场发射阴极装置及场发射显示器

摘要

本发明涉及场发射技术领域。其所提供的一种场发射阴极装置，包括阴极、栅极、位于该两者之间的隔离层以及与阴极电性连接的场发射单元。其中，所述的栅极具有至少一表面与其相邻的场发射单元相对。该种阴极装置可以有效地降低场发射的阈值电压，从而大大提高发射电流密度。本发明还提供有应用上述阴极装置的场发射显示器。

权利要求

1.一种场发射阴极装置，包括阴极、栅极、位于该两者之间的隔离层以及与阴极电性连接的场发射单元，其特征在于，所述的栅极具有至少一表面与其相邻的场发射单元相对，并且，所述的场发射单元和栅极形成于该隔离层表面，所述栅极的材料为金属，所述场发射单元的材料为碳纳米管，碳纳米管直接生长于隔离层的表面。

2.如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的隔离层对应场发射单元的位置形成有与阴极电性相连的导电部。

3.如权利要求1或2所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的栅极呈条形分布。

4.如权利要求3所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的阴极与栅极相垂直呈条形分布。

5.如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述场发射单元与栅极位于同一个平面。

6.如权利要求2所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述导电部与场发射单元直接接触。

7.如权利要求2所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述导电部设置于场发射单元和阴极之间。

8.如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述场发射单元呈阵列状排列。

9.一种场发射显示器，包括阴极、与阴极相对的阳极、位于阴极和阳极之间的栅极、位于阴极和栅极之间的隔离层、以及与阴极电性连接的场发射单元，其特征在于，所述的栅极具有至少一表面与其相邻的场发射单元相对，所述的场发射单元和栅极形成于该隔离层的远离阴极的表面，并且，所述的阳极形成有若干像素，其相对于栅极设置，所述栅极的材料为金属，所述场发射单元的材料为碳纳米管，碳纳米管直接生长于隔离层的表面。

10.如权利要求9所述的场发射显示器，其特征在于，所述的隔离层对应场发射单元的位置形成有与阴极电性相连的导电部。

11.如权利要求9或10所述的场发射显示器，其特征在于，所述的栅极呈条形分布。

12.如权利要求11所述的场发射显示器，其特征在于，所述的阴极与栅极相垂直呈条形分布。

13.如权利要求9所述的场发射显示器，其特征在于，所述阳极形成的若干像素中的每一个像素均与多个栅极相对。

14.如权利要求9所述的场发射显示器，其特征在于，所述场发射单元与栅极位于同一个平面。

15.如权利要求所述10的场发射显示器，其特征在于，所述导电部与场发射单元直接接触。

16.如权利要求10所述的场发射显示器，其特征在于，所述导电部设置于场发射单元和阴极之间。

17.如权利要求9所述的场发射显示器，其特征在于，所述场发射单元呈阵列状排列。

18.如权利要求9所述的场发射显示器，其特征在于，所述像素的中心与其所对应的栅极的中心对准。

说明书

场发射阴极装置及场发射显示器

【技术领域】

[0001] 本发明涉及场发射技术领域，尤其涉及设有栅极的场发射阴极装置及场发射显示器。【背景技术】

[0002] 场发射显示器是继阴极射线管(CRT)显示器和液晶(LCD)显示器之后，最具发展潜力的下一代新兴技术。相对于现有的显示器，场发射显示器具有显示效果好、视角大、功耗小以及体积小等优点，尤其是基于碳纳米管的场发射显示器，即碳纳米管场发射显示器(CNT-FED)，近年来越来越受到重视。

[0003] 一般而言，场发射显示器的结构可以分为二极型和三极型。所谓二极型即包括有阳极和阴极的场发射结构，这种结构由于需要施加高电压，而且均匀性以及电子发射难以控制，仅适用于字符显示，不适用于图形和图像显示。三极型结构则是在二极型基础上改进，增加有栅极来控制电子发射，可以实现在较低电压条件下发出电子，而且电子发射容易通过栅极来精确控制。

[0004] 请参阅图1，传统的场发射装置4通常包括阴极40、阳极45和位于它们之间的栅极43。阴极40和阳极45通过阻隔壁44相隔。阴极40上设有多个电子发射端41。阴极40一般还设有对应于场发射体41开有通孔的隔离层42。栅极43置于该隔离层42顶部，对应于场发射体41开有通孔。此外，阳极45与阴极40相对的表面设有荧光层46。 [0005] 使用时，施加不同电压在阳极45、栅极43和阴极40，电子即可从场发射体41发射出，并穿过隔离层42及栅极43的通孔，然后在阳极45形成的电场作用下加速到达阳极45和荧光层46，激发荧光层46发出可见光。一般阳极45电压是几千伏，栅极43的电压为100伏左右。

