專利名稱：纖維場致發(fā)射體的連接方法和用該方法制造的場致發(fā)射體陰極的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及將場致發(fā)射纖維電和機(jī)械地連接到襯底上的方法，特別涉及這種連接在用于顯示板的場致發(fā)射體陰極中的應(yīng)用。
發(fā)明的背景顯示板有著廣泛的應(yīng)用，例如民用和工業(yè)電視機(jī)、便攜式和臺式計算機(jī)和室內(nèi)及室外廣告和信息顯示。與大多數(shù)電視機(jī)和臺式計算機(jī)中見到的厚的陰極射線管監(jiān)視器相比，平板顯示器僅有幾英寸厚度。對于便攜式計算機(jī)來說，平板顯示器是必需的，而且對于許多其它的應(yīng)用而言，平板顯示器也能提供其在重量和尺寸上的優(yōu)勢。目前，便攜式計算機(jī)平板顯示器使用通過施加小的電信號就可以將透明狀態(tài)轉(zhuǎn)換成不透明狀態(tài)的液晶。在其尺寸大于適合便攜式計算機(jī)的尺寸時，難以可靠地生產(chǎn)這樣的顯示器。已經(jīng)提出用等離子體顯示器來代替液晶顯示器。等離子體顯示器利用帶電氣體的微小象素單元產(chǎn)生圖象，并需要較大的電壓和功率來進(jìn)行控制。
已經(jīng)提出具有使用場致發(fā)射電子源例如使用場致發(fā)射材料或場致發(fā)射體的陰極和受電子轟擊可發(fā)光的熒光體的平板顯示器。這種顯示工具有可提供普通陰極射線管的視覺顯示優(yōu)點(diǎn)和其它平板顯示器的厚度、重量及功耗的優(yōu)點(diǎn)的潛力。美國專利4857799和5015912披露了使用鎢、鉬或硅構(gòu)成的微尖陰極的矩陣尋址平板顯示器。WO94/15352、WO94/15350和WO94/28571披露了其陰極有較平坦發(fā)射面的平板顯示器。
例如參見WO95/22169，可以發(fā)現(xiàn)由纖維電子場致發(fā)射體構(gòu)成的陰極優(yōu)于上述已公開的陰極，其中，陰極纖維基本上處于陰極面中并在纖維長度上的預(yù)定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)發(fā)射。由襯底支撐纖維陰極，當(dāng)纖維陰極的一部分被尋址時，從該部分產(chǎn)生電子發(fā)射并且該部分是懸置的，不與襯底直接物理接觸，從而可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改善的性能。
本發(fā)明提供將場致發(fā)射纖維直接電和機(jī)械地連接到襯底上的方法。參照以下詳細(xì)的說明和附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明的公開本發(fā)明提供將場致發(fā)射纖維電和機(jī)械地連接到襯底上的方法。該方法包括a)把場致發(fā)射纖維放置在襯底的表面上和在要進(jìn)行連接的襯底區(qū)域上使場致發(fā)射纖維對中；b)將金屬帶放置于場致發(fā)射纖維上，金屬帶長度方向基本上垂直于場致發(fā)射纖維軸，以使金屬帶在場致發(fā)射纖維上延伸，所述金屬帶的各端部與襯底直接接觸；和c)通過超聲波、熱壓或加壓連接，將金屬帶連接到襯底和場致發(fā)射纖維上。
