TW486709B - Field emission display cathode panel with inner via and its manufacturing method - Google Patents

Description

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發明背景 本發明係有關於一種場放射顯示器（FED : field em i s s i on d i sp 1 ay )結構，特別是有關於一種具有内部通 孔之FED陰極（FED cathode)及其製造方法，其利用蒸鑛 (micro-tip vaporizing)方式形成内部通孔而使FED之陰 極封合區（cathode sealing area)表面均相化 (Homogeneous)，藉此增加產品良率（yieid)。 第1圖係一典型FED陰極面板示意圖。在第1圖中，包 括一基板10、一電阻層11、一陰極導體13、一微尖端2、 一微尖端洞穴3、一微尖端洞口 4、一閘極線5、一接觸窗 7、一介電層16、一導電帶線18、一封合劑8及一陽極板 (anode plate)。 如第1圖所示，在此結構下，FED會因為閘極5電場的 誘導而利用微尖端2經洞口 4射出電子。射出之電子經陽極 9吸引及加速後，會撞擊陽極表面的螢光粉（未顯示），而 發出螢光。此光線可牙透陽極射出而於陽極背面（即顯示 器面板）上顯示影像。此原理大致上與陰極射線管（CRT)相 同’只是由於電子發射源的不同而使FED可被製造成平面 顯示器。 _ 該典型FED陰極面板在製程上係經過6道微影、6道蝕 刻及6層薄膜製程而產生。相同參考號代表相同元件 (component)。參考第2圖，係一典型FED陰極面板製造步 驟。在第2圖中包括沉積（(161303丨1:丨011)、蝕刻（61：(：1^1^)、 蒸鍍（evaporation)及剝除（Hft —〇ff)處理過程。如第2圖

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五、發明說明（2) 所示，在第2a圖中，將各層依序向上沉積並在閘極線上預 留一約1微米寬的微尖端洞口（h〇ie)4。在第2b圖中，在介 電層蝕刻（例如可先乾蝕刻再濕蝕刻）出一約2微米寬的微1 尖端洞穴（cavity )3。在第2c圖中，將面板傾斜20度以^ 鍍出一鋁金屬層19。在第2d圖中，將面板平行後以例如鉬 (molybdenum)為材料，在洞穴3内蒸鑛出微尖端 (micro-tip)2。在第2e圖中，以磷酸剝除（Hft —〇ff)包括 鋁金屬層在内不要的沉積，只保留洞穴3内的微尖端2。

將上述元成之陰極面板以玻璃膠（glass frit)與陽極 封合。封合區係位在顯示器發光區周邊（第丨·圖）。封合後 可防止外界空氣擴散進入，以確保顯示器内的真空狀態。 由於玻璃膠具有腐蝕性，因此在此結構中，該玻璃膠所經 過邊緣兩側的線路（即導電帶線丨8)係由不被玻璃膠腐蝕之 含鉻金屬（Cr : chromium)所構成的。然而，由於鉻與作為 介電層1 6之二氧化石夕（S i 〇2 )的附著力不同，在财久測試 時，極易在該結構的邊緣處產生微小裂縫（sp 1丨t)，使得 空氣藉此進入顯示器内而影響真空度。此情形會導致顯示 器的亮度不均勻與封合處結構脆弱，進而嚴重影響產品的 良率（y i e 1 d)。而且，由於該洞口 4之孔徑相當小，約為j 微米，且微影製程的有效景深（D0F)亦低，易有曝光不良 的現象’此現象會造成鬼影現象（stepper mark)而影響陰 極良率。 因此，本發明之一目的係提供一種具有内部通孔之 FED面板，其能夠避免漏氣影響顯示器内的真空度，提高

