專利名稱：制造電子發(fā)射設備的方法、制造電子源和圖像顯示設備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造電子發(fā)射設備的方法，制造電子源和使用該電子發(fā)射設備的圖像顯示設備的方法。本發(fā)明還涉及使用該圖像顯示設備的信息顯示/再現(xiàn)設備。
背景技術(shù)：
可以將電子發(fā)射設備分為場致發(fā)射類型或表面?zhèn)鲗ь愋汀?br> 有這樣的情況電子發(fā)射設備的表面涂覆著金屬膜或金屬化合物膜，以降低有效功函數(shù)，提高熱阻(防熱)，或穩(wěn)定發(fā)射電流，如日本公開專利No.10-188778、8-102247、8-273523以及9-102267中說明的。將多個電子發(fā)射設備組織起來以定義一個電子源。電子源的位置是這樣的，以使其與陽極和諸如熒光體之類的發(fā)光部件相對，如此構(gòu)成了平板顯示器及其他圖像顯示設備。

發(fā)明內(nèi)容
為了穩(wěn)定地獲得更明亮的圖像，需要穩(wěn)定電子發(fā)射特性并提高電子發(fā)射設備的電子發(fā)射效率。
這里所提及的電子發(fā)射效率被定義為設備電流If與發(fā)射電流Ie的比率。當在與電子發(fā)射部件電連接的電極(陰極)和電極(柵電極或提取電極)之間施加電壓以便施加用于從電子發(fā)射部件提取電子的電勢時，設備電流If在兩個電極之間流動，發(fā)射電流Ie在陰極和陽極之間流動。希望當設備電流If較低時，發(fā)射電流Ie較高。
通過穩(wěn)定地控制電子發(fā)射特性，并且通過提高電子發(fā)射效率，可以制造出低功耗高質(zhì)量圖像形成設備，如低功耗高清晰度平板電視。此外，隨著設備電流If降低，圖像形成設備的組件(如驅(qū)動電路)的成本也會降低。
然而，常規(guī)電子發(fā)射設備不一定表現(xiàn)出令人滿意的穩(wěn)定電子發(fā)射特性或令人滿意的電子發(fā)射效率。此外，使用常規(guī)電子發(fā)射設備的圖像顯示設備不一定能穩(wěn)定地工作。相應地，需要一種電子發(fā)射設備，該設備可以在長時間內(nèi)保持其卓越的電子發(fā)射特性。
上文所描述的用膜涂覆電子發(fā)射設備的表面的技術(shù)旨在穩(wěn)定電子發(fā)射特性并提高電子發(fā)射效率。然而，該技術(shù)還沒有在實際應用中使用，因為電子發(fā)射設備的電子發(fā)射特性對于電子發(fā)射部分的物理屬性和表面的形狀極端敏感，相應地，需要對膜涂覆的成分和厚度進行嚴格的控制。
具體來說，其中將表現(xiàn)出均勻的特性的電子源放置在較大的面積上的圖像顯示設備要求高度復雜的制造技術(shù)。相應地，在制造中，需要高度可控制的簡單的方法。
鑒于上文所描述的缺點，本發(fā)明提供了用于制造表現(xiàn)出卓越的特性的電子發(fā)射設備、制造包括這樣的電子發(fā)射設備的圖像顯示設備的簡單方法。
本發(fā)明的發(fā)明人進行了深入的研究，以克服上文所描述的缺點，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過交替地噴涂含金屬氣體和含氧氣體，可以在電子發(fā)射設備(電子發(fā)射部件)的表面上形成高度被控制的金屬或金屬化合物涂覆膜。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了制造電子發(fā)射設備的前體的方法，該方法包括準備電子發(fā)射部件的步驟、交替地將電子發(fā)射部件暴露于含氧氣體和含金屬氣體的步驟。
含金屬氣體可以是有機金屬。含氧氣體可以是O2或H2O。電子-發(fā)射部件可以包含碳。電子發(fā)射部件可以由碳素纖維制成。含氧氣體可以具有在1×10-4到1×104Pa范圍內(nèi)的分壓。含金屬氣體可以具有在1到1000Pa范圍內(nèi)的分壓。電子發(fā)射部件可以通過在包含有含碳氣體的氣氛中在第一導電膜和第二導電膜之間施加電流來形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了制造電子發(fā)射設備的前體的方法，該方法包括準備第一導電膜和第二導電膜的步驟、交替地將第一導電膜和第二導電膜中的至少一個暴露于含氧氣體和含金屬氣體的步驟。
準備第一導電膜和第二導電膜的步驟可以包括下列子步驟在襯底上形成導電膜、使電流流過導電膜以在導電膜中形成間隙、使電流在包含有含碳氣體的氣氛中流過具有間隙的導電膜。含金屬氣體可以是有機金屬。含氧氣體可以是O2或H2O。含氧氣體可以具有在1×10-4到1×104Pa范圍內(nèi)的分壓。含金屬氣體可以具有在1到1000Pa范圍內(nèi)的分壓。
含金屬氣體可以包含從包括鉿、鈦和鋯的組中選擇的金屬。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明旨在提供一種制造包括多個電子發(fā)射設備的電子源的方法，以及用于制造包括該電子源和發(fā)光部件的圖像顯示設備的方法。在這些方法中，電子發(fā)射設備是使用用于制造這樣的設備(包括它們的前體)的前述的方法中的任何方法來生產(chǎn)的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了信息顯示/再現(xiàn)設備，該設備包括用于輸出接收到的廣播信號中包含的視頻信息、字符信息和聲音信息中的至少一種類型的信息的接收器，以及連接到接收器的圖像顯示設備。該圖像顯示設備通過前述的方法來生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，電子發(fā)射設備的表面可以覆蓋著由各種類型的材料制成的高度被控制的涂覆膜。如此，通過簡單的過程，可以穩(wěn)定電子發(fā)射特性，并可以提高電子發(fā)射效率。
從下面參考附圖對典型的實施例的描述中，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將變得顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的制造電子發(fā)射設備的過程的流程圖。
圖2A是其中可以應用本發(fā)明的電子發(fā)射設備的平面示意圖，
圖2B是電子發(fā)射設備的剖面視圖。
圖3A和3B是在“形成”過程中施加的電壓的波形的略圖。
圖4A和4B是在“激勵”過程中施加的電壓的波形。
圖5是其中可以應用本發(fā)明的圖像顯示設備的部分地被切去的透視圖。
圖6A到6E是代表了使用本發(fā)明的方法制造電子發(fā)射設備的過程的示意圖。
圖7是其中可以應用本發(fā)明的另一個電子發(fā)射設備的示意圖。
圖8是其中可以應用本發(fā)明的另一個電子發(fā)射設備的示意圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的信息顯示/再現(xiàn)設備的方框圖。
具體實施例方式
下面將參考圖形詳細地說明本發(fā)明。
圖1顯示了代表根據(jù)本發(fā)明的制造方法的流程圖的一個示例?，F(xiàn)在將參考圖1描述該方法。
步驟1將具有電子發(fā)射部件(或電子發(fā)射部分)的電子發(fā)射設備(樣品)放置在真空設備(通常是真空室)(在圖1中未顯示)。
