TW200828397A - Field emission component and method for the manufacture of field emission device - Google Patents

Description

200828397 〃 九、發明說明： ~ 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種場發射元件及場發射裝置之製造方 法，尤指一種適用於利用親水性漿料圖案化場發射元件之 5 場發射元件及場發射裝置之製造方法。 【先前技術】 顯示器在人們現今生活中的重要性日益增加，除了使 用電腦或網際網路外，電視機、手機、個人數位助理（pDA)、 10數位相機等，均須透過顯示器控制來傳遞訊息。相較於傳 統映像管顯示器，新世代的平面顯示器具有重量輕、體積 小、及符合人體健康的優點，但其視角、亮度、功率消耗 等問題仍有改善的空間。 在眾多新興的平面顯示器技術中，場發射顯示器（field 15 emissi〇n display，FED)不僅擁有傳統映像管高晝質的優 點，且相較於液晶顯示器的視角不清、使用溫度範圍過小、 及反應速度之缺點而言，場發射顯示器具有反應時間迅 速、超過lOOftL的高亮度、輕薄構造、寬廣視角、工作溫度

範圍大。 X 2〇 ,此外，FED使用時不需背光模組。所以即使在戶外陽 光下使用，依然能夠提供優異的亮度表現。隨著奈米科技 的發f，促使FED擁有㈣的電子發射元件的材料，而來 成目前熱門的研發方向。奈米碳管型之場發射顯示器，I 主要是利用奈米碳管尖端放電的原理，而取代習知壽命短 200828397 暫且製作不易之電子尖端發射元件。因此，目前fed已被 視為相^有機會與液晶顯示技術競爭，甚至將其取代的新 顯示技術。 場發射顯示器的工作原理與傳統陰極映像管相似，須 在低於10-6t〇rr之真空環境下利用電場將陰極尖端的電子拉 出，並且在陽極板正電壓的加速下，撞擊陽極板的螢光粉 而產生發光（Luminescence)現象。一般場發射顯示器是控制 施加於陰極與閘極間之電壓差的變化，而在指定的時^使 每個電子發射體射出電子。 10 15 習知場發射顯示器多為具有由一上基板與一下基板夾 置陽極、螢光層、閘極、絕緣層、場發射層及陰極之結構 所組成。上、下兩基板之間，由—封閉膠層封閉，並將兩 玻璃基板間形成真空。-般而言，陰極、絕緣層、場發射 層、及閘極等結構多於下基板之製程中製備。在習知㈣ 中陰極的場發射層形成是利用網版印刷的方式形成。秋 而’利用網版印刷的方式形成陰極的場發 = 面積圖案化製程位置誤差很大，無法= 射層。另夕卜，利用黃光技術的方式形成圖案化的 厂θt產生場發射層成長設備無法大面積化及 過高的問題。因此，如何解決前述、成本 顯示器尚待突破的課題/問㈣疋目前場發射 【發明内容】 有4監於此 本發明係提供一種場發射元件之製造方 20 200828397 5 10 15 法，其步驟包括：首先，提供一基板，其表面具有一圖案 化之閘極層，閘極層圖案可為直條型、圓形、圓環形等任 何可能之圖案。然後，於此基板表面形成—圖案化^光阻 層匕光阻層係形成-開口，此開口大小、形狀不限定。 接著，於此光阻層之開口内依序形成一陰極層1 —場發射 層。最後’移除光阻層。而可得到本發明之場發射元件' 此外，本發明更提供-種場發射袭置之製造方法，盆 步驟包括：首先，提供一上基板，其表面係依序形成 極層及-螢光層。此外，亦提供一下基板，其表面具有一 圖案化之閘極層。而形成此下基板的步驟包括：首先，於 此下基板表面形成一圖案化之光阻層，此光阻層係形成二 開口。然後，於此光阻層之開口内依序形成一陰極層及一 場發射層。接著，移除光阻層，而得到本發明的下基板。 ，後，將此上基板及下基板封裝組合，而 場發射裝置。 4知月的 上述本發明之光阻層的開口内較佳係可利用網印、嗔 塗、錢鑛或轉塗佈的方式开;{ 士 a & a ' 万式形成陰極層。此外，於光阻層之 開口内形成陰極層之後，較佳係可利用毛細現象將

