CN101635239A - 场发射阴极装置及场发射显示器 - Google Patents

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Abstract

一种场发射阴极装置，其包括：一绝缘基底；多个条形阴极电极，该条形阴极电极平行且间隔设置于该绝缘基底表面；多个场发射单元，该多个场发射单元间隔设置于多个条形阴极电极表面与条形阴极电极电连接并呈矩阵排列；一介质层，该介质层设置于绝缘基底表面，覆盖上述多个条形阴极电极的部分区域，并相对于每个场发射单元设有通孔；多个条形栅网，该条形栅网平行且间隔设置，并与条形阴极电极异面垂直，每个条形栅网覆盖介质层的多个通孔；其中，所述的多个栅网设置于介质层中，覆盖通孔的栅网的四周由介质层固定。

Description

场发射阴极装置及场发射显示器
技术领域
本发明涉及一种场发射阴极装置、其制备方法及使用该场发射阴极装置的场发射显示器。
背景技术
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。
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，增加栅网来控制电子发射，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网来精确控制。因此，三极型场发射显示器中，这种由产生电子的阴极和引出电子并将电子加速的栅网构成的场发射阴极装置成为目前较为常用的一种场发射阴极装置。
请参见图1及图2，现有的场发射阴极装置100通常包括一绝缘基底102；多个条形阴极电极104，该条形阴极电极104位于该绝缘基底102上且沿同一方向平行间隔绝缘设置；多个场发射体单元110，该场发射体单元110均匀分布于多个条形阴极104上，与条形阴极电极104电连接，每个场发射单元110包括场发射体；一介质层106，该介质层106设置于所述绝缘基底102上，并对应场发射单元110设有通孔；多个栅极108，该栅极108设置于上述介质层106上，与条形阴极电极104异面垂直。这种场发射阴极装置100中，由于栅极108是直接放置于介质层106上，栅极108与介质层106之间的结合不牢固，存在以下缺点：其一，这种场发射阴极装置100在封装形成场发显示器的过程中，栅极108容易滑动变形，影响场发射阴极装置100的场发射性能；其二，这种场发射阴极装置100在工作过程中，电场力容易造成栅极108变形，造成条形阴极电极104与栅极108之间短路，因此栅极108与条形阴极电极104之间的距离不应太小，一般大于20微米。而栅极108与条形阴极电极104之间的距离越大，栅极108的工作电压越大，即场发射阴极装置100的工作电压越大，影响了场发射阴极装置100的场发射性能。
因此，确有必要提供一种场发射阴极装置及使用该场发射阴极装置的场发射显示器，所述场发射阴极装置中栅网与介质层之间结合牢固，场发射阴极装置工作电压较小，场发射性能较好。
发明内容
一种场发射阴极装置，其包括：一绝缘基底；多个条形阴极电极，该条形阴极电极平行且间隔设置于该绝缘基底表面；多个场发射单元，该多个场发射单元间隔设置于多个条形阴极电极表面与条形阴极电极电连接并呈矩阵排列；一介质层，该介质层设置于绝缘基底表面，覆盖上述多个条形阴极电极的部分区域，并相对于每个场发射单元设有通孔；多个条形栅网，该条形栅网平行且间隔设置，并与条形阴极电极异面垂直，每个条形栅网覆盖介质层的多个通孔；其中，所述的多个栅网设置于介质层中，覆盖通孔的栅网的四周由介质层固定。
一种场发射显示器，包括一场发射阴极装置与一阳极装置；该阴极装置包括：一绝缘基底；多个条形阴极电极，该条形阴极电极平行且间隔设置于该绝缘基底表面；多个场发射单元，该多个场发射单元间隔设置于多个条形阴极电极表面与条形阴极电极电连接并呈矩阵排列；一介质层，该介质层设置于绝缘基底表面，覆盖上述多个条形阴极电极的部分区域，并相对于每个场发射单元设有通孔；多个条形栅网，该条形栅网平行且间隔设置，并与条形阴极电极异面垂直，每个条形栅网覆盖介质层的多个通孔；该阳极装置与条形栅网形成一空间；其中，所述的多个栅网设置于介质层中，覆盖通孔的栅网的四周由介质层固定。
相对于现有技术，本技术方案所提供的场发射阴极装置中，由于多个条型栅网设置于介质层中，条型栅网覆盖介质层中的多个通孔，覆盖通孔的栅网的四周由介质层固定，因此，栅网被牢固地固定，栅网不易因为发生变形造成栅网和阴极之间的间距不均匀，进而影响场发射阴极装置均匀地发射电子，因此，该场发射阴极装置结构稳定，不易受外界环境的影响；且，由于栅网被牢固地固定，因此，即使当栅网和阴极之间的距离较小时，该场发射阴极装置在工作时不会因为电场力的作用发生变形造成阴栅短路现象，因此该场发射阴极装置工作电压易于控置，场发射的可控性较好。
附图说明
图1为现有技术中的场发射阴极装置的结构俯视图；
图2为沿图1中II-II′线剖面示意图；
图3为本技术方案实施例所提供的场发射阴极装置的结构示意图；
图4为图3中场发射阴极装置的俯视图。
图5为本技术方案实施例所提供的场发射显示器的结构示意图；
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3及图4，本技术方案实施例提供一种场发射阴极装置10，其包括一绝缘基底12，多个条形阴极电极14，该条形阴极电极14设置于该绝缘基底12上，且平行间隔绝缘设置；多个场发射单元32，该场发射单元32间隔设置于多个条形阴极电极14上并与条形阴极电极14电连接，并呈矩阵排列；一介质层26，该介质层26设置于绝缘基底12上，并覆盖多个条形阴极电极14的部分区域，并相对每一个场发射单元32设置有通孔；多个条形栅网22，该条形栅网22与条形阴极电极14异面垂直，平行间隔绝缘设置于介质层26中，并覆盖介质层26的通孔。
