TW483024B - Method for fabricating an electron-emissive film - Google Patents

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A7 五、發明說明（1 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明已在1999年9月3 Ο n 第09/ 408,699號。 闪入美利堅合眾國專利申請案 就一般來説，本發明是有 而較明確的説，有關於製作的：電子放射膜的方法， 碳、、内管（nanotube)膜的方法。 電子放射膜在工藝上已眾蛴熱+ 斤…、知。例如，大家都知道接 用鑽石膜作爲電子源。血刑的、, 界I知逼使 ^ J的放射性鑽石膜，都是用化 瘵汽沈積法製成。然而，這此I k些早先工藝放射膜的均勻性 卻往往粗劣不堪。 工藝中也熟知’可藉對金屬薄片施敷鑽石粒子來製作 子放射膜。這個早先方法的—個例子，記述在美國專利 5,648,699號’標題爲《使用改進的放射器於金屬薄片的 致放射裝置以及製作此種裝置的方法》，由京（乃…與並 人所提出。京等人記述，藉用濕式噴敷法，電沐沈積或 過細密篩噴洒，來沈積放射性粒子。京等人告知，沈積 射性粒子的這一步驟和將放射性粒子鍵結到金屬薄片上 步驟，是截然不同的。京等人還告知，濕式噴敷法的使只 ’必需將粒子與一液態介質混合，而且還需要一使其乾谭 的步驟，接續在液態混合物沈積之後。 可是，放射性粒子在液態溶液中可能形成聚集，這會专 致最後的敷膜放射性質的均句性粗劣。況且，如果使 燥步驟的結果，是成爲不完全乾燥的話，敷膜的放射 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 學 電 第 場 它 穿 放 的 它 性 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂--- •線丨·----------------------- 483024 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2 有可能受到傷害。 另一個製作電子放射膜的方法，記述於已出版的國際申 請案W0 96/42101號中，標題為《電子源及其應用》，由迪 希爾（DeHeer)等人提出，具有1996年6月11日的國際列案日 期。迪希爾等人告知一種製作碳納管膜的方法，該方法包 括：將包含納管的含碳材料混合在液態溶劑中；過濾懸浮 物’弄乾經過濾的固體；及將已過濾的固體轉送到一特佛 龍膜等步騾。然而，眾所周知，納管溶解在液態溶劑中， 易於水集及結塊。由這種聚集製成的薄:膜，常使其電子放 射性質的均勻性粗劣。況且，多樣性的步騾定會導致成本 的增南和產量的降低。 因此，亟需要一種方法，用來製作至少能消除上述早先 工藝的缺點的電子放射膜。 對圖式的簡略說明 就各個圖式來說： 圖1為一橫截剖面圖，表示根據本發明的方法而製作的一 較佳具體實例；‘ 圖2為一橫截剖面圖，表示根據本發明的方法而製作的另 一較佳具體實例； 圖3為一結構的橫截剖面圖；該結構係於執行本發明場致 放射裝置的製作方法中所選用的各步驟之後所完成^ 两 圖4為一根據本發明的方法製作的場致放射裝置之一較佳 具體實例的橫截剖面圖；及 圖5為一結構的橫截剖面圖；該結構係在根據本發明的方 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 ： (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) __11丨訂--------線！ 483024 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（3 ) 法、製作一場致放射裝置的另一具體實例的過程中所完成。 將可認知，爲了簡單及明暸起見，圖式中所示的元件， 不一定按比例繪製。例如，某些元件的大小彼此相對予以 “大。還有’在認爲適宜時，參照編碼也在圖式中重複使 用，表示爲相當的元件。 對較佳具體實例的説明 本發明係針對一製作電子放射膜及一場致放射裝置的方 法。根據本發明，用於製作一電子放射膜的方法，包括準 備一具有放射性材料的粉末及乾噴粉末到一多孔性基體上 的步驟。