专利名称：场发射阴极装置及场发射显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种场发射阴极装置、其制备方法及使用该场发射阴极装置 的场发射显示器。
背景技术：
场发射显示器是继阴极射线管(CRT)显示器和液晶(LCD)显示器之后，最 具发展潜力的下一代新兴技术。相对于现有的显示器，场发射显示器具有显 示效果好、视角大、功耗小以及体积小等优点，尤其是基于碳纳米管的场发 射显示器，即碳纳米管场发射显示器(CNT-FED)，近年来越来越受到重视。一般而言，场发射显示器的结构可以分为二极型和三极型。所谓二极型 即包括有阳极和阴极的场发射结构，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，增加栅网来控制电子发射，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网来精确控制。因此， 三极型场发射显示器中，这种由产生电子的阴极和引出电子并将电子加速的 栅网构成的场发射阴极装置成为目前较为常用的一种场发射阴极装置。请参见图1及图2，现有的场发射阴极装置100通常包括一绝缘基底 102;多个条形阴极电极104，该条形阴极电极104位于该绝缘基底102上且 沿同一方向平行间隔绝缘设置；多个场发射体单元110,该场发射体单元110 均匀分布于多个条形阴极104上，与条形阴极电极104电连接，每个场发射 单元110包括场发射体； 一介质层106，该介质层106设置于所述绝缘基底 102上，并对应场发射单元IIO设有通孔；多个栅极108,该栅极108设置 于上述介质层106上，与条形阴极电极104异面垂直。这种场发射阴极装置 100中，由于栅极108是直接放置于介质层106上，栅极108与介质层106 之间的结合不牢固，存在以下缺点其一，这种场发射阴极装置IOO在封装 形成场发显示器的过程中，栅极108容易滑动变形，影响场发射阴极装置100 的场发射性能；其二，这种场发射阴极装置IOO在工作过程中，电场力容易造成栅极108变形，造成条形阴极电极104与栅极108之间短路，因此栅极 108与条形阴极电极104之间的距离不应太小， 一般大于20微米。而栅极 108与条形阴极电极104之间的距离越大，栅极108的工作电压越大，即场 发射阴极装置IOO的工作电压越大，影响了场发射阴极装置IOO的场发射性 能。因此，确有必要提供一种场发射阴极装置及使用该场发射阴极装置的场 发射显示器，所述场发射阴极装置中栅网与介质层之间结合牢固，场发射阴 极装置工作电压较小，场发射性能较好。发明内容一种场发射阴极装置，其包括 一绝缘基底；多个条形阴极电极，该条 形阴极电极平行且间隔设置于该绝缘基底表面；多个场发射单元，该多个场 发射单元间隔设置于多个条形阴极电极表面与条形阴极电极电连^妄并呈矩 阵排列； 一介质层，该介质层设置于绝缘基底表面，覆盖上述多个条形阴极 电极的部分区域，并相对于每个场发射单元设有通孔；多个条形栅网，该条 形栅网平行且间隔设置，并与条形阴极电极异面垂直，每个条形栅网覆盖介 质层的多个通孔；其中，所述的多个栅网设置于介质层中，覆盖通孔的栅网 的四周由介质层固定。一种场发射显示器，包括一场发射阴极装置与一阳极装置；该阴极装置 包括 一绝缘基底；多个条形阴极电极，该条形阴极电极平行且间隔设置于 该绝缘基底表面；多个场发射单元，该多个场发射单元间隔设置于多个条形 阴极电极表面与条形阴极电极电连接并呈矩阵排列； 一介质层，该介质层设 置于绝缘基底表面，覆盖上述多个条形阴极电极的部分区域，并相对于每个 场发射单元设有通孔；多个条形栅网，该条形栅网平行且间隔设置，并与条 形阴极电极异面垂直，每个条形栅网覆盖介质层的多个通孔；该阳极装置与 条形栅网形成一空间；其中，所述的多个栅网设置于介质层中，覆盖通孔的 栅网的四周由介质层固定。相对于现有技术，本技术方案所提供的场发射阴极装置中，由于多个条 型栅网设置于介质层中，条型栅网覆盖介质层中的多个通孔，覆盖通孔的栅 网的四周由介质层固定，因此，栅网被牢固地固定，栅网不易因为发生变形造成栅网和阴极之间的间距不均匀，进而影响场发射阴极装置均匀地发射电子，因此，该场发射阴极装置结构稳定，不易受外界环境的影响；且，由于 栅网被牢固地固定，因此，即使当栅网和阴极之间的距离较小时，该场发射 阴极装置在工作时不会因为电场力的作用发生变形造成阴栅短路现象，因此 该场发射阴极装置工作电压易于控置，场发射的可控性较好。
