TWI539480B - 反射式速調管及電子發射裝置 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種反射式速調管及電子發射裝置。
一般而言，太赫茲波係指頻率從0.3THz-3THz或者0.1THz-10THz範圍的電磁波。太赫茲波的波段處於紅外波段與毫米波之間，具有優異的特性，比如：太赫茲波具有一定的穿透能力，且光子能量小，不會對物體造成損壞；同時很多材料在太赫茲波具有一定的吸收。因而，對太赫茲波的研究具有重要的意義。
反射式速調管係一種電磁波輸出的器件。為了能夠得到可探測的太赫茲波的信號，需要調整這種反射式速調管的特徵尺寸，並需要較大的注入電子的電流密度。然，先前的反射式速調管由於矽尖等發射體材料限制，難以同時兼顧較小的特徵尺寸和較大的注入電子的電流密度。
有鑒於此，提供一種反射式速調管及電子發射裝置，其具有較大的電子發射密度實為必要。
一種反射式速調管，其包括：一第一基板和一第二基板，該第一第一基板和第二基板配合設置形成一諧振腔體；一透鏡，該透鏡設置於該諧振腔體的一端形成一輸出端；以及一電子發射裝置，該電子發射裝置向所述諧振腔體內部發射電子，該電子在諧振腔體內振盪，最終由輸出端輸出，所述電子發射裝置包括：一電子發射結構和一電子反射結構分別設置在第一基板和第二基板，且相對設置，其中，該電子反射結構包括：反射極、第二柵網；該電子發射結構包括：陰極、電子引出極、電子發射體、第一柵網，其中，該電子發射體與所述陰極電連接，該電子引出極具有一通孔對應所述電子發射體，所述電子發射體包括複數子電子發射體，每個子電子發射體具有一電子發射端，每一電子發射端至電子引出極的所述通孔的側壁的最短距離基本一致，每一電子發射端與反射極之間的距離大於等於10微米小於等於200微米，所述反射式速調管內的壓強小於等於100帕。
一種電子發射裝置，包括：一陽極電極；一陰極，所述陰極與陽極電極相對且間隔設置；一電子發射體，該電子發射體與所述陰極電連接；一電子引出極，該電子引出極通過一絕緣層與所述陰極電絕緣且間隔設置，該電子引出極具有一通孔對應所述電子發射體；其中，所述電子發射體包括複數子電子發射體，每個子電子發射體具有一電子發射端，每一電子發射端至電子引出極的所述通孔的側壁的最短距離基本一致，每一電子發射端與陽極電極之間的距離大於等於10微米小於等於200微米，所述電子發射裝置內的壓強小於等於100帕。
與先前技術相比，本發明所提供的反射式速調管及電子發射裝置具有以下優點：第一，由於裝置內的壓強小於100帕，子電子發射體與陽極電極之間的距離大於等於10微米小於等於200微米，並且，電子發射體中每一個子電子發射體遠離陰極的一端至電子引出極通孔的側壁的最短距離基本一致，使得每一個子電子發射體具有大致相等的場強，因而，使每一個子電子發射體均能發射較多電子，提高了電子發射體的總體電流發射密度，從而可得到較大的注入電子的電流密度。第二，此時裝置內的氣體成分不限，可為空氣或者惰性氣體，從而避開了裝置封裝時的高真空維持的難題，從而便於該裝置的製備以及應用。
圖1為本發明第一實施例提供的電子發射裝置的剖面結構示意圖。
圖2為本發明第一實施例提供的電子發射裝置所採用的奈米碳管陣列的掃描電鏡照片。
圖3為本發明第二實施例提供的場發射顯示器的圖元單元的結構示意圖。
圖4為本發明第三實施例提供的反射式速調管的結構示意圖。
圖5為本發明第四實施例提供的電子發射裝置的結構示意圖。
圖6為本發明第四實施例提供的電子發射裝置所採用的奈米碳管線狀結構的掃描電鏡照片。
圖7為圖6中奈米碳管線狀結構中尖端的透射電鏡照片。
圖8為本發明第五實施例提供的反射式速調管的結構示意圖。
圖9為本發明第六實施例提供的電子發射裝置的剖面結構示意圖。
圖10為本發明第七實施例提供的電子發射裝置的剖面結構示意圖。
下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的電子發射裝置及其應用作進一步的詳細說明。
請參見圖1，本發明第一實施例提供一種電子發射裝置10，其包括一絕緣基底102，一陰極104，一電子發射體106，一絕緣層108、一電子引出極110、以及一陽極電極112。
所述陰極104與所述陽極電極112相對且間隔設置。所述電子發射體106與所述陰極104電連接。該電子引出極110通過所述絕緣層108與所述陰極104電絕緣且間隔設置。
