CN104795298B - 电子发射装置及显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子发射装置，其包括多个电子发射单元间隔设置，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，所述电子发射单元还包括设置于所述半导体层与所述绝缘层之间的一电子收集层，所述电子收集层为一导电层，任意相邻的电子发射单元中的第一电极相互间隔，任意相邻的电子发射单元中的第二电极相互间隔。本发明还提供一种电子发射显示器。

Description

电子发射装置及显示器

技术领域

本发明涉及一种电子发射装置及显示器。

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型电子发射源中增加了半导体层，以实现电子的加速，其相对于MIM型电子发射源稳定性较好。

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第一电极而逸出至真空，然而现有技术中的MISM型电子发射源中由于电子从半导体层进入第一电极时需要克服的势垒往往比电子的平均动能高，因而造成电子发射率低。

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的电子发射装置及显示器。

一种电子发射装置，其包括多个电子发射单元间隔设置，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，所述电子发射单元还包括设置于所述半导体层与所述绝缘层之间的一电子收集层，所述电子收集层为一导电层，任意相邻的电子发射单元中的第一电极相互间隔，任意相邻的电子发射单元中的第二电极相互间隔。

一种电子发射装置，包括一绝缘层以及设置在该绝缘层上的多个电子发射单元，所述绝缘层具有相对设置的第一表面和第二表面，每个所述电子发射单元进一步包括设置在所述绝缘层的第一表面且依次层叠设置的一电子收集层、一半导体层和一第一电极，以及设置在所述绝缘层第二表面的一第二电极，所述电子收集层设置于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，任意相邻的两个电子发射单元中的第一电极相互间隔，任意相邻的两个电子发射单元中的第二电极相互间隔。

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，所述电子发射装置为采用上述电子发射装置。

与现有技术相比较，由于在所述半导体层与所述绝缘层之间设置所述电子收集层，该电子收集层可起到有效收集并储存在所述半导体层与所述绝缘层之间的电子，从而提高所述电子发射装置的电子发射率。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的电子发射源的剖视图。

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是本发明第一实施例提供的电子发射源的制备方法流程图。

图7为本发明第二实施例提供的电子发射源的剖视图。

图8为本发明第三实施例提供的电子发射装置的剖视图。

图9是本发明第四实施例提供的电子发射装置的俯视示意图。

图10是图9所述电子发射单元沿A-A’线的剖视图。

图11是本发明第四实施例提供的电子发射显示器的剖视图。

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为本发明第五实施例提供的电子发射装置的俯视示意图。

图14为图13所述电子发射装置沿B-B’线的剖视图。

图15为本发明第五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
条形第一电极	1010
		有效电子发射区域	1012
半导体层	102
		电子收集层	103
绝缘层	104
		第二电极	105
条形第二电极	1050
		基板	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
荧光粉层	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102，一电子收集层103，一绝缘层104，以及一第二电极105。所述第一电极101与所述第二电极105相对且间隔设置，所述第一电极101为所述电子发射源10的电子发射表面。

所述电子发射源10可设置于一基板106的表面，所述电子发射源10的第二电极105靠近该基板106设置。本实施例中，述电子发射源10的第二电极105与该基板106的表面接触。所述基板106起到承载所述电子发射源10的作用。所述基板106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。

所述绝缘层104设置于所述第二电极105远离所述基板106的表面，所述电子收集层103设置于所述绝缘层104远离第二电极105的表面。所述半导体层102设置于所述电子收集层103远离所述绝缘层104的表面。即，所述电子收集层103设置于所述绝缘层104与半导体层102之间。所述第一电极101设置于所述半导体层102远离所述电子收集层103的表面。所述绝缘层104起到使所述第一电极101与所述第二电极105相互绝缘的作用。所述电子收集层103起到收集并储存电子的作用。所述半导体层102起到加速电子的作用，从而使得电子具有足够的速度和能量而从第一电极101的表面逸出。所述绝缘层104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104的厚度为50纳米~100微米。本实施例中，所述绝缘层104的材料为氧化钽，厚度为100纳米。

