CN104795294A - 电子发射装置及电子发射显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子发射装置，其包括多个间隔设置的电子发射单元，所述电子发射单元包括依次层叠设置的一第一电极，一半导体层，一绝缘层以及一第二电极，其中，所述第一电极为一碳纳米管层，每一电子发射单元中的半导体层具有多个间隔设置的孔洞，对应孔洞位置处的碳纳米管层悬空设置。

Description

电子发射装置及电子发射显示器

技术领域

本发明涉及一种电子发射装置及具有该电子发射装置的电子发射显示器，尤其涉及一种基于碳纳米管的冷阴极电子发射装置。

背景技术

电子发射显示装置在各种真空电子学器件和设备中是不可缺少的部分。在显示技术领域，电子发射显示装置因其具有高亮度、高效率、大视角，功耗小以及体积小等优点，可广泛应用于汽车、家用视听电器、工业仪器等领域。

通常，电子发射显示装置中采用的电子发射源有两种类型：热阴极电子发射源和冷阴极电子发射源。冷阴极电子发射源包括表面传导型电子发射源、场致电子发射源、金属-绝缘层-金属（MIM）型电子发射源等。

在MIM型电子发射源的基础上，人们又发展了金属-绝缘层-半导体层-金属（MISM）型电子发射源。MISM型电子发射源的工作原理与MIM型电子发射源不相同，所述MIM型电子发射源的电子加速是在绝缘层中进行的，而MISM型电子发射源的电子加速是在半导体层中完成的。

MISM型电子发射源由于电子需要具有足够的平均动能才有可能穿过金属层而逸出至真空，而现有技术中的MISM型电子发射源中，由于电子从半导体层进入金属层时需要克服的势垒往往比电子的平均动能高，因而造成电子发射装置的电子发射率低，使得电子发射显示器的显示效果不够理想。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种具有较高电子发射率及较高显示效果的电子发射装置及电子发射显示器。

一种电子发射装置，其包括多个间隔设置的电子发射单元，所述电子发射单元包括依次层叠设置的一第一电极，一半导体层，一绝缘层以及一第二电极，其中，所述第一电极为一碳纳米管层，每一电子发射单元中的半导体层具有多个间隔设置的孔洞，对应孔洞位置处的碳纳米管层悬空设置。

一种电子发射显示器，其包括：一基板，一设置于基板表面的电子发射装置，一阳极结构，所述阳极结构包括一阳极以及一荧光粉层，所述电子发射装置与所述荧光粉层相对且间隔设置，其中，所述电子发射装置采用上述所述的电子发射装置。

与现有技术相比较，本发明提供的电子发射装置及电子发射显示器中中，由于第一电极为碳纳米管层，有利于电子出射；并且半导体层中设置有多个孔洞，能够减少电子穿越半导体层造成的能量损失，从而电子能够更加容易的从孔洞位置处透射出碳纳米管层，并且使得电子具有更大的动能以穿过所述碳纳米管层形成电子发射，提高了电子发射率，使得所述电子发射显示器具有更好的显示效果。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的电子发射源的结构示意图。

图2是本发明碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图3是本发明多层交叉设置的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图4是本发明非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图5是本发明扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图6是本发明第二实施例提供的电子发射源的结构示意图。

图7为电子发射源中具有汇流电极的结构示意图。

图8为本发明第三实施例提供的电子发射装置的结构示意图。

图9是本发明第四实施例提供的电子发射装置的结构示意图。

图10是图9中电子发射装置中所述电子发射源沿X-X线的剖视图。

图11是本发明第五实施例提供的电子发射显示器的结构示意图。

图12为图11所述电子发射显示器的电子发射显示效果图。

图13为本发明第六实施例提供的电子发射装置的结构示意图。

图14为图13所述电子发射装置沿XIV-XIV线的剖视图。

图15为本发明第七实施例提供的电子发射显示器的剖视图。

主要元件符号说明

电子发射源	10，20
		第一电极	101
第一表面	1031
		第二表面	1032
半导体层	102
		绝缘层	103
第二电极	104
		基底	105
电子收集层	106
		汇流电极	107
电子发射装置	300，400，600
		电子发射单元	30，40，60
行电极	401
		列电极	402
电极引线	403
		场发射显示器	500，700
阳极结构	510
		玻璃基底	512
阳极	514
		荧光层	516
绝缘支撑体	518

