TW200811900A - Field emission system and method for improving its vacuum - Google Patents

Description

200811900 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具場發射源系統及提高其内部真 空度之方法；特別是有關於一種使用表面未飽和奈米村^ 於吸氣區域做為吸氣材料之具場發射源系統。 【先前技術】 在場發射顯示器中，每一像素單元係包含數百至^t 個尖狀發射子或奈米碳管形成於該場發射顯示器的背#反 _ 以供做電子源，而藉由電子源撞擊產生發光的一螢光；係 形成於該場發射顯示器的前板。該前板與背板之間隙、南二 為200微米至數宅米’並且該場發射頌不器必須維持在^ 度真空狀態，以使電子發射時不會損失能量。 阿 第一圖係一傳統場發射顯示器的截面示意圖，其包# 一前板100及一背板110，兩者間相隔有一間隙。一陽極陣 列101及一陰極陣列ill係分別形成於該前板10〇及背板 110相對的内表面上。一閘極絕緣層112具有複數個通孔 112a係形成於該陰極陣列ill上，該等通孔112&使該陰极 陣列111中部份陰極導線被曝露出來。複數個閘極電極 係分別對應該等通孔112a形成於該閘極絕緣層112上。〜 數根奈米碳管114係成長於每一該通孔112a曝露的部份兮 、 陰極導線上，以供做場發射源(field emission source)，每二 該通孔112a内的該等奈米碳管114係對應一像素單元。— 螢光層102係相對該等奈米碳管114形成於該陽極陣列 * 下方，一黑色矩陣圖案（black matrix)l〇3形成於該肇光居 ? 中，並與該等像素單元交錯排列，以提高顯示器的對二 及色彩純度。一抽氣通道115係形成於該背板11〇的 \ 5 200811900 邊，用以抽掉面板内部多餘的氣體，一密封蓋116係用以 封住該抽氣通道115的出口。該背板110的另一侧邊係形 成有一氣體通道117 ’及一吸氣裝置(getter container)118係 裝設於該氣體通道117的一端並從該背板no向外部凸 出，該吸氣裝置118内具有吸氣劑n9係用以吸收面板内 部殘餘的氣體。

場發射過程中’如果真空氣氛中存在某些殘餘氣體， 這些氣體分子與場發射電子相互作用會形成電離 (ionization)，電離出的離子會在電場力作用下加速向陰極運 動，敢後以一定能量轟擊在發射體表面上，即所謂離子轟 擊(ion bombardment)。受離子轟擊的影響，發射體尖端形狀 會逐=發生改變，影響電場分佈，最終導致發射電流下降 甚至，失。場致發射過程不可能在絕對真空條件下進行， ^此離子轟擊所造成的場致發射性能降低幾乎無法避 子轟擊的強弱與系統的真空度有很大的關係，系統 高則殘留氣體分子越少，形成離子轟擊越弱。如 的氣體分使H氣劑119來韻面_部大多數 劑U9係透過子轟擊效應。但由於該吸氣 117係為—狹窄'通十道^逼^7來吸收氣體’而該氣體通道 119無法有效吸收氣:有目當大的氣體流阻’使得該吸氣劑 氣體愈遠離該氣體诵換句話說，該場發射顯示器的内部 收’進而使得該場發身二工唧愈難以被該吸氣劑119吸 據此，亟待提俾一*、錄不益内部真空度的提升受到限制。 示器，以改善傳統場^文良的吸氣裝置使用於場發射 射顯示器的缺失。 【發明内容】 200811900 本發明之目㈣提供—種具場發m缺其提 =度之f法’其中係使用活化後未飽和的奈米碳“ ==域以吸附内部殘留的氣體’藉以提高該系統内 為巧二目的，本發明提供一種具場發射源系統，其 :美板只定：反基板係位於該上基板下方並與該 上基板界疋出-％發射源區及—吸氣 基板r内表面上對應該場^

