CN101556885A - 电子发射装置及显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种电子发射装置,包括一阴极装置及一栅极,所述栅极与所述阴极装置间隔设置并与所述阴极装置电绝缘,其中,所述栅极为一碳纳米管层,所述碳纳米管层包括多个碳纳米管长线结构。一种采用上述电子发射装置的显示装置,包括一阴极装置,一与阴极装置相对设置的阳极装置,一栅极设置在所述阴极装置与所述阳极装置之间,并与所述阴极装置和所述阳极装置间隔,其中,所述栅极包括一碳纳米管层,所述碳纳米管层包括多个碳纳米管长线结构。

Description

电子发射装置及显示装置
技术领域
本发明涉及一种电子发射装置及使用所述电子发射装置的显示装置。
背景技术
电子发射显示装置是发展较快的一代新兴技术,相对于传统的显示装置,电子发射显示装置具有高亮度、高效率、大视角,功耗小以及体积小等优点,因此电子发射显示装置被广泛应用于汽车、家用视听电器、工业仪器等小尺寸的显示领域。
传统的电子发射显示装置的结构可以分为二极型和三极型。二极型电子发射显示装置包括有阳极和阴极,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。因此,三极型电子发射显示装置中,这种由产生电子的阴极和引出电子并将电子加速的栅极构成的电子发射装置成为目前较为常用的一种电子发射装置。
现有的常用的电子发射装置通常包括阴极、绝缘支撑体和栅极。阴极包括多个电子发射体。绝缘支撑体设置于阴极上,对应于电子发射体开有通孔。栅极设置于绝缘支撑体上,对应于电子发射体开有通孔。使用时,施加不同电压在栅极和阴极上,电子从电子发射体发射出,并穿过绝缘支撑体及栅极的通孔,发射出来。
现有的电子发射装置中,其栅极常采用多孔的金属栅网结构。金属栅网上的多个网孔即栅极的栅孔,栅孔的孔径应尽量较小,这是因为微小的栅孔不仅可以使栅孔内外形成更均匀的空间电场,而且可以降低栅极电压,从而降低电子束的发散(请参见“具有微小栅极孔径的场发射阴极的模拟”,宋翠华,真空电子技术,场发射与真空微电子会议专辑,2006)。这种金属栅极存在以下缺点:其一,由于受工艺条件的限制,这种金属栅网结构的网孔一般通过光刻技术或者化学腐蚀工艺制得(请参见“New Type Gate Electrodeof CNT-FED Fabricated by Chemical Corrosive method”,Chen Jing,Journal ofSoutheast University,V23,P241(2007)),孔径一般都大于10微米,因此无法进一步提高栅极栅孔内外的空间电场均匀性,从而无法进一步改善电子发射装置发射电子的速度的均匀性;其二,为了提高电子的透过率,栅网应尽量增大孔径并减小丝径,但这种结果会降低栅网的机械强度,使栅极寿命较短;其三,这种金属栅极的密度较大,质量较大,因此使电子发射装置质量较大,限制了电子发射装置的应用。
因此,确有必要提供一种电子发射装置及使用所述电子发射装置的显示装置,所述电子发射装置发射电子的速度均匀,电子发射率较高,机械强度较大且质量较小。
发明内容
一种电子发射装置,包括一阴极装置及一栅极,所述栅极与所述阴极装置间隔设置并与所述阴极装置电绝缘,其中,所述栅极为一碳纳米管层,所述碳纳米管层包括多个碳纳米管长线结构。
一种采用上述电子发射装置的显示装置,包括一阴极装置,一与阴极装置相对设置的阳极装置,一栅极设置在所述阴极装置与所述阳极装置之间,并与所述阴极装置和所述阳极装置间隔,其中,所述栅极包括一碳纳米管层,所述碳纳米管层包括多个碳纳米管长线结构。
相对于现有技术,本技术方案所提供的电子发射装置及使用所述电子发射装置的显示装置采用碳纳米管层作为栅极,其存在以下优点:其一,所述栅极的栅孔分布均匀,且孔径较小,在栅极与阴极之间可形成均匀的电场,使所述电子发射装置与发射电子的速度均匀,电子的透过率较高;其二,所述栅极包括多个碳纳米管长线,碳纳米管长线机械强度较大,故电子发射装置寿命较长;其三,由于作为栅极的碳纳米管层的密度较低,质量轻,因此所述电子发射装置的质量相对较小,可方便应用于各种领域。
附图说明
图1为本技术方案实施例所提供的电子发射装置的结构示意图;
图2为图1中电子发射装置中的栅极的结构示意图。
