TW511108B - Carbon nanotube field emission display technology - Google Patents

Description

Η· t本發明係有關於-種場發射顯#器(field emission isp ap FED)技術，特別有關於一種碳微管㈧arb⑽ nano^be，CNT)場發射顯示器技術。 場，射顯不器（fleld efflissi〇n display，ρΕΐ^是一

，使用三極，構（包含有陽極、陰極與閘極）的高壓顯示元 ^利用其同電壓低電流的特性可以達到高亮度的目的， 因此FED除了具有液晶顯示器（liquid crystal display， LCD)之輕薄的特性之外，更具有陰極射線管（cuhoh ray t<ube，CRT)之高亮度自發光的優點，使得FED成為極具競 =力的一種平面顯示器。FED的發光原理及技術，是將螢 光體設置於陽極板上，將具有尖端放電之電子發射源設置 於陰極板上’且在周圍設置有一閘極，則可利用閘極之高 電場將電子自尖端釋出，再藉由高壓加速電子撞及螢光體 以發出陰極螢光。 傳統FED之電子發射源的製作，是將鉬金屬製作成微 炎端（micro-tip)，但礙於其製程較為繁雜且設備昂貴， 在量產上一直遭遇到很大的困難。近年來，fed之電子發 射源採用具有較佳之機械強度與電子發射性質的碳微管 (carbon nanotube，CNT)，由於製程簡單且設備低廉之網 印技術、化學氣相沉積（chemical vapor deposition， CVD)技術均可應用在CNT之製作上，使CNT塗佈或直接成長 在電子發射區域中，因此可以提高CNT - FED之量產產能， 並增加製作大面積之CNT-FED的可能性。 請參考第1圖，第1圖顯示習知CNT-FED 10的剖面示意

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mfNT —剛1G是由兩片平行之陰極板12以及陽極板

有-空間支撐柱用來維持心 14之間的一定間距並抵抗大氣壓力。陽極板“包含有一玻 璃面，18，、複數個螢光層20係定義形成於玻璃面板18表面 之預定區域内，以及一平坦化的鋁膜22係覆蓋住螢光層2〇 。其中，鋁膜22具有以下幾點作用：第一是作為陽極板14 的導電層，第二是作為螢光體的反射層，第三是作為螢光 層20的保護層，以避免離子的撞擊和電場的吸附效應。另 外，/陰極板12包含有一玻璃基板24，複數個陰極層26係定 義形成於玻璃基板24表面之預定區域，複數個CNT結構34 係長成於每個陰極層26表面之電子發射區域中，一絕緣層 28係設置於玻璃基板24邊緣，以及一網狀金屬層32係以玻 璃膠黏著於絕緣層28上。其中，網狀金屬層32之開口 32a 係曝露出陰極層2 6之電子發射區域，而網狀金屬層3 2之金 屬部分係圍繞在陰極層26周圍，以用來作為一閘極層32/

然而，習知CNT-FED 1〇之結構設計與製造上仍遭遇許 夕問通，以致無法呈現出最佳的顯示品質。第一個問題： 利用CNT結構3 4發射電子時，位於電子發射區域周邊之CNT 會有邊緣效應（edge effect)發生，導致相對應位置之螢 光層20在發光時產生周圍較亮、中間較暗的情形，會使螢 光層20的發光亮度不均勻，進而影響到CNT_FED 1〇的發光 品質。第二個問題：習知製作閘極層32b的方法中，是先

0698-6430TW;00501-OFIO-TW;Cherry.ptd 唆 第5頁 511108 五、發明說明（3) ==之周圍製作絕緣層28 ’再將網狀金屬層32黏著 ，因此僅有網狀金屬層32之邊緣是藉由絕緣 2極板12上，而網狀金屬層32之中間區域則是 I在陰極板12上方。《而，隨著網狀金屬層32之面積變大 時’網狀金屬層32之中間區域易產生下垂或不平整的現象 雷=!電子自CNT結構34之尖端釋出時，閘極層32b會因 1子的直接㈣以及電場的不肖自性而產&㈣，甚或是 Κ = ί層32之剝離現象’ •而影響到相對應位置之 螢先層20的發光均勻性與發光效率。第三個問 (450〜500 °C)環境中進行有機物的去除製程時，部分鋁膜 22會形成氧化鋁’進而影響到鋁膜22的導電性發 :出：電子撞擊到陽極板14時，便會因鋁膜22的導電：不 佳而故成電荷累積，而且當電荷累積到一定量時， = 的方式排除累積的電荷，進而使陽極板“ 2冗八滅。此外’累積的電荷會產生排斥電場，使得 後々發射的電子無法在輕易地撞擊陽極板14，如此一 ==電：^提高1導致螢光層2°發出的亮度無 作盔：名恭：㈤題無淪是以金屬尖端或是CNT結構34 源’其發射的電子多會有散開⑷惜⑽） 的情形。而X，當電子之發射量較大時擾(過；：電 子會直射陽極板14，進而發生火花放電。 有鑑於此，為了解決上述之問題，本發明則提出 m-fed之改良結構及其製程，以有效地改善cnt—fed之顯