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例的电子发射源、电子发射装置及显示器。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种电子发射源10，其包括：依次层叠设置的一第一电极101，一半导体层102，一绝缘层103，以及一第二电极104。所述第一电极101与所述第二电极104相对且间隔设置，所述第一电极101作为电子发射源10的电子发射端以发射电子。

所述绝缘层103具有相对的第一表面1031及相对的第二表面1032，所述第二电极104设置于所述绝缘层103的第一表面1031。进一步，所述第二电极104覆盖所述绝缘层103的第一表面1031。所述绝缘层103的材料为氧化铝、氮化硅、氧化硅、氧化钽等硬性材料或苯并环丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸树脂等柔性材料。该绝缘层103的厚度可为50纳米~100微米。本实施例中，所述绝缘层103的材料为氧化钽，厚度为100纳米。

所述半导体层102设置于所述绝缘层103的第二表面1032，具体的，所述半导体层102覆盖所述绝缘层103的第二表面1032，并通过所述绝缘层103与所述第二电极104绝缘设置。所述半导体层102起到加速电子的作用，电子在半导体层102中得到加速。所述半导体层102的材料可为半导体体材料，如硫化锌，氧化锌，氧化镁锌，硫化镁，硫化镉，硒化镉，或硒化锌等。所述半导体层102的厚度为3纳米~100纳米。本实施例中，所述半导体层102的材料为硫化锌，厚度为50纳米。

所述半导体层102为一图案化的连续的结构，具体的，所述半导体层102具有多个孔洞1022间隔设置。所述孔洞1022的占空比可为1：10至1：1，如1：3，1：5，1：8等。所述孔洞1022横截面的形状可为圆形、矩形、三角形或其它几何形状。所述多个孔洞1022之间的距离可为5纳米至1微米，可以根据需要进行选择。进一步，虽然所述半导体层102具有多个孔洞1022，然而所述多个孔洞1022并不会破坏所述半导体层102的整体结构，所述半导体层102仍然保持连续的状态。所述孔洞1022可减小所述第一电极101与所述半导体层102之间的应力，从而减少第一电极101及所述半导体层102破损的几率。所述孔洞1022的直径可为5纳米至50纳米，本实施例中，所述孔洞1022的孔径为20纳米。

所述孔洞1022可为盲孔或通孔。当所述孔洞1022为盲孔时，所述盲孔至少设置于所述半导体层102靠近第一电极101的表面，且均匀分布于所述半导体层102的表面。所述半导体层102靠近所述第一电极101的表面为一图案化的表面。进一步的，所述盲孔也可设置于所述半导体层102的两个表面。所述盲孔的深度可根据所述半导体层102的厚度进行选择，所述盲孔的深度小于所述半导体层102的深度。所述孔洞1022为通孔时，所述通孔沿所述半导体层102的厚度方向贯穿所述半导体层102，所述通孔可均匀分布于所述半导体层102中，以均匀的分散第一电极101与所述半导体层102之间的应力。本实施例中，所述孔洞1022为通孔。

进一步的，所述图案化的半导体层102也可为一不连续的结构，即所述半导体层102被所述孔洞1022分割成多个相互间隔的区块，相邻的区块之间构成所述孔洞1022。所述孔洞1022的大小或者相互间隔区块间的间距可以根据所述第一电极101的厚度进行选择，以保证所述孔洞1022能够支撑所述第一电极101而不使所述第一电极101断裂。

所述第一电极101设置于所述半导体层102远离绝缘层103的表面，所述第一电极101同时起到电极及电子出射面的作用。所述第一电极101包括一碳纳米管层，进一步，所述第一电极101为一碳纳米管层。所述碳纳米管层包括多个碳纳米管，由于碳纳米管的逸出功较小，从半导体层102出射的电子具有足够的速度和能量，从第一电极101表面逸出形成电子发射。所述第一电极101可覆盖所述半导体层102远离绝缘层103的整个表面，以有利于均匀的分散电流。具体的，所述第一电极101具有相对的第一表面及第二表面，所述第二表面设置于所述半导体层102远离绝缘层103的表面，所述第一表面形成所述电子发射源10的电子出射面。所述第一电极101中对应于所述孔洞1022位置处的所述第一电极101悬空设置，具体的，位于孔洞1022位置处的第一电极101不与所述孔洞1022的侧壁接触。

