專利名稱：一種sed顯示器電子發(fā)射源納米縫陣列的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微納器件及顯示器件技術領域，具體涉及一種SED顯示器電子發(fā)射源納米縫陣列的制備方法。
背景技術：
平板顯示器技術擁有廣泛的應用領域和巨大的市場前景，是我國信息產業(yè)重要的支柱之一。其中顯示面板的制造是其核心。目前，液晶顯示器IXD(Liquid Crystal Display)、等離子顯示器PDP(Plasma Display Panel)是工業(yè)上主流的平板顯示器件，已經大規(guī)模商業(yè)化，并在進行持續(xù)的技術換代；但另一方面，國際上對“后LCD時代”或“后PDP 時代”的下一代平板顯示技術給予極大的重視，并展開了大量的基礎研究和技術開發(fā)。其中，有機發(fā)光顯示器 OLED (Organic Light-Emitting Display)、場發(fā)射顯示器 FED (Field Emission Display)和激光顯示器LD(Laser Display)被認為是各有優(yōu)勢、最有大規(guī)模產業(yè)化前景的下一代平板顯示器候選技術。目前，這些技術均處于研發(fā)階段，離大規(guī)模產業(yè)化的要求還有相當?shù)牟罹?。作為下一代顯示器候選技術之一的FED，其發(fā)光機制與傳統(tǒng)的CRT顯示器基本相同，都是利用電場吸引陰極電子源發(fā)射電子束，撞擊熒光物質發(fā)光進而在屏幕上顯示圖像。 然而在發(fā)射陰極的結構實現(xiàn)上，與傳統(tǒng)CRT顯示器只擁有一個龐大的電子槍單元不同，F(xiàn)ED 擁有與其顯示像素同樣數(shù)目的電子發(fā)射源，每個電子發(fā)射源對應一個工作像素。當顯示器開始工作時，每個電子發(fā)射源都會在電路的控制下獨立激發(fā)對應像素的陽極板熒光粉，顯示出需要的色彩。FED的工作原理和結構特點使其同時擁有LCD液晶顯示器輕薄和大面積平板化的特點以及CRT顯示器在響應速度、亮度、色彩飽和度以及寬視角的優(yōu)勢，可以認為是CRT技術的平板化。從FED的結構實現(xiàn)上講，電子發(fā)射源陰極陣列是FED的關鍵部件之
ο表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射顯示器SED(Surface conduction Electron emitter Display) 是一類常見的FED器件。佳能和東芝公司利用納米尺度縫隙制造技術在2004年開發(fā)了 36 英寸SED顯示樣機，引起了全球顯示技術產業(yè)界和學術界的極大關注。該樣機表現(xiàn)出尤為卓越的顯示性能明暗對比度高達10000 1，灰階為10位，圖像質量接近水平CRT畫質。 眾多學者認為，SED在“后LCD時代”將具有強大的競爭力。SED主要由表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射源陣列的陰極板和熒光粉發(fā)光陣列的陽極板構成。SED基于表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射理論，該理論是前蘇聯(lián)學者在20世紀60年代初發(fā)現(xiàn)的，屬平面型的薄膜場發(fā)射。由于當時采用的SnO2 不連續(xù)膜的發(fā)射電流穩(wěn)定性較差，直至20世紀80年代，日本佳能公司重新啟動表面?zhèn)鲗а芯?，制造出納米級的電子隧道縫隙陣列，才使被棄的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射技術在顯示領域重新得到了應用。