CN1913076A - 电子发射器件、使用它的电子源和显示设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电子发射特性的离差很小并且抑制了其电子发射量的“波动”的电子发射器件。该电子发射器件包括衬底和其中包括间隙的导电膜，该衬底配备有包含硅氧化物的第一部分和与第一部分并列设置并具有更高的导热性的第二部分，该导电膜设置在衬底上，其中第一和第二部分具有比导电膜的电阻更高的电阻，该间隙设置在第一部分上。

Description

电子发射器件、使用它的电子源 和显示设备及其制造方法
技术领域
本发明一种电子发射器件、使用该器件的电子源和图像显示设备。此外，本发明还涉及一种信息显示设备，比如电视，这种设备接收广播信号比如电视广播并执行在广播信号中包括的图像信息、字符信息和声频信息的显示和再现。
背景技术
传统的表面导电型电子发射器件的制造过程使用附图24A至24D示意性地示出。首先，一对辅助电极2和3形成在基本绝缘的衬底1上(附图24A)。接着，该对辅助电极2和3与导电膜4连接(附图24B)。然后，执行被称为“通电形成(energization forming)”的处理，该处理通过在该对辅助电极2和3之间施加电压在导电膜4的一部分上形成第一间隙7(附图24C)。“通电形成”处理是使电流在导电膜4中流动以便通过该电流产生焦耳热在一部分导电膜4上形成第一间隙7的过程。彼此相对且其间放置有第一间隙7的一对电极4a和4b通过“通电形成”处理形成。然后，优选执行被称为“活化”的处理。“活化”处理原理上包括在含碳的气体环境中在辅助电极对2和3之间施加电压的过程。通过这种处理，碳膜21a和21b(它们都是导电膜)形成在第一间隙7中的衬底1上和在第一间隙7附近的电极4a和4b上(附图24D)。通过上述过程形成了电子发射器件。
附图8A所示为在执行了“活化”处理之后电子发射器件的平面示意图。附图8B所示为沿着附图8A的线B-B’的剖面示意图，并且基本与附图24D相同。在附图24A至24D中，通过与附图8A和8B中的参考标号相同的参考标号表示的部件与附图8A和8B中的部件相同。在使电子发射器件发射电子时，使施加给辅助电极2和3中的一个电极的电位高于施加给另一个电极的电位。通过以这种方式对辅助电极2和3施加电压，在第二间隙8产生强电场。结果，可认为电子从构成第二间隙的外边缘的部分(这些部分是在低电位侧连接到辅助电极2或3的碳膜21a或21b的端缘)的许多位置(即多个电子发射区)发射。
日本专利申请公开第H07-201274、日本专利申请公开第H04-132138、日本专利申请公开第H01-279557、日本专利申请公开第H02-247940和日本专利申请公开第H08-96699公开了通过控制辅助电极2和3和导电膜4等的形状控制该间隙的位置的技术。
通过如下过程可以构造图像显示设备：使配备有由排列的多个这种电子发射器件构成的电子源的衬底和配备有由荧光体等制成的发光膜的衬底相对并维持在真空中的衬底之间的间隔。
发明内容
对于最近的图像显示设备，要求能够在较长的期间上非常均匀且稳定地显示更加明亮的显示图像。因此，在配备有包括排列的多个电子发射器件的电子源的图像显示设备中，要求每个电子发射器件稳定维持良好的电子发射特性较长的期间。此外，同时，也要求每个电子发射器件的电子发射量Ie的离差较小。
在“通电形成”处理中，其中形成了第一间隙7的位置极容易甚至被较小的作用因素改变。即，第一间隙7的位置和形状由在“通电形成”处理过程中产生的焦耳热集中的部位确定。
如果导电膜4在质量上和形状上是均匀的并且辅助电极2和3彼此对称，则在导电膜4中产生的焦耳热必定是均匀的。因此，认为，如果考虑对环境的热传导(例如，对辅助电极2和3的热传导)，焦耳热最集中的位置正好在辅助电极2和3的中间。
然而，实际中发生了导电膜4的膜厚变化、辅助电极2和3的形状误差等。因此，几乎在所有的情况下，如附图8A所示，间隙(第一间隙7和第二间隙8)在辅助电极2和3之间的区域中较大弯曲地延伸。
此外，因为附图8A是在执行了“活化”处理之后的示意图，因此没有绘制出第一间隙7的形状。但是，第一间隙7的形状与第二间隙8的形状几乎是相同的弯曲形状。此外，第一间隙7的宽度宽于第二间隙8的宽度。
因此，每个电子发射器件的间隙(第一间隙7和第二间隙8)的形状彼此不同。结果，造成了电子发射特性的离差(变化)。
此外，如上文所述，普遍认为，在构成间隙8的外部边缘(它是一个碳膜21a或21b的端缘的一部分)的许多位置上发生了场发射(从这些位置穿透(发射)电子)。例如，在使第一辅助电极2的电位高于第二辅助电极3的电位并驱动该电子发射器件时，可以将通过第二电极4b连接到第二辅助电极3的第二碳膜21b看作发射器。结果，在构成第二间隙8的外部边缘(它是第二碳膜21b的端缘)的部分上存在许多电子发射点(区域)。即，普遍认为，许多电子发射点位于连接到辅助电极3或2的碳膜21a或21b的端缘上的一条线上，沿着第二间隙8将低电位施加给该辅助电极3或2上。
因此，如附图8A等所示，在间隙(第二间隙8和第一间隙7)弯曲地延伸时，从辅助电极到每个电子发射点的有效电阻值发生了离差。结果，在这种电子发射器件中，几乎在所有的情况下都发生了电子发射量的“波动”(它是这样的一种现象：其中电子发射电流的改变在短时间内发生)。
此外，使用在作为已有技术示出的日本专利申请公开第H07-201274、日本专利申请公开第H04-132138、日本专利申请公开第H01-279557、日本专利申请公开第H02-247940和日本专利申请公开第H08-96699中公开的技术可以降低间隙(第二间隙8和第一间隙7)的弯曲。然而，虽然可以降低由作为主要原因的间隙弯曲引起的“波动”，但是已经发现仅仅消除弯曲的原因不足以减小电子发射量的“波动”。
因此，在包括上文提到的许多排列的电子发射器件的电子源中，预计源自间隙7和8之弯曲的电子发射特性的变化和电子发射量的改变以及电子发射量的“波动”都已经发生。此外，在使用电子发射器件的图像显示设备中，已经存在如下的情况：所预计的亮度改变和亮度变化(离差)源自间隙的弯曲和电子发射量的“波动”。因此，难以实现高度精确的且良好的显示图像。
因此，考虑到上述的问题，本发明的一个目的是提供一种具有很小的电子发射特性的离差以及被抑制了其电子发射量的“波动”的电子发射器件。
此外，同时，本发明的另一目的是提供一种电子发射特性的离差很小并且它的电子发射量的“波动”很小的电子发射器件的简单的且可良好控制的制造方法。
此外，本发明的进一步目的是提供一种具有很小的电子发射特性的离差和稳定的电子发射特性的电子源和该电子源的制造方法。同时，本发明的进一步目的是提供一种具有很小的亮度离差和改变的图像显示设备和该图像显示设备的制造方法。
因此，本发明解决了上述问题，本发明是一种包括衬底和设置在衬底上并在其中包括间隙的导电膜的电子发射器件，其中衬底至少包括含硅氧化物的第一部分和与第一部分并列设置并各自具有比第一部分的导热性更高的导热性的第二部分，其中第一和第二部分各自具有比导电膜的电阻更高的电阻，其中导电膜设置在第一和第二部分上，其中间隙设置在第一部分上。
此外，本发明的特征还在于：“与第一部分的两侧并列地设置第二部分以将第一部分夹在第二部分之间”；“每个第二部分的导热性至少是第一部分导热性的四倍大”；“构成第一和第二部分中的每部分的材料的电阻率是108Ωm或更大”；“导电膜的薄膜电阻是在102Ω/□至107Ω/□的范围内”；以及“第一部分包含硅氧化物作为主要成分”。
此外，本发明是一种电子发射器件，包括：设置在衬底上的一对电极；和连接到该电极对并且其中包括间隙的导电膜，其中具有比导电膜的电阻更高的电阻的层，其中该层具有孔隙以暴露该间隙，其中衬底在该孔隙之下的一部分处的导热性低于该层的导热性。
本发明的特征还在于配备有本发明的多个电子发射器件的电子源以及包括该电子源和发光部件的图像显示设备。
本发明的特征还在于配备有输出在所接收的广播信号中包含的图像信息、字符信息和声频信息中至少一种信息的至少一个接收器和连接到该接收器的图像显示设备的信息显示设备。
此外，本发明是一种具有在其一部分上包括间隙的导电膜的电子发射器件的制造方法，该方法包括：制备衬底的第一步骤，该衬底至少包括第一部分和与第一部分并列设置的第二部分，该第二部分具有各自比第一部分的导热性更高的导热性，其中第一和第二部分以具有比第一和第二部分的电阻更低的电阻的导电膜覆盖；通过使电流在导电膜中流动而在第一部分上的一部分导电膜上形成间隙的第二步骤。
此外，本发明的特征还在于：“每个第二部分的导热性至少是第一部分导热性的四倍大”；“构成第一和第二部分中的每部分的材料的电阻率是108Ω或更大”；“导电膜的薄膜电阻是在102Ω/□至107Ω/□的范围内”；以及“第一部分包含硅氧化物作为主要成分”。
此外，本发明是一种配备有在衬底上设置的一对电极和连接到该对电极并且在其一部分处包括间隙的导电膜的电子发射器件的制造方法，该方法包括：制备衬底的步骤，该衬底配备有(A)电极对、(B)连接该电极对两者的导电膜和(C)具有位于该电极对之间以暴露该导电膜的一部分的孔隙的层，该层设置在导电膜上并具有比导电膜的电阻更高的电阻；和通过使电流经该电极对在导电膜中流动而在导电膜的一部分上的孔隙中形成间隙的步骤，其中至少位于该孔隙之下的一部分衬底的导热性低于该层的导热性。
本发明的特征还在于通过使用本发明的多个电子发射器件的制造方法制造的电子源的制造方法和通过使用该电子源的制造方法制造的图像显示设备的制造方法，该图像显示设备包括发光部件。
另一方面，根据本发明的电子发射器件包括绝缘衬底；在该衬底上设置成彼此相对并且其间具有间隔(空间)的第一和第二电极；在衬底上第一和第二电极之间延伸的导电膜，该导电膜的一端连接到第一电极，其另一端连接到第二电极，该导电膜中还包括在第一和第二电极之间的位置处的间隙；和设置在该间隙之上的阳极，在第一和第二电极之间施加电压时发射的电子朝向该阳极。
其中绝缘衬底包括在导电膜的间隙之下的第一绝缘材料的第一部分和在第一和第二电极之间的位于第一部分附近的第二绝缘材料的第二部分，和
第一绝缘材料的热膨胀率小于第二绝缘材料的热膨胀率，第二绝缘材料的导热性大于第一绝缘材料的导热性。
在本实施例中，第二绝缘材料的导热性至少是第一绝缘材料的导热性的四倍大。
在本实施例中，在导电膜的间隙中的间隔方向上的第一部分的宽度小于在第一和第二电极之间的间隔的一半，优选小于在第一和第二电极之间的间隔的十分之一。
根据本发明，可以实现具有很小的“波动”并且能够在较长的时间内保持具有很小的离差的良好电子发射特性的电子发射器件。此外，因为间隙(第一间隙7和/或第二间隙8)的位置和形状，可以提供其电子发射特性的离差很小的电子发射器件和电子源。结果，可以提供一种能够显示具有良好的均匀性和具有很小的亮度变化的高质量的显示图像的图像显示设备和信息显示设备。
附图说明
附图1A、1B和1C所示为显示本发明的电子发射器件的结构实例的平面示意图和剖面示意图；
附图2A、2B、2C、2D和2E所示为本发明的电子发射器件的制造方法的概述的示意图；
附图3A、3B和3C所示为本发明的电子发射器件的另一结构实例的平面示意图和剖面示意图；
附图4A、4B和4C所示为本发明的电子发射器件的进一步的结构实例的平面示意图和剖面示意图；
附图5A、5B、5C、5D和5E所示为本发明的电子发射器件的制造方法的概述的示意图；
附图6A、6B、6C和6D所示为本发明的电子发射器件的另一结构实例的平面示意图和剖面示意图；
附图7A、7B、7C、7D、7E和7F所示为本发明的电子发射器件的制造方法的概述的示意图；
附图8A和8B所示为说明常规的电子发射器件的实例的平面示意图和剖面示意图；
附图9A和9B所示为在制造本发明的电子发射器件时在施加形成脉冲时温度分布的示意图；
附图10所示为配备有电子发射器件的测量评估功能的真空室的实例的示意图；
附图11A和11B所示为在制造本发明的电子发射器件时形成脉冲的实例的示意图；和
附图12A和12B所示为在制造本发明的电子发射器件时激活脉冲的实例的示意图；
附图13所示为本发明的电子发射器件的电子发射特性的示意图；
附图14A、14B和14C所示为本发明的电子发射器件的驱动特性的示意图；
附图15所示为说明使用本发明的电子发射器件的电子源衬底的示意图；
附图16所示为说明使用本发明的电子发射器件的图像显示设备的实例的构造的示意图；
附图17A和17B所示为说明荧光膜的示意图；
附图18所示为根据本发明的电子源和图像显示设备的制造过程的实例的示意图；
附图19所示为根据本发明的电子源和图像显示设备的制造过程的实例的示意图；
附图20所示为根据本发明的电子源和图像显示设备的制造过程的实例的示意图；
附图21所示为根据本发明的电子源和图像显示设备的制造过程的实例的示意图；
附图22所示为根据本发明的电子源和图像显示设备的制造过程的实例的示意图；
附图23是本发明的电视设备的方块图；
附图24A、24B、24C和24D所示为常规的电子发射器件的制造过程的实例的示意图；
附图25所示为根据本发明的电子发射器件的一部分的示意图；
附图26A、26B和26C所示为根据本发明的电子发射器件的构造的示意图；
附图27所示为本发明的电子发射器件的改进实例的示意图。
具体实施方式
虽然下文详细地描述根据本发明的电子发射器件和它们的制造方法，但是在下文中示出的材料和取值仅仅是举例。只要各种材料和各种取值的改进实例都落在能够实现本发明的目标和优点的范围内，则可以采用这些改进的实例作为上述的材料和取值以应用到本发明。
