CN102436992A - 场发射显示器及其显示阵列基板的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种场发射显示器及其显示阵列基板的制造方法，此显示阵列基板的制造方法包括以下步骤。提供一具有一介电层的基材。将多个高分子颗粒附着于介电层上。以氧等离子体处理附着的高分子颗粒，以减小每一高分子颗粒的粒径，使这些高分子颗粒彼此分离。形成一栅极层覆盖介电层以及附着其上的高分子颗粒。移除附着在介电层上的高分子颗粒，而在栅极层中形成多个开口暴露出一部分的介电层。移除暴露部分的介电层，以在介电层中形成多个孔洞。于每一孔洞中形成一发射器。本发明同时具有提高亮度以及减少缺陷的优点。

Description

场发射显示器及其显示阵列基板的制造方法

技术领域

本发明涉及一种场发射显示器的制造方法，尤其涉及一种场发射显示器的显示阵列基板的制造方法。

背景技术

平面显示器已取代传统的阴极射线管(CRT)而成为主流的显示器产品。在诸多平面显示技术中，又以液晶显示器最为普遍，并主导大部分的显示器市场。

但是，液晶显示器并非自发光的显示装置，其利用液晶的光阀(light valve)原理，并配合背光模块所提供的光源，而达成画面显示的效果。液晶显示器最大的缺点在于，其光利用率仅约5％。因此，其他的显示技术仍在积极发展中。

场发射显示器是自发光的显示技术，最近也备受重视。场发射显示器的量产化制造技术目前仍有瓶颈，因此至今未能大量生产。举例而言，场发射器中的栅极孔洞在制造上有一定的困难度。因此，目前急需一种改良的制造方法，期望能克服场发射器的技术瓶颈。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明的一实施例提供一种显示阵列基板的制造方法，此方法包括以下步骤。首先、提供一基材，此基材包含一介电层。随后，将多个高分子颗粒附着于介电层上。再以氧等离子体处理附着的高分子颗粒，以减小每一个高分子颗粒的粒径，而使这些高分子颗粒彼此分离。然后，形成一栅极层覆盖介电层以及附着其上的高分子颗粒。再将附着在介电层上的高分子颗粒移除，而在栅极层中形成多个开口，并暴露出一部分的介电层。随后，移除暴露部分的介电层，以在介电层中形成多个孔洞。然后，于每一孔洞中形成一发射器。

依据本发明一实施方式，上述基材还包含一导电层配置于介电层下方。

依据本发明一实施方式，上述基材还包含一阻抗层位于导电层与介电层之间。

依据本发明一实施方式，附着多个高分子颗粒于介电层的步骤包含：形成一层涂布液于介电层上，其中涂布液包含多个高分子颗粒分散其中。随后，干燥此涂布层，使高分子颗粒附着于介电层上。涂布液可包含一醇类溶剂。

依据本发明一实施方式，高分子颗粒包含一材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂以及上述组合所组成的群组。

依据本发明一实施方式，高分子颗粒的粒径为约10nm至约10μm。

依据本发明一实施方式，氧等离子体处理的步骤在温度为低于高分子颗粒的玻璃转化温度的环境中进行。

依据本发明一实施方式，栅极层包含一材料选自铬、钼、铜、铝、钕、钨、银以及上述组合所组成的群组。

依据本发明一实施方式，其中移除附着的高分子颗粒的步骤包含使用一毛刷来移除附着的高分子颗粒。

依据本发明一实施方式，其中移除附着的高分子颗粒的步骤包含以一溶剂溶解附着的高分子颗粒。

本发明的一实施例提供一种显示阵列基板的制造方法，此方法包括以下步骤。提供一基材，此基材包含一介电层。随后，将多个高分子颗粒附着于介电层上。再以氧等离子体处理附着的高分子颗粒，以减小每一个高分子颗粒的粒径，使这些高分子颗粒彼此分离。然后，形成一栅极层覆盖介电层以及附着其上的高分子颗粒。再将附着在介电层上的高分子颗粒移除，而在栅极层中形成多个开口，并暴露出一部分的介电层。随后，移除暴露部分的介电层，以在介电层中形成多个孔洞。于每一孔洞中形成一发射器，而形成一显示阵列基板。然后，将此显示阵列基板与一对向基板以间隔一间隙物的方式封合。

