專(zhuān)利名稱(chēng)：金剛石纖維場(chǎng)致發(fā)射體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場(chǎng)致電子發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及金剛石纖維場(chǎng)致發(fā)射體及其在電子應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明為與能源部所簽合同的結(jié)果(合同號(hào)W-7405-ENG-36)。
背景技術(shù)：
場(chǎng)致發(fā)射電子源，常稱(chēng)為場(chǎng)致發(fā)射體或場(chǎng)致發(fā)射材料，可用于各種電子領(lǐng)域，例如真空電子器件，平板型計(jì)算機(jī)和電視顯示器。發(fā)射選通放大器和速調(diào)管。蝕刻的硅或硅的微尖端場(chǎng)致發(fā)射體已公知(參見(jiàn)Spindt等人在J.Appl.Phys.1976年的第47卷、第5248頁(yè)的″PhysicalProperties of Thin Film Field Emission Cathodes″)，但是所需費(fèi)用昂貴并要求精心制備的技術(shù)。并且，由于正離子轟擊使發(fā)射表面燒蝕，因此，這種場(chǎng)致發(fā)射陰極僅有相對(duì)短的壽命。
另一些人已在硅表面上沉積金剛石涂層，以利用金剛石的固有電子特性，即其負(fù)或低的電子親和勢(shì)。負(fù)電子親和勢(shì)指?jìng)鲗?dǎo)電子可容易地從金剛石表面逸出進(jìn)入真空中。例如，通過(guò)化學(xué)汽相沉積(CVD)，在硅襯底表面上沉積金剛石來(lái)形成場(chǎng)致發(fā)射體(參見(jiàn)Geis等人在IEEEElectron Device Letters第12卷、1991年、第8冊(cè)、第456-459頁(yè)的″Diamond Cold Cathode″。然而，這些方案產(chǎn)生每平方厘米(A/cm)約為0.1至1安培的低電流，這種電流密度需要高電壓來(lái)進(jìn)行初始電發(fā)射，因而功率消耗高。近來(lái)，通過(guò)激光磨削已在如鉻或硅類(lèi)襯底上沉積非晶金剛石薄膜來(lái)形成場(chǎng)致發(fā)射體(參見(jiàn)Kumar等人在1993年的SID93摘要第1009-1011頁(yè)的部分)。這些場(chǎng)致發(fā)射體已經(jīng)獲得超過(guò)由早期的硅微尖端或蝕刻的硅產(chǎn)生的電流密度，并且用來(lái)自這種金剛石涂層的場(chǎng)致發(fā)射表面的電子轟擊熒光劑已得到光發(fā)射。在一種通過(guò)CVD在硅或鉬襯底上形成的金剛石涂層上，發(fā)現(xiàn)石墨雜質(zhì)或包括在金剛石沉積物上存在的顆粒狀石墨可改善場(chǎng)致發(fā)射(參見(jiàn)Wang等人在″Electronics Letters″1991，第27卷，第16期第1459-1461頁(yè)的內(nèi)容)。
Jaskie和Kane已提出了包括金剛石涂層場(chǎng)致發(fā)射的進(jìn)一步研究(參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利5129850；5138237；5141460；5256888和5258685)。例如它們披露了通過(guò)選擇形成具有主表面的導(dǎo)體/半導(dǎo)體電極，在導(dǎo)體/半導(dǎo)體電極主表面的至少一部分上注入作為成核點(diǎn)的雜質(zhì)離子，在某些成核點(diǎn)生長(zhǎng)金剛石晶體，從而產(chǎn)生包括在選擇形成的導(dǎo)體/半導(dǎo)體電極主表面的至少一部分上配置的金剛石涂層的電子發(fā)射體。這些發(fā)射體基本上為Spindt型的微尖端或用金剛石膜覆蓋的陰極。并且，Dworsky等人(參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利5180951)也披露了一種使用在如硅、鉬、銅、鎢、鉭和各種碳化物的支撐襯底上的多晶金剛石膜的電子發(fā)射體，該多晶金剛石膜包括大量的111金剛石晶面或100晶面，以提供低的或負(fù)的電子親和勢(shì)。Dworsky等人提出使支撐襯底基本為平面，來(lái)簡(jiǎn)化電子發(fā)射體的制造。
盡管有近來(lái)的發(fā)展，但仍認(rèn)為必須在場(chǎng)致發(fā)射電流密度和電子發(fā)射效率方面進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)以減小在常用領(lǐng)域中的功耗需求。在發(fā)射體的復(fù)制，發(fā)射體的壽命和減少發(fā)射體的制造成本方面也需要進(jìn)行改進(jìn)。
在制造如平板顯示電子器件時(shí)，場(chǎng)致發(fā)射體一般形成為常稱(chēng)為冷陰極的小平板。幾個(gè)這樣的小平板以瓦片形式拼接在一起以提供較大平板顯示的電子發(fā)射。這導(dǎo)致在小平板或瓦片邊緣的發(fā)射圖形上的特殊的線(xiàn)或間隙。目前還沒(méi)有制造表面面積具有大于約幾平方英寸的場(chǎng)致發(fā)射體的技術(shù)。因此，期望能快速和容易地制造具有大于甚至如電視屏幕尺寸的較大顯示面積的幾平方英寸表面積的場(chǎng)致發(fā)射體。
不論場(chǎng)致發(fā)射電子領(lǐng)域的工業(yè)發(fā)展水平如何，在這方面都存在大量的問(wèn)題和困難。
本發(fā)明的目的是提供一種具有高的電子發(fā)射效率同時(shí)和低電壓需求即僅需加低電壓的場(chǎng)致發(fā)射體材料。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在正離子轟擊下還具有較長(zhǎng)壽命或較長(zhǎng)工作周期的場(chǎng)致發(fā)射體材料。
本發(fā)明的再一目的是提供一種容易制造的場(chǎng)致發(fā)射體。
本發(fā)明的再一目的是提供一種具有容易制成大至如平方英尺或更大的發(fā)射面的場(chǎng)致發(fā)射體材料。
本發(fā)明的再一目的是提供一種使用本發(fā)明場(chǎng)致發(fā)射體材料的電子器件。
本發(fā)明的再一目的是提供一種能提供各種場(chǎng)致發(fā)射體陰極幾何構(gòu)形用的場(chǎng)致發(fā)射體材料。
參照下文中的附圖和本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。發(fā)明概述為實(shí)現(xiàn)上述和其它目的，下面對(duì)實(shí)施例進(jìn)行概括描述，按照本發(fā)明目的提供的一種場(chǎng)致電子發(fā)射體包括由至少一種金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維形成的電極，所說(shuō)的復(fù)合纖維包括非金剛石核和在所說(shuō)非金剛石核上的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳涂層。導(dǎo)體或非導(dǎo)電材料也可構(gòu)成非金剛石核。也可以由被導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的涂膜所包圍的非導(dǎo)電材料構(gòu)成非金剛石核。
