TWI412629B - 電泳沉積裝置及電泳沉積方法 - Google Patents

電泳沉積裝置及電泳沉積方法 Download PDF

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TWI412629B
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Mei Tsao Chiang
Huai An Li
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Description

電泳沉積裝置及電泳沉積方法
本發明係關於一種電泳沉積方法及其裝置，尤指一種於電極之電壓分佈不均狀況下可維持電泳沉積均勻性之電泳沉積方法及其裝置。
電泳(Electrophoresis)係一藉由懸浮液中的帶電荷粒子於電場作用下，產生朝向與其相反電性之電性極板移動之現象。利用電泳現象，可使懸浮液中的帶電荷粒子將一材料於電極板上凝聚成一緊密堆積之鍍層，達到電泳沉積的效果。
電泳沉積法可利用於塗料、金屬氧化物以及螢光粉體等多種材料之沉積。而近年來奈米碳管的相關技術及應用開發蓬勃發展，因此亦有將電泳沉積法應用於奈米碳管的沉積方法上。然而，由於電泳沉積係利用兩電極對電泳液形成電場來引發電泳現象，故當電極的圖案變大或線形電極的長寬比變大時，電極上與電源接觸端及遠離電源端之間所呈現之電壓差距將會明顯拉大，影響到電極上各區域形成之電場強度的均勻性，進而對電泳沉積時於電極上各區域的沉積速率一致化有所不利。當電泳沉積法應用於大尺寸顯示器之成膜製程時(例如奈米碳管及螢光粉體之沉積)，此不均勻現象會嚴重影響成品的顯示品質及良率，故需要就此進行改善。
本發明之主要目的之一在於提供一種電泳沉積方法及其裝置，以改善因電極形狀及大小使得電壓分佈不均，進而導致電泳沉積均勻性不佳之狀況。
為達上述目的，本發明之一較佳實施例提供一種電泳沉積方法，上述電泳沉積方法包括下列步驟。首先，提供一電泳槽、一陽極基板以及一陰極基板。電泳槽承裝一電泳液，陽極基板包括至少一陽極電極，而陰極基板包括至少一陰極電極。接著，將陽極基板與陰極基板浸泡於電泳液中，其中陽極基板與陰極基板係相對設置於電泳槽中。然後，調整陽極基板與陰極基板之相對位置，使得陽極基板上各區域與相對應之陰極基板上各區域間具有不相等之距離。之後，分別輸入陽極電壓與陰極電壓至至少一陽極電極與至少一陰極電極，以進行一電泳沉積。
為達上述目的，本發明之另一較佳實施例提供一種電泳沉積方法，上述電泳沉積方法包括下列步驟。首先，提供一電泳槽、一陽極基板以及一陰極基板。電泳槽承裝一電泳液，陽極基板包括複數個陽極電極，而陰極基板包括至少一陰極電極。接著，將陽極基板與陰極基板浸泡於電泳液中，其中陽極基板與陰極基板係互相平行設置於電泳槽中。然後，輸入一陰極電壓至陰極電極，且分別輸入不同的陽極電壓至各陽極電極以進行一電泳沉積。
為達上述目的，本發明之又一較佳實施例提供一種電泳沉積裝置，上述電泳沉積裝置包括一電源裝置、一電泳槽、一陰極基板以及一陽極基板。電源裝置包括一陽極端以及一陰極端。電泳槽係用以容納一電泳液。陰極基板係設置於電泳槽中，陰極基板包括至少一陰極電極，且陰極電極係與電源裝置之陰極端電性連結。陽極基板係設置於電泳槽中且對應於陰極基板。陽極基板包括至少一陽極電極，且陽極電極係與電源裝置之陽極端電性連結。陽極基板係以一相對傾斜於陰極基板之方式設置，使得陽極基板上各區域與相對應之陰極基板上各區域間具有不相等之距離。
