CN1266733C - 场发射显示元件 - Google Patents

Abstract

一种场发射显示元件，其包括一阴极板、一电阻缓冲层、多个电子发射单元及一阳极板。该电阻缓冲层与该阴极板接触，多个电子发射单元形成在该电阻缓冲层上，该阳极板与该电阻缓冲层之间有一空间区域，荧光粉层涂布在该阳极板上。每一电子发射单元皆由第一部分和第二部分构成，该电阻缓冲层与该电子发射单元的第一部分由氧化硅制成。且该电阻缓冲层与该第一部分的电阻率为渐变分布，越接近阴极板电阻率越大，越接近阳极板电阻率越小，该第二部分的材质为金属铌。当在阴极板与阳极板之间施加发射电压时，从第二部分发射的电子经由电场加速横穿所述空间区域后为阳极板上的荧光粉层接收并发光，因该电阻缓冲层与该第一部分的电阻率呈渐变分布，因而，发射电子所需的发射电压较低。

Description

场发射显示元件

【技术领域】

本发明涉及一种场发射显示元件，特别指一种借助奈米尺度的电子发射单元来实现低能量消耗的场发射显示元件。

【背景技术】

近年来，平面显示器发展迅速，已被广泛的应用于个人计算机、消费性电子产品等领域。目前应用最为普遍的平面显示器是具有高分辨率的主动矩阵液晶显示器，以下简称液晶显示器，其可提供较高的分辨率，因而应用较广，然而，液晶显示器本身固有的局限性致使其不适合于某些应用。例如，液晶显示器于制造方面存在诸多缺点，包括在玻璃面板上沉积无定型硅的速度较慢、良率较低。而且，液晶显示器需要较高能量的背光源，但是，背光源产生的光大部分都被液晶显示器面板吸收或损耗掉，因而造成能量浪费。另外，液晶显示器的显示图像易受环境亮度及视角的限制，即在明亮的环境及在较宽的视角很难看到其图像。此外，液晶显示器的响应时间取决于液晶对所加电场的响应时间，所以，液晶显示器的响应速度相应较慢。典型液晶显示器的响应时间一般为25ms至75ms。上述缺点限制了液晶显示器在许多方面的应用，如高清晰度电视、大型显示器等。另一种较好类型的显示元件为等离子显示器，它较适合于高清晰度显示及大尺寸显示，但是，等离子显示器消耗电能较多，且自身容易产生较多的热量，为其不足之处。

近年来在液晶显示器及等离子显示器之外又发展了其它平面显示器，场发射显示器就是其中的一种，它克服了液晶显示器及等离子显示器的一些缺点，并具有一些重要的优点。例如，场发射显示器与传统薄膜晶体管液晶显示器及等离子显示器相比，具有更高的对比度、更广的视角、更高的亮度、更低的能量损耗、更短的响应时间以及更宽的工作温度范围。

场发射显示器与液晶显示器之间的最大不同点是场发射显示器是利用彩色荧光粉自发光，而不需要采用复杂而耗电的背光源与滤光片，且几乎所有的光都能被使用者看到。而且，场发射显示器不需要使用薄膜晶体管阵列进行驱动。所以，其克服了主动矩阵液晶显示器需配备昂贵的背光源及薄膜晶体管阵列制程良率较低的问题。

场发射显示器是利用尖端放电原理，通过对尖端施加电压，电子从阴极的尖端发出，然后轰击沉积在透明基板背面上的荧光粉而产生图像。发射电流及产生的图像亮度在很大程度上取决于阴极上场发射电子源的发射材料的功函数。所以，欲获得高效的场发射显示器，就必须采用合适的场发射材料。

请参阅图3，为一种现有场发射显示元件11的剖面示意图，该场发射显示元件11在玻璃基板14上沉积一电阻层12，该电阻层12主要是含有无定形硅的薄膜基底，绝缘层16是由绝缘材料组成，如二氧化硅。金属门电极层18沉积在该绝缘层16上，通过蚀刻该金属门电极层18与绝缘层16，产生多个微孔(未标示)，金属微锥21分别形成在该微孔中，阴极22被电阻层12覆盖，其中电阻层12略显导电能力，这一点非常重要，如果金属微尖端21低于该金属门电极18时，该电阻层12可以作为有效的电阻以防止过度的电流流入微尖端21，但应控制该电阻层12的电阻值使之不致完全绝缘，从而确保金属微锥21正常工作。

但是，典型的场发射显示元件需在阴极与阳极间提供一高电压，该电压通常高于1000伏特，使得元件的耗电量极大。

因此，提供一种改进以上缺点的场发射显示元件实为必要。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种低电压、低耗电量的场发射显示元件。

为实现本发明的目的，本发明提供一种场发射显示元件，其包括一阴极板，一电阻缓冲层，该电阻缓冲层与阴极板相连，多个电子发射单元，该多个电子发射单元形成在该电阻缓冲层上，每一电子发射单元均由一连接该电阻缓冲层之第一部分与该第一部分相接的第二部分构成，一阳极板，该阳极板与该电阻缓冲层之间形成一空间，其中，该电阻缓冲层与该第一部分由氧化硅(SiO_X)制成，其中X可根据需要的化学计量比而控制，从而使该电阻缓冲层与电子发射单元的第一部分共同具有一渐变的电阻分布，使最靠近阴极板的电阻最高，而最靠近阳极板的电阻最低。电子发射单元的第二部分由铌组成。当在阴极板与阳极板间施加一发射电压，电子自发射单元发射出，并穿过该空间间距而为阳极板接收。

