專利名稱：：電子發(fā)射電極及其制造方法與具有該電極的發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到在強電場下發(fā)射電子的電極、其制造方法及采用此種電極的電子發(fā)射器件。在強電場下發(fā)射電子的電極已為人們所知。這些通常以“電子發(fā)射電極”而為人所知的電極，其形狀有為針或板，而不像熱陰極那樣呈螺線形燈絲狀而且當(dāng)電流通過使之受熱時發(fā)射電子。電子發(fā)射電極在其上加有約107V/cm或更高的電壓時，借助于隧道效應(yīng)而從其表面發(fā)射電子。在復(fù)印設(shè)備中、在用作非自發(fā)射顯示(如液晶顯示)背景光的冷陰極熒光燈中、在單色或彩色顯示中、在等離子顯示中、在VFD(真空熒光顯示)中以及在相似的設(shè)備中，它們被用作陰極。配備有電子發(fā)射電極的冷陰極熒光燈包含一個其內(nèi)表面涂覆有熒光層并充有混合稀有氣體和汞蒸氣的燈管。從表面發(fā)射出來的電子撞擊管中的汞原子，以致產(chǎn)生紫外線。紫外線則激發(fā)熒光層。受激的熒光層于是發(fā)射可見光。電子發(fā)射電極由諸如鎳(Ni)、鉬(Mo)之類的功函數(shù)小的金屬制成。通常，帶有這類金屬制成的電子發(fā)射電極的冷陰極熒光燈的直徑越小，燈所產(chǎn)生的光的亮度(cd/m2)就越大。冷陰極熒光燈可以很細并可發(fā)射很強的光。因此適合于用作液晶顯示中的背景光。但為了使燈能發(fā)射更高亮度的光，必須提高加于冷陰極熒光燈上的電壓。因而燈消耗更多的功率。若此燈是用在電池供電的手提顯示器中，則顯示器無法長時間地工作。帶有電子發(fā)射電極的冷陰極熒光燈在另一方面也存在缺點。當(dāng)進行放電時，電極材料被逐漸濺射，不可避免地要沾污管子的內(nèi)表面而且會縮短電子發(fā)射電極的壽命。已提出了各種各樣的電子發(fā)射電極材料。但對電子發(fā)射電極材料有各種各樣的限制。例如，在利用隧道效應(yīng)的冷陰極中，不能使用嚴(yán)重妨礙隧道效應(yīng)的非絕緣材料。本發(fā)明的第一目的是提供一種可在低的放電電壓下工作且可防止其中電子發(fā)射膜濺射的電子發(fā)射電極。為了達到第一目的，本發(fā)明的電子發(fā)射電極包含一個由導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料構(gòu)成的基板，以及一個制作在基板上的、含R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.1-1.0)的、用來執(zhí)行電子場發(fā)射或電子冷發(fā)射的電子發(fā)射膜。此處，“原子團”意指不同類型的稀土元素的團。由于有3含R2O3-Z的電子發(fā)射膜，故電極可在低電壓下發(fā)射電子。在發(fā)射電子時，此膜幾乎不被濺射。因而電子發(fā)射電極具有長壽命。本發(fā)明的第二目的是提供一種只要求低的放電電壓且可防止其中電子發(fā)射膜濺射的電子發(fā)射電極的制造方法。為了達到第二目的，根據(jù)本發(fā)明的方法包括下列步驟在基板上制成一個含有稀土元素的薄膜；在氧氣氛或按體積含有1％或更小濃度的氧的氣體氣氛中對此薄膜進行加熱，從而形成稀土氧化物膜。在稀土氧化物中，有一些幾乎不能被還原。要控制這類氧化物的晶系是困難的。盡管如此，倘若借助于在按體積含有1％或更小濃度的氧或氧化物的氣體氣氛中對稀土元素膜進行加熱而已制作了薄膜，則稀土氧化物膜的晶系仍能被控制。因此，借助于將稀土氧化物的晶系改變成呈現(xiàn)良好放電效率的晶系，有可能提供在低的放電電壓下發(fā)射電子并具有低的濺射性質(zhì)的稀土氧化膜。本發(fā)明的第三目的是提供一種工作于低放電電壓、可長時間連續(xù)發(fā)射光并可發(fā)射高亮度光的光反射器件。為了達到第三目的，根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射器件包含一個熒光管，此管包括一個內(nèi)表面和涂覆在管內(nèi)表面上的一個熒光層，用來發(fā)射預(yù)定波長范圍的光，此管允許熒光層發(fā)射的光通過；一對彼此相對地提供在熒光管中的電子發(fā)射電極，各含有一個由導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料制成的基板和一個制作在基板上且含有R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.1-1.0)用來執(zhí)行電子場發(fā)射的電子發(fā)射膜；以及一個充滿熒光管的稀有氣體和汞蒸氣。也為了實現(xiàn)第三目的，根據(jù)本發(fā)明的另一種光發(fā)射器件包含一個第一襯底；一個平行于第一襯底且與第一襯底的第一襯底表面上的帶有含R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.1-1.0)的電子發(fā)射膜的陰極；一個制作在正對著第一襯底的第二襯底表面上的、用來在陰極和陽極之間加有預(yù)定電壓時產(chǎn)生等離子體的陽極；以及一個充滿由陽極和第一與第二襯底所確定的空間的稀有氣體。也為了達到第三目的，根據(jù)本發(fā)明的又一光發(fā)射器件包含一個第一襯底；一個平行于第一襯底且與第一襯底分隔開的第二襯底；制作在正對著第二襯底的第一襯底表面上的多個冷陰極，每個冷陰極有一個含R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.1-1.0)的電子發(fā)射膜；至少一個制作在正對著第一襯底的第二襯底表面上的陽極；以及一個制作在第一和第二襯底中的一個上的、用來在接收到來自冷陰極的電子時發(fā)射預(yù)定波長范圍的可見光的熒光層。這些光發(fā)射器件可工作于低放電電壓，因而只消耗很小的功率。由于陰極是由具有低濺射性質(zhì)的材料制成的，故器件可長時間地連續(xù)發(fā)光并可發(fā)射高亮度的光。從結(jié)合附圖所進行的下列詳細描述，本發(fā)明將變得更為明顯，其中圖1剖面圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種電子發(fā)射電極；圖2剖面圖示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的一種電子發(fā)射電極；圖3示出了相對于電極深度方向探測到的電極元素的密度(intensity)；圖4是根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極的X射線衍射分析圖，其晶系為體心立方晶格并已在大氣中被氧化；圖5是根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極的X射線衍射分析圖，其晶系是體心立方晶格并已在氫氣氛中被氧化；圖6示出了本發(fā)明電子發(fā)射電極的光學(xué)特性，此電極已在氫氣氛中被氧化；圖7示出了本發(fā)明電子發(fā)射電極的光學(xué)特性，此電極已在大氣中被氧化；圖8示出了在氫氣氛中已被氧化的電子發(fā)射電極的吸收邊；圖9示出了在大氣中已被氧化的電子發(fā)射電極的吸收邊；圖10是根據(jù)本發(fā)明的冷陰極熒光燈的示意剖面圖；圖11是組合在冷陰極熒光燈中的電子發(fā)射電極的示意平面圖；圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極和常規(guī)Ni型電極的放電特性；圖13剖面圖說明了根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極的制造方法的一個步驟；圖14剖面圖說明了圖13步驟之后的步驟；圖15是根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極的X射線衍射分析圖，其晶系為體心立方晶格；圖16是圖15所示X射線衍射分析圖的一個放大部分；圖17是根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