步驟2步驟2將真空設備抽空。具體來說，優(yōu)選情況下，將該設備抽空到1×10-4Pa或更小的壓力。
步驟3將樣品加熱到所需的溫度并維持在該溫度。
優(yōu)選情況下，將加熱溫度設置在50到500℃的范圍。通過當樣品被加熱到此范圍內(nèi)的某一溫度時執(zhí)行下列步驟4到10，可以提高膜涂覆的速度。如果加熱溫度超過此范圍之外，涂覆速度就會快速地降低，這是不利的。更優(yōu)選情況下，加熱溫度可以維持在80到300℃的范圍內(nèi)。
步驟4將含氧氣體(水、氧、臭氧等等)引入到真空設備中，直到將內(nèi)部壓力增大到所需要的水平。一般而言，可以將設備中的含氧氣體的壓力設置在1×10-4到1×104Pa的范圍內(nèi)。
步驟5在預先確定的時間內(nèi)保持該壓力。此時間取決于壓力，但通常可以設置在幾秒和幾十秒之間。
步驟6將該設備抽空到基礎(chǔ)壓力(background pressure)。
步驟7將含金屬氣體或材料氣體引入該設備，直到將內(nèi)部壓力增大到所需要的水平。
一般而言，可以將壓力設置在1×10-4到1×103Pa的范圍內(nèi)。
步驟8在預先確定的時間內(nèi)保持該壓力。
此時間取決于壓力，但通?？梢栽O置在1秒到100秒之間。
步驟9將該設備抽空到基礎(chǔ)壓力。
步驟10可以將從步驟4到步驟9的序列重復多個周期。通過一個周期的序列來形成所需要的金屬化合物涂覆膜的原子層。通過多次重復該序列，就可以以高精度來形成具有所需厚度的涂覆膜。然而，在本發(fā)明中，該序列只需要執(zhí)行一次。
步驟11最后，在結(jié)束步驟9的抽空之后，或在開始步驟9的抽空之后，將在步驟3中開始的加熱停下來，以便將樣品逐漸冷卻。當樣品溫度幾乎達到室溫時，將電子發(fā)射設備從真空設備中取出，以完成涂覆膜的形成過程。
在此過程中，用通常所使用的(常規(guī))渦輪泵來執(zhí)行抽空過程，而加熱過程可以用加熱器來執(zhí)行。當引入材料氣體時的抽空過程可以簡單地用粗選真空泵來執(zhí)行，取決于壓力。
本發(fā)明的方法有助于在電子發(fā)射設備(或電子發(fā)射部件)的表面上或在定義了電子源的多個電子發(fā)射設備的表面上形成所需要的金屬或金屬化合物涂覆膜。通過使用低功函數(shù)含金屬氣體作為含金屬氣體，可以降低所產(chǎn)生的電子發(fā)射設備的表面上的功函數(shù)。通過使用包含具有高熔點金屬的氣體作為含金屬氣體，可以提高電子發(fā)射設備的表面的熔點。
本發(fā)明人相信，形成涂覆膜的一種可能的方式是，通過提供水(H2O)、氧氣(O2)、臭氧(O3)或其他氧化性氣體，將氧或羥基結(jié)合到電子發(fā)射設備(或電子發(fā)射部件)的表面，如此，該表面上覆蓋了氧(O-)或羥基(OH-)。然后，使氧或羥基與隨后在電子發(fā)射設備的表面上提供的含金屬氣體中包含的金屬起反應，從而在電子發(fā)射設備的表面上形成金屬化合物層。
在此過程中提供的每一種氣體與電子發(fā)射設備的表面上的所有反應地點(reaction site)起反應之前，此反應不會結(jié)束，以及，剩余的多余氣體可能不與表面起反應。通過交替地提供含氧氣體和含金屬氣體，可以在電子發(fā)射設備的表面上形成或沉積厚度為原子層數(shù)量級的所需要的金屬化合物層。相應地，涂覆膜的厚度基本上是通過交替的氣體供應的次數(shù)來進行控制的。如此，涂覆膜的厚度可以被控制在原子層數(shù)量級的厚度。因此，本發(fā)明可以獲得表現(xiàn)出卓越的電子發(fā)射特性的電子發(fā)射設備，并可以實現(xiàn)用于生產(chǎn)這樣的電子發(fā)射設備的高度可重復的方法。
此外，由于本發(fā)明的方法提供氣態(tài)的材料，因此，甚至可以在細微的電子發(fā)射部分形成均勻的涂覆膜。如此，具有復雜的形狀(如微觀階梯和彎曲)的電子發(fā)射設備的電子發(fā)射部分可以被涂覆膜覆蓋。
從有助于電子發(fā)射設備的表面上的交替反應和防止多余氣體的觀點來看，含金屬氣體在較低溫度或室溫下具有高蒸氣壓是優(yōu)選的。具體來說，優(yōu)選情況下，使用用于MOCVD的有機金屬氣體。
其中可以應用本發(fā)明的方法的電子發(fā)射設備包括MIM類型的電子發(fā)射設備；場致發(fā)射類型的電子發(fā)射設備(例如，所謂的Spindt類型的場致發(fā)射電子發(fā)射設備)包括通過精細地對金屬或半導體進行加工所制成的錐形或金字塔形的電子發(fā)射部件；場致發(fā)射類型的電子發(fā)射設備包括碳素纖維(具有1nm或更高到小于1μm，優(yōu)選情況下為1到500nm的直徑)，如碳納米管和石墨納米纖維(nanofiber)，如下文所描述；以及其他冷陰極發(fā)射類型的電子發(fā)射設備，如表面?zhèn)鲗ь愋偷碾娮影l(fā)射設備。
本發(fā)明的方法可以使用輕易地可擴散的氣體來執(zhí)行，還可以將涂覆膜的厚度控制為原子層數(shù)量級的厚度。因此，本發(fā)明的方法可以應用于具有在大面積上組織的多個電子發(fā)射設備的電子源以及包括這樣的電子源的圖像顯示設備。
現(xiàn)在將描述應用于表面?zhèn)鲗ь愋偷碾娮影l(fā)射設備的本發(fā)明的實施例，其中，通過本發(fā)明的方法形成的涂覆膜可以產(chǎn)生顯著的效果。
圖2A和2B概要顯示了在使用本發(fā)明的方法的過程中生產(chǎn)的表面導電類型的電子發(fā)射設備。圖2A是平面示意圖，圖2B是沿著圖2A中的線b-b′截取的簡要剖面圖。編號1表示襯底1，編號2表示第一電極，編號3表示第二電極，編號4a表示第一輔助電極，編號4b表示第二輔助電極，編號5表示第一間隙，編號5′表示第二間隙，編號6a表示第一導電膜，編號6b表示第二導電膜，以及編號7表示通過根據(jù)本發(fā)明的方法形成的金屬或金屬化合物涂覆膜。優(yōu)選情況下，導電膜6a和6b是由碳膜組成的。在圖2A和2B中，涂覆膜7覆蓋了襯底1的整個表面(為了方便起見，圖2A的其他元件沒有被顯示為被膜7覆蓋，雖然它們可以被如此覆蓋，這取決于所應用的實施例)。然而，為便于理解，這些圖概要顯示結(jié)構(gòu)，涂覆膜不一定在襯底1的整個表面上或在整個設備上連續(xù)地伸展。雖然這些圖概要顯示了涂覆膜7將第一導電膜6a連接到第二導電膜6b，但是，第一導電膜6a不必一定通過涂覆膜7連接到第二導電膜6b，如上文所指出的，膜7無需覆蓋整個設備。在本發(fā)明中，在電子發(fā)射部件的至少電子發(fā)射部分的表面上提供金屬或金屬化合物涂覆膜7就足夠了。在本實施例中的電子發(fā)射設備中，向其施加較低的電壓以便進行驅(qū)動(當發(fā)射電子時)的第一和第二導電膜6a和6b中的至少一個充當電子發(fā)射部件。
第一和第二輔助電極4a和4b用于促進“激勵”過程(稍后描述)，并降低“激勵”處理時間。輔助電極4a和4b可以是與第一和第二電極2和3的結(jié)構(gòu)元件不同的結(jié)構(gòu)元件，如圖2A和2B所示?；蛘撸o助電極4a和4b可以省略，且電極2和3可以同時充當(用作為)輔助電極；在其他實施例中，輔助電極4a和4b可以分別被視為電極2和3的一部分。
由于電極2和3旨在確保向第一和第二導電膜6a和6b提供電壓，圖2A和2B所示的表面導電類型的電子發(fā)射設備包括至少第一導電膜6a和第二導電膜6b。第一導電膜6a和第二導電膜6b之間的距離為50nm或更小，優(yōu)選情況下，為3到10nm。該距離可以相應于間隙5的寬度。
