TWI314841B - Methods for fabricating field emission displays - Google Patents

Description

1314841 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 - 本發明係有關於一種場發射顯示器製造方法，特別有 .關於一種奈米碳管場發射顯示器基板表面處理的方法。 【先前技4#】 > 大面積厚膜場發射顯示器（Field Emissicm Display，簡 • 稱FED)，利用厚膜網印製程及場發射顯示器（FED)技術讓 傳統的陰極射線管（CRT)得以平面化，不僅保留了 CRT的 影像品質，並具有省電及體積薄小的好處。此外，結合奈 米苔或具奈米結構新穎平板場發射源材料的低導通電 場、高發射電流密度以及高穩定特性，製造出大尺寸、低 成本的全新平面顯示器，兼具低驅動電壓、高發光效率、 無視角問題及省電的優點。 τ 然而，就現有大尺寸顯示器而言，陰極射線管（cRT) #雖具備良好的顯像品質，但體積卻過大。投影電視雖可改 善體積問題，但顯像品質不良。另一種平面％ /1 J., 吧水顯示器 (plasma display panei，簡稱pDp)雖符合輕、薄要件 豆 製程大部分採用網印法製作，然而其耗電量卻埯大，

合省能源之需求。 V 場發射顯示元件（Field Emission Display,簡 η fed)屬 於自發光類型之微真空管型的電子發射源陣列， _ 理主要是利用閘極控制電壓去將發射源的電孓 ' Ο 目陰極發 射，而且在陽極端可以使其維持在極高的電壓 卜’使發射 0412-A21492TWF(N2)；P03940334TW；jamngwo 5 1314841 電子帶有巨大的能量去激發填光物質而發亮。早期的發射 源製作方式是利用半導體薄膜製程的方式製作陰極板的場 發射源陣列，這些發射源通常是一些鉬（Mo)、鎢（W)或矽（Si) -等無機元素，然而半導體薄膜製程需要高額的設備成本而 .且不易大面積化，傳統的場發射顯示器結構如第1圖所示。 第1圖係顯示傳統的場發射顯示器的剖面示意圖。於 第1圖中，一典型的場發射顯示器（FED) 10包括下基板11 與對向的上基板12，其間夾以間隔距離G的檔牆結構，並 於真空中封合。於下基板11上具有圖案化的陰極電極13。 電子場發射源14設置於陰極電極13上。於圖案化的陰極 電極13侧部上係由介電層15圍繞，介電層15上有閘極電 極16。 於上基板12上具有陽極電極17。紅18R、綠18G、藍 18B彩色螢光層設置於陽極電極17上，且紅、綠、藍彩色 螢光層之間相隔一黑色矩陣陣列（black matrix，BM) 19。 為了能簡化製程及大面積化，習知技術利用厚膜網印 製程製作陰極基板，除了提供一種成本低廉，並且可以大 面積化製作場射顯示器的方法。然而於厚膜製程中，下基 板的陰極結構通常是將不同的材料疊印在一起，由於在印 刷過程中所使用的材料，經過燒結過後會有一些不純物產 生且殘留在電子發射層，留下許多大小不一的孔隙出現。 美國專利早期公開第US 2005/0062195號揭露一種在 電子發射源（emitter)上貼附上一層膠膜，然後將膠膜拔 除。此法可以將電子發射源上的雜質去除並可以使電子發 0412-A21492TWF(N2);P03940334TW；jamngwo 6 1314841 射源可以對準於(align)垂直電場的方向。 第2A-2B圖係顯示習知技術利用黏貼法形& 示器的示意圖。於第2A圖中，於基板35上且：，射顯 -40。圖案化隔離結構50與閘極60形成於陰極電極 ，.場發射結構70A利用帶狀膠膜30為媒介形成極 .40上，且位於圖案化隔離結構50之間，其結構如^ 圖 所示。然而，膠膜黏貼易造成電子發射均勻性差、部八^ 鲁域的電子發射源容易被拔除。再者，膠膜無法重複使2， 對兀件表面造成破壞，以及殘留的有機物質在高電焊下， 容易造成電弧放電（arcing)，皆對顯示器的場發射特性有不 良的影響。 寸 於習知技術中，另一種增進場發射均勻性的方法是利 用摩擦(rubbing)的方式在電子發射源上做配向的動作，並 藉由靜電的作用方式使得電子發射源可以較容易對準垂直 電場方向。然而，研磨所使用的滾轴，易殘留刷毛物質在 φ 表面、不易將燒結後之殘渣清除，於高電壓下及容易造成 電弧放電（arcing)，皆對顯示器的場發射特性有不良的麥 響。 … 習知技術另一種增進場發射均勻性的方法是利用噴砂 (sand blasting)的方式，利用微小硬質顆粒砂材撞擊電子發 射源表面，藉由外力將雜質分解。然沾附在電子發射源表 面的殘留砂礫因不易去除而容易造成污染。 美國專利第US 6,890,230號揭露一種利用雷射光源活 化（activate)或使場發射源的奈米管具一致性的位向’以有 0412-A21492TWF(N2)；P03940334TW；jamnQW〇 7 .1314841 效地增加其場發射特性。第3a_3b圖係顯示習 雷射光源活化㈣他)場發射源的奈米管的示喻= 3A圖中，—場發射顯示器包括-下基板110, ^ ^第 -極電極U0。-奈米碳管厚膜13〇形成於陰極電㈣、有陰 ，.做,％發射源。一上基板16〇對向於下基板⑽，其’ •有陽極電極150。-電壓控制器14〇施加偏壓於陽極^ 150與陰極電極12〇之間以控制場發射顯示器的顯像包羽 鲁知技㈣用-雷射錢m透過上基板與陽極: 15〇妝射奈米碳管厚膜13〇以活化㈣丨她鳩發射源。、壬 化後的場發射顯示器如第3B圖所示。 、彳 然而，當雷射在對場發射源的奈米管處理時，其伴隨 的能量，例如熱能，可能損傷其他的元件結構(例如電極^ |50、介電層、閘極層或基板16〇)。此外，若先將奈米管^ 灯圖案化形成場發射源，甚至完成整個顯示器元件後，再 進行雷射處理，於雷射的定址及對位上會產生困難，尤其 鲁是應用在高解析度顯示器面板時，上述問題因習知技術製 程繁複而導致成本上升且良率下降。 【發明内容】 有鑑於此，本發明之一目的在於提供一種顯示器基板 的表面處理方法，深入且均勻地清除不純物及污染物，進 而提升場發射源的均勻性。 本發明的另一目的在於在於提供場發射顯示元件的高 效率及環境友善的表面處理方法，藉同時處理多片的試片 達到發射源層的材質純化及表面改質的目的，且整個過程 °412-Α21492TWF(N2):P03940334TW；jamnQwo 1314841 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示傳統的場發射顯示器的剖面示意圖； 第2A-2B圖係顯示習知技術利用黏貼法形成場發射顯 示器的示意圖； ’ 第3A-3B圖係顯示習知技術利用雷射光源活化 - (activate)場發身t源的奈米管的示意圖； 第4A圖係顯示根據本發明實施例之奈米碳管場發射 # 顯示器的製造步驟流程圖； 第4B圖係顯示第4A圖中表面活化處理步驟的流程 圖； 第5A-5C圖係顯示根據本發明實施例之顯示器基板結 構製作步驟的分解示意圖； 第6A-6B圖係顯示根據本發明實施例中自由基氧化乾 式處理與超臨界二氧化碳處理的示意圖；以及 第7圖係顯示本發明實施例之奈米碳管場發射顯示器 _的剖面示意圖。 【主要元件符纟虎說明】 習知部分（第1〜3B圖） 10〜場發射顯示器（FED); 11〜下基板； 12〜上基板； 13〜陰極電極； 14〜電子場發射源； 0412-A21492TWF(N2)；P03940334TW；jamngwo 14 1314841 15〜介電層； 16〜閘極電極， 17〜陽極電極， 18R、18G、18B〜紅、綠、藍彩色螢光層； 19〜黑色矩陣陣列(black matrix，BM); G〜間隔距離； 3 5〜基板； 40〜陰極電極； 50〜隔離結構； 60〜閘極， 70A、80〜場發射結構； 30〜帶狀膠膜； 110〜下基板； 120〜陰極電極； 130〜活化前的奈米碳管厚膜； 130’〜活化後的奈米碳管厚膜； 140〜電壓控制器； 150〜陽極電極； 160〜上基板； 170〜雷射光源。 本案部分(第3〜8圖） 301-340〜場發射顯示器的製程步驟； 410-470〜陰極結構基板的活化表面處理步驟； 0412-A21492TWF(N2)；P03940334TW；jamngwo 15 1314841 5 00〜具陰極結構的基板， 510〜基板， 512〜導電層； 513〜陰極電極； 514〜閘極導線圖案， 515〜奈米碳管電子發射源； UV〜紫外光； 620〜超臨界二氧化碳流體； 650〜處理槽； 700〜奈米碳管場發射顯示器； 701〜下基板； 702〜上基板； 710〜陰極電極； 715〜奈米碳管厚膜； 720〜介電層； 7 3 0〜閘極電極， 750〜檔牆結構； 760〜陽極電極； 770〜黑色矩陣陣列； 775〜彩色螢光粉； G〜間隔距離。 0412-A21492TWF(N2)；P03940334TW；jamngwo 16

