專利名稱：：電子發(fā)射源及應用其的場發(fā)射顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是關(guān)于一種電子發(fā)射源，且本發(fā)明是關(guān)于一種含有上述電子發(fā)射源的場發(fā)射顯示器。
背景技術(shù)：
：顯示器在人們現(xiàn)今生活中的重要性日益增加，除了使用計算機或網(wǎng)際網(wǎng)絡外，電視機、手機、個人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)字相機等，均須透過顯示器控制來傳遞信息。相較于傳統(tǒng)映像管顯示器，新世代的平面顯示器具有重量輕、體積小、及符合人體健康的優(yōu)點。在眾多新興的平面顯示器技術(shù)中，場發(fā)射顯示器(fieldemissiondisplay,FED)不僅擁有傳統(tǒng)映像管高畫質(zhì)的優(yōu)點，且相較于液晶顯示器的視角較小、使用溫度范圍過小、及反應速度慢的缺點而言，場發(fā)射顯示器具有高發(fā)光效率、反應時間迅速、良好的協(xié)調(diào)顯示性能、超過I0OftL的高亮度、輕薄構(gòu)造、寬廣視角、工作溫度范圍大、高行動效率等優(yōu)點。此外，F(xiàn)ED使用時不需背光模塊。所以即使在戶外陽光下使用，依然能夠提供優(yōu)異的亮度表現(xiàn)。因此，目前FED已被視為相當有機會與液晶顯示技術(shù)競爭，甚至將其取代的新顯示技術(shù)。場發(fā)射顯示器的工作原理與傳統(tǒng)陰極映像管相似，須在低于10—6torr的真空環(huán)境下利用電場將陰極尖端的電子拉出，并且在陽極板正電壓的加速下，撞擊陽極板的螢光粉而產(chǎn)生發(fā)光(Luminescence)現(xiàn)象。一般場發(fā)射顯示器是控制施加于陰極與柵極間的電壓差的變化，而在指定的時間使每個電子發(fā)射體射出電子。為了符合場發(fā)射陰極的需求，場發(fā)射陰極的功函數(shù)與尖端幾何結(jié)構(gòu)越小越好。對于目前場發(fā)射顯示器的電子發(fā)射體的研究方向，多以碳材為主，主要是因為已知金屬錐電子發(fā)射組件的壽命短暫且制作不易，故現(xiàn)今乂7OT多米用具有化學穩(wěn)定性、電傳導性、或低電子親和性的碳材作為發(fā)展對象相關(guān)的碳材有非晶是碳薄膜amorphouscarbonfilm)、鉆石薄膜(diamondfilm)、類鉆碳薄膜(diamond-likecarbonfilm)、以及納米碳,(carbonnanotube)。由于納米碳管具有高的高寬比結(jié)構(gòu)特征，使其擁有低啟始電壓與高電流發(fā)射密度等性質(zhì)，即具有良好的場發(fā)射增強因子，因此成為目前熱門的場發(fā)射電子材料。然而，當納米碳管面臨后續(xù)組件制程的應用時，卻因其納米級結(jié)構(gòu)而難以均勻分散于欲配制的電子發(fā)射漿料中，導致電流分布不均而減少其使用壽命等問題。此外，因納米結(jié)構(gòu)伴隨表面積大的物性，將造成其不穩(wěn)定的因素。因此，納米碳管尚須進行表面改質(zhì)，方可增加場發(fā)射的穩(wěn)定性。類鉆碳主要是由SP3立體結(jié)構(gòu)與SP2平面結(jié)構(gòu)的非晶碳所組成。由于SP3易有負電子親和能與較強的機械性質(zhì)，且SP2具有較佳的導電性質(zhì)，所以兩者所形成的類鉆碳材料可兼具有低電子親和能以及導電性等特色。目前亟需一種可具有良好的場發(fā)射增強因子的類鉆碳的電子發(fā)射材料，其不僅可具有高的高寬比結(jié)構(gòu)特征，且具有低的電子親和力的性質(zhì)。此外，因類鉆碳具有穩(wěn)定的材料特性，可利于后續(xù)組件的制作，以成為良好的電子發(fā)射材料。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種電子發(fā)射源及應用的場發(fā)射顯示器，其是關(guān)于一種電子發(fā)射源其主要是利用片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層作為電子發(fā)射用材料由于本發(fā)明類鉆碳膜的片狀結(jié)構(gòu)的高度約為微米級尺寸，片狀結(jié)構(gòu)的厚度約為納米級尺寸，所以本發(fā)明類鉆碳膜的片狀結(jié)構(gòu)可具有咼的高寬比。