201250768 六、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發月疋有關於一種場發射顯示元件，且 種以電化學製程移除部份金屬層之場發射顯示元件的方法; 。一 【先前技術】 射顯示妓·許多微尖端結構在_ :;=面射_極導電層= ‘ 的發光原理和陰極射辭(CathGde RayTube， i 發射齡11是彻多健排_場放射電 子=eld £缝推成.的電子發射源，因此，場發射顯示器 面顯示器。換言之’場發射顯示器具有陰極射線 吕在旦質上的優點，但卻对體魏大與重量龐大之缺點。 【發明内容】 方+本目的之-在於提供—種場發射顯示元件的製作 射顧--也匕!醇類溶劑做為電解液，當二醇類溶劑與場發 去’=二之屬層接觸時，不會破壞所接觸的金屬層。再 廄而的金屬離子可溶解於電解液中，不會與電解液反 應而產生金屬沉澱物。 ^發^之另-目的在於提供一種場發射顯示元件之電化 其可應用於製作場發射顯示元件，優點在於可以藉 由知作電壓的控制將要移除的金屬層完全移除而不會移除到 201250768 要保留的金屬層。 本U之#χ佳實施例提供—種場發射顯示元件的製作方 法包S .提供基板，於基板之上形成絕緣層；於絕緣層上形 成第-金屬層’随化第—金屬層及絕緣層以在第—金屬層及 絕緣層内形成至少-開口；於第—金屬層上及開口内形成第二 金屬1’其巾第二金屬層包括位在開口的第-部份以及位在第 -金屬層上的第二部份’且第—部份與第二部份彼此電性分 金屬層的第一部份。 m弟一 在ί發:ί:實施例中，上述之第-金屬層的材料包含 鉻，而第二金屬層的材料包含鉬。 在本發明之-實施例巾，上述 !呂，第二金屬層的材料包含錦。第金屬層的材料包含 在本發明之一實施例中，上述以電 屬金屬層的第，之步驟包含:施 於第一金屬層上，且以一陽極氧化移哈 ’、電坠 金屬層的第二部份。 〃—金屬層上之第二 在本發明之-實施例中，上述之經陽極氧化 之第二部⑽以金屬離子形式溶解於電解 ^屬層 -實施例中，上述之施加於第—金屬層^本發明之 第一金屬層之臨界電壓。 呆乍電堅小於移除 屬二=/層:::心 金屬層之臨界電壓。 糸小於移除第一 在本發明之一實施例中，上述之二醇類溶劑包含m 201250768 醇（l，2-propanediol) 、I，3-丙二醇（l，3-Propanediol)或乙二醇 (ethylene glycol)。 在本發明之一實施例中’上述之電解液包含有機酸電解 質。 在本發明之一實施例中’上述之有機酸電解質包含對·甲 基笨績酸(p-Toluenesulfonic acid，簡稱為 p_TSA)。 在本發明之一實施例中’上述之電解液包含鹽類。 在本發明之一實施例中’上述之鹽類包含四乙基銨對曱笨 磺酸酯（Tetraethylammonium p-Toluenesulfonate，簡稱為 TEA-pTS) 〇 在本發明之一實施例中，上述之在基板上更包含形成一下 層金屬層，而絕緣層形成於下層金屬層上，且位於開口内之第 二金屬層的第一部份電性連接至下層金屬層。 本發明另提供一種電化學系統，適於應用於製作場發射 顯示元件。電化學系統包含:電解槽，用以容置含有二醇類溶 劑之一電解液；陽極電極，浸置於含有電解液之電解槽内，其 中陽極電極包含基板；絕緣層設置在基板上；第一金屬層，設 置在絕緣層上；至少一開口，設置於第一金屬層及絕緣層内； 以及第一金屬層，包含設置在開口内之第一部份及設置在第一 金屬層上之第二部份，第一部份與第二部份電性分離；陰極電 極，浸置於含有電解液之電解槽内；以及電源供應裝置，具有 一正極及負極，正極與陽極電極之第一金屬層電性連接，而負 極與陰極電極電性連接。 在本發明之一實施例中，上述之二醇類溶劑包含丙二 醇、1,3-丙二醇或乙二醇。 在本發明之一實施例中，上述之電解液包含有機酸電解 201250768