所述絕緣基底102具有一表面（圖未標）。所述陰極104設置於該絕緣基底102的表面。所述絕緣層108設置於陰極104的表面。所述絕緣層108定義一第一開口1080，以使陰極104的至少部分表面通過該第一開口1080暴露。所述電子發射體106設置於所述陰極104通過第一開口1080暴露的表面，且與該陰極104電連接。所述電子引出極110設置於絕緣層108表面。電子引出極110通過該絕緣層108與所述陰極104間隔設置，而且所述電子引出極110定義一通孔1100，以使陰極104的至少部分表面通過該通孔1100暴露。優選地，所述電子引出極110的通孔1100設置在電子發射體106的正上方。進一步，所述電子發射裝置10還可以包括一設置於電子引出極110表面的固定元件114，以將該電子引出極110固定於絕緣層108上。
所述絕緣層108可以直接設置於陰極104表面，也可設置於絕緣基底102表面。所述絕緣層108的形狀、大小不限，可以根據實際需要進行選擇，只要使陰極104和電子引出極110電絕緣即可。具體地，所述絕緣層108可以為一具有通孔的層狀結構，所述通孔即為第一開口1080。所述絕緣層108也可為複數相隔一定距離設置的條狀結構，且所述相隔一定距離設置的條狀結構之間的間隔即為第一開口1080。所述陰極104的至少部分對應設置於所述絕緣層108的第一開口1080處，並通過該第一開口1080暴露。
可以理解，所述絕緣層108設置於所述陰極104與電子引出極110之間，以使所述陰極104與電子引出極110之間電絕緣。
所述絕緣基底102的材料可以為矽、玻璃、陶瓷、塑膠或聚合物。所述絕緣基底102的形狀與厚度不限，可以根據實際需要選擇。優選地，所述絕緣基底102的形狀為圓形、正方形或矩形。本實施例中，所述絕緣基底102為一邊長為10毫米，厚度為1毫米的正方形玻璃板。
所述陰極104為一導電層，且其厚度和大小可以根據實際需要選擇。所述陰極104的材料可以為純金屬、合金、半導體、氧化銦錫或導電漿料等。可以理解，當絕緣基底102為矽片時，該陰極104可以為一矽摻雜層。本實施例中，所述陰極104為一厚度為20微米的鋁膜，該鋁膜通過磁控濺射法沈積於絕緣基底102表面。
所述絕緣層108的材料可以為樹脂、厚膜曝光膠、玻璃、陶瓷、氧化物及其混合物等。所述氧化物包括二氧化矽、三氧化二鋁、氧化鉍等。所述絕緣層108的厚度和形狀可以根據實際需要選擇。本實施例中，所述絕緣層108為一厚度為100微米的圓環形光刻膠設置於陰極104表面，且其定義有一圓形通孔，所述陰極104的部分表面通過該圓形通孔暴露。
所述電子引出極110可以為一具有通孔1100的層狀電極。所述電子引出極110也可為複數相隔一定距離設置的條狀電極，且所述相隔一定距離設置的條狀電極之間的間隔即為通孔1100。所述電子引出極110的材料可以為不銹鋼、鉬或鎢等具有較大剛性的金屬材料，也可以為奈米碳管等。所述電子引出極110的厚度大於等於10微米，優選地，電子引出極110的厚度為30微米至60微米。所述電子引出極110的通孔1100形成具有預定傾斜度的傾斜側壁。具體地，通孔1100呈現倒漏斗的形狀，從而使通孔1100的寬度隨著遠離陰極104的方向而變窄。即所述電子引出極110的通孔1100具有一遠離所述陰極104的第二開口及一靠近所述陰極104的第四開口，且第二開口的面積小於所述第四開口的面積。所述通孔1100靠近陰極104的寬度為80微米~1毫米，通孔1100遠離陰極104的寬度為10微米~1毫米。所述電子引出極110的通孔1100的側壁的表面為平面、凹面或凸面。所述電子引出極110的通孔1100的側壁上還可以設置二次電子發射層。當電子發射體106發射的電子碰撞電子引出極110的通孔1100的側壁時，二次電子發射層發射二次電子，從而增加電子的數量，最終提高電流發射密度。二次電子發射層可以由氧化物形成，例如氧化鎂、氧化鈹等，也可以由金剛石等形成。
