專利名稱：電子發(fā)射元件,電子源以及圖像顯示裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子發(fā)射元件的制造方法，配置多個(gè)該電子發(fā)射元件構(gòu)成的電子源的制造方法以及使用了該電子源構(gòu)成的圖像顯示裝置等的圖像形成裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
以往，作為電子發(fā)射元件已知表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件。
表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件的結(jié)構(gòu)、制造方法等例如公開在特開平8-321254號(hào)公報(bào)等中。
圖13A、B模式地示出在上述公報(bào)等中公開的一般的表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件的結(jié)構(gòu)。圖13A以及圖13B分別是在上述公報(bào)等中公開的上述電子發(fā)射元件的平面圖以及剖面圖。
在圖13A、B中，131是基體，132、133是相對(duì)的一對(duì)電極，134是導(dǎo)電性膜，135是第2間隙，136是碳被膜，137是第1間隙。
圖14A～D模式地示出圖13A、B所示構(gòu)造的電子發(fā)射元件的生成工序的一例。
首先，在基板131上形成一對(duì)電極132、133(圖14A)。
接著，形成連接電極132、133之間的導(dǎo)電性膜134(圖14B)。
然后，在電極132、133之間流過電流，進(jìn)行在導(dǎo)電性膜134的一部分上形成第2間隙135的“成形工序”(圖14C)。
進(jìn)而，在碳化合物氣氛中，在上述電極132、133之間加入電壓，進(jìn)行在第2間隙135內(nèi)的基板131上及其附近的導(dǎo)電性膜134上形成碳被膜136的“激活工序”，形成電子發(fā)射元件(圖14D)。
另一方面，在特開平9-237571號(hào)公報(bào)中，公開了表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件的其它的制造方法。
通過把由用上述那樣的制造方法生成的多個(gè)電子發(fā)射元件構(gòu)成的電子源與由多個(gè)熒光體等構(gòu)成的圖像形成部件組合起來，能夠構(gòu)成平面顯示屏等圖像形成裝置。
在上述以往的元件中，為了得到良好的電子發(fā)射特性，下了很多功夫，在“成形工序”的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)行“激活工序”等，在由“成形工序”形成的第2間隙135的內(nèi)部，進(jìn)而配置由具有狹窄的第1間隙137的碳或者碳化合物構(gòu)成的碳被膜136等。
但是，在這樣使用了以往的電子發(fā)射元件的圖像形成裝置的制造中，具有以下的問題。
即，“成形工序”或者“激活工序”中的多次通電工序或者形成各個(gè)工序中的最佳氣氛的工序等，添加的工序很多，而且各個(gè)工序管理復(fù)雜。
另外，在把上述電子發(fā)射元件使用在顯示器等圖像形成裝置中的情況下，為了降低作為裝置的功耗，還希望進(jìn)一步提高電子發(fā)射特性。
進(jìn)而，希望更廉價(jià)而且更簡(jiǎn)易地制造使用了上述電子發(fā)射元件的圖像形成裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是為解決上述問題而產(chǎn)生的，特別是提供能夠簡(jiǎn)化電子發(fā)射元件的制造工序，而且，還能夠改善電子發(fā)射特性的電子發(fā)射元件的制造方法，電子源的制造方法以及圖像形成裝置的制造方法。
本發(fā)明為了解決上述問題進(jìn)行了銳意的研究，得到下述的結(jié)構(gòu)。
即，本發(fā)明的第1方案提供電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于具有
(A)提供基體的工序，基體上配置一對(duì)電極和高分子膜，該高分子膜連接上述電極之間；(B)通過在上述高分子膜上照射能量束，從而把上述高分子膜進(jìn)行低阻化的工序；(C)通過把上述高分子膜低阻化得到的膜上形成間隙的工序，在上述(B)工序中，當(dāng)把每單位面積、每單位時(shí)間所提供的上述束的能量強(qiáng)度記為W[W/m2]時(shí)，W滿足W≥2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2；其中T是在1×10-4Pa以上的真空中把高分子膜加熱保持1小時(shí)，使其成為0.1Ω·cm以下電阻率的溫度[℃]，Csub上述基體的比熱[J/kg·K]，ρsub上述基體的比重[kg/m3]，λSub上述基體的熱傳導(dǎo)率[W/m·k]，τ照射時(shí)間，且1×10-9s≤τ≤10s。
本發(fā)明的第2方案提供電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于具有(A)提供基體的工序，該基體上配置一對(duì)電極和高分子膜，該高分子膜連接上述電極之間；(B)把上述高分子膜低阻化的工序；在把上述高分子膜低阻化得到的膜上流過電流，由此在上述一對(duì)電極中的一方電極附近的、把上述高分子膜低阻化得到的膜上，形成間隙的工序，把上述高分子膜低阻化得到的膜相對(duì)于其電傳導(dǎo)的激活能量是0.3eV以下。
本發(fā)明的第3方案提供電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于具有(A)在基體上配置一對(duì)電極的工序；(B)在基體上配置導(dǎo)電性膜的工序，該導(dǎo)電性膜連接上述電極之間，并對(duì)于電傳導(dǎo)的激活能量為0.3eV以下；(C)通過在上述導(dǎo)電性膜中流過電流，在上述一對(duì)電極中的一方電極附近的上述導(dǎo)電性膜上形成間隙的工序。
本發(fā)明的第4方案提供的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于，
具有(A)提供基體的工序，該基體上配置高分子膜；(B)通過在上述高分子膜上照射能量束，從而把上述高分子膜進(jìn)行低阻化的工序，在上述(B)工序中，當(dāng)把每單位面積、每單位時(shí)間所提供的上述束的能量強(qiáng)度記為W[W/m2]時(shí)，W滿足W≥2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2；其中T是在1×10-4Pa以上的真空中把高分子膜加熱保持1小時(shí)，使其成為0.1Ω·cm以下電阻率的溫度[℃]，Csub上述基體的比熱[J/kg·K]，ρsub上述基體的比重[kg/m3]，λSub上述基體的熱傳導(dǎo)率[W/m·k]，τ照射時(shí)間，且1×10-9s≤τ≤10s。
在第1及第4方案中，在上述的把高分子膜低阻化的工序中，當(dāng)1×10-9s≤τ≤1s時(shí)，上述能量強(qiáng)度W[W/m2]進(jìn)而滿足W≥A×T×(ρsub·Csub·λsub)1/2×τ-γ；其中，A常數(shù)，且2.5≤A≤3.0，γ常數(shù)，且0.5＜γ≤0.6。
在第1及第4方案中，使上述高分子膜的電阻率減少成0.1Ωcm以下時(shí)所需的激活能量是4eV以下。上述能量束多次照射在上述高分子膜上。上述(B)工序中進(jìn)一步具有在上述高分子膜上照射能量束的工序。上述導(dǎo)電性膜以碳為主要成分。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述能量束是電子束和離子束中的一種粒子束。上述能量束是從激光、氙光源或者鹵光源中的一種光源發(fā)射的光束。上述高分子至少是芳香族聚酰亞胺，聚亞苯基二唑或者聚亞苯基-1，2-亞乙烯基的任一種。
在第3方案中，上述導(dǎo)電性膜以碳為主要成分。
本發(fā)明的第5方案提供電子源的制造方法，該電子源具有多個(gè)電子發(fā)射元件，其特征在于該電子發(fā)射元件用上述本發(fā)明的第1至第4方案的電子發(fā)射元件的制造方法制造。
本發(fā)明的第6方案提供圖像形成裝置的制造方法，該圖像形成裝置具有包含多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源以及通過從該電子源發(fā)射的電子的照射而發(fā)光的發(fā)光部件，其特征在于該電子源用上述本發(fā)明的第5方案的電子源的制造方法制造。
按照本發(fā)明的實(shí)施例中進(jìn)一步包含如下工序進(jìn)一步具有在形成了上述間隙以后，在減壓氣氛下，通過在上述電極之間施加電壓，使得在上述電極之間流過電流的工序。施加在上述電極之間的電壓是波峰值一定的脈沖電壓，該脈沖電壓的脈沖寬度比對(duì)圖像的形成進(jìn)行實(shí)際驅(qū)動(dòng)時(shí)的脈沖寬度大。施加在上述電極之間的電壓是波峰值一定的脈沖電壓，該脈沖電壓的脈沖占空比(即脈沖寬度/脈沖周期)比對(duì)圖像的形成進(jìn)行實(shí)際驅(qū)動(dòng)時(shí)的脈沖占空比大。施加在上述電極之間的電壓是波峰值一定的脈沖電壓，該脈沖電壓的脈沖間隔比對(duì)圖像的形成進(jìn)行實(shí)際驅(qū)動(dòng)時(shí)的脈沖間隔短。
本發(fā)明并不限于制造在表面?zhèn)鲗?dǎo)型的電子發(fā)射元件上的碳膜的方法。本發(fā)明適用于制造如電子發(fā)射元件、電池等不同的電器件中所使用的膜的程序中。其中包括傳導(dǎo)型的碳膜。因此，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是其適用于制造不同的電器件的程序中，該程序包括在基體上提供高分子膜的工序和將能量強(qiáng)度為W≥2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2的能量束照射在該高分子膜上的工序。


圖1A以及1B是示出本發(fā)明的電子發(fā)射元件一例的模式平面圖以及剖面圖，圖1A是平面圖，圖1B是剖面圖。
圖2A、2B、2C以及2D是示出本發(fā)明的電子發(fā)射元件的制造方法一例的模式剖面圖。
圖3示出流過本發(fā)明的碳膜的電流與溫度的關(guān)系的一例。
圖4是把流過本發(fā)明的碳膜的電流與溫度進(jìn)行了阿列里烏斯標(biāo)繪的一例。
圖5是示出具備了測(cè)定評(píng)價(jià)功能的真空裝置的一例的模式圖。
圖6是示出本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源的制造工序的一例的模式圖。
