專利名稱：電子發射裝置、電子源及其制造方法以及成像設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子發射裝置(元件)與采用它的電子源、電視廣播的顯示設備、電視會議系統與計算機等的顯示設備，此外采用感光鼓等構成的作為光打印機的成像設備。
近年來，特別是在顯示設備等成像設備中，采用液晶的平板型顯示設備來取代CRT雖已普及，但由于不是自發光型而存在有必須具備背景光等問題，因而希望能有自發光型顯示設備。若是FE型冷電子源能實用化，就可制成薄型的自發光圖像顯示設備，也有助于減少電力消耗和輕量化。
作為縱式的FE型例子，已知有C.A.Spindt于“具有鉬錐的薄膜場發射陰極的物理性質”，J.Appl.Phys，47，5248(1976)等所公開的(以下稱為Spindt型)。
另外在2000年的SID(信息顯示學會)預稿集P386中，示明了在電極的一端附近設置碳納米管電子發射體的二極管結構。通過使電子發射體設于電極的一端附近，于端部中形成較電極中央部高的電場，由于只是在電子發射區的端形成高電場區，發射的電子有窄的軌道，表明能獲得小的電子束點。
再有，2000年17屆IDW(國際顯示討論會)的預稿集P1005中給出了三極管結構(只是剖面結構)的電子發射裝置。此結構示明于圖7，其中的71為基板、72為下電極(柵電極)、73為絕緣層、74為上電極(陰極)、75為碳納米管、76為陽極(熒光體)。絕緣層73采用SiO2與聚酰亞胺組成的兩種類絕緣層。這些單元構成為，通過使下電極72取高電位而于上下電極間形成強電場，從設于電極74上的碳納米管75通過電場發射電子，到達熒光體的陽極76。
據報導，先有例子中所用的碳納米管為發射電子所必須的閾值電場為數V/μm。對于具有三極管結構的電子發射裝置，由于使用具有低閾值電場的電子發射材料可降低電子發射必須的低壓，這不僅能降低驅動設備的費用而且在降低電力的消耗上極為重要。
但在陽極與陰極間加高電壓時，根據條件有時不對柵電極加電壓，而由陰極與陽極間形成的電場從陰極上的電子發射體直接引出電子到達陽極。在此情形下由于與給柵電極施加電壓引出電子的情形有不同的電子軌道，則電子不僅不能到達陽極上期待的區域，而且由電極進行的調制是無效的，于是在成像設備中會引起顏色改變，使照明異常，是導致圖像質量下降的主因。另外，上述現像即使在成像設備內只存在一種時，也會成為設備的缺陷，而將構成使成像設備的設計范圍狹窄的主要原因。
本發明的電子發射裝置具有以碳為主要成分的電子發射部件和設于此部件鄰近的取出電極，其特征在于，此電子發射部件的電子發射閾值電場(開始發射電子所必須的閾值電場)在靠近取出電極附近處低而在離其遠處高。
本發明的電子發射裝置的制造方法是具有以碳為主要成份的電子發射部件而在此部件附近設有取出電極的電子發射裝置的制造方法，其特征在于具有電子發射部件的電子發射閾值電場根據離取出電極的遠近而有不同的值的處理閾值電場控制工序。
在上述電子發射裝置中，以所述碳為主成分的電子發射部件的例子中包含許多碳纖維，而這些碳纖維是具有SP2鍵的石墨納米纖維、碳納米管、無定形碳或它們之中兩種以上的混合物組成。另一種以碳為主要成分的電子發射部件則是具有SP3鍵的金剛石、類金剛石碳，無定形碳或它們之中兩種以上的混合物組成的薄膜。
在上述制造方法中，作為前述閾值電場控制工序的一個例子是在能與前述電子發射部件起化學反應的物質的氣氛下將電子發射部件作部分浸蝕的工序。
