电子发射器件、冷阴极场致发射器件和显示器及其制造法的制作方法

专利名称：电子发射器件、冷阴极场致发射器件和显示器及其制造法的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子发射器件、冷阴极场致发射器件及其制造方法，还涉及冷阴极场致发射显示器及其制造方法。
背景技术：
在电视接收机和信息终端用的显示器领域中，对于用平板显示器代替常规的主流阴极射线管(CRT)已做了大量的研究，平板显示器能满足减小厚度、减轻重量、大屏幕和高精细度的要求。这种平板显示器包括液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(ELD)、等离子体显示板(PDP)和冷阴极场致发射显示器(FED)。其中，液晶显示器广泛用作信息终端显示器。但是，为了把液晶显示器用于落地式(floor-type)电视接收机，还要解决具有关更大亮度和增大尺寸等方面的问题。
当将其值大于一定阈值的电场加到真空中的金属、半导体等材料上时，由于量子隧道效应，电子会穿过金属、半导体等的表面附近的能量势垒，并且在常温(室温)下电子能发射到真空空间中。基于上述原理的这种电子发射被称作冷阴极场致发射或场致发射。近年来，通过把上述场致发射原理用于图像显示，已提出且正在提出平面形冷阴极场致发射显示器或场致发射显示器(FED)。这种场致发射显示器的优点是高亮度和低功耗，因此，期望它们有可能作为可代替常规的阴极射线管(CRT)的图像显示器。
图21显示出采用冷阴极场致发射器件(以下有时称作“场致发射器件”)的冷阴极场致发射显示器(以下有时称作“显示器”)的结构的一个例子。图21所示场致发射器件被称作spindt型场致发射器件，它具有锥形的电子发射部分。这种场致发射器件包括形成在支撑件210上的阴极211、形成在支撑件210和阴极211上的绝缘层212、形成在绝缘层212上的栅极213、形成在栅极213和绝缘层212中的开口部分214以及形成在位于开口部分214底部中的阴极211上的锥形电子发射部分215。通常，阴极211和栅极213形成条形，每个条都处在两个电极的投影图像相互垂直交叉的方向上。通常在上述两个电极的投影图像重叠的区域(对应于一个象素，该区域以下称作“重叠区”)中设置多个场致发射器件。而且，通常这些重叠区按矩阵形式排列在阴极板CP的有效区(作为实际显示部分)中。
阳极板AP包括衬底20、在衬底20上形成的具有预定图形的荧光层21和在其上形成的阳极23。在衬底20上一条荧光层21和另一条荧光层21之间形成黑色矩阵22。一个象素由设在阴极板CP一侧上的阴极211和栅极213的重叠区中的一组场致发射器件和与该组场致发射器件相对的阳极板AP一侧上的荧光层21构成。在有效区中，这些象素按几十万至几百万的量级排列。
阳极板AP和阴极板CP设置成使场致发射器件和荧光层21彼此相对，并且阳极板AP和阴极板CP在周边部分经框架24相互粘接，由此制成显示器。在围绕有效区和形成选择象素用的外围电路的无效区(例如，阴极板CP的无效区)中，设置用于抽真空的通孔(未示出)，一个端管(未示出)连到通孔并且在抽真空后密封。即，阳极板AP、阴极板CP和框架24包围的空间处于真空状态。
由阴极控制电路30给阴极211加相对负电压，由栅极控制电路31给栅极213加相对正电压，由阳极控制电路32给阳极23加其电平高于加到栅极213的电压的正电压。当用这种显示器在其荧屏上显示时，由阴极控制电路30给阴极211输入扫描信号，由栅极控制电路31给栅极213输入视频信号。由于阴极211和栅极213之间加电压时产生电场，所以基于量子隧道效应，由电子发射部分215发射电子，电子被引向阳极23并与荧光层21碰撞。结果，激励荧光层21发光，得到所需图像。即，通过加给栅极213的电压和经阴极211加给电子发射部分215的电压，能大致控制显示器的工作。
以下将概括说明常规Spindt型电子发射器件的制造方法。总的说来，这个方法是通过垂直淀积金属材料形成锥形电子发射电极215的方法。即，蒸发颗粒垂直进入开口部分214。利用在开口部分214周围形成的外伸淀积物的屏蔽作用，达到开口部分214底部的蒸发颗粒量逐渐减少，因此，按自对准方式形成作为锥形淀积物的电子发射电极215。这种实施方式利用了在栅极213上预形成剥离层217的方法，以便容易地去除不需要的外伸淀积物，以下将参见支撑件等的部分端视图即图22A、22B、22C、23A和23B说明该方法。

首先，在例如玻璃制成的支撑件210上形成铌(Nb)构成的阴极211，并在整个表面上形成SiO2构成的绝缘层212，在绝缘层212上形成条形栅极213。例如可用溅射法、平版印刷法和干式腐蚀法形成栅极213。
之后，用平版印刷法在绝缘层212和栅极213上形成作为腐蚀掩模的抗蚀剂层216(见图22A)。之后，用RIE(反应离子腐蚀法)法在栅极213中形成第1开口部分214A，并且在绝缘层212中形成与第1开口部分214A连通的第2开口部分214B。这些第1开口部分214A和第2开口部分214B以下有时通称为“开口部分214”。阴极211暴露在开口部分214的底部中。之后，用抛光法去掉抗蚀剂层216，由此制成图22B所示结构。
之后，在开口部分214底部中暴露的阴极211上形成电子发射部分215。具体地说，倾斜地蒸发淀积铝形成剥离层217。在这种情况下，蒸发颗粒对支撑件210的法线的入射角设定成充分大的角，由此，能在栅极213和绝缘层212上形成剥离层217，同时在开口部分214的底部中几乎不淀积铝。剥离层217从开口部分214的开口端部分伸出形成檐，由此使开口部分214的直径显著地减小(见图22C)。
之后，在整个表面上垂直蒸发淀积例如钼(Mo)。在这种情况下，在剥离层217上生长出外伸形式的钼构成的导电材料层218，开口部分214的直径显著减小，这样，淀积到开口部分214底部上的蒸发颗粒逐渐受限于通过开口部分214中心的颗粒。结果，在开口部分214的底部上形成锥形淀积物，如图23A所示，并且钼制成的锥形淀积物构成电子发射部分215。
之后，用电化学工艺和湿式工艺从绝缘层212和栅极213的表面剥离去除剥离层217，并选择性地去除绝缘层212和栅极213上的导电材料层218。结果，锥形电子发射部分215可保留在位于开口部分214底部中的阴极211上，如图23B所示。在形成电子发射部分215的上述方法中，实质上是在一个开口部分214中形成一个电子发射部分215。
在上述显示器结构中，为了在低驱动电压下获得大的发射电子流，使电子发射部分的顶端变得尖锐是有效的，为此，可以认为上述Spindt型场致发射器件的电子发射部分215具有优良的性能。但是，形成锥形电子发射部分215需要先进的处理技术，并且随着有效区面积的增大，由于某些情况下电子发射部分215的总量会高达几千万，所以在整个有效区上均匀形成电子发射部分215开始变得困难。即，用垂直淀积法在大面积的整个支撑件上形成质量一致和厚度均匀的导电材料层218是极困难的，或者说，用倾斜淀积法形成尺寸一致的檐形的剥离层217是极困难的，并且某种程度的平面性波动或某种程度的批件质量波动是不可避免的。上述的波动引起诸如图像亮度之类的显示器的图像显示特性的波动。而且，当去除大面积上形成的剥离层217时，它的残留物引起阴极板CP污染，这就使显示器的生产合格率下降。
因而，已提出所谓的平面型场致发射器件，它用暴露在开口部分底部中的平面电子发射部分，而不用锥形电子发射部分。平面型场致发射器件的电子发射部分形成在阴极上，并且它用其功函数比构成阴极的材料的功函数低的材料构成，以便即使电子发射部分是平的，也能获得大的发射电子流。近年来，已提出用碳材料作上述材料。与任何难熔金属相比，含碳材料具有低电场阈值，并具有高电子发射效率。而且，它的结合(键合)形式能变化，如金刚石、石墨和碳纳米管。
例如，在应用物理学会讲义(Applied Physics Society Lectures)(1998)第59期预印稿第480页第15p-P-13课中提出了DLC(类金刚石碳)薄膜。当碳材料形成为薄膜时，需要一种处理该薄膜(构图)的方法。作为一种构图方法，例如上述预印稿(1998)第489页第16p-N-11课中提出了用氧气作腐蚀气的金刚石薄膜的ECR等离子体处理。通常，在金刚石薄膜的等离子体处理中用含SiO2的材料作为腐蚀掩模。
另外，在应用物理学会讲义(1999)第60期预印稿第631页第2p-H-6课(称作文献1)中，公开了通过以下工艺获得的平面结构的电子发射器用金刚石粉末磨擦处理由电子束淀积法在石英衬底上形成的钛薄膜表面；之后给钛薄膜构图，在中心部分中形成几μm(微米)的间隙；之后，在钛薄膜上形成无掺杂的金刚石薄膜。在应用物理学会讲义(1999)第60期预印稿第632页第2p-H-11课(称作文献2)中，公开了在设有金属交叉线的石英玻璃上形成碳纳米管的方法。
JP-A-2000-57934公开了碳基超细冷阴极及其制造方法，其中，用加电场的等离子体CVD法在衬底表面上直接淀积碳纳米管或非晶碳。
当用抗蚀剂层作腐蚀掩模用氧气对如DLC的碳膜进行等离子体腐蚀时，作为腐蚀反应系统中的反应副产品，生成(COx)或(CFx)基碳聚合物的淀积物。在等离子体腐蚀中，当腐蚀反应系统中产生淀积物时，通常，淀积物形成在抗蚀剂层的具有低离子入射几率的侧壁表面上，或者，形成在要腐蚀的材料的加工端面上，从而形成所谓的侧壁保护膜，这有助于达到对正腐蚀的材料进行各向异性处理所获得的形状。不过，当用氧气作腐蚀气体时，碳聚合物构成的侧壁保护膜是按其组成由氧气来去除的。另外，当用氧气作腐蚀气体时，抗蚀剂层的耗损程度大。由于这些原因，在金刚石薄膜的常规氧等离子体处理中，金刚石薄膜与掩模的图形转移差别大，因此进行各向异性处理是困难的。
而且，在文献1和文献2中公开的技术中，碳膜是形成在金属薄层上。但是，碳膜可形成在金属薄层的任何部分中，所以不能说采用这些技术来例如制造冷阴极场致发射器件是实用的。如上所述，也很难对该碳膜进行构图以形成所需的碳膜。
JP-A-2000-57934中公开的技术中，形成碳纳米管，并且为了在较低的电场中发射电子，要求它的顶端部分尖锐。
另外，金刚石、石墨或碳纳米管构成的场致发射器件具有低电场阈值和高电子发射效率。但是，由于它们是在例如500℃以上的极高温度下合成的，所以难以使用廉价的玻璃衬底。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种电子发射器件和一种冷阴极场致发射器件，它们允许在极低电场中产生电子发射，使得能降低形成电子发射部分用的温度，并且使电子发射部分由碳构成并可靠地形成在导电层或阴极的需要的部分中，本发明的目的是还提供这些器件的制造方法以及装有这种冷阴极场致发射器件的冷阴极场致发射显示器及其制造方法。
