多孔硅場發射發光二極管及其制作技術的制作方法

專利名稱：多孔硅場發射發光二極管及其制作技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及場發射顯示技術領域，特別是一種多孔硅場發射發光二極管及 其制作技術。
背景技術：
多孔硅(porous silicon簡稱PS)是孔徑為納米數量級的、海綿狀的多孔材料，表面 具有微尖錐，具有電致發光、光致發光特性。因此，自1956年Uhlir首'汝釆用陽極氧化方法 制備得到多孔硅以來，越來越多的科研工作者重視該項研究，特別是近10多年來，它在微電 子學和光電子學領域的應用前景，引起了廣泛關注，成為當前研究的熱點。
目前市售發光二極管(light emission diode)簡稱為LED。由鎵(Ga)與砷(AS)、磷 (P)的化合物，利用PN結中的電子與空穴復合時能輻射出可見光的原理制成。例如磷砷化 鎵、磷化鋁鎵銦(AlGalnP)二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光，氮化 鎵(GaN)發藍、綠光(日本發明，價格很高)。市售二極管只有紅、黃、藍少數色彩，其它是 它們的混合色，其色彩不理想。
場發射發光二極管與市售發光二極管的原理不同，但是與以碳納米管為材料的發光二極 管的研發原理相同。它是利用納米硅的微尖錐在一定的場強下能夠幅射出電子，電子打在涂 有熒光粉的導電玻璃上(陽極)發光。
在顯示器領域，常規的陰極射線管顯示器(CRT)將漸漸被平板顯示器(FPD)所取代。平 板顯示器主要可分為液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器(PDP)、有機發光二極管(0LED)、 場發射顯示器(FED)。
液晶顯示器(LCD)現在的社會擁有量雖然占據第二位，已經占據平板顯示器份額的80%以 上，其產品范圍已經復蓋整個應用領域，是平板顯示器的主流產品。它的優點是體積薄、重 量輕。但是，由于其核心部件穩定性較差，本身不發光而且視角小，限制了它的使用范圍和 顯示效果，能否最終替代陰極射線管顯示器(CRT),尚未可知。
等離子顯示器(PDP)的優點是響應速度快，接近CRT。缺點是驅動電壓高、耗電量大、 發光效率低、象素節距大。從長遠來看，PDP將是一種過渡技術，因為PDP只適用于大屏幕 和電視接收機，而不適用于電腦等領域。
有機發光二極管(0LED)在大尺寸、低成本上占有優勢，但由于全彩面板壽命較短，約 5000小時，仍局限于單色顯示領域應用，限制了它的發展。
場發射顯示器(FED)與CRT的原理相似，也屬于真空電子束激發發光顯示技術，顯示畫 質優秀，但制作工藝完全不同，FED的關鍵技術是發射陰極的制作。
場發射顯示器(FED)使用的電子槍可達到NXM個，場發射顯示器(FED)具有所需電壓 低、采用冷陰極、重量輕、厚度薄等等優點，它既具有陰極射線管(CRT)顯示技術的色彩鮮艷豐富、顯示無限灰度、適合顯示動畫等優點，也具有平板顯示器重量輕、厚度薄、體積小的 優點，所以場發射顯示器(FED)有顯示器之王之稱，是最終替代陰極射線管(CRT)顯示技術 的、比較理想的顯示器。世界各國都在竟相研制中。
