场发射单元及场发射像素管的制作方法

专利名称：场发射单元及场发射像素管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种场发射单元及场发射像素管。
背景技术：
碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)是一种新型碳材料，由日本研究人员Iijima 在 1991 年发现，请参见〃 HelicalMicrotubulesofGraphiticCarbon"，S.Iijima，Nature, vol.354, p56(1991)。碳纳米管具有极大的长径比(其长度在微米量级以上，直径只有几 个纳米或几十个纳米)，具有良好的导电导热性能，并且还有很好的机械强度和良好的化 学稳定性，这些特性使得碳纳米管成为一种优良的场发射材料。因此，碳纳米管在场发 射装置中的应用成为目前纳米科技领域的一个研究热点。然而，现有场发射单元及场发射像素管是将碳纳米管线或聚集的碳纳米管作为 电子发射体，而电子发射体中作为电子发射源的碳纳米管聚集在一起，在工作过程中散 热不良，并且相邻的碳纳米管之间存在电场屏蔽效应，因此电子发射体的电子发射能力 不够好。

发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种电子发射能力较强的场发射单元及场发射像素管。一种场发射单元，其包括至少三个阳极和分别设置于所述至少三个阳极表面的 荧光粉层，一阴极，所述阴极与每个阳极之间间隔设置，所述阴极包括一阴极支撑体及 至少三个电子发射体，该至少三个电子发射体与所述至少三个阳极一一对应设置，其 中，所述每一电子发射体包括一碳纳米管管状结构，所述碳纳米管管状结构的一端与所 述阴极支撑体电连接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述阳极延伸作为电子发射 端，所述碳纳米管管状结构为多个碳纳米管围绕一中空的线状轴心组成，所述碳纳米管 管状结构的电子发射端形成有多个电子发射尖端。一种场发射像素管，其包括一壳体及一场发射单元，所述场发射单元设置于壳 体内，所述场发射单元包括至少三个阳极和分别设置于所述至少三个阳极表面的荧光粉 层，一阴极，所述阴极与每个阳极之间间隔设置，所述阴极包括一阴极支撑体及至少三 个电子发射体，该至少三个电子发射体与所述至少三个阳极一一对应设置，其中，所述 每一电子发射体包括一碳纳米管管状结构，所述碳纳米管管状结构的一端与所述阴极支 撑体电连接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述阳极延伸作为电子发射端，所述碳 纳米管管状结构为多个碳纳米管围绕一中空的线状轴心组成，所述碳纳米管管状结构的 电子发射端形成有多个电子发射尖端。—种场发射像素管，其包括一壳体及多个场发射单元，所述多个场发射单元间 隔设置于该壳体内，所述多个场发射单元线性排列或按一定的阵列排列，所述每一场 发射单元包括至少三个阳极和分别设置于所述至少三个阳极表面的荧光粉层；一阴极，所述阴极与每个阳极之间间隔设置，所述阴极包括一阴极支撑体及至少三个电子发 射体，该至少三个电子发射体与所述至少三个阳极一一对应设置；其中，所述每一电子 发射体包括一碳纳米管管状结构，所述碳纳米管管状结构的一端与所述阴极支撑体电连 接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述阳极延伸作为电子发射端，所述碳纳米管管 状结构为多个碳纳米管围绕一中空的线状轴心组成，所述碳纳米管管状结构的电子发射 端形成有多个电子发射尖端。相较于现有技术，本发明所述的场发射单元及场发射像素管的电子发射体为碳 纳米管管状结构，可以提高电子发射体的机械强度，提高电子发射体的散热能力，并且 所述碳纳米管管状结构进一步包括多个呈环状排列的电子发射尖端，可以有效减小多个 电子发射尖端之间的屏蔽效应，提高电子发射体的电子发射能力，从而提高电子发射体 的发射电流密度。


图1是本发明第一实施例提供的场发射像素管的结构示意图。图2是本发明第一实施例提供的场发射像素管中电子发射体的结构示意图。图3是本发明第一实施例提供的场发射像素管中电子发射体的剖面示意图。图4是本发明第一实施例提供的场发射像素管中电子发射体的扫描电镜照片。图5是本发明第一实施例提供的场发射像素管中电子发射体缩口的扫描电镜照 片。图6是本发明第一实施例提供的场发射像素管中电子发射体多个电子发射尖端 的扫描电镜照片。图7是本发明第一实施例提供的场发射像素管中电子发射尖端的透射电镜照 片。图8是本发明第一实施例提供的场发射像素管中电子发射体及其线状支撑体的 剖面示意图。图9是本发明第一实施例提供的场发射像素管中碳纳米管管状结构的扫描电镜 照片。图10是本发明第一实施例提供的具有栅极体的场发射像素管的结构示意图。图11是本发明第二实施例提供的场发射像素管的结构示意图。图12至图15是本发明第二实施例提供的场发射像素管中电子发射体与阳极的位 置关系示意图。图16是本发明第三实施例提供的场发射像素管的结构示意图。图17是本发明第四实施例提供的场发射像素管的结构示意图。图18是本发明第四实施例提供的场发射像素管的俯视示意图。主要元件符号说明场发射像素管100，200，300，400电子发射尖端 101壳体102， 202，302，402第一端103
阴极104，204，304，404第二端105阴极支撑体106，206，306，406开口107电子发射体108，208，308荧光粉层110，210，310，410阳极112，212，312栅极体113阳极引线114，214，314，414出射口115阴极引线116，216，316，416栅极电极117吸气剂118，218，318，418电子发射端122，222，322，422出光部124电子发射部126线状支撑体128场发射单元203，303，403端面220，320，420第一电子发射体 407第二电子发射体 408第三电子发射体 409第一阳极411第二阳极412第三阳极41具体实施例方式以下将结合附图对本发明作进一步的详细说明。请参阅图1，本发明第一实施例提供一种场发射像素管100，该场发射像素管 100包括一壳体102及一场发射单元(图未标示)，所述场发射单元位于所述壳体102内， 所述壳体102为所述场发射单元提供一真空空间。所述场发射单元 包括一阴极104，一荧光粉层110，一阳极112以及一阴极引线 116和一阳极引线114。所述阴极104与阳极112相对且间隔设置，所述阴极引线116与 阴极104电连接，所述阳极引线114与所述阳极112电连接，所述阴极104可发射电子， 其发射的电子在所述阴极104与阳极112之间产生的电场作用下到达荧光粉层110，轰击 荧光粉层110中的荧光物质而使之发光。