郭太良 (中国福建省福州市闽侯县上街镇大学城学园路2号, Fujian 8, 350108, CN)
ZHANG, Yongai (2# Xueyuan Road, University Town shangjie Town, Minho, Fuzhou Fujian 8, 350108, CN)
张永爱 (中国福建省福州市闽侯县上街镇大学城学园路2号, Fujian 8, 350108, CN)
LIN, Jintang (2# Xueyuan Road, University Townshangjie Town, Minhou count, Fuzhou Fujian 8, 350108, CN)
福州大学 (中国福建省福州市闽侯县上街镇大学城学园路2号, Fujian 8, 350108, CN)
GUO, Tailiang (2# Xueyuan Road, University Town shangjie Town, Minho, Fuzhou Fujian 8, 350108, CN)
郭太良 (中国福建省福州市闽侯县上街镇大学城学园路2号, Fujian 8, 350108, CN)
ZHANG, Yongai (2# Xueyuan Road, University Town shangjie Town, Minho, Fuzhou Fujian 8, 350108, CN)
张永爱 (中国福建省福州市闽侯县上街镇大学城学园路2号, Fujian 8, 350108, CN)
| 权利要求书 1.一种具有边缘增强效应的栅极场发射阴极结构，其特征在于，包括： 一阴极基板， 所述的阴极基板上刻蚀有相互平行间隔的凹槽，以 形成发射阴极； 设于该阴极基板表面的第一条状薄膜电极，该第一条状薄膜电极 部分处于凹槽上； 设于所述第一条状薄膜电极表面的第一条状绝缘介质，所述的第 一条状绝缘介质的宽度比条状第一条状薄膜电极窄； 设于所述第一条状绝缘介质表面的第二条状薄膜电极，所述的第 二条状薄膜电极的宽度比所述的第一条状绝缘介质宽。 2. 根据权利要求 1所述的具有边缘增强效应的栅极场发射阴极结 构， 其特征在于， 进一步包括设于所述第二条状薄膜电极表面的 第二条状绝缘介质及设于第二条状绝缘介质表面的第三条状薄膜 电极。 3. 根据权利要求 1所述的具有边缘增强效应的栅极场发射阴极结 构， 其特征在于： 所述凹槽的横截面是椭圆形或半圆形结构。 4. 根据权利要求 1所述的具有边缘增强效应的栅极场发射阴极结 构， 其特征在于： 所述的条状薄膜电极的厚度为 5(T2000nm， 所 述的条状薄膜电极的宽度为 5〜500um。 5. 根据权利要求 1所述的具有边缘增强效应的栅极场发射阴极结 构， 其特征在于： 所述的条状绝缘介质层的厚度为 0. 5〜10um， 所 述的条状绝缘介质层的宽度为 3〜450um。 6. 一种具有边缘增强效应的栅极场发射阴极结构的制备方法， 包括 提供一阴极基板， 其特征在于： ( 1 ) 在所述的阴极基板上利用镀膜技术形成第一薄膜电极层； (2 ) 采用物理气相沉积法在所述的第一薄膜电极层上依次制作 第一绝缘介质层、 第二薄膜电极层； (3) 依次将所述的第二薄膜电极层、第一绝缘介质层及第一薄膜 电极层刻蚀成第二条状薄膜电极、第一条状绝缘介质、第一 条状薄膜电极， 所述的第一条状绝缘介质的宽度比第一、第 二薄膜电极宽度窄，以裸露出第一条状薄膜电极边缘用于形 成场发射源； (4) 在所述的阴极基板上刻蚀相互平行间隔的凹槽，以形成发射 阴极， 使所述第一条状薄膜电极部分处于凹槽上。 7. 根据权利要求 6所述的具有边缘增强效应的栅极场发射阴极结构 的制备方法， 其特征在于， 在所述步骤（2 )还进一步包括： 采用 物理气相沉积法在所述的第二薄膜电极层上依次制作第二绝缘介 质层及第三薄膜电极层， 所述步骤（3)还包括： 在刻蚀出第一条 状薄膜电极、 第一条状绝缘介质、 第二条状薄膜电极之前先将上 述的第三薄膜电极层及第二绝缘介质层依次刻蚀成第三条状薄膜 电极及第二条状绝缘介质； 所述的第二条状绝缘介质宽度比第二 条状薄膜电极窄。 