本发明专利技术提供一种有机无机叠层复合的绝缘膜的结构及其制备方法，用于场发射平板显示器。该方法所述复合绝缘膜由无机绝缘膜和聚酰亚胺膜叠加而成，沿着从场发射阴极基板到阳极的方向复合绝缘膜中无机绝缘膜和聚酰亚胺膜的排列方式为无机绝缘膜、聚酰亚胺膜、无机绝缘膜，或者为聚酰亚胺膜、无机绝缘膜。从场发射阴极到阳极方向上看，场发射阴极基板结构依次为玻璃基板、栅极、复合绝缘膜、场发射阴极，或者是玻璃基板、场发射阴极、复合绝缘膜、栅极。采用这种复合绝缘膜构建前栅或者后栅结构，能够以较廉价的方式获得大面积场发射平板显示器件上面阴极和栅极之间的可靠绝缘。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供一种有机无机叠层复合的绝缘膜的结构及其制备方法，用于场发射平 板显示器。
技术介绍
场发射平板显示器(FED)是一种新型的平板显示技术，兼具CRT和IXD的优点。 FED的原理是在场发射的阴极附近施加强电场，使得场发射阴极能够发射出电子，电子被阳 极电压加速后轰击阳极上面的荧光粉发光。把场发射阴极单元和相应的阳极单元构成平板 式的阵列，就能够通过调控每个场发射阴极单元上的电场强度来控制场发射单元的电子发 射流密度，从而实现阳极单元的亮度控制，并且实现图像和视频的显示。由于场发射阴极和 阳极之间电压至少高达数百伏，因此很难运用常规的显示驱动芯片去调控阴极和阳极之间 的电压差，造成图像显示质量的低下。为了降低FED显示的调控电压，往往需要在场发射阴 极基板上附加栅极形成场发射阴极、栅极和阳极的三极式结构，通过场发射阴极和栅极之 间一个相对较低的电压差(小于150V)，来有效的调控场发射阴极附近的电场强度，大大降 低驱动FED显示的难度和提高图像质量。根据场发射阴极、栅极和阳极之间的相对位置，可 以分为前栅和后栅两种基本结构，前栅结构中栅极位于场发射阴极和阳极之间，后栅结构 中场发射阴极位于栅极和阳极之间。为了实现栅极对场发射阴极的电场调控作用，往往要求栅极和场发射阴极之间具 有合适的距离，可能的距离在lOOnm到100微米之间。距离过大则调控作用不明显，距离过 小则电容效应明显。然而最起码的要求是栅极和场发射阴极直接存在着良好的绝缘。绝缘 膜必须具有良好的物理和化学稳定性，能够承受后续的光刻、刻蚀和场发射纳米材料转移 工艺，以及FED显示器制作过程中的高温热处理(>400°C)工艺。已经有多种材料和方法来制 备栅极和场发射阴极之间的绝缘膜，包括TFT-IXD工艺中的PECVD技术，制备Si02和Si3N4 薄膜；阳极氧化法制备A1203和Ta205薄膜和丝网印刷无机介质厚膜等。然而，PECVD技术 昂贵，阳极氧化法制备的薄膜厚度受到很大限制而且缺陷密度高，丝网印刷无机介质厚膜 为了降低缺陷密度，厚度必须达到数十微米，电场调控作用不好。聚酰亚胺是一种具有优良耐热性和绝缘性的有机聚合物，而且成膜性能非常好。 其中联苯四酸二酐和4，4’ - 二氨基二苯醚亚胺化而成的联苯型聚酰亚胺热分解温度超过 600°C,击穿场强达1 X 108 3 X 108V/m,和Si02相当。另外，其介电常数约3. 4，能够减小栅 极和阴极之间的电容效应，从而减小驱动信号的延迟。采用多种相对廉价的方法，包括真空 气相沉积聚合方法，旋涂、丝网印刷、喷涂、辊涂等，都能在大面积基片上形成缺陷密度低的 聚酰亚胺膜。然而，单层的聚酰亚胺膜不适合作为场发射阴极和栅极之间的绝缘层，包括如 下困难第一，玻璃表面存在的腐蚀层，导致聚酰亚胺和玻璃衬底之间的结合可靠性不好， 可能会脱落；第二，聚酰亚胺具有吸水和被强碱溶解腐蚀的缺点，直接暴露在后续的湿法刻 蚀液体中时会造成聚酰亚胺绝缘膜的破坏；第三，在场发射阴极和栅极之间强电场的作用 下，聚酰亚胺容易遭受电晕的破坏。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于三极式场发射阴极的无机绝缘膜和聚酰亚胺复合绝缘膜， 充分利用无机绝缘膜和承担绝缘作用的聚酰亚胺膜各自的优点，克服二者的缺点，实现三 极式场发射阴极基板的大面积和廉价制备。本专利技术的复合绝缘膜由无机绝缘膜和聚酰亚胺膜叠加而成，沿着从场发射阴极基 板到阳极的方向复合绝缘膜中无机绝缘膜和聚酰亚胺膜的排列方式为无机绝缘膜、聚酰亚 胺膜、无机绝缘膜，或者为聚酰亚胺膜、无机绝缘膜。