所述電子發射體106呈山丘狀，中間高，周圍低，即電子發射體106的高度由電子發射體106的中間向周圍逐漸降低。或者說所述電子發射體106的高度從對應電子引出極110通孔1100中心的位置向四周逐漸減小。所述電子發射體106的厚度和大小可以根據實際需要選擇。所述電子發射體106的整體形狀與電子引出極110通孔1100的側壁的形狀一致。所述電子發射體106包括複數子電子發射體1060，如奈米碳管、奈米碳纖維、矽奈米線或矽尖等任何可以發射電子的結構。每一個子電子發射體1060包括第一端10602和與該第一端10602相對的第二端10604。當陽極電極112與陰極104存在一電場時，電子由該第一端10602向所述陽極電極112發射，所述第一端10602即為電子發射端。每一個子電子發射體1060的第二端10604電連接於所述陰極104。優選地，所述每個子電子發射體1060遠離陰極104的第一端10602位於電子引出極110的通孔1100內。即，所述每個子電子發射體1060的高度高於絕緣層108的厚度。每一個子電子發射體1060的第一端10602的連線與電子引出極110通孔1100的側壁的形狀一致或吻合，該子電子發射體1060遠離陰極104的一端至電子引出極110的通孔1100的側壁的最短距離基本一致，即每一個子電子發射體1060的第一端10602距離通孔1100的側壁最短距離大致相等，該最短距離優選為5微米至100微米。優選地，每一個子電子發射體1060的第一端10602距離通孔1100的側壁最短距離均相等，且每一子電子發射體1060垂直於陰極104。優選地，每一個子電子發射體1060的第一端10602距離通孔1100的側壁最短垂直距離均相等，且每一子電子發射體1060垂直於陰極104，該最短垂直距離為5微米至50微米。優選地，所述每個子電子發射體1060遠離陰極104的第一端10602至電子引出極110的所述通孔1100的側壁的最短距離的差值為1~50微米。
進一步，每一子電子發射體1060的表面可以設置一層抗離子轟擊材料。所述抗離子轟擊材料包括碳化鋯、碳化鉿、六硼化鑭等中的一種或多種。所述抗離子轟擊材料的性能較穩定，可在電子發射過程中，保護電子發射尖端，避免電子發射尖端受損，以提高其穩定性和壽命。當抗離子轟擊材料採用碳化鉿時，由於碳化鉿的逸出功比奈米碳管的逸出功低約1eV，因而，可以較大幅度的降低工作電壓。
本實施例中，所述電子發射體106為一呈山丘狀的奈米碳管陣列，所述奈米碳管陣列中的奈米碳管的尖端設置有一碳化鉿層。請參見圖2，奈米碳管陣列中的每個奈米碳管，即每個子電子發射體1060，相互平行且向所述電子引出極110的通孔1100內延伸，該奈米碳管陣列的直徑為50微米~80微米，高度為10微米~20微米，每個奈米碳管的直徑為1奈米~80奈米。
可以理解，所述電子發射體106可以延伸至電子引出極110的通孔1100處，也可以沒有延伸至電子引出極110的通孔1100處，只要確保每一個子電子發射體1060的第一端10602距離通孔1100的側壁的最短距離基本相等即可。
每一個子電子發射體1060的第一端10602與陽極電極112之間的距離定義為所述電子發射裝置的特徵尺寸，用d表示。其中，d大於等於10微米且小於等於200微米。優選的，d大於等於50微米且小於等於100微米。可以理解，由於每一子電子發射體1060的長度不一致，因而該每一子電子發射體1060的第一端10602與所述陽極電極112之間的距離也不一致，只要該距離大於等於10微米小於等於200微米即可。
所述電子發射裝置10的內部空間的壓強小於等於100帕。所述電子發射裝置10的內部空間可為完全真空的狀態，也可充有空氣或者惰性氣體。
當電子發射裝置10的內部空間充有空氣時，在絕對溫度T為300K，裝置內的壓強p為100帕時，空氣分子的平均自由程滿足以下公式：
其中，p為裝置內的壓強，單位為帕。當壓強p為100帕時，計算得到的空氣分子的平均自由程約為66微米。
在300K時電子在空氣分子內的平均自由程滿足以下公式：
當壓強為100帕時，計算得到的電子在空氣分子內的平均自由程約為373微米。可見，電子在空氣分子內的平均自由程大於所述電子發射裝置的特徵尺寸d。因而，電子能夠自由運動到達陽極電極112，發射出的電子可具有較高的電流密度。
當所述電子發射裝置10的內部空間充有惰性氣體時，電子在惰性氣體中的自由程可由以下公式計算：，其中，n為惰性氣體分子密度；為惰性氣體分子的有效直徑；k＝1.38(10－23
J/K，為波爾茲曼常數；T為絕對溫度；p為氣體壓強。
在T=300K，p為100帕下，各種惰性氣體環境下的電子自由程如表1所示：
表1
