CN1801429A - 电子发射元件及其制造方法、以及电光学装置、电子仪器 - Google Patents

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Abstract

提供一种电子发射特性不均小且容易制造的电子发射元件及其制造方法、和具备电子发射元件的电光学装置、电子仪器。在元件基板(11)上，利用液滴喷出法将导电性功能液(30)进行图案配置，通过干燥而形成导电膜(12)。而且，在导电膜(12)上通过同样的工序将抗蚀剂膜(33)进行图案形成，将抗蚀剂膜(33)作为掩模，将导电膜(12)的外缘部(12a)进行蚀刻而除去。

Description

电子发射元件及其制造方法、以及电光学装置、电子仪器
技术领域：
本发明涉及一种电子发射元件及电子发射元件的制造方法、以及具备电子发射元件的电光学装置、电子仪器。
背景技术：
以往，作为电子发射元件，已知的是热电子发射型元件和冷阴极电子发射型元件。而且，作为冷阴极发射型的电子发射元件，已知的是通过电场使电子发射的电场发射型元件；或在电极上流过电流而使来自电极表面的传导带的电子发射的表面传导型元件。
其中作为表面传导型的电子发射元件，已知的有在导电性薄膜(导电膜)上通过通电成形法(forming)形成电子发射部的元件。通过通电成形法，在导电性薄膜上形成局部地被破坏的微小龟裂(狭小裂口(gap))；如果在此状态下在导电性薄膜上流过电流，并利用来自该龟裂的真空能级态的电子溢出的性质，作成电子发射部的元件(例如，专利文献1)。
【专利文献1】特开平9-213210号公报
专利文献1涉及的电子发射元件的导电性薄膜，通过所谓的液滴喷出法(ink jet方式)而形成。该导电性薄膜，是利用液滴喷出法将包括导电性材料的功能液在基板上进行图案(pattern)配置，其后通过干燥等将功能液的溶剂除去而进行成膜的。
根据此方法，虽然能比较容易地进行图案化的导电性薄膜的形成，但一方面，具有膜面的控制困难的问题。即，通过液滴喷出法而成膜的导电性薄膜，成膜后的膜面容易变得紊乱；特别是，显著地呈现在图案的外缘部分上。因而，具有这样的导电性薄膜的电子发射元件的电子发射特性，被导电性薄膜的膜面的紊乱所影响，会发生在元件内及元件间的特性不均。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而做出的，其目的在于提供一种电子发射特性的不均小、制造容易的电子发射元件及其制造方法，以及具备电电子发射元件的电光学装置、电子仪器。
本发明是一种电子发射元件的制造方法，所述电子发射元件从形成于导电模上的电子发射部放出电子，该方法的特征在于，具有：利用液滴喷出法在基板上将所述导电膜形成图案的成膜工序；选择性地除去所述导电膜的一部分的整形工序；和在所述导电膜上形成电子发射部的电子发射部形成工序。
根据本发明的电子发射元件的制造方法，由于可以留下通过液滴喷出法成膜的导电膜之中膜面的平坦性好的部分并加以利用，所以可以制造电子发射特性的不均小的电子发射元件。
此外，在所述电子发射元件的制造方法中，所述整形工序，其特征在于，具有：虚设功能膜形成工序，其利用液滴喷出法在所述导电膜上将虚设功能膜进行图案形成；和蚀刻工序，其将所述虚设功能膜作为蚀刻掩模(mask)而将所述导电膜的露出部分进行蚀刻。
根据该电子发射元件的制造方法，因为将作为蚀刻掩模发挥功能的虚设功能膜利用液滴喷出法而进行形成，所以能利用和成膜工序共同的装置(喷墨装置或干燥装置)，制造容易。
再有，所述电子发射元件的制造方法，其特征在于，在所述整形工序中，所述导电膜的外缘部被除去。
根据该电子发射元件的制造方法，在利用利用液滴喷出法而形成的导电膜之中，特别是因为将容易产生膜面的紊乱的外缘部被除去，所以整形后的导电膜的平坦性则变好。
本发明是一种电子发射元件，其具备在基板上形成的导电膜、并发射来自形成于所述导电膜上的电子发射部的电子，其特征在于，所述导电膜，除去利用液滴喷出法而成膜的一部分而成。