8. 根据权利要求 6所述的具有边缘增强效应的栅极场发射阴极结构 的制备方法， 其特征在于： 所述步骤（4)刻蚀的凹槽横截面形状 为椭圆形或半圆形。 9. 根据权利要求 6所述的具有边缘增强效应的栅极场发射阴极结构 的制备方法， 其特征在于： 所述的条状薄膜电极的厚度为 5(T2000nm， 所述的条状薄膜电极的宽度为 5〜500um。 10.根据权利要求 6所述的具有边缘增强效应的栅极场发射阴极结构 的制备方法， 其特征在于： 所述的条状绝缘介质层的厚度为 0. 5〜10um， 所述的条状绝缘介质层的宽度为 3〜450um。 |
本发明涉及一种具有边缘增强效应的栅极场发 射阴极结构及其 制备方法， 特别是一种具有边缘增强效应的三极或多栅极 场 发射阴极结构。 背景技术
场致发射显示器（Field Emi s s ion Di sp lay, FED )是一种新型 的平板显示器件， 具有质量轻、 耗电量低、 无视角差等优点， 其发光 原理最接近阴极射线管 （Cathode Ray Tube , CRT ), 是目前广为研究 的一种显示器件。
栅型场致发射显示器是一种具有三极或多极结 构的平板显示器 件， 由阳极板和阴极板对向组装而成， 在阳极板与阴极板之间通过支 撑体阵列来保持阳极板与阴极板之间的距离， 其通过对阳极、 栅极和 阴极分别施加相应的信号，使场发射阴极发射 电子轰击阳极荧光粉发 光，其中栅极起着调控阴极电子发射的作用。 在栅型场发射显示器中， 场发射阴极的发射性能是影响其图像显示质量 的重要因素，而阴极结 构和场发射体层是影响场发射阴极发射性能的 重要因素。
场致发射显示的分类方法很多，按结构可简单 地将无栅极的称为 二极结构场致发射， 有栅极的称为三极结构场致发射。 与二极型结构 相比， 三极结构所需要调制电压较低， 无需在阳极上进行高压调制。 三极结构场致发射显示板中按栅极位置的不同 ，可分为前栅极场致发 射和后栅极场致发射。 然而， 上述栅极结构只能单独实现其优点。
在三极或多极结构的场致发射显示器中， 栅极结构对于阴极的 电子发射起着必要的控制作用。栅极结构的制 作工艺以及栅极衬底材 料的选择都有着十分严格的要求。 其中， 控制栅极结构形式的选择也 是研究人员重点考虑的内容之一， 目前， 大多数平板显示器中都选择 了控制栅极上制作发射材料的结构形式，栅极 结构强有力的控制作用 很明显。 但是所形成的栅极电流比较大， 对于器件材料要求比较高， 在器件的制作过程中容易使得发射材料受到一 定的损伤和污染，这是 其不利之处。 目前， 各制作企业或者研究机构使用的用来制作控制 栅 极的材料各不相同， 同时使用了特殊的制作工艺， 这就带来一系列的 问题， 如: 器件制作成本高； 制作过程复杂； 制作工艺条件要求过于 苛刻， 无法进行大面积制作等等。
因此， 在上述栅极结构基础上， 本发明提出一种新型的场发射阴 极结构， 该结构可以简单的在一个阴极单元上根据需要 ， 实现多种栅 极的调控， 如前栅、 后栅、 双前栅， 双后栅等。 我们提出的这种新型 的场发射阴极结构， 通过将条状电极与介电层的宽度比进行控制， 使 得阴极板上条状电极边缘露出，同时考虑到最 底层条状电极是制作在 玻璃基片上， 要实现边缘结构， 需要对其边缘进行玻璃的刻蚀， 同时 仿真证明通过此制作方式可以获得边缘增强效 应，实现了多种栅极的 调控。 发明内容
本发明的一目的是提供一种具有边缘增强效应 的栅极场发射阴 极结构， 充分利用薄膜电极的边缘增强效应， 以增强场发射栅极调控 作用， 降低场发射阴极开启电场， 提高前栅型场发射阴极的场发射性 能。
为实现上述目的本发明釆用以下技术方案实现 ：一种具有边缘增 强效应的栅极场发射阴极结构， 其特征在于， 包括：