图3为本技术方案实施例所提供的碳纳米管长线结构的结构示意图。
图4为本技术方案实施例所提供的碳纳米管长线的扫描电镜照片。
图5为本技术方案实施例所提供的显示装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1及图2,本技术方案实施例提供一种电子发射装置10,包括一基底12;一阴极装置14,所述阴极装置14设置于所述基底12上;一绝缘支撑体20,所述绝缘支撑体20设置于基底12上;一栅极22,所述栅极22设置于绝缘支撑体20上,通过绝缘支撑体20与所述阴极装置14间隔设置并与所述阴极装置14电绝缘。
所述基底12的形状不限,优选地,所述基底12为一长条状长方体,基底12的材料为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料。本实施例中,所述绝缘基底12优选为一陶瓷板。
所述的阴极装置14包括冷阴极装置和热阴极装置,其具体结构不限。所述阴极装置14包括多个电子发射体18,所述电子发射体18的具体结构不限,可以为阵列或其它预定图案的电子发射体。本实施例中,阴极装置14优选为一冷阴极装置,其包括一导电层16和多个电子发射体18,所述多个电子发射体18均匀分布且垂直设置于所述导电层16上,与导电层16电连接。所述导电层16铺设于基底12上,为长条形或带状,导电层16的材料为铜、铝、金、银等金属或铟锡氧化物(ITO)。电子发射体18为金属微尖或者碳纳米管,也可以采用其它电子发射体。优选地,导电层16为一长条形ITO膜,电子发射体18为碳纳米管。
所述绝缘支撑体20用于支撑栅极22,其具体形状不限,只需确保栅极22与阴极装置14间隔设置并与阴极装置14电绝缘即可。所述绝缘支撑体20的材料为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料。本实施例中,绝缘支撑体16为两个形状和大小相同长条状的玻璃,其分别设置于阴极装置14的两端,并与阴极装置14垂直。
请参见图2,所述栅极22为一碳纳米管层,包括多个碳纳米管长线结构26,所述多个碳纳米管长线结构26通过编织或直接铺设交叉形成一网状结构或平行间隔铺设。所述网状结构中,多个碳纳米管长线结构26分别沿第一方向L1与第二方向L2平行设置。第一方向L1与第二方向L2之间形成一夹角α,0°≤α≤90°。所述栅极22的厚度2微米-400微米,所述碳纳米管场长线结构26的直径为1微米-200微米。
所述栅极22包括多个均匀分布的栅孔24,栅极22的栅孔24由碳纳米管长线结构26构成,当多个碳纳米管长线结构26交叉设置成一网状结构时,栅孔24为该网状结构的网孔,栅孔24的孔径即为网孔的孔径,当多个碳纳米管长线结构26平行设置时,栅孔24为相邻两个碳纳米管长线结构26之间所形成的间隙,栅孔24的孔径即为间隙的宽度。栅孔24的孔径大小与碳纳米管长线结构26之间的距离有关,为使栅孔24的孔径分布均匀,碳纳米管长线结构26分别沿第一方向L1与第二方向L2平行等间距排列。本实施例中,碳纳米管长线28结构之间的距离为1微米-1厘米,栅孔24的孔径为1微米-1厘米。优选地,第一方向L1与第二方向L2之间的夹角为90度,第一方向L1上的碳纳米管长线结构26之间的距离与第二方向L2上的碳纳米管长线结构26之间的距离均为3微米,碳纳米管长线28交叉形成的栅孔24的孔径为3微米。
请参见图3,所述的碳纳米管长线结构26包括至少一根碳纳米管长线28,该碳纳米管长线28的直径为1微米-100微米。进一步地,碳纳米管长线结构26包括至少两根碳纳米管长线28,碳纳米管长线28通过机械外力拧成一绞线型碳纳米管长线结构26。请参见图4,碳纳米管长线28是由多个首尾相连的择优取向排列的碳纳米管片段组成的束状结构或由多个首尾相连且螺旋排列的碳纳米管片断组成的绞线结构,该相邻的碳纳米管片断之间通过范德华力紧密结合,该碳纳米管片断中包括多个长度相同的碳纳米管,该碳纳米管沿同一方向择优取向排列,该碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。
可以理解,碳纳米管长线28中的碳纳米管的排列方式不限,碳纳米管之间可以通过一定方式,如相互缠绕或通过范德华力相互结合,组成一具有一定强度的碳纳米管长线28即可。
