CN1645538A - 电子发射元件、电子源及图像显示装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种电子发射元件、电子源及图像显示装置的制造方法。在该电子发射元件的制造方法中，在对在基板上形成的导电膜进行清洗处理并去除异物之后，对去除了该异物的导电膜实施通电而在该导电膜上形成电子发射部。所以，可提供防止由于异物存在引起的电子发射部的形成不良并具有良好的电子发射特性的电子发射元件。
Description
技术领域
本发明涉及电子发射元件的制造方法，此外，还涉及具有多个该元件的电子源的制造方法、采用该电子源和图像形成部件的图像显示装置的制造方法。
背景技术
近年来，提出了将自发光型的电子发射元件以矩阵状配置于背板上的图像显示装置。迄今已知的电子发射元件大致可分为采用热电子发射元件的及采用冷阴极发射元件的两种。在冷阴极电子发射元件中有电场发射型(以下称其为“FE型”)、金属/绝缘层/金属型(以下称其为“MIM型”)及表面传导型发射元件等。
现在，在表面传导型电子发射元件中，一般在进行电子发射之前要预先对导电膜实施称为成形(forming)的通电处理。即，所谓的成形就是在上述导电膜的两端施加直流电压或非常缓慢上升的电压进行通电，使导电膜局部破坏、变形或变质，形成电气上高电阻状态的电子发射部。经过上述通电成形处理的表面传导型电子发射元件，就成为通过在上述导电膜上施加电压，使电流流过元件而使电子从上述电子发射部发射电子的元件。另外，采用这种表面传导型电子发射元件的图像显示装置披露在例如日本专利特开2002-216616号公报中。
另外，在日本专利特开09-274847号公报(对应欧洲专利公开EPA1 789383)中披露了具有检查在上述导电膜的前体膜中是否存在异物的工序的电子发射元件的制造方法以及具有在上述导电膜上有异物附着时，在将此异物附着的导电膜从基板去除之后，在此基板上再次重新形成导电膜的工序的电子发射元件的制造方法。
另一方面，在图像显示装置中，使从电子发射元件发射的电子加速，入射到由荧光体等构成的图像形成部件而获得辉度。因为在图像显示装置中，为了相应于输入信号进行应答，必须将各电子发射元件在电气上进行分离，所以通常使用绝缘基板，但是当在电子发射部附近露出绝缘基板表面时，该表面的电位不稳定，电子发射会变得不稳定。
当在图像形成部件的荧光体上施加高电压时，在对置的电子发射元件的周围的绝缘表面上产生由真空和绝缘体的介电常数决定的电容分割确定的电位。此电位，绝缘性越好时间常数越长，保持带电状态不变。此外，在此状态下从电子发射元件发射电子时，电子撞击带电的绝缘表面。此时，通过使电子加速，在绝缘表面上有电子、离子等带电粒子注入时产生二次电子。特别是在高电场下，由于达到异常放电，元件的电子发射特性显著降低，在最坏时，元件遭到破坏。
由于该绝缘表面的带电的影响，与电子发射点越接近越显著，在电子发射元件附近的带电就特别需要抑制。作为达到该目的的手段，在日本专利特开2002-358874号公报中披露了将在有机溶剂中分散有导电粒子的溶液进行喷涂而在电子发射元件的周围设置带电防止膜的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可防止由于异物存在引起的电子发射部的形成不良并具有良好的电子发射特性的电子发射元件的制造方法。
另外，本发明的目的还在于提供一种具有多个电子发射元件的电子源，以及具有该电子源的图像显示装置，可防止由于异物存在引起的电子发射特性的波动，进而防止显示图像的品质的降低，可靠性高。
本发明的电子发射元件的制造方法，其特征在于：在基板上形成导电膜，在从形成的上述导电膜上去除异物之后，对去除了该异物的导电膜实施通电而在该导电膜上形成电子发射部。
