TW516061B - Manufacturing method for triode-type electron emitting source - Google Patents

Description

516061 五、發明說明（1) 【發明領域】 、 本發明是有關於一種三極結構電子發射源之製造方 法’且特別是有關於一種可大面積塗佈奈米碳管（CNT ) 於問極孔（gate hole)中之三極結構電子發射源之製造 方法。 【發明背景】 利用厚膜技術將奈米碳管（Carbon Nanotubes，以下 簡稱CNT )製作成電子發射源之技術，已被運用於一般二 極結構之場發射顯示器（Field Emision Display, FED) _ 的製程中。然而，由於在CNT —FED之三極結構中的閘極孔 約為數十微米（Am )，因此如何將CNT塗佈至陰極電極上 一直是業界所努力的重要課題之一。 【發明概要】 有鑑於此，本發明的第一目的就是提供一種可利用墨 水噴頭印刷法（Ink Jet Printing,以下簡稱丨”法） 準地塗佈大面積的CNT之三極結構電子發射源之製造方月 法，此方法適用於.一基板，包括下列步驟： 形成一陰極層於上述基板之表面； 籲 形成一介電層於上述陰極層之表面，並設置一門口 該介電層中而使上述陰極層露出，該開口具有一週^部: 形成一閘極層於上述週邊部以外的介電層之表面"·， 形成一親水層於上述開口内； ’

五、發明說明（2) 形成一 與上述親水 藉由墨 上述親水層 施行— 此外， 法大面積地 此方法適用 形成一 形成一 該介電層中 形成一 形成一 露出上述開 藉由網 開口内；以 疏水層於上述閘極層及上述週邊部之表面，並 層之兩端側表面相連接； 水喷頭印刷法塗佈一奈米碳管（CNT )溶液於 之表面；以及 熱處理步驟，再去除上述疏水層。 本發明的第二目的係提供一種可利用網版印刷 印刷CNT之三極結構電子發射源之製造方法， 於一基板，包括下列步驟： 陰極層於上述基板之表面； 介電層於上述陰極層之表面，並設置一開口於 而使上述陰極層露出，該開口具有一週邊部； 間極層於上述週邊部以外的介電層之表面； 犧牲層於上述閘極層及上述週邊部之表面，並 口及上述陰極層； 版印刷法塗佈一奈米碳管（CNT )溶液於上述 及 施行一熱處理步驟並去除上述犧牲層。 又’本發明的第三目的係提供一種可利用旋轉塗佈法 大面積地塗佈CNT之三極結構電子發射源之製造方法，此 方法適用於一基板，包括下列步驟： 形成一陰極層於上述基板之表面； ) 形成一介電層於上述陰極層之表面，並設置一開口於 該介電層中而使上述陰極層露出，該開口具有一週邊部； 形成一閘極層於上述週邊部以外的介電層之表面；

516061 五、發明說明（3) 藉由疑轉塗佈法全面性地形成一奈米碳管光阻層於上 述間極層及上述開口之表面，並曝光、顯影成一既^ ' 案；以及 施行一熱處理步驟。 再者’本發明的第四目的係提供一種可利用電泳沉積 法（Electrophoretic Deposition,以下簡稱EPD)精準 地大面積塗佈CNT之三極結構電子發射源之製造方法，此 方法適用於一基板，包括下列步驟： 形成一陰極層於上述基板之表面； 形成一介電層於上述陰極層之表面，並設置一開口於 遠介電層中而使上述陰極層露出，該開口具有一週邊部； 形成一閘極層於上述週邊部以外的介電層之表面； 形成一犧牲層於上述閘極層及上述週邊部之表面，並 露出上述開口； 形成一粘結層於上述開口内； 藉由一電泳沉積法沉積奈米碳管（CNT )於上述粘結 層；以及 施行一熱處理步驟並去除上述犧牲層。 圖式之簡單說明】 _ 圖 圖 第1 a圖〜第1 h圖係表示本發明第一實施例之示意剖面 〇 第2a圖〜第2h圖係表示本發明第二實施例之示意剖面

