专利名称：：电子发射源及应用其的场发射显示器的制作方法
技术领域：
：本发明是关于一种电子发射源，且本发明是关于一种含有上述电子发射源的场发射显示器。
背景技术：
：显示器在人们现今生活中的重要性日益增加，除了使用计算机或因特网外，电视机、手机、个人数字助理(PDA)、数字相机等，均须透过显示器控制来传递讯息。相较于传统映像管显示器，新世代的平面显示器具有重量轻、体积小、及符合人体健康的优点。在众多新兴的平面显示器技术中，场发射显示器(fieldemissiondisplay,FED)不仅拥有传统映像管高画质的优点，且相较于液晶显示器的视角较小、使用温度范围过小、及反应速度慢的缺点而言，场发射显示器具有高发光效率、反应时间迅速、良好的协调显示性能、超过100ftL的高亮度、轻薄构造、宽广视角、工作温度范围大、高行动效率等优点。此外，FED使用时不需背光模块。所以即使在户外阳光下使用，依然能够提供优异的亮度表现。因此，目前FED己被视为相当有机会与液晶显示技术竞争，甚至将其取代的新显示技术。场发射显示器的工作原理与传统阴极映像管相似，须在低于IO6torr的真空环境下利用电场将阴极尖端的电子拉出，并且在阳极板正电压的加速下，撞击阳极板的荧光粉而产生发光(Luminescence)现象。一般场发射显示器是控制施加于阴极与闸极间的电压差的变化，而在指定的时间使每个电子发射体射出电子。为了符合场发射阴极的需求，场发射阴极的功函数与尖端几何结构越小越好。对于目前场发射显示器的电子发射体的研究方向，多以碳材为主，主要是因为现有金属锥电子发射组件的寿命短暂且制作不易，故现今多采用具有化学稳定性、电传导性、或低电子亲和性的碳材作为发展对象。相关的碳材有非晶是碳薄膜(amorphouscarbonfilm)、钻石薄膜(diamondfilm)、类钻碳薄膜(diamond-likecarbonfilm)、以及纳米碳管(carbonnanotube)。由于纳米碳管具有高的高宽比结构特征，使其拥有低启始电压与高电流发射密度等性质，即具有良好的场发射增强因子，因此成为目前热门的场发射电子材料。然而，当纳米碳管面临后续组件制程的应用时，却因其纳米级结构而难以均匀分散于欲配制的电子发射浆料中，导致电流分布不均而减少其使用寿命等问题。此外，因纳米结构伴随表面积大的物性，将造成其不稳定的因素。因此，纳米碳管尚须进行表面改质，方可增加场发射的稳定性。类钻碳主要是由SP3立体结构与SP2平面结构的非晶碳所组成。由于SP3易有负电子亲和能与较强的机械性质，且SP2具有较佳的导电性质，所以两者所形成的类钻碳材料可兼具有低电子亲和能以及导电性等特色。目前亟需一种可具有良好的场发射增强因子的类钻碳的电子发射材料，其不仅可具有高的高宽比结构特征，且具有低的电子亲和力的性质。此外，因类钻碳具有稳定的材料特性，可利于后续组件的制作，以成为良好的电子发射材料。
发明内容本发明是揭示一种电子发射源以及一种场发射显示器，其中作为电子发射源的电子发射层，是包括一含多数个微米级片状结构的类钻碳组成物。本发明类钻碳组成物中片状结构的高度约为微米级尺寸，片状结构的厚度约为纳米级尺寸，所以本发明中多数个微米级片状结构的类钻碳组成物可具有高的高宽比。通过此，本发明的类钻碳膜可具有很良好的场发射增强因子，以便能易于发射电子而成为良好的电子发射源。此外，本发明制作上使用射频溅镀法沉积类钻碳薄膜，可实现大面积化制程，以降低制备时间与制作成本。本发明提供一种电子发射源，是包括一基板；以及一电子发射层，形成于基板表面；其中，电子发射层是包括一含多数个微米级片状结构的类钻碳组成物。本发明的另一态样，是一种电子发射源，包括一基板；一导电层，是形成于该基板表面；以及一电子发射层，是形成于该导电层表面；其中，该电子发射层是包括一含多数个微米级片状结构的类钻碳组成物。