專利名稱：場致電子發(fā)射材料與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場致電子發(fā)射材料和應(yīng)用這種材料的裝置。
在經(jīng)典的場致電子發(fā)射中，材料表面的高電場(例如≈3×109Vm-1)將表面勢壘的厚度減小到電子能通過量子機械隧道離開材料的程度。利用原子級銳點集中宏觀電場能夠?qū)崿F(xiàn)諸必要條件。采用逸出功小的表面可進一步增大場致電子發(fā)射電流。眾所周知的Fowler-Nordheim方程描述了場致電子發(fā)射的量度。
有一項重要的現(xiàn)有技術(shù)涉及基于尖端的發(fā)射體，描述了應(yīng)用來自銳點(尖端)的場致電子發(fā)射的電子發(fā)射體與發(fā)射陣列。研究者的主要目的一直是把孔徑(門)小于1μm的電極置于遠離每個單獨的發(fā)射尖端，從而通過應(yīng)用100伏或小一點的施加電位獲得所需的高電場，而這些發(fā)射體被稱為柵陣列。在加利福尼亞斯坦福研究所工作C．A．Spindt描述了這種柵陣列的首次實現(xiàn)(J．Appl．Rhys．39，7，pp3504-3505，1968)。Spindt的陣列使用了鉬發(fā)射尖端，該尖端應(yīng)用自掩蔽技術(shù)，通過在硅襯底上的SiO2層中將金屬真空蒸發(fā)成柱狀沉淀物。
在70年代，制造同類結(jié)構(gòu)的另一種方法是使用定向結(jié)晶的共晶合金(DSE)。DSE合金的一個相在另一相基質(zhì)中呈對準(zhǔn)纖維形式?；|(zhì)可被向后蝕刻而留下纖維突出部。蝕刻后，連續(xù)地真空蒸發(fā)絕緣層與導(dǎo)電層，制得柵結(jié)構(gòu)。蒸發(fā)的材料堆積在尖端上起掩膜作用，在突出的纖維周圍留下環(huán)形間隙。
一個重要的途徑是用硅細微加工法建立柵陣列。當(dāng)前正在制造應(yīng)用這種技術(shù)的場致電子發(fā)射顯示器，全世界上許多組織感興趣。
所有基于尖端的發(fā)射系統(tǒng)，存在的主要問題是它們?nèi)菀资艿诫x子轟擊、大電流電阻加熱的傷害以及在裝置中由電擊穿造成的災(zāi)難性損毀。制作大面積裝置，既困難又費錢。
大約在1985年，發(fā)現(xiàn)可在加熱的襯底上以氫一甲烷氣氛生長金剛石薄膜，以提高大面積的場致發(fā)射體，即場致發(fā)射體不要求審慎地加工尖端了。
在1991年，據(jù)Wang等人報告(Electron．lett．，127，pp1459-1461(1991))，能以低達3MVm-1的電場從大面積金剛石膜得到場致電子發(fā)射電流。有些人認為，這一性能歸結(jié)于金剛石(111)面負電子親和性與高密度局部偶發(fā)的石墨雜質(zhì)的組合(Xu，Lathan and TzengElectron．Lett．，29，pp1596-159(1993))，盡管還有其它的說法。
現(xiàn)在可在室溫襯底上應(yīng)用激光燒蝕和離子束技術(shù)生長出有高金剛石含量的涂層。然而，所有這些工藝都要應(yīng)用昂貴的基礎(chǔ)設(shè)備，而且如此制造的材料其性能還無法預(yù)測。
在美國，S．I．Diamond描述了一種采用電子源作為材料的場致電子發(fā)射顯示器(FED)，把它稱為Amorphic金剛石。得克薩斯大學(xué)已取得該金剛石涂覆技術(shù)的專利。把石墨用激光燒蝕到襯底上可制得該材料。
自60年代起，另一組研究者一直在研究與真空中電極之間電氣擊穿相關(guān)的機理。眾所周知(Latham and Xu，Vacuum，42，18，pp1173-1181(1991))，隨著電極間電壓的增高，在達到某一臨界值后才有電流流動，此時有一噪聲的小電流開始流動。該電流隨著電場單調(diào)而逐步增大，直到達到了另一個臨界值，此時就產(chǎn)生電弧。一般認為，要改善電壓釋放，關(guān)鍵是消除這些預(yù)擊穿電流源。當(dāng)前的研究表明，活性地點在通過埋置介電粒子形成的金屬一絕緣體一真空(MIV)結(jié)構(gòu)，或是是位于諸如金屬表面氧化物等絕緣碎片上的導(dǎo)電小片。在這兩種情況中，來自熱電子過程的電流使電子加速而導(dǎo)致在表面勢壘上的準(zhǔn)熱電子發(fā)射。這一情況在例如Latham，“高壓真空絕緣”，AcademicPress(1995)等科技術(shù)文獻中有描述。
附圖中的

圖1a示出了一種這樣的狀況，其中的導(dǎo)電小片是發(fā)射源。小片203坐落在金屬襯底201上面的絕緣層202上，并探測電場。這樣就把高電場置成通過例如由表面氧化物形成的絕緣層。把這種電壓探測稱為“天線效應(yīng)”。在臨界電場處，絕緣層202改變其特征并產(chǎn)生電鑄成型的導(dǎo)電通道204。對這種通道提出的能級圖示于圖16。在該模型中，金屬中接近費米級211的電子212能從金屬210穿入絕緣體216而在穿透場中漂移，直到它們靠近表面。表面區(qū)中的高電場213對電子加速并將它們的溫度升到1000℃。雖然還不清楚在通道區(qū)內(nèi)發(fā)生了什么變化，但是一個關(guān)鍵的特性必定是“阱”217的抵消，這種“阱”是材料中的缺陷導(dǎo)致的。于是，在表面勢壘215上以準(zhǔn)熱電子方式發(fā)射電子。圖1a中示出了這些電子源205的具體位置，而一部分電子最初被粒子截獲，最終充電到流入的凈電流為零的程度。
顯然，研究中所指的發(fā)射地點就是不希望有的缺陷，這類缺陷是少量零星出現(xiàn)的，而真空絕緣研究的主要目的就是避免出現(xiàn)缺陷。例如，作為一種定量指導(dǎo)，每cm2可能只有少數(shù)幾個這樣的發(fā)射地點，而且在103或104個可見表面缺陷中只有一個會產(chǎn)生這種不希望且不可預(yù)測的發(fā)射。
因此，這一研究內(nèi)容已被一些技術(shù)(如粒子加速器)用來改進真空絕緣。
Latham與Mousa(J．Rhys．DAppl．phys．19，pp699-713(1986))描述了應(yīng)用上述熱電子處理的合成金屬一絕緣體尖端式發(fā)射體。而Bajic與R．V．Latham(Journal of physics D Applied Physics，Vol．21 200-204(1988))在1988年描述的一種合成物，可產(chǎn)生高密度的金屬-絕緣體-金屬-絕緣體-真空(MIMIV)發(fā)射地點，合成物的導(dǎo)電粒子分布在環(huán)氧樹脂中。應(yīng)用一般的旋轉(zhuǎn)涂覆技術(shù)將涂層加到表面上。
后來在1995年，Tuck、Taylor和Latham(GB2304989)通過用無機絕緣體代替環(huán)氧樹脂改進了上述的MIMIV發(fā)射體，這樣既改進了穩(wěn)定性，又使它能工作于密封的真空裝置中。
上述所有發(fā)明都依賴于造成預(yù)擊穿電流的熱電子場致發(fā)射這一型式，但迄今為止，還未提出任何一種方法以可控的方式來制造具有多個導(dǎo)電粒子MIV發(fā)射體的發(fā)射體。