如表1所示，所述電子在惰性氣體中的自由程均大於200微米，而電子發射裝置的特徵尺寸d的範圍為10微米~200微米。電子的自由程大於電子發射裝置的特徵尺寸d。因此，電子能夠自由運動到達陽極電極112，得到較高的電子電流密度。本實施例中，所述電子發射裝置的特徵尺寸d的範圍為10微米~100微米，得到的發射電流大於100微安。
另外，由於所述電子發射裝置的特徵尺寸d大於等於10微米且小於等於200微米，電子發射端與陽極電極112的間距小，使得所述電子發射裝置10發射電子所需的場發射電壓較小，因而電子從電子發射端與陽極電極112之間的加速電壓所獲得的能量較小，故，即使電子與惰性氣體原子或者空氣中的分子發生碰撞也基本不會使惰性氣體原子或者空氣中的分子發生電離，也就是說，此時電子的發射基本不受影響。
所述固定元件114為一絕緣材料層，其厚度不限，可以根據實際需要選擇。所述固定元件114的形狀與絕緣層108的形狀相同，且其定義一與第一開口1080相對應的第三開口1140，以使電子發射體106暴露。本實施例中，所述固定元件114為通過絲網印刷的絕緣漿料層。
所述電子發射裝置10還進一步包括一電阻層116。該電阻層116設置於所述電子發射體106與陰極104之間，並與所述電子發射體106接觸設置。所述電阻層116的材料為鎳、銅、鈷等金屬合金，摻雜磷等元素的金屬合金，金屬氧化物，無機化合物等，只要所述電阻層116的電阻大於10GΩ，以保證通過所述陰極104載入於所述電子發射體106上的電流均勻，從而實現所述電子發射體具有均勻的發射電流密度，電子發射性能穩定。
所述陽極基板14為一透明基板。本實施例中，所述陽極基板14為一玻璃板。所述陽極電極112設置於陽極基板14表面，所述陽極電極112可為氧化銦錫膜或鋁膜。
請參見圖3，本發明第二實施例進一步提供一種採用所述電子發射裝置10的場發射顯示器100，包括一陰極基板12、一螢光粉層18以及一電子發射裝置。所述電子發射裝置為上述第一實施例所提供的電子發射裝置10，在此不再贅述。
所述陰極基板12通過一絕緣支撐體15與陽極基板14四周封接。所述電子發射裝置、陽極電極112和螢光粉層18密封在陰極基板12與陽極基板14之間。所述陽極電極112設置於陽極基板14表面，所述螢光粉層18設置於陽極電極112的表面。所述螢光粉層18與所述電子發射裝置之間保持一定距離。所述電子發射裝置設置於陰極基板12上。
所述陰極基板12的材料可以為玻璃、陶瓷、二氧化矽等絕緣材料。本實施例中，所述陰極基板12為一玻璃板。所述螢光粉層18可以包括複數發光單元，且每個發光單元與電子發射裝置的一個電子發射體106對應設置。
可以理解，所述場發射顯示器100不限於上述結構。所述電子發射裝置也可以適用於其他結構的場發射顯示裝置。
請參見圖4，本發明第三實施例進一步提供一種反射式速調管200，包括一第一基板202、一第二基板204、一透鏡206、以及一電子發射裝置。所述反射式速調管內的壓強小於等於100帕。
所述第一基板202和第二基板204配合設置形成一諧振腔體。所述透鏡206設置於該諧振腔體的一端形成一輸出端。定義諧振腔體裏面為內，諧振腔體外面為外。
所述電子發射裝置包括一電子發射結構（圖未標）和一電子反射結構（圖未標）分別設置在第一基板202和第二基板204。所述電子發射結構與所述電子反射結構相對設置。該電子反射結構包括相互間隔設置的一反射極208以及一第二柵網212。該電子發射結構包括一陰極104、一電子引出極110、一電子發射體106、以及一第一柵網210。本實施例的電子發射裝置與第一實施例的電子發射裝置10的結構基本相同，不同之處在於，該電子發射裝置進一步包括第一柵網210，而不包括陽極電極112。
所述第一基板202包括一第一凹部（圖未標）。該第一凹部用以容納所述電子發射結構。所述第一柵網210設置於所述電子引出極110的表面，並覆蓋所述電子引出極110的通孔1100。當在所述第一柵網210施加一定的電壓時，可引出所述電子發射體106發射電子。
所述第二基板204包括一第二凹部（圖未標）。該第二凹部具有一底面以及一側面。所述第二柵網212設置於第二基板204的表面，並覆蓋所述第二凹部。具體的，第二柵網212部分與所述第二基板204的表面接觸，另一部分懸空設置。所述反射極208設置於所述第二凹部的底面，並與所述第二柵網212相對設置。所述反射極208用來反射電子。同時可在該反射極208施加一定的電壓，而與所述陰極104形成一電場，以使發射出的電子減速向反射極208運動。