0412-6495TWF ； ERSO-900003 ； peterliou.ptd 第7頁 516061 五、發明說明（4) 第3a圖〜第3h圖係表示本發明第三實施例之示意剖面 圖。 第4a圖〜第4g圖係表示本發明第四實施例之示意剖面 圖。 第5a圖、第5b圖及第5c圖係分別表示陰向電泳沉積法 示意圖、陽向電泳沉積法示意圖及懸浮電泳沉積法示意 圖。 【符號說明】 1 0〜基板、 1 2〜陰極層、 1 3〜開口、 1 4〜介電層、 1 5〜週邊部、 1 6〜閘極層、 1 7〜閘極孔、 1 8〜親水層、 2 0〜疏水層、 22〜CNT溶液、 24〜CNT射極、 30〜基板、 3 2〜陰極層、 33〜開口、 34〜介電層、 3 5〜週邊部、 3 6〜閘極層、 3 7〜閘極孔、 3 8〜犧牲層、 40〜CNT溶液、 4 2〜網版遮罩、 43〜CNT溶液殘液、 44〜CNT射極、 50〜基板、 5 2〜陰極層、 53〜開口、 54〜介電層、 5 5〜週邊部、 5 6〜閘極層、 5 7〜閘極孔、

0412-6495TW ； ERSO-900003 ： peterliou.ptd 第8頁 516061 五、發明說明（5)

6 0〜光罩、 64〜CNT射極、 7 2〜陰極層、 74〜介電層、 7 6〜閘極層、， 78〜犧牲層、 82〜CNT射極、 92〜CNT粒子、 9 6〜水溶液系統

58〜奈米碳管光阻層 62〜CNT射極圖案、 7 〇〜基板、 7 3〜開口、 7 5〜週邊部、 7 7〜閘極孔、 8 〇〜枯結層、 9 〇〜金屬電槌、 9 4〜有機溶劑系統、 【發明之詳細說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 【實施例】 第^_實_施例 本發明之第一實施例，為一種可利用墨水喷頭印刷法 (Ink jet printing，以下簡稱IJp法）精準地塗佈大面 積的CNT之三極結構電子發射源之製造方法。而第1&圖〜第· 1 h圖則係表示本發明第一實施例的三極結構電子發射源之 製造方法之示意剖面圖。 首先，如第la圖所示，提供一基板1〇。接著，如第lb 圖所示，於上述基板1〇之表面沉積一陰極層12。再來，如

0412-6495TWF » ERSO-900003 ϊ peterliou.ptd 516061

五、發明說明（6) 第lc圖所示’於上述陰極層12之表面沉積一介電層η，並 設置一開口 13於該介電層14中而使上述陰極層12露出，i女 開口 13具有一週邊部15。繼續，如第id圖所示，於上述週 邊部1 5以外的介電層1 4之表面沉積一閘極層丨6。此閘極層 16形成後，於中間所露出之開孔即為閘極孔（Gate )17 〇 接著，如第1 e圖所示，於上述閘極孔丨7内塗佈一親水 層18。此親水層L8乃為一吸水層，而塗佈此親水層Μ之目 的係由於在本發明後述步驟中所使用的CNT溶液為水性溶 液，故當CNT溶液喷至陰極層12時，親水層18就可迅速地鲁 吸乾溶液中的水份而令其不會溢出閘極孔丨7。 再來，如第1 f圖所示，於上述閘極層丨6及上述閘極孔 1 7内侧壁之表面沉積一疏水層2 0，此疏水層2 〇並與上述親 水層1 8之兩端側表面相連接。形成此疏水層2 〇之目的，係 在於其可定義後述所使用的CNT溶液在陰極層12的位置，” 且能防止CNT溶液因毛細現象而吸附在閘極孔丨7之側壁表 面，而避免熱處理過後殘留在介電層14表面的CNT所造成^ 之閘極與陰極發生漏電或短路的現象。 繼續，如第l_g圖所示，利用墨水喷頭印刷法將奈米碳 管（CNT)溶液22塗佈於上述親水層18之表面，並施行一· 熱處理步驟，之後再去除上述疏水層2〇，就形成了如第卟 圖所示之CNT射極24。 ^ 由以上内容可知，若依據本發明第一實施例之方法， 就可利用墨水喷頭印刷法（丨Jp法）精準地塗佈大面積之

516061 五、發明說明（7) —-- CNT ’而得到製作特性良好的CNT-FED三極結構電子發射 源。 、 此外，上述基板1 〇可為例如玻璃基板等。上述陰極層 1 2及閘極層1 6可由導電性材料例如銀等所構成。上&疏& 層2 0可由疏水性材料例如疏水性光阻材料等所構成。而上 述熱處理步驟則可使用例如燒結法等之方法。 第二實施例 本發明之第二實施例，為一種可利用網版印刷法大面 積地印刷CNT之三極結構電子發射源之製造方法。而第仏 圖〜第2h圖則係表示本發明第二實施例的三極結構電子發鲁 射源之製造方法之示意剖面圖。 首先，如第2a圖所示，提供一基板3〇。接著，如第2b 圖所示，於上述基板3 0之表面沉積一陰極層32。再來，如 第2c圖所示，於上述陰極層32之表面沉積一介電層34，並 設置一開口33於該介電層34中而使上述陰極層32 ^出，該 開口 33具有一週邊部35。繼續，如第2d圖所示，分別於上 述週邊部35以外的介電層34之表面以令中間部份露出介電 層34之方式來形成閘極層36。此閘極層36形成後，於中 露出陰極層32之開孔即為閘極孔37。 、 曰 接著，如第2e圖所示，於上述閘極層36、露出之 鲁 層34及上述閘極孔37之内側壁表面形成一犧牲層38，並露 出上述閘極孔37及陰極層32。此犧牲層38之主要 義後述所使用的CNT溶液在陰極層32的位置，且能防止'cnt 溶液因網狀印刷而吸著在閘極孔37之側壁或閘極層Μ表

