CN101499391B - 电子发射装置及显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种电子发射装置，包括一阴极装置及一栅极，该栅极与该阴极装置间隔设置并与该阴极装置电绝缘，其中，所述栅极为一碳纳米管层。一种采用上述电子发射装置的显示装置，包括一阴极装置，一与阴极装置相对设置的阳极装置，一栅极设置在该阴极装置与该栅极装置之间，并与该阴极装置和该阳极装置间隔，其中，所述栅极包括一碳纳米管层。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子发射装置及使用该电子发射装置的显示装置。
背景技术
电子发射显示装置是发展较快的一代新兴技术，相对于传统的显示装置，电子发射显示装置具有高亮度、高效率、大视角，功耗小以及体积小等优点，因此电子发射显示装置被广泛应用于汽车、家用视听电器、工业仪器等小尺寸的显示领域。
传统的电子发射显示装置的结构可以分为二极型和三极型。二极型电子发射显示装置包括有阳极和阴极，这种结构由于需要施加高电压，而且均匀性以及电子发射难以控制，仅适用于字符显示，不适用于图形和图像显示。三极型结构则是在二极型基础上改进，增加栅极来控制电子发射，可以实现在较低电压条件下发出电子，而且电子发射容易通过栅极来精确控制。因此，三极型电子发射显示装置中，这种由产生电子的阴极和引出电子并将电子加速的栅极构成的电子发射装置成为目前较为常用的一种电子发射装置。
现有的常用的电子发射装置通常包括阴极、绝缘支撑体和栅极。阴极包括多个电子发射体。绝缘支撑体设置于阴极上，对应于电子发射体开有通孔。栅极设置于绝缘支撑体上，对应于电子发射体开有通孔。使用时，施加不同电压在栅极和阴极上，电子从电子发射体发射出，并穿过绝缘支撑体及栅极的通孔，发射出来。
现有的电子发射装置中，其栅极常采用多孔的金属栅网结构。金属栅网上的多个网孔即栅极的栅孔，栅孔的孔径应尽量较小，这是因为微小的栅孔不仅可以使栅孔内外形成更均匀的空间电场，而且可以降低栅极电压，从而降低电子束的发散(请参见“具有微小栅极孔径的场发射阴极的模拟”，宋翠华，真空电子技术，场发射与真空微电子会议专辑，2006)。但是，由于受工艺条件的限制，这种金属栅网结构的网孔一般通过光刻技术或者化学腐蚀工艺制得(请参见“New Type Gate Electrode of CNT-FED Fabricated byChemical Corrosive method”，Chen Jing，Journal of Southeast University，V23，P241(2007))，直径一般都大于10微米，因此无法进一步提高栅极栅孔内外的空间电场均匀性，从而进一步改善电子发射装置发射电子的速度的均匀性。且，这种金属栅极的密度较大，质量较大，因此使电子发射装置质量较大，限制了电子发射装置的应用。另外，现有的栅极的制备方法中的腐蚀工艺复杂不易控制，化学腐蚀液对环境产生较大污染。
因此，确有必要提供一种电子发射装置及使用该电子发射装置的显示装置，该电子发射装置发射电子的速度均匀，电子发射率较高，且质量较小。
发明内容
一种电子发射装置，包括一阴极装置及一栅极，该栅极与该阴极装置间隔设置并与该阴极装置电绝缘，其中，所述栅极为一碳纳米管层。
一种采用上述电子发射装置的显示装置，包括一阴极装置，一与阴极装置相对设置的阳极装置，一栅极设置在该阴极装置与该栅极装置之间，并与该阴极装置和该阳极装置间隔，其中，所述栅极包括一碳纳米管层。
相对于现有技术，本技术方案所提供的电子发射装置及使用该电子发射装置的显示装置采用碳纳米管层作为栅极，其存在以下优点：其一，碳纳米管层中的微孔即为栅极的栅孔，该栅极的栅孔分布均匀，且直径较小，在栅极与阴极之间可形成均匀的电场，使该电子发射装置与发射电子的速度均匀，电子的发射率较高；其二，由于作为栅极的碳纳米管层的密度较低，质量轻，因此该电子发射装置的质量相对较小，可方便应用于各种领域；其三，该栅极的制备方法简单，无需化学腐蚀等工艺，不会对环境产生污染。
附图说明
图1为本技术方案实施例所提供的电子发射装置的结构示意图；
图2为本技术方案实施例所提供的栅极的结构示意图。
图3为本技术方案实施例所提供的显示装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，本技术方案实施例提供一种电子发射装置10，包括一基底12；一阴极装置14，该阴极装置14设置于该基底12上；一绝缘支撑体20，该绝缘支撑体20设置于基底12上；一栅极22，该栅极22设置于绝缘支撑体20上，通过绝缘支撑体20与该阴极装置14间隔设置并与该阴极装置14电绝缘。
所述基底12的形状不限，优选地，该基底12为一长条状长方体，基底12的材料为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料。本实施例中，该绝缘基底12的优选一陶瓷板。