由此可見，SED的電子發(fā)射性能不但取決于陰極材料特性還與薄膜表面的納米結構特征密切相關，如何實現(xiàn)電子發(fā)射陰極的納米尺度縫隙結構是SED制造的難點?；跈C械應力開裂原理的微力拉伸方法是一種簡單的納米裂縫生成方法，可以在柔性薄膜表面隨機地生成納米尺度的裂縫結構。該技術在制造SED納米縫的過程中存在兩個問題一是裂縫產生的位置具有不確定性，二是SED通常以玻璃為基材，應力作用下的應變程度并不足以在電子發(fā)射薄膜表面產生裂縫。因此，要采用薄膜應力開裂原理進行納米縫隙的制造就必須解決電子發(fā)射薄膜斷裂所需的應變來源問題，并能夠實現(xiàn)裂縫位置精確可控。

發(fā)明內容
為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種SED顯示器電子發(fā)射源納米縫陣列的制備方法，解決了電子發(fā)射薄膜斷裂所需的應變來源問題，能夠實現(xiàn)裂縫位置精確可控。為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為一種SED顯示器電子發(fā)射源納米縫陣列的制備方法，包括以下步驟第一步，進行包含激光光致膨脹聚合物材料層的SED電子發(fā)射源圖形結構制造 在透明基材和具有應力集中豁口的電子發(fā)射材料薄膜之間引入一層激光光致膨脹聚合物材料，形成“透明基材-激光光致膨脹聚合物材料-電子發(fā)射材料”的三明治結構，激光光致膨脹聚合物材料采用PMMA、PS或PI，在激光光束照射下能夠具有體積膨脹特性，電子發(fā)射源圖形結構中激光光致膨脹聚合物材料的引入方式分為局部引入方式和整體引入方式，局部引入方式在透明基材表面制備出電子發(fā)射源所需的引線電極、列掃描線、絕緣層和行掃描線，然后在引線電極的縫隙內制備激光光致膨脹聚合物材料，制備完成后在激光光致膨脹聚合物材料和引線電極表面覆蓋電子發(fā)射材料，進而在引線電極間隙內形成 “透明基材-激光光致膨脹聚合物材料-電子發(fā)射材料”的三明治結構，整體引入方式在透明基材表面均勻制備一層激光光致膨脹聚合物材料，然后在激光光致膨脹聚合物材料表面制備電子發(fā)射源所需的引線電極、列掃描線、絕緣層和行掃描線，并在引線電極表面制備電子發(fā)射材料，此時在引線電極間隙內形成“透明基材-激光光致膨脹聚合物材料-電子發(fā)射材料”的三明治結構；第二步，進行納米縫結構的制造采用激光在透明基材無電子發(fā)射源圖形結構一側照射引線電極的縫隙內的激光光致膨脹聚合物材料，使之產生體積膨脹，激光能量密度在激光光致膨脹聚合物材料的燒蝕閾值和膨脹閾值之間選擇，體積膨脹的激光光致膨脹聚合物材料為電子發(fā)射材料薄膜破裂提供所需的應力來源，當電子發(fā)射材料薄膜承受拉應力達到材料的斷裂極限時，將在電子發(fā)射材料薄膜預設的應力集中豁口處形成納米級裂紋， 形成位置精確可控；在進行納米縫結構的制造中，陣列化納米縫結構的制造采用激光陣鏡掃描的方式對納米縫進行逐一制造，為保證像素發(fā)光的均勻性，采用原位控制隧道電流的方法保證納米縫發(fā)射源陣列發(fā)射特性的一致性，具體包括以下步驟(1)利用已印制的SED電子發(fā)射源圖形結構的行掃描線和列掃描線以尋址的方式建立針對陣列結構中任意像素的電子發(fā)射源隧道電流監(jiān)測系統(tǒng)；(2)設定電子發(fā)射源隧道電流的目標值；(3)在任一納米縫成形過程中，實時監(jiān)測隧道電流的變化，當發(fā)射源的隧道電流到達設定的目標值時，控制系統(tǒng)立即切斷激光脈沖，終止縫隙生長；