本發(fā)明是提供一種電子發(fā)射源，其包括有一基板、以及一沉積于基板表面且具有片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層中，本發(fā)明類鉆碳膜層的片狀結(jié)構(gòu)是排列于基板表面以形成一花瓣圖案，且片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度是介于0.5iim至4.Qixm之間。本發(fā)明還提供一種電子發(fā)射源，包括有一基板、一形成于基板表面的導電層、以及一沉積于導電層表面且具有片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層。其中，本發(fā)明類鉆碳膜層的片狀結(jié)構(gòu)是排列于導電層表面以形成一花瓣圖案，且片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度是介于Q.5nm至4.0ym之間。此外，本發(fā)明又提供一種場發(fā)射顯不器，包括有--含有一螢光粉層、與一陽極層的上基板以及一含有一電子發(fā)射層、與一陰極層的下基板。其中，本發(fā)明的電子發(fā)射層是緊鄰于陰極層，且彼此電性連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)中，類鉆碳膜層片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度可介于0.5um至4.0"m之間；較佳可介于0.9um至2.0nm之間。類鉆碳膜層片狀結(jié)構(gòu)的厚度無限制，較佳可介于o.005um至O.1um之間，更佳可介于O.005um至O.05um之間。于本發(fā)明電子發(fā)射源中，基板使用的材料無限制，較佳可為半導體材料、或玻璃材料較佳具體實施例中，本發(fā)明電子發(fā)射源所使用的基板為玻璃時，該玻璃基板表面可涂覆有一導電層，以使片狀結(jié)構(gòu)的《鉆碳膜層形成于導電層表面。如此，本發(fā)明可由導電層而提供一電流于片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層，以作為電子發(fā)射用。另一較佳具體例中5本發(fā)明電子發(fā)射源適用的基板為一半導體材料，由于基板本身具有電導通性，所以片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層是直接形成于基板表面，即成為一電子發(fā)射源。且，本發(fā)明導電層所適用的材料可為任何可導電材料，較佳可為氧化銦錫氧化鋅、氧化鋅錫、或金屬材料。本發(fā)明的類鑽碳膜的片狀結(jié)構(gòu)無限制，較佳可為長條狀、彎曲片狀。由于片狀結(jié)構(gòu)的主要特點為具有高的高寬比結(jié)構(gòu)，因此，本發(fā)明的類鉆碳薄膜可具有很大的場發(fā)射增強因子，以及低的電子親和力使的成為良好的電子發(fā)射用材料。并且，于本發(fā)明場發(fā)射顯不器中，微米級片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳具有良好的穩(wěn)定性因此無須表面改質(zhì)，即可作為一良好的電子發(fā)射用材料。本發(fā)明電子發(fā)射源可應用任何需求電子發(fā)射的
技術(shù)領(lǐng)域：
，較佳可應用于場發(fā)射組件、場發(fā)射顯示器、或平面光源等的冷陰極發(fā)射源。上述本發(fā)明場發(fā)射顯示器可還包括一介于上基板與下基板間的柵極層，且本發(fā)明柵極層可為習用任一種場發(fā)射顯示器適用的柵極，較佳可為多數(shù)個具有中空孔洞的環(huán)狀柵極。藉此，本發(fā)明柵極層可于指定的時間使每個電子發(fā)射體準確地射出電子。另外，本發(fā)明場發(fā)射顯示器的上基板可還包括一遮光層，且該遮光層可密接于螢光粉層旁，以用來遮除漏光并增加畫面對比。相較于己知納米碳管材料，本發(fā)明所使用的微米級結(jié)構(gòu)的類鉆碳材料可直接生長于基板表面，故有利于制程的應用。同時，本發(fā)明可使用射頻濺鍍法于基板表面沉積類鉆碳薄膜。如此，可實現(xiàn)大面積化制程，以降低制備時間與制作成本。為進一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細說明如后，其中圖1是本發(fā)明一較佳實施例制作類鉆碳膜層時使用的濺鍍反應室的示意圖。圖2a是本發(fā)明一較佳實施例制作的表面具有類鉆碳膜層的基板正面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片圖。