本發明專利技術涉及表面傳導電子發射平板顯示技術領域，特別是一種基于石墨烯的表面傳導電子發射源，包括一基板和平行設置于所述基板表面上的兩個電極，兩個所述電極之間間隙及電極外旁側設置有納米材料層，兩個所述電極或其中之一的上部設置有石墨烯薄膜元件，所述石墨烯薄膜元件的一旁側或兩旁側向外延伸。本發明專利技術將表面傳導型場發射結構與石墨烯的強電子發射性能及納米材料陣列的二次電子發射性能有效結合，在本器件中石墨烯作為電子發射源，納米材料陣列既作為表面電子傳導層，又作為石墨烯的支撐體。該表面傳導電子發射源工作電壓低，電子發射效率高，發射穩定可靠，制備工藝簡單。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及表面傳導電子發射平板顯示
，特別是一種基于石墨烯的表面傳導電子發射源。
技術介紹
表面傳導電子發射顯不器(Surface-conductionElectron-emitter Display,SED)是一種平面型的場發射陰極結構，作為一種性能優越的顯示器，其制作工藝無需成本高昂、高精密度的半導體技術，可以在普通條件下制作；而且其所具有的表面傳導發射體是一種平面場發射結構，發射性能穩定的多。表面傳導電子發射現象的歷史可以追溯到20世紀60年代初期，當時是由前蘇聯學者發現的，一般將其歸類為薄膜場發射。SED的關鍵部分是下基板的制造，即表面傳導場發射陰極，用來實現電子的表面傳導發射，是SED研究的重點對象，決定SED的性能。佳能公司在材料和工藝上進行了改進，得到了穩定可靠的發射電流，進而研制出了可動態顯示的顯示器件，。佳能用氧化鈀納米粒子代替了氧化錫，用其擅長的噴墨技術將與有機溶劑混合的直徑IOnm左右的氧化鈀粒子均勻地分散在陰極和引出極之間IOym的縫隙上。經過高溫燒結后，形成一層粒子薄膜。這種薄膜上會存在許多導電通道。在發射極和柵極之間施加高壓脈沖，燒掉一些導電通道，形成寬度約IOnm的縫隙。在陰極和引出極之間施加的電壓中，一個很大的比例落在這條縫隙上,其間的電場達到lV/nm以上，很容易實現場發射。該器件陰極和引出極之間電壓為15V，電子發射效率為1%，圖像質量接近CRT水平。然而傳統的表面傳導電子發射顯示器的電子發射源制作存在以下問題 (I)電子發射的均勻性差陰極與柵極之間的納米線縫隙是通過脈沖電壓燒制而成，其位置和寬度存在一定的偶然性，及電子發射源之間存在較大的偏差。(2)電子發射效率低由于發射電子的間隙只有幾個納米的寬度，許多電子來不及被陽極電場提取就已經被柵極收集，這導致發射效率低。然而如果把該縫隙增加，發射電子需要更高的電壓，這將增加驅動電路的復雜度。因此需要研究能克服上述缺點的電子發射源。作為場發射陰極材料，石墨烯擁有優良的場發射性能，具有較低的開啟電場及閾值電場，擁有高場增強因子及高發射穩定性及均勻性。作為一種二維片狀納米結構，石墨烯容易平躺在電極表面而形成平行結構電子發射源。采用納米材料層作為支撐結構，可以使石墨烯的邊緣懸空，將獲得更大的長增強因子，從而更有利于降低工作電壓。通過采用具有強二次電子發射能力的納米材料層，可進一步提供場發射電流密度，及提高電子發射效率。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于石墨烯的表面傳導電子發射源，該器件工作電壓低，電子發射效率高，發射穩定可靠，工藝過程簡單。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的一種基于石墨烯的表面傳導電子發射源，包括一基板和平行設置于所述基板表面上的兩個電極，兩個所述電極之間間隙及電極外旁側設置有納米材料層，兩個所述電極或其中之一的上部設置有石墨烯薄膜元件，所述石墨烯薄膜元件的一旁側或兩旁側向外延伸。在本專利技術一實施例中，所述石墨烯薄膜元件一旁側固定于所述電極上，另一旁側向另一個電極方向延伸，并由所述納米材料層支撐，所述納米材料層既作為所述石墨烯薄膜元件的支撐體，又作為二次電子發射源。在本專利技術另一實施例中，所述石墨烯薄膜元件中部固定于所述電極上，兩旁側分別向兩側納米材料層方向延伸，并由所述納米材料層支撐，所述納米材料層既作為所述石墨烯薄膜元件的支撐體，又作為二次電子發射源。 本專利技術的有益效果是將表面傳導型場發射結構與石墨烯的強電子發射性能及納米材料陣列的二次電子發射性能有效結合，利用石墨烯作為場致電子發射材料，納米材料層既作為石墨烯的支撐體又作為表面傳導發射材料。