TWI441227B - 電子發射裝置及顯示裝置 - Google Patents

Description

電子發射裝置及顯示裝置

本發明涉及一種電子發射裝置及採用所述電子發射裝置的顯示裝置。

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，功耗小以及體積小等優點，可廣泛應用於汽車、家用視聽電器、工業儀器等領域。

傳統的電子發射顯示裝置的結構可分為二極型和三極型。二極型電子發射顯示裝置包括有陽極和陰極，這種結構由於需要施加高電壓，而且均勻性以及電子發射難以控制，僅適用於字元顯示，不適用於圖形和圖像顯示。三極型結構則是在二極型基礎上改進，增加柵極來控制電子發射，可實現在較低電壓條件下發出電子，而且電子發射容易通過柵極來精確控制。因此，三極型電子發射顯示裝置中，這種由產生電子的陰極和引出電子並將電子加速的柵極構成的電子發射裝置成為目前較為常用的一種方式。

先前技術提供的電子發射裝置通常包括陰極、絕緣支撐體和柵極。陰極包括複數電子發射體。絕緣支撐體設置於陰極上，對應於電子發射體開有通孔。柵極設置於絕緣支撐體上，對應於電子發射體開有通孔。使用時，施加不同電壓在柵極和陰極上，電子從電子發射體發射出，並穿過絕緣支撐體及柵極的通孔，發射出來。

先前技術提供的電子發射裝置中，其柵極常採用多孔的金屬柵網結構。金屬柵網上的複數網孔即柵極的柵孔，柵孔的孔徑應儘量較小，這是因為微小的柵孔不僅可使柵孔內外形成更均勻的空間電場，而且可降低柵極電壓，從而降低電子束的發散（請參見“具有微小柵極孔徑的場發射陰極的類比”，宋翠華，真空電子技術，場發射與真空微電子會議專輯，2006）。這種金屬柵極存在以下缺點：其一，由於受工程條件的限制，這種金屬柵網結構的網孔一般通過化學腐蝕工程制得（請參見“New Type Gate Electrode of CNT~FED Fabricated by Chemical Corrosive method”，Chen Jing，Journal of Southeast University，V23，P241（2007）），孔徑一般都大於10微米，因此無法進一步提高柵極柵孔內外的空間電場均勻性，從而無法進一步改善電子發射裝置發射電子的速度的均勻性；其二，為了提高電子的透過率，柵網應儘量增大孔徑並減小絲徑，但這種結果會降低柵網的機械強度，使柵極壽命較短；其三，由於金屬的密度較大，這種金屬柵極的品質較大，因此使電子發射裝置品質較大，限制了電子發射裝置的應用；其四，陰極電子及正離子會轟擊金屬柵極，這會造成柵極的破壞，進而影響電子發射裝置的性能。

因此，提供一種具有發射電子的速度均勻，電子發射率較高，機械強度較大，品質較小，且有較強的耐電子及離子轟擊能力的電子發射裝置及使用所述電子發射裝置的顯示裝置實有必要。

一種電子發射裝置，包括一陰極及一柵極，所述柵極與所述陰極間隔設置並與所述陰極電絕緣，其中，所述柵極為一奈米碳管複合層，該奈米碳管複合層包括一奈米碳管層以及一介質層，該介質層包覆於該奈米碳管層的整個表面。

一種電子發射裝置，包括一陰極及一柵極，所述柵極與所述陰極正對且間隔設置，其中，所述柵極為一奈米碳管複合層，該奈米碳管複合層包括一奈米碳管層以及一介質層包覆於該奈米碳管層的表面，該奈米碳管複合層為多孔結構。

一種電子發射裝置，包括一基板以及設置於該基板表面的複數電子發射單元，每個電子發射單元包括一陰極及一柵極，所述陰極包括複數電子發射體，所述柵極懸空設置在所述陰極電子發射體的上方，其中，所述柵極為一奈米碳管複合層，該奈米碳管複合層包括一奈米碳管層以及一介質層，所述奈米碳管層包括複數奈米碳管，該複數奈米碳管被所述介質層包覆，所述奈米碳管層中被介質層包覆的奈米碳管之間存在空隙。

一種顯示裝置，包括一電子發射裝置，該電子發射裝置包括一陰極及一柵極，所述柵極與所述陰極間隔設置並與所述陰極電絕緣，其中，所述柵極為一奈米碳管複合層，該奈米碳管複合層包括一奈米碳管層以及一介質層，該介質層包覆於該奈米碳管層的整個表面。