该壳体102是真空密封的中空结构。在本实施例中，该壳体102为中空圆柱体， 且该壳体102的材料为石英石或玻璃。可以理解的是，该壳体102还可以是中空的立方 体、三棱柱或其它多边形棱柱。所述壳体102具有相对的两端面(未标示)，其中一端面具有一出光部124，所述出光部124可以为平面也可以为球面或非球面，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。可以理解，所述出光部124也可设置在壳体102的整个表 面。所述阳极112设置于该壳体102设置有出光部124的内壁上，该阳极112为氧化铟 锡薄膜或铝膜，具有良好的透光性和导电性。所述阳极112通过所述阳极引线114电连 接于壳体102外部。所述荧光粉层110设置在阳极112靠近阴极104的表面，该荧光粉层110可以为 白色荧光粉，也可以为彩色荧光粉，例如红色、绿色、蓝色荧光粉等，当电子轰击荧光 粉层110时可发出白色或彩色可见光。所述阴极104设置于所述壳体102内部与出光部124相对的一端且垂直于所述 出光部124。所述阴极104包括一阴极支撑体106及一电子发射体108。所述电子发射 体108 —端与所述阴极支撑体106电连接，另一端向所述阳极112延伸作为电子发射端 122，用于发射电子，所述电子发射体108可通过导电胶等粘结剂固定于所述阴极支撑体 106靠近荧光粉层110的一端。所述阴极支撑体106远离荧光粉层110的一端可通过所述 阴极引线116电连接于所述壳体102外部。所述阴极支撑体106为一能够导电、导热并 具有一定强度的金属丝或其他导电结构，在本实施例中该阴极支撑体106为铜丝。请参阅图2至图4，所述电子发射体108包括一由多个碳纳米管围成的碳纳米管 管状结构，所述碳纳米管管状结构具有一中空的线状轴心。所述碳纳米管管状结构中多 个碳纳米管通过范德华力相互连接成一体结构。所述碳纳米管管状结构中大多数碳纳米 管围绕该中空的线状轴心螺旋延伸，可以理解，所述碳纳米管管状结构中也存在极少数 并非围绕线状轴心螺旋而是随机排列的碳纳米管，该少数随机排列的碳纳米管的延伸方 向没有规则。但是，该少数随机排列的碳纳米管并不影响所述碳纳米管管状结构的排列 方式以及碳纳米管的延伸方向。在此，将线状轴心的长度方向定义为多个碳纳米管的延 伸方向，将多个碳纳米管围绕所述线状轴心螺旋形成的方向定义为螺旋方向。在螺旋方 向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连，在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华 力紧密结合。所述碳纳米管管状结构中大多数碳纳米管的螺旋方向与所述线状轴心的长 度方向形成一定的交叉角α，且0° < α <90°。所述线状轴心是空的，是虚拟的。该碳纳米管管状结构中线状轴心的截面形状 可以为方形、梯形、圆形或椭圆形等形状，该线状轴心的截面大小，可以根据实际要求 制备。请一并参阅图5至图7，所述碳纳米管管状结构的一端具有多个电子发射尖端 101，所述多个电子发射尖端101围绕所述线状轴心呈环形排列。具体地，所述碳纳米 管管状结构在沿线状轴心的方向上包括一第一端103和与该第一端103相对的一第二端 105。所述碳纳米管管状结构的第一端103与所述阴极支撑体106电连接。所述第二端 105作为所述电子发射体108的电子发射端122，在电子发射端122，所述碳纳米管管状结 构的整体直径沿远离第一端103的方向逐渐减小，并收缩形成一类圆锥形的缩口，形成 一电子发射部126，即所述碳纳米管管状结构在电子发射端122具有一类圆锥形的电子发 射部126。所述碳纳米管管状结构的电子发射部126的末端具有一开口 107，以及多个突 出的碳纳米管束。所述每一碳纳米管束为所述碳纳米管管状结构从开口 107延伸出来的 由多个由碳纳米管组成的束状结构。该多个碳纳米管束围绕所述线状轴心排列成环形，且向阳极112延伸作为多个电子发射尖端101。该多个电子发射尖端101的延伸方向基 本一致，即该多个电子发射尖端101基本沿所述线状轴心的长度方向向远处延伸，所述 远处是指远离所述阴极支撑体106的方向。进一步的，该多个电子发射尖端101围绕所 述线状轴心呈发散状排列，即该多个电子发射尖端101的延伸方向逐渐远离所述线状轴 心。当该多个碳纳米管束呈发散状排列时，所述电子发射部126的径向尺寸虽然整体上 为沿远离碳纳米管管状结构的第一端103方向逐渐减小，但由于多个电子发射尖端101呈 发散性的排列，进而电子发射部126末端向外略微扩张，从而所述多个电子发射尖端101 之间的距离沿延伸方向逐渐变大，使围绕开口 107环形排列的多个电子发射尖端101相互 间的间距变大，进而进一步降低了电子发射尖端101之间的屏蔽效应。所述开口 107的 尺寸范围为4-6微米，本实施例中，所述开口 107为圆形，其直径为5微米，因此位于开 口 107的相对两端的电子发射尖端101的间距大于等于5微米。请参阅图7，每个电子发射尖端101包括多个基本平行排列的碳纳米管，并且 每个电子发射尖端101的顶端突出有一根碳纳米管，即所述多个平行排列的碳纳米管中 突出一根碳纳米管，优选的，所述每个电子发射尖端101的中心位置突出有一根碳纳米 管，该碳纳米管的直径小于5纳米。本实施例中突出的碳纳米管的直径为4纳米。相 邻的电子发射尖端101中的突出的碳纳米管之间的距离为0.1微米至2微米。相邻的电 子发射尖端101中的突出的碳纳米管之间的距离与突出的碳纳米管直径的比例的范围为 20 1-500 1。可以理解，由于电子发射尖端101的顶端突出有一根碳纳米管，且相 邻的电子发射尖端101的突出碳纳米管之间的距离与突出的碳纳米管的直径的比值大于 20 1，故相邻的电子发射尖端101中突出的碳纳米管之间的间距远大于突出的碳纳米管 的直径，从而可有效降低相邻的突出碳纳米管之间的屏蔽效应。进一步地，由于所述多 个电子发射尖端101呈环形排列于碳纳米管管状结构的一端，且相邻的电子发射尖端101 中的突出的碳纳米管之间的距离的最小值为0.1微米，则所述多个电子发射尖端101中任 意两个突出的碳纳米管之间的距离均大于0.1微米。如此可以进一步降低该电子发射体的 电场屏蔽效应，获得具有较大密度的场发射电流。另外，所述阴极104可以进一步包括多个电子发射体108与一个阴极支撑体106 电连接，所述多个电子发射体108相互间隔设置，所述多个电子发射体108的一端均与阴 极支撑体106电连接，所述多个电子发射体108的另一端分别向阳极112的方向延伸。所述碳纳米管管状结构是由至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线围绕该线状 轴心的轴向紧密环绕而形成。