CN100517549C - 场发射显示器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种场发射显示器的制造方法,其包括下列步骤:步骤一,提供一绝缘基板,其具有相对的两平整表面;步骤二,在所述绝缘基板的两平整表面分别形成一层金属膜;步骤三,在所述一层金属膜上利用光刻方法形成条形栅极;步骤四,在所述条形栅极及绝缘基板另一表面的金属膜相互对应的位置蚀刻去除部分金属层,然后穿透绝缘基板形成通孔,从而得到条形栅极和聚焦电极一体的电极模组;步骤五,将上述电极模组、场发射阴极以及荧光屏经过对准、封装形成场发射显示器。本发明方法可以避免多次对准,简化制造工艺,提高产率,降低成本。

Description

场发射显示器的制造方法
【技本领域】
本发明涉及一种场发射平面显示器的制备,尤其涉及一种四极型场发射平面显示器的制备方法。
【背景技术】
场发射显示器是继阴极射线管(CRT)显示器和液晶(LCD)显示器之后,最具发展潜力的下一代新兴技术。相对于现有的显示器,场发射显示器具有显示效果好、视角大、功耗小以及体积小等优点,尤其是基于碳纳米管的场发射显示器,即碳纳米管场发射显示器(CNT-FED),近年来越来越受到重视。
碳纳米管是一种新型碳材料,其具有极优异的导电性能,以及几乎接近理论极限的尖端表面积(尖端表面积愈小,其局部电场愈集中,场增强因子愈大),所以碳纳米管是已知最好的场发射材料,它具有极低的开启电场(大约2伏/微米),可传输极大的电流密度,并且发射电流极稳定,因而非常适合做场发射显示器的发射体。随着碳纳米管生长技术的日益成熟,碳纳米管场发射显示器的研究已经取得一系列重要进展。
一般而言,场发射显示器的结构可以分为二极型和三极型。所谓二极型即包括有阳极和阴极的场发射结构,这种结构由于需要施加高电压,而且均匀性以及电子发射难以控制,驱动电路成本高,基本上不适合高分辨率显示器的实际应用。三极型结构则是在二极型基础上改进,增加有栅极来控制电子发射,可以实现在较低电压条件下发射出电子,而且电子发射容易通过栅极来精确控制。
为能达到更好的显示效果,进一步降低场发射显示器的功耗以及降低驱动电压,可以在三极型的基础上增加一个电势控制极或聚焦电极,形成所谓四极型场发射显示器结构。这种结构有利于降低栅极开启电压或者更好的控制电子束聚焦以实现较高分辨率的显示效果。
通常制备这种四极型的工艺是,首先,分别做好以下三个部分:第一部分是含发射体的阴极,第二部分是栅极及其与阴极之间的第一绝缘层,第三部分是电势控制极(或聚焦电极)及其与栅极之间的第二绝缘层;然后,将这三部分制备好的结构对准、组装。这种方法需要进行两次对准,对于这种具有微米级甚至纳米级尺寸网孔结构而言,要实现完全对准是非常困难的,稍有误差将造成整个装置性能大受影响,甚至不能使用。再者,上述制造过程中,需加工出两片具有精细结构的薄片,其成本较高,难度较大。
请参见图13,三星SDI公司的研究人员Chun-Gyoo Lee发明、并于2000年3月23日申请、2002年4月30日公告的美国专利第6,380,671号揭露一种碳纳米管场发射显示器结构,其包括荧光屏51及形成于其表面的阳极50;阴极基底41及形成于其上的条状阴极41,电子发射材料43按像素图形排列形成于所述阴极41上;在阴极41与荧光屏51之间还设有网板46,且该网板46上下表面分别形成有条状电极45和47,所述条状电极45和47互相垂直,另外,该网板46还开设有许多对应于像素图形位置的通孔52,这样,电子发射材料43于电场作用下发射出电子束,穿过通孔52并受到所述条状电极47的电场作用发生偏转轰击荧光屏51的荧光粉,从而发出可见光。在上述结构中,通过中间的条状电极45和47的作用,可以控制电子束的偏转,实现较高分辨率的显示效果。
另外,该公司于2003年9月9日公告的美国专利第6,617,798揭露了一种相类似的场发射显示器结构。
但是,上述专利文献均未详细描述这种类型的场发射显示器的制备方法。
【发明内容】
为解决现有技术的四极型场发射显示器制备方法复杂,需要多次对准,容易造成对准误差等技术问题,本发明之目的在于提供一种场发射显示器的制造方法,可以减少对准操作,避免产生对准误差,有效的提高制程精度和提高生产良率。