能同上述電子發射部件起化學反應的物質例如是水或氧或二氧化碳。在上述閾值電場控制工序，能進行由電子發射部件釋放出電子。此時，從電子發射部件看，給取出電極以負電位，通過真空，給相對于電子發射部件配置的陽極，從前述電子發射部件來看給于給正電位。
具有將上述電子發射裝置的許多個并聯設置，而由連接線連接成的電子發射裝置列至少一列的電子源。構成包括有上述電子發射裝置多個排列成的電子發射裝置列的至少一列以上，且將驅動電子發射裝置的低電位供給用配線和高電位供給用配線按矩陣配置的電子源。構成具有上述電子源與由此電子源發射出的電子形成圖像的成像部件，根據信息信號控制電子源的各電子發射裝置的電子發射量的成像設備。
于絕緣基板上，構成包括有由多個電子發射裝置排成的列至少一列以上，且將驅動電子發射裝置的低電位供給用配線和高電位供給用配線按矩陣配置的電子源的制造方法，由此制造方法制造電子發射裝置。作為上述閾值電場控制工序的一個例子是選擇電子發射裝置而驅動各列，按線順次進行。作為此閾值電場控制工序的另一個例子是選擇電子發射裝置而驅動每個單元。
根據本發明的電子發射裝置與電子源，基本上能夠只從電子發射部件中靠近取出電極附近的區域發射電子，而在采用此電子源構成的成像設備中，則能形成減少亮度不勻與異常照明的優質圖像。
圖2說明本發明的電子發射裝置制造方法中的閾值電場控制工序。
圖3例示使本發明的電子發射裝置工作時的結構。
圖4A～4F示明第一實施例的電子發射裝置的制造工序。
圖5示明第二實施例的電子發射裝置。
圖6例示采用本發明的多個電子發射裝置的矩陣電路結構。
圖7示明疊層型的先有例子。
圖8例示碳纖維的一種形態。
圖9例示碳纖維的另一種形態。
首先用圖2說明本發明的具有因離取出電極的距離不等而有不同的電子發射閾值電場的電子發射部件形成工藝的例子。
圖2中，1為后部基板，2為取出電極(有時稱為“柵電極”或“門”，3為陰極(或稱為“發射極”)，4為電子發射部件，5為傳導性材料，20為真空容器，21為陽極基板，22為陽極，23為陽極與電子發射裝置間形成的表面某一定電位的等電位線，24為距柵電極高度S處規定的電子發射部件的最上面，25為真空排氣裝置，26為與電子發射部件起化學反應的物質或與電子發射部件起物理反應物質所在的容器。此外，有時也把上述陰極3與傳導性材料5在一起稱作為“發射極”)。
這里規定電極2、3之間的間隙距為d，后部基板與陽極基板21間的距離為H。
首先將電子發射裝置置于真空容器20內，用排氣裝置25形成真空，對此單元施加電壓使柵電極2成為低電位而電子發射部件4成為高電位。然后對與其板1隔距離H相對設置的陽極施加比電子發射部件4更高的電位，此時形成圖2所示的等電位線23。
從圖2可見，在電子發射部件4的表面上形成具有某特定電位的電位線23，且形成為從離開柵電極2最近的區域開始，隨著愈遠離開柵電極2便愈接近電子發射部件。這就是說，在電子發射部件4的表面上與柵電極2接近的區域的電場強度弱，而距柵電極2遠的區域的電場強。
在上述狀態下，當據適當的條件于陽極電壓Va和高度H下工作時，為使離柵電極遠的區域的電場強度達到發射電子的充分的電場強度，可以使距柵電極遠的區域的電子發射部件處于發射電子而離柵電極近的區域處于不發射電子的狀態。
在上述情形下，打開包含有與電子發射部件起反應物質的容器26的閥(未圖示)，將微量的反應物質引入真空容器20內。
前述的與電子發射部件4起反應的物質主要有化學作用的物質和物理作用的物質兩種。作為起化學反應的物質當電子發射部件4所用材料為碳時，例如可以用O2、H2O與CO2等。作為起物理反應的物質主要是通過電子束的作用成為帶電粒子的物質，最好是Ar等質量數較大的物質。上述物質氣體的導入壓力雖因氣體種類而異。但一般在發射電子時的情況，與電子發射部件4起化學反應時約為1×10-4～1×10pa，起物理反應時約為1×10-6～1×10pa。
