TW201546859A

TW201546859A - 場發射發光裝置及其方法

Info

Publication number: TW201546859A
Application number: TW103119770A
Authority: TW
Inventors: Yi-Tsung Chang; jia-sheng Wang; Yun-Jhung Chih
Original assignee: Yi-Tsung Chang
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2015-12-16
Also published as: CN104217919A

Abstract

本發明係揭露一種場發射發光裝置，其包含第一基板、第二基板、微通道板、閘極層、陽極層及螢光層。第二基板對應第一基板。微通道板設於該第一基板及該第二基板之間。閘極層設於第一基板及微通道板之間，且具有石墨烯場發射元件。陽極層設於第二基板及微通道板之間。螢光層設於微通道板及陽極層之間。

Description

場發射發光裝置及其方法

【0001】

本發明是有關於一種場發射發光裝置及其方法，特別是有關於一種以石墨烯為場發射源，並藉由微通道板增加電流之場發射發光裝置及其方法。

【0002】

習知的電子發射形式主要可以分為電子場發射(Electron field emission)、熱電子發射(Electron thermionic emission)、光電子發射(Photo electron emission)以及二次電子發射(Secondary electron emission)，而其中電子場發射之原理與其他三者較為不同。

【0003】

其中，熱電子發射、光電子發射和二次電子發射之原理，均需要使發射物體之內部電子獲得熱能、光子能量和二次電子能量，使其被激發之後獲得較大的動能，能以克服物體與真空之間的表面能障。

【0004】

而，電子場發射之原理則是透過外加電場來改變物體與真空之間的表面能障，當外加電場足夠大時，會改變物體表面真空能帶的分佈，使其高度降低、寬度變窄，而形成一個較薄的表面能障，此時物體內部之電子便不需要其他的能量激發，便可提升電子穿隧表面能障，而達到真空中的機率。

【0005】

然，場發射元件雖反應速度快，且具有功率消耗小之優點，但仍需藉由高壓才能驅動，因此，習知的場發射元件還有需要改善之空間。

【0006】

有鑒於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種場發射發光裝置及其方法，以解決習知場發射發光裝置所待改善之問題。

【0007】

根據本發明之目的，提出一種場發射發光裝置，其包含第一基板、第二基板、微通道板、閘極層、陽極層及螢光層。第二基板對應第一基板配置。微通道板設於第一基板及第二基板之間，且具有複數個電子通道。閘極層設於第一基板及微通道板之間，且具有至少一開孔以容置石墨烯場發射元件。陽極層設於第二基板及微通道板之間。螢光層設於微通道板及陽極層之間。

【0008】

較佳地，微通道板之複數個電子通道之內壁可塗覆金屬或半導體材料。

【0009】

較佳地，陽極層可為銦錫氧化物電極層或銦鋅氧化物電極層。

【0010】

較佳地，螢光層可藉由旋塗法或熱轉印法將螢光粉塗於陽極層上而形成。

【0011】

根據本發明之目的，再提出一種場發射發光方法，其包含下列步驟：提供電壓予閘極層及陽極層，以使電子從石墨烯場發射元件中游離出。提供複數個電子通道使電子通過。經由電子反覆碰撞複數個電子通道，以使電子數量倍增。藉由倍增之電子連續碰撞螢光層，以使螢光層發光。

【0012】

較佳地，場發射發光方法更可包含下列步驟：塗覆金屬或半導體材料於複數個電子通道之內壁。

【0013】

【0014】

較佳地，場發射發光方法更可包含下列步驟：藉由旋塗法或熱轉印法將螢光粉塗於陽極層上以形成螢光層。

【0015】

綜上所述，本發明之場發射發光裝置及其方法可藉由石墨烯作為場發射源，以降低場發射裝置之起始電壓；且，藉由微通道板作為電子倍增管，當電子通過微通道板時，微通道板之軸向電場將使電子多次碰撞通道壁，進而使電子數量倍增。

【0036】

11‧‧‧第一基板
12‧‧‧第二基板
13‧‧‧微通道板
131‧‧‧電子通道
14‧‧‧閘極層
140‧‧‧石墨烯場發射元件
141‧‧‧開孔
15‧‧‧陽極層
16‧‧‧螢光層
S21至S26‧‧‧步驟

【0016】

第1圖係為本發明之場發射發光裝置之示意圖。
第2圖係為本發明之場發射發光方法之流程圖。
第3圖係為本發明之石墨烯拉曼光譜圖。
第4圖係為本發明之場發射電流圖。
第5圖係為本發明之Fowler-Nordheim圖。
第6圖係為本發明之螢光光譜圖。

【0017】

為利貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合圖式，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

【0018】

請參閱第1圖，其係為本發明之場發射發光裝置之示意圖。如圖所示，本發明之一種場發射發光裝置，其包含第一基板11、第二基板12、微通道板13、閘極層14、陽極層15及螢光層16。第二基板12對應第一基板11而相對第一基板11配置。微通道板13設於第一基板11及第二基板12之間，且具有複數個電子通道131。閘極層14設於第一基板11及微通道板13之間，且具有至少一開孔141以容置石墨烯場發射元件140。陽極層15設於第二基板12及微通道板13之間。螢光層16設於微通道板13及陽極層15之間。

【0019】

續言之，本發明係以石墨烯作為場發射源，而石墨烯本身係具有高導熱係數(thermal conductivity)、高穿透率(transmittance)、低電阻率(Resistivity)及高電子遷移率(electron mobility)等特性；此外，在場發射源應用中，石墨烯相較於其他材料具有更大的深寬比(aspect ratio)，藉此，石墨烯場發射元件140可降低起始電壓。

