專利名稱：電子發(fā)射元件、電子源及圖像顯示裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射電子量大、可以得到穩(wěn)定的發(fā)射電流的電子發(fā)射元件及使用該電子發(fā)射元件的電子源及圖像顯示裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，作為用來構(gòu)成平板顯示器的電子發(fā)射元件，公知的有表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件。其基本構(gòu)成是在基板上形成一對(duì)元件電極及連接該一對(duì)元件電極的導(dǎo)電性薄膜，對(duì)該導(dǎo)電性薄膜實(shí)施通電處理而形成電子發(fā)射部。
在日本專利特開2000-231872號(hào)公報(bào)中，公開了在可使電子發(fā)射效率提高的上述基本結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射元件中，在電子發(fā)射部周邊的導(dǎo)電性薄膜上淀積以碳或碳化合物為主要成分的薄膜的結(jié)構(gòu)。
在將表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件應(yīng)用于實(shí)際應(yīng)用，例如，平面狀圖像顯示裝置等時(shí)，從在確保顯示品質(zhì)的同時(shí)希望抑制功耗的要求出發(fā)，要求電子發(fā)射效率，即流過元件的電流(元件電流If)與伴隨電子發(fā)射的電流(發(fā)射電流Ie)的比率大。尤其是，在顯示高畫質(zhì)圖像時(shí)，必需相應(yīng)多的像素，就必須與各個(gè)像素相對(duì)應(yīng)地配置多個(gè)電子發(fā)射元件。因此，不僅整體功耗變大，而且在基板上布線占據(jù)的面積比率也變大，成為裝置設(shè)計(jì)上的制約。此時(shí)，如果使各電子發(fā)射元件的電子發(fā)射效率提高，抑制功耗，就可以減小布線的寬度，也可以擴(kuò)大設(shè)計(jì)上的自由度。
另外，為了得到更明亮的圖像等目的，不僅是電子發(fā)射效率，也繼續(xù)追求提高發(fā)射電流Ie本身。
此外，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，長時(shí)間保持電子發(fā)射元件的特性良好當(dāng)然是重要的，還要繼續(xù)追求抑制特性的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的發(fā)射特性及長壽命化的電子發(fā)射元件及其制造方法，并且還提供使用多個(gè)該電子發(fā)射元件的電子源，還有圖像顯示裝置以及這些裝置的制造方法。
本發(fā)明的電子發(fā)射元件是一種電子發(fā)射元件，具有在基板上互相隔有間隔配置的一對(duì)第1導(dǎo)電部件，其特征在于上述間隔在離開該基板的表面的上方比上述基板的表面處窄，且上述一對(duì)第1導(dǎo)電部件中的一個(gè)的頂部高于另一個(gè)的頂部，在上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件表面上具有以比構(gòu)成該第1導(dǎo)電部件的元素原子序數(shù)大的元素為主要成分的電子散射形成膜。
另外，本發(fā)明的電子源的特征在于在基板上排列有多個(gè)上述電子發(fā)射元件。
另外，本發(fā)明的圖像顯示裝置的特征在于包括在基板上排列有多個(gè)上述電子發(fā)射元件的電子源、以及利用從上述電子發(fā)射元件發(fā)射的電子照射而發(fā)光的發(fā)光部件。
本發(fā)明的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于包括在基板上形成一對(duì)第1導(dǎo)電部件的工序，該一對(duì)第1導(dǎo)電部件之間具有在離開該基板的表面的上方比上述基板表面處窄的第1間隔，且一個(gè)第1導(dǎo)電部件的頂部高于另一個(gè)第1導(dǎo)電部件的頂部；以及從上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件側(cè)向上述另一個(gè)第1導(dǎo)電部件側(cè)，使比構(gòu)成該第1導(dǎo)電部件的元素原子序數(shù)大的金屬或該金屬的化合物的蒸發(fā)分子飛射并使上述蒸發(fā)分子在上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件上淀積的工序。
另外，本發(fā)明是一種在基板上具有多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源的制造方法，其特征在于該電子發(fā)射元件是以上述方法制造的。
另外，本發(fā)明是一種包括在基板上具有多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源、以及利用從該電子發(fā)射元件發(fā)射的電子的照射而發(fā)光的發(fā)光部件的圖像顯示裝置的制造方法，其特征在于上述電子發(fā)射元件是由上述方法制造的。


圖1A及1B為示出本發(fā)明的電子發(fā)射元件的一構(gòu)成例的示意圖。
圖2A、2B、2C、2D及2E為示出本發(fā)明的電子發(fā)射元件的制造方法的一實(shí)施方式的工序圖。
圖3A和3B是本發(fā)明中使用的電形成脈沖的一例的波形圖。
圖4為示出本發(fā)明中使用的激活脈沖的一例的波形圖。
圖5為示出本發(fā)明的具有電子發(fā)射元件的測定評(píng)價(jià)功能的真空裝置的一例示意圖。
圖6為示出本發(fā)明的電子源基體的一例的構(gòu)成的平面示意圖。
圖7為示出利用圖6的電子源基體的圖像顯示裝置的顯示屏的構(gòu)成的示意圖。
圖8A及8B為示出在圖7的顯示屏中使用的熒光膜的一例的構(gòu)成的平面示意圖。
圖9為本發(fā)明的實(shí)施例的電子源的制造工序圖。
圖10為本發(fā)明的實(shí)施例的電子源的制造工序圖。
圖11為本發(fā)明的實(shí)施例的電子源的制造工序圖。
圖12為本發(fā)明的實(shí)施例的電子源的制造工序圖。
圖13為本發(fā)明的實(shí)施例的電子源的制造工序圖。
圖14A及14B為本發(fā)明的實(shí)施例的電子源的導(dǎo)電性薄膜的形成工序的示意圖。
圖15為本發(fā)明的實(shí)施例的電子源的電形成處理及激活處理的布線圖。
圖16為示出本發(fā)明的實(shí)施例的電子源的導(dǎo)電性薄膜的還原工序的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的第1方面的電子發(fā)射元件，具有在基板上互相隔有間隔配置的一對(duì)第1導(dǎo)電部件，其特征在于上述間隔在離開該基板的表面的上方比上述基板的表面處窄，且上述一對(duì)第1導(dǎo)電部件中的一個(gè)的頂部高于另一個(gè)的頂部，在上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件表面上具有以比構(gòu)成該第1導(dǎo)電部件的元素原子序數(shù)大的元素為主要成分的電子散射形成膜。
本發(fā)明的第2方面的電子源的特征在于是在基板上排列有多個(gè)上述電子發(fā)射元件的電子源。
本發(fā)明的第3方面的圖像顯示裝置的特征在于包括在基板上排列多個(gè)上述電子發(fā)射元件的電子源、以及利用從上述電子發(fā)射元件發(fā)射的電子照射而發(fā)光的發(fā)光部件。
