CN1103110C - 场电子发射材料和装置 - Google Patents

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Abstract

一种场电子发射材料，包括导电衬底(13，14)以及位于所述衬底上掩埋入、形成为或被一层无机绝缘材料(12)(例如，玻璃)涂敷的导电粒子(11)。绝缘材料的第一厚度限制在每个粒子(11)和衬底(13，14)之间，绝缘材料的第二厚度限制在粒子(11)和设置材料的环境中。第一和第二厚度(15)之间每个粒子(11)的尺寸明显大于每个厚度(15)。在加上足够的电场后，每个厚度(15)提供一导电沟道，以提供来自粒子(11)的电子发射。利用无机绝缘材料(12)，已获得令人惊异的良好稳定性和性能。粒子(11)可相当小，从而可通过各种方法(包括印刷)非常廉价地把电子发射材料(11，12)加到衬底(13，14)上。该材料可用于各种装置，包括显示器和照明装置。

Description

场电子发射材料和装置
技术领域
本发明涉及场电子发射材料和使用这种材料的装置。
背景技术
在传统的场电子发射中，材料表面的强电场(例如，≈3×109Vm-1)把表面势垒的厚度减少到能使电子由于量子力学隧道效应而离开材料的水平。使用原子边界点来集中宏观电场可实现必需的条件。还可使用具有低逸出功的表面来进一步增加场电子发射电流。由众所周知的Fowler-Nordheim公式来描述场电子发射度量(metrics)。
这是与基于尖端(tip)发射体非常相关的已有技术，发射体这个词描绘了利用来自边界点(尖端)的场电子发射的电子发射体和发射阵列。本领域的工作人员的主要目的是远离每一个单个的发射尖端而放置孔径小于1微米的电极(控制极(gate))，从而使用所加的100V或更小的电势来实现所需的强电场-这些发射体叫做选通阵列。它的第一个实际例子由在加利福尼亚州斯坦福研究学院工作的C.A.Spindt进行了描述(J.Appl.Phys.39(7)，3504-3505，1968)。Spindt的阵列使用钼发射尖端，该尖端是使用自掩模技术通过把金属真空蒸发到Si衬底上SiO2层的圆柱形凹坑而产生的。
在十九世纪七十年代，产生类似结构的另一种方案是使用定向固化的共熔合金(DSE)。DSE合金具有一种金相，其形式为在其它金属型片中排列了纤维。可对该型片进行重新蚀刻而留下凸起的纤维。在蚀刻后，通过对绝缘和导电层依次进行真空蒸发来产生门结构。在尖端上形成的蒸发材料起到掩模的作用，在凸起的纤维周围留下环形的空隙。
现在参考附图图1和2，对已有技术进行进一步的讨论，其中图1示出一个场电子发射显示器的基本元件，图2示出另一个场电子发射显示器的理论上的配置。
一个重要方案是使用硅微型工程学来产生控制(gated)阵列。目前正在制造实现此技术的场电子发射显不器，它是全世界许多组织的兴趣所在。图1示出这种显示器的基本元件，其中把正电势加到控制电极2，从尖端1提取场电子发射电流。由较高的电势对所提取的电子进行加速，以达到前面板上导电条3上的形成图案的荧光物质。通过使交叉配置的水平和竖直条赋能而对像素进行寻址。该装置的周边被密封起来并抽空。
基于所有尖端的发射系统所存在的主要问题是它们易受到离子轰击、高电流下的欧姆加热的破坏以及装置中电击穿所产生的严重破坏。制造大面积的装置不但困难而且费钱。
大约在1985年，发现在氢-甲烷气氛中，加热的衬底上可生长金刚石薄膜，以提供大面积的场发射体。
在1991年，Wang等人报告(Electron.Lett.，1991，27，pp 1459-1461)可以低达3MVm-1的电场从大面积金刚石薄膜中获得场电子发射电流。相信这种性能是由金刚石的小平面(111)中负电子的亲和力以及偶然的局部石墨杂质的高密度相结合而引起的(Xu，Latham and Tzeng：Electron..Lett.1993，29，pp 1596-159)。
现在可使用激光烧蚀和离子束技术在室温的衬底上生长金刚石含量高的涂层  然而，所有这些工艺都利用了资金昂贵的设备。
美国的S.I.Diamond描述了一种场电子发射显示器(FED)，它把一种叫做Amorphic Diamond的材料用作电子源。该材料是把石墨通过激光烧蚀到衬底上而制造的，图2示出这种显示器中理论上的配置。衬底4具有带有Amorphic金刚石发射斑点(patch)6的导电条5。前面板8具有加有荧光物质图案(未示出)的透明导电迹线(track)7，使用交叉方案对像素进行寻址。把负向波形9加到导电条5并把正向波形加到导电条7。使用正和负向波形减少驱动电子时半导体的峰值电压额定值，而且保证不激发邻近的像素。该装置的周边密封起来并抽空。
现在转到Composite Field Emitters，来自平坦金属表面的场电子发射的电流条件示出有效场要么是掩埋的介电粒子所形成的金属-绝缘体-真空(MIV)结构，要么是位于金属的表面氧化物上的导电小片。在两种情况下、电流都来自于对电子进行加速而导致准热离子发射的热电子过程。这在科学著作中进行了描述(例如，Latham，High Voltage Vacuum Insulation，Academic Press 1995)。
在1988年(S Bajic and R V Latham Journal of PhysicsD Applied Physics vol.21(1988)200-204)，描述了实际使用以上机制的材料，该合成材料产生高密度的金属-绝缘体-金属-绝缘体-真空(VIMIV)发射位置。该合成器具有分布于环氧树脂中的导电粒子。通过标准的旋涂技术把涂层加到表面。
相信如下产生发射过程。首先，环氧树脂在粒子和衬底之间形成阻挡接触。粒子的电压将升高到它所测得的最高等电势-这叫做天线效应。在一确定的所加电压处，该电压将变得足够高，以在粒子和衬底之间产生一电形成的导电沟道。然后，粒子的电势快速地向阴极的电势变化。然后粒子上的剩余电荷产生一强电场，该电场产生电形成的第二沟道以及有关的MIV热电子发射位置。在此接通过程后，可从该发射位置抽出可逆的场发射电流。该材料的电流密度/电场性能等价于昂贵得多的激光烧蚀工艺所产生的大面积金刚石发射体的性能。
