TW502282B - Manufacture method of emitter of field emission display - Google Patents

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Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 502282 6872 twf. doc/Ο Ο 6 A7 _ _ B7_ 五、發明說明（I ) 本發明是有關於一種場發射顯示器（Field Em1SS1〇n Display，簡稱FED )中發射極（Emitter )之製造方法，且特 別是有關於一種場發射顯示器中碳奈米管（CNT )的製造方 法。 目前的平面顯示器技術（Flat Panel Display )，包括有 傳統的陰極射線管（Cathode Ray Tube，簡稱CRT )、薄膜 電晶體液晶顯示器（Thin film transistor liquid crystal display，簡稱 TFT-LCD )、電漿平面顯示器（Plasma Display Panel，簡稱PDP )與場發射顯示器（FED )等。由於場發射 顯示器對製造影像之像素電路的開關動作，較液晶顯示器 爲快，因此具有較短的光學反應時間（Optical Response Time )，亦即，具有較高品質之顯示效果。除此之外，場 發射顯示器還具有厚度更薄（約略2至10釐米）、重量更 輕（約略小於0.2公斤）、視角更廣（約略大於80度）、亮 度較大（每平方公尺約略大於150Cd)、工作溫度範圍較爲 彈性（約略在攝氏零下50度至攝氏80度之間）以及省能 源（約略小於1瓦）等優點。因此，場發射顯示器是被視 爲在邁向21世紀時，極具有競爭潛力的平面顯示器技術 之一。 場發射顯示器主要是由兩片基板組成，中間包含了 空間支撐器（Spacers )。上面的玻璃板具有螢光粉 (Phosphors )塗佈，稱爲陽極板。閘極板可以釋放出電子束 的場發射陣列（Field Emission Array，簡稱FEA)。離開閘 極（Gate )的場發射電子受到陽極板與閘極板上的上正電壓 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------#·-------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 502282 A7 B7 6872twf.doc/006 五、發明說明（z) 差的加速，而撞擊螢光粉而產生所謂的陰極螢光 (Catholuminescence ) 〇 習知的場發射顯示器的場發射陣列大多屬於點尖端 型的發射極（Tip Emitter )。其由具有矩陣定址（Matrix Addressing )功能的像素所組成，每一個像素中包含了數以 百計的微小尖端。而上述尖端結構的大小約在Ιμιη左右（指 尖端底部），曲率半徑則小於約〇·1μηι。尖端的材料可以爲 金屬例如爲鉬、鎢或舶，或是半導體例如爲矽或鑽石，其 中又以Charles Spindt於1976年提出以鉬爲尖端的製程方 法爲主。但由Charles Spindt所提出的尖端結構缺點在於 蒸鍍器設備與掀離技術上的困難，例如蒸鍍器所提供的電 子束可能會造成各種不同斜角的尖端結構，且儀器太巨 大，不但不易控制，重複率不高且花費成本高，因此量產 的困難度較高。 另一種場發射顯示器的場發射陣列爲碳奈米管 (Carbon Nano-Tube，簡稱CNT )型態之發射極，可以利用 厚膜製程以簡化製程、降低成本。 請參照第1圖，其繪示爲習知場發射陣列爲碳奈米管 型態之發射極示意圖。習知中碳奈米管型態發射極的製作 通常於一基材100上，以網版印刷的方式形成一銀電極 102,接著再覆蓋一層碳奈米管104碳材於銀電極102表面， 即完成碳奈米管型態發射極的製作。其中，碳奈米管104 的形成方式包括將碳奈米管碳材與具有導電性的環氧樹脂 (Epoxy )混合或是以化學氣相沈積（CVD )方式，使用乙炔、 4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 502282 A7 B7 6872twf.doc/006 五、發明說明（>) _ 乙烯或甲烷/氫當反應氣體，於鐵/鈷/鎳觸媒上、高溫環境 下裂解成長碳奈米管104。而另一*種形成碳奈米管1〇4的 方式係將碳奈米管碳材與銀漿（Silver Paste )混合製成漿 料，再以網版印刷的技術塗佈於基材1〇〇上。由於元件需 要約2至6V/ m之高電場才會射出電子，因此在陰極、陽 極（未繪示）之間會施加極大的電場。若銀電極上的碳奈 米管碳材與銀電極附著性不佳，將會導致碳奈米管碳材脫 落。脫落後碳奈米管粒子及大電場所誘發的高速電子同時 撞擊陽極上的螢光粉，導致螢光粉脫落，使得元件的壽命 縮短。 此外，以碳奈米管碳材的來源而論，以電5瓜方 式得到的碳奈米管碳材不但產率偏低，而且其附著性不 佳。若以熱分解化學氣相沈積或電漿加骓化學氣相沈積 (PECVD )方式雖可獲得高純度的碳奈米管，但是同樣有附 著性不佳的缺點。 由於碳奈米管本身爲一碳材，具有極大的表面積’ 因此會吸附大量的氣體，這些被吸附的氣體會造成元件在 後段高真空封裝時的困難，亦會造成不必要的電弧放電現 象，影響顯示器的表現。 因此，本發明的目的在提出一種場發射顯示器中發 射極之製造方法，利用低熔點的錫、鋅、鋁等金屬與銀膠 混合再進行塗佈，或是先塗佈銀層再利用化學塗佈或電鍍 技術等方法塗佈金屬層，以有效增進碳奈米管碳材的附著 性。 