本發(fā)明的第4方面的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于包括在基板上，形成一對(duì)第1導(dǎo)電部件的工序，該一對(duì)第1導(dǎo)電部件之間具有在離開該基板的表面的上方比上述基板表面處窄的第1間隔，且一個(gè)第1導(dǎo)電部件的頂部高于另一個(gè)第1導(dǎo)電部件的頂部；以及從上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件側(cè)向上述另一個(gè)第1導(dǎo)電部件側(cè)，使比構(gòu)成該第1導(dǎo)電部件的元素原子序數(shù)大的金屬或該金屬的化合物的蒸發(fā)分子飛射并使上述蒸發(fā)分子在上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件上淀積的工序。
本發(fā)明的第5方面的電子源的制造方法是在基板上具有多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源的制造方法，其特征在于該電子發(fā)射元件是以上述方法制造的。
本發(fā)明的第6方面是包括在基板上具有多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源及由于受到從該電子發(fā)射元件發(fā)射的電子的照射而發(fā)光的發(fā)光部件的圖像顯示裝置的制造方法，其特征在于上述電子發(fā)射元件是由上述方法制造的。
根據(jù)本發(fā)明，可提供一種效率飛躍提高的電子發(fā)射元件，并且可提供長期顯示品質(zhì)優(yōu)異的圖像顯示裝置。
圖1A～1B為示出本發(fā)明的電子發(fā)射元件的一例的構(gòu)成的示意圖。圖1A為平面模式圖，圖1B為圖1A的1B-1B剖面模式圖。圖中，1是基板；2、3是元件電極；4a、4b是導(dǎo)電性薄膜；5是間隙(第2間隔)；6a、6b是第1導(dǎo)電部件，在本實(shí)施方式中是碳膜；7a、7b是電子散射面形成膜；8是賦予第1導(dǎo)電部件電子發(fā)射功能的第1間隔。另外，如圖1B的剖面示意圖所示，第一間隔8，在遠(yuǎn)離基板1的表面的上方比基板1的表面處窄。另外，一對(duì)第1導(dǎo)電部件6a、6b中，一個(gè)第1導(dǎo)電部件6b的頂部高于另一個(gè)第1導(dǎo)電部件6a。另外，電子散射面形成膜7a、7b不需要在一對(duì)第1導(dǎo)電部件6a、6b兩者之上都存在，至少在具有上述高的頂部的一個(gè)第1導(dǎo)電部件6b上配置。在以下的說明中，在制造時(shí)及驅(qū)動(dòng)時(shí)的任何一個(gè)中，元件電極2為低電位側(cè)，而元件電極3為高電位側(cè)。
本發(fā)明的電子發(fā)射元件是通過下述方式制造的在絕緣基板1上形成互相間具有間隔(第2間隔5)的一對(duì)第2導(dǎo)電部件(元件電極2和導(dǎo)電性薄膜4a、以及元件電極3和導(dǎo)電性薄膜4b)，通過在該一對(duì)第2導(dǎo)電部件間施加兩種極性且在各極性之間波形不同的電壓脈沖(激活電壓)，在淀積作為第1導(dǎo)電部件的第1導(dǎo)電部件6a、6b之后，從一個(gè)第1導(dǎo)電部件6b側(cè)(元件電極3側(cè))向另一個(gè)第1導(dǎo)電部件6a側(cè)，使比構(gòu)成第1導(dǎo)電部件6a、6b的元素即本實(shí)施方式中的碳原子序數(shù)大的金屬元素或該金屬的化合物的蒸發(fā)分子飛射，并使此蒸發(fā)分子在上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件上淀積。在上述蒸發(fā)分子的飛射中采用斜向蒸鍍法等。這樣在一個(gè)導(dǎo)電部件6b上淀積的蒸發(fā)分子形成比構(gòu)成第1導(dǎo)電部件6a、6b的元素原子序數(shù)大的金屬或該金屬的化合物的膜7b，此種膜7b的功能是用作對(duì)從外部入射到該處的電子有效地彈性散射的電子散射面形成膜。
另外，在本發(fā)明中，導(dǎo)電性薄膜4a、4b并不一定必需，也可以將第1導(dǎo)電部件6a、6b直接與元件電極2、3相連接。此時(shí)，本發(fā)明的第2導(dǎo)電部件可以稱為元件電極2、3。
下面對(duì)圖1A和1B的電子發(fā)射元件的更具體的制造工序按照圖2A至2E進(jìn)行詳細(xì)說明。
利用清洗劑、純水及有機(jī)溶劑等將絕緣基板1充分清洗，利用真空蒸鍍法、濺射法等淀積之后，例如，利用光刻技術(shù)形成電極2、3(圖2A)。
作為基板1，可以使用石英玻璃、減少了Na等雜質(zhì)含量的玻璃、堿石灰玻璃、利用濺射法等在堿石灰玻璃上層疊了SiO2的層疊體、氧化鋁等的陶瓷及Si基板等。
作為元件電極2、3的材料，可以使用一般的導(dǎo)電材料。這可以從例如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、Pd等金屬或合金及Pd、Ag、Au、RuO2、Pd-Ag等的金屬或金屬氧化物和玻璃等構(gòu)成的印刷導(dǎo)體、In2O3-SnO2等透明導(dǎo)電體及多晶硅等半導(dǎo)體材料中適當(dāng)選擇。
元件電極2、3的間隔L是數(shù)十nm至數(shù)百μm，是由作為元件電極2、3的制法的基本的光刻技術(shù)即曝光機(jī)的性能和刻蝕方法等以及在元件電極2、3之間施加的電壓設(shè)定的，優(yōu)選是在數(shù)μm至數(shù)十μm。
元件電極2、3的長度W及膜厚d可根據(jù)電極的電阻值、與布線的接線、配置了多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源的配置上的問題適當(dāng)設(shè)定，通常長度W為數(shù)μm至數(shù)百μm，膜厚d為數(shù)nm至數(shù)μm。
另外，在不使用后述的導(dǎo)電性薄膜4而是直接將第1導(dǎo)電部件6a、6b與元件電極2、3相連接配置的場合，例如，也可以使用FIB法等等來設(shè)定元件電極2、3之間的間隔使其具有規(guī)定的間隙5，在此場合，可以省去以下的[工序2]及[工序3]。此時(shí)，間隙5相當(dāng)于元件電極2、3之間的間隔L。然而，為了以低成本制作本發(fā)明的元件，優(yōu)選是采用下述的導(dǎo)電性薄膜4的工序。
形成連接電極2、3間的導(dǎo)電性薄膜4。
作為導(dǎo)電性薄膜4，為了得到良好的電子發(fā)射特性，優(yōu)選是使用由微粒構(gòu)成的微粒膜。其膜厚，可考慮對(duì)電極2、3的臺(tái)階覆蓋性、電極2、3間的電阻及后述的電形成條件等進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定。
另外，因?yàn)樵谠姌O2、3之間流過的元件電流If及發(fā)射電流Ie的大小取決于導(dǎo)電性薄膜4的寬度W′，與上述元件電極2、3的形狀一樣，在電子發(fā)射元件的尺寸的限定方面，應(yīng)設(shè)計(jì)成為可以得到充分的發(fā)射電流。
有時(shí)導(dǎo)電性薄膜4的熱穩(wěn)定性支配電子發(fā)射特性的壽命，作為導(dǎo)電性薄膜4的材料，優(yōu)選是使用更高熔點(diǎn)的材料。然而，通常，導(dǎo)電性薄膜4的熔點(diǎn)越高，用于后述的通電形成的功率就必須更大。此外，有時(shí)由于得到該結(jié)果的電子發(fā)射部的形態(tài)的不同，會(huì)出現(xiàn)得到電子發(fā)射的施加電壓(閾值電壓)上升等電子發(fā)射特性上的問題。
