CN100490049C - 电子发射元件及其制造方法和它们的应用 - Google Patents

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Abstract

提供一种电子发射元件及其制造方法和它们的应用，该电子发射元件是可抑制电子发射部附近的异常放电，电子发射特性稳定，电子发射效率高的横型电子发射元件。该电子发射元件的制造方法包括：制备在绝缘性基板(11)表面上配置的电子发射电极(12)和控制电极(14)的绝缘性基板的第1工序，以及为使电子发射电极(12)和控制电极(14)相连接而在位于电子发射电极(12)和控制电极(14)之间的绝缘性基板(11)的表面覆盖电阻膜(16)的第2工序，电阻膜(16)是电子发射电极(12)的表面，配置成为覆盖与控制电极(14)对置的端部。

Description

电子发射元件及其制造方法和它们的应用
技术领域
本发明涉及场致发射型电子发射元件、使用该电子发射元件构成的电子源以及图像显示装置及它们的制造方法。另外，本发明涉及使用该图像显示装置的信息显示再生装置。
背景技术
作为电子发射元件，有场致发射型(以下称其为“FE型”)及表面传导型等。在场致发射型中有金属/绝缘物/金属型(以下称其为“MIM”型)及斯宾特(Spindt)型等。
对在基板上配置多个这些电子发射元件，将其应用于图像显示装置进行研究。请参考日本专利特许第3154106号说明书、特开平11-317149号公报及特开平2-72534号公报。
发明内容
使用电子发射元件的平板状图像显示装置(平板显示器)，一般的结构是将排列有多个电子发射元件的第1基板(背板)与其上层叠由荧光体等发光构件和Al等构成的阳电极的第2基板(前板)对置，并在对置区域中维持真空。通常，在从多个电子发射元件发射电子时，通过在阳电极上施加1kV～30kV的高电压，以使发射的电子与发光构件碰撞，从而平板显示器显示图像。在相应于输入信号显示所希望的图像的图像显示装置中，因为各电子发射元件必须是电分离的(可独立控制各电子发射元件的每一个)，一般，至少第1基板的表面是由绝缘体构成的。另外，一般第2基板是由玻璃等透明基板构成。
作为各电子发射元件的电子发射特性不稳定性的一个原因是，位于电子发射部附近的第1基板的绝缘性表面的暴露，例如该绝缘性表面的电位的不稳定性。上述的绝缘性表面的电位的不稳定性的起因是，由于在阳电极上施加的1kV～30kV的高电压，在电子发射元件周围的绝缘性表面上产生由真空和绝缘体的介电常数决定的电容引起的电位。此电位，在绝缘性越好时时间常数越长，保持带电状态不变。
此外，当在此状态下从电子发射元件发射电子时，发射的电子一部分也会与绝缘性表面发生碰撞。在上述绝缘性表面上注入电子及离子等带电粒子时会发生二次电子。特别是由于在高电场下会导致异常放电，电子发射元件的电子发射特性会显著降低，在最坏的场合，有时电子发射元件会发生破坏。
关于这种异常放电现象也还存在不清楚之处，下面考虑从电子发射元件发射的电子及由该发射电子产生的离子等带电粒子注入到绝缘性基板而引起的绝缘性表面的带电、或由于带电的绝缘性表面的二次电子发射引起的电子雪崩效应所导致的放电。
在横型FE型电子发射元件的场合，在绝缘性表面(同一表面)上，阴电极和栅电极配置成其间存在间隔。在对横型FE型电子发射元件进行驱动时，由于施加于栅电极的电压比施加于阴电极的电压高，会从阴电极引出电子。因此，在阴电极的表面内，与阳电极对置的上面部和与栅电极对置的端部(也可以称其为“对置部”或“侧面部”)相比较，施加于后者的电场强度更强。因此，从阴电极发射的电子，主要是优先从阴电极与栅电极对置的端部(阴电极与栅电极对置的“对置部”或阴电极与栅电极对置的“侧面部”)发射。
从阴电极的与栅电极对置的端部发射的电子的轨道取决于电子发射元件的结构参数(阴电极与栅电极之间的距离、阴电极的厚度、栅电极的厚度等)以及驱动条件(施加于阳极的电压、施加于栅电极的电压等)。不过，发射电子在一定程度上会与阴电极及栅电极之间暴露的绝缘性表面及栅电极发生碰撞而入射。其结果，阴电极与栅电极之间的暴露的绝缘性表面将会带电，不仅会使电子发射元件的电子发射特性不稳定，还会产生上述异常放电的危险。此时，与绝缘性表面和栅电极碰撞而入射的电子，主要是从阴电极与栅电极对置的端部(侧面部)之中与绝缘性表面更接近的区域发射的。
因此，在横型FE型电子发射元件的场合，最容易发生异常放电现象的地点是阴电极与栅电极之间暴露的绝缘性表面，其原因主要在于从阴电极的与栅电极对置的端部(侧面部)的、与绝缘性表面更接近的区域发射的电子。
本发明正是为了解决以上的问题并为了对其进行改善而完成的，其目的在于提供一种避免电子发射元件附近的异常放电，电子发射特性稳定的电子发射元件及其制造方法，并且还提供使用该电子发射元件构成的电子源以及图像显示装置及其制造方法。
为达到上述目的，本发明的第1方面是一种电子发射元件的制造方法，该电子发射元件具有在绝缘性基板上配置成相互间隔开来的电子发射电极和控制电极，该方法包括以下步骤：
