場發射陰極裝置及場發射顯示器的製作方法
2023-04-25 15:23:21 1
專利名稱：場發射陰極裝置及場發射顯示器的製作方法
技術領域：
本發明涉及場發射技術領域，尤其涉及設有柵極的場發射陰極裝置及場發射顯示器。
背景技術：
場發射顯示器是繼陰極射線管(CRT)顯示器和液晶(LCD)顯示器之後，最具發展潛力的下一代新興技術。相對於現有的顯示器，場發射顯示器具有顯示效果好、視角大、功耗小以及體積小等優點，尤其是基於碳納米管的場發射顯示器，即碳納米管場發射顯示器(CNT-FED)，近年來越來越受到重視。
一般而言，場發射顯示器的結構可以分為二極型和三極型。所謂二極型即包括有陽極和陰極的場發射結構，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，僅適用於字符顯示，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，增加有柵極來控制電子發射，可以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。
請參閱圖1，傳統的場發射裝置4通常包括陰極40、陽極45和位於它們之間的柵極43。陰極40和陽極45通過阻隔壁44相隔。陰極40上設有多個電子發射端41。陰極40一般還設有對應於場發射體41開有通孔的隔離層42。柵極43置於該隔離層42頂部，對應於場發射體41開有通孔。此外，陽極45與陰極40相對的表面設有螢光層46。
使用時，施加不同電壓在陽極45、柵極43和陰極40，電子即可從場發射體41發射出，並穿過隔離層42及柵極43的通孔，然後在陽極45形成的電場作用下加速到達陽極45和螢光層46，激發螢光層46發出可見光。一般陽極45電壓是幾千伏，柵極43的電壓為100伏左右。
然而，這種結構的場發射顯示裝置4，由於場發射體41的發射面遠低於柵極43，發射的電子由於受兩側柵極43的電場作用，有一大部分電子410會發生較大角度的偏轉，容易打到螢光層46以外的區域。而打到與場發射體41正對區域的中心位置的電子很少，這樣就導致顯示的像素點較大，難以適應高解析度的平面顯示；即使一小部分電子能夠打到螢光層46的區域，也是打到邊緣區域的電子多，打在中央位置的電子少，造成圖像點中央暗，邊緣亮的不良效果。同時，由於場發射體41的發射端一般低於柵極43，會使得場發射的閾值電壓相應增加，並且發射電流密度減小。
發明內容以下，將以若干實施例說明一種能提高場發射電流密度的場發射陰極裝置。
以及通過這些實施例說明一種能提高場發射電流密度的場發射顯示器。
為實現上述內容，本發明實施例體提供一種場發射陰極裝置，包括陰極、柵極、位於該兩者之間的隔離層以及與陰極電性連接的場發射單元，所述的柵極具有至少一表面與其相鄰的場發射單元相對。
優選的，所述的場發射單元形成於該隔離層表面。進一步的，所述的隔離層對應場發射單元的位置形成有與陰極電性相連的導電部。
所述的柵極最好呈條形分布。
所述的陰極與柵極最好相垂直呈條形分布。
為實現上述內容，本發明實施例還提供一種場發射顯示器，包括陰極、與陰極相對的陽極、位於陰極和陽極之間的柵極、以及與陰極電性連接的場發射單元，所述的柵極具有至少一表面與其相鄰的場發射單元相對。
進一步的，所述的陽極形成有若干像素，其相對於柵極設置。其中，所述的一個像素可與多個柵極相對。
相對於現有技術，本發明實施例提供的場發射陰極裝置中，各柵極與其相鄰的場發射單元的側面相對，使得柵極可以更為有效地控制場發射單元發射電子。相應地，這就可以有效地降低場發射的閾值電壓，從而大大提高發射電流密度。並且，由於場發射單元的有效發射面積相應增大，各場發射單元的發射電流的一致性也可得到改善。同時，場發射陰極裝置的柵極可為簡單的長條形，省略傳統的通孔設計，結構更為簡單合理，同時便於製造。
進一步的，本發明實施例提供的場發射顯示器，由於採用了該種柵極與其相鄰的場發射單元的側面相對的設計，電子的散射範圍明顯減小，圖像的解析度得到顯著提高。
