表面传导电子发射显示器件制备工艺研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室 作者:刘婷

  介绍了表面传导电子发射显示器件阴极基板和阳极基板的制备方法及其详细的真空封接工艺。所封接器件排气到高真空后,首先对其阴极基板进行了电形成工艺处理以形成纳米裂缝作为电子发射源,然后测试了器件的发光显示,得到了比较均匀的阵列发光。最后,针对发光显示图像从三个方面分别进行了分析,为整个器件性能的改进提供了很好的参考价值。

  等离子体显示( PDP) 器和液晶显示(LCD) 器作为目前的主流显示器占领了平板显示领域的主要市场, 表面传导电子发射显示器( SED) 和有机发光显示器(OLED) 被认为是下一代显示器的代表, 近年来还有一些技术及商业化问题有待解决。SED 是一种基于场致电子发射原理的平板显示器, 平面电子发射源阵列的采用使得其不需要像阴极射线管(CRT)那样利用复杂的偏转系统进行电子偏转, 真正实现平板化和尺寸的大型化。同时, 由于SED 是直接由电子撞击荧光粉发光, 因而继承了CRT 动态响应速度快等高画质的优点, 是高端演播室显示器件的首选显示器。

  SED 显示的商业化主要是日本的佳能公司在进行, 对其显示特点及基本的制造方法已有一些文献报道[1- 2] , 相关的制造工艺佳能进行了大量的研发工作, 但细节很少有报道。在SED 市场化方面, 佳能公司在2010 年8 月宣布由于成本控制的因素, 关闭了专门进行SED 量产的子公司, 但同时基于SED优良的图像显示质量, 仍将其定位于高端演播室显示器, 在公司本部继续其研发工作。国内对于SED的研究都是主要集中在电子发射源的材料和制作工艺, 在SED 器件制备方面的研究也很少见到报道。

  本文围绕SED 显示器件阴极基板和阳极基板的制备以及器件的封接工艺进行实验研究。在阴极板制备方面, 导电薄膜仍采用磁控溅射法制备[3] ,而对器件电极则采用磁控溅射制备薄膜并丝网印刷厚膜的方法来制备, 以满足器件封接的需要。对阳极基板采用在ITO 玻璃上丝网印刷荧光粉来制备。阴极和阳极基板制备完成后, 采用低玻粉进行阴极和阳极基板的封接, 经过真空排气后进行阴极基板的电形成处理, 并观测器件的阵列发光情况。

阴极基板和阳极基板的制备

  SED 主要由阴极基板、阳极基板两部分组成, 其单元结构如图1 所示。阳极基板主要用于收集阴极板发射单元发射出的电子, 作为实验研究采用ITO玻璃基板, 通过在其上丝网印刷一层荧光粉并烧结来制备, 其制作过程简单, 这里不再细述。阴极基板上的电子发射源阵列的制作涉及器件电极和导电薄膜的制备, 其过程较为复杂, 这里对其制作过程进行详细说明。

SED 结构图

图1 SED 结构图

  仅在真空实验系统中研究表面传导电子发射特性时, SED 阴极基板的器件电极可采用磁控溅射NiCuNi 三层薄膜[3] , 但是这种电极用于器件封接时由于高温烧结极易氧化, 导致电极本身电阻变得很大, 不仅不利于后续导电薄膜裂缝电形成工艺的实施, 而且会导致电子发射需要较高的器件电压。为此, 本研究中的器件电极基于Pt 和Ag 材料, 采用薄膜、厚膜相结合的工艺来制备。首先用磁控溅射和光刻法制作Pt 电极薄膜, 在两行电极之间存在厚膜工艺难以实现的10 Lm细缝, 然后采用丝网印刷在Pt 电极上印刷一层厚膜Ag。Pt 薄膜及Ag 厚膜具体位置如图2 所示。经过研究发现, 丝网印刷前后电极的方块电阻分别为16169 和01040 8 / t , 可见这种方式制作的电极不仅具有良好的导电性, 节约了贵金属Pt 的用量且保证了精细电极结构的需要。同时, 由于Ag 厚膜覆盖在Pt 薄膜上, 使得原本在后续接线及其他工艺中很容易被划伤的Pt 电极得到保护。器件电极制备好后, 在电极的10 Lm 细缝附近进行导电薄膜的制备, 这里着重研究器件的封接工艺, 采用发射较为稳定的PdO 作为导电薄膜。

SED 电子发射单元结构图


图2 SED 电子发射单元结构图

  本文针对SED 器件的制备, 给出了从阴极和阳极基板制作, 到器件封接、排气的详细工艺过程, 经过对阴极基板的电形成工艺处理, 实现SED 器件较为均匀一致的阵列发光。

  实验验证了封接工艺将引起导电薄膜特性的变化, 并观测到阳极基板导电性对阵列发光的影响, 这些为进一步提高SED 器件性能提供了参考。

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