碳纳米管长线28也可以是碳纳米管与其他材料如金属颗粒复合形成的复合碳纳米管长线,该金属颗粒填充于碳纳米管长线28内或分布于碳纳米管长线28的表面,该复合碳纳米管长线具有一定的强度且导电性能良好即可。
所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其任意组合的混合物。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米-50纳米,双壁碳纳米管的直径为1纳米-50纳米,多壁碳纳米管的直径为1.5纳米-50纳米,碳纳米管的长度均为10微米-5000微米。
电子发射装置10在应用时,分别施加不同电压给阴极装置14和栅极22(一般情况下,阴极装置为接地或零电压,栅极的电压为几十伏至几百伏左右)。阴极装置14中电子发射体所发出的电子在栅极22的电场作用下,向栅极22的方向运动,通过栅极22的栅孔发射出去。本技术方案实施例所提供的电子发射装置10具有以下优点:其一,由于栅极22中的栅孔24的孔径较小(最低为1微米)且均匀分布,因此在阴极装置14和栅极22之间可形成均匀的空间电场,故所述电子发射装置10发射电子的速度均匀,电子发射效率高;其二,所述栅极22包括多个碳纳米管长线结构26,由于碳纳米管长线结构26具有较高的机械强度,因此栅极22机械强度较高,故,电子发射装置10寿命较长;其三,碳纳米管的密度小于金属的密度,因此栅极22的质量相对较小,故所述电子发射装置10可方便应用于各种领域。
请参阅图5,本技术方案实施例进一步提供一种应用上述电子发射装置10的显示装置300,其包括:一基底302;一形成于基底302上的阴极装置304,所述阴极装置304包括多个电子发射体306和一导电层318,所述导电层318铺设于上述基底302上,所述电子发射体306设置于所述导电层318上并与导电层318电性连接;一第一绝缘支撑体308,所述第一绝缘支撑体308设置于基底302上;一栅极310形成于第一绝缘支撑体308上,所述栅极310通过第一绝缘基底308与阴极装置304间隔设置;一第二绝缘支撑体312,所述第二绝缘支撑体312设置于基底302上;一阳极装置320,所述阳极装置320包括一阳极314和一荧光层316,所述阳极314设置于第二绝缘支撑体312上,所述荧光层316设置于阳极314的内表面。
所述栅极210为一碳纳米管层,该碳纳米管层包括多个碳纳米管长线结构26,该多个碳纳米管长线结构26交叉设置形成一网格结构或平行间隔铺设,所述碳纳米管层包括多个均匀分布的微孔24。
所述第二绝缘支撑体312的具体形状不限,只需确保其可支撑阳极装置320并使阳极装置320与阴极装置304和栅极310间隔设置并与阴极装置304和栅极310电绝缘即可。所述绝第二缘支撑体312的材料为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料。本实施例中,第二绝缘支撑体312为两个形状和大小相同长条状的玻璃,其分别设置于阴极装置304的两端,并与阴极装置304垂直。
所述阳极314的设置于第二绝缘支撑体312上,在栅极310的上方间隔一定距离与栅极310相对,并与栅极310电绝缘。阳极314可为一长条形长方体、带状或其他形状,其材料为ITO导电玻璃。可以理解,阳极314也可以包括一透明基板、一导电层,该导电层设置于该透明基板距离栅极310较近的一面,即透明基板的内表面。所述荧光层316涂敷于于所述阳极314离栅极310距离较近的一面,即阳极314的内表面。
使用时,在阳极314、栅极310和阴极304之间施加不同的电压,电子从场发射电子发射体306发射出后,穿过栅极310的栅孔,然后在阳极314形成的电场作用下加速到达阳极314和荧光层316,激发荧光层316发出可见光。
由于栅极310的孔径较小且均匀分布,因此在阴极装置304和栅极310之间可形成均匀的电场,电子透过率较高,所述显示装置300发光效率较高,且由于碳纳米管密度小,因此栅极310的质量相对较小,故显示装置300质量较小,可方便应用于各种领域。
可以理解,本实施例中的显示装置300可依据设置不同的阴极装置304和阳极装置320,分别实现光源和显示器功能。
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 (18)

