專利名稱：電子發(fā)射器件，電子源，以及制造圖像形成裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到電子發(fā)射器件，布置有許多電子發(fā)射器件的一種電子束，以及制造一種圖像形成裝置的方法，例如是采用這樣一種電子源構(gòu)成的顯示器。具體地說，本發(fā)明涉及到制造一種電子發(fā)射器件的方法，它包括一個襯底，在襯底上形成的一對電極，以及一個具有狹窄間隙并且連接在電極之間的薄膜。
背景技術(shù)：
一般來說，已知有兩類電子發(fā)射器件，即熱電子發(fā)射器件和冷陰極電子發(fā)射器件。冷陰極電子發(fā)射器件被劃分成電場發(fā)射型，金屬/絕緣子/金屬型和表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射型。
在日本專利申請公開7-235255號和日本專利2903295號中公開了表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的設(shè)計和制造方法。
以下要簡要描述上述文獻(xiàn)中所披露的表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件。
如圖8的截面圖所示，這種表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件包括設(shè)在襯底1上的一對相對的器件電極2，3，以及連接在電極之間并且具有一個電子發(fā)射區(qū)85的導(dǎo)電薄膜84。
電子發(fā)射區(qū)85包括通過折斷，變形或是損傷導(dǎo)電薄膜84的一部分并且使其產(chǎn)生一個間隙而形成的一個部位，并且在內(nèi)部而且靠近間隙處的導(dǎo)電薄膜上利用被稱為“激活”的工藝形成主要包括碳和/或碳化合物的淀積層86。有時候，彼此相對配置的淀積層會使一個間隙部位比上述的間隙變窄。
激活工藝是通過在包括有機(jī)物質(zhì)的環(huán)境中按照預(yù)定的時間周期對器件持續(xù)施加脈沖整形電壓來執(zhí)行的。在這種情況下，在形成了圖8所示的形狀時，流經(jīng)器件的電流(器件電流If)和射入真空的電流(發(fā)射電流Ie)會大大增加，從而獲得良好的電子發(fā)射特性。
如果采用一種具有許多上述電子發(fā)射器件的電子源，并且將這種電子源和螢光物質(zhì)構(gòu)成的圖像形成部件組合在一起，就能夠構(gòu)成一個諸如平面顯示面板那樣的圖像形成裝置。
另一方面，日本專利申請公開9-237571號公開了一種制造電子發(fā)射器件的方法，作為激活工藝的替代，它包括在導(dǎo)電薄膜上涂敷一種有機(jī)材料例如是熱固性樹脂，電子束負(fù)電阻或者聚丙烯腈的步驟以及一個執(zhí)行碳化的步驟。
然而，在上述的器件中，必然要使用通過激勵導(dǎo)電薄膜而形成間隙的步驟(被稱作“形成”)，并且要通過選擇導(dǎo)電薄膜的材料厚度而實現(xiàn)最佳的形成。
具體地說，為了降低形成所需的電功率并產(chǎn)生良好的間隙而提出了要使用一種鈀氧化物的精細(xì)顆粒薄膜作為導(dǎo)電薄膜。
另外，因為利用形成制成的間隙難以獲得合適的電阻發(fā)射，還提出了一種讓碳或是碳化合物彼此相對的技術(shù)，通過形成，采用上述的激活工藝或者是涂敷有機(jī)聚合物薄膜并且執(zhí)行激活而在間隙內(nèi)形成一個較窄的間隙部位。
這樣的常規(guī)器件存在以下兩個問題1)如果用精細(xì)顆粒薄膜作為導(dǎo)電薄膜，薄膜的厚度和材料不容易達(dá)到很高的精度，因此，如果用許多電子發(fā)射器件制成一個平面顯示面板，均勻性可能會降低。
2)因為要形成具有良好的電子發(fā)射特性的狹窄精細(xì)部位需要有其它步驟，例如是制造包括有機(jī)物質(zhì)的環(huán)境的步驟以及在導(dǎo)電薄膜上高精度地形成聚合物薄膜的步驟，制造的步驟越來越復(fù)雜。
為了解決以上問題，就需要有一種電子發(fā)射器件及其制造方法，以便能夠簡化制造工藝并且改善電子發(fā)射特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠長時間高效率發(fā)射電子的電子發(fā)射器件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，在它的步驟中能夠簡化常規(guī)的薄膜形成工藝，并且由于工藝的簡化而降低成本。
本發(fā)明的再一個目的是要利用本發(fā)明的電子發(fā)射器件和制造方法制造一種布置有許多電子發(fā)射器件的電子源或者圖像形成裝置，并且獲得一種能夠長時間高精度顯示大面積高質(zhì)量圖像的圖像形成裝置。
按照本發(fā)明所提供的制造電子發(fā)射器件的一種方法包括，在形成在一個襯底上的一對電極之間形成一個聚合物薄膜的步驟，通過加熱為聚合物薄膜賦予導(dǎo)電性的步驟，以及在一對電極之間提供電位差的步驟。
進(jìn)而，按照本發(fā)明所提供的制造電子發(fā)射器件的一種方法包括，在形成在一個襯底上的一對電極之間形成一個聚合物薄膜的步驟，通過加熱聚合物薄膜來降低聚合物薄膜的電阻的步驟，以及在一對電極之間提供電位差的步驟。
進(jìn)而，按照本發(fā)明所提供的制造電子發(fā)射器件的一種方法包括，在形成在一個襯底上的一對電極之間形成一個聚合物薄膜的步驟，用一個電子束照射至少一部分聚合物薄膜的步驟，以及在一對電極之間提供電位差的步驟。
