专利名称：电子发射元件、电子源、图像显示装置以及它们的制造方法
技术领域：
本发明涉及表面传导型的电子发射元件、使用该电子发射元件构成的电子源及图像显示装置，以及它们的制造方法。
背景技术：
以往，已知有在基板面上在相互隔着间隔配置的一对导体间的衬垫面上具有沟部分，通过在该导体体间施加规定的电压，从上述导体部分发射出电子的电子发射元件(特开2000-231872号公报)。
在图9A、9B中展示被揭示在上述特开2000-231872号公报中的电子发射元件的构成。图中，101是基板，102、103是元件电极，104是导电性薄膜，105是碳膜，106是沟部分，107是电子发射单元。另外，图9A是该元件的平面模式图，图9B是9A中的B-B’剖面模式图。
作为图9A、9B的电子发射元件的制造方法，在基板101上形成元件电极102、103，在形成连续的导电性薄膜104以联络该元件电极102和103之后，在该元件电极102、103之间施加成型电压以形成间隙(成型工序)，进而在含有碳化合物气体氛围下通过在该元件电极102、103之间施加两极性的电压脉冲，在两电极侧的导电性薄膜104上淀积以碳以及/碳化合物为主要成分的碳膜105(活化工序)。此时，在被形成在导电薄膜104上的间隙下的基板101上形成通过活化时的热，基板的材质变质的沟部分106。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在稳定性方面得到改善的电子发射元件及其制造方法。
另外，本发明的目的在于提供一种在稳定性、特别是高效率并且高寿命方面得到改善的电子发射元件的制造方法。
本发明是具备在基板上相互隔着间隔配置的一对导体的电子发射元件，其特征在于上述一对导体中的一个导体的顶部比另一个导体的顶部还高，上述基板沿着上述间隔具有从上述间隔区域向着和上述一个导体与该基板接触的区域下方延伸的沟。
另外，本发明是具备在基板上相互隔着间隔配置的一对导电部件和覆盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜的电子发射元件的制造方法，其特征在于具有在包含碳化合物气体的氛围气体中，在基板上在相互隔着间隔配置的一对导电部件之间施加两极性电压脉冲的工序，在该两极性的电压脉冲中，和在该电子发射元件的驱动时施加的电压脉冲同极性的电压脉冲的绝对值比反极性的电压脉冲的绝对值还大。
另外，本发明是具备在基板上相互隔着间隔配置的一对导电部件和覆盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜的电子发射元件的制造方法，其特征在于具有在包含碳化合物气体的氛围气体中，在基板上在相互隔着间隔配置的一对导电部件之间施加两极性电压脉冲的工序，在该两极性的电压脉冲中，在施加和在该电子发射元件的驱动时施加的电压脉冲反极性的电压脉冲后至施加同极性侧的电压脉冲前的休止期间，比在施加同极性的电压脉冲后到施加反极性的电压脉冲前的休止期间还短。
本发明的第1方面是具备在基板上相互隔着间隔配置的一对导体的电子发射元件，其特征在于上述一对导体中的一个导体的顶部比另一个导体的顶部还高，上述基板沿着上述间隔具有从上述间隔区域向着上述一个导体与该基板接触的区域的下方延伸的沟。
本发明的第2方面是在基板上具备多个电子发射元件的电子源，其特征在于该电子发射元件是上述本发明第1方面的电子发射元件。
本发明的第3方面是具备在基板上具备多个电子发射元件的电子源和用由该电子发射元件发射的电子发光的发光部件的图像显示装置，其特征在于该电子源是上述本发明的第2电子源。
本发明的第4方面是具备在基板上相互隔着间隔配置的一对导电部件、和覆盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜的电子发射元件的制造方法，其特征在于具有在包含碳化合物气体的氛围中，向在基板上相互隔着间隔配置的一对导电部件间施加两极性的电压脉冲的工序，在该两极性的电压脉冲中，和在该电子发射元件的驱动时施加的电压脉冲同极性的电压脉冲的绝对值，比反极性的电压脉冲的绝对值还大。
本发明的第5方面是具备在基板上相互隔着间隔配置的一对导电部件、和覆盖该一对导电部件每一个的以碳作为主要成分的膜的发射电子元件的制造方法，其特征在于具有在包含碳化合物气体的氛围中，向在基板上相互隔着间隔配置的一对导电部件间施加两极性的电压脉冲的工序，在该两极性的电压脉冲中，在施加和在该电子发射元件的驱动时施加的电压脉冲反极性的电压脉冲后直至施加同极性侧的电压脉冲前的休止期间，比在施加同极性的电压脉冲后直至施加反极性的电压脉冲前的休止时间还短。
本发明的第6方面是具备在基板上相互隔开间隔配置的一对导电部件、和遮盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜的电子发射元件的制造方法，其特征在于具有在包含碳化合物气体的氛围中，向在基板上相互隔开间隔配置的一对导电部件间施加两极性的电压脉冲的工序，在该两极性的电压脉冲中，和在该电子发射元件的驱动时施加的电压脉冲同极性的电压脉冲的绝对值比反极性的电压脉冲的绝对值还大，并且，在施加反极性的电压脉冲后到施加同极性侧的电压脉冲前的休止期间，比在施加同极性的电压脉冲后到施加反极性的电压脉冲前的休止期间还短。
本发明的第7方面是在基板上具备多个相互隔着间隔配置的一对导电部件、和覆盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜的电子发射元件的电子源的制造方法，其特征在于用上述本发明第4～第6中的任意的电子发射元件的制造方法制造该电子发射元件。
