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热门搜索排行榜溶胶-凝胶法制备CZTS太阳能电池吸收层薄膜
【摘要】：Cu2ZnSnS4(CZTS)具有与CIGS相似的结构,其直接带隙宽度为1.45~1.6eV,吸收系数则高于104cm-1,构成元素丰富且无毒,因此其作为一种P型半导体材料,被认为是最有希望替代CIGS的材料之一。以去离子水和无水乙醇作为溶剂,采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在玻璃基底上制得了CZTS薄膜,利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电镜和紫外可见光谱对样品进行了表征,并讨论了烘焙温度对薄膜结构和形貌的影响。结果表明当热处理温度达到200℃时得到了黑色的CZTS薄膜,其禁带宽度为1.45eV,经过EDS分析制得的薄膜的元素比Cu∶Zn∶Sn∶S接近2∶1∶1∶4,这与CZTS的理论值是一致的,但是薄膜中存在少量的氯元素,同时适当降低前期的烘焙温度可以提高薄膜的致密性。
【作者单位】：
宁波大学信息科学与工程学院;
【关键词】：
【基金】：浙江省自然科学基金(LY12F04001)
【分类号】：TB383.2;TM914.4【正文快照】：
0引言太阳能电池(SC)一直是人们不断探索的领域,虽然目前产业化占主导地位的仍是单晶硅SC,部分为碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CuIn1-xGaxSe2,CIGS)等薄膜SC,但是单晶硅SC成本太高、硅原材料持续紧张的背景,使得薄膜SC已成为国际光伏市场发展的趋势和热点[1]。其中,CIGS-SC因稳定性
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本站网络实名：新能源交易网 ICP备号-2 |一种薄膜场发射显示器件及其场发射阴极的制备方法
专利名称一种薄膜场发射显示器件及其场发射阴极的制备方法
技术领域本发明属于真空电子发射型平板显示技术领域，特别涉及一种薄膜场发射平板显示器件技术背景场发射平板显示器件包括金刚石薄膜场发射显示器件、碳纳米管场发射显示器件、表面传导型阴极场发射显示器件、各种金属-绝缘层-半导体层-金属(MISM)场发射显示器件等。其中与本发明较为接近的是一种表面传导发射平板显示器件，其结构包括由阴极玻璃基板、阳极玻璃基板、封接和支撑结构构成。其中阴极玻璃基板包括行、列驱动电极和表面传导发射阴极，阳极玻璃基板包括荧光粉、黑底和铝膜阳极。其中的阴极玻璃基板结构如图2所示，包括玻璃基板、列驱动电极、行驱动电极、电子注入电极、电子引出电极、表面传导层和行、列驱动电极交叉点处的介质隔离层。注入电极和引出电极之间的间隙为10微米左右。表面传导层由10纳米左右的氧化钯粒子薄膜组成，通过脉冲电击和激活过程在该薄膜中间形成一个10纳米左右的缝隙。
表面传导发射阴极的工作原理如下当引出电极加正电压时，电子从注入电极流入到表面传导层中。由于注入电极和引出电极之间存在1伏特/微米左右的电场，因此电子能在表面传导层中得到能量。由于表面传导层中存在一个10纳米左右的缝隙，因此部分电子能够从该处发射到真空中，并在阳极电压的作用下得到加速，高能量电子轰击阳极，激发荧光粉发光。
表面传导发射阴极的核心是薄膜电子传导发射层的结构和制备。制作方法中、采用喷墨、树脂交换和烧结形成非连续薄膜。这层非连续膜还要经过形成过程，即经过在电极之间施加电脉冲，产生数十纳米的缝隙。这样得到的薄膜还要经过所谓的激活过程，即在碳氢化合物气氛中，在电极之间施加电压，电流通过薄膜时产生的热量导致碳氢化合物分解，分解出的碳使得缝隙变小到10纳米以下，从而产生传导和发射电流。
上述结构的场发射阴极，可以产生较大的发射电流，满足场发射显示的要求。发射的稳定性和均匀性也很好。但存在的问题是，在这种结构阴极制作过程中的激活过程，需要极大的电流和非常长的处理时间，成为量产中的最大瓶颈。