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fed畫面的均勻度與耐久性。 刹本發明另一目的係提供一種具有内部通孔之FED面板 之製造方法，該方法設計一内部通孔並改良製程以降低陰 極製程的製造周期、製程限制與製造成本。 本發明係一種具有内部通孔iFEI)陰極（f ield emission display cathode)面板及其製造方法。該具有 内。P通孔之FED陰極面板包括：一基板（substrate); 一位 在A基板上且具有一導體（cath〇(je conduct〇r)之電阻

t丄I位在該基板上且與該電阻層保持一間距（space)之 ‘電π線（tape line); —位在該電阻層及部份該導電帶 線上且在該電阻層上具有一容納微尖端（micr〇-tip)之洞 穴（cavity)之第一介電層；一位在該第一介電層上且具有 一對應至該微尖端之洞口（h〇le)之第一閘極線（gate line)’位在々導電帶線上且垂直緊靠（abutment against)該第一介電層及該閘極線之内部通孔；一位在該 導電帶線上且緊靠該内部通孔之第二介電層，由此利用一 封合劑（adhes 1 ve)(可使用例如玻璃膠之封合劑）連接至

一陽極（anode); —位在該第二介電層上且緊靠該内部通 礼之第二閘極線；一覆蓋（c〇ver)在第一閘極線、該内部 通孔及該第二閘極線上之金屬層；一位在該導電帶線上且 郴接忒第一介電層之接觸窗，由此利用一導線來與外界電 性接觸。該具有内部通孔之FED陰極製造方法包括下列步 騍·產生一包括一基板、一電阻層、一介電層及一閘極線 之FED陰極結構並於該陰極結構上產生一具有一微尖端洞

0664-5974TWF-ptd 第8頁 486709 年·>月vv/日 案號 90102470 五、發明說明（4) 穴及洞口（micro-tip cavity and hQl。、一 一接觸視窗之陰極面板；在該陰極面板上形 孔及 在該陰極面板之微尖端孔洞内長出一微尖端 金屬層； (micro-tip) 〇 圖示之簡單說明 而易 細說 為讓本發明之上述及其它目的、特徵、與 ί如;文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作Ϊ 第1圖係一典型fed陰極面板示意圖； 第2a圖為一將各層依序向上沉積並在閘極 微尖端洞口之處理步驟圖； 上預留一 圖； 第2b圖為一在介電層蝕刻出一微尖端洞穴之處理步驟 第2c圖〜第2 d圖為先將面板傾斜以蒸鍍出一鋁金 再將面板恢復水平後在洞穴内蒸鍍出微尖端之處理步 積 程； 第2e圖為剝除（lif卜〇ff)包括鋁金屬層在内不要的沉 只保留洞穴内的微尖端之處理步驟圖； 第3圖係一本發明較佳實施例之FED陰極面板示意圖； 第4圖係一本發明較佳實施例之FED陰極面板製造流 以及 第5圖係一本發明較佳實施例與傳統製程之對照表。 [符號說明] 第9頁 0632--5974twf1;ip00083;sue.ptc 486709 ___案號 90102470__年 $ a 五、發明說明（5) 2 微 尖 端 3 微 尖 端 洞 穴 4 微 尖 端 洞 π 5 閘 極 線 5a 第 一 閘 極 線 5b 第 _ — 閘 極 線 6 内 部 通 孔 7 接 觸 窗 8 封 合 劑 9 陽 極 板 10 基 板 11 電 阻 層 12 金 屬 層 13 陰 極 導 體 15 行 線 16 介 電 層 16a 第 一— 介 電 層 16b 第 二 介 電 層 18 導 電 帶 線 19 鋁 金 屬 層 較佳實施例之詳細說明 參考第3圖，係一本發明FED陰極面板示意圖。在第2 圖中’除原有結構外，還包括一内部通孔、一第二介電 層、一第二閘極線及一覆蓋閘極線與内部通孔之金屬層。 如第3圖所示，該具有内部通孔之FED陰極面板具有一 基板（substrate)lO作為連續沉積處理的基礎（base)，該 基板10材料係為玻璃。一具有複數陰極導體（cathode conductor)13之電阻層11配置在該基板1〇上，以保護之後 形成之微尖端2避開超額電流的傷害，其中該複數陰極 體1 3係根據一行圖案（co lumn pattern)(未顯示）你 邛蝕刻以