制备在其表面上具有电子发射电极和控制电极的绝缘性基板；以及
用电阻膜覆盖位于上述电子发射电极和控制电极之间的上述绝缘性基板的表面，以便将上述电子发射电极连接到上述控制电极，
其特征在于：
上述电子发射电极包括层叠在上述绝缘性基板的表面上的导电层，和配置在上述导电层上的在其表面上具有偶极层的绝缘层，
上述电阻膜配置成至少覆盖上述电子发射电极的表面的与上述控制电极对置的端部。
本发明的第2方面是一种电子发射元件的制造方法，其特征在于上述偶极层通过用氢终结上述绝缘层而形成。
本发明的第3方面是一种具有电子源和发光体的图像显示装置的制造方法，其特征在于上述绝缘层由包含碳的层形成。
本发明的第4方面是一种电子发射元件的制造方法，该方法包括以下步骤：
制备具有电子发射电极和控制电极的绝缘性基板，上述电子发射电极具有导电层和包含碳作为主要成分、在其表面用氢终结并配置在上述导电层上的绝缘层，所述电子发射电极和控制电极在绝缘性基板上配置成相互间隔开来；以及
配置电阻膜以便覆盖上述绝缘性基板的表面，以便覆盖上述电子发射电极的表面的与上述控制电极对置的端部，并将上述电子发射电极连接到上述控制电极。
本发明的第5方面是一种电子发射元件的制造方法，其特征在于上述电阻膜配置成覆盖上述电子发射电极的与上述控制电极对置的端部。
本发明的第6方面是一种电子源的制造方法，该电子源具有多个电子发射元件，其特征在于上述电子发射元件是利用技术方案1至4中的任何一项所述的制造方法制造的。
本发明的第7方面是一种图像显示装置的制造方法，该图像显示装置具有电子源和发光构件，其特征在于上述电子源是利用技术方案6所述的制造方法制造的。
本发明的第8方面是一种电子发射元件，包括在绝缘性基板上配置成相互间隔开来的电子发射电极和控制电极；
其特征在于：
使上述电子发射电极和上述控制电极相连接，在位于上述电子发射电极和控制电极之间的上述绝缘性基板的表面上配置电阻膜，
上述电阻膜配置成至少覆盖上述电子发射电极的表面的与上述控制电极对置的端部，以及
上述电子发射电极具有层叠在上述绝缘性基板的表面上的导电层，和配置在上述导电层上的在其表面上具有偶极层的绝缘层。
本发明第9方面是一种电子发射元件，其特征在于上述绝缘层在其表面用氢终结。
本发明第10方面是一种电子发射元件，其特征在于上述绝缘层由包含碳的层形成。
本发明第11方面是一种电子发射元件，包括在绝缘性基板上配置成相互间隔开来的电子发射电极和控制电极，以及进一步包括电阻膜，上述电阻膜配置成覆盖上述电子发射电极的表面的与上述控制电极对置的端部，并将上述电子发射电极连接到上述控制电极，
其特征在于，上述电子发射电极包括层叠在上述绝缘性基板的表面上的导电层，和配置在上述导电层上的在其表面用氢终结并包含碳作为主要成分的绝缘层。
本发明第12方面是一种电子源，该电子源具有多个电子发射元件，其特征在于上述电子发射元件是技术方案8至11中的任何一项所述的电子发射元件。
本发明第13方面是一种图像显示装置，该图像显示装置具有电子源和发光构件，其特征在于上述电子源是技术方案12中所述的电子源。
本发明第14方面是一种信息显示再生装置，包括：
具有屏幕的图像显示装置；
输出在接收到的广播信号中包含的影像信息、字符信息及声音信息中的至少一个的接收器；以及
将从该接收器输出的信息显示于图像显示装置的屏幕上的驱动电路；
其特征在于上述图像显示装置是技术方案13所述的图像显示装置。
如上所述，本发明的电子发射元件，通过在横型FE型电子发射元件中设置电阻膜防止在阴电极与栅电极之间带电，防止由于在绝缘性基板表面注入电子及离子等而发生二次电子而使得在高电场下发生异常放电及电子发射元件的电子发射特性显著降低。另外，通过以该电阻膜覆盖阴电极的与栅电极对置的端部(侧面部)，可以形成注入到阴电极与栅电极之间的绝缘性基板表面的电子不发射的状态。由此，可以制作难以产生异常放电的电子发射特性更稳定的电子发射元件。
另外，在将利用本发明的制造方法制作的电子发射元件应用于电子源及图像显示装置时，可以实现难以产生异常放电的电子发射特性稳定的电子源及图像显示装置。
附图说明
图1为本发明的电子发射元件的一实施方式的概略剖面图。
图2为示出在使图1的电子发射元件动作时的构成例的概略剖面图。
图3A、3B、3C、3D及3E为图1的电子发射元件的制造方法的一例的工序图。
图4A及4B用来说明本发明的电子发射元件的电子发射原理的能带图。
图5为本发明的电子发射元件的电子发射电极的表面的扩大示意图。
图6A、6B、6C及6D为示出本发明的电阻膜的配置形态的概略剖面图。
图7为本发明的电子源的一实施方式的概略构成图。
图8为本发明的图像显示装置的一实施方式的显示板的概略构成图。
图9A及9B为示出在本发明的图像显示装置中使用的荧光膜的示图。
图10A、10B、10C、10D、10E、10F及10G为本发明的实施方式1的电子发射元件的制造工序图。
图11A、11B、11C、11D、11E及11F为本发明的实施方式2的电子发射元件的制造工序图。
图12为使用本发明的图像显示装置的信息显示再生装置的构成的一例。
具体实施方式