【0020】

而，微通道板13係為一種特殊光學纖維元件，亦為一種電子倍增器，其具有體積小、重量輕、增益高等優點；進一步地，其可使電子高速撞擊在內壁（通道）上的金屬或半導體材料，而使電子能成倍增加，更甚之，可達到萬倍以上的電子增流。

【0021】

更仔細地說，於微通道板13的每個內壁上都塗有一種能發射次級電子的金屬或半導體材料 (如鎳，但不以此為限)，當微通道板13加了一定電壓後，就會在每個通道中產生均勻的軸向電場，因此，可使進入軸向電場的低能電子與微通道板13之內壁進行碰撞而產生次級電子；接著，產生之二次電子繼續藉由軸向電場而加速並碰撞內壁，以產生更多的新二次電子。有此可知，當射出一入射電子至微通道板13中之後，微通道板13之輸出端將會產生許多電子；換言之，每個微通道就是一個電子倍增管。

【0022】

補充一提的是，陽極層15可為銦錫氧化物電極層或銦鋅氧化物電極層。而，螢光層16則是可藉由旋塗法或熱轉印法將螢光粉塗於陽極層15上而形成。

【0023】

儘管前述在說明本發明之場發射發光裝置的過程中，亦已同時說明本發明之場發射發光方法的概念，但為求清楚起見，以下另繪示流程圖詳細說明。

【0024】

請參閱第2圖，其係為本發明之場發射發光方法之流程圖。如圖所示，本發明之場發射發光方法係包含下列步驟：

【0025】

在步驟S21中：塗覆金屬或半導體材料於複數個電子通道之內壁。

【0026】

在步驟S22中：藉由旋塗法或熱轉印法將螢光粉塗於陽極層上以形成螢光層。

【0027】

在步驟S23中：提供電壓予閘極層及陽極層，以使電子從石墨烯場發射元件中游離出。

【0028】

在步驟S24中：提供複數個電子通道使電子通過。

【0029】

在步驟S25中：經由電子反覆碰撞複數個電子通道，以使電子數量倍增。

【0030】

在步驟S26中：藉由倍增之電子連續碰撞螢光層，以使螢光層發光。

【0031】

請參閱第3圖，其係為本發明之石墨烯拉曼光譜圖。如圖所示單層石墨烯及雙層石墨烯之拉曼位移(Raman shift)大約在1580 cm−1及2700 cm−1,其表示為G及2D之波峰，G波峰主要為判斷石墨化結構特性，而2D波峰主要為判斷石墨烯的層數，以2D之波峰與G波峰強度進行計算，以I2D/IG之計算結果作為判斷石墨烯層數之依據。

【0032】

請參閱第4及5圖；第4圖係為本發明之場發射電流圖；第5圖係為本發明之Fowler-Nordheim圖。如圖所示，第5圖中，係以Fowler-Nordheim等式驗證其量測到的電流是否為場發射電流，而對應其結果之圖上線段若為線性即為場發射電流，而非漏電流。

【0033】

請參閱第6圖，其係為本發明之螢光光譜圖。如圖所示，該螢光光譜於本實施例中係以綠光為例，進而，係將綠光螢光粉旋塗或熱轉印於玻璃基板上，使其形成之螢光層16受電子撞擊時產生綠色螢光。

【0034】

【0035】

綜觀上述，本發明之場發射發光裝置及其方法乃為習知技術所不能及者，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯然已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

無

11‧‧‧第一基板

12‧‧‧第二基板

13‧‧‧微通道板

131‧‧‧電子通道

14‧‧‧閘極層

140‧‧‧石墨烯場發射元件

141‧‧‧開孔

15‧‧‧陽極層

16‧‧‧螢光層

Claims

【第1項】

一種場發射發光裝置，其包含：
一第一基板；
一第二基板，係對應該第一基板配置；
一微通道板，係設於該第一基板及該第二基板之間，且具有複數個電子通道；
一閘極層，係設於該第一基板及該微通道板之間，且具有至少一開孔以容置一石墨烯場發射元件；
一陽極層，係設於該第二基板及該微通道板之間；以及
一螢光層，係設於該微通道板及該陽極層之間。
【第2項】

如申請專利範圍第1項所述之場發射發光裝置，其中該微通道板之該複數個電子通道之內壁係塗覆金屬或半導體材料。
【第3項】

如申請專利範圍第1項所述之場發射發光裝置，其中該陽極層係為銦錫氧化物電極層或銦鋅氧化物電極層。
【第4項】

如申請專利範圍第1項所述之場發射發光裝置，其中該螢光層係藉由旋塗法或熱轉印法將螢光粉塗於該陽極層上而形成。
【第5項】

一種場發射發光方法，其包含下列步驟：
提供一電壓予一閘極層及一陽極層，以使電子從一石墨烯場發射元件中游離出；
提供複數個電子通道使電子通過；
經由電子反覆碰撞該複數個電子通道，以使電子數量倍增；以及
藉由倍增之電子連續碰撞一螢光層，以使該螢光層發光。
【第6項】

如申請專利範圍第5項所述之場發射發光方法，其更包含下列步驟：
塗覆金屬或半導體材料於該複數個電子通道之內壁。
【第7項】

如申請專利範圍第5項所述之場發射發光方法，其中該陽極層係為銦錫氧化物電極層或銦鋅氧化物電極層。
【第8項】

如申請專利範圍第5項所述之場發射發光方法，其更包含下列步驟：
藉由旋塗法或熱轉印法將螢光粉塗於該陽極層上以形成該螢光層。