本發(fā)明的諸實施例旨在提供有經(jīng)濟效益的大面積場致發(fā)射材料與裝置。可以應(yīng)用這種材料的裝置包括場致電子發(fā)射顯示面板；大功率脈沖器件，諸如電子“MASER”與回旋管；交叉場微波管，諸如CFA；直線束管，如速調(diào)管；閃光X射線管；觸發(fā)式放電器與相關(guān)裝置；消毒用大面積X射線源；真空規(guī)；航空載體的離子推進器；粒子加速器；臭氧化器和等離子體反應(yīng)器。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種形成場致電子發(fā)射材料的方法，包括用多個導(dǎo)電粒子涂覆具有導(dǎo)電表面的襯底的步驟，每塊襯底有一層電絕緣材料，所述電絕緣材料設(shè)置在所述導(dǎo)電表面與所述粒子之間的第一位置中，或設(shè)置在所述粒子與其中置有場致電子發(fā)射材料的環(huán)境之間的第二位置中，但不同時設(shè)置在所述第一與第二位置中，從而至少有一些所述粒子在所述第一或第二位置形成電子發(fā)射地點。
這樣，在本發(fā)明的較佳實施例中，可形成一種發(fā)射體，使MIV通道位于粒子的底部或頂部。如圖1a所示，如果MIV通道在底部，則根據(jù)粒子垂直于表面的高度與絕緣體厚度的比率，天線效應(yīng)增強了通過通道的電場。然而，通過對與表面電接觸的粒子外涂一層絕緣層，同樣可在粒子頂部形成MIV通道。在這種情況下，電場增強要根據(jù)粒子的形狀。對于所有可能的粒子形狀，一般限于場增強倍數(shù)約為10。下通道結(jié)構(gòu)通常給出最低的接通電場。上通道結(jié)構(gòu)可以更為堅固，可應(yīng)用于脈沖功率裝置，而在這種場合中，一般都是高電場和大靜電力，并且要求極高的電流密度。
所述粒子垂直于導(dǎo)體表面的尺寸最好遠遠大于所述絕緣材料層的厚度。
所述基本上垂直于所述粒子表面的尺寸最好比所述厚度至少大10倍。
所述基本上垂直于所述粒子表面的尺寸最好比每個所述厚度至少大100倍。
在一較佳實施例中，所述絕緣材料的厚度可以在10nm～100nm(100?！?000)范圍內(nèi)，而所述粒子尺寸在1μm～10μm范圍內(nèi)。
可以提供一種基本上單層的所述導(dǎo)電粒子，每一層粒子基本上垂直于表面的尺寸在0．1μm～400μm范圍內(nèi)。
所述絕緣材料可以包括非金剛石的材料。
較佳地，所述絕緣材料是無機材料。
較佳地，所述無機絕緣材料包括玻璃、鉛基玻璃、玻璃陶瓷、熔化玻璃或其它玻璃質(zhì)材料、陶瓷、氧化物陶瓷、氧化表面、氮化物、氮化表面、硼化物陶瓷、金剛石、金剛石類碳或四方形非晶碳。
通過處理某種有機初級材料(如加熱聚硅氧烷)以獲得一種無機玻璃質(zhì)材料(如二氧化碳)，可形成玻璃質(zhì)材料。下面給出了其它例子。
每個所述導(dǎo)電粒子基本上都是對稱的。
每個所述導(dǎo)電粒子基本上都是粗削的立方形狀。
每個所述導(dǎo)電粒子基本上都是帶紋理表面的球形。
上述的場致電子發(fā)射材料可以包括多個所述導(dǎo)電粒子，每個粒子有一最長尺寸，并且最好將其最長尺寸對準(zhǔn)成基本上垂直于襯底。
上述的場致電子發(fā)射材料可以包括多個相互間隔的導(dǎo)電粒子，中心距至少是其最小尺寸的1．8倍。
較佳地，每個所述粒子或者至少某些所述粒子均選自于金屬、半導(dǎo)體、導(dǎo)電體、石墨、碳化硅、碳化鉭、碳化鉿、碳化鋯、碳化硼、二硼化鉭、碳化鈦、碳氮化鈦、馬氏鈦副氧化物、半導(dǎo)電硅、Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅳ族化合物。
大多數(shù)的金屬、半導(dǎo)體和導(dǎo)電體都是合適的材料。
每個所述粒子或至少某些所述粒子只是部分地涂在所述絕緣材料內(nèi)，而且每個這樣的粒子包含一種吸氣材料。
較佳地，運用含有所述粒子和所述絕緣材料的油墨涂將所述粒子涂覆所述表面以形成所述絕緣層，所述油墨的特性使得所述粒子有一部分從所述絕緣材料突出而未被絕緣涂覆，這是涂覆工藝造成的。
較佳地，用印刷工藝將所述油墨加到所述導(dǎo)電表面。
可在光敏粘合劑中將所述導(dǎo)電粒子和／或電氣絕緣材料加到所述導(dǎo)電襯底，供以后形成圖案。
所述油墨的絕緣體成分可以通過熔化、燒結(jié)步驟或者結(jié)合粒子混合物或就地化學(xué)反應(yīng)形成，但是不限于這些方法。
于是絕緣材料可以包括玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、氧化物陶瓷、氧化物、氮化物、硼化物、金剛石、聚合物或樹脂。
每個所述導(dǎo)電粒子包括一種將其長度切割成大于其直徑的纖維。
通過將導(dǎo)電層點積在所述絕緣層上，再用選擇性蝕刻或掩膜形成圖案而形成起所述粒子作用的隔離島，可以形成所述粒子。
可用噴涂工藝將所述粒子加到所述導(dǎo)電表面。
所述導(dǎo)電粒子可以通過將一層以后產(chǎn)生細微裂紋的層淀積成基本上電氣隔離的抬起的小片而形成。
所述導(dǎo)電層包括金屬、導(dǎo)電元素或化合物、半導(dǎo)體或合成物。
上述方法可以包括通過用蝕刻技術(shù)除去粒子而從特定區(qū)域有選擇地消除場致電子發(fā)射材料的步驟。
較佳地，所述地點在場致電子發(fā)射材料上的分布是隨機的。
所述地點以至少102cm-2的平均密度分布在場致電子發(fā)射材料上。
所述地點以至少103cm-2、104cm-2或105cm-2的平均密度分布在場致電子發(fā)射材料上。
較佳地，所述地點基本上均勻地分布在場致電子發(fā)射材料上。
所述地點在場致電子發(fā)射材料上的分布可以具有均勻性，從而對于所有的場致電子發(fā)射材料而言，在任何1mm直徑圓區(qū)中，所述地點的密度變化不大于地點分布平均密度的20％。
較佳地，當(dāng)使用1mm直徑的圓形測量區(qū)時，所述地點在場致電子發(fā)射材料上的分布基本上是二項式或泊松分布。
所述地點在場致電子發(fā)射材料上的分布具有均勻性，從而至少一個發(fā)射地點正位于任一4μm直徑圓區(qū)的概率至少為50％。
所述地點在場致電子發(fā)射材料上的分布具有均勻性，從而至少一個發(fā)射地點正位于任一10μm直徑圓區(qū)的概率至少為50％。
上述方法可以包括對所述粒子分類的初步步驟，即讓含有粒子的液體通過一沉淀槽，使超過預(yù)定尺寸的粒子在槽中沉淀下來，從而由所述槽流出的液體包含小于所述預(yù)定尺寸并接著涂在所述襯底上的粒子。
本發(fā)明延用于以上述任何一種方法制造的場致電子發(fā)射材料。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種包括上述場致電子發(fā)射材料的場致電子發(fā)射裝置，以及將所述材料承受電場以使所述材料發(fā)射電子的裝置。
上述的場致電子發(fā)射裝置可以包括一襯底和若干控制電極，所述襯底具有用所述場致電子發(fā)射材料拼成的發(fā)射體陣列，所述控制電極具有對準(zhǔn)的孔徑陣列，電極由絕緣層支承在發(fā)射體拼接件上。
