一种场发射发光装置及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种场发射发光装置，其包含第一基板、第二基板、微通道板、栅极层、阳极层及荧光层。第二基板相对第一基板设置。微通道板设于第一基板及第二基板之间。栅极层设于第一基板及微通道板之间，且具有石墨烯场发射组件。阳极层设于第二基板及微通道板之间。荧光层设于微通道板及阳极层之间。本发明使用石墨烯作为场发射源，降低场发射装置的起始电压；而且，通过微信道板作为电子倍增管，当电子通过微信道板时，微信道板的轴向电场将使电子多次碰撞信道壁，进而使电子数量倍增。
【专利说明】一种场发射发光装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明是涉及一种场发射发光装置及其方法，特别是涉及一种以石墨烯为场发射 源，并借由微通道板增加电流的场发射发光装置及其方法。
【背景技术】
[0002] 现有的电子发射形式主要可以分为电子场发射（Electron field emission)、热电 子发身寸（Electron thermionic emission)、光电子发身寸（Photo electron emission)以及 二次电子发射（Secondary electron emission),而其中电子场发射的原理与其他三者较 为不同。
[0003] 其中，热电子发射、光电子发射和二次电子发射的原理均需要使发射物体的内部 电子获得热能、光子能量和二次电子能量，使其被激发之后获得较大的动能，以克服物体与 真空之间的表面能障。
[0004] 而，电子场发射的原理则是透过外加电场来改变物体与真空之间的表面能障，当 外加电场足够大时，会改变物体表面真空能带的分布，使其高度降低、宽度变窄，从而形成 一个较薄的表面能障，此时，物体内部的电子便不需要其他的能量激发，便可提升电子穿隧 表面能障，而达到真空中的机率。
[0005] 但是，场发射组件虽反应速度快，且具有功率消耗小的优点，但仍需借由高压才能 驱动，因此，现有的场发射组件还有需要改善的空间。
【发明内容】
[0006] 有鉴于上述现有技术存在的问题，本发明的目的就是提供一种场发射发光装置及 其方法，以解决现有场发射发光装置所待改善的问题。
[0007] 根据本发明的目的之一，是提出一种场发射发光装置，其包含第一基板、第二基 板、微通道板、栅极层、阳极层及荧光层。第二基板相对第一基板配置。微通道板设于第一 基板及第二基板之间，且具有复数个电子信道。栅极层设于第一基板及微通道板之间，且具 有至少一开孔以容置石墨烯场发射组件。阳极层设于第二基板及微通道板之间。荧光层设 于微通道板及阳极层之间。
[0008] 优选地，微通道板的复数个电子信道之内壁可涂覆金属或半导体材料。
[0009] 优选地，阳极层可为铟锡氧化物电极层或铟锌氧化物电极层。
[0010] 优选地，荧光层可通过旋涂法或热转印法将荧光粉涂于阳极层上而形成。
[0011] 根据本发明的目的之二，是提出一种场发射发光方法，其包含下列步骤：提供电压 予栅极层及阳极层，以使电子从石墨烯场发射组件中游离出来；提供复数个电子信道使电 子通过；经由电子反复碰撞复数个电子信道，以使电子数量倍增；通过倍增的电子连续碰 撞突光层，以使突光层发光。
[0012] 优选地，场发射发光方法还可包含下列步骤：涂覆金属或半导体材料于复数个电 子信道的内壁。
[0013] 优选地，阳极层可为铟锡氧化物电极层或铟锌氧化物电极层。
[0014] 优选地，场发射发光方法还可包含下列步骤：通过旋涂法或热转印法将荧光粉涂 于阳极层上以形成荧光层。
[0015] 综上所述，本发明提出的场发射发光装置及其方法可使用石墨烯作为场发射源， 以降低场发射装置的起始电压；而且，通过微信道板作为电子倍增管，当电子通过微信道板 时，微信道板的轴向电场将使电子多次碰撞信道壁，进而使电子数量倍增。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明提出的场发射发光装置的示意图； 图2是本发明提出的场发射发光方法的流程图； 图3是本发明的石墨烯拉曼光谱图； 图4是本发明的场发射电流图； 图5是本发明的Fowler-Nordheim(福勒-诺德汉）图； 图6是本发明的荧光光谱图。
【具体实施方式】
[0017] 为便于理解本发明的技术特征、内容、优点及其所能达成的功效，下面结合附图和 实施例对本发明详细说明如下，其中所使用的附图仅为示意及辅助说明，并不能限制本发 明权利要求保护的范围。
[0018] 请参阅图1，其为本发明提出的场发射发光装置的示意图。如图1所示，本发明提 出的场发射发光装置包含第一基板11、第二基板12、微通道板13、栅极层14、阳极层15及 突光层16。第二基板12对应第一基板11相对配置。微通道板13设于第一基板11及第二 基板12之间，且具有复数个电子信道131。栅极层14设于第一基板11及微通道板13之 间，且具有至少一开孔141以容置石墨烯场发射组件140。阳极层15设于第二基板12及微 通道板13之间。荧光层16设于微通道板13及阳极层15之间。
[0019] 续言之，本发明以石墨烯作为场发射源，而石墨烯本身具有高导热系数（thermal conductivity)、高穿透率（transmittance)、低电阻率（Resistivity)及高电子迁移率 (electron mobility)等特性；此外，在场发射源应用中，石墨烯相较于其他材料具有更大 的深宽比（aspect ratio),因此，石墨烯场发射组件140可降低起始电压。