这种结构阴极存在的另一个问题是发射率小，当前最好水平是3％。发射率定义为发射电流与薄膜中传导电流之比。在场发射平板显示器件中，阴极是分行驱动的，对于选中行，所有的列电流都汇入到该行，从而导致行电流很大。对于60英寸的高清晰度显示器，当峰值亮度达到1000cd/m2时，发射电流高达60毫安。3％的发射率意味着行电流将高达2安培，这样高的驱动电流是当前驱动电路难以提供的，即使有这样的电路，其成本也是很高的。驱动电路的高成本将导致整个显示器的高成本，使之无法与当前流行的液晶显示器和等离子体显示器进行竞争。
本发明针对现有技术中表面传导场发射显示器的不足和缺点，提供一种新型薄膜场发射显示器件。使其不仅具有显示器结构简单、材料普通、加工工艺简单，最突出的特点是使该器件不需要特殊的激活处理，克服量产中的瓶颈。该器件具有比已有技术更高的场发射阴极的发射率，发射率的提高使得行驱动电流大大降低，使得该器件可以用于大屏幕、高清晰、高亮度显示。
本发明的另一目的是提供上述显示器中场发射阴极的制备方法。
本发明的技术方案如下一种薄膜场发射显示器件，包括阴极玻璃基板、阳极玻璃基板、封接结构和支撑结构，所述的阴极玻璃基板上包括行驱动电极、列驱动电极以及紧靠每个行列驱动电极交叉点处的场发射阴极，所述的阳极玻璃基板上包括三基色荧光粉、黑底矩阵和铝膜阳极，其特征在于所述的场发射阴极由分别连接到行驱动电极和列驱动电极的导体薄膜电极以及两导体薄膜电极之间的薄膜电子传导发射层构成，所述的薄膜电子传导发射层由双层薄膜构成，该电子传导发射层呈绒面化岛状结构，并位于两导体薄膜电极的下面或上面。
所述的双层薄膜电子传导发射层，其下面一层是金属薄膜经过氧化形成的金属氧化物薄膜，上面一层是导电薄膜。所述的双层薄膜的电子传导发射层的下面一层金属氧化物薄膜为锌、镉、镁、铝、镓、铟、锡、铅、锑、铋或这些金属的合金氧化物；所述的上面导电薄膜为碳、硅、铬、钨、钼、铼、铌、钽、钛、锆、铪、钪、钇、金、银、钌、铑、钯、锇、铂、铱、铁、钴、镍、稀土金属、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化钯、氮化碳、氮化锆、氮化铪、氮化钛、氮化钽、碳化钽、碳化锆、碳化铪、碳化钛、碳化钽、碳化钨、碳化硅、稀土金属氮化物、稀土金属碳化物或稀土金属硼化物。
所述的双层薄膜电子传导发射层，其下面一层为复合绝缘薄膜，上面一层为复合导电薄膜。所述的复合绝缘薄膜中至少有一层是金属薄膜经过氧化形成的金属氧化物薄膜，该金属氧化物薄膜为镁、铝、锑、铋或这些金属的合金的氧化物；所述的复合导电薄膜为碳、硅、铬、钨、钼、铼、铌、钽、钛、锆、铪、钪、钇、金、银、钌、铑、钯、锇、铂、铱、铁、钴、镍、稀土金属、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化钯、氮化碳、氮化锆、氮化铪、氮化钛、氮化钽、碳化钽、碳化锆、碳化铪、碳化钛、碳化钽、碳化钨、碳化硅、稀土金属碳化物、稀土金属氮化物或稀土金属硼化物组成的复合薄膜。
本发明的另一技术特征在于所述的场发射阴极中的导体薄膜电极采用叉指电极结构，所述的电子传导发射层设置在叉指电极之间的所有缝隙上；或所述的电子传导发射层相间设置在叉指电极之间的缝隙上。
本发明的技术特征还在于所述的支撑结构采用陶瓷或玻璃支撑墙结构，支撑墙固定在行驱动电极上。
本发明还提供了一种薄膜场发射显示器件中双层薄膜场发射阴极的制备方法，其特征在于该方法按如下步骤进行1)先沉积金属薄膜，沉积过程中控制衬底温，使之形成绒面化岛状结构；薄膜材料为锌、镉、镁、铝、镓、铟、锡、铅、锑、铋或这些金属的合金；2)通过氧化过程得到金属氧化物薄膜，保持绒面化岛状结构；3)在上述金属氧化物薄膜上面通过常规沉积方法沉积单层导电薄膜，继续保持绒面化岛状结构；其导电薄膜材料为碳、硅、铬、钨、钼、铼、铌、钽、钛、锆、铪、钪、钇、金、银、钌、铑、钯、锇、铂、铱、铁、钴、镍、稀土金属、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化钯、氮化碳、氮化锆、氮化铪、氮化钛、氮化钽、碳化钽、碳化锆、碳化铪、碳化钛、碳化钽、碳化钨、碳化硅、稀土金属碳化物、稀土金属氮化物或稀土金属硼化物。