一阴极基板， 所述的阴极基板上刻蚀有相互平行间隔的凹槽 ，以 形成发射阴极；
设于该阴极基板表面的第一条状薄膜电极，该 第一条状薄膜电极 部分处于凹槽上；
设于所述第一条状薄膜电极表面的第一条状绝 缘介质，所述的第 一条状绝缘介质的宽度比条状第一条状薄膜电 极窄；
设于所述第一条状绝缘介质表面的第二条状薄 膜电极， 所述的第 二条状薄膜电极的宽度比所述的第一条状绝缘 介质宽。
本发明的另一目的是实现上述结构所提供的一 种具有边缘增强 效应的栅极场发射阴极结构的制备方法， 其能简化工艺程序， 降低制 造成本。
具体实现方法如下： 包括提供一阴极基板， 其特征在于：
( 1 ) 在所述的阴极基板上利用镀膜技术形成第一薄 膜电极层； ( 2 ) 釆用物理气相沉积法在所述的第一薄膜电极层 上依次制作 第一绝缘介质层、 第二薄膜电极层； ( 3 ) 依次将所述的第一薄膜电极层、第一绝缘介质 层及第二薄膜 电极层刻蚀成第一条状薄膜电极、 第一条状绝缘介质、 第二 条状薄膜电极， 所述的第一条状绝缘介质的宽度比第一、第 二薄膜电极宽度窄，以裸露出第一条状薄膜电 极边缘用于形 成场发射源；
( 4 ) 在所述的阴极基板上刻蚀相互平行间隔的凹槽 ，以形成发射 阴极， 使所述第一条状薄膜电极部分处于四槽上。 本发明利用边缘增强效应， 增强栅极调控作用， 降低场发射阴极 开启电场， 提高器件的阴极场发射性能， 且简化工艺程序， 降低制造 成本。
为了使本发明之上述目的和其他特征、 优点更加清晰， 下文特举 较佳实施例， 并配合附图
作如下详细说明。 附图说明
图 1为本发明具有边缘增强效应的栅极场发射阴 结构示意图，图中 条状栅极电极和绝缘介质层的方向与阴极电极 方向相同。
图 2为与图 1对应的本发明具有边缘增强效应的栅极场发 阴极结构 侧视截面图。
图 3为本发明具有边缘增强效应的栅极场发射阴 结构示意图，图中 条状栅极电极和绝缘介质层的方向与阴极电极 方向相同。
图 4为与图 3对应的本发明具有边缘增强效应的栅极场发 阴极结构 侧视截面图。
图 5为本发明具有边缘增强效应的栅极场发射阴 结构中间刻蚀阶 段侧视截面图。 具体实施方式
如图 1和图 2所示，本发明提供一种具有边缘增强效应的 极场 发射阴极结构， 其特征在于， 包括：
一阴极基板 21 , 所述的阴极基板上刻蚀有相互平行间隔的凹槽 设于该阴极基板表面的第一条状薄膜电极 22 , 该第一条状薄膜 电极部分处于凹槽 25上；
设于所述第一条状薄膜电极 22表面的第一条状绝缘介质 23 , 所 述的第一条状绝缘介质 23的宽度比条状第一条状薄膜电极 22窄； 设于所述第一条状绝缘介质层 23表面的第二条状薄膜电极 24 , 所述的第二条状薄膜电极 24的宽度比所述的第一条状绝缘介质层 23 宽。
所述四槽的横截面是椭圆形或半圆形结构。
这里本发明结构还可以是多极结构， 如图 3和图 4所示， 在上述 结构的第二条状薄膜电极表面设置第二条状绝 缘介质 35以及设置于 第二条状绝缘介质 35表面的第三条状薄膜电极 36。
具体的说， 请继续参照图 1和图 2 , 在制作阴极板时， 首先提供 阴极基板 21 , 该阴极基板 21材质例如为玻璃。 以 10英寸面板工艺 为例， 则以 10英寸的普通浮法玻璃面板作为阴极板的阴极 板。 然 后， 在所述的阴极基板 21上利用镀膜技术形成第一薄膜电极层； 其 厚度为 50—2000謹。 该一薄膜电极层材质包括 Cr、 Cu、 Ag、 Fe、 Al、 Ni、 Au、 Pt、 Ti单层薄膜或者任意组合的多层复合薄膜或者 金薄 膜， 或者具有导电性的 Sn、 Zn、 In的氧化物中一种或两种及其以上 组合的氧化物半导体薄膜， 本实施例首选 Cr/Cu/Ag/Cu/Cr复合金属 薄膜作为薄膜电极层，釆用直流磁控溅射法在 清洗干净的玻璃阴极基 板表面依次溅射沉积 Cr膜、 Cu膜、 Ag膜、 Cu膜、 Cr膜， 形成 Cr/Cu/Ag/Cu/Cr复合金属薄膜。