圖7是示出本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源的制造工序一例的模式圖。
圖8是示出本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源的制造工序一例的模式圖。
圖9是示出本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源的制造工序一例的模式圖。
圖10是示出本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源的制造工序一例的模式圖。
圖11是示出本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源的制造工序一例的模式圖。
圖12是示出本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源的制造工序一例的模式圖。
圖13A以及13B是以往的電子發(fā)射元件的模式圖。
圖14A、14B、14C以及14D是以往的電子發(fā)射元件的制造工序的模式圖。
圖15是示出本發(fā)明的電子發(fā)射元件的電子發(fā)射特性的模式圖。
圖16是本發(fā)明的圖像形成裝置的斜視模式圖。
圖17A以及17B是示出本發(fā)明的電子發(fā)射元件的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)一例的模式圖。
圖18是示出本發(fā)明的圖像形成裝置的一部分制造工序的模式圖。
圖19是示出本發(fā)明的電子發(fā)射元件中的碳膜的電傳導(dǎo)的溫度特性測(cè)定方法的模式圖。
圖20是說明本發(fā)明的低電阻處理工序的模式圖。
圖21是說明本發(fā)明的低電阻處理工序的另一個(gè)模式圖。
圖22是說明本發(fā)明的低電阻處理工序的又一個(gè)模式圖。
圖23是本發(fā)明的電子發(fā)射元件的平面模式圖。
圖24是示出本發(fā)明的電子發(fā)射元件的穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)一例的模式圖。
圖25是示出本發(fā)明的電子發(fā)射元件的穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)一例的模式圖。
圖26是示出本發(fā)明的高分子膜的低電阻化的反應(yīng)速度對(duì)于溫度依賴性的一例的模式圖。
具體實(shí)施例方式
以下，說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)例，但是本發(fā)明并不限定于這些形態(tài)例。
圖1A、B是示出本發(fā)明的電子發(fā)射元件的一結(jié)構(gòu)例的模式圖，圖1A是平面圖，圖1B是通過電極2、3之間，對(duì)于配置了電極2、3的基體1的表面實(shí)質(zhì)上垂直的平面(剖面)圖。
在圖1A、B中，1是基體，2和3是電極，4’是碳膜，5是間隙。6是碳膜與基體之間的空隙，構(gòu)成間隙5的一部分。
上述碳膜也能夠稱為「以碳為主要成分的導(dǎo)電性膜」，或者「在一部分中具有間隙，并且以電連接一對(duì)電極之間的碳為主要成分的導(dǎo)電性膜」，或者「以一對(duì)碳為主要成分的導(dǎo)電性膜」，或者「通過把高分子膜進(jìn)行低阻化處理得到的膜」。另外，有時(shí)還簡(jiǎn)單地稱為「導(dǎo)電性膜」。
在上述那樣構(gòu)成的本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，當(dāng)在間隙5中加入充分的電場(chǎng)時(shí)，電子隧道間隙5，在電極2、3之間流過電流(元件電流If)。該隧道電子的一部分通過散射成為發(fā)射電子(Ie)。
在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，靠近一方電極的附近配置間隙5。在圖1A所示的例子中，大致沿著電極2的邊緣配置間隙5。而且，如圖1B等所示那樣，在間隙5內(nèi)的至少一部分中，露出(存在)電極2的表面。
另外，作為本發(fā)明的上述「露出」，當(dāng)然包括電極2的表面完全露出的情況，但不排除在電極2的表面上存在或者附著(吸附)雜質(zhì)或氣氛環(huán)境中的氣體的吸附物的狀態(tài)。另外，間隙5可通過后述的「施加電壓工序」形成。在通過「施加電壓工序」形成該間隙的情況下，推測(cè)電極與碳膜以及基板之間的熱變形或者熱畸變的相互作用形成間隙5。因此，在本發(fā)明中，在經(jīng)過「施加電壓工序」后的間隙5內(nèi)，在「施加電壓工序」之前接觸電極2表面的碳膜等的殘?jiān)词呛苌俚馗街陔姌O2的表面上，也相當(dāng)于上述「露出」。另外，至少在剖面TEM照片(TEM照片剖面包含間隙5和電極2)或者SEM照片中，如果確認(rèn)在間隙5內(nèi)的電極2表面上存在明顯的被膜，則該狀態(tài)也相當(dāng)于本發(fā)明中的「露出」。
如果按照上述的結(jié)構(gòu)形成間隙5，則電子發(fā)射元件的電傳導(dǎo)特性(電子發(fā)射特性)對(duì)于加入在電極2、3之間的加入電壓的極性能夠顯著地成為非對(duì)稱。如果把以某種極性(順極性使電極2的電位高于電極3的電位)加入了電壓情況與以其相反的極性(反極性)加入了電壓的情況相比較，例如分別在20V的電壓下進(jìn)行比較時(shí)，則電流值產(chǎn)生10倍以上的差異。這時(shí)，本發(fā)明的電子發(fā)射元件的電壓—電流特性表現(xiàn)出是高電場(chǎng)下的隧道傳導(dǎo)型。
另外，在上述本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，可以得到非常高的電子發(fā)射效率。在進(jìn)行該電子發(fā)射效率的測(cè)定時(shí)，在元件上配置陽(yáng)極電極，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)使得接近間隙5一側(cè)的電極2相對(duì)于電極3成為高電位。如果這樣做，則能夠得到非常高的電子發(fā)射效率。如果把在電極2、3之間流過的元件電流If與由陽(yáng)極電極捕捉的發(fā)射電流Ie之比(Ie/If)定義為電子發(fā)射效率，則該值是實(shí)施以往的「成形處理」以及「激活處理」形成的表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件的數(shù)倍的值。本發(fā)明者們推測(cè)作為可以得到這樣高的電子發(fā)射效率的幾個(gè)理由之一可能是在間隙5內(nèi)電極材料露出而以某些形狀做出貢獻(xiàn)。
間隙5的詳細(xì)情況如后述那樣，通過配置高分子膜4使得把一對(duì)電極2、3之間連接，把該高分子膜4進(jìn)行低阻化處理，并在實(shí)施該低阻化處理得到的膜(以下記為「低阻化了的高分子膜」，或者「碳膜」，或者簡(jiǎn)單地記為「導(dǎo)電性膜」)上進(jìn)行加入電壓(流過電流)的「施加電壓工序」而形成。
以下，使用圖1A、B以及圖2A～D，說明本發(fā)明的電子發(fā)射元件的制造方法的一例。
(1)使用清洗劑、純水以及有機(jī)溶劑等把由玻璃等構(gòu)成的基板(基體)1充分洗凈，用真空蒸鍍法、濺射法等沉積了電極材料以后，例如使用光刻技術(shù)在基體1上形成電極2、3(圖2A)。電極2與電極3的間隔設(shè)定為10μm以上100μm以下。另外，從成本的觀點(diǎn)出發(fā)，作為在基板1中使用的部件，可以使用堿石灰玻璃，低堿玻璃，無堿玻璃等比較廉價(jià)的玻璃。這些廉價(jià)的玻璃的畸變點(diǎn)基本上小于700℃。
這里，作為電極2、3的材料能夠使用一般的導(dǎo)電性材料。理想的是，作為電極2、3的材料使用金屬或者以金屬為主要成分的材料。
(2)接著，在設(shè)置了電極2、3的基體1上形成高分子膜(有機(jī)高分子膜)4使得把電極2、3之間連接(圖2B)。
作為高分子膜的膜厚，從后述的「低阻化處理」或者成膜的再現(xiàn)性的觀點(diǎn)出發(fā)，最好選擇1nm以上1μm以下。
本發(fā)明的所謂「高分子」意味著至少具有碳原子之間的結(jié)合的分子。而且，理想的是，本發(fā)明的高分子的分子量是5000以上，更理想的是10000以上。
如果在具有碳原子之間的結(jié)合的高分子上加熱，則有時(shí)產(chǎn)生碳原子之間的結(jié)合的分解·再結(jié)合，使導(dǎo)電性上升，把這樣加熱的結(jié)果，導(dǎo)電性上升的高分子稱為「熱分解高分子(Pyrolytic Polymer)」。
在本發(fā)明中，除去熱以外的原因，例如由電子線引起的分解再結(jié)合，由光子引起的分解再結(jié)合產(chǎn)生碳原子之間的結(jié)合的分解·再結(jié)合，增加導(dǎo)電性的情況也加在由熱引起的分解再結(jié)合中，記為熱分解高分子。
其中，在本發(fā)明中，把熱以及熱以外的原因引起的高分子的構(gòu)造變化以及導(dǎo)電特性的變化總稱并記為「改質(zhì)(transformation)」。
在熱分解高分子中，能夠解釋為通過高分子中的碳原子之間的共軛二重結(jié)合導(dǎo)電性增加，根據(jù)改質(zhì)的進(jìn)行程度導(dǎo)電性不同。
作為通過碳原子之間的結(jié)合的分解·再結(jié)合易于發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電性的高分子，即易于生成碳原子之間的二重結(jié)合的高分子，可以舉出芳香族系高分子。因此，在本發(fā)明中，最好使用芳香族系高分子。另外，其中，特別是芳香族聚酰亞胺由于是能夠得到在比較低的溫度下具有高導(dǎo)電性的熱分解高分子的高分子，因此在本發(fā)明中是最理想的材料。一般芳香族聚酰亞胺其自身是絕緣體，而也有聚亞苯基二唑，聚亞苯基-1，2-亞乙烯基等在進(jìn)行了分解之前具有導(dǎo)電性的高分子。這些高分子也是能夠在本發(fā)明中理想地使用的高分子。
高分子膜4的形成方法能夠使用眾所周知的各種方法，即，旋轉(zhuǎn)涂敷法，印刷方法，浸漬法等。特別是，如果使用印刷法，則由于能夠廉價(jià)地形成高分子膜4，因此是理想的方法。其中，如果使用噴墨方式的印刷方法，則能夠不需要構(gòu)圖工序，另外，還由于能夠形成數(shù)百μm以下的圖形，因此對(duì)于在平面顯示屏中適用的高密度地配置了電子發(fā)射元件的電子源的制造也是有效的。
當(dāng)形成高分子膜4時(shí)，可以使用高分子材料的溶液，此時(shí)，把該溶液供給基體1上，然后使其干燥，從而得到高分子膜。而根據(jù)需要，也能夠?qū)⒏叻肿硬牧系那膀?qū)體溶液用于形成高分子膜4時(shí)候。當(dāng)高分子材料的前驅(qū)體溶液用于獲得高分子膜4的情況時(shí)，把該溶液供給基體1上，然后加熱基體1從而除去溶劑并改變前驅(qū)體使之成為高分子。
