CN102820188B - 场发射显示器的像素结构的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种场发射显示器的像素结构的制造方法。以第一绝缘层覆盖第一电极。在第一绝缘层上形成第二电极。在第一绝缘层和第二电极上形成多个颗粒。在第一绝缘层和第二电极上形成第一金属层，以覆盖颗粒。同时移除颗粒和位于颗粒表面的第一金属层，以使第一金属层形成图案化金属层。以图案化金属层为掩膜，于第一绝缘层中形成多个开口。在图案化金属层上和开口的底部形成第二金属层。在第二金属层上形成第三金属层，且第三金属层于开口中形成多个电子发射器。移除位于电子发射器上方的第三金属层，以暴露出电子发射器和第二金属层。
Description
技术领域
本发明是有关于一种像素结构的制造方法，且特别是关于一种场发射显示器的像素结构的制造方法。
背景技术
随着多媒体的迅速发展，使用者对于周边的声光设备要求愈来愈高。以往常用的阴极射线管或称影像管(Cathode Ray Tube,CRT)类型的显示器，由于体积过于庞大，在现今标榜轻、薄、短、小的时代中，已渐不敷需求。因此，近年来有许多平面显示器(Flat Panel Display)技术相继被开发出来，如液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、等离子平面显示器(Plasma Display Panel，PDP)，以及场发射显示器(Field Emission Display,FED)。
上述各显示器中，由于场发射显示器具有较短的光学反应时间(OpticalResponse Time)，因此不会产生影像残影现象。除此的外，场发射显示器还具有厚度薄、重量轻、视角广、亮度高、工作温度范围较大以及省能源等优点。因此，场发射显示器被视为极具有竞争潜力的平面显示器技术的一。然而，现阶段场发射显示器的像素结构的制造流程相对复杂。因此，造成工艺时间的增加以及工艺成本的提高，而不利于市场大量应用。
发明内容
本发明提供一种场发射显示器的像素结构的制造方法，其工艺成本低。
本发明提供一种场发射显示器的像素结构的制造方法。首先，在一基板上形成第一电极。在基板上形成第一绝缘层，其中第一绝缘层覆盖第一电极。在第一绝缘层上形成第二电极。在第一绝缘层以及第二电极上形成多个颗粒。形成第一金属层，以覆盖颗粒。移除颗粒并同时使位于颗粒表面的第一金属层移除，以使第一金属层形成图案化金属层。利用图案化金属层作为掩膜以于第一绝缘层中形成多个开口。在图案化金属层上以及开口的底部形成第二金属层，其中第二金属层与第二电极接触。在第二金属层上形成第三金属层，且第三金属层于开口中形成多个电子发射器。移除位于电子发射器上方的第三金属层，以使电子发射器以及第二金属层暴露出来。
其中，形成该第三金属层之后，更包括在该第三金属层上形成一第二绝缘层。
其中，该第三金属层与该第二绝缘层具有相同的图案。
其中，更包括移除部分的该第二绝缘层以及该第三金属层，以使该第二金属层暴露出来。
其中，移除位于该些电子发射器上方的第三金属层的方法包括：在裸露的在第二金属层以及该第二电极上方的该第二绝缘层上形成一间隙图案；以及利用该间隙图案作为一掩膜以移除该第二绝缘层以及该第三金属层，以使该些电子发射器裸露出来。
其中，利用该间隙图案作为掩膜以移除该第二绝缘层以及该第三金属层以使该些电子发射器裸露出来的方法包括进行一化学电解蚀刻程序。
其中，更包括在该间隙图案的一顶部表面形成一导电层。
其中，在该间隙图案的顶部表面形成该导电层的方法包括进行一斜向蒸镀程序。
其中，该第一绝缘层与该第一电极之间更包括一电阻层。
其中，该第一金属层顺应性地覆盖该第一绝缘层以及该些颗粒的表面。
其中，形成该些颗粒的方法包括随意地喷洒该些颗粒于该第一绝缘层上。
其中，移除该些颗粒并同时使位于该些颗粒表面的该第一金属层移除的方法包括利用一刷除程序。
其中，该第一金属层以及该第二金属层的材质相同。
基于上述，本发明可藉由少的光掩膜数来制造场发射显示器的像素结构，进而降低工艺时间以及工艺成本。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的一实施例的场发射显示器的阴极板的上视示意图。
图2A至图2M为本发明的一实施例的场发射显示器的像素结构的制造流程的剖面示意图。
图3为应用本实施例的像素结构的场发射显示器的剖面示意图。
其中，附图标记：
100：阴极板
110、210：基板
120：第一绝缘层
130：电阻层
140：第二绝缘层
150：导电层
200：阳极板
220：荧光层
230：电极层
240：间隙物
A：显示区
B：非显示区
B1：贯孔区