4)使得到的薄膜场发射阴极处于真空中，在电极之间施加电压，使电极之间的导电通道被烧断，形成具有电子发射能力的薄膜电子传导发射层。
本发明提供的另一种薄膜场发射显示器件中双层薄膜场发射阴极的制备方法，其特征在于该方法按如下步骤进行1)先沉积单层或多层金属薄膜，沉积过程中控制衬底温度，使之形成绒面化岛状结构；薄膜材料为镁、铝、锑、铋或这些金属的合金；2)通过氧化过程得到绝缘金属氧化物薄膜，保持绒面化岛状结构；3)在经过步骤1)～2)形成的金属氧化物薄膜上面，用常规薄膜制备方法沉积一层或多层绝缘层薄膜，经过上述步骤得到复合绝缘层；4)在上述绝缘薄膜上面通过常规沉积方法沉积复合导电薄膜，继续保持绒面化岛状结构；所述的导电薄膜材料为碳、硅、铬、钨、钼、铼、铌、钽、钛、锆、铪、钪、钇、金、银、钌、铑、钯、锇、铂、铱、铁、钴、镍、稀土金属、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化钯、氮化碳、氮化锆、氮化铪、氮化钛、氮化钽、碳化钽、碳化锆、碳化铪、碳化钛、碳化钽、碳化钨、碳化硅、稀土金属碳化物、稀土金属氮化物或稀土金属硼化物。
5)使得到的薄膜场发射阴极处于真空中，在电极之间施加电压，使电极之间的导电通道被烧断，形成具有电子发射能力的薄膜电子传导发射层。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本发明不仅具有发射效率高，发射性能稳定和均匀，器件结构和制备工艺简单，而且材料无需特殊处理，发射阴极也不需特殊的激活处理，直接施加驱动电压就能产生电子发射，大大节省了工艺处理时间，克服了量产中的瓶颈，适合大规模生产。场发射阴极的发射率超过5％，超过已有技术达到的水平，发射率的提高使行驱动电流大大降低，从而使得该器件用于大屏幕、高清晰、高亮度显示成为可能。
图1为本发明薄膜场发射显示器的结构示意图。
图2为已有技术中的表面传导场发射显示器的阴极基板结构示意图。
图3为本发明提供的薄膜场发射显示器中的阴极基板结构示意图。
图4为图3的A-A断面放大图，表示出一个薄膜场发射阴极的具体结构示意图。
图5为本发明提供的薄膜场发射阴的叉指电极的结构示意图。
图6为本发明提供的薄膜场发射阴的另一种叉指电极的结构示意图。
图中10-支撑结构；11-封接结构；12-发射的电子；31-阴极玻璃基板；32-列驱动电极；33-行驱动电极；34-连接到列驱动电极上的导体薄膜电极；35-连接到行驱动电极上的导体薄膜电极；36-薄膜电子传导发射层；37-隔离介质；41-薄膜中的下层金属氧化物薄膜，42-为上层导电薄膜；50-阳极玻璃基板；51、52、53-红、绿、蓝三基色荧光粉点；54-黑底矩阵；55-阳极铝膜。
具体实施例方式
下面对本发明提出的薄膜场发射显示器件及其场发射阴极的制备方法，结合实施例及附图详细说明图1为本发明薄膜场发射显示器的整体结构示意图。该薄膜场发射显示器包括阳极玻璃基板50，阴极玻璃基板31，列驱动电极32，与列驱动电极垂直设置的行驱动电极33，连接到列驱动电极上的导体薄膜电极34，连接到行驱动电极上的导体薄膜电极35，薄膜电子传导发射层36，红、绿、蓝三基色荧光粉点51、52和53，黑底矩阵54，阳极铝膜55，支撑结构10以及封接结构11。所述的支撑结构10采用陶瓷或玻璃支撑墙结构，支撑墙固定在行驱动电极上。
图3为本发明提供的薄膜场发射显示器中的阴极基板结构示意图。阴极基板包括阴极玻璃基板31，列驱动电极32，行驱动电极33以及分别连接到列驱动电极上的导体薄膜电极34和连接到行驱动电极上的导体薄膜电极35；连接到列驱动电极上的导体薄膜电极34和连接到行驱动电极上的导体薄膜电极35间隔大约10微米，中间的隙缝中为薄膜电子传导发射层36。在行和列驱动电极的交叉点处，电极之间由介质隔离层37进行电绝缘。