在本發(fā)明中，作為上述高分子材料，如上述那樣，最好使用芳香族系高分子，而由于這些高分子的大多數(shù)難以溶解于溶劑中，因此有效的是使用其前驅(qū)體溶液的方法。如果舉出一個(gè)例子，則涂敷作為芳香族聚酰亞胺前驅(qū)體的聚酰胺酸溶液，通過加熱等能夠形成聚酰亞胺膜。
另外，作為溶解高分子前驅(qū)體的溶劑，例如能夠使用N-甲基吡咯烷酮，N，N-二甲基乙酰胺，N，N-二甲基甲酰胺，二甲亞砜等，另外，還能夠并用n-乙二醇丁二醚，三乙醇胺等，而只要能夠適用本發(fā)明就沒有特別的限制，不是限定于這些溶劑。
另外，如圖1所示，例如，在希望把間隙5配置在電極2一側(cè)的情況下，可以形成為使得電極2和高分子膜4(或者碳膜4’)的連接長(zhǎng)度與電極3和高分子膜4(或者碳膜4’)的連接長(zhǎng)度根據(jù)高分子膜4(或者碳膜4’)的形狀而不同。作為其例子，例如，如圖1所示，形成高分子膜4，使得高分子膜4(或者碳膜4’)和電極2的連接長(zhǎng)度(≌W1)與高分子膜4(或者碳膜4’)和電極3的連接長(zhǎng)度(≌W2)不同。
另外，本發(fā)明中的所謂「連接長(zhǎng)度」(或者「交叉長(zhǎng)度」)，指的是在「電極(2、3)的端部(邊緣)中，高分子膜4(或者實(shí)施后述的「低阻化處理」得到的膜4’)與電極(2、3)連接的長(zhǎng)度(邊界)」?；蛘?，所謂「連接長(zhǎng)度」(或者「交叉長(zhǎng)度」)，也可以是「電極(2、3)和高分子膜4(或者實(shí)施后述的「低阻化處理」得到的膜4’)與基體1連接形成的部分(邊界)的長(zhǎng)度」。
為了使上述連接長(zhǎng)度不同，例如能夠使用通過把高分子膜4如圖1那樣階梯形地進(jìn)行構(gòu)圖的方法?；蛘撸硗?，在使用噴墨方式的印刷法形成高分子膜的情況下，能夠使用通過在一方的電極上偏離滴液的中心位置供給滴液進(jìn)行的方法。或者，另外，在把一方電極的表面能量與另一方電極表面的表面能量改變了以后，通過提供高分子材料的溶液或者高分子材料的前驅(qū)體溶液，進(jìn)行加熱，也能夠形成連接長(zhǎng)度不同的高分子膜4。這樣，作為使連接長(zhǎng)度不同的方法，能夠適當(dāng)?shù)剡x擇各種方法。
本發(fā)明中，在上述那樣控制間隙5的位置的情況下，不限定于在電極2一側(cè)和電極3一側(cè)使上述連接長(zhǎng)度不同方法，以下，示出其方法的若干種。
(a)使導(dǎo)電性膜4’和電阻2的連接電阻或者階躍敷層與導(dǎo)電性膜4’和電極3的連接電阻或者階躍敷層成為非對(duì)稱。
(b)在導(dǎo)電性膜4’和電極2連接的區(qū)域附近，導(dǎo)電性膜4’和電極3連接的區(qū)域附近，熱擴(kuò)散程度不同。
(c)使電極2、3的形狀成為非對(duì)稱。
(3)其次，進(jìn)行使高分子膜低阻化的「低阻化處理」?！傅妥杌幚怼故鞘沟迷诟叻肿幽?中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電性，把高分子膜4做成導(dǎo)電性膜4’的處理。在該「低阻化處理」中，高分子膜4通過對(duì)其照射能量束(如粒子束或光)可減少電阻率。
作為該「低阻化處理」的一例，能夠通過把高分子膜4加熱使高分子膜4低阻化。作為通過加熱使高分子膜4低阻化(導(dǎo)電化)的理由，是通過進(jìn)行高分子膜4內(nèi)的碳原子之間的結(jié)合的分解、再結(jié)合發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電性。
通過加熱進(jìn)行的「低阻化處理」能夠通過把構(gòu)成上述高分子膜4的高分子以分解溫度以上的溫度進(jìn)行加熱實(shí)現(xiàn)。另外，上述高分子膜4的加熱在惰性氣體氣氛中或者真空中這樣的氧化抑制氣氛下進(jìn)行最理想。
上述的芳香族高分子，特別是芳香族聚酰亞胺雖然具有高的熱分解溫度，但是通過以超過了熱分解溫度的溫度，典型的是700℃到800℃以上進(jìn)行加熱，能夠發(fā)現(xiàn)高導(dǎo)電性。
但是，如本發(fā)明這樣，在把作為構(gòu)成電子發(fā)射元件的部件的高分子膜4加熱到熱分解程度的情況下，在用烘箱或者加熱板把總體進(jìn)行加熱的方法中，從構(gòu)成電子發(fā)射元件的其它部件的耐熱性的觀點(diǎn)出發(fā)，有時(shí)將受到制約。
因此，在本發(fā)明中，如圖2C所示，作為更適宜的低阻(電阻率)化處理的方法，最好通過從電子束或者離子束等粒子束照射裝置10，或者激光束等光照射裝置10在高分子膜4上照射粒子束或者光，把該高分子膜4進(jìn)行低阻(電阻率)化。如果這樣做，則能夠在抑制了對(duì)于其它部件的熱的惡劣影響的情況下，把高分子膜4進(jìn)行低阻(電阻率)化。
為了向用戶廉價(jià)、穩(wěn)定地供給本發(fā)明的電子發(fā)射元件，電子源以圖像形成裝置，重要的是穩(wěn)定而且低成本地進(jìn)行上述「低阻化處理」。
例如，在形成對(duì)角線40英寸左右的電子源或者圖像形成裝置的情況下，根據(jù)分辨率，在同一個(gè)基板上排列百萬個(gè)以上本發(fā)明的電子發(fā)射元件。為此，例如，考慮每一個(gè)電子發(fā)射元件上進(jìn)行了上述低阻化處理的情況，如果加入在一天中處理的基板的數(shù)量，則能夠分配給「低阻化處理」的時(shí)間很短。
根據(jù)本發(fā)明者們的研究，在「低阻化處理」中的能量束(如粒子束或者光)的照射時(shí)，如果縮短所允許的時(shí)間，則不能夠向加入比較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行了「低阻化處理」時(shí)那樣，把高分子膜充分地進(jìn)行改質(zhì)，其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在后述的「施加電壓工序」中，有時(shí)不能夠沿著一方的電極附近形成間隙5，或者，間隙5的間隔過寬，因而不能夠?qū)崿F(xiàn)上述的高電子發(fā)射效率。在更嚴(yán)重的情況下，甚至在「施加電壓工序」中破壞電極。
而且，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了在充分短的照射時(shí)間(具體地講是10秒以下)下的「低阻化處理」中求出的條件與在比其長(zhǎng)的照射時(shí)間下的「低阻化處理」中求出的條件差別很大。
圖21在橫軸中對(duì)數(shù)表示照射時(shí)間，在縱軸中對(duì)數(shù)表示高分子膜的「低阻化處理」中所必需的能量密度[W/m2]。在圖21中，虛線是在10秒以下的區(qū)域中能夠得到良好的電子發(fā)射特性的邊界，實(shí)線示出在10秒以上的區(qū)域中能夠得到良好的電子發(fā)射特性的邊界。
如圖21所示，發(fā)現(xiàn)以10秒為邊界，照射時(shí)間與高分子膜的「低阻化處理」中所必需的照射能量密度的關(guān)系發(fā)生很大變化。在作為充分加入照射時(shí)間進(jìn)行了「低阻化處理」的區(qū)域中(＞10s)中的關(guān)系式(圖21中的實(shí)線W2)的延長(zhǎng)區(qū)域(10s以下的區(qū)域)，即圖21中的實(shí)線的延長(zhǎng)區(qū)域(用點(diǎn)線表示))中，不能夠進(jìn)行充分的低阻化，其結(jié)果，可知不能夠得到出色的電子發(fā)射特性。即，在10s以下的照射時(shí)間的區(qū)域內(nèi)，把在高分子膜的每個(gè)單位面積中，每單位時(shí)間所吸收的(供給)能量記為W[W/m2]時(shí)，W只有滿足下述(1)式表示的W1的條件(作為邊界區(qū)域包括圖21中的虛線)，才能夠進(jìn)行充分的「低阻化處理」，其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)能夠得到顯示出上述良好的電子發(fā)射特性的圖1B所示構(gòu)造的電子發(fā)射元件。
本發(fā)明者們進(jìn)行了詳細(xì)研究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)為了顯示出良好的電子發(fā)射特性，在高分子膜的每個(gè)單位中，每單位時(shí)間吸收的(供給)能量W[W/m2]必須滿足下述式(1)所示的W1的條件(作為邊界區(qū)域包括圖21中的虛線)。
即，W1≥2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2......(1)另外，在上述式(1)中，把來自外部的對(duì)于高分子膜的能量(粒子束或者光)的照射時(shí)間記為τ[s]，把基體的比熱記為Csub[J/kg·K]，1×10-4Pa的真空中(或以上的真空中，因?yàn)橐陨系恼婵杖?0-5Pa導(dǎo)致與1×10-4Pa時(shí)基本相同的對(duì)高分子膜的低阻化)把高分子膜加熱保持1小時(shí)，使其成為0.1Ω·cm以下的電阻率的溫度[℃]記為T，把基體的比重記為ρsub[kg/m3]，把基體的熱傳導(dǎo)率記為λsub[W/m·k]，1×10-9s≤τ≤10s。
另外，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了在用上述式(1)表示的條件中，為了更簡(jiǎn)易地制造顯示出更良好的電子發(fā)射特性的電子元件，在高分子膜的每單位面積中，每單位時(shí)間吸收的(供給)能量W[W/m2]必須滿足用下述式(2)表示的W1’的條件(作為邊界區(qū)域包括圖21中的點(diǎn)劃線)。
即W1’≥A×T×(ρsub·Csub·λsub)1/2×τ-γ......(2)另外，在上述式(2)中，A是常數(shù)，滿足2.5≤A≤3.0，γ是常數(shù)，滿足0.5＜γ≤0.6，1×10-9s≤τ≤1s。
上述電阻率能夠從使用4探針方法測(cè)定的片電阻和用階差測(cè)定計(jì)或者橢圓儀表等膜厚干涉計(jì)等測(cè)定的膜厚求出。
另外，在上述低阻化工序中，伴隨著在上述高分子膜中產(chǎn)生的吸熱反應(yīng)速度對(duì)于溫度的依賴性示出阿列里烏斯型，特征是高分子膜的電阻率成為0.1Ω·cm以下的反應(yīng)的激活能量是4eV以下。該反應(yīng)的激活能量與本發(fā)明的T密切相關(guān)。
在上述芳香族聚酰亞胺的情況下，T是700[℃]左右，反應(yīng)的激活能量是3.2eV左右。
以下，加入詳細(xì)的考察。
