TWI417924B - 場發射電子器件 - Google Patents
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
本發明涉及一種場發射電子器件，尤其涉及一種應用奈米碳管作為電子發射體的場發射電子器件。
場發射電子器件在低溫或者室溫下工作，與電真空器件中的熱發射電子器件相比具有功耗低、回應速度快及低放氣等優點，因此用場發射電子器件有望替代電真空器件中的熱發射電子器件。
奈米碳管(Carbon Nanotube,CNT)係一種新型碳材料，由日本研究人員Iijima在1991年發現，請參見"Helical Microtubules of Graphitic Carbon",S.Iijima,Nature,vol.354,p56(1991)。奈米碳管具有極優異的導電性能、良好的化學穩定性及大的長徑比，且其具有幾乎接近理論極限的尖端表面積(尖端表面積越小，其局部電場越集中)，因而奈米碳管在場發射領域具有潛在的應用前景。目前的研究表明，奈米碳管係已知的最好的場發射材料之一，他的尖端尺寸只有幾奈米至幾十奈米，具有低的開啟電壓，可傳輸極大的電流密度，並且電流穩定，使用壽命長，因而非常適合作為一種極佳的點電子源，應用在場發射電子器件中作為電子發射體。
傳統的場發射電子器件的電子發射體包括一奈米碳管長線。該奈
米碳管長線具有一第一端及與第一端相對的第二端，該奈米碳管長線的第一端可與一陰極電極電連接，該奈米碳管長線的第二端從陰極電極向外延伸。所述奈米碳管長線的第二端用做電子發射端。然而，所述奈米碳管長線的製備方法為將一較長的奈米碳管線機械切割後獲得，因此，奈米碳管長線的電子發射端為平齊結構。該種平齊結構的電子發射端的場增強因子較小，且電子發射端處複數奈米碳管緊密結合在一起，相互之間存在電場屏蔽效應，所以該種電子發射體的電子發射能力較差，導致該場發射器件的場發射能力較差。
有鑑於此，提供一種具有較佳電子發射能力的場發射電子器件實為必要。
一種場發射電子器件，其包括：一絕緣基板；複數行電極間隔設置於所述絕緣基板的表面；複數陰極發射體設置於所述行電極表面，且呈矩陣狀分佈；一隔離層；複數列電極設置於該隔離層的表面，該複數列電極通過所述隔離層支撐且與所述行電極絕緣；一陽極裝置，該陽極裝置包括一陽極玻璃基板、一陽極電極及所述複數螢光粉區域，所述螢光粉區域對應於所述行電極及所述列電極相交叉的位置；所述複數陰極發射體中的每個陰極發射體均包括至少一電子發射體，所述電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述行電極電連接，所述奈米碳管管狀結構的另一端向所述陽極延伸作為電子發射體的電子發射端，所述奈米碳管管狀結構具有一中空的線狀軸心，所述奈
米碳管管狀結構為複數奈米碳管圍繞該中空的線狀軸心組成，所述奈米碳管管狀結構沿所述線狀軸心的一端延伸出複數電子發射尖端。
一種場發射電子器件，其包括：一絕緣基板；複數行電極與列電極分別平行且等間隔設置於所述絕緣基板上，該複數行電極與該複數列電極相互交叉設置，每二相鄰的所述行電極與二相鄰的所述列電極形成一網格，所述行電極與所述列電極之間電絕緣；複數電子發射單元，每個電子發射單元對應一網格設置，所述每個電子發射單元進一步包括間隔設置的一陰極電極與一陽極電極，且該陽極電極及陰極電極分別與上述行電極與上述列電極電連接，及一陰極發射體，該陰極發射體與陰極電極電連接；所述陰極發射體包括至少一電子發射體，所述電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述陰極電極電連接，所述奈米碳管管狀結構的另一端向所述陽極電極延伸作為電子發射體的電子發射端，所述奈米碳管管狀結構具有一中空的線狀軸心，所述奈米碳管管狀結構為複數奈米碳管圍繞該中空的線狀軸心組成，所述奈米碳管管狀結構沿所述線狀軸心的一端延伸出複數電子發射尖端。
一種場發射電子器件，其包括：一絕緣基板；複數行電極與列電極分別平行且等間隔設置於所述絕緣基板上，該複數行電極與該複數列電極相互交叉設置，每二相鄰的所述行電極與二相鄰的所述列電極形成一網格，所述行電極與所述列電極之間電絕緣；複數電子發射單元，每個電子發射單元對應一網格設置，所述每個
電子發射單元進一步包括間隔設置的一陰極電極與一柵極電極，且該柵極電極及該陰極電極分別與上述行電極與上述列電極電連接，及一陰極發射體，該陰極發射體與所述陰極電極電連接；一陽極裝置，該陽極裝置包括一玻璃基板，一透明陽極及塗覆於透明陽極上的螢光粉層；所述陰極發射體均包括至少一電子發射體，所述電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述陰極電極電連接，所述奈米碳管管狀結構的另一端向所述柵極電極延伸作為電子發射體的電子發射端，所述奈米碳管管狀結構具有一中空的線狀軸心，所述奈米碳管管狀結構為複數奈米碳管圍繞該中空的線狀軸心組成，所述奈米碳管管狀結構沿所述線狀軸心的一端延伸出複數電子發射尖端。
一種場發射電子器件，其包括：一絕緣基板；一陰極電極設置在所述絕緣基板表面，該陰極電極包括陰極電極及複數電子發射體與所述陰極電極電性連接；及一柵極，該柵極通過一隔離層與所述陰極電極間隔且電性絕緣設置，所述電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述陰極電極電連接，所述奈米碳管管狀結構的另一端向所述柵極電極延伸作為電子發射體的電子發射端，所述奈米碳管管狀結構具有一中空的線狀軸心，所述奈米碳管管狀結構為複數奈米碳管圍繞該中空的線狀軸心組成，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述陰極電極電性連接，所述奈米碳管管狀結構的另一端向所述柵極延伸並延伸出複數電子發射尖端。
與先前技術相比，本發明提供的場發射電子器件具有以下優點：
其一，場發射電子器件中的電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端延伸出複數電子發射尖端，因此，可有效降低該電子發射體的電場屏蔽效應；其二，所述複數電子發射尖端的尖端狀可增強電子發射體的場增強因子，使電子發射體更易於發射電子，從而提高電子發射體的場發射性能；其三，所述電子發射體具有複數電子發射尖端，因此，電子發射體的電流密度較大，可適當減少場發射電子器件中的電子發射體的數量，使場發射電子器件更加易於製備。
10、20、218‧‧‧電子發射體
22、108‧‧‧電子發射部
24‧‧‧奈米碳管層
26‧‧‧導電線狀結構
28、106‧‧‧電子發射尖端
100a、100b、200、300‧‧‧場發射電子器件
102‧‧‧奈米碳管管狀結構的第一端
104‧‧‧奈米碳管管狀結構的第二端
110a、110b、202、302‧‧‧絕緣基板
111‧‧‧開口
120a、120b、204、306‧‧‧行電極
130a、130b、216‧‧‧隔離體
140a、140b、206‧‧‧列電極
150a、150b、208、308‧‧‧陰極發射體
