场发射阴极装置及其驱动方法
【专利摘要】一种场发射阴极装置，其包括：一绝缘基底；一阴极电极设置于所述绝缘基底的表面；一第一绝缘隔离层设置于所述阴极电极的表面或绝缘基底的表面，该第一绝缘隔离层定义一第一开口；一电子发射层设置于所述阴极电极通过第一开口暴露的表面，且与该阴极电极电连接；一第一栅极设置于所述第一绝缘隔离层表面；一第二绝缘隔离层设置于所述第一栅极表面，且所述第二绝缘隔离层定义一第二开口，以使阴极电极的至少部分表面通过该第二开口暴露；一第二栅网设置于所述第二绝缘隔离层表面，且所述第二栅网从第二绝缘隔离层的表面延伸至电子发射层上方，以将第二开口覆盖。本发明还涉及所述场发射阴极装置的驱动方法。
【专利说明】场发射阴极装置及其驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种场发射阴极装置及其驱动方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中的场发射阴极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绝缘隔离层，所述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；以及一栅极，所述栅极设置于绝缘隔离层表面，用于使电子发射体发射电子。当所述场发射阴极装置工作时，向阴极电极施加一低电位，向栅极施加一高电位，以使所述电子发射体发射出电子。所述场发射阴极装置应用于场发射电子器件时，在远离栅极处设置一阳极电极。所述阳极电极提供一阳极电场，以对发射的电子进行加速。
[0003]然而，采用所述场发射阴极装置的场发射电子器件在工作时，由于栅极通常具有一开口以使电子发射体暴露，电子发射体中的电子被吸引出来后，将直接穿过栅极的开口打向阳极电极，因此，该电子向阳极电极的发射很难控制，导致电子发射既不均匀又不稳定。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，确有必要提供一种场发射阴极装置及其驱动方法，该场发射阴极装置中电子的发射具有良好的均匀性及稳定性。
[0005]一种场发射阴极装置，其包括:一绝缘基底，该绝缘基底具有一表面；一阴极电极，该阴极电极设置于所述绝缘基底的表面；一第一绝缘隔离层，该第一绝缘隔离层设置于所述阴极电极的表面或绝缘基底的表面，该第一绝缘隔离层定义一第一开口，以使阴极电极的至少部分表面通过该第一开口暴露；一电子发射层，该电子发射层设置于所述阴极电极通过第一开口暴露的表面，且与该阴极电极电连接；一第一栅极，该第一栅极设置于所述第一绝缘隔离层表面；所述场发射阴极装置进一步包括一第二绝缘隔离层和一第二栅网，该第二绝缘隔离层设置于所述第一栅极表面，且所述第二绝缘隔离层定义一第二开口，以使阴极电极的至少部分表面通过该第二开口暴露；该第二栅网设置于所述第二绝缘隔离层表面，且所述第二栅网从第二绝缘隔离层的表面延伸至电子发射层上方，以将第二开口覆
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[0006]一种场发射阴极装置，其包括:一阴极电极；一电子发射层，该电子发射层与所述阴极电极电连接；一第一栅极，该第一栅极通过一第一绝缘隔离层与所述阴极电极电绝缘且间隔设置，该第一栅极具有一开口对应所述电子发射层；所述场发射阴极装置进一步包括一第二栅网，该第二栅网设置于所述第一栅极远离所述阴极电极一侧，该第二栅网与所述第一栅极通过一第二绝缘隔离层电绝缘且间隔设置，该第二栅网对应所述第一栅极开口处为一栅网；其中，所述阴极电极所施加的电压小于第一栅极所施加的电压，所述第二栅网所施加的电压由小于第一栅极所施加的电压直至大于第一栅极所施加的电压。[0007]—种所述场发射阴极装置的驱动方法，其包括以下步骤:向阴极电极、第一栅极和第二栅网分别施加一电压，且阴极电极所施加的电压小于第一栅极所施加的电压，第二栅网所施加的电压小于或等于第一栅极所施加的电压，使得电子发射层将电子发射到位于第一栅极与第二栅网之间的区域；以及使第二栅网所施加的电压大于第一栅极所施加的电压，以使位于第一栅极与第二栅网之间的区域内的电子穿过第二栅网发射出去。
[0008]一种所述场发射阴极装置的驱动方法，其包括以下步骤:向阴极电极、第一栅极和第二栅网分别施加一电压，且阴极电极所施加的电压小于第一栅极所施加的电压，第二栅网所施加的电压小于或等于第一栅极所施加的电压，使得电子发射层将电子发射到位于第一栅极与第二栅网之间的区域；以及提供一阳极电极，向该阳极电极施加一电压，使位于第一栅极与第二栅网之间的区域内的电子穿过第二栅网发射出去。
[0009]与现有技术相比，本发明所提供的场发射阴极装置通过向阴极电极、第一栅极、第二栅网分别施加一电压，使阴极电极所施加的电压小于第一栅极所施加的电压，第二栅网所施加的电压小于或等于第一栅极所施加的电压。电子发射层所发射的电子只能在位于第一栅极与第二栅网之间的区域内运动而成为空间电子。再通过调整第二栅网的电压，使第二栅网的电压逐渐增大，可以有效控制所述空间电子穿过第二栅网发射出去。因此，空间电子的向外发射实际已不受电子发射层的控制，而仅由第二栅网的电压进行控制，提高了电子发射的均匀性和稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明第一实施例提供的场发射阴极装置的剖面结构示意图。
