电子发射器件，电子发射装置，电子源，图像显示器件及信息显示/再现装置的制作方法

专利名称：电子发射器件，电子发射装置，电子源，图像显示器件及信息显示/再现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子发射器件，一种电子发射装置，一种使用该电子发射器件的电子源，以及一种使用该电子源的图像显示器件。本发明还涉及一种信息显示/再现装置，该装置接受电视广播的广播信号，并且显示及再现广播信号中包括的视频信息、字符信息和音频信息。
背景技术：
一种型号的电子发射装置使用场发射型号或表面传导型号的电子发射器件。如下面在专利文件1至3中进一步阐述的，有时会为表面传导电子发射器件而执行一个被称为“激活”过程的过程。该“激活”过程是一种用于在一对导电膜之间的间隙上，以及在间隙附近的导电膜上形成碳膜的过程。图21是显示在专利文件3中的电子发射器件的截面示意图。在图21中，排列在衬底1表面上的电子发射器件由在第一间隙(7)两侧互对的导电膜(4a和4b)和在第二间隙(8)两侧互对的碳膜(21a和21b)的组成。凹陷部分22可安排在衬底1表面位于第二间隙(8)和第一间隙(7)之间的部分。
通过在具有一个电子源的第一衬底和具有一个光发射膜的第二衬底中间维持一个真空空间，可获得一个图像显示装置。该电子源可以由位于第一衬底上纵横排列的多个电子发射器件组成。该光发射膜也可以由一个荧光体和一个例如导电膜的阳电极组成。
日本专利特开公布No.2000-251642[专利文件2]日本专利特开公布No.2000-251643[专利文件3]日本专利特开公布No.2000-231872

发明内容
为了近来的图像显示器件需要能够长时间更明亮地、更稳定地显示图像。因而，需要一种可以提供更高、更稳定的电子发射效率的电子发射器件。该电子发射效率是发射至真空的电流(下文中表述为发射电流Ie)和当在此施加电压时穿过一对导电膜的电流(下文中表述为器件电流If)的比率。即，对电子发射器件而言，器件电流If越小越好，发射电流Ie越大越好。当长期稳定维持一个高电子发射效率时，能获得一个图像显示器件(例如平面电视)，并能在低能量消耗的情况下，提供明亮，高质的图像。
因此，本发明提供了一种能使电子源长期拥有高电子发射效率和良好电子发射特性的电子发射器件，一种使用该电子发射器件的电子源，和一种图像显示器件。
为了解决传统问题，本发明提供了一种电子发射器件，构成如下具有端部分的第一导电膜，具有分离于、且面对第一导电膜端部分的端部分的第二导电膜。第二导电膜端部分包括第一部分，第二部分和第三部分，且第一部分位于第二、第三部分中间。第一部分上的第二导电膜的厚度比第二和第三部分上的第二导电膜薄的厚度。面对第一部分的第一导电膜端部分的厚度比位于第二、第三部分的第二导电膜薄的厚度。
对于本发明的电子发射器件，面对第一部分的第一导电膜端部分的厚度大致相等或大于第二导电膜第一部分的厚度。
对于本发明的电子发射器件，第一导电膜此外还拥有第四部分和第五部分。面对第一部分的端部分安排在第四和第五部分中间，而且，面对第一部分的端部分与第二导电膜之间的距离小于第四和第五部分与第二导电膜之间的距离。
对于本发明的电子发射器件，当设定第一部分与面对第一部分的第一导电膜端部分之间的距离为d时，设定位于第一部分的第二导电膜与位于第二、第三部分的第二导电膜之间的厚度差大于或等于2d，小于或等于200d。
对于本发明的电子发射器件，当设定第一部分与面对第一部分的第一导电膜端部分之间的距离为d时，设定第二部分与第三部分之间的距离大于或等于2d，小于或等于50d。
对于本发明的电子发射器件，当设定第一部分与面对第一部分的端部分之间距离(最短距离)为d时，设定第二和第三部分上第二导电膜的厚度，在第一部分与第一导电膜端部分相对的方向上，小于或等于200d。
对于本发明的电子发射器件，第一部分与面对第一部分的第一导电膜端部分之间的距离大于或等于1nm，小于或等于10nm。对于本发明的电子发射器件，第一导电膜和第二导电膜最好是碳膜。
对于本发明的电子发射器件，第一和第二导电膜排列在衬底的表面，该衬底的第一和第二导电膜之间有一个凹陷部分。
此外，从另一角度来看，本发明提供了具有第一导电膜和第二导电膜的电子发射器件，此第一导电膜包括了电子发射部分，而此第二导电膜包括了一个面对电子发射部分，排列在间隔内的部分。
面对电子发射部分的部分上的第二导电膜的厚度等于或不大于位于电子发射部分上的第一导电膜的厚度。
当电子由施加在第一导电膜和第二导电膜之间的驱动电压Vf[V]发射导致第二导电膜上的电势高于第一导电膜的电势时，一条0.5Vf[V]的等势线向第一导电膜倾斜。向电子发射部分和面对电子发射部分的部分方向伸展有一个截面，该等势线即位于该截面上的电子发射部分附近。
本发明还提供了一个包括多个依照本发明的电子发射器件的电子源，并且提供了一个由该电子源和发光射元件组成的图像显示器件。
本发明还提供了一个信息显示/再现装置，至少是由一个接收器和上文描述过的连接于接收器的图像显示器件所组成。此接收器用于至少输出包含在接收到的广播信号中的视频信息、字符信息或音频信息。
从本发明的另一个方面来看，它还能提供一个由电子发射器件和阳电极组成的电子发射装置。此电子发射器件包括了第一导电膜和排列于间隔内、衬底表面的第二导电膜。此阳电极位于距衬底表面H[m]的距离上。
在阳电级和第一导电膜之间施加电压Va[V]，可以使阳电极上的电势高于第一导电膜的电势。在第一导电膜和第二导电膜之间施加驱动电压Vf[V]，从而使第二导电膜上的电势高于第一导电膜电势，这样便可以从第一导电膜上发射出电子。
第二导电膜的第一部分，位于距通过对电子发射器件施加驱动电压Vf[V]发射电子的第一导电膜的一部分的最小距离d上。其厚度小于或等于发射电子的第一导电膜上的该部分的厚度。这个最小距离d小于(VfxH)/(IIxVa)，而且第二导电膜具有第二和第三部分，其第一部分即安排在它们之间。第二导电膜的第二和第三部分比第一部分厚。
根据本发明，提供了一个拥有改良电子发射效率的电子发射器件和一个使用该电子发射器件的电子发射装置。结果，提供了一个在延长时间上维持高图像显示质量的图像显示器件和一个使用该显示器件的信息显示/再现装置。
此外，根据本发明的电子发射装置，因为相应于施加在第一和第二导电膜上电压(Vf)一半(0.5Vf)的，且位于第一导电膜电子发射部分附近的等势线向第一导电膜倾斜，从电子发射部分发射出的电子的轨道就改变了。结果，到达阳极的发射电流Ie增加了(电子发射效率提高了)。例如，因为第二部分和第三部分比面对第一部分的第一导电膜尾端的一部分更高，相应于施加电压(Vf)一半的等势线可能会通过一个由第二和第三部分形状所形成的电场而向第一导电膜倾斜。结果，到达阳极的发射电流Ie就增加了(效率提高了)。
本发明的进一步特性和优点将由下面对示范实施例的描述而得到明显体现(参见附图)。


图1是根据本发明的电子发射器件实例结构的透视示意图；图2A至2C是根据本发明显示实例等势线的电子发射器件电子发射部分的截面示意图；图3A至3C是本发明的电子发射器件另一实例结构的平面示意图和截面示意图；图4A和4B是解释本发明的电子发射器件的平面示意图和截面图；图5A和5B是解释本发明的电子发射器件的平面示意图和截面示意图；图6是显示具有测量和评估电子发射器降功能的实例真空装置的示意图；图7A至7D是象征性显示根据本发明的制造方法的步骤结果的截面示意图；图8A和8B是显示在制造本发明的电子发射器件过程中，形成脉冲的实例的曲线图；图9A和9B是显示在制造本发明的电子发射器件过程中，激活脉冲的实例的曲线图；图10是显示本发明的电子发射器件中激活电流运动的曲线图；图11A和11B是显示在本发明的电子发射器件中刮去碳膜的处理实例示意图；图12是显示电子发射器件的电子发射特性的曲线图；图13是显示根据本发明一个实施例解释电子源衬底的示意图；图14是显示根据该实施例解释图像显示器件构造实例的示意图；图15A和15B是显示根据该实施例解释荧光膜的示意图；图16是显示根据本发明制造电子源和图像显示器件的过程实例的示意图；图17是显示根据本发明制造电子源和图像显示器件的过程实例的示意图；图18是显示根据本发明制造电子源和图像显示器件的过程实例的示意图；图19是显示根据本发明制造电子源和图像显示器件的过程实例的示意图；图20是显示根据本发明制造电子源和图像显示器件的过程实例的示意图；图21是传统电子发射器件实例的截面示意图；图22A至22C是显示根据本发明电子发射器件的模式实例的示意图；图23A至23C是显示制造本发明电子发射器件的方法实例的示意图；和图24是显示根据本发明使用图像显示器件的信息显示/再现装置的构造实例的图示。
符号说明1衬底8间隙21a第一导电膜21b第二导电膜33第一部分35第二部分36第三部分具体实施方式
现在将描述本发明的一实施例。首先，将参照图1解释根据本发明的电子发射器件的实例基本结构。
图1是本发明至少部分电子发射器件的透视示意图。本发明的电子发射器件的衬底1上可以包括多个显示于图1中的衬底1上的结构，而且事实上，包括多个结构是更好的。
在图1中，参考数字1表示衬底，参考数字21a表示第一导电膜，参考数字21b表示第二导电膜，参考数字8表示第一导电膜21a和第二导电膜21b之间的间隙。第一、第二、第三、第四和第五部分33、35、36、37和38分别是第二导电膜21b(部分33、35、36)和第一导电膜21a(部分37、38)的部分。第一导电膜21a的尾端A和第二导电膜21b的尾端B是相对的。第一导电膜尾端A和第二导电膜尾端B之间的间隙比在其他区域窄。因此，第一导电膜尾端A和第二导电膜尾端B之间的电场通常强于第一和第二导电膜之间在其他部分的电场。A部分(第一导电膜尾端A)可表述为电子发射部分，而B部分(第二导电膜尾端B)可表述为第二导电膜21b最靠近A部分的部分。设定A部分和B部分之间的距离为“d”。
因此，第二导电膜21b的第一部分33(相当于B部分)与第一导电膜21a对应的A部分之间的距离小于第一导电膜21a的第四部分37与第二导电膜21b的第二部分35之间的距离，也小于第一导电膜21a的第五部分38与第二导电膜21b的第三部分36之间的距离。