一種顯示裝置，包括一電子發射裝置，該電子發射裝置包括一陰極及一柵極，所述柵極與所述陰極正對且間隔設置，其中，所述柵極為一奈米碳管複合層，該奈米碳管複合層包括一奈米碳管層以及一介質層包覆於該奈米碳管層的表面，該奈米碳管複合層為多孔結構。

一種顯示裝置，包括一電子發射裝置，該電子發射裝置包括一基板以及設置於該基板表面的複數電子發射單元，每個電子發射單元包括一陰極及一柵極，所述陰極包括複數電子發射體，所述柵極懸空設置在所述陰極電子發射體的上方，其中，所述柵極為一奈米碳管複合層，該奈米碳管複合層包括一奈米碳管層以及一介質層，所述奈米碳管層包括複數奈米碳管，該複數奈米碳管被所述介質層包覆，所述奈米碳管層中被介質層包覆的奈米碳管之間存在空隙。

相較於先前技術，本發明所提供的電子發射裝置及顯示裝置採用奈米碳管複合層作為柵極，具有以下優點：其一，所述柵極的柵孔分佈均勻，且孔徑較小，在柵極與陰極之間可形成均勻的電場，使所述電子發射裝置發射電子的速度均勻，電子的透過率較高；其二，所述柵極包括奈米碳管層和包覆於該奈米碳管層的表面的介質層，所述介質層具有較強的耐電子及離子轟擊的能力，避免了所述柵極直接被轟擊，增強了所述柵極的強度，故延長了電子發射裝置的使用壽命；其三，所述奈米碳管層包括複數奈米碳管線，奈米碳管線機械強度較大，故電子發射裝置壽命較長；其四，由於奈米碳管的密度較低，品質輕，因此所述電子發射裝置的品質相對較小，可方便應用於各種領域。

以下將結合附圖詳細說明本發明實施例提供的電子發射裝置及使用所述電子發射裝置的顯示裝置，並且在以下各個實施例中相同的元件用相同的標號標示。

請參閱圖1，本發明實施例提供一種電子發射裝置10，包括一基底12；一絕緣支撐體20，所述絕緣支撐體20設置於所述基底12，並且呈格子狀分佈，每一格子定義一電子發射單元；每一電子發射單元包括一陰極14，所述陰極14設置於所述基底12，該陰極14包括導電層16和複數電子發射體18，所述電子發射體18位於所述導電層16表面並與所述導電層16電連接；所述每一電子發射單元進一步包括一柵極22，所述柵極22通過絕緣支撐體20支撐並懸空於所述陰極14的電子發射體18的上方，所述柵極22通過絕緣支撐體20與所述陰極14正對且間隔設置並與所述陰極14電絕緣。

在此要說明的是，圖1所示的為所述電子發射裝置10的一個單元所對應的圖示，實際所述電子發射裝置10可包括一個或複數如圖1所述的電子發射單元，當所述電子發射裝置10包括如圖1所述的複數電子發射單元時，該複數電子發射單元以陣列形式分佈，所述陰極14與所述柵極22可呈行列式分佈，以實現對複數電子發射單元的定址控制。

所述基底12的形狀不限，優選地，所述基底12為一長方體。基底12的材料為玻璃、陶瓷、二氧化矽等絕緣材料。本實施例中，所述基底12優選為一陶瓷板。

所述的陰極14包括冷陰極和熱陰極，其具體結構不限。所述陰極14包括複數電子發射體18，所述電子發射體18的具體結構不限，可為陣列或其他預定圖案的電子發射體。本實施例中，陰極14為一冷陰極，其包括一導電層16和複數電子發射體18，所述複數電子發射體18均勻分佈且垂直設置於所述導電層16表面，並與導電層16電連接。所述導電層16鋪設於基底12表面，為長條形或帶狀，導電層16的材料為銅、鋁、金、銀等金屬或銦錫氧化物（ITO）。電子發射體18為金屬微尖或者奈米碳管，也可採用其他電子發射體。優選地，導電層16為一長條形ITO膜，電子發射體18為奈米碳管。

所述絕緣支撐體20用於支撐柵極22，其具體形狀不限，只需確保柵極22與陰極14間隔設置並與陰極14電絕緣即可。所述絕緣支撐體20的材料為玻璃、陶瓷、二氧化矽等絕緣材料。本實施例中，絕緣支撐體20為兩個形狀和大小相同長條狀的玻璃，其分別設置於陰極14的兩端，並與陰極14垂直。