在上述狀況下，在發射電子的部分中，由于溫度高等原因增強了化學活性，將比未發射電子的區域更快地進行與電子發射部件的化學反應，而電子發射部件便將由于化學侵蝕、消除使其形態變化或是消失。結果使電子發射閾值電場升高。
在未發射電子的部分中，由于發射出的電子使導入真空內的前述起物理反應的物質的氣體離子化，通過這種離子沖撞電子發射部，使電子發射部件侵蝕、除去致電子發射部件的形式變化或消失。結果使電子發射閾值電場升高。
根據本發明的伴隨施加電場的閾值電場控制工序，形成這樣的電子發射部件，它為了使電子發射區域中更易發射電子(易于增強電場強度)的部分集中地起反應受侵蝕以除去電場過度集中的部分，而沿脫離開柵電極的方向有不同的電子發射閾值電場。
本發明中，最好是將多個碳纖維的束用作電子發射部件4。碳纖維由于其長寬比非常之大而易增強電場強度。于是可以在低電壓下發射電子，且本發明的電子發射部件4最適應此種用途。
本發明中的“碳纖維”可以是“以碳為主要成分的柱狀物”、“以碳為主要成分的線狀物”或是“纖維狀碳”。此外，碳纖維也可以是以碳為主要成分的纖維。本發明中的“碳纖維”更具體地說，包含有碳納米管、石墨納米纖維、無定形碳纖維。其中最好是將石墨納米纖維用作電子發射部件。
特別適合用作電子發射部件4的材料乃是多個碳纖維的束。
上述碳纖維(纖維狀碳)具有數V/μm的閾值電場。碳纖維的形態之一例示意于圖8、9中。各圖中，圖的最左側是光學顯微鏡級(～1000倍)能看見的形式、中央是掃描電子顯微鏡(SEM)級(～3萬倍)能見的形式、右側為透射式電子顯微鏡(TEM)級(～100萬倍)能看見的形式。
如圖8所示，石墨層片取為圓筒狀的形態(圓筒狀為多重結構的稱作多層納米管)時稱作碳納米管，特別是管的前端取開放結構時，可使其具有最低閾值電場。更具體地說，碳納米管是以其縱向(纖維的軸向)周圍以圓筒形的石墨層片包圍的纖維狀物質。換言之，石墨層片是相對于纖維的軸配置成實質上平行的纖維狀物質。
圖9示明能在較低溫度下生成的碳纖維的形式。這種形式的碳纖維由石墨層片的疊層件(因而有時稱作“石墨納米纖維”)構成，更具體地說，它是石墨層片相對于纖維的軸非平行配置的纖維狀物質。
此外，石墨的一個平面(片)稱作“石墨層片”或“石墨層片件”。更具體地說，石墨包括多個堆疊或層疊的碳平面。每個碳平面包括重復的正六角形，其各頂點有一個碳原子，沿其各邊有共價鍵，共價鍵由碳原子的SP2混合軌道產生。相鄰碳平面，理想上以保持3.345×10-10m的距離(間距)。這一片片的碳平面則稱作“石墨層片”或“石墨層片件”。
無論哪種纖維狀碳都具有約1～10v/μm的電子發射閾值電場，且適于用作為本發明電子發射部件4的材料。
特別是采用石墨納米纖維的集合體的電子發射裝置能在低電場下引起電子發射、能獲得大的發射電流、便于制造，可以求得具有穩定的電子發射特性的電子發射裝置。與包括多個碳的米管(碳納米管束)的電子發射裝置比較，可期包括多個石墨納米管(石墨納米管束)的電子發射裝置能獲得更大的電子發射流和/或穩定的電子發射。
例如以石墨納米纖維作為發射極，配備好控制由此發射極發射電子的電極，可以形成電子發射裝置，此外，若是采用通過石墨納米纖維發射的電子照射進行發光的發光體，則能形成燈一類的發光裝置。再有，將許多個采用上述石墨納米纖維的電子發射裝置加以排列，同時配備具有熒光體等發光體的陽極，則也可構成顯示器等圖像顯示設備。