本发明更提供一种场发射显示器，包括有一含有一荧光粉层与--阳极层的上基板；以及一含有一电子发射层与一阴极层的下基板，且电子发射层紧邻于阴极层，彼此并电性连接；其中，该电子发射层是包括一含多数个微米级片状结构的类钻碳组成物。其中，本发明结构中，类钻碳膜层的片状结构是以一浆料形式形成于基板表面。此外，片状结构的侧面高度可介于0.5pm至4.0pm之间，且较佳可介于0.9pm至2.0)im之间。同时，本发明类钻碳膜层的片状结构的厚度较佳可介于0.005,i至O.lfim之间，且更佳可介于0.005pm至0.05pm之间。由于本发明结构中类钻碳膜层的片状结构，可具有微米级的高度以及纳米级的厚度，故其结构具有高的高宽比，而易于发射电子。在本发明所提供的结构中，使用的基板材料无限制，较佳可为半导体材料、或玻璃材料。为了增加本发明电子发射效果，本发明基板表面可选择性更包含一导电层，介于基板与类钻碳膜层之间。本发明导电层所适用的材料可为任何可导电材料，较佳可为氧化铟锡、氧化锌、氧化锌锡、或金属材料，如银胶。本发明一较佳具体实施例中，所使用的基板为玻璃材时，该玻璃基板表面涂覆有一导电层，以使片状结构的类钻碳膜层易形成于导电层表面。如此，可通过由导电层而提供一电流于片状结构的类钻碳膜层，使类钻碳膜层可作为一电子发射源。本发明另一较佳具体例中，基板为一半导体材料，由于基板材料具有电导通性，所以片状结构的类钻碳膜层可直接形成于基板表面，即成为一电子发射源。本发明电子发射源中的类鑽碳膜的片状结构无限制，较佳可为长条状、弯曲片状。其中，该片状结构的主要特点为具有高的高宽比结构。因此，本发明的类钻碳薄膜可具有很大的场发射增强因子，使的成为良好的电子发射源。本发明电子发射源可应用任何需要电子发射的
技术领域：
，较佳可应用于场发射组件、场发射显示器、或平面光源等的冷阴极发射源。此外，本发明场发射显示器中，电子发射层组成物较佳可更包括一粘着材料，以利于结合类钻碳材料与导电材料，成为一混合均匀的组成物。其中，本发明适用的粘着材料无限制，较佳可为乙烯纤维素(ethylcellulose)。本发明场发射显示器可更包括一介于上基板与下基板间的闸极层，且本发明闸极层可为现有的任一种场发射显示器适用的闸极，较佳可为多数个具有中空孔洞的环状闸极。通过此，本发明闸极层可于指定的时间使每个电子发射体准确地射出电子。另外，本发明场发射显示器的上基板可更包括一遮光层，且该遮光层可密接于荧光粉层旁，以用来遮除漏光并增加画面对比。现有利用纳米碳管的场发射显示器中，因纳米碳管的结构尺寸过小，所以在配制电子发射源浆料的过程中，纳米碳管难以均匀分散，而导致所制作的电子发射源无法均匀发射电子。然而，本发明所使用的微米级片状结构的类钻碳较易于分散于所配制的组成物中，即能制成一均匀发射电子的场发射源。通过此，本发明场发射显示器可轻易完成电子发射层的制作，以符合大尺寸玻璃基板的场发射平面显示器的制作需求。相较于现有纳米碳管材料，本发明所使用的微米级结构的类钻碳材料的成长制程温度较低，且可直接生长于基板表面，故有利于制程的应用。此外，本发明类钻碳的片状结构具有高的高宽比特征，所以可具有很高的场发射增强因子，以应用于场发射组件、场发射显示器、或平面光源等的冷阴极发射源。图l是本发明实施例l中制作类钻碳膜层时使用的溅镀反应室的示意图2本发明实施例1制作的类钻碳粉的扫瞄式电子显微镜(SEM)照片图3是本发明一较佳实施例用以测试场发射效能的二极式装置示意图4是实施例2中，将类钻碳粉调配为一组合物，作为电子发射源所量测的场发射结果图5是实施例2中用以测试场发射效能的三极式装置示意图；图6是为本发明实施例3中场发射测试结果图。