極的X射線衍射分析圖，其晶系為簡單立方晶格；圖18是圖17所示X射線衍射分析圖的一個放大部分；圖19是根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極的X射線衍射分析圖，其晶系介于體心立方晶格和簡單立方晶格之間；圖20是圖19所示X射線衍射分析圖的一個放大部分；圖21是根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極的X射線衍射分析圖，其晶系為面心立方晶格；圖22是圖21所示X射線衍射分析圖的一個放大部分；圖23是根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極的X射線衍射分析圖，其晶系介于體心立方晶格和簡單立方晶格之間；圖24示出了加熱釔膜和釔化物所用時間與這一加熱所形成的氧化釔膜的厚度之間的關(guān)系；圖25是根據(jù)本發(fā)明的另一冷陰極熒光燈的透視圖；圖26是根據(jù)本發(fā)明的又一冷陰極熒光燈；圖27是根據(jù)本發(fā)明的冷陰極熒光燈的透視圖；圖28是根據(jù)本發(fā)明的另一冷陰極熒光燈的透視圖；圖29是組合有根據(jù)本發(fā)明的冷陰極熒光燈的一個液晶顯示板的剖面圖；圖30是組合有根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極的一個PDP的剖面圖；以及圖31是組合有根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極的一個FED的剖面圖。以下參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的執(zhí)行電子場發(fā)射的一個電子發(fā)射電極1。如圖1所示，電極1包含一個基板2、一個制作在基板2上的稀土膜3以及一個覆蓋稀土膜3和基板2上表面暴露部分的電子發(fā)射膜4?；?(商標(biāo)名為INCONEL601)含有Ni和Cr?；?或者是導(dǎo)電的，要么是半導(dǎo)體的。它由具有小功函數(shù)的材料制成的單一元件或由不同材料制成的二個或更多個元件組成。為了具有低的濺射性質(zhì)，基板2必須由在約為10-6乇低壓下呈現(xiàn)液固轉(zhuǎn)換點的一種或多種材料制成?；?可由Ni和Cr之外的諸如鉬(Mo)、鋁(Al)之類的金屬制成。稀土膜3由基本上一種稀土元素制成。電子發(fā)射膜4由氧化物R2O3-z制成，其中R是一種稀土元素原子或原子團，O是氧，Z為0.0-1.0。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個電子發(fā)射電極11，其結(jié)構(gòu)不同于圖1所示的電子發(fā)射電極。電極11包含一個基板12和一個制作在基板12上的電子發(fā)射膜13?；?2含有例如Ni。電子發(fā)射膜13由例如氧化釔制成。圖3示出了圖2所示電極11的濺射時間與元件密度之間的關(guān)系，這是用俄歇電子譜方法相對于電極的深度方向在從膜13表面濺射元素時探測到的。濺射時間和各元素的密度分別給于圖3的橫軸和縱軸。由圖3顯見，基板12含有Ni而制作在基板12上的電子發(fā)射膜13由氧化釔制成。圖1和圖2所示的由氧化釔制成的電子發(fā)射膜13具有簡單立方晶格、面心立方晶格、體心立方晶格、介于簡單立方晶格與面心立方晶格之間的晶格、或介于簡單立方晶格與體心立方晶格之間的晶格這樣的晶系。圖4是關(guān)于由在大氣中對釔進行氧化而制得的氧化釔晶格的X射線衍射分析圖。此氧化釔的晶格常數(shù)為10.60。其晶系被證實為體心立方晶格，為方便起見，以下稱之為“A型晶格”。圖5是關(guān)于由在氫氣氛中對釔進行氧化而制得的氧化釔晶格的X射線衍射分析圖。此氧化釔的晶格常數(shù)為14.85。此氧化物的晶系被證實為簡單立方晶格，為方便起見，以下稱之為“B型晶格”。本發(fā)明可采用晶系介于體心立方晶格和簡單立方晶格之間的材料。這種中間晶系以下稱為“AB型晶格”。對于具有由A型晶格氧化釔制成的電子發(fā)射膜的電子發(fā)射電極、具有由B型晶格氧化釔制成的電子發(fā)射膜的電子發(fā)射電極以及具有由AB型氧化釔制成的電子發(fā)射膜的電子發(fā)射電極，沿它們的厚度測試了電阻。它們呈現(xiàn)數(shù)十歐姆的低電阻，證明它們是導(dǎo)電的。換言之，此種膜具有電子發(fā)射性質(zhì)。用電子束氣相淀積方法在石英襯底上制作了厚度約為3000A的釔膜，并在預(yù)定濃度的氫氣氛中于大約600℃對此釔膜加熱15分鐘，從而提供了第一氧化釔膜。再用電子束沉積方法在石英襯底上制作厚度約為3000的釔膜，并在大氣中于大約700℃對此釔膜加熱30分鐘，從而提供第二氧化釔膜。對此第一和第二釔膜進行光學(xué)特性測試。第一氧化釔膜具有B型晶格且呈現(xiàn)圖6的透射特性。在圖6中，透射率和反射率被繪于縱坐標(biāo)，被加于含有石英襯底和第一氧化釔膜的電子發(fā)射電極的光的波長。透射率是穿過石英襯底和氧化釔膜二者的光量對加于電子發(fā)射電極的光量(100％)的比率。反射率是石英襯底和氧化釔膜反射的光量對具有光滑表面的鋁(Al)板反射的光量的比率。第二氧化釔膜具有A型晶格且呈現(xiàn)圖7的透射特性。如圖7所見，帶有第二氧化釔(A型晶格)膜的電子發(fā)射電極，對波長為500nm-2500nm的光呈現(xiàn)50％以上的透射率。另一方面，帶有第二氧化釔(B型晶格)的電子發(fā)射電極，對波長為500nm-2500nm的光呈現(xiàn)低于20％的透射率。以下，晶系為A型的第一氧化釔膜將稱為“A型氧化釔膜”，而晶系為B型的第二氧化釔膜稱為“B型氧化釔膜”。如圖7所示，帶有A型氧化釔膜的電子發(fā)射電極對波長為500nm-2500nm的光呈現(xiàn)低于40％的反射率。相反，帶有B型氧化釔膜的電子發(fā)射電極對波長為500nm-2500nm的光呈現(xiàn)百分之幾到75％的反射率，亦即最大反射率超過60％。從圖6和7顯見，晶系不同的氧化釔其光學(xué)特性大相徑庭。襯底的光學(xué)特性之一是吸收邊。對A型和B型氧化釔的吸收邊進行了檢測。按一般定義，吸收邊是連續(xù)吸收譜中對波長更長的光束的吸收劇烈下降的地方。但在此處，它被定義為透射率下降到無法準(zhǔn)確測量時的那個點。圖8示出了在預(yù)定濃度的氫氣氛中對釔膜進行氧化而制備的B型氧化釔膜的吸收邊。圖9示出了在大氣中對釔膜進行氧化而制備的A型氧化釔膜的吸收邊。B型氧化釔膜的吸收邊在略小于4.0eV處，而A型氧化釔的吸收邊在約5.9eV處。顯然，比起A型氧化釔來，B型氧化釔處于低能側(cè)。于是顯然，氧化釔的各種光學(xué)特性依賴于氧化物的晶系。而且，制作了冷陰極放電燈以測定其放電特性。每個這種燈含一個圓筒形玻璃管和一對電子發(fā)射電極。每個電極帶有一個可執(zhí)行電子冷發(fā)射的氧化釔膜。管子的外徑為2.6mm，長度為63.5mm，充以稀有氣體和汞蒸氣。電子發(fā)射電極被置于管中，彼此正對著且分隔45mm的距離。這些冷陰極放電燈由三組組成。第一組燈的電極各帶有由A型氧化釔制成的電子發(fā)射膜。第二組的電極各帶有由B型氧化釔組成的電子發(fā)射膜。第三組的電極各帶有由鎳(Ni)組成的電極(這是在本發(fā)明范圍之外的)。對所有各組冷陰極放電燈的放電電壓進行了測試。帶有由A型氧化釔制成的膜的第一組燈工作于較帶有由鎳制成的電子發(fā)射膜的第三組燈的工作電壓大約低30V的電壓。帶有由B型氧化釔制成的膜的第二組燈工作于較第三組燈的工作電壓大約低50V的電壓。而且，制作了圖10所示類型的冷陰極熒光燈21。如從圖10可見，在結(jié)構(gòu)上，除了在其玻璃管23的內(nèi)表面上涂覆的熒光層外，燈21與上述的冷陰極放電燈完全相同。玻璃管23充滿了稀有氣體和汞蒸氣。一對電子發(fā)射電極22被置于管23中，彼此正對著且分別連接于二個引線24。如圖11所示，電子發(fā)射電極22在中部被彎成V字形。每個電極22由一個Ni-Cr合金(INCONEL601)基板25、一個制作在基板25上的釔(Y)膜26以及一個制作在釔膜26上的由B型氧化釔制成的電子發(fā)射膜27組成。