TWI441237B - 場發射顯示器之畫素結構的製造方法 - Google Patents

Description

場發射顯示器之畫素結構的製造方法

本發明是有關於一種畫素結構的製造方法，且特別是關於一種場發射顯示器之畫素結構的製造方法。

隨著多媒體的迅速發展，使用者對於周邊之聲光設備要求愈來愈高。以往常用的陰極射線管或稱影像管(Cathode Ray Tube,CRT)類型的顯示器，由於體積過於龐大，在現今標榜輕、薄、短、小的時代中，已漸不敷需求。因此，近年來有許多平面顯示器(Flat Panel Display)技術相繼被開發出來，如液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)、電漿平面顯示器(Plasma Display Panel，PDP)，以及場發射顯示器(Field Emission Display,FED)。

上述各顯示器中，由於場發射顯示器具有較短的光學反應時間(Optical Response Time)，因此不會產生影像殘影現象。除此之外，場發射顯示器還具有厚度薄、重量輕、視角廣、亮度高、工作溫度範圍較大以及省能源等優點。因此，場發射顯示器被視為極具有競爭潛力的平面顯示器技術之一。然而，現階段場發射顯示器之畫素結構的製造流程相對複雜。因此，造成製程時間的增加以及製程成本的提高，而不利於市場大量應用。

本發明提供一種場發射顯示器之畫素結構的製造方法，其製程成本低。

本發明提供一種場發射顯示器之畫素結構的製造方法。首先，在一基板上形成第一電極。在基板上形成第一絕緣層，其中第一絕緣層覆蓋第一電極。在第一絕緣層上形成第二電極。在第一絕緣層以及第二電極上形成多個顆粒。形成第一金屬層，以覆蓋顆粒。移除顆粒並同時使位於顆粒表面的第一金屬層移除，以使第一金屬層形成圖案化金屬層。利用圖案化金屬層作為罩幕以於第一絕緣層中形成多個開口。在圖案化金屬層上以及開口之底部形成第二金屬層，其中第二金屬層與第二電極接觸。在第二金屬層上形成第三金屬層，且第三金屬層於開口中形成多個電子發射器。移除位於電子發射器上方的第三金屬層，以使電子發射器以及第二金屬層暴露出來。

基於上述，本發明可藉由少的光罩數來製造場發射顯示器之畫素結構，進而降低製程時間以及製程成本。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

場發射顯示器包括陰極板、陽極板以及位於陰極板以及陽極板之間的真空腔體。圖1為本發明之一實施例之場發射顯示器之陰極板的上視示意圖。請參照圖1，陰極板 100具有顯示區A以及環繞顯示區A之非顯示區B，且顯示區A包括多個畫素結構，而非顯示區B包括貫孔(via)區B1、第一訊號區B2以及第二訊號區B3。

以下將以圖2A至圖2M繪示說明場發射顯示器之陰極板的製造方法。圖2A至圖2M中之四個剖面分別為沿圖1中之A-A’、B-B’、C-C’以及D-D’剖線之剖面示意圖。

圖2A至圖2M為本發明之一實施例之場發射顯示器之畫素結構之製造流程的剖面示意圖。請參照圖2A，首先，在基板110上形成第一導電層M1，其包括位於顯示區A中的第一電極E1、位於第一訊號區B2的第一訊號線S1以及位於貫孔區B1的線路層S，其中第一電極E1與對應之第一訊號線S1電性連接。在本實施例中，形成第一導電層M1的方法例如是先沈積一層導電層(未繪示)，並藉由微影程序以及蝕刻程序以圖案化導電層以形成第一電極E1、第一訊號線S1以及線路層S。此外，基板110的材質可以是玻璃、石英、有機聚合物或是其他合適的材料，而第一導電層M1(第一電極E1、第一訊號線S1以及線路層S)的材質可為導電的金屬或是金屬疊層。

請參照圖2B，在基板110上形成第一絕緣層120，其中第一絕緣層120覆蓋第一電極E1、第一訊號線S1以及線路層S。在本實施例中，場發射顯示器之陰極板可進一步地包括一電阻層130，其中電阻層130位於第一絕緣層120以及第一電極E1之間。此外，第一絕緣層120的材質例如是氧化物、氮化物或兩者之疊層，而電阻層130的材 質例如是氮碳化矽(SiCN)、氧碳化矽(SiCO)、碳化矽(SiC)、碳氮化矽(SiCON)或氮氧化矽(SiON)。。接著，在第一訊號線S1以及線路層S上方之第一絕緣層120以及電阻層130中分別形成開口W1以及開口W，其中開口W1暴露出部分第一訊號線S1，而開口W暴露出部分線路層S。在本實施例中，形成開口W1以及開口W的方法例如為蝕刻製程。