第二导电膜21b的第一部分33(相当于B部分)的厚度小于第二导电膜21b的第二部分35和第三部分36。由于第二导电膜21b的第二部分35和第三部分36不像第二导电膜21b的其他部分，而是距离衬底1的表面更远，所以，这些部分还可以被称为“突出部分”或“突显部分”。
由于这种结构，从衬底1的表面开始测量，第二导电膜21b的第二和第三部分35和36各自的高度相对于从衬底1表面开始测量的第一部分33(部分B)的高度的差为“h”(或突出部分的高度为“h”)。
在第二导电膜21b上至少呈现了两个“突出部分”35和36，而在它们之间有一个间隙“w”。事实上，此间隙“w”可以定义为突出部分35和36上距离衬底1表面最远的点(顶端或顶点或最高点)之间的距离。
实际上，设定突出部分的间隙w大于或等于2d，小于或等于50d更好，因为在此范围内，可以获得强发射电流Ie和高电子发射效率。
从衬底1表面和突出部分35和36中一个的最远点(顶端或顶点或最高点)之间的最短距离减去部分B和衬底1表面之间的最短距离而获得的值，实际上可以定义为突出部分35和36的高度“h”。最好的情况是，“突出部分”35或36的高度h可以有效地设定在大于或等于2d，小于或等于200d的范围内，因为在此范围内，可以获得强发射电流Ie和高电子发射效率。当突出部分35和36的高度不同时，上述情况只需在最低的部分成立。
如下面将描述的，本发明的电子发射器件可以进一步包括连接于第一导电膜21a，为第一导电膜21a提供电势的第一电极4a；和连接于第二导电膜21b，为第二导电膜21b提供电势的第二电极4b。
此外，对于本发明的电子发射器件，间隙8的部分外部边缘(或边沿)可以看作是由部分A和部分B形成的。第一导电膜21a的第四部分37和第五部分38，以及第二导电膜21b的第二部分35和第三部分36也可以看作是间隙8的部分外部边缘(或边沿)。
下面将解释驱动本发明电子发射器件的操作方法。例如，如示意图6所示，电子发射器件(由部件21a，21b，4a和4b组成)，排放于阳电极44对面，并且是在真空中驱动(真空容器23)。由于此阳电极44位于电子发射器件上方相距H[m]处，因此可获得一个电子发射装置。在第一导电膜21a和第二导电膜21b之间施加驱动电压Vf[V]，使第二导电膜21b的电势更高，而同时，在阳电极44和第一导电膜21a之间施加电压Va[V]，使阳电极44的电势高于第一和第二导电膜21a和21b的电势(代表性地，第一导电膜21a的电势)。结果，在第一导电膜21a尾端和第二导电膜21b尾端之间的间隙8内会产生一个电场。当把间隙8内产生的电场设定为电子穿越轨道的适合强度时，电子可以优先从最靠近第二导电膜21b尾端的第一导电膜21a尾端(例如，图1中的部分A)穿越轨道，并且这些电子中至少有一些会到达阳电极44。
用于驱动(电子发射)本发明的电子发射器件的有效场强(施加于第一导电膜21a和第二导电膜21b之间的场强)最好大于或等于1×109V/m，小于2×1010V/m。当此场强低于此范围时，隧穿电子的数量就会大量地减少，而当此场强高于此范围时，强电场可能会使第一导电膜21a和/或第二导电膜21b变形，而且可能会出现不稳定的电子发射。
相比于图21中没有第二部分35和第三部分36的电子发射器件，图1中的电子发射器件可以减少被第二导电膜21b吸收的电子数量。结果，可以很大程度地提高电子发射效率(到达阳极的电流(Ie)/穿过第一导电膜21a和第二导电膜21b的电流(If))。这种情况发生的原因是，由第二部分35和第三部分36的形状而产生的电场强烈地影响了在轨道中从部分A运行到了第一部分B的电子(包括在第一部分B附近被散射的电子)，这些电子沿着远离衬底1表面的方向运动。
在图2A中，垂直于衬底1表面的等势线示意性地显示于一个截面中，它贯穿图1中第二导电膜21b的部分B和对面的第一导电膜21a的部分A而延伸。换句话说，在图2A中，等势线示意性地显示于包括本发明电子发射器件的电子发射部分的截面图中。
在图2C中，垂直于衬底1表面的等势线示意性地显示于一个截面中，它贯穿图1中第一导电膜21a的第四部分37和第二导电膜21b的第二部分35而延伸。
代替下文将做出的解释，图2C的截面中附加了一条表示“电子发射方向”的实线箭头，它平行于图2A中表示“电子发射方向”的箭头。这并不表示电子由位于图2C截面中的第一导电膜21a的部分37和38按箭头示意的方向发射。
图2C中由虚线表示的箭头代表实线箭头的延长。第二导电膜21b与虚线相交(交迭)的长度相当于“第二导电膜21b在电子发射方向出现的厚度，(在下面的实施例中，相当于“第二碳膜21b在第一导电膜21a的部分A与第二导电膜21b的部分B相对方向(电子发射方向)上的厚度”)。
由于导电膜21a和21b非常薄，“第二导电膜21b在电子发射方向出现的厚度”实质上可以如“突出部分”35和36在图1中所显示的，定义为“深度”D。
当此“深度”在“突出部分”高度上并非保持不变时，例如，当“突出部分”35和36的“深度”随着该部分距衬底1表面的距离增大而减小时，“第二导电膜21b在电子发射方向出现的厚度”或“突出部分”35和36的“深度”可以进一步定义为“第二导电膜21b在第一和第二导电膜21a和21b在衬底1表面互相面对方向上的长度”。该长度是，例如，平行于衬底1表面，且位于第一平面和第二平面之间的第三平面。该第一平面平行于衬底1表面，且包括“突出部分”35或36距衬底1表面最远的最高点(顶点或顶端或极端)，该第二平面平行于衬底1表面，且包括第一导电膜21a的部分A。当突出部分35和36的高度不同时，第一平面只需要包括较低的突出部分的最高点。
第三平面位于第一平面和第二平面中间(与第一平面和第二平面距离相等)更好。此外，如下文所述，当本发明的电子发射器件包括第一电极4a和第二电极4b(或第一辅助电极2和第二辅助电极3)时，“第一导电膜21a和第二导电膜21b在衬底1表面互相面对的方向”可以代替为第一电极4a和第二电极4b互相面对的方向(或第一辅助电极2和第二辅助电极3互相面对的方向)。
当设定图1中部分A和B之间的距离为d时，优选有效深度“D”小于或等于200d。而且，事实上，从突出部分35和36结构和其电势的稳定性考虑，深度“D”最好大于或等于5nm。
在第二导电膜21b和第一导电膜21a之间施加驱动电压Vf[V]，会使第二导电膜21b的电势高于第一导电膜21a电势。由此产生的等势线表示在图2A和2C中。
此外，图2B是电子发射器件的截面示意图。其中没有显示第二部分35或第三部分36，且沿着介入的间隙8各边延伸，第一导电膜21a和第二导电膜21b相对的部分实质上具有相等的厚度。在图2B中，至少垂直于衬底1表面的等势线显示于截面中，它们贯穿第一导电膜21a和第二导电膜21b延伸。在第二导电膜21b和第一导电膜21a之间施加驱动电压Vf[V]，会使第一导电膜21a的电势高于第二导电膜21b电势。如图2A和2C一样，由此产生的等势线会显示于图2B中。
不同于图6所示，当，例如，阳电极44不位于电子发射器件上时，或者，当阳电极44位于电子发射器件上方距离H[m]，且阳电极44与导电膜(21a和21b)之间不存在电势差时，图2A至2C中的等势线是由施加在第二导电膜21b和第一导电膜21a上的驱动电压Vf[V]形成的。也就是说，图2A至2C显示了在阳电极44的电势对间隙8附近等势线的影响实质上可以忽略的情况下，在第二导电膜21b和第一导电膜21a之间施加驱动电压Vf[V]所产生的等势线。
在图6显示的电子发射装置和如下所描述的图像显示器件中，驱动电压Vf[V]施加于电子发射器件，而一个在即将说明的范围内的电压Va[V]被施加于位于距电子发射器件上方H[m]处的阳电极44上。因此，更精确的说，当驱动下文将加以说明的电子发射装置或图像显示器件时，处于远离电子发射部分区域的等势线形状会受到阳电极44的电势的影响，并且不同于图2A至2C中所示的等势线。
但是，对于下文将加以说明的电子发射装置和图像显示器件，在阳电极44和电子发射器件之间产生的电场都象征性地小于或等于在第一和第二导电膜21a和21b之间产生的(施加于间隙8的)电场的1/10。从而，位于电子发射部分附近(间隙8附近)的电场，反过来几乎不受阳电极44的电势的影响。因此，在间隙8附近，可以得到和图2A至2C中形状基本相同的等势线。应该注意的是，当图1中部分A与部分B之间的距离为d时，电子发射部分附近可以被有效地定义为一个半径为50d，以第一导电膜21a的部分A为圆心的圆。此外，距离H[m]是阳电极44和电子发射器件之间的距离，并可以有效地认为等于从电子发射器件所在的衬底1表面到阳电极44之间的距离。
此外，图2A至2C显示了一种情况，其中提供了用于连接并为第一导电膜21a提供电势的第一电极4a，和用于连接并为第二导电膜21b提供电势的第二电极4b。在这种情况中，第一和第二电极4a和4b分别是以单导线组成的。但是，电极4a和4b可以替换为由多个互相连接的导电膜组成的电极。另外，还可以提供连接于第一电极4a的第一辅助电极(未显示)和连接于第二电极4b的第二辅助电极(未显示)。
如图2A所示，对于本发明的电子发射器件，当在第一导电膜21a和第二导电膜21b之间施加驱动电压时，一条表示一半(电压差)驱动电压的等势线(图2A中的“1/2等势线”)会向第一导电膜21a倾斜(还可以描述为，“向第一导电膜21a偏斜”或“向第一导电膜21a偏离”)。因此，从第一导电膜21a侧边发射的电子会被施加一个向上的力量(在远离衬底1的方向上)，从而减少被第二导电膜21b侧边吸收的电子数量，也就是说，增加了达到阳电极44的电子数量。
另一方面，如图2B所示，对于具有上述第二部分35和第三部分36而在此未显示的电子发射器件，该“1/2等势线”几乎位于第一和第二导电膜21a和21b中间，即，实质上垂直于衬底1表面。因此，比较于图2A中显示的电子发射器件，被第二导电膜21b侧边吸收的电子数量增加了。
此外，对于本发明的电子发射器件，如上文所述，在第一导电膜21a和第二导电膜21b之间的间隙窄于其他区域的部分(图1中的部分A和部分B)，优选设定第二导电膜21b的厚度(部分B的厚度)小于或等于第一导电膜21a的厚度(部分A的厚度)(最好是小于部分A的厚度)。