B2：第一信号区
B3：第二信号区
E1：第一电极
E2：第二电极
S1：第一信号线
S2：第二信号线
S：线路层
W、W1、W2：开口
G：颗粒
M1：第一导电层
M2：第二导电层
M3：第一金属层
M4：第二金属层
M5：第三金属层
E：电子发射器
FW：间隙图案
T：顶部表面
P：图案化金属层
PS：像素结构
FED：场发射显示器
e：电子
A-A’、B-B’、C-C’、D-D’：剖线
具体实施方式
场发射显示器包括阴极板、阳极板以及位于阴极板以及阳极板之间的真空腔体。图1为本发明的一实施例的场发射显示器的阴极板的上视示意图。请参照图1，阴极板100具有显示区A以及环绕显示区A的非显示区B，且显示区A包括多个像素结构，而非显示区B包括贯孔(via)区B1、第一信号区B2以及第二信号区B3。
以下将以图2A至图2M绘示说明场发射显示器的阴极板的制造方法。图2A至图2M中的四个剖面分别为沿图1中的A-A’、B-B’、C-C’以及D-D’剖线的剖面示意图。
图2A至图2M为本发明的一实施例的场发射显示器的像素结构的制造流程的剖面示意图。请参照图2A，首先，在基板110上形成第一导电层M1，其包括位于显示区A中的第一电极E1、位于第一信号区B2的第一信号线S1以及位于贯孔区B1的线路层S，其中第一电极E1与对应的第一信号线S1电性连接。在本实施例中，形成第一导电层M1的方法例如是先沈积一层导电层(未绘示)，并藉由微影程序以及蚀刻程序以图案化导电层以形成第一电极E1、第一信号线S1以及线路层S。此外，基板110的材质可以是玻璃、石英、有机聚合物或是其它合适的材料，而第一导电层M1(第一电极E1、第一信号线S1以及线路层S)的材质可为导电的金属或是金属迭层。
请参照图2B，在基板110上形成第一绝缘层120，其中第一绝缘层120覆盖第一电极E1、第一信号线S1以及线路层S。在本实施例中，场发射显示器的阴极板可进一步地包括一电阻层130，其中电阻层130位于第一绝缘层120以及第一电极E1之间。此外，第一绝缘层120的材质例如是氧化物、氮化物或两者的迭层，而电阻层130的材质例如是氮碳化硅(SiCN)、氧碳化硅(SiCO)、碳化硅(SiC)、碳氮化硅(SiCON)或氮氧化硅(SiON)。。接着，在第一信号线S1以及线路层S上方的第一绝缘层120以及电阻层130中分别形成开口W1以及开口W，其中开口W1暴露出部分第一信号线S1，而开口W暴露出部分线路层S。在本实施例中，形成开口W1以及开口W的方法例如为蚀刻工艺。
请参照图2C，在第一绝缘层120上形成一第二导电层M2，其包括位于显示区A中的第二电极E2以及位于第二信号区B3的第二信号线S2，其中第二电极E2与对应的第二信号线S2电性连接。在本实施例中，形成第二导电层M2的方法例如是先沈积一层导电层(未绘示)，并藉由微影程序以及蚀刻程序以图案化此导电层以形成第二电极E2以及第二信号线S2。此外，第二电极层(第二电极E2以及第二信号线S2)的材质可为导电的金属或是金属迭层。
请参照图2D，在第一绝缘层120以及第二电极E2上形成多个颗粒G。在本实施例中，形成颗粒G的方法包括随意地喷洒颗粒G于第一绝缘层120上。换句话说，颗粒G亦有可能位于开口W1所暴露出的部分的第一信号线S1上。当然，本实施例不限定颗粒G形成的位置。
请参照图2E，形成第一金属层M3以覆盖颗粒G。在本实施例中，第一金属层M3的材质例如是铬(Chromium,Cr)。
请参照图2F，移除颗粒G并同时使位于颗粒G表面的第一金属层M3移除，以使第一金属层M3形成图案化金属层P，其中图案化金属层P暴露出先前颗粒G下方的膜层。在本实施例中，图案化金属层P例如是暴露出部分的第一绝缘层120以及部分的第二电极E2。另外，在本实施例中，移除颗粒G并同时使位于颗粒G表面的第一金属层M3移除的方法包括利用一刷除程序。
请参照图2G，利用图案化金属层P作为掩膜以于第一绝缘层120中形成多个开口W2，其中开口W2暴露出部分电阻层130。在本实施例中，形成开口W2的方法例如为蚀刻工艺，其中蚀刻工艺中蚀刻剂(etchant)例如是可以选用对第一绝缘层120蚀刻速率高，但对电阻层130、第一导电层M1(第一电极E1、第一信号线S1以及线路层S)以及第二导电层M2(第二电极E2以及第二信号线S2)的蚀刻速率低的蚀刻剂，以尽可能地降低蚀刻剂对电阻层130、第一电极E1、第一信号线S 1、线路层S、第二电极E2以及第二信号线S2的伤害。
