板上刻蝕相互平行間隔的凹槽，以形成發(fā)射陰極，使所述第一 條狀薄膜電極部分處于凹槽上。本發(fā)明利用邊緣增強(qiáng)效應(yīng)，增強(qiáng)柵極調(diào)控作用，降低場(chǎng)發(fā)射陰極開啟電場(chǎng)，提高器 件的陰極場(chǎng)發(fā)射性能，且簡(jiǎn)化工藝程序，降低制造成本。為了使本發(fā)明之上述目的和其他特征、優(yōu)點(diǎn)更加清晰，下文特舉較佳實(shí)施例，并配 合附圖作如下詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)示意圖，圖中條狀柵極電 極和絕緣介質(zhì)層的方向與陰極電極方向相同。圖2為與圖1對(duì)應(yīng)的本發(fā)明具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)側(cè)視截面 圖。圖3為本發(fā)明具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)示意圖，圖中條狀柵極電 極和絕緣介質(zhì)層的方向與陰極電極方向相同。圖4為與圖3對(duì)應(yīng)的本發(fā)明具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)側(cè)視截面 圖。圖5為本發(fā)明具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)中間刻蝕階段側(cè)視截面 圖。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，其 特征在于，包括
一陰極基板21，所述的陰極基板上刻蝕有相互平行間隔的凹槽25，以形成發(fā)射陰極； 設(shè)于該陰極基板表面的第一條狀薄膜電極22，該第一條狀薄膜電極部分處于凹槽25 上；
設(shè)于所述第一條狀薄膜電極22表面的第一條狀絕緣介質(zhì)23，所述的第一條狀絕緣介 質(zhì)23的寬度比條狀第一條狀薄膜電極22窄；
設(shè)于所述第一條狀絕緣介質(zhì)層23表面的第二條狀薄膜電極24，所述的第二條狀薄膜 電極24的寬度比所述的第一條狀絕緣介質(zhì)層23寬。所述凹槽的橫截面是橢圓形或半圓形結(jié)構(gòu)。這里本發(fā)明結(jié)構(gòu)還可以是多極結(jié)構(gòu)，如圖3和圖4所示，在上述結(jié)構(gòu)的第二條狀薄 膜電極表面設(shè)置第二條狀絕緣介質(zhì)35以及設(shè)置于第二條狀絕緣介質(zhì)35表面的第三條狀薄 膜電極36。 具體的說，請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1和圖2，在制作陰極板時(shí)，首先提供陰極基板21，該陰極 基板21材質(zhì)例如為玻璃。以10英寸面板工藝為例，則以10英寸的普通浮法玻璃面板作為 陰極板的陰極基板。然后，在所述的陰極基板21上利用鍍膜技術(shù)形成第一薄膜電極層；其 厚度為50 2000nm。該一薄膜電極層材質(zhì)包括Cr、Cu、Ag、Fe、Al、Ni、Au、Pt、Ti單層薄膜 或者任意組合的多層復(fù)合薄膜或者合金薄膜，或者具有導(dǎo)電性的Sn、Zn、In的氧化物中一 種或兩種及其以上組合的氧化物半導(dǎo)體薄膜，本實(shí)施例首選Cr/Cu/Ag/Cu/Cr復(fù)合金屬薄 膜作為薄膜電極層，采用直流磁控濺射法在清洗干凈的玻璃陰極基板表面依次濺射沉積Cr 膜、Cu膜、Ag膜、Cu膜、Cr膜，形成Cr/Cu/Ag/Cu/Cr復(fù)合金屬薄膜。接著，采用物理氣相沉積法在所述的第一薄膜電極層上依次制作第一絕緣介質(zhì) 層、第二薄膜電極層；所述的第一絕緣介質(zhì)層厚度控制在0. 5 lOum。依次將所述的第二薄膜電極層、第一絕緣介質(zhì)層及第一薄膜電極層刻蝕成第二條 狀薄膜電極24、第一條狀絕緣介質(zhì)23、第一條狀薄膜電極22，本發(fā)明較佳的第一、第二條狀 薄膜電極的寬度可以是5-500um，所述的第一條狀絕緣介質(zhì)的寬度比第一、第二條狀薄膜電 極寬度窄，一般為3-450um，以裸露出第一條狀薄膜電極邊緣用于形成場(chǎng)發(fā)射源。最后，在所述的陰極基板上刻蝕相互平行間隔的凹槽25，以形成發(fā)射陰極，使所述 第一條狀薄膜電極部分處于凹槽25上。