图4为薄膜场发射阴极的具体结构示意图。设置在两导体薄膜电极之间的薄膜电子传导发射层36由双层薄膜41、42构成，该电子传导发射层呈绒面化岛状结构，并位于两导体薄膜电极的下面或上面。下层41是金属薄膜经过氧化形成的金属氧化物薄膜，上层42为导电薄膜。下面一层金属氧化物薄膜为锌、镉、镁、铝、镓、铟、锡、铅、锑、铋或这些金属的合金氧化物；上面导电薄膜为碳、硅、铬、钨、钼、铼、铌、钽、钛、锆、铪、钪、钇、金、银、钉、铑、钯、锇、铂、铱、铁、钴、镍、稀土金属、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化钯、氮化碳、氮化锆、氮化铪、氮化钛、氮化钽、碳化钽、碳化锆、碳化铪、碳化钛、碳化钽、碳化钨、碳化硅、稀土金属氮化物、稀土金属碳化物或稀土金属硼化物。
或下层41为复合绝缘薄膜，上层42为为复合导电薄膜。所述的复合绝缘薄膜中至少有一层是金属薄膜经过氧化形成的金属氧化物薄膜，该金属氧化物薄膜为镁、铝、锑、铋或这些金属的合金的氧化物；所述的复合导电薄膜为碳、硅、铬、钨、钼、铼、铌、钽、钛、锆、铪、钪、钇、金、银、钌、铑、钯、锇、铂、铱、铁、钴、镍、稀土金属、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化钯、氮化碳、氮化锆、氮化铪、氮化钛、氮化钽、碳化钽、碳化锆、碳化铪、碳化钛、碳化钽、碳化钨、碳化硅、稀土金属碳化物、稀土金属氮化物或稀土金属硼化物组成的复合薄膜。
图5为本发明提供的薄膜场发射阴的叉指电极的结构示意图。连接到列驱动电极上的导体薄膜电极34和连接到行驱动电极上的导体薄膜电极35呈叉指电极结构，所述的薄膜电子传导发射层36设置在叉指电极之间的所有缝隙上。
图6为本发明提供的薄膜场发射阴的另一种叉指电极的结构示意图。连接到列驱动电极上的导体薄膜电极34和连接到行驱动电极上的导体薄膜电极35呈叉指电极结构，所述的薄膜电子传导发射层36相间设置在叉指电极之间的缝隙上。
当电极之间施加电压时，电流可以烧断上层导电薄膜中的部分相互连接点，使得薄膜电阻变大。电子在各个小岛之间传输时，部分通过场发射效应发射到真空中，并在阳极电压的作用下到达阳极，形成发射电流，轰击荧光粉发光。
实施例1先制作阴极基板，用常规的清洗程序清洗阴极玻璃基板31，在玻璃上蒸发一层金属铋，蒸发时衬底温度控制在150度到270度之间，形成绒面化岛状结构的铋膜。然后在空气中实施热氧化，温度为350度，氧化后绒面化岛状结构得以保持。在氧化铋上用电子束蒸发方法沉积一层碳膜，蒸发时衬底不加温，继续保持绒面化岛状结构，得到的方块电阻接近兆欧姆。再用光刻和腐蚀方法刻蚀掉多余的氧化铋和碳膜，只保留与阴极对应位置上的薄膜。氧化铋膜和碳膜构成薄膜电子传导发射层36。用光刻和抬离技术制作图3中所示的导体薄膜电极34和35，电极材料为铱。用丝网印刷和烧结的方法依次制作列驱动电极32，行列驱动电极之间的隔离介质37和行驱动电极33。三者的材料分别是银、低熔点玻璃和银。经过上述过程，阴极基板制作完成。阳极基板的制作过程如下清洗阳极玻璃基板50，先用常规方法制作石墨黑底矩阵54，再印刷三基色荧光粉51、52和54，最后沉积铝膜55。将阴极基板、阳极基板、边框61用低熔点玻璃封接在一起，每个发射阴极点和荧光粉点相对应。支撑墙60与玻璃基板垂直，放置在行驱动电极和阳极玻璃基板之间。上述方法得到的器件经过排气和烘烤后，封离排气台，完成整个工艺过程。将该器件连接到驱动电路系统上，经过电流脉冲处理，烧掉薄膜电子传导发射层中各导电小岛之间的部分导电通道后，产生电子发射，可以显示动态画面。
