CN102254762A - 场发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种场发射装置，其包括：一绝缘基底；一电子引出电极，该电子引出电极设置于该绝缘基底的一表面；一二次电子发射层，该二次电子发射层设置于该电子引出电极的表面；一阴极电极，该阴极电极通过一第一绝缘隔离层与该电子引出电极间隔设置，所述电子引出电极设置在阴极电极与绝缘基底之间，该阴极电极具有一表面至少部分与该电子引出电极面对设置，该阴极电极具有一第一开口，该第一开口定义一电子出射部；一电子发射层，该电子发射层设置在阴极电极面对该电子引出电极设置的部分表面；一栅极电极，该栅极电极与阴极电极绝缘设置，且所述阴极电极设置在电子引出极与栅极电极之间。

Description

场发射装置

技术领域

本发明涉及一种场发射装置。

背景技术

场发射装置是场发射电子器件，如场发射显示器的重要元件。

现有技术中的场发射装置通常包括一绝缘基底；一设置于该绝缘基底上的阴极电极；多个设置于阴极电极上的电子发射体；一设置于该绝缘基底上的第一绝缘隔离层，所述第一绝缘隔离层具有通孔，所述电子发射体通过该通孔暴露，以使电子发射体发射的电子通过该通孔射出；以及一阳极电极，所述阳极电极与阴极电极间隔设置。当所述场发射装置工作时，向阳极电极施加一高电位，向阴极电极施加一低电位。所以电子发射体发射的电子通过该通孔射阳极。

然而，电子发射体发射的电子会与真空中游离的气体分子碰撞，从而使气体分子电离产生离子。而且，该离子会向处于低电位的阴极电极方向运动。由于所述场发射装置的电子发射体通过所述通孔暴露，所以该电子发射体很容易受到该离子的轰击，从而导致电子发射体损坏。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种可以有效避免离子轰击电子发射体的场发射装置。

一种场发射装置，其包括：一绝缘基底；一电子引出电极，该电子引出电极设置于该绝缘基底的一表面；一二次电子发射层，该二次电子发射层设置于该电子引出电极的表面；一阴极电极，该阴极电极通过一第一绝缘隔离层与该电子引出电极间隔设置，所述电子引出电极设置在阴极电极与绝缘基底之间，该阴极电极具有一表面至少部分与该电子引出电极面对设置，该阴极电极具有一第一开口，该第一开口定义一电子出射部；一电子发射层，该电子发射层设置在阴极电极面对该电子引出电极设置的部分表面；一栅极电极，该栅极电极与阴极电极绝缘设置，且所述阴极电极设置在电子引出极与栅极电极之间。

一种场发射装置，其包括：一种场发射装置，其包括：一绝缘基底；一电子引出电极，该电子引出电极设置于该绝缘基底的一表面；一二次电子发射层，该二次电子发射层设置于该电子引出电极的表面；一阴极电极，该阴极电极通过一第一绝缘隔离层与该电子引出电极间隔设置，所述电子引出电极设置在阴极电极与绝缘基底之间，该阴极电极具有一表面至少部分与该电子引出电极面对设置，该阴极电极具有一第一开口，该第一开口定义一电子出射部；一电子发射层，该电子发射层设置在阴极电极面对该电子引出电极设置的部分表面；一阳极电极，该阳极电极与阴极电极间隔设置，且所述阴极电极设置在电子引出极与阳极电极之间。

与现有技术相比，由于电子出射部形成于阴极电极上，电子发射体的电子发射端不会通过电子出射部暴露，所以当电子发射体发射的电子与真空中游离的气体分子碰撞产生离子向电子引出电极方向运动时，该离子不会轰击到该电子发射体，从而使该电子发射体具有较长寿命。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的场发射装置的结构示意图。