本发明的电子发射元件的制造方法，其特征在于：在基板上形成导电膜，通过对形成的上述导电膜喷射清洗液而对该导电膜进行清洗之后，对经过清洗的导电膜实施通电而在该导电膜上形成电子发射部。
另外，本发明是一种在基板上具有多个电子发射元件的电子源的制造方法，其特征在于：上述电子发射元件是以上述方法制造的。
另外，本发明是一种包括：在基板上具有多个电子发射元件的电子源、以及与上述电子源对置配置并由于受到从上述电子源发射的电子的照射而发光的发光部件的图像显示装置的制造方法，其特征在于：上述电子发射元件是由上述方法制造的。
附图说明
图1A、1B、1C及1D为示出本发明的电子发射元件的制造方法的一实施方式的工序的示意图。
图2A及2B为示出利用图1A、1B、1C及1D的制造方法的电子发射元件的构成的示意图。
图3为本发明的电子发射元件电子发射特性的评价装置的示意图。
图4为示出本发明的电子发射元件的电子发射特性的示意图。
图5为利用图2A及2B的电子发射元件构成的电子源的示意图。
图6为示出利用图5的电子源构成的图像显示装置的显示屏的构成的概略图。
图7为示出本发明的实施例的结果的示图。
具体实施方式
本发明的电子发射元件的制造方法，其特征在于：在基板上形成导电膜，在从形成的上述导电膜上去除异物之后，对去除了该异物的导电膜实施通电而在该导电膜上形成电子发射部。
另外，本发明的电子发射元件的制造方法，其特征在于：在基板上形成导电膜，通过对形成的上述导电膜喷射清洗液而对该导电膜进行清洗之后，对经过清洗的导电膜实施通电而在该导电膜上形成电子发射部。
在上述本发明的电子发射元件的制造方法中，包含下述的优选方式。
从上述导电膜去除异物是通过对该导电膜喷射清洗液进行的。
另外，上述清洗液的喷射，是在大于等于5MPa的液压下进行的。
另外，上述清洗液的喷射，是在大于等于5MPa小于等于30MPa的液压下进行的。
另外，从上述导电膜上去除异物是在上述基板上和上述导电膜上形成电阻膜之后进行的。
另外，上述电阻膜的形成是通过将已分散有导电粒子的液体赋予上述基板上及上述导电膜上进行的
另外，上述导电粒子以SnOx为主要成分。
另外，本发明是一种在基板上具有多个电子发射元件的电子源的制造方法，其特征在于：上述电子发射元件是以上述方法制造的。
另外，本发明是一种包括在基板上具有多个电子发射元件的电子源及与上述电子源对置配置并由于从上述电子源发射的电子的照射而发光的发光部件的图像显示装置的制造方法，其特征在于：上述电子发射元件是由上述方法制造的。
以上的本发明是根据下述的认知完成的。
在实施通电的导电膜中有异物时，有时该导电膜不具有所希望的适合上述通电的电阻。
在另外的示例中，在对多个导电膜同时实施通电时，有时在具有异物的导电膜上形成电子发射部之前的时间过长，在规定的时间内电子发射部的形成不能完成。在这种场合就存在未形成该电子发射部的电子发射元件部成为位缺陷的问题。
在另外的示例中，由于在导电膜中存在的异物的影响，有时所形成的多个电子发射元件的电子发射特性出现波动，并且进一步出现以这种波动为主要原因的整个图像显示装置的均一性能不能维持的问题。
另外，本发明人等发现，特别是在形成电子发射元件的基板表面上设置电阻膜即防止基板表面带电的电阻膜的场合，在导电膜上附着异物，上述问题特别容易发生。
根据本发明，可提供一种可防止由于异物存在引起的电子发射部的形成不良并具有良好的电子发射特性的电子发射元件的制造方法。
另外，根据本发明，可提供一种具有多个电子发射元件的电子源，并且在具有该电子源的图像显示装置中，防止由于异物存在引起的电子发射特性的波动，进而防止显示图像的品质的降低的可靠性高的电子源和图像显示装置。