其中所述无机绝缘膜选用的材料为氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、氧化钽、氧化 钛、氧化锆、氧化钇、氧化铪、氧化铌、氧化镧、钛酸钡、钛酸锶、钛酸铅、锆钛酸铅、氟化镁、氟 化铈、硫化锌中的一种或者多种材料；所述无机绝缘膜的厚度为lOnm-lOOOnm ；所述聚酰亚胺膜的主体分子结构为 ，其中R为二酐单体的残基，R’为二胺单体的残基；所述聚酰亚胺膜的厚度为 lOOnm-100mm ；所述复合膜位于三极式场发射阴极基板上电子发射阴极和调控电子发射的栅极之间。所述聚酰亚胺膜的材料的热分解温度超过200°C;优先选用的材料为 3，3’，4，4’ -联苯四甲酸二酐和4，4’ - 二氨基二苯醚亚胺化而成的联苯型聚酰亚胺，或均苯 四甲酸二酐和4，4’ - 二氨基二苯醚亚胺化而成的均苯型聚酰亚胺；所述的聚酰亚胺可以和无机物填料构成杂化复合材料，所述无机物填料为氧化硅、氧 化铝、氧化钛、蒙脱土、氧化锆、氧化钇、氧化铈、氧化钽、钛酸钡、钛酸锶、钛酸铅和锆钛酸铅 中的一种或多种。所述无机绝缘膜的制备方法包括电子束蒸镀、离子束辅助电子束蒸镀、离子镀、磁 控溅射、化学气相沉积、喷涂、丝网印刷和辊涂法；所述聚酰亚胺膜的制备方法包括二胺和 二酐的真空气相沉积聚合，或者把二酐和二胺溶解在溶剂中形成聚酰胺酸溶液后用旋涂、 辊涂、喷涂和丝网印刷方法然后再进行亚胺化处理的方法。所述的无机绝缘膜的最佳厚度在100nm-500nm之间；聚酰亚胺膜的最佳厚度在 1mm-10mm 之间。由上述复合绝缘膜构成的三极式场发射阴极基板，从场发射阴极到阳极方向上 看，场发射阴极基板结构依次为玻璃基板、栅极、复合绝缘膜、场发射阴极，或者是玻璃基 板、场发射阴极、复合绝缘膜、栅极。由于新鲜制备的无机绝缘膜能够和聚酰亚胺膜具有良好的界面稳定性，对于湿法 刻蚀中的强酸和强碱溶液具有良好的化学稳定性，能够一定程度上阻挡气体和水渗透进入 聚酰亚胺有机层。此外，无机绝缘膜的耐电晕能力也比聚酰亚胺好。因此本专利技术中，充分利 用无机绝缘膜和承担绝缘作用的聚酰亚胺膜各自的优点，克服二者的缺点，实现三极式场发射阴极基板的大面积和廉价制备。此外，在聚酰亚胺绝缘膜中，主体是耐热性好、绝缘性好的聚酰亚胺高分子聚合 物，还可以进行杂化、掺杂和高分子链的化学修饰，来增强多方面的性能，包括和无机绝缘 膜的界面稳定性、热稳定性、耐电晕能力等方面。例如，可以通过化学方法把氧化硅、氧化铝 和氧化钛等纳米颗粒和聚酰亚胺进行均相杂化，从而提高其热稳定性和耐电晕老化性能。已经有多种公开和成熟的方法制备无机绝缘膜和聚酰亚胺膜。对于无机绝缘膜， 可以采用PECVD，磁控管溅射、电子束蒸镀、离子辅助电子束蒸镀、离子束溅射等方式；而聚 酰亚胺膜可以气相沉积聚合方法，或者化学方法制备，后者的操作基本流程是把作为原料 的二酐、二胺和相关的添加物溶解在强极性的有机溶剂(例如N，N- 二甲基乙酰胺，N, N- 二 甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮)中形成均一的聚酰胺酸溶液，然后采用旋涂、喷涂、辊涂、 丝网印刷方式在大面积基片上形成均勻的膜层，最后进行亚胺化热处理，获得完全亚胺化 的聚酰亚胺膜层。无机绝缘膜和聚酰亚胺膜层制备方法和流程的结合，能够以相对廉价的 方式在大面积玻璃衬底上获得热稳定性好、结合牢固、绝缘性好，而且能够和后续的湿法刻 蚀、阴极纳米材料转移和封接热处理过程完全兼容的绝缘膜。基于这种复合绝缘膜构建三极式场发射阴极基板，按照场发射阴极、栅极、阳极之 间相对位置的不同，可以分为后栅结构(场发射阴极在栅极和阳极之间，如图1和图2所示) 和前栅结构(栅极在场发射阴极和阳极之间，如图3和图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种由无机绝缘膜和聚酰亚胺绝缘膜构成的复合绝缘膜，其特征在于：所述复合绝缘膜由无机绝缘膜和聚酰亚胺膜叠加而成，沿着从场发射阴极基板到阳极的方向复合绝缘膜中无机绝缘膜和聚酰亚胺膜的排列方式为无机绝缘膜、聚酰亚胺膜、无机绝缘膜，或者为聚酰亚胺膜、无机绝缘膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：袁军林，翁卫祥，于光龙，郭太良，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。