為達上述目的，本發明之再一較佳實施例提供一種電泳沉積裝置，上述電泳沉積裝置包括一電源裝置、一電泳槽、一陰極基板以及一陽極基板。電源裝置包括複數個陽極端以及一陰極端。電泳槽係用以容納一電泳液。陰極基板係設置於電泳槽中，且陰極基板包括至少一陰極電極，陰極電極係與電源裝置之陰極端電性連結。陽極基板係與陰極基板互相平行設置於電泳槽中。陽極基板包括複數個陽極電極分別與電源裝置之各陽極端電性連結。各陽極端係用以分別提供不同的陽極電壓至各陽極電極，且陰極端係用以提供一陰極電壓至陰極電極。
在本發明中，利用調整電極板之間的距離分佈以及利用複數個陽極電極提供電壓分佈補償，使得原先因陰極電極之形狀或大小導致陰極基板上電壓分佈不均，進而影響電泳沉積速率均勻性之問題得以有效地改善。
在本說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製作商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區別的基準。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包括」係為一開放式的用語，故應解釋成「包括但不限定於」。再者，為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之數個較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容。需注意的是圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。
請參考第1圖與第2圖。第1圖繪示了本發明之一較佳實施例之電泳沉積裝置的側視示意圖。第2圖繪示了本發明之一較佳實施例之電泳沉積裝置的立體示意圖。如第1圖與第2圖所示，在本實施例中，電泳沉積裝置10包括一電源裝置11、一電泳槽12T、一陰極基板14以及一陽極基板13。電源裝置11包括一陽極端11A以及一陰極端11C。電泳槽12T係用以容納一電泳液12。陰極基板14係設置於電泳槽12T中，且陰極基板14包括至少一陰極電極16與陰極端11C電性連結，在本實施例中，陰極基板14具有複數個陰極電極16，但本發明並不以此為限而可為僅有一個陰極電極16。陰極基板14更具有一第一陰極區14Z1與一第二陰極區14ZX，其中第一陰極區14Z1之各陰極電極16與電源裝置11之陰極端11C電性連結，且各陰極電極16由於壓降使得第二陰極區14ZX之電壓VCZX小於第一陰極區14Z1之電壓VCZ1。陽極基板13係設置於電泳槽12T中且對應於陰極基板14。陽極基板13包括至少一陽極電極15，在本實施例中，陽極電極15係為一整面圖案，但本發明之陽極電極並不以此為限而可為其他適合之圖案。如第1圖所示，在本實施例中，陽極基板13係以一相對傾斜於陰極基板14之方式設置，使得陽極基板13上各區域與相對應之陰極基板14上各區域間具有不相等之距離。陽極基板13更包括一第一陽極區13Z1對應於第一陰極區14Z1以及一第二陽極區13ZX對應於第二陰極區14ZX，其中第一陽極區13Z1之陽極電極15與電源裝置11之陽極端11A電性連結，第一陽極區13Z1與第一陰極區14Z1之間形成之一第一電泳沉積速率RZ1係相等於第二陽極區13ZX與第二陰極區14ZX之間形成之一第二電泳沉積速率RZX，且第一陽極區13Z1與第一陰極區間14Z1的距離DZ1大於第二陽極區13ZX與第二陰極區14ZX間的距離DZX。