請參照圖2C，在第一絕緣層120上形成一第二導電層M2，其包括位於顯示區A中的第二電極E2以及位於第二訊號區B3的第二訊號線S2，其中第二電極E2與對應之第二訊號線S2電性連接。在本實施例中，形成第二導電層M2的方法例如是先沈積一層導電層(未繪示)，並藉由微影程序以及蝕刻程序以圖案化此導電層以形成第二電極E2以及第二訊號線S2。此外，第二電極層(第二電極E2以及第二訊號線S2)的材質可為導電的金屬或是金屬疊層。

請參照圖2D，在第一絕緣層120以及第二電極E2上形成多個顆粒G。在本實施例中，形成顆粒G之方法包括隨意地噴灑顆粒G於第一絕緣層120上。換句話說，顆粒G亦有可能位於開口W1所暴露出之部分的第一訊號線S1上。當然，本實施例不限定顆粒G形成之位置。

請參照圖2E，形成第一金屬層M3以覆蓋顆粒G。在本實施例中，第一金屬層M3的材質例如是鉻(Chromium,Cr)。

請參照圖2F，移除顆粒G並同時使位於顆粒G表面的第一金屬層M3移除，以使第一金屬層M3形成圖案化金屬層P，其中圖案化金屬層P暴露出先前顆粒G下方的膜層。在本實施例中，圖案化金屬層P例如是暴露出部分的第一絕緣層120以及部分的第二電極E2。另外，在本實施例中，移除顆粒G並同時使位於顆粒G表面的第一金屬層M3移除之方法包括利用一刷除程序。

請參照圖2G，利用圖案化金屬層P作為罩幕以於第一絕緣層120中形成多個開口W2，其中開口W2暴露出部分電阻層130。在本實施例中，形成開口W2的方法例如為蝕刻製程，其中蝕刻製程中蝕刻劑(etchant)例如是可以選用對第一絕緣層120蝕刻速率高，但對電阻層130、第一導電層M1(第一電極E1、第一訊號線S1以及線路層S)以及第二導電層M2(第二電極E2以及第二訊號線S2)的蝕刻速率低的蝕刻劑，以盡可能地降低蝕刻劑對電阻層130、第一電極E1、第一訊號線S1、線路層S、第二電極E2以及第二訊號線S2的傷害。

請參照圖2H，在圖案化金屬層P上以及開口W、W1、W2之底部形成第二金屬層M4。在本實施例中，第一金屬層M3以及第二金屬層M4的材質相同。另外，第二金屬層M4與第二電極E2接觸，而位於圖案化金屬層P上的第二金屬層M4與位於開口W2之底部的第二金屬層M4彼此分離。具體而言，透過製程參數的調整，例如是藉由減縮顆粒G的粒徑，使刷除程序以及蝕刻製程後所形成之 開口W2的孔徑縮小或是沉積薄的第二金屬層M4，使第二金屬層M4不會形成於開口W2的側壁，或是即使形成於開口W2的側壁也不會使位於圖案化金屬層P上的第二金屬層M4與位於開口W2之底部的第二金屬層M4連接。如此一來，可達到位於圖案化金屬層P上的第二金屬層M4與位於開口W2之底部的第二金屬層M4彼此分離的效果。

請參照圖2I，在第二金屬層M4上形成第三金屬層M5，並同時在開口W2中形成電子發射器E。而在形成第三金屬層M5以及電子發射器E的過程中，開口W2會逐漸地被第三金屬層M5所封閉，因此第三金屬層M5與第三金屬層M5彼此分離。此外，第三金屬層M5的材質例如是鉻、鈮(Niobium,Nb)、鉬(Molybdenum,Mo)、鎢(Tungsten，W)、鉿(Hafnium，Hf)、鈦(Titanium，Ti)與六硼化鑭(Lanthanum Hexaboride，LaB6)等具有高熔點或是低功函數(Work Function，Φ)的材料，其中第三金屬層M5的材質較佳是鉬。另外，在本實施例中，場發射顯示器之陰極板可進一步地在第三金屬層M5上形成第二絕緣層140以覆蓋第三金屬層M5。。

請參照圖2J，移除非顯示區B(包括貫孔區B1、第一訊號區B2以及第二訊號區B3)上之第二絕緣層140以及第三金屬層M5，並移除顯示區A上之部分的第二絕緣層140以及第三金屬層M5，以使第二金屬層M4暴露出來。在本實施例中，在移除部分的第二絕緣層140以及第三金屬層 M5後，第二絕緣層140與第三金屬層M5具有相同的圖案。此外，移除第二絕緣層140以及第三金屬層M5的方法例如是藉由一圖案化光阻層(未繪示)覆蓋於欲保留的第二絕緣層140上，具體而言，將圖案化光阻層覆蓋於顯示區A上之部分的第二絕緣層140上。接著，以圖案化光阻層為罩幕，圖案化第二絕緣層140以及第三金屬層M5，以移除未被圖案化光阻層所覆蓋之第二絕緣層140以及第二絕緣層140下之第三金屬層M5。此外，移除第二絕緣層140以及第三金屬層M5的方法例如為蝕刻製程。

