场发射电子器件的制作方法

专利名称：场发射电子器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种场发射电子器件，尤其涉及一种应用碳纳米管作为电子发射体的 场发射电子器件。
背景技术：
场发射电子器件在低温或者室温下工作，与电真空器件中的热发射电子器件相比 具有功耗低、响应速度快以及低放气等优点，因此用场发射电子器件有望替代电真空器件 中的热发射电子器件。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〃 Helical Microtubules of Graphitic Carbon “，S. Iijima， Nature, vol.354, p56(1991)。碳纳米管具有极优异的导电性能、良好的化学稳定性和大 的长径比，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，其局部电场愈集 中)，因而碳纳米管在场发射领域具有潜在的应用前景。目前的研究表明，碳纳米管是已知 的最好的场发射材料之一，它的尖端尺寸只有几纳米至几十纳米，具有低的开启电压，可传 输极大的电流密度，并且电流稳定，使用寿命长，因而非常适合作为一种极佳的点电子源， 应用在场发射电子器件中作为电子发射体。现有的场发射电子器件的电子发射体包括一碳纳米管长线。该碳纳米管长线具有 一第一端以及与第一端相对的第二端，该碳纳米管长线的第一端可与一阴极电极电连接， 该碳纳米管长线的第二端从阴极电极向外延伸。所述碳纳米管长线的第二端用做电子发射 端。然而，所述碳纳米管长线的制备方法为将一较长的碳纳米管线机械切割后获得，因此， 碳纳米管长线的电子发射端为平齐结构。该种平齐结构的电子发射端的场增强因子较小， 且电子发射端处多个碳纳米管紧密结合在一起，相互之间存在电磁屏蔽效应，所以该种电 子发射体的电子发射能力较差，导致该场发射器件的场发射能力较差。

发明内容
因此，确有必要提供一种具有较佳电子发射能力的场发射电子器件。一种场发射电子器件，其包括一绝缘基板；多个行电极间隔设置于绝缘基板的 表面；多个阴极发射体设置于所述行电极表面，且呈矩阵状分布；一隔离层；多个列电极设 置于隔离层的表面，该多个列电极通过隔离层支撑且与行电极绝缘；一阳极装置，该阳极装 置包括一阳极玻璃基板、一阳极电极以及所述多个荧光粉区域，所述荧光粉区域对应于所 述行电极和列电极相交叉的位置；所述多个阴极发射体中的每个阴极发射体均包括至少一 电子发射体，所述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 所述行电极电连接，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体的电 子发射端，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为多个 碳纳米管围绕该中空的线状轴心组成，所述碳纳米管管状结构沿所述线状轴心的一端延伸 出多个电子发射尖端。
—种场发射电子器件，其包括一绝缘基板；多个行电极与列电极分别平行且等 间隔设置于绝缘基板上，该多个行电极与多个列电极相互交叉设置，每两个相邻的行电极 与两个相邻的列电极形成一个网格，行电极与列电极之间电绝缘；多个电子发射单元，每个 电子发射单元对应一个网格设置，每个电子发射单元进一步包括间隔设置的一阴极电极与 一阳极电极，且该阳极电极和阴极电极分别与上述行电极与列电极电连接，以及一阴极发 射体，该阴极发射体与阴极电极电连接；所述阴极发射体包括至少一电子发射体，所述电子 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电极电连接， 所述碳纳米管管状结构的另一端向所述阳极电极延伸作为电子发射体的电子发射端，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为多个碳纳米管围绕该 中空的线状轴心组成，所述碳纳米管管状结构沿所述线状轴心的一端延伸出多个电子发射 尖端。一种场发射电子器件，其包括一绝缘基板；多个行电极与列电极分别平行且等 间隔设置于绝缘基板上，该多个行电极与多个列电极相互交叉设置，每两个相邻的行电极 与两个相邻的列电极形成一个网格，行电极与列电极之间电绝缘；多个电子发射单元，每 个电子发射单元对应一个网格设置，每个电子发射单元进一步包括间隔设置的一阴极电极 与一栅极电极，且该栅极电极和阴极电极分别与上述行电极与列电极电连接，以及一阴极 发射体，该阴极发射体与阴极电极电连接；一阳极装置，该阳极装置包括一玻璃基板，一透 明阳极及涂覆于透明阳极上的荧光粉层；所述阴极发射体均包括至少一电子发射体，所述 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电极电连 接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述栅极电极延伸作为电子发射体的电子发射端， 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为多个碳纳米管围 绕该中空的线状轴心组成，所述碳纳米管管状结构沿所述线状轴心的一端延伸出多个电子 发射尖端。一种场发射电子器件，其包括一绝缘基板；一阴极电极设置在所述绝缘基板表 面，该阴极电极包括阴极电极和多个电子发射体与所述阴极电极电性连接；以及一栅极，该 栅极通过一隔离层与所述阴极电极间隔且电性绝缘设置，所述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电极电连接，所述碳纳米管管状结构 的另一端向所述栅极电极延伸作为电子发射体的电子发射端，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为多个碳纳米管围绕该中空的线状轴心组成， 所述碳纳米管管状结构的一端与所述阴极电极电性连接，所述碳纳米管管状结构的另一端 向所述栅极延伸并延伸出多个电子发射尖端。与现有技术相比，本发明提供的场发射电子器件具有以下优点其一，场发射电子 器件中的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延伸出多个 电子发射尖端，因此，可有效降低该电子发射体的电场屏蔽效应；其二，所述多个电子发射 尖端的尖端状可增强电子发射体的场增强因子，使电子发射体更易于发射电子，从而提高 电子发射体的场发射性能；其三，所述电子发射体具有多个电子发射尖端，因此，电子发射 体的电流密度较大，可适当减少场发射电子器件中的电子发射体的数量，使场发射电子器 件更加易于制备。