極陣列包合至少一條第一陽極導線；一螢光 下方;一陰極陣列’係相對於該“陣_成 於孩下基板之一内表面上，該陰極陣列包含至少一停第一 陰極導ΐ;一奈米碳管場發射陣列，該奈米碳管場發射陣 列包含複數個奈米碳管單元分別形成於前述至少一條第一 ，導？上二並且每一該奈米碳管單元包含複數根奈米碳 官，至>、一第二陽極導線，係形成於該上基板之該内表面 亡並，應該吸氣區域；至少一第二陰極導線，係相對於該 第一陽極導線形成於該下基板之該内表面上；及複數根表 面未飽和奈米碳管，係形成於該第二陰極導線上。 本，明係於前述具場發射源系統之吸氣區域成長吸氣 用的奈米，官，透過活化製程（aging process)使該吸氣區域 的奈米碳官成為表面未飽和的吸氣材料，以吸附該系統内 部殘留氣體，達到該系統内部真空度提高的效果。 另一方面，本發明提供一種提高前述具場發射源系統 真空度之方法，係在系統封合之前，自該場發射源區至該 吸氣區域逐一施加能量予該第一陰極導線及該第二陰極導 線上的奈米碳管，以使前述奈米碳管釋放出表面鍵結的氣 體分子及内藏於堆疊的奈米碳管間隙中的殘留氣體。接 200811900 著，將該系統内部殘留的氣體移除，並封合該系统。 本發明提高具場發射源系統内部真空度的方法▼敕八 入場發射顯示器的標準製程，不會增加額外的製程炎 有利於場發射顯示器大量製造生產。再者，本發明具^發 射源糸統不需另外加裝吸氣裝置(getter)，可降低成本，又 可減少該系統的厚度及重量。 【實施方式】 場發射顯示器係使用奈米碳管（carbon nanotube)材料當 _ 做場發射源(field emitter)，由於奈米碳管表面積大且易於與 氣體鍵結而吸附氣體及傳統成長的碳管易發生互相堆疊而 有氣體累積於堆豐的碳管間隙中’上述製程的缺陷常造成 場發射現象不明顯，影響面板發光效率，所以傳統製移會 在面板内部抽真空之前加入奈米碳管（aging carb〇n nanotubes)的活化製程，讓奈米碳管材料釋放出表面鍵結的 氣體分子及内藏的殘留氣體’藉此穩定面板内部的真空度 並提尚場發射效應的品質。本發明係利用奈米碳管表面易 於吸附氣體的特性，於場發射顯示器之非域成長# 米碳管並透過活化製程，使該非顯示區域的奈米破管成為 表面未餘和且具有吸附氣體知*性的吸氣封料，二在面板封 合後提供吸附殘留氣體的功用，達到提高面板内部真空虞 的效果。 換言之，本發明提出一種吸氣機制，係於具場發射源系 統之吸氣區域（getter area)成長吸氣用的表面未飽和奈米 碳管材料，以於本發明糸統封合後，藉由該吸氣區域内的表 面未飽和奈米破官吸附糸統内°卩R留的氣體，^提高系統内 部真空度。 8 200811900 #本發明之具場發射源系統及其提高真空度之方法，將 藉由以下應用在場發射顯示器的具體實施例配合所附圖 式，予以詳細說明如下。但另一方面，本發明具場發射源 糸統=可應用在發光系統，例如供做_f光源。 第二圖係本發明具場發射源系統之第一具體實施 例的，面不思圖。