图2为图1的场发射装置沿II-II线剖开后的俯视图。

图3为图1的场发射装置沿III-III线剖开后的仰视图。

图4为本发明第一实施例提供的场发射装置的制备方法工艺流程图。

图5为本发明第二实施例提供的场发射装置的结构示意图。

图6为本发明第三实施例提供的场发射装置的结构示意图。

图7为本发明第四实施例提供的场发射装置的结构示意图。

图8为本发明第五实施例提供的场发射装置的结构示意图。

主要元件符号说明

场发射装置            100，200，300，400，500

绝缘基底              110，210，310，410，510

第一绝缘隔离层        112，212，312，412，512

第二开口              1120

阴极电极              114，214，314，414，514

第一开口              1140，2140，4140

电子发射层            116，216，316，416，516

电子发射体            1162，2162

电子发射端            1164，2164

电子引出电极          118，218，318，418，518

二次电子发射层        120，220，320，420，520

第二绝缘隔离层        121，221，321，421，521

第三开口              1212，3212

栅极电极              122，222，322，422，522

第二突起              2142

第一突起              2202

二次电子倍增极        424

第四开口              4240

二次电子发射材料      4242

第三绝缘隔离层        426

阳极电极              530

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的场发射装置。所述场发射装置可以包括一个或多个单元。本发明实施例仅以一个单元为例说明。

请参阅图1至图3，本发明第一实施例提供一种场发射装置100，其包括一绝缘基底110，一第一绝缘隔离层112，一阴极电极114，一电子发射层116，一电子引出电极118，一二次电子发射层120，一第二绝缘隔离层121以及一栅极电极122。

所述绝缘基底110具有一表面，且所述电子引出电极118设置于该绝缘基底110的表面。所述二次电子发射层120设置于所述电子引出电极118远离绝缘基底110的表面。所述阴极电极114通过一第一绝缘隔离层112与该电子引出电极118间隔设置，且所述电子引出电极118设置于阴极电极114与绝缘基底110之间。所述阴极电极114定义一第一开口1140作为电子出射部。所述阴极电极114的第一开口1140与所述电子引出电极118面对设置，即电子出射部与所述电子引出电极118相对设置。所述阴极电极114具有一表面，且该表面的至少部分与该电子引出电极118面对设置。所述电子发射层116设置于阴极电极114与该电子引出电极118面对设置的部分表面。优选地，所述电子发射层116设置于阴极电极114表面靠近电子出射部的位置。所述栅极电极122通过所述第二绝缘隔离层121与所述阴极电极114间隔设置。所述电子发射层116发射的电子轰击所述二次电子发射层120产生二次电子。所述二次电子发射层120发射的二次电子在栅极电极122作用下通过电子出射部射出。

所述绝缘基底110的材料可以为硅、玻璃、陶瓷、塑料或聚合物。所述绝缘基底110的形状与厚度不限，可以根据实际需要选择。优选地，所述绝缘基底110的形状为圆形、正方形或矩形。本实施例中，所述绝缘基底110为一边长为10毫米，厚度为1毫米的正方形玻璃板。

所述电子引出电极118为一导电层，且其厚度和大小可以根据实际需要选择。所述电子引出电极118的材料可以为纯金属、合金、氧化铟锡或导电浆料等。可以理解，当绝缘基底110为硅片时，该电子引出电极118可以为一硅掺杂层。本实施例中，所述电子引出电极118为一厚度为20微米的圆形铝膜。该铝膜通过磁控溅射法沉积于绝缘基底110表面。

所述二次电子发射层120的材料包括氧化镁(MgO)、氧化铍(BeO)、氟化镁(MgF2)、氟化铍(BeF2)、氧化铯(CsO)以及氧化钡(BaO)中的一种或几种，其厚度和大小可以根据实际需要选择。所述二次电子发射层120可以通过涂敷、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等方法形成于电子引出电极118的表面。可以理解，所述二次电子发射层120的表面还可以形成有凹凸结构以增加二次电子发射层120的面积，可提高二次电子发射效率。本实施例中，所述二次电子发射层120为一厚度为20微米的圆形氧化钡层。

所述阴极电极114可以为一导电层或导电基板，其材料可以为金属、合金、氧化铟锡(ITO)或导电浆料等。所述阴极电极114的厚度和大小可以根据实际需要选择。所述阴极电极114的至少部分表面与所述二次电子发射层120面对设置。所述阴极电极114具有一第一开口1140作为电子出射部。具体地，所述阴极电极114可以为一具有通孔的层状结构或多个相隔一定距离设置的条状结构。所述第一开口1140可以为所述阴极电极114的通孔或相隔一定距离设置的条状结构之间的间隔。本实施例中，所述阴极电极114为一圆环形铝导电层，且其中心具有一通孔作为电子出射部。

