CN1261959C - 场发射显示器中发射极的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种场发射显示器中发射极的制造方法，是以锡、锌、铝或具有低共熔点的硬焊合金如铝/硅合金等与含有玻璃料的银胶混合后网印或是分别网印在基材上作为电极。接着再在电极上形成碳纳米管层，此层可以利用网印方式将电弧方式产生的碳纳米管碳材覆盖在电极上，也可在电极上形成触媒层以利于碳纳米管的形成。在碳纳米管碳材形成后将温度提高至电极中玻璃料的软化温度，由玻璃料的软化增加电极与基材以及碳纳米管碳材之间的附着性，最后形成一层金属层在碳纳米管上以防止碳纳米管碳材吸附气体。
Description
技术领域
本发明是有关于一种场发射显示器(Field Emission Display，简称FED)中发射极(Emitter)的制造方法，且特别是有关于一种场发射显示器中碳纳米管(CNT)的制造方法。
背景技术
目前的平面显示器技术(Flat Panel Display)，包括有传统的阴极射线管(Cathode Ray Tube，简称CRT)、薄膜晶体管液晶显示器(Thin filmtransistor liquid crystal display，简称TFT-LCD)、等离子体平面显示器(Plasma Display Panel，简称PDP)与场发射显示器(FED)等。由于场发射显示器对制造影像的像素电路的开关动作比液晶显示器快，因此具有较短的光学反应时间(Optical Response Time)，即，具有较高质量的显示效果。此外，场发射显示器还具有厚度更薄(约2至10厘米)、重量更轻(略小于0.2公斤)、视角更广(略大于80度)、亮度较大(每平方公尺略大于150Cd)、工作温度范围较为灵活(约在摄氏零下50度至摄氏80度之间)以及省能源(略小于1瓦)等优点。因此，场发射显示器是被视为在迈向21世纪时，极具有竞争潜力的平面显示器技术之一。
场发射显示器主要是由两片基板组成，中间包含了空间支撑器(Spacers)。上面的玻璃板具有萤光粉(Phosphors)涂布，称为阳极板。栅极板可以释放出电子束的场发射矩阵(Field Emission Array，简称FEA)。离开栅极(Gate)的场发射电子受到阳极板与栅极板上的上正电压差的加速，而撞击萤光粉而产生所谓的阴极萤光(Catholuminescence)。
公知的场发射显示器的场发射矩阵大多属于点尖端型的发射极(TipEmitter)。由具有矩阵寻址(Matrix Addressing)功能的像素组成，每一个像素中包含了数以百计的微小尖端。而上述尖端结构的大小约在1μm左右(指尖端底部)，曲率半径则小于约0.1μm。尖端的材料可以为金属例如为钼、钨或铂，或是半导体例如为硅或钻石，其中又以Charles Spindt于1976年提出以钼为尖端的工艺方法为主。但由Charles Spindt所提出的尖端结构缺点在于蒸镀器设备与掀离技术上的困难，例如蒸镀器所提供的电子束可能会造成各种不同斜角的尖端结构，且仪器太大，不但不易控制，重复率不高且花费成本高，因此批量生产的困难度较高。
另一种场发射显示器的场发射矩阵为碳纳米管(Carbon Nano-Tube，简称CNT)型态的发射极，可以利用厚膜工艺简化工艺、降低成本。
请参照图1，为公知场发射矩阵为碳纳米管型态的发射极示意图。公知中碳纳米管型态发射极的制作通常在一基材100上，以网版印刷的方式形成一银电极102，接着再在银电极102表面覆盖一层碳纳米管104碳材，即完成碳纳米管型态发射极的制作。其中，碳纳米管104的形成方式包括将碳纳米管碳材与具有导电性的环氧树脂(Epoxy)混合或是以化学气相沉积(CVD)方式，使用乙炔、乙烯或甲烷/氢当反应气体，在铁/钴/镍触媒上、高温环境下裂解成长碳纳米管104。而另一种形成碳纳米管104的方式是将碳纳米管碳材与银浆(Silver Paste)混合制成浆料，再以网版印刷的技术涂布在基材100上。由于元件需要约2至6V/μm的高电场才会射出电子，因此在阴极、阳极(未绘示)之间会施加极大的电场。若银电极上的碳纳米管碳材与银电极附着性不好，将会导致碳纳米管碳材脱落。脱落后碳纳米管粒子及大电场所诱发的高速电子同时撞击阳极上的萤光粉，导致萤光粉脱落，使得元件的寿命缩短。