[0006] 然而，这种结构的场发射显示装置4，由于场发射体41的发射面远低于栅极43，发射的电子由于受两侧栅极43的电场作用，有一大部分电子410会发生较大角度的偏转，容易打到荧光层46以外的区域。而打到与场发射体41正对区域的中心位置的电子很少，这样就导致显示的像素点较大，难以适应高分辨率的平面显示；即使一小部分电子能够打到荧光层46的区域，也是打到边缘区域的电子多，打在中央位置的电子少，造成图像点中央暗，边缘亮的不良效果。同时，由于场发射体41的发射端一般低于栅极43，会使得场发射的阈值电压相应增加，并且发射电流密度减小。

[0007] 【发明内容】

[0008] 以下，将以若干实施例说明一种能提高场发射电流密度的场发射阴极装置。 [0009] 以及通过这些实施例说明一种能提高场发射电流密度的场发射显示器。 [0010] 为实现上述内容，本发明实施例体提供一种场发射阴极装置，包括阴极、栅极、位于该两者之间的隔离层以及与阴极电性连接的场发射单元，所述的栅极具有至少一表面与其相邻的场发射单元相对所述的场发射单元形成于该隔离层表面，并且，所述的场发射单元和栅极形成于该隔离层表面，所述栅极的材料为金属，所述场发射单元的材料为碳纳米管，碳纳米管直接生长于隔离层的表面。

[0011] 优选的，所述的场发射单元形成于该隔离层表面。进一步的，所述的隔离层对应场发射单元的位置形成有与阴极电性相连的导电部。

[0012] 所述的栅极最好呈条形分布。

[0013] 所述的阴极与栅极最好相垂直呈条形分布。

[0014] 为实现上述内容，本发明实施例还提供一种场发射显示器，包括阴极、与阴极相对的阳极、位于阴极和阳极之间的栅极、位于阴极和栅极之间的隔离层、以及与阴极电性连接的场发射单元，所述的栅极具有至少一表面与其相邻的场发射单元相对，所述的场发射单元和栅极形成于该隔离层的远离阴极的表面，并且，所述的阳极形成有若干像素，其相对于栅极设置，所述栅极的材料为金属，所述场发射单元的材料为碳纳米管，碳纳米管直接生长于隔离层的表面。

[0015] 进一步的，所述的阳极形成有若干像素，其相对于栅极设置。其中，所述的一个像素可与多个栅极相对。

[0016] 相对于现有技术，本发明实施例提供的场发射阴极装置中，各栅极与其相邻的场发射单元的侧面相对，使得栅极可以更为有效地控制场发射单元发射电子。相应地，这就可以有效地降低场发射的阈值电压，从而大大提高发射电流密度。并且，由于场发射单元的有效发射面积相应增大，各场发射单元的发射电流的一致性也可得到改善。同时，场发射阴极装置的栅极可为简单的长条形，省略传统的通孔设计，结构更为简单合理，同时便于制造。 [0017] 进一步的，本发明实施例提供的场发射显示器，由于采用了该种栅极与其相邻的场发射单元的侧面相对的设计，电子的散射范围明显减小，图像的分辨率得到显著提高。 [0018] 另外，还可采用将显示器的一个像素的栅极做成平行的栅网形即分成多个栅极的改进设计，从而更为有效地利用各场发射单元的发射表面，进一步提高发射电流密度。 [0019] 【附图说明】

[0020] 图1为现有技术中的场发射显示器的截面示意图；

[0021] 图2为本发明第一实施例的场发射阴极装置的立体示意图；

[0022] 图3为图2沿III-III的剖面图；

[0023] 图4为本发明第二实施例的场发射显示器的截面示意图；

[0024] 图5为本发明第三实施例的场发射显示器的截面示意图。

[0025] 【具体实施方式】

[0026] 下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。

[0027] 请一并参阅图2及图3，本发明的第一实施例提供的一种场发射阴极装置6，包括基板60、形成于基板60的多个阴极61、形成于阴极61上的隔离层62、以及形成于隔离层62的多个栅极64和若干场发射单元63。其中，栅极64的侧面640与其相邻的各场发射单元63的侧面630相对。

[0028] 一般来说，基板60为玻璃等绝缘材料制成的平板。

[0029] 阴极61是由导电材料，如ITO(铟锡氧化物)导电膜或金属形成的长条形或带状的导电层，沉积于基板60上；多个阴极61可以互相平行形成在基板60上。 [0030] 栅极64是由导电材料(最好是导电性良好的金属)制成长条形或带状的导电层，形成于隔离层62的顶端，并与阴极61异面垂直。