所述第一绝缘隔离层112设置于所述阴极电极与电子引出电极之间，用于使所述阴极电极与电子引出电极之间绝缘。所述第一绝缘隔离层112的材料可以为树脂、厚膜曝光胶、玻璃、陶瓷、氧化物及其混合物等。所述氧化物包括二氧化硅、三氧化二铝、氧化铋等，其厚度和形状可以根据实际需要选择。所述第一绝缘隔离层112可以直接设置于绝缘基底110表面，也可设置于电子引出电极118表面。所述第一绝缘隔离层112具有一第二开口1120。具体地，所述第一绝缘隔离层112可以为一具有通孔的层状结构，所述通孔为第二开口1120，暴露出二次电子发射层120。所述第一绝缘隔离层112也可为多个相隔一定距离设置的条状结构，且所述相隔一定距离设置的条状结构之间的间隔为第二开口1120。所述阴极电极114的至少部分对应设置于所述第一绝缘隔离层112的第二开口1120处，并通过该第一绝缘隔离层112的第二开口1120暴露出部分表面面对所述二次电子发射层120设置。所述阴极电极114的第一开口1140与所述第一绝缘隔离层的第二开口1120至少部分交叠设置。所述第一开口1140与所述第二开口1120交叠的部分作为电子出射部。优选地，所述第一开口1140完全设置在第二开口1120范围内，所述第一开口1140作为电子出射部。本实施例中，所述第一绝缘隔离层112为一厚度为100微米的圆环形SU-8光刻胶设置于玻璃板表面，且其定义有一圆形通孔，所述阴极电极114的部分表面通过该圆形通孔与二次电子发射层120面对设置，所述阴极电极114的通孔设置在第一绝缘隔离层112的圆形通孔的范围内，作为电子出射部。

所述栅极电极122可以为金属栅网、金属片、氧化铟锡薄膜或导电浆料层等。所述栅极电极122设置于第二绝缘隔离层121与阴极电极114相对的另一表面，即第二绝缘隔离层121设置于栅极电极122与阴极电极114之间。具体地，所述栅极电极122可设置于第二绝缘隔离层121的上表面靠近电子出射部的位置。当所述栅极电极122为栅网时，可覆盖所述电子出射部设置。所述栅极电极122可以通过丝网印刷、电镀、化学气相沉积、磁控溅射、热沉积等方法制备，也可以将提前制备好的金属栅网直接设置于第二绝缘隔离层121上。本实施例中，所述栅极电极122为金属栅网，且该栅极电极122从第二绝缘隔离层121的表面延伸至电子出射部上方，且该金属栅网覆盖所述电子出射部。可以理解，所述金属栅网上还可以涂敷二次电子发射材料，以进一步增强场发射装置100的场发射电流密度。

所述第二绝缘隔离层121的材料和形成方法与第一绝缘隔离层112的材料和形成方法相同。所述第二绝缘隔离层121的作用为使阴极电极114与栅极电极绝缘。所述阴极电极114设置于第二绝缘隔离层121靠近电子引出电极118的表面。所述第二绝缘隔离层121为一层状结构，其形状和大小与阴极电极114相对应。所述第二绝缘隔离层121具有一与电子出射部对应的第三开口1212。所述第三开口1212与第一开口1140及第二开口1120至少部分交叠设置，所述第三开口1212与第一开口1140及所述第二开口1120交叠的部分作为电子出射部。本实施例中，所述第二绝缘隔离层121具有一与电子出射部相对应的通孔。所述第二绝缘隔离层121在第三开口1212的内壁上可以进一步设置有二次电子发射材料。即，所述第二绝缘隔离层121靠近电子出射部的表面可以设置二次电子发射材料。此时，所述第二绝缘隔离层121的厚度可以做的较大，如500微米～1000微米，以提高二次电子发射材料的面积。进一步，所述第二绝缘隔离层121在第三开口1212的内壁上可以形成多个凹凸结构，以增加二次电子发射材料的面积。