雖然在圖2A和2B中顯示第一輔助電極4a完全與第二輔助電極4b分開，但是，它們可以不完全分開，具體情況取決于它們?nèi)绾涡纬?，并且它們可以連接在一起(例如，在一個微小的區(qū)域)，只要不會對電子發(fā)射特性造成顯著的影響即可。而且，在圖2A和2B中，導電膜6a也被顯示為完全與導電膜6b分開。然而，它們可以不完全分開，具體情況取決于它們?nèi)绾涡纬?，并且它們可以連接在一起(例如，在一個微小的區(qū)域)，只要不會對電子發(fā)射特性造成顯著的影響即可。
為了驅(qū)動表面導電類型的電子發(fā)射設備，陽極的位置是這樣的，以使其與襯底1相對，在襯底1和陽極之間的空間處于真空狀態(tài)。然后，在電極2和電極3之間施加電壓，以便電子從連接到低電位電極4a或4b的導電膜6a或6b隧穿連接到其他電極(高電位電極)4a或4b的導電膜6a或6b中的另一個。通過向設置為與襯底1有一定距離(在實際應用中為1mm或更大)的陽極施加高于電極2和3的電勢的電勢，某些電子已經(jīng)隧穿到達陽極。到達陽極的電子被視為從電子發(fā)射設備向陽極發(fā)出的電子(發(fā)射電流Ie)。如此，表面導電類型的電子發(fā)射設備基本上具有二極管結(jié)構(gòu)，而包括該電子發(fā)射設備的電子發(fā)射裝置具有三極管結(jié)構(gòu)。當然，也可以添加另一個電極(未顯示)，以便使從電子發(fā)射設備發(fā)出的電子束成形。
現(xiàn)在將參考圖6A到6E描述根據(jù)本發(fā)明的方法制造圖2A和2B所示的電子發(fā)射設備的一個實施例。
步驟A在襯底1上形成第一電極2和第二電極3(圖6A)。
襯底1通?？梢杂山^緣玻璃襯底組成。襯底1的示例包括石英玻璃、包含低濃度的諸如Na之類的雜質(zhì)的玻璃，鈉石灰玻璃、通過濺射等涂覆有氧化硅(通常為SiO2)層的鈉石灰玻璃，諸如礬土之類的陶瓷，以及Si襯底。
電極2和3可以由通常使用的導電材料制成。電極2和3的材料可以從以下材料中選擇諸如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、A、Cu以及Pd之類的金屬以及它們的合金；由玻璃等等和諸如Pd、Ag、Au、RuO2或Pd-Ag之類的金屬或金屬氧化物構(gòu)成的印制導體；諸如In2O3-SnO2之類的透明導體；以及諸如多晶硅之類的半導體材料。
電極2和3之間的間隔(空間)L(圖2A)、電極2和3的寬度(在垂直于電極2和3彼此相對的方向的方向中的長度)W(圖2A)，及其他尺寸是根據(jù)預先確定工作標準來設置的。
電極2和3之間的間隔(空間)L優(yōu)選情況下在100nm到900μm的范圍內(nèi)，根據(jù)在電極2和3之間施加的電壓，在1到100μm范圍內(nèi)則更好。
根據(jù)電極的電阻和電子發(fā)射特性，電極2和3的寬度W優(yōu)選情況下在1到500μm范圍內(nèi)。電極2和3的厚度優(yōu)選情況下在10nm到10μm范圍內(nèi)。
步驟B形成導電薄膜4(圖6B)(包括部分4a和4b)，以便將第一電極2連接到第二電極3(圖6B)。導電薄膜4的寬度W’(圖2A)是根據(jù)預先確定的工作標準而設置的。
雖然，在圖2A、2B，以及6A到6E中，電極2和3以及導電薄膜4(輔助電極4a和4b)按照該順序在襯底1上沉積，在其他實施例中，導電薄膜4可以在沉積電極2和3之前沉積。
導電薄膜4的厚度是根據(jù)各種因素設置的，包括邊緣(梯階)上的涂層、電極2和3的電阻以及“形成”過程的條件，關(guān)于這些，稍后將進行描述。例如，厚度可以設置在5到50nm的范圍內(nèi)。
如果在隨后的步驟C中執(zhí)行“形成”過程，則優(yōu)選情況下，從便易“形成”過程的觀點來看，導電薄膜4的電阻高到某種程度。例如，電阻可以在103到107Ω每平方的范圍之內(nèi)。然而，在“形成”過程之后(在形成間隙5′之后)導電薄膜4優(yōu)選情況下具有這樣的低電阻，以便可以通過電極2和3向間隙5′施加足夠的電壓。
導電薄膜4可以由諸如Pd、Pt、Ru、Ag或Au之類的金屬、諸如PdO、SnO2或In2O3之類的氧化物、諸如HfB2之類的硼化物、諸如TiC或SiC之類的碳化物、諸如TiN之類的氮化物，或諸Si或Ge之類的半導體，通過墨噴涂覆、旋涂、浸漬、真空蒸發(fā)、濺射或其他技術(shù)來制成。
在上文所列出的用于導電薄膜4的材料中，PdO是合適的，因為下列原因(1)PdO膜可以通過在正常大氣壓下烘烤包含有機Pd化合物的膜來輕松地制成；(2)PdO的厚度具有較寬的加工容限(process margin)，以便確保前述范圍內(nèi)的電阻，因為PdO(其為半導體)具有相對較低的導電率；(3)在形成間隙5′之后，PdO可以容易地被轉(zhuǎn)為金屬Pd以降低膜的電阻。
步驟C然后，在導電薄膜4中形成第二間隙5′(圖6C)。如此，導電薄膜4被分成由第二間隙5′分隔的第一輔助電極4a和第二輔助電極4b。如上所述，第一輔助電極4a和第二輔助電極4b可以不完全分開，而是可以連接在一起(例如，在一個微小的區(qū)域)，只要不會對電子發(fā)射特性造成顯著的影響即可，如上所述。
例如，可以通過“形成”過程來形成第二間隙5′。間隙5′的形狀取決于導電薄膜4的厚度、紋理和材料，以及例如下面描述的“形成”過程的處理。
利用通過使電流經(jīng)過導電薄膜4產(chǎn)生的焦耳熱來執(zhí)行“形成”過程，以便在導電薄膜4中形成第二間隙5′。通過在電極2和3之間施加電壓，在真空中氣氛或還原性氣體氣氛中執(zhí)行“形成”過程。
通過在電極2和3之間施加電壓(通過向電極施加電流)，在導電薄膜4的一個區(qū)域中形成第二間隙5′。在這種情況下，施加具有穩(wěn)定的峰值電壓值的包括多個脈沖的脈沖電壓，如圖3A所示，或施加其峰值電壓值逐漸地增大的脈沖，如圖3B所示。
在圖3A的情況下，脈沖寬度T1優(yōu)選情況下在1μs到10ms范圍內(nèi)，而脈沖間隔T2優(yōu)選情況下在10μs到100ms范圍內(nèi)。峰值電壓值(“形成”過程中的峰值電壓)根據(jù)導電薄膜4的材料及其他因素而進行適當設置。在圖3B的情況下，脈沖寬度T1和脈沖間隔T2與圖3A中的相同，峰值電壓值和峰值電壓值的變化根據(jù)導電薄膜4的材料及其他因素而進行適當?shù)脑O置。
如果導電薄膜4由金屬氧化物制成，則在包含諸如氫之類的還原性氣體的氣氛中執(zhí)行“形成”過程是有利的。這是因為第二間隙5′可以在導電薄膜4被還原時形成。如此，在步驟B中提供的金屬氧化物的導電薄膜4通過“形成”過程變成主要包含金屬的輔助電極4a和4b。因此，用于驅(qū)動電子發(fā)射設備的寄生電阻可以降低?？梢蕴砑恿硪粋€步驟以完全還原導電薄膜4。
通過在脈沖電壓的一個間隔內(nèi)施加電壓到這樣的程度，以使導電薄膜4不會斷裂或變形，例如，大約0.1V，根據(jù)從所測量的設備電流(通過電極2和3)得出的電阻，可以確定“形成”過程的終止。例如，當電阻達到“形成”過程之前的電阻的至少1000倍的值時，“形成”過程可以終止。