所述的阴极装置14包括冷阴极装置和热阴极装置，其具体结构不限。该阴极装置14包括多个电子发射体18，该电子发射体18的具体结构不限，可以为阵列或其它预定图案的电子发射体。本实施例中，阴极装置14优选为一冷阴极装置，其包括一导电层16和多个电子发射体18，该多个电子发射体18均匀分布且垂直设置于该导电层16上，与导电层16电连接。该导电层16铺设于基底12上，为长条形或带状，导电层16的材料为铜、铝、金、银等金属或铟锡氧化物(ITO)。电子发射体18为金属微尖或者碳纳米管，也可以采用其它电子发射体。优选地，导电层16为一长条形ITO膜，电子发射体18为碳纳米管。
所述绝缘支撑体20用于支撑栅极22，其具体形状不限，只需确保栅极22与阴极装置14间隔设置并与阴极装置14电绝缘即可。该绝缘支撑体20的材料为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料。本实施例中，绝缘支撑体16为两个形状和大小相同长条状的玻璃，其分别设置于阴极装置14的两端，并与阴极装置14垂直。
请参阅图2，所述栅极22为一碳纳米管层，该碳纳米管层为由碳纳米管26形成的一自支撑结构，其厚度为1纳米-10微米。该该碳纳米管层中包括多个微孔24，该微孔24的直径为1纳米-10微米。可以理解，同一碳纳米管层中的微孔24大小相同，直径均一且分布均匀。
该碳纳米管层进一步包括至少一层碳纳米管薄膜或至少两层重叠的碳纳米管薄膜。该碳纳米管薄膜的厚度为1纳米-100纳米。该碳纳米管薄膜为一自碳纳米管阵列中直接拉伸得到的自支撑薄膜结构，该碳纳米管薄膜中的碳纳米管26沿拉伸方向择优取向排列。具体地，该碳纳米管薄膜包括多个首尾相连且择优取向排列的碳纳米管片断，碳纳米管片断之间通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片断中包括多个长度相同平行排列的碳纳米管26，碳纳米管片断中的碳纳米管26通过范德华力连接。
可以理解，碳纳米管26在碳纳米管薄膜中均匀分布，且排列方向一致。该碳纳米管26为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其任意组合的混合物。该单壁碳纳米管的直径为0.5纳米-50纳米，双壁碳纳米管的直径为1纳米-50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米-50纳米，碳纳米管的长度均为10微米-5000微米。
当栅极22为采用单层碳纳米管薄膜的碳纳米管层时，碳纳米管薄膜中的相邻碳纳米管26之间所形成的间隙即为微孔24，阴极装置14中的电子发射体16所发出的电子从该微孔24通过。因为碳纳米管26在碳纳米管薄膜中均匀分布，且排列方向一致，所以栅极22的微孔24分布较为均匀，且由于该碳纳米管薄膜为从一碳纳米管阵列中直接拉伸得到，因此碳纳米管薄膜中的碳纳米管26直径和长度近似相等，因此微孔24的直径均一。
当栅极22为采用包括多层碳纳米管薄膜的碳纳米管层时，碳纳米管薄膜可沿一定方向相互叠加，相邻两层的碳纳米管薄膜中的碳纳米管26的排列方向形成一夹角α，0°≤α≤90°。碳纳米管层中的碳纳米管26交叉形成多个微孔24，其直径为1纳米-10微米。可以理解，微孔24的大小与碳纳米管层中所包含的碳纳米管薄膜的层数和相邻两层碳纳米管薄膜的叠加角度有关。因为碳纳米管26在碳纳米管薄膜中均匀分布，且排列方向一致，因此多层碳纳米管薄膜相互叠加后所形成的微孔24分布均匀且直径均一。
本实施例中，栅极22为一包括三层碳纳米管薄膜的碳纳米管层，其厚度为1微米，所述的碳纳米管层中，相邻两层碳纳米管薄膜中碳纳米管26的排列方向的夹角为60度，三层碳纳米管薄膜中的碳纳米管26交叉形成的微孔24即栅孔的直径为20纳米。
可以理解，栅极22还可以采用其它结构的碳纳米管层，该碳纳米管层的具体结构不限，只需确保该碳纳米管层中有均匀分布的微孔24作为栅极22的栅孔，可使电子穿过即可。
电子发射装置10在应用时，分别施加不同电压给阴极装置14和栅极22(一般情况下，阴极装置14为接地或零电压，栅极22的电压为几十伏至几百伏左右)。阴极装置14中电子发射体16所发出的电子在栅极22的电场作用下，向栅极22的方向运动，通过栅极22的栅孔发射出去。由于栅极22为一碳纳米管层，其栅孔的直径为1纳米-10微米，孔径较小且分布均匀，因此在阴极装置14和栅极22之间可形成均匀的空间电场，故该电子发射装置10发射电子的速度均匀，电子发射率较高。且由于碳纳米管层的密度小于金属网的密度，因此栅极22的质量相对较小，故该电子发射装置10可方便应用于各种领域。
请参阅图3，本技术方案实施例进一步提供一种应用上述电子发射装置10的显示装置300，其包括：一基底302；一形成于基底302上的阴极装置304，该阴极装置304包括多个电子发射体306和一导电层318，该导电层318铺设于上述基底302上，该电子发射体306设置于该导电层318上并与导电层318电性连接；一第一绝缘支撑体308，该第一绝缘支撑体308设置于基底302上；一栅极310形成于第一绝缘支撑体308上，该栅极310通过第一绝缘基底308与阴极装置304间隔设置；一第二绝缘支撑体312，该第二绝缘支撑体312设置于基底302上；一阳极装置320，该阳极装置320包括一阳极314和一荧光层316，该阳极314设置于第二绝缘支撑体312上，该荧光层316设置于阳极314的内表面。