486709 五、發明說明（6) 產生環繞（surround)在陰極導體13之行線（c〇iumn line)15。在形成行線15時，一導電帶線（tape iine)18係 在該基板1 0上被形成且與該電阻層11保持一間距 (space)。該導電帶線18係指沿著稍後形成之閘極線5a及 5 b經一接觸窗7拉線至外界金屬塾（未顯示）之路徑上所形 成之一沉積薄膜。稍後，由該陰極與一陽極9利用一例如 玻璃膠之封合劑8封合及密封而產生之電極將透過該沉積 薄膜來與外界產生電性作用。一由例如二氧化石夕（g i、Q2)所 形成之第一介電層1 6a位在該電阻層11及部份該導電帶線 18上且在该電阻層11上具有一容納微尖端（m.icr〇 — tip)2之 洞穴（cavity )3，其中該洞穴3係以乾蝕刻方式形成一約為 2微米寬的空間（ro〇m)。該第一介電層i6a作用如一絕緣體 (insulator)。一第一閘極線（gate line)5a位在該第一介 電層16a上以利用該第一介電層i6a來避免與該陰極導體13 直接接觸。該第一閘極線5a具有一對應至該微尖端2之洞 口（ho 1 e ) 4，其中該洞口 4係以沉積法產生一約為1 · 6微米 寬的空間（space)。一内部通孔6位在該導電帶線18上且垂 直緊靠（abutment against)該第一介電層16a及該閘極線 5 a，其中該内部通孔6係以乾蝕刻形成。一第二介電層1 6 b 位在該導電帶線18上且緊靠該内部通孔6而與該第一介電 層16a等高，由此使用封合劑（可例如為玻璃膠（glass €]^1:))8連接至該陽極9(&11〇(16)。一第二閘極線51)位在該 第二介電層1 6b上且緊靠該内部通孔6而與該第一閘極線5a 等高。一覆蓋（cover)在該第一閘極線、該内部通孔及該

0664-5974TWF-ptd 第11頁 486709 五、發明說明（7) 第二閘極線上之金屬層12，例如，鈮（Nb ·· ni〇bium)金屬 層，其厚度約為2000 A。-接觸窗7位在該導電帶線18上 且鄰接該第二介電層16b，由此利用一導線（未顯示）透過 該内部通孔及該導電帶線18來與外界電性接觸。另外，當 利用該封合劑（玻璃膠）8與該陽極9接合密封時，由於該 封合劑（玻璃膠）會侵蝕在第二閘極線51)上之含鈮（Nb : niobium)金屬層，因此該封合劑（玻璃膠）須與該含鈮 (Nb : niobium)金屬層保持一適當距離。 ” 參考第4圖，係一本發明較佳實施例之FED陰極面板f 造流程。在第4圖中，從下而上依序沉積（dep〇sit)產生二 包括一基板、一電阻層、一介電層及一閘極線之fed陰極 結構（S41);姓刻（etch)該陰極結構以產生一具有一 ^尖 端洞穴及洞口（micro-tip cavity and hole)、一内部= 孔及一接觸視窗之陰極面板（S42);將該陰極面板傾斜^ 預定角度以瘵錢法形成一金屬層（S 4 3 );以蒸鑛法在p卞 陰極面板恢復水平之微尖端洞穴内形成一微尖端 思^ (micro-tip)(S44);以溶液浸泡該陰極面板以清除誃 表面多餘之沉積（S45)。 、μ 板 如第4圖所示，在步驟S41及S42中，其每一層之制。 内谷可參考第5圖之表格。如第5圖所示，若不計瞀— 矽基底層，則第一層係含鈮（Nb)金屬沉積層，用以產== 線（column line)15及導電帶線18(第3圖）。第二層係罝^ 阻功能之攙雜石夕（d 〇 p e d s i 1 i c ο η)電阻層11。第二思^/、電 木一層係以 蝕刻產生本發明之微洞穴（micro-tip cavity )3、向如 Μ邵通

