Устройство электронной эмиссии, источник электронов, использующий его, устройство формирования изображения и устройство отображения и воспроизведения информации

Устройство электронной эмиссии, источник электронов, использующий его, устройство формирования изображения и устройство отображения и воспроизведения информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству электронной эмиссии, источнику электронов, использующему его, и устройству формирования изображения. Настоящее изобретение также относится к устройству отображения и воспроизведения информации, например телевизору, для приема широковещательного сигнала, например телевещания, и для отображения и воспроизведения информации изображения, символьной информации, аудиоинформации, которые входят в широковещательный сигнал.

Описание уровня техники

Устройства электронной эмиссии включают в себя, например, устройства автоэлектронной эмиссии и устройства электронной эмиссии на основе поверхностной проводимости. Согласно патентным документам 1-3, в ряде случаев в устройствах электронной эмиссии поверхностной проводимости осуществляется процесс, именуемый "активацией". Процесс «активации» - это процесс формирования электропроводящей пленки (обычно углеродной пленки) в зазоре между двумя электропроводящими пленками и на электропроводящих пленках, примыкающих к зазору. На фиг. 21 показан схематический вид в разрезе устройства электронной эмиссии, раскрытого в патентных документах 3 и 4. На фиг. 21 позиция 1 обозначает подложку, условные символы 4a и 4b обозначают тонкие электропроводящие пленки, позиции 7 и 8 обозначают первый и второй зазоры, соответственно, условные символы 21a и 21b обозначают углеродные пленки, и позиция 22 обозначает вогнутый участок, сформированный в подложке 1.

Устройство формирования изображения можно сформировать, размещая подложку, снабженную источником электронов, на которой размещено множество таких устройств электронной эмиссии, напротив подложки, снабженной фосфорной пленкой, сформированной из фосфора и т.п., и поддерживая вакуум между ними.

[Патентный документ 1] JP 2000-251642 A

[Патентный документ 2] JP 2000-251643 A

[Патентный документ 3] JP 2000-231872 A

[Патентный документ 4] USP6380665

Сущность изобретения

Однако в последнее время потребовалось устройство формирования изображения для стабильного обеспечения более яркого изображения на дисплее в течение продолжительного времени. Таким образом, необходимо устройство электронной эмиссии, способное обеспечивать более высокую эффективность электронной эмиссии при повышенной стабильности. Здесь под эффективностью электронной эмиссии понимают отношение тока, эмитируемого в вакуум (ниже именуемого током эмиссии Ie), к току, текущему между двумя электропроводящими пленками (ниже именуемому током устройства If), когда напряжение подается между двумя электропроводящими пленками. Иными словами, необходимо устройство электронной эмиссии с как можно меньшим током устройства If и как можно большим током эмиссии Ie. Если такую высокую эффективность электронной эмиссии можно стабильно обеспечить в течение продолжительного времени, вышеупомянутое устройство формирования изображения может представлять собой высококачественное устройство формирования изображения, обеспечивающее более яркое изображение и потребляющее меньший ток (например, плоский телевизор).

Соответственно, задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства электронной эмиссии с высокой эффективностью электронной эмиссии, которое обеспечивает удовлетворительные характеристики электронной эмиссии в течение продолжительного времени, и источника электронов, и устройства формирования изображения, использующего его.

Настоящее изобретение призвано решить вышеозначенные проблемы. Согласно настоящему изобретению, предусмотрено устройство электронной эмиссии, включающее в себя: подложку; и первую и вторую электропроводящие пленки, размещенные на подложке напротив друг друга для формирования зазора между концами первой и второй электропроводящих пленок, причем конец первой электропроводящей пленки имеет выступ, обращенный ко второй электропроводящей пленке, так что минимальное расстояние d1, которое определено как расстояние между концом выступа и второй электропроводящей пленкой, и которое равно 10 нм или менее, и минимальное расстояние d2, которое определено как расстояние между второй электропроводящей пленкой и краевым участком первой электропроводящей пленки, отстоящим от конца выступа на d1, удовлетворяют соотношению: d2/d1≥1,2.