此外，以碳纳米管碳材的来源而论，以电弧放电方式得到的碳纳米管碳材不但生产率偏低，而且其附着性不好。若以热分解化学气相沉积或等离子体加强化学气相沉积(PECVD)方式虽可获得高纯度的碳纳米管，但是同样有附着性不好的缺点。
由于碳纳米管本身为一碳材，具有极大的表面积，因此会吸附大量的气体，这些被吸附的气体会造成元件在后段高真空封装时的困难，也会造成不必要的电弧放电现象，影响显示器的性能。
发明内容
因此，本发明的目的在提出一种场发射显示器中发射极的制造方法，利用低熔点的锡、锌、铝等金属与银胶混合再进行涂布，或是先涂布银层再利用化学涂布或电镀技术等方法涂布金属层，以有效增进碳纳米管碳材的附着性。
本发明的另一目的在提出一种场发射显示器中发射极的制造方法，在碳纳米管的表面上形成一金属层包覆于碳纳米管的表面，以有效改善碳纳米管表面大量吸附和释放出气体的缺点。
本发明的再一目的在提出一种场发射显示器中发射极的制造方法，在碳纳米管碳材形成之后将温度提高至电极中玻璃料的软化温度，由玻璃料的软化以改善电极与基材及碳纳米管碳材之间的附着性。
为实现本发明的上述目的，提出一种场发射显示器中发射极的制造方法，是以锡、锌、铝或具有低共熔点的硬焊合金如铝/硅合金等与含有玻璃料的银胶混合后网印或是分别网印在基材上作为电极。接着再在电极上形成碳纳米管层，此层可以利用网印方式将电弧方式产生的碳纳米管碳材覆盖于电极上，也可在电极上形成触媒层以利于碳纳米管的形成。在碳纳米管碳材形成后将温度提高至电极中玻璃料的软化温度，由玻璃料的软化增进电极与基材以及碳纳米管碳材之间的附着性，最后形成一层金属层在碳纳米管上以防止碳纳米管碳材吸附气体的功能。
附图说明
图1为公知场发射矩阵为碳纳米管型态的发射极示意图；
图2至图4为依照本发明一实施例中场发射矩阵为碳纳米管型态的发射极流程示意图；以及
图5为依照本发明一实施例中场发射矩阵，其发射极为碳纳米管型态的制作流程图。
附图标记说明：
100：基材
102：银电极
104：碳纳米管
200：基材
202：电极
204：碳纳米管碳材层
S300：提供基板
S302：形成电极
S304：形成触媒
S306：形成碳纳米管碳材
S308：加热至电极内玻璃料的软化温度
具体实施方式
请参照图2至图4，为依照本发明一实施例中场发射矩阵为碳纳米管型态的发射极的一种流程示意图。首先请参照图2，提供一基材200，基材200例如为玻璃基板。在基材200上形成电极202，例如为银电极。而电极202形成的方式例如将低熔点的锡、锌、铝金属或是硬焊合金材料铝/硅(Al/Si)合金与一含有玻璃料的银胶混合，以网版印刷的方式涂布于基材200上。此外，电极202形成的方式也可以先将银胶以网版印刷方式涂布于基材200上，再以例如电镀、真空蒸镀或真空溅镀的方式将低熔点的锡、锌、铝金属或是硬焊合金材料铝/硅合金形成在银胶上。
接着请参照图3，在形成电极202后，在电极202上形成碳纳米管碳材层204，而碳纳米管碳材层204形成的方式例如以化学气相沉积方式形成一层碳纳米管碳材层204，在碳纳米管碳材层204形成之前可先形成一层形成碳纳米管碳材层204所需的触媒层。此外，碳纳米管碳材层204也可以将由电弧放电方式或化学气相沉积方式所得到的粉末配制成浆料，再利用网版印刷的方式将碳纳米管碳材层204形成在电极202上。由于电极202是由低熔点的锡、锌、铝金属或是硬焊合金材料铝/硅合金材料，所以电极202在基材200及碳纳米管碳材层204之间都具有较好的附着性，对于显示器的性能(Performance)有很大的增进。
接着请参照图4，接着覆盖一层金属层206在碳纳米管碳材层204的表面上，金属层206的材料例如为镍、铜等与碳纳米管碳材层204有较好附着性的金属，而金属层206的形成方式例如为电镀或是化学镀膜的方式。由于所形成的碳纳米管碳材层204具有相当大的表面积，很容易吸附大量的气体，这些被吸附的气体会造成元件在后段高真空封装时的困难，也会造成不必要的电弧放电现象，影响显示器的性能。因此形成金属层206可以将碳纳米管碳材层204包覆于内，使碳纳米管碳材层204不会吸附大量的气体，有助于后段高真空封装时的合格率。最后再将具有电极202与碳纳米管碳材层204的基材200送进一高温加热环境中，例如在高温气氛炉中进行烧结。