接着， 釆用物理气相沉积法在所述的第一薄膜电极层 上依次制作 第一绝缘介质层、 第二薄膜电极层； 所述的第一绝缘介质层厚度控制 在 0. 5—10画;
依次将所述的第二薄膜电极层、 第一绝缘介质层及第一薄膜电极 层刻蚀成第二条状薄膜电极 24、 第一条状绝缘介质 23、 第一条状薄 膜电极 22 , 本发明较佳的第一、 第二条状薄膜电极的宽度可以是 5-500 μπι, 所述的第一条状绝缘介质的宽度比第一、 第二条状薄膜电 极宽度窄， 一般为 3-450 μπι, 以裸露出第一条状薄膜电极边缘用于 形成场发射源；
最后， 在所述的阴极基板上刻蚀相互平行间隔的凹槽 25 , 以形成 发射阴极， 使所述第一条状薄膜电极部分处于四槽 25上。
根据本实施例所制作的三极场发射阴极板， 釆用刻蚀玻璃的方 式， 可以在阴极电极边缘形成场发射源， 且制作薄膜电极宽度略比绝 缘介质层宽度宽， 这都有利于利用场发射的边缘增强效应， 增强栅极 对阴极的调控作用， 降低阴极开启场强， 提高场发射阴极的场发射性 能， 而且工艺简单， 成本低。
请参照图 3和图 4， 在制作多极阴极板时， 首先提供阴极基板 31 , 该阴极基板 31材质例如为玻璃。 以 10英寸面板工艺为例， 则以 10 英寸的普通浮法玻璃面板作为阴极板的阴极基 板。 然后， 在所述的阴 极基板 31上利用镀膜技术形成第一薄膜电极层； 其厚度为 100-500 该一薄膜电极层材质包括 Cr Cu Ag Fe Al Ni Au Pt
Ti单层薄膜或者任意组合的多层复合薄膜或 合金薄膜， 或者具有 导电性的 Sn Zn In的氧化物中一种或两种及其以上组合的氧化 半导体薄膜， 本实施例首选 Cr/Cu/Ag/Cu/Cr复合金属薄膜作为薄膜 电极层，釆用直流磁控溅射法在清洗干净的玻 璃阴极基板表面依次溅 射沉积 Cr膜、 Cu膜、 Ag膜、 Cu膜、 Cr膜， 形成 Cr/Cu/Ag/Cu/Cr复 合金属薄膜。
接着， 釆用物理气相沉积法在所述的第一薄膜电极层 上依次制作 第一绝缘介质层、 第二薄膜电极层、 第二绝缘介质层及第三薄膜电极 层； 所述的第一、 第二绝缘介质层厚度控制在 2-10 μπι;
如图 5所示， 图 5是本发明中间刻蚀阶段侧视截面图， 本发明釆 用由上至下依次刻蚀， 具体的说， 依次将所述的第三薄膜电极层、第 二绝缘介质层、 第二薄膜电极层、 第一绝缘介质层 331及第一薄膜电 极层 321刻蚀成第三条状薄膜电极 36、 第二条状绝缘介质 35、 第二 条状薄膜电极 34、 第一条状绝缘介质 33、 第一条状薄膜电极 32 , 本 发明较佳的第一、 第二、 第三条状薄膜电极的宽度可以是 5-500 μπι, 所述的第一条状绝缘介质的宽度比第一、 第二条状薄膜电极宽度窄， 一般为 3-450μπι,以裸露出第一条状薄膜电极边缘用于 形成场发射源； 所述的第二条状绝缘介质的宽度比第二、 第三条状薄膜电极宽度窄， 一般为 3-450μπι,以裸露出第二条状薄膜电极边缘用于 形成场发射源； 最后， 在所述的阴极基板上刻蚀相互平行间隔的凹槽 37 , 以形 成发射阴极， 使所述第一条状薄膜电极部分处于四槽 37上。
另外， 在薄膜金属导电层边缘结构的制作过程中， 对多层薄膜的 阴极结构可以利用不同金属材料在同一刻蚀气 氛下以及同一金属在 不同刻蚀气氛下刻蚀速率不相同的特性， 进行此边缘结构的制作。
根据本实施例所制作的多极场发射阴极板， 釆用刻蚀玻璃的方 式， 可以在阴极电极边缘制作场发射源， 且制作薄膜电极宽度略比绝 缘介质层宽度宽， 这都有利于利用场发射的边缘增强效应， 增强栅极 对阴极的调控作用， 降低阴极开启场强， 提高场发射阴极的场发射性 能， 而且工艺简单， 成本低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例， 凡依本发明申请专利范围