^本發明之-實關中，上述之電解液更包含有機鹽類。 =本發明之—實施例中，上述之當第—金屬層的材料包含 鉻或鋁，而第二金屬層的材料包含錮或鎳。 在本發明之-實施例巾，上述之陰極電極的材料包含白金 或白金$太合金。 在本發明之-實施例中，上述之電化學系統更包含一怪溫 ，制裝置’用以容置電解槽且控制該電解槽内之電解液之溫 度。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易 ‘，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 圖_1至圖4係表不場發射顯示元件之製作流程示意圖；圖 5係表示用於製作場發_示元件之電化學魏之示意圖；以 及，6係表示在進行電化學反應時，第一金屬層及第二金屬層 之操作電壓及電流之關係圖。 β請參考圖1，本實施例之場發射顯示元件之製作方法是先 ，供-基板1G，基板1G的材料為陶竟基板、玻璃基板或塑膠 硬質或軟質材料。接著，在基板1〇上方形成絕緣層14，此 絕緣層14之材料為例如是二氧化矽、氮氧化矽（smc⑽ oxynitride)或氮化矽(slnconnitride)等介電材料。之後，在絕緣 層14上形成第一金屬層16，在此實施例中，第一金屬層π ，做為閘^層㈣心㈣’其材料為鉻⑽贿㈣或銘⑽^ 夕，在一實施例中，可在基板1〇上先形成下金屬層12，接著 再將絕緣層14形成於下金屬層12上。 201250768 接著請參考圖2，於第—金屬層16與絕緣層 曼 少一開口 160。在第一金屬層16與絕緣層 的方法例如是將具有開口圖案之光阻層(9未，成開口 160 金屬…方以做為罩幕，再利_製程移 ==二 金屬層16以及部份的絕緣層14，進而在第一金^ 緣層14内形成開口 16〇,並曝露出下層金 … r上與開σ⑽内形成第 P 或其他σ適的薄膜沈積技術，將第二今麗J® 夕 第一部份181形成在開口 160内，第二金 a__
1 OO tr^ JL·' y- Mf X « " θ 18 之第^一 op jjQ 183$成在第-金屬層16上’且第二金屬層i8之第—部份⑻ 與第二金屬層18之第二部份183彼此電性分離。另外，第二 金屬層18的材料為鉬或鎳。 在本實施例中，形成在開口 16〇内的第 部份⑻係為一微尖端結構。 轉1«之弟 j妾著請參考圖4,係將在第—金屬層16上之第二金屬層18 之=二部份183移除，而保留在開σ _内之第二金屬層18 I5伤181 (微尖端結構）。在本實施例中，係利用電化 學製程移除在第-金屬層16上之第二金屬層18之第二部份 183 〇 在本實施例中，第二金屬層18之第一部份181 (微尖端結 構）與下層金屬層12構成場發射顯示元件的陰極電極板。此 =極電極板與第—金屬層16實質上係以交錯的方式設置。因此， =有外加電場施加於陰極電極板時，在陰極電極板以及對向之 ，極電極板(未繪示)之間會產生一電場，由於微尖端結構的尖 端表面會聚集較多的電子，電子會由微尖端結構的尖端發射出 8 201250768 去，當電子打到在陽極電極板上的螢光粉時則會發光。 圖5係表示適於應用於製作場發射顯示元件之電化學系 之示意圖。在圖5中，電化學系統40包含電解槽41〇:陽極 電極420、陰極電極430以及電源供應装置44〇。電解槽41〇 用以容置電解液412，電源供應裝置440的正極與負極^ 陽極電極420及陰極電極430電性連接，以進行電解作用。〃 在本發明中，在電解槽410内的電解液412係包含醇類& 劑以及電解質，其中醇類溶劑特別是指二醇類溶劑其特性包ς 介電常數大於30 (在溫度為20。