为达到上述目的，本发明的电子发射器件具有在导电层上由碳构成的锥形电子发射部分。
在本发明的电子发射器件中，最好在导电层与电子发射部分之间形成电子发射部分形成层，以便选择性地形成电子发射部分。
为达到上述目的，本发明的冷阴极场致发射器件包括(A)在支撑件上形成的阴极；和(B)在阴极上形成的由碳构成的锥形电子发射部分。
为达到上述目的，本发明的冷阴极场致发射显示器包括许多象素，每个象素由在支撑件上形成的冷阴极场致发射器件、阳极和荧光层构成，所述阳极和荧光层形成在衬底上，与冷阴极场致发射器件相对，所述冷阴极场致发射器件包括(A)在支撑件上形成的阴极，和(B)在阴极上形成的由碳构成的锥形电子发射部分。
在本发明的冷阴极场致发射显示器中，当阳极与电子发射部分之间的距离足够小时，在阳极形成的电场下，根据量子隧道效应，电子发射部分发射电子，电子被引向阳极与荧光层碰撞。在具有下面要描述的栅极的冷阴极场致发射显示器中，在栅极形成的电场下，根据量子隧道效应，电子发射部分发射电子，电子被引向阳极与荧光层碰撞。
在按本发明的冷阴极场致发射器件或冷阴极场致发射显示器中，可以采用这样一种结构，其中冷阴极场致发射器件还包括具有开口部分的栅极，并且电子发射部分形成在阴极的位于开口部分底部中的部分上。为了方便，上述结构以下将称作“第1结构”。
或者，按本发明的冷阴极场致发射器件或冷阴极场致发射显示器可用其它结构。即，在冷阴极场致发射器件中，在支撑件和阴极上形成一个绝缘层，在绝缘层上形成一个栅极，在绝缘层中形成与栅极中形成的一个开口部分连通的第2开口部分，并且电子发射部分暴露在该第2开口部分的底部中。为了方便，上述结构以下将称作“第2结构”。
在本发明的冷阴极场致发射器件或冷阴极场致发射显示器中，最好在冷阴极场致发射器件的阴极与电子发射部分之间形成电子发射部分形成层。在该情况下，可采用这样的结构，其中冷阴极场致发射器件还具有带开口部分的栅极，电子发射部分形成层至少形成在阴极的位于开口部分底部中的部分的表面上，并且电子发射部分形成在电子发射部分形成层上。为了方便，上述结构以下将称作“第3结构”。或者，可采用这样的结构，其中，在支撑件和阴极上形成一个绝缘层，在绝缘层上形成栅极，在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，并且电子发射部分暴露在该第2开口部分的底部中。为了方便，上述结构以下将称作“第4结构”。
为达到上述目的，按本发明第1方案，提供了一种冷阴极场致发射器件的制造方法，该方法包括下列步骤(a)在一个支撑件上形成一个阴极，和(b)在阴极表面上选择性地形成碳构成的锥形电子发射部分。
为达到上述目的，按本发明第1方案，提供了一种冷阴极场致发射显示器的制造方法，该方法利用按本发明第1方案的冷阴极场致发射器件的制造方法。即，该方法包括如此设置具有阳极和荧光层的衬底以及具有冷阴极场致发射器件的支撑件，使荧光层或阳极与冷阴极场致发射器件相对，并且将衬底和支撑件在其周边区粘接，其中，冷阴极场致发射器件用以下步骤形成(a)在支撑件上形成阴极，和(b)在阴极上选择性地形成碳构成的锥形电子发射部分。
在按本发明第1方案的冷阴极场致发射器件的制造方法或冷阴极场致发射显示器的制造方法(这些方法有时被通称为“按第1方案的制造方法”)中，可采用这样的结构，其中，在上述步骤(b)之后，在电子发射部分上形成具有开口的栅极。为了方便，上述结构将称作本发明的“第1结构A”。
或者，在按第1方案的制造方法中，可采用这样的结构，其中，该方法还包括在上述步骤(a)和(b)之间的以下步骤在支撑件和阴极上形成绝缘层；在绝缘层上形成具有开口部分的栅极；和在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，其中，在步骤(b)中，在位于第2开口部分的底部中的阴极上，形成碳构成的锥形电子发射部分。为了方便，上述结构将称作本发明的“第1结构B”。
或者，在按本发明第1方案的制造方法中，可采用这样的结构，其中，在上述步骤(b)之后还包括以下步骤在支撑件和电子发射部分上形成绝缘层；在绝缘层上形成具有开口部分的栅极；和在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，并且电子发射部分暴露在该第2开口部分的底部中。为了方便，上述结构将称作本发明的“第1结构C”。
在按本发明第1方案的制造方法中，从形成电子发射部分所用源气体的离解度增大和可靠地形成锥形电子发射部分的角度讲，最好根据等离子体CVD方法(化学汽相淀积法)在以下条件下进行形成由碳构成的锥形电子发射部分的步骤，即在对支撑件加偏压的状态下满足等离子体密度至少是1016m-3(107mm-3)，优选至少是1017m-3(108mm-3)更好，最好至少是1019m-3(1010mm-3)。另外，从形成电子发射部分所用源气体的离解度增大和可靠地形成锥形电子发射部分的角度讲，最好根据等离子体CVD方法在以下条件下进行形成由碳构成的锥形电子发射部分的步骤，即在对支撑件加偏压的状态下满足电子温度1至15ev，最好是5ev至15ev，离子流密度为0.1mA/cm2至30mA/cm2，最好是5mA/cm2至30mA/cm2。在这些情况下，为满足上述条件，等离子体CVD法选自电感耦合等离子体CVD法、电子回旋共振等离子体CVD法、螺旋波等离子体CVD法或电容耦合等离子体CVD法。在形成碳构成的锥形电子发射部分的步骤中，支撑件加热温度设定在600℃或更低，优选500℃或更低，更优选400℃或更低，最好300℃或更低。支撑件加热温度的下限可以是碳构成的锥形电子发射部分可以形成的温度。
为达到上述目的，按本发明第2方案，提供了一种冷阴极场致发射器件的制造方法，该方法包括以下步骤(a)在支撑件上形成阴极；(b)在阴极上形成电子发射部分形成层，和(c)在电子发射部分形成层上形成碳构成的锥形电子发射部分。
为达到上述目的，按本发明第2方案，提供了一种冷阴极场致发射显示器的制造方法，该方法利用按本发明第2方案的冷阴极场致发射器件的制造方法。即，该方法包括如此设置具有阳极和荧光层的衬底以及具有冷阴极场致发射器件的支撑件，使荧光层或阳极与冷阴极场致发射器件相对，并且将衬底和支撑件在其周边区粘接，其中，冷阴极场致发射器件用以下步骤形成(a)在支撑件上形成阴极，(b)在阴极上形成电子发射部分形成层；和
(c)在电子发射部分形成层上形成碳构成的锥形电子发射部分。
在按本发明第2方案的冷阴极场致发射器件的制造方法或冷阴极场致发射显示器的制造方法(这些方法以下通称为“按第2方案的制造方法”)中，可采用这样的结构，其中，该方法还包括在上述步骤(b)和(c)之间在电子发射部分形成层上形成具有开口部分的栅极的步骤，其中，在步骤(c)中，在开口部分下面的电子发射部分形成层上形成碳构成的锥形电子发射部分。为了方便，上述结构将称作本发明的“第2结构A”。
或者，可采用这样的结构，其中，该方法还包括在上述步骤(b)和(c)之间的以下步骤在支撑件和电子发射部分形成层上形成绝缘层；在绝缘层上形成具有开口部分的栅极；和在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，其中，在步骤(c)中，在位于第2开口部分的底部中的电子发射部分形成层上形成碳构成的锥形电子发射部分。为了方便，上述结构将称作本发明的“第2结构B”。
或者，在按本发明第2方案的制造方法中，可采用这样的结构，其中，该方法包括在步骤(a)和(b)之间的以下步骤在支撑件和阴极上形成绝缘层；在绝缘层上形成具有开口部分的栅极；和在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，其中，在步骤(b)中，在位于第2开口部分底部中的阴极上形成电子发射部分形成层。为了方便，上述结构将称作本发明的“第2结构C”。
或者，在按本发明第2方案的制造方法中，可采用这样的结构，其中，在步骤(c)之后是在电子发射部分上形成具有开口的栅极的步骤。为了方便，上述结构将称作本发明的“第2结构D”。
或者，在按本发明第2方案的制造方法中，可采用这样的结构，其中，在步骤(c)之后还包括以下步骤在支撑件和电子发射部分上形成绝缘层；在绝缘层上形成具有开口的栅极；和在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，电子发射部分暴露在该第2开口部分的底部中。为了方便，上述结构将称作本发明的“第2结构E”。
在按本发明第2方案的制造方法中，从形成电子发射部分所用源气体的离解度增大和可靠地形成锥形电子发射部分的角度讲，最好根据等离子体CVD方法在以下条件下进行形成由碳构成的锥形电子发射部分的步骤，即在对支撑件加偏压的状态下满足等离子体密度至少是1016m-3(107mm-3)，优选至少是1017m-3(108mm-3)，最好至少是1019m-3(1010mm-3)。另外，从形成电子发射部分所用源气体的离解度增大和可靠地形成锥形电子发射部分的角度讲，最好根据等离子体CVD方法在以下条件下进行形成由碳构成的锥形电子发射部分的步骤，即在对支撑件加偏压的状态下满足电子温度1至15ev，最好是5ev至15ev，离子流密度为0.1mA/cm2至30mA/cm2，最好是5mA/cm2至30mA/cm2。在这些情况下，为满足上述条件，等离子体CVD法选自电感耦合等离子体CVD法、电子回旋共振等离子体CVD法、螺旋波等离子体CVD法或电容耦合等离子体CVD法。在形成碳构成的锥形电子发射部分的步骤中，支撑件加热温度设定在600℃或更低，优选500℃或更低，更优选400℃或更低，最好300℃或更低。支撑件加热温度的下限可以是碳构成的锥形电子发射部分可以形成的温度。
等离子体CVD法中形成电子发射部分所用的源气体包括碳氢化合物气体，例如，甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、乙烯(C2H4)和乙炔(C2H2)、它们的混合物以及碳氢化合物气体和氢气的混合物。另外，源气体也可选自甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯或二甲苯的气化气，或这类气体与氢气的混合气体。而且，稀有气体，如氦(He)或氩(Ar)气也可引入，以稳定放电，并促进等离子体离解。当用碳氢化合物气体和氢气的混合气体时，碳氢化合物气体和氢气总流量中碳氢化合物气体占的量最好在体积上小于50％。
