DE69834673T2

DE69834673T2 - Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemittierenden Quelle

Info

Publication number: DE69834673T2
Application number: DE69834673T
Authority: DE
Inventors: Sashiro Ise-shi Uemura; Takeshi Ise-shi Nagasako; Junko Ise-shi Yotani; Mitsuaki Ise-shi Morikawa; Yahachi Tsu-shi Saito
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2018-09-26
Also published as: DE69823441D1; DE69823441T2; KR100539696B1; KR100363005B1; DE69834673D1; EP0905737A1; EP1361592A1; KR20020072520A; EP1361592B1; KR19990030320A; US6239547B1; EP0905737B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektronen emittierenden Quelle, die in einem Vakuum angeordnet ist und bei Anlegen einer Spannung Elektronen emittiert.
Elektronen emittierende Quellen werden in einer Elektronenkanone, zum Beispiel als Bestandteil einer Fernsehbildröhre, verwendet. Solche Elektronenkanonen (Kathode) weisen eine wie in 14 gezeigte Grundanordnung auf, in welcher die Elektronen emittierende Schicht 1402 am geschlossenen distalen Ende eines Kathodenzylinders 1401 gebildet ist. Der Kathodenzylinder 1401 enthält ein Heizelement 1403.
Der Kathodenzylinder 1401 ist aus hochreinem Ni hergestellt, welches mit einem Reduktionsmittel wie Magnesium oder Silizium dotiert ist und eine Dicke von etwa 0,1 mm aufweist. Die Elektronen emittierende Schicht 1402 ist aus einem sogenannten ternären Oxid hergestellt, welches Bariumoxid, Calciumoxid und Strontiumoxid enthält. Wenn die Elektronen emittierende Schicht 1402 mit dem Heizelement 1403 auf etwa 800°C aufgeheizt ist, wird vorwiegend Barium reduziert und freigesetzt. Das freie Barium begibt sich an die Oberfläche der Elektronen emittierenden Schicht 1402, um die Elektronenemission zu fördern. Die emittierten Elektronenstrahlen werden von einem ersten Gitter 1404 gesammelt und auf einen Leuchtstoffschirm 1409 fokussiert über ein zweites Gitter 1405, ein drittes Gitter 1406, ein viertes Gitter 1407 als Fokussierelektrode und ein fünftes Gitter 1408 (14B).
In dieser Weise wird die Elektronen emittieren Quelle im Vakuum eingesetzt. Solche Elektronen emittierenden Quellen werden nicht nur in der Elektronenkanone von Bildröhren verwendet, sondern auch in einer fluoreszierenden Vakuum-Anzeigevorrichtung. Diese Anzeigevorrichtung umfaßt eine Elektronenröhre, die das emittierte Licht verwendet, welches erzeugt wird, wenn die von der Elektronen emittierenden Quelle emittierten Elektronen den Leuchtstoff bombardieren, der sich in einem Vakuumgefäß mit wenigstens einem transparenten Ende befindet. In vielen Fällen weist die fluoreszierende Vakuum-Anzeigevorrichtung eine Triodenstruktur auf, mit einem Gitter zum Steuern der Bewegung der Elektronen. In der fluoreszierenden Vakuum-Anzeigevorrichtung herkömmlicher Art wird ein Kathode, die als Glühfaden bezeichnet wird, als Elektronen emittierende Quelle verwendet, wobei die thermisch aus der Kathode emittierten Elektronen auf die Leuchtstoffschicht prallen und dort dabei Licht erzeugen.
Solche fluoreszierenden Anzeigevorrichtungen umfassen eine Bildröhre, welche die Pixelanordnung einer Großschirm-Anzeigevorrichtung aufweist. Die Anordnung einer in der Bildröhre verwendeten, Elektronen emittierenden Quelle wird nun mit Hinweis auf 15 beschrieben.
Die respektiven Komponenten der Bildröhre sind in einem zylindrischen Glaskolben 1501 untergebracht, der das Vakuumgefäß darstellt. Der Glaskolben 1501 enthält eine Kathodenstruktur 1510, die als eine Elektronen emittierende Quelle dient. Die Kathodenstruktur 1510 weist die folgende Anordnung auf. Eine rückseitige Elektrode 1512 ist in der Mitte eines keramischen Substrats 1511 gebildet. Eine Glühfadenkathode 1513 ist oberhalb der rückseitigen Elektrode 1512 in einem vorgegebenen Abstand befestigt. Ein elliptischer Gitterkäfig 1514 mit Maschennetz-Abschnitt 1514a ist auf dem keramischen Substrat 1511 montiert und überdeckt die rückseitige Elektrode 1512 und die Glühfadenkathode 1513. Der Maschennetz-Abschnitt 1514a wölbt sich kugelförmig in Richtung zum Leuchtstoffschirm (nicht dargestellt) hin, der innerhalb des Glaskolbens 1501 untergebracht ist.
Die Bildröhre, welche diese Anordnung aufweist, emittiert Elektroden aus der Kathodenstruktur 1510 wie folgt. Eine vorgegebene Spannung wird an der Glühfadenkathode 1513 angelegt, um die thermischen Elektronen zu emittieren. Eine negative Spannung relativ zur Glühfadenkathode 1513 wird der Rückelektrode 1512 aufgeprägt. Eine positive Spannung relativ zur Glühfadenkathode 1513 wird dem Gitterkäfig 1514 aufgeprägt. Ein Elektronenstrahl wird aus dem Maschennetz-Abschnitt 1514a des Gitterkäfigs 1514 emittiert. Der Elektronenstrahl trifft auf einen Leuchtstoffschirm (nicht dargestellt) und veranlaßt den Leuchtstoffschirm, Licht zu emittieren.
Wie oben beschrieben, wird die thermische Elektronenemission aus einer Elektronen emittierenden Substanz in einer Elektronen emittieren Quelle herkömmlicher Art in einer Vorrichtung, wie eine Bildröhre oder eine fluoreszierende Vakuum-Anzeigevorrichtung, grundsätzlich ausgenutzt, um Lichtemission aus einem Leuchtstoff beim Auftreffen der Elektronen zu erzeugen. Die Elektronen emittierende Substanz ist aus einem sogenannten ternären Oxid hergestellt, welches Bariumoxid, Calciumoxid und Strontiumoxid enthält. Im Einsatz wird in diesem ternären Oxid Barium durch Reaktion mit dem Gas verbraucht, deshalb wird die Röhre laufend mit Barium aus der Elektronen emittierenden Schicht nachversorgt. Der Bariumnachschub reicht jedoch nicht aus, wenn ein hoher Strom fließt, indem viele Elektronen emittiert werden. Außerdem muß die Elektronen emittierende Substanz für die Elektronenemission geheizt werden, aber durch Wärme führt auch zur Abnutzung.
Die Oxide, aus welchen die Elektronen emittierende Substanz besteht, sind in Berührung mit der Luft sehr instabil. Aus diesem Grund wird in einem Herstellungsverfahren einer Elektronen emittierenden Quelle herkömmlicher Art die Elektronen emittierende Schicht zunächst aus sogenannten Carbonaten, wie Bariumcarbonat, Calciumcarbonat und Strontiumcarbonat gebildet, die in ein Vakuumgefäß zusammen mit anderen Komponenten eingebracht und dann oxidiert werden, während das Vakuumgefäß evakuiert und gealtert wird. Dementsprechend besteht das Herstellungsverfahren der Elektronen emittierenden Quelle herkömmlicher Art allgemein aus vielen Schritten.
Der aus einer herkömmlichen Elektronen emittierenden Quelle emittierte Elektronenstrom ist stark von der Temperatur der Elektronen emittierenden Quelle abhängig. Wenn die Temperatur der Elektron emittierenden Quelle örtlich unterschiedlich ist, dann ist auch der emittierte Elektronenstrom ungleichmäßig verteilt.
Die Elektronen emittierende Quelle herkömmlicher Art weist eine Elektronen emittierende Substanz, wie oben beschrieben, auf. Diese Substanz ist jedoch gegenüber dem im Vakuumgefäß der fluoreszierenden Vakuum-Anzeigevorrichtung produzierten Gas empfindlich und kann deshalb innerhalb kurzer Zeit unbrauchbar werden.
Zusammenfassend gesagt, leidet die Elektronen emittierende Quelle herkömmlicher Art unter Problemen eines umständlichen Herstellungsverfahrens, unter Schwankungen des emittierten Stroms, unter mangelhafter Widerstandsfähigkeit gegenüber Umgebungseinflüssen und unter Strukturschwäche.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Elektronen-emittierenden Quelle, mit einigen ähnlichen Schritten wie diejenige von Anspruch 1, ist in EP-A-1 047 097 offenbart, welche zum Stand der Technik im Sinne von Art. 54 (3) EPÜ gehört (nur für diejenigen Teile des Dokuments, welche in zulässiger Weise die Priorität vom 18. Juni 1998 beanspruchen, gegenüber denjenigen Teilen der vorliegenden Anmeldung, welche lediglich die Priorität vom 17. Juli 1998 beanspruchen). Dieses Verfahren zum Herstellen einer Elektronen emittierenden Quelle umfaßt wenigstens die Schritte: Bilden einer ersten Elektrode; und Bereitstellen eines Elektronen emittierenden Abschnittes aus einem Partikel oder einem Aggregat von Partikeln auf der ersten Elektrode, wobei Partikel verwendet werden, welche aus Kohlenstoff-Nanoröhren gebildet sind. Während eines Wasserstoffplasma-Ätzschrittes werden die Spitzen der Kohlenstoff-Nanoröhren freigelegt, indem ein Teil von einem Kohlenstoffpartikel oder einem Aggregat von Partikeln, in welchem die Nanoröhren enthalten sind, entfernt wird. Als Ergebnis ragen die Kohlenstoff-Nanoröhren teilweise von den Partikeln hervor. Jedoch umfaßt das Verfahren nicht den Schritt des Entfernens eines Abschnittes von einer Oberfläche von einem leitfähigen Haftmittel, in welchem die Kohlenstoff-Nanoröhren enthalten sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine resistente Elektronen emittierende Quelle bereitzustellen, welche eine große Anzahl von Elektronen emittieren und einfach hergestellt werden kann.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfaßt ein Verfahren zum Herstellen einer Elektronen-emittierenden Quelle die Schritte: Bereitstellen einer Paste, welche ein leitfähiges Haftmittel enthält, und welche durch Verteilen von einer Mehrzahl von nadelförmigen Strukturen aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren, die jeweils aus einer säulenartigen Graphitschicht gebildet sind, gewonnen wird; Bilden einer Struktur der Paste auf einem leitfähigen Substrat; und Erwärmen der auf dem Substrat gebildeten Pasten-Struktur, derart, daß die Kohlenstoff-Nanoröhren durch das leitfähige Haftmittel auf dem Substrat fixiert werden, und Entfernen eines Abschnittes von der Oberfläche der Paste, außer die nadelförmigen Strukturen, um eine vorgegebene Menge, um die nadelförmigen Strukturen zumindest teilweise freizulegen.
Mit dieser Struktur können die Elektronen von den Spitzen der Kohlenstoff-Nanoröhren emittiert werden, wenn im Vakuum die Spannung an den Kohlenstoff-Nanoröhren über das Substrat angelegt ist.
Die Abschnitte, außer die nadelförmigen Strukturen, werden durch Laserbestrahlung oder Plasmahandlung entfernt.
Mit dieser Behandlung können die nadelförmigen Strukturen entfernt werden. Durch Laserbestrahlung können die Abschnitte der nadelförmigen Strukturen, außer die Kohlenstoff-Nanoröhren, entfernt werden, um die Elektronen emittierenden Spitzen freizulegen.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Abschnitte, außer die Kohlenstoff-Nanoröhren, zusätzlich von den Spitzen der nadelförmigen Strukturen um eine vorgegebene Menge entfernt, um die Spitzen der Kohlenstoff-Nanoröhren freizulegen, wodurch eine Elektronen emittierende Quelle hergestellt wird, bei welcher die Kohlenstoff-Nanoröhren an dem Substrat fixiert sind. Die Abschnitte, außer die nadelförmigen Strukturen, werden durch Aussetzen der Struktur in einem Sauerstoff- oder Wasserstoffgasplasma entfernt.