Согласно настоящему изобретению, устройство электронной эмиссии включает в себя: подложку; и первую и вторую электропроводящие пленки, размешенные на подложке напротив друг друга, для формирования зазора между концами первой и второй электропроводящих пленок, в котором первая электропроводящая пленка имеет первый участок, на котором минимальное расстояние между первой и второй электропроводящими пленками определено как d1, которое равно 10 нм или менее, и в котором первая электропроводящая пленка имеет второй участок, отстоящий от первого участка на d1, на котором минимальное расстояние между первой и второй электропроводящими пленками определено как d2, и в котором расстояние d1 и расстояние d2 удовлетворяют соотношению: d2/d1≥1,2.

Кроме того, согласно настоящему изобретению, устройство электронной эмиссии включает в себя: "краевой участок пересечения представляет собой плоскость, включающую в себя выступ и параллельную поверхности подложки"; "первая электропроводящая пленка имеет множество выступов, расположенных так, чтобы они не перекрывались друг с другом в направлении, перпендикулярном поверхности подложки"; " множество выступов размещено с интервалом 3 d1 или более"; " множество выступов размещено с интервалом 2000 d1 или более"; "зазор проходит зигзагообразно"; "первая и вторая электропроводящие пленки содержат углерод"; и "подложка имеет вогнутый участок на своей поверхности между первой и второй электропроводящими пленками".

Согласно настоящему изобретению, источник электронов включает в себя множество устройств электронной эмиссии, отвечающих настоящему изобретению, и предусмотрено устройство формирования изображения, включающее в себя источник электронов и фосфор.

Согласно настоящему изобретению устройство отображения и воспроизведения информации включает в себя: приемник для вывода, по меньшей мере, одной из информации изображения, символьной информации и аудиоинформации, содержащихся в принятом широковещательном сигнале; и устройство формирования изображения, подключенное к приемнику, в котором выполнено устройство формирования изображения.

Согласно настоящему изобретению, можно обеспечить устройство электронной эмиссии со значительно повышенной эффективностью электронной эмиссии. В результате можно обеспечить устройство формирования изображения и устройство отображения и воспроизведения информации с высоким качеством отображения в течение продолжительного времени.

Кроме того, согласно настоящему изобретению, поскольку при подаче напряжения между первой и второй электропроводящими пленками для эмиссии электронов d2/d1 равно 1,2 или более, изменение распределения электрического потенциала вблизи конца первой электропроводящей пленки приводит к изменению траектории эмитированных электронов и, в результате, к увеличению тока эмиссии Ie, который достигает анода (повышению эффективности).

Краткое описание чертежей

Фиг. 1A, 1B и 1C - вид сверху, вид сверху и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие иллюстративную структуру устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2A, 2B, 2C и 2D - вид сверху, вид сверху, вид в разрезе и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие другую иллюстративную структуру устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 3 - схема, демонстрирующая иллюстративную вакуумную камеру с функциями измерения и оценки для устройства электронной эмиссии.

Фиг. 4A, 4B, 4C и 4D - схемы, демонстрирующие способ изготовления устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 5A и 5B - вид сверху и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие устройство электронной эмиссии после процесса «активации» согласно Примеру 1 настоящего изобретения.

Фиг. 6A и 6B - вид сверху и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие устройство электронной эмиссии после процесса «активации» согласно Примеру 2 настоящего изобретения.

Фиг. 7A и 7B - схематические графики, демонстрирующие иллюстративный формирующий импульс, при изготовлении устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 8A и 8B - схемы, демонстрирующие иллюстративный импульс активации, при изготовлении устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 9 - схематический график, демонстрирующий ток в процессе «активации» устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 10A и 10B - схемы, демонстрирующие иллюстративный процесс резания углеродной пленки устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 11A, 11B и 11C - схемы, демонстрирующие другой иллюстративный процесс резания углеродной пленки устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 12 - схематический график, демонстрирующий характеристики электронной эмиссии устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 13 - схема, поясняющая структуру подложки источника электронов, использующего устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 14 - схема, демонстрирующая иллюстративную структуру устройства формирования изображения, использующего устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 15A и 15B - схемы, поясняющие структуру фосфорной пленки.