主要组件符号说明1基板7基板10加热器12耙材A、B、C气体提供单元31类钻碳膜浆料层33阳极层(导电层)71阴极层74闸极层76阳极层111遮蔽板302、702阳极板测试片11承载台13电源al、bl、cl32基板35凹趟曰73绝缘层75基板100反应室301、701,体供应阀具体实施方式实施例l下述内容将说明本发明一较佳具体实施例的类钻碳膜层的制作方法，请一并参照图l所示。图l是为本实施例制作类钻碳膜层所使用的溅镀反应室100的示意图。首先，提供一可进行溅镀的反应室ioo，且该反应室100中包含一用以加热基板i的加热器io、一用以承载基板l的承载台ll、一用以施予靶材12电压的电源器13、以及多数个用以提供反应气体的气体提供单元A、B、C。本发明制作类钻碳膜层时，气体提供单元可依据制程需求的气体条件而增设或减少，并非限于本实施例所述的设备。接着，清洁基板l表面，并且将其置入反应室100的承载台11上，以固定基板l。其中，本实施例所采用的基板l是为一半导体材的硅晶圆片。利用一抽真空装置14将反应室100抽真空至1X10-5torr以下，并且利用加热器io将基板i加热至50(rc。然后，通过由气体提供单元A、B、C提供反应所需的气体，并且利用质流控制器(massflowcontroller,图未示)控制各个气体进入该反应室IOO的流量。其中，本实施例气体提供单元A、B、C是分别为一提供氩气、甲垸、氢气的气体供应源。并且，本实施例是通过由各个气体供应阀al、bl、cl，并且按制程条件以控制三种气体是否导入反应室IOO。其中，本实施例导入反应室100的气体包含有氩气、甲烷、与氢气，且其气体比例为2:1:1，如表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在本例中，当反应气体导入反应室ioo后，反应室内的压力约控制在9^10-3torr。当然，本发明溅镀反应的环境压力并非限本实施例所述的内容，可依据制程需求而调整。随即，以200\^射频功率对石墨靶材12进行30分钟的预溅镀(1^sputtered)反应后，以除去耙材12表面可能存在的污染物。接着，开启遮蔽板lll，并且对基板1表面进行70分钟的溅镀反应，以于基板l表面成长一类钻碳膜层。实施例2将实施例l所制作的类钻碳膜层自基板表面刮下，以获得一类钻碳粉。将类钻碳粉、银粉、与粘着剂调配成一浆料(paste)，以作为电子发射源材料用。图2是为实施例1所获得的类钻碳粉的扫瞄式电子显微镜照片图。取8.7%的类钻碳粉、8.7%的玻璃粉、以及82.6%的银粉均匀混合，并且加入乙烯纤维素(ethylcellulose)作为粘着剂，以调配成一作为电子发射源材料的浆料。本例中阴极板是采用一表面含有一导电银胶层(silverpaste)的玻璃基板，并且将上述制得的电子发射源浆料涂覆于该银胶层表面，即完成本例的阴极板的构造。且，本例的阳极板是相同于实施例l所述的通过由二极式装置以测试该等组合物的场发射效果。图3是为本实施例用以测试场发射效能的二极式装置(diodeconfiguration)示意图。于本实施例的场发射测试中，本实施例是将一具有类钻碳膜浆料层31的测试片3作为一阴极板301，并且将一具有导电层33的基板32作为一阳极板302,其中导电层33为氧化铟锡(ITO)。首先，将阴极板301置入一凹槽35内，于凹槽35上方覆盖有一阳极板302。将该凹槽35放置于真空腔体内，抽真空至lX10-6torr以下，并且于两极板301、302间施予一电压，以量测阴极板301的电子发射源发射出的电流量。图4为将类钻碳粉调配为一浆料组合物以作为电子发射源所量测的场发射结果图。图中显示，电子发射源浆料烧结后的场发射效果优于未烧结的电子发射源浆料。