所述绝缘基底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材料为玻璃。
所述条形阴极电极14的形状为为长条形或带状，平行等间距间隔铺设于绝缘基底12上，条形阴极电极14的材料为铜、铝、金、银等金属或铟锡氧化物(ITO)，本实施例中，条形阴极电极14为银电极。
所述场发射单元32与条形阴极电极14电连接，均匀分布于多个条形阴极14上，且场发射单元32呈矩阵排列。所述场发射单元32包括多个电子发射体，该电子发射体为金属微尖、硅尖或者碳纳米管，也可以采用其它电子发射体。优选地，电子发射体为碳纳米管。
所述介质层26设置于绝缘基底12上，覆盖部分条形阴极电极14，并相对每一个场发射单元32设置有通孔，即介质层26上的通孔与场发射单元一一对应。介质层26的具体形状不限，优选地，本实施例中，所述介质层26为一网格状，其包括多个均匀分布的网格24，该网格24即为所述介质层26对应场发射单元32所设置的通孔，场发射单元32与网格24一一对应。所述介质层26的材料为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料，介质层26的高度大于15微米。本实施例中，介质层26的高度为20微米。
所述条形栅网22与条形阴极电极14异面垂直，平行间隔绝缘设置于介质层26中，并覆盖介质层26上的通孔。每个条形栅网22可覆盖多个通孔，该条形栅网22对应每个通孔被分成多个块状区域，每个块状区域的四周嵌在介质层26中，被介质层26所固定，块状区域与通孔一一对应。可以理解，条形栅网22将介质层26分成上下两个部分，下部的介质层26位于条形阴极电极14和条形栅网22之间，用于支撑条形栅网22，上部的介质层26位于条形栅网22的上方，用于固定条形栅网22。所述条形栅网22为一网状结构，其包括多个均匀分布的栅孔，该栅孔为对应于电子发射体32的通孔，栅孔的孔径为3微米-1000微米。条形栅网22与条形阴极电极14之间的距离大于等于10微米。条形栅网22为一金属网。本实施例中，条形栅网22为一条形不锈钢网，其与条形阴极电极14之间的距离为15微米。
场发射阴极装置10在应用时，分别施加不同电压给条形阴极14和条型栅网22(一般情况下，阴极14为接地或零电压，栅网22的电压为几十伏至几百伏左右)。阴极14上场发射单元32中的电子发射体所发出的电子在栅网22的电场作用下，向栅网22的方向运动，通过栅网22的栅孔发射出去。由于条形阴极14之间相互绝缘、条型栅网之间相互绝缘，因此，通过选择性地在某些条形阴极14和某些条型栅网22之间施加不同的电压，可控制不同位置的场发射单元32发射电子，实现场发射阴极装置10的寻址功能，满足其在场发射显示器中的应用。
本技术方案所提供的场发射阴极装置中，由于多个条型栅网设置于介质层中，条型栅网覆盖介质层中的多个通孔，覆盖通孔的栅网的四周由介质层固定，因此，栅网被牢固地固定，栅网不易因为发生变形造成栅网和阴极之间的间距不均匀，进而影响场发射阴极装置均匀地发射电子，因此，该场发射阴极装置结构稳定，不易受外界环境的影响；且，由于栅网被牢固地固定，因此，即使当栅网和阴极之间的距离较小时，该场发射阴极装置在工作时不会因为电场力的作用发生变形造成阴栅短路现象，因此该场发射阴极装置工作电压易于控置，场发射的可控性较好。
请参见图5，本技术方案实施例还提供一种使用上述场发射阴极装置10的场发射显示器200，该场发射显示器200包括一场发射阴极装置与一阳极装置212。该场发射阴极装置包括其包括一绝缘基底204；多个条形阴极电极206，该条形阴极电极206设置于该绝缘基底204上，且平行间隔绝缘设置；多个场发射单元222，该场发射单元222与条形阴极206电连接，并呈矩阵排列；一介质层208，该介质层208设置于绝缘基底204上，覆盖多个条形阴极电极206的部分区域，并对应每一个场发射单元222设置有通孔；多个条形栅网210，该条形栅网210与条形阴极电极206异面垂直，平行间隔绝缘设置于介质层208中，并覆盖介质层208的通孔，该介质层208通过该通孔将条形栅网210分成多个块状区域，该块状区域的四周被介质层208所固定。所述阳极装置212与场发射阴极装置202中的条形栅网210保持一定距离。
所述的条形栅网210与条形阴极电极206之间的距离为大于等于10微米。
所述阳极装置212包括一玻璃基底214，一透明阳极216及涂覆透明阳极216上的荧光层218。所述阳极装置212通过一绝缘支撑体220与场发射阴极装置202中的绝缘基底204的四周封接，该绝缘支撑体220将条形栅网210的边缘固定。所述透明阳极216可为氧化铟锡薄膜。
场发射显示器200在应用时，分别施加不同电压给条形阴极206、条型栅网210和阳极216(一般情况下，阴极206为接地或零电压，栅网210的电压为几十伏至几百伏左右，阳极216的电压高于栅网210的电压)。阴极206上场发射单元222中的电子发射体所发出的电子在栅网210的电场作用下，向栅网210的方向运动，通过栅网210的栅孔发射出去，在阳极216的电场作用下，最终到达阳极216，打在涂覆透明阳极216上的荧光层218，发出荧光，实现场发射显示器200的显示功能。由于条形阴极206之间相互绝缘、条型栅网210之间相互绝缘，因此，通过选择性地在不同的条形阴极206和条型栅网210之间施加不同的电压，可控制不同位置的场发射单元222发射电子，电子打在阳极装置212的荧光层218的不同位置，从而使荧光层218的不同位置发光，使场发射显示器200根据需要显示不同的画面。
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 (11)