本发明同时具有提高亮度以及减少缺陷的优点。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1示出本发明一实施方式的显示阵列基板的制造方法的流程图。

图2A-图2G示出本发明一实施方式的制造方法中各工艺阶段的剖面示意图。

图2H示出本发明一实施方式的场发射显示器的剖面示意图。

图3A-图3G示出本发明另一实施方式的制造方法中各工艺阶段的剖面示意图。

图3H示出本发明另一实施方式的场发射显示器的剖面示意图。

其中，附图标记说明如下：

100方法

102-114步骤

200、300场发射显示器的显示阵列基板

210、310基板

212、312介电层

214、314导电层

216、316基材

218、318阻抗层

220、320涂布液

222、322高分子颗粒

230、330栅极层

234、340开口

236、336孔洞

240、340发射器

250、350对向基板

260、360间隙物

290、390场发射显示器

d1、d2粒径

d3高分子颗粒的外壳粒径

d4高分子颗粒的内核粒径

具体实施方式

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所披露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。

在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施方式。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，为简化附图，熟知的结构与装置仅示意性地示出于图中。

图1示出本发明一实施方式的显示阵列基板的制造方法100的流程图。图2A-图2G示出方法100中各工艺阶段的剖面示意图。显示阵列基板可例如为场发射显示器的阵列基板。

在步骤102中，提供一基板210，且基板210包含基材216、一导电层214以及一介电层212，如图2A所示。在一实施方式中，基板210可还包含一阻抗层218。导电层214配置于介电层212的下方。阻抗层218位于导电层214与介电层212之间。在一特定实施例中，导电层214、阻抗层218以及介电层212是依序配置在基材216上。介电层212可例如为氧化硅、陶瓷材料或其他适合的材料所制成。基材216可例如为玻璃基板。导电层214可例如为铬、钼、铜、铝、钕、钨、银或上述的组合等金属所制成。阻抗层218可例如为氧化钛、碳化硅、碳氮化硅、氧化钽、氮化钽、氧化铬或多晶硅所制成。

在步骤104中，附着多个高分子颗粒于介电层212上。有诸多方式可使介电层212上附着高分子颗粒。举例而言，可先形成一层涂布液220于介电层212上，如图2A所示。涂布液220中含有多个高分子颗粒222，且这些高分子颗粒222分散在涂布液220中。涂布液层体的形成方式并无特殊限制，例如可为旋转涂布法、电泳法、浸入法、或网版印刷法。在介电层212上形成一层涂布液220之后，将涂布液220干燥，使其中的高分子颗粒222附着在介电层212上，如图2B所示。涂布液220中的溶剂种类并特殊限制，只以此溶剂不会溶解高分子颗粒222即可。在一实施例中，涂布液包含诸如乙醇的醇类溶剂，乙醇溶剂的沸点较低，因此可在常温下进行干燥程序。在一实施例中，高分子颗粒222的材料可例如为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、或上述两者的混合。上述高分子颗粒222的粒径d1可例如为约10nm至约10μm，较佳为100nm至约1μm。在一实施方式中，上述涂布液220是经由乳化聚合反应，而制备成含有高分子颗粒222的分散液。高分子颗粒在涂布液中的重量百分比可例如为约0.01％至10％。

在上述步骤中，附着在介电层上212的高分子颗粒222用以在后续步骤中形成场发射显示器的栅极孔洞，下文将更详细叙述。就场发射显示器而言，单位面积中的栅极孔洞数目愈多，有益于提高场发射显示器的亮度。因此，涂布液220中高分子颗粒的浓度越高，附着在介电层212上的高分子颗粒的密度便越高，而使单位面积中的栅极孔洞数目增加。然而，在此情形下，介电层212上的某些高分子颗粒可能会聚集在一起，而使高分子颗粒相互接触，如图2B所示。这种高分子颗粒相互接触的现象，对于后续形成栅极孔洞是不利的。因此，有必要将这些相互接触的高分子颗粒分离。