作為導(dǎo)電性薄膜4的材料并不需要熔點(diǎn)特別高的材料，可以選擇可以以較小的電形成功率形成良好的電子發(fā)射部的材料和形態(tài)。
作為滿足上述條件的材料的例子，優(yōu)選是使用Ni、Au、PdO、Pd、Pt等導(dǎo)電材料并以顯示出的電阻值為Rs(薄膜電阻)等于1×102～1×107Ω/□的膜厚形成。另外，Rs，是在厚度為t、寬度為w、長度為l的薄膜的長度方向上測定的電阻R在R＝Rs(l/w)時(shí)顯示的值，在電阻率為ρ時(shí)，Rs＝ρ/t。顯示出上述電阻值的膜厚，大約在5nm～50nm的范圍內(nèi)。在此膜厚范圍中，優(yōu)選是各個(gè)材料的薄膜具有微粒膜的形態(tài)。
微粒的粒徑在數(shù)埃()～數(shù)百nm的范圍，優(yōu)選是在1nm～20nm的范圍。
此外，在上述例示的材料中，PdO，從由于通過在大氣中燒制有機(jī)PdO化合物容易形成薄膜；由于是半導(dǎo)體導(dǎo)電性比較低而為了得到在上述范圍內(nèi)的電阻值Rs的膜厚的工藝界限寬；在導(dǎo)電性薄膜4中形成間隙5之后等，因?yàn)榭梢匀菀走€原而成為金屬Pd，可以降低膜電阻等等來考慮，是合適的材料。
作為導(dǎo)電性薄膜4的具體形成方法，例如，可通過在基板1上設(shè)置的元件電極2和元件電極3之間涂敷有機(jī)金屬溶液并進(jìn)行干燥而形成有機(jī)金屬膜。另外，所謂有機(jī)金屬溶液是以上述導(dǎo)電性薄膜材料中的Pd、Ni、Au、Pt等的金屬為主元素的有機(jī)金屬化合物的溶液。之后，對(duì)有機(jī)金屬膜進(jìn)行加熱燒制處理，通過去除(lift-off)、刻蝕等進(jìn)行圖形化而形成導(dǎo)電性薄膜4。另外，也可以利用真空蒸鍍法、濺射法、CVD法、分散涂敷法、浸漬法、旋轉(zhuǎn)涂敷法、噴墨法形成。
接著，在將元件電極2設(shè)定為低電位，將元件電極3設(shè)定為高電位，通過由未圖示的電源施加脈沖狀電壓或升高狀電壓，進(jìn)行稱為電形成的通電處理時(shí)，在導(dǎo)電性薄膜4的一部分上形成間隙5，中間夾著間隙5相對(duì)于基板1表面在橫向方向上對(duì)置地配置導(dǎo)電薄膜4a、4b(圖2C)。
另外，電形成處理以后的電氣處理在適當(dāng)?shù)恼婵昭b置內(nèi)進(jìn)行。
電形成處理，有施加脈沖波高值為固定電壓的脈沖的方法和在增加脈沖波高值的同時(shí)施加電壓脈沖的方法。首先，在圖3中示出施加脈沖電壓波高值為固定電壓的脈沖的場合的電壓波形。
在圖3A中，T1及T2是電壓波形的脈沖寬度和脈沖間隔，在設(shè)定T1為1μsec～10msec、T2為10μsec～100msec時(shí)，三角波的波高值(電形成時(shí)的峰值電壓)可適當(dāng)選擇。
之后，圖3B示出在增加脈沖波高值的同時(shí)，施加電壓脈沖時(shí)的電壓波形。
在圖3B中，T1及T2是電壓波形的脈沖寬度和脈沖間隔，在設(shè)定T1為1μsec～10msec、T2為10μsec～100msec時(shí)，三角波的波高值(電形成時(shí)的峰值電壓)以每次例如大約1V的臺(tái)階(步長)增加。
另外，對(duì)于電形成處理的結(jié)束，可通過在電形成用脈沖之間插入不使導(dǎo)電性薄膜4產(chǎn)生局部破壞、變形的電壓例如0.1V左右的脈沖電壓時(shí)測定元件電流，求出電阻值，在顯示電阻為大于等于處理前的電阻的1000倍時(shí)，就可以使電形成結(jié)束。
在以上說明的間隙5形成時(shí)，是在元件電極2、3上施加三角波脈沖進(jìn)行電形成處理，但施加于元件電極2、3之間的波形并不限定于三角形，也可以使用矩形波等所希望的波形，其波高值及脈沖寬度、脈沖間隔等也不限定于上述的值，可根據(jù)電子發(fā)射元件的電阻值適當(dāng)進(jìn)行選擇，以便很好地形成間隙5。

對(duì)結(jié)束了電形成的元件實(shí)施激活處理。激活處理是在包含碳化合物氣體的氣氛的適當(dāng)?shù)恼婵斩鹊幕A(chǔ)上，在元件電極2、3之間施加電壓進(jìn)行，并且通過這一處理，由存在于氣氛中的碳化合物在導(dǎo)電薄膜4a、4b上淀積以碳或碳化合物為主要成分的碳膜6a、6b，使元件電流If和發(fā)射電流Ie顯著改變。
此處所謂的碳和/或碳化合物，例如，是石墨(指的是包含所謂的HOPG(高結(jié)晶取向熱解石墨)、PG(熱解石墨)、GC(玻璃碳)等的材料，HOPG幾乎是完全的石墨的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，PG的晶粒為20nm左右其結(jié)晶結(jié)構(gòu)稍亂，GC的晶粒為2nm左右其結(jié)晶結(jié)構(gòu)更亂)以及非晶碳(指的是無定形碳及無定形碳和上述石墨的微晶的混合物)。
作為在激活工序中使用的適當(dāng)?shù)奶蓟衔?，可以列舉的有鏈烷、鏈烯、炔烴的脂肪族碳化氫類，芳香族碳化氫類，醇類，醛類，酮類，胺類，酚類、香芹酮、磺酸等有機(jī)酸類等，具體言之，可使用甲烷、乙烷、丙烷等以CnH2n+2表示的飽和碳化氫，乙烯、丙烯等以CnH2n表示的不飽和碳化氫，苯、甲苯、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、丙酮、丁酮、甲胺、乙胺、苯酚、苯基氰(benzonitrile)、芐基氰(tolunitrile)、甲酸、乙酸、丙酸等或其混合物。
在本發(fā)明中，通過激活處理形成的碳膜6a、6b的形狀如圖1A及1B所示，在元件電極2、3的低電位側(cè)、高電位側(cè)必須形成非對(duì)稱。因此，例如，在元件電極2、3之間施加的兩極電壓脈沖的脈沖寬度設(shè)定為互相不同。
碳膜6a、6b的形狀受到施加于元件上的電壓波形、導(dǎo)入的碳化合物的壓力、元件表面上的擴(kuò)散遷移率、元件表面上的平均停留時(shí)間等的左右。另外，導(dǎo)入真空裝置的難易程度、激活后的排氣的難易程度等處理的方便性也很重要。
從以上觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)各種碳化合物研究的結(jié)果，了解到特別是在使用芐基氰(氰化甲苯)或丙烯氰時(shí)可具有良好的控制性能。含碳?xì)怏w，通過緩泄閥導(dǎo)入到真空空間內(nèi)，其分壓受到真空裝置的形狀及在真空裝置中使用的部件的一定影響，優(yōu)選是1×10-5Pa～1×10-2Pa左右。
圖4為示出本發(fā)明中使用的激活電壓脈沖的一例的波形圖。施加的最大電壓值優(yōu)選是在10～26V的范圍內(nèi)選擇。其中設(shè)定T1及T1′分別為電壓波形的正和負(fù)的脈沖寬度，T2是脈沖間隔，T1＞T1′，電壓值的正負(fù)絕對(duì)值相等。
在激活工序中，如圖4所示，在元件電極2、3之間施加脈沖寬度互相不同的兩極電壓脈沖時(shí)，碳膜在間隙5內(nèi)及其附近的導(dǎo)電薄膜4a、4b上開始淀積。在此過程中，碳膜6a、6b也在與紙面的垂直方向上同時(shí)淀積。
此外，在繼續(xù)進(jìn)行激活處理時(shí)，進(jìn)行碳膜6a、6b的形成，從導(dǎo)電薄膜4a、4b的表面上向上方生長。于是，最終在成為圖1A和圖1B所示的狀態(tài)時(shí)結(jié)束激活處理(圖2A至2E)。
在測定元件電流的同時(shí)決定激活工序的結(jié)束時(shí)，在發(fā)射電流Ie達(dá)到接近飽和的時(shí)刻，結(jié)束激活工序。