所述半导体层102设置于所述第一电极101与所述电子收集层103之间，并分别与所述第一电极101及所述电子收集层103接触设置。所述半导体层102的材料可为半导体材料，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。

所述电子收集层103分别与所述半导体层102及绝缘层104接触设置。所述电子收集层103为一导电层。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，或碳纳米管与上述金属形成的复合材料等。所述电子收集层103的厚度范围为10纳米~1微米。

当所述电子收集层103采用碳纳米管时，所述电子收集层103可为一碳纳米管层。所述碳纳米管层为由多个碳纳米管组成的整体结构。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。所述自支撑为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，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。所述多个空隙有利于电子的发射。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碳纳米管层中均匀分布。

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。当所述碳纳米管层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。当所述碳纳米管层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。

当所述电子收集层103采用石墨烯时，所述电子收集层103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103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。

所述第一电极101及第二电极105的材料可以相同，也可以不相同。所述第一电极101及第二电极105的材料为铜、银、铁、钴、镍、铬、钼、钨、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铝、镁或金属合金。可以理解，所述第一电极101及第二电极105的材料还可为碳纳米管或者石墨烯。由于碳纳米管或石墨烯的逸出功较小，因而当电子加速至所述半导体层102与所述第一电极101之间的表面时，电子能更加容易穿过第一电极101而出射。

所述第一电极101及第二电极105可为一碳纳米管层。该碳纳米管层的具体结构与上述电子收集层103采用的碳纳米管层相一致。当所述第一电极101及第二电极105为碳纳米管层时，所述碳纳米管层包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管形成一导电网络。当所述碳纳米管层与外界电路连接时，所述碳纳米管层中多个碳纳米管形成一导电网络。所述碳纳米管层具有多个空隙，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，以便于电子从第一电极101的表面逸出，从而提高电子出射率。

所述第一电极101及第二电极105的厚度为10纳米~100微米，优选为10纳米~50纳米。本实施例中，所述第一电极101为一碳纳米管拉膜，所述碳纳米管拉膜为从一碳纳米管阵列拉取得到，所述碳纳米管拉膜的厚度为10纳米，所述碳纳米管拉膜包括多个均匀分布的空隙，所述空隙的尺寸为10纳米～1微米，所述第二电极105为钼金属薄膜，厚度为100纳米。

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105的电势较高，电子由第一电极101注入到半导体层102，当电子到达所述电子收集层103后，所述电子收集层103收集并存储该电子，使该电子在电子收集层103与绝缘层104相接触的表面而形成界面态；正半周时，由于第一电极101的电势较高，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中获得加速到达第一电极101，一部分能量高的电子穿过第一电极101逸出而成为发射电子。

请参阅图6，本发明第一实施例的电子发射源10的制备方法具体包括以下步骤：

S11，提供一基板106，在所述基板106的表面设置一第二电极105；

S12，在第二电极105远离所述基板106的表面设置一绝缘层104；

S13，在绝缘层104远离所述第二电极105的表面设置一电子收集层103；

S14，在所述电子收集层103远离所述绝缘层104的表面设置一半导体层102；以及

S15，在所述半导体层102远离所述电子收集层103的表面设置一第一电极101。

在步骤S11中，所述基板106的形状不限，优选地，所述基板106为一长条状长方体。基板106的材料为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料。本实施例中，所述基板106为一二氧化硅基板。

所述第二电极105的制备方法可为磁控溅射法、气相沉积法、或原子层沉积法等方法。本实施例中，采用气相沉积法形成钼金属膜作为第二电极105，所述第二电极105的厚度为100纳米。

在步骤S12中，所述绝缘层104的制备方法可为磁控溅射法、气相沉积法、或原子层沉积法等方法。本实施例中，采用原子层沉积法形成氧化钽作为绝缘层104，所述绝缘层104的厚度为100纳米。