图1是本发明第一实施例提供的场发射电子器件的剖视图。图2是本发明第一实施例提供的场发射电子器件的立体图。图3是本发明第一实施例提供的场发射电子器件中的电子发射体的结构示意图。图4是图3中的电子发射体的扫描电镜照片。图5是图3中的电子发射体的剖视图。图6是图3中的电子发射体的电子发射部的扫描电镜照片。图7是图3中的电子发射体的开口的扫描电镜照片。图8是图3中的电子发射体的场发射尖端的透射电镜照片。图9是图3中的电子发射体的制备过程中的碳纳米管预制体的扫描电镜照片。图10是本发明第一实施例提供的另一种电子发射体的剖视图。图11是本发明第二实施例提供的场发射电子器件的剖视图。图12是本发明第二实施例提供的场发射电子器件的立体图。图13是本发明第三实施例提供的场发射电子器件的俯视图。图14是本发明第三实施例提供的场发射电子器件的剖视图。图15是本发明第四实施例提供的场发射电子器件的剖视图。主要元件符号说明10、20、21822242628100a、100b、200、300102104106108110a、110b、202、302111120a、120b、204、306130a、130b、216140a、140b、206150a、150b、208、308160a、160b170a、170b180a、180b、210190a、190b、336212、312214网格
电子发射体 电子发射部 碳纳米管层 导电线状结构 电子发射尖端 场发射电子器件
碳纳米管管状结构的第一端 碳纳米管管状结构的第二端 电子发射尖端 电子发射部 色缘基板
开口 行电极 隔离体 列电极 阴极发射体 阳极基板 通孔 阳极电极 荧光粉区域 阴极电极
220、320
电子发射单元222310330332334
电子发射端 栅极电极 阳极装置 玻璃基板 透明阳极
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场发射电子器件。请参阅图1和图2，本发明第一实施例提供一种场发射电子器件100a，其包括一绝 缘基板110a、多个行电极120a、一隔离层、多个列电极140a、多个阴极发射体150a、一阳极 基板160a、一阳极电极180a以及多个荧光粉区域190a。所述多个行电极120a相互平行且 间隔设置于绝缘基板IlOa的表面。所述阴极发射体150a设置于所述行电极120a表面且 与该行电极120a电连接。所述多个阴极发射体150a呈矩阵状分布。所述隔离层包括多个 条形的相互平行且间隔设置的隔离体130a。所述多个隔离体130a与所述多个行电极120a 相互垂直交叉设置，且所述多个隔离体130a覆盖部分行电极120a。所述多个隔离体130a 对应于多个阴极发射体150a的位置处形成有多个通孔170a。所述多个列电极140a通过所 述隔离体130a支撑并与所述行电极120a电绝缘。所述列电极140a与和所述多个行电极 120a相交叉的位置处形成有多个通孔170b，所述通孔170a与170b连通设置。所述阴极发 射体150a设置于所述隔离体130a和列电极140a的通孔170a与170b内，并与所述行电极 120a电性连接。即所述阴极发射体150a位于多个行电极120a和多个列电极140a相交叉 的位置。所述每个阴极发射体150a的位置与一个荧光粉区域190a正对设置。即所述多个 行电极120a和多个列电极140a相交叉的位置正对于一荧光粉区域190a。所述绝缘基板IlOa的材料为玻璃、陶瓷或二氧化硅等绝缘材料。本实施例中，所 述绝缘基板IlOa的材料为玻璃。所述多个行电极120a的形状为长条形或带状，所述多个行电极120a平行且等间 距间隔设置于绝缘基板IlOa表面，所述行电极120a的材料为铜、铝、金或银等金属。所述 多个行电极120a的材料还可以为铟锡氧化物(ITO)或导电浆料。本实施例中，所述多个行 电极120a为银电极。所述多个隔离体130a设置于绝缘基板IlOa表面，覆盖部分行电极120a，并对应每 一个阴极发射体150a处设置有通孔170a。所述阴极发射体150a设置于所述隔离体130a 的通孔170a内。隔离体130a的具体形状不限。所述隔离体130a的材料为玻璃、陶瓷或二 氧化硅等绝缘材料，隔离体130a的高度大于15微米。所述隔离体130a的高度不宜太高， 否则将会使列电极140a所需施加的电压太高。可以理解，所述隔离层还可为一体成型具有 多个通孔170a的绝缘面板，该绝缘面板还可以和绝缘基板IlOa—体成型。本实施例中，所 述隔离层为多个隔离体130a，所述多个隔离体130a中每个隔离体130a的高度为20微米。所述列电极140a的材料可以为铜、铝、金、银等金属。所述列电极140a的材料还 可以为ITO或导电浆料。所述列电极140a上形成有一排通孔170b，该通孔170b与隔离体 130a的通孔170a连通设置，以使电子发射单元150a发射的电子可以通过该通孔170b射出。优选地，所述列电极140a与所述隔离体130a—一对应且重叠设置。本实施例中，所述 列电极140a的材料为银电极。所述阳极电极180a为氧化铟锡薄膜。所述阳极基板160a、阳极电极180a以及所 述多个荧光粉区域190a组成一阳极装置。该阳极装置与所述绝缘基板IlOa相对且间隔一 段距离设置，并可进一步封装成一密封空间。所述阴极发射体150a包括至少一电子发射体10。请参阅图3、图4、图5和图6， 所述第一电子发射体10包括一碳纳米管管状结构，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为多个碳纳米管围绕该中空的线状轴心组成，所述碳纳 米管管状结构沿线状轴心的一端延伸出多个电子发射尖端106。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 管通过范德华力首尾相连并围绕中空的线状轴心螺旋延伸。可以理解，该碳纳米管管状结 构中也存在少数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，所述少数随机排列的碳纳米管不影响所述碳纳米管管状结构中大多数碳纳米管的排 列方式与延伸方向。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。该碳纳 米管管状结构中的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彡90°。所述线状轴心是空的，是虚拟的，是该碳纳米管管状结构的轴心。