所述電子發射體106發射出電子，由於裝置內的壓強小於100帕，所述電子發射端與陽極電極之間的距離大於等於10微米小於等於200微米，並且，電子發射體中每一個子電子發射體遠離陰極的一端至電子引出極通孔的側壁的最短距離基本一致，使得每一個子電子發射體具有大致相等的場強，因而電子在所述第一柵網210以及第二柵網212的作用下加速形成具有足夠電流密度的電子注，並依次穿過所述第一柵網210、第一柵網210與第二柵網212之間的諧振腔體以及第二柵網212。此時電子注受到諧振腔體的微波電場的速度調製，然後進入所述第二柵網212與所述反射極208形成的減速電場（反射極208的電位負於所述陰極104)。在減速電場作用下，所有電子都將被反射回來。此時受到速度調製的電子注，在減速電場內返轉運動過程中受到密度調製。該經過密度調製後的電子注再次穿過諧振腔體時在諧振腔體內與輸出端附近的微波場交換能量，電子注把動能交給微波場，完成放大或振盪的功能。
所述第一基板202和第二基板204的材料為金屬、高分子聚合物或矽等，本實施例中，第一基板202和第二基板204均採用矽。
所述第一柵網210和第二柵網212均包括至少一奈米碳管膜。所述奈米碳管膜具有複數微孔，以便於發射的電子由複數微孔穿過。所述第一柵網210的微孔與第二柵網212的微孔基本相對應設置。所述微孔的尺寸為1奈米至500微米。所述第一柵網210和第二柵網212的厚度大於等於10微米，優選地，第一柵網210和第二柵網212的厚度為30微米至60微米，以使得該第一柵網210及第二柵網212具有一定的機械強度，從而提高所述反射式速調管的使用壽命。
該奈米碳管膜包括複數連續且定向排列的奈米碳管束。該複數奈米碳管束通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管束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。該奈米碳管束的直徑為10nm~200nm。該奈米碳管膜中的奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。當所述第一柵網210和第二柵網212均採用複數奈米碳管膜時，相鄰兩個奈米碳管膜中的奈米碳管的排列方向有一夾角α，且0°≦α≦90°，從而使相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管相互交叉組成一網狀結構，該網狀結構包括複數微孔，該複數微孔均勻且規則分佈於奈米碳管膜中，其中，該微孔直徑為1奈米~0.5微米。所述奈米碳管膜的厚度為0.01微米~100微米。所述奈米碳管膜可以通過拉取一奈米碳管陣列直接獲得。所述奈米碳管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”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。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分。
本實施例中，所述第一柵網210和第二柵網212均採用兩個交叉設置的奈米碳管膜。所述第一柵網210中的微孔和第二柵網212中的微孔的大小相同，均為10微米至100微米。由於採用奈米碳管膜作為第一柵網210以及第二柵網212，該奈米碳管膜具有複數微孔，微孔的大小為10微米至100微米，因而降低了第一柵網210及第二柵網212對電子的截獲率，並且由於奈米碳管膜具有較好的力學性能，因而第一柵網210及第二柵網212具有較好的機械強度。另外，由於奈米碳管膜的導電性能優異，當在該奈米碳管膜分別作為第一柵網210及第二柵網212施加較小的電壓時，就可實現較好的電子群聚效果。
請參見圖5，本發明第四實施例提供一種電子發射裝置20，其包括一絕緣基底102，一陰極104，一電子發射體106，一絕緣層108、一電子引出極110、以及一陽極電極112。
本實施例中的電子發射裝置20與第一實施例中的電子發射裝置10類似，唯一區別為：第一實施例中電子發射裝置10的電子發射體106呈山丘狀，且其包括複數子電子發射體1060，如奈米碳管、奈米碳纖維、矽奈米線或矽尖等任何可以發射電子的結構；本實施中電子發射裝置20的電子發射體106為一奈米碳管線狀結構，該奈米碳管線狀結構包括複數奈米碳管。