(第一实施例)
使用附图26A至26C首先描述作为根据本发明的电子发射器件的形式的最典型的实例的第一实施例的基本结构。
附图26A所示为本发明典型结构的平面示意图。附图26B和26C所示分别为沿着线B-B’和C-C’截取的剖面示意图。
在附图26A至26C中所示的形式的实例是这样的实例：衬底100基本由绝缘衬底1、第一部分5和第二部分6构成。每个第二部分6具有比第一部分5的导热性更高的导热性(更高的热导率)。在这种形式的实例中，第二部分6被分离设置在两个区域上，并且第二部分被设置成将第一部分5置于它们之间。第一和第二部分彼此并列设置。
在衬底100上，第一辅助电极2和第二辅助电极3被设置成彼此分离一段间隔L1。第一导电膜30a和第二导电膜30b分别连接到第一辅助电极2和第二辅助电极3。第一导电膜30a和第二导电膜30b彼此相对，它们之间设置间隙8。即，间隙8被设置在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间。间隙8被设置在正好在第一部分5之上的区域中。考虑到驱动器的成本等因素，第二间隙8的宽度L3被典型地设定在从1纳米到10纳米的范围内(包含两个端值)以使驱动电压为30V或更小，并且还可以抑制由在驱动时意料之外的电压变化引起的放电。
此外，附图26A至26C说明了第一导电膜30a和第二导电膜30b为两个完全分离的膜。然而，因为间隙8可以具有如上文所述的非常窄的宽度，因此间隙8、第一导电膜30a和第二导电膜30b可以总体地表示为“其中包含间隙的导电膜”。
此外，还存在一些这样的情况：其中第一导电膜30a和第二导电膜30b在非常微小的区域中彼此连接。因为非常微小的区域具有较高的电阻，因此该区域对电子发射特性的影响受到限制，因此可以允许这种微小的区域。第一导电膜30a和第二导电膜30b在一部分上彼此连接的形式也可以表示为“其中包括间隙的导电膜”。
此外，附图26A所示为间隙8没有任何特定的周期性地弯曲的实例。然而，间隙8不必是弯曲的。间隙8可以是一种所需的形式比如直线、周期性缠绕的线、弧线、弧线和直线的组合形式。
因此，间隙8通过第一和第二导电膜30a和30b的设置形成以使它们的端缘(外部边缘)可以彼此相对。
可以设想许多电子发射点(区域)存在于一个导电膜30a或30b的端缘的部分(它们是构成间隙8的外部边缘的部分)上。例如，在通过分别给第一和第二辅助电极2和3施加彼此不同的电位以使第一辅助电极2的电位可以高于第二辅助电极3的电位来驱动电子发射器件时，连接到第二辅助电极3的第二导电膜30b对应于发射器。即，许多电子发射点(区域)存在于第二导电膜30b的端缘的部分(它们是构成间隙8的外部边缘的部分)上。相反，在通过分别给第一和第二辅助电极2和3施加彼此不同的电位以使第二辅助电极3的电位可以高于第一辅助电极2的电位来驱动电子发射器件时，连接到第一辅助电极2的第一导电膜30a对应于电子发射膜(发射器)。即，许多电子发射点(区域)存在于第一导电膜30a的端缘的部分(它们是构成间隙8的外部边缘的部分)上。
间隙8也可以通过对导电膜执行使用聚焦离子束(FIB)等的各种毫微级的高度精确的处理方法形成。因此，本发明的电子发射器件的间隙8不限于通过“活化”处理(将在下文中描述)形成的间隙。
此外，附图26A至26C所示为由衬底1、第一部分5和第二部分6制成的衬底100的实例，该第一部分5和第二部分6分离地形成在衬底1的表面上。然而，第一部分5可以通过衬底1的一部分形成。此外，如附图1A至1C所示，第一部分5可以由层叠在衬底1的表面上的另一部件形成。类似地，第二部分6可以由衬底1的一部分形成，或者可以是层叠在衬底1的表面上的另一部件。
然而，如上文所述，需要第二部分6具有比第一部分5的导热性(热导率)更高的导热性。此外，具有与第一部分5和第二部分6的导热性不同的导热性的部分可以设置在衬底1上的未设置辅助电极2和3和导电膜30a和30b的区域中。作为这种区域，例如，除了在第一辅助电极2和第二辅助电极3之下的区域和在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间的区域等区域之外的区域都可以使用。
通过采用这种结构，可以降低电子发射量的“波动”。虽然这个原因是不确定的，但是本发明人认为这个原因是：在间隙8的两侧上存在具有高导热性的第二部分6则在驱动时能够抑制导电膜30a和30b的温度上升。本发明人认为这个原因是这种结构可以抑制在驱动时导电膜30a和30b的材料的扩散和变形或者在衬底100中存在的杂质离子的扩散。即，本发明人认为这个原因是：从辅助电极2或3流到每个电子发射点(区域)的电流的离差和从辅助电极2或3到每个电子发射点(区域)的有效电阻的离差将会被抑制。此外，可以设想，因为在驱动时在间隙8的附近的温度上升也被抑制了，因此在间隙8的附近衬底100的表面的热变形也被抑制，结果间隙8的形状改变也可以被抑制。因此，本发明人认为，稳定了在驱动时有效地施加给间隙8的电压，并且将会抑制发射电流Ie(或亮度)的“波动”。
此外，示出了至少第二部分6直接接触导电膜30a和30b的形式。然而，只要它落在可以实现本发明的优点的范围内，另一层可以设置在第二部分6和导电膜30a和30b之间。此外，只要在实现本发明的优点的范围内，在第二部分6的整个面积上不需要第二部分6是均质的。类似地，只要在实现本发明的优点的范围内，另一层可以设置在第一部分5上，并且在第一部分5的整个面积上不需要第一部分5是均质的。
此外，所示的导电膜30a和30b也可以由碳膜21a和21b和电极4a和4b构成，这将作为第二实施例，并在下文中描述。
作为导电膜30a和30b的材料，可以使用导电材料比如金属和半导体。例如，可以使用金属比如Pd，Ni，Cr，Au，Ag，Mo，W，Pt，Ti，Al，Cu等、它们的合金以及碳。具体地，导电膜30a和30b优选是碳膜，因为它们可以通过“活化”处理形成，这将在下文中描述。在本实施例中的碳膜由与将在下文中描述的第二实施例的碳膜的材料和组分相同的材料和组分制成。
导电膜30a和30b优选被形成为具有在从102Ω/□至107Ω/□的电阻值的范围内(包括两个端值)的薄膜电阻(Rs)。具有上述电阻值的膜厚具体地优选在从5纳米至100纳米的范围内(包括两个端值)。此外，Rs是在长度方向上进行测量时在具有厚度t、宽度w和长度l的膜的电阻R被设定为R＝Rs(1/w)时出现的值。在电阻率被设定为ρ时，Rs＝ρ/t。此外，每个导电膜30a和30b的宽度W′优选被设定到小于每个辅助电极2和3的宽度W(参见附图26A)。通过将宽度W设定到比宽度W′更宽，可以降低从每个辅助电极有2和3到每个电子发射区的距离的离差。虽然对宽度W′没有特别的限制，但是作为实际的范围所述宽度W′优选在10微米到500微米的范围内(包括两个端值)。
此外，第一辅助电极2和第二辅助电极3的主要作用是将电压施加给导电膜30a和30b的端子作用。因此，如果存在将电压施加给间隙8的其它装置，则可以省去辅助电极2和3。
作为衬底1，可以使用石英玻璃、钠钙玻璃、由玻璃衬底和在玻璃衬底上层叠的硅氧化物(典型地SiO2)构成的玻璃衬底或者包含降低的碱性成分的玻璃衬底。
第一部分5和第二部分6优选由绝缘材料制成。原因在于，如果第一部分5是基本导电的材料，则在间隙8中产生强磁场是不可能的，在最糟糕的情况下不发射电子。此外，如果第二部分6具有较高的导电性，则存在的可能是在“活化”处理或驱动时在发生放电时出现具有足够破坏电子发射点(区域)的幅值的电流。
因此，对于第一部分5，重要的是它基本是绝缘材料。而对于第二部分6，重要的是具有比导电膜30a和30b的导电率更低的导电率(典型地，具有较高的薄膜电阻值或者高电阻值)。构成第一部分5的材料的电阻率实际上优选与构成第二部分6的材料的电阻率(108Ω或更大)具有相同的电阻率或者更大。换句话说，第一部分5的电阻值(或者薄膜电阻值)优选具有与第二部分6的电阻值(或薄膜电阻值)相同的电阻值或者更大。
因此，如果考虑厚度(将在下文中描述)，则第一部分5和第二部分6的薄膜电阻值具体优选为1013Ω/□或更大。为了实现这种薄膜电阻值，第一部分5和第二部分6实际优选具有等于108Ω/m或更大的电阻率。
作为第二部分6的材料，选择具有比衬底1和第一部分5的导热性更高的导热性(热导率)的材料。具体地，可以使用氮化硅、氧化铝、氮化铝、五氧化钽和氧化钛。
此外，虽然第二部分6的厚度(在附图26A至26C中在Z方向上的厚度)也取决于材料，但是为了本发明的优点，它们优选有效是10纳米或更大，更为优选的是100纳米或更小。此外，虽然从有利的角度考虑对厚度的上限值没有限制，但是考虑到过程的稳定性或与衬底1的热应力优选有效地使厚度为10微米或更小。
为了在“活化”处理(将在下文中描述)中实现高电子发射特性(特别是高电子发射量)并且为了在驱动时稳定的缘故，第一部分5优选包含硅氧化物(典型地SiO2)。此外，特别优选的是，第一部分5包含硅氧化物作为主要成分。在包含硅氧化物作为主要成分的情况下，在第一部分5中包含的硅氧化物的百分比实际上为80wt％或更大，优选90wt％或更大。
间隙8的宽度的实际范围是1纳米至10纳米，如下文所描述。因此，如果在驱动时第一部分5发生了变形(热膨胀)，则间隙8的形状受到影响，并且导致发射电流Ie和器件电流If的改变。硅氧化物(典型为SiO2)具有非常小的线性热膨胀系数。因此，即使间隙8的附近的温度在驱动时变得较高，仍然可以特别有效地抑制发射电流Ie和器件电流If的改变比如“波动”。此外，为了实现具有足够的可再现性的效果，优选第二部分6的导热性至少是第一部分5的导热性的四倍大。
在第一辅助电极2和第二辅助电极3彼此相对设置的方向(X方向)上的间隔L1和每个厚度根据电子发射器件的使用形式等适当地设计。例如，在电子发射器件被用于图像显示设备比如电视(将在下文中描述)的情况下，间隔L1和膜厚度根据它的分辨率对应地设计。总之，因为要求高清晰度(HD)电视非常精确，因此需要使它的像素尺寸较小。因此，在限制电子发射器件的尺寸的同时，为了获得足够的亮度，设计电子发射器件以使可以获得足够的发射电流Ie。
第一辅助电极2和第二辅助电极3在X方向(彼此相对的方向)上的间隔L1实际被设定到从5微米到100微米的范围内(包括两个端值)。间隔L1是5微米或更大的原因是，在间隔L1小于5微米时，存在这样的一些情况：在“活化”处理时(将在下文中描述)或者在驱动时产生不希望或意料之外的放电时严重地损害了电子发射器件。此外，间隔L1是100微米或更小的原因是，在用于高清晰度(HD)电视情况下在间隔L1大于100微米时，则变得难以设计这种辅助电极2和3。辅助电极2和3的膜厚实际在从100纳米到10微米的范围内(包括两个端值)。
作为辅助电极2和3的材料，可以使用导电材料比如金属和半导体。例如，相应地，可以使用金属和合金比如Ni，Cr，Au，Mo，W，Pt，Ti，Al，Cu，Pd等和金属或金属氧化物比如Pd，Ag，Au，RuO2，Pd-Ag等。
因为与辅助电极2和3相比，导电膜30a和30b更薄，因此辅助电极2和3各自具有比导电膜30a和30b的导热性高得多的导热性。
第一部分5在X方向上的宽度L2被设定为比间隔L1窄得多。为了充分地降低电子发射量的“波动”，宽度L2优选是间隔L1的一半或更小，更为优选的是，是间隔L1的十分之一或更小。
第一部分5位于间隙8正下方，可取的是宽度L2的值尽可能大地接近间隙8的宽度(在附图26A至26C的X方向上的宽度L3)。这是因为，为了实现上文所述的本发明的优点，优选导电膜30a和30b与位于它们正下方的第二部分6的接触面积尽可能地大。然而，象执行“活化”处理(将在下文中描述)的情况一样，存在许多这样的情况：其中间隙8的弯曲形状和宽度L3不可能均匀地形成，虽然该情形也取决于间隙8的制造方法。
因此，间隔L2的值被设定到大于间隙8的宽度L3。考虑到构图的精度等，间隔L2实际被设定为10纳米或更大，优选20纳米或更大。
在所有的情况下，为了实现上述的优点，至少一部分间隙8必须位于第一部分5正上方的区域中。即，对于间隙8，在Y方向上延伸的至少一部分Z-X横截面上存在的间隙8必须位于第一部分5正上方的区域内。毋庸置疑，优选在X-Y平面上的整个间隙8位于第一部分5正上方的区域内，如附图26A至26C所示。然而，在实现本发明的优点的限度内，例如，如附图27所示，不排除如下的形式：在X-Y平面上的间隙8的一部分从在第一部分5正上方的区域的里面伸到外部。
因此，实际中优选在X-Y平面中的间隙8的80％或更多位于第一部分5正上方。此外，可以以在X-Y平面中的间隙8的面积的80％替换该80％的比率。此外，换句话说，实际需要的是，导电膜对30a和30b的端缘在X-Y平面上构成间隙8的每个部分的长度的80％或更大位于第一部分5正上方。
此外，位于间隙8中的衬底100的表面(第一部分5的表面)优选是凹面，该表面的形状下文将参考“活化”处理进行描述。因为在这种形式下第一导电膜30a和第二导电膜30b的蠕变距离可以保持较长，因此可以改善蠕变耐受电压，这是可取的。
此外，如果第一部分5设置在间隙8正下方，则不需要第一部分5位于辅助电极2和3之间的中心。此外，虽然在Y方向上以直线形成第一部分5的实例在附图26A所示的实例中示出，但是第一部分5可以不是直线的。