圖2b是本發(fā)明一較佳實施例制作的表面具有類鉆碳膜層的基板側(cè)面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片圖。圖3是本發(fā)明一較佳實施例用以測試場發(fā)射效能的二極式裝置示意圖。圖4是實施例3至實施例7所制作的類鉆碳膜層的拉曼(Raman)光譜圖。圖5是實施例3至實施例7所制作的具有類鉆碳膜層的基板的場發(fā)射量測結(jié)果圖。圖6是實施例6所制作的具有類鉆碳膜層的基板的場發(fā)射量測結(jié)果圖。具體實施方式實施例1下述內(nèi)容將說明本發(fā)明一較佳具體實施例的類鉆碳膜層的制作方法，請一并參照圖1所示。圖1是為本實施例制作類鉆碳膜層所使用的濺鍍反應室1Q0的示意圖。首先，提供一用以濺鍍的反應室100，且該反應室100包含一用以加熱基板1的加熱器1Q、一用以承載基板1的承載臺11、一用以施予靶材12電壓的電源器13、以及多數(shù)個用以提供反應氣體的氣體提供單元A、B、C。請注意，本發(fā)明制作類鉆碳膜層時，氣體提供單元可依據(jù)制程需求的氣體條件而增設或減少，并非限于本實施例所述的設備o接著，清潔基板1表面，并且將其置入反應室100的承載臺11上，以固定基板1。其中，本實施例所采用的基板1是為一半導體材的硅晶圓片。利用一抽真空裝置14將反應室l00抽真空至1XI0-5torr以下，并且利用加熱器10將基板1加熱至400。C。然后，由氣體提供單元A、B、C提供反應所需的氣體，并且利用質(zhì)流控制器(massflowcontroller,圖未示)控制各個氣體進入該反應室100的流量。其中，本實施例氣體提供單元A、B、C是分別為一提供氬氣、甲垸、氫氣的氣體供應源。并且，本實施例是由各個氣體供應閥a1、b1、c1并且按制程條件以控制三種氣體是否導入反應室100。其中，本實施例導入反應室10Q的氣體包含有氬氣、甲烷、與氫氣，且其氣體比例為2:1:1。于本例中，當反應氣體導入反應室100后，反應室內(nèi)的壓力約控制在9X-10-3torr。當然，本發(fā)明濺鍍反應的環(huán)境壓力并非限本實施例所述的內(nèi)容，可依據(jù)制程需求而調(diào)整。隨即，以200W射頻功率對石墨靶材12進行30分鐘的預濺鍍(pre-sputtered)反應后，以除去靶材l2表面可能存在的污染物。接著，開啟遮蔽板111，并且對基板1表面進行7Q分鐘的濺鍍反應，以于基板l表面成長一類鉆碳膜層o請參照圖2a與圖2b所示，圖2a是為本實施例制作的表面具有類鉆碳膜層的基板正面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片圖，且圖2b是為本實施例制作的表面具有類鉆碳膜層的基板側(cè)面的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)照片圖。由圖2a與圖2b所示，本實施例所制作的類鉆碳膜層是為彎曲片狀或長條片狀結(jié)構(gòu)，且該等片狀結(jié)構(gòu)于基板l表面排列出--立體的花瓣圖案。其中，本實施例的片狀結(jié)構(gòu)的平均高度約為1ym，且每一片狀結(jié)構(gòu)的平均厚度約為10nm至20nm之間。因此，本實施例所制作的類鉆碳膜層具有高的高寬比結(jié)構(gòu)特征，且本實施例所使用的基板是為一可導電的半導體材料，所以可直接應用于電子發(fā)射源的用途。實施例2場發(fā)射測試將本實施例制作的具有類鉆碳膜層的基板1切割成長寬皆為8mm的測試片3，以作為場發(fā)射測試用。圖3是為本實施例用以測試場發(fā)射效能的二極式裝置(diodeconfiguration)示意圖。于本實施例的場發(fā)射測試中，是將一具有類鉆碳膜層31的測試片3作為一陰極板301，并且將一具有導電層33的基板32作為一陽極板302，其中導電層33為氧化銦錫(IT0)。首先，將陰極板301置入一凹槽35內(nèi)，于凹槽35上方覆蓋有一陽極板3Q2。將該凹槽放置于真空腔體內(nèi)，抽真空至1X10-6torr以下，并且于兩極板301、302間施予一電壓，以量測陰極板301的電子發(fā)射源發(fā)射出的電流量。實施例3至實施例7實施例3至實施例7是相同于實施例1所述的內(nèi)容制作類鉆碳膜層，除了濺鍍制程中所使用的氣體條件不同，其它制程參數(shù)與制作步驟皆相似于實施例1所述內(nèi)容。其中，各個實施例導入不同比例的氫氣是用以控制類鉆碳膜的片狀結(jié)構(gòu)的疏密度。