Mit dieser Behandlung können die Elektronen emittierenden Spitzen freigelegt werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
1A bis 1F sind Ansichten, die die Anordnung einer Elektronenkanone mit einer Elektronen emittierenden Quelle zeigen;
2A bis 2D sind Ansichten zur Erläuterung der Elektronenkanone, welche die Elektronen emittierende Quelle gemäß 1 verwendet;
3 ist eine Ansicht, welche die Anordnung des Hauptteils einer Elektronenkanone zeigt, die eine andere Elektronen emittierende Quelle verwendet;
4A und 4B sind Querschnittsansichten, welche die Anordnung einer Bildröhre als fluoreszierende Vakuum-Anzeigevorrichtung darstellen, die ein weiteres Beispiel einer Elektronen emittierende Quelle verwendet;
5A bis 5C sind Ansichten zur Erläuterung einer Elektronen emittierenden Quelle, welche nicht ein Teil der beanspruchten Erfindung ist;
6A bis 6E sind Ansichten zur Erläuterung einer Elektronen emittierenden Quelle, welche nicht ein Teil der beanspruchten Erfindung ist;
7A, 7C und 7F sind Querschnittsansichten zur Erläuterung einer Elektronen emittierenden Quelle gemäß der vorliegenden Erfindung;
7B, 7D und 7E sind Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen;
8 ist eine Querschnittsansicht, welche die Anordnung einer Bildröhre darstellt, in welcher eine Elektronen emittierende Quelle verwendet wird;
9A und 9B sind Ansichten zur Erläuterung eines weiteren Verfahrens zum Herstellen einer Elektronen emittierenden Quelle, welche nicht ein Teil der beanspruchten Erfindung ist;
10A bis 10C sind Querschnittsansichten, welche die Anordnung einer FED zeigen, die eine Elektronen emittierende Quelle;
11 ist ein Grundriß, welcher die Anordnung der FED zeigt, die die Elektronen emittierende Quelle gemäß 10 verwendet;
12 ist eine Querschnittsansicht, welche die Anordnung einer FED darstellt, die eine weitere Elektronen emittierende Quelle verwendet;
13 ist eine Querschnittsansicht, welche die Anordnung einer FED darstellt, die ein weiteres Beispiels einer Elektronen emittierende Quelle verwendet;
14A und 14B sind Ansichten, welche die Anordnung einer Elektronenkanone darstellen, die eine Elektronen emittierende Quelle herkömmlicher Art verwendet; und
15 ist eine Querschnittsansicht, welche die Anordnung einer Bildröhre darstellt, die eine Elektronen emittierende Quelle herkömmlicher Art verwendet.
Beschreibung
1A, 1B und 1C zeigen die Anordnung einer Elektronenkanone, welche eine Elektronen emittierende Quelle verwendet.
Diese Elektronenkanone umfaßt eine Bühne 102, die auf einem Substrat 101 in den Richtungen x und y beweglich ist. Ein nadelförmiger Emitter (Elektronen emittierende Quelle) 103 ist auf der beweglichen Bühne 102 angeordnet. Eine Extraktionselektrode 104 ist auf der Linie von der Spitze des nadelförmigen Emitters 103 auf dem Substrat 101 befestigt. Die Extraktionselektrode 104 weist eine Öffnung 104a auf.
Insbesondere umfaßt die Elektronenkanone eine Kaltkathoden-Elektronenquelle vom Feldemissionstyp, welche aus dem nadelförmigen Emitter 103 und der Extraktionselektrode 104 besteht. Die Elektronenextraktions-Effizienz kann durch Bewegen der beweglichen Bühne 102 sowie Kontrolle der Position und Orientierung der Spitze des nadelförmigen Emitters 103 relativ zur Öffnung 104a optimiert werden.
Der als Elektronen emittierende Quelle dienende, nadelförmige Emitter 103 besteht aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren. Insbesondere, der nadelförmige Emitter 103 ist durch Bündeln einer Mehrzahl nadelförmiger Graphitsäulen (nadelförmige Strukturen) gebildet, die eine Länge von mehreren Zehnmikrometer aufweisen und aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren bestehen, während die Längsausrichtungen der Säulen im wesentlichen gleich sind. Der nadelförmige Emitter 103 weist eine Länge von etwa 5 mm und einen Durchmesser von 1 bis 3 mm auf, wobei ein Abschnitt des Nadelförmigen Emitters 103 von etwa 0,5 bis 1 mm ab der Spitze verjüngt ist.
Die Kohlenstoff-Nanoröhre wird nun erläutert. Wie in 1D dargestellt ist, ist diese Kohlenstoff-Nanoröhre ein vollständig graphitisierter Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 4 bis 50 nm und einer Länge in der Größenordnung 1 μm. Wie in 1E dargestellt ist, ist die Spitze der Kohlenstoff-Nanoröhre noch mit einem fünfteiligen Ring verschlossen. Man beachte dass die Spitze gebogen und geöffnet sein kann.
Wenn zwei Kohlenstoffelektroden in Heliumgas mit einem Abstand von etwa 1 bis 2 mm angeordnet werden und eine Gleichstrom-Lichtbogenentladung zwischen ihnen erzeugt wird, bildet sich eine Kohlenstoff-Nanoröhre in einem Belag, der sich am distalen Ende der kathodenseitigen Kohlenstoffelektrode durch Verdampfen der anodenseitigen Kohlenstoffelektrode aufbaut.
Das heißt, wenn eine stabile Bogenentladung in Helium ununterbrochen läuft, während der Abstand zwischen den Kohlenstoffelektroden auf etwa 1 mm festgehalten wird, bildet sich am distalen Ende der kathodenseitigen Kohlenstoffelektrode eine abgelagerte Säule mit fast dem gleichen Durchmesser wie der der anodenseitigen Kohlenstoffelektrode.
Die abgelagerte Säule besteht aus zwei Teilen, nämlich aus einer harten äußeren Hülle und einem schwarzen, zerbrechlichen inneren Kern. Der innere Kern weist eine faserförmige Struktur auf, welche sich in Richtung der Höhe der abgelagerten Säule erstreckt. Die faserförmige Struktur ist die oben beschriebene Graphitsäule. Die Graphitsäule kann man durch Aufschneiden der abgelagerten Säule entnehmen. Die harte äußere Hülle besteht aus polykristallinem Graphit.
Die Graphitsäule besteht aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren zusammen mit Kohlenstoff-Nanopolyeder. Wie in 1F gezeigt ist, ist eine Graphitsäule 131 eine nadelförmige Struktur, die aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren 132 gebildet wird, die in fast gleicher Richtung ausgerichtet sind. 1E zeigt einen Querschnitt eines mittleren Abschnitts der Graphitsäule.
Die 1D und 1E zeigen schematisch eine Graphitsäule, in welcher eine einzige Graphitlage zylindrisch geschlossen ist. Die Graphitsäule ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt, sondern kann auch eine Form haben, in welcher eine Vielzahl von Graphitlagen in einer verschachtelten Struktur gestapelt sind, wobei jede Graphitlage zylindrisch geschlossen ist, um eine koaxiale mehrschichtige Struktur zu bilden. Die Mitte dieser Struktur ist hohl.
Die Elektronenkanone weist folgende Teile auf: eine Kaltkathode-Elektronenquelle vom Feldemissionstyp, als nadelförmiger Emitter 103 aus Kohlenstoff-Nanoröhren gebildet, und die Extraktionselektrode 104. Die Stromdichte (Emissionsmenge) betrug 10 A/cm² und könnte theoretisch 400 A/cm² sein.
Da die Position des nadelförmigen Emitters 103 kann mit der beweglichen Bühne 102 eingestellt werden kann; wenn sich die Spitze des nadelförmigen Emitters 103 abnutzt und ihr Zustand sich verschlechtert hat, kann der nadelförmige Emitter 103 in Richtung zur Extraktionselektrode 104 hin bewegt werden, so daß ein hoher Wirkungsgrad der Elektronenemission aufrecht erhalten werden kann.
In der oben beschriebenen Anordnung wird der Emitter durch Bündeln von Graphitsäulen gebildet, deren Längsrichtungen im wesentlichen gleich sind, aber der Emitter ist nicht auf diese Gestaltung beschränkt. Wie in 2A und 2B dargestellt ist, wird eine Mehrzahl von Graphitsäulen 202 am distalen Ende eines Kathodenzylinders 201 angeordnet, und das elektrische Feld wird zwischen dem Kathodenzylinder 201 und einer Extraktionselektrode 203 angelegt, um Elektronen aus den Graphitsäulen 202 zu extrahieren. Die Graphitsäulen 202 sind am Kathodenzylinder 201 befestigt, beispielsweise mit einem leitenden Klebstoff. Der leitende Klebstoff ist beispielsweise eine silberhaltige Paste, die hergestellt wird, indem Silberteilchen in einem Träger zusammen mit schmelzbaren Glasteilchen mit niedrigem Erweichungspunkt als Binder dispergiert werden. Der Träger ist eine zähe Flüssigkeit, in welcher ein Harz in einem Lösungsmittel aufgelöst ist, welches sich durch Erwärmen sehr leicht zersetzt und flüchtig ist. Ein typischer Träger wird hergestellt, indem Ethylzellulose in Terpineol aufgelöst wird.
In diesem Fall, wie in 2A dargestellt ist, wird die Längsrichtung der Graphitsäule 202 vorzugsweise möglichst in der Elektronen-Extraktionsrichtung ausgerichtet. Dieses Verfahren der Befestigung der Graphitsäulen an die Kathode ist nicht ein Teil der beanspruchten Erfindung.
2C zeigt die Unterschiede der Emissionsmenge in Abhängigkeit von der Längsrichtung der Graphitsäule. In 2C stellt (c-1) die Emissionsmenge dar, wenn die Längsrichtungem der Graphitsäulen 202 im wesentlichen mit der Elektronenextraktionsrichtung zusammenfallen, wie in 2A dargestellt ist. (c-2) stellt die Emissionsmenge dar, wenn die Längsrichtungen der Graphitsäulen 202 kaum mit der Elektronen-Extraktionsrichtung übereinstimmen, wie in 2B dargestellt ist.
Wie in 2C ersichtlich ist, kann eine größere Emissionsmenge erzielt werden, wenn die Längsrichtungen der Graphitsäulen mit der Elektronen-Extraktionsrichtung übereinstimmen.
Wie oben beschrieben, kann die Kohlenstoff-Nanoröhre eine einschichtige oder eine mehrschichtige Struktur aufweisen, sowie eine Struktur, in welcher die Spitze durch einen fünfteiligen Ring geschlossen ist, oder eine Struktur, in wecher die Spitze offen ist ohne einen fünfteiligen Ring. Wenn eine mehrschichtige Kohlenstoff-Nanoröhre mit offener Spitze verwendet wird, kann eine größere Anzahl von Elektronen emittiert werden, wie mit "o" in 2D dargestellt ist. In 2D stellt "Δ" die Strom-/Spannungskurve dar für Elektronen, die von einer einschichtigen Kohlenstoff-Nanoröhre emittiert werden, und "•" stellt die Strom-/Spannungskurve dar für Elektronen, die von einer mehrschichtigen Kohlenstoff-Nanoröhre emittiert werden, deren Spitze mit einem fünfteiligen Ring verschlossen ist. In 2D ist der Strom ein Sondenstrom (I_p), der mit Sondenlöchern, die einen Durchmesser von 1 mm aufweisen, gemessen wurde. Der Strom ist nicht der gesamte emittierte Strom. Der Abstand zwischen den Sondenlöchern ist 60 mm.
3 zeigt eine weitere Elektron emittierte Quelle.
Ein scheibenförmiger Distal-Endabschnitt 301 ist mit einer Vielzahl von Vertiefungen 301a auf seiner Vorderfläche am Distalende einer zylindrischen Kathode 302 befestigt, und die Vertiefungen 301a des Distalabschnitts 301 sind mit einem Aggregat aus Kohlenstoff-Nanoröhren gefüllt.
Insbesondere, die Vertiefungen 301a sind mit einer Vielzahl nadelförmiger Graphitsäulen gefüllt, die eine Länge von mehreren Zehnmikrometer aufweisen und aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren gebildet sind, wobei die Längsrichtungen dieser Säulen im wesentlichen miteinander übereinstimmen. Der Distalendabschnitt 301 weist eine Dicke von etwa 5 mm und einen Durchmesser von etwa 5 mm auf, und umfaßt eine Mehrzahl von Vertiefungen 301a mit etwa 0,5 mm Lochdurchmesser. Als Material zur Bildung des als Substrat dienenden Distalendabschnitts 301, stehen eine Nickellegierung, Edelstahl oder eine 426-Legierung zur Verfügung.
