專利名稱：可折疊場致發射顯示器的結構及其制作方法
技術領域：
本發明屬于微電子技術、光電子技術及微加工技術的交叉領域，涉及場致發射平板顯 示器件，具體涉及到一種可折疊的新型場致發射器的制備方法。
背景技術：
當今世界，多媒體和通訊技術迅猛發展，已經進入了高度信息化社會，人類比以往任 何時候更需要顯示設備。隨著社會的發展，需要開發一種具有重量輕、易攜帶、低功耗和低 成本的顯示器。
對于目前市場上主流的顯示器主要有陰極射線管顯示器、液晶顯示器、等離子顯示器 等。場致發射顯示器兼具普通陰極射線管顯示器和液晶等顯示器的優點，具有功耗低、亮度 高、超薄、能夠實現大屏面等特點，因此，被認為是下一代的主流顯示器。然而，到目前為 止，場致發射顯示器的市場化進程仍然停滯徘徊不前，主要原因是場致發射顯示器制備工藝 復雜，大批量生產存在一定困難。
發明內容
本發明的目的提供一種，以184有機硅聚合物柔性材料為利用襯底，利用Si的微加工工 藝及相應的陰極和柵極驅動電路，制備出一種具有高亮度、高發光效率、寬視角、相應速度 快,實現大屏幕現顯示折疊的場致發射顯示器。
本發明的原理是采用一種特殊的184有機硅聚合物柔性材料作為場致發射顯示器陰、陽 極板的襯底及支撐結構。柔性的襯底和支撐結構可保證顯示平面的平整度，維持發射體發光 的均勻性。本發明包括以柔性襯底和高性能的場致發射材料制備帶有微錐結構陰極發射陣 列的方法； 一種特殊的柵極結構及制備方法；陽極制備工藝；驅動電路及器件封裝工藝。
一種可折疊場致發射顯示器的結構及其制作方法，包括場致發射器件的陰極結構、柵極 結構、支撐技術、陽極結構、封裝工藝，其特征在于利用硅的微加工工藝制備一種聚合物柔性材料作為場致發射陰極微錐陣列的襯底，選擇質軟的有機材料作為襯底，因此具有可折 疊性。采用飛秒激光沉積方法在柔性襯底的表面沉積兩層薄膜，第一層是鋁電極(A1)薄膜、 鋁電極為陰極，鋁電極由引線引出，并與驅動電路的列掃描電路相連。第二層是氮化鎵(GaN) 薄膜，氮化鎵材料作為場致發射材料，用以提高場致發射性能，將其涂覆在聚合物微錐的表 面，制備成場致發射陰極陣列，陰極板微錐陣列上的鋁電極薄膜和氮化鎵薄膜是列相連的， 呈條形狀，微錐分別和陽極板上的像素相對應，掩膜板用來制作陰極板，形成倒金字塔狀的 場致發射的陰極母板。
柵極作為控制電極，在支撐墻之間，是行相連的，同樣呈條形狀，與陰極呈垂直結 構，柵極也包括兩層，第一層為銀(Ag)導電層，銀電極由引線引出，并與驅動電路的行掃 描電路相連。第二層為氧化硅(Si02)薄層，選擇不同的掩膜板，可以制備出所需要的柵極結 構。
陽極面板包括兩層，第一層為光刻的錫銦氧化物(ITO)薄膜層，在第一層的錫銦氧化 物薄層上面再涂有熒光粉層。
整個場致發射顯示器在真空環境下封裝，場致發射陣列微錐之間由絕緣的支撐墻隔 離，由于支撐墻的隔離，場致發射器內部被分割成許多的微真空單元，通過在真空環境下進 行封裝，從而能夠保證較高的真空度；詳細結構可參照附圖3。所有的行、列電極由引線引 出并與驅動電路相連，按矩陣選址的方式驅動，驅動結構簡單易行，可以有效的控制任何一 微錐的電子發射。陽極板上涂有三種熒光粉，通過控制與其相對應的微錐的電子發射，可以 實現動態彩色顯示。
由于本發明的場致發射顯示器，采用了柔性材料作為陰極板的襯底，因此場致發射顯 示器具有可折疊性。同時，改變行列電極與微錐尺寸之間的比例，在行列電極的交叉處形成
多個微錐，驅動電路的選址可以控制多個微錐的發射，從而改善場致發射的性能。此外，由 于它的整體結構，包括陰極板、柵極結構、支撐的制造工藝普遍采用了掩膜板，制造工藝被 簡化，成本被降低。
圖1所示為場致發射陰極板制作工藝流程圖 圖2所示為場致發射柵極制作工藝流程圖 圖3為本發明的場致發射顯示器的結構示意圖 圖4為本發明的場致發射顯示器的驅動電路框圖