根据上述的本发明的电子发射元件，通过用电阻膜对位于阴电极与栅电极之间的绝缘性表面进行覆盖，可以在抑制在绝缘性基板表面上的带电的同时，再通过用电阻膜对阴电极的与栅电极对置的端部进行覆盖，可以形成作为阴电极与栅电极之间的绝缘性表面带电的主要因素的电子不发射的状态。其结果，可以制作电子发射特性更稳定、异常放电更难于发生的电子发射元件。
另外，在本发明中，上述“阴电极的与栅电极对置的端部”也可以改称为“阴电极的与栅电极对置的侧面部”或“阴电极的与栅电极对置的对置部”。
下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。不过，在本实施方式中记述的尺寸、材质、形状、其相对配置等，特别是只要未特别记述，就没有将本发明的范围只限定于这些的意思。
本发明的电子发射元件的特征在于，在电子发射电极和控制电极之间，设置有抑制带电用的电阻膜。优选地，上述电阻膜，通过覆盖电子发射电极的表面内的与控制电极对置的端部，还可以兼具控制从电子发射电极的控制电极侧的端部发射的电子的量的作用。另外，所谓的“控制从电子发射电极的端部发射的电子的量”，也包含电子不能从电子发射电极的端部发射的状态。
图1示出本发明的电子发射元件的一优选实施方式的概略剖面图。图中，11是基板，12是电子发射电极，13c是阴电极，13g是栅电极，14是控制电极，15是在其表面配置偶极层的绝缘层，而16为电阻膜。另外，在此示例中，包含阴电极13c、偶极层、及在其表面上配置了偶极层的绝缘层15的部分是“电子发射电极12”，而包含阴电极13g、偶极层、及在其表面上配置了偶极层的绝缘层15的部分是“控制电极14”。
电子发射电极12和控制电极14的间隔及形成电子发射元件的各材料的厚度及宽度等，可根据形成电子发射元件的各材料的种类及其特性、驱动时的电压及必需的发射电子束的形状等适当设定优选值。电子发射电极12和控制电极14的间隔，通常在数十nm至数十μm的范围内设定，优选地，在100nm至10μm的范围内选择。
在图1中，图示的只是电子发射部的附近部分，在驱动本发明的电子发射元件时，如图2所示，吸引从电子发射部发射的电子的阳极20配置为与电子发射部对置。
在此处说明的示例中，“电子发射电极”是由阴电极、覆盖阴电极的表面的绝缘层、以及配置于绝缘层的表面上的偶极层构成，但在本发明的电子发射元件中“电子发射元件”的结构并不限定于这种结构。例如，优选地，也可以应用由电极、和覆盖电极的电子发射材料组成的层所构成的“电子发射电极”。作为由这样的电子发射材料组成的层，例如，也可以是低功函数的金刚石层、包含石墨成分和非晶态碳成分的导电层及含有多个微小(例如从纳米级到微米级的)石墨粒子的层等。另外，上述所谓的石墨粒子，也包含球状石墨、多角形状石墨、富勒烯、圆柱状的石墨层片(graphen)的粒子。但是，为了使本发明的效果表现显著，实际中在电子发射电极和控制电极之间施加低于1×106V/cm的电场强度的情况下，可实现从电子发射电极发射电子的类型的电子发射电极(电子发射体)是优选的。另外，在此处所说明的示例中，“控制电极”与“电子发射电极”结构相同，但“控制电极”只要是可以很容易控制用来控制电子发射的电位(用来引出电子、停止引出电子、及控制电子发射量的电位)，任何一种结构基本上都没有问题。例如，也可以只以金属电极构成“控制电极”。
另外，在图1及图2所示的本发明的电子发射元件的剖面示意图中例示的电子发射电极12、阴电极13c、栅电极13g及控制电极14的端部，是相对于基板11的表面基本上垂直地形成的。然而，在本发明的电子发射元件中，并不限定于这样的端部的形状。就是说，阴电极13c的栅电极13g侧的端部，也可以形成为相对于基板11的表面为非垂直的形状(例如，圆锥状或圆弧状)。同样，栅电极13g的阴电极13c侧端部，也可以形成为相对于基板11的表面为非垂直的形状(例如，圆锥状或圆弧状)。在使端部形成圆锥形状时，阴电极13c(栅电极13g)的厚度向着栅电极13g(阴电极13c)侧逐渐变薄是优选的。如果是这种形态，到达阳极20的电子量可以提高。
下面，利用图3A～3E对图1所示的本发明的电子发射元件的制造方法的一例进行说明。另外，图3A～3E为各制造工序的概略剖面图。
(工序1)
首先，在预先对其表面充分清洗的绝缘性基板11上，层叠导电层13，之后，利用光刻(平板印刷)技术形成掩模图形18(图3A)。掩模图形18形成为除掉与在后面的工序中形成的阴电极13c和栅电极13g的间隔相当的部分(刻蚀部分)。另外，本发明的绝缘性基板11的阴电极13c和栅电极13g之间的电阻值高于后述的电阻膜16即可。作为基板11，典型情况为可以采用石英玻璃及减小了碱性成分的玻璃等的玻璃基板。
基板11，可在石英玻璃、减少了Na等杂质含量的玻璃、碱石灰玻璃、在硅基板等上利用溅射法层叠了SiO2的层叠体，或氧化铝等陶瓷的绝缘性基板中适当选择。