附图26C所示为甚至在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间未设置导电膜30a和30b的区域中将第一部分5置于第二部分6之间的情况。然而，在本发明中，不限于这种形式，第一部分5可以不存在于在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间未设置导电膜30a和30b的区域中。即，可以采用这样的形式：其中第二部分6占用位于第一辅助电极2和第二辅助电极3之间的未设置导电膜30a和30b的衬底100表面的所有区域。
然而，在任何形式下，在第二间隙8下设置第一部分5。因此，第一间隙7也可以被设置在第一部分5上。
此外，各种改进的实例可用于本发明的电子发射器件。
(第二实施例)
使用附图1A至1C描述作为本发明电子发射器件的改进实例的第二实施例的基本构造。
附图1A所示为本实施例的典型结构的示意性平面图。附图1B和1C分别是沿着在附图1A中的线B-B’和线C-C’的剖面示意图。在附图1A至1C中，对于在第一实施例中相同的部件以相同的参考标号表示。在这种形式的实例中间隔L1和宽度L2和L3的尺寸、每个部件的材料和尺寸等都与参考第一实施例已经描述的尺寸和材料相同。
除了将在第一实施例中的导电膜(30a和30b)以碳膜(21a和21b)和电极(4a和4b)替代以外，本实施例与第一实施例相同。此外，碳膜(21a和21b)具有导电性。
在本实施例中，第一辅助电极2和第二辅助电极3设置在衬底100上。第一电极4a连接到第一辅助电极2，第二电极4b连接到第二辅助电极3。此外，第一碳膜21a连接到第一电极4a，第二碳膜21b连接到第二电极4b。
此外，第一电极4a和第二电极4b彼此相对地设置，在它们之间放置第一间隙7。第一间隙7的至少一部分(优选全部)设置在第一部分5正上方。
此外，第一碳膜21a和第二碳膜21b彼此相对设置，在它们之间放置第二间隙8。第二间隙8设置在第一间隙7的里面。即，第一间隙7的宽度(在电极4a和4b之间的间隔)大于第二间隙8的宽度(第一碳膜21a和第二碳膜21b的间隔)。
本实施例的第二间隙8对应于第一实施例的间隙8。因此，第二间隙8由第一碳膜21a的端缘(外部边缘)和第二碳膜21b的端缘(外部边缘)构成，在本实例形式中这两个端缘彼此相对。
可以设想许多电子发射区存在于构成第二间隙8的外部边缘的一个碳膜21a或21b的端缘的部分上。例如，在设定第一辅助电极2的电位高于第二辅助电极3的电位的情况下驱动电子发射器件时，连接到第二辅助电极3的第二碳膜30b对应于发射器。即，许多电子发射区存在于第二碳膜30b的端缘的部分上，该部分是构成第二间隙8的外部边缘的部分。
在附图1A至1C所示的形式的实例中，第一电极4a和第一碳膜21a构成了在第一实施例中的第一导电膜30a。第二电极4b和第二碳膜21b构成了第二导电膜30b。通过采用这种形式，可以使导电膜30a和30b具有两种功能：用作电子发射膜(发射器)的碳膜21a和21b和用作电阻器的电极4a和4b。即，通过控制电极4a和4b的电阻，可以控制从辅助电极2和3到第二间隙8的大部分有效电阻。结果，在第一碳膜21a和第二碳膜21b之间的放电可以被抑制，并且可以执行对“波动”的进一步抑制。
第一间隙7的宽度典型地设定在从10纳米至1微米的范围内(包括两个端值)。此外，考虑到驱动器的成本为使电子发射器件的驱动电压小于40V并且为抑制在驱动时由于非预期的电压变化引起的意料之外的或不希望的放电，第二间隙8典型地设定在从1纳米至10纳米的范围内(包括两个端值)。
此外，附图1A至1C所示为作为完全分离的两个膜的第一碳膜21a和第二碳膜21b。然而，因为第二间隙8如上文所述具有非常窄的宽度，因此第二间隙8、第一碳膜21a和第二碳膜21b可以被总体地表示为“其中包括间隙的导电膜”。
此外，第一碳膜21a和第二碳膜21b有时在非常微小的区域中彼此连接。因为非常微小的区域具有较高的电阻，因此对电子发射器件的电子发射特性的影响很有限，因此它是允许的。这种第一碳膜21a和第二碳膜21b在一部分上彼此连接的形式也可以表示为“其中包括间隙的导电膜”。
此外，附图1A所示为第二间隙8没有任何特定的周期性地弯曲的实例。然而，在本实施例中，间隙8不必是弯曲的。间隙8可以是一种所需的形式比如直线、周期性缠绕的线、弧线、弧线和直线的组合形式。
因此，间隙8通过第一碳膜21a和第二碳膜21b的相对的端缘(外部边缘)形成。
可以设想许多电子发射区存在于一个碳膜21a或21b的端缘的部分(它们是构成间隙8的外部边缘的部分)上。例如，在通过给第一和第二辅助电极2和3施加一种电位以使第一辅助电极2的电位可以高于第二辅助电极3的电位来驱动电子发射器件时，连接到第二辅助电极3的第二碳膜21b对应于发射器。即，许多电子发射区存在于第二碳膜21b的端缘的部分(它们是构成间隙8的外部边缘的部分)上。
虽然整个第二间隙8优选与第一实施例类似地位于第一部分5正上方，但是实际上优选的是80％或更多的第二间隙8位于第一部分5正上方。
通过对导电膜执行各种处理技术比如电子束光刻和聚焦离子束(FIB)可以形成第一间隙7。因此，本发明的电子发射器件的第一间隙7不限于通过“活化”处理(将在下文中描述)形成的间隙。此外，类似地，第二间隙8也可以通过对碳膜执行使用聚焦离子束(FIB)等的各种毫微级的高度精确的处理方法形成。因此，本发明的电子发射器件的第二间隙8不限于通过“活化”处理(将在下文中描述)形成的间隙。
通过采用这种结构，可以类似于第一实施例地降低电子发射量的“波动”。虽然这个原因是不确定的，但是本发明人认为这个原因是：在第二间隙8的两侧上存在具有高导热性的第二部分6则在驱动时能够抑制电极4a和4b的温度上升。本发明人认为这个原因是通过这种结构可以抑制在驱动时电极4a和4b的材料的扩散和变形或者在衬底100中存在的杂质离子的扩散。
即，本发明人认为这个原因是：从辅助电极2或3流到每个电子发射区的电流的扩散和从辅助电极2或3到每个电子发射区的有效电阻的离差将会被抑制。结果，本发明人认为，稳定了在驱动时有效地施加给第二间隙8的电压，并且将会抑制发射电流Ie(或亮度)的“波动”。
作为电极4a和4b的材料，可以使用导电材料比如金属和半导体。例如，可以使用金属比如Pd，Ni，Cr，Au，Ag，Mo，W，Pt，Ti，Al，Cu等、它们的合金，等等。在使电极4a和4b的电阻值太大时，不能获得所需的电子发射量，结果，有时可能不能减少“波动”。因此，考虑到很好地执行“通电形成”处理(下文将描述)的情况等因素，电极4a和4b优选被形成为具有在102Ω/□至107Ω/□的范围内(包括两个端值)的薄膜电阻(Rs)值。显示上文所述的电阻值的膜厚具体地优选在从5纳米到100纳米的范围内(包括两个端值)。此外，Rs是在长度方向上进行测量时在具有厚度t、宽度w和长度l的膜的电阻R被设定为R＝Rs(1/w)时出现的值。在电阻率被设定为ρ时，Rs＝ρ/t。此外，每个电极4a和4b的宽度W′(参见附图1A)优选被设定到小于每个辅助电极2和3的宽度W。通过将宽度W设定得比宽度W′更宽，可以降低从每个辅助电极2和3到每个电子发射区的距离的离差。虽然对宽度W′没有特别的限制，但是作为实际的范围该宽度W′优选在10微米到500微米的范围内(包括两个端值)。此外，因为与辅助电极2和3相比所述电极4a和4b较薄，因此与电极4a和4b相比，辅助电极2和3具有高得多的导热性。
碳膜21a和21b各自由含碳的膜制成。优选该膜包含碳作为其主要成分。此外，含有碳作为主要成分的膜实际上是在碳膜中含70wt％或更高、优选80wt％或更高的碳的一种碳膜。此外，碳膜21a和21b各自具有导电性。此外，碳膜21a和21b优选包含类石墨碳。类石墨碳包括具有完美的石墨的晶体结构的碳(所谓的HOPG)。此外，类石墨碳包括具有晶粒的碳，每个晶粒具有大约20纳米的直径，并具有轻微的无序的晶体结构(PG)。此外，类石墨碳包括具有这样的晶粒的碳，每个晶粒具有大约2纳米的直径，并具有较大的无序的晶体结构(GC)。此外，类石墨碳也包括非晶的碳(表示非晶的碳和/或非晶碳和石墨晶体的混合物)。
即，即使存在层(比如在石墨颗粒之间的晶界)的无序性，该碳膜仍然优选被用作碳膜21a和21b。
此外，可以省去辅助电极2和3，如参考第一实施例所描述。
至于衬底100，可以采用在第一实施例中所描述的衬底。
为了在“活化”处理中实现高电子发射特性(特别是高电子发射量)以及为了在驱动时稳定的缘故，第一部分5优选包含硅氧化物(典型地SiO2)。此外，特别优选的是，第一部分5包含硅氧化物作为主要成分。在包含硅氧化物作为主要成分的情况下，实际中在第一部分5中包含的硅氧化物的百分比是80wt％或更高，优选90wt％或更高。
第二间隙8的宽度是在从1纳米到10纳米的量级。因此，如果在驱动时第一部分5发生了变形，则第二间隙8的形状受到影响，造成发射电流Ie和器件电流If的改变。硅氧化物(典型的是SiO2)具有非常小的线性热膨胀系数。因此，即使第二间隙8附近的温度在驱动时变得较高，仍然可以特别有效地抑制发射电流Ie和器件电流If的改变比如“波动”。此外，为了显示这种具有良好的可再现性的效果，优选第二部分6的导热性至少是第一部分5的导热性的四倍大。
第一部分5位于间隙8正下方，可取的是宽度L2的值尽可能大地接近第二间隙8的宽度(在附图1A至1C的X方向上的宽度)。这是因为，为了实现上文所述的本发明的优点，优选电极4a和4b与位于它们正下方的第二部分6的接触面积尽可能地大。然而，象执行“活化”处理(将在下文中描述)的情况一样，存在许多这样的情况：其中弯曲形状和宽度L3不可能均匀地形成，虽然该情形也取决于间隙8的制造方法。
因此，间隔L2的值被设定到大于第二间隙8的宽度。考虑到构图的精度等，间隔L2实际被设定为10纳米或更大，优选20纳米或更大。
在所有的情况下，为了实现上述的优点，至少一部分间隙8必须位于第一部分5正上方的区域中。即，对于间隙8，在Y方向上延伸的至少一部分Z-X横截面上存在的间隙8必须位于第一部分5正上方的区域内。毋庸置疑，优选在X-Y平面上的整个间隙8位于第一部分5正上方的区域内，如附图1A至1C所示。然而，如参考第一实施例所描述，在实现本发明的优点的限度内，例如，如附图27所示，不排除如下的形式：在X-Y平面上的间隙8的一部分从第一部分5正上方的区域的里面凸伸。
因此，实际中优选在X-Y平面中的间隙8的80％或更多位于第一部分5正上方。此外，可以以在X-Y平面中的间隙8的面积的80％替换该80％的比率。此外，换句话说，实际需要的是，导电膜对30a和30b的端缘在X-Y平面上构成间隙8的每个部分的长度的80％或更大位于第一部分5正上方。
此外，如果第一部分5设置在第二间隙8正下方，则第一部分5不需要位于辅助电极2和3之间的中心上。此外，虽然在Y方向上形成呈一直线的第一部分5的实例在附图A中示出的实例中显示，但是第一部分5可以不是直线。
附图1C所示为甚至在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间未设置电极4a和4b的区域中将第一部分5置于第二部分6之间的情况。然而，在本发明中，不限于这种形式，第一部分5可以不存在于在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间未设置电极4a和4b的区域中。即，可以采用这样的形式：其中第二部分6占用在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间的未设置电极4a和4b的衬底100表面的所有区域。
然而，在任何形式下，在第二间隙8正下方设置第一部分5。因此，至少一部分第一间隙7被设置在第一部分5上。
(第三实施例)
使用附图3A至3C描述作为本发明电子发射器件的改进实例的第三实施例的基本构造。
附图3A所示为示意性平面图。附图3B和3C分别是沿着在附图3A中的线B-B’和线C-C’截取的剖面示意图。在附图3A至3C中，对与第一和第二实施例中相同的部件以相同的参考标号表示。在这种形式的实例中间隔L1和宽度L2的尺寸、每个部件的材料和尺寸等都与针对第一和第二实施例已经描述的尺寸和材料相同。
虽然在附图1A至1C所示的第二实施例中第一部分5置于第二部分6之间，但是在附图3A至3C中所示的本实施例并行地提供第一部分5和第二部分6。因此，本实施例与第一和第二实施例基本相同，但除了在衬底100的结构和由衬底100的结构的不同导致的第二间隙8的位置上与第二实施例不同之外。
此外，即使在附图3A至3C所示的形式中仍然可以获得与上述“波动”的抑制效果等效的效果。
然而，在附图3A至3C所示的形式中，与辅助电极3相比，辅助电极2位置更靠近第二间隙8。因此，优选驱动电子发射器件以便在使电子发射器件发射电子时(在驱动时)第二辅助电极3的电位可以低于第一辅助电极2的电位。
通过以这种方式驱动电子发射器件，连接到在低电位侧的辅助电极3的第二电极4b用作发射器侧。然后，许多电子发射点(区域)存在于构成第二间隙8的第二碳膜21b端缘处。因此，通过将高电阻的第二部分6设置在发射器侧上的电极4b正下方，与第一电极4a被设置在低电位的情况相比，即使产生了意料之外的或不希望的放电，仍然可以减少损失。
附图3C所示为甚至在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间未设置电极4a和4b的区域中并行地提供第二部分6和第一部分5的实例。此外，在未设置辅助电极2和3和电极4a和4b的区域中，可以设置具有与第一部分5和第二部分6不同的导热性的部分。此外，在第一辅助电极2和3之间未设置电极4a和4b和碳膜21a和21b的区域中可以不存在第一部分5。即，可能采用这样的形式：其中由第二部分6占用其中未设置电极4a和4b的在辅助电极2和3之间的衬底100表面的所有区域。然而，在任何形式中，第一部分5设置在第二间隙8正下方。因此，第一间隙7也设置在第一部分5上。
