电子发射器件和图像显示装置的制作方法

专利名称：电子发射器件和图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子发射器件和具有多个所述器件的图像显示装置。
背景技术：
表面传导型的电子发射器件利用如下现象当电流与膜平面平行 地穿过在绝缘基板上形成的导电膜时，电子被发射。
日本专利申请公开No. 2002-352699 7>开了具有这样的结构的表 面传导型的电子发射器件通过将导电膜分割成多个导电膜并由此增 加导电膜中的每一个的电阻，在已出现放电时抑制异常大的电流流动。
但是，近来的图像显示装置需要表现出长时期以较高的清晰度稳 定地显示图像的性能。出于这种原因，在应用电子发射器件的显示器 中，希望电子发射器件表现出高的会聚性和优异的长时期稳定性。在 显示像素以一对一的关系与电子发射器件对应的图像显示装置中，电 子发射器件中的每一个中的电流的波动导致像素之间的亮度变化，使 得电子发射器件需要更加均匀和稳定。

发明内容
本发明致力于提供这样的电子发射器件和使用该器件的图像显示 装置所述电子发射器件不需要另外添加的新电极、具有优异的会聚 性、并且显示出短时期和长时期的小的放出(discharged)电流变化。
本发明提供一种电子发射器件，该电子发射器件至少具有在绝缘 基板上形成的一对器件电极、和形成为使器件电极相互连接并在其中 具有间隙的多个导电膜，其中，至少与导电膜之间的间隙相邻并且不 覆盖有导电膜的区域的表面比导电膜的表面高。
本发明还提供一种电子发射器件，该电子发射器件具有绝缘基板、被布置在绝缘基板上的一对电极、和被平行放置在所述一对电极之间 以使电极相互连接的多个导电膜，其中，多个导电膜中的每一个具有 电子发射部分，以及，位置比导电膜的表面高的绝缘构件被布置在多 个导电膜之中的彼此相邻导电膜之间的绝缘基板上的区域中。
本发明还提供一种电子发射器件，该电子发射器件具有绝缘基板、 被布置在绝缘基板上的一对电极、和被平行放置在所述一对电极之间 以使电极相互连接的多个导电膜，其中，多个导电膜中的每一个具有 电子发射部分，以及，多个导电膜之中的彼此相邻导电膜之间的绝缘 基板的表面的位置比导电膜的表面高。
本发明还提供一种图像显示装置，该图像显示装置包含第一基 板，具有布置在其上的多个电子发射器件；和第二基板，其具有被布
置为与电子发射器件相对的、要被从电子发射器件发射的电子照射的 图像显示构件，并被布置为与第一基板相对。
从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征 将变得明显。


图1A、图1B、图1C和图1D是根据本发明的电子发射器件的一 个实施例的示意图。
图2A、图2B、图2C和图2D是根据本发明的电子发射器件的另 一实施例的示意图。
图3是用于描述根据本发明的遮蔽(shielding)部分的功能的部 分示意图。
图4是示出根据本发明的遮蔽部分高度和电子束展开(spread) 之间的关系的部分示意图。
图5A、图5B和图5C是示出图1A、图1B、图1C和图1D中的 电子发射器件的制造过程的透视图。
图6是用于评价根据本发明的电子发射器件的装置的示意图。
图7是示出在成形(forming)步骤中要施加的脉冲电压的一个例子的示意图。
图8是示出在激活步骤中要施加的脉冲电压的一个例子的示意图。
图9A、图9B和图9C是示出图2A、图2B、图2C和图2D中的 电子发射器件的制造过程的透视图。
图10是根据本发明的图像显示装置的一个例子的显示板的示意图。
图IIA、图IIB、图IIC、图IID和图IIE是示出根据本发明的 示例性实施例的电子源的制造过程的示意性平面图。
具体实施例方式
本发明的第一方面是一种电子发射器件，该电子发射器件至少具 有在绝缘基板上形成的一对器件电极、和形成为使器件电极相互连接 并且分别在器件电极之间的区域中具有间隙的多个导电膜，其中，至 少与导电膜之间的间隙相邻并且不覆盖有导电膜的区域的表面比导电 膜的表面高。
本发明的第二方面是一种电子发射器件，该电子发射器件具有绝 缘基板、被布置在绝缘基板上的一对电极、和被平行放置在所述一对 电极之间以使电极相互连接的多个导电膜，其中，多个导电膜中的每 一个具有电子发射部分，以及，位置比导电膜的表面高的绝缘构件被 布置在多个导电膜之中的彼此相邻导电膜之间的绝缘基板上的区域 中。
