TWI257638B - A field emission display device - Google Patents

Description

1257638 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係Μ於-麟發賴示妓，X其涉及_縣^奈練管之場發 射顯示裝置。 【先前技#ί】 —奈米碳官係於1991年由11細在電赋電的產物中首次發現之中空碳 f發表於1991年出版之Nature 354，56。奈米碳管以其優良之導電性 能，完美之晶格結構，奈米尺度之尖端特性而成為極具希望之場發射陰極 ^料，於場發射平面顯示餅、電真炫件、大神微波器件賴麗域有 著廣闊之前景。 _通過化學氣相沈積法可易於石夕片、玻璃等絲表面生長出位置、取向、 1均確定之奈純管陣列，而點陣之尺寸可通過料體光刻工藝控制催化 劑薄膜達雜高之製造精度，這使得奈米碳管陣列於平面顯示器件中可能得 到迅速之應用。 美國專利第6, 339, 281號揭露-種三級型結構奈米破管場發射顯示器 之製備方法。該方法包括如下步驟： (1)於一基底形成陰極，再於陰極表面形成一絕緣層； • (2)—於絕緣層表面形成栅極層，再於栅極層表面形成開口； (3) 利用栅極層作為掩模，通過刻姓於絕緣層中形成一微孔； (4) 形成-層催化劑於基底’利用化學氣相沈積法於基底表面生長奈米 石反管陣列。 惟’實際製備過程中，利用化學氣相沈積法制備用於場發射之奈米碳管 陣列有如下缺點及本領域一直難以克服之難題： 首先，為達到顯示均勻性，栅極與肖於場發射之奈米碳管陣列之間距需 要於大面積上保持微米量級之均勻性，而利用化學氣相沈積生長工藝難以做 到奈米碳管高度大面積均勻。 、 其次，為製作便攜式平面顯示器，必須降低能耗，同時為達到線路上易 Z現^及控麵T灰度，要求4餅働歡起始魏麵，故，柵極 不米石反g陣列之間距應盡可能減小。化學氣相沈積方法 =碳管_之生長高度，惟，其精度目前尚未能献要求，二;= 制上述間距於一理想之範圍。 1257638 再夂，化學氣相沈積法生長之奈米碳管陣列表面不可避免含有一薄層雜 ^山=之=米石反畜，且其尺度不均勻，並夾雜少量剩餘之催化劑顆粒或無定 妷、^貝’造成場發射性能之不穩定及不均勻，並可能降低器件之壽命。 有鑒於此’提供一種具有較低之栅極啟動電壓，發射電子之奈米碳管呈 =大，積高度-致均勻性，且發射端面可避免催化綱喊無定性碳等雜 貝，或雜亂分佈之奈米碳管之場發射顯示裝置實為必要。 【發明内容】 本發明之目的在於提供—種栅極與奈米碳管陣狀_於大面積 持微米量級均勻性之場發射顯示器。 、” ^發明之另-目的在於提供—種奈米碳管_發射端之奈米碳管尺度均 二王A排列、不含有催化劑賴粒或無定性碳等雜質之場發射顯示器。 本發明之又-目的在於提供-種柵極與奈米碳管陣列之間距可盡可能 減小，例如達到微米量級之場發射顯示器。 本發明提供之-種場發射顯示器包括陰極、陽極、餘陰極與陽極間之 用作場發射單元之奈米碳管陣列及拇極與陰極間之絕騎，該奈米碳 與陰極觸目連，綱碳細之另-端面與繼靠近 土蛾同-平面’於絕騎與栅極之間還包括_絕緣介質膜。 ,、令，該絕緣介質膜之製備材料可為玻璃、塗敷絕騎之金屬,、、 厚度為鄕，優縣10縣〜觸微米。 備材料可為玻璃、塗敷絕騎之金屬、矽 ==1㈣，鍋1(1齡5瞻。崎射 與絕雜之間進_步包括_保護層。雜護層之厚度為ι〇 本發明之場發射顯示器之絕緣介質膜可用來控制柵極„ ==，_爾，且用作發射電子之發射端為 :=:實現各像素的場發射效果之-致性。且發射： ===縛，也不會含概分佈之奈靖， 匕更L疋更均勻，從而延長場發射顯示器之壽命。 1257638 【實施方式】 參^十二圖，本發明之場發射顯示器之結構示意圖。