所述奈米碳管線狀結構為複數奈米碳管線相互扭轉而成的絞線結構，或者由複數奈米碳管線並排組成的一束狀結構。該奈米碳管線包括複數奈米碳管，該複數奈米碳管沿所述奈米碳管線的軸向螺旋排列或大致平行排列。相鄰奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。該奈米碳管線的長度不限，其直徑為0.5奈米~100微米。具體地，該奈米碳管線可通過對從一奈米碳管陣列拉出的一奈米碳管拉膜進行機械力扭轉或有機溶劑處理而獲得，該奈米碳管線還可從一奈米碳管陣列直接拉出而獲得。該通過機械力扭轉而獲得的扭轉的奈米碳管線中，複數奈米碳管繞奈米碳管線的軸向螺旋排列。該從一奈米碳管陣列直接拉出或通過有機溶劑處理奈米碳管膜而獲得的非扭轉的奈米碳管線中，複數奈米碳管大致平行排列。
所述奈米碳管線狀結構包括第一端和與該第一端相對的第二端，所述第一端通過所述電阻層116與所述陰極104電連接，所述第二端包括複數類圓錐形尖端，如圖6、圖7所示。所述類圓錐形尖端為一奈米碳管束狀結構，該奈米碳管束狀結構包括複數沿尖端軸向定向延伸的奈米碳管。該尖端中複數奈米碳管之間通過凡得瓦力連接，且該尖端遠離奈米碳管線狀結構第一端的一端包括一根突出的奈米碳管，即所述奈米碳管束狀結構的尖端包括一根突出的奈米碳管，該奈米碳管位於所述奈米碳管束狀結構的中心，該突出的奈米碳管為電子發射體106的電子發射端。本實施例中，複數電子發射端之間具有一定間隙，可避免各個電子發射端之間的遮罩效應，同時該突出的奈米碳管被周圍的其他奈米碳管通過凡得瓦力牢牢固定，因此，該突出的奈米碳管可承受較大的放電電壓。該類圓錐形尖端可通過真空熔斷法、鐳射燒蝕法或者電子束掃描法處理所述奈米碳管線狀結構而形成。
所述奈米碳管線狀結構中，類圓錐形尖端的形狀與所述電子引出極110的通孔1100的側壁的形狀相似，即，所述電子發射體106的電子發射端的連線與所述電子引出極110的通孔1100的側壁的形狀一致或吻合，即奈米碳管線狀結構遠離陰極104的一端至電子引出極110的通孔1100的側壁的最短距離基本一致。也就是說，奈米碳管線狀結構中每一個奈米碳管束狀結構的尖端至電子引出極110的通孔1100的側壁的最短距離基本一致，該最短距離優選為5微米至300微米。優選地，每個類圓錐形尖端與電子引出極110通孔1100的側壁的最短距離相等。優選地，每個類圓錐形尖端與電子引出極110通孔1100的側壁的最短垂直距離相等。優選地，每個類圓錐形尖端與電子引出極110通孔1100的側壁的最短距離的差值為0~100微米。
請參見圖8，本發明第五實施例進一步提供一種採用所述電子發射裝置20的反射式速調管300，包括一第一基板202、一第二基板204、一透鏡206、第一柵網210、第二柵網212、一反射極208以及一電子發射裝置20。
本實施例中的反射式速調管300與第三實施例中的反射式速調管200類似，唯一區別為：第三實施例中反射式速調管200中的電子發射體106呈山丘狀，且其包括複數子電子發射體1060，如奈米碳管、奈米碳纖維、矽奈米線或矽尖等任何可以發射電子的結構；本實施中反射式速調管300中的電子發射體106為一奈米碳管線狀結構，該奈米碳管線狀結構包括複數奈米碳管。
請參見圖9，本發明第三實施例提供一種電子發射裝置30，其包括一絕緣基底102，一陰極104，一電子發射體106，一絕緣層108、一電子引出極110、以及一陽極電極112。
本實施例中的電子發射裝置30與第一實施例中的電子發射裝置10類似，唯一區別為：第一實施例中電子發射裝置10的電子發射體106呈山丘狀且包括複數子電子發射體1060。而本實施例中電子發射裝置30的電子發射體106包括一導電體118和複數子電子發射體1060，該導電體118呈一三角型，該三角型導電體118包括三個表面：第一表面1182、第二表面1184和第三表面。所述導電體118的第三表面通過電阻層116與陰極104電連接。所述複數子電子發射體1060設置在導電體118的第一表面1182和第二表面1184，且複數子電子發射體1060與導電體118的第一表面1182和第二表面1184均電連接。所述導電體118的材料不限，只要導電即可，比如，金屬、導電聚合物等。
請參見圖10，本發明第七實施例提供一種電子發射裝置40，其包括一絕緣基底102，一陰極104，一電子發射體106，一絕緣層108、一電子引出極110、以及一陽極電極112。