在第一具體實施例中，本發明的具場發 射源系統係-場發射顯示器，其包括一上基板2〇; 一下基 板22 ’係位於該上基板2〇下方並與該上基板2〇界定出一 顯示區域(場發射源區）23及一吸氣區域24; 一陽極陣列 S 成志於5亥上基板2〇之一内表面上對應該顯示區域 ％極陣列201包含複數條第一陽極導線；一螢光層 係形成於該陽極陣列謝下方；_陰極陣列2()3係相 對於該陽極陣列201形成於該下基板22之-内表面上，該 陰極陣列203包含漭盔狄锋认此、兹 ^ 射陣列204，該^線—奈米碳管場發 π其⑽_ mm 卡官％發射陣列204包含複數個奈米 =3太*分別形成於前述複數條第—陰極導線上，並 =管ί元2042包含複數根奈米碳管對應- 、兀，夕—第二陽極導線205，係形成於該上其柘 Τ之該内表面上並對應該吸氣區域24;至少V = 線206，係相對於嗲箓一鸱_王少罘一陰極導 之咳内表面上·二^ 線形成於該下基板22 207 ma_2〇8係形成於該螢光層黑圖案 彩純度。前述上比及色 二t ^遗先基板，例如破璃其妃 可為—透光基板或非透光基板。 Χ 具財施例的場發射顯示H面板於封合之 200811900 前，該顯示區域23的該等奈米碳管單元2〇42及該吸氣區域 24的奈米碳管207係經過活化製程，讓這些奈米碳管釋放 出表面鍵結的氣體分子及内藏堆疊的殘留氣體，進而使該吸 氣區域24^的奈米碳管207成為表面未飽和的吸氣材料，再 ，用真空系統抽掉面板内部多餘的氣體，然後封合面板。當 該=發射頭不器於操作時，並不施加電壓於該吸氣區域24 的第二陽極導線205及第二陰極導線2〇6，因此該等奈米碳 管207僅提供吸氣劑的功能，不具有場發射效應。

第=B圖係本發明具場發射源系統的第二具體實施例 j截面不意圖，亦應用在場發射顯示器。第二具體實施例與 第具肢貝加例的差異處僅在於該吸氣區域24的表面未飽 和奈米碳管209係成長於該第二陽極導線2〇5上，其餘部件 則與第一具體實施例的場發射顯示器一樣。 第^圖係本發明具場發射源系統的第三具體實施例 的截面示思圖，亦應用在場發射顯示器。在第三具體實施 例中γ本發明場發射顯示器係包括一上基板3〇; 一下基板 32 ’係位於該上基板3〇下方並與該上基板3〇界定出一顯 不區域33及一吸氣區域34; 一陽極陣列3〇1，係形成於該 上基板30之一内表面上對應該顯示區域％，該陽極陣列 3^)1包含衩數條第一陽極導線；_螢光層搬係形成於該 ，極陣列301下方；-陰極陣列3()3係相對於該陽極陣列 ^2形成於孩下基板32之一内表面上，該陰極陣列3的包 4數條第-陰極導線；—介電層綱係形成於該陰極陣 ^ 303上，該介電層3〇4具有複數個通孔3〇42以曝露出 數，部份陰極導線；複數個奈米碳管單元撕，係形成於 麵通孔3G42巾謂部份陰極導線上，每―該奈米碳管單 凡305對應一像素單元；複數個閘極電極306，係分別對 200811900 應該等通孔3042形成於該介電層304上；至少一第二陽極 導線307,係形成於該上基板3〇之該内表面上並對應該吸 氣£域34，至少一弟一陰極導線308，係相掛於該第一陽 極導線307形成於該下基板32之該内表^上^數:= 未飽和奈米碳管309，係形成於該第二陰極導線3〇8上； 及一黑色矩陣圖案310係形成於該螢光層3〇2中並與該等 像素單元相互交錯排列，藉以提高本發明場發射顯示器的 對比及色彩純度。前述閘極電極306係用以提供一驅動電 壓以驅使該顯示區域33的該等奈米碳管3〇5發射電子。由 於該等閘極電極306更接近該等奈米碳管3〇5，故可使用 較低的操作電壓於該第一陽極陣列3〇1。 同樣地，本發明第三具體實施例的場發射顯示器面板 於封合之前，該顯示區域33的該等奈米碳管單元3〇5及該 口區域34的奈米碳管3〇9係經過活化製程，讓這些奈米 碳管釋放出表面鍵結的氣體分子及内藏堆疊 氣體/， 而使該吸氣_ 34的奈米料·絲表面 材料，再利用真空系統抽掉面板内部多餘的氣體，然後封合 面板。