作為“形成”過程的替代，可以使用電子束石版印刷術(shù)或聚焦離子束(FIB)處理來形成第二間隙5′。如果沒有提供導電薄膜4，則在步驟A中可以將電極2和3之間的間隔L設置成小于100nm，以省略步驟B和C。然而，從第二間隙5′的容易和快速形成的觀點來看，執(zhí)行“形成”過程是優(yōu)選的。
步驟D第一導電膜6a和第二導電膜6b位于襯底1上第二間隙5′中，且在靠近輔助電極4a和4b的間隙5′的區(qū)域中(圖6D)。
導電膜6a和6b例如是通過“激勵”過程來形成的?！凹睢边^程是通過例如在真空中引入適當?shù)暮細怏w并在電極2和3之間施加包括多個脈沖的脈沖電壓來執(zhí)行的?！凹睢边^程可以大大地增大電子發(fā)射電流。如此，形成了第一和第二碳導電膜6a和6b。當然，用于“激勵”過程的含碳氣體可以被替換為含金屬氣體，以形成含金屬導電膜6a和6b。
用于“激勵”過程的含碳氣體的壓力是根據(jù)電子發(fā)射設備的應用和含碳氣體的類型來設置的。
含碳氣體可以是碳化合物。合適的碳化物包括脂肪族烴，如烷烴、烯烴、炔烴；芳香族烴；酒精；醛；酮；胺；苯酚；以及有機酸，如羧酸和磺酸。碳化合物氣體的壓力在一定程度上取決于真空設備的形狀和各組件以及碳化合物的類型。如果使用適用于“激勵”過程的甲苯氰，優(yōu)選情況下，可以將壓力設置在1×10-5到1×10-2Pa的范圍內(nèi)。
通過在存在碳化合物的情況下在電極2和3之間施加具有多個脈沖的脈沖電壓，大氣中的碳化合物形成碳膜或包含碳和/或碳化合物的導電膜6a和6b。
圖4A和4B顯示了用于“激勵”過程的施加的脈沖電壓的優(yōu)選波形。優(yōu)選情況下，脈沖的最大施加電壓設置在10到25V的范圍內(nèi)。在圖4A中，T1代表了正負脈沖的脈沖寬度，T2代表了脈沖間隔。正負脈沖的絕對電壓值被設置為恒定值。在圖4B中，T1和T1′分別代表具有正電壓和負電壓的脈沖的脈沖寬度，T2代表脈沖間隔。正負脈沖的絕對電壓值分別被設置為恒定值，它們之間的關(guān)系為T1＞T1′。
例如根據(jù)在“激勵”過程測量的設備電流(通過電極2和3，If)或發(fā)射電流(傳輸?shù)疥枠O，Ie)，可以確定“激勵”過程的終止。當設備電流和/或發(fā)射電流到達預先確定的值時，“激勵”過程可終止。施加的電壓的脈沖寬度、脈沖間隔、峰值及其他屬性是根據(jù)碳化合物的類型和壓力設置的。
雖然在圖2A和2B和圖6D中所顯示的第一導電膜6a完全與第二導電膜6b分開，但是，它們可以不完全分開，具體情況取決于它們?nèi)绾涡纬桑鼈兛梢赃B接在一起(例如，在一個微小的區(qū)域)，只要不會對電子發(fā)射特性造成影響即可。
在由“激勵”過程形成的第一導電膜6a和第二導電膜6b之間形成第一間隙5。在電極2和3之間施加電壓，以在第一間隙5中產(chǎn)生強電場，以便驅(qū)動電子發(fā)射設備。結(jié)果，電子從連接到低電位電極(2或3)的導電膜(6a或6b，碳膜)隧穿連接到另一個電極(高電位電極)的導電膜(碳膜)。如此，一個區(qū)域(該區(qū)域是連接到低電位電極的導電膜的一部分，并位于第一間隙5的附近)充當電子發(fā)射部分。具體來說，連接到低電位電極的導電膜基本上作為電子發(fā)射部件起作用。此外，連接到高電位電極的導電膜可以被視為電子發(fā)射部件，因為可以認為，從連接到低電位電極的導電膜隧穿的大多數(shù)電子在連接到高電位電極的導電膜上散布。如此，在根據(jù)本發(fā)明的表面導電類型的電子發(fā)射設備中，第一導電膜6a和第二導電膜6b兩者都可以被視為電子發(fā)射部件。第一間隙5的寬度比第二間隙5′小，并位于第二間隙5′的內(nèi)部。
在本實施例中，第一導電膜6a和第二導電膜6b是通過“激勵”過程形成的。然而，在其他實施例中，它們可以通過電子束光刻技術(shù)、FIB過程等等來形成，而不必執(zhí)行“激勵”過程，只要在第一導電膜6a和第二導電膜6b之間確保50nm或更小(優(yōu)選情況下為3到10nm)的間隔。
步驟E交替地引入氧化性氣體(含氧氣體)和含金屬氣體，以在電子發(fā)射設備的表面上形成涂覆膜7(至少電子發(fā)射部件的表面或電子發(fā)射部分)，且襯底1保持在所需的溫度(圖6E)。
從提高電子發(fā)射部分的表面以及它們的附近的熱阻以抑制特征的變化并提高電子發(fā)射效率的觀點來看，含金屬氣體可以包含提供比導電膜6a和6b(以及輔助電極4a和4b)的熱阻更高的熱阻的材料。優(yōu)選情況下，使用金屬化合物的氣體(金屬化合物氣體)作為含金屬氣體。金屬化合物可以包括要形成到涂覆膜7中的金屬。這樣的金屬化合物氣體的示例包括Zr(NMe2)4、Zr(NEtMe)4、Ti(NMe2)4、Ti(NEt2)4、Pt(EtCp)Me3、Ru(EtCp)Me3、Ta(OEt)5、Ge(OMe)4、Bi(dpm)3、La(dpm)3、Ta(OEt)5、Cr(dpm)3以及Ni(dpm)3。
為了降低電子發(fā)射部分的表面及其附近的功函數(shù)以增大發(fā)射電流密度和/或提高電子發(fā)射效率，含金屬氣體可以包含提供比導電膜6a和6b的功函數(shù)低得多的功函數(shù)的材料。這樣的氣體的示例包括Hf[N(CH3)2]4、Ba(C11H19O2)2和Li(C11H19O2)。
如此，可以通過上文所描述的步驟A到E生產(chǎn)在其表面上具有涂覆膜7的表面導電類型的電子發(fā)射設備。
在本發(fā)明的方法中，可以在暴露于氣體中的所有區(qū)域中形成涂覆膜7。因此，如果涂覆膜7具有高導電性，則各電極之間的電阻可能相對地降低，從而在電極之間產(chǎn)生短路(泄漏電流)。因此，必須注意涂覆膜7的厚度。然而，如果襯底1由絕緣體制成，則具有適當厚度的涂覆膜7可以在電子發(fā)射設備的工作過程中抑制襯底的表面的充電。在形成涂覆膜7之后，可以執(zhí)行另外的步驟，以去除涂覆膜的不必要的部分，從這些部分可能會發(fā)生泄漏電流。通過另外執(zhí)行這樣的步驟，可以減少電極之間的短路(泄漏電流)?？梢允褂酶鞣N方法來減少電極之間的短路(泄漏電流)。
雖然是在表面導電類型的電子發(fā)射設備的上下文中來對上面的實施例進行描述的，但是，本發(fā)明的方法例如也可以應用于使用諸如碳納米管之類的碳素纖維6作為電子發(fā)射部件的場致發(fā)射類型的電子發(fā)射設備，如圖7所示。
在圖7中，編號1表示襯底1，編號2表示陰極，編號3表示控制電極(可以用作柵電極)，編號6表示碳素纖維，編號10表示絕緣層，編號11表示陽極。
盡管圖7所示的場致發(fā)射類型的電子發(fā)射設備具有陰極2和控制電極3，但是本發(fā)明也可以應用于另一種形式的場致發(fā)射類型的電子發(fā)射設備，不包括控制電極(和絕緣層10)，因為碳素纖維6可以在低場強下發(fā)射電子。具體來說，本發(fā)明可以應用于在襯底1包括陰極2和碳素纖維6(并按此順序排列)的電子發(fā)射設備(二極管或二端類型的電子發(fā)射設備，包括陽極11)。
在圖7所示的電子發(fā)射設備(這是三極管類型)中，控制電極3可以充當所謂的柵電極(用于從碳素纖維6提取電子)。然而，由于碳素纖維6可以在低電場強度下發(fā)射電子，陽極11可以從碳素纖維6中提取電子，且控制電極3可以用于改變從碳素纖維中發(fā)出的電子的量，暫停電子發(fā)射，聚焦發(fā)出的電子束，以及執(zhí)行其他控制。在這種情況下，向控制電極3施加的電勢可以比向陰極2施加的電勢低。