此外，在本实施例中所示的衬底100的结构也可适用于第一实施例的衬底100的结构。即，在这种情况下，第一电极4a和第一碳膜21a(它们在附图3A至3C中示出)以第一导电膜30a替换，第二电极4b和第二碳膜21b以第二导电膜30b替换。
(第四实施例)
使用附图4A至4C描述作为本发明电子发射器件的改进实例的第四实施例的基本结构。
在附图4A至4C中，对与第一至第三实施例中相同的部件以相同的参考标号表示。在这种形式的实例中间隔L1和宽度L2的尺寸、每个部件的材料和尺寸等都与针对第一至第三实施例已经描述的尺寸和材料相同。
附图4A所示为平面示意图，附图4B所示分别为沿着在附图4A中的线B-B’和C-C’的剖面示意图。
在这种改进的实例中，如附图4B所示，配备有孔隙的第二部分6设置在电极4a和4b上，通过这个孔隙暴露了第二间隙8，如附图4B所示。在附图1A至1C和附图3A至3C所示的形式中，第一部分5和第二部分6设置在电极4a和4b的下部侧上的情况，但是在本实施例中第一部分5和第二部分6设置在电极4a和4b的上部侧上。此外，在该改进的实例中的孔隙对应于第一部分5。因为本发明的电子发射器件在真空中被驱动，所以在该改进的实例中第一部分5变成真空。
在这种形式的实例中，在碳膜21a和21b被用作第二实施例时，如附图4B所示，优选以导电膜21a和21b覆盖第二部分6的孔隙部分的侧面。如参考第一实施例所描述，第二部分6是具有高电阻的部件并且优选由绝缘材料制成。因此，当从间隙8发射的电子通过该孔隙时，一部分发射的电子可能与第二部分6碰撞以给第二部分6的孔隙的里面充电。因此，优选以具有导电性的导电膜21a和21b覆盖在该孔隙中的表面(在该孔隙中的侧表面)。通过形成被覆盖的表面，即使电子在孔隙中与第二部分6的表面(侧表面)碰撞，仍然可以抑制对发射的电子的束轨道的影响。此外，通过该孔隙可以确定从间隙8发射的电子的程度(电子束的直径)。因此，除了上述的“波动”的抑制效果之外，本实施例的电子发射器件实现了仅仅通过控制孔隙的形状能够发射高度精确的电子束的效果。然后，使用本实施例的电子发射器件的图像显示设备可以实现高度精确的稳定的显示图像。
(第五实施例)
使用附图6A至6D描述作为本发明电子发射器件的改进实例的第五实施例的基本结构。
在附图6A至6D中，针对与第一至第四实施例中相同的部件以相同的参考标号表示。在这种形式的实例中间隔L1和宽度L2的尺寸、每个部件的材料和尺寸等都与相对第一至第四实施例已经描述的尺寸和材料相同。
在附图6A至6D中所示的本实施例是排列这样的方向的实例：在该方向上第一碳膜21a和第二碳膜21b彼此相对以便与衬底1的表面交叉。更具体地说，它是在衬底1上层叠第一部分5、第二部分6和第一辅助电极2的实例。也是在这种形式的实例中，衬底100由衬底1、第一部分5和第二部分6构成。
因此，第二间隙8设置在由第一部分5、第二部分6和第一辅助电极2构成的层状产品的侧表面(第一部分5的侧表面)上。除了这一点之外，本实施例与在附图1A至1C或附图3A至3C中所示的第二和第三实施例基本相同。此外，即使通过在附图6A至6D中所示的形式，仍然可以获得与上述的“波动”的抑制效果等效的效果。
附图6A所示为平面示意图，附图6B是沿着在附图6A中的线B-B’的剖面示意图。附图6C和6D是沿着附图6A中的线B-B’的剖面示意图的其它实例。
在本实施例中，如上文所述的附图1中所示，第一部分5也可以被设置为置于第二部分6之间(附图6B)。即，可以采用在衬底1上按顺序层叠第二部分6、第一部分5、第二部分6、第一辅助电极2的形式。
此外，如在附图3A至3C中所示的形式的实例一样，可以采用并行地提供第一部分5和第二部分6的形式的实例。即，第一部分5可以设置在第一辅助电极2和第二部分6之间(附图6C)。即，可以采用按顺序层叠第二部分6、第一部分5和第一辅助电极2的形式。
此外，如附图6D所示，第一辅助电极2的端部可以距离第一部分5的端部较远。通过这种形式，在第一辅助电极2和第一碳膜21a之间的距离(即在第一辅助电极和第二间隙8之间的距离)可以较长。结果，通过控制第一电极4a的电阻值，如参考第三实施例已经描述，即使发生了放电，仍然可以抑制对电子发射区的损坏。
此外，在这里所示的实例中，将层状产品的侧表面设置成基本垂直于衬底1的表面，在该层状产品的侧表面上设置第二间隙8。
在第一实施例中，第一导电膜30a和第二导电膜30b彼此相对的方向是衬底1的平面的方向(X方向)。此外，在第二至第四实施例中，第一碳膜21a和第二碳膜21b彼此相对的方向是衬底1的平面的方向(X方向)。
然而，考虑到提高电子发射效率η，优选第一碳膜21a和第二碳膜21b彼此相对的方向垂直于衬底1的表面。
在本发明的电子发射器件中，阳极电极44被设置成在驱动时在Z方向上与衬底1的平面分离，这将参考附图10描述。
因此，如果第一碳膜21a和第二碳膜21b彼此相对的方向象本实施例一样对着阳极电极44，则可以使电子发射效率η较大。
然而，在本实施例中，层状产品的侧表面并不限于垂直于衬底1的表面。有效的是，优选层状产品的侧表面在从30度到90度的范围内(包括两个端值)被设定到衬底的表面。
此外，电子发射效率η是由电子发射量Ie/器件电流If表示的值。在此，电子发射量Ie是流入阳极电极44的电流，器件电流If可以通过在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间流动的电流定义。
为了使电子发射效率η较高，在附图6A至6C所示的形式的实例中，优选在将第一辅助电极2的电位设定到高于第二辅助电极3的电位的情况下驱动电子发射器件。通过这种设定，因为要从间隙8附近发射的电子的发射方向对着阳极电极44，因此可以使到达阳极电极44的电流(电子发射量)远多于器件电流If。
这样，将第一辅助电极2的电位设定为在驱动时高于第二辅助电极3的电位的情况下，优选第二部分6具有较高的绝缘性能。在执行这种驱动时，如参考第三实施例所描述，连接到第二辅助电极3一侧的第二碳膜21b成为电子发射体(发射器)。因此，如果位于第二电极4b正下方的第二部分6具有较高的绝缘性能，则即使产生了放电时仍然可以抑制对电子发射区的损坏。
此外，参考本实施例示出的衬底100的结构也可以应用到第一实施例的衬底100的结构中。即，在这种情况下，在附图6A至6D中所示的第一电极4a和第一碳膜21a由第一导电膜30a替换，第二电极4b和第二碳膜21b由第二导电膜30b替换。
接着，描述本发明的电子发射器件的制造方法。根据下文描述的本发明的制造方法，可以形成上文所述的第一至第五实施例的电子发射器件。
此外，形成上文所述的本发明电子发射器件的制造方法并不限于上文所述的使用“通电形成”处理和“活化”处理(将在下文中描述)的制造方法。
在下文中，示出了通过“通电形成”处理形成第一间隙7的技术。根据下文的制造方法，在“通电形成”处理中容易控制第一间隙7的形状和位置。结果，因为通过进一步执行“活化”处理可以将第二间隙8直接设置在第一部分5上，因此可以控制电子发射区的位置。
在下文中，描述使用“通电形成”处理和“活化”处理形成附图1A至1C中所示的第二实施例的电子发射器件的情况。
首先，描述在对导电材料执行“通电形成”处理时形成第一间隙7的过程，辅助电极2和3连接到该导电材料，这一点参考常规技术已经描述过。
可以设想，在第一间隙7的形成的非常早期的阶段，首先，通过焦耳热使电极4a和4b的非常微小的部分具有高电阻(产生裂缝)。此外，在这个阶段，仅仅形成最终要形成的第一间隙7的一部分。即，在基本垂直于辅助电极2和3彼此相对的方向(X方向)的方向上(Y方向)不再从电极4a和4b的端部到端部形成间隙7。然后，通过电极4a和4b流动的电流的分布由于上述的变化到高电阻(裂缝的产生)而改变，该电流是通过在“通电形成”中施加的电压产生的电流。因此，可以设想，在电极4a和4b的另一部分上又发生了电流集中，并且在该部分上发生了变化到高电阻的改变(裂缝的产生)。因此认为，通过这种变化到高电阻的连续的连锁反应的发生，已经改变到高电阻的部分(裂缝)逐渐彼此连接，并且在Y方向上存在的第一间隙7最终形成。
基于上述的主题，在下文的描述中通过以第二实施例的电子发射器件为例参考附图2具体描述本发明的制造方法的实例。例如通过下面的步骤1-5实施根据本发明的制造方法。
(步骤1)
充分地清洗衬底1，并使用光刻技术(抗蚀剂涂覆、曝光、显影和蚀刻)形成第一部分5。此后，通过真空蒸发法、溅射法、CVD法等等方法淀积用于形成第二部分6的材料。此后，使用剥离剂实施剥离，第一部分5和第二部分6被设置成使第一部分5可以置于第二部分6之间(附图2A)。因此，第一部分5和第二部分6彼此并置(第一部分5和第二部分6并排设置)。
这时，优选形成第一部分5和第二部分6以使它们的表面(即衬底100的表面)基本平整。然而，只要在步骤3(将在下文中提及)中形成的导电膜4的膜厚不发生特别的改变，则第一部分5的表面对于第二部分6的表面可以变得多少有些不平坦。
此外，在此示出了在衬底1上形成第一部分5和第二部分6的实例。然而，第一部分5和第二部分6中之一或者两者都可以形成在衬底1的一部分上。
作为衬底1，可以使用石英玻璃、钠钙玻璃、通过在玻璃衬底上层叠硅氧化物(典型地SiO2)构成的玻璃衬底(其中氧化硅通过十分公知的薄膜形成方法比如溅射法形成)或者包含减小的碱性成分的玻璃衬底。优选使用硅氧化物(典型地SiO2)作为本发明中的衬底1。
第一部分5位于第二间隙8正下方。因此，为了在间隙8处执行电子的量子力学隧道效应，要求第一部分5在间隙8中具有足够高的绝缘性能。
因此，第一部分5优选由绝缘材料制成。具体地说，在实际中构成第一部分5的材料的电阻率等于或大于构成第二部分6的材料的电阻率(108Ωm或更大)。此外，在以另一方式以薄膜电阻值表示电阻率时，第一部分5的薄膜电阻值优选等于或大于第二部分的薄膜电阻值(1013Ω/□或更大)。
为通过“活化”处理(将在下文中描述)获取良好的电子发射特性，绝缘材料优选是包含硅氧化物(典型地SiO2)的材料。具体地，第一部分5优选包含硅氧化物作为主要成分。在包含硅氧化物作为主要成分的情况下，实际中在第一部分5中包含的硅氧化物的比率80wt％或更大、优选90wt％或更大。
具有比第一部分5的导热性更高的导热性的部件用于第二部分6。具体地说，优选第二部分6的部件具有是第一部分的导热性至少四倍大的导热性，因为在这种导热性下第一间隙7的位置很可能设置在第一部分5上。此外，使用比在步骤3(将在下文中描述)中在形成第二部分6中的导电膜4的电阻更高的电阻的材料。在第二部分6具有比在步骤3中形成的导电膜4的电阻更高的电阻时，在与导电膜4连接的辅助电极2和3之间的电阻值未落到导电膜4的电阻之下。结果，可以使在“活化”处理(将在下文中描述)时产生放电的可能性较低。此外，因为即使在产生放电时在第二部分6中存在的电子的数量较少，因此可以降低放电的影响。此外，因为可以稳定在驱动时的发射电流Ie，因此在用于图像显示设备的情况下可以维持良好的图像。
因此，第二部分6具有比电极4的电阻更高的电阻，并且它的材料优选是具有108Ωm或更大的电阻率的材料。此外，在以另一方式通过薄膜电阻值表示时，第二部分6的薄膜电阻优选为1013Ω/□或更大。
作为形成第二部分6的材料，如上文所述，选择具有比用于第一部分5的材料的导热性更高的导热性的材料。具体地，可以使用氮化硅、氧化铝、氮化铝、五氧化钽和氧化钛。此外，在第二部分6由所述的材料形成并且第一部分5由包含硅氧化物作为主要成分的绝缘材料形成时，通过“活化”处理(将在下文中描述)可以将有效的电子发射区(第二间隙8)直接设置在第一部分5之上。这是因为，对包含硅氧化物的部件有效地执行“活化”处理(将在下文中描述)。本发明人认为是如下的原因。通过用于第二部分6的材料(上文描述的)，即使执行“活化”处理，仍然不能改善电子发射特性，并且不能形成产生良好的电子发射特性的第二间隙8。因此，即使第一间隙7的一部分偏离了第一部分5正上方的位置，通过执行“活化”处理仍然可以在第一部分5上有效地形成电子发射区。
此外，虽然第二部分6的厚度也取决于上面的材料的选择，但是为了本发明的优点，每个厚度优选为10纳米或更大，更为优选的是100纳米或更大。此外，虽然不存在厚度的上限，但是考虑到过程的稳定性以及热应力与衬底1的关系，优选10微米或更小。
在执行第一间隙7的形状的控制时，将在X方向上的第一部分5的宽度L2设定为相对于间隔L1足够小。为了有效地降低电子发射量的“波动”，宽度L2优选被设定为L1/10或更小，或者实际中优选为L1/10或更小。此外，实际中为了显示抑制第一间隙7的弯曲范围的效果，优选第二部分6的导热性是第一部分5的导热性的至少四倍大。
(步骤2)
接着，通过真空蒸发法、溅射法等淀积用于形成辅助电极2和3的材料。通过执行使用光刻技术等的构图，形成第一辅助电极2和第二辅助电极3(附图2B)。
这时，第一辅助电极2和第二辅助电极3被形成为使得第一部分5和第二部分6之间的边界可以位于第一辅助电极2和第二辅助电极3之间。在此，因为使用将第一部分5置于第二部分6之间的形式，因此形成第一辅助电极2和第二辅助电极3以使得第一部分5和第二部分6之间的两个边界可以位于第一辅助电极2和第二辅助电极3之间。在附图3A至3C所示的实施例中，形成第一辅助电极2和第二辅助电极3以使得第一部分5和第二部分6之间的一个边界可以位于第一辅助电极2和第二辅助电极3之间。