把在每單位面積中，被高分子膜吸收(供給)的能量記為E[J/m2]，把在每單位面積中，被高分子膜每單位時(shí)間吸收(供給)的能量記為W[W/m2]，把能量照射時(shí)間記為τ[s]時(shí)，成為E＝W×τ＝(對(duì)于高分子膜的吸熱)+(對(duì)于基體的熱擴(kuò)散)。
本發(fā)明的高分子膜4的膜厚雖然沒有特別限定，但是如上述那樣處在1nm～1μm左右的范圍。從而，由于高分子膜的膜厚與基體的膜厚相比較充分薄，因此可以說「高分子膜的熱容量比基體的容量充分小」。因此，在能量照射時(shí)，能夠忽略對(duì)于高分子膜的熱擴(kuò)散量，可以說「基體最表面的溫度≈高分子膜的溫度」。
另外，高分子膜4如上述那樣主要通過碳原子之間的結(jié)合的分解、再結(jié)合發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電性(低阻化)。碳原子之間的結(jié)合的分解已知伴隨著吸熱反應(yīng)。雖然是單體的結(jié)構(gòu)，但是在一個(gè)C-C結(jié)合(碳原子與碳原子的結(jié)合)中需要300～400kJ/mol。本發(fā)明的情況下，高分子膜4如上述那樣是1nm以上1μm以下的膜厚。即使在最厚的1μm的情況下進(jìn)行考慮，每1mm2的分解熱量雖然依賴于高分子膜的膜厚，但是最高也不過是數(shù)十μJ左右。在高分子膜4的低阻化處理工序中，為了把高分子膜進(jìn)行高均勻性的低阻化，需要照射比上述分解熱量充分大的能量。在本發(fā)明的式(1)中，作為對(duì)于所照射的能量，能夠忽視上述分解熱量的充分小的條件，成為至少需要10-9[s≤τ]。該條件在低阻化處理工序的方便性方面，可以說是充分的條件。根據(jù)以上條件，為了能夠忽視高分子膜的吸熱，通過本發(fā)明的能量照射供給的全部熱量能夠近似地在高分子膜以及基體的溫升方面做出貢獻(xiàn)。
另一方面，對(duì)于基體的熱擴(kuò)散有在照射時(shí)間短時(shí)，不依賴于布線材料或者布線厚度，僅依賴于基體材料的實(shí)驗(yàn)事實(shí)(詳細(xì)情況記載實(shí)施例中)。因此，對(duì)于基體的熱擴(kuò)散在照射時(shí)間短，熱擴(kuò)散距離比能量照射直徑充分小的情況下，考慮為能夠以基體的深度方向的一維進(jìn)行模型化。
在把基體的比重記為Csub[J/kg·K]，基體的比重記為ρsub[kg/m3]，基體的熱傳導(dǎo)率記為λsub[W/m·K]時(shí)，成為(熱擴(kuò)散距離)＝2×((λsub×τ)/(Csub×ρsub))1/2。
由此，在τ[s]期間提供的熱量的(對(duì)于基體的熱擴(kuò)散)表示為(對(duì)于基體的熱擴(kuò)散)＝ρsub×Csub×擴(kuò)散距離×(T-室溫)≈ρsub×Csub×擴(kuò)散距離×T。
由此，對(duì)于基板擴(kuò)散的每單位面積以及每單位時(shí)間的能量Wsub[W/m2]成為Wsub＝2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2[W/m2]
可知與本發(fā)明的(1)式一致。
如果依據(jù)本發(fā)明者們的更詳細(xì)的研究，則通過在高分子膜上照射(1)式的能量得到的膜雖然對(duì)于電傳導(dǎo)的激活能量(Ea)成為0.3eV以下，但是判明了將產(chǎn)生激活能量的分散性(詳細(xì)情況記載在實(shí)施例中)。
而且，通過滿足(1)式，在1×10-9s≤τ≤1s范圍內(nèi)照射滿足(2)式的能量，進(jìn)而判明了能夠穩(wěn)定地制造Ea。
以下敘述(2)式詳細(xì)的考察。
如上述那樣在低阻化工序中，高分子膜主要通過碳原子之間的結(jié)合的分解·再結(jié)合伴隨吸熱反應(yīng)。該反應(yīng)速度對(duì)于溫度的依賴性的一例成為圖26所示那樣的阿列里烏斯型。如果用公式表示則如下。
1/tr＝A×exp(-Er/kTr)......(3)這里，在上述(3)式中，A是圖26的曲線的Y軸(縱軸)切片，示出作為接近分子振動(dòng)水平的速度的1013[1/s]，Tr示出反應(yīng)溫度[K]，Tr示出反應(yīng)時(shí)間[s]，k示出玻耳茲曼常數(shù)，Er示出為了使高分子膜的電阻率成為0.1Ωcm的反應(yīng)的激活能量。如果把高分子膜在1×10-4Pa以上的真空中加熱保持1小時(shí)情況下成為0.1Ωcm以下的電阻率的溫度記為T[K]，則Er＝38.2×k×T......(4)由此，根據(jù)(3)式和(4)式，可以得到Tr＝38.2/{In(tr)+30}×T......(5)為了在高分子膜上實(shí)施T小時(shí)，W以上功率的能量照射進(jìn)行低阻化，至少需要高分子膜的溫度在τ小時(shí)內(nèi)，上升到(5)式所示的Tr[K]。
為此，取Tr＝Tτ，tr＝τ，室溫＝300K，從(2)式和(5)式，可以得到W∝[38.2/{In(tr)+30}×T-300]×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2......(6)(6)式的第一項(xiàng)在1×10-9s≤τ≤1s中，能夠近似為
A×T×τ-γ’(γ’≌0.03～0.1)由此，(6)式成為W∝A×T×τ-γ’×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2可知與從試驗(yàn)結(jié)果得到的本發(fā)明的(2)式一致。
這意味著在τ小于1的情況下，由于不能夠忽視高分子膜的反應(yīng)速度，因此雖然在(1)式中得到的W1中，可以得到Ea≤0.3eV，但是為了得到穩(wěn)定的Ea，最好滿足(2)式W1’。
另外，從外部照射的能量為了抑制對(duì)于基體的熱的影響的同時(shí)，把高分子膜4進(jìn)行「低阻化處理」，最好脈沖地多次進(jìn)行照射。
另外，如果依據(jù)圖21的虛線所示那樣的上述式(1)示出的本發(fā)明的能量照射條件，或者進(jìn)而發(fā)展地限定了的圖21的點(diǎn)劃線所示那樣的式(2)所示的本發(fā)明的能量照射條件，則在配置了多個(gè)電子發(fā)射元件的情況下，能夠在為了把各個(gè)電子發(fā)射元件進(jìn)行連接而配置在基體上的部件的形狀或者材料的影響少的狀態(tài)下進(jìn)行「低阻化處理」。因此，能夠把大量的高分子膜4高均勻性地進(jìn)行「低阻化處理」。其結(jié)果，如果依據(jù)本發(fā)明，則能夠排列具有高均勻性特性的電子發(fā)射元件，另外，能夠形成顯示畫面的均勻性高的圖像顯示裝置。
另外，根據(jù)(4)式，如果加大高分子膜4的反應(yīng)的激活能量Er，則T升高，根據(jù)(5)式，實(shí)際的反應(yīng)溫度Tr升高。在本發(fā)明中，雖然通過從外部向基體進(jìn)行部分的能量照射，在高分子膜部分實(shí)現(xiàn)超過基體的耐熱溫度(畸變點(diǎn)等)的低阻化處理溫度，但是不允許過于超過基體的熔點(diǎn)的反應(yīng)溫度Tr?？紤]到實(shí)際存在的基板的熔點(diǎn)，為了把Tr取為不過高的現(xiàn)實(shí)的值，高分子膜的反應(yīng)的激活能量最好是4eV以下。
另外，在本發(fā)明中，沒有特別限制上述能量的上限。但是，如果考慮到能量源的可實(shí)現(xiàn)性，或者「低阻化處理」工序中的簡(jiǎn)便性以及實(shí)際存在的基板的耐熱溫度等，最大也不過是3×1012W/m2，成為現(xiàn)實(shí)的照射能量的上限。
另外，在高分子膜上實(shí)施「低阻化處理」得到的膜(導(dǎo)電性膜)4’顯示出空穴載流傳導(dǎo)，電阻率示出負(fù)的溫度特性(即膜4’呈現(xiàn)出電阻的負(fù)溫系數(shù))。這時(shí)，從溫度特性出發(fā)，能夠求出對(duì)于實(shí)施「低阻化處理」得到的膜4’的電傳導(dǎo)的激活能量(以下記為Ea)。
在高分子膜上實(shí)施「低阻化處理」得到的膜4’的Ea與其電阻率具有大致相關(guān)性。在上述的不充分的「低阻化處理」中，Ea增大(溫度特性成為陡梯度)。其結(jié)果，由于「施加電壓工序」中的焦耳熱產(chǎn)生熱驟升。本發(fā)明者認(rèn)為這是由于「施加電壓工序」中的焦耳熱，在高分子膜上實(shí)施「低阻化處理」得到的膜溫度上升。通過該溫度上升，有時(shí)膜電阻進(jìn)一步下降。而且，通過電阻的下降，增加焦耳熱，膜的溫度進(jìn)一步上升。產(chǎn)生了這樣循環(huán)的結(jié)果，不能夠得到所希望的間隙5。
本發(fā)明者們銳意研究本發(fā)明的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了不限于上述的「低阻化處理」，如果在實(shí)施后述的「施加電壓工序」之前的導(dǎo)電性膜(在高分子膜上實(shí)施「低阻化處理」得到的膜)的激活能量Ea是0.3eV以下，則上述的連接長(zhǎng)度即使電極2一側(cè)的連接長(zhǎng)度與電極3一側(cè)的連接長(zhǎng)度相同(即，電極2與電極3實(shí)質(zhì)相同)，也能夠在任一方的電極附近配置間隙5。另外，即使在本發(fā)明的在高分子膜上實(shí)施「低阻化處理」得到的膜4’中，如果實(shí)施「低阻化處理」使得其激活能量Ea成為0.3eV以上，則上述的連接長(zhǎng)度即使電極2一側(cè)的連接長(zhǎng)度與電極3一側(cè)的連接長(zhǎng)度相同，也能夠在任一方的電極附近配置間隙5。
以下示出對(duì)于在高分子膜上實(shí)施「低阻化處理」得到的膜的電傳導(dǎo)的Ea的測(cè)定計(jì)算方法。
例如，在1×10-6Pa左右的真空下，在電極2、3之間加入電壓(0.5V)，監(jiān)視在高分子膜上實(shí)施「低阻化處理」得到的膜中流過的電流的同時(shí)，使用加熱器(未圖示)，把基體1從常溫加熱到300℃。圖3示出其結(jié)果得到的電流—溫度曲線的一例。把所得到的電流與溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行阿列里烏斯標(biāo)繪(I∝exp(-Ea/kT)，I電流，k波爾茲曼常數(shù)，T絕對(duì)溫度)，能夠從其傾斜度計(jì)算Ea。圖4示出阿列里烏斯標(biāo)繪的一例。
以下，具體地說明本發(fā)明的「低阻化處理」的一例。
進(jìn)行電子束照射的情況在照射電子束的情況下，把形成了高分子膜4的基體1設(shè)置在安裝了電子槍的減壓氣氛下(真空容器內(nèi))。從設(shè)置在容器內(nèi)的電子槍對(duì)于高分子膜4照射電子束。作為這時(shí)的電子束的照射條件，考慮電子束對(duì)于高分子膜4或者基體1的侵入深度，最好是加速電壓Vac＝0.5kV以上40kV以下。
電流密度(jd)從作為本發(fā)明的(1)式，根據(jù)所選擇的基體1的熱傳導(dǎo)率，比熱，比重以及在1×10-9秒以上10秒以下的范圍內(nèi)任意選定的τ決定。