本實施例中的電子發射裝置40與第一實施例中的電子發射裝置10類似，唯一區別為：第一實施例中電子發射裝置10的電子發射體106呈山丘狀且包括複數子電子發射體1060。然而，本實施例中電子發射裝置40的電子發射體106包括一導電體218和複數子電子發射體1060，該導電體218呈一半球型。該半球型導電體218包括兩個表面：第四表面2182和第五表面。所述第四表面2182呈彎曲形，且向陰極104彎曲，所述複數子電子發射體1060設置在所述第四表面2182且與該第四表面2182電連接；所述第五表面為一平面，該第五表面通過所述電阻層116與陰極104電連接。所述導電體218的材料不限，只要導電即可，比如，金屬、導電聚合物等。
可以理解，所述導電體的形狀不限，只要該導電體與所述電子引出極110的通孔1100具有基本一致的形狀即可。例如，所述導電體除了與陰極104電連接的表面外，其餘的表面與所述通孔1100的側壁所形成的弧面一致或平行。此時，所述子電子發射體1060可以具有相等的高度。
相較於先前技術，本發明所提供的反射式速調管及電子發射裝置具有如下優點：第一，由於裝置內的壓強小於100帕，子電子發射體與陽極電極之間的距離大於等於10微米小於等於200微米，並且，電子發射體中每一個子電子發射體遠離陰極的一端至電子引出極通孔的側壁的最短距離基本一致，使得每一個子電子發射體具有大致相等的場強，因而，使每一個子電子發射體均能發射較多電子，提高了電子發射體的總體電流發射密度，從而可得到較大的注入電子的電流密度，繼而實現反射式速調管的太赫茲波的輸出。第二，此時裝置內的氣體成分不限，可為空氣或者惰性氣體，從而避開了裝置封裝中的高真空維持的難題，從而便於該裝置的製備以及應用。
另外，與複數長度一致的子電子發射體組成的電子發射體相比，本發明由於電子發射體的整體形狀為一高度由對應電子引出極通孔中心的位置向四周逐漸減小，或該電子發射體由複數呈類圓錐形尖端的奈米碳管束狀結構組成的奈米碳管線狀結構組成，因此，降低了電子發射體中複數子電子發射體之間的遮罩效應，提高了電子發射體的總體電流發射密度。並且，電子引出極的通孔呈現倒漏斗的形狀，從而使通孔的寬度隨著遠離陰極的方向而變窄，對電子發射體所發射的電子束具有一定的聚焦作用，進一步提高了電子發射體的電流發射密度。
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。
10，20，30，40‧‧‧電子發射裝置
12‧‧‧陰極基板
14‧‧‧陽極基板
15‧‧‧絕緣支撐體
112‧‧‧陽極電極
18‧‧‧螢光粉層
100‧‧‧場發射顯示器
102‧‧‧絕緣基底
104‧‧‧陰極
106‧‧‧電子發射體
1060‧‧‧子電子發射體
10602‧‧‧第一端
10604‧‧‧第二端
108‧‧‧絕緣層
110‧‧‧電子引出極
114‧‧‧固定元件
116‧‧‧電阻層
1080‧‧‧第一開口
1100‧‧‧通孔
1140‧‧‧第三開口
200，300‧‧‧反射式速調管
202‧‧‧第一基板
204‧‧‧第二基板
206‧‧‧透鏡
208‧‧‧反射極
210‧‧‧第一柵網
212‧‧‧第二柵網
無
14‧‧‧陽極基板
112‧‧‧陽極電極
100‧‧‧場發射顯示器
102‧‧‧絕緣基底
104‧‧‧陰極
106‧‧‧電子發射體
1060‧‧‧子電子發射體
10602‧‧‧第一端
10604‧‧‧第二端
108‧‧‧絕緣層
110‧‧‧電子引出極
114‧‧‧固定元件
116‧‧‧電阻層
1080‧‧‧第一開口
1100‧‧‧通孔
1140‧‧‧第三開口
Claims (18)
- 一種反射式速調管，其包括：
一第一基板和一第二基板，該第一基板和第二基板配合設置形成一諧振腔體；
一透鏡，該透鏡設置於該諧振腔體的一端形成一輸出端；以及
一電子發射裝置，該電子發射裝置向所述諧振腔體內部發射電子，該電子在諧振腔體內振盪，最終由輸出端輸出，所述電子發射裝置包括：
一電子發射結構和一電子反射結構分別設置在第一基板和第二基板，且相對設置，其中，
該電子反射結構包括：反射極、第二柵網；
該電子發射結構包括：陰極、電子引出極、電子發射體和第一柵網，