請參照圖2K，在顯示區A之裸露的在第二金屬層M4以及第二電極E2上方之第二絕緣層140上形成間隙圖案FW，其中間隙圖案FW的材質例如是高介電係數之材料。

請參照圖2L，移除顯示區A內未被間隙圖案FW所覆蓋之第二絕緣層140以及第三金屬層M5，以使電子發射器E以及未被間隙圖案FW所覆蓋之第二金屬層M4暴露出來。在本實施例中，移除位於電子發射器E上方的第二絕緣層140以及第三金屬層M5的方法包括利用間隙圖案FW作為罩幕，移除第二絕緣層140以及第三金屬層M5，以使電子發射器E裸露出來。在本實施例中，移除第二絕緣層140以及第三金屬層M5的方法包括進行一化學電解蝕刻(electro-chemical etching)程序。此處，化學電解蝕刻程序是藉由將陰極板100(繪示於圖1)浸入電解液中，並將陰極板電性連接負極，利用電解的方式移除第二絕緣層140以及第三金屬層M5。

請參照圖2M，在間隙圖案FW之一頂部表面T形成導電層150，其中導電層150與貫孔區B1(繪示於圖1)之線路層S電性連接。在本實施例中，形成導電層150的方法包括進行一斜向蒸鍍程序。此處，斜向蒸鍍程序是藉由將陰極板100放置於蒸鍍室中，遮蔽非顯示區B(繪示於圖1)並暴露出顯示區A(繪示於圖1)，並藉由調整陰極板100的傾角(未繪示)來使導電層150覆蓋於間隙圖案FW之頂部表面T。在形成一導電層150之後，本實施例之場發射顯示器的陰極板100即初步完成，其中陰極板100包括位於顯示區A之畫素結構PS。

值得一提的是，藉由上述製造方法所形成之場發射顯示器的畫素結構PS可以只用五道光罩完成製作。相較之下，習知技術在移除顆粒以及位於顆粒G表面的第一金屬層後，需多一道光罩移除在第一訊號線上方之第一金屬層。此外，習知技術在形成第三金屬層之前，會形成一絕緣層於第三金屬層以及第二金屬層之間，並需多一道光罩以於絕緣層上蝕刻出一開口。因此，相較於習知技術需七道光罩製造場發射顯示器的畫素結構，本實施例之場發射顯示器之畫素結構的製造方法可縮減所需的光罩數，因而可減少所需之製程時間以及製程成本。

本實施例之畫素結構PS適用於一場發射顯示器中，以下特以圖3舉例說明。

圖3為應用本實施例之畫素結構之場發射顯示器的剖面示意圖。請參考圖3，本實施例之場發射顯示器FED包 括如上述方式製造之陰極板100以及與陰極板100對向配置的陽極板200，其中陽極板200包括基板210、螢光層220、電極層230以及多個間隙物(spacer)240。螢光層220塗佈於基板210上，電極層230配置於基板210上，且螢光層220位於基板210以及電極層230之間，而間隙物240頂抵於陰極板100以及陽極板200之間。在本實施例中，間隙物240頂抵於陰極板100之導電層150以及陽極板200之間。此外，陰極板100以及陽極板200之間可以是真空，又或者是填充有惰性氣體。

場發射顯示器FED的發光原理例如是在真空環境下，利用電場使電子發射器E之尖端放出電子e，電子e離開陰極板100並受到陽極板200上正電壓的加速以及吸引，而撞擊至陽極板200的螢光層220，進而放光。

綜上所述，本申請可藉由少的光罩數製造出場發射顯示器之畫素結構，因此所需之製程成本低。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100‧‧‧陰極板