電極22定位成其電子發(fā)射膜27彼此正對著。由于膜27由B型氧化釔制成，此燈21可工作于比電子發(fā)射膜為A型氧化釔的冷陰極熒光燈更低的放電電壓。對冷陰極熒光燈21的光發(fā)射特性進行了測試。在每個燈21中，電極22發(fā)射電子。此電子撞擊汞原子，產(chǎn)生紫外線。此紫外線激發(fā)涂覆在管23內(nèi)表面上的熒光層。受激的熒光層于是發(fā)射預(yù)定波長范圍的可見光。測試結(jié)果同包含各帶有一個鎳電子發(fā)射膜的電子發(fā)射電極的常規(guī)冷陰極熒光燈的發(fā)射特性一起示于下面的表1中。表1電極燈電流IL(mA)燈電壓VL(V)亮度(cd/cm2)光通量F(1m)發(fā)光效率(1m(V-A))B型5.01562710025.432.6Ni型5.02042440024.123.6</table>從表1可知，配置有各帶B型氧化釔膜的電極(以下稱為B型電極)的燈21，盡管其燈電壓比常規(guī)燈低約23.5％，它仍然在亮度和發(fā)光效率方面優(yōu)越于帶有Ni型電極的常規(guī)燈。此外，燈21長時間工作之后，它們像各帶有A型氧化釔膜的電極(以下稱為“A型電極”)的冷陰極熒光燈那樣，呈現(xiàn)比帶Ni型電極的常規(guī)燈低得多的濺射性質(zhì)。再者，制作了冷陰極放電燈，它們各包含一個內(nèi)徑為12mm的圓筒形玻璃管、一對盤狀的直徑為10mm的位于管中且相隔220mm的電子發(fā)射B型電極。對這些燈進行了測試以確定其放電特性隨時間的變化。測試結(jié)果示于圖12。從圖12可見，帶有B型電極的冷陰極放電燈達到了穩(wěn)定的起始放電。直至它們連續(xù)工作200小時，仍無明顯的電壓降低。發(fā)現(xiàn)它們的放電電壓比帶有Ni型電極的常規(guī)冷陰極放電燈的放電電壓小約15-20％。而且，它們呈現(xiàn)比帶有Ni型電極的常規(guī)燈更低的濺射性質(zhì)。各包含內(nèi)徑為15mm的管和電子發(fā)射B型電極的冷陰極放電燈，其放電壽命被證明超過3000小時。對45000厚度范圍內(nèi)的電子發(fā)射膜，其最大電阻為1000Ω。發(fā)現(xiàn)晶系為面心立方晶格的氧化釔膜以及晶系介于簡單立方晶格與面心立方晶格之間的氧化釔膜可工作于低的放電電壓。晶系在體心立方晶格與簡單立方晶格之間的AB型氧化釔膜被發(fā)現(xiàn)也可工作于低的放電電壓。在本發(fā)明中，可用任何一種其它的稀土兇素取代釔。更具體地說，鈧(Sc)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)或镥(Lu)都可用來取代釔(Y)。根據(jù)本發(fā)明的具有上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射電極具有在低的放電電壓下良好的電子發(fā)射性質(zhì)。此外，它們還表現(xiàn)低的濺射性質(zhì)，因此能夠長時間地連續(xù)發(fā)射電子。因此，本發(fā)明的電子發(fā)射電極可用在作為非自發(fā)射顯示(例如液晶顯示)中白色發(fā)射背景光的冷陰極熒光燈中。它們也可用作單色或彩色顯示中、等離子顯示中以及用作VFD(真空熒光顯示)的FED(場發(fā)射顯示)中的陰極。下面解釋圖1所示執(zhí)行電子場發(fā)射的電子發(fā)射電極的第一制造方法。第一方法包含下列步驟清洗基板；在基板上制作一個金屬膜；在氫氣氛中對金屬膜進行氧化以制作電子發(fā)射膜；以及對此電子發(fā)射膜進行脫氫。這些步驟按所述順序進行，從而提供一個帶有預(yù)定晶格的電子發(fā)射膜的電子發(fā)射電極。基板由導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料制成。制作在基板上的電子發(fā)射膜含有R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.0-1.0)且能夠執(zhí)行冷電子的場發(fā)射。在此例中，稀土兇素是釔(Y)。現(xiàn)參照圖13和14來詳細解釋第一方法。首先，清洗由Ni-Cr合金(INCONEL601)制成的基板33。用氣相淀積(由電阻加熱或采用電子束來達到)或濺射方法在基板33上制作厚度范圍為1000A-30000A的釔膜34。然后，將得到的由基板33和釔膜34組成的結(jié)構(gòu)如圖13所示被置于反應(yīng)爐31中的臺面32上。如圖13所示，爐子31有一個入氣口38和一個出氣口39。通過入氣口38將氫引入爐子31，使?fàn)t子31保持充滿氫氣。按體積的氧和/或含氧物質(zhì)的濃度為1％或更小是可取的，最好是1000ppm或更小，100ppm或更小就更好。含氧物質(zhì)是以氣體形式存在的水。用分別配置在氣口38和39的氧吸附過濾器和水吸附過濾器，并借助于調(diào)節(jié)被引入爐子31的氫的濃度，可控制此濃度。然后，以100℃/15min-100℃/5min范圍的速率將氫氣氛從室溫(約25℃)加熱到約600℃。再在約600℃下對結(jié)構(gòu)加熱10-60分鐘，從而使釔膜34的暴露表面區(qū)氧化。如圖14所示，就形成了一個氧化釔膜36，將釔膜體35覆蓋起來。氧化溫度范圍可為300℃-1000℃，最好是500℃-700℃。升溫速率范圍可為100℃/20min-100℃/5min。然后對氧化釔膜36進行脫氫。更具體地說，在350℃或更高的溫度下，最好在450℃-800℃的溫度下，在減壓到1×10-3乇或更低的最好為1×10-6乇或更低的氣氛中，對膜36加熱15分鐘，從而從氧化釔膜36中清除掉氫。用清洗基板、制作釔膜且氧化此膜表面區(qū)但不對得到的氧化釔膜進行脫氫的方法而制得冷陰極熒光燈，在連續(xù)放電100小時之后只發(fā)射藍白色的光。這是氧化釔膜中所含的氫造成的。這就是氫氣氛中制作的氧化釔膜應(yīng)進行脫氫的道理。在冷陰極熒光燈的制造過程中，在各帶有氧化釔膜的電極封入管中之前，水之類的雜質(zhì)通常從玻璃管被清除掉。雜質(zhì)的清除借助于在減壓氣氛中于大約400℃下對玻璃管進行加熱來實現(xiàn)。加熱工藝確實可用來從氧化釔膜清除一定數(shù)量的氫。但由于溫度較低(約400℃)，致使此熒光燈不如電極含有脫氫的氧化釔膜的燈那樣容易地達到起始放電。因此，氧化釔膜36應(yīng)該在減壓氣氛中于450℃或更高的溫度下進行脫氫。當(dāng)厚度約為3000的釔膜在氧和/或含氧物質(zhì)的濃度超過約100ppm的氫氣氛中被加熱并氧化時，就形成一個與A型晶格(體心立方晶格)一樣的厚度約為4500的氧化釔膜。此氧化釔膜呈現(xiàn)圖15所示的X射線衍射分析圖象。此氧化膜的晶格常數(shù)為10.60A，且如圖16所示在約29°處出現(xiàn)一個X射線強度峰值。當(dāng)厚度約為3000的釔膜在氧和/或含氧物質(zhì)的濃度約為10ppm的氫氣氛中被加熱并氧化時，就形成一個與B型晶格(簡單立方晶格)一樣的厚度約為4500的氧化釔膜。此氧化釔膜呈現(xiàn)圖17所示的X射線衍射分析圖象。其晶格常數(shù)為14.85A，并在約29°處有一高的X射線強度峰而在約29.6°處有一低的X射線強度峰，如圖18所示。當(dāng)厚度約為3000的釔膜在氧和/或含氧物質(zhì)的濃度約為100ppm的氫氣氛中被加熱并氧化時，就形成一個與AB型晶格(即晶系介于A型晶格與B型晶格之間)一樣的厚度約為4500的氧化釔膜。(100ppm左右的濃度高于適合形成B型氧化釔膜的濃度，而低于適合形成A型氧化釔的濃度。)這樣形成的氧化釔膜呈現(xiàn)圖19所示的X射線衍射分析圖象。如圖20所示，它在約29°處有一個高X射線強度峰，而在約29.6°處有一個低的X射線強度峰。當(dāng)厚度約為3000的釔膜在氧和/或含氧物質(zhì)的濃度約為1ppm的氫氣氛中被加熱并氧化時，就形成一個與面心立方晶格(以下稱為“C型晶格”)一樣的厚度約為4500的氧化釔膜。此氧化膜呈現(xiàn)圖21所示的X射線衍射分析圖象。