TWI550675B - 電子發射裝置及電子發射顯示器 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種電子發射裝置及具有該電子發射裝置的電子發射顯示器，尤其涉及一種基於奈米碳管的冷陰極電子發射裝置。
電子發射顯示裝置在各種真空電子學器件和設備中係不可缺少的部份。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型電子發射源的工作原理與MIM型電子發射源不相同，所述MIM型電子發射源的電子加速係在絕緣層中進行的，而MISM型電子發射源的電子加速係在半導體層中完成的。
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
過上電極而逸出至真空，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上電極時需要克服的勢壘往往比電子的平均動能高，因而造成電子發射裝置的電子發射率低，使得電子發射顯示器的顯示效果不夠理想。
有鑒於此，提供一種具有較高電子發射率及較高顯示效果的電子發射裝置及電子發射顯示器實為必要。
一種電子發射裝置，其包括複數條形第一電極及條形第二電極交叉且間隔設置，所述複數條形第一電極相互間隔並沿第一方向延伸，所述複數條形第二電極相互間隔並沿第二方向延伸，位於交叉位置處的條形第一電極與條形第二電極之間形成一電子發射單元，每一電子發射單元包括依次層疊設置的一半導體層及一絕緣層，所述條行第一電極為一奈米碳管層，所述半導體層包括複數孔洞，所述條形奈米碳管層覆蓋所述複數孔洞，對應孔洞位置處的條形奈米碳管層懸空設置。
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，所述電子發射裝置採用上述所述的電子發射裝置。
與先前技術相比較，本發明提供的電子發射裝置及電子發射顯示器中，由於第一電極為奈米碳管層，有利於電子出射；並且半導體層中設置有複數孔洞，能夠減少電子穿越半導體層造成的能量損失，從而電子能夠更加容易的從孔洞位置處透射出奈米碳管層，並且使得電子具有更大的動能以穿過所述奈米碳管層形成電子
發射，提高了電子發射率，使得所述電子發射顯示器具有更好的顯示效果。
10，20‧‧‧電子發射源
101‧‧‧第一電極
1031‧‧‧第一表面
1032‧‧‧第二表面
102‧‧‧半導體層
1022‧‧‧孔洞
103‧‧‧絕緣層
104‧‧‧第二電極
105‧‧‧基底
106‧‧‧電子收集層
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‧‧‧螢光層
518‧‧‧絕緣支撐體
圖1係本發明第一實施例提供的電子發射源的結構示意圖。
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係本發明第二實施例提供的電子發射源的結構示意圖。
圖7為電子發射源中具有匯流電極的結構示意圖。
圖8為本發明第三實施例提供的電子發射裝置的結構示意圖。
圖9係本發明第四實施例提供的電子發射裝置的結構示意圖。
圖10係圖9中電子發射裝置中所述電子發射源沿X-X線的剖視圖。
圖11係本發明第五實施例提供的電子發射顯示器的結構示意圖。
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為本發明第六實施例提供的電子發射裝置的結構示意圖。
圖14為圖13所述電子發射裝置沿XIV-XIV線的剖視圖。
圖l5為本發明第七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源、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102，一絕緣層103，及一第二電極104。所述第一電極101與所述第二電極104相對且間隔設置，所述第一電極101作為電子發射源10的電子發射端以發射電子。
所述絕緣層103具有相對的第一表面1031及相對的第二表面1032，所述第二電極104設置於所述絕緣層103的第一表面1031。進一步，所述第二電極104覆蓋所述絕緣層103的第一表面1031。所述絕緣層103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103的厚度可為50奈米~100微米。本實施例中，所述絕緣層103的材料為氧化鉭，厚度為100奈米。
所述半導體層102設置於所述絕緣層103的第二表面1032，具體的，所述半導體層102覆蓋所述絕緣層103的第二表面1032，並通過所述絕緣層103與所述第二電極104絕緣設置。所述半導體層102起到加速電子的作用，電子在半導體層102中得到加速。所述半導體層102的材料可為半導體體材料，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。
所述半導體層102為一圖案化的連續的結構，具體的，所述半導體層102具有複數孔洞1022間隔設置。所述孔洞1022的佔空比可為1：10至1：1，如1：3，1：5，1：8等。所述孔洞1022橫截面