(4)通過高速激光掃描振鏡的偏轉，激光束移動到陣列中下一個電子發(fā)射源位置進行加工，并按照步驟(3)的過程進行納米裂縫成形；(5)按照步驟(3)、(4)完成全部陣列的納米裂縫成形，不管實際的納米縫隙尺寸和形狀或位置如何，陣列中每個發(fā)射源的隧道電流特性(I-V特性)是一致的，從而保證大面積顯示的色彩均勻度。本發(fā)明引入激光光致膨脹材料，解決了電子發(fā)射薄膜斷裂所需的應變來源問題， 裂縫位置精確可控；同時采用原位控制隧道電流的方法進行陣鏡掃描，保證了陣列化納米裂縫電子發(fā)射特性的均勻性。


圖1為本發(fā)明采用激光光致膨脹聚合物材料局部引入方式的電子發(fā)射源圖形結構示意圖。圖2為本發(fā)明采用激光光致膨脹聚合物材料整體引入方式的電子發(fā)射源圖形結構示意圖。圖3-1為本發(fā)明在透明基材表面均勻涂鋪一層激光光致膨脹聚合物材料示意圖。圖3-2為本發(fā)明在激光光致膨脹聚合物材料表面制備的圖形化引線電極示意圖。圖3-3為本發(fā)明在引線電極一側制備的列掃描線示意圖。圖3-4為本發(fā)明在列掃面線表面制備的絕緣層示意圖。圖3-5為本發(fā)明在引線電極另外一側制備的行掃描線示意圖。圖3-6為本發(fā)明在引線電極及其間隙表面制備的電子發(fā)射材料圖形結構示意圖。圖4為本發(fā)明采用激光光致膨脹聚合物材料整體引入方式在引線電極間隙獲得的三明治結構示意圖。圖5為本發(fā)明采用激光照射激光光致膨脹聚合物材料制備納米縫結構的原理示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。一種SED顯示器電子發(fā)射源納米縫陣列的制備方法，包括以下步驟第一步，進行包含激光光致膨脹聚合物材料層的SED電子發(fā)射源圖形結構制造 在透明基材和具有應力集中豁口的電子發(fā)射材料薄膜之間引入一層激光光致膨脹聚合物材料，形成“透明基材-激光光致膨脹聚合物材料-電子發(fā)射材料”的三明治結構，激光光致膨脹聚合物材料采用PMMA、PS或PI，在激光光束照射下能夠具有體積膨脹特性，電子發(fā)射源圖形結構中激光光致膨脹聚合物材料的引入方式分為整體引入方式和局部引入方式，參照圖1，局部引入方式在透明基材1表面制備出電子發(fā)射源所需的引線電極3、 列掃描線5、絕緣層6和行掃描線7，然后在引線電極3的縫隙內制備激光光致膨脹聚合物材料2，制備完成后在激光光致膨脹聚合物材料2和引線電極3表面覆蓋電子發(fā)射材料4， 進而在引線電極1間隙內形成“透明基材-激光光致膨脹聚合物材料-電子發(fā)射材料”的三明治結構，
參照圖2，整體引入方式在透明基材1表面均勻制備一層激光光致膨脹聚合物材料2，然后在激光光致膨脹聚合物材料2表面制備電子發(fā)射源所需的引線電極3、列掃描線 5、絕緣層6和行掃描線7，并在引線電極3表面制備電子發(fā)射材料4，此時在引線電極3間隙內形成“透明基材-激光光致膨脹聚合物材料-電子發(fā)射材料”的三明治結構；參照圖3-1、圖3-2、圖3-3、圖3-4、圖3-5、圖3-6，下面以激光光致膨脹聚合物材料整體引入的電子發(fā)射源結構為例，同時結合4個電子發(fā)射源圖形結構，詳細描述包含激光光致膨脹聚合物材料的SED電子發(fā)射源圖形結構制造過程(a)參照圖3-1，在玻璃或其它熱穩(wěn)定性好的透明基材1上均勻涂鋪一層激光光致膨脹聚合物材料2，激光光致膨脹聚合物材料2在激光照射下需具有膨脹特性，例如，PMMA、 