DE69816479T2 - Feldemissionselektronenmaterialen und herstellungsverfahren - Google Patents

Feldemissionselektronenmaterialen und herstellungsverfahren Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft Feldelektronenemissionsmaterialien und Vorrichtungen, die diese Materialien verwenden.
  • Bei der klassischen Feldelektronenemission verringert ein starkes elektrisches Feld von beispielsweise ≈ 3 × 109 V m–1 an der Oberfläche eines Materials die Dicke der Oberflächenpotentialbarriere auf einen Punkt, an dem Elektronen das Material durch quantenmechanische Tunnelung verlassen können. Die notwendigen Bedingungen können durch Verwenden von atomar scharfen Punkten zum Konzentrieren des makroskopischen elektrischen Felds geschaffen werden. Der Feldelektronenemissionsstrom kann durch Verwenden einer Oberfläche mit einer geringen Austrittsarbeit weiter erhöht werden. Die Metriken der Feldelektronenemission sind durch die wohlbekannte Fowler-Nordheim-Gleichung beschrieben.
  • Es gibt einen erheblichen Stand der Technik, der sich auf Emitter bezieht, die auf Spitzen basieren, wobei diese Bezeichnung Elektronenemitter und emittierende Anordnungen beschreibt, die eine Feldelektronenemission von scharfen Punkten (Spitzen) benutzen. Das Hauptziel der Fachleute war es, eine Elektrode mit einer Öffnung (dem Gatter) weniger als 1 μm von jeder einzelnen emittierenden Spitze entfernt anzuordnen, damit die benötigten starken Felder unter Verwendung von angelegten Potentialen von 100 V oder weniger erzielt werden können; diese Emitter werden als gattergesteuerte Anordnungen bezeichnet. Die erste praktische Ausführung davon wurde durch C. A. Spindt beschrieben, der am Stanford Research Institute in Kalifornien tätig war (J. Appl. Phys. 39, 7, Seiten 3504–3505, (1968)). Die Anordnungen von Spindt verwendeten emittierende Spitzen aus Molybdän, die unter Verwendung einer selbstmaskierenden Technik durch Vakuumverdampfung von Metall in zylinderförmige Vertiefungen in einer SiO2-Schicht auf einem Si-Substrat hergestellt wurden.
  • In den Siebziger Jahren des Zwanzigsten Jahrhunderts war die Verwendung gerichtet verfestigter eutektischer Legierungen (DSE) ein alternativer Ansatz zum Herstellen ähnlicher Strukturen. DSE-Legierungen weisen eine Phase in der Form ausgerichteter Fasern in der Matrix einer anderen Phase auf. Die Matrix kann hinterätzt werden, wodurch die Fasern hervortretend zurückbelassen werden. Nach dem Ätzen wird durch sequentielle Vakuumverdampfung von isolierenden und leitenden Schichten eine Gatterstruktur hergestellt. Der Aufbau des verdampften Materials an den Spitzen wirkt als eine Maske, die einen ringförmigen Spalt um eine hervortretende Faser herum zurückbeläßt.
  • Ein wichtiger Ansatz ist die Schaffung gattergesteuerter Anordnungen unter Verwendung der Siliziummikrotechnik. Gegenwärtig werden Feldelektronenemissionsanzeigen, die diese Technologie benutzen, hergestellt, wobei zahlreiche Organisationen weltweit daran interessiert sind.
  • Hauptprobleme bei voll auf Spitzen basierenden emittierenden Systemen sind ihre Anfälligkeit gegenüber Beschädigungen durch Ionenbeschuß, die ohmsche Erhitzung bei hohen Strömen und der verheerende Schaden, der durch einen elektrischen Durchschlag in der Vorrichtung erzeugt wird. Die Herstellung großflächiger Vorrichtungen ist sowohl schwierig als auch teuer.
  • Um etwa 1985 wurde entdeckt, daß dünne Filme aus Diamant aus einer Wasserstoff-Methan-Atmosphäre auf erhitzten Substraten gezüchtet werden können, um breitflächige Feldemitter, d. h., Feldemitter, die keine vorsätzlich gefertigten Spitzen benötigen, bereitzustellen.
  • 1991 wurde durch Wang et al (Electron. Lett., 27, Seiten 1459–1461 (1991)) berichtet, daß mit elektrischen Feldern, die so gering wie 3 MV m–1 waren, ein Feldelektronenemissionsstrom von breitflächigen Diamantfilmen erhalten werden konnte. Manche Fachleute glauben, daß diese Leistung auf eine Kombination der negativen Elektronenaffinität der (111)-Facetten des Diamanten und der hohen Dichte lokalisierter zufälliger Graphiteinschlüsse zurückzuführen ist (Xu, Latham und Tzeng: Electron. Lett., 29, Seiten 1596–159 (1993)), obwohl andere Erklärungen vorgeschlagen werden.
  • Überzüge mit einem hohen Diamantgehalt können nun durch Laser-Ablations- und Ionenstrahltechniken auf Substraten mit Raumtemperatur gezüchtet werden. Alle derartigen Prozesse benutzten jedoch kostspielige Einrichtungen, und die Leistung der so hergestellten Materialien ist unvorhersehbar.
  • S I Diamond in den USA haben eine Feldelektronenemissionsanzeige (FED) beschrieben, die ein Material als Elektronenquelle verwendet, welches sie amorphen Diamant nennen. Die Diamantbeschichtungstechnologie ist von der University of Texas lizenziert. Das Material wird durch Laser-Ablation von Graphit auf ein Substrat hergestellt.
  • Ab den Sechziger Jahren des Zwanzigsten Jahrhunderts hat eine andere Gruppe von Fachleuten die Mechanismen untersucht, die mit dem elektrischen Durchschlag zwischen Elektroden im Vakuum verbunden sind. Es ist wohlbekannt (Latham und Xu, Vacuum, 42, 18, Seiten 1173 –1181 (1991)), daß mit dem Erhöhen der Spannung zwischen Elektroden kein Strom fließt, bis ein kritischer Wert erreicht wird, zu welchem Zeitpunkt ein geringer rauschender Strom zu fließen beginnt. Dieser Strom nimmt mit dem elektrischen Feld sowohl monoton als auch schrittweise zu, bis ein anderer kritischer Wert erreicht wird, an welchem Punkt er einen Bogen auslöst.
  • Es wird im allgemeinen verstanden, daß die Beseitigung der Quellen dieses Vor-Durchschlagsstroms der Schlüssel zur Verbesserung der Spannungsabwehr ist. Das gegenwärtige Verständnis zeigt, daß die aktiven Plätze entweder Metall-Isolator-Vakuum (MIV)-Strukturen, die durch eingebettete dielektrische Partikel gebildet werden, oder leitende Splitter sind, die auf isolierenden Stücken wie etwa dem Oberflächenoxid des Metalls sitzen. In beiden Fällen stammt der Strom von einem Heißelektronenprozeß, der die Elektronen beschleunigt, was zu einer quasithermionischen Emission über die Oberflächenpotentialbarriere führt. Dies ist in der wissenschaftlichen Literatur, z. B. in Latham, High Voltage Vacuum Insulation, Academic Press (1995), wohlbeschrieben.
  • 1a der beiliegenden diagrammatischen Zeichnungen zeigt eine dieser Situationen, in der ein leitender Splitter die Quelle der Emission ist. Der Splitter 203 sitzt auf einer isolierenden Schicht 202 über einem Metallsubstrat 201 und dringt in das Feld ein. Dies stellt ein hochelektrisches Feld über die isolierende Schicht, die beispielsweise aus dem Oberflächenoxid gebildet wird. Dieses Spannungseindringen wurde der "Antenneneffekt" genannt. Bei einem kriti- schen Feld verändert die isolierende Schicht 202 ihre Natur und erzeugt einen galvanoplastisch geformten leitenden Kanal 204. Ein vorgeschlagenes Energieniveaudiagramm für einen derartigen Kanal ist in 1b der beiliegenden diagrammatischen Zeichnungen gezeigt. In diesem Modell können Elektronen 212 nahe der Fermi-Kante 211 im Metall einen Tunnel aus dem Metall 210 in den Isolator 216 erzeugen und im eindringenden Feld treiben, bis sie sich nahe an der Oberfläche befinden. Das starke Feld 213 im Oberflächenbereich beschleunigt die Elektronen und erhöht ihre Temperatur auf ~1000°C. Es ist nicht genau bekannt, welche Veränderungen im Bereich des Kanals auftreten, doch muß die Neutralisierung der "Fallen" 217, die sich aus Fehlern im Material ergeben, ein Schlüsselmerkmal sein. Die Elektronen werden dann quasithermionisch über die Oberflächenpotentialbarriere 215 emittiert. Die physische Stelle der Quelle dieser Elektronen 205 ist in 1a gezeigt, und während ein Anteil davon anfänglich durch das Partikel abgefangen werden wird, wird sich dieses schließlich bis zu einem Punkt aufladen, an dem der Nettostromfluß in es "Null" ist.
  • Man muß verstehen, daß die emittierenden Plätze, auf die in dieser Arbeit Bezug genommen wird, unerwünschte Fehler sind, die sporadisch in geringer Anzahl auftreten, und daß das Hauptziel bei der Vakuumisolationsarbeit ihre Vermeidung ist. Beispielsweise können als quantitativer Anhaltspunkt nur wenige derartige emittierende Plätze pro Quadratzentimeter vorhanden sein und wird nur ein einziger von 103 oder 104 sichtbaren Oberflächenfehlern eine solche unerwünschte und unvorhersehbare Emission bereitstellen.
  • Entsprechend wurden die Lehren dieser Arbeit durch eine Anzahl von Technologien (z. B. Teilchenbeschleuniger) übernommen, um die Vakuumisolation zu verbessern.