進(jìn)而，按照本發(fā)明所提供的制造電子發(fā)射器件的一種方法包括，在形成在一個襯底上的一對電極之間形成一個聚合物薄膜的步驟，用光照射至少一部分聚合物薄膜的步驟，以及在一對電極之間提供電位差的步驟。


圖1A是一個平面示意圖，表示按照本發(fā)明的方法制造的一種電子發(fā)射器件；圖1B是圖1A中沿著1B-1B線看到的截面圖；圖2A，2B和2C的截面示意圖表示本發(fā)明的表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的一種制造方法；圖3A，3B和3C的截面示意圖表示用本發(fā)明的方法制造的另外一例電子發(fā)射器件；圖4A，4B和4C的截面示意圖表示用本發(fā)明的方法制造的又一例電子發(fā)射器件；圖5的截面圖表示一種具有測量評估功能的真空裝置；圖6A，6B，6C，6D和6E的截面示意圖表示制造一種具有無源矩陣布局的電子源的步驟；圖7的示意圖表示一種圖像形成裝置的顯示面板，它具有無源矩陣布局，并且是按照本發(fā)明的方法制造的；圖8是一種常規(guī)電子發(fā)射器件的截面示意圖；以及圖9的曲線表示用本發(fā)明的方法制造的電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性。
具體實施例方式
第一點發(fā)明涉及到一種電子發(fā)射器件的制造方法，它包括在形成在一個襯底上的一對電極之間形成一個聚合物薄膜的步驟，通過加熱為聚合物薄膜賦予導(dǎo)電性的步驟，以及在一對電極之間提供電位差的步驟。
進(jìn)而，按照第一點發(fā)明，通過加熱為聚合物薄膜賦予導(dǎo)電性的步驟中還可以包括用一個電子束照射至少一部分聚合物薄膜的步驟或者是用光照射至少一部分聚合物薄膜的步驟，光可以是從作為光源的一個氙燈發(fā)射的光或者是作為光源的一個鹵燈發(fā)射的光，或者是激光束，而聚合物薄膜可以是一種芳香族聚合物薄膜，并且形成聚合物薄膜的步驟可以采用一種噴墨系統(tǒng)。
第二點發(fā)明涉及到一種電子發(fā)射器件的制造方法，它包括在形成在一個襯底上的一對電極之間形成一個聚合物薄膜的步驟，通過加熱聚合物薄膜降低聚合物薄膜的電阻的步驟，以及在一對電極之間提供電位差的步驟。
進(jìn)而，按照第二點發(fā)明，通過加熱聚合物薄膜降低聚合物薄膜的電阻的步驟中還可以包括用一個電子束照射至少一部分聚合物薄膜的步驟或者是用光照射至少一部分聚合物薄膜的步驟，光可以是從作為光源的一個氙燈發(fā)射的光或者是作為光源的一個鹵燈發(fā)射的光，或者是激光束，而形成聚合物薄膜的步驟可以采用一種噴墨系統(tǒng)。
第三點發(fā)明涉及到一種電子發(fā)射器件的制造方法，它包括在形成在一個襯底上的一對電極之間形成一個聚合物薄膜的步驟，用一個電子束照射至少一部分聚合物薄膜的步驟，以及在一對電極之間提供電位差的步驟。
進(jìn)而，按照第三點發(fā)明，用電子束照射聚合物薄膜的步驟中還可以包括為至少一部分聚合物薄膜賦予導(dǎo)電性的步驟或者是降低聚合物薄膜的電阻的步驟，而聚合物薄膜可以是一種芳香族聚合物薄膜，并且形成聚合物薄膜的步驟可以采用一種噴墨系統(tǒng)。
第四點發(fā)明涉及到一種電子發(fā)射器件的制造方法，它包括形成在一個襯底上的一對電極之間形成一個聚合物薄膜的步驟，用光照射至少一部分聚合物薄膜的步驟，以及在一對電極之間提供電位差的步驟。
進(jìn)而，按照第四點發(fā)明，用光照射聚合物薄膜的步驟中還可以包括為至少一部分聚合物薄膜賦予導(dǎo)電性的步驟或者是降低聚合物薄膜的電阻的步驟，光可以是從作為光源的一個氙燈發(fā)射的光或者是作為光源的一個鹵燈發(fā)射的光，或者是激光束，而聚合物薄膜可以是一種芳香族聚合物薄膜，并且形成聚合物薄膜的步驟可以采用一種噴墨系統(tǒng)。
本發(fā)明的第五點涉及到一種具有多個電子發(fā)射器件的電子源的制造方法，其中的電子發(fā)射器件是按照本發(fā)明第一到第四點之一的方法制造的。
本發(fā)明的第六點涉及到一種圖像形成裝置的制造方法，它具有包括多個電子發(fā)射器件的一個電子源和一個圖像形成部件，其中的電子源是按照上述制造方法制造的。
本發(fā)明中的聚合物是指在碳原子之間包括偶聯(lián)的聚合物。
如果對碳原子之間包括偶聯(lián)的聚合物加熱，碳原子之間的偶聯(lián)就會因離解并重新偶聯(lián)而產(chǎn)生導(dǎo)電性。以這種方式具有導(dǎo)電性的聚合物被稱為“熱解聚合物”。
盡管本發(fā)明中的“熱解聚合物”意味著是通過加熱為聚合物賦予導(dǎo)電性，用加熱以外的其他因素獲得的聚合物也可以被稱為是熱解聚合物，例如是用電子束離解/重新偶聯(lián)，或者是除了用加熱離解/重新偶聯(lián)之外還用光子離解/重新偶聯(lián)。
對于熱解聚合物，可以認(rèn)為導(dǎo)電性是因為原始聚合物中碳原子之間的共軛雙鍵的增加而增加，并且導(dǎo)電性是隨著熱解進(jìn)展的程度而有所不同。
另外，有一種聚合物的碳原子之間的離解/重新偶聯(lián)易于使聚合物產(chǎn)生導(dǎo)電性，也就是易于產(chǎn)生碳原子之間的雙鍵，這就是已知的芳香族聚合物。芳香族聚合物是這樣一種聚合物，它能在比較低的溫度下獲得具有高導(dǎo)電性的熱解聚合物。