在此安排内，从必须发射电子的部分(相当于图1中的部分A)发射出的电子(隧穿电子)将碰撞(吸收于)第二导电膜21b侧边的可能性会减少。结果，可以实现电子发射效率的进一步提高。根据图21中显示的常规电子发射器件，构成间隙8外部边缘的第二导电膜21b端部分(相当于本发明电子发射器件的部分B)的厚度似乎大于构成间隙8外部边缘的第一导电膜21a端部分(相当于本发明电子发射器件的部分A)的厚度。因而，在第一导电膜21a侧边发射的电子中，由于电子在第二导电膜21b侧边被吸收或趋散而被视为无效电流(器件电流If)的电子数量，将大于用于本发明电子发射器件的电子数量。此外，对于本发明的电子发射器件，基于第一和第二导电膜21a和21b的材料，图1中部分A和B之间的距离小于或等于50nm更好，小于或等于10nm更佳，而最好的情况是小于或等于5nm。考虑到电子发射“开”和“关”的可控制性，考虑到对可发射电子数量的可控制性，距离d的下限大于或等于1nm更好。当驱动电压Vf太高时，在间隙8附近的衬底1表面有发生蠕缓放电(放电击穿)现象的可能。尤其对于上述距离d的范围，驱动电压高于50V时，由于蠕缓放电，可能会对电子发射器件造成损坏。因此，对于距离d的范围，实际驱动电压Vf[V]最好大于或等于10V，小于或等于50V。应该注意的是，距离d和驱动电压Vf应该满足上述电场强度的范围。
如图6所示的示意结构，为驱动本发明的电子发射器件，电子发射器件要置于阳电极44对面，并且在真空(真空容器23)中驱动。通过在电子发射器件上安装阳电极44，可以提供电子发射装置。在图6中，数字1表示安装着第一和第二导电膜21a和21b的衬底；数字23表示真空容器；数字41表示用于施加驱动电压Vf的电源；数字40表示用于测量在第一导电膜21a和第二导电膜21b中流动的器件电流If的电表；数字44表示阳电极度；数字43表示用于对阳电极44施加电压Va的高压电源；数字42表示用于测量发射电流Ie的电表。电子发射器件和阳电极44位于真空装置内部。在这种情况下，会使用连接于第一导电膜21a的第一电极4a和连接于第二导电膜21b的第二电极4b来为第一和第二导电膜21a和21b稳定地提供电势。但是，电极4a和4b并不是本发明电子发射器件的必须部件。
假定H[m]表示图1中的衬底1和从衬底1中分离出去的阳极44之间的距离，Va[V]表示施加于阳电极44的电压(第一导电膜21a电势和阳电极44电势之间的代表性差别)，Vf[V]表示当驱动电子发射器件时，施加于第一和第二导电膜21a和21b之间的电压(驱动电压)。当设定图1中部分A和部分B之间的距离d[m]大于Xs＝(VfxH)/(IIxVa)时，可能会降低第二部分35和第三部分36处的电势获得的效果。因此，距离d[m]不大于Xs更好。此外，设定实际距离H大于或等于100μm，小于或等于10mm更好，而大于或等于1mm，小于或等于3mm则更佳。电压Va高于或等于1kV，低于或等于30kV，而更好的情况是，高于或等于7kV，低于或等于20kV。因而，根据本发明，当图1中部分A和B产生的场强(同义于在第一和第二导电膜21a和21b之间施加的场强)高于阳电极44和第一导电膜21a之间的场强时，电子会被发射。为了进行更稳定的电子发射，最好把阳电极44和第一导电膜21a之间的场强降低到大于或等于部分A和B之间场强单位的十分之二。
参考图1，第一和第二导电膜21a和21b在平行于衬底1表面的方向互相相对，并以间隙8作为边界，完全分离。但是，根据本发明，第一和第二导电膜21a和21b可能部分相连，也就是说，间隙8可能会在这些导电膜中一个的一部分里形成。就是说，理想化地，这些导电膜是完全分离的；但是，只要能获得良好的电子发射特性，第一导电膜21a和第二导电膜21b可以轻微地连接。
衬底1可以是，例如，硅石玻璃平面，碱石灰平面，或者是使用溅射法之类著名膜沉积法碾压氧化硅(尤其是SiO2)于其上的碱石灰平面。如上所述，在本发明中，使用包含硅的氧化物(尤其是SiO2)的材料作为衬底材料更好。
第一导电膜21a和第二导电膜21b都可以由包含例如Ni、Au、PdO、Pd、Pt或碳之类的导电材料的导电膜构成。这些膜(21a，21b)中包含碳(由碳膜做成)尤其更好，因为这样可以发射大量的电子，也可长时间维持更好的稳定性。此外，作为可行的范围，膜(21a，21b)中含有碳的原子百分比大于或等于70更好。
此外，如参见图3时将描述的，对于本发明的电子发射器件，衬底1表面在第一和第二导电膜21a和21b的间隙8处最好有一个凹陷部分。通过形成凹陷部分，会抑制在第一和第二导电膜(21a，21b)之间流动的无效电流。同时也会抑制在第一和第二导电膜(21a，21b)之间和穿过衬底1表面的如放电击穿之类的不需要的放电。
另外，如参见图3时将描述的，对于本发明的电子发射器件，位于第一和第二导电膜(21a，21b)之间抬高位置，衬底1表面上的间隙最好小于在衬底1表面的膜(21a，21b)之间的间隙。在这种安排下，可以更有效地抑制第一和第二导电膜(21a，21b)之间的无效电流和不需要的放电。
参考图3A至3C，现在将解释本发明电子发射器件的一种修改。图3A至3C中显示了在图1中出现的具有多部件结构的电子发射器件。图3A是本发明电子发射器件修改的平面示意图。图3B是沿图3A中P-P’线的截面示意图，而图3C是沿图3A中Q-Q’线的截面示意图。在图3A中，虚线划定的长方形区域内的结构与图1中显示的结构相似。也就是说，图3A中的阴影区域相当于参见图1时解释的第二导电膜21b中的突出部分35和36。如上所述，对于本发明的电子发射器件，第一导电膜21a附近的第二导电膜21b尾端(圆周)并不局限于图1中显示的线性形状。此外，互相相对的第一和第二导电膜21a和21b的尾端(圆周)可以弯曲。从结构稳定性的角度考虑，第一和第二导电膜21a和21b的尾端(圆周)是弯曲的更好。
根据图3A至3C中显示的结构，连接于第一导电膜21a的第一电极4a和连接于第二导电膜21b的第二电极4b被用于为第一和第二导电膜21a和21b提供稳定的电势。但是，不需要总是使用电极4a和4b。另外，在该修改中，第一和第二导电膜21a和21b最好是碳膜(第一碳膜21a和第二碳膜21b)。
在图3A至3C中，数字1表示衬底；数字4a表示第一电极；数字4b表示第二电极；数字21a表示相当于图1中第一导电膜的第一碳膜；数字21b表示相当于图1中第二导电膜的第二碳膜；以及数字22表示凹陷部分。部分A和B表现了在参照图1时解释的最窄间隙(最强电场)的位置。在图3B的实例中，在衬底1表面上的，第一和第二碳膜21a和21b之间的间隙比在衬底1表面处的膜21a和21b之间的间隙窄。
第一电极4a和第二电极4b在平行于衬底1表面的方向上互相相对，并且被作为分界的第二介入间隙7完全分开。但是，在一些实施例中，电极4a和4b的微小区域可能相连。当一个导电膜被分开形成第一和第二电极4a和4b时，如处于下面将说明的“形成过程”，中时，第二间隙7还可以描述为“在部分导电膜处相成的间隙7”。也就是说，理想的情况是两个膜(4a，4b)完全分离；但是，只要能获得良好的电子发射特性，第一和第二电极(4a，4b)可以在细微处相连。此外，用于提供电压的布线和辅助电极(未显示于图3A至3C中)也可以分别连接在第一和第二电极(4a，4b)上。
如图3A至3C所示，第一和第二碳膜(21a，21b)最好至少部分安装在第一和第二电极(4a，4b)上，并至少部分安装在位于第二间隙7处的衬底1表面。在这种安排下，第一和第二碳膜21a和21b就分别电气连接于第一和第二电极4a和4b。当第一和第二电极4a和4b是薄膜时，为了防止焦耳热等造成的变形，间隙8附近的电极各部分最好由碳膜(21a，21b)所覆盖。在图3A至3C中，第一碳膜21a和第二碳膜21b在平行于衬底1表面的方向上互相相对，并完全被间隙8分开。但是，在其他的实施例中，这些碳膜可能在一个微小区域上部分相连。也就是说，图3A至3C显示的结构也可以称为“具有第一间隙8的碳膜”。理想的情况是，第一碳膜21a和第二碳膜21b完全分离，但只要能获得适当的电子发射特性，第一和第二碳膜(21a，21b)可以在一个微小区域上相连。
经由挑选的导电材料可以应用于第一和第二电极4a和4b。例如，Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、Pd等金属或它们的合金，如In2O3-SnO2的透明导电体，或者如多硅的半导电体都可以用作为导电材料。
尤其更好的是，本发明的电子发射器件具有如图22A至22C所示意的一个结构(或多种结构)。图22A至22C示意性的显示了电子发射器件一部分的放大图。图22A是显示间隙8附近区域的平面示意图，图22B是显示沿图22A中A-B线的截面的示意图。图22C是显示沿图22A中P-P’线的截面的示意图。与图1和图3相同的参考数字也用于表示图22A至22C中相应的部件。此外，在图22A至22C的实例中，第一导电膜21a和第二导电膜21b是碳膜。如图22A至22C中所示，本发明电子发射器件的第一和第二导电膜21a和21b不需要局限于图1，3A至3C中所示的组成平面的多边形形状。确实，在其他的实施例中，第一和第二导电膜(21a，21b)的表面(外部形状)可以由一个(或多个)弯曲表面或一个包括弯曲表面和平面的复杂表面构成。如图22B和22C所示，导电膜21a和21b可以部分形成于凹陷部分中，这样也是更好的。把部分B夹于中间的部分35和36的高度可以不同。应该的注意的是，为了便于对结构的理解，“突出部分”(35，36)和导电膜(21b，21c)清晰地显示于图3a，3c，5a，5b，22a和22C中。据此，在这些图里，“突出部分”(35，36)和导电膜(21b，22c)的材料和成分不必要互不相同。
本发明的电子发射器件可以使用多种方法进行制造。例如，可以使用以下步骤(1)至(5)作为制造过程。
参照图1，3和6至10，现在将描述一种制造方法实例。在以下的实例中，第一导电膜21a和第二导电膜21b由碳膜做成，并且，第一辅助电极2连接于第一电极4a，而第二辅助电极3连接于第二电极4b(图7B至7D)。