图1为现有技术中的场发射阴极装置的结构俯视图； 图2为沿图1中II-ir线剖面示意图；图3为本技术方案实施例所提供的场发射阴极装置的结构示意图； 图4为图3中场发射阴极装置的俯视图。图5为本技术方案实施例所提供的场发射显示器的结构示意图；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3及图4，本技术方案实施例提供一种场发射阴极装置10，其 包括一绝缘基底12,多个条形阴极电极14，该条形阴极电极14设置于该绝 缘基底12上，且平行间隔绝缘设置；多个场发射单元32，该场发射单元32 间隔设置于多个条形阴极电极14上并与条形阴极电极14电连接，并呈矩阵 排列； 一介质层26，该介质层26设置于绝缘基底12上，并覆盖多个条形阴 极电极14的部分区域，并相对每一个场发射单元32设置有通孔；多个条形 才册网22,该条形4册网22与条形阴极电极14异面垂直，平行间隔绝錄_设置于 介质层26中，并覆盖介质层26的通孔。所述绝缘基底12的材料为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料。本实施 例中，所述绝缘基底12材料为玻璃。所述条形阴极电极14的形状为为长条形或带状，平行等间距间隔铺设 于绝缘基底12上，条形阴极电极14的材料为铜、铝、金、银等金属或铟锡 氧化物(ITO),本实施例中，条形阴极电极14为银电极。所述场发射单元32与条形阴极电极14电连接，均匀分布于多个条形阴 极14上，且场发射单元32呈矩阵排列。所述场发射单元32包括多个电子发射体，该电子发射体为金属微尖、硅尖或者碳纳米管，也可以采用其它电 子发射体。优选地，电子发射体为碳纳米管。所述介质层26设置于绝缘基底12上，覆盖部分条形阴极电极14，并相 对每一个场发射单元32设置有通孔，即介质层26上的通孔与场发射单元一 一对应。介质层26的具体形状不限，优选地，本实施例中，所述介质层26 为一网格状，其包括多个均匀分布的网格24，该网格24即为所述介质层26 对应场发射单元32所设置的通孔，场发射单元32与网格24——对应。所 述介质层26的材料为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料，介质层26的高度 大于15微米。本实施例中，介质层26的高度为20微米。所述条形冲册网22与条形阴极电才及14异面垂直，平行间隔绝缘设置于介 质层26中，并覆盖介质层26上的通孔。每个条形栅网22可覆盖多个通孔， 该条形栅网22对应每个通孔被分成多个块状区域，每个块状区域的四周嵌 在介质层26中，被介质层26所固定，块状区域与通孔——对应。可以理解， 条形栅网22将介质层26分成上下两个部分，下部的介质层26位于条形阴 极电极14和条形栅网22之间，用于支撑条形4册网22，上部的介质层26位 于条形4册网22的上方，用于固定条形4册网22。所述条形4册网22为一网状结 构，其包括多个均匀分布的栅孔，该栅孔为对应于电子发射体32的通孔， 栅孔的孔径为3孩i米-100(H鼓米。条形栅网22与条形阴极电极14之间的距 离大于等于IO微米。条形栅网22为一金属网。本实施例中，条形栅网22 为一条形不锈钢网，其与条形阴极电极14之间的距离为15微米。场发射阴极装置IO在应用时，分别施加不同电压给条形阴极14和条型 栅网22(—般情况下，阴极14为接地或零电压，栅网22的电压为几十伏至 几百伏左右)。阴极14上场发射单元32中的电子发射体所发出的电子在栅 网22的电场作用下，向4册网22的方向运动，通过4册网22的4册孔发射出去。 由于条形阴4及14之间相互绝缘、条型冲册网之间相互绝缘，因此，通过选择 性地在某些条形阴极14和某些条型栅网22之间施加不同的电压，可控制不 同位置的场发射单元32发射电子，实现场发射阴极装置10的寻址功能，满 足其在场发射显示器中的应用。本技术方案所提供的场发射阴极装置中，由于多个条型栅网设置于介质 层中，条型栅网覆盖介质层中的多个通孔，覆盖通孔的栅网的四周由介质层固定，因此，栅网被牢固地固定，栅网不易因为发生变形造成栅网和阴极之 间的间距不均匀，进而影响场发射阴极装置均匀地发射电子，因此，该场发射阴极装置结构稳定，不易受外界环境的影响；且，由于栅网被牢固地固定， 因此，即使当栅网和阴极之间的距离较小时，该场发射阴极装置在工作时不 会因为电场力的作用发生变形造成阴栅短路现象，因此该场发射阴极装置工 作电压易于控置，场发射的可控性较好。请参见图5，本技术方案实施例还提供一种使用上述场发射阴极装置10 的场发射显示器200，该场发射显示器200包括一场发射阴极装置与一阳极 装置212。该场发射阴极装置包括其包括一绝缘基底204;多个条形阴极电 极206,该条形阴极电极206设置于该绝缘基底204上，且平行间隔绝缘设 置；多个场发射单元222,该场发射单元222与条形阴极206电连接，并呈 矩阵排列； 一介质层208,该介质层208设置于绝缘基底204上，覆盖多个 条形阴极电极206的部分区域，并对应每一个场发射单元222设置有通孔； 多个条形栅网210，该条形4册网210与条形阴极电4及206异面垂直，平4亍间 隔绝缘i殳置于介质层208中，并覆盖介质层208的通孔，该介质层208通过 该通孔将条形栅网210分成多个块状区域，该块状区域的四周被介质层208 所固定。所述阳极装置212与场发射阴极装置202中的条形栅网210保持一 定距离。所述的条形栅网210与条形阴极电极206之间的距离为大于等于10微米。所述阳极装置212包括一玻璃基底214, —透明阳极216及涂覆透明阳 极216上的荧光层218。所述阳极装置212通过一绝缘支撑体220与场发射 阴极装置202中的绝缘基底204的四周封接，该绝缘支撑体220将条形栅网 210的边缘固定。