本发明的第8方面是具备电子源和发光部件的图像显示装置的制造方法，其中，电子源具备多个在基板上相互隔着间隔配置的一对导电部件、和覆盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜的电子发射元件，发光部件用从该电子发射元件发出的电子发光，其特征在于用上述本发明第7方面的电子源的制造方法制造该电子源。
本发明的电子发射元件因为具有非对称的电子发射单元，具有抑止由电荷粒子的冲撞引起的劣化的构造，所以可以得到比以往更稳定的电子发射特性。因而，使用本发明的电子发射元件，可以以低功耗、低成本得到更稳定的图像显示装置。
图1A、1B是本发明的电子发射元件一实施方式的模式图。
图2是在本发明的活化工序中使用的电压脉冲一例的波形图。
图3是本发明的电子发射元件的驱动波形图。
图4是本发明的电子源基体的活化工序中的电压施加装置和电子源的连接图。
图5是展示本发明的电子源一实施方式构成的模式图。
图6A是图5的电子源的制造工序图。
图6B是图5的电子源的制造工序图。
图6C是图5的电子源的制造工序图。
图6D是图5的电子源的制造工序图。
图6E是图5的电子源的制造工序图。
图7是展示本发明的电子源一实施方式构成的模式图。
图8是展示本发明的图像显示装置的显示面板构成的模式图。
图9A、9B是以往的电子发射元件一例的模式图。
具体实施例方式
以下参照附图详细说明本发明的实施方式。但在本实施方式中记载的构成零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别记载，则没有把本发明的范围限定于这些实施方式的意思。
图1A、1B展示本发明的电子发射元件一实施方式的构成。图中，1是基板，2、3是元件电极，4是导电性薄膜，5是碳膜，6是沟部分，7是电子发射单元。另外，图1A是该元件的平面模式图，图1B是图1A的A-A’剖面模式图。
以图1的元件制造工序作为例子说明本发明的电子发射元件的制造方法。
(工序1)在基板1上形成元件电极2、3。作为基板1可以使用石英玻璃、减少了Na等杂质含量的玻璃、蓝板玻璃和在减少Na等杂质含量的玻璃中层叠SiO2层或SiN层的基板、铝等的陶瓷以及Si基板等。
作为元件电极2、3适宜的是Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、Pd、Ru等的金属或者它们的合金等，或者可以使用由金属氧化物和玻璃等构成的印刷导体和ITO等的透明导体。
元件电极2、3间隔L、元件电极宽度W等考虑应用的形态等设计。元件电极间隔L理想的是设置在从数百nm到数百μm的范围，更理想的是设置在数μm到数十μm的范围。元件电极宽度W考虑电极的阻值、电子发射特性，可以设置在从数μm到数百μm的范围。元件电极2、3的膜厚度d可以设置在数十nm到数μm的范围。
(工序2)形成联络元件电极2、3的连续的导电性薄膜4。
作为导电性薄膜4，为了得到良好的电子发射特性，理想的是使用以微粒子构成的微粒子膜。导电性薄膜4的膜厚度可以考虑对元件电极2、3的台阶覆盖性，以及后述的成型工序的处理条件等适宜地选择，但理想的是从0.1nm到100nm，更理想的是从1mm到50nm。
作为构成导电性薄膜4的材料，可以列举Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、Pb等金属，PdO、SnO2、In2O3、PbO、Sb2O3、RuO2等氧化物，HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等硼化物，TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等碳化物、TiN、ZrN、HfN等氮化物，Si、Ge等半导体、碳等。
另外，导电性薄膜4理想的是表现小于等于1×107Ω/□的表面电阻值。另外，所谓表面电阻值是指在把宽度w、长度I的薄膜的电阻设为R的情况下，满足R＝Rs(I/W)的Rs。
该导电性薄膜4的表面电阻值在后述的成型工序中，被限制在作为可以形成良好间隙的阻值。为了形成良好的间隙，理想的是1×103～1×107Ω/□的阻值。
另一个面，在形成电子发射单元7后，理想的是把通过元件电极2、3施加的电压充分地加在电子发射单元7上，导电性薄膜4的阻值最好更低。
因此，优选导电性薄膜4作为具有1×103～1×107Ω/□的阻值的金属氧化物半导体薄膜形成，在后述的成型工序还原后，作为更低电阻的金属薄膜使用。
因而，在最终状态下的导电性薄膜4的阻值的下限没有特别限定。在此所说的导电性薄膜4的阻值表示在不包含间隙的区域上测定的阻值。
(工序3)在元件电极2、3之间施加成型电压，使导电性薄膜4的一部分变形·变质形成间隙，从而形成电子发射单元7。把该工序称为成型工序。
在成型工序中，理想的是施加在元件电极2、3之间的电压是脉冲电压。此时，有把脉冲峰值设置为一定的情况，和一边增加脉冲峰值一边施加的情况。脉冲电压的施加方法以及施加的脉冲电压的电压值，脉冲宽度、脉冲间隔可以根据导电性薄膜4的材料和膜厚度、阻值等适宜地选择。另外，成型工序理想的是在真空中，或者在包含氢气等的还原性气体的气体氛围中进行。
(工序4)在成型工序后，进行活化工序。具体地说，在包含碳化合物气体等的气体氛围中，在元件电极2、3之间施加两极性的电压脉冲，在导电性薄膜4的间隙内以及导电性薄膜4上淀积以碳作为主要成分的碳膜5。另外，在该工序中，也可以说元件电极2和导电性薄膜4，以及，元件电极3和导电性薄膜4分别形成导电部件，在这些一对导电部件之间施加两极性的电压脉冲。
在此，所谓碳例如是石墨(是包含所谓HOPG、PG、GC的材料，HOPG是大致完整的石墨结晶构造，PG是结晶粒子在20nm左右结晶构造稍有混乱的材料，GC是结晶粒子在2nm左右的结晶构造混乱进一步加大的材料)，以及非晶碳(指非结晶形碳以及非结晶形碳和上述石墨的微晶的混合物)。