根据本发明的电子发射元件，因为通过液滴喷出法而成膜的其中膜面平坦性好的部分成为导电膜，所以电子发射特性的不均小。
本发明的电光学装置，其特征在于具备所述电子发射元件。
本发明的电光学装置，具备对应于显示部的像素而形成的电子发射元件；例如，发射电子碰撞在阳极上涂布的荧光体上而成为显示。在该电光学装置中的电子发射元件因为备有膜面平坦性优良的导电膜，所以元件内及元件间的电子发射特性的不均变小，可显示高品质的图像。
本发明的电子仪器，其特征在于具备所述电子发射元件。
因为本发明的电子仪器中的电子发射元件备有膜面平坦性优良的导电膜，所以电子发射特性的不均变小，可发挥作为电子仪器的优异性能。
附图说明
图1(a)是表示第1实施方式中的电子发射元件的平面图，(b)是表示第1实施方式中的电子发射元件的截面图。
图2是表示在电子发射元件的制造上所利用的液滴喷出装置的一例的示意立体图。
图3是表示第1实施方式中的电子发射元件的制造工序的流程图。
图4(a)～(f)是表示第1实施方式中的电子发射元件的制造工序中的一个过程的示意截面图。
图5(a)是表示电光学装置的主要部结构的示意截面图，(b)是表示元件基板中的电子发射元件的排列的示意平面图。
图6是表示电子仪器的一例的示意立体图。
图7是表示第2实施方式中的电子发射元件的制造工序的流程图。
图8(a)～(e)是表示第2实施方式中的电子发射元件的制造工序中的一个过程的示意截面图。
图9(f)～(i)是表示第2实施方式中的电子发射元件的制造工序中的一个过程的示意截面图。
图中：10-电子发射元件，11-作为基板的元件基板，12-导电膜，12a-外缘部，12b-中央部，13-电子发射部，14-第1元件电极，15-第2元件电极，16-第1信号线，17-第2信号线，18-层间绝缘膜，20-电子发射元件，21-导电膜，21a-外缘部，21b-中央部，21c-外缘部，22-导电膜，22a-外缘部，22b-中央部，22c-外缘部，23-电子发射部，25-作为虚设功能膜的SiO2膜，26-SiO2膜，27-作为虚设功能膜的SiO2膜，30-导电性功能液，30a-外缘部，30b-中央部，32-抗蚀剂液，33-作为虚设功能膜的抗蚀剂膜，70-电光学装置，71-显示基板，72-空间，73-对向电极，74-荧光膜，75-遮光膜，100-液滴喷出装置，700-作为电子仪器的便携式信息处理装置，701-键盘，702-电光学装置，703-信息处理主体。
具体实施方式
以下，对本发明的适当的实施方式基于附图详细地进行说明。
此外，以下叙述的实施方式，因为是本发明的适当的具体例，故虽然在技术上附有作为优选的种种限定；但本发明的范围，只要是不限于在以下说明中的特别是将本发明进行限定的内容所记载、并非限于这些方式。再有，在以下的说明中参照的图中，因为将各层或各部件在图面上采取可识别程度的大小，所以以各层或各部件的缩尺或纵横尺寸比(aspect ratio)与实际的物体不同地表示。
(第1实施方式)
(电子发射元件的构成)
首先，参照图1对电子发射元件的构成进行说明。图1是表示第1实施方式中的电子发射元件的图；(a)是平面图、(b)是截面图。
在图1中，电子发射元件10，在元件基板11上，具有导电膜12和第1元件电极14和第2元件电极15。此外，用于在元件电极14、15上施加驱动信号的第1信号线16及第2信号线17配线于元件基板11，信号线16、17之间由层间绝缘膜18进行了绝缘。再有，电子发射元件10的周围，成为以高真空密封的状态。
作为元件基板，利用玻璃基板或陶瓷基板。
第1元件电极14、第2元件电极15，形成得在各自导电膜12的两端侧中接触；该膜厚，是数百nm到数μm左右。因而，作为该材料，能利用Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、Pd、Ni、Cr等金属及这些的合金，或铟锡氧化物(ITO)等的透明性导电体等。