可以理解，该碳纳米管管状结构的管壁具有一定的厚度， 所述厚度可以通过控制所述碳纳米管膜或碳纳米管线的层数确定。该碳纳米管管状结构 内径和外径的大小可以根据实际需求制备，所述碳纳米管管状结构的内径可为10微米 30微米，外径 可为15微米 60微米，本实施例中，该碳纳米管管状结构的内径约为18 微米，最大外径即碳纳米管管状结构的最大直径约为50微米。请参考图8，所述电子发射体108可进一步包括一线状支撑体128设置在所述碳 纳米管管状结构的中空的线状轴心处。所述碳纳米管管状结构通过所述线状支撑体128 支撑并与所述阴极支撑体电连接。所述碳纳米管管状结构即为设置于所述线状支撑体128 的表面的一碳纳米管层，即所述碳纳米管层套设与所述线状支撑体128的表面，所述碳 纳米管层与所述线状支撑体128组成一碳纳米管复合线状结构。所述碳纳米管复合线状结构中的碳纳米管层与上述碳纳米管管状结构整体上基本一致，即所述碳纳米管层与上 述碳纳米管管状结构的结构相同，碳纳米管层中碳纳米管的排列及延伸方式与上述碳纳 米管管状结构中的碳纳米管的排列及延伸方式相同。所述线状支撑体128可为导电体或 非导电体，其直径可为10微米 30微米，所述线状支撑体128可进一步提高所述电子发 射体108的机械强度。所述碳纳米管复合线状结构的一端与所述阴极支撑体106电连接， 所述碳纳米管复合线状结构的另一端向所述阳极112延伸作为电子发射体108的电子发射 端，所述碳纳米管复合线状结构中的所述碳纳米管层在电子发射端延伸出多个电子发射 尖端101。所述碳纳米管复合线状结构向阳极112延伸的一端具有一与上述实施例中的电 子发射端122相同的结构。所述碳纳米管复合线状结构可通过导电胶固定于所述阴极支 撑体106靠近荧光粉层110的一端，也可以通过焊接的方式将所述复合线状结构与所述阴 极支撑体106电连接。所述电子发射端中线状支撑体128的延伸的长度小于所述碳纳米 管层在所述线状支撑体128延伸方向上的延伸长度。所述碳纳米管电子发射体108的制备方法， 包括以下步骤(SlO)提供一线状支撑体；(S20)提供至少一碳纳米管膜或碳纳米管线，将所述碳纳米管膜或碳纳米管线缠 绕在所述线状支撑体表面形成一碳纳米管层；(S30)移除所述线状支撑体，得到一由碳纳米管层围成的中空的管状碳纳米管预 制体；以及(S40)将该管状碳纳米管预制体熔断，形成所述碳纳米管电子发射体108。步骤(S 10)中，该线状支撑体在一控制装置的控制下既能够绕其中心轴旋转又 能够沿其中心轴延伸方向做直线运动。所述线状支撑体的材料可为单质金属金属、金属合金、高分子材料等。所述单 质金属包括金、银、铜、铝等，所述金属合金包括铜锡合金。进一步的，所述铜锡合金 表面可镀银。所述铜锡合金可为97%铜与3%锡的合金。所述线状支撑体在缠绕碳纳米管线膜或碳纳米管线的过程中，主要起支撑作 用，其本身具有一定的稳定性及机械强度，且可以通过化学方法、物理方法或机械方法 移除。该线状支撑体的材料可以选用符合上述条件的所有材料。可以理解，该线状支撑 体可以选用不同的直径。本实施例中选用直径为25微米的铝线作为该线状支撑体。步骤(S20)中，所述碳纳米管膜或碳纳米管为自支撑结构。所述碳纳米管膜可 为碳纳米管拉膜或碳纳米管碾压膜等。所述碳纳米管膜由若干碳纳米管组成，该若干碳 纳米管无序或有序排列。所谓无序排列是指碳纳米管的排列方向无规则。所谓有序排列 是指碳纳米管的排列方向有规则。具体地，当碳纳米管膜包括无序排列的碳纳米管时， 碳纳米管相互缠绕或者各向同性排列；当碳纳米管膜包括有序排列的碳纳米管时，碳纳 米管沿一个方向或者多个方向择优取向排列。所谓“择优取向”是指所述碳纳米管膜中 的大多数碳纳米管在一个方向或几个方向上具有较大的取向几率；即，该碳纳米管膜中 的大多数碳纳米管的轴向基本沿同一方向或几个方向延伸。当所述碳纳米管膜为碳纳米管拉膜或碳纳米管线时，步骤(S20)可包括以下具 体步骤步骤(S210)，形成至少一碳纳米管阵列。
提供一基底，所述碳纳米管阵列形成于所述基底表面。所述碳纳米管阵列由 多个碳纳米管组成，该碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一 种或多种。本实施例中，该多个碳纳米管为多壁碳纳米管，且该多个碳纳米管基本上相 互平行且垂直于所述基底，该碳纳米管阵列不含杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属 颗粒等。所述碳纳米管阵列的制备方法包括化学气相沉积法、电弧放电法、激光烧蚀 法等，所述碳纳米管阵列的制备方法不限，可参见中国大陆公开专利申请第02134760.3 号。优选地，该碳纳米管阵列为超顺排碳纳米管阵列。步骤(S220)，从所述碳纳米管阵列中拉取获得一个碳纳米管拉膜或碳纳米管 线。本实施例采用具有一定宽度的胶带、镊子或夹子接触碳纳米管阵列以选定一具 有一定宽度的多个碳纳米管；以一定速度拉伸该选定的碳纳米管，该拉取方向沿基本垂 直于碳纳米管阵列的生长方向。从而形成首尾相连的多个碳纳米管片段，进而形成一连 续的碳纳米管拉膜。在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向 逐渐脱离基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片段分别与其他碳纳 米管片段首尾相连地连续地被拉出，从而形成一连续、均勻且具有一定宽度的碳纳米管 拉膜。该碳纳米管拉膜的宽度与碳纳米管阵列所生长的基底的尺寸有关，该碳纳米管拉 膜的长度不限，可根据实际需求制得。可以理解，当该碳纳米管拉膜的宽度很窄的情况 下，可以形成所述碳纳米管线。步骤(S230)，将所述碳纳米管拉膜或碳纳米管线缠绕于所述支撑体上形成一碳 纳米管层。将所述碳纳米管拉膜或碳纳米管线缠绕于所述支撑体上形成一碳纳米管层的方 法包括以下步骤首先，将通过以上方法制备的所述碳纳米管拉膜或碳纳米管线的一端 固定于所述线状支撑体表面；其次，使该线状支撑体绕其中心轴旋转的同时沿其中心轴 延伸方向做直线运动，即可得到一表面螺旋缠绕有碳纳米管拉膜或碳纳米管线的线状支 撑体。其中，所述碳纳米管拉膜或碳纳米管线中大多数碳纳米管的螺旋方向与支撑体的 轴心的延伸方向具有一定的交叉角α，0° < α <90°。可以理解，在碳纳米管拉膜厚度 或碳纳米管线直径一定的情况下，交叉角α越小，则缠绕得到的碳纳米管层就越薄，交 叉角α越大，则缠绕得到的碳纳米管层的厚度就越厚。步骤(S30)，移除所述线状支撑体，得到一由碳纳米管层围成的中空的管状碳纳 米管预制体。将所述的线状支撑体通过化学方法、物理方法或机械方法移除。当采用活泼的 金属材料及其合金作该线状支撑体时，如铁或铝及其合金，可以使用一酸性溶液与该活 泼的金属材料反应，并将该 线状支撑体移除；当采用不活泼的金属材料及其合金作该线 状支撑体时，如金或银及其合金，可以使用加热蒸发的方法，移除所述线状支撑体；当 采用高分子材料作线状支撑体时，可以使用一拉伸装置沿所述线状支撑体的中心轴方向 拉出所述线状支撑体。