请参照图2H，在图案化金属层P上以及开口W、W1、W2的底部形成第二金属层M4。在本实施例中，第一金属层M3以及第二金属层M4的材质相同。另外，第二金属层M4与第二电极E2接触，而位于图案化金属层P上的第二金属层M4与位于开口W2的底部的第二金属层M4彼此分离。具体而言，透过工艺参数的调整，例如是藉由减缩颗粒G的粒径，使刷除程序以及蚀刻工艺后所形成的开口W2的孔径缩小或是沉积薄的第二金属层M4，使第二金属层M4不会形成于开口W2的侧壁，或是即使形成于开口W2的侧壁也不会使位于图案化金属层P上的第二金属层M4与位于开口W2的底部的第二金属层M4连接。如此一来，可达到位于图案化金属层P上的第二金属层M4与位于开口W2的底部的第二金属层M4彼此分离的效果。
请参照图2I，在第二金属层M4上形成第三金属层M5，并同时在开口W2中形成电子发射器E。而在形成第三金属层M5以及电子发射器E的过程中，开口W2会逐渐地被第三金属层M5所封闭，因此第三金属层M5与第三金属层M5彼此分离。此外，第三金属层M5的材质例如是铬、铌(Niobium,Nb)、钼(Molybdenum,Mo)、钨(Tungsten，W)、铪(Hafnium，Hf)、钛(Titanium，Ti)与六硼化镧(Lanthanum Hexaboride，LaB6)等具有高熔点或是低功函数(WorkFunction，Φ)的材料，其中第三金属层M5的材质较佳是钼。另外，在本实施例中，场发射显示器的阴极板可进一步地在第三金属层M5上形成第二绝缘层140以覆盖第三金属层M5。。
请参照图2J，移除非显示区B(包括贯孔区B1、第一信号区B2以及第二信号区B3)上的第二绝缘层140以及第三金属层M5，并移除显示区A上的部分的第二绝缘层140以及第三金属层M5，以使第二金属层M4暴露出来。在本实施例中，在移除部分的第二绝缘层140以及第三金属层M5后，第二绝缘层140与第三金属层M5具有相同的图案。此外，移除第二绝缘层140以及第三金属层M5的方法例如是藉由一图案化光阻层(未绘示)覆盖于欲保留的第二绝缘层140上，具体而言，将图案化光阻层覆盖于显示区A上的部分的第二绝缘层140上。接着，以图案化光阻层为掩膜，图案化第二绝缘层140以及第三金属层M5，以移除未被图案化光阻层所覆盖的第二绝缘层140以及第二绝缘层140下的第三金属层M5。此外，移除第二绝缘层140以及第三金属层M5的方法例如为蚀刻工艺。
请参照图2K，在显示区A的裸露的在第二金属层M4以及第二电极E2上方的第二绝缘层140上形成间隙图案FW，其中间隙图案FW的材质例如是高介电系数的材料。
请参照图2L，移除显示区A内未被间隙图案FW所覆盖的第二绝缘层140以及第三金属层M5，以使电子发射器E以及未被间隙图案FW所覆盖的第二金属层M4暴露出来。在本实施例中，移除位于电子发射器E上方的第二绝缘层140以及第三金属层M5的方法包括利用间隙图案FW作为掩膜，移除第二绝缘层140以及第三金属层M5，以使电子发射器E裸露出来。在本实施例中，移除第二绝缘层140以及第三金属层M5的方法包括进行一化学电解蚀刻(electro-chemical etching)程序。此处，化学电解蚀刻程序是藉由将阴极板100(绘示于图1)浸入电解液中，并将阴极板电性连接负极，利用电解的方式移除第二绝缘层140以及第三金属层M5。
请参照图2M，在间隙图案FW的一顶部表面T形成导电层150，其中导电层150与贯孔区B1(绘示于图1)的线路层S电性连接。在本实施例中，形成导电层150的方法包括进行一斜向蒸镀程序。此处，斜向蒸镀程序是藉由将阴极板100放置于蒸镀室中，遮蔽非显示区B(绘示于图1)并暴露出显示区A(绘示于图1)，并藉由调整阴极板100的倾角(未绘示)来使导电层150覆盖于间隙图案FW的顶部表面T。在形成一导电层150之后，本实施例的场发射显示器的阴极板100即初步完成，其中阴极板100包括位于显示区A的像素结构PS。
值得一提的是，通过上述制造方法所形成的场发射显示器的像素结构PS可以只用五道光掩膜完成制作。相较的下，习知技术在移除颗粒以及位于颗粒G表面的第一金属层后，需多一道光掩膜移除在第一信号线上方的第一金属层。此外，习知技术在形成第三金属层的前，会形成一绝缘层于第三金属层以及第二金属层之间，并需多一道光掩膜以于绝缘层上蚀刻出一开口。因此，相较于习知技术需七道光掩膜制造场发射显示器的像素结构，本实施例的场发射显示器的像素结构的制造方法可缩减所需的光掩膜数，因而可减少所需的工艺时间以及工艺成本。
本实施例的像素结构PS适用于一场发射显示器中，以下特以图3举例说明。
图3为应用本实施例的像素结构的场发射显示器的剖面示意图。请参考图3，本实施例的场发射显示器FED包括如上述方式制造的阴极板100以及与阴极板100对向配置的阳极板200，其中阳极板200包括基板210、荧光层220、电极层230以及多个间隙物(spacer)240。荧光层220涂布于基板210上，电极层230配置于基板210上，且荧光层220位于基板210以及电极层230之间，而间隙物240顶抵于阴极板100以及阳极板200之间。在本实施例中，间隙物240顶抵于阴极板100的导电层150以及阳极板200之间。此外，阴极板100以及阳极板200之间可以是真空，又或者是填充有惰性气体。