在本发明中，在活化工序中使用的两极性的脉冲的特征在于和该电子发射元件驱动时的电压脉冲的极性处于规定的关系。
在图2中展示在本发明中在活化工序中使用的电压脉冲波形的一例，另外，在图3中展示和图2组合使用的驱动时的电压脉冲波形的一例。
在本发明中在活化工序中使用的电压脉冲满足以下条件之一。
(1)和驱动时的电压脉冲Vdrv同极性的电压脉冲V1的绝对值比反极性的电压脉冲V2的绝对值大，或者，(2)在驱动时的电压脉冲和反极性的电压脉冲V2施加后，直至同极性的电压脉冲V1施加前的休止期间T2，比同极性的电压脉冲V1施加后，直至反极性的电压脉冲V2的施加前的休止期间T4还短。
另外，在(1)的情况下，T2≤T4，在(2)的情况下设定在|V1|≥|V2|，但理想的是，设定脉冲波形使得满足(1)和(2)的双方。
在活化工序中使用的电压脉冲中，|V1|设定在20～24V，|V2|设定在22～30V的范围。另外，脉冲宽度T1设定在0.01msec～0.2msec范围中，脉冲宽度T3设定在0.1msec～2msec范围中，脉冲间隔T2设定在0.01msec～0.2msec范围中，脉冲间隔T4设定在0.01msec～120msec的范围，1周期(T1+T2+T3+T4)理想的是设定在2msec～120msec的范围。
另外，对于脉冲宽度也可以在(1)、(2)中都是T1＝T3，但理想的是设定为T1＜T3。
通过如上所述那样施加非对称的电压脉冲，在导电性薄膜4上非对称地淀积碳膜5，形成电子发射单元7。即，由元件电极2、导电性薄膜4、碳膜5组成的导体，以及由元件电极3、导电性薄膜4、碳膜5组成的导体是相互隔着间隔配置的构造，形成一个导体(在图1A、1B中是元件电极2一侧)的顶部(离基板1最远的位置)比另一个导体(在图2中是元件电极3一侧)的顶部高的构造。同时，因为活化时的热的发生相互非对称地产生，所以基板1的变质达到导体(元件电极2+导电性薄膜4)下部，其结果，可以认为从上述间隔区域向着和上述一个导体与该基板接触的区域下方延伸的沟部分6沿着导体间的间隔形成。而且，该沟部分6如图1A、1B所示，理想的是其最深部分位于和上述一个导体与该基板接触的区域下方的形态。
而且，图1A、1B的电子发射元件在元件电极2一侧施加和驱动时同极性的电压脉冲。
在本发明的活化工序中，一边用涡轮分子泵等无油泵将真空容器内排气，一边以规定的压力向该容器内导入碳化合物气体。
作为在活化工序中使用的适当的碳化合物，可以列举链烷烃、链烯烃、链炔烃的脂肪族碳氢化合物类、芳香族碳氢化合物类、乙醇类、醛类、酮类、胺类、酚类、香芹酮、磺酸等有机酸类等，具体地说，可以使用以甲烷、乙烷、丙烷等由CnH2n+2表示的饱和碳氢化合物，以乙烯、丙稀等CnH2n等组成式表示的不饱和碳氢化合物，苯、甲苯、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、丙酮、丁酮、甲胺、乙胺、苯酚、苯甲腈、甲苯基腈、甲酸、醋酸、戊酮或者它们的混合物。
此时理想的碳化合物气体的分压因为根据真空容器的形状、碳化合物的种类等而不同，所以可以根据情况适宜地设定。
这样形成的电子发射元件其构成单纯，而且因为其制造容易，所以可以大面积排列形成多个电子发射元件。因而通过在基板上形成多个电子发射元件，用布线电连接各电子发射元件之间，可以容易形成大面积的电子源。
在基板上配置有多个电子发射元件的电子源中，可以对电子发射元件的排列采用各种形式，作为其一例，如图7所示，可以列举把电子发射元件74配置成矩阵状的电子源。图中，71是电子源基体，52是行方向(Y方向)布线，53是列方向(X方向)布线，74是电子发射元件。被配置在同一行上的多个电子发射元件的一个电极与共用的行方向布线52连接，被配置在同一列上的多个电子发射元件的另一个电极与共用的列方向布线53连接。这样的布线方法被称为单纯矩阵布线。
在把上述电子发射元件布线成多个单纯矩阵的电子源中，当驱动矩阵中的任意的电子发射元件的情况下，在连结着想要驱动的电子发射元件的列方向布线53上施加电压Vx，与此同步，在连结着想要驱动的电子发射元件的列方向布线52上施加和电压Vx极性相反的电压-Vy。此时，在想要驱动的电子发射元件上施加差分电压(Vx+Vy)。另外，向和想要驱动的电子发射元件排列在同一列上的电子发射元件施加Vx电压，向和想要驱动的电子发射元件在排行在同一行上电子发射元件施加Vy的电压。通过把电压Vx和Vy设定成在电压(Vx+Vy)中所得到所希望的电子发射量，在电压Vx以及Vy中几乎不发射电子那样的电压值，可以用所希望的电子发射元件有选择地发射电子。
这样把上述电子发射元件配置成单纯矩阵的电子源因为其构成以及驱动方法简单，所以通过和靠电子发射元件发射的电子发光的发光部件组合，可以构成图像显示装置。
首先利用图5说明本发明的电子源的构成。图5是图7所示的单纯矩阵构成的电子源一实施方式的平面模式图，图中，54是层间绝缘层，在和图1A、1B、图7相同的部件上标注相同的符号。进而，为了方便，省略图1A、1B的碳膜5和沟部分6。
使用图6说明图5的电子源的制造工序。另外，对于标注有和图1一样的符号的部件的材质，和前面的电子发射元件的制造工序一样，省略说明。
使用洗涤剂、纯净水以及有机溶剂等充分洗净基板1，使用真空蒸镀法和溅射法和光刻技术的组合，或者印刷法等形成元件电极2、3[图6A]。
在设置有元件电极2、3的基板1上，使用真空蒸镀法和溅射法和光刻技术的组合，或者印刷法等形成由金属等导电性材料组成的列方向布线53[图6B]。