在步骤S13中，所述电子收集层103的形成方法与其自身的材料有关，当所述电子收集层103的材料为金属或金属合金时，可通过磁控溅射法、气相沉积法、或原子层沉积法等方法形成。当所述电子收集层103的材料为碳纳米管时，可将碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜、碳纳米管碾压膜等直接设置于所述绝缘层104的表面。当所述电子收集层103的材料为石墨烯时，可将生长得到的石墨烯膜直接设置于所述绝缘层104的表面。本实施例中，将从一碳纳米管阵列拉取得到的一碳纳米管拉膜作为所述电子收集层103，该电子收集层103的厚度为5纳米~50纳米。

在步骤S14中，所述半导体层102的形成方法与上述步骤S20中形成绝缘层104的方法相同。本实施例中，通过气相沉积法形成硫化锌层作为半导体层102，所述半导体层102的厚度为50纳米。

在步骤S15中，所述第一电极101的形成方法与所述电子收集层103的方法相同。本实施例中，从碳纳米管阵列中拉取得到一碳纳米管拉膜作为第一电极101。

所述电子发射源10具有以下优点：由于在半导体层102与绝缘层104之间设置所述电子收集层103，该电子收集层103可起到有效收集并储存在半导体层102与绝缘层104之间的电子，从而提高所述电子发射源10的电子发射率。

请参阅图7，本发明第二实施例提供一电子发射源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103，一绝缘层104，一第二电极105，以及设置在所述第一电极101表面的一对汇流电极107。

所述电子发射源20与第一实施例的电子发射源10的结构基本相同，其不同之处在于，在所述第一电极101的表面设置有两个汇流电极107。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。该两个汇流电极107与外部电路（图未示）电连接，以使得所述第一电极101的表面电流分布均匀。

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，该两个汇流电极107相对且间隔设置。

请参阅图8，本发明第三实施例提供一种电子发射装置300，其包括多个电子发射单元30，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102，一电子收集层103，一绝缘层104以及一第二电极105，其中，该多个电子发射单元30中的绝缘层104相互连接而形成一连续的层状结构。该电子发射装置300设置于一基板106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中的绝缘层104相互连接而成连续的层状结构，即该多个电子发射单元30共用一个连续的绝缘层104。所述相邻的两个电子发射单元30中的第一电极101相互间隔。相邻的两个电子发射单元30中的第二电极105也相互间隔。因而，该多个电子发射单元30相互独立。

所述相邻的两个第一电极101相互间隔的距离不限，所述相邻的两个第二电极105相互间隔的距离不限，只要保证该相邻的两个电子发射单元30相互独立即可。本实施例中，所述相邻的两个第一电极101的间距为200纳米，相邻的两个第二电极105的间距为200纳米。

相邻的两个电子发射单元30的半导体层102相互间隔。所述相邻的两个半导体层102相互间隔的距离不限，只要保证该相邻的两个电子发射单元30相互独立即可。本实施例中，所述相邻的两个半导体层102的间距为200纳米。

相邻的两个电子发射单元30的电子收集层103可相互间隔。可以理解，该多个电子发射单元30中的电子收集层103可相互连接而成一连续的电子收集层103。本实施例中，多个电子发射单元30共用一连续的电子收集层103。因而，在形成所述绝缘层104、以及电子收集层103，可一次形成，因而方便于工业化应用。

本发明第三实施例还提供一种电子发射装置300的制备方法，其包括以下步骤：

S21，在一基板106的表面形成多个相互间隔的第二电极105；

S22，在所述多个第二电极105的表面设置一连续的绝缘层104于；

S23，在所述绝缘层104的表面设置一连续的电子收集层103；

S24，在所述电子收集层103的表面设置一连续的半导体层102于，并对所述连续的半导体层102进行图案化；以及

S25，在图案化的半导体层102的表面形成多个相互间隔的第一电极101，该多个第一电极101与所述多个第二电极105一一对应。

所述电子发射装置300的制备方法与所述电子发射源10的制备方法基本相同，不同之处在于，在步骤S21中形成多个相互间隔的第二电极105，在步骤S24中图案化半导体层102，以及在步骤S25中形成多个相互间隔的第一电极101。

