[發明專利]利用激光和/或等離子體處理的碳納米管墊、膜或油墨制造的場發射裝置

無效

• 申請號: 200480025387.0
• 申請日: 2004-07-09
• 公開（公告）號: CN101410927A
• 公開（公告）日: 2009-04-15
• 發明（設計）人: M·塔凱;A·B·菲希爾;L·恩高;C·牛
• 申請（專利權）人: 海珀里昂催化國際有限公司
• 主分類號: H01J9/02
• 分類號: H01J9/02;H01J9/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 楊 凱;梁 永

相關申請

本申請要求2003年7月9日提交的美國臨時專利申請No.60/485,918的權益。本申請也是2003年6月16日提交的PCT/US03/19068的部分繼續申請，該申請要求2002年6月14日提交的美國臨時專利申請No.60/388,616的權益。本申請也是2002年6月14日提交的U.S.S.N.10/171,760的部分繼續申請，該申請要求2001年6月14日提交的美國臨時專利申請No.60/298,193的權益。本申請也是2002年6月14日提交的U.S.S.N.10/171,773的部分繼續申請，該申請要求2001年6月14日提交的美國臨時專利申請No.60/298,228的權益。

技術領域

本發明涉及由或者利用激光或等離子體處理過的碳納米管墊、膜或油墨制造的場發射裝置或場發射陰極。

背景技術

場發射裝置

場發射裝置是對電子運動加以利用的裝置。典型的場發射裝置至少包括陰極、發射器尖端和與陰極相間隔的陽極。在陰極和陽極之間施加電壓從而使得電子從發射器尖端進行發射。電子沿著從陰極到陽極的方向運動。這些裝置可用于多種應用中，這包括但不限于微波真空管裝置、功率放大器、離子槍、高能加速器、自由電子激光器和電子顯微鏡，并且特別是平板顯示器。平板顯示器可用作傳統陰極射線管的替代。因此，它們可用于電視機和計算機監視器中。

傳統的發射器尖端利用金屬例如鉬或者半導體例如硅制成。金屬發射器尖端的問題在于用于發射所需的控制電壓較高，例如大約100V。而且，這些發射器尖端缺乏均勻性，從而導致像素之間的電流密度不均勻。

最近，碳材料已被用作發射器尖端。金剛石在其氫端面上具有負的或低的電子親和勢。但是金剛石尖端具有在增強的發射電流下石墨化的趨勢，特別是在大約三十mA/cm²的電流下。碳納米管，也稱為碳微絲是發射器尖端技術中的最新進展。雖然在場發射技術中將碳納米管作為發射器尖端的領域中已經做出很多工作，至少在三個領域中仍然需要顯著改進。它們是，降低工作電壓(特定于具體應用)、降低“開啟”電壓，提高發射電流密度，并且增加發射部位的數目。降低“開啟”電壓(以及工作電壓)有助于提高電子發射的間易性并且提高發射器尖端的壽命。同時提高發射電流和發射部位的數目可增強亮度。數目增加的發射部位將可能導致通過給定的面積或體積形成更加均勻的發射。

碳納米管

碳納米管(CNT)是具有低于大約1微米的直徑的蠕蟲狀碳沉積物。它們以多種形式存在，并且利用其中將固態碳用作碳供給原料的高溫碳弧過程通過對各種含碳氣體在金屬表面上進行催化分解同時利用對石墨棒和過渡金屬進行激光汽化而制備。授予Tennent的美國專利No.4,663,230成功生長出小直徑的納米管，該納米管具有圓柱形排列的石墨芯和不受熱解碳污染的排列成“如所生長的”石墨表面。Tennent描述了不含連續的熱碳涂層并且具有基本平行于微絲軸線的多個石墨外層的碳納米管。因此，它們的特征可被描述為，使其垂直于石墨曲面層切線的c軸基本垂直于它們的圓柱軸。它們通常具有不大于0.1微米的直徑以及至少為五的長度直徑比。在Tennent等人的美國專利No.5,165,909和Tennent等人的美國專利No.5,171,560中，描述了具有基本平行于微絲軸線的石墨層并且直徑在3.5到75納米之間的這種納米管，通過引用將它們全部結合在這里。

石墨平面也可與微絲軸線成一定角度的定向。由于該平面的二維突起外觀，這種結構通常稱為“魚骨”微絲或納米管。在授予Geus的美國專利No.4,855,091中公開了用于制造它們的方法和這樣的形態，通過引用將該專利結合在這里。魚骨形微絲的直徑一半為10到500nm，優選從50到200nm并且具有在10和1000之間的縱橫比。

在Tennent等人的美國專利No.5,691,054中描述了由多壁納米管構成的宏觀聚集體和復合材料，通過引用將該專利結合在這里。這種聚集體和復合材料由在至少兩個維度中具有較均勻物理特性的隨意定向的碳微絲構成。這種宏觀聚集體與“如所制造的”聚合體的不同之處在于將它們形成為任何理想尺寸的能力。優選的是，這種聚合體具有至少一個大于1mm并且優選大于1cm的維度。這種聚集體可呈現二維等熵的墊或氈的形式。