516061 五、發明說明（8) 面’而避免熱處理過後殘留在介電層34或閘極層36表面的 CNT所造成的閘極與陰極發生漏電或短路的現象以及產 電子放射之問題。 繼續，如第2 f圖所示，利用網版印刷法將奈米碳管 (CNT)溶液40藉由網版遮罩42塗佈於上述閘極孔37内。 此，，由於可能會有部份奈米碳管（CNT)溶液之殘液U 掉落於上述犧牲層3 8之表面，故可接著施行一拋光 (Pol ish )步驟將上述殘液43去除掉，如第2g圖所示。最 後，施行一熱處理步驟並去除上述犧牲層38，就可得 第2h圖所示之CNT射極44。 一由以上内容可知，若依據本發明第二實施例之方法， 就可利用網版印刷法精準地塗佈大面積之CNT，而得到 作特性良好的CNT-FED三極結構電子發射源。 、 32万二卜® 述基板3〇可為例如玻璃基板等。上述陰極層 導電性材料例如銀等所構成。上述犧牲 =可=而使用例如：★阻材料、親水性之可剝離性 可剝離性材料或任意之可剝離性材料、可 材料、可燒結性材料以及可蝕刻性材 述熱處理步驟則可使用例如燒結法等之方法。 Μ三實施你{ 藉祕ίΐ明之第三實施例’為一種可利用旋轉塗佈法大面 1地/佈m之三極結構電子發射源之製造方法。而第3a 圖第扑圖則係表示本發明第二f ^ % - + 射源之製造方法之示意剖面圖。 电卞知

0412-6495TW ； HRS〇-9〇〇〇〇3 ； peterliou.ptd 第12頁 516061 五、發明說明（9) 首先，如第3a圖所示，提供一基板5〇。接著， 圖所示，於上述基板50之表面沉積一陰極層52。再第3b 第3c圖所示，於上述陰極層52之表面沉積一介電層w ’如 設置一開口53於該介電層54中而使上述陰極層52^ ’， 開口 53具有一週邊部55。繼續，如第3d圖所示，分別於忒 述週邊部55以外的介電層54之表面以令中間部份^出介# 層54之方式來形成閘極層56。此閘極層56形成後，於=門 露出陰極層52之開孔即為閘極孔57。 、曰 接著，如第3e圖所示，利用旋轉塗佈法將由光阻材 (正、負型光阻皆可使用，此處係以使用負型光阻為/ 與CNT所調製而成的溶液全面性地塗佈於上述閘極層π盥 露出之介電層54的表面以及閘極孔57内，而形成一夺米、石山 管光阻層58。再來，如第3f圖所示，使用訂光並藉二 60來進行曝光步驟，而形成了CNT射極圖案62，結果如第 3g圖所示。其中，上述光罩6〇之開口尺寸必須小^上述閘 極孔57之開口尺寸，以令經由曝光所得到之CNT射極圖案 62其寬度窄於上述閘極孔57，而避免(^1與閘極層“發生 短路。最後，施行一熱處理步驟，就可得到如第扑圖 之CNT射極64。 ’、 ^ 由以上内容可知’若依據本發明第三實施例之方法，丨 就可利用旋轉塗佈法精準地塗佈大面積之CNT，而得到製 作特性良好的CNT-FED三極結構電子發射源。 此外，上述基板50可為例如玻璃基板等。上述陰極層 52及閘極層56可由導電性材料例如銀等所構成。而上述& 0412-6495TW ； ERSQ-900003 ； peterliou.ptd 第13頁 516061 五、發明說明（10) 處理步驟則可使用例如燒結法等之方法。 第四實 本發明之第四實施例，為一種可利用電泳沉 地大面積塗佈CNT之三極結構電子發射源之製造方法。精丰 第4a圖〜第4h圖則係表示本發明第四實施例的三 子發射源之製造方法之示意剖面圖。 …構電 首先，如第4a圖所示，提供一基板7〇。接著，如 圖所不，於上述基板70之表面沉積一陰極層72。再來，如 第4c圖所示，於上述陰極層72之表面沉積一介電層μ，並 設置一開口73於該介電層74中而使上述陰極層72露出，該 開口 73具有一週邊部75。繼續，如第4d圖所示，分別於二 述週邊部75以外的介電層74之表面以令中間部份露出介電 層74之方式來形成閘極層76。此閘極層76形成後，於 露出陰極層72之開孔即為閘極孔77。 、 ~ 接著，如第4e圖所示，於上述閘極層76、露出之介電 層74及上述閘極孔77之内側壁表面形成一犧牲層78，並露 出上述閘極孔77及陰極層72。此犧牲層78之主要作用為定 義後述所使用的CNT在陰極層72的位置，且能防止CNT溶液 因電泳而吸著在閘·極孔77之側壁或閘極層76表面，而避免 熱處理過後殘留在介電層74或閘極層76表面的CNT所造成 的閘極與陰極發生漏電或短路的現象以及產生電子放 問題。 再來，如第4f圖所示，於上述閘極孔77内塗佈一粘姓 層80，再藉由電泳沉積法將奈米碳管（CNT)沉積於上述σ