下面参照附图对本发明的优选实施方式以示例方式详细说明。不过，在该实施方式中记述的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等等，特别是只要没有特定的记述，就没有将本发明的范围限定于它们的意思。
图1A～1D为示出本发明的电子发射元件的制造工序的示意图。图中，1是基板；2、3是电极；5是电阻膜(带电防止膜)；6是电子发射部；4是在电子发射部6形成前的导电膜4。
另外，图2A及2B为示意示出利用图1A～1D的工序制造的电子发射元件的构成。图2A是平面图，图2B是沿着图2A的2B-2B的剖面图。图中，4′是电子发射部6形成后的元件膜，对于与图1A～1D相同的部件赋予相同符号。下面对各工序及元件的构成予以详细说明。
(工序1)
利用清洗剂、纯水及有机溶剂等将绝缘基板1充分清洗，利用真空淀积法、溅射法等层叠电极材料，利用光刻等图形化而形成电极2、3(图1A)。
作为基板1，可以使用石英玻璃、减少了Na等杂质含量的玻璃、青板玻璃(碱石灰玻璃)、利用溅射法等在青板玻璃上层叠了SiO2的玻璃基板、氧化铝等的陶瓷及Si基板等。
作为对置电极2、3，可以使用一般的导电材料。这可以从例如，Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、Pd等金属或合金及Pd、Ag、Au、RuO2、Pd-Ag等的金属或金属氧化物半导体和玻璃等构成的印刷导体、In2O3-SnO2等透明导电体及多晶硅等半导体材料中适当选择。
电极2、3的间隙距离L、电极2、3的长度W等，是考虑被应用的形态等而设计的。优选地，电极2、3的间隙距离L可以是在数百nm至数百μm的范围，更优选是在数μm至数十μm的范围。
另外，电极2、3的长度W优选是数μm至数百μm，膜厚可以在数十nm至数μm范围。
(工序2)
形成联络电极2、3之间的导电膜4(图1B)。
导电膜4的膜厚，可考虑对电极2、3的台阶覆盖、电极2、3间的电阻及后述的形成条件等进行适当的设定，通常优选是在数百pm至数百nm的范围，更优选是在1nm至50nm的范围，并且显示的薄膜电阻值优选是小于等于107Ω/□。导电膜4的薄膜电阻(方块电阻)值限制为在电子发射部6的形成工序即成形工序中可以形成良好的电子发射部的电阻值。另外，所谓的薄膜电阻，指的是在导电膜4的宽度为W′，对置电极2、3的间隙距离为L，导电膜4的电阻为R时，满足R＝Rs(L/W′)的Rs。为了形成良好的电子发射部6，导电膜4的薄膜电阻值优选是大于等于103Ω/□小于等于107Ω/□。
然而，在形成电子发射部6之后，优选是通过电极2、3施加的电压充分地施加到电子发射部6之上，优选是包含电子发射部6的元件膜4′的电阻值更低。因此，导电膜4形成为具有大于等于103Ω/□小于等于107Ω/□的薄膜电阻的金属氧化物半导体膜，在成形后还原，可作为更低电阻的金属薄膜使用。所以，对于包含最后状态下的电子发射部6的元件膜4′的电阻值的下限没有特别的限制。另外，此处所谓的包含电子发射部6的元件膜4′的电阻值指的是在不包含电子发射部6的区域内测定的电阻值。
作为构成导电膜4的材料可以从，例如，Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、Pb等金属，PdO、SnO2、In2O3、PbO、Sb2O3等的氧化物，HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等的硼化物，TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等的碳化物，TiN、ZrN、HfN等的氮化物，Si、Ge等的半导体，碳等之中适当选择。
作为导电膜4的形成方法，可使用喷墨方式的装置。具体说，使用压电元件等的喷墨喷射装置及使用热能的所谓的喷泡(注册商标)方式的喷墨喷射装置等，将导电膜4的构成材料溶解在水及溶剂等中的溶液、有机金属溶液等的溶液作为液滴赋予基板1，实施加热等所希望的处理而成为导电膜4。