当施加相同电压于两电极板间时，已于基板表面烧结成形的电子发射源所发射的电流量较高。图5为本测试例所使用的三极式场发射量测装置。本测试例所采用的电子发射源是相同于实施例2所述的内容，即采用相同的调配条件，以获得电子发射源浆料。如图5示，相较于二极式场发射量测装置，本例的三极式场发射量测装置中，阴极板701上增加了一闸极层74与一用以隔绝该阴极层71与该闸极层74的绝缘层73。如此即为一具有阴极层71、闸极层74、与阳极层76实施例3的三极式场发射量测装置。其中，本测试例的阴极层71是为钼/钛金属，闸极层74是为钼金属，且阳极层76是为氧化铟锡。本例的电子发射源浆料是涂覆于阴极层71表面，并且施加一电场于两极板701、702之间，以进行场发射效果的测试。同时，于阴极层71与该闸极层74施予一电压差，以提升电子发射源的电子发射效果。图6为本例的场发射结果图。当施加于两极板之间的电场越大时，电子发射源的电流密度越高。此外，由图6知，施予于阴极层71与该闸极层74的电压差由5V至35V递增时，即能大幅提升场发射效果。然而，此施加的电压差亦有所限制，如果已超过组件所负荷的范围，例如于阴极层71与该闸极层74间施加40V与50V的压差，大多数电子将被吸引至闸极而将造成反效果。因此，经由上述各例结果显示，本发明所制作的类钻碳结构有助于提升电子发射的效果，不仅可将类钻碳均匀分散于配制的电子发射源材料中，亦可将形成于基板的片状结构作为电子发射源。且，两种不同方法所获得的场发射效果皆具有低起始电压，足以作为一良好的阴极电子发射源。实施例4下述内容将说明本发明一较佳具体实施例的场发射显示器。本实施例场发射显示器是相似于实施例3所述的三极式场发射量测装置，除了阳极板另包含有一荧光粉层、以及一遮光层的外，下基板的构造相同于实施例3所示的内容。本实施例场发射显示器的电子发射源是采用一含有类钻碳粉、玻璃粉、银粉、以及乙烯纤维素所调配的电子发射源浆料，涂覆于一具有导电银胶的阴极层表面，最后烧结以形成一电子发射层。于本实施例中，施加一电场于场发射显示器的两极板间，且同时施加一电压差于闸极层与阴极层之间时，则电子发射源会发射出电子而撞击阳极板的荧光粉层，进而产生发光(Luminescence)现象。实施例5本实施例场发射显示器是相似于实施例4所述的结构，除了下基板的电子发射源有所不同。于本实施例中，下基板表面是含有一钼/钛金属层以作为一阴极层，且本实施例所使用的基板是为一玻璃材。此外，本实施例的阴极层表面是具有一图案化的绝缘层与闸极层，以暴露出部分的阴极表面。本实施例的绝缘层是介于阴极层与闸极层之间，以提供电性隔绝用。将上述的下基板结构置入一溅镀反应室中，并且进行如实施例一所述的溅镀反应，即能于暴露的阴极表面成长一具有类钻碳膜层的电子发射层。最后，移除闸极表面所沉积的类钻碳膜层，即获得本实施例场发射显示器的下基板结构。其中，本实施例类钻碳膜层所具有的结构特征皆相似于实施例l的类钻碳膜层结构。综上所述，本发明可制作一具有微米级片状结构的类钻碳，由于该微米级片状结构具有高的高宽比的特征，故可成为良好的电子发射材料，以应用于场发射组件、场发射显示器、或平面光源等的冷阴极发射源。上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。权利要求1.一种电子发射源，其特征在于包括一基板；以及一电子发射层，是形成于该基板表面；其中，该电子发射层是包括一含多数个微米级片状结构的类钻碳组成物。2.如权利要求l所述的电子发射源，其特征在于，所述该基板为半导体材料、金属材料、绝缘材料或玻璃材料。3.如权利要求l所述的电子发射源，其特征在于，所述该组成物更包括一导电材料、一粘着材料、或其组合。4.