本实施例采用浓度为0.5mol/L的盐酸溶液腐蚀缠绕有碳纳米管拉 膜的铝线，将该铝线移除。可以理解，根据线状支撑体直径的不同可以得到不同内径的 碳纳米管结构。如图9所示，所述管状碳纳米管预制体为多个碳纳米管围成的一碳纳米管管状结构，所述碳纳米管管状结构中所述多个碳纳米管围绕一中空的线状轴心螺旋延伸，相邻的碳纳米管之间通过范德华力紧密相连。步骤(S40)，将该管状碳纳米管预制体熔断，形成所述电子发射体。该管状碳纳米管预制体的熔断方法主要有三种。方法一电流熔断法，即将该管状碳纳米管预制体通电流加热熔断。方法一可 以在真空环境下或惰性气体保护的环境下进行，其具体包括以下步骤首先，将该管状碳纳米管预制体悬空设置于一真空室内或充满惰性气体的反应室。该真空室包括一可视窗口以及一阳极接线柱与一阴极接线柱，且其真空度低于 1X10—1帕，优选为2X10—5帕。该管状碳纳米管预制体两端分别与阳极接线柱和阴极接 线柱电性连接。本实施例中，该阳极接线柱与阴极接线柱为直径0.5毫米的铜丝导线，该 管状碳纳米管预制体的直径25微米，长度2厘米。所述的充满惰性气体的反应室结构与真空室相同，惰性气体可以是氦气或氩气寸。其次，在该管状碳纳米管预制体两端施加一电压，通入电流加热熔断。在阳极接线柱与阴极接线柱之间施加一 40伏特的直流电压。本技术领域人员 应当明白，阳极接线柱与阴极接线柱之间施加的电压与所选的管状碳纳米管预制体的内 径、外经、壁厚和长度有关。在直流条件下通过焦耳热加热管状碳纳米管预制体。加热 温度优选为2000K至2400K，加热时间小于1小时。在真空直流加热过程中，通过管状 碳纳米管预制体的电流会逐渐上升，但很快电流就开始下降直到管状碳纳米管预制体被 熔断。在熔断前，管状碳纳米管预制体上会出现一个亮点，碳纳米管长线从该亮点处熔 断。由于管状碳纳米管预制体中各点的电阻不同，使得各点的分电压也不同。在 管状碳纳米管预制体中电阻较大的一点，会得到较大的分电压，从而具有较大的加热功 率，产生较多的焦耳热，使该点的温度迅速升高。在熔断的过程中，该点的电阻会越来 越大，导致该点的分电压也越来越大，同时，温度也越来越大直到该点断裂，形成两个 电子发射端。在熔断的瞬间，阴极与阳极之间会产生一个非常小的间隙，同时在熔断点 位置附近，由于碳的蒸发，真空度较差，并且越靠近熔断处，碳的挥发越明显，这些因 素会使熔断的瞬间在熔断点附近产生气体电离。电离后的离子轰击熔断的管状碳纳米管 预制体的端部，越靠近熔断处，轰击的离子越多，从而该管状碳纳米管预制体端部形成 一类圆锥形缩口，形成所述电子发射部。本实施例采用的真空熔断法，避免了管状碳纳米管预制体熔断后得到的碳纳米 管管状结构体的锥面形结构体的端口的污染，而且，加热过程中管状碳纳米管预制体的 机械强度会有一定提高，使之具备优良的场发射性能。方法二 电子轰击法，即首先加热该管状碳纳米管预制体，然后提供一电子发 射源，使用该电子发射源轰击该管状碳纳米管预制体，使该管状碳纳米管预制体在被轰 击处熔断。方法二具体包括以下步骤首先，加热该管状碳纳米管预制体。将该管状碳纳米管预制体放置于一真空系统。该真空系统的真空度维持1 X 10-4帕至1X10-5帕。在该管状碳纳米管预制体中通入电流，加热该管状碳纳米管预制体至 1800K 至 2500K。其次，提供一电子发射源，使用该电子发射源轰击该管状碳纳米管预制体，使 该管状碳纳米管预制体在被轰击处熔断。该电子发射源包括一具有多个场发射尖端的碳纳米管长线。将该电子发射源接 入一低电位，该管状碳纳米管预制体接入一高电位。将该电子发射源与该管状碳纳米管 预制体垂直放置，并使该电子发射源指向该管状碳纳米管预制体被轰击处。该电子发射 源发射的电子束轰击该管状碳纳米管预制体的侧壁，使该管状碳纳米管预制体被轰击处 的温度升高。这样一来，该管状碳纳米管预制体被轰击处具有最高的温度。该管状碳纳 米管预制体会在该轰击处熔断，形成多个场发射尖端。进一步地，上述电子发射源相对于该管状碳纳米管预制体的具体定位，可以通 过一操作台来实现。其中，该电子发射源与该管状碳纳米管预制体之间的距离为50微米 至2毫米。本发明实施例优选将该管状碳纳米管预制体固定到一个可以实现三维移动的 操作台上。通过调节该管状碳纳米管预制体在三维空间的移动，使该电子发射源与该管 状碳纳米管预制体在同一平面内并且互相垂直。该电子发射源与该管状碳纳米管预制体 之间的距离为50微米。可以理解，为了提供更大的场发射电流以提高该管状碳纳米管预制体局域的温 度，可以使用多个电子发射源同时提供场发射电流。进一步地，还可以使用其他形式的 电子束来实现该管状碳纳米管预制体的定点熔断，比如传统的热阴极电子源发射的电子 束或者其他常见场发射电子源发射的电子束。方法三激光照射法，即以一定功率和扫描速度的激光照射该管状碳纳米管 预制体，在该管状碳纳米管预制体通入电流，该管状碳纳米管预制体在被激光照射处熔 断，形成所述电子发射体。方法三具体包括以下步骤首先，以一定功率和扫描速度的激光照射该管状碳纳米管预制体。将上述的管状碳纳米管预制体放置于空气或者含有氧化性气体的气氛中。以一 定功率和扫描速度的激光照射该管状碳纳米管预制体。当该碳管状碳纳米管预制体的某 一位置被激光照射温度升高后，空气中的氧气会氧化该位置处的碳纳米管，产生缺陷， 从而使该位置处的电阻变大。可以理解，激光照射该管状碳纳米管预制体的时间和该激光的功率成反比。即 激光功率较大时，激光照射该管状碳纳米管预制体的时间较短；激光功率较小时，激光 照射该管状碳纳米管预制体的时间较长。本发明中，激光的功率 为1瓦 60瓦，扫描速度为100-2000毫米/秒。本发 明实施例优选的激光的功率为12瓦，扫描速度为1000毫米/秒。本发明实施例中的激 光可以是二氧化碳激光、半导体激光、紫外激光等任何形式的激光，只要能产生加热的 效果即可。其次，在该管状碳纳米管预制体通入电流，管状碳纳米管预制体在被激光照射 处熔断，形成两个碳纳米管管状结构。将经过激光照射后的管状碳纳米管预制体放置于一真空系统中，该碳纳米管管 状结构两端分别与阳极接线柱和阴极接线柱电性连接后通入电流。该管状碳纳米管预制体中被激光照射的部位是温度最高的部位，最后该管状碳纳米管预制体会在该处熔断， 形成形成两个碳纳米管管状结构。可以理解，还可以将该管状碳纳米管预制体设置在一真空或者充满惰性气体的 气氛中。该管状碳纳米管预制体在被电流加热的同时，以一定功率和扫描速度的激光照 射该管状碳纳米管预制体。由于是真空或者惰性气体的气氛，故该管状碳纳米管预制体 可以被稳定地加热。当该管状碳纳米管预制体的某一位置被激光照射温度升高后，该位 置是温度最高的部位，最后该管状碳纳米管预制体会在该处烧断。