160a、160b‧‧‧陽極基板
170a、170b‧‧‧通孔
180a、180b、210‧‧‧陽極電極
190a、190b、336‧‧‧螢光粉區域
212、312‧‧‧陰極電極
214‧‧‧網格
220、320‧‧‧電子發射單元
222‧‧‧電子發射端
310‧‧‧柵極電極
330‧‧‧陽極裝置
332‧‧‧玻璃基板
334‧‧‧透明陽極
第1圖係本發明第一實施例提供的場發射電子器件的剖視圖。
第2圖係本發明第一實施例提供的場發射電子器件的立體圖。
第3圖係本發明第一實施例提供的場發射電子器件中的電子發射體的結構示意圖。
第4圖係圖3中的電子發射體的掃描電鏡照片。
第5圖係圖3中的電子發射體的剖視圖。
第6圖係圖3中的電子發射體的電子發射部的掃描電鏡照片。
第7圖係圖3中的電子發射體的開口的掃描電鏡照片。
第8圖係圖3中的電子發射體的場發射尖端的透射電鏡照片。
第9圖係圖3中的電子發射體的製備過程中的奈米碳管預製體的掃描電鏡照片。
第10圖係本發明第一實施例提供的另一種電子發射體的剖視圖。
第11圖係本發明第二實施例提供的場發射電子器件的剖視圖。
第12圖係本發明第二實施例提供的場發射電子器件的立體圖。
第13圖係本發明第三實施例提供的場發射電子器件的俯視圖。
第14圖係本發明第三實施例提供的場發射電子器件的剖視圖。
第15圖係本發明第四實施例提供的場發射電子器件的剖視圖。
以下將結合附圖詳細說明本發明實施例的電子發射體及電子發射元件。
請參閱圖1及圖2，本發明第一實施例提供一種場發射電子器件100a，其包括一絕緣基板110a、複數行電極120a、一隔離層、複數列電極140a、複數陰極發射體150a、一陽極基板160a、一陽極電極180a及複數螢光粉區域190a。所述複數行電極120a相互平行且間隔設置於絕緣基板110a的表面。所述陰極發射體150a設置於所述行電極120a表面且與該行電極120a電連接。所述複數陰極發射體150a呈矩陣狀分佈。所述隔離層包括複數條形的相互平行且間隔設置的隔離體130a。所述複數隔離體130a與所述複數行電極120a相互垂直交叉設置，且所述複數隔離體130a覆蓋部份行電極120a。所述複數隔離體130a對應於複數陰極發射體150a的位置處形成有複數通孔170a。所述複數列電極140a通過所述隔離體130a支撐並與所述行電極120a電絕緣。所述列電極140a與及所述複數行電極120a相交叉的位置處形成有複數通孔170b，所述通孔170a與170b連通設置。所述陰極發射體150a設置於所述隔離體130a及
列電極140a的通孔170a與170b內，並與所述行電極120a電性連接。即所述陰極發射體150a位於複數行電極120a及複數列電極140a相交叉的位置。所述每個陰極發射體150a的位置與一螢光粉區域190a正對設置。即所述複數行電極120a及複數列電極140a相交叉的位置正對於一螢光粉區域190a。
所述絕緣基板110a的材料為玻璃、陶瓷或二氧化矽等絕緣材料。本實施例中，所述絕緣基板110a的材料為玻璃。
所述複數行電極120a的形狀為長條形或帶狀，所述複數行電極120a平行且等間距間隔設置於絕緣基板110a表面，所述行電極120a的材料為銅、鋁、金或銀等金屬。所述複數行電極120a的材料還可為銦錫氧化物(ITO)或導電漿料。本實施例中，所述複數行電極120a為銀電極。
所述複數隔離體130a設置於絕緣基板110a表面，覆蓋部份行電極120a，並對應每一陰極發射體150a處設置有通孔170a。所述陰極發射體150a設置於所述隔離體130a的通孔170a內。隔離體130a的具體形狀不限。所述隔離體130a的材料為玻璃、陶瓷或二氧化矽等絕緣材料，隔離體130a的高度大於15微米。所述隔離體130a的高度不宜太高，否則將會使列電極140a所需施加的電壓太高。可以理解，所述隔離層還可為一體成型具有複數通孔170a的絕緣面板，該絕緣面板還可以及絕緣基板110a一體成型。本實施例中，所述隔離層為複數隔離體130a，所述複數隔離體130a中每個隔離體130a的高度為20微米。
所述列電極140a的材料可為銅、鋁、金、銀等金屬。所述列電極140a的材料還可為ITO或導電漿料。所述列電極140a上形成有一排通孔170b，該通孔170b與隔離體130a的通孔170a連通設置，以使電子發射單元150a發射的電子可以通過該通孔170b射出。優選地，所述列電極140a與所述隔離體130a一一對應且重疊設置。本實施例中，所述列電極140a的材料為銀電極。
所述陽極電極180a為氧化銦錫薄膜。所述陽極基板160a、陽極電極180a及所述複數螢光粉區域190a組成一陽極裝置。該陽極裝置與所述絕緣基板110a相對且間隔一段距離設置，並可進一步封裝成一密封空間。
所述陰極發射體150a包括至少一電子發射體10。請參閱圖3、圖4、圖5及圖6，所述第一電子發射體10包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構具有一中空的線狀軸心，所述奈米碳管管狀結構為複數奈米碳管圍繞該中空的線狀軸心組成，所述奈米碳管管狀結構沿線狀軸心的一端延伸出複數電子發射尖端106。所述奈米碳管管狀結構中複數奈米碳管通過凡得瓦力相互連接成一體結構。所述奈米碳管管狀結構中大多數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連並圍繞中空的線狀軸心螺旋延伸。可以理解，該奈米碳管管狀結構中也存在少數隨機排列的奈米碳管。該少數隨機排列的奈米碳管的延伸方向沒有規則。然，所述少數隨機排列的奈米碳管不影響所述奈米碳管管狀結構中大多數奈米碳管的排列方式與延伸方向。在此，將線狀軸心的長度方向定義為複數奈米碳管的延伸方向，將複數奈米碳管圍繞所述線狀軸心螺旋形成的方向
定義為螺旋方向。在螺旋方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。該奈米碳管管狀結構中的大多數奈米碳管的螺旋方向與所述線狀軸心的長度方向形成一定的交叉角α，且α大於0°且小於等於90°。
所述線狀軸心係空的，係虛擬的，係該奈米碳管管狀結構的軸心。該線狀軸心的截面形狀可為方形、梯形、圓形或橢圓形等形狀，該線狀軸心的截面大小，可以根據實際要求而定。
所述奈米碳管管狀結構的一端具有複數電子發射尖端106，所述複數電子發射尖端106圍繞所述線狀軸心呈環形排列。具體地，所述奈米碳管管狀結構在沿線狀軸心長度的方向具有一第一端102及與該第一端102相對的一第二端104。所述奈米碳管管狀結構的第一端102與所述行電極120a電連接，所述奈米碳管管狀結構的第二端104向所述陽極電極180a延伸作為電子發射體10的電子發射端106。本實施例中，該奈米碳管管狀結構垂直於行電極120a設置。在第二端104，所述奈米碳管管狀結構的整體直徑沿遠離行電極120a的方向逐漸減小，並收縮形成一類圓錐形的縮口，作為所述第一電子發射體10的電子發射部108。所述第一電子發射體10在應用時，在電場作用下從電子發射部108發射出電子，由於第一電子發射體10的電子發射部108為類圓錐形，可使電子發射部108的局部電場集中，因此可增強電子發射部108的場增強因子，使第一電子發射體10易於發射出電子。