一般來說，盡管芳香族聚酰亞胺本身是絕緣體，仍然有在熱解之前就具有導(dǎo)電性的聚合物，例如是聚亞苯基噁二唑(polyphenylene oxyadiazol)和聚亞苯基亞乙烯基(polyphenylene vinylene)。因為通過熱解而降低電阻能進(jìn)一步提高這些聚合物的導(dǎo)電性，本發(fā)明最適合采用這些聚合物。
按照本發(fā)明，可以利用聚合物薄膜形成步驟，執(zhí)行熱解的步驟和通過激活形成一個間隙的步驟來形成電子發(fā)射器件，這種制造方法比常規(guī)的方法要簡單，后者包括導(dǎo)電薄膜形成步驟，實現(xiàn)形成的步驟，產(chǎn)生包括有機(jī)物質(zhì)的一種環(huán)境的步驟(或者是在導(dǎo)電薄膜上形成一個聚合物薄膜的步驟)，以及在碳或碳化合物之間通過激活而形成間隙部位的步驟。進(jìn)而，因為通過加熱可以使熱解聚合物變成比較硬的碳材料，還可以改善耐熱性能。這樣就能使往往受到導(dǎo)電薄膜性能限制的電子發(fā)射特性得以提高。
圖1A和1B的示意圖表示按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件的構(gòu)造，其中的圖1A是一個平面圖，而圖1B是圖1A中沿著1B-1B線看到的截面圖。
在圖1A和1B中，該器件包括一個襯底1，器件電極2，3，聚合物薄膜4，以及一個間隙5。在本發(fā)明中，偶爾也將這種聚合物薄膜4稱為“熱解聚合物薄膜”，因為它包括了下述的熱解聚合物。進(jìn)而，按照本發(fā)明，“聚合物薄膜”，“熱解聚合物薄膜”，以及“主要包括碳的薄膜”都是同一個意思。另外，主要包括碳的薄膜4被設(shè)在襯底1上的器件電極2，3之間，并且在器件電極上面。盡管在圖1中是將主要包括碳的薄膜4表示成在襯底上彼此橫向相對并且被間隙5相互隔開，它們也可以有局部的相互連接。也就是說，可以采用在電連接在一對電極之間的主要包括碳的薄膜中局部形成一個間隙的形式。另外，按照本發(fā)明的主要包括碳的聚合物薄膜4還包括氮。另外還可以包括氫或硼，并且還可以包括金屬例如是銀。在主要包括碳的薄膜中，重要的是除碳以外的成分的含量(各自的原子與碳原子的比例)在靠近間隙5的區(qū)域中比靠近電極2，3的區(qū)域中更少了。
襯底1可以采用玻璃襯底。相對的器件電極2，3的材料可以是普通導(dǎo)電材料，也就是金屬材料或者是氧化物導(dǎo)體。
如上所述，聚合物薄膜4是在碳原子之間具有偶聯(lián)的聚合物。
間隙5是在聚合物薄膜4中形成的裂縫狀間隙，并且是在施加一個合適的電場時產(chǎn)生一個電子隧道從而產(chǎn)生電流的區(qū)域，并且一部分隧道電子由于散射而變成了發(fā)射的電子。
這樣就需要為至少一部分聚合物避免賦予導(dǎo)電性。其理由如下，如果聚合物薄膜4是絕緣的，即使在器件電極2，3之間施加電位差，電場也不會施加到間隙5上，也就不會發(fā)射電子。最好的辦法是，至少要有一個被賦予導(dǎo)電性的區(qū)域來連接器件電極2(和器件電極3)和間隙5，這樣就能對間隙5施加合適的電場。
圖2A到2C表示本發(fā)明的電子發(fā)射器件的一種制造方法。以下要參照圖1A和1B及圖2A至2C來解釋制造這種電子發(fā)射器件的一種方法。
(1)用洗滌劑，純水，有機(jī)溶劑等等徹底清洗襯底1。在通過真空蒸發(fā)，濺射等等在襯底上淀積器件電極材料之后，在襯底1上采用光刻技術(shù)形成器件電極2，3(圖2A)。盡管最好是用諸如鉑等等貴金屬作為器件電極材料，如下所述，如果執(zhí)行一種激光照射工藝，必要時也可以使用諸如氧化錫或氧化銦(ITO)等氧化物導(dǎo)體的薄膜作為透明導(dǎo)體。(2)在已經(jīng)形成了器件電極2，3的襯底1上的器件電極2，3之間形成聚合物薄膜4(圖2B)。
作為形成聚合物薄膜4的一種方法，可以采用諸如旋轉(zhuǎn)涂覆方法，印刷方法或是浸漬方法等各種公知的方法。印刷方法可能是最好的，因為無需使用構(gòu)圖手段就能形成理想構(gòu)造的聚合物薄膜4。在這些方法當(dāng)中，可以用噴墨式印刷方法制造出一種能夠高密度布置電子發(fā)射器件的電子源，并且能夠應(yīng)用于平面顯示面板，因為它能夠直接形成數(shù)百μm以下的微小構(gòu)造。
如果用這種噴墨系統(tǒng)形成聚合物薄膜4，可以施加液滴狀的聚合物材料溶劑然后使其干燥。根據(jù)具體要求，也可以施加所需的液滴狀前體聚合物溶劑，然后通過加熱使其聚合。
按照本發(fā)明，盡管用芳香族聚合物作為聚合物材料是最好的，因為芳香族聚合物往往難以溶解在溶劑中，使用一種預(yù)先涂覆前體的方法是有效的。例如可以用噴墨系統(tǒng)涂覆(施加液滴)聚酰胺酸溶劑作為芳香族聚酰亞胺的前體，并且通過加熱形成聚酰亞胺薄膜。
附帶地說，用來溶解聚合物前體的溶劑例如可以采用N-甲基吡咯烷酮，N，N-二甲基乙酰酰胺，N，N-二甲基甲醛或者是二甲亞砜，并且可以添加n-丁基溶纖劑或者是三乙醇胺。然而，只要是能夠用于本發(fā)明的溶劑，并非僅限于上述的溶劑。
(3)然后對聚合物薄膜4執(zhí)行熱解操作形成熱解聚合物。熱解操作的作用是為了產(chǎn)生導(dǎo)電性而對聚合物碳原子之間的偶聯(lián)進(jìn)行離解/重新偶聯(lián)。
形成這種導(dǎo)電熱解聚合物的方法可以通過在不會發(fā)生氧化的環(huán)境中(例如是在惰性氣體環(huán)境或者是真空中)將特定的聚合物加熱到分解溫度以上來實現(xiàn)。