所述第一电极101包括一碳纳米管层，所述碳纳米管层多个碳纳米管，所述碳纳米管的延伸方向平行于所述第一电极101的表面，进一步，所述碳纳米管的延伸方向平行于所述半导体层102的表面，对应孔洞1022位置处的碳纳米管不与所述孔洞1022的侧壁接触。进一步，所述碳纳米管层可为由多个碳纳米管组成的整体结构，即所述第一电极101为一纯碳纳米管结构，且所述碳纳米管为未经功能化处理的纯碳纳米管。所述碳纳米管层中的碳纳米管可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或多种，其长度和直径可以根据需要选择。所述碳纳米管层为一自支撑结构。所述自支撑是指碳纳米管层不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身层状状态，即将该碳纳米管层置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管层能够悬空保持自身层状状态。所述碳纳米管层中的碳纳米管通过范德华力相互连接，相互接触形成自支撑结构。所述碳纳米管层中多个碳纳米管相互连接形成一网络结构。

所述碳纳米管层具有多个空隙（图未示），该多个空隙从所述碳纳米管层的厚度方向贯穿所述碳纳米管层，以利于电子出射。所述空隙可为多个相邻的碳纳米管围成的微孔或者沿碳纳米管轴向延伸方向延伸呈条形的相邻碳纳米管之间的间隙。所述空隙为微孔时其孔径（平均孔径）范围为10纳米~1微米，所述空隙为间隙时其宽度（平均宽度）范围为10纳米~1微米。以下称为“所述空隙的尺寸”是指孔径或间隙宽度的尺寸范围。所述碳纳米管层中所述微孔和间隙可以同时存在并且两者尺寸可以在上述尺寸范围内不同。所述空隙的尺寸为10纳米~1微米，比如10纳米、50纳米、100纳米或200纳米等。本实施例中，所述多个空隙在所述第一电极101中均匀分布。

所述碳纳米管层具有如前所述的空隙的图形效果的前提下，所述碳纳米管层中的多个碳纳米管的排列方向（轴向延伸方向）可以是无序、无规则，比如过滤形成的碳纳米管过滤膜，或者碳纳米管之间相互缠绕形成的碳纳米管絮状膜等。所述碳纳米管层中多个碳纳米管的排列方式也可以是有序的、有规则的。例如，所述碳纳米层中多个碳纳米管层中多个碳纳米管的轴向均相互平行且基本沿同一方向延伸；或者，所述碳纳米管层中多个碳纳米管的轴向可有规律性地基本沿两个以上方向延伸。为了容易获得较好的图形效果或者从透光性等角度考虑，本实施例中优选的，所述碳纳米管层中多个碳纳米管沿着基本平行于碳纳米管层表面的方向延伸。

所述碳纳米管层可以是由多个碳纳米管组成的纯碳纳米管结构。即，所述碳纳米管层在整个形成过程中无需任何化学修饰或酸化处理，不含有任何羧基等官能团修饰。具体地，所述碳纳米管层可以包括碳纳米管膜、碳纳米管线或上述两者任意的组合。具体地，所述碳纳米管层可以为一单层碳纳米管膜或多个层叠设置的碳纳米管膜。所述碳纳米管层可包括多个平行设置的碳纳米管线、多个交叉设置的碳纳米管线或多个碳纳米管线任意排列组成的网状结构。所述碳纳米管层可以为至少一层碳纳米管膜和设置在该碳纳米管膜表面的碳纳米管线的组合结构。

