專利名稱：電子發(fā)射器件、電子源及圖像顯示裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電子發(fā)射膜制造電子發(fā)射器件的方法，和具有多個電子發(fā)射器件的圖像顯示裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
電子發(fā)射器件可被分成三類場發(fā)射(FE)型，MIM型和表面?zhèn)鲗?dǎo)型。本質(zhì)上，就任意類型來說，電子發(fā)射器件包括一個具有電子發(fā)射部分的陰極，和一個用于控制從電子發(fā)射部分的電子發(fā)射，或者控制從電子發(fā)射部分射出的電子的控制電極。
FE型電子發(fā)射器件還可進(jìn)一步分成兩類一類是在控制電極中形成一個開口，由金屬形成并且具有銳利尖端(成錐形)的陰極被置于該開口中(Spindt型)，一類是把形狀相當(dāng)平直，并且具有金剛石薄膜(電子發(fā)射膜)的陰極置于控制電極的開口中。在日本專利公告No.309445中公開了Spindt型電子發(fā)射器件的一個例子。近年來，提出了FE型電子發(fā)射器件，它使用碳纖維，例如碳納米管代替Spindt型電子發(fā)射器件的錐形陰極。在日本專利公告No.3062987，日本專利特許公開No.2002-367508，日本專利特許公開No.8-162015，和日本專利特許公開No.2000-311596中可找到表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射器件的例子。
電子發(fā)射器件的一個應(yīng)用例子是由排列在單個基板上的大量電子發(fā)射器件組成的平板顯示器。利用電子發(fā)射器件的平板顯示器是發(fā)射型(光發(fā)射型)平板顯示器，從而即使在照明良好的環(huán)境中，它也能夠顯示具有高亮度和高對比度的高質(zhì)量圖像。
近年來，產(chǎn)生了對能夠以更高分辨率顯示圖像的平板顯示器的需要。為此，需要能夠以以電子束的形式發(fā)射電子的電子發(fā)射器件。一般來說，為了減小電子束直徑，有效的是降低當(dāng)驅(qū)動電子發(fā)射器件時(當(dāng)在其工作期間發(fā)射電子時)形成的電場的強(qiáng)度。從而，需要一種具有能夠利用低強(qiáng)度電場發(fā)射電子的電子發(fā)射部分的電子發(fā)射器件。
在平板顯示器中，不僅需要高亮度表現(xiàn)，而且需要高質(zhì)量半色調(diào)(灰度級圖像)表現(xiàn)。為了實現(xiàn)高質(zhì)量半色調(diào)表現(xiàn)，需要大的電子發(fā)射電流和電子發(fā)射的控制。為此，電子發(fā)射器件最好具有關(guān)于電子發(fā)射的明確閾值。即，在低于閾電場Eth(或者閾電壓Vth)的電場中，電子發(fā)射器件最好不發(fā)射任何電子，在閾電場Eth開始電子發(fā)射。當(dāng)在顯示器中使用這樣的電子發(fā)射器件時，當(dāng)電場低于Eth(Vth)時，獲得關(guān)閉狀態(tài)(黑暗狀態(tài))，當(dāng)電場高于Eth(Vth)時，獲得接通狀態(tài)(明亮狀態(tài))。顯示器的對比度對由關(guān)閉狀態(tài)(黑暗狀態(tài))和接通狀態(tài)(明亮狀態(tài))之間的差異決定。對比度越高，半色調(diào)表現(xiàn)越好，圖像質(zhì)量越好。
另外最好在低于Eth的電場中，不發(fā)射電子，并且對發(fā)射電流沒有任何貢獻(xiàn)的電流(稱為無用電流或無效電流)應(yīng)盡可能地小。即，電子發(fā)射器件最好具有盡可能高的電子發(fā)射效率(＝發(fā)射電流/(發(fā)射電流+無用電流))。高的電子發(fā)射效率能夠降低能耗，并且還能夠降低施加在電子發(fā)射器件的驅(qū)動器上的負(fù)載。
另外重要的是能夠以高的重復(fù)性和高的制造量制造滿足上述要求的電子發(fā)射器件。

發(fā)明內(nèi)容
能夠在低強(qiáng)度電場中發(fā)射電子的電子發(fā)射材料(或電子發(fā)射膜)在制造過程中可能受到制造環(huán)境的影響。制造過程中電子發(fā)射膜的特性的任何改變使得難以獲得預(yù)期的電子發(fā)射性能。尤其是，電子發(fā)射膜的表面對電子發(fā)射特性影響較大，從而重要的是在不污染其表面的情況下制造電子發(fā)射器件。
由于表面被污染的電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性不穩(wěn)定，因此當(dāng)把許多電子發(fā)射器件排列在基體上時，在電子發(fā)射器件之間常常產(chǎn)生電子發(fā)射特性的顯著變化。從而，必須電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性，以便所有的電子發(fā)射器件具有類似的特性。
另外重要的是以低成本制造電子發(fā)射器件。為此，電子發(fā)射器件的結(jié)構(gòu)最好盡可能簡單，并且最好能夠用步驟較少的簡單工藝制造電子發(fā)射器件。特別地，為了獲得結(jié)構(gòu)簡單的電子發(fā)射器件，有效的是在單一基體上形成控制電極和結(jié)構(gòu)與控制電極相同的陰極。在陰極由多個部件構(gòu)成的情況下，如同由導(dǎo)電膜和在導(dǎo)電膜表面上形成的電子發(fā)射膜構(gòu)成的陰極一樣，使陰極和控制電極形成對稱結(jié)構(gòu)允許簡化刻模工藝，并獲得簡單的結(jié)構(gòu)。在該對稱結(jié)構(gòu)中，控制電極和陰極都具有能夠發(fā)出電子的區(qū)域(電子發(fā)射部分)。
為了獲得具有能夠在低強(qiáng)度電場中發(fā)出電子的電子發(fā)射部分的電子發(fā)射器件，必須解決下述問題。
1)從控制電極的電子的發(fā)射如上所述，如果控制電極和陰極彼此對稱，那么能夠從控制電極發(fā)出電子。例如，在其中借助布線使多個電子發(fā)射器件相互連接的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)驅(qū)動這些電子發(fā)射器件中的特定一個電子發(fā)射器件，打算只從該電子發(fā)射器件發(fā)出電子時，可對一些電子發(fā)射器件施加與驅(qū)動電壓相反的電壓(以致陰極的電勢變得高于控制電極的電勢)。根據(jù)控制電極和陰極之間的電壓，能夠從控制電極的特定部分發(fā)出電子。
從控制電極發(fā)出的電子導(dǎo)致無用電流(無效電流)。這樣的無用電流引起問題，尤其是在具有大量電子發(fā)射器件的電子源中更是如此。如果只在陰極上形成電子發(fā)射部分，控制電極不具有任何電子發(fā)射部分，那么能夠避免從控制電極的電子發(fā)射。但是，這會增大包括刻模工藝在內(nèi)的制造過程的復(fù)雜性。即使制造過程打算只在陰極上形成電子發(fā)射部分，電子發(fā)射材料也會無意保留或沉積在控制電極上，從而難以完全防止從控制電極發(fā)出電子。
在一些情況下，為了使制造過程中，電子發(fā)射器件的特性變化降至最小，在制造過程的最后階段進(jìn)行發(fā)射材料的沉積。在這種情況下，電子發(fā)射材料同樣可能沉積在控制電極(典型地，柵電極)上，在控制電極上形成不合需要的電子發(fā)射部分。
2)陽極對電子發(fā)射的貢獻(xiàn)當(dāng)在平板顯示器等中使用利用能夠在低強(qiáng)度電場中發(fā)射電子的電子發(fā)射部分的電子發(fā)射器件時，需要用電子輻射發(fā)光元件(例如磷元件)的另一電極(陽極)。陽極吸引從電子發(fā)射器件發(fā)出的電子，以致電子撞擊布置在陽極附近的發(fā)光元件(熒光元件)，例如磷。在顯示裝置中，重要的是把電子加速到足夠高的能量，以致當(dāng)電子撞擊發(fā)光元件時，獲得高亮度的熒光。為此，最好對陽極施加大的電勢。另外最好持續(xù)對陽極施加該電勢。這種情況下，電子發(fā)射量的控制或調(diào)節(jié)由控制電極進(jìn)行。在能夠在低強(qiáng)度電場中發(fā)出電子的電子發(fā)射器件中，如果相對于陰極或控制電極的電勢，對陽極施加的電勢(電場)過高，那么電子發(fā)射器件的閾電場Eth(或者閾電壓Vth)變得不清楚，或者為了發(fā)出電子而需要的閾電場Eth(或者閾電壓Vth)變得過低。這會導(dǎo)致從非選擇的電子發(fā)射器件(處于關(guān)閉狀態(tài))發(fā)出電子，或者導(dǎo)致從選擇的電子發(fā)射器件(處于接通狀態(tài))連續(xù)發(fā)出非計劃數(shù)量的電子。
從而，當(dāng)電子發(fā)射器件能夠在低強(qiáng)度電場中發(fā)出電子時，必須控制(上面在1)和2)所述的)無意電子發(fā)射。
鑒于此，本發(fā)明提供一種利用簡單的制造過程，制造高效電子發(fā)射器件的方法，所述電子發(fā)射器件結(jié)構(gòu)簡單，能夠被低的驅(qū)動電壓驅(qū)動，能夠很好地控制電子束直徑，并且在關(guān)閉狀態(tài)下不發(fā)射電子，從而能夠?qū)崿F(xiàn)良好的半色調(diào)表現(xiàn)(灰度級圖像)。本發(fā)明還提供一種制造具有高的on/off(通/斷)比的電子源的方法。此外，本發(fā)明提供一種制造能夠以高對比度顯示高分辨率圖像的圖像顯示裝置的方法。
在第一方面，本發(fā)明提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，所述電子發(fā)射器件包括具有電子發(fā)射部分的第一導(dǎo)電膜，和與第一導(dǎo)電膜間隔一定距離的第二導(dǎo)電膜，通過對第二導(dǎo)電膜施加比第一導(dǎo)電膜的電勢高的電勢，能夠驅(qū)動該電子發(fā)射器件，所述方法包括制備第一導(dǎo)電膜，第二導(dǎo)電膜和構(gòu)成與第一導(dǎo)電膜連接的電子發(fā)射部分的材料的第一步驟，和把在對第一導(dǎo)電膜施加比對第二導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度設(shè)置成高于在對第二導(dǎo)電膜施加比對第一導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度的值的第二步驟。
在第二方面，本發(fā)明提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，所述電子發(fā)射器件包括具有電子發(fā)射部分的第一導(dǎo)電膜，和與第一導(dǎo)電膜間隔一定距離的第二導(dǎo)電膜，通過對第二導(dǎo)電膜施加比第一導(dǎo)電膜的電勢高的電勢，能夠驅(qū)動該電子發(fā)射器件，所述方法包括制備第一導(dǎo)電膜，第二導(dǎo)電膜和構(gòu)成與第一導(dǎo)電膜連接的電子發(fā)射部分的材料的第一步驟，和在第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜之間施加電壓，以致在對第一導(dǎo)電膜施加比對第二導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度變得大于在對第二導(dǎo)電膜施加比對第一導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度的第二步驟。
在這些制造電子發(fā)射器件的方法中，第二步驟可包括通過對第一導(dǎo)電膜施加比對第二導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢，發(fā)出電子的步驟。
第二步驟可包括在第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜之間施加第一電壓的步驟，和在第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜之間施加第二電壓的步驟，這樣施加第一電壓，以致第一導(dǎo)電膜的電勢變得大于第二導(dǎo)電膜的電勢，這樣施加第二電壓，以致第二導(dǎo)電膜的電勢變得大于第一導(dǎo)電膜的電勢，第一電壓的絕對值大于第二電壓的絕對值。
本發(fā)明還提供一種制造包括多個電子發(fā)射器件的電子源的方法，其中所述方法包括利用第一方面的制造電子發(fā)射器件的方法，制造多個電子發(fā)射器件的步驟。本發(fā)明還提供一種制造包括電子源和發(fā)光元件(例如磷)的圖像顯示裝置的方法，其中所述方法包括利用第一方面的制造電子裝置的方法制造電子裝置的步驟。
在第三方面，本發(fā)明提供一種制造電子源的方法，所述電子源包括沿行方向延伸的多個布線，沿列方向延伸的多個布線，和均包括具有電子發(fā)射部分的第一導(dǎo)電膜及與第一導(dǎo)電膜相隔一定距離的第二導(dǎo)電膜的多個電子發(fā)射器件，所述方法包括排列分別包括一對第一和第二導(dǎo)電膜的多個單元，沿行方向延伸，并且分別連接多個第一導(dǎo)電膜的多個布線，沿列方向延伸，并且分別連接多個第二導(dǎo)電膜的多個布線，和構(gòu)成與構(gòu)成每個所述單元的第一導(dǎo)電膜連接的每個電子發(fā)射部分的材料的第一步驟，和對每個第二導(dǎo)電膜施加比第一導(dǎo)電膜的電勢更高的電勢，以致在對第一導(dǎo)電膜施加比對第二導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，每個單元的啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度變得大于在對第二導(dǎo)電膜施加比對第一導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，每個單元啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度的第二步驟，對第二導(dǎo)電膜施加的電勢高于在電子源處于實際工作的情形下，對非選擇電子發(fā)射器件的第二導(dǎo)電膜施加的電勢。
在本發(fā)明的各個方面，通過對電子發(fā)射部分施加小于1×106伏/厘米的電場，可發(fā)出電子。
在本發(fā)明的各個方面，第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜相隔0.1微米或更大的距離。
在本發(fā)明的各個方面，電子發(fā)射部分可由選自碳纖維、具有布置在其表面上的偶極層的絕緣膜，主要由碳形成，并且包括金屬微粒的薄膜，以及無定形碳膜的材料形成。