其晶格常數(shù)為5.21A，并如圖22所示，在約29.6°處有一個大的X射線強度峰。當(dāng)厚度約為3000的釔膜在氧和/或含氧物質(zhì)的濃度高于適合形成C型氧化釔膜的濃度而低于適合形成B型氧化釔膜的濃度的氫氣氛中被加熱并氧化時，就形成一個與晶系處于B型晶格和C型晶格之間(以下稱之為“BC型晶格”)一樣的厚度約為4500的氧化釔膜。此氧化釔膜呈現(xiàn)圖23所示的X射線衍射分析圖象。如圖23所示，它在約29°處有低的X射線強度峰，而在約29.6°處有一個高的X射線峰。如上所知，借助于調(diào)節(jié)氫氣氛中的氧濃度，可改變氧化釔膜的晶系。制造了三類各帶有一對由第一方法制作的電子發(fā)射電極的冷陰極熒光燈。第一類包含各帶有一個厚度約為4500的B型氧化釔膜的電極；第二類包含各帶有一個BC型氧化釔膜的電極；第三類包含各帶有一個C型氧化釔膜的電極。對這些燈的發(fā)射特性進行了測試。結(jié)果按表2的說明提供于下。表2也示出了組合有Ni型電子發(fā)射電極的常規(guī)冷陰極熒光燈的發(fā)射特性，用來與根據(jù)本發(fā)明的三類燈的發(fā)射特性進行比較。所有這些熒光燈(包括常規(guī)燈)都有圖10所示的相同結(jié)構(gòu)，各包含一個玻璃管21和一對位于管21中的電子發(fā)射電極22。管21充滿了稀的氣體和汞蒸氣，且其內(nèi)表面涂覆有白色發(fā)射熒光材料。玻璃管21的長度為63.5mm，外徑為2.6mm，電極22彼此正對著，分隔距離為45mm。表2</tables>從表2可見，盡管放電電壓較低，帶有B型、BC型及C型電極的冷陰極熒光燈，在亮度和發(fā)光效率方面仍優(yōu)于常規(guī)燈。雖然這些氧化釔膜的厚度超過數(shù)百，這些電極仍呈現(xiàn)很高的導(dǎo)電率。帶有B型、BC型及C型電極的燈比之帶有Ni型電子發(fā)射電極的常規(guī)燈，其濺射性質(zhì)低得多。它們比常規(guī)冷陰極熒光燈的連續(xù)發(fā)光時間確實更長。示于表1中的帶有B型電極的燈的數(shù)值不同于表2所說明的。對帶有Ni型電極的常規(guī)燈也是這樣。這是由于獲取表1結(jié)果的分析器是一個，而用來獲取表2結(jié)果的分析器又是另一個。盡管帶有A型電極的燈和帶有AB型電極的燈的放電電壓比常規(guī)燈的低，它們?nèi)垣@得了比帶有Ni型電極的常規(guī)燈更大的亮度和更高的發(fā)光效率。雖然如此，但發(fā)現(xiàn)它們的亮度和發(fā)光效率比帶有C型電極的燈的低。參照圖13和14來解釋執(zhí)行電子冷發(fā)射的圖1所示類型電子發(fā)射電極的第二制造方法。第二制造方法包括下列步驟清洗基板；在基板上制作一個金屬膜；在稀有氣體氣氛中對金屬膜進行氧化以形成電子發(fā)射膜。此三步驟按所述次序進行，從而提供一個帶有預(yù)定晶格的電子發(fā)射膜的電子發(fā)射電極?；逵蓪?dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料制成。電子發(fā)射膜含有R2O3-Z(其中R是一種稀土元素原子或原子團，O是氧，Z為0.0-1.0)且能發(fā)射冷電子。在此例中，稀土元素也是釔(Y)。首先，清洗由Ni-Cr合金(INCONEL601)制成的基板33。用氣相淀積(由電阻加熱或用電子束得到)或濺射方法，在基板33上制作厚度范圍為1000-30000的釔膜34。然后，得到的由基板33和釔膜34組成的結(jié)構(gòu)如圖13所示被置于反應(yīng)爐31中的平臺32上。通過入氣口38將氬引入爐子31，使?fàn)t子31保持充滿氬。氧和/或含氧物質(zhì)按體積的濃度為1％或更小是可取的，最好是1000ppm或更小，100ppm或更小就更好。含氧物質(zhì)是以氣相形式存在的水。用分別配置于氣口38和39中的氧吸附過濾器和水吸附過濾器，并調(diào)節(jié)引入爐子31的氬的濃度，可控制這一濃度。然后，以100℃/15min-100℃/5min的速率將氬氣氛從室溫加熱到約600℃。在約600℃下對結(jié)構(gòu)加熱10-60分鐘，從而使釔膜34的暴露表面區(qū)域氧化。如圖14所示，從而形成了一個氧化釔膜36，覆蓋著釔膜體35。升溫速率范圍可為100℃/20min-100℃/5min。如同在第一方法中那樣，借助于調(diào)節(jié)氧和/或含氧物質(zhì)的濃度，可改變氧化釔膜的晶系。第二方法在實驗基礎(chǔ)上被執(zhí)行。發(fā)現(xiàn)用第二方法形成了A型晶格的、AB型晶格的、B型晶格的、BC型晶格的以及C型晶格的氧化釔膜。在第二方法中，釔膜在氬氣氛中被氧化。這樣它就不同于膜在氫氣氛中氧化的第一方法。在氬氣氛中形成的氧化釔膜幾乎不含有氫。氧化釔膜根本不需要脫氫。因而第二方法比第一方法少一個步驟。盡管如此，若釔膜中含有即使少量的氫，則如第一方法那樣對膜進行脫氫是可取的。下面參照圖13和14來解釋執(zhí)行冷電子場發(fā)射的電子發(fā)射電極的第三制造方法。在本發(fā)明中，可用諸如氦、氖、氪或氙之類的任一其它稀有氣體來取代氬氣。第三方法包含下列步驟清洗基板；在基板上制作一個金屬氧化物膜；對金屬膜進行加熱以形成所需的晶系；以及對電子發(fā)射膜進行脫氫。這些步驟按所述順序進行，從而提供具有預(yù)定晶格的電子發(fā)射膜的電子發(fā)射電極?；逵蓪?dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料制成。制作在基板上的電子發(fā)射膜含有R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.0-1.0)且能夠執(zhí)行冷電子的場發(fā)射。在本例中，稀土元素是釔(Y)?，F(xiàn)參照圖13和14來詳細解釋第三方法。首先，對由Ni-Cr合金(INCONEL601)制成的基板33進行清洗。然后用離子注入方法在基板33上制作一個厚度在1000-5000范圍的非晶氧化釔膜。接著，將得到的由基板33和氧化釔膜組成的結(jié)構(gòu)置于反應(yīng)爐31中。通過入氣口28將氫引入爐子31中，使?fàn)t子31保持充滿氫氣。氧和/或含氧物質(zhì)按體積的濃度為1％或更小是可取的，最好為1000ppm或更小，100ppm或更小就更好。含氧物質(zhì)是以氣相形式存在的水。用分別配置在氣口38和39的氧吸附過濾器和水吸附過濾器，并調(diào)節(jié)引入爐子31的氫的濃度，可控制此濃度。然后，以100℃/15min-100℃/5min的速率將氫氣氛加熱到約600℃。在約600℃下對結(jié)構(gòu)加熱10-60分鐘，從而形成氧化釔膜的所需晶格。加熱溫度范圍可為300℃-1000℃，最好是500℃-700℃。升溫速率可為100℃/20min-100℃/5min。做完這一步后，對所氧化釔膜進行脫氫。更具體地說，在減壓到1×10-3乇或更低(最好是1×10-6乇或更低)的氣氛中，于350℃或更高(最好是450℃-800℃)的溫度下，對膜進行15分鐘加熱，從而將氫從氧化釔膜清除。用清洗基板、制作氧化釔膜并加熱此膜但對得到的氧化釔膜不進行脫氫的方法而制造的冷陰極熒光燈，在連續(xù)放電100小時之后只發(fā)射藍白色光。這是氧化釔膜中所含的氫造成的。這就是在氫氣氛中制得的氧化釔膜應(yīng)該脫氫的理由。在冷陰極熒光燈的制造過程中，在各帶有氧化釔膜的電極封入管中之前，水之類的雜質(zhì)從玻璃管中被清除。雜質(zhì)的清除借助于在減壓氣氛中于大在約400℃下加熱玻璃管而實現(xiàn)。此加熱工藝確實可用來從氧化釔膜清除一定數(shù)量的氫。但由于溫度較低(約400℃)，此熒光燈不如含有各帶脫氫氧化釔膜的電極的燈那樣容易地達到起始放電。因此，應(yīng)在減壓氣氛中于450℃或更高溫度下對氧化釔膜36進行脫氫。上述第三方法在實驗基礎(chǔ)上執(zhí)行。用第三方法確實制得了A型晶格的、AB型晶格的以及B型晶格的氧化釔膜。下面解釋執(zhí)行冷電子場發(fā)射的電子發(fā)射電極的第四制造方法。第四方法包含下列步驟清洗基板；在基板上制作一個底層；在底層上制作一個金屬氧化層；對金屬氧化層進行加熱以獲得所需的晶系；以及對電子發(fā)射膜進行脫氫。