為了制造這種類型的電子發(fā)射設備，制造上文所描述的表面導電類型的電子發(fā)射設備的過程中的步驟A到D可以替換為下列步驟A′和B′，并執(zhí)行隨后的步驟E。如此，根據(jù)本發(fā)明的方法，在電子發(fā)射設備的至少電子發(fā)射部件(即，碳素纖維6)的表面上形成涂覆膜7。
步驟A′在襯底1中沉積陰極2、絕緣層10以及控制電極3，隨后形成穿過控制電極3和絕緣層10的開口，以制備將在其中配置碳素纖維6的結(jié)構(gòu)。
步驟B′在暴露于開口中的陰極2的表面上沉積許多催化粒子(例如，Pd-Co合金的粒子)。然后，通過使用含碳氣體執(zhí)行熱CVD處理，從而在位于開口中的陰極2上形成多個碳素纖維?；蛘?，向開口的內(nèi)側(cè)部施加包含多個碳素纖維的印刷膏(未顯示)，然后，執(zhí)行干燥和/或烘烤過程。如此，在位于開口中的陰極2上形成碳素纖維6。如果碳素纖維嵌入在膏的矩陣中，可以執(zhí)行另外的步驟以去除覆蓋在碳素纖維6上的膏的矩陣的一部分(例如，玻璃)。為了執(zhí)行此去除步驟，可以使用激光輻射處理。此去除步驟可以提高來自碳素纖維的電子發(fā)射量。
盡管使用碳素纖維的此電子發(fā)射設備是垂直型，但是，在另一種實施例中，可以有另一種形式的使用碳素纖維的電子發(fā)射設備，其中，控制電極3和陰極2在襯底1上并排設置，如圖8所示。這種形式是橫向類型。在圖8中，參考編號1代表襯底，編號2表示陰極，編號3表示控制電極(可以用作柵電極)，編號6表示碳素纖維，編號11表示陽極。
在本發(fā)明中，碳素纖維6包含碳，優(yōu)選情況下，碳是碳素纖維的主要成分。從提供穩(wěn)定的發(fā)射電流Ie的觀點來看，碳素纖維6的直徑在1nm到小于1μm的范圍內(nèi)，優(yōu)選情況下為1到500nm，在5到100nm范圍內(nèi)則更好。在實際應用中，碳素纖維的長度可以至少為直徑的10倍。為了增強施加的電場強度，碳素纖維的長度優(yōu)選情況下至少為直徑的50倍，至少為直徑的100倍則更好。
石墨由層疊的碳片構(gòu)成，在理想情況下，各個碳片之間的間隔為3.354。通過由具有sp2雜化的共價鍵形成的六角形排列的碳原子的密堆單元，形成了每一個碳片。每一個碳片叫做“石墨(graphene)”或“石墨片”。
圓柱形的石墨叫做“碳納米管”。其中嵌套了多個石墨片的柱體被稱為多壁碳納米管。石墨的單層柱體被稱為單壁碳納米管。具體來說，其末端沒有封閉的碳納米管對于電子發(fā)射來說具有低電場閾值。雖然某些多壁碳納米管在其空心處具有類似于竹節(jié)的結(jié)構(gòu)，但是，這種碳素纖維的最外面的石墨常常與纖維的縱向(軸線方向)成大約0°的角度，這種類型也可以叫做碳納米管。碳納米管的特點是中空的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，最外面的、圓柱形的石墨的表面基本上與纖維的軸方向(縱向)平行(石墨和纖維軸構(gòu)成了大約為0°的角度)。
在另一種類型的碳素纖維中，在纖維的軸線方向可以層疊多個石墨片(未顯示)。這種碳素纖維叫做“石墨納米纖維”，且其與碳納米管不同。具體來說，碳納米管具有基本上垂直于纖維的軸(纖維的縱向)的c軸(在層疊了多個石墨片的方向，或垂直于石墨片的表面的方向延伸)，而石墨納米纖維具有不垂直于(通常平行于)單個纖維的軸的c軸。通常，石墨納米纖維中的石墨的c軸相對于纖維的軸為20°到90°。
當纖維的軸和石墨的表面(碳片或碳平面)之間的角度差幾乎為90°時，纖維叫做平板類型。在平板類型中，許多石墨片像撲克牌一樣沿著軸層疊。另一方面，當纖維的軸與石墨的表面形成大于0°到小于90°的角度(通常為10°到小于90°)時，纖維叫做人字形類型。人字形類型纖維可具有其中層疊了形成無底杯子的形狀的石墨片的結(jié)構(gòu)，或類似于層疊的打開的書的結(jié)構(gòu)(層疊了V形石墨片)。
中心軸和人字形類型的纖維的附近可以是空的或充滿無定形碳(在TEM級別的電子衍射中，不會顯示根據(jù)晶格或亮和暗晶格圖案的清晰的斑點，但顯示寬的環(huán)形圖案等等)。
雖然圖7顯示了高度線性的碳素纖維，但是，也可以在其他實施例中使用不太線性或彎曲的纖維。
碳納米管和石墨納米纖維兩者都具有大約1到10V/μm的電子發(fā)射閾值，如此，對于電子發(fā)射材料具有合適的屬性。如果使用碳素纖維作為電子發(fā)射設備的電子發(fā)射部件，則優(yōu)選情況下單個電子發(fā)射設備包括多個碳素纖維。
對于電子發(fā)射部件，石墨納米纖維比碳納米管更合適，因為具有包含石墨納米纖維的電子發(fā)射部件的電子發(fā)射設備比使用碳納米管的電子發(fā)射設備提供更高的電子發(fā)射電流密度。
由于石墨納米纖維不同于碳納米管，其在表面上(周邊)具有顯微粗糙度，因此它可以輕松地導致電場集中，并輕松地從其表面發(fā)射電子。此外，由于在石墨納米纖維中，石墨片的邊緣朝著纖維的周邊(表面)設置，因此，可以認為，石墨納米纖維可以輕松地發(fā)射電子。
上文所描述的實施例是在單獨為電子發(fā)射設備形成涂覆膜7的情況的上下文中描述的。在襯底上包括多個電子發(fā)射設備的電子源的情況下，在襯底1上形成了多個電子發(fā)射設備之后(即，除了膜7之外的設備的所有部件)，通過基本上相同的方法，可以在各設備和襯底1上形成涂覆膜7。
如果生產(chǎn)如下所述的圖像顯示設備，則在形成涂覆膜7之后，需要執(zhí)行另外的步驟，例如，密封步驟。優(yōu)選情況下，在真空中執(zhí)行這樣的步驟，而不將電子發(fā)射設備暴露于正常大氣壓中。
現(xiàn)在將描述通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造的電子源和圖像顯示設備，其每一個都包括多個電子發(fā)射設備。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的圖像顯示設備的外殼(顯示板)131的部分地被切去的透視圖。
如圖5所示，由大量的電子發(fā)射設備8構(gòu)成的電子源位于后板(襯底)1上。優(yōu)選情況下，此顯示板使用如圖2A和2B所示的表面導電類型的電子發(fā)射設備。后板1的表面可以幾乎完全地涂上上文所描述的金屬或金屬化合物涂覆膜7。
Y方向的布線(下面的布線)9(每一布線都連接了對應的電子發(fā)射設備8的多個第二電極3(或第二輔助電極4b或第二導電膜6b)位于后板1上，X方向的布線(上面的布線)10位于Y方向的布線上方，它們之間有絕緣層(未顯示)。X方向的布線10與Y方向的布線9交叉，多個第一電極2(或第一輔助電極4a或第一導電膜6a)通過在絕緣層中形成的接觸孔(未顯示)連接到對應的X方向的布線。如此，通過Y方向的布線9和X方向的布線10在電極2和3之間施加電壓，可以有選擇地驅(qū)動每一個電子發(fā)射設備。適當?shù)剡x擇Y方向的布線9和X方向的布線10的材料、厚度和寬度，以便各布線可以提供基本上均勻的電壓。Y和X方向的布線9和10和絕緣層例如可以通過印刷或濺射和光刻法的組合來形成。
在由玻璃或其他透明絕緣材料制成的面板11的內(nèi)表面上方提供發(fā)光部件12和金屬殼13，以便與后板1相對。金屬殼13是對應于上文所描述的陽極的導電膜。參考編號14代表支架，它用諸如熔融玻璃(未顯示)之類的粘合劑與后板1和面板11接合在一起。如此，構(gòu)建了顯示板131，并保持了內(nèi)部的密封。在實際應用中，面板11可以與后板1具有1到10mm范圍內(nèi)的距離。