所述电子发射层116设置于阴极电极114面对二次电子发射层120的部分表面，所述电子发射层116面对所述二次电子发射层120设置。优选地，所述电子发射层116设置于阴极电极114的表面靠近电子出射部的位置。所述电子发射层116包括多个电子发射体1162，如碳纳米管、纳米碳纤维、或硅纳米线等。所述每个电子发射体1162具有一电子发射端1164，且该电子发射端1164指向所述二次电子发射层120设置。所述电子发射层116的厚度和大小可以根据实际需要选择。进一步，所述电子发射层116的表面开可以设置一层抗离子轰击材料以提高其稳定性和寿命。所述抗离子轰击材料包括碳化锆、碳化铪、六硼化镧等中的一种或多种。本实施例中，所述电子发射层116为一环形碳纳米管浆料层。所述碳纳米管浆料包括碳纳米管、低熔点玻璃粉以及有机载体。其中，有机载体在烘烤过程中蒸发，低熔点玻璃粉在烘烤过程中熔化并将碳纳米管固定于阴极电极114表面。所述环形电子发射层116的外径小于或等于二次电子发射层120的半径，且内径等于电子出射部的半径。

所述电子发射层116的电子发射体1162的电子发射端1164与二次电子发射层120相对于电子发射端1164的表面的距离小于电子与气体分子的平均自由程，以减少离子对电子发射体1162的轰击。一方面，由于电子发射端1164与二次电子发射层120相对于电子发射端1164的表面的距离小于电子与气体分子的平均自由程，所以电子发射体1162发射的电子在与气体分子(指电子发射端1164与二次电子发射层120之间的气体分子)碰撞之前会先轰击二次电子发射层120，从而提高的电子发射体1162发射的电子轰击二次电子发射层120几率。另一方面，由于电子发射体1162发射的电子与气体分子碰撞的几率减小，即气体分子被电离的产生离子的几率也减小，所以电子发射端1164与二次电子发射层120之间产生离子的几率也减小，从而使电子发射端1164被离子正面轰击的几率减小。

根据气体分子运动论，在一定压强下，气体分子之间的平均自由程

以及自由电子与气体分子之间的平均自由程

分别由公式(1)和(2)所示，

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}=\frac{\mathrm{kT}}{\sqrt{2}{\mathrm{\πd}}^{2}P}---\left(1\right)$

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}}_e=\frac{\mathrm{kT}}{\mathrm{\π}{\left(\frac{d}{2}\right)}^{2}P}=4\sqrt{2}\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}---\left(2\right)$

其中，k＝1.38×10^-23J/K为波尔兹曼常数；T为绝对温度；d为气体分子的有效直径；P为气体压强。以温度为300K的氮气为例，在气体压强为1Torr的真空度下，空气分子的平均自由程

约为50微米，而自由电子与气体分子的平均自由程

为283微米。所以如果所述电子发射端1164与二次电子发射层120表面的距离足够小的情况下，所述场发射装置100就可以在低真空状态工作而不会引起电子发射体1162的损坏。

本实施例中，所述电子发射端1164与二次电子发射层120相对于电子发射端1164的表面的距离为10微米～30微米。相应地，所述场发射装置100可以在压强高至9Torr～27Torr的低真空的条件下工作也不至于导致发射体的损坏。在更好的真空如压强降低1个量级至1Torr左右下工作，电子在发射间隙与气体分子的碰撞就可以忽略至不计，因而发射体由于离子轰击造成的破坏也就可以忽略不计。可以理解，所述场发射装置100也可以在高真空环境或惰性气体环境中工作，会有更稳定的性能。

具体地，本实施例所述场发射装置100的具体结构如下。所述第一绝缘隔离层112设置于所述绝缘基底110的一表面，且该第一绝缘隔离层112定义一第二开口1120以使绝缘基底110的表面通过该第二开口1120暴露。所述电子引出电极118设置于所述绝缘基底110通过该第二开口1120暴露的表面，且所述电子引出电极118的厚度小于第一绝缘隔离层112的厚度。所述二次电子发射层120设置于所述电子引出电极118的表面，且与电子引出电极118电连接。所述阴极电极114设置于所述第一绝缘隔离层112的表面，且延伸至所述二次电子发射层120的上方。所述阴极电极114定义一第一开口1140作为电子出射部。所述电子发射层116设置于所述阴极电极114面向二次电子发射层120的表面，且与阴极电极114电连接。所述电子发射层116与二次电子发射层120相对且间隔设置。所述第二绝缘隔离层121设置于所述阴极电极114远离二次电子发射层120的表面，且该第二绝缘隔离层121的第三开口1212与电子出射部对应设置。所述栅极电极122设置于第二绝缘隔离层121的表面，且从第二绝缘隔离层121的表面延伸至电子出射部的上方以将电子出射部覆盖。