0664-5974TWF-ptd 第12頁 五、發明說明（8) 孔（internal via)6 及接觸 、 極線5a⑽。在步驟⑷ΐ Hact )7。第四層係為閘 而調整，較佳㈣謂度，斜之預定肖度可視狀況 此係使用含鈮（Nb)金屬為材=係相同於第2圖之S3，但在 S44中’不同於第2圖之S4，：：：二：銘為材料。在步驟 蒸鑛以便在洞穴3巾沉積產Λ此步射係恢復水平角度作 多餘之沉積以化學荜劑、(可端+2。在步驟S45中，將 acid S〇luUon)等）清陕列如為啭酸溶液（Phosphor i c 微尖端2。進一步，將該保留：含鈮(Nb)金屬層12及該 璁脒）8盥嗒枚4 n处//疋成之陰極以封合劑（例如為玻 與 接合密封而完成一fed。· 刹r (目口^有別於典型6道微影、6道姓刻及6層薄膜 Γ (Λ 圖比較表），本發明變更線路設計、改盖製 導：極面板表面邊緣之封合區接觸：二= 2::;介電層），以單-之介電層取代，而連接閑 = 區金屬線路之内部通孔，則在微尖端蒸鑛 ,如:^疋成，以將周邊封合區的外露導線改成内藏 二化:々ί，ΐ極表面兩側封合區表面只剩介電| (例如二 #FFD邊#早一化（Unif〇rm)封合劑的封合界面，進而避 FED内ΪΪΪ合區產生微小間隙（SPlit)的可㊣，以確保 p”空狀悲。此外，本發明可保持同樣洞穴寬度 n: 口寬度致使微影景深增加，而減少曝光不良的產 陰極另亦可在使用金屬材料之特別限制下，將原先 二二ί Γ匕為4道微影、4道钱刻與5層薄膜製程（第5圖 曰基板層），約減少1/3,使得製造成本減少也縮短製

486709 五、發明說明（9) 造周期時間（cycle time)，藉此減少缺陷產生機會。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟知此技術之人士，在不脫離本發明 之精神及範圍内，當可做更動與潤飾，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。

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Claims (1)

1. 4 ⑽/Uy 六、申請專利範圍 1 · 一種具有内部通孔之場放射顯示器陰極面 括： 一基板（substrate); 一位在該基板上且具有一陰極導體（cath〇de conductor)之電阻層； 、一位在該基板上且與該電阻層保持一間距（space)之 導電帶線（tape line); 一位在該電阻層及部份該導電帶線上且在該電阻層上 具有一容納微尖端（micro_tip)之洞穴（cavity)之第一介 電層； 一位在該第一介電層上且具有一對應至該微尖端之洞 口（hole)之第一閘極線（gate Hne); —一位在該導電帶線上且垂直緊靠（abutment叫&^^) 該第一介電層及該閘極線之内部通孔； 位在4 $電V線上且緊靠該内部通孔之第二介電 層，由此利用一封合劑連接至一陽極（an〇de); 一位在該第二介電層上且緊靠該内部通孔之第二閘極 線； 一覆盍（cover)在第一閘極線、該内部通孔及該第二 閘極線上之金屬層；以及 一位在該導電帶線上且鄰接該第二介電層之接觸窗， 由此利用一導線來與外界電性接觸。 乂 ^如申巧專利範圍第1項之陰極面板，其中，該封合 浏係定位（disposition)在不會接觸該第二介電層及該第