請一併參閱圖7，所述類圓錐形的電子發射部108的末端具有一開
口111，及複數突出的奈米碳管束。即，所述奈米碳管管狀結構具有複數電子發射尖端106的一端具有一開口111，所述奈米碳管管狀結構從開口111處延伸出複數奈米碳管束作為複數電子發射尖端106。該複數奈米碳管束為所述奈米碳管管狀結構從第二端104延伸出來的複數由奈米碳管組成的束狀結構。該複數奈米碳管束圍繞所述線狀軸心呈環狀排列，且向陽極電極180a延伸，作為複數電子發射尖端106。由於該複數電子發射尖端106呈環形排列，因此，該複數電子發射尖端106之間的間距較大，降低了該複數電子發射尖端106之間的電場屏蔽效應。該複數奈米碳管束的延伸方向基本一致，即該複數電子發射尖端106基本沿所述線狀軸心的長度方向向陽極電極180a的方向延伸，所述遠離奈米碳管管狀結構的方向係指遠離奈米碳管管狀結構的第一端102的方向延伸。進一步地，該複數奈米碳管束圍繞所述線狀軸心呈發散狀排列，即該複數電子發射尖端106的延伸方向逐漸遠離所述線狀軸心。當該複數奈米碳管束呈發散狀排列時，雖然所述電子發射部108的徑向尺寸為沿遠離奈米碳管管狀結構的第一端102方向逐漸減小，但複數電子發射尖端106呈發散性的排列，進而電子發射部108的末端向外略微擴張，從而複數電子發射尖端106之間的距離沿延伸方向逐漸變大，使開口111處的複數電子發射尖端106相互間的間距更加擴大，降低了電子發射尖端106之間的電場屏蔽效應。所述開口111的徑向尺寸範圍為4微米-6微米，本實施例中，所述開口111為圓形，所述開口111的徑向尺寸為5微米，因此位於開口111的相對兩端的電子發射尖端106的間距大於等於5微米。
請一併參閱圖8，每個電子發射尖端106包括複數基本平行排列的奈米碳管，並且每個電子發射尖端106的頂端突出有一根奈米碳管，即所述複數平行排列的奈米碳管的中心位置突出一根奈米碳管。該突出的奈米碳管的底端(即突出的奈米碳管的非自由端)周圍還圍繞有複數奈米碳管，該複數圍繞的奈米碳管起到固定該突出的奈米碳管的作用。該突出奈米碳管的直徑小於5奈米。本實施例中突出的奈米碳管的直徑為4奈米。由於該突出的奈米碳管的直徑極其小，因此，該突出的奈米碳管具有十分大的長徑比，進而增加了該突出的奈米碳管的場增強因子，使該突出的奈米碳管的場發射性能優異。所述複數電子發射尖端106中相鄰的電子發射尖端106中的突出的奈米碳管之間的距離為0.1微米至2微米。相鄰的兩電子發射尖端106中的突出的奈米碳管之間的距離與突出的奈米碳管直徑的比例的範圍為20：1至500：1。可以理解，相鄰的電子發射尖端106的突出的奈米碳管之間的間距遠大於突出的奈米碳管的直徑，可有效降低相鄰的突出奈米碳管之間的電場屏蔽效應。
具體的，所述奈米碳管管狀結構係由至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線沿該線狀軸心的軸向緊密環繞而形成。可以理解，該奈米碳管管狀結構的管壁具有一定的厚度，所述厚度可以通過控制所環繞奈米碳管膜或奈米碳管線的層數確定。該奈米碳管管狀結構內徑及外徑的大小可以根據實際需求製備。優選地，該奈米碳管管狀結構的內徑範圍為2微米至100微米，外徑為10微米至120微米。優選地，該奈米碳管管狀結構的內徑範圍為10微米至
40微米，外徑為20微米至50微米。本實施例中，該奈米碳管管狀結構的內徑約為18微米，外徑約為30微米。
所述第一電子發射體10的製備方法，包括以下步驟：(S10)提供一線狀支撐體；(S20)提供至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線，將所述至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線纏繞在所述線狀支撐體表面形成一奈米碳管層；(S30)移除所述線狀支撐體，得到一由奈米碳管層圍成的管狀奈米碳管預製體；及(S40)將該管狀奈米碳管預製體熔斷，形成所述電子發射體10。
在步驟(S10)中，該線狀支撐體在一控制裝置的控制下既能夠繞其中心軸旋轉又能夠沿其中心軸延伸方向做直線運動。
所述線狀支撐體的材料可為單質金屬、金屬合金或高分子材料等。所述單質金屬包括金、銀、銅或鋁等，所述金屬合金包括銅錫合金等。進一步的，所述銅錫合金表面可鍍銀。所述銅錫合金可為97%銅與3%錫的合金。
所述線狀支撐體在纏繞奈米碳管膜或奈米碳管線的過程中，主要起支撐作用，其本身具有一定的穩定性及機械強度，且可以通過化學方法、物理方法或機械方法移除。因此，該線狀支撐體的材料可以選用符合上述條件的所有材料，不限於上述列舉的幾種。可以理解，該線狀支撐體可以選用不同的直徑。本實施例中選用直徑為18微米的金線作為該線狀支撐體。
在步驟(S20)中，所述至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線為自支撐結構。具體地，所述奈米碳管膜可為奈米碳管拉膜、奈
米碳管絮化膜或奈米碳管碾壓膜等。所述奈米碳管膜由若干奈米碳管組成，該若干奈米碳管無序或有序排列。所謂無序排列係指奈米碳管的排列方向無規則。所謂有序排列係指奈米碳管的排列方向有規則。具體地，當奈米碳管膜包括無序排列的奈米碳管時，奈米碳管相互纏繞或者各向同性排列；當奈米碳管膜包括有序排列的奈米碳管時，奈米碳管沿一方向或者複數方向擇優取向延伸。所謂“擇優取向”係指所述奈米碳管膜中的大多數奈米碳管在一方向或幾個方向上具有較大的取向機率；即，該奈米碳管膜中的大多數奈米碳管的軸向基本沿同一方向或幾個方向延伸。
當所述奈米碳管膜為奈米碳管拉膜或奈米碳管線時，其步驟(S20)可包括以下步驟：步驟(S210)，形成至少一奈米碳管陣列。
提供一基底，所述奈米碳管陣列形成於所述基底表面。所述奈米碳管陣列由複數奈米碳管組成，該奈米碳管為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或複數種。本實施例中，該複數奈米碳管為多壁奈米碳管，且該複數奈米碳管基本上相互平行且垂直於所述基底，該奈米碳管陣列不含雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。所述奈米碳管陣列的製備方法包括化學氣相沈積法、電弧放電法、鐳射燒蝕法等，所述奈米碳管陣列的製備方法不限。優選地，該奈米碳管陣列為超順排奈米碳管陣列。
步驟(S220)，從所述奈米碳管陣列中拉取獲得一奈米碳管拉膜
或奈米碳管線。