本發(fā)明還提供一種制造包括電子源和熒光材料的圖像顯示裝置的方法，其中所述方法包括利用第二方面中的制造電子裝置的方法，制造電子裝置的步驟。
本發(fā)明還提供一種驅(qū)動利用第一方面和第二方面中的方法制造的電子發(fā)射器件、電子源或圖像顯示裝置的方法，其中對電子發(fā)射器件施加的驅(qū)動電壓低于第二電壓。
根據(jù)本發(fā)明第一方面或第二方面的制造方法使得能夠制造結(jié)構(gòu)簡單，能夠由低驅(qū)動電壓驅(qū)動，能夠很好控制電子束直徑，并且能夠在低強(qiáng)度電場中穩(wěn)定發(fā)射電子的高效率電子發(fā)射器件。該電子發(fā)射結(jié)構(gòu)簡單，并且能夠利用簡單的制造工藝制造。所得到的電子發(fā)射器件具有高的on/off比，能夠獲得良好的半色調(diào)表現(xiàn)。利用制造電子發(fā)射器件的方法，能夠制造具有良好驅(qū)動特性的電子源和圖像顯示裝置。
參考附圖，根據(jù)例證實施例的下述說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見。


圖1A和1B是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電子發(fā)射器件的示意圖，圖1A是橫截面圖，圖1B是平面圖。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電子發(fā)射器件中的碳層的橫截面圖。
圖3表示電子發(fā)射器件的碳層中的導(dǎo)電微粒的密度和微粒團(tuán)的數(shù)目之間的關(guān)系。
圖4表示電子發(fā)射器件的碳層中的導(dǎo)電微粒的密度和微粒團(tuán)的數(shù)目之間的關(guān)系。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的碳層的h/r比值和電場增強(qiáng)因數(shù)β之間的關(guān)系。
圖6是表示具有可用在本發(fā)明中的偶極層的碳層的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖7A和7B是表示自圖6中所示的碳層的電子發(fā)射的原理的示意圖。
圖8A-8E圖解說明制造根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的過程的例子。
圖9A-9C圖解說明根據(jù)本發(fā)明，在特性調(diào)整步驟和在實際操作中，對電子發(fā)射器件施加電壓的方式的例子。
圖10表示根據(jù)本發(fā)明，在特性調(diào)整過程中，電子發(fā)射器件的電特性的變化。
圖11A和11B表示根據(jù)本發(fā)明，在特性調(diào)整步驟和在實際操作中，對電子發(fā)射器件施加電壓的方式的例子。
圖12是表示使用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電子發(fā)射器件的電子源的一個例子的平面圖。
圖13是表示使用根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電子發(fā)射器件的圖像顯示裝置的透視圖。
圖14A和14B圖解說明根據(jù)本發(fā)明，驅(qū)動圖像顯示裝置的方式的例子的示意圖。
圖15A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電子發(fā)射器件的橫截面圖，圖15B是該電子發(fā)射器件的平面圖。
圖16A-16F圖解說明制造根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的過程的例子的示意圖。
圖17表示根據(jù)本發(fā)明，在特性調(diào)整過程中，電子發(fā)射器件的電特性的變化。
圖18A表示根據(jù)本發(fā)明，經(jīng)歷特性調(diào)整過程的電子發(fā)射器件的電特性，圖18B是表示根據(jù)本發(fā)明，驅(qū)動電子發(fā)射器件的方式的示意圖。
圖19是表示利用根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置的信息顯示/重放設(shè)備的例子的示意方框圖。
具體實施例方式
下面參考附圖，說明本發(fā)明的實施例。注意下面描述的各個部分的具體尺寸、材料和相對位置，具體的驅(qū)動方法和具體的驅(qū)動電壓并不意圖限制本發(fā)明的范圍。
圖1A和1B是表示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的實施例(第一實施例)的示意圖。圖1A是電子發(fā)射設(shè)備的橫截面圖。注意在圖1A中，通過在與電子發(fā)射器件相隔適當(dāng)距離的位置布置陽極，形成電子發(fā)射設(shè)備，并且電子發(fā)射設(shè)備被驅(qū)動。圖1B是電子發(fā)射器件的平面圖。在圖1A和1B中，附圖標(biāo)記1表示基板，附圖標(biāo)記2表示陰極(cathode electrode)，附圖標(biāo)記3表示充當(dāng)控制電極的柵電極，附圖標(biāo)記4表示陽極(anodeelectrode)，附圖標(biāo)記5表示電子發(fā)射膜，附圖標(biāo)記6表示驅(qū)動電源，附圖標(biāo)記7表示陽極電源。在該電子發(fā)射設(shè)備中，當(dāng)在陰極2和柵電極3之間施加驅(qū)動電壓Vg(伏)，以致柵電極3的電勢高于陰極2的電勢，并且在陽極4和陰極2之間施加高于Vg的電壓Va(伏)時，電子從電子發(fā)射膜5射出，電子發(fā)射電流Ie[安]流入陽極4。
在本發(fā)明中，陰極2和電子發(fā)射膜5作為整體的組合可被稱為具有電子發(fā)射部分的第一導(dǎo)電膜，或者簡稱為第一導(dǎo)電膜，控制電極(柵電極)3和電子發(fā)射膜5作為整體的組合可被稱為具有電子發(fā)射部分的第二導(dǎo)電膜，或者簡稱為第二導(dǎo)電膜。
在第一實施例中，按照相同的結(jié)構(gòu)形成第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜。雖然在該具體例子中，第一導(dǎo)電膜包括由不同材料形成的電子發(fā)射膜5和陰極2，不過第一導(dǎo)電膜可以只包括電子發(fā)射膜5，如果僅僅通過向電子發(fā)射膜5供給電子，就能從電子發(fā)射膜5發(fā)出電子的話。
電子發(fā)射膜5可以是當(dāng)向其供給電子時，本身能夠發(fā)出電子的膜，或者可以是當(dāng)其與陰極的表面連接時，形成作為電子發(fā)射膜的功能的膜，如同后面參考圖2-6說明的例子中那樣。即，從功能的觀點來看，不必把電子發(fā)射膜和陰極區(qū)分開來，不過第一導(dǎo)電膜最好由成分不同的多層(膜)組成，并且第一導(dǎo)電膜具有電子發(fā)射部分，雖然在其它實施例中只需要使用單一薄膜，如上所述。
通過對其施加低強(qiáng)度電場，第一導(dǎo)電膜(例如電子發(fā)射膜5)能夠發(fā)出電子。最好，閾電場，即具有發(fā)出電子所需的最低量值的電場小于1×106V/cm(100V/μm)。這種導(dǎo)電膜的一個具體例子是可由碳纖維構(gòu)成的碳膜。
和金屬膜相比，碳膜的使用允許降低(施加的用于電子的)驅(qū)動電場。如圖2中所示，碳膜最好主要由碳基體材料(base materiaril)10和包含在碳基體材料10中的大量導(dǎo)電微粒8組成。碳基體材料10的電阻率高于導(dǎo)電微粒8的電阻率。為此，一般來說，介電材料被用作碳基體材料10，導(dǎo)電微粒8由導(dǎo)電材料形成。最好，為了在低強(qiáng)度電場中實現(xiàn)電子發(fā)射，碳基體材料10的電阻率比導(dǎo)電微粒8的電阻率高100倍或更多。
最好，金屬微粒被用作圖2中所示的導(dǎo)電微粒8，所述金屬最好使用VIII族元素。更可取的是，導(dǎo)電微粒8的金屬對碳起催化作用。具體地說，理想的是導(dǎo)電微粒8的材料包括選自Co、Ni和Fe的金屬中的至少之一。Co最好。當(dāng)使之與碳接觸時，Ni、Fe和Co具有低的能帶勢壘(barrier)，從而能夠獲得阻止電子注入的低勢壘。為了獲得大的發(fā)射電流密度，導(dǎo)電微粒8的上述金屬材料最好采取單晶的形式。
在圖2中所示的結(jié)構(gòu)中，碳基體材料10的電阻率優(yōu)選在1×101～1×1014Ωcm的范圍內(nèi)，最好在1×107～1×1014Ωcm的范圍內(nèi)。碳基體材料優(yōu)選具有sp2鍵，最好碳基體材料10既具有sp2鍵，又具有sp3鍵。特別地，當(dāng)碳層5具有石墨的微觀結(jié)構(gòu)，并且具有包括sp3鍵的結(jié)構(gòu)時，即使在低強(qiáng)度電場集中(concentration)下也能夠獲得極好的電子發(fā)射特性。如果導(dǎo)電微粒8被布置在碳基體材料10中，那么它們產(chǎn)生導(dǎo)致進(jìn)一步改進(jìn)電子發(fā)射特性的電場集中。注意，如上所述，碳層5的電阻率最好應(yīng)高到事實上充當(dāng)絕緣膜的程度。在這方面，最好使用諸如類金剛石碳(DLC)之類的無定形碳作為碳基體材料的主要成分，以獲得在1×101～1×1014Ω·cm范圍內(nèi)的高電阻率，這樣的高電阻率允許碳層5實質(zhì)上起電介質(zhì)的作用。
在圖2中所示的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電微粒8不必均勻地分布在碳基體材料10中。相反，如圖2中所示，導(dǎo)電微粒8最好采取微粒團(tuán)9的形式，每一團(tuán)包括多個導(dǎo)電微粒8。微粒團(tuán)9最好彼此隔開一定距離地排列(微粒團(tuán)9離散地排列在碳層5中)。微粒團(tuán)之間的距離最好大于碳層5的平均厚度。相對于陰極2的表面或基板1的表面定義碳層5的平均厚度。優(yōu)選的是，微粒團(tuán)9之間的距離大于碳層5的平均厚度，最好比碳層5的平均厚度大1.5～1000倍。如果微粒團(tuán)9之間的距離在上述優(yōu)選范圍之外，那么發(fā)射點密度(ESD)離開為獲得當(dāng)在圖像顯示裝置中使用電子發(fā)射器件時需要的電子發(fā)射特性而需要的范圍。
通過把微粒團(tuán)9之間的距離設(shè)置成足夠大，能夠降低電子發(fā)射的閾值(閾電壓)。這是因為微粒團(tuán)9之間距離的增大導(dǎo)致電場集中的增大。在本發(fā)明中，如圖2中所示，導(dǎo)電微粒8可以孤立地存在，而不屬于任何微粒團(tuán)9。
包括在每個微粒團(tuán)9中的多個導(dǎo)電微粒8基本上沿著在碳層5的厚度方向上延伸的方向(從陰極2朝著碳層5的方向，或者基本垂直于基板1的方向)定向，以致電場被集中在相應(yīng)的微粒團(tuán)9上。
對于沿著越過碳層5的厚度延伸的方向排列的導(dǎo)電微粒8的數(shù)目沒有特別限制，只要沿該方向排列兩個或更多的導(dǎo)電微粒8即可。例如，當(dāng)在越過碳層5的厚度的方向上存在彼此相鄰的兩個微粒時，如果這兩個相鄰的微粒之一比另一微粒更接近于陰極2的表面(或者碳層5的表面)，那么這兩個相鄰的微粒可被看作沿碳層5的厚度方向定向。為了獲得電子發(fā)射的較低閾值，優(yōu)選的是在碳層5的厚度方向上排列3個或更多的微粒，更好的是在基本垂直于陰極2的表面(碳膜5的表面)的方向上排列這些微粒。
每個微粒團(tuán)9中彼此相鄰的導(dǎo)電微粒8最好位于相互之間的距離小于5納米的范圍內(nèi)。如果兩個相鄰微粒之間的距離超過該范圍的上限，那么電子發(fā)射的閾電場(Eth)會產(chǎn)生急劇的較大增長，還會難以獲得足夠大的發(fā)射電流。在每個微粒團(tuán)9中，相鄰的微粒可以相互直接接觸。相鄰微粒之間的距離大于平均粒徑是不合乎需要的，因為不能產(chǎn)生足夠的電場集中。在本發(fā)明中，即使碳層5中的相鄰微粒彼此直接接觸，在這些相鄰微粒之間也能獲得大的電阻，因為它們基本上只在某一點接觸。這抑制了碳層5中電子發(fā)射點的發(fā)射電流的過度增大，從而能夠獲得穩(wěn)定的電子發(fā)射。
導(dǎo)電微粒8最好基本完全被嵌入碳層5中，雖然導(dǎo)電微粒8可以部分暴露于碳層5的表面上。為此，碳層5的表面粗糙度最好小于碳層5的平均膜厚的1/10(用均方根表示)，以致碳層5的表面粗糙度導(dǎo)致的電子束的發(fā)散被抑制。在上述結(jié)構(gòu)中，每個導(dǎo)電微粒8的表面不易受真空中的殘余氣體的影響，從而能夠獲得穩(wěn)定的電子發(fā)射。
在按照上述方式構(gòu)成的電子發(fā)射器件中，導(dǎo)電路徑由位于碳基體介電材料10中的分散位置的導(dǎo)電微粒8形成。于是，能夠在不部分破壞或損壞碳基體材料的情況下實現(xiàn)高性能的電子發(fā)射。但是，如果導(dǎo)電微粒8以較高的密度均勻地分布在整個碳層5內(nèi)，那么電子發(fā)射的閾電場(Eth)變高。如果相鄰微粒團(tuán)9之間的距離過大，那么難以獲得電子發(fā)射器件在顯示器中工作所需的最小電子發(fā)射電流，不可能獲得為了實現(xiàn)穩(wěn)定的電子發(fā)射電流而需要的最小電子發(fā)射點密度。從而，不可能獲得穩(wěn)定的電子發(fā)射，于是不可能穩(wěn)定地顯示圖像。從而，為了在低強(qiáng)度電場中獲得穩(wěn)定的電子發(fā)射，碳層5中導(dǎo)電微粒8的密度優(yōu)選在1×1014～5×1018微粒/立方厘米的范圍中，最好在1×1015～5×1017微粒/立方厘米的范圍中。出于同樣的原因，為了在低強(qiáng)度電場中獲得穩(wěn)定的電子發(fā)射，導(dǎo)電微粒8的主要元素的濃度與碳基體材料10的主要元素的濃度的比值優(yōu)選在0.001～1.5原子百分比的范圍內(nèi)，最好在0.05～1原子百分比的范圍內(nèi)。如果濃度超過上述范圍的上限，如上所述，電子發(fā)射的閾值變高，從而必須需要更大的驅(qū)動電壓，這會導(dǎo)致放電擊穿，或者不能獲得為了得到圖像顯示裝置中所需的足夠大的發(fā)射電流密度而需要的足夠大的電子發(fā)射點密度。
下面更詳細(xì)地說明參數(shù)的允許范圍。圖3和4表示作為導(dǎo)電微粒8的密度的函數(shù)的每平方厘米碳層5中包含的微粒團(tuán)9的數(shù)目。在這些圖中，X表示包括在一個微粒團(tuán)9中的導(dǎo)電微粒8的數(shù)目。