金屬帶最好是金、鋁或鋁合金。金屬帶的長度不是嚴(yán)格的。但是，該長度必須足夠長以與場致發(fā)射纖維的輪廓一致，并在場致發(fā)射纖維的兩端有適當(dāng)?shù)牟糠忠员闩c襯底連接。一般地，金屬帶的寬度為約2密耳(0.05mm)至約40密耳(1mm)，厚度為約0.25密耳(0.006mm)至約2密耳(0.05mm)。
本發(fā)明還提供改進(jìn)的纖維陰極和帶有纖維陰極的改進(jìn)的平板顯示器，其中在各種情況下，所述改進(jìn)都包括場致發(fā)射纖維利用金屬帶連接到所述陰極襯底上，所述金屬帶焊接到襯底和場致發(fā)射纖維上。
本發(fā)明還提供改進(jìn)的纖維陰極和帶有纖維陰極的改進(jìn)的平板顯示器，其中在各種情況下，所述改進(jìn)都包括將場致發(fā)射纖維機(jī)械和電連接于陰極襯底上。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，場致發(fā)射纖維在沿場致發(fā)射纖維長度上的多處與陰極襯底連接。
將場致發(fā)射纖維連接于襯底上的這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于，該方法可以在自動處理中采用，在該處理中，可以迅速地進(jìn)行大量的這種連接。
附圖的簡要說明

圖1(a)、1(b)和1(c)表示懸置的纖維陰極和采用本發(fā)明的方法在沿場致發(fā)射纖維長度上的多處設(shè)置觸點(diǎn)。
圖2表示采用金屬帶將場致發(fā)射纖維連接到襯底上。
圖3(a)和3(b)表示將場致發(fā)射纖維連接到包括鈉鈣玻璃上的薄金膜的襯底上的金屬帶的掃描電子顯微照片。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明本發(fā)明提供將場致發(fā)射纖維連接到襯底上的方法，并由此提供一種改進(jìn)的纖維陰極。這里使用的術(shù)語“纖維陰極”包括由至少一個場致發(fā)射纖維形成的陰極。
還改進(jìn)了包括這種纖維陰極的平板顯示器。平板顯示器包括(a)由至少一個支撐于襯底上的場致發(fā)射纖維形成的纖維陰極，(b)用作陽極且與纖維陰極分開的透光導(dǎo)電膜，和(c)熒光層，直接靠近陽極，在從纖維發(fā)射的電子轟擊下可發(fā)光。所述改進(jìn)包括利用本發(fā)明的方法將場致發(fā)射纖維連接到襯底上。顯然，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以改變陽極和熒光層的配置。換句話說，可以將熒光層設(shè)置在陽極和陰極之間，或者，相反地，也可以將陽極設(shè)置在熒光層和陰極之間。平板顯示器也可以包括處于陽極和陰極之間的一個或多個柵極。
由于平板顯示器僅有幾英寸厚，所以被稱為平板顯示器。平板顯示器一般是平面狀的，但也可以是曲面或有按照特定應(yīng)用所需要的其它結(jié)構(gòu)。因此，這里使用的術(shù)語“顯示板”或“平板顯示器”包括平面和曲面以及其它可能的幾何結(jié)構(gòu)。
用于本發(fā)明纖維陰極的場致發(fā)射體或場致發(fā)射材料是場致發(fā)射電子源?？捎酶鞣N纖維幾何結(jié)構(gòu)形成至少包括一種這樣的纖維構(gòu)成的纖維陰極。所謂“纖維”是指一維的尺寸基本上大于另外的兩維尺寸。纖維可以有僅由噴絲頭設(shè)計限定的任何形狀的纖維截面。纖維可以按多絲形式成束捆扎在一起。