其中l一二氧化硅涂層，2 —氮化硅涂層，3 —光刻膠涂層，4一有機聚合物，5 —襯 底，6— (陰極)鋁電極，7 —氮化鎵涂層，8 — 二氧化硅薄膜，9一銀電極，(柵極)10 一支撐，11 —銀光粉層，12 —銦錫氧化物(陽極)
具體實施方法
下面將結合附圖對照本發明所做的場致發射顯示器的實施方案作詳細說明。
如圖1所示，根據要加工的場致發射陣列的結構特點選擇所需要的掩膜板。對柔性襯底 材料進行預處理后，用等離子增強化學汽相淀積法(PECVD)在Si片上形成一定厚度薄膜lSi02 及薄膜2SiN，該方法已廣泛應用于半導體器件的保護和鈍化。利用多重旋轉離心法在薄膜表 面涂布3，光刻膠，轉速為5000r/min，預烘溫度為8(TC，涂膠操作間的快速烘焙的溫度約 為60。C,光刻膠為國產BP212紫外正型膠。用紫外曝光機光刻出掩膜圖形，在此基礎上刻蝕 Si02/SiN薄膜;濕法腐蝕Si,形成倒金字塔狀的母板。然后澆灌將聚合物4，均勻澆注到圖 形面向上的硅針上，聚合物用道康寧184 (Sylgard 184)和固化劑按重量比10:1的比例混 和攪拌均勻，然后將聚合物固化；待聚合物固化后，就可將其從母版上剝離下來；清洗，吹 干即可制作出所需的場致發射陰極板。
圖2是本發明的場致發射柵極結構圖。如圖2所示，柵極位于支撐墻上，柵極層包括Ag 電極9與Si02膜層8， Ag電極與Si02膜層呈條形狀，位于行方向，形成控制柵極導電條，柵極導電條與陰極導電條相互垂直，柵極導電條沿行方向通過引線引出，便于按矩陣選址驅 動。特別需要注意的是，要嚴格控制柵極導電條的尺寸,柵極導電條的寬度應該大于微錐發 射電子的出口，從而每一柵極導電條能夠控制該列上的微錐的電子發射，保證導電條沒有斷 路，同時，柵極導電條的寬度又要受到行方向微錐數量的限制，柵極導電條寬度過寬，又會影響 微錐的發射性能。
圖3為本發明的場致發射顯示器的結構示意圖。如圖3所示，是在圖l的基礎上，在陰 極板的微錐表面上用PLD技術在沿列方向沉積出了條形狀的A1電極薄膜6和GaN薄膜7,條形 狀的A1電極即為場致發射陰極，且呈列排列，每一列的A1電極通過引線引出，用以連接驅動 電路。GaN薄膜用以提高微錐的發射性能。陰極板底部的微錐陣列呈矩陣狀排列，多個微錐 形成子矩陣發射結構，這樣，當通過列驅動在陰極導電條上加上掃描信號，而通過行驅動在 柵極導電條上加調制過后的數據信號，便可以控制任意一個微錐的電子發射，改變行列電極 與微錐尺寸之間的比例，在行列電極的交叉處形成多個微錐，可以進一步加強本發明的場致 發射顯示器的性能。陽極板由襯底，IT0電極12，以及熒光粉層11組成，熒光粉層11附著 于IT0電極12上。當微錐電子從陰極發射后，在柵極的控制下，沖擊熒光粉層，使熒光粉發 光。此外，由于支撐墻的隔離，場致發射器內部被分割成許多的微真空單元，通過在真空環 境下進行封裝，該結構能夠很好地維持場致發射器內部的真空環境，保證了場致發射顯示器 的穩定性。
圖4為本發明的場致發射顯示器的驅動電路框圖。如圖4所示，由于FED采用這種行列 交叉的電極排列形式，其驅動電路就可以采用矩陣掃描的方式。對一個電極進行掃描'在另 一個電極上加上選址電壓，使相應的像元發光從而實現動態圖像顯示。整個FED驅動系統分 為接口電路、邏輯控制電路、數據緩存、行驅動和列驅動5大部分。如圖4所示，接口電路 可以按照實際需要而不同，其主要功能是將外部視屏信號轉換成FED能夠識別處理的電信 號，同時還要從外部信號中提取出各種同步信號。邏輯控制電路是整個系統的核心，是整機時序產生的控制單元，通過產生所需的單元控制信號對其他部分進行控制。數據緩存單元主 要是匹配視頻單元信號的輸入速度與后級單元的輸出速度，同時還完成對圖像的截取，當顯 示器的顯示容量發生改變的時候，緩存單元的容量也隨之發生變化。行驅動功能是用來對行 掃描脈沖信號進行譯碼并完成功率增益，該電路單元在完成電壓、電流幅度放大的同時實現 驅動電路與FED顯示屏的參數匹配。列驅動主要將來自數據緩存單元的數據直接調制成脈寬 表示的灰度信號，即脈沖寬度調制方式，并進行功率放大。它輸出的高壓脈沖信號送至FED 顯示屏相應的R、 G、 B所在三基色像元引線電極以驅動FED顯示屏進行圖像顯示。