   0664-5974TWF-ptd $ 15頁 ^〇〇/uy I 5月寻刊範圍 問極線之一位置（posit ion)上 3 · 士口 ♦接奎um处1 π > w 、申請專利範 ，該封合 ’該基板 如申請專利範圍第1項之陰極面板，其中 别材料是玻璃膠。 4 ·如申睛專利範圍第1項之陰極面板，其中 材料係為玻璃。 •如申晴專利範圍第1項之陰極面板，其中，該電阻 層係為一攙矽層。 ^ 6 ·如申請專利範圍第1項之陰極面板，其中，該陰極 ^體材料至少包含鈮^^乜丨㈣）。 « ^ •如申明專利範圍第1項之陰極面板，其中，該導電 帶線材料至少包含鉻（Chromium)。 ^ 8·如申請專利範圍第1項之陰極面板，其中，該第一 及第二介電層材料係為二氧化矽（s丨〇2)。 ^ 9 ·如申請專利範圍第1項之陰極面板，其中，該第一 及第二閘極線材料至少包含。 I 〇·如申請專利範圍第丨項之陰極面板，其中，該金屬 層材料至少包含鈮（niobium)。 II ·如申請專利範圍第1項之陰極面板，其中，該微尖 端材料至少包含鉬（molybdenum)。 大

   1 2· —種具有内部通孔之場放射顯示器陰極之製造方 法，包括下列步驟·· 從下而上依序產生一包括一基板、一具有一陰極導體 (cathode conductor)之電阻層、一導電帶線（tape line)、一介電層及一閘極線之場放射顯示器陰極結構；

   0664-5974TWF-ptd 第16頁 486709 六、申請專利範圍 於該陰極結構產生一具有一微尖端洞穴及洞口 (micro-tip cavity and h〇le)、〆内部通孔（internal via)及二接觸視窗之陰極面板； 在該陰極面板形成一金屬層；以及 在該陰極面板之微尖端孔洞内形成一微尖端 (micro-tip);以及 視需要清除該面板表面多餘之沉積。

   1 3·如申請專利範圍第丨2項之製造方法，其中係使用 沈積法產生場放射顯示器陰極結構。 1 4 ·如申請專利範圍第丨2項之製造方法‘其中係使用 姓刻法產生陰極面板。 1 5 ·如申請專利範圍第1 2項之製造方法，其中係使陰 極面板傾斜一角度以蒸鍵法形成一金屬層。 1 6 ·如申請專利範圍第丨2項之製造方法，其中係以蒸 鍍法形成一微尖端（micro-tip)。 1 7·如申請專利範圍第1 2項之製造方法，其中係使用 玻璃材料以形成該基板。 1 8 ·如申請專利範圍第丨2項之製造方法，其中係使用 攙雜之矽以形成該電阻層。

   1 9 ·如申請專利範圍第丨2項之製造方法，其中係使用 至少包含鈮（niobium)之金屬以形成該陰極導體。 2 0 ·如申請專利範圍第丨2項之製造方法，其中係使用 至少包含鈮（niobium)之金屬以形成該閘極線、該陰極 體及该金屬層。

   486709 六、申請專利範圍 2 1.如申請專利範圍第1 2項之製造方法，其中係使用 - 至少，包含鉻（Chromium)之金屬形成該導電帶線。 2 2.如申請專利範圍第1 2項之製造方法，其中係使用 二氧化矽（S i 02)以形成該介電層。 2 3.如申請專利範圍第1 2項之製造方法，其中係使用 至少包含鉬（molybdenum)之金屬以形成該微尖端。 2 4.如申請專利範圍第1 2項之製造方法，其中，在長 出一微尖端之步驟中，包括同步完成該内部通孔與該微尖 · 端之連接。 2 5 ·如申請專利範圍第1 2項之製造方法，進一步包括 丨® 在完成該陰極面板後利用一封合劑以密封接合一陽極板。 2 6.如申請專利範圍第2 1項之製造方法，其中之封合 劑係為玻璃膠。

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