所述柵極22通過絕緣支撐體20支撐並懸空於所述陰極14的電子發射體18的上方，即，所述柵極22部份與所述陰極14的電子發射體18正對設置。請參閱圖2和圖3，所述柵極22為奈米碳管複合層，至少，所述柵極22與所述陰極14的電子發射體18正對的部份為奈米碳管複合層。該奈米碳管複合層包括由複數奈米碳管構成的奈米碳管層24和包覆於該奈米碳管層24表面的介質層23。所述柵極22的厚度為10奈米~500微米。本實施例中，所述柵極22為奈米碳管層24和包覆於該奈米碳管層24表面的介質層23形成的網狀結構體，即，該奈米碳管複合層為多孔結構。所述奈米碳管複合層在厚度方向上具有複數貫穿的通孔，即為柵孔28。所述複數通孔的內壁均包覆有所述介質層23。所述柵孔28在所述柵極22中均勻分佈。所述柵極22的厚度為100奈米。

所述奈米碳管層24為由複數奈米碳管組成的整體結構。所述奈米碳管層24的厚度為10奈米~400微米，比如10奈米、100奈米或200奈米。本實施例中，所述奈米碳管層24的厚度為100奈米。所述奈米碳管層24中的奈米碳管可為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管或多壁奈米碳管中的一種或數種，其長度和直徑可根據需要選擇。所述奈米碳管層24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24中的奈米碳管通過凡得瓦力(van der Waals force)相互連接，相互接觸形成自支撐結構。所述奈米碳管層24中複數奈米碳管相互連接形成一網路結構。當所述柵極22與外界電路連接時，所述柵極22的所述奈米碳管層24中複數奈米碳管形成一導電網路。

所述奈米碳管層24具有複數空隙25，該複數空隙25從所述奈米碳管層24的厚度方向貫穿所述奈米碳管層24。所述空隙25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25為微孔時其孔徑（平均孔徑）範圍為10奈米~300微米，所述空隙25為間隙時其寬度（平均寬度）範圍為10奈米~300微米。以下稱為“所述空隙25的尺寸”係指孔徑或間隙寬度的尺寸範圍。所述奈米碳管層24中所述微孔和間隙可同時存在並且兩者尺寸可在上述尺寸範圍內不同。所述空隙25的尺寸為10奈米~300微米，比如10奈米、1微米、10微米、100微米或200微米等。本實施例中，所述複數空隙25在所述奈米碳管層24中均勻分佈。

所述奈米碳管層24具有如前所述的空隙25的圖形效果的前提下，所述奈米碳管層24中的複數奈米碳管的排列方向（軸向延伸方向）可是無序、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24中複數奈米碳管的排列方式也可是有序的、有規則的。例如，所述碳奈米層中複數奈米碳管層24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24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24中複數奈米碳管沿著基本平行於奈米碳管層24表面的方向延伸。

所述奈米碳管層24可是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24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24可包括奈米碳管膜、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24可為一單層奈米碳管膜或層疊設置的複數奈米碳管膜。所述奈米碳管層24可包括平行設置的複數奈米碳管線、交叉設置的複數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24可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。

當所述奈米碳管層24為一單層奈米碳管膜（請參閱圖4）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25。當所述奈米碳管層24包括層疊設置的複數奈米碳管膜時，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重疊或不重疊從而構成空隙25。所述空隙25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重疊或不重疊從而構成空隙25（請參閱圖5）。當所述奈米碳管層24為層疊設置的複數奈米碳管膜時，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24為平行設置的複數奈米碳管線時，相鄰兩個奈米碳管線之間的空間構成所述奈米碳管層24的空隙25。相鄰兩個奈米碳管線之間的間隙長度可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，可控制奈米碳管層24中空隙25的尺寸。當所述奈米碳管層24為交叉設置的複數奈米碳管線時，相互交叉的奈米碳管線之間存在微孔從而構成空隙25。當所述奈米碳管層24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25。

當奈米碳管層24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25。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是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）中多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。所述擇優取向是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。進一步地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸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。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。

