碳納米管發射器的形成方法及場致發射顯示器的製造方法

2023-04-30 20:14:51

專利名稱：：碳納米管發射器的形成方法及場致發射顯示器的製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種形成碳納米管發射器的方法及使用該碳納米管發射器的場致發射顯示器的製造方法，更確切地，涉及一種利用簡單的工藝形成無雜質碳納米管發射器的方法和使用該碳納米管發射器的場致發射顯示器的製造方法。
背景技術：
：顯示器作為重要的信息傳遞媒介的典型應用是個人電腦的監視器和電視屏幕。顯示器包括利用高速熱電子發射的陰極射線管(CRT)和平板顯示器。平板顯示器包括液晶顯示器(LCD)、等離子顯示板(PDP)和場致發射顯示器(FED)。FED是一種能夠通過場發射器和柵電極(gateelectrode)之間的強電場從以規則間隔分布在陰極電極上的場發射器發射電子、並通過電子與陽極電極的螢光材料碰撞而發光的顯示器。由金屬、如鉬(Mo)形成的微尖(micro-tip)被廣泛地用作場發射器，但近來採用碳納米管(CNT)發射器。因為採用CNT發射器的FED具有寬視角、高解析度、低功耗和溫度穩定性的優點，所以在汽車導航裝置或電子圖像顯示器的取景器方面也有很高的應用性。另外，採用CNT發射器的FED可以用作個人電腦、個人數據助理(PDA)、醫療設備的可更換顯示器或高清晰度電視。它也可以用作液晶顯示器背光的FED發射器。通常使用兩種常規的方法形成CNT發射器。第一種方法包括通過在襯底上生長CNT形成CNT發射器，第二種方法包括通過製造CNT糊料(paste)機械地形成發射器。當利用第一種方法時，因為CNT必須在襯底上生長，所以難以形成大尺寸器件。另外，當玻璃用作襯底時，依據生長的方法，高溫成為一個問題，因此在此領域需要進一步的研究。另一方面，利用第二種方法時，在機械形成發射器期間，純碳納米管中可能會包含雜質，如粘合劑(binder)、樹脂或填充物。已知雜質對碳納米管發射器的壽命和穩定性有負面影響。另外，在碳納米管的純化過程中會發生大量的缺陷。這些缺陷也會減短碳納米管的壽命。
發明內容為了解決上述及其它問題，本發明提供了一種利用簡單的工藝製造無雜質碳納米管發射器的方法以及使用該碳納米管發射器的FED的製造方法。根據本發明的一個方面，提供了一種製造碳納米管發射器的方法，包括在其上形成有多個電極的襯底上形成碳納米管層，在碳納米管層上塗覆光致抗蝕劑，對光致抗蝕劑進行構圖使得所述光致抗蝕劑只保留在所述電極上方，通過利用圖案化的光致抗蝕劑作為蝕刻掩模進行蝕刻來去除碳納米管層的暴露部分，以及去除圖案化的光致抗蝕劑並在電極上形成碳納米管發射器。碳納米管層可以通過在電極和襯底上塗覆溶劑和碳納米管的混合物而形成，並且通過旋塗法或臺面塗覆法(tablecoatingmethod)塗覆溶劑和碳納米管的混合物。可以利用反應離子蝕刻法蝕刻碳納米管層，可以在氧氣氛下通過等離子處理蝕刻碳納米管層。根據本發明的另一方面，提供了一種製造FED器件的方法，包括在襯底上依次形成陰極、絕緣層和柵電極；通過蝕刻絕緣層和柵電極而形成暴露一部分陰極的發射器孔；在柵電極、絕緣層和陰極上形成碳納米管層；在碳納米管層上塗覆光致抗蝕劑；對光致抗蝕劑進行構圖使得光致抗蝕劑只保留在發射器孔底部的中心部分中；通過利用圖案化的光致抗蝕劑作為蝕刻掩模進行蝕刻，去除碳納米管層的暴露部分；以及去除圖案化的光致抗蝕劑並在發射器孔中的陰極上形成碳納米管發射器。