所述透明阳极216可为氧化铟锡薄膜。场发射显示器200在应用时，分别施加不同电压给条形阴极206、条型 栅网210和阳极216 (—般情况下，阴极206为接地或零电压，4册网210的 电压为几十伏至几百伏左右，阳极216的电压高于栅网210的电压)。阴极 206上场发射单元222中的电子发射体所发出的电子在栅网210的电场作用 下，向4册网210的方向运动，通过4册网210的4册孔发射出去，在阳4及216的 电场作用下，最终到达阳极216，打在涂覆透明阳极216上的焚光层218,发出荧光，实现场发射显示器200的显示功能。由于条形阴极206之间相互 绝缘、条型栅网210之间相互绝缘，因此，通过选择性地在不同的条形阴极 206和条型栅网210之间施加不同的电压，可控制不同位置的场发射单元222 发射电子，电子打在阳极装置212的荧光层218的不同位置，从而使荧光层 218的不同位置发光，使场发射显示器200根据需要显示不同的画面。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。
权利要求
1.一种场发射阴极装置，其包括一绝缘基底；多个条形阴极电极，该条形阴极电极平行且间隔设置于该绝缘基底表面；多个场发射单元，该多个场发射单元间隔设置于多个条形阴极电极表面与条形阴极电极电连接并呈矩阵排列；一介质层，该介质层设置于绝缘基底表面，覆盖上述多个条形阴极电极的部分区域，并相对于每个场发射单元设有通孔；多个条形栅网，该条形栅网平行且间隔设置，并与条形阴极电极异面垂直，每个条形栅网覆盖介质层的多个通孔；其特征在于，所述的多个条形栅网设置于介质层中，覆盖通孔的栅网的四周由介质层固定。
2. 如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的条形栅网包括 多个栅孔，栅孔的孔径为3微米-1000微米。
3. 如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的介质层的高度 大于15微米。
4. 如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的条形栅网与条 形阴极电极之间的距离为大于等于IO微米。
5. 如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的场发射单元包 括多个电子发射体，该电子发射体与条形阴极电极电连接。
6. 如权利要求5所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的电子发射体包 括金属微尖、硅尖或者碳纳米管。
7. 如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述的介质层的材料 为玻璃、陶瓷或二氧化硅。
8. —种场发射显示器，其包括 一场发射阴极装置，该场发射阴极装置包括多个条形阴极电极，该条形阴极电极平行且间隔设置于该绝缘基底表面； 多个场发射单元，该多个场发射单元间隔设置于多个条形阴极电极表面与 条形阴极电极电连接并呈矩阵排列；一介质层，该介质层设置于绝缘基底表面，覆盖上述多个条形阴极电极的部分区域，并相对于每个场发射单元设有通孔；多个条形栅网，该条形栅网平行且间隔设置，并与条形阴极电极异面垂直， 每个条形栅网覆盖介质层的多个通孔；该场发射显示器进一步包括一阳极装置，该阳极装置与场发射阴极装置上 的条形栅网保持一 定距离；其特征在于，所述的多个栅网设置于介质层中，覆盖通孔的栅网的四周由 介质层固定。
9. 如权利要求8所述的场发射显示器，其特征在于，所述阳极装置包括一玻 璃基底， 一透明阳极及涂覆透明阳极上的荧光层。
10. 如权利要求8所述的场发射显示器，其特征在于，所述场发射显示器进一 步包括一绝缘支撑体，所述阳极装置通过该绝缘支撑体与场发射阴极装置 封 接。
11. 如权利要求8所述的场发射显示器，其特征在于，所述的条形栅网与条形 阴极电极之间的距离为大于等于IO微米。
全文摘要
一种场发射阴极装置，其包括一绝缘基底；多个条形阴极电极，该条形阴极电极平行且间隔设置于该绝缘基底表面；多个场发射单元，该多个场发射单元间隔设置于多个条形阴极电极表面与条形阴极电极电连接并呈矩阵排列；一介质层，该介质层设置于绝缘基底表面，覆盖上述多个条形阴极电极的部分区域，并相对于每个场发射单元设有通孔；多个条形栅网，该条形栅网平行且间隔设置，并与条形阴极电极异面垂直，每个条形栅网覆盖介质层的多个通孔；其中，所述的多个栅网设置于介质层中，覆盖通孔的栅网的四周由介质层固定。
文档编号H01J1/304GK101635239SQ20081014252
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月25日 优先权日2008年7月25日
发明者亮 刘, 鹏 柳, 力 潜, 范守善, 琪 蔡, 郝海燕 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司