(步骤1)用清洁剂，纯净水和有机溶剂适当地清洗衬底1，然后，用真空蒸发法或溅射法等等，使辅助电极材料沉积于衬底1上。在此之后，用光刻法技术等形成第一辅助电极2和第二辅助电极3(图7A)。
必须设计辅助电极2和3，并且依照电子发射器件的应用，适当地决定它们之间的距离，它们的长度和形状。例如，当电子发射器件要用于电视机的显示器件内时——这将在下文中加以说明，要在辅助电极2和3设计时考虑将使用的分辨率，而且由于高清晰度(HD)电视的像素大小很小，所以需要使用高分辨率。因此，为了使用具有有限大小的电子发射器件获得足够的光度，必须如此设计辅助电极2和3，以获得良好的发射电流Ie。
在此实例中，设定辅助电极2和3之间的实际距离大于或等于5μm，小于或等于100μm，而辅助电极2和3的实际厚度大于或等于10nm，小于或等于10μm。
(步骤2)形成导电膜4以连接第一和第二辅助电极2和3(图7B)。作为一种可利用的构成导电膜4的方法，例如涂覆一种有机金属溶剂于衬底1上，并弄干以形成一层有机金属膜，在此之后，使用升空法和蚀刻术等烘焙并摹制有机金属膜。
导电膜4的材料可以是，例如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu或Pd之类的金属，或它们的合金或金属氧化物如In2O3-SnO2之类的透明导电体，或如多硅半导体之类的半导电体。
该有机金属溶剂可以是一种包含Pd，Ni，Au或Pt等作为主要元素且用作导电膜4的有机金属混合物。在这种情况下，通过使用有机金属溶剂涂覆，导电膜4可以被沉积；然而，用于沉积导电膜4的方法不只局限于这种方法，也可以使用真空蒸发法，溅射法，CVD法，分散涂覆法，浸沾法，微调器法或墨水喷射法等等。
当在以下的步骤中执行“形成过程”时，最好把导电膜4的Rs(薄层电阻)设定在102Ω/□至107Ω/□的范围内。应该注意的是，Rs是当电阻R在膜的纵向中按R＝Rs(l/w)测得时得出的数值，其中t是厚度，w是宽度，而l是膜的长度。当设定p为电阻系数时，可得Rs＝p/t。代表上述薄层电阻，适用于实际使用的导电膜4的厚度，为5nm至10nm。
(步骤3)从而，通过在辅助电极2和3之间施加电压，可以执行所谓的“形成”过程。第二间隙7通过此电压的应用而形成于导电膜4的部分之中。结果，形成了横断地穿过衬底1表面互相相对的第一电极4a和第二电极4b(图7C)。
例如，通过把衬底1放置在图6所示的测量/评估装置内(方便起见，图6没有显示电极2和3)，可以执行形成过程之后的电气过程。图6所示的测量/评估装置是一个真空装置，其中提供如真空泵和真空量表(都未显示)等需要的器件，以便在一个需要的真空内进行多种测量和评估。该真空泵可以由一个如磁性漂浮涡轮泵或干泵等不需要油的附加真空泵系统和一个例如离子泵的超高真空泵系统所构成。此外，当为本发明的测量评估装置提供一个气体导入器件(未显示)时，可以在需要的压力下向真空装置中导入需要的有机材料蒸汽。另外，真空装置和放置在真空装置内的衬底1的全部加热都可以由一个加热器(未显示)完成。
通过重复施加具有不变脉冲高度的脉冲电压，或者在施加脉冲电压的同时逐渐提高脉冲高度，都可以进行“形成过程”。
图8A中显示了一个具有不变脉冲高度的脉冲波实例。在图8A中，T1和T2表示一个电压波的脉冲宽度和脉冲间隔(中断时间)；例如，T1可以是1μsec至10msec，而T2可以是10μsec至100msec。可以使用三角波或矩形波作为施加的脉冲波。
图8B显示了在脉冲高度逐渐升高时施加脉冲电压的情况下的脉冲波实例。在图8中，T1和T2代表了一个电压波中脉冲的宽度和脉冲的周期，T1可以是1μsec至10msec，而T2是10μsec至100msec。可以选择性地使用三角波或矩形波作为脉冲波，施加的脉冲电压的脉冲高度可以增加到，比如，0.1V。
可以用下面的方法来决定是否应该结束“形成”过程。在脉冲电压的中断时间(间隔)内，通过施加一个不会反过来影响导电膜4的电压(例如，约为0.1V的脉冲电压)，可以测量流经辅助电极2和3的电流(器件电流If)，并且可以得出上述导电膜4的电阻值。当该电阻大于或等于，例如，“形成”过程前该电阻的1000倍时，就可以终止“形成”过程了。
脉冲高度，脉冲宽度，脉冲间隔(中断时间)和脉冲周期并不局限于上述数值，并且可以依照本电子发射器件的电阻选择合适的数值，以便得到合适的间隙7。
在此实例中，通过在导电膜上进行“形成过程”，可以获得电极4a和4b。但是，在本发明中，还可以使用如光刻法这样的著名方法来形成第一和第二电极4a和4b。此外，当将在下面会说明的“激活步骤”中形成第一碳膜21a和第二碳膜21b时，最好使用“形成过程”，因为第一和第二电极4a和4b之间的间隙7最好是窄的。除了“形成“过程，也可以使用FIB(聚焦离子束)照射法或电子束平板印刷法来形成导电膜4中的窄间隙7。此外，只要能使用上述多种方法来获得第一辅助电极2和第二辅助电极3之间的间隙，就不是总需要第一电极4a和第二电极4b了。但是，为了低价制造本发明的电子发射器件，使用辅助电极2和3作为给在“激活”过程中形成的碳膜提供稳定电压的电极——这在下文中将加以说明，并且使用第一电极4a和第二电极4b作为在“激活过程”初始阶段中稳定快速沉积导电膜(21a，21b)的电极是更好的。
(步骤4)现在进行“激活”过程。在“激活”过程中，含碳气体被导入图6所示的真空装置，并在包括含碳气体的空气中，在辅助电极2和3(图6未显示)上施加双级脉冲电压。在此过程中，从空气中的含碳气体，可以沉积含碳的膜(碳膜)，使之成为位于第一电极4a和第二电极4b之间的衬底1表面上，和间隙7附近的第一和第二电极4a和4b上的第一和第二导电膜21a和21b。结果，可以增加发射电流Ie的数量。
有机材料气体可以用来作为如烷烃，烯烃或炔烃脂肪烃，芳香烃，酒精，乙醛，酮，胺等含碳气体，或如苯酚，羧基酸或磺酸基酸等有机酸。尤其可以使用下列有机材料可用Cn H2n+2表示的饱和烃，如甲烷，乙烷或丙烷；由如CnH2n的合成公式表示的不饱和烃，如乙烯或丙烯；苯；甲苯；甲醛；苯酚；甲醛(formaldehtde)；乙醛(acetaldehyde)；丙酮；甲乙酮(methyl ethyl ketone)；甲胺；甲酸；乙酸；和丙酸。
当真空装置内的压力降至10-6帕后再将含碳气体注入将会更好。由于对含碳气体更好的部分压力会因电子发射器件的形式、真空装置的形状和所用含碳气体的种类而不同，所以部分压力需被恰当设定。
图9A或9B所示的脉冲波可被用做电压波，在“激活”过程中被用于辅助电极2和3上。所用最大电压值最好在10V至25V的实际范围内适当选取。图9A中T1表示所用脉冲电压的一个脉冲宽度，T2表示一个脉冲周期。在此实例中，正负电压值的绝时值是相等的；然而，在一种情况下这些值不相等。图9B中T1是脉冲电压的脉冲宽度，它是正值，T1’是脉冲电压的脉冲宽度，它是负值，而T2是一个脉冲周期。在此实例中，T1＞T1’，正负电压值的绝对值相等。然而，在一种情况下，正负电压值的绝对值不等。
图10是一个表示在“激活”过程中器件电流特征的曲线图。“激活”过程最好在器件电流If上升后当其平缓时停止。(图10中虚线右侧的区域)。
当一个有图9A所示波形的电压在“激活”过程中被用于辅助电极2和3时，图3B中示意性显示的实质具有相同厚度的第一碳膜21a和第二碳膜21b可被沉积。
从另一方面说，如图9B中示意性所示，当一个具有不对称的波形的电压在“激活”过程中被用于辅助电极2和3时，图5A所示的第一和第二碳膜可被沉积。也就是说，不对称结构可在构成间隙8外部边缘的第二碳膜21b尾端得到，比构成间隙8外部边缘的第一碳膜21a尾端厚。
此外，当进行“激活”过程采用图9A或9B中任意一波形时，直到器件电流If进入图10中虚线右端区域后，衬底变形部分(凹陷部分)22可形成。另外，当“激活”过程继续进行直到器件电流If进入图10中虚线右端区域后，如图3B和3C所示，位于衬底1表面上方的第一和第二碳膜21a和21b尾端之间的距离可比衬底1表面这两层(21a，21b)之间的距离短。衬底变形部分(凹陷部分)22涉及以下内容。
当衬底1的温度升高并且在SiO2(衬底的原料)呈现接近碳的条件下，Si被消耗。
假设衬底中的Si由于上述反应的发生而被消耗，并且衬底1的表面被切挖(凹陷部分形成)。
有了衬底变形部分(凹陷部分)22，第一碳膜21a和第二碳膜21b之间放电路径可被增大。因而有可能抑制当电子发射器件驱动后，在第一碳膜21a和第二碳膜21b之间由于强电场的使用可能出现的放电击穿现象，也有可能抑制的过量器件电流If的出现。
根据本发明，第一碳膜21a和第二碳膜21b中所含的碳现在将被描述。第一碳膜和第二碳膜21a和21b中所含的碳最好是如同碳的石墨。如同碳的石墨在本发明中包含一个完整石墨晶体结构(称为HOPG)，一个粒度大约为20nm的不太完整晶体结构(PG)，一个粒度大约为2nm的更不完整的晶体结构(GC)，和无定型碳(无定形碳和/或无定形碳和石墨微晶体的混合物)。也就是说，即使在石墨晶粒之间的一个层，例如晶界，被打乱时，照样能满意地使用如同碳的石墨。
(步骤5)执行本过程是为了将第一碳膜21a和第二碳膜21b的形状转换为图1或3中的样子。
特别地，为了获得如图1或3所示碳膜的形状，可能会使用一个应用了AFM(原子力显微镜)的方法，如图11A和11B所示。在本例中，应用AFM的方法将被描述为改变第二碳膜21b和/或第一导电膜21a的方法；然而，处理方法不仅局限于应用了AFM的方法。
应用AFM的过程如下进行。当在“激活”过程中，形成的第二碳膜21b比第一碳膜21a厚(一个电压值或一个脉冲宽度不对称的双极电压，在正面和负面分别被应用)时，第一，AFM的探测器90被安置在第二碳膜21b上(图11A)。之后，使AFM探测器90与第二碳膜21b尾端接触(在间隙8中构成外边界的部分)并切挖它(图11B)。
