專利名稱：電子發(fā)射裝置及顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子發(fā)射裝置及使用該電子發(fā)射裝置的顯示裝置。
背景技術(shù)：
電子發(fā)射顯示裝置是發(fā)展較快的一代新興技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的顯示裝置，電子發(fā)射顯示裝置具有高亮度、高效率、大視角，功耗小以及體積小等優(yōu)點，因此電子發(fā)射顯示裝置被廣泛應(yīng)用于汽車、家用視聽電器、工業(yè)儀器等小尺寸的顯示領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的電子發(fā)射顯示裝置的結(jié)構(gòu)可以分為二極型和三極型。二極型電子發(fā)射顯示裝置包括有陽極和陰極，這種結(jié)構(gòu)由于需要施加高電壓，而且均勻性以及電子發(fā)射難以控制，僅適用于字符顯示，不適用于圖形和圖像顯示。三極型結(jié)構(gòu)則是在二極型基礎(chǔ)上改進(jìn)，增加?xùn)艠O來控制電子發(fā)射，可以實現(xiàn)在較低電壓條件下發(fā)出電子，而且電子發(fā)射容易通過柵極來精確控制。因此，三極型電子發(fā)射顯示裝置中，這種由產(chǎn)生電子的陰極和引出電子并將電子加速的柵極構(gòu)成的電子發(fā)射裝置成為目前較為常用的一種電子發(fā)射裝置。
現(xiàn)有的常用的電子發(fā)射裝置通常包括陰極、絕緣支撐體和柵極。陰極包括多個電子發(fā)射體。絕緣支撐體設(shè)置于陰極上，對應(yīng)于電子發(fā)射體開有通孔。柵極設(shè)置于絕緣支撐體上，對應(yīng)于電子發(fā)射體開有通孔。使用時，施加不同電壓在柵極和陰極上，電子從電子發(fā)射體發(fā)射出，并穿過絕緣支撐體及柵極的通孔，發(fā)射出來。
現(xiàn)有的電子發(fā)射裝置中，其柵極常采用多孔的金屬柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)。金屬柵網(wǎng)上的多個網(wǎng)孔即柵極的柵孔，柵孔的孔徑應(yīng)盡量較小，這是因為孩i小的4冊孔不僅可以使柵孔內(nèi)外形成更均勻的空間電場，而且可以降低柵極電壓，從而降低電子束的發(fā)散(請參見"具有微小柵極孔徑的場發(fā)射陰極的模擬"，宋
翠華，真空電子技術(shù)，場發(fā)射與真空微電子會議專輯，2006)。但是，由于受工藝條件的限制，這種金屬柵網(wǎng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)孔一般通過光刻技術(shù)或者化學(xué)腐蝕工藝制得(請參見"New Type Gate Electrode of CNT-FED Fabricated by
4Chemical Corrosive method", Chen Jing， Journal of Southeast University, V23,P241 (2007))，直徑一般都大于10微米，因k無法進(jìn)一步提高柵極柵孔內(nèi)外的空間電場均勻性，從而進(jìn)一步改善電子發(fā)射裝置發(fā)射電子的速度的均勻性。且，這種金屬柵極的密度較大，質(zhì)量較大，因此使電子發(fā)射裝置質(zhì)量較大，限制了電子發(fā)射裝置的應(yīng)用。另外，現(xiàn)有的柵極的制備方法中的腐蝕工藝復(fù)雜不易控制，化學(xué)腐蝕液對環(huán)境產(chǎn)生較大污染。
因此，確有必要提供一種電子發(fā)射裝置及使用該電子發(fā)射裝置的顯示裝置，該電子發(fā)射裝置發(fā)射電子的速度均勻，電子發(fā)射率較高，且質(zhì)量較小。

發(fā)明內(nèi)容
一種電子發(fā)射裝置，包括一陰極裝置及一柵極，該柵極與該陰極裝置間隔設(shè)置并與該陰極裝置電絕緣，其中，所述柵極為一碳納米管層。