导电膜12，是膜厚为数埃到数千埃左右的薄膜；在X轴方向上延伸而形成，在其中央附近备有形成了狭小龟裂的电子发射部13(图中示意的)。再有，作为该材料，例如，可利用：Pd、Pt、Ti、Ru、In、Cu、Cr、Ag、Au、Fe、Zn、Sn、Ta、W、Pb等的金属，或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，及炭等。
在所述构成中，如果通过信号线16、17在元件电极14、15之间施加电压，则跨过电子发射部13而在导电膜12内引起电子传导。这时，通过电子发射部13的龟裂而传导的电子的一部分，通过量子力学的效应在真空中溢出，能将该电子作为发射电子进行利用。
(液滴喷出装置的构成)
以下，对电子发射元件10的制造中所利用的液滴喷出装置的构成，参照图2进行说明。图2是表示电子发射元件的制造中所利用的液滴喷出装置的一例的示意立体图。
液滴喷出装置100，如图2所示，具备：头机构单元102，其具备喷出墨水的头部110；基板机构单元103，其载置作为从头部110喷出的液滴的喷出对象的基板120；功能液供给单元104，其对头部110供给功能液133；和控制单元105，其对这些各机构单元及供给单元进行总体控制。
头部110，将具有液滴喷出印刷中所利用的那样的多个喷嘴的液滴喷出头(未图示)进行搭载，接收来自控制单元105的电信号，将功能液133作为液滴喷出。此外，液滴的喷出，通过控制单元105对每个喷嘴可进行控制。
作为基板120，玻璃基板、金属基板、合成树脂基板等，只要是平板状的大致都可利用。在后面叙述的电子发射元件的制造中，作为基板120使用图1所示的元件基板11。
再有，作为功能液133，根据描绘的目的而进行准备，例如，包含滤色片的过虑材料，光学显示装置中使用的发光材料或荧光材料，用于在基板的表面上形成围堰(bank)或表面涂敷层的固化树脂材料、用于形成电极或金属配线的导电性材料、抗蚀剂膜材料等的溶液。在后面叙述的电子发射元件的制造中，利用用于形成导电膜12(参照图1)等的导电性功能液、和抗蚀剂液。
液滴喷出装置100，备有：在台面上被设置的多个支撑脚106、和在支撑脚106的上侧被设置的定盘107。在定盘107的上侧，基板机构单元103配置在横跨定盘107的长方向(X轴方向)；在基板机构单元103的上方，由在定盘107上被固定的2根支柱两边撑起的被支撑的头机构单元102，配置于横跨垂直于基板机构单元103的方向(Y轴方向)上。再有，在定盘107的一方的端部上，配置有从头机构单元102的头部110进行连通而供给功能液133的功能液供给单元104。
头机构单元102，具有：头部110，其喷出功能液133；车架(carriage)111，其搭载头部110；Y轴导轨113，其引导车架111向Y轴方向移动；Y轴滚珠螺杆115，其沿Y轴导轨113而被设置；Y轴电机114，其使Y轴滚珠螺杆115正逆旋转；和车架旋合部112，其在车架111的下部、与Y轴滚珠螺杆115旋合而形成了使车架111移动的雌螺旋部。
基板机构单元103的移动机构，由和头机构单元102以大致相同的构成在X轴方向上进行了配置；其由以下单元构成：载置台121，其载置基板120；X轴导轨123，其引导载置台121的移动；X轴滚珠螺杆125，其沿X轴导轨123而被设置；X轴电机124，其使X轴滚珠螺杆125正逆旋转；和载置台旋合部122，其在载置台121的下部、与X轴滚珠螺杆125旋合而使载置台121移动。
在头部110上供给功能液133的功能液供给单元104，具有：管子(tube)131a，其形成和头部110连通的流路；泵(pump)132，其向管子131a送入液体；管子131b(流路)，其向132供给功能液133；和储槽130，其与管子131b连通而储藏功能液133；并配置在定盘107上的一端。