值得說明的是，在本發明中，由於陰極電極16形狀大小或電極材料電阻抗影響等因素，與電源裝置11連接處較遠之第二陰極區14ZX具有之電壓VCZX易受到陰極電極16之電阻及長度影響而產生電壓壓降，使得第二陰極區14ZX之電壓VCZX小於第一陰極區14Z1之電壓VCZ1，而藉由將第二陽極區13ZX與第二陰極區14ZX間的距離DZX縮小，也就是使得第一陽極區13Z1與第一陰極區14Z1之間的距離DZ1大於第二陽極區13ZX與第二陰極區14ZX之間的距離DZX，可補償第二陰極區14ZX因第二陰極電壓VCZX較小之影響，使得第一陽極區13Z1與第一陰極區14Z1之間形成之一第一電泳沉積速率RZ1相等於第二陽極區13ZX與第二陰極區14ZX之間形成之一第二電泳沉積速率RZX。此外，在本實施例中，電泳液12中之主要電泳沉積成分可包括奈米碳管、螢光粉體或金屬氧化物例如氧化鑭錳(LSM)、氧化鈰釓(CGO)、釔穩定氧化鋯(YSZ)以及鑭鍶鎵鎂氧化物(LSGM)，但本發明並不以此為限。而電泳液12之其他成分可包括溶劑、分散劑或帶電鹽類例如硝酸鈉、硝酸鎂、硝酸釔或硝酸鋁，但本發明並不以此為限而可另包括其他需要之成分。此外，陽極電極15與陰極電極16之材料可包括金屬導電材料(例如鋁、鉻、鉬、鈦、銅、銀或上述材料之合金)、透明導電材料(例如氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化鋁鋅或其他透明導電材料)或其他適合之導電材料。
如第2圖所示，在本實施例中，陰極基板14包括複數個直條狀的陰極電極16，但本發明之陰極基板14並不以此為限而可僅有一個陰極電極或陰極電極為其他適合之圖案。請參考第3圖，第3圖繪示了本發明之另一較佳實施例之電泳沉積裝置之陰極基板示意圖。如第3圖所示，依設計需求，陰極基板14可包括一陰極電極17，而陰極電極17可為一呈現直條蜿蜒整個陰極基板14之圖形。而此另一較佳實施例之電泳沉積裝置除陰極電極17之外可皆與上述實施例相同(請參考第1圖)，在此並不再贅述。
請再參考第1圖與第2圖，本發明之一較佳實施例之電泳沉積方法包括下列步驟。如第1圖與第2圖所示，首先利用上述實施例中的電泳沉積裝置10，將陽極基板13與陰極基板14浸泡於電泳液12中。然後，調整陽極基板13與陰極基板14之相對位置，使得陽極基板13上各區域與相對應之陰極基板14上各區域間具有不相等之距離。接著，分別輸入陽極電壓與陰極電壓至陽極電極15與陰極電極16，以進行一電泳沉積。在本實施例中，第一陰極區14Z1具有一電壓VCZ1，第二陰極區14ZX具有一電壓VCZX，第一陽極區13Z1具有一電壓VAZ1，且第二陽極區13ZX具有一電壓VAZX，其中各陰極電極16由於壓降使得第二陰極區14ZX之電壓VCZX小於第一陰極區14Z1之電壓VCZ1。在本實施例中，陽極電極15可為一整面形狀之電極，使得第一陽極區13Z1之電壓VAZ1相等於第二陽極區13ZX之電壓VAZX，但本發明並不以此為限而可使第一陽極區13Z1之電壓VAZ1相異於第二陽極區13ZX之電壓VAZX。此外，值得說明的是，在本發明中，第二陰極區14ZX與第一陰極區14Z1相比，第二陰極區14ZX與電源裝置11之連接處較遠，因此使得當陰極電極16為一長寬比較大之線形電極或電極材料之電阻抗較大時，第二陰極電壓VCZX易受到影響而產生電壓壓降，使得第二陰極區14ZX之電壓VCZX小於第一陰極區14Z1之電壓VCZ1。而在本實施例中，係將陽極基板13傾斜設置於電泳液12中，使得第一陽極區13Z1與第一陰極區14Z1之間的距離DZ1大於第二陽極區13ZX與第二陰極區14ZX之間的距離DZX，以補償因第二陰極區14ZX之電壓VCZX變小對於第二陽極區13ZX與第二陰極區14ZX之間形成之一第二電泳沉積速率RZX之影響。此外，在本發明之其他實施例中，亦可視需要調整陽極基板13或陰極基板14設置於電泳液12中的位置及傾斜角度，以補償各種因電極大小形狀或材料因素導致電極板上各區域之電壓均勻性不佳對電泳沉積速率均勻性之影響。此外，在本發明之各種電泳沉積方法中，亦可視需要調整電泳液成分及電極設計，使預沉積之材料透過電泳現象沉積於陽極電極或陰極電極上。