请参阅图2，当所述碳纳米管层为一单层碳纳米管膜时，所述碳纳米管膜中相邻的碳纳米管之间存在微孔或间隙从而构成空隙。请参阅图3，当所述碳纳米管层包括层叠设置的多层碳纳米管膜时，相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管的延伸方向形成一交叉角度α，且α大于等于0度小于等于90度（0°≤α≤90°）。当相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管的延伸方向形成的交叉角度α为0度时，每一层碳纳米管膜中沿碳纳米管轴向延伸方向延伸呈条形的相邻碳纳米管之间存在间隙。相邻两层碳纳米管膜中的所述间隙可以重叠或不重叠从而构成空隙。所述空隙为间隙时其宽度（平均宽度）范围为10纳米~300微米。当相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管的延伸方向形成的交叉角度α大于0度小于等于90度（0°＜α≤90°）时，每一层碳纳米管膜中多个相邻的碳纳米管围成微孔。相邻两层碳纳米管膜中的所述微孔可以重叠或不重叠从而构成空隙。当所述第一电极101为多个层叠设置的碳纳米管膜时，碳纳米管膜的层数不宜太多，优选地，为2层~10层。

当所述碳纳米管层为多个平行设置的碳纳米管线时，相邻两个碳纳米管线之间的空间构成所述碳纳米管层的空隙。相邻两个碳纳米管线之间的间隙长度可以等于碳纳米管线的长度。通过控制碳纳米管膜的层数或碳纳米管长线之间的距离，可以控制碳纳米管层中空隙的尺寸。当所述第一电极101为多个交叉设置的碳纳米管线时，相互交叉的碳纳米管线之间存在微孔从而构成空隙。当所述碳纳米管层为多个碳纳米管线任意排列组成的网状结构时，碳纳米管线之间存在微孔或间隙从而构成空隙。

当碳纳米管层为至少一层碳纳米管膜和设置在该碳纳米管膜表面的碳纳米管线的组合结构时，碳纳米管与碳纳米管之间存在微孔或间隙从而构成空隙。可以理解，碳纳米管线和碳纳米管膜以任意角度交叉设置。

所述碳纳米管膜及碳纳米管线是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述自支撑主要通过碳纳米管膜（或碳纳米管线）中多数碳纳米管之间通过范德华力相连而实现。所述若干碳纳米管为沿同一方向择优取向延伸。所述择优取向是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。

所述碳纳米管膜包括多个连续且定向延伸的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。所述碳纳米管膜可通过从一碳纳米管阵列中选定部分碳纳米管后直接拉取获得。所述碳纳米管膜的厚度为10纳米~100微米，宽度与拉取出该碳纳米管膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。优选地，所述碳纳米管膜的厚度为100纳米~10微米。该碳纳米管膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向延伸。所述碳纳米管膜及其制备方法具体请参见申请人于2007年2月9日申请的，于2010年5月26日公告的第CN101239712B号中国公告专利“碳纳米管膜结构及其制备方法”。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

所述碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。所述非扭转的碳纳米管线与扭转的碳纳米管线均为自支撑结构。具体地，请参阅图4，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿平行于该非扭转的碳纳米管线长度方向延伸的碳纳米管。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。非扭转的碳纳米管线为将所述碳纳米管膜通过有机溶剂处理得到。具体地，将有机溶剂浸润所述碳纳米管膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。通过有机溶剂处理的非扭转的碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。

所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管膜两端沿相反方向扭转获得。请参阅图5，该扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。

所述碳纳米管线及其制备方法请参见申请人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“一种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司，以及于2005年12月16日申请的，于2009年6月17日公告的第CN100500556C号中国公告专利“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。

本实施例中，所述碳纳米管层为两层交叉设置的碳纳米管拉膜，所述碳纳米管拉膜为从碳纳米管阵列拉取得到，所述碳纳米管拉膜的厚度为50纳米。

所述第二电极104为一导电金属薄膜。所述第二电极104的材料可为金、铂、钪、钯、铪等金属。所述第二电极104的厚度可为10纳米~100微米，优选为10纳米~50纳米。本实施例中，所述第二电极104为钼金属薄膜，厚度为100纳米。可以理解，所述第二电极104的材料还可为碳纳米管或石墨烯。

进一步，所述电子发射源10可设置于一基底105表面，且所述第二电极104设置于所述基底105的表面。所述基底105用于支撑所述电子发射源10。所述基底105的材料可选择为玻璃、石英、陶瓷、金刚石、硅片等硬性材料或塑料、树脂等柔性材料。本实施例中，所述基板106的材料为二氧化硅。