如果碳層5中導(dǎo)電微粒8的密度用P(微粒/立方厘米)表示，這里P表示每立方厘米中微粒8的數(shù)目，碳層5的膜厚用h表示，導(dǎo)電微粒8的平均半徑用rcp表示，那么每平方厘米碳層5中存在的均包括多個導(dǎo)電微粒8的微粒團(tuán)9的數(shù)目E由2rcpP(8rcp3P)(h/2r-1)團(tuán)/平方厘米。圖3表示隨著rcp＝2納米的導(dǎo)電微粒8的密度而變化的微粒團(tuán)的數(shù)目，圖4表示隨著rcp＝5納米的導(dǎo)電微粒8的密度而變化的微粒團(tuán)的數(shù)目。如同下面詳細(xì)所述，導(dǎo)電微粒8的平均半徑r最好在1納米～10納米的范圍內(nèi)。
最好通過把P設(shè)置在其中在微粒團(tuán)9上產(chǎn)生足夠高的電場集中的范圍內(nèi)，獲得盡可能大的E的值。為了獲得足夠高的電場集中，要求每個微粒團(tuán)9包括沿碳層5的厚度方向排列的兩個或更多的導(dǎo)電微粒8，并且微粒團(tuán)9的數(shù)目E大于1×102團(tuán)/平方厘米，最好大于1×104團(tuán)/平方厘米。為了滿足該要求，對于rcp＝2納米來說，P應(yīng)被設(shè)置成大于1×1014微粒/立方厘米。為了獲得對于rcp＝5納米來說，大于1×104團(tuán)/平方厘米的E，P應(yīng)被設(shè)置成大于1×1014微粒/立方厘米。另一方面，當(dāng)P超過5×1018微粒/立方厘米時，導(dǎo)電微粒8的數(shù)目變得過大，碳層5變成純粹的導(dǎo)電材料，不會發(fā)生微粒團(tuán)9上的電場集中。從而，ESD降低，于是電流密度降低。從而不能獲得良好的電子發(fā)射特性。
P的優(yōu)選范圍取決于碳層5的厚度和導(dǎo)電微粒8的大小。當(dāng)導(dǎo)電微粒8的大小被控制在幾納米的數(shù)量級，并且碳層5的厚度等于幾十納米時，P的優(yōu)選范圍為1×1014微粒/立方厘米～5×1018微粒/立方厘米。在導(dǎo)電微粒8的平均直接(2r)為1～10納米，導(dǎo)電微粒8的主要元素是Co的情況下，當(dāng)碳層5中的Co的濃度在0.001～1.5原子百分比的范圍中時，上述要求被滿足。P的最佳范圍是1×1015微粒/立方厘米～5×1017微粒/立方厘米。對于每個微粒團(tuán)9包括兩個或更多的導(dǎo)電微粒8的情況，為了在圖3中所示的例子中獲得該最佳范圍中的P，微粒團(tuán)9的數(shù)目E應(yīng)在1×104團(tuán)/平方厘米～1×1010團(tuán)/平方厘米的范圍中。
下面參考圖5進(jìn)一步說明電場集中。當(dāng)導(dǎo)電路徑的高度為h，并且電子發(fā)射部分的半徑為r時，電場以(2+h/rcp)的倍數(shù)集中。根據(jù)電子發(fā)射部分的頂部的微觀結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生因數(shù)(factor)為β(場集中增強(qiáng)因數(shù))的進(jìn)一步電場集中。從而，總的電場集中因數(shù)由(2+h/rcp)β給出。在上述結(jié)構(gòu)中獲得的這種大的電場集中因數(shù)使得能夠容易地從電子發(fā)射膜發(fā)出電子。
從電子發(fā)射膜發(fā)出的電子束的形狀取決于碳層5的厚度，導(dǎo)電微粒8的大小和形狀，以及電場。當(dāng)碳層5的厚度小于100納米時，電子束具有理想的非發(fā)散形狀。當(dāng)碳層5的厚度在該范圍內(nèi)時，結(jié)構(gòu)應(yīng)力很小，從而從薄膜加工的觀點來看，該范圍也是更可取的。如果導(dǎo)電微粒8的微粒尺寸被增大，并且碳層5的厚度正比于微粒尺寸被增大，那么微粒團(tuán)9之間的距離變大，電子發(fā)射點密度降低。當(dāng)碳層5的厚度小于100納米時，導(dǎo)電微粒8的優(yōu)選微粒尺寸為幾個納米(一般為1～10納米)，每個微粒團(tuán)9最好包括沿從陰極2到碳層5的表面的方向排列的幾個導(dǎo)電微粒8。
為了降低碳層5的壓力，最好把氫摻入碳層5中。一般來說，主要由碳構(gòu)成的薄膜，例如DLC(類金剛石膜)具有高硬度和高應(yīng)力，從而這樣的薄膜不易加工。即使當(dāng)該薄膜是極好的電子發(fā)射膜時，由于難以加工，也難以使用這種具有高硬度和高應(yīng)力的薄膜來形成電子發(fā)射器件或電子源。從而，最好通過把氫摻入薄膜來降低薄膜的應(yīng)力，以致在制造工藝中能夠容易地處理該薄膜。為了降低應(yīng)力和硬度(彈性模量)，優(yōu)選相對于碳的濃度，以0.1或更大的原子百分比的濃度把氫摻入碳層5中，最好以大于1原子百分比的濃度把氫摻入碳層5中。但是，如果氫的濃度與碳的濃度的比值大于20原子百分比，那么會發(fā)生電子發(fā)射特性的退化，從而氫濃度的實際上限為20原子百分比。
圖6表示了根據(jù)本發(fā)明的碳層5的理想例子。在該例子中，碳層5被布置在陰極2的表面上，在碳層5的表面上形成偶極層11。在圖6中，附圖標(biāo)記1表示基板，附圖標(biāo)記11表示偶極層11。在該結(jié)構(gòu)中，碳層5的電阻率優(yōu)選在1×101～1×1014Ωcm的范圍中，最好在1×107～1×1014Ωcm的范圍中。
在本例子中，用氫端接碳層5的表面(暴露于真空中)。用氫端接的表面起偶極層11的作用。形成偶極層11的材料(用于端接該表面的材料)并不局限于氫。能夠在不在陰極2和汲取(extraction)電極(柵電極和/或陽極)之間施加任何電壓的狀態(tài)下，降低碳層5的表面的能級的任何材料可被用于端接碳層5的表面。這種材料的一個優(yōu)選例子是氫。一般來說，氫原子13被稍微正極化(δ+)，從而碳層5的表面上的原子(這種情況下為碳原子12)被稍微負(fù)極化(δ-)。從而，形成偶極層(雙電荷層)11。
下面參考圖7A和7B中表示的能帶圖，說明從具有偶極層11的第一導(dǎo)電膜的電子發(fā)射的原理。圖7A表示在不對汲取電極23施加任何電壓下的能帶圖，圖7B表示在對汲取電極23施加一個電壓下的能帶圖。這里，汲取電極指的是柵電極，陽極，或者柵電極和陽極的組合。在圖7A和7B中，2表示陰極，5表示碳層(絕緣層)，23表示汲取電極，24表示真空勢壘，25表示電子，26表示其上形成偶極層的絕緣層的表面和真空之間的界面。
在處于圖7A中所示狀態(tài)下的陰極2和汲取電極23之間不施加任何外部驅(qū)動電壓的狀態(tài)下，偶極層的存在導(dǎo)致絕緣層的表面上的電勢分布，等同于當(dāng)外部施加和偶極電壓δ相同的電壓時獲得的電勢分布。
如圖7B中所示，如果在陰極2和汲取電極23之間施加驅(qū)動電壓V(伏)，碳層5的電勢被降低，從而，真空勢壘降低。如果碳層5的厚度被設(shè)置成當(dāng)施加驅(qū)動電壓V(伏)時，允許產(chǎn)生隧穿碳層5的恰當(dāng)值(最好小于10納米)，那么能夠把碳層5兩端的空間距離減小到允許從陰極2供給的電子25隧穿碳層5的程度。從而能夠?qū)崿F(xiàn)對真空的電子發(fā)射。
作為端接碳層5的表面的材料，優(yōu)選采用在不在陰極2和汲取電極23之間施加任何電壓的狀態(tài)下，把碳層5的表面態(tài)(能級)降低0.5eV或更大，最好降低1eV或更大的材料。在根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件中，碳層5的表面態(tài)必須表現(xiàn)出正電子親合力，而不管是否在陰極2和汲取電極23之間施加了驅(qū)動電壓。
根據(jù)驅(qū)動電壓確定碳層5的厚度。一般來說，碳層5的厚度優(yōu)選被設(shè)置成20納米或更小，最好被設(shè)置成10納米或更小。碳層5的厚度的下限由在電子發(fā)射器件被操作的狀態(tài)下，允許電子借助隧道效應(yīng)穿過碳層5的最小厚度決定。實踐中，必須考慮形成碳層(絕緣層)5的可再現(xiàn)性，從而實際的下限約為1納米。
在根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件中，如上所述，碳層5的正電子親合力確保電子發(fā)射器件在電子發(fā)射量方面具有清楚的on/off比，即電子發(fā)射器件的選擇狀態(tài)(接通狀態(tài))下的電子發(fā)射量和非選擇狀態(tài)(關(guān)閉狀態(tài))下的電子發(fā)射量的比值。
圖6中所示的碳層5可包含導(dǎo)電微粒8，例如前面參考圖2說明的那些導(dǎo)電微粒8。相反，圖6中所示的偶極層11可形成于圖2中所示的碳層5的表面上。
現(xiàn)在，參考圖8A-8E說明根據(jù)本發(fā)明的一個制造過程的例子。本發(fā)明的一個顯著特征在于所述制造過程包括特性調(diào)整步驟。
根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的制造過程包括在基板上形成陰極和控制電極的步驟，和沉積電子發(fā)射膜的步驟。這兩個步驟的順序是可逆的。
步驟1首先，制備絕緣基板1，其由石英玻璃，包括低濃度雜質(zhì)，例如Na的玻璃，鈉鈣玻璃，其頂層為SiO2層多層基體或者陶瓷構(gòu)成。在充分清潔基板1的表面之后，在基板1的表面上形成導(dǎo)電膜31(稍后它將被形成陰極2和控制電極3)(圖8A)。
利用常見的真空薄膜形成技術(shù)，例如蒸發(fā)方法或濺射方法，可形成導(dǎo)電膜31。導(dǎo)電膜31的材料可選自金屬材料，例如Be、Mg、Ti和Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt和Pd，或者它們的合金。導(dǎo)電膜31的厚度在10納米～100微米的范圍內(nèi)，最好在100納米～1微米的范圍內(nèi)。
步驟2隨后，如圖8B中所示，在導(dǎo)電膜31上形成碳層5。
碳層5最好具有良好的平面度。更具體地說，碳層5的平面粗糙度優(yōu)選小于碳層5的平均膜厚的1/10(用均方根值表示)，或者小于10納米(用均方根值表示)，最好小于1納米。但是，平面度越好，尖點的電場增強(qiáng)效應(yīng)越小，從而閾電場越大。為了對于具有這樣的平直表面的碳層5獲得足夠低的閾電場，有效的是使用特殊結(jié)構(gòu)，例如在圖2或6中所示的碳層5中使用的特殊結(jié)構(gòu)。注意表面的粗糙度用均方根值表示，即，彎曲表面到平均線的偏離的均方根值。表面粗糙度的這種表示也用在JIS標(biāo)準(zhǔn)中。
步驟3借助光刻術(shù)，形成光致抗蝕劑圖案33，光致抗蝕劑圖案33將在形成陰極2和控制電極3的蝕刻工藝中被用作掩模(圖8C)。
步驟4隨后，蝕刻導(dǎo)電膜31和碳層5，以便形成陰極2和控制電極3(圖8D)。最好導(dǎo)電膜31和碳層5被蝕刻成獲得平直的蝕刻表面。根據(jù)導(dǎo)電膜31和碳層5的材料，可使用恰當(dāng)?shù)奈g刻方法，例如干蝕刻或濕蝕刻。
步驟5除去掩模33。從而獲得圖8E(圖1A和1B)中所示的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)構(gòu)成電子發(fā)射器件的材料，材料的電阻，碳層5的電特性，和要發(fā)射的電子發(fā)射束的形狀，確定陰極2和控制電極3之間的間隔W(示于圖1A和1B中)。通常，W最好被設(shè)置在10納米～100微米的范圍內(nèi)。
間隔W的減小是降低電子發(fā)射器件的驅(qū)動電壓的最有效手段。從這點來看，間隔W最好被設(shè)置成小于10微米。但是，過大地減小間隔W會導(dǎo)致電子發(fā)射器件的電子發(fā)射效率的下降，因為很小的間隔W會導(dǎo)致從陰極2發(fā)出的一些電子在到達(dá)陽極之前，與控制電極3(柵電極)碰撞，并被控制電極3吸收。
通常，當(dāng)W小于100納米時，電子發(fā)射效率會顯著降低，雖然電子發(fā)射效率開始降低時的間隔的值取決于驅(qū)動電壓和裝置的形狀，例如電極的厚度，和發(fā)射材料。
從而，在本實施例中，最好把間隔W設(shè)置在100納米～10微米的范圍內(nèi)。
根據(jù)需要，可進(jìn)行后處理，以增強(qiáng)發(fā)射電子的能力。例子包括退火和等離子體處理。在形成如圖6中所示的表面端接層(偶極層)的情況下，最好在本階段進(jìn)行所述后處理。
步驟6隨后，進(jìn)行特征調(diào)整過程(它是本發(fā)明的一個特征)。
在特征調(diào)整過程中，調(diào)整閾電場，以致Eth_reverse＞Eth_forward，這里稱為正向閾電場強(qiáng)度的Eth_forward是為了當(dāng)正向施加電場時，使得從第一導(dǎo)電膜(陰極)發(fā)出電子而需要的最小電場強(qiáng)度，稱為反向閾電場強(qiáng)度的Eth_reverse是為了當(dāng)反向施加電場時，使得從第二導(dǎo)電膜(控制電極)發(fā)出電子而需要的最小電場強(qiáng)度。
“正向”指的是使陰極(第一導(dǎo)電膜)的電勢小于產(chǎn)生從陰極(第一導(dǎo)電膜)汲取電子的電場的電極(控制電極(第二導(dǎo)電膜)和/或陽極)的電勢的電場的方向。另一方面，“反向”指的是使陰極(第一導(dǎo)電膜)的電勢大于產(chǎn)生從陰極(第一導(dǎo)電膜)汲取電子的電場的電極(控制電極(第二導(dǎo)電膜)和/或陽極)的電勢的電場的方向。
特性調(diào)整過程中可使用的一種技術(shù)是通過只反向施加電場(電壓)，增大反向閾電場(閾電壓)，從而實現(xiàn)Eth_reverse＞Eth_forward。另一種技術(shù)是是既在正向上，又在反向上增大閾電場Eth(閾電壓Vth)，以便實現(xiàn)Eth_reverse＞Eth_forward。在特性調(diào)整過程中可使用這些技術(shù)中的任意一種。
如果執(zhí)行上述第二種技術(shù)，那么驅(qū)動狀態(tài)下的電子發(fā)射特性(I-V特性曲線，即施加的用于發(fā)射電子的電壓V和所得到的發(fā)射電流I之間的關(guān)系)被控制。例如，這種技術(shù)可被用于調(diào)整排列在電子源或圖像顯示裝置中的大量電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性，以致它們具有類似的特性。對所有電子發(fā)射器件獲得類似特性的一種具體調(diào)整技術(shù)是檢測所有這些電子發(fā)射器件的最高閾電場，并把其它電子發(fā)射器件的閾電場調(diào)整到檢測到的最高閾電場。另一種技術(shù)是把特定電子發(fā)射器件(一般來說，所有電子發(fā)射器件)的閾電場增大到特定值。從制造成本的觀點來看，第二種技術(shù)更可取，因為它比第一種技術(shù)簡單。注意在本發(fā)明中，不必進(jìn)行對于所有器件來說，使I-V特性曲線變得完美一致的調(diào)整。進(jìn)行對于實際操作中對器件施加的電壓范圍，使電子發(fā)射器件的I-V特性曲線彼此基本相同的調(diào)整就已足夠。