同时由于管状碳纳米管预制体两端分别固定于阳极接线柱与阴极接线柱，并且 相邻碳纳米管之间存在范德华力，因此在熔断的过程中，熔断处的碳纳米管在远离熔断 处并与之相邻的碳纳米管的作用下，其螺旋方向逐渐趋向于延伸方向，即，碳纳米管的 螺旋方向与所述延伸方向所形成的交叉角α逐渐接近于0°并分散，形成所述多个发散 的电子发射尖端。同时，由于管状碳纳米管预制体在熔断的瞬间，在熔断点位置附近， 由于碳的蒸发，真空度较差，且越接近熔断处，碳的挥发越明显，使得所述管状碳纳米 管预制体熔断处形成一类圆锥形缩口，从而形成所述碳纳米管发射部。另一方面，如果省略步骤(S30)移除所述线状支撑体的步骤，而直接在(S20)步 骤的基础进行(S40)熔断的步骤，则可得到所述一线状支撑体表面设置有碳纳米管层的 碳纳米管复合结构，所述线状支撑体可以提高所述电子发射体的机械强度。如图10所示，进一步的，所述场发射像素管100包括一栅极体113，所述栅极体 113是一个具有筒状结构的中空柱体，其具有一顶面及一个从该顶面沿远离阳极112的方 向延伸的环状侧壁。该栅极体113的顶面具有一个正对于电子发射体108的电子发射端 122的出射口 115。该栅极体113的横截面可以为圆形，椭圆形或三角形，四边形等多边 形。该栅极体113环绕电子发射体108设置，即电子发射体108收容于栅极体113内， 且电子发射体108的电子发射端122正对于栅极体113顶面的出射口 115。在本实施例 中，该栅极体113为一个中空圆柱体，其材料为导电材料，且与所述阴极104与阳极112 分别间隔设置。所述栅极体113通过栅极电极117电连接于壳体102外部。当给场发射 像素管100施加工作电压时，该栅极体113与电子发射体108之间形成电场，碳纳米管管 状结构在该电场作用下发射电子，穿过栅极体顶面的出射口 115，再在阳极112高电压作 用下加速以轰击荧光粉层110。同时由于电子发射体108位于栅极体113内，栅极体113 可以起到屏蔽作用，以屏蔽阳极112的高压，保护电子发射体108，延长碳纳米管管状结 构的使用寿命。通过调节栅极电极117上的电压可以控制电子发射体108的发射电流， 从而调节荧光屏的亮度。可以理解，所述栅极体113为一可选结构。另外，该场发射像素管100进一步包括一位于 壳体102内的吸气剂118，用于吸 附场发射像素管内的残余气体，维持场发射像素管内部的真空度。该吸气剂118可以为 蒸散型吸气剂金属薄膜，在壳体102封接后通过高频加热蒸镀的方式形成于壳体102的内 壁上。该吸气剂118也可以为非蒸散型吸气剂，设置在阴极支撑体106上。所述的非蒸 散型吸气剂118的材料主要包括钛、锆、铪、钍、稀土金属及其合金。当该场发射像素管100工作时，分别给阳极112和阴极104施加不同的电压使得 阳极112和阴极104之间形成电场，通过电场作用使电子发射体108尖端即碳纳米管线发 射出电子，电子轰击荧光粉层110上的荧光物质，发出可见光。可见光透过阳极112通过场发射像素管100的出光部124射出，多个这样的场发射像素管100排列起来就可以用 来照明或信息显示。请参阅图11，本发明第二实施例提供一种场发射像素管200，其基本结构与第 一实施例所述场发射像素管100结构基本相同，其不同在于所述场发射像素管200中荧光 粉层设置于一阳极端面上。所述场发射像素管200包括一壳体202及一场发射单元203， 所述场发射单元203位于所述壳体202内，所述壳体202为所述场发射单元提供一真空空 间。所述场发射单元包括一阴极204，一荧光粉层210，一阳极212以及一阴极引线 216和一阳极引线214。所述阴极204与阳极212间隔设置，所述阴极引线216与阴极 204电连接，所述阳极引线214与所述阳极212电连接，所述阴极204可发射电子，其发 射的电子在所述阴极204与阳极212产生的电场的作用下到达荧光粉层210，轰击荧光粉 层210中的荧光物质而使之发光。所述壳体202为一真空密封的结构。在本实施例中，该壳体202为一中空玻璃圆 柱体，且该圆柱体直径为1毫米至5毫米，高度为2毫米至5毫米。该壳体202的一端 包括一出光部224。该壳体202材料为一透明材料如石英石或玻璃。可以理解的是， 该壳体202还可以是中空的立方体、三棱柱或其它多边形棱柱，本领域技术人员可以根 据实际情况进行选择。所述阴极204包括一阴极支撑体206与一电子发射体208。该阴极支撑体206的 一端与电子发射体208 —端电性连接，另一端通一阴极引线216电性连接到壳体202外。 所述阴极支撑体206为一导电体，如金属丝或金属杆。该阴极支撑体206形状不限， 且能够导热并具有一定强度。本实施例中该阴极支撑体206优选为镍丝。所述电子发射体208包括一由多个碳纳米管围成的碳纳米管管状结构。所述碳 纳米管管状结构中大多数碳纳米管围绕一中空的线状轴心螺旋延伸，可以理解，所述碳 纳米管管状结构中也存在极少数并非围绕线状轴心螺旋而是随机排列的碳纳米管，该少 数随机排列的碳纳米管的延伸方向没有规则。但是，该少数随机排列的碳纳米管并不影 响所述碳纳米管管状结构的排列方式以及碳纳米管的延伸方向。在此，将线状轴心的长 度方向定义为多个碳纳米管的延伸方向，将多个碳纳米管围绕所述线状轴心螺旋形成的 方向定义为螺旋方向。在螺旋方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连，在延伸方 向上相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合。所述碳纳米管管状结构中大多数碳纳米管 的螺旋方向与所述线状轴心的长度方向形成一定的交叉角α，且0° < α <90°。所述 电子发射体208与第一实施例所述场发射像素管100中的电子发射体108的材料、结构及 制备方法相同。所述电子发射体208具有一电子发 射端222，所述电子发射端222设置于电子发 射体208远离阴极支撑体206的一端，并向所述阳极212延伸。所述电子发射体208与 电子发射端222相对的另一端与所述阴极支撑体206电连接。进一步的，所述电子发射 体208的电子发射端222的正投影位于所述荧光粉层210的表面。所述的阳极212远离所述壳体202的出光部224设置，即所述阳极212并未设置 在所述壳体202的出光部224的位置。所述的阳极212为一导电体，如金属杆。该 阳极212形状不限，且能够导热并具有一定强度。本实施例中，阳极212优选为铜金属杆。该铜金属杆直径为100微米至1厘米。可以理解，该铜金属杆直径可以根据实际需 要选择。所述阳极212的一端包括一端面220，该阳极212远离端面220的另一端通过一 阳极引线214电性连接到壳体202外。所述的端面220为一抛光的端面。该抛光的端面 220可以为平面、半球面、球面、锥面、凹面或其它形状端面。所述的荧光粉层210设置在阳极212的端面220上。