另外，還可採用將顯示器的一個像素的柵極做成平行的柵網形即分成多個柵極的改進設計，從而更為有效地利用各場發射單元的發射表面，進一步提高發射電流密度。
圖1為現有技術中的場發射顯示器的截面示意圖；圖2為本發明第一實施例的場發射陰極裝置的立體示意圖；圖3為圖2沿III-III的剖面圖；圖4為本發明第二實施例的場發射顯示器的截面示意圖；圖5為本發明第三實施例的場發射顯示器的截面示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
請一併參閱圖2及圖3，本發明的第一實施例提供的一種場發射陰極裝置6，包括基板60、形成於基板60的多個陰極61、形成於陰極61上的隔離層62、以及形成於隔離層62的多個柵極64和若干場發射單元63。其中，柵極64的側面640與其相鄰的各場發射單元63的側面630相對。
一般來說，基板60為玻璃等絕緣材料製成的平板。
陰極61是由導電材料，如ITO(銦錫氧化物)導電膜或金屬形成的長條形或帶狀的導電層，沉積於基板60上；多個陰極61可以互相平行形成在基板60上。
柵極64是由導電材料(最好是導電性良好的金屬)製成長條形或帶狀的導電層，形成於隔離層62的頂端，並與陰極61異面垂直。
隔離層62包括絕緣部(未標示)和導電部65兩部分。其中，導電部65對應各場發射單元63的位置，設置於各場發射單元63和陰極61之間，實現各場發射單元63與陰極61的電性連接。絕緣部主要位於柵極64和陰極61之間，用於支撐柵極64並使其與陰極61電性隔離。製作該隔離層62時，可先製成一絕緣層，再在預定設置場發射單元63的位置刻蝕出通孔，然後填充入金屬從而形成導電部65。
場發射單元63一般為矩形(包括正方形)，可由同種或不同種材料製成的場發射體組成。多個場發射單元63最好呈陣列狀排列。所述的場發射體可選用碳納米管、矽尖、金剛石、類金剛石或金屬等具有良好電子發射能力的材料製成。其可通過化學氣相沉積法等方法直接生長於隔離層62表面，也可通過印刷塗覆等方法進行設置。需要說明的是，隔離層62的導電部65的表面可以部分地或全部地設有場發射體，而不需限於具體實施方式
。
本實施例中，柵極64沿其長度方向的兩個平行側面640分別與其相鄰的各場發射單元63的側面630相對。在工藝條件控制較好的情況下，該兩相對的側面630,640之間的距離可以小到幾個微米的量級。相對於現有技術，柵極64與場發射單元63之間的距離明顯減小，因此，柵極64可以更為有效地控制場發射單元63發射電子。相應地，這就可以有效地降低場發射的閾值電壓，從而大大提高發射電流密度。並且，場發射單元63的有效發射面積相應增大，則各場發射單元63的發射電流的一致性也可得到改善。
應指出的是，使場發射單元63與柵極64形成於同一水平面(隔離層62)，僅是實現使它們相對的方法之一。並且，此處所稱的「側面相對」，並不一定要求兩者的側面完全正對，部分的甚至只是其側面邊緣相對也是可以的。當然，場發射單元63與柵極64也可能因實際需要設計成其他形狀，但最好能確保場發射單元63的至少一部分與其相鄰的柵極64的至少一部分位於同一平面上，以使柵極64具有至少一表面與其相鄰的場發射單元63相對。可以理解的是，所稱的「相對」在一定程度上是為了使場發射單元63與柵極64能儘量接近，因此本領域普通技術人員為達到此相同或相似效果所作的變化也應包括於本發明精神之中。
相對於傳統的柵極上要開多個通孔以使電子通過的設計，場發射陰極裝置6的柵極64可為簡單的長條形，省略通孔設計，結構更為簡單合理，同時便於製造。
另外，本領域普通技術人員可以理解的是，陰極61、柵極64以及場發射單元63的數量應根據實際需要加以設定，不必限於實施例。
請一併參閱圖2至圖4，本發明的第二實施例是一種應用場發射陰極裝置6的場發射顯示器7。除具有場發射陰極裝置6外，該顯示器7還具有前基板78，其與基板60相對。陽極77形成於前基板78表面，一般由ITO導電薄膜製成。螢光層76附著於陽極77的表面，分設有若干像素，一個像素內通常設有紅(R)、綠(G)、藍(B)三色螢光材料。
