TW201530600A - 電子發射裝置及顯示器 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種電子發射裝置，其包括複數電子發射單元間隔設置，所述電子發射單元包括依次層疊設置的一第一電極，一半導體層，一絕緣層及一第二電極，其中，所述電子發射單元還包括設置於所述半導體層與所述絕緣層之間的一電子收集層，所述電子收集層為一導電層，任意相鄰的電子發射單元中的第一電極相互間隔，任意相鄰的電子發射單元中的第二電極相互間隔。本發明還提供一種電子發射顯示器。

Description

電子發射裝置及顯示器
本發明涉及一種電子發射裝置及顯示器。
電子發射顯示裝置在各種真空電子學器件和設備中是不可缺少的部份。在顯示技術領域，電子發射顯示裝置因其具有高亮度、高效率、大視角，功耗小及體積小等優點，可廣泛應用於汽車、家用視聽電器、工業儀器等領域。
通常，電子發射顯示裝置中採用的電子發射源有兩種類型：熱陰極電子發射源和冷陰極電子發射源。冷陰極電子發射源包括表面傳導型電子發射源、場致電子發射源、金屬-絕緣層-金屬（MIM）型電子發射源等。
在MIM型電子發射源的基礎上，人們又發展了金屬-絕緣層-半導體層-金屬（MISM）型電子發射源。MISM型電子發射源中增加了半導體層，以實現電子的加速，其相對於MIM型電子發射源穩定性較好。
MISM型電子發射源由於電子需要具有足夠的平均動能才有可能穿過第一電極而逸出至真空，然而先前技術中的MISM型電子發射源中由於電子從半導體層進入第一電極時需要克服的勢壘往往比電子的平均動能高，因而造成電子發射率低。
有鑒於此，提供一種具有較高電子發射率的電子發射裝置及顯示器實為必要。
一種電子發射裝置，其包括複數電子發射單元間隔設置，所述電子發射單元包括依次層疊設置的一第一電極，一半導體層，一絕緣層及一第二電極，其中，所述電子發射單元還包括設置於所述半導體層與所述絕緣層之間的一電子收集層，所述電子收集層為一導電層，任意相鄰的電子發射單元中的第一電極相互間隔，任意相鄰的電子發射單元中的第二電極相互間隔。
一種電子發射裝置，包括一絕緣層及設置在該絕緣層上的複數電子發射單元，所述絕緣層具有相對設置的第一表面和第二表面，每個所述電子發射單元進一步包括設置在所述絕緣層的第一表面且依次層疊設置的一電子收集層、一半導體層和一第一電極，及設置在所述絕緣層第二表面的一第二電極，所述電子收集層設置於所述半導體層與所述絕緣層之間，所述電子收集層為一導電層，任意相鄰的兩個電子發射單元中的第一電極相互間隔，任意相鄰的兩個電子發射單元中的第二電極相互間隔。
一種電子發射顯示器，其包括：一基板，一設置於基板表面的電子發射裝置，一陽極結構，所述陽極結構包括一陽極及一螢光粉層，所述電子發射裝置與所述螢光粉層相對且間隔設置，其中，所述電子發射裝置為採用上述電子發射裝置。
與先前技術相比較，由於在所述半導體層與所述絕緣層之間設置所述電子收集層，該電子收集層可起到有效收集並儲存在所述半導體層與所述絕緣層之間的電子，從而提高所述電子發射裝置的電子發射率。
圖1係本發明第一實施例提供的電子發射源的剖視圖。
圖2係本發明奈米碳管膜的掃描電鏡照片。
圖3係本發明複數層交叉設置的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。
圖4係本發明非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。
圖5係本發明扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。
圖6係本發明第一實施例提供的電子發射源的製備方法流程圖。
圖7為本發明第二實施例提供的電子發射源的剖視圖。
圖8為本發明第三實施例提供的電子發射裝置的剖視圖。
圖9係本發明第四實施例提供的電子發射裝置的俯視示意圖。
圖10係圖9所述電子發射單元沿A-A’線的剖視圖。
圖11係本發明第四實施例提供的電子發射顯示器的剖視圖。
圖12為圖11所述電子發射顯示器的電子發射顯示效果圖。
圖13為本發明第五實施例提供的電子發射裝置的俯視示意圖。
圖14為圖13所述電子發射裝置沿B-B’線的剖視圖。
圖15為本發明第五實施例提供的電子發射顯示器的剖視圖。
以下將結合附圖詳細說明本發明實施例的電子發射裝置及顯示器。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種電子發射源10，其包括：依次層疊設置的一第一電極101，一半導體層102，一電子收集層103，一絕緣層104，及一第二電極105。所述第一電極101與所述第二電極105相對且間隔設置，所述第一電極101為所述電子發射源10的電子發射表面。
所述電子發射源10可設置於一基板106的表面，所述電子發射源10的第二電極105靠近該基板106設置。本實施例中，述電子發射源10的第二電極105與該基板106的表面接觸。所述基板106起到承載所述電子發射源10的作用。所述基板106的材料可選擇為玻璃、石英、陶瓷、金剛石、矽片等硬性材料或塑膠、樹脂等柔性材料。本實施例中，所述基板106的材料為二氧化矽。