1.一种电子发射装置,包括一阴极装置及一栅极,所述栅极与所述阴极装置间隔设置并与所述阴极装置电绝缘,其特征在于,所述栅极为一碳纳米管层,所述碳纳米管层包括多个碳纳米管长线结构。
2.如权利要求1所述的电子发射装置,其特征在于,所述碳纳米管层中包括多个均匀分布的栅孔。
3.如权利要求2所述的电子发射装置,其特征在于,所述栅孔的孔径为1微米-1厘米。
4.如权利要求1所述的电子发射装置,其特征在于,所述阴极装置为冷阴极装置或热阴极装置。
5.如权利要求1所述的电子发射装置,其特征在于,所述碳纳米管层的厚度为2微米-400微米。
6.如权利要求1所述的电子发射装置,其特征在于,所述碳纳米管层的多个碳纳米管长线结构分别沿第一方向和第二方向平行排列。
7.如权利要求7所述的电子发射装置,其特征在于,所述第一方向与第二方向之间形成一夹角α,0°≤α≤90°。
8.如权利要求1所述的电子发射装置,其特征在于,所述碳纳米管长线结构的直径为1微米-200微米。
9.如权利要求1所述的电子发射装置,其特征在于,所述碳纳米管长线结构包括至少一根碳纳米管长线。
10.如权利要求9所述的电子发射装置,其特征在于,所述碳纳米管长线的直径为1微米-100微米。
11.如权利要求9所述的电子发射装置,其特征在于,所述碳纳米管长线是由多个首尾相连的择优取向排列的碳纳米管组成的束状结构或由多个首尾相连的螺旋排列的碳纳米管组成的绞线结构。
12.如权利要求11所述的电子发射装置,其特征在于,所述的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其任意组合的混合物。
13.一种显示装置,包括:
一阴极装置;
一与所述阴极装置相对设置的阳极装置;
一栅极,所述栅极设置在所述阴极装置与所述阳极装置之间,并与所述阴极装置和所述阳极装置间隔,其特征在于,所述栅极包括一碳纳米管层,所述碳纳米管层包括多个碳纳米管长线结构。
14.如权利要求13所述的显示装置,其特征在于,所述碳纳米管层中包括多个均匀分布的栅孔。
15.如权利要求14所述的显示装置,其特征在于,所述栅孔的孔径为1微米-1厘米。
16.如权利要求13所述的显示装置,其特征在于,所述碳纳米管层的厚度为2微米-400微米。
17.如权利要求13所述的显示装置,其特征在于,所述碳纳米管层的多个碳纳米管长线结构分别沿第一方向与沿第二方向平行排列。
18.如权利要求17所述的显示装置,其特征在于,所述第一方向与第二方向之间形成一夹角α,0°≤α≤90°。
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Correction item: Patentee|Address|Co-patentee

Correct: Tsinghua University| 100084. Haidian District 1, Tsinghua Yuan, Beijing, Tsinghua University, Room 401, research center of Tsinghua Foxconn nanometer science and technology|Hung Fujin Precision Industrial (Shenzhen) Co., Ltd.

False: Hongfujin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd.|518109 Guangdong city of Shenzhen province Baoan District Longhua Town Industrial Zone tabulaeformis tenth East Ring Road No. 2 two

Number: 12

Volume: 27

CI03 Correction of invention patent

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Correct: Tsinghua University| 100084. Haidian District 1, Tsinghua Yuan, Beijing, Tsinghua University, Room 401, research center of Tsinghua Foxconn nanometer science and technology|Hung Fujin Precision Industrial (Shenzhen) Co., Ltd.

False: Hongfujin Precision Industry (Shenzhen) Co., Ltd.|518109 Guangdong city of Shenzhen province Baoan District Longhua Town Industrial Zone tabulaeformis tenth East Ring Road No. 2 two

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