[发明专利]冷发射电极及其制造方法和采用这种电极的显示装置

说明书

本发明是关于冷发射电极，特别是适用于利用冷发射现象的放电装置的冷发射电极，此冷发射电极的制造方法，和包括这种电极的显示装置。

热电子发射现象、光电子发射现象、冷发射现象现象等通称为一物体中存在的电子被发射进空间的电子发射现象。实践中，电子发射电极材料被用来构成用于利用放电的装置、例如一放电管的电极。例如，公知的有利用热电子发射现象的热电子发射放电管，其中，通过将电流加到例如一线圈式灯丝使其发热来发射电子。

与上例不同，采用不同型式的利用应用冷发射现象的电极来放电的装置也是公知的。可得到的有采用利用强电场发射电子的场致发射显示装置，采用主要基于离子碰撞的二次电子发射的冷发射放电管和等离子体显示屏，等等。

二次电子发射作为一种唯有冷发射放电器才有的电子发射机制为势能型发射或动能型发射。在势能型发射中，依靠由一种所谓的俄歇效应(Anger effect)得到的能量发射电子，在此，当一正离子靠近一冷阴极时，电子的能级降低到此正离子的基态因为电极中的电子的能级高于此正离子的能级，而由这种能级差所生成的能量被加到另一电子。动能型发射是在接收到一能量后由冷阴极发射的，此能量是在一正离子与冷阴极发生碰撞时产生的。为冷发射管特有的辉光放电即由上述电子发射机制产生。

基于这种辉光放电发射可见光的冷发射放电萤光管或等离子显示屏包括一具有多个电极和涂以辉光材料的内壁的容器和被密闭在容器内的惰性气体和汞的混合物。由入射在冷发射放电萤光管上的光按照光电子发射现象发射的电子首先被加到电极的电场移动并与密封在此容器内的气体等相碰撞，由此将气体游离来产生离子。这些离子与电子碰撞生成二次电子。由冷发射电极发射的电子与气化汞原子碰撞以开始辉光放电，由此生成紫外射线。萤光材料由紫外射线激励来发射可见光。

作为冷发射电极的材料，采用具有相对低功函数(low workfunction)的金属元素例如镍(Ni)或钼(Mo)。

具有由这样的材料造成的冷发射电极的冷发射放电萤光管随其管直径的减少而有较高的亮度(cd/m²)。可得到具有冷发射放电萤光管的低断面装置和适用于液晶显示装置的背光。

具有一冷发射电极的冷发射放电萤具有高放电管放电电压因此具有高放电管功率消耗。特别是，当放电管被用作为电池驱动的便携式显示中的背光时很难长时间进行显示操作。

电子发射材料通过放电由上述金属电极溅射，然后溅射的电子发射材料沾污管壁而缩短发射服务寿命。

本发明的目的是提供具有低放电电压和即使在长期间应用时的稳定的放电电压的冷发射电极，制造此冷发射电极的方法，和冷发射放电萤光管。

本发明的冷发射电极为由Sc(钪)、Y(钇)、La(镧)、Ce(铈)、Gd(钆)、Lu(镥)、Th(钍)、U(铀)、和Np(镎)组成的族中选择的至少一元素的氢化物制成。

按照本发明，冷电子可由一氢化物在低电压下发射。即使发生放电，此氢化物也不太可能溅射，由此而能进行长时间的稳定运行。

此氢化物可以是RH_2+x(其中R为由Sc、Y、La、Ce、Gd、Th、U、和Np构成的族选择的至少一个元素，H是氢，-1＜x＜1)。上述氢化物具有只有基本上以RH₂所代表的材料才具有的结晶结构。包含由理想配比偏移的RH_2+x的RH₂是由R和氢原子所表示的元素的过度存在和发射形成。此氢化物满足上述作为冷发射电极所需条件，即低功函数，稀少溅射和与汞蒸气起反应和高导电性的材料。以上的稀土金属元素或放射性元素的氢化物中，此稀土金属或放射性元素包含一种或多种元素。考虑到成本、处理，电子发射特征等钇是最完全适合的。

应注意到除氢化物外，冷发射电极还可能包含至少一个由Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、及Np构成的族中选择的元素的氧化物。

当在作氢化的电极材料的表面上形成氧化物时，上述元素被分类成为稀土金属或放射性元素。属于稀土元素的氧化物在当其被用作为冷发射电极的材料时可降低放电电压。

按照本发明制造冷发射电极的方法包括以在含氢气体的气体环境中氢化处理金属膜来形成冷发射电极的一冷发射区，此金属膜含有由Sc、Y、La、Ce、Gd、Lu、Th、U、和Np所组成的族选择的至少一种元素。