作为辅助电极2和3的材料，可以使用导电材料比如金属、半导体等。例如，可以使用金属和合金比如Ni，Cr，Au，Mo，W，Pt，Ti，Al，Cu，Pd等和金属或金属氧化物比如Pd，Ag，Au，RuO2，Pd-Ag等。作为辅助电极2和3的膜厚、间隔L1、宽度W等，可以适当地应用参考第一和第二实施例描述的值。
(步骤3)
接着形成连接位于第一辅助电极2和第二辅助电极3之间的间隔(空间)的导电膜4(附图2C)，该第一辅助电极2和第二辅助电极3都形成在衬底1上。
作为导电膜4的制造方法，例如，可以采用如下的方法。即，首先，涂覆有机金属溶液以干燥，由此形成有机金属膜。然后，执行有机金属膜的加热烘焙处理以使有机金属膜成为金属化合物膜比如金属膜或金属氧化物膜。此后，通过剥离(lift off)执行构图、蚀刻等，获得了导电膜4。
作为导电膜4的材料，可以使用导电材料比如金属、半导体等。例如，可以使用金属或金属化合物(合金、金属氧化物等)比如Ni，Cr，Au，Mo，W，Pt，Ti，Al，Cu，Pd等。
此外，虽然在此基于应用有机金属溶液的方法已经进行了描述，但是形成导电膜4的方法不限于这种方法。例如，导电膜4也可以通过十分公知的技术比如真空蒸汽方法、溅射法、CVD法、分散涂覆法、浸渍法、旋涂法、喷墨法等形成。
为了执行适合于如下的步骤的“通电形成”处理，将导电膜4形成为具有从102Ω/□至107Ω/□的范围内(包括两个端值)的薄膜电阻(Rs)。
此外，Rs是在长度方向上进行测量时在具有厚度t、宽度w和长度l的膜的电阻R被设定为R＝Rs(1/w)时出现的值。在电阻率被设定为ρ时，Rs＝ρ/t。
显示上述的电阻值的膜厚在从5纳米到50纳米的范围内(包括两个端值)。此外，导电膜4的宽度W′被设定为比每个辅助电极2和3的宽度W更小(参见附图1A)。
此外，步骤3和步骤2其顺序可以彼此替换。
(步骤4)
接着执行“通电形成”处理。具体地，通过使电流流经导电膜4执行该处理。为了使电流流经导电膜4，具体地，可以通过在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间施加电压执行“通电形成”处理。
通过使电流流经导电膜4，第一间隙7形成在一部分导电膜4中(在第一部分5上)。结果，第一电极4a和第二电极4b被设置为在X方向上彼此相对，并在它们之间放置第一间隙7(附图2D)。此外，第一电极4a和第二电极4b有时在微小的部分处彼此连接。
在例如将已经完成步骤1-3的衬底100设置在附图10中所示的真空室中并使该真空室的里面为真空之后可以执行“通电形成”处理之后的处理。
此外，在附图10中所示的测量评估设备配备有真空设备(真空室)，并且该真空室配备有真空室所要求的设备，比如没有示出的排气泵、真空计等。使真空室的里面能够在所需的真空下执行各种测量评估。
此外，排气泵(未示)可以配备有不使用任何油的高真空室泵(比如磁性浮动涡轮泵、干密封真空泵等)和用于超高真空室系统的泵(比如离子泵)。
此外，通过将没有示出的气体引入设备附加地安装到本测量评估设备，在所需的压力下可以将用于“活化”处理(将在下文中描述)的含碳气体引入到真空室中。此外，整个真空室和在该真空室中设置的衬底100可以通过未示出的加热器加热。
通过将具有恒压(常数)的脉冲峰值的脉冲电压反复地施加到第一辅助电极2和第二辅助电极3之间的间隔中可以执行“通电形成”处理。此外，也可以通过施加其脉冲峰值逐渐增加的脉冲电压执行“通电形成”处理。附图11A示出了在其峰值恒定时的脉冲波形的实例。参考标号T1和T2表示在附图11A中的电压波形的脉冲宽度和脉冲间隔(暂停时间)。脉冲宽度T1可以被设定到从1微秒到10毫秒的范围内，脉冲间隔T2也可以设定到从10微秒到100毫秒的范围内。三角波和矩形波可用作要施加的脉冲波本身。
接着，附图11B示出了在施加脉冲电压的同时增加脉冲峰值的情况下的脉冲波形的实例。在附图11B中，参考符号T1和T2分别表示电压波形的脉冲宽度和脉冲间隔(暂停时间)。脉冲宽度T1可以被设定为从1微秒到10毫秒的范围内，脉冲间隔T2可以被设定为从10微秒到100毫秒的范围内。三角波和矩形波可用作要施加的脉冲波本身。要施加的脉冲电压的峰值以例如0.1V的步幅增加。
在上文描述的实例中，在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间施加三角波脉冲。然而，要施加给在辅助电极2和3之间的间隔的波形不限于三角波，并且可以使用所需的波形比如矩形波等。此外，三角波脉冲的峰值、脉冲宽度、脉冲间隔等也不限于上述的值。为了以良好的状态形成第一间隙7，根据电阻值和电子发射器件的状态可以选择适合的值。
接着，使用附图9A和9B描述在“通电形成”处理中为什么通过本发明的制造方法控制第一间隙7的形状的原因。
在执行常规的“通电形成”处理的情况下在电气化的过程中的温度分布在附图9B中示出。在这种情况下，焦耳热产生的温度分布在辅助电极2和3之间变得较宽。结果，通过上文已经提及的不同段的非均匀性，第一间隙7有时较大程度地弯曲，如附图8A所示。另一方面，通过本发明的制造方法，可以使在执行“通电形成”处理的情况下在电气化的过程中的温度分布较陡峭，如附图9A所示。
在本发明中，因为热量扩散到具有比第一部分5更高的导热性的第二部分6，所以焦耳热产生的温度分布变得比常规的“通电形成”的温度分布更陡峭。即使存在上述的不同段的非均匀性，第一间隙7仍然可以正好设置在第一部分5的宽度L2上。在宽度L2过度地偏离上述的范围时，可能存在的情况是在附图25中第一间隙7的一部分没有直接落在第一部分5之上的范围内。然而，即使在这种情况下，如上文所述，通过“活化”处理(将在下文中描述)并选择第一部分5和第二部分6的材料，可以将电子发射区有效地仅仅设置在第一部分5上。
(步骤5)
接着，优选执行“活化”处理(附图2E)。
如下地执行“活化”处理：将例如含碳的气体引入到附图10中所示的真空室中并在含该含碳的气体的气体环境下在辅助电极2和3之间施加双极性电压。
通过这种处理，碳膜21a和21b可以由在该气体环境中存在的含碳的气体形成。具体地说，碳膜21a和21b可以淀积在第一电极4a和第二电极4b之间的衬底100上(在第一部分5上)和在第一部分5附近的电极4a和4b上。
作为含碳的气体，例如可以使用有机材料。作为有机材料，可以列举脂族烃比如烷烃、烯烃和炔烃；芳香烃；乙醇；醛；酮；胺；有机酸比如酚、香芹酮、磺酸等；等。具体地，可以使用通过CnH2n+2的组分式表示的饱和烃比如甲烷、乙烷、丙烷等；通过CnH2n的组分式表示的不饱和烃比如乙烯、丙烯等；苯；甲苯；甲醇；乙醇；甲醛；乙醛；丙酮；丁酮；甲胺；乙胺；酚；甲酸；蚁酸；乙酸；丙酸；等。
此外，因为在真空室中包含碳的气体的分压优选根据电子发射器件的形式、真空室的形状、要使用的含碳气体的种类等变化，因此适合地设定分压。
作为在“活化”处理的过程中在给辅助电极2和3之间施加的电压波形，例如也可以使用在附图12A和12B中所示的脉冲波形。要施加的最大电压值(绝对值)优选在从10至25V的范围内适合地选择。
参考符号T1表示要施加的脉冲电压的脉冲宽度，参考符号T2表示在附图12A中的脉冲间隔。在本实例中，虽然示出了电压值具有等同的正和负绝对值的情况，但是该电压值还可以具有不同的正和负绝对值。此外，参考符号T1表示正电压值的脉冲电压的脉冲宽度，参考符号T1′表示在附图12B中的负电压值的脉冲电压的脉冲宽度。参考符号T2表示脉冲间隔。此外，在本实例中，虽然脉冲宽度T1和T1′满足T1＞T1′的关系，而且可以将电压值的正和负绝对值设定为相等，但是电压值可以具有不同的正和负绝对值。“活化”处理优选在器件电流If的上升变平缓之后结束。
此外，即使使用在附图12A和12B中所示的任一波形，通过执行“活化”处理直到器件电流If的上升变得平缓，在附图2E中所示的衬底表面上可以形成质量改变的部分(凹面部分)22。本发明人如下地看待质量改变的部分(凹面部分)22。
在SiO2(衬底的材料)存在于碳的附近的条件下衬底的温度上升时，Si被消耗。
通过发生这种反应，消耗在衬底中的Si，削减衬底的表面(第一部分5的表面)以形成具有削减的表面的形状(凹面部分)。
如果衬底具有质量改变的部分(凹面部分)22，则第一碳膜21a和第二碳膜21b的蠕变距离可能增加。因此，可能抑制放电现象的发生和过量的器件电流If，这些都被认为是由在驱动时在第一碳膜21a和第二碳膜21b之间施加的较强的电场引起的。
可以使通过“活化”处理形成的碳膜21a和21b成为参考第二实施例描述的含类石墨碳的碳膜。
优选在执行其驱动之前(在将电子发射器件应用到图像显示设备中的情况下是将电子束辐射到发光部件之前)执行通过上述步骤1-5所生产的电子发射器件的“稳定化”处理，这种“稳定化”处理是在真空中执行加热的处理。
优选通过执行“稳定化”处理通过上述的“活化”处理清除粘附到衬底100的表面和其它位置的过量的碳和过量的有机材料。
具体地，从真空室排出过量的碳和过量的有机材料。虽然优选尽可能地清除在真空室中的有机材料，但是优选清除有机材料高达1×10-8Ps或更小作为其分压。此外，在包括除了有机材料之外的其它气体的真空室中的总压力优选为3×10-6Pa或更小。
虽然在执行了“稳定化”处理之后优选维持在“稳定化”处理结束时的气体环境作为在驱动电子发射器件时的气体环境，但是气体环境不限于这种气体环境。如果充分地清除了有机材料，则即使在压力本身稍稍升高时仍然可以维持足够稳定的特性。
根据上述的步骤可以形成本发明的电子发射器件。
此外，在附图4A至4C中所示的实施例的电子发射器件可以例如如下地形成。使用附图5A至5E描述实例。
在与第一部分5的材料等效的材料的衬底(该衬底被用作参考步骤1描述的衬底1)上执行与上文已经描述的步骤2和步骤3相同的步骤(附图5A和5B)。接着，由与上文描述的第二部分6的材料等效的材料制成的层6被作为膜形成在导电膜4上。这时，在由与第二部分6的材料等效的材料制成的层的第一间隙7的位置上使用光刻技术等技术预先形成孔隙(附图5C)。通过执行与上文所述的步骤4相同的步骤，第一间隙7可以形成在该孔隙中(附图5D)。接着，通过执行与步骤5相同的步骤(附图5E)，可以获得具有在附图4A至4C中所示的结构的电子发射器件。
此外，在附图6B中所示的实施例的电子发射器件例如如下地形成。使用附图7A至7F描述实例。
首先，构成第二部分6的材料层、构成第一部分5的材料层、构成第二部分6的材料层以上述顺序层叠在参考上文所述的步骤1描述的衬底1上。通过真空蒸发法、溅射法、CVD法等方法，这些层中的每个层都可以被淀积在衬底1上。接着，通过真空蒸发法、溅射法、CVD法等方法，构成第一辅助电极2的材料层被淀积在构成第二部分6的材料层上(参见附图7A)。
此后，配备有阶梯形状的层状产品通过十分公知的构图方法比如光刻技术等形成(附图7B)。
接着，将第二辅助电极3形成在衬底1上(附图7C)。
接着，与上文所述的步骤3类似地形成导电膜4以便可以覆盖层状产品的侧表面，并将第一辅助电极2和第二辅助电极3连接(附图7D)。
然后，与上文所述的步骤4和步骤5类似地执行“通电形成”处理和“活化”处理(附图7E和7F)。
由此可以形成在附图6B中所示的实施例的电子发射器件。此外，通过省去在上述的步骤中由构成第二部分6的材料构成的层的一侧，可以形成在附图6C中所示的形式的实例。此外，因为仅仅通过将第一辅助电极2的端部的位置的平移步骤进一步增加到附图6C所示形式的实例的制造方法中，可以获得在附图6D中所示的形式的实例，因此通过增加构图步骤可以形成附图6D中所示的形式的实例而不存在问题。
此外，上述的实施例的电子发射器件的制造方法仅仅是举例，并且上文已经描述的第一至第五实施例的电子发射器件并不限于通过上述的制造方法所制造的电子发射器件。
接着，参考附图13描述在上述的第一至第五实施例中所示的本发明的电子发射器件的基本特性。在附图13中示出了在本发明的电子发射器件的发射电流Ie和器件电流If与要施加给辅助电极2和3的器件电压Vf之间的关系的典型实例，其中电流通过在附图10中所示的测量评估设备测量。
此外，因为发射电流Ie显著地小于器件电流If，因此附图13以任意单位示出。本发明的电子发射器件相对于发射电流Ie具有三个特征，正如从附图13中可以清楚看出。
首先，如果施加等于或大于某一电压(称为阈值电压：在附图13中的Vth)的器件电压，则本发明的电子发射器件的发射电流Ie快速地增加。另一方面，如果器件电压等于或小于阈值电压Vth，则几乎难以检测到发射电流Ie。即，电子发射器件是一种非线性器件，对于发射电流Ie它具有明显的阈值电压Vth。
第二，因为发射电流Ie取决于器件电压Vf，则通过器件电压Vf可以控制发射电流Ie。
第三，通过阳极电极44捕获的发射的电荷取决于施加器件电压Vf的时间。即，由阳极电极44捕获的电荷量可以通过施加器件电压Vf的时间控制。
通过使用电子发射器件的上述特性，根据输入信号容易控制电子发射特性。
附图14A至14C所示为驱动电子发射器件较长时间时的发射电流Ie(或亮度)。在附图14A至14C中以相同的比例表示纵轴和横轴。
如附图14A所示，象附图8A和8B中所示的常规的实例一样，在第二间隙8的弯曲较大(即第一间隙7的弯曲较大)的情况下，发射电流Ie(或亮度)的波动较大。