在步骤106中，减小高分子颗粒222的粒径d2，如图2C所示。例如是以氧等离子体(oxygen plasma)处理附着在介电层212上的高分子颗粒222，氧等离子体中的氧离子能够蚀刻高分子材料，而让高分子颗粒222的粒径减小，使原本相接触的那些高分子颗粒可以彼此分离。更具体地说，根据本发明的实施方式，可以在不改变高分子颗粒222的相对位置的情况下，让这些原本相互接触或连接的高分子颗粒彼此分离，而不至于相互接触或连接。在一实施例中，经过氧等离子体处理后的高分子颗粒222的粒径d2为约5nm至约5000nm，较佳是约50nm至约500nm。

在一实施方式中，在进行氧等离子体处理的过程中，可施加一电压偏压(voltage bias)，而让氧等离子体蚀刻具有一定程度的方向性(也即、各向异性蚀刻)。例如，可借由控制电压偏压，而使垂直基板210的方向上具有较高的蚀刻速率。在底部可能有较多的高分子颗粒222的残留，但并不影响后续的工艺进行。

在另一实施方式中，氧等离子体处理可在温度为约10℃至约300℃的腔室中进行。在又一实施方式中，上述氧等离子体处理的温度低于高分子颗粒222的玻璃转化温度(glass transition temperature)。例如，可在温度低于100℃的环境中进行氧等离子体处理。

在其他实施方式中，进行氧等离子体处理的时间为约1秒至约1小时。在一实施例中，进行氧等离子体处理的功率为约100瓦至约5000瓦，进行氧等离子体处理的腔室内的压力为约10^-5pa至约10^-1pa，氧等离子体处理的时间为约5秒至约5分钟。

在步骤108中，形成一栅极层230覆盖介电层212以及附着其上的高分子颗粒222，如图2D所示。栅极层230的材料可例如为铬、钼、铜、铝、钕、钨、银或上述材料的组合。可利用诸如蒸镀或溅镀等物理气相沉积工艺来形成栅极层230。

在步骤110中，移除附着在介电层212上的高分子颗粒222，使栅极层230中形成多个开口234，而暴露出一部分的介电层212，如图2E所示。栅极层230中的开口234可作为场发射显示器的栅极孔洞。在一实施方式中，可使用毛刷将高分子颗粒222由介电层212上刷除。在另一实施方式中，可使用诸如丙酮等溶剂将高分子颗粒222溶解，而移除介电层212上的高分子颗粒222。

在步骤112中，移除露出的介电层212，而在介电层212中形成多个孔洞236，如图2F所示。介电层212中的孔洞236位置对应于步骤110所形成的开口234。在一实施方式中，形成上述孔洞236的步骤包括依序进行一干式蚀刻步骤以及一湿式蚀刻步骤。在上述蚀刻步骤中，可利用栅极层230为蚀刻阻抗层，而在介电层212中形成对应于开口234的孔洞236。

在步骤114中，于每一个孔洞236中形成一发射器240，而形成适用于场发射显示器的显示阵列基板200，如图2G所示。具体而言，发射器240可为一发射端子。在公知技术中，已披露许多方法来形成发射器240。例如，可使用钼针尖、纳米碳管、纳米碳球、或石墨纳米碳纤来形成发射器240。

在一实施方式中，栅极层230除了开口234的图案外，栅极层230包含多个彼此间隔的长条形电极，并作为横向电极(row electrode)。此外，形成在基材216上的导电层214也包含多个彼此间隔的长条形电极，并作为纵向电极(column electrode)。借由横向电极与纵向电极可定义一像素区域。在显示阵列基板200中的一个像素区域中可包含有多个孔洞236以及发射器240。因此，在一像素区域中，孔洞236及发射器240的数目越多，场发射显示器的亮度越高。

在完成步骤114之后，可将显示阵列基板200与一对向基板250封合，而形成一场发射显示器290，如图2H所示。具体而言，显示阵列基板200与对向基板250之间可配置一间隙物260，因此让显示阵列基板200与对向基板250之间存在一间隔。在一实施方式中，对向基板250可例如为一涂布有荧光体的阳极基板。

图3A-图3G示出根据上述方法100的另一实施方式的工艺阶段剖面示意图。

首先，提供具有介电层312的基板310，如图3A所示。基板310可与前文图2A所述的实施方式相同。例如，基板310可包含基材316、介电层312、导电层314以及阻抗层318。