的形狀可為圓形、矩形、三角形或其他幾何形狀。所述複數孔洞1022之間的距離可為5奈米至1微米，可以根據需要進行選擇。進一步，雖然所述半導體層102具有複數孔洞1022，然而所述複數孔洞1022並不會破壞所述半導體層102的整體結構，所述半導體層102仍然保持連續的狀態。所述孔洞1022可減小所述第一電極101與所述半導體層102之間的應力，從而減少第一電極101及所述半導體層102破損的幾率。所述孔洞1022的直徑可為5奈米至50奈米，本實施例中，所述孔洞1022的孔徑為20奈米。
所述孔洞1022可為盲孔或通孔。當所述孔洞1022為盲孔時，所述盲孔至少設置於所述半導體層102靠近第一電極101的表面，且均勻分佈於所述半導體層102的表面。所述半導體層102靠近所述第一電極101的表面為一圖案化的表面。進一步的，所述盲孔也可設置於所述半導體層102的兩個表面。所述盲孔的深度可根據所述半導體層102的厚度進行選擇，所述盲孔的深度小於所述半導體層102的深度。所述孔洞1022為通孔時，所述通孔沿所述半導體層102的厚度方向貫穿所述半導體層102，所述通孔可均勻分佈於所述半導體層102中，以均勻的分散第一電極101與所述半導體層102之間的應力。本實施例中，所述孔洞1022為通孔。
進一步的，所述圖案化的半導體層102也可為一不連續的結構，即所述半導體層102被所述孔洞1022分割成複數相互間隔的區塊，相鄰的區塊之間構成所述孔洞1022。所述孔洞1022的大小或者相互間隔區塊間的間距可以根據所述第一電極101的厚度進行選擇，以保證所述孔洞1022能夠支撐所述第一電極101而不使所述第一電極101斷裂。
所述第一電極101設置於所述半導體層102遠離絕緣層103的表面，所述第一電極101同時起到電極及電子出射面的作用。所述第一電極101包括一奈米碳管層，進一步，所述第一電極101為一奈米碳管層。所述奈米碳管層包括複數奈米碳管，由於奈米碳管的逸出功較小，從半導體層102出射的電子具有足夠的速度和能量，從第一電極101表面逸出形成電子發射。所述第一電極101可覆蓋所述半導體層102遠離絕緣層103的整個表面，以有利於均勻的分散電流。具體的，所述第一電極101具有相對的第一表面及第二表面，所述第二表面設置於所述半導體層102遠離絕緣層103的表面，所述第一表面形成所述電子發射源10的電子出射面。所述第一電極101中對應於所述孔洞1022位置處的所述第一電極101懸空設置，具體的，位於孔洞1022位置處的第一電極101不與所述孔洞1022的側壁接觸。
所述第一電極101包括一奈米碳管層，所述奈米碳管層複數奈米碳管，所述奈米碳管的延伸方向平行於所述第一電極101的表面，進一步，所述奈米碳管的延伸方向平行於所述半導體層102的表面，對應孔洞1022位置處的奈米碳管不與所述孔洞1022的側壁接觸。進一步，所述奈米碳管層可為由複數奈米碳管組成的整體結構，即所述第一電極101為一純奈米碳管結構，且所述奈米碳管為未經功能化處理的純奈米碳管。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。所述自支撐係指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(圖未示)，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，以利於電子出射。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第一電極101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。當所述第一電極101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。當所述第一電極101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。
本實施例中，所述奈米碳管層為兩層交叉設置的奈米碳管拉膜，所述奈米碳管拉膜為從奈米碳管陣列拉取得到，所述奈米碳管拉膜的厚度為50奈米。
所述第二電極104為一導電金屬薄膜。所述第二電極104的材料可為金、鉑、鈧、鈀、鉿等金屬。所述第二電極104的厚度可為10
奈米~100微米，優選為10奈米~50奈米。本實施例中，所述第二電極104為鉬金屬薄膜，厚度為100奈米。可以理解，所述第二電極104的材料還可為奈米碳管或石墨烯。
進一步，所述電子發射源10可設置於一基底105表面，且所述第二電極104設置於所述基底105的表面。所述基底105用於支撐所述電子發射源10。所述基底105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。
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104的電勢較高，電子由奈米碳管層注入到半導體層102，並在所述半導體層102與絕緣層103相接觸的表面而形成介面態，正半周時，由於奈米碳管層的電勢較高，該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，由於半導體層102與所述奈米碳管層緊密接觸，因而一部份能量高的電子可迅速穿過奈米碳管層逸出而成為發射電子。