Фиг. 16 - схема, демонстрирующая иллюстративный процесс изготовления источника электронов и устройства формирования изображения согласно настоящему изобретению.

Фиг. 17 - схема, демонстрирующая иллюстративный процесс изготовления источника электронов и устройства формирования изображения согласно настоящему изобретению.

Фиг. 18 - схема, демонстрирующая иллюстративный процесс изготовления источника электронов и устройства формирования изображения согласно настоящему изобретению.

Фиг. 19 - схема, демонстрирующая иллюстративный процесс изготовления источника электронов и устройства формирования изображения согласно настоящему изобретению.

Фиг. 20 - схема, демонстрирующая иллюстративный процесс изготовления источника электронов и устройства формирования изображения согласно настоящему изобретению.

Фиг. 21 - схематический вид в разрезе иллюстративного традиционного устройства электронной эмиссии.

Фиг. 22A и 22B - схемы, поясняющие иллюстративный способ наблюдения устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 23 - схема, поясняющая формирование электронного пучка.

Фиг. 24 - схематический график, поясняющий распределение интервала между выступами в устройстве электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 25 - схема, демонстрирующая наблюдение иллюстративного изображения 3D-TEM устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 26A, 26B и 26C - схемы, поясняющие способ формирования углеродной пленки путем облучения электронным пучком согласно примеру настоящего изобретения.

Фиг. 27A, 27B и 27C - вид сверху, вид сверху и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие иллюстративную структуру устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 28A, 28B, 28C и 28D - вид сверху, вид сверху, вид в разрезе и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие другую иллюстративную структуру устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 29 - схематический график, поясняющий идеальное распределение интервала между выступами в устройстве электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 30A и 30B - виды сверху, схематически демонстрирующие иллюстративные структуры устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 31A и 31B - виды сверху, схематически демонстрирующие другие иллюстративные структуры устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.

Фиг. 32 - блок-схема телевизора согласно настоящему изобретению.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Перейдем к описанию вариантов осуществления устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению. Прежде всего, опишем иллюстративную базовую структуру устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению, со ссылкой на фиг. 30A.

На фиг. 30A показан схематический вид сверху, демонстрирующий типичную структуру устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению. Первая электропроводящая пленка 21a и вторая электропроводящая пленка 21b находятся на изолирующей подложке 1, выполненной из стекла и т.п. Конец первой электропроводящей пленки 21a и конец второй электропроводящей пленки 21b расположены напротив друг друга с зазором 8 между ними. Иными словами, конец первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b и конец второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a образуют периферию (край) зазора 8.

На фиг. 30A условные символы A и B обозначают участки конца первой электропроводящей пленки 21a и второй электропроводящей пленки 21b, соответственно, которые находятся напротив друг друга, причем зазор 8 между ними меньше, чем на других участках (там электрическое поле сильнее, чем на других участках). Таким образом, участки A первой электропроводящей пленки 21a также можно именовать "выступами".

При возбуждении устройства электронной эмиссии, показанного на фиг. 30A и 30B (когда оно вынуждено испускать электроны), между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b подается напряжение, в результате чего электрический потенциал второй электропроводящей пленки 21b выше, чем у первой электропроводящей пленки 21a. Таким образом, обычно, участки A первой электропроводящей пленки 21a можно называть участками электронной эмиссии.

Предпочтительно, чтобы, с точки зрения стабильности тока эмиссии, конец первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b был снабжен большим количеством таких выступов (участков A), обращенных ко второй электропроводящей пленке 21b, как показано на фиг. 30A. Иными словами, предпочтительно, чтобы большое количество участков было обеспечено там, где зазор между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b меньше, чем на других участках.