本发明的第三方面是一种电子发射器件，该电子发射器件具有绝 缘基板、被布置在绝缘基板上的一对电极、和被平行放置在所述一对 电极之间以使电极相互连接的多个导电膜，其中，多个导电膜中的每 一个具有电子发射部分，以及，多个导电膜之中的彼此相邻导电膜之 间的绝缘基板的表面的位置比导电膜的表面高。
作为实施例，上述的本发明的电子发射器件可包含以下的结构。 在与导电膜之间的间隙相邻并且不覆盖有导电膜的区域中形成凸起的遮蔽部分。上述的遮蔽部分由绝缘材料制成。上述的绝缘材料为氧化 铝、氮化硅、氧化镁和氮化铝中的任一种。上述的导电膜分别被布置 在形成于器件电极之间绝缘基板上的多个凹陷部分的底面上。上述的 凹陷部分的底面由氧化硅或包含氧化硅作为主要成分的绝缘材料制 成。上述的凹陷部分的侧面由氧化铝、氮化硅、氧化镁和氮化铝中的 任一种制成。
本发明的第四方面提供一种图像显示装置，该图像显示装置包含: 第一基板，具有布置在其上的多个电子发射器件；和第二基板，其具 有被布置为与电子发射器件相对的、要被从电子发射器件发射的电子 照射的图像显示构件，并被布置为与第一基板相对。
根据本发明的电子发射器件具有被分割成多个导电膜的导电膜， 并因此使得要与电子发射部分中的每一个连接的电阻分量增加，以抑 制放出电流随时间波动。电子发射器件还具有被布置在每一电子发射 部分的附近的遮蔽部分或凹陷部分的侧面，由此截止导致束展开的电 子，并且可使电子束精细化(refine)。因此，根据本发明的图像显示 装置可长时期稳定地显示高质量的图像。
根据本发明的电子发射器件包含电场发射型器件、MIM型器件和 表面传导型电子发射器件，并且，在沿要发射的电子的射出方向具有 分布的器件(诸如水平电场发射型器件和表面传导型电子发射器件) 中是特别有效的。
现在将参照附图以表面传导型电子发射器件为例描述根据本发明 的电子发射器件的实施例。
根据本发明的电子发射器件具有这样的结构特征导电膜被分割 成多个导电膜，并且，与形成在导电膜中的间隙相邻并且不覆盖有导 电膜的区域的表面比导电膜的表面高。后一描述具体包含具有形成 在不覆盖有这种导电膜的区域中的凸起的遮蔽部分的实施例1、和事 先在形成导电膜的区域中形成凹陷部分的实施例2。
现在将参照图1A、图1B、图1C和图1D以及图2A、图2B、图 2C和图2D描述根据本发明的电子发射器件的基本结构例子。图1A、图1B、图1C和图1D示出上述的实施例1中的器件的结构例子，图 2A、图2B、图2C和图2D示出上述的实施例2中的器件的结构例子。 在每一图中，图1A是示意性平面图，图1B是沿图1A中的线1B-1B 取得的示意性截面图，图1C是沿图1A中的线1C-1C取得的示意性 截面图，图1D是在沿图1A中的线1C-1C切取这种器件的情况下的 透视图。
这种器件的基本结构包含在由玻璃等制成的绝缘基板l上形成 并且彼此相对的一对器件电极2和3;和与器件电极2和3中的每一 个电连接的导电膜4。多个导电膜4被平行布置在一对器件电极2和3 之间，并且与器件电极2和3中的每一个连接，但是被布置为具有间 隔，使得各导电膜不直接相互接触。导电膜4中的每一个具有在其中 形成的微小(fine)间隙5，并且在间隙5中具有电子发射部分。
在图1A、图1B、图1C和图1D的器件中，凸起的遮蔽部分6-皮 布置在器件电极2和3之间与以被分割成多个导电膜的形式布置的导 电膜4的间隙5相邻、并且不覆盖有导电膜4的区域中，换句话说， 在绝缘基板l的表面上。该遮蔽部分6形成为比导电膜4厚，并被配 置为使得其上面(upper face)的位置比导电膜4高，换句话说，比间 隙5高。
在图2A、图2B、图2C和图2D的器件中，在器件电极2和3之 间被分割成多个导电膜的导电膜4分别被布置在分别在器件电极之间 形成于基板上的多个凹陷部分的底面上。顺便说一句，该器件采用具 有设置在绝缘基板1的表面上的基板涂层7的基板，通过部分挖去基 板涂层7以使绝缘基板1的表面被露出而制备凹陷部分，并具有在绝 缘基板1的表面上形成的导电膜4。因此，该器件被配置为使得凹陷 部分的侧面被布置成与设置在导电膜4中的间隙5相邻，并且与间隙 5相邻且不覆盖有导电膜4的区域、换句话说基板涂层7的表面的位 置比导电膜4的表面高。
绝缘基板1变成用于在其上形成电极2和3、导电膜4等的基板， 因此可由诸如玻璃的电绝缘材料制成，并且，当考虑对于图像显示装置等的应用时，可由玻璃制成。另外，如后面将描述的那样，应用本 发明的表面传导型电子发射器件在形成电子发射部分的过程中经过称
为激活步骤的通电(energization)步骤，使得可以使用含有许多氧化 硅的玻璃作为用于激活步骤的合适材料。