所述絕緣層104設置於所述第二電極105遠離所述基板106的表面，所述電子收集層103設置於所述絕緣層104遠離第二電極105的表面。所述半導體層102設置於所述電子收集層103遠離所述絕緣層104的表面。即，所述電子收集層103設置於所述絕緣層104與半導體層102之間。所述第一電極101設置於所述半導體層102遠離所述電子收集層103的表面。所述絕緣層104起到使所述第一電極101與所述第二電極105相互絕緣的作用。所述電子收集層103起到收集並儲存電子的作用。所述半導體層102起到加速電子的作用，從而使得電子具有足夠的速度和能量而從第一電極101的表面逸出。所述絕緣層104的材料為氧化鋁、氮化矽、氧化矽、氧化鉭等硬性材料或苯並環丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸樹脂等柔性材料。該絕緣層104的厚度為50奈米~100微米。本實施例中，所述絕緣層104的材料為氧化鉭，厚度為100奈米。
所述半導體層102設置於所述第一電極101與所述電子收集層103之間，並分別與所述第一電極101及所述電子收集層103接觸設置。所述半導體層102的材料可為半導體材料，如硫化鋅、氧化鋅、氧化鎂鋅、硫化鎂、硫化鎘、硒化鎘或硒化鋅等。所述半導體層102的厚度為3奈米~100奈米。本實施例中，所述半導體層102的材料為硫化鋅，厚度為50奈米。
所述電子收集層103分別與所述半導體層102及絕緣層104接觸設置。所述電子收集層103為一導電層。該導電層的材料可為金、鉑、鈧、鈀、鉿等金屬或金屬合金，也可為奈米碳管或石墨烯，或奈米碳管與上述金屬形成的複合材料等。所述電子收集層103的厚度範圍為10奈米~1微米。
當所述電子收集層103採用奈米碳管時，所述電子收集層103可為一奈米碳管層。所述奈米碳管層為由複數奈米碳管組成的整體結構。所述奈米碳管層中的奈米碳管可以為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管或多壁奈米碳管中的一種或複數種，其長度和直徑可以根據需要選擇。所述奈米碳管層為一自支撐結構。所述自支撐為奈米碳管層不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身層狀狀態，即將該奈米碳管層置於（或固定於）間隔一定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管層能夠懸空保持自身層狀狀態。所述奈米碳管層中的奈米碳管通過凡得瓦力相互連接，相互接觸形成自支撐結構。所述奈米碳管層中複數奈米碳管相互連接形成一網路結構。
所述奈米碳管層具有複數空隙，該複數空隙從所述奈米碳管層的厚度方向貫穿所述奈米碳管層。所述複數空隙有利於電子的發射。所述空隙可為複數相鄰的奈米碳管圍成的微孔或者沿奈米碳管軸向延伸方向延伸呈條形的相鄰奈米碳管之間的間隙。所述空隙為微孔時其孔徑（平均孔徑）範圍為10奈米~1微米，所述空隙為間隙時其寬度（平均寬度）範圍為10奈米~1微米。以下稱為“所述空隙的尺寸”係指孔徑或間隙寬度的尺寸範圍。所述奈米碳管層中所述微孔和間隙可以同時存在並且兩者尺寸可以在上述尺寸範圍內不同。所述空隙的尺寸為10奈米~1微米，比如10奈米、50奈米、100奈米或200奈米等。本實施例中，所述複數空隙在所述奈米碳管層中均勻分佈。
所述奈米碳管層具有如前所述的空隙的圖形效果的前提下，所述奈米碳管層中的複數奈米碳管的排列方向（軸向延伸方向）可以係無序、無規則，比如過濾形成的奈米碳管過濾膜，或者奈米碳管之間相互纏繞形成的奈米碳管絮狀膜等。所述奈米碳管層中複數奈米碳管的排列方式也可以係有序的、有規則的。例如，所述碳奈米層中複數奈米碳管層中複數奈米碳管的軸向均相互平行且基本沿同一方向延伸；或者，所述奈米碳管層中複數奈米碳管的軸向可有規律性地基本沿兩個以上方向延伸。為了容易獲得較好的圖形效果或者從透光性等角度考慮，本實施例中優選的，所述奈米碳管層中複數奈米碳管沿著基本平行於奈米碳管層表面的方向延伸。
所述奈米碳管層可以係由複數奈米碳管組成的純奈米碳管結構。即，所述奈米碳管層在整個形成過程中無需任何化學修飾或酸化處理，不含有任何羧基等官能團修飾。具體地，所述奈米碳管層可以包括奈米碳管膜、奈米碳管線或上述兩者任意的組合。具體地，所述奈米碳管層可以為一單層奈米碳管膜或複數層疊設置的奈米碳管膜。所述奈米碳管層可包括複數平行設置的奈米碳管線、複數交叉設置的奈米碳管線或複數奈米碳管線任意排列組成的網狀結構。所述奈米碳管層可以為至少一層奈米碳管膜和設置在該奈米碳管膜表面的奈米碳管線的組合結構。