Bajic和Latham对树脂-碳化合物进行了研究。虽然它们考虑使用其它材料，但这些材料总是具有树脂的化合物(supra and Inst Phys Conf Ser No 99；Section 4-pp 101-104，1989)。环氧树脂提供了便于研究的材料，尤其是考虑到其粘性，从而便于把粒子放置和保存在化合物或多层结构中的所需位置。然而，Bajic和Latham所制造的材料的稳定性差而且在密封的真空装置中的工作也不令人满意。
发明内容
本发明的较佳实施例旨在提供节约成本的大面积场发射材料以及利用这种材料的装置。可使用这些材料的装置包括：场电子发射显示器面板；诸如电子MASERS和振动陀螺仪等高功率脉冲装置；诸如CFA等交叉场微波管；诸如速调管等线性束射管；x射线闪光管；触发火花隙及其相关装置；用于杀菌的大面积x射线管；真空计；用于航天器的离子推进器；粒子加速器；臭氧发生器；以及等离子体反应堆。
依据本发明的一个方面，提供了一种场电子发射材料，它包括导电衬底；位于该衬底上掩埋入、形成在一层无机绝缘材料中或涂敷有一层无机绝缘材料的至少一个导电粒子，以限定粒子和衬底之间绝缘材料的第一厚度以及粒子和外界(其中有这种材料)之间绝缘材料的第二厚度，沿垂直于衬底的方向，所述厚度之间所述粒子的尺寸至少是每个所述厚度的两倍。
使用无机绝缘材料已提供了意外的优点。当然，在上下文中并未暗示这种材料是绝缘体，因为，与诸如环氧树脂等材料相比，用它们来工作相对困难。然而，在本发明的较佳实施例中，通过在无机绝缘材料中使用导电粒子，可实现具有令人惊异的优良稳定性和性能的发射材料。
所述粒子的所述尺寸最好至少是每个所述厚度的10倍。
所述粒子的所述尺寸最好至少是每个所述厚度的100倍。
在一个较佳例子中，所述厚度可以是10nm(100)的数量级，所述粒子尺寸可以是100微米的数量级。
可提供基本上为单层的所述导电粒子层，每个粒子的最长尺寸在0.1微米到400微米的范围内。
所述无机绝缘材料最好包括除金刚石以外的材料。
所述无机绝缘材料最好包括玻璃、铅基玻璃、玻璃陶瓷、熔融玻璃或其它玻璃质材料、陶瓷、氧化陶瓷、带氧化表面的材料、氮化物、带氮化表面的材料或硼化物陶瓷。
所述无机绝缘材料可包括未掺杂的金刚石。
“未掺杂的金刚石”意味着金刚石未经过人为掺杂，以便于电流通过。
每个所述导电粒子可包括石墨杂质，所述杂质已被有意地加工成作为所述无机绝缘材料的薄膜金刚石。
每个所述导电粒子可包括切割成长度比其直径长的纤维。
每个所述导电粒子可以基本上是对称的。
每个所述导电粒子可以基本上是粗削的长方体形状。
以上的场电子发射材料可包括多个所述导电粒子，这些粒子最好沿基本上与衬底垂直的其最长尺寸排列。
以上的场电子发射材料可包括多个导电粒子，所述粒子的相互间隔在其最长尺寸的5到15倍范围内。
以上的场电子发射材料可包括这样的结构，其中所述无机绝缘材料层包括绝缘型片，还提供了多个所述导电粒子作为基本上支撑在所述绝缘型片中的导电纤维阵列，暴露的纤维末端基本上与绝缘型片共面，暴露的纤维末端和共面的型片基本上覆盖有绝缘次层。
可利用导电介质把所述结构粘到所述导电衬底上。
纤维的长度最好在1微米到2毫米范围内，其直径最好在0.5微米到100微米范围内。
纤维间的间隔最好在纤维长度的5到15倍范围内。
可由一片定向固化的共熔材料来形成纤维阵列。
最好在所述结构两个相对表面中的每个表面上都提供各个所述绝缘次层。
该绝缘次层或每个绝缘次层的厚度最好在5纳米(50)到2微米的范围内。
该绝缘次层或每个绝缘次层可包括玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、氧化陶瓷、氮化物、硼化物陶瓷或金刚石。
导电粒子的导电率最好使通过粒子的发射电流的电势降落足以把粒子发射点处的电场减小一定的量，从而控制发射电流。
所述粒子最好包括或至少一些所述粒子最好包括碳化硅、碳化钽、碳化铪、碳化锆、钛的马格内里(Magneli)低价氧化物、半导体硅、III-V族化合物和II-VI族化合物。
所述粒子可包括吸气材料且有至少一部分未被所述绝缘材料层覆盖，以把所述部分暴露于所述环境。
依据本发明的另一个方面，提供了一种依据以上本发明的任一个方面而形成场电子发射材料的方法，它包括把所述导电粒子或每个所述导电粒子置于所述导电衬底上的步骤，所述导电粒子或每个所述导电粒子掩埋入、形成在所述无机绝缘材料层中或涂敷有所述无机绝缘材料层。
最好通过印刷工艺把所述导电粒子(们)和/或无机绝缘材料加到所述导电衬底上。
可以感光粘合剂(binder)把所述导电粒子(们)和/或无机绝缘材料加到所述导电衬底。
以上方法可包括把较大和较小粒子的混合物烧结或结合在一起的步骤，较大的粒子包括多个所述导电粒子，较小的粒子形成所述无机绝缘材料层。绝缘材料可包括玻璃陶瓷、陶瓷、氧化陶瓷、氮化物、硼化物或金刚石。
以上方法可包括依次把绝缘薄膜、导电粒子层还有绝缘薄膜加到衬底上的步骤。绝缘材料可包括陶瓷、氧化陶瓷、氧化物、氮化物、硼化物或金刚石。
以上方法可包括把绝缘涂层直接加到多个所述导电粒子中的每个粒子上，然后用玻璃材料或钎接把经涂敷的粒子固定到衬底上的步骤。绝缘材料可包括玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、氧化陶瓷、氧化物、氮化物、硼化物或金刚石。
所述无机绝缘材料层可包括多孔的绝缘体，所述方法可包括以导电材料填充多孔绝缘体的孔以提供多个所述导电粒子的步骤。
以上方法可包括在所述多孔绝缘体的相对表面上形成两个无机绝缘材料的外次层的步骤，从而所述多孔绝缘体包括所述两个无机绝缘材料的外次层之间的中间次层。
如果如上所述粒子被局部涂敷上吸气材料，则此方法可包括把多个所述粒子粘到所述衬底，以及利用滚筒，使所述绝缘材料仅局部涂敷所述粒子的步骤。此外，此方法可包括把多个所述粒子粘到所述衬底，以及使来自一源的所述绝缘材料蒸发，从而蒸发的材料以某个角度落到粒子表面，于是所述绝缘材料只局部涂敷所述粒子的步骤。
本发明可扩展到由以上任一种方法所制造的场电子发射材料。
依据本发明的另一个方面，提供了一种场电子发射装置，它包括依据以上本发明任一个方面的场电子发射材料。