Ein Graphitsäulenpulver, das aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren hergestellt wurde, wird in die Vertiefungen 301a unter einem Druck von etwa 49,0 bis 58,8 bar (5 bis 6 kgw) eingebracht. Beispielsweise wird die Bildungsfläche für die Vertiefungen 301a des Distalendabschnitts 301 mit dem Graphitsäulenpulver bedeckt, und das Pulver wird von einer Rolle oder einer ähnlichen Vorrichtung gepreßt. Das Graphitsäulenpulver kann mittels Rakelmesser in die Vertiefungen 301a gedrückt werden.
Die Elektronen emittierende Quelle besteht aus dem Distalendabschnitt 301, der die mit den Kohlenstoff-Nanoröhren gefüllten Vertiefungen 301a aufweist. Wenn der Distalendabschnitt 301 den in den 1A, 1B und 1C dargestellten Emitter 103 ersetzt, kann die Elektronenkanone mit einer Kaltkathode-Elektronenquelle vom Feldemissionstyp bestückt werden, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform. In der Gestaltung der Elektronenkanone wird die Bildungsfläche für die Vertiefungen 301a des Distalendabschnitts 301 zur Orientierung der in 1A, 1B und 1C dargestellten Extraktionselektrode 104 eingerichtet. Mit der in dieser Weise gestalteten Elektronenkanone wurde eine Stromdichte (Emissionsmenge) von 10 A/cm² oder mehr erzielt, wobei der theoretisch erzielbare Wert 400 A/cm² beträgt.
Die Kohlenstoff-Nanoröhren werden eingefüllt und ohne Binder fixiert in den Vertiefungen 301a. Die Kohlenstoff-Nanoröhre ist nicht mit einem Binder überdeckt, und dies erleichtert die Elektronenemission aus den Spitze der Nanoröhren.
Die Elektronenkanone wurde als Beispiel beschrieben, aber die Anwendung der Elektronen emittierenden Quelle ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Zum Beispiel kann die Elektronen emittierende Quelle in einer fluoreszierenden Vakuum-Anzeigevorrichtung wie folgt eingesetzt werden.
In diesem Fall ist die Elektronen emittierende Quelle in einem Vakuumgefäß angeordnet, welches die fluoreszierende Vakuum-Anzeigevorrichtung darstellt. Eine Anode mit einer Leuchtstoffschicht ist im Vakuumgefäß so angeordnet, daß sie der Elektronen emittierenden Quelle zugewandt ist. Die von der Elektronen emittierenden Quelle emittierten Elektronen bombardieren die Leuchtstoffschicht. Die Anode kann als eine Extraktionselektrode verwendet werden, oder eine Extraktionselektrode kann zwischen der Leuchtstoffschicht und der Elektronen emittierenden Quelle angeordnet werden.
4a zeigt die Anordnung einer Bildröhre als fluoreszierende Vakuum-Anzeigevorrichtung, die eine Elektronen emittierende Quelle.
Die Gestaltung und das Herstellungsverfahren der Bildröhre werden nun beschrieben. Eine Glasfrontplatte 402 wird an einer zylindrischen Glasröhre 401 mit Frittglas 403 befestigt, welches einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, um ein Vakuumgefäß (Bildröhrenkolben) zu gestalten.
Das Vakuumgefäß enthält einen Leuchtstoffschirm 404, eine Anodenstruktur 405 und eine Kathodenstruktur 406, die als Elektronen emittierende Quelle dient. Die Glasfrontplatte 402 wird an der Glasröhre 401 befestigt und fixiert, nachdem der Leuchtstoffschirm 404, die Anodenstruktur 405 und die als Elektronen emittierende Quelle dienende Kathodenstruktur 406 angeordnet wurden.
Ein konvexlinsenförmiger, sphärischer Abschnitt 402a ist auf der Vorderseite der Glasfrontplatte 402 gebildet, und ein Kragenstufenabschnitt 402b ist am sphärischen Abschnitt geformt. Obwohl nicht dargestellt, der Randabschnitt einer inneren Fläche 402c der Glasfrontplatte 402 ist teilweise vertieft. Der Leuchstoffschirm 404 ist auf der Hauptfläche der inneren Fläche 402c aufgebracht, und ein rückseitiger Metallfilm 407 aus Aluminium ist auf der Oberfläche des Leuchtstoffschirms 404 aufgetragen.
In der Vertiefung ist kein Leuchtstoffschirm 404 aufgetragen, sondern nur der rückseitige Metallfilm 407 aus Aluminium. In der Vertiefung ist ein Ende von einem elastischen Kontaktelement 407a mittels Preßformen gebildet, beispielsweise wird eine dünne Edelstahlplatte eingesetzt. Das Kontaktelement 407a wird verklebt und fixiert an der Vertiefung mit einem leitenden Klebstoff, der beispielsweise aus einer Mischung von Kohlenstoff oder Silber und Frittglas besteht. Das andere Ende des Kontaktelements 407a erstreckt sich bis zur inneren Wand der Glasröhre 401.
Der Leuchtstoffschirm 404 wird gebildet mit einer Lösung, die hergestellt wird, indem eine Leuchtstoffmischung, zum Beispiel Y₂O₂S:Tb + Y₂O₃:Eu als ein Weißleuchtstoff in einem Lösungsmittel aufgelöst wird und bis zu einer Dicke von etwa 20 μm auf der Innenfläche 402c im Druckverfahren aufgetragen und getrocknet wird. Zu beachten ist, daß der Leuchtstoffschirm 404 nicht bis in die Vertiefung gebildet wird.
Der rückseitige Metallfilm 407 aus Aluminium wird gebildet, indem ein Aluminiumfilm bis zu einer Dicke von etwa 150 nm auf der Oberfläche des Leuchtstoffschirms 404 aufgetragen wird. Da kein Leuchstoffschirm 404 in der Vertiefung gebildet wird, wird dort nur der rückseitige Metallfilm 407 aus Aluminium gebildet.
Wenn der rückseitige Metallfilm 407 aus Aluminium zu dünn ist, nehmen die Nadellöcher zu und schwächen die Reflexion des Leuchtstoffschirms 404; wenn der rückseitige Metallfilm 407 aus Aluminium zu dick ist, wird der Zutritt des Elektronenstrahls in den Leuchtstoffschirm 404 hinein behindert, so daß das emittierte Licht geschwächt wird. Deshalb ist es wichtig, die Dicke des rückseitigen Metallfilms 407 aus Aluminium zu kontrollieren. Eine bevorzugte Dicke des rückseitigen Metallfilms 407 aus Aluminium ist 150 nm, wie oben beschrieben.
Nachdem der Leuchstoffschirm 404 und der rückseitige Metallfilm 407 aus Aluminium gebildet sind, wird die Glasfrontplatte 402 kalziniert, beispielsweise in einem elektrischen Ofen in Luft bei 560°C für etwa 30 Minuten, um das Lösungsmittel und andere, im aufgetragenen Film enthaltenen Substanzen zu entfernen.
Der am Rand der Glasfrontplatte 402 gebildete Kragenstufenabschnitt 402b wird montiert, und fixiert mit dem Frittglas 403, welches einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, an einer Öffnung der Glasröhre 401, die einen Durchmesser von etwa 20 mm und eine Länge von etwa 50 mm aufweist, wobei die zwei Enden abgeschnitten werden.
Ein Anschlußstift 409 wird in einem Glasstiel 408 eingesetzt, der das untere Ende der Glasröhre 401 bildet, und der Glasstiel 408 wird in einem Stück zusammen mit einem Auspumprohr 408a gefertigt. Ein Anodendraht 410 wird an der Spitze des Anschlußstifts 409 angeschweißt, und eine zylindrische Anodenstruktur (Elektronen-Beschleunigungselektrode) 405 wird an der Spitze der Anodenleitung 410 angeschweißt.
Die Anodenstruktur 405 umfaßt folgende Teile:
eine ringförmige Anode 405a, die durch Rundbiegen, beispielsweise eines Edelstahldrahtes (Durchmesser etwa 0,5 mm), zu einer ringförmigen Gestalt geformt ist; und
eine zylindrische Anode 405b, die durch Wickeln einer dünnen rechteckigen Edelstahlplatte (Dicke: 0,01 bis 0,02 mm) um die Außenfläche der ringförmigen Anode 405a und Befestigen von zwei überlappende Abschnitte mittels Schweißen oder ähnlichem Verfahren gebildet wird.
Die Anodenstruktur 405 ist so befestigt, daß die ringförmige Anode 405a an der Spitze der Anodenleitung 410 am vorbestimmten Abschnitt angeschweißt ist und sich der innere Teil der zylindrischen Anode 405b in Kontakt mit der extremen Spitze der Anodenleitung 410 zusammengeschweißt ist. Ein Ba-Getter 405c ist an einem Teil der ringförmigen Anode 405a angeschweißt. Die Abschnitte der Anodenstruktur 405 und der Anschlußstift 409 sind in der 4A nicht dargestellt.
Die oben beschriebene Anordnung ist mit der einer herkömmlichen Bildröhre fast identisch.
Die Anschlußstifte 409a und 409b sind ebenfalls im Glasstiel 408 eingesetzt. Die Kathodenleitungen 411a und 411b sind an den spitzen der Anschlußstifte 409a und 409b angeschweißt, und die Kathodenstruktur 406 ist an den Spitzen der Kathodenleitungen 411a und 411b angeschweißt.
Die Kathodenstruktur 406 weist die folgende Anordnung auf. Eine Elektrode (leitende Platte) 406b ist auf der Mitte eines keramischen Substrats 406a angeordnet. Wie in 4B dargestellt ist, nadelförmige Graphitsäulen 421, die je eine Länge von mehreren Zehnmikrometer bis mehreren mm aufweisen und aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren hergestellt sind, sind in einem Bereich mit einem Durchmesser von etwa 3 mm auf der Elektrode 406b befestigt, wobei ihre Längsrichtungen im wesentlichen mit der Richtung zum Leuchstoffschirm 404 zusammenfallen.
Die Graphitsäulen 421 sind mit einem leitenden Klebstoff 422 befestigt. Die Elektrode 406b und die Graphitsäulen 421, die mit dem leitenden Klebstoff 422 befestigt sind, stellen eine Elektronen emittierende Quelle dar. Dieses Verfahren der Befestigung der Graphitsäulen an die Kathode ist nicht ein Teil der beanspruchten Erfindung.
Die Elektrode 406b und die Graphitsäulen 421 sind mit einem Käfig 406d umgeben, der einen Gitternetz-Abschnitt 406e (Elektronen-Extraktionselektrode) aufweist.
In dieser Weise ergibt sich die Kathodenstruktur 406, indem die aus Kohlenstoff-Nanoröhren bestehenden Graphitsäulen 421 an der Elektrode 406b befestigt werden, und der Käfig 406d auf dem Keramiksubstrat 406a montiert wird, um sie zu überdecken.
Der etwas kugelförmig gestaltete Gitternetzabschnitt 406e ragt in Richtung zum Leuchtstoffschirm 404 hin. Der Gitternetzabschnitt 406e kann auch flach sein. Der Käfig 406d wird gebildet, indem eine etwa 100 μm dicke Edelstahlplatte durch Verpressen geformt wird. Der Gitternetzabschnitt 406e weist eine Länge von etwa 6 mm, eine Breite von etwa 4 mm und eine Höhe von etwa 1,25 mm auf. Der Gitternetzabschnitt 406e weist einen Abstand von 0,5 bis 1 mm von der Spitze der Graphitsäule 421 auf. Der Abstand zwischen ihnen ist vorzugsweise klein, aber sie dürfen sich nicht berühren.
In der Bildröhre mit der oben beschriebenen Anordnung wird die Spannung aus einer externen Schaltung an die Anschlußstifte 409a und 409b angelegt, um das elektrische Feld zwischen der Elektrode 406 und dem Käfig 406d über die Kathodenanschlüsse 411a und 411b zu erzeugen. Dies konzentriert ein starkes elektrisches Feld an den Spitzen der Kohlenstoff-Nanoröhren der Graphitsäulen 421, die an der Elektrode 406 befestigt sind, um Elektronen zu extrahieren und aus dem Gitternetzabschnitt 406e zu emittieren. Dies bedeutet, daß die Kathodenstruktur 406 eine Elektronenquelle (Elektronen emittierende Quelle) vom Feldeffekttyp mit kalter Kathode ist, die aus Kohlenstoff-Nanoröhren 421a gebildeten Graphitsäulen 421 als Emitter verwenden.