为实现上述发明目的,本发明提供一种场发射显示器的制造方法,其包括下列步骤:步骤一,提供一绝缘基板,其具有相对的两平整表面;步骤二,在所述绝缘基板的两平整表面分别形成一层金属膜;步骤三,在所述一层金属膜上利用光刻方法形成条形栅极;步骤四,在所述条形栅极及绝缘基板另一表面的金属膜相互对应的位置蚀刻去除部分金属层,然后穿透绝缘基板形成通孔,从而得到条形栅极和聚焦电极一体的电极模组;步骤五,将上述电极模组、场发射阴极以及荧光屏经过对准、封装形成场发射显示器。
优选的,所述绝缘基板包括玻璃、陶瓷制成的板材或片材,其厚度为数十微米至数百微米范围;
优选的,金属膜是采用热蒸镀、电子束蒸镀、化学镀、电镀或印刷方法实现;
优选的,条形栅极是采用具有条形图案的光罩经曝光、显影以及蚀刻步骤形成;
优选的,形成通孔分两步:采用双面曝光技术形成两面对应的凹槽,采用喷砂法、蚀刻或激光打孔的方法形成通孔。
与现有技术相比,本发明方法具有如下优点:本发明的方法可以将栅极和聚焦电极一体形成,从而无需分别制造栅极薄片和聚焦电极薄片,避免进行多次对准,从而简化了制作工艺,降低生产难度,而且可以提高成品良率;另外,上述方法使用的各分步骤均是半导体制程或电子领域制程中常用的工艺,所以,可以采用现有的设备实现本方法,降低设备的成本。
【附图说明】
图1是本发明场发射显示器制造方法实施例中绝缘基板的立体示意图。
图2是在图1的绝缘基板两表面镀上金属层的示意图。
图3是在图2的其中一金属层上形成光阻层的示意图。
图4至图6是采用条形光罩板进行曝光、显影及蚀刻用以制作条形栅极的示意图。
图7是在图6的金属层及条形栅极表面覆盖形成光阻层的示意图。
图8是在图7的光阻层表面应用光罩板并经曝光、显影、蚀刻的示意图。
图9是进一步形成通孔的示意图。
图10是沿图9的X-X线的剖面示意图。
图11是图10去掉光阻层后的剖面示意图。
图12是本发明方法制得的场发射显示器的示意图。
图13是美国专利第6,380,671号揭露的场发射显示器的结构分解图。
【具体实施方式】
下面结合说明书附图及具体实施例对本发明的实施方式作详细描述。
本发明制造场发射显示器的方法包括以下步骤:
步骤一,提供一绝缘薄板,其可用作栅极与聚焦电极(或电势控制极)的基底及间隔层;
步骤二,在所述绝缘薄板的两相反表面分别形成一层金属膜;
步骤三,在所述两表面之一形成的金属膜上利用光刻方法形成条形栅极;
步骤四,在所述条形栅极及绝缘薄板另一表面的金属膜相互对应的位置蚀刻去除部分金属层,形成相互对应的上下凹槽;
步骤五,穿透所述对应的上下凹槽之间的绝缘薄板形成通孔,得到条形栅极与聚焦电极一体的电极模组;
步骤六,将上述电极模组、场发射阴极模组以及荧光屏经过对准、封装形成场发射显示器。
首先请参见图1,是本发明实施例步骤一采用的绝缘薄板10,其可由玻璃、陶瓷等电子工艺中常采用的绝缘材料制成薄的板材或片材。绝缘薄板10的两相反表面最好要求平整,其厚度取为条形栅极与聚焦电极之间的预定距离即可,一般为数十微米至数百微米范围内。
请参见图2,本发明实施例步骤二:在绝缘薄板10的两相反表面上分别形成上一层金属膜12和13。出于成本考量,所述金属膜12和13一般采用导电性良好且成本较低的铜金属,当然,其它导电性良好的金属也可适用。所述金属膜12和13的形成方法可以采用热蒸镀、电子束蒸镀、化学镀、电镀以及印刷等方法,其厚度较薄,一般为微米量级即可。
请参见图3至图6,本发明实施例步骤三:在所述绝缘薄板10两表面之一形成的金属膜上利用光刻方法形成条形栅极。本步骤可通过下列分步骤实现:
首先,如图3所示,在金属膜13表面旋转涂布一光阻层15。所述光阻层15可为正光阻,也可为负光阻,本实施例中仅以正光阻为例。
然后,如图4至图6所示,采用一具有条形遮蔽区和条形透明区的光罩17应用于该光阻层15,并进行曝光、显影及蚀刻制程,在对应于光罩17的条形遮蔽区形成条形栅极14。当然,如果是采用负光阻,则是对应光罩17条形透明区形成条形栅极14。
步骤四,在所述条形栅极14及绝缘薄板10另一表面的金属膜12相互对应的位置蚀刻去除部分金属层,形成相互对应的上下凹槽;本步骤可通过以下双面曝光技术实现:
首先,如图7所示,在条形栅极14的表面、绝缘薄板10未被条形栅极14
覆盖的部分表面以及金属膜12的表面上旋转涂覆光阻层19。如前述,光阻层19可以为正光阻或负光阻,本实施例仅以正光阻为例进行说明。