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂丨— ^------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 502282 6872twf.doc/006 A7 _B7___ 五、發明說明（Φ) 本發明的另一目的在提出一種場發射顯示器中發射 極之製造方砝，於碳奈米管的表面上形成一金屬層包覆於 碳奈米管的表面，以有效改善碳奈米管表面大量吸附和放 出氣體的缺點。 爲達本發明之上述目的，提出一種場發射顯示器中 發射極之製造方法，係以金屬與含有玻璃料之銀膠混合後 網印或是分別網印於基材上，以作爲銀電極^其中，上述 金屬例如爲錫、鋅、鋁或具有低共熔點之硬銲合金如鋁/矽 合金等。接著可於銀電極上形成觸媒層，以利後續碳奈米 管的形成。之後形成碳奈米管於銀電極上，最後再覆蓋一 層金屬層於碳奈米管上，此金屬層的材質例如爲鎳、銅等， 金屬層具有防止碳奈米管吸附氣體的功能。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖繪示爲習知場發射陣列爲碳奈米管型態之發射 極不意圖； 第2圖至第4圖繪示依照本發明一較佳實施例中場發 射陣列爲碳奈米管型態之發射極流程示意圖； 圖式之標示說明： 100 :基材 102 :銀電極 104 :碳奈米管 6 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21(^ 297公釐) ------I I I I---1111111 I I I I 1 I 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 502282 6872twf.doc/006 A7 ___B7__ 五、發明說明（^ ) 200 :基材 202 :電極 204 ： 較佳實施例 請參照第2圖至第4圖，其繪示依照本發明一較佳實 施例中場發射陣列爲碳奈米管型態之發射極的一種流程示 意圖。首先請參照第2圖，提供一基材200，基材200例 如爲玻璃基板。於基材200上形成，電極202，例如爲銀電 極。而電極202形成的方式例如將低熔點之錫、鋅、鋁金 屬或是硬銲合金材質鋁/矽（Al/Si )合金與一含有玻璃料之 銀膠混合，以網版印刷的方式塗佈於基材200上。此外， 電極202形成的方式亦可以先將銀膠以網版印刷方式塗佈 於基材200上，再以例如電鍍、真空蒸鍍或真空濺鍍的方 式將低熔點之錫、鋅、鋁金屬或是硬銲合金材質鋁/矽合金 形成於銀膠上。 接著請參照第3圖，在形成電極202之後，於電極202 上形成碳奈米管碳材層204，而碳奈米營碳材層204形成 的方式例如以化學氣相沈積方式成長一層碳奈米管碳材層 204，在碳奈米管碳材層204成長之前可先形成一層成長 碳奈米管碳材層204所需的觸媒層。此外，碳奈米管碳材 層204亦可以將由電弧放電方式或化學氣相沈積方式所得 到之粉末配製成漿料，再利用網版印刷的方式將碳奈米管 碳材層204形成於電極202上。由於電極202是由低熔點 之錫、鋅、鋁金屬或是硬銲合金材質鋁/矽合金材質，所以 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） ———------------^------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 502282 6872twf.doc/006 A7 B7 濟 部 智 慧 財 產 局 員 X 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（β ) 電極202於基材200及碳奈米管碳材層204之間都具有較 佳的附著性，對於顯示器的表現（Performance )有很大的增 進。 最後請參照第4圖，接著覆蓋一層金屬層206於碳奈 米管碳材層204的表面上，金屬層206的材質例如爲鎳、 銅等與碳奈米管碳材層204有較佳附著性之金屬’而金屬 層206的形成方式例如爲電鍍或是化學鍍膜的方式。由於 所形成的碳奈米管碳材層204具有相當大的表面積，很容 易吸附大量的氣體，這些被吸附的氣體會造成元件在後段 高真空封裝時的困難，亦會造成不必要的電弧放電現象， 影響顯示器的表現。因此形成金屬層206可以將碳奈米管 碳材層204包覆於內，使碳奈米管碳材層204不會吸附大 量的氣體，有助於後段高真空封裝時的良率。最後再將具 有電極202與碳奈米管碳材層204的基材200送進一高溫 加熱環境中，例如爲高溫氣氛爐中進行燒結。 綜上所述，本發明至少具有下列優點·· 1·本發明將低熔點之錫、鋅、鋁金屬或是硬銲合金材 質鋁/矽合金材質與銀膠混合，使得後續形成的碳奈米管碳 材層與電極之間具有較佳的附著性，可以有效改善在高電 場操作下，碳奈米管碳材層剝離脫落的現象，進而增進場 效發射顯示器的壽命。 2.本發明於碳奈米管碳材層外包覆一層與碳奈米管碳 材層附著性佳的金屬層，可以有效防止碳奈米管碳材層吸 附和放出大量的氣體，有助於後段高真空封裝時的良率。、 ——---------------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 502282 6872twf.doc/006 A7 _B7 五、發明說明（Π) 3.