根據(jù)本實(shí)施例所制作的三極場(chǎng)發(fā)射陰極板，采用刻蝕玻璃的方式，可以在陰極電 極邊緣形成場(chǎng)發(fā)射源，且制作薄膜電極寬度略比絕緣介質(zhì)層寬度寬，這都有利于利用場(chǎng)發(fā) 射的邊緣增強(qiáng)效應(yīng)，增強(qiáng)柵極對(duì)陰極的調(diào)控作用，降低陰極開啟場(chǎng)強(qiáng)，提高場(chǎng)發(fā)射陰極的場(chǎng) 發(fā)射性能，而且工藝簡(jiǎn)單，成本低。請(qǐng)參照?qǐng)D3和圖4，在制作多極陰極板時(shí)，首先提供陰極基板31，該陰極基板31 材質(zhì)例如為玻璃。以10英寸面板工藝為例，則以10英寸的普通浮法玻璃面板作為陰極板 的陰極基板。然后，在所述的陰極基板31上利用鍍膜技術(shù)形成第一薄膜電極層；其厚度為 100-500nm。該一薄膜電極層材質(zhì)包括Cr、Cu、Ag、Fe、Al、Ni、Au、Pt、Ti單層薄膜或者任 意組合的多層復(fù)合薄膜或者合金薄膜，或者具有導(dǎo)電性的Sn、Zn、In的氧化物中一種或兩種及其以上組合的氧化物半導(dǎo)體薄膜，本實(shí)施例首選Cr/Cu/Ag/Cu/Cr復(fù)合金屬薄膜作為 薄膜電極層，采用直流磁控濺射法在清洗干凈的玻璃陰極基板表面依次濺射沉積Cr膜、Cu 膜、Ag膜、Cu膜、Cr膜，形成Cr/Cu/Ag/Cu/Cr復(fù)合金屬薄膜。接著，采用物理氣相沉積法在所述的第一薄膜電極層上依次制作第一絕緣介質(zhì) 層、第二薄膜電極層、第二絕緣介質(zhì)層及第三薄膜電極層；所述的第一、第二絕緣介質(zhì)層厚 度控制在2-10um。如圖5所示，圖5是本發(fā)明中間刻蝕階段側(cè)視截面圖，本發(fā)明采用由上至下依次 刻蝕，具體的說，依次將所述的第三薄膜電極層、第二絕緣介質(zhì)層、第二薄膜電極層、第一絕 緣介質(zhì)層331及第一薄膜電極層321刻蝕成第三條狀薄膜電極36、第二條狀絕緣介質(zhì)35、 第二條狀薄膜電極34、第一條狀絕緣介質(zhì)33、第一條狀薄膜電極32，本發(fā)明較佳的第一、第 二、第三條狀薄膜電極的寬度可以是5-500um，所述的第一條狀絕緣介質(zhì)的寬度比第一、第 二條狀薄膜電極寬度窄，一般為3-450um，以裸露出第一條狀薄膜電極邊緣用于形成場(chǎng)發(fā)射 源；所述的第二條狀絕緣介質(zhì)的寬度比第二、第三條狀薄膜電極寬度窄，一般為3-450um， 以裸露出第二條狀薄膜電極邊緣用于形成場(chǎng)發(fā)射源。最后，在所述的陰極基板上刻蝕相互平行間隔的凹槽37，以形成發(fā)射陰極，使所述 第一條狀薄膜電極部分處于凹槽37上。另外，在薄膜金屬導(dǎo)電層邊緣結(jié)構(gòu)的制作過程中，對(duì)多層薄膜的陰極結(jié)構(gòu)可以利 用不同金屬材料在同一刻蝕氣氛下以及同一金屬在不同刻蝕氣氛下刻蝕速率不相同的特 性，進(jìn)行此邊緣結(jié)構(gòu)的制作。根據(jù)本實(shí)施例所制作的多極場(chǎng)發(fā)射陰極板，采用刻蝕玻璃的方式，可以在陰極電 極邊緣制作場(chǎng)發(fā)射源，且制作薄膜電極寬度略比絕緣介質(zhì)層寬度寬，這都有利于利用場(chǎng)發(fā) 射的邊緣增強(qiáng)效應(yīng)，增強(qiáng)柵極對(duì)陰極的調(diào)控作用，降低陰極開啟場(chǎng)強(qiáng)，提高場(chǎng)發(fā)射陰極的場(chǎng) 發(fā)射性能，而且工藝簡(jiǎn)單，成本低。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與 修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
一種具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一陰極基板，所述的陰極基板上刻蝕有相互平行間隔的凹槽，以形成發(fā)射陰極；設(shè)于該陰極基板表面的第一條狀薄膜電極，該第一條狀薄膜電極部分處于凹槽上；設(shè)于所述第一條狀薄膜電極表面的第一條狀絕緣介質(zhì)，所述的第一條狀絕緣介質(zhì)的寬度比條狀第一條狀薄膜電極窄；設(shè)于所述第一條狀絕緣介質(zhì)表面的第二條狀薄膜電極，所述的第二條狀薄膜電極的寬度比所述的第一條狀絕緣介質(zhì)寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于，進(jìn) 一步包括設(shè)于所述第二條狀薄膜電極表面的第二條狀絕緣介質(zhì)及設(shè)于第二條狀絕緣介質(zhì) 表面的第三條狀薄膜電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所 述凹槽的橫截面是橢圓形或半圓形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所 述的條狀薄膜電極的厚度為50 2000nm，所述的條狀薄膜電極的寬度為5 500um。