專利名稱：電子發(fā)射器件和電子源及圖像形成裝置的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造電子發(fā)射器件、電子源和利用電子源制造圖像形成裝置的方法的技術。
電子發(fā)射器件中，表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件利用電流流過具有平行于膜平面形成于基片上的小面積薄膜時的電子發(fā)射的現(xiàn)象。日本專利申請公開7-235255公開了一種利用Pd等金屬薄膜的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件。

圖1A和1B中示出了這種器件結構。圖1A和1B中，參考數(shù)字1表示基片。參考數(shù)字4表示為Pd等的金屬氧化物薄膜的導電膜。對該膜進行以后將介紹的稱作激發(fā)成形操作的激發(fā)工藝，使導電膜4局部破壞、形變或分解，并形成具有高電阻的間隙5。
為了改善電子發(fā)射特性，在某些情況下，進行以后將介紹的所謂的“激發(fā)”操作，形成電子發(fā)射區(qū)及其附近由碳和碳化合物構成的膜(碳膜)。這種工藝可以利用以下方法進行，即通過在含有機物質(zhì)的氣氛中，給器件加脈沖電壓，在電子發(fā)射區(qū)附近淀積碳和碳化合物(EP-A-660357，日本專利申請公開07-192614，07-235255，08-007749)。
由于表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件具有簡單的結構，并且容易制造，所以其優(yōu)點是可以在大面積內(nèi)設置大量器件。已研制出利用這種特性的各種應用。例如，已知有帶電束源、顯示裝置等的應用。具有大量表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的電子源的一個實例是這樣一種電子源，其中設置有多行，平行設置的每個表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的兩端都通過布線(也稱作公共布線)相連(例如日本專利申請64-031332，1-283749，2-57552所公開的)。
應用的一個實例是例如顯示裝置等圖像形成裝置，其中具有大量表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的電子源與從電子源施加電子束時發(fā)射可見光的熒光粉結合(例如，美國專利5066883)。
為了保持這種圖像形成裝置的顯示圖像的一致性，已針對成形和激發(fā)工藝提出了各種改進。一種方法是該工藝期間，根據(jù)電特性判斷激發(fā)工藝的完成時間(例如，日本專利申請公開9-6399)。
除表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件外，已知場發(fā)射電子發(fā)射器件(FE場發(fā)射)為另一種電子發(fā)射器件。FE的一個實例是Spindt型。Spindt型FE是一種精細冷陰極，是由帶有控制電極(柵極)的小錐形發(fā)射極構成，控制電極形成得非?？拷l(fā)射極，具有吸引來自發(fā)射極的電子和控制電流量的作用。具有設置成陣列的Spindt型FE的冷陰極是由C.A.Spindt等人提出來的(C.A.Spindt，“薄膜場發(fā)射陰極，Journal of Applied Physics，第39卷，第7期，第3504頁，1968)。
近來公開了提高FE的電子發(fā)射效率的技術(日本專利申請公開10-50206)，其中在含有機物質(zhì)的氣氛中，在柵極和與發(fā)射極相連的陰極上加電壓，從而在發(fā)射極表面上淀積碳化合物。
帶有大量電子發(fā)射器件的電子源基片的一個實例是帶有設置成具有n行和m列的矩陣形的電子發(fā)射器件的簡單矩陣電子源基片。在進行激發(fā)工藝在這種基片上淀積碳或碳化合物時，電壓加于與器件電極相連的n行和m列的公共布線上。
例如，激發(fā)工藝按以下方法進行。
(1)從第一行到第n行一行接一行依次加電壓。
(2)n行分成幾塊，通過相移，依次在每塊上加脈沖。該工藝為滾動激發(fā)工藝。
在(1)和(2)兩種情況下，器件數(shù)量變大時，更花很長時間進行激發(fā)工藝。如果在(2)的情況下，n行的塊數(shù)變小，則加于每行上的電壓的占空系數(shù)變小。因此，激發(fā)速度會降低，或電子發(fā)射量或效率會降低，所以不能制造很好的電子發(fā)射器件。
縮短激發(fā)時間的一種建議方法是增大同時加電壓的行數(shù)。然而，這種方法帶有很多問題。即，激發(fā)工藝分解從氣氛中附著于器件基片上的有機物質(zhì)，在電子發(fā)射區(qū)及其附近區(qū)域上淀積碳或碳化合物。因此，在同時進行激發(fā)工藝的器件數(shù)增大時，每單位時間在電子源基片上分解和消耗的有機物質(zhì)的量增大。因而造成了氣氛中有機物質(zhì)的濃度變化，碳膜的形成速度的降低及隨著在電子源基片上的位置碳膜發(fā)生變化。因此制造的電子源的一致性下降。
本發(fā)明的目的是提供一種制造電子發(fā)射器件和電子源的方法，能夠在短時間內(nèi)進行激發(fā)工藝。
本發(fā)明另一目的是提供一種制造電子發(fā)射器件及電子源的方法，能夠用短時間激發(fā)工藝形成具有良好結晶性的碳或碳化合物膜。
本發(fā)明再一目的是提供一種制造具有多個電子發(fā)射元件的電子源的方法，該方法能夠在短時間內(nèi)進行激發(fā)工藝。
本發(fā)明再一目的是提供一種制造包括具有良好一致性的多個電子發(fā)射器件的電子源的方法，能夠在短時間內(nèi)進行激發(fā)工藝。
本發(fā)明還有一目的是提供一種制造具有一致發(fā)光特性的圖像形成裝置的方法。
本發(fā)明提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，包括在基片上形成一對導體的步驟，所說導體彼此隔開；在碳化合物氣體的氣氛中，在該對導體的至少一側上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在碳化合物的分壓高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝中碳化合物分壓的氣氛中進行。
本發(fā)明還提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，包括形成包括電子發(fā)射區(qū)的導電膜的步驟，該膜置于兩電極之間；在碳化合物氣體氣氛中，在導電膜上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在碳化合物的分壓高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝中碳化合物分壓的氣氛中進行。
本發(fā)明還提供一種制造電子源的方法，包括在基片上形成多對導體的步驟，這些導體間彼此隔開，在碳化合物氣體的氣氛中，在多對導體的的每對的至少一側上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在碳化合物的分壓高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝中碳化合物分壓的氣氛中進行。
本發(fā)明還提供一種制造電子源的方法，包括形成多個導電膜的步驟，每個導電膜包括電子發(fā)射區(qū)，并設置于兩電極之間；在碳化合物氣體氣氛中，在多個導電膜上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在碳化合物的分壓高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝中碳化合物分壓的氣氛中進行。
本發(fā)明還提供一種制造圖像形成裝置的方法，包括以下步驟面對根據(jù)上述任一電子源制造方法制造的電子源設置框架部件，框架部件包括利用電子源發(fā)射的電子束形成圖像的圖像形成部件。
圖1A和1B是示意圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的電子發(fā)射器件的一個實例。
圖2A、2B、2C和2D是展示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的制造方法的示圖。
圖3A和3B展示了成形電壓的實例。
圖4A和4B展示了激發(fā)電壓的實例。
圖5是展示多個電子發(fā)射器件的矩陣布局的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的制造方法制造的圖像形成裝置的透視圖。
圖7A和7B是展示熒光膜的實例的示圖。
圖8是展示圖像形成裝置的驅動電路的實例的電路圖。
圖9是展示用于根據(jù)本發(fā)明的激發(fā)工藝的真空系統(tǒng)的實例的示意圖。
圖10是展示根據(jù)本發(fā)明的成形工藝和激發(fā)工藝的布線方法的示意圖。
圖11是展示用于根據(jù)發(fā)明的激發(fā)工藝的真空系統(tǒng)的另一實例的示意圖。
圖12是展示多個電子發(fā)射器件的另一布線方法的示意圖。
圖13是展示根據(jù)發(fā)明的制造方法制造的圖像形成裝置的另一實例的透視圖。
圖14A和14B是展示本發(fā)明第一實施例的電子源的局部示圖。
圖15是展示根據(jù)本發(fā)明第一實施例成形工藝前的電子源基片的局部示圖。
圖16是第一實施例所用的真空系統(tǒng)的示意圖。
圖17是第一實施例所用成形電壓的波形圖。
圖18是展示第一實施例所用激發(fā)電壓的波形的示圖。
圖19是展示第一實施例的激發(fā)工藝期間器件電流增大的曲線圖。
圖20是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電子源的局部示圖。
圖21是圖20所示電子源的局部剖面圖。
圖22A、22B、22C、22D、22E、22F、22G是展示根據(jù)第二實施例的電子源的制造工藝的示圖。
圖23是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖像形成裝置的局部剖面圖。
圖24是展示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的激發(fā)工藝的布線方法的示意圖。
圖25是第四實施例所用激發(fā)電壓的波形圖。
圖26是展示根據(jù)第六實施例的激發(fā)工藝的布線方法的示意圖。