[0031] 隔离层62包括绝缘部(未标示)和导电部65两部分。其中，导电部65对应各场发射单元63的位置，设置于各场发射单元63和阴极61之间，实现各场发射单元63与阴极61的电性连接。绝缘部主要位于栅极64和阴极61之间，用于支撑栅极64并使其与阴极
61电性隔离。制作该隔离层62时，可先制成一绝缘层，再在预定设置场发射单元63的位置刻蚀出通孔，然后填充入金属从而形成导电部65。

[0032] 场发射单元63一般为矩形(包括正方形)，可由同种或不同种材料制成的场发射体组成。多个场发射单元63最好呈阵列状排列。所述的场发射体可 选用碳纳米管、硅尖、金刚石、类金刚石或金属等具有良好电子发射能力的材料制成。其可通过化学气相沉积法等方法直接生长于隔离层62表面，也可通过印刷涂覆等方法进行设置。需要说明的是，隔离层62的导电部65的表面可以部分地或全部地设有场发射体，而不需限于具体实施方式。 [0033] 本实施例中，栅极64沿其长度方向的两个平行侧面640分别与其相邻的各场发射单元63的侧面630相对。在工艺条件控制较好的情况下，该两相对的侧面630，640之间的距离可以小到几个微米的量级。相对于现有技术，栅极64与场发射单元63之间的距离明显减小，因此，栅极64可以更为有效地控制场发射单元63发射电子。相应地，这就可以有效地降低场发射的阈值电压，从而大大提高发射电流密度。并且，场发射单元63的有效发射面积相应增大，则各场发射单元63的发射电流的一致性也可得到改善。 [0034] 应指出的是，使场发射单元63与栅极64形成于同一水平面(隔离层62)，仅是实现使它们相对的方法之一。并且，此处所称的“侧面相对”，并不一定要求两者的侧面完全正对，部分的甚至只是其侧面边缘相对也是可以的。当然，场发射单元63与栅极64也可能因实际需要设计成其他形状，但最好能确保场发射单元63的至少一部分与其相邻的栅极64的至少一部分位于同一平面上，以使栅极64具有至少一表面与其相邻的场发射单元63相对。可以理解的是，所称的“相对”在一定程度上是为了使场发射单元63与栅极64能尽量接近，因此本领域普通技术人员为达到此相同或相似效果所作的变化也应包括于本发明精神之中。

[0035] 相对于传统的栅极上要开多个通孔以使电子通过的设计，场发射阴极装置6的栅极64可为简单的长条形，省略通孔设计，结构更为简单合理，同时便于制造。 [0036] 另外，本领域普通技术人员可以理解的是，阴极61、栅极64以及场发射单元63的数量应根据实际需要加以设定，不必限于实施例。

[0037] 请一并参阅图2至图4，本发明的第二实施例是一种应用场发射阴极装置6的场发射显示器7。除具有场发射阴极装置6外，该显示器7还具有前基板78，其与基板60相对。阳极77形成于前基板78表面，一般由ITO导电薄膜制成。荧光层76附着于阳极77的表面，分设有若干像素，一个像素内通常设有红(R)、绿(G)、蓝(B)三色荧光材料。 [0038] 在该显示器7中，荧光层76的像素是对应于栅极64设置的。优选的，一个像素的中心与其所对应的栅极64的中心对准。由栅极64引出的电子632 具有横向初速度，加上阳极77施加的电场对其的影响，其运动轨迹为抛物线。对于传统结构设计的场发射单元而言，其发射的电子一方面向阳极运动一方面向像素外缘横向散开。电子到达阳极时形成一个较大的散射光斑，阴阳极间距离越大散射光斑越大，降低图像的分辨率。而在本实施例中，显示器7的场发射单元63所发射的电子632是向像素的内缘运动。因此电子的散射范围明显减小，图像的分辨率可显著提高。

[0039] 请参阅图5，本发明还提供有作为第三实施例的场发射显示器8。为便于说明，图5中仅显示其一个像素所对应的结构。与第二实施例的显示器7的一个像素与一个栅极64相对应的设计所不同的是，显示器8主要是将原来的一个栅极64分成多根平行的栅条即形成栅极64’，各场发射单元63’可类似的呈条形并设置于相邻栅极64’之间。也就是说，显示器8的一个像素与多个栅极64’及场发射单元63’相对应。而多个栅极64’的设计可以更为有效的控制其相邻的场发射单元63’发射的电子634，从而更为有效地利用各场发射单元63’的发射表面，进一步提高发射电流密度。

[0040] 应指出的是，本发明实施例所提供的场发射阴极装置还可应用于除场发射显示器以外的其他场发射装置，不应限于具体实施方式。

[0041] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。