(工序3)
在导电膜4的周围，根据需要，形成用来防止基板1表面带电的电阻膜(带电防止膜)5(图1C)。
带电防止膜5，为了防止由于带电产生的放电，优选地，薄膜电阻值为大约1010Ω/□～1012Ω/□，并且在构成电子源时，从XY布线间的泄漏电流的容许值出发要求大于等于108Ω/□的薄膜电阻值。
带电防止膜5，是将其中具有分散的导电性微粒的有机溶剂以溅射方式涂覆并通过干燥除去该有机溶剂而得到的。作为导电微粒，优选使用以碳素材料及SnOx、氧化铬等主要成分的微粒，更优选是掺杂了锑等的SnOx。作为有机溶剂，优选是使用醇类，例如，异丙醇(IPA)和乙醇的混合液。
之后，在后述的通电处理之前，实施从导电膜4上去除异物的异物去除工序。具体言之，就是利用适当的清洗液将导电膜4的表面清洗。作为本发明使用的清洗液，优选使用纯水及一般使用的清洗液。另外，在清洗时，优选是在规定的液压下使上述清洗液喷出。具体说，在液压大于等于5MPa时可以高效地去除异物。另外，液压的上限可以在不使其他结构物受到损伤的范围内设定其最大上限，在业务用清洗装置的性能上，通常是大约30MPa。此外，在本发明中，使用超声波进行清洗也是优选的。在清洗后，在使用纯水以外的清洗液的场合，可根据需要，利用纯水除去清洗液并进行干燥。
(工序4)
对导电膜4实施通电处理形成电子发射部6(图1D)。
电子发射部6，由在元件膜4′的一部分上形成的高电阻的龟裂构成，取决于导电膜4的膜厚、膜质、材料及通电处理条件等。
也有在电子发射部6的龟裂内部存在粒径在数百pm至数十nm范围的导电微粒。此导电微粒，含有构成导电膜4的材料的元素的一部分或全部元素。另外，在包含龟裂的电子发射部6及其附近的元件膜4′中，有时也有碳素及碳素化合物存在。
施加于导电膜4上的电压波形，优选是脉冲波形，施加的方法分为将脉冲波高值为固定电压的脉冲连续施加的方法和在增加脉冲波高值的同时施加电压脉冲的方法。在前一种方法中，电压波形的脉冲宽度设定为在1μs～10ms范围内，脉冲间隔为10μs～10ms范围内。脉冲波形，可根据电子发射元件的形态适当选择三角波、矩形波等等，根据这种条件，例如，施加数秒至数十分间的电压。另外，在后一种方法中，例如，脉冲宽度、脉冲间隔可与上述同样设定，波高值(通电时的峰值电压)可以以，例如，每次大约0.1V的台阶(步长)增加。
对于通电处理的结束，可通过在脉冲间隔中，测定施加的电压为不使导电膜4产生局部破坏、变形时的电流而检测出。例如，测定施加0.1V左右的电压时流过的元件电流，求出电阻值，在显示电阻为大于等于1MΩ时，就可以使通电处理结束。
另外，在本实施方式中，虽然形成带电防止膜5，但并不能由此而左右电子发射元件的基本特性。这是由于带电防止膜5的电阻值很高(大于等于108Ω/□)，与在电子发射时观测到的元件电流相比，通过元件膜4′流过的泄漏电流很小。
另外，在本实施方式中，示出的是在导电膜4形成之后，在该导电膜4的周围形成带电防止膜5的方式，但本发明并不限于此，也可以应用在日本专利特开2002-313217号公报中示出的在导电膜4形成前在整个基板上形成带电防止膜的方式及在日本专利特开2003-68192号公报中示出的在包含导电膜4上的整个基板上形成带电防止膜的方式。
在上述实施方式的说明中，是在电极2、3形成之后形成导电膜4，但在本发明中也可以是在导电膜4形成之后形成电极2、3的结构。另外，在不需要带电防止膜5的场合，也可将该工序省略，在形成导电膜4之后实施异物去除工序。
将以上述方式制造的电子发射元件，安装于图3的测定评价装置中，对电子发射特性进行评价。