在激活工序中，如圖3A和3B所示，在施加T1＞T1的兩極電壓脈沖使元件電極3的電位為正時(shí)，如圖1A和1B所示的離基板表面的高度，與元件電極3電連接的碳膜6b一方比與元件電極2電連接的碳膜6a高，成為非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。
對(duì)如上制作的電子發(fā)射元件，優(yōu)選地，進(jìn)行穩(wěn)定化工序。此工序是排出真空容器內(nèi)的碳化合物的工序。希望盡量排出真空容器內(nèi)的碳化合物，優(yōu)選是碳化合物的分壓小于等于1×10-8Pa。另外，也包含其他氣體的壓力，優(yōu)選是小于等于1×10-6Pa，更優(yōu)選是小于等于1×10-7Pa。使真空容器排氣的真空排氣裝置可利用不使用油的裝置，以使元件的特性不會(huì)受到從裝置產(chǎn)生的油的影響。具體言之，可以列舉的真空排氣裝置有吸氣泵、離子泵等。此外，在從真空容器排氣時(shí)，對(duì)真空容器整體加熱，可使吸附于真空容器內(nèi)壁及電子發(fā)射元件上的碳化合物易于排出。此時(shí)的加熱條件為150～350℃，優(yōu)選是大于等于200℃并且盡量長時(shí)間進(jìn)行為好，特別是并不限定于這一條件，可根據(jù)真空容器的大小及形狀、電子發(fā)射元件的配置等諸條件選擇合適的條件進(jìn)行。
進(jìn)行穩(wěn)定化工序之后的氣氛，優(yōu)選是維持上述穩(wěn)定化處理結(jié)束時(shí)的氣氛，但也并不限定于此，只要是能夠充分去除碳化合物，壓力本身即使是多少高一些，也可以維持充分穩(wěn)定的特性。
通采用這種真空氣氛，因?yàn)榭梢砸种菩碌奶蓟蛱蓟衔锏牡矸e，本發(fā)明的具有碳的薄膜的形狀可以得到維持，結(jié)果元件電流If及發(fā)射電流Ie穩(wěn)定。
在穩(wěn)定化工序之后，通過斜向蒸鍍金屬或金屬化合物來淀積碳膜6a、6b，形成電子散射面形成膜7a、7b(圖2E)。斜向蒸鍍的角度，優(yōu)選是從基板1的法線矢量向著施加電壓時(shí)的正電極側(cè)(元件電極3)的角度θ1為10°～90°。
在本發(fā)明中，因?yàn)榻柚鲜鲂毕蛘翦?，電子散射面形成膜可以全面覆蓋高電位側(cè)的碳膜6b，在高電位側(cè)的元件電極3上的電子的彈性散射效率提高，電子散射體可以更有效地產(chǎn)生電子散射，結(jié)果發(fā)射電流Ie增大。另外，因?yàn)樵陂g隙8內(nèi)，由于高電位側(cè)的碳膜6b的影響，不形成電子散射面形成膜，元件電流If不改變，只是發(fā)射電流Ie增大。
在本工序內(nèi)使用的金屬或金屬化合物與碳相比，對(duì)于電子束的原子結(jié)構(gòu)因數(shù)大。
下面對(duì)對(duì)于電子束的原子結(jié)構(gòu)因數(shù)E(θ)進(jìn)行簡單說明。在電子束的散射角大的地方，有E(θ)＝e2Z/2mv2sin2θ其中E與原子序數(shù)成比例，重元素對(duì)電子的散射強(qiáng)。所以，因?yàn)榇笾律显有驍?shù)大的元素對(duì)于電子束的原子結(jié)構(gòu)因數(shù)就大，斜向蒸鍍的上述金屬或金屬化合物的原子序數(shù)，比碳的原子序數(shù)大更好。所以，例如，Pb、Au、Pt、W、Ta、Ba、Hf等作為穩(wěn)定且重的元素是合適的。
另外，作為金屬化合物，優(yōu)選是使用PbO、BaO等氧化物，HfB2、ZrB2等硼化物，HfC、ZrC、TaC、WC等碳化合物，HfN、ZrN、TiN等氮化物。
電子散射面形成膜7a是在高電位側(cè)碳膜6b上，并且在需要時(shí)，在其延長的高電位側(cè)導(dǎo)電薄膜4b、高電位側(cè)元件電極3上形成。在本發(fā)明中，有可能在低電位側(cè)形成電子散射面形成膜7b，但不會(huì)在間隙5中形成電子散射面形成膜。
本發(fā)明的電子發(fā)射元件的特征在于在與基板1表面垂直的方向上，形成為高電位側(cè)碳膜6b比低電位側(cè)碳膜6a的高度高。
另外，具有使入射到碳膜6b上的電子的彈性散射的效率高的電子散射面形成膜7b。
此外，在間隙5內(nèi)，不形成使入射電子的彈性散射的效率高的電子散射面形成膜。
關(guān)于本發(fā)明的電子發(fā)射元件的基本特性，利用圖5所示的測定評(píng)價(jià)裝置進(jìn)行測定。關(guān)于此測定評(píng)價(jià)裝置在下面說明。
在測定電子發(fā)射元件的元件電極2、3之間流過的元件電流If以及流向陽極54的發(fā)射電流Ie時(shí)，元件電極2、3與電源51及電流計(jì)50相連接，在該電子發(fā)射元件的上方配置連接電源53和電流計(jì)52的陽極54。在圖5中，對(duì)電子發(fā)射元件的各部件賦予與圖1A和1B相同的符號(hào)。另外，電子發(fā)射元件的電子散射面形成膜7a、7b為了方便而省略。51是對(duì)元件施加元件電壓Vf的電源，50是測定流過包含元件電極2、3之間的電子發(fā)射部8的導(dǎo)電薄膜4a、4b的元件電流If用的電流計(jì)，54是捕捉從元件的電子發(fā)射部8發(fā)射的發(fā)射電流Ie用的電流計(jì)，53是對(duì)陽極54施加電壓用的高壓電源，52是測定從元件的電子發(fā)射部8發(fā)射的發(fā)射電流Ie用的電流計(jì)。
另外，本電子發(fā)射元件及陽極54設(shè)置在真空裝置55內(nèi)，該真空裝置55中具備排氣泵56及未圖示的真空計(jì)等真空裝置所必需的機(jī)器，在所要求的真空下對(duì)本元件進(jìn)行測定評(píng)價(jià)。另外，陽極54的電壓為1kV～10kV，陽極54和電子發(fā)射元件的距離H在2mm～8mm的范圍中測定。
將多個(gè)本發(fā)明的電子發(fā)射元件排列在基板上可以構(gòu)成電子源，并且將該電子源和由于從電子發(fā)射元件發(fā)射的電子引起發(fā)光的發(fā)光部件組合可以構(gòu)成圖像顯示裝置。作為這些電子源、圖像顯示裝置的制造方法，作為構(gòu)成部件的電子發(fā)射元件是利用本發(fā)明的方法制作的，對(duì)于其他部件沒有特別的限制。
在使用本發(fā)明的電子發(fā)射元件的電子源中，對(duì)于電子發(fā)射元件的排列，沒有特別的限制，優(yōu)選是采用在m根X方向布線之上，經(jīng)層間絕緣層設(shè)置n根Y方向布線，將電子發(fā)射元件的一對(duì)元件電極分別與X方向布線和Y方向布線相連接的排列狀態(tài)，即所謂的簡單矩陣配置。下面對(duì)這一簡單矩陣配置進(jìn)行詳述。
下面利用圖6對(duì)根據(jù)這一原理構(gòu)成的電子源基體的構(gòu)成進(jìn)行說明。在圖6中，71是電子源基體，72是X方向布線，73是Y方向布線，74是電子發(fā)射元件。
在圖6中，m根X方向布線72由Dx1、Dx2、…、Dxm組成，在由絕緣基板構(gòu)成的基體71上借助真空蒸鍍法、印刷法、濺射法等形成，由作為所要求的圖形的導(dǎo)電金屬等構(gòu)成。材料、膜厚、寬度可適當(dāng)設(shè)計(jì)，以使對(duì)多個(gè)電子發(fā)射元件供給的電壓大致均等。Y方向布線73，由Dy1、Dy2、…Dyn共n條布線組成，與X方向布線72同樣借助真空蒸鍍法、印刷法、濺射法等形成，由作為所要求的圖形的導(dǎo)電金屬等構(gòu)成。材料、膜厚、寬度可適當(dāng)設(shè)計(jì)，以使對(duì)多個(gè)電子發(fā)射元件供給的電壓大致均等。在這些m條X方向布線72和n條Y方向布線73之間設(shè)置有未圖示的層間絕緣層，使兩者電分離而構(gòu)成矩陣布線(此處m、n都為正整數(shù))。