以上的场电子发射装置可包括具有所述场电子发射材料的发射体斑点阵列的衬底以及具有对准的小孔阵列的控制电极，该电极由绝缘层支撑在发射体斑点上。
所述小孔可以是狭槽的形式。
以上的场电子发射装置可包括等离子体反应堆、电晕放电装置、静音放电装置或臭氧发生器。
以上的场电子发射装置可包括电子源、电子枪、电子装置、x射线管、真空计、充气装置或离子推进器。
场电子发射材料可提供操作装置用的总电流。
场电子发射材料可对装置提供启动、触发或点火电流。
以上的场电子发射装置可包括显示装置。
以上的场电子发射装置可包括灯。
所述灯最好基本上是平面的。
以上的场电子发射装置可包括支撑在交叉形结构的绝缘衬垫上的电极板。
可把场电子发射材料加到斑点，这些斑点在使用中经由电阻器连到所加的阴极电压。
所述电阻器最好用作位于每个发射斑点下的电阻性焊接区(pad)。
可在每个发射斑点下提供各个所述电阻性焊接区，从而每个这种电阻性焊接区的面积大于各个发射斑点的面积。
最好把所述发射体材料和/或荧光物质涂敷到导电迹线的一个或多个一维阵列上，所述迹线排列成可被电子驱动装置来寻址，从而产生一扫描发光线。
这种场电子发射装置可包括所述电子驱动装置。
环境可以是气体、液体、固体或真空。
以上的场电子发射装置可包括装置内的吸气材料。
所述吸气材料最好附加到阳极。
所述吸气材料可附加到阴极。如果场电子发射材料配置成斑点，所述吸气材料可置于所述斑点内。
依据本发明的另一个方面，提供了一种场发射显示装置，它包括阳极、阴极、所述阳极和阴极上的衬垫位置(这些衬垫位于至少一些所述衬垫位置处，以把所述阳极与所述阴极隔开)以及位于其它所述衬垫位置处的吸气材料。
在本发明的一个实施例中，以上的场电子发射装置可包括阳极、阴极、所述阳极和阴极上的衬垫位置，衬垫位于所述衬垫位置中的一些位置处，以把所述阳极与阴极隔开，所述吸气材料位于所述阳极上所述衬垫位置中不存在衬垫的其它位置处。
在本说明书的上下文中，“衬垫位置”这个词意味着适于放置把阳极与阴极隔开的衬垫的位置，它与在该衬垫位置处是否放置了衬垫无关。
所述衬垫位置最好处于规则的或周期性的相互间隔。
在以上的场电子发射装置中，所述阴极可以是半透光的并相对于阳极如此配置，从而从阴极发射的电子射到阳极上，以在阳极处引起场致发光，通过半透光的阴极可看到此场致发光。
应理解，电学词汇“导电”和“绝缘”可以是相对的，这要以其测量值为基础。半导体具有有用的导电特性，事实上半导体在本发明中可用作导电粒子。在本说明书的上下文中，所述导电粒子或每个所述导电粒子的导电率至少是无机绝缘材料导电率的102倍(最好至少为103或104倍)。
在本说明书的上下文中，“无机绝缘材料”这个词包括具有有机杂质的无机材料，尤其是包括薄膜金刚石。
附图概述
为了更好地理解本发明以示出本发明的实施例如何奏效，现在参考附图3到13的例子，其中：
图3a示出改进的场电子发射材料的一个例子；
图3b示出与图3a的材料不同的材料；
图4示出使用改进的场电子发射材料的选通阵列；
图5示出制造改进的场电子发射材料的另一种方法；
图6a示出经涂敷的导电粒子；
图6b示出改进的场电子发射材料的一个例子，该材料使用图6a所示经涂敷的导电粒子；
图6c示出改进的场电子发射材料的另一个例子，该材料使用图6a所示经涂敷的导电粒子；
图7a示出使用改进的场电子发射材料的场电子发射显示器；
图7b和7c是示出图7a中显示器局部变化的细节图；
图8a示出使用改进的场电子发射材料的平面灯，而图8b示出其细节；
图9示出制造改进的场电子发射材料的另一种方法；
图10a示出本发明的另一个高性能实施例；
图10b示出图10a中实施例的细节；
图11示出图10a和10b实施例的变形；
图12a示出导电粒子中的自缓冲效应；
图12b示出对具有石墨和碳化硅斑点的发射体测得的电压-电流特性；
图13示出彩色显示器中的两个像素，该显示器利用具有控制电极的三极管系统；
图14示出以吸气材料替代衬垫的显示器；
图15示出吸气剂斑点位于发射体斑点内的显示器；
图16示出用于制造MIMIV发射体的吸气剂粒子；
图17a和17b示出制造具有多孔绝缘层结构的各个方法；
图18示出通过发射体层有光输出的转换率高的场电子灯；以及
图19示出电极系统的子像素，其中已减少了发射体间隔的控制极。
本发明的较佳实施方式
本发明所示出的实施例提供了以MIMIV发射过程为基础的材料以及使用这些材料的装置，这些材料具有改进的性能和实用性。
电形成的沟道中的加热效应限制了从MIV和MIMIV发射体中可获得的平均电流。此外，温度增加使材料退化，改变其性能并引起不稳定或重大的差错。
由以下公式来描述沟道(ΔT)中温度的升高：
         ΔT＝2β2E0I/πKεrlog(l/a)
这里，β2是沟道的几何形状所引起的场增强因子；E0是间隙场；I是沟道中流动的电流；K是介质的热导电率；εr是介质的介电常数；a是沟道半径；l是沟道长度。
图3a示出一种改进的材料，在导电衬底13上的诸如玻璃12等无机型片上有导电粒子11。与常规的结构相比，此结构把型片12的热导电率增加了将近四倍。同样重要的是无机型片的热稳定性。这两个因素相结合，能生产出在沟道加热引起不稳定或差错前可提供电流明显较高的材料。无机型片也消除了高气化压有机材料，使这种材料可用于密封的真空装置。对于绝缘衬底13，在被涂敷前加上一导电层14。可用各种方法，包括真空和等离子体涂敷、电镀、无电镀敷和基于印剂的方法等来加上导电层14，但不限于这些方法。
由导电沟道15范围内粒子高度16与型片厚度的比值来确定接通电形成沟道所需的持续电场。对于最小的接通电场，导电沟道处型片12的厚度应明显小于粒子高度。导电粒子一般在0.1微米到400微米的范围内，最好具有小尺寸分布，但不限于此。
通过烧结大导电粒子50与绝缘粒子51(明显较小)的混合物来形成这种形式的结构(图3b)。虽然可使用广泛的其它材料，但合适的绝缘材料的例子是：玻璃陶瓷、氧化陶瓷、氮化物、硼化物。对于高电流的应用，可使用诸如氮化铍和氮化铝等热导电率高的材料来提高性能。
也可熔化具有良好流动性的玻璃(诸如铅化玻璃)与粒子来产生该结构。此结构在图3a中示出。使用玻璃材料，可提高改变燃烧期间的时间/温度曲线来控制沟道区域的厚度。