该荧光粉层210的材料可 以为白色荧光粉，也可以为单色荧光粉，例如红色，绿色，蓝色荧光粉等，当电子轰击 荧光粉层210时可发出白光或其它颜色可见光。该荧光粉层210可以采用沉积法或涂敷 法设置在阳极212的一端的端面220上。该荧光粉层210厚度为5至50微米。所述端 面220可以反射荧光粉层210发出的光。所述的电子发射体208与阳极212的设置可以为多种位置关系，请参见图12至 图15。可以使电子发射体208的电子发射端222与阳极212的端面220正对设置；可以 使电子发射体208与阳极212轴向成一锐角，使电子发射端222与端面220斜对设置；可 以使电子发射体208与阳极212轴向互相垂直或平行，使电子发射端222设置在端面220 附近。可以理解，上述设置的位置关系不限于此，只需满足所述电子发射体208的电子 发射端222是所述电子发射体208最靠近所述阳极212的端面220的一端即可。优选地， 电子发射端222与端面220距离小于5毫米。另外，该场发射像素管200进一步包括一位于壳体202内的吸气剂218，用于吸 附场发射像素管内残余气体，维持场发射像素管内部的真空度。该吸气剂218可以为蒸 散型吸气剂金属薄膜，在壳体202封接后通过高频加热蒸镀的方式形成于靠近阴极204的 壳体202内壁上。该吸气剂218也可以为非蒸散型吸气剂，固定在阴极支撑体206上。 所述的非蒸散型吸气剂218材料主要包括钛、锆、铪、钍、稀土金属及其合金。当该场发射像素管200工作时，在阳极212和阴极204之间加上电压形成电场， 通过电场作用使电子发射体208的电子发射端222发射出电子，发射电子到达阳极212， 轰击阳极212表面的荧光粉层210，发出可见光。其中，一部分可见光直接透过壳体202 的出光部224射出，另一部分可见光则经过阳极212端面220反射后，透过壳体202的出 光部224射出。请参阅图16，本发明第三实施例提供一种场发射像素管300，其基本结构与第 二实施例所述场发射像素管200结构基本相同，其不同点在于，所述场发射像素管300 包括一壳体302以及设置于该壳体302内的多个场发射单元303，所述的多个场发射单元 303相互间隔一定距离设置，且按照预定规律排列。所述场发射单元303与第二实施例 所述场发射单元203的材料与结构相同。每个场发射单元303包括一阴极304、一阳极 312、一阴极引线316、一阳极引线314和一荧光粉层310。所述阴极304包括一阴极支 撑 体306与一电子发射体308，所述电子发射体308包括一电子发射端322。该阳极312 的一端包括一端面320。该荧光粉层310设置在阳极312端面320上。该阳极312远离 端面320的另一端通过一阳极引线314电性连接到壳体302外。另外，该场发射像素管300进一步包括一位于壳体302内壁的吸气剂318，用于 吸附场发射像素管300内残余气体，维持场发射像素管300内部的真空度。该吸气剂318 可以为蒸散型吸气剂金属薄膜，在壳体302封接后通过高频加热蒸镀的方式形成于壳体 302内壁上。该吸气剂318也可以为非蒸散型吸气剂，固定在所述阴极304上或单独的一根阴极引线316上。所述的非蒸散型吸气剂318材料主要包括钛、锆、铪、钍、稀土金
属及其合金。所述壳体302为一真空密封的结构。该壳体302正对每个场发射单元303中阳 极312的端面320的部分为一出光部324，所述出光部324远离所述阳极312设置。所述 场发射单元303在壳体302中可以有不同的排列方式，如线性排列或按一定的阵列排列， 本领域技术人员可以根据实际情况进行设置。本实施例中，场发射单元303为线性等距 离排列在壳体302中。可以理解，当用该场发射像素管300组装大屏幕显示器时，多个 场发射单元303之间的行距与列距要保持相等。当该场发射像素管300工作时，在一阳极312和一阴极304之间加上电压形成电 场，通过电场作用使电子发射体308的电子发射端322发射出电子，发射的电子到达阳极 312，轰击阳极312表面的荧光粉层310，发出可见光。其中，一部分可见光直接透过壳 体302的出光部324射出，另一部分可见光则经过阳极312端面320反射后，透过壳体 302的出光部324射出。由于所述场发射像素管300包括多个场发射单元303，可通过外 接控制电路控制实现该多个场发射单元303单独工作或同时工作。所述场发射像素管300包括多个场发射单元303，而且，每个场发射单元303体 积较小，可以方便的用来组装大型户外显示器，且组装的大型户外显示器分辨率较高。 另外，该场发射像素管300中，多个场发射单元303置于一个壳体302内，且每个场发射 单元303中阴极304与阳极312无需精确对准，可以简化制备工艺，降低制备成本。请参阅图17及图18，本发明第四实施例提供一种场发射像素管400，所述场发 射像素管400包括一壳体402及至少一场发射单元403，所述场发射单元403位于所述壳 体402内。所述场发射像素管400的基本结构与第二实施例所述场发射像素管200的结 构基本相同，其不同在于，所述每一场发射单元包括多个阳极，所述多个阳极按一定规 则排列。所述每一场发射单元403包括一阴极404，一荧光粉层410，一第一阳极411， 一第二阳极412以及一第三阳极413。所述阴极404与所述第一阳极411、第二阳极412 以及第三阳极413间隔设置于所述壳体402内。所述第一阳极411、所述第一阳极411、 第二阳极412以及第三阳极413围绕所述阴极404设置，且其正投影呈三角形排列，三个 阳极的正投影分别对应位于所述三角形的三个顶点。所述阴极404包括一第一电子发射 体407、一第二电子发射体408和一第三电子发射体409，所述第一电子发射体407、一 第二电子发射体408和一第三电子发射体409分别向与之对应的第一阳极411、第二阳极 412以及第三阳极413的方向延伸。该第一电子发射体407、第二电子发射体408和第三 电 子发射体409分别包括一电子发射端422。所述第一电子发射体407、第二电子发射体 408和第三电子发射体409分别与所述第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413—一 对应，且所述第一电子发射体407、第二电子发射体408和第三电子发射体409的电子发 射端422分别向所述第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413延伸设置。所述第 一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413分别具有一端面420。所述第一电子发射体 407、第二电子发射体408和第三电子发射体409的电子发射端422的正投影分别位于每 个电子发射体对应的阳极的端面所在的范围内。所述荧光粉层410分别设置于所述第一 阳极411、第二阳极412以及第三阳极413端面的表面。