未圖示的層間絕緣層可由利用真空蒸鍍法、印刷法、濺射法等形成的SiO2等構(gòu)成。形成X方向布線72的絕緣基板71的整個(gè)表面或一部分表面形成所要求的形狀，特別是，通過適當(dāng)設(shè)計(jì)膜厚、材料、制法等使得可以承受X方向布線72和Y方向布線73的交叉點(diǎn)的電位差。X方向布線72和Y方向布線73可分別作為外部端子引出。
另外，與前述相同，與電子發(fā)射元件74對(duì)置的元件電極(未圖示)，是由m根X方向布線72(Dx1、Dx2、…、Dxm)和n根Y方向布線73(Dy1、Dy2、…Dyn)與借助真空蒸鍍法、印刷法、濺射法等形成的導(dǎo)電金屬等構(gòu)成的連線電連接而成。
另外，詳情見后述，上述X方向布線72與為了根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)在X方向上排列的電子發(fā)射元件74的各行施加用來進(jìn)行掃描的掃描信號(hào)的未圖示的掃描信號(hào)施加單元相連接。另一方面，Y方向布線73與為了根據(jù)輸入信號(hào)對(duì)在Y方向上排列的電子發(fā)射元件74的各列施加用來進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制信號(hào)而與未圖示的調(diào)制信號(hào)發(fā)生單元電連接。
此外，施加于各電子發(fā)射元件74上的驅(qū)動(dòng)電壓作為施加于該元件上的掃描信號(hào)和調(diào)制信號(hào)的電壓差提供。
下面利用圖7和圖8A、8B對(duì)利用上述簡單矩陣配置的電子源的圖像顯示裝置的一例進(jìn)行說明。圖7為示出圖像顯示裝置的顯示屏的部分剖開的基本構(gòu)成的示意斜視圖，圖8A和8B是利用該顯示屏的熒光膜的構(gòu)成例的平面圖。
在圖7中，81是固定電子源基體71的背板，86是在玻璃基板83的內(nèi)表面上形成熒光膜84和金屬背85的面板。82是支持框，通過涂敷玻璃料將背板81、支持框82和面板86在大氣中或在氮?dú)庵性?00～500℃的溫度范圍中燒制大于等于10分鐘進(jìn)行封接而構(gòu)成外管殼88。另外，對(duì)于與圖6相同的部件賦予相同的符號(hào)。
外管殼88，如上所述，由面板86、支持框82及背板81構(gòu)成，背板81，由于主要是為了增強(qiáng)電子源基體71的強(qiáng)度的目的而設(shè)置的，所以在電子源基體71本身具有充分的強(qiáng)度時(shí)，可以不需要另外的背板81，也可以直接將支持框82封接到基體71，由面板86、支持框82及基體71構(gòu)成外管殼88。
另一方面，也可以通過在面板86和背板81之間設(shè)置稱為隔板的未圖示的支持體，構(gòu)成具有充分強(qiáng)度抵抗大氣壓力的外管殼88。
圖8A及8B示出熒光膜84的構(gòu)成例。圖中，91是黑色導(dǎo)電材，92是熒光體。熒光膜84，在單色的場合只由熒光體92構(gòu)成，而在彩色熒光膜的場合，可以利用熒光體92的排列由稱為黑條紋(圖8A)或稱為黑矩陣(圖8B)的黑色導(dǎo)電材91和熒光體92構(gòu)成。設(shè)置黑條紋、黑矩陣的目的是為了通過將彩色顯示時(shí)所必需的三原色熒光體的各熒光體92之間的分涂部變成黑色使混色等不顯眼，抑制由于熒光膜84對(duì)外光反射引起的對(duì)比度降低。作為黑色導(dǎo)電材91的材料，不僅是通常經(jīng)常使用的以石墨為主要成分的材料，只要是具有導(dǎo)電性的光可透過及反射少的材料就可以，并不限定于這種材料。
熒光體在玻璃基板83上的涂敷方法，與單色還是彩色無關(guān)，都可以使用淀積法、印刷法等。
另外，在熒光膜84內(nèi)表面?zhèn)?，通常設(shè)置金屬背85。金屬背的目的是使在熒光體的發(fā)光之中射向內(nèi)表面?zhèn)鹊墓馔ㄟ^鏡面反射射向面板86側(cè)而提高亮度，作為用來施加電子束加速電壓的電極，保護(hù)熒光體不受在外管殼88內(nèi)發(fā)生的負(fù)離子的撞擊造成的損傷等。金屬背85，在熒光膜84制成后，進(jìn)行熒光膜84的內(nèi)表面?zhèn)鹊钠交幚?通常稱為成膜)，之后，通過Al的真空蒸鍍等而制作。
在面板86上，為了提高熒光膜84的導(dǎo)電性，也可以在熒光膜84的外表面?zhèn)仍O(shè)置透明電極(未圖示)。
在上述封接時(shí)，在彩色的場合，由于各色熒光體和電子發(fā)射元件一定要對(duì)應(yīng)，所以位置必須充分對(duì)準(zhǔn)。
外管殼88，在通過未圖示的排氣管使真空度達(dá)到1.3×10-5Pa左右之后進(jìn)行封接。另外，為了維持外管殼88封接后的真空度，有時(shí)也進(jìn)行吸氣劑處理。這是在進(jìn)行外管殼88的封接緊前或緊后，利用電阻加熱或高頻加熱等加熱法，對(duì)配置于外管殼88內(nèi)的規(guī)定位置的吸氣劑(未圖示)進(jìn)行加熱而形成蒸鍍膜的一種處理。吸氣劑通常是以Ba等為主要成分，利用該蒸鍍膜的吸附作用，例如，維持1.3×10-3Pa～1.3×10-5Pa的真空度。
在以如上方式完成的圖像顯示裝置中，在各電子發(fā)射元件74上，通過從容器外端子對(duì)X方向布線72及Y方向布線73施加電壓，使電子發(fā)射，通過高壓端子87，對(duì)金屬背85或透明電極(未圖示)施加大于等于數(shù)kV的高壓，加速電子，撞擊熒光膜84，通過激發(fā)發(fā)光而顯示圖像。
(實(shí)施例1)圖1A及1B所示的結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射元件是按照圖2A～2E所示的工序制作的。
(工序-a)首先，在清潔后的石英基板1上，利用光刻膠(RD-2000N-41；日立化成公司生產(chǎn))形成作為元件電極2、3和所要求的元件電極間隙L的圖形，利用電子束蒸鍍法順序淀積厚度為5nm的Ti、厚度為30nm的Pt。利用有機(jī)溶劑溶解光刻膠圖形，剝離Pt/Ti淀積膜，形成元件電極間隙L為3μm，元件電極的寬度W為500μm的元件電極2、3(圖2A)。
(工序-b)借助真空蒸鍍淀積膜厚100nm的Cr膜，通過圖形化得到具有與后述的導(dǎo)電性薄膜的形狀相對(duì)應(yīng)的開口，在其上利用旋轉(zhuǎn)涂敷機(jī)旋轉(zhuǎn)涂敷有機(jī)鈀化合物溶液(ccp4230，奧野制藥制作)，在300℃進(jìn)行2分鐘的加熱燒制處理。另外，這樣形成的以Pd為主要元素的導(dǎo)電性薄膜4的膜厚為10nm，薄膜電阻Rs為2×104Ω/口。
(工序-c)利用酸刻蝕劑對(duì)Cr膜及燒制后的導(dǎo)電性薄膜4進(jìn)行刻蝕而形成導(dǎo)電性薄膜4的寬度W′為300μm的所要求的圖形的導(dǎo)電性薄膜4。
通過以上的工序就在基板1上形成元件電極2、3及導(dǎo)電性薄膜4。
另外，利用完全相同的工序制作比較例1、2的元件。
(工序-d)之后，將上述元件設(shè)置于圖5的測定評(píng)價(jià)裝置中，利用真空泵排氣，達(dá)到1×10-6Pa的真空度之后，從用來對(duì)元件施加元件電壓Vf的電源51，在元件電極2、3之間施加電壓，進(jìn)行電形成處理，在導(dǎo)電性薄膜4上形成間隙5，分離成導(dǎo)電薄膜4a、4b(圖2C)。電形成處理的電壓波形示于圖3B，在本實(shí)施例中，在設(shè)定T1為1msec、T2約為16.7msec時(shí)，三角波的波高值以0.1V的臺(tái)階(步長)升壓，進(jìn)行電形成處理。另外，在電形成處理中，同時(shí)，以0.1V的電壓，將電阻測定脈沖插入到電形成用脈沖之間測定電阻。另外，在電形成處理結(jié)束時(shí)，定為電阻測定脈沖中的測定值大于等于約1MΩ時(shí)，同時(shí)對(duì)元件的電壓施加結(jié)束。