通常，大多使用在jd＝0.01mA/mm2以上10mA/mm2以下的范圍內(nèi)。
進(jìn)行激光束照射的情況在照射激光束的情況下，把形成了高分子膜4的基體1配置在載置臺(tái)上，對(duì)于高分子膜4照射激光束。為了抑制高分子膜4的氧化(燃燒)，這時(shí)，照射激光的環(huán)境最好是在惰性氣體中或者真空中，而根據(jù)激光的照射條件，也可以在大氣中進(jìn)行。
作為這時(shí)的激光束的照射條件，例如最好使用半導(dǎo)體激光器(790～830nm)進(jìn)行照射。
激光照射能量從作為本發(fā)明的(1)式，根據(jù)所選擇的基體1的熱傳導(dǎo)率，比熱，比重以及從基體1的熔點(diǎn)、畸變點(diǎn)選定的τ決定，而考慮到照射面積，高分子膜4以及基體1對(duì)該波長(zhǎng)的吸收率(＝1-[透射率]-[反射率])，決定激光光源的輸出。通常大多使用在數(shù)百mW/mm2～數(shù)十W/mm2的范圍內(nèi)。
另外，通過上述「低阻化處理」形成的「導(dǎo)電性膜」4’也稱為「以碳為主要成分的導(dǎo)電性膜」，或者簡(jiǎn)單地稱為「碳膜」。
把如Pt等催化材料用于電極2和3中的情況下，經(jīng)過低阻化處理，位于這些電極上的處理后的高分子膜的厚度比位于這些電極之間的處理后的高分子膜的厚度變薄。
(4)其次，在導(dǎo)電性膜4’上進(jìn)行間隙5的形成(圖2D)。
例如，該間隙5的形成通過在電極2、3之間加入電壓(流過電流)進(jìn)行。另外，作為加入的電壓最好是脈沖電壓。根據(jù)該施加電壓工序，在導(dǎo)電性膜4(被低阻化了的高分子膜4’)的一部分上形成間隙5。在用低電壓驅(qū)動(dòng)電子發(fā)射元件的基礎(chǔ)上，在上述施加電壓工序中加入的電壓最好使用脈沖電壓。
另外，該施加電壓工序還能夠通過與上述的低阻化處理的同時(shí)，在電極2、3之間連續(xù)地加入電壓脈沖進(jìn)行。另外，為了再現(xiàn)性良好地形成間隙5，最好是進(jìn)行使加入在電極2、3之間的脈沖電壓逐漸增加的升壓賦能。另外，上述施加電壓工序最好在減壓氣氛下進(jìn)行，理想的是在1.3×10-2Pa以下壓力的氣氛下進(jìn)行。
另外，上述施加電壓工序還能夠與上述的「低阻化處理」同時(shí)進(jìn)行。
另外，經(jīng)過上述的「低阻化處理」得到的膜4’的電阻值有時(shí)在上述的「施加電壓工序」中進(jìn)一步下降。在通過進(jìn)行「低阻化處理」得到的膜4’和經(jīng)過上述「施加電壓工序」形成了間隙5以后的碳膜4’中，有時(shí)在其電特性或者膜質(zhì)等方面產(chǎn)生若干差異，而在本發(fā)明中，只要沒有特別地預(yù)先說明則不進(jìn)行區(qū)別。進(jìn)而，如果詳盡地?cái)⑹?，則在結(jié)束了「低阻化處理」的膜(「通過在高分子膜上實(shí)施低阻化處理得到的膜」)與結(jié)束了「施加電壓工序」的膜(「碳膜」)之間，在碳的結(jié)晶性的觀點(diǎn)方面不特別地存在優(yōu)先差異的情況下，上述稱為「碳膜」的表現(xiàn)和稱為「通過把高分子膜進(jìn)行低阻化處理得到的膜」的表現(xiàn)即使是區(qū)別工藝階段的表示，也不是作為膜質(zhì)進(jìn)行區(qū)別的表現(xiàn)。
其次，以下敘述進(jìn)行經(jīng)過上述施加電壓工序形成了間隙5以后的碳膜4’的Ea的測(cè)定計(jì)算方法的一例。
在1×10-6Pa左右的真空中，如圖19所示，使探頭a接觸電極2、3之間的碳膜4’(接觸位置任意)，使探頭b接觸電極3。接著，在2個(gè)探頭之間加入電壓(0.5V)，監(jiān)視在碳膜4’上流過的電流，同時(shí)，使用加熱器把基體1從常溫加熱到300℃。
把所得到的電流和溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行阿列里烏斯繪圖，從其傾斜度能夠計(jì)算出Ea。
如果根據(jù)圖5所示的測(cè)定裝置計(jì)測(cè)按照上述本發(fā)明的制造方法得到的電子發(fā)射元件的電壓一電流特性，則良好地顯示出電子發(fā)射的元件的特性如圖4所示。即，上述電子發(fā)射元件具有閾值電壓Vth，即使在電極2、3之間加入低于該電壓的電壓，實(shí)際上也不發(fā)射電子，而通過加入高于該電壓的電壓，則開始產(chǎn)生來自元件的發(fā)射電流(Ie)，流過電極2、3之間的元件電流(If)。
在本發(fā)明中，如果通過把高分子膜進(jìn)行低阻化處理得到的膜的Ea是0.3eV以下，則能夠抑制「施加電壓工序」時(shí)的導(dǎo)電性膜(通過把高分子膜進(jìn)行低阻化處理得到的膜)的破壞或者電極破壞，能夠得到圖15所示的顯示出良好的電子發(fā)射的電子發(fā)射元件(詳細(xì)情況記載在實(shí)施例中)。
為了實(shí)現(xiàn)上述圖15所示的特性，構(gòu)成在同一個(gè)基板上矩陣形地配置了多個(gè)上述電子發(fā)射元件的電子源，能夠進(jìn)行選擇所希望的元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的單純矩陣驅(qū)動(dòng)。另外，在圖5中，使用了與在圖1A、B等中使用的符號(hào)相同符號(hào)的部件指的是相同的部件。84是陽(yáng)極，83是電壓電源，82是用于測(cè)定從電子發(fā)射元件發(fā)出的發(fā)射電流Ie的電流計(jì)，81是用于在電子發(fā)射元件上加入驅(qū)動(dòng)電壓Vf的電源，80是用于測(cè)定在電極2、3之間流過的元件電流If的電流計(jì)。在電子發(fā)射元件的上述元件電流If，發(fā)射電流Ie的測(cè)定時(shí)，在元件電極2、3上連接電源81和電流計(jì)80，在該電子發(fā)射元件的上方配置連接了電源83和電流計(jì)82的陽(yáng)極電極84。另外，把本電子發(fā)射元件以及陽(yáng)極電極84設(shè)置在真空裝置內(nèi)，在該真空裝置內(nèi)具備未圖示的排氣泵以及真空計(jì)等真空裝置所必需的設(shè)備，使得能夠在所希望的真空下進(jìn)行本元件的測(cè)定評(píng)價(jià)。另外，把陽(yáng)極電極與電子發(fā)射元件之間的距離H取為2mm，把真空裝置內(nèi)的壓力取為1×10-6Pa。
(5)穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)接著，在由上述工序得到的電子發(fā)射元件上最好加入預(yù)定的電壓進(jìn)行電子發(fā)射特性的穩(wěn)定化。本發(fā)明者們進(jìn)行了銳意研究本發(fā)明的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明中的電子發(fā)射元件如果在上述間隙5形成以后進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，則驅(qū)動(dòng)前期的發(fā)射電流以及元件電流減少。圖18示出該狀況。如該圖所示，雖然在驅(qū)動(dòng)前期發(fā)生電流減少，但是通過進(jìn)行某種時(shí)間程度的元件驅(qū)動(dòng)，該減少收斂，然后，不產(chǎn)生這樣的變動(dòng)而持續(xù)穩(wěn)定的電子發(fā)射。在這里把用于使該發(fā)射電流以及元件電流穩(wěn)定化的驅(qū)動(dòng)稱為穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)。
該穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)所需要的時(shí)間根據(jù)加入的電壓脈沖的寬度或電壓脈沖的波峰值或者脈沖間隔而不同，大概是數(shù)分鐘到數(shù)百分鐘的范圍，如果穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)的周期恒定則脈沖寬度越長(zhǎng)，或者，如果驅(qū)動(dòng)脈沖寬度恒定則脈沖間隔越短，或者波峰值越高，則所需要的時(shí)間越短。這顯示出穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)占空比(脈沖寬度/脈沖周期)越高越能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間內(nèi)的穩(wěn)定化。
圖24，圖25示出該狀況。在這些圖中，圖24模式地示出改變了脈沖寬度時(shí)的穩(wěn)定化的狀況，圖25模式地示出改變了脈沖間隔時(shí)的穩(wěn)定化的狀況。該狀況在脈沖的波峰值中也相同，波峰值越高則穩(wěn)定化所需要的時(shí)間越短。另外，為了說明的簡(jiǎn)化，在這些圖中僅記載著發(fā)射電流，而對(duì)于元件電流可知也表現(xiàn)出同樣的變化，在穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)中能夠把電子發(fā)射效率(Ie的值/If的值)保持為高狀態(tài)不變。
另外，在穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)中使用的脈沖電壓的波峰值高的情況下，由于有可能誘發(fā)元件的破壞，因此并不理想，從而考慮把在實(shí)際的驅(qū)動(dòng)(實(shí)際驅(qū)動(dòng))時(shí)所加入的電壓提高一些作為上限。具體地講，最好是在實(shí)際驅(qū)動(dòng)時(shí)加入在元件上的最大電壓的0.7倍以上1.5倍以下，更理想的是1.05倍以上1.2倍以下。
另外，該穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)的工序能夠接在上述的間隙形成工序之后進(jìn)行，還能夠在電極2、3之間連續(xù)地加入電壓脈沖形成了間隙以后，通過加入穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)電壓連續(xù)地進(jìn)行。在每一種情況下，都希望穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)工序在減壓氣氛下，最好在1.3×10-3Pa以下壓力的氣氛中進(jìn)行。
作為圖像形成裝置進(jìn)行面板化的情況下，如后述那樣，雖然需要面板制作工序(封裝工序)，但是由于上述穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)的工序是決定電子發(fā)射元件的特性的工序，因此最好在經(jīng)過了面板化工序(封裝工序)以后的被減壓了的面板內(nèi)進(jìn)行，進(jìn)而更理想的是在穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)以后不進(jìn)行加熱工序。
