电子发射源、电子发射模件、和制造电子发射源的方法技术

一种电子发射源，包括衬底和覆膜。衬底由含有一种金属的材料制成，该金属作为纳管纤维生长核的主要成分，并且衬底上具有多个通孔。而覆膜是由在衬底表面和通孔壁面上形成的纳管纤维构成的。还公开了一种制造电子发射源的方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子发射源，特别涉及一种电子发射的均匀性得到提高的场致发射型电子发射源，一种电子发射模件，和一种制造电子发射源的方法。近年来，使用碳纳管的场致发射型电子发射源(field emissiontype electron-emitting sourse)作为诸如FED(场致发射显示器)或真空荧光显示器的荧光显示设备中的电子发射源而受到重视。在碳纳管中，石墨单层呈圆柱形闭合，而且在该圆柱末端形成一个5-节环。由于碳纳管的直径一般都小到10nm至50nm，施加的电场约为100V，所以它可从其末端场致发射电子。碳纳管可分为具有上述单层结构和具有同轴多层结构的碳纳管，在同轴多层结构的碳纳管中，层叠形成套筒式结构的多个石墨层呈圆柱形闭合。这两种碳纳管中的任意一种都可用来形成电子发射源。使用传统典型碳纳管的场致发射型电子发射源由排列了许多碳纳管的平面衬底电极形成。当高压加在该衬底电极和与其相对的网状电子析取电极之间时，电场集中在碳纳管的末端，以便由此发射电子。为此希望衬底电极上的碳纳管具有与衬底面垂直的末端。如果电子发射的均匀性不好，亮度就会不均匀。因而希望碳纳管均匀地排列在衬底电极上。为形成这种电子发射源而提出了一种利用CVD(化学气相沉积)直接在平面衬底上形成碳纳管的方法。依据此方法可以制造一种电子发射源，该电子发射源是由从衬底面垂直伸出且在衬底上均匀形成的碳纳管构成的。然而，在通过碳纳管直接形成于衬底面上而获得的传统电子发射源中，有时存在诸如凸起或凹陷的不连续区。在这种情况下，如果施加平行电场来获得场致电子发射，那么电场被集中在这种不连续区将引起局部电子发射，从而导致荧光显示设备上的亮度不均匀。当提高场强来增加亮度时，局部区域的电子发射密度超过可允许的极限将击穿该局部区域，并且围绕着该击穿区域形成一个新的电场集中区。因而会发生链式击穿。在场致电子发射实际应用于荧光显示设备时，这是一个最大的问题。本专利技术的一个目的是提供一种可获得大电流密度的均匀场致电子发射的电子发射源、一种电子发射模件、和一种制造电子发射源的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种在场强增加时不会引起链式击穿的电子发射源、一种电子发射模件、和一种制造电子发射源的方法。为了实现上述目的，根据本专利技术，提供了一种电子发射源，该电子发射源包括衬底和覆膜，其中，衬底由含有一种金属的材料制成，该金属作为纳管纤维生长核的主要成分，并且衬底上具有多个通孔，而覆膜是由在衬底表面和通孔壁面上形成的纳管纤维构成的。附图的简要说明附图说明图1A是根据本专利技术第一实施例的电子发射源的俯视图；图1B是沿着图1A所示电子发射源的直线Ⅰ-Ⅰ所取的剖面图；图2是在图1A和1B所示电子发射源的衬底上形成的覆膜的电子显微照片；图3是在图1A和1B所示电子发射源的衬底上形成的覆膜的放大电子显微照片；图4是表示图1A和1B所示电子发射源的电子发射密度的分布图；图5是应用了图1A和1B所示电子发射源的真空荧光显示器的纵向剖面图；图6是表示形成图1A和1B所示电子发射源覆膜的制造设备的配置示意图；图7是在构成基于本专利技术第二实施例的电子发射源的衬底面上所形成的覆膜的电子显微照片；图8是电子显微照片，表示图7所示的纳管纤维的形状；以及图9是表示形成第二实施例的电子发射源覆膜的制造设备的配置示意图。最佳实施例的说明下面参考附图详细描述本专利技术。图1A和1B表示根据本专利技术第一实施例的电子发射源。如图1A所示，电子发射源10具有栅状衬底(以下称作衬底)11和覆膜12，其中衬底11由作为主要部分的纳管纤维的生长核使用的金属制成，并且具有大量的通孔13，而覆膜12是由纳管纤维构成的，纳管纤维覆盖了衬底11的表面上所形成的金属栅部分的表面(外露表面)和通孔13的壁表面14。衬底11由铁或铁合金制成，且厚度为0.05mm至0.20mm。宽0.05mm至0.20mm的方形通孔13排列成矩阵，以形成栅状衬底11。通孔13的排列并不局限于此，而可以是任意类型，以尽量使覆膜12在衬底11上的分布变得均匀。通孔13的开口形状并不限于方形，而且通孔13的开口尺寸不必相同。例如，通孔13的开口可以是椭圆或圆形，或是诸如三角形、四边形或六边形的多边形，或者是通过使这些多边形的角呈圆形而呈现的形状。衬底11的金属部分的纵截面形状并不限于图1B所示的方形，而可以是任意形状，如由曲线构成的圆或椭圆，诸如三角形、四边形或六边形的多边形，或者是通过使这些多边形的角呈圆形而呈现的形状。尽管衬底11的厚度为0.05mm至0.20mm且通孔13的宽度为0.05mm至0.20mm，但本专利技术并不局限于这些。构成覆膜12的纳管纤维粗大于等于约10nm而小于1μm，并且长度大于等于1μm而小于等于100μm，而且是由碳制成的。如果纳管纤维是单层碳纳管，并且在每个单层碳纳管中，石墨单层呈圆柱形闭合，且一个5-节环在该圆柱末端形成，那么纳管纤维是能够满足需要的。另外，纳管纤维也可以是同轴多层碳纳管，在每个同轴多层碳纳管中，多个石墨层叠加形成一种套筒式结构，并且是分别呈圆柱形闭合的空心石墨管，或是填充了碳的石墨管，每个空心石墨管具有无序结构而会产生缺陷。另外，纳管可混合地具有这些结构。上述每个纳管纤维的一端与衬底11的表面或通孔13的壁面14连接，并且如图2和3所示，每个纳管纤维卷曲且与其它纳管纤维缠在一起，以覆盖在构成栅的金属部分的表面上，从而形成棉纱状覆膜12。覆膜12以10μm到30μm的厚度覆盖在厚度为0.05mm至0.20mm的衬底上，以形成光滑的曲面。图2和3所示为电子显微照片，其中覆盖在衬底11上的覆膜12分别放大了600倍和60,000倍。下面参考图4描述具有此配置的电子发射源的电子发射的均匀性。在图4中，图5所示真空荧光显示器阴极组件106的电子发射的均匀性由X及Y方向上每隔40-μm标出的测量点的电流密度来表示。本图所示电流密度的范围是0mA/cm2到15mA/cm2。图4所示的电子发射密度的均匀性对应于由传统的涂敷氧化物灯丝形成的热阴极的相应项。这验证了本专利技术的电子发射源的有效性。如图5所示，在此方案中使用的阴极组件106包括陶瓷衬底106a、由装在陶瓷衬底106a上中心区的直角平行六面体的不锈钢帽所形成的衬底电极106b、置于衬底电极106b上的电子发射源10、和固定在陶瓷衬底106a上以罩住衬底电极106b和电子发射源10的直角平行六面体的不锈钢栅罩106c。栅罩106c在其与电子发射源10相对的上表面的中心区域有一个圆拱形的网状栅106d，其长轴为6mm且短轴为4mm。在这种配置中，当高压加到置于真空阴极组件106的衬底电极106b和栅罩106c之间时，从电子发射源10析取的电子通过与电子发射源10相对的栅罩106c的网状栅106d发射。电子发射源10点焊到用作阴极的衬底电极106b上，并且电子发射源10和网状栅106d的距离设为0.4mm。网状栅106d由直径为20-μm的大量通孔构成。此方案的执行过程如下把阴极组件106置于1.1×10-6pa的真空中；设置衬底电极106b为0V；并把脉冲宽度为150μsec且频率为100Hz的2,950V正电压加到栅罩106c上。下面将描述用于测定上述电子发射源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子发射源，其特征在于包括： 衬底（１１），由含有一种金属的材料制成，该金属作为纳管纤维生长核的主要成分，并且在所述衬底上具有多个通孔（１３）；以及 覆膜（１２），由在所述衬底的表面和通孔（１３）的壁面（１４）上形成的纳管纤维构成。