第二碳膜21b的尾端(第二碳膜21b尾端)可被AFM在接触模式下切刮(接触压力由电压控制)。使用这种方法，可能得到在参照图1时描述到的第一部分B和第二部分35和第三部分36。该过程间歇地在第二碳膜21b尾端许多不同位置上进行(第二碳膜21b的尾端构成间隙8的外边界)。如图3A所示，通过这个处理可制成一个有着如图1中多结构的电子发射器件。
通过以上描述的步骤，图1或3所示的本发明的电子发射器件可被基本制成。此外，在“激活”过程中定义的第一碳膜21a和第二碳膜21b之间的间隙8可被适当调节。例如，在如图23A所示情况下，AFM探针90被用于切挖第一碳膜21a的外边界(限定间隙8的第一碳膜21a的尾端)，这样，期望的间隙8可被限定。当然，有着期望形状的间隙8也可通过切到第二碳膜21b的尾端而限定。当用该方法控制间隙8的成形时，A和B部分可在想要的位置构成。其后，AFM探针90仅需从突出部分35和36(图23B和23C)移动到第二碳膜21b的尾端。图11A也是这样。此外，依据制造本发明中电子发射器件的方法，不使用AFM过程也同样可以制得有着如图1、2、22(C)或23(C)所示结构的电子发射器件。该方法作为一个例子，在实施“激活”过程之后，用电子束照射碳膜所需的部分，在有含碳气体的环境下，可构成突起部分35和36。或者，另一种可行的方法是，在“激活”过程中，需要控制适当(I)含碳气体的类型，(II)含碳气体的部分压力，(III)使用的电压波形，(IV)使含碳气体放电所需时间与停止应用电压所需时间的关系和(V)“激活”时的温度。之后，不用以上描述的步骤5也可制成有着图22(C)或23(C)中所示结构的电子发射器件。由于这些原因，当前的发明并不排斥有着图22(C)或23(C)中所示结构的电子发射器件，也就是说通过上述步骤4中的“激活”过程，而不用上述步骤5中的过程来制造。值得一提的是，在上述步骤5之后(或者在上述步骤4完成后，当图22(C)或23(C)中所示结构仅通过上述步骤4的“激活”过程后完成时形成)，最好进行一个“稳定性”过程在真空中加热合成结构。最好有在“激活”过程中附着在剂底1表面和其他部分的额外的碳和有机物质在稳定性过程中被祛除。
特别地，额外的碳和有机物质在真空容器中被排出。有机物质最好在真空容器中被尽可能地祛除，直到有机物质的部分压力等于或小于1.3×10-8Pa。另外，真空容器内的压力，包括其他气体，低于1.3×10-6Pa较好，最好等于或小于1.3×10-7a。给真空容器抽真空的真空泵装置可以特别地是不用油的吸附泵或离子泵，这样，油就没有机会对电子发射器件的电子发射特性造成负面影响。此外，最好将整个真空容器加热，这样粘附在容器内壁与电子发射器件的有机分子容易被排出。加热在150℃到350℃温度下应该尽可能延长，但最好大于或等于200℃。然而，加热条件不限于此。
最好在“稳定性”过程结束后，当电子发射器件被驱动时，保持同样的气体环境。但是，只要当有机物质被适当地祛除，电子发射器件的稳定特性即使在压力轻微增加时仍能保持。
当电子发射器件在这样的真空环境下被驱动，可防止新的碳或碳化合物沉积。结果，本发明中电子发射器件的形状可被保持，并且器件电流If和发射电流Ie也就稳定了。
本发明中电子发射器件的基本特性现在将参照图6和12被描述。
图12中的曲线图是表示器件电压Vf，和在“稳定性”过程进行之后，由图6所示的测量/评估装置测量的电子发射器件发射电流Ie及器件电流If之间典型例子的关系。
在图12中，由于发射电流Ie很大程度地小于发射电流If，所以它要通过一个任意部件来指示。从图12中可以很明显地得出，相对于发射电流Ie，本发明的电子发射器件具有三个特性。
首先，当施加某一特定水平或高于此的器件电压(称为临界电压；图12中的Vth)时，发射电流Ie会激增。但当施加临界电压或更低的电压时，几乎测不出发射电流Ie。也就是说，相对于发射电流Ie，本发明的电子发射器件是一个非线形器件，具有明确的临界电压Vth。
第二，因为发射电流Ie取决于器件电压Vf，可以通过使用器件电压Vf来控制发射电流Ie。
第三，被阳电极44(图6)捕获的发射电荷取决于施加器件电压Vf的时间。也就是说，依照器件电压Vf施加的时间，可以控制阳电极44对电荷的捕获。
通过利用电子发射器件的上述特性，可以简便地控制电子发射特性，使之与输入信号相协调。此外，因为本发明的电子发射器件具有稳定及高亮度的电子发射特性，该电子发射器件可适用于多种领域。
下面将解释本发明另一方面的实例。
电子源或图像显示器件，如电视机，可以通过，例如，在衬底上排列多个本发明的电子发射器件而构成。
排列在衬底上的电子发射器件阵列，例如，可以是“梯形”排列或如图13所示的“矩阵”排列。对于“梯形”排列，多个电子发射器件平行连接，并且在垂直于电子发射器件排列方向(横排方向)的方向上(纵列方向)，把控制电极(网格)安装在独立的电子发射器件上。用这种方式可以控制电子发射器件的电子发射。对于“矩阵排列”，准备了m条X方向的布线和n条Y方向的布线，并且如图13和14所示，每一个电子发射器件的第一导电膜21a均电气连接于这m条X方向的布线之一，而第二导电膜21b电气连接于这n条Y方向的布线之一(m和n为正整数)。
下面将详细描述该矩阵排列。
根据本发明电子发射器件的上述三个基本特性，可以依照施加在第一导电膜21a和第二导电膜21b之间的脉冲电压的高度和宽度来控制要发射的电子。当施加的电压低于临界电压(Vth)时，电子实际上不会被发射。根据这些特性，当排列了若干电子发射器件，并且对独立电子发射器件施加了合适的脉冲电压时，可以控制被所选择的电子发射器件发射的电子数量，使之与输入信号相协调。
参照图13，下面将解释根据此原理具有矩阵排列的电子源衬底的结构。
在绝缘衬底71上，利用真空蒸发法，打印法或溅射法等形成了m条X方向的布线72，Dx1到Dxm。该X方向布线72由金属制成，因此指定了合适的材料，厚度和线宽，以使它们能够向若干电子发射器件74提供几乎一致的电压。Y方向布线73Dy1到Dyn，是使用与X方向布线72相同的材料以及相同的方法制作而成的。在m条X方向的布线72和n条Y方向的布线73之间，通过使用真空蒸发法，打印法或溅射法形成了一个，比如，SiO2绝缘层(未显示)。
独立电子发射器件74连接于X方向布线72之一和Y方向布线73之一。
此外，用于发送扫描信号的扫描信号应用工具(未显示)电气连接于X方向布线72。然而，解调信号震荡工具(未显示)电气连接于Y方向布线73，以便在扫描信号的同时，施加调制信号以调制所选择的电子发射器件发射出的电子。这些工具在后面将加以详细描述。提供了施加于独立电子发射器件74的驱动电压Vf作为要施加的扫描信号和调制信号之间的电压差。
参考图14，15A和15B，下面将解释具有矩阵排列的电子发射源以及图像显示器件。图14是显示图像显示器件外壳88基本结构的图示，而图15A和15B是显示荧光膜的图示。
在图14中，给安装于尾板81上的电子源衬底71提供了多个电子发射器件74。在面板86内，把荧光膜84和导电膜85沉积在例如由玻璃制成的透明衬底83的内部表面上。通过在接头处应用密封元件，如熔接玻璃，并在空气中或氮气中把结构加热到400℃至500℃，使尾板81，支撑架82和面板86密封。密封的结构可用作为外壳88。导电膜85相当于在参考图6时解释过的阳电极44。
当外壳88在空气或氮气中被密封后，外壳88内的空气经一个排气管(未显示)排出，直到内部压强达到所需要的真空水平(例如，约为1.3×10-5Pa)并且排气管会被关闭。结果，可以得到一个内部维持真空的外壳88。此外，当外壳88在真空中被密封时，外壳的密封可以在不需要排气管的情况下同时进行，内部维持真空的外壳88便可以很容易的被制作出来。
另外，在外壳88被密封之前或之后，可能会激活位于外壳88内部的一个消气剂(未显示)。如上文所述，外壳88在真空中被密封之前或之后，位于外壳88内部的消气剂(未显示)会被激活。结果，可以在外壳88关闭之后维持其内部的真空水平。
外壳88可以由面板86，支撑架82和尾板81组成。但是，由于尾板81主要用于加强衬底71的强度，所以只要衬底71具有足够的强度，就不需更尾板81了。在这种情况下，支撑架82就直接被密封于衬底71处，而外壳88就由面板86，支撑架82和衬底71组成。
此外，一个称为垫片的支撑元件(未显示)可以安装在面板86和尾板81(衬底71)之间，从而可以提供一个相对于大气压强，具有适宜强度的外壳88。
图15A和15B是显示图14中荧光膜84的具体结构的示意图。单色的荧光膜84可以仅由一个单色荧光层(荧光体)92形成。对于彩色图像显示器件，荧光膜84包括三原色的荧光层(荧光体)92和一个位于荧光层92之中的光吸收元件91。光吸收元件91最好是黑色的。在图15A中，光吸收元件91以条纹形状排列，而在图15B中，它们以矩阵排列。一般来说，图15A中的排列被称为“黑条纹”，图15B中的排列被称为“黑矩阵”。对于彩色显示，要提供光吸收元件91，从而使不同荧光体颜色(代表性地，为三原色)的荧光层92之间的颜色混合更不引人注意，并且可以抑制由荧光膜84反射的外部光线所引起的对比度降低。用于光吸收元件91的材料不局限于以石墨为主要成分的普通材料，还可以是其他一些具有低光传输力和低光反射力的材料。此外，可以使用导电或绝缘材料。
称为“金属背”膜的导电膜85(图14)，沉积于(尾板81附近)荧光膜84的内壁上。导电膜85的用途是在荧光体92发射的光线中，把指向电子发射器件的光线反射到面板86，以增加亮度；提供一个要施加电子束加速电压的电极；减少由外壳88产生的复离子的碰撞造成的对荧光体92的损坏。
导电膜85最好是铝膜。荧光膜84被沉积之后，会在荧光膜84表面进行一个滤光过程(通常称为“镀膜”)，之后，用真空蒸发法沉积Al，以获得导电膜85。
在荧光膜84和板83之间可以形成一个例如由ITO制成的透明电极(未显示)，以提高荧光膜84的导电性。
电压会经由连接于X方向布线72和Y方向布线73的终端Dox1至Doxm和Doy1至Doyn施加于外壳88内的独立电子发射器件上。在这种安排下，电子可以由所需要的电子发射器件所发射。此时，经由一个高电压终端87，在金属背85上施加一个大于或等于5kV，小于或等于30kV，但最好是大于或等于10kV，小于或等于20kV的电压。面板86和衬底71之间的距离最好没定于大于或等于1mm，且小于或等于3mm。使用这种结构，被选择的电子发射器件发射的电子会经金属背传输，并与荧光膜84相碰撞。然后，由于荧光体92开始发光，所以就可以显示图像了。