在步骤S21中，所述形成多个相互间隔的第二电极105的方法可以为丝网印刷法、磁控溅射法、气相沉积法、原子层沉积法等。本实施例中，采用气相沉积法形成多个第二电极105，具体步骤如下：

首先，提供一掩模，所述掩模包括多个开孔；

其次，在所述开孔的位置采用气相沉积法形成多个导电薄膜；

最后，去除所述掩模。

所述掩模的材料可为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或硅水化合物（HSQ）等高分子材料。所述掩模的开孔的大小与位置与所述第二电极105的面积以及该多个电子发射单元30的分布有关。本实施例中，所述第二电极105的材料为钼导电薄膜，所述第二电极105的数目为16个，所述电子发射单元30的数目也为16个。

在步骤S25中，所述第一电极101的形成方法与第一电极101的材料有关。当所述第一电极101的材料为导电金属时，可采用磁控溅射、原子层沉积、气相沉积等方法形成第一电极101，此时，形成多个第一电极101的方法与形成第二电极105的方法相同。当所述第一电极101为碳纳米管或石墨烯时，可将采用化学气相沉积等方法制备好的碳纳米管层或石墨烯膜进行刻蚀，以形成多个相互间隔的第一电极101。

在步骤S24中，所述图案化半导体层102的方法可为等离子刻蚀法、激光刻蚀法、湿法刻蚀等，具体的，在所述半导体层102形成的图案与所述第一电极101的图案相对应，即，形成的多个电子发射单元30中每一个电子发射单元30包括一个第一电极101，一个半导体层102，以及一个第二电极105。

进一步，还包括一对所述电子收集层103进行图案化的步骤。所述电子收集层103的图案与所述第一电极101的图案相同。即，形成的多个电子发射单元30中的第一电极101、半导体层102、电子收集层103以及第二电极105可相互独立，并共用一个绝缘层104，从而形成的多个电子发射单元30相互独立的发射电子，而不发生相互干扰。所述图案化电子收集层103方法可为等离子刻蚀法、激光刻蚀法、湿法刻蚀等。

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，其包括多个相互间隔的电子发射单元40，多个行电极401以及多个列电极402。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102，一电子收集层103，一绝缘层104以及一第二电极105，其中，相邻的两个电子发射单元40的半导体层102相互间隔设置，该多个电子发射单元40中的绝缘层104相互连接而形成一连续的层状结构。该电子发射装置400设置于一基板106的表面。所述多个行电极401设置于所述绝缘层104的表面，所述多个列电极402设置于所述基板106的表面。

所述电子发射单元40的结构与上述第三实施例提供的电子发射单元30基本一致，不同之处在于，进一步设置有多个行电极401以及多个列电极402。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104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。该多个电子发射单元40相互独立工作。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，以提供其发射电子所需的电压。具体地，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105电连接。所述列电极402与所述电极引线403形成良好的电接触。所述多个电子发射单元40呈点阵式排列成多行和多列。设置在同一行的多个电子发射单元40中每个电子发射单元40的第一电极101均与同一个行电极401电连接；设置在同一列的多个电子发射单元40中每个电子发射单元40的第二电极105均与同一个列电极402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。

可以理解，相邻的两个电子发射单元40的电子收集层103可相互间隔设置，也可相互连接而形成一连续的层状结构，即多个电子发射单元40共用一电子收集层103。也可部分的电子发射单元40共用一电子收集层103，其他的电子发射单元40共用另一个电子收集层103，比如，同一行或同一列的多个电子发射单元40共用一电子收集层103。本实施例中，所述多个电子发射单元40共用一电子收集层103。