(工序-e)接著，為進(jìn)行激活工序，將芐基氰通過緩泄閥導(dǎo)入到真空裝置內(nèi)，維持1.0×10-4Pa。之后，對(duì)經(jīng)過電形成處理的元件，經(jīng)元件電極2、3，以圖4所示的波形，在設(shè)定T1為1msec、T1′為0.1msec、T2為10msec時(shí)，以最大電壓值為±22V進(jìn)行激活處理。此時(shí)，賦予元件電極3的電壓為正，元件電流If從元件電極3流向元件電極2的方向?yàn)檎＜s30分鐘后，在確認(rèn)元件電流If飽和之后，停止通電，關(guān)閉緩泄閥，結(jié)束激活處理。
利用完全相同的工序制作比較例1的元件。另一方面，對(duì)于進(jìn)行與本實(shí)施例的元件相同的電形成工序的比較例2的元件，以圖4所示的波形，除了T1為1msec、T1′為1msec、T2約為10msec以外，實(shí)施與本實(shí)施例的元件同樣的激活工序。
(工序-f)接著，進(jìn)行穩(wěn)定化工序。在利用加熱器對(duì)真空裝置及電子發(fā)射元件加熱維持為約250℃的同時(shí)繼續(xù)從真空裝置內(nèi)排氣。20小時(shí)后，停止加熱器的加熱，在返回到室溫時(shí)真空裝置內(nèi)的壓力達(dá)到1×10-8Pa左右。
(工序-g)接著，進(jìn)行電子散射面形成膜生成工序。在維持真空裝置內(nèi)的壓力為1×10-8Pa的同時(shí)，作為對(duì)電子束的原子結(jié)構(gòu)因數(shù)大的物質(zhì)將Au(原子序數(shù)79)作為電子散射面形成膜，從高電位側(cè)電極斜向蒸鍍。從電形成處理后的基板1的法線，自高電位側(cè)元件電極飛來的蒸鍍分子束流θ1＝45°傾斜進(jìn)行數(shù)個(gè)原子層蒸鍍。Au的一部分在基板1上、在元件電極2、3上以及在包含電子發(fā)射部8的導(dǎo)電薄膜4a、4b上層疊，不會(huì)產(chǎn)生由此發(fā)生的弊病。
利用完全相同的工序?qū)Ρ容^例2的元件制作電子散射面形成膜。在比較例1的元件中不進(jìn)行電子散射面形成膜的制作。
接著，進(jìn)行電子發(fā)射特性的測定。在陽極54和電子發(fā)射元件之間的距離H為4mm時(shí)，由高壓電源53對(duì)陽極54施加1kV的電位。在此狀態(tài)下，利用電源51在元件電極2、3之間施加波高值15V的矩形脈沖電壓，利用電流計(jì)50及電流計(jì)52，分別測定本實(shí)施例的元件及比較例的元件的元件電流If及發(fā)射電流Ie。
本實(shí)施例1的元件的元件電流If＝0.35mA，發(fā)射電流Ie＝2.4μA，電子發(fā)射效率η(＝Ie/If)＝0.72％。在比較例1的元件中，元件電流If＝0.34mA，發(fā)射電流Ie＝1.77μA，電子發(fā)射效率η(＝Ie/If)＝0.52％，在比較例2的元件中，流出的泄漏電流大，不能測定穩(wěn)定的Ie。
由此結(jié)果可知，本實(shí)施例的元件，與比較例的元件比較，發(fā)射電流Ie大，并且電子發(fā)射效率η優(yōu)異。
另外，對(duì)在上述工序中制作的本實(shí)施例的元件以及對(duì)比較例的元件進(jìn)行原子力顯微鏡(AFM)的觀察。
利用原子力顯微鏡進(jìn)行對(duì)包含元件的電子發(fā)射部8的平面的形狀觀察。本實(shí)施例的元件的形狀與圖1A和1B所示的平面形狀一樣。就是說，對(duì)在導(dǎo)電性薄膜4上形成的間隙5的兩側(cè)上的碳膜6a、6b及電子散射面形成膜7a、7b進(jìn)行了觀察。另外，從利用原子力顯微鏡得到的高度信息可知，在電子散射面形成膜的最高部分的高度處于距導(dǎo)電薄膜4a、4b的表面約80nm的高的位置，該高度的電子散射面形成膜7b，具有寬度為50nm左右的帶狀的形狀。另一方面，在比較例2中也同樣觀測電子散射面形成膜，其高度大致一樣，但本實(shí)施例的元件這樣的帶狀的形狀未觀察到。
另外，對(duì)在本實(shí)施例的元件的導(dǎo)電性薄膜4上形成的間隙5的附近的淀積物利用電子探針X射線微分析(EPMA)及X射線光電子能譜(XPS)以及俄歇電子能譜進(jìn)行元素分析，確認(rèn)在間隙5中只存在碳，高電位側(cè)電極3由Au覆蓋。
(實(shí)施例2)作為基板1，除了使用在堿石灰玻璃基板上包覆SiO2的基板以外，一直進(jìn)行到實(shí)施例1的(工序-d)。
(工序-e)為進(jìn)行激活工序，將芐基氰通過緩泄閥導(dǎo)入到真空裝置內(nèi)，維持1.0×10-4Pa。之后，對(duì)經(jīng)過電形成處理的元件，經(jīng)元件電極2、3，以圖4所示的波形，在設(shè)定T1為1msec、T1′為0.1msec、T2為10msec時(shí)，以最大電壓值為±22V進(jìn)行激活處理。此時(shí)，賦予元件電極3的電壓為正，元件電流If從元件電極3流向元件電極2的方向?yàn)檎＜s30分鐘后，在確認(rèn)元件電流If飽和之后，停止通電，關(guān)閉緩泄閥，結(jié)束激活處理。
另一方面，對(duì)于進(jìn)行與本實(shí)施例的元件相同的電形成工序的比較例3的元件，以上述條件實(shí)施激活工序。
(工序-f)接著，進(jìn)行穩(wěn)定化工序。在利用加熱器對(duì)真空裝置及電子發(fā)射元件加熱維持為約250℃的同時(shí)繼續(xù)從真空裝置內(nèi)排氣。20小時(shí)后，停止加熱器的加熱，在返回到室溫時(shí)真空裝置內(nèi)的壓力達(dá)到1×10-8Pa左右。
(工序-g)在維持真空裝置內(nèi)的壓力為1×10-8Pa的同時(shí)，作為對(duì)電子束的原子結(jié)構(gòu)因數(shù)大的物質(zhì)將Pt(原子序數(shù)78)作為電子散射面形成膜，從高電位側(cè)電極3斜向蒸鍍。從電形成處理后的基板1的法線，自高電位側(cè)元件電極飛來的蒸鍍分子束流θ1＝45°傾斜進(jìn)行數(shù)個(gè)原子層蒸鍍。Pt的一部分在基板1上、在元件電極2、3上以及在包含電子發(fā)射部8的導(dǎo)電薄膜4a、4b上層疊，不會(huì)產(chǎn)生由此發(fā)生的弊病。
另一方面，對(duì)比較例3的元件，除了斜向蒸鍍?chǔ)?＝-45°之外，與本實(shí)施例同樣地形成電子散射面。
接著，進(jìn)行電子發(fā)射特性的測定。
在陽極54和電子發(fā)射元件之間的距離H為4mm時(shí)，由電源53對(duì)陽極54施加1kV的電位。在此狀態(tài)下，利用電源51在元件電極2、3之間施加波高值15V的矩形脈沖電壓，利用電流計(jì)50及電流計(jì)52，分別測定本實(shí)施例的元件及比較例的元件的元件電流If及發(fā)射電流Ie。
本實(shí)施例的元件的元件電流If＝0.41mA，發(fā)射電流Ie＝2.2μA，電子發(fā)射效率η(＝Ie/If)＝0.54％。在比較例3的元件中，流出的泄漏電流大，不能測定穩(wěn)定的Ie。
由此結(jié)果可知，本實(shí)施例的元件，與比較例的元件比較，發(fā)射電流Ie大，并且電子發(fā)射效率η優(yōu)異。
另外，對(duì)在上述工序中制作的本實(shí)施例的元件以及比較例的元件進(jìn)行原子力顯微鏡(AFM)的觀察。
