CN100370571C - 场发射阴极和场发射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种场发射阴极，其包括若干电子发射体和用于承载该若干电子发射体的导电承载体。其中，该导电承载体是一个由多个导电承载柱形成的网状结构，该若干电子发射体分别形成于各个导电承载柱的表面。解决了现有技术中电子发射体个体间隔紧密导致其电子屏蔽效应增加的问题，因而使得整个阴极的场发射电压降低，发射性能得到改善。

Description

场发射阴极和场发射装置
【技术领域】
本发明涉及一种场发射装置，尤其涉及一种场发射阴极。
【背景技术】
请参阅图1，传统的二极型场发射装置6通常包括一平面型的阴极60和一个与其相对的阳极64，两者之间设有绝缘的阻隔壁63。阴极60通常包括一由导电薄膜或导电板形成的平板型基底61和分布于其上的多个电子发射端62。
例如，2001年5月30日公开的第00130372.4号中国发明专利申请揭示了一种具有类似结构的采用垂直排列的碳纳米管的场致发射显示装置及其制造方法。
另外，业界还有一种三极型场发射装置，主要是在上述二极型场发射装置6基础上，在阴极60和阳极64之间增设一栅极。
请参阅图2，2001年3月7日公开的第00121140.4号中国发明专利申请揭示了一种利用碳纳米管的场发射显示装置7。在该场发射显示装置7中，一个用作阴极的第一金属膜71形成一个下基底70上，一个绝缘膜模板72和一个第二金属膜模板73形成在该第一金属膜71上，其中绝缘膜模板72和第二金属膜模板73均具有多个细孔(未标示)以便暴露该第一金属膜71。一种液态导电高聚合物膜74形成在该细孔内。用作发射器顶端的碳纳米管75垂直排列在该聚合物膜74上。该第二金属膜模板73上安装有间隔器76，附着有透明电极78和荧光材料77的上基底安装在该间隔器76上。
但是，由于上述场发射装置的阴极均采用由导电薄膜或导电薄板形成的平板型基底，电子发射体形成于该基底上，各电子发射体个体之间间隔紧密，无法分开，使得各电子发射体之间的电场屏蔽效应增加，从而降低了整个场发射装置的发射性能。
因此，有必要提供一种具有相互分开的电子发射体的场发射阴极及应用该阴极的场发射装置。
【发明内容】
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种场发射阴极，其电子发射体个体之间相互分开。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种应用上述场发射阴极的场发射装置。
为解决第一个技术问题，本发明提供一种场发射阴极，包括若干电子发射体和用于承载该若干电子发射体的导电承载体。其中，该导电承载体是一个由多个导电承载柱形成的网状结构，该若干电子发射体分别形成于各个导电承载柱的表面。
所述的若干电子发射体最好分别基本垂直于其所在的导电承载柱表面。
所述的导电承载柱由导电纤维形成，如金属丝、碳纤维或有机导电纤维。
所述的导电承载柱可为圆柱形或棱柱形。
为解决第二个技术问题，本发明提供一种场发射装置，包括上述的场发射阴极和与其相对的一电子引出极。
所述的电子引出极可为一阳极。
所述的电子引出极可为一栅极。此外，场发射装置可进一步包括一位于该电子引出极背离该场发射阴极一侧并与该电子引出极相对的阳极。
所述的场发射装置可进一步包括一位于该场发射阴极背离该电子引出极一侧并与该场发射阴极相对的背栅极。
相对于现有技术，本发明将场发射阴极中用于承载电子发射体的导电承载体设计成网状结构，由多个导电承载柱交织而成，电子发射体形成于该导电承载柱的表面。由于导电承载柱的表面是一个凸曲面，所以各个电子发射体个体之间相互分开，它们之间的电子屏蔽效应降低，因而使得整个阴极的场发射电压降低。相应的，在二极或三极型场发射装置中，作为电子引出极的阳极或栅极在较低的电压下就可以从电子发射体中激发出电子，并得到所需的电流。从而使得这种场发射阴极整体的发射性能得到改善，并可以应用于更多的领域。
并且，如果在该场发射阴极背离电子引出极(阳极或栅极)的一侧另加一个背栅极，则可以进一步降低电子引出极的工作电压，由此进一步改善其整体性能。
【附图说明】
图1为传统的二极型场发射装置的结构示意图；
图2为现有技术的第00121140.4号中国发明专利申请揭示的场发射显示装置的结构示意图；
图3为本发明的二极型场发射装置的结构示意图；
图4为图3中导电承载体的扫描电子显微镜(Scanning ElectronMicroscopy，SEM)照片；
图5为图3中导电承载体上生长有碳纳米管的SEM照片；
图6为本发明的场发射阴极装置的结构示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图3，本发明提供的一种二极型场发射装置8，其包括一场发射阴极80、一与其相对的阳极84和置于该两者之间的用于支撑绝缘的阻隔壁83。并且由该场发射阴极80、阻隔壁83和阳极84三者所形成的内部空间被抽成真空状态。
请一并参阅图3至图5，本发明的主要特点在于场发射阴极80。其包括一导电承载体81和形成与其上的若干电子发射体82。其中，该导电承载体81是一个由多个导电承载柱(未标示)形成的网状结构，该若干电子发射体81分别形成于各个导电承载柱的表面。