〇、液體黏度(visc〇sity)小於6〇 毫泊(m Pa-s)以及沸點溫度大於15〇 。因此，根據上述_ 之特性，在本發明中所使用的二醇類溶劑包含乙二醇 ethyl glycol)、U_ 丙二醇（1，2_pr〇panedi〇1)或是 13 丙二醇 (l，3-Propanedi〇l)，另外，二醇類溶劑的特性列於表一： 表一： 溶劑 介電 常 數 (20°〇 沸點 溫度（°C) 黏度 (mPa · s) 乙二醇 38.6 198 25.66 1，2-丙二醇 (a-PG) 32 187.6 56 1，3-丙二醇 (β-PG) 35 214 一 -0.466 一· --- 此外，要說明的是，在本發明中所使用的二醇類溶劑與欲 移除之金屬層摻觸時，不會破壞該金屬層。於一實施例中，將 做為金屬層的材料例如銘、鉻、鎳或鉬等或是二氧化石夕、高分 201250768 子膜例如聚亞醯胺膜(polyimide)，分別浸泡於上述的二醇類溶劑 之後發現金屬層、二氧化矽或是高分子膜不會被破壞。因此， 在本發明的實施例中，係使用二醇類溶劑做為電化學系統中之 電解液。此外，二醇類溶劑在溶劑的使用上符合環保規範。 另外’為了增加電解液的導電性，於本發明中的電解液 (electrolytic solution)可以加入酸性電解質（acid electrolyte)，例 如有機酸電解質(organic electrolyte)或無機酸電解質(inorganic electrolyte)。由於有機酸電解質或無機酸電解質具有較高的解 離常數，在溶於電解液之後可以增加電解液之導電性。適用於 本發明中所使用的電化學反應之無機酸電解質包括含硫的無 機酸例如硫酸(sulfuric acid)、二氧化硫(suifurous acid)或磺胺酸 (sulfamic acid);而有機酸電解質包括有機磺酸(sulf〇nic acid)， 例如為芳香族磺酸(aromatic sulfonic acid)或具有苯環(benzene nng)之芳香族磺酸。在一實施例中，有機酸電解質為對-甲基 苯績酸(para-Toluenesulfonic acid，簡稱 p_TSA) 〇 另外’在本發明的一實施例中，電解液更包含一鹽類 (salt)，例如有機鹽類。在一實施例中，有機鹽類為四乙基銨對 甲苯磺酸醋(Tetraethylammonium para-Toluenesulfonate，簡稱 TEA-pTS)。 因此，根據以上所述，將圖3所示之結構浸置於電解槽 41〇的電解液412内。在此要說明的是，圖3所示之結構可^ 為陽極電極420，整個結構係浸置於電解槽41〇的電解液412 内，但是在圖5中僅繪示出在基板1〇上方與正極電性連接之 第金屬層16以及要被移除之第二金屬層a之第二部份 W3，其餘的結構仍然與圖3相同。 在本發明的一實施例中，電解液412係由乙二醇溶劑以及 201250768 電解質為濃度為0.5M之對-甲基笨磺酸(p-TSA)及0.1M之四 乙基銨對甲苯石黃酸酯所組成。於本發明的另一實施例中，電解 液412可以是由1，2-丙二醇溶劑及電解質包含濃度為〇 5M之 對-甲基苯磺酸及0.1M之四乙基銨對曱苯磺酸酯所組成；或於 再一實施例中，電解液412可以是由丨，3_丙二醇及電解質濃度 為0.5M之對·甲基苯磺酸及01M之四乙基銨對甲苯磺酸酯所 、’且成。接下來，電源供應裝置440之正極電性連接於做為陽極 電極420之第一金屬層16，電源供應裝置440之負極電性連 接於陰極電極伽。當進行電化學製程時，由電 同時提供-操作電壓於第-金屬層16與陰極電極=置經過
