CN101118831A - 三极型场发射像素管 - Google Patents

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魏洋
刘亮
姜开利
范守善
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Abstract

本发明涉及一种三极型场发射像素管。该三极型场发射像素管包括一个中空壳体，一个荧光物质层，一个阳极层，一个阴极发射体和一个栅极体，该壳体具有一个出光部，该荧光物质层和阳极层依次形成在该出光部的内壁上，该阴极发射体设置在中空壳体内部与出光部相对的位置，该栅极体位于中空壳体内并靠近阴极发射体设置，其中，该阴极发射体包括一个碳纳米管线，该碳纳米管线作为电子发射源。

Description

三极型场发射像素管
技术领域
本发明涉及一种场发射元件，尤其涉及一种三极型场发射像素管。
背景技术
场发射电子源以及利用该电子源发出的电子轰击荧光物质而发光的场发射发光技术已经在场发射平面显示器领域中得到应用。这种场发射技术是在真空环境下，利用外加电场作用将电子源尖端的电子激发出来。在传统场发射电子源中，一般采用微细钼金属尖端、硅尖端作为电子发射端，随着纳米技术的发展，最近还采用纳米碳管作为电子发射端。
理论上，由于碳纳米管具有非常小的直径，很大的长径比，因此在外电场作用下其具有很大的场增强因子。但是，在实际应用中，例如平面型场发射显示器中，碳纳米管平面薄膜的整体宏观场发射增强因子并未能达到单个碳纳米管的数值，导致发射电压较高，场发射电流密度小，发光亮度较低。
有鉴于此，提供一种发射电流密度大，发光亮度高的场发射元件实为必要。
发明内容
以下将以实施例说明一种三极型场发射像素管。
一种三极型场发射像素管，其包括：一个中空壳体，一个荧光物质层，一个阳极层，一个阴极发射体和一个栅极体。该壳体具有一个出光部，该荧光物质层和阳极层依次形成在该出光部的内壁上。该阴极发射体设置在中空壳体内部与出光部相对的位置，该栅极体位于中空壳体内并靠近阴极发射体设置。其中，该阴极发射体包括一个碳纳米管线，该碳纳米管线作为电子发射源。
和现有技术相比，所述的三极型场发射像素管利用碳纳米管线作为电子发射源，碳纳米管线其本身优异的场发射性能增大了电流密度，提高了发光亮度，降低了发射电压。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的三极型场发射像素管截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种三极型场发射像素管100，其包括一个中空壳体110，一个荧光物质层130，一个阳极层140，一个阴极发射体150和一个栅极体160。该壳体110具有一个出光面120，该荧光物质层130和阳极层140位于中空壳体110内。该阴极发射体150设置在中空壳体110内部与出光面120相对的位置，该栅极体160位于中空壳体110内靠近阴极发射体150处设置。该阴极发射体150包括一个碳纳米管线151，其作为电子发射源。
该壳体110内部是真空密封的，在本实施例中，该壳体110为一个中空圆柱体；该壳体的材料可为玻璃或石英玻璃。可以理解的是，该壳体还可以是中空的立方体、三棱柱或其它多边形柱体。该壳体的出光面120可以为平面也可以为曲面，如球面或非球面，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。
所述荧光物质层130设置在出光部120的内壁上，该荧光物质层130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，当电子轰击荧光物质层130时可发出白光或彩色可见光。
所述阳极层140设置在形成有荧光物质层130的出光部120内壁上，且将荧光物质层130覆盖。该阳极层140可为铝膜，具有良好的导电性。该三极型场发射像素管100进一步包括一个阳极电极141，该阳极电极141与阳极层140电连接且该阳极电极141穿过壳体110延伸至壳体110外部以与外部电源(未示出)相连。该阳极电极141可与阳极层140直接接触而实现电连接，也可以通过导线使其与阳极层140相连而实现电连接。该阳极电极141将外部电源所提供之电压传输至阳极层140，以吸引阴极发射体150所发出的电子并加速该电子的运动以促使该电子轰击荧光物质层130。
所述阴极发射体150包括一阴极支撑柱152及一作为电子发射源的碳纳米管线151。该阴极支撑柱152垂直于出光部120。该阴极支撑柱152为一能够导电、导热并具有一定强度的金属丝。在本实施例中该阴极支撑柱152优选为铜丝。所述碳纳米管线151的长度优选为0.1毫米至10毫米，直径优选为1微米至1毫米。
该碳纳米管线151是从超顺排碳纳米管阵列中抽出一束碳纳米管时，相邻的碳纳米管由于范德华力的作用而相互连接在一起而形成的。该碳纳米管线151在装入像素管100前可用酒精浸泡，然后在真空中通以电流进行热处理，之后再用银胶粘在阴极支撑柱152正对于阳极层140的端部。经过上述步骤处理后的碳纳米管线151导电性和机械性都得到了增强。
该像素管100进一步包括一个阴极电极153，该阴极电极153与所述阴极发射体150电连接，且该阴极电极153穿过所述壳体110延伸至壳体110外部以与外部电源电连接。该阴极电极153可与阴极发射体150的阴极支撑柱152直接接触而实现电连接，也可以通过导线使其与阴极支撑柱152相连而实现电连接。
所述栅极体160是一个具有筒状结构的中空柱体，其具有一顶面162及一个从该顶面162沿远离阳极层140的方向延伸的环状侧壁161。该栅极体160的顶面162具有一个正对于阴极发射体150的碳纳米管线151的开口163。该栅极体160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160环绕阴极发射体150设置，即阴极发射体150位于栅极体160内，且阴极发射体150的电子发射源碳纳米管线151正对于栅极体160顶面162的开口163。在本实施例中，该栅极体160为一个中空圆柱体。该像素管100进一步包括一个栅极电极164，该栅极电极164与栅极体160电连接，且该栅极电极164穿过壳体110延伸至壳体110外部与外部电源相连。当给像素管100施加工作电压时，该栅极体160与阴极发射体150之间形成电场，碳纳米管线151在该电场作用下发射电子，穿过栅极体顶面162的开口163，再在阳极层140高电压作用下加速以轰击荧光物质层130。同时由于阴极发射体150位于栅极体160内，栅极体160可以起到屏蔽作用，以屏蔽阳极层140的高压，保护作为电子发射源的碳纳米管线151，延长碳纳米管线151的使用寿命。通过调节栅极电极164上的电压可以控制碳纳米管线151的发射电流，从而调节荧光屏的亮度。
所述的阳极电极141、阴极电极153和栅极电极164穿过壳体110的部位均可采用玻璃封接技术密封，以保证壳体110内部的密封性。
该三极型场发射像素管100进一步包括一吸气剂层170，用于吸附场发射像素管100内部气体，维持场发射像素管内部的真空度。该吸气剂层170可以为蒸散型吸气剂金属薄膜或非蒸散型吸气剂，其固定在壳体110的内壁上。
该场发射像素管100还进一步包括一排气孔180，该排气孔180外接真空泵，用以将壳体110抽真空。封装时，先通过排气孔180使场发射像素管100达到一定的真空度后再进行最后的封装。
该三极型场发射像素管100工作时，给阳极电极141、阴极电极153和栅极电极164分别加上电压。栅极体160与阴极发射体150之间产生一电场，该电场激发作为电子发射源的碳纳米管线151发射电子，该电子在电场作用下穿过开口163，并在阳极层140高电压作用下加速穿透阳极层140轰击荧光物质层130，发出可见光。可见光一部分直接透过出光部110射出，一部分射在阳极层140上，阳极层140将其反射并最终透过出光部射出。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。
相对于现有技术，本发明实施例所述的三极型场发射像素管100利用碳纳米管线151作为电子发射源，碳纳米管线151其本身优异的场发射性能增大了电流密度，提高了发光亮度，降低了发射电压。且由于阴极发射体150位于栅极体160内，阴极发射体150与栅极体160之间的屏蔽电场可减小阳极层140的高电压对碳纳米管线151的影响，从而提高碳纳米管线151的使用寿命。且通过调节栅极电极上的电压，可以控制碳纳米管线151的发射电流，从而调节荧光屏的亮度。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，如变换碳纳米管线的数量。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。