所述第二绝缘支撑体312的具体形状不限，只需确保其可支撑阳极装置320并使阳极装置320与阴极装置304和栅极310间隔设置并与阴极装置304和栅极310电绝缘即可。该绝第二缘支撑体312的材料为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料。本实施例中，第二绝缘支撑体312为两个形状和大小相同长条状的玻璃，其分别设置于阴极装置304的两端，并与阴极装置304垂直。
所述阳极314的两端分别与第二绝缘支撑体312相连，设置于栅极310的上方间隔一定距离并与栅极310电绝缘，阳极314为一长条形长方体或带状，其材料为ITO导电玻璃。所述荧光层316涂敷于于该阳极314离栅极310距离较近的一面，即阳极314的内表面。
使用时，施加不同电压在阳极314、栅极310和阴极304之间，电子从场发射电子发射体306发射出后，穿过栅极310的栅孔，然后在阳极314形成的电场作用下加速到达阳极314和荧光层316，激发荧光层316发出可见光。
可以理解，通过设置不同结构的阴极装置304与阳极装置320，使用碳纳米管层作为栅极310的显示装置300可实现平面光源装置的功能。如果采用阵列阴极与阳极荧光层一一像素对应的方式，可实现显示器的功能。
由于栅极310孔径较小且分布均匀，因此在阴极装置304和栅极310之间可形成均匀的空间电场，电子发射率较高，该显示装置300发光效率高。且由于碳纳米管层的密度小，因此栅极310的质量相对较小，故该显示装置300可方便应用于各种领域。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (16)
1.一种电子发射装置，包括一阴极装置及一栅极，该栅极与该阴极装置间隔设置并与该阴极装置电绝缘，其特征在于，所述栅极为一碳纳米管层。
2.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管层中包括多个均匀分布的微孔。
3.如权利要求2所述的电子发射装置，其特征在于，所述微孔的直径为1纳米-10微米。
4.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述阴极装置为冷阴极装置或热阴极装置。
5.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管层的厚度为1纳米-1 0微米。
6.如权利要求1所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管层包括单层碳纳米管薄膜或多层碳纳米管薄膜。
7.如权利要求6所述的电子发射装置，其特征在于，所述每层碳纳米管薄膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。
8.如权利要求6所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管薄膜包括多个首尾相连的碳纳米管片断，该碳纳米管片断之间通过范德华力紧密结合。
9.如权利要求8所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管片断包括多个长度相同且择优取向平行排列的碳纳米管，碳纳米管片断中的碳纳米管通过范德华力连接。
10.如权利要求9所述的电子发射装置，其特征在于，所述的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其任意组合的混合物。
11.如权利要求10所述的电子发射装置，其特征在于，所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米-100纳米，双壁碳纳米管的直径为1纳米-100纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米-1 00纳米，碳纳米管的长度均为1 0微米-5000微米。
12.如权利要求6所述的电子发射装置，其特征在于，所述碳纳米管层为多层碳纳米管薄膜，相邻两层的碳纳米管薄膜中的碳纳米管的排列方向形成一夹角α，且0°≤α≤90°。
13.一种显示装置，包括：
一阴极装置；
一与该阴极装置相对设置的阳极装置；
一栅极，该栅极设置在该阴极装置与该阳极装置之间，并与该阴极装置和该阳极装置间隔，其特征在于，该栅极包括一碳纳米管层。
14.如权利要求13所述的显示装置，其特征在于，所述碳纳米管层中包括多个均匀分布的微孔。
15.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于，所述微孔的直径为1纳米-10微米。
16.如权利要求13所述的显示装置，其特征在于，所述碳纳米管层的厚度为1纳米-10微米。
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