當該場發射顯示器於操作時，並不施加電壓於該吸氣 區域34的第二陽極導線3〇7及第二陰極導線3〇8，因此該 等奈米碳管309僅提供吸氣劑的功能，不具有場發射效應。 此$，該吸氣區域34的該等奈米碳管3〇9亦可改為成長於 $亥弟一 1¾'極導線307上。 # ，本發明場發射顯示器之該吸氣區域（非顯示區域)的幾 ，形狀係可隨該場發射顯示器的顯示面板形狀而改變，即 該吸氣區域的該等奈米碳f可依該吸氣區域的 ς 成長。參第四Α圖及第四Β圖所示，該吸氣區域可嗖計成 矩形區域42a或橢圓形區域42b，而環繞本發明場發射顯示 11 200811900 器的顯示面板。另外，該吸氣區域亦可設計成圓形、環形 及多邊形等幾何形狀。 另外，本發明前述場發射顯示器亦可做為一背光模 組，在此情況下，前述螢光層中不需要形成一黑色矩陣圖 案(black matrix)，並且前述上基板可改為不透光基板，而前 述下基板使用透光基板。 另一方面，本發明提供一種具場發射源系統提高真空 度之方法，係於本發明具場發射源系統封合之前，先施予 活化製程（aging process)於前述該場發射源區及吸氣區域的 • 該等奈米碳管，讓該等奈米碳管釋放出表面吸附的氣體分 子及内藏於堆疊的奈米碳管間隙的殘留氣體，以使該吸氣 區域的該等奈米碳管成為表面未飽和的奈米材料，再藉由 真空系統抽掉該系統内部多餘的氣體並封合系統。該吸氣 區域的前述表面未飽和奈米碳管具有吸氣劑功能，即可在 系統封合後，吸附殘留在系統内部的氣體，以達到提高系 統内部真空度的效果。參第五A圖及第五B圖，分別為本 發明第一具體實施例的場發射顯示器的上視示意圖及截面 示意圖，本發明前述奈米碳管的活化製程係自該顯示區域 9 23至該吸氣區域24，逐一施加能量於每一該第一陰極導線 及該第二陰極導線206上的該等奈米碳管，該等奈米碳管 表面鍵結的氣體分子及内藏於堆疊的奈米碳管間隙中的殘 留氣體獲得能量後，即從該等奈米碳管釋放出來，以活化 該等奈米碳管。本發明施予能量予該等奈米碳管的方式係 可採施加電壓於該等奈米碳管或提供熱能予該等奈米碳 管。 本發明提供的吸氣機制係使用活化後表面未飽和的奈 米碳管於吸氣區域，以供做本發明具場發射源系統的吸氣 12 200811900 劑。本發明的吸氣結構可整合於場發射顯示器的標準製程 中，而不需增加額外的製程步驟，可降低製造成本，有利 於場發射顯示器大量製造生產。再者，本發明具場發射源 系統不需使用額外的吸氣裝置，因而可減輕該具場發射源 系統的重量及減少其厚度。 以上所述僅為本發明之具體實施例而已，並非用以限 定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請 專利範圍内。 13 200811900 【圖式簡單說明】 第一圖係傳統場發射顯示器之截面示意圖； 第二A圖係本發明場發射顯示器之第一具體實施例的 截面示意圖； 第二B圖係本發明場發射顯示器之第二具體實施例的 截面示意圖； 第三圖係本發明場發射顯示器之第三具體實施例的截 面示意圖； 第四A圖係本發明場發射顯示器第一具體實施例的一 ⑩ 變化例的上視示意圖； 第四B圖係本發明場發射顯示器第一具體實施例的另 一變化例的上視示意圖； 第五A圖係本發明場發射顯示器第一具體實施例的上 視示意圖，其中顯示活化製程過程；及 第五B圖係本發明場發射顯示器第一具體實施例的截 面示意圖，其中顯示活化製程過程。 