1.一种场发射阴极装置，其包括：
一绝缘基底；
多个条形阴极电极，该条形阴极电极平行且间隔设置于该绝缘基底表面；
多个场发射单元，该多个场发射单元间隔设置于多个条形阴极电极表面与条形阴极电极电连接并呈矩阵排列；
一介质层，该介质层设置于绝缘基底表面，覆盖上述多个条形阴极电极的部分区域，并相对于每个场发射单元设有通孔；
多个条形栅网，该条形栅网平行且间隔设置，并与条形阴极电极异面垂直，每个条形栅网覆盖介质层的多个通孔；
其特征在于，所述的多个条形栅网设置于介质层中，覆盖通孔的栅网的四周由介质层固定。
2.如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的条形栅网包括多个栅孔，栅孔的孔径为3微米-1000微米。
3.如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的介质层的高度大于15微米。
4.如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的条形栅网与条形阴极电极之间的距离为大于等于10微米。
5.如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的场发射单元包括多个电子发射体，该电子发射体与条形阴极电极电连接。
6.如权利要求5所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的电子发射体包括金属微尖、硅尖或者碳纳米管。
7.如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的介质层的材料为玻璃、陶瓷或二氧化硅。
8.一种场发射显示器，其包括：
一场发射阴极装置，该场发射阴极装置包括：
多个条形阴极电极，该条形阴极电极平行且间隔设置于该绝缘基底表面；
多个场发射单元，该多个场发射单元间隔设置于多个条形阴极电极表面与条形阴极电极电连接并呈矩阵排列；
一介质层，该介质层设置于绝缘基底表面，覆盖上述多个条形阴极电极的部分区域，并相对于每个场发射单元设有通孔；
多个条形栅网，该条形栅网平行且间隔设置，并与条形阴极电极异面垂直，
每个条形栅网覆盖介质层的多个通孔；
该场发射显示器进一步包括一阳极装置，该阳极装置与场发射阴极装置上的条形栅网保持一定距离；
其特征在于，所述的多个栅网设置于介质层中，覆盖通孔的栅网的四周由介质层固定。
9.如权利要求8所述的场发射显示器，其特征在于，所述阳极装置包括一玻璃基底，一透明阳极及涂覆透明阳极上的荧光层。
10.如权利要求8所述的场发射显示器，其特征在于，所述场发射显示器进一步包括一绝缘支撑体，所述阳极装置通过该绝缘支撑体与场发射阴极装置封接。
11.如权利要求8所述的场发射显示器，其特征在于，所述的条形栅网与条形阴极电极之间的距离为大于等于10微米。
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