另外，對(duì)在上述工序中制作的本實(shí)施例的元件，與實(shí)施例一樣，進(jìn)行原子力顯微鏡(AFM)觀察時(shí)，本實(shí)施例的元件的形狀具有與圖1A和1B所示的平面形狀一樣的碳膜6a、6b及電子散射面形成膜7a、7b。
另外，對(duì)在本實(shí)施例的元件的導(dǎo)電性薄膜4上形成的間隙5的附近的淀積物利用電子探針X射線微分析(EPMA)及X射線光電子能譜(XPS)以及俄歇電子能譜進(jìn)行元素分析，確認(rèn)在間隙5中只存在碳，高電位側(cè)的元件電極3由Pt覆蓋。
(實(shí)施例3)制作使用以簡單矩陣配置了電子發(fā)射元件的電子源的圖像顯示裝置。利用圖9～圖16對(duì)制造工序進(jìn)行說明。
<元件電極形成>
在基板1上形成多組元件電極2、3(圖9)。
作為基板1，使用堿性成分少的PD-200(旭硝子(株)社制)的2.8mm厚的玻璃，并在其上涂敷燒制100nm的SiO2膜作為鈉阻擋層。
此外，元件電極2、3，在玻璃基板1上，利用濺射法使形成5nm的Ti層作為底涂層，其上形成40nm厚的Pt膜之后，涂敷光刻膠并利用曝光、顯影、刻蝕一系列的光刻法工藝形成圖形。在本實(shí)施例中，元件電極的間隔為L＝10μm，對(duì)應(yīng)的長度W＝100μm。
<下布線形成>
使作為共用布線的Y方向布線(下布線)73與元件電極3相連接，并且形成線狀的圖形以便將其連接起來(圖10)。材料采用銀Ag感光漿料印劑，在絲網(wǎng)印刷后，經(jīng)過干燥后，曝光顯影成為規(guī)定的圖形。之后，在480℃左右的溫度下燒制形成布線。布線的厚度約10μm，線寬50μm。另外，終端部，為了用作布線引出電極，線寬更大一些。
<絕緣層形成>
為使上下布線絕緣，設(shè)置層間絕緣層131(圖11)。在連接部中開孔形成接觸孔132，以便在后述的X方向布線72之下，形成覆蓋與先形成的Y方向布線(下布線)73的交叉點(diǎn)，并且使上布線(X方向布線)72和元件電極2可以電連接。
工序是在以PbO為主要成分的感光性玻璃漿料進(jìn)行絲網(wǎng)印刷之后，進(jìn)行曝光和顯影。這要反復(fù)操作4回，最后在480℃左右的溫度下燒制。此層間絕緣層131的厚度整體約30μm，寬度為150μm。
<上布線形成>
在先形成的層間絕緣層131之上，利用Ag漿料印劑印刷之后進(jìn)行干燥，在其上再次進(jìn)行同樣的二次涂敷，在480℃左右的溫度下燒制而形成X方向布線(上布線)72(圖12)。中間夾著上述層間絕緣層131與Y方向布線73交叉，利用層間絕緣層131的接觸孔132部分也連接元件電極2。利用此布線連接元件電極2，在制成屏(panel)后用作掃描電極。從X方向布線72的厚度為約15μm。與外部驅(qū)動(dòng)電路的引出布線以同樣的方法形成。
圖中雖未示出，通到外部驅(qū)動(dòng)電路引出端子也采用同樣的方法形成。
這樣一來就形成了具有XY矩陣布線的電子源基體。
<導(dǎo)電性薄膜形成>
在對(duì)上述電子源基體進(jìn)行充分清洗之后，以含有疏水劑的溶液對(duì)表面進(jìn)行處理，使表面成為疏水性。這樣做的目的是要使其后涂敷的形成導(dǎo)電性薄膜4用的水溶液，在元件電極上配置時(shí)可以適當(dāng)展開。之后，在元件電極2、3之間，利用噴墨涂敷法形成導(dǎo)電性薄膜4(圖13)。圖14A及14B示出本工序的示意圖。在圖14A及14B中，161是液滴賦予裝置，162是液滴。
在實(shí)際工序中，為了補(bǔ)償在基板1上的各個(gè)元件電極2、3的平面散差，在基板1的數(shù)個(gè)地點(diǎn)觀察圖形的配置偏離，在觀察點(diǎn)之間的點(diǎn)的偏離量，以近似直線方式進(jìn)行位置補(bǔ)償，并努力通過涂敷使全部像素的位置偏離消除而在對(duì)應(yīng)的位置可靠地進(jìn)行涂敷。在本實(shí)施例中，為了得到鈀膜做的導(dǎo)電性薄膜4，首先在水85∶異丙醇(IPA)15組成的水溶液中溶解鈀-脯氨酸絡(luò)合物0.15質(zhì)量％，得到含有有機(jī)鈀的溶液。再添加若干其他添加劑。將此溶液的液滴162，利用使用壓電元件的噴墨裝置作為液滴賦予裝置，通過調(diào)整使點(diǎn)徑為60μm賦予元件電極2、3之間。之后，將該基板1在空氣中在350℃下進(jìn)行10分鐘的加熱燒制處理而使其成為氧化鈀(PdO)。可得到點(diǎn)徑約60μm，厚度最大為10μm的膜。
利用以上的工序，在導(dǎo)電性薄膜部分形成氧化鈀PdO膜。該電子源基體的導(dǎo)電性薄膜4的電阻值為3500Ω～4500Ω。
下面制作圖像顯示裝置。以下對(duì)其制作步驟進(jìn)行說明。
參照圖16對(duì)導(dǎo)電性薄膜的還原工序進(jìn)行說明。在圖16中，181是排氣泵，182是排氣閥，183是真空容器，184是真空計(jì)，185是電流計(jì)，186是氣泵，187是布線。
在圖16中，首先，將上述電形成的電子源基體71置于真空容器183中，在真空容器183內(nèi)的壓力下降到小于等于3×10-3Pa之后，向真空容器183內(nèi)導(dǎo)入N2＝98％，H2＝2％的混合氣體，使其壓力為5×10-2Pa。在此狀態(tài)下，在利用電流計(jì)185對(duì)電子源的導(dǎo)電性薄膜的電阻值進(jìn)行監(jiān)視的同時(shí)，保持30分鐘，之后使各個(gè)電子源還原，電阻值成為500Ω～2000Ω。之后，將還原氣體排出并將電子源基體71從真空容器183中取出。
之后，為進(jìn)行電形成處理，將電子源基體71放入與后述真空容器分開的另外的真空容器中，使壓力為3×10-3Pa。為進(jìn)行電形成處理，用來對(duì)各電子發(fā)射元件施加脈沖電壓的布線示意地示于圖15。在圖15中，171是共用電極，172是脈沖發(fā)生器，173是控制開關(guān)電路，174是真空裝置。
在圖15中，Y方向布線73，通過使外部端子Dy1～Dyn與共用電極171相連接而共同連接，并與脈沖發(fā)生器172的接地側(cè)連接。X方向布線72，通過使外部端子Dx1～Dxm與控制開關(guān)電路173相連接(在圖15中，示出的是m＝20，n＝60的場合)?？刂崎_關(guān)電路173，因?yàn)榭墒垢鞫俗优c脈沖發(fā)生器172或接地中任何一個(gè)相連接，圖15是其功能的示意圖。
電形成處理，是由控制開關(guān)電路173選擇X方向的元件行的一行，通過在每次施加一個(gè)脈沖時(shí)切換選擇的元件行，對(duì)全部元件行同時(shí)進(jìn)行處理的方法。施加的脈沖電壓的波形，是如圖3B所示的波高值漸增的三角波脈沖。脈沖寬度T1為1m秒，脈沖間隔T2為10m秒。另外，在上述脈沖和脈沖之間，插入波高值為0.1V的矩形波脈沖，測定元件的電阻值。
接著，進(jìn)行激活處理。從外部通過XY方向布線將脈沖電壓反復(fù)施加到元件電極而進(jìn)行。在本工序中，采用芐基氰作為碳源導(dǎo)入到真空空間內(nèi)，維持3×10-4Pa。在如圖4所示的波形的正側(cè)的T1為1msec、負(fù)側(cè)的T1′為0.1msec、T2為10msec時(shí)，以最大電壓值為±22V進(jìn)行激活處理。此時(shí)，元件電極3側(cè)的電壓為正。在開始約60分鐘后，在元件電流If大致飽和之后，停止通電，停止芐基氰的導(dǎo)入，結(jié)束激活處理。
接著，形成電子散射面形成膜。在維持真空裝置內(nèi)的壓力為1×10-8Pa的同時(shí)，將作為對(duì)電子束的原子結(jié)構(gòu)因數(shù)大的物質(zhì)的Pt(原子序數(shù)78)作為電子散射面形成膜，從電極3側(cè)斜向蒸鍍。從電形成處理后的基板1的法線，自加熱蒸鍍源飛來的蒸鍍分子束流θ1＝45°傾斜進(jìn)行數(shù)個(gè)原子層蒸鍍。