場發射發光二極管陣列可以用于單色或多色廣告顯示，可以是研制場發射 顯示器FED的前期產品，場發射發光二極管陣列的研制將有助于開發新一代的 顯示器。多孔硅是一種納米量級的新材料，表面具有10、101個.pm—2微尖錐，在 一定的條件下，具有發射電子的功能，工作時即使有一部分微尖錐老化而失去 發射電子的功能，還會有另一部分微尖錐繼續發射電子，具有可靠性好、壽命長 等優點，故它適用于制作場發射發光二極管的陰極，加上它是硅材料，更有利 于實現全硅光電子的集成。目前，采用多孔硅制作場發射發光t極管未見報道。

發明內容
本發明的任務是提供一種多孔硅場發射發光二極管及其制作技術。
本發明所采用的技術方案是通過如下方式完成的 一種多孔硅場發射發光二極管，它包 括導電玻璃、熒光粉、多孔硅片，導電玻璃由玻璃基板A和導電層組成，導電層設在玻璃基 板A上；多孔硅片為多孔硅場發射發光二極管的陰極，多孔硅片由硅基底和多孔硅層組成， 多孔硅層設在硅基底正面；多孔硅場發射發光二極管的陽極由熒光粉涂履在導電玻璃的導電 層上而成；多孔硅場發射發光二極管的附有熒光粉的導電玻璃導電層與多孔硅片的多孔硅層 之間的間隙，即多孔硅場發射發光二極管的陰極與陽極之間的間隙，通過隔離子和密封材料 構成一真空度在1X10—5Pa以下的密封空腔。
在多孔硅場發射發光二極管中，多孔硅場發射發光二極管的陰極與陽極之間的間隙距離 為100 200|om。
在多孔硅場發射發光二極管中，多孔硅片固定在玻璃基板B上。
在多孔硅場發射發光二極管的陰、陽兩極間加一定的電場時，陰極就會發射電子，當電 子打到陽極的熒光粉上就會發光；采用綠色熒光粉，就發綠光；采用紅色熒光粉，就發紅光。 本發明一種多孔硅場發射發光二極管的制作技術包括以下步驟 1、多孔硅片的制作
用低電阻率的單晶硅片作為多孔硅片的硅基底，將單晶硅片放在腐蝕槽中進行電化學方 法腐蝕，電極采用鉑(Pt)，腐蝕液采用氫氟酸和無水乙醇組成的混合液，其中，氫氟酸采用 濃度為35% 45%的氫氟酸，腐蝕液中的組分的體積配比為氫氟酸(HF):無水乙醇(C晶0H) =1 : 0.95 1.05;單晶硅片表面生成多孔硅后，使用正離子或負離子對多孔硅消除懸空鍵 處理，處理后可獲得其表面具有103-104個.,—2微尖錐的納米多孔硅層。使用正離子或負離子 消除多孔硅懸空鍵，可采用專利號為02112389.6的陰極還原表面處理技術或專利號為 02112391.8的陽極氧化表面處理技術。
為了提高微尖錐發射電子的能力，微尖錐表面可加少量的金屬、碳納米管、氧化鋅等材料。2、多孔硅場發射發光二極管的制作
(1) 制作陰極
用厚度為2 3mm浮法鈉鈣玻璃(非導電玻璃)，切成02,的小圓塊作陰極基板；多孔硅 片切成小于0.3mm的小圓塊，采用銀漿材料作粘合劑將多孔硅片粘合在陰極基板上，在多孔 硅片上引出銅質導線作為發光二極管陰極連接線。
(2) 制作陽極
用厚度為2ram ITO導電玻璃，切成02mm的小圓塊作陽極板，在導電側涂履陰極射線熒 光粉，在導電玻璃的導電側引出銅質引線作為發光二極管陽極連接線。
(3) 制作隔離子
用厚度為670uin的高溫玻璃(熔點大于50(TC)通過切割制作成lmm乂lmmX670um的隔離 子，其作用是保證陰、陽兩極絕緣，并保持陰極表面與陽極熒光粉之間間隔100 200um的距離。
(4)真空封裝
① 將陽極板和陰極板對準(發射陰極與熒光粉對準)，中間均勻放置3顆隔離子，用絕 緣環氧聚脂膠固定陰、陽極板和隔離子，使陰極表面與陽極熒光粉之間間隔100 200um的距 離，制得發光二極管蕊片。