所選擇的乾噴灑的參數，是要使放射性材料在沈 積的時候，是固定在多孔性的基體之中。它們還被選來要 使放射性料的聚集或凝塊，會遭破裂分散，以便利放射性 材料均勻地沈積到表面上。 因爲該放射性材料，在沈積的時候是嵌入在基體之中， 所以，沒有另加黏著步驟的需要。尤其，沒有高溫黏著步 驟的需要。此外本發明的方法，藉避免在沈積步驟中有液 體載體的需要，不致危害到放射性材料的表面的化學；否 則這種危害會因與液體載體的互動而發生。本發明的方法 ’還因此減少了弄乾步驟的次數；每次的弄乾步驟，都會 有不完全乾燥的風險，從而劣化薄膜的放射性質。 圖1爲一横截剖面圖，表示一根據本發明的方法製作電子 放射膜100的具體實例。本發明的方法包括：準備一具有放 射性材料的粉末124 ;準備一基體1 〇2 ;及乾噴灑粉末124到 基體102上等步驟。 J--— illllllt l · I I I I I I I ^ · I I I I I J— I I 1AW (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -6 - 奶 3024 A7 B7 五、發明說明（4 ) 在圖1的例子中，基體102,其界定一表面103，係製成在 —背板110上。背板110用一硬質材料製作，例如，玻璃、 硬等類似之物。通常，基體102具有容許放射性材料1〇4， 當其遭乾噴而沈積時，會固定在表面1〇3上。例如，圖i的 基體102 ’具有一界定眾多個空隙ι〇7的表面1〇3。 、 根據本發明，該乾噴灑步驟的參數，最好選用可以導致 放射性材料104在空隙107内黏著的參數。所謂黏著，是意 指放射性材料104不會輕易地被移動，譬如，用水沖洗或用 布掃抹。 ;： 可代用的辦法，基體102可具有一圓筒形微結構，其在表 面103界定窪地或井坑。一圓筒形微結構的製作，係藉對於 沈積表面，以一大約60-75度範圍内的入射通量角，沈積 一已蒸發的金屬來達成。基體102較宜是一多孔性金屬。最 好，基體102是多孔性的鋁。多孔性的鋁可藉將已蒸發的鋁 沈積到冷表面上而製成。 緊接著準備基體102的步驟之後，將含有放射性材料1〇4 的粉末124噴丨麗到基體1〇2上。如在圖1中有進一步顯示，該 乾噴灑係用一噴嘴120執行。爲要驅動粉末124通過噴嘴120 ’一加壓的載體氣體122供進嗜嘴12〇内。載體氣體122係藉 用一與噴嘴120相連的壓縮機（未有圖示）來加壓。最好，放 射性材料104是眾多個碳納管，而載體氣體122是氮氣。本 發明的方法並不限於碳納管。例如，該放射性材料可以是 眾多的金屬鬚。 載體氣體122和粉末124的混合體，從喷嘴120的開口 123排 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Φ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _| ，· n n n i ·ϋ ϋ ί I ϋ ·1 1- n ϋ n ·1 I ί n ι_ϋ ϋ I i 1§ «^1 ϋ ϋ ·ϋ ·1 ϋ 483024 A7 五、發明說明（5 二：：：嘴沫121。噴嘴120是以-嘴嘴壓力爲其特徵·， 噴角签力疋指在開口 123的壓力。 納管可在市場上以碳灰（soot)薄板樣式購得。爲要準備於 末124,可用方便的研磨方法，將這種薄板的一部分加以ς 磨。其目的是要把各個納管分隔開，使其等彼此不相附著 。然而研磨過程中仍可能產生大顆粒子的結果。這些粒子 的一部分，可用細筛過遽去除。但是，細篩過遽步驟之後 ，碳納管仍可能有凝結塊留存在粉末124之中。 本發明的方法採用高壓嘴灑步驟，以〕便利於破壞這些凝 結塊。特別是可選用料到最優的粒子分離时嘴壓力。 當採用碳納管時，本發明的方法，有利於沈積不互相附著 的個別放射性碳納管。該個別的碳納管，會迅速固定到空 隙中或基體的其它接納結構上。 : 此外’如果碳納管是以個別的、自由的結構存在的話， 它們的較大部分可適當地擺定方向。例如，如果所採用的 是碳納管的話，最好它們是以個別孤立的納管沉積。最好 ，各納管的長方向的軸線1〇5，是大約垂直基體1〇2的表面 這樣的朝向最爻吾愛，因爲當有適當的電位加諸在結 構上時，放射會是發生在結構的兩端。接收所放射電子的 陽，結構（未有圖示），最好與表面1〇3直接相對。因而，碳 、、’内：的放射端，最好直接與陽極結構相對。