本實施例採用具有一定寬度的膠帶、鑷子或夾子接觸奈米碳管陣列以選定一具有一定寬度的複數奈米碳管；以一定速度拉伸該選定的奈米碳管，該拉取方向沿基本垂直於奈米碳管陣列的生長方向。從而使得奈米碳管首尾相連地被拉出，進而形成一連續的奈米碳管拉膜。在上述拉伸過程中，該複數奈米碳管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底的同時，由於凡得瓦力作用，在拉伸方向上相鄰的複數奈米碳管之間首尾相連地連續地被拉出，從而形成一連續、均勻且具有一定寬度的奈米碳管拉膜。該奈米碳管拉膜的寬度與奈米碳管陣列所生長的基底的尺寸有關，該奈米碳管拉膜的長度不限，可根據實際需求製得。所述奈米碳管拉膜的結構及其製備方法請參見范守善等人於2007年2月12日申請的，於2010年07月11日公告的第I327177號之中華民國專利說明書。可以理解，當該奈米碳管拉膜的寬度很窄的情況下，可以形成所述奈米碳管線。
步驟(S230)，將所述至少一奈米碳管拉膜或至少一奈米碳管線纏繞於所述線狀支撐體上形成一奈米碳管層。
將所述奈米碳管拉膜或奈米碳管線纏繞於所述線狀支撐體上形成一奈米碳管層的方法包括以下步驟：首先，將通過以上方法製備的所述奈米碳管拉膜或奈米碳管線的一端固定於所述線狀支撐體表面；其次，使該線狀支撐體繞其中心軸旋轉的同時沿其中心軸延伸方向做直線運動，即可得到一表面螺旋纏繞有奈米碳管膜或奈米碳管線的線狀支撐體。其中，所述奈米碳管拉膜或奈米碳管
線中大多數奈米碳管的螺旋方向與線狀支撐體的軸心的延伸方向具有一定的交叉角α，α大於0°小於等於90°。可以理解，在奈米碳管拉膜厚度或奈米碳管線直徑一定的情況下，交叉角α越小，則纏繞得到的奈米碳管層就越薄，交叉角α越大，則纏繞得到的奈米碳管層的厚度就越厚。本實施例中，將一奈米碳管拉膜纏繞於一直徑為18微米的金線的表面。所述奈米碳管拉膜的纏繞厚度為6微米，通過將一奈米碳管拉膜的一端固定於所述金線的表面，使金線繞其中心軸旋轉同時沿其中心軸延伸方向做直線運動，從而使奈米碳管拉膜纏繞於金線的表面。
步驟(S30)，移除所述線狀支撐體，得到一由奈米碳管層圍成的管狀的奈米碳管預製體。
將所述的線狀支撐體通過化學方法、物理方法或機械方法移除。當採用活潑的單質金屬材料或金屬合金作該線狀支撐體時，如鐵或鋁及其合金，可以使用一酸性溶液與該活潑的金屬材料反應，將該線狀支撐體移除，例如採用濃度為0.5mol/L的鹽酸溶液腐蝕鋁線，將鋁線移除。當採用不活潑的單質金屬材料或金屬合金作該線狀支撐體時，如金或銀及其合金，可以使用加熱蒸發的方法，移除所述線狀支撐體；當採用高分子材料作線狀支撐體時，可以使用一拉伸裝置沿所述線狀支撐體的中心軸方向拉出所述線狀支撐體。可以理解，根據線狀支撐體直徑的不同可以得到不同內徑的管狀奈米碳管預製體。金線的移除可以通過將所述奈米碳管層及金線的兩端分別連接一電極，在真空環境中，通過電極給奈米碳管層及金線通電流，使奈米碳管層及金線升溫，當溫度升高
到高於金線的熔點時，金線被蒸發從而去除。
請參閱圖9，本實施例中，該管狀奈米碳管預製體中的大多數奈米碳管均首尾相連地沿著線狀軸心的長度方向螺旋狀延伸。該管狀奈米碳管預製體中的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。該大多數奈米碳管中每一奈米碳管的延伸方向與所述管狀奈米碳管預製體的線狀軸心的長度方向形成一定的交叉角α，α大於0°小於等於90°。
步驟(S40)，將該管狀奈米碳管預製體熔斷，形成所述電子發射體10。
該管狀奈米碳管預製體的熔斷方法包括電流熔斷法、電子轟擊法及鐳射照射法。所述管狀奈米碳管預製體在沿其中空線狀軸心的長度方向的一處位置發生熔斷，所述管狀奈米碳管預製體在熔斷處形成複數奈米碳管束，形成二電子發射體10。
方法一：電流熔斷法，即將該管狀奈米碳管預製體通電流加熱熔斷。方法一可以在真空環境下或惰性氣體保護的環境下進行，其具體包括以下步驟：首先，將該管狀奈米碳管預製體懸空設置於一真空室內或充滿惰性氣體的反應室。
該真空室包括一可視視窗及一陽極接線柱與一陰極接線柱，且其真空度低於1×10-1帕，優選為2×10-5帕。該管狀奈米碳管預製體兩端分別與陽極接線柱及陰極接線柱電性連接。本實施例中，該陽極接線柱與陰極接線柱為直徑0.5毫米的銅絲導線。
所述的充滿惰性氣體的反應室結構與真空室相同，惰性氣體可以係氦氣或氬氣等。
其次，在該管狀奈米碳管預製體兩端施加一電壓，通入電流加熱熔斷。
在陽極接線柱與陰極接線柱之間施加一40伏特的直流電壓。本技術領域人員應當明白，陽極接線柱與陰極接線柱之間施加的電壓與所選的奈米碳管預製體的內徑、外經、壁厚及長度有關。在直流條件下通過焦耳熱加熱管狀奈米碳管預製體。加熱溫度優選為2000K至2400K，加熱時間小於1小時。在真空直流加熱過程中，通過管狀奈米碳管預製體的電流會逐漸上升，但很快電流就開始下降直到管狀奈米碳管預製體被熔斷。在熔斷前，管狀奈米碳管預製體上會出現一亮點，管狀奈米碳管預製體從該亮點處熔斷。
由於管狀奈米碳管預製體中各點的電阻不同，使得各點的分電壓也不同。在管狀奈米碳管預製體中電阻較大的一點，會得到較大的分電壓，從而具有較大的加熱功率，產生較多的焦耳熱，使該點的溫度迅速升高。在熔斷的過程中，該點的電阻會越來越大，導致該點的分電壓也越來越大，同時，溫度也越來越大直到該點斷裂，形成二電子發射體10。在熔斷的瞬間，陰極與陽極之間會產生一非常小的間隙，同時在熔斷點位置附近，由於碳的蒸發，真空度較差，這些因素會使熔斷的瞬間在熔斷點附近產生氣體電離。電離後的離子轟擊熔斷的管狀奈米碳管預製體的端部，在所述管狀奈米碳管預製體端部形成複數奈米碳管束，從而在該奈米碳管管狀結構的一端形成複數電子發射尖端106。由於在熔斷的
過程中，越靠近熔斷點，碳原子蒸發的越多，從而使管狀奈米碳管預製體的一端形成一縮口。
本實施例採用的真空熔斷法，避免了奈米碳管預製體熔斷後得到的奈米碳管管狀結構一端的複數場發射尖端的污染，而且，加熱過程中奈米碳管預製體的機械強度會有一定提高，使之具備優良的場發射性能。
方法二：電子轟擊法，即首先加熱該管狀奈米碳管預製體，然後提供一電子發射源，使用該電子發射源轟擊該管狀奈米碳管預製體，使該管狀奈米碳管預製體在被轟擊處熔斷。方法二具體包括以下步驟：首先，加熱該管狀奈米碳管預製體。
將該管狀奈米碳管預製體放置於一真空系統。該真空系統的真空度維持1×10-4帕至1×10-5帕。在該管狀奈米碳管預製體中通入電流，加熱該管狀奈米碳管預製體至1800K至2500K。
其次，提供一電子發射源，使用該電子發射源轟擊該管狀奈米碳管預製體，使該管狀奈米碳管預製體在被轟擊處熔斷。
提供一電子發射源，該電子發射源可採用奈米碳管線。將該電子發射源接入一低電位，該管狀奈米碳管預製體接入一高電位。將該電子發射源與該管狀奈米碳管預製體垂直放置，並使該電子發射源指向該管狀奈米碳管預製體被轟擊處。該電子發射源發射的電子束轟擊該管狀奈米碳管預製體的管壁，使該管狀奈米碳管預製體被轟擊處的溫度升高。這樣一來，該管狀奈米碳管預製體被
轟擊處具有最高的溫度。該管狀奈米碳管預製體會在該轟擊處熔斷，形成奈米碳管管狀結構，該奈米碳管管狀結構的一端形成複數電子發射尖端106。
進一步地，上述電子發射源相對於該管狀奈米碳管預製體的具體定位，可以通過一操作臺來實現。其中，該電子發射源與該管狀奈米碳管預製體之間的距離為50微米至2毫米。本發明實施例優選將該管狀奈米碳管預製體固定到一可以實現三維移動的操作臺上。通過調節該管狀奈米碳管預製體在三維空間的移動，使該電子發射源與該管狀奈米碳管預製體在同一平面內並且互相垂直。該電子發射源與該管狀奈米碳管預製體之間的距離為50微米。