该线状轴心的截 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 求而定。所述碳纳米管管状结构的一端具有多个电子发射尖端106，所述多个电子发射尖 端106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长度 的方向具有一第一端102和与该第一端102相对的一第二端104。所述碳纳米管管状结构 的第一端102与所述行电极120a电连接，所述碳纳米管管状结构的第二端104向所述阳极 电极180a延伸作为电子发射体10的电子发射端106。本实施例中，该碳纳米管管状结构 垂直于行电极120a设置。在第二端104，所述碳纳米管管状结构的整体直径沿远离行电极 120a的方向逐渐减小，并收缩形成一类圆锥形的缩口，作为所述第一电子发射体10的电子 发射部108。所述第一电子发射体10在应用时，在电场作用下从电子发射部108发射出电 子，由于第一电子发射体10的电子发射部108为类圆锥形，可使电子发射部108的局部电 场集中，因此可增强电子发射部108的场增强因子，使第一电子发射体10易于发射出电子。请一并参阅图7，所述类圆锥形的电子发射部108的末端具有一开口 111，及多个 突出的碳纳米管束。即，所述碳纳米管管状结构具有多个电子发射尖端106的一端具有一 开口 111，所述碳纳米管管状结构从开口 111处延伸出多个碳纳米管束作为多个电子发射 尖端106。该多个碳纳米管束为所述碳纳米管管状结构从第二端104延伸出来的多个由碳 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呈环状排列，且向阳极电极 180a延伸，作为多个电子发射尖端106。由于该多个电子发射尖端106呈环形排列，因此，该 多个电子发射尖端106之间的间距较大，降低了该多个电子发射尖端106之间的电场屏蔽 效应。该多个碳纳米管束的延伸方向基本一致，即该多个电子发射尖端106基本沿所述线
9状轴心的长度方向向阳极电极180a的方向延伸，所述远离碳纳米管管状结构的方向是指 远离碳纳米管管状结构的第一端102的方向延伸。进一步地，该多个碳纳米管束围绕所述 线状轴心呈发散状排列，即该多个电子发射尖端106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，虽然所述电子发射部108的径向尺寸为沿远离碳纳 米管管状结构的第一端102方向逐渐减小，但多个电子发射尖端106呈发散性的排列，进而 电子发射部108的末端向外略微扩张，从而多个电子发射尖端106之间的距离沿延伸方向 逐渐变大，使开口 111处的多个电子发射尖端106相互间的间距更加扩大，降低了电子发射 尖端106之间的电场屏蔽效应。所述开口 111的径向尺寸范围为4微米-6微米，本实施例 中，所述开口 111为圆形，所述开口 111的径向尺寸为5微米，因此位于开口 111的相对两 端的电子发射尖端106的间距大于等于5微米。请一并参阅图8，每个电子发射尖端106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106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的中 心位置突出一根碳纳米管。该突出的碳纳米管的底端(即突出的碳纳米管的非自由端)周 围还围绕有多个碳纳米管，该多个围绕的碳纳米管起到固定该突出的碳纳米管的作用。该 突出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。由于该突 出的碳纳米管的直径极其小，因此，该突出的碳纳米管具有十分大的长径比，进而增加了该 突出的碳纳米管的场增强因子，使该突出的碳纳米管的场发射性能优异。所述多个电子发 射尖端106中相邻的电子发射尖端106中的突出的碳纳米管之间的距离为0. 1微米至2微 米。相邻的两电子发射尖端106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至500 1。可以理解，相邻的电子发射尖端106的突出的碳纳米管 之间的间距远大于突出的碳纳米管的直径，可有效降低相邻的突出碳纳米管之间的电场屏 蔽效应。具体的，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沿该 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环绕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。优选地，该碳纳米管管状结构的内径范围为2 微米至100微米，外径为10微米至120微米。优选地，该碳纳米管管状结构的内径范围为 10微米至40微米，外径为20微米至50微米。本实施例中，该碳纳米管管状结构的内径约 为18微米，外径约为30微米。所述第一电子发射体10的制备方法，包括以下步骤(S10)提供一线状支撑体； (S20)提供至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线，将所述至少一碳纳米管膜或至少一碳 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，形成所述电子发射体10。在步骤(SlO)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、金属合金或高分子材料等。所述单质金属 包括金、银、铜或铝等，所述金属合金包括铜锡合金等。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。因 此，该线状支撑体的材料可以选用符合上述条件的所有材料，不限于上述列举的几种。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18微米的金线作为该线 状支撑体。在步骤(S20)中，所述至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线为自支撑结构。具 体地，所述碳纳米管膜可为碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化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延伸。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，其步骤(S20)可包括以下步 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。