由后板1、支架14以及面板11圍繞的顯示板(外殼)131的內(nèi)部空間處于真空狀態(tài)。用通過后板1或面板11提供的排氣管將內(nèi)部空間抽空，隨后關(guān)閉排氣管，便可以形成此真空狀態(tài)。此外，可以在真空室中執(zhí)行支架14、后板1以及面板11的粘接，以促進顯示板(外殼)131的生產(chǎn)，并保持內(nèi)部的密封。這是有利的，因為在真空室中粘接防止電子發(fā)射設備在形成涂覆膜7之后暴露于空氣(正常大氣壓)中。
為了顯示圖像，用于驅(qū)動電子發(fā)射設備8的驅(qū)動電路(未顯示)連接到上文所描述的顯示板131(圖像形成設備)，并通過Y方向的布線9和X方向的布線10向所希望的成對的電極2和3施加電壓，以從電子發(fā)射部分發(fā)射電子，同時，從高壓端子15向金屬殼13或陽極施加5到30kV范圍內(nèi)的高壓，以便電子束撞擊在發(fā)光部件(如熒光膜)12上。此外，可以在面板11和后板1之間放置充當支撐的墊片(未顯示)，以提高對抗大氣壓力的強度。
圖5所示的顯示板(外殼)131可以在信息顯示/再現(xiàn)設備中使用。
例如，信息顯示/再現(xiàn)設備具有用于接收TV及其他廣播的信號的接收器和用于選擇信號的調(diào)諧器。向顯示板131輸出所選擇的信號中包含的視頻信息、字符信息和聲音信息中的至少一種信息，從而在屏幕上顯示或再現(xiàn)。諸如電視機之類的信息顯示/再現(xiàn)設備具有這樣的結(jié)構(gòu)。如果對廣播的信號進行編碼，本發(fā)明的信息顯示/再現(xiàn)設備可以具有解碼器。聲音信息被輸出到諸如揚聲器之類的另外提供的聲音再現(xiàn)單元，以便與顯示在顯示板131上的視頻和字符信息同步地再現(xiàn)。
為了向顯示板131輸出視頻信息或字符信息以便顯示和/或再現(xiàn)，可以使用下列過程。首先，根據(jù)顯示板131的像素，從接收到的視頻信息或字符信息生成視頻信號。將視頻信號輸入到顯示板131的驅(qū)動電路。然后，根據(jù)輸入到驅(qū)動電路的視頻信號，控制從驅(qū)動電路向顯示板131的電子發(fā)射設備施加的電壓，如此顯示圖像。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的電視機的方框圖。接收電路C20(包括調(diào)諧器和解碼器)接收衛(wèi)星或地面波廣播電視信號，或通過網(wǎng)絡接收數(shù)據(jù)廣播信號，并將解碼的視頻數(shù)據(jù)輸出到I/F UNIT(接口)C30。I/FUNIT C30將視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像顯示設備的顯示格式，并將視頻數(shù)據(jù)輸出到顯示板131(C11)。圖像顯示設備C10包括顯示板131(C11)、驅(qū)動電路C12以及控制電路C13。控制電路C13對輸入的圖像數(shù)據(jù)進行處理以便使其適用于顯示板，并將圖像數(shù)據(jù)和各種類型的控制信號輸出到驅(qū)動電路C12。驅(qū)動電路C12根據(jù)輸入圖像數(shù)據(jù)將驅(qū)動信號輸出到顯示板131(C11)的布線的各端子(參見圖5中的Doxl到Doxm以及Doyl到Doyn)，如此顯示TV視頻。接收電路C20和I/F UNIT C30可以容納在不同于圖像顯示設備C10的殼體的機頂盒(STB)中，或在圖像顯示設備C10中。
可以提供輸入和/或輸出接口，以將圖9的各部件連接到圖像記錄和輸出設備，如打印機、數(shù)字視頻攝像機、數(shù)碼相機、硬盤驅(qū)動器(HDD)和數(shù)字化視頻光盤(DVD)，以構(gòu)成信息顯示/再現(xiàn)設備(或電視機)，該設備可以在顯示板131上顯示在圖像記錄設備中記錄的圖像，或可以根據(jù)需要處理在顯示板131上顯示的圖像，并將圖像輸出到圖象輸出設備。
已經(jīng)作為一個示例描述了信息顯示/再現(xiàn)設備的結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明的范圍和精神，可以作出各種修改。此外，通過將該設備連接到視頻會議系統(tǒng)、計算機及其他系統(tǒng)，可以根據(jù)本發(fā)明提供各種類型的信息顯示/再現(xiàn)設備。
示例下面將參考各示例對本發(fā)明進行進一步的描述。然而，本發(fā)明不僅限于這些示例，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可在形式和細節(jié)方面作出各種修改。
示例1示例1中生產(chǎn)的電子發(fā)射設備具有與如圖2A和2B中所示的相同結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在將參考圖2A、2B，以及6A到6E，對用于制造本示例的電子發(fā)射設備的過程進行描述。
步驟a通過濺射，可以在清潔的鈉石灰玻璃上沉積厚度為0.5μm的氧化硅層。所產(chǎn)生的合成物被用作襯底1。在襯底1上形成主(host)抗蝕劑圖案，隨后，通過真空沉積，按順序沉積5nm厚的Ti層和100nm厚的Ni層。然后，將主抗蝕劑圖案溶于有機溶劑，以便通過除去Ni和Ti沉積層來形成電極2和3(圖6A)。電極2和3之間的間隔L為3μm，寬度W為300μm。
步驟b形成Cr掩模，以便形成導電薄膜4。具體來說，通過真空沉積，在具有電極2和3的襯底1上沉積100nm厚的Cr層，并通過已知的光刻法，根據(jù)導電薄膜4的形狀在Cr層中形成凹進部分。使用所產(chǎn)生的膜作為Cr掩模。通過旋涂，將Pd-胺絡合物溶液施加到Cr掩模上，然后，在正常大氣壓下，在300℃的溫度下烘烤10分鐘。所產(chǎn)生的膜主要包含PdO，厚度大約為10nm。
步驟c通過濕式蝕刻方法去除Cr掩模。通過提升(lift-off)法，使PdO膜圖形化到具有所需要的形狀的導電薄膜4(圖6B)。導電薄膜4具有2×104Ω每平方的電阻Rs。
步驟d將具有導電薄膜4的襯底1放置在真空室中，并對其執(zhí)行“形成”過程。具體來說，用抽空設備將真空室抽空到2.3×10-3Pa的壓力，并在電極2和3之間施加脈沖電壓(施加脈沖)，以執(zhí)行“形成”過程。如此，在導電薄膜4中形成間隙5′(圖6C)。
步驟e通過慢漏氣閥，將甲苯氰引入到真空室，對真空室的內(nèi)部壓力進行調(diào)整，以便保持在1.3×10-4Pa。在電極2和3之間反復地施加脈沖，以執(zhí)行“激勵”過程。如此，形成碳膜6a和6b，或第一和第二導電膜(圖6D)。
步驟f將真空室抽空到1×10-6Pa的壓力，通過開關(guān)閥，交替地引入水(H2O氣體)和包含鉿的有機氣體(Hf[N(CH3)2]4、四(二甲基氨基)鉿(tetrakis(dimethylamino)hafnium))，以便形成包含鉿的涂覆膜7(圖6E)。
在步驟f過程中，將襯底1的溫度保持在100℃。將每一種氣體引入到1Pa的壓力，并在該壓力下保持10秒，在步驟f的序列中將每一種氣體抽空10秒，并將此序列重復100個周期。