如上所述，盡管芳香族聚合物特別是芳香族聚酰亞胺和聚合物一樣具有高熱解溫度，如果加熱到這一熱解溫度以上例如是700℃到800℃以上，就能獲得具有高導(dǎo)電性的熱解聚合物。
然而，正象本發(fā)明中的情況，如果用熱解聚合物作為構(gòu)成電子發(fā)射器件的材料，考慮到其他結(jié)構(gòu)部件的耐熱性問題，完全用烤箱或是加熱盤加熱聚合物的方法可能會受到限制。特別是襯底被局限于具有特別高耐熱性的襯底，例如是玻璃襯底或陶瓷襯底，如果考慮到要為大面積顯示面板提供這樣的襯底，它會變得非常昂貴。
因此，在本發(fā)明中，執(zhí)行熱解操作的更有效手段是采用電子束照射或者是光的照射，并且光照是采用氙燈或者是鹵燈作為光源發(fā)射的光，或者是一個激光束。利用電子束照射或者是光照射將聚合物薄膜4局部加熱而獲得熱解聚合物，無需使用具有高耐熱性的昂貴的襯底。在這種情況下，采用加熱的離解/重新偶聯(lián)還可以加上除加熱之外的其他因素，例如是采用電子束的離解/重新偶聯(lián)或者是采用光子的離解/重新偶聯(lián)。
以下要解釋實際的熱解操作。
(采用電子束照射)在照射電子束時，上面已經(jīng)形成了器件電極2，3和聚合物薄膜4的襯底1被置于一個裝有電子槍的真空容器中。熱解操作是通過用電子槍將電子束照射在聚合物薄膜4上來執(zhí)行的。在這種情況下，電子束的照射條件應(yīng)該是加速電壓Vac大于0.5KV并小于10KV，而電流密度ρ應(yīng)大于0.01mA/mm2并小于1mA/mm2。進(jìn)而，在這種情況下通過監(jiān)視器件電極2，3之間的電阻值就能在獲得理想電阻值時結(jié)束照射。
(采用激光束照射)在照射激光束時，上面已經(jīng)形成了器件電極2，3和聚合物薄膜4的襯底1被置于一個臺階上，熱解操作是通過用激光束照射聚合物薄膜4來執(zhí)行的。在這種情況下，盡管最好是在惰性氣體環(huán)境或者是真空環(huán)境中照射激光束以免聚合物薄膜4發(fā)生氧化(燃燒)，也可以在大氣環(huán)境下執(zhí)行激光束照射，這取決于激光器照射條件。
可以適當(dāng)?shù)剡x擇激光束照射條件。例如是用一個脈沖YAG激光器的次高諧波(波長為632mm)執(zhí)行激光照射，并且監(jiān)視器件電極2，3之間的電阻，在獲得理想電阻值時結(jié)束照射。
附帶地說，只要對構(gòu)成材料進(jìn)行選擇，使聚合物薄膜4和器件電極2，3的光學(xué)吸收波長不同，并且用波長與聚合物薄膜4的吸收波長吻合的激光束來照射，就只有聚合物薄膜4被實際加熱。這樣做是最好的。
(采用除激光器之外的照射)在采用除激光器以外的光來照射時，上面已經(jīng)形成了器件電極2，3和聚合物薄膜4的襯底1被置于一個臺階上，并且用光照射聚合物薄膜4及其周圍。在這種情況下，盡管最好是在惰性氣體環(huán)境或者是真空環(huán)境中照射激光束以免聚合物薄膜4發(fā)生氧化(燃燒)，也可以在大氣環(huán)境下執(zhí)行激光束照射，這取決于激光器照射條件。
用一個氙燈或鹵燈作為光源，并且用聚光裝置聚集這種光而實現(xiàn)局部光照，這樣有可能將聚合物薄膜的溫度加熱到為獲得聚合物薄膜的熱解溫度所需的800℃以上。氙燈的光包括基本上連續(xù)的可見光到紅外光，特別是在1μm波長附近的近紅外區(qū)波段中有多個陡峭的尖峰強(qiáng)度；而鹵燈主要包括可見光。因此，最好是按照聚合物薄膜或電極的材料來選擇光源。
照射的光可以通過被聚合物薄膜直接吸收的光來升高聚合物薄膜的溫度，在某些情況下，照射到聚合物薄膜附近的電極上的光會使電極升溫，通過熱傳導(dǎo)來加熱聚合物薄膜。這些作用的選擇是由電極和聚合物薄膜的材料所決定的。
附帶地說，根據(jù)襯底的材料，襯底可以會受熱變形。為了避免變形而采用了脈沖調(diào)制的光，這樣能抑制對襯底的過度加熱。脈沖調(diào)制的條件可以按照產(chǎn)生的熱量、襯底的熱傳導(dǎo)性和熱輻射量來適當(dāng)設(shè)置。附帶地說，出于同樣的理由對上述的激光束照射也采用了脈沖調(diào)制。
另外，關(guān)于照射的光，需要將構(gòu)成聚合物薄膜4的材料的光吸收能力選擇在高于構(gòu)成器件電極2，3的材料的光吸收能力，最好是基本上只有聚合物薄膜4被加熱。
進(jìn)而還需要監(jiān)視器件電極2，3之間的電阻值，并且在獲得理想電阻值時結(jié)束光照。
因為光加熱能夠通過展寬聚光面積而比較容易在一個較大面積上獲得光照，即使是對大面積的面板也能夠有效地加熱聚合物薄膜。
如上所述，盡管通過電子束照射或是由氙燈或鹵燈光源或者是激光器發(fā)射的光的光照可以使聚合物薄膜4變成熱解聚合物，并不需要整個聚合物薄膜4都發(fā)生熱解。即使僅有一部分聚合物薄膜4發(fā)生熱解，就能執(zhí)行以下的步驟。
(4)然后，在經(jīng)過熱解的聚合物薄膜4中形成間隙5，由它構(gòu)成電子發(fā)射區(qū)(圖2C)。
間隙5的形成是通過在器件電極2，3之間施加電壓(流過電流)而實現(xiàn)的。附帶地說，最好是施加脈沖電壓。通過施加這一電壓(激活操作)使聚合物薄膜4的一部分因局部破裂，變形或者是退化而改變其結(jié)構(gòu)，從而形成間隙5。
附帶地說，也可以通過在器件電極2，3之間連續(xù)施加電壓脈沖而執(zhí)行激活操作的同時執(zhí)行熱解操作，也就是同時用激光束照射或者是用光照射。無論如何，這一過程都應(yīng)該在減壓的大氣條件下執(zhí)行，最好是在小于1.3×10-3Pa的大氣壓下執(zhí)行。
