CN1229840C - 场发射显示器件 - Google Patents

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Abstract

一种场发射显示器件(1)依次包括一阴极板(20)、一电阻缓冲层(30)、多个电子发射体(40)及一阳极板(50)，该阳极板(50)与电子发射体(40)之间有一定空隙区域，电阻缓冲层与电子发射体均含有碳材料，且每一电子发射体均为纳米棒。组合电阻缓冲层与电子发射体的电阻系数呈现渐变分布，邻近阴极板的电阻系数最高，而邻近阳极板的电阻系数最小。当在阴极板与阳极板之间施加发射电压，电子发射体发射电子，发射的电子穿过空隙区域后由阳极板接收。由于电阻系数的渐变分布，因此只需要较低的发射电压。

Description

场发射显示器件
【技术领域】
本发明是关于一种场发射显示器件(FED)，尤其是关于一种具低能耗、纳米尺寸电子发射体的场发射显示器件。
【背景技术】
近年来平板显示器件在电子领域得到广泛发展与应用，例如个人计算机。主动矩阵式液晶显示器件(LCD)由于分辨率高，而较受欢迎。然而，液晶显示器件由于本身缺陷不适于大范围应用，例如制程上的缺陷。这包括无定型硅涂覆玻璃板时沉积过程慢、制程复杂及成品率低。另，液晶显示器件需要一荧光背光源，该背光源吸收能量高，然而产生的光能大部分并未用于显示，利用率不高。液晶显示器件在强光条件下难以看到图像，且视角小。而且液晶显示器件的响应时间取决于液晶对所施加电场的响应时间，因此液晶显示器件的响应时间长。通常液晶显示器件的响应时间范围为25ms～75ms。上述缺陷使得液晶显示器件的应用受到限制，例如其不能应用于高清晰度电视(HDTV)与大型显示器件。而适于高清晰度电视(HDTV)与大型显示器件的等离子显示器件却能耗太大，且产生过多的热量。
近年来在液晶显示器件与等离子显示器件的基础上又开发其它类型的平板显示器件，场发射显示器件即为其中一种，它克服现有液晶显示器件与等离子显示器件的局限，具优异的特点。与现有薄膜晶体管液晶显示器件(TFT-LCD)及等离子显示器件相比，场发射显示器件对比系数高、视角宽、亮度高、能耗低、响应时间短且工作温度范围宽。
场发射显示器件与液晶显示器件的显著不同之处在于场发射显示器件利用彩色荧光粉自身产生光源，不需要复杂而又消耗能量的背光源与滤波片。观察者能看到场发射显示器件产生的所有光，而无需薄膜晶体管阵列。因此主动矩阵液晶显示器件的光源成本高和成品率低的问题得到解决。
场发射显示器件阴极端部在电场作用下发射电子，发射的电子撞击透明基体后部的荧光材料，从而产生图像。电子发射的发射电流与显示亮度取决于阴极场发射源发射材料的功函数。现有场发射显示器件采用金属微尖端作为发射材料，然而，很难精确制造作为场发射源的极小金属微尖端。除此之外，为确保金属微尖端连续精确工作，其内部必须保持10-7托的真空度，如此高的真空度大大增加生产成本。另，一般场发射显示器件需要在阴极与阳极之间施加一超过1000V的高电压。
碳纳米管由于可以克服现有场发射源的缺陷，所以近来受到越来越多的观注。美国专利第6,339,281号揭示一种采用碳纳米管作为电子发射体的场发射显示器件。请参照图5，场发射显示器件依次包括玻璃基体91、阴极92、基层93、催化剂层94与碳纳米管95。基层93的材料导电性好，其可为阴极92与碳纳米管95提供良好的电接触。但是，在电场作用下，碳纳米管95与基层93同时发射电子，难以控制电子发射，影响显示质量。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一低能耗、可精确可靠发射电子的场发射显示器件。
本发明的目的是这样实现的，提供一场发射显示器件，其依次包括一阴极板、一电阻缓冲层、多个电子发射体及一阳极板，电阻缓冲层与电子发射体均含有碳材料，且该阳极板与电子发射体之间有一定空隙区域，其中电阻缓冲层的电阻系数有一渐变分布，邻近阴极板的电阻系数最大，而邻近阳极板的电阻系数最小。在阴极板与阳极板之间施加发射电压，电子发射体发射电子，发射出的电子穿过空隙区域后由阳极板接收。
本发明的目的也可这样实现，提供一场发射显示器件，其依次包括一阴极板、一电阻缓冲层、多个电子发射体及一阳极板，该阳极板与电子发射体间有一定的空隙区域，电阻缓冲层与电子发射体均含有碳材料。电阻缓冲层与电子发射体之整体或部分电阻系数呈渐变分布，邻近阴极板的电阻系数最大，而邻近阳极板的电阻系数最小。在阴极板与阳极板之间施加发射电压，电子发射体发射电子，发射出的电子穿过空隙区域后由阳极板接收。由于电阻呈渐变分布，所以只需要较低的发射电压。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：由于电阻呈渐变分布，发射电子所需电压低，所以能耗低，且由于有电阻缓冲层阻止阴极发射电子，所以电子的发射精确可靠。