使用真空蒸镀法和溅射法和光刻技术的组合，或者印刷法等形成由以氧化硅、氧化铅等为主要成分的绝缘性材料组成的层间绝缘层54[图6C]。层间绝缘层54被形成为覆盖行方向布线52和列方向布线53的交叉部分，适宜地设定材料、膜厚度、制造方法，使得可以耐受两布线间的电位差。另外，形成用于取一个元件电极2和行方向布线52的电连接的接触孔55。
在层间绝缘层54上和列方向布线53一样，形成行方向布线52[图6D]。行方向布线52和列方向布线53分别与电子发射元件的一对元件电极2、3电连接。
接着，在元件电极2、3之间形成导电性薄膜4[图6E]。导电性薄膜4的形成可以用以下方法进行，即，用溅射法、真空蒸镀法、化学气相淀积法等形成构成导电性薄膜4的材料的膜的方法，和使用浸渍法、旋涂法、喷涂方法等涂抹包含构成导电性薄膜4的材料的化合物溶液的方法等。
实施成型工序。成型工序可以通过行方向布线52和列方向布线53，向各电子发射元件的元件电极2、3之间施加电压进行。由此，各电子发射元件的导电型薄膜4局部被破坏产生间隙，形成电子发射单元7[图5]。
接着实施活化工序。活化工序是在包含碳化合物的气氛中，通过经行方向布线52和列方向布线53向各电子发射元件的元件电极2、3之间施加电压进行。通过该工序，在成型工序中形成的间隙内及其附近淀积碳以及/或者碳化合物，形成碳膜5。
图4是在活化工序中的电压施加单元和电子源的连接图。在图4中，41是电子源基体，42是活化驱动器，43、47是脉冲发生器，44是行选择单元，45是电流测定单元，46是控制装置。
脉冲发生器43和行选择单元44通过活化驱动器42的作用，脉冲发振和行选择的切换周期同步。
由脉冲发生器43生成的脉冲电压被输入行选择单元44，输出到输出端子Sy1～Sym中的某一个。输出端子Sy1～Sym分别与电子源基体41的行方向布线Dy1～Dym连接。列方向布线Dx1～Dxn被共同连结并与接地电平连接。
在行选择单元44中，输出端子Sy1～Sym分别与未图示的开关sw1～swm连接，各开关与脉冲发生器43的输出单元或者接地电平中的某一个连接，用活化驱动器42独立控制各开关的切换。由此，顺序向电子源基体41的行方向布线施加脉冲电压。
电流测定单元45是流过各行方向布线Dy1～Dym的元件电流的测定单元。元件电流的测定值被读入控制装置46，控制装置46根据该测定值控制活化驱动器42的动作。例如，进行施加脉冲电压的行方向布线的选择、和从脉冲发生器43输出的脉冲电压的波形等的控制。另外例如，以施加从另一脉冲发生器47发生的另一脉冲电压的方式进行控制。
如上所述，一边顺序向电子源基体41的行方向布线施加脉冲电压一边进行活化。
在活化工序后，理想的是进行稳定化工序。该工序是排除真空容器内的碳化合物的工序。在此，对于排气真空容器的真空排气装置，理想的是，用不使用油的装置，以免从装置发生的油对元件特性产生影响。具体地说，可以列举吸附泵、离子泵等的真空排气装置。
真空容器内的有机成分的分压在上述碳及碳化合物几乎不重新淀积的分压下理想的是小于等于1×10-6Pa，进而更理想的是小于等于1×10-8Pa。
进而，在排气真空容器内时，理想的是加热真空容器全体，使得容易排气吸附在真空容器内壁和电子发射元件上的碳化合物分子。
此时的加热条件希望在150℃～350℃下尽可能长时间处理，但并不特别限定于此条件，用根据真空容器的大小和形状、电子发射元件的构成等诸条件适宜选择的条件进行。
通过采用这样的真空氛围，可以抑止新的碳或者碳化合物的淀积，另外还可以除去吸附在真空容器和基板等上的H2O、O2等，其结果元件电流If以及发射电流Ie稳定。
以下，用图8说明使用这样制成的电子源构成的图像显示装置。在图8中，81是固定电子源基体71的背板，86是在玻璃基板83的内表面上形成荧光膜84和金属敷层85等的阴极射线管荧光屏(发光部件)。82是支撑框架，在该支撑框架上82上，使用低熔点的烧结玻璃等接合背板81、阴极射线管荧光屏86。87是高压端子，86是外围器。
外围器88如上所述，由阴极射线管荧光屏86、支撑框架82、和背板81构成。
背板81因为主要是以增强电子源基体71的强度为目的而设置，所以当电子源基体71具有充分的强度的情况下，可以不需要单独的背板81。
即，可以在电子源基体71上直接封装支撑框架82，用阴极射线管荧光屏86、支撑框架82以及电子源基体71构成外围器88。
另外，在阴极射线管荧光屏86和背板81之间，通过设置被称为间隔垫的未图示的支撑体，还可以构成相对大气压具有充分强度的外围器88。
以下展示本发明的实施例。
(实施例1)工序a用洗涤剂和纯水洗净在蓝玻璃上用CVD法形成了厚度500nm的硅氧化膜的基板1后，用光敏抗蚀剂(RD-2000N-41日立化成公司制造)形成元件电极2、3的剥离用图案，用真空蒸镀法顺序淀积厚度5nm的Ti和厚度100nm的Pt。
接着，用有机溶剂溶解光敏抗蚀剂图案，剥离Pt/Ti淀积膜，形成元件电极间隔L＝20μm，元件电极的宽度W＝200μm的元件电极2、3。
工序(b)接着，作为金属成分使用包含Ag的膏材料(NP-4028A闹里它该(株)制造)，用网版印刷法形成列方向布线53的图案，印刷后，在110℃下干燥20分钟，接着通过热处理装置在峰值温度为480℃，峰值保持时间为8分钟的条件下烧制上述膏形成列方向布线53。
工序(c)接着，使用以PbO为主要成分的膏，印刷层间绝缘层54的图案，在和工序(b)一样的条件下烧制，形成层间绝缘层54。
该层间绝缘层54开设形成有至少覆盖包含行方向布线52和列方向布线53的交叉部分的区域，并且用于使一个元件电极2和行方向布线52电连接的接触孔55。
工序(d)在绝缘层54上使用和列方向布线53一样的材料，用网版印刷法印刷行方向布线52的图案，印刷后，在110℃下干燥20分钟，接着通过热处理装置在峰值温度480℃、峰值保持时间8分钟的条件下烧制上述膏形成行方向布线52。