导电层13，可利用蒸镀法、溅射法等一般的真空成膜技术形成。导电层13的材料，例如，可从Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd等金属或合金材料；TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等碳化物；HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等硼化物；TiN、ZrN、HfN等氮化物；Si、Ge等半导体之中适当选择。导电层13的厚度设定在数十nm至数十μm范围内，优选地，在数十nm至数μm范围内选择。
(工序2)
之后，分离导电层13，形成阴电极13c和栅电极13g(图3B)。阴电极13c和栅电极13g的间隔的形成，通过刻蚀进行。刻蚀工序，也可进行到将基板11削去若干。刻蚀方法，可根据作为刻蚀对象的导电层13进行选择。
(工序3)
去掉掩模图形18(图3C)。
(工序4)
接着，淀积形成在其表面上配置了偶极层的绝缘层15(图3D)。
另外，其表面上配置了偶极层的绝缘层15，例如，通过在含有碳及氢的气氛中经过(工序1)～(工序3)对基板11进行加热处理，可以在阴电极13c和栅电极13g上形成。所谓的含有碳及氢的气氛，例如，可以是含有碳化氢气体的气氛、或含有碳化氢气体和氢的气氛。作为碳化氢气体，优选地，使用乙炔气体、乙烯气体、甲烷气体等链状碳化氢气体。
在“其表面上配置了偶极层的绝缘层15”这样的表述中，所谓的“绝缘层”，优选地，是以碳为主要成分形成的碳化物、或由碳构成的绝缘体、或实质上可认为达到绝缘体的程度的高阻体。另外，在“其表面上配置了偶极层的绝缘层15”这样的表述中，所谓的“偶极层”，是在在绝缘层的表面终结的分子或原子、和终结该分子或原子的分子或原子之间产生的偶极子。把绝缘层的表面的分子或原子终结的分子或原子，优选地，是氢原子和/或包含氢原子的分子。
下面，利用图4A及4B所示的能带图对从上述的电子发射电极12发出的电子发射原理进行说明。在图4A及4B中，31是真空势垒，32是上述在其表面上形成了偶极层的绝缘层15和真空的界面，33是电子，对于与图1、图2及图3A～3E相同的部件赋予相同的符号。
另外，用来从电子发射电极12将电子引出到真空中的驱动电压，与将比阴电极13c的电位高的电位施加于栅电极13g的状态下的阴电极13c和栅电极13g之间的电压相当。
图4A是在利用上述电子发射电极的电子发射元件中，驱动电压(阴电极13c和栅电极13g之间的电压)为0(V)时的能带图。图4B是在施加电子发射所必需的驱动电压V(V)时的能带图。在图4A中，绝缘层15处于施加利用在表面上形成的偶极层极化的δ分电压的状态。在此情况下，当施加驱动电压V(V)时，上述绝缘层15的能带更急剧地弯曲，同时真空势垒31的弯曲也变得急剧。在此状态下，与绝缘层15的表面上的传导带相比，与偶极层相接的真空势垒31处于高的状态(参照图4B)。在成为该状态时，从阴电极13c注入的电子33可以隧穿绝缘层15及真空势垒31而向真空进行电子发射。另外，利用了上述电子发射电极的电子发射元件的驱动电压V(V)，优选是小于等于50(V)，更优选是大于等于5(V)且小于等于50(V)。
下面，利用图5对图4A的状态进行说明。在图5的右侧的图是左侧的图中的虚线围成的区域的扩大示意图。图中，34是偶极层，35是碳原子，36是氢原子。另外，其中作为偶极层34，示出的是由氢36终结由碳或碳化合物组成的绝缘层15的表面(与真空的界面)的场合，但形成本发明的偶极层34的材料(终结材料)并不限定于氢36。终结绝缘层15表面的材料，在阴电极13c和栅电极13g之间不施加电压的状态中，只要能降低绝缘层15的表面能级即可，优选是利用氢。另外，终结绝缘层15的表面的材料，在阴电极13c和栅电极13g之间不施加电压的状态下，优选地，绝缘层15的表面能级降低到大于等于0.5eV，优选是降低到大于等于1eV。但是，在利用上述的电子发射电极的电子发射元件中，当在阴电极13c和栅电极13g之间施加驱动电压时及不施加驱动电压时(阴电极和栅电极的电位大致相等)两种情况下，绝缘层15的表面的能级必须显示正的电子亲和力。
另外，绝缘层15的膜厚，可以由驱动电压决定，但优选是设定为小于等于20nm，更优选是小于等于10nm。另外，作为绝缘层15膜厚的下限，在驱动时，从阴电极13c供给的电子33形成应该隧穿的势垒(绝缘层15和真空势垒)即可，但从成膜再现性等观点考虑，优选地，设定为大于等于1nm。
使用具有负的电子亲和力的半导体乃至具有非常小的正的电子亲和力的半导体的电子发射元件，一旦电子注入到半导体，可以说该电子肯定会发射出来。因此，这样容易发射电子的特性，在应用于显示器及电子源时，有时就很难对从各电子发射元件发出的电子的发射量进行控制(特别是ON和OFF的切换)。然而，在上述本发明的电子发射元件中，因为绝缘层15永远显示正的电子亲和力，显示充分的ON·OFF特性，可以提供能够以低驱动电压高效率进行电子发射的电子发射元件。
在图5的示例中，示出的是以氢36终结绝缘层15的表面的示例。一般氢36只有一部分正极化(δ+)。由此，绝缘层15的表面的原子(在此场合为碳原子35)只有一部分负极化(δ-)而形成偶极层(也可以改称为“电气双层”)。