這些纖維可以單獨(dú)由場致發(fā)射體(例如，石墨纖維)制成，或可以是用非場致發(fā)射體芯與包圍該芯的場致發(fā)射體薄層構(gòu)成的復(fù)合纖維。芯材料最好是導(dǎo)體或半導(dǎo)體。在另一實(shí)施例中，纖維可以由更復(fù)雜的芯結(jié)構(gòu)構(gòu)成，例如由薄導(dǎo)體涂層或半導(dǎo)體材料包圍非導(dǎo)體芯，并用場致發(fā)射材料包圍該涂層。
本發(fā)明的連接方法可以采用任何場致發(fā)射材料?？梢园呀饎偸?、類金剛石碳或玻璃狀碳用作場致發(fā)射材料。因此纖維陰極可以由金剛石、類金剛石碳或玻璃狀碳復(fù)合纖維構(gòu)成，玻璃狀碳復(fù)合纖維由在非金剛石芯纖維上的主要為金剛石、類金剛石碳或玻璃狀碳形成。芯材料例如可以是諸如石墨等的導(dǎo)電碳，或諸如鎢、銅、鈦或鉬等的金屬，或例如可以是硅或硅化物。在另一實(shí)施例中，芯可以是金屬化的絕緣體，例如涂敷于非導(dǎo)電的聚酯、尼龍或Kevlar纖維(Kevlar是E.I.du Pont de Nemours and Company,Wilmington,DE的注冊商標(biāo))上的鎢。在另一實(shí)施例中，可以將金剛石、類金剛石碳或玻璃狀碳母體涂敷在非金剛石芯上，然后通過適當(dāng)?shù)哪阁w處理形成金剛石、類金剛石碳或玻璃狀碳。
應(yīng)該指出，本發(fā)明的實(shí)施例中，構(gòu)成纖維陰極的各纖維的軸基本上處于陰極面中。因此，沿纖維的長度而不是從纖維的頂端或尾部產(chǎn)生這些纖維的電子發(fā)射。
金剛石纖維和纖維金剛石復(fù)合物例如涂敷金剛石的石墨或涂敷金剛石的碳最好包括金剛石的亞微米級晶體結(jié)構(gòu)，即一般至少一個晶體尺寸小于約1微米尺寸的金剛石。在亞微米尺寸的金剛石晶體內(nèi)，這種金剛石晶體包括至少一些暴露的111取向晶面(facets)，一些暴露的100取向的晶面或一些有兩種取向的晶面。一般把有合適的亞微米尺寸的金剛石的另一種形式稱為菜花形金剛石，與金字塔結(jié)構(gòu)相反，該金剛石有細(xì)晶粒球。
包括適當(dāng)?shù)慕逃行虻念惤饎偸嫉睦w維，即sp2和sp3鍵合的適當(dāng)組合也可以提供具有高電流密度的場致發(fā)射材料。所謂“近程有序”是指原子的有序排列在任意維度上都小于約10納米(nm)。也可以采用纖維例如Davanloo等人在J。Mater.Res.,Vol.5,No.11,Nov.1990中披露的通過激光消融涂敷非結(jié)晶金剛石的碳纖維。
作為場致發(fā)射體材料，也可使用包括玻璃狀碳的纖維，在約1380cm-1和1598cm-1時呈現(xiàn)Raman峰值的非晶體材料。這里使用的“類金剛石碳”表示在文獻(xiàn)中稱為類金剛石碳的材料和玻璃狀碳以及包括玻璃狀碳微細(xì)雜質(zhì)的碳，所有這些碳都是在性能上作為纖維場致發(fā)射材料的類金剛石。
一般地，復(fù)合纖維的總直徑在約1微米至約200微米的范圍。金剛石層或這種復(fù)合纖維中的涂層一般可以為約50埃(5nm)至約50000埃(5μm)，在約1000埃(0.1μm)至約20000埃(2μm)較好，而在約1000埃(0.1μm)至約5000埃(0.5μm)最好。
金剛石通常有幾個低或負(fù)電子親合力的低指引晶面(indexfacets)，例如有低親合力的100晶面金剛石，而111晶面金剛石有負(fù)電子親合力。類金剛石碳或玻璃狀碳最好是摻雜例如氮或磷的n型，以提供更多的電子和減小材料的功函數(shù)。