本發(fā)明還提供一種用于電子器件的場(chǎng)致電子發(fā)射體，該場(chǎng)致發(fā)射體包括具有大于約1平方英尺的表面積的纖維狀組合電極，該纖維狀電極由至少一種金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維構(gòu)成，所說(shuō)的復(fù)合纖維包括非金剛石核和在所說(shuō)非金剛石核上的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳涂層。
本發(fā)明還提供一種顯示屏裝置，包括由至少一種金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維構(gòu)成的陰極，所說(shuō)的復(fù)合纖維包括非金剛石核和在所說(shuō)非金剛石核上的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳涂層，與該纖維狀陰極分隔的陽(yáng)極，該陽(yáng)極包括在陽(yáng)極支撐板與陰極相對(duì)的表面上的構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電膜層，和被從陰極的復(fù)合纖維發(fā)射的電子轟擊而發(fā)光的熒光材料層，該熒光層與構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電膜相鄰地設(shè)置，和在陽(yáng)極和陰極之間設(shè)置的柵極，該柵極包括與構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電膜基本垂直地設(shè)置的構(gòu)成圖形的導(dǎo)電通道結(jié)構(gòu)，各導(dǎo)電通道有選擇地連接到電子源；和連在陽(yáng)極和纖維狀陰極之間的電壓源。
作為本文所用的術(shù)語(yǔ)“顯示屏”包括平面和曲面及其它可能的幾何圖形。此外，應(yīng)該理解，所說(shuō)的具有金剛石、類(lèi)金剛石或玻璃狀碳涂層的復(fù)合纖維也包括由它們的組合構(gòu)成的涂層。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1展示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和根據(jù)本發(fā)明的場(chǎng)致發(fā)射材料的Fowler-Nordheim狀曲線(xiàn)的比較。
圖2示出測(cè)量發(fā)射體樣品的發(fā)射電流所用的測(cè)試裝置。
圖3是使用本發(fā)明金剛石纖維發(fā)射材料的三極管器件的示意圖。
圖4示出用本發(fā)明電子發(fā)射復(fù)合纖維的平板顯示器。
圖5示出在波浪形襯底表面上形成的用于平板顯示器的纖維狀陰極和柵極。
圖6示出在波浪形電絕緣襯底表面上形成的用于平板顯示器的纖維狀陰極和柵極。
圖7示出用于平板顯示器的纖維狀陰極和劈柵。
圖8示出在大量電壓下進(jìn)行的為Fowler-Nordheim狀曲線(xiàn)的發(fā)射電流的測(cè)量。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及也稱(chēng)為場(chǎng)致發(fā)射體和場(chǎng)致發(fā)射電子源的場(chǎng)致發(fā)射材料。實(shí)際上，本發(fā)明涉及金剛石纖維場(chǎng)致發(fā)射材料的應(yīng)用和這種發(fā)射體在電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。本發(fā)明也可使用類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳纖維作為場(chǎng)致發(fā)射材料。
金剛石纖維，例如涂敷著石墨的金剛石或涂敷著金剛石的碳構(gòu)成的金剛石復(fù)合結(jié)構(gòu)，可用作具有高電流密度的場(chǎng)致發(fā)射材料。這種金剛石纖維最好包括超細(xì)金剛石晶粒結(jié)構(gòu)，即金剛石具有在至少一個(gè)晶體方向上普遍小于約1微米的晶粒大小。在超細(xì)金剛石晶體中，這種金剛石晶體包括至少一些露出的111向晶面，一些露出的100向晶面，或一些兩者都兼有的晶面。具有與尖塔形結(jié)構(gòu)相反的細(xì)粒狀球的另一些具有適當(dāng)超細(xì)尺寸的金剛石結(jié)構(gòu)通常被稱(chēng)為菜花金剛石。
包括具有適宜的短程有序即SP2和SP3鍵的適當(dāng)結(jié)合的類(lèi)金剛石碳也可作為高電流密度場(chǎng)致發(fā)射材料的纖維材料?！岸坛逃行颉蓖ǔＪ侵付逃诩s10毫微米(nm)的原子在任何方向上的有序排列。也可以采用如Davanloo等人在J.Mater.Res.第5卷，1990年11月出的11期中所述的通過(guò)激光燒蝕將非晶金剛石涂敷在碳纖維上的纖維。
大約為1380cm-1和1598cm-1的具有兩喇曼(Raman)峰的非晶材料和含玻璃狀碳纖維也可用作場(chǎng)致發(fā)射體材料。本文中所說(shuō)的“玻璃狀碳”指在文獻(xiàn)中涉及玻璃狀碳的材料和含極微的玻璃狀碳的碳，所有這些材料都可用作纖維發(fā)射材料。
用作場(chǎng)致發(fā)射材料的金剛石纖維通常為非金剛石核和圍繞其核的金剛石薄層的復(fù)合物。核材料最好是導(dǎo)體或半導(dǎo)體，但也可以由非導(dǎo)電材料構(gòu)成核芯并用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料包圍該核。在金剛石纖維中的核材料可以是諸如石墨之類(lèi)的導(dǎo)電體碳或諸如鎢之類(lèi)的金屬，或者可以是如硅，銅，鉬，鉭或碳化硅。在另一實(shí)施例中，可由更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如用薄的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料涂層包圍非導(dǎo)體材料來(lái)構(gòu)成核。然后在覆蓋物上涂敷金剛石，類(lèi)金剛石或玻璃狀碳層。例如，非導(dǎo)體核可為合成纖維，例如尼龍，Kevlar(Kevlar是德國(guó)，.Wilmington，E.I.du Pont deNemours and Companyr的注冊(cè)商標(biāo))，聚脂或諸如陶瓷或玻璃之類(lèi)的無(wú)機(jī)材料。在另一實(shí)施例中，可在非金剛石核上涂敷金剛石，類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳的原始物，或核為金剛石，類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳的原始物，然后通過(guò)對(duì)原始物的適當(dāng)處理形成金剛石，類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳。
通常，復(fù)合纖維具有約1微米到約100微米的全部直徑，最好為約3微米到約15微米。在這種復(fù)合纖維中的金剛石層或涂層通常為約10埃到約50000埃(5微米)，為約50埃到約20000埃較好，為約50埃到約5000埃更好。