可以理解，為了提供更大的場發射電流以提高該管狀奈米碳管預製體局域的溫度，可以使用複數電子發射源同時提供場發射電流。進一步地，還可以使用其他形式的電子束來實現該管狀奈米碳管預製體的定點熔斷，比如傳統的熱陰極電子源發射的電子束或者其他常見場發射電子源發射的電子束。
方法三：鐳射照射法，即以一定功率及掃描速度的鐳射照射該管狀奈米碳管預製體，在該管狀奈米碳管預製體通入電流，該管狀奈米碳管預製體在被鐳射照射處熔斷，形成所述電子發射體10。方法三具體包括以下步驟：首先，以一定功率及掃描速度的鐳射照射該管狀奈米碳管預製體。
將上述的管狀奈米碳管預製體放置於空氣或者含有氧化性氣體的
氣氛中。以一定功率及掃描速度的鐳射照射該管狀奈米碳管預製體。當該管狀奈米碳管預製體的某一位置被鐳射照射溫度升高後，空氣中的氧氣會氧化該位置處的奈米碳管，產生缺陷，從而使該位置處的電阻變大。
可以理解，鐳射照射該管狀奈米碳管預製體的時間及該鐳射的功率成反比。即鐳射功率較大時，鐳射照射該管狀奈米碳管預製體的時間較短；鐳射功率較小時，鐳射照射該管狀奈米碳管預製體的時間較長。
鐳射的功率為1瓦~60瓦，掃描速度為100-2000毫米/秒。優選的，鐳射的功率為12瓦，掃描速度為1000毫米/秒。鐳射可以係二氧化碳鐳射、半導體鐳射、紫外鐳射等任何形式的鐳射，只要能產生加熱的效果即可。
其次，在該管狀奈米碳管預製體通入電流，管狀奈米碳管預製體在被鐳射照射處熔斷，形成二奈米碳管管狀結構，且奈米碳管管管狀結構的一端形成有複數電子發射尖端106。
將經過鐳射照射後的管狀奈米碳管預製體放置於一真空系統中，該奈米碳管管狀結構兩端分別與陽極接線柱及陰極接線柱電性連接後通入電流。該管狀奈米碳管預製體中被鐳射照射的部位係溫度最高的部位，最後該管狀奈米碳管預製體會在該處熔斷，形成二奈米碳管管狀結構。
可以理解，還可以將該管狀奈米碳管預製體設置在一真空或者充滿惰性氣體的氣氛中。該管狀奈米碳管預製體在被電流加熱的同
時，以一定功率及掃描速度的鐳射照射該管狀奈米碳管預製體。由於係真空或者惰性氣體的氣氛，故該管狀奈米碳管預製體可以被穩定地加熱。當該管狀奈米碳管預製體的某一位置被鐳射照射溫度升高後，該位置係溫度最高的部位，最後該管狀奈米碳管預製體會在該處燒斷。
由於管狀奈米碳管預製體兩端分別固定於陽極接線柱與陰極接線柱，並且相鄰奈米碳管之間存在凡得瓦力，因此在熔斷的過程中，熔斷處的奈米碳管在遠離熔斷處並與之相鄰的奈米碳管的作用下，其螺旋方向逐漸趨向於延伸方向，即，奈米碳管的螺旋方向與所述延伸方向所形成的交叉角α逐漸接近於0°並分散，形成所述複數發散的電子發射尖端106。
通過上述三種熔斷管狀奈米碳管預製體的方法得到的電子發射體10中的奈米碳管的質量得到了極大的提高。這一方面係由於奈米碳管經過熱處理後缺陷減少，另一方面係因為富含缺陷的石墨層容易在高溫下崩潰，剩下一些質量較高的石墨層。本實施例中採用電流熔斷法熔斷上述管狀奈米碳管預製體。
本發明提供的第一電子發射體10的製備方法具有如下優點：其一，該種電子發射體10的製備方法簡單，可以提高電子發射體10的製備效率；其二，通過熔斷的方法使管狀奈米碳管預製體熔斷後得到的奈米碳管管狀結構的一端形成有複數電子發射尖端106，進而使該奈米碳管管狀結構具有較好的電子發射性能。
請一併參閱圖10，所述陰極發射體150還可以包括至少一另一種
電子發射體20。所述電子場發射體20包括一奈米碳管複合線狀結構。所述奈米碳管複合線狀結構包括一導電線狀結構26及一奈米碳管層24設置在所述導電線狀結構26的表面，所述奈米碳管層24環繞所述導電線狀結構26形成一奈米碳管管狀結構，在所述奈米碳管複合線狀結構的一端，所述奈米碳管管狀結構伸出複數電子發射尖端28。所述奈米碳管複合線狀結構具有複數電子發射尖端28的一端為類圓錐形，作為電子發射部22。具體地，所述導電線狀結構26的整個表面被所述奈米碳管層24包覆。該奈米碳管管狀結構的長度大於所述導電線狀結構26的長度。所述奈米碳管層24為至少一自支撐的奈米碳管膜或奈米碳管線纏繞在所述導電線狀結構26的表面形成。該種電子發射體20的結構與電子發射體10的結構基本相似，所述第二電子發射體20中奈米碳管層24形成的奈米碳管管狀結構與所述第一電子發射體10中的奈米碳管管狀結構完全相同。其區別在於：所述電子發射體20進一步包括一導電線狀結構26設置於該奈米碳管管狀結構的內部。即，所述導電線狀結構26設置在所述奈米碳管管狀結構的中空的線狀軸心的位置，並取代了中空的線狀軸心。
所述導電線狀結構26具有支撐所述奈米碳管管狀結構的作用，所以該導電線狀結構26應具有一定的強度及韌性。導電線狀結構26的材料可為單質金屬，所述單質金屬材料可為金、銀、銅或鋁等金屬材料。所述導電線狀結構26的材料也可為金屬合金材料，如銅錫合金。所述導電線狀結構26的材料還可為碳纖維等導電的非金屬材料或導電的金屬氧化物等。所述導電線狀結構26還可為具
有一導電層的複合線狀結構，如在銅錫合金表面進一步塗覆一層鋁膜；還可以在一柔性材料如纖維絲的表面鍍金膜。所述導電線狀結構26的直徑不限，只要該導電線狀結構26具有一定強度即可。優選地，所述導電線狀結構26的直徑範圍為10微米到30微米。當導電線狀結構26為鋁絲，該鋁絲的直徑可為25微米。本實施例中，該導電線狀結構26為金絲，該金絲的直徑可為18微米。
所述電子發射體20的奈米碳管管狀結構中設置有一導電線狀結構26，該導電線狀結構26可支撐所述奈米碳管管狀結構，使奈米碳管管狀結構不易變形，且該導電線狀結構26可使電子發射體20的導電性增加，使電子發射體20更易於發射電子。
該電子發射體20的製備方法，其包括以下步驟：步驟S201，提供一導電線狀結構26，及至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線。步驟S202，將所述至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線纏繞在所述導電線狀結構26表面形成一奈米碳管複合線狀結構。步驟S203，熔斷所述奈米碳管複合線狀結構得到電子發射體20。
在熔斷的過程中，設置於奈米碳管管狀結構內部的導電線狀結構26在電流的作用下，或者在電子束、鐳射及電流的共同作用下，該導電線狀結構26及奈米碳管管狀結構處於很高的溫度。當溫度達到一定程度，導電線狀結構26及奈米碳管管狀結構中熔點較低之一將會首先熔斷。若導電線狀結構26首先熔斷，則奈米碳管管狀結構中與導電線狀結構26對應的一點的電阻將會迅速升高，溫度迅速升高，從而使奈米碳管管狀結構及導電線狀結構26在同一點熔斷。若奈米碳管管狀結構先熔斷，則導電線狀結構26中與奈
米碳管管狀結構相對應的一點的電阻將會迅速升高，溫度迅速升高，從而使導電線狀結構26也在該點熔斷，最終導電線狀結構26及奈米碳管管狀結構在同一點熔斷。當所述導電線狀結構26為金屬材料時，在熔斷的過程中，金屬原子發生蒸發，從而使熔斷後的奈米碳管管狀結構的縮口部份內的金屬不存在。