Участки B второй электропроводящей пленки 21b обычно можно именовать участками второй электропроводящей пленки 21b, а также именовать участками второй электропроводящей пленки 21b, ближайшими к участкам A. Зазор между участком A и участком B можно определить как "d1". Для установления напряжения возбуждения, необходимого для эмиссии электронов, равным 50 В или ниже, предпочтительно 20 В или ниже, d1 задают равным 10 нм или менее, предпочтительно 5 нм или менее. С точки зрения стабильности при возбуждении и воспроизводимости при изготовлении устройства электронной эмиссии, d1 предпочтительно задавать равным 1 нм или более, и более предпочтительно задавать равным 3 нм или более.

Минимальное расстояние между концом первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b (участком C) и концом второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a (участком D) напротив конца (участка C), который отстоит от выступа (участка A) первой электропроводящей пленки 21a на расстояние "d1", определено как "d2". В частности, минимальное расстояние между концом первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b (участком C) и концом второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a (участком D) напротив конца (участка C), который отстоит от выступа первой электропроводящей пленки 21a вдоль конца первой электропроводящей пленки 21a, образующего периферию (край) зазора 8 в плоскости, по существу, параллельной поверхности подложки 1, на то же самое расстояние d1 определено как "d2".

Заметим, что d1 достаточно мало (10 нм или менее). Таким образом, вышеописанное "d2" можно определить как минимальное расстояние между концом первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b (участком C), который отстоит на то же самое расстояние d1 в направлении, перпендикулярном линии, проходящей через участки A и B, задающей вышеописанное d1, и концом второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a (участком D) напротив конца (участка C). В частности, вышеописанное «d2» можно определить как минимальное расстояние между концом первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b (участком C), который отстоит на то же самое расстояние d1 в направлении, перпендикулярном линии, проходящей через участки A и B, задающей вышеописанное d1, в плоскости, по существу, параллельной поверхности подложки 1, и концом второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a (участком D) напротив конца (участка C)(см. фиг.30B).

Заметим, что "d2" может составлять 10 нм или менее. Однако конец первой электропроводящей пленки 21a (участок C), который определяет "d2", не соответствует вышеописанному выступу (участку A). В частности, предположим, что участок C является вышеописанным выступом (участком A), тогда вышеописанный участок A находился бы в пределах "d2" от участка C, и расстояние от участка A до второй электропроводящей пленки 21b было бы меньше d2. Таким образом, согласно настоящему изобретению, если участок определен как участок A, то не существует участка, где расстояние между первой электропроводящей пленкой 21a и второй электропроводящей пленкой 21b меньше d1 в пределах d1 от участка A.

Кроме того, как описано выше, согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы устройство электронной эмиссии имело большое количество таких участков A. В таком случае расстояние от участка A до поверхности подложки 1 (высота участка A от поверхности подложки 1) может изменяться. Однако, с точки зрения стабильности характеристик электронной эмиссии, предпочтительно, чтобы различие в расстоянии от множества участков A до поверхности подложки 1 фактически было в пределах d1. Кроме того, участки A, предпочтительно, не располагаются перпендикулярно поверхности подложки 1. Иными словами, предпочтительно, чтобы множество участков A не располагалось в направлении толщины пленки для первой электропроводящей пленки 21a.

Толщина электропроводящих пленок (21a и 21b) очень мала, практически 1 мкм или менее и 1 нм или более, предпочтительно 500 нм или менее, и 1 нм или более, и более предпочтительно 200 нм или менее и 1 нм или более. Таким образом, размещение большого количества таких участков A в перпендикулярном направлении может приводить к флуктуациям характеристик электронной эмиссии в течение времени. По этой причине предпочтительно, чтобы участки A не располагались перпендикулярно.

Согласно настоящему изобретению, d1 равно 10 нм или менее, и в то же время вышеописанное отношение d1 к d2 (d2/d1) задано равным 1,2 или более. В этих условиях можно получить большой ток эмиссии Ie и высокую эффективность электронной эмиссии.