所述孔徑可以取槽的形式。
上述的場致電子發(fā)射裝置可以包括等離子體反應(yīng)器、電暈放電器、無聲放電器、臭氧化器、電子源、電子槍、電子裝置、X射線管、真空規(guī)、充氣裝置或離子推進器。
場致電子發(fā)射材料對該裝置的工作提供全部電流。
場致電子發(fā)射裝置提供起動、觸發(fā)或點火電流。
上述的場致電子發(fā)射裝置包括一種顯示裝置。
上述的場致電子發(fā)射裝置包括燈具。
較佳地，所述燈具基本上是扁平的。
上述的場致電子發(fā)射裝置可以包括以十字形結(jié)構(gòu)形式支承在絕緣襯墊上的電極板。
場致電子發(fā)射材料可以拼接使用，使用時通過電阻器連接到施加的陽極電壓。
較佳地，將所述電阻器作為電阻墊放在每個發(fā)射拼接片下面。
各塊所述電阻墊置于每塊發(fā)射拼接片下面，從而每塊這種電阻墊的面積大于各發(fā)射小片的面積。
較佳地，將所述發(fā)射體材料和／或熒光體涂在一個或多個一維的導(dǎo)電軌跡陣列上，所述陣列安置成由電子驅(qū)動裝置尋址而產(chǎn)生掃描照明線。
這種場致電子發(fā)射裝置可以包括所述的電子驅(qū)動裝置。
環(huán)境可以是氣體、液體、固體或真空。
上述的場致電子發(fā)射裝置可以包括該裝置內(nèi)的吸氣材料。
較佳地，把所述吸氣料粘貼到該裝置的陽極上。
可把所述吸氣料粘貼到陰極上，在將場致電子發(fā)射材料安置在拼接片中的地方，可將所述吸氣粒設(shè)置在所述拼接片內(nèi)。
在本發(fā)明的一個實施例中，上述的場致發(fā)射顯示裝置可以包括陽極、陰極、位于所述陽極與陰極上的襯墊、位于至少某些所述襯墊位置以分開所述陽極與所述陰極的襯墊，以及在其它不裝襯墊的所述襯墊位置裝在所述陽極上的所述吸氣材料。
在本說明書的上下文中，術(shù)語“襯墊位置”表示適于安置襯墊以將陽極與陰極分開的位置，而不管在該襯墊位置上是否裝上了襯墊、較佳地，所述襯墊位置相互間有規(guī)律性或循環(huán)的間隔。
在上述的場致電子發(fā)射裝置中，所述陰極可能是半透光，并相對于裝置的陽極如此安置，使陰極發(fā)射的電子撞擊陽極而造成陽極電致發(fā)光，通過半透光的陰極板可看到這種電致發(fā)光。
顯然，電學(xué)術(shù)語“導(dǎo)電”與“絕緣”可以是相對的，具體由其測量基礎(chǔ)決定、半導(dǎo)體具有有用的導(dǎo)電特性，而且事實上可被當(dāng)作導(dǎo)電粒子應(yīng)用于本發(fā)明。在本說明書的上下文中，每個所述粒子的電導(dǎo)率至少是絕緣材料的102倍(最好是至少103或104倍)。
為了更好地理解本發(fā)明并示明同類的實施例是如何起作用的，可參照附圖中的圖2～19，其中圖2a與2b示出改進的場致電子發(fā)射材料的各個例子；圖3示出諸如旋涂或刮涂的油墨涂覆工藝，其中粒子露在表面；圖4表示從先前連續(xù)的膜形成粒子的工藝；圖5示出用噴涂工藝形成粒子層；圖6示出使先前連續(xù)的膜爆裂而形成導(dǎo)電小片；圖7示出選擇區(qū)的發(fā)射體經(jīng)掩蔽與蝕刻而去活化的工藝；圖8示出應(yīng)用改進的材料的選通型場致發(fā)射裝置；圖9a表示應(yīng)用改進的場致電子發(fā)射材料的場致電子發(fā)射顯示器；圖9b與9c是詳細圖，表示圖9a顯示器的部件的修改；
圖10a表示應(yīng)用改進的場致電子發(fā)射材料的扁平燈，圖10b示出它的細部；圖11示出彩色顯示器的兩個像素，顯示器應(yīng)用于帶控制電極的三極系統(tǒng)；圖12表示一種發(fā)射體材料，其中的粒子是一種活性吸氣材料；圖13示出一種高轉(zhuǎn)換效率的場致發(fā)射燈具，光通過發(fā)射體層輸出；圖14示出電極系統(tǒng)的亞像素，其中減小了柵極與發(fā)射體的間距；圖15示出從場發(fā)射體油墨分散中除去大粒子的設(shè)備。
本發(fā)明示出的諸實施例提供了基于MIV發(fā)射過程并具有改進性能與用途的材料，同時提供了使用這種材料的裝置。
圖2a示出一個經(jīng)改進的材料的實施例，在襯底221上將導(dǎo)電粒子223設(shè)置在絕緣層222上。在如上述參照圖1a與1b形成了電鑄成型通道后，電子224從粒子223的底部發(fā)射入媒體228(通常是真空)。與過去已知的材料相比，這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的材料，在通道發(fā)射引起不穩(wěn)定性或故障之前，能提供大得多的電流。較佳地，絕緣體是無機物質(zhì)，它消除了高蒸氣壓材料，使該材料能應(yīng)用于密封的真空裝置。對于絕緣襯底，涂覆前先加上導(dǎo)電層。導(dǎo)電層可通過各種方式施加，其中包括(但并不限于)真空與等離子體涂覆、電鍍、無電極電鍍和基于油墨的方法，諸如通常用于裝飾瓷器與玻璃制品的樹脂酸鹽金系與鉑系。
接通電鑄成型通道所需的穩(wěn)定電場，由粒子高度225(基本上垂直于絕緣層222的表面測得)與導(dǎo)電通道227區(qū)域中絕緣體的厚度226之比率決定。對于最小的接通電場，絕緣體在導(dǎo)電通道處的厚度應(yīng)大大地小于粒子高度。雖然不作限制，但是導(dǎo)電粒子223一般在0．1μm～400μm范圍內(nèi)，最好具有狹窄的尺寸分布。
圖2b示出經(jīng)改進的材料的另一實施例，其中，粒子231與導(dǎo)電襯底230保持電接觸并涂有一層絕緣體232。在每個粒子231的上端，絕緣體層的厚度235相對于粒子垂直于表面的高度234更薄。根據(jù)應(yīng)用，在最大電場增強位置形成一條合適的電場導(dǎo)電通道233，于是將電子236發(fā)射到媒體237中。
參照圖3，可以用一種流動涂覆工藝(如旋涂)制成圖2a所示類型的結(jié)構(gòu)，其中流體媒質(zhì)302含有絕緣材料與導(dǎo)電或半導(dǎo)電粒子303，由于它們的自然特性或表面涂層(有時是臨時的)，不會沾濕溶液或含有絕緣體的分散體，并露出304作為涂覆處理的一部分以形成所需的結(jié)構(gòu)305?？梢詰?yīng)用使用例如日本Chungai Ro有限公司制造的設(shè)備的平板涂覆方法。
幾例合適的絕緣材料是玻璃、玻璃陶瓷、聚硅氧烷以及類似在加熱的玻璃材料上旋轉(zhuǎn)以減少有機含量或形成無機最終產(chǎn)品，諸如二氧化硅、陶瓷、氧化物陶瓷、氧化物、氮化物、硼化物、金剛石、聚合物或樹脂。
幾例合適的粒子是金屬與其它導(dǎo)體、半導(dǎo)體、石墨、碳化硅、碳化鉭、碳化鉿、碳化鋯、碳化硼、二硼化鈦、碳化鈦、碳氧化鈦、馬氏鈦副氧化物、半導(dǎo)電硅、三-五簇化合物和二-六族化合物。
一種合適的分散體可用旋轉(zhuǎn)玻璃材料與粒子的混合物配制?？蓪λ隽Ｗ宇A(yù)加熱以控制濕潤并選擇地具有狹尺寸分布。這種旋轉(zhuǎn)玻璃材料一般以聚硅氧烷為基礎(chǔ)，已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)。然而，也可采用基于其它化學(xué)化合物的旋轉(zhuǎn)玻璃。涂覆后，將涂層加熱以減少有機含量，或形成二氧化硅等無機最終制品。