对于此安排，如元件材料等细节并不局限于上述所述的，可以依照特定目的的事先设计/操作标准加以适当改变。
此外，可以通过使用在参照图14时说明的本发明的外壳(图像显示器件)88来提供信息显示/再现装置。
明确地，信息显示/再现装置包括一个用于接收电视广播信号等广播信号的接收器；和一个用于选择接收到的信号的调谐，至少所选择的信号中的视频信息，字符信息或音频信息可以靠此调谐被输出至外壳(图像显示器件)88以显示并/或再现图像和/或声音。当然，当广播信号被编码时，本发明的信息显示/再现装置还可以包括一个解码器。输出音频信号以单独提供音频再现工具，如扬声器，从而可以在外壳(图像显示器件)88再现视频信息和字符信息的同时同步发出声音。
例如，可以使用下面方法输出视频信息或字符信息至外壳(图像显示器件)88，以显示和/或再现信息。
图24是根据本发明显示一台电视的框图。包括了一个调谐和一个解码器(未显示)的接收电路C20接收如卫星广播信号和陆地广播信号的电视信号，并经过网络接收数据广播，并且把解码后的视频数据输出到一个I/F装置(一个接口装置)C30。该I/F装置C30为图像显示器件C10，把视频数据转化为显示格式，并且把图像数据输出到器件C10(88)的显示面板C11。该图像显示器件C10包括显示面板C11(其包括外壳88)，驱动电路C12和控制电路C13。该控制电路C13为接收到的图像数据，执行图像过程，如适合显示面板C11的更正过程，并且把获得的数据和多种控制信号输出到驱动电路C12。该驱动电路C12使用接收到的图像数据，把驱动信号输出到显示面板C11(88)独立的布线上(见图14中Dox1至Doxm和Doy1至Doyn)，这样画面就显示出来了。可以把接收电路C20和I/F装置C30作为一个机顶盒(STB)储存在分离于图像显示器件C10的机盒里，或者把它们和图像显示器件C10一起储存在一个单机盒内。
面板装置C30可以连接于图像记录装置或图像输出装置(未显示)，如打印机，数字摄像机，数字照相机，硬盘驱动器(HDD)或数字视频光盘(DVD)。使用如此结构的信息显示/再现装置(或电视)，储存在图像记录装置中的图像可以显示在显示面板C11上，或者可以根据需要，处理显示于显示面板C11上的图像，并将其输出到图像输出装置。
上述图像显示器件的构造仅仅是本发明可以应用的一个实例，根据本发明的技术理念，可以实现多种修改。此外，当本发明的图像显示器件连接于一个系统，如视频会议系统或计算机系统时，可以提供多种信息显示/再现装置。
参考下面的实施例，现在将对本发明加以更加详细的说明。
(第一实施例)依照本实施例制造的电子发射器件的基本构造与图3A-3C中的一样。此外，基本上使用如图7A至7D和11A和11b所示的相同方法来制造本实施例的电子发射器件。参照图1，3A至3C，7A至7D，及11A和11B，现在将解释本实施例的电子发射器件的基本结构，以及据此的制造方法。
(步骤-a)第一，第一辅助电极2和第二辅助电极3形成于清洁后的二氧化硅玻璃1上(图7A)。
明确地，依据第一辅助电极2和第二辅助电极3之间的空间，在衬底1上提前准备一个定位图形。然后，按次积沉积5nm厚的Ti和45nm厚的Pt，并使用有机溶剂溶解该定位模型，以提升Pt/Ti膜。结果，形成了第一辅助电极2和第二辅助电极3。第一辅助电极2和第二辅助电极3之间的距离最好是20μm，而第一和第二辅助电极2和3的宽度是500μm。
(步骤-b)一个100nm厚的Cr膜，用真空蒸发法沉积在衬底1上，并形成了一个与后面将说明的导电膜相协调的通路。然后，用一个旋转器在衬底1上使用有机钯混合溶剂，使合成的衬底1在300℃的温度下退火十二分钟。因此形成的导电膜4，以Pd为主要成分，最好是6nm厚，而薄层电阻Rs最好是3×104Ω/□。
(步骤-c)使用酸性蚀刻剂蚀刻退火后可获得的Cr膜和导电膜4，请切获得的导电膜4的宽度最好为100μm(图7B)。
通过上述(步骤-a)到(步骤-c)，第一辅助电极2，第二辅助电极3和导电膜4已在衬底1上形成。(步骤-d)之后，把其中沉积有导电膜4的衬底1放入图6所示的测量评估装置中，并把抽空测量评估装置中的空气，直到达到1×10-6Pa。然后，用电源41在第一电极和第二电极2和3上加一个电压，并实施“形成”过程。结果，在导电膜7中形成了第二间隙7，且形成了第一电极4a和第二电极4b(图7C)。
图8B显示了用于这个“形成”过程的电压波形。在图8B中，T1和T2表示一个脉冲宽度和一个脉冲间隙，而在本实施例中，T1为1msec，而T2是16.7msee.本实施例中使用的脉冲是一个三角脉冲，当脉冲高度增加到0.1V时，“形成”过程被进行。另外，在“形成”过程中，一个电阻测量脉冲也被插入用来测量阻抗。“形成”过程应该在使用电阻测定值测量到阻抗等于或大于1MΩ时结束，这时，结束第一辅助电极和第二辅助电极2和3的电压使用。
(步骤-e)继而，通过一个缓慢漏气阀，甲醇被引入到真空装置中，并保持气压水平在1.3×10-4Pa。在这种情况下，有着如图9B所示波形的脉冲电压被用于第一辅助电极和第二辅助电极2和3，并且进行“激活”过程。在图9B所示的波形中，在本实施例中，T1为1msec，，T1’是0.1msec，T2是10msec。
在“激活”过程中，第一辅助电极2一直保持接地电势，且在第二辅助电极3上使用有着如图9B所示波形的脉冲电压。
六十分钟过后，确定“激活”过程已经进入到了图10中虚线右边的区域，对电压的使用已经停止，且缓慢漏气阀也关闭了。到此，“激活”过程结束了。结果，形成了第一碳膜21a和第二碳膜21b(图7D)。
在本步骤中，制作了三个电子发射器件一个电子发射器件是通过“激活”过程在图9B波形中最大电压为±12V的条件下得到的；一个电子发射器件是在最大电压为±22V的条件下通过“激活”过程得到的；一个电子发射器件是在最大电压为±30V的条件下通过“激活”过程得到的。
用上述与用于从(步骤-a)到(步骤-e)同样方法制备的电子发射器件已准备好，并且这些器件的平面SEM图和剖面SEM图也已观察到。如图5A和5B所示，不管在“激活”过程中所用的是什么电压，第一碳膜21a尾端和第二碳膜21b尾端(在间隙8形成外边缘的部分)是不对称的，第一碳膜21a尾端的厚度(从衬底1的表面算起的高度)是20nm，而第二碳膜21b尾端的厚度(从衬底1的表面算起的高度)是100nm。另外，第二碳膜21b在相互相对的第一碳膜21a的A部分和第二碳膜21b的B部分的方向上(即，电子发出的方向)的厚度是100nm。另外，观察到各个电子发射器件的剖面TEM(透射电子显微镜)图象，并且第一碳膜21a的部分A和第二碳膜21b的部分B之间的距离d已量出。对于在“激活”过程中使用电压为±12V的电子发射器件，距离d为2.2nm，对于在“激活”过程中使用电压为±22V的电子发射器件，距离d为4.3nm，对于在“激活”过程中使用电压为±30V的电子发射器件，距离d为6.1nm。
(步骤-f)在实施例中，从(步骤-a)到(步骤-e)制备的电子发射器件被从图6所示的测量/评估装置中取出并放入空气中，然后，像以上描述的那样，用AMF(原子力显微镜)(如图11A和11B所示)进行改变碳膜形状的过程。经过切刮第二碳膜21b尾端，可构成第一部分B，第二部分35和第三部分36(图11B)。
在“激活”过程中，对于通过改变所用最大电压值得到的各个电子发射器件，第一部分B的厚度用AFM调节为20nm。应该注意的是，一个差额h(第一部分B与第二和第三部分35和36之间“突出部分”的高度h)为80nm。另外，在制作的电子发射器件中，第二和第三部分35和36(“突出部分”)之间有九个距离w，5nm、9nm、13nm、30nm、50nm、100nm、200nm、300nm和500nm。(突出部分的高度h和突出部分之间的距离w见图1)。由于碳膜21a的尾端A并未被切刮且保持不变，末端A的厚度为20nm。该过程在沿着间隙8中的多个位置进行，特别是在间隙8比别的区域窄的部分，即，第一和第二碳膜的间距较短的地方。
为对比实例1所制的电子发射器件使用的是以上描述过的与(步骤-a)到(步骤-e)同样的方法，另外，除了改变(步骤-e)中的电压波形，为对比实例2所制的电子发射器件也是用了以上描述过的与(步骤-a)到(步骤-e)同样的方法。值得一提的是，(步骤-f)在为对比实例1和2所制的电子发射器件中并未进行。
在为对比实例2所制的电于发射器件的“激活”过程中，使用了图9A中所示的波形，T1为1msec，T2为10msec。这时，即可得到为对比实例2所制的电子发射器件，即，在图9A波形中最大电压值为±12V的条件下在“激活”过程中得到的电子发射器件、在最大电压值为±22V的条件下在“激活”过程中得到的电子发射器件和在最大电压值为±30V的条件下在“激活”过程中得到的电子发射器件。在“激活”过程中，第一辅助电极2一直保持接地电势，并在第二辅助电极3上使用有着如图9B所示波形的脉冲电压。
这样得来的为对比实例2所制的电子发射器件的剖面SEM图象可被观察到。基本地，如图4A和4B所示，不管“激活”过程中使用的是什么电压，第一碳膜21a尾端已经实质上获得了如同第二碳膜21b尾端的厚度，而第一碳膜21a和第二碳膜21b的厚度为40nm。另外，对比实例2所制的电子发射器件的剖面TEM图可被观察到，并且第一碳膜21a和第二碳膜21b之间的距离d可被量出。对于在“激活”过程中使用电压为±12V的电子发射器件，距离d为2.2nm，对于在“激活”过程中使用电压为±22V的电子发射器件，距离d为4.3nm，对于在“激活”过程中使用电压为±30V的电子发射器件，距离d为6.1nm。
(步骤-g)接下来，在(步骤-f)之后完成本发明的电子发射器件，并且在(步骤-e)中而并未进行(步骤-f)得到的为对比实例1和2所制的电子发射器件被放入图6中的测量/评估装置中。测量/评估装置中的空气被放出，然后“稳定性”过程在真空中进行。特别地，真空没备和电子发射器件被一个加热器加热，继续将空气从真空设备中抽出而温度一直保持在约250℃。20小时过后，加热停止直到真空设备达到室温。这时，真空设备中的压力约为1×10-8Pa。从而可测量电子发射特性。