圖27是根據(jù)第九實施例的電子源的局部示圖。
圖28是展示電子源上布線引線圖形的示意圖。
圖29是展示根據(jù)第九實施例的激發(fā)工藝的布線方法的示意圖。
圖30A、30B和30C是展示Spindt電子發(fā)射器件的工藝的示圖。
圖31是展示利用Spindt型電子發(fā)射器件的電子源實例的示圖。
本發(fā)明提供一種制造電子發(fā)射器件的方法。包括在基片上形成一對導體的步驟，所說導體彼此隔開；在碳化合物氣體的氣氛中，在該對導體的至少一側上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝的分壓的碳化合物氣氛中進行。
本發(fā)明還提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，包括形成包括電子發(fā)射區(qū)的導電膜的步驟，該膜置于兩電極之間；在碳化合物氣體氣氛中，在導電膜上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝的分壓的碳化合物氣氛中進行。
本發(fā)明還提供一種制造電子源的方法，包括在基片上形成多對導體的步驟，這些導體間彼此隔開；在碳化合物氣體的氣氛中，在多對導體的每對的至少一側上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝的分壓的碳化合物氣氛中進行。
本發(fā)明還提供一種制造電子源的方法，包括形成多個導電膜的步驟，每個導電膜包括電子發(fā)射區(qū)，并設置于兩電極之間；在碳化合物氣體氣氛中，在多個導電膜上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝的分壓的碳化合物氣氛中進行。
按上述電子源制造方法第一工藝中碳化合物氣體的分壓可以是5×10-4Pa或更高；第二工藝中碳化合物氣體的分壓可以是5×10-3Pa或更低；第一工藝期間，碳或碳化合物的淀積量可以大于第二工藝期間碳或碳化合物的淀積量；第一工藝期間，碳或碳化合物的淀積量可以是第二工藝和隨后的工藝后碳或碳化合物的淀積量的70％或更大。
可以根據(jù)多對導體中的每對的電特性評價結果終止第一工藝；所說電特性可以是流過多對導體的每一對的器件電流；第一工藝可以在器件電流大于參考值時終止，所說參考值等于或大于第二工藝終止時得到的器件電流；第一工藝可以在器件電流大于參考值后的預定時間后終止，所說參考值等于或大于第二工藝終止時得到的器件電流；所說電特性可以是電壓(Vf’)低于激發(fā)步驟所用電壓(Vf)時的器件電流；它可以是Vf’＝Vf/2；所說電特性可以是流過多對導體的每對的器件電流，和從相應的導體對發(fā)射的發(fā)射電流；所說電特性可以是發(fā)射電流與器件電流之比；在基片上所有各對導體的第一工藝皆終止后，碳化合物的分壓降低時，多對導體的每對上可以不加電壓；可以通過降低從碳化合物供應源引入氣氛中的碳化合物的流量，降低碳化合物分壓；淀積碳或碳化合物的激發(fā)步驟可以包括在碳化合物氣體的氣氛中，在多對導體的每一對上加電壓的步驟；形成多對導體的步驟可以包括在基片上的多對導體的每一對上加電壓的步驟；或多對導體的每一對可以包括彼此隔開的一對導電膜，和分別與該對導電膜相連的一對電極。
本發(fā)明還提供一種制造圖像形成裝置的方法，包括以下步驟面對根據(jù)上述任一電子源制造方法制造的電子源設置框架部件，框架部件包括利用電子源發(fā)射的電子束形成圖像的圖像形成部件。
利用上述制造電子發(fā)射器件的方法，可以形成具有良好結晶性的碳膜或碳化合物膜并使特性穩(wěn)定。
利用上述制造電子源的方法，即使對多個器件同時進行激發(fā)工藝，碳化合物氣體的供應量也不會變得不充足。因此，可以抑制在其它情況下由于碳化合物氣體的供應量不充足導致的電子發(fā)射特性的一致性下降。
另外，在碳化合物氣體的低分壓下進行淀積碳或碳化合物的最后工藝。由于優(yōu)化了電子發(fā)射特性，所以可以提高一致性。
利用本發(fā)明制造帶有多個電子發(fā)射器件的電子源的方法，同時對多個器件進行激發(fā)工藝，可以制造具有更一致電子發(fā)射特性的電子源。因此，制造工藝流程所花時間縮短，生產(chǎn)成本下降。因此，可以提供便宜且高度一致的電子源及便宜且高質(zhì)量的圖像形成裝置。
在電壓加于設置于基片上彼此隔開的一對器件導體上時，根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件發(fā)射電子。本發(fā)明的電子發(fā)射器件應包括表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件和場發(fā)射電子發(fā)射器件即所謂的FE。
在FE的情況下，導體對相當于發(fā)射極和柵電極，碳或碳化合物淀積于發(fā)射極上。
在表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的情況下，導體對相當于以后將具體介紹的一對導電膜，碳或碳化合物淀積于成對導電膜的一個或兩個上。
下面以表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件作為電子發(fā)射器件的例子，介紹本發(fā)明的優(yōu)選模式。
圖1A和1B是展示表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的結構的示圖。圖1A和1B分別是平面圖和剖面圖。圖1A和1B中，參考數(shù)字1表示基片，參考數(shù)字2和3表示器件電極，參考數(shù)字4表示分別連接器件電極2和3的一對導電膜，第一間隙5夾在膜4之間，參考數(shù)字4a表示碳或碳化合物作為其主要成分并設置于導電膜4上的碳膜，在第一間隙5之間形成有比第一間隙5窄的第二間隙5a。
在電壓加于表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的器件電極2和3上時，從導電膜發(fā)射電子。
基片1可以是石英玻璃基片，玻璃基片具有減少的雜質(zhì)量，例如Na，鈉鈣玻璃基片，鈉鈣玻璃基片上層疊有濺射的SiO2膜，例如氧化鋁等陶瓷基片，Si基片等。在考慮應用領域等的情況下，設計器件電極距離L、器件電極長度W、導電膜4的形狀等。代替圖1A和1B所示結構，也可以采用在基片1上依次疊置導電膜4和相對器件電極2和3的層疊結構。
為了得到良好電子發(fā)射特性，導電膜4較好由細顆粒構成的細顆粒膜形成。在考慮了對器件電極2和3的臺階覆蓋，器件電極2和3間的電阻值，及以后將介紹的成形條件等的條件下，合適地設定導電膜的厚度。一般說，該膜厚較好是設定為0.1nm的幾倍到幾百nm，或更好為1nm-50nm。導電膜4的電阻值Rs為102至107Ω/□。Rs由R＝Rs(1/w)給出，其中R為厚度為t、寬度為w、長為l的薄膜的電阻。
下面以激發(fā)工藝為例介紹成形工藝。成形工藝不只限于激發(fā)工藝，而是可以包括能夠在膜中形成例如狹縫等間隙并提供高阻態(tài)的其它工藝。
導電膜4的材料合適地選自例如Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W和Pd等金屬和例如PdO、SnO2、In2O3、PbO和Sb2O3等氧化物構成的組中。細顆粒膜是由許多細顆粒的集合構成的膜。細顆粒膜的微結構取細顆粒隔開散布的狀態(tài)或細顆粒相鄰或重疊的方式設置的狀態(tài)(包括島結構，每個島結構由幾個細顆粒的集合形成)。細顆粒的直徑為0.1nm的幾倍到幾百nm，或更好是1nm到20nm。
第一間隙5由局部形成于導電膜4中的狹縫等構成。導電膜4的結構取決于膜的厚度、質(zhì)量和材料及例如以后將介紹的激發(fā)成形等制造工藝。碳或碳化合物的碳膜4a形成于第一間隙5和其附近的導電膜4中。
下面結合圖2A-2D和圖6介紹電子發(fā)射器件的制造方法的例子。圖2A-2D和圖5中，與圖1A和1B所示的類似的元件由相同的參考數(shù)字表示。
1)利用清洗劑、純水、有機溶劑等充分清洗基片1。利用真空蒸發(fā)、濺射等淀積了器件電極材料后，例如利用光刻技術在基片1上形成器件電極2和3(圖2A)。
2)在帶有器件電極2和3的基片1上涂敷有機金屬溶液，形成有機金屬薄膜。有機金屬溶液可以是含導電膜4的上述金屬材料作其主要成分的有機金屬化合物溶液。通過加熱并烘烤有機金屬薄膜，并通過剝離、腐蝕等構圖導電膜4(圖2B)。形成導電膜4的方法不限于涂敷有機金屬溶液的方法，還可以采用例如真空蒸發(fā)、濺射、化學汽相淀積、散布涂敷、浸漬和旋涂等其它方法。
3)然后，進行成形工藝。下面介紹作為成形工藝一個例子的激發(fā)工藝。從未示出的電源給器件電極2和3加電時，在導電薄膜4中形成具有改變結構的電子發(fā)射區(qū)(圖2C)。該激發(fā)成形工藝在導電薄膜4中形成第一間隙5。第一間隙5構成導電膜4中的電子發(fā)射區(qū)。在器件電極2和3上加電壓時，第一間隙5附近的區(qū)域發(fā)射電子。激發(fā)成形的電壓波形如圖3A和3B所示。該電壓波形較好是脈沖波形。加電壓的一種方法是依次加具有恒定脈沖峰值的電壓脈沖，如圖3A所示，另一方法是在其脈沖峰值增大的同時依次施加電壓脈沖，如圖3B所示。
4)器件的成形工藝后，進行稱為激發(fā)操作的工藝。激發(fā)工藝是顯著改變器件電流If和發(fā)射電流Ie的工藝。例如，與激發(fā)成形類似，通過在含例如有機物質(zhì)氣體等碳化合物氣體的氣氛中重復施加脈沖電壓進行該激發(fā)工藝。有機物質(zhì)的優(yōu)選氣壓取決于所加電場、真空管殼的形狀、有機物質(zhì)的類型等。因此，可以根據(jù)每種情況確定適當?shù)臍鈮骸?br> 利用該激發(fā)操作，氣氛中的有機物質(zhì)提供碳或碳化合物的碳膜4a淀積于導電膜4上和第一間隙5中，在第一間隙5中并沿其形成窄于第一間隙5的第二間隙5a(圖2D)。因此器件電流If和發(fā)射電流Ie顯著改變。
碳或碳化合物可以包括石墨(所謂的HOPG，PG和GC)和無定型碳(無定型碳，無定型碳和石墨微晶的混合物)。HOPG具有幾近完美的石墨晶體結構，PG具有晶粒約為20nm的稍有擾動的晶體結構，GC具有晶粒約為2nm的有較大擾動的晶體結構。碳膜的厚度較好為50nm或更薄，或更好是30nm或更薄。
本發(fā)明可用的合適有機物質(zhì)包括例如烷烴、烯烴和炔等脂族烴；芳烴；醇；醛；酮；胺；例如酚酸、羧酸和磺酸等有機酸等。更具體說，合適的有機物質(zhì)包括由組分式CnH2n+2表示的飽和烴，例如甲烷、乙烷和丙烷；由組分式例如CnH2n、CnH2n、CnH2n-2表示的不飽和烴，例如乙烯、丙烯、乙炔；苯；甲醇；乙醇；甲醛；乙醛；丙酮；丁酮；甲胺；乙胺；酚；甲酸；乙酸；丙酸等。