用于涂敷纖維的非金剛石核的金剛石，類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳材料應(yīng)具有低或負(fù)電子親和勢(shì)，以使電子易從金剛石，類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳表面逸出。金剛石典型地具有低或負(fù)電子親和勢(shì)的各種低晶向指數(shù)的面，例如100面的金剛石具有低電子親和勢(shì)，而111面的金剛石具有負(fù)電子親和勢(shì)。類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳最好是摻有如氮或磷的N型雜質(zhì)，以提供更多的電子和降低材料的功函數(shù)。
這種金剛石，類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳層最好具有粗糙的不平坦邊緣，以便在金剛石，類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳層上產(chǎn)生一系列的尖峰和凹谷。在金剛石涂層中，這種表面組織由金剛石材料的微晶結(jié)構(gòu)造成。最好也使少量的石墨位于所說(shuō)金剛石涂層中的所說(shuō)金剛石晶體的至少一部分之間，以獲得最好結(jié)果。由于在生長(zhǎng)的晶體之間的輕微錯(cuò)位，最好使通過(guò)CVD生長(zhǎng)的金剛石以柱狀形式產(chǎn)生。該錯(cuò)位也促進(jìn)金剛石組織的粗糙不平邊緣的發(fā)展。
盡管不希望受本說(shuō)明的限制，但可以認(rèn)為，在獲得的觀(guān)測(cè)電流密度方面的金剛石纖維性能是由下列因素組合的結(jié)果由如石墨或鎢等纖維襯底的金剛石成核特性產(chǎn)生的較大的核密度，在金剛石微晶之間存在的少量石墨雜質(zhì)或吸留物，在如石墨纖維核和金剛石的原子之間對(duì)齊的可能，即金剛石和石墨原子基本上排列為晶體取向延長(zhǎng)型位置，和與平面發(fā)射體即纖維曲率的小半徑相比，金剛石復(fù)合纖維本身的增加場(chǎng)效應(yīng)的幾何圖形。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可以用金剛石纖維連同導(dǎo)電碳襯底一起來(lái)形成場(chǎng)致發(fā)射體。例如，通過(guò)如在Valone等人于1993年10月7日提出的專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?8/133726的“Plasma-AssistedConversion of Solid Hydrocarbons to Diamond″中所述的諸如新生成的穩(wěn)定氧(green oxygen-stabilized)的碳?xì)洳牧现?lèi)的固體碳?xì)洳牧系妮o助等離子體轉(zhuǎn)換，結(jié)合此處的描述，來(lái)制備金剛石纖維，將所得金剛石纖維與石墨襯底組合以形成場(chǎng)致發(fā)射體。可以以金剛石纖維編織網(wǎng)和金剛石編織網(wǎng)的形狀并將其直接置于石墨襯底上來(lái)形成這種金剛石纖維。金剛石纖維編織網(wǎng)和石墨襯底最好電接觸。
各種纖維或幾何構(gòu)形的纖維可以用于形成場(chǎng)致發(fā)射體?！袄w維”指一維尺寸實(shí)際上大于另兩維尺寸?！袄w維狀”指任何結(jié)構(gòu)類(lèi)似于纖維的結(jié)構(gòu)，即使該結(jié)構(gòu)不能移動(dòng)，也不能支撐其自身重量。例如，可在襯底上直接生成某些直徑典型小于10μm的“纖維狀”結(jié)構(gòu)。
纖維能夠具有僅被噴絲頭設(shè)計(jì)所限制的任何形狀的纖維橫截面。此外，噴絲頭形狀的改變可產(chǎn)生預(yù)期的內(nèi)部分子微結(jié)構(gòu)。可使纖維排列為與在平行于陽(yáng)極的平面上擴(kuò)展的紡織纖維或使纖維構(gòu)形為將陰極作為特殊場(chǎng)致電子發(fā)射部件而設(shè)計(jì)的其它預(yù)定形狀。例如，成形陰極，為使其在與任何特殊形狀的陽(yáng)極的結(jié)合中具有最佳性能。這種形狀包括曲線(xiàn)狀以及平坦?fàn)?。在另一方式中，可使纖維尖端與陽(yáng)極平面垂直地設(shè)置。也可使纖維以多根長(zhǎng)絲形式成束和在平行或垂直于陽(yáng)極的平面上像絲或紗一樣進(jìn)行紡織。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，各纖維可單獨(dú)尋址，即可選擇激活各纖維以在電子器件中切斷導(dǎo)體的第二列，即三極管的柵極的電源?？墒?，當(dāng)各纖維可單獨(dú)尋址時(shí)，柵極可用于控制發(fā)射，電子束導(dǎo)向和電子聚焦。
提供金剛石復(fù)合纖維的一種形式是通過(guò)用微波激勵(lì)、RF激勵(lì)或包括少量的諸如甲烷、乙烷、一氧化碳之類(lèi)的含碳?xì)怏w和大量氫氣的饋入的復(fù)合氣體的熱燈絲激勵(lì)的等離子體CVD工藝，用金剛石涂敷纖維狀襯底。由于等離子體中的原子狀氫過(guò)早地腐蝕石墨襯底，因此已知道石墨是一種難以通過(guò)CVD在其上涂敷金剛石的材料，因而當(dāng)石墨為金剛石復(fù)合物的核時(shí)，要適當(dāng)?shù)馗淖兘饎偸疌VD涂敷工藝。所以，最好預(yù)處理石墨纖維，增加在石墨纖維表面上的金剛石成核點(diǎn)的密度，從而增大金剛石沉積速率，防止石墨腐蝕。可用莫氏硬度高于石墨的材料磨蝕石墨纖維，如在液體介質(zhì)中的金剛石粉末或石英砂，最好在諸如甲醇之類(lèi)有機(jī)溶劑介質(zhì)中。
典型的電子器件，如三極管，特別是如圖3所概括示出的通常的場(chǎng)致發(fā)射顯示器件59的制造可如下所述。金剛石-石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)用作電子器件的電子發(fā)射陰極60。與該陰極相隔的是玻璃陽(yáng)極板61，在該陽(yáng)極板61與陰極相對(duì)的表面上涂敷有如氧化銦錫(ITO)之類(lèi)的構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電涂層62，在ITO層上還具有諸如ZnO之類(lèi)的熒光層64。在陰極和陽(yáng)極之間設(shè)置有電子可穿透的柵極66。柵極66包括具有連接到電子源的可選擇各條電通道工作的構(gòu)成圖形的導(dǎo)電通道68的結(jié)構(gòu)。柵極66構(gòu)成圖形的導(dǎo)電通道68的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電涂層62垂直地即相互為直角地設(shè)置。由于這種結(jié)構(gòu)可選擇地控制纖維狀陰極的電子發(fā)射，對(duì)在顯示屏的熒光層上的像素進(jìn)行可尋址控制。將該組件置于約10-7乇的真空室中，在對(duì)陽(yáng)極列和可選擇工作的柵極導(dǎo)電通道施加如400-8000伏(V)的適當(dāng)電壓，同時(shí)陰極接地時(shí)，可得到光發(fā)射。