在本發(fā)明中，實現(xiàn)Eth_reverse＞Eth_forward的方法并不局限于其中對電子發(fā)射器件施加電壓的上述那些方法。
增大閾電場的一種具體技術(shù)是對電子發(fā)射膜5(第一導(dǎo)電膜和/或第二導(dǎo)電膜)施加最大電場Emax。這里，“最大電場”指的是比在特性調(diào)整過程之前，對電子發(fā)射膜5(第一導(dǎo)電膜和/或第二導(dǎo)電膜)施加的任何電場都高的電場。注意這并不意味著在特性調(diào)整過程之前，需要對電子發(fā)射膜5(第一導(dǎo)電膜和/或第二導(dǎo)電膜)施加一個電場。最好，在本發(fā)明中，特性調(diào)整過程包括從電子發(fā)射膜5(第一導(dǎo)電膜和/或第二導(dǎo)電膜)發(fā)出電子的步驟。
根據(jù)電子發(fā)射器件或電子發(fā)射設(shè)備的結(jié)構(gòu)，還根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)和驅(qū)動電壓，另外還根據(jù)電子發(fā)射膜的位置，確定(沿正向方向)對電子發(fā)射膜(第一導(dǎo)電膜和/或第二導(dǎo)電膜)施加的，以便驅(qū)動電子發(fā)射器件或電子發(fā)射設(shè)備的電場(在電子發(fā)射器件或電子發(fā)射設(shè)備的實際操作中，對電子發(fā)射膜施加的電場)。
當(dāng)具有三端子結(jié)構(gòu)(包括陰極、控制電極和陽極的結(jié)構(gòu))的電子發(fā)射設(shè)備被驅(qū)動時， (沿正向方向)對電子發(fā)射膜(第一導(dǎo)電膜和/或第二導(dǎo)電膜)施加的電場主要由Ea和Eg確定。在電子發(fā)射器件和陽極4之間施加的平均電場(Eaav(伏/微米))可由陽極電壓Va(伏)(一般定義成陰極2的電勢和陽極4的電勢之間的壓差)和陰極2(或者電子發(fā)射膜5)與陽極4之間的距離H(微米)表示成Eaav＝Va/H(伏/微米)。
在陰極2和控制電極3之間施加的平均電場(Egav(伏/微米))可由在陰極2與控制電極3之間施加的電壓Vg(伏)和陰極2(或者碳層5)與控制電極3之間的距離W(微米)表示成Egav＝Vg/W(伏/微米)。
實際上，Ea和Eg隨著電子發(fā)射器件(電子發(fā)射膜)的結(jié)構(gòu)和位置而變化。從而，Ea和Eg的實際值分別由Ea＝βa×Eav和Eg＝βg×Egav給出，這里βa和βg是等于或大于1的電場增強(qiáng)因數(shù)。當(dāng)陽極4被布置在與電子發(fā)射器件的基板平行的位置時，βa≈1。另一方面，βg隨著電子發(fā)射器件的結(jié)構(gòu)而極大地變化。在一種極端情況下，βg可以大到數(shù)千，取決于電子發(fā)射部分是否具有尖點(sharp point)。在利用表面相當(dāng)平直的電子發(fā)射膜的電子發(fā)射器件的結(jié)構(gòu)中，βg相當(dāng)小，不過取決于結(jié)構(gòu)，它可變得比平常值大幾倍。
就Spindt型或表面?zhèn)鲗?dǎo)型的電子發(fā)射器件來說，控制電極起汲取電子的電極的作用，并且在電子發(fā)射器件或電子發(fā)射設(shè)備進(jìn)行實際驅(qū)動操作的狀態(tài)下，Egav＞＞Eaav。即，對電子發(fā)射部分施加的電場由在控制電極3和陰極2之間施加的電壓形成的電場(Eg)支配，Ea基本上沒有任何貢獻(xiàn)，或者貢獻(xiàn)很小。
在具有三端子(三極)結(jié)構(gòu)(包括陰極、控制電極和陽極)的電子發(fā)射器件或電子發(fā)射設(shè)備中，從陰極(第一導(dǎo)電膜)汲取電子所需的電場由下述因素決定(1)陰極2(第一導(dǎo)電膜)的電勢和控制電極3(第二導(dǎo)電膜)的電勢之間的差值(從陰極(第一導(dǎo)電膜)的電子發(fā)射由控制電極(第二導(dǎo)電膜)的電勢控制)，(2)陰極2(第一導(dǎo)電膜)的電勢和陽極4的電勢之間的差值(從陰極(第一導(dǎo)電膜)的電子發(fā)射由陽極的電勢控制，而控制電極(第二導(dǎo)電膜)用于控制電子發(fā)射強(qiáng)度或停止電子發(fā)射)，或者(3)陰極2(第一導(dǎo)電膜)的電勢，控制電極3(第二導(dǎo)電膜)的電勢和陽極的電勢之間的關(guān)系(從陰極(第一導(dǎo)電膜)的電子發(fā)射由陽極的電勢和控制電極(第二導(dǎo)電膜)的電勢控制)。注意本發(fā)明并不局限于三端子結(jié)構(gòu)(三極結(jié)構(gòu))。
在根據(jù)本發(fā)明的特性調(diào)整過程中，就(1)來說，反向方向上的電場由在陰極的電勢高于控制電極的電勢的狀態(tài)下形成的電場產(chǎn)生。就(2)來說，反向方向上的電場由在陰極的電勢高于陽極的電勢的狀態(tài)下形成的電場產(chǎn)生。就(3)來說，反向方向上的電場由在陰極的電勢至少高于陽極的電勢和控制電極的電勢之一(最好同時高于陽極的電勢和控制電極的電勢)的狀態(tài)下形成的電場產(chǎn)生。
即，在根據(jù)本發(fā)明的特性調(diào)整過程中，在任何情況下，對控制電極(第二導(dǎo)電膜)施加反向電場。沿反向方向?qū)刂齐姌O(第二導(dǎo)電膜)施加電場對控制其中有意或無意地在控制電極上形成電子發(fā)射膜(或構(gòu)成電子發(fā)射部分的材料)的電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性特別有效。在最簡單的情況下，反向方向上的電場在分布方面類似于在驅(qū)動電子發(fā)射器件(對實際操作施加最大電場)的狀態(tài)下，對控制電極施加的最大電場。注意相似性的要求并不非常嚴(yán)格，近似相似就足夠了。即，允許電場矢量方面的輕微差別。
該步驟中反向電場的施加導(dǎo)致從控制電極(第二導(dǎo)電膜)發(fā)出電子所需的電場強(qiáng)度(Eth_reverse)增大。這增大在實際操作中(在驅(qū)動過程中)對電子發(fā)射器件施加電壓的方法的數(shù)目。在電子源或圖像顯示裝置中，反向閾電場Eth_reverse的增大使得能夠抑制從非選擇電子發(fā)射器件的電子發(fā)射，還使得能夠準(zhǔn)確地控制從選擇的電子發(fā)射器件的電子發(fā)射。從而，電子發(fā)射器件之間的串?dāng)_被抑制，實現(xiàn)高質(zhì)量圖像的顯示。
當(dāng)在實際操作中沿反向方向施加電場時，最好不從控制電極(第二導(dǎo)電膜)發(fā)出電子。這是通過在特性調(diào)整過程中施加反向電場，以致從第二導(dǎo)電膜(控制電極)發(fā)出電子所需的閾電場被增大到比在實際操作中施加的最大反向電場還大的值來實現(xiàn)的，從而防止在實際操作中無意地從控制電極發(fā)出電子。
在該特性調(diào)整過程中，除了Eth_reverse的增大之外，最好通過沿正向方向?qū)Φ谝粚?dǎo)電膜施加電場，調(diào)整在實際操作中，為從第一導(dǎo)電膜(陰極上的電子發(fā)射膜)發(fā)出電子而需要的閾電場(Eth_forward)，以致抑制在電子發(fā)射(電子源)的制造中產(chǎn)生的器件間閾電場的變化。在最簡單的情況下，正向方向上的電場的分布形狀類似于在從陰極(第一導(dǎo)電膜)汲取電子的實際操作中形成的驅(qū)動電場的分布形狀。為了在實際操作中(在驅(qū)動過程中)獲得電子發(fā)射特性的高穩(wěn)定性和良好再現(xiàn)性，為進(jìn)行調(diào)整而施加的正向電場Eth_forward最好不僅在分布形狀方面與實際操作中施加的驅(qū)動電場相似，而且在強(qiáng)度方面要大于所述驅(qū)動電場。注意相似性的要求并不非常嚴(yán)格，近似相似就足夠了。即，允許電場矢量方面的輕微差別。
在特性調(diào)整過程中，當(dāng)施加調(diào)整電場時，有效地發(fā)生從第二導(dǎo)電膜(控制電極)(以及從第一導(dǎo)電膜(陰極))的電子發(fā)射。在這個意義上，特性調(diào)整過程也可被稱為(以最大發(fā)射電流Imax)從第二導(dǎo)電膜(以及從第一導(dǎo)電膜)發(fā)出電子的過程。
特性調(diào)整過程也可被有效地看作在電子發(fā)射器件或電子發(fā)射設(shè)備的電極之間施加電壓(最大電壓Vmax)，以便從第二導(dǎo)電膜(控制電極)(以及從第一導(dǎo)電膜(陰極))發(fā)出電子，用于調(diào)整其電子發(fā)射特性的過程。從可控性的觀點來看，最簡單的是通過控制電壓，執(zhí)行特性調(diào)整過程，從而這是最可取的。在通過控制施加的電壓值，控制特性調(diào)整過程的情況下，陰極和用于形成從第一導(dǎo)電膜汲取電子的電場的電極(控制電極和/或陽極)之間的相對位置最好與實際操作中的相對位置相同。為此，最好這樣布置電極，至少使陰極和控制電極之間的相對位置變得與實際操作中的相對位置相同。當(dāng)電極被布置在和實際操作中一樣的相對位置，并且通過控制施加的電壓控制特性調(diào)整過程時，最好在電極之間(在陰極和控制電極(和陽極)之間)施加電壓，以便該電壓形成的正向或反向電場在分布形狀方面與在器件或設(shè)備的實際操作中形成的電場相似。
雖然在緊接通過上述步驟(1)-(5)結(jié)束制造之后的階段，電子發(fā)射器件具有對稱結(jié)構(gòu)和對稱的電子發(fā)射特性，不過通過簡單地執(zhí)行上述特性調(diào)整過程，可獲得實際上不對稱的結(jié)構(gòu)(即，不對稱的電子發(fā)射特性)。在通過增加刻模步驟，借助步驟(1)-(5)制造電子發(fā)射器件，以便具有不對稱結(jié)構(gòu)(例如以便只在陰極上形成電子發(fā)射膜)的情況下，特性調(diào)整過程的執(zhí)行確保即使殘余物無意地殘留在控制電極上，電子發(fā)射器件也能具有不對稱的電子發(fā)射特性。注意結(jié)構(gòu)方向的輕微或不可見的微觀變化會導(dǎo)致其電子發(fā)射特性的改變。
下面參考圖9A-9C和圖10說明通過對根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件施加電壓的特性調(diào)整的一個具體例子。注意該特性調(diào)整過程是本發(fā)明的一個顯著特征。
圖9A和9B表示了在特性調(diào)整過程中，在陰極和控制電極之間施加最大電壓Vmax的方式的例子。
圖9C表示在完成特性調(diào)整過程之后，驅(qū)動電子發(fā)射設(shè)備的方式的例子。
在圖9A和9B中所示的例子中，在把對陽極4施加的陽極電壓保持在Va(伏)的時候，在陰極2和控制電極3之間施加的正向電壓Vg(伏)逐漸被增大到Vg2。在保持正向電壓Vg(伏)特定一段時間之后，正向電壓Vg(伏)被減小到0。隨后，在經(jīng)過-Vg2降低到-Vg3的時候，施加反向電壓-Vg。
在圖9A中所示的例子中，準(zhǔn)靜態(tài)地施加電壓。另一方面，在圖9B中所示的例子中，以一系列脈沖的形式施加電壓。在圖9A中所示的例子中，首先沿正向方向施加電壓，在完成正向方向上的電壓施加之后，沿反向方向施加電壓。在圖9B中所示的例子中，交替地沿正向方向和反向方向施加電壓。
在圖9C中所示的例子中，在完成特性調(diào)整過程之后，利用脈寬調(diào)制信號驅(qū)動電子發(fā)射器件。更具體地說，陽極4的陽極電壓被保持在Va，在陰極2和控制電極3之間施加脈沖電壓Vg2，同時調(diào)制脈沖寬度。該圖還表示了響應(yīng)施加電壓Vg2產(chǎn)生的生成電流Ie，電流Ie的水平接近于水平Ie2。
在使用脈沖電壓作為驅(qū)動電壓的情況下，脈沖寬度或占空度(脈沖寬度/脈沖周期)最好小于在特性調(diào)整過程中，用于提供Vmax的脈沖的脈沖寬度或占空度。注意根據(jù)碳層5的類型，特性調(diào)整過程所花的時間被確定為在幾毫秒到幾分鐘的范圍中。
如上所述，為了驅(qū)動已經(jīng)歷特性調(diào)整過程的電子發(fā)射器件或電子發(fā)射設(shè)備，最好使用小于在特性調(diào)整過程中使用的最大電壓的驅(qū)動電壓。小于在特性調(diào)整過程中施加的電壓的驅(qū)動電壓的使用使得能夠保持作為特性調(diào)整過程的結(jié)果獲得的電子發(fā)射特性(I-V特性曲線)。此外，如同上述例子中一樣，用于驅(qū)動的脈沖寬度或占空度(脈沖寬度/脈沖周期)最好小于特性調(diào)整過程中使用的脈沖寬度或占空度。
圖10表示在根據(jù)本發(fā)明的特性調(diào)整過程中產(chǎn)生的，電子發(fā)射器件的電特性的變化。
即，圖10表示在對陽極施加電壓Va的狀態(tài)下，在特性調(diào)整過程中施加的最大電壓Vmax如何改變發(fā)射電流I與陰極2和控制電極3之間的電壓Vg的特性曲線圖。
注意“正向”指的是相對于陰極的電勢，控制電極的電勢變成正值的方向，“反向”指的是相對于控制電極的電勢，陽極的電勢變成負(fù)值的方向。陰極的電勢被固定，它把電學(xué)性質(zhì)的圖表示成向控制電極供給正電勢給出正向方向(正向)并且負(fù)值的電勢相反方向(反向)。
下面說明正向電特性方面的變化的例子。
實線36代表在通過把陰極2和控制電極3之間的電壓增大到Vg1，隨后把該電壓降低到0(伏)，并且再次把該電壓增大到Vg1，進(jìn)行特性調(diào)整過程之后獲得的電子發(fā)射器件的電特性曲線。實線37表示通過把驅(qū)動電壓增大到Vg2，隨后把驅(qū)動電壓降低到0(伏)，并且再次把驅(qū)動電壓增大到Vg2，在特性調(diào)整過程中驅(qū)動電子發(fā)射器件之后獲得的電子發(fā)射器件的電特性曲線。作為該特性調(diào)整過程的結(jié)果，為發(fā)出電子而需要的閾電壓Vth_f1改變成Vth_f2，并且Ie產(chǎn)生對應(yīng)的變化。在圖10中的Ie軸的右側(cè)表示的虛線是當(dāng)在特性調(diào)整過程中，連續(xù)把施加的電壓從0(伏)增大到Vg2(伏)，而根本不被降低時獲得的發(fā)射電流的曲線圖。
圖10中，在施加的電壓被增大到Vg2，并且隨后被降低到0(伏)(在特性調(diào)整過程中)時，如果通過施加驅(qū)動電壓，同時把驅(qū)動電壓增大到Vg2，驅(qū)動電子發(fā)射器件，那么發(fā)射電流Ie在低于Vg2的范圍中沿著實線37變化。之后當(dāng)在從0(伏)到Vg2的范圍內(nèi)改變驅(qū)動電壓時，電子發(fā)射特性不發(fā)生實質(zhì)變化。