此五個步驟按所述順序進行，從而提供帶有預(yù)定晶格的電子發(fā)射膜的電子發(fā)射電極。基板由導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料制成。電子發(fā)射含有R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.0-1.0)并能夠發(fā)射冷電子。在此例中，稀土元素也是釔(Y)?，F(xiàn)參照圖13和14詳細解釋第四方法。首先，對由Ni-Cr合金(INCONEL601)制成的基板進行清洗。用氣相淀積(由電阻加熱或用電子束實現(xiàn))或濺射方法，在基板上制作一個厚度為20000-40000的用來防止基板氧化并促進對氧化釔膜的物理和電連接的釔膜或?qū)щ姷讓印＝又?，用離子注入方法在釔膜上制作一個厚度為1000-10000的非晶氧化釔膜。然后，得到的由基板、釔膜和非晶氧化釔膜組成的結(jié)構(gòu)被置于圖13和14所示的反應(yīng)爐31中的平臺32上。通過入氣口38將氫引入爐子31，使?fàn)t子31保護充滿氫氣。氧和/或含氧物質(zhì)按體積的濃度為1％或更小是可取的，最好為1000ppm或更小，100ppm或更小就更好。含氧物質(zhì)是以氣相形式存在的水。用分別安裝在氣口38和39中的氧吸附過濾器和水吸附過濾器，并調(diào)節(jié)引入爐子31的氫的濃度，可控制前述濃度。以100℃/15min-100℃/5min的速率將氫氣氛從室溫加熱到約600℃。在約600℃下對結(jié)構(gòu)加熱10-60分鐘，從而使非晶氧化釔膜氧化。從而形成一個覆蓋著氧化釔膜的氧化釔膜。氧化溫度可為300℃-1000℃，最好是500℃-700℃。升溫速率可以是100℃/20min-100℃/5min。用清洗基板、制作釔膜并氧化此膜的表面區(qū)但對得到的氧化釔膜不進行脫氫的方法而制得的冷陰極熒光燈，在連續(xù)放電100小時之后只發(fā)射藍白色光。這是氧化釔膜中所含的氫造成的。這就是在氫氣氛中制得的氧化釔膜應(yīng)該脫氫的理由。在冷陰極熒光燈的制造過程中，在各帶有氧化釔膜的電極封入管中之前，水之類的雜質(zhì)從玻璃管中被清除。這一雜質(zhì)的清除借助于在減壓氣氛中于大約400℃下對玻璃管進行加熱而實現(xiàn)。此加熱工藝確可從氧化釔膜清除一定數(shù)量的氫。但由于溫度較低(約400℃)，此熒光燈不如含有各帶脫氫氧化釔膜的電極的燈那樣容易地達到起始放電。因此，應(yīng)該在減壓氣氛中于450℃或更高的溫度下，對氧化釔膜36進行脫氫。上述第四方法在實驗基礎(chǔ)上執(zhí)行。確實形成了A型晶格的、AB型晶格的以及B型晶格的氧化釔膜?，F(xiàn)解釋執(zhí)行冷電子場發(fā)射的電子發(fā)射電極的第五制造方法。第五方法包含下列步驟清洗基板；在基板上制作一個底層；在底層上制作一個金屬氧化膜；以及將此金屬氧化膜加熱成所需的晶系。此四步驟按所述順序進行，從而提供帶有預(yù)定晶格的電子發(fā)射膜的電子發(fā)射電極?；逵蓪?dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料制成。此電子發(fā)射膜含有R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.0-1.0)且能夠執(zhí)行冷電子場發(fā)射。在此例中，稀土元素也是釔(Y)?，F(xiàn)參照圖13和14詳細解釋第五方法。首先，對由Ni-Cr合金(INCONEL601)制成的基板33進行清洗。用氣相淀積(由電阻加熱或用電子束實現(xiàn))或濺射方法，在基板上制作一個用來防止基板氧化并促進對氧化釔膜的物理與電接觸的厚度為2000-40000的釔膜或?qū)щ姷讓?。然后，用離子注入方法在釔膜上制作一個厚度為500-2000的非晶氧化釔膜。做完此步驟后，將得到的由基板、釔膜和非晶氧化釔膜組成的結(jié)構(gòu)置于圖13和14所示的反應(yīng)爐31中。通過入氣口38將氬引入爐子31中，使?fàn)t子31保持充滿氬氣。氧和/或含氧物質(zhì)按體積的濃度為1％或更小是可取的，最好是1000ppm或更小，100ppm或更小則更好。含氧物質(zhì)是以氣相形式存在的水。用分別安裝在氣口38和39的氧吸附過濾器和水吸附過濾器，并調(diào)整引入爐子31的氬的濃度，可控制前述濃度。以100℃/15min-100℃/5min的速率將氬氣氛從室溫加熱到大約600℃。在約600℃下對結(jié)構(gòu)加熱10-60分鐘，從而使非晶氧化釔膜氧化。從而形成氧化釔膜(即電子發(fā)射膜)。氧化溫度可為300℃-1000℃，最好是500℃-700℃。升溫速率可為100℃/20min-100℃/5min。之后，對氧化釔膜(即電子發(fā)射膜)進行脫氫。更具體地說，在減壓為1×10-3乇或更低(最好是1×10-6乇或更低)的氣氛中，于350℃或更高(最好是450℃-800℃)的溫度下，加熱此膜15分鐘，從而將氫從氧化釔膜清除。在第五方法中，釔膜在氬氣氛中被氧化。這就不同于膜在氫氣氛中氧化的第四方法。在氬氣氛中形成的氧化釔膜幾乎不含氫。此種氧化釔膜根本不需要脫氫。因而此法比第一方法少含一個步驟。盡管如此，若釔膜中含有即使少量的氫，則與第一方法那樣對膜進行脫氫也是可取的。上述第五方法在實驗基礎(chǔ)上執(zhí)行。確實形態(tài)了A型晶格、AB型晶格以及B型晶格的氧化釔膜。究竟形成哪種型晶格決定于氧化氣氛中的氧濃度。當(dāng)氧濃度約為100ppm時，厚度約為1000的氧化釔膜在氧化后變成A型晶格的氧化釔膜，而當(dāng)氧濃度約為10ppm時，變成B型晶格的氧化釔膜。制造了二類各帶有一對用第五方法制成的電子發(fā)射電極的冷陰極熒光燈。第一類包含各帶有A型氧化釔膜的電極，而第二類包含各帶有AB型氧化釔膜的電極。對這些燈的發(fā)射特性進行了測試。這些結(jié)果在下面提出的表3中進行了說明。表3中還示出了組合有Ni型電子發(fā)射電極的常規(guī)冷陰極熒光燈的發(fā)射特性。表3電極燈電流IL(mA)燈電壓VL(V)亮度(cd/cm2)光通量F(1m)發(fā)光效率(1m/(V·A))導(dǎo)電率相對于Ni型的燈電壓改進(％)A型5.018526000to2900025to2627.0to28.1△+18AB型5.017026000to2900025to2629.4to30.6○+24Ni型5.022524000to2500023.5to24.520.9to21.8○-</table></tables>從表3可見，盡管放電電壓較低，帶有A型和AB型電極的冷陰極熒光燈在亮度和發(fā)光效率方面仍優(yōu)于常規(guī)燈，雖然它們稍差于帶有B型電極的燈、帶有BC型電極的燈以及帶有C型電極的燈。而且，帶有A型電極的燈以及帶有AB型電極的燈二者都呈現(xiàn)很高的導(dǎo)電率。此外，它們的濺射性質(zhì)比帶有Ni型電子發(fā)射電極的常規(guī)燈低得多。它們的連續(xù)發(fā)光時間確實比常規(guī)冷陰極熒光燈更長。由上述第一和第二方法制得的A型電極、AB型電極以及B型電極，分別呈現(xiàn)相似于用第三、第四和第五方法制得的A型電極、AB型電極以及B型電極的發(fā)射特性。從表1、2和3可知，含氧化釔的電子發(fā)射膜根據(jù)其晶系(A型晶格、AB型晶格、B型晶格、BC型晶格或C型晶格)，在電子發(fā)射性質(zhì)方法有一點差別。電子發(fā)射膜的電阻率為10000Ω或更低。在氬氣氛中制造電子發(fā)射電極的第二和第五方法中，稀土元素的晶格受到少量氫的存在的影響。由于氫氣促使氧在爐子中擴散，這對制作一個較好晶格的稀土元素單一膜是可取的。因此，第二和第五方法可在氫氣與氬之類的稀有氣體的混合氣氛中執(zhí)行。圖24示出了加熱釔膜所用時間與加熱釔膜所形成的各個氧化釔膜的厚度之間的關(guān)系。氧化膜的厚度示于縱坐標(biāo)，加熱時間示于橫坐標(biāo)。在圖24中，實線表示上述第一方法中，當(dāng)釔膜被氧化時，氧化膜如何逐漸生長。