为了测量电子发射特性，设定阳电极44和电子发射器件的距离H为2mm，并用高压电源43在阳电极44加一个1kV的电势。在这种情况下，电源41在辅助电极2和3上加电压，以使第一辅助电极2的电势比第二辅助电极3的电势高。这时，一个脉冲高度为10V的矩形脉冲电压被用于那个在“激活”过程中使用过电压为±12V的电子发射器件，一个脉冲高度为20V的矩形脉冲电压被用于那个在“激活”过程中使用过电压为±22V的电子发射器件，一个脉冲高度为28V的矩形脉冲电压被用于那个在“激活”过程中使用过电压为±30V的电子发射器件。
在对电子发射特性的测量中，电表40和42被用于测量本发明电子发射器件的器件电流If和发射电流Ie，用于对比实例1和2，并且计算了这些器件的电子发射效率。
得到的电子发射效率在以下表1中展示，得到的发射电流Ie在表2中展示。对于“激活”过程中所有使用的电压12V，22V和30V，器件电流If从0.8mA到1.4mA。
表1(效率)


从这些结果中明显可得，当第二部分35和第三部分36之间的距离大于或等于2d，小于或等于50d时，本发明电子发射器件的发射电流Ie大于对比实例1中电于发射器件的发射电流，且电子发射效率η较高。
另外，评估了这些特性后，通过施加与特性评估相同的脉冲电压，本实施例的电子发射器件得以长时间驱动。结果，表1和2中显示的特性可以长时间得到维持。
评估了这些特性后，可以观察到本实施例中独立电子发射器件的截面SEM图像。在第一碳膜21a部分A与第二碳膜21b部分B相对的方向(电子被发射的方向)上，第二碳膜21b的厚度D(“深度”D)是20nm(见图1中的“深度”D)。此外，可以确定的是，对于独立电子发射器件，第二部分35和第三部分36之间的距离是5nm、9nm、13nm、30nm、50nm、100nm、200nm、300nm和500nm。
而且，还可以确定，衬底-变形部分(凹陷部分)22也形成于导电膜21a和21b之间的衬底1表面。
(第二实施例)在本发明的第二实施例中，第一部分B与第二和第三部分35和36之间的厚度差h改变了。
在此实施例中，电子发射器件的制造方式与第一实施例相同，除了第一实施例中的(步骤-f)变为了以下方法。因而，现在只解释(步骤-f)。对比实例1和2也与第一实施例中使用的实例相同。
(步骤-f)把本实施例中在(步骤-a)至(步骤-e)制造的电子发射器件从图6中的测量/评估装置取出至空气中，并且如上所述，通过使用AFM执行改变碳膜形状的过程(见图11A和11B)。通过切挖第二碳膜21b尾端，形成了第一部分B，第二部分35和第三部分36(图11B)。
在“激活”过程中，对于通过改变施加电压最大值而制造的独立电子发射器件，通过使用AGM，并且调整第一部分B的厚度至20nm，调整第二部分35和第三部分36之间的距离w至30nm。然后，提供九种电子发射器件，其中，第一部分B及第二和第三部分35和36之间的厚度差h是3nm、5nm、7nm、9nm、11nm、13nm、30nm、50nm和80nm。由于导电膜21a尾端A未经切挖(not scraped)以及仍然未加工，所以尾端A的厚度为20nm。沿着间隙8的很多地方执行了这个过程，特别是，在间隙8比其他区域窄的部分处，也就是说，在第一和第二碳膜之间的距离更短的地方。
第二实施例中制造的电子发射器件的电子发射特性是用与第一实施例中相同的方式加以测量的。表3显示了计算得出的电子发射效率，表4显示了测量得出的发射电流Ie。



比较对比实例1和2中的电子发射器件，从结果中可以很明显的得出，对于本发明的电子发射器件，当第一部分B及第二和第三部分35和36之间的厚度差h大于或等于2d时，发射电流Ie大，而且电子发射效率η较高。
此外，由本发明者的计算还可以得出，当第一部分B与第二和第三部分35和36中每一个之间的厚度差h大于或等于80nm时，发射电流Ie和电子发射效率η大于对比实例1和2中制造的电子发射器件获得电流和效率。因此，第一部分B与第二和第三部分35和36之间的厚度差h没有上限。但是，对于使用本发明电子发射器件的图像显示器件，由于制造成本和质量控制(比如，漏电的防范)，厚度差h最好小于或等于200d。
评估了这些特性之后，通过施加与特性评估相同的脉冲电压，本实施例的电子发射器件得以长时间驱动。结果，表3和4显示的特性可以长时间得到维持。
评估了这些特性之后，可以观察本实施例电子发射器件的截面SEM图像。第二碳膜21b的第一部分B的厚度为20nm，而第二碳膜21b的第二和第三部分35和36的距离w为30nm。在第一碳膜21a部分A与第二碳膜21b部分B相对的方向(电子被发射的方向)上，第二碳朠21b的厚度D(“深度”D)是20nm(见图1中的“深度”D)。第二碳膜21b的第一部分B与第二和第三部分35和36之间的厚度差h是3nm、5nm、7nm、9nm、11nm、13nm、30nm、50nm和80nm。
而且，衬底-变形部分(凹陷部分)22形成于第一和第二碳膜21a和21b之间的衬底1表面。
(第三实施例)第三实施例中，在第一碳膜21a部分A与第二碳膜21b部分B相对的方向(电子被发射的方向)上出现的第二碳膜21b的厚度D(“深度”D)改变了。
在本实施例中，电子发射器件的制造方式与第一实施例相同，除了第一实施例中的(步骤-f)变了。因而，现在只解释(步骤-f)。对比实例1和2也与第一实施例中使用的相同。
(步骤-f)把本实施例中在(步骤-a)至(步骤-e)制造的电子发射器件从图6中的测量/评估装置中取出至空气中，并且如上所述，通过使用AFM执行改变碳膜形状的过程(见图11A和11B)。通过切挖第二导电膜21b尾端，形成了第一部分B，第二部分35和第三部分36(图11B)。
在“激活”过程中，对于通过改变施加电压的最大值而制造的独立电子发射器件，通过使用AGM，调整第一部分B的厚度至20nm。此外，设定第二和第三部分35和36之间的距离w为30nm，并设定第一部分B与第二和第三部分35和36之间的厚度差为80nm。结果，七种电子发射器件得以提供，其中，在第一碳膜21a部分A与第二碳膜21b部分B相对的方向上，第二碳膜21b的厚度D(“深度”D)为3nm、5nm、7nm、10nm、30nm、50nm和100nm。由于碳膜21a尾端A未经切挖以及仍然未加工，所以尾端A的厚度为20nm。沿着间隙8的很多地方执行了这个过程，特别是，在间隙8比其他区域窄的部分处，也就是说，在第一和第二碳膜之间的距离更短的地方。
第三实施例中电子发射器件的电子发射特性是用与第一实施例中相同的方式加以测量的。表5显示了计算得出的电子发射效率，表6显示了测量得出的发射电流Ie。



根据这些结果，比较对比实例1和2的电子发射器件，对于本发明的电子发射器件，不考虑第二碳膜21b在第一碳膜21a部分A与第二碳电膜21b部分B相对的方向(电子被发射的方向)上呈现的厚度D(“深度”D)，发射电流Ie大，而且电子发射效率η较高。
由本发明者的计算还可以得出，当第二碳膜21b在第一碳膜21a部分A与第二碳膜21b部分B相对的方向上呈现的厚度D大于或等于10nm时，发射电流Ie和电子发射效率η大于对比实例1和2中的电子发射器件获得电流和效率。因此，只要第二碳膜21b的厚度足以提供合适的电势，第二碳膜21b在第一碳膜21a部分A与第二碳电膜21b部分B相对的方向(电子被发射的方向)上的厚度D没有特别的界限。
但是，对于使用本发明电子发射器件的图像形成装置或图像显示器件，由于制造成本和质量控制(例如，漏电的防范)，第二碳膜21b的厚度D最好小于或等于200d。
评估了这些特性之后，通过施加与特性评估相同的脉冲电压，本实施例的电子发射器件得以长时间驱动。结果，表5和6显示的特性可以长时间得到维持。
评估了这些特性之后，可以观察到本实施例的电子发射器件的截面SEM图像。第二碳膜21b的第一部分B的厚度为20nm，第二碳膜21b的第一部分及第二碳膜21b的第二和第三部分35和36之间的厚度差h为80nm，且第二和第三部分35和36之间的距离w为30nm。此外，可以确定的是，在第一碳膜21a部分A与第二碳电膜21b部分B相对的方向(电子被发射的方向)上，第二碳膜21b的厚度D为3nm、5nm、7nm、10nm、30nm、50nm和100nm。
此外，可以确定的是，衬底-变形部分(凹陷部分)22形成于第一和第二碳膜21a和21b之间的衬底1的表面。
(第四实施例)在本发明的第四实施例中，通过以矩阵形状排列本发明的电子发射器件构成电子发射源，并且通过使用该电子发射源可以提供图像显示器件。现在将说明根据这个实施例制造图像显示器件的过程。
(辅助电极产生步骤)使用含有少量碱性成分的PD-200，2.8mm厚的玻璃板(由Asahi玻璃有限公司提供)做衬底71。然后，在衬底71上沉积100nm的SiO2膜。
然后，执行在衬底71上形成若干第一和第二辅助电极2和3的过程(图16)。这个结构中，通过溅射法按次序沉积5nm的钛底层和40nm的铂底层，并且使用光致抗蚀剂。因而，通过光刻法系列，即曝光，显影和蚀刻，形成了合成结构。结果，形成了第一和第二辅助电极2和3。在本实施例中，第一和第二辅助电极2和3之间的距离为10μm，而每个电极的长度为100μm。
(Y方向布线形成步骤)如图17所示，Y方向布线73以直线模式形成，以便连接于辅助电极3，并且把这些电极3连接在一起。对于Y方向布线73，银(Ag)感光胶墨被丝网印刷，干燥，曝光和显影，做成需要的模式。其后，该直线模式在约为480℃的温度中退火，以形成布线。布线的厚度约为10μm，而直线宽度为50μm。Y方向布线73是用于传输调制信号的布线。
(绝缘层形成步骤)如图18所示，为了把将在下个步骤中制造的X方向布线72(见图19)与Y方向布线73分离，一个绝缘层75被沉积以覆盖上述Y方向布线73。绝缘层75的一部分中形成了接触孔，以保证X方向布线72和辅助电极2的电气连接。