工序(e)接着，在各电子发射元件的元件电极2、3之间，使用吹泡(注册商标)式的喷射装置，在滴下钯络合物溶液(把醋酸钯乙醇胺络合物溶解在IPA和水的混和溶液中的物质)后，在300℃下进行15分钟加热烧制处理，形成由氧化钯组成的导电性薄膜4。另外，这样形成的导电性薄膜4的平均膜厚度是8nm。
工序(f)如上所述，把形成有电子发射元件、布线以及层间绝缘层的基板设置在真空容器内，用真空泵排除容器内的气体。在容器内的压力达到2×10-3Pa后关闭排气用阀门，一边向容器内导入2％H2混和N2气体，一边通过容器外端子，向行方向布线52以及列方向布线53之间施加电压，进行电子发射元件的成型。
将成型电压设为-14V、脉冲宽度为1msec的矩形波，脉冲间隔是50msec。另外此时，使列方向布线53共用，与接地电平连接，一边顺序选择行方向布线52一边进行上述电压的施加。
在成型处理中，同时在脉冲间插入1V的电阻测定脉冲以测定电阻，每1个元件的测定值在达到约1MΩ时，结束电压的施加。由此，在各电子发射元件的导电性薄膜4上形成间隙。
此后，在向容器内导入2％H2混和N2气体直至2×104Pa后，保持30分钟，使导电性薄膜4还原。
工序(g)接着，用真空泵排除真空容器内的气体，在容器内的压力达到2×10-5Pa后，通过单向阀向真空容器内导入甲苯基腈，维持1.3×10- 3Pa。
接着，如图4所示，通过容器外端子，共用列方向布线53(Dx1～Dxn)，与接地电平连接，向各行方向布线52(Dy1～Dym)顺序施加脉冲电压进行活化处理。
作为此时的脉冲电压，使用图2所示的两极性的脉冲电压。以脉冲电压V1＝-22V，V2＝+22V，T1＝0.1msec，T2＝0.1msec，T3＝1msec，T4＝18.8msec，1周期＝20msec的条件进行。施加上述的脉冲，活化持续30分钟。其后，从真空容器中取出结束了活化工序的电子源基体，对于任意的5个元件，进行SEM观察。
为了进行剖面观察，使用FIB加工技术，切割任意的电子发射单元的构造。其结果，形成几乎全部构造是模式化展示的图1的构造，沟部分6斜向进入，沟部分的最深部分在Pd薄膜的下部。
工序(h)把结束了活化工序的电子源基体再次设置在真空容器内，一边排除真空容器内的气体，一边在300℃下加热10小时电子源基体，且在200℃下加热10小时真空容器，进行稳定化处理。
对上述那样制成的电子源，在同一真空容器内评价电子发射特性。通过容器外端子向电子发射元件施加电压，测定此时流过电子发射元件的元件电流(If)。另外，在电子源基体的上方2mm的位置上设置阳极电极，在阳极电极上施加电压测定从电子发射元件发射出的发射电子(Ie)。电子发射特性测定时的真空装置内的压力低于或等于2×10-8Pa。
首先，作为预备性驱动，选择列方向布线53的1个(Dx1)，用+7.5V施加脉冲宽度为1msec、脉冲间隔为16.6msec的脉冲电压。与此同步地向行方向布线52(Dy1～Dym)顺序各自施加10个-14V、脉冲宽度为1msec、脉冲间隔为16.6msec的脉冲电压。接着，对另一列方向布线(Dx2～Dxn)通过重复同样的作业，对全部的电子发射元件各施加10个脉冲的21.5V的脉冲电压。此时非选择的布线与接地电平连接。
接着，同样选择列方向布线53的1个(D×1)，施加+7.5V、脉冲宽度1msec，脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。与此同步，在行方向布线52(Dy1～Dym)上顺序施加各300秒钟的-10.5V、脉冲宽度1msec，脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。接着，通过对另外的列方向布线(Dx2～Dxn)重复同样的作业，在全部的电子发射元件上施加18V的脉冲电压驱动元件。此时，在测定流过各电子发射元件的元件电流(If)的同时，在阳极电极上施加1kV的电压，进行发射电流(Ie)的测定。用测定出的元件电流If以及发射电流Ie求得的电子发射效率(＝Ie/If)的平均值是0.4％，得到了良好的电子发射特性。
(实施例2)和实施例1的工序(a)～(f)一样，在基板上形成电子发射元件，进行至成型工序。接着进行以下的工序。
工序(g)用真空泵排除真空容器内的气体，在容器内的压力达到2×10-5Pa时，通过单向阀把甲苯基腈导入真空容器内，维持1×10-4Pa。
接着，如图4所示，通过容器外端子，共用列方向布线53(Dx1～Dxn)，与接地电平连接，在各行方向布线52(Dy1～Dym)上顺序施加脉冲电压进行活化处理。
作为此时的脉冲电压，使用图2所示的两极性的脉冲电压。在脉冲电压V1＝-23V、V2＝+21V，T1＝0.1msec，T2＝0.1msec，T3＝1msec，T4＝18.8msec下进行。
这样施加40分钟脉冲电压后结束活化。
从真空容器取出结束活化工序的电子源基体，对任意5个元件进行SEM观察。另外，为了进行剖面观察，使用FIB加工技术，切割任意的电子发射单元的构造。其结果，几乎全部构造是模式化展示的图1的构造，沟部分6斜向进入，沟部分的最深部分在Pd薄膜的下部。
工序(h)把电子源基体再次设置在真空容器内，一边排除真空容器内的气体，一边在300℃下加热10小时电子源基体，另外在200℃下加热10小时真空容器进行稳定化处理。
对于以上制作的电子源，在同一真空容器内评价电子发射特性。通过容器外端子向电子发射元件施加电压，测定此时流过电子发射元件的元件电流(If)。另外，在电子源基体的上方2mm的位置上设置阳极电极，在阳极电极上施加电压测定从电子发射元件发射的发射电流(Ie)。电子发射特性测定时的真空装置内的压力小于等于2×10-8Pa。