已經(jīng)指出，在分散體內(nèi)的粒子最好具有狹的尺寸范圍。實際上，關(guān)鍵問題是從混合物中消除較大的粒子，因為它們形成少量低電場接通的場致發(fā)射地點。鑒于場致發(fā)射的特征，這些少量地點接著將大部分電流發(fā)射到熱失效的程度。對于裝置的應(yīng)用而言，最好有大量低發(fā)射地點。通過分選粉末以完全除去大的碎片是困難的，尤其是在感興趣的尺寸范圍內(nèi)。篩分的速度慢，而空氣分級沒有銳的截止。
在液體媒質(zhì)中進行沉積是一種有用的技術(shù)，但通過干燥恢復(fù)粒子會導(dǎo)致結(jié)塊，作用與大粒子一樣。圖15示出一種能避免這些問題的應(yīng)用沉積作用的工藝。原材料2000可以是聚硅氧烷旋轉(zhuǎn)玻璃等液體絕緣體層先質(zhì)，或者是將與不分類的粒子一起用于形成例如玻璃料的后續(xù)分散體的載體。
將混合物加入槽2001，在槽中用攪拌器2002保持拌合?；旌衔锝?jīng)計量閥或泵2003送到槽2004，泵以某一泵速添加液體，保持懸浮液緩慢地水平通過沉積區(qū)2112。調(diào)節(jié)閥2010，保持槽2004的液位。較大的粒子2005沉入槽底部2008，經(jīng)閥2011定期排出。分選的懸浮液2006通過閥2010后，含有大直徑截止2007的粒子。除了應(yīng)用于本發(fā)明的這一實施例以外，該工藝還可應(yīng)用于任何一種基于粒子的場致發(fā)射體系統(tǒng)，例如像Tuck、Taylor與Latham描述的那些MIMIV材料(GB2304989)。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計出其它各種結(jié)構(gòu)用于連續(xù)或分批處理主載體中的分散體。
圖4示出另一種制作發(fā)射體的方法，其中的導(dǎo)電襯底401具有一層絕緣體402和淀積在其上的導(dǎo)體403。例如，應(yīng)用有圖案的抗蝕劑層404，有選擇地蝕去導(dǎo)電材料402而留下制成的粒子相似物411。有時將粒子相似物之間的絕緣層413一起除去是有利的。蝕刻自然傾向于在抗蝕劑圖案404下面形成側(cè)凹415，有利于電子416從結(jié)構(gòu)底部的電鑄成型通道射出。所述結(jié)構(gòu)還可應(yīng)用成熟的半導(dǎo)體制造技術(shù)構(gòu)成。例如，通過氧化其它導(dǎo)電晶片然后作金屬化，可形成絕緣層402。可用某種類似方法形成圖26所示的結(jié)構(gòu)。
圖5示出應(yīng)用噴涂技術(shù)制作這類發(fā)射體的另一種方法。
在圖2a所示的結(jié)構(gòu)情況下，帶絕緣層502的導(dǎo)電襯底501具有從噴涂源505淀積的粒子。所述絕緣層可由噴涂工藝本身形成。
在圖2b所示結(jié)構(gòu)情況下，直接向?qū)щ娨r底噴涂。包括玻璃上旋轉(zhuǎn)聚硅氧烷或合適粘合劑中分散玻璃料的絕緣層于是可用旋涂或平板涂等技術(shù)施加。接著燒結(jié)該絕緣層將聚硅氧烷轉(zhuǎn)換成二氧化硅或熔化玻璃料。顯然，可采用其它技術(shù)。
噴涂法有兩種主要的變型。
1．粒子流503可以作為有或沒有液態(tài)載體的固體撞擊表面，之后粘結(jié)于該表面例如通過銅焊、玻璃料處理或金屬或絕緣體膜的熔化?？墒褂脗鹘y(tǒng)的噴槍或靜電噴涂系統(tǒng)。
2．粒子流504可以以足夠的動能撞擊表面而形成鍵合，或在撞擊的瞬間熔化。例如，這類狀態(tài)可用火焰或等離子體噴發(fā)實現(xiàn)。
圖6示出形成發(fā)射體的又一種方法，其中的導(dǎo)電襯底601具有絕緣層602和淀積的導(dǎo)體薄膜603?？刂扑霰∧?03的淀積條件，從而在淀積的薄膜中有足夠大的剩余應(yīng)力使它裂開或斷裂，并通過折曲釋放所述應(yīng)力而形成部分從表面抬起的電氣隔離的小片。例如，可把真空蒸發(fā)和濺射涂覆淀積的薄膜做得符合這些標(biāo)準(zhǔn)。
在本發(fā)明的上述所有實施例中，有一優(yōu)化的導(dǎo)電粒子密度，它防止最相鄰的粒子屏蔽給定粒子底部的電場。對于球形粒子，粒子間的最佳間距約為粒徑的1．8倍。
為便于接通發(fā)射地點，對稱狀粒子較佳，諸如粗糙削成的立方體那樣的粒子。
或者，可將碳纖維或細線一類的精密纖維切成比其直徑略長的長度。這些纖維段躺下時(尤其在旋涂期間)容易使其纖維軸平行于襯底，因而纖維的直徑?jīng)Q定了天線效應(yīng)。
可用包括濺射的范圍廣泛的工藝，對具有正確的形態(tài)(如玻璃微球)而不是構(gòu)成的粒子外涂一種合適的材料。
本發(fā)明較佳實施例的初步目的是以低成本和高制造能力生產(chǎn)發(fā)射材料。然而，對于不計較成本的應(yīng)用而言，可實現(xiàn)極高的熱導(dǎo)率意味著，用金剛石作絕緣體刻意加工出的結(jié)構(gòu)能提供在電鑄成型通道出現(xiàn)災(zāi)難性故障之前能提供最高平均電流的材料。
圖7示出一種有效的工藝，其中在步驟1，帶絕緣層702和粒子703的襯底701有一用抗蝕劑涂層704掩蔽的區(qū)域。在步驟2，用選擇性蝕刻除去粒子。在步驟3，除去抗蝕劑，留下具有場效發(fā)射特性的掩蔽區(qū)。
圖8示出一種柵陣列，它采用了改進的場致電子發(fā)射材料，例如上述材料之一。在襯底17上形成發(fā)射體小片19，而在襯底17上淀積了導(dǎo)電層18，需要時可應(yīng)用真空涂覆等工藝或非真空技術(shù)。穿孔的控制或柵電極21用涂層20與襯底17隔離。典型尺寸為發(fā)射體小片直徑(23)為10μm，柵電極一襯底分開(22)5μm。柵極21上的正電壓控制從發(fā)射體小片19取出電子，然后電子53被較高的電壓54加速進入裝置62。場致電子發(fā)射電流可應(yīng)用于范圍廣泛的裝置，包括，場致電子發(fā)射顯示面板；諸如電子“脈塞(MASER)”與回旋管等大功率脈沖裝置；諸如CFA等交叉場微波管；速調(diào)管等直線速管；閃光X射線管；觸發(fā)式放電器與相關(guān)裝置；大面積消毒X射線源；真空規(guī)；航空載體離子推進器與粒子加速器。
圖9a示出一種場效發(fā)射顯示器，它以采用上述材料之一(如圖2材料)的二極管結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。襯底33具有裝載材料發(fā)射小片35的導(dǎo)電軌跡34，面板38具有穿過軌跡34分布的透明導(dǎo)電軌跡39，軌跡39具有熒光片或熒光條，兩塊板用外環(huán)36與襯墊43分開。該結(jié)構(gòu)用焊料玻璃等材料37密封。該裝置通過泵導(dǎo)管或在真空爐中熔化焊料玻璃而抽空。