圖1A至1E是表示根據本發明實施例的碳納米管發射器製造方法的截面圖；圖2A至2C是在根據圖1A至1E所示方法形成碳納米管發射器時獲得的SEM圖像；以及圖3A至3F是表示根據本發明實施例的FED器件製造方法的截面圖。具體實施例方式以下將參考表示本發明實施例的附圖更全面地描述本發明。附圖中相同的附圖標記表示相同的元件。圖1A至1E是表示根據本發明實施例的碳納米管發射器製造方法的截面圖。參見圖1A，製備襯底10，其上以預定分布形成多個電極12。玻璃可以用作襯底10，電極12可以由透明導電材料組成，如氧化銦錫(ITO)。電極12可以以條狀形成在襯底10上。在襯底10和電極12上形成預定厚度的碳納米管層14。更具體地說，可以使用旋塗法或臺面塗覆法在襯底10和電極12的整個表面上塗覆以1∶1的比例混合的溶劑與碳納米管的混合物來形成碳納米管層14。可以利用旋塗法或臺面塗覆法實現大尺寸器件的形成。圖2A是形成在襯底10上的碳納米管層14的SEM圖像。參見圖1B，在碳納米管層14上沉積光致抗蝕劑16。參見圖1C，將光致抗蝕劑16構圖為預定的形狀。結果是只在電極12的正上方保留了圖案化的光致抗蝕劑16』。圖2B是形成在碳納米管層14上的圖案化光致抗蝕劑16』的SEM圖像。參見圖1D，利用圖案化的光致抗蝕劑16』作為蝕刻掩模，蝕刻暴露的碳納米管層14，由此暴露襯底10的上表面。可以利用反應離子蝕刻法(RIE)蝕刻碳納米管層14。用於蝕刻碳納米管層14的RIE方法可以通過在氧氣氛下的等離子處理來執行。由此在電極12上形成碳納米管發射器14』。參見圖1E，通過剝離器、如納米剝離器去除圖案化的光致抗蝕劑16』。結果，在電極12上只剩下碳納米管發射器14』。圖2C是形成在襯底10上的碳納米管發射器14』的SEM圖像。圖3A至3F是表示根據本發明實施例的FED製造方法的截面圖。參見圖3A，在襯底110上依次形成陰極112、絕緣層120和柵電極122之後，通過蝕刻絕緣層120和柵電極122形成暴露部分陰極112的發射器孔130。襯底110可以由玻璃形成。陰極112可以由透明導電材料如ITO形成，柵電極122可以由導電金屬如鉻形成。更具體地說，在襯底110上沉積預定厚度的由ITO形成的陰極層之後，可以通過將陰極電極層構圖為預定的形狀、如條形來形成陰極112。然後，在陰極112和襯底110的整個表面上形成預定厚度的絕緣層120。然後，在絕緣層120上形成柵電極層。可以利用濺射法由導電金屬形成預定厚度的柵電極層，並且可以通過將柵極電極層構圖為預定的形狀來形成柵電極122。然後，可以通過利用柵電極122作為蝕刻掩模蝕刻暴露的絕緣層120，來形成發射器孔130。結果，通過發射器孔130暴露一部分陰極112。參見圖3B，在圖3A中所得的產品上形成預定厚度的碳納米管層114。更具體地說，可以利用旋塗法或臺面塗覆法在陰極112、絕緣層120和柵電極122上塗覆以1∶1的比例混合的溶劑與碳納米管的混合物而形成碳納米管層114。參見圖3C，在碳納米管層114上塗覆光致抗蝕劑116。然後，參見圖3D，將光致抗蝕劑116構圖為預定的形狀。結果，只在發射器孔130底部的中心部分上保留圖案化的光致抗蝕劑116』。參見圖3E，通過利用圖案化的光致抗蝕劑116』作為蝕刻掩模進行蝕刻，來去除暴露的碳納米管層114。可以利用反應離子蝕刻法(RIE)蝕刻碳納米管層114。