在真空室中驅(qū)動所產(chǎn)生的電子發(fā)射設備，與通過步驟a到e沒有步驟f產(chǎn)生的電子發(fā)射設備的電子發(fā)射特性相比，對電子發(fā)射特性進行評估。在18V的驅(qū)動電流下，本示例的電子發(fā)射設備的設備電流If被增大到1.5倍，且發(fā)射電流Ie被增大到2倍；因此，電子發(fā)射效率(Ie/If)增加30％。
對在本示例中產(chǎn)生的電子發(fā)射設備進行表面元素分析。結(jié)果，從電子發(fā)射設備的整個表面檢測到鉿。于是確認，通過本示例的過程形成包含鉿的涂覆膜。
將在本示例中產(chǎn)生的電子發(fā)射設備和只通過步驟a到e產(chǎn)生的電子發(fā)射設備的電壓/電流特性進行的比較說明，本示例的電子發(fā)射設備的有效功函數(shù)顯著地降低。用于獲得所需要的發(fā)射電流的驅(qū)動電壓減小大約2V。
示例2在示例2中，在示例1中用于“激勵”過程的含碳氣體甲苯氰被替換為Hf[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)鉿)氣體。四(二甲基氨基)鉿氣體的分壓被設置在1×10-4Pa，以便用于“激勵”過程。
檢查在“激勵”過程之后的電子發(fā)射設備的特性。結(jié)果，本示例的電子發(fā)射設備表現(xiàn)出與通過步驟a到e沒有步驟f產(chǎn)生的設備的相同的特性，但與示例1的電子發(fā)射設備不同發(fā)射電流和電子發(fā)射效率沒有增強。
然后，在使用四(二甲基氨基)鉿氣體的“激勵”過程之后，將下面的步驟A和B的序列重復50個周期，襯底1的溫度保持在85℃。
步驟A將H2O氣體引入到真空室中，直到壓力被增大到3000Pa，并且該壓力保持5秒鐘。隨后，將真空室抽空到大約10Pa的壓力。
步驟B將Hf[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)鉿)氣體引入到真空室中，直到壓力增大到1000Pa，并且該壓力保持5秒。隨后，將真空室抽空到大約10Pa的壓力。
然后，如在示例1中那樣，檢查所產(chǎn)生的電子發(fā)射設備的電子發(fā)射特性。結(jié)果，如在示例1中那樣，電子發(fā)射設備表現(xiàn)出發(fā)射電流和效率的提高。
對電子發(fā)射設備進行表面元素分析。結(jié)果，從電子發(fā)射設備的整個表面檢測到鉿。于是確認，通過本示例的過程形成包含鉿的涂覆膜。
示例3在示例3中，示例1中所使用的四(二甲基氨基)鉿被替換為Ti[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)鉿)，并生產(chǎn)電子發(fā)射設備。對所產(chǎn)生的電子發(fā)射設備的特性進行評估。
在本示例的電子發(fā)射設備的生產(chǎn)過程中，以與示例1的同樣的方式執(zhí)行步驟a到e。然后，通過重復下列步驟A和步驟B的序列100個周期來執(zhí)行步驟f，并使襯底1的溫度保持在85℃。
步驟A將H2O氣體引入到真空室中，直到壓力被增大到1000Pa，并且該壓力保持10秒鐘。隨后，將真空室抽空到大約10Pa的壓力。
步驟B將Ti[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)鉿)氣體引入到真空室中，直到壓力增大到1000Pa，并且該壓力保持10秒。隨后，將真空室抽空到大約10Pa的壓力。
對所產(chǎn)生的電子發(fā)射設備的特性進行檢查。結(jié)果，在形成涂覆膜前后，設備電流If不變，但發(fā)射電流Ie增大。如此可以發(fā)現(xiàn)，電子發(fā)射效率提高。
然而，與提供了包含鉿的涂覆膜的示例1的情況不同，發(fā)射電流在低驅(qū)動電壓下不增大。此外，電子發(fā)射部分的功函數(shù)的減小小于示例1的電子發(fā)射設備的功函數(shù)的減小。
示例4在示例4中，示例1中所使用的四(二甲基氨基)鉿被替換為Zr[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)鉿)，并生產(chǎn)電子發(fā)射設備。對所產(chǎn)生的電子發(fā)射設備的特性進行評估。
在本示例的電子發(fā)射設備的生產(chǎn)過程中，以與示例1的同樣的方式執(zhí)行步驟a到e。然后，通過重復下列步驟A和步驟B的序列100個周期來執(zhí)行步驟f，使襯底1的溫度保持在85℃。
步驟A將H2O氣體引入到真空室中，直到壓力被增大到1000Pa，并且該壓力保持10秒鐘。隨后，將真空室抽空到大約10Pa的壓力。
步驟B將Zr[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)鉿)氣體引入到真空室中，直到壓力增大到1000Pa，并且該壓力保持10秒。隨后，將真空室抽空到大約10Pa的壓力。
對所產(chǎn)生的電子發(fā)射設備的特性進行檢查。結(jié)果，在形成涂覆膜前后，設備電流If不變，但發(fā)射電流Ie增大到2倍。因此，電子發(fā)射效率增大到2倍。
示例5在示例5中，生產(chǎn)了圖5所示的圖像顯示設備。
首先，通過平板印刷，然后進行烘烤在具有SiO2層的后板(襯底)1上印刷Pt膏。如此，形成了幾個單元，每一個單元都包括一對電極2和3在Y方向有240個單元，在X方向有720個單元。此外，還通過絲網(wǎng)印刷Ag膏，隨后進行烘烤來形成240個Y方向的布線9和720個X方向的布線10。通過絲網(wǎng)印刷絕緣膏，隨后進行烘烤，為Y方向的布線9和X方向的布線10的交叉點提供了絕緣層(未顯示)。在電極2和3的每一個單元中，電極2連接到其中一個X方向的布線，電極3連接到其中一個Y方向的布線。
然后，通過墨噴印刷方法在電極2和3之間施加鈀絡合物溶液，并在350℃烘焙30分鐘，以形成氧化鈀的導電薄膜4。
如此，為后板1提供了成對的電極2和3，導電薄膜4跨越電極2和3，Y方向的布線9以及X方向的布線10位于其上面。
然后，在后板1的上方放置防護罩(未顯示)，以便覆蓋各個單元(每一個單元都包括一對電極(2，3)和氧化鈀膜)，并將由后板1和防護罩限定的空間抽空到大約1.33×10-1Pa的壓力。在這種情況下，Y方向的布線8和X方向的布線10的末端被暴露于空氣中作為端子。
由后板1和防護罩所限定的空間被真空泵(未顯示)進一步抽空，直到內(nèi)部壓力降低到2×10-3Pa。
然后，將含氫的氮氣引入到后板1和防護罩之間的空間中，并通過Y方向的布線9和X方向的布線10的端子(暴露在空氣中的末端)在電極2和3之間施加脈沖電壓，以在導電薄膜4中形成間隙5′。所施加的脈沖電壓具有與如圖3A所示的相同波形，脈沖寬度T1為0.1ms，脈沖間隔T2為10ms，峰值為10V。
在后板1和防護罩之間的空間被抽空之后，執(zhí)行“激勵”過程。在此“激勵”過程中，通過X方向的布線10和Y方向的布線8在電極2和3之間反復地施加脈沖，如在前述的“形成”過程中那樣。使用甲苯氰作為含碳氣體，防護罩和后板1之間的空間的壓力保持在1.3×10-4Pa。所施加的電壓具有與如圖4A所示的相同波形，脈沖寬度T1為1ms，脈沖間隔T2為10ms，峰值為16V。
當在大約60分鐘之后設備電流If基本上飽和時，“激勵”過程終止。