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。从而使得碳纳米管首尾相连地被拉出，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，在拉伸方向上相邻的多个碳纳米管之间首尾相连地连续地 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。所述碳纳米管拉膜的结构及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的， 于2008年08月13日公开的第CN101239712A号中国公开专利申请。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)，将所述至少一碳纳米管拉膜或至少一碳纳米管线缠绕于所述线状支 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线状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线状支撑体的 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。本实施例中，将一碳纳米管拉膜缠绕 于一直径为18微米的金线的表面。所述碳纳米管拉膜的缠绕厚度为6微米，通过将一碳纳 米管拉膜的一端固定于所述金线的表面，使金线绕其中心轴旋转同时沿其中心轴延伸方向 做直线运动，从而使碳纳米管拉膜缠绕于金线的表面。步骤(S30)，移除所述线状支撑体，得到一由碳纳米管层围成的管状的碳纳米管预 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。当采用活泼的单 质金属材料或金属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，将该线状支撑体移除，例如采用浓度为0. 5mol/L的盐酸溶液腐蚀铝 线，将铝线移除。当采用不活泼的单质金属材料或金属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。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管状碳纳米管预制体。金线的移除可以通 过将所述碳纳米管层和金线的两端分别连接一电极，在真空环境中，通过电极给碳纳米管 层和金线通电流，使碳纳米管层和金线升温，当温度升高到高于金线的熔点时，金线被蒸发 从而去除。请参阅图9，本实施例中，该管状碳纳米管预制体中的大多数碳纳米管均首尾相连 地沿着线状轴心的长度方向螺旋状延伸。该管状碳纳米管预制体中的大多数碳纳米管中每 一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。该大多数碳纳米管中 每一碳纳米管的延伸方向与所述管状碳纳米管预制体的线状轴心的长度方向形成一定的 交叉角α，0° < α彡90°。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10。该管状碳纳米管预制体的熔断方法包括电流熔断法、电子轰击法及激光照射法。 所述管状碳纳米管预制体在沿其中空线状轴心的长度方向的一处位置发生熔断，所述管状 碳纳米管预制体在熔断处形成多个碳纳米管束，形成两个电子发射体10。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 IXlO-1帕，优选为2Χ10—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。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
12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Μ00Κ，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，管状碳纳米管预制体从该亮点处熔断。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，形成两个电子发射体10。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，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，在所述管状碳纳米管预制体端部形成多个碳纳米管 束，从而在该碳纳米管管状结构的一端形成多个电子发射尖端106。由于在熔断的过程中， 越靠近熔断点，碳原子蒸发的越多，从而使管状碳纳米管预制体的一端形成一缩口。本实施例采用的真空熔断法，避免了碳纳米管预制体熔断后得到的碳纳米管管状 结构一端的多个场发射尖端的污染，而且，加热过程中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 ΙΟ"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。提供一电子发射源，该电子发射源可采用碳纳米管线。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管壁，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，形成碳纳米管管状结构，该碳纳米管管状结构的一端形成多个电子发射尖 端 106。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10。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。激光的功率为1瓦 60瓦，扫描速度为100-2000毫米/秒。优选的，激光的功率 为12瓦，扫描速度为1000毫米/秒。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，且碳纳米管管管状结构的一端形成有多个电子发射尖 端 106。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。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 106。通过上述三种熔断管状碳纳米管预制体的方法得到的电子发射体10中的碳纳米 管的质量得到了极大的提高。这一方面是由于碳纳米管经过热处理后缺陷减少，另一方面 是因为富含缺陷的石墨层容易在高温下崩溃，剩下一些质量较高的石墨层。本实施例中采 用电流熔断法熔断上述管状碳纳米管预制体。