諸像素由以橫桿方式施加的電壓41、42尋址。場致電子發(fā)射激發(fā)熒光片。由正向與負向波形組成的驅(qū)動系統(tǒng)減小了驅(qū)動電路中半導(dǎo)體器的峰值電壓額定值，確保相鄰像素不受激。將每根電極直流偏置到剛好低于場致電子發(fā)射電流變大的值，可進一步減少接通像素所需的電壓擺幅。然后將脈沖波形迭加在該直流偏壓上接通每個像素于是電壓變化范圍保持在半導(dǎo)體器件的能力以內(nèi)。
二極管結(jié)構(gòu)的另一種方法是應(yīng)用帶控制電極的三極管系統(tǒng)。指明彩色顯示器中兩個像素的圖11示出這種方法的一個實施例。為了簡化，只示出兩個像素。然而，可將圖示的基本結(jié)構(gòu)按比例放大而制成有許多像素的大型顯示器。陰極襯底120具有涂在其表面上的導(dǎo)電軌跡121以尋址顯示器的每一行，這種軌跡可用真空涂覆技術(shù)結(jié)合本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉的標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)淀積而成，或運用使用油墨的印刷技術(shù)或許多其它合適的技術(shù)實施。用上述方法將發(fā)射材料(如上所述)小片122置于轉(zhuǎn)跡表面上，以限定紅綠藍三基色亞像素。尺寸“p”129一般(但不限于)在200μm～700μm范圍內(nèi)。另外，雖然很少要求，可在整個顯示區(qū)內(nèi)對發(fā)射材料進行涂覆。在導(dǎo)電軌跡121頂部形成絕緣層123，該絕緣層123以每個像素124一個或多個孔徑穿孔而露出發(fā)射材料表面，這類孔徑用印刷或其它光刻技術(shù)產(chǎn)生。在絕緣體表面上形成導(dǎo)電軌跡125以對彩色三極管中每一行限定一根柵極。選擇孔徑124的尺寸和絕緣體123的厚度，以對如此生產(chǎn)的三極管系統(tǒng)產(chǎn)生所需的跨導(dǎo)值。顯示器的陽極板126支承在絕緣襯墊128上，這類襯墊可印刷在表面上，或可以預(yù)制就位。對于機械穩(wěn)定性，可將所述預(yù)制的襯墊制成十字形結(jié)構(gòu)形式。可在每一端用玻璃料等填隙將襯墊固定就位，并補償任何尺寸不規(guī)則性。將紅綠藍熒光片(或條)127置于陽極板內(nèi)表面上。通常像陽極射線管那樣，將熒光片導(dǎo)電薄膜，或者對于較低的加速電壓，陽極板內(nèi)部具有淀積在其上面的透明導(dǎo)電層，諸如(但并不限于)氧化銦錫。陰極與陽極板之間的間隙抽空后密封。
讀者可參閱我們的共同未決申請GB9722258．2，以進一步了解構(gòu)制場效應(yīng)器件的細節(jié)，其中可以應(yīng)用本發(fā)明的實施例。
在導(dǎo)電條121與陽極上的導(dǎo)電膜之間加一直流偏壓，如此產(chǎn)生的電場穿過柵孔徑124，并利用上述MIV場致發(fā)射過程的場效應(yīng)發(fā)射從表面釋放電子。將直流電壓置于低于全發(fā)射所需的電壓，這樣就能通過對一條相對于其它軌跡為負的軌跡121加脈沖到給出最大亮度電流的值來尋址某一行。當(dāng)軌跡125偏置成相對于發(fā)射材料為負，以將電流減至其最小值。在行周期內(nèi)，通過對所有柵軌跡正向加脈沖到給出所需電流使像素明亮的值。顯然，可以采用其它驅(qū)動方案。
為了將驅(qū)動電路的成本減至最少，要求柵電壓擺幅為數(shù)十伏，因而圖11所示的柵板結(jié)構(gòu)中的孔徑變得很小。運用圓孔徑，這就導(dǎo)致每個亞像素有許多發(fā)射單元。這種小型結(jié)構(gòu)的另一種配置是將小型發(fā)射單元延伸到縫隙中。
圖14示出這種電極系統(tǒng)的一個亞像素，這里把柵板與發(fā)射體的間距180減小為幾微米。極板181和絕緣層182在其中有縫隙183，以露出發(fā)射材料。
雖然已描述了彩色顯示器，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可以用沒有三部分像素的結(jié)構(gòu)來制造單色顯示器。
要確保長壽命和穩(wěn)定的工作特性，裝置內(nèi)必須保持高度真空。在電子管技術(shù)領(lǐng)域中，通常用吸氣劑吸收從管壁和其它內(nèi)部結(jié)構(gòu)放出的氣體。在場致發(fā)射顯示器中，吸氣材料的一個位置在顯示面板周圍沒有電氣饋通的側(cè)面。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，隨著面板尺寸的增大，這一位置離理想的位置變得遠了，這是因為在面板中心與邊緣之間有小氣流傳導(dǎo)，原因是面板間的距離長，有亞毫米的間隙。計算表明，對于對角線尺寸超過250mm的面板，這一傳導(dǎo)缺到吸氣系統(tǒng)失效的程度。美國專利5，223，766號描述了兩種克服這一問題的方法。一種方法涉及其孔陣列引入后腔室的陰極板，具有較大的間隙和分散的吸氣劑。另一種方法是制作塊狀吸氣材料(如鋯)的柵極。雖然這兩種方法基本上能起作用，但是它們有不同的實際問題。
在穿孔陰極板方法中，陰極板中的穿孔必須小得足以配置像素之間的空間。為了避免可見的人為痕跡，這限制了穿孔的直徑，對電視而言，最大直徑限為125微米，對計算機工作站而言，則更小些。在1mm～2mm厚玻璃中鉆上百萬個100微米孔的費用，顯而易見的陰極板材料，似乎都是阻礙因素。此外，得到的元件極其脆弱隨著面板尺寸增大問題更大。
為在室溫下生效，塊狀吸氣劑必須具有極大的表面積，這通常是形成一繞結(jié)的粒子層實現(xiàn)的。場致發(fā)射顯示器中的柵極處于強加速直流電極電場中。從這里描述的場致發(fā)射體系統(tǒng)可以看得很清楚，這種粒子吸氣層似乎能提供數(shù)量很多的場效發(fā)射地點。這些地點將發(fā)射電子而連續(xù)地激勵附近的一個或多個熒光片，在顯示中產(chǎn)生看得見的缺陷。
現(xiàn)在參照圖9和11所示的顯示器，通過用一種活性粒子或成組粒子制作上述的MIV發(fā)射體，可將分布式吸氣系統(tǒng)配入發(fā)射體結(jié)構(gòu)中。圖12示出一個用絕緣材料1202將粒子1200固定到襯底1201的實施例。絕緣材料1202的成分可以是上述那種成分。這種結(jié)構(gòu)留出一個露出吸氣材料1203的區(qū)域。吸氣材料合適的粒子材料最后分成諸如鋯、鉭等IVa組金屬以及諸如由米蘭的SAES Getters制造的那些專用吸氣合金(如Zr-Al)。
所有場致電子發(fā)射顯示器都存在的一個問題是實現(xiàn)各像素間均一的電學(xué)特性。一條途徑是使用以恒流模式驅(qū)動像素的電路。另一條基本上實現(xiàn)同一目標(biāo)的途徑是在發(fā)射體與恒壓驅(qū)動電路之間插入適當(dāng)阻值的電阻器，這可以在裝置外部實施。然而，在這種結(jié)構(gòu)中，電阻器與導(dǎo)電軌跡陣列電容的時間常數(shù)對能尋址像素的速率提出了限制。在發(fā)射體小片與導(dǎo)電軌跡之間就地形成電阻器，則要用低阻抗電路對軌跡電容迅速充電，得出更短的上升時間。這種就地形成的電阻墊44示于圖9b。電阻墊可用絲網(wǎng)印刷到導(dǎo)電軌跡34上，當(dāng)然可以采用其它涂覆方法。在一些實施例中，電阻墊44兩端的壓降可能足以跨過其表面45造成電壓擊穿。為防止擊穿，可用大尺寸的電阻墊46擴大軌跡距離，如圖9c所示。