所述壳体402为一真空密封的结构。该壳体402包括一出光部424，该出光部 424与所述第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413端面相对设置。当所述壳体 402包括多个场发射单元403时，所述多个场发射单元403可以有不同的排列方式，如线 性排列或按一定的阵列排列，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置。所述阴极404进一步包括一阴极支撑体406，该阴极支撑体406为一导电体， 如金属丝或金属杆。该阴极支撑体406形状不限，且能够导电并具有一定强度。本发 明实施例中所述阴极支撑体406优选为镍丝。所述第一电子发射体407、第二电子发射 体408和第三电子发射体409的一端分别与所述阴极支撑体406的一端电性连接，且所述 第一电子发射体407、第二电子发射体408和第三电子发射体409的电子发射端422分别 靠近每个电子发射体对应阳极的端面设置。该场发射像素管400进一步包括一阴极引线 416，所述阴极支撑体406远离所述第一电子发射体407、第二电子发射体408和第三电子 发射体409的一端通过该阴极引线416连接到所述壳体402外。本实施例所述的第一电子发射体407、第二电子发射体408和第三电子发射体 409分别包括一碳纳米管管状结构，所述碳纳米管管状结构中大多数碳纳米管围绕一中空 的线状轴心螺旋延伸，可以理解，所述碳纳米管管状结构中也存在极少数并非围绕线状 轴心螺旋而是随机排列的碳纳米管，该少数随机排列的碳纳米管的延伸方向没有规则。 但是，该少数随机排列的碳纳米管并不影响所述碳纳米管管状结构的排列方式以及碳纳 米管的延伸方向。在此，将线状轴心的长度方向定义为多个碳纳米管的延伸方向，将多 个碳纳米管围绕所述线状轴心螺旋形成的方向定义为螺旋方向。在螺旋方向上相邻的碳 纳米管通过范德华力首尾相连，在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合。 所述碳纳米管管状结构中大多数碳纳米管的螺旋方向与所述线状轴心的长度方向形成一 定的交叉角α，且0° < α <90°。所述的第一电子发射体407、第二电子发射体408和 第三电子发射体409的结构、材料及制备方法与第一实施例所述电子发射体108相同。所述的第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413均为一导电体，如金属 杆。该第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413形状不限，且能够导热并具有一定 强度。本发明实施例中，所述的第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413均优选为 镍金属杆。该金属杆直径为100微米至1厘米。可以理解，该金属杆直径可以根据实际 需要选择。所述第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413呈一等边三角形放置， 其中所述阴极404设置在该等边三角形的中心。可以理解，所述第一阳极411、第二阳 极412以及第三阳极413之间的位置关系可以根据需要进行适当的调整。所述第一阳极 411、第二阳极412以及第三阳极413分别包括一抛光的端面420。所述端面420可以为 平面、半球面、球面、锥面、凹面或其它形状端面。所述端面420可以反射荧光粉层发 出的光。该场发射像素管400进一步包括一阳极引线415。所述第一阳极411、第二阳 极412以及第三阳极413远离其端面420的一端分别通过该阳极引线415电性连接到所述 壳体402外。所述荧光粉层410分别设置在所述第一阳极411、第 二阳极412以及第三阳极 413的端面420的表面。所述第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413上的荧光 粉层410可以分别为三种不同颜色的荧光粉。当电子轰击所述第一阳极411、第二阳极 412以及第三阳极413上的荧光粉层410时可发出白光或其它颜色可见光。所述第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413上的荧光粉层410可以采用沉积法或涂敷法设置 在所述第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413的端面420的表面。所述第一阳 极411、第二阳极412以及第三阳极413上的荧光粉层410厚度为5微米至50微米。可 以理解，所述第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413上的荧光粉层410也可以进 一步分别对应设置在所述第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413上的表面其他位 置。只要所述第一电子发射体407，第二电子发射体408和第三电子发射体409所发射的 电子能轰击到对应的荧光粉层410即可。所述的每个电子发射体与阳极的设置可以为多种位置关系，其位置关系可参照 第二实施例所述场发射像素管200中电子发射体与阳极之间的位置关系。另外，该场发射像素管400进一步包括一位于壳体402内壁的吸气剂418，用于 吸附场发射像素管400内残余气体，维持场发射像素管400内部的真空度。该吸气剂418 可以为蒸散型吸气剂金属薄膜，在壳体402封接后通过高频加热蒸镀的方式形成于壳体 402内壁上。该吸气剂418也可以为非蒸散型吸气剂，固定在所述阴极404上或单独的一 根阴极引线416上。所述的非蒸散型吸气剂418材料主要包括钛、锆、铪、钍、稀土金 属及其合金。当该场发射像素管400工作时，分别在所述第一阳极411、第二阳极412以及第 三阳极413和阴极404之间加上电压形成电场，通过电场作用使第一电子发射体407、第 二电子发射体408和第三电子发射体409发射出电子，发射的电子到达第一阳极411、第 二阳极412以及第三阳极413，分别轰击第一阳极411、第二阳极412以及第三阳极413 上荧光粉层410，发出可见光。其中，一部分可见光直接透过出光部424射出，另一部分 可见光则经过端面420反射后，透过该出光部424射出。该场发射像素管400可以用来 组装具有较高分辨率的大型户外彩色显示器。相对于现有技术，本发明采用碳 纳米管管状结构作为电子发射体，使得电子发 射体的机械强度和散热效率得到提高，且该碳纳米管管状结构包括多个突出的环状排列 的电子发射尖端，可以有效降低该电子发射体的电场屏蔽效应，获得具有较大密度的场 发射电流。