在本发明的电子发射器件、包括第1至第4结构的本发明的冷阴极场致发射器件或冷阴极场致发射显示器中，以及在包括各种结构的按本发明第2方案的制造方法中，最好用金属薄层形成电子发射部分形成层。可用物理汽相淀积法或镀覆法(包括电镀法和化学镀法)形成电子发射部分形成层。物理汽相淀积法包括(1)真空淀积法，如电子束加热法、电阻加热法和闪蒸(flash)淀积法；(2)等离子体淀积法；(3)溅射法，如二极溅射法、直流溅射法、DC磁控溅射法、高频溅射法、磁控溅射法、离子束溅射法和偏压溅射法；和(4)离子镀覆法，如DC(直流)法、RF(射频)法、多阴极镀覆法、活化反应法、电场淀积法，高频离子镀覆法和反应离子镀覆法。
上述金属薄层最好用选自下列材料组中的至少一种金属构成镍、钼、钛、铬、钴、钨、锆、钽、铁、铜、铂、锌、镉、锗、锡、铅、铋、银、金、铟和铊(Ni，Mo，Ti，Cr，Co，W，Zr，Ta，Fe，Cu，Pt，Zn，Cd，Ge，Sn，Pb，Bi，Ag，Au，In和Tl)，或者用包含这些元素中任一种元素的合金构成，或者用有机金属构成。而且，除上述金属之外，可以使用在形成(合成)电子发射部分的气氛中呈现催化作用(catalysis)的金属。
在本发明的电子发射器件、包括第1至第4结构的本发明的冷阴极场致发射器件或冷阴极场致发射显示器中以及在包括各种结构的按本发明第1或第2方案的制造方法中，H/(S/π)1/2值(所谓的高宽比)最好是3至7，其中，S是锥形电子发射部分的底表面面积，H是其高度。
锥形电子发射部分的形状尽管根据它的形成条件而不同，但它一般是圆锥形。通常，多个电子发射部分形成在阴极或电子发射部分形成层的位于开口部分或第2开口部分底部中的部分的表面上。
在本发明的冷阴极场致发射器件或冷阴极场致发射显示器中，在位于开口部分或第2开口部分(这些以下将通称为“开口部分等”)的底部中的阴极表面上形成电子发射部分形成层就足够了。而且，电子发射部分形成层可形成为覆盖位于开口部分等底部中的阴极部分以及位于开口部分等底部之外并由绝缘层覆盖的阴极部分。而且，可在位于开口部分等底部中的阴极部分的整个表面或部分表面上形成电子发射部分形成层。
在本发明第2或第4结构中，栅极中形成的开口部分(为了方便，该开口部分有时称作第1开口部分)和第2开口部分可成一一对应关系(即对应一个第1开口部分形成一个第2开口部分)。或者，第1和第2开口部分也可具有“多对1”的关系(即，对应多个第1开口部分形成1个第2开口部分)。绝缘层的结构尽管与冷阴极场致发射器件的结构相关，但它可具有这样的结构它用作阴极和栅极之间的一种条形分隔壁。
在按本发明第2结构C的制造方法中，尽管与形成电子发射部分形成层的方法有关，但步骤(b)可包括以下步骤形成掩模层，阴极表面通过该掩模层暴露在第2开口部分底部的中心部分(即，至少在第2开口部分的侧壁上形成掩模层)；在掩模层和阴极的暴露表面上形成电子发射部分形成层。
上述掩模层可用以下方法形成例如，用平版印刷法在整个表面上形成抗蚀剂材料层或硬掩模材料层，并在位于第2开口部分底部中心部分中的抗蚀剂材料层或硬掩模材料层部分中形成孔。在掩模层覆盖位于第2开口部分底部中的阴极部分、第2开口部分的侧壁、第1开口部分的侧壁和栅极的状态下，在位于第2开口部分底部中心部分中的阴极表面上形成电子发射部分形成层。因此，能可靠地防止阴极和栅极之间经电子发射部分形成层或电子发射部分短路。在某些情况下，掩模层可只覆盖栅极。另外，掩模层可只在栅极中形成的第1开口部分附近覆盖栅极，或者，掩模层可覆盖第1开口部分附近的栅极以及第1和第2开口部分的侧壁。在这些情况下，根据构成栅极的导电材料可在栅极上形成电子发射部分。但是，当上述电子发射部分不置于高强度的电场中时，上述电子发射部分不发射电子。最好在电子发射部分形成层上形成电子发射部分之前去掉掩模层。
在按本发明的第2结构B、C或E的制造方法中，在绝缘层上形成具有第1开口部分的栅极的方法包括这样一种方法，其中在绝缘层上形成用于栅极的导电材料层；之后，在导电材料层上形成构图的第1掩模材料层；用第1掩模材料层作腐蚀掩模腐蚀导电材料层，给导电材料层构图；然后，去掉第1掩模材料层；此后，在导电材料层和绝缘层上形成构图的第2掩模材料层；和用第2掩模材料层作腐蚀掩模腐蚀该导电材料层以形成第1开口部分，以及在绝缘层上形成具有第1开口部分的栅极的方法还包括例如用丝网印刷法直接形成具有第1开口部分的栅极的方法。在这些情况下，在绝缘层中形成与栅极中形成的第1开口部分连通的第2开口部分的方法可以是用上述第2掩模材料层作腐蚀掩模腐蚀绝缘层的方法，或者是用栅极中形成的第1开口部分作腐蚀掩模腐蚀绝缘层的方法。第1和第2开口部分可以具有“一一”对应的关系(即，对应一个第1开口部分形成一个第2开口部分)。第1和第2开口部分也可以成“多对一”的对应关系(即，对应多个第1开口部分形成一个第2开口部分)。另外，形成具有开口部分的栅极的步骤可包括制备用于栅极的具有多个开口部分的条形材料层和把条形材料层固定在绝缘层上的步骤。可用各向异性腐蚀(更具体地说，是各向异性腐蚀构成第2开口部分的侧壁的绝缘层部分)、以原子团作主要腐蚀种类(species)的干腐蚀(如化学干腐蚀)或者使用腐蚀液的湿腐蚀，形成第2开口部分。
在按本发明第2结构A或D的制造方法中，栅极形成步骤可以是在支撑件上形成绝缘材料构成的条形分隔壁；制备用于栅极的、具有多个开口部分的条形材料层并固定条形材料层，使之与分隔壁的顶表面接触。
为了在阴极或电子发射部分形成层上更可靠地选择性生长电子发射部分，需要去除阴极表面或电子发射部分形成层表面上的氧化物(即所谓的天然氧化层)。最好是用以下方法去除氧化物例如，按以下方法的等离子体还原处理氢气气氛中的微波等离子体法、氢气气氛中的变换等离子体法、氢气气氛中的电感耦合等离子体法、氢气气氛中的电子回旋共振等离子体法或氢气气氛中的射频(RF)等离子体法；氩气气氛中的溅射处理；或用如氢氟酸之类的酸或碱的清洗处理。在制造本发明的电子发射器件时，上述各种步骤可以很好地用于导电材料层的要形成电子发射部分的部分的表面上。
在本发明的冷阴极场致发射器件和冷阴极场致发射显示器以及按本发明第1和第2方案的制造方法(这些以下有时通称为“本发明的冷阴极场致发射器件等或其制造方法”)中，当不设栅极时，通常阴极的外形可以是矩形或条形。当设有栅极时，栅极外形最好为条形，阴极的外形也最好是条形。条形阴极按一个方向延伸，条形栅极按另一方向延伸。条形阴极的投影图像和条形栅极的投影图像最好相互垂直交叉。在这两个电极投影图像重叠的区域(即对应一个象素并且阴极和栅极重叠的区域)中，设有一个或多个电子发射部分形成层。而且，这些重叠区域通常按二维矩阵形式设置在阴极板的有效区(作为实际显示屏的区域)中。在每个象素中的多个冷阴极场致发射器件可以规则地设置也可以任意地设置。在冷阴极场致发射器件中，通常电子发射部分在阴极上或在电子发射部分形成层上的位置是任意的。
在本发明的冷阴极场致发射器件等或其制造方法中，每个第1和第2开口部分可以有任何平面形状(以平行于阴极的假想平面切割这些开口部分形成的形状)，例如圆形、椭圆形、矩形、多边形、略圆的矩形、略圆的多边形等。
在本发明的冷阴极场致发射器件等或其制造方法中，阴极可以具有任何结构，如导电材料层的单层结构，或者是由下层导电材料层、在下层导电材料层上形成的电阻层和在电阻层上形成的上层导电材料层构成的三层结构。在后一种情况下，电子发射部分或电子发射部分形成层形成在上层导电材料层的表面上。当设有电子发射部分形成层时，阴极可以具有由下层导电材料层和在下层导电材料层上形成的电阻层构成的两层结构。上面形成的电阻层具有使电子发射部分获得均匀电子发射性能的作用。
在本发明的冷阴极场致发射器件等或其制造方法中，可采用这样的结构，其中，在栅极和绝缘层上再形成第2绝缘层，并在第2绝缘层上形成聚焦电极。上述的聚焦电极用于会聚穿过开口部分发射的并被引向阳极的电子，以提高亮度，并且防止相邻象素之间的光串扰。聚焦电极对所谓的高压型显示器尤其有效，在高压型显示器中阳极和阴极之间的电位差为几千伏数量级并且相互间的距离较大。由聚焦电源给聚焦电极加相对负电压。不必要求给每个冷阴极场致发射器件加聚焦电极。例如，聚焦电极可按设置冷阴极场致发射器件的预定方向延伸，这样可在多个冷阴极场致发射器件上产生共同的聚焦作用。
在按本发明第1或第2方案的冷阴极场致发射显示器的制造方法中，可用粘接层或用如玻璃或陶瓷之类的硬绝缘材料和粘接层构成的框架，把衬底和支撑件在它们的周边部分粘接起来。当组合使用框架和粘接层时，通过适当确定框架的高度，可以调节衬底与支撑件之间的相对距离，使该距离比只用粘接层时得到的距离长。尽管熔融玻璃通常用作粘接层材料，但也可用熔点约为120℃至400℃的所谓低熔点金属材料。低熔点金属材料包括熔点为157℃的铟(In)；In-Au低熔点合金；含锡(Sn)的高温焊料，如熔点为220℃至370℃的Sn80Ag20，和熔点为227℃至370℃的Sn95Cu5；含铅(Pb)的高温焊料，如熔点为304℃的Pb97.5Ag2.5，熔点为304℃至365℃的Pb94.5Ag5.5和熔点为309℃的Pb97.5Ag1.5Sn1.0；含锌(Zn)的高温焊料，如熔点为380℃的Zn95Al5；含铅锡的标准焊料，如熔点为300℃至314℃的Sn5Pb95和熔点为316℃至322℃的Sn2Pb98；以及钎焊材料，如熔点为381℃的Au88Ga12(上述的所有下标值为原子％)。
当衬底、支撑件和框架这3个零件粘接时，可同时粘接这3个零件，或第1步把衬底和支撑件中的一个粘到框架上，之后，在第2步把剩下的另一个零件粘到框架上。当在高真空气氛中把3个零件粘到一起或进行第2步粘接时，由衬底、支撑件、框架和粘接层包围的空间在粘接时变成真空空间。或者，在3个零件粘接后，可对衬底、支撑件、框架和粘接层包围的空间抽真空得到真空空间。在粘接后抽真空时，粘接时的气氛压力可以是大气压，也可以是降低了的压力中的任一个，构成气氛的气体可以是环境气氛，或者是含氮气的惰性气体，或者是元素周期表中O族中的气体，如氩气。
当在粘接后抽真空时，可通过预先连接到衬底和/或支撑件的末端管抽真空。典型的末端管用玻璃管制成，并用熔融玻璃或上述的低熔点金属材料粘接到衬底和/或支撑件的无效区(即用作显示屏的有效区之外的区域)中形成的通孔的周边。在空间达到预定的真空度后，末端管热熔密封。最好在密封之前显示器整体加热并随后降温，因为残余气体可释放到空间中并且通过对空间抽真空而被去除。
在本发明的冷阴极场致发射器件等或其制造方法中，支撑件也可以是任何衬底，只要它的表面用绝缘材料构成即可。支撑件包括玻璃衬底、具有绝缘层构成的表面的玻璃衬底、石英衬底、具有绝缘层构成的表面的石英衬底和具有绝缘层构成的表面的半导体衬底。衬底可具有与支撑件相同的结构。在本发明的冷阴极场致发射器件中，要求在支撑件上形成导电材料层，并且支撑件可用绝缘材料构成。
当在导电层或阴极上形成电子发射部分时，导电层或阴极用选自下列材料组中的至少一种金属制成Ni，Mo，Ti，Cr，Co，W，Zr，Ta，Fe，Cu，Pt，Zn，Cd，Ge，Sn，Pb，Bi，Ag，Au，In和Tl。而且也能用含上述一种或多种元素的合金。除上述金属外，还可用在形成(合成)电子发射部分用的气氛中起催化作用的金属。