請參閱圖2，當所述奈米碳管層為一單層奈米碳管膜時，所述奈米碳管膜中相鄰的奈米碳管之間存在微孔或間隙從而構成空隙。請參閱圖3，當所述奈米碳管層包括層疊設置的複數層奈米碳管膜時，相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向形成一交叉角度α，且α大於等於0度小於等於90度（0°≦α≦90°）。當相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向形成的交叉角度α為0度時，每一層奈米碳管膜中沿奈米碳管軸向延伸方向延伸呈條形的相鄰奈米碳管之間存在間隙。相鄰兩層奈米碳管膜中的所述間隙可以重疊或不重疊從而構成空隙。所述空隙為間隙時其寬度（平均寬度）範圍為10奈米~300微米。當相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向形成的交叉角度α大於0度小於等於90度（0°＜α≦90°）時，每一層奈米碳管膜中複數相鄰的奈米碳管圍成微孔。相鄰兩層奈米碳管膜中的所述微孔可以重疊或不重疊從而構成空隙。當所述奈米碳管層為複數層疊設置的奈米碳管膜時，奈米碳管膜的層數不宜太多，優選地，為2層~10層。
當所述奈米碳管層為複數平行設置的奈米碳管線時，相鄰兩個奈米碳管線之間的空間構成所述奈米碳管層的空隙。相鄰兩個奈米碳管線之間的間隙長度可以等於奈米碳管線的長度。通過控制奈米碳管膜的層數或奈米碳管長線之間的距離，可以控制奈米碳管層中空隙的尺寸。當所述奈米碳管層為複數交叉設置的奈米碳管線時，相互交叉的奈米碳管線之間存在微孔從而構成空隙。當所述奈米碳管層為複數奈米碳管線任意排列組成的網狀結構時，奈米碳管線之間存在微孔或間隙從而構成空隙。
當奈米碳管層為至少一層奈米碳管膜和設置在該奈米碳管膜表面的奈米碳管線的組合結構時，奈米碳管與奈米碳管之間存在微孔或間隙從而構成空隙。可以理解，奈米碳管線和奈米碳管膜以任意角度交叉設置。
所述奈米碳管膜及奈米碳管線係由若干奈米碳管組成的自支撐結構。所述自支撐主要通過奈米碳管膜（或奈米碳管線）中複數奈米碳管之間通過凡得瓦力相連而實現。所述若干奈米碳管為沿同一方向擇優取向延伸。所述擇優取向係指在奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。
所述奈米碳管膜包括複數連續且定向延伸的奈米碳管片段。該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段包括複數相互平行的奈米碳管，該複數相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。所述奈米碳管膜可通過從一奈米碳管陣列中選定部份奈米碳管後直接拉取獲得。所述奈米碳管膜的厚度為10奈米~100微米，寬度與拉取出該奈米碳管膜的奈米碳管陣列的尺寸有關，長度不限。優選地，所述奈米碳管膜的厚度為100奈米~10微米。該奈米碳管膜中的奈米碳管沿同一方向擇優取向延伸。所述奈米碳管膜及其製備方法具體請參見申請人於2007年2月12日申請的，於2010年7月11日公告的第I327177號台灣公告專利“奈米碳管膜結構及其製備方法”。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部份。
所述奈米碳管線可以為非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。所述非扭轉的奈米碳管線與扭轉的奈米碳管線均為自支撐結構。具體地，請參閱圖4，該非扭轉的奈米碳管線包括複數沿平行於該非扭轉的奈米碳管線長度方向延伸的奈米碳管。具體地，該非扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。非扭轉的奈米碳管線為將所述奈米碳管膜通過有機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述奈米碳管膜的整個表面，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管膜中的相互平行的複數奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，從而使奈米碳管膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。通過有機溶劑處理的非扭轉的奈米碳管線與未經有機溶劑處理的奈米碳管膜相比，比表面積減小，黏性降低。
所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將所述奈米碳管膜兩端沿相反方向扭轉獲得。請參閱圖5，該扭轉的奈米碳管線包括複數繞該扭轉的奈米碳管線軸向螺旋延伸的奈米碳管。具體地，該扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的比表面積減小，密度及強度增大。
所述奈米碳管線及其製備方法請參見申請人於2002年11月5日申請的，於2008年11月21日公告的第I303239號台灣公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司，及於2005年12月16日申請的，於2009年7月21日公告的第I312337號台灣公告專利“奈米碳管絲及其製作方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。