具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部份接觸。

下面進一步說明所述奈米碳管膜或者奈米碳管線的具體構造、處理方法或製備方法。

所述奈米碳管膜包括連續且定向延伸的複數奈米碳管片段。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相互平行的複數奈米碳管，該相互平行的複數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號中華民國公告專利“奈米碳管薄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6，該非扭轉的奈米碳管線包括沿平行於該非扭轉的奈米碳管線長度方向延伸的複數奈米碳管。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相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的複數奈米碳管。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7，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號中華民國公告專利“一種製造奈米碳管繩之方法”，專利權人：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號中華民國公告專利“奈米碳管絲之製作方法”，專利權人：鴻海精密工業股份有限公司。

請參閱圖8，本實施例中奈米碳管層24採用層疊設置的複數奈米碳管膜，每一奈米碳管膜中的奈米碳管沿同一方向擇優取向延伸，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（0°≦α≦90°）。

由於所述介質層23包覆於該奈米碳管層24的表面，具體地，所述介質層23包覆於所述奈米碳管層24中奈米碳管的表面，至少使所述奈米碳管層24中被所述電子發射體18發射的電子直接轟擊到的奈米碳管的表面被介質層23包覆。所述空隙25在奈米碳管表面被覆蓋上介質層23之後，即為柵孔28。可選擇地，奈米碳管層24的整個表面被介質層23包覆，或者，整個奈米碳管層24中奈米碳管的表面均被所述介質層23包覆。

所述介質層23包括複數奈米顆粒。所述介質層23的材料為具有一定化學穩定性的材料，為類金剛石、矽、碳化矽、二氧化矽、氮化硼、氧化鋁以及氮化矽等中之一種或數種。所述介質層23的厚度為1奈米~100微米，優選地，厚度為5奈米~100奈米。由於所述介質層23厚度較薄，仍具有導電性，不會因電荷累積而導致放電等破壞性事件，因而有效的保護了所述柵極22。所述介質層23的厚度較小，並不會使得所述奈米碳管之間的空隙25被完全填滿，因此，所述柵孔28的尺寸小於所述空隙25的尺寸。具體地，所述柵孔28的尺寸為1奈米~200微米。優選地，所述柵孔28的尺寸為1奈米~10微米，這有利於進一步提高所述柵極22的柵孔28內外的空間電場均勻性，從而進一步改善電子發射裝置10發射電子的速度的均勻性。

所述介質層23通過物理氣相沉積法(PVD)或化學氣相沉積法(CVD)直接生長或塗覆於奈米碳管層24的表面，且要確保奈米碳管相互接觸的部份未被介質層23覆蓋。可通過掩模或刻蝕的方法，以使奈米碳管層24邊緣部位的奈米碳管是裸露在所述介質層23外。

可以理解，當奈米碳管層24為一單層奈米碳管膜、層疊設置的複數奈米碳管膜時，由於奈米碳管與奈米碳管之間存在凡得瓦力會有部份表面相互接觸，這些奈米碳管的相互接觸的部份可能不被所述介質層23包覆，這並不會影響所述柵極22的正常發揮作用。當奈米碳管層24為平行設置的複數奈米碳管線、交叉設置的複數奈米碳管線或複數奈米碳管線任意排列組成的網狀結構時，奈米碳管層24中奈米碳管的相互接觸的部份可能不被所述介質層23包覆，這並不會影響所述柵極22的正常發揮作用。

所述奈米碳管層24中有部份奈米碳管相互交叉或重疊時，相互交叉或重疊在一起的奈米碳管表面的介質層23連成一體，進一步將該相鄰的奈米碳管固定在一起，從而可提高整個柵極22的結構穩定性，使得奈米碳管層24不易脫落。

本實施例中，所述介質層23為一類金剛石層。如上所述，奈米碳管層24採用兩個層疊設置的奈米碳管膜，每一奈米碳管膜中的奈米碳管沿同一方向擇優取向延伸，相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向垂直。該類金剛石層將所述奈米碳管層24的邊緣部以外的奈米碳管的表面包覆形成柵極22。所述類金剛石層的厚度為10奈米~100奈米。將一垂直交叉層疊設置的雙層奈米碳管膜懸空設置於一反應室內，採用等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)直接在奈米碳管層24的奈米碳管的表面生長一類金剛石層。可以理解，該類金剛石層可提高所述奈米碳管層24的自支撐性。

另外，所述柵極22的設置位置不限於位於所述陰極14的上方，可將柵極22通過絕緣支撐體20與所述陰極14交錯設置，而無需正對設置，只需確保由柵極22對陰極14的電子發射體18提供柵極電壓即可。優選地，所述介質層23包覆於所述奈米碳管層24的整個表面，以使發射的電子不會在介質層23累積，有效避免電弧放電。