Заметим, что на фиг. 30A и 30B показаны варианты осуществления, где конец второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a является линейным. Однако, согласно настоящему изобретению, конец второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a может быть неровным (нелинейным), как показано на фиг. 31A и 31B. В таких вариантах осуществления особо предпочтительно, чтобы выступы на конце второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a располагались в соответствии с вышеописанными участками B для повышения эффективности электронной эмиссии. Заметим, что фиг. 31A соответствует пояснению на фиг. 30A, а фиг. 31B соответствует пояснению на фиг. 30B.

Кроме того, в конфигурациях, показанных на фиг. 30A, 30B, 31A и 31B, макроскопически, зазор (или промежуток) 8 проходит перпендикулярно к направлению против первой и второй электропроводящих пленок 21a и 21b. Однако, как описано ниже, макроскопически, зазор 8 может быть нелинейным (обычно в виде серпантина или змейки). Если зазор 8 нелинейный, множество выступов (участков A) может размещаться с высокой плотностью на конце первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b. В результате можно дополнительно противодействовать изменению количества эмитированных электронов в течение времени, что предпочтительно.

Кроме того, расстояние d3 между участками A (выступами) предпочтительно задавать равным 3 d1 или более и 2000 d1 или менее. С точки зрения повышения тока эмиссии Ie и/или подавления флуктуаций количества эмитированных электронов более предпочтительно задавать расстояние d3 однородным.

Когда такое устройство электронной эмиссии используется в дисплее высокого разрешения, площадь, занимаемая одним устройством электронной эмиссии, мала. Таким образом, существует тенденция, согласно которой флуктуации тока эмиссии (Ie) увеличиваются в отношении устройства электронной эмиссии, имеющего меньшее количество участков A (выступов) по сравнению с устройством электронной эмиссии, имеющим большее количество участков A. В результате однородность изображения, отображаемого на дисплее, снижается. В качестве практического диапазона, расстояние d3 между участками A (выступами) задано равным 2000 d1 или менее, и более предпочтительно, 500 d1 или менее. Если расстояние d3 находится в этом диапазоне, флуктуации тока эмиссии Ie можно подавлять. Хотя предпочтительно, чтобы расстояние d3 между участками A (выступами) было однородным, оно может, до некоторой степени, иметь распределение.

Теперь опишем со ссылкой на фиг. 1A, 1B и 1C вариант вышеописанного устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению. На фиг. 1A показан схематический вид сверху иллюстративного варианта устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению. На фиг. 1B показан увеличенный вид зазора 8. Различия между этим вариантом и конфигурациями, показанными на фиг. 30 и 31 таковы: (1) зазор 8 нелинеен, и острота (линейность) форма концов первой электропроводящей пленки 21a и второй электропроводящей пленки 21b низка; и (2) первая электропроводящая пленка 21a подключена к первому электроду 4A, который подключен к первому вспомогательному электроду 2, и, аналогично, вторая электропроводящая пленка 21b подключена ко второму электроду 4b, который подключен ко второму вспомогательному электроду 3. За исключением вышеуказанных пунктов (1) и (2), этот вариант, в принципе, совместим с конфигурациями устройства электронной эмиссии, описанными выше со ссылкой на фиг. 30 и 31.

По аналогии с вышеупомянутым пунктом (1), если выступы (участки A) размещены с одинаковыми интервалами, по сравнению со случаем линейного зазора 8, можно обеспечить больше выступов (участков A) и, таким образом, считается, что характеристики электронной эмиссии можно сделать более стабильными. Кроме того, по аналогии с вышеупомянутым пунктом (2), можно стабильно подавать напряжение между электропроводящими пленками 21a и 21b.

В этой конфигурации используются первый и второй вспомогательные электроды (2 и 3) и первый и второй электроды (4a и 4b). Однако, согласно настоящему изобретению, как и в конфигурациях, описанных со ссылкой на фиг. 30 и 31, для устройства электронной эмиссии требуются, по меньшей мере, первая электропроводящая пленка 21a и вторая электропроводящая пленка 21b. Иными словами, согласно настоящему изобретению, вспомогательные электроды (2 и 3) и электроды (4a и 4b) не являются обязательными компонентами устройства электронной эмиссии.