为了在电子发射部分形成层上形成电子发射部分，当在导电层或阴极上形成电子发射部分形成层时，用下列材料制造导电层或阴极。而且，当形成栅极或聚焦电极时，用下列材料制造栅极或聚焦电极。即，上述材料包括金属，如W，Nb，Ta，Mo，Cr，Al和Cu；含这些金属的合金或化合物，如氮化物(例如TiN)和硅化物(例如WSi2，MoSi2，TiSi2和TaSi2)；半导体，如Si；以及ITO(铟-锡氧化物)。用于上述电极的材料可以相同也可以不同。上述电极可用通用的薄膜形成法形成，如淀积法、溅射法、CVD法、离子镀法、丝网印刷法或镀覆法。为防止在栅极或聚焦电极上形成电子发射部分，最好是构成栅极或聚焦电极的材料与构成电子发射部分形成层的材料彼此不同。或者，为了防止在栅极或聚焦电极上形成电子发射部分，可在栅极或聚焦电极上形成多晶硅层或绝缘层。
构成绝缘层或第2绝缘层的材料包括SiO2，SiN，SiON和玻璃浆料固化物，这些材料可单独使用也可组合使用。绝缘层或第2绝缘层可用已知的方法形成，如CVD法、涂覆法、溅射法或丝网印刷法。
可根据冷阴极场致发射显示器的结构选择阳极用的材料。当冷阴极场致发射显示器是透射型(阳极板对应于显示部分)并且当阳极和荧光层依次叠置在衬底上时，不仅其上形成阳极的衬底，而且阳极本身均要求是透明的，可用透明导电材料，例如ITO(铟-锡氧化物)。当冷阴极场致发射显示器是反射型(阴极板对应于显示部分)时，或者，当冷阴极场致发射显示器是透射型，但荧光层和阳极依次叠置在衬底上(阳极还起金属背膜的作用)时，不仅能用ITO，而且材料也可选自针对阴极、栅极和聚焦电极讨论的那些材料。
用于构成荧光层的荧光材料可选用快电子激励型荧光材料或慢电子激励型荧光材料。当冷阴极场致发射显示器是黑白显示器时，不需要对荧光层构图。当冷阴极场致发射显示器是彩色显示器时，荧光层最好是交替设置，它们对应于按条形或点形构图的红(R)、绿(G)和蓝(B)三原色。为提高显示屏的对比度，在一层构图的荧光层与另一层构图的荧光层之间填入黑色矩阵。
阳极和荧光层的结构例包括(1)阳极形成在衬底上，荧光层形成在阳极上；和(2)荧光层形成在衬底上，阳极形成在荧光层上。在上述结构(1)中，电连接到阳极的所谓金属背膜可形成在荧光层上。在上述结构(2)中，该金属背膜可形成在阳极上。
阳极可形成为具有这样的结构，其中，有效区用一片形导电材料覆盖；或者具有这样的结构，其中，一起形成多个阳极单元，每个阳极单元对应一个或多个电子发射部分或一个或多个象素。
当本发明的冷阴极场致发射显示器中不设栅极时，加到阴极的电压是按逐个象素来控制的。在这种情况下，阳极可形成为具有这样的结构，其中，有效区用一片形导电材料覆盖；或者具有这样的结构，其中，一起形成多个阳极单元，每个阳极单元对应一个或多个电子发射部分或一个或多个象素。当大于阈值电压的电压加到阴极时，在阳极形成的电场下，根据量子遂道效应，从电子发射部分发射电子，电子被引向阳极与荧光层碰撞。用加到阴极上的电压来控制亮度。或者，可以采用这样一种结构，其中，阴极设计成条形，阳极也设计成条形，并且把条形阴极和条形阳极设置成使阴极的投影图像和阳极的投影图像相互垂直交叉。电子从位于阳极投影图像和阴极投影图像重叠区中的电子发射部分发射。用所谓的简单矩阵法驱动具有这种结构的显示器。即，相对负电压加到阴极，相对正电压加到阳极。结果，从选择的阴极列和选择的阳极行(或选择的阴极行和选择的阳极列)的阳极/阴极重叠区中的电子发射部分选择性地发射电子进入真空空间，并且电子被引向阳极与构成阳极板的荧光层碰撞，激励荧光层发光。
在具有栅极的冷阴极场致发射显示器中，用所谓的简单矩阵法来实现工作。即由阴极控制电路给阴极加相对负电压，由栅极控制电路给栅极加相对正电压，由阳极控制电路把大大高于加到栅极的电压的正电压加到阳极。当上述冷阴极场致发射显示器用于显示时，例如，由阴极控制电路把扫描信号输入到阴极，由栅极控制电路给栅极输入视频信号。用输入到栅极的电压控制亮度。
在本发明中，设有由碳构成的锥形电子发射部分，因此，能在极低的电场下发射电子。而且，能在导电层、阴极或电子发射部分形成层上选择性地形成电子发射部分，并且在导电层、阴极或电子发射部分形成层上期望出现某种催化反应，这样能降低电子发射部分的形成温度。而且，不再需要按期望形式使电子发射部分成形所用的处理，例如构图处理。而且，设置由碳构成的锥形电子发射部分，使得能制成高电子发射效率的冷阴极场致发射器件，能制成具有低功耗和高质量荧屏图像的冷阴极场致发射显示器。


以下将参见附图用实例说明本发明。
图1是例1中的冷阴极场致发射显示器的局部剖视图；图2是例1中冷阴极场致发射器件的阴极和电子发射部分的透视图；图3A-3C是支撑件等的局部端视图，用于说明例1中的冷阴极场致发射器件的制造方法；图4A-4D是用于说明阳极板AP的制造方法的衬底等的局部剖视图；图5是例1中冷阴极场致发射显示器的电子发射部分上产生的电场和所发射的电子流的测试结果曲线图；图6A-6C是支撑件等的局部剖视图，用于说明例2中的冷阴极场致发射器件；图7是展示例2中冷阴极场致发射器件的栅极、分隔壁和阴极的布局的局部平面示意图；图8是支撑件等的局部剖视图，用于说明在例2的冷阴极场致发射器件的一种变化形式中如何固定栅极；图9是例2中的冷阴极场致发射显示器的局部端视图；图10A-10D是例2中栅极的多个开口部分的局部平面示意图；图11A-11C是支撑件等的局部端视图，用于说明例3中的冷阴极场致发射器件的制造方法；图12是继图11C之后的支撑件等的局部端视图，用于说明例3中的冷阴极场致发射器件的制造方法；图13是例3中冷阴极场致发射显示器的局部端视图；图14是例3中冷阴极场致发射显示器的分解透视图；图15A-15C是支撑件等的局部端视图，用于说明例4中的冷阴极场致发射器件的制造方法；图16A-16D是支撑件等的局部剖视图，用于说明例5中的冷阴极场致发射器件的制造方法；图17A和17B分别是例6和7中的冷阴极场致发射器件的局部剖视图和局部端视图；图18A-18C是支撑件等的局部端视图，用于说明例9中的冷阴极场致发射器件的制造方法；图19A和19B是支撑件等的局部端视图，用于说明例10中的冷阴极场致发射器件的制造方法；图20是具有聚焦电极的冷阴极场致发射器件的局部端视图；图21是展示具有Spindt型冷阴极发射器件的常规冷阴极场致发射显示器的结构例的示意图；图22A-22C是支撑件等的局部端视图，用于说明常规Spindt型冷阴极场致发射器件的制造方法；图23A和23B是继图22C之后的支撑件等的局部端视图，用于说明常规Spindt型冷阴极场致发射器件的制造方法。
具体实施例方式
例1例1涉及本发明的电子发射器件、按第1结构的冷阴极场致发射器件，(以下简称为“场致发射器件”)和按第1结构的冷阴极场致发射显示器(以下简称为“显示器”)。还涉及按本发明第1方案的制造方法。
图1是例1中的显示器的局部剖视图，图2是一个电子发射部分的透视图，图3C是场致发射器件的局部端视图。例1中的电子发射器件具有在导电层上(具体说是阴极11上)形成的并由碳构成的锥形电子发射部分15。例1中的场致发射器件包括在支撑件10上形成的阴极11和在阴极11上形成的并由碳构成的锥形电子发射部分15。电子发射部分15选择性地形成在导电层上，具体说，形成在阴极11上。
例1中的显示器包括阴极板CP和阳极板AP，阴极板CP的有效区上形成有多个上述的场致发射器件，该显示器还由多个象素构成。每个象素由多个场致发射器件、阳极23和荧光层21构成。阳极23和荧光层21形成在衬底(阳极板AP)上，面对场致发射器件。阴极板CP和阳极板AP经框架24在其周边部分相互粘接在一起。场致发射器件的基本结构如图3C所示。而且，在阴极板CP的无效区中形成抽真空用的通孔(未示出)，并且一个末端管(未示出)连接到通孔。抽真空后末端管密封。用陶瓷或玻璃制成例如高1.0mm的框架24。在某些情况下，可只用粘接层替代框架24。
阳极板AP包括衬底20、在衬底20上按预定图形形成的荧光层21和覆盖整个表面的例如由铝薄膜构成的阳极23。在衬底20上在一个荧光层21与另一个荧光层21之间形成黑色矩阵22。黑色矩阵22可以省去。当制造单色显示器时，不要求荧光层21具有预定的图形。而且，ITO等透明导电膜构成的阳极可形成在衬底20与荧光层21之间。另外，阳极板AP可由透明导电膜构成的设在衬底20上的阳极23、形成在阳极23上的荧光层21和黑色矩阵22以及反光导电膜构成，反光导电膜由铝构成，形成在荧光层21和黑色矩阵22上，并且电连接到阳极23。
每个象素由阴极板一侧上的矩形阴极11、阴极上形成的多个场致发射器件15和设置在阳极AP的有效区以面对场致发射器件的荧光层21构成。在有效区中按例如几十万至几百万的数量设置这种象素。
而且，隔离件25作为辅助装置设在阴极板CP和阳极板AP之间，用于保持这两个电极板之间的距离不变，隔离件25按均匀间隔设在有效区中。隔离件25的形状不限于圆柱形，它可以是球形或条形棱。不要求隔离件25设在阳极和阴极的每个重叠区的四个角中。隔离件25可以设置得更稀，也可以不规则地设置。
在上述显示器中，在一个象素单元中控制加到阴极11的电压。从平面图看，阴极11大致为矩形，每个阴极11经布线11A和例如由晶体管形成的开关元件(未示出)连接到阴极控制电路30A。而且，阳极23连接到阳极控制电路32。当高于阈值电压的电压加到每个阴极11时，由于阳极23产生的电场，根据量子隧道效应，电子发射部分15发射电子，电子被引向阳极23并与荧光层21碰撞。根据加给阴极11的电压控制亮度。在例1中的电子发射器件、场致发射器件或显示器中，电子发射部分的顶端指向阳极23并且被锐化，所以它们具有优异的电流效率，即具有优异的阳极电流值与阴极电流值之比。
以下将参见图3A至3C说明按本发明第1方案的制造方法，即例1中的场致发射器件的制造方法和显示器的制造方法。例1中的场致发射器件用以下步骤制造在支撑件10上形成阴极11；和在阴极11的表面上选择性地形成由碳构成的电子发射部分15。
在例1中，用镍(Ni)作为构成导电层或阴极11的材料。
首先，在例如玻璃衬底构成的支撑件10上形成导电层，之后，用平板印刷和反应离子腐蚀法(RIE法)给导电层构图，以在支撑件10上形成大致为矩形的阴极11和布线11A(未示出)，见图3A。导电层是用溅射法形成例如约0.2μm厚的Ni层。表1列出了用溅射法形成镍(Ni)层的条件，表2列出了Ni层的腐蚀条件。
表1Ni层形成条件


表2Ni层腐蚀条件
之后，整个表面上形成抗蚀剂材料制成的掩模层16，用光刻法在掩模层16中形成孔部分16A(见图3B)。孔部分16A位于矩形阴极11的中心部分中。
