CN1770352A - 场发射装置及具有该装置的场发射显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种场发射装置及具有该装置的显示器。该场发射装置包括一基板以及形成于该基板上的多个阴极以及形成于阴极表面的多个电子发射体，其中形成有多个电子发射体的阴极表面为凸起的曲面。由于阴极表面为凸起的曲面，使得形成于该表面的多个电子发射体呈发散状分布，从而使得相邻电子发射体的尖端之间距离增大，场屏蔽效应减弱，从而使获得同样电流需要的电场强度降低，可降低驱动成本。本发明还公开了采用该场发射装置的场发射显示器。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种场发射装置及具有该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显示器。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。
碳纳米管是一种新型碳材料，由日本研究人员Iijima于1991年发现，请参见″Helical Microtubules of Graphitic Carbon″，Iijima，Nature，vol.354，p56(1991)。碳纳米管具有极优异的导电性能，且其具有几乎接近理论极限的尖端表面积(尖端表面积愈小，场增强因子愈大，其局部电场愈强)，所以碳纳米管是已知的最好的场发射材料，它具有极低的场发射开启电场(约2伏/微米)，可传输极大的发射电流密度，并且发射电流极稳定，因而非常适合做场发射显示器的发射体。
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，请参阅2002年9月10日公告的美国专利第6,448,709号。此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，驱动电路成本高，基本上不适合高分辨率显示器的实际应用。三极型结构则是在二极型基础上改进，增加有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。
请参阅图1，如2003年9月9日公告的美国专利第6,617,798号所揭示的三极型场发射平板显示器，其包括一背板8、阴极16、形成于阴极16表面的电子发射体18、栅板6(上下表面上形成有栅极20和34)以及面板10，其中背板8、栅板6以及面板10之间用阻隔壁2和4支撑并隔开一定距离，栅板6上形成有多个通孔6a，面板10包括阳极层和荧光层。使用时，施加不同电压在阳极、栅极20、34和阴极16上，电子即可从发射体18发射出，并穿过通孔6a，然后在阳极形成的电场作用下加速到达阳极和荧光层，激发荧光层发出可见光。
但是上述场发射显示器中，其电子发射体18形成于平面的阴极层16上，相邻发射体尖端之间的距离较近，场屏蔽效应很强，因此发射预定电流所需电场强度大，从而不利于降低场发射显示器的成本。
【发明内容】
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种电子发射体之间场屏蔽效应弱的场发射装置。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种具有上述场发射装置的场发射显示器。
本发明解决上述第一个技术问题的技术方案是提供一种场发射装置，其包括一基板、形成于基板上的多个阴极以及形成于阴极表面的多个电子发射体，其中形成有多个电子发射体的阴极表面为凸起的曲面。
进一步的，该阴极为固定在基板上的圆柱形金属丝。
更进一步的，该金属丝两端形成有金属膜，金属丝固定在该金属膜上。
本发明解决上述第二个技术问题的第一技术方案是提供一种场发射显示器，其包括一场发射装置、一阳极及位于二者之间的一栅极，该场发射装置包括一基板、形成于基板上的多个阴极以及形成于阴极表面的多个电子发射体，其中形成有多个电子发射体的阴极表面为凸起的曲面。
进一步的，该阴极为固定在基板上的圆柱形金属丝。