516061 五、發明說明（11) =結層80。粘結層80之作用是用來增加沉積後的⑶ 固性，其成份係依所使用的電泳法而定。上述電 =原理則是利用電場使溶液中之帶電粒電J電 泳沉積法及懸浮電泳沉積法等，茲說明如下。 白電 如第5a圖所示，此圖係表示陰向電泳沉積法 Γ由金ΐ電極，92為CNT粒子，94則為有機“系 、、先。由此第5a圖可知，由於陰極層72 粒子92所帶的正電產生吸引力，而使m上= =結層80。同理，如第5b圖所示，此圖係表示陽： 積法不意圖，由於此法係將陰極層72接於正極 :對⑽粒子92所帶的負電產生吸引力，而使m粒子沉‘ 雷^述枯結層80。此外，如第5e圖所示，&圖係表示懸浮 電冰^積法不意圖。此圖中之96則為水溶液系、统，可使 2如蒸餾水或去離子水為溶劑。另外，使用電泳沉積法 日^，需注意溶劑與犧牲層之間一定不能具有相互作用性 (例如：化學反應及吸附現象等）。 最後，施行一熱處理步驟並去除上述犧牲層78， 得到如第4g圖所示.之CNT射極82。 了

一由以上内容可知，若依據本發明第四實施例之方 就可利用電泳沉積法精準地塗佈大面積iCNT，而得 作特性良好的CNT-FED三極結構電子發射源。 I 此外，上述基板7 0可為例如玻璃基板等。上述降 72及閘極層76可由導電性材料例如銀等所構成。上：犧：

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Claims (1)

1. 516061

   1. 包 形 形 該介電 形 形 形 與上述 藉 上述親 施 2. 之製造 3. 之製造 4. 之製造 5· 發射源 6· 之製造 7. 之製造 板 一種三 括下列 成一陰 成一介 層中而 成一閘 成一親 成一疏 親水層 由墨水 水層之 行一熱 如申請 方法， 如申請 方法， 如申請 方法， 如申請 之製造 如申請 方法， 如申請 方法， 極結構 步驟： 極層於 電層於 使上述 極層於 水層於 水層於 之兩端 噴頭印 表面； 處理步 專利範 其中上 專利範 其中上 專利範 其中上 專利範 方法， 專利範 其中上 專利範 其中上 電子發射源之製造方法，適用於一基 上述基板之表面； 上述陰極層之表面，並設置一開口於 陰極層露出，該開口具有一週邊部，· 上述週邊部以外的介電層之表面； 上述開口内； 上述閘極層及上述週邊部之表面，並 側表面相連接； 刷法塗佈一奈米碳管（CNT )溶液於 以及 驟’再去除上述疏水層。 圍第1項所述之三極結構電子發射源 述基板為玻璃基板。 圍第1項所述之三極結構電子發射源 述陰極層係由導電性材料所構成。 圍第1項所述之三極結構電子發射源 述閘極層係由導電性材料所構成。 圍第3項或第4項所述之三極結構電子 其中上述導電性材料為銀。 圍第1項所述之三極結構電子發射減 述疏水層係由疏水性材料所構成。 圍第1項所述之三極結構電子發 述熱處理步驟為燒結法。 愿