當所述電子收集層103採用石墨烯時，所述電子收集層103為一石墨烯膜。所述石墨烯膜包括至少一層石墨烯，優選的，該石墨烯膜由單層石墨烯組成。當石墨烯膜包括複數層石墨烯時，該複數層石墨烯層疊設置或共面設置組成一膜狀結構，該石墨烯膜的厚度為0.34奈米~100微米，比如1奈米、10奈米、200奈米，1微米或10微米，優選為0.34奈米至10奈米。當石墨烯膜為單層石墨烯時，所述石墨烯為一連續的單層碳原子層，該石墨烯為由複數碳原子通過sp2 鍵雜化構成的單層的二維平面六邊形密排點陣結構，此時，所述石墨烯膜的厚度為單個碳原子的直徑。由於所述石墨烯膜具有良好的導電性，因而電子可容易的被收集，而進一步被加速至所述半導體層102。
所述石墨烯膜可通過先製備石墨烯膜或石墨烯粉末再轉移至所述絕緣基底的表面。所述石墨烯粉末轉移至所述絕緣基底的表面後呈一膜狀。所述石墨烯膜可以通過化學氣相沈積（CVD）法、機械剝離法、靜電沈積法、碳化矽(SiC)熱解法、外延生長法等方法製備。所述石墨烯粉末可以通過液相剝離法、插層剝離法、剖開奈米碳管法、溶劑熱法、有機合成法等方法製備。
本實施例中，所述電子收集層103為一奈米碳管拉膜，該奈米碳管拉膜包括複數奈米碳管沿同一方向排列，所述奈米碳管拉膜的厚度為5奈米~50奈米。
所述第一電極101及第二電極105的材料可以相同，也可以不相同。所述第一電極101及第二電極105的材料為銅、銀、鐵、鈷、鎳、鉻、鉬、鎢、鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鋁、鎂或金屬合金。可以理解，所述第一電極101及第二電極105的材料還可為奈米碳管或者石墨烯。由於奈米碳管或石墨烯的逸出功較小，因而當電子加速至所述半導體層102與所述第一電極101之間的表面時，電子能更加容易穿過第一電極101而出射。
所述第一電極101及第二電極105可為一奈米碳管層。該奈米碳管層的具體結構與上述電子收集層103採用的奈米碳管層相一致。當所述第一電極101及第二電極105為奈米碳管層時，所述奈米碳管層包括複數奈米碳管，該複數奈米碳管形成一導電網路。當所述奈米碳管層與外界電路連接時，所述奈米碳管層中複數奈米碳管形成一導電網路。所述奈米碳管層具有複數空隙，該複數空隙從所述奈米碳管層的厚度方向貫穿所述奈米碳管層，以便於電子從第一電極101的表面逸出，從而提高電子出射率。
所述第一電極101及第二電極105的厚度為10奈米~100微米，優選為10奈米~50奈米。本實施例中，所述第一電極101為一奈米碳管拉膜，所述奈米碳管拉膜為從一奈米碳管陣列拉取得到，所述奈米碳管拉膜的厚度為10奈米，所述奈米碳管拉膜包括複數均勻分佈的空隙，所述空隙的尺寸為10奈米～1微米，所述第二電極105為鉬金屬薄膜，厚度為100奈米。
該電子發射源10在交流驅動模式下工作，其工作原理為：負半周時，第二電極105的電勢較高，電子由第一電極101注入到半導體層102，當電子到達所述電子收集層103後，所述電子收集層103收集並存儲該電子，使該電子在電子收集層103與絕緣層104相接觸的表面而形成介面態；正半周時，由於第一電極101的電勢較高，存儲在介面態上的電子被拉至半導體層102，並在半導體層102中獲得加速到達第一電極101，一部份能量高的電子穿過第一電極101逸出而成為發射電子。
請參閱圖6，本發明第一實施例的電子發射源10的製備方法具體包括以下步驟：
S11，提供一基板106，在所述基板106的表面設置一第二電極105；
S12，在第二電極105遠離所述基板106的表面設置一絕緣層104；
S13，在絕緣層104遠離所述第二電極105的表面設置一電子收集層103；
S14，在所述電子收集層103遠離所述絕緣層104的表面設置一半導體層102；及
S15，在所述半導體層102遠離所述電子收集層103的表面設置一第一電極101。
在步驟S11中，所述基板106的形狀不限，優選地，所述基板106為一長條狀長方體。基板106的材料為玻璃、陶瓷、二氧化矽等絕緣材料。本實施例中，所述基板106為一二氧化矽基板。
所述第二電極105的製備方法可為磁控濺射法、氣相沈積法、或原子層沈積法等方法。本實施例中，採用氣相沈積法形成鉬金屬膜作為第二電極105，所述第二電極105的厚度為100奈米。
在步驟S12中，所述絕緣層104的製備方法可為磁控濺射法、氣相沈積法、或原子層沈積法等方法。本實施例中，採用原子層沈積法形成氧化鉭作為絕緣層104，所述絕緣層104的厚度為100奈米。
在步驟S13中，所述電子收集層103的形成方法與其自身的材料有關，當所述電子收集層103的材料為金屬或金屬合金時，可通過磁控濺射法、氣相沈積法、或原子層沈積法等方法形成。當所述電子收集層103的材料為奈米碳管時，可將奈米碳管拉膜、奈米碳管絮化膜、奈米碳管碾壓膜等直接設置於所述絕緣層104的表面。當所述電子收集層103的材料為石墨烯時，可將生長得到的石墨烯膜直接設置於所述絕緣層104的表面。本實施例中，將從一奈米碳管陣列拉取得到的一奈米碳管拉膜作為所述電子收集層103，該電子收集層103的厚度為5奈米~50奈米。
