一种场发射显示元件的制作方法

专利名称：一种场发射显示元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种场发射显示元件，尤指一种借助纳米尺度电子发射子以实现低能量消耗的场发射显示元件。
背景技术：
近年来平板显示器已被广泛的发展与应用于个人计算机等电子领域。一种最普遍的平板显示器是具有高分辨率的主动矩阵液晶显示器。然而，液晶显示器本身固有的一些性质致使其不适合于很多应用。例如，液晶显示器具有许多制造上的不足，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，液晶显示器需要背光源，但是，背光源产生的能量大部分都不能被利用而造成能量浪费。再者，液晶显示器之显示图像受环境亮度及视角的限制，即在明亮的环境和在较宽的视角很难看到其图像。另外，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。以上的不足限制了液晶显示器在许多方面的应用，例如，高清晰度电视、大型显示器等。等离子体显示器技术则更适合于高清晰度电视及大型显示器。但是，等离子体显示器消耗电量较多，且等离子体显示器本身产生的热量太多。
近年来在液晶显示器及等离子体显示器基础上又发展了其它平板显示器。如平板场发射显示器，克服了液晶显示器及等离子体显示器的一些不足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(TFT-LCDs)及等离子体显示器相比，具有更高的对比度、更广的视角、更高的亮度、更低的能量消耗、更短的响应时间以及更宽的工作温度。
场发射显示器与液晶显示器最重要的一点不同为，场发射显示器运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，克服了主动矩阵液晶显示器的昂贵的背光源及低良率问题。
场发射显示器中，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皆在很大程度上取决于阴极上场发射电子源的发射材料的工作函。因此，要得到高效的场发射显示器，就必须采用合适的场发射材料。
图3是传统场发射显示元件11的示意性侧视图。该场发射装置11通过在玻璃基底14上沉积一电阻层12而形成。该电阻层12主要含有无定型硅。一由介电材料，如SiO2形成之绝缘层16及一金属门极层18一起沉积并通过蚀刻而形成多个微洞(未标示)。金属微尖端21分别形成在微洞内。一阴极结构22被电阻层12所包覆。该电阻层12位于绝缘层16下，但该电阻层12仍然具有一定传导性。如果微尖端21低于该金属门电极18时，能否控制电阻层12的电阻使之不致完全绝缘，但仍然可以作为有效的电阻以防止过度的电流是非常重要的。
该场发射显示元件仍具以下缺陷。首先，精确制备超细金属微尖端21来作为电子发射源相当困难。其次，非常必要使电子管内部保持高真空环境(大约10-7托)，以确保微尖端21的连续工作精确性。而维持此高真空则会大大增加制造成本。再者，典型场发射显示元件需在阴极与阳极间提供一高电压，通常高于1000伏特。

发明内容本发明的目的在于提供一种低耗电量并可准确可靠发射电子的场发射显示元件。
本发明的目的是这样实现的提供一场发射显示元件，其包括一阴极、一与阴极相连的缓冲层、多个形成在缓冲层上的电子发射子及一与该多个发射子间隔一定空间间距的阳极。每个发射子包括一与该缓冲层相连的第一部分。该缓冲层与至少部分发射子的第一部分由硅的碳化物(SiCx)制成，该缓冲层和该第一部分共同包括至少一渐变的电阻分布，且电阻最高的部分靠近阴极，而电阻最低的部分靠近阳极。
本发明的目的还可以通过在上述场发射显示元件的缓冲层形成至少一渐变的电阻分布，使最靠近阴极部分的电阻最高，而最靠近阳极部分的电阻最低而实现。
与现有技术相比较，本发明场发射显示元件通过在缓冲层与发射子的第一部分共同形成至少一渐变的电阻分布，使最靠近阴极部分的电阻最高，而最靠近阳极部分的电阻最低，故，仅需在阴极与阳极间提供一较低的发射电压即可使电子从发射子的第二部分发射出，从而降低电量的消耗，同时可准确可靠发射电子。
同样与现有技术相比较，本发明场发射显示元件通过在缓冲层形成至少一渐变的电阻分布，使最靠近阴极部分的电阻最高，而最靠近阳极部分的电阻最低，故，仅需在阴极与阳极间提供一较低的发射电压即可使电子从发射子的第二部分发射出，从而降低电量的消耗，同时可准确可靠发射电子。