此外，附图14B所示为尽管第二间隙8的弯曲被抑制到较小则电子发射器件的发射电流Ie(或亮度)的改变的状态，其中衬底100的整个表面由硅氧化物制成。附图4B所示为相当于将在附图1A至1C中所示的结构中的第一部分5和第二部分6以单个硅氧化物层替代的形式的典型结构的情况。在这种情况下，如附图14B所示，发射电流Ie(或亮度)的波动不够，尽管与附图14A的波动相比，稍稍改善了波动。
附图14C所示为在附图1A至1C中所示的第二实施例的电子发射器件中的发射电流Ie(或亮度)的改变的状态。此外，这个特性在本发明的其它实施例的电子发射器件中也相同。可以设想，使用高导热性材料，在驱动时在位于第一部分5上的第二间隙8的附近中产生的热量立即扩散到第二部分6中。结果，如参考第一实施例所描述，抑制了在驱动时第二间隙8处的局部温度上升和导电膜4a、4b、21a和21b它们本身的温度上升。因此，在本发明的电子发射器件中，本发明人认为，最大地抑制了发射电流(或亮度)的波动。
接着，下文将描述在上文描述的第一至第五实施例中所示的本发明的电子发射器件的应用实例。
例如通过将本发明的多个电子发射器件设置在衬底上，可以构造电子源和图像显示设备比如平板型电视。
作为电子发射器件在衬底上的设置形式，例如，引用矩阵型设置。在这种设置形式中，上文所述的第一辅助电极2连接到在衬底上设置的X方向配线的m根配线中的一个。上文所述的第二辅助电极3电连接到在衬底上设置的Y方向配线的n根配线中的一个。此外，m和n都是正整数。
接着，使用附图15描述矩阵型设置的电子源衬底的构造。
上文所述的X方向配线72的m根配线由Dx1，Dx2，...，Dxm构成，并通过真空蒸发法、印刷法、溅射法等形成在绝缘衬底71上。X方向配线72由导电材料比如金属制成。Y方向配线73的n根配线由n根配线Dy1，Dy2，...，Dyn构成，并可以通过与X方向配线72相同的技术和相同的材料形成。没有示出的绝缘层设置在X方向配线72的m根配线和Y方向配线73的n根配线之间的每个部分上(交叉部分)。通过真空蒸发法、印刷法、溅射法等可以形成绝缘层。
此外，用于施加扫描信号的扫描信号施加装置(未示出)电连接到X方向配线72。另一方面，用于施加调制从与扫描信号同步地选择的每个电子发射器件74发出的电子的调制信号的调制信号发生装置(未示出)电连接到Y方向配线73。用于施加给每个电子发射器件的器件电压Vf被作为在所施加的扫描信号和调制信号之间的差电压提供。
接着，参考附图16、17A和17B描述使用上面的矩阵设置的电子源衬底的图像显示设备和电子源的实例。附图16所示为构成图像显示设备的外壳(显示板)88的基本构造图，附图17A和17B所示为显示荧光膜的构造的示意图。
在附图16中，本发明的多个电子发射器件74以矩阵的方式设置在电子源衬底(后板)71上。面板86由玻璃等制成的透明衬底83构成，在该衬底的内表面上形成了发光部件(荧光膜)84、导电膜85等。支撑框架82设置在面板86和后板71之间。通过给它们的结合区提供粘合剂比如熔结玻璃、铟等，使后板71、支撑框架82和面板86彼此密封。外壳(显示板)88由密封结构构成。此外，上述的导电膜85是对应于参考附图10描述的阳极44的部件。
外壳88可以由面板86、支撑框架82和后板71构成。此外，对大气压具有足够的强度的外壳88可以通过在面板86和后板71之间安装未示出的支撑部件(称为隔离物)而构造。
附图17A合17B各自为在附图16中所示的发光部件(比如荧光膜)84的具体结构实例。在单色的情况下，发光部件(比如荧光膜)84仅由单色荧光体92组成。在构成彩色图像显示设备的情况下，荧光膜84包括至少R、G和B三基色的荧光体92和在每种色彩之间设置的吸光部件91。黑色部件优选用于吸光部件91。附图17A所示为以条状设置吸光部件91的形式。附图17B所示为以矩阵形成设置吸光部件91的形式。一般地，附图17A的形式被称为“黑色条”，附图17B的形式被称为“黑色矩阵”。提供吸光部件91的目的是为了模糊在三基色荧光体的每个荧光体92之间的调色的部分上的色彩混合等(在彩色显示时这是需要的)，并抑制由于通过荧光膜84反射外部光而引起的对比度的降低。作为吸光部件91的材料，不仅可以使用含石墨作为主要成分的材料(它经常被普遍使用)，而且还可以使用任何材料，只要它们具有很小的光透射和反射特性即可。此外，该材料可以具有导电性或绝缘性。
此外，导电膜85(被称为“金属背”等)提供在荧光膜84的内表面侧(电子发射器件74一侧)。导电膜85的目的是通过在从荧光体92发射到面板86一侧的光中对朝电子发射器件74行进的光执行镜面反射来提高亮度。此外，其它的目的是用作施加电子束加速电压的阳极，以及抑制通过在外壳88中产生的负离子的碰撞而导致的荧光体的损坏。
导电膜85优选由铝膜形成。导电膜85可以通过如下过程制造；在荧光膜84的制造之后执行荧光膜84表面的平滑处理(通常称为镀膜)，并通过真空蒸发等将Al淀积在其上。
为了进一步提高荧光膜84的导电率，由ITO等制成的透明电极(未示)可以形成在面板86上的荧光膜84和透明衬底83之间。
在外壳88中的每个电子发射器件74连接到X方向配线72和Y方向配线73(上文参考附图15已经提到过它们)。因此，通过连接到每个电子发射器件74的端子Dox1-Doxm和Doy1-Doyn施加电压可以从所需的电子发射器件74发射电子。这时，在从5kV到30kV的范围内(包括两个端值)、优选在从10kV到25kV的范围内(包括两个端值)的电压通过高压端子87被施加给导电膜85。此外，在面板86和衬底71之间的间隔被设定到在从1毫米到5毫米的范围内(包括两个端值)、优选在从1毫米到3毫米的范围内(包括两个端值)。通过实施这种结构，从所选择的电子发射器件发射的电子透过金属背85，并与荧光膜84碰撞。然后，电子激励荧光体92以使它发光，由此显示图像。
此外，在上文描述的结构中，详细的部分比如每个部件的材料并不限于上述的内容，而是可以根据目标适当地改变。
此外，使用参考附图16描述的本发明的外壳(显示板)88构造信息显示设备。
具体地，信息显示设备包括接收设备和调谐接收的信号的调谐器，并通过将信号输出给显示板88在显示屏上显示或再现在调谐的信号中包含的信号。接收设备可以接收电视广播的广播信号等。此外，在调谐的信号中包括的信号指示图像信息、字符信息和声频信息中的至少一个。此外，可以说，上文的“显示屏”对应于在附图16中所示的显示板88中的荧光膜84。这种结构构成了信息显示设备比如电视。当然，在编码广播信号时，本发明的信息显示设备也包括解码器。此外，声频信号被输出到声频再现装置比如分离地提供的扬声器，并可以与将在显示板88上显示的图像信息和字符信息同步地再现。
此外，作为给显示板88输出图像信息或字符信息以在显示屏上显示和/或再现的方法，例如可以执行如下的方法。首先，对应于显示板88的每个像素的图像信号从所接收的图像信息或所接收的字符信息中产生。所产生的图像信号被输入到显示板C11的驱动电路C12中。然后，基于输入到驱动电路C12的图像信号，控制从驱动电路C12施加给显示板88中的每个电子发射器件74的电压，以及显示图像。
附图23所示为根据本发明的电视设备的方块图。由调谐器、解码器等构成的接收电路C20接收电视信号比如卫星广播、地面波等、通过网络广播的数据、等，并输出解码的图像数据至接口(I/F)单元C30。I/F单元C30将图像数据转换为显示器件C10的显示格式，并输出图像数据至图像显示设备C10(显示板C11)。图像显示设备C10包括显示板C11、驱动电路C12和控制电路C13。控制电路C13对输入的图像数据执行图像处理比如适合于显示板的校正处理，并输出校正的图像数据和各种控制的信号至驱动电路C12。驱动电路C12基于输入图像数据将驱动信号输出至显示板C11的每个配线(参考附图16的Dox1-Doxm和Doy1-Doyn)，并显示电视图形。接收电路C20和I/F单元C30可以储藏在与作为机顶盒(STB)的图像显示设备C10的壳体不同的壳体中，或者可以储藏在与图像显示设备10的壳体相同的壳体中。
此外，I/F单元C30也可以被构造成能够与图像记录设备或图像输出设备比如打印机、数字视频照相机、数字照相机、硬盘驱动器(HDD)、数字视频盘(DVD)等连接。这种结构能够实现在显示板C11上的图像记录设备上记录的图像的显示。此外，有时可以将能够处理在显示板C11上显示的图像的信息显示设备(或电视)构造成为图像输出设备输出经处理的图像。
在此所描述的信息显示设备的构造是一种实例，基于本发明的精神可以进行各种改进。此外，通过与系统比如TV会议系统和计算机连接，本发明的信息显示设备可以构造成各种信息显示设备。
实例
在下文中，引用实例来更加精细地描述本发明。
(实例1)
本实例为制造根据第二实施例描述的电子发射器件的实例。这个实例的电子发射器件的结构与附图1的结构相同。在下文中，本实例的电子发射器件的基本结构和制造方法参考附图1和2进行描述。
(步骤-a)
首先，包括对应于第二部分6构图的孔隙的光抗蚀剂层形成在清洁的石英衬底1上。此后，使用干蚀刻法将对应于第二部分6的构图的凹面部分形成在衬底1的表面上。因此，制备了五个相同的衬底1。
此后，Si3N4，AlN，Al2O3，TiO2和ZrO2淀积在对应于每个衬底1的第二部分6的凹面部分上以便用于每个衬底1的材料可以彼此不同。Si3N4通过等离子体CVD法形成，AlN，Al2O3，TiO2和ZrO2通过溅射法形成。在本实例中，第一部分5由石英形成。
同时，制备用于测量电阻率和导热性的石英衬底，并类似于上文所述的方法地将每种材料淀积在衬底上。然后，测量每种材料的电阻率和导热性以获得如下的结果。
在室温下的电阻率是：对于AlN为5×1013Ωm；对于Si3N4为1×1013Ωm；对于Al2O3为2×1013Ωm；对于ZrO2为1×108Ωm。此外，在室温下的导热性是：对于AlN为200W/m·K；25W/m；对于Si3N4为25W/m·K；对于Al2O3为18W/m·K；对于TiO2为6W/m·K；对于ZrO2为4W/m·K。此外，石英衬底1的电阻率是1×1014Ωm或更大，其导热性是1.4W/m·K。
淀积每种材料以使第二部分6和第一部分5的表面变得几乎均匀。
随后，通过有机溶剂溶解光抗蚀剂构图，并执行在光抗蚀剂上的淀积膜的剥离。因此，获得了被设置成使第二部分6之间为第一部分5的衬底100(附图2A)。
此外，使第一部分的宽度L2为5微米，第二部分的厚度为2微米。
此外，制备这样的衬底作为比较实例1，在该衬底上没有形成第一部分5和第二部分6(即仅仅有石英衬底1)。此外，也制备这样的衬底作为比较实例1′，在该衬底上每种材料没有被构图，但是进行了淀积(使整个表面成为第二部分6)
(步骤-b)
接着，由5纳米厚的Ti和45纳米厚的Pt构成的辅助电极2和3形成在本实例和比较实例1和1′的每个衬底100上。间隔L1被设置为20微米。
此外，每个衬底上第一部分5的中心被形成为差不多是辅助电极2和3的中心。此外，每个衬底上辅助电极2和3的宽度W(参见附图1A至1C)被设置为500微米(附图2B)。
(步骤-c)
随后，在执行烘焙处理之前在已经进行了步骤-a和步骤-b处理的每个衬底100上通过旋涂法涂敷有机钯化合物溶液。这样，包含Pd作为主要的元素的导电膜4形成在每个衬底上。随后，执行导电膜4的构图以形成导电膜4从而彼此连接第一辅助电极2和第二辅助电极3(附图2C)。所形成的导电膜4的薄膜电阻(Rs)是1×104Ω/□，膜厚被设定为10纳米。
(步骤-d)
接着，已经进行了上述步骤-a至步骤-c处理的每个衬底100被设置在附图10的真空室中，并该真空室抽真空以使它的里面达到1×10-6Pa的真空度。此后，使用电源41在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间施加电压Vf以执行“通电形成”处理。结果，在导电膜4中形成第一间隙7以形成电极4a和4b(附图2D)。此外，在“通电形成”处理中附图11B所示的电压波形被用作电压波形。在本实例中，脉冲宽度T1被设置为1毫秒，脉冲间隔T2被设置为16.7毫秒。此外，三角波的峰值以0.1V步幅上升以执行“通电形成”处理。此外，在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间的测量值变成大约1MΩ或更大时使“通电形成”处理的结束。
(步骤-e)
接着，执行“活化”处理。具体地，将苄基腈引入到真空室中。此后，在如下的条件下在辅助电极2和3之间施加在附图12A中所示的波形的脉冲电压：最大电压值是±20V，脉冲宽度T1是1毫秒，以及脉冲间隔T2是10毫秒。在“活化”处理开始之后，确定器件电流If已经进入了平缓的上升，停止电压的施加以结束“活化”处理。结果，形成了碳膜21a和21b(附图2E)。
通过上述的步骤形成每个电子发射器件。
因此，对比较实例1和1′的每个衬底100a和分别具有AlN，Si3N4，Al2O3，TiO2和ZrO2的第二部分6的衬底100执行步骤-b至步骤-e的相同处理。此外，通过相同的制造方法在每个衬底100上生产电子发射器件。
此外，在本实例中，因为用于第二部分6的每种材料的电阻率是108Ωm或更大，因此在“活化”处理的过程中不会产生造成严重损坏的放电。
(步骤-f)
接着，对每个电子发射器件执行“稳定”处理。具体地说，在通过以加热器加热真空室和电子发射器件来维持真空室和电子发射器件的温度在大约250℃的同时继续真空室的排气。在20小时之后，停止通过加热器加热并使温度返回到室温。然后，真空室中的压力达到大约1×10-8Pa。