可以理解，該奈米碳管管狀結構的第一端102可以通過一導電膠與該行電極120a電連接。該電連接的方式也可以通過分子間力或者其他方式實現。奈米碳管管狀結構與行電極120a之間的位置關係不限，只需確保該奈米碳管管狀結構的第一端102與該行電極120a電連接即可。
所述電子發射體10，20可通過植絨法、逐一黏結等方法設置於所述隔離層的通孔170b內作為陰極發射體150a，每個陰極發射體150a可包括一電子發射體10，20或複數電子發射體10，20。複數電子發射體10，20時，相互間隔設置。
分別施加不同電壓給行電極120a、列電極140a及陽極電極180a(一般情況下，行電極120a為接地或零電壓，列電極140a的電壓為幾十伏至幾百伏左右，陽極電極180a的電壓高於列電極140a的電壓)。由於陰極發射體150a包括至少一第一電子發射體10或至少一第二電子發射體20。第一電子發射體10或第二電子發射體20首先在行電極120a、列電極140a的電場作用下發射出電子。該部份所發射出的電子向列電極140a的方向運動，通過列電極140a的通孔170b中發射出去，之後在陽極電極180a之電場作用下，最終到達陽極電極180a。陽極電極180a上塗敷的熒光區域190a與陰極發
射體150a正對設置，該部份電子打在熒光區域190a上發光，從而實現場發射電子器件100a之顯示功能。由於行電極120a之間相互絕緣、列電極140a之間相互絕緣，因此，通過選擇性地在不同的行電極120a及列電極140a之間施加不同的電壓，可控制不同位置的陰極發射體150a發射電子，電子打在陽極電極180a之不同位置，從而使陽極上的熒光區域190a的不同位置發光，使場發射電子器件100a根據需要顯示不同的畫面。
本發明第一實施例提供的場發射電子器件100a具有以下有益效果：其一，場發射電子器件100a中的電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端延伸出複數電子發射尖端，因此，可有效降低該電子發射體的電場屏蔽效應；其二，所述複數電子發射尖端的尖端狀可增強電子發射體的場增強因子，使電子發射體更易於發射電子，從而提高電子發射體的場發射性能；其三，所述電子發射體具有複數電子發射尖端，因此，電子發射體的電流密度較大，可適當減少場發射電子器件100a中的電子發射體的數量，每個陰極發射體150a可僅包括一電子發射體10、20，從而使場發射電子器件更易於製備。
請參閱圖11及圖12，本發明第二實施例提供一種場發射電子器件100b，該種場發射電子器件100b包括一絕緣基板110b、複數行電極120b、複數隔離體130b、複數列電極140b、複數陰極發射體150b、一陽極基板160b、一陽極電極180b及複數螢光粉區域190b。所述複數行電極120b設置於基板110b的表面。所述複數隔離體130b為垂直於所述行電極120b的條形結構。所述複數隔離體130b
覆蓋部份行電極120b。所述複數列電極140b通過所述隔離體130b支撐並與所述行電極120b電絕緣。所述陰極發射體150b設置於所述行電極120b表面且與該行電極120b電連接。所述複數陰極發射體150b呈矩陣狀分佈。所述陰極發射體150b位於相鄰的兩列電極140b之間，且通過隔離體130b與列電極140b絕緣。所述列電極140b與行電極120b相交的位置對應於螢光粉區域190b。第二實施例中所述的絕緣基板110b、複數行電極120b、複數隔離體130b、複數列電極140b、複數陰極發射體150b、陽極基板160b、陽極電極180b及複數螢光粉區域190b與第一實施例中所述的絕緣基板110a、複數行電極120a、一隔離體130a、複數列電極140a、複數陰極發射體150a、陽極基板160a、陽極電極180a及複數螢光粉區域190a的結構、材料及製備方法均相同。
第二實施例的場發射電子器件100b與第一實施例的場發射電子器件100a的結構的區別在於：第一實施例中，所述陰極發射體150a設置於所述隔離體130a及列電極120a的通孔170a及170b內。所述隔離體130a對應於複數陰極發射體150a的位置處形成有複數通孔170a。所述複數列電極140a對應於複數陰極發射體150a的位置處形成有複數通孔170b。所述陰極發射體150a位於隔離體130a及列電極140a的通孔170a及170b內。所述複數陰極發射體150a的位置為所述複數行電極120a及複數列電極140a相交叉的位置。所述複數陰極發射體150a的位置分別對應於所述複數螢光粉區域190a。即所述複數行電極120a及複數列電極140a相交叉的位置對應於一螢光粉區域190a。
第二實施例中，所述隔離體130b與列電極140b均未設置有通孔，所述陰極發射體150b位於相鄰的兩列電極140b之間，所述列電極140b與行電極120b相交的位置對應於螢光粉區域190b。所述陰極發射體150b對應設置於列電極140b的兩側。
分別施加不同電壓給行電極120b、列電極140b及陽極電極180b(一般情況下，行電極120b為接地或零電壓，列電極140b的電壓為幾十伏至幾百伏左右，陽極電極180b的電壓高於列電極140b的電壓)。對應於每個螢光粉區域190b，設置於所述列電極140b兩側且靠近列電極140b的電子發射體首先在行電極120b、列電極140b的電場作用下發射出電子。該部份電子向列電極140b的方向運動，之後在陽極電極180b的電場作用下，最終到達陽極電極180b。由於熒光區域190b位於列電極140b的正上方，電子在陽極電極180b的作用下，打在陽極電極180b上塗敷的熒光區域190b，從而實現場發射電子器件100b的顯示功能。由於行電極120b之間相互絕緣、列電極140b之間相互絕緣，因此，通過選擇性地在不同的行電極120b及列電極140b之間施加不同的電壓，可控制不同位置的陰極發射體150b發射電子，電子打在透明陽極180b的不同位置，從而使陽極電極180b上的熒光區域190b的不同位置發光，使場發射電子器件100b根據需要顯示不同的畫面。
本發明第二實施例提供的場發射電子器件100b進一步地具有以下有益效果：由於列電極140b與熒光區域190b對應設置，因此可有效地利用電子的偏轉作用實現更好地聚焦，同時無需開孔使場發射電子器件100b的工藝更簡單。
請參閱圖13及圖14，本發明第三實施例提供一種場發射電子器件200，包括一絕緣基板202、複數電子發射單元220、複數行電極204與複數列電極206。所述複數行電極204相互平行且等間隔設置於絕緣基板202上。所述複數列電極206相互平行且等間隔設置於絕緣基板202上。所述複數行電極204與複數列電極206相互交叉設置，而且，在行電極204與列電極206交叉處設置有一隔離體216，該隔離體216將行電極204與列電極206電隔離，以防止短路。每二相鄰的行電極204與二相鄰的列電極206形成一網格214，且每個網格214定位一電子發射單元220。