圖10a示出采用上述之一材料的扁平燈具，這種燈具可為液晶顯示器提供背景光，當(dāng)然這并不排除室內(nèi)照明等其它應(yīng)用。
該燈具包括一塊金屬制墊片60，擴展匹配到發(fā)光面板66。如果墊片是絕緣體，則應(yīng)用導(dǎo)電層61。在小片中加入發(fā)射材料62(如上述材料)。為了強制系統(tǒng)接近于每塊發(fā)射小片有同樣的場效發(fā)射電流而產(chǎn)生的均勻的光源，將每塊小片經(jīng)電阻器電氣連接到墊片。這種電阻器很容易用電阻墊69形成，如圖10b所示。在圖9C中，電阻墊可以具有比發(fā)射小片大的面積，以阻止通過用其厚度方向的電壓擊穿。面板66有一透明導(dǎo)電層67，對其涂上合適的熒光體68。這兩塊板由外環(huán)63與襯墊65隔開。該結(jié)構(gòu)用焊料玻璃等材料64密封。裝置通過泵管或在真空爐中熔化焊料玻璃抽空。在墊片60或?qū)щ妼?1與透明導(dǎo)電涂層67之間加上幾千伏直流電壓，場致電子發(fā)射轟擊熒光體68而發(fā)光，改變施加電壓可調(diào)節(jié)燈的亮度。
在一些應(yīng)用中，可用可尋址熒光條各相關(guān)電路構(gòu)制燈具，以類似于飛點掃描的方式提供掃描線。這類裝置可以配入混合顯示系統(tǒng)。
與采用汞蒸氣(諸如冷操作和瞬時起動)的燈相比，雖然上述的場效發(fā)射陰極發(fā)光燈有許多優(yōu)點，但是在本質(zhì)上是低效的。一個原因在于，與汞蒸氣放電的紫外光相比，入射到熒光體的電子的滲透力有限。結(jié)果，采用背面電子熒光體時，產(chǎn)生的許多光在通過粒子時被散射和衰減掉了。如果能從電子束轟擊同一側(cè)上的熒光體輸出光，發(fā)光效率約可提高一倍。圖13示出了實現(xiàn)這一方法的結(jié)構(gòu)。
在圖13中，玻璃板170有一透光導(dǎo)電涂層171(如氧化錫)，在其上形成一層上述的MIV發(fā)射體172。這個發(fā)射體配制成基本上是半透光的，并且包含隨意間隔開的粒子，不受Moire圖案形成影響，而Moire圖案會在有規(guī)律的尖端陣列與LCD像素陣列之間產(chǎn)生干擾。這種涂層可由作為絕緣成分的熱固聚硅氧烷基旋轉(zhuǎn)玻璃形成，當(dāng)然不限于這種材料。用襯墊179將上述涂覆的陰極板支承在陽極板上方，并以圖10a中的燈具一樣的方法將該結(jié)構(gòu)密封抽空。可由玻璃、陶瓷、金屬或其它合適材料組成的陽極板177，具有一層設(shè)置在其上的電致發(fā)光熒光體175，并在熒光體與陽極板之間有一諸如鋁的任意選擇的反射層176。在導(dǎo)電層171與陽極板177(或在絕緣材料的情況下，在其上有一導(dǎo)電涂層)之間加一千伏以內(nèi)的電壓180，由所述施加電壓造成的場致電子發(fā)射173加速到達熒光體175，形成的光輸出通過半透明發(fā)射體172和透明的導(dǎo)電層171。光路中可設(shè)置一個任選的Zambertian或非Lambertian漫射器178。可用類似方法增大可尋址顯示器的亮度。
本發(fā)明的實施例都可以應(yīng)用帶石墨表面粒子的薄膜金剛石，例如通過對準(zhǔn)這種粒子、使它們具有足夠的尺寸和密度等方法，使其優(yōu)化而滿足本發(fā)明的要求。在制造薄膜金剛石中，技術(shù)趨勢一直強調(diào)使石墨雜質(zhì)減至最少，但在本發(fā)明的有關(guān)實施例中，慎重地包含了這類表面粒子并作了仔細的加工。
本發(fā)明較佳實施例的一個重要特征是印刷發(fā)射圖案的能力，這樣能就以適中的成本作出復(fù)雜的多發(fā)射體圖案，諸如顯示器所要求的那種發(fā)射體圖案。此外，這種印刷能力允許使用玻璃等廉價的襯底材料；而在高成本的單晶襯底上，通常要建立微細加工的結(jié)構(gòu)。在本說明書全文中，印刷表示一種以規(guī)定的圖案放置或形成發(fā)射材料的工藝。幾例合適的工藝是絲網(wǎng)印刷、靜電印刷、光刻、靜電淀積、噴涂或膠版石印術(shù)。
可把實施本發(fā)明的裝置做成大大小小各種尺寸，這樣尤其適用于顯示器，因為顯示器可做成從單像素裝置到多像素裝置，從超小型到宏觀尺寸。
在本說明書中，我們用“通道”或“導(dǎo)電通道”表示某個絕緣體區(qū)域，該區(qū)域的特性例如可通過某種成型工藝予以局部更改。在導(dǎo)體一絕緣體一真空(如MIV)結(jié)構(gòu)例子中，這種更改有利于電子從背面接點(導(dǎo)體／電極與絕緣體之間)通過絕緣體送入真空。在導(dǎo)體一絕緣體一導(dǎo)體(如MIM)結(jié)構(gòu)的例子中，這種更改有利于電子從背面接點通過絕緣體送到其它導(dǎo)體／電極。
在本說明書中，動詞“包括”有其一般的詞典學(xué)意義，表示非全部的包含。即，用“包括”這一詞(或任何派生詞)包含一個或多個特征，不排除還包含另一些特征的可能性。
讀者的注意力放在所有的論文和文件上，這些論文和文件與同本申請相關(guān)的本說明書一起編制并與本說明書公開出版檢查，所有這些論文和文件都在此引作參考。
本說明書中揭示的所有特征(包括任何附屬的權(quán)項、摘要與附圖)和／或揭示的任何一種方法或工藝的所有步驟，可以以任何組合方式組合起來，除了至少某些這類特征和／或步驟相互排斥的組合。
本說明書中揭示的每個特征(包括任何附屬的權(quán)項、摘要與附圖)可以用起到同樣的、等效的或類似的目的作用的其它特征代替，除非另有明確的說明。因此，除非另有明確地說明，揭示的每個特征僅是一例一系列普通的等效或類似的特征。
本發(fā)明不限于上述諸實施例的細節(jié)。本發(fā)明延伸到本說明書所揭示的特征(包括任一附屬的權(quán)項、摘要和附圖)的任一新的特征或任一新的特征組合，或延伸到所揭示的任一方法或工藝步驟的任一新步驟或任一新步驟的組合。
權(quán)利要求
1．一種形成場致電子發(fā)射材料的方法，其特征在于所述方法包括對具有導(dǎo)電表面的襯底涂覆多個導(dǎo)電粒子的步驟，每塊襯底有一層設(shè)置在所述導(dǎo)電表面與所述粒子之間第一位置或所述粒子與其中設(shè)置了場致電子發(fā)射材料的環(huán)境之間第二位置中的電氣絕緣材料，但是所述材料不設(shè)置在所述第一與第二兩個位置上，從而至少一些所述粒子在所述第一或第二位置上形成電子發(fā)射地點。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒子垂直于導(dǎo)體表面的尺寸遠遠大于所述絕緣材料層的厚度。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述基本上垂直于所述粒子表面的尺寸至少大于所述厚度的10倍。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述基本上垂直于所述粒子表面的尺寸至少大于每個所述厚度的100倍。