用於蝕刻碳納米管層114的RIE方法可以通過在氧氣氛下的等離子處理來執行。由此，在陰極112上形成碳納米管發射器114』。參見圖3F，在去除圖案化的光致抗蝕劑116』之後，在陰極112上只剩下碳納米管發射器114』。根據本發明的碳納米管發射器具有下列優點。首先，因為碳納米管發射器可以以預期的形式形成在預期的位置上，所以碳納米管發射器不僅可以很容易地應用到FED，而且還可以應用到背光。第二，可以通過簡單的工藝形成無缺陷的碳納米管發射器，並且可以無需生長方法而實現大尺寸顯示器的形成。第三，因為在碳納米管中不包含雜質，所以與糊料法(pastemethod)不同，可以實現碳納米管發射器的長壽命和穩定性。第四，因為可以形成碳納米管發射器的精細圖案，所以可以很容易地製造高解析度的器件。雖然已參考其優選實施例具體展示並描述了本發明，但本領域技術人員應該理解，在不脫離由所附權利要求限定的本發明的主旨和範圍的前提下，可以對本發明進行形式和細節上的各種變化。權利要求1.一種碳納米管發射器的製造方法，包括在其上形成有多個電極的一襯底上形成一碳納米管層；在所述碳納米管層上塗覆一光致抗蝕劑；對所述光致抗蝕劑進行構圖，使得所述光致抗蝕劑只保留在所述電極上方；通過利用圖案化的光致抗蝕劑作為蝕刻掩模進行蝕刻，來去除所述碳納米管層的暴露部分；以及去除所述圖案化的光致抗蝕劑並在所述電極上形成所述碳納米管發射器。2.如權利要求1所述的方法，其中通過在所述電極和所述襯底上塗覆溶劑和碳納米管的混合物而形成所述碳納米管層。3.如權利要求2所述的方法，其中通過旋塗法或臺面塗覆法塗覆所述溶劑和碳納米管的混合物。4.如權利要求1所述的方法，其中利用反應離子蝕刻法蝕刻所述碳納米管層。5.如權利要求4所述的方法，其中在氧氣氛下通過等離子處理蝕刻所述碳納米管層。6.一種場致發射顯示器件的製造方法，包括在一襯底上依次形成一陰極、一絕緣層和一柵電極；通過蝕刻所述絕緣層和所述柵電極而形成暴露部分所述陰極的發射器孔；在所述柵電極、所述絕緣層和所述陰極上形成一碳納米管層；在所述碳納米管層上塗覆一光致抗蝕劑；對所述光致抗蝕劑進行構圖，使得所述光致抗蝕劑只保留在所述發射器孔底部的中心部分中；通過利用圖案化的光致抗蝕劑作為蝕刻掩模進行蝕刻，去除所述碳納米管層的暴露部分；以及去除所述圖案化的光致抗蝕劑並在所述發射器孔中所述陰極上形成一碳納米管發射器。7.如權利要求6所述的方法，其中通過在所述襯底的整個表面上塗覆一溶劑和碳納米管的混合物而形成所述碳納米管層。8.如權利要求7所述的方法，其中通過旋塗法或臺面塗覆法塗覆所述溶劑和碳納米管的混合物。9.如權利要求6所述的方法，其中利用反應離子蝕刻法蝕刻所述碳納米管層。10.如權利要求9所述的方法，其中在氧氣氛下通過等離子處理蝕刻所述碳納米管層。全文摘要提供了一種形成碳納米管發射器的方法和使用該碳納米管發射器的FED的製造方法。形成碳納米管發射器的方法包括在其上形成有多個電極的襯底上形成碳納米管層；在碳納米管層上塗覆光致抗蝕劑；對光致抗蝕劑進行構圖使得光致抗蝕劑只保留在電極上方；通過利用圖案化的光致抗蝕劑作為蝕刻掩模進行蝕刻，來去除碳納米管層的暴露部分；以及去除光致抗蝕劑圖案並在電極上形成碳納米管發射器。文檔編號H01J1/30GK1622252SQ200410095058公開日2005年6月1日申請日期2004年11月23日優先權日2003年11月24日發明者樸相鉉申請人:三星Sdi株式會社