更进一步的，该金属丝两端形成有金属膜，金属丝固定在该金属膜上。
本发明解决上述第二个技术问题的第二技术方案是提供一种场发射显示器，其包括一场发射装置、一阳极及一栅极，该场发射装置包括一基板、形成于基板一侧表面的多个阴极以及形成于阴极表面的多个电子发射体，该阳极位于该电子发射体一侧并与其隔开一定距离，该栅极位于基板背侧，与阴极绝缘，其特征在于形成有多个电子发射体的阴极表面为凸起的曲面。
进一步的，该阴极为固定在基板上的圆柱形金属丝。
更进一步的，该金属丝两端形成有金属膜，金属丝固定在该金属膜上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：阴极表面为凸起的曲面，使得形成于该表面的多个电子发射体呈发散状分布，从而使得相邻电子发射体的尖端之间距离增大，场屏蔽效应减弱，从而使获得同样电流需要的电场强度降低，可降低驱动成本。
进一步的优点在于金属丝作阴极易实现批量生产，成本降低；金属丝两端形成金属膜，能更好地固定金属丝，并有利于从器件中引出阴极。
【附图说明】
图1是现有技术三极型场发射显示器分解图。
图2是本发明第一实施例场发射显示器分解图。
图3是本发明场发射显示器中栅极板立体示意图。
图4是本发明场发射显示器阳极板立体示意图。
图5是本发明第一实施例场发射显示器封装后立体示意图。
图6是本发明第二实施例场发射显示器分解图。
图7是本发明第二种栅极板立体示意图。
图8是本发明第三种栅极板立体示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图来说明本发明所提供的碳纳米管场发射显示器：
如图2所示，本发明第一实施例所提供的场发射显示器的分解图，该场发射显示器包括一场发射装置100，阳极板300以及位于二者之间的栅极板200，其中场发射装置100包括绝缘玻璃基板101，形成于基板101上的金属膜102，两端分别固定在金属膜102上的金属丝103，以及基本垂直立于金属丝103表面上的电子发射体104。该金属丝103即为阴极。该电子发射体104包括碳纳米管、金刚石、硅纳米线、金属尖端等。
本实施例中电子发射体104为碳纳米管，该碳纳米管可采用化学气相沉积法生长在金属丝103表面，也可以采用电泳等方法形成在金属丝103表面，使得碳纳米管的轴向方向与金属丝103表面的法线方向基本一致，即碳纳米管基本垂直于金属丝103表面。
该金属丝103可以是金丝、镍丝、不锈钢丝等金属丝，直径为10微米至数百微米，可根据实际需要具体选定。本实施例中采用镍丝，直径为50微米。该金属丝103为圆柱形，其形成有电子发射体104的表面是指圆柱侧表面，该表面为一曲面，上述基本垂直立于该表面上的电子发射体104呈发散状分布，其相邻电子发射体104的尖端彼此分离，场屏蔽效应较弱，使获得同样的电流需要的电场强度降低，从而可降低驱动成本。
形成于基板101上的金属膜102与金属丝103材料相同，可通过点焊将金属丝103的两端焊在金属膜102上，固定金属丝103，另外该金属膜102还作为阴极接线头，将阴极从器件中引出。
另外，也可以在基板101表面印刷形成一层薄的玻璃浆料，将金属丝103直接固定在基板101上，金属丝103的两端延长即可直接作为阴极引线。当然，用玻璃浆料固定金属丝103的情况下，仍然可以再设置金属膜102点焊固定金属丝103的两端，将金属丝103固定得更加牢固。
另外，基板101上还设置有由绝缘材料组成的阻隔壁105，其分布于相邻金属丝之间，用于支撑栅极板200，并使栅极板200与场发射装置100隔开一定距离且绝缘。该阻隔壁105可以用传统的丝网印刷的方法形成，其形状可以如图2中所示为一长条，但也可以为多个柱体，形状不限。其由绝缘材料组成、能支撑栅极板并将栅极板与场发射装置隔开一定距离即可。本实施例中采用透明玻璃作为阻隔壁105。
请参阅图3，本实施例中栅极板200包括载体板201和分布在载体板201表面的栅极202，栅极202为条形金属薄膜，其中载体板201和栅极202上形成有多个通孔203，该通孔203呈阵列均匀分布。该通孔203为场发射显示器的像素孔，电子发射体104发射的电子可通过该通孔203发射到阳极板300上。装配时，栅极板200分布有栅极202的一侧对接场发射装置100，并使条形栅极202与金属丝103垂直。