這樣的金剛石或類金剛石碳層最好有粗糙的鋸齒狀邊緣例如在金剛石或類金剛石碳層上有一系列波峰和波谷。在金剛石涂層中，由金剛石材料的微晶結(jié)構(gòu)獲得這樣的表面組織。少量的石墨位于所述金剛石涂層中金剛石晶體的至少一部分之間認(rèn)為最好。通過CVD淀積按柱狀方式生長金剛石，因在生長的晶體之間有輕微的未對準(zhǔn)情況因而也是較好的。這種未對準(zhǔn)可促進(jìn)金剛石組織粗糙鋸齒邊緣的形成。
場發(fā)射纖維被支撐于襯底上，從而提供纖維陰極。襯底可以是平坦的或有一組或多組規(guī)則的空間相隔的平行的波峰和波谷的行的波浪形。(其更詳細(xì)的說明參見例如WO95/22169。)當(dāng)襯底是平坦的時，各場致發(fā)射纖維的整個長度與襯底接觸。當(dāng)襯底是波浪形時，場致發(fā)射纖維可沿各波浪形表面的波谷長度方向?qū)?zhǔn)，從而也導(dǎo)致各場致發(fā)射纖維的整個長度與襯底接觸。在與場致發(fā)射纖維接觸的襯底區(qū)域上淀積導(dǎo)電膜是有利的。當(dāng)采用平坦的襯底時，可淀積相應(yīng)于纖維行的導(dǎo)電膜條。對于波浪形襯底，在將復(fù)合纖維放置于波谷之前，可在波浪形表面各波谷長度上淀積導(dǎo)電膜?？墒褂美玢~、金、鉻、鉬和鎢等金屬。這種膜對電子發(fā)射組合纖維提供電子貯存器并能夠根據(jù)需要對各波谷中電子發(fā)射組合纖維進(jìn)行單獨(dú)尋址。
已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被尋址并由此產(chǎn)生電子發(fā)射的纖維陰極的一部分被懸置，不與襯底直接物理接觸時，可改善纖維陰極和包括纖維陰極的平板顯示器的性能?？梢远喾N方式實(shí)現(xiàn)場致發(fā)射纖維的懸置。當(dāng)襯底是平坦的時，可用支座或托架將場致發(fā)射纖維懸置于襯底表面之上。
波浪形襯底在場致發(fā)射纖維懸置部分的實(shí)現(xiàn)過程中尤其有用。在一個這樣的實(shí)施例中，波浪形部分包括在襯底上由波谷和大體平坦的波峰的平行行組成的規(guī)則波浪形表面。該實(shí)施例中，纖維陰極大體由規(guī)則的分隔開的平行的纖維陣列組成，該纖維被支撐于襯底的大體平坦的波峰上并懸置于襯底波谷之上。例如，可腐蝕光滑襯底，使基本上平坦的波峰相應(yīng)于襯底輕微腐蝕的區(qū)域，波谷相應(yīng)于襯底較重腐蝕的區(qū)域，于是形成波浪形表面。纖維陰極的纖維最好基本上垂直于波谷和大體平坦的波峰的平行行。有這樣的襯底也較好，即該襯底在波谷中和在波谷與大體平坦的波峰的各組平行行的波谷側(cè)面上但不沿大體平坦的波峰涂敷導(dǎo)電材料連續(xù)條。因此這提供了涂有導(dǎo)電材料連續(xù)條的平行陣列的襯底，一個這樣的條沿波谷的每一行。這種平行陣列用作柵極。