之后，用螺旋等离子体CVD设备通过螺旋波等离子体CVD法，在表3所列条件下，在暴露的阴极11上形成由碳构成的锥形电子发射部分15。掩模层16上不形成电子发射部分。之后，去除掩模层16，给出图3C所示电子发射部分15的结构。
表3

根据等离子体CVD条件(具体条件是加到支撑件10的偏压、等离子体密度、电子温度和离子电流密度)和作为底层的阴极11的表面条件，甚至可以在较低温(例如100℃)下，形成锥形电子发射部分15。合成条件可按构成电子发射部分的碳的结晶度变化的需要而变化。而且，为了提高电子发射性能，应去掉阴极11表面上的天然氧化层，所用的去氧化层方法是例如，在电子发射部分15形成前，用氢气H2或氨气NH3进行等离子体还原处理，在Ar气或He气中进行溅射处理，或者，用例如氢氟酸之类的酸或碱进行清洗处理。这也可以用于下述的各种方法。
之后，组装显示器，具体说，例如，在隔离件25放在阴极板CP上之后，设置阳极板AP和阴极板CP，使阳极23与场致发射器件相互面对，阳极板AP和阴极板CP(更具体说是衬底20和支撑件10)经框架24在它们的周边部分相互粘接在一起。在上述粘接过程中，熔融玻璃加到框架24与阳极板AP的粘接部分和框架24与阴极板CP的粘接部分。之后，阳极板AP、阴极板CP和框架24连接在一起。熔融玻璃预煅烧或预烧结，使其干燥，之后在大约450℃经10至30分钟的完全煅烧或烧结。之后，经通孔(未示出)和末端管(未示出)对阳极板AP、阴极板CP、框架24和粘接层(未示出)包围的空间抽真空，当空间里的压力达到约10-4pa时，热熔末端管使其密封。按上述方式能使阳极板AP、阴极板CP和框架24包围的空间形成真空。之后，用引线连接外部电路，制成显示器。
具有上述结构的显示器中，场致发射器件的电子发射部分用具有低功函数的在阴极11上形成的锥形碳构成，它的处理不需要常规Spindt型场致发射器件需要的复杂的工艺或先进的处理技术。而且，不需要腐蚀碳。因此，当显示器的有效区增大和形成的电子发射部分的数量大大增加时，可使有效区的整个区域上的电子发射效率一致，能制成具有高图像质量、不发生或很少发生亮度不均匀的显示器。当通过扫描电子显微镜观察电子发射部分15的形状时，它的顶端具有约14nm的曲率半径，电子发射部分的高度H与其底部的直径R之比H/R为3至7，并且电子发射部分的底部的直径R平均是72nm。
在这样制成的显示器中，将加速电压加到阳极23，以便经计算可确定加到电子发射部分15的电场E(单位V/μm)，将0V电压加给阴极11，由此来测量发射的电子电流I(单位×10-4A/μm)。图5给出了结果。如图5所示，当电场E＝4V/μm时，得到足够大的发射电子电流I。对于普通的Spindt型场致发射器件而言，要得到这样大的发射电子电流I，要求电场为103V/μm。
以下将参见图4A至4D说明图1所示显示器中的阳极板AP的制备方法的一个实例。首先，制备发光晶体颗粒组分。为此，例如，在纯水中分散分散剂，并且用转速为3000rpm的均匀混合器搅拌混合物1分钟。之后，发光晶体颗粒倒入分散剂和纯水的分散液中，用转速为5000rpm的均匀混合器搅拌混合物5分钟。之后，加入聚乙烯醇和重铬酸铵，并且对得到的混合物进行充分搅拌和过滤。
在阳极板AP的制备中，在例如玻璃制成的衬底20的整个表面上形成(施加)光敏涂层40。之后，在衬底20上形成的光敏涂层40经光源(未示出)发射并穿过掩模43中形成的开口44的光而曝光，形成曝光区41(见图4A)。随后，经显影，选择性地去除光敏涂层40，保留衬底20上剩余的光敏涂层部分(经曝光和显影后的光敏涂层)42，见图4B。之后，整个表面上加碳剂(碳稀浆)，经干燥和煅烧或烧结，之后，用剥离(lift-off)法去掉剩余的光敏涂层部分42和其上的碳剂，由此，在暴露的衬底20上形成碳剂构成的黑色矩阵22，同时，去除剩余的光敏涂层部分42，见图4C。之后，在暴露的衬底20上形成红、绿和蓝荧光层21，见图4D。具体说，使用发光晶体颗粒(荧光颗粒)制备的发光晶体颗粒组分。例如，在整个表面上加红色光敏发光晶体颗粒组分(荧光材料稀浆)，随后曝光和显影。之后，在整个表面上加绿色光敏发光晶体颗粒组分(荧光材料稀浆)，随后曝光和显影。另外，在整个表面上加蓝色光敏发光晶体颗粒组分(荧光材料稀浆)，随后曝光和显影。之后，用溅射法，在荧光层21和黑色矩阵22上形成约0.07μm厚的铝(Al)薄膜构成的阳极23。或者，也可用丝网印刷法等形成每个荧光层21。
由条形阴极、在阴极上形成的电子发射部分和设置在阳极板的有效区中面对电子发射部分的荧光层构成各个象素。在这种情况下，阳极也是条形。条形阴极的投影图像和条形阳极的投影图像相互成直角交叉。从位于阳极投影图像和阴极投影图像重叠区中的电子发射部分发射电子。用所谓的简单矩阵法驱动这样构成的显示器。即，阴极加相对负电压，阳极加相对正电压。结果，从选择的阴极列和选择的阳极行(或者，选择的阴极行和选择的阳极列)的阳极/阴极重叠区中的电子发射部分，选择性地发射电子进入真空空间，电子被引向阳极并与构成阳极板的荧光层碰撞，激励荧光层发光。
为制成具有上述结构的场致发射器件，如下所述，可在支撑件10上形成不是矩形而是条形的阴极11。在[步骤-100]中，例如用溅射法，在例如玻璃衬底制成的支撑件10上形成构成阴极用的Ni制成的导电层，之后，用公知的平版印刷法和RIE法对Ni导电层构图。
例2例2涉及按第1结构的场致发射器件和按第1结构的显示器，它还涉及按第1结构A的制造方法。
图9是例2中的显示器的局部端视图，图6C和图8是场致发射器件的局部剖视图，图7是场致发射器件中分隔壁、阴极和栅极的布局图。尽管图9画出了开口部分114A的底部中暴露的一个电子发射部分15，但在实际实施例中具有许多暴露的电子发射部分15。
在例2中，如图6C的局部剖视图所示，场致发射器件还具有带开口部分114A的栅极113，电子发射部分15选择性地形成在阴极11的位于开口部分114A底部中的那部分上。条形分隔壁(棱)12A支撑栅极113。除上述几点外，例2中的电子发射器件、场致发射器件和显示器与例1中的这些器件相同，因此不再详述。
例2中的场致发射器件的制造方法和显示器的制造方法是按本发明第1结构A的制造方法，以下将参见图6A至6C说明。例2中的场致发射器件用下列步骤制造在支撑件10上形成阴极11；在阴极11的表面上选择性地形成碳构成的锥形电子发射部分15；和在电子发射部分15上形成具有开口部分114A的栅极113。
首先，例如用喷砂法在支撑件10上形成构成栅极支撑的条形分隔壁12A。
之后，用旋涂法在整个表面上形成抗蚀剂材料层，并且去除分隔壁12A和12A之间的其上要形成阴极的区域的抗蚀剂材料层。之后，用与例1中[步骤-100]相同的方式在整个表面上形成用于阴极的Ni构成的导电层。之后，去除抗蚀剂材料层，也去掉抗蚀剂材料层上形成的用于构成阴极的导电层，而在分隔壁12A之间留下与分隔壁12A平行延伸的条形阴极11，见图6A。分隔壁12A之间的间隔称作第2开口部分114B。
之后，在整个表面上形成抗蚀剂材料制成的掩模层16，用光刻法在掩模层16中形成孔部分16A。大致是矩形的开口部分16A位于阴极11的其上要形成电子发射部分的区域中。之后，实施与[步骤-120]相同的步骤，见图6B。在阴极11上形成许多电子发射部分15。
制备图7或10A至10D的局部平面图中所示的具有开口部分114A的条形材料层(金属箔)113A。而且，在以下状态下，即条形材料层113A延伸使得它与分隔壁12A的顶表面接触并且开口部分114A位于电子发射部分15上，条形材料层113A用热固性粘接材料，如环氧粘接材料固定到分隔壁12A的顶表面(见图6C)，由此，栅极113能形成在电子发射部分15上。或者，如图8中的支撑件10的端部附近的局部剖视图所示，可用这样的结构，其中条形材料层113A的两端固定到支撑件10的附近。更具体地说，例如，在支撑件10的周边部分预先形成伸出部分116，在伸出部分116的顶表面上预先形成由与条形材料层113A的材料相同的材料构成的薄层117。而且，在条形材料层113A延伸的状态下，将其用激光焊到薄层117，由此，可在电子发射部分15上形成具有开口部分114A的栅极113。伸出部分116可以例如与分隔壁12A同时形成。上述条形材料层113A如此固定，使得条形材料层113A的投影图像和阴极11的投影图像相互成直角交叉。
之后，进行与例1中[步骤-130]相同的步骤，以制成显示器。当设栅极时，通常用框架24把阴极板CP和阳极板AP之间的距离调节到约1mm。
在例2的显示器中，由阴极控制电路30给阴极11加相对负电压，由栅极控制电路31给栅极113加相对正电压，由阳极控制电路32给阳极23加其电平比加到栅极113的正电压高很多的正电压。当该显示器用于显示时，例如，由阴极控制电路30给阴极11输入扫描信号，由栅极控制电路31给栅极113输入视频信号。用加到阴极11的电压控制显示器的亮度。通过在阴极11和栅极113之间加电压所产生的电场下，根据量子隧道效应，由电子发射部分15发射电子，电子被引向阳极23与荧光层21碰撞。结果，荧光层21发光，得到所需的图像。
例3例3涉及按第2结构的场致发射器件和按第2结构的显示器，它还涉及按本发明第1结构B的制造方法。
在例3中，如图12的局部端视图所示，绝缘层12形成在支撑件10和阴极11上，栅极13形成在绝缘层12上，绝缘层12中形成与栅极13中形成的第1开口部分14A连通的第2开口部分14B，电子发射部分15暴露在第2开口部分14B的底部中。除上述几点外，例3中的电子发射器件、场致发射器件和显示器与例1中的这些器件的结构相同，所以不再详述。图13画出例3中显示器的局部端视图，图14是显示器的分解透视图。尽管图13画出第2开口部分14B的底部中暴露的一个电子发射部分15，但在实际实施例中会暴露许多电子发射部分15。
以下参见图11A至11C和12说明按本发明第1结构B的制造方法，即例3中的场致发射器件的制造方法和显示器的制造方法。例3中的场致发射器件用以下步骤制造在支撑件10上形成阴极11；在支撑件10和阴极11上形成绝缘层12；在绝缘层12上形成具有第1开口部分14A的栅极13；在绝缘层12中形成与栅极13中形成的第1开口部分14A连通的第2开口部分14B，和在阴极11的位于第2开口部分12底部中的表面上选择性地形成碳构成的锥形电子发射部分15。
按与例1中[步骤-100]相同的方式，在支撑件10上形成Ni构成的条形阴极11。条形阴极11在附图的纸面上左右延伸。
之后，用TEOS(四乙基硅酸盐)CVD法，在支撑件10和阴极11上形成SiO2构成的3μm厚的绝缘层12，见图11A。

之后，在绝缘层12上形成具有第1开口部分14A的栅极13。具体说，例如，用溅射法在整个表面上形成Al层，并用光刻和干腐蚀法给Al层构图，由此形成Al构成的条形栅极13。上述栅极13具有这样形成的图形，使得栅极13的投影图像与阴极11的投影图像相互垂直交叉。