【技术特征摘要】
JP 2000-2-16 037672/20001．一种电子发射源，其特征在于包括衬底(11)，由含有一种金属的材料制成，该金属作为纳管纤维生长核的主要成分，并且在所述衬底上具有多个通孔(13)；以及覆膜(12)，由在所述衬底的表面和通孔(13)的壁面(14)上形成的纳管纤维构成。2．根据权利要求1的电子发射源，其中，构成所述覆膜的纳管纤维由碳制成。3．根据权利要求1的电子发射源，其中，所述衬底由铁和铁合金中的一种制成。4．根据权利要求1的电子发射源，其中，纳管是弯曲的，以覆盖在所述衬底的外露表面上。5．根据权利要求1的电子发射源，其中，所述衬底由从铁、镍、钴组成的族中所选的一种元素，以及至少包含从铁、镍和钴中所选的一种元素的合金制成。6．根据权利要求1的电子发射源，其中，纳管纤维从所述衬底的表面和通孔的壁面大体上垂直地伸出，以覆盖在所述衬底的外露表面上。7．根据权利要求1的电子发射源，其中，所述衬底形成具有大量通孔的栅状。8．根据权利要求1的电子发射源，其中，所述覆膜由纳管纤维形成，其厚度为10μm到30μm，每个纳管纤维粗不小于10nm而小于1μm，并且长度不小于1μm而小于100μm。9．一种电子发射模件，其特征在于包括衬底电极(106b)；在真空环境中置于所述衬底电极上的电子发射源(10)，所述电子发射源包括由衬底(11)和覆膜(12)，其中，衬底由含有一种金属的材料制成，该金属作为纳管纤维生长核的主要成分，并且衬底上具有多个通孔(13)，而覆膜(12)是由在衬底表面和通孔壁面(14)上形成的纳管纤维构成的；以及栅罩(106c)，罩住所述电子发射源的外表面并且高压加在它和所述衬底电极之间。10．根据权利要求9的模件，其中，所述电子发射源的所述衬底由铁和铁合金中的一种制成，并且所述电子发射源的纳管纤维由碳制成，且是弯曲的，以覆盖在所述衬底的外露表面上。11．根据权利要求9...

【专利技术属性】
技术研发人员：上村佐四郎，长回武志，余谷纯子，村上裕彦，
申请(专利权)人：伊势电子工业株式会社，日本真空技术株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]