通过这些构成，头部110相对于基板120，可在各自的Y轴方向及X轴方向上往返自如地相对移动；则可使从头部110喷出的墨水，在基板120上的任意位置上弹落。因而，通过将该位置控制、和在头部110中的每个喷嘴的喷出控制同时进行，能在基板120上按规定的图案配置(描绘)功能液133。此外，图2中，虽然功能液供给单元104以将一个种类的功能液向头部110进行供给而描绘，但实际上，其构成可将多种类的功能液一次地进行供给；头部110，能将多种功能液同时地进行喷出。
(电子发射元件的制造工序)
以下，沿着图3的流程图，参照图4，对电子发射元件的制造工序进行说明。图3是表示第1实施方式中的电子发射元件的制造工序的流程图。图4(a)～(f)是表示第1实施方式中的电子发射元件的制造工序中的一个过程的示意截面图。
首先，利用图2所示的液滴喷出装置100，如图4所示，在元件基板11上将导电性功能液30进行图案配置(构成成膜工序的图3的步骤S1)。在此，作为导电性功能液30，利用使导电性微粒子在分散介质中分散的材料。
导电性微粒子，是将所述导电膜12的形成材料进行微粒子化的微粒子；为了使分散性提高而在其表面也能利用将有机物等进行涂敷。在分散介质中，利用水、醇类、烃类化合物、醚类化合物等；其蒸气压，从成膜时的干燥速度或液滴喷出装置100在保存时的保存稳定性等的观点而言，作为优选是0.1Pa以上27kPa以下的范围。导电性功能液30的表面张力，从喷出稳定性等的观点而言，作为优选是0.02N/m以上0.07N/m以下的范围；也可添加表面活性剂而进行调整。再有，在导电性功能液30中，能适当添加用于使成膜后的固定性提高的树脂、或用于粘度调整、保存稳定性调整等的各种添加剂。
此外，描绘中先行的、作为前处理，也可进行诸如和要配置的图案相匹配的亲液化及疏液化的表面处理(例如，等离子体处理或通过表面吸附分子的膜形成等)，通过被称为围堰的隔壁将图案进行分块描绘。通过执行这样的前处理，使导电性功能液30的更高精度的图案配置成为可能。
如果将导电性功能液30进行图案配置，以下，如图4所示，通过干燥至烧成除去导电性功能液30的分散介质，将导电膜12进行成膜(构成成膜工序的图3的步骤S2)。这时导电膜12，虽然也依据于干燥条件，但形成得在中央部12b中膜面比较平坦，在外缘部12a中膜面隆起而描绘外边缘。这可认为是，因为如图4(a)所示，在导电性功能液30的液面为曲面的关系下，中央部30b和外缘部30a之间产生干燥速度差，通过内部对流产生导电性微粒子的浓度斑。
这样，利用液滴喷出法而成膜的导电膜12，因为特别是在外缘部12a中具有大的紊乱的膜面，通过以下说明的整形工序，可期望将这样的膜面的紊乱进行排除。
整形工序，大地具有虚设功能膜形成工序和蚀刻工序。
首先，利用图2所示的液滴喷出装置100，如图4(c)所示，在导电膜12的中央部12b上将抗蚀剂液32进行图案配置(构成虚设功能膜形成工序的图3的步骤S3)。其次，使抗蚀剂液32干燥，如图4(d)所示将作为虚设功能膜的抗蚀剂膜33进行成膜(构成虚设功能膜形成工序的图3的步骤S4)。抗蚀剂膜33起到将导电膜12进行蚀刻掩蔽的作用，根据需要(例如，已形成有电极等的情况下)，也可在元件基板11上的其他的各处上形成。
接着，如图4(e)所示，将抗蚀剂膜33作为蚀刻掩模，将导电膜12的外缘部12a进行蚀刻(作为蚀刻工序的图3的步骤S5)；其后如图4(f)所示，将抗蚀剂膜33除去(图3的步骤S6)。蚀刻，能利用湿蚀刻、干蚀刻、电解蚀刻等。起到作为蚀刻掩模(etching mask)功能的抗蚀剂膜33，因为利用液滴喷出法而形成，能利用和成膜工序(步骤S1、S2)共同的装置，制造容易。
如所述，经过步骤S1、S2的成膜工序，步骤S3～步骤S6的整形工序，膜面平坦性优良的导电膜12，形成于元件基板11上。
最后，将元件电极14、15、信号线16、17、层间绝缘膜18进行图案形成(图3的步骤S7)；再有，在导电膜12上通过通电成形法而形成电子发射部13(作为电子发射部形成工序的图3的步骤S8)，完成图1所示的电子发射元件10。