在采用石墨納米纖維或碳納米管的電子發射設備、或發光設備或圖像顯示設備中，即使于內部不似先有電子發射裝置那樣保持超高真空，也能穩定地發射電子，且能簡易地制成用于在低電場下發射電子的可靠性高的設備。因此，本發明的制造方法，特別適用于采用石墨納米纖維或碳納米管的器件中。
上述碳纖維是采用催化劑(促進碳生成的材料)分解烴氣而形成的。碳納米管與石墨納米纖維因催化劑的種類與分解溫度而異。
上述催化劑可將Fe，Co，Pd，Ni或其中所選兩種以上材料的合金用作碳纖維形成用的核(催化劑)。
特別是Pd，Ni能在低溫(400℃以上的溫度)生成石墨納米纖維。由于采用Fe，Co的碳納米管的生成溫度需在800℃以上，而采用Pd，Ni來制作石墨納米纖維材料則可在低溫下情形進行，因而這從對其他部件的影響和制造費用的觀點考慮是理想的。
再有，利用Pd的氧化物能為氫于低溫(室溫)下還原的特性，也可將氧化鈀用作成核材料。
在對氧化鈀進行氫的還原處理后，作為一般的成核方法，可以不用歷來所用的金屬薄膜的熱凝集或超微粒子的生成與蒸鍍法等，而能在低溫(200℃以下)初始核化。
作為前述的烴氣例如可用乙炔、乙烯、甲烷、丙烷、丙烯等烴氣以及CO，CO2氣體或乙醇與丙酮等有機溶劑的蒸汽。
在把碳纖維用作電子發射部4時，通過將上述催化劑粒料配置于所希望的區域(前述陰極3上)，使引入的烴氣熱分解，就能借助于陰極3上的催化劑粒子直接生成多個碳纖維的束。或者可用其他方法預形成碳纖維，將其混合于墨水或膏中而通過印刷法或涂布法附著到陰極3上，將附著的墨水或膏加熱，也能將多個碳纖維的束配置于陰極3上。此外，可以將一般采用的各種印刷法用作上述的印刷法或涂布法，更具體地說，可以采用絲網印刷法、分布器涂布法、噴墨法等周知的方法。再有，在圖2的例子中，陰極3與與導電性材料5是作為不同的部件處理，但導電性材料5未必是必需的而可以與陰極3由同一種材料構成。
在本發明的電子發射裝置中，為了抑制柵電極2上的發射電子散射，包含電子發射部件4的表面且與基板1的表面實質平行的平面，與包含柵電極2表面的一部分且與基板1表面實質平行的平面相比，最好設置于更遠離基板表面的位置(參看圖2)。換言之，在本發明的電子發射設備中，包含電子發射部件4的表面的一部分且與基板1表面實質平行的平面，是設置在包含柵電極2的表面的一部分且與基板1表面實質平行的平面和陽電極22之間(參看圖2)。
還有，對本發明的電子發射裝置而言，電子發射部件4是設置在柵電極2上實質上不產生散射的高度S處(S根據包含柵電極2表面的一部分且與基板1表面實質平行的平面同包含電子發射部件4的表面且與基板1表面實質平行的平面二者間的距離確定(參看圖2))。
上述S依賴于垂直向電場與水平向電場之比(垂直方向電場/水平方向電場)，此比值越大，高度S便越低，此比值越小，也越需有這樣一個高度。從實用出發，此高度S在10nm以上和10μm以下。
本發明中所謂的水平方向電場可以是指與“基板1表面實質平行方向上的電場”，或可以是指“柵電極2與陰極3相對方向的電場”。
本發明中所謂的“垂直方向電場”也可以說是“與基板1的表面實質垂直方向中的電場”或是“基板1與陽極22在相對方向上的電場”。
本發明的電子發射設備如圖2等所示，當設陰極3與柵電極2的間距為d、驅動電子發射裝置時的電位差(陰極3與柵電極2之間的電壓)為Vf、陽極22與單元所在基板1表面的距離為H、陽極22與陰極3的電位差為Vb時，則將驅動時的電場強度(水平向電場強度)E1＝Vf/d設定為陽極與陰極間的電場強度(垂直向電場強度)E2＝Va/H的1倍以上與50倍以下。