PS或PI類材料，(b)參照圖3-2，通過掩膜蒸鍍或絲網印刷等方式形成圖形化的引線電極3，引線電極3采用高導電率、熱穩(wěn)定性好的材料，如鉬Pt，(c)參照圖3-3，通過絲網印數(shù)或材料噴印方式，在引線電極3印制列掃描線5，列掃描線5的材料為納米銀Ag漿料，其中的漿料被熱揮發(fā)，且應該與一側的引線電極3搭接在一起，(d)參照圖3-4，通過絲網印數(shù)或材料噴印方式，在列掃描線5上印制絕緣層6，(e)參照圖3-5，以步驟(c)的方式印制行掃描線7，行掃描線7將與另一側的引線電極3相連，但與列掃描線5絕緣，(f)參照圖3-6，通過絲網印刷或材料噴印方式，在引線電極3之間制備電子發(fā)射材料4，電子發(fā)射材料4采用低功函數(shù)、熱穩(wěn)定性好的材料，例如鈀Pd，本發(fā)明中，方形的電極發(fā)射材料4上下邊包含豁口，可以在應變作用下形成應力集中，從而控制裂縫在其中間位置生長，參照圖4，制備完成的激光光致膨脹聚合物材料整體引入的電子發(fā)射源結構在引線電極3縫隙內形成了“透明基材1-激光光致膨脹聚合物材料2-電子發(fā)射材料4”的三明治結構；第二步，進行納米縫結構的制造采用激光在透明基材無電子發(fā)射源圖形結構一側照射引線電極的縫隙內的激光光致膨脹聚合物材料，使之產生體積膨脹，激光能量密度在激光光致膨脹聚合物材料的燒蝕閾值和膨脹閾值之間選擇，體積膨脹的激光光致膨脹聚合物材料為電子發(fā)射材料薄膜破裂提供所需的應力來源，當電子發(fā)射材料薄膜承受拉應力達到材料的斷裂極限時，將在電子發(fā)射材料薄膜預設的應力集中豁口處形成納米級裂紋， 形成位置精確可控，參照圖5，在進行電子發(fā)射源納米縫隙結構的制作過程中，采用高重復頻率、小能量的激光8在透明基材無電子發(fā)射源圖形一側后向照射透明基材1和電子發(fā)射材料4之間的激光光致膨脹聚合物材料2，激光光致膨脹聚合物材料2吸收激光光子能量后產生激光光致膨脹的聚合物9，封閉空間內聚合物的膨脹給封閉邊界帶來壓應力，由于透明基材1的強度很大，因此壓應力只能通過薄膜一側釋放，隨著激光脈沖的持續(xù)照射，當所受的應力超過其破壞極限時，電子薄膜材料4將在應力集中的豁口位置形成納米級縫隙結構。在進行納米縫結構的制造中，陣列化納米縫結構的制造采用激光陣鏡掃描的方式對納米縫進行逐一制造，陣列化納米縫電子發(fā)射的均勻性是決定顯示質量的重要因素，目前已有的方案均是通過控制納米縫尺度或形狀特征來間接賦予發(fā)射源陣列中每個發(fā)射體以確定的隧道電流特性或發(fā)射電流特性，由于納米裂縫的尺度和形狀難以在加工過程中實時精確觀測或修正，加工完成后納米縫尺度和形狀的分散性將影響電子發(fā)射的均勻性，為解決此問題，本發(fā)明在SED納米縫陣列的陣鏡掃描制造時，為保證像素發(fā)光的均勻性，采用原位控制隧道電流的方法保證納米縫發(fā)射源陣列發(fā)射特性的一致性，具體包括以下步驟(1)利用已印制的SED行掃描線和列掃描線以尋址的方式建立針對任意像素的電子發(fā)射源隧道電流監(jiān)測系統(tǒng)，本發(fā)明通過已印制的行掃描總線和列掃描總線的尋址方式實現(xiàn)，因此該方法并不需要增加額外的輔助電路和制造工藝；(2)設定電子發(fā)射源隧道電流的目標值；(3)在任一納米縫成形過程中，實時監(jiān)測隧道電流的變化，當發(fā)射源的隧道電流到達設定的目標值時，控制系統(tǒng)立即切斷激光脈沖，終止縫隙生長；(4)通過高速激光掃描振鏡的偏轉，激光束移動到陣列中下一個電子發(fā)射源位置進行加工，并按照步驟(3)的過程進行納米裂縫成形；(5)按照步驟(3)、(4)完成全部陣列的納米裂縫成形，不管實際的納米縫隙尺寸和形狀或位置如何，陣列中每個發(fā)射源的隧道電流特性(I-V特性)是一致的，從而保證大面積顯示的色彩均勻度。
權利要求