Eine hohe Spannung von einer externen Quelle wird an den Anschlußstift 409 und über die Anodenleitung 410 zum Rückseitigen Metallfilm 407 aus Aluminium über die Anodenleitung 410, die Anodenstruktur 405 (zylindrische Anode 405b) und das Kontaktelement 407a angelegt. Die emittierten Elektroden werden von der zylindrischen Anode 405b beschleunigt und bombardieren den Leuchtstoffschirm 404 durch den rückseitigen Metallfilm 407 aus Aluminium hindurch. Die Elektronen-Bombardierung bringt den Leuchtstoffschirm 404 zum Leuchten in einer Farbe, die dem Leuchtstoff entspricht, aus welchem der durch die Glasfrontplatte 402 sichtbare Leuchtstoffschirm 404 besteht.
Die Elektronen emittierende Quelle ist aus Kohlenstoff-Nanoröhren gebildet und arbeitet als Elektronenquelle vom Feldemissionstyp mit kalter Kathode. Diese Elektronen emittierenden Quelle kann einfach eingesetzt werden ohne Verschlechterung durch ein im Vakuumgefäß produziertes Gas, weil keine empfindliche Komponente, wie ein Heizfaden, vorliegt.
Da keine Stromversorgung zum Aufheizen des Heizfadens benötigt wird, sind weniger Anschlußstifte erforderlich, und der elektrische Energieverbrauch kann kleiner gemacht werden.
Die Elektronen emittierende Quelle kann auch in einer anderen fluoreszierenden Vakuum-Anzeigeapparatur eingesetzt werden, in welcher der Licht emittierende Teil aus einem Leuchtstoff im Vakuumgefäß besteht.
Beispielsweise kann diese Elektronen emittierende Quelle in ähnlicher Weise verwendet werden in einer Bildröhre, die die Emissionsfarbe verändert mit einem optischen Filter zwischen der Glasfrontplatte und dem Leuchtstoffschirm, und in einer Bildröhre, die eine mehrfarbige Anzeige mit einer Vielzahl von Leuchtschirmen in einem einzigen Vakuumgefäß implementiert.
Außerdem kann die Elektronen emittierende Quelle auch in einer flachen Bildröhre verwendet werden, die Zeichen in gewünschten Formen darstellt auf einem Leuchtschirm der gewünschten Form.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Elektronen emittierende Quelle hergestellt, indem die Graphitsäulen mit einem leitenden Klebstoff an der Elektrode befestigt werden.
Nun wird unten ein weiteres Verfahren zum Herstellen der Elektronen emittierenden Quelle beschrieben, welches aber nicht ein Teil der beanspruchten Erfindung ist.
Wie oben beschrieben wurde, wenn zwei Kohlenstoffelektroden in Heliumgas mit einem Abstand von etwa 1 bis 2 mm angeordnet werden und eine Gleichstrom-Bogenentladung zwischen ihnen stattfindet, wird eine Kohlenstoff-Nanoröhre gebildet in einer Ablagerung, die am Distalende der kathodenseitigen Kohlenstoffelektrode entsteht, indem Kohlenstoff auf der anodenseitigen Kohlenstoffelektrode verdampft.
Dies wird nun näher erläutert.
Wie in 5A dargestellt ist, sind eine anodenseitige Kohlenstoffelektrode 502 und eine kathodenseitige Kohlenstoffelektrode 503 in einem geschlossenen Gefäß 501 angeordnet. Die Kohlenstoffelektrode 502 ist mit einem Stromanschluß 502a verbunden, und die Kohlenstoffelektrode 503 ist mit einem Stromanschluß 503a verbunden. Die Kohlenstoffelektrode 502 kann in den Richtungen nach rechts und nach links in 5A bewegt werden, mit dem um eine kleine Strecke linear beweglichen Mechanismus 504. Helium unter geringem Druck wird in das geschlossene Gefäß 501 eingefüllt.
In dieser Anordnung wird der Stromanschluß 502a mit einer Klemme (+) und der Stromanschluß 503a mit einer Klemme (–) verbunden. Der Abstand der Elektroden 502 und 503 wird auf etwa 1 mm eingestellt, und ein Gleichstrom fließt als Bogenentladung zwischen den Elektroden. Wie in 5A gezeigt ist, verdampft dabei Kohlenstoff von der anodenseitigen Kohlenstoffelektrode 502. Der verdampfte Kohlenstoff kristallisiert wieder als Niederschlag 505 auf dem Distalende der Kathodenseitigen Kohlenstoffelektrode 503.
Die Elektrode 502 wird mit dem langsam beweglichen Mechanismus 504 entsprechend dem Wachstum des Niederschlags 505 so bewegt, daß der Abstand zwischen dem Niederschlag 505 und der Kohlenstoffelektrode 502 auf etwa 1 mm konstant gehalten wird. So wächst der Niederschlag 505, wie in 5B gezeigt ist, zu einer Säule 506, die sich auf dem Distalende der Kohlenstoffeleketrode 503 bildet. Die gebildete Säule 506 besteht aus zwei Teilen, nämlich aus einer harten äußeren Hülle 506a und einem schwarzen, zerbrechlichen inneren Kern 506b. Der innere Kern 506b weist eine faserförmige Struktur auf, die sich in Richtung der Höhe der gebildeten Säule 506 erstreckt. Die ferserförmige Struktur ist eine Graphitsäule der oben beschriebenen Art, die aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren besteht. Die Graphitsäule besteht aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren zusammen mit Kohlenstoff-Nanopolyeder. Die harte äußere Hülle 506a besteht aus polykristallinem Graphit.
Wie in 5C dargestellt ist, wird die gebildete Säule 506 in vorgegebene Längen geschnitten, um einen Niederschlagskörper 506c als ein Aggregat von Graphitsäulen zu bilden. Wie in 5D gezeigt ist, wird der Niederschlagskörper 506c auf der oberen Fläche einer Elektrode 507 mit einem leitenden Klebstoff 508 befestigt, wobei die geschnittene Fläche nach oben weist und die Elektronen emittierende Quelle bildet. Sogar die in dieser Weise hergestellte, Elektronen emittierende Quelle kann statt der Elektronen emittierenden Quelle verwendet werden, in welcher die Graphitsäule 421 mit leitendem Klebstoff 422 an der Elektrode 406b befestigt ist.
In dieser Elektronen emittierenden Quelle liegen die Längsrichtungen einer Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren in der Richtung senkrecht zur Ebene der Elektrode 507.
Ein weiters Verfahren zur Herstellung einer Elektronen emittierenden Quelle wird jetzt beschrieben, welches aber nicht ein Teil der beanspruchten Erfindung ist. Wie in 6A dargestellt ist, wird eine Metallplatte bearbeitet, um ein plattenförmiges Substrat 601 in vorgegebener Form mit einem Anschlußrahmen 601a zu verbinden.
Wie in 6B dargestellt ist, wird ein leitender Klebstoff 602, beispielsweise eine Silberpaste, in einem vorgegebenem Bereich auf der Oberfläche des Substrats 601 aufgetragen.
Wie in 6C dargestellt ist, wird eine Graphitsäule 603 auf dem leitenden Klebstoff 602 gebildet, so daß die Längsrichtung der Graphitsäule 603 im Rechten Winkel zur Ebene des Substrats 601 steht. Der leitende Klebstoff 602 wird kalziniert, indem er erhitzt wird, beispielsweise in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bei etwa 400°C bis 600°C, um die Graphitsäule 603 am Substrat 601 zu fixieren.
Eine Musteranordnung des leitenden Klebstoffs 602 kann mittels Fotolithografie gebildet werden, mit Einsatz eines lichtempfindlichen Fotolacks. In diesem Fall muß der leitende Klebstoff lichtempfindlich sein; dies kann beispielsweise durch Hinzugabe von Diazoniumsalze und Zinkchlorid realisiert werden.
Wie in 6D dargestellt ist, wird das Substrat 601, welches die Graphitsäulen 603 aufnimmt, aus dem Rahmen 601a geschnitten.
Die zwei Enden 601b des Substrats 601 sind gebogen, um eine Elektrode 604 zu bilden, mit den Graphitsäulen 603 auf ihrer Oberfläche befestigt, wie in 6E dargestellt ist. Damit ist eine Elektronen emittierende Quelle gebildet. Mit diesem Verfahren kann eine Mehrzahl von Elektroden, jede mit daran befestigten Graphitsäulen, als Elektronen emittierende Quelle, vorab gefertigt werden. Jede Elektrode kann beispielsweise als Kathodenstruktur 406 einer Bildröhre, wie in 4A gezeigt, verwendet werden. Es ist ebenfalls möglich, die Elektronenemissions-Eigenschaften der hergestellten, Elektronen emittierenden Quellen vorab zu überprüfen, um dann nur diejenigen mit ausgezeichnet guten Eigenschaften zu verwenden.
Die Bildung der Graphitsäule 603 auf dem Substrat 601 in 6C kann modifiziert werden, so daß ein feines Pulver der Graphitsäule 603 mit Hilfe einer Düse auf das Substrat 601 geblasen wird. In diesem Fall wird die Längsrichtung der Graphitsäule 603 orthogonal zur Ebene des Substrates 601 ausgerichtet. Eine für diesen Zweck beispielsweise verwendete Düse hat eine sich in Richtung zur Spitze hin verjüngende Form mit einem Öffnungsdurchmesser von etwa 0,1 bis mehreren mm. Der Luftaustrittsdruck an der Düse beträgt 1 bis einige kg/cm2. Es wird trockene Luft, beispielsweise normale Luft, oder Stickstoffgas mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt verwendet.
Unter diesen Umständen werden die Graphitsäulen 603 an den leitenden Klebstoff 602 geblasen, während die Längsrichtungen der Graphitsäulen 603 fast orthogonal zur Ebene des Substrats 601 orientiert sind.
Die Bildung der Graphitsäule 603 auf dem Substrat 601 in 6C kann auch wie folgt modifiziert werden.
Ein Graphitsäulenpulver wird auf das Substrat 601 und auf den Rahmen 601a gestreut, um darauf die Graphitsäulen-Pulverschicht zu bilden. Die Graphitsäulen-Pulverschicht wird nicht nur auf dem leitenden Klebstoff 602, sondern auch im übrigen Bereich aufgetragen. Das Graphitsäulenpulver wird mit Luft vom übrigen Bereich fortgeblasen und bleibt nur auf dem leitenden Klebstoff 602, so daß sich nun die Graphitsäulen 603 nur noch auf dem leitenden Klebstoff 602 befinden, wie in 6C dargestellt ist.
Die Graphitsäule 603 kann im Zustand, der in 6B dargestellt ist, gebildet werden, indem die Bildungsfläche des leitenden Klebstoffs 602 gegen das Graphitsäulenpulver gepreßt wird.
Die Bildung der Graphitsäule 603 auf dem Substrat 601 in 6C kann auch wie folgt modifiziert werden.
Eine Musteranordnung von Graphitsäulenpaste wird in einem vorgegebenen Bereich auf der Oberfläche des Substrates 601 gebildet, und wenigstens ein Teil der Graphitsäule wird auf der Oberfläche freigelegt, indem ein Teil der Oberfläche abgetragen wird. Als Ergebnis ist die Graphitsäule 603 auf dem Substrat 601 fixiert.
Die Graphitsäulenpaste wird zubereitet, indem Graphitsäulen in eine bekannte Silberpaste (leitende Paste) eingemischt werden. Die Musteranordnung wird im Siebdruckverfahren gebildet, wobei die Paste als Tinte dient. Nachdem das Pastenmuster mittels Siebdruck oder in ähnlicher Weise gebildet worden ist, werden das Lösungsmittel und andere Substanzen aus der Paste verdampft, und die verbleibende Paste wird durch Erhitzen in Luft auf etwa 400°C bis 600°C für 15 bis 60 Minuten kalziniert, um die Musteranordnung zu verfestigen. Diese Kalzinierung kann im Vakuum ausgeführt werden, beispielsweise bei 133,3 bis 0,133 Pa (1 bis 10^-3 Torr).
Im gebildeten Pastenmuster wird die Graphitsäule mit einer anderen Pastenkomponente bedeckt. Aus diesem Grund wird ein Teil der Graphitsäule exponiert, beispielsweise durch Polieren der Oberseite der Musteranordnung.
Wenn die Graphitsäule 603 auf dem Substrat 601 mit Verwendung der Graphitsäulenpaste gebildet wird, kann ein Teil der Graphitsäule exponiert werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
Ein weiters Verfahren zum Herstellen einer Elektronen emittierenden Quelle wird jetzt beschrieben.