这样，本实施方式中的导电膜12，比完成状态中的尺寸预先大一圈地进行成膜，在除去具有紊乱的膜面的外缘部12a的状态下而完成。这样，因为导电膜12的膜面的平坦性优良，所以能提供电子发射特性不均小的电子发射元件10。
(电光学装置的构成)
以下，参照图5，对电光学装置的构成进行说明。图5(a)是表示电光学装置的主要部结构的示意截面图，(b)是表示元件基板中的电子发射元件的排列的示意平面图。
在图5(a)中，电光学装置70，备有：电子发射元件10被排列的元件基板11；和与元件基板11对向的显示基板71。元件基板11和显示基板71，通过未图示的外框部件保持恒定间隔；两基板11、71间的空间72，在10-7托(Torr)左右的真空状态下被密封固定。在此，为了保持真空度，也有在相对于空间72的面上通过蒸镀未图示的气体吸附膜而进行形成的情况。
如图5(b)所示，元件基板11，备有所谓的单纯矩阵型的元件排列，该矩阵型的元件排列，其第1信号线16、第2信号线17配线为矩阵状；具备沿着两信号线16、17而形成的第1元件电极14、第2元件电极15的电子发射元件10，以像素单位下配设。第1信号线16和第2信号线17，通过由绝缘体形成的层间绝缘膜18被绝缘，分别施加不同的信号。即，在第2信号线17上，施加用于将电子发射元件10在每一行(图的X轴方向的排列)依次驱动的扫描信号；在第1信号线16上，施加用于将被扫描信号所选择的行的电子发射元件10的电子发射进行控制的灰度信号；所以使像素单位中的电子发射被控制。
在图5(a)中，显示基板71，备有对向电极73、和荧光膜74、和遮光膜75。遮光膜75，以将像素进行分块地与电子发射元件10的排列吻合而形成；起到将像素间的来自串音(cross talk)干扰或荧光膜74的外光反射减低的作用。作为材料，利用石墨等、具有导电性及遮光性的材料。
荧光膜74包括荧光体，通过来自电子发射元件10的发射电子的碰撞而荧光体发光，起到使像素点亮的作用。在电光学装置70是彩色显示类型的情况下，荧光膜74，在每个像素上由对应于三原色的荧光体进行分割而形成。
在对向电极73上施加加速电压(例如，10kV左右)，因为供给使荧光膜74的荧光体激发的充分的能量，起到加速发射电子的作用。在对向电极73上，例如，利用ITO等的透明性导电体。
在所述的构成中，将在第2信号线17上施加的扫描信号、第1信号线16上施加的灰度信号进行控制而从电子发射元件10使电子发射，在对向电极73上被加速的发射电子通过与荧光膜74碰撞而点亮像素，显示出期望的图像。该电光学装置70，因为具有先前已说明的电子发射元件10，所以发射电子的照射精度优异，可显示精细的图像。
(电子仪器)
以下，参照图6，对电子仪器的具体例进行说明。图6是表示电子仪器的一例的示意立体图。
作为图6所示的电子仪器的便携式信息处理装置700，备有：键盘701、信息处理主体703、和电光学装置702。这样的便携式信息处理装置700更具体的示例，是文字处理器、个人计算机。该便携式信息处理装置700，因为搭载有具有先前已说明的电子发射元件10的电光学装置702，所以发射电子的照射精度优异，可显示精细的图像。
再有，作为具有电子发射元件10的电子仪器的其他的示例，有将电子发射元件10作为相干(coherent)电子源进行使用的各种各样的仪器；例如，相干电子束聚焦装置、电子线全息装置、单色化型电子枪、电子显微镜、多根相干电子束制作装置、电子束曝光装置、电子照像印刷的描图装置等。
(第2实施方式)
以下，对本发明的第2实施方式，沿着图7的流程图，参照图8、图9进行说明。此外，在以下，对和上述的实施方式重复的内容将省略说明，对相异点进行中心说明。
图7是表示第2实施方式中的电子发射元件的制造工序的流程图。图8(a)～(e)及图9(f)～(i)是表示第2实施方式中的电子发射元件的制造工序中的一个过程的示意截面图。