本发明提供的第一电子发射体10的制备方法具有如下优点其一，该种电子发射 体10的制备方法简单，可以提高电子发射体10的制备效率；其二，通过熔断的方法使管状 碳纳米管预制体熔断后得到的碳纳米管管状结构的一端形成有多个电子发射尖端106，进 而使该碳纳米管管状结构具有较好的电子发射性能。请一并参阅图10，所述阴极发射体150还可以包括至少一另一种电子发射体20。 所述电子场发射体20包括一碳纳米管复合线状结构。所述碳纳米管复合线状结构包括一 导电线状结构沈及一碳纳米管层M设置在所述导电线状结构26的表面，所述碳纳米管层 M环绕所述导电线状结构沈形成一碳纳米管管状结构，在所述碳纳米管复合线状结构的 一端，所述碳纳米管管状结构伸出多个电子发射尖端观。所述碳纳米管复合线状结构具有 多个电子发射尖端观的一端为类圆锥形，作为电子发射部22。具体地，所述导电线状结构 26的整个表面被所述碳纳米管层M包覆。该碳纳米管管状结构的长度大于所述导电线状 结构26的长度。所述碳纳米管层M为至少一自支撑的碳纳米管膜或碳纳米管线缠绕在所 述导电线状结构26的表面形成。该种电子发射体20的结构与电子发射体10的结构基本 相似，所述第二电子发射体20中碳纳米管层M形成的碳纳米管管状结构与所述第一电子 发射体10中的碳纳米管管状结构完全相同。其区别在于所述电子发射体20进一步包括 一导电线状结构26设置于该碳纳米管管状结构的内部。即，所述导电线状结构沈设置在 所述碳纳米管管状结构的中空的线状轴心的位置，并取代了中空的线状轴心。所述导电线状结构沈具有支撑所述碳纳米管管状结构的作用，所以该导电线状 结构26应具有一定的强度及韧性。导电线状结构沈的材料可以为单质金属，所述单质金 属材料可以为金、银、铜或铝等金属材料。所述导电线状结构26的材料也可以为金属合金 材料，如铜锡合金。所述导电线状结构沈的材料还可以为碳纤维等导电的非金属材料或导 电的金属氧化物等。所述导电线状结构26还可以为具有一导电层的复合线状结构，如在铜 锡合金表面进一步涂覆一层铝膜；还可以在一柔性材料如纤维丝的表面镀金膜。所述导电 线状结构26的直径不限，只要该导电线状结构沈具有一定强度即可。优选地，所述导电线 状结构26的直径范围为10微米到30微米。当导电线状结构沈为铝丝，该铝丝的直径可 以为25微米。本实施例中，该导电线状结构沈为金丝，该金丝的直径可以为18微米。所述电子发射体20的碳纳米管管状结构中设置有一导电线状结构沈，该导电线 状结构26可支撑所述碳纳米管管状结构，使碳纳米管管状结构不易变形，且该导电线状结 构26可使电子发射体20的导电性增加，使电子发射体20更易于发射电子。该电子发射体20的制备方法，其包括以下步骤步骤S201，提供一导电线状结构， 和至少一碳纳米管膜或至少一碳纳米管线。步骤S202，将所述至少一碳纳米管膜或至少一 碳纳米管线缠绕在所述导电线状结构表面形成一碳纳米管复合线状结构。步骤S203，熔断 所述碳纳米管复合线状结构得到电子发射体20。在熔断的过程中，设置于碳纳米管管状结构内部的导电线状结构沈在电流的作 用下，或者在电子束、激光和电流的共同作用下，该导电线状结构沈和碳纳米管管状结构 处于很高的温度。当温度达到一定程度，导电线状结构26和碳纳米管管状结构中熔点较低 的一个将会首先熔断。若导电线状结构26首先熔断，则碳纳米管管状结构中与导电线状结 构沈对应的一点的电阻将会迅速升高，温度迅速升高，从而使碳纳米管管状结构和导电线 状结构26在同一点熔断。若碳纳米管管状结构先熔断，则导电线状结构26中与碳纳米管管状结构相对应的一点的电阻将会迅速升高，温度迅速升高，从而使导电线状结构26也在 该点熔断，最终导电线状结构26和碳纳米管管状结构在同一点熔断。当所述导电线状结构 26为金属材料时，在熔断的过程中，金属原子发生蒸发，从而使熔断后的碳纳米管管状结构 的缩口部分内的金属不存在。可以理解，该碳纳米管管状结构的第一端102可以通过一导电胶与该行电极120a 电连接。该电连接的方式也可以通过分子间力或者其他方式实现。碳纳米管管状结构与行 电极120a之间的位置关系不限，只需确保该碳纳米管管状结构的第一端102与该行电极 120a电连接即可。所述电子发射体10，20可通过植绒法、逐一粘结等方法设置于所述隔离层的通孔 170b内作为阴极发射体150a，每个阴极发射体150a可包括一个电子发射体10，20或多个 电子发射体10，20。多个电子发射体10，20时，相互间隔设置。分别施加不同电压给行电极120a、列电极140a和阳极电极180a(—般情况下，行 电极120a为接地或零电压，列电极140a的电压为几十伏至几百伏左右，阳极电极180a的 电压高于列电极140a的电压)。由于阴极发射体150a包括至少一第一电子发射体10或至 少一第二电子发射体20。第一电子发射体10或第二电子发射体20首先在行电极120a、列 电极140a的电场作用下发射出电子。该部分所发射出的电子向列电极140a的方向运动， 通过列电极140a的通孔170b中发射出去，之后在阳极电极180a的电场作用下，最终到达 阳极电极180a。阳极电极180a上涂敷的荧光区域190a与阴极发射体150a正对设置，该 部分电子打在荧光区域190a上发光，从而实现场发射电子器件IOOa的显示功能。由于行 电极120a之间相互绝缘、列电极140a之间相互绝缘，因此，通过选择性地在不同的行电极 120a和列电极140a之间施加不同的电压，可控制不同位置的阴极发射体150a发射电子，电 子打在阳极电极180a的不同位置，从而使阳极上的荧光区域190a的不同位置发光，使场发 射电子器件IOOa根据需要显示不同的画面。本发明第一实施例提供的场发射电子器件IOOa具有以下有益效果其一，场发 射电子器件IOOa中的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 端延伸出多个电子发射尖端，因此，可有效降低该电子发射体的电场屏蔽效应；其二，所述 多个电子发射尖端的尖端状可增强电子发射体的场增强因子，使电子发射体更易于发射电 子，从而提高电子发射体的场发射性能；其三，所述电子发射体具有多个电子发射尖端，因 此，电子发射体的电流密度较大，可适当减少场发射电子器件IOOa中的电子发射体的数 量，每个阴极发射体150a可仅包括一个电子发射体10，20，从而使场发射电子器件更易于 制备。