可對電子發(fā)射提供較好控制的該實(shí)施例的變形例是這樣的按行形成波谷和大體平坦的波峰，但這些行并不是連續(xù)的，即存在這樣的襯底區(qū)域，沿其表面為波谷和大體平坦的波峰的連續(xù)波浪形，在該區(qū)域的兩側(cè)是具有大體平坦的表面的區(qū)域，在兩個該平坦區(qū)域的另一邊是另一個沿其表面為波谷和大體平坦的波峰的連續(xù)波浪形的區(qū)域。因此仍有波谷和大體平坦的波峰的平行行；可是它們不是連續(xù)的行，而是具有以規(guī)則間隔沿各行放置的波谷的波谷行，和具有以規(guī)則間隔沿各行放置的大體平坦的波峰的大體平坦的波峰行。圖1(a)、1(b)和1(c)中示出其中通過腐蝕形成波浪形表面的這種實(shí)施例。圖1(a)表示襯底表面上的腐蝕圖形。該圖形可用于形成波谷和大體平坦的波峰。圖1(b)表示要腐蝕的襯底區(qū)域，和圖1(c)表示沿圖1(b)的21-22線的深度輪廓。纖維陰極的纖維應(yīng)與線例如圖1(b)的21-22線對準(zhǔn)。在要與場致發(fā)射纖維接觸的襯底區(qū)域上例如沿圖1(c)的線C的位置淀積導(dǎo)電膜是有利的。如前所示，可使用諸如銅、金、鉻、鉬和鎢之類的金屬，這種膜對發(fā)射電子的組合纖維提供電子貯存器，并且能夠沿纖維上的多處進(jìn)行電接觸。
使用波浪形襯底以懸置場致發(fā)射纖維的另一個實(shí)施例包含包括兩組波峰和波谷的平行行的襯底。第一組平行的波峰和波谷提供波谷，基本上由至少一個纖維構(gòu)成的纖維陰極沿該波谷對準(zhǔn)。第二組平行的波峰和波谷最好垂直于第一組。波峰和波谷之間的壁可以是垂直的。也可使用斜的或彎曲截面。以規(guī)則間隔示出波峰和波谷的平行行，即各組中兩相鄰波峰中心或兩相鄰波谷中心的間隔相同。另外，當(dāng)使用幾種熒光體(例如使用三種熒光體以提供彩色顯示)時，可改變第一組中的這些尺寸以補(bǔ)償不同熒光體亮度的差異。在各三色一組的情況下，即三對波峰和波谷的每一組被規(guī)則地分隔開。
第二組的波谷典型地窄于和淺于第一組的波谷。一般說來，第一組的波谷深約25μm至約250μm、寬約10μm至約350μm，第一組的波峰寬約25μm至約250μm。一般來說，，第二組的波谷深約10μm至約150μm、寬約50μm至約125μm，第二組的波峰寬約600μm至約700μm。在這些襯底材料上形成兩個這樣的波峰和波谷的平行行組的典型方式是腐蝕、使用陶瓷的GREEN TAPETM(可從E.I.du Pontde Nemours and Company,Wilmington,DE商業(yè)購買)、噴砂、厚膜順序淀積和鍛造。
第二組波谷提供懸置纖維陰極的裝置?？稍诘谝唤M各波谷長度上放置纖維陰極，當(dāng)?shù)诙M波谷深度淺于第一組波谷深度時，用第二組波谷表面懸置該纖維陰極。最好沿每一第二組波谷長度設(shè)置懸置部件，以支撐纖維陰極。懸置部件可以是連續(xù)的結(jié)構(gòu)，例如沿各波谷長度對準(zhǔn)的非發(fā)射纖維和依靠在其上的發(fā)射纖維陰極。可使用沿各波谷長度延伸的膜。在襯底上設(shè)置纖維陰極之前，最好用導(dǎo)電材料涂敷襯底，以提供對纖維施加電壓和產(chǎn)生發(fā)射所需電場的裝置。用導(dǎo)電材料涂敷除波谷和第二組波谷側(cè)面之外的襯底，從而提供涂有導(dǎo)電材料連續(xù)條平行陣列的襯底。該平行陣列用作柵極。當(dāng)利用非發(fā)射纖維或正是非發(fā)射纖維的裝置時，可使用在所述纖維陰極頂部上沿第二組各波谷長度對齊并由此錨定所述纖維陰極的非發(fā)射纖維。
或者，懸置部件可以是由第二組各波谷與第一組波谷的各交叉點(diǎn)上的一連串支架或膜構(gòu)成的非連續(xù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)诙M波谷象第一組波谷那樣深或深于第一組波谷時，要求使用懸置部件。