虛線表示在離子注入方法沉積在厚約27000的釔膜上的3000A厚的氧化釔膜于大氣中被氧化時，氧化釔膜如何生長。點劃線表示在離子注入法沉積在厚約27000的釔膜上的3000厚的氧化釔膜于Ar∶O2＝79％∶21％(體積比)的混合氣氛中被氧化時，氧化釔膜如何生長。如圖24所示，盡管氧濃度很低，釔膜卻以很高的速率在氫氣氛中被氧化(第一方法)。用電阻加熱或用電子束，在基板上制作了一個1000-3000厚的釔膜。此釔膜在減壓到1×10-3乇-1×10-6的氧濃度很低的氣氛中，以100℃/15min-100℃/5min的速率被從室溫加熱到大約600℃。從而形成了一個A型晶格的氧化釔膜。完全沒有形成具有良好電子發(fā)射性質(zhì)的AB型氧化釔膜、BC型氧化釔膜或C型氧化釔膜。當(dāng)釔膜在Ar∶O2＝79％∶21％(體積比)的混合氣氛中被氧化時，也形成了A型氧化釔膜。生長成圖24所示厚度的電子發(fā)射膜呈現(xiàn)10000Ω或更低的電阻率?，F(xiàn)參照圖13和14來解釋“R2O3-Z”中的R為鑭(La)時的電子發(fā)射電極的制造方法。首先，對由Ni-Cr合金(INCONEL601)制成的基板進行清洗。用氣相沉積(由電阻加熱或用電子束實現(xiàn))或濺射方法，在基板上制作一個厚度為3000-約6000的鑭膜。做完這一步驟后，將得到的由基板和鑭膜組成的結(jié)構(gòu)引入圖13和14所示的反應(yīng)爐31中，并安裝到平臺23上。通過入氣口38將氫引入爐子31，使?fàn)t子31保持充滿氫氣。氧和/或含氧物質(zhì)按體積的濃度為1％或更小是可取的，最好為1000ppm或更小，100ppm或更小則更好。含氧物質(zhì)是以氣相形式存在的水。用分別連接于氣口38和39的氧吸附過濾器和水吸附過濾器，并調(diào)節(jié)引入爐子31的氬的濃度，可控制前述濃度。以100℃/15min-100℃/5min的速率將氫氣氛從正常溫度加熱到大約600℃。在約600℃下對結(jié)構(gòu)加熱10-60分鐘，從而使鑭膜的表面區(qū)氧化。于是形成一個覆蓋著鑭膜的氧化鑭膜(即電子發(fā)射膜)。氧化溫度可為300℃-1000℃，最好為500℃-700℃。升溫速率可以是100℃/20min-100℃/5min。之后，對氧化鑭膜(即電子發(fā)射膜)進行脫氫。更具體地說，在減壓到1×10-3乇或更低(最好是1×10-6乇或更低)的氣氛中，于350℃或更高(最好是450℃-800℃)的溫度下，對此膜進行加熱15分鐘，從而將氫從氧化鑭膜清除。制作了各帶有氧化鑭膜的電極的冷陰極熒光燈并測定了它們的放電特性。發(fā)現(xiàn)它們在放電特性方面劣于配置有各帶有氧化釔膜的電極的冷陰極熒光燈。盡管如此，它們不僅在放電特性方面，而且在亮度和發(fā)光效率方面都優(yōu)于包含Ni型電子發(fā)射電極的燈。在上述第一到第五方法中，釔和鑭可用任何一種其它稀土元素取代。更具體地說，鈧(Sc)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)或镥(Lu)可用來取代釔(Y)和鑭(La)。上述所有冷陰極熒光燈都是直管。盡管如此，本發(fā)明也可用于其它形狀的冷陰極熒光燈。例如，本發(fā)明可用于圖25所示的平面形燈。如圖25所示，這種冷陰極熒光燈包含一對彼此疊起來連接到一起在它們之間確定一個封閉空間的玻璃板41。此封閉空間充以惰性氣體(如氬氣)和汞蒸氣。各玻璃板41的內(nèi)表面涂以熒光材料。當(dāng)電子撞擊汞原子所產(chǎn)生的紫外線激發(fā)熒光材料時，熒光材料就發(fā)射預(yù)定波長的可見光。一對都呈帶狀的電子發(fā)射電極42彼此面對面地位于封閉空間中且分別連接于二個引線43。而且，本發(fā)明可用于圖26、27和28分別所示的L形、U形和S形的冷陰極熒光燈。L形燈包含一個L形玻璃管51、一對位于管51的端部54中的電子發(fā)射電極52、以及二個分別連接于電極52的引線53。U形燈包含一個U形玻璃管61、一對位于管61的端部64中的電子發(fā)射電極62、以及二個分別連接于電極62的引線63。S形燈包含一個S形玻璃管71、一對位于管71的端部74中的電子發(fā)射電極72、以及二個分別連接于電極72的引線73。電極52、62和72各帶有稀土氧化物構(gòu)成的電子發(fā)射膜，致使涂覆于玻璃管內(nèi)表面上的熒光層可以發(fā)光。上述冷陰極熒光燈可用作液晶顯示板中的白色發(fā)射背景光。圖29示出了一個組合有本發(fā)明的冷陰極熒光燈86的液晶顯示板81。如圖29所見，平板81包含彼此分隔開的二個透明襯底82和83、一個插在襯底81和83之間并在邊緣處將它們連在一起的框形密封85、充填在襯底81、82和密封85所確定的空間中的TN或STN液晶。各透明襯底由玻璃或有機膜制成，且在對著另一透明襯底的表面上有一個或多個電極。液晶板81可用TFT之類的開關(guān)元件來驅(qū)動。液晶板81的一側(cè)是一個直的管狀冷陰極熒光燈86。在燈86旁邊和液晶板81下方制作了一個導(dǎo)光板87，用來將光從燈86引導(dǎo)到板81的背面。板87由丙烯酸樹脂制成。在除板87上表面和正對著燈86的表面之外的周圍表面上制作了光反射層88，而在板87的上表面上制作了光擴散層89。根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極可用于圖30所示的DC驅(qū)動PDP中。如圖30所示，PDP91帶有平面排列成行和列的紅色發(fā)光象素、綠色發(fā)光象素和藍色發(fā)光象素。這些象素用插入在透明上襯底92和透明下襯底93之間的壁壘101彼此絕緣。包括對可見光不透明的材料的壁壘101由多個條即一個網(wǎng)格構(gòu)成。輔助陰極94安排在下襯底93上，排成行和列，各位于一個象素的中央處。每個輔助陰極94是一個包含一個基層95和一個安裝在層95上的電子發(fā)射膜96的雙層元件?；鶎?5由至少一個諸如Y、Ni、Cr、Al和Mo的具有小功函數(shù)的導(dǎo)電材料制成。膜96由氧化釔(一種稀土氧化物)制成。氧化釔選自其晶系為A型、AB型、B型、BC型和C型晶格的那些氧化釔。這些氧化釔中，晶系為B型、BC型和C型晶格的較好。如圖30所示，數(shù)據(jù)電極97圍繞輔助陰極94制作在下襯底93上。圍繞數(shù)據(jù)電極97在下襯底93上還制作了由非晶硅之類制成的電流控制膜98。制作在下襯底93上的還有圍繞電流控制膜98并覆蓋其外周邊緣的陰極102。每個陰極102是一個由一個基層103和一個制作在層103上的電子發(fā)射膜104所組成的雙層元件?；鶎?03由至少一個諸如Y、Ni、Cr、Al和Mo的導(dǎo)電材料制成。電子發(fā)射膜104由氧化釔(一種稀土氧化物)制成。此氧化釔選自其晶系為A型、AB型、B型、BC型和C型晶格的那些氧化釔。在這些氧化釔中，晶系為B型、BC型和C型晶格的較好。電流控制膜98控制著饋至陰極102的電流，以抑制陰極102的濺射。借助于調(diào)節(jié)其厚度和長度并選擇適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)加入到非晶硅中，膜98可具有所需的電阻。如圖30所示，隔離膜105制作在下襯底93的除輔助陰極94的電子發(fā)射膜96和陰極102的電子發(fā)射膜104所覆蓋的部位外的幾乎整個表面上。輔助壁壘106制作在隔離膜105圍繞輔助陰極94的那些部位。對于每個象素，紅色發(fā)光熒光層107R、綠色發(fā)光熒光層107G和藍色發(fā)光熒光層107B制作在壁壘101和輔助壁壘106上。紅色發(fā)光熒光層107R由(Y，Gd)BO3∶Eu3+或Y2O3∶Eu3+制成。綠色發(fā)光熒光層107G由Zn2SiO4∶Mn或BaAl12O19∶Mn制成。藍色發(fā)光熒光層107B由BaMgAl14O23∶Eu2+或SrMg(SiO4)2∶Eu2+制成。制作在上襯底92上的是濾色器111R、111G和111B，用來分別只通過紅光、綠光和藍光。濾光器111R、111G和111B用ITO制成的透明電極112覆蓋。由上襯底92、下襯底93和壁壘101確定的空間，充以He或Xe之類的稀有氣體。