性之電子發射源溶液填滿於降 ，見X ^ , 於陰極層上。在此，將親水性之 Γ㈣源溶液填滿於陰極層上之方式較佳係可利用嗔 全、滴定或旋轉塗佈的方式彡 、 ^ ^ ^ 式形成。另外，本發明中親水性 之电子發射源溶液的成份為 & 风切為有機溶液和場發射材料。有機 /合液係不限使用任何材料，口 日 用，較佳係為含醇類之有機、:/疋親水性的溶液均可使 貝之有機溶液。另，本發明的場發射層 20 200828397 的材料係為包含一含碳化合物，而此含碳化合物係選自由 石墨、鑽石、類鑽石結構之碳、奈米碳管、碳六十、及其 、、且&所組成之群組。較佳地，此含碳化合物的材料為卉 碳管。 "、、不 上述本發明的光阻層係不限使用任何材料，較佳可為 一疏水性之光阻材料，且為一耐溫的材料，其溫度至少為 80°C以上。更佳地，本發明的光阻層係為一疏水性且耐酸、 耐鹼之光阻材料。 Γ 上述本發日种形成於場發射元件基板之閘極層或場發 射裝置中之下基板的閘極層，較佳係可抑黃光微影^ 之方式形成。

在此，本發明中的場發射裝置係可為場 場發射背光源裝置等。 A 15 因此，本發明場發射元件的製造方法及使用此種場發 f凡件之場發射裝置之製造方法係解決了習知中利用網版 P刷的方式形成陰極無法料的形成場發射層及利用黃光 形成圖案化的場發射層，會產生場發射層成長 故備無法大面積化及成本過高的問題，另外由於使用 製得陰極、場發射層尺吋可穩定小至L—，提高 才 衣私使％發射層自我對準於閘 極層，不會如網印製程般， 性相通 、同板誤i，導致與閘極層電 【實施方式 20 200828397 ，下係藉由特定的具體實施例說明本發明之^ 式，热習此技藝之人士可由 ^轭方 了解本發明之i他供赴命a兄月曰所揭不之内容輕易地 的且。本發日月亦可11由其他不同 =體心例加以施行或應用，本說明書h各項細^ 可基於不同觀點與制，在不_本發 '進1 種修飾舆變更。 带砰下進仃各 等^^之實施财該等圖式均為簡化之示意圖。惟該 ί圖ί僅顯示與本發明有關之元件，其所顯示之元件非為 才之心樣際貫施時之元件數目、形狀等比 1…、一擇性之設計，且其元件佈局型態可能更複雜。 實施例1 請同時參考圖1A請，係為t作本發明場發射元件流 程剖視圖。 15 20 首先，如圖1A所示，提供一玻璃基板21。在此玻璃基 板21的表面形成—導電層，此導電層經由—黃光微影製程 予以圖案化而將此導電層形成一圖案化之閘極層22。此閘 極層22的寬度係可為1〜500μιη。且閘極層22的寬度較佳可為 10〜30μηι，本實施例為ΐ〇μηι 。 接著’如圖1Β所示，於具有此圖案化之閘極層22的玻 璃基板21表面形成一圖案化之光阻層23，而此光阻層23係 係可利用曝光以及顯影之方式形成一開口 231。在此，光阻 層23使用的材料係為一疏水性的光阻材料且可以為一具有 耐/夏至少約8 0 C以上’其亦具有耐酸與财驗之功能。然後， 將此具有光阻層23的玻璃基板21以網印、喷塗、藏鑛或旋 9 200828397 -轉塗佈的方式，在本實施例中則是使用旋轉塗佈的方式， -於此光阻層23的開口231中鑛人—金屬漿料。接著，可將此 金屬漿料利用熱處理，將其加熱至8〇〜1〇〇。〇，之後，再進 行燒結，而可固化此金屬漿料，以作為一陰極層24。此陰 5極^24的寬度係由前述光阻開口而定，可為工〜綱陣，且較 佳寬度為10〜30μηι，本實施例為1〇μηι。 然後，如圖ic所示，於含有此陰極層24的光阻層以之 ㈤口 23 1内利用毛細現象將_親水性的電子發射源溶液填 、滿於此陰極層24上以形成-場發射層25。在此，填滿的方 10式係可以利用在此玻璃基板21的一端網印、喷塗、滴定或 利用旋轉塗佈的方式填滿，只要其能填滿即可，在本實施 例中則疋利用旋轉塗佈的方式填㉟。而此親水性的電子發 射源溶液係為一含醇的有機溶液，且場發射層乃的主要材 料係為奈米碳管。在本實施例中的場發射層乃利用親水性 15的電子發射源溶液且光阻層23利用疏水性的光阻材料，其 主要目的係可使得電子發射源溶液塗滿於光阻層23中的開 口 231時，能快速且均勻流動，而可形成一具有精細圖案^匕 之陰極結構。 ^ 取後，如圖1D所示，移除光阻層23，而可得到本發明 2〇 的場發射元件。 實施例2 本實施例與實施例丨實施的方式大致上相同，但不同的 是，如圖ic所示，本實施例於含有此陰極層24的光阻層^ 之開口 231内利用滴定填滿於此陰極層24上以形成一場發 200828397 *射層25。其係取代實施例1中利用旋轉塗佈的方式形成場發 h 射層25。其餘步驟均予實施例1相同。 實施例3 明芩考圖2及圖3，係分別為本發明製作場發射顯示器之 5剖視圖及其下基板之上視圖。其中，圖2係為圖3之AA，線之 剖視圖。 如圖2所示，首先，提供一玻璃基板31，於此玻璃基板 31表面形成一陽極層32。此陽極層32是由銦錫氧化物 Γ (indium tin⑽他；ITO)等透明導電材料所製作而成的電 10極。接著，於陽極層32的表面形成螢光層33及遮光層34。 其中，此螢光層33是由螢光粉或其他發光材料所製成。因 此，可製作成一場發射裝置用之上基板3〇。 此外，本貫施例亦提供一場發射顯示器用之下基板 20。再將此上基板3〇及下基板2〇中間夾置一間隔物（圖中未 15示）封裝組合，而可得到本發明之場發射顯示器。在此，此 下基板20所形成的方式係可利用實施例i方式製作而成。在 ( 本實施例中的玻璃基板21形成閘極層22時，於圖案化後係 可同時形成如圖3所示之閘極線221及閘極支線222，並且， 在圖2中之閘極層22係指的是圖3之閘極支線222。此外，本 2〇實施例在形成光阻層23之前，係先形成一圖案化的絕緣層 26(如圖4所示，以及圖3中之B區域），此絕緣層26材料不限 疋’較佳可為氮化矽、氧化矽、氧化鉛、氧化鎂、陶瓷材 料等。在本實施例則使用氧化矽。此圖案化之絕緣層％係 會形成於在後續製程中形成陰極層24時，與閘極線22ι交集 11 200828397 之處。而本實施例的圖2係為圖3中AA，線的剖視圖，其係由 閘極支線222於陰極層24所圍成的形狀對應於上基板％的 榮光=33(如圖3所示）。在完成本實施例的封裝組合後，係 利用場發射層25中側向拉出電子，以撞擊上基板对的勞 光層33而使其發光。此螢光層⑽可分別顯示為紅色 (R)、綠色（G)及藍色（B)等三種顏色。 實施例4 衫考圖5 ’係為本發明場發射背光源面板之示意圖。 (本實施例係利用實施例1的方式而形成，可在玻璃基板21上 10使閘極層22與場發射層25平行且為直條型之形狀，其中， 場發射層25的下層係為陰極層24(如圖1D所示）。請再參考 圖2，其同樣可形成如實施例2之上基板3〇。本實施例的場 發射背光源面板可利用場發射層2 5發射電子森 的螢光層33，從而發出可見光，即為本發明之場發射背光 15 源面板原理。 綜上所述，本發明於基板上利用圖案化的光阻層，並於 ί 光阻層的開口内形成陰極層之後，利用毛細現象以及親水 性的電子發射源溶液的特色，可以使得電子發射源溶液塗 滿於光阻層的開口時，可以快速起均勻的流動，形成一具 20 有精細圖案化的陰極結構，並可輕易完成大面積的圖案製 作。此外，利用此種方式係可提高電子發射源精確度，而 更優化場發顯示器的解析度。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 12 200828397 於上述實施例。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明一較佳實施例之製作場發射元件流裎剖 5 視圖。 圖2係本發明一較佳實施例之場發射裝置剖視圖。 圖3係本發明一較佳實施例之場發射顯示器下基板之 上視圖。 圖4係本發明一較佳實施例之場發射顯示器下基板b區 10 域之剖視圖。 圖5係本發明一較佳實施例之場發射背光源面板示意 【主 20 22 222 231 25 30 33 21，31 玻璃基板 221 閘極線 23 光阻層 24 陰極層 26 絕緣層 32 陽極層 34 遮光層 要元件符號說明 下基板 閉極層 閘極支線 開口 場發射層 上基板 螢光層 13