請參考第4圖至第6圖。第4圖繪示了本發明之又一較佳實施例之電泳沉積裝置的側視示意圖。第5圖繪示了本發明之又一較佳實施例之電泳沉積裝置的立體示意圖。第6圖繪示了本發明之又一較佳實施例之電泳沉積裝置之陽極基板示意圖。為簡化說明，本發明之各實施例中相同之元件係以相同標號進行標示。如第4圖至第6圖所示，在本實施例中，電泳沉積裝置20包括一電源裝置11、一電泳槽12T、一陰極基板14以及一陽極基板13。電源裝置11包括複數個陽極端11A以及一陰極端11C。電泳槽12T係用以容納一電泳液12。陰極基板14係設置於電泳槽12T中，且陰極基板14包括至少一陰極電極16與陰極端11C電性連結。在本實施例中，陰極基板14具有複數個陰極電極16，但本發明並不以此為限而可為僅有一個陰極電極。此外，陰極基板14具有一第一陰極區14Z1與一第二陰極區14ZX，其中第一陰極區14Z1之各陰極電極16與電源裝置11之陰極端11C電性連結，且各陰極電極16由於壓降使得第二陰極區14ZX之電壓VCZX小於第一陰極區14Z1之電壓VCZ1。陽極基板13係與陰極基板14互相平行設置於電泳槽12T中。陽極基板13包括複數個陽極電極18，各陽極電極18分別與電源裝置11之各陽極端11A電性連結。各陽極端11A係用以分別提供不同的陽極電壓至各陽極電極18，且陰極端11C係用以提供一陰極電壓至陰極電極16。在本實施例中，陽極基板13中與陰極基板14之第一陰極區14Z1相對設置之第一陽極區13Z1具有一電壓VAZ1，與陰極基板14之第二陰極區14ZX相對設置之第二陽極區13ZX具有一電壓VAZX。第一陽極區13Z1之電壓VAZ1係小於第二陽極區13ZX之電壓VAZX，且第一陽極區13Z1與第一陰極區14Z1之間形成之一第一電泳沉積速率RZ1係相等於第二陽極電極13ZX與第二陰極區14ZX之間形成之一第二電泳沉積速率RZX。在本發明中，陰極電極16的形狀係為長直條狀，與電源裝置11連接處較遠之第二陰極區14ZX具有之電壓VCZX易受到陰極電極16之電阻及長度影響而產生電壓壓降，使得第二陰極區14ZX之電壓VCZX小於第二陰極區14ZX之電壓VCZ1。值得說明的是，在本實施例中，藉由陽極基板13之複數個水平排列之條狀陽極電極18(如第6圖所示)分別與電源裝置11之各陽極端11A電性連結，使得陽極基板13上各區域具有不同之電壓，也就是說可使第一陽極區13Z1之電壓VAZ1小於第二陽極區13ZX之電壓VAZX。換句話說，在本實施例中，可藉由分別提供不同的陽極電壓至各陽極電極18，使得各陽極電極18由上至下具有不同且遞增之電壓，以補償對應之陰極基板14上各區域所形成之電壓壓降現象，但本發明並不以此為限而可視需要調整陽極基板上各個區域之電壓分布狀態，來補償陰極基板14上各區域所形成之電壓壓降現象，進而使得第一陽極區13Z1與第一陰極區14Z1之間形成之一第一電泳沉積速率RZ1相等於第二陽極區13ZX與第二陰極區14ZX之間形成之一第二電泳沉積速率RZX。如第6圖所示，本實施例之各陽極電極18係彼此平行設置，但本發明並不以此為限而可利用其他設置方式來調整所需之製程效果。例如可調整各陽極電極之位置，使得陽極基板上中央區域的陽極電極與陽極基板上邊緣區域的陽極電極之間形成一種由內往外具有不同電壓之分佈狀況，以配合相對應之陰極基板上因為陰極電極之形狀所造成之電壓壓降分布狀況。此外，在本實施例中，電泳液12之各成份特性與上述實施例相同，在此並不再贅述。