當向柵極施加一個足夠大的正電壓時，陰極與柵極之間形成一個電場，由于懸空石墨烯的高場增強因子，其尖端將形成強的電場。因此陰極表面的石墨烯將出現場致電子發射，該發射電子被柵極電場吸引而向柵極運動。在本專利技術中陰柵間隙為幾個微米，飛行電子有足夠的時間和空間與陰柵間的納米材料碰撞，從而產生大量的二次電子發射。該部分二次電子被陽極電場吸引而被陽極收集，這有利于電子發射效率的提高。與現有技術相比，該表面傳導電子發射源可通過絲網印刷與光刻工藝等現有的簡單工藝制備，因而工藝過程簡單，成本低。附圖說明圖I是本專利技術第一實施例的表面傳導電子發射源的剖視示意圖。圖2是本專利技術第一實施例的表面傳導電子發射源的俯視示意圖。圖3是本專利技術第二實施例的表面傳導電子發射源的剖視示意圖。圖4是本專利技術第二實施例的表面傳導電子發射源的俯視示意圖。圖5是本專利技術第三實施例的表面傳導電子發射源的剖視示意圖。圖6是本專利技術第三實施例的表面傳導電子發射源的俯視示意圖。圖7是本專利技術第一實施例的表面傳導電子發射源的制備方法的流程示意圖。圖8至圖11是本專利技術第一實施例的表面傳導電子發射源處于制備各個階段的結構示意圖。圖12是本專利技術采用鋸齒狀石墨烯薄膜的表面傳導電子發射源的俯視示意圖。圖中，110——基板；121——電極一；122——電極二；123——納米材料層；130——石墨烯薄膜。具體實施例方式下面結合附圖及實施例具體說明本專利技術一種基于石墨烯的表面傳導電子發射源。本專利技術提供優選實施例，但不應該被認為僅限于在此闡述的實施例。在圖中，為了表達清晰放大了層和區域的厚度，但作為示意圖不應該被認為嚴格反映了幾何尺寸的比例關系。本專利技術一種基于石墨烯的表面傳導電子發射源，包括一基板和平行設置于所述基板表面上的兩個電極，兩個所述電極之間間隙及電極外旁側設置有納米材料層，兩個所述電極或其中之一的上部設置有石墨烯薄膜元件，所述石墨烯薄膜元件的一旁側或兩旁側向外延伸，所述石墨烯薄膜元件平行于基板。圖I、圖2分別為本專利技術第一實施例的表面傳導電子發射源的剖視圖及俯視圖。如圖中所示，只有其中一 個電極的上部設置有石墨烯薄膜元件。圖3、圖4分別為本專利技術第二實施例的表面傳導電子發射源的剖視圖及俯視圖。如圖中所示，兩個電極的上部均設置有石墨烯薄膜元件。在本專利技術第一實施例中，如圖1、2所示，所述石墨烯薄膜元件中部固定于所述電極上，兩旁側分別向兩側納米材料層方向延伸，并由所述納米材料層支撐，所述納米材料層既作為所述石墨烯薄膜元件的支撐體，又作為二次電子發射源。在本專利技術第三實施例中，如圖5、6所示，所述石墨烯薄膜元件一旁側固定于所述電極上，另一旁側向另一個電極方向延伸，并由所述納米材料層支撐，所述納米材料層既作為所述石墨烯薄膜元件的支撐體，又作為二次電子發射源。在本專利技術較佳實施例中，兩個所述電極之間間隙的寬度為10微米至100微米。設于所述電極上部的石墨烯薄膜元件與另外一個電極或設于另外一個電極上部的石墨烯薄膜元件之間具有一定的間距。在本專利技術較佳實施例中，上述石墨烯薄膜元件為石墨烯薄膜或氧化石墨烯薄膜，上述納米材料層為納米材料陣列，其結構可以為納米線陣列、納米棒陣列、納米錐陣列或納米球陣列。所述納米材料陣列可以具有二次電子發射能力，又或者所述納米材料陣列表面涂覆具有二次電子發射性能的薄膜。本專利技術第一實施例所提供的表面傳導電子發射源的制備方法，如圖7所示，包括下列步驟 步驟一，參照圖8,在基板110表面形成電極121和電極122,本專利技術第一實施例優選米用感光銀漿電極，其具體過程包括 Ca)感光銀漿的旋涂。利用旋涂工藝將感光本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于石墨烯的表面傳導電子發射源，包括一基板和平行設置于所述基板表面上的兩個電極，其特征在于：兩個所述電極之間間隙及電極外旁側設置有納米材料層，兩個所述電極或其中之一的上部設置有石墨烯薄膜元件，所述石墨烯薄膜元件的一旁側或兩旁側向外延伸。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李福山，郭太良，吳朝興，張永志，寇麗杰，張蓓蓓，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：
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