主要部份之代表符號： _ 20、30…-上基板 22、 32-----下基板 23、 33 —顯不區域 24、 34--—吸氣區域 100—前板 101 — 1¼極陣列 102——螢光層103——黑色矩陣圖案 110-…背板 111-…陰極陣列 112- …閘極絕緣層112a-…通孔 113— 閑極電極 114—奈米碳官 14 200811900 115--—抽氣通道 116…-密封蓋 117—一氣體通道 118-…消氣裝置 119 一一消氣劑 201、 301-…陽極陣列 202、 302-…螢光層 203、 303…-陰極陣列 204- …奈米碳管場發射陣列 2042…-奈米碳管單元 205- …第二陽極導線 206- …第二陰極導線 207----奈米碳管 208、310-…黑色矩陣圖案 209 奈米^5^管 304-----介電層 3042------通孔 305-…奈米碳管單元 306…-閘極電極 307----第二陽極導線 308—弟-一陰極導線 309-----奈米碳管 42a 矩形區域 42b------擴13形區域 15

Claims (1)

1. 200811900 十、申請專利範圍： 1·一種具場發射源系統，其包括·· 一上基板； 一下基板’係位於該上基板下方並與該上基板界定出 一場發射源區及一吸氣區域； θ 一陽極陣列，係形成於該上基板之一内表面上對應該 場發射源區，該陽極陣列包含至少一條第一陽極導線； 逢光層，係形或於該陽極陣列下方； 一陰極陣列，係相對於該暢極陣列形成於談下基板之 一内表面上，該陰極陣列包含至少一條第一陰極導線·， ^ 一奈米碳管場發射陣列，該奈米碳管場發射陣列包含 t數個奈米碳管單元分別形成於前述至少一條第一陰極導 線上，並且每一該奈米碳管單元包含複數根奈米碳i;、 至少一弟—陽極導線’係形成於該上基板之該内表 上並對應該吸氣區域； 、 至少一第二陰極導線，係相對於該第二陽極導線 於該下基板之該内表面上；及 7 複數根表面未飽和奈米碳管，係形成於該第二陰極 線上。 守 2·如申請專利範圍第1項所述之具場發射源系统，其 中更包含一黑色矩陣圖案形成於該螢光層中。 〃 上3·如申請專利範圍第1項所述之具場發射源系统，其 中该吸氣區域係呈下列任一種幾何形狀：圓形、橢圓形、 矩形、環形及多邊形。 /、 a 4·如申請專利範圍第1項所述之具場發射源系統，其 中該具場發射源系統操作時，該吸氣區域不具有場發射^ 應〇 200811900 5.如申請專利範圍第i項所述之具場發射源系統，並 中δ亥具％發射源系統係供做一場發射顯示器或一背光源。 6·—種具場發射源系統，其包括： 一上基板； 一下基板，係位於該上基板下方並與該上基板界 一場發射源區及一吸氣區域； 〜3=5 户一陽極陣列，係形成於該上基板之一内表面上對應

   琢灸射源區，該陽極陣列包含至少一條第一陽極導線〔Λ ★光層’係形成於該陽極陣列下方； 陰極陣列，係相對於該陽極陣列形成於該下基板之 内表面上，該陰極陣列包含至少一條第一陰極導線； 々一奈米碳管場發射陣列，該奈米碳管場發射陣列包含 ^數個奈米碳管單元分別形成於前述至少一條第一陰極^ 、复上，並且每一該奈米碳管單元包含複數根奈米碳管j 至夕一弟一陽極導線’係形成於該上基板之該内表面 上並對應該吸氣區域； 至少一弟一陰極導線’係相對於該第二陽極導線开< 杰 於該下基板之該内表面上；及 、 複數根表面未飽和奈米碳管’係形成於該第二陽極導 線上。 7·如申請專利範圍第6項所述之具場發射源系統，其 中更包含一黑色矩陣圖案形成於該螢光層中。 /、 8·如申請專利範圍第6項所述之具場發射源系統，其 中遠吸氣區域係呈下列任一種幾何形狀：圓形、橢圓形、 矩形、環形及多邊形。 9·如申請專利範圍第6項所述之具場發射源系統，其 中5亥具場發射源系統操作時，該吸氣區域不具有場發射效 17 200811900 應。 ΜΓϋ；1 ^職®第6項所述之具場發射源系統，发 中遠具场發射源线係供做—場發射顯示器或—背光源: 11·一種具場發射源系統，其包括： 一上基板； ’、 · ’係位於該上基板下方並與該上基板界定出 一％%射源區及一吸氣區域； 卬