Wenn die Oberseite des Pastenmusters geschnitten und poliert wird, um einen Teil der Graphitsäule auf dem Pastenmuster zu exponieren, wird Schneidestaub erzeugt, der beseitigt werden muß. Außerdem ist es schwierig, mittels Schneiden und Polieren die Kohlenstoff-Nanoröhren gleichmäßig auf der Oberfläche der Graphitsäulen freizulegen.
Kohlenstoff-Nanoröhren, die die Elektronen emittierende Quelle darstellen, werden gleichmäßig freigelegt beispielsweise durch Laserbestrahlung.
Die Herstellung der Elektronen emittierenden Quelle wird nun erläutert.
Eine Bündelpaste wird hergestellt, indem ein nadelförmiges Bündel (Graphitsäule), welches hauptsächlich Kohlenstoff-Nanoröhren enthält und eine Länge von etwa zehn μm aufweist, und eine Silberpaste (leitende zähe Lösung) bei einem Verknetungsverhältnis von 1:1 verknetet werden. Die Silberpaste ist eine flüssige Paste, in welcher die Silberteilchen (Metallteilchen) mit einem Durchmesser von etwa 1 μm zusammen mit Glasteilchen mit einem Durchmesser von etwa 1 μm in einem zähflüssigen Träger dispergiert sind, der durch Auflösen eines Harzes in einem Lösungsmittel gewonnen wird. Ein Material mit sehr guten Zersetzungs- und Verdampfungs-Eigenschaften, welches durch Erhitzen in Luft bei etwa 300°C bis 400°C entfernt werden kann, wird als Trägermaterial verwendet. Glasteilchen mit einem Schmelzpunkt im Bereich von etwa 300°C bis 400°C werden verwendet.
Die Bündelpaste wird als Muster aufgetragen, beispielsweise im Siebdruckverfahren, auf einer vorbereiteten Metallscheibe (Metallplatte) aus beispielsweise einer Nickellegierung, Edelstahl oder einer 426-Legierung. Zusammen mit der Metallplatte wird das darauf gebildete Pastenmuster durch Erhitzen auf etwa 450°C für eine vorgegebene Zeit kalziniert. Das in 7A gezeigte Ergebnis ist ein auf einer Metallplatte (Substrat) 701 gebildetes Muster 710, wobei die Bündel 704 mit Silberpartikeln 703 bedeckt sind, die mit Binder 702 verklebt sind, die durch Schmelzen der Glaspartikel entstehen.
Das aus Bündeln 704 gebildete, gedruckte Muster 710 kann einfach in eine gewünschte Form gebracht werden, indem mit der Paste gedruckt wird. Da die Elektronen emittierende Quelle den elektrischen Strom leiten muß, wird die gesamte Elektronen emittierende Quelle durch Hinzugabe von Silberpartikeln 703 elektrisch leitend gemacht. Die Bündel 704 und die Silberpartikel 703 sind im wesentlichen gleichmäßig in der Bündelpaste dispergiert. Deshalb sind auch im gedruckten Muster 710 eine Vielzahl von Bündeln 704 fast gleichmäßig dispergiert.
Die Kohlenstoff-Nanoröhren, aus welchen die Bündel 704 gebaut sind, können als Kaltkathode-Elektronenquellen vom Feldemissionstyp verwendet werden. Eine Kohlenstoff-Nanoröhre ist eine feine nadelförmige Struktur mit einem Durchmesser von etwa 4 bis 50 nm und eine Länge von der Größenordnung 1 μm. Entsprechend umfaßt die aus einer Mehrzahl von Bündeln 704 als Aggregat vieler Kohlenstoff-Nanoröhren bestehende, Elektronen emittierende Quelle viele Kaltkathode-Elektronenquellen vom Feldemissionstyp. Dies bedeutet, daß die Elektronen emittierende Quelle aus vielen Elektronen emittierenden Elementen besteht.
Im aus der Bündelpaste gebildeten, gedruckten Muster 710 sind viele Bündel 704 dispergiert. Die Elektronen emittierende Quelle, welche nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, weist eine Struktur auf, in welcher das gedruckte Muster 710 auf der Metallplatte 701 gebildet wird, und viele Elektronen emittierenden Quellen in der Oberfläche des gedruckten Musters 710 gebildet werden.
Wie in 7A gezeigt ist, sind nur wenige Bündel 704 bereits auf der Oberfläche des gedruckten Musters 710 exponiert. Diese Oberfläche wurde unter dem Elektronenmikroskop untersucht, wobei nur Silberpartikel gefunden wurden, die mit Bindern verklebt waren, wie im Elektronenmikrograph in der 7B zu sehen ist. In diesem Zustand sind die Kohlenstoff-Nanoröhren mit Elektronen emittierenden Enden kaschiert. Auch wenn sich das gedruckte Muster 710 in einem angelegten elektrischen Feld befindet, werden kaum Elektronen emittiert. Aus diesem Grund müssen wenigstens die Bündel 704 auf der Oberfläche des gedruckten Musters 710 freigelegt werden.
Wie in 7C gezeigt ist, wird die Oberfläche des gedruckten Musters 710 mit einem Laserstrahl bestrahlt, um Silberteilchen 703 und Binder 702 in der Oberfläche selektiv zu entfernen und somit die Bündel 704 zu exponieren. Dieser Zustand wurde mit einem Elektronenmikroskop betrachtet, um die Spitzen der auf der Oberfläche exponierten Bündel zu finden, wie im Elektronenmikrograph in 7D gezeigt ist. Die Silberpartikel 703 werden durch Laserbestrahlung entfernt, um die Kohlenstoff-Nanoröhren auf den Bündeloberflächen zu exponieren, wie im Elektronenmikrograph in 7E ersichtlich.
Wie oben beschrieben, ist das Bündel ein Aggregat aus vielen Kohlenstoff-Nanoröhren zusammen mit Kohlenstoff-Polyeder. Auf der Bündeloberfläche sind nicht nur die Kohlenstoff-Nanoröhren, sondern auch die Kohlenstoff-Nanopolyeder exponiert. Da die Kohlenstoff-Nanopolyeder keine Elektronen emittieren, kann eine größere Anzahl Elektronen emittiert werden, wenn nur die Kohlenstoff-Nanoröhren auf den Bündeloberflächen freigelegt werden.
Da die Kohlenstoff-Nanopolyeder eine Kohlenstoffkomponente sind, die anders als die Kohlenstoff-Nanoröhren geartet ist, können sie mit der Laserbestrahlung selektiv aus der Bündeloberfläche entfernt werden, und dabei bleiben nur die Kohlenstoff-Nanoröhren gleichmäßig auf der Bündeloberfläche exponiert.
Bei der Laserbestrahlung werden Impulse verwendet, beispielsweise wird ein YAG-Laser mit einer Spannung von 500 V und etwa 1,1 J betrieben mit einem Intervall von 0,6 bis 0,7 ms. Der verwendbare Laser ist nicht auf einen YAG-Laser beschränkt; es kann auch ein Kohlenstoffdioxid-Laser verwendet werden. Wenn die Bestrahlungsleistung bei der Laserbestrahlung nicht ausreicht, bleiben die Silberpartikel und die sie verklebenden Glaspartikel auf der Oberfläche und behindern die Elektronenemission; wenn die Laserbestrahlungs-Leistung zu groß ist, werden auch Kohlenstoff-Nanoröhren geschmolzen, zerstreut und gehen somit verloren.
Danach sind viele Bündel 704 auf der Oberfläche des gedruckten Musters 710 exponiert in der Metallplatte 701, die das gedruckte Muster 710 trägt, welches eine Elektronen emittierende Quelle darstellt. Außerdem sind die Kohlenstoff-Nanoröhren 705 gleichmäßig auf den Oberflächen der Bündel 704 exponiert.
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung macht es möglich, eine Elektronen emittieren Quelle zu realisieren, in welcher eine Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren, jede mit einem Endabschnitt, der tatsächlich Elektronen emittiert, gleichmäßig auf der Oberfläche des Substrats (Metallplatte) exponiert ist. Die Bündel, in welchen die Kohlenstoff-Nanoröhren gleichmäßig exponiert sind, sind am Substrat befestigt zusammen mit Silberpartikel als leitende Partikel, so daß die Spannung an fast alle Kohlenstoff-Nanoröhren über fast alle Bündel angelegt werden kann.
Diese Elektronen emittierende Quelle kann mit einem einfachen Verfahren hergestellt werden durch Musterbildung, beispielsweise mittels Siebdruck, Kalzinieren und Laserbestrahlung.
Da die Kohlenstoff-Nanoröhren mittels Laserbestrahlung exponiert werden, wird kein Schneidestaub aus Silberpartikeln und Binder erzeugt, der die Bündel überdeckt. Die Kohlenstoff-Nanoröhren können gleichmäßig in den Bündeln exponiert werden.
In dieser Ausführungsform wird Silberpaste als leitende zähe Lösung verwendet, aber die Lösung könnte auch eine sonstige leitende Paste sein. Zum Beispiel könnte ein leitender Klebstoff, der hergestellt wird, indem Silberpartikel in einem Epoxidharz dispergiert werden, eine leitende Paste, die Partikel einer Legierung aus Silber und Kupfer verwendet, oder ein leitender Polymer verwendet werden.
Die Bündel und die Kohlenstoff-Nanoröhren werden durch Laserbestrahlung freigelegt, jedoch ist das Verfahren für ihre Freilegung nicht darauf beschränkt. Sie können auch durch selektives Ätzen mit einem Plasma freigelegt werden, wie unten beschrieben wird.
Beispielsweise wird das in 7A gezeigte, gedruckte Muster 710 einem Argon-Gasplasma ausgesetzt, um insbesondere die Silberpartikel 703 in der Oberfläche selektiv zu beseitigen, wie in 7F dargestellt ist. In diesem Ätzverfahren wird die Oberfläche des gedruckten Musters 710 hauptsächlich durch Zerstäubung mit Hilfe eines Argonplasmas (es könnte auch ein anderes Inertgasplasma verwendet werden) trocken geätzt. Beim Trockenätzen ist die Silber-Abtragungsgeschwindigkeit etwa zwanzigfach höher als die Kohlenstoff-Abtragungsgeschwindigkeit. Aus diesem Grund werden die Kohlenstoffbündel 704 kaum geätzt, so daß die Silberpartikel 703 selektiv geätzt werden können. Als Ergebnis werden somit die Bündel 704 auf der Oberfläche eines plasma-geätzten gedruckten Musters 710a freigelegt.
Das Abtragen der Silberteilchen von der Oberfläche begünstigt die Konzentrierung des elektrischen Feldes durch die Nanoröhren, welche die Bündel 704 bilden, auf der Oberfläche des gedruckten Musters 710a, an welchem die Spannung angelegt wird.
Wenn viele Silberpartikel auf der Oberfläche vorhanden sind, oder wenn die Oberfläche weitgehend mit den Silberpartikeln bedeckt ist, wird das elektrische Feld von den auf der Oberfläche vorhandenen Silberpartikeln gestreut, wenn die Spannung am gedruckten Muster angelegt wird. In diesem Zustand des gedruckten Musters, der in 7A dargestellt ist, wird die Konzentration des elektrischen Feldes auf die Kohlenstoff-Nanoröhren für die Elektronenemission unterdrückt. Wenn jedoch die Bündel 704 auf der Oberfläche freigelegt sind, und leitende Silberpartikel 703 in der Oberfläche kaum vorhanden sind, wird das elektrische Feld ungehindert konzentriert auf die Kohlenstoff-Nanoröhren 705, die die Bündel 704 auf dem gedruckten Muster 710a bilden, so daß Elektronen leichter emittiert werden.
Eine Sauerstoff-Gasplasmabehandlung kann nach der Argon-Gasplasmabehandlung folgen. Mit der Sauerstoff-Gasplasmabehandlung können die Kohlenstoff-Nanoröhren gleichmäßig auf den Bündeloberflächen exponiert werden. In dieser Plasmabearbeitung kann Sauerstoffgas durch Wasserstoffgas ersetzt werden.
Beim Trockenätzen mit Sauerstoffgasplasma wird das Ätzziel auf der Grundlage der Tatsache abgetragen, daß das chemische Element als Bestandteil des Ätzziels eine flüchtige Verbindung mit dem Sauerstoff bildet. Beim Trockenätzen mit Wasserstoffgasplasma wird das Ätzziel in ähnlicher Weise abgetragen.