特性調(diào)整過程穩(wěn)定電子發(fā)射器件的電特性，并增大閾電場的原因在于雖然存在能夠在緊接完成制造之后的階段，在低強(qiáng)度電場中發(fā)出電子的不穩(wěn)定電子發(fā)射點，不過特征調(diào)整過程消除了這樣的不穩(wěn)定電子發(fā)射點，從而使發(fā)射電流穩(wěn)定。其證據(jù)是在實線37的電特性曲線的測量過程中觀察到的電子發(fā)射點的位置不同于在實線36的電特性曲線的測量過程中觀察到的電子發(fā)射點的位置，并且一旦借助特性調(diào)整過程獲得了由實線37表示的特性曲線，電子發(fā)射點的位置就不會改變。
如上所述，特性調(diào)整過程還起使電子發(fā)射膜的電特性穩(wěn)定的過程的作用。即，一旦電子發(fā)射膜的電特性被調(diào)整，以致能夠獲得所需的發(fā)射電流，電特性就被穩(wěn)定在所謂的調(diào)整狀態(tài)，以致能夠穩(wěn)定地驅(qū)動電子發(fā)射器件。
下面說明反向方向上電子發(fā)射的電特性的變化。
在第一實施例中，第二導(dǎo)電膜和第一導(dǎo)電膜在結(jié)構(gòu)上是對稱的。于是，反向方向上的初始電特性類似于正向方向上的初始電特性，當(dāng)施加電壓時，在反向方向的電特性中產(chǎn)生的變化非常類似于在正向方向上發(fā)生的電特性的變化。
注意在反向方向上，不同于從陰極發(fā)出電子的正向方向，電子從控制電極發(fā)出。這意味著反向方向上，促成發(fā)射電流Ie的電子發(fā)射點完全不同于正向方向上的那些電子發(fā)射點。
于是，雖然在這兩種情況下，都是朝著陽極發(fā)射電子，但是到達(dá)點不同。
在圖10中，實線38表示在執(zhí)行特性調(diào)整過程，以致陰極2和控制電極3之間的電壓被改變成-Vg1，隨后返回到0(伏)，并再次改變成-Vg1之后獲得的電特性曲線。實線39表示在驅(qū)動電子發(fā)射器件，以致驅(qū)動電壓首先被改變成-Vg2，隨后返回到0(伏)，并再次改變成-Vg2之后獲得的電特性曲線。從而，為了發(fā)射電子而需要的閾電壓Vth從Vth_r1被增大到Vth_r2，并且Ie發(fā)生對應(yīng)的變化。在圖10中的Ie軸左側(cè)所示的虛線是當(dāng)在特性調(diào)整過程中，使施加的電壓連續(xù)從0(伏)改變成-Vg2，而不返回0(伏)時獲得的發(fā)射電流的曲線圖。
在圖10中，在施加的電壓被改變到-Vg2，隨后返回0(伏)(在特性調(diào)整過程中)之后，如果通過施加驅(qū)動電壓，同時把驅(qū)動電壓改變成-Vg2，驅(qū)動電子發(fā)射器件，那么發(fā)射電流Ie在大于-Vg2的范圍中沿著實線39變化。
如果進(jìn)一步施加更大的反向電壓，那么反向閾電壓進(jìn)一步增大。例如，施加-Vg3的電壓，隨后使施加的電壓返回0(伏)，并再次把施加的電壓改變成-Vg3會導(dǎo)致反向閾電壓增大到Vth_r3。這種情況下，反向電特性曲線由實線40給出。
從而，在使電子發(fā)射器件投入實際使用之前，通過沿反向方向?qū)﹄娮影l(fā)射器件施加比沿正向方向施加的最大電壓更大的最大電壓Vmax，從第二導(dǎo)電膜發(fā)射電子所需的閾電場Eth_r可被增大到比從第一導(dǎo)電膜發(fā)射電子所需的閾電場Eth_f更大的值。從而，電子發(fā)射器件的電特性變得不對稱。
如上所述，在本發(fā)明中，雖然借助簡單的工藝過程，以對稱結(jié)構(gòu)的形式制造電子發(fā)射器件，不過通過執(zhí)行特性調(diào)整過程，能夠獲得不對稱的電特性。注意根據(jù)本發(fā)明的特性調(diào)整過程是對電子發(fā)射部分沒有不良影響，或者不良影響很小的電處理過程，從而能夠獲得穩(wěn)定的電特性。
當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行特性調(diào)整過程之后，在實際操作中驅(qū)動電子發(fā)射器件(發(fā)出電子)時，最好這樣驅(qū)動電子發(fā)射器件，以致發(fā)射電流不超過特性調(diào)整過程中的最大發(fā)射電流(實際上，以致電場強(qiáng)度不超過在特性調(diào)整過程中，用于發(fā)射電子的最大電場強(qiáng)度，即，以致正向施加的電壓不超過在特性調(diào)整過程中，為了發(fā)射電子而沿正向方向施加的最大電壓)。通過按照上述方式驅(qū)動電子發(fā)射器件，能夠保持借助特性調(diào)整過程獲得的I-V特性。注意“借助特性調(diào)整過程獲得的I-V特性的保持”并不意味著在較長一段時間內(nèi)，電子發(fā)射器件的I-V特性不會發(fā)生任何退化。
現(xiàn)在說明沿反向方向施加的最大電壓和驅(qū)動電壓之間的關(guān)系。
圖10中還表示了當(dāng)反向施加的電壓被增大到-Vg4，隨后返回0(伏)，并被再次增大到-Vg4時產(chǎn)生的電特性的變化。從圖10可看出，反向閾電壓進(jìn)一步增大到Vth_r4。
圖11A表示在特性調(diào)整過程中，對電子發(fā)射器件施加電壓的方式的一個例子，圖11B表示在實際操作中，驅(qū)動電子發(fā)射的方式的一個例子。
在圖11A中，在陰極和控制電極之間施加一系列不斷變化的電壓脈沖，同時把陽極4的陽極電壓保持為Va。脈沖電壓在正向和反向方向上被交替施加，并且在正向方向上強(qiáng)度從低于Vg1增大到Vg2，在反向方向上強(qiáng)度從高于-Vg1增大到-Vg4，以便把正向方向上的閾電壓設(shè)定在Vg2，把反向方向上的閾值設(shè)定在Vg1。在圖11A中所示的特性調(diào)整過程之后，反向方向上的閾電壓Vth_r4大于正向方向上的驅(qū)動電壓Vg2。于是，當(dāng)施加電壓-Vg2，即，沿反向方向施加其絕對值等于驅(qū)動電壓Vg2的電壓時，基本上不產(chǎn)生任何發(fā)射電流。
這使得能夠驅(qū)動電子發(fā)射器件，以致如圖11B中所示，在關(guān)閉周期內(nèi)沿反向方向施加其絕對值等于驅(qū)動電壓的電壓。這種驅(qū)動方向需要的驅(qū)動電路較簡單。
當(dāng)然，也可使用圖9C中所示的驅(qū)動方法。當(dāng)使用圖9C中所示的驅(qū)動方法時，同樣最好的是通過在特性調(diào)整過程中，沿反向方向施加最大電場，充分增大反向方向上的閾電場Eth_r，因為反向方向上的大的閾電場Eth_r允許電子發(fā)射器件可度可靠地工作，而不會受尖峰噪聲等的影響。
下面說明施加最大電壓的方法。
在根據(jù)本發(fā)明的特性調(diào)整過程中，通過對汲取電極(控制電極和/或陽極)施加電壓發(fā)出電子。在特性調(diào)整過程中，和沿正向方向施加的電壓相比，沿反向方向施加更大的電壓，從而在特性調(diào)整過程中，從控制電極發(fā)出的電流大于在器件的實際操作期間發(fā)出的電流。于是，必須進(jìn)行特性調(diào)整過程，以便電子發(fā)射器件不會被在特性調(diào)整過程期間產(chǎn)生的發(fā)射電流破壞。
為此，重要的是防止在特性調(diào)整過程中發(fā)生由歸因于電子汲取，從陽極發(fā)出的氣體導(dǎo)致的放電。為此，重要的是保護(hù)足夠高的真空度。
在特性調(diào)整過程中，可對電子發(fā)射器件施加電壓，以致在特定的時期內(nèi)施加具有固定脈沖高度的脈沖，或者以致脈沖高度逐漸增大。后一種方法更可取，雖然也可采用前一種方法。在后一種方法中，如果需要，在特性調(diào)整過程中可監(jiān)視真空度和/或其它參數(shù)，并且可根據(jù)監(jiān)視的真空度，控制電壓的增大。
換句話說，沿反向方向施加過高的電壓并不可取。即，如上所述，在反向方向上施加的電壓應(yīng)被確定，以致能夠獲得實際操作中所需的恰當(dāng)on/off比。
在特性調(diào)整過程中，最好對陽極和控制電極都施加電壓，雖然不一定需要對陽極施加電壓。尤其是當(dāng)陽極對電場的影響較大時，這樣做更可取。
如果沒有對陽極施加任何電壓(只在陰極和控制電極之間施加電壓)，那么強(qiáng)加于發(fā)出的電子的電場的分布不同于實際操作中，強(qiáng)加于發(fā)出的電子的電場的分布。當(dāng)沒有對陽極施加任何電壓時，一些發(fā)出的電子朝著相對電極移動。
當(dāng)沿反向方向施加電壓時，從控制電極發(fā)出的電子朝著陰極移動。當(dāng)電子與陰極碰撞時，一些電子被陰極吸收，陰極被加熱。電子的碰撞和加熱可對陰極上的電子發(fā)射膜產(chǎn)生不利影響，會發(fā)生電子發(fā)射特性的退化。
于是，特性調(diào)整過程中的電場分布最好與實際操作中的電場分布類似。
當(dāng)包括電子發(fā)射器件的電子發(fā)射設(shè)備具有三端子(三極)結(jié)構(gòu)(包括三個電極，即，陽極、陰極和柵電極)時，在特性調(diào)整過程中，這三個電極最好被這樣布置，使它們的相對位置和實際操作中它們的相對位置類似。這也適用于四端子結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射設(shè)備。
現(xiàn)在，說明根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的應(yīng)用例子。通過在基體上排列根據(jù)本發(fā)明的多個電子發(fā)射器件，能夠產(chǎn)生諸如電子源和圖像顯示裝置之類的電子發(fā)射設(shè)備。
可按照各種方式排列電子發(fā)射器件。例如，多個電子發(fā)射器件沿X和Y方向被排列成矩陣形式，電極被連接，以致排列在同一行中的各個電子發(fā)射器件的陰極2(或控制電極3)都與沿X方向延伸的布線連接，排列在同一列中的各個電子發(fā)射器件的控制電極3(或陰極2)都與沿Y方向延伸的布線連接。這種排列也稱為矩陣排列。
下面參考圖12，說明通過把根據(jù)本發(fā)明的多個電子發(fā)射器件排列成矩陣形式而產(chǎn)生的電子源的例子。在圖12中，附圖標(biāo)記41表示電子源基體，附圖標(biāo)記42表示沿X方向延伸的各行布線，附圖標(biāo)記43表示沿Y方向延遲的各列布線，附圖標(biāo)記44表示根據(jù)本發(fā)明的一個電子發(fā)射器件。矩陣的每個正方形(它包括陰極2，控制電極3和與每個電極連接的膜5)包含一個不同的電子發(fā)射器件44。每個電子發(fā)射器件44的陰極2與一行布線42連接，每個電子發(fā)射器件44的控制電極與一列布線43連接。
借助真空蒸發(fā)、濺射或印刷，用金屬材料形成X方向上的m個布線42(包括布線Dx1、Dx2、Dx3、Dx4、...、Dxm)。如同本領(lǐng)域技術(shù)人員已知那樣，恰當(dāng)?shù)卮_定布線的特定材料、厚度和寬度。以類似于X方向上的布線42的方式，形成Y方向上的n個布線43(包括布線Dy1、Dy2、Dy3、Dy4、...、Dyn)。利用中間層絕緣層(未示出)，使X方向上的m個布線42和Y方向上的n個布線43電絕緣。注意n和m是任意整數(shù)。
借助真空蒸發(fā)、濺射或印刷，用例如SiO2形成中間層絕緣層(未示出)。例如，在基體41上形成X方向上的布線42之后，在基體41的整個表面上，或者在基體41的表面的某一具有特定形狀的區(qū)域上形成中間層絕緣層。確定中間層絕緣層的材料、厚度和制造方法，以致在X方向上的布線42和Y方向上的布線43之間的任意交叉點不發(fā)生電擊穿。X方向上的每個布線42的端部和Y方向上的每個布線43的端部延伸，以致它們起外部端子的作用。
借助X方向上的m個布線42，按照上述方式電連接各個電子發(fā)射器件44的陰極2，借助Y方向上的n個布線43，按照上述方式電連接各個電子發(fā)射器件44的控制電極3。
在布線由和陰極2及控制電極3相同的材料形成的情況下，布線42和布線43可分別被看作陰線布線和控制電極布線。
X方向上的布線42與掃描信號施加裝置(未示出)連接，以便施加掃描信號，選擇其中沿X方向排列電子發(fā)射器件44的一行。Y方向上的布線43與調(diào)制信號產(chǎn)生裝置(未示出)，以便根據(jù)輸入信號，調(diào)制排列在沿Y方向延伸的各列中的電子發(fā)射器件44。以對電子發(fā)射器件施加的掃描信號的電壓和對相同電子發(fā)射器件施加的調(diào)制信號的電壓之間的差值的形式，給出對每個電子發(fā)射器件44施加的驅(qū)動電壓。雖然在本例中，對陰極2施加掃描信號，對控制電極3施加調(diào)制信號，不過也可對陰極2施加調(diào)制信號，對控制電極3施加掃描信號。
在按照上述方式構(gòu)成的電子發(fā)射源中，借助簡單的矩陣布線，能夠獨立地選擇和驅(qū)動單個的電子發(fā)射器件44。如下參考圖13所述，通過利用其中以簡單矩陣的形式排列電子發(fā)射器件的這種電子發(fā)射源，能夠制造圖像顯示裝置。圖13是表示根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置的顯示面板的一個例子的示意圖。
在圖13中，附圖標(biāo)記41表示其中布置多個電子發(fā)射器件的電子源基體，附圖標(biāo)記51表示固定電子源基體41的后面板，附圖標(biāo)記56表示由玻璃基體構(gòu)成的前面板，附圖標(biāo)記54表示充當(dāng)圖像形成部件的發(fā)光膜(熒光膜)，附圖標(biāo)記55表示金屬襯底(metal back)55，其中發(fā)光膜54和金屬襯底55被布置在玻璃基體53的內(nèi)表面上。當(dāng)在該圖像顯示裝置上顯示圖像時，發(fā)光膜54充當(dāng)屏幕。附圖標(biāo)記52表示借助玻璃料(fritglass)等，后面板51和前面板56與之連接的支承框架。通過在400～500℃的溫度下，在大氣氣氛或氮氣氣氛中進(jìn)行烘烤操作，上述各個部分被組合在一起并被密封，以致前面板56，支承框架52和后面板51形成外殼(顯示面板)57。
外殼(envelop)57由前面板56，支承框架52和后面板51形成。
布置后面板51主要是為了增強(qiáng)基體41的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)基體41具有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度時，不必需要后面板51。這種情況下，支承框架52被直接放置在基體41上，前面板56被放置在支承框架52上，它們被結(jié)合在一起，從而形成外殼57。在前面板56和后面板51之間可布置稱為隔離物的支承部分，以致外殼57具有足以經(jīng)受大氣壓力的較高機(jī)械強(qiáng)度。