最后请参照图5，为依照本发明一实施例中场发射矩阵，其发射极为碳纳米管型态的制作流程图。首先，提供一基材(S300)，此基材例如为一玻璃基板。接着在基材上形成电极(S302)，此电极的材料例如为银电极，而银电极形成的方式例如是将一玻璃料与银胶混合之后，由网版印刷的方式涂布于基材上，以使得电极与基材之间具有较好的附着性。
在形成电极(S302)之后，在电极上形成碳纳米管碳材，而碳纳米管碳材形成的方式例如以化学气相沉积方式形成一层碳纳米管碳材(S306)。其中，碳纳米管碳材的形成(S306)例如是在高温环境下裂解成碳纳米管碳材。此外，碳纳米管碳材的形成(S306)也可以将由电弧放电方式或化学气相沉积方式所得到的粉末配制成浆料，再利用网版印刷的方式将碳纳米管碳材形成于电极上。
而在碳纳米管碳材形成(S306)之前可先形成一层形成碳纳米管碳材所需的触媒(S304)，以使得电极与碳纳米管碳材之间具有较好的附着性。其中，形成触媒(S304)例如是以乙炔、乙烯或甲烷/氢当反应气体，在铁/钴/镍触媒上、高温环境下裂解以进行碳纳米管碳材的成长。
上述电极的制作过程中，从提供基材(S300)、形成电极(S302)、形成触媒(S304)到形成碳纳米管碳材(S306)，熟悉此项技术的人皆可视需求而有所变动，本发明上述的制作过程仅为例子说明，并非限定本发明的制作过程。
然而，上述电极的制作过程，从提供基材(S300)、形成电极(S302)、形成触媒(S304)到形成碳纳米管碳材(S306)，虽对电极与基材以及碳纳米管碳材之间的附着性有些增进，但仍有改善的空间。因此，本实施例在形成碳纳米管碳材(S306)之后，再将加热至电极内玻璃料的软化温度(S308)。由于所加热的温度会使得原本存在于电极中的玻璃料软化，而软化后的玻璃料会使得电极本身对基材以及碳纳米管碳材的附着力大幅提高。
综上所述，本发明场发射显示器中发射极的制造方法至少具有下列优点：
1.本发明将低熔点的锡、锌、铝金属或是硬焊合金材料铝/硅合金材料与银胶混合，使得后续形成的碳纳米管碳材层与电极之间具有较好的附着性，可以有效改善在高电场操作下，碳纳米管碳材层剥离脱落的现象，进而增加场效发射显示器的寿命。
2.本发明在碳纳米管碳材层外包覆一层与碳纳米管碳材层附着性好的金属层，可以有效防止碳纳米管碳材层吸附和放出大量的气体，有助于后段高真空封装时的合格率。
3.本发明改变电极的材料并搭配上在碳纳米管碳材层外包覆一层金属层，可同时将场效发射显示器的可靠性、后段高真空封装合格率及元件寿命增加。
4.本发明中，由于电极中的玻璃料在电极形成之前被加热而软化，故会使得电极与基材、碳纳米管碳材之间具有较好的附着性，进而改善碳纳米管碳材在高电场操作下会产生剥离脱落的现象，以及增加场效发射显示器的可靠性与寿命。
虽然本发明已以实施例说明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，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以权利要求书为准。
Claims (23)
1.一种场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：至少包括：
提供一基材；
以一金属与一导电胶混合并形成在该基材上，以形成一电极，其中该金属的材料选自锡、锌、铝或其它低熔点的金属所组成的族群其中之一；以及
在该电极上形成一碳纳米管层。
2.如权利要求1所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该导电胶的材料包括银胶。
3.如权利要求1所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该导电胶中包含有一玻璃料。
4.如权利要求3所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该碳纳米管层形成之后还包括一加热步骤将该玻璃料软化，以增加该电极与该基材、该碳纳米管层之间的附着性。
