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，除了使用计算机或网际网络外，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信息。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I0OftL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已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10—6torr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，撞击阳极板的萤光粉而产生发光(Luminescence)现象。一般场发射显示器是控制施加于阴极与栅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，主要是因为已知金属锥电子发射组件的寿命短暂且制作不易，故现今乂7OT多米用具有化学稳定性、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,(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。
发明内容本发明的目的在于，提供一种电子发射源及应用的场发射显示器，其是关于一种电子发射源其主要是利用片状结构的类钻碳膜层作为电子发射用材料由于本发明类钻碳膜的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，所以本发明类钻碳膜的片状结构可具有咼的高宽比。本发明是提供一种电子发射源，其包括有一基板、以及一沉积于基板表面且具有片状结构的类钻碳膜层中，本发明类钻碳膜层的片状结构是排列于基板表面以形成一花瓣图案，且片状结构的侧面高度是介于0.5iim至4.Qixm之间。本发明还提供一种电子发射源，包括有一基板、一形成于基板表面的导电层、以及一沉积于导电层表面且具有片状结构的类钻碳膜层。其中，本发明类钻碳膜层的片状结构是排列于导电层表面以形成一花瓣图案，且片状结构的侧面高度是介于Q.5nm至4.0ym之间。此外，本发明又提供一种场发射显不器，包括有--含有一萤光粉层、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。其中，本发明的电子发射层是紧邻于阴极层，且彼此电性连接。本发明结构中，类钻碳膜层片状结构的侧面高度可介于0.5um至4.0"m之间；较佳可介于0.9um至2.0nm之间。类钻碳膜层片状结构的厚度无限制，较佳可介于o.005um至O.1um之间，更佳可介于O.005um至O.05um之间。于本发明电子发射源中，基板使用的材料无限制，较佳可为半导体材料、或玻璃材料较佳具体实施例中，本发明电子发射源所使用的基板为玻璃时，该玻璃基板表面可涂覆有一导电层，以使片状结构的《钻碳膜层形成于导电层表面。如此，本发明可由导电层而提供一电流于片状结构的类钻碳膜层，以作为电子发射用。另一较佳具体例中5本发明电子发射源适用的基板为一半导体材料，由于基板本身具有电导通性，所以片状结构的类钻碳膜层是直接形成于基板表面，即成为一电子发射源。且，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。本发明的类鑽碳膜的片状结构无限制，较佳可为长条状、弯曲片状。由于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，以及低的电子亲和力使的成为良好的电子发射用材料。并且，于本发明场发射显不器中，微米级片状结构的类钻碳具有良好的稳定性因此无须表面改质，即可作为一良好的电子发射用材料。本发明电子发射源可应用任何需求电子发射的
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。上述本发明场发射显示器可还包括一介于上基板与下基板间的栅极层，且本发明栅极层可为习用任一种场发射显示器适用的栅极，较佳可为多数个具有中空孔洞的环状栅极。藉此，本发明栅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还包括一遮光层，且该遮光层可密接于萤光粉层旁，以用来遮除漏光并增加画面对比。相较于己知纳米碳管材料，本发明所使用的微米级结构的类钻碳材料可直接生长于基板表面，故有利于制程的应用。同时，本发明可使用射频溅镀法于基板表面沉积类钻碳薄膜。如此，可实现大面积化制程，以降低制备时间与制作成本。为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图1是本发明一较佳实施例制作类钻碳膜层时使用的溅镀反应室的示意图。图2a是本发明一较佳实施例制作的表面具有类钻碳膜层的基板正面的扫瞄式电子显微镜(SEM)照片图。