襯底可由例如鈉鈣(soda lime)玻璃、硅硼酸玻璃(Pyrex)和玻璃陶瓷等絕緣材料構(gòu)成。襯底上的金屬膜可用作連接用的襯底接觸區(qū)域。作為這里所用的將金屬帶連接于襯底上，包括直接將金屬帶連接于襯底上以及將金屬帶連接于膜、層或其它淀積于襯底上或附著于襯底上的結(jié)構(gòu)材料上。
對于平坦和波浪形襯底來說，場致發(fā)射纖維必須機(jī)械連接于襯底上并且還必須提供與場致發(fā)射纖維的電接觸。典型地在場致發(fā)射纖維的各端進(jìn)行這種連接。本發(fā)明提供利用金屬帶將場致發(fā)射纖維連接于襯底上的方法。這里所述的“金屬帶”指其電性能、機(jī)械性能和熱性能類似于諸如金和鋁之類金屬的這些性能的金屬帶。場致發(fā)射纖維放置于襯底上并在要進(jìn)行連接的區(qū)域上對中。金屬帶放置于場致發(fā)射纖維上并與其直接接觸。金屬帶長度方向基本上垂直于場致發(fā)射纖維軸，金屬帶在場致發(fā)射纖維上延伸，該金屬帶的各端部與襯底直接接觸。結(jié)果，場致發(fā)射纖維牢固地固定于襯底上。金屬帶一般寬約2密耳(0.05mm)-約40密耳(1mm)，厚約0.25密耳(0.006mm)-約2密耳(0.05mm)。金屬帶的長度并不重要；可是，必須足夠長以包圍和包裹或與場致發(fā)射纖維輪廓一致，以便允許連接襯底。用超聲波、熱壓或加壓連接，將金屬帶的各端部連接到襯底上并將直接圍繞場致發(fā)射纖維的帶部分連接到場致發(fā)射纖維上。
除提供將場致發(fā)射纖維端部連接到襯底上的裝置之外，本發(fā)明方法還用于將場致發(fā)射纖維連接于在場致發(fā)射纖維兩端的中部位置的襯底上。這種連接可提供機(jī)械和電的優(yōu)點(diǎn)。已觀察到場致發(fā)射纖維，尤其是被尋址并產(chǎn)生電子發(fā)射的場致發(fā)射纖維部分在被尋址時有時會移動。這樣的移動對纖維陰極性能產(chǎn)生負(fù)作用。中間連接點(diǎn)將制約這種移動。在纖維陰極的陰極組件和平板顯示器的制備期間，中間連接點(diǎn)還將固定場致發(fā)射纖維在原處。此外，這是有利的，即在纖維各點(diǎn)例如在接近被尋址的場致發(fā)射纖維部分的各點(diǎn)對場致發(fā)射纖維施加電壓，可提供更均勻和一致的性能。為此，本發(fā)明的方法對提供沿場致發(fā)射纖維長度的中間連接有用。在要進(jìn)行連接的襯底上形成平坦區(qū)域以提供更好的連接是有利的。
當(dāng)場致發(fā)射纖維整個長度與襯底接觸時，可在場致發(fā)射纖維上要被尋址并由此產(chǎn)生電子發(fā)射的場致發(fā)射纖維區(qū)域中間部分處進(jìn)行連接。
當(dāng)場致發(fā)射纖維被懸置于襯底上時，在襯底上或懸置場致發(fā)射纖維的襯底上的懸置部件上的適當(dāng)位置進(jìn)行連接。在圖1(a)、1(b)和1(c)中示出的懸置纖維排列的情況下，在沿圖1(c)的線C的位置上和在場致發(fā)射纖維上的其它相應(yīng)位置上進(jìn)行連接，其中場致發(fā)射纖維與線C相交。
圖2示出襯底32上的場致發(fā)射纖維31。金屬帶33放置于場致發(fā)射纖維上并與其直接接觸。使金屬帶與場致發(fā)射纖維形狀輪廓一致以便更好地將其固定于襯底上。通過超聲波、熱壓或加壓連接，將場致發(fā)射纖維兩側(cè)上的金屬帶端部連接到襯底上，金屬帶的直接圍繞場致發(fā)射纖維的與輪廓一致的部分連接到場致發(fā)射纖維上。