只要材料具有导电性，那么彼此相对的一对器件电极2和3可采 用任何材料，但是可采用具有较低欧姆值的材料。特别地，当假定该 器件被应用于图像显示装置等的情况时，器件电极可由具有耐受加热 步骤的这样的高耐热性的材料制成。具体地，该材料包含M、 Pt、 Au、 W、 Mo和Al。
作为用于导电膜4的材料，可以使用诸如金属和半导体的导电材 料。作为例子，该材料包含诸如Ni、 Cr、 Au、 Mo、 W、 Pt、 Ti、 Al、 Cu和Pd的金属，其合金，诸如Pd、 Ag、 Au、 Ru和Pd-Ag的金属， 和其氧化物。
不管材料是具有导电性还是绝缘性能，遮蔽部分6可采用金属、 或诸如金属氧化物和金属氮化物的化合物。但是，当由导电材料形成 时，遮蔽部分6需要与器件电极2和3中的至少一个电绝缘。遮蔽部 分6可釆用氧化铝、氮化硅、氧化镁和氮化铝的绝缘材料中的任一种， 这将在后面描述。
在图2A、图2B、图2C和图2D的器件中，在绝缘基板1上形成 基板涂层7，但是，基板涂层7可由氧化铝、氮化硅、氧化镁和氮化 铝的绝缘材料中的任一种形成，这将在后面描述。另外，为了在激活 步骤中使碳易于沉积在间隙5上，可以用含有许多氧化硅的玻璃形成 绝缘基板l，并且，可以使其中放置导电膜4的凹陷部分形成到使得 绝缘基板1的表面被露出的这样的深度。
以下，现在将参照图3描述通过使与间隙5相邻的区域中的表面 比导电膜4高的结构而给予的功能。
图3是图1A、图1B、图1C和图1D所示的器件的Y方向的部分 示意性截面图，并且示意地示出从具有在其两侧布置的遮蔽部分6的 一片导电膜4中的间隙5发射的电子的轨道。通过向导电膜4施加电压，该器件导致从在导电膜4中形成的微 小间隙5发射电子。发射的电子的初速度几乎(almost)由从外面施 加的电压确定，并且该器件向真空发射电子，而几乎不导致能量损失。 在间隙5中存在大量的发射电子的电子发射部分，并且，大量的电子 发射部分被平行排列在一片导电膜4中。要从电子发射部分发射的电 子中的大多数沿在器件电极2和3之间施加电压的方向、换句话说沿 与通电方向平行的方向(X方向)被发射，但确认了也发射具有与通 电方向垂直的方向(Y方向)的分量的一些电子。这些电子被发射部 分附近的电场加速并从那里逃逸，这导致使得电子束展开。
另一方面，当遮蔽部分6被布置在间隙5的附近时，从电子发射 部分发射的电子之中的具有与通电方向垂直的方向的初速度的电子、 换句话说具有Y方向的初速度的电子与遮蔽部分6碰撞，并因此不能 向上侧(Z方向)逃逸。由此，具有导致电子沿Y方向展开的速度段 (segment)的电子被截止，并且因此只有具有一致的初速度方向的电 子才可被取出。
如上所述，要被发射的电子的方向不仅与通电方向平行和垂直， 而且包含具有各种分量的方向。但是，沿垂直方向发射的电子一般以 恒定的速度移动，使得可通过在电子发射部分的附近布置诸如遮蔽部 分6的遮蔽电子飞行的壁结构，来去除导致展开的电子。
另外，如上所述，具有Y方向分量的电子以恒定的速度移动，使 得随着遮蔽部分6和电子发射部分之间的距离变远，电子已到达遮蔽 部分6的位置时所示的电子沿Z方向的位置、换句话说电子距电子发 射部分的高度变高。因此，通过电子发射部分和遮蔽部分6之间的距 离规定截止所需要的遮蔽部分6的高度。
已发现，图4所示的电子和电子发射部分9之间的Y方向的距离 (y)与此时电子距基板l的表面的高度(H)由以下关系表达式表达
y = 2H^/(Vf - (D)/{ Va/(hx H)}
其中，
Vf:器件的驱动电压h:从基板l的表面到阳极8的距离
O:电子发射部分的表面的功函数，以及
Va:要对阳极8施加的电压。
因此，当在满足Vf-20V、 0-5eV、 h-2mm和Va-10kV的条 件下将遮蔽部分6布置在距电子发射部分0.01mm远的位置处时，在 该位置处的电子距基板表面的高度(H)变为约O.Olmm。因此，抑制 电子束的展开所需要的遮蔽部分6的高度(H )变为O.Olmm或更大。
另一方面，如从以上的表达式理解的那样，随着距离(y)变小， 用于截止向Y方向展开的电子束所需要的遮蔽部分6的高度(H)变 低。因此，要在一个器件内形成的导电膜4以被分割成多个导电膜的 形式布置、并且遮蔽部分6被布置为夹着各导电膜4的单元是有效的。
在图2A、图2B、图2C和图2D中的器件中，这种作用也类似地 起作用，并且，凹陷部分的侧面(图2A、图2B、图2C和图2D中的 基板涂层7)显示出与图1A、图1B、图1C和图1D所示的遮蔽部分 6对应的功能。