M11U« 五、發明說明（4) 示品質。 圖式簡單說明 第1圖顯示習知CNT_FED的剖面示意圖。 第2A圖顯示本發明第一實施例中CNT_FEI)之陰極板的 剖面示意圖。 第2B圖顯示習知電子發射區域的上視圖。 第2C與2D圖顯示本發明第一實施例之電子發射區域的 上視圖。 第3A至3C圖顯示本發明第二實施例中CNT-FED之閘極 層的製作方法的剖面示意圖。 第4A與4B圖顯示本發明第三實施例中CNT-FED之陽極 板的剖面示意圖。 第5A圖顯示本發明第四實施例之CNT-FED之陰極板的 剖面示意圖。 第5B至5D圖顯示第5A圖所示之金屬網的立體示意圖。 第6圖顯示本發明第五實施例之CNT-FED之剖面示意 圖。 [符號說明] 習知技術 1 2〜陰極板， 1 6〜空間支撐柱， 20〜螢光層； 24〜玻璃基板； 2 8〜絕緣層； 10〜CNT-FED ; 14〜陽極板； 18〜玻璃面板 22〜鋁膜； 26〜陰極層；

0698-6430TWF;00501-OPT0-W；Cherry.ptd 第7頁 511108 五、發明說明（5) 3 2 a〜開口； 34〜CNT結構。 41〜玻璃基板； 4 4〜絕緣層； 46〜網狀閘極層； 481、482、483〜次CNT 結構； A1、A2、A3〜次發射區域； 51〜玻璃基板； 54〜阻隔壁； 57〜開口 ； 5 9〜網孔； 61〜玻璃面板； 64〜鋁膜； 67〜開口； 3 2〜網狀金屬層； 32b〜閘極層； 本發明技術 40〜陰極板； 42〜陰極層； 45〜開口； 48〜CNT結構； A〜電子發射區域； ❿ 50〜陰極板 52〜陰極層 5 6〜閘極層 5 8〜金屬網板 6 0〜陽極板 62〜螢光層 6 6〜金屬片 68〜金屬接腳。 實施例說明 [第一實施例] 請參閱第2A至2D圖，第2A圖顯示本發明第_實施例中 CNT-FED之陰極板40的剖面示意圖，第2B圖顯示習知電子 發射區域的上視圖，第2C與2D圖顯示本發明第、一實施例之 電子發射區域的上視圖。如第2A圖所示，本發明第一實施 例提出一種CNT-FED之陰極板40，其包含有一 基板41 ，一陰極層42係定義形成於玻璃基板41表面之一預定區域

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五、發明說明（6) 上’一絕緣層44係覆蓋於兩相鄰之陰極層42之空隙内，一 開口 45係貫穿絕緣層44以使陰極層42曝露出來，一網狀閘 極層46係定義形成於開口 45周圍之絕緣層44表面上，以及 一 CNT結構48係長成於陰極層42表面之電子發射區域中。 其中，CNT結構48係由複數個不連續之次CNT結構481 、48 2、483所構成，係以矩陣方式排列於整個電子發射區 域中。 如第2B圖所示之習知電子發射區域a之設計圖可知， 所有的CNT係填滿整個電子發射區域a，因此位於電子發射 區域A周邊之CNT會有邊緣效應發生，導致相對應位置之榮 光層在發光時產生周圍較亮、中間較暗的情形，進而影響 到CNT-FED的發光均勻性。為了解決邊緣效應所產生的不 均勻發光現象，如第2 C與2 D圖所示，本發明第一實施例係 將與原先面積相同之電子發射區域A分割成複數個非連續 之次發射區域Al、A2、A3，則複數個非連續之次CNT結構 481、48 2、483係分別長成於每個次發射區域A1、A2、A3 中。如此一來，邊緣效應會發生在每一個次發射區域A1、 A2、A3之周邊，可以有效改善相對應位置之螢光層的發光 均勻性’而且隨著次發射區域A1、A2、A3之面積縮小、間 隔距離縮短、分布密集度增加，越能獲得均勻度高、亮度 高之發光品質。 & 次發射區域A1、A2、A3之圖形設計可搭配適當製作方 式，裂作成第2C圖所示之四邊形、第2D圖所示之圓形、或 是其他任何的物理形狀。製作方式可使用網印技術，將