  • Latham und Mousa (J. Phys. D: Appl. Phys. 19, Seiten 699–713 (1986)) beschreiben auf Spitzen basierende zusammengesetzte Metall-Isolator-Emitter, die den obigen Heißelektronenprozeß verwenden, und 1988 beschrieben S. Bajic und R. V. Latham (Journal of Physics D Applied Physics, vol. 21, 200–204 (1988)) eine Zusammensetzung, die eine hohe Dichte der Metall-Isolator-Metall-Isolator-Vakuum (MIMIV)-Emissionsplätze erzeugten. Die Zusammensetzung wies leitende Partikel auf, die in einem Epoxidharz zerstreut waren. Der Überzug wurde durch normale Schleuderbeschichtungstechniken auf die Oberfläche aufgebracht.
  • Viel später, 1995, verbesserten Tuck, Taylor und Latham (GB 2304989) den obigen MIMIV-Emitter mittels eines Ersetzens des Epoxidharzes durch einem anorganischen Isolator, der sowohl die Stabilität verbesserte als es auch dem Emitter ermöglichte, in abgedichteten Vakuumvorrichtungen betrieben zu werden.
  • Alle der oben beschriebenen Erfindungen stützen sich auf die Heißelektronenfeldemission von der Art, die für Vor-Durchschlagsströme verantwortlich ist, doch bisher wurde noch kein Verfahren vorgeschlagen, um Emitter mit einer Vielzahl von leitenden Partikel-MIV-Emittern in einer gesteuerten Weise herzustellen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zielen auf die Bereitstellung von kostenwirksamen breitflächigen Feldemittermaterialien und -vorrichtungen ab. Die Materialien können in Vorrichtungen verwendet werden, die Feldelektronenemissionsanzeigefelder; Hochleistungsimpulsvorrichtungen wie etwa Elektronen-MASER und Gyrotrone; Kreuzfeldmikrowellenröhren wie etwa Kreuzfeldverstärker; Röhren für lineare Strahlen wie etwa Klystrone; Blitzröntgenstrahlröhren; ausgelöste Funkenstrecken und verwandte Vorrichtungen; breitflächige Röntgenstrahlquellen zur Sterilisation; Vakuummeter; Ionenbeschleuniger für Raumfahrzeuge; Teilchenbeschleuniger; Ozonisatoren; und Plasmareaktoren beinhalten.
  • Nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung eines Feldelektronenemissionsmaterials bereitgestellt, das den Schritt des Anordnens einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Partikeln auf einem Substrat, das eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist, umfaßt, wobei jedes der Partikel eine Schicht von elektrisch isolierendem Material aufweist, das entweder an einer ersten Stelle zwischen der leitfähigen Oberfläche und dem Partikel oder an einer zweiten Stelle zwischen der Umgebung, in der das Feldelektronenemissionsmaterial an geordnet ist, und dem Partikel, jedoch nicht an beiden Stellen angeordnet ist, so daß mindestens einige der Partikel elektronenemittierende Plätze an der ersten oder zweiten Stelle bilden, wo das elektrisch isolierende Material angeordnet ist.
  • Somit kann in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ein Emitter so gebildet werden, daß sich ein MIV-Kanal entweder an der Basis oder an der Oberseite des Partikels befindet. wenn sich der MIV-Kanal wie in 1a an der Basis befindet, steigert der Antenneneffekt das elektrische Feld über den Kanal nach dem Verhältnis der Partikelhöhe senkrecht zur Oberfläche und der Isolatordicke. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, durch Überdecken eines in elektrischem Kontakt mit der Oberfläche stehenden Partikels mit einer isolierenden Schicht einen MIV-Kanal an der Oberseite des Partikels zu bilden. In diesem Fall beruht die Feldsteigerung auf der Partikelform. Bei allen vernünftigen Partikelformen wird man typischerweise auf einen Feldsteigerungsfaktor von etwa "Zehn" beschränkt sein. Die Anordnung mit dem unteren Kanal wird gewöhnlich das geringste Einschaltfeld ergeben. Die Anordnung mit dem Kanal an der Oberseite kann viel robuster sein und würde in Impulsleistungsvorrichtungen Anwendung finden, bei denen starke elektrische Felder und große elektrostatische Kräfte die Norm sind und sehr hohe Stromdichten benötigt werden.
  • Vorzugsweise ist die Ausdehnung der Partikel senkrecht zur Oberfläche des Leiters deutlich größer als die Dicke der Schicht aus isolierendem Material.
  • Vorzugsweise ist die zur Oberfläche im wesentlichen senkrechte Ausdehnung des Partikels mindestens zehnmal größer als die Dicke.
  • Vorzugsweise ist die zur Oberfläche im wesentlichen senkrechte Ausdehnung des Partikels mindestens hundertmal größer als jede Dicke.
  • In einem bevorzugten Beispiel kann die Dicke des isolierenden Materials zwischen 10 nm und 100 nm (100 Å und 1000 Å) und die Partikelausdehnung zwischen 1 μm und 10 μm liegen.
  • Es kann eine im wesentlichen einzelne Schicht aus den leitfähigen Partikeln bereitgestellt sein, wobei jedes Partikel eine zur Oberfläche im wesentlichen senkrechte Ausdehnung zwischen 0,1 μm und 400 μm aufweist.
  • Das isolierende Material kann ein anderes Material als Diamant umfassen.
  • Vorzugsweise ist das isolierende Material ein anorganisches Material.
  • Vorzugsweise umfaßt das anorganische isolierende Material Glas, bleihaltiges Glas, Glaskeramik, geschmolzenes Glas oder ein anderes glasartiges Material, Keramik, Oxidkeramik, eine oxidierte Oberfläche, Nitrid, eine nitridierte Oberfläche, Boridkeramik, Diamant, diamantähnlichen Kohlenstoff oder tetragonalen amorphen Kohlenstoff.
  • Glasartige Materialien können durch Verarbeiten eines organischen Vorläufermaterials (z. B. Erhitzen eines Polysiloxans) zum Erhalt eines anorganischen glasartigen Materials (z. B. Silika) gebildet werden. Andere Beispiele werden in der nachstehenden Beschreibung gegeben.
  • Jedes der elektrisch leitfähigen Partikel kann im wesentlichen symmetrisch sein.
  • Jedes der elektrisch leitfähigen Partikel kann im wesentlichen von grober würfelförmiger Form sein.
  • Jedes der elektrisch leitfähigen Partikel kann im wesentlichen von einer sphäroiden Form mit einer textuierten Oberfläche sein.
  • Ein Feldelektronenemissionsmaterial wie oben kann eine Vielzahl der leitfähigen Partikel umfassen, von denen jedes eine längste Ausdehnung aufweist, die vorzugsweise mit ihrer längsten Ausdehnung im wesentlichen senkrecht zum Substrat ausgerichtet ist.
  • Ein Feldelektronenemissionsmaterial wie oben kann eine Vielzahl von leitfähigen Partikeln aufweisen, die einen gegenseitigen Abstand von Zentrum zu Zentrum von mindestens dem 1,8-fachen ihrer kleinsten Ausdehnung aufweisen.
  • Vorzugsweise ist jedes der Partikel oder sind mindestens einige der Partikel aus der Gruppe ausgewählt, die Metalle, Halbleiter, elektrische Leiter, Graphit, Siliziumcarbid, Tantalcarbid, Hafniumcarbid, Zirkoniumcarbid, Borcarbid, Titandiborid, Titancarbid, Titancarbonitrid, die Magneli-Sub-Oxide von Titan, halbleitendes Silizium, III-V-Verbindungen und II-VI-Verbindungen umfaßt.
  • Die meisten Metalle, die meisten Halbleiter und die meisten elektrischen Leiter sind geeignete Materialien.
  • Im Fall von Emittern mit einem unteren Kanal oder Emittern mit einem Kanal an der Oberseite, wo das Partikel teilweise im isolierenden Material verhüllt ist, kann jedes Partikel ein Getterungsmaterial aufweisen.
  • Vorzugsweise wird die Oberfläche mit den Partikeln mittels eines die Partikel und das isolierende Material enthaltenden Druckfarbstoffs bedeckt, um die isolierende Schicht zu bilden, wobei die Eigenschaften des Druckfarbstoffs derart sind, daß die Partikel Abschnitte aufweisen, die als Ergebnis des Bedeckungsprozesses veranlaßt werden, unbedeckt vom isolierenden Material aus dem isolierenden Material herauszuragen.
  • Vorzugsweise wird der Druckfarbstoff mittels eines Druckprozesses auf die elektrisch leitfähige Oberfläche aufgetragen.
  • Das/die elektrisch leitfähige(n) Partikel und/oder das anorganische elektrisch isolierende Material können in einem photosensiblen Binder auf das elektrisch leitfähige Substrat aufgetragen werden, um ein späteres Mustern zu gestatten.
  • Die Isolatorkomponente des Druckfarbstoffs kann durch den Schritt des Schmelzens, Sinterns oder sonstigen Verbindens einer Mischung von Partikeln oder mittels einer chemischen Reaktion in situ gebildet werden, wobei jedoch keine Beschränkung auf diesen Schritt besteht.
  • Das isolierende Material kann dann Glas, Glaskeramik, Keramik, Oxidkeramik, Oxid, Nitrid, Borid, Diamant, Polymer oder Harz umfassen.
  • Jedes elektrisch leitfähige Partikel kann eine Faser umfassen; die in eine Länge eingeschnitten ist, die länger als deren Durchmesser ist.
  • Die Partikel können durch Ablagerung einer leitfähigen Schicht auf der isolierenden Schicht und ihr nachfolgendes Mustern, entweder durch selektives Ätzen oder Maskieren, gebildet werden, um isolierte Inseln zu bilden, die wie die Partikel wirken.
  • Die Partikel können mittels eines Sprayprozesses auf die leitfähige Oberfläche aufgebracht werden.
  • Die leitfähigen Partikel können durch Ablagerung einer Schicht gebildet werden, die nachfolgend in im wesentlichen elektrisch isolierte Splitter reißt oder zum Reißen veranlaßt wird.