該例中，這些有機物質(zhì)可單獨使用或用作混合物。這些有機物質(zhì)的每一種都可用其它氣體稀釋。用作稀釋氣體的氣體例如為惰性氣體，例如氮、氬、和氙。
本發(fā)明的特征在于，激發(fā)工藝包括多個至少分兩個階段的工藝。本發(fā)明的具體特征在于，第一階段激發(fā)工藝中，氣氛中有機物質(zhì)的分壓大于第二階段激發(fā)工藝的分壓。
第一階段激發(fā)工藝是在利用成形工藝形成的電子發(fā)射區(qū)上淀積碳膜的工藝。因此，可以認為該第一階段激發(fā)工藝消耗大量有機物質(zhì)。因此，較好是增大分壓，從而即便消耗有機物質(zhì)，激發(fā)氣氛中的有機物質(zhì)的分壓的改變可以被抑制到很小。在激發(fā)時，可以有效地實現(xiàn)電子源的大量電子發(fā)射器件的特性的一致。
第二階段激發(fā)工藝可認為是強化第一階段工藝淀積的碳膜。第一階段工藝激發(fā)的器件處于由于碳的淀積器件電流流動的狀態(tài)，還處在發(fā)射電子的狀態(tài)。與第一階段激發(fā)工藝相比，在較低的有機物質(zhì)分壓的氣氛中進行第二階段激發(fā)工藝，在接近狹縫的區(qū)域中碳或碳化合物的淀積速度降低。因此，可以假設利用由器件電流產(chǎn)生的局部熱量的大部分和由于應用發(fā)射電子而在狹縫附近區(qū)域中產(chǎn)生的能量的大部分，可以改善所淀積碳膜的結晶性。
本發(fā)明的激發(fā)工藝期間施加電壓的方法根據(jù)電壓值隨時間的變化、加電壓的方向、電壓波形等確定。可以提高電壓值使電壓隨時間改變，或可以加不變的電壓。
加電壓的方向可以是與用于精確驅動電子源相同的方向(正向)，如圖4A所示，或可以如圖4B所示在正向和反向間交替變化。由于預計按正向和反向交替加電壓的方法可以與狹縫對稱地形成碳膜，所以較好是采用正向和反向交替加電壓的方法。盡管圖4A和4B所示的電壓波形是矩形，但也可以采用任何其它形狀，例如正弦波、三角波和鋸齒波。
(5)對于進行了上述工藝的電子發(fā)射器件較好是進行穩(wěn)定化工藝。穩(wěn)定化工藝是去除真空管殼中的有機物質(zhì)的工藝。抽空真空管殼內(nèi)部的抽氣設備較好是不使用油的設備，以避免油影響器件的特性。例如，抽氣設備可以是吸附泵、離子泵等。真空管殼中有機物質(zhì)的分壓設定為不允許碳或碳化合物再淀積的分壓。該分壓較好是1.3×10-6Pa或更低，更好是1.3×10-8Pa或更低。
為了進一步抽空真空管殼內(nèi)部，較好是加熱整個真空管殼，以便于附著于真空管殼內(nèi)壁上和電子發(fā)射器件上的有機物質(zhì)分子被抽走。要求在80-250℃更好是150℃或更高的溫度下盡可能長時間地進行加熱。然而，加熱條件不只限于此，可以根據(jù)例如真空管殼的尺寸和形狀、電子發(fā)射器件的結構等不同條件，適當?shù)卮_定加熱條件。必須盡可能大地降低真空管殼內(nèi)的壓力，該壓力較好是1×10-5Pa或更低，更好是1.3×10-6Pa或更低。
甚至在實際的驅動期間進行了穩(wěn)定化工藝后，較好是保持氣氛不變。然而，這種條件不是限制性的，只要充分去除了有機物質(zhì)，即便電子源內(nèi)的壓力或多或少地升高，也可以得到相當穩(wěn)定的特性。通過保持這種真空氣氛，可以抑制碳或碳化合物再淀積，并可以去除附著于真空容器和基片上的H2O、O2等。結果，器件電流If和發(fā)射電流Ie可以穩(wěn)定。
本發(fā)明的制造方法還可應用于制造具有形成于基片上的多個電子發(fā)射器件的電子源的方法。
關于電子發(fā)射器件的布局，多個電子發(fā)射器件在行和列方向按矩陣形設置，置于同一行的多個電子發(fā)射器件的電極之一共同連接到行方向布線，置于同一列的多個電子發(fā)射器件的電極之一共同連接到列方向布線。這種布局便是所謂的簡單矩陣布局。
下面將具體介紹這種簡單矩陣布局。
圖5中，參考數(shù)字71表示電子源基片，參考數(shù)字72表示列方向布線，參考數(shù)字73表示行方向布線，參考數(shù)字74表示電子發(fā)射器件。
這些布線由通過真空蒸發(fā)、印刷、濺射等形成的導電金屬等構成。適當?shù)卦O計每個布線的材料、厚度和寬度。未示出的層間絕緣膜形成于m個行方向布線73和n個列方向布線72之間，用于電絕緣它們(m和n都是正整數(shù))。
未示出的層間絕緣膜由通過真空蒸發(fā)、印刷、濺射等形成的SiO2等構成。例如，具有要求形狀的層間絕緣膜形成于形成有列方向布線72的基片71的整個區(qū)域或局部區(qū)域上。適當?shù)卦O定厚度、材料和制造方法，以便抗列方向布線72和行方向布線73間的電位差。列方向布線72和行方向布線73都連接到外部端子。每個電子發(fā)射器件的一對電極(未示出)電連接到m個行方向布線73之一，和n個列方向布線72之一。
下面結合圖6、圖7A和7B及圖8介紹利用這種簡單矩陣布局的電子源的圖像形成裝置。圖6是展示圖像形成裝置的顯示屏的例子的示意圖，圖7A和7B是展示圖6所示的圖像形成裝置所用的熒光膜的例子的示意圖。圖8是展示根據(jù)NTSC系統(tǒng)的電視信號顯示圖像的驅動電路的例子的框圖。
參見圖6，參考數(shù)字71表示電子源基片，其上設置有多個電子發(fā)射器件74，參考數(shù)字86表示由玻璃基片83構成的面板，其上帶有形成于玻璃基片內(nèi)表面上的熒光膜93、金屬敷層85等。參考數(shù)字82表示支撐框架，電子源基片(背板)71和面板86通過低熔點熔接玻璃等鍵合于其上，形成管殼164。參考數(shù)字72和73表示連接電子發(fā)射器件的一對器件電極的列和行方向布線。
隔板169置于面板86和背板(電子源基片)71之間，以便管殼164能夠具有抗大氣壓的足夠強度。
圖7A和7B是展示熒光膜的例子示意圖。對于單色熒光膜來說，熒光膜84可只由單一的熒光粉構成，對于彩色顯示熒光膜來說，熒光膜84可由熒光粉92和根據(jù)熒光粉的布置稱作黑條或黑底的黑色導電材料91構成。提供黑條或黑底的目的是通過將黑區(qū)置于三原色的各熒光粉92之間，使彩色混合等不明顯，使因熒光膜84上的外部光反射而產(chǎn)生的對比度降低得以抑制。黑條的材料一般可采用含黑鉛作為其主要成分的材料，該材料除導電外，還基本上不透明不反射光。
不管顯示器是單色還是彩色，在玻璃基片83上涂敷熒光粉的方法可以是半配位、印刷等。金屬敷層85一般裝于熒光膜84內(nèi)表面?zhèn)取Ｌ峁┙饘俜髮?5的目的是通過鏡面反射從熒光粉發(fā)射到內(nèi)側指向面板86的光來提高亮度，用金屬敷層85作為施加電子束加速電壓的一個電極，并保護熒光粉不被產(chǎn)生于管殼內(nèi)的負離子的碰撞損傷等等。金屬敷層形成的方式是，在形成熒光膜后，平面化熒光膜的內(nèi)表面(一般稱作膜化)，然后利用真空蒸發(fā)等淀積鋁。
可以在熒光膜84的外表面?zhèn)壬系拿姘?6上形成透明電極(未示出)，以提高熒光膜84的導電性。在管殼被氣密地密封時，熒光膜的各彩色熒光粉和電子發(fā)射器件必須在正確的位置對準。
下面介紹制造圖6的圖像形成裝置的方法的例子。
給管殼164提供一抽氣管132，并利用具有圖9所示結構的抽氣系統(tǒng)，可以進行成形工藝的隨后的工藝。參見圖9，管殼164通過排氣管132耦合到真空室133，通過門閥134耦合到抽氣機135。壓力計136、四探針質(zhì)量分析儀(Q-質(zhì)量)137等安裝于真空室133上，以測量室133內(nèi)的壓力，和氣氛中各成分的分壓。
困難的是直接測量管殼164內(nèi)的壓力等。因此，測量真空室133內(nèi)的壓力等來控制操作條件。氣體輸入管138連接到真空室133，以將必要的氣體引入真空室內(nèi)的氣氛中。引入材料源140連接到氣體輸入管138的另一端。引入材料容納于安瓿或鋼瓶中。
流量控制裝置(氣體流量控制裝置)139安裝在氣體輸入管的中間部位，用于控制要引入氣體的流量。流量控制單元可以是例如能夠控制流量的慢漏閥等閥門、電磁閥、質(zhì)流控制器等，可以根據(jù)氣體的類型選擇使用。利用圖9所示的系統(tǒng)，除去管殼164內(nèi)的氣，然后通過氣體輸入管138將有機物質(zhì)引人電源(未示出)通過電纜(未示出)連接到電子源基片的行和列方向布線的外部端子，以便從電源給電子源基片71的布線加電壓。
如圖10所示，可以通過共同連接所有列方向布線，然后依次給行方向布線73加(滾動)相移脈沖，在電子源基片上的所有導電膜4上加電壓。參考數(shù)字143表示電流測量電阻，參考數(shù)字144表示電流測量示波器。可以通過與已介紹的類似的方法，對每個器件進行成形工藝。
本發(fā)明的制造方法的特征在于，激發(fā)工藝至少分兩個或更多個階段進行。通過分解從氣氛中附著于器件基片上的有機物質(zhì)，實現(xiàn)在第一間隙中和其附近的導電膜區(qū)域淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝。如果對形成于電子源基片上的大量電子發(fā)射器件和電壓同時加于其上的大量器件進行激發(fā)工藝，以縮短激發(fā)時間，在電子源基片上所分解和消耗的有機物質(zhì)的量變得很大。
激發(fā)工藝一般在氣氛中有機物質(zhì)的分壓低的條件下進行。已知在這種條件下形成的電子發(fā)射器件的特性表現(xiàn)為在實際驅動期間具有小的時效變化和較高的電子發(fā)射率。如果使氣氛中有機物質(zhì)的分壓大，則供應給基片的有機物質(zhì)的量增大，盡管可以消除不足量的影響，但由于碳膜的過量淀積，電子發(fā)射率也會降低。
如果氣氛中有機物質(zhì)的分壓小，或者例如管殼中氣體的傳導小，則激發(fā)工藝消耗的物質(zhì)量變得比供應到基片上的有機物質(zhì)的量大。因此，氣氛中有機物質(zhì)的濃度會波動或形成碳膜的速度會降低。
本發(fā)明人采用兩步激發(fā)工藝。即，激發(fā)工藝分成兩個階段，第一階段，在氣氛中有機物質(zhì)分壓高的條件下進行工藝，在第二階段，在有機物質(zhì)分壓低的條件下進行工藝。因此，即使氣氛中有機物質(zhì)的分壓小或例如管殼中氣體的傳導小，也可以在短時間內(nèi)激發(fā)大量器件。
第一階段工藝淀積的碳或碳化合物的量最好是所淀積碳或碳化合物的最終量的70％或更多。這樣做的理由可以從本發(fā)明人的創(chuàng)造性研究中看出。即，為了提高電子發(fā)射特性的一致性，必須盡可能減少高分壓氣氛下第一工藝后低分壓氣氛下的最后工藝期間所淀積的碳或碳化合物的量?？梢酝ㄟ^利用喇曼能譜分析儀確定來測量或通過體積確定例如AFM和STM等測量碳或碳化合物的淀積量。
