[发明专利]离子轰击式石墨电子发射体

说明书

发明的领域

本发明一般来说提供带有图案的离子轰击式石墨场致发射电子发射体、生产它们的方法、以及它们在平板型显示器的场致发射体阴极组件中的应用。

发明的背景

场致发射电子源通常称之为场致发射材料或场致发射体，它们可以用在各种各样的电子应用场合，例如真空电子设备、平板型计算机和电视显示器、发射选通放大器、速调管和照明设备。

显示屏用于各种各样应用中，例如家用电视和工业电视、膝上型计算机和台式计算机、户内和户外广告及信息显示。和在大多数电视以及台式计算机中使用的纵深的阴极射线管监视器相比，平板型显示器只有几个英寸厚。平板型显示器对于膝上型计算机来说是必不可少的，但平板型显示器对于许多其它应用还提供在重量和尺寸方面的优点。当前流行的膝上型计算机的平板型显示器使用的是液晶，可以通过施加一个小的电信号使液晶从透明状态转接到不透明状态。但可靠地生产尺寸大于适合于膝上型计算机的尺寸并且能在宽温度范围操作的这样一些显示器是很困难的。

等离子体显示器已经用作液晶显示器的替代物。等离子体显示器利用充电气体的微小像素单元产生图像，并且要求相当高的电功率才能操作。

已经建议采用具有阴极组件和磷光体的平板型显示器，这个阴极组件使用了场致发射电子源(即，场致发射材料或场致发射体)，这个磷光体在由场致发射体发射的电子轰击时能够发光。这样一些显示器在提供常规阴极射线管的可见显示优点、其它平板型显示器的深度和重量优点、以及和其它平板型显示器相比的低功耗附加优点等方面都是有潜力的。美国专利第4857799和5015912号公开了矩阵寻址的平板型显示器，它使用了由钨、钼、或硅构成的微尖阴极。WO 94-15352、WO 94-15350、和WO 94-28571公开的平板型显示器中的阴极具有相当平的发射表面。

在两种类型的纳米管碳结构中已经观察到场致发射。L．A．Chernozatonskii等人[Chem．Phys．Letters(化学物理通讯)233，63(1995)和Mat．Res．Symp．Proc．Vol．359，99(1995)]已经通过在10^-5-10^-6乇下石墨的电子蒸发在各种基片上生产了纳米管碳结构薄膜。这种薄膜由定向的管状碳分子构成，这些分子一个接一个地直立排列。形成两种类型的管状分子；A型管状分子的结构包括形成直径为10-30纳米的丝束的单层石墨状管，B型管状分子包括绝大多数直径为10-30纳米的多层石墨状管，并且带有锥形或圆顶形的上盖。他们报导了来自于这些结构的表面的有效的场致电子发射，并且将其归因于在纳米级尖端的场的高度集中。B．H．Fishbine等人[Mat．Res．Soc．Symp．Proc．Vol．359，93(1955)]讨论了有关巴克管(碳纳米管)的冷场致发射体阵列阴极的发展的实验和理论。

R．S．Robinson等人[J．Vac．Sci．Technolo．(真空科学技术杂志)21，1398(1983)]公开了在离子轰击下在基片的表面上形成锥体。针对各种基片材料报导了这一效果，这个效果是通过在用低能淀积的杂质原子播种一个表面的同时高能溅射这个表面产生的。他们还公开，当用来自于不锈钢靶的杂质对石墨基片进行离子轰击时，所形成的碳须长度最大为50微米。

J．A．Floro等人[J．Vac．，Sci．Technolo．Al，1398(1983)]公开了在对加热的石墨基片进行相当高的电流密度的离子轰击期间形成碳须。所公开的碳须的长度为2-50微米，其直径为0．05-0．5微米，并且碳须的生长的方向平行于离子束的方向。同时进行的杂质播种据报导是为了抑制碳须的生长。J．A．Van Vechten等人[J．Crystal Growth(晶体生长杂志)82，289(1987)]讨论了在离子溅射条件下石墨表面的碳须的生长。他们注意到，最小直径的碳须(特征直径约为15纳米)肯定与碳纤维中发现的金刚石结构或卷轴石墨结论不同，所说的碳纤维是通过碳氢化合物的催化热解生长的。在溅射系统中，还观察到有直径范围从30纳米到100纳米的较大的碳须在生长。较小直径的碳须的直径沿长度方向是恒定不变的，较大直径的碳须略微有一点变细。

M．S．Dresselhaus等人[Graphite Fibers and Filaments(石墨纤维和细丝)(Springer-Verlag，Berlin，1988)，pp32-34]公开了：细丝是在几种类型的六边形碳表面生长的，而不是在金刚石或玻璃状的碳上生长的。