专利名称：金属栅网及场发射装置和场发射显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属栅网及应用该金属栅网的场发射装置及场发射显示器。
背景技术：
场发射装置是场发射电子器件，如场发射显示器的重要元件。现有技术中的场发射装置通常包括一绝缘基底；一设置于该绝缘基底上的阴极电 极；多个设置于阴极电极上的电子发射体；一设置于该绝缘基底上的第一绝缘隔离层，所 述第一绝缘隔离层具有通孔，所述电子发射体通过该通孔暴露，以使电子发射体发射的电 子通过该通孔射出；以及一金属栅网，所述金属栅网设置于绝缘隔离层表面，用于控制电子 发射体的电子发射。通常，所述金属栅网为一具有多个网孔的金属栅网。当所述场发射装置 工作时，向阴极电极施加一低电位，向金属栅网施加一高电位。所述电子发射体发射电子， 且该电子通过金属栅网的网孔射出。所述场发射装置应用于场发射电子器件时，在远离金 属栅网处设置一阳极电极。所述阳极电极提供一阳极电场，以对发射的电子进行加速。然而，现有技术中的金属栅网的网孔通常为圆形或正六边形。当所述网孔孔径较 大时，会导致阳极电场向阴极表面渗透。而当所述网孔孔径较小时，会导致电子穿透栅极的 几率降低。
发明内容
综上所述，确有必要提供一种既具有较高的电子穿透率且在使用过程可以抑制阳 极电场渗透的金属栅网及应用该金属栅网的场发射装置及场发射显示器。一种金属栅网，其可以用于场发射装置的栅极电极，其中，所述金属栅网包括多个 金属条相互垂直地连接，定义出多个长方形网孔，且该多个长方形网孔排列成多个行或列。—种金属栅网，其可以用于场发射装置的栅极电极，其中，所述金属栅网包括一金 属片以及形成与该金属片上的多个长方形网孔，且该多个长方形网孔排列成多个行或列。一种场发射装置，其包括一金属栅网，其中，所述金属栅网包括多个金属条相互 垂直地连接，定义出多个长方形网孔，且该多个长方形网孔排列成多个行或列。一种场发射显示器，其包括一场发射装置，所述场发射装置包括一金属栅网，其 中，所述金属栅网包括多个金属条相互垂直地连接，定义出多个长方形网孔，且该多个长方 形网孔排列成多个行或列。与现有技术相比，由于所述金属栅网采用长方形网孔，所以通过控制网孔的宽度 可以有效抑制阳极电场的渗透，且通过控制网孔的长度可以获得较大的几何孔率，从而提 高电子穿透几率。
图1为本发明第一实施例提供的金属栅网的结构示意图。图2为本发明第二实施例提供的金属栅网的结构示意图。
图3为本发明第三实施例提供的金属栅网的结构示意图。
图4为本发明实施例提供的场发射装置的结构示意图。
图5为本发明实施例提供的场发射显示器的结构示意图。
主要元件符号说明
场发射显示器10
阴极基板12
阳极基板14
绝缘支撑体15
阳极电极16
荧光粉层18
场发射装置100
绝缘基底102
阴极电极104
电子发射层106
绝缘隔离层108
第一开口1080
金属栅网110,210,310
1102,2102,3102
节点1104,2104,3104
网孔1106,2106,3106
固定元件112
第二开口1120
具体实施例方式以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的金属栅网及应用该金属栅网的场 发射装置及场发射显示器。所述场发射装置可以包括一个或多个单元。本发明实施例仅以 一个单元为例说明。以下，本发明首先介绍几种应用于场发射装置的金属栅网。请参阅图1，本发明第一实施例提供一种金属栅网110，其包括多个相互连接的金 属条1102，以定义多个网孔1106，且该多个网孔1106排列成多个行或列。所述金属栅网110为一平面结构。所述金属栅网110的材料可以为不锈钢、钼或 钨等具有较大刚性的金属材料。所述金属条1102的厚度，即金属栅网110的厚度大于等于 10微米。