本發明改變電極的材質並搭配上於碳奈米管碳材層 外包覆一層金屬層，可同時將場效發射顯示器的可靠性、 後段高真空封裝良率及元件壽命增加。 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，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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爲準。 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) --------I I ---·丨丨丨·丨丨丨訂·丨_ 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

  1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 502282 A8 B8 6872twf.doc/006 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種場發射顯示器中發射極之製造方法，至少包 括： 提供一基材； 以一金屬與一導電膠混合並形成於該基材上，以形 成一導電電極，其中該金屬之材質係選自錫、鋅、鋁或其 他低熔點之金屬所組成之族群中；以及 形成一碳奈米管層於該導電電極上。 2. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器中發射 極之製造方法，其中該導電膠之材質包括銀膠。 3. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器中發射 極之製造方法，其中該導電膠中包含有一玻璃料。 4. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器中發射 極之製造方法，其中該導電電極形成之後更包括一高溫加 熱的步驟。 5. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器中發射 極之製造方法，其中該碳奈米管層形成的方式，係將電弧 放電或化學氣相沈積方式所得之粉末配製成漿料，進行網 版印刷的方式。 6. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器中發射 極之製造方法，其中該碳奈米管層形成的方式，係以化學 氣相沈積。 7. 如申請專利範圍第6項所述之場發射顯示器中發射 極之製造方法，其中該碳奈米管層以化學氣相沈積形成之 前，更包括形成一觸媒層的步驟。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------——--------訂------•線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 502282 A8 B8 6872twf.d〇c/006_g 六、申請專利範圍 8. 如申請專利範圍第7項所述之場發射顯示器中發射 極之製造方法，其中該觸媒層之材質係爲鐵、鈷、鎳金屬 層。 9. 一種場發射顯示器中發射極之製造方法，至少包 括： 提供一基材； 以一第一金屬與一導電膠混合並形成於該基材上， 以形成一導電電極； 形成一碳奈米管層於該導電電極上；以及 形成一第二金屬層於該碳奈米管層表面，以防止該 碳奈米管層吸附和釋放出氣體。 10. 如申請專利範圍第9項所述之場發射顯示器中發 射極之製造方法，其中該導電膠包括銀膠。 11. 如申請專利範圍第9項所述之場發射顯示器中發 射極之製造方法，其中該導電膠中包含有一玻璃料。 12. 如申請專利範圍第9項所述之場發射顯示器中發 射極之製造方法，其中該導電電極形成之後更包括一高溫 加熱的步驟。 13. 如申請專利範圍第9項所述之場發射顯示器中發 射極之製造方法，其中該碳奈米管層形成的方式，係將電 弧放電或化學氣相沈積方式所得之粉末配製成漿料，進行 網版印刷的方式。 14. 如申請專利範圍第9項所述之場發射顯示器中發 射極之製造方法，其中該碳奈米管層形成的方式，係以化 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂------- ——線--------------------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) 502282 A8 B8 6872twf.doc/006 語 Do 六、申請專利範圍 學氣相沈積。 15. 如申請專利範圍第14項所述之場發射顯示器中發 射極之製造方法，其中該碳奈米管層以化學氣相沈積形成 之前，更包括形成一觸媒層的步驟。 16. 如申請專利範圍第9項所述之場發射顯示器中發 射極之製造方法，其中該第二金屬層之材質係選自鎳、銅 所組成之族群。 · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印制衣 n I n n i n ϋ I n I n n n n n n n n n n I I n n ^ I n n n I I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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