   0412-6495TWF ； ERSO-900003 ； peterliou.ptd 第17頁 516061 六、申請專利範圍 8 · —種三極結構電子發射源之製造方法，適用於一基 板，包括下列步驟： 形成一陰極層於上述基板之表面； 形成一介電層於上述陰極層之表面，並設置一開口於 該介電層中而使上述陰極層露出，該開口具有一週邊部； 形成一閘極層於上述週邊部以外的介電層之表面； 形成一犧牲層於上述閘極層及上述週邊部之表面，並 露出上述開口及上述陰極層；

   藉由網版印刷法塗佈一奈米碳管（CNT )溶液於上述 開口内；以及 施行一熱處理步驟並去除上述犧牲層。 ，9 ·如申請專利範圍第8項所述之三極結構電子發射源 之製造方法，其中上述基板為玻璃基板。 / 0 ·如申請專利範圍第8項所述之三極結構電子發射源 之製造方法，其中上述陰極層係由導電性材料所構成。 ，11 ·如申請專利範圍第8項所述之三極結構電子發射源 之製造方法，其中上述閘極層係由導電性材料所構成。 12·如申請專利範圍第1〇項或第u項所述之三極結構 電子發射源之製造方法，其中上述導電性材料為銀。 4 1 3 ·如申凊專利範圍第$項所述之三極結構電子發射源· 之製造方法，其中上述犧牲層係由擇自感光性材料、X親水’ 性材料、親油性材料、可剝離性材料、可溶解性材料、可 燒結性材料以及可蝕刻性材料中之一材料所構成。/ 、 14·如申請專利範圍第8項所述之三極結構電子發射源

   0412-6495W ； ERS〇.9〇〇〇〇3 ； peterliou.ptd 第18頁 516061

   案；以及 口之表面，並曝光、顯影成一既定圖 施行一熱處理步驟。 、16·如申請專利範圍第15項所述之三極結構電子發射 源之製造方法，其中上述基板為玻璃基板。 1 7·如申請專利範圍第1 5項所述之三極結構電子發射 源之製造方法，其中上述陰極層係由導電性材料所構成。 1 8·如申請專利範圍第丨5項所述之三極結構電子發射 源之製造方法，其中上述閘極層係由導電性材料所構成。 1 9 ·如申請專利範圍第1 7項或第1 8項所述之三極結構 電子發射源之製造方法，其中上述導電性材料為銀。 2 0 ·如申請專利範圍第丨5項所述之三極結構電子發射 源之製造方法，其中上述既定圖案之寬度係比上述開口為 窄。 汗〆 2 1 ·如申請專利範圍第丨5項所述之三極結構電子發射 源之製造方法，其中上述熱處理步驟為燒結法。

   0412-6495TWF ； ERSO-900003 ； peterliou.ptd 第19頁 516061 六、申請專利範圍 2 2 · —種三極結構雷子获身 基板，包括下列步驟： 原之製造方法’適用於- 形成一陰極層於上述基板之表面； 形成一介電層於上述陰極層之 該介電層中而使上述陰極、 並〃又置一開口於 來点-鬥㈣出，該開口具有一週邊部； 述週邊部以外的介電層之表面； 露出上述開口 ； _ θ及上述週邊部之表面，並 形成一粘結層於上述開口内； 層；=-電冰沉積法沉積奈米碳管（cnt)於上述枯結 施行一熱處理步驟並去除上述犧牲層。 23·如申請專利範圍第22項所述之三極結 源之製造方法，其中上述基板為玻璃基板。電子毛射 2j·如申請專利範圍第22項所述之三極結構電子發射 源之製造方法，其中上述陰極層係由導電性材料所構x成。 2 5 ·如申請專利範圍第2 2項所述之三極結構電子發射 源之製造方法，其中上述閘極層係由導電性材料所構^成。 26·如申請專利範圍第24項或第25項所述之三極結構 電子發射源之製造方法，其中上述導電性材料為銀。 27·如申請專利範圍第22項所述之三極結構電子發射 源之製造方法，其中上述電泳沉積法係為擇自陰向電泳沉 積法、陽向電泳沉積法及懸浮電泳沉積法中之一者。 28·如申請專利範圍第22項所述之三極結構電子發射

   0412-6495TW ； ERSO-900003 ； peterliou.ptd 第20頁 516061 為燒結法。 六、申請專利範圍 源之製造方法，其中上述熱處斑夕 一 29·如申請專利範圍第22項所述之二極結構電子發射 源之製造方法，其中上述犧牲層係由擇自感光性材料、親 水性材料、親油性材料、可剝離性材料、可溶解 可燒結性材料以及可蝕刻性材料中之一材料所構成。枓、

   0412-6495TW ； ERSO-900003 ； peterliou.ptd 第21頁