  • Die leitfähige Schicht kann ein Metall, ein leitfähiges Element oder eine Verbindung, oder ein Schichtkörper sein.
  • Ein Verfahren wie oben kann den Schritt des selektiven Beseitigens von Feldelektronenemissionsmaterial von spezifischen Flächen durch Entfernen der Partikel mittels Ätztechniken beinhalten.
  • Vorzugsweise ist die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial zufällig.
  • Die Plätze können über dem Feldelektronenemissionsmaterial mit einer durchschnittlichen Dichte von mindestens 102 cm–2 verteilt sein.
  • Die Plätze können über dem Feldelektronenemissionsmaterial mit einer durchschnittlichen Dichte von mindestens 103 cm–2, 104 cm–2 oder 105 cm–2 verteilt sein.
  • Vorzugsweise ist die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial im wesentlichen gleichmäßig.
  • Die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial kann eine derartige Gleichmäßigkeit aufweisen, daß die Dichte der Plätze in irgendeiner kreisförmigen Fläche vom 1 mm Durchmesser nicht mehr als 20% von der durchschnittlichen Dichte der Verteilung der Plätze für das gesamte Feldelektronenemissionsmaterial abweicht.
  • Vorzugsweise ist die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial bei Verwendung einer kreisförmigen Meßfläche von 1 mm Durchmesser im wesentlichen eine Binominal- oder eine Poissonverteilung.
  • Die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial kann eine derartige Gleichmäßigkeit aufweisen, daß mindestens eine Wahrscheinlichkeit von 50% dafür besteht, daß mindestens ein emittierender Platz auf irgendeiner kreisförmigen Fläche von 4 μm Durchmesser gelegen ist.
  • Die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial kann eine derartige Gleichmäßigkeit aufweisen, daß mindestens eine Wahrscheinlichkeit von 50 dafür besteht, daß mindestens ein emittierender Platz auf irgendeiner kreisförmigen Fläche von 10 μ m Durchmesser gelegen ist.
  • Ein Verfahren wie oben kann den einleitenden Schritt des Klassifizierens der Partikel durch Durchlaufen einer partikelenthaltenden Flüssigkeit durch einen Setztank beinhalten, in dem sich Partikel über einer vorbestimmten Größe derart setzen, daß der Flüssigkeitsausfluß aus dem Tank Partikel enthält, die kleiner als die vorbestimmte Größe sind und die dann auf das Substrat aufgebracht werden.
  • Die Erfindung erstreckt sich auf ein Feldelektronenemissionsmaterial, das durch eines der obigen Verfahren hergestellt ist.
  • Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Feldelektronenemissionsvorrichtung bereitgestellt, die ein wie obiges Feldelektronenemissionsmaterial und Mittel umfaßt, um das Material einem elektrischen Feld auszusetzen, um das Material zu veranlassen, Elektronen zu emittieren.
  • Eine Feldelektronenemissionsvorrichtung wie oben kann ein Substrat mit einer Anordnung von emittierenden Stücken aus dem Feldelektronenemissionsmaterial und Steuer/Regel-Elektroden mit ausgerichteten Anordnungen von Öffnungen umfassen, wobei die Elektroden durch isolierende Schichten über den emittierenden Stücken gehalten werden.
  • Die Öffnungen können in der Form von Schlitzen sein.
  • Eine Feldelektronenemissionsvorrichtung wie oben kann einen Plasmareaktor, eine Glimmentladungsvorrichtung, eine stille Entladungsvorrichtung, einen Ozonisator, eine Elektronenquelle, eine Elektronenkanone, eine Elektronenvorrichtung, eine Röntgenröhre, ein Vakuummeter, eine gasgefüllte Vorrichtung oder einen Ionenbeschleuniger umfassen.
  • Das Feldelektronenemissionsmaterial kann den gesamten Strom für den Betrieb der Vorrichtung liefern.
  • Das Feldelektronenemissionsmaterial kann einen Startstrom, einen Auslösestrom oder einen Anlaßstrom für die Vorrichtung liefern.
  • Eine Feldelektronenemissionsvorrichtung wie oben kann eine Anzeigevorrichtung umfassen.
  • Eine Feldelektronenemissionsvorrichtung wie oben kann eine Lampe umfassen.
  • Die Lampe ist vorzugsweise im wesentlichen flach.
  • Eine Feldelektronenemissionsvorrichtung wie oben kann eine Elektrodenplatte umfassen, die auf isolierenden Abstandshaltern in der Form. einer kreuzförmigen Struktur gestützt ist.
  • Das Feldelektronenemissionsmaterial kann in Stücken aufgebracht sein, die bei Verwendung über einen Widerstand mit einer angelegten Kathodenspannung verbunden werden.
  • Vorzugsweise ist der Widerstand als eine Widerstandsunterlage unter jedem emittierenden Stück angebracht.
  • Eine jeweilige Widerstandsunterlage kann derart unter jedem emittierenden Stück bereitgestellt sein, daß die Fläche einer jeden derartigen Widerstandsunterlage größer als die des jeweiligen emittierenden Stücks ist.
  • Vorzugsweise ist/sind das Emittermaterial und/oder Phosphor auf einem oder mehreren eindimensionalen Anordnungen von leitfähigen Bahnen angeordnet, die zur Adressierung durch elektronische Antriebsmittel angeordnet sind, damit sie eine Abtastleuchtlinie erzeugen.
  • Eine derartige Feldelektronenemissionsvorrichtung kann die elektronischen Antriebsmittel umfassen.
  • Die Umgebung kann gasförmig, flüssig, fest oder ein Vakuum sein.
  • Eine Feldelektronenemissionsvorrichtung wie oben kann innerhalb der Vorrichtung ein Getterungsmaterial umfassen.
  • Vorzugsweise ist das Getterungsmaterial an der Anode befestigt.
  • Das Getterungsmaterial kann an der Kathode befestigt sein. Wenn das Feldelektronenemissionsmaterial in Stücken angeordnet ist, kann das Getterungmaterial innerhalb dieser Stücke angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung kann eine Feldelektronenemissionsvorrichtung wie oben eine Anode, eine Kathode, Abstandshalterplätze auf der Anode und der Kathode, an mindestens einigen der Abstandshalterplätze gelegene Abstandshalter, um die Anode von der Kathode zu beabstanden, und das auf der Anode gelegene Getterungsmaterial an anderen der Abstandshalterplätze, wo Abstandshalter nicht gelegen sind, umfassen.
  • Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff "Abstandshalterplatz" einen Platz, der für die Stelle eines Abstandshalters geeignet ist, um eine Anode von einer Kathode zu beabstanden, ohne Rücksicht darauf, ob an diesem Abstandshalterplatz ein Abstandshalter gelegen ist.
  • Vorzugsweise befinden sich die Abstandshalterplätze in einem regelmäßigen oder periodischen gegenseitigen Abstand.
  • Bei einer Feldelektronenemissionsvorrichtung wie oben kann die Kathode optisch transluzent und so in Bezug zur Anode angeordnet sein, daß von der Kathode emittierte Elektroden auf die Anode aufprallen, um an der Anode Elektrolumineszenz hervorzurufen, wobei die Elektrolumineszenz durch die optisch transluzente Kathode sichtbar ist.
  • Man wird verstehen, daß die elektrischen Begriffe "leitend" und "isolierend" je nach der Grundlage ihrer Messung relativ sein können. Halbleiter weisen nützliche leitende Eigenschaften auf und können tatsächlich bei der vorliegenden- Erfindung als leitende Partikel verwendet werden. Im Kontext dieser Beschreibung weist jedes der leitfähigen Partikel eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens dem 102-fachen (und vorzugsweise mindestens dem 103- oder 104-fachen) derjenigen des isolierenden Materials auf.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung, und um zu zeigen, wie Ausführungsformen der Erfindung ausgeführt werden können, wird nun beispielhaft auf 2 bis 19 der beiliegenden Figuren Bezug genommen werden, in denen
  • 2a und 2b jeweilige Beispiele von verbesserten Feldelektronenemissionsmaterialien zeigen;
  • 3 einen Bedeckungsprozeß wie etwa Schleuderbeschichtung oder Rakelstreichbeschichtung aus einem Druckfarbstoff, in dem die Partikel an der Oberfläche freiliegen, veranschaulicht;
  • 4 einen Prozeß des Bildens von Partikeln aus einem vorher fortlaufenden Film veranschaulicht;
  • 5 das Bilden einer Partikelschicht durch einen Sprayprozeß veranschaulicht;
  • 6 das Bilden von leitfähigen Splittern durch das Reißen eines vorher fortlaufenden Films veranschaulicht;
  • 7 einen Prozeß veranschaulicht, in dem ausgewählte Flächen eines Emitters durch Maskieren und Ätzen deaktiviert werden können;
  • 8 eine gattergesteuerte Feldemissionsvorrichtung veranschaulicht, die verbessertes Material verwendet;
  • 9a eine Feldelektronenemissionsanzeige zeigt, die verbessertes Feldelektronenemissionsmaterial verwendet;
  • 9b und 9c Detailansichten sind, die Abwandlungen von Teilen der Anzeige von 9a zeigen;
  • 10a eine flache Lampe zeigt, die ein verbessertes Feldelektronenemissionsmaterial verwendet, und 10b ein Detail davon zeigt;
  • 11 zwei Pixel in einer Farbanzeige zeigt, die ein Triodensystem mit einer Steuerelektrode benutzt;
  • 12 ein Emittermaterial zeigt, in dem Partikel aus einem aktiven Getterungsmaterial bestehen;
  • 13 eine Hochumwandlungsleistungs-Feldemissionslampe mit einem Lichtausgang durch eine Emitterschicht veranschaulicht;
  • 14 ein Sub-Pixel eines Elektrodensystems zeigt, wo der Abstand vom Gatter zum Emitter verringert wurde;
  • 15 eine Vorrichtung zum Entfernen großer Partikel aus Feldemitterdruckfarbstoffdispersionen zeigt.