本發(fā)明提供的顯示屏包括(a)由包括在非金剛石核纖維上的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳的復(fù)合纖維構(gòu)成的纖維狀陰極；(b)與纖維狀陰極分隔并用作陽(yáng)極的構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電膜；(c)散布合纖維發(fā)射的電子轟擊而發(fā)光的熒光層，該熒光層與陽(yáng)極相鄰地設(shè)置。(d)設(shè)置在熒光層和纖維狀陰極之間的一個(gè)或多個(gè)柵極。應(yīng)該理解，改變陽(yáng)極和熒光層的設(shè)置位置而不會(huì)偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。換言之，可在陽(yáng)極與陰極之間設(shè)置熒光層，或相反，在熒光層和陰極之間設(shè)置陽(yáng)極。
纖維狀陰極的非金剛石核纖維最好為導(dǎo)體或半導(dǎo)體，典型的情況是，核纖維為石墨、如鎢、鉬和鉻之類(lèi)的金屬或硅。在另外的實(shí)施例中，核可以為在非導(dǎo)電聚酯、尼龍或KeVlar纖維或如陶瓷或玻璃之類(lèi)的無(wú)機(jī)材料上涂敷如鎢或鎳之類(lèi)的金屬化絕緣體。為便于制造，可將纖維狀陰極支撐在本身為導(dǎo)體或非導(dǎo)體的襯底上。另一方面，可將纖維狀陰極懸置于支座或基座上。
陽(yáng)極是在陽(yáng)極支撐板上的構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電膜。一般，陽(yáng)極支撐板為如玻璃之類(lèi)的光學(xué)透明材料，導(dǎo)電膜為銦錫氧化物。構(gòu)成圖形的導(dǎo)電膜位于與陰極相對(duì)的陽(yáng)極支撐板的一側(cè)上。在最佳實(shí)施例中，由導(dǎo)電材料列構(gòu)成導(dǎo)電膜圖形。盡管可構(gòu)成其表面使場(chǎng)致發(fā)射體的性能最佳，但陰極和陽(yáng)極是平面結(jié)構(gòu)。陽(yáng)極平面基本平行于陰極平面。通過(guò)由電絕緣材料制成的機(jī)械襯墊使陰極和陽(yáng)極相互分隔。熒光劑是一種在被金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維所發(fā)射的電子轟擊而發(fā)射預(yù)定波長(zhǎng)光線(xiàn)的材料。這種熒光劑例如為ZnO、ZnS、摻雜的ZnS、Y2O2S等。熒光層最好直接接近陽(yáng)極，為便于制造，可直接將其沉積于構(gòu)成圖形的導(dǎo)電膜上。
柵極由與纖維狀陰極和包括熒光層的陽(yáng)極電隔離的構(gòu)成圖形的導(dǎo)電材料構(gòu)成。在陰極和熒光層之間設(shè)置的電絕緣材料上沉積構(gòu)成圖形的導(dǎo)電材料，就很容易制得柵極。適于作柵極的材料包括任何常規(guī)用于成膜的金屬化導(dǎo)體，如銅、金、鋁、銦錫氧化物、鎢、鉬、鉻等。構(gòu)成圖形的材料可以為列或帶的形式。這些列或帶包括使從陰極到陽(yáng)極的電子通過(guò)的孔。在另一實(shí)施例中，柵極的導(dǎo)電列或帶與陽(yáng)極的導(dǎo)電列或帶基本上相垂直地設(shè)置。如在矩陣地址圖中的之類(lèi)的分立地址也可以。
在陰極和陽(yáng)極/熒光層之間的區(qū)域提供適當(dāng)?shù)恼婵眨⑶遗c真空度有關(guān)或暴露在真空中的所有用于形成顯示屏的材料應(yīng)滿(mǎn)足該真空度要求。
可將陽(yáng)極的各導(dǎo)電列有選擇地連接到電壓源，以提供相對(duì)于陰極的適當(dāng)電壓，從而提供用于場(chǎng)致發(fā)射或電子束導(dǎo)向的電壓。根據(jù)顯示屏的具體設(shè)計(jì)，該電壓一般為約200V至20KV。將柵極各導(dǎo)電列或帶有選擇地連接到電壓源，以提供相對(duì)于陰極的適當(dāng)電壓，從而提供用于場(chǎng)致發(fā)射或電子束導(dǎo)向的控制電壓。根據(jù)顯示屏的具體設(shè)計(jì)，該電壓一般為約10V到200V。由加于陽(yáng)極列和柵極列或帶的電壓的組合來(lái)控制電子發(fā)射，以便可有選擇地控制纖維狀陰極，在熒光層上提供可尋址像素的控制。來(lái)自這些像素的光線(xiàn)穿過(guò)陽(yáng)極的光學(xué)透明導(dǎo)電膜和光學(xué)透明的陽(yáng)級(jí)支撐板傳播，提供給觀(guān)眾觀(guān)看的圖像。如果核纖維是導(dǎo)電的或與復(fù)合材料連接的導(dǎo)電體，則所需的電壓可容易地加于導(dǎo)電陽(yáng)極、柵極和纖維狀陰極上。
這種顯示屏例(例如平板顯示器)示于圖4中。直徑至少為1μm的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維任意放置在襯底10的整個(gè)表面上，以形成纖維狀陰極11。電絕緣材料層12支撐由導(dǎo)電材料列組成的柵極13?？墒褂玫牡湫徒^緣體包括Kapton(Kapton為E.I.du Pont de Nemours and Company，Wilmington，DE的注冊(cè)商標(biāo))、陶瓷或玻璃。由于柵極和其支撐體直接位于發(fā)射電子向陽(yáng)極16穿行的通道上，因此，形成穿過(guò)柵極和絕緣材料的孔14，以便電子穿過(guò)。絕緣材料位于纖維狀陰極上，保持纖維狀陰極的纖維。玻璃陽(yáng)極支撐板15包括由與柵極列垂直的光學(xué)透明導(dǎo)電膜列構(gòu)成的陽(yáng)極16。熒光層17重疊在陽(yáng)極和陽(yáng)極支撐板上。在本實(shí)施例中，纖維狀陰極發(fā)射的電子穿過(guò)柵極上和絕緣支撐體上的孔，撞擊在熒光層上。該孔用于確定找尋的熒光層區(qū)域。該孔為如圖4所示的圓形也可采用其它的形狀。通過(guò)圖4中未示出的機(jī)械襯墊，柵極和熒光層保持分隔。襯墊由電絕緣材料構(gòu)成，也可以為在適當(dāng)位置所設(shè)置的支座形式，如在固定平板顯示器的容器側(cè)上的凹陷或從該容器側(cè)延伸的支座或其組合?；蛘?，形成的襯墊作為陽(yáng)極襯底或陰極支撐板的一部分。
正如先前所述，成形纖維狀陰極來(lái)改善其性能。這種陰極和柵極的實(shí)施例示于圖5中。在該實(shí)施例中的陰極襯底30由導(dǎo)電體構(gòu)成。典型的襯底材料包括銅、鋁和鎳。支撐纖維狀陰極31的襯底表面為與具有波峰和波谷列的平行列的規(guī)則波浪形表面。這里所說(shuō)的“規(guī)則波浪形表面”指任何兩相鄰波峰或任何兩相鄰波谷之間的距離相同的波浪形表面。波峰的寬度并不一定與波谷的寬度相等。纖維狀陰極基本上由設(shè)置在波浪形表面上的均勻排列的取向一致的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維構(gòu)成。該纖維取向與波峰和波谷列平行。這樣產(chǎn)生波浪形纖維狀陰極。在波峰上的纖維狀陰極上沉積電絕緣帶層32?？墒褂萌鏚apton、陶瓷或玻璃之類(lèi)的絕緣體。在絕緣材料帶上沉積柵極33，該柵極由導(dǎo)電材料構(gòu)成。