權利要求
1、一種可折疊場致發射顯示器的結構及其制作方法包括場致發射器件的陰極結構、柵極結構、支撐技術、陽極結構、封裝工藝，其特征在于；a、利用硅的微加工工藝制備一種聚合物柔性材料作為場致發射陰極微錐陣列的襯底，采用飛秒激光沉積方法在柔性襯底的表面沉積兩層薄膜，第一層是鋁電極薄膜、鋁電極為陰極，第二層是氮化鎵薄膜，氮化鎵材料作為場致發射材料，將其涂覆在聚合物微錐的表面，制備成場致發射陰極陣列，陰極板微錐陣列上的鋁電極薄膜和氮化鎵薄膜是列相連的，呈條形狀，微錐分別和陽極板上的像素相對應，掩膜板用來制作陰極板，形成倒金字塔狀的場致發射的陰極母板；b、柵極作為控制電極，在支撐墻之間，是行相連的，同樣呈條形狀，與陰極呈垂直結構，柵極也包括兩層，第一層為銀導電層，第二層為二氧化硅薄層，選擇不同的掩膜板，可以制備出所需要的柵極結構；c、陽極面板上包括兩層，第一層為光刻的錫銦氧化物薄膜層，在第一層錫銦氧化物薄層的上面再涂有熒光粉層；d、整個場致發射顯示器在真空環境下封裝，場致發射陣列微錐之間由絕緣的支撐墻隔離，由于支撐墻的隔離，場致發射器內部被分割成許多的微真空單元，通過在真空環境下進行封裝，從而能夠保證較高的真空度。
2、 根據權利要求l所述的， 一種可折疊場致發射顯示器的結構及其制作方法， 場致發射陰極板的襯底采用聚合物柔性材料，該聚合物通過道康寧184與固化 劑按照重量比10: l配置而成。
3、 根據權利要求l所述的， 一種可折疊場致發射顯示器的結構及其制作方法，場致發射陣列中的每一行通過微錐底部的條形狀鋁電極相連，鋁電極呈列狀排 列，微錐之間由絕緣的支撐墻隔離。
4、 根據權利要求l所述的， 一種可折疊場致發射顯示器的結構及其制作方法， 場致發射陣列鋁電極由引線引出，并與驅動電路的列掃描電路相連。
5、 根據權利要求l所述的， 一種可折疊場致發射顯示器的結構及其制作方法，柵極銀導電條呈行狀排列，柵極與陰極呈垂直結構，銀電極由引線引出，并與 驅動電路的行掃描電路相連。
6、 根據權利要求l所述的， 一種可折疊場致發射顯示器的結構及其制作方法， 通過改變柵極導電條與陰極導電條的尺寸關系， 一個柵極導電條可以控制多個 微錐的電子發射，從而進一步改善場致發射性能。
全文摘要
本發明涉及一種可折疊場致發射顯示器的結構及其制作方法，該方法的場致發射顯示器采用了柔性材料作為陰極板的襯底，利用Si的微加工工藝及相應的陰極和柵極驅動電路，制備出一種具有高亮度、高發光效率、寬視角、相應速度快，實現大屏幕現顯示折疊的場致發射顯示器。同時改變行列電極與微錐尺寸之間的比例，在行列電極的交叉處形成多個微錐，驅動電路的選址可以控制多個微錐的發射，從而改善場致發射的性能。此外，由于它的整體結構，包括陰極板、柵極結構、支撐的制造工藝普遍采用了掩膜板，制造工藝被簡化，因此提高了產量并且降低了成本，本發明不同于以往的場致發射顯示器，它具有發射性能高、可折疊、制作流程簡單易行等特點。
文檔編號H01J31/12GK101609776SQ20091006319
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月17日 優先權日2009年7月17日
發明者姜德生, 磊 李, 童杏林 申請人:武漢理工大學