  • Die veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung stellen Materialien auf Basis eines MIV-Emissionsprozesses mit verbesserter Leistung und Verwendbarkeit zusammen mit Vorrichtungen, die derartige Materialien verwenden, bereit.
  • 2a zeigt eine Ausführungsform eines verbesserten Materials, wobei Partikel 223 auf einer isolierenden Schicht 222 auf einem Substrat 221 angeordnet sind. Im Anschluß an die Bildung von galvanoplastisch geformten Kanälen wie oben unter Bezugnahme auf 1a und 1b beschrieben werden Elektronen 224 von den Basen der Partikel 223 in ein Medium 228 (häufig ein Vakuum) emittiert. Diese Anordnung erzeugt ein Material, das einen deutlich höheren Strom, bevor die Kanalerhitzung eine Instabilität oder ein Versagen verursacht, als früher bekannte Materialien liefern kann. Vorzugsweise ist der Isolator anorganisch, was Materialien mit hohem Dampfdruck ausschließt, und das Material befähigt, in abgeschlossenen Vakuumvorrichtungen verwendet zu werden. Zum Isolieren von Substraten wird vor dem Beschichten eine leitende Schicht aufgebracht. Die leitende Schicht kann durch eine Vielzahl von Mitteln einschließlich Vakuum- und Plasmabeschichtung, elektrophoretische Beschichtung, stromlose Beschichtung und auf Druckfarbstoffen beruhende Verfahren wie etwa die Resinatgold- und -platinsysteme, die routinemäßig zum Dekorieren von Porzellan und Glasgeschirr verwendet werden, aufgebracht werden, wobei jedoch keine Beschränkung auf diese Mittel besteht.
  • Das stehende elektrische Feld, das benötigt wird, um die galvanoplastisch geformten Kanäle einzuschalten, wird durch das Verhältnis der Partikelhöhe 225 (wie im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der isolierenden Schicht 222 gemessen) und der Dicke 226 des Isolators im Bereich der leitenden Kanäle 227 bestimmt. Für ein Mindesteinschaltfeld sollte die Dicke des Isolators an den leitenden Kanälen deutlich geringer als die Partikelhöhe sein. Die leitenden Partikel würden, vorzugsweise mit einer engen Größenverteilung, typischerweise zwischen 0,1 μm und 400 μm liegen, wobei dies jedoch keine Beschränkung darstellt.
  • 2b zeigt eine andere Ausführungsform eines verbesserten Materials, wobei Partikel 231 in einem elektrischen Kontakt mit einem leitenden Substrat 230 stehen und mit einer Schicht eines Isolators 232 bedeckt sind. Die Dicke 235 der Isolatorschicht am obersten Ende jedes Partikels 231 ist in Bezug auf die Partikelhöhe 234 senkrecht zur Oberfläche dünn. Beim Anlegen eines geeigneten elektrischen Felds bilden sich leitende Kanäle 233 an den Positionen der maximalen Feldverstärkung. Elektronen 236 werden dann in das Medium 237 emittiert.
  • Bezugnehmend auf 3 können Strukturen der in 2a veranschaulichten Art durch einen Flutbeschichtungsprozeß (z. B. Schleuderbeschichtung) herge stellt werden, wobei ein fluides Medium 302 ein isolierendes Material und leitende oder halbleitende Partikel 303 enthält, die aufgrund ihrer natürlichen Eigenschaften oder Oberflächenüberzüge (manchmal zeitweilig) die Lösung oder Dispersion, die den Isolator enthält, nicht benetzen und als Teil des Beschichtungsprozesses freigelegt werden 304, um die gewünschten Strukturen 305 zu bilden. Es kann eine Tischbeschichtung eingesetzt werden, wobei beispielsweise Ausrüstungen wie die durch Chungai Ro Co., Ltd., Japan, hergestellte verwendet werden können.
  • Beispiele für geeignete isolierende Materialien sind Gläser, Glaskeramiken, Polysiloxan und ähnliche Spinnungen auf Glasmaterialien, die erhitzt sind, um den organischen Gehalt zu verringern oder anorganische Endprodukte wie etwa Silika, Keramiken, Oxidkeramiken, Oxide, Nitride, Boride, Diamant, Polymere oder Harze zu erzeugen.
  • Beispiele für geeignete Partikel sind Metalle und andere Leiter, Halbleiter, Graphit, Siliziumcarbid, Tantalcarbid, Hafniumcarbid, Zirkoniumcarbid, Borcarbid, Titandiborid, Titancarbid, Titancarbonitrid, die Magneli-Sub-Oxide von Titan, halbleitendes Silizium, III-V-Verbindungen und II-VI-Verbindungen.
  • Eine geeignete Dispersion kann aus einer Mischung eines Auf spinn-Glasmaterials und Partikeln formuliert werden. Die Partikel können vorbehandelt sein, um die Benetzung zu steuern, und würden optional eine enge Größenverteilung aufweisen. Derartige Aufspinn-Glasmaterialien beruhen typischerweise auf Polysiloxanen und werden in der Halbleiterindustrie ausgedehnt verwendet. Es können jedoch Aufspinn-Gläser verwendet werden, die auf anderen chemischen Verbindungen beruhen. Im Anschluß an das Überziehen werden die Schichten erhitzt, um den organischen Gehalt zu verringern oder anorganische Endprodukte wie etwa Silika zu bilden.
  • Es wurde bemerkt, daß vorzuziehen ist, daß die Partikel in der Dispersion einen engen Größenbereich aufweisen. Der kritische Punkt ist in der Tat, die größeren Partikel aus der Mischung zu beseitigen, da sie eine geringe Anzahl von Feldemissionsplätzen bilden, die sich bei niedrigen Feldern einschalten. Aufgrund der Natur der Feldemission emittieren diese weni- gen Plätze dann den Großteil des Stroms bis zu jenem Punkt, an dem sie thermisch versagen. Für Vorrichtungsanwendungen ist eine große Anzahl von weniger emittierenden Plätzen vorzuziehen. Das Klassifizieren von Pulvern zum vollständigen Entfernen der großen Fraktion ist schwierig, insbesondere im Größenbereich von Interesse. Ein Siebvorgang ist langsam und eine Luftklassifizierung verfügt über keine scharfe Abtrennung.
  • Eine Sedimentation in einem flüssigen Medium ist eine nützliche Technik, doch das Gewinnen der Partikel durch Trocknen kann zu Agglomeraten führen, die sich wie große Partikel verhalten. 15 zeigt einen Sedimentation verwendenden Prozeß, der diese Probleme vermeidet. Das Zufuhrmaterial 2000 ist entweder
    der flüssige Isolatorschichtvorläufer wie etwa eine Polysiloxanspinnung auf Glas;
    oder der Träger, der verwendet werden wird, um eine anschließende Dispersion beispielsweise einer Glasfritte zu bilden, zusammen mit den unklassifizierten Partikeln.
  • Die Mischung wird in einen Tank 2001 gegeben, wo sie durch ein Rührwerk 2002 in Bewegung gehalten wird. Die Mischung wird über ein Meßventil oder eine Pumpe 2003, die Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit hinzufügt, welche einen langsamen waagerechten Durchlauf der Suspension über den Setzbereich 2112 aufrechterhält, zu einem Tank 2004 weitergeleitet. Ein Ventil 2010 wird reguliert, um den Pegel im Tank 2004 aufrechtzuerhalten. Die größeren Partikel 2005 setzen sich zum Boden eines Tanks 2008 hin ab, wo sie über ein Ventil 2011 periodisch entfernt werden können. Die klassifizierte Suspension 2006 läuft aus dem Ventil 2010 aus und enthält nun Partikel mit einer großen Durchmesserabtrennung 2007. Zusätzlich zu seiner Anwendung in dieser Ausführungsform der Erfindung kann dieser Prozeß für jedwede beliebigen auf Partikeln beruhenden Feldemittersysteme wie z. B. MIMIV-Materialien wie jene, die durch Tuc20007, Taylor und Latham (GB 2304989) beschrieben wurden, verwendet werden. Zweifellos können durch Fachleute andere Anordnungen entweder für eine fortlaufende oder für eine schubweise Verarbeitung von Dispersionen im Wirtsträger entworfen werden.
  • 4 zeigt ein alternatives Verfahren. zum Herstellen eines Emitters, in dem ein leitendes Substrat 401 eine Schicht aus einem Isolator 402 und einem darauf aufgebrachten Leiter 403 aufweist. Das leitende Material 402 wird unter Verwendung beispielsweise einer gemusterten Resistschicht 404 selektiv geätzt 412, um hergestellte Partikelanaloge 411 zurückzulassen. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, auch die isolierende Schicht 413 aus den Bereichen zwischen den Partikelanalogen zu entfernen. Die natürliche Neigung des Ätzens, unter dem Resistmuster 404 Unterschnitte 415 zu bilden, erleichtert den Austritt von Elektronen 416 aus dem galvanoplastisch geformten Kanal an der Basis der Struktur. Die Strukturen können auch unter Verwendung der wohletablierten Technik der Halbleiterherstellung aufgebaut werden. Beispielsweise kann die isolierende Schicht 402 durch Oxidieren eines andernfalls leitenden Wafers und anschließendes Metallisieren gebildet werden. Ein ähnlicher Ansatz kann verwendet werden, um die in 2b veranschaulichten Strukturen zu bilden.
  • 5 zeigt einen anderen Weg zum Herstellen derartiger Emitter unter Verwendung von Spraytechniken.
  • Im Fall der in 2a veranschaulichten Strukturen werden bei einem leitenden Substrat 501 mit einer isolierenden Schicht 502 Partikel aus einer Sprayquelle 505 aufgebracht. Die isolierende Schicht kann selbst durch einen Sprayprozeß gebildet werden.