所述场发射单元可用于组装照明设备或显示设备。另外，本领域技术人员还可在本本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本 本发明精神所做的变化，都应包含在本本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种场发射单元，其包括至少三个阳极和分别设置于所述至少三个阳极表面的荧光粉层；一阴极，所述阴极与每个阳极间隔设置，所述阴极包括一阴极支撑体及至少三个电 子发射体，该至少三个电子发射体与所述至少三个阳极一一对应设置；其特征在于，所述每一电子发射体包括一碳纳米管管状结构，所述碳纳米管管状结 构的一端与所述阴极支撑体电连接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述阳极延伸作 为电子发射端，所述碳纳米管管状结构为多个碳纳米管围绕一中空的线状轴心组成，所 述碳纳米管管状结构的电子发射端形成有多个电子发射尖端。
2.如权利要求1所述的场发射单元，其特征在于，所述碳纳米管管状结构中大多数碳 纳米管通过范德华力首尾相连并围绕中空的线状轴心螺旋延伸。
3.如权利要求2所述的场发射单元，其特征在于，所述碳纳米管管状结构中大多数碳 纳米管的螺旋方向与所述线状轴心的长度方向形成一定的交叉角α，且0° < α <90°。
4.如权利要求1所述的场发射单元，其特征在于，在所述电子发射体的电子发射端， 所述碳纳米管管状结构具有一类圆锥形的电子发射部。
5.如权利要求1所述的场发射单元，其特征在于，所述碳纳米管管状结构的电子发射 部的末端具有一开口，所述碳纳米管管状结构从开口处延伸出多个碳纳米管束作为多个 电子发射尖端。
6.如权利要求5所述的场发射单元，其特征在于，所述开口的直径为4微米至6微米。
7.如权利要求5所述的场发射单元，其特征在于，所述多个电子发射尖端围绕所述线 状轴心呈环状排列，且向所述阳极延伸。
8.如权利要求7所述的场发射单元，其特征在于，所述多个电子发射尖端的延伸方向 逐渐远离所述线状轴心。
9.如权利要求5所述的场发射单元，其特征在于，所述每个电子发射尖端包括多个基 本平行的碳纳米管，每个电子发射尖端的中心处突出有一根碳纳米管。
10.如权利要求9所述的场发射单元，其特征在于，所述相邻的电子发射尖端中突出 的碳纳米管之间的距离为0.1微米 2微米。
11.如权利要求9所述的场发射单元，其特征在于，所述多个电子发射尖端中相邻 的两个电子发射尖端中突出的碳纳米管之间的间距与突出的碳纳米管的直径的比值为 20 1 至 500 1。
12.如权利要求1所述的场发射单元，其特征在于，所述电子发射体进一步包括一线 状支撑体设置在所述碳纳米管管状结构的中空的线状轴心处。
13.如权利要求12所述的场发射单元，其特征在于，所述线状支撑体为导电体。
14.如权利要求13所述的场发射单元，其特征在于，所述碳纳米管管状结构通过所述 线状支撑体支撑并与所述阴极支撑体电连接。
15.如权利要求1所述的场发射单元，其特征在于，所述阴极包括多个电子发射体相 互间隔设置并与所述阴极支撑体电连接。
16.如权利要求1所述的场发射单元，其特征在于，所述电子发射端的正投影位于所 述荧光粉层的表面上。
17.如权利要求1所述的场发射单元，其特征在于，所述多个阳极围绕所述阴极设置。
18.如权利要求1所述的场发射单元，其特征在于，所述至少三个阴极发射体的一 端均与所述阴极支撑体电连接，所述至少三个阴极发射体的另一端分别朝不同的方向延伸。
19.如权利要求1所述的场发射单元，其特征在于，所述的至少三个阳极表面的荧光 粉层中包含不同颜色的荧光粉。
20.—种场发射像素管，其包括一壳体以及一场发射单元，所述场发射单元设置于壳 体内，所述场发射单元包括至少三个阳极和分别设置于所述至少三个阳极表面的荧光粉层； 一阴极，所述阴极与每个阳极之间间隔设置，所述阴极包括一阴极支撑体及至少三 个电子发射体，该至少三个电子发射体与所述至少三个阳极一一对应设置；其特征在于，所述每一电子发射体包括一碳纳米管管状结构，所述碳纳米管管状结 构的一端与所述阴极支撑体电连接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述阳极延伸作 为电子发射端，所述碳纳米管管状结构为多个碳纳米管围绕一中空的线状轴心组成，所 述碳纳米管管状结构的电子发射端形成有多个电子发射尖端。
21.如权利要求20所述的场发射像素管，其特征在于，所述壳体为一中空透明的圆柱 体、中空透明的立方体或中空透明的三棱柱且具有一与阳极端面相对设置的出光部。
22.如权利要求21所述的场发射像素管，其特征在于，所述阳极远离所述出光部设置。
23.如权利要求20所述的场发射像素管，其特征在于，所述场发射像素管进一步包括 一位于壳体内的吸气剂。
24.—种场发射像素管，其包括一壳体及多个场发射单元，所述多个场发射单元间隔 设置于该壳体内，所述多个场发射单元线性排列或按一定的阵列排列，所述每一场发射 单元包括至少三个阳极和分别设置于所述至少三个阳极表面的荧光粉层； 一阴极，所述阴极与每个阳极之间间隔设置，所述阴极包括一阴极支撑体及至少三 个电子发射体，该至少三个电子发射体与所述至少三个阳极一一对应设置；其特征在于，所述每一电子发射体包括一碳纳米管管状结构，所述碳纳米管管状结 构的一端与所述阴极支撑体电连接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述阳极延伸作 为电子发射端，所述碳纳米管管状结构为多个碳纳米管围绕一中空的线状轴心组成，所 述碳纳米管管状结构的电子发射端形成有多个电子发射尖端。
全文摘要
本发明涉及一种场发射单元及场发射像素管，所述场发射像素管包括一壳体及一场发射单元，所述场发射单元设置于壳体内，所述场发射单元包括至少三个阳极和分别设置于所述至少三个阳极表面的荧光粉层，一阴极，所述阴极与每个阳极之间间隔设置，所述阴极包括一阴极支撑体及至少三个电子发射体，该至少三个电子发射体与所述至少三个阳极一一对应设置，其中，所述每一电子发射体包括一碳纳米管管状结构，所述碳纳米管管状结构的一端与所述阴极支撑体电连接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述阳极延伸作为电子发射端，所述碳纳米管管状结构为多个碳纳米管围绕一中空的线状轴心组成，所述碳纳米管管状结构的电子发射端形成有多个电子发射尖端。
文档编号H01J31/10GK102024653SQ20101056468
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者范守善, 魏洋 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司