該場發射噸 ：極17，陽極20 ’位於陰極17與陽極20間之栅極19，用作場 二陵^之^碳管陣列15及柵極19與陰極17間之絕緣層14，該奈米碜 H 面與陰極17電性相連，該奈米碳管陣列15之另一端面與絕 緣層14罪近栅極19之端面基本位於同一平面，於絕緣層14與拇極19 還包括一絕緣介質膜11。 y面通過第-圖至第十二圖介紹本發明之場發射顯示器之製造方法。 口月參閱第II，首先，提供一工作板10，該工作板之表面可以帶有 細微凹槽101，以便成品脫附容易。先用石蠟1〇2等易於去除之物質塗平， 其平整度要求在1微米以下。J1作板1()應當可耐受奈米碳管生長時的高溫， 並可反復使用。 請參閱第二圖，再於工作板10表面沈積一絕緣介質膜u。沈積方法可 用鍵膜、印刷或直接採用現成之薄板。此絕緣介質膜U在結構中用於控制 陰極17與栅極19間之間距，及後續工藝中的印刷、生長用的基板。絕^介 質膜11之厚度範圍為1微米〜1000微米，優選厚度範圍約為1〇微米〜2⑻微 米，平整摩要求在1微米以下。此絕緣介質膜U應當可配合光刻工藝加工， 並且能夠耐受700°C左右的奈米碳管生長溫度，其材料可選擇高溫玻璃、塗 敷絕緣層的金屬、矽、氧彳匕石夕或陶瓷、雲母等。 3月參閱弟二圖’再於絶緣介夤膜11表面沈積'一層保護層12。沈積時用 光刻法製作出顯示點陣。此保護層12之目的在於保護奈米碳管於後續工藝 中可能採用之濕法刻蝕步驟中不被破壞。保護層12可採用矽或其他材料， 要求可耐受濕法刻#’且可用不損傷奈米碳管之幹法刻姓工藝去除。沈積方 法可採用電子束蒸發或磁控濺射，其厚度在滿足保護要求的情況下可以儘量 薄，厚度範圍為l〇nm〜l刪。 請參閱第四圖，再於保護層12表面沈積催化劑層13。催化劑層13材料可為 鐵、鈷、鎳等過渡元素金屬或其合金。催化劑層13之沈積厚度為1〜ιοηπι， 優選5nm。沈積方式採用電子束蒸發、熱蒸發或者減:射法。 請參閱第五圖，再於保護層12表面形成一絕緣層14。該絕緣層14之目 1257638 的係使陰極電極17與栅極電極19絕緣，同時形成空隙141以提供奈米破管 陣列15之生長空間。製作可採用鍍膜、印刷或直接採用現成的薄板。此絕 緣層14厚度範圍1微米〜10毫米，根據奈米碳管陣列15生長長度而定，優 麟度範® 10微米〜500微米。若採用現成之薄板則要求單面平整度}微米 以下（面向催化劑一面）。製作時應做出顯示點陣。此絕緣層14之製成材料 應當能夠耐受700 C左右之奈米碳管生長溫度，其材料可選擇高溫玻璃、塗 敷絕緣層之金屬、石夕、氧化石夕或陶瓷、雲母等。 杯閱第六圖’再於絕緣層14之間隙141生長奈米碳管陣列15，其高 度與5之絕絲14大致相同即可，高度之不均勻性不會影響場發射顯示效 果0 請參閲第七圖，根據鶴電路之需要，可選擇沈積一層電阻負反饋層 16三其材料可選用合適電阻率之石夕、合金等材料，厚度根據需要之電阻大小 决疋’該電阻大小由電路設計及使科之栅極電壓決定，範圍可能在工千歐 S100級姆之間。沈積方法可採用電子束蒸發、熱蒸發或錢射法，沈積 的形狀與陰極電極相同，沈積需要用到縷空的模板。 ’阻負反饋層16表面沈積陰極電極17。沈積方法與 反饋層16相同’亦用到相同之沈積模板。陰極材料17可選用任 /胃》__夠與電阻負反饋層16及底板Μ(見第九圖)匹 配即可 陶瓷&^^7極進行職底板18。絲18可__、娜， 、轉、融合等。 電極用’翻槪於絕_膜11表面沈獅 或者用光刻工"蔽=要^蒸發或濺射法’沈積可用鏤空的模板 料要求與陰極· 17相同。麵絲碳管細5。_9的電樹 干像十一圖’用適當之工藝，如濕法刻鎌去絕緣介質膜Π於, 不像素位置之對應部分(未標示）。 〜處u m' 請參閱第十二圖，採用谪者 像素位置之對應部分(未产干；：/，如幹法刻蝕去除保護層12於顯, (未W)。