在步驟S14中，所述半導體層102的形成方法與上述步驟S20中形成絕緣層104的方法相同。本實施例中，通過氣相沈積法形成硫化鋅層作為半導體層102，所述半導體層102的厚度為50奈米。
在步驟S15中，所述第一電極101的形成方法與所述電子收集層103的方法相同。本實施例中，從奈米碳管陣列中拉取得到一奈米碳管拉膜作為第一電極101。
所述電子發射源10具有以下優點：由於在半導體層102與絕緣層104之間設置所述電子收集層103，該電子收集層103可起到有效收集並儲存在半導體層102與絕緣層104之間的電子，從而提高所述電子發射源10的電子發射率。
請參閱圖7，本發明第二實施例提供一電子發射源20，其包括：依次層疊設置的一第一電極101，一半導體層102，一電子收集層103，一絕緣層104，一第二電極105，及設置在所述第一電極101表面的一對匯流電極107。
所述電子發射源20與第一實施例的電子發射源10的結構基本相同，其不同之處在於，在所述第一電極101的表面設置有兩個匯流電極107。所述匯流電極107為一條形電極。當所述第一電極101為包括複數奈米碳管的奈米碳管層時，所述兩個匯流電極107間隔設置於所述第一電極101的兩端。具體的，所述匯流電極107的延伸方向垂直於所述複數奈米碳管的延伸方向，以實現電流在所述第一電極101的表面分佈均勻。該兩個匯流電極107與外部電路（圖未示）電連接，以使得所述第一電極101的表面電流分佈均勻。
所述匯流電極107的材料為金、鉑、鈧、鈀、鉿等金屬或金屬合金。本實施例中，所述匯流電極107為長條形的鉑電極，該兩個匯流電極107相對且間隔設置。
請參閱圖8，本發明第三實施例提供一種電子發射裝置300，其包括複數電子發射單元30，所述電子發射單元30包括依次層疊設置的一第一電極101，一半導體層102，一電子收集層103，一絕緣層104及一第二電極105，其中，該複數電子發射單元30中的絕緣層104相互連接而形成一連續的層狀結構。該電子發射裝置300設置於一基板106的表面。
所述電子發射單元30的結構與上述第一實施例提供的電子發射源10基本一致，不同之處在於，該複數電子發射單元30中的絕緣層104相互連接而成連續的層狀結構，即該複數電子發射單元30共用一個連續的絕緣層104。所述相鄰的兩個電子發射單元30中的第一電極101相互間隔。相鄰的兩個電子發射單元30中的第二電極105也相互間隔。因而，該複數電子發射單元30相互獨立。
所述相鄰的兩個第一電極101相互間隔的距離不限，所述相鄰的兩個第二電極105相互間隔的距離不限，只要保證該相鄰的兩個電子發射單元30相互獨立即可。本實施例中，所述相鄰的兩個第一電極101的間距為200奈米，相鄰的兩個第二電極105的間距為200奈米。
相鄰的兩個電子發射單元30的半導體層102相互間隔。所述相鄰的兩個半導體層102相互間隔的距離不限，只要保證該相鄰的兩個電子發射單元30相互獨立即可。本實施例中，所述相鄰的兩個半導體層102的間距為200奈米。
相鄰的兩個電子發射單元30的電子收集層103可相互間隔。可以理解，該複數電子發射單元30中的電子收集層103可相互連接而成一連續的電子收集層103。本實施例中，複數電子發射單元30共用一連續的電子收集層103。因而，在形成所述絕緣層104、及電子收集層103，可一次形成，因而方便於工業化應用。
本發明第三實施例還提供一種電子發射裝置300的製備方法，其包括以下步驟：
S21，在一基板106的表面形成複數相互間隔的第二電極105；
S22，在所述複數第二電極105的表面設置一連續的絕緣層104於；
S23，在所述絕緣層104的表面設置一連續的電子收集層103；
S24，在所述電子收集層103的表面設置一連續的半導體層102於，並對所述連續的半導體層102進行圖案化；及
S25，在圖案化的半導體層102的表面形成複數相互間隔的第一電極101，該複數第一電極101與所述複數第二電極105一一對應。
所述電子發射裝置300的製備方法與所述電子發射源10的製備方法基本相同，不同之處在於，在步驟S21中形成複數相互間隔的第二電極105，在步驟S24中圖案化半導體層102，及在步驟S25中形成複數相互間隔的第一電極101。
在步驟S21中，所述形成複數相互間隔的第二電極105的方法可以為絲網印刷法、磁控濺射法、氣相沈積法、原子層沈積法等。本實施例中，採用氣相沈積法形成複數第二電極105，具體步驟如下：
首先，提供一掩模，所述掩模包括複數開孔；
其次，在所述開孔的位置採用氣相沈積法形成複數導電薄膜；
最後，去除所述掩模。
所述掩模的材料可為聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或矽水化合物（HSQ）等高分子材料。所述掩模的開孔的大小與位置與所述第二電極105的面積及該複數電子發射單元30的分佈有關。本實施例中，所述第二電極105的材料為鉬導電薄膜，所述第二電極105的數目為16個，所述電子發射單元30的數目也為16個。