第一階段工藝所要求的有機物質(zhì)最低分壓可以根據(jù)每個必須具有穩(wěn)定電子發(fā)射特性的器件淀積碳或碳化合物的量、同時激發(fā)的器件的數(shù)量、激發(fā)時間，并根據(jù)將有機物質(zhì)轉換(反應)成所淀積(反應)的碳或碳化合物的轉換率(反應率)確定。這種最低分壓較好是5×10-4Pa或更高。
已從本發(fā)明人的創(chuàng)造性研究中發(fā)現(xiàn)，第二階段工藝有機物質(zhì)的分壓較好是5×10-3Pa或更低。
本發(fā)明的制造方法的特征在于兩階段工藝，第一階段的激發(fā)工藝探測電特性，例如器件電流和發(fā)射電流，并根據(jù)該探測的評價結果結束該階段工藝。
第一階段激發(fā)工藝在氣氛中有機物質(zhì)分壓高的條件進行。因此，碳淀積量較大，器件電流幾乎增大到最終的發(fā)射電流。推測在第二階段激發(fā)工藝，由器件電流和發(fā)射電子的應用產(chǎn)生的焦耳熱提高了第一階段激發(fā)工藝淀積的碳膜的結晶性。這種提高的結晶性可以改善實際驅動期間電子發(fā)射器件的時效穩(wěn)定性。
第一階段激發(fā)工藝的碳膜淀積速度根據(jù)成形工藝形成的第一間隙的形狀、基片的溫度分布、和有機物質(zhì)的局部分壓而改變。如果激發(fā)形成于電子源發(fā)射基片上的大量電子發(fā)射器件，淀積速度隨基片上位置的變化而變化。已發(fā)現(xiàn)，通過在第一階段激發(fā)工藝使碳膜的淀積量一致，可以改善電子源的一致性。
第一階段激發(fā)工藝期間要探測的導電膜的電特性可以包括流過每個電子發(fā)射器件的電極的器件電流、導電膜發(fā)射電子的發(fā)射電流和電子發(fā)射率(＝發(fā)射電流/器件電流)。如果第一階段激發(fā)工藝的結束時間設定為探測到參考器件電流的時間，則該參考器件電流較好是等于或大于第二階段激發(fā)工藝結束時得到的電流。或者，第一階段激發(fā)工藝的結束時間可以設定為根據(jù)電特性確定結束的時間后的預定時間。
已知由于淀積在電子發(fā)射器件附近的碳膜變大，即便吸收的有機物質(zhì)的量大，器件電流也會變大。由吸收的有機物質(zhì)產(chǎn)生的該電流隨氣氛中有機物質(zhì)的分壓改變。
由于第一階段激發(fā)工藝在氣氛中有機物質(zhì)的分壓高于第二階段激發(fā)工藝的條件下進行，有機物質(zhì)的吸收和電離對器件電流的影響巨大。根據(jù)本發(fā)明，參考電流等于或大于第二階段激發(fā)工藝結束時得到的電流值時，結束第一階段激發(fā)工藝。因此，第二階段激發(fā)工藝期間不會消耗大量有機物質(zhì)，可以在短時間內(nèi)進行激發(fā)工藝，并可以使電子源的特性一致。
測量電流時使用的電壓可以等于激發(fā)工藝期間所加的電壓，或可以是較小電壓。由于第一階段激發(fā)工藝期間有機物質(zhì)的分壓高，如果碳膜的淀積過量，則歐姆電流增大，不可能得到器件電流的非線性特性。因此，可以通過探測閾值電壓下器件電流，來確定第一階段激發(fā)工藝的結束點。
在小于激發(fā)電壓的電壓下測量電流時，用于激發(fā)的電壓波形可以是階梯狀，或可以以預定時間間隔加評價電特性的電壓脈沖。測量每個器件或通過布線相連的所有器件的特性，在后一種情況下，采用總值或平均值根據(jù)本發(fā)明，第一階段激發(fā)工藝完成后，對于基片上的所有器件來說，必須降低氣氛中有機物質(zhì)的分壓，直到第二階段激發(fā)工藝開始。一般通過減少從有機物質(zhì)氣體源引入到真空室中的有機物質(zhì)的供應量，來降低有機物質(zhì)的分壓。本發(fā)明的特征在于，在氣氛中有機物質(zhì)的分壓降低時，對基片上的所有器件都不加電壓。
如果在第一階段激發(fā)工藝完成后，降低有機物質(zhì)分壓時，給電子源的器件加電壓，則由于在加電壓時有機物質(zhì)的分壓高，會在第一階段激發(fā)工藝中淀積的碳膜上淀積新的碳膜。碳膜的過量淀積會對電子發(fā)射器件的特性有不良影響(特別是降低電子發(fā)射率)，并會使第二階段激發(fā)工藝形成的器件的一致性下降。
激發(fā)工藝后，較好是與分立器件情況類似進行穩(wěn)定工藝。為此，加熱管殼164，并保持在80-250℃。在此狀態(tài)下，利用抽氣機135例如不用油的離子泵和吸附泵，通過排氣管132抽出管殼內(nèi)的氣。氣氛中的有機物質(zhì)量減少到相當小后，用燃燒器加熱排氣管，并熔化和密封之。
為了保持密封后管殼內(nèi)的壓力，可以進行吸氣操作。在密封管殼164之前或之后，立即利用電阻加熱或RF加熱，加熱管殼164內(nèi)預定位置處的吸氣劑形成汽化蒸發(fā)膜。吸氣劑一般含有Ba作為其主要成分。汽化蒸發(fā)膜的吸附作用保持管殼164內(nèi)為原始氣氛。
根據(jù)本發(fā)明，可以在形成了管殼后進行成形工藝和激發(fā)工藝，或可以利用已進行了成形和激發(fā)工藝的電子源基片形成管殼。
通過將電子源設置于真空室中，或利用由如圖11所示的基片臺和真空室構成的系統(tǒng)，對電子源基片進行成形和激發(fā)工藝。
除基片臺215上電子源基片210外圍區(qū)之外的表面區(qū)被真空室212蓋住。真空室212為具有內(nèi)部空間的帽形。除電子源基片外圍區(qū)外的表面區(qū)借O形環(huán)213與外部空間氣密密封。靜電吸盤216置于基片臺215上，以防止真空室內(nèi)除氣時，由于電子源基片的正反兩面的壓差使基片變形或破裂。
在靜電吸盤的電極(未示出)和電子源基片210間加電壓時產(chǎn)生的靜電力將電子源基片210吸引到基片臺215上，并將基片固定在靜電吸盤216上。在基片的背面上形成ITO膜等導電膜，以保持電子源基片210在預定電位。為了利用靜電吸盤法吸引基片，靜電吸盤的電極(未示出)和基片間的距離必須很短因此，要求利用另一方法將電子源210推向靜電吸盤216。在圖11所示的系統(tǒng)中，除去靜電吸盤216表面層內(nèi)形成的溝槽221內(nèi)的氣體，可以借大氣壓將電子源基片210推到靜電吸盤上，然后，從高壓源(未示出)給靜電吸盤的電極(未示出)加高壓。以此方式，基片可以被吸引并固定到靜電吸盤上。此后，除去真空室212內(nèi)的氣體。此時，由靜電吸盤產(chǎn)生的靜電力將基片反面和正面間的壓差消掉，所以可以防止基片變形或破裂。為了增大靜電吸盤216和電子源基片210間的熱傳導性，要求除氣后在溝槽221中引入熱交換氣體。該氣體較好是He。使用其它氣體也具有類似的效果。通過引入熱交換氣體，與電子源基片210和靜電吸盤216彼此間簡單機械接觸的情況相比，不僅電子源基片210和靜電吸盤216間的溝槽221區(qū)中可以進行熱傳導，而在沒形成溝槽221的區(qū)域中熱傳導變強。因此，可以顯著改善總的熱傳導。例如成形工藝和激發(fā)工藝等工藝期間，電子源基片210產(chǎn)生的熱容易通過靜電吸盤216傳遞到基片臺215。因此，可以抑制電子源基片210的溫度上升和局部產(chǎn)生的熱導致的溫度分布。此外，如果基片臺215配有溫度控制裝置例如加熱器和冷卻單元，則可以更精確地控制基片的溫度。
下面結合圖8介紹驅動電路結構的例子。此驅動電路驅動NTSC系統(tǒng)的電視信號，從而在利用簡單矩陣電子源的顯示屏上顯示圖像。圖8中，參考數(shù)字101表示圖像顯示屏，參考數(shù)字102表示掃描電路，參考數(shù)字103表示控制電路，參考數(shù)字104表示移位寄存器。參考數(shù)字105 表示行存儲器，參考數(shù)字106表示同步信號分配或分離電路，參考數(shù)字107表示調(diào)制信號發(fā)生器，Vx和Va表示d.c電源。顯示屏101通過端子Dox1-Doxm、Doy1-Doyn和高壓端子Hv連接到外部電路。掃描信號加于端子Dox1-Doxm上，以便隨后驅動顯示屏上的電子源，即按m行和n列的矩陣形布設的電子發(fā)射器件組的一行(n個器件)。
調(diào)制信號加于端子Doy1-Doyn上，以便控制由掃描信號選擇的一行電子發(fā)射器件的每個器件的輸出電子束。d.c電壓例如10kV從d.c電壓源Va加到高壓端子。這個電壓是給電子發(fā)射器件發(fā)射的電子束提供足以激發(fā)熒光的能量的加速電壓。下面介紹掃描電路102。掃描電路有m個轉換元件(圖8示意性示出了S1-Sm)。每個轉換元件選擇d.c電源Vx的輸出電壓或0V(地電平)，并將所選電壓提供給端子Dox1-Doxm。
每個轉換元件S1-Sm都根據(jù)控制電路103輸出的控制信號T操作。例如，轉換元件由FET組構成。該例中，基于電子發(fā)射器件的特性，d.c電壓源Vx設定為它可以輸出恒定電壓，以使未被掃描的器件的驅動電壓等于或低于電子發(fā)射器件的電子發(fā)射閾值電壓(電子發(fā)射閾值)。
控制電路103具有控制各元件的操作以便根據(jù)外部輸入圖像信號顯示合適的圖像的功能。響應于同步信號分離電路106提供的同步信號Tsync，控制電路產(chǎn)生控制信號Tscn、Tsft、Tmry，并將它們提供給相應的電路。
同步信號分離電路106將NTSC系統(tǒng)的外部輸入電視信號分離成同步信號和發(fā)光信號，可以利用一般的頻分(濾波器)電路等進行該過程由同步信號分離電路106分離的同步信號包括垂直同步信號和水平同步信號。為方便起見，這些同步信號統(tǒng)一由Tsync表示。由電視信號分離的圖像發(fā)光信號由DATA信號表示。DATA信號輸入到移位寄存器104。
移位寄存器104為每行圖像串并行轉換按時間順序串行輸出的DATA信號，并響應于控制電路103提供的控制信號Tsft(該控制信號Tsft可以是移位寄存器104的移位時鐘)工作。串并行轉換的一行圖像的數(shù)據(jù)(對應于n個電子發(fā)射器件的驅動數(shù)據(jù))從移位寄存器104輸出，作為n個并行信號Id1-Idn。
行存儲器105是必要時間周期內(nèi)存儲一行圖像數(shù)據(jù)的存儲器件，響應于控制電路103提供的控制信號Tmry存儲Id1-Idn的內(nèi)容。所存儲的內(nèi)容輸入到調(diào)制信號發(fā)生器107，作為I’d1和I’dn。
響應于圖像數(shù)據(jù)I’d1-I’dn，調(diào)制信號發(fā)生器107產(chǎn)生信號，以適當?shù)仳寗雍驼{(diào)制每個電子發(fā)射器件。輸出信號通過端子Doy1-Doyn提供給顯示屏101的電子發(fā)射器件。
關于根據(jù)輸入信號調(diào)制電子發(fā)射器件的方法，可以采用電壓調(diào)制法、脈沖寬度調(diào)制法等。如果采用電壓調(diào)制法，調(diào)制信號發(fā)生器107可以由能夠產(chǎn)生具有恒定寬度和隨輸入數(shù)據(jù)而改變的峰值的電壓脈沖的電壓調(diào)制型電路構成。