Wenn die Bündel einem Sauerstoffplasma oder einem Wasserstoffplasma ausgesetzt werden, reagieren die Kohlenstoff-Nanopolyeder, als eine andere Form des Kohlenstoffs, selektiv mit dem Sauerstoff oder Wasserstoff, statt die Kohlenstoff-Nanoröhren, die die Bündel bilden, und werden dabei als gasförmigen Produkte Kohlenstoffdioxid oder Kohlenwasserstoff abgetragen.
Dementsprechend kann die Bearbeitung mit Sauerstoffplasma nach der Bearbeitung mit dem Argongasplasma die Spitzen der Kohlenstoff-Nanoröhren gleichmäßig auf der Oberfläche der exponierten Bündel freilegen.
Mittels Sauerstoffplasma-Bearbeitung zusätzlich zur Argongasplasma-Bearbeitung kann eine Struktur erzeugt werden, die viele Elektronen emittierende Stellen aufweist, ähnlich wie bei der oben beschriebenen Laserbestrahlung.
Außerdem kann die Elektronen emittierende Quelle in diesem Fall mit einem einfachen Verfahren hergestellt werden, welches etwa die Stufen des Siebdrucks, des Kalzinierens und der Plasmabearbeitung umfaßt.
Die oben beschriebene Elektronen emittierende Quelle kann beispielsweise in einer fluoreszierenden Vakuum-Anzeigevorrichtung verwendet werden.
In diesem Fall wird die Elektronen emittierende Quelle in einem Vakuumgefäß untergebracht, welches die fluoreszierende Vakuum-Anzeigevorrichtung darstellt. Eine Anode mit einer Leuchtstoffbeschichtung wird der Elektronen emittierenden Quelle im Vakuumgefäß gegenübergestellt. Die von der Elektronen emittierenden Quelle emittierten Elektronen bombardieren die Leuchtstoffschicht. Die Anode kann als Extraktionselektrode dienen, oder es kann eine Extraktionselektrode zwischen der Leuchtstoffschicht und der Elektronen emittierenden Quelle angeordnet werden.
In der oben beschriebenen Anordnung wird das Bündel als ein Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren verwendet, jedoch kann das Bündel auch pulverisiert sein und in dieser Form verwendet werden. Als Alternative kann der Binder zersetzt werden, um einzelne Kohlenstoff-Nanoröhren zu erzeugen.
Wie oben beschrieben, kann die Kohlenstoff-Nanoröhre eine Einzelschicht-Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aufweisen, sowie eine Struktur, in welcher die Spitze mit einem fünfgliedrigen Ring geschlossen ist, oder eine Struktur, in welcher die Spitze offen ist, ohne fünfgliedrigen Ring. Eine größere Anzahl Elektronen kann von einer mehrschichtigen Kohlenstoff-Nanoröhre mit offener Spitze emittiert werden.
Ein weiteres Beispiel einer Elektronen emittierende Quelle wird jetzt beschrieben.
Diese Quelle ist eine Modifizierung der Kathodenstruktur 406, wie sie in 4A gezeigt ist.
Eine Kathodenstruktur 810 ist in einem Glaskolben 801 wie in 8 dargestellt untergebracht.
Ein aus einem Isoliermaterial hergestellter Zylinder 812 wird auf einem keramischen Substrat 811 gesetzt, und ein Elektrodenfilm 813 wird auf den inneren Boden- und Seitenflächen des Zylinders 812 gebildet. Der Elektrodenfilm ist mit einer Kathodenanschlußleitung (nicht dargestellt) verbunden.
Der Zylinder 812 mit dem auf seiner Innenfläche gebilden Elektrodenfilm 813 wird mit nadelförmigen Graphitsäulen 814 gefüllt, wobei jede davon aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren besteht, die eine Länge von einigen μm bis mehreren mm aufweisen, wobei ihre Längsrichtungen im wesentlichen mit der Richtung zum Leuchtstoffschirm (nicht dargestellt) zusammenfallen. Der Zylinder 812 und die Graphitsäulen 814 sind mit einem Käfig 815 umgeben, der einen Gitternetzabschnitt 815a (Elektronen-Extraktionselektrode) aufweist.
Die Kathodenstruktur 810 wird gebildet, indem der Zylinder 812 gefüllt mit den Graphitsäulen 814, die aus Kohlenstoff-Nanoröhren gebildet sind, als eine Elektronen emittierende Quelle verwendet wird, wobei der Zylinder 812 am Keramiksubstrat 811 befestigt ist, und der Käfig 815 auf dem Keramiksubstrat 811 montiert wird, um sie zu überdecken. Der Gitternetzabschnitt 815a ragt kugelförmig etwas in Richtung zum Leuchtstoffschirm hin (nicht dargestellt) hervor. Der Gitternetzabschnitt 815a kann auch flach sein. Der Käfig 815 wird durch Preßformieren einer etwa 100 μm dicken Edelstahlplatte hergestellt. Der Gitternetzabschnitt 815a weist eine Länge von etwa 6 mm, eine Breite von etwa 4 mm und eine Höhe von etwa 1,25 mm auf. Der Gitternetzabschnitt 815a weist einen Abstand von 0,5 bis 1 mm vom oberen Ende des Zylinders 812 auf. Dieser Abstand wird vorzugsweise möglichst klein gemacht, aber so, daß die Teile sich nicht berühren.
Die Kathodenstruktur 810, die als Elektronen emittierende Quelle dient und diese Anordnung enthält, emittiert Elektronen wie folgt. Das elektrische Feld wird zwischen dem Elektrodenfilm 813 und dem Käfig 815 angelegt. Dies konzentriert eine hohe elektrische Feldstärke an den Spitzen der Kohlenstoff-Nanoröhren der Graphitsäulen 814, mit welchen der Zylinder 812 gefüllt ist in Kontakt mit dem Elektrodenfilm 813, um Elektronen zu extrahieren und sie aus dem Gitternetzabschnitt 815a zu emittieren. Das heißt, die Kathodenstruktur 810 arbeitet als Kaltkathode-Elektronenquelle vom Feldemissionstyp, wobei sie Kohlenstoff-Nanoröhren der Graphitsäulen 814 als ein Emitter verwendet.
Die Elektronen emittierende Quelle umfaßt den Zylinder, der mit Graphitsäulen gefüllt ist, die aus Kohlenstoff-Nanoröhren zusammengesetzt sind, und sie wird als Kaltkathode-Elektronenquelle vom Feldemissionstyp eingesetzt.
Die Elektronen emittierende Quelle kann ohne Schwierigkeiten eingesetzt werden, ohne Beeinträchtigung durch freigesetztes Gas im Vakuumgefäß, weil sie keine empfindliche Komponente, wie ein Glühfaden, enthält.
Da keine Stromversorgung als Glühfadenheizung benötigt wird, werden weniger Anschlußstifte benötigt, und der elektrische Energieverbrauch kann Kleiner gemacht werden.
Außerdem, da die Kohlenstoff-Nanoröhren im Zylinder eingefüllt sind, laufen die von den im Zylinder eingefüllten Kohlenstoff-Nanoröhren emittierten Elektron durch die Öffnung des Zylinders. Dies bedeutet, daß die Öffnung des Zylinders als Blende fungiert, um den Laufrichtungsbereich der von den eingefüllten Kohlenstoff-Nanoröhren emittierten Elektronen einzuschränken.
Folglich bewegt sich eine größere Anzahl der von den im Zylinder eingefüllten Kohlenstoff-Nanoröhren emittierten Elektronen in der Richtung zum Leuchtstoffschirm (nicht dargestellt) hin, in der in 8 dargestellten Anordnung. Der Blendeneffekt kann gesteigert werden, indem die Kohlenstoff-Nanoröhren vertieft im Zylinder 812 eingefüllt werden, relativ zur Ebene der Öffnung des Zylinders 812.
Wenn die Kohlenstoff-Nanoröhren nicht im Zylinder eingefüllt, sondern auf einer flachen Elektrode aufgebracht werden, kann der Prozentsatz der emittierten Elektronen, die sich in Richtung zum Leuchtstoffschirm hin bewegen, so klein wie nur etwa 10% sein. Jedoch, wenn die Kohlenstoff-Nanoröhren (Graphitsäulen) in als Elektronen emittierende Quelle in den Zylinder hinein gefüllt sind, kann der Prozentsatz der emittierten Elektroden, die sich in Richtung zum Leuchtstoffschirm hin bewegen, auf 60% oder mehr gesteigert werden. Folglich kann mit der gleichen Spannung ein größerer Strom und somit ein stärkeres Leuchten erzielt werden.
In diese Beispiel ist der Zylinder aus einem isolierenden Material hergestellt, und der Elektrodenfilm wird auf der inneren Oberfläche gebildet. Die Struktur ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der Zylinder kann, zum Beispiel, auch aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt werden. Diese Struktur kann den auf der inneren Oberfläche des Zylinders neu gebildeten Elektrodenfilm eliminieren.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer Elektronen emittierenden Quelle wir nun beschrieben, welches aber nicht ein Teil der beanspruchten Erfindung ist. Ein Bündel 902 von Graphitsäulen 901 wird wie in 9A gezeigt präpariert. Wenn die Spitzen der Graphitsäulen 901 nicht ausgerichtet sind, wird die Elektronen emittierende Oberfläche 902a des Bündels 902 ungleichmäßig. Die ungleichmäßige, Elektronen emittierende Oberfläche 902a kann die Elektronen nicht gleichmäßig emittieren. Es ist jedoch schwierig, die Graphitsäulen 901 so zu bündeln, daß ihre Spitzen gemeinsam ausgerichtet sind und eine flache Elektronen emittierende Fläche bilden.
Wie in 9A dargestellt ist, wird das Bündel 902 orthogonal bestrahlt und geschnitten mit einem Laserstrahl 911 von seiner Seitenfläche aus, um eine vom Laser geschnittene Oberfläche zu bilden und somit ein Bündel 902 zu erzielen mit einer flachen, Elektronen emittierenden Oberfläche.
Während des Schneidens wird der Laserstrahl 911 orthogonal zum Bündel 902 auf der Ebene gescannt, die die geschnittene Fläche enthält. Beispielsweise wird mit einem CO₂-Laserstrahl (Dauerstrichbetrieb), der einen Durchmesser von etwa 100 μm aufweist, wiederholt gescannt mit einer Ausgangsleistung von etwa 60 bis 200 W und einer Scanngeschwindigkeit von etwa 10 mm/sec.
Das Scannen mit dem Laserstrahls orthogonal zu einer Elektronen emittierenden Fläche 903 des Bündels 902 kann den Wirkungsgrad der Elektronenemission der Elektronen emittierenden Fläche erhöhen. Auf der Elektronen emittierenden Fläche liegen die Spitzen der Graphitsäulen 901 frei. Wie oben beschrieben, besteht die Graphitsäule 901 aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren und Kohlenstoff-Nanopolyeder. Elektronen werden leicht von den Spitzen der Kohlenstoff-Nanoröhren emittiert. Aus diesem Grund werden die Spitzen vieler Kohlenstoff-Nanoröhren vorzugsweise auf der Elektronen emittierenden Fläche exponiert.
Die Kohlenstoff-Nanoröhren einerseits und ein Polykohlenstoffpulver, wie das Kohlenstoffpulver eines Nanopolyeders, andererseits weisen unterschiedliche Zersetzungstemperaturen auf (Starttemperatur der Verbrennung). Die Zersetzung und Verbrennung der Kohlenstoff-Nanoröhren beginnt bei Erhitzung in Luft auf 700°C und darüber. Die Zersetzung und Verbrennung des Polykohlenstoffpulvers, wie ein Kohlenstoff-Nanopolyeder, beginnt bei Erhitzung in Luft auf 650°C oder darüber.
Entsprechend kann das Kohlenstoffpulver, mit Ausnahme der Kohlenstoff-Nanoröhre, von der flachen Elektronen emittierenden Oberfläche des Bündels 902 durch Laserbestrahlung bei einer Temperatur geringfügig höher als 650°C abgetragen werden. Dabei wird der Anteil der auf der Elektronen emittierenden Fläche exponierten Kohlenstoff-Nanoröhren erhöht, und der Wirkungsgrad der Elektronenemission von der Elektronen emittierenden Fläche nimmt zu.