一種采用上述電子發(fā)射裝置的顯示裝置，包括一陰極裝置， 一與陰極裝置相對設(shè)置的陽極裝置， 一柵極設(shè)置在該陰極裝置與該柵極裝置之間，并與該陰極裝置和該陽極裝置間隔，其中，所述柵極包括一碳納米管層。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)方案所提供的電子發(fā)射裝置及使用該電子發(fā)射裝置的顯示裝置采用碳納米管層作為柵極，其存在以下優(yōu)點其一，碳納米管層中的微孔即為柵極的柵孔，該柵極的柵孔分布均勻，且直徑較小，在柵極與陰極之間可形成均勻的電場，使該電子發(fā)射裝置與發(fā)射電子的速度均勻，電子的發(fā)射率較高；其二，由于作為柵極的碳納米管層的密度較低，質(zhì)量輕，因此該電子發(fā)射裝置的質(zhì)量相對較小，可方便應(yīng)用于各種領(lǐng)域；其三，該柵極的制備方法筒單，無需化學(xué)腐蝕等工藝，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染。


圖1為本技術(shù)方案實施例所提供的電子發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2為本技術(shù)方案實施例所提供的柵極的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本技術(shù)方案實施例所提供的顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。請參閱圖l，本技術(shù)方案實施例提供一種電子發(fā)射裝置10,包括一基底12; —陰極裝置14,該陰極裝置14設(shè)置于該基底12上； 一絕緣支撐體20,該絕緣支撐體20設(shè)置于基底12上； 一柵極22,該柵極22設(shè)置于絕緣支撐體20上，通過絕緣支撐體20與該陰極裝置14間隔設(shè)置并與該陰極裝置14電絕緣。
所述基底12的形狀不限，優(yōu)選地，該基底12為一長條狀長方體，基底12的材料為玻璃、陶瓷、二氧化硅等絕緣材料。本實施例中，該絕緣基底12的優(yōu)選一陶瓷板。
所述的陰極裝置14包括冷陰極裝置和熱陰極裝置，其具體結(jié)構(gòu)不限。該陰極裝置14包括多個電子發(fā)射體18，該電子發(fā)射體18的具體結(jié)構(gòu)不限，可以為陣列或其它預(yù)定圖案的電子發(fā)射體。本實施例中，陰極裝置14優(yōu)選為一冷陰極裝置，其包括一導(dǎo)電層16和多個電子發(fā)射體18,該多個電子發(fā)射體18均勻分布且垂直設(shè)置于該導(dǎo)電層16上，與導(dǎo)電層16電連接。該導(dǎo)電層16鋪設(shè)于基底12上，為長條形或帶狀，導(dǎo)電層16的材料為銅、鋁、金、銀等金屬或銦錫氧化物(ITO)。電子發(fā)射體18為金屬微尖或者碳納米管，也可以采用其它電子發(fā)射體。優(yōu)選地，導(dǎo)電層16為一長條形ITO膜，電子發(fā)射體18為碳納米管。
所述絕緣支撐體20用于支撐柵極22，其具體形狀不限，只需確保柵極22與陰極裝置14間隔設(shè)置并與陰極裝置14電絕緣即可。該絕緣支撐體20的材料為玻璃、陶瓷、二氧化硅等絕緣材料。本實施例中，絕緣支撐體16為兩個形狀和大小相同長條狀的玻璃，其分別設(shè)置于陰極裝置14的兩端，并與陰極裝置14垂直。
請參閱圖2,所述柵極22為一碳納米管層，該碳納米管層為由碳納米管26形成的一自支撐結(jié)構(gòu)，其厚度為1納米-10微米。該該碳納米管層中包括多個微孔24,該微孔24的直徑為1納米-10孩￡米?？梢岳斫?，同一碳納米管層中的微孔24大小相同，直徑均一且分布均勻。
該碳納米管層進(jìn)一步包括至少一層碳納米管薄膜或至少兩層重疊的碳納米管薄膜。該碳納米管薄膜的厚度為l納米-100納米。該碳納米管薄膜為一自碳納米管陣列中直接拉伸得到的自支撐薄膜結(jié)構(gòu)，該碳納米管薄膜中的碳納米管26沿拉伸方向擇優(yōu)取向排列。具體地，該碳納米管薄膜包括多個
6首尾相連且擇優(yōu)取向排列的碳納米管片斷，碳納米管片斷之間通過范德華力
緊密結(jié)合。該碳納米管片斷中包括多個長度相同平行排列的碳納米管26,碳納米管片斷中的碳納米管2 6通過范德華力連接。
可以理解，碳納米管26在碳納米管薄膜中均勻分布，且排列方向一致。該碳納米管26為單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管或其任意組合的混合物。該單壁碳納米管的直徑為0.5納米-50納米，雙壁碳納米管的直徑為l納米-50納米，多壁碳納米管的直徑為1.5納米-50納米，碳納米管的長度均為10微米-5000微米。
當(dāng)柵極22為釆用單層碳納米管薄膜的碳納米管層時，碳納米管薄膜中的相鄰碳納米管26之間所形成的間隙即為微孔24，陰極裝置14中的電子發(fā)射體16所發(fā)出的電子從該微孔24通過。因為碳納米管26在碳納米管薄膜中均勻分布，且排列方向一致，所以柵極22的微孔24分布較為均勻，且由于該碳納米管薄膜為從一碳納米管陣列中直接拉伸得到，因此碳納米管薄膜中的碳納米管26直徑和長度近似相等，因此微孔24的直徑均一。