明确地，包含PbO为主要成分的光感玻璃胶被丝网印刷，曝光过程和显影过程要重复四次，最后，该合成结构在约为480℃的温度中退火。绝缘层75的厚度为30μm，而它的宽度为150μm。
(X方向布线形成步骤)如图19所示，Ag胶墨在前面形成的绝缘层75上被丝网印刷，干燥，并在约为480℃的温度中退火。结果，可以形成X方向布线72。X方向布线72横穿Y方向布线73，而绝缘层75位于两者之间，X方向布线72经过在绝缘层75上形成的接触孔连接于辅助电极2。X方向布线72是用于传输扫描线的布线。X方向布线72的厚度约为15μm。
由此得到了具有矩阵布线的衬底71。
(第一电极和第二电极形成步骤)适当清洗具有矩阵布线的衬底71，并且通过使用含有防水剂的溶液处理其表面以得到一个疏水性表面。通过在这个过程，之后形成导电膜时要使用的一种溶液可以适当地涂撒在辅助电极2和3之上。因此，使用这种喷墨涂覆法，可以使导电膜4在辅助电极2和3之间沉积(图20)。
在这个实施例中，喷墨涂覆法使用的墨是含有一种溶液的有机钯，该溶液中化学成分重量百分比为0.15的钯-脯氨酸联合体溶解于一种水溶液(水85％，异丙醇(IPA)15％)。为了把含有溶液的有机钯喷射到辅助电极2和3上，在把点直径调整为60μm的同时，使用压电器件的喷墨发射装置被使用。此后，在空气里350℃的温度中加热衬底71十分钟，可得到由钯(II)氧化物(PdO)做成的导电膜4。点直径约为60μm，膜的最大厚度为10nm。
然后，含有若干部件的衬底71，包括在上述步骤中形成的辅助电极2和3，以及连接于这些电极的导电膜4，被放置在真空容器23中。之后，真空容器23的压力降低到小于或等于1.3×10-3Pa，并且开始把降低气体(N2＝98％，H2＝2％的混合气体)导入至真空容器中。然后，开始“形成”过程。
通过选择性地在每一条X方向布线72每个上施加一个脉冲，“形成”过程得以进行。也就是说，要重复一个在一条所选择的X方向布线72上施加脉冲，并在另一条所选择的X方向布线72上施加脉冲的过程。要施加的脉冲电压波形是一个如图8B所示的三角脉冲，其中每一个脉冲高度逐渐增加。设定脉冲宽度T1为1兆秒，并设定脉冲周期T2为10兆秒。
把空气从真空装置23中移除后，开始进行“激活”过程。在本实施例中，使用甲醇作为含碳气体，并且在真空装置23的压力为1.3×10-4Pa时进行激活过程。要导入的甲醇的压力稍微受到真空装置的形状和真空装置中使用的元件的影响，而1×10-5Pa至1×10-2Pa是合适的。此外，在“激活”过程中，使用了图9B中的双极脉冲波形。设定阳极面的T1为1兆秒， 设定阴极面的T1’为0.1兆秒，设定T2为10兆秒，且设定施加的最大电压为±22V。在此过程中，脉冲波施加于辅助电极2之上。
“激活”过程开始六十分钟后，可以确定的是，“激活”过程已经过入了图10所示的虚线的右部。然后，中断使用脉冲电压，并且停止导入甲醇。
经过上述步骤，可以得到其中排列着若干电子发射器件的衬底71。
通过执行上述步骤，准备了衬底，其上提供若干用于测量的电子发射器件，并可以观察到独立电子发射器件的截面TEM图像。如图5A或5B的示意性显示，第一碳膜21a和第二碳膜21b的尾端(界定间隙8外部边缘的部分)厚度不相等。此外，第一碳膜21a的厚度为20nm，而第二碳膜21b的厚度为100nm。第二碳膜21b，在第一碳膜21a的部分A与第二碳膜21b的部分B相对的方向(电子被发射的方向)上，厚度为100nm。
当“激活”过程完成后，把提供若干电子发射器件的衬底71从真空容器取出至空气中，并且如上所述，通过使用AFM改变第二碳膜21b的尾端(见图11A和11B)。
通过使用AFM切挖第二碳膜21b的尾端，可以形成第一部分B，第二部分35和第三部分36(图11B)。在本实施例中，设定第二和第三部分35和36之间的距离为30nm，设定一部分B的厚度为20nm，设定第一部分B及第二和第三部分35和36之间的厚度差为80nm。此外，第二碳膜21b的厚度，在第二碳膜21a的部分A与第二碳膜21b的部分B相对的方向(电子被发射的方向)上，维持不变，即，100nm。第一碳膜21a的尾端未经切挖和未加工处理。沿着间隙8，这个过程的进行在间隙8比其他区域更窄的部分，即，第一和第二碳膜之间的距离更短的地方。此外，对于所有的电子发射器件都要执行这个过程。
经过上述步骤，可以得到其上设置有本发明的电子源(多个电子发射器件)的衬底71。
从而，如图14所示，穿过支撑架82，在衬底71上方约2nm处，安装有面板86，此处，荧光膜84和金属背85被碾压在玻璃衬底83的内面上。在图14中，提供尾板81作为衬底71的加固元件。但在其他的实施例中，不需要使用尾板81，并且通过加热和冷却一种低熔点金属，可以密封面板86的接头处、支撑架82和衬底71。此外，由于此密封过程是在真空室中进行的，可以在不需要排气管的情况下同时进行密封和关闭过程。
在本实施例中，为了提供彩色显示，作为图像形成元件的荧光膜84是一个条纹荧光体(见图15A)。首先，形成黑色条纹91，然后，使用淤浆法在间隙处应用单独颜色的荧光体92，从而得到荧光膜84。黑色条纹91的材料是以石墨为主要成分的普通材料。
通过真空蒸发法沉积铝，可以在荧光膜84的内壁上(靠近电子发射器件)获得金属背85。
对于由此完成的图像显示器件，可以经由X方向布线和Y方向布线选择需要的电子发射器件，并且在所选择的电子发射器件上施加+20V的脉冲电压，从而使这个电子发射器件的第二辅助电极的电势高于第一辅助电极的电势。同时，经由高压终端Hv在金属背85上施加一个8kV的电压。结果，可以长时间显示明亮，良好的图像。
上述的模式和实施例仅仅是实例，本发明的步骤中还包括各种元件以及元件大小的修改。
虽然本发明已经参考示范实施例得以说明，但应该理解的是，本发明并不局限于这里所显示的实施例。相反，在所附权利要求书的精神和范围内，本发明可以覆盖多种修改和等效的改变。下列权利要求书的范围要与最广泛的解释相一致，从而包含所有这些修改及相当的结构和功能。
权利要求
1.一种电子发射器件，包括具有一个端部分的第一导电膜；以及具有一个分离于第一导电膜端部分，并面对第一导电膜端部分的端部分的第二导电膜，其中，第二导电膜端部分包括第一部分，第二部分和第三部分，并且第一部分位于第二和第三部分之间，其中，在第一部分的第二导电膜的厚度小于在第二和第三部分的第二导电膜的厚度，并且其中，面对第一部分的第一导电膜端部分的厚度小于在第二和第三部分的第二导电膜的厚度。
2.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中，面对第一部分的第一导电膜端部分的厚度大于或等于第二导电膜第一部分的厚度。
3.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中，第一导电膜进一步具有第四部分和第五部分，其中，面对第一部分的端部分安装在第四和第五部分之间，并且其中，面对第一部分的第一导电膜端部分与第二导电膜之间的距离小于第四和第五部分与第二导电膜之间的距离。
4.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中，当设定第一部分与面对第一部分的第一导电膜端部分之间的距离为d时，在第一部分的第二导电膜的厚度与在第二和第三部分的第二导电膜的厚度之间的差设定为大于或等于2d，且小于或等于200d。
5.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中，当设定第一部分与面对第一部分的第一导电膜端部分之间的距离为d时，第二部分和第三部分的距离设定为大于或等于2d，且小于或等于50d。
6.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中，当限定第一部分与面对第一部分的第一导电膜端部分之间的距离为d时，沿第一部分与第一导电膜端部分彼此相对的方向上的在第二和第三部分的第二导电膜厚度，小于或等于200d。
7.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中，第一部分与面对第一部分的第一导电膜端部分之间的距离大于或等于1nm，且小于或等于10nm。
8.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中，第一导电膜和第二导电膜为碳膜。
9.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中，第一和第二导电膜安装在具有一个位于第一和第二导电膜之间的凹陷部分的衬底表面上。
10.一种电子发射器件，包括具有电子发射部分的第一导电膜和具有安装于间隔处的面对电子发射部分的部分的第二导电膜，其中，面对电子发射部分的此部分的第二导电膜厚度不大于或等于在电子发射部分的第一导电膜厚度。其中，当在第一导电膜和第二导电膜之间施加驱动电压Vf[V]来发射电子时，使第二导电膜的电势高于第一导电膜的电势，并且其中，延伸横跨在电子发射部分和面对该电子发射部分的部分的剖面中位于电子发射部分附近的一条0.5Vf[V]等势线向第一导电膜倾斜。
11.一种电子源，包括多个电子发射器件，其中每一个都是根据权利要求1和9中之一的电子发射器件。
12.一种图像显示器件，包括一个根据权利要求11的电子源和一个光发射组件。
13.一种信息显示/再现装置，包括一个用于输出被包括在接收到的广播信号中的视频信息，字符信息和音频信息中至少一种信息的接受器，和一个连接于该接受器的根据权利要求12的图像显示器件。
全文摘要
通过在第一和第二导电膜之间施加驱动电压Vf[V]，当电子被第一导电膜发射时，一条0.5Vf[V]等势线，在第一导电膜的电子发射部分附近，在向电子发射部分和第二导电膜中最靠近电子发射部分的部分延伸的截面上，倾向于第一导电膜，而不是第二导电膜。本发明改良了电子发射效率。
文档编号H01J29/04GK1728316SQ20051008782
公开日2006年2月1日 申请日期2005年5月18日 优先权日2004年5月18日
发明者糠信恒树, 山本敬介, 小林玉树, 森口拓人 申请人:佳能株式会社