以下，现在将详细描述根据本发明的激活处理。
激活处理意味着如下的步骤将含碳气体引入真空装置中，在包 含所述含碳气体的气氛下在器件电极2和3之间施加电压，并且从存 在于所述气氛中的含碳气体制成在导电膜4和间隙5上沉积的含碳膜 (碳膜)。
可以使用有机物质的气体作为上述的含碳气体。所述有机物质可 包含烷烃、烯烃和炔烃的脂肪族烃；芳族烃；醇；醛；酮；胺；以 及诸如酚、羧酸和磺酸的有机酸。具体而言，所述有机物质可包含
诸如甲烷、乙烷和丙烷的由CJl2n+2表示的饱和烃，以及诸如乙烯和 丙烯的由组成式CnH2n等表示的不饱和烃。可用的有机物质包含苯、
曱苯、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、丙酮、甲基乙基酮、甲胺、乙胺、 酚、甲酸、乙酸和丙酸。
可以在真空装置的内部已被一度减压到l(T6Pa的压力之后将上述 的含碳气体引入真空装置中。此时可采用的含碳气体的分压取决于电子发射器件的形式、真空装置的形状、要采用的含碳气体的类型等而 变化，并因此被适当地设定。
当在器件电极2和3之间施加希望的电压时，在间隙5中产生强 电场，并且，通过导电膜4在间隙5中电子发射开始。发射的电子照 射相对的导电膜4，并使存在于气氛中的、且被吸附在相对的导电膜4 的表面上的含碳气体分解，以制成在导电膜上沉积的含碳膜(碳膜)。
当含碳膜(碳膜)开始被沉积时，在间隙5中产生更强的电场， 并且发射更大量的电子。然后，含碳膜沿水平方向(与通电方向垂直 的方向)连续生长，以使发射电子的区域扩大。
上述的含碳膜(碳膜)可包含石墨碳。根据本发明的石墨碳包含 以下物质具有完全的石墨晶体结构的物质(所谓的HOPG);具有 约20nm的晶体晶粒和稍微混乱的晶体结构的物质(PG);具有约2nm 的晶体晶粒和更加混乱的晶体结构的物质(GC);和非晶碳(非晶碳
和/或非晶碳与上述石墨的微晶的混合物)。
也就是说，即使诸如在石墨颗粒之间的晶体晶粒边界中具有层的 混乱的石墨碳也可被用于本发明中。
另一方面，作为当前发明人进行的研究的结果，在上述的激活处
理中可涉及氧化硅。已发现，当对于基板使用例如不含SK)2的氧化铝
时、或当使用具有涂覆于玻璃基板上的氧化铝的薄膜的基板时，即使 在含碳气体中施加电压，含碳膜也不被沉积并且不生长。
因此，用于图1A、图1B、图1C和图1D所示的遮蔽部分6或图 2A、图2B、图2C和图2D所示的其中处理凹陷部分的基板涂层7的 材料应为不包含氧化硅的材料。具体而言，通过对于遮蔽部分或基板 涂层使用氧化铝、氮化硅、氧化镁、氮化铝等的材料，抑制碳膜在上 述激活处理中沿横向方向生长，并且还可仅在希望的位置中形成电子 发射部分。
由于可通过将由上述不同类型的材料(阻碍激活的材料)制成的 遮蔽部分6或凹陷部分的侧面布置为与导电膜4相邻而抑制碳膜沿横 向方向生长，因此当以细分的形式布置导电膜4时，该操作是更加有效的。然后，在细分的导电膜4的规定宽度内自动形成电子发射部分， 这有利于特性在多个器件中被均匀化。
可以对图1A、图1B、图1C和图1D所示的遮蔽部分6的形成方 法应用通常使用的手段。作为一个例子，存在如下的方法在基板1 上形成器件电极2和3，形成上述金属的氧化物或氮化物的膜，并用 蚀刻技术对膜进行构图。
另外，在图2A、图2B、图2C和图2D的形式中，用蚀刻技术在 基板上的希望位置上形成凹陷部分，并且，可以在凹陷部分中布置导 电膜4以使其与器件电极2和3连接。
此时，当在要被用于绝缘基板1的玻璃基板上设置不包含氧化硅 的材料作为基板涂层7时，基板涂层7被处理到使得包含氧化硅的层、 例如玻璃基板至少在凹陷部分的底面处露出其表面的这样的深度。作 为替代方案，需要考虑在被处理的凹陷部分的底面上布置由包含氧化 硅的材料制成的构件的方法等。
下面，现在将描述以被分割成多个导电膜的形式布置的导电膜4。
本发明的特征在于，构成一个单位电子发射器件的导电膜4以被 分割成多个导电膜的形式布置，并且，已在上述的激活步骤中形成的 多个电子发射部分存在于一片导电膜4中。这些电子发射部分被施加 到器件电极2和3的恒定电压驱动，但是，由于电子发射器件使用强 电场，因此，电流由于真空度和真空气氛的变化、并且由于由所述变 化导致的气体分子的吸附和解吸附而偶尔波动。
于是，根据本发明的电子发射器件使得导电膜4分割成多个导电 膜以增加导电膜4中的每一个的欧姆值，并且，具有抑制在间隙中产 生的强电场在穿过一片导电膜4的电流已波动时、换句话说在放出电 流已增加或减小时而波动的功能。