之后，排出外殼57內(nèi)的空氣。
更具體地說，在加熱外殼(顯示面板)57的時候，借助排氣管(未示出)利用真空泵使外殼57的內(nèi)部產(chǎn)生真空。在外殼57內(nèi)部的壓力變得足夠低之后，密封排氣管。在外殼57被密封之后，可進(jìn)行吸氣，以便獲得更低的內(nèi)部壓力?？山柚T如Ba之類吸氣材料的蒸發(fā)進(jìn)行吸氣，或者可借助非蒸發(fā)吸氣技術(shù)進(jìn)行吸氣。雖然在上述例子中，在把各個部分裝配成外殼的形式之后進(jìn)行排氣，不過如果在真空中進(jìn)行裝配，那么不需要排氣。
在利用矩陣電子源制造的該圖像顯示裝置中，通過對外部端子Dx1～Dxm和Dy1～Dyn施加電壓，可選擇并驅(qū)動任意電子發(fā)射器件，從而從選擇的電子發(fā)射器件發(fā)出電子。如果通過高壓端子58對金屬襯底55或透明電極(未示出)施加高電壓Va，那么發(fā)出的電子被加速。加速的電子與熒光屏54碰撞，產(chǎn)生熒光。從而形成圖像。
利用上面參考圖13說明的根據(jù)本發(fā)明的顯示面板57，能夠產(chǎn)生信息顯示/重放設(shè)備。
信息顯示/重放設(shè)備包括接收廣播信號，例如電視信號的接收單元，選擇接收信號之一的調(diào)諧器，和顯示或重放包括在選擇的信號中的圖像信息、文本信息和音頻信息至少之一的顯示面板。這種信息顯示/重放設(shè)備的一個具體例子是電視接收機(jī)。在收到編碼廣播信號的情況下，信息顯示/重放設(shè)備需要包括一個解碼器。注意音頻信號被輸出給單獨布置的音頻再現(xiàn)裝置，例如揚聲器，以致根據(jù)音頻信號，與在顯示面板上顯示的圖像信息或文本信息同步地產(chǎn)生聲音/話音。
下面更詳細(xì)地說明在顯示面板的屏幕上顯示或重放圖像信息或文本信息的技術(shù)。首先，根據(jù)接收的圖像信息或文本信息產(chǎn)生與顯示面板的各個象素對應(yīng)的圖像信號。產(chǎn)生的圖像信號被輸入顯示面板57的驅(qū)動電路。根據(jù)輸入的圖像信號，驅(qū)動電路控制施加給顯示面板中的各個電子發(fā)射器件的電壓，從而在顯示面板上顯示圖像。
圖19是根據(jù)本發(fā)明的電視接收機(jī)的方框圖。電視接收機(jī)包括接收并處理廣播信號的單元(在本實施例中，該單元是機(jī)頂盒STB)，和根據(jù)廣播信號顯示圖像的顯示裝置C10。機(jī)頂盒STB包括接收地面或衛(wèi)星廣播電視信號或數(shù)據(jù)廣播信號的接收電路C20，接收電路C20包括調(diào)諧器和解碼器。接收信號被解調(diào)/解碼，所得到的圖像數(shù)據(jù)被輸出給STB的I/F(接口)單元C30。I/F單元C30把接收的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于顯示裝置C10使用的格式，并把所得到的圖像數(shù)據(jù)輸出給顯示裝置C10的控制電路C13，顯示裝置C10還包括顯示面板57(在本實施例中由C11表示)和驅(qū)動電路12?？刂齐娐稢13對輸入的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，比如糾錯處理，以便把圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成最適宜于顯示面板C11的數(shù)據(jù)，控制電路C13把所得到的圖像數(shù)據(jù)連同各種控制信號一起輸出給驅(qū)動電路C12。根據(jù)接收的圖像數(shù)據(jù)，驅(qū)動電路C12在顯示面板C11的各個布線(圖12中所示的Dx1～Dxm和Dy1～Dyn)上輸出驅(qū)動信號，從而在顯示面板C11上顯示圖像。接收電路C20和I/F單元C30可與圖像顯示裝置C10分離地被布置在另一機(jī)殼中，如同圖19中所示的機(jī)頂盒STB的情況一樣，或者可和圖像顯示裝置一起被布置在一個機(jī)殼中。
I/F單元C30可被形成為具有連接圖像記錄設(shè)備或圖像輸出設(shè)備，例如打印機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)、硬盤驅(qū)動器(HDD)、或數(shù)字視頻光盤(DVD)的能力。這使信息顯示/重放設(shè)備(電視接收機(jī))能夠在顯示面板57上顯示記錄在圖像記錄設(shè)備上的圖像。另外還能夠根據(jù)需要修改顯示在顯示面板57上的圖像，并把所得到的圖像輸出給圖像輸出設(shè)備。
注意上述信息顯示/重放設(shè)備是許多可能例子中的一個，各種修改都是可能的。通過連接根據(jù)本發(fā)明的信息顯示/重放設(shè)備和諸如視頻會議系統(tǒng)或計算機(jī)系統(tǒng)之類的系統(tǒng)，能夠以各種方式實現(xiàn)信息顯示/重放系統(tǒng)。
另外在根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示裝置中，在使圖像顯示裝置進(jìn)入實際操作之前，可進(jìn)行上述特性調(diào)整過程。這使圖像顯示裝置能夠穩(wěn)定并且高度可靠地工作?？稍谥圃祀娮釉椿w之后，通過在電子源基體和準(zhǔn)備的專供特性調(diào)整過程使用的陽極基板之間形成電場，執(zhí)行特性調(diào)整過程，或者可在制造顯示面板(外殼)57之后執(zhí)行特性調(diào)整過程。最好在密封外殼之外執(zhí)行特性調(diào)整過程。
在上述實施例中，在各個電極被放置在與電子發(fā)射設(shè)備中的相對位置類似的相對位置的狀態(tài)下，執(zhí)行特性調(diào)整過程。但是，在本發(fā)明中，各個電極的位置并不局限于這樣的位置。即，在特性調(diào)整過程中，所必需的是陰極(控制電極)施加比當(dāng)電子發(fā)射設(shè)備實際工作時對陰極(控制電極)施加的電場更高的電場，可根據(jù)電子發(fā)射設(shè)備的各個電極的相對位置確定要施加的必需電場。例如，在把各個部分裝配成顯示面板之前進(jìn)行特性調(diào)整過程的情況下，陽極可被放置在與陰極的間隔距離大于在所有部分被裝配成顯示面板的狀態(tài)下陽極和陰極之間的距離的位置，對陽極施加的電壓可被調(diào)整，以致電場變成等于Emax。
特性調(diào)整過程也可被用于降低會在電子發(fā)射器件的制造過程中發(fā)生的電子發(fā)射器件之間的I-V特性的變化。
即，執(zhí)行特性調(diào)整過程，改變各個電子發(fā)射器件的特性，以致所有電子發(fā)射器件具有基本相等的Ie(電子發(fā)射電流)和/或If(在陰極和柵電流之間流動的電流)。通過按照上述方式調(diào)整各個電子發(fā)射器件的特性，能夠改進(jìn)在顯示裝置上顯示的圖像的均勻性。
下面參考圖14A和14B說明驅(qū)動簡單矩陣電子源的例子。在這些圖中，沿著在X方向上成行延伸的表示成Dox的布線或掃描線施加掃描信號，而沿著在Y方向上成列延伸的表示成Doy的布線或信號線施加調(diào)制信號。這些圖中表示了兩個掃描線，其中一個掃描線對兩個電子發(fā)射器件施加電壓Vs，另一個掃描線對兩個電子發(fā)射器件施加電壓Vns。這些圖中表示了兩個信號線，其中一個信號線對兩個電子發(fā)射器件施加電壓Vm，另一個信號線對兩個電子發(fā)射器件施加電壓Vnm。
這里，假定逐行進(jìn)行掃描，并且施加脈寬調(diào)制電壓。為了簡便起見，表示了其中之一處于接通(on)狀態(tài)，另一處于關(guān)閉(off)狀態(tài)的兩個掃描線，其中之一處于接通狀態(tài)，另一處于關(guān)閉狀態(tài)的兩個信號線，并且表示了電子發(fā)射的四種可能狀態(tài)。
在圖14A中，對處于接通狀態(tài)的掃描線施加電壓Vs，而對處于關(guān)閉狀態(tài)的掃描線施加電壓Vns。另一方面，對處于接通狀態(tài)的信號線施加電壓Vm，而對處于關(guān)閉狀態(tài)的信號線施加電壓Vnm。
當(dāng)掃描線和信號線都處于接通狀態(tài)時，對應(yīng)的電子發(fā)射器件被選擇(接通)，對選擇的電子發(fā)射器件施加等于Vm-Vs的電壓。即，等于Vm-Vs的電壓起驅(qū)動電壓的作用。當(dāng)掃描線和信號線都處于關(guān)閉狀態(tài)時，對應(yīng)的電子發(fā)射器件不被選擇(被關(guān)閉)，對不被選擇的電子發(fā)射器件施加等于Vnm-Vns的電壓。當(dāng)掃描線或者信號線處于關(guān)閉狀態(tài)時，對應(yīng)的電子發(fā)射器件被施加等于Vm-Vns或Vnm-Vs的電壓。這種狀態(tài)下的任意電子發(fā)射器件也不被選擇(被關(guān)閉)。其中只有掃描線和信號線之一處于關(guān)閉狀態(tài)的狀態(tài)被稱為半選擇狀態(tài)，以便與非選擇狀態(tài)區(qū)分開。
圖14A和14B表示了驅(qū)動電子發(fā)射器件的方式的一個例子。
在圖14A中所示的例子中，12.5伏的半選擇電壓等于25伏的正向驅(qū)動電壓的一半。就該驅(qū)動方法來說，在實際操作中，當(dāng)電子發(fā)射器件處于非選擇狀態(tài)或者處于半選擇狀態(tài)時，不對任何電子發(fā)射器件施加任何反向電場，從而該驅(qū)動方法也可被應(yīng)用于沒有利用根據(jù)本發(fā)明的制造工藝制造的電子發(fā)射器件。但是，為了使半選擇電子發(fā)射器件保持關(guān)閉狀態(tài)，正向閾電壓Vth_f必須大于半選擇電壓。
在圖14B中所示的例子中，不對半選擇電子發(fā)射器件(即接受電壓Vnm和Vs，和接受電壓Vm和Vns的電子發(fā)射器件)施加電壓(0(伏))，從而半選擇電子發(fā)射器件易于被關(guān)閉。但是，當(dāng)電子發(fā)射器件未被選擇(即，電子發(fā)射器件接受電壓Vns和Vnm)時，在反向方向上施加等于驅(qū)動電壓的電壓。于是，這種驅(qū)動方法不能用于電子發(fā)射器件，除非電子發(fā)射器件按照本發(fā)明的制造工藝制造。為了使用這種驅(qū)動方法，反向閾電壓Vth_r必須大于驅(qū)動電壓，以致當(dāng)電子發(fā)射器件不被選擇時，電子發(fā)射器件被關(guān)閉。
這可通過如前參考圖11所述那樣，執(zhí)行特性調(diào)整過程從而增大反向閾電壓來實現(xiàn)。
下面說明電子源的驅(qū)動中的on/off比，和圖像顯示裝置上的半色調(diào)表現(xiàn)。
通過調(diào)制對電子源施加的脈沖的電壓幅度或者脈沖寬度，或者借助這些方法的組合來實現(xiàn)半色調(diào)表現(xiàn)?？傊ㄟ^改變脈沖供給的電荷的總量來實現(xiàn)半色調(diào)表現(xiàn)(halftone representation)。
on/off比的簡單定義是對(處于接通狀態(tài)的)電子發(fā)射器件施加的脈沖產(chǎn)生的電荷的最大量(即從陰極流出的最大電流)與對處于半選擇或非選擇狀態(tài)(關(guān)閉狀態(tài))的電子發(fā)射器件施加的脈沖產(chǎn)生的電荷的數(shù)量(即從陰極流出的電流)的比值。
就圖像顯示裝置來說，on/off比是在接通狀態(tài)下驅(qū)動圖像顯示裝置的狀態(tài)下的熒光強(qiáng)度與在關(guān)閉狀態(tài)下驅(qū)動圖像顯示裝置的狀態(tài)下的熒光強(qiáng)度的比值(對比度)。on/off比越大，圖像顯示裝置的對比度越大。
當(dāng)對比度變得更大時，整個強(qiáng)度(intensity)范圍可被分成更大量的強(qiáng)度級，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高質(zhì)量的半色調(diào)表現(xiàn)。
圖像顯示裝置的對比度優(yōu)選大于100∶1，最好大于1000∶1。為了獲得這樣的對比度，電子源的on/off比優(yōu)選大于1000∶1，最好大于10000∶1。
圖15A和15B是表示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的一個實施例(第二實施例)的示意圖。
圖15A是正被驅(qū)動的電子發(fā)射器件的橫截面圖，圖15B是電子發(fā)射器件的平面圖。在這些圖中，附圖標(biāo)記1表示基板，附圖標(biāo)記2表示陰極，附圖標(biāo)記3表示控制電極，附圖標(biāo)記4表示陽極，附圖標(biāo)記5表示電子發(fā)射膜，附圖標(biāo)記6表示驅(qū)動電源，附圖標(biāo)記7表示陽極電源，附圖標(biāo)記61表示絕緣層，附圖標(biāo)記65表示開口。在該電子發(fā)射器件中，當(dāng)在陰極2和控制電極3之間施加驅(qū)動電壓Vg(伏)，并對陽極4施加高于Vg的電壓Va(伏)時，從第一導(dǎo)電膜(電子發(fā)射膜5)發(fā)出電子，流出電子發(fā)射電流Ie[A]。
在根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的第二實施例中，彼此不對稱地形成陰極和控制電極(柵電極)。電子發(fā)射膜5的材料可有意或無意地形成于控制電極(柵電極)上。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的制造過程還包括制造電子發(fā)射器件的過程，和調(diào)整電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性的過程，如同第一實施例中一樣。
在第二實施例中，在特性調(diào)整過程中擴(kuò)展不對稱性。
參見圖16A-16F，下面說明制造最好具有圖15中所示結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射器件的過程的例子。
步驟1首先，制備由石英玻璃，包括低濃度雜質(zhì)，例如Na的玻璃，鈉鈣玻璃，其頂層為SiO2層的多層基體，或者絕緣陶瓷基體構(gòu)成的基板1。在充分清潔基板1的表面之后，在基板1上層疊形成陰極2，絕緣層61和控制電極3(圖16A)。
利用常見的真空薄膜形成技術(shù)，例如氣相沉積或濺射，可形成陰極2和控制電極3。陰極2和控制電極3的材料可選自金屬材料，例如Be、Mg、Ti和Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt和Pd，或者它們的合金。陰極2的厚度和控制電極3的厚度優(yōu)選在幾十納米～幾毫米的范圍內(nèi)，最好在幾百納米～幾微米的范圍內(nèi)。