实施例2先制作阴极基板，用常规的清洗程序清洗阴极玻璃基板31，在玻璃上蒸发一层金属铋，蒸发时衬底温度控制在150度到270度之间，形成绒面化岛状结构。然后在空气中实施热氧化，温度为350度，氧化后绒面化岛状结构得以保持。在氧化铋上先用反应溅射方法沉积一层五氧化二钽，再用电子束蒸发方法沉积一层碳膜，蒸发时衬底不加温，继续保持绒面化岛状结构，得到的方块电阻接近兆欧姆。再用光刻和腐蚀方法刻蚀掉多余的氧化铋、五氧化二钽和碳，只保留与阴极对应位置上的薄膜。氧化铋膜、五氧化二钽膜和碳膜构成薄膜电子传导发射层36。用光刻和抬离技术制作图3中所示的导体薄膜电极34和35，电极材料为铱。用丝网印刷和烧结的方法依次制作列驱动电极32，行列驱动电极之间的隔离介质37和行驱动电极33。三者的材料分别是银、低熔点玻璃和银。经过上述过程，阴极基板制作完成。阳极基板的制作过程如下清洗阳极玻璃基板50，先用常规方法制作石墨黑底矩阵54，再印刷三基色荧光粉51、52和54，最后沉积铝膜55。将阴极基板、阳极基板、边框61用低熔点玻璃封接在一起，每个发射阴极点和荧光粉点相对应。支撑墙60与玻璃基板垂直，放置在行驱动电极和阳极玻璃基板之间。上述方法得到的器件经过排气和烘烤后，封离排气台，完成整个工艺过程。将该器件连接到驱动电路系统上，经过电流脉冲处理，烧掉薄膜电子传导发射层中各导电小岛之间的部分导电通道后，产生电子发射，可以显示动态画面。
实施例3先制作阴极基板，用常规的清洗程序清洗阴极玻璃基板31，在玻璃上蒸发一层金属铋，蒸发时衬底温度控制在150度到270度之间，形成绒面化岛状结构。然后在空气中实施热氧化，温度为350度，氧化后绒面化岛状结构得以保持。在氧化铋上先用反应溅射方法沉积一层五氧化二钽，再用电子束蒸发方法沉积一层钨膜和一层碳膜，蒸发时衬底不加温，继续保持绒面化岛状结构，得到的方块电阻接近兆欧姆。再用光刻和腐蚀方法刻蚀掉多余的氧化铋、五氧化二钽、钨和碳，只保留与阴极对应位置上的薄膜。氧化铋膜、五氧化二钽膜、钨和碳膜构成薄膜电子传导发射层36。用光刻和抬离技术制作图3中所示的导体薄膜电极34和35，电极材料为铱。用丝网印刷和烧结的方法依次制作列驱动电极32，行列驱动电极之间的隔离介质37和行驱动电极33。三者的材料分别是银、低熔点玻璃和银。经过上述过程，阴极基板制作完成。阳极基板的制作过程如下清洗阳极玻璃基板50，先用常规方法制作石墨黑底矩阵54，再印刷三基色荧光粉51、52和54，最后沉积铝膜55。将阴极基板、阳极基板、边框61用低熔点玻璃封接在一起，每个发射阴极点和荧光粉点相对应。支撑墙60与玻璃基板垂直，放置在行驱动电极和阳极玻璃基板之间。上述方法得到的器件经过排气和烘烤后，封离排气台，完成整个工艺过程。将该器件连接到驱动电路系统上，经过电流脉冲处理，烧掉薄膜电子传导发射层中各导电小岛之间的部分导电通道后，产生电子发射，可以显示动态画面。
实施例4先制作阴极基板，用常规的清洗程序清洗阴极玻璃基板31，在玻璃上蒸发一层金属铟，蒸发时衬底温度控制在100度到140度之间，形成绒面化岛状结构。然后在空气中实施热氧化，温度为400度，氧化后绒面化岛状结构得以保持。在氧化铟上先用反应溅射方法沉积一层氮化碳膜，沉积时衬底不加温，继续保持绒面化岛状结构，得到的方块电阻百千欧姆。再用光刻和腐蚀方法刻蚀掉多余的氧化铟和氮化碳膜，只保留与阴极对应位置上的薄膜。氧化铟和氮化碳膜构成薄膜电子传导发射层36。用光刻和抬离技术制作图3中所示的导体薄膜电极34和35，电极材料为铱。用丝网印刷和烧结的方法依次制作列驱动电极32，行列驱动电极之间的隔离介质37和行驱动电极33。三者的材料分别是银、低熔点玻璃和银。经过上述过程，阴极基板制作完成。阳极基板的制作过程如下清洗阳极玻璃基板50，先用常规方法制作石墨黑底矩阵54，再印刷三基色荧光粉51、52和54，最后沉积铝膜55。将阴极基板、阳极基板、边框61用低熔点玻璃封接在一起，每个发射阴极点和荧光粉点相对应。支撑墙60与玻璃基板垂直，放置在行驱动电极和阳极玻璃基板之间。上述方法得到的器件经过排气和烘烤后，封离排气台，完成整个工艺过程。将该器件连接到驱动电路系统上，经过电流脉冲处理，烧掉薄膜电子传导发射层中各导电小岛之间的部分导电通道后，产生电子发射，可以显示动态画面。