首先，作为预备性驱动，选择列方向布线53的1个(Dx1)，施加+7.5V、脉冲宽度1msec、脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。与此同步地向行方向布线52(Dy1～Dym)顺序各自施加10个-15V、脉冲宽度1msec、脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。接着，通过对于另外的列方向布线53(Dx2～Dxn)重复同样的作业，对全部的电子发射元件各施加10个脉冲的22.5V的脉冲电压。此时的非选择布线与接地电位连接。
接着，同样地选择列方向布线53的1个(D×1)，施加+7.5V、脉冲宽度1msec，脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。与此同步，在行方向布线52(Dy1～Dym)上顺序施加各60秒钟的-11.5V、脉冲宽度1msec，脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。接着，通过对于另外的列方向布线53(Dx2～Dxn)重复同样的作业，在全部的电子发射元件上施加19V的脉冲电压驱动元件。此时，在测定流过各电子发射元件的元件电流(If)的同时，在阳极电极上施加1kV的电压，进行发射电流(Ie)的测定。用测定出的元件电流If以及发射电流Ie求得的电子发射效率(Ie/If)的平均值是0.5％，可以得到良好的电子发射特性。
(实施例3)和实施例2一样，制作进行到活化工序的电子源基体71。
接着，在把电子源基体71固定在背板81上后，在电子源基体71的2mm上方经由支撑框架82、排气管(未图示)固定阴极射线管荧光屏86，形成外围器88。另外，在背板81和阴极射线管荧光屏86之间配置间隔垫(未图示)，设置成耐大气压的构造。另外，在外部容器88内配置用于将容器内保持高真空的吸气剂(未图示)。在背板81和支撑框架82和阴极射线管荧光屏86的接合中使用烧结玻璃，通过在氩气氛围中加热到420℃进行密封。
接着，在一边通过排气管用真空泵排除已制成的外围器88内的氛围气体，一边把面板整体加热到250℃后，降温到室温，在把内部设置成10-7Pa左右的压力后，通过用气体加热器加热排气管使其熔敷，进行外围器88的密封。最后为了维持密封后的压力，通过高频加热对吸气剂加热进行吸气处理。这样制成图8所示的图像显示装置。
在如以上那样制成的图像显示装置中，和实施例2一样，进行预备性驱动，和实施例2一样，在测定元件电流、发射电流以及非选择电流后，得到和实施例2同等的特性。
接着，向列方向布线53施加信息信号，一边在行方向布线52上施加扫描信号一边顺序驱动电子发射元件。此时作为信息信号，使用+7.5V的脉冲电压，作为扫描信号使用-11.5V的脉冲电压。另外，通过高压端子向金属敷层85施加10kV的电压，使发射电子撞击荧光膜84，通过激励发光显示图像。在阳极电压10kV中的电子发射效率很高，为5％，可以显示明亮的图像。另外，在1000小时驱动后测量亮度下降，结果变化率在5％以内。
(实施例4)和实施例1的工序(a)～(f)一样，在基板上形成电子发射元件，进行到成型工序。接着进行以下的工序。
工序(g)用真空泵排除真空容器内的气体，在容器内的压力达到2×10-5Pa时，通过单向阀把甲苯基腈导入真空容器内，维持6×10-4Pa。
接着，如图4所示，通过容器外端子，共用列方向布线53(Dx1～Dxn)，与接地电平连接，在各行方向布线52(Dy1～Dym)上顺序施加脉冲电压进行活化处理。
作为此时的脉冲电压，使用图2所示的两极性的脉冲电压。在脉冲电压V1＝-23V、V2＝+21V，T1＝0.01msec，T2＝0.01msec，T3＝0.1msec，T4＝2.3msec下进行。
这样施加10分钟脉冲电压后结束活化。
从真空容器取出结束了活化工序的电子源基体，对任意5个元件进行SEM观察。另外，为了进行剖面观察，使用FIB加工技术，切割任意的电子发射单元的构造。其结果，几乎全部的构造是模式化展示的图1的构造，沟部分6斜向进入，沟部分的最深部分在Pd薄膜的下部。
工序(h)把电子源基体再次设置在真空容器内，一边排除真空容器内的气体，一边在300℃下加热10小时电子源基体，另外在200℃下加热10小时真空容器进行稳定化处理。
对于以上制作的电子源，在同一真空容器内评价电子发射特性。通过容器外端子向电子发射元件施加电压，测定此时流过电子发射元件的元件电流(If)。另外，在电子源基体上方2mm的位置上设置阳极电极，在阳极电极上施加电压测定从电子发射元件发射的发射电流(Ie)。电子发射特性测定时的真空装置内的压力小于等于2×10-8Pa。
首先，作为预备性驱动，选择列方向布线53的1个(Dx1)，施加+7.5V、脉冲宽度0.01msec、脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。与此同步地向行方向布线52(Dy1～Dym)顺序各自施加10个脉冲的-15V、脉冲宽度1msec、脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。接着，通过对另外的列方向布线53(Dx2～Dxn)重复同样的作业，对全部电子发射元件各施加1000个脉冲的22.5V的脉冲电压。此时的非选择的布线与接地电位连接。