如果采用脈沖寬度調(diào)制法，則調(diào)制信號發(fā)生器107可以由能夠產(chǎn)生具有恒定峰值和隨輸入數(shù)據(jù)變化的脈沖寬度的電壓脈沖的脈沖寬度調(diào)制型電路構成。移位寄存器104和行存儲器105可以是數(shù)字型或模擬型，只要可以按預定速度進行圖像信號的串/并行轉換和存儲即可。
如果采用數(shù)字型，則必須數(shù)字化來自同步信號分離電路106的輸出信號DATA。為此，在同步信號分離電路106的輸出部分設置A/D轉換器。另外，根據(jù)行存儲器105的輸出信號是數(shù)字型還是模擬型，調(diào)制信號發(fā)生器107所用電路變得稍有差別。
更具體說，在用數(shù)字信號的電壓調(diào)制法的情況下，如果必要，調(diào)制信號發(fā)生器107例如采用D/A轉換電路和放大器。在脈沖寬度調(diào)制法中，調(diào)制信號發(fā)生器107例如采用高速振蕩器、計數(shù)振蕩器輸出的信號的波數(shù)的計數(shù)器和比較計數(shù)器的輸出與存儲器的輸出的比較器。如果必要，采用放大器，用于將被調(diào)制的調(diào)制信號脈沖寬度和比較器的輸出電壓放大到電子發(fā)射器件的足夠的驅動電壓。
在利用模擬信號的電壓調(diào)制法的情況下，調(diào)制信號發(fā)生器107例如采用利用運算放大器的放大器，如果必要，還采用電平移位電路。在脈沖寬度調(diào)制法的情況下，調(diào)制信號發(fā)生器107例如采用壓控振蕩器(VCO)，如果必要的話還采用將調(diào)制信號電壓放大到電子發(fā)射器件的足夠的驅動電壓的放大器。
在上述構成的本發(fā)明圖像形成裝置中，通過每個外部端子Dox1-Doxm和每個端子Doy1-Doyn給每個電子發(fā)射器件加電壓，以便從每個電子發(fā)射器件發(fā)射電子。通過高壓端子Hv給金屬敷層85或透明電極(未示出)加高壓，以加速電子束。加速的電子與熒光膜84碰撞，發(fā)光并形成圖像。
以上只例示了上述圖像形成裝置的結構，在不脫離本發(fā)明的技術方案的條件下，可以有各種改進。輸入信號不限于NTSC系統(tǒng)的那些，可以采用不同系統(tǒng)的其它輸入信號，例如PAL系統(tǒng)和SECAM系統(tǒng)及例如象MUSE系統(tǒng)一樣的高清晰度TV系統(tǒng)等利用大量掃描行的系統(tǒng)。
圖12是展示梯狀電子源的例子的示意圖。圖12中，參考數(shù)字110表示電子源基片，參考數(shù)字111表示電子發(fā)射器件。參考數(shù)字112表示連接電子發(fā)射器件111的共用布線Dx1-Dx10。多個電子發(fā)射器件111在基片110上沿X方向平行設置。X方向上的每行稱為器件行。設置多個器件行構成電子源。通過在每個器件行的共用布線上加驅動電路，可以獨立地驅動器件行。即，等于或高于電子發(fā)射閾值的電壓加于發(fā)射電子的器件行上，而低于電子發(fā)射閾值的電壓加于不發(fā)射電子的器件行上。相鄰器件行間的共用布線Dx2-Dx9可共用。例如，布線Dx2和Dx3可由一根布線構成。
圖13是展示利用梯狀電子源的圖像形成裝置的屏板結構的例子的示意圖。參考數(shù)字120表示柵極，參考數(shù)字121表示電子穿過的開口，參考數(shù)字122表示外部端子Dox1、Dox2...，Doxm。參考數(shù)字123表示與柵極120連接的外部端子G1、G2...Gn，參考數(shù)字124表示相鄰器件行間具有共用布線作為一根布線的電子源基片。
圖13所示的圖像形成裝置與圖6所示的簡單矩陣圖像形成裝置間的根本不同在于電子源基片110和面板86間是否使用了柵極120。
圖11中，基片110和面板86間設置柵極120。柵極120調(diào)制每個電子發(fā)射器件發(fā)射的電子采柵極120是一種垂直于梯狀布局中的器件行的條形電極，形成有對應于各器件的圓開口121，電子束將從中穿過。柵極的形狀和位置不限于圖13所示那樣。例如，可以形成大量網(wǎng)狀開口，柵極可以設置于發(fā)射器件周圍或附近。
外部端子122和柵外部端子123電連接到未示出的控制電路。在該例的圖像形成裝置中，與一行接一行依次驅動(掃描)器件行同步，一行圖像的調(diào)制信號同時加于柵極列上。以此方式，可以控制加于熒光粉上的每個電子束，因而可以一行接一行地顯示圖像。本發(fā)明的圖像形成裝置可應用于電視廣播顯示裝置、電視會議系統(tǒng)及計算機的顯示裝置，并可應用于由光敏鼓等構成的光打印機。
下面結合附圖具體介紹本發(fā)明的電子源、制造圖像形成裝置的方法的實施例。
(第一實施例)圖14A是部分展示該實施例的電子源的平面圖。圖14B是部分展示電子發(fā)射器件的剖面圖。圖14A和14B中，參考數(shù)字91表示基片，參考數(shù)字98表示行方向布線(200行)，參考數(shù)字99表示列方向布線(600列)，參考數(shù)字4表示導電膜，參考數(shù)字5表示導電膜4間的間隙，參考數(shù)字2和3表示器件電極，參考數(shù)字97表示層間絕緣膜。
下面將按制造工藝的順序具體介紹該制造方法。
工藝1在潔凈的鈉鈣玻璃基片91上，利用偏移印刷法形成多對器件電極2和3。器件電極間的距離L設定為20微米，器件電極的寬度W設為125微米。
工藝2利用絲網(wǎng)印刷法形成列方向布線99。然后利用絲網(wǎng)印刷法形成厚0.1微米的層間絕緣膜97。再印刷行方向布線98。
工藝3溶解重量濃度為0.05％的聚乙烯醇、重量濃度為15％的2-丙醇和重量濃度為1％的1，2-亞乙基二醇，形成水溶液。在該溶液中，溶解鈀重量濃度為約0.15％的四單乙醇胺-乙酸鈀(Pd(NH2CH2CH2OH)4(CH3COO)2)，得到黃色溶液。
利用噴墨式噴墨裝置(CANON Inc.制造的噴墨打印頭EC-01)，在每個器件電極上及器件電極間的區(qū)域加四次這種水溶液的小滴。
工藝4在350℃的空氣氣氛中烘焙工藝3形成的樣品。從而在多對器件電極2和3的每對之間形成由PdO構成的細顆粒結構導電膜。利用上述工藝，在基片91上形成了由多個行方向布線98和列方向布線99按矩陣形布線的多個導電膜4，如圖15所示。
然后，將經(jīng)過了工藝4的圖15所示基片設置于圖16所示的真空處理裝置中。用真空泵抽空真空處理裝置內(nèi)部，達到10-5Pa的真空度。
下面介紹圖16所示的真空處理裝置。圖16是展示真空處理裝置的例子的示意圖。利用這種真空處理裝置，不僅可以進行成形、激發(fā)和穩(wěn)定工藝，而且該裝置可用作測量評價裝置。為了附圖簡單，省略了行方向布線98、列方向布線99、層間絕緣膜97、器件電極2和3、及導電膜4等這一切。
圖16中，參考數(shù)字75表示真空室，參考數(shù)字76表示抽氣泵。參考數(shù)字71表示將電壓Vf提供給導電膜4的電源，參考數(shù)字70表示測量流過器件電極2和3間的導電膜4的器件電流If的安培計，參考數(shù)字74表示俘獲形成于導電膜4中的電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的發(fā)射電流Ie的陽極。參考數(shù)字73表示給陽極74提供電壓的高壓源，參考數(shù)字72表示測量形成于導電膜中的電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的發(fā)射電流的安培計。例如，將陽極電壓設定為1kV-10kV，將陽極74和基片91間的距離H設定為2mm-8mm，進行測量。參考數(shù)字77表示用于激發(fā)工藝的有機氣體源。
在真空室75中，安裝有例如真空氣氛中測量要求的真空計等裝置，以便可以在要求的真空氣氛中進行測量和評價。抽氣泵76由一般為渦輪分子泵、干泵、離子泵等的超高真空系統(tǒng)構成?？梢岳梦词境龅募訜崞鲗⑵渲蟹胖昧穗娮釉椿恼麄€真空處理裝置加熱到350℃。
工藝5
然后，在圖16所示的真空處理裝置中進行成形工藝。真空室75內(nèi)部除氣到10-5Pa后，通過基片91上的每個行方向布線98和每個列方向布線97，給每個導電膜4加電壓，以進行成形工藝。電壓加于每行上(行方向布線)。由于加了電壓，所以在每個導電膜4中形成狹縫。激發(fā)成形所用電壓為其峰值以0.1V的階梯從0V增大的矩形脈沖。該脈沖電路的脈沖寬度為1毫秒，脈沖間隔為10毫秒。激發(fā)成形工藝結束的時間設定為導電膜的電阻值達到1MΩ或更大。
圖17示出了該例所用的成形波形。加電壓的方式為將器件電極2和3之一設置為低電位，另一個設置為高電位。
工藝6將真空室內(nèi)部除氣達10-5Pa后，引入芐基氰。使分壓達1×10-2Pa，通過基片91上的相應行方向布線98和列方向布線97給每個導電膜4加電壓，以進行第一階段的激發(fā)工藝。通過行順序掃描，電壓加于每一行上(行方向布線)。第一階段激發(fā)工藝所用電壓為具有15V的固定峰值、脈沖寬度為1毫秒、脈沖間隔為10毫秒的矩形脈沖電壓。該電壓在1分鐘內(nèi)加于每一行上(行方向布線)。這些操作后，結束第一階段的激發(fā)工藝。
關于第二階段的激發(fā)工藝，利用抽氣機將芐基氰的分壓降低到1×10-4Pa，與第一階段激發(fā)工藝類似，在10分鐘內(nèi)給每行(行方向布線)加電壓。在每行的平均器件電流變?yōu)?5mA時，結束第二階段的激發(fā)工藝。
圖18示出了第一和第二階段激發(fā)工藝所用的脈沖波形。該例中，加電壓的方式是高低電位以一定的脈沖間隔交替加于器件電極2和3上。
圖19示出了該例的激發(fā)工藝期間器件電流的時效變化。從圖19的曲線中可以看出，第一階段激發(fā)工藝期間，器件電流顯著增大，而第二階段激發(fā)工藝期間，器件電流增大較小。
在第一和第二階段激發(fā)工藝結束時，利用喇曼能譜(激光波長514.5nm，光斑直徑約1微米)分析每個導電膜4上淀積的碳或碳化合物。從所測量的峰積分強度在1580cm-1和1335cm-1附近可以證實，第一階段的激發(fā)工藝期間碳或碳化合物的淀積量為第二階段激發(fā)工藝期間淀積量的85％。
利用上述工藝，在每個導電膜4上形成了碳膜4a，例如圖1A和1B所示。
工藝7然后，進行穩(wěn)定工藝。穩(wěn)定工藝是一種通過除去真空室氣氛中的有機物質(zhì)氣體，并抑制碳或碳化合物再淀積于每個導電膜4上，穩(wěn)定器件電流If和發(fā)射電流Ie的工藝。將整個真空室加熱到250℃，排出附著于真空室內(nèi)壁上和基片91上的有機物質(zhì)分子。此時，真空度設為1×10Pa。