实施例5先制作阴极基板，用常规的清洗程序清洗阴极玻璃基板31，在玻璃上蒸发一层金属锑，蒸发时温度控制在250度到400度之间，形成绒面化岛状结构。然后在空气中实施热氧化，温度为400度，氧化后绒面化岛状结构得以保持。在氧化锑上先用反应溅射方法沉积一层碳化锆膜，沉积时衬底不加温，继续保持绒面化岛状结构，得到的方块电阻接近兆欧姆。再用光刻和腐蚀方法刻蚀掉多余的氧化锑和碳化锆膜，只保留与阴极对应位置上的薄膜。氧化锑和碳化锆膜构成薄膜电子传导发射层36。用光刻和抬离技术制作图3中所示的导体薄膜电极34和35，电极材料为铬-银-铬。用丝网印刷和烧结的方法依次制作列驱动电极32，行列驱动电极之间的隔离介质37和行驱动电极33。三者的材料分别是银、低熔点玻璃和银。经过上述过程，阴极基板制作完成。阳极基板的制作过程如下清洗阳极玻璃基板50，先用常规方法制作石墨黑底矩阵54，再印刷三基色荧光粉51、52和54，最后沉积铝膜55。将阴极基板、阳极基板、边框61用低熔点玻璃封接在一起，每个发射阴极点和荧光粉点相对应。支撑墙60与玻璃基板垂直，放置在行驱动电极和阳极玻璃基板之间。上述方法得到的器件经过排气和烘烤后，封离排气台，完成整个工艺过程。将该器件连接到驱动电路系统上，经过电流脉冲处理，烧掉薄膜电子传导发射层中各导电小岛之间的部分导电通道后，产生电子发射，可以显示动态画面。
实施例6先制作阴极基板，用常规的清洗程序清洗阴极玻璃基板31，在玻璃上蒸发一层金属铝，蒸发时温度控制在150度到400度之间，形成绒面化岛状结构。然后实施常规的阳极氧化，氧化后绒面化岛状结构得以保持。在氧化铝上先用电子束蒸发方法沉积一层钯膜，沉积时衬底加温200度，继续保持绒面化岛状结构，得到的方块电阻接近兆欧姆。再用光刻和腐蚀方法刻蚀掉多余的氧化铝和钯膜，只保留与阴极对应位置上的薄膜。氧化铝和钯膜构成薄膜电子传导发射层36。用光刻和抬离技术制作图3中所示的导体薄膜电极34和35，电极材料为铬-银-铬。用丝网印刷和烧结的方法依次制作列驱动电极32，行列驱动电极之间的隔离介质37和行驱动电极33。三者的材料分别是银、低熔点玻璃和银。经过上述过程，阴极基板制作完成。阳极基板的制作过程如下清洗阳极玻璃基板50，先用常规方法制作石墨黑底矩阵54，再印刷三基色荧光粉51、52和54，最后沉积铝膜55。将阴极基板、阳极基板、边框61用低熔点玻璃封接在一起，每个发射阴极点和荧光粉点相对应。支撑墙60与玻璃基板垂直，放置在行驱动电极和阳极玻璃基板之间。上述方法得到的器件经过排气和烘烤后，封离排气台，完成整个工艺过程。将该器件连接到驱动电路系统上，经过电流脉冲处理，烧掉薄膜电子传导发射层中各导电小岛之间的部分导电通道后，产生电子发射，可以显示动态画面。
实施例7先制作阴极基板，用常规的清洗程序清洗阴极玻璃基板31，用丝网印刷和烧结的方法依次制作列驱动电极32，行列驱动电极之间的隔离介质37和行驱动电极33。三者的材料分别是银、低熔点玻璃和银。在上述基板上蒸发一层金属铋，蒸发时衬底温度为200度，得到绒面化岛状结构的铋膜，然后在空气中实施热氧化，温度为350度，绒面化岛状结构得以保持。在氧化铋上用射频溅射方法沉积一层氧化铟锡膜，得到的方块电阻为兆欧姆量级。再用光刻和腐蚀方法刻蚀掉多余的氧化铋和氧化铟锡膜，只保留与阴极对应位置上的薄膜。氧化铋和氧化铟锡构成电子传导发射膜36。用光刻和抬离技术制作图3中所示的金属电极34和35，电极材料为银。经过上述过程，阴极基板制作完成。阳极基板的制作过程如下清洗阴极玻璃基板50，先用常规方法制作石墨黑底矩阵54，再印刷三基色荧光粉51、52和54，最后沉积铝膜55。将阴极基板、阳极基板、边框61用低熔点玻璃封接在一起，每个发射阴极点和荧光粉点相对应。支撑墙60与玻璃基板垂直，放置在行驱动电极和阳极玻璃基板之间。上述方法得到的器件经过排气和烘烤后，封离排气台，完成整个工艺过程。将该器件连接到驱动电路系统上，经过电流脉冲处理，烧掉薄膜电子传导发射层中各导电小岛之间的部分导电通道后，产生电子发射，可以显示动态画面。