接着，利用在附图10中所示的测量设备执行对每个电子发射器件的发射电流Ie和亮度的测量。
在发射电流Ie和亮度的测量过程中，在事先已经涂敷了荧光体的阳极电极44和电子发射器件之间的距离H被设定到2毫米，通过高压电源43将5kV的电位施加给阳极电极44。在这种状态下，使用电源41在每个电子发射器件的第一辅助电极2和第二辅助电极3之间施加峰值为17V的矩形脉冲电压。
此外，在进行这种测量时，以安培计42测量比较实例和本实例的每个电子发射器件的发射电流Ie，并从在真空室中提供的透明玻璃窗口(未示)中测量其荧光体亮度。所测量的发射电流Ie和所测量的亮度的“离差”在下表1中示出。因此，“离差”意味着通过在每个衬底100上形成的10个电子发射器件的发射电流Ie和亮度的(标准偏差/平均值×100(％))所表示的值。
表1
 第二部分6的材料   导热性(W/m·K)   Ie的离差(％)   亮度的离差(％)
 比较实例1  无(SiO2)   1.4   8.0   8.0
 比较实例1’  ZrO2   4   8.2   8.2
 TiO2   6   8.1   8.1
 Al2O3   18   8.0   8.0
 Si3N4   25   7.9   7.9
 AlN   200   8.0   8.0
  本实例  ZrO2   4   7.2   7.2
 TiO2   6   4.6   4.6
 Al2O3   18   4.5   4.5
 Si3N4   25   4.4   4.4
 AlN   200   4.0   4.0
如表1所示，与比较实例1的电子发射量Ie和亮度相比较，本实例的电子发射器件的发射电流Ie的“离差”和亮度的“离差”有显著的降低。此外，在比较实例1′和1的电子发射器件之间，比较实例1的电子发射器件的电子发射量Ie尤其大于比较实例1′的电子发射器件的电子发射量Ie和亮度。此外，关于“离差”，在比较实例1′和1的电子发射器件之间没有如此显著的差别。
在将ZrO2用作第二部分6的本实例的电子发射器件中，发射电流Ie的“离差”和亮度的“离差”与比较实例1′的电子发射器件的发射电流Ie的“离差”和亮度的“离差”相差没有这样大。然而，关于发射电流Ie，与比较实例1′的电子发射器件相比，在本实例的电子发射器件中能够获得这种极大的发射电流Ie(达到相差一位数字的程度)。这显示本实施例的电子发射器件使用“活化”处理用于制造过程，比较实例1′的电子发射器件不直接在第一间隙7(第一部分5)下使用硅氧化物。即，认为比较实例1′的电子发射器件不能执行充分的“活化”处理。
此外，在本实例的电子发射器件中，在第二部分6的导热性是第一部分5的导热性的至少四倍大时，发现对离差的抑制有显著的影响。
在执行了发射电流Ie和亮度的测量之后，以扫描电子显微镜(SEM)观测每个电子发射器件的第二间隙8的附近。
在比较实例1′的每个电子发射器件中，电子发射区(间隙8)如附图8A所示地较大地弯曲。此外，在比较实例1′的每个电子发射器件中，使碳膜21a和21b的淀积散开，并且第二间隙8也较大地弯曲。
另一方面，在本实施例的每个电子发射器件中，除了ZrO2用于第二部分6的实例之外，将第二间隙8有效地置于如附图1A所示的第一部分5的宽度L2中。然而，在ZrO2用于第二部分6的实例中，存在这样的部分：在X-Y平面中的第二间隙8的一部分从第一部分5正上方的区域内部凸伸一点到达外部，如附图27所示。然而，在第一部分5正上方的区域中，在被附图27之30a和30b所代替的附图1之碳膜21a和21b的淀积量方面没有发现显著的离差。在从第一部分5正上方的区域凸伸一点的部分上在碳膜的淀积中发现了离差。因此，认为在从第一部分5正上方的区域凸伸一点的部分中不存在有效的电子发射区，并且电子发射区落在第一部分5正上方的区域中。
(实例2)
在本实例中，附图1A至1C所示结构的电子发射器件通过与参考实例1描述的制造方法相同的方法制造。所使用的材料、尺寸等都与实例1的材料、尺寸等相同。此外，比较实例1的电子发射器件也通过与在此参考实例1描述的方法相同的方法形成。
然而，比较实例2的电子发射器件在此通过如下的方法形成。首先，对石英衬底1执行实例1的步骤-b和步骤-c。与在实例1中的比较实例1类似，第一部分5和第二部分6没有设置到比较实例2的衬底100上。接着，通过FIB，第一间隙7在Y方向上差不多在如附图1A至1C等所示的第一辅助电极2和第二辅助电极3的中心延伸。即形成了第一电极4a和第二电极4b。此外，所形成的间隙7被形成为落在与实例1的第一部分5的宽度L2范围相同的范围中。此后，执行与实例1的步骤-d和步骤-e相同的步骤。通过上文描述的处理，在石英衬底1上形成了比较实例2的10个电子发射器件。
在本实例中，测量以这种方式形成的每个电子发射器件的电子发射量Ie和亮度的“波动”。
此外，通过对每个电子发射器件执行实际的驱动而在较长的时间上测量发射电流Ie和亮度来测量“波动”。在实际的驱动中，事先将荧光体提供给阳极电极44，与参考实例1描述的测量类似地制备阳极电极44。在阳极电极44和电子发射器件之间的距离H被设定到2毫米，并通过高压电源43将5kV的电位施加给阳极电极44。具有15V的峰值、100微秒的脉冲宽度和60Hz的频率的矩形的电压脉冲从电源41反复地施加至电子发射器件的第一辅助电极2和第二辅助电极3之间。
应用安培计42，测量本实例的电子发射器件和比较实例1和比较实例2的电子发射器件的发射电流Ie，并从在真空室中形成的透明玻璃窗口(未示)中测量荧光体的发光亮度。
在所有的电子发射器件中通过计算以相同的测量间隔多次执行测量采集的多条数据的(标准偏差/平均值×100(％))获取发射电流Ie和亮度的波动值。
每个电子发射器件的发射电流Ie和亮度的波动值在下表2中示出。
表2
 部分2的材料   导热性(W/m·K)   Ie波动(％)   亮度波动(％)
 比较实例2  无(SiO2)   1.4   8.5   8.5
 比较实例2’  无(SiO2)   1.4   6.3   6.3
 本实例  ZrO2   4   6.0   6.0
 TiO2   6   3.7   3.7
 Al2O3   18   3.5   3.5
 Si3N4   25   3.3   3.3
 AlN   200   3.1   3.1
如表2所示，(其中第二间隙8的弯曲小到与本实例第二间隙8的弯曲相同程度的)比较实例2的电子发射器件的发射电流Ie和亮度的波动值，小于比较实例1的电子发射器件的相应波动值。
此外，在第二部分6的导热性是在本实例电子发射器件中第一部分5的导热性的至少四倍大的电子发射器件中，发射电流Ie和亮度的波动值变得异乎寻常地小。此外，将ZrO2用于本实例第二部分6的电子发射器件的发射电流Ie和亮度的波动值小于比较实例2的电子发射器件的波动值，但它们没有任何异常的差别。
在发射电流Ie和亮度的测量之后以SEM观测每个电子发射器件的第二间隙8的附近。除了比较实例2之外，观测的结果与参考实施例1描述的形式的结果相同。比较实例1的电子发射器件的弯曲最大。将ZrO2用于第二部分6的电子发射器件的弯曲第二大。在任何其它的电子发射器件中，将第二间隙8的弯曲有效地落在第一部分5的宽度L2中，如附图1A所示。
从实例1和实例2中发现本发明的电子发射器件在发射电流方面具有很小的离差和很小的“波动”，是一种良好的电子发射器件。
(实例3)
本实例说明制造在第三实施例中描述的电子发射器件的实例。
这个实例的电子发射器件的基本结构与附图4的结构相同。在下文的描述中，参考附图4和5描述本实例的电子发射器件的制造方法。
(步骤-a)
首先，包括对应于辅助电极2和3之构图的孔隙的光抗蚀剂形成在被清洁的石英衬底1上。随后，依次淀积5纳米厚的Ti和45纳米厚的Pt。接着，以有机溶剂溶解光光抗蚀剂，并执行淀积的Pt/Ti膜的剥离。然后，形成彼此以20微米的间隔L1相对的辅助电极2和3。此外，使辅助电极2和3之间的宽度W为500微米(附图5A)。
此外，在本实例中，石英衬底1对应于第一部分5。
(步骤-b)
接着，在执行热烘焙处理之前通过旋涂法将有机钯化合物溶剂涂敷在步骤-a中制造的衬底1上。这样，形成了包含Pd作为主要元素的导电膜4。接着，执行导电膜4的构图以形成导电膜4从而使辅助电极2和3彼此连接(附图5B)。所形成的导电膜4的薄膜电阻(Rs)是1×104Ω/□。
(步骤-c)
接着，光抗蚀剂层与形成在第二部分6上的孔隙图形对应地形成在通过步骤-b制造的衬底1上。通过这种方式，制备了5个相同的衬底1。
此后，Si3N4，AlN，Al2O3，TiO2和ZrO2淀积相应的衬底1上以便用于每个衬底1的材料可以彼此不同。Si3N4通过等离子体CVD法形成，AlN，Al2O3，TiO2和ZrO2通过溅射法形成。同时，每种材料也可以淀积在用于电阻率和导热性的测量的衬底上。在测量每个衬底的电阻率和导热性时，每个测量的值与实例1的测量的值相同。
随后，光抗蚀剂图形通过有机溶剂溶解，执行淀积的膜的构图。由此获得了这样的衬底1：在衬底1上差不多在第一辅助电极2和第二辅助电极3之间的中心位置为第二部分6提供孔隙(附图5C)。
此外，使第二部分6的孔隙的宽度L2为5微米，第二部分6的厚度为2微米。
接着，与实例1类似地执行步骤-d至步骤-f。
在后面的处理中，形成电子发射器件。此外，也是在这个实例中与实例1类似地通过相同的制造方法在相同的衬底上形成10个电子发射器件。
此外，因为同样在本实例中用于第二部分6的每种材料的电阻率是108Ωm或更大，因此在上述的“活化”处理中不会发生较大的放电。
与实例1类似地执行每个电子发射器件的发射电流Ie和亮度的测量。所测量的发射电流Ie和所测量的亮度的“离差”在下表3中示出。此外，制造了与比较实例1相同的电子发射器件作为比较实例3。
表3
 第二部分6的材料   导热性(W/m·K)   Ie波动(％)   亮度波动(％)
 比较实例3  无   1.4   8.1   8.1
 本实例  ZrO2   4   7.2   7.2
 TiO2   6   4.6   4.6
 Al2O3   18   4.4   4.4
 Si3N4   25   4.5   4.5
 AlN   200   4.2   4.2
如表3所示，与常规的电子发射器件(比较实例3)相比，本实例的电子发射器件(即包括第二部分6的电子发射器件)的发射电流Ie和亮度的“离差”变得更小。此外，特别是具有至少是比较实例3的电子发射器件导热性四倍的导热性的器件的发射电流Ie和亮度的“离差”变得更小。
在特性评测之后，以SEM观测每个电子发射器件的间隙8的附近。
在比较实例3的所有的电子发射器件中，第二间隙8较大地弯曲，如附图8A所示。另一方面，本实例的每个电子发射器件的第二间隙8的任何弯曲都被限制在第二部分6中形成的孔隙的宽度L3内，如附图4A所示。
此外，在本实例的电子发射器件的“波动”类似于实例2地测量时，可以获得具有与在表2中所示类似的很小“波动”的良好电子发射特性。
(实例4)
本实例说明制造关于第五实施例描述的电子发射器件的实例。
本实例的电子发射器件的基本结构与附图6B的结构相同。在下文中，参考附图6A至6D和7A至7F描述本实例的电子发射器件的制造方法。
(步骤-a)
首先，制备清洁的5个石英衬底1。然后，作为形成第二部分6的材料，将Si3N4，AlN，Al2O3，TiO2和ZrO2淀积在每个衬底1上以便用于每个衬底1的材料可以彼此不同。Si3N4通过等离子体CVD法形成，AlN，Al2O3，TiO2和ZrO2通过溅射法形成。同时，每种材料也可以淀积在用于电阻率和导热性的测量的衬底上。在测量每个衬底的电阻率和导热性时，每个测量的值与实例1的测量的值相同。
此后，通过CVD方法将硅氧化物(SiO2)淀积在所有的衬底1上作为构成第一部分5的材料。同时，SiO2也淀积在用于电阻率和导热性的测量的衬底上。在测量每个衬底的电阻率和导热性时，每个测量的值与比较实例1和2的测量的值相同。
接着，将形成第二部分6的材料再次淀积在第一部分5上。在此，与构成已经首先形成在每个衬底1上的第二部分6的材料相同的材料被形成在第一部分5上。
此外，5纳米厚的Ti和45纳米厚的Pt被依次淀积在第二部分6上作为构成辅助电极2的材料(附图7A)。
此后，执行光抗蚀剂的旋涂和掩模图形的曝光和显影。然后，由第一部分5和第二部分6构成的层状产品(将第一部分5置于第二部分6之间)和在该层状产品上设置的第一辅助电极2通过干蚀刻形成(附图7B)。
接着，在剥落光抗蚀剂之后，再次执行光抗蚀剂的旋涂、掩模图形的曝光和显影以对应于第二辅助电极3的图形地形成其中形成了孔隙的光抗蚀剂。接着在该孔隙中依次地淀积5纳米厚的Ti和45纳米厚的Pt。接着，执行光抗蚀剂的剥离并形成第二辅助电极3(附图7C)。
辅助电极3和辅助电极2的宽度W被设定为500微米。第一部分5的膜厚被设定为50纳米。在第二部分6中，在衬底1一侧上的第二部分的膜厚被设定为500纳米。另一方面，在远离衬底1的一侧上的第二部分6的膜厚被设定为30纳米。
此外，也制备了这样的衬底1(比较实例4)，在该衬底上在衬底1的表面和第一辅助电极2之间未形成第二部分6而是仅仅SiO2层(第一部分)被形成为580纳米厚。此外，也制备了这样的衬底1(比较实例4′)，在该衬底上在衬底1的表面和第一辅助电极2之间未形成第一部分5而是第二部分6被形成为580纳米厚。