【附图说明】
图1是本发明场发射显示器件第一实施例的剖面图；
图2是本发明场发射显示器件第一实施例中电子发射体的放大立体图；
图3是本发明场发射显示器件第二实施例中电子发射体的放大立体图；
图4是本发明场发射显示器件第三实施例中电子发射体的放大立体图；
图5是现有采用碳纳米管的场发射显示器件的侧视图。
【具体实施方式】
请参阅图1，本发明第一实施例的场发射显示器件1依次包括一第一基体10、一由导电性材料构成的阴极板20、一电阻缓冲层30、多个平行设置的电子发射体40、一阳极板50及一第二基体60，其中电子发射体40与阳极板50具一定距离，从而在电子发射体40与阳极板50之间具有一定的空隙区域(未标示)。
第一基体10包括一玻璃板101及一硅薄膜102。硅薄膜102形成于玻璃板101上，为玻璃板101与阴极板20提供有效接触。电阻缓冲层30位于阴极板20上，当在阴极板20与阳极板50施加发射电压后，电阻缓冲层30可阻止阴极板20发射电子。
请一并参阅图2，每一电子发射体40均为纳米棒。电子发射体40包括一棒状第一部分401及一锥台形第二部分402，第一部分401邻近电阻缓冲层30，而第二部分402远离电阻缓冲层30。在第一实施例中，电子发射体40与电阻缓冲层30均含有碳材料。该碳材料包括高电阻的金刚石材料与低电阻的石墨材料。从电阻缓冲层30的邻近阴极板20部分开始到电子发射体40的第二部分402远端止，电阻缓冲层30与电子发射体40的电阻系数逐渐减小。即在高电阻系数的电阻缓冲层30到半导电性的第二部分402远端范围内，电阻系数呈现渐变分布。因此，只需要较小的电压，电子发射体40就可发射电子。在第一实施例中，每一电子发射体40的第一部分401具微结构，该微结构是直径为5～10nm的棒状结构，长度为0.2～2.0μm。电子发射体40的第二部分402亦为微结构，其在第二部分402远端具圆形开口(未标示)，该圆形开口直径为0.3～2.0nm。在第一实施例中，电阻缓冲层30与电子发射体40可以采用化学气相沉积(CVD)、等离子加强化学气相沉积(PECVD)预形成，或其它化学-物理沉积方法如反应溅射、离子束溅射、双离子束溅射与其它弧光放电方法。同时电子发射体40亦可采用电子束蚀刻或其他方法制成。
请参阅图3所示的本发明第二实施例电子发射体40’。该电子发射体40’为单壁碳纳米管的微结构。壁厚度为0.3～2.0nm，较佳范围为0.5～1.0nm，长度范围为0.2～2.0μm。电子发射体40’电阻系数均匀分布。然而，电阻缓冲层30从远离到邻近电子发射体40’方向上，电阻系数逐渐减小。即从远离电子发射体40’的高电阻系数到邻近电子发射体40’的半导电性范围内，缓冲层电阻系数呈现渐变分布。在本发明第二实施例中，电阻缓冲层30可以采用化学气相沉积(CVD)、等离子加强化学气相沉积(PECVD)预形成，或其它化学-物理沉积方法如反应溅射、离子束溅射、双离子束溅射与其它弧光放电方法。电子发射体40’可采用化学气相沉积(CVD)、等离子加强化学气相沉积(PECVD)、等离子弧光放电或激光沉积等方法形成于电阻缓冲层30之上。
请参阅图4所示的本发明第三实施例电子发射体40”。该电子发射体40”为多壁碳纳米管的微结构。壁厚度为5～50nm，较佳范围为10～20nm，长度范围为0.2～2.0μm。电子发射体40”电阻系数均匀分布。然而，电阻缓冲层30从远离到邻近电子发射体40”方向上，电阻系数逐渐减小。即从远离电子发射体40”的高电阻系数到邻近电子发射体40”的半导电性范围内，缓冲层电阻系数呈现渐变分布。在该实施例中，电阻缓冲层30可以采用化学气相沉积(CVD)、等离子加强化学气相沉积(PECVD)预形成，或其它化学-物理沉积方法如反应溅射、离子束溅射、双离子束溅射与其它弧光放电方法。电子发射体40”可采用化学气相沉积(CVD)、等离子加强化学气相沉积(PECVD)、等离子弧光放电或激光沉积等方法形成于电阻缓冲层30之上。
本发明的第四实施例中，电阻缓冲层30和电子发射体40中至少一个电阻系数呈现渐变分布。
阳极板50形成于玻璃材料的第二基体60上，该阳极板50包括荧光层501及透明电极502，其中荧光层501涂覆于透明电极502上。透明电极502可为铟锡氧化物(ITO)。荧光层501由于受到电子发射体40发射的电子的轰击而发光。
场发射显示器件1的操作步骤包括：在阴极板20与阳极板50之间施加发射电压，该发射电压使得电子发射体40发射电子，电子穿过电子发射体40与阳极板50之间之空隙区域后被荧光层501吸收，使得荧光层501发光由此产生图像。由于电极502与第二基体60均为透明，所以观察者能够在第二基体一侧观察到图像。