其中，該電子發射體與所述陰極電連接，該電子引出極具有一通孔對應所述電子發射體，所述電子發射體包括複數子電子發射體，每個子電子發射體具有一電子發射端，每一電子發射端至電子引出極的所述通孔的側壁的最短距離基本一致，每一電子發射端與反射極之間的距離大於等於10微米小於等於200微米，所述反射式速調管內的壓強小於等於100帕。 - 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述每個子電子發射體遠離陰極的一端至電子引出極的所述通孔的側壁的最短距離的差值大於1微米小於等於50微米。
- 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述電子引出極的通孔設置在電子發射體的正上方。
- 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述電子引出極的通孔呈現倒漏斗的形狀。
- 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述電子引出極的通孔具有一遠離所述陰極的第二開口及一靠近所述陰極的第四開口，第二開口的面積小於所述第四開口的面積。
- 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述電子引出極的通孔的側壁的表面為平面、凹面或凸面。
- 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述電子發射體為一奈米碳管陣列，包括複數奈米碳管，該複數奈米碳管的高度從對應電子引出極通孔中心的位置向四周逐漸減小。
- 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述子電子發射體遠離陰極的一端至電子引出極的所述通孔的側壁的最短距離為5微米至100微米。
- 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述子電子發射體的表面設置一層抗離子轟擊材料，所述抗離子轟擊材料包括碳化鋯、碳化鉿、以及六硼化鑭中的一種或多種。
- 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述電子發射體包括奈米碳管、奈米碳纖維、矽奈米線或矽尖。
- 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述電子發射體為一奈米碳管線狀結構，該奈米碳管線狀結構遠離陰極的一端由複數呈類圓錐形尖端的奈米碳管束狀結構組成，每個奈米碳管束狀結構的尖端至電子引出極的通孔的側壁的最短距離基本一致。
- 如請求項11所述的反射式速調管，其中，所述奈米碳管束狀結構包括複數沿所述尖端軸向定向延伸的奈米碳管，該複數奈米碳管之間通過凡得瓦力連接。
- 如請求項11所述的反射式速調管，其中，所述奈米碳管束狀結構的尖端包括一根突出的奈米碳管，該奈米碳管位於所述奈米碳管束狀結構的中心。
- 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述第二柵網設置在所述第一柵網與反射極之間，並與第一柵網以及反射極間隔設置，所述第一柵網與第二柵網為至少兩個交叉設置的奈米碳管膜。
- 如請求項14所述的反射式速調管，其中，所述第一柵網與第二柵網之間的間距為3微米~25微米。
- 如請求項14所述的反射式速調管，其中，所述奈米碳管膜包括複數通過凡得瓦力首尾相連且沿同一方向延伸的奈米碳管。
- 如請求項1所述的反射式速調管，其中，所述電子發射裝置進一步包括一電阻層，所述電阻層設置於電子發射體與陰極之間，所述電阻層的電阻大於10GΩ。
- 一種電子發射裝置，包括：
一陽極電極；
一陰極，所述陰極與陽極電極相對且間隔設置；
一電子發射體，該電子發射體與所述陰極電連接；
一電子引出極，該電子引出極通過一絕緣層與所述陰極電絕緣且間隔設置，該電子引出極具有一通孔對應所述電子發射體；
其改進在於，所述電子發射體包括複數子電子發射體，每個子電子發射體具有一電子發射端，每一電子發射端至電子引出極的所述通孔的側壁的最短距離基本一致，每一電子發射端與陽極電極之間的距離大於等於10微米小於等於200微米，所述電子發射裝置內的壓強小於等於100帕。
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