在這一過程的激活操作中，通過施加電壓脈沖而產(chǎn)生對應(yīng)著聚合物薄膜4的電阻值的電流。與此相應(yīng)，如果聚合物薄膜4具有極低的電阻，也就是說，如果聚合物薄膜是一種被充分熱解的薄膜，這一過程中的激活操作就需要很大的電功率。為了用比較小的能量執(zhí)行激活操作，可以調(diào)節(jié)熱解的進(jìn)度，或者是對僅僅一部分聚合物薄膜4執(zhí)行熱解。
如果考慮到本發(fā)明的電子發(fā)射器件是在真空中被驅(qū)動的，絕緣子最好是不要暴露在真空中。因此，最好是用電子束照射或者是利用氙燈或鹵燈作為光源或者是激光器發(fā)出的光的光照來改造聚合物薄膜的整個表面(賦予導(dǎo)電性)。
圖3A到3C的截面示意圖表示表面已經(jīng)變成了熱解聚合物的聚合物薄膜4，圖3A表示激活操作之前的狀態(tài)，圖3B表示激活操作剛剛開始后的狀態(tài)，而圖3C表示激活操作完成后的狀態(tài)。
首先對聚合物薄膜4的一個表面區(qū)域4’執(zhí)行激活操作，形成一個間隙5’(圖3B)。在電子經(jīng)隧道通過形成的間隙5’并且散射到對面的熱解聚合物薄膜表面上發(fā)射出電子的同時，尚未受到熱解的下層聚合物區(qū)域被逐漸熱解，并且最終形成貫穿聚合物隔膜4整個厚度的間隙5(圖3C)。
附帶地說，即使是熱解聚合物的這一區(qū)域處在與襯底鄰接的一側(cè)或者是處在薄膜厚度的中間區(qū)，最終也能形成貫穿聚合物薄膜4整個厚度的間隙5。
圖4A到4C的平面示意圖表示聚合物隔膜4，它的一部分在與襯底表面平行的方向上變成了熱解聚合物，圖4A表示激活操作之前的狀態(tài)，圖4B表示激活操作剛剛開始后的狀態(tài)，而圖4C表示激活操作完成后的狀態(tài)。
首先對經(jīng)過熱解的聚合物薄膜4的一個表面區(qū)域4’執(zhí)行激活操作，形成一個狹窄間隙5’(圖4B)。在電子經(jīng)隧道通過形成的間隙5’并且散射到對面的熱解聚合物薄膜表面上發(fā)射出電子的同時，尚未受到熱解的下層聚合物區(qū)域被逐漸熱解，并且最終在與襯底表面大致平行的方向上形成貫穿聚合物薄膜4整個厚度的間隙5(圖4C)。
附帶地說，如上所述，在許多情況下，如果采用局部受到熱解的聚合物薄膜4，就能獲得良好的電子發(fā)射特性。盡管其原因尚不清楚，有可能是因為沒有經(jīng)過熱解的聚合物易于隨著散熱移向間隙5的附近，這種間隙更適合形成并維持電子發(fā)射，從而提供了一種在受到驅(qū)動時不容易退化的構(gòu)造。
如圖9所示，用上述工藝獲得的電子發(fā)射器件有一個門限電壓Vth，因此，盡管當(dāng)施加在電極2，3之間的電壓小于門限電壓時基本上不發(fā)射電子，如果施加大于門限電壓的電壓，就開始產(chǎn)生來自器件的發(fā)射電流(Ie)和在電極2，3之間流動的器件電(If)。
由于這樣的特性，就能夠形成在同一個襯底上按照矩陣圖形布置有許多本發(fā)明的電子發(fā)射器件的一種電子源，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對選定驅(qū)動的指定器件的無源矩陣驅(qū)動。
因此，如果用本發(fā)明的電子發(fā)射器件形成這樣的電子源，并且將電子源和一個圖像形成部件加以組合，就能夠制成一種圖像形成裝置，例如是具有巨大圖像平面的一種平面面板顯示器。
盡管以下要描述本發(fā)明的實施例，本發(fā)明并不受這些實施例的限制。
按照實施例1的電子發(fā)射器件，圖1A和1B所示類型的電子發(fā)射器件是用與圖2A到2C所示的制造方法類似的一種方法形成的。以下要參照圖1A和1B以及圖2A到2C來說明實施例1的電子發(fā)射器件的制造方法。
用一個石英玻璃襯底做為襯底1，并且用純水，有機(jī)溶劑等等徹底清洗襯底1。然后在襯底1上形成鉑制的器件電極2，3(圖2A)。在這種情況下，將器件電極之間的距離L選擇為10μm，器件電極的寬度選擇為500μm，而器件電極的厚度選擇為100μm。
然后用聚酰胺酸深液(Hitachi Co.，Ltd.制造的PIX-L110)作為芳香族聚酰亞胺的前體，并且用N-甲基吡咯烷酮/三乙醇胺溶劑將溶液稀釋到3％的樹脂比例，再利用旋轉(zhuǎn)涂層機(jī)旋轉(zhuǎn)涂覆到這樣制成的襯底上。然后在真空中將溫度升高到350℃進(jìn)行烘焙而獲得聚酰亞胺。在這種情況下，聚酰亞胺薄膜厚度被選擇為30nm。
用光刻技術(shù)對聚酰亞胺薄膜構(gòu)圖，形成跨接在器件電極2，3之間的300μm×300μm的正方形構(gòu)造，這樣就形成了具有理想構(gòu)造的聚合物薄膜(圖2B)。然后將上面已經(jīng)形成了器件電極2，3和聚合物薄膜4的襯底1置于一個裝有電子槍的真空容器中并且適當(dāng)?shù)嘏欧趴諝?。然后，將具?0KV的加速電壓Vac和0.1mA/mm2電流密度ρ的電子束照射到聚合物薄膜4的整個表面上。在這種情況下測量器件電極2和3之間的電阻，在電阻下降到1KΩ時停止電子束照射。
然后將上面已經(jīng)形成了器件電極2，3和經(jīng)過電子束照射的聚合物薄膜4的襯底1送入圖5所示的一個真空裝置。