[0020] 微通道板13是一种特殊光学纤维组件，亦为一种电子倍增器，其具有体积小、重 量轻、增益高等优点；进一步地，其可使电子高速撞击在内壁(通道）上的金属或半导体材 料，而使电子能成倍增加，更甚之，可达到万倍以上的电子增流。
[0021] 更仔细地说，于微通道板13的每个内壁上都涂有一种能发射次级电子的金属或 半导体材料（如镍，但不以此为限），当微通道板13加了一定电压后，就会在每个通道中产 生均匀的轴向电场，因此，可使进入轴向电场的低能电子与微信道板13的内壁进行碰撞而 产生次级电子；接着，产生的二次电子继续借由轴向电场而加速并碰撞内壁，以产生更多的 新二次电子。有此可知，当发射一入射电子至微信道板13中之后，微通道板13的输出端将 会产生许多电子；换言之，每个微信道就是一个电子倍增管。
[0022] 值得一提的是，阳极层15可为铟锡氧化物电极层或铟锌氧化物电极层。而荧光层 16可通过旋涂法或热转印法将荧光粉涂于阳极层15上而形成。
[0023] 尽管前述在说明本发明提出的场发射发光装置的过程中，亦已同时说明本发明的 场发射发光方法的概念，但为求清楚起见，以下另绘示流程图详细说明。
[0024] 请参阅图2,其是本发明提出的场发射发光方法的流程图。如图2所示，本发明提 出的场发射发光方法包含下列步骤： 步骤S21 :涂覆金属或半导体材料于复数个电子信道的内壁； 步骤S22 :通过旋涂法或热转印法将荧光粉涂于阳极层上以形成荧光层； 步骤S23 :提供电压予栅极层及阳极层，以使电子从石墨烯场发射组件中游离出来； 步骤S24 :提供复数个电子信道使电子通过； 步骤S25 :经由电子反复碰撞复数个电子信道，以使电子数量倍增； 步骤S26 :通过倍增的电子连续碰撞荧光层，以使荧光层发光。
[0025] 请参阅图3,其系为本发明的石墨烯拉曼光谱图。如图3所示，单层石墨烯及双层 石墨烯的拉曼位移（Raman shift)大约在1580 cnT1及2700 cnT1，其表示为G及2D的波 峰，G波峰主要为判断石墨化结构特性，而2D波峰主要为判断石墨烯的层数，以2D的波峰 与G波峰强度进行计算，以I 2D/Ie的计算结果作为判断石墨烯层数的依据。
[0026] 请参阅图4和图5。图4是本发明的场发射电流图；图5是本发明的 Fowler-Nordheim(福勒-诺德汉）图。图5中，以Fowler-Nordheim(福勒-诺德汉）等式 验证其量测到的电流是否为场发射电流，而对应其结果的图上线段若为线性即为场发射电 流，而非漏电流。
[0027] 请参阅图6,其是本发明的荧光光谱图。如图6所示，荧光光谱于本实施例中以绿 光为例，进而，将绿光荧光粉旋涂或热转印于玻璃基板上，使其形成的荧光层16受电子撞 击时产生绿色荧光。
[0028] 综上所述，本发明提出的场发射发光装置及其方法可借由石墨烯作为场发射源， 以降低场发射装置的起始电压；通过微信道板作为电子倍增管，当电子通过微信道板时，微 信道板的轴向电场将使电子多次碰撞信道壁，进而使电子数量倍增。
[0029] 综观上述，本发明提出的场发射发光装置及其方法乃为现有技术所不能及，确实 已达到增进的功效，且也非本领域的技术人员易于思及，符合专利法规定的申请要件，故依 法提出专利申请。
【权利要求】
1. 一种场发射发光装置，其特征在于，所述装置包含： 第一基板； 第二基板，与所述第一基板相对配置； 微通道板，设于所述第一基板及所述第二基板之间，且具有复数个电子信道； 栅极层，设于所述第一基板及所述微通道板之间，且具有至少一个开孔以容置石墨烯 场发射组件； 阳极层，设于所述第二基板及所述微通道板之间；以及 荧光层，设于所述微通道板及所述阳极层之间。
2. 如权利要求1所述的场发射发光装置，其特征在于：所述 微信道板的所述复数个电子信道的内壁涂覆金属或半导体材料。
3. 如权利要求1所述的场发射发光装置，其特征在于：所述 阳极层为铟锡氧化物电极层或铟锌氧化物电极层。
4. 如权利要求1所述的场发射发光装置，其特征在于：所述 荧光层通过旋涂法或热转印法将荧光粉涂于所述阳极层上而形成。
5. -种场发射发光方法，其特征在于，该方法包含下列步骤： 步骤S23,提供电压予栅极层及阳极层，以使电子从石墨烯场发射组件中游离出来； 步骤S24,提供复数个电子信道使电子通过； 步骤S25,经由电子反复碰撞所述复数个电子信道，以使电子数量倍增； 步骤S26,通过倍增的电子连续碰撞荧光层，以使所述荧光层发光。
6. 如权利要求5所述的场发射发光方法，其特征在于，在步 骤S23之前还包括步骤S21，涂覆金属或半导体材料于所述复数个电子信道的内壁。
7. 如权利要求5所述的场发射发光方法，其特征在于：所述 阳极层为铟锡氧化物电极层或铟锌氧化物电极层。
8. 如权利要求5所述的场发射发光方法，其特征在于，在步 骤S21和步骤S23之间还包括步骤S22,通过旋涂法或热转印法将荧光粉涂于所述阳极 层上以形成所述荧光层。
【文档编号】H01J63/02GK104217919SQ201410459825
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】张议聪, 王嘉圣, 池允中 申请人:张议聪