這樣，陰極3發射出的電子碰撞電極2的比例就會減小。結果，發射出的電子束較少擴展，而能得到高效的電子發射裝置。
下面用圖3說明配備了具有不同電子發射閾值電場的電子發射部件的本發明的電子發射裝置的驅動情形。圖3中與圖2相同的標號指同一部件。
圖3中，首先將電子發射裝置置于真空容器20內，用排氣裝置25形成真空，施加與圖2相反的電位，即對柵電極2施加高電位而對電子發射裝置施加使電子發射部件成為低電位的電壓。此時形成圖3所示的等電位線23。
從圖3可知，在電子發射部件4的表面上形成了具有某個特定電位的等電位線，這些電位線形成為在最接近柵電極2的區域中與電子發射部件4接近，而隨著與柵電極2的距離加大地遠離電子發射部4。這就是說，在電子發射部件4的表面上成為接近柵電極2的區域的電場強度高而離柵電極2遠的區域的電場低的狀態。
于是，主要能從圖3中24所示的區域發射電子。這就是說，在施加比實際驅動所需電場強度以上的電場強度的狀態下，使電子發射閾值電場于電子發射部件4的表面上不均一，通過這樣的處理，就能主要是在柵電極2附近的區域從電子發射部件4發射出電子，而從遠離柵電極2的電子發射部件4的區域則其本上不發射電子。
由此就能防止成像設備中成為問題的，所謂即使不給柵電極以高電位也會有電子發射出的異常照明現像。
下面詳述本發明的實施例。
實施例1

圖1A是根據本實施例制作的電子發射裝置的俯視圖，圖1B是圖1A中1B-1B’間的剖面圖。
在圖1A與1B中，1為絕緣基板，2為取出電極，3為陰極，4為電子發射部件(發射材料)，5為能長成碳纖維的導電層。
以下由圖4A～4F詳述本實施例的電子發射裝置的制造工序。
工序1將石英基板用作基板1，經充分洗凈后，用濺射法連續地蒸鍍厚5nm(未圖示)的Ti與厚30mm的Pt，作為柵電極2與陰極(發射極)3。
然后由光刻工藝用正性光刻膠(AZ1500/克拉里貴德公司制)形成光刻膠圖案。
將圖案化的前述光刻膠用作掩模，用Ar氣干刻蝕Ti層，形成電極間隙d為5μm的取出電極(柵電極)2與陰極3(圖4A)。
工序2將基板溫度保持為300℃，以Ar中混合氮氣構成的腐蝕氣體濺射Ti的反應性濺射法，將TiN蒸鍍至厚500nm，形成TiN層5’(圖4B)。
工序3在基板充分地冷卻到室溫后，采用與工序2中同一的真空設備，由采用Ar氣的濺射法將Pd蒸鍍至成島狀程度的量，形成島狀Pd層41(圖4c)。
工序4在光刻工序中，用正性光刻膠(AZ1500/克拉里安德公司制)，形成光刻膠圖案。
將圖化的上述光刻膠作掩膜，對Pd層41、TiN層5’用CF4氣體進行干刻蝕，以使一方的電極上(即陰極3上)只形成金屬催化劑(島狀Pd層41)(圖4D)。
工序5繼在大氣壓下，于氮稀釋的1％氫和氮稀釋的0.1％的乙炔按大致1∶1混合的氣流中，在500℃下作10分鐘加熱處理。以掃描電子顯微鏡觀察，可以看到在Pd形成區中形成有直徑5～250nm的彎曲的作纖維狀延伸的許多碳纖維(圖4D)。此時纖維狀碳厚約5μm。
將此單元置于圖2所示的真空容器20內，由真空排氣裝置25充分抽真空到2×10-5pa后，打開真空容器20內H2O組成的腐蝕性氣體26的閥將真空度設定到1×10-4pa。
然后對離單元為H＝0.1mm的陽極22施加Va＝2kV的陽極電壓。此時以陰極3為接地電位，對柵電極2施加從Vf＝-10V到-100V范圍的DC電壓。
在此工序的初始時，從離開電子發射部件4的柵電極2的區域發射電子，可以觀察到約50μA的電子電流，但此電流漸次減少，最終成為1nA。