Claims (10)

1.一种场发射显示器件，其依次包括：一阴极板、一电阻缓冲层、多个电子发射体及一阳极板，电阻缓冲层与电子发射体均含有碳材料，且该阳极板与电子发射体之间有一定空隙区域，其特征在于：电阻缓冲层的电阻系数有一渐变分布，邻近阴极板的电阻系数最大，而邻近阳极板的电阻系数最小。
2.如权利要求1所述的场发射显示器件，其中每一电子发射体均包括一第一部分及一第二部分，该第一部分邻近电阻缓冲层，而第二部分远离电阻缓冲层。
3.如权利要求2所述的场发射显示器件，其中该第一部分为纳米棒的微结构，直径范围为5～50nm，该第二部分为锥台形微结构。
4.如权利要求3所述的场发射显示器件，其中该第一部分的纳米棒长度为0.2～2.0μm。
5.如权利要求3所述的场发射显示器件，其中该锥台形微结构包括一远离第一部分的开口，该开口的直径范围为0.3～2.0nm。
6.如权利要求1所述的场发射显示器件，其中每一电子发射体均为单壁纳米管的微结构。
7.如权利要求6所述的场发射显示器件，其中该纳米管的壁厚范围为0.3～2.0nm。
8.如权利要求第1项所述的场发射显示器件，其中每一电子发射体均为多壁纳米管的微结构。
9.如权利要求8所述的场发射显示器件，其中该纳米管的壁厚范围为5～50nm。
10.一种场发射显示器件，其包括：一阴极板、一电阻缓冲层、多个电子发射体及一阳极板，电阻缓冲层与电子发射体均含有碳材料，且该阳极板与电子发射体之间有一定空隙区域，其特征在于：电阻缓冲层与电子发射体二者之整体或部分电阻系数呈现渐变分布，邻近阴极板的电阻系数最大，而邻近阳极板的电阻系数最小。
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