以上敘述的穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)的各條件應(yīng)該是鑒于實(shí)際的電子發(fā)射元件或者圖像形成裝置的特性而設(shè)定的，本發(fā)明不是限定于上述條件。
其次，說明使用了上述電子發(fā)射元件的本發(fā)明中的圖像形成裝置。
圖16是模式地示出使用了根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的電子發(fā)射元件102的圖像形成裝置一例的模式圖。另外，在圖16中，為了說明圖像形成裝置(氣密容器100)內(nèi)，除去了后述的支撐框72以及平臺(tái)基準(zhǔn)面71的一部分。另外，省略了驅(qū)動(dòng)電路的圖示。
圖16中，1是配置了多個(gè)電子發(fā)射元件102的基體，在圖像形成裝置的說明中記為后基準(zhǔn)面。71是配置了圖像形成部件75的平臺(tái)基準(zhǔn)面。72是用于把平臺(tái)基準(zhǔn)面71與后基準(zhǔn)面1之間保持為減壓狀態(tài)的支撐框。101是為了保持平臺(tái)基準(zhǔn)面71與后基準(zhǔn)面1之間的間隔而配置的隔片。
在圖像形成裝置10是顯示器(圖像顯示裝置)的情況下，圖像形成部件75由熒光體膜74和導(dǎo)電性的金屬殼73構(gòu)成。62以及63分別是用于在電子發(fā)射元件102上加入電壓而連接的布線。Doy1～Doyn以及Dox1～Doxm是用于把配置在圖像形成裝置100的外部的驅(qū)動(dòng)電路等與從圖像形成裝置的減壓空間(由平臺(tái)基準(zhǔn)面，后基準(zhǔn)面和支撐框包圍的空間)導(dǎo)出到外部的布線62以及63的端部進(jìn)行連接的取出布線。
其次，以下使用圖6至圖12示出本發(fā)明的圖像形成裝置的制造方法的一例。
(A)首先，準(zhǔn)備后基準(zhǔn)面1。作為后基準(zhǔn)面1，使用由絕緣性材料構(gòu)成的部件，特別是，最好使用玻璃。
(B)接著，在后基準(zhǔn)面1上，形成多組在圖1中說明過的一對(duì)電極2、3(圖6)。電極材料可以是導(dǎo)電性材料。另外，電極2、3的形成方法能夠使用濺射法，CVD法，印刷法等各種制造方法。另外，在圖6中，為了簡(jiǎn)化說明，使用了沿著X方向形成3組，沿著Y方向形成3組總計(jì)9組電極對(duì)的例子，而該電極對(duì)的數(shù)量根據(jù)圖像形成裝置的分辨率適當(dāng)設(shè)定。
(C)然后，形成下布線62使得覆蓋電極3的一部分(圖7)。下布線62的形成方法能夠使用各種方法，而最好使用印刷法。在印刷法中由于網(wǎng)板印刷法能夠在大面積的基板上廉價(jià)地形成因此最理想。
(D)在下布線62與在后續(xù)的工序中形成的上布線63的交叉部分形成絕緣層64(圖8)。絕緣層64的形成方法也能夠使用各種方法，而最好使用印刷法。印刷法中由于網(wǎng)板印刷法能夠在大面積的基板上廉價(jià)地形成因此最理想。
(E)形成與下布線62實(shí)質(zhì)正交的上布線63(圖9)。上布線63的形成方法也能夠使用各種方法。與下布線62相同，最好使用印刷法。印刷法中由于網(wǎng)板印刷法能夠在大面積的基板上廉價(jià)地形成因此最理想。
(F)接著，形成高分子膜4使得把各電極對(duì)2、3之間進(jìn)行連接(圖10)。高分子膜4如上述那樣能夠使用各種方法生成，而為了簡(jiǎn)單地形成大面積，還可以使用噴墨法，如上述那樣，也可以按照所希望的構(gòu)圖形成所希望形狀的高分子膜4。
(G)接著，如上述那樣，進(jìn)行使各個(gè)高分子膜4低阻化的「低阻化處理」。關(guān)于「低阻化處理」，通過照射上述的電子束或離子束等粒子束，或者照射激光束進(jìn)行。該「低阻化處理」最好在減壓氣氛中進(jìn)行。通過該工序，在高分子膜4上提供導(dǎo)電性，變化為導(dǎo)電性膜(碳膜)4’(圖11)。
(H)接著，在通過上述工序(G)得到的膜4’上進(jìn)行間隙5的形成。該間隙5的形成通過在各布線62以及63上加入電壓進(jìn)行。由此，在各電極對(duì)2、3之間加入電壓。另外，作為加入的電壓最好是脈沖電壓。通過該施加電壓工序，在導(dǎo)電性膜4’的一部分上形成間隙5(圖12)。間隙5配置在一方的電極附近。
另外，該施加電壓工序還能夠通過與上述的低阻化處理的同時(shí)，即，正在進(jìn)行電子束或者激光束的照射的過程中，在電極2、3之間連續(xù)地加入電壓脈沖進(jìn)行。在每一種情況下，施加電壓工序最好都在減壓氣氛下進(jìn)行。
(I)接著，把預(yù)先準(zhǔn)備的具有由鋁膜構(gòu)成的金屬殼73和熒光體膜74的平臺(tái)基準(zhǔn)面71與經(jīng)過上述工序(A)～(H)的后基準(zhǔn)面1進(jìn)行對(duì)位使得金屬殼與電子發(fā)射元件相對(duì)(圖17A)。在支撐框72與平臺(tái)基準(zhǔn)面71的接觸面(接觸區(qū)域)中配置接合部件。同樣，在后基準(zhǔn)面1與支撐框72的接觸(接觸區(qū)域)中也配置接合部件。在上述接合部件中，使用具有保持真空功能和粘接功能的部件，具體地講，使用熔合玻璃或者銦，銦合金等。
在圖17A、B中，示出了支撐框72預(yù)先用接合部件固定(粘接)在經(jīng)過了上述工序(A)～(H)的后基準(zhǔn)面1上的例子，但并不一定必須在本工序(I)時(shí)接合。另外，同樣，在圖17A、B中，示出了隔片101固定在后基準(zhǔn)面1上的例子，而隔片101也不一定必須在本工序(I)時(shí)固定在后基準(zhǔn)面1上。
另外，在圖17A、B中，為了方便，示出了把后基準(zhǔn)面1配置在下方，把平臺(tái)基準(zhǔn)面71配置在后基準(zhǔn)面1的上方的例子，而哪一個(gè)在上面都無關(guān)緊要。
進(jìn)而，在圖17A、B中，示出了支撐框72以及隔片101預(yù)先固定(粘接)在后基準(zhǔn)面1上的例子，而也可以僅放置在后基準(zhǔn)面上或者平臺(tái)基準(zhǔn)面上，使得在下面的「封裝工序」時(shí)進(jìn)行固定(粘接)。
(J)接著，進(jìn)行封裝工序。把在上述工序(I)中相對(duì)配置的平臺(tái)基準(zhǔn)面71和后基準(zhǔn)面1沿著其相對(duì)的方向加壓的同時(shí)，至少把上述接合部件加熱(圖17B)。上述加熱為了降低熱畸變，最好把平臺(tái)基準(zhǔn)面以及后基準(zhǔn)面的整個(gè)面加熱。
另外，在本發(fā)明中，上述「封裝工序」最好在減壓(真空)氣氛中或者非氧化氣氛中進(jìn)行。作為具體的減壓(真空)氣氛，最好是10-5Pa以下，更好的是10-6Pa以下的壓力。
通過該封裝工序，可以得到氣密地接合平臺(tái)基準(zhǔn)面71，支撐框72和后基準(zhǔn)面1的接觸部分，同時(shí)，內(nèi)部維持為高真空的圖16所示的氣密容器(圖像形成裝置)100。
這里，示出了在減壓(真空)氣氛中或者非氧化氣氛中進(jìn)行「封裝工序」的例子。而也可以在大氣中進(jìn)行上述「封裝工序」。這種情況下，在氣密容器100中預(yù)先單獨(dú)設(shè)置用于把平臺(tái)基準(zhǔn)面與后基準(zhǔn)面之間的空間進(jìn)行排氣的排氣管，在上述「封裝工序」以后，把氣密容器內(nèi)部排氣到10-5Pa以下。然后，通過密封排氣管，可以得到內(nèi)部維持為高真空的氣密容器(圖像形成裝置)100。
在真空中進(jìn)行上述「封裝工序」的情況下，為了把圖像形成裝置(氣密容器)100內(nèi)部維持為高真空，最好在上述工序(I)與工序(J)之間，設(shè)置在上述金屬殼73上(金屬殼的與后基準(zhǔn)面1相對(duì)的面上)覆蓋吸氣材料的工序。這時(shí)，作為使用的吸氣材料，從使覆蓋簡(jiǎn)單的理由出發(fā)最好是蒸發(fā)型的吸氣劑。從而，最好把鋇作為吸氣膜覆蓋在金屬殼73上。另外，該吸氣劑的覆蓋工序與上述工序(J)相同，在減壓(真空)氣氛中進(jìn)行。
另外，在這里說明的圖像形成裝置的例子中，在平臺(tái)基準(zhǔn)面71與后基準(zhǔn)面1之間配置了隔片101。而在圖像形成裝置的尺寸小的情況下，不一定需要隔片101。另外，如果后基準(zhǔn)面1與平臺(tái)基準(zhǔn)面71的間隔是數(shù)百μm左右，則可以不使用支撐框72，而用接合部件直接把后基準(zhǔn)面1與平臺(tái)基準(zhǔn)面71接合。在這樣的情況下，接合部件兼做支撐框72的替代部件。
另外，在本發(fā)明中，在形成電子發(fā)射元件102的間隙5’的工序(工序(H))以后，進(jìn)行對(duì)位工序(工序(I))以及封裝工序(工序(J))。而也可以在封裝工序(工序J)以后進(jìn)行工序(H)。
另外，如上述那樣，上述「穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)」是在上述「封裝工序」以后，而且屏內(nèi)部的真空度是1.3×10-3Pa以上的狀態(tài)下進(jìn)行。
實(shí)施例以下，舉出實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
實(shí)施例1在本實(shí)施例中，使用了用在圖2A～D中所示的制造方法制作的電子發(fā)射元件。
以下說明制作工序的詳細(xì)情況。
工序1在玻璃基板1上，通過濺射法，沉積厚度100nm的Pt膜，使用光刻技術(shù)形成了由Pt膜構(gòu)成的電極2、3(圖2A)。另外，電極2、3的電極間距離做成10μm。在基板1上，使用了旭硝子制的「PD200」。該玻璃的各物性值如下。比熱Csub＝653[J/kg·K]，比重ρsub＝2730[kg/m3]，熱傳導(dǎo)率λsub＝0.90[W/m.K]。另外，測(cè)定了該玻璃在800nm附近的波長(zhǎng)吸收系數(shù)的結(jié)果是大約5％。另外，在各電極2和3上分別連接著供給電流的未圖示的布線。布線配置的基板1上。
工序2在基體1上，通過用溶解了3％的三乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶劑稀釋了作為芳香族聚酰亞胺前驅(qū)體的聚酰胺酸溶液的旋轉(zhuǎn)噴涂，進(jìn)行全面涂敷，在真空條件下升溫到350℃進(jìn)行烘焙，形成氨化物。然后，涂敷光抗蝕劑，通過實(shí)施曝光、顯像、腐蝕的各工序，把聚酰亞胺膜構(gòu)圖成跨接元件電極2、3的長(zhǎng)方形，制作了高分子膜4(圖2B)。這時(shí)，聚酰亞胺膜4的膜厚是30nm。該聚酰亞胺膜在1×10-4Pa以上的真空中加熱保持1小時(shí)，使其成為0.1Ω·cm以下的電阻率的溫度T是700℃，反應(yīng)的激活能量是3.2eV。
