CN1707724A - 场发射装置及其制造方法 - Google Patents

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魏洋
刘亮
范守善
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    • H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes

Abstract

本发明涉及一种场发射装置及其制造方法，用于解决现有技术中场发射装置的栅极截获电流较高的问题。本发明提供的场发射装置包括阴极和栅极。该阴极上设有至少一个电子发射端。该栅极与该电子发射端临近的表面上设有绝缘层。本发明还提供上述场发射装置的制造方法，包括采用蒸镀法在该栅极表面形成该绝缘层。

Description

场发射装置及其制造方法
【技术领域】
本发明涉及一种场发射装置及其制造方法，尤其涉及一种三极型场发射装置及其制造方法。
【背景技术】
请参阅图1，传统的场发射装置4通常包括阴极40、阳极45和位于它们之间的栅极43。阴极40和阳极45通过阻隔壁44相隔。阴极40上设有多个电子发射端41。阴极40一般还设有对应于电子发射端41开有细孔的绝缘层42。栅极43置于该绝缘层42顶部，用于控制电子发射端41的电子发射。
又如，2001年11月7日公开的第01111250.6号中国发明专利申请也揭示了一种具有类似结构的场致发射阵列。
但是，在使用过程中，栅极会不可避免的截获部分由电子发射端发出的电子。尤其在栅压较高的情况下，栅极对电子的作用较为强烈，截获电流会较大，从而影响整个场发射装置的发射效率，增大其功耗。
因此，有必要提供具有低栅极截获电流的场发射装置及其制造方法。
【发明内容】
为解决现有技术中场发射装置的栅极截获电流较高的问题，本发明的目的在于提供一种具有低栅极截获电流的场发射装置。
本发明的另一目的在于提供上述场发射装置的制造方法。
为实现该发明目的，本发明提供一种场发射装置，包括阴极和栅极。该阴极上设有至少一个电子发射端。该栅极与该电子发射端临近的表面上设有绝缘层。
其中，上述绝缘层的厚度最好为0.1-1微米。该绝缘层材料可为SiO2或Si3N4，又或是选自MgO、Al2O3和ZnO的一种或几种物质。上述栅极与该电子发射端远离的表面上也可进一步设有该绝缘层。上述电子发射端材料可为碳纳米管或金属。上述场发射装置可为一场发射显示装置或场发射阴极装置。
为实现另一发明目的，本发明还提供上述场发射装置的制造方法，包括采用蒸镀法在该栅极表面形成该绝缘层。
上述蒸镀法中包括旋转该栅极的步骤。
上述制造方法中，可进一步在蒸镀前预设牺牲层。
相对于现有技术，本发明通过在栅极临近电子发射端的表面增设绝缘层，使那些发射角度较大而打到栅极的电子反弹出去，从而使栅极截获的电子流显著降低，提高发射端发出的电子的利用率。
另外，当该绝缘层由二次电子发射系数较高的材料制成时，电子打到栅极可引发绝缘层材料的二次电子发射，从而增大发射电子流。
【附图说明】
图1为现有技术中传统的场发射装置的示意图；
图2为本发明提供的作为第一实施例的场发射显示装置的示意图；
图3A-3C为图2所示场发射装置栅极的制造方法示意图；
图4为本发明提供的作为第二实施例的场发射阴极装置的示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图2，本发明的第一实施例为一种场发射显示装置5。它包括由阻隔壁56支撑的前基板58和后基板50。前基板58上形成有阳极57和荧光层(图未示)。背基板50形成有带有电子发射端52的阴极51以及绝缘支撑体53。该绝缘支撑体53具有若干通孔(未标示)以暴露电子发射端52。栅极54形成于该绝缘支撑体53顶部，对应于电子发射端52处设有栅孔(未标示)。并且栅极54与电子发射端52临近的表面上设有绝缘层55。
其中，该绝缘层55既可由普通的绝缘材料(如SiO2或Si3N4)构成，也可选用二次电子发射系数较高的绝缘材料，如MgO、Al2O3和ZnO的一种或几种物质。该绝缘层55厚度应较薄，以不影响栅极54和阴极51之间的电场分布为佳，其优选的厚度为0.1-1微米。值得注意的是，该绝缘层55可仅覆盖于栅极54靠近电子发射端52的部分表面，也可同时延伸覆盖在与该栅极54相临的绝缘支撑体53的通孔的部分内壁。
在本实施例中，阴极51和栅极54为条形电极，阳极57为平面电极。电子发射端52可选用碳纳米管、硅尖、金刚石、类金刚石或金属等具有良好电子发射能力的材料制成。荧光层(图未示)最好呈条状。