随后，将多个高分子颗粒322附着在介电层312上，如图3A所示。在本实施方式中，每一高分子颗粒322具有一外壳322a及一内核322b。外壳322a包围内核322b。外壳322a与内核322b是由不同的材料所制成。在一实施例中，外壳322a的材料可例如为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂或上述材料的组合。内核322b的材料可例如为陶瓷材料。在另一实施例中，内核322b的材料可例如为硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、铝氧化物、钛氧化物、锌氧化物、铬氧化物、锆氧化物、铜氧化物或上述材料的组合。在图3A中，“d3”表示包含外壳322a的高分子颗粒322的粒径，“d4”表示高分子颗粒322的内核322b的粒径。在一实施例中，内核322b的粒径d4与高分子颗粒322的粒径d3的比例(d4/d3)约为0.1至0.9。

如前文所述，有诸多方式可在介电层212上附着高分子颗粒。举例而言，可先制备含有多个高分子颗粒322的涂布液320。随后，将涂布液320涂布在介电层312上，再将介电层312上的涂布液320干燥，而使涂布液320中的高分子颗粒322附着在介电层312上，如图3B所示。涂布液320的组成及高分子颗粒322的粒径，可与前文中图2A及图2B所述的实施方式相同。

在介电层312上附着多个高分子颗粒322后，减小高分子颗粒322的粒径，如图3C所示。在本实施方式中，例如以氧等离子体处理附着在介电层312上的高分子颗粒322，以氧等离子体处理高分子颗粒的步骤，是利用氧等离子体移除高分子颗粒暴露的外壳322a，直到高分子颗粒的内核322b暴露出来。因此，在进行氧等离子体处理的过程中，高分子颗粒322的粒径将变小，而让高分子颗粒322彼此分离。换言之，在进行氧等离子体处理后，实质上仅留下高分子颗粒的内核322b于介电层312上。上述进行氧等离子体处理的条件，可与前文中图2C所述的实施方式相同。

在一实施方式中，在进行氧等离子体处理的过程中，可施加一电压偏压(voltage bias)，而让氧等离子体蚀刻具有一定程度的方向性(也即、各向异性蚀刻)。例如，可借由控制电压偏压，而使垂直基板310的方向上具有较高的蚀刻速率。在底部可能有些许多余的高分子颗粒322的外壳322b残留，但并不影响后续的工艺进行。

在本实施方式中，因为氧等离子体对于高分子材料的外壳322a的蚀刻速率远大于氧等离子体对于无机材料的内核322b的蚀刻速率。因此，利用本实施方式的核壳结构的高分子颗粒322，在进行氧等离子体处理步骤时，可具有较广的工艺范围(process window)。另外，氧等离子体处理后，可得到较均匀的粒径。

进行氧等离子体处理之后，形成栅极层330覆盖介电层312以及附着其上的高分子颗粒322的内核322b，如图3D所示。栅极层330的形成方式及材料可与前文中图2D所述的实施方式相同。

形成栅极层330后，移除附着在介电层312上的高分子颗粒322的内核322b，使栅极层230中形成多个开口334，而暴露出一部分的介电层312，如图3E所示。移除高分子颗粒322的内核322b的方式可与前文图2E所述的实施方式相同。

移除高分子颗粒322的内核322b后，移除露出的介电层312，而在介电层312中形成多个孔洞336，如图3F所示。在介电层312中形成多个孔洞336的方法可与前文图2F所述的实施方式相同。

在介电层312中形成孔洞336后，在每一个孔洞336中形成一发射器340，而形成适用于场发射显示器的显示阵列基板300，如图3G所示。形成发射器340的方法可与前文图2G所述的实施方式相同。

在完成显示阵列基板300后，可将显示阵列基板300与一对向基板350封合，而形成一场发射显示器390，如图3H所示。具体而言，显示阵列基板300与对向基板350之间可配置一间隙物360，因此让显示阵列基板300与对向基板350之间存在一间隔。在一实施方式中，对向基板350可例如为一涂布有荧光体的阳极基板。