优选地，金属栅网110的厚度为30微米 60微米。所述金属条1102的宽度，即 相邻两个网孔1106的相邻两条边之间的距离大于10微米。优选地，金属条1102的宽度为 40微米 600微米。所述多个金属条1102均相互垂直的连接，且连接处形成节点1104。所 述多个金属条1102可以呈“T”字型或“十”字型连接，以定义多个长方形网孔1106。可以 理解，所述多个金属条1102可以为一体成型的整体结构，即通过在一金属片上打孔形成多 个网孔1106，而相邻网孔1106之间的部分形成多个金属条1102。所述网孔1106的长度可以为300微米 600微米，宽度可以为50微米 300微 米。优选地，所述网孔1106的宽度小于等于100微米，以有效抑制使用过程中阳极电场向场发射装置100内部渗透。而所述金属栅网110的几何孔率可以通过改变网孔1106的长 度来调节。优选地，所述网孔1106的长度与宽度的比大于等于3 1，从而使金属栅网110 具有较高的几何孔率。优选地，所述金属栅网110的几何孔率大于等于50%。本实施例中，所述金属栅网110为不锈钢栅网。所述金属条1102的厚度为45微 米，所述金属条1102的宽度为50微米。所述网孔1106的长度为300微米，所述网孔1106 的宽度为100微米。所述多个金属条1102呈“十”字型连接。所述多个网孔1106成行列 式设置，即多个网孔1106排列成等距离的多个行或多个列。所述不锈钢金属栅网110的几 何孔率为59. 78%。所述金属栅网110可以通过光刻技术和化学腐蚀相结合的工艺，对一不 锈钢金属片进行打孔而制备。请参阅图2，本发明第二实施例提供一种金属栅网210，其包括多个相互连接的金 属条2102，以定义多个网孔2106。本发明第二实施例提供的金属栅网210与第一实施例提供的金属栅网110的结构 基本相同，其区别在于多个网孔2106成行列式交错设置，即多个网孔2106成交错的两个行 列式设置，且相邻两行的网孔2106部分交错设置，任意三个相邻的网孔2106均形成一“品” 字形。本实施例中，所述多个金属条2102均呈“T”字型连接，从而形成多个节点2104。由 于每个节点2104均由两个成“T”型连接的金属条2102形成，所以该金属栅网210的节点 2104较小。该金属栅网210使用时局部应力小，可以有效避免使用过程中，由于金属栅网 210膨胀系数不匹配而造成的金属栅网210翘起的现象。请参阅图3，本发明第三实施例提供一种金属栅网310，其包括多个相互连接的金 属条3102，以定义多个网孔3106。本发明第三实施例提供的金属栅网310与第一实施例提供的金属栅网110的结构 基本相同，其区别在于多个网孔3106成行列式交错设置，即多个网孔3106成交错的两个行 列式设置，且相邻两列的网孔3106部分交错设置，从而使得任意三个相邻的网孔3106均形 成一“品”字形。本实施例中，所述多个金属条3102均呈“T”字型连接，从而形成多个节点 3104。可以理解，所述金属栅网110，210，310可以用于不同类型的场发射装置。以下仅 以金属栅网110为例，介绍一种采用本发明金属栅网110，210，310作为栅极电极的的场发
射装置。请参阅图4，本发明实施例提供一种场发射装置100，其包括一绝缘基底102，一阴 极电极104，一电子发射层106，一绝缘隔离层108，以及一金属栅网110。所述绝缘基底102具有一表面(图未标)。所述阴极电极104设置于该绝缘基底 102的表面。所述绝缘隔离层108设置于绝缘基底102表面或阴极电极104的表面。所述 绝缘隔离层108定义一第一开口 1080，以使阴极电极104的至少部分表面通过该第一开口 1080暴露。所述电子发射层106设置于所述阴极电极104通过第一开口 1080暴露的表面， 且与该阴极电极104电连接。所述金属栅网110设置于所述绝缘隔离层108表面，通过该 绝缘隔离层108与所述阴极电极104间隔设置，而且从绝缘隔离层108的表面延伸至电子 发射层106上方，以将第一开口 1080覆盖。进一步，所述场发射装置100还可以包括一设 置于金属栅网110表面的固定元件112，以将该金属栅网110固定于绝缘隔离层108上。所述绝缘基底102的材料可以为硅、玻璃、陶瓷、塑料或聚合物。所述绝缘基底102