为了以受控的方式加上这种材料，该材料可形成具有无残留粘合剂的印剂，它类似于用于混合电子电路的材料。这种粘合剂可具有光致抗蚀性，以通过光刻术进行构图。使用如此制备的印剂，可使用诸如丝网印刷等混合微电路技术把发射体加到这些构图中。可使用的其它施加方法包括偏移照相术、印剂喷印、静电涂敷(具有任选光致抗蚀剂)、静电印刷术、电刷涂敷、电泳、等离子体或火焰喷涂或沉积法等，但不限于此。于是，可把场发射材料印刷到合适的衬底上，从而给经济地制造显示器提供了新的机会。
可从回流玻璃材料、粒子(具有任选小尺寸分布)、分散剂和粘合剂的混合物来形成合适的印剂。这种回流玻璃材料一般以聚硅氧烷为基础，它还可用于半导体工业。然而，也可使用以其它回流玻璃为基础的化合物。
图5示出产生所需结构的另一种方法。可通过在其上涂敷绝缘衬底而制造的导电衬底24具有淀积在其上的绝缘薄膜25。可通过基于真空或等离子体的涂敷、旋涂和通过化学反应或阳极工艺的原地生长来制造此薄膜，但不限于此。然后，通过诸如静电涂敷、静电印刷术或电刷涂敷等干式涂敷技术来淀积导电粒子26，但不限于此。在此阶段中，可使用静电或磁场使粒子对准来实现优化的电场增强。然后，一般通过基于真空或等离子体的工艺，在粒子上淀积绝缘涂层27。
图6a示出一种导电粒子28，通过以下方法在这些粒子上预先涂敷绝缘薄膜29，这些方法包括：基于真空或等离子体的涂敷、化学气相淀积、阳极工艺。然后，如图6a所示，通过玻璃材料或共熔合金32把多个如此涂敷的粒子30固定于衬底31上。可接收的材料的例子是铅化玻璃和诸如共熔的Zr-Cu的活性钎接合金。
在图6b所示的另一种材料中，把多个经涂敷的粒子30直接固定于衬底31。在此情况下，绝缘薄膜29是适于直接固定于衬底31(例如玻璃)的材料。
图9示出另一种方，其中首先使衬底70涂敷绝缘薄膜71。然后，加上厚得多的多孔绝缘薄膜72。然后，通过化学反应、电镀或其它方法把导电材料73渗入孔中。最后，加上薄的第二绝缘薄膜72。
在上述所有的本发明实施例中，有最佳密度的导电粒子，它们防止了最靠近-相邻粒子扫描给定粒子尖端的电场。对于球状粒子，最佳的粒子到粒子间隔近似于粒子直径的10倍。
设计的类似于图3a所示的工程结构实质上的改进在于，在薄膜金刚石中具有相对小且随机产生的石墨杂质。一个重要的特征在于粒子高度16与绝缘体势垒厚度15的比值比金刚石薄膜中的比值大得多。结果，天线效应的增强明显减小了接通场。
为了便于均匀地接通发射位置，诸如那些粗削的长方体形状的对称粒子是较佳的。
此外，可把诸如碳纤维或细金属丝等精密纤维切割成比其直径稍长的长度。这些纤维片段将被排列(尤其在旋涂期间)成纤维轴平行于基底，从而纤维的直径确定天线效应。
可通过包括溅射等广泛的工艺，把合适的材料涂敷在具有正确形态(例如，玻璃微球)而非混合形态的粒子上。
本发明的较佳实施例的主要目的是以低成本和高生产率来生产发射材料。然而，对成本不太敏感的设备，可实现的非常高的热导电率意味着将要设计的结构(把金刚石用作绝缘体)提供可在电形成的沟道发生重大失误前传递最高平均电流的材料。
图4示出使用一种改进的场电子发生材料的控制阵列。在衬底17上形成发射体斑点19，必要时，还通过诸如丝网印刷等工艺在该衬底上淀积导电层18。多孔的控制或控制(gate)电极21通过层20与衬底17绝缘。典型的尺寸是，发射体斑点直径(23)为100微米；控制电极-衬底间隔(22)20微米。控制电极21上的正电压控制发射体斑点19中电子的抽出量。然后，在装置52内，通过较高的电压54对电子53进行加速。场电子发射电流可使用的普遍范围的装置包括：场电子发射显示器面板；诸如电子MASERS和振动陀螺仪等高功率脉冲装置；诸如CFA等交叉场微波管；诸如速调管等线性束射管；x射线闪光管；触发火花隙及其相关装置；用于杀菌的大面积x射线管；真空计；用于航天器的离子推进器和粒子加速器。
众所周知，MIV过程所发射电子的能量为几个电子伏特。令人惊异的是，这种电子在固体内的平均自由程很长。于是，如果发射体材料具有淀积在表面上的薄(例如，小于100nm＝1000)导电层，且相对于衬底加上几百伏特的正电压，则将产生MIMIV过程。由此薄的导电层，所发射的大部分电子将通过导电层进入外界。此导电层可在广泛的装置中用作调制发射电流的控制电极。此导电层可用于本发明的许多实施例中。
本发明的另一个高性能实施例如图10a和10b所示。把纤维80的规则阵列掩埋入绝缘型片81。纤维的长度一般是几百微米。当然，可在定向固化的陶瓷-金属共熔系统中制造或自然发现这种结构。纤维间隔(82)一般是纤维长度的几倍。
把如此形成的合成物切割成薄片，每个表面最好(虽然是任选的)经过抛光。然后，对两个抛光表面涂敷厚度经控制(一般在10nm(100))的无机绝缘薄膜83，薄膜83可是玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、氧化陶瓷、氮化物、硼化陶瓷或金刚石，并可通过真空涂敷、离子束处理、化学气相淀积、激光烧蚀或其它适当的方法进行淀积，但不限于此。
然后，用导电层84把如此形成的夹层结构粘接到衬底85。可使用活性金属钎接合金来形成这种粘接。此外，可在使用非活性合金进行钎接前对待粘接的表面进行金属化。
该阵列可对装置提供总电流或用作等离子体工艺(诸如，火花隙)的触发器或用于使用二次发射倍增(例如，磁电管入射枪)的启动电流。
如果图10a和10b的材料用于非真空环境，则绝缘材料81可包括相对低级的材料，诸如简单支撑纤维80的廉价树脂(假定绝缘薄膜83是无机材料)。
在图11的变形中，纤维90从绝缘材料81的水平面上方伸出，并被各个无机绝缘材料薄膜91所覆盖。此外，该实施例基本上类似于图10a和10b所述的实施例。
图7示出基于使用上述的一种材料(例如图9的材料)的二极管配置的场发射衬底33具有携带这种材料的发射斑点35的导电迹线34。前面板38具有与迹线34交叉的透明导电迹线39。迹线39具有荧光物质斑点或条。这两块板由外框36和衬垫43所隔离。由诸如焊接玻璃的材料来密封该结构。通过抽气管或在真空熔炉中使焊接玻璃融合使装置抽空。