② 把制得發光二極管蕊片放入密封容器中，進行抽氣一一充氮氣——抽氣——充氮氣一 —再抽氣，在lX10—5pa真空下封口，完成真空封裝工序。
本發明與現有技術相比，具有以下特點
1、 制造容易、所需電壓低、重量輕、厚度薄、體積小。
2、 有利于與控制電路集成在一起,有利于實現器件的微型化。
3、 它使用的多孔硅是一種納米量級的新材料，表面具有103-104個.，—2微尖錐，用它做場 發射發光二極管的陰極，工作時即使有一部分微尖錐老化而失去發射電子的功能,還會有另 一部分微尖錐繼續發射電子,具有可靠性好、壽命長等優點。
4、 采用場發射制作技術，它既具有陰極射線管(CRT)顯示技術的色彩鮮艷豐富、顯示無 限灰度、適合顯示動畫等特點，也具有平板顯示器重量輕、厚度薄、體積小的優點。
5、 其產品可以用作廣告顯示，也是研究場發射顯示器的前期產品。


圖1為多孔硅場發射發光二極管的結構示意圖。
具體實施例方式
下面對照附圖，通過實施例對本發明作進一步說明。 實施例1
參照附圖l， 一種多孔硅場發射發光二極管，它包括導電玻璃、熒光粉5、多孔硅片，導 電玻璃由玻璃基板A l和導電層2組成，導電層2設在玻璃基板A l上；多孔硅片為多孔硅場發射發光二極管的陰極，多孔硅片由硅基底4和多孔硅層6組成，多孔硅層6設在硅基底
4正面；多孔硅場發射發光二極管的陽極由熒光粉5涂履在導電玻璃的導電層2上而成；多
孔硅場發射發光二極管的附有熒光粉5的導電玻璃導電層2與多孔硅片的多孔硅層6之間的 間隙，即多孔硅場發射發光二極管的陰極與陽極之間的間隙，通過隔離子3和密封材料構成 一真空度在1X10—5pa以下的密封空腔8;多孔硅場發射發光二極管的陰極與陽極之間的間隙 距離為100 200nm。在多孔硅場發射發光二極管中，多孔硅片的硅基底4固定在玻璃基板B 7 上。
多孔硅場發射發光二極管的制作技術包括以下步驟-
1、 多孔硅材料的制作
用電阻率為0.01 0.03Qcm，P型，晶面(100)的單晶硅片，放在腐逸槽中進行電化學方 法腐蝕，電極采用鉑(Pt)，腐蝕液采用濃度為40%的氫氟酸和無水乙醇組成的混合液，配 置濃度體積比為HF : C晶OH = 1: 1;單晶硅片表面生成多孔硅后，使用正離子對多孔硅消 除懸空鍵處理，采用專利號為02112389.6的陰極還原表面處理技術，對多孔硅進行了表面處 理，處理后可獲得其表面具有103-104個.^im—2微尖錐的納米多孔硅。
2、 多孔硅場發射發光二極管的制作
(1) 制作陰極
用厚度為2mm浮法鈉鈣玻璃(非導電玻璃)，切成02mm的小圓塊作陰極基板；多孔硅片切 成小于0.3mm的小圓塊，采用銀漿材料作粘合劑將多孔硅片粘合在陰極基板上，在多孔硅片 上引出銅質導線作為發光二極管陰極連接線。
(2) 制作陽極
用厚度為2mm ITO導電玻璃，切成02誦的小圓塊作陽極板，在導電側涂履陰極射線綠 色熒光粉，在導電玻璃的導電側引出銅質引線作為發光二極管陽極連接線。
(3) 制作隔離子
用厚度為670um的高溫玻璃(熔點大于500。C)通過切割制作成l咖XlmmX670um的隔離 子，其作用是保證陰、陽兩極絕緣，并保持陰極表面與陽極熒光粉之間間隔100 200um的距 離。
(4)真空封裝
① 將陽極板和陰極板對準(發射陰極與熒光粉對準)，中間均勻放置3顆隔離子，用絕 緣環氧聚脂膠固定陰、陽極板和隔離子，使陰極表面與陽極熒光粉之間間隔100 200um的距 離，制得發光二極管蕊片。