在圖5中，標(biāo)號51代表為該裝置提供電壓的一個電源；50代表用來測量器件電流If的一個電流表；54代表用來測量器件所產(chǎn)生的發(fā)射電流Ie的一個陽極；53代表用來為陽極54提供電壓的一個高壓電源；而52代表用來測量發(fā)射電流的電流表。在電子發(fā)射器件的器件電流If和發(fā)射電流Ie的測量中，電源51和電流表50被連接到器件電極2，3，而連接著電源53和電流表52的陽極54被設(shè)在電子發(fā)射器件上方。進(jìn)而將電子發(fā)射器件和陽極54安裝在一個真空裝置中，它包括真空裝置所需的排氣泵(未示出)和真空儀表(未示出)，這樣就能在理想的真空中測量電子發(fā)射器件的評估值。附帶地說，陽極和電子發(fā)射器件之間的距離H被選擇在4mm，而真空裝置中的壓力被選擇在1×10-6Pa。
利用圖5所示的系統(tǒng)通過施加雙極性矩形脈沖而在聚合物薄膜4中形成間隙5，脈沖電壓是25V，脈沖寬度為1msec，而脈沖間隔是10msec。
用上述步驟就制成了實施例1的電子發(fā)射器件。
然后在圖5的真空裝置中對實施例1的電子發(fā)射器件的器件電極2和3之間施加22V的驅(qū)動電壓，同時對陽極54施加1KV電壓，這時就會發(fā)現(xiàn)If是0.6mA而Ie是4.2μA，并且能夠長時間維持穩(wěn)定的電子發(fā)射特性。
最后要切割實施例1的電子發(fā)射器件并且用透視型電子顯微鏡(TEM)觀察間隙5附近的切割段，這樣就能查實與圖1B和3C所示情況類似的構(gòu)造。
實施例2的電子發(fā)射器件基本上與實施例1的電子發(fā)射器件具有類似的構(gòu)造。
類似于實施例1，在制造過程中利用一個旋轉(zhuǎn)涂層機(jī)將作為聚甲苯基惡二唑的前體的聚甲苯基酰肼的3％N-甲基吡咯烷酮/n-丁基Cellosolve溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在已經(jīng)形成了鉑制器件電極2，3的石英玻璃襯底上。然后在真空中將溫度升高到310℃進(jìn)行烘焙而獲得厚度為30nm的聚甲苯基惡二唑薄膜。
用光刻技術(shù)對聚甲苯基惡二唑薄膜構(gòu)圖，形成跨接在器件電極2，3之間的300μm×300μm的正方形構(gòu)造，這樣就形成了具有理想構(gòu)造的聚合物薄膜。
然后，在和實施例1相同的條件下用電子束照射聚合物薄膜4的整個表面之后，將襯底送入圖5所示的真空裝置。
進(jìn)而，和實施例1一樣采用圖5的系統(tǒng)，通過施加雙極性矩形脈沖而在聚合物薄膜4中形成間隙5，脈沖電壓是22V，脈沖寬度為1msec，而脈沖間隔是10msec，這樣就能形成實施例2的電子發(fā)射器件。
然后在圖5的真空裝置中對實施例2的電子發(fā)射器件的器件電極2和3之間施加20V的驅(qū)動電壓，同時對陽極54施加1KV電壓，在此時測量器件電流If和發(fā)射電流Ie，這時就會發(fā)現(xiàn)If是0.8mA而Ie是3.5μA，并且能夠長時間維持穩(wěn)定的電子發(fā)射特性。
最后要切割實施例2的電子發(fā)射器件并且用透視型電子顯微鏡(TEM)觀察間隙5附近的切割段，這樣就能查實與圖1B和3C所示情況類似的構(gòu)造。
實施例3的電子發(fā)射器件基本上與實施例1和2的電子發(fā)射器件具有類似的構(gòu)造。
類似于實施例1，將上面已經(jīng)形成了鉑制的器件電極2，3和聚酰亞胺薄膜構(gòu)成的聚合物薄膜4的石英玻璃襯底1置于一個裝有電子槍的真空容器中并且適當(dāng)?shù)嘏欧趴諝狻Ｈ缓笤谄骷姌O2和3之間施加電壓為25V、脈沖寬度為1msec且脈沖間隔是10msec的雙極性矩形脈沖，同時用具有7KV的加速電壓Vac和0.1mA/mm2電流密度ρ的電子束照射在聚合物薄膜4的整個表面上。在這種情況下，流經(jīng)器件電極2和3之間的電流會逐漸增大，在增大到大約2.5mA之后，由于電流會突然下降，就要停止電子束照射。
此后要拾取器件并且進(jìn)行切割，用透視型電子顯微鏡(TEM)觀察間隙5附近的切割段，這樣就能查實與圖3B所示情況類似的構(gòu)造。
進(jìn)而，利用圖5所示的系統(tǒng)在類似地形成的一個器件的器件電極2和3之間施加電壓為25V、脈沖寬度為1msec且脈沖間隔是10msec的雙極性矩形脈沖。
經(jīng)過上述工藝就制成了實施例3的電子發(fā)射器件。
然后在圖5的真空裝置中對實施例3的電子發(fā)射器件的器件電極2和3之間施加22V的驅(qū)動電壓，同時對陽極54施加1KV電壓，在此時測量器件電流If和發(fā)射電流Ie，這時就會發(fā)現(xiàn)If是1.0mA而Ie是5.3μA，并且能夠長時間維持穩(wěn)定的電子發(fā)射特性。
最后要切割實施例3的電子發(fā)射器件并且用透視型電子顯微鏡(TEM)觀察間隙5附近的切割段，這樣就能查實與圖3C所示情況類似的構(gòu)造。
實施例4的電子發(fā)射器件基本上與上述實施例的電子發(fā)射器件具有類似的構(gòu)造。
用一種石英玻璃襯底作為襯底1，并且用純水，有機(jī)溶劑等等徹底清洗襯底1。然后在襯底1上形成用ITO制成的器件電極2，3(圖2A)。在這種情況下，將器件電極之間的距離L選擇為10μm，器件電極的寬度選擇為500μm，而器件電極的厚度選擇為100μm。
類似于實施例1，在這樣制成的襯底上形成由聚酰亞胺薄膜構(gòu)成的聚合物薄膜4。