St後，於第二金屬層18之第二部份183開始發生陽 第-全ίί ’係以陽極氧化的方式移除在第—金屬層16上之 =金屬層18之第二部份183,其中所移除的第二金屬層Μ ίίϋΓ83因電解而以金屬離子形式析出，且完全溶解於 電解:^12。另外，在陰極電極上有氫氣產生 屬展ΪΓ1 又佳實施例中，第一金屬層16的材料祕，第-全 合金。電源供縣置44G ^或是白金鈦 小於移除第-金屬層16之臨界雷斤，7層16的知作電壓要 之第二部份183之操作 1 ’ ’、即移除第二金屬層18 界電麗。如圖5所示加二第U第-金屬層16之臨 ，時，開始移除第二金屬7二屬二16的操作電壓為 超過1·3伏特時，除 θ 备刼作電壓持續增加而 在此電化學反應中，移；；：：：于被析出。因此可以得知 在進行電化學反應時，施加於第=為1 也會開始發生電解除之外，第一金屬層16 在此電化學反應中I —a U出。因此可以得知， .3
I 201250768 操作電壓需低於第一金屬層16之臨界電壓（1.3伏特），使得在 電化學反應的過程中，只有第二金屬層18被移除，而第一金 屬層16不會被移除。此外，在電化學反應的過程中，第二金 屬層18之第二部份183因電解所析出之金屬離子例如翻離子 (M〇6+) ’其可完全溶解於電解液412中。在整個電化學反應過 程中，只有在第二金屬層18之第二部份183上能測到電流^， 而在第一金屬層16無法測到電流值（即電流值為零）^因此’ 電化學反應只會移除第二金屬層18之第二部份183，而不 移除其他的金屬層。 於本發明的另一實施例中，第一金屬層16的材料為鋁，
的材料為鎳’施加於第一金屬層16的操作電壓範圍為0.4〜U 伏特’其係小於移除第—金屬層16的臨界電壓約為14伏特。 ^此，第二金屬廣18在此電化學反應過程中，只會移除在第 二金屬層16上之第二金屬層18，而不會將第—金 併移除。 置4^卜组在本發明所揭露之電化學系統中更包含怪溫控制裝 置450，藉以維持整個電化學反應是 二
制裝置45〇包含值溫槽452以符L連订此U 乂及艮/jaL控制器454。在恒溫样452 内所容置的液體例如為水。恆溫 幻/皿糟452 溫至9〇t。 ^ 皿控制裝置454之溫度範圍為室 根據以上所述，利用二醇類溶 當二醇類溶劑與場發射顯 ;解/夜之優點在於： ^ X ^ a ^ .. 4不疋件之金屬層接觸時，不會破壞特
疋金屬層。另外，電解析出的 U 中，使得金躲子不會與子可岐全溶解於電解液 會有金屬沉澱物附著在微尖=而產生金屬沉殿物，故不 用性。因此，藉由本發明所^上’而影響雌端結構之使 月所揭路的二醇類溶劑做為電化學反應 12 201250768 中之電解液，可以將特定要移除的金屬層完全移除，在進入水 洗段去除溶劑之後，只會留下在電化學反應沒有被移除之金屬 層。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍 内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後 附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1〜圖4係根據本發明所揭露之技術，表示場發射顯示 元件之製作流程示意圖； _圖5係根據本發明所揭露之技術，表示應用於製作場發射 顯示元件之電化學系統之示意圖；以及 圖6係根據本發明所揭露之技術，表示在進行電化學反應 寺第金屬層及第一金屬層之操作電壓及電流之關係圖。 【主要元件符號說明】 10:基板 12:下層金屬層 14:絕緣層 16:第一金屬層 160:開 口 18:第二金屬層 181:第二金屬層之第一部份 183:第二金屬層之第二部份 40:電化學系統 13 201250768 410:電解槽 412:電解液 420:陽極電極 430:陰極電極 440:電源供應裝置 450:恒溫控制裝置 452:恆溫槽 454:恆溫控制器