請再參考第4圖至第6圖，以說明本發明之又一較佳實施例之電泳沉積方法。為簡化說明，以下說明主要針對本實施例與前述實施例之電泳沉積方法不同之處進行詳述，並不再對相同之處重覆贅述。如第4圖至第6圖所示，本實施例之電泳沉積方法係將陽極基板13與陰極基板14相對且平行設置於電泳液12中，換句話說，係使得第一陽極區13Z1與第一陰極區14Z1之間的距離DZ1相等於第二陽極區13ZX與第二陰極區14ZX之間的距離DZX，但本發明並不以此為限。同時，本實施例中，陽極基板13包括複數個陽極電極18。本實施例之電泳沉積方法包括輸入一陰極電壓至陰極電極16，且分別輸入不同的陽極電壓至各陽極電極18，以使第一陽極區13Z1之電壓VAZ1小於第二陽極區13ZX之電壓VAZX。更精確地說，可調整陽極基板13上各個區域之電壓狀態，來補償陰極基板14上各區域所形成之電壓壓降現象，進而使得第一陽極區13Z1與第一陰極區14Z1之間形成之一第一電泳沉積速率RZ1相等於第二陽極區13ZX與第二陰極區14ZX之間形成之一第二電泳沉積速率RZX。如第6圖所示，本實施例之各陽極電極18係彼此平行設置，但本發明並不以此為限而可利用其他設置方式來調整所需之製程效果。此外，在本發明之其他實施例中，亦可結合上述實施例中調整陽極基板13與陰極基板14間各區域之距離以及本實施例中藉由陽極基板13上各區域電壓值之調整，來達到電泳沉積均勻性之最佳化設計。
綜合上述內容，本發明係利用調整各電極板之間的距離分佈以及電極設計來改善於電泳沉積時，因電極形狀大小或材料特性導致電極基板上各區域電壓分佈不均之狀況，進而確保電泳沉積之成膜均勻性得以有效地提升。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10．．．電泳沉積裝置
11．．．電源裝置
11A．．．陽極端
11C．．．陰極端
12．．．電泳液
12T．．．電泳槽
13．．．陽極基板
14．．．陰極基板
15．．．陽極電極
16．．．陰極電極
17．．．陰極電極
18．．．陽極電極
13Z1．．．第一陽極區
13ZX．．．第二陽極區
14Z1．．．第一陰極區
14ZX．．．第二陰極區
DZ1．．．距離
DZX．．．距離
RZ1．．．第一電泳沉積速率
RZX．．．第二電泳沉積速率
VAZ1．．．電壓
VAZX．．．電壓
VCZ1．．．電壓
VCZX．．．電壓
20．．．電泳沉積裝置
第1圖繪示了本發明之一較佳實施例之電泳沉積裝置的側視示意圖。
第2圖繪示了本發明之一較佳實施例之電泳沉積裝置的立體示意圖。
第3圖繪示了本發明之另一較佳實施例之電泳沉積裝置之陰極基板示意圖。
第4圖繪示了本發明之又一較佳實施例之電泳沉積裝置的側視示意圖。
第5圖繪示了本發明之又一較佳實施例之電泳沉積裝置的立體示意圖。
第6圖繪示了本發明之又一較佳實施例之電泳沉積裝置之陽極基板示意圖。
10．．．電泳沉積裝置
11．．．電源裝置
11A．．．陽極端
11C．．．陰極端
12．．．電泳液
13．．．陽極基板
14．．．陰極基板
15．．．陽極電極
16．．．陰極電極
13Z1．．．第一陽極區
13ZX．．．第二陽極區
14Z1．．．第一陰極區
14ZX．．．第二陰極區
DZ1．．．距離
DZX．．．距離
12T．．．電泳槽

Claims (9)