電子發射裝置10在應用時，所述陰極14中電子發射體所發出的電子在柵極22的電場作用下，向所述柵極22運動並通過柵極22的柵孔28發射出去。本發明實施例所提供的電子發射裝置10具有以下優點：其一，由於柵極22中柵孔28的孔徑較小（1奈米~200微米）且分佈均勻，因此在陰極14和柵極22之間可形成均勻的空間電場，故所述電子發射裝置10發射電子的速度均勻，電子發射率較高；其二，所述柵極22包括奈米碳管層24和包覆於該奈米碳管層24的表面的介質層23，所述介質層23具有較強的耐電子及離子轟擊的能力，避免了所述柵極22直接被轟擊，增強了所述柵極22的強度，故延長了電子發射裝置的使用壽命；其三，所述奈米碳管層24包括複數奈米碳管線，由於奈米碳管線具有較高的機械強度，因此柵極22機械強度較高，故，電子發射裝置10壽命較長；其四，由於奈米碳管的密度小於金屬的密度，因此柵極22的品質相對較小，故所述電子發射裝置10可方便應用於各種領域。

請參閱圖9，本發明實施例進一步提供一種應用上述電子發射裝置10的顯示裝置300，其包括：一基底302；一形成於基底302表面的陰極304，所述陰極304包括複數電子發射體306和一導電層318，所述導電層318鋪設於上述基底302表面，所述電子發射體306設置於所述導電層318表面並與導電層318電性連接；一第一絕緣支撐體308，所述第一絕緣支撐體308設置於基底302表面；一柵極310通過所述第一絕緣支撐體308支撐，所述柵極310通過第一絕緣支撐體308與陰極304間隔設置，所述柵極310懸空於所述陰極304的電子發射體306上方；一第二絕緣支撐體312，所述第二絕緣支撐體312設置於基底302表面；一陽極基板320，所述陽極基板320包括一陽極314和一螢光層316，所述陽極314與所述陰極304相對設置，所述陽極314通過所述第二絕緣支撐體312支撐，所述螢光層316設置於陽極314的內表面。所述柵極310位於所述陰極304與所述陽極314之間，並與所述陰極304及所述陽極314間隔設置。

所述第二絕緣支撐體312的具體形狀不限，只需確保其可支撐陽極基板320並使陽極基板320與陰極304和柵極310間隔設置並與陰極304和柵極310電絕緣即可。所述第二絕緣支撐體312的材料為玻璃、陶瓷、二氧化矽等絕緣材料。本實施例中，第二絕緣支撐體312為兩個形狀和大小相同長條狀的玻璃，其分別設置於陰極304的兩端，並與陰極304垂直。

所述陽極314的設置於第二絕緣支撐體312上，在柵極310的上方間隔一定距離與柵極310相對，並與柵極310電絕緣。陽極314為一長條形長方體、帶狀或其他形狀，其材料為ITO導電玻璃。可以理解，陽極314也可包括一透明基板、一導電層，該導電層設置於該透明基板距離柵極310較近的一面，即透明基板的內表面。所述螢光層316塗敷於所述陽極314離柵極310距離較近的一面，即陽極314的內表面。

由於柵極310中的柵孔的孔徑較小且分佈均勻，因此在陰極304和柵極310之間可形成均勻的空間電場，電子發射率較高，所述顯示裝置300發光效率高。且由於柵極310包括一奈米碳管層，以及一介質層包覆奈米碳管層的表面，所述介質層具有較強的耐電子及離子轟擊的能力，避免了所述柵極直接被轟擊，增強了所述柵極的強度，故延長了顯示裝置300的使用壽命。另外，由於奈米碳管的密度小，因此柵極310的品質相對較小，故所述顯示裝置300可方便應用於各種領域。

可以理解，本實施例中的顯示裝置300可依據設置不同的陰極304和陽極基板320，分別實現光源和顯示器功能。

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．．．電子發射裝置

12,302．．．基底

14,304．．．陰極

16,318．．．導電層

18,306．．．電子發射體

20．．．絕緣支撐體

22,310．．．柵極

23．．．介質層

24．．．奈米碳管層

25．．．空隙

28．．．柵孔

300．．．顯示裝置

308．．．第一絕緣支撐體

312．．．第二絕緣支撐體

314．．．陽極

316．．．螢光層

320．．．陽極基板

圖1為本發明實施例所提供的電子發射裝置的結構示意圖。

圖2為圖1中的包括至少一層奈米碳管膜的柵極結構示意圖。

圖3為圖1中的包括複數奈米碳管線的柵極結構示意圖。

圖4為本發明實施例所提供的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖5為本發明實施例所提供的層交叉設置的複數奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖6為本發明實施例所提供的非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖7為本發明實施例所提供的扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖8為本發明實施例所提供的柵極的掃描電鏡照片。