  • Im Fall der in 2b veranschaulichten Strukturen erfolgt das Sprayen direkt auf ein leitendes Substrat. Eine isolierende Schicht, die aus einer Polysiloxanspinnung auf Glas oder einer Dispersion einer Glasfritte in einem geeigneten Binder besteht, kann dann unter Verwendung von Techniken wie der Beschleunigungs- oder der Tischbeschichtung aufgebracht werden. Die Schicht wird anschließend gebrannt, um das Polysiloxan in Silika umzuwandeln oder um die Glasfritte zu schmelzen. Zweifellos können andere Techniken verwendet werden.
  • Es gibt zwei Hauptabwandlungen des Sprayverfahrens.
    • 1. Der Fluß der Partikel 503 kann als ein Feststoff mit oder ohne einem flüssigen Träger auf die Oberfläche aufprallen, worauf ein anschließendes Anbinden an die Oberfläche beispielsweise durch ein Hartlöten, einen Frittprozeß oder das Schmelzen des Metall- oder Isolatorfilms folgt. Eine herkömmliche Spraykanone oder ein elektrostatisches Spraysystem kann verwendet werden.
    • 2. Ein Fluß von Partikeln 504 kann mit einer ausreichenden kinetischen Energie auf die Oberfläche aufprallen, um eine Bindung zu bilden, oder kann zum Zeitpunkt des Auftreffens geschmolzen werden. Derartige Bedingungen können beispielsweise durch Verwendung eines Flamm spritzens oder eines Plasmaspritzens erreicht werden.
  • 6 veranschaulicht ein weiteres Verfahren zum Bilden eines Emitters, wobei ein leitendes Substrat 601 eine isolierende Schicht 602 und einen abgelagerten Dünnfilm eines Leiters 603 aufweist. Die Ablagerungsbedingungen des Films 603 werden so gesteuert, daß im wie abgelagerten Film eine ausreichende Restspannung vorhanden ist, um zu veranlassen, daß dieser reißt oder springt und die Spannung durch Biegen entlastet, um elektrisch isolierte Splitter zu bilden, die teilweise von der Oberfläche angehoben sind. Beispielsweise können Dünnfilme, die durch Vakuumverdampfung und Sputterbeschichtung abgelagert sind, zur Erfüllung dieser Kriterien veranlaßt werden.
  • Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist eine optimale Dichte der leitenden Partikel vorhanden, die verhindert, daß die nächstbenachbarten Partikel das elektrische Feld an der Basis eines gegebenen Partikels abschirmen. Für sphärische Partikel ist dieser optimale Abstand von Teilchen zu Teilchen etwa das 1,8-fache des Teilchendurchmessers.
  • Zur Erleichterung eines gleichmäßigen Einschaltens der emittierenden Plätze werden symmetrische Partikel wie etwa jene mit einer groben würfelförmigen Form bevorzugt.
  • Alternativ können Präzisionsfasern wie etwa Kohlefasern oder feiner Draht in Längen geschnitten werden, die etwas länger als ihr Durchmesser sind. Die Fasersegmente werden dazu neigen, sich hinzulegen (insbesondere während einer Schleuderbeschichtung), wobei die Faserachsen parallel zum Substrat verlaufen, so daß der Durchmesser der Faser den Antenneneffekt bestimmt.
  • Partikel der richtigen Morphologie (z. B. Glasmi krokugeln), aber nicht der Zusammensetzung können durch ein weites Feld von Prozessen einschließlich Sputtern mit einem geeigneten Material überzogen werden.
  • Ein Hauptzweck der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist, emittierende Materialien mit geringen Kosten und hoher Herstellbarkeit herzustellen. Bei weniger kostenintensiven Anwendungen bedeutet die sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, die erzielt werden kann, jedoch, daß absichtlich gefertigte Strukturen, die Diamant als den Isolator verwenden, Materialien bereitstellen können, die vor dem verheerenden Versagen der galvanoplastisch geformten Kanäle die höchsten mittleren Ströme liefern können.
  • 7 zeigt einen nützlichen Prozeß, in dem in Schritt 1 ein Substrat 701 mit einer Isolatorschicht 702 und Partikeln 703 eine Fläche aufweist, die durch eine Resistbeschichtung 704 maskiert ist. In Schritt 2 wird ein selektives Ätzen verwendet, um die Teilchen zu entfernen. In Schritt 3 wird das Resist entfernt, um die maskierten Flächen mit feldemittierenden Eigenschaften zurückzulassen.
  • 8 zeigt eine gattergesteuerte Anordnung, die ein verbessertes Feldelektronenemissionsmaterial verwendet, beispielsweise eines der wie oben beschriebenen Materialien. Emitterstücke 19 sind auf einem Substrat 17 gebildet, auf dem, falls nötig, eine leitende Schicht 18 durch einen Prozeß wie etwa Vakuumbeschichtung oder eine Nichtvakuumtechnik abgelagert ist. Eine perforierte Steuer- oder Gatterelektrode 21 ist durch eine Schicht 20 vom Substrat 17 isoliert. Typische Ausdehnungen sind ein Emitterstückdurchmesser (23) von 10 μm und eine Trennung (22) der Gatterelektrode vom Substrat von 5 μ m. Eine positive Spannung an der Gatterelektrode 21 steuert die Extraktion der Elektronen aus den Emitterstücken 19. Die Elektronen 53 werden dann durch eine höhere Spannung 54 in die Vorrichtung 52 beschleunigt. Der Feldelektronenemissionsstrom kann in einem weiten Feld von Vorrichtungen einschließlich Feldelektronenemissionsanzeigefeldern; Hochleistungsimpulsvorrichtungen wie etwa Elektronen-MASER und Gyrotrone; Kreuzfeldmikrowellenröhren wie etwa Kreuzfeldverstärker; Röhren für lineare Strahlen wie etwa Klystrone; Blitzröntgenstrahlröhren; ausgelösten Funkenstrecken und verwandten Vorrichtungen; breitflächigen Röntgenstrahlquellen zur Sterilisation; Vakuummetern, Ionenbeschleunigern für Raumfahrzeuge und Teilchenbeschleunigern verwendet werden.
  • 9a zeigt eine auf einer Diodenanordnung beruhende Feldemissionsanzeige, die eines der oben beschriebenen Materialien verwendet, z. B. das Material von 2. Ein Substrat 33 weist leitende Bahnen 34 auf, die emittierende Stücke 35 des Materials tragen. Eine. vordere Platte 38 weist transparente leitende Bahnen 39 auf, die über die Bahnen 34 verlaufen. Die Bahnen 39 weisen Phosphorstücke oder -streifen auf. Die beiden Platten sind durch einen äußeren Ring 36 und Abstandshalter 43 getrennt. Die Struktur wird durch ein Material 37 wie etwa ein Lötglas abgedichtet. Die Vorrichtung wird entweder durch ein Pumprohr oder durch Schmelzen des Lötglases in einem Vakuumofen evakuiert.
  • Pixel werden durch Spannungen 41, 42 adressiert, die in einer Kreuzschienenweise angelegt werden. Die feldemittierten Elektronen regen die Phosphorstücke an. Ein Antriebssystem, das aus positivgehenden und negativgehenden Wellenformen besteht, verringert einerseits die Spitzennennspannung für die Halbleiter in der Antriebselektronik und stellt andererseits sicher, daß benachbarte Pixel nicht angeregt werden. Weitere Verringerungen im Spannungshub, der zum Einschalten von Pixeln nötig ist, können durch ein Gleichstromvorspannen jeder Elektrode auf einen Wert gerade unter jenem, bei dem der Feldelektronenemissionsstrom bedeutend wird, erreicht werden. Eine Impulswellenform wird dann über die Gleichstromvorspannung gelegt, um jedes Pixel einzuschalten; Spannungsausschläge befinden sich dann innerhalb der Leistungsfähigkeit der Halbleitervorrichtungen.
  • Ein alternativer Ansatz zur Diodenanordnung ist die Benutzung eines Triodensystems mit einer Steuer- elektrode. 11, die zwei Pixel in einer Farbanzeige darstellt, zeigt eine Ausführungsform dieses Ansatzes. Zur Einfachheit der Darstellung sind nur zwei Pixel gezeigt. Die gezeigte grundlegende Struktur kann jedoch vergrößert werden, um große Anzeigen mit vielen Pixeln zu erzeugen. Ein Kathodensubstrat 120 weist leitende Bahnen 121 auf, die auf seine Oberfläche geschichtet sind, um jede Zeile in der Anzeige zu adressieren. Derartige Bahnen können durch Vakuumbeschichtungstechniken in Verbindung mit gängigen lithographischen Techniken, die Fachleuten wohlbekannt sind; durch Drucken unter Verwendung eines leitenden Druckfarbstoffs; oder durch viele andere geeignete Techniken abgelagert werden. Stücke 122 eines emittierenden Materials (z. B. wie oben beschrieben) werden unter Verwendung der im Vorhergehenden beschriebenen Verfahren auf der Oberfläche der Bahnen angeordnet, um Sub-Pixel in einer Rot-Grün-Blau-Triade zu bilden. Die Ausdehnung "P" 129 liegt typischerweise im Bereich von 200 μm (Mikrometern) bis 700 μm, obwohl sie nicht darauf beschränkt ist. Alternativ, doch weniger wünschenswert, kann das emittierende Material über die gesamte Anzeigefläche geschichtet werden. Ruf den leitenden Bahnen 121 ist eine isolierende Schicht 123 gebildet. Die isolierende Schicht 123 ist mit einer oder mehreren Öffnungen pro Pixel 124 perforiert, um die Oberfläche des emittierenden Materials freizulegen; diese Öffnungen werden durch Drucken oder andere lithographische Techniken gebildet. Auf der Oberfläche des Isolators sind leitende Bahnen 125 gebildet, um eine Gitterelektrode für jede Zeile in der Farbtriade zu definieren. Die Ausdehnungen der Öffnungen 124 und die Dicke des Isolators 123 werden gewählt, um den gewünschten Übertragungsleitwert für das so hergestellte Triodensystem zu erzeugen. Die Anodenplatte 126 der Anzeige wird auf isolierenden Abstandshaltern 128 getragen. Derartige Abstandshalter können durch Drucken an der Oberfläche gebildet werden, oder können vorgefertigt und in der richtigen Lage angeordnet werden. Für eine mechanische Stabilität können die vorgefertigten Abstandshalter in der Form einer kreuzförmigen Struktur gebildet werden. Ein Spaltfüllmaterial wie etwa eine Glasfritte kann verwendet werden, um einerseits den Abstandshalter an jedem Ende in der richtigen Lage zu fixieren und um andererseits jedwede Unregelmäßigkeiten in der Ausdehnung auszugleichen. Rote, grüne und blaue Phosphorstücke oder -streifen 127 sind an der inneren Oberfläche der Anodenplatte angeordnet. Der Phosphor ist entweder wie bei Kathodenstrahlröhren üblich mit einem dünnen leitenden Film überzogen, oder für niedrigere Beschleunigungsspannungen ist an der Innenseite der Anodenplatte eine transparente leitende Schicht wie etwa Indiumzinnoxid, was jedoch keine Beschränkung darstellt, abgelagert. Der Zwischenraum zwischen der Kathodenplatte und der Anodenplatte ist evakuiert und abgedichtet.