在该场发射显示装置5的制造过程中，可首先在用作后基板50的一基板上采用丝网印刷法形成条形阴极51。然后在该基板50沉积一绝缘层作为绝缘支撑体53，并在刻蚀出若干通孔以暴露出该阴极51。接着，在这些暴露的阴极51上设置若干电子发射端52，如采用化学气相沉积法生长用作电子发射端52的碳纳米管阵列或将已制得的含有发射端材料的薄膜直接设在该阴极51上。再同样采用丝网印刷工艺在绝缘支撑体53上形成条形栅极54，其最好垂直于条形阴极51。
随后，可通过蒸镀方法在栅极54上形成绝缘层55。在此过程中，最好旋转栅极54，并使蒸出的绝缘材料分子流以一定倾斜角度射到该栅极54的表面。该倾斜角度应根据实际状况、参考绝缘支撑体53和栅极54的通孔的大小及位置等因素加以设定，以避免使电子发射端52被绝缘材料覆盖。
请参阅图3A-3C，在本实施例中，蒸镀前最好在不需要形成绝缘层55的地方，如栅极54远离电子发射端52的表面，预先设置铝材料制成的牺牲层59。在蒸镀形成绝缘覆盖层后，去除牺牲层59，剩下靠近电子发射端52的绝缘层55。
最后，在另一用作前基板58的基板上形成荧光层和阳极57。再加入阻隔壁56将前、后基板分隔开，通过抽真空等后续封装工序，完成该场发射显示装置5。
可以选择的是，阴极51和栅极54还可通过先沉积金属层、再对其构图蚀刻的方式形成条形电极。当然，它们以及设有通孔的绝缘支撑体53也可直接采用预先制作的模板。
另外，制作时也可先制作前基板58、后制作后基板50，不必以本实施例为限。
同时，关于该场发射显示装置5的阴极51、绝缘支撑体53、栅极54和阳极57的制作加工以及封装技术的具体工艺及条件还可参考第01111250.6号中国专利申请、第6,380,671号和第6,515,415号美国专利等文献的相关内容。
请参阅图4，本发明的第二实施例为一种场发射阴极装置6。它包括设有电子发射端62的阴极61和栅极64。其中栅极64被绝缘层65包覆，相对于第一实施例来说，区别在于栅极64远离电子发射端62的表面上也进一步设有绝缘层65。并且本实施例中，阴极61为平面电极。
可参照上述场发射显示装置5的相关制造方法制造该场发射阴极装置6。其主要不同在于：绝缘层65可直接通过蒸镀形成于栅极64，不用预设牺牲层。
应指出的是，该场发射阴极装置6可根据需要与相应的阳极装置组合应用于场发射发光装置、场发射扫描电镜、场发射显示器等设备中。
同时，关于该场发射阴极装置6的阴极61和栅极64的具体制作工艺、条件还可参考第00121140.4号和第02159948.3号中国专利申请的相关内容。
本领域普通技术人员应明白，其他现有技术中场发射装置也可用于本发明。本发明提供的场发射装置还可进一步设有辅助装置以改善发射效果或提高可操作性。另外，当采用预先制成的模板作为栅极时，可先在该模板表面直接设置绝缘层、再将其与其他部件结合组成场发射装置。并且，现有技术中其他的电子发射端的设置方法也可用于本发明，不需限于具体实施例。
相对于现有技术，本发明通过在栅极临近电子发射端的表面增设绝缘层，使那些发射角度较大而打到栅极的电子反弹出去，从而使栅极截获的电子流显著降低，增加发射端发出的电子的利用率。并且，当该绝缘层由二次电子发射系数较高的材料制成时，电子打到栅极可引发绝缘层材料的二次电子发射，从而增大发射电子流。

Claims (10)

1.一种场发射装置，包括阴极和栅极，该阴极上设有至少一个电子发射端，其特征在于，该栅极与该电子发射端临近的表面上设有绝缘层。
2.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，该绝缘层的厚度为0.1-1微米。
3.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，该绝缘层材料为SiO2或Si3N4。
4.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，该绝缘层材料为选自MgO、Al2O3和ZnO的一种或几种物质。
5.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，该栅极与该电子发射端远离的表面上进一步设有该绝缘层。
6.如权利要求1至5任一项所述的场发射装置，其特征在于，该电子发射端材料为碳纳米管、硅尖、金刚石、类金刚石或金属。
7.如权利要求1至5任一项所述的场发射装置，其特征在于，该场发射装置为场发射显示装置或场发射阴极装置。
8.一种如权利要求1至5任一项所述的场发射装置的制造方法，其特征在于，其包括采用蒸镀法在该栅极表面形成该绝缘层。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，该蒸镀法包括旋转该栅极的步骤。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，该制造方法进一步包括蒸镀前预设牺牲层的步骤。
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