因此，如图4A所示，尽管在阴电极13c和栅电极13g之间不施加驱动电压，在绝缘层15的表面上形成与施加电气双层的电位δ(V)等效的状态。另外，如图4B所示，通过施加驱动电压V(V)，进行绝缘层15的表面的能级降低，与此相连动，真空势垒31也下降。在本发明中，绝缘层15的膜厚是利用驱动电压V(V)将膜厚适当设定以使电子可以隧穿绝缘层15，但考虑到驱动电路的负担等，优选地，设定为小于等于10nm。在膜厚为10nm左右时，通过施加驱动电压V(V)，可以缩短从阴电极13c供给的电子33通过绝缘层15的空间距离，结果成为可进行隧穿的状态。
如上所述，由于与施加驱动电压V(V)相连动真空势垒31也降低，并且该空间距离也与绝缘层15同样缩短，由于真空势垒31也成为可以隧穿的状态，所以可以实现向真空进行电子发射。
(工序5)
之后，对作为绝缘性表面的一部分的在电子发射电极12和控制电极14之间暴露的部分覆盖电阻膜16。此时，形成的电阻膜16，优选地，与电子发射电极12和控制电极14相连接(图3E)。
电阻膜16，只要是可以配置于所要求的区域，使用什么方法均可。作为一个示例，例如，可以将配置电阻膜16的部分以外的部分进行掩模，利用CVD法、蒸镀法、溅射法、等离子体法等一般的真空成膜技术形成。或者，利用喷墨方式等印刷法只对意欲配置的部分进行配置。在利用喷墨方式的印刷法时，因为不需要构图工序，工序简单而成为优选。
电阻膜16的材料，优选地，由容易得到大面积均匀薄膜的材料构成。例如，可以由碳素材料、氧化锡、氧化铬等金属氧化物或将导电性材料分散于氧化硅等的绝缘材料之中形成的材料等构成。于是，电阻膜16，具有比电子发射电极12的有效功函数(典型情况为电子发射电极12的表面的有效功函数)高的功函数。
另外，优选地，在利用电阻膜16的电子发射电极12和控制电极14之间漏电流很小，小到实际上不成问题。为了抑制异常放电，优选地，电阻膜16的表面电阻值小于等于1012Ω/□。电阻膜16的膜厚，设定在数nm至数百nm范围内，与电子发射电极12和控制电极14的厚度相比，厚薄都无所谓。
在本发明中，电阻膜16，除了上述的配置形态之外，当然还可包含不同的变形例。因此，下面，利用图1、图2、图6A～6D对本发明的电阻膜16的优选配置实施例进行说明。
(配置实施例1：端部的覆盖)
作为配置实施例1，除了电子发射电极12和控制电极14之间暴露的绝缘性基板表面，还对作为电子发射电极12的表面的与控制电极14对置的端部21(和/或作为控制电极14的表面的与电子发射电极12对置的端部22)用电阻膜16覆盖。另外，在本发明中，“与控制电极的电子发射电极对置的端部”也可以改称为“与控制电极的电子发射电极对置的侧面部”或“与控制电极的电子发射电极对置的对置部”。
对电子发射电极12和控制电极14的端部21、22，采用不是全部而只是一部分由电阻膜16覆盖的方式也可以。此时，优选地，覆盖距基板11近的部分。这样，通过利用电阻膜16对作为电子发射电极12的表面的与控制电极14对置的端部21进行覆盖，可使电子发射点离开基板表面。其结果，可以减小流过控制电极14的电流(无效电流)。并且，可以缩窄发射电子所照射的阳极的范围。另外，通过对电子发射电极12的端部21覆盖上电阻膜16，可以使电子发射电极12和电阻膜16的电连接良好，结果可以使电子发射稳定。这一点可以认为是使由于电子及离子对电阻膜16的一部分进行照射而产生的电位的变化可以被中和或消除的原因。
于是，为了使电子发射电极12和控制电极14对置的端部21发出的电子发射成为最小限度，如图1及图2示意所示，优选地，对作为电子发射电极12的表面的与控制电极14对置的端部21全部以电阻膜16进行覆盖。因此，作为简易地达到上述效果的结构，将电子发射电极12和控制电极14的各个端部21、22全部覆盖电阻膜16是优选的。在典型情况下，如图6A所示，通过将电子发射电极12和控制电极14的间隙部填充电阻膜16可以形成这样的结构。
(配置实施例2：上面部的覆盖)
作为配置实施方式2，是除了上述配置实施例1之外，对于与阳极20(参照图2)对置的电子发射电极12和/或控制电极14的上面部23、24的至少一部分进行覆盖的实施例(图6B、C、D)。
优选地，利用电阻膜16对作为电子发射电极12的上面部23的控制电极14侧的上面部进行覆盖(参照图6B)。利用此结构，可以从作为电子发射电极12的上面部23的未被电阻膜16覆盖的区域并且更靠近控制电极14的区域，优先发射电子。其结果，可以使在电子发射电极12的端部21的附近无电子发射的同时，强化向着发射电子的阳极方向的分量，可以更加缩窄发射电子照射的阳极的范围。