在此狀態下觀察單元的形式時，在碳纖維(電子發射部件4)的離開柵電極2的區域中，與所形成的碳纖維的平均厚度相比有顯著差異的長纖維減少。此外還發現，根據陽極電壓Va、距離H、施加電壓Vf的條件，初始碳纖維的平均厚度有隨著遠離柵電極2而減小的傾向(圖4F)。
再將此單元置于圖3所示的真空容器20內，由真空排氣設備25充分排氣至2×10-5pa。
對距離單元為H＝2mm的陽極22施加Va＝10KV作為陽極電壓。這時取陰極3為地電位，對柵電極2施加從Vf＝+20V到+100V范圍內的脈沖電壓。此時當裝置長度(圖1中的W)為300μm時，觀察到于30V下有約10μA的電子發射電流。
此外，可以確認，電子限于從圖3中24所示的部分發射，而在陽極側設有熒光體時有電子束光點。
實施例2圖5概示本實施例的電子發射裝置。圖5中，1為基板，2為下電極(柵電極)、3為上電極(陰極)，5為可長成碳纖維的導電層，4為碳料組成的電子發射部件，51為陽極基板，52為陽極，53為層間絕緣層。下面說明本單元的制造方法。
本實施例中以鈉鈣系的高應變點的玻璃基板作為基板1。
首先用網印法于基板1上形成厚約3μm和寬約350μm的由銀絲組成的下電極2。
再用濺射蒸鍍法于整個基板表面上形成用作層間絕緣層的厚約1μm的SiO2層，再連續地以濺射法蒸鍍，形成作為SiO2密附層的5nm(太薄，不于圖中示明)厚的Ti，再蒸鍍厚約100nm的Pt作為上電極材料。
在進行濺射蒸鍍形成可長成碳纖維的厚5nm的Ti導電層5后，再進行濺射蒸鍍以形成厚5nm以下(太薄，不圖示)島狀膜的Pd的催化劑層。
繼用光刻膠形成成為上電極3形狀的圖案。
將本基板置入干刻蝕設備中，以此光刻膠圖案為掩膜，用SF6氣體進行干刻蝕除去催化劑層的Pd以及可長成碳纖維的導電層5的Ti，上電極材料的Pt用Ar氣進行干刻蝕除去，再用HBr氣除SiO2的密附層Ti。
層間絕緣層的材料SiO2用按適當量混合的CF4與H2氣體進行干刻蝕除去，最后除去用作掩模的光刻膠，于上電極3上形成具有所希望圖案形狀的層間絕緣層53。
將此基板置入爐內，對爐內的氣體進行充分排氣后，用氮稀釋的1％的氫與氮稀釋的1％的乙烯按大致1∶1的比例混合加入到爐內直至達到大氣壓力。
在把上述爐加熱到600℃保持約30分鐘，此對整個上電極上長成黑的碳纖維(電子發射部件4)。
用透射式電子顯微鏡觀察長成的碳纖維，如圖9最右側的圖所示，石墨片層中包含著若干層重疊的結構。
以下是使電子發射部件的電子發射閾值電場有不同值的工序，它與實施例1中的基本相同。
只是在本實施例中，在給予柵電極2以低電位時采用脈沖電壓。由此，在截止脈沖時，不僅是位于離開柵電極2處的電子發射部件4的電子發射閾值電場變化，而且位于柵電極2附近的電子發射部件4的電子發射閾值電場還增大，因此，在本實施例中采用脈沖方法后，可以將單元間的電子發射閾值電場設定到所希望的值，而且可以通過改變脈沖的占空比來控制閾值電場增大的時間變化率。
實施例3本實施例是采用本發明的電子發射裝置許多個排列成的電子源所構成的成像設備例，現用圖6說明。
圖6中，61為電子源基板，63為X方向配線，63為Y方向配線。64為本發明的電子發射裝置，65為連接線。
隨著設置多個單元使電容增大，在圖6所示的矩陣配線中，伴隨脈沖寬度的調制即使有短脈沖加入，但由于電容成分的變化使波形衰變而發生不能獲得所期待的色調的問題。為此，本實施例配置層間絕緣層，采用降低電子發射部以外電容成分增加的結構。