110、210‧‧‧基板

120‧‧‧第一絕緣層

130‧‧‧電阻層

140‧‧‧第二絕緣層

150‧‧‧導電層

200‧‧‧陽極板

220‧‧‧螢光層

230‧‧‧電極層

240‧‧‧間隙物

A‧‧‧顯示區

B‧‧‧非顯示區

B1‧‧‧貫孔區

B2‧‧‧第一訊號區

B3‧‧‧第二訊號區

E1‧‧‧第一電極

E2‧‧‧第二電極

S1‧‧‧第一訊號線

S2‧‧‧第二訊號線

S‧‧‧線路層

W、W1、W2‧‧‧開口

G‧‧‧顆粒

M1‧‧‧第一導電層

M2‧‧‧第二導電層

M3‧‧‧第一金屬層

M4‧‧‧第二金屬層

M5‧‧‧第三金屬層

E‧‧‧電子發射器

FW‧‧‧間隙圖案

T‧‧‧頂部表面

P‧‧‧圖案化金屬層

PS‧‧‧畫素結構

FED‧‧‧場發射顯示器

e‧‧‧電子

A-A’、B-B’、C-C’、D-D’‧‧‧剖線

圖1為本發明之一實施例之場發射顯示器之陰極板的上視示意圖。

圖2A至圖2M為本發明之一實施例之場發射顯示器之畫素結構之製造流程的剖面示意圖。

圖3為應用本實施例之畫素結構之場發射顯示器的剖面示意圖。

100‧‧‧陰極板

110、210‧‧‧基板

120‧‧‧第一絕緣層

130‧‧‧電阻層

140‧‧‧第二絕緣層

150‧‧‧導電層

200‧‧‧陽極板

220‧‧‧螢光層

230‧‧‧電極層

240‧‧‧間隙物

e‧‧‧電子

E1‧‧‧第一電極

E2‧‧‧第二電極

W2‧‧‧開口

M3‧‧‧第一金屬層

M4‧‧‧第二金屬層

M5‧‧‧第三金屬層

P‧‧‧圖案化金屬層

E‧‧‧電子發射器

FW‧‧‧間隙圖案

T‧‧‧頂部表面

FED‧‧‧場發射顯示器

Claims (13)

1. 一種場發射顯示器之畫素結構的製造方法，包括：在一基板上形成一第一電極；在該基板上形成一第一絕緣層，覆蓋該第一電極；在該第一絕緣層上形成一第二電極；在該第一絕緣層以及該第二電極上形成多個顆粒；形成一第一金屬層，以覆蓋該些顆粒；移除該些顆粒並同時使位於該些顆粒表面的該第一金屬層移除，以使該第一金屬層形成一圖案化金屬層；利用該圖案化金屬層作為一罩幕以於該第一絕緣層中形成多個開口；在該圖案化金屬層上以及該些開口之底部形成一第二金屬層，其中該第二金屬層與該第二電極接觸；在該第二金屬層上形成一第三金屬層，且該第三金屬層於該些開口中形成多個電子發射器；以及移除位於該些電子發射器上方的第三金屬層，以使該些電子發射器以及該第二金屬層暴露出來。
2. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器之畫素結構的製造方法，其中形成該第三金屬層之後，更包括在該第三金屬層上形成一第二絕緣層。
3. 如申請專利範圍第2項所述之場發射顯示器之畫素結構的製造方法，其中該第三金屬層與該第二絕緣層具有相同的圖案。
4. 如申請專利範圍第2項所述之場發射顯示器之畫素 結構的製造方法，更包括移除部分的該第二絕緣層以及該第三金屬層，以使該第二金屬層暴露出來。
5. 如申請專利範圍第4項所述之場發射顯示器之畫素結構的製造方法，其中移除位於該些電子發射器上方的第三金屬層的方法包括：在裸露的在第二金屬層以及該第二電極上方之該第二絕緣層上形成一間隙圖案；以及利用該間隙圖案作為一罩幕以移除該第二絕緣層以及該第三金屬層，以使該些電子發射器裸露出來。
6. 如申請專利範圍第5項所述之場發射顯示器之畫素結構的製造方法，其中利用該間隙圖案作為罩幕以移除該第二絕緣層以及該第三金屬層以使該些電子發射器裸露出來的方法包括進行一化學電解蝕刻程序。
7. 如申請專利範圍第5項所述之場發射顯示器之畫素結構的製造方法，更包括在該間隙圖案之一頂部表面形成一導電層。
8. 如申請專利範圍第7項所述之場發射顯示器之畫素結構的製造方法，其中在該間隙圖案之頂部表面形成該導電層的方法包括進行一斜向蒸鍍程序。
9. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器之畫素結構的製造方法，其中該第一絕緣層與該第一電極之間更包括一電阻層。
10. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器之畫素結構的製造方法，其中該第一金屬層順應性地覆蓋該第一絕緣層以及該些顆粒之表面。
11. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器之畫素結構的製造方法，其中形成該些顆粒之方法包括隨意地噴灑該些顆粒於該第一絕緣層上。
12. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器之畫素結構的製造方法，其中移除該些顆粒並同時使位於該些顆粒表面的該第一金屬層移除之方法包括利用一刷除程序。
13. 如申請專利範圍第1項所述之場發射顯示器之畫素結構的製造方法，其中該第一金屬層以及該第二金屬層的材質相同。