利用常見的真空薄膜形成技術(shù)，例如濺射方法，CVD方法或者真空蒸發(fā)方法形成絕緣層61。確定電子發(fā)射器件的電特性的閾電場取決于陰極2和柵電極3之間的距離。陰極2和柵電極3之間的距離由絕緣膜61的厚度決定。從而，絕緣膜61的厚度被這樣確定，以致能夠獲得必需的電特性。通常，在幾納米～幾百微米的范圍中選擇絕緣膜61的厚度，最好在幾百納米～幾微米的范圍中選擇絕緣膜61的厚度。最好使用具有允許絕緣層61經(jīng)得起高電場的高介電強(qiáng)度的材料作為絕緣膜61的材料。具體的例子包括SiO2、SiN、Al2O3和CaF。
步驟2借助光刻術(shù)，形成將在形成開口65的蝕刻工藝中用作掩模的光致抗蝕劑圖案63(圖16B)。
步驟3隨后進(jìn)行蝕刻，形成開口65(圖16C)?？刂齐姌O3和絕緣膜61最好被蝕刻成獲得平直的蝕刻表面。根據(jù)控制電極3和絕緣膜61的材料，可使用恰當(dāng)?shù)奈g刻方法，例如干蝕刻或濕蝕刻。
步驟4除去掩模63。從而獲得圖16D(圖15)中所示的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)電子發(fā)射器件的材料，材料的電阻，和要發(fā)射的電子發(fā)射束的形狀，確定開口寬度W(示于圖15中)。通常，W最好被設(shè)置在幾百納米～100微米的范圍內(nèi)。
步驟5隨后沉積碳層5。
更具體地說，如圖16E中所示，借助在與形成碳層5的位置對應(yīng)的位置存在開口的掩模64，沉積碳層5，如圖16F中所示。
如同第一實施例中一樣，最好以允許低強(qiáng)度電場中的電子發(fā)射的恰當(dāng)結(jié)構(gòu)，用恰當(dāng)?shù)牟牧闲纬商紝?。
根據(jù)需要，可進(jìn)行后處理，以增強(qiáng)發(fā)射電子的能力。例子包括退火和等離子體處理。在形成如圖6中所示的表面端接層(偶極層)的情況下，最好在本階段進(jìn)行所述后處理。
步驟6隨后，進(jìn)行表征本發(fā)明的特征調(diào)整過程。
在該步驟中，如同在根據(jù)第一實施例的特征調(diào)整過程中一樣，施加反向電場以改變電特性，如圖17中所示。
在第二實施例中，由于不對稱結(jié)構(gòu)的緣故，在初始狀態(tài)下，反向閾電場(Vth_r1)大于正向閾電場(Vth_f1)(圖17中開始于Vth_r1的虛線表示當(dāng)反向閾電場被設(shè)置成Vth_r1時，電流Ie對施加電壓的相關(guān)性)。但是，相對于正向閾電場(Vth_f1)，初始狀態(tài)下的反向閾電場(Vth_r1)并不是足夠大。如果如圖11B中所示驅(qū)動電子發(fā)射器件，那么反向閾電場的不足初始量值會導(dǎo)致在非選擇狀態(tài)(關(guān)閉狀態(tài))下發(fā)出電子。
從而，在該特性調(diào)整過程中，反向閾電場被增大到比由圖17中的Vth_r2表示的驅(qū)動電壓的絕對值更大的值，以致能夠使用圖11B中所示的驅(qū)動方法。這是通過對電子發(fā)射器件施加比在特性調(diào)整過程中為獲得Vth_r1而施加的反向電壓更大的反向電壓來實現(xiàn)的。始于圖17中的Vth_r2的實線表示當(dāng)反向閾電場被設(shè)置成Vth_r2時，電流Ie對施加電壓的相關(guān)性。應(yīng)注意如同前面的實施例中一樣，通過把對電子發(fā)射器件施加的電壓增大到預(yù)定電壓，使該電壓返回0，并再次把該電壓增大到所述預(yù)定電壓，設(shè)置本實施例中的各種正向和反向閾電場。
在根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件中，由于來自沉積在柵電極上的電子發(fā)射材料的電子發(fā)射，會產(chǎn)生反向方向上的發(fā)射電流Ie。但是一旦執(zhí)行了特性調(diào)整過程，正常工作中來自柵電極上的電子發(fā)射材料的這種電子發(fā)射被抑制。
在本發(fā)明的第二實施例中，如上所述，雖然在制造過程的最終階段形成電子發(fā)射膜，不過不使電子發(fā)射膜與任意溶液，例如光致抗蝕劑去除液接觸。即使電子發(fā)射膜的材料被沉積在接近柵電極的區(qū)域中，也能獲得良好的電子發(fā)射特性。
另外，在根據(jù)第二實施例的電子發(fā)射器件中，可按照如同第一實施例中所述的類似方式，進(jìn)行正向特性調(diào)整過程，以控制電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性。這使得能夠降低電子源或圖像顯示裝置中的電子發(fā)射器件之間I-V特性的變化?？捎酶鶕?jù)第二實施例的電子發(fā)射器件簡單地代替在根據(jù)第一實施例的電子源或圖像顯示裝置中使用的電子發(fā)射器件。
例子下面參考例子更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
例1說明基于圖8和9中所示的制造方法的具體例子。
制造包括具有圖6中所示的偶極層11的碳層5的電子發(fā)射器件。
步驟1首先，制備石英玻璃的基板1。在充分清洗基板1之后，通過在基體1上濺射厚度100納米的TiN，形成將進(jìn)一步形成陰極2和柵電極3的導(dǎo)電膜31(圖8A)。
步驟2隨后在氬氣氣氛中，利用石墨作為靶，濺射形成厚度4納米的碳層5。所獲得的碳層5的電阻率為1×1011Ω·cm(圖8B)。
步驟3利用光刻工藝產(chǎn)生厚度1微米的光致抗蝕劑掩模33(圖8C)。
步驟4
隨后，相繼干蝕刻碳層和TiN電極。為了完全地蝕刻TiN電極，進(jìn)行過蝕刻，直到石英基板被輕微蝕刻為止(圖8D)。
步驟5之后，利用去除劑除去光致抗蝕劑掩模(圖8F)。
隨后，按照下述條件，利用熱處理爐(未示出)，在甲烷和氫的混合氣體的環(huán)境氣氛中對碳層5進(jìn)行熱處理。
熱處理溫度600℃加熱方法燈加熱處理時間60分鐘氣體比甲烷∶氫＝15∶6熱處理時的壓力6KPa在該步驟中，在碳層5的表面上形成偶極層11。這階段的碳層5的表面的平直度達(dá)到rms＝0.2納米(對通過在Si基體上只沉積一層薄膜，并進(jìn)行熱處理產(chǎn)生的樣本測量該表面的粗糙度)。
步驟6借助上述步驟形成的圖15A和15B中所示的電子發(fā)射器件被置入真空室中，同時包括涂有磷的ITO(氧化銦錫)層的陽極4被放置在與陰極2的間隔距離H為3毫米的位置。
這種狀態(tài)下，根據(jù)圖9B中所示的過程，沿正向方向，隨后沿反向方向?qū)﹄娮影l(fā)射器件施加最大電壓。
在施加最大電壓的步驟中，Va和Vg都被施加。
更具體地說，Va被設(shè)置成5千伏，脈沖寬度1毫秒，重復(fù)頻率500Hz，占空度50％的脈沖被用于施加Vg。Vg1、Vg2和Vg3分別被設(shè)置成18伏、25伏和32伏。
從而，發(fā)出電子所需的閾值被增大為Vth_f1＝-Vth_r1＝8伏，Vth_f2＝-Vth_r2＝13伏，Vth_r3變成-16伏。
即，在完成特性調(diào)整過程之后，正向方向和反向方向上的閾電壓分別變成Vth_f＝13伏和Vth_r＝-16伏。
置于真空室中的電子發(fā)射器件由模擬調(diào)制電壓V＝13～25伏驅(qū)動。響應(yīng)脈沖高度的變化，調(diào)節(jié)亮度。對于25/13伏的驅(qū)動電壓，獲得高達(dá)500∶1的on/off比(即，當(dāng)正向驅(qū)動電壓為25伏時產(chǎn)生的發(fā)光與當(dāng)正向驅(qū)動電壓為13伏時產(chǎn)生的發(fā)光的比值為500∶1)，從而獲得高的對比度。
盡管平直度較高，本發(fā)明的電子發(fā)射器件的閾電場仍然較低。更具體地說，通過施加15伏/微米的電場，本例中產(chǎn)生的碳層5能夠被驅(qū)動(發(fā)出電子)。
如上所述，盡管結(jié)構(gòu)簡單并且對稱，不過所制造的電子發(fā)射仍能夠在低電場下發(fā)出電子，并且能夠高度穩(wěn)定地工作。
例2在例2中，使用圖2中所示的碳膜。
步驟1按照類似于例1的步驟1相似的方式進(jìn)行步驟1。
步驟2隨后，為了形成碳層5，利用HFCVD(熱絲化學(xué)氣相沉積)法，沉積厚度30納米的DLC膜。獲得的DLC膜的電阻率高達(dá)1×1012Ω·cm。采用的生長條件如下氣體CH4基材偏壓-50伏氣體壓力267mPa基材溫度室溫?zé)艚z鎢燈絲溫度2100℃隨后，通過利用25keV的能量把鈷注入碳層5中，使劑量達(dá)到3×1016cm-2，用鈷摻雜碳層5。
步驟3-5除了根據(jù)碳膜的膜厚，調(diào)整干蝕刻條件之外，按照和例1中相似的方式進(jìn)行步驟3-5。
隨后，在己炔(0.1％)和氫(99.9％)的混合物的氣氛中，用燈在550℃下進(jìn)行60分鐘的熱處理。從而獲得完成的電子發(fā)射器件。
碳層5的表面的平直度達(dá)到rms＝0.5納米(對通過在Si基體上只沉積一層薄膜，并進(jìn)行熱處理產(chǎn)生的樣本測量該表面的粗糙度)。
步驟6如同例1中一樣，通過上述步驟形成的電子發(fā)射器件被置于真空室中，同時包括涂有磷的ITO層的陽極4被放置在與陰極2的間隔距離H為2毫米的位置。
這種狀態(tài)下，根據(jù)圖9B中所示的過程，對電子發(fā)射器件施加最大電壓。更具體地說，Va被設(shè)置成10千伏，脈沖寬度5毫秒，重復(fù)頻率40Hz，占空度20％的脈沖被用于施加Vg。Vg1、Vg2和Vg3分別被設(shè)置成20伏、30伏和45伏。
從而，發(fā)出電子所需的閾值被增大為Vth_f1＝-Vth_r1＝10伏，Vth_f2＝-Vth_r2＝18伏，Vth_r3變成-25伏。
即，在完成特性調(diào)整過程之后，正向方向和反向方向上的閾電壓分別變成Vth_f＝18伏和Vth_r＝-25伏。
在把電子發(fā)射器件保存在真空室中的時候，如圖9C中所示，用幅度為35伏的脈寬調(diào)制信號驅(qū)動電子發(fā)射器件。根據(jù)脈沖寬度調(diào)制從由磷構(gòu)成的陽極4發(fā)出的光線的強(qiáng)度。對于35/0伏的驅(qū)動電壓，獲得高達(dá)1000∶1的on/off比(即，當(dāng)正向驅(qū)動電壓為35伏時產(chǎn)生的發(fā)光與當(dāng)正向驅(qū)動電壓為0伏時產(chǎn)生的發(fā)光的比值為1000∶1)，從而獲得高的對比度。
盡管碳層5的平直度較高，電子發(fā)射器件的閾電場仍然足夠低。驅(qū)動電子發(fā)射器件所需的電場為20伏/微米。
從而，例2的電子發(fā)射器件的驅(qū)動性能和例1的一樣優(yōu)良。
在本例中，借助在氣體環(huán)境中進(jìn)行的退火(步驟5)，注入DLC膜中的鈷微粒聚集在一起。從而，呈晶體形式的鈷微粒團(tuán)9分散在碳層5中。通過退火，在DLC膜中也發(fā)生改變。利用TEM(透射電子顯微鏡)對DLC膜的觀察顯示DLC膜局部變成石墨。
鈷微粒團(tuán)導(dǎo)致導(dǎo)電率的局部增大。從而，每個鈷微粒團(tuán)附近的電子能夠容易地到達(dá)表面。此外，鈷微粒團(tuán)和DLC膜之間介電常數(shù)的差別導(dǎo)致電場集中在每個微粒團(tuán)的尖端，使得電子發(fā)射更易于發(fā)生。
在本例中，如同例1中一樣，實現(xiàn)從平直度良好的電子發(fā)射膜的穩(wěn)定電子發(fā)射。
本例的碳層具有離散的電子發(fā)射點。電子發(fā)射點密度取決于鈷的濃度和鈷微粒的大小。
雖然在本例中，鈷微粒被用作導(dǎo)電微粒，不過也可使用其它金屬微粒。此外，基體材料并不局限于DLC膜。
例3制造具有圖15A和15B中所示結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射器件。
步驟1首先，制備石英玻璃基板1。在充分清洗基板1之后，濺射沉積厚度500納米的Ta膜，從而形成陰極2。
步驟2之后，通過沉積厚度(h)1微米的SiO2膜，形成絕緣膜61，隨后通過沉積厚度100納米的Ta膜，形成柵電極3。
步驟3隨后，利用光刻技術(shù)形成掩模圖案。更具體地說，旋轉(zhuǎn)涂覆正性光致抗蝕劑(可從Clariant公司獲得的AZ1500)，并使之暴露于光掩模圖案之下。隨后進(jìn)行顯影，從而形成掩模圖案。
步驟4通過把掩模圖案用作蝕刻掩模，利用CF4干蝕刻Ta形成的柵電極3，隨后利用緩沖的氫氟酸蝕刻SiO2膜17，從而形成W＝5微米的開口。
步驟5完全去除掩模圖案。
步驟6之后，如圖16E中所示，借助具有直徑100微米的開口的金屬沉積掩模，利用熱絲CVD(HF-CVD)法，沉積厚度100納米的無定形碳。
在下述條件下利用HF-CVD法沉積無定形碳層。
燈絲鎢燈絲溫度1800℃
基材溫度室溫氣體甲烷氣體壓力0.1Pa基材和燈絲之間的距離50毫米基材偏壓350伏(施加于導(dǎo)電膜31)雖然在室溫進(jìn)行沉積過程，不過通過用從燈絲發(fā)出的電子輻射基材的表面，基材的表面被充分激活，以致氣體被分解，沉積無定形碳層。利用TEM觀察產(chǎn)生的無定形碳層。觀察顯示無定形碳層不是完全而是部分具有石墨結(jié)構(gòu)。雖然存在詳細(xì)表面的不均勻度，不過表面粗糙度Rms＝6納米(當(dāng)使n+-Si基體只沉積一層薄膜時測量表面粗糙度)。
如同例1和例2中一樣，借助上述步驟形成的電子發(fā)射器件被置于真空室中，同時包括涂有磷的ITO層的陽極4被放置在與陰極2的間隔距離H為2毫米的位置。
隨后，對電子發(fā)射器件施加最大電壓，以便獲得圖17中所示的電特性。更具體地說，Va被固定成10千伏，按照圖9B中所示的方式，以脈沖高度(Vg2)-85伏，脈沖寬度1毫秒，重復(fù)頻率500Hz，占空度50％的脈沖的形式施加Vg。以便進(jìn)行特性調(diào)整過程。
作為施加電壓的結(jié)果，反向閾電壓從初始值50伏(Vth_r1)改變成65伏(Vth_r2)。
在把電子發(fā)射器件保存在真空室中的時候，如圖9C中所示，用脈寬調(diào)制信號驅(qū)動電子發(fā)射器件。在圖9C中，Vg3被設(shè)置成60伏。根據(jù)脈沖寬度調(diào)整從由磷構(gòu)成的陽極4發(fā)出的光線的強(qiáng)度。對于60/0伏的驅(qū)動電壓，獲得大于1000∶1的on/off比(即，當(dāng)正向驅(qū)動電壓為60伏時產(chǎn)生的發(fā)光與當(dāng)正向驅(qū)動電壓為0伏時產(chǎn)生的發(fā)光的比值為1000∶1)，從而獲得高的對比度。
通過施加50伏/微米的電場，能夠驅(qū)動本例中制造的電子發(fā)射器件。