圖6中，m條X方向配線62由DX1、DX2、……、DXm組成，是以蒸鍍法形成的厚的1μm、寬300μm的鋁線材料構成。配線材料、膜厚、寬度可適當設計。Y方向配線63由厚0.5μm、寬100μm、的DY1、DY2、…、Dyn光n條配線組成，與X方向配線以相同方式形成。在這m條X方向配線62與n條y方向配線63之間設有未圖示的層間絕緣層將上述兩者絕緣分離開。此外，X方向配線62與Y方向配線63分別作為外部端子引出。上述的m與n自然是指正整數。
未圖示的層間絕緣層用濺射法以厚約5μm的SiO2構成。在形成X方向配線62的基板的整個面上或一部分之上，按所希望的形狀形成，特別是為了能經受住X方向配線62與Y方向配線63的交錯部的電位差，本實施例是在每個單元的電容在1pF之下使單元能經受住30V電壓來決定層間絕緣層的厚度的。
構成本發明電子發射裝置64的一對柵和陰電極(未圖示)，是由m條X方向的配線62與n條Y方向的配線63以及導電性金屬等組成的連線65電連。
在X方向配線62上，連接有用于對X方向排列的本發明的電子發射裝置64的行進行選擇而施加掃描信號的未圖示的掃描信號施加裝置。另一方面，Y方向配線63上，連接有用于根據輸入信號調制Y方向排列的本發明的電子發射裝置64的各列的未圖示的調制信號發生裝置。施加給各電子發射裝置的驅動電壓是作為施加給相應單元的掃描信號與調制信號的電壓差供給。
在圖6所示的簡單矩陣中，當X方向行與Y方向列增多時，在對矩陣上的電子發射裝置作全部選擇總體地進行閾值電場控制的工序中，有時會由于電壓下降，而在對各單元施加的電壓中產生分布。為此，例如最好按順序或按點順序進行閾值電場控制。
現在描述線順序的閾值電場控制工序。例如設共有Dy1、Dy2、…、Dyn總數n條y方向的配線，對Dx1，相對于y方向配線施加正電壓，選擇Dx1行的電子發射裝置進行閾值電場控制處理。繼而對Dx2施加同樣的電壓，選擇Dx2行的電子發射裝置進行閾值電場控制處理。同樣，選擇Dx3、Dx4、…Dxm行，按X方向的線順次進行閾值電場控制處理。這樣就可減少電壓下降的影響。
其次，在點順序控制工序中，可采用上述矩陣配線，選擇個別單元獨立地驅動，按一個個的順序執行閾值電場控制工序的方法。此方法雖未全不會有電壓下降的影響，但由于處理中所需時間與單元數成正比，故應根據電子源的大小與用途，分別采用線順序處理、點順序處理或總體處理。
本實施例中，于距此矩陣基板的H＝0.3mm的高度處，基板整個表面上設置以ITO(銦與錫兩者氧化物組成的)膜覆蓋成的陽極，設此陽極電壓Va為6KV。
然后為使真空容器內的真空度為1×10-4Pa而導入O2。再使DY1、DY2、…Dyn這n條Y方向配線共同接地，對DX1施加從Vf＝-50V到-100V的脈沖電壓(脈沖電壓寬度1msec，脈沖間隔10msec)選擇DX1行的電子發射裝置進行閾值電場控制處理。繼對DX2施加同樣的電壓，選擇DX2行的電子發射裝置進行閾值電場控制處理。同樣，選擇DX3、DX4、…、DXm行，進行X方向線順序的閾值電場控制處理。
結果，對所有單元能進行與單個單元相同的閾值電場控制。
如上所述，根據本發明的電子發射裝置與電子源，能夠只在電子發射部件中取出電極附近的區域發射電子。
此外，在采用本發明的電子源構成的成像設備中，能夠形成減少了亮度不勻、異常照明的優質圖像。而且能夠實現高品位的成像設備例如彩色平面電視機。
權利要求
1.一種電子發射裝置具有以碳為主要成分的電子發射部件和設于此電子發射部件附近的取出電極，其特征在于，上述電子發射部件的電子發射閾值電場在該取出電極附近低而在遠離該取出電極處高。