然后，將上面已經(jīng)形成了ITO制成的器件電極2，3和聚酰亞胺薄膜構(gòu)成的聚合物薄膜4的襯底1置于一個臺階上(處在大氣壓力下)，并且用一個Q開關(guān)脈沖NdYAG激光器(脈沖寬度為100nm，重復(fù)頻率是10KHz，每個脈沖的能量是0.5mJ，光束直徑是10μm)的次高諧波(SHG波長為632mm)照射在聚合物薄膜4上。在這種情況下，照射到聚合物薄膜4上的次高諧波在沿著從器件電極2指向器件電極3的方向上的寬度是10μm。進(jìn)而測量器件電極2和3之間的電阻，當(dāng)電阻下降到10KΩ時就停止電子束照射。
此后要拾取器件并且用透視型電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行觀察，這樣就能查實與圖4A所示情況類似的構(gòu)造。
然后，與實施例1一樣，利用圖5所示的系統(tǒng)在器件電極2和3之間施加電壓為25V、脈沖寬度為1msec且脈沖間隔是10msec的雙極性矩形脈沖，在聚合物薄膜4中形成間隙5，這樣就制成了實施例4的電子發(fā)射器件。
然后在圖5的真空裝置中對實施例4的電子發(fā)射器件的器件電極2和3之間施加22V的驅(qū)動電壓，同時對陽極54施加1KV電壓，在此時測量器件電流If和發(fā)射電流Ie，這時就會發(fā)現(xiàn)If是0.8mA而Ie是4.2μA，并且能夠長時間維持穩(wěn)定的電子發(fā)射特性。
最后，如果用透視型電子顯微鏡(TEM)觀察實施例4的電子發(fā)射器件，就能夠查實與圖4C所示情況類似的構(gòu)造。
在實施例5中要制造一種將本發(fā)明的電子發(fā)射器件布置成矩陣圖形的電子源和一種圖像形成裝置。
圖6A到6E是用來解釋制造實施例5的電子源的步驟的示意圖，而圖7是用來表示實施例5的圖像形成裝置的一個示意圖。
圖6A到6E用放大的尺寸表示了實施例5的電子源的一部分，與圖1A和1B中相同的元件用相同的標(biāo)號來表示。標(biāo)號62代表X-方向?qū)Ь€；63代表Y-方向?qū)Ь€；而64代表層間的絕緣層。附帶地說，在圖6A到6E中沒有表示襯底1。
在圖7中，與圖1A和1B及圖6A到6E中相同的元件用相同的標(biāo)號來表示。標(biāo)號71代表一個面板，其中有層疊在襯底上的一個熒光薄膜和Al金屬背板；72代表一個用來將面板71粘合到襯底1上的支撐框架；而73代表一個高壓端子。由襯底1，面板71和支撐框架構(gòu)成一個真空密封容器。
以下要參照圖6A到6E和圖7來解釋實施例5。
在一種具有高應(yīng)變點的玻璃襯底(由Asahi Glass Co.，Ltd.制造的；PD200軟化點830℃，退火點620℃，應(yīng)變點570℃)上利用濺射法淀積一層100nm厚度的ITO薄膜，并且用光刻技術(shù)形成由ITO薄膜構(gòu)成的器件電極2，3(圖6A)。器件電極2和3之間的距離選擇為10μm。
然后用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷一層Ag糊，通過加熱烘焙形成X-方向?qū)Ь€62(圖6B)。
然后在對應(yīng)著X-方向?qū)Ь€62和Y-方向?qū)Ь€63之間的一個節(jié)點的位置上用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷一層絕緣糊，通過加熱烘焙形成絕緣層64(圖6C)。
進(jìn)而用絲網(wǎng)印刷術(shù)印刷一層Ag糊，通過加熱烘焙形成Y-方向?qū)Ь€63，從而形成襯底1上的矩陣導(dǎo)線(圖6D)。
在形成了矩陣導(dǎo)線的襯底1上跨接著器件電極2和3的一個位置處，圍繞著器件電極之間的中心涂敷一種作為聚酰亞胺前體的聚酰胺酸的3％N-甲基吡咯烷酮/三乙醇胺溶液。在真空中用350℃的溫度烘焙后獲得由圓形聚酰亞胺薄膜構(gòu)成的聚合物薄膜4，其直徑大約有100μm，厚度是300nm(圖6E)。
然后，將上面已經(jīng)形成了ITO構(gòu)成的器件電極2，3，矩陣導(dǎo)線62，63和聚酰亞胺薄膜構(gòu)成的聚合物薄膜4的襯底1置于一個臺階上(處在大氣壓力下)，并且用一個Q開關(guān)脈沖NdYAG激光器(脈沖寬度為100nm，重復(fù)頻率是10KHz，每個脈沖的能量是0.5mJ，光束直徑是10μm)的次高諧波(SHG)照射在各個聚合物薄膜4上。在這種情況下，照射到聚合物薄膜4上的次高諧波在沿著從器件電極2指向器件電極3的方向上的寬度是10μm。從而在部分聚合物薄膜4上形成被逐漸熱解的導(dǎo)電區(qū)域。
讓用這種方法制造的襯底1和面板71面對面(形成熒光薄膜和金屬背板的各個面彼此相對)，并且用支撐框架固定，然后在400℃下用玻璃料實行密封粘接。附帶地說，用一種按條紋圖形排列成三種顏色(RGB；紅，綠，藍(lán))的薄膜作為熒光薄膜。
借助于真空泵通過一個排氣管(未示出)從襯底1，面板71和支撐框架72構(gòu)成的密封容器的內(nèi)部排出空氣，進(jìn)而，為了維持這一真空，在密封容器內(nèi)部實現(xiàn)非蒸發(fā)性吸氣劑(evaporating getter)(未示出)的加熱操作之后(吸氣劑的激活操作)，用噴燈焊接排氣管將容器密封。
最后，在器件電極2和3之間通過X-方向?qū)Ь€和Y-方向?qū)Ь€施加電壓為25V、脈沖寬度為1msec且脈沖間隔是10msec的雙極性矩形脈沖，在聚合物薄膜4中形成間隙5，這樣就制成了實施例5的電子源和圖像形成裝置。