5的形状与厚度不限，可以根据实际需要选择。优选地，所述绝缘基底102的形状为圆形、正 方形或矩形。本实施例中，所述绝缘基底102为一边长为10毫米，厚度为1毫米的正方形 玻璃板。所述阴极电极104为一导电层，且其厚度和大小可以根据实际需要选择。所述所 述阴极电极104的材料可以为纯金属、合金、氧化铟锡或导电浆料等。可以理解，当绝缘基 底102为硅片时，该阴极电极104可以为一硅掺杂层。本实施例中，所述阴极电极104为一 厚度为20微米的铝膜。该铝膜通过磁控溅射法沉积于绝缘基底102表面。所述绝缘隔离层108设置于所述阴极电极104与金属栅网110之间，用于使所述 阴极电极104与金属栅网110之间绝缘。所述绝缘隔离层108的材料可以为树脂、厚膜曝 光胶、玻璃、陶瓷、氧化物及其混合物等。所述氧化物包括二氧化硅、三氧化二铝、氧化铋等。 所述绝缘隔离层108的厚度和形状可以根据实际需要选择。所述绝缘隔离层108可以直接 设置于所述绝缘基底102表面，也可设置于阴极电极104表面。具体地，所述绝缘隔离层 108可以为一具有通孔的层状结构，所述通孔即为第一开口 1080。所述绝缘隔离层108也 可为多个相隔一定距离设置的条状结构，且所述相隔一定距离设置的条状结构之间的间隔 即为第一开口 1080。所述阴极电极104的至少部分对应设置于所述绝缘隔离层108的第一 开口 1080处，并通过该第一开口 1080暴露。本实施例中，所述绝缘隔离层108为一厚度为 100微米的圆环形光刻胶设置于阴极电极104表面，且其定义有一圆形通孔，所述阴极电极 104的部分表面通过该圆形通孔暴露。所述电子发射层106包括多个电子发射体(图未标)，如碳纳米管、纳米碳纤维、 硅纳米线、或硅尖等任何可以发射电子的结构。所述电子发射层106的厚度和大小可以根 据实际需要选择。进一步，所述电子发射层106的表面开可以设置一层抗离子轰击材料，以 提高其稳定性和寿命。所述抗离子轰击材料包括碳化锆、碳化铪、六硼化镧等中的一种或多 种。本实施例中，所述电子发射层106为一碳纳米管浆料层。所述碳纳米管浆料包括碳纳 米管、低熔点玻璃粉、以及有机载体。其中，有机载体在烘烤过程中蒸发，低熔点玻璃粉在烘 烤过程中熔化并将碳纳米管固定于阴极电极104表面。所述固定元件112为一绝缘材料层，其厚度不限，可以根据实际需要选择。所述固 定元件112的形状与绝缘隔离层108的形状相同，且其定义一与第一开口 1080相对应的第 二开口 1120，以使金属栅网110暴露。本实施例中，所述固定元件112为通过丝网印刷的绝 缘浆料层。所述场发射装置100具有以下优点第一，由于所述金属栅网采用长方形网孔，所 以通过控制网孔的宽度可以有效抑制阳极电场的渗透，且通过控制网孔的长度可以获得较 大的几何孔率，从而提高电子穿透几率。第二，由于采用交错设置的长方形网孔，所述金属 栅网的节点与网孔相互牵制，局部应力小，所以该结构可以有效避免场发射装置100使用 过程中，由于金属栅网膨胀系数不匹配而造成的金属栅网翘起现象。第三，该金属栅网具有 较好的平整度和较高的机械强度，且易于制备，从而使得金属栅网的制备成品率提高，制备 成本降低。可以理解，所述场发射装置100不限于上述的结构。所述金属栅网也可以适用于 其它结构的场发射装置。所述场发射装置100具有广泛的具体应用范围，如场发射显示器、 真空器件、场发射光源、场发射离子源等。