所述场发射装置100工作时，电子引出电极118的电位高于阴极电极114的电位，栅极电极122的电位高于电子引出电极118的电位。本实施例中，所述阴极电极114保持零电位，电子引出电极118上施加一100伏特的电压，栅极电极122上施加一500伏特的电压。所述电子发射体1162在电子引出电极118电压作用下发射电子，且该电子轰击二次电子发射层120以使二次电子发射层120发射二次电子。所述二次电子发射层120发射的二次电子在栅极电极122电压作用下从电子出射部射出。

所述场发射装置100具有以下优点：由于电子出射部形成于阴极电极114上，电子发射体1162的电子发射端1164不会通过电子出射部暴露，所以当电子发射体1162发射的电子与真空中游离的气体分子碰撞产生离子向电子引出电极118方向运动时，该离子不会轰击到该电子发射体1162，从而使该电子发射体1162具有较长寿命。由于电子发射层116上形成抗离子轰击材料可以提高其稳定性和寿命。同时，由于采用了二次电子发射层120，可以在较低的发射电压情况下得到较大的发射电流。

请参阅图4，本发明第一实施例提供一种场发射装置100的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一，提供一绝缘基底110。

本实施例中，所述绝缘基底110为一方形玻璃板。

步骤二，在绝缘基底110的一表面形成一电子引出电极118。

所述电子引出电极118可以通过丝网印刷、电镀、化学气相沉积、磁控溅射或热沉积等方法制备。本实施例中，通过磁控溅射法在绝缘基底110表面沉积一铝层作为电子引出电极118。

步骤三，在电子引出电极118的表面形成一二次电子发射层120。

所述二次电子发射层120可以通过丝网印刷、电镀、化学气相沉积、磁控溅射或热沉积等方法制备。本实施例中，通过表面涂覆在电子引出电极118表面形成一层氧化钡作为二次电子发射层120。

步骤四，在绝缘基底110表面形成一第一绝缘隔离层112，该第一绝缘隔离层112具有一第二开口1120以使得二次电子发射层120的表面通过该第二开口1120暴露。

所述第一绝缘隔离层112可以通过丝网印刷、甩胶、涂敷或厚膜工艺等方法制备。本实施例中，通过丝网印刷法在阴极电极114表面直接形成一具有圆形通孔的第一绝缘隔离层112，从而使得二次电子发射层120的表面通过该圆形通孔暴露。

步骤五，提供一阴极电极板(图未标)，该阴极电极板具有一第一开口1140，并在该阴极电极板的部分表面形成一电子发射层116。

所述阴极电极板可以为一导电基板或形成有导电层的绝缘基板。

本实施例中，所述阴极电极板的制备方法包括以下步骤：

首先，提供一第二绝缘隔离层121。

所述第二绝缘隔离层121可以为具有通孔的基板或条状体。本实施例中，所述第二绝缘隔离层121为一圆环形玻璃板，且所述第二绝缘隔离层121具有一第三开口1212。

然后，在所述第二绝缘隔离层121的表面靠近第三开口1212的位置形成一阴极电极114。

所述阴极电极114可以通过丝网印刷，真空镀膜等方法制备，也可以将一金属片直接设置于第二绝缘隔离层121表面。本实施例中，通过磁控溅射法在第二绝缘隔离层121的表面沉积一圆环形铝层作为阴极电极114，且所述阴极电极114形成有与第三开口1212对应的第一开口1140，作为电子出射部。

所述电子发射层116可以通过印刷浆料或化学气相沉积法等方法制备。本实施例中，先通过丝网印刷在阴极电极114表面形成一环形碳纳米管浆料层，再对该碳纳米管浆料层进行烘烤。所述碳纳米管浆料包括碳纳米管、低熔点玻璃粉以及有机载体。其中，有机载体在烘烤过程中蒸发，低熔点玻璃粉在烘烤过程中熔化并将碳纳米管固定于阴极电极114表面。进一步，还可以采用胶带粘结剥离等方式对碳纳米管电子发射层116进行表面处理，以使得更多的碳纳米管暴露。可以理解，采用胶带粘结剥离碳纳米管电子发射层116可以使得碳纳米管暴露的同时竖立以与二次电子发射层120表面垂直。