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)，其特征在于所 述的條狀絕緣介質(zhì)層的厚度為0. 5 lOum，所述的條狀絕緣介質(zhì)層的寬度為3、50um。
6.一種具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)的制備方法，包括提供一陰極基板， 其特征在于(1)在所述的陰極基板上利用鍍膜技術(shù)形成第一薄膜電極層；(2)采用物理氣相沉積法在所述的第一薄膜電極層上依次制作第一絕緣介質(zhì)層、第 二薄膜電極層；(3)依次將所述的第二薄膜電極層、第一絕緣介質(zhì)層及第一薄膜電極層刻蝕成第二 條狀薄膜電極、第一條狀絕緣介質(zhì)、第一條狀薄膜電極，所述的第一條狀絕緣介質(zhì)的寬度比 第一、第二薄膜電極寬度窄，以裸露出第一條狀薄膜電極邊緣用于形成場(chǎng)發(fā)射源；在所述的陰極基板上刻蝕相互平行間隔的凹槽，以形成發(fā)射陰極，使所述第一條狀薄 膜電極部分處于凹槽上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特 征在于，在所述步驟(2)還進(jìn)一步包括采用物理氣相沉積法在所述的第二薄膜電極層上 依次制作第二絕緣介質(zhì)層及第三薄膜電極層，所述步驟(3)還包括在刻蝕出第一條狀薄 膜電極、第一條狀絕緣介質(zhì)、第二條狀薄膜電極之前先將上述的第三薄膜電極層及第二絕 緣介質(zhì)層依次刻蝕成第三條狀薄膜電極及第二條狀絕緣介質(zhì)；所述的第二條狀絕緣介質(zhì)寬 度比第二條狀薄膜電極窄。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特 征在于所述步驟(4)刻蝕的凹槽橫截面形狀為橢圓形或半圓形。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征 在于所述的條狀薄膜電極的厚度為50 2000nm，所述的條狀薄膜電極的寬度為5 500um。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)的制備方法，其 特征在于所述的條狀絕緣介質(zhì)層的厚度為0. 5 10um，所述的條狀絕緣介質(zhì)層的寬度為 3 450umo
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的柵極場(chǎng)發(fā)射顯示器中的陰極結(jié)構(gòu)，該陰極結(jié)構(gòu)具有陰極基板，陰極單元包括電子發(fā)射陰極材料層、柵極層以及介電層。其中，電子發(fā)射陰極材料層與柵極層共面地設(shè)置在陰極玻璃基板上，而且相互對(duì)應(yīng)并用介電層隔開。通過在結(jié)構(gòu)邊緣會(huì)增加電場(chǎng)強(qiáng)度的電學(xué)特性，將條狀電極與介電層的寬度比進(jìn)行控制，使得陰極板上條狀電極邊緣露出，而最靠近玻璃基板的條狀通過刻蝕玻璃的方式而露出，實(shí)現(xiàn)發(fā)射極和柵極的任意選擇及調(diào)控。這樣在發(fā)射源處構(gòu)成具有邊緣結(jié)構(gòu)，以提高位于發(fā)射源處的電場(chǎng)，增強(qiáng)柵極調(diào)控作用，降低場(chǎng)發(fā)射陰極開啟電場(chǎng)，提高場(chǎng)發(fā)射顯示器件的陰極場(chǎng)發(fā)射性能，簡(jiǎn)化工藝程序，降低制造成本。
文檔編號(hào)H01J29/02GK101847557SQ20101020064
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者葉蕓, 張永愛, 林金堂, 翁衛(wèi)祥, 郭太良 申請(qǐng)人:福州大學(xué)