由上述实施方式可知，利用本发明的制造方法，可以在不改变高分子颗粒的相对位置的情况下，让原本相互接触或连接的高分子颗粒彼此分离。因此，可避免后续栅极孔洞相互连通而造成显示器的缺陷。另一方面，因为有效地避免栅极孔洞相互连通，所以能够大幅提高单位面积中的栅极孔洞数目，而提高场发射显示器的亮度。因此，本发明同时具有提高亮度以及减少缺陷的优点。

虽然本发明已以实施方式披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (18)

1.一种显示阵列基板的制造方法，适用于一场发射显示器，包含：

提供一基材，该基材包含一介电层；

附着多个高分子颗粒于该介电层上；

以氧等离子体处理所述多个附着的高分子颗粒，减小每一所述多个高分子颗粒的一粒径，使所述多个高分子颗粒彼此分离；

形成一栅极层覆盖该介电层以及所述多个附着的高分子颗粒；

移除所述多个附着的高分子颗粒，以于该栅极层中形成多个开口暴露出一部分的该介电层；

移除该暴露部分的介电层，以于该介电层中形成多个孔洞；以及

于每一所述多个孔洞中形成一发射器。

2.如权利要求1所述的方法，其中该基材还包含一导电层配置于该介电层下方。

3.如权利要求1所述的方法，其中该基材还包含一阻抗层位于该导电层与介电层之间。

4.如权利要求1所述的方法，其中附着多个高分子颗粒于该介电层上的步骤包含：

形成一层涂布液于该介电层上，其中该涂布液包含多个高分子颗粒分散其中；以及

干燥该涂布液层，使每一所述多个高分子颗粒附着于该介电层上。

5.如权利要求4所述的方法，其中该涂布液还包含一醇类溶剂。

6.如权利要求1所述的方法，其中每一所述多个高分子颗粒包含一材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂以及上述组合所组成的群组。

7.如权利要求1所述的方法，其中每一所述多个高分子颗粒的一粒径为约10nm至约10μm。

8.如权利要求1所述的方法，其中该氧等离子体处理的步骤在温度为低于每一所述多个高分子颗粒的一玻璃转化温度的环境中进行。

9.如权利要求1所述的方法，其中每一所述多个高分子颗粒具有一外壳与一内核。

10.如权利要求9所述的方法，其中该外壳包含一材料选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂以及上述组合所组成的群组。

11.如权利要求9所述的方法，其中该内核包含一陶瓷材料。

12.如权利要求9所述的方法，其中该内核包含一材料选自硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、铝氧化物、钛氧化物、锌氧化物、铬氧化物、锆氧化物、铜氧化物以及上述组合所组成的群组。

13.如权利要求9所述的方法，其中该内核的粒径与该外壳的粒径的比例约为0.1至0.9。

14.如权利要求9所述的方法，其中以氧等离子体处理所述多个附着的高分子颗粒的步骤，包括移除每一所述多个高分子颗粒暴露的该外壳，直到暴露出该内核，使所述多个高分子颗粒彼此分离。

15.如权利要求1所述的方法，其中该栅极层包含一材料选自铬、钼、铜、铝、钕、钨、银以及上述组合所组成的群组。

16.如权利要求1所述的方法，其中移除所述多个附着的高分子颗粒包含使用一毛刷来移除所述多个附着的高分子颗粒。

17.如权利要求1所述的方法，其中移除所述多个附着的高分子颗粒包含以一溶剂溶解所述多个附着的高分子颗粒。

18.一种场发射显示器的制造方法，包含：

提供一基材，该基材包含一介电层；

附着多个高分子颗粒于该介电层上；

以氧等离子体处理所述多个附着的高分子颗粒，以减小每一所述多个高分子颗粒的一粒径，使所述多个高分子颗粒彼此分离；

形成一栅极层覆盖所述多个附着的高分子颗粒以及该介电层；

移除所述多个附着的高分子颗粒，以于该栅极层中形成多个开口暴露出一部分的该介电层；

移除该暴露部分的介电层，以于该介电层中形成多个孔洞；

于每一所述多个孔洞中形成一形成发射器，以形成一显示阵列基板；以及

将该显示阵列基板与一对向基板以间隔一间隙物的方式封合。

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