Für die Bestrahlung mit dem Laserstrahl zur selektiven Abtragung wird mit einem CO₂-Laserstrahl (gepulst), der einem Durchmesser von etwa 100 bis 200 μm aufweist, orthogonal zur Elektronen emittierenden Fläche gescannt, mit einer Ausgangsleistung von etwa 200 W und einer Hauptscanngeschwindigkeit von etwa 10 mm/sec. Der Scannzeilenabstand des Laserstrahls wird im Bereich von 1/5- bis zum 5-fachen Durchmessers der 50- bis 100 μm Graphitsäule eingestellt.
Nachdem das Bündel 902 in der oben beschriebenen Weise gebildet wurde, wird das Bündel 902 mit einem leitenden Klebstoff 905 an einer Elektrode 904 befestigt, um eine Elektronen emittierende Quelle zu erzielen, in welcher das Bündel 902 der Graphitsäulen mit ihren Spitzen ausgerichtet auf der Elektrode 904 wie in 9B gezeigt gebildet wurde.
Hier wurde das Bündel 902 mit einer flachen, Elektronen emittierenden Fläche zuerst gebildet und dann an der Elektrode 904 fixiert, jedoch ist das Verfahren nicht auf diese Reihenfolge beschränkt. Das Bündel 902 mit unebener Elektronen emittierender Fläche 902a kann an der Elektrode 904 befestigt werden, und dann kann die Elektroden emittierende Fläche mittels der oben beschriebenen Bearbeitung geglättet werden.
In diesem Beispiel wird die Elektronen emittierende Quelle gebildet, indem das Bündel der Graphitsäulen, mit ihren Spitzen ausgerichtet, an der Elektrode befestigt wird.
Die Graphitsäulen werden gebündelt, und das Distalende des Bündels wird mit einem Laserstrahl flach geschnitten, um damit eine flache, Elektronen emittierende Fläche zu erzielen. In der Elektronen emittierenden Quelle sind die Längsrichtungen der Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren nach einer vorgegebenen Richtung ausgerichtet, wobei ihre Spitzen gleich ausgerichtet sind. Außerdem ist eine größere Anzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren auf der Elektronen emittierenden Fläche der Elektronen emittierenden Quelle der achten Ausführungsform exponiert.
Gemäß diesem Beispiel besteht die Elektronen emittierende Quelle aus Kohlenstoff-Nanoröhren und wird als Kaltkathode-Elektronenquelle von Feldemissionstyp eingesetzt. Die Elektronen emittierende Quelle kann ohne Schwierigkeiten betrieben werden ohne Verschlechterung durch ein im Vakuumgefäß freigesetztes Gas, da sie keine empfindliche Komponente, wie ein Glühfaden, aufweist.
Da keine Heizstromversorgung für einen Glühfaden benötigt wird, sind weniger Anschlußstifte erforderlich, und der elektrische Energieverbrauch kann niedriger sein.
Wenn die Elektronen emittierende Quelle in der in der Figur gezeigten Bildröhre eingesetzt wird, können Elektronen von den Spitzen fast aller Kohlenstoff-Nanoröhren der Elektronen emittierenden Quelle emittiert und zum Leuchtstoffschirm geleitet werden, so daß sich eine hohe Leuchtstärke ergibt.
Die oben aufgeführten Beispiele wurden an Hand von Beispielen erläutert, in welchen die Elektronen emittierende Quelle in der Elektronenkanone einer Bildröhre oder Anzeigeröhre eingesetzt wird. Die Elektronen emittierende Quelle ist jedoch nicht auf diese Vorrichtungen beschränkt und kann in einer FED (Feldeftektanzeige-Vorrichtung) wie folgt verwendet werden.
Die Elektronen emittierende Quelle, die in der FED verwendet wird, wird nun mit Hinweis auf die 10A bis 11 beschrieben. Die 10A bis 10C und 11 zeigen die Grundanordnung der FED. In den 10A bis 10C zeigt 10A den Schnitt entlang der Linie A–A' in 11, 10B zeigt den Schnitt entlang der Linie B–B' in 11, und 10C zeigt den Schnitt entlang der Linie C–C' in 11.
Die Anordnung der FED wird nun erläutert. Eine Elektroden-Zwischenverbindungsschicht 1002 wird auf einem Substrat 1001 gebildet, und ein isolierender Film 1003 wird auf der Elektroden-Zwischenverbindungsschicht 1002 gebildet.
Substratseitige Rippen 1004 werden in vorgegebenen Abständen auf dem isolierenden Film 1003 gebildet. Elektronen emittierende Quellen 1005 werden an den Abschnitten des isolierenden Films 1003 zwischen den substratseitigen Rippen 1004 in den vorgegebenen Abständen gebildet. Jede Elektronen emittierende Quelle 1005 wird mit irgendeiner Zwischenverbindung der Elektroden-Zwischenverbindungsschicht 1002 über ein Loch im isolierenden Film 1003 verbunden.
Ein transparentes Frontglassubstrat 1007 steht dem Substrat 1001 gegenüber. Das Frontglassubstrat 1007 und das Substrat 1001 weisen einen vorgegebenen Abstand auf, der durch die substratseitigen Rippen 1004 und den zu ihnen im rechten Winkel stehenden Frontrippen 1008 gegeben ist. Der Abstand zwischen dem Frontglassubstrat 1007 und dem Substrat 1001 wird unter Vakuum gehalten.
Licht emittierende Abschnitte 1010 aus einem Leuchtstoff sind in Streifen zwischen den Frontrippen 1008 auf der Innenfläche des Frontglassubstrats 1007 gebildet. Eine rückseitige Metallschicht 1011 wird gebildet, indem ein Aluminiumfilm auf der Oberfläche von jedem Licht emittierenden Abschnitt 1010 aufgetragen wird.
Als Leuchtstoff für den Licht emittierenden Abschnitt 1010 kann ein solcher verwendet werden, der in einer Kathodenstrahlröhre oder in einer ähnlichen Vorrichtung Licht emittiert, wenn er mit Elektronen bombardiert wird, die auf eine hohe Energie von 4 bis 10 keV beschleunigt werden.
Als Leuchtstoff für den Licht emittierenden Abschnitt 1010 kann ein solcher verwendet werden, der in einer fluoreszierenden Vakuum-Anzeigeröhre oder in einer ähnlichen Vorrichtung verwendet wird und Licht emittiert, wenn er mit Elektronen bombardiert wird, die auf eine niedrige Energie von 10 bis 150 eV beschleunigt werden. In diesem Fall wird eine transparente Elektrode zwischen dem Licht emittierenden Abschnitt 1010 und dem Frontglassubstrat 1007 ohne Bildung des rückseitigen Metallfilms 1011 angeordnet, und die Spannung wird von der transparenten Elektrode an den Licht emittierenden Abschnitt 1010 angelegt.
In dieser Anordnung, wenn eine positive Spannung am rückseitigen Metallfilm 1011 angelegt wird, und eine negative Spannung an einer vorbestimmten Zwischenverbindung der Elektroden-Zwischenverbindungsschicht 1002 angelegt wird, emittiert eine an dieser Zwischenverbindung angeschlossene, Elektronen emittierende Quelle Elektronen. Die emittierten Elektronen erreichen einen Licht emittierenden Abschnitt 1005 und veranlassen den Licht emittierenden Abschnitt 1010, Licht zu emittieren.
Die FED wird gebildet, indem eine Mehrzahl von Elektronen emittierender Quellen 1005 in Matrixform angeordnet werden, so daß sie einer Mehrzahl von Licht emittierenden Abschnitten 1010 in streifenförmiger Anordnung gegenüberstehen.
Eine FED für farbige Anzeigen kann realisiert werden, indem bestimmte Licht emittierende Abschnitte 1010 Leuchtstoff aufweisen, der rotes Licht emittiert, benachbarte Licht emittierende Streifen 1010 einen Leuchtstoff aufweisen, der blaues Licht emittiert, und die als nächste benachbarten, Licht emittierenden Streifen 1010 einen Leuchtstoff aufweisen, der grünes Licht emittiert.
In einem anderen Beispiel besteht die Elektronen emittierende Quelle 1005 aus Kohlenstoff-Nanoröhren, die unten beschrieben werden.
Insbesondere wird die Elektronen emittierende Quelle 1005 gebildet, indem in einem vorgegebenen Bereich, beispielsweise mit leitendem Klebstoff, nadelförmige Graphitsäulen (nadelförmige Strukturen) befestigt werden, die aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren gebildet sind und eine Länge von mehreren zehn μm bis mehreren mm aufweisen. Die Elektronen emittierende Quelle 1005 kann, in einem Siebdruckverfahren mit Graphitsäulenpaste, als Muster gestaltet werden. Die Längsrichtung der Graphitsäule weist vorzugsweise in der Richtung zum Licht emittierenden Abschnitt 1010 hin.
Die Graphitsäule ist eine nadelförmige Struktur, die aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren besteht, die in fast gleicher Richtung orientiert sind.
In der Elektronen emittierenden Quelle werden Elektronen von den Spitzen der Kohlenstoff-Nanoröhren emittiert.
Die Elektronen emittierende Quelle ist der FED aus Kohlenstoff-Nanoröhren hergestellt.
Die Elektronen emittierende Quelle kann beispielsweise sehr kostengünstig im Druckverfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann die Elektronen emittierende Quelle in einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung gebildet werden, indem die Graphitpaste in einer vorgegebenen Musteranordnung im Siebdruckverfahren auf dem Substrat aufgetragen wird.
Eine Paste wird beispielsweise zubereitet, indem nadelförmige Graphitsäulen, die vorwiegend Kohlenstoff-Nanoröhren enthalten und eine Länge von etwa zehn μm aufweisen, und eine Silberpaste (leitfähige, zähe Flüssigkeit) im Verhältnis 1:1 geknetet werden. Die Silberpaste ist eine flüssige Paste, in welcher Silberpartikel (Metallteilchen) von etwa 1 μm Durchmesser zusammen mit Glaspartikeln von etwa 1 μm Durchmesser in einem zähflüssigen Trägermedium dispergiert werden, welches durch Auflösen von Harz in einem Lösungsmittel gewonnen wird. Als Trägermedium wird ein leicht zersetzbares und flüchtiges Material verwendet, welches mittels Erhitzen in Luft auf etwa 300°C bis 400°C ausgetrieben werden kann. Als Glaspartikel werden solche mit einem Schmelzpunkt von etwa 300°C bis 400°C eingesetzt.
Die Paste wird in einer Musteranordnung auf einem vorgegebenem Abschnitt des Substrats, beispielsweise im Siebdruckverfahren, aufgetragen. Zusammen mit dem Substrat wird das darauf gebildete Patenmuster durch Erhitzen auf etwa 450°C für eine vorgegebene Zeit kalziniert. Das Ergebnis ist ein gedrucktes Muster, welches so gebildet wurde, daß die Kohlenstoff-Nanoröhren mit Silberpartikeln bedeckt sind, die mit Bindern verklebt sind, die durch Schmelzen der Glaspartikel entstanden sind.
Dem aus den Graphitsäulen hergestelltem, gedruckten Muster kann in einfacher Weise jede gewünschte Form verliehen werden. Dabei werden jedoch nur wenige der Graphitsäulen auf der Oberfläche des gedruckten Musters frei exponiert sein. In diesem Zustand sind die Kohlenstoff-Nanoröhren, die Elektronen emittierende Enden aufweisen, kaschiert. Auch wenn das elektrische Feld am gedruckten Muster angelegt wird, werden kaum Elektronen emittiert. Aus diesem Grund werden die Graphitsäulen auf der Oberfläche des gedruckten Musters freigelegt, indem Verfahren wie Laserbestrahlung oder Plasmabearbeitung wie oben beschrieben eingesetzt werden.
Da eine Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren in der Elektronen emittierenden Quelle vorhanden sind, wie oben beschrieben, existieren viele Elektronen emittierende Enden pro Flächeneinheit. Deshalb kann eine größere Anzahl Elektronen emittiert werden, d.h. eine großer Strom kann durch den Leuchtstoffschirm fließen und dort eine hohe Leuchtkraft erzeugen.
Ein weiteres Beispiel der FED, die eine Elektronen emittierende Quelle verwendet, wird nun mit Hinweis auf 12 beschrieben. 12 zeigt die Grundanordnung der FED. 12 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie C-C in 11.
Die Anordnung der FED wird nun erläutert. Eine Elektroden-Zwischenverbindungsschicht 1202 wird auf einem Substrat 1201 gebildet, und ein isolierender Film 1203 wird auf der Elektroden-Zwischenverbindungsschicht 1202 gebildet.