在步驟S25中，所述第一電極101的形成方法與第一電極101的材料有關。當所述第一電極101的材料為導電金屬時，可採用磁控濺射、原子層沈積、氣相沈積等方法形成第一電極101，此時，形成複數第一電極101的方法與形成第二電極105的方法相同。當所述第一電極101為奈米碳管或石墨烯時，可將採用化學氣相沈積等方法製備好的奈米碳管層或石墨烯膜進行蝕刻，以形成複數相互間隔的第一電極101。
在步驟S24中，所述圖案化半導體層102的方法可為電漿蝕刻法、鐳射蝕刻法、濕法蝕刻等，具體的，在所述半導體層102形成的圖案與所述第一電極101的圖案相對應，即，形成的複數電子發射單元30中每一個電子發射單元30包括一個第一電極101，一個半導體層102，及一個第二電極105。
進一步，還包括一對所述電子收集層103進行圖案化的步驟。所述電子收集層103的圖案與所述第一電極101的圖案相同。即，形成的複數電子發射單元30中的第一電極101、半導體層102、電子收集層103及第二電極105可相互獨立，並共用一個絕緣層104，從而形成的複數電子發射單元30相互獨立的發射電子，而不發生相互干擾。所述圖案化電子收集層103方法可為電漿蝕刻法、鐳射蝕刻法、濕法蝕刻等。
請一併參閱圖9及圖10，本發明第四實施例提供一種電子發射裝置400，其包括複數相互間隔的電子發射單元40，複數行電極401及複數列電極402。所述電子發射單元40包括依次層疊設置的一第一電極101，一半導體層102，一電子收集層103，一絕緣層104及一第二電極105，其中，相鄰的兩個電子發射單元40的半導體層102相互間隔設置，該複數電子發射單元40中的絕緣層104相互連接而形成一連續的層狀結構。該電子發射裝置400設置於一基板106的表面。所述複數行電極401設置於所述絕緣層104的表面，所述複數列電極402設置於所述基板106的表面。
所述電子發射單元40的結構與上述第三實施例提供的電子發射單元30基本一致，不同之處在於，進一步設置有複數行電極401及複數列電極402。所述複數行電極401相互間隔，所述複數列電極402相互間隔。所述複數行電極401與複數列電極402相互交叉設置，並通過所述絕緣層104相互絕緣。每相鄰兩個行電極401與每相鄰兩個列電極402形成一網格。該網格用於容置所述電子發射單元40，且每一網格對應設置有一個電子發射單元40。該複數電子發射單元40相互獨立工作。每個網格中，電子發射單元40分別與行電極401及列電極402電連接，以提供其發射電子所需的電壓。具體地，所述複數行電極401及複數列電極402通過一電極引線403分別與所述第一電極101及第二電極105電連接。所述列電極402與所述電極引線403形成良好的電接觸。所述複數電子發射單元40呈點陣式排列成複數行和複數列。設置在同一行的複數電子發射單元40中每個電子發射單元40的第一電極101均與同一個行電極401電連接；設置在同一列的複數電子發射單元40中每個電子發射單元40的第二電極105均與同一個列電極402電連接。
本實施例中，每個網格均設置有一個電子發射單元40。所述複數行電極401相互平行且相鄰兩個行電極401之間間距相等，所述複數列電極402相互平行且相鄰兩個列電極402之間間距相等，且所述行電極401與列電極402垂直設置。
可以理解，相鄰的兩個電子發射單元40的電子收集層103可相互間隔設置，也可相互連接而形成一連續的層狀結構，即複數電子發射單元40共用一電子收集層103。也可部份的電子發射單元40共用一電子收集層103，其他的電子發射單元40共用另一個電子收集層103，比如，同一行或同一列的複數電子發射單元40共用一電子收集層103。本實施例中，所述複數電子發射單元40共用一電子收集層103。
請參閱圖11，本發明第四實施例還提供一種場發射顯示器500，其包括：一基板106，一設置於基板106表面的複數電子發射單元40，一陽極結構510。所述電子發射單元40與所述陽極結構510相對且間隔設置。
所述陽極結構510包括一玻璃基底512，設置於該玻璃基底512的陽極514及塗覆於該陽極514的螢光粉層516。所述第一電極101面向所述螢光粉層516設置。所述陽極結構510通過一絕緣支撐體518與基板106封接。所述陽極514可為氧化銦錫薄膜。所述場發射顯示器500在應用時，分別施加不同電壓給第一電極101、第二電極105和陽極514。一般情況下，第二電極105為接地或零電壓，第一電極101的電壓為幾十伏。陽極514的電壓為幾百伏。電子發射單元40中的第一電極101的表面所發出的電子在電場作用下，向陽極514的方向運動，最終到達陽極結構510，轟擊塗覆於陽極514上的螢光粉層516，發出螢光，實現場發射顯示器500的顯示功能。請參閱圖12，為所述場發射顯示器500工作時的顯示圖像。從圖中可以看到，該場發射顯示器500的發射電子較均勻，並發光強度較好。