请参阅图11，本发明第四实施例还提供一种场发射显示器500，其包括：一基板106，一设置于基板106表面的多个电子发射单元40，一阳极结构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的荧光粉层516。所述第一电极101面向所述荧光粉层516设置。所述阳极结构510通过一绝缘支撑体518与基板106封接。所述阳极514可为氧化铟锡薄膜。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105和阳极514。一般情况下，第二电极105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，轰击涂覆于阳极514上的荧光粉层516，发出荧光，实现场发射显示器500的显示功能。请参阅图12，为所述场发射显示器500工作时的显示图像。从图中可以看到，该场发射显示器500的发射电子较均匀，并发光强度较好。

请一并参阅图13及图14，本发明第五实施例提供一种电子发射装置600，其包括多个条形第一电极1010及多个条形第二电极1050交叉且间隔设置，所述多个条形第一电极1010相互间隔并沿一第一方向延伸，所述多个条形第二电极1050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1010与条形第二电极1050定义一电子发射单元60，每一电子发射单元60包括条形第一电极1010、条形第二电极1050以及位于条形第一电极1010与条形第二电极1050之间，且依次层叠设置的一半导体层102、一电子收集层103以及一绝缘层104。所述电子收集层103为一导电层。所述第一方向X与第二方向Y形成一夹角α，其中，0°＜α≤90°。

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300的结构之不同之处在于，多个条形第一电极1010沿第一方向X延伸以及多个条形第二电极1050沿第二方向Y延伸。该在第一方向X上的多个电子发射单元60共用一条形第一电极1010，该在第二方向Y上的多个电子发射单元60共用一条形第二电极1050。

所述条形第一电极1010与条形第二电极1050相互交叉并部分重叠。当条形第一电极1010与条形第二电极1050存在足够的电势差时，在所述条形第一电极1010与条形第二电极1050重叠的区域发射出电子。换句话说，将所述条形第一电极1010与条形第二电极1050交叉重叠的区域可定义为一有效电子发射区域1012。所述电子发射装置600为多个电子发射单元60、多个条形第一电极1010与多个条形第二电极1050的集合体。相邻的两个电子发射单元60的半导体层相互间隔设置。该多个电子发射单元60的绝缘层104可为一连续的层状结构，多个电子发射单元60的电子收集层103可为一连续的层状结构，即该多个电子发射单元60共用一个绝缘层104以及一个电子收集层103。

可以理解，该电子发射装置600中电子收集层103以及绝缘层104可被图案化，使多个电子发射单元60中部分共用一电子收集层和/或绝缘层，如同一条形第一电极1010对应的多个电子发射单元60共用一电子收集层和/或绝缘层，或同一条形第二电极1050对应的多个电子发射单元60共用一电子收集层和/或绝缘层。或者，也可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。

本实施例中，所述多个电子发射单元60共用一电子收集层103以及一绝缘层104。因而，制备所述电子发射装置600时较方便形成所述电子收集层103以及绝缘层104，而易于产业化。

所述电子发射装置600在工作时，分别施加不同电压给条形第一电极1010、条形第二电极1050和阳极514。一般情况下，条形第二电极1050为接地或零电压，条形第一电极1010的电压为几十伏至几百伏。由于条形第一电极1010与条形第二电极1050呈阵列排布并相互交叉重叠，在条形第一电极1010的有效电子发射区域1012与条形第二电极1050之间形成一电场，在电场作用下，电子穿过半导体层102而从条形第一电极1010的有效电子发射区域1012发射出来。

本发明第五实施例还提供一种电子发射装置600的制备方法，其包括以下步骤：

S31，在一基板106的表面沿一第一方向X形成多个相互间隔的条形第二电极1050；

S32，在所述多个条形第二电极1050的表面设置一连续的绝缘层104；

S33，在所述绝缘层104的表面设置一连续的电子收集层103；

S34，在所述电子收集层103的表面设置一连续的半导体层102，并对半导体层进行图案化；以及

S35，在半导体层102的表面沿一第二方向Y形成多个相互间隔的条形第一电极1010，该第一方向X与第二方向Y相互垂直。

所述电子发射装置600的制备方法与所述电子发射装置300的制备方法基本相同，不同之处在于，步骤S31的形成多个相互间隔的条形第二电极1050以及步骤S35的形成多个相互间隔的条形第一电极1010。