Claims (1)

1314841 ——___—____ 第95i25783號 修正曰期:98.5·25 修正本θΓβ2g日修(更)正替換頁 十、申請專利範圍： ―― ---------———------- 1.一種顯示器元件的製作方法，包括： 提供一第一基板； • 形成一陰極結構於該第一基板上， 施以一表面處理步驟於該陰極結構上；以及 提供一第二基板對向該第一基板，之間失以一檔牆結構， 並於真空中封合； 其中該表面處理步驟包括〆自由基氧化步驟及一超臨界 二氧化碳清潔步驟。 2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器元件的製作方法， 其中該陰極結構包括—平面三極結構、一垂直三極結構或一底 閘極(under gate)三極結構。 3. 如申請專利範圍第丨項所述之顯示器元件的製作方法， 其中該陰極結構包括—陰極電極、一電子場發射源於該陰極電 極以及一閘極。 4. 如申請專利範圍第3項所述之顯示器元件的製作方法， 其中該電子場發射源包括奈米碳管(CNT)、奈米碳纖(CNF)、 石墨、氧化鈀(PdO)、多晶矽(p_Si)、鑽石膜、或氮化碳(CxNy)。 5·如申請專利範圍第3項所述之顯示器元件的製作方法， 其中該電子場發射源係以網版印刷(screen printing)法、微接觸 印刷(micro-contact printing)法、喷墨印刷(ink-jet printing)法、 電泳法(EPD)及化學氣相沉積法形成。 6.如申請專利範圍第1項所述之顯示器元件的製作方法， 其中該自由基氧化步驟包括以紫外光照射該陰極結構的表面。 17

；1314841 Λ 7. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器元件的製作方法， 其中該自由基氧化步驟包括通入臭氧(〇3)氣體於該陰極結構 的表面。 8. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器元件的製作方法， 其中該自由基氧化步驟包括通入臭氧(03)氣體於該陰極結構 的表面，並以紫外光照射該陰極結構的表面。 9. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器元件的製作方法， 其中該超臨界二氧化碳清潔步驟包括將第一基板置於一腔體 中，並導入一超臨界二氧化碳流體於該腔體中；其中超臨界二 氧化碳流體包括一修飾劑。 10. —種場發射顯示器的製作方法，包括： 提供一第一基板； 形成一陰極結構包括以網印法形成一陰極電極、一電子場 發射源於該陰極電極上以及一閘極於該第一基板上，其中該電 子場發射源包括奈米碳管(CNT)、奈米碳纖(CNF)、石墨、氧 化鈀(PdO)、多晶矽(p-Si)、鑽石膜、或氮化碳(CxNy); 施以一表面處理步驟於該陰極結構上；以及 提供一第二基板對向該第一基板，之間夾以一檔牆結構， 並於真空中封合； 其中該表面處理步驟包括一自由基氧化步驟及一超臨界 二氧化碳清潔步驟。 11.如申請專利範圍第10項所述之場發射顯示器的製作方 法，其中該自由基氧化步驟包括以紫外光照射該陰極結構的表 面。 18

1314841 12.如申請專利範圍第11項所述之場發射顯示器的製作方 法，其中該紫外光照射的波長範圍介於185nm至254nm。 Π.如申請專利範圍第10項所述之場發射顯示器的製作方 法，其中該自由基氧化步驟包括通入臭氧(03)氣體於該陰極結 構的表面。 14. 如申請專利範圍第10項所述之場發射顯示器的製作方 法，其中該自由基氧化步驟包括通入臭氧(〇3)氣體於該陰極結 構的表面，並以紫外光照射該陰極結構的表面。 15. 如申請專利範圍第10項所述之場發射顯示器的製作方 法，其中該超臨界二氧化碳清潔步驟包括將第一基板置於一腔 體中，並導入一超臨界二氧化碳流體於該腔體中；其中超臨界 二氧化碳_流體包括一修飾劑。 16. 如申請專利範圍第15項所述之場發射顯示器的製作方 法，其中該超臨界二氧化碳流體的壓力為3000psi，溫度為 50〇C。 17. 如申請專利範圍第15項所述之場發射顯示器的製作方 法，其中該修飾劑包括正丙醇(n-propanol)。 18. 如申請專利範圍第10項所述之場發射顯示器的製 作方法，其中該第二基板上具有一陽極圖案及一罃光層。 19