   陣列’係形成於該上基板之一内表面上對應該 琢叙射源區，該陽極陣列包含至少一條第一陽極導線； 一螢光層，係形成於該陽極陣列下方； 一-陰極陣列，仙對於該陽極陣彻成於該下基板之 一内^面上，該陰極陣列包含至少一條第一陰極導線； 介電層，係形成於該陰極陣列上，該介電層具有福 數個通孔以曝露出複數個部份陰極導線； 複數個奈㈣管單元，係形成於該㈣孔巾該 陰極導線上； I⑺ 複數個閘極電極，係分別對應該等通孔形成於該介電 層， 至少一第二陽極導線，係形成於該上基板之該内表面 上並對應該吸氣區域； 至少一第二陰極導線，係相對於該第二陽極導線形成 於该下基板之該内表面上；及 複數根表面未飽和奈米碳管，係形成於該第二陰極導 線上。 盆12·如申請專利範圍第項所述之具場發射源系統， 〃中更包含一黑色矩陣圖案形成於該螢光層中。 13·如申請專利範圍第11項所述之具場發射源系統， 18 200811900 其中β吸氣區域係呈下列任—種幾何形狀：圓形、擴圓形、 矩形、環形及多邊形。 如申請專利範圍第η項所述之具場發射源系統， 其中该具場發射源系統操作時，該吸氣區域不具有場發射 效應。 15.如3申請專利範圍第11項所述之具場發射源系統， /、中X /、％鲞射源系統係供做一場發射顯示器或一背光 源0

   16·種具場發射源系統，其包括： 一上基板； 一下基板，係位於該上基板下方並與該上基板界定 一場發1源區及一吸氣區域； :陽極陣列，係形成於該上基板之一内表面上對應該 琢χ 一;f區，該陽極陣列包含至少一條第一陽極導線； ▲光層，係形成於該陽極陣列下方； 一:陰極陣列，係相對於該陽極陣列形成於該下基板之 二=士，該陰極陣列包含至少一條第一陰極導線； 數個通該介電層具有複 陰極奈米碳管單元’係形成於料通孔中該等部份 層上讀個閘極電極，係分別對應該等通孔軸於該介電 上並導線’係形成於該上基板之該内表每 於該3;::=::相對於該第二陽極導線形成 19 200811900 複數根表面未飽和奈米碳管，係形成於該第二陽極導 線上。 17. 如申請專利範圍第16項所述之具場發射源系統， 其中更包含一黑色矩陣圖案形成於該螢光層中。 18. 如申請專利範圍第16項所述之具場發射源系統， 其中該吸氣區域係呈下列任一種幾何形狀：圓形、橢圓形、 矩形、環形及多邊形。 19. 如申請專利範圍第16項所述之具場發射源系統， 其中該具場發射源系統操作時，該吸氣區域不具有場發射 效應。 20. 如申請專利範圍第16項所述之具場發射源系統， 其中該具場發射源系統係供做一場發射顯示器或一背光 源。 21 · —種提高系統真空度之方法，係提供活化後未飽和 的奈米碳管於該系統内部吸氣區域做為吸氣材料，以提高 該系統内部真空度。 22. 如申請專利範圍第21項所述之提高系統真空度之 方法，其中該系統為一具場發射源系統，係具有一場發射 源區及一吸氣區域，該方法包括： 自該場發射源區至該吸氣區域，逐一施加能量予每一 奈米碳管，以活化該等奈米碳管； 移除該具場發射源系統内部殘存的氣體；及 封合該具場發射源系統。 23. 如申請專利範圍第22項所述之提高系統真空度之 方法，其中前述施加能量之方式係選自下列任一者：施加 電場予該等奈米碳管及提供熱能予該等奈米碳管。 20