此處理對(duì)全部電子源元件實(shí)施。
接著，在將上述電子源基體71固定在背板81上之后，在基板71的5mm的上方，經(jīng)支持框82配置面板86(其構(gòu)成為在玻璃基板83的內(nèi)表面上形成圖像形成部件的地方，形成熒光膜84和金屬背85)，在面板86、支持框82和背板81的接合部涂敷玻璃料，在大氣中在400℃下燒制10分鐘而封接。另外，將基板71固定到背板81也是利用玻璃料。
作為圖像形成部件的熒光膜84，為實(shí)現(xiàn)彩色，將熒光體作成為條紋形狀(參照圖8A)，首先形成由黑色導(dǎo)電材91構(gòu)成的黑色條紋，在其間隙部利用漿液法涂敷各色熒光體92而制作熒光膜84。作為黑色導(dǎo)電材91，通常多使用以石墨為主要成分的材料。
另外，在熒光膜84的內(nèi)表面?zhèn)仍O(shè)置金屬背85。金屬背85，在熒光膜84制成后，進(jìn)行熒光膜84的內(nèi)表面?zhèn)鹊钠交幚?通常稱為成膜)，之后，通過Al的真空蒸鍍等而制作。
在上述封接時(shí)，在彩色的場合，由于各色熒光體和電子發(fā)射元件一定要對(duì)應(yīng)，所以位置必須充分對(duì)準(zhǔn)。
對(duì)以如上方式形成的真空容器(外管殼88)，在加熱的同時(shí)排氣，在真空容器內(nèi)的壓力達(dá)到1.3×10-4Pa以下之后利用氣體燃燒器對(duì)排氣管(未圖示)加熱焊接而進(jìn)行封接，并且，為了維持真空容器內(nèi)的低壓，利用高頻加熱進(jìn)行吸氣劑處理。
在以如上方式完成的圖像顯示裝置中，通過X方向布線、Y方向布線，選擇所要求的電子發(fā)射元件而在電極3側(cè)施加+20V的脈沖電壓，通過高壓端子Hv對(duì)金屬背85施加8kV的高壓，可以長時(shí)間形成明亮良好的圖像。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射元件，具有在基板上互相隔有間隔配置的一對(duì)第1導(dǎo)電部件，其特征在于上述間隔在離開該基板的表面的上方比上述基板的表面處窄，且上述一對(duì)第1導(dǎo)電部件中的一個(gè)的頂部高于另一個(gè)的頂部，在上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件表面上具有以比構(gòu)成該第1導(dǎo)電部件的元素原子序數(shù)大的元素為主要成分的電子散射形成膜。
2.如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件，其特征在于上述一對(duì)第1導(dǎo)電部件是以碳為主要成分的導(dǎo)電部件。
3.如權(quán)利要求2所述的電子發(fā)射元件，其特征在于上述電子散射面形成膜是以比上述碳的原子序數(shù)大的元素為主要成分的膜。
4.如權(quán)利要求2所述的電子發(fā)射元件，其特征在于上述電子散射面形成膜是以比上述碳的原子序數(shù)大的金屬為主要成分的膜。
5.如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件，其特征在于還有一對(duì)第2導(dǎo)電部件與上述第1導(dǎo)電部件分別相連接且配置于上述基板上。
6.如權(quán)利要求5所述的電子發(fā)射元件，其特征在于還具有分別對(duì)上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件施加高電位，對(duì)上述另一個(gè)第1導(dǎo)電部件施加低電位的裝置。
7.一種電子源，其特征在于在基板上排列有多個(gè)如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件。
8.一種圖像顯示裝置，其特征在于包括在基板上排列有多個(gè)如權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件的電子源、以及利用從上述電子發(fā)射元件發(fā)射的電子的照射而發(fā)光的發(fā)光部件。
9.一種電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于包括在基板上形成一對(duì)第1導(dǎo)電部件的工序，該一對(duì)第1導(dǎo)電部件之間具有在離開該基板的表面的上方比上述基板表面處窄的第1間隔，且一個(gè)第1導(dǎo)電部件的頂部高于另一個(gè)第1導(dǎo)電部件的頂部；以及從上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件側(cè)向上述另一個(gè)第1導(dǎo)電部件側(cè)，使比構(gòu)成該第1導(dǎo)電部件的元素原子序數(shù)大的金屬或該金屬的化合物的蒸發(fā)分子飛射并使上述蒸發(fā)分子在上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件上淀積的工序。
10.如權(quán)利要求9所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于上述一對(duì)第1導(dǎo)電部件是以碳為主要成分的導(dǎo)電部件。
11.如權(quán)利要求10所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于上述形成一對(duì)第1導(dǎo)電部件的工序包括在基板上形成互相間具有第2間隔的一對(duì)第2導(dǎo)電部件的工序；以及在包含碳化合物氣體的氣氛中，在上述一對(duì)第2導(dǎo)電部件之間施加具有兩極性且各極性之間波形互相不同的電壓脈沖的工序。
12.如權(quán)利要求11所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于上述電壓脈沖中，上述各極性之間脈沖寬度互相不同。
13.一種電子源的制造方法，該電子源在基板上具有多個(gè)電子發(fā)射元件，其特征在于該電子發(fā)射元件是利用權(quán)利要求9所述的方法制作的。
14.一種圖像顯示裝置的制造方法，該圖像顯示裝置包括在基板上具有多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源；以及利用從該電子發(fā)射元件發(fā)射的電子的照射而發(fā)光的發(fā)光部件，其特征在于該電子發(fā)射元件是利用權(quán)利要求9所述的方法制作的。
全文摘要
提供電子發(fā)射元件、電子源及圖像顯示裝置的制造方法。該電子發(fā)射元件，具有在基板上互相隔有間隔配置的一對(duì)第1導(dǎo)電部件，其特征在于上述間隔在離開該基板的表面的上方比上述基板的表面處窄，且上述一對(duì)第1導(dǎo)電部件中的一個(gè)的頂部高于另一個(gè)的頂部，在上述一個(gè)第1導(dǎo)電部件表面上具有以比構(gòu)成該第1導(dǎo)電部件的元素原子序數(shù)大的元素為主要成分的電子散射形成膜。由此，可提高電子發(fā)射效率并可長時(shí)間維持該發(fā)射特性。
文檔編號(hào)H01J1/304GK1691242SQ20051006735
公開日2005年11月2日 申請日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月21日
發(fā)明者森口拓人, 武田俊彥, 山本敬介, 小林玉樹 申請人:佳能株式會(huì)社