请参阅图11和图12，本发明第二实施例提供一种场发射电子器件100b，该种场 发射电子器件IOOb包括一绝缘基板110b、多个行电极120b、多个隔离体130b、多个列电极 140b、多个阴极发射体150b、一阳极基板160b、一阳极电极180b以及多个荧光粉区域190b。 所述多个行电极120b设置于基板IlOb的表面。所述多个隔离体130b为垂直于所述行电 极120b的条形结构。所述多个隔离体130b覆盖部分行电极120b。所述多个列电极140b 通过所述隔离体130b支撑并与所述行电极120b电绝缘。所述阴极发射体150b设置于所 述行电极120b表面且与该行电极120b电连接。所述多个阴极发射体150b呈矩阵状分布。 所述阴极发射体150b位于相邻的两列电极140b之间，且通过隔离体130b与列电极140b绝缘。所述列电极140b与行电极120b相交的位置对应于荧光粉区域190b。第二实施例中所 述的绝缘基板110b、多个行电极120b、多个隔离体130b、多个列电极140b、多个阴极发射体 150b、阳极基板160b、阳极电极180b以及多个荧光粉区域190b与第一实施例中所述的绝缘 基板110a、多个行电极120a、一隔离体130a、多个列电极140a、多个阴极发射体150a、阳极 基板160a、阳极电极180a以及多个荧光粉区域190a的结构、材料以及制备方法均相同。第二实施例的场发射电子器件IOOb与第一实施例的场发射电子器件IOOa的结构 的区别在于第一实施例中，所述阴极发射体150a设置于所述隔离体130a和列电极120a的通 孔170a和170b内。所述隔离体130a对应于多个阴极发射体150a的位置处形成有多个 通孔170a。所述多个列电极140a对应于多个阴极发射体150a的位置处形成有多个通孔 170b。所述阴极发射体150a位于隔离体130a和列电极140a的通孔170a和170b内。所 述多个阴极发射体150a的位置为所述多个行电极120a和多个列电极140a相交叉的位置。 所述多个阴极发射体150a的位置分别对应于所述多个荧光粉区域190a。即所述多个行电 极120a和多个列电极140a相交叉的位置对应于一荧光粉区域190a。第二实施例中，所述隔离体130b与列电极140b均未设置有通孔，所述阴极发射体 150b位于相邻的两列电极140b之间，所述列电极140b与行电极120b相交的位置对应于荧 光粉区域190b。所述阴极发射体150b对应设置于列电极140b的两侧。分别施加不同电压给行电极120b、列电极140b和阳极电极180b (—般情况下，行 电极120b为接地或零电压，列电极140b的电压为几十伏至几百伏左右，阳极电极180b的 电压高于列电极140b的电压)。对应于每个荧光粉区域190b，设置于所述列电极140b两 侧且靠近列电极140b的电子发射体首先在行电极120b、列电极140b的电场作用下发射出 电子。该部分电子向列电极140b的方向运动，之后在阳极电极180b的电场作用下，最终到 达阳极电极180b。由于荧光区域190b位于列电极140b的正上方，电子在阳极电极180b的 作用下，打在阳极电极180b上涂敷的荧光区域190b，从而实现场发射电子器件IOOb的显 示功能。由于行电极120b之间相互绝缘、列电极140b之间相互绝缘，因此，通过选择性地 在不同的行电极120b和列电极140b之间施加不同的电压，可控制不同位置的阴极发射体 150b发射电子，电子打在透明阳极180b的不同位置，从而使阳极电极180b上的荧光区域 190b的不同位置发光，使场发射电子器件IOOb根据需要显示不同的画面。本发明第二实施例提供的场发射电子器件IOOb进一步地具有以下有益效果由 于列电极140b与荧光区域190b对应设置，因此可有效地利用电子的偏转作用实现更好地 聚焦，同时无需开孔使场发射电子器件IOOb的工艺更简单。请参阅图13和图14，本发明第三实施例提供一种场发射电子器件200，包括一绝 缘基板202、多个电子发射单元220、多个行电极204与多个列电极206。所述多个行电极 204相互平行且等间隔设置于绝缘基板202上。所述多个列电极206相互平行且等间隔设 置于绝缘基板202上。所述多个行电极204与多个列电极206相互交叉设置，而且，在行电 极204与列电极206交叉处设置有一隔离体216，该隔离体216将行电极204与列电极206 电隔离，以防止短路。每两个相邻的行电极204与两个相邻的列电极206形成一网格214， 且每个网格214定位一个电子发射单元220。所述多个电子发射单元220对应设置于上述网格214中，且每个网格214中设置一个电子发射单元220。每个电子发射单元220包括一阳极电极210，一阴极电极212，一荧 光粉层226以及一阴极发射体208。该阳极电极210与阴极电极212对应且间隔设置，荧光 粉层2 设置于阳极电极210的表面。该阴极发射体208设置于阳极电极210与阴极电极 212之间，且，阴极发射体208 —端与阴极电极212电连接，另一端指向阳极电极210。该阴 极发射体208可与绝缘基板202间隔设置或直接设置于绝缘基板202上。其中，当阴极发 射体208与绝缘基板202间隔设置，可以增强阴极发射体208的场发射能力。本实施例中， 同一行的电子发射单元220中的阳极电极210与同一行电极204电连接，同一列的电子发 射单元220中的阴极电极212与同一列电极206电连接。本发明第三实施例提供的场发射电子器件200的结构与本发明第一实施例和第 二实施例提供的场发射电子器件IOOaUOOb的结构的主要区别在于第三实施例中阴极发 射体208平行于绝缘基板202，第一实施例和第二实施例提供的场发射电子器件100a、IOOb 中阴极发射体150a和阴极发射体150b垂直于绝缘基板IlOa和绝缘基板110b。所述的绝缘基板202为一绝缘基板，如陶瓷基板、玻璃基板、树脂基板、石英基板 等。所述绝缘基板202的大小与厚度不限，本领域技术人员可以根据实际需要选择。本实 施例中，所述绝缘基板202优选为一玻璃基板，其厚度大于1毫米，边长大于1厘米。所述行电极204与列电极206为导电体，如金属层等。本实施例中，该多个行电极 204与多个列电极206优选为采用导电浆料印制的平面导电体，且该多个行电极204的行 间距为50微米 2厘米，多个列电极206的列间距为50微米 2厘米。该行电极204与 列电极206的宽度为30微米 100微米，厚度为10微米 50微米。本实施例中，该行电 极204与列电极206的交叉角度为10度到90度，优选为90度。本实施例中，可通过丝网 印刷法将导电浆料印制于绝缘基板202上制备行电极204与列电极206。