电子发射器件具有分割的导电膜4,使得当电流在与一片导电膜4 对应的电子发射部分中增加时，伴随电流增加，电压由于导电膜4的 电阻而降低，并且，间隙5中的电场沿抑制电流增加的方向减小。因 此，导电膜可抑制电流的增加。当在一个电子发射器件中产生的电流波动在所述器件的电子发射 部分的一个部分中出现时，由电流波动产生的有效电压的波动被与已
导致电流波动的电子发射部分直接连接的 一 片分割的导电膜4的电阻 限定(define)。
另一方面，在不被分割的导电膜4中，由相同的电流波动产生的 有效电压的波动被整个导电膜4的欧姆值限定，使得电压的波动范围 变小，并且抑制电流波动的效果也变小。
以此方式，上述的描述意味着，当对于电子发射器件使用由相同 的材料制成并具有恒定的膜厚的导电膜4时、并且当导电膜4具有相 同的占据面积时，与被布置成单片的导电膜4相比，被分割成多个导 电膜并且被布置为细线的导电膜显示出较大的抑制电流波动的效果。
下面，现在将描述被分割成多个导电膜的导电膜4的形成方法。
多个导电膜4被形成为使设置在绝缘基板1上的器件电极2和3 相互连接。关于导电膜4的制造方法，可以采用如下的方法所述方 法例如通过涂敷有机金属溶液并使所述溶液变干而形成有机金属膜， 然后加热并烘焙有机金属膜，并用剥离技术、蚀刻技术等对有机金属 膜进行构图。
可用于导电膜4的材料为诸如金属和半导体的导电材料。例如， 可用的材料包含i者如Ni、 Cr、 Ag、 Ru、 Au、 Mo、 W、 Pt、 Ti、 Al、 Cu和Pd的金属或其合金；诸如PdO、 Sn02、 In203、 PbO和Ru02
的金属氧化物；以及由所述金属或所述金属氧化物、玻璃等构成的印 刷导体。
可用的有机金属溶液包含含有诸如Pd、 Ni、 Au和Pt的金属(其 为上述导电膜的材料)作为主要元素的有机金属化合物的溶液。这里， 以涂敷有机金属溶液的方法为例描述了导电膜4的形成方法，但是所 述方法不限于涂敷方法。也可通过使用真空气相沉积方法、溅射方法、 CVD方法、分散涂覆方法、浸渍方法、旋涂器(spinner )方法、喷 墨方法等形成导电膜4。
作为以分割的形式在基板上布置导电膜的手段，可以使用通常的平版印刷(lithographic)技术，并且，可以从用上述方法将导电膜形 成为连续膜并然后用蚀刻技术等分割该膜的方法、通过使用掩模通过 气相沉积形成膜的方法等之中适当地选择方法。
可以根据应用在50nm至50pm的范围中适当地选择分割的导电 膜4的宽度和导电膜4之间的间隔。
当根据本发明的电子发射器件被应用于SED (表面传导型电子发 射显示器)、FED (场发射显示器)等的电子源部分时，还可实现具 有较高的清晰度、均匀性和稳定性的图像显示装置。。 <步骤-(1>
随后，以留下在<步骤-0中形成的掩模图案的状悉掩蔽器件电极 2和3，并且在整个基板上气相沉积2|im的SiN膜。然后，去除上述 的掩模图案，并且，在与分割的导电膜4相邻的基板l上形成具有10iam 的高度的遮蔽部分6[图5C。
<步骤《>
随后，在图6所示的测量和评价设备上安装上述的基板1，并且 用真空泵对该设备进行排气(exhaust)。在真空度达到lxl(T6Pa之后， 通过使用电源11在电极2和3之间施加电压Vf，以进行成形处理并 在导电膜4中形成间隙5。对于成形处理使用图7所示的电压波形。
在图7中，T1和T2表示电压波形中的脉冲宽度和脉沖间隔。在 本例子中，Tl被设为lmsec， T2被设为16.7msec。通过每次0.1V地 逐步增加三角波的峰值，进行成形处理。在成形处理中，通过间歇地 在器件电极2和3之间施加具有0.1 V的电压的电阻测量脉冲来测量电 阻。当使用电阻测量脉冲测量的值达到约1MQ或更大时，完成成形处 理。
<步骤-^
随后，为了进行激活步骤，通过慢泄漏球管(slow leak bulb )将 苯基氰(benzonitrile )引入真空装置中，并且，真空装置保持在 1.3xlO"Pa。随后，在Tl为2msec并且T2为7msec的条件下在器件 电极2和3之间施加具有图8所示的波形的脉冲电压。另外，在"激 活，，处理中，电极2总是被固定为接地电势，并且，对于电极3施加 具有图8所示的波形的脉冲电压。在开始激活处理后已经过100分钟 之后，确认器件电流饱和。然后，停止电压的施加，关闭慢泄漏球管， 并完成"激活"处理。