在該顯示器7中，螢光層76的像素是對應於柵極64設置的。優選的，一個像素的中心與其所對應的柵極64的中心對準。由柵極64引出的電子632具有橫向初速度，加上陽極77施加的電場對其的影響，其運動軌跡為拋物線。對於傳統結構設計的場發射單元而言，其發射的電子一方面向陽極運動一方面向像素外緣橫向散開。電子到達陽極時形成一個較大的散射光斑，陰陽極間距離越大散射光斑越大，降低圖像的解析度。而在本實施例中，顯示器7的場發射單元63所發射的電子632是向像素的內緣運動。因此電子的散射範圍明顯減小，圖像的解析度可顯著提高。
請參閱圖5，本發明還提供有作為第三實施例的場發射顯示器8。為便於說明，圖5中僅顯示其一個像素所對應的結構。與第二實施例的顯示器7的一個像素與一個柵極64相對應的設計所不同的是，顯示器8主要是將原來的一個柵極64分成多根平行的柵條即形成柵極64』，各場發射單元63』可類似的呈條形並設置於相鄰柵極64』之間。也就是說，顯示器8的一個像素與多個柵極64』及場發射單元63』相對應。而多個柵極64』的設計可以更為有效的控制其相鄰的場發射單元63』發射的電子634，從而更為有效地利用各場發射單元63』的發射表面，進一步提高發射電流密度。
應指出的是，本發明實施例所提供的場發射陰極裝置還可應用於除場發射顯示器以外的其他場發射裝置，不應限於具體實施方式
。
另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。
權利要求
1.一種場發射陰極裝置，包括陰極、柵極、位於該兩者之間的隔離層以及與陰極電性連接的場發射單元，其特徵在於，所述的柵極具有至少一表面與其相鄰的場發射單元相對。
2.如權利要求1所述的場發射陰極裝置，其特徵在於，所述的場發射單元形成於該隔離層表面。
3.如權利要求2所述的場發射陰極裝置，其特徵在於，所述的隔離層對應場發射單元的位置形成有與陰極電性相連的導電部。
4.如權利要求1至3任一項所述的場發射陰極裝置，其特徵在於，所述的柵極呈條形分布。
5.如權利要求4所述的場發射陰極裝置，其特徵在於，所述的陰極與柵極相垂直呈條形分布。
6.一種場發射顯示器，包括陰極、與陰極相對的陽極、位於陰極和陽極之間的柵極、以及與陰極電性連接的場發射單元，其特徵在於，所述的柵極具有至少一表面與其相鄰的場發射單元相對。
7.如權利要求6所述的場發射顯示器，其特徵在於，所述的場發射單元形成於該隔離層表面。
8.如權利要求7所述的場發射顯示器，其特徵在於，所述的隔離層對應場發射單元的位置形成有與陰極電性相連的導電部。
9.如權利要求6至8任一項所述的場發射顯示器，其特徵在於，所述的柵極呈條形分布。
10.如權利要求9所述的場發射顯示器，其特徵在於，所述的陰極與柵極相垂直呈條形分布。
11.如權利要求6至8任一項所述的場發射顯示器，其特徵在於，所述的陽極形成有若干像素，其相對於柵極設置。
12.如權利要求11所述的場發射顯示器，其特徵在於，所述的一個像素與多個柵極相對。
全文摘要
本發明涉及場發射技術領域。其所提供的一種場發射陰極裝置，包括陰極、柵極、位於該兩者之間的隔離層以及與陰極電性連接的場發射單元。其中，所述的柵極具有至少一表面與其相鄰的場發射單元相對。該種陰極裝置可以有效地降低場發射的閾值電壓，從而大大提高發射電流密度。本發明還提供有應用上述陰極裝置的場發射顯示器。
文檔編號H01J31/12GK1885474SQ20051003553
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月24日 優先權日2005年6月24日
發明者杜秉初, 唐潔, 郭彩林, 劉亮, 胡昭復, 陳丕瑾, 範守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(深圳)有限公司