该导电浆料的成 分包括金属粉、低熔点玻璃粉和粘结剂。其中，该金属粉优选为银粉，该粘结剂优选为松油 醇或乙基纤维素。该导电浆料中，金属粉的重量比为50 90%，低熔点玻璃粉的重量比为 2 10%，粘结剂的重量比为8 40%。所述阴极电极212与阳极电极210为导电体，如金属层等。本实施例中，该阴极电 极212与阳极电极210均为平面导电体，其尺寸依据网格214的尺寸决定。该阴极电极212 和阳极电极210直接与上述电极连接，从而实现电连接。所述阴极电极212与阳极电极210 的长度为20微米 1. 5厘米，宽度为30微米 1厘米，厚度为10微米 500微米。优选 地，所述阴极电极212与阳极电极210的长度为100微米 700微米，宽度为50微米 500 微米，厚度为20微米 100微米。本实施例中，该阴极电极212与阳极电极210的材料为 导电浆料，通过丝网印刷法印制于绝缘基板202上。该导电浆料的成分与上述电极所用的 导电浆料的成分相同。所述阴极发射体208包括至少一个平行且等间隔排列的电子发射体218。该电子 发射体218可为第一实施例中提供的电子发射体10，20。该电子发射体218为一碳纳米管 管状结构，该碳纳米管管状结构平行于绝缘基板202的表面。该电子发射体218具有一电 子发射端222。该电子发射端222指向阳极电极210。在制备过程中，将至少一碳纳米管预制体或至少一碳纳米管复合线状结构铺设覆 盖于阴极电极212与阳极电极210上，切割碳纳米管预制体，使阴极电极212与阳极电极 210之间的碳纳米管预制体或碳纳米管复合线状结构熔断，形成至少一电子发射体固定于阴极电极212上作为阴极发射体208。所述切割碳纳米管预制体的方法为激光烧蚀法、电子 束扫描法或加热熔断法。请参阅图15，本发明第四实施例提供一种场发射电子器件300，该场发射电子器 件300的结构与第二实施例中的场发射电子器件200的结构相似，其区别在于，采用一栅极 电极310取代第二实施例中的阳极电极210，且第三实施例中的场发射电子器件300进一步 包括一阳极装置330。所述场发射电子器件300包括多个行电极306和多个列电极(图未示)。所述多 个行电极306和多个列电极形成多个网格。多个电子发射单元320设置于网格内。所述电子发射单元320包括一栅极电极310，一阴极电极312，以及一阴极发射体 308。所述栅极电极310与一列电极电连接。该栅极电极310与阴极电极312对应且间隔设置。该阴极发射体308设置于栅极 电极310与阴极电极312之间，且，阴极发射体308 —端与阴极电极312电连接，另一端指向 栅极电极310。该阴极发射体308可与绝缘基板302间隔设置或直接设置于绝缘基板302 上。其中，当阴极发射体308与绝缘基板302间隔设置，可以增强阴极发射体308的场发射 能力。本实施例中，同一行的电子发射单元320中的栅极电极310与同一行电极306电连 接，同一列的电子发射单元320中的阴极电极312与同一列电极电连接。所述阳极装置330包括一玻璃基板332，一透明阳极334及涂覆于透明阳极334上 的荧光粉区域336。所述透明阳极334可为氧化铟锡薄膜。所述电子发射单元320与所述 荧光粉区域336相对设置。所述阴极发射体308包括至少一个电子发射体，该多个电子发射体的结构可为第 一实施例中的电子发射体10，20。场发射电子器件300在应用过程中，分别给阴极电极312、栅极电极310以及阳极 334上施加不同的电压。所述场发射电子器件300的阴极发射体308在阴极电极312和栅 极电极310的电场的作用下发射出电子。该部分电子在阳极334的电场作用下飞向阳极 334，并打在涂覆于透明阳极334上的荧光粉区域336上而发光。通过选择性给不同的阴极 电极312、栅极电极310以及阳极334上施加电压，可实现所述荧光粉区域336的发光区域 不同从而显示不同的画面。本发明提供的场发射电子器件具有以下优点其一，本发明提供的场发射电子器 件中的电子发射体包括多个电子发射尖端，因此电子发射体具有较大的发射电流，该场发 射电子器件也具有较大的工作电流；其二，场发射电子器件中的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延伸出所述多个电子发射尖端，因此，可有效降 低该多个电子发射体的电场屏蔽效应；其三，所述多个电子发射尖端的尖端状可增强电子 发射体的场增强因子，使电子发射体更易于发射电子，从而提高电子发射体的场发射性能; 其四，所述电子发射体具有多个电子发射尖端，因此，电子发射体的电流密度较大，可适当 减少场发射电子器件中的电子发射体的数量，使场发射电子器件更加易于制备。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
1.一种场发射电子器件，其包括一绝缘基板；多个行电极相互平行且间隔设置于绝缘基板的表面；多个阴极发射体设置于所述行电极表面，且呈矩阵状分布；一隔离层，所述隔离层设置于绝缘基板表面且覆盖部分行电极；多个列电极相互平行且间隔设置于隔离层的表面，该多个列电极通过隔离层支撑且与 多个行电极异面垂直且交叉设置；一阳极装置，该阳极装置包括一阳极玻璃基板、一阳极电极以及多个荧光粉区域，上述 行电极和列电极相交叉的位置与所述多个荧光粉区域一一对应设置；其特征在于所述阴极发射体包括至少一电子发射体，所述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行电极电连接，所述碳纳米管管状结构 的另一端向所述阳极电极延伸作为电子发射体的电子发射端，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为多个碳纳米管围绕该中空的线状轴心组成， 所述碳纳米管管状结构沿所述线状轴心的一端延伸出多个电子发射尖端。
2.如权利要求1所述的场发射电子器件，其特征在于，在每个所述行电极和列电极相 交叉的位置，所述隔离层与所述列电极均设置有通孔，所述阴极发射体设置于所述通孔内 与所述行电极电连接。
3.如权利要求1所述的场发射电子器件，其特征在于，所述隔离层包括多个相互平行 且间隔设置的隔离体，所述多个隔离体与所述多个行电极垂直且交叉设置，所述多个列电 极与所 述多个隔离体一一对应且层叠设置。
4.如权利要求3所述的场发射电子器件，其特征在于，在每个所述行电极和列电极相 交叉的位置，所述阴极发射体沿所述行电极的延伸方向设置于所述列电极的两侧，并与所 述行电极电连接。
5.如权利要求1所述的场发射电子器件，其特征在于，所述碳纳米管管状结构中大多 数碳纳米管围绕所述中空的线状轴心螺旋延伸，在螺旋方向相邻的碳纳米管之间通过范德 华力首尾相连。