Substratseitige Rippen 1204 werden auf dem isolierenden Film 1203 mit vorgegebenem Abstand gebildet. Elektronen emittierende Quellen 1205 werden auf den Abschnitten des isolierenden Films 1203 zwischen den substratseitigen Rippen 1204 mit vorgegebenem Abstand gebildet. Außerdem ist jede Elektronen emittierende Quelle 1205 aus Kohlenstoff-Nanoröhren hergestellt. Jede Elektronen emittierende Quelle 1205 ist verbunden mit irgendeiner Zwischenverbindung der Elektroden-Zwischenverbindungsschicht 1202 über ein Loch im isolierenden Film 1203. Wie in 12 dargestellt, ist eine Elektronen-Extraktionselektrode 1206 auf jeder substratseitigen Rippe 1204 gebildet.
Ein transparentes Frontglassubstrat 1207 steht dem Substrat 1201 gegenüber. Das Frontglassubstrat 1207 und das Substrat 1201 haben einen vorgegebenen Abstand, der von den substratseitigen Rippen 1204 und den orthogonal zu ihnen angeordneten Frontrippen 1208 bestimmt ist. Der Abstand zwischen dem Frontglassubstrat 1207 und dem Substrat 1201 wird unter Vakuum gehalten.
Ähnlich wie in der oben beschriebenen Ausführungsform, weisen die Licht emittierenden Abschnitte 1210 einen in Streifen gebildeten Leuchtstoff auf in den Regionen zwischen den Frontrippen 1208 auf der Innenfläche des Frontglassubstrats 1207. Ein rückseitiger Metallfilm 1211 ist durch Auftragen eines Aluminiumfilms auf der Oberfläche von jedem Licht emittierenden Abschnitt 1210 gebildet.
In dieser Anordnung, wenn eine positive Spannung am rückseitigen Metallfilm 1211 angelegt wird, eine positive Spannung an der Elektronen-Extraktionselektrode 1206 angelegt wird, und eine negative Spannung angelegt wird an einer vorgegebenen Zwischenverbindung der Elektroden-Zwischenverbindungsschicht 1202, emittiert eine Elektronen emittierende Quelle 1205, die mit dieser Zwischenverbindung verbunden ist, Elektronen. Die emittierten Elektronen erreichen einen Licht emittierenden Abschnitt 1210, der der Elektronen emittierenden Quelle 1205 gegenübersteht, und veranlassen den Licht emittierenden Abschnitt 1210, Licht zu emittieren. Die FED wird gebildet, indem eine Mehrzahl Elektronen emittierender Quellen 1205 in Matrixform so angeordnet werden, daß sie einer Vielzahl Licht emittierender, als Streifen ausgelegter Abschnitte 1210 gegenüberstehen.
Ebenfalls ist hier die Elektronen emittierende Quelle der FED aus Kohlenstoff-Nanoröhren hergestellt. Die Elektronen emittierende Quelle kann in einem Druckverfahren sehr kostengünstig hergestellt werden.
Beispielsweise kann die Elektronen emittierende Quelle gebildet werden, indem die Graphitsäulenpaste in einer vorgegebenen Musteranordnung im Siebdruckverfahren auf dem Substrat aufgetragen wird.
Die Elektronen emittierende Quelle ist wie oben beschrieben aus einer Mehrzahl von Graphitsäulen hergestellt. Dies bedeutet, daß eine Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren in der Elektronen emittierenden Quelle existiert, wobei viele Elektronen emittierenden Enden pro Flächeneinheit vorhanden sind. Entsprechend kann eine größere Anzahl von Elektronen von der Elektronen emittierenden Quelle emittiert werden, d.h. ein größerer Strom kann durch den Leuchtstoffschirm fließen, so daß eine hohe Leuchtintensität in der elften Ausführungsform erzielt wird.
Die vorher beschriebenen Beispiele weisen zwar substratseitige und Frontrippen auf, jedoch kann eine dieser Rippenarten alleine genügen.
Der Fall, in welchem die Rippen nur auf einer Seite gebildet sind, wird hierin unten beschrieben.
Insbesondere, wie in 13 gezeigt ist, wird eine Elektroden-Zwischenverbindungsschicht 1302 auf einem Substrat 1301 gebildet, und ein isolierender Film 1303 wird auf der Elektroden-Zwischenverbindungsschicht 1302 aufgetragen. Rippen 1304 sind auf dem isolierenden Film 1303 in einem vorbestimmten Abstand aufgesetzt. Elektronen emittierende Quellen 1305 sind auf den Abschnitten des isolierenden Films 1303 mit vorgegebenem Abstand zwischen den Rippen 1304 gebildet. Jede Elektronen emittierende Quelle 1305 wird mit irgendeiner Zwischenverbindung der Elektroden-Zwischenverbindungsschicht 1302 über ein Loch im Isolierfilm 1303 verbunden. Die Elektronen emittierende Quelle 1305 ist aus Kohlenstoff-Nanoröhren hergestellt.
Ein transparentes Frontglassubstrat 1307 steht dem Substrat 1301 gegenüber. Das Frontglassubstrat 1307 und das Substrat 1301 weisen einen vorgegebenen Abstand auf, der von den Rippen 1304 bestimmt ist. Der Abstand zwischen dem Frontglassubstrat 1307 und dem Substrat 1301 wird unter Vakuum gehalten.
Licht emittierende Abschnitte 1310 aus einem Leuchtstoff sind in Streifen in den Regionen zwischen den Frontrippen 1308 und der Innenfläche des Frontglassubstrats 1307 angeordnet. Ein rückseitiger Metallfilm 1311 ist durch Auftragen eines Aluminiumfilms auf der Oberfläche von jedem Licht emittierenden Abschnitt 1310 gebildet.
Als Leuchtstoff des Licht emittierenden Abschnitts 1310 wird ein solcher verwendet, der in einer Kathodenstrahlröhre oder in einer ähnlichen Vorrichtung Licht emittiert, wenn er von Elektronen bombardiert wird, die auf eine hohe Energie von 4 bis 10 keV beschleunigt werden.
Die die Licht emittierenden Abschnitte 1310 sind in den Regionen zwischen den Rippen 1304 gebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der obere Abschnitt der Rippe kann in Kontakt mit dem oberen Abschnitt des gebildeten, Licht emittierenden Abschnitts stehen.
In der Elektronen emittierenden Quelle, die nach einem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, sind die Kohlenstoff-Nanoröhren mit einem leitenden Klebstoff am Substrat befestigt.
Mit dieser Struktur können Elektronen von den Spitzen der Kohlenstoff-Nanoröhren emittiert werden, wenn die Spannung im Vakuum an den Kohlenstoff-Nanoröhren über das Substrat angelegt wird. Die Elektronen emittierende Quelle, die die Kohlenstoff-Nanoröhren verwendet, ist eine widerstandsfähige Struktur. Dies erlaubt eine größere Stromstärke, so daß die Elektronen emittierende Quelle eine größere Anzahl von Elektronen emittieren kann. Da die Kohlenstoff-Nanoröhre eine starre Struktur ist, die kaum oxidiert wird, kann die Elektronen emittierende Quelle einfacher hergestellt werden als eine herkömmliche, aus einem ternären Oxid gebildete Substanz.
In einem Verfahren zum Herstellen einer Elektronen emittierenden Quelle gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Paste zubereitet, indem in einer leitenden zähen Lösung eine Mehrzahl nadelförmiger Strukturen dispergiert werden, wobei jede davon aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren hergestellt ist. Eine Musteranordnung dieser Paste wird auf dem Substrat gebildet. Anteile, mit Ausnahme der nadelförmigen Strukturen, werden von der Oberfläche der Musteranordnung in vorbestimmter Menge abgetragen, um die nadelförmigen Strukturen wenigstens teilweise freizulegen, womit eine Elektronen emittierende Quelle hergestellt wird, in welcher die Kohlenstoff-Nanoröhren am Substrat fixiert sind. Die Anteile, mit Ausnahme der nadelförmigen Strukturen, werden mittel Laserbestrahlung oder Plasmabehandlung abgetragen.
Die nadelförmigen Strukturen können mit dieser Behandlung freigelegt werden. Mit der Laserbestrahlung können die Anteile der nadelförmigen Strukturen mit Ausnahme der Kohlenstoff-Nanoröhren abgetragen werden, um die Elektronen emittierenden Spitzen freizulegen. Dies erlaubt eine hohe Stromstärke der Elektronen emittierenden Quelle, so daß sie eine größere Anzahl Elektronen emittieren kann.
In einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Elektronen emittierenden Quelle gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Paste angefertigt, indem in einer leitenden, zähen Lösung eine Mehrzahl nadelförmiger Strukturen dispergiert wird, wobei jede davon als ein Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren hergestellt ist. Eine Musteranordnung dieser Paste wird auf dem Substrat gebildet. Anteile, mit Ausnahme der nadelförmigen Strukturen, werden in vorgegebener Menge von der Oberfläche der Musteranordnung abgetragen, um die nadelförmigen Strukturen wenigstens teilweise freizulegen. Außerdem werden Anteile mit Ausnahme der Kohlenstoff-Nanoröhren von den Spitzen der nadelförmigen Strukturen in vorgegebener Menge abgetragen, um die Spitzen der Kohlenstoff-Nanoröhren freizulegen, womit eine Elektronen emittierende Quelle hergestellt wird, in welcher die Kohlenstoff-Nanoröhren am Substrat befestigt sind. Die Anteile mit Ausnahme der nadelförmigen Strukturen werden abgetragen, indem die Musteranordnung einem Sauerstoff- oder Wasserstoff-Gasplasma ausgesetzt wird.
Mit dieser Bearbeitung können die Elektronen emittierenden Spitzen freigelegt werden. Dies erlaubt eine hohe Stromstärke der Elektronen emittierenden Quelle, die somit eine größere Anzahl von Elektronen emittieren kann.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Elektronen emittierenden Quelle, welches die Schritte umfaßt: – Bereitstellen einer Paste, welche ein leitfähiges Haftmittel (702, 703) enthält, und welche durch Dispergieren von einer Mehrzahl von nadelförmigen Strukturen (704) aus einem Aggregat von Kohlenstoff-Nanoröhren (132), die jeweils aus einer säulenartigen Graphitschicht gebildet sind, gewonnen wird; – Bilden einer Struktur (710) der Paste auf einem leitfähigen Substrat (701); – Erwärmen der auf dem Substrat gebildeten Pasten-Struktur, derart, daß die Kohlenstoff-Nanoröhren durch das leitfähige Haftmittel (702, 703) auf dem Substrat fixiert werden, und Entfernen eines Abschnittes von der Oberfläche der Paste, außer die nadelförmigen Strukturen, um eine vorgegebene Menge, um die nadelförmigen Strukturen zumindest teilweise freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Entfernens eines Abschnittes, außer die nadelförmigen Strukturen, ein Bestrahlen einer Oberfläche der Struktur mit einem Laserstrahl umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Entfernens eines Abschnittes, außer die nadelförmigen Strukturen, ein Aussetzen einer Oberfläche der Struktur einem inerten Gasplasma umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die leitfähige viskose Lösung durch Dispergieren einer Mehrzahl von Glaspartikeln (702) und einer Mehrzahl von Metallpartikeln (703) in einem viskosen Lösungsmittel gebildet wird, in welchem ein Harzmittel aufgelöst ist, und die Struktur durch Schmelzen der Glaspartikel in der Paste und Fixieren der Metallpartikel und der nadelförmigen Strukturen an dem Substrat mit dem geschmolzenen Glas (702) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Entfernens eines Abschnittes, außer der Kohlenstoff-Nanoröhren (132), von den Spitzen der nadelförmigen Strukturen um eine vorgegebene Menge.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der Schritt des Entfernens eines Abschnittes, außer der Kohlenstoff-Nanoröhren (132), das Bestrahlen einer Fläche der Struktur mit einem Laserstrahl umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der Schritt des Entfernens eines Abschnittes, außer der Kohlenstoff-Nanoröhren (132), das Aussetzen der Oberfläche der Struktur in einem Sauerstoff- oder Wasserstoffgasplasma umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die leitfähige viskose Lösung durch Dispergieren einer Mehrzahl von Glaspartikeln (702) und einer Mehrzahl von Metallpartikeln (703) in einem viskosen Lösungsmittel gebildet wird, in welchem ein Harzmittel aufgelöst ist, und die Struktur durch Schmelzen der Glaspartikel in der Paste und Fixieren der Metallpartikel und der nadelförmigen Strukturen an dem Substrat mit dem geschmolzenen Glas (702) gebildet wird.