圖6示出形成于具有波浪形表面的襯底上的陰極和柵極的另一實(shí)施例。陰極襯底70是電絕緣體。典型的襯底材料包括陶瓷、玻璃、如工程級(jí)的聚酯、尼龍之類(lèi)的聚合物或其它電介質(zhì)材料。支承纖維狀陰極的襯底為具有平行的波峰和波谷列的規(guī)則波浪形表面，該波浪形表面的水平波峰和波谷通過(guò)垂直的表面相連。纖維狀陰極71基本上由均勻列列的沿各波浪形表面的波谷長(zhǎng)度取向的單層金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維構(gòu)成。沿絕緣體波浪形表面的各波峰長(zhǎng)度方向沉積柵極72。相關(guān)實(shí)施例與圖6所示的實(shí)施例相同，只是纖維狀陰極基本上由一沿在波浪形表面上的各波谷長(zhǎng)度取向的直徑最好為約1μm至100μm的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維構(gòu)成。另一相關(guān)的實(shí)施例也與如圖6所示的實(shí)施例相同，只是纖維狀陰極基本上由具有沿波浪形表面上的各波谷長(zhǎng)度取向的這種纖維束的多層金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維束構(gòu)成。
在圖6所示的實(shí)施例中，各柵極列，即在特殊波峰上的柵極部分，影響兩相鄰波谷內(nèi)的復(fù)合纖維的發(fā)射。如果柵極包括在波峰上的兩平等條而不是恰好為一條，則能獲得更確定的發(fā)射和對(duì)熒光劑上的像素的更準(zhǔn)確地尋址。圖7中示出這種劈柵實(shí)施例。
陰極襯底80、襯底表面支撐纖維狀陰極，和由沿波浪形表面的各波谷長(zhǎng)度取向的單層列的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維組成的纖維狀陰極81與圖6所示的可比較部分相同。但是，圖7中的柵極82由在表面的各波峰上的兩平行條而不是如圖6中的單一帶組成。柵極帶83和84僅控制復(fù)合纖維85的發(fā)射，類(lèi)似的柵極帶86和87僅控制復(fù)合纖維88的發(fā)射。
在結(jié)合圖6和圖7討論的各種實(shí)施例中使用的電絕緣襯底使柵極直接沉積在襯底波峰上。如果使用導(dǎo)電襯底，在形成柵極前就必須在波峰上沉積絕緣材料帶。
當(dāng)具有波浪形表面的襯底是電絕緣的，并且纖維狀陰極包括沿波浪形表面的各波峰長(zhǎng)度取向的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維時(shí)，無(wú)論它們是單層纖維、纖維束、單根纖維(在約1至100μm)或一些其它的纖維構(gòu)形。但都可在波谷上設(shè)置復(fù)合纖維之前，沿各波谷的長(zhǎng)度沉積導(dǎo)電膜，盡管這可能不是最好的?？梢允褂萌玢~、金、鉻、鉬和鎢之類(lèi)的金屬。這種膜可以提供用于電子發(fā)射的復(fù)合纖維的電子儲(chǔ)備，并且，如果需要，也可單獨(dú)對(duì)在各波谷的發(fā)射復(fù)合纖維尋址。
在襯底的波浪形表面上形成纖維狀陰極的所有實(shí)施例中，可使表面如圖5所示光滑地成波浪形狀，或使從波峰到波谷的轉(zhuǎn)變更陡，以便波浪形表面的輪廓像如圖6和圖7所示的“方波”。此外，該表面可為光滑的(即平坦的)，或在支座或基座上的襯底表面上懸置纖維狀陰極。
在具有波浪形表面的襯底上制造陰極的有效方法是，在陰極襯底各端處配備具有將與波浪形表面的波峰部分一致的梳狀結(jié)構(gòu)的齒和與波浪形表面的波谷部分一致的梳狀結(jié)構(gòu)的齒間間隔的梳狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)在梳狀結(jié)構(gòu)的相應(yīng)齒間的固定，能夠容易地沿表面波谷設(shè)置纖維、纖維束和單根較大的纖維。
當(dāng)僅由在襯底波浪形表面的波谷上的復(fù)合纖維構(gòu)成陰極時(shí)，纖維狀陰極包括性質(zhì)明顯不同的部分，此時(shí)，通過(guò)在陰極的單一部分如在一波谷上的發(fā)射復(fù)合和陽(yáng)極列之間施加電壓，對(duì)陰極的單一部分尋址，以這種方式，可有選擇地控制從纖維狀陰極發(fā)射的電子，從而不需要柵極，也能提供對(duì)在熒光層上的像素的可尋址控制。這樣提供了簡(jiǎn)單的構(gòu)形，并容易進(jìn)行制造，當(dāng)然，最好使用柵極來(lái)提供更好的性能。
在另一實(shí)施例中，顯示屏還包括固定于柵極和熒光層間的屏極。加于該屏極上的電壓使得在柵極上可施加較低的發(fā)射控制電壓并提供較高的加速電壓。也可使用其它較高數(shù)量級(jí)或多柵極的設(shè)計(jì)(例如五極管)。
在下列非限定的實(shí)例中更具體地描述本發(fā)明，它僅僅是為說(shuō)明的目的。
實(shí)例1預(yù)清洗由聚丙烯腈制備的具有厚度范圍約為3微米至15微米的石墨纖維，然后在具有其尺寸約為0.25微米至1.0微米范圍的金剛石微粒的金剛石研磨膏的甲醇懸浮液中對(duì)它進(jìn)行研磨。對(duì)纖維懸浮液進(jìn)行超聲波振動(dòng)5至60分鐘，使纖維表面產(chǎn)生磨蝕。從懸浮液中取出該纖維，抹掉大部分溶劑，將其插入沉積室中進(jìn)行金剛石的微波輔助等離子體CVD沉積。
通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)微波等離子沉積技術(shù)來(lái)沉積金剛石膜涂層。沉積參數(shù)保持在下列范圍工作氣體-氫中的甲烷約占0.3％至5.0％的體積，最好氫中的甲烷約為0.6％的纖維；壓力-約10至75乇，最好約為40乇；襯底溫度-約為470至1000℃，最好約為900℃；微波功率-約為700至1500瓦，最好約為1500瓦。
在金剛石沉積之后得到的二次電子顯微放大圖示出在石墨上成功地沉積了金剛石。在原厚度約為5至10微米的石墨纖維上，金剛石膜涂層的厚度約為4至15微米。喇曼光譜證實(shí)了沉積膜涂層包括金剛石。
圖2示出測(cè)量發(fā)射電流的場(chǎng)致發(fā)射裝置的制備。該裝置包括作為陽(yáng)極的涂氧化鋁的金收集器扁塊40、玻璃襯墊42、在具有與作為陰極的石墨金剛石復(fù)合纖維46(約40到50根長(zhǎng)絲束)電接觸的金的一側(cè)上涂敷的玻璃罩44、與纖維46相連的3KV電源48(市場(chǎng)上可買(mǎi)到Keithley247高壓電源)、和連到收集器扁塊40上的靜電計(jì)50(市場(chǎng)上可買(mǎi)到Keichley617靜電計(jì))。在纖維46和收集器扁塊40之間的間隙約為20-40微米。該整個(gè)裝置置于在著手場(chǎng)致發(fā)射的測(cè)量之前已抽至2×10-7乇的基本壓力的真空中。一般，發(fā)射電流下降幾分鐘的時(shí)間，然后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此后，觀(guān)察到的發(fā)射電流不再下降，甚至在發(fā)射幾小時(shí)之后。測(cè)量的發(fā)射電流為這種穩(wěn)定狀態(tài)的電流。在大量電壓下進(jìn)行發(fā)射電流測(cè)量，并繪制出如圖1所示的如Fowler-Nordheim狀的曲線(xiàn)。圖1中，曲線(xiàn)20、22、24和26摘自Kumar等人在1993的SID93文摘第1009-1011頁(yè)(P1010上的圖1)。曲線(xiàn)28代表本實(shí)例的金剛石-石墨復(fù)合場(chǎng)致發(fā)射體，如X坐標(biāo)所示，顯示出低電壓輸入要求，如Y坐標(biāo)所示，顯示出極好的電流密度。
實(shí)例2使用加熱長(zhǎng)絲CVD，用金剛石涂敷如實(shí)例1中的石墨纖維。獲得的敷金剛石的石墨纖維產(chǎn)生如圖1中曲線(xiàn)29所示的發(fā)射電流測(cè)量曲線(xiàn)。