  1. 一種電泳沉積方法，包括：提供一電泳槽，該電泳槽承裝一電泳液；提供一陽極基板以及一陰極基板，該陽極基板包括至少一陽極電極，且該陰極基板包括至少一陰極電極；將該陽極基板與該陰極基板浸泡於該電泳液中，其中該陽極基板與該陰極基板係相對設置於該電泳槽中；調整該陽極基板與該陰極基板之相對位置，使得該陽極基板上各區域與相對應之該陰極基板上各區域間具有不相等之距離；以及分別輸入陽極電壓與陰極電壓至該至少一陽極電極與該至少一陰極電極，以進行一電泳沉積。
  2. 如請求項1所述之電泳沉積方法，其中該陰極基板之一第一陰極區與該陽極基板之一第一陽極區相對設置，該陰極基板之一第二陰極區與該陽極基板之一第二陽極區相對設置，該至少一陰極電極由於壓降使得該第二陰極區之該陰極電極之電壓小於該第一陰極區之該陰極電極之電壓，且該第二陰極區與該第二陽極區之間的距離小於該第一陰極區與該第一陽極區之間的距離。
  3. 一種電泳沉積方法，包括：提供一電泳槽，該電泳槽承裝一電泳液；提供一陽極基板以及一陰極基板，該陽極基板包括複數個陽極電極，且該陰極基板包括至少一陰極電極；將該陽極基板與該陰極基板浸泡於該電泳液中，其中該陽極基板與該陰極基板係互相平行設置於該電泳槽中；以及輸入一陰極電壓至該至少一陰極電極，以及分別輸入不同的陽極電壓至各該陽極電極，以進行一電泳沉積。
  4. 如請求項3所述之電泳沉積方法，其中該陰極基板之一第一陰極區與該陽極基板之一第一陽極區相對設置，該陰極基板之一第二陰極區與該陽極基板之一第二陽極區相對設置，該陰極電極由於壓降使得該第二陰極區之該陰極電極之電壓小於該第一陰極區之該陰極電極之電壓，且該第二陽極區之該陽極電極之電壓大於該第一陽極區之該陽極電極之電壓。
  5. 一種電泳沉積裝置，包括：一電源裝置，該電源裝置包括一陽極端以及一陰極端；一電泳槽，用以容納一電泳液；一陰極基板，設置於該電泳槽中，該陰極基板包括至少一陰極電極，與該電源裝置之該陰極端電性連結；以及一陽極基板，設置於該電泳槽中且對應於該陰極基板，該陽極基板包括至少一陽極電極，與該電源裝置之該陽極端電性連結，其中該陽極基板係以一相對傾斜於該陰極基板之方式設置，使得該陽極基板上各區域與相對應之該陰極基板上各區域間具有不相等之距離。
  6. 如請求項5所述之電泳沉積裝置，其中該陰極基板包括一第一陰極區對應於該陽極基板之一第一陽極區，該陰極基板包括一第二陰極區對應於該陽極基板之一第二陽極區，該至少一陰極電極由於壓降使得該第二陰極區之該陰極電極之電壓小於該第一陰極區之該陰極電極之電壓，且該第二陰極區與該第二陽極區之間的距離小於該第一陰極區與該第一陽極區之間的距離。
  7. 一種電泳沉積裝置，包括：一電源裝置，該電源裝置包括複數個陽極端以及一陰極端；一電泳槽，用以容納一電泳液；一陰極基板，設置於該電泳槽中，該陰極基板包括至少一陰極電極，與該電源裝置之該陰極端電性連結；以及一陽極基板，與該陰極基板互相平行設置於該電泳槽中，該陽極基板包括複數個陽極電極分別與該電源裝置之該等陽極端電性連結；其中各該陽極端係用以分別提供不同的陽極電壓至各該陽極電極，且該陰極端係用以提供一陰極電壓至該陰極電極。
  8. 如請求項7所述之電泳沉積裝置，其中該陰極基板包括一第一陰極區對應於該陽極基板之一第一陽極區，該陰極基板包括一第二陰極區對應於該陽極基板之一第二陽極區，該至少一陰極電極由於壓降使得該第二陰極區之該陰極電極之電壓小於該第一陰極區之該陰極電極之電壓，且該第二陽極區之該陽極電極之電壓大於該第一陽極區之該陽極電極之電壓。
  9. 如請求項7所述之電泳沉積裝置，其中該等陽極電極係彼此平行設置。
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