  • Was weitere Einzelheiten zum Aufbauen von Feldeffektvorrichtungen betrifft, wird der Leser auf unsere ebenfalls anhängige Patentanmeldung GB 97 22258.2 verwiesen, in der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.
  • Eine Gleichstromvorspannung wird zwischen den leitenden Streifen 121 und dem leitenden Film auf der Anode angelegt. Das so erzeugte elektrische Feld dringt durch die Gitteröffnungen 124 und setzt durch Feldemission aus dem früher beschriebenen MIV-Feldemissionsprozeß Elektronen aus der Oberfläche frei. Die Gleichstromspannung ist niedriger festgesetzt, als für eine völlige Emission erforderlich ist, wodurch ermöglicht wird, daß eine Zeile durch ein in Bezug auf die anderen Bahnen negatives Pulsieren einer der Bahnen 121 bis zu einem Wert, der den Strom für die Spitzenhelligkeit ergibt, adressiert wird. Die Gitterspuren 125 werden in Bezug auf das Emittermaterial negativ vorgespannt, um den Strom auf seinen Minimalpegel zu verringern, wenn sich die Bahnen 121 in ihrem negativ gepulsten (zeilenadressierenden) Zustand befinden. Während der Zeilenperiode werden alle Gitterspuren bis zu einem Wert, der den gewünschten Strom und somit die Pixelhelligkeit ergibt, positiv gepulst. Zweifellos können andere Antriebsschemata verwendet werden.
  • Um die Kosten der Antriebselektronik zu minimieren, werden Gatterspannungshübe von wenigen zehn Volt benötigt. Um diese Spezifikation zu erfüllen, werden die Öffnungen in den in 11 gezeigten Gatterelektrodenaufbauten ziemlich klein. Bei kreisförmigen Öffnungen führt dies zu vielen emittierenden Zellen pro Sub-Pixel. Eine alternative Anordnung für derartige kleine Strukturen ist die Verlängerung der kleinen emittieren den Zellen zu Schlitzen.
  • 14 zeigt ein Sub-Pixel eines derartigen Elektrodensystems, wobei der Abstand 180 vom Gatter zum Emitter auf wenige Mikrometer verringert wurde. Das Gatter 181 und die Isolatorschicht 182 weisen in sich Schlitze 183 auf, die das emittierende Material freilegen.
  • Obwohl eine Farbanzeige beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, daß eine Anordnung ohne das dreiteilige Pixel verwendet werden kann, um eine Schwarzweiß-Anzeige herzustellen.
  • Um eine lange Lebensdauer und stabile Betriebseigenschaften zu gewährleisten, muß in der Vorrichtung ein Hochvakuum aufrechterhalten werden. Es war in der Technik von Elektronenröhren üblich, Getter zu verwenden, um Gas zu adsorbieren, das von den Wänden und anderen inneren Strukturen ausgetrieben wurde. Eine Stelle für Getterungsmaterialien in feldemittierenden Anzeigen liegt um den Umfang des Anzeigefelds an den Seiten, wo sich keine elektrischen Durchführungen befinden. Es ist Fachleuten wohlbekannt, daß diese Stelle mit der Zunahme der Feldgröfle alles andere als ideal wird. Dies liegt an der geringen Gasflußleitfähigkeit zwischen der Mitte und dem Rand des Felds, die sich aus den langen Entfernungen und den Submillimeter-Zwischenräumen zwischen den Feldern ergibt. Berechnungen zeigen, daß diese Leitfähigkeit bei Feldern mit einer diagonalen Ausdehnung von mehr als 250 mm auf ein Niveau fällt, bei dem das Gettersystem unwirksam wird. Die US-Patentschrift Nr. 5,223,766 beschreibt zwei Verfahren, um dieses Problem zu überwinden. Ein Verfahren umfaßt eine Kathodenplatte mit einer Anordnung von Löchern, die in eine hintere Kammer mit größeren Zwischenräumen und verteilten Gettern führen. Das andere Verfahren ist die Herstellung der Getterelektrode aus einem Volumengetterungsmaterial wie etwa Zirkonium. Obwohl beide Verfahren im Prinzip funktionieren, bestehen bei ihnen bestimmte Probleme.
  • Beim Ansatz der perforierten Kathodenplatte müssen die Perforationen in der Kathodenplatte klein genug sein, um in die Räume zwischen den Pixeln zu passen. Zur Vermeidung sichtbarer Artefakte beschränkt dies ihren Durchmesser auf einen Höchstwert von 125 Mikrometern für Fernsehgeräte und eher weniger für Computerarbeitsstationen. Die Kosten des Bohrens von Millionen von 100-Mikrometer-Löchern in Glas mit einer Dicke von 1 mm bis 2 mm, dem offensichtlichen Material für die Kathodenplatte, sind wahrscheinlich untragbar. Ferner wird die sich ergebende Komponente äußerst zerbrechlich sein, ein Problem, das mit zunehmenden Feldausdehnungen größer werden wird.
  • Um bei Raumtemperatur wirksam zu sein, müssen Volumengetter einen sehr großen Oberflächenbereich aufweisen. Dies wird normalerweise durch Bilden einer gesinterten partikulären Schicht erreicht. Die Gatterelektrode in einer feldemittierenden Anzeige sitzt in einem stark beschleunigenden Gleichstromfeld. Aus den hierin beschriebenen Feldemittersystemen ist klar, daß derartige partikuläre Getterschichten wahrscheinlich eine bedeutende Anzahl von feldemittierenden Plätzen bereitstellen werden. Derartige Plätze werden Elektronen emittieren, die fortwährend eines oder mehrere der Phosphorstücke in der Umgebung anregen werden, wodurch ein sichtbarer Fehler in der Anzeige erzeugt wird.
  • Wendet man sich nun den in 9 und 11 gezeigten Anzeigen zu, kann ein verteiltes Gettersystem durch Verwenden eines aktiven Partikels oder Clusters von Partikeln zum Herstellen des wie oben beschriebenen MIV-Emitters in die Emitterstruktur aufgenommen werden. 12 zeigt eine Ausführungsform, wobei ein Partikel 1200 durch ein isolierendes Material 1202 an einem Substrat 1201 fixiert ist. Die Zusammensetzung des isolierenden Materials kann wie oben beschrieben sein. Diese Anordnung hinterläßt eine Fläche aus freiliegendem Getterungsmaterial 1203. Geeignete Partikelmaterialien für Getterungsmaterialien sind fein zerteilte Metalle der Gruppe IVa wie etwa Zirkonium, Tantal und geschützte Getterungslegierungen (z. B. Zr-Al) wie die durch SAES Getters in Mailand hergestellten.
  • Ein Problem bei allen Feldelektronenemissionsanzeigen liegt im Erreichen von gleichmäßigen elektrischen Eigenschaften von Pixel zu Pixel. Ein Ansatz ist die Verwendung einer Elektronik, die die Pixel in einem Konstantstrommodus betreibt. Ein alternativer Ansatz, der im wesentlichen das gleiche Ziel erreicht, ist das Einsetzen eines Widerstands mit einem passenden wert zwischen dem Emitter und einem Konstantspannungsantriebsschaltkreis. Dies kann außerhalb der Vorrichtung erfolgen. Bei dieser Anordnung begrenzt jedoch die Zeitkonstante des Widerstands und die Kapazität der leitenden Bahnanordnung die Geschwindigkeit, mit der Pixel adressiert werden können. Ein Bilden des Widerstands in situ zwischen dem Emitterstück und der leitenden Bahn ermöglicht die Verwendung von Elektronik mit niedriger Impedanz, um die Bahnkapazität rasch zu laden, was eine viel kürzere Anstiegszeit ergibt. Eine derartige Widerstandsunterlage 44 in situ ist in 9b gezeigt. Die Widerstandsunterlage kann auf die leitende Bahn 34 siebgedruckt sein, obwohl andere Beschichtungsverfahren verwendet werden können. Bei manchen Ausführungsformen kann der Spannungsabfall über die Widerstandsunterlage 44 ausreichend sein, um einen Spannungsdurchschlag über ihre Oberfläche 45 zu verursachen. Zur Verhinderung eines Durchschlags kann eine übergroße Widerstandsunterlage 46 verwendet werden, um die Kriechentfernung zu erhöhen, wie in 9c veranschaulicht ist.
  • 10a zeigt eine flache Lampe, die eines der oben beschriebenen Materialien verwendet. Eine derartige Lampe kann verwendet werden, um eine Hintergrundbeleuchtung für Flüssigkristallanzeigen. bereitzustellen obwohl dies andere Verwendungen wie etwa eine Raumbeleuchtung nicht ausschließt.