由於所述半導體層102具有複數孔洞1022，因此電子能夠更加容易的從孔洞1022位置處透射出奈米碳管層，而不再穿過所述半導體層102，使得電子具有更大的動能穿過所述奈米碳管層形成電子發射。再者，通過設置所述孔洞1022，能夠節省所述半導體層102的材料。最後，通過設置所述複數孔洞1022，能夠進一步減小奈米碳管層與所述半導體層102之間的應力，從而極大的減少了奈米碳管層及半導體層102出現破損斷裂的幾率。
請參閱圖6，本發明第二實施例提供一種電子發射源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106，一絕緣層103，及一第二電極104。
所述電子發射源20的結構與所述第一實施例提供的電子發射源10的結構基本相同，不同之處在於，在所述半導體層102與所述絕緣層103之間進一步設置有所述電子收集層106。具體的，所述電子收集層106夾持於所述半導體層102與所述絕緣層103之間，且與所述半導體層102及絕緣層103接觸設置。所述電子收集層106起到收集並儲存電子的作用。
所述電子收集層106分別與所述半導體層102及絕緣層103接觸設置。所述電子收集層106為一導電材料形成的導電層。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等，還可為以上所述材料的複合材料。所述電子收集層106的厚度可為0.1奈米至10奈米。
本實施例中，所述電子收集層106可包括一奈米碳管層。所述奈米碳管層的具體結構與所述第一電極101的結構相同，在此不再贅述。
所述電子收集層106也可為一石墨烯膜。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106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。所述奈米碳管拉膜具有良好的導電性及電子收集作用，同時具有良好的機械性能，從而能夠有效的提高所述電子發射源20的壽命。
請參閱圖7，進一步，可在所述第一電極101遠離半導體層102的表面設置一對匯流電極107。該兩個匯流電極107相對且間隔設置且與所述第一電極101電連接以輸入電流。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。本實施例中，該兩個匯流電極107設置於所述第一電極101的兩端。該兩個匯流電極107與外部電路(圖未示)電連接，以使得所述奈米碳管層中的電流分佈均勻。
所述匯流電極107的形狀不限，可為長條形、正方形等。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，所述匯流電極107平行且間隔設置於所述第一電極101相對的兩端。
請參閱圖8，本發明第三實施例提供一種電子發射裝置300，其包括複數間隔設置的電子發射單元30，每一所述電子發射單元30包括依次層疊設置的一第一電極101，一半導體層102，一絕緣層103及一第二電極104，其中，該複數電子發射單元30中的絕緣層103相互連接而形成一連續的層狀結構。該電子發射裝置400設置於一基底105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共用一個連續的絕緣層103，即該複數電子發射單元30中的絕緣層103相互連接而成連續的層狀結構。所述複數電子發射單元30相互獨立工作，具體的，相鄰的兩個電子發射單元30中的第一電極101相互間隔，所述半導體層102也間隔設置。相鄰的兩個電子發射單元30中的第二電極104也相互間隔及絕緣設置。
可以理解，所述複數電子發射單元30中的半導體層102也可連續。即所述半導體層102為一整體的層狀結構設置於所述絕緣層103的表面，所述每個電子發射單元30中的第一電極101相互間隔的設置於所述絕緣層103的表面。
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，其包括複數電子發射單元40，複數行電極401及複數列電極402設置於一基底105表面。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102，一絕緣層103及一第二電極104，其中，該複數電子發射單元40中的絕緣層103相互連接
而形成一連續的層狀結構。
所述電子發射裝置400與所述電子發射裝置300結構基本相同，且所述電子發射單元40與所述電子發射單元30結構相同。其不同在於，所述電子發射裝置400進一步包括複數行電極401及複數列電極402以分別與所述電子發射單元40電連接。
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103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。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，以提供電子發射單元40正常發射電子所需的電壓。具體的，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104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。