[0011]图2为本发明第一实施例提供的场发射阴极装置的立体结构示意图。
[0012]图3为本发明第一实施例提供的场发射阴极装置的驱动方法的流程图。
[0013]图4为本发明第一实施例提供的场发射阴极装置工作时的时间-电压图。
[0014]图5为本发明第二实施例提供的场发射阴极装置的结构示意图。
[0015]图6为本发明第三实施例提供的场发射阴极装置的结构示意图。
[0016]图7为应用图1中场发射阴极装置的显示器的像素单元的结构示意图。
[0017]主要元件符号说明
【权利要求】
1.一种场发射阴极装置，其包括: 一绝缘基底，该绝缘基底具有一表面； 一阴极电极，该阴极电极设置于所述绝缘基底的表面； 一第一绝缘隔离层，该第一绝缘隔离层设置于所述阴极电极的表面或绝缘基底的表面，该第一绝缘隔离层定义一第一开口，以使阴极电极的至少部分表面通过该第一开口暴露； 一电子发射层，该电子发射层设置于所述阴极电极通过第一开口暴露的表面，且与该阴极电极电连接； 一第一栅极，该第一栅极设置于所述第一绝缘隔离层表面； 其特征在于，所述场发射阴极装置进一步包括一第二绝缘隔离层和一第二栅网，该第二绝缘隔离层设置于所述第一栅极表面，且所述第二绝缘隔离层定义一第二开口，以使阴极电极的至少部分表面通过该第二开口暴露； 该第二栅网设置于所述第二绝缘隔离层表面，且所述第二栅网从第二绝缘隔离层的表面延伸至电子发射层上方，将第二开口覆盖。
2.如权利 要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述场发射阴极装置进一步包括一设置于第二栅网表面的固定元件。
3.如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述第一栅极为一栅网，且该栅网从第一绝缘隔离层的表面延伸至电子发射层上方，将所述第一开口覆盖。
4.如权利要求3所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述第一栅极和第二栅网均具有多个网孔，第一栅极的占空比小于或等于第二栅网的占空比，所述第一栅极的占空比与第二栅网的占空比之间的差值为0-ιο%。
5.如权利要求4所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述第一栅极和第二栅网均采用至少两个重叠设置的碳纳米管膜。
6.如权利要求1所述的场发射阴极装置，其特征在于，所述第一栅极和第二栅网的材料为不锈钢、钥、钨或者碳纳米管。
7.—种场发射阴极装置，其包括: 一阴极电极； 一电子发射层，该电子发射层与所述阴极电极电连接； 一第一栅极，该第一栅极通过一第一绝缘隔离层与所述阴极电极电绝缘且间隔设置，该第一栅极具有一开口对应所述电子发射层； 其特征在于，所述场发射阴极装置进一步包括一第二栅网，该第二栅网设置于所述第一栅极远离所述阴极电极一侧，该第二栅网与所述第一栅极通过一第二绝缘隔离层电绝缘且间隔设置，该第二栅网对应所述第一栅极开口处为一栅网；其中，所述阴极电极所施加的电压小于第一栅极所施加的电压，所述第二栅网所施加的电压由小于第一栅极所施加的电压直至大于第一栅极所施加的电压。
8.—种如权利要求1至权利要求7中任意一项所述的场发射阴极装置的驱动方法，其包括以下步骤: 向阴极电极、第一栅极和第二栅网分别施加一电压，且阴极电极所施加的电压小于第一栅极所施加的电压，第二栅网所施加的电压小于或等于第一栅极所施加的电压，使得电子发射层将电子发射到位于第一栅极与第二栅网之间的区域；以及 使第二栅网所施加的电压大于第一栅极所施加的电压，以使位于第一栅极与第二栅网之间的区域内的电子穿过第二栅网发射出去。
9.如权利要求8所述的场发射阴极装置的驱动方法，其特征在于，所述阴极电极所施加的电压为零伏特，所述第一栅极所施加的电压为30伏特至300伏特，所述第二栅网所施加的电压为-100伏特至250伏特。
10.一种如权利要求1至权利要求7中任意一项所述的场发射阴极装置的驱动方法，其包括以下步骤: 向阴极电极、第一栅极和第二栅网分别施加一电压，且阴极电极所施加的电压小于第一栅极所施加的电压，第二栅网所施加的电压小于或等于第一栅极所施加的电压，使得电子发射层将电子发射到位于第一栅极与第二栅网之间的区域；以及 提供一阳极电极，向该阳极电极施加一电压，使位于第一栅极与第二栅网之间的区域内的电子穿过第二栅网发射出去。
【文档编号】H01J29/04GK103903938SQ201210587689
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月29日 优先权日:2012年12月29日
【发明者】柳鹏, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司