下面解釋PDP91如何被驅(qū)動。首先，在透明電極112和輔助陰極94之間加一預(yù)定的電壓，以便在其間產(chǎn)生一個輔助等離子體。接著，數(shù)據(jù)電壓被加于各象素的數(shù)據(jù)電極97。其結(jié)果是，一個受到控制的電流從電流控制膜98流到陰極102。由于輔助等離子體的協(xié)助，在陰極102和透明電極112之間就容易地產(chǎn)生一個等離子體。此等離子體激發(fā)稀有氣體，稀有氣體就產(chǎn)生紫外線。紫外線被加到制作在壁壘101和輔助壁壘106上的熒光層。熒光層就發(fā)射預(yù)定波長范圍的光。此光通過上襯底92，從而每個象素發(fā)射一個光束以實現(xiàn)顯示。當(dāng)外部光束入射到PDP91中時，這波色器111R、111G和111B，它們分別作為紅光束、綠光束和藍光束被發(fā)射到外面。這些光束分別與熒光層107R、107G和107B發(fā)射的光束結(jié)合。其結(jié)果是，從PDP91發(fā)射的光束具有足夠深的色調(diào)。此外，由于各個濾色器111R、111G和111B吸收除了各自預(yù)定波長的光之外的外部光，故外部光很少從PDP91的顯示表面被反射。這就抑制了顯示表面上的閃爍，PDP91從而顯示清晰的彩色圖象。PDP91的顯示表面可用起光快門作用的液晶板覆蓋。此時，PDP91能夠以精細灰度水平顯示圖象。在帶有氧化釔膜的電子發(fā)射電極的PDP91中或許不使用熒光層。若果真如此，則PDP91的象素將發(fā)射從等離子體發(fā)出的橙色光，而不是不同顏色的光束。在PDP91中，可用任何一種或幾種其它的稀土元素來取代釔。更正確地說，鈧(Sc)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Tb)或镥(Lu)可以取代釔(Y)。而且，基層95和103的材料不局限于Y、Ni、Cr、Al和Mo。而是可由任何一種功函數(shù)小于陽極透明電極112的材料來制成。如上所述，電極94和102能夠抑制本身濺射，并且能夠以低的電壓發(fā)射大量電子。根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射電極也可用于圖31所示類型的FED中。如圖31所示，F(xiàn)ED121帶有在平面內(nèi)排列成行和列的紅色發(fā)光、綠色發(fā)光和藍色發(fā)光象素。這些象素利用插入在透明上襯底122和透明下襯底123之間的壁壘而彼此隔離。壁壘由多個條即一個網(wǎng)格構(gòu)成。其上加有亮度數(shù)據(jù)電壓的數(shù)據(jù)電極124制作在下襯底123上。由非晶硅制成的電流控制膜125制作在數(shù)據(jù)電極124上。圓錐形冷陰極126在電流控制膜125上排列成行和列。為每一象素提供了約2000個冷陰極126。每個陰極126是一個由錐形基底127和完全覆蓋著底部除外的基底127的電子發(fā)射膜128組成的雙層元件?；?27由至少一個諸如Y、Ni、Cr、Al和Mo的具有小功函數(shù)的導(dǎo)電材料制成。電子發(fā)射膜128由氧化釔(一種稀土氧化物)制成。冷陰極126利用隔離膜129彼此電隔離。在隔離膜129上制作了一個柵電極130。柵電極130有窗口，使錐形冷陰極126的頂夾面對著上襯底。氧化釔選自其晶系為A型晶格、AB型晶格、B型晶格、BC型晶格和C型晶格的那些氧化釔。在這些氧化釔中，晶系為B型晶格、BC型晶格和C型晶格的較好。電流控制膜125控制著饋向冷陰極126的電流，以便抑制陰極126的濺射。借助于調(diào)整厚度和長度并選擇加入非晶硅的適當(dāng)雜質(zhì)，膜125可具有所需的電阻。在透明上襯底122上，制作了分別正對著錐形冷陰極126的由ITO制成的透明陽極131。紅色發(fā)光熒光層132R安裝在一些陽極131上，綠色發(fā)光熒光層132G安裝在另一些陽極131上，而藍色發(fā)光熒光層132B安裝在其余的陽極131上?，F(xiàn)在解釋FED121的驅(qū)動過程。首先，象素的數(shù)據(jù)電壓被加于透明陽極131和數(shù)據(jù)電極124之間。由電流控制膜125控制的電流從數(shù)據(jù)電極124流到冷陰極126的錐形基底127。同時，選擇電壓被加于柵電極130。柵電極130選取某些冷陰極126。被選取的任一冷陰極的電子發(fā)射膜即膜128根據(jù)數(shù)據(jù)電壓而發(fā)射電子。其上加有所述電壓的透明陽極131吸引由被選取冷陰極126發(fā)射出來的電子。因此，電子撞擊制作在透明陽極131上的熒光層132R、132G和132B。被電子激發(fā)了的熒光層132R、132G和132B就發(fā)射可見光束。此可見光束朝外通過透明的上襯底122。結(jié)果，F(xiàn)ED121就顯示一個彩色圖象。FED121的顯示表面可用起光圈作用的液晶板覆蓋。此時，F(xiàn)ED121能夠以精細灰度等級來顯示圖象。各帶有氧化釔膜的電子發(fā)射電極可組合于單色FED中。在FED121中，可用任何一種其它的稀土元素來取代釔。更正確地說，鈧(Sc)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)或镥(Lu)可用來取代釔(Y)。而且，基底127的材料不局限于Y、Ni、Cr、Al和Mo。而是可由功函數(shù)小于透明陽極131功函數(shù)的任何一種其它材料制成。如上所述，電極126能夠抑制本身濺射，并能夠以低的電壓發(fā)射大量電子。權(quán)利要求1.一種電子發(fā)射電極，它包含一個由導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料制成的基板；以及一個制作在上述基底上且含有R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O為氧，Z為0.0-1.0)的用來執(zhí)行電子場發(fā)射的電子發(fā)射膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1的電極，其中所述的R2O3-Z是氧化釔。3.根據(jù)權(quán)利要求1的電極，其中所述的R2O3-Z至少具有選自簡單立方晶格、面心立方晶格和體心立方晶格的一種晶格。4.根據(jù)權(quán)利要求1的電極，其中所述的R2O3-Z具有介于簡單立方晶格和面心立方晶格之間的晶格或介于簡單立方晶格和體心立方晶格之間的晶格。5.根據(jù)權(quán)利要求1的電極，其中所述的R2O3-Z存在于上述電子發(fā)射膜的最外圍表面區(qū)。6.根據(jù)權(quán)利要求1的電極，其中所述的電子發(fā)射膜還包含一個稀土單質(zhì)。7.根據(jù)權(quán)利要求1的電極，其中所述的基板由包括至少一個選自鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)和鋁(Al)的元素的材料制成。8.根據(jù)權(quán)利要求1的電極，其中所述的電子發(fā)射膜的厚度最大為45000。9.根據(jù)權(quán)利要求1的電極，其中所述的電子發(fā)射膜的電阻率最大為10000Ωcm。10.一種制造用來執(zhí)行電子的場發(fā)射的電子發(fā)射電極的方法，它包含下列步驟在基板上制作一個含有稀土元素的膜；以及在氧和/或含氧物質(zhì)按體積的濃度為1％或更低的氣氛中加熱上述膜，從而形成一個稀土氧化膜。11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述的膜用氣相淀積法制作。12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述的膜用濺射方法制作。13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述的含氧物質(zhì)是H2O。14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述的氣氛是氫氣氛和/或稀有氣體氣氛。