實(shí)例3激光蒸發(fā)技術(shù)已用于從聚合物到半導(dǎo)體和電介質(zhì)的大量材料上。已廣泛地應(yīng)用它形成如氧化瓷之類(lèi)的顯示出超導(dǎo)性的無(wú)機(jī)材料薄膜，以滿(mǎn)足電子工業(yè)中器件應(yīng)用的要求。通過(guò)激光照射靶和在襯底上沉積這樣形成的氣體生成物，產(chǎn)生氧化物、氮化物、聚合物和碳化物的理想配方薄膜，來(lái)制造薄膜的方法，已經(jīng)公開(kāi)，其中等離子體與激光照射同步產(chǎn)生。
按上述，該實(shí)例描述了通過(guò)紫外激光加工在敷有Kevlar纖維的鎳上制造類(lèi)金剛石碳發(fā)射纖維。該Kevlar纖維為非導(dǎo)體。
市場(chǎng)上可買(mǎi)到的Kevlar-29纖維具有約10微米的厚度，從在VARichmond，E.I.du Pont de Nemours and Company的機(jī)構(gòu)可得到。通過(guò)對(duì)其輕度充電在顯微鏡載片上散布以2000根纖維束制造的這些Kevlar纖維。在已散布的束的一端固定之后，將其切割為2英寸長(zhǎng)。另一端被散布并在鎳蒸發(fā)之前固定。為噴涂，從Denton Vacuum of Cherry Hill，NJ將敷有Kevlar的纖維置于標(biāo)準(zhǔn)RF磁控管元件中。在噴涂時(shí)，用石英晶體測(cè)量纖維上的金屬厚度，在沉積完成之后，將纖維翻轉(zhuǎn)，使原來(lái)面對(duì)玻璃放置的面向上，而已經(jīng)涂敷Ni的區(qū)域面向玻璃放置。然后重復(fù)上述噴涂。在噴涂Ni時(shí)的氬的壓力保持75毫乇，在纖維表面上的金屬厚度為500埃。
將敷有Kevlar纖維的鎳置于真空室中，在其中通過(guò)燒蝕石墨靶施加DLC涂層。石墨靶放置于距涂Kevlar纖維的鎳約4cm的真空室中心。作齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)散布的纖維裝配在旋轉(zhuǎn)的樣品支架上，該支架使纖維在沉積期間旋轉(zhuǎn)，確保在纖維表面上的均勻涂敷。通過(guò)用具有2HZ重復(fù)速率的10毫微秒脈沖的Spectra Plysics GCR170脈沖Nd-YAG激光的266nm的第四諧振線(xiàn)，燒蝕石墨靶來(lái)沉積薄DLC膜。在沉積期間的激光流量為6J/cm2，本底壓力保持在1×10-6乇。通過(guò)一對(duì)平面反光鏡將1cm2的接近高斯分布的束導(dǎo)入真空室中，并通過(guò)設(shè)置在真空室入口處的300mm的石英透鏡，將其在設(shè)置于真空室中心的固體石墨小片上聚焦為2.5×2mm的點(diǎn)。通過(guò)用一組置于最末的平面反光鏡上的自動(dòng)測(cè)微器在1×1cm的靶上掃描激光束，確保襯底的均勻覆蓋。通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上可得到的棒(pyrolitic石墨從Alfa-Aesar of Ward-Hill，MA可得到長(zhǎng)12″、直徑1.5″的棒，純度為99.99％)切片得到石墨靶。
在大量電壓下進(jìn)行發(fā)射電流測(cè)量，并繪出如圖8所示的如Fowler-Nordheim狀曲線(xiàn)。
雖然在上述說(shuō)明中已描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員都理解，對(duì)本發(fā)明所能進(jìn)行的各種修改、替換和重新組合都不會(huì)偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)或基本內(nèi)容。應(yīng)參照所附的權(quán)利要求書(shū)而不是上述描述來(lái)確定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1 一種場(chǎng)致電子發(fā)射體，包括從至少一種金剛石復(fù)合纖維制得的電極，所說(shuō)的金剛石復(fù)合纖維包括非金剛石的核和在所說(shuō)非金剛石核上的金剛石涂層。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的非金剛石核包括導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的非金剛石核包括被導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的涂膜所包圍的非導(dǎo)體材料。
4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的金剛石復(fù)合纖維包括石墨核和涂敷在所說(shuō)石墨核上的金剛石。
5 根據(jù)權(quán)利要求4所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的金剛石復(fù)合纖維具有小于約100微米的直徑和小于約5微米的金剛石層。
6 根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的金剛石涂層包括具有在至少一個(gè)方向上低于約1微米的大部分晶粒尺寸的多晶金剛石。
7 根據(jù)權(quán)利要求5所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的金剛石涂層包括具有在至少一個(gè)方向上低于約1微米的大部分晶粒尺寸的多晶金剛石。
8 根據(jù)權(quán)利要求6所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的金剛石涂層包括在所說(shuō)金剛石涂層中的所說(shuō)金剛石晶體的至少部分之間的少量石墨。
9 根據(jù)權(quán)利要求7所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的金剛石涂層包括在所說(shuō)金剛石涂層中的所說(shuō)金剛石晶體的至少部分之間的少量石墨。
10 一種場(chǎng)致電子發(fā)射體，包括從至少一種類(lèi)金剛石碳的復(fù)合纖維制得的電極，所說(shuō)的類(lèi)金剛石復(fù)合纖維包括非金剛石的核和在所說(shuō)非金剛石核芯上的類(lèi)金剛石涂層。
11 根據(jù)權(quán)利要求10所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的非金剛石核包括導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料。
12 根據(jù)權(quán)利要求10所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的非金剛石核包括被導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的涂膜所包圍的非導(dǎo)體材料。
13 根據(jù)權(quán)利要求10所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的類(lèi)金剛石碳復(fù)合纖維包括石墨核和在所說(shuō)石墨核上的類(lèi)金剛石碳涂層。
14 根據(jù)權(quán)利要求13所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的類(lèi)金剛石碳纖維具有小于約100微米的直徑和小于約5微米的類(lèi)金剛石碳層。