Однако, для стабильного подключения источника питания (источника напряжения), для возбуждения устройства электронной эмиссии, согласно настоящему изобретению, к электропроводящим пленкам (21a и 21b), которые очень тонки, предпочтительно использовать вспомогательные электроды (2 и 3) и/или электроды (4a и 4b). Соединяя клеммы источника питания к электродам (4a и 4b) или вспомогательным электродам (2 и 3), можно стабильно подавать напряжение между электропроводящими пленками 21a и 21b. Таким образом, вспомогательные электроды (2 и 3) и/или электроды (4a и 4b) можно подходящим образом применять также к конфигурациям устройства электронной эмиссии, описанным со ссылкой на фиг. 30 и 31.

На фиг. 1B показан схематический увеличенный вид зазора 8, показанного на фиг. 1A. Условные символы A, B, d1, d2 и d3 на фиг. 1B аналогичны описанным со ссылкой на фиг. 30 и 31.

На фиг. 1C показан схематический вид в разрезе, демонстрирующий участок между участками A и B. Хотя поверхность электропроводящих пленок (21a и 21b) параллельна поверхности подложки 1, как показано на фиг. 2C и 2D, которые будут описаны ниже, поверхность не обязана быть параллельной поверхности подложки.

Согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы устройство электронной эмиссии, включающее в себя конфигурации, описанные со ссылкой на фиг. 30 и 31, имело вогнутый участок 22 на поверхности подложки 1 между первой электропроводящей пленкой 21a и второй электропроводящей пленкой 21b (зазор 8).

Мы полагаем, что обеспечение такого вогнутого участка 22 позволит подавить неэффективный ток между первой электропроводящей пленкой 21a и второй электропроводящей пленкой 21b, который не является током эмиссии Ie. Кроме того, согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы, как показано на фиг. 1C, расстояние между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b (расстояние между участками A и B), отстоящими от поверхности подложки 1, было меньше, чем на поверхности подложки 1. Благодаря такой структуре расстояние между участками A и B вдоль поверхности можно увеличить, в результате чего неэффективный ток между первой электропроводящей пленкой 21a и второй электропроводящей пленкой 21b предположительно можно дополнительно подавить. Кроме того, предполагается, что электроны можно заставить эмитировать с участков, более близких к поверхности электропроводящей пленки 21a (позиций, отстоящих от поверхности подложки 1), для увеличения тока электронной эмиссии Ie.

При возбуждении вышеописанного устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению, например, как показано на схематическом структурном виде фиг. 3, устройство электронной эмиссии, отвечающее настоящему изобретению, располагается напротив анода 44 и возбуждается в вакууме (в пространстве, где полное давление ниже атмосферного давления). Благодаря размещению анода над устройством электронной эмиссии на расстоянии H [м] от устройства электронной эмиссии, формируется устройство электронной эмиссии. Затем напряжение возбуждения Vf [В] подается между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b, так что электрический потенциал второй электропроводящей пленки 21b выше, чем на первой электропроводящей пленке 21a. В то же время напряжение Va [В] подается между анодом 44 и первой электропроводящей пленкой 21a, так что электрический потенциал анода 44 выше, чем на первой и второй электропроводящих пленках (обычно выше, чем на первой электропроводящей пленке 21a). В результате генерируется электрическое поле между концом первой электропроводящей пленки 21a и концом второй электропроводящей пленки 21b (в зазоре 8). Если напряженность поля достаточно высока для туннелирования (квантомеханического туннелирования) электронов, то считается, что электроны с участков на конце первой электропроводящей пленки 21a, которые размещены ближе к концу второй электропроводящей пленки 21b (участки A, показанные на фиг. 1A и 1B) туннелируют с более высоким приоритетом. Большинство протуннелировавших электронов рассеивается вблизи участков B и предполагается, что, по меньшей мере, часть рассеянных электронов достигает анода 44. Заметим, что большинство электронов, которые не достигают анода 44, из протуннелировавших электронов предположительно поглощаются во второй электропроводящей пленке 21b, создавая неэффективный ток, текущий между первой электропроводящей пленкой 21a и второй электропроводящей пленкой 21b (ток устройства If).