  • Die Lampe umfaßt eine Rückplatte 60, die aus einem Metall hergestellt sein kann, das in der Ausdehnungmit einer lichtdurchlässigen Vorderplatte 66 abgestimmt ist. Wenn die Rückplatte ein Isolator ist, ist eine leitende-Schicht 61 aufgebracht. Das emittierende Material 62 (z. B. wie oben) ist in Stücken aufgebracht. Um das System zu einem gleichen-feldemittierten Strom pro emittierendem Stück hin zu drängen und dadurch eine gleichmäßige Lichtquelle herzustellen, ist jedes Stück über einen Widerstand elektrisch mit der Rückplatte verbunden. Ein derartiger Widerstand kann leicht durch eine elektrisch widerstandsfähige Unterlage 69 gebildet werden, wie in 10b gezeigt ist. Wie in 9c kann die Widerstandsunterlage eine größere Fläche als das emittierende Stück aufweisen, um einen Spannungsdurchschlag über seine Dicke zu verhindern. Die Vorderplatte 66 weist eine transparente leitende Schicht 67 auf und ist mit einem geeigneten Phosphor 68 überzogen. Die beiden Platten sind durch einen äußeren Ring 63 und Abstandskalter 65 voneinander getrennt. Die Struktur ist durch ein Material 64 wie etwa ein Lötglas abgedichtet. Die Vorrichtung ist entweder durch ein Pumprohr oder durch Schmelzen des Lötglases in einem Vakuumofen evakuiert. Eine Gleichstromspannung von einigen Kilovolt ist zwischen der Rückplatte 60 oder der leitenden Schicht 61 und der transparenten leitenden Beschichtung 67 angelegt. Feldemittierte Elektronen beschießen den Phosphor 88 und erzeugen Licht. Die Stärke der Lampe kann durch Verändern der angelegten Spannung reguliert werden.
  • Für manche Anwendungen kann die Lampe mit adressierbaren Phosphorstreifen und zugehöriger Elektronik aufgebaut werden, um in einer Weise, die zu einem Lichtpunktabtaster analog ist, eine Abtastzeile bereitzustellen. Eine derartige Vorrichtung kann in einem hybriden Anzeigesystem aufgenommen werden.
  • Obwohl Feldemissions-Kathodenlumineszenzlampen wie oben beschrieben viele Vorteile gegenüber jenen bieten, die Quecksilberdampf verwenden (wie etwa einen kühlen Betrieb und einen Direktstart), sind sie eigentlich weniger leistungsfähig. Ein Grund dafür ist das beschränkte Eindringen der einfallenden Elektronen in die Phosphorkörnchen im Vergleich zu jenem von ultraviolettem Licht von einer Quecksilberentladung. Als Ergebnis wird bei einem von der Rückseite her angeregten Phosphor eine Menge des erzeugten Lichts zerstreut und in seinem Durchgang durch die Teilchen abgeschwächt. Wenn der Lichtausgang vom Phosphor von der gleichen Seite genommen werden kann, auf die der Elektronen strahl aufprallt, kann die Leuchtleistungsfähigkeit etwa verdoppelt werden. 13 zeigt eine Anordnung, die es ermöglicht, dies zu erzielen.
  • In 13 weist eine Glasplatte 170 einen optisch transparenten elektrischen Überzug 171 (z. B. Zinnoxid) auf, auf dem eine Schicht eines wie hierin beschriebenen MIV-Emitters 172 ausgebildet ist. Dieser Emitter ist so formuliert, daß er im wesentlichen optisch transluzent ist und aufgrund seines Bestehens aus-Partikeln mit zufälligen Abständen nicht an der Moire-Musterung leidet, die die Interferenz zwischen einer regelmäßigen Spitzenanordnung und der Pixelanordnung einer Flüssigkristallanzeige erzeugen würde. Eine derartige Schicht kann mit einem auf hitzegehärtetem Polysiloxan beruhenden Aufspinnglas als isolierender Bestandteil gebildet werden, was jedoch keine Beschränkung darstellt. Die oben beschriebene überzogene Kathodenplatte wird durch Abstandshalter 179 über einer Anodenplatte getragen, und die Vorrichtung wird in der gleichen Weise wie die in 10a gezeigte Lampe abgedichtet und evakuiert. Auf der Anodenplatte 177, die aus Glas, Keramik, Metall oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann, ist eine Schicht aus einem elektrolumineszenten Phosphor 175 mit einer optionalen reflektierenden Schicht 176 wie etwa Aluminium zwischen dem Phosphor und der Anodenplatte angeordnet. Eine Spannung 180 im Kilovoltbereich wird zwischen der leitenden Schicht 171 und der Anodenplatte 177 (oder im Fall eines isolierenden Materials einem leitenden Überzug darauf) angelegt. Feldemittierte Elektronen 173, die durch die angelegte Spannung verursacht wurden, werden zum Phosphor 175 beschleunigt. Der sich ergebende Lichtausgang verläuft durch den transluzenten Emitter 172 und die transparente leitende Schicht 171. Ein optionaler Lambertscher oder nicht-Lambertscher Diffusor 178 kann auf dem optischen Weg angeordnet sein. Ähnlche Ansätze können verwendet werden, um die Leuchtdichte von adressierbaren Anzeigen zu erhöhen.
  • Ausführungsformen der Erfindung können einen Dünnfilmdiamanten mit Graphitoberflächendispersionsteilchen, welche zur Erfüllung der Anforderungen der Erfindung beispielsweise durch Ausrichten derartiger Dispersionsteilchen, ihre Herstellung in einer ausreichenden Größe und Dichte usw. optimiert sind, einsetzen. Bei der Herstellung eines Dünnfilmdiamanten bestand in der Technik nachdrücklich die Neigung, Graphiteinschlüsse auf ein Mindestmaß zu verringern, wohingegen derartige Oberflächendispersionsteilchen in passenden Ausführungsformen der Erfindung vorsätzlich aufgenommen und sorgfältig gefertigt werden.
  • Ein wichtiges Merkmal mancher Ausführungsformen der Erfindung ist die Fähigkeit, ein emittierendes Muster zu drucken, wodurch ermöglicht wird, komplexe Mehrfach-Emitter wie etwa die für Anzeigen benötigten bei bescheidenen Kosten herzustellen. Darüber hinaus ermöglicht die Fähigkeit, zu drucken, daß Substratmaterialien mit geringen Kosten wie etwa Glas verwendet werden, wohingegen mikrogefertigte Strukturen typischerweise auf teuren Einzelkristallsubstraten errichtet sind. Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet Drucken einen Prozeß, der ein emittierendes Material in einem definierten Muster anordnet oder bildet. Beispiele für geeignete Prozesse sind Siebdrucken, Xerographie, Photolithographie, elektrostatische Ablagerung, Sprayen oder Offset-Lithographie.
  • Vorrichtungen, die die Erfindung verkörpern, können in allen Größen, groß oder klein, hergestellt werden. Dies trifft insbesondere auf Anzeigen zu, die von einer Einzelpixelvorrichtung bis zu einer Mehrfachpixelvorrichtung, von Miniatur- bis zu Makrogrößenanzeigen reichen können.
  • In dieser Beschreibung meinen wir mit einem "Kanal" oder einem "leitenden Kanal" einen Bereich eines Isolators, in dem seine Eigenschaften beispielsweise durch irgendeinen Formungsprozeß lokal abgewandelt wurden. Beim Beispiel einer Leiter-Isolator-Vakuum-Struktur (z. B. einer MIV-Struktur) erleichtert eine derartige Abwandlung den Transport von Elektronen vom hinteren Kontakt (zwischen dem Leiter/der Elektrode und dem Isolator) durch den Isolator in das Vakuum. Beim Beispiel einer Leiter-Isolator-Leiter-Struktur (z. B. einer MIM-Struktur) erleichtert eine derartige Abwandlung den Transport von Elektronen vom hinteren Kontakt durch den Isolator zum anderen Leiter/zur anderen Elektrode.
  • In dieser Beschreibung weist das Verb "umfassen" die normale Wörterbuchbedeutung auf, um einen nichtausschließlichen Einschluß zu bezeichnen. Das heißt, die Verwendung des Wortes "umfassen" oder irgendeiner seiner Ableitungen, um ein oder mehrere Merkmale einzuschließen, schließt die Möglichkeit, auch andere Merkmale einzuschließen, nicht aus.