以交叉方式由所加的电压41、42对像素进行寻址。场发射的电子激发荧光物质斑点。由正负向波形构成的驱动系统既减小了驱动电子装置中半导体的峰值电压的额定值，也保证了不激发邻近像素。通过给每个电极加上直流偏压，该偏压的值刚好低于场电子发射电流变得显著的值，从而可实现接通像素所需而进一步减少电压波动。然后，把脉冲波形叠加在直流偏压上，以接通每个像素：则电压偏移在半导体装置的容限内。
二极管配置的另一个方案是利用具有控制电极的三极管。示出彩色显示器中两个像素的图13示出此方案的一个实施例。为了进行简单地图示，只示出两个像素。然而，可按比例扩大示出的基本结构，以产生具有许多像素的大显示器。阴极衬底120具有涂敷到其表面上的导电迹线121，以对显示器中的每条线进行寻址。可把真空涂敷技术与本领域内的那些技术人员众所周知的标准平板印刷技术相结合；通过使用导电印剂进行印刷；或许多其它合适的技术来淀积这些迹线。使用先前所述的方法，把上述发射材料的斑点122置于迹线的表面，以在Red-Green-Blue三原色中限定子像素。虽然不限于此，当尺寸“P”129一般在200微米(μm)到700微米范围内。此外，虽然不太必要，但可在整个显示区上涂敷发射材料。在导电迹线121的顶部上形成绝缘层123。对绝缘层123进行钻孔，每一像素124有一个或多个孔，以暴露发射材料的表面，通过印刷或其它平板印刷技术来产生这些孔。在绝缘体的表面上形成导电迹线125，以限定用于三原色中每条线的栅电极。如此选择孔124的尺寸与绝缘体123的厚度，以对如此产生的三极管系统提供了所需的跨导值。显示器的阳极板126支撑在绝缘衬垫128上，可通过印刷在表面上形成这些衬垫或可预先制造并安放就位。为了机械稳定性，可把所述预先制造的衬垫做成交叉结构的形状。可使用诸如玻璃料等填隙材料把衬垫每一端固定就位并补偿任何空间上的不规则。在阳极板的内表面上放置红、绿和蓝色荧光物质斑点或条127。荧光物质上或用导电薄膜涂敷，就像通常的阴极射线管内那样，或者为了降低加速电压，在阳极板的内部淀积诸如铟锡氧化物等透明导电层，但不限于此。抽空阴极和阳极板之间的空隙并把它密封起来。
在导电条121和阳极上的导电薄膜之间加上直流偏压。如此产生的电场穿透格栅孔124，并由来自上述MIMIV场发射过程的场发射，从表面释放电子。把直流电压设定为低于完全发射所需的电压，对一条线进行寻址，将相对其它迹线为负值的脉冲加到一条迹线121上而给出峰值亮度电流的值。给格栅迹线125加上相对于发射体材料为负值的偏压，以在迹线121处于其负脉动(线寻址)状态时，把电流减小到其最小值。在线性周期中，所有的格栅迹线都正向脉动到给出所需电流进而使像素发亮的值。很清楚，可使用其它驱动方案。
为了把驱动电子装置的成本减到最小，需要几十伏特的控制电压波动。为了满足此技术条件，图13所示控制电极结构中的孔变得非常小。由于孔为圆形，导致每个子像素有许多发射单元。这种小结构的另一个配置是把小的发射单元延长成狭槽。
图19示出这种电极系统的一个子像素，其中控制极到发射体的间隔180已被减小到几微米。控制极181和绝缘体层182中具有暴露发射材料的狭槽。
虽然已描述彩色显示器，但本领域内的技术人员应理解也可使用没有三部分像素的配置来产生单色显示器。
为了保证长的寿命和稳定的操作特性，在装置中保持高度真空。在电子管领域中普遍的是，使用吸气剂来吸收从壁和其它内部结构中释放的气体。吸气材料在场发射显示器中的一个位置是包围没有电力引线的显示器面板的周边。本领域内的技术人员众所周知的是，当面板尺寸增加时，该位置与理想位置偏离较远。这是因为面板之间的长距离及亚毫米的间隔导致面板中心和边缘之间的气流传导率低。计算示出，对于对角线尺寸小于250毫米的面板，此传导率降到吸气系统变为无效的水平。第5,223,766号美国专利描述了克服此问题的两种方法。一个方法涉及一阴极板，在具有大间距并分布有吸气剂的后室中引入孔阵列。另一个方法是用诸如锆等疏松吸气材料。虽然这两种方法在原理上可行，但它们具有不同的实际问题。
在多孔的阴极板方案中，阴极板中的孔必须足够小，以适合像素之间的空隙，这样把它们的直径限制到125微米的最大值(对于电视)以及更小(对于计算机工作站)，以防止明显的人工痕迹。在1毫米到2毫米厚的玻璃(用于阴极板的明显材料)内钻出上百万接近于100微米的孔的成本似乎过高了点。此外，获得的元件非常易碎：问题将随着板尺寸的增加而增加。
为了在室温下有效，疏松的吸气剂必须具有非常高的表面积。这通常是通过形成烧结的微粒层来实现的。场发射显示器中的控制电极位于一强的加速直流电场内。从这里所述的场发射体系统很清楚的是，这种微粒吸气剂层可提供相当数量的场发射位置。这些位置将连续发射电子，以激发附近的一个或多个荧光物质变得，从而在显示器中产生可见缺陷。
现在转到图13所示的显示器，其中描述了通过三种方法把分布式的吸气剂系统装入该结构的方法。虽然在此显示器的上下文中使用这里所述的发射体系统来描述这些方法，但应理解这些技术可用于使用其它发射体系统的显示器。
适于微粒吸气剂材料从而不会引起寄生发射的位置是阳极板。在阳极处，建立的电场完全抑制了电子发射。在场发射显示器中，阴极和阳极板受到外部气压的很大力量。为了防止变形和破裂，在板之间设有衬垫。所述衬垫位于像素结构中。为了使可见的人工痕迹减到最少，把遮蔽线印刷到阳极板上，以隐藏衬垫接触区域。虽然以像素的周期性来重复衬垫，但此配置导致明显的机械保守设计。于是，可减少衬垫的频率并把吸气材料置于遮蔽线后的阳极板上。图14示出阴极板130和阳极板131支撑在衬垫133上的一个实施例。遮蔽线134遮掩了阳极板上的衬垫接触区域。在此实施例中，从两个可能的位置除去衬垫并以吸气材料135来替代。适合的吸气材料是磨成细粉的诸如锆等第IV主族金属以及诸如SAES Getters of Milan所制造的专用吸气合金这种吸气材料可以是通过钎接或玻璃料粘到阳极板上的粒子。同样，可通过许多方法来直接淀积作为多孔层的吸气材料，这些方法包括进行热溅射和在惰性分散气体中进行蒸气涂敷。很清楚，可设计其它方法。所述吸气剂在该结构的玻璃料密封中活化，在暴露于空气后钝化，然后在真空处理的过热期间重新活化。