② 把制得發光二極管蕊片放入密封容器中，進行抽氣——充氮氣——抽氣——充氮氣一 一再抽氣，在1X10—5Pa真空下封口，完成真空封裝工序。
實施例2
參照附圖1， 一種多孔硅場發射發光二極管，該多孔硅場發射發光二極管的結構與實施 例1相同。在多孔硅場發射發光二極管的制作過程中，在多孔硅材料的制作時，腐蝕液釆用濃度為35%的氫氟酸和無水乙醇組成的混合液，配置濃度體積比為HF : C2H;0H =1:0. 95; 其余與實施例1中的多孔硅場發射發光二極管的制作技術相同。
為了提高多孔硅層6上的微尖錐發射電子的能力，多孔硅層6上的微尖錐表面加少量的 金屬材料；在陽極板的導電側涂履陰極射線紅色熒光粉。
實施例3
參照附圖1， 一種多孔硅場發射發光二極管，該多孔硅場發射發光二極管的結構與實施 例1相同。在多孔硅場發射發光二極管的制作過程中，在多孔硅材料的制作時，腐蝕液釆用
濃度為45%的氫氟酸和無水乙醇組成的混合液，配置濃度體積比為HF : C2H50H =1:1. 05， 單晶硅片表面生成多孔硅后，使用負離子對多孔硅消除懸空鍵處理，采用'4利號為02112391. 8 的陽極氧化表面處理技術，對多孔硅進行了表面處理，處理后可獲得其表面具有103-104 個.!^—2微尖錐的納米多孔硅;其余與實施例1中的多孔硅場發射發光二極管的制作技術相同。 為了提高多孔硅層6上的微尖錐發射電子的能力，多孔硅層6上的微尖錐表面加少量的 碳納米管材料；在陽極板的導電側涂履陰極射線藍色熒光粉。
實施例4
參照附圖1， 一種多孔硅場發射發光二極管，該多孔硅場發射發光二極管的結構及制作 技術與實施例l相同，為了提高多孔硅層6上的微尖錐發射電子的能力，多孔硅層6上的微 尖錐表面加少量的氧化鋅材料；在陽極板的導電側涂履陰極射線白色熒光粉。
權利要求
1、一種多孔硅場發射發光二極管，其特征在于該多孔硅場發射發光二極管包括導電玻璃、熒光粉、多孔硅片，導電玻璃由玻璃基板A和導電層組成，導電層設在玻璃基板A上；多孔硅片為多孔硅場發射發光二極管的陰極，多孔硅片由硅基底和多孔硅層組成，多孔硅層設在硅基底正面；多孔硅場發射發光二極管的陽極由熒光粉涂履在導電玻璃的導電層上而成；多孔硅場發射發光二極管的附有熒光粉的導電玻璃導電層與多孔硅片的多孔硅層之間的間隙，即多孔硅場發射發光二極管的陰極與陽極之間的間隙，通過隔離子和密封材料構成一真空度在1×10-5Pa以下的密封空腔。
2、 根據權利要求l所述的多孔硅場發射發光二極管，其特征在于多孔硅場發射發光二極 管的陰極使用納米多孔硅材料。
3、 根據權利要求l所述的多孔硅場發射發光二極管，其特征在于多扎硅場發射發光二極 管的陽極由陰極射線熒光粉涂履在導電玻璃的導電層上而構成。
4、 根據權利要求l、 2、 3所述的多孔硅場發射發光二極管，其特征在于多孔硅場發射發 光二極管由陽極和陰極，通過隔離子和密封材料構成一真空度在lX10—spa以下的發光二極 管。
5、 根據權利要求l所述的多孔硅場發射發光二極管，其特征在于多孔硅場發射發光二極 管的陰極與陽極之間的間隙距離為100 200pm。
6、 根據權利要求1或2所述的多孔硅場發射發光二極管，其特征在于涂履在陽極玻璃正 面的熒光粉漿料的面積尺寸比陰極上的多孔硅片的面積尺寸略大。