15 根據(jù)權(quán)利要求10所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的類(lèi)金剛石碳涂層包括在任何方向上有序排列的小于約10毫微米的原子。
16 一種用于電子器件的場(chǎng)致電子發(fā)射體，包括具有大于約1平方英尺的表面積的纖維狀組合電極，所說(shuō)的纖維狀電極由包括非金剛石核和在所說(shuō)非金剛石核上的金剛石涂層的至少一種金剛石復(fù)合纖維構(gòu)成。
17 根據(jù)權(quán)利要求16所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的金剛石復(fù)合纖維包括石墨核和在所說(shuō)石墨核上的金剛石涂層。
18 一種使用場(chǎng)致電子發(fā)射體的電子器件，所說(shuō)的發(fā)射體包括陰極，電子發(fā)射面和陽(yáng)極，其特征在于包括陰極和由至少一種金剛石復(fù)合纖維構(gòu)成的包括非金剛石核和在所說(shuō)非金剛石核上的金剛石涂層的電子發(fā)射面。
19 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電子器件，其特征在于所說(shuō)的非金剛石核包括導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料。
20 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電子器件，其特征在于所說(shuō)的非金剛石核包括被導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的涂膜所包圍的非導(dǎo)體材料。
21 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電子器件，其特征在于所說(shuō)的金剛石復(fù)合纖維包括石墨核和在所說(shuō)石墨核上的金剛石涂層。
22 一種顯示屏，包括由至少一種包括非金剛石核和在所說(shuō)非金剛石核上的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳涂層的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳的復(fù)合纖維構(gòu)成的纖維狀陰極；與所說(shuō)纖維狀陰極分隔的陽(yáng)極，所說(shuō)的陽(yáng)極包括在陽(yáng)極支撐板與陰極相對(duì)的表面上的構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電膜；被從陰極復(fù)合纖維發(fā)射的電子轟擊而發(fā)光的熒光材料層，該熒光層與構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電膜相鄰地設(shè)置；在所說(shuō)的陰極和陽(yáng)極之間設(shè)置柵極，所說(shuō)的柵極包括與構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電膜基本垂直地設(shè)置的構(gòu)成圖形的導(dǎo)電通道，各導(dǎo)電通道被選擇地連接到電子源；和連在所說(shuō)陽(yáng)極和所說(shuō)纖維狀陰極之間的電壓源。
23 根據(jù)權(quán)利要求22所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的復(fù)合纖維包括石墨核和在所說(shuō)石墨核上的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳涂層。
24 根據(jù)權(quán)利要求22所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的復(fù)合纖維具有小于約100微米的直徑和小于約5微米的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳層。
25 根據(jù)權(quán)利要求23所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的金剛石涂層包括具有在至少一個(gè)方向上低于約1微米的大部分晶粒尺寸的多晶金剛石。
26 根據(jù)權(quán)利要求25所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的金剛石涂層包括在所說(shuō)金剛石涂層中的至少一部分所說(shuō)金剛石晶體之間的少量石墨。
27 一種顯示屏，包括(a)由至少一種基本上包括在非金剛石核上的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳的復(fù)合纖維構(gòu)成的纖維狀陰極；(b)用作陽(yáng)極并與纖維狀陰極分隔的構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電膜；(c)被從陰極復(fù)合纖維發(fā)射的電子轟擊而發(fā)光的熒光層，該熒光層與陽(yáng)極相鄰地設(shè)置；和(d)在熒光層和纖維狀陰極之間設(shè)置的柵極。
28 根權(quán)利要求27所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的纖維狀陰極包括一系列各直徑至少為1μm的復(fù)合纖維。
29 根據(jù)權(quán)利要求27所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的纖維狀陰極包括均勻設(shè)置的一系列各直徑至少為1μm的平行的復(fù)合纖維。
30 根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的顯示屏，其特征在于在所說(shuō)柵極和支撐所說(shuō)柵極的任何結(jié)構(gòu)上都設(shè)置有孔，以使從所說(shuō)纖維狀陰極發(fā)射的電子穿過(guò)該孔到達(dá)所說(shuō)的熒光層。
31 根據(jù)權(quán)利要求29所述的顯示屏，其特征在于由導(dǎo)電襯底的規(guī)則波浪形表面支承所說(shuō)的纖維狀陰極，所說(shuō)的復(fù)合纖維與所說(shuō)波浪形表面的波峰和波谷列平行地排列，從而形成波浪形纖維狀陰極；在所說(shuō)波浪形纖維狀陰極的波峰上設(shè)置電絕緣帶層；和在所說(shuō)絕緣帶層上設(shè)置所說(shuō)的柵極。
32 根據(jù)權(quán)利要求27所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的纖維狀陰極的支承體是電絕緣體，并具有帶平行的波峰和波谷列的規(guī)則波浪形表面；所說(shuō)的纖維狀陰極基本上由沿所說(shuō)波浪形表面的各波谷的長(zhǎng)度排列的復(fù)合纖維構(gòu)成；所說(shuō)的柵極由沿所說(shuō)絕緣體的所說(shuō)波浪形表面的各波峰長(zhǎng)度設(shè)置的導(dǎo)電材料帶組成。
33 根據(jù)權(quán)利要求32所述的顯示屏，其特征在于單層復(fù)合纖維的均勻排列是沿所說(shuō)波浪形表面的各波谷長(zhǎng)度的排列。