在图3的装置中，12是真空装置，具有未图示的排气泵。另外，8是用来向电子发射元件施加元件电压Vf的电源，7是用来测定流过电极2、3间的元件膜4′的元件电流If的电流计，11是用来捕捉从电子发射部6发射的发射电流Ie的阳极电极。另外，10是用来对阳极电极11施加电压的高压电源，9是用来测定从元件的电子发射部6发射的发射电流Ie的电流计。
例如，可以在阳极电极11的电压在1kV～10kV范围内，阳极电极11和电子发射元件的距离H在2mm～8mm范围内时进行测定。在真空装置12内，设置有在未图示的真空计等在真空氛围下进行测定所必需的机器，并进行在所要求的真空氛围下的测定评价。
图4为示出本发明的电子发射元件的电子发射特性的示意图，为示出利用图5所示的测定评价装置测定的结果、所得到的发射电流Ie和元件电压Vf的关系的示意图。
下面对本发明的电子源的制造方法予以说明。图5为利用图2A及2B的电子发射元件构成的电子源的示意图。在图5中，51是电子源基体，52是X方向的布线，53是Y方向的布线，54是本发明的电子发射元件。另外，在图5中，为了方便省略了图2A及图2B的带电防止膜5。
X方向的布线52，由Dx1、Dx2、...Dxm共m条布线组成，可以利用真空淀积法、印刷法、溅射法等形成的导电金属构成。布线的材料、膜厚、宽度可适当设计。Y方向的布线53，由Dy1、Dy2、...Dyn共n条布线组成，与X方向的布线52同样地形成。在这些m条的X方向的布线52和n条Y方向的布线53之间设置有未图示的层间绝缘层，使两者电分离。此处，m及n都为正整数。未图示的层间绝缘层可由利用真空淀积法、印刷法、溅射法等形成的SiO2等构成。X方向的布线52和n条Y方向的布线53可分别作为外部端子(后述的图6的Dox1～Doxm、Doy1～Doyn)引出。
构成电子发射元件54的电极2、3分别与X方向的布线52中的一条以及Y方向的布线53中的一条电连接。
构成X方向的布线52、Y方向的布线53及电极2、3的材料，既可以是其构成元素的一部分或全部相同，也可以是分别不同。在构成电极2、3的材料和布线材料相同时，X方向的布线52、Y方向的布线53也可以分别称为电极2、3。
X方向的布线52与为了选择在X方向上排列的电子发射元件54的行而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方向的布线53与为了根据输入信号对在Y方向上排列的电子发射元件54的各列进行调制而与未图示的调制信号发生器相连接。施加于各电子发射元件上的驱动电压作为施加于该元件上的扫描信号和调制信号的电压差提供。
本发明的电子源的制造方法，与在前面说明的电子发射元件的制造方法，除了在同一基板1上形成多个元件之外，完全一样。
在图5的结构中，可以选择个别的电子发射元件独立驱动。下面利用图6对利用这种以矩阵方式配置的电子源构成的图像显示装置予以说明。图6为示出图像显示装置的显示屏的一例的示意图。
在图6中，51是配置了多个电子发射元件54的电子源基体，61是固定了电子源基体51的背板，66是在玻璃基体63的内表面上形成的由荧光体等发光体组成的荧光体膜64和作为阳极电极的金属敷层65的面板(图像形成部件)。62是支持框，利用玻璃料将背板61和面板66连接到支持框62上。67是外围器，例如，是在大气中或在氮气中在400～500℃的温度范围中烧制大于等于10分钟并通过封接而构成。
外围器67，如上所述，由面板66、支持框62及背板61构成。背板61，由于主要是为了增强基体51的强度的目的而设置的，所以在基体51本身具有充分的强度时，可以不需要另外的背板61。就是说，也可以直接将支持框62封接到基体51，由面板66、支持框62及基体51构成外围器67。另一方面，也可以通过在面板66和背板61之间设置称为隔板的未图示的支持体，构成具有充分强度抵抗大气压力的外围器67。