在這樣制成的圖像形成裝置中，如果通過X-方向?qū)Ь€和Y-方向?qū)Ь€對選定的電子發(fā)射器件施加22V電壓，并且通過高壓端子73對金屬背板旋加8KV電壓，就能夠長時間形成優(yōu)質(zhì)亮度的圖像。
在實施例6中，用氙燈的照射代替實施例1的電子束，在相同的條件下形成電子發(fā)射器件，唯一的區(qū)別是用氙燈照射。
在實施例6中，氙燈照射是按如下方式實行的。
將上面按照與實施例1相同的方式形成了器件電極2，3和聚合物薄膜4的襯底1置于一個臺階上(處在大氣壓力下)，并且用氙燈照射聚合物薄膜4，改造一部分聚合物薄膜4，從而形成一個逐漸熱解的導(dǎo)電區(qū)域。
作為光源的氙燈的額定功率是1.5W。盡管光的波長包括基本上連續(xù)的可見區(qū)到紅外區(qū)的波段，特別是在800nm到1μm波長附近的近紅外波段中具有很強(qiáng)的發(fā)光亮度。附帶地說，盡管實施例6所使用的聚合物薄膜能夠吸收從可見區(qū)到紅外區(qū)的整個寬闊波段中的光，這種薄膜在紅外波段附近具有更高的吸收特性。
從光源發(fā)出的光被一個設(shè)在光源背后的拋物面反射器聚集并入射到由一束光纖構(gòu)成的一個光波導(dǎo)上。在一個輸入端上的光的功率大約在400W以下。進(jìn)而通過光波導(dǎo)將光引導(dǎo)到臺階上，并且用附著在光波導(dǎo)末端的一個聚光透鏡聚集成直徑5mm的光照射到背板上。
在這種情況下，在光波導(dǎo)的一個入射端設(shè)有一個快門，按照預(yù)定間隔打開和關(guān)閉快門就能對光進(jìn)行脈沖調(diào)制。脈沖調(diào)制狀態(tài)所設(shè)置的打開時間周期是100ms，而關(guān)閉時間周期是200ms。必須要根據(jù)聚合物薄膜的材料、電極的材料及構(gòu)造來調(diào)節(jié)最佳的光功率和脈沖狀態(tài)。
照射的光直接被聚合物薄膜吸收，使聚合物薄膜的溫度升高，并且電極被照射到聚合物薄膜附近的電極上的光加熱，電極傳導(dǎo)的熱量也會使聚合物薄膜的溫度升高。這樣就能加熱聚合物薄膜。
在這種情況下，在器件電極2，3之間施加1V的電壓并且監(jiān)視電阻，在電阻的變化變得很小時就停止光的照射。從中發(fā)現(xiàn)所需的照射時間大約是2分鐘。
附帶地說，如果用鹵燈作為光源也能產(chǎn)生類似的效果。然而，因為聚合物薄膜的光吸收特性與電極是不同的，必須要按照這種特性來設(shè)置脈沖施加狀態(tài)。
與實施例1類似，在這樣制成的實施例6的電子發(fā)射器件中也能長時間維持穩(wěn)定的電子發(fā)射特性。
按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件能夠長時間高效率地實行電子發(fā)射，在這種制造工藝中，因為能夠?qū)⒈∧ば纬刹襟E減少到一步完成，工藝得以簡化，從而降低了成本。
另外，利用本發(fā)明的電子發(fā)射器件及其制造方法能夠制成布置有許多電子發(fā)射器件的電子源或圖像形成裝置，并且能夠獲得一種可以長時間顯示大面積優(yōu)質(zhì)亮度圖像的圖像形成裝置。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射器件的制造方法，包括用于在形成于一個襯底上的一對電極之間形成一個包括碳原子間偶聯(lián)的固態(tài)絕緣聚合物薄膜的步驟；用于加熱所述聚合物薄膜而將其變成一個導(dǎo)電薄膜的步驟；以及在所述一對電極之間提供電位差從而使所述導(dǎo)電薄膜電激發(fā)的步驟。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是用于加熱所述聚合物薄膜而將其變成一個導(dǎo)電薄膜的步驟中包括用電子束照射至少一部分所述聚合物薄膜的步驟。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是用于加熱所述聚合物薄膜而將其變成一個導(dǎo)電薄膜的步驟中包括用光照射至少一部分所述聚合物薄膜的步驟。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征是上述的光是由作為光源的一個氙燈發(fā)射的光。
5.按照權(quán)利要求3的方法，其特征是上述的光是由作為光源的一個鹵素?zé)舭l(fā)射的光。
6.按照權(quán)利要求3的方法，其特征是上述的光是一個激光束。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是上述聚合物薄膜是一種芳香族聚合物薄膜。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是形成聚合物薄膜的步驟采用一種噴墨系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種電子發(fā)射器件的制造方法包括在形成在一個襯底上的一對電極之間形成一個聚合物薄膜的步驟，通過加熱使聚合物薄膜具有導(dǎo)電性的步驟，以及在一對電極之間提供電位差的步驟。
文檔編號H01J9/02GK1547233SQ20041004734
公開日2004年11月17日 申請日期2001年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月1日
發(fā)明者巖城孝志, 水野祐信, 柴田雅章, 宮崎和也, 也, 信, 章 申請人:佳能株式會社