Claims (1)

1. 200828397 十、申請專利範園： 1· 一種場發射元件之f ’〜表绝方法，1步 提供一基板，其表面I /、 ”匕括· ^ 表面具有一圖案化之閘極声· 於該基板表面形成一 η $ 曰， 成一開口； 曰θ九阻層係形 於該光阻層之該開口内 依序形成一陰極層及一语义 層；以及 壞反%發射 移除該光阻層。 10 、、2.如巾請專利範圍第1項所述之場發射元件之製造方 法，其中，於該光阻層之該開口 ^ ^ ^ ^ ^ 形成該陰極層。 •轉塗佈的方式 3·如申請專利範圍第！項所述之場發射元件之製造方 法，其中，於該光阻層之該開口内形成該陰極層後’係利 用毛細現象將-親水性之電子發射源溶液填滿於該陰極層 15 上0 、4·如申請專利範圍第3項所述之場發射元件之製造方 法，其中，將該親水性之電子發射源溶液填滿於該陰極層 上之方式係利用滴定的方式形成。 5·如申請專利範圍第3項所述之場發射元件之製造方 20法，其中，將該親水性之電子發射源溶液填滿於該陰極層 上之方式係利用旋轉塗佈的方式形成。 6·如申請專利範圍第3項所述之場發射元件之製造方 法’其中，該親水性之電子發射源溶液的成分為有機溶液 和場發射材料。 200828397 7·如申請專利範圍第6項所述之場發射元件之製造方 法，其中’該場發射層材料係包含一含碳化合物，且，含 ί化t物係選自由石墨、鑽石、類鑽石結構之碳、奈米碳 官、妷六十、及其組合所組成之群組。 法 8·如申請專利範圍第旧所述之場發射元件之製造方 ’、中°亥光阻層係為一疏水性之光阻材料。 法 料 ( 15 20 9·如申請專利範圍第巧所述之場發射元件之製造方 其中，該光阻層係為-疏水性且耐酸、耐驗之光阻材 法 1〇.如申請專利範圍第1項所述之場發射元件之製造方 其中，該閘極層係利用黃光製程之方式形成。 11·-種場發射裝置之製造方法，其步驟包括： 層^供-上基板，其表面係依序形成—陽極層及一營光 提τ基板，其表面具有—圖案化之間極層； 形成-開Γ基板表㈣成―圖案化之光阻層，該光阻層係 層；於該光阻層之該開σ内依序形成—陰極層及—場發射 移除該光阻層；以及 將該上基板及該下基板封裝組合。 方法，』中明專利耗圍第U項所述之場發射裝置之製造 ^ ^ ’於該光阻層之該開口内係利㈣轉塗佈的方 八化成该陰極層。 15 200828397 ' 13·如申請專利範圍第11項所述之場發射裝置之製造 、方法’·其中，於該光阻層之該開口内形成該陰極層後，係 利用毛細現象將一親水性之電子發射源溶液填滿於該陰極 層上。 5 14·如申請專利範圍第13項所述之場發射裝置之製造 方法，其中，將該親水性之電子發射源溶液填滿於該陰極 層上之方式係利用滴定的方式形成。 15.如申請專利範圍第13項所述之場發射裝置之製造 方法，其中，將該親水性之電子發射源溶液填滿於該陰極 10 層上之方式係利用旋轉塗佈的方式形成。 16 ·如申睛專利範圍第13項所述之場發射裝置之製造 方法，其中，该親水性之電子發射源溶液的成份為有機溶 液和場發射材料。 17·如申請專利範圍第U項所述之場發射裝置之製造 15 方法，其中’該光阻層係為一疏水性之光阻材料。 18 ·如申睛專利範圍第π項所述之場發射裝置之製造 方法，其中’該閘極層係利用黃光製程之方式形成。