請一併參閱圖13及圖14，本發明第五實施例提供一種電子發射裝置600，其包括複數條形第一電極1010及複數條形第二電極1050交叉且間隔設置，所述複數條形第一電極1010相互間隔並沿一第一方向延伸，所述複數條形第二電極1050相互間隔並沿一第二方向延伸，位於交叉位置處的條形第一電極1010與條形第二電極1050定義一電子發射單元60，每一電子發射單元60包括條形第一電極1010、條形第二電極1050及位於條形第一電極1010與條形第二電極1050之間，且依次層疊設置的一半導體層102、一電子收集層103及一絕緣層104。所述電子收集層103為一導電層。所述第一方向X與第二方向Y形成一夾角α，其中，0°＜α≦90°。
所述電子發射裝置600與所述第三實施例提供的電子發射裝置300的結構之不同之處在於，複數條形第一電極1010沿第一方向X延伸及複數條形第二電極1050沿第二方向Y延伸。該在第一方向X上的複數電子發射單元60共用一條形第一電極1010，該在第二方向Y上的複數電子發射單元60共用一條形第二電極1050。
所述條形第一電極1010與條形第二電極1050相互交叉並部份重疊。當條形第一電極1010與條形第二電極1050存在足夠的電勢差時，在所述條形第一電極1010與條形第二電極1050重疊的區域發射出電子。換句話說，將所述條形第一電極1010與條形第二電極1050交叉重疊的區域可定義為一有效電子發射區域1012。所述電子發射裝置600為複數電子發射單元60、複數條形第一電極1010與複數條形第二電極1050的集合體。相鄰的兩個電子發射單元60的半導體層相互間隔設置。該複數電子發射單元60的絕緣層104可為一連續的層狀結構，複數電子發射單元60的電子收集層103可為一連續的層狀結構，即該複數電子發射單元60共用一個絕緣層104及一個電子收集層103。
可以理解，該電子發射裝置600中電子收集層103及絕緣層104可被圖案化，使複數電子發射單元60中部份共用一電子收集層和/或絕緣層，如同一條形第一電極1010對應的複數電子發射單元60共用一電子收集層和/或絕緣層，或同一條形第二電極1050對應的複數電子發射單元60共用一電子收集層和/或絕緣層。或者，也可使複數電子發射單元60中每個電子發射單元60的電子收集層103及絕緣層104均相互間隔設置。
本實施例中，所述複數電子發射單元60共用一電子收集層103及一絕緣層104。因而，製備所述電子發射裝置600時較方便形成所述電子收集層103及絕緣層104，而易於產業化。
所述電子發射裝置600在工作時，分別施加不同電壓給條形第一電極1010、條形第二電極1050和陽極514。一般情況下，條形第二電極1050為接地或零電壓，條形第一電極1010的電壓為幾十伏至幾百伏。由於條形第一電極1010與條形第二電極1050呈陣列排布並相互交叉重疊，在條形第一電極1010的有效電子發射區域1012與條形第二電極1050之間形成一電場，在電場作用下，電子穿過半導體層102而從條形第一電極1010的有效電子發射區域1012發射出來。
本發明第五實施例還提供一種電子發射裝置600的製備方法，其包括以下步驟：
S31，在一基板106的表面沿一第一方向X形成複數相互間隔的條形第二電極1050；
S32，在所述複數條形第二電極1050的表面設置一連續的絕緣層104；
S33，在所述絕緣層104的表面設置一連續的電子收集層103；
S34，在所述電子收集層103的表面設置一連續的半導體層102，並對半導體層進行圖案化；及
S35，在半導體層102的表面沿一第二方向Y形成複數相互間隔的條形第一電極1010，該第一方向X與第二方向Y相互垂直。
所述電子發射裝置600的製備方法與所述電子發射裝置300的製備方法基本相同，不同之處在於，步驟S31的形成複數相互間隔的條形第二電極1050及步驟S35的形成複數相互間隔的條形第一電極1010。
所述條形第一電極1010為一條形電極，其沿第一方向X延伸，並在第二方向Y上相互間隔排列。所述條形第二電極1050為一條形電極，其沿第二方向Y延伸，並在第一方向X上相互間隔排列。所述形成條形第一電極1010的方法與第三實施例中形成第一電極101的方法基本相同，不同之處在於，所述掩模包括複數條形開孔，該複數條形開孔形成的圖案與所述條形第一電極1010的圖案一致。
可以理解，還可包括一分別對電子收集層103及絕緣層104進行圖案化的步驟，以使所述電子收集層103及絕緣層104的圖案與所述條形第一電極1010的圖案相同。該圖案化所述電子收集層103的方法與第三實施例中圖案化所述電子收集層103的方法相同，在此不再贅述。所述圖案化絕緣層104的方法可為電漿蝕刻法、鐳射蝕刻法、濕法蝕刻等。
請參閱圖15，本發明第五實施例還提供一種場發射顯示器700，其包括：一基板106，一設置於基板106表面的電子發射裝置600，一陽極結構510。所述電子發射裝置600與所述陽極結構510相對且間隔設置。
所述場發射顯示器700與第四實施例提供的場發射顯示器500的結構之不同之處在於，第一方向X上的複數第一電極101相互連接而形成複數條形第一電極1010，第二方向Y上的複數第二電極105相互連接而形成複數條形第二電極1050。