图1是本发明场发射显示元件的示意性剖面图。
图2是本发明场发射显示元件的一个发射子的放大立体图。
图3已知场发射显示元件的示意性侧视图。
具体实施方式
请参照图1，本发明场发射显示元件包括一第一基底10、一由导电材料制成并形成在第一基底10上的阴极20、一与阴极20相连的缓冲层30、形成在缓冲层上的多个发射子40、一与该多个发射子40间隔一定空间间距的阳极50及一第二基底60。
该第一基底10包括一玻璃板101和一硅层102。该硅层102形成在该玻璃板101上，以提供该玻璃板101与阴极20更有效连接。
请一并参阅图2，每个发射子40包括一形成在缓冲层30上的柱状第一部分401和一远离缓冲层30的圆锥状第二部分402。该缓冲层30和该第一部分401由硅的碳化物(SiCx)制成，其中X可根据需要的化学计量比而控制。在本实施例中，X被控制以使该缓冲层30和该第一部分401共同形成一个或多个渐变的电阻分布，使电阻最高的部分靠近阴极20，电阻最低的部分靠近阳极50。该第二部分402分别形成在第一部分401上，并由铌(Nb)制成。
在本实施例中，每个第一部分401的柱状微结构，其直径为5至50纳米，长度为0.2至2.0纳米。每个第二部分402的圆锥状微结构的末端包括一环形上表面(未标示)，该上表面的直径为0.3至2.0纳米。该缓冲层30和发射子40可通过化学气相沉积(CVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)或其他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他一些适合的生长方法预先形成。该第一部分401和第二部分402可通过电子束蚀刻或其他一些合适的蚀刻方法形成。
本发明另外一个可替代的实施例中，通过改变化学计量比仅使该缓冲层30形成一个或多个渐变的电阻分布，但仍然使电阻最高的部分靠近阴极20，电阻最低的部分靠近阳极50。
该阳极50形成在第二基底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(ITO)类透明材质。该荧光粉层501在吸收由发射子40的第二部分402发出的电子后会发出荧光。该第二基底60最好由玻璃制成。
本发明的场发射显示元件1工作时，一发射电压加在阴极20和阳极50间使电子从多个发射子40的第二部分402发出。该电子穿过多个发射子40和阳极50间的空间间距后被荧光粉层501吸收。荧光粉层501发出荧光而产生图像。
权利要求
1.一种场发射显示元件，其包括一阴极、一形成在阴极上的缓冲层、多个排列在缓冲层上的发射子和一与发射子相隔一定间距的阳极，每个发射子包括一与该缓冲层相连的第一部分，其特征在于，该缓冲层和至少部分发射子的第一部分由硅的碳化物制成，该缓冲层和该第一部分共同包括至少一渐变的电阻分布，且电阻最高的部分靠近阴极，电阻最低的部分靠近阳极。
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包括一基本呈柱状的微结构，该微结构的直径为5至50纳米，长度为0.2至2.0纳米。
3.如权利要求1所述的场发射显示元件，其特征在于该每一发射子进一步包括一由铌制成的第二部分，该第二部分和发射子的第一部分相连。
4.如权利要求3所述的场发射显示元件，其特征在于该每一发射子的第二部分包括一基本呈圆锥状的微结构，该微结构包括一上表面，该上表面的直径为0.3至2.0纳米。
5.如权利要求1所述的场发射显示元件，其特征在于该阳极包括一涂有荧光粉的透明电极，该透明电极包括铟锡氧化物。
6.如权利要求1所述的场发射显示元件，其特征在于该阴极包括玻璃，其形成在一第一基底上，该阳极包括玻璃，其形成在一第二基底上。
7.如权利要求6所述的场发射显示元件，其特征在于在该第一基底进一步包括一硅层。
8.一种场发射显示元件，其包括一阴极、一形成在阴极上的缓冲层、多个排列在缓冲层上的发射子和一与发射子相隔一定间距的阳极，每个发射子包括一与该缓冲层相连的第一部分，其特征在于，该缓冲层和至少部分发射子的第一部分由硅的碳化物制成，该缓冲层包括至少一渐变的电阻分布，且电阻最高的部分靠近阴极，电阻最低的部分靠近阳极。
9.如权利要求8所述的场发射显示元件，其特征在于该每一发射子进一步包括一由铌制成的第二部分，该第二部分与发射子的第一部分相连。
10.如权利要求8所述的场发射显示元件，其特征在于该第一部分包括一基本呈柱状的微结构，该微结构的直径为5至50纳米，长度为0.2至2.0纳米。
11.如权利要求9所述的场发射显示元件，其特征在于该每一发射子的第二部分包括一基本呈圆锥状的微结构，该微结构包括一上表面，该上表面的直径为0.3至2.0纳米。
全文摘要
一种场发射显示元件包括一阴极、一与阴极相连的缓冲层、多个形成于缓冲层上的电子发射子和一与该多个发射子间隔一定空间间距的阳极。每个发射子包括一柱状第一部分和一圆锥状第二部分。该缓冲层与发射子之第一部分均由硅的碳化物制成。该缓冲层与发射子的第一部分共同具有一渐变的电阻分布，使最靠近阴极部分的电阻最高，而最靠近阳极部分的电阻最低。发射子的第二部分由铌组成。当在阴极与阳极间施加一发射电压，电子就会从发射子发射出，并穿过该空间间距而被阳极接收。因为该渐变电阻的存在，故使发射电压较低。
文档编号H01J1/62GK1467775SQ0214745
公开日2004年1月14日 申请日期2002年10月30日 优先权日2002年7月12日
发明者陈杰良 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司