然而，陽極結 構的接收面積，可容許介於長方向軸線1〇5和表面1〇3之間 的角度，有若干的公差。上述所謂「大約垂直」，就是有 意要包括此—公差。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ----- n ϋ ϋ 一^^ a n n an ϋ i n n I 線丨·---------------------- 48JU24 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如在圖1中另有表示，噴嘴120的設置，在離該基體1〇2的 表面1〇3 ’界定—分隔距離，d，並進而在喷朱121和表面 界疋射角’ Q。至少噴嘴壓力、分隔距離、 及噴射角等變數，可以選用來達成一個或一個以上的結果 丨士 ^們可以接雙操縱而提供電子放射膜100的均勻性 (或）&仏放射性材料i〇4對於表面丄〇3的較喜愛的方向 b們還可以接受操縱，達成所需的放射性材料1 對於基 體102的黏著程度。 、 就碳納管的沈積來説，噴嘴壓力最走約等於3 45 ><1〇5帕 (Pascals)，分隔距離，d，最好約等於1〇公分；而噴射角， α，約等於9 0度。 根據本發明，粉末124可另包括碳化矽。該碳化矽之加入 係爲便利於分裂放射性材料的聚集和（或）結塊。 最好’本發明的方法，繼乾噴灑粉末124到基體1〇2上的 y驟之後’另逞包括將鬆他的粉末106從基體1 〇2上去除的 步驟。這一步驟可以藉引一氧化碳粒子流線指向基體102的 表面103上而達成。這一步驟使用碳化矽的好處之一，就是 任何的殘留的碳化矽最後會由昇畢去除。 圖2爲一橫截剖面圖，表示另一個根據本發明的方法製作 的電子放射膜100的具體實例。在圖2的具體實例中，電子 放射膜100的基體102是由一種溶膠膠化體（s〇lgel)製成。最 好，固化後該溶膠膠化體提供一導電層。 根據本發明的方法，圖2的電子放射膜1〇〇，是先將溶膠 膠化體沈積在背板110上而製成。乘該溶膠膠化體仍是潤濕 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·_ 訂-— -線 — ♦------------------ 483024 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（7 ) 的時候，將粉末124乾噴灑在溶 . + +在/谷膠膠化體上。該乾噴灑步驟 A^ 其在達成：户斤需放射性材料刚對於表面 細万向’·所需的放射性材料穿入基

射性材料在表面103上的均句分佑we I 、 乃佈寺事項。緊接乾噴灑步驟 t後，就讓茲溶膠膠化體乾燥和固化。 圖3爲一結構的橫截剖面圖. 、 間，这結構係芫成於執行選用的 本發明製作場致放射裝置方法中 乃’无〒的各步驟I後；要製作圖3 的結構，首先，以參照圖！或圖2所説的方式，將電子放射 膜100製作在背板110上。 丨 繼之知介儋層132沈積在電子放射膜1〇〇上。介質層 132可以疋，譬如，氧化矽或氮化矽。繼沉積介質層^二的 步驟之後，一導電層134沈積在該介質層132上。導電層134 係用一常用導電體來製作，舉例來説，像是鉬。 圖4爲一根據本發明的方法製作的場致放射裝置（fed) 2〇〇 的較佳具體實例。雖然圖4中表示一顯示裝置，本發明的範 圍不限制於該類的顯示裝置的製作。倒是，本發明可以施 行在其它型式的場致放射裝置的製作，像是微波功率放大 器電子管、離子源、以及用於電子平版印刷術的矩陣可定 址信源等等。 如在圖4中所表示，FED 200包括一陰極板137及陽極板 138 °根據本發明的方法，陰極板137的製成，係藉對圖3的 結構施行額外的蚀刻導電層134和介質層132的步驟，以界 足一放射器井136及暴露電子放射膜100。這個額外步驟， 還導致一閘口萃取電極135和一介質隔離物139的形成。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）