利用上述工藝，形成了圖14A和14B所示的該實施例的電子源。
在該真空度，測量每個電子發(fā)射器件的特性。平均器件電流If為1.5mA，平均發(fā)射電流Ie為2微安。為了評價特性的一致性，用分散值除以各電子發(fā)射器件特性的平均值。器件電流If的該分散值為15％，發(fā)射電流Ie的該分散值為20％。
(比較例)在以下條件下，對進行到第一實施例的工藝5的基片91進行第一實施例工藝6的激發(fā)工藝。引入芐基氰。使其分壓達1×10-4Pa，并通過基片91上的相應行方向布線98和列方向布線97給每個導電膜4加電壓。通過行順序掃描電壓加于每行(行方向布線)上。第一階段激發(fā)工藝所用電壓為具有15V的固定峰值、脈沖寬度為1毫秒、脈沖間隔為10毫秒的矩形脈沖電壓。該電壓在60分鐘內(nèi)加于每一行上(行方向布線)。不進行第二階段的激發(fā)工藝。利用這些操作，與第一實施例類似制造比較例的電子源。與第一實施例類似，為了評價特性的一致性，用分散值除以各電子發(fā)射器件特性的平均值。器件電流If的該分散值為25％，發(fā)射電流Ie的該分散值為30％。
(第二實施例)該實施例中，下面介紹用于圖像顯示的圖像形成裝置。該實施例的圖像形成裝置的基本結構如圖6所示。圖7A示出了該例的熒光膜。圖20是該例電子源的局部平面圖。圖21是沿圖20中的線21-21取的剖面圖。圖20和21中，類似的元件用相同的參考數(shù)字。參考數(shù)字71表示基片，參考數(shù)字72表示與圖6所示的端子Doyn連接的列方向布線(所謂的下布線)，參考數(shù)字73表示與圖6所示的端子Dxom連接的行方向布線(也稱為上布線)，參考數(shù)字4表示包括電子發(fā)射區(qū)的薄膜，參考數(shù)字2和3表示器件電極，參考數(shù)字151表示層間絕緣膜，參考數(shù)字152表示接觸孔，器件電極2和3與下布線72通過該接觸孔電連接。
該例的電子源沿每個行方向布線具有600個電子發(fā)射元件，沿每個列方向布線具有200個電子發(fā)射元件。下面結合圖22A-22G按工藝順序具體介紹制造方法。
工藝a在鈉鈣玻璃(2.8mm厚)上，濺射淀積厚0.5mm的氧化硅膜。鈉鈣玻璃用作基片71。在該基片71上，利用真空蒸發(fā)依次淀積厚5nm和600nm的Cr和Au。然后，利用旋涂機旋涂光刻膠(AZ1370，Hoechst Aktiengesellschaft制造的)，并烘焙。然后，曝光光掩模圖像，并顯影形成下布線72的抗蝕劑圖形。然后，濕法腐蝕并去除Au/Cr層疊膜，從而形成具有要求圖形的下布線72(圖22A)。
工藝b然后，利用RF濺射淀積1.00mm厚的氧化硅膜，形成層間絕緣膜151(圖22B)。
工藝c形成光刻膠圖形，以便穿過工藝b中淀積的氧化硅膜形成接觸孔152。利用該光刻膠圖形作掩模，腐蝕層間絕級膜151，形成接觸孔(圖22C)。利用使用CF4和H2氣體的RIE(反應離子腐蝕)進行該腐蝕。
工藝d然后，利用光刻膠(RD0200N-41，由Hitachi Kassei Co.，Ltd制造的)，在器件電極2和3之間形成對應于間隙G的抗蝕圖形，利用真空蒸發(fā)，按順序淀積厚為5nm和100nm的Ti和Ni。然后，利用有機溶劑去掉光刻膠圖形，通過剝離形成具有要求圖形的電極2和3。電極2和3間的距離L1設為5nm，器件電極寬度W1設為300nm(圖22D)。
工藝e在器件電極3上形成上布線73的光刻膠圖形，然后利用真空蒸發(fā)，按順序淀積厚5nm和500nm的Ti和Au。然后，通過剝離去掉不需要的部分，形成具有要求形狀的上布線73(圖22E)。
工藝f利用真空蒸發(fā)淀積厚100nm的Cr膜，并構圖。在Cr膜上，利用旋涂機旋涂有機Pd(ccp4230，Okuno Pharmaceutical K.K制造)。然后，在300℃進行10分鐘熱處理。從而形成由PdO細顆粒構成的導電膜4。該膜4厚約10nm，薄層電阻為5×104Ω/□。此后，利用酸腐蝕劑腐蝕Cr膜153和烘焙的導電膜4，形成要求圖形(圖22F)。
工藝g形成具有對應于接觸孔152的開口的光刻膠圖形，利用真空蒸發(fā)，依次淀積厚5nm和500nm的Ti和Au。通過剝離去掉不需要的部分，掩埋接觸孔152(圖22G)。上述工藝在絕緣基片71上形成了多個列方向布線(下布線)72，多個行方面布線(上布線)73，絕緣上下布線的層間絕緣膜151，及利用上下布線通過器件電極2和3矩陣式布線的多個導電膜4。
下面結合圖6和23介紹利用上述形成的電子源基片的顯示裝置。
利用分散器在電子源基片71上的上布線73上涂敷導電熔接膏，并在上布線73上設置隔板160的一端。此時，進行烘焙，使隔板立于電子源基片上。然后，在隔板160的另一端上涂敷導電熔接膏。隔板160與面板85的黑色導電部件(黑條)對準，用熔結玻璃涂敷支撐框架。此時，在420℃烘焙10分鐘，形成管殼164。圖6中，參考數(shù)字74表示將利用隨后工藝形成的電子發(fā)射器件，參考數(shù)字72和73表示列和行方向布線。圖23是展示沿列布線方向看的管殼剖面的示意圖。
用導電熔接膏將隔板160、上布線和面板86固定在一起。該導電熔接膏含有其表面鍍金的鈉鈣玻璃球填料。鈉鈣玻璃球的平均直徑為約8微米。為在填料表面上形成導電膜，采用無電鍍敷，在低層上形成厚約0.1微米的Ni膜，并在Ni膜上形成厚約0.04微米的Au膜。這些導電填料與30wt％的熔接玻璃粉混合，加入粘合劑，制備導電熔接膏。
隔板由腐蝕成寬0.6mm、長75mm高4mm的鈉鈣玻璃構成。在隔板160上形成由氧化鎳膜構成的半導電膜161。氧化鎳膜是在使用氧化鎳靶和氬與氧混合物的氣氛下的條件下，利用濺射系統(tǒng)形成的。濺射期間基片溫度設為250℃。
在一個上布線上設置兩個并列的隔板。每十行設置一個隔板，從而利用隔板160在上布線方向上將像素區(qū)分成十個區(qū)。
面板上的熒光膜93由彩色熒光粉95、96、97和黑條布置中的黑色導電部件91構成。首先，形成黑條，然后，在兩黑條間涂敷每種彩色熒光粉，形成熒光膜93。熒光粉利用漿料法涂敷于玻璃基片上。金屬敷層85形成于熒光膜93的內(nèi)表面上。熒光膜形成后，進行平滑熒光膜內(nèi)表面的工藝(一般稱為膜化)，然后真空淀積鋁，形成金屬敷層85。在密封管殼時，精確地對準位置，以使每個電子發(fā)射器件面對彩色顯示器的相應彩色熒光粉。電子源基片上上布線的相對端和下布線的各端電連接到外部電源(未示出)。
完成的管殼164通過抽氣管耦合到圖9所示的真空系統(tǒng)，并利用磁懸浮型渦輪分子泵除氣。如下進行成形工藝和隨后的工藝。
管殼內(nèi)除氣到10-2Pa后，從外部電源，按4.2Hz的滾動頻率，給上布線加脈沖寬度為1毫秒的矩形脈沖。矩形脈沖的峰值設為12V。下布線接地。向真空系統(tǒng)的室133內(nèi)引入氫和氮(氫2％，氮98％)的混合氣，壓力保持在1000Pa。氣體流量受質(zhì)量控制器139的控制，從室133中的排泄量受抽氣機135和流量控制傳導閥的控制。
進行10分鐘的激發(fā)成形工藝后，流過導電膜的電流幾乎變?yōu)榱恪４藭r，停止加電壓，室133中的氫和氮混合氣體排出，完成成形工藝。在基片71上的多個導電膜中形成狹縫，于是形成電子發(fā)射區(qū)。
然后利用下面的第一和第二階段進行激發(fā)工藝。
(第一階段激發(fā)工藝)通過真空系統(tǒng)的真空室向管殼164內(nèi)引入芐菁，達壓力為6.6×10-2Pa。圖24是展示管殼的外部端子與為激發(fā)工藝提供電壓的電源間的連接的示圖。外部端子Doy1-Doyn(n為600)共同接地。
外部端子Dox1-Dox50、外部端子Dox51-Dox100、外部端子Dox101-Dox150及外部端子Dox151-Dox200通過各轉換盒A、B、C、D與電源A、B、C、D連接。每個由測量流過每個布線的電流的安培計構成的電流評價系統(tǒng)A、B、C、D接在轉換盒與外部端子之間。
電源A-D受控制單元提供的控制信號的控制，以便校準激發(fā)波形的相位。轉換盒和相應的電源同步操作。在包括塊Dox1-Dox50、塊Dox51-Dox100、塊Dox101-Dox150及塊Dox151-Dox200的50行的每個行塊中，選擇10行，分時對10行加電壓(滾動方式)。
因此，同時給管殼中電子源基片上的四個上布線加電壓，以便對與上布線連接的導電膜4進行第一激發(fā)工藝。激發(fā)工藝的電壓是雙極性矩形脈沖，其峰值為±14V，脈沖寬度為1毫秒，脈沖間隔為10毫秒(圖4B)。
在十行滾動時，利用電流評價系統(tǒng)測量流過每個上布線的電流。在電流超過1A時，控制轉換盒，不再對上布線加電壓。該過程重復五次，以激發(fā)所有導電膜4。
(第二階段激發(fā)工藝)管殼164中的芐菁的壓力降低到6.6×10-4Pa。與第一階段的激發(fā)工藝類似，分時給十行和與相應導電膜4連接的電極2和3加電壓，從而進行第二階段激發(fā)工藝。該激發(fā)工藝的電壓與第一階段激發(fā)工藝類似。為每個導電膜4的激發(fā)時間為30分鐘。該工藝結束時流過布線的器件電流為800mA到1A。
因此，在每個導電膜4上形成圖1A和1B所示的碳膜4A。
最后，通過在約1.33×10-4Pa的壓力下，在150℃進行10小時的烘焙處理，進行穩(wěn)定工藝，然后，用氣體燃燒器加熱排氣管，熔化并密封管殼164。
在如上完成的圖像形成裝置上顯示圖像。即，通過外部端子Dox1-Doxm(m＝200)和Doy1-Doyn(n＝600)，從未示出的信號發(fā)生器件給每個電子器件提供掃描和調(diào)制信號。通過高壓端子Hv給金屬敷層85加6kV的高壓，用以加速每個電子發(fā)射器件發(fā)射的電子。電子與受激發(fā)光的熒光膜93碰撞，形成圖像。
在行方向布線和列方向布線上加脈沖電壓，測量圖像形成裝置的每個電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性(器件電流If和發(fā)射電流Ie)的變化。If變化11％，Ie變化15％。這個變化值為分散值除以各器件的If和Ie的平均值。
(第三實施例)在第二實施例的第一階段激發(fā)工藝期間不評價器件電流，并對所有行將該激發(fā)時間設為1分鐘。其它條件與第二實施例類似，測量該圖像形成裝置的每個電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性(If和Ie)的變化。If變化15％，Ie變化20％。
(第四實施例)第一階段激發(fā)工藝的電壓具有圖25所示的波形。進行第一階段激發(fā)工藝，同時在激發(fā)電壓的一半(Vf1/2)下測量器件電流(If1/2)。其它條件與第二實施例相同。