另一个方法是把吸气材料置于发射体区域内，从而调制任何场发射电子与将要发射的电子，从而寄生电子增加了来自发射体斑点的电子。图15示出此方法的一个实施例，其中吸气剂斑点170位于发射体斑点171内，从而在由驱动电子装置来进行寻址时，寄生电子只激发荧光物质斑点172。
图16示出另一个方案，其中使用吸气剂粒子或粒子团来形成上述的MIMIV发射体。发射机制并不要求粒子被绝缘体完全涂敷，因为临界区域是与衬底的接触点，而发射区域朝向粒子顶部。在此实施例中，粒子140通过绝缘材料142固定于衬底141处。粒子的上部涂敷有绝缘层143。绝缘材料142和143的成分如这里所述。此配置留下了暴露的吸气材料区域144。
还可在整个粒子上涂敷绝缘层，但该绝缘层基本上是多孔的。图17示出形成这种结构的两个方法。图17a示出通过绝缘材料152把粒子151粘到衬底150上。利用滚筒154在粒子的上部涂敷绝缘体153。由系统155使材料分布于滚筒上。图17b所示的另一个方法是采用如上所述粘有粒子的结构并在真空中蒸发来自点或线源162的绝缘材料161，从而使蒸发的材料以某一倾斜角射到该表面。阴影保证了只涂敷粒子的顶部和一侧。为了保证绝缘体的厚度均匀，衬底在源处来回移动。
所有的场电子发射显示器的问题在于要实现像素到像素的均匀电学特性。一个方案是使用以恒定电流方式驱动像素的电子装置。基本上实现同一目的的另一个方案是把具有适当值的电阻器插入发射体和恒定电压驱动电流之间。它可位于装置外部。然而，在此配置中，电阻器的时间常数和导电迹线阵列的电容限制了对像素进行寻址的速度。在发射体斑点和导电迹线之间的原地形成电阻器使得可使用阻抗低的电子装置来对迹线电容进行快速充电，给出短得多的上升时间。在图7b中示出此原地电阻焊接区44。虽然可使用其它涂敷方法，但通过丝网印刷把此电阻焊接区印刷到导电迹线34上。在一些实施例中，电阻焊接区44两端的电压降足以引起其表面45两端的电压击穿。为了防止击穿，可如图7c所示，使用特大的电阻焊接区46来增加路径距离。
先前所述的MIMIV发射体的操作机理提供了缓冲电阻焊接区的发射的另一个方法。在出版物S Bajic and R V Latham，Jounal of PhysicsD Applied Physics，vol.21 200-204中提出，在“接通”后，电流从衬底经由电形成的沟道流入粒子，然后从粒子上另一个点处的另一个导电沟道发射到真空中。此机理如图12a所示。从此图可看出，发射的电流133必须流过粒子110，以发射到真空。两个导电沟道112之间的是粒子114的内部电阻。从衬底109流动的电流依据粒子的电阻率在粒子流动引起电势降。此电势降减小了粒子顶部的电场，该电场继而限制电流随电场的上升率。于是，实现自缓冲效应。
图12b示出对具有石墨115和碳化硅116粒子的发射体所测得的电压-电流特性曲线。使用碳化硅粒子的发射体在一很大的范围内示出线性的电压-电流特性曲线，而不是类似于Fowler-Nordheim的曲线。由粒子的电阻而不是导电沟道的特性来确定电压-发射电流特性曲线。与偶然的电形成沟道相比，对粒子尺寸和电阻率的加工控制容易得多。与具有石墨粒子的发射体相比，该发射体的一个主要优点在于较大的均匀性，并可基本上减少发射的瞬时波动。
模型示出所示最大电流处粒子两端的电势降超过100伏特。所示的两个例子是电阻率至少相差1000∶1的极端情况。通过选择具有中等电阻率的粒子，可在控制电压波动减小的类似于Fowler-Nordheim的特性曲线和强烈缓冲的线性特性曲线的稳定性之间实现妥协。可对每个应用进行优化选择。
图8a示出使用一种上述材料的平面灯。虽然不排除诸如室内照明等其它用途，但这种灯可用于对液晶显示器提供背光。
此灯包括背板60，背板60可用膨胀率与光发射前板66相匹配的金属来制成。如果背板是绝缘体，则加上导电层61。在斑点中加上发射材料62。为了使系统朝向每个发射斑点有相等的场发射电流，因而产生均匀的光源，每个斑点经由电阻器与背板电气相连。如图8b所示，可容易地由电阻焊接区69来形成此电阻器。如图7c所示，电阻焊接区可具有比发射斑点大的面积，以防止其厚度两端的电压击穿。一个更节约成本的电阻斑点是使用上述的自缓冲材料。前板66具有透明导电层67并涂敷有适当的荧光物质68。由外框63和衬垫65来隔离这两块板。用诸如烧结玻璃等材料64来密封此结构。可通过抽气管或在真空炉中熔化烧结玻璃而使装置抽空。在背板60或导电层61以及透明导电涂层67之间加上几千伏的直流电压。场发射电子撞击荧光物质68并发光。可通过改变所加的电压来调节灯的强度。
对于一些应用，可以以可寻址的荧光物质条和相关的电于装置来构成这种灯，用于提供类似于点扫描器方式的扫描线。此装置可被加入混合的显示器系统。
虽然如上所述的场发射阴极发光灯提供了赶超使用汞蒸气的那些装置的许多优点(诸如冷操作和瞬时启动)，但它们本质上不太有效。一个原因是与来自汞放电灯的紫外光相比，入射到荧光物质颗粒的电子的穿透力有限。结果，由于后方电子激发的荧光物质，使得所产生的许多光发生散射并在其通过粒子的通道处衰减。如果从电子束入射的同一侧上的荧光物质中得到光输出，则可近似地把发光效率加倍，图18示出实现这一点的配置。
在图18中，玻璃板170具有透光的导电涂层171(例如，氧化锡)，其上形成这里所述的一层MIMIV发射体172。形成的发射体基本上半透光的，并包括随机隔开的粒子，从而不会遭受Moire构图(即，在规则尖顶阵列和LCD的像素阵列之间产生干涉)的影响。虽然不限于此，但该层可由作为绝缘成分的基于聚硅氧烷的回流玻璃来形成。由衬垫179把上述经涂敷的阴极板支撑在阳极板上方，以与图8a所示灯的相同方式来密封和抽空该结构。在玻璃、陶瓷、金属或其它适当材料所构成的阳极板177上放置一层电致发光的荧光物质175，在荧光物质和阳极板之间有诸如铝等任选的反射层176。在导电层171和阳极板177(或在绝缘材料上有一导电涂层的情况下)之间加上千伏范围内的电压180。由所加的电压所产生的场发射电子173被加速到荧光物质175处。获得的光输出通过半透明的发射体172和透明的导电层171。可在光路中设置任选的Lambertian或非Lambertian漫射器178。