當(dāng)柵極22為采用包括多層碳納米管薄膜的碳納米管層時，碳納米管薄膜可沿一定方向相互疊加，相鄰兩層的碳納米管薄膜中的碳納米管26的排列方向形成一夾角a， 0。SaS卯。。碳納米管層中的碳納米管26交叉形成多個微孔24,其直徑為l納米-10微米?？梢岳斫?，微孔24的大小與碳納米管層中所包含的碳納米管薄膜的層數(shù)和相鄰兩層碳納米管薄膜的疊加角度有關(guān)。因為碳納米管26在碳納米管薄膜中均勻分布，且排列方向一致，因此多層碳納米管薄膜相互疊加后所形成的微孔24分布均勻且直徑均一。
本實施例中，柵極22為一包括三層碳納米管薄膜的碳納米管層，其厚度為1微米，所述的碳納米管層中，相鄰兩層碳納米管薄膜中碳納米管26的排列方向的夾角為60度，三層碳納米管薄膜中的碳納米管26交叉形成的微孔24即柵孔的直徑為20納米。
可以理解，柵極22還可以采用其它結(jié)構(gòu)的碳納米管層，該碳納米管層的具體結(jié)構(gòu)不限，只需確保該碳納米管層中有均勻分布的微孔24作為柵極22的柵孔，可^f吏電子穿過即可。
電子發(fā)射裝置IO在應(yīng)用時，分別施加不同電壓給陰極裝置14和柵極22(一般情況下，陰極裝置14為接地或零電壓，柵極22的電壓為幾十伏至幾百伏左右)。陰極裝置14中電子發(fā)射體16所發(fā)出的電子在柵極22的電場作用下，向柵極22的方向運動，通過柵極22的柵孔發(fā)射出去。由于柵極22為一碳納米管層，其柵孔的直徑為l納米-10微米，孔徑較小且分布均勻，因此在陰極裝置14和柵極22之間可形成均勻的空間電場，故該電子發(fā)射裝置IO發(fā)射電子的速度均勻，電子發(fā)射率較高。且由于碳納米管層的密度小于金屬網(wǎng)的密度，因此柵極22的質(zhì)量相對較小，故該電子發(fā)射裝置10可方便應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
請參閱圖3,本技術(shù)方案實施例進(jìn)一步提供一種應(yīng)用上述電子發(fā)射裝置10的顯示裝置300，其包括 一基底302; —形成于基底302上的陰極裝置304，該陰極裝置304包括多個電子發(fā)射體306和一導(dǎo)電層318,該導(dǎo)電層318鋪設(shè)于上述基底302上，該電子發(fā)射體306設(shè)置于該導(dǎo)電層318上并與導(dǎo)電層318電性連接； 一第一絕緣支撐體308,該第一絕緣支撐體308設(shè)置于基底302上； 一柵極310形成于第一絕緣支撐體308上，該柵極310通過第一絕緣基底308與陰極裝置304間隔設(shè)置； 一第二絕緣支撐體312,該第二絕緣支撐體312設(shè)置于基底302上； 一陽極裝置320，該陽極裝置320包括一陽極314和一焚光層316,該陽極314設(shè)置于第二絕緣支撐體312上，該熒光層316設(shè)置于陽極314的內(nèi)表面。
所述第二絕緣支撐體312的具體形狀不限，只需確保其可支撐陽極裝置320并使陽極裝置320與陰極裝置304和柵極310間隔設(shè)置并與陰極裝置304和柵極310電絕緣即可。該絕第二緣支撐體312的材料為玻璃、陶瓷、二氧化硅等絕緣材料。本實施例中，第二絕緣支撐體312為兩個形狀和大小相同長條狀的玻璃，其分別設(shè)置于陰極裝置304的兩端，并與陰極裝置304垂直。
所述陽極314的兩端分別與第二絕纟彖支撐體312相連，設(shè)置于柵極310的上方間隔一定距離并與柵極310電絕緣，陽極314為一長條形長方體或帶狀，其材料為ITO導(dǎo)電玻璃。所述熒光層316涂敷于于該陽極314離柵極310距離較近的一面，即陽才及314的內(nèi)表面。
使用時，施加不同電壓在陽極314、柵極310和陰極304之間，電子從場發(fā)射電子發(fā)射體306發(fā)射出后，穿過柵極310的柵孔，然后在陽極314形成的電場作用下加速到達(dá)陽極314和熒光層316,激發(fā)焚光層316發(fā)出可見光?？梢岳斫?，通過設(shè)置不同結(jié)構(gòu)的陰極裝置304與陽極裝置320,使用碳納米管層作為柵極310的顯示裝置300可實現(xiàn)平面光源裝置的功能。如果采用陣列陰極與陽極熒光層——像素對應(yīng)的方式，可實現(xiàn)顯示器的功能。