Здесь напряженность поля, используемая при возбуждении устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению (при эмиссии электронов) (напряженность электрического поля, приложенного между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b), фактически равна 1·10⁹ В/м или более и меньше 2·10¹⁰ В/м. Если напряженность поля меньше этого диапазона, количество протуннелировавших электронов существенно уменьшается, а если напряженность поля больше этого диапазона, первая электропроводящая пленка 21a и/или вторая электропроводящая пленка 21b могут деформироваться сильным электрическим полем, и электроны часто не эмитируются стабильно.

Согласно настоящему изобретению, если d2/d1 задано равным 1,2 или более, как описано выше, устройство электронной эмиссии может уменьшать количество электронов, поглощенных во второй электропроводящей пленке 21b. В результате эффективность электронной эмиссии ((ток, достигающий анода)/(ток, текущий между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b)) можно увеличить. Причина в том, что большая сила, направленная от поверхности подложки 1 (к аноду), действует на электроны, протуннелировавшие из участков A в участки B (включая электроны, рассеянные вблизи участков B) благодаря электрическому полю, сформированному заданием d2/d1, равным 1,2 или более.

Теперь опишем вариант устройства электронной эмиссии, описанный со ссылкой на фиг. 1A-1C, со ссылкой на фиг. 2A-2D. Фиг. 2A, аналогично фиг. 1A, представляет собой схематический вид сверху. Фиг. 2B, аналогично фиг. 1B, представляет собой схематический увеличенный вид сверху зазора 8. Фиг. 2C, аналогично фиг. 1C, представляет собой схематический вид в разрезе участков A и B. На фиг. 2D показан схематический вид в разрезе, взятый по линии P-P' на фиг. 2B (через выступ второй электропроводящей пленки 21b и конец первой электропроводящей пленки 21a, противоположный выступу в направлении, перпендикулярном поверхности подложки 1).

Согласно этой конфигурации, устройство электронной эмиссии имеет, помимо признаков, описанных со ссылкой на фиг. 1A-1C, выступы в направлении, по существу, перпендикулярном поверхности подложки 1 (участки 35 и 36), как часть второй электропроводящей пленки 21b. Заметим, что выступы (участки 35 и 36) расположены по обе стороны участка B. За исключением вышеописанного, эта конфигурация, по существу, идентична устройству электронной эмиссии, описанному со ссылкой на фиг. 1A-1C.

Согласно этой конфигурации, по сравнению с устройством электронной эмиссии, описанным со ссылкой на фиг. 1A-1C, эффективность электронной эмиссии можно дополнительно увеличить. Заметим, что, поскольку выступы (участки 35 и 36) являются частью второй электропроводящей пленки 21b, необязательно, чтобы материал для формирования выступов отличался от материала для формирования участка, отличного от выступов.

Толщина второй электропроводящей пленки 21b на участке B задана меньшей, чем у второй электропроводящей пленки 21b на участках 35 и 36 (см. фиг. 2C и 2D). Поскольку участки 35 и 36 второй электропроводящей пленки 21b дальше от поверхности подложки 1, чем другие участки второй электропроводящей пленки 21b (обычно это участок B), их можно именовать "выступающие участки" или "выдающиеся участки".

Таким образом, существует разность "h" между высотой поверхности участков 35 и 36 второй электропроводящей пленки 21b от поверхности подложки 1 и высотой поверхности участка B от поверхности подложки 1 ("h" можно называть высотой выступающих участков).