对于以这种方式获得的电子发射器件施加具有20V的峰值、1毫 秒的脉冲宽度和60Hz的频率的矩形脉冲电压，并且驱动电子发射器 件。另外，涂覆有荧光体的玻璃阳极基板10被布置在器件基板表面之上2mm的位置处，并且，从外面在器件和阳极基板之间施加10kV的 DC电压。测量电子发射器件的电特性并观察荧光体上的发光状态。
结果，器件垂直上方2mm的位置中的荧光体上的发光图案基本 上为椭圆，并且纵向方向的尺寸(与通电方向垂直的方向的长度)约 为700fim。另外，在上述的条件下流向阳极基板的电流值约为15|aA 并且是稳定的，并且连续驱动100小时中的放出电流的波动(电流的 标准偏差/电流的平均值)为0.65%。 (比较例1)
为了确认示例性实施例1所示的电子发射器件中的遮蔽部分6的 效果，制造了除了没有形成遮蔽部分6以外与示例性实施例1的器件 类似的器件，并且确认了器件之间的不同。通过与示例性实施例l相
同的<步骤-3>至<步骤-0和<步骤-6>至<步骤-^而仅跳过<步骤-(1>中
的SiN气相沉积步骤，制造了本例子中的器件，并且该器件具有在其 中没有遮蔽部分6的器件结构。
结果，与示例性实施例1类似地布置在器件垂直上方2mm的位 置中的荧光体上的发光图案为比示例性实施例1的长的椭圆，并且显 示出纵向方向的边缘延长并且稍接近新月的形状。另外，纵向方向的 尺寸(与通电方向垂直的方向的长度)扩大到约820ium。在与示例性 实施例1中相同的条件下测量的放出电流的值约为19nA，并且连续驱 动100小时中的放出电流的波动(电流的标准偏差/电流的平均值)为 0.65%,其是与示例性实施例1中相同的值。
从上述的比较确认了遮蔽部分6通过截止放出的电子束的一部 分而抑制束的展开。
(示例性实施例2)
通过图9A、图9B和图9C所示的步骤制备了具有图2A、图2B、 图2C和图2D所示的结构的电子发射器件。图9A、图9B和图9C是 与图2D对应的透视图。
<步骤^>
首先，在由石英制成的清洁过的绝缘基板l的整个表面上，形成由氧化镁(MgO )制成的基板涂层7以具有10jam的厚度，该基板涂 层7要成为将形成后面的凹陷部分的壁结构的构件。随后，在其上形 成光致抗蚀剂以与器件电极2和3的图案对应，并且，用电子束气相 沉积:技术依次在其上沉积Ti和Pt，以分别具有5nm和45nm的厚度。 用有机溶剂溶解光致抗蚀剂，使沉积的Pt/Ti膜剥离，并且形成电极2 和电极3从而以20ixm远的间隔(L)彼此相对。电极2和3的宽度(W) (参见图2A、图2B、图2C和图2D)被设为500nm[图9A。 <步骤如
跨着电极2至电极3形成与用于在其中形成导电膜4的凹陷部分 20对应的这样的抗蚀剂图案，然后，用蚀刻技术，将基板涂层7向下 去除到凹陷部分20的底面到达绝缘基板l的表面的深度。此时，形成 50个位置的凹陷部分20,其中， 一个凹陷部分20的宽度(w)(= 导电膜4的宽度)被设为5]Lim,并且，凹陷部分之间的间隔被设为 5pm图9B。
<步骤-0
随后，由铬薄膜形成具有与已在<步骤-1 中形成的凹陷部分20 对应的这种分割形状的掩模图案，然后，通过使用旋涂器转动地涂敷 有机钯化合物的溶液，并且施加的溶液被加热和烘焙。由此，形成了 含有Pd作为主要元素的导电膜4的均匀的膜。然后，用蚀刻技术去 除被用作掩模图案的铬薄膜，并且，在凹陷部分20的内部中以及在铂 电极的一部分上形成导电膜4[图9C。
<步骤-(1>
然后，与示例性实施例1中的步骤-e类似地进行成形处理。
<步骤-6>
随后，与示例性实施例1中的步骤-f类似地进行激活处理。 对于在以上步骤中获得的电子发射器件施加具有20V的峰值、1 毫秒的脉冲宽度和60Hz的频率的矩形脉冲电压，并且驱动电子发射 器件。涂覆有荧光体的玻璃阳极基板10被布置在器件基板表面之上 2mm的位置处，并且，从外面在器件和阳极基板之间施加10kV的DC电压。测量电子发射器件的电特性并观察荧光体上的发光状态。
结果，与示例性实施例1中的结果类似，器件垂直上方2mm的 位置处的荧光体上的发光图案大致为椭圆，并且纵向方向的尺寸(与 通电方向垂直的方向的长度)约为70(Him。另外，在上述条件下流入 阳极基板的电流值约为15(aA并且是稳定的，并且连续驱动100小时 中的放出电流的波动(电流的标准偏差/电流的平均值)为0.65%。 (示例性实施例3)
除了导电膜4被进一步细分以外，与示例性实施例1中类似地制 备了具有图1A、图1B、图1C和图1D所示的结构的电子发射器件。