之后，整个表面上形成抗蚀剂材料层，在抗蚀剂材料层中要形成第1开口部分14A的部分中形成孔部分。而且，用抗蚀剂材料层作腐蚀掩模来干腐蚀栅极13，以在栅极13中形成第1开口部分14A。而且，在位于第1开口部分14A下面的绝缘层12中形成第2开口部分14B，之后，去除抗蚀剂材料层，见图11B。
之后，在整个表面上形成抗蚀剂材料制成的掩模层16，在掩模层16中位于第2开口部分14B底部暴露的阴极11中心部分的那个部分中，按与例1中[步骤-110]相同方式用光刻法形成孔部分16A，见图11C。
通过实施与例1中[步骤120]相同的步骤，在位于第2开口部分14B底部中的阴极11的表面上形成碳制成的锥形电子发射部分15，之后，去除掩模层16，由此可以获得图12中所示的结构。之后，进行与例1中[步骤-130]相同的步骤，制成显示器。
例4例4涉及按第2结构的场致发射器件和按第2结构的显示器，它还涉及按本发明第1结构C的制造方法。例4中的场致发射器件与例3所述场致发射器件结构相同，所以不再详述。
以下参见图15A至15C说明例4中的按本发明第1结构C的场致发射器件和显示器的制造方法。例4中的场致发射器件用以下步骤制造在支撑件10上形成阴极11，在阴极11的表面上选择性地形成碳构成的锥形电子发射部分15；在支撑件10上和电子发射部分15上(而且还在阴极11上)形成绝缘层12；在绝缘层12上形成具有第1开口部分14A的栅极13，和在绝缘层12中形成与栅极13中形成的第1开口部分14A连通的第2开口部分14B，在第2开口部分14B的底部中暴露电子发射部分15。
按与例1中[步骤-100]相同的方式在支撑件10上形成Ni构成的阴极11，之后，按与例1中[步骤-110]和[步骤-120]相同的方式，选择性地形成电子发射部分15，见图15A。
例如用TEOS CVD法，在整个表面上(具体说是在支撑件10、阴极11和电子发射部分15上)形成3μm厚的SiO2绝缘层12，见图15B。
之后，在绝缘层12上形成具有第1开口部分14A的栅极13。具体说，例如，用溅射法在整个表面上形成Al层，并用光刻和干腐蚀法给Al层构图，由此形成Al构成的条形栅极13。上述栅极13具有这样的图形，使得栅极13的投影图像与阴极11的投影图像相互垂直交叉。
之后，在整个表面上形成抗蚀剂材料层，在抗蚀剂材料层中在要形成第1开口部分14A的部分中形成孔部分。用上述抗蚀剂材料层作腐蚀掩模来干腐蚀栅极13，以在栅极13中形成第1开口部分14A，进一步，在位于第1开口部分14A下面的绝缘层12中形成第2开口部分14B，由此，在第2开口部分14B的底部中暴露电子发射部分15。之后，去掉抗蚀剂材料层，以制成图15C所示的场致发射器件。
进行与例1中[步骤-130]相同的步骤，制成显示器。
例5例5是例1的变化形式，它涉及按本发明第2方案的制造方法。
在例5中，如图16D的局部端视图所示，在导电层或阴极11与电子发射部分15之间，选择性地形成金属薄层(具体说是例5中的Ni薄层)构成的电子发射部分形成层50。例5中的电子发射器件、场致发射器件和显示器与例1中的这些器件的结构相同，所以不再详述。
在例5中，用Al作为构成导电层或阴极11的材料，用Ni作为构成电子发射部分形成层50的材料。
以下参见图16A至16D说明例5中的场致发射器件的制造方法和显示器的制造方法。例5中的场致发射器件用以下步骤制造在支撑件10上形成阴极11；在阴极11上形成电子发射部分形成层50，和在电子发射部分形成层50上形成碳制成的锥形电子发射部分15。
首先，在例如玻璃衬底制成的支撑件10上形成构成阴极用的导电层。之后，用平版印刷和反应离子腐蚀法给导电层构图，以在支撑件10上形成大致是矩形的阴极11和布线11A(未示出)，见图16A。阴极11和布线11A是例如用溅射法形成的厚0.2μm的Al层。
之后，在整个表面上形成抗蚀剂材料制成的掩模层16，用光刻法在掩模层16中形成孔部分16A，见图16B。孔部分16A位于大致矩形的阴极11的中心部分。
之后，在与例1中[步骤100]所示条件相同的条件下，在整个表面上形成Ni层，之后，用剥离法去掉掩模层16，由此在阴极11表面上要求的部分中形成电子发射部分形成层50，如图16C所示。
之后，按与例1中[步骤-120]相同的方式，在电子发射部分形成层50上形成碳构成的锥形电子发射部分15，如图16D所示。暴露的Al制成的阴极11上不形成电子发射部分。
根据等离子体CVD条件(具体是，加给支撑件10的偏压、等离子体密度、电子温度和离子流强度)和底层电子发射部分形成层50的表面条件，甚至能在例如100℃的低温下形成锥形电子发射部分15。合成条件可按构成电子发射部分的碳的结晶度变化的要求而改变。而且，为了提高电子发射性能，可去掉电子发射部分形成层50表面上的天然氧化层，所用的方法例如，在电子发射部分15形成前，用氢气H2或氨气NH3的等离子体还原处理，在Ar气或He气中进行溅射处理，或用例如氢氟酸之类的酸或碱进行清洗处理。这也能用于下述的各种方法。

之后，按与例1中[步骤-130]相同的方式制成显示器。
具有上述结构的显示器中，具有低功函数的锥形碳构成电子发射部分形成层50上形成的场致发射器件的电子发射部分，它的处理工艺不需要常规Spindt型场致发射器件需要的任何复杂的或先进的处理技术。而且，电子发射部分15选择性地形成在电子发射部分形成层50上，不要求腐蚀碳。因此，当显示器的有效区增大时和形成的电子发射部分的数量大大增加时，能使有效区的整个区域上的电子发射部分的电子发射效率一致，因而能制成高质量图像而没有或很少发生亮度不均匀的显示器。
具有条形阴极和条形阳极的结构的例1变化形式能用于例5。
例6例6是例2的变化形式，它涉及按第3结构的场致发射器件和按第3结构的显示器，它还涉及按本发明第2结构D的制造方法。
如图17A中场致发射器件的局部剖视图所示，场致发射器件具有带开口部分114A的栅极113、在阴极11的位于开口部分114A底部中的那部分表面上形成的电子发射部分形成层50和在电子发射部分形成层50上形成的电子发射部分15。用条形分隔壁(棱)12A支撑栅极113。例6中的电子发射器件、场致发射器件和显示器与例2中的这些器件的结构相同，所以不再详述。
以下将说明按本发明第2结构D的例6的场致发射器件的制造方法和显示器的制造方法。例6中的场致发射器件能用以下步骤制造在支撑件10上形成阴极11；在阴极11上形成电子发射部分形成层50；在电子发射部分形成层50上形成碳构成的锥形电子发射部分15；和在电子发射部分15上形成具有开口部分114A的栅极113。
例如用喷沙方法，在支撑件10上形成用于构成栅极支撑的分隔壁12A。
之后，在支撑件10上形成阴极11、电子发射部分形成层50和电子发射部分15。具体说，用旋涂法在整个表面上形成抗蚀剂材料层，去掉分隔壁12A和12A之间的其上要形成阴极的区域的抗蚀剂材料层。之后，用与例5中[步骤-500]相同的方式，用溅射法，在整个表面上形成阴极用的Al构成的导电层，之后，去除抗蚀剂材料层，由此也去除抗蚀剂材料层上形成的用于阴极的导电层，以留下分隔壁12A和12A之间的条形阴极11，阴极11与分隔壁12A平行延伸。
之后，按与例5中[步骤-510]至[步骤-530]相同的方式，在阴极11上选择性地形成电子发射部分形成层50，之后，电子发射部分形成层50上形成碳构成的锥形电子发射部分15。之后，进行与例2中[步骤-230]相同的步骤，制成场致发射器件，并且进行与例2中[步骤-240]相同的步骤，制成显示器。
例7例7是例3的变化形式，它涉及按本发明第4结构的场致发射器件和按本发明第4结构的显示器，还涉及按本发明第2结构C的制造方法。
在例7中，如图17B的局部端视图所示，在支撑件10和阴极11上形成绝缘层12，在绝缘层12上形成栅极13，在绝缘层12中形成与栅极13中形成的第1开口部分14A连通的第2开口部分14B，电子发射部分15暴露在第2开口部分14B的底部中。在阴极11的位于第2开口部分14B底部中的那部分表面上形成电子发射部分形成层50，并且在电子发射部分形成层50上形成电子发射部分15。例7中的电子发射器件、场致发射器件和显示器与例3中的这些器件的结构相同，因此不再详述。
以下将说明按本发明第2结构C的例7的场致发射器件的制造方法和显示器的制造方法。例7中的场致发射器件用以下步骤制造在支撑件10上形成阴极11；在阴极11和支撑件10上形成绝缘层12；在绝缘层12上形成具有第1开口部分14A的栅极13；在绝缘层12中形成与栅极13中形成的第1开口部分14A连通的第2开口部分14B；在位于第2开口部分14B底部中的阴极11上形成电子发射部分形成层50；和在电子发射部分形成层50上形成碳构成的锥形电子发射部分15。
首先，在支撑件10上形成阴极11。具体说，按与例5中[步骤-500]相同的方式在支撑件10上形成Al构成的条形阴极11。之后，在支撑件10和阴极11上形成绝缘层12，之后，在绝缘层12上形成具有第1开口部分14A的栅极13。之后，在绝缘层12中形成与栅极13中形成的第1开口部分14A连通的第2开口部分14B。具体说，进行与例3中[步骤-310]至[步骤-330]相同的步骤。
之后，在阴极11上选择性地形成电子发射部分形成层50。在例7中，在位于第2开口部分14B底部中的阴极11上选择性地形成电子发射部分形成层50。具体说，按例3中[步骤-340]相同的方式，在整个表面上形成抗蚀剂材料构成的掩模层，并且用光刻法，在掩模层16的、位于第2开口部分14B底部中暴露的阴极11中心部分的那部分中形成孔部分。之后，在与例1中[步骤-100]所示的相同条件下，在整个表面上形成Ni层，并去掉掩模层。
之后，进行与例1中[步骤-120]相同的步骤，以在位于第2开口部分14B底部中的电子发射部分形成层50上选择性地形成碳构成的锥形电子发射部分15。之后，进行与例1中[步骤-130]相同的步骤，制成显示器。为了形成电子发射部分15，采用等离子体CVD条件就足够了，在该条件下在栅极13上不形成电子发射部分15。
例8例8是例6的一个变化形式，它涉及按第3结构的场致发射器件和按第3结构的显示器，还涉及按本发明第2结构A的制造方法。即，例8中的场致发射器件用以下步骤制造在支撑件10上形成阴极11；在阴极11上形成电子发射部分形成层50；在电子发射部分形成层50上形成具有开口部分114A的栅极113；和在开口部分114A下面的电子发射部分形成层50上形成碳构成的锥形电子发射部分15。
以下将说明例8中的场致发射器件的制造方法和显示器的制造方法。
首先，用与例6中[步骤-600]相同的方式，例如用喷砂法，在支撑件10上形成用于构成栅极支撑的分隔壁12A。