实施例8先制作阴极基板，用常规的清洗程序清洗阴极玻璃基板31，用光刻和抬离技术制作图3中所示的金属电极34和35，电极材料为金。用丝网印刷和烧结的方法依次制作列驱动电极32，行列驱动电极之间的隔离介质37，和行驱动电极33。三者的材料分别是银、低熔点玻璃和银。在上述基板上蒸发一层金属锡，蒸发时衬底温度为180度，然后在空气中实施热氧化，温度为400度。在氧化锡上用直流溅射方法沉积一层钯膜，得到的方块电阻为百千欧姆量级。再用光刻和腐蚀方法刻蚀掉多余的氧化锡和钯膜，只保留与阴极对应位置上的薄膜。氧化锡和钯构成薄膜电子传导发射层36。经过上述过程，阴极基板制作完成。阳极基板的制作过程如下清洗阴极玻璃基板50，先用常规方法制作石墨黑底矩阵54，再印刷三基色荧光粉51、52和54，最后沉积铝膜55。将阴极基板、阳极基板、边框61用低熔点玻璃封接在一起，每个发射阴极点和荧光粉点相对应。支撑墙60与玻璃基板垂直，放置在行驱动电极和阳极玻璃基板之间。上述方法得到的器件经过排气和烘烤后，封离排气台，完成整个工艺过程。将该器件连接到驱动电路系统上，经过电流脉冲处理，烧掉薄膜电子传导发射层中各导电小岛之间的部分导电通道后，产生电子发射，可以显示动态画面。
本发明采用行列矩阵电极驱动结构，其中行列驱动电极可以采用金属薄膜电极，也可采用银浆印刷得到的金属厚膜电极，这将依据屏幕大小而决定。小屏幕时，需要的电极电阻可以较大，一般可采用薄膜电极，如铬-铜-铬电极。当屏幕较大时，需要驱动电极电阻较小，厚膜电极更合适。
薄膜场发射阴极中的电极材料，可采用任何化学性质稳定的金属。由于该薄膜电极可以很薄，一般需要十纳米就行，因此可以采用贵金属材料，如金、铂、铱等。这类材料处理过程中不会氧化，工艺可以更简单。电极材料也可采用氧化物半导体，如氧化铟锡、掺铝氧化锌、氧化锌、氧化铟等，这里材料也不存在氧化问题。
薄膜场发射显示器件的阳极玻璃基板上，对于每个像素采用三基色荧光粉平行结构，它们之间是黑底矩阵，荧光粉上覆有阳极铝膜。三基色荧光粉粉点与阴极玻璃基板上的场发射阴极一一对应。
1.一种薄膜场发射显示器件，包括阴极玻璃基板(50)、阳极玻璃基板(31)、封接结构(11)和支撑结构(10)，所述的阴极玻璃基板上包括行驱动电极(33)、列驱动电极(32)以及紧靠每个行列驱动电极交叉点处的场发射阴极，所述的阳极玻璃基板上包括三基色荧光粉(51、52、53)、黑底矩阵(54)和铝膜阳极(55)，其特征在于所述的场发射阴极由分别连接到行驱动电极和列驱动电极的导体薄膜电极(34、35)以及两导体薄膜电极之间的薄膜电子传导发射层(36)构成，所述的薄膜电子传导发射层由双层薄膜构成，该电子传导发射层呈绒面化岛状结构，并位于两导体薄膜电极的下面或上面。
2.根据权利要求1所述的薄膜场发射显示器件，其特征在于所述的双层薄膜电子传导发射层，其下面一层是金属薄膜经过氧化形成的金属氧化物薄膜，上面一层是导电薄膜。
3.根据权利要求2所述的薄膜场发射显示器件，其特征在于所述的双层薄膜的电子传导发射层的下面一层金属氧化物薄膜为锌、镉、镁、铝、镓、铟、锡、铅、锑、铋或这些金属的合金氧化物；所述的上面导电薄膜为碳、硅、铬、钨、钼、铼、铌、钽、钛、锆、铪、钪、钇、金、银、钌、铑、钯、锇、铂、铱、铁、钴、镍、稀土金属、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化钯、氮化碳、氮化锆、氮化铪、氮化钛、氮化钽、碳化钽、碳化锆、碳化铪、碳化钛、碳化钽、碳化钨、碳化硅、稀土金属氮化物、稀土金属碳化物或稀土金属硼化物。
4.根据权利要求1所述薄膜场发射显示器件，其特征在于所述的双层薄膜电子传导发射层，其下面一层为复合绝缘薄膜，上面一层为复合导电薄膜。