该电子发射源10在交流驱动模式下工作，其工作原理为：负半周时，第二电极104的电势较高，电子由碳纳米管层注入到半导体层102，并在所述半导体层102与绝缘层103相接触的表面而形成界面态，正半周时，由于碳纳米管层的电势较高，该存储在界面态上的电子被拉至半导体层102，并在半导体层102中获得加速，由于半导体层102与所述碳纳米管层紧密接触，因而一部分能量高的电子可迅速穿过碳纳米管层逸出而成为发射电子。

由于所述半导体层102具有多个孔洞1022，因此电子能够更加容易的从孔洞1022位置处透射出碳纳米管层，而不再穿过所述半导体层102，使得电子具有更大的动能穿过所述碳纳米管层形成电子发射。再者，通过设置所述孔洞1022，能够节省所述半导体层102的材料。最后，通过设置所述多个孔洞1022，能够进一步减小碳纳米管层与所述半导体层102之间的应力，从而极大的减少了碳纳米管层及半导体层102出现破损断裂的几率。

请参阅图6，本发明第二实施例提供一种电子发射源20，其包括：依次层叠设置的一第一电极101、一半导体层102、一电子收集层106，一绝缘层103，以及一第二电极104。

所述电子发射源20的结构与所述第一实施例提供的电子发射源10的结构基本相同，不同之处在于，在所述半导体层102与所述绝缘层103之间进一步设置有所述电子收集层106。具体的，所述电子收集层106夹持于所述半导体层102与所述绝缘层103之间，且与所述半导体层102及绝缘层103接触设置。所述电子收集层106起到收集并储存电子的作用。

所述电子收集层106分别与所述半导体层102及绝缘层103接触设置。所述电子收集层106为一导电材料形成的导电层。该导电层的材料可为金、铂、钪、钯、铪等金属或金属合金，也可为碳纳米管或石墨烯等，还可为以上所述材料的复合材料。所述电子收集层106的厚度可为0.1纳米至10纳米。

本实施例中，所述电子收集层106可包括一碳纳米管层。所述碳纳米管层的具体结构与所述第一电极101的结构相同，在此不再赘述。

所述电子收集层106也可为一石墨烯膜。所述石墨烯膜包括至少一层石墨烯，优选的，该石墨烯膜由单层石墨烯组成。当石墨烯膜包括多层石墨烯时，该多层石墨烯层叠设置或共面设置组成一膜状结构，该石墨烯膜的厚度为0.34纳米~100微米，比如1纳米、10纳米、200纳米，1微米或10微米，优选为0.34纳米至10纳米。当石墨烯膜为单层石墨烯时，所述石墨烯为一连续的单层碳原子层，该石墨烯为由多个碳原子通过sp²键杂化构成的单层的二维平面六边形密排点阵结构，此时，所述石墨烯膜的厚度为单个碳原子的直径。由于所述石墨烯膜具有良好的导电性，因而电子可容易的被收集，而进一步被加速至所述半导体层102。

所述石墨烯膜可通过先制备石墨烯膜或石墨烯粉末再转移至所述绝缘基底的表面。所述石墨烯粉末转移至所述绝缘基底的表面后呈一膜状。所述石墨烯膜可以通过化学气相沉积（CVD）法、机械剥离法、静电沉积法、碳化硅(SiC)热解法、外延生长法等方法制备。所述石墨烯粉末可以通过液相剥离法、插层剥离法、剖开碳纳米管法、溶剂热法、有机合成法等方法制备。

本实施例中，所述电子收集层106为一碳纳米管拉膜，该碳纳米管拉膜包括多个碳纳米管沿同一方向排列，所述碳纳米管拉膜的厚度为5纳米~50纳米。所述碳纳米管拉膜具有良好的导电性及电子收集作用，同时具有良好的机械性能，从而能够有效的提高所述电子发射源20的寿命。