进一步，可在此电子发射层116上形成抗离子轰击材料如碳化锆，碳化铪，六硼化镧等，以提高其稳定性和寿命。本实施例中，采用磁控溅射的方法在碳纳米管表面形成一碳化铪的薄膜。

步骤六，将阴极电极板组装于第一绝缘隔离层112相对于绝缘基底110的另一表面，使第一开口1140与第二开口1120至少部分交叠设置以定义一电子出射部，并使得电子发射层116至少部分设置在第一绝缘隔离层112的第二开口1120处并面对电子引出电极118设置。

将阴极电极114的第一开口1140对应于第一绝缘隔离层112的第二开口1120设置，并使得第一开口1140与第二开口1120至少部分重叠以定义一电子出射部。

本实施例中，将所述圆环形阴极电极板直接设置于第一绝缘隔离层112的表面，使得第一开口1140完全设置在第二开口1120的范围内，并使得电子发射层116至少部分面对电子引出电极118设置。可以理解，当阴极电极板为条状体时，可以将至少两个阴极电极板平行间隔设置于第一绝缘隔离层112的表面。间隔设置的阴极电极板之间定义一第一开口1140以作为电子出射部。

步骤七，在第二绝缘隔离层121远离电子引出电极118的表面设置一栅极电极122。

所述栅极电极122可以通过丝网印刷、电镀，化学气相沉积、磁控溅射、热沉积等方法制备，也可以将提前制备好的金属栅网直接设置于第二绝缘隔离层121上。本实施例中，将一金属栅网直接设置并固定于第二绝缘隔离层121表面。可以理解，该步骤为可选步骤。

可以理解，上述场发射装置100的制备方法的步骤不限于上述顺序，本领域技术人员可以根据实际需要进行调整。例如，上述场发射装置100的制备方法可以包括以下步骤：

步骤一，提供一阴极电极板，该阴极电极板具有一第一开口1140，并在该阴极电极板的部分表面形成一电子发射层116。

步骤二，在阴极电极板表面形成一第一绝缘隔离层112，该第一绝缘隔离层112具有第二开口1120以使得电子发射层116通过该第二开口1120暴露。

步骤三，提供一绝缘基底110。

步骤四，在绝缘基底110表面依次形成一电子引出电极118和一二次电子发射层120。

步骤五，将该绝缘基底110组装于第一绝缘隔离层112相对于绝缘基底110的另一的表面，使第一开口1140与第二开口1120至少部分交叠设置以定义一电子出射部，并使得使得电子发射层116至少部分设置在第一绝缘隔离层112的第二开口1120处并面对电子引出电极118设置。

请参阅图5，本发明第二实施例提供一种场发射装置200，其包括一绝缘基底210，一第一绝缘隔离层212，一阴极电极214，一电子发射层216，一电子引出电极218，一二次电子发射层220，一第二绝缘隔离层221以及一栅极电极222。本发明第二实施例提供的场发射装置200的结构与本发明第一实施例提供的场发射装置100的结构基本相同，其区别在于所述二次电子发射层220表面与第一开口2140相对的位置具有至少一第一突起2202，所述阴极电极214与二次电子发射层220相对的表面具有至少一第二突起2142。所述电子发射层216设置于该至少一第二突起2142的表面，且所述电子发射体2162的电子发射端2164指向至少一第一突起2202的表面。

所述第一突起2202和第二突起2142的形状和大小不限，可以根据实际需要选择。可以理解，当所述阴极电极214为一具有通孔的层状结构时，所述第一突起2202可以为一锥形，所述第二突起2142为一围绕第一突起2202的环形突起；当所述阴极电极214为多个间隔设置的条状结构时，所述第一突起2202与第二突起2142可以为一沿着条状结构延伸的棱锥体。本实施例中，所述第一突起2202为一指向第一开口2140的圆锥体。所述第二突起2142与第一突起2202相对的侧面与第一突起2202的表面平行。所述电子发射层216的电子发射体2162向第一突起2202的表面垂直延伸。可以理解，所述电子发射体2162发射的电子轰击第一突起2202的表面激发的二次电子更容易在栅极电极222作用下从电子出射部射出。