5.根据权利要求4所述薄膜场发射显示器件，其特征在于所述的复合绝缘薄膜中至少有一层是金属薄膜经过氧化形成的金属氧化物薄膜，该金属氧化物薄膜为镁、铝、锑、铋或这些金属的合金的氧化物；所述的复合导电薄膜为碳、硅、铬、钨、钼、铼、铌、钽、钛、锆、铪、钪、钇、金、银、钌、铑、钯、锇、铂、铱、铁、钴、镍、稀土金属、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化钯、氮化碳、氮化锆、氮化铪、氮化钛、氮化钽、碳化钽、碳化锆、碳化铪、碳化钛、碳化钽、碳化钨、碳化硅、稀土金属碳化物、稀土金属氮化物或稀土金属硼化物组成的复合薄膜。
6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的薄膜场发射显示器件，其特征在于所述的场发射阴极中的导体薄膜电极(34、35)采用叉指电极结构，所述的电子传导发射层(36)设置在叉指电极之间的所有缝隙上。
7.根据权利要求1～5任一权利要求所述的薄膜场发射显示器件，其特征在于所述的场发射阴极中的导体薄膜电极(34、35)采用叉指电极结构，所述的电子传导发射层(36)相间设置在叉指电极之间的缝隙上。
8.根据权利要求1所述的薄膜场发射显示器件，其特征在于所述的支撑结构(10)采用陶瓷或玻璃支撑墙结构，支撑墙固定在行驱动电极上。
9.一种薄膜场发射显示器件中双层薄膜场发射阴极的制备方法，其特征在于该方法按如下步骤进行1)先沉积金属薄膜，沉积过程中控制衬底温度，使之形成绒面化岛状结构；薄膜材料为锌、镉、镁、铝、镓、铟、锡、铅、锑、铋或这些金属的合金；2)通过氧化过程得到金属氧化物薄膜，保持绒面化岛状结构；3)在上述金属氧化物薄膜上面通过常规沉积方法沉积导电薄膜，继续保持绒面化岛状结构；其导电薄膜材料为碳、硅、铬、钨、钼、铼、铌、钽、钛、锆、铪、钪、钇、金、银、钌、铑、钯、锇、铂、铱、铁、钴、镍、稀土金属、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化钯、氮化碳、氮化锆、氮化铪、氮化钛、氮化钽、碳化钽、碳化锆、碳化铪、碳化钛、碳化钽、碳化钨、碳化硅、稀土金属碳化物、稀土金属氮化物或稀土金属硼化物。4)使得到的薄膜场发射阴极处于真空中，在电极之间施加电压，使电极之间的导电通道被烧断，形成具有电子发射能力的薄膜电子传导发射层。
10.一种薄膜场发射显示器件中双层薄膜场发射阴极的制备方法，其特征在于该方法按如下步骤进行1)先沉积单层或多层金属薄膜，沉积过程中控制衬底温度，使其形成绒面化岛状结构；薄膜材料为镁、铝、锑、铋或这些金属的合金；2)通过氧化过程得到绝缘金属氧化物薄膜，保持绒面化岛状结构；3)在经过步骤1)～2)形成的金属氧化物薄膜上面，用常规薄膜制备方法沉积一层或多层绝缘层薄膜，经过上述步骤得到复合绝缘层；4)在上述绝缘薄膜上面通过常规沉积方法沉积复合导电薄膜，继续保持绒面化岛状结构；所述的导电薄膜材料为碳、硅、铬、钨、钼、铼、铌、钽、钛、锆、铪、钪、钇、金、银、钌、铑、钯、锇、铂、铱、铁、钴、镍、稀土金属、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化铟锡、氧化钯、氮化碳、氮化锆、氮化铪、氮化钛、氮化钽、碳化钽、碳化锆、碳化铪、碳化钛、碳化钽、碳化钨、碳化硅、稀土金属碳化物、稀土金属氮化物或稀土金属硼化物。5)使得到的薄膜场发射阴极处于真空中，在电极之间施加电压，使电极之间的导电通道被烧断，形成具有电子发射能力的薄膜电子传导发射层。
一种薄膜场发射显示器件及其场发射阴极的制备方法，涉及一种薄膜场发射平板显示器件。本发明的技术特征是薄膜场发射显示器件中的场发射阴极由分别连接到行驱动电极和列驱动电极的导体薄膜电极以及导体薄膜电极之间的薄膜电子传导发射层构成，该电子传导发射层呈双层绒面化岛状结构。本发明不仅器件结构简单，发射效率高，而且制备工艺简单，材料无需特殊处理，发射阴极也不需特殊的激活处理，直接施加驱动电压就能产生电子发射，大大节省了工艺处理时间，适合大规模生产。
文档编号H01J29/04GK
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者李德杰 申请人:清华大学