5.如权利要求1所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该碳纳米管层形成的方式，是将电弧放电或化学气相沉积方式所得的粉末配制成浆料，进行网版印刷的方式。
6.如权利要求1所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该碳纳米管层形成的方式是化学气相沉积。
7.如权利要求6所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该碳纳米管层以化学气相沉积形成之前，还包括形成一触媒层的步骤。
8.如权利要求7所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该触媒层的材料为铁、钴、镍金属层。
9.一种场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：至少包括：
提供一基材；
以一第一金属与一导电胶混合并形成在该基材上，以形成一电极；
在该电极上形成一碳纳米管层；以及
在该碳纳米管层表面形成一第二金属层，以防止该碳纳米管层吸附和释放出气体。
10.如权利要求9所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该导电胶包括银胶。
11.如权利要求9所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该导电胶中包含有一玻璃料。
12.如权利要求11所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该碳纳米管层形成之后还包括一加热步骤将该玻璃料软化，以增加该电极与该基材、该碳纳米管层之间的附着性。
13.如权利要求9所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该金属的材料选自锡、锌、铝或其它低熔点的金属所组成的族群其中之一。
14.如权利要求9所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该碳纳米管层形成的方式，是将电弧放电或化学气相沉积方式所得的粉末配制成浆料，进行网版印刷的方式。
15.如权利要求9所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该碳纳米管层形成的方式是化学气相沉积。
16.如权利要求15所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该碳纳米管层以化学气相沉积形成之前，还包括形成一触媒层的步骤。
17.如权利要求9所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该第二金属层的材料选自镍、铜所组成的族群。
18.一种场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：至少包括：
提供一基材；
在该基材上形成一电极，该电极中掺有一玻璃料；
在该电极上形成一碳纳米管碳材；以及
进行一加热步骤，以将该玻璃料软化。
19.如权利要求18所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该电极为一银电极。
20.如权利要求18所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该碳纳米管碳材形成的方式，是将电弧放电或化学气相沉积方式所得的粉末配制成浆料，进行网版印刷的方式。
21.如权利要求18所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该碳纳米管碳材形成的方式是化学气相沉积。
22.如权利要求21所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该碳纳米管碳材以化学气相沉积形成之前，还包括形成一触媒层。
23.如权利要求22所述的场发射显示器中发射极的制造方法，其特征为：该触媒层的材料为铁、钴、镍金属层。
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