本发明的实施例可利用具有石墨杂质的薄膜状金刚石，这些石墨杂质经过优化，以满足本发明的需要-例如，通过使这些杂质对准，使它们具有足够的大小和密度等。在制造薄膜状金刚石中，本领域中的趋势倾向于把石墨杂质减到最少，然而，在本发明的实施例中，可故意包含这些杂质并对其作仔细设计。
本发明较佳实施例的一个重要特点是印刷发射图案从而以适度的成本产生复杂的多发射体图案(诸如显示器所需的那些)的能力。此外，此印刷能力使得可使用诸如玻璃等成本低的衬底；然而，一般在成本高的单晶衬底上建立此微观工程结构。在本说明书的上下文中，印刷意味着以限定的图案放置或形成发射材料的工艺，适当工艺的例子是：丝网印刷、静电印刷术、照相平板印刷术、静电淀积、溅射或偏移印刷术。
可以所有的尺寸和大小来制成实施本发明的装置。尤其是，这适用于从单像素装置到多像素装置范围内的显示器，即从小规模到大规模的显示器。

Claims (62)

1.一种场电子发射材料，其特征在于包括导电衬底；设置在所述导电衬底上掩埋入、形成在一层无机绝缘材料中或涂敷有一层无机绝缘材料的至少一个导电粒子，以限定位于粒子和衬底之间的绝缘材料的第一厚度以及位于粒子和其中有这种材料的环境之间的绝缘材料的第二厚度，沿垂直于衬底的方向，位于所述厚度之间的所述粒子的尺寸至少是每个所述厚度的两倍。
2.如权利要求1所述的场电子发射材料，其特征在于所述粒子的所述尺寸至少是每个所述厚度的10倍。
3.如权利要求2所述的场电子发射材料，其特征在于所述粒子的所述尺寸至少是每个所述厚度的100倍。
4.如权利要求1、2或3所述的场电子发射材料，其特征在于提供基本上为单层的所述导电粒子层，每个粒子的最长尺寸在0.1微米到400微米的范围内。
5.如权利要求1、2或3所述的场电子发射材料，其特征在于所述无机绝缘材料包括除金刚石以外的材料。
6.如权利要求5所述的场电子发射材料，其特征在于所述无机绝缘材料包括玻璃、铅基玻璃、玻璃陶瓷、熔融玻璃或其它玻璃质材料、陶瓷、氧化陶瓷、带氧化表面的材料、氮化物、带氮化表面的材料或硼化物陶瓷。
7.如权利要求1、2或3所述的场电子发射材料，其特征在于所述无机绝缘材料包括未掺杂的金刚石。
8.如权利要求1、2或3所述的场电子发射材料，其特征在于每个所述导电粒子包括石墨杂质，所述杂质已被有意地加工成作为所述无机绝缘材料的薄膜金刚石。
9.如权利要求1、2或3所述的场电子发射材料，其特征在于每个所述导电粒子包括切割成长度比其直径长的纤维。
10.如权利要求1、2或3所述的场电子发射材料，其特征在于每个所述导电粒子基本上是对称的。
11.如权利要求10所述的场电子发射材料，其特征在于每个所述导电粒子基本上是粗削的长方体形状。
12.如权利要求1、2或3所述的场电子发射材料，其特征在于包括多个所述导电粒子，所述导电粒子是细长的，这些粒子排列成其最长尺寸与衬底垂直。
13.如权利要求1、2或3所述的场电子发射材料，其特征在于包括多个导电粒子，所述粒子的相互间隔在其最长尺寸的5到15倍范围内。
14.如权利要求1所述的场电子发射材料，其特征在于包括这样的结构，其中所述无机绝缘材料层包括绝缘型片，还提供了多个所述导电粒子作为基本上支撑在所述绝缘型片中的导电纤维阵列，暴露的纤维末端基本上与绝缘型片共面，暴露的纤维末端和共面的型片基本上覆盖有绝缘次层。
15.如权利要求14所述的场电子发射材料，其特征在于利用导电介质把所述结构粘到所述导电衬底上。
16.如权利要求14或15所述的场电子发射材料，其特征在于纤维的长度在1微米到2毫米范围内，其直径在0.5微米到100微米范围内。
17.如权利要求14或15所述的场电子发射材料，其特征在于纤维间的间隔在纤维长度的5到15倍范围内。
18.如权利要求14或15所述的场电子发射材料，其特征在于由一片定向固化的共熔材料来形成纤维阵列。
19.如权利要求14或15所述的场电子发射材料，其特征在于在所述结构两个相对表面中的每个表面上都提供各个所述绝缘次层。
20.如权利要求14或15所述的场电子发射材料，其特征在于所述绝缘次层或每个绝缘次层的厚度在5纳米即50到2微米的范围内。
21.如权利要求14或15所述的场电子发射材料，其特征在于所述绝缘次层或每个绝缘次层包括玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、氧化陶瓷、氮化物、硼化物陶瓷或金刚石。
22.如权利要求1、2或3所述的场电子发射材料，其特征在于导电粒子的导电率使通过粒子的发射电流的电势降落足以减小粒子发射点处的电场，从而控制发射电流。
23.如权利要求1、2或3所述的场电子发射材料，其特征在于所述粒子包括或至少一些所述粒子包括碳化硅、碳化钽、碳化铪、碳化锆、钛的马格内里低价氧化物、半导体硅、III-V族化合物和II-VI族化合物。
24.如权利要求1、2或3所述的场电子发射材料，其特征在于所述粒子包括吸气材料且有至少一部分未被所述绝缘材料层覆盖，以把所述部分暴露于所述环境。
25.一种形成场电子发射材料的方法，其特征在于包括把至少一个导电粒子置于导电衬底上的步骤，所述导电粒子或每个所述导电粒子掩埋入、形成在一层无机绝缘材料中或涂敷有一层无机绝缘材料，以限定位于粒子和衬底之间的绝缘材料的第一厚度以及位于粒子和其中有这种材料的环境之间的绝缘材料的第二厚度，沿垂直于衬底的方向，位于所述厚度之间的所述粒子的尺寸至少是每个所述厚度的两倍。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于通过印刷工艺把一个或多个所述导电粒子和/或无机绝缘材料加到所述导电衬底上。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于以感光粘合剂把一个或多个所述导电粒子和/或无机绝缘材料加到所述导电衬底上。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于包括把较大和较小粒子的混合物烧结或结合在一起的步骤，较大的粒子包括多个所述导电粒子，较小的粒子形成所述无机绝缘材料层。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于绝缘材料包括玻璃陶瓷、陶瓷、氧化陶瓷、氮化物、硼化物或金刚石。