圖25中，T1設為10毫秒，T2設為0.9毫秒，T3設為0.1毫秒。在每行的(If1/2)超過0.6mA時，停止給每行加電壓。測量該圖像形成裝置的每個電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性(If和Ie)的變化。If變化9％，Ie變化11％。
(第五實施例)在第二實施例的第一階段激發(fā)工藝期間，流過上布線的電流超過600mA時，結束第一階段激發(fā)工藝。第二階段激發(fā)工藝和隨后工藝與第一實施例類似。在第二階段激發(fā)工藝結束時，流過上布線的器件電流為350-500mA。測量該圖像形成裝置的每個電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性(If和Ie)的變化。If變化25％，Ie變化30％。第二階段激發(fā)工藝進行較長時間?；s2.5小時直到器件電流達到約600mA。
(第六實施例)在第六實施例中，通過評價流過每個導電膜的器件電流進行第一階段激發(fā)工藝。直到成形工藝的工藝與第二實施例類似。
(第一階段激發(fā)工藝)圖26是展示管殼的外部端子與為激發(fā)工藝加電壓的電源間的連接的示圖。
外部端子Doy1-Doyn(n＝600)通過由安培計構成的電流測量系統(tǒng)共同接地。外部端子Dox1-Dox50、外部端子Dox51-Dox100、外部端子Dox101-Dox150及外部端子Dox151-Dox200通過各轉換盒A、B、C、D與電源A、B、C、D連接。每個由測量流過每個布線的電流的安培計構成的電流評價系統(tǒng)A、B、C、D接在轉換盒與外部端子之間。
電源A-D受控制單元提供的控制信號的控制，以便校準激發(fā)波形的相位。轉換盒和相應的電源同步操作。在包括塊Dox1-Dox50、塊Dox51-Dox100、塊Dox101-Dox150及塊Dox151-Dox200的50行的每個行塊中，選擇10行，分時對10行加電壓(滾動方式)。因此，同時給管殼中電子源基片上的四個上布線加電壓，以便對與上布線連接的導電膜4進行第一激發(fā)工藝。
激發(fā)工藝的電壓是雙極性矩形脈沖，其峰值為±14V，脈沖寬度為1毫秒，脈沖間隔為10毫秒(圖4B)。每十分之一秒(每1000行滾動)，電源A-D中只有一個受控制單元激發(fā)(通過設置另三個電源的輸出電壓為0)，并從包括塊Dox1-Dox50、塊Dox51-Dox100、塊Dox101-Dox150及塊Dox151-Dox200的50 行的每個行塊中，選擇10行，在30毫秒期間，分時(滾動方式)為10行加電壓。
在激發(fā)工藝期間，測量流過每個與每個上布線連接的導電膜的電流。在激發(fā)工藝期間，600個導電膜的平均器件電流超過2mA時，控制轉換盒，不再對上布線加電壓。該過程重復五次，以激發(fā)所有導電膜4。第二階段的激發(fā)工藝及隨后的工藝與第二實施例類似。測量該圖像形成裝置的每個電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性(If和Ie)的變化。If變化10％，Ie變化14％。
(第七實施例)在第七實施例中，通過測量電子發(fā)射元件的器件電流和發(fā)射電流，并評價電子發(fā)射效率η，控制第一階段激發(fā)工藝的結束時間。直到成形工藝的工藝與第二實施例類似。
(第一階段激發(fā)工藝)采用圖24所示管殼的外部端子與為激發(fā)工藝加電壓的電源間的連接。與第六實施例類似，按10行為單元通過滾動加激發(fā)電壓。每十分之一秒(每1000行滾動)，電源A-D中只有一個受控制單元激發(fā)(通過設置另三個電源的輸出電壓為0)，并從包括塊Dox1-Dox50、塊Dox51-Dox100、塊Dox101-Dox150及塊Dox151-Dox200的50行的每個行塊中，選擇10行，在30毫秒期間，分時(滾動方式)為10行加電壓。
在每十分之一秒滾動上布線期間，測量流過與上布線連接的600個導電膜4的總器件電流If值及發(fā)射電流Ie。在測量發(fā)射電流量，從高壓源(未示出)給面板上的熒光膜加100V的電壓。
計算每個上布線的電子發(fā)射效率η(＝發(fā)射電流Ie/器件電流If)。在該值變得低于0.05％時，停止給該布線加電壓。該工藝重復五次，以激發(fā)所有導電膜4。第二階段激發(fā)工藝和隨后的工藝與第二實施例類似。測量該圖像形成裝置的每個電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性(If，Ie和η)的變化。If變化11％，Ie變化13％，η變化13％。
(第八實施例)在第二實施例的第一階段激發(fā)工藝期間，流過上布線的電流超過1A后5分鐘后，停止給上布線加電壓。其它條件與第二實施例類似。測量該圖像形成裝置的每個電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性(If和Ie)的變化。If變化10％，Ie變化12％。
(第九實施例)如下制造具有圖27和28所示結構的電子源基片。
首先，在玻璃基片(尺寸350×300mm，厚2.8mm)上形成SiO2層，并利用偏移印刷法印刷Pt膏，并加熱和烘焙之，形成器件電極202和203。
然后，利用絲網(wǎng)印刷法印刷Ag膏，并加熱和烘焙之，形成列方向布線(下布線)207(720個布線)和行方向布線(上布線)208(240個布線)。然后，在列方向布線207和行方向布線208間的交叉點處，利用絲網(wǎng)印刷法印刷絕緣涂料，并加熱和烘焙之，形成絕緣膜209。在電子源基片210的外圍區(qū)域中，利用絲網(wǎng)印刷法形成布線引線圖形211，以便電連接列方向布線207和行方向布線208與外部電源。通過濺射在玻璃基片的背面上形成ITO膜(100nm厚)218，以便由以后介紹的靜電吸盤固定基片。
然后，利用噴黑型噴射裝置，在器件電極202和203間加鈀絡合物的液滴，然后在350℃加熱30分鐘，形成由氧化鈀細顆粒構成的導電膜204。其厚度為20nm。利用上述工藝，形成電子源基片210，其上有多個由多個行方向布線207和列方向布線208按矩陣形布線的導電膜。
利用例如圖11所示的真空系統(tǒng)，對按上述方式制造的電子源基片210進行以下的成形工藝和激發(fā)工藝。
如圖11所示，除基片臺215上的電子源基片210的布線引線圖形211外的表面區(qū)域(參見圖29)上蓋有真空室212。O形環(huán)213設置于電子源基片210和真空室212之間，包圍電子源基片的器件區(qū)。因此，器件區(qū)與外界空氣密封。靜電吸盤216裝在基片臺215上，用以將電子源基片210固定于基片臺上。通過在形成于電子源基片210背面上的ITO膜214和靜電吸盤的電極間加1kV的電壓，吸持電子源片210。
然后，利用磁懸浮渦輪分子泵217抽出真空室內(nèi)的氣，并按以下方式進行成形工藝和隨后的工藝。
真空室內(nèi)部除氣到壓力為10-4Pa。使接觸腳與每個布線的延伸到真空室外的布線引線圖形211接觸，從而給上下布線加電壓。接觸腳Cox1-Coxm(m＝240)與上布線208的布線引線圖形211接觸，接觸腳Coy1-Coyn(n＝720)(未示出)不出與下布線207的布線引線圖形211接觸。
通過接觸腳，從外部電源，以4.2Hz的頻率依次給上布線加寬度為1毫秒的矩形脈沖。
其峰值設為12V，下布線接地。
向真空室內(nèi)引入氫和氮的混合氣體(氫為2％，氮為98％)，使壓力保持在1000Pa。氣體流量由質(zhì)量控制器220控制，從真空中排出的量由抽氣機和流量控制傳導閥219控制。激發(fā)成形工藝進行10分鐘，流過導電膜的電流幾乎變?yōu)榱?。此時，停止加電壓，排出真空室內(nèi)氫和氮的混合氣體，完成成形工藝。在電子源基片上的多個導電膜中形成狹縫，于是形成電子發(fā)射區(qū)。
然后，按第一和第二階段進行激發(fā)工藝。
(第一階段激發(fā)工藝)向真空室中引入P-芐基氰。使壓力為1.3×10-3Pa。
圖29是展示管殼的外部端子和為激發(fā)工藝加電壓的電源之間的連接的示圖。
與下布線207接觸的接觸腳Coy1-Coyn(n＝720)共同接地。與上布線208接觸的接觸腳Cox1-Cox240分成八個接觸腳塊，每個有30個接觸腳。八個接觸腳塊通過轉換盒A-H與電源A-H連接。每個由安培計構成用于測量流過每個布線的電流的電流評價系統(tǒng)接在轉換盒與接觸端子之間。
電源A-H由控制單元提供的控制信號控制，以便校準激發(fā)波形的相位。轉換盒與相應的電源同步操作。由Dox1-Dox240分成的30行構成的每個接觸腳塊中，選擇10行，分時(按滾動方式)給10行加電壓。因此同時給電子源基片上的八個上布線加電壓，從而對與上布線連接的導電膜進行第一激發(fā)工藝。激發(fā)工藝的電壓是兩極性矩形脈沖，其峰值為±14V，脈沖寬度為1毫秒，脈沖間隔為10毫秒(圖4B)。
在10行滾動時，利用電流評價系統(tǒng)測量流過每個上布線的電流。在電流超過1.3A時，控制轉換盒，停止給上布線加電壓。該工藝重復三次，以激發(fā)所有導電膜。
(第二階段激發(fā)工藝)真空室中P芐基氰的壓力降低到1.3×10-4Pa。與第一階段的激發(fā)工藝類似，分時給十行和與相應導電膜連接的電極2和3加電壓，從而進行第二階段激發(fā)工藝。該激發(fā)工藝的電壓與第一階段激發(fā)工藝類似。每個導電膜4的激發(fā)時間為30分鐘。
該工藝結束時，流過上布線的器件電流為1.0A到1.2A。
將進行了上述工藝的電子源基片210與具有玻璃框架和熒光粉的面板進行位置對準。并利用低熔點玻璃密封它們，形成真空管殼。與第二實施例類似，抽掉管殼內(nèi)的氣后，進行烘焙、密封和其它工藝，從而形成例如圖6所示的圖像形成裝置。
測量圖像形成裝置的每個電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性(器件電流If和發(fā)射電流Ie)的變化。If變化9％，Ie變化10％。
(第十實施例)該實施例中，電子源利用Spindt型電子發(fā)射器件。
圖30A-30C是展示形成電子發(fā)射器件的方法的剖面圖，圖31是設置成矩陣形的電子發(fā)射器件的布局的平面圖。
在淀積了氧化鋁電極膜后，在玻璃基片上淀積SiO2絕緣膜302，并淀積另一氧化鋁電極膜。按條形圖形構圖該疊層，形成矩陣形式的陰極301和柵極303。
利用普通光刻工藝，穿過柵極303和絕緣膜302，形成圓形小孔304。
以相對于導電基片301為銳角的角度汽相淀積由氧化鋁等構成的犧牲膜305。利用該工藝，減小柵孔的直徑，并在柵303上覆蓋犧牲膜305。
關于發(fā)射極，沿相對于導電基片301垂直的方向汽相淀積鉬306。由于進行汽相淀積，所以柵孔直徑減小，因而在小孔304的底部形成錐形陰極307。