5．如權(quán)利要求1～4任一項所述的方法，其特征在于，所述絕緣材料的厚度在10nm～100nm(100?！?000)范圍內(nèi)，所述粒子尺寸在1μm～10μm范圍內(nèi)。
6．如權(quán)利要求1～5任一權(quán)項所述的方法，其特征在于，提供了基本上為單層的所述導(dǎo)電粒子，每一層基本上垂直于表面的尺寸在0．1μm～400μm范圍內(nèi)。
7．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述絕緣材料包括金剛石以外的某種材料。
8．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述絕緣材料是一種無機材料。
9．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述絕緣材料包括玻璃、鉛基玻璃、玻璃陶瓷、熔化玻璃或其它玻璃質(zhì)材料、陶瓷、氧化物陶瓷、氧化表面、氮化物、氮化表面、硼化物陶瓷、金剛石、金剛石類碳或四方形非晶碳。
10．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，每個所述導(dǎo)電粒子基本上都是對稱的。
11．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，每個所述導(dǎo)電粒子基本上都是粗削的立方形狀。
12．如權(quán)利要求1～10任一所述的方法，其特征在于，每個所述導(dǎo)電粒子基本上都是帶紋理表面的球形。
13．如權(quán)利要求1～11任一所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電粒子每個都有一最長尺寸，并且最好將其最長尺寸對準(zhǔn)成基本上垂直于襯底。
14．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電粒子的相互間距、中心距至少是其最小尺寸的1．8倍。
15．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，每個所述粒子或者至少某些所述粒子均選自于金屬、半導(dǎo)體、導(dǎo)電體、石墨、碳化硅、碳化鉭、碳化鉿、碳化鋯、碳化硼、二硼化鈦、碳化鈦、碳氮化鈦、馬氏鈦副氧化物、半導(dǎo)電硅、三-五族化合物和二-六族化合物。
16．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，每個所述粒子或至少某些所述粒子只是部分地涂在所述絕緣材料內(nèi)，而且每個這樣的粒子包含一種吸氣材料。
17．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述表面借助于含有所述粒子和所述絕緣材料的油墨涂上所述粒子以形成所述絕緣層，所述油墨的特性使得所述粒子擁有從所述絕緣材料突出而不被絕緣材料涂覆的部分，這是涂覆工藝造成的。
18．如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，通過印刷工藝將所述油墨加到所述導(dǎo)電表面。
19．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電粒子和／或電氣絕緣材料在一種光敏粘合劑中加到所述導(dǎo)電襯底，供以后形成圖案。
20．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過熔化、燒結(jié)或其它與粒子混合物接合在一起或就地化學(xué)反應(yīng)的步驟形成所述絕緣材料。
21．如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，絕緣材料包括玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、氧化物陶瓷、氧化物、氮化物、硼化物、金剛石、聚合物或樹脂。
22．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，每個所述導(dǎo)電粒子包括切成長度大于其直徑的纖維。
23．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述粒子是通過選擇性蝕刻或掩蔽將導(dǎo)電層淀積在所述絕緣層上供以后形成圖案，以形成起到所述粒子作用的隔離島而形成的。
24．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過噴涂工藝將所述粒子加到所述導(dǎo)電表面。
25．如權(quán)利要求1～21任一所述的方法，其特征在于，通過淀積一層以后產(chǎn)生裂紋或使之產(chǎn)生裂紋而成為基本上電氣隔離的抬起小片的層，形成所述導(dǎo)電粒子。
26．如權(quán)利要求23、24或25所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層包括金屬、導(dǎo)電元素或化合物、半導(dǎo)體或復(fù)合材料。
27．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述地點在場致電子發(fā)射材料上是隨機分布的。
28．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述地點以至少102cm-2的平均密度分布在場致電子發(fā)射材料上。
29．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述地點以至少103cm-2、104cm-2或105cm-2的平均密度分布在場致電子發(fā)射材料上。
30．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述地點基本上均勻地分布在場致電子發(fā)射材料上。
31．如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述地點在場致電子發(fā)射材料上的分布具有均勻性，從而所述地點在任何1mm直徑圓區(qū)中的密度變化不大于地點在所有場致電子發(fā)射材料上分布的平均密度的20％。
32．如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，當(dāng)使用1mm直徑的圓形測量區(qū)時，所述地點在場致電子發(fā)射材料上的分布基本上是二項式或泊松分布。
33．如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述地點在場致電子發(fā)射材料上的分布具有均勻性，從而至少一個發(fā)射地點正位于任一4μm直徑圓區(qū)的概率至少為50％。
34．如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述地點在場致電子發(fā)射材料上的分布具有均勻性，從而至少一個發(fā)射地點正位于任一10μm直徑圓區(qū)的概率至少為50％。