请参阅图7，进一步，可在所述第一电极101远离半导体层102的表面设置一对汇流电极107。该两个汇流电极107相对且间隔设置且与所述第一电极101电连接以输入电流。所述汇流电极107为一条形电极。当所述第一电极101为包括多个碳纳米管的碳纳米管层时，所述两个汇流电极107间隔设置于所述第一电极101的两端。具体的，所述汇流电极107的延伸方向垂直于所述多个碳纳米管的延伸方向，以实现电流在所述第一电极101的表面分布均匀。本实施例中，该两个汇流电极107设置于所述第一电极101的两端。该两个汇流电极107与外部电路（图未示）电连接，以使得所述碳纳米管层中的电流分布均匀。

所述汇流电极107的形状不限，可为长条形、正方形等。所述汇流电极107的材料为金、铂、钪、钯、铪等金属或金属合金。本实施例中，所述汇流电极107为长条形的铂电极，所述汇流电极107平行且间隔设置于所述第一电极101相对的两端。

请参阅图8，本发明第三实施例提供一种电子发射装置300，其包括多个间隔设置的电子发射单元30，每一所述电子发射单元30包括依次层叠设置的一第一电极101，一半导体层102，一绝缘层103以及一第二电极104，其中，该多个电子发射单元30中的绝缘层103相互连接而形成一连续的层状结构。该电子发射装置400设置于一基底105的表面。

所述电子发射单元30的结构与上述第一实施例提供的电子发射源10基本一致，不同之处在于，该多个电子发射单元30共用一个连续的绝缘层103，即该多个电子发射单元30中的绝缘层103相互连接而成连续的层状结构。所述多个电子发射单元30相互独立工作，具体的，相邻的两个电子发射单元30中的第一电极101相互间隔，所述半导体层102也间隔设置。相邻的两个电子发射单元30中的第二电极104也相互间隔及绝缘设置。

可以理解，所述多个电子发射单元30中的半导体层102也可连续。即所述半导体层102为一整体的层状结构设置于所述绝缘层103的表面，所述每个电子发射单元30中的第一电极101相互间隔的设置于所述绝缘层103的表面。

请一并参阅图9及图10，本发明第四实施例提供一种电子发射装置400，其包括多个电子发射单元40，多个行电极401以及多个列电极402设置于一基底105表面。所述电子发射单元40包括依次层叠设置的一第一电极101，一半导体层102，一绝缘层103以及一第二电极104，其中，该多个电子发射单元40中的绝缘层103相互连接而形成一连续的层状结构。

所述电子发射装置400与所述电子发射装置300结构基本相同，且所述电子发射单元40与所述电子发射单元30结构相同。其不同在于，所述电子发射装置400进一步包括多个行电极401以及多个列电极402以分别与所述电子发射单元40电连接。

所述多个行电极401相互间隔，所述多个列电极402相互间隔。所述多个行电极401与多个列电极402相互交叉设置，并通过所述绝缘层103相互绝缘。每相邻两个行电极401与每相邻两个列电极402形成一网格。该网格用于容置所述电子发射单元40，且每一网格对应设置有一个电子发射单元40。每个网格中，电子发射单元40分别与行电极401及列电极402电连接，以提供电子发射单元40正常发射电子所需的电压。具体的，所述多个行电极401以及多个列电极402通过一电极引线403分别与所述第一电极101及第二电极104电连接。

本实施例中，每个网格均设置有一个电子发射单元40。所述多个行电极401相互平行且相邻两个行电极401之间间距相等，所述多个列电极402相互平行且相邻两个列电极402之间间距相等，且所述行电极401与列电极402垂直设置。

所述电子发射单元40相互间隔形成具有多行多列的阵列，并且位于同一行的电子发射单元40中的所述第一电极101相互间隔设置，位于同一列的电子发射单元40中所述第一电极101之间也相互间隔设置。同时，与此对应的，位于同一列的电子发射单元40中所述第二电极104之间相互间隔设置，位于同一行的电子发射单元40中所述第二电极104之间也相互间隔设置。进一步，位于同一列的电子发射单元40中所述半导体层102之间相互间隔设置，位于同一行的电子发射单元40中所述半导体层102之间也相互间隔设置。可以理解，所述多个电子发射单元40中的半导体层102也可相互联系形成一整体的半导体层102。

进一步，所述电子发射单元40可与所述电子发射源20结构基本相同，即每一电子发射单元40中，可进一步包括一电子收集层（图未示）设置于所述半导体层102与所述绝缘层103之间，以收集电子，提高电子发射效率。