另外，优选地，利用电阻膜16对作为电子发射电极14的上面部24的电子发射电极12侧的上面部进行覆盖(参照图6C、6D)。利用此结构，例如，在驱动如后所述的电子源时，当在非选择的电子发射元件上施加与驱动时相反极性的电压时，可以防止来自非选择的电子发射元件的控制电极14侧的电子的发射。特别是，在上述的(工序1)～(工序4)的制造方法中，由于控制电极14的结构与电子发射电极12相同，在施加上述的相反极性的电压时，易于使电子发射出去。特别是，在上述的小于等于1×106V/cm的低电场强度下发射电子之类的场合，如图6D所示，对于与阳电极对置的控制电极14的上面部24的全部(或作为控制电极14的上面部24的可以施加达到电子发射的电场强度的范围的全部)覆盖电阻膜16是优选的。因此，在如图6D所示的实施方式中，多半将覆盖控制电极14的表面的电阻膜16的面积设定为大于覆盖电子发射电极12的表面的电阻膜16的面积。
另外，不言而喻，优选地，电阻膜16为连续覆盖电子发射电极12、控制电极14、电子发射电极12和控制电极14之间的基板表面的连续膜。
下面对应用以上述方法制造的电子发射元件的应用例进行以下的说明。以本实施方式的电子发射元件的制造方法制作的电子发射元件，通过将多个它排列于同一基体表面上，就可以构成例如电子源或图像显示装置。
下面，利用图7对配置多个用本发明的电子发射元件的制造方法制造的电子发射元件而得到的电子源进行说明。
图7中，71是电子源基体，72是X方向布线，73是Y方向布线，74是本发明的电子发射元件。
X方向布线72由Dx1、Dx2、...Dxm共m条布线组成，可利用真空蒸镀法、印刷法、溅射法等形成。另外，可以用金属等形成。布线的材料、膜厚、宽度可适当进行设计。Y方向布线73由Dy1、Dy2、...Dyn共n条布线组成，与X方向布线72一样形成。在这些m条X方向布线72和n条Y方向布线73之间，设置有未图示的层间绝缘层，两者是电分离的。其中，m及n都是正整数。未图示的层间绝缘层，可由利用真空蒸镀法、印刷法、溅射法等形成的SiO2等构成。X方向布线72和Y方向布线73的一部分分别引出作为外部端子。
构成电子发射元件74的每一对电极(上述的电子发射电极12和控制电极14)，与1条X方向布线72和1条Y方向布线73进行电连接。
X方向布线72与施加扫描信号的未图示的扫描信号施加单元相连接。另一方面，Y方向布线73与用来对各电子发射元件发出的发射电流进行调制的未图示的调制信号施加单元相连接。施加于各电子发射元件74上的驱动电压，作为施加于该电子发射元件74的扫描信号和调制信号的电压差供给。
在上述的结构中，可以利用单纯的矩阵布线，选择个别的电子发射元件74进行独立的驱动。
下面，利用图8对采用这样的矩阵配置的电子源所构成的图像显示装置进行说明。图8为示出图像显示装置的一例的示意图。
图8中，81是固定电子源基体71的背板，86是由在玻璃基体83的内面上形成作为图像显示构件的荧光体的荧光膜84及金属背底(铝电极)85等形成的前板。82是支持框，支持框82借助玻璃料或铟等粘接剂与背板81、前板86相连接。87是外围器(或显示板)，是由支持框82、背板81和前板86构成的真空容器。
另外，由于背板81主要是为了增强基体71的强度的目的而设置的，所以在基体71本身已经具有足够的强度时，独立的背板81可以不需要。就是说，也可以将基体7与支持框82直接封接而由前板86、支持框82及基体71构成外围器87。另一方面，也可以通过在前板86和背板81之间设置称为隔离物的未图示的支持体，构成具有可以抵抗大气压力的足够的强度的外围器87。
图9A及9B为示出可以在上述本发明的图像显示装置中使用的荧光膜84的一例的示意图。在彩色荧光膜的场合，可以由图9A所示的黑条纹或如图9B所示的称为黑矩阵的黑色构件91和荧光体92构成的荧光膜84。
另外，利用借助图8说明的本发明的显示板(外围器87)，可以构成信息显示再生装置。
具体言之，接收电视广播等的广播信号的接收装置和选择接收信号的调谐器，将包含于所选择的信号中的影像信息、字符信息及声音信息中的至少一个输出到显示板87并在屏幕上显示和/或再生。利用这种结构可以构成电视等信息显示再生装置。当然，在广播信号经过编码时，本发明的信息显示再生装置也可以包含译码器。另外，对于声音信号，将其输出到另外设置的扬声器等的声音再生单元，与显示于显示板87上的影像信息及字符信息同步再生。
另外，作为将影像信息或字符信息输出到显示板87并在屏幕上显示和/或再生(播放)的方法，例如，可以按照以下的方法进行。首先，从接收到的影像信息及字符信息生成与显示板87的各像素相对应的图像信号。于是，将生成的图像信号输入到显示板87的驱动电路。于是，根据输入到驱动电路的图像信号，对于从驱动电路施加于显示板87内的各电子发射元件的电压进行控制而显示图像。
图12为本发明的电视装置的框图。接收电路C20由调谐器及译码器等组成，接收卫星广播及地面广播如地面数字广播等电视信号，通过网络接收数据广播，将经过译码的影像数据输出到I/F部(接口部)C30。I/F部C30，将影像数据变换为显示装置的显示格式并将图像数据输出到上述显示板C11(87)。图像显示装置C10，包含显示板C11(87)、驱动电路C12及控制电路C13。控制电路C13，在对输入的图像数据实施适用于显示板的修正处理等的图像处理的同时，将图像数据及各种控制信号输出到驱动电路C12。驱动电路C12，根据输入的图像数据，将驱动信号输出到显示板87的各布线(图4A及4B的Dox1～Doxm、Doy1～Doyn)，显示电视影像(TV clip)。接收电路和I/F部C30，也可以作为机顶盒(STB)容纳于与图像显示装置C10分开的框体中，并且也可以容纳于与图像显示装置C10同一框体中。