然后，將具有通過前述的步驟生產(chǎn)的許多電子發(fā)射設備的后板1在真空中接合到具有發(fā)光部件的面板。具體來說，支架14被固定到后板1上，并與具有發(fā)光部件12的面板11和金屬殼13一起放在真空密封設備(未顯示)中。預先為將要被接合到面板11和后板1的支架14的接合區(qū)域提供銦。然后，通過在真空中于350℃烘烤，使放在密封設備中的面板11和后板1脫氣，它們之間保持足夠的距離。
然后，將后板1冷卻到180℃的溫度，并交替地將水(H2O氣體)和包含鉿的氣體引入到密封設備中，保持襯底的溫度(180℃)。如此，在每一個電子發(fā)射設備上形成鉿涂覆膜。
為了形成鉿涂覆膜，重復下列步驟A和步驟B的序列50個周期，并使襯底的溫度保持在180℃。
步驟A將H2O氣體引入到密封設備(真空室)中，直到壓力被增大到1000Pa，并且該壓力保持10秒鐘。隨后，將密封設備(真空室)抽空到大約1Pa的壓力。
步驟B將Hf[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)鉿)氣體引入到密封設備(真空室)中，直到壓力增大到1000Pa，并且該壓力保持10秒。隨后，將密封設備(真空室)抽空到大約1Pa的壓力。
將預先沉積了鋇吸氣劑的具有金屬殼13的面板11逐漸地靠近涂有鉿涂覆膜的后板1。如此，兩個粘合接在一起，其中，銦預先施加到支架14上。
在上述過程完成之后，完成了真空密封圖像顯示設備(顯示板)131。
將所產(chǎn)生的圖像顯示設備連接到驅(qū)動器(未顯示)，對電子發(fā)射設備8的特性進行評估，并顯示測試圖。結(jié)果，初始電子發(fā)射效率是每個電子發(fā)射設備8為3％，初始發(fā)射電流至少為每一個像素所需的發(fā)射電流的2倍。此外，電子發(fā)射設備能夠在低電壓下被驅(qū)動。
此外，在圖像顯示設備的整個表面上顯示更明亮的圖像。此外，在比較長的時間內(nèi)可以保持基本上恒定的電子發(fā)射效率，且發(fā)射電流的絕對值不變。如此，與常規(guī)的設備相比，所產(chǎn)生的圖像顯示設備表現(xiàn)出卓越的特性。
盡管是參考典型的實施例來對本發(fā)明進行描述的，但是，應該理解，本發(fā)明不僅限于所說明的實施例。相反，本發(fā)明涵蓋了包括在所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同內(nèi)容。下列權(quán)利要求的范圍可以作最廣泛的解釋，以便包含所有這樣的修改和等同結(jié)構(gòu)和功能。
本申請要求優(yōu)選于2004年6月17日申請的日本專利申請No.2004-179929的優(yōu)先權(quán)，在這里對其全部內(nèi)容進行引用，恰如在本文中完全闡述了一樣。
權(quán)利要求
1一種用于制造電子發(fā)射設備的前體的方法，包括下列步驟制備電子發(fā)射部件；以及交替地將電子發(fā)射部件暴露于含氧氣體和含金屬氣體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，含金屬氣體包括有機金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，含氧氣體包括O2或H2O。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，電子發(fā)射部件包含碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，電子發(fā)射部件包括碳素纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，含氧氣體具有在1×10-4到1×104Pa范圍內(nèi)的分壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，包含金屬的氣體具有在1到1000Pa范圍內(nèi)的分壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，含金屬氣體包含從包括鉿、鈦和鋯的組中選擇的金屬。
9.一種用于制造電子發(fā)射設備的前體的方法，包括下列步驟制備第一導電膜和第二導電膜；以及交替地將第一導電膜和第二導電膜中至少之一暴露于含氧氣體和含金屬氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，制備第一導電膜和第二導電膜的步驟包括下列子步驟在襯底上形成導電膜；向?qū)щ娔な┘与娏饕栽谠搶щ娔ぶ行纬砷g隙；以及在包含含碳氣體的氣氛中向具有該間隙的導電膜施加電流，其中，第一和第二導電膜是由該間隙分開的導電膜的子部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，含金屬氣體包括有機金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，含氧氣體包括O2或H2O。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，含氧氣體具有在1×10-4到1×104Pa范圍內(nèi)的分壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，包含金屬的氣體具有在1到1000Pa范圍內(nèi)的分壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，含金屬氣體包含從包括鉿、鈦和鋯的組中選擇的金屬。
16.一種制造包括多個電子發(fā)射設備的電子源的方法，該方法包括生產(chǎn)電子發(fā)射設備的前體的步驟，每一個電子發(fā)射設備的前體都是根據(jù)如權(quán)利要求1所述的方法生產(chǎn)的。
17.一種制造包括電子源和發(fā)光部件的圖像顯示設備的方法，該方法包括通過根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法生產(chǎn)電子源的步驟。
18.一種信息顯示/再現(xiàn)設備，包括用于輸出接收到的廣播信號中包含的視頻信息、字符信息和聲音信息中的至少一種類型的信息的接收器；以及連接到接收器的圖像顯示設備，其中，該圖像顯示設備通過如權(quán)利要求17所述的方法來生產(chǎn)。
19.一種制造包括多個電子發(fā)射設備的電子源的方法，該方法包括生產(chǎn)電子發(fā)射設備的前體的步驟，每一個電子發(fā)射設備的前體都是通過如權(quán)利要求9所述的方法生產(chǎn)的。
20.一種制造包括電子源和發(fā)光部件的圖像顯示設備的方法，該方法包括通過如權(quán)利要求19所述的方法生產(chǎn)電子源的步驟。
21.一種信息顯示/再現(xiàn)設備，包括用于輸出接收到的廣播信號中包含的視頻信息、字符信息和聲音信息中的至少一種類型的信息的接收器；以及連接到接收器的圖像顯示設備，其中，該圖像顯示設備通過如權(quán)利要求20所述的方法來生產(chǎn)。
全文摘要
一種制造電子發(fā)射設備的前體的方法，包括制備電子發(fā)射部件的步驟以及交替地將電子發(fā)射部件暴露于含氧氣體和含金屬氣體的步驟。
文檔編號H01J31/12GK1722345SQ200510078159
公開日2006年1月18日 申請日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者武田俊彥, 糠信恒樹, 森口拓人 申請人:佳能株式會社