當所述場發射顯示器700在應用時，分別施加不同電壓給條形第一電極1010、條形第二電極1050和陽極514。一般情況下，條形第二電極1050為接地或零電壓，條形第一電極1010的電壓為幾十伏。陽極514的電壓為幾百伏。條形第一電極1010的有效電子發射區域1012所發出的電子在電場作用下，向陽極514的方向運動，最終到達陽極結構510，轟擊塗覆於陽極514上的螢光粉層516，發出螢光，實現場發射顯示器700的顯示功能。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10，20‧‧‧電子發射源
101‧‧‧第一電極
1010‧‧‧條形第一電極
1012‧‧‧有效電子發射區域
102‧‧‧半導體層
103‧‧‧電子收集層
104‧‧‧絕緣層
105‧‧‧第二電極
1050‧‧‧條形第二電極
106‧‧‧基板
107‧‧‧匯流電極
300，400，600‧‧‧電子發射裝置
30，40，60‧‧‧電子發射單元
401‧‧‧行電極
402‧‧‧列電極
403‧‧‧電極引線
500，700‧‧‧場發射顯示器
510‧‧‧陽極結構
512‧‧‧玻璃基底
514‧‧‧陽極
516‧‧‧螢光粉層
518‧‧‧絕緣支撐體
無
101‧‧‧第一電極
106‧‧‧基板
400‧‧‧電子發射裝置
40‧‧‧電子發射單元
401‧‧‧行電極
402‧‧‧列電極
403‧‧‧電極引線

Claims (16)

  1. 一種電子發射裝置，其包括複數電子發射單元間隔設置，所述電子發射單元包括依次層疊設置的一第一電極，一半導體層，一絕緣層及一第二電極，其改進在於，所述電子發射單元還包括設置於所述半導體層與所述絕緣層之間的一電子收集層，所述電子收集層為一導電層，任意相鄰的電子發射單元中的第一電極相互間隔，任意相鄰的電子發射單元中的第二電極相互間隔。
  2. 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，所述電子發射單元呈點陣式排列成複數行和複數列。
  3. 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，相鄰的兩個電子發射單元的半導體層相互間隔設置。
  4. 如請求項第3項所述的電子發射裝置，其中，所述複數電子發射單元中的絕緣層相互連接而形成一連續的層狀結構。
  5. 如請求項第4項所述的電子發射裝置，其中，相鄰的兩個電子發射單元的電子收集層相互間隔設置。
  6. 如請求項第4項所述的電子發射裝置，其中，所述複數電子發射單元中的電子收集層相互連接而形成一連續的層狀結構。
  7. 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，所述電子收集層的材料包括金、鉑、鈧、鈀、鉿、奈米碳管或石墨烯中的至少一種。
  8. 如請求項第7項所述的電子發射裝置，其中，所述電子收集層包括一奈米碳管層。
  9. 如請求項第8項所述的電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層包括複數奈米碳管，所述複數奈米碳管通過凡得瓦力相互連接形成一自支撐結構。
  10. 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，所述第一電極包括一奈米碳管層。
  11. 如請求項第10項所述的電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層包括複數奈米碳管，該複數奈米碳管相互連接形成一導電網路。
  12. 如請求項第10項所述的電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層包括複數空隙，該複數空隙從所述奈米碳管層的厚度方向貫穿所述奈米碳管層。
  13. 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，所述第一電極包括一石墨烯膜，所述石墨烯膜包括至少一石墨烯。
  14. 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，還包括複數相互間隔的行電極和複數相互間隔的列電極，所述複數行電極與所述第一電極相應電連接，所述複數列電極與所述第二電極相應電連接。
  15. 一種電子發射裝置，包括一絕緣層及設置在該絕緣層上的複數電子發射單元，所述絕緣層具有相對設置的第一表面和第二表面，每個所述電子發射單元進一步包括設置在所述絕緣層的第一表面且依次層疊設置的一電子收集層、一半導體層和一第一電極，及設置在所述絕緣層第二表面的一第二電極，所述電子收集層設置於所述半導體層與所述絕緣層之間，所述電子收集層為一導電層，任意相鄰的兩個電子發射單元中的第一電極相互間隔，任意相鄰的兩個電子發射單元中的第二電極相互間隔。
  16. 一種電子發射顯示器，其包括：一基板，一設置於基板表面的電子發射裝置，一陽極結構，所述陽極結構包括一陽極及一螢光粉層，所述電子發射裝置與所述螢光粉層相對且間隔設置，其改進在於，所述電子發射裝置為採用上述請求項第1-15中的任意一項所述的電子發射裝置。
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