另外，在构成上也可以是在接口上连接有打印机、数码摄像机、数码相机、硬盘驱动器(HDD)、数字视盘(DVD)等图像记录装置及图像输出装置。于是，这样一来，就可以构成既可以将记录于图像记录装置中的图像显示于显示板C11(87)，也可以将显示于显示板C11(87)上的图像，根据需要进行加工而输出到图像输出装置的信息显示再生装置(或电视)。
此处叙述的信息显示再生装置是一个示例，根据本发明的技术思想可以有种种的变形。另外，本发明的信息显示再生装置，通过与电视会议系统及计算机等系统相连接，可以构成各种信息显示再生装置。
(实施例)
下面，对本实施方式的实施例进行详细说明。
(实施例1)
下面，利用图10A～10G对本实施例的电子发射元件的制造方法进行详细说明。
(工序1)
首先，如图10A所示，采用石英玻璃作为基板11，在充分清洗之后，在基板11上，利用溅射法，层叠厚度为100nm的W作为导电层13。接着，在导电层13上，利用旋转涂覆法涂覆正型光刻胶，对光掩模图形进行曝光、显影而形成掩模图形18。
掩模图形18，为了在后面的工序中形成阴电极13c和栅电极13g去掉被干法刻蚀的部分而形成。此处，掩模图形18的开口宽度为5μm。
(工序2)
之后，如图10B所示，利用干法刻蚀贯通导电层13，使导电层13一分为二(形成间隔)，形成阴电极13c和栅电极13g。
(工序3)
之后，如图10C所示，利用剥离液去掉掩模图形18。
(工序4)
于是，如图10D所示，淀积形成在其表面上配置了偶极层的绝缘层15。在其表面上配置了偶极层的绝缘层15的淀积是在甲烷和氢的混合气体的气氛中，基板设定为630℃，用加热灯加热60分钟进行。
(工序5)
之后，如图10E所示，在电子发射电极12和控制电极14的正上方配置浮动掩模101。掩模101，在在下一个工序中在电子发射电极12和控制电极14之间配置电阻膜16的部分具有开口。
(工序6)
接着，如图10F所示，在电子发射电极12和控制电极14之间暴露的基板表面上淀积厚度为20nm的氧化锡作为电阻膜16。
电阻膜16，利用RF磁控溅射法形成。使用的靶体是氧化锡。另外，在使用的气体为Ar气，Ar分压为0.67Pa，溅射功率为5W/cm2的条件下成膜。膜厚通过溅射时间进行控制。薄膜(sheet)电阻约为2×1011Ω/□。
(工序7)
最后，如图10G所示，去掉浮动掩模101，完成电子发射元件。
另外，在本实施例中，作为电阻膜16的形成，使用的是RF磁控溅射法，但电阻膜16的形成方法并不限定于上述示例。也可以利用CVD法、蒸镀法、溅射法、等离子体法等其他一般的真空成膜技术进行。
将以上述方式制作的电子发射元件按照图2所示的方式配置而发射电子。其中，20是阳极，H是电子发射电极和阳极20之间的间隔，Vg是控制电极14和电子发射电极12的电位差，Va是阳极20和电子发射电极12的电位差。利用由Vg形成的电场从电子发射电极12发射电子，利用由Va形成的电场将其拉到阳极20附近。
在本实施例中，在Vg＝100V，Va＝10kV，H＝1.6mm的条件下驱动制作的电子发射元件。其结果，不会发生异常放电并且可以获得稳定的电子发射特性。
(实施例2)
图11A～11F为示出本实施例的电子发射元件的制造工序的概略剖面图。在本实施例中，电阻膜16是利用喷墨方式的印刷法形成的。其中，只对本发明的特征部分进行说明，与实施例1重复的说明则省略。
(工序1)
首先，如图11A所示，采用石英玻璃作为基板11，在充分清洗之后，在基板11上，利用溅射法，层叠厚度为100nm的W作为导电层13。接着，在导电层13上，利用旋转涂覆法涂覆正型光刻胶，对光掩模图形进行曝光、显影而形成掩模图形18。掩模图形18，为了在后面的工序中形成阴电极13c和栅电极13g去掉被干法刻蚀的部分而形成。此处，掩模图形18的开口宽度为10μm。
(工序2)
之后，如图11B所示，利用干法刻蚀分离导电层13而形成阴电极13c和栅电极13g。
(工序3)
之后，如图11C所示，利用剥离液去掉掩模图形18。
(工序4)
于是，如图11D所示，淀积了在其表面上配置了偶极层的绝缘层15。
在其表面上配置了偶极层的绝缘层15的淀积是在乙炔和氢的混合气体的气氛中，基板设定为600℃，用加热灯加热60分钟进行。
(工序5)
之后，如图11E所示，将含有石墨的溶液利用喷泡(注册商标)方式的喷墨喷射装置射出形成电阻膜前体102。含有石墨的溶液，将石墨分散材料(平均粒径0.1μm)的水溶液(石墨浓度0.1％)利用离心分离器调整为最大粒径小于等于0.3μm。
(工序6)
最后，如图11F所示，在200℃进行加热处理10分钟，形成由石墨微粒构成的电阻膜16，完成了电子发射元件。电阻膜16的薄膜电阻约为4×107Ω/□。另外，在本实施例中，如图11F所示，将电子发射电极12与控制电极14对置的端部21的全部、控制电极14与电子发射电极12对置的端部22的全部和电子发射电极12和控制电极14的上面部23、24的一部分覆盖电阻膜16。