请参阅图6，本发明第三实施例提供一种场发射装置300，其包括一绝缘基底310，一第一绝缘隔离层312，一阴极电极314，一电子发射层316，一电子引出电极318，一二次电子发射层320，一第二绝缘隔离层321以及一栅极电极322。本发明第三实施例提供的场发射装置300的结构与本发明第一实施例提供的场发射装置100的结构基本相同，其区别在于所述第二绝缘隔离层321的厚度大于500微米，所述第二绝缘隔离层321具有一第三开口3212，所述第三开口3212的内壁，即第二绝缘隔离层321靠近电子出射部的表面进一步设置有二次电子发射材料，且第三开口3212的大小沿着远离电子引出电极318的方向逐渐减小，以使得二次电子发射层320发射的电子更容易轰击到第三开口3212内壁的二次电子发射材料。所述栅极电极322为一圆环形导电层。所述栅极电极322可以对二次电子发射层320发射的电子起到聚焦作用。

请参阅图7，本发明第四实施例提供一种场发射装置400，其包括一绝缘基底410，一第一绝缘隔离层412，一阴极电极414，一电子发射层416，一电子引出电极418，一二次电子发射层420，一第二绝缘隔离层421，一二次电子倍增极424，一第三绝缘隔离层426，以及一栅极电极422。本发明第四实施例提供的场发射装置400的结构与本发明第一实施例提供的场发射装置100的结构基本相同，其区别在于所述第二绝缘隔离层421与栅极电极422之间进一步包括一二次电子倍增极424以及一第三绝缘隔离层426。所述栅极电极422与二次电子倍增极424之间通过该第三绝缘隔离层426绝缘。所述栅极电极422为一金属栅网。

所述二次电子倍增极424为一导电层，其厚度大于500微米，且其具有一与第一开口4140对应的第四开口4240。该第四开口4240的内壁，即二次电子倍增极424靠近电子出射部的表面，涂敷有二次电子发射材料4242，以进一步增强场发射装置400的场发射电流密度。进一步，所述第四开口4240的内壁还可以形成多个凹凸结构以增加涂敷二次电子发射材料4242的面积。所述场发射装置400工作时，电子引出电极418的电位高于阴极电极414的电位，二次电子倍增极424的电位高于电子引出电极518的电位，栅极电极422的电位高于二次电子倍增极424的电位。可以理解，所述二次电子发射层420发射的电子在二次电子倍增极424的作用下可以更有力的轰击二次电子倍增极424表面的二次电子发射材料4242，以激发更过的二次电子。

请参阅图8，本发明第五实施例提供一种场发射装置500，其包括一绝缘基底510，一第一绝缘隔离层512，一阴极电极514，一电子发射层516，一电子引出电极518，一二次电子发射层520，一第二绝缘隔离层521，一栅极电极522以及一阳极电极530。本发明第五实施例提供的场发射装置500的结构与本发明第一实施例提供的场发射装置100的结构基本相同，其区别在于所述场发射装置500进一步包括一与阴极电极514间隔设置的阳极电极530。所述阴极电极514设置于阳极电极530与电子引出电极518之间，所述栅极电极522设置于阳极电极530与阴极电极514之间。所述阳极电极530为一导电层，其材料可以为氧化铟锡，金属，碳纳米管等。本实施例中，所述阳极电极530为氧化铟锡透明导电层。所述场发射装置500工作时，电子引出电极518的电位高于阴极电极514的电位，栅极电极522的电位高于电子引出电极518的电位，阳极电极530的电位高于栅极电极522的电位。可以理解，所述栅极电极522为一可选结构。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (20)

1.一种场发射装置，其包括：

一绝缘基底；

一电子引出电极，该电子引出电极设置于该绝缘基底的一表面；

一二次电子发射层，该二次电子发射层设置于该电子引出电极的表面；

一阴极电极，该阴极电极通过一第一绝缘隔离层与该电子引出电极间隔设置，所述电子引出电极设置在阴极电极与绝缘基底之间，该阴极电极具有一表面至少部分与该电子引出电极面对设置，该阴极电极具有一第一开口，该第一开口定义一电子出射部；