接着，同样选择列方向布线53的1个(D×1)，施加+7.5V、脉冲宽度1msec、脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。与此同步，在行方向布线52(Dy1～Dym)上顺序施加各60秒钟的-11.5V、脉冲宽度0.1msec、脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。接着，通过对另外的列方向布线53(Dx2～Dxn)重复同样的作业，在全部的电子发射元件上施加19V的脉冲电压驱动元件。此时，在测定流过各电子发射元件的元件电流(If)的同时，在阳极电极上施加1kV的电压，进行发射电流(Ie)的测定。用测定的元件电流If以及发射电流Ie求得的电子发射效率(Ie/If)的平均值是0.6％，可以得到良好的电子发射特性。
(实施例5)和实施例4一样，制作进行到活化工序的电子源基体71。
接着，在把电子源基体71固定在背板81上后，在电子源基体71的2mm上方经由支撑框架82、排气管(未图示)固定阴极射线管荧光屏86，形成外围器88。另外，在背板81和阴极射线管荧光屏86之间配置间隔垫(未图示)，设置成耐大气压的构造。另外，在外部容器88内配置用于把容器内保持高真空的吸气剂(未图示)。在背板81和支撑框架82和阴极射线管荧光屏86的接合中使用烧结玻璃，通过在氩气氛围中加热到420℃进行密封。
接着，一边通过排气管用真空泵排除已制成的外围器88内的气体，一边把面板整体加热到250℃后，降温到室温，在把内部设置成10-7Pa左右的压力后，通过用气体加热器加热排气管使其熔敷，进行外部容器88的密封。最后为了维持密封后的压力，通过高频加热对吸气剂加热进行吸气处理。这样制成图8所示的图像显示装置。
在以上那样完成的图像显示装置中，和实施例2一样，进行预备性驱动，和实施例2一样，在测定元件电流、释放电流以及非选择电流后，得到和实施例2同等的特性。
接着，向列方向布线53施加信息信号，一边在行方向布线52上施加扫描信号一边顺序驱动电子发射元件。此时作为信息信号，使用+7.5V的脉冲电压，作为扫描信号使用-11.5V的脉冲电压。另外，通过高压端子向金属敷层85施加10kV的电压，使发射电子撞击荧光膜84，通过激励发光显示图像。在阳极电压10kV中的电子发射效率很高，为4％，可以显示明亮的图像。另外，在800小时驱动后测量亮度的下降，变化率在5％以内。
(实施例6)和实施例1的工序(a)～(f)一样，在基板上形成电子发射元件，进行到成型工序。接着进行以下的工序。
工序(g)用真空泵排除真空容器内的气体，在容器内的压力达到2×10-5Pa时，通过单向阀把甲苯基腈导入真空容器内，维持6×10-4Pa。
接着，如图4所示，通过容器外端子，共用列方向布线53(Dx1～Dxn)，与接地电平连接，在各行方向布线52(Dy1～Dym)上顺序施加脉冲电压进行活化处理。
作为此时的脉冲电压，使用图2所示的两极性的脉冲电压。在脉冲电压V1＝-23V、V2＝+21V，T1＝0.01msec，T2＝0.01msec，T3＝0.1msec，T4＝0.01msec下进行。
这样施加1分钟脉冲电压后结束活化。
从真空容器取出结束了活化工序的电子源基体，对任意5个元件进行SEM观察。另外，为了进行剖面观察，使用FIB加工技术，切割任意的电子发射单元的构造。其结果，几乎全部构造是模式化展示的图1A、1B的构造，沟部分6斜向进入，沟部分6的最深部分在Pd薄膜的下部。
工序(h)把电子源基体再次设置在真空容器内，一边排除真空容器内的气体，一边在300℃下加热10小时电子源基体，另外在200℃下加热10小时真空容器进行稳定化处理。
对于以上制作的电子源，在同一真空容器内评价电子发射特性。通过容器外端子向电子发射元件施加电压，测定此时流过电子发射元件的元件电流(If)。另外，在电子源基体上方2mm的位置上设置阳极电极，在阳极电极上施加电压测定从电子发射元件发射的发射电流(Ie)。电子发射特性测定时的真空装置内的压力小于等于2×10-8Pa。
首先，作为预备性驱动，选择列方向布线53的1个(Dx1)，施加+7.5V、脉冲宽度0.01msec、脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。与此同步地向行方向布线52(Dy1～Dym)顺序各自施加10个脉冲的-15V、脉冲宽度1msec、脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。接着，通过对另外的列方向布线53(D×2～D×n)重复同样的作业，对全部的电子发射元件各施加100个脉冲的22.5V的脉冲电压。此时非选择的布线与接地电位连接。
接着，同样选择列方向布线53的1个(D×1)，施加+7.5V、脉冲宽度1msec、脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。与此同步，在行方向布线52(Dy1～Dym)上顺序施加各60秒钟的-11.5V、脉冲宽度0.1msec、脉冲间隔16.6msec的脉冲电压。接着，通过对另外的列方向布线53(Dx2～Dxn)重复同样的作业，在全部的电子发射元件上施加19V的脉冲电压驱动元件。此时，在测定流过各电子发射元件的元件电流(If)的同时，在阳极电极上施加1kV的电压，进行发射电流(Ie)的测定。用测定的元件电流If以及发射电流Ie求得的电子发射效率(Ie/If)的平均值是0.5％，可以得到良好的电子发射特性。
(实施例7)和实施例4一样，制作进行到活化工序的电子源基体71。
接着，在把电子源基体71固定在背板81上后，在电子源基体71的2mm上方经由支撑框架82、排气管(未图示)固定阴极射线管荧光屏86，形成外围器88。另外，在背板81和阴极射线管荧光屏86之间配置间隔垫(未图示)，设置成耐大气压的构造。另外，在外部容器88内配置用于把容器内保持高真空的吸气剂(未图示)。在背板81和支撑框架82和阴极射线管荧光屏86的接合中使用烧结玻璃，通过在氩气氛围中加热到420℃进行密封。