511108 五、發明說明（7) CNT漿料塗敷在預定的次發射區域A1、A2、中，盆 佳之間隔距離為80〜150 //m，較佳之次發射f a工^ a X 200 〇 &住之人發射區域面積為200 [第二實施例] 請參閱第3A至3C圖，其顯示本發明第二 ㈣的製作方法的剖面示意圖。本== 施 ，如出一種CNT-FED之陰極板5〇之閘極層的製作方法。貫 2’=第二圖所示’利用沉積加上微影的方式或是 Li一 =表面之預定區域上定義形成複數個陰 質二=自銀(Ag)、銅(Cu)或其他導電金屬材 網印^=所示’ W用沉積加上微影的方式或是 π ’於兩相鄰之陰極層52之間形成一厚度約為3〇〜 一〇〇 _的阻隔，（rib)54，並使每一個陰極層42上方形成 幵口 57。接著’如第3C圖所示，利用網一 =壁54表面上形成一閉極層56，而 材； 選自銀Ug卜銅（CU)或其他導電金屬材質 材= 阻隔壁54以及問極層56進行高溫燒烤處理。下來了對 相較於習知黏著網狀金屬層的方 = = 之陰極層52之間製作阻隔壁“= 著在每一個阻= : = = 係整體附 的發光均勻性與發i效车„象’進而改善cnt_fed 式，可於二電；⑴結構的製作* 坚個電子發射區域上成長CNT，也可

511108 五、發明說明（8) 以搭配第一實施例之設計，將Γ 次發射區域中。 f CNT成長在複數個非連續之 [第三實施例]

一 FED ft!與4B圖’其顯示本發明第三實施例中CNT

CimED之陪ιΛ剖面不意圖。本發明第三·實施例提供一種 光声62俜〜羞开板’其包含有—玻璃面板61，複數個螢 = 62:、疋義形成於玻璃面板61表面之預定區域内，一具 Ϊ 之紹膜64係覆蓋住螢光層62，以及-金屬片66 黏著於玻璃面板61上，以覆蓋住鋁膜64外圍， ^金屬片66與銘頻為等電位。其中，金屬片⑶包含有複 固f幵口 67 ’其位置係相對應於複數個螢光層62區域，使 Ϊϊί電子可撞擊到螢光層62，因此金屬片66只覆蓋住螢 光層62以外的區域。較佳之設計如第α圖所示，可於金屬 片66之開口67邊緣形成兩個向外折出之金屬接腳68，用來 巧住散射之電子，{吏電子直射而撞擊螢光層⑽，能夠避免 陽極之干擾現象。 雖然在高溫（450〜500。〇環境中進行有機物的去除製 程時，部分鋁膜64會形成氧化鋁，進而影響到鋁膜64的導 電性，但是藉由金屬片66之設置可以補償鋁膜64的導電性 ，以避免電荷累積而產生火花放電（arc)。而且，增設之 金屬接腳68可以擋住散射之電子，防止陽極之干擾現象。 [第四實施例] 請參閱第5A至5D圖，第5A圖顯示本發明第四實施例之 CNT-FED之陰極板50的剖面示意圖，第58至5])圖顯示第5八

511108 發明說明（9) 圖所示之金屬網板58的立體示意圖。為了避免電子的散開 (divergent)現象在陽極板上產生干擾，本發明第四實施# 例係於製作完成之陰極板上罩住一金屬網板，可以有效^ 擔斜射之電子。如第5 A圖所示，利用第二實施例之閘極層 56製作方式所提供的陰極板5 0，於陰極層μ上製作完成 CNT結構之後，將一金屬網板58罩住陰極板5〇之表面，其 中金屬網板58上包含有複數個網孔59，網孔59係相對應於 電子發射區域之位置（亦即相對應於螢光層之位置），且金 屬網板58與閘極層56之間有一小段間隔（約為〇. lmm〜

。金屬網板58係與閘極層56為等電位，閘極層56之功能是 吸收發射之電子，而金屬網板58之主要功能是使電子束聚 焦’由於金屬網板58所產生之電場會小於閘極層56所產生 之電場’因此金屬網板58不會因過多的電子撞擊而發生震 動的情形。如此一來，傾斜射出之電子會被金屬網板58擋 住’且可藉由金屬網板58導出’以避免陽極產生干擾的現 象。而且，藉由網孔59限制直射電子的發射空間，可以防 止過多的電荷累積在陽極板上，進而消除火花現象。