在本实施例中，该导电承载柱为圆柱形的金属丝，其直径最好在几微米到几毫米之间。该导电承载体81即为多个金属丝交织而成的一金属丝网。当然，还可采用其他导电纤维作为导电承载柱织成网状的导电承载体81，如碳纤维、有机导电纤维等。另外，丝网的密度可根据实际需要加以设定。
电子发射体82为碳纳米管，可通过直接生长或沉积、粘附等方式形成于导电承载柱表面。并且，其最好基本垂直于其所在的导电承载柱表面。由于圆柱形的导电承载柱的表面是一个凸曲面，所以各个电子发射体82个体之间相互分开，使其电子屏蔽效应降低。
另外，电子发射体82还可选用其他纳米微尖结构，包括金属尖、非金属尖、化合物尖和一维纳米材料，例如钨尖、钼尖、硅尖、金刚石尖、氧化锌尖等。其中一维纳米材料包括各种纳米级的管状结构、棒状结构和线状结构，如硅线、钼线等。
在制作过程中，可先将导电承载柱织成网状的导电承载体81，再于其上形成电子发射体82。同样，也可先于导电承载柱表面形成电子发射体82，再将其织成网状的导电承载体81。
碳纳米管的制造可采用本领域已知的各种方法，如化学气相沉积法、电弧放电法等。范守善等在1999年1月22日出版的第283卷《Science》所发表的“碳纳米管自取向规则阵列及其场发射性质”(Self-oriented RegularArrays of Carbon Nanotubes and Their Field Emission Properties)论文中也揭示了碳纳米管阵列的生长方法，可参照实施，在此不再赘述。
请参阅图6，本发明提供的一种场发射阴极装置9，包括一场发射阴极90、一与其相对的栅极94和位于该两者之间的阻隔壁93。另外，在该场发射阴极90背离该栅极94的一侧还设有一背栅极96，其同样与该场发射阴极90相对，两者之间设有一绝缘层95。
与前一实施例相类似地，该场发射阴极90包括一导电承载体91和形成与其上的若干电子发射体92。其中，该导电承载体91是一个由多个导电承载柱(未标示)形成的网状结构，该若干电子发射体91分别形成于各个导电承载柱的表面。
同时，栅极94相应于电子发射体92的位置开有细孔942供电子通过。
工作时，栅极94、阴极90、背栅极96的电位依次降低，这样，背栅极96可起到降低栅极94工作电压的作用。
应指出的是，该场发射阴极装置9作为一阴极电子源，可根据需要与相应的阳极装置组合应用于场发射发光装置、场发射扫描电镜、场发射显示器等设备中。其中，该阳极装置应设置于该栅极94背离该场发射阴极90一侧并与该栅极94相对。
本领域普通技术人员应明白，除圆柱形以外，导电承载柱还可为其他表面为曲面的柱体，如棱柱形。场发射装置8中也可类似地于场发射阴极80背离阳极84的一侧设置一背栅极，不必限于该具体实施例。
本发明将场发射阴极中用于承载电子发射体的导电承载体设计成网状结构，由多个导电承载柱交织而成，电子发射体形成于该导电承载柱的表面。由于导电承载柱的表面是一个凸曲面，所以各个电子发射体个体之间相互分开，它们之间的电子屏蔽效应降低，因而使得整个阴极的场发射电压降低。相应的，在二极或三极型场发射装置中，作为电子引出极的阳极或栅极在较低的电压下就可以从电子发射体中激发出电子，并得到所需的电流。从而使得这种场发射阴极整体的发射性能得到改善，并可以应用于更多的领域。
并且，如果在该场发射阴极背离电子引出极(阳极或栅极)的一侧另加一个背栅极，则可以进一步降低电子引出极的工作电压，由此进一步改善其整体性能。
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。

Claims (8)

1.一种场发射装置，包括一场发射阴极以及与上述场发射阴极相对的一电子引出极，该场发射阴极包括若干电子发射体和用于承载该若干电子发射体的导电承载体，其特征在于，该导电承载体是一个由多个导电承载柱形成的网状结构，该若干电子发射体分别形成于各个导电承载柱的表面，上述场发射装置进一步包括一背栅极，背栅极设置于场发射阴极背离电子引出极一侧并与该场发射阴极相对。
2.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述的若干电子发射体分别基本垂直于其所在的导电承载柱表面。
3.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述的导电承载柱由导电纤维形成。
4.如权利要求3所述的场发射装置，其特征在于，所述的导电纤维为金属丝、碳纤维或有机导电纤维。
5.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述的导电承载柱为圆柱形或棱柱形。
6.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述的电子引出极为一阳极。
7.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述的电子引出极为一栅极。
8.如权利要求7所述的场发射装置，其特征在于，其进一步包括一位于该电子引出极背离该场发射阴极一侧并与该电子引出极相对的阳极。
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