所有這些連接技術(shù)都是通過使兩個元件產(chǎn)生密切的接觸和提供足夠的能量使其相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)的。
對連接工具與襯底或場致發(fā)射纖維之間的要進(jìn)行連接的金屬帶穩(wěn)定地加壓并提供頻率一般為約60kHz的突發(fā)超聲波能量，可以完成超聲波連接。壓力和超聲波能量的組合在金屬帶和襯底之間或與場致發(fā)射纖維之間產(chǎn)生金相連接。可以升高襯底的溫度，以便于相互擴(kuò)散。有時將設(shè)置壓力和溫度及超聲波能量的組合稱為熱聲波連接。這里使用的“超聲波連接”包括這樣的連接，該連接中，金屬帶牢固地壓在連接工具和要連接的襯底或場致發(fā)射纖維之間，并且無論金屬帶和襯底及場致發(fā)射纖維的溫度是環(huán)境溫度或升高的溫度都提供突發(fā)超聲波能量。
通過對要與襯底接觸或與場致發(fā)射纖維接觸的金屬帶區(qū)域施加壓力，以提供必要的密切接觸，同時升高這些區(qū)域的溫度，可以完成熱壓連接。溫度必須升高至數(shù)量級為370到380℃的溫度。
通過對金屬帶與襯底接觸或與場致發(fā)射纖維接觸的區(qū)域施加壓力，可以完成加壓連接。所需壓力高于其它連接技術(shù)的壓力。必須注意與場致發(fā)射纖維的連接。
可優(yōu)選超聲波和熱壓連接。
發(fā)明的實(shí)例提供以下非限定的實(shí)例，以進(jìn)一步說明和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
如下制備由鈉鈣玻璃、鉻層和在其上放置場致發(fā)射纖維的金層構(gòu)成的襯底。用洗凈劑(Sparkleen可從Fisher Scientific購買)清洗鈉鈣玻璃，并在去離子水中徹底沖洗。用并丙醇蒸發(fā)干燥劑除去水。將分別為約1mm直徑的一連串圓形玻璃的一側(cè)涂敷50nm的鉻層。在鉻上淀積200nm的金層。該金層將作為襯底接觸區(qū)。
將直徑為7μm的石墨纖維放在襯底的一個金層接觸區(qū)上，并使其處于接觸區(qū)中心。把大約10密耳(250μm)長、5密耳(125μm)寬和0.5密耳(13μm)厚的一片金帶放在接觸區(qū)的石墨纖維上。該帶被放在石墨纖維的中心上。結(jié)果，石墨纖維被夾在襯底接觸區(qū)和金屬帶之間。將襯底加熱至85℃的溫度。然后，利用Kulicke and Soffa,Model#422超聲波布線連接機(jī)，使金屬帶連接到襯底上和石墨纖維上。每次將約10g的力施加給連接器，并施加超聲波能量1/4秒。這樣使石墨纖維與襯底進(jìn)行機(jī)械和電連接。
檢測電持續(xù)性，發(fā)現(xiàn)電阻在石墨纖維電阻的期望范圍內(nèi)。
利用掃描電子顯微鏡(SEM)分析與襯底連接的石墨纖維。圖3(a)和圖3(b)表示按不同放大率的電子掃描顯微圖，其中，石墨纖維通過金屬帶附著于襯底上。容易觀察出使用超聲波連接的地方。在批量生產(chǎn)的情況下，應(yīng)該按連續(xù)方式代替一連串的單獨(dú)射點(diǎn)方式來進(jìn)行連接。