35．如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，包括讓含粒子的液體通過沉積槽而對所述粒子分類的初步步驟，在沉積槽中，超過預(yù)定尺寸的粒子下沉，而從所述槽流出的液體包含小于所述預(yù)定尺寸的粒子，然后將其涂在所述襯底上。
36．一種形成場致電子發(fā)射材料的方法，基本上如上述參照附圖所描述的那種方法。
37．一種根據(jù)上述任一權(quán)項的方法制造的場致電子發(fā)射材料。
38．一種包括如權(quán)利要求37所述的場致電子發(fā)射材料的場致電子發(fā)射裝置，以及將所述材料承受電場以使所述材料發(fā)射電子的裝置。
39．一種根據(jù)權(quán)利要求38的場致電子發(fā)射裝置，包括襯底，所述襯底帶有由所述場致電子發(fā)射材料組成的發(fā)射體小片的陣列，以及具有對準(zhǔn)的孔徑陣列的控制電極，所述電極由絕緣層支承在發(fā)射體小片上方。
40．一種根據(jù)權(quán)項39所述的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述孔徑做成槽的形式。
41．一種根據(jù)權(quán)項38～40任一項的場致電子發(fā)射裝置，包括等離子體反應(yīng)器、電暈放電器、無聲放電器、臭氧化器、電子源、電子槍、電子裝置、X射線管、真空規(guī)、充氣裝置或離子推進器。
42．一種根據(jù)權(quán)項38～41任一項的場致電子發(fā)射的裝置，其特征在于，場致電子發(fā)射材料對該裝置的工作提供全部電流。
43．一種根據(jù)權(quán)項38～41任一權(quán)項的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，場致電子發(fā)射材料對該裝置提供起動、觸發(fā)或點火電流。
44．一種根據(jù)權(quán)項38～43任一權(quán)項的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，包括顯示裝置。
45．一種根據(jù)權(quán)項38～43任一項的場致電子發(fā)射裝置，包括燈具。
46．如權(quán)利要求45所述的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述燈具基本上是扁平的。
47．如權(quán)利要求38～46所述的任一項場致電子發(fā)射裝置，包括以十字形結(jié)構(gòu)形式支承在絕緣襯墊上的電極板。
48．如權(quán)利要求38～47任一權(quán)項的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，將場致電子發(fā)射材料應(yīng)用于小片中，所述小片在使用時經(jīng)電阻器連接到施加的陰極電壓。
49．如權(quán)利要求48所述的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，將所述電阻器作為電阻墊放在每個發(fā)射小片下面。
50．如權(quán)利要求49所述的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，將各塊所述電阻墊置于每塊發(fā)射小片下面，從而每塊這種電阻墊的面積大于各發(fā)射小片的面積。
51．如權(quán)利要求38～50所述的任一項的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述發(fā)射體材料和／或熒光體涂在一個或多個一維的導(dǎo)電軌跡陣列上，所述陣列安置成由電子驅(qū)動裝置尋址而產(chǎn)生掃描照明線。
52．如權(quán)利要求51所述的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于包括所述電子驅(qū)動裝置。
53．如權(quán)利要求38～52任一權(quán)項的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述環(huán)境是氣體、液體、固體或真空。
54．如權(quán)利要求38～53所述的任一權(quán)項的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，包括位于裝置內(nèi)的吸氣材料。
55．如權(quán)利要求54所述的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述吸氣材料粘貼到該裝置的陽極。
56．如權(quán)利要求54或55所述的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述吸氣材料可以粘貼到裝置的陰極。
57．如權(quán)利要求56所述的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述場致電子發(fā)射材料安排在小片中，并在所述小片內(nèi)設(shè)置所述吸氣材料。
58．如權(quán)利要求54所述的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，包括陽極，陰極、位于所述陽極與陰極上的襯墊位置、位于至少某些所述襯墊位置將所述陽極與所述陰極隔開的襯墊，以及在其它不裝襯墊的所述襯墊位置上位于所述陽極上的所述吸氣材料。
59．如權(quán)利要求58所述的場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，所述襯墊位置相互間有規(guī)律性或循環(huán)的間隔。
60．如權(quán)利要求38～59所述的任一項場致電子發(fā)射裝置，其特征在于，該裝置的陰極為半透光，并相對于裝置的陽極如此安置，以使陰極發(fā)射的電子撞擊陽極而造成陽極電致發(fā)光，通過半透光陰極可看到電致發(fā)光。
61．一種基本上如上述參照附圖所描述的場致電子發(fā)射裝置。
全文摘要
用多個導(dǎo)電粒子涂覆具有導(dǎo)電表面的襯底,形成一種場致電子發(fā)射材料。每個粒子有一層電絕緣材料,所述材料置于襯底導(dǎo)電表面與粒子之間的第一位置,或置粒子與環(huán)境(其中有場致電子發(fā)射材料)之間的第二位置,但不同時置于這兩個位置,從而在第一或第二位置上至少有一些粒子形成電子發(fā)射、地點。揭示了應(yīng)用這類電子發(fā)射材料的若干場致發(fā)射裝置。
文檔編號H01J29/87GK1280703SQ9881180
公開日2001年1月17日 申請日期1998年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月4日
發(fā)明者R·A·塔克, H·E·畢曉普 申請人:可印刷發(fā)射體有限公司