所述複數電子發射單元220對應設置於上述網格214中，且每個網格214中設置一電子發射單元220。每個電子發射單元220包括一陽極電極210，一陰極電極212，一螢光粉層226及一陰極發射體208。該陽極電極210與陰極電極212對應且間隔設置，螢光粉層226設置於陽極電極210的表面。該陰極發射體208設置於陽極電極210與陰極電極212之間，且，陰極發射體208一端與陰極電極212電連接，另一端指向陽極電極210。該陰極發射體208可與絕緣基板202間隔設置或直接設置於絕緣基板202上。其中，當陰極發射體208與絕緣基板202間隔設置，可以增強陰極發射體208的場發射能力。本實施例中，同一行的電子發射單元220中的陽極電極210與同一行電極204電連接，同一列的電子發射單元220中的陰極電極212與同一列電極206電連接。
本發明第三實施例提供的場發射電子器件200的結構與本發明第一實施例及第二實施例提供的場發射電子器件100a、100b的結構
的主要區別在於：第三實施例中陰極發射體208平行於絕緣基板202，第一實施例及第二實施例提供的場發射電子器件100a、100b中陰極發射體150a及陰極發射體150b垂直於絕緣基板110a及絕緣基板110b。
所述的絕緣基板202為一絕緣基板，如陶瓷基板、玻璃基板、樹脂基板、石英基板等。所述絕緣基板202的大小與厚度不限，本領域技術人員可以根據實際需要選擇。本實施例中，所述絕緣基板202優選為一玻璃基板，其厚度大於1毫米，邊長大於1釐米。
所述行電極204與列電極206為導電體，如金屬層等。本實施例中，該複數行電極204與複數列電極206優選為採用導電漿料印製的平面導電體，且該複數行電極204的行間距為50微米~2釐米，複數列電極206的列間距為50微米~2釐米。該行電極204與列電極206的寬度為30微米~100微米，厚度為10微米~50微米。本實施例中，該行電極204與列電極206的交叉角度為10度到90度，優選為90度。本實施例中，可通過絲網印刷法將導電漿料印製於絕緣基板202上製備行電極204與列電極206。該導電漿料的成分包括金屬粉、低熔點玻璃粉及黏結劑。其中，該金屬粉優選為銀粉，該黏結劑優選為松油醇或乙基纖維素。該導電漿料中，金屬粉的重量比為50~90%，低熔點玻璃粉的重量比為2~10%，黏結劑的重量比為8~40%。
所述陰極電極212與陽極電極210為導電體，如金屬層等。本實施例中，該陰極電極212與陽極電極210均為平面導電體，其尺寸依據網格214的尺寸決定。該陰極電極212及陽極電極210直接與上
述電極連接，從而實現電連接。所述陰極電極212與陽極電極210的長度為20微米~1.5釐米，寬度為30微米~1釐米，厚度為10微米~500微米。優選地，所述陰極電極212與陽極電極210的長度為100微米~700微米，寬度為50微米~500微米，厚度為20微米~100微米。本實施例中，該陰極電極212與陽極電極210的材料為導電漿料，通過絲網印刷法印製於絕緣基板202上。該導電漿料的成分與上述電極所用的導電漿料的成分相同。
所述陰極發射體208包括至少一平行且等間隔排列的電子發射體218。該電子發射體218可為第一實施例中提供的電子發射體10，20。該電子發射體218為一奈米碳管管狀結構，該奈米碳管管狀結構平行於絕緣基板202的表面。該電子發射體218具有一電子發射端222。該電子發射端222指向陽極電極210。
在製備過程中，將至少一奈米碳管預製體或至少一奈米碳管複合線狀結構鋪設覆蓋於陰極電極212與陽極電極210上，切割奈米碳管預製體，使陰極電極212與陽極電極210之間的奈米碳管預製體或奈米碳管複合線狀結構熔斷，形成至少一電子發射體固定於陰極電極212上作為陰極發射體208。所述切割奈米碳管預製體的方法為鐳射燒蝕法、電子束掃描法或加熱熔斷法。
請參閱圖15，本發明第四實施例提供一種場發射電子器件300，該場發射電子器件300的結構與第二實施例中的場發射電子器件200的結構相似，其區別在於，採用一柵極電極310取代第二實施例中的陽極電極210，且第三實施例中的場發射電子器件300進一步包括一陽極裝置330。
所述場發射電子器件300包括複數行電極306及複數列電極(圖未示)。所述複數行電極306及複數列電極形成複數網格。複數電子發射單元320設置於網格內。
所述電子發射單元320包括一柵極電極310，一陰極電極312，及一陰極發射體308。所述柵極電極310與一列電極電連接。
該柵極電極310與陰極電極312對應且間隔設置。該陰極發射體308設置於柵極電極310與陰極電極312之間，且，陰極發射體308一端與陰極電極312電連接，另一端指向柵極電極310。該陰極發射體308可與絕緣基板302間隔設置或直接設置於絕緣基板302上。其中，當陰極發射體308與絕緣基板302間隔設置，可以增強陰極發射體308的場發射能力。本實施例中，同一行的電子發射單元320中的柵極電極310與同一行電極306電連接，同一列的電子發射單元320中的陰極電極312與同一列電極電連接。
所述陽極裝置330包括一玻璃基板332，一透明陽極334及塗覆於透明陽極334上的螢光粉區域336。所述透明陽極334可為氧化銦錫薄膜。所述電子發射單元320與所述螢光粉區域336相對設置。
所述陰極發射體308包括至少一電子發射體，該複數電子發射體的結構可為第一實施例中的電子發射體10，20。
場發射電子器件300在應用過程中，分別給陰極電極312、柵極電極310及陽極334上施加不同的電壓。所述場發射電子器件300的陰極發射體308在陰極電極312及柵極電極310的電場的作用下發射出電子。該部份電子在陽極334的電場作用下飛向陽極334，並
打在塗覆於透明陽極334上的螢光粉區域336上而發光。通過選擇性給不同的陰極電極312、柵極電極310及陽極334上施加電壓，可實現所述螢光粉區域336的發光區域不同從而顯示不同的畫面。
本發明提供的場發射電子器件具有以下優點：其一，本發明提供的場發射電子器件中的電子發射體包括複數電子發射尖端，因此電子發射體具有較大的發射電流，該場發射電子器件也具有較大的工作電流；其二，場發射電子器件中的電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端延伸出所述複數電子發射尖端，因此，可有效降低該複數電子發射體的電場屏蔽效應；其三，所述複數電子發射尖端的尖端狀可增強電子發射體的場增強因子，使電子發射體更易於發射電子，從而提高電子發射體的場發射性能；其四，所述電子發射體具有複數電子發射尖端，因此，電子發射體的電流密度較大，可適當減少場發射電子器件中的電子發射體的數量，使場發射電子器件更加易於製備。
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。
Claims (16)