金屬網板58之網孔59的開口口徑約為3〇〇〜6〇〇 μ m，相 鄰網孔59之間距約為100〜200 //m。網孔59的形狀可設計成 第5 B圖所示之圓形網孔5 9、第5 C圖所示之四邊形網孔5 9或 是第5C圖所示之六邊形網孔59，其中六邊形網孔59之開口 面積較大，可以使直射的電子流達到較大值。 [第五實施例] 凊參閱第6圖’其顯示本發明第五實施例之[NT —fed之

511108 五、發明說明（ίο) 剖面示意圖。本發明第五實施例之CNT —FEI)係結合第4A圖 之陽極板60與第5A圖之陰極板5〇，可以同時利用金屬片66 之金屬接腳68以及金屬網板58之網孔59抵擋散射之電子， 以有效防止陽極之干擾現象。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並 以限定本發明，任何熟習此技藝者，纟不脫 神和範圍π，當可作些許之更動與潤飾，因此本 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。*月之保 0698-6430TWF; 00501 -OPTO-TYf ;Che r ry. pt d 第13頁

Claims (1)

1. •一種碳微管場發射顯示器之陰極板，包括 一玻璃基板； 極展極層，係定義形成於該玻璃基板表面上，且該陰 曰…上定義有複數個不連續之電子發射區域；以及 域内、复數個叙微管結構，係分別長成於每一個電子發射區 2·如申請專利範圍第1項所述之陰極板， 個不連續之電子發射區域係以矩陣方式排列。中/複數 =3·如申請專利範圍第2項所述之陰極板，其中相鄰之 該電子發射區域的間距為8〇〜15〇//ιη。 4·如申請專利範圍第2項所述之陰極板，其中該電子 發射區域可為下列一種形狀：四邊形、圓形或其他物理形 狀。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之陰極板，其中該複數 個碳微管結構之製作係使用網印方式。 6· 一種碳微管場發射顯示器之陰極板的製作方法，包 括有下列步驟： 提供一玻璃基板，其表面上定義形成有複數個陰極 層； 於兩相鄰陰極層之空隙形成一阻隔壁，且該阻隔壁凸 出於該陰極層之表面至一預定高度； 利用網印技術於該複數個Ρ且隔壁表面上形成一網狀之 閘極層；以及 進行高溫燒烤處理。

   0698-6430TW;00501-OPT0-TW;Cherry.ptd 第14頁 M1108 -—·ι _ 六、申請專利範圍 7· 一種碳微管場發射顯示器之陽極板，包括有： 一玻璃面板； ’ 複ί個f光層，係定義形成於該玻璃面板表面上； 一具有平坦表面之鋁金屬膜，係覆蓋於該複數個螢光 層之表面上；以及 一金屬片，係覆蓋住該金屬膜之上方區域，其中該金 屬片包含有複數個開口，且該複數個開口之位係 於該複數個螢光層之位置。 # 8.如申請專利範圍第7項所述之之陽極板，其中該金 屬片之開口邊緣設置有兩個向外折出之金屬接腳。 9·如申請專利範圍第7項所述之陽極板，其中該金眉 片係以玻璃膠黏著於該玻璃面板上。 中A金屬 1 0 · —種碳微管場發射顯示器之陰極板，包括有： 一玻璃基板； —複數個陰極層，係定義形成於該玻璃基板表面上，且 每一陰極層表面之電子發射區域中設有一碳微管結構； 複數個阻隔壁，係形成於相鄰陰極層之空隙並凸出於 該陰極層之表面至一預定高度； 、 一網狀之閘極層，係形成於該複數個阻隔壁之 ;以及 仏W丄 一金屬網板，係覆蓋住該閘極層之上方區域，直 金屬網板包含複數個網孔，且該網孔之位置 應ς 陰極層表面之電子發射區域。 这 11.如申請專利範圍第10項所述之陰極板，其中該金

   0698-6430TWF;00501-OPT0-T^；Cherry.ptd 第15頁 511108 六、申請專利範圍 屬網板之網孔的口徑為3 〇 0〜6 〇 0 # m ° 1 2 ·如申請專利範圍第1 q項戶斤述之陰極板，其中該金 屬網板之網孔為圓形。 1 3 ·如申請專利範圍第丨〇項所述之陰極板，其中該金 屬網板之網孔為四邊形。 . 1 4 ·如申請專利範圍第丨〇項所述之陰極板，其中該金 屬網板之網孔為六邊形。 15·如申請專利範圍第1〇項所述之陰極板，其中該金 屬網板係以玻璃膠黏著於該玻璃基板上。

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