然后,如图8所示,在上述两光阻层19的表面分别应用同一个具有多个透明圆孔的光罩板20进行曝光,然后显影、蚀刻,去除金属膜12和条形栅极14对应于光罩板20透明圆孔的部分金属,当然,透明圆孔对应的光阻层19相应部分也被洗去,形成对应的上下凹槽(图未标示)。所述凹槽是从光阻层19分别向上、向下延伸到绝缘薄板10的表面,并未蚀刻到该绝缘薄板10。从而,金属膜12形成凹槽之后,即构成聚焦电极16。
步骤五,穿透所述对应的上下凹槽之间的除绝缘薄板10,从而形成通孔22,得到条形栅极14与聚焦电极16一体的电极模组;如图9、图10和图11所示,本步骤可以通过以下方法实现:
首先通过喷砂法(Sand blasting)、蚀刻或激光打孔的方法将上下凹槽之间的绝缘薄板穿透,形成连通的通孔22。
然后,洗去剩余的光阻层19,露出聚焦电极16和条形栅极14,从而得到聚焦电极16和条形栅极14一体的电极模组(图未标示)。
步骤六,将上述电极模组、场发射阴极模组以及荧光屏经过对准、封装形成场发射显示器,其中场发射阴极模组包括背基板30、阴极32及电子发射体33,另外,场发射阴极模组与电极模块之间有绝缘侧壁38以及支撑柱34间隔;荧光屏则包括前基板31,阳极35及荧光层37,而且,荧光屏与电极模块之间有绝缘侧壁39间隔。
上述场发射阴极可以采用碳纳米管作为电子发射体,也可采用其他材料,例如硅、石墨、金刚石或金属尖端等。
可以理解的,上述凹槽和通孔22也可以做成方形,只需将上下光罩板20和21的透明部分做成方形即可。
本发明方法的优点是:
首先,由于场发射阴极、电极模组和荧光屏是分别制作的,其间的绝缘侧壁38和39是封装时形成的,不同于现有技术的阴极与栅极的顺序制备,所以有利于电子发射体33的形成,而且避免了现有技术中制备栅极时常发生污染电子发射体的情况;其次,可以将条形栅极14和聚焦电极16一体形成在绝缘薄板10两表面,从而无需分别制造栅极薄片和聚焦电极薄片;由于一体形成,所以可避免进行多次对准,从而简化了制作工艺,降低生产难度,而且可以提高成品良率;另外,上述步骤包括光阻涂布、曝光、显影、蚀刻以及双面曝光技术均是成熟的、半导体制程常用的技术,所以可以采用现有的设备,无需采用专门设备,降低设备成本。

Claims (11)

1.一种场发射显示器的制造方法,其特征在于包括以下步骤:步骤一,提供一绝缘基板,其具有相对的两平整表面;步骤二,在所述绝缘基板的两平整表面分别形成一层金属膜;步骤三,在所述一层金属膜上利用光刻方法形成条形栅极;步骤四,在所述条形栅极及绝缘基板另一表面的金属膜相互对应的位置蚀刻去除部分金属层,然后穿透绝缘基板形成通孔,从而得到条形栅极和聚焦电极一体的电极模组;步骤五,将上述电极模组、场发射阴极以及荧光屏经过对准、封装形成场发射显示器。
2.根据权利要求1所述的场发射显示器的制造方法,其特征在于所述绝缘基板的材料包括玻璃、陶瓷。
3.根据权利要求1所述的场发射显示器的制造方法,其特征在于所述步骤二是采用热蒸镀、电子束蒸镀、化学镀、电镀或印刷方法实现。
4.根据权利要求1所述的场发射显示器的制造方法,其特征在于所述步骤三包括下列分步骤:在该金属膜上涂布光阻层,采用具有条形遮蔽区和条形透明区的光罩进行曝光、显影以及蚀刻。
5.根据权利要求1所述的场发射显示器的制造方法,其特征在于所述步骤四包括下列分步骤:采用双面曝光技术在条形栅极及绝缘基板另一表面的金属膜相互对应的位置形成相互对应的凹槽,从而得到具有凹槽的条形栅极和聚焦电极;采用喷砂法、蚀刻或激光打孔方法穿透所述对应凹槽之间的绝缘基板。
6.根据权利要求5所述的场发射显示器的制造方法,其特征在于所述凹槽为圆形或方形。
7.根据权利要求5所述的场发射显示器的制造方法,其特征在于所述双面曝光技术包括在条形栅极及绝缘基板另一表面的金属膜表面涂布光阻层,在两光阻层应用同一块光罩板进行曝光,显影,蚀刻金属。
8.根据权利要求7所述的场发射显示器的制造方法,其特征在于所述步骤四进一步包括去除剩余的光阻。
9.根据权利要求7所述的场发射显示器的制造方法,其特征在于所述凹槽是从所述光阻层延伸到绝缘基板。
10.根据权利要求1所述的场发射显示器的制造方法,其特征在于所述场发射阴极包括背基板、阴极及电子发射体。
11.根据权利要求1所述的场发射显示器的制造方法,其特征在于所述荧光屏包括透明前基板、阳极和荧光层。
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