离子轰击式石墨电子发射体制造技术

公开了带有图案的离子轰击式石墨电子发射体以及用于生产它们的方法。电子发射体是通过在基片上形成由石墨颗粒和玻璃组成的复合物层、然后用离子束轰击该复合物而产生的。这种电子发射体用在制成平板型显示器的场致发射体阴极组件中。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的领域本专利技术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。专利技术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。T．Asano等人[J．Vac．Sci．Technol．B13，431(1995)]公开了从金刚石薄膜发出的增大的电子发射，金刚石薄膜是通过化学蒸气淀积方法在硅上淀积的，进行氩离子研磨以形成金刚石锥体，然后在600℃进行退火处理。如果金刚石是孤立的颗粒形式，则形成这些锥体。C．Nützenadel等人[Appl．Phys．Lett．(应用物理通讯)69，2662(1996)]公开从通过离子溅射蚀刻进入合成的掺硼金刚石和硅这两者内的锥体的场致发射。S．Bajic等人[J．Phys．(物理杂志)D；Appl．Phys．(应用物理)21，200(1988)]公开了具有悬浮在树脂层中的石墨颗粒的场致发射体复合物。R．A．Tuck等人(WO 97／06549)公开了一种场致发射材料，它包括一个导电基片和设置在所说导电基片上的导电颗粒，导电颗粒嵌入、加入、或涂敷一层无机的电绝缘材料，从而在导电颗粒的基片之间界定绝缘材料的第一厚度，并在导电颗粒和环境之间界定绝缘材料的第二厚度。可以将场致发射材料印刷在基片上。M．Rabinowitz(U．S．5697827)公开了一种方法和设备，用于生产、维持、和产生电子的热场辅助发射的阴极源，并且公开了这个源的电场强化碳须成分的再生。所公开的唯一的碳须是碳纳米管。为了形成阴极，通过用一个电场推动纳米管将这些纳米管束缚到一个载体上，借此将这个纳米管嵌入包围这个载体的软材料内。不管现有技术如何，总是需要一种可以用在各种平板型应用中的、能够容易和经济地生产小尺寸和大尺寸的强发射的场致发射电子发射体的方法。在参照附图和随后的详细描述后，本专利技术的其它目的和优点对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。专利技术的概述本专利技术提供用于生产场致发射电子发射体的方法，该方法包括如下步骤(a)形成一层复合物，这个复合物包括在一个基片上的石墨颗粒和玻璃，其中玻璃附着到基片上并且附着到部分石墨颗粒上，借此使石墨颗粒相互结合并且结合到基片上，并且其中这层复合物的至少50％的表面面积是由石墨颗粒部分组成的，和(b)用包括氩、氖、氪、或氙的离子束轰击在步骤(a)中形成的复合物层的表面，轰击的时间足以在所说的石墨颗粒上产生碳须。优选地，至少70％的复合物层的表面积是由石墨颗粒部分组成的。石墨颗粒的体积百分数是石墨颗粒和玻璃的总体积的约35％到约80％，优选的是总体积的约50％到约80％。本专利技术还提供用于生产场致发射电子发射体的方法，其中的复合物还包括导电材料。优选地，离子束是氩离子束，氩离子束的离子流密度从约0．1毫安／厘米2到约1．5毫安／厘米2，离子束能量从约0．5千电子伏到约2．5千电子伏。离子轰击时间是约15分钟到约90分钟。更加优选的是含氩和氮的离子束气体组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产场致发射电子发射体的方法，该方法包括如下步骤； （ａ）形成一层复合物层，该复合物层包含在基片上的石墨颗粒和玻璃，其中所说的玻璃附着到所说基片上并且附着到所说的石墨颗粒部分上，借此使所说的石墨颗粒相互结合并且结合到所说基片上，并且其中所说复合物层的表面面积的至少５０％由所说石墨颗粒部分组成；和 （ｂ）用离子束轰击在（ａ）中形成的复合物层的表面，轰击时间足以在所说石墨颗粒上形成碳须，所说的离子束包括氩、氖、氪、或氙的离子。

【技术特征摘要】
US 1997-12-15 60/069453;US 1998-8-19 60/0970601.一种用于生产场致发射电子发射体的方法，该方法包括如下步骤；(a)形成一层复合物层，该复合物层包含在基片上的石墨颗粒和玻璃，其中所说的玻璃附着到所说基片上并且附着到所说的石墨颗粒部分上，借此使所说的石墨颗粒相互结合并且结合到所说基片上，并且其中所说复合物层的表面面积的至少50％由所说石墨颗粒部分组成；和(b)用离子束轰击在(a)中形成的复合物层的表面，轰击时间足以在所说石墨颗粒上形成碳须，所说的离子束包括氩、氖、氪、或氙的离子。2.权利要求1的方法，其特征在于所说离子束包括氩离子。3.权利要求2的方法，其特征在于所说离子束含包括氮离子。4.权利要求1-3中任何一个所述的方法，其特征在于所说复合物层的至少70％表面面积由所说石墨颗粒部分组成。5.权利要求1-3中任何一个所述的方法，其特征在于所说石墨颗粒的体积百分数是所说石墨颗粒和所说玻璃的总体积的约35％到约80％。6.权利要求5的方法，其特征在于所说石墨颗粒的体积百分数是所说石墨颗粒和所说玻璃的总体积的约50％到约80％。7.权利要求3的方法，其特征在于；离子束气体来自于约85到约90体积百分数的氩，和约8到约15体积百分数的氮。8.权利要求2的方法，其特征在于所说的离子束还包括氧离子。9.权利要求2、3、7、或8中任何一个所述的的方法，其特征在于所说离子束的离子流密度从约0．1毫安／厘米2到约1．5毫安／厘米2，束能量从约0．5千电子伏到约2．5千电子伏，离子轰击时间从约15分钟到约90分钟。10.权利要求9的方法，其特征在于离子轰击时间从约40分钟到约50分钟。11.权利要求2的方法，其特征在于；所说的复合物层是通过下述方法形成的，它包括(a)按照期望的图案在所说的基片上网板印刷由石墨颗粒和玻璃原料组成的糊剂，其中所说石墨颗粒的体积百分数约为所说的石墨颗粒和所说的玻璃原料的总体积的约35％到约80％；和(b)焙烧干燥的呈图案的糊剂以软化所说的玻璃原料，并且使其附着到所说基片上并附着到所说石墨颗粒部分上，借此使所说石墨颗粒相互结合，并结合到所说基片上以产生所说的复合物层。12.权利要求2的方法，其特征在于；所说的复合物层是通过下述方法形成的，它包括(a)在所说的基片上网板印刷包括石墨颗粒、玻璃原料、光引发剂、和可光硬化单体的糊剂，其中所说石墨颗粒的体积百分数约为所说的石墨颗粒和所说的玻璃原料的总体积的约35％到约80％；和(b)用光学方法制作干燥的糊剂的图案；和(c)焙烧干燥的呈图案的糊剂以软化所说的玻璃原...

【专利技术属性】
技术研发人员：小DI阿梅，RJ布查德，SIU沙，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]