如权利要求l所述的电子发射源，其特征在于，所述该片状结构为弯曲片状结构、长条片状结构、或其组合。5.如权利要求l所述的电子发射源，其特征在于，所述该片状结构的厚度是介于0.005pm至O.lpm之间。6.如权利要求5所述的电子发射源，其特征在于，所述该片状结构的厚度是介于0.005pm至0.05iam之间。7.如权利要求l所述的场发射显示器，其特征在于，所述该片状结构的侧面高度是介于0.5pm至4.0pm之间。8.如权利要求l所述的电子发射源，其特征在于，所述该片状结构的侧面高度是介于0.91im至2.0pm之间。9.一种电子发射源，其特征在于包括一基板；一导电层，是形成于该基板表面；以及--电子发射层，是形成于该导电层表面；其中，该电子发射层是包括一含多数个微米级片状结构的类钻碳组成物。10.如权利要求9所述的电子发射源，其特征在于，所述该基板为半导体材料、金属材料或玻璃材料。11.如权利要求9所述的电子发射源，其特征在于，所述该组成物更包括一导电材料、一粘着材料、或其组合。12.如权利要求9所述的电子发射源，其特征在于，所述该片状结构是为弯曲片状结构、长条片状结构、或其组合。13.如权利要求9所述的电子发射源，其特征在于，所述该片状结构的厚度是介于0.005pm至O.lpm之间。14.如权利要求9所述的电子发射源，其特征在于，所述该片状结构的厚度是介于0.005pm至0.05一m之间。15.如权利要求9所述的场发射显示器，其特征在于，所述该片状结构的侧面高度是介于0.5pm至4.0(im之间。16.如权利要求9所述的电子发射源，其特征在于，所述该片状结构的侧面高度是介于0.9fim至2.0^m之间。17.—种场发射显示器，其特征在于包括一含有一荧光粉层与一阳极层的上基板；以及一含有一电子发射层与一阴极层的下基板，且该电子发射层是紧邻于该阴极层；其中，该电子发射层是包括一含多数个微米级片状结构的类钻碳组成物。18.如权利要求17所述的场发射显示器，其特征在于，所述该组成物更包括一导电材料、一粘着材料、或其组合。19.如权利要求17所述的场发射显示器，其特征在于，所述该片状结构是为弯曲片状结构、长条片状结构、或其组合。20.如权利要求17所述的场发射显示器，其特征在于，所述该片状结构的侧面高度是介于0.5pm至4.0pm之间D21.如权利要求17所述的场发射显示器，其特征在于，所述该片状结构的侧面高度是介于0.9^im至2.0pm之间。22.如权利要求17所述的场发射显示器，其特征在于，所述该片状结构的厚度是介于0.005jim至0.1(im之间。23.如权利要求17所述的场发射显示器，其特征在于，所述该片状结构的厚度是介于0.005[im至O.O5pm之间。24.如权利要求17所述的场发射显示器，其特征在于，更包括-一闸极层，是介于该阴极板与该阳极板之间，且该闸极层是为多数个闸极。25.如权利要求17所述的场发射显示器，其特征在于，所述该上基板更包括一遮光层，且该遮光层是密接于该荧光粉层。全文摘要本发明一种电子发射源以及一种场发射显示器的结构，其中电子发射源，包括一基板；以及一电子发射层，形成于基板表面；其中，电子发射层是包括一含多数个微米级片状结构的类钻碳组成物。由于本发明类钻碳组成物中的片状结构的高度约为微米级，片状结构的厚度约为纳米级，所以本发明类钻碳膜层结构具有高的高宽比，以便能易于发射电子而成为良好的电子发射源。本发明基板表面可选择性更包含一导电层，介于基板与类钻碳膜层之间，以增加本发明结构的电子发射效果。文档编号H01J29/04GK101097821SQ200610086778公开日2008年1月2日申请日期2006年6月26日优先权日2006年6月26日发明者罗吉宗,郑健民申请人:大同股份有限公司