Claims (10)

1.一种三极型场发射像素管，其包括：一个中空壳体，一个荧光物质层，一个阳极层，一个阴极发射体和一个栅极体，该壳体具有一个出光部，该荧光物质层和阳极层依次形成在该出光部的内壁上，该阴极发射体设置在中空壳体内部与出光部相对的位置，该栅极体位于中空壳体内并靠近阴极发射体设置，其特征在于，该阴极发射体包括一个碳纳米管线，该碳纳米管线作为电子发射源。
2.如权利要求1所述的三极型场发射像素管，其特征在于，该中空壳体内部是真空密封的。
3.如权利要求1所述的三极型场发射像素管，其特征在于，该栅极体是一个中空柱体，该中空柱体具有一顶面及至少一个从顶面延伸出的侧面，该阴极发射体位于栅极体内，且该中空柱体的底面具有一个开口，该开口正对于阴极发射体的碳纳米管线。
4.如权利要求3所述的三极型场发射像素管，其特征在于，该栅极体的横截面为圆形，椭圆形或多边形。
5.如权利要求3所述的三极型场发射像素管，其特征在于，还进一步包括一个栅极电极，该栅极电极与所述栅极体电连接，且该栅极电极穿过所述壳体延伸至壳体外部。
6.如权利要求1所述的三极型场发射像素管，其特征在于，还进一步包括一个阳极电极，该阳极电极与所述阳极层电连接，且该阳极电极穿过所述壳体延伸至壳体外部。
7.如权利要求1所述的三极型场发射像素管，其特征在于，还进一步包括一个阴极电极，该阴极电极与所述阴极发射体电连接，且该阴极电极穿过所述壳体延伸至壳体外部。
8.如权利要求1所述的三极型场发射像素管，其特征在于，该阴极发射体进一步包括一个阴极支撑柱，该阴极支撑柱由金属丝制成。
9.如权利要求1所述的三极型场发射像素管，其特征在于，该阳极层为铝膜。
10.如权利要求1所述的三极型场发射像素管，其特征在于，进一步包括吸气剂层，该吸气剂层形成于壳体内壁上。
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