6.如权利要求1所述的场发射电子器件，其特征在于，所述碳纳米管管状结构具有多 个电子发射尖端的一端为类圆锥形。
7.如权利要求1所述的场发射电子器件，其特征在于，所述碳纳米管管状结构具有多 个电子发射尖端的一端具有一开口，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。
8.如权利要求1所述的场发射电子器件，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，且向阳极延伸。
9.如权利要求1所述的场发射电子器件，其特征在于，所述多个电子发射尖端围绕所 述线状轴心呈发散状延伸。
10.如权利要求1所述的场发射电子器件，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位置突出有一根碳纳米管。
11.如权利要求10所述的场发射电子器件，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201 至 5001。
12.—种场发射电子器件，其包括 一绝缘基板；多个行电极与列电极分别平行且等间隔设置于绝缘基板表面，该多个行电极与多个列 电极相互交叉设置且电绝缘，每两个相邻的行电极与两个相邻的列电极形成一个网格；多个电子发射单元，每个电子发射单元对应一个网格设置，每个电子发射单元进一步 包括间隔设置的一阴极电极与一阳极电极，且该阳极电极和阴极电极分别与上述行电极与 列电极电连接，以及一阴极发射体，该阴极发射体与阴极电极电连接；其特征在于，所述阴极发射体包括至少一电子发射体，所述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电极电连接，所述碳纳米管管状结 构的另一端向所述阳极电极延伸作为电子发射体的电子发射端，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为多个碳纳米管围绕该中空的线状轴心组 成，所述碳纳米管管状结构沿所述线状轴心的一端延伸出多个电子发射尖端。
13.如权利要求12所述的场发射电子器件，其特征在于，一荧光粉层设置在所述阳极 电极表面。
14.一种场发射电子器件，其包括 一绝缘基板；多个行电极与列电极分别平行且等间隔设置于绝缘基板表面，该多个行电极与多个列 电极相互交叉设置且电绝缘，每两个相邻的行电极与两个相邻的列电极形成一个网格；多个电子发射单元，每个电子发射单元对应一个网格设置，每个电子发射单元进一步 包括间隔设置的一阴极电极与一栅极电极，且该栅极电极和阴极电极分别与上述行电极与 列电极电连接，以及一阴极发射体，该阴极发射体与阴极电极电连接；一阳极装置，该阳极装置包括一玻璃基板，一透明阳极及涂覆于透明阳极上的多个荧 光粉区域，每个荧光粉区域对应一个电子发射单元；其特征在于，所述阴极发射体包括至少一电子发射体，所述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电极电连接，所述碳纳米管管状结 构的另一端向所述栅极电极延伸作为电子发射体的电子发射端，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为多个碳纳米管围绕该中空的线状轴心组 成，所述碳纳米管管状结构沿所述线状轴心的一端延伸出多个电子发射尖端。
15.一种场发射电子器件，其包括 一绝缘基板；一第一导电体设置在所述绝缘基板表面； 多个电子发射体与所述第一导电体电性连接；以及一第二导电体，该第二导电体与所述第一导电体空间间隔设置且电绝缘，一电场施加 在所述第一导电体与所述第二导电体之间，其特征在于所述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 端与所述第一导电体电连接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述第二导电体延伸作为 电子发射体的电子发射端，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 管状结构为多个碳纳米管围绕该中空的线状轴心组成，所述碳纳米管管状结构的一端与所述阴极电极电性连接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述栅极延伸并延伸出多个电子 发射尖端。
16. 一种场发射电子器件，其包括 一绝缘基板；一第一导电体与一第二导电体相互间隔设置且设置在所述绝缘基板表面，一电场施加 在所述第一导电体与所述第二导电体之间；以及多个电子发射体与所述第一导电体电性连 接；其特征在于所述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 端与所述第一导电体电连接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述第二导电体延伸作为 电子发射体的电子发射端，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 管状结构为多个碳纳米管围绕该中空的线状轴心组成，所述碳纳米管管状结构的一端与所 述阴极电极电性连接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述栅极延伸并延伸出多个电子 发射尖端。
全文摘要
本发明涉及一种场发射电子器件，其包括一绝缘基板；多个行电极；多个阴极发射体；一隔离层；多个列电极相互平行且间隔设置于隔离层的表面，该多个列电极；一阳极装置，该阳极装置包括一阳极玻璃基板、一阳极电极以及多个荧光粉区域；所述阴极发射体包括至少一电子发射体，所述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行电极电连接，所述碳纳米管管状结构的另一端向所述阳极电极延伸作为电子发射体的电子发射端，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为多个碳纳米管围绕该中空的线状轴心组成，所述碳纳米管管状结构沿所述线状轴心的一端延伸出多个电子发射尖端。
文档编号H01J29/04GK102074442SQ20101059861
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者柳鹏, 范守善, 郝海燕, 魏洋 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司