图2b是本发明一较佳实施例制作的表面具有类钻碳膜层的基板侧面的扫瞄式电子显微镜(SEM)照片图。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。图4是实施例3至实施例7所制作的类钻碳膜层的拉曼(Raman)光谱图。图5是实施例3至实施例7所制作的具有类钻碳膜层的基板的场发射量测结果图。图6是实施例6所制作的具有类钻碳膜层的基板的场发射量测结果图。具体实施方式实施例1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1所示。图1是为本实施例制作类钻碳膜层所使用的溅镀反应室1Q0的示意图。首先，提供一用以溅镀的反应室100，且该反应室100包含一用以加热基板1的加热器1Q、一用以承载基板1的承载台11、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。请注意，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o接着，清洁基板1表面，并且将其置入反应室100的承载台11上，以固定基板1。其中，本实施例所采用的基板1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l00抽真空至1XI0-5torr以下，并且利用加热器10将基板1加热至400。C。然后，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100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，本实施例是由各个气体供应阀a1、b1、c1并且按制程条件以控制三种气体是否导入反应室100。其中，本实施例导入反应室10Q的气体包含有氩气、甲烷、与氢气，且其气体比例为2:1:1。于本例中，当反应气体导入反应室100后，反应室内的压力约控制在9X-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200W射频功率对石墨靶材12进行30分钟的预溅镀(pre-sputtered)反应后，以除去靶材l2表面可能存在的污染物。接着，开启遮蔽板111，并且对基板1表面进行7Q分钟的溅镀反应，以于基板l表面成长一类钻碳膜层o请参照图2a与图2b所示，图2a是为本实施例制作的表面具有类钻碳膜层的基板正面的扫瞄式电子显微镜(SEM)照片图，且图2b是为本实施例制作的表面具有类钻碳膜层的基板侧面的扫瞄式电子显微镜(SEM)照片图。由图2a与图2b所示，本实施例所制作的类钻碳膜层是为弯曲片状或长条片状结构，且该等片状结构于基板l表面排列出--立体的花瓣图案。其中，本实施例的片状结构的平均高度约为1ym，且每一片状结构的平均厚度约为10nm至20nm之间。因此，本实施例所制作的类钻碳膜层具有高的高宽比结构特征，且本实施例所使用的基板是为一可导电的半导体材料，所以可直接应用于电子发射源的用途。实施例2场发射测试将本实施例制作的具有类钻碳膜层的基板1切割成长宽皆为8mm的测试片3，以作为场发射测试用。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，是将一具有类钻碳膜层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(IT0)。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3Q2。将该凹槽放置于真空腔体内，抽真空至1X10-6torr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。实施例3至实施例7实施例3至实施例7是相同于实施例1所述的内容制作类钻碳膜层，除了溅镀制程中所使用的气体条件不同，其它制程参数与制作步骤皆相似于实施例1所述内容。其中，各个实施例导入不同比例的氢气是用以控制类钻碳膜的片状结构的疏密度。表一将详列实施例3至实施例7中不同的气体比例。表<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>图4是为实施例3至实施例7所制作的类钻碳膜层的拉曼(Raman)光谱图。由图4中可得知，本发明所制作的类钻碳膜层是由SP3立体结构与SP2平面结构所组成，因此具有一约为1332cm-1的四面体钻石结构的吸收峰、以及一约为1580cm-1的平面石墨结构的吸收峰。实施例8场发射测试实施例3至实施例7所制作的具有类钻碳膜层的基板，将相同于实施例1所述的二极式量测方法以测试其场发射效果，且其场发射测量结果是如图5所示。图中x轴是为施予两电极板之间的电场值(V/um)，且y轴是为类钻碳膜层所发射出的电流密度(uA/cm2)。结果所示，在溅镀制程中增加用以蚀刻片状碳膜的氢气浓度，而获得排列密度较低的片状结构，其场发射效果较佳。实施例9于本实施例场发射显示器结构中，下基板表面是含有钼/钛金属层以作为一阴极层，且本例所使用的基板是为一玻璃材。