表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器件制備工藝研究

2012-06-27 劉婷西安交通大學(xué)電子物理與器件教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

　　介紹了表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器件陰極基板和陽極基板的制備方法及其詳細(xì)的真空封接工藝。所封接器件排氣到高真空后,首先對其陰極基板進(jìn)行了電形成工藝處理以形成納米裂縫作為電子發(fā)射源,然后測試了器件的發(fā)光顯示,得到了比較均勻的陣列發(fā)光。最后,針對發(fā)光顯示圖像從三個(gè)方面分別進(jìn)行了分析,為整個(gè)器件性能的改進(jìn)提供了很好的參考價(jià)值。

　　等離子體顯示( PDP) 器和液晶顯示(LCD) 器作為目前的主流顯示器占領(lǐng)了平板顯示領(lǐng)域的主要市場, 表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器( SED) 和有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED) 被認(rèn)為是下一代顯示器的代表, 近年來還有一些技術(shù)及商業(yè)化問題有待解決。SED 是一種基于場致電子發(fā)射原理的平板顯示器, 平面電子發(fā)射源陣列的采用使得其不需要像陰極射線管(CRT)那樣利用復(fù)雜的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行電子偏轉(zhuǎn), 真正實(shí)現(xiàn)平板化和尺寸的大型化。同時(shí), 由于SED 是直接由電子撞擊熒光粉發(fā)光, 因而繼承了CRT 動態(tài)響應(yīng)速度快等高畫質(zhì)的優(yōu)點(diǎn), 是高端演播室顯示器件的首選顯示器。

　　SED 顯示的商業(yè)化主要是日本的佳能公司在進(jìn)行, 對其顯示特點(diǎn)及基本的制造方法已有一些文獻(xiàn)報(bào)道[1- 2] , 相關(guān)的制造工藝佳能進(jìn)行了大量的研發(fā)工作, 但細(xì)節(jié)很少有報(bào)道。在SED 市場化方面, 佳能公司在2010 年8 月宣布由于成本控制的因素, 關(guān)閉了專門進(jìn)行SED 量產(chǎn)的子公司, 但同時(shí)基于SED優(yōu)良的圖像顯示質(zhì)量, 仍將其定位于高端演播室顯示器, 在公司本部繼續(xù)其研發(fā)工作。國內(nèi)對于SED的研究都是主要集中在電子發(fā)射源的材料和制作工藝, 在SED 器件制備方面的研究也很少見到報(bào)道。

　　本文圍繞SED 顯示器件陰極基板和陽極基板的制備以及器件的封接工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在陰極板制備方面, 導(dǎo)電薄膜仍采用磁控濺射法制備[3] ,而對器件電極則采用磁控濺射制備薄膜并絲網(wǎng)印刷厚膜的方法來制備, 以滿足器件封接的需要。對陽極基板采用在ITO 玻璃上絲網(wǎng)印刷熒光粉來制備。陰極和陽極基板制備完成后, 采用低玻粉進(jìn)行陰極和陽極基板的封接, 經(jīng)過真空排氣后進(jìn)行陰極基板的電形成處理, 并觀測器件的陣列發(fā)光情況。

陰極基板和陽極基板的制備

　　SED 主要由陰極基板、陽極基板兩部分組成, 其單元結(jié)構(gòu)如圖1 所示。陽極基板主要用于收集陰極板發(fā)射單元發(fā)射出的電子, 作為實(shí)驗(yàn)研究采用ITO玻璃基板, 通過在其上絲網(wǎng)印刷一層熒光粉并燒結(jié)來制備, 其制作過程簡單, 這里不再細(xì)述。陰極基板上的電子發(fā)射源陣列的制作涉及器件電極和導(dǎo)電薄膜的制備, 其過程較為復(fù)雜, 這里對其制作過程進(jìn)行詳細(xì)說明。

SED 結(jié)構(gòu)圖

圖1 SED 結(jié)構(gòu)圖

　　僅在真空實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中研究表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射特性時(shí), SED 陰極基板的器件電極可采用磁控濺射NiCuNi 三層薄膜[3] , 但是這種電極用于器件封接時(shí)由于高溫?zé)Y(jié)極易氧化, 導(dǎo)致電極本身電阻變得很大, 不僅不利于后續(xù)導(dǎo)電薄膜裂縫電形成工藝的實(shí)施, 而且會導(dǎo)致電子發(fā)射需要較高的器件電壓。為此, 本研究中的器件電極基于Pt 和Ag 材料, 采用薄膜、厚膜相結(jié)合的工藝來制備。首先用磁控濺射和光刻法制作Pt 電極薄膜, 在兩行電極之間存在厚膜工藝難以實(shí)現(xiàn)的10 Lm細(xì)縫, 然后采用絲網(wǎng)印刷在Pt 電極上印刷一層厚膜Ag。Pt 薄膜及Ag 厚膜具體位置如圖2 所示。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn), 絲網(wǎng)印刷前后電極的方塊電阻分別為16169 和01040 8 / t , 可見這種方式制作的電極不僅具有良好的導(dǎo)電性, 節(jié)約了貴金屬Pt 的用量且保證了精細(xì)電極結(jié)構(gòu)的需要。同時(shí), 由于Ag 厚膜覆蓋在Pt 薄膜上, 使得原本在后續(xù)接線及其他工藝中很容易被劃傷的Pt 電極得到保護(hù)。器件電極制備好后, 在電極的10 Lm 細(xì)縫附近進(jìn)行導(dǎo)電薄膜的制備, 這里著重研究器件的封接工藝, 采用發(fā)射較為穩(wěn)定的PdO 作為導(dǎo)電薄膜。

SED 電子發(fā)射單元結(jié)構(gòu)圖