工序3接著，使用Nd:YAG激光器(光束直徑10μm)，在每照射時(shí)間內(nèi)且分別在3種條件下，進(jìn)行對(duì)于上述式(1)中吻合上述基板的物性值的條件(滿足W1的關(guān)系式的條件)下的聚酰亞胺膜4的能量照射(低阻化處理)。另外，在每照射時(shí)間內(nèi)且分別在3種條件下，進(jìn)行對(duì)于在上述式(2)中吻合上述基板的物性值的條件(滿足W1’的關(guān)系式的條件)下的聚酰亞胺膜4的能量照射(低阻化處理)。這時(shí)，式(2)的A＝2.70，γ＝0.565。另外，對(duì)于同樣的高分子膜，在每照射時(shí)間內(nèi)且在1種條件下進(jìn)行對(duì)于根據(jù)圖21的實(shí)線所示的長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行了低阻化處理觀察到的條件(滿足W2的關(guān)系式的條件)下的聚酰亞胺膜4的能量照射。測(cè)定了通過在每個(gè)條件下把聚酰亞胺膜4進(jìn)行低阻化處理得到的膜的Ea。其測(cè)定結(jié)果示于表1中。
如表1所示，在滿足本發(fā)明的式(1)的條件下進(jìn)行了「低阻化處理」時(shí)，照射時(shí)間τ在1×10-9s≤τ≤10s范圍內(nèi)，如果觀察每個(gè)照射時(shí)間，則雖然τ越小Ea的值越分散，但是Ea的值全部都是0.3eV以下。但是即使在式(1)的條件下，如果偏離照射時(shí)間τ的范圍，則Ea的值有時(shí)也超過0.3eV。在滿足本發(fā)明的式(2)的條件下進(jìn)行了「低阻化處理」時(shí)，照射時(shí)間τ在1×10-9s≤τ≤1s范圍內(nèi)，Ea的值成為0.2eV以下，與滿足式(1)的條件相比，每個(gè)照射時(shí)間的Ea的值的分散性減小。如果偏離照射時(shí)間τ，則Ea的值有時(shí)超過0.3eV。
使用俄歇電子分光分析裝置(AES)分析了在聚酰亞胺膜上實(shí)施了上述「低阻化處理」后得到的膜(稱為「碳膜」或者「導(dǎo)電性5」)的計(jì)測(cè)結(jié)果，可知在以碳為主要成分的膜上變化。
工序4然后，對(duì)該膜進(jìn)行冷卻后，通過在各個(gè)電極2、3之間加入20V，脈沖寬度1ms的矩形脈沖，進(jìn)行在實(shí)施了低阻化處理的膜之間形成間隙5’的施加電壓工序。
對(duì)于經(jīng)過上述工序1～4的各個(gè)工序的元件的電子發(fā)射特性、間隙5的形成位置、間隙，檢查了碳膜的Ea。其結(jié)果，在式(1)的條件下進(jìn)行了「低阻化處理」的元件中，可以得到良好的電子發(fā)射特性。另外，間隙5的位置也如圖23所示，形成在電極附近。其中，有間隙5形成在電極3附近的情況和形成在電極2附近的情況。其中，如圖1A、1B那樣，如果把高分子膜4構(gòu)圖為梯形形狀，則能夠在電極與高分子膜的連接長(zhǎng)度短的一方形成間隙5。
另一方面，在τ≤10s的區(qū)域中，在式(1)以外的條件下進(jìn)行了「低阻化處理」的元件中，在電極2與電極3的中間附近形成間隙，或者不能夠形成間隙，嚴(yán)重的情況下，將成為破壞電極，作為電子發(fā)射元件不能夠使用的狀態(tài)。另外，在τ＞10s的區(qū)域中，在W1以外的條件下，有能夠得到和不能夠得到良好的電子發(fā)射特性的情況。
另外，測(cè)量了顯示出良好的電子發(fā)射特性元件的導(dǎo)電性膜(碳膜)4’的Ea的結(jié)果，包括低阻化處理后Ea為0.2eV以上0.3eV以下的情況在內(nèi)，每一個(gè)導(dǎo)電性膜(碳膜)4’的Ea都是0.2eV以下。另外，與低阻化處理后相比較，每一個(gè)導(dǎo)電性膜(碳膜)4’的Ea都減小。
本實(shí)施例中的激活能量Ea的測(cè)定在1×10-6Pa左右的真空下，如圖19所示，在電極2、3之間加入電壓(0.5V)，監(jiān)視實(shí)施「低阻化處理」得到的膜中流過的電流，同時(shí)，使用加熱器把基體1從常溫加熱到300℃。把其結(jié)果得到的電流和溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行阿列里烏斯繪圖(I∝exp(-Ea/kT)，I電流，k波爾茲曼常數(shù)，T絕對(duì)溫度)，從其傾斜度計(jì)算出Ea。
另外，在本實(shí)施例中，改變與上述電子發(fā)射元件連接的布線的材料，形成在基板上，進(jìn)行了與上述相同的測(cè)定的結(jié)果，如圖20所示，明確了在τ＞10s的區(qū)域，為了能夠得到良好的電子發(fā)射特性所必需的能量密度的條件根據(jù)布線的材料而不同。而且還明確了在τ≤10s的區(qū)域中，如圖21所示，即使布線的材料不同，但如果滿足上述式(1)的條件，就能夠得到良好的電子發(fā)射特性。另外，根據(jù)布線的膜厚或者構(gòu)造，在τ≤10s的區(qū)域中，如果滿足上述式(1)的條件，就能夠得到良好的電子發(fā)射特性。
從該結(jié)果可知，在電子源或者圖像形成裝置這樣的形成多個(gè)電子發(fā)射元件和配置用于驅(qū)動(dòng)電子發(fā)射元件的布線的情況(即，在「低阻化處理」時(shí)，已經(jīng)在基板上形成著布線的情況)下，最好進(jìn)行本發(fā)明的式(1)所示條件下的「低阻化處理」。
另外，把基板1的材料替換為石英基板，在使石英基板的物性值與上述式(1)吻合的條件下，進(jìn)行了上述工序(1)～(4)的結(jié)果，同樣地能夠得到電子發(fā)射特性出射的電子發(fā)射元件。這種關(guān)系在其它的基板材料中也相同。
圖22中曲線化地示出使石英基板以及高畸變點(diǎn)玻璃基板(旭硝子(株)制，商品名稱PD200)的各物性值與式(1)吻合的條件。另外，石英基板是λ＝1.38W/m·K，C＝740J/kg·K，ρ＝2190kg/m3，(λ·C·ρ)1/2＝1495，PD200基板是λ＝0.9W/m·K，C＝653J/kg·K，ρ＝2730kg/m3，(λ·C·ρ)1/2＝1267。從圖21，圖22可知，不依賴于基體的種類或者布線材料或者布線的膜厚等，只要固定基體、布線，則在τ≤10s的區(qū)域中，照射時(shí)間與高分子膜4的低阻化處理所需要的每單位面積·單位時(shí)間的能量在Log-Log中處于直線關(guān)系。
另外，把基板1的材料取為石英基板，在使石英基板的物性值與上述式(2)吻合的條件下，進(jìn)行了上述工序(1)～(4)。(2)式中的A＝2.82，γ＝0.553。與PD200基板時(shí)相同，低阻化處理后的Ea分散性比(1)式的條件減小，能夠用短時(shí)間處理隨后的「施加電壓工序」，而且能夠得到分散性更少的而且具有出色電子發(fā)射特性的電子發(fā)射元件。
這種關(guān)系在其它的基板材料中也相同。
由此可知，在式(2)中，也不依賴于布線材料或者布線的膜厚等，只要固定基體，則在τ≤1s的區(qū)域中，照射時(shí)間與高分子膜4的低阻化處理所需要的每單位面積·單位時(shí)間的能量在Log-Log中能夠近似為直線的關(guān)系。
另外，觀測(cè)了顯示出良好的電子發(fā)射特性的元件的間隙5附近的剖面SEM像的結(jié)果，與圖1B所示的模式圖相同，是在間隙5內(nèi)電極露出的結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中，做成圖16中模式地示出的圖像顯示裝置100。符號(hào)102是本發(fā)明的電子發(fā)射元件。使用圖6至圖12，圖16，圖17敘述本實(shí)施例的圖像形成裝置的制作方法。
圖12放大地模式地示出由后基準(zhǔn)面1，在其上面形成的多個(gè)本發(fā)明的電子發(fā)射元件和用于在各電子發(fā)射元件上加入信號(hào)的布線構(gòu)成的電子源的一部分。1是后基準(zhǔn)面，2、3是電極，5’是間隙，4’是碳膜，62是X方向布線，63是Y方向布線，64是層間絕緣層。
在后基準(zhǔn)面1中使用了旭硝子的PD200。各物性值如下。
比熱Csub＝653[J/kg·K]比重ρsub＝2730[kg/m3]熱傳導(dǎo)率λsub＝0.90[W/m·K]在圖16中，與圖12相同的符號(hào)表示相同的部件。71是在玻璃基板上疊層了由熒光體膜74和Al構(gòu)成的金屬外殼73的平臺(tái)基準(zhǔn)面。72是支撐框，用后基準(zhǔn)面1，平臺(tái)基準(zhǔn)面71，支撐框72形成真空密閉容器。
以下，使用圖6至圖12，圖16，圖17說明本實(shí)施例。
工序1在玻璃基板1上，使用濺射法，沉積厚度100nm的Pt膜，使用光刻技術(shù)形成了由Pt膜構(gòu)成的電極2、3(圖6)。另外，電極2、3的電極間距離做成10μm。
工序2接著，用網(wǎng)板印刷法印刷Ag膠，通過加熱燒結(jié)，形成了X方向布線62(圖7)。
工序3接著，在成為X方向布線62與Y方向布線63的交叉部分的位置，用網(wǎng)板印刷法印刷絕緣性膠，加熱燒結(jié)形成了絕緣層64(圖8)。
工序4進(jìn)而，用網(wǎng)板印刷法印刷Ag膠，通過加熱燒結(jié)，形成Y方向布線63，在基體1上形成了矩陣布線(圖9)。
工序5在形成了矩陣布線的基體1上，通過用溶解了3％的三乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶劑稀釋了作為芳香族聚酰亞胺前驅(qū)體的聚酰胺酸(日立化成工業(yè)(株)社制PIX-L110)溶液的旋轉(zhuǎn)噴涂，在整個(gè)面上進(jìn)行涂敷，在真空條件下升溫到350℃，進(jìn)行烘焙，形成氨化物。然后，涂敷光抗蝕劑8，通過實(shí)施曝光、顯像、腐蝕等各工序，把聚酰胺膜構(gòu)圖為跨接元件電極2、3的臺(tái)形形狀，制作了臺(tái)形形狀的高分子膜4(圖10)。
這時(shí)，聚酰亞胺膜4的膜厚是30nm。該聚酰亞胺膜在1×10-4Pa以上的真空中加熱保持1小時(shí)，使其成為0.1Ωcm以下的電阻率的溫度T是750℃。另外，電極2與高分子膜4的交叉長(zhǎng)度(實(shí)質(zhì)上，相當(dāng)于「基板1表面上的電極與高分子膜的邊界線長(zhǎng)度」)做成100μm，電極3與高分子膜4的交叉長(zhǎng)度做成150μm。另外，測(cè)定了該后基準(zhǔn)面在800nm附近的波長(zhǎng)吸收系數(shù)的結(jié)果，大約是5％。
工序6接著，把形成了由Pt構(gòu)成的電極2、3，矩陣布線62、63，由聚酰亞胺膜構(gòu)成的高分子膜4的后基準(zhǔn)面1放置在載置臺(tái)上，對(duì)于各個(gè)高分子膜4以在實(shí)施例1中進(jìn)行的式(1)條件下的能量各照射1個(gè)脈沖。把1個(gè)脈沖的脈沖寬度(照射時(shí)間)取為1s進(jìn)行照射。