与现有技术相比较，本发明场发射显示元件的电阻缓冲层与该电子发射单元的第一部分的电阻率为渐变分布，因而所需的发射电压较低，又因本发明的场发射显示元件的电子发射单元的尖端较小，利于尖端放电，因而可降低发射电压并提高发射精度。

【附图说明】

图1是本发明场发射显示元件的剖面示意图；

图2是本发明场发射显示元件的电子发射单元的立体图；

图3是现有技术场发射显示元件的剖面示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1，本发明的场发射显示元件1包括一第一基板10、一由导电材料制成并形成在第一基板10上的阴极板20、一与阴极板20相连的电阻缓冲层30、形成在电阻缓冲层30上的多个电子发射单元40、一与该多个电子发射单元40间隔一定空间间距的阳极板50和一第二基板60。

该第一基板10包含一玻璃基底101和一硅薄膜层102，该硅薄膜层102形成在玻璃基底101上，该硅薄膜层102具粘结特性，可提供阴极板20与玻璃基底101的有效连接。

请配合参阅图2，每一电子发射单元40均由一与电阻缓冲层30相接触的柱状第一部分401和一远离电阻缓冲层30的圆锥状第二部分402构成，第一部分401与电阻缓冲层30相接触且均由氧化硅(SiO_X)制成，其中X可根据需要的化学计量比而加以控制，在较佳实施方式中，控制X值可确保电阻缓冲层30与第一部分401的电阻率共同具有一渐变的电阻分布，使得最靠近阴极板20的电阻最高，而最靠近阳极板50的电阻最低。该圆锥状第二部分402形成在第一部分401上，由铌制成。

在较佳实施方式中，每个柱状第一部分401的直径为5～50纳米，长度为0.2～2微米，第二部分402的底端直径为5～50纳米，与第一部分401的直径大小一致，而尖端直径则为0.3～2纳米。

在较佳实施方式中，该电阻缓冲层30及电子发射单元40可通过化学气相沉积、等离子辅助化学气相沉积或其它一些合适的化学、物理沉积方法，如反应溅射、离子束溅射、双离子束溅射以及其它一些适合生长的放电方法预先形成。该电子发射单元40的第一部分401及第二部分402可通过电子束蚀刻或其它一些合适的蚀刻方法形成。

在本发明的另一实施方式中，电阻缓冲层30与第一部分401的电阻率不限于一个渐变分布，也可为多个渐变分布或渐变与恒值交替分布。

阳极板50形成在第二基板60上，包括涂布有荧光粉层501的透明电极502。该透明电极502允许光通过。该透明电极502可包括铟锡氧化物类透明材质。当电子发射单元40的第二部分402发射的电子撞击该荧光粉层501时，荧光粉层501发光。第二基板60是透光材料制成，如玻璃。

场发射显示元件1工作时，在阴极板20与透明电极502间施加一发射电压，电子将从电子发射单元40的第二部分402发射出来，并穿越一空间区域到达阳极板50，经荧光粉层501吸收并发光，所发的光透过透明电极502与第二基板60而产生图像。

由于电阻缓冲层30和第一部分401的电阻率为渐变分布，且第二部分402的尖端尺寸很小，因而阴极板20与透明电极502间仅需一较低的发射电压，电子便可从第二部分402发射出来，从而降低电量的消耗，同时可准确可靠的发射电子。

Claims (8)

1.一种场发射显示元件，其包括一阴极板，一与阴极板相连的电阻缓冲层，多个形成在电阻缓冲层上的电子发射单元，各电子发射单元均由一连接该电阻缓冲层的第一部分及与该第一部分相接的第二部分构成，一与该多个电子发射单元间隔一定空间间距的阳极板，其特征在于：该电阻缓冲层与该第一部分由氧化硅制成，该电阻缓冲层和该第一部分的电阻率至少有一部分从电阻缓冲层至该第一部分递减分布，该第二部分由金属铌制成。

2.如权利要求1所述的场发射显示元件，其特征在于该第一部分为柱状结构，且该第一部分直径为5～50纳米。

3.如权利要求2所述的场发射显示元件，其特征在于该第一部分长度为0.2～2微米。

4.如权利要求1所述的场发射显示元件，其特征在于该第二部分为圆锥形结构，且锥形顶端直径为0.3～2纳米。

5.如权利要求1所述的场发射显示元件，其特征在于该阳极板由一涂覆荧光粉层的透明电极构成。

6.如权利要求5所述的场发射显示元件，其特征在于该透明电极包含铟锡氧化物。

7.如权利要求1所述的场发射显示元件，其特征在于该阴极板形成在一第一基板上，该阳极板形成在一第二基板上，该第一基板及第二基板为玻璃。

8.如权利要求7所述的场发射显示元件，其特征在于该阴极板与第一基板之间设有硅薄膜。

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