接着，一边通过排气管用真空泵排除已制成的外围器88内的气体，一边把面板整体加热到250℃后，降温到室温，在把内部设置成10-7Pa左右的压力后，通过用气体加热器加热排气管使其熔敷，进行外部容器88的密封。最后为了维持密封后的压力，通过高频加热对吸气剂加热进行吸气处理。这样制成图8所示的图像显示装置。
在以上那样完成的图像显示装置中，和实施例2一样，进行预备性驱动，和实施例2一样，在测定元件电流、发射电流以及非选择电流后，得到和实施例2同等的特性。
接着，向列方向布线53施加信息信号，一边在行方向布线52上施加扫描信号一边顺序驱动电子发射元件。此时作为信息信号，使用+7.5V的脉冲电压，作为扫描信号使用-11.5V的脉冲电压。另外，通过高压端子87向金属敷层85施加10kV的电压，使发射电子撞击荧光膜84，通过激励发光显示图像。在阳极电压10kV中的电子发射效率很高，为4％，可以显示明亮的图像。另外，在1000小时驱动后测量亮度下降，结果变化率在5％以内。
权利要求
1.一种电子发射元件，在基板上具备相互隔着间隔配置的一对导体，其特征在于上述一对导体中的一个导体的顶部高于另一个导体的顶部，上述基板沿着上述间隔具有从上述间隔区域向着上述一个导体与该基板接触的区域的下方延伸的沟。
2.如权利要求1所述的电子发射元件，其中，上述沟距离上述基板表面的最深部分位于上述一个导体与该基板接触的区域的下方。
3.如权利要求1所述的电子发射元件，其中，上述一对导体用以碳作为主要成分的材料构成。
4.如权利要求1所述的电子发射元件，其中，上述一对导体具备用以金属作为主要成分的材料构成的第一导体和覆盖该第一导体的由以碳作为主要成分的材料构成的第二导体。
5.一种电子源，在基板上具备多个电子发射元件，其特征在于该电子发射元件是权利要求1所述的电子发射元件。
6.一种图像显示装置，包括在基板上具备多个电子发射元件和由从该电子发射元件发射的电子发光的发光部件，其特征在于该电子源是权利要求5所述的电子源。
7.一种电子发射元件的制造方法，该电子发射元件具备在基板上相互隔着间隔配置的一对导电部件、和覆盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜，其特征在于具有在包含碳化合物气体的氛围中向在基板上相互隔开间隔配置的一对导电部件之间施加两极性的电压脉冲的工序，在该两极性的电压脉冲中，与该电子发射元件的驱动时施加的电压脉冲同极性的电压脉冲的绝对值比反极性的电压脉冲的绝对值大。
8.一种电子源的制造方法，该电子源包括多个在基板上具备相互隔着间隔配置的一对导电部件、和覆盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜的电子发射元件，其特征在于用权利要求7所述的电子发射元件的制造方法制造该电子发射元件。
9.一种图像显示装置的制造方法，该图像显示装置包括电子源和发光部件，其中，所述电子源具备多个在基板上具备相互隔着间隔配置的一对导电部件和覆盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜的电子发射元件，所述发光部件靠从该电子发射元件发射的电子发光，其特征在于用权利要求8所述的电子源的制造方法制造该电子源。
10.一种电子发射元件的制造方法，该电子发射元件具备在基板上相互隔着间隔配置的一对导电部件、和覆盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜，其特征在于具有在包含碳化合物气体的氛围中，向在基板上相互隔开间隔配置的一对导电部件之间施加两极性的电压脉冲的工序，在该两极性的电压脉冲中，在施加和在该电子发射元件的驱动时施加的电压脉冲反极性的电压脉冲后直至施加同极性一侧的电压脉冲前的休止期间，比在施加同极性的电压脉冲后直至施加反极性的电压脉冲前的休止期间短。
11.如权利要求8所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于在上述两极性的电压脉冲中，和在该电压发射元件的驱动时施加的电压脉冲同极性的电压脉冲的绝对值，比反极性的电压脉冲的绝对值大。
12.一种电子源的制造方法，该电子源具备多个在基板上具备相互隔着间隔配置的一对导电部件、和覆盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜的电子发射元件，其特征在于用权利要求10所述的电子发射元件的制造方法制造该电子发射元件。
13.一种图像显示装置的制造方法，该图像显示装置包括电子源和发光部件，其中，所述电子源具备多个在基板上具备相互隔着间隔配置的一对导电部件、和覆盖该一对导电部件的每一个的以碳作为主要成分的膜的电子发射元件，所述发光部件靠从该电子发射元件发射的电子发光，其特征在于用权利要求12所述的电子源的制造方法制造该电子源。
全文摘要
在具备在基板上隔着间隔配置的一对导体的电子发射元件中，一个导体的顶部比另一个导体的顶部还高，通过在基板上形成从间隔区域向一个导体区域和基板接触的区域下方延伸的沟，抑止由非对称的电子发射单元产生电荷粒子的冲击引起的电子发射元件的劣化，使电子发射效率提高，实现超长寿命。
文档编号H01J1/316GK1691244SQ20051006769
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月22日 优先权日2004年4月23日
发明者山本敬介, 小林玉树 申请人:佳能株式会社