一电子发射层，该电子发射层设置在阴极电极面对该电子引出电极设置的至少部分表面；

一栅极电极，该栅极电极与阴极电极绝缘设置，且所述阴极电极设置在电子引出极与栅极电极之间。

2.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述阴极电极具有一通孔，该通孔作为所述电子出射部。

3.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述阴极电极包括多个相隔一定距离并设置在同一平面的条状导电体，该多个条状导电体之间的间隔作为所述电子出射部。

4.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述电子发射层设置在阴极电极的表面靠近电子出射部的位置。

5.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述电子发射层至少部分与所述二次电子发射层面对设置。

6.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述第一绝缘隔离层具有一第二开口对应于所述阴极电极的第一开口设置，所述阴极电极的第一开口与第一绝缘隔离层的第二开口部分交叠设置，交叠部分定义为电子出射部。

7.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述电子发射层包括多个电子发射体，且该电子发射体为碳纳米管、纳米碳纤维以及硅纳米线中的一种或多种。

8.如权利要求7所述的场发射装置，其特征在于，所述电子发射体具有一电子发射端，且该电子发射端指向所述二次电子发射层。

9.如权利要求8所述的场发射装置，其特征在于，所述二次电子发射层表面与电子出射部相对的位置具有至少一第一突起，所述阴极电极与二次电子发射层相对的表面具有至少一第二突起，所述电子发射层设置于该至少一第二突起的表面，且所述电子发射体的电子发射端指向该至少一第一突起的表面。

10.如权利要求8所述的场发射装置，其特征在于，所述电子发射端与二次电子发射层相对于电子发射端的表面的最大距离小于电子与气体分子的平均自由程。

11.如权利要求10所述的场发射装置，其特征在于，所述电子发射端与二次电子发射层相对于电子发射端的表面的最大距离为10微米～30微米。

12.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，所述栅极电极设置于阴极电极远离电子引出电极的一侧，且与阴极电极之间通过一第二绝缘隔离层绝缘间隔设置。

13.如权利要求12所述的场发射装置，其特征在于，所述栅极电极为一金属栅网，且栅极电极覆盖所述电子出射部设置，且所述该金属栅网上涂敷有二次电子发射材料。

14.如权利要求12所述的场发射装置，其特征在于，所述第二绝缘隔离层具有一第三开口与所述阴极电极的第一开口对应设置，所述第三开口的内壁设置有二次电子发射材料。

15.如权利要求14所述的场发射装置，其特征在于，所述第一绝缘隔离层具有一第二开口，所述第二绝缘隔离层具有一第三开口，所述第一开口、第二开口与第三开口部分交叠设置，交叠部分定义为电子出射部。

16.如权利要求12所述的场发射装置，其特征在于，所述第二绝缘隔离层的厚度大于500微米，所述第三开口的大小沿着远离电子引出电极的方向逐渐减小。

17.如权利要求12所述的场发射装置，其特征在于，进一步包括一二次电子倍增极，该二次电子倍增极设置于所述栅极电极与第二绝缘隔离层之间，该二次电子倍增极与栅极电极之间通过一第三绝缘隔离层绝缘间隔设置，所述二次电子倍增极具有一第四开口与所述阴极电极的第一开口对应设置，所述第四开口的内壁设置有二次电子发射材料。

18.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，进一步包括一阳极电极，该阳极电极与栅极电极间隔设置，且所述栅极电极设置在阴极电极与阳极电极之间。

19.如权利要求18所述的场发射装置，其特征在于，所述电子引出电极的电位高于阴极电极的电位，栅极电极的电位高于电子引出电极的电位，阳极电极的电位高于栅极电极的电位。

20.一种场发射装置，其包括：

一绝缘基底；

一电子引出电极，该电子引出电极设置于该绝缘基底的一表面；

一二次电子发射层，该二次电子发射层设置于该电子引出电极的表面；

一阴极电极，该阴极电极通过一第一绝缘隔离层与该电子引出电极间隔设置，所述电子引出电极设置在阴极电极与绝缘基底之间，该阴极电极具有一表面至少部分与该电子引出电极面对设置，该阴极电极具有一第一开口，该第一开口定义一电子出射部；

一电子发射层，该电子发射层设置在阴极电极面对该电子引出电极设置的部分表面；

一阳极电极，该阳极电极与阴极电极间隔设置，且所述阴极电极设置在电子引出极与阳极电极之间。

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