所述条形第一电极1010为一条形电极，其沿第一方向X延伸，并在第二方向Y上相互间隔排列。所述条形第二电极1050为一条形电极，其沿第二方向Y延伸，并在第一方向X上相互间隔排列。所述形成条形第一电极1010的方法与第三实施例中形成第一电极101的方法基本相同，不同之处在于，所述掩模包括多个条形开孔，该多个条形开孔形成的图案与所述条形第一电极1010的图案一致。

可以理解，还可包括一分别对电子收集层103及绝缘层104进行图案化的步骤，以使所述电子收集层103及绝缘层104的图案与所述条形第一电极1010的图案相同。该图案化所述电子收集层103的方法与第三实施例中图案化所述电子收集层103的方法相同，在此不再赘述。所述图案化绝缘层104的方法可为等离子刻蚀法、激光刻蚀法、湿法刻蚀等。

请参阅图15，本发明第五实施例还提供一种场发射显示器700，其包括：一基板106，一设置于基板106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。

所述场发射显示器700与第四实施例提供的场发射显示器500的结构之不同之处在于，第一方向X上的多个第一电极101相互连接而形成多个条形第一电极1010，第二方向Y上的多个第二电极105相互连接而形成多个条形第二电极1050。

当所述场发射显示器700在应用时，分别施加不同电压给条形第一电极1010、条形第二电极1050和阳极514。一般情况下，条形第二电极1050为接地或零电压，条形第一电极1010的电压为几十伏。阳极514的电压为几百伏。条形第一电极1010的有效电子发射区域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上的荧光粉层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 (15)

1.一种电子发射装置，其包括多个电子发射单元间隔设置，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，所述电子发射单元还包括设置于所述半导体层与所述绝缘层之间的一电子收集层，所述电子收集层为一导电层，任意相邻的电子发射单元中的第一电极相互间隔，任意相邻的电子发射单元中的第二电极相互间隔，所述多个电子发射单元中的绝缘层相互连接而形成一连续的层状结构。

2.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述电子发射单元呈点阵式排列成多行和多列。

3.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，相邻的两个电子发射单元的半导体层相互间隔设置。

4.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，相邻的两个电子发射单元的电子收集层相互间隔设置。

5.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电子收集层相互连接而形成一连续的层状结构。

6.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述电子收集层的材料包括金、铂、钪、钯、铪、碳纳米管或石墨烯中的至少一种。

7.如权利要求6所述的电子发射装置，其特征在于，所述电子收集层包括一碳纳米管层。

8.如权利要求7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，所述多个碳纳米管通过范德华力相互连接形成一自支撑结构。

9.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述第一电极包括一碳纳米管层。

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。

11.如权利要求9所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管层包括多个空隙，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。

12.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述第一电极包括一石墨烯膜，所述石墨烯膜包括至少一石墨烯。

13.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，还包括多个相互间隔的行电极和多个相互间隔的列电极，所述多个行电极与所述第一电极相应电连接，所述多个列电极与所述第二电极相应电连接。

14.一种电子发射装置，包括一绝缘层以及设置在该绝缘层上的多个电子发射单元，所述绝缘层具有相对设置的第一表面和第二表面，每个所述电子发射单元进一步包括设置在所述绝缘层的第一表面且依次层叠设置的一电子收集层、一半导体层和一第一电极，以及设置在所述绝缘层第二表面的一第二电极，所述电子收集层设置于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，任意相邻的两个电子发射单元中的第一电极相互间隔，任意相邻的两个电子发射单元中的第二电极相互间隔，所述多个电子发射单元设置在同一绝缘层上。

15.一种电子发射显示器，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，所述电子发射装置为采用上述权利要求1-14中的任意一项所述的电子发射装置。