483024 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8 1%極板138是設置來接納由電子放射膜1〇〇放射的電子。 陽極板138包括一透明的基片14〇，譬如由玻璃製成。一陽 極141係設置在透明基片14〇上。陽極141最好由一透明的導 電材料製成，像是氧化錫銦。一磷光體142設置在陽極141 上。磷光體142爲電子激發光，在遭電子激動時，放出光來 。製作矩陣可定址的FED所用陽極板的方法，是爲工藝中 一般技能之士所熟知者。 如圖4中更有表示，一第一電壓源143係連接到電子放射 膜1〇〇，俾便施加一陰極電壓到該處；l第二電壓源144則 立連接到閘口萃取電極135，俾施加一閘口電壓到該處；及 一第三電壓源146係連接到陽極141，俾在該處施加一陽極 電壓。在FED 200的操作過程中，陰極電壓、閘口電壓、以 及陽極電壓，都是選擇來控制從電子放射膜放出的電子並 吸引電子奔向嶙光體142。 周5爲一結構的橫截剖面圖；該結構係在根據本發明的方 法製作另一場致放射裝置的具體實例的過程中製成。圖5的 例子異於圖3和圖4的例子之處爲：將粉末124乾噴灑到基體 102上的步驟，係接在放射器井136形成之後執行。 因此，圖5中所示結構是藉先在背板11〇上備置基體ι〇2而 實現。基體102係以參照圖1或圖2描述的方式製作。其後， 將介質層132沈積在基體1〇2上並將導電層134沈積在介質層 132上。接著，蝕刻導電層134和介質層132，以界定出放射 器井136並暴露出基體1〇2。這蝕刻步驟還導致閘門萃取電 極135和介質隔離物139的形成。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公董Y~ i,·-------!·ϋ ϋ n ·ϋ n^*eJI n n n n n I n I 線------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 483024 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（9 繼閘門萃取電極136形成之後，根據本發明的方法，一揭 除層148設置在間門萃取電極135上。揭除層148是藉將汽化 金屬，對於由閘門萃取電極135所界定的—平面、成一銳角 沈積而製成，以致該汽化金屬未沈積在基體1〇2上。最好， 揭除層148是由銘所製成。 緊接在揭除層148沈積之後，根據本發明的方法，粉末 124乾噴灑到基體1〇2上。與圖3和4的例子大爲不同的，圖$ 例子的乾噴灑步驟，結果產生放射性材料1〇4，只在放射器 井136之内的基體102暴露部分沈積。其韃，將揭除層148: 除，從而完成另一個陰極板的具體實例，供用於一場致放 射裝置内。如果揭除層是由鋁製作，揭除層148最好用氯化 氫的水溶液來去除。 間要言之，本發明係針對一製作電子放射膜及一具有電 子放射膜的場致放射裝置。本發明的方法，包括將含有放 射性材料的粉末乾噴灑到基體的步驟。所選擇的乾噴灑參 數，是要能使放射性材料在沈積時係固著到基體上。所選 擇的參數也要使放射性材料的聚集和結塊分裂，以便利於 均勻沈積放射性材料到基體的表面上。本發明的方法可以 在空氣^執行而沒有眞空條件的要纟。如果放射性材料是 爲碳納管，而與一液體沈積的可能結果大爲不同的是，乾 嘴麓能便利於-垂直、而不是—水平、方向的沈積。本發 明的方法，還提供電子放射膜均勻性的好處，而致有均勻 的放射性質的結果。 雖然，本申請人等曾展示並説明了本發明的幾個特定的 ϋ n I · 1 n n I ·1 I n 一5, I I I 垂a·.. I I I 睫 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 12- 483024 ------------ B7 _______五、發明說明（10 ) 具狼貝例，本仃工藝有能之士，仍然可能就此作出更進/ 步的修飾和改進。例如，本發明的基體可以是非導電體。 所以，本申請人等深昤，本發明之不限於已展示的形 ，當能獲仵缔解，而本申請人等有意藉後附專利申靖获彡 ，來涵蓋一切不離本發明的精神和範圍的修改。 &闺 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ;·------- —訂---- n I I n I 緩—噻-----------------------

Claims (1)