请参阅图11及图12，本发明第五实施例还提供一种场发射显示器500，其包括：一基底105，一设置于基底105表面的多个电子发射单元40，以及一阳极结构510。所述电子发射单元40与所述阳极结构510相对且间隔设置。

所述阳极结构510包括一玻璃基底512，设置于该玻璃基底512的阳极514及涂覆于该阳极514的荧光层516。所述阳极结构510通过一绝缘支撑体518与基底105封接。所述阳极514可为氧化铟锡薄膜。所述荧光层516与所述电子发射单元40相对设置。

具体的，所述荧光层516与所述第一电极101相对设置，以接受从第一电极101出射的电子。所述所述场发射显示器500在应用时，分别施加不同电压给第一电极101、第二电极104和阳极514。一般情况下，第二电极104为接地或零电压，第一电极101的电压为几十伏。阳极514的电压为几百伏。电子发射单元40中的第一电极101的表面所发出的电子在电场作用下，向阳极514的方向运动，最终到达阳极结构510，并轰击涂覆于阳极514上的荧光层516，发出荧光，实现场发射显示器500的显示功能。

请一并参阅图13及图14，本发明第六实施例提供一种电子发射装置600，包括多个条形第一电极101以及多个条形第二电极104交叉且间隔设置。所述多个条形第一电极101相互间隔并沿一第一方向延伸，所述多个条形第二电极104相互间隔并沿一第二方向延伸，位于交叉位置处的条形第一电极101与条形第二电极104之间包括一半导体层102及绝缘层103层叠设置，且所述条形第一电极101设置于所述半导体层102表面。

所述电子发射装置600与所述第三实施例提供的电子发射装置400的结构基本相同，不同之处在于，包括多个沿第一方向（如X方向）的条形第一电极101以及多个沿第二方向（如Y方向）延伸的条形电极第二电极104。定义垂直于由所述第一方向X与第二方向Y定义的平面的方向为一第三方向Z，从该第三方向Z上看，所述多个条形第一电极101以及多个条形第二电极104呈行列排布。由于所述第一方向X与第二方向Y形成夹角α，0°＜α≤90°，因而，从该第三方向Z上看所述第一电极101与第二电极104相互交叉并部分重叠。将所述第一电极101与第二电极104重叠的区域定义为一有效电子发射区域1012。

每一有效电子发射区域1012中均设置有一电子发射模块，由于所述多个条形第一电极101与所述条形第二电极104交叉设置，从而形成多个电子发射模块，并且所述多个电子发射模块形成具有多行多列的阵列。由于相邻的电子发射模块中的半导体层102均相互间隔设置，因此多个半导体层102也形成多行多列的阵列。位于同一行的多个半导体层102与同一条形第一电极101电连接接触设置，位于同一列的多个半导体层102沿同一列条形第二电极104排列设置。

当第一电极101与第二电极104存在足够的电压差时，在所述第一电极101的第一电极101与第二电极104重叠的区域发射出电子。即，每一电子发射区域1012位置处的第一电极101、半导体层102、绝缘层103及第二电极104看作为一个电子发射单元60，所述电子发射装置600为多个电子发射单元60的形成的阵列。该多个电子发射单元60共用绝缘层103。进一步，位于第一方向上的多个电子发射单元60共用一第一电极101，位于第二方向上的多个电子发射单元60共用一第二电极104。

可以理解，该电子发射装置600中所述绝缘层103可被图案化，即相邻的电子发射单元的绝缘层103可相互间隔设置，使多个电子发射单元60中每个电子发射单元60的电子收集层103以及绝缘层104均相互间隔设置。

所述电子发射装置600在工作时，分别施加不同电压给第一电极101、第二电极104和阳极514。一般情况下，第二电极104为接地或零电压，第一电极101的电压为几十伏至几百伏。由于第一电极101与第二电极104呈阵列排布并相互交叉重叠，对应有效发射区域1012位置处的第一电极101与第二电极104之间形成一电场，在电场作用下，电子穿过半导体层102而从第一电极101的有效发射区域1012发射出来。