2.根據權利要求1所述的電子發射裝置，其中，上述以碳為主要成分的電子發射部件包含有許多碳纖維，而這種碳纖維是由具有SP2鍵的石墨納米纖維、碳納米管、無定形碳或它們之中至少兩種的混合物組成。
3.根據權利要求1所述的電子發射裝置，其中，上述以碳為主要成分的電子發射部件是由具有SP3鍵的金剛石、類金剛石碳、無定形碳或它們之中至少兩種的混合物組成的薄膜。
4.一種電子源，其中，包括至少一列以上的將權利要求1的上述電子發射裝置的許多個并排設置由連接線連成的電子發射裝置列。
5.一種電子源，其中，它具有將權利要求1所述的電子發射裝置多個排列而成的前述電子發射裝置列的至少一列以上，并將驅動前述電子發射裝置的低電位供給用配線與高電位供給用配線按矩陣形式配置。
6.一種成像設備，其中，包括權利要求4或5所述的電子源和通過此電子源發射的電子形成圖像的成像部件，且能根據信息信號對上述電子源的各個電子發射裝置的電子發射量進行控制。
7.一種制造電子發射裝置的制造方法，該電子發射裝置具有以碳為主要成分的電子發射部件和設于此電子發射部件附近的電極，其特征在于，此方法包括電子發射閾值電場控制工序，將此電子發射部件的電子發射閾值電場，處理成根據離此取出電極的遠近而有不同的值。
8.根據權利要求7所述的電子發射裝置的制造方法，其中，上述以碳為主要成分的電子發射部件包含有許多碳纖維，而這種碳纖維是由具有SP2鍵的石墨納米纖維、碳納米管、無定形碳或它們之中兩種以上的混合物組成。
9.根據權利要求7所述的電子發射裝置的制造方法，其中，上述以碳為主要成分的電子發射部件是由具有SP3鍵的金剛石、類金剛石碳、無定形碳或它們之中兩種以上的混合物組成的薄膜。
10.根據權利要求7所述的電子發射裝置的制造方法，其中，前述閾值電場控制工序是在能與所述電子發射部件起化學反應的物質的氣氛下，對此電子發射部件進行局部腐蝕的工序。
11.根據權利要求10所述的電子發射裝置的制造方法，其中，所述能與前述電子發射部件起化學反應的物質是水或氧或二氧化碳。
12.根據權利要求7所述的電子發射裝置的制造方法，其中，在前述閾值電場控制工序中，從所述電子發射部發射電子。
13.根據權利要求7所述的電子發射裝置的制造方法，其中，在前述閾值電場控制工序中，對上述取出電極給以其從所述電子發射部件來看的負電位，而通過真空對于相對上述電子發射裝置配置的陽極，給予其從所述電子發射部件來看的正電位。
14.一種電子源制造方法，此電子源具有將多個電子發射裝置排成列的至少一列以上且將驅動此發射裝置的低電位供給用配線與高電位供給用配線按矩陣形成配置，其中，所述電子發射裝置是根據權利要求7所述方法制造的。
15.根據權利要求14所述的電子源的制造方法，其中，所述閾值電場控制工序是通過選擇上述電子發射裝置的列，驅動各列，按線順序進行。
16.根據權利要求15所述的電子源的制造方法，其中，所述閾值電場控制工序是通過選擇上述電子發射裝置，驅動各單元，按點順序進行。
全文摘要
本發明提供電子發射裝置、電子源及其制造方法和成象設備。電子發射裝置，具有以碳為主要成分的電子發射部件和設于此電子發射部件附近的取出電極，基本上能只從此電子發射部件中靠近取出電極附近的區域發射電子，在將此電子發射裝置作為電子源構成擾像設備中，能減少亮度不勻和異常照明，其特征在于使電子發射部件(4)的電子發射閾值電場在取出電極(2)附近處低而在遠離此電極(2)處高。
文檔編號H01J3/02GK1405821SQ02131838
公開日2003年3月26日 申請日期2002年9月6日 優先權日2001年9月7日
發明者塚本健夫 申請人:佳能株式會社