1.一種SED顯示器電子發(fā)射源納米縫陣列的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，進行包含激光光致膨脹聚合物材料層的SED電子發(fā)射源圖形結構制造在透明基材和具有應力集中豁口的電子發(fā)射材料薄膜之間引入一層激光光致膨脹聚合物材料， 形成“透明基材-激光光致膨脹聚合物材料-電子發(fā)射材料”的三明治結構，激光光致膨脹聚合物材料采用PMMA、PS或PI，在激光光束照射下能夠具有體積膨脹特性，電子發(fā)射源圖形結構中激光光致膨脹聚合物材料的引入方式分為局部引入方式和整體引入方式，局部引入方式在透明基材表面制備出電子發(fā)射源所需的引線電極、列掃描線、絕緣層和行掃描線，然后在引線電極的縫隙內制備激光光致膨脹聚合物材料，制備完成后在激光光致膨脹聚合物材料和引線電極表面覆蓋電子發(fā)射材料，進而在引線電極間隙內形成“透明基材-激光光致膨脹聚合物材料-電子發(fā)射材料”的三明治結構，整體引入方式在透明基材表面均勻制備一層激光光致膨脹聚合物材料，然后在激光光致膨脹聚合物材料表面制備電子發(fā)射源所需的引線電極、列掃描線、絕緣層和行掃描線， 并在引線電極表面制備電子發(fā)射材料，此時在引線電極間隙內形成“透明基材-激光光致膨脹聚合物材料-電子發(fā)射材料”的三明治結構；第二步，進行納米縫結構的制造采用激光在透明基材無電子發(fā)射源圖形結構一側照射引線電極的縫隙內的激光光致膨脹聚合物材料，使之產生體積膨脹，激光能量密度在激光光致膨脹聚合物材料的燒蝕閾值和膨脹閾值之間選擇，體積膨脹的激光光致膨脹聚合物材料為電子發(fā)射材料薄膜破裂提供所需的應力來源，當電子發(fā)射材料薄膜承受拉應力達到材料的斷裂極限時，將在電子發(fā)射材料薄膜預設的應力集中豁口處形成納米級裂紋，形成位置精確可控。
2.根據權利要求1所述的一種SED顯示器電子發(fā)射源納米縫陣列的制備方法，其特征在于，在進行納米縫結構的制造中，陣列化納米縫結構的制造采用激光陣鏡掃描的方式對納米縫進行逐一制造，為保證像素發(fā)光的均勻性，采用原位控制隧道電流的方法保證納米縫發(fā)射源陣列發(fā)射特性的一致性，具體包括以下步驟(1)利用已印制的SED電子發(fā)射源圖形結構的行掃描線和列掃描線以尋址的方式建立針對陣列結構中任意像素的電子發(fā)射源隧道電流監(jiān)測系統(tǒng)；(2)設定電子發(fā)射源隧道電流的目標值；(3)在任一納米縫成形過程中，實時監(jiān)測隧道電流的變化，當發(fā)射源的隧道電流到達設定的目標值時，控制系統(tǒng)立即切斷激光脈沖，終止縫隙生長；(4)通過高速激光掃描振鏡的偏轉，激光束移動到陣列中下一個電子發(fā)射源位置進行加工，并按照步驟(3)的過程進行納米裂縫成形；(5)按照步驟(3)、(4)完成全部陣列的納米裂縫成形，不管實際的納米縫隙尺寸和形狀或位置如何，陣列中每個發(fā)射源的隧道電流特性(I-V特性)是一致的，從而保證大面積顯示的色彩均勻度。
全文摘要
一種SED顯示器電子發(fā)射源納米縫陣列的制備方法，在透明基材和具有應力集中豁口的電子發(fā)射材料薄膜之間引入一層激光光致膨脹聚合物材料，形成“透明基材-激光光致膨脹聚合物材料-電子發(fā)射材料”的三明治結構，采用激光在透明基材無電子發(fā)射源圖形結構一側照射引線電極的縫隙內的激光光致膨脹聚合物材料，使之產生體積膨脹，從而使其表面的電子發(fā)射薄膜材料內部產生拉應力，當拉應力達到薄膜材料的斷裂極限時，電子發(fā)射薄膜材料斷裂，形成納米級裂紋結構，本發(fā)明引入激光光致膨脹材料解決了電子發(fā)射薄膜斷裂所需的應變來源問題，裂縫位置精確可控；同時采用原位控制隧道電流的方法進行陣鏡掃描，保證了陣列化納米裂縫電子發(fā)射特性的均勻性。
文檔編號H01J9/02GK102262991SQ20111019151
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權日2011年7月11日
發(fā)明者丁玉成, 劉紅忠, 李欣, 李祥明, 繆林林, 邵金友 申請人:西安交通大學