表一將詳列實施例3至實施例7中不同的氣體比例。表<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>圖4是為實施例3至實施例7所制作的類鉆碳膜層的拉曼(Raman)光譜圖。由圖4中可得知，本發(fā)明所制作的類鉆碳膜層是由SP3立體結(jié)構(gòu)與SP2平面結(jié)構(gòu)所組成，因此具有一約為1332cm-1的四面體鉆石結(jié)構(gòu)的吸收峰、以及一約為1580cm-1的平面石墨結(jié)構(gòu)的吸收峰。實施例8場發(fā)射測試實施例3至實施例7所制作的具有類鉆碳膜層的基板，將相同于實施例1所述的二極式量測方法以測試其場發(fā)射效果，且其場發(fā)射測量結(jié)果是如圖5所示。圖中x軸是為施予兩電極板之間的電場值(V/um)，且y軸是為類鉆碳膜層所發(fā)射出的電流密度(uA/cm2)。結(jié)果所示，在濺鍍制程中增加用以蝕刻片狀碳膜的氫氣濃度，而獲得排列密度較低的片狀結(jié)構(gòu)，其場發(fā)射效果較佳。實施例9于本實施例場發(fā)射顯示器結(jié)構(gòu)中，下基板表面是含有鉬/鈦金屬層以作為一陰極層，且本例所使用的基板是為一玻璃材。此外，本例的陰極層表面是具有一圖案化的絕緣層與恤微極層，以暴露出部分的陰極表面，且絕緣層是介于陰極層與柵極層之間，以提供電性隔絕用。將上述的下基板結(jié)構(gòu)置入一濺鍍反應室中并且進行如實施例1所述的濺鍍反應，即能于暴露的陰極表面成長一具-有類鉆碳膜層的電子發(fā)射層。最后，移除柵極表面所沉積的類鉆碳膜層，即獲得本例場發(fā)射顯示器的下基板結(jié)構(gòu)。其中，本實施例類鉆碳膜層所具有的結(jié)構(gòu)特征皆相似于實施例1的類鉆碳膜層結(jié)構(gòu)。圖6為本例的場發(fā)射結(jié)果圖。當施加于兩極板之間的電場越大時，電子發(fā)射源的電流密度越高。此外，由圖6知，施予于陰極層與該柵極層的電壓差由10V至35V遞增時，即能大幅提升場發(fā)射效果。然而，此施加的電壓差亦有所限制，如果己超過組件所負荷的范圍，例如于陰極層與該柵極層間施加40V與50V的壓差，大多數(shù)電子將被吸引至柵極而將造成反效果。綜上所述，本發(fā)明可制作一具有微米級片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳，由于該微米級片狀結(jié)構(gòu)具有高的高寬比的特征，故可成為良好的電子發(fā)射材料，以應用于場發(fā)射組件、場發(fā)射顯示器、或平面光源等的冷陰極發(fā)射源上述實施例僅是為了方便說明而舉例而己，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應以申請專利范圍所述為準，而非僅限于上述實施例。權(quán)利要求1、一種電子發(fā)射源，其特征在于，是包括一基板；以及一具有片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層，是沉積于該基板表面；其中，該類鉆碳膜層的片狀結(jié)構(gòu)是排列于該基板表面以形成一花瓣圖案，且該片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度是介于0.5μm至4.0μm之間。2、如權(quán)利要求1項所述的電子發(fā)射源，其特征在于，其中，該基板是為半導體材料、金屬材料、絕緣材料或玻璃材料。3、如權(quán)利要求1項所述的電子發(fā)射源，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)是為彎曲片狀結(jié)構(gòu)、長條片狀結(jié)構(gòu)、或其組合。4、如權(quán)利要求1項所述的電子發(fā)射源，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)的厚度是介于O.O05um至O.1um之間。5、如權(quán)利要求4項所述的電子發(fā)射源，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)的厚度是介于0.005um至0.05um之間。6、如權(quán)利要求1項所述的電子發(fā)射源，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度是介于0.9um至2.0um之間。