请参见图5，本发明实施例进一步提供一种采用所述场发射装置100的场发射显 示器10，其包括一阴极基板12，一阳极基板14，一阳极电极16，一荧光粉层18，以及一场发 射装置100。其中，所述阴极基板12通过一绝缘支撑体15与阳极基板14四周封接。所述场发 射装置100，阳极电极16和荧光粉层18密封在阴极基板12与阳极基板14之间。所述阳极 电极16设置于所述阳极基板14表面。所述荧光粉层18设置于所述阳极电极16表面。所 述荧光粉层18与场发射装置100之间保持一定距离。所述场发射装置100设置于所述阴 极基板12上。具体地，本实施例中，所述阴极基板12与场发射装置100的绝缘基底102公 用一绝缘基板，以简化结构。所述阴极基板12的材料可以为玻璃、陶瓷、二氧化硅等绝缘材料。所述阳极基板 14为一透明基板。本实施例中，所述阴极基板12与阳极基板14均为一玻璃板。所述阳极 电极16可为氧化铟锡薄膜或铝膜。所述荧光粉层18可以包括多个发光单元，且每个发光 单元与场发射装置100的一个单元对应设置。可以理解，所述场发射显示器10不限于上述结构。所述场发射装置100也可以适 用于其它结构的场发射显示器。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精 神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
一种金属栅网，其可以用于场发射装置的栅极电极，其特征在于，所述金属栅网包括多个金属条相互垂直地连接，定义出多个长方形网孔，且该多个长方形网孔排列成多个行或列。
2.如权利要求1所述的金属栅网，其特征在于，所述金属条的厚度大于等于10微米，宽 度大于等于10微米。
3.如权利要求1所述的金属栅网，其特征在于，所述网孔的长度为300微米 600微 米，宽度为50微米 300微米。
4.如权利要求1所述的金属栅网，其特征在于，所述网孔的长度与宽度比大于等于 3 I0
5.如权利要求1所述的金属栅网，其特征在于，所述金属栅网的几何孔率大于等于 50%。
6.如权利要求1所述的金属栅网，其特征在于，所述多个网孔成行列式设置，所述多个 金属条呈“十”字型连接。
7.如权利要求1所述的金属栅网，其特征在于，所述多个网孔成行列式交错设置，所述 多个金属条呈“T”字型连接。
8.如权利要求7所述的金属栅网，其特征在于，所述多个长方形网孔中的任意三个相 邻的网孔均形成一 “品”字形。
9.如权利要求1所述的金属栅网，其特征在于，所述金属栅网的材料为不锈钢、钼或钨。
10.如权利要求1所述的金属栅网，其特征在于，所述多个金属条为一体成型的整体结构。
11.一种金属栅网，其可以用于场发射装置的栅极电极，其包括一金属片及形成于金属 片上的多个网孔，其特征在于，所述多个网孔为多个长方形网孔，且该多个长方形网孔排列 成多个行或列。
12.—种场发射装置，其包括一栅极电极，其中，所述栅极电极为如权利要求1至11 中任一项所述的金属栅网。
13.—种场发射显示器，其包括一场发射装置，其中，所述场发射装置包括一栅极电 极，所述栅极电极为如权利要求1至11中任一项所述的金属栅网。
全文摘要
本发明涉及一种金属栅网，其可以用于场发射装置的栅极电极，其中，所述金属栅网包括多个金属条相互垂直地连接，定义出多个长方形网孔，且该多个长方形网孔排列成多个行或列。本发明进一步涉及一种采用该金属栅网的场发射装置及场发射显示器。
文档编号H01J29/46GK101908457SQ20101026475
公开日2010年12月8日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者范守善, 郝海燕 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司