所述電子發射單元40相互間隔形成具有複數行複數列的陣列，並且位於同一行的電子發射單元40中的所述第一電極101相互間隔設置，位於同一列的電子發射單元40中所述第一電極101之間也相互間隔設置。同時，與此對應的，位於同一列的電子發射單元40中所述第二電極104之間相互間隔設置，位於同一行的電子發射單元40中所述第二電極104之間也相互間隔設置。進一步，位
於同一列的電子發射單元40中所述半導體層102之間相互間隔設置，位於同一行的電子發射單元40中所述半導體層102之間也相互間隔設置。可以理解，所述複數電子發射單元40中的半導體層102也可相互聯繫形成一整體的半導體層102。
進一步，所述電子發射單元40可與所述電子發射源20結構基本相同，即每一電子發射單元40中，可進一步包括一電子收集層(圖未示)設置於所述半導體層102與所述絕緣層103之間，以收集電子，提高電子發射效率。
請參閱圖11及圖12，本發明第五實施例還提供一種場發射顯示器500，其包括：一基底105，一設置於基底105表面的複數電子發射單元40，及一陽極結構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的螢光層516。所述陽極結構510通過一絕緣支撐體518與基底105封接。所述陽極514可為氧化銦錫薄膜。所述螢光層516與所述電子發射單元40相對設置。
具體的，所述螢光層516與所述第一電極101相對設置，以接受從第一電極101出射的電子。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104和陽極514。一般情況下，第二電極104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，並轟擊塗覆於陽極514上的螢光層516，發出螢光，實現場發射顯示器500的顯示功能。
請一併參閱圖13及圖14，本發明第六實施例提供一種電子發射裝置600，包括複數條形第一電極101及複數條形第二電極104交叉且間隔設置。所述複數條形第一電極101相互間隔並沿一第一方向延伸，所述複數條形第二電極104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101與條形第二電極104之間包括一半導體層102及絕緣層103層疊設置，且所述條形第一電極101設置於所述半導體層102表面。
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400的結構基本相同，不同之處在於，包括複數沿第一方向(如X方向)的條形第一電極101及複數沿第二方向(如Y方向)延伸的條形電極第二電極104。定義垂直於由所述第一方向X與第二方向Y定義的平面的方向為一第三方向Z，從該第三方向Z上看，所述複數條形第一電極101及複數條形第二電極104呈行列排布。由於所述第一方向X與第二方向Y形成夾角α，0°<α≦90°，因而，從該第三方向Z上看所述第一電極101與第二電極104相互交叉並部份重疊。將所述第一電極101與第二電極104重疊的區域定義為一有效電子發射區域1012。
每一有效電子發射區域1012中均設置有一電子發射模組，由於所述複數條形第一電極101與所述條形第二電極104交叉設置，從而形成複數電子發射模組，並且所述複數電子發射模組形成具有複數行複數列的陣列。由於相鄰的電子發射模組中的半導體層102均相互間隔設置，因此複數半導體層102也形成複數行複數列的陣列。位於同一行的複數半導體層102與同一條形第一電極101電連接接觸設置，位於同一列的複數半導體層102沿同一列條形第
二電極104排列設置。
當第一電極101與第二電極104存在足夠的電壓差時，在所述第一電極101的第一電極101與第二電極104重疊的區域發射出電子。即，每一電子發射區域1012位置處的第一電極101、半導體層102、絕緣層103及第二電極104看作為一個電子發射單元60，所述電子發射裝置600為複數電子發射單元60的形成的陣列。該複數電子發射單元60共用絕緣層103。進一步，位於第一方向上的複數電子發射單元60共用一第一電極101，位於第二方向上的複數電子發射單元60共用一第二電極104。
可以理解，該電子發射裝置600中所述絕緣層103可被圖案化，即相鄰的電子發射單元的絕緣層103可相互間隔設置，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。
所述電子發射裝置600在工作時，分別施加不同電壓給第一電極101、第二電極104和陽極514。一般情況下，第二電極104為接地或零電壓，第一電極101的電壓為幾十伏至幾百伏。由於第一電極101與第二電極104呈陣列排布並相互交叉重疊，對應有效發射區域1012位置處的第一電極101與第二電極104之間形成一電場，在電場作用下，電子穿過半導體層102而從第一電極101的有效發射區域1012發射出來。
進一步，所述複數電子發射單元60中的半導體層102相互連接形成一連續的半導體層102，即所述複數電子發射單元60共用一層連續的半導體層。