濕式腐蝕犧牲膜305，去掉不必要的鉬306。
利用所得到的場發(fā)射電子源，以與第二實施例類似的方法形成管殼。
與第二實施例類似，利用真空系統(tǒng)除去管殼內(nèi)的氣體，然后，利用芐菁進行激發(fā)工藝。
(第一階段激發(fā)工藝)向管殼中引入芐菁，使壓力為1×10-2Pa，給設置于上部位置的陽極加5kV的電壓。這種狀態(tài)下，在陰極301和柵極303上加100V的脈沖電路2分鐘。測量陽極電流。測量的結果表明，陽極電流比沒引入芐菁的真空氣氛中的陽極電流增大十倍。
(第二階段激發(fā)工藝)然后，在將管殼中的芐菁的壓力降低到1×10-4Pa后，在陽極上加5kV的電壓。在此狀態(tài)下，在陰極301和柵極303上加100V的脈沖電壓20分鐘。在該20分鐘期間，陽極電流增大十倍。
激發(fā)工藝后，在壓力約為1.33×10-4Pa的條件，按與第二實施例類似的方式進行穩(wěn)定工藝，并在150℃烘焙10小時。用氣體燃燒器加熱未示出的排氣管，熔化之并密封管殼。
這種圖像形成裝置的電子發(fā)射器件的電子發(fā)射特性為14％。
根據(jù)上述實施例，在同時處理多個電子發(fā)射器件的激發(fā)工藝中，可以在沒有不充足有機物質(zhì)源氣的條件，在電子發(fā)射區(qū)及其附近區(qū)中淀積含碳物質(zhì)。因此，可以防止因有機物質(zhì)氣體供應量不足造成的電子發(fā)射特性一致性下降。在多個激發(fā)工藝中的最后激發(fā)工藝中，有機物質(zhì)的分壓設定為低于先前的激發(fā)工藝。因此，可以優(yōu)化電子發(fā)射持性，使內(nèi)部電子發(fā)射特性一致并很穩(wěn)定。
因此，可以提供較小發(fā)光變化、高質(zhì)量和高穩(wěn)定性的圖像形成裝置，并具有很好的再生產(chǎn)性。在激發(fā)工藝中，可以同時形成多個電子發(fā)射器件，同時不會降低電子發(fā)射特性的一致性。由于可以縮短生產(chǎn)流程時間，所以預計可以降低生產(chǎn)成本。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種制造電子發(fā)射器件和電子源的方法，能夠在短時間內(nèi)進行激發(fā)工藝。
本發(fā)明還可以提供一種制造電子發(fā)射器件和電子源的方法，能夠利用短時間激發(fā)工藝形成具有良好結晶性的碳或碳化合物膜。
本發(fā)明還可以提供一種制造具有多個電子發(fā)射器件的電子源的方法，能夠在短時間內(nèi)進行激發(fā)工藝。
本發(fā)明還可以提供一種制造具有一致性良好的多個電子發(fā)射器件的電子源的方法，能夠在短時間內(nèi)進行激發(fā)工藝。
本發(fā)明還可以提供一種制造具有一致發(fā)光特性的圖像形成裝置。
權利要求
1.一種制造電子發(fā)射器件的方法，包括在基片上形成一對導體的步驟，所說導體彼此隔開；及在碳化合物氣體的氣氛中，在該對導體的至少一側上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中所說激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在碳化合物的分壓高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝中碳化合物分壓的氣氛中進行。
2.一種制造電子源的方法，包括在基片上形成多對導體的步驟，所說導體間彼此隔開；及在碳化合物氣體的氣氛中，在多對導體的每對的至少一側上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中所說激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在碳化合物的分壓高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝中碳化合物分壓的氣氛中進行。
3.根據(jù)權利要求2的制造電子源的方法，其中第一工藝中碳化合物氣體的分壓為5×10-4Pa或更高。
4.根據(jù)權利要求2的制造電子源的方法，其中第二工藝中碳化合物氣體的分壓為5×10-3Pa或更低。
5.根據(jù)權利要求2的制造電子源的方法，其中第一工藝期間碳或碳化合物的淀積量大于第二工藝期間碳或碳化合物的淀積量。
6.根據(jù)權利要求2的制造電子源的方法，其中第一工藝期間碳或碳化合物的淀積量是第二工藝和隨后的工藝后的碳或碳化合物的淀積量的70％或更大。
7.根據(jù)權利要求2的制造電子源的方法，其中根據(jù)多對導體中每對的電特性的評價結果結束第一工藝。
8.根據(jù)權利要求7的制造電子源的方法，其中電特性是流過多對導體的每一對的器件電流。
9.根據(jù)權利要求8的制造電子源的方法，其中在器件電流超過等于或大于第二工藝結束時得到的器件電流的參考值后，結束第一工藝。
10.根據(jù)權利要求8的制造電子源的方法，其中在器件電流超過等于或大于第二工藝結束時得到的器件電流的參考值后的預定時間后，結束第一工藝。
11.根據(jù)權利要求7的制造電子源的方法，其中電特性是低于所說激發(fā)步驟所用的電壓(Vf)的電壓(Vf’)下的器件電流。
12.根據(jù)權利要求11的制造電子源的方法，其中Vf’＝Vf/2。
13.根據(jù)權利要求7的制造電子源的方法，其中電特性是流過多對導體的每一對的器件電流和相應導體對發(fā)射的發(fā)射電流。
14.根據(jù)權利要求13的制造電子源的方法，其中電特性是發(fā)射電流與器件電流之比。
15.根據(jù)權利要求2的制造電子源的方法，其中對基片上所有多對導體的第一工藝結束后，在降低碳化合物分壓時，不給各多對導體加電壓。
16.根據(jù)權利要求15的制造電子源的方法，其中通過降低從碳化合物供應源引入到氣氛中的碳化合物的流量，來降低碳化合物的分壓。
17.根據(jù)權利要求2的制造電子源的方法，其中淀積碳或碳化合物的所說激發(fā)步驟包括在碳化合物氣氛中給多對導體的每一對加電壓的步驟。
18.根據(jù)權利要求2的制造電子源的方法，其中形成多對導體的所說步驟包括給基片上的多對導體的每一對加電壓的步驟。
19.根據(jù)權利要求2的制造電子源的方法，其中多對導體的每一對包括一對彼此隔開的導電膜，和分別與該對導電膜連接的一對電極。
20.一種制造電子發(fā)射器件的方法，包括形成包括電子發(fā)射區(qū)并位于電極之間的導電膜的步驟；及在碳化合物氣體氣氛中，在導電膜上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中所說激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在碳化合物的分壓高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝中碳化合物分壓的氣氛中進行。
21.一種制造電子源的方法，包括形成多個導電膜的步驟，每個導電膜包括電子發(fā)射區(qū)，并設置于電極之間；在碳化合物氣體氣氛中，在多個導電膜的每個上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝，其中所述激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝，包括第一工藝和第二工藝，第一工藝在碳化合物的分壓高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝中碳化合物分壓的氣氛中進行。
22.根據(jù)權利要求21的制造電子源的方法，其中第一工藝中碳化合物氣體的分壓為5×10-4Pa或更高。
23.根據(jù)權利要求21的制造電子源的方法，其中第二工藝中碳化合物氣體的分壓為5×10-3Pa或更低。
24.根據(jù)權利要求21的制造電子源的方法，其中第一工藝期間碳或碳化合物的淀積量大于第二工藝期間碳或碳化合物的淀積量。
25.根據(jù)權利要求21的制造電子源的方法，其中第一工藝期間碳或碳化合物的淀積量是第二工藝和隨后的工藝后的碳或碳化合物的淀積量的70％或更大。
26.根據(jù)權利要求21的制造電子源的方法，其中根據(jù)多對導體中每對的電特性的評價結果結束第一工藝。
27.根據(jù)權利要求26的制造電子源的方法，其中電特性是流過各電極的器件電流。
28.根據(jù)權利要求27的制造電子源的方法，其中在器件電流超過等于或大于第二工藝結束時得到的器件電流的參考值后，結束第一工藝。
29.根據(jù)權利要求27的制造電子源的方法，其中在器件電流超過等于或大于第二工藝結束時得到的器件電流的參考值后的預定時間后，結束第一工藝。
30.根據(jù)權利要求26的制造電子源的方法，其中電特性是低于所說激發(fā)步驟所用的電壓(Vf)的電壓(Vf’)下的器件電流。
31.根據(jù)權利要求30的制造電子源的方法，其中Vf’＝Vf/2。
32.根據(jù)權利要求26的制造電子源的方法，其中電特性是各電極間流過的器件電流和相應導電膜發(fā)射的發(fā)射電流。
33.根據(jù)權利要求32的制造電子源的方法，其中電特性是發(fā)射電流與器件電流之比。
34.根據(jù)權利要求21的制造電子源的方法，其中對基片上所有導電膜的第一工藝結束后，在降低碳化合物分壓時，不給電極間加電壓。
35.根據(jù)權利要求34的制造電子源的方法，其中通過降低從碳化合物供應源引入到氣氛中的碳化合物的流量，來降低碳化合物的分壓。
36.根據(jù)權利要求21的制造電子源的方法，其中淀積碳或碳化合物的所說激發(fā)步驟包括在碳化合物氣氛中給多個導電膜的每一個加電壓的步驟。
37.根據(jù)權利要求21的制造電子源的方法，其中形成多對導電膜的所說步驟包括給多個導電膜的每一個加電壓的步驟。
38.一種制造圖像形成裝置的方法，包括以下步驟面對根據(jù)權利要求2-19和21-37中的任何一個制造的電子源設置框架部件，該框架部件包括利用電子源發(fā)射的電子束形成圖像的圖像形成部件。
全文摘要
一種制造電子發(fā)射器件的方法包括在基片上形成一對導體的步驟,所說導體彼此隔開,還包括在碳化合物氣體的氣氛中,在一對導體的至少一側上淀積碳或碳化合物的激發(fā)工藝。激發(fā)工藝包括分兩個或多個階段的多個工藝,包括第一工藝和第二工藝。第一工藝在高于作為最后激發(fā)工藝的第二工藝的分壓的碳化合物氣氛中進行。
文檔編號H01J1/316GK1269594SQ0010650
公開日2000年10月11日 申請日期2000年2月25日 優(yōu)先權日1999年2月25日
發(fā)明者神代和浩, 大西敏一 申請人:佳能株式會社