Кроме того, вторая электропроводящая пленка 21b имеет, по меньшей мере, два выступающих участка, и существует ширина "w" между двумя выступающими участками. Ширину w можно, фактически, определить как зазор между участками, соответствующими "выступающим участкам", наиболее удаленным от поверхности подложки (определенный как зазор между точками (вершинами) соответствующих "выступающих участков"). Кроме того, предпочтительно, чтобы ширина w между вышеописанными "выступающими участками" была фактически задана равной 2 d1 или более и 50 d1 или менее. Если ширина w находится в этом диапазоне, можно получить большой ток эмиссии Ie и высокую эффективность электронной эмиссии. Заметим, что высота точки участка 35 от поверхности подложки 1 и высота точки участка 36 от поверхности подложки 1 могут отличаться друг от друга.

Высоту h вышеописанных "выступающих участков" можно, фактически, задать как значение, определяемое вычитанием расстояния между участком B и поверхностью подложки 1 из расстояния между участком одного из "выступающих участков" (обычно одного "выступающего участка" из двух выступающих участков (35 и 36), окружающих участок B, высота которого от поверхности подложки 1 меньше, чем у другого выступающего участка), который наиболее удален от поверхности подложки 1, и поверхностью подложки 1. Предпочтительно, чтобы высота h "выступающих участков" была задана равной 2 d1 или более и 200 d1 или менее.

Согласно настоящему изобретению, как описано выше, участки A и B образуют части периферии зазора 8 устройства электронной эмиссии. Для повышения эффективности электронной эмиссии, предпочтительно, чтобы участки 35 и 36 второй электропроводящей пленки 21b также формировали периферию зазора 8.

Кроме того, согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы, когда зазор между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b меньше, чем на других участках (между участками A и B на фиг. 2C), толщина первой электропроводящей пленки 21b (толщина на участке B) была задана меньшей или равной толщины второй электропроводящей пленки 21a (толщины на участке A) (предпочтительно, была задана меньшей толщины на участке A).

Это позволяет повысить эффективность электронной эмиссии устройства электронной эмиссии, описанного со ссылкой на фиг. 1A-1C, 30 и 31. Кроме того, более мощная сила, направленная от поверхности подложки 1 (к аноду) может действовать на электроны, туннелирующие из участков A в участки B (включая электроны, рассеянные вблизи участков B) благодаря электрическому полю, сформированному вышеописанными "выступающими участками". В результате, количество электронов, поглощенных во второй электропроводящей пленке 21b, может уменьшаться. В результате, по сравнению с устройством электронной эмиссии, описанным со ссылкой на фиг. 1A-1C, 30 и 31, эффективность электронной эмиссии ((ток, достигающий анода (Ie))/(ток, текущий между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b (If))) может значительно увеличиться.

Заметим, что фиг. 30, 31, 1A-1C и 2A-2D иллюстрируют варианты осуществления, где первая и вторая электропроводящие пленки 21a и 21b находятся напротив друг друга в направлении, параллельном поверхности подложки 1 и полностью разделены зазором 8 между ними. Однако, согласно настоящему изобретению, первая и вторая электропроводящие пленки 21a и 21b устройства электронной эмиссии могут соединяться на их участке. Иными словами, зазор 8 может быть сформирован в части одной электропроводящей пленки. В частности, хотя полное разделение является идеалом, достаточно, чтобы удовлетворительные характеристики электронной эмиссии можно было получить, даже если первая и вторая электропроводящие пленки 21a и 21b соединяются в небольшой области.

Проводящий материал, например металл или полупроводник, включая Ni, Au, PdO, Pd, Pt и C можно использовать в качестве материала для электропроводящих пленок (21a и 21b). Более предпочтительно, электропроводящие пленки представляют собой пленки, содержащие углерод, с точки зрения большого объема электронной эмиссии и стабильности в течение времени. Кроме того, практически, предпочтительно использовать пленки, содержащие углерод в качестве основного компонента (в частности, пленки, содержащие 70 процентов атомов углерода). Когда, таким образом, электропроводящие пленки (21a и 21b) сформированы пленками, содержащими углерод, электропроводящие пленки (21a и 21b) можно называть углеродными пленками.

Перейдем к оп