7、 一種多孔硅場發射發光二極管的制作技術，其特征在于該多孔硅場發射發光二極管的 制作技術包括以下步驟 ，(1) 多孔硅片的制作用低電阻率的單晶硅片作為多孔硅片的硅基底，將單晶硅片放在腐蝕槽中進行電化學方 法腐蝕，電極采用鉑(Pt)，腐蝕液采用氫氟酸和無水乙醇組成的混合液，其中，氫氟酸采用 濃度為35X 45X的氫氟酸，腐蝕液中的組分的體積配比為氫氟酸(HF):無水乙醇(C晶OH) =1 : 0.95 1.05;單晶硅片表面生成多孔硅后，使用正離子或負離子對多孔硅消除懸空鍵 處理；(2) 多孔硅場發射發光二極管的制作① 制作陰極，用厚度為2 3mm浮法鈉鈣玻璃，切成02mm的小圓塊作陰極基板，多孔硅 片切成小于0.3mm的小圓塊，采用銀漿材料作粘合劑將多孔硅片粘合在陰極基板上，在多孔 硅片上引出銅質導線作為發光二極管陰極連接線；② 制作陽極，用厚度為2mmlT0導電玻璃，切成02,的小圓塊作陽極板，在導電側涂履 陰極射線熒光粉，在導電玻璃的導電側引出銅質引線作為發光二極管陽極連接線；③ 制作隔離子，用厚度為670um的熔點大于500。C的高溫玻璃通過切割制作成l咖Xlmm X670ura的隔離子；④ 真空封裝，將陽極板和陰極板對準(發射陰極與熒光粉對準)，中間均勻放置3顆隔離 子，用絕緣環氧聚脂膠固定陰、陽極板和隔離子，使陰極表面與陽極熒光粉之間間隔100 2001M的距離，制得發光二極管蕊片；把制得發光二極管蕊片放入密封容器中，進行抽氣一一充氮氣——抽氣——充氮氣——再抽氣，在lX10，a真空下封口，完成真空封裝工序。
8、 根據權利要求7所述的多孔硅場發射發光二極管的制作技術，其特征在于使用正離子 消除多孔硅懸空鍵時，采用專利號為02112389. 6的陰極還原表面處理技術。
9、 據權利要求7所述的多孔硅場發射發光二極管的制作技術，其特征在于使用負離子消 除多孔硅懸空鍵時，采用專利號為02112391. 8的陽極氧化表面處理技術。
10、 據權利要求7所述的多孔硅場發射發光二極管的制作技術，其特征在于微尖錐表面 可以加少量的金屬材料。
11、 根據權利要求7所述的多孔硅場發射發光二極管的制作技術，其特征在于微尖錐表 面可以加少量的碳納米管材料。
12、 根據權利要求7所述的多孔硅場發射發光二極管的制作技術，其特征在于微尖錐表 面可以加少量的氧化鋅材料。
全文摘要
本發明涉及場發射顯示技術領域，特別是一種多孔硅場發射發光二極管及其制作技術。本發明的多孔硅場發射發光二極管，包括導電玻璃、熒光粉、多孔硅片，其中，多孔硅片為多孔硅場發射發光二極管的陰極，多孔硅片由硅基底和多孔硅層組成；多孔硅場發射發光二極管的陽極由熒光粉涂履在導電玻璃的導電層上而成；多孔硅場發射發光二極管的附有熒光粉的導電玻璃導電層與多孔硅片的多孔硅層之間的間隙，通過隔離子和密封材料構成一真空度在1×10^-5Pa以下的密封空腔。本發明多孔硅場發射發光二極管的制作步驟1.多孔硅片的制作；2.多孔硅場發射發光二極管的制作，其中(1)制作陰極，(2)制作陽極，(3)制作隔離子，(4)真空封裝。
文檔編號H01J9/00GK101609777SQ20091010088
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月20日 優先權日2009年7月20日
發明者蔣洪奎, 蔡南科, 虞獻文, 強 韋 申請人:浙江師范大學