基本制备方法与示例性实施例1中的类似，但是，导电膜4的宽 度(w)和相邻的导电膜4之间的间隔分别被设为ljam，并且，遮蔽 部分6的高度被设为2nm。因此，在具有W = 500pim的器件电极2 和3之间布置了 250片的导电膜4。
结果，与在示例性实施例l和2中制备的器件相比，器件垂直上 方2mm的位置处的荧光体上的发光图案表显示出更微小且更接近圆 的形状，并且发光点的尺寸沿与通电方向垂直的方向约为650nm，这 意味着本实施例中的器件显示出进一步增强的会聚性。 (示例性实施例4)
在本例子中，通过用与已在上述示例性实施例1中制备的电子发 射器件的制造方法相同的制造方法制备了多个电子发射器件，并在同 一基板上以矩阵的形式布置所述器件，形成了电子源基板。此外，设 置有图像显示构件的第二基板被布置在该电子源基板上以彼此相对， 并且制备了图像显示装置。图10是本例子中的图像显示装置的显示板 的透视图，其中，显示板的一部分被切掉。在图10中，为了方便省略 了遮蔽部分6，并且还示意性示出器件结构。在图11A至11E中示出 电子源基板的制造过程。
<制备电极的步骤>
在玻璃基板l上形成Si02膜。此外，在基板l上形成大量的组的 器件电极2和3 (图11A)。具体而言，通过在基板1上以40nm的厚度形成Ti和Pt的叠层膜、并用光刻技术对所述膜进行构图，形成 器件电极。在本例子中，电极2和电极3之间的间隔(L)被设为10|im, 并且宽度(w )被设为100}im。 <形成Y方向布线的步骤〉
然后，如图11B所示，形成含有银作为主要成分的Y方向布线 32，以使其与电极3连接。这些Y方向布线32用作施加调制信号的 布线。
<形成绝缘层的步骤>
然后，为了使上述的Y方向布线32与将在下一步骤中形成的X 方向布线33绝缘，如图11C所示的那样布置由氧化硅制成的绝缘层 51。绝缘层51被布置将在后面描述的X方向布线33下面，以覆盖先 前已形成的Y方向布线32。在绝缘层51的一部分中形成开放的 (opened )接触孔，使得X方向布线33可与电极2电连接。
<形成乂方向布线的步骤>
如图11D所示，在先前已形成的绝缘层51上形成包含银作为主 要成分的X方向布线33。 X方向布线33和Y方向布线32在它们自 身之间夹着绝缘层51的同时相交，并且X方向布线33与绝缘层51 的接触孔部分中的电极2连接。这些X方向布线33用作施加扫描信 号的布线。以此方式，形成了在其上具有矩阵布线的电子源基板。
<形成导电膜的步骤>
用喷墨技术，在其上形成有上述矩阵布线的基板1上在器件电极 2和3之间形成导电膜4 (图11E)。在本例子中，使用有机钯络合物 的溶液作为用于喷墨技术中的墨。对于器件电极2和3之间的空间涂 敷有机钯络合物的溶液，然后，在空气中加热和烘焙基板1，并且形 成了由氧化钯(PdO)制成的导电膜4。
<对导电膜进行构图的步骤>
与示例性实施例1中的类似，用光刻技术，沿与器件电极2和3 彼此相对的方向垂直的方向，将上述的导电膜4构图成被分割成多个 导电膜的形式。已构图之后的导电膜4的宽度和相邻的导电膜4之间
20的间隔分别祸3殳为lpm。 <形成遮蔽部分的步骤>
在已对导电膜4进行构图之后，通过气相沉积SiN并去除掩才莫图 案的步骤，在与导电膜4相邻的区域中形成由SiN制成的遮蔽部分6。 遮蔽部分6的高度被设为在示例性实施例2中显示足够的结果的2iam。
<成形步骤和激活步骤>
然后，在真空容器中布置其上形成有大量的单元的基板1，所述 单元通过上述步骤由器件电极2和3以及用于使器件电极2和3相互 连接的多个导电膜4构成。在真空容器的内部已被排气之后，使基板 l经受"成形"处理和"激活处理"。在"成形"处理和"激活处理" 中对于单元中的每一个要施加的电压的波形等与示例性实施例1中的 电子发射器件的制备方法中所示的那些相同。
用向从多个X方向布线33中选择的X方向布线33的每一条线依 次施加仅一个脉冲的方法，进行"成形"处理。换句话说，重复如下 的步骤"向从多个X方向布线33中选择的一个X方向布线33施加 一个脉冲，选择X方向布线33中的另一条线，并向所述一条线施加 一个脉冲，,。
可通过上述的步骤制备其中已布置大量的电子发射器件的基板1 (第一基板，换句话说，后板)。
然后，如图10所示，其中在玻璃基板43的内面上已层叠荧光体 膜44和金属背(back) 45的面板46 (第二基板)通过支撑框架42 被布置在上述基板1之上2mm。