Eg由陰極和控制電極之間的距離決定。在根據(jù)第二實施例的電子發(fā)射器件的結(jié)構(gòu)中，陰極和控制電極之間的距離由絕緣層61的厚度h決定。從而，第二實施例中，陰極和控制電極之間的距離能夠小于根據(jù)第一實施例的陰極和控制電極之間的距離。這使得能夠用較小的驅(qū)動電壓驅(qū)動電子發(fā)射器件。電子束直徑取決于開口的直徑W。通過降低開口的直徑W，能夠減小電子束尺寸。
在每個電子發(fā)射器件中可形成許多開口。每個開口的形狀并不局限于圓形，相反可用另一形狀，例如矩形形成每個開口。
雖然本例的電子發(fā)射器件能夠在低強(qiáng)度電場中發(fā)出電子，電子發(fā)射特征長時間不發(fā)生任何變化。
在本例的制造過程中，在沉積電子發(fā)射材料之后，電子發(fā)射材料不被暴露于諸如蝕刻劑或去除劑之類的化學(xué)物質(zhì)，從而不會發(fā)生電子發(fā)射特性的退化。本例中采用的過程也可用于具有直徑W小于5微米的開口的結(jié)構(gòu)。
例4制造具有1000×1000電子發(fā)射器件陣列的電子源基體41。利用圖1中采用的過程制造該電子發(fā)射器件陣列。隨后利用電子源基體制造圖像顯示裝置。
產(chǎn)生布線42和43，使沿X方向延伸的每個布線42與位于對應(yīng)行中的電子發(fā)射器件44的陰極2連接，沿Y方向延伸的每個布線43與位于對應(yīng)列中的電子發(fā)射器件44的柵電極3連接。相鄰電子發(fā)射器件44之間的距離在X方向和Y方向上都被設(shè)定為300微米。
制造的電子源基體41被放置在后面板51上并被固定。隨后把框架52放置在電子源基體41上，由熒光膜54和充當(dāng)陽極4的金屬襯底55構(gòu)成的前面板56被放置在框架52上，它們被結(jié)合在一起，從而形成圖13中所示的面板。
電子源基體41和前面板56之間的距離H被設(shè)置為3毫米。
這種狀態(tài)下，進(jìn)行特性調(diào)整過程，以致對于所有電子發(fā)射器件來說，最大正向電壓下的發(fā)射電流Ie變得基本相等。
更具體地說，在每個電子發(fā)射器件44的陰極2和柵電極3之間施加電壓Vg2＝25(伏)，所得到的每個電子發(fā)射器件44發(fā)射電流Ie被保存在存儲器中。對于具有較大發(fā)射電流的電子發(fā)射器件，進(jìn)一步施加稍大的正向電壓，以致當(dāng)施加標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動電壓(本例中為25伏)時，所有電子發(fā)射器件44具有基本相等的發(fā)射電流。
從而，由電極間距離的變化引起的所需驅(qū)動電壓的變化被糾正，以致獲得基本相同的電流。
之后，沿反向方向施加比最大正向電壓大1.5倍的電壓，即40伏的電壓。
如圖14A中所示驅(qū)動獲得的圖像顯示裝置。
電壓被設(shè)定成Vs＝0伏，Vns＝12.5伏，Vm＝25伏，Vnm＝12.5伏和Va＝5千伏。
如同例1中一樣，對于每個電子發(fā)射部件，獲得Eth_r＝13伏。由于Eth_r大于在半選擇狀態(tài)下施加的12.5伏，因此在半選擇狀態(tài)下獲得良好的關(guān)閉狀態(tài)特性。從而，當(dāng)利用矩陣驅(qū)動方法驅(qū)動圖像顯示裝置時，獲得良好的顯示性能。
在特性調(diào)整過程中，把圖像顯示裝置中的所有電子發(fā)射器件的Ie調(diào)整為相同的值使得圖像顯示裝置在整個屏幕內(nèi)具有均勻的特性。此外，圖像顯示裝置能夠長時間非常穩(wěn)定并且高度可靠地工作。
例5制造和例4中的電子源基體41類似的電子源基體41，利用該電子源基體41制造具有圖13中所示結(jié)構(gòu)的面板。電子源基體41和前面板56之間的距離H被設(shè)定為1.5毫米。
實際操作中的陽極電壓Va被設(shè)定為10千伏。
如下進(jìn)行特性調(diào)整過程。
當(dāng)沿正向和反向方向施加Vg1＝22伏時，獲得圖18A中所示的正向閾電場Vth_f1和反向閾電場Vth_r1。更具體地說，通過把對電子發(fā)射器件施加的電壓增大到22伏的電壓Vg1，使該電壓返回0，并再次把該電壓增大到22伏，在特性調(diào)整過程設(shè)定正向閾電場Vth_f1。通過把對電子發(fā)射器件施加的電壓降低到-22伏的電壓-Vg1，使該電壓返回0，并再次把該電壓降低到-22伏，在特性調(diào)整過程設(shè)定初始反向閾電場Vth_r1。
圖18A中表示了所得到的I-V特性。作為施加Vg1＝22伏的結(jié)果，獲得Vth_f1＝10伏。
雖然使用和例4中相同的電子源基體，不過由于Ea的差別，電特性不同于例4中的電特性。
即，與例4中的Eaav＝5千伏/3毫米＝1.67伏/微米相反，本例中Eaav＝10千伏/1.5毫米＝6.7伏/微米，從而本例中的Eaav是例4中的Eaav的四倍。
在圖11B中所示的驅(qū)動方法中，在電子發(fā)射器件的實際操作中，在半選擇狀態(tài)下選擇11伏。但是，該電壓大于圖18A中所示的Vth_r1，從而在半選擇狀態(tài)下不獲得完全的關(guān)閉狀態(tài)。
為了避免這種問題，在特性調(diào)整過程中，在反向方向上施加電壓Vb2＝-30伏(即，對電子發(fā)射器件施加-30伏的電壓，使該電壓返回0伏，隨后再次把該電壓降低到-30伏)。從而，獲得圖18A中用實線表示的I-V特性，Vth_r被改變成Vth_r2＝24伏。
如圖18B中所示驅(qū)動獲得的利用電子發(fā)射源的圖像顯示裝置。如圖14A和14B中所示，在圖18B中，沿著在X方向上延伸的表示為Dox的布線或掃描線施加掃描信號，而沿著在Y方向上延伸的表示為Doy的布線或信號線施加調(diào)制信號。在這些圖中表示了兩個掃描線，其中之一對兩個電子發(fā)射器件施加電壓Vs，另一個對兩個電子發(fā)射器件施加電壓Vns。在這些圖中還表示了兩個信號線，其中之一對兩個電子發(fā)射施加電壓Vm，另一個對兩個電子發(fā)射器件施加電壓Vnm。
電壓被設(shè)置成Vs＝-11伏，Vns＝11伏，Vm＝11伏和Vnm＝-11伏。
在圖18B中所示的驅(qū)動方法中，如上所述設(shè)置電壓的情況下，對半選擇電子發(fā)射器件施加0伏，對非選擇電子發(fā)射器件施加-22伏，從而對于非選擇和半選擇電子發(fā)射器件，獲得良好的關(guān)閉狀態(tài)。從而，當(dāng)利用矩陣驅(qū)動方法驅(qū)動圖像顯示裝置時，獲得良好的顯示性能。
本例中，和例4中相比，需要較小的驅(qū)動電壓。
此外，在本例中，由于Ea較大并且驅(qū)動電壓較小，因此和例4中相比，獲得較小的電子束尺寸。該結(jié)果指出能夠降低相鄰電子發(fā)射器件之間的距離(在X方向和Y方向上均降低到小于300微米的值)。
雖然參考例證實施例說明了本發(fā)明，不過本發(fā)明顯然并不局限于公開的實施例。相反，本發(fā)明意圖覆蓋包括在附加權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同方案。下述權(quán)利要求的范圍將被給予最寬廣的解釋，以便包含所有這樣的修改和等同的結(jié)構(gòu)及功能。
權(quán)利要求
1.一種制造電子發(fā)射器件的方法，所述電子發(fā)射器件包括具有電子發(fā)射部分的第一導(dǎo)電膜，和與第一導(dǎo)電膜間隔一定距離的第二導(dǎo)電膜，通過對第二導(dǎo)電膜施加比第一導(dǎo)電膜的電勢高的電勢，能夠驅(qū)動該電子發(fā)射器件，所述方法包括制備第一導(dǎo)電膜，第二導(dǎo)電膜和構(gòu)成與第一導(dǎo)電膜連接的電子發(fā)射部分的材料的第一步驟，和把在對第一導(dǎo)電膜施加比對第二導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度設(shè)置成高于在對第二導(dǎo)電膜施加比對第一導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度的值的第二步驟。
2.一種制造電子發(fā)射器件的方法，所述電子發(fā)射器件包括具有電子發(fā)射部分的第一導(dǎo)電膜，和與第一導(dǎo)電膜間隔一定距離的第二導(dǎo)電膜，通過對第二導(dǎo)電膜施加比第一導(dǎo)電膜的電勢高的電勢，能夠驅(qū)動該電子發(fā)射器件，所述方法包括制備第一導(dǎo)電膜，第二導(dǎo)電膜和構(gòu)成與第一導(dǎo)電膜連接的電子發(fā)射部分的材料的第一步驟，和在第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜之間施加電壓，使得在對第一導(dǎo)電膜施加比對第二導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度變得大于在對第二導(dǎo)電膜施加比對第一導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度的第二步驟。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的制造電子發(fā)射器件的方法，其中第二步驟包括通過對第一導(dǎo)電膜施加比對第二導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢，發(fā)射電子的步驟。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的制造電子發(fā)射器件的方法，其中第二步驟包括在第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜之間施加第一電壓的步驟，和在第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜之間施加第二電壓的步驟，施加第一電壓使得第一導(dǎo)電膜的電勢變得大于第二導(dǎo)電膜的電勢，施加第二電壓使得第二導(dǎo)電膜的電勢變得大于第一導(dǎo)電膜的電勢，第一電壓的絕對值大于第二電壓的絕對值。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的制造電子發(fā)射器件的方法，其中通過對電子發(fā)射部分施加小于1×106伏/厘米的電場，發(fā)射電子。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的制造電子發(fā)射器件的方法，其中第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜相隔0.1微米或更大的距離。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的制造電子發(fā)射器件的方法，其中電子發(fā)射部分由從碳纖維、具有布置在其表面上的偶極層的絕緣膜、主要由碳形成并且包括金屬微粒的薄膜、以及無定形碳膜構(gòu)成的組中選出的材料形成。
8.一種制造包括多個電子發(fā)射器件的電子源的方法，所述方法包括利用按照權(quán)利要求1或2所述的制造方法，制造多個電子發(fā)射器件的步驟。
9.一種制造包括電子源和熒光材料的圖像顯示裝置的方法，所述方法包括利用按照權(quán)利要求8所述的制造方法制造電子源的步驟。
10.一種制造電子源的方法，所述電子源包括沿行方向延伸的多個布線，沿列方向延伸的多個布線，和均包括具有電子發(fā)射部分的第一導(dǎo)電膜及與第一導(dǎo)電膜相隔一定距離的第二導(dǎo)電膜的多個電子發(fā)射器件，所述方法包括排列分別包括一對第一和第二導(dǎo)電膜的多個單元，沿行方向延伸并且分別連接多個第一導(dǎo)電膜的多個布線，沿列方向延伸并且分別連接多個第二導(dǎo)電膜的多個布線，和構(gòu)成與構(gòu)成每個所述單元的第一導(dǎo)電膜連接的每個電子發(fā)射部分的材料的第一步驟，和對每個第二導(dǎo)電膜施加比第一導(dǎo)電膜的電勢更高的電勢，使得在對第一導(dǎo)電膜施加比對第二導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，每個單元的啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度變得大于在對第二導(dǎo)電膜施加比對第一導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，每個單元啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度的第二步驟，其中在第二步驟中，對第二導(dǎo)電膜施加的電勢高于在電子源處于實際工作的情形下，對非選擇電子發(fā)射器件的第二導(dǎo)電膜施加的電勢。
11.按照權(quán)利要求10所述的制造電子源的方法，其中通過對電子發(fā)射部分施加小于1×106伏/厘米的電場，發(fā)射電子。
12.按照權(quán)利要求10所述的制造電子源的方法，其中第一導(dǎo)電膜和第二導(dǎo)電膜相隔0.1微米或更大的距離。
13.按照權(quán)利要求10所述的制造電子源的方法，其中電子發(fā)射部分由從碳纖維、具有布置在其表面上的偶極層的絕緣膜、主要由碳形成并包括金屬微粒的薄膜以及無定形碳膜構(gòu)成的組中選出的材料形成。
14.一種制造包括電子源和熒光材料的圖像顯示裝置的方法，所述方法包括利用按照權(quán)利要求10-13之一所述的制造方法，制造電子源的步驟。
15.一種驅(qū)動利用按照權(quán)利要求4所述的制造方法制造的電子發(fā)射器件的方法，其中對電子發(fā)射器件施加的驅(qū)動電壓低于第二電壓。
全文摘要
一種制造具有發(fā)射電子所需的較低閾電場，而不存在無意電子發(fā)射的電子發(fā)射器件的方法，所述方法包括制備第一導(dǎo)電膜，第二導(dǎo)電膜和構(gòu)成與第一導(dǎo)電膜連接的電子發(fā)射部分的材料的第一步驟，和把在對第一導(dǎo)電膜施加比對第二導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度設(shè)置成高于在對第二導(dǎo)電膜施加比對第一導(dǎo)電膜施加的電勢更高的電勢的情形下，啟動電子發(fā)射所需的閾電場強(qiáng)度的值的第二步驟。
文檔編號H01J9/44GK1670887SQ20051005456
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月12日
發(fā)明者西村三千代 申請人:佳能株式會社