进一步，所述多个电子发射单元60中的半导体层102相互连接形成一连续的半导体层102，即所述多个电子发射单元60共用一层连续的半导体层。

请参阅图15，本发明第七实施例还提供一种场发射显示器700，其包括：一基底105，一设置于基底105表面的电子发射装置600，一阳极结构510。所述电子发射装置600与所述阳极结构510相对且间隔设置，每一电子发射装置600包括多个电子发射单元60。

所述场发射显示器700与场发射显示器500的结构基本相同，不同之处在于，在电子发射单元60中，第一方向上的多个第一电极101相互连接而形成多个上电极条1010，第二方向Y上的多个第二电极104相互连接而形成多个第二电极104。

当所述场发射显示器700在应用时，分别施加不同电压给第一电极101、第二电极104和阳极514。一般情况下，第二电极104为接地或零电压，第一电极101的电压为几十伏。阳极514的电压为几百伏。第一电极101的有效发射区域1012所发出的电子在电场作用下，向阳极514的方向运动，最终到达阳极结构510，轰击涂覆于阳极514上的荧光层516，发出荧光，实现场发射显示器700的显示功能。

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 (20)

1.一种电子发射装置，其包括多个间隔设置的电子发射单元，所述电子发射单元包括依次层叠设置的一第一电极，一半导体层，一绝缘层以及一第二电极，其特征在于，所述第一电极为一碳纳米管层，每一电子发射单元中的半导体层具有多个间隔设置的孔洞，对应孔洞位置处的碳纳米管层悬空设置。

2.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述每一电子发射单元中所述半导体层为一图案化的连续的结构。

3.如权利要求2所述的电子发射装置，其特征在于，所述多个孔洞为多个盲孔，所述多个盲孔至少设置于所述半导体层靠近碳纳米管层的表面。

4.如权利要求3所述的电子发射装置，其特征在于，所述半导体层覆盖所述多个盲孔，对应盲孔位置处的碳纳米管层悬空设置。

5.如权利要求2所述的电子发射装置，其特征在于，所述孔洞为通孔，所述通孔沿所述半导体层的厚度方向贯穿所述半导体层。

6.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述孔洞的孔径为5纳米至50纳米。

7.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述半导体层被所述孔洞分割成相互间隔的区块形成一不连续的结构。

8.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管层包括多个碳纳米管择优取向延伸，所述碳纳米管的延伸方向平行于所述半导体层的表面。

9.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述多个电子发射单元中的绝缘层相互连接形成一连续的层状结构。

10.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述多个电子发射单元呈多行多列排布，且所述电子发射单元中的碳纳米管层、半导体层及第二电极均呈多行多列排布。

11.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，进一步包括多个行电极以及多个列电极分别与所述电子发射单元电连接，每相邻两个行电极与每相邻两个列电极形成一网格，且每一网格对应设置有一个电子发射单元。

12.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管层由纯碳纳米管组成。

13.如权利要求12所述的电子发射装置，其特征在于，所述多个碳纳米管通过范德华力相互连接，相互接触形成一自支撑结构。

14.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管层包括碳纳米管膜、碳纳米管线或两者组合。

15.如权利要求14所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管层包括一单层碳纳米管膜或多个层叠设置的碳纳米管膜。

16.如权利要求14所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管层包括多个平行设置的碳纳米管线、多个交叉设置的碳纳米管线，所述多个交叉设置的碳纳米管线组成一网状结构。

17.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，进一步包括一电子收集层设置于每一电子发射单元中所述半导体层与所述绝缘层之间，所述电子收集层为一导电层。

18.如权利要求17所述的电子发射装置，其特征在于，所述电子收集层为一石墨烯膜，所述石墨烯膜包括至少一层石墨烯。

19.如权利要求17所述的电子发射装置，其特征在于，所述电子收集层为一碳纳米管层，所述碳纳米管层包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管相互连接形成一导电网络。

20.一种电子发射显示器，其包括：一基板，一设置于基板表面的电子发射装置，一阳极结构，所述阳极结构包括一阳极以及一荧光粉层，所述电子发射装置与所述荧光粉层相对且间隔设置，其特征在于，所述电子发射装置采用上述权利要求1-18中任一一项所述的电子发射装置。