在下面的处理中执行与实例1的步骤-c至步骤-f相同的步骤以形成电子发射器件。与实例1类似，在本实例中，在每个衬底上形成了10个电子发射器件。
此外，因为在本实例中用于第二部分的每种材料的电阻率是108Ω或更大，因此在上文所述的“活化”处理中不会产生较大的放电。
接着，类似于实例1和2，测量每种电子发射器件的发射电流Ie和亮度。所测量的发射电流Ie和所测量的亮度的“离差”在下表4中示出。
表4
 第二部分6的材料   导热性(W/m·K)   Ie离差(％)   亮度离差(％)
 比较实例4  无   1.4   8.0   8.0
 比较实例4′  ZrO2   4   7.9   7.9
 TiO2   6   8.1   8.1
 Al2O3   18   7.9   7.9
 Si3N4   25   8.0   8.0
 AlN   200   8.2   8.2
 本实例  ZrO2   4   7.0   7.0
 TiO2   6   4.5   4.5
 Al2O3   18   4.2   4.2
 Si3N4   25   4.3   4.3
 AlN   200   4.0   4.0
如表4所示，本实例的电子发射器件的发射电流Ie和亮度的“离差”变得小于比较实例4的电子发射器件的发射电流Ie和亮度的“离差”。此外，在比较实例4和4′的电子发射器件之间，比较实例4的电子发射器件的发射电流Ie大于比较实例4′的电子发射器件的发射电流Ie。此外，发现在它们之间比较实例4和4′的电子发射器件的“离差”没有如此显著的差别。
将ZrO2用于第二部分6的电子发射器件的发射电流Ie和亮度的“离差”比比较实例的电子发射器件的发射电流Ie和亮度更加优良，但是效果不是很大。然而，关于发射电流Ie，与比较实例4′的电子发射器件相比，在本实例的电子发射器件中能够实现这种很大的发射电流Ie(达到相差一位数字的程度)。这是因为，本实例的电子发射器件将“活化”处理用于制造过程，并且因为在比较实例4′的电子发射器件中，在第一间隙7正下方不存在硅氧化物，并且不能执行充分的“活化”处理。
此外，在第二部分6的导热性是第一部分5的导热性的至少四倍大时，发现在抑制离差方面存在显著的效果。
在上述的特性评估之后，以SEM观测每个电子发射器件的第二间隙8的附近。在比较实例4和4′的任何电子发射器件中，电子发射区(间隙8)较大地弯曲，如附图8A所示。此外，在比较实例4′的每个电子发射器件中，使碳膜21a和21b的淀积散开，并且第二间隙8也较大地弯曲。
另一方面，在本实例的每个电子发射器件中，第二间隙8有效地落在第一部分5的宽度L2中，如附图1A所示，但除了其中将ZrO2用于第二部分6的实例之外。然而，在将ZrO2用于第二部分6的实例中，存在这样的一部分，其中第一间隙7具有从第一部分5的宽度L凸伸的部分。然而，在第一部分5正上方的区域中，碳膜21a和21b的淀积量的离差没有如此大。
此外，在本实例的电子发射器件的“波动”与实例2(如表2所示)类似时，获得了具有很小“波动”的良好的电子发射特性。
(实例5)
本实例说明了通过将许多电子发射器件以矩阵方式设置在衬底上形成电子源的实例，通过与参考实例1制造的电子发射器件的制造方法相同的制造方法已经形成了该电子发射器件。本实例也是一个使用该电子源制造如在附图16中所示的图像显示设备的实例。在下文中，描述了在本实例中制造的图像显示设备的制造过程。
(衬底制造步骤)
硅氧化物膜形成在玻璃衬底71上。与第一部分5的图形对应地将光抗蚀剂形成在硅氧化物膜上。此后，使用干蚀刻法形成与第二部分6的图形等效的凹面部分。此后，通过等离子体CVD方法淀积Si3N4作为第二部分6的材料以使第二部分6和硅氧化物膜的表面变得差不多均匀。随后，通过有机溶剂溶解光抗蚀剂图形，并执行所淀积的膜的剥离以获得衬底71，在衬底71中第二部分6将第一部分5置于其间。此外，第一部分5的宽度L2被设置为5微米，第二部分6的厚度被设置为2微米。此外，在本实例中，第一部分5由硅氧化物制成。
(辅助电极的制造步骤)
接着，辅助电极2和3被形成在衬底71上(附图18)。具体地说，在衬底71上将钛Ti和铂Pt的叠层膜形成为40纳米厚之后，通过光刻法执行叠层膜的构图以形成辅助电极2和3。在本实例中，设置辅助电极2和3以使第一部分5的中心差不多位于辅助电极2和3之间的中心。此外，辅助电极2和辅助电极3的间隔L1被设置为10微米，长度W被设置为200微米。
(Y方向的配线形成步骤)
接着，如附图19所示，包括银作为主要成分的Y方向配线73被形成为与辅助电极3连接。Y方向配线73用作其中施加调制信号的配线的作用。
(绝缘层的形成步骤)
接着，如附图20所示，为了使在下一步骤中形成的X方向配线72和Y方向配线73隔离，设置由硅氧化物组成的绝缘层75。绝缘层75被设置为在X方向配线72(将在下文中描述)之下，以便覆盖事先已经形成的Y方向配线73。接触孔被开凿并形成在绝缘层75的一部分中以使得在X方向配线72和辅助电极2之间的电连接是可能的。
(X方向配线形成步骤)
如附图21所示，主要成分为银的X方向配线72形成在先前形成的绝缘层75上。X方向配线72与Y方向配线73交叉，并且绝缘层75置于它们之间，X方向配线72在绝缘层75的接触孔部分处连接到辅助电极2。X方向配线72用作被施加了扫描信号的配线。因此，形成了具有矩阵配线的衬底71。
(导电膜形成步骤)
通过喷墨法将导电膜4形成在衬底71上的辅助电极2和辅助电极3之间(附图22)，在衬底71上已形成了矩阵配线。在本实例中，有机钯络合物溶液被用作实施喷墨法的墨。施加有机钯络合物溶液以便连接在辅助电极2和辅助电极3之间。此后，在空气中执行对衬底71的热烘焙处理以使导电膜4成为由一氧化钯(PdO)制成的导电膜。
(“通电形成”处理和“活化”处理)
接着将该衬底71设置在真空室中，在该衬底71上形成了由辅助电极2和辅助电极3构成的许多单元，辅助电极2和辅助电极3通过上文所述的步骤通过导电膜4彼此连接。
然后，在使真空室排气之后，执行“通电形成”处理和“活化”处理。在“通电形成”处理和“活化”处理中，施加给每个单元的电压的波形等与通过实例1的电子发射器件制造方法所示的一样。
此外，通过将一个脉冲施加给在X方向配线72的多个配线中逐个选择的X方向配线72的每个配线的方法来执行“通电形成”处理。即，重复如下的处理：“在选择X方向配线72中的另一配线以给所选择的配线施加一个脉冲之前，将一个脉冲施加给在X方向配线72的多个配线中所选择的X方向配线72的一个配线”。
通过上述的处理，形成了衬底71，在该衬底71上设置了本实例的电子源(多个电子发射器件)。
随后，如附图16所示，由玻璃衬底83、荧光膜84和金属背85(后两者层叠在玻璃衬底的内表面上)构成的面板86设置在距衬底712毫米的上部位置上，并将支撑框架82置于它们之间。
然后，面板86、支撑框架82和衬底71的连接区的密封连接如下地执行：加热铟(In)(它是一种低熔点金属)并冷却它。此外，因为在真空室中执行密封连接处理，因此同时执行密封连接和密封而不使用任何排气管。
在本实例中，条状荧光体(参见附图17A)被用作荧光膜84(它是图像形成部件)以执行彩色显示。设置第一黑色条91，在它们之间设置所需的间隔以形成条状。接着，通过浆液法在黑色条91之间涂敷每种彩色荧光体92以制造荧光膜84。(经常被使用的)包含石墨作为主要成分的材料被用作黑色条91的材料。
此外，由铝制成的金属背85提供在荧光膜84的内表面侧(电子发射器件侧)上。通过在荧光膜84的内表面侧上执行Al的真空蒸发制造金属背85。
通过如上文所完成的图像显示设备的X方向配线和Y方向配线选择所需的电子发射器件，并将14V的脉冲电压施加给所选择的电子发射器件。同时，在10kV的电压通过高压端子Hv施加给金属背73时，可以较长时间地显示亮度遮蔽很小和亮度变化很小的明亮且良好的图像。
上文已经描述的实施例和实例仅仅是本发明的实例，本发明并不排除对上文所描述的每种材料、每个尺寸等进行各种改进的实例。

Claims (22)

1.一种包括衬底和设置在所述衬底上并在其中包括间隙的导电膜的电子发射器件，其中
所述衬底至少包括包含硅氧化物的第一部分和与所述第一部分并列设置的第二部分，所述第二部分的导热性比所述第一部分的导热性高，所述第一部分和所述第二部分的电阻比所述导电膜的电阻高，
所述导电膜设置在所述第一部分和所述第二部分上，和
所述间隙形成在所述第一部分之上。
2.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中所述第二部分并列地设置在所述第一部分的两侧以将所述第一部分夹在其间。
3.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中所述第二部分的导热性至少是所述第一部分导热性的四倍大。
4.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中构成所述第一部分和所述第二部分的材料的电阻率是108Ωm或更大。
5.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中所述导电膜的薄膜电阻是在102Ω/□至107Ω/□的范围内。
6.根据权利要求1所述的电子发射器件，其中所述第一部分包含硅氧化物作为主要成分。
7.一种电子发射器件，包括：设置在衬底上的一对电极；和连接到该对电极的导电膜，所述导电膜在其一部分上包括间隙，其中
具有比所述导电膜的电阻更高的电阻的层设置在所述导电膜上，所述层包括孔隙，所述间隙通过该孔隙被暴露出来，和
所述衬底在所述孔隙之下的位置处的导热性低于所述层的导热性。
8.一种包括多个电子发射器件的电子源，每个电子发射器件根据权利要求1至7中的任一权利要求制备。
9.一种图像显示设备，包括根据权利要求8所述的电子源和响应从所述电子源发射的电子的辐射而发光的发光部件。
10.一种信息显示设备，该信息显示设备包括输出在所接收的广播信号中包含的图像信息、字符信息和声频信息中至少一种信息的至少一个接收器和连接到所述接收器的图像显示设备，其中所述图像显示设备根据权利要求9制备。
11.一种电子发射器件的制造方法，该电子发射器件配备有在其一部分上包括间隙的导电膜，该电子发射器件的制造方法包括：
制备衬底，该衬底至少包括第一部分和具有比所述第一部分的导热性更高的导热性的第二部分，所述第二部分与所述第一部分并列设置，其中所述第一部分和所述第二部分设置在导电膜之下，该导电膜具有比所述第一部分和所述第二部分的电阻更低的电阻；和
通过使电流在所述导电膜中流动，在所述第一部分之上的一部分导电膜处形成间隙。
12.根据权利要求11所述的电子发射器件的制造方法，其中所述第二部分并列地设置在所述第一部分的两侧以将所述第一部分夹在其间。
13.根据权利要求11所述的电子发射器件的制造方法，其中所述第二部分的导热性至少是所述第一部分导热性的四倍大。
14.根据权利要求11所述的电子发射器件的制造方法，其中构成所述第一部分和所述第二部分的材料的电阻率是108Ωm或更大。
15.根据权利要求11所述的电子发射器件的制造方法，其中在所述第一步骤中所述导电膜的薄膜电阻是在102Ω/□至107Ω/□的范围内。
16.根据权利要求11所述的电子发射器件的制造方法，其中所述第一部分包含硅氧化物作为主要成分。
17.一种电子发射器件的制造方法，该电子发射器件包括设置在衬底上的一对电极和连接到该对电极的导电膜，所述导电膜在其一部分上包括间隙，所述方法包括如下步骤：
制备所述衬底，该衬底配备有(A)电极对、(B)连接在所述电极对之间的导电膜和(C)包括位于所述电极对之间以暴露所述导电膜的一部分的孔隙的层，所述层设置在所述导电膜上并具有比所述导电膜的电阻更高的电阻；和
通过使电流经所述电极对流过所述导电膜，在所述孔隙之下的所述导电膜的一部分处形成间隙，其中
在位于所述孔隙下方的一部分中所述衬底的导热性低于所述层的导热性。
18.一种包括多个电子发射器件的电子源的制造方法，其中通过根据权利要求11至17中的任一权利要求所述的制造方法制造所述多个电子发射器件中的每一个。
19.一种配备有电子源和响应从所述电子源发射的电子的辐射而发光的发光部件的图像显示设备的制造方法，其中所述电子源是通过根据权利要求18所述的制造方法制造的电子源。
20.一种电子发射器件，包括绝缘衬底(5，6)；在该衬底上设置成彼此相对并且其间具有间隔的第一和第二电极(2，3)；在衬底上第一和第二电极之间延伸的导电膜(4)，该导电膜的一端连接到第一电极，其另一端连接到第二电极，在该导电膜中第一和第二电极之间的位置处包括间隙(7)；和设置在该间隙之上的阳极(86)，在第一和第二电极之间施加电压时发射的电子朝向该阳极，
其中所述绝缘衬底包括位于所述导电膜的间隙之下的第一绝缘材料的第一部分(5)和与第一部分相邻并在第一和第二电极之间的第二绝缘材料的第二部分(6)，和
第一绝缘材料的热膨胀率小于第二绝缘材料的热膨胀率，第二绝缘材料的热导率大于第一绝缘材料的热导率。
21.根据权利要求20的电子发射器件，其中第二绝缘材料的热导率至少是第一绝缘材料的热导率的四倍大。
22.根据权利要求20的电子发射器件，其中在所述导电膜之间隙的间隔方向上，第一部分(5)的宽度(L2)小于第一和第二电极之间的间隔(L1)的一半，优选小于第一和第二电极之间间隔(L1)的十分之一。
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