7、一種電子發(fā)射源，其特征在于，是包括一基板；一導電層，是形成于該基板表面；以及一具有片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳膜層，是沉積于該導電層表面；其中，該類鉆碳膜層的片狀結(jié)構(gòu)是排列于該導電層表面以形成一花瓣圖案，且該片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度是介于0.5um至4.0um之間。8、如權(quán)利要力《7項所述的電子發(fā)射源，其特征在于，中，il;基板是為圳一導體材料、金屬材料或玻璃材料9、如權(quán)利要-《7項所述的電子發(fā)射源，其特征在于，中，il;導電層是，^氧化銦錫、氧化鋅、氧化鋅錫、或金屬材料、或合金材料。10、如權(quán)利要求7項所述的電子發(fā)射源，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)是為彎曲片狀結(jié)構(gòu)、長條片狀結(jié)構(gòu)、或其組合。11、如權(quán)利要求7項所述的電子發(fā)射源，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)的厚度是介于O.005ym至O.1um之間。12、如權(quán)利要求7項所述的電子發(fā)射源，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)的厚度是介于O.005um至O.05um之間。13、如權(quán)利要求7項所述的電子發(fā)射源，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度是介于0.9tim至2.0ym之間。14、一種場發(fā)射顯示器，其特征在于，是包括一含有一螢光粉層、與一陽極層的上基板；以及一含有一電子發(fā)射層、與一陰極層的下基板，且該電子發(fā)射層是緊鄰于該陰極層；其中，該電子發(fā)射層是包括多數(shù)個微米級片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳，該片狀結(jié)構(gòu)是具有一介于0.5um至4.0ym間的側(cè)面高度，且該等片狀結(jié)構(gòu)的類鉆碳是于該基板表面排列成一花瓣圖案。15、如權(quán)利要求14項所述的場發(fā)射顯示器，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)是為彎曲片狀結(jié)構(gòu)、長條片狀結(jié)構(gòu)、或其組合。16、如權(quán)利要求14項所述的場發(fā)射顯示器，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)的厚度是介于Q.OQ5"m至0.1Pm之間。17、如權(quán)利要求14項所述的場發(fā)射顯示器，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)的厚度是介于O.005ym至O.05tim之間。18、如權(quán)利要求14項所述的場發(fā)射顯示器，其特征在于，其中，該片狀結(jié)構(gòu)的側(cè)面高度是介于0.9um至2.0Pm之間。19、如權(quán)利要求14項所述的場發(fā)射顯示器，其特征在于，還包括一柵極層，是介于該陰極板與該陽極板之間，且該柵極層是為多數(shù)個柵極。20、如權(quán)利要求14項所述的場發(fā)射顯示器，其特征在于，其中，該上基板還包括一遮光層，且該遮光層是密接于該螢光粉層旁。全文摘要本發(fā)明是有關(guān)于一種電子發(fā)射源及應用其的場發(fā)射顯示器，其中作為電子發(fā)射源的類鉆碳膜層具有片狀結(jié)構(gòu)特征，且可于基板表面排列成一花瓣圖案。由于本發(fā)明類鉆碳膜層的片狀結(jié)構(gòu)的高度約為微米級，厚度約為納米級，所以本發(fā)明類鉆碳膜的片狀結(jié)構(gòu)具有高的高寬比，使其具備具良好的場發(fā)射增強因子，易于發(fā)射電子，而成為良好的電子發(fā)射源。并且，本發(fā)明可將該電子發(fā)射源材料應用于場發(fā)射顯示器中，以作為良好且穩(wěn)定的電子發(fā)射源。文檔編號H01J31/12GK101097822SQ200610086779公開日2008年1月2日申請日期2006年6月26日優(yōu)先權(quán)日2006年6月26日發(fā)明者羅吉宗,鄭健民申請人:大同股份有限公司