在该第2实施方式中，首先，如图8(a)所示，在元件基板11上将第1导电膜21通过液滴喷出法进行图案形成(作为成膜工序的图7的步骤S11)。其次，如图8所示，将作为虚设功能膜的SiO2膜25，在第1导电膜21的中央部21b上进行图案形成(图7的步骤S12)，而且如图8(c)所示，将SiO2膜25作为掩模，将第1导电膜21的外缘部21a进行蚀刻(图7的步骤S13)并整形。
这样，整形工序中的虚设功能膜，不限于来自抗蚀剂膜材料的，如果能起到在蚀刻工序中作为蚀刻掩模的作用，也可利用其他的材料。
接着，将SiO2膜25，在利用了HF溶液等的蚀刻中一度除去(图7的步骤S14)，如图8(d)所示，以将第1导电膜21的全部覆盖的方式将SiO2膜26，作为1nm～50nm左右的超薄膜进行形成(图7的步骤S15)。因而，如图8(e)所示，将第2导电膜22，通过SiO2膜26以和第1导电膜21一部分重合的方式进行形成(图7的步骤S16)。
在此形成的SiO2膜26，并非是用于如所述的SiO2膜25那样的蚀刻掩模的功能膜，而是起到在导电膜21、22间通过SiO2膜26的膜厚形成所规定的狭小的间隙(gap)的作用。
接着，如图9(f)所示，将作为虚设功能膜的SiO2膜27在第2导电膜22上进行图案成膜(图7的步骤S17)，而且，将作为蚀刻掩模的SiO2膜27在第2导电膜22的外缘部22a及中央部22b的一部分进行蚀刻(图7的步骤S18)。这样，如图9(g)所示，成为具有第1导电膜21的新外缘部21c、和第2导电膜22的新外缘部22c，通过SiO2膜26而对向的构造。因而，如图9(h)所示，如果除去SiO2膜26及SiO2膜27(图7的步骤S19)，则在该对向构造部分上形成狭小的空隙，起到作为电子发射部23的功能。最后，如图9(i)所示，将元件电极14、15、信号线16、17进行图案形成(图7的步骤S20)，完成电子发射元件20。
这样，成膜工序及整形工序，也可以是分割为多次，另外，电子发射部形成工序和成膜工序及整形工序，也可以是构成为重复工序。
本发明不限定于所述的实施方式。例如，在第1实施方式的整形工序(图3的步骤S3～S6)中，导电膜12的外缘部12a的蚀刻，并非是针对其全部，也可是仅对一部分(例如，电子发射部13形成的部位)进行蚀刻。
再有，在第1实施方式中，取代通电成形，也可以是通过电子线的成形或通过局部研磨将电子发射部形成。
再有，在第1实施方式中，也可以是在成膜工序和整形工序之间的时刻(timing)形成电子发射部。
再有，各实施方式的各构成，能将这些适当地进行组合、省略、和未图示的其他构成进行组合。

Claims (6)

1、一种电子发射元件的制造方法，其中所述电子发射元件发射来自形成于导电膜上的电子发射部的电子，该方法的特征在于，具有：
成膜工序，其利用液滴喷出法在基板上将所述导电膜进行图案形成；
整形工序，其将所述导电膜的一部分进行选择而除去；和
电子发射部形成工序，其在所述导电膜上形成所述电子发射部。
2、根据权利要求1所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于，所述整形工序，具有：
虚设功能膜形成工序，其利用液滴喷出法在所述导电膜上将虚设功能膜进行图案形成；和
蚀刻工序，其将所述虚设功能膜作为掩模，蚀刻所述导电膜的露出部分。
3、根据权利要求1或2所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于，
在所述整形工序中，除去所述导电膜的外缘部。
4、一种电子发射元件，具备形成于基板上的导电膜，并发射来自形成于所述导电膜的电子发射部的电子，其特征在于，
所述导电膜，除去利用液滴喷出法而成膜的一部分而成。
5、一种电光学装置，具备权利要求4所述的电子发射元件。
6、一种电子仪器，具备权利要求4所述的电子发射元件。
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