之后，在支撑件10上形成阴极11和电子发射部分形成层50。具体说，用旋涂法在整个表面上形成抗蚀剂材料层，去掉分隔壁12A与12A之间的区域中的抗蚀剂材料层。阴极要形成在分隔壁12A与12A之间的区域中。按与例5中[步骤-500]相同的方式，用溅射法，在整个表面上形成用于阴极的Al构成的导电层，之后，去掉抗蚀剂材料层，由此去除抗蚀剂材料层上用于阴极的导电层，留下分隔壁12A和12A之间的阴极11。阴极11与分隔壁12A平行延伸。
之后，用旋涂法在整个表面上形成抗蚀剂材料制成的掩模层，并且去除分隔壁12A和12A之间的区域中的阴极11上的掩模层。该区域是要形成电子发射部分形成层50的区域。之后，按与例1中[步骤-100]相同的方式，在整个表面上形成Ni层，之后，去除掩模层，由此，去除掩模层上形成的镍(Ni)层，并且选择性地保留分隔壁12A和12A之间的阴极11上形成的Ni层构成的电子发射部分形成层50。
之后，进行与例2中[步骤-230]相同的步骤，在电子发射部分形成层50上形成具有开口部分114A的栅极113。
之后，进行与例1中[步骤-120]相同的步骤，在开口部分114A下面的电子发射部分形成层50上选择性地形成碳构成的锥形电子发射部分15，由此制成如图17A所示的场致发射器件。之后，进行与例1中[步骤-130]同样的步骤，制成显示器例9例9是例7的一个变化形式，它涉及按本发明第4结构的场致发射器件和按本发明第4结构的显示器，它还涉及按本发明第2结构B的制造方法。即，例9中的场致发射器件用以下步骤制造在支撑件10上形成阴极11；在阴极11上形成电子发射部分形成层50；在支撑件10和电子发射部分形成层50上(还在阴极11上)形成绝缘层12；在绝缘层12上形成具有第1开口部分14A的栅极13；
在绝缘层12中形成与栅极13中形成的第1开口部分14A连通的第2开口部分14B；和在位于第2开口部分14B底部中的电子发射部分形成层50上形成碳构成的锥形电子发射部分15。
以下将参见图18A至18C说明例9中的场致发射器件的制造方法和显示器的制造方法。
首先，按与例5中[步骤-500]相同的方式，在支撑件10上形成Al层，之后在与例1中[步骤-100]相同的条件下，用溅射法在Al层上形成Ni层。之后，对Ni层和Al层构图，由此获得在其上形成的阴极11和电子发射部分形成层50。上述阴极11和电子发射部分形成层50按附图纸面的左右方向延伸。
之后，例如用TEOS CVD法，在支撑件10和电子发射部分形成层50上形成3μm厚的SiO2构成的绝缘层12(见图18A)。
之后，按与例3中[步骤-320]相同的方式，在绝缘层12上形成具有第1开口部分14A的栅极13，并且按与[步骤-330]相同的方式，在绝缘层12中形成与栅极13中形成的第1开口部分14A连通的第2开口部分14B。栅极13具有这样的图形，使得栅极13的投影图像与阴极11的投影图像相互垂直交叉。
之后，进行与例1中[步骤-120]相同的步骤，在位于第2开口部分14B底部中的电子发射部分形成层50上形成碳构成的锥形电子发射部分15。之后，进行与例1中[步骤-130]相同的步骤，制成显示器。为了形成电子发射部分15，利用等离子体CVD条件就足够了，在这种条件下在栅极13上不形成电子发射部分15。
例10例10也是例7的一个变化形式，它涉及按第4结构的场致发射器件和按第4结构的显示器，它还涉及按本发明第2结构E的制造方法，即，例10中的场致发射器件用以下步骤制造在支撑件10上形成阴极11；
在阴极11上形成电子发射部分形成层50；在电子发射部分形成层50上选择性地形成碳构成的锥形电子发射部分15；在支撑件10和电子发射部分15上(而且还在电子发射部分形成层50上)形成绝缘层12；在绝缘层12上形成具有第1开口部分14A的栅极13；和在绝缘层12中形成与栅极13中形成的第1开口部分14A连通的第2开口部分14B，在它的底部中暴露电子发射部分15。
以下将参见图19A和19B说明例10中场致发射器件的制造方法和显示器的制造方法。
首先，按与例5中[步骤-500]相同的方式，在支撑件10上形成Al层，在与例1中[步骤-100]相同的条件下，用溅射法在Al层上形成Ni层。之后，对Ni层和Al层构图，制成阴极11，和在其上形成的电子发射部分形成层50。上述阴极11和电子发射部分形成层50按附图纸面的左右方向延伸。
之后，进行与例1中[步骤-110]和[步骤-120]相同的步骤，在电子发射部分形成层50上选择性地形成碳构成的锥形电子发射部分15。
之后，例如用TEOS CVD法，在整个表面上(具体说，在支撑件10、电子发射部分15上以及暴露的电子发射部分形成层50上)形成3μm厚的SiO2构成的绝缘层12(见图19A)。
之后，按与例3中[步骤-320]同样的方式，在绝缘层12上形成具有第1开口部分14A的栅极13，按与例3中[步骤-330]同样的方式，在绝缘层12中形成与栅极13中形成的第1开口部分14A连通的第2开口部分14B，由此在第2开口部分14B的底部中暴露电子发射部分15(见图19B)。
之后，进行与例1中[步骤-130]相同的步骤，制成显示器。
尽管本发明已参照上述的实例作了说明，但本发明不限于这些实例。电子发射器件、冷阴极场致发射器件和冷阴极场致发射显示器的具体结构、它们的制造条件和所用的材料均是为了举例说明而给出的，它们均可按需要改变。在这些实例中，用溅射法形成的Ni层用作阴极或用作电子发射部分形成层。但是，阴极或电子发射部分形成层不限于使用Ni层，只要是能在形成(合成)电子发射部分所用的气氛中具有催化活性，任何金属均可以使用。而且，可用物理汽相淀积法(如电子束加热法或真空汽相淀积法)或镀覆法(如用锌(Zn)镀覆溶液或锡(Sn)镀覆溶液的镀覆法)来代替溅射法。当用镀覆法时，通过把栅极连接到阳极一侧，可防止在栅极上形成电子发射部分形成层。为了形成碳构成的电子发射部分，可用电感耦合等离子体CVD法，电子回旋共振等离子体CVD法，或电容耦合等离子体CVD法代替螺旋波CVD法，。
本发明的冷阴极场致发射器件可具有这样的结构在栅极13和绝缘层12上还形成第2绝缘层60，并且在第2绝缘层60上形成聚焦电极61。图20画出了这样构成的场致发射器件的局部端视图。第2绝缘层60具有与第1开口部分14A连通的第3开口部分62。聚焦电极61可按以下方法形成。例如，在绝缘层12上形成条形栅极13，之后，形成第2绝缘层60，随后在第2绝缘层60上形成构图的聚焦电极61，在聚焦电极61和第2绝缘层60中形成第3开口部分62，而且，在栅极13中形成第1开口部分14A。
本发明的电子发射器件能用于通常称为表面传导型电子发射器件的器件。上述的表面传导型电子发射器件包括例如玻璃制成的支撑件和在支撑件上形成的电极对。电极用导电材料构成，例如氧化锡SnO2，Au，氧化铟In2O3/SnO2，C，氧化钯PdO等。按预定间隔(或间隙)设置面积很小的电极对。按矩阵形式形成电极对。表面传导型电子发射器件具有这样的结构行方向的布线连接到每对电极中的一个电极，列方向的布线连接到每对电极中的另一个电极。在上述表面传导型电子发射器件中，在每对电极(对应导电层)的表面上形成电子发射部分形成层，并且在电子发射部分形成层上形成碳构成的锥形电子发射部分。当电压加到电极对上时，在经间隙彼此面对的电子发射部分上产生电场，并且从电子发射部分发射电子。这种电子被引向阳极板而与阳极板上的荧光层碰撞，激励荧光层发光，产生要求的图像。
本发明采用碳构成的锥形电子发射部分，所以，能在极低的电场下发射电子，并且能获得很高的电子发射效率。在本发明中，还能选择性地形成电子发射部分，因此，完全不用构图，就能得到具有规定形式的电子发射部分。而且能在低温下形成电子发射部分，所以能毫无问题地使用例如玻璃衬底构成的支撑件。而且，不用任何高精度的半导体制造工艺就能制成亚微米级或更精细的电子发射部分，与常规的电子发射部分制造工艺相比，制造工艺步骤的数量被减少。另外，能制成低功耗的冷阴极场致发射显示器，能制成大屏幕的图像质量高且亮度分布均匀的冷阴极场致发射显示器。
权利要求
1.一种电子发射器件，它具有在一个导电层上由碳构成的锥形电子发射部分。
2.按权利要求1的电子发射器件，其特征在于，一个电子发射部分形成层形成在导电层与电子发射部分之间。
3.按权利要求1的电子发射器件，其特征在于，H/(S/π)1/2的值是3至7，其中S是锥形电子发射部分的底表面的面积，H是它的高度。
4.一种冷阴极场致发射器件，包括(A)在支撑件上形成的阴极；和(B)在阴极上形成的碳构成的锥形电子发射部分。
5.按权利要求4的冷阴极场致发射器件，其特征在于，还设有一个具有开口部分的栅极，并且电子发射部分形成在阴极的位于开口部分底部中的那个部分上。
6.按权利要求4的冷阴极场致发射器件，其特征在于，在支撑件和阴极上形成一个绝缘层，在绝缘层上形成一个栅极，在绝缘层中形成与栅极中形成的一个开口部分连通的第2开口部分，电子发射部分暴露在该第2开口部分的底部中。
7.按权利要求4的冷阴极场致发射器件，其特征在于，电子发射部分形成层形成在阴极与电子发射部分之间。
8.按权利要求7的冷阴极场致发射器件，其特征在于，还设有一个具有开口部分的栅极，电子发射部分形成层至少形成在阴极的位于开口部分底部中的那个部分的表面上，并且电子发射部分形成在电子发射部分形成层上。
9.按权利要求7的冷阴极场致发射器件，其特征在于，在支撑件和阴极上形成一个绝缘层，在绝缘层上形成一个栅极，在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，电子发射部分暴露在该第2开口部分的底部中。
10.按权利要求7的冷阴极场致发射器件，其特征在于，电子发射部分形成层用金属薄层形成。
11.按权利要求10的冷阴极场致发射器件，其特征在于，金属薄层用选自以下材料组中的至少一种金属制成Ni，Mo，Ti，Cr，Co，W，Zr，Ta，Fe，Cu，Pt，Zn，Ca，Ge，Sn，Pb，Bi，Ag，Au，In，Tl。
12.按权利要求4的冷阴极场致发射器件，其特征在于，H/(S/π)1/2的值是3至7，其中S是锥形电子发射部分的底表面的面积，H是它的高度。
13.一种冷阴极场致发射器件的制造方法，包括以下步骤(b)在一个支撑件上形成一个阴极，和(b)在阴极表面上选择性地形成碳构成的锥形电子发射部分。
14.按权利要求13的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤(b)之后，在电子发射部分上形成具有开口部分的栅极。