圖9為本發明實施例所提供的顯示裝置的結構示意圖。

10．．．電子發射裝置

12．．．基底

14．．．陰極

16．．．導電層

18．．．電子發射體

20．．．絕緣支撐體

22．．．柵極

Claims (21)

1. 一種電子發射裝置，包括一陰極及一柵極，所述柵極與所述陰極間隔設置並與所述陰極電絕緣，其改良在於，所述柵極為一奈米碳管複合層，該奈米碳管複合層包括一奈米碳管層以及一介質層，該介質層包覆於該奈米碳管層的整個表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子發射裝置，其中，所述介質層的材料為類金剛石、矽、碳化矽、二氧化矽、氮化硼、氧化鋁以及氮化矽中之一種或數種。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電子發射裝置，其中，所述介質層的厚度為1奈米~100微米。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層為由複數奈米碳管組成的整體結構，所述介質層包覆於所述奈米碳管層中奈米碳管的表面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層中複數奈米碳管相互連接形成網路結構。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層包括奈米碳管膜、奈米碳管線或上述兩者任意的組合。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管膜包括沿同一方向擇優取向延伸的複數奈米碳管。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層包括層疊設置的複數奈米碳管膜，相鄰兩層的奈米碳管膜中的奈米碳管的排列方向形成一夾角α，且0°≦α≦90°。
9. 如申請專利範圍第6項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管線是由首尾相連的複數奈米碳管擇優取向延伸組成的非扭轉結構或由首尾相連的的複數奈米碳管螺旋延伸組成的扭轉結構。
10. 如申請專利範圍第6項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層包括複數奈米碳管線分別沿第一方向與第二方向平行排列，所述第一方向與第二方向之間形成一夾角α，0°≦α≦90°。
11. 一種電子發射裝置，包括一陰極及一柵極，所述柵極與所述陰極正對且間隔設置，其改良在於，所述柵極為一奈米碳管複合層，該奈米碳管複合層包括一奈米碳管層以及一介質層包覆於該奈米碳管層的表面，該奈米碳管複合層為多孔結構。
12. 如申請專利範圍第11項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管複合層在厚度方向具有複數貫穿的通孔。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電子發射裝置，其中，所述複數通孔的內壁包覆有所述介質層。
14. 如申請專利範圍第11項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層為由複數奈米碳管組成的整體結構，所述介質層包覆於所述奈米碳管層中奈米碳管的表面。
15. 如申請專利範圍第14項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層中被介質層包覆的奈米碳管之間存在空隙。
16. 如申請專利範圍第14項所述之電子發射裝置，其中，所述介質層至少包覆於該奈米碳管層與所述陰極對應部分的奈米碳管的至少部分表面。
17. 如申請專利範圍第14項所述之電子發射裝置，其中，在電場作用下，所述陰極發射電子向所述柵極運動，所述奈米碳管層中被所述陰極發射電子直接轟擊到的奈米碳管的表面包覆有所述介質層。
18. 如申請專利範圍第14項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層包括奈米碳管膜、奈米碳管線或上述兩者任意的組合。
19. 如申請專利範圍第14項所述之電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層中複數奈米碳管基本平行於所述奈米碳管層的表面。
20. 一種電子發射裝置，包括一基板以及設置於該基板表面的複數電子發射單元，每個電子發射單元包括一陰極及一柵極，所述陰極包括複數電子發射體，所述柵極懸空設置在所述陰極電子發射體的上方，其改良在於，所述柵極為一奈米碳管複合層，該奈米碳管複合層包括一奈米碳管層以及一介質層，所述奈米碳管層包括複數奈米碳管被所述介質層包覆，所述奈米碳管層中被介質層包覆的奈米碳管之間存在空隙。
21. 一種顯示裝置，包括至少一如申請專利範圍第1項至第20項任意一項所述之電子發射裝置，以及一陽極，該陽極與所述電子發射裝置中的陰極相對設置，所述電子發射裝置中的柵極設置在所述陰極與所述陽極之間，並與所述陰極及所述陽極間隔。