由于柵極310孔徑較小且分布均勻，因此在陰極裝置304和柵極310之間可形成均勻的空間電場，電子發(fā)射率較高，該顯示裝置300發(fā)光效率高。且由于碳納米管層的密度小，因此柵極310的質(zhì)量相對較小，故該顯示裝置300可方便應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
1. 一種電子發(fā)射裝置，包括一陰極裝置及一柵極，該柵極與該陰極裝置間隔設(shè)置并與該陰極裝置電絕緣，其特征在于，所述柵極為一碳納米管層。
2. 如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述碳納米管層中包括 多個均勻分布的^:孔。
3. 如權(quán)利要求2所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述微孔的直徑為1 納米-10微米。
4. 如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述陰極裝置為冷陰極 裝置或熱陰極裝置。
5. 如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述碳納米管層的厚度 為1納米-10微米。
6. 如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述碳納米管層包括單 層碳納米管薄膜或多層碳納米管薄膜。
7. 如權(quán)利要求6所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述每層碳納米管薄膜 中的碳納米管沿同一方向擇優(yōu)取向排列。
8. 如權(quán)利要求6所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述碳納米管薄膜包括 多個首尾相連的碳納米管片斷，該碳納米管片斷之間通過范德華力緊密結(jié) 合。
9. 如權(quán)利要求8所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述碳納米管片斷包括 多個長度相同且擇優(yōu)取向平行排列的碳納米管，碳納米管片斷中的碳納米 管通過范德華力連接。
10. 如權(quán)利要求9所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述的碳納米管包括單 壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管或其任意組合的混合物。
11. 如權(quán)利要求IO所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述單壁碳納米管的 直徑為0.5納米-100納米，雙壁石友納米管的直徑為l納米-100納米，多壁 碳納米管的直徑為1.5納米-100納米，碳納米管的長度均為10微米-5000 微米。
12. 如權(quán)利要求6所述的電子發(fā)射裝置，其特征在于，當(dāng)所述碳納米管層為多 層碳納米管薄膜時，相鄰兩層的碳納米管薄膜中的碳納米管的排列方向形 成一夾角a，且0°^a^90°。
13. —種顯示裝置，包括 一陰極裝置；一與該陰極裝置相對設(shè)置的陽極裝置；一柵極，該柵極設(shè)置在該陰極裝置與該陽極裝置之間，并與該陰極裝置和 該陽極裝置間隔，其特征在于，該柵極包括一碳納米管層。
14. 如權(quán)利要求13所述的顯示裝置，其特征在于，所述碳納米管層中包括多 個均勻分布的微孔。
15. 如權(quán)利要求14所述的顯示裝置，其特征在于，所述微孔的直徑為l納米 畫10微米。
16. 如權(quán)利要求13所述的顯示裝置，其特征在于，所述碳納米管層的厚度為 1納米-l(H敖米。全文摘要
一種電子發(fā)射裝置，包括一陰極裝置及一柵極，該柵極與該陰極裝置間隔設(shè)置并與該陰極裝置電絕緣，其中，所述柵極為一碳納米管層。一種采用上述電子發(fā)射裝置的顯示裝置，包括一陰極裝置，一與陰極裝置相對設(shè)置的陽極裝置，一柵極設(shè)置在該陰極裝置與該柵極裝置之間，并與該陰極裝置和該陽極裝置間隔，其中，所述柵極包括一碳納米管層。
文檔編號H01J1/30GK101499391SQ200810066038
公開日2009年8月5日 申請日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者亮 劉, 姜開利, 林 肖, 范守善 申請人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司