此外，本例的阴极层表面是具有一图案化的绝缘层与恤微极层，以暴露出部分的阴极表面，且绝缘层是介于阴极层与栅极层之间，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1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，移除栅极表面所沉积的类钻碳膜层，即获得本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1的类钻碳膜层结构。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，施予于阴极层与该栅极层的电压差由10V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，如果己超过组件所负荷的范围，例如于阴极层与该栅极层间施加40V与50V的压差，大多数电子将被吸引至栅极而将造成反效果。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己，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，是包括一基板；以及一具有片状结构的类钻碳膜层，是沉积于该基板表面；其中，该类钻碳膜层的片状结构是排列于该基板表面以形成一花瓣图案，且该片状结构的侧面高度是介于0.5μm至4.0μm之间。2、如权利要求1项所述的电子发射源，其特征在于，其中，该基板是为半导体材料、金属材料、绝缘材料或玻璃材料。3、如权利要求1项所述的电子发射源，其特征在于，其中，该片状结构是为弯曲片状结构、长条片状结构、或其组合。4、如权利要求1项所述的电子发射源，其特征在于，其中，该片状结构的厚度是介于O.O05um至O.1um之间。5、如权利要求4项所述的电子发射源，其特征在于，其中，该片状结构的厚度是介于0.005um至0.05um之间。6、如权利要求1项所述的电子发射源，其特征在于，其中，该片状结构的侧面高度是介于0.9um至2.0um之间。7、一种电子发射源，其特征在于，是包括一基板；一导电层，是形成于该基板表面；以及一具有片状结构的类钻碳膜层，是沉积于该导电层表面；其中，该类钻碳膜层的片状结构是排列于该导电层表面以形成一花瓣图案，且该片状结构的侧面高度是介于0.5um至4.0um之间。8、如权利要力《7项所述的电子发射源，其特征在于，中，il;基板是为圳一导体材料、金属材料或玻璃材料9、如权利要-《7项所述的电子发射源，其特征在于，中，il;导电层是，^氧化铟锡、氧化锌、氧化锌锡、或金属材料、或合金材料。10、如权利要求7项所述的电子发射源，其特征在于，其中，该片状结构是为弯曲片状结构、长条片状结构、或其组合。11、如权利要求7项所述的电子发射源，其特征在于，其中，该片状结构的厚度是介于O.005ym至O.1um之间。12、如权利要求7项所述的电子发射源，其特征在于，其中，该片状结构的厚度是介于O.005um至O.05um之间。13、如权利要求7项所述的电子发射源，其特征在于，其中，该片状结构的侧面高度是介于0.9tim至2.0ym之间。14、一种场发射显示器，其特征在于，是包括一含有一萤光粉层、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多数个微米级片状结构的类钻碳，该片状结构是具有一介于0.5um至4.0ym间的侧面高度，且该等片状结构的类钻碳是于该基板表面排列成一花瓣图案。15、如权利要求14项所述的场发射显示器，其特征在于，其中，该片状结构是为弯曲片状结构、长条片状结构、或其组合。16、如权利要求14项所述的场发射显示器，其特征在于，其中，该片状结构的厚度是介于Q.OQ5"m至0.1Pm之间。17、如权利要求14项所述的场发射显示器，其特征在于，其中，该片状结构的厚度是介于O.005ym至O.05tim之间。18、如权利要求14项所述的场发射显示器，其特征在于，其中，该片状结构的侧面高度是介于0.9um至2.0Pm之间。19、如权利要求14项所述的场发射显示器，其特征在于，还包括一栅极层，是介于该阴极板与该阳极板之间，且该栅极层是为多数个栅极。20、如权利要求14项所述的场发射显示器，其特征在于，其中，该上基板还包括一遮光层，且该遮光层是密接于该萤光粉层旁。全文摘要本发明是有关于一种电子发射源及应用其的场发射显示器，其中作为电子发射源的类钻碳膜层具有片状结构特征，且可于基板表面排列成一花瓣图案。由于本发明类钻碳膜层的片状结构的高度约为微米级，厚度约为纳米级，所以本发明类钻碳膜的片状结构具有高的高宽比，使其具备具良好的场发射增强因子，易于发射电子，而成为良好的电子发射源。并且，本发明可将该电子发射源材料应用于场发射显示器中，以作为良好且稳定的电子发射源。文档编号H01J31/12GK101097822SQ200610086779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