本发明的图像显示装置，除了可以用作电视广播的接收装置、电视会议系统及计算机等的显示装置之外，也可以用作利用感光鼓等构成的光学打印机的图像显示装置。
(实施例1)
将等离子显示器中使用的PD200(玻璃基板)用作基板，利用溅射成膜法和光刻法淀积膜厚0.5μm的Pt，形成多个电极对。之后，利用Ag系的感光浆料通过筛网印刷成膜，在100℃左右的温度下干燥，利用掩模进行曝光，实施湿法显影工序，在500℃弱的温度下烧结而制作成膜厚8μm左右的列布线。此外，利用PbO系的(铅玻璃)感光浆料，以与上述列布线工序相同的方法实施三次成膜/干燥/曝光/显影/烧结工序，最终制得膜厚30μm左右的绝缘层。此外，通过Ag系的筛网印刷法和在430℃左右进行烧结在绝缘层上制作行布线。之后，利用喷墨法喷出Pd系的有机溶剂形成膜厚0.01μm的岛状图形而形成由Pd构成的导电膜。
对上述基板，利用纯水作为清洗液，改变喷射压力进行清洗。之后，利用图形检查机，与利用可以计数大于等于10μm左右的异物的方法进行比较的结果，在大于等于5MPa进行清洗时异物去除效果提高。
(实施例2)
与实施例1一样，在玻璃基板上形成多个电极对、布线、导电膜之后，在导电膜残留时在整个基板上形成带电防止膜。带电防止膜是将在SnOx中掺杂了锑等的微粒在异丙醇(IPA)和乙醇的混合液中分散的溶液以溅射法进行涂覆，在250℃下干燥并烧结而形成的。
之后，与实施例1一样，改变液压实施清洗工序，确认异物去除的效果。确认方法是，以用电子显微镜对1μm左右以上的异物进行计数的方法进行了比较。结果示于图7。图7的纵轴是每单位面积的异物数目。与不进行清洗工序的场合相比较，在实施清洗工序时，可获得优异的效果，在清洗液的液压高时，可去除细小的异物。另外，在图7示出的以外，在液压为10MPa时，以及在将该基板浸渍于纯水中利用超声波清洗5分钟时，未检测到超出评价限度的异物。
Claims (8)
1.一种电子发射元件的制造方法，其特征在于：在基板上形成导电膜，在从形成的上述导电膜上去除异物之后，对去除了该异物的导电膜实施通电而在该导电膜上形成电子发射部。
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：从上述导电膜上去除异物是通过对该导电膜喷射清洗液进行的。
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：上述清洗液的喷射是在大于等于5MPa的液压下进行的。
4.如权利要求3所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：上述清洗液的喷射是在小于等于30MPa的液压下进行的。
5.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：从上述导电膜上去除异物是在上述基板上和上述导电膜上形成电阻膜之后进行的。
6.如权利要求5所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：上述电阻膜的形成是通过将已分散有导电粒子的液体赋予上述基板上及上述导电膜上进行的。
7.一种电子源的制造方法，该电子源在基板上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1～6中任何一项所述的方法制造的。
8.一种图像显示装置的制造方法，该图像显示装置包括：在基板上具有多个电子发射元件的电子源、以及与上述电子源对置配置并由于从上述电子源发射的电子的照射而发光的发光部件，其特征在于：上述电子发射元件是利用权利要求1～6中任何一项所述的方法制造的。
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