請參閱圖15，本發明第七實施例還提供一種場發射顯示器700，其包括：一基底105，一設置於基底105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，每一電子發射裝置600包括複數電子發射單元60。
所述場發射顯示器700與場發射顯示器500的結構基本相同，不同之處在於，在電子發射單元60中，第一方向上的複數第一電極101相互連接而形成複數上電極條1010，第二方向Y上的複數第二電極104相互連接而形成複數第二電極104。
當所述場發射顯示器700在應用時，分別施加不同電壓給第一電極101、第二電極104和陽極514。一般情況下，第二電極104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。第一電極101的有效發射區域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。
101‧‧‧第一電極
103‧‧‧絕緣層
104‧‧‧第二電極
105‧‧‧基底
600‧‧‧電子發射裝置
Claims (20)
- 一種電子發射裝置，其包括複數條形第一電極及條形第二電極交叉且間隔設置，所述複數條形第一電極相互間隔並沿第一方向延伸，所述複數條形第二電極相互間隔並沿第二方向延伸，位於交叉位置處的條形第一電極與條形第二電極之間形成一電子發射單元，每一電子發射單元包括依次層疊設置的一半導體層及一絕緣層，所述條行第一電極為一奈米碳管層，所述半導體層包括複數孔洞，所述條形奈米碳管層覆蓋所述複數孔洞，對應孔洞位置處的條形奈米碳管層懸空設置。
- 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，所述每一電子發射單元中所述半導體層為一圖案化的連續的結構。
- 如請求項第2項所述的電子發射裝置，其中，所述複數孔洞為複數盲孔，所述複數盲孔至少設置於所述半導體層靠近奈米碳管層的表面。
- 如請求項第3項所述的電子發射裝置，其中，所述半導體層覆蓋所述複數盲孔，對應盲孔位置處的奈米碳管層懸空設置。
- 如請求項第2項所述的電子發射裝置，其中，所述孔洞為通孔，所述通孔沿所述半導體層的厚度方向貫穿所述半導體層。
- 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，所述半導體層被所述孔洞分割成相互間隔的區塊形成一不連續的結構。
- 如請求項第1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擇優取向延伸，所述奈米碳管的延伸方向平行於所述半導體層的表面。
- 如請求項第1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形成一連續的層狀結構。
- 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，述複數條形奈米碳管層與所述條形第二電極交叉設置形成複數電子發射單元，所述複數電子發射單元形成具有複數行複數列的陣列。
- 如請求項第9項所述的電子發射裝置，其中，所述複數電子發射單元中的半導體層相互間隔形成複數行複數列的陣列，且位於同一行的複數半導體層與同一條形奈米碳管層電連接，位於同一列的複數半導體層沿同一列條形第二電極排列。
- 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，所述孔洞的孔徑為5奈米至50奈米。
- 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層由純奈米碳管組成。
- 如請求項第12項所述的電子發射裝置，其中，所述複數奈米碳管通過凡得瓦力相互連接，相互接觸形成一自支撐結構。
- 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層包括奈米碳管膜、奈米碳管線或兩者組合。
- 如請求項第14項所述的電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層包括一單層奈米碳管膜或複數層疊設置的奈米碳管膜。
- 如請求項第14項所述的電子發射裝置，其中，所述奈米碳管層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，所述複數交叉設置的奈米碳管線組成一網狀結構。
- 如請求項第1項所述的電子發射裝置，其中，進一步包括一電子收集層設置於每一電子發射模組中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。
- 如請求項第17項所述的電子發射裝置，其中，所述電子收集層為一石墨烯膜，所述石墨烯膜包括至少一層石墨烯。
- 如請求項第17項所述的電子發射裝置，其中，所述電子收集層為一奈米碳管層，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。
- 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，所述電子發射裝置採用上述請求項1-18中任一一項所述的電子發射裝置。
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