场发射显示器FED的发光原理例如是在真空环境下，利用电场使电子发射器E的尖端放出电子e，电子e离开阴极板100并受到阳极板200上正电压的加速以及吸引，而撞击至阳极板200的荧光层220，进而放光。
综上所述，本申请可通过少的光掩膜数制造出场发射显示器的像素结构，因此所需的工艺成本低。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (13)
1.一种场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，包括：
在一基板上形成一第一电极；
在该基板上形成一第一绝缘层，覆盖该第一电极；
在该第一绝缘层的部分区域上形成一第二电极；
在该第一绝缘层以及该第二电极上形成多个颗粒；
形成一第一金属层，以覆盖该些颗粒；
移除该些颗粒并同时使位于该些颗粒表面的该第一金属层移除，以使该第一金属层形成一图案化金属层；
利用该图案化金属层作为一掩膜以于该第一绝缘层中形成多个开口；
在该图案化金属层上以及该些开口的底部形成一第二金属层，其中该第二金属层与该第二电极接触；
在该第二金属层上形成一第三金属层，且该第三金属层于该些开口中形成多个电子发射器；以及
移除位于该些电子发射器上方的第三金属层，以使该些电子发射器以及该第二金属层暴露出来。
2.根据权利要求1所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，形成该第三金属层之后，更包括在该第三金属层上形成一第二绝缘层。
3.根据权利要求2所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，该第三金属层与该第二绝缘层具有相同的图案。
4.根据权利要求2所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，更包括移除部分的该第二绝缘层以及该第三金属层，以使该第二金属层暴露出来。
5.根据权利要求4所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，移除位于该些电子发射器上方的第三金属层的方法包括：
在裸露的第二金属层上以及该第二电极上方的该第二绝缘层上形成一间隙图案；以及
利用该间隙图案作为一掩膜以移除该第二绝缘层以及该第三金属层，以使该些电子发射器裸露出来。
6.根据权利要求5所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，利用该间隙图案作为掩膜以移除该第二绝缘层以及该第三金属层以使该些电子发射器裸露出来的方法包括进行一化学电解蚀刻程序。
7.根据权利要求5所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，更包括在该间隙图案的一顶部表面形成一导电层。
8.根据权利要求7所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，在该间隙图案的顶部表面形成该导电层的方法包括进行一斜向蒸镀程序。
9.根据权利要求1所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，该第一绝缘层与该第一电极之间更包括一电阻层。
10.根据权利要求1所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，该第一金属层顺应性地覆盖该第一绝缘层以及该些颗粒的表面。
11.根据权利要求1所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，形成该些颗粒的方法包括随意地喷洒该些颗粒于该第一绝缘层上。
12.根据权利要求1所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，移除该些颗粒并同时使位于该些颗粒表面的该第一金属层移除的方法包括利用一刷除程序。
13.根据权利要求1所述的场发射显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，该第一金属层以及该第二金属层的材质相同。
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