30.如权利要求25所述的方法，其特征在于包括依次把绝缘薄膜、导电粒子层还有绝缘薄膜加到衬底上的步骤。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于绝缘材料包括陶瓷、氧化陶瓷、氧化物、氮化物、硼化物或金刚石。
32.如权利要求25所述的方法，其特征在于包括把绝缘涂层直接加到多个所述导电粒子中的每个粒子上，然后用玻璃质材料或钎接把经涂敷的粒子固定到衬底上的步骤。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于绝缘材料包括玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、氧化陶瓷、氧化物、氮化物、硼化物或金刚石。
34.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述无机绝缘材料层包括多孔的绝缘体，所述方法包括以导电材料填充多孔绝缘体的孔以提供多个所述导电粒子的步骤。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于包括在所述多孔绝缘体的相对表面上形成无机绝缘材料的两个外次层的步骤，从而所述多孔绝缘体包括所述无机绝缘材料的两个外次层之间的中间次层。
36.如权利要求25所述的方法，其特征在于包括把多个所述粒子粘到所述衬底，以及利用滚筒，使所述绝缘材料仅局部涂敷所述粒子的步骤，其中每个所述粒子包括吸气材料且有至少一部分未被所述绝缘材料层覆盖，以把所述部分暴露于所述环境。
37.如权利要求25所述的方法，其特征在于包括把多个所述粒子粘到所述衬底，以及使来自一源的所述绝缘材料蒸发，从而蒸发的材料以某个角度射到粒子表面，于是所述绝缘材料只局部涂敷所述粒子的步骤，其中每个所述粒子包括吸气材料且有至少一部分未被所述绝缘材料层覆盖，以把所述部分暴露于所述环境。
38.由如权利要求25到37中任一项的方法来制造的场电子发射材料。
39.一种场电子发射装置，其特征在于包括如权利要求38或权利要求1到24中任一项所述的场电子发射材料。
40.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于包括具有所述场电子发射材料的发射体斑点阵列的衬底。
41.如权利要求40所述的场电子发射装置，其特征在于还包括具有对准的小孔阵列的控制电极，所述电极通过绝缘层支撑在发射体斑点上。
42.如权利要求41所述的场电子发射装置，其特征在于所述小孔为狭槽的形式。
43.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于包括等离子体反应堆、电晕放电装置、场致发光装置或显示器、静音放电装置或臭氧发生器、电子源、电子枪、电子装置、x射线管、真空计、充气装置或离子推进器。
44.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于场电子发射材料提供装置操作用的总电流。
45.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于场电子发射材料对装置提供启动、触发或点火电流。
46.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于包括显示装置。
47.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于包括灯。
48.如权利要求47所述的场电子发射装置，其特征在于所述灯基本上是平面的。
49.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于包括支撑在具有交叉形结构形式的绝缘衬垫上的电极板。
50.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于把场电子发射材料加到斑点，这些斑点在使用中经由电阻器连到所加的阴极电压。
51.如权利要求50所述的场电子发射装置，其特征在于所述电阻器用作位于每个发射斑点下的电阻性焊接区。
52.如权利要求51所述的场电子发射装置，其特征在于在每个发射斑点下提供各个所述电阻性焊接区，从而每个这种电阻性焊接区的面积大于各个发射斑点的面积。
53.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于把所述发射体材料和/或荧光物质涂敷到导电迹线的一个或多个一维阵列上，所述迹线排列成被电子驱动装置来寻址，从而产生一扫描发光线。
54.如权利要求53所述的场电子发射装置，其特征在于包括所述电子驱动装置。
55.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于所述材料的所述环境是真空。
56.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于包括装置内的吸气材料。
57.如权利要求56所述的场电子发射装置，其特征在于所述吸气材料附加到阳极。
58.如权利要求56所述的场电子发射装置，其特征在于所述吸气材料附加到阴极。
59.如权利要求58所述的场电子发射装置，其特征在于场电子发射材料配置成斑点，所述吸气材料置于所述斑点内。
60.如权利要求56所述的场电子发射装置，它包括阳极、阴极、所述阳极和阴极上的衬垫位置，所述衬垫位于所述衬垫位置中的一些位置处以把所述阳极与所述阴极隔开，所述吸气材料位于所述阳极上不存在衬垫的所述衬垫位置中的其它位置处。
61.如权利要求60所述的场电子发射装置，其特征在于所述衬垫位置处于规则或周期性的相互间隔。
62.如权利要求39所述的场电子发射装置，其特征在于所述阴极是半透光的并相对于阳极如此配置，从而从阴极发射的电子射到阳极上，以在阳极处引起场致发光，通过半透光的阴极可看到此场致发光。
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