Claims (58)

  1. Verfahren zur Bildung eines Feldelektronenemissionsmaterials, umfassend den Schritt des Anordnens einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Partikeln auf einem Substrat, das eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist, wobei jedes der Partikel eine Schicht von elektrisch isolierendem Material aufweist, das entweder an einer ersten Stelle zwischen der leitfähigen Oberfläche und dem Partikel oder an einer zweiten Stelle zwischen der Umgebung, in der das Feldelektronenemissionsmaterial angeordnet ist, und dem Partikel, jedoch nicht an beiden Stellen angeordnet ist, so daß mindestens einige der Partikel elektronenemittierende Plätze an der ersten oder zweiten Stelle bilden, wo das elektrisch isolierende Material angeordnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausdehnung der Partikel senkrecht zur Oberfläche des Leiters deutlich größer als die Dicke der Schicht aus isolierendem Material ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zur Oberfläche im wesentlichen senkrechte Ausdehnung des Partikels mindestens zehnmal größer als die Dicke ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zur Oberfläche im wesentlichen senkrechte Ausdehnung des Partikels mindestens hundertmal größer als jede Dicke ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dicke des isolierenden Materials zwischen 10 nm und 100 nm (100 Å und 1000 Å) liegt und die Partikelausdehnung zwischen 1 μm und 10 μm liegt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei dort eine im wesentlichen einzelne Schicht aus den leitfähigen Partikeln bereitgestellt wird, wobei jeder Partikel eine zur Oberfläche im wesentlichen senkrechte Ausdehnung zwischen 0,1 μm und 400 μm aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das isolierende Material ein anderes Material als Diamant aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das isolierende Material ein anorganisches Material ist.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das isolierende Material Glas, bleihaltiges Glas, Glaskeramik, geschmolzenes Glas oder anderes glasartiges Material, Keramik, Oxidkeramik, eine oxidierte Oberfläche, Nitrid, eine nitridierte Oberfläche, Boridkeramik, Diamant, diamantähnlichen Kohlenstoff oder tetragonalen amorphen Köhlenstoff aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes der elektrisch leitfähigen Partikel im wesentlichen symmetrisch ist.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes der elektrisch leitfähigen Partikel im wesentlichen eine grobe würfelförmige Form aufweist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jedes der elektrisch leitfähigen Partikel im wesentlichen eine Sphäroid-Form mit einer textuierten Oberfläche aufweist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die leitfähigen Partikel jeweils eine längste Ausdehnung aufweisen und vorzugsweise mit ihrer längsten Ausdehnung im wesentlichen senkrecht zu dem Substrat ausgerichtet sind.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die leitfähigen Partikel einen gegenseitigen Abstand von Zentrum zu Zentrum von mindestens dem 1,8-fachen ihrer kleinsten Ausdehnung aufweisen. 15: Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes der Partikel oder mindestens einige der Partikel aus der Gruppe ausgewählt ist/sind, die Metalle, Halbleiter, elektrische Leiter, Graphit, Siliziumcarbid, Tantalcarbid, Hafniumcarbid, Zirkoniumcarbid, Borcarbid, Titandiborid, Titancarbid, Titancarbonitrid, Magneli Sub-Oxide von Titan, halbleitendes Silizium, III-V Verbindungen und II-VI Verbindungen umfaßt.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes der Partikel oder mindestens einige der Partikel in dem isolierendem Material nur teilweise bedeckt sind und jedes solcher Partikel ein Getterungsmaterial aufweist.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche mit den Partikeln mittels eines die Partikel enthaltenden Druckfarbstoffs und dem isolierenden Material zur Bildung der isolierenden Schicht bedeckt wird, wobei die Eigenschaften des Druckfarbstoffs derart sind, daß die Partikel Abschnitte aufweisen, die als Ergebnis des Bedeckungsprozesses veranlasst werden, unbedeckt von dem isolierenden Material, aus dem isolierenden Material herauszuragen.
  17. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Druckfarbstoff auf die elektrisch leitfähige Oberfläche mittels eines Druckprozesses aufgetragen wird.
  18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitfähigen Partikel und/oder das elektrisch isolierende Material auf das elektrisch leitfähige Substrat in einem photosensiblen Binder aufgetragen werden, um ein späteres Mustern zu ermöglichen.
  19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das isolierende Material aus dem Schritt des Schmelzens, Sinterns oder sonst wie durch Verbindung einer Mischung von Partikeln oder mittels einer chemischen Reaktion in situ gebildet wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das isolierende Material Glas, Glaskeramik, Keramik, Oxidkeramik, Oxid, Nitrid, Borid, Diamant, Polymeride oder Harz aufweist.
  21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes elektrisch leitfähige Partikel eine Faser aufweist, die in eine Länge eingeschnitten ist, die länger als deren Durchmesser ist.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Partikel durch Ablagerung einer leitfähigen Schicht auf der isolierenden Schicht und nachfolgendes Mustern, entweder durch selektives Ätzen oder Maskieren, gebildet werden, um isolierte Inseln zu bilden, die wie die Partikel wirken.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Partikel auf die leitfähige Oberfläche mittels eines Sprayprozesses aufgebracht werden.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die leitfähigen Partikel durch Ablagerung einer Schicht gebildet werden, die nachfolgend in im wesentlichen elektrisch isolierte erhöhte Splitter reißt oder zum Reißen veranlaßt wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 23, 24 oder 25, wobei die leitfähige Schicht ein Metall, ein leitfähiges Element oder eine leitfähige Verbindung, einen Halbleiter oder einen Schichtkörper aufweist.
  26. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial zufällig ist.
  27. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial mit einer durchschnittlichen Dichte von mindestens 102 cm–2 verteilt sind.
  28. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial mit einer durchschnittlichen Dichte von mindestens 103 cm–2, 104 cm–2 oder 105 cm–2 verteilt sind.
  29. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial im wesentlichen gleichmäßig ist.
  30. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial eine Gleichmäßigkeit derart aufweist, daß die Dichte der Plätze in irgendeiner kreisförmigen Fläche von 1 mm Durchmesser nicht mehr als 20% von der durchschnittlichen Dichte der Verteilung der Plätze für das gesamte Feldelektronenemissionsmaterial abweicht.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial bei Verwendung einer kreisförmigen Meßfläche von 1 mm Durchmesser im wesentlichen eine Binomial- oder eine Poissonverteilung ist.
  32. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial eine Gleichmäßigkeit derart aufweist, daß mindestens eine Wahrscheinlichkeit von 50% dafür besteht, daß mindestens ein emittierender Platz auf irgendeiner kreisförmigen Fläche von 4 μm Durchmesser lokalisiert ist.
  33. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Verteilung der Plätze über dem Feldelektronenemissionsmaterial eine Gleichmäßigkeit derart aufweist, daß mindestens eine Wahrscheinlichkeit von 50% dafür besteht, daß mindestens ein emittierender Platz auf irgendeiner kreisförmigen Fläche von 10 μm Durchmesser lokalisiert ist.
  34. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend den einleitenden Schritt des Klassifizierens der Partikel durch Durchlaufen einer partikelenthaltenden Flüssigkeit durch einen Setztank, in dem Partikel über einer vorbestimmten Größe sich derart setzen, daß der Flüssigkeitsausfluß des Tanks Partikel enthält, die kleiner als die vorbestimmte Größe sind und die dann auf das Substrat aufgebracht werden.
  35. Feldelektronenemissionsmaterial, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  36. Feldelektronenemissionsvorrichtung, umfassend ein Feldelektronenemissionsmaterial nach Anspruch 36 und Mittel, um das Material einem elektrischen Feld auszusetzen, um das Material zu veranlassen, Elektronen zu emittieren.
  37. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 37, umfassend ein Substrat mit einer Anordnung von emittierenden Stücken aus dem Feldelektronenemissionsmaterial und Steuer/Regel-Elektroden mit ausgerichteten Anordnungen von Öffnungen, wobei die Elektroden über den emittierenden Stücken durch isolierende Schichten gehalten werden.
  38. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 38, wobei die Öffnungen die Form von Schlitzen aufweisen.
  39. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 39, umfassend einen Plasmareaktor, eine Glimmentladungsvorrichtung, eine stille Entladungsvorrichtung, einen Ozonisator, eine Elektronenquelle, eine Elektronenkanone, eine Elektronenvorrichtung, eine Röntgenröhre, ein Vakuummeter, eine gasgefüllte Vorrichtung oder einen Ionenbeschleuniger.
  40. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 40, wobei das Feldelektronenemissionsmaterial den gesamten Strom für den Betrieb der Vorrichtung liefert.
  41. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 40, wobei das Feldelektronenemissionsmaterial einen Startstrom, einen Auslösestrom oder einen Anlaßstrom für die Vorrichtung liefert.
  42. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 42, umfassend eine Anzeigevorrichtung.
  43. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 42, umfassend eine Lampe.
  44. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 44, wobei die Lampe im wesentlichen flach ist.
  45. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 45, umfassend eine auf isolierende Abstandshalter in der Form einer kreuzförmigen Struktur gestützte Elektrodenplatte.
  46. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 46, wobei das Feldelektronenemissionsmaterial in Stücken aufgebracht ist, die bei Verwendung über einen Widerstand mit einer angelegten Kathodenspannung verbunden werden.
  47. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 47, wobei der Widerstand als Widerstandsunterlage unter jedem emittierenden Stück angebracht ist.
  48. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 48, wobei eine Widerstandsunterlage unter jedem emittierenden Stück derart bereitgestellt ist, daß die Fläche einer jeden derartigen Widerstandsunterlage größer als die des jeweiligen emittierenden Stückes ist.
  49. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 49, wobei das emittierende Material und/oder Phosphor auf einem oder mehreren eindimensionalen Anordnungen von leitfähigen Bahnen angeordnet ist/sind, die zur Adressierung durch elektronische Antriebsmitteln angeordnet sind, um somit eine Abtastleuchtlinie zu erzeugen.
  50. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 50, umfassend elektronische Antriebsmittel.
  51. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 51, wobei die Umgebung gasförmig, flüssig, fest oder ein Vakuum ist.
  52. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 52, umfassend ein Getterungsmaterial innerhalb der Vorrichtung.
  53. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 53, wobei das Getterungsmaterial an einer Anode der Vorrichtung befestigt ist.
  54. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 53 oder 54, wobei das Getterungsmaterial an einer Kathode der Vorrichtung befestigt sein kann.
  55. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 55, wobei das Feldelektronenemissionsmaterial in Stücken angeordnet ist, und das Getterungsmaterial innerhalb dieser Stücke angeordnet ist.
  56. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 53, umfassend eine Anode, eine Kathode, Abstandshalterplätze auf der Anode und der Kathode, an mindestens einigen der Abstandshalterplätze lokalisierte Abstandshalter, um die Anode von der Kathode zu beabstanden, und auf der Anode lokalisiertes Getterungsmaterial an anderen Abstandshalterplätzen, wo Abstandshalter nicht lokalisiert sind.
  57. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 57, wobei die Abstandshalterplätze einen regelmäßigen oder periodischen gegenseitigen Abstand aufweisen.
  58. Feldelektronenemissionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 58, wobei die Kathode der Vorrichtung optisch transluzent ist und so in Bezug zur Anode der Vorrichtung angeordnet ist, daß von der Kathode emittierte Elektronen auf die Anode aufprallen, um Elektrolumineszenz an der Anode hervorzurufen, wobei die Elektrolumineszenz durch die optisch transluzente Kathode sichtbar ist.
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