盡管在上述說明中論述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，當(dāng)然可以對本發(fā)明進(jìn)行許多改進(jìn)、替換和配置，而不會脫離本發(fā)明的精神或基本特征。應(yīng)該以附加的權(quán)利要求作為基礎(chǔ)，而不是以上述說明書作為本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1．一種將場致發(fā)射纖維機(jī)械和電連接到襯底上的方法，該方法包括(a)把場致發(fā)射纖維放置在襯底的表面上和在要進(jìn)行連接的所述襯底區(qū)域上使所述場致發(fā)射纖維對中；(b)將金屬帶放置于場致發(fā)射纖維上，所述金屬帶長度方向基本上垂直于場致發(fā)射纖維軸，以使金屬帶在場致發(fā)射纖維上延伸，所述金屬帶的各端部與襯底直接接觸；和(c)通過超聲波、熱壓或加壓連接，將所述金屬帶連接到所述襯底和所述場致發(fā)射纖維上。
2．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，利用超聲波連接將所述金屬帶連接到所述襯底和所述場致發(fā)射纖維上。
3．如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述金屬帶是金、鋁或鋁合金。
4．一種改進(jìn)的纖維陰極，該纖維陰極包括至少一個場致發(fā)射纖維和襯底，所述改進(jìn)包括通過與所述襯底和所述場致發(fā)射纖維連接的金屬帶使所述場致發(fā)射纖維連接到所述襯底上。
5．如權(quán)利要求4的改進(jìn)的纖維陰極，其特征在于，所述場致發(fā)射纖維在所述場致發(fā)射纖維長度上的多處與所述襯底連接。
6．一種改進(jìn)的纖維陰極，該纖維陰極包括至少一個場致發(fā)射纖維和襯底，所述改進(jìn)包括利用權(quán)利要求1的方法將所述場致發(fā)射纖維連接到所述襯底上。
7．如權(quán)利要求6的改進(jìn)的纖維陰極，其特征在于，所述場致發(fā)射纖維在所述場致發(fā)射纖維長度上的多處與所述襯底連接。
8．一種改進(jìn)的平板顯示器，該顯示器包括由至少一個場致發(fā)射纖維和襯底構(gòu)成的纖維陰極，所述改進(jìn)包括通過與所述襯底和所述場致發(fā)射纖維連接的金屬帶將所述場致發(fā)射纖維連接到所述襯底上。
9．如權(quán)利要求8的改進(jìn)的平板顯示器，其特征在于，所述場致發(fā)射纖維在所述場致發(fā)射纖維長度上的多處與所述襯底連接。
10．一種改進(jìn)的平板顯示器，該顯示器包括由至少一個場致發(fā)射纖維和襯底構(gòu)成的纖維陰極，所述改進(jìn)包括采用權(quán)利要求1的方法將所述場致發(fā)射纖維連接到所述襯底上。
11．如權(quán)利要求10的改進(jìn)的平板顯示器，其特征在于，所述場致發(fā)射纖維在所述場致發(fā)射纖維長度上的多處與所述襯底連接。
全文摘要
披露了將場致發(fā)射纖維電和機(jī)械連接到襯底上的方法,該方法包括將金屬帶放置于場致發(fā)射纖維上,所述金屬帶長度方向基本上垂直于場致發(fā)射纖維軸和襯底,和通過超聲波、熱壓或加壓連接,將所述金屬帶連接到所述襯底和所述場致發(fā)射纖維上。
文檔編號H01J9/02GK1234134SQ97198886
公開日1999年11月3日 申請日期1997年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月17日
發(fā)明者小D·I·阿梅, H·F·米爾加佐 申請人:納幕爾杜邦公司