15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述的加熱步驟包括一個在300℃-1000℃范圍溫度下對膜進行加熱的子步驟。16.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述的加熱步驟包括一個在氫氣氛中加熱上述膜的子步驟和一個對稀土氧化膜進行脫氫的子步驟。17.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述的脫氫子步驟包括一個在減壓氣氛中加熱上述稀土氧化膜的步驟。18.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述的膜是一個只是釔制成的金屬膜，而上述稀土氧化膜的組分為Y2O3-Z，其中Y是釔，O是氧，而Z為0.0-1.0。19.一種用來借助于電子的場發(fā)射而發(fā)光的器件，它包含一個用來發(fā)射波長在一定范圍內(nèi)的光的熒光管，它包括一個帶有內(nèi)表面的管和涂覆于管內(nèi)表面上的熒光層，上述管允許上述熒光層發(fā)射出來的光通過；一對制作在上述熒光管中、彼此正對著的電子發(fā)射電極，每個電極包含一個由導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料制成的基板和一個制作在上述基板上且含有R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.0-1.0)的用來執(zhí)行電子場發(fā)射的電子發(fā)射膜；以及一個充于上述熒光管中的稀有氣體和汞蒸氣。20.根據(jù)權(quán)利要求19的器件，其中所述的R2O3-Z是氧化釔。21.根據(jù)權(quán)利要求19的器件，其中所述的R2O3-Z至少具有一個選自簡單立方晶格、面心立方晶格和體心立方晶格的晶格。22.根據(jù)權(quán)利要求19的器件，其中所述的R2O3-Z具有介于簡單立方晶格和面心立方晶格之間的晶格或介于簡單立方晶格和體心立方晶格之間的晶格。23.根據(jù)權(quán)利要求19的器件，其中所述的R2O3-Z存在于上述電子發(fā)射膜的最外圍表面區(qū)。24.根據(jù)權(quán)利要求19的器件，其中所述的熒光層管具有圓形截面。25.根據(jù)權(quán)利要求19的電極，由交流電流驅(qū)動。26.根據(jù)權(quán)利要求19的電極，其中所述的熒光層發(fā)射可見光，而且還包含一個用來控制可見光強度的液晶元件。27.一種用來靠電子的場發(fā)射而發(fā)光的器件，它包括一個第一襯底；一個平行于第一襯底且與上述第一襯底分隔開的第二襯底；一個制作在與第二襯底正對著的上述第一襯底表面上且?guī)в泻琑2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.0-1.0)的電子發(fā)射膜的陰極；一個制作在與上述第一襯底正對著的上述第二襯底表面上的陽極用來在上述陰極和上述陽極之間加有預(yù)定電壓時產(chǎn)生等離子體；以及一個充滿上述第一和第二襯底所確定的空間的稀有氣體。28.根據(jù)權(quán)利要求27的器件，其中所述的R2O3-Z是氧化釔。29.根據(jù)權(quán)利要求27的器件，其中所述的R2O3-Z至少具有選自簡單立方晶格、面心立方晶格、體心立方晶格、介于簡單立方晶格與面心立方晶格之間的晶格、以及介于簡單立方晶格與體心立方晶格之間的晶格的一種晶格。30.根據(jù)權(quán)利要求27的器件，其中所述的陰極和所述的陽極用直流電流驅(qū)動以產(chǎn)生等離子體。31.根據(jù)權(quán)利要求27的器件，還包含一個制作在上述第一和第二襯底之中的一個上的、用來在接收到產(chǎn)生于上述陰極和上述陽極之間發(fā)生的等離子體的紫外線時發(fā)射預(yù)定波長范圍的光的熒光層。32.根據(jù)權(quán)利要求31的器件，其中所述的熒光層制作在上述第一襯底上，且包含一個用來發(fā)射紅光波長范圍的光的紅色發(fā)射熒光層、一個用來發(fā)射藍色波長范圍的光的藍色發(fā)射熒光層以及一個用來發(fā)射綠色波長范圍的光的綠色發(fā)射熒光層，而且還包含制作在上述第二襯底上的用來使上述紅色發(fā)射熒光層、上述藍色發(fā)射熒光層以及上述綠色發(fā)射熒光層所發(fā)射的光束通過的各濾色器。33.根據(jù)權(quán)利要求27的器件還包含一個用來控制可見光強度的液晶元件。34.一種用來靠電子的場發(fā)射而發(fā)光的器件，它包含一個第一襯底；一個平行于上述第一襯底且與上述第一襯底分隔開的第二襯底；多個制作在正對著上述第二襯底的上述第一襯底表面上的冷陰極，每個帶有一個含R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.0-1.0)的電子發(fā)射膜；至少一個制作在正對著上述第一襯底的上述第二襯底表面上的陽極；以及一個制作在上述第一和第二襯底中至少一個上的用來在接收到來自上述冷陰極的電子時發(fā)射預(yù)定波長范圍的可見光的熒光層。35.根據(jù)權(quán)利要求34的器件，其中所述的R2O3-Z是氧化釔。36.根據(jù)權(quán)利要求34的器件，其中所述的R2O3-Z具有選自簡單立方晶格、面心立方晶格、體心立方晶格、介于簡單立方晶格與面心立方晶格之間的晶格以及介于簡單立方晶格與體心立方晶格之間的晶格的至少一種晶。37.根據(jù)權(quán)利要求34的器件，其中上述冷陰極中的每一個具有一個尖端且包含一個由導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料制成的基板和一個制作在上述基板上的電子發(fā)射膜。38.根據(jù)權(quán)利要求34的器件還包含一個用來控制可見光強度的液晶元件。39.一種用來靠電子的場發(fā)射而發(fā)光的器件，它包含一個帶有內(nèi)部空間且至少一部分對可見光透明的外殼；制作在上述外殼的內(nèi)部空間中且?guī)в泻琑2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.0-1.0)的電子發(fā)射膜的電子供應(yīng)裝置；以及制作在上述外殼的內(nèi)部空間中且正對著上述電子供應(yīng)裝置的由導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料制成的電子接收裝置。40.一種用來靠電子的場發(fā)射而發(fā)光的器件，它包含一個帶有內(nèi)部空間且至少一部分對可見光透明的外殼；制作在上述外殼的內(nèi)部空間中的一對電極，至少其中一個只含有R2O3-Z(其中R是一種稀土元素的原子或原子團，O是氧，Z為0.0-1.0)所代表的一種金屬氧化物。41.一種電子發(fā)射電極，它包含一個由導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料制成的基板，以及一個支持在上述基板表面上且由稀土氧化物制成的用來執(zhí)行電子場發(fā)射的電子發(fā)射膜。全文摘要用氣相淀積(由電阻加熱或用電子束實現(xiàn))或濺射方法在由Ni-Cr合金(INCONEL601)制成的基板33上制作一個厚度范圍為1000-約3000的釔膜34。將得到的由基板33和釔膜34組成的結(jié)構(gòu)置于安裝在帶有入氣口38和出氣口39的反應(yīng)爐31中的平臺32上。通過入氣口38將氫引入爐子31，使?fàn)t子1充滿氫。氧和/或含氧物質(zhì)按體積的濃度為1％或更低。含氧物質(zhì)是以氣相形式存在的水。將氫氣氛從正常溫度加熱到約600℃，這樣在約600℃下對結(jié)構(gòu)加熱10-60分鐘，從而形成一個覆蓋著釔膜體35的氧化釔膜36。文檔編號H01J61/06GK1164929SQ96191006公開日1997年11月12日申請日期1996年7月19日優(yōu)先權(quán)日1995年7月31日發(fā)明者中村修,鈴木滋生申請人:卡西歐計算機株式會社,斯坦雷電氣株式會社