這時(shí)，移動(dòng)載置臺(tái)，使得作為能量源的半導(dǎo)體激光器照射各元件，把各個(gè)高分子膜4進(jìn)行低阻化處理。
工序7在如以上那樣制作的后基準(zhǔn)面1上，用熔合玻璃粘接支撐框72與隔片101。而且，使粘接了隔片和支撐框的后基準(zhǔn)面1與平臺(tái)基準(zhǔn)面71相對(duì)(使形成了熒光體膜74和金屬殼73的面與形成了布線62、63的面相對(duì))配置(圖17A)。另外，在平臺(tái)基準(zhǔn)面71上的與支撐框72的接觸部分中預(yù)先涂敷熔合玻璃。
工序8接著，在10-6Pa的真空氣氛中，把相對(duì)的平臺(tái)基準(zhǔn)面71與后基準(zhǔn)面1在400℃下加熱以及加壓，進(jìn)行了密封(圖17B)。通過該工序，可以得到內(nèi)部維持為高真空的氣密容器。另外，在熒光體膜74中使用條紋形地配置了3原色(RGB)的各色熒光體的部件。
最后，通過X方向布線和Y方向布線，在各個(gè)電極2、3之間加入25V的矩形脈沖，由此在實(shí)施「低阻化處理」得到的膜(「導(dǎo)電性膜」或者「碳膜」或者「以碳為主要成分的導(dǎo)電性膜」)4’上形成間隙5(參照?qǐng)D12)，制作了本實(shí)施例的圖像形成裝置100。
在如以上那樣完成的圖像形成裝置中，通過X方向布線和Y方向布線，選擇所希望的電子發(fā)射元件加入22V的電壓，通過高壓端子Hv在金屬殼73上加入8kV的電壓，其結(jié)果，能夠形成長(zhǎng)時(shí)間明亮的良好圖像。
實(shí)施例3在本實(shí)施例中，進(jìn)而在實(shí)施例2中做成的圖像顯示裝置中，加入「穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)」工序。從而，以下記述實(shí)施例2的工序8以后的工序。
工序9通過在上述工序8中得到的圖像形成裝置的X方向布線和Y方向布線，在各發(fā)射元件上加入重復(fù)頻率60Hz，脈沖寬度100μ秒，電壓22V的驅(qū)動(dòng)脈沖，進(jìn)行脈沖的穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)。在該穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)時(shí)加入的脈沖的波峰值與實(shí)際驅(qū)動(dòng)時(shí)加入的脈沖的波峰值相同。計(jì)測(cè)這時(shí)的沿著各個(gè)X方向的每一行的發(fā)射電流以及元件電流，在初始狀態(tài)的電流變動(dòng)收斂到一定值時(shí)結(jié)束穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)所需要的時(shí)間在上述條件下是大約10分鐘。
在以上那樣完成的圖像形成裝置中，通過X方向布線和Y方向布線，選擇所希望的電子發(fā)射元件，加入電壓22V，脈沖寬度20μ秒，重復(fù)頻率60Hz的驅(qū)動(dòng)電壓，通過高壓端子Hv在金屬殼73上加入8kV的電壓，顯示了圖像的結(jié)果，能夠形成長(zhǎng)時(shí)間的明亮的良好圖像。另外，測(cè)定了這時(shí)的顯示圖像的輝度變化的結(jié)果，可以得到在整個(gè)圖像區(qū)域中長(zhǎng)期都在5％以內(nèi)的良好結(jié)果。
參考例其次，示出在與上述實(shí)施例3相同的圖像形成裝置中，改變了上述工序9的穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)的條件時(shí)的比較例。
首先，使用與實(shí)施例3同樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的圖像形成裝置，測(cè)定了在省略了穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)的工序的圖像形成裝置中長(zhǎng)時(shí)間的輝度變動(dòng)的結(jié)果，幾乎在很短時(shí)間內(nèi)輝度大幅度下降，進(jìn)而，還發(fā)生輝度下降的分布(分散)，不能夠得到良好的圖像形成裝置。
接著，把實(shí)施例3所示工序9的驅(qū)動(dòng)條件取為重復(fù)頻率60Hz，脈沖寬度10秒，電壓22V，進(jìn)行了脈沖的穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，發(fā)射電流Ie，元件電流If都收斂到一定值需要花費(fèi)比在實(shí)施例3中所需要的時(shí)間更長(zhǎng)的時(shí)間。
上述條件在與XGA相當(dāng)?shù)膱D像形成裝置中，由于與通過線順序驅(qū)動(dòng)顯示圖像時(shí)驅(qū)動(dòng)條件相當(dāng)，因此說明了在與圖像顯示條件同等的驅(qū)動(dòng)中，在元件的穩(wěn)定化方面需要較長(zhǎng)時(shí)間，從而顯示出本發(fā)明的有效性。
實(shí)施例4在本實(shí)施例中，制作了與實(shí)施例3同樣的在圖16中模式地示出的圖像形成裝置100。作為電子發(fā)射元件102，使用了用圖1A、B以及圖2A～D記述的制造方法制造的電子發(fā)射元件。由于主要地制造工序與實(shí)施例2相同因此省略說明，而在上述「低阻化處理」中，把后基準(zhǔn)面1放入在大約1×10-6Pa的減壓氣氛中，通過在高分子膜上照射加速電壓＝10kV，電流密度＝0.1mA的電子束進(jìn)行。
與實(shí)施例3和9相同，把這樣得到的后基準(zhǔn)面1在減壓氣氛中，通過X方向布線和Y方向布線，在各個(gè)電極2、3之間加入25V，脈沖寬度1ms的矩形脈沖，形成了間隙5。
在以上那樣制作的后基準(zhǔn)面1上用熔合玻璃粘接支撐框72和隔片101。而且，使粘接了隔片和支撐框的后基準(zhǔn)面1與平臺(tái)基面71相對(duì)(使形成了熒光體膜74和金屬殼73的面與形成了布線62、63的面相對(duì))配置(圖17A)。另外，在平臺(tái)基準(zhǔn)面71上的與支撐框72的接觸部分中預(yù)先涂敷熔合玻璃。
接著，在10-6Pa的真空氣氛中，把相對(duì)的平臺(tái)基準(zhǔn)面71與后基準(zhǔn)面1在400℃下加熱以及加壓，進(jìn)行了密封(圖17B)。通過該工序，可以得到內(nèi)部維持為高真空的氣密容器。另外，在熒光體膜74中使用條紋形地配置了3原色(RGB)的各色熒光體的部件。
接著，通過在上述工序中得到的圖像形成裝置的X方向布線和Y方向布線，在各電子發(fā)射元件上加入重復(fù)頻率600Hz，脈沖寬度100μ秒，電壓22V的驅(qū)動(dòng)脈沖，進(jìn)行了脈沖的穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)。計(jì)測(cè)這是沿著各個(gè)X方向的每一行的發(fā)射電流以及元件電流，在初始狀態(tài)的電流變動(dòng)收斂到一定值時(shí)結(jié)束穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)。穩(wěn)定化驅(qū)動(dòng)所需要的時(shí)間在上述條件下幾乎是1分鐘，與實(shí)施例3相比較，能夠在更短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定。
在以上那樣完成的圖像形成裝置中，通過X方向布線和Y方向布線，選擇所希望的電子發(fā)射元件，加入電壓22V，脈沖寬度20μ秒，重復(fù)頻率60Hz的驅(qū)動(dòng)電壓，通過高壓端子Hv在金屬殼73上加入8kV的電壓的結(jié)果，能夠形成長(zhǎng)時(shí)間的明亮的良好圖像。另外，測(cè)定了這時(shí)的顯示圖像的輝度變化的結(jié)果，可以得到在整個(gè)圖像區(qū)域中長(zhǎng)期都在5％以內(nèi)的良好結(jié)果。
如果依據(jù)本發(fā)明，則能夠使電子發(fā)射元件的制作工藝簡(jiǎn)易的同時(shí)，能夠廉價(jià)地制造長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)顯示品位出色的圖像形成裝置。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射元件的制造方法，具有對(duì)高分子膜進(jìn)行低阻化的同時(shí)作為碳膜的工序，其中上述高分子膜配置成連接配置于基體上的一對(duì)電極；以及通過使電流流過上述碳膜從而在上述碳膜的、上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極附近形成間隙的工序，對(duì)上述高分子膜進(jìn)行低阻化的工序?yàn)橄蛏鲜龈叻肿幽ふ丈涔饣蛄Ｗ邮员銓?duì)于其電傳導(dǎo)的激活能量成為0.3eV以下的工序。
2.一種電子源的制造方法，該電子源具有多個(gè)電子發(fā)射元件，其特征在于該電子發(fā)射元件用權(quán)利要求1所述的方法制造。
3.一種圖像顯示裝置的制造方法，該圖像顯示裝置具有包含多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源以及通過從該電子源發(fā)射的電子的照射而發(fā)光的發(fā)光部件，其特征在于該電子源用權(quán)利要求2所述的方法制造。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電子發(fā)射元件的制造方法，具有對(duì)高分子膜進(jìn)行低阻化的同時(shí)作為碳膜的工序，其中上述高分子膜配置成連接配置于基體上的一對(duì)電極；以及通過使電流流過上述碳膜從而在上述碳膜的、上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極附近形成間隙的工序，對(duì)上述高分子膜進(jìn)行低阻化的工序?yàn)橄蛏鲜龈叻肿幽ふ丈涔饣蛄Ｗ邮员銓?duì)于其電傳導(dǎo)的激活能量成為0.3eV以下的工序。
文檔編號(hào)H01J9/00GK101075516SQ20071009180
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2003年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月28日
發(fā)明者水野祐信, 巖城孝志, 武田俊彥, 鈴木朝岳, 宮崎和也, 糠信恒樹 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社