请参阅图4，本实施例中阳极板300包括面板301，阳极302以及形成于阳极302表面的荧光层303，荧光层303由多个矩阵块组成，每一小块与栅极板200上的通孔203位置对应。装配时，形成有该荧光层303的一侧对接栅极板200，并采用绝缘阻隔壁支撑所述阳极板300，使阳极板300与栅极板200之间隔开一定距离。
最后，如图5所示，侧壁600和侧壁700将上述场发射装置100、栅极板200及阳极板300连接、支撑并密封，形成一内部真空空间，从而形成器件。使用时，施加不同电压给金属膜102(即阴极接线头)、栅极202以及阳极302，电子发射体104即发射电子，该电子通过通孔203，并在阳极电场加速下轰击到荧光层303上使其发光。
如图6所示，本发明第二实施例所提供的场发射显示器分解图，其包括场发射装置110、阳极板300以及位于其间的栅极板200，其中场发射装置110包括绝缘玻璃基板101，形成于基板101上的条形阴极112，以及形成于阴极112表面上的电子发射体104，该阴极112上表面为凸起的弧面，电子发射体104基本垂直立于该表面。从图示中可看出，该条形阴极112的两端即径向截面为弧形。当然该截面形状不限于标准圆弧，只要该阴极112表面为曲面，并向外凸出即可。该条形阴极112可通过印刷等传统方法形成。由于该弧面向外凸起，因此垂直形成于其表面的电子发射体104呈发散状分布，相邻电子发射体104的尖端彼此分离，这样电子发射体104场屏蔽效应较弱，获得同样的电流需要的电场强度降低，从而可降低驱动成本。
另外，基板101上还设置有由绝缘材料组成的阻隔壁115，其分布于相邻金属丝之间，用于支撑栅极板200，并使栅极板200与场发射装置110隔开一定距离且绝缘。该阻隔壁115可以用传统的丝网印刷的方法形成，其形状不限，由绝缘材料组成、能支撑栅极板并将栅极板与场发射装置隔开一定距离即可。本实施例中阻隔壁115材料为透明玻璃，形成多个柱状体，分布在相邻条形阴极112之间的基板111上，如图4中所示。
本实施例中场发射显示器的栅极板200与阳极板300结构及其装配与第一
实施例中相同。
此外，对第一实施例和第二实施例中场发射显示器的栅极板上还可作进一步改进：
请参阅图7，栅极板400包括载体板201、分布在载体板201的一第一表面上的第一栅极202以及形成于一与第一表面相对的第二表面上的第二栅极401。第一栅极202为条形金属薄膜，与图3所示相同，安装时该第一栅极202靠近场发射装置，使用时该第一栅极202提供电势激发电子；第二栅极401为一整体金属薄层，安装时其靠近阳极，使用时其可控制电子发射方向，具有聚焦的效果，提高场发射显示器的亮度和分辨率。同样，载体板201、栅极202以及第二栅极401上形成有多个通孔203，该通孔203呈阵列均匀分布。该通孔203为场发射显示器的像素孔，电子发射体发射的电子可通过该通孔203发射到阳极板300上。
另外，如图8所示，栅极板500中第二栅极501为条形金属薄膜。该条形第二栅极501与栅极202相互垂直或平行分布。该第二栅极501同样具有控制电子发射方向的作用，具有聚焦的效果，可提高场发射显示器的亮度和分辨率。
本发明还提供一种背栅型场发射显示器，其包括一场发射装置、一阳极及一栅极，该场发射装置包括一基板、形成于基板一侧表面的多个阴极以及形成于阴极表面的多个电子发射体，该阳极位于该电子发射体一侧并与其隔开一定距离，该栅极位于基板背侧，与阴极绝缘，其中形成有多个电子发射体的阴极表面为凸起的曲面。
该背栅型场发射显示器与上述第一实施例和第二实施例中所述的远控栅型场发射显示器相比，其不同之处在于其栅极为金属薄膜，形成于场发射装置基板的背侧，且不需要形成像素孔，而阳极结构、场发射装置结构无本质区别。
综上所述，本发明提供的场发射显示器场屏蔽效应减弱，从而使获得同样电流需要的电场强度降低，可降低驱动成本，分辨率高，且可批量生产，适合实际应用。
Claims (30)