15.按权利要求13的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在步骤(a)和(b)之间该方法还包括以下步骤在支撑件和阴极上形成绝缘层；在绝缘层上形成具有开口部分的栅极；和在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，其中，在步骤(b)中，在位于第2开口部分底部中的阴极上形成碳构成的锥形电子发射部分。
16.按权利要求13的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤(b)之后包括以下步骤在支撑件和电子发射部分上形成绝缘层；在绝缘层上形成具有开口部分的栅极；和在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，并且电子发射部分暴露在该第2开口部分的底部中。
17.按权利要求13的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在给支撑件加偏压的状态下，在满足等离子体密度至少是1016m-3的条件下，根据等离子体化学汽相淀积法实施形成由碳构成的锥形电子发射部分的步骤。
18.按权利要求17的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，等离子体CVD法选自电感耦合等离子体CVD法、电子回旋共振等离子体CVD法、螺旋波等离子体CVD法或电容耦合等离子体CVD法。
19.按权利要求17的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在形成由碳构成的锥形电子发射部分的步骤中，支撑件加热温度设定在500℃或更低。
20.按权利要求13的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在给支撑件加偏压的状态下，在满足电子温度为1至15ev、离子流密度为0.1mA/cm2至30mA/cm2的条件下，根据等离子体CVD法，实施形成由碳构成的锥形电子发射部分的步骤。
21.按权利要求20的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，等离子体CVD法选自电感耦合等离子体CVD法、电子回旋共振等离子体CVD法、螺旋波等离子体CVD法或电容耦合等离子体CVD法。
22.按权利要求20的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在形成由碳构成的锥形电子发射部分的步骤中，支撑件的加热温度设定在500℃或更低。
23.一种冷阴极场致发射器件的制造方法，包括以下步骤(a)在支撑件形成阴极；(b)在阴极上形成电子发射部分形成层；和(c)在电子发射部分形成层上形成碳构成的锥形电子发射部分。
24.按权利要求23的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在步骤(b)和(c)之间，该方法还包括在电子发射部分形成层上形成具有开口部分的栅极的步骤，其中，在步骤(c)中，在开口部分下面的电子发射部分形成层上形成碳构成的锥形电子发射部分。
25.按权利要求23的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤(b)和(c)之间该方法还包括以下步骤在支撑件和电子发射部分形成层上形成绝缘层；在绝缘层上形成具有开口部分的栅极；和在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，其中，在步骤(c)中，在位于第2开口部分底部中的电子发射部分形成层上形成碳构成的锥形电子发射部分。
26.按权利要求23的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在所述步骤(a)和(b)之间该方法还包括以下步骤在支撑件和阴极上形成绝缘层，在绝缘层上形成具有开口部分的栅极；和在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，其中，在步骤(b)中，在位于第2开口部分底部中的阴极上形成电子发射部分形成层。
27.按权利要求23的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在步骤(c)之后是在电子发射部分上形成具有开口的栅极的步骤。
28.按权利要求23的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在步骤(c)之后包括以下步骤在支撑件和电子发射部分上形成绝缘层；在绝缘层上形成具有开口部分的栅极；和在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，电子发射部分暴露在该第2开口部分的底部中。
29.按权利要求23的冷阴极场致发射器件的制造方法，在给支撑件加偏压的状态下，在满足等离子体密度至少为1016m-3的条件下，根据等离子体CVD法，实施形成由碳构成的锥形电子发射部分的步骤。
30.按权利要求29的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，等离子体CVD法选自电感耦合等离子体CVD法、电子回旋共振等离子体CVD法、螺旋波等离子体CVD法或电容耦合等离子体CVD法。
31.按权利要求29的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在形成由碳构成的锥形电子发射部分的步骤中，支撑件的加热温度设定在500℃或更低。
32.按权利要求23的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在给支撑件加偏压的状态下，在满足电子温度为1至15ev、离子流密度为0.1mA/cm2至30mA/cm2的条件下，根据等离子体CVD法，实施形成由碳构成的锥形电子发射部分的步骤。
33.按权利要求32的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，等离子体CVD法选自电感耦合等离子体CVD法、电子回旋共振等离子体CVD法、螺旋波等离子体CVD法或电容耦合等离子体CVD法。
34.按权利要求32的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在形成由碳制成的锥形电子发射部分的步骤中，支撑件的加热温度设定在500℃或更低。
35.按权利要求23的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，电子发射部分形成层用金属薄层构成。
36.按权利要求35的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，用物理汽相淀积法或镀覆法形成电子发射部分形成层。
37.按权利要求35的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，金属薄层是由选自下列材料组中的至少一种金属构成的Ni，Mo，Ti，Cr，Co，W，Zr，Ta，Fe，Cu，Pt，Zn，Ca，Ge，Sn，Pb，Bi，Ag，Au，In，Tl。
38.按权利要求23的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，在形成电子发射部分形成层后，去除电子发射部分形成层表面上的氧化物。
39.按权利要求38的冷阴极场致发射器件的制造方法，其特征在于，用等离子体还原处理或清洗处理去除氧化物。
40.一种冷阴极场致发射显示器，包括多个象素，每个象素由在支撑件上形成的冷阴极场致发射器件、阳极和荧光层构成，所述阳极和荧光层形成在衬底上，与冷阴极场致发射器件相对，所述冷阴极场致发射器件包括(A)在支撑件上形成的阴极，和(B)在阴极上形成的碳构成的锥形电子发射部分。
41.按权利要求40的冷阴极场致发射显示器，其特征在于，冷阴极场致发射器件还具有一个有开口部分的栅极，并且电子发射部分形成在阴极的位于开口部分底部中的那个部分上。
42.按权利要求40的冷阴极场致发射显示器，其特征在于，在支撑件和阴极上形成绝缘层，在绝缘层上形成栅极，在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，并且电子发射部分暴露在该第2开口部分的底部中。
43.按权利要求40的冷阴极场致发射显示器，其特征在于，在阴极和电子发射部分之间形成电子发射部分形成层。
44.按权利要求43的冷阴极场致发射显示器，其特征在于，冷阴极场致发射器件还具有一个有开口部分的栅极，电子发射部分形成层至少形成在阴极的位于开口部分底部中的那个部分的表面上，并且电子发射部分形成在电子发射部分形成层上。
45.按权利要求43的冷阴极场致发射显示器，其特征在于，在支撑件和阴极上形成绝缘层，在绝缘层上形成栅极，在绝缘层中形成与栅极中形成的开口部分连通的第2开口部分，并且电子发射部分暴露在该第2开口部分的底部中。
46.按权利要求43的冷阴极场致发射显示器，其特征在于，电子发射部分形成层用金属薄层构成。
47.按权利要求46的冷阴极场致发射显示器，其特征在于，金属薄层用选自下列材料组中的至少一种金属构成Ni，Mo，Ti，Cr，Co，W，Zr，Ta，Fe，Cu，Pt，Zn，Ca，Ge，Sn，Pb，Bi，Ag，Au，In，Tl。
48.按权利要求40的冷阴极场致发射显示器，其特征在于，H/(S/π)1/2的值是3至7，其中S是锥形电子发射部分的底表面的面积，H是它的高度。
49.一种冷阴极场致发射显示器的制造方法，包括如此设置具有阳极和荧光层的衬底以及具有冷阴极场致发射器件的支撑件，使荧光层或阳极与冷阴极场致发射器件相对，并且将衬底和支撑件在其周边区粘接，其中，冷阴极场致发射器件用以下步骤形成(a)在支撑件上形成阴极，和(b)在阴极上选择性地形成碳构成的锥形电子发射部分。
50.一种冷阴极场致发射显示器的制造方法，包括如此设置具有阳极和荧光层的衬底以及具有冷阴极场致发射器件的支撑件，使荧光层或阳极与冷阴极场致发射器件相对，并且将衬底和支撑件在其周边区粘接，其中，冷阴极场致发射器件用以下步骤形成(a)在支撑件上形成阴极，(b)在阴极上形成电子发射部分形成层；和(c)在电子发射部分形成层上形成碳构成的锥形电子发射部分。
全文摘要
一种冷阴极场致发射器件,包括在支撑件上形成的阴极和在阴极上形成的碳构成的锥形电子发射部分。
文档编号H01J1/30GK1348197SQ0113790
公开日2002年5月8日 申请日期2001年8月30日 优先权日2000年8月31日
发明者井上浩司, 室山雅和, 八不贵郎 申请人:索尼公司