在本例子中，支撑框架42被附接到基板1，但是，如图10所示， 除了基板l以外，还可以使用另一新的基板31作为增强构件，并且， 支撑框架42可被附接到基板31。然后，通过加热作为具有低熔点的 金属的铟(In)并且通过使铟冷却，使面板46、支撑框架42和基板1 的接合部分密封。在真空室中实施该密封步骤，使得同时实施密封和 封闭操作，而不使用排气管。
在本例子中，为了实现彩色显示器，作为要被从电子发射器件发射的电子照射的图像显示构件的荧光体膜44被形成为具有条带形状。 通过事先在玻璃基板43上形成黑色条带(未示出)、并且用浆体 (shirry)方法对间隙部分涂敷每一颜色的荧光体(未示出)，制成 荧光体膜44。使用常用的含有石墨作为主要成分的材料作为黑色条带 的材料。
另外，在焚光体膜44的内面侧(电子发射器件侧)设置由铝制成 的金属背45。通过在荧光体膜44的内面侧真空沉积Al而形成金属背 45。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限 于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释， 以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。
权利要求
1.一种电子发射器件，所述电子发射器件至少包含在绝缘基板上形成的一对器件电极、和形成为使所述器件电极相互连接并在其中具有间隙的多个导电膜，其中，至少与导电膜之间的间隙相邻并且不覆盖有导电膜的区域的表面比导电膜的表面高。
2. 根据权利要求l的电子发射器件，其中，在所述与导电膜之间 的间隙相邻并且不覆盖有导电膜的区域中形成凸起的遮蔽部分。
3. 根据权利要求2的电子发射器件，其中，所述遮蔽部分由绝缘 材料制成。
4. 根据权利要求3的电子发射器件，其中，所述绝缘材料为氧化 铝、氮化硅、氧化镁和氮化铝中的任一种。
5. 根据权利要求l的电子发射器件，其中，导电膜分别被布置在 形成于所述器件电极之间所述绝缘基板上的多个凹陷部分的底面上。
6. 根据权利要求5的电子发射器件，其中，所述凹陷部分的底面 由氧化硅或含有氧化硅作为主要成分的绝缘材料制成。
7. 根据权利要求6的电子发射器件，其中，所述凹陷部分的侧面 由氧化铝、氮化硅、氧化镁和氮化铝中的任一种制成。
8. —种图像显示装置，所述图像显示装置包含第一基板，在其 上布置有多个根据权利要求l的电子发射器件；以及第二基板，其具 有布置在其上的要被从所述电子发射器件发射的电子照射的图像显示 构件，并被布置为与第一基板相对。
9. 一种电子发射器件，所述电子发射器件包含绝缘基板、被布置 在所述绝缘基板上的一对电极、和被平行放置在所述一对电极之间以 使所述电极相互连接的多个导电膜，其中，所述多个导电膜中的每一个具有电子发射部分，以及， 位置比导电膜的表面高的绝缘构件被布置在所述多个导电膜中的 彼此相邻导电膜之间的所述绝缘基板上的区域中。
10. —种图像显示装置，所述图像显示装置包含第一基板，在 其上布置有多个根据权利要求9的电子发射器件；以及第二基板，其 具有被布置为与所述电子发射器件相对的、要被从所述电子发射器件 发射的电子照射的图像显示构件，并被布置为与第一基板相对。
11. 一种电子发射器件，所述电子发射器件包含绝缘基板、被布 置在所述绝缘基板上的一对电极、和被平行放置在所述一对电极之间 以使所述电极相互连接的多个导电膜，其中，所述多个导电膜中的每一个具有电子发射部分，以及， 所述多个导电膜中的彼此相邻导电膜之间的所述绝缘基板的表面 的位置比导电膜的表面高。 >
12. —种图像显示装置，所述图像显示装置包含第一基板，在 其上布置有多个根据权利要求ll的电子发射器件；以及第二基板，其 具有布置在其上的要被从所述电子发射器件发射的电子照射的图像显 示构件，并被布置为与第一基板相对。
全文摘要
本发明提供不需要另外添加的新电极、具有优异的会聚性、并且显示出短时期和长时期的小的放出电流变化的电子发射器件，以及使用该器件的图像显示装置。所述电子发射器件至少包含在绝缘基板上形成的一对器件电极、和形成为使器件电极相互连接并在其中具有间隙的多个导电膜，其中，至少与导电膜之间的间隙相邻并且不覆盖有导电膜的区域的表面比导电膜的表面高。
文档编号H01J1/316GK101582356SQ200910140870
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月14日 优先权日2008年5月14日
发明者塚本健夫, 森口拓人, 武田俊彦, 糠信恒树 申请人:佳能株式会社