另外，在本实施例中，作为电阻膜16的形成，采用的是喷泡(注册商标)方式的喷墨方式，但作为电阻膜16的形成方法，并不限定于上述示例。用其他方法进行也可以。
将以上述方式制作的电子发射元件，与实施例1一样，按照图2所示的方式配置而发射了电子。在本实施例中，在Vg＝200V，Va＝10kV，H＝1.6mm的条件下驱动制作的电子发射元件。其结果，不会发生异常放电并且可以获得稳定的电子发射特性。
(比较例1)
在对通过实施例1的(工序1)～(工序4)中制作的((工序5)～(工序7)不进行)电子发射元件，与实施例1同样进行电子发射特性评价时，发射电流的变动与实施例1及实施例2的电子发射元件相比很大。另外，在长时间驱动时，从本比较例的电子发射元件发出的发射电流极端减小，其后，变得观测不到。另外，在阳极上配置荧光体膜进行观测时，对发光面积而言，本比较例的电子发射元件一方的大，另外，观察到发光区域随着时间变动的现象。
(实施例3)
分别使用在实施例1及2中制作的电子发射元件，用各个电子发射元件制作了电子源及图像显示装置。
在各个电子源中，将电子发射元件配置成为100×100的矩阵形状。布线，如图7所示，x方向布线72(Dx1、Dx2、...Dxm)侧与电子发射电极12相连接，y方向布线侧73(Dy1、Dy2、...Dyn)与控制电极14相连接。各电子发射元件74以横205μm、纵615μm的间距配置。在元件上部，以1.6mm的距离的间隔配置荧光体。在荧光体上施加10kV的电压。此结果，可形成可以以矩阵方式驱动，不会发生异常放电的电子发射特性稳定的图像显示装置。

Claims (13)

1.一种电子发射元件的制造方法，该电子发射元件具有在绝缘性基板上配置成相互间隔开来的电子发射电极和控制电极，该方法包括以下步骤：
制备在其表面上具有电子发射电极和控制电极的绝缘性基板；以及
用电阻膜覆盖位于上述电子发射电极和控制电极之间的上述绝缘性基板的表面，以便将上述电子发射电极连接到上述控制电极，
其特征在于：
上述电子发射电极包括层叠在上述绝缘性基板的表面上的导电层，和配置在上述导电层上的在其表面上具有偶极层的绝缘层，
上述电阻膜配置成至少覆盖上述电子发射电极的表面的与上述控制电极对置的端部。
2.如权利要求1所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：上述偶极层通过用氢终结上述绝缘层而形成。
3.如权利要求2所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：上述绝缘层由包含碳的层形成。
4.如权利要求1至3中的任何一项所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：上述电阻膜配置成覆盖上述控制电极的与上述电子发射电极对置的端部。
5.一种电子源的制造方法，该电子源具有多个电子发射元件，其特征在于：上述电子发射元件是利用权利要求1至3中的任何一项所述的制造方法制造的。
6.一种图像显示装置的制造方法，该图像显示装置具有电子源和发光构件，其特征在于：上述电子源是利用权利要求5所述的制造方法制造的。
7.一种电子发射元件，包括在绝缘性基板上配置成相互间隔开来的电子发射电极和控制电极；
其特征在于：
使上述电子发射电极和上述控制电极相连接，在位于上述电子发射电极和控制电极之间的上述绝缘性基板的表面上配置电阻膜，
上述电阻膜配置成至少覆盖上述电子发射电极的表面的与上述控制电极对置的端部，以及
上述电子发射电极具有层叠在上述绝缘性基板的表面上的导电层，和配置在上述导电层上的在其表面上具有偶极层的绝缘层。
8.如权利要求7所述的电子发射元件，其特征在于：上述绝缘层在其表面用氢终结。
9.如权利要求7所述的电子发射元件，其特征在于：上述绝缘层由包含碳的层形成。
10.一种电子发射元件，包括在绝缘性基板上配置成相互间隔开来的电子发射电极和控制电极，以及进一步包括电阻膜，上述电阻膜配置成覆盖上述电子发射电极的表面的与上述控制电极对置的端部，并将上述电子发射电极连接到上述控制电极，
其特征在于，上述电子发射电极包括层叠在上述绝缘性基板的表面上的导电层，和配置在上述导电层上的在其表面用氢终结并包含碳作为主要成分的绝缘层。
11.一种电子源，该电子源具有多个电子发射元件，其特征在于：上述电子发射元件是权利要求7至10中的任何一项所述的电子发射元件。
12.一种图像显示装置，该图像显示装置具有电子源和发光构件，其特征在于：上述电子源是权利要求11中所述的电子源。
13.一种信息显示再生装置，包括：
具有屏幕的图像显示装置；
输出在接收到的广播信号中包含的影像信息、字符信息及声音信息中的至少一个的接收器；以及
将从该接收器输出的信息显示于图像显示装置的屏幕上的驱动电路；
其特征在于：上述图像显示装置是权利要求12所述的图像显示装置。
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