- 一種場發射電子器件，其包括：一絕緣基板；複數行電極相互平行且間隔設置於所述絕緣基板的表面；複數陰極發射體設置於所述行電極表面，且呈矩陣狀分佈；一隔離層，所述隔離層設置於所述絕緣基板表面且覆蓋部份所述行電極；複數列電極相互平行且間隔設置於所述隔離層的表面，該複數列電極通過所述隔離層支撐且與所述複數行電極異面垂直且交叉設置；一陽極裝置，該陽極裝置包括一陽極玻璃基板、一陽極電極及複數螢光粉區域，上述行電極及上述列電極相交叉的位置與所述複數螢光粉區域一一對應設置；其改良在於：所述陰極發射體包括至少一電子發射體，所述電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述行電極電連接，所述奈米碳管管狀結構的另一端向所述陽極電極延伸作為所述電子發射體的電子發射端，所述奈米碳管管狀結構具有一中空的線狀軸心，所述奈米碳管管狀結構為複數奈米碳管圍繞該中空的線狀軸心組成，所述奈米碳管管狀結構沿所述線狀軸心的一端延伸出複數電子發射尖端。
- 如請求項1所述之場發射電子器件，其中，在每個所述行電極及所述列電極相交叉的位置，所述隔離層與所述列電極均設置有通 孔，所述陰極發射體設置於所述通孔內與所述行電極電連接。
- 如請求項1所述之場發射電子器件，其中，所述隔離層包括複數相互平行且間隔設置的隔離體，所述複數隔離體與所述複數行電極垂直且交叉設置，所述複數列電極與所述複數隔離體一一對應且層疊設置。
- 如請求項3所述之場發射電子器件，其中，在每個所述行電極及所述列電極相交叉的位置，所述陰極發射體沿所述行電極的延伸方向設置於所述列電極的兩側，並與所述行電極電連接。
- 如請求項1所述之場發射電子器件，其中，所述奈米碳管管狀結構中大多數奈米碳管圍繞所述中空的線狀軸心螺旋延伸，在螺旋方向相鄰的奈米碳管之間通過凡得瓦力首尾相連。
- 如請求項1所述之場發射電子器件，其中，所述奈米碳管管狀結構具有所述複數電子發射尖端的一端為類圓錐形。
- 如請求項1所述之場發射電子器件，其中，所述奈米碳管管狀結構具有所述複數電子發射尖端的一端具有一開口，所述奈米碳管管狀結構從開口處延伸出複數奈米碳管束作為複數電子發射尖端。
- 如請求項1所述之場發射電子器件，其中，所述複數電子發射尖端圍繞所述線狀軸心呈環狀排列，且向所述陽極延伸。
- 如請求項1所述之場發射電子器件，其中，所述複數電子發射尖端圍繞所述線狀軸心呈發散狀延伸。
- 如請求項1所述之場發射電子器件，其中，所述每個電子發射尖端包括複數基本平行的奈米碳管，所述每個電子發射尖端的中心位置突出有一根奈米碳管。
- 如請求項10所述之場發射電子器件，其中，所述複數電子發射尖端中相鄰的二電子發射尖端中突出的奈米碳管之間的間距與突出的奈米碳管的直徑的比值為20：1至500：1。
- 一種場發射電子器件，其包括：一絕緣基板；複數行電極與列電極分別平行且等間隔設置於所述絕緣基板表面，該複數行電極與該複數列電極相互交叉設置且電絕緣，每二相鄰的所述行電極與二相鄰的所述列電極形成一網格；複數電子發射單元，每個電子發射單元對應一網格設置，該每個電子發射單元進一步包括間隔設置的一陰極電極與一陽極電極，且該陽極電極及該陰極電極分別與上述行電極與上述列電極電連接，及一陰極發射體，該陰極發射體與所述陰極電極電連接；其改良在於，所述陰極發射體包括至少一電子發射體，所述電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述陰極電極電連接，所述奈米碳管管狀結構的另一端向所述陽極電極延伸作為所述電子發射體的電子發射端，所述奈米碳管管狀結構具有一中空的線狀軸心，所述奈米碳管管狀結構為複數奈米碳管圍繞該中空的線狀軸心組成，所述奈米碳管管狀結構沿所述線狀軸心的一端延伸出複數電子發射尖端。
- 如請求項12所述之場發射電子器件，其中，一螢光粉層設置在所述陽極電極表面。
- 一種場發射電子器件，其包括：一絕緣基板；複數行電極與列電極分別平行且等間隔設置於所述絕緣基板表面 ，該複數行電極與該複數列電極相互交叉設置且電絕緣，每二相鄰的所述行電極與二相鄰的所述列電極形成一網格；複數電子發射單元，每個電子發射單元對應一網格設置，該每個電子發射單元進一步包括間隔設置的一陰極電極與一柵極電極，且該柵極電極及陰極電極分別與上述行電極與上述列電極電連接，及一陰極發射體，該陰極發射體與所述陰極電極電連接；一陽極裝置，該陽極裝置包括一玻璃基板，一透明陽極及塗覆於該透明陽極上的複數螢光粉區域，每個螢光粉區域對應一電子發射單元；其改良在於，所述陰極發射體包括至少一電子發射體，所述電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述陰極電極電連接，所述奈米碳管管狀結構的另一端向所述柵極電極延伸作為所述電子發射體的電子發射端，所述奈米碳管管狀結構具有一中空的線狀軸心，所述奈米碳管管狀結構為複數奈米碳管圍繞該中空的線狀軸心組成，所述奈米碳管管狀結構沿所述線狀軸心的一端延伸出複數電子發射尖端。
- 一種場發射電子器件，其包括：一絕緣基板；一第一導電體設置在所述絕緣基板表面；複數電子發射體與所述第一導電體電性連接；及一第二導電體，該第二導電體與所述第一導電體空間間隔設置且電絕緣，一電場施加在所述第一導電體與所述第二導電體之間，其改良在於：所述電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述第一導電體電連接，所述奈米碳管 管狀結構的另一端向所述第二導電體延伸作為電子發射體的電子發射端，所述奈米碳管管狀結構具有一中空的線狀軸心，所述奈米碳管管狀結構為複數奈米碳管圍繞該中空的線狀軸心組成，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述陰極電極電性連接，所述奈米碳管管狀結構的另一端向所述柵極延伸並延伸出複數電子發射尖端。
- 一種場發射電子器件，其包括：一絕緣基板；一第一導電體與一第二導電體相互間隔設置且設置在所述絕緣基板表面，一電場施加在所述第一導電體與所述第二導電體之間；及複數電子發射體與所述第一導電體電性連接；其改良在於：所述電子發射體包括一奈米碳管管狀結構，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述第一導電體電連接，所述奈米碳管管狀結構的另一端向所述第二導電體延伸作為電子發射體的電子發射端，所述奈米碳管管狀結構具有一中空的線狀軸心，所述奈米碳管管狀結構為複數奈米碳管圍繞該中空的線狀軸心組成，所述奈米碳管管狀結構的一端與所述陰極電極電性連接，所述奈米碳管管狀結構的另一端向所述柵極延伸並延伸出複數電子發射尖端。
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| US6794814B2 (en) * | 2001-02-16 | 2004-09-21 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Field emission display device having carbon nanotube emitter |
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Patent Citations (3)
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