如有必要，可採用雷射轟擊去除催化細 1257638 13 請參閱第十三圖’再與焚光屏封裝，即成場發射顯示器。其 括一陽極20，玻璃基板21及熒光層22。 开i 綜上所述’本發明確已符合發日月專利之要件，遂依法提出專 圍之較佳實施例’自不能以此限制本案之申請專利範 、' 一。本案技云之人士杈依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆 應涵盖於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 、第-圖雜造本發㈣場發細示H所狀具有複數凹槽之工作模板之 主視圖。 第亡圖係第一圖所示之工作模板表面沈積絕緣介質層之示意圖。 第二圖係第二圖所示之絕緣介質層表面沈積保護層之示意圖。 第四圖係第三圖所示之保護層表面沈積催化劑層之示意圖。 第五圖係第四圖所示之個匕劑層表面形成絕騎之示意圖。 第六圖係第五圖所示之絕騎之間隙生長奈米碳管陣狀示意圖。 第七圖係第六圖所示之奈米碳管陣列之頂部沈積貞反饋層之示意圖。 U係第七圖所示之負反騎表面沈積陰極電極之示意圖。 第九圖係第八圖所示之陰極電極封裝底板之示意圖。 圖 第十圖係去除第九圖中之工作板後於絕緣介質層表面沈積樹極之示意 第十-圖係奸®巾之絕緣介餅進行舰之示意圖。 第十二_軒―圖t絲碳#之倾魏行纖之示意圖 【主要元件符號說明】 工作板 10 細微凹槽 石蠟 102 、€緣介質膜 保護層 12 催化劑層 絕 14 空隙 奈米碳管陣列15 電阻負反饋層 101 11 13 141 16 1257638 陰極 17 底板 18 栅極 19 陽極 20 玻璃勒反 21 螢光層 22

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Claims (1)

1. Ϊ257638 十、申請專利範圍： 1β —種場發射顯示裝置，其包括 一陰極； 一1¼'極 ί 位於陰極與陽極間之栅極； =之奈錢管物及她與陰極^之絕緣層； /、中，該奈米碳管陣列之-端面與陰極電性相連， 另一端面與絕緣層靠近栅極之 2.如申3=:平，於絕緣層與栅極之“包括-絕緣介質膜。 心,m1 顯示裝置，其中該絕緣介質膜之厚度為1 示裝置，其中該絕緣介質膜之厚度為 1 峨稀置，其巾舰緣介魏之製備材料 5 m氧鱗、峨雲母。 發射顯示裝置，其包括 —陰極； 一, 一陽極； 位於陰極與陽極間之柵極； 早^奈米物麵及雛無極間之絕賴； 柵極陰極獅連，另-鑛細靠近 6 ^ .=2=。5項输場_谢，㈣娜綱厚度為1〇 鴇、述之場發射顯示裝置，其中該絕㈣冬製備材料為玻 8·如申請專利範_項所述 =母。 〜10毫米。 野1,射顯不裝置，其中該絕緣層之厚度為1微米 11 I2s7638 第8項所述之場發射顯示裝置，其中於該絕緣層之厚度為10 5 _述之場發軸示裝置，其巾親骑 進—步包括一催化劑層。 1曰心门 ^㈣射顯示裝置’其中該催化劑層之_度 為 1 12項所述之場發射顯示裝置，其中該催化劑層之沈積厚度 14· 一種場發射顯示裝置，其包括 一陰極； 一陽極； 位於陰極與陽極間之柵極； 場發J單元之奈米碳管陣列及柵極與陰極間之絕 極之端稱侧-面，於絕連’另-端面與絕祕近柵 碳管陣列與陰極之間包括—電阻負^^極之間還包括一絕緣介質膜’奈米 15·如申請專利範圍第14項所述之場;』二二 備材料為矽或合金。 *、·、、、不衣置，其中於該電阻負反饋層之製 16·如申請專利範圍第14項所述之場發 阻範圍為1千歐姆至1〇0驗姆:如裝置，其中於該電阻負反饋層之電 17·如申請專利範圍第14項所述之場發射 阻之沈積形狀與陰極電極相同。”、、不裝置，其中於該電阻負反饋層之電 12