1. • 一種製作電子放射膜的方法，包括以下的步驟·· 準備一有放射性材料的粉末； 準備一基體；及 將粉末乾噴到該基體上。 2.根據申請專利範圍第i項製作電子放射膜的方法，其中 「準備-有放射性材料的粉末」之步驟，包含「準備有 眾多碳納管（carbon nanotubes)的粉末」的步驟。 3·根據=請專利範圍第2項製作電放射膜的方法，其中諸 石灭納管各有一長方向的軸線，其中基體界定一表面，且 八中將粕末乾喷到基體上」的步驟包括以下諸步驟： 準備一噴嘴’以噴嘴壓力為其特徵； 驅動粉末穿過該噴嘴，因而界定一喷沫； 處置該噴嘴，以界定距該基體表面的分隔距離，並進 而界定介於該噴沫與該基體表面之間的一噴射角；及 選擇孩喷嘴壓力、該分隔距離、及該喷射角，以使在 沈積時，各該碳納管之長方向軸線，係大約垂直於該基 體的表面。 4 ·根據申請專利範圍第丨項製作電子放射膜的方法，其中 孩「準備一有放射性材料的粉末」之步驟，包含「準備 一有金屬鬚的粉末」之步驟。 5 根據申請專利範圍第1項製作電子放射膜的方法，其中 孩「準備一基體」之步驟，包含〔準備一濕溶膠膠化體 (sol gel)」之步驟。 6 *根據申請專利範圍第1項製作電子放射膜的方法，其中 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ··! — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

   本紙張尺度適射_家標準（cns)A4規格⑽x297·^ 483024 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 <、申請專利範圍 該基體界定-表面，且其中該「將粉末乾嘴到該基體上」 之步驟，包括以下各步驟： 準備一喷嘴，以噴嘴壓力為其特徵； 驅動粉末穿過該噴嘴，因而界定一噴沫； 貞置該贲嘴，以界定距該基體表面的分隔距離，並進 而界定介於該喷沫與該基體表面之間的一噴射角；及 選擇該喷嘴壓力、該分隔距離、及該噴射角，以提供 電子放射膜之均勻性。 7 ·根據申請專利範圍第1項製作電子妓射膜的方法，其中 該基體界定一表面，且其中該「將粉末乾噴到該基體上」 之步驟，包括以下各步驟： 準備一噴嘴，以噴嘴壓力為其特徵； 驅動粉末穿過該噴嘴，因而界定一喷沫； 處置該噴嘴，以界定距該基體表面的分隔距離，並進 而界定介於該噴沫與該基體表面之間的一喷射角；及 選擇該噴嘴壓力、該分隔距離、及該噴射角，以使放 射性材料附著至該基體。 8 ·根據申請專利範圍第1項製作電子放射膜的方法，其中 該基體界定一表面，且其中該「準備一有放射性材料的 粉末」之步驟，包含「準備一有眾多碳納管的聚集的粉 末」之步驟；且其中該「將粉末乾喷到該基體上」之步 驟’包含以下諸步驟： 準備一噴嘴，以噴嘴壓力為其特徵； 、 驅動粉末穿過該喷嘴，因而界定一喷沫； -JIIL-IIII — — — — — ·1111111 — — — — — — — —— I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   483024 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 9. 10 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 處置該噴嘴，以界定距該基體表面的分隔距離，並進 而界定介於該噴沫與該基體表面之間的一嘴射角；及 選擇該噴嘴壓力、該分隔距離、及該噴射角，以使該 眾多碳納管的聚集遭到破壞，並使該放射性材料係大致 以個別孤立的碳納管沈積到基體上。 一種製作場致放射裝罝的方法，包括以下的步驟： 準備一有放射性材料的粉末； 準備一基體； 將粉末乾噴到該基體上，因而形成;一電子放射膜； 其後’沈積一介質層於該電子放射膜上； 沈積一導電層於該介質層上；及 蝕刻該導電層和該介質層，以界定一放射器井並暴露 該電子放射膜，從而形成一閘門萃取電極，並進而形成 一介質隔離物。 一種製作場致放射裝罝的方法，包括以下的步騾： 準備一基體； 沈積一介質層於該基體上； 沈積一導電層於該介質層上； 、蝕刻該導電層和該介質層，以界定一放射器井並暴露 該基體，從而形成一閘門萃取電極，並進而形成一介質 隔離物； 沈積一揭除層於該閘門萃取電極上； 準備一含有放射性材料的粉末； 乾喷灑該粉末到該基體上；及 其後，去除該揭除層。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -·---- 訂---------線！