34 根據(jù)權(quán)利要求32所述的顯示屏，其特征在于沿所說(shuō)波浪形表面的各波谷長(zhǎng)度排列直徑約為1μm至約100μm的一根復(fù)合纖維。
35 根據(jù)權(quán)利要求32所述的顯示屏，其特征在于沿在波浪形表面上的各波谷長(zhǎng)度設(shè)置多層復(fù)合纖維束。
36 根據(jù)權(quán)利要求32-35中任一項(xiàng)所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的波浪形表面具有水平波峰和通過(guò)垂直表面所連的波谷。
37 根據(jù)權(quán)利要求27所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的纖維狀陰極的支承體包括電絕緣體和具有帶平行的波峰和波谷列的規(guī)則波浪形表面；所說(shuō)的纖維狀陰極基本由沿所說(shuō)波浪形表面的各波谷的長(zhǎng)度排列的復(fù)合纖維構(gòu)成；所說(shuō)的柵極由沿所說(shuō)絕緣體的所說(shuō)波浪形表面的各波峰長(zhǎng)度設(shè)置的導(dǎo)電材料帶組成。
38 根據(jù)權(quán)利要求37所述的顯示屏，其特征在于單層復(fù)合纖維的均勻排列是沿所說(shuō)波浪形表面的各波谷長(zhǎng)度的排列。
39 根據(jù)權(quán)利要求37所述的顯示屏，其特征在于沿所說(shuō)波浪形表面的各波谷長(zhǎng)度排列直徑約為1μm至約100μm的一根復(fù)合纖維。
40 根據(jù)權(quán)利要求37所述的顯示屏，其特征在于沿在波浪形表面上的各波谷長(zhǎng)度設(shè)置多層復(fù)合纖維束。
41 根據(jù)權(quán)利要求37-40中任一項(xiàng)所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的波浪形表面具有水平的波峰和通過(guò)垂直表面所連的波谷。
42 根據(jù)權(quán)利要求27所述的顯示屏，其特征在于還包括在柵極和熒光層之間設(shè)置的至少一個(gè)輔助電極。
43 一種顯示屏，包括(a)由至少一種包括在至少一種非金剛石核纖維上的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳的復(fù)合纖維構(gòu)成的纖維狀陰極；(b)用作陽(yáng)極并與纖維狀陰極分隔的構(gòu)成圖形的光學(xué)透明導(dǎo)電膜；(c)被從復(fù)合纖維發(fā)射的電子轟擊而發(fā)光的熒光層，該熒光層與陽(yáng)極相鄰地設(shè)置。
44 根據(jù)權(quán)利要求43所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的非金剛石核纖維包括導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料。
45 根據(jù)權(quán)利要求27、42或43中任一項(xiàng)所述的顯示屏，其特征在于在支座或基座上的襯底表面之上懸置所說(shuō)的纖維狀陰極。
46 根據(jù)權(quán)利要求43所述的顯示屏，其特征在于所說(shuō)的非金剛石核纖維包括被導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的涂膜所包圍的非導(dǎo)體材料。
47 一種場(chǎng)致電子發(fā)射體，包括從至少一種玻璃狀碳復(fù)合纖維制得的電極，所說(shuō)的玻璃狀碳復(fù)合纖維包括非金剛石的核和在所說(shuō)非金剛石核上的玻璃狀碳涂層。
48 根據(jù)權(quán)利要求47所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的非金剛石核包括導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料。
49 根據(jù)權(quán)利要求47所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的非金剛石核包括被導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的涂膜所包圍的非導(dǎo)體材料。
50 根據(jù)權(quán)利要求47所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的玻璃狀碳復(fù)合纖維包括石墨核和在所說(shuō)石墨核上的玻璃狀碳涂層。
51 根據(jù)權(quán)利要求50所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的玻璃狀碳纖維具有小于約100微米的直徑和小于約5微米的玻璃狀碳層。
52 根據(jù)權(quán)利要求47所述的場(chǎng)致電子發(fā)射體，其特征在于所說(shuō)的玻璃狀碳涂層包括在任何方向上低于約10毫微米的原子的有序排列。
53 在使用場(chǎng)致電子發(fā)射體的電子器件中，所說(shuō)的發(fā)射體包括陰極，電子發(fā)射面和陽(yáng)極，其特征在于包括由至少一種包括非金剛石核和在所說(shuō)非金剛石核上的玻璃狀碳涂層的玻璃狀碳復(fù)合纖維構(gòu)成的電子發(fā)射面和陰極。
54 根據(jù)權(quán)利要求53所述的電子器件，其特征在于非金剛石核包括導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料。
55 根據(jù)權(quán)利要求53所述的電子器件，其特征在于所說(shuō)的非金剛石核包括被導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的涂膜所包圍的非導(dǎo)體材料。
56 根據(jù)權(quán)利要求53所述的電子器件，其特征在于所說(shuō)的玻璃狀碳復(fù)合纖維包括石墨核和在所說(shuō)石墨核上的玻璃狀碳涂層。
57 根據(jù)權(quán)利要求22、27或43所述的顯示屏，其特征在于在陽(yáng)極和陰極之間設(shè)置熒光層。
58 根據(jù)權(quán)利要求22、27或43所述的顯示屏，其特征在于在熒光層和陰極之間設(shè)置陽(yáng)極。
全文摘要
本文披露了一種場(chǎng)致電子發(fā)射體，包括由至少一種金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳的復(fù)合纖維構(gòu)成的電極，所說(shuō)的復(fù)合纖維具有非金剛石核和在所說(shuō)非金剛石核上的金剛石、類(lèi)金剛石碳或玻璃狀碳的涂層，以及使用這種場(chǎng)致電子發(fā)射體的電子器件。
文檔編號(hào)H01J31/12GK1140510SQ95191530
公開(kāi)日1997年1月15日 申請(qǐng)日期1995年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月14日
發(fā)明者G·B·布朗切-芬查, D·M·科蒂斯, D·J·迪夫林, D·F·易通, A·K·西爾扎斯, S·M·瓦龍 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司, 加州大學(xué)評(píng)議會(huì)