1.一种场发射装置，其包括一基板、形成于基板上的多个阴极以及形成于阴极表面的多个电子发射体，其特征在于形成有多个电子发射体的阴极表面为凸起的曲面。
2.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于该电子发射体基本垂直立于该阴极表面，呈发散状分布。
3.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于该阴极为圆柱形金属丝。
4.如权利要求3所述的场发射装置，其特征在于该金属丝包括金丝、不锈钢丝或镍丝。
5.如权利要求3所述的场发射装置，其特征在于该金属丝直径为10微米至数百微米。
6.如权利要求3所述的场发射装置，其特征在于金属丝的两端、基板表面形成有金属膜，金属丝的两端固定在该金属膜上。
7.如权利要求3～6中任意一项所述的场发射装置，其特征在于基板上形成有一层玻璃浆料，金属丝通过该玻璃浆料固定在基板上。
8.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于该阴极为条形金属薄膜，其径向截面为弧形。
9.如权利要求1所述的场发射装置，其特征在于该电子发射体包括碳纳米管、金刚石、硅纳米线或金属尖端。
10.一种场发射显示器，其包括一场发射装置、一阳极及位于二者之间的一栅极，该场发射装置包括一基板、形成于基板上的多个阴极以及形成于阴极表面的多个电子发射体，其特征在于形成有多个电子发射体的阴极表面为凸起的曲面。
11.如权利要求10所述的场发射显示器，其特征在于该电子发射体基本垂直立于该阴极表面，呈发散状分布。
12.如权利要求10所述的场发射显示器，其特征在于该阴极为圆柱形金属丝。
13.如权利要求12所述的场发射显示器，其特征在于该金属丝包括金丝、不锈钢丝或镍丝。
14.如权利要求12所述的场发射显示器，其特征在于该金属丝直径为10微米至数百微米。
15.如权利要求12所述的场发射显示器，其特征在于金属丝的两端、基板表面形成有金属膜，金属丝的两端固定在该金属膜上。
16.如权利要求12～15中任意一项所述的场发射显示器，其特征在于基板上形成有一层玻璃浆料，金属丝通过该玻璃浆料固定在基板上。
17.如权利要求10所述的场发射显示器，其特征在于该阴极为条形金属薄膜，其径向截面为弧形。
18.如权利要求10所述的场发射显示器，其特征在于该电子发射体包括碳纳米管、金刚石、硅纳米线或金属尖端。
19.如权利要求10所述的场发射显示器，其特征在于该栅极包括一载体板，栅极形成于该载体板靠近场发射装置的表面上。
20.如权利要求19所述的场发射显示器，其特征在于该载体板靠近阳极的表面上形成有一第二栅极。
21.如权利要求20所述的场发射显示器，其特征在于该第二栅极为条形金属薄膜或一覆盖在该载体板上的整体金属薄膜。
22.一种场发射显示器，其包括一场发射装置、一阳极及一栅极，该场发射装置包括一基板、形成于基板一侧表面的多个阴极以及形成于阴极表面的多个电子发射体，该阳极位于该电子发射体一侧并与其隔开一定距离，该栅极位于基板背侧，与阴极绝缘，其特征在于形成有多个电子发射体的阴极表面为凸起的曲面。
23.如权利要求22所述的场发射显示器，其特征在于该电子发射体基本垂直立于该阴极表面，呈发散状分布。
24.如权利要求22所述的场发射显示器，其特征在于该阴极为圆柱形金属丝。
25.如权利要求24所述的场发射显示器，其特征在于该金属丝包括金丝、不锈钢丝或镍丝。
26.如权利要求24所述的场发射显示器，其特征在于该金属丝直径为10微米至数百微米。
27.如权利要求24所述的场发射显示器，其特征在于金属丝的两端、基板表面形成有金属膜，金属丝的两端固定在该金属膜上。
28.如权利要求24～27中任意一项所述的场发射显示器，其特征在于基板上形成有一层玻璃浆料，金属丝通过该玻璃浆料固定在基板上。
29.如权利要求22所述的场发射显示器，其特征在于该阴极为条形金属薄膜，其径向截面为弧形。
30.如权利要求22所述的场发射显示器，其特征在于该电子发射体包括碳纳米管、金刚石、硅纳米线或金属尖端。
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