專利名稱：電子發(fā)射元件、電子源、圖象顯示裝置、以及它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子發(fā)射元件、電子源、圖象顯示裝置、以及它們的制造方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，作為電子發(fā)射元件已知有大致區(qū)分的使用熱陰極電子發(fā)射元件和冷陰極電子發(fā)射元件的2種。在冷陰極電子發(fā)射元件中有電場(chǎng)發(fā)射型(以下，稱為“FE型”)、金屬/絕緣層/金屬型(以下稱為“MIM”型)和表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件等。
作為FE型的例子，有在W.P.Dyke & W.W.Dolan，“Fieldemission”，Advance in Electoron Physics，8，89(1956)或者C.A.Spindt，“PHYSICAL Properties of thin-film field emission cathodeswith molybdenium cones”，J.Appl.Phys.，47，5248(1976)，特開(kāi)平3-46729號(hào)公報(bào)等中公開(kāi)的例子。
作為MIM型的例子，有在C.A.Mead，“Operation ofTunnel-Emission Devices”，J.Apply.Phys.，32，646(1961)等中公開(kāi)的例子。
作為表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件的例子，有M.I.Elinson在RedioEng.Electron Phys.，10，1290，(1965)，以及特開(kāi)平7-235255號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平8-102247號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平8-273523號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平9-102267號(hào)公報(bào)、特許第2836015號(hào)、特許第2903295號(hào)公報(bào)，特開(kāi)2000-231872號(hào)公報(bào)等中公開(kāi)的例子。
表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件，是利用通過(guò)在基板上形成的小面積的薄膜上、使電流與膜面平行地流過(guò)、產(chǎn)生電子發(fā)射的現(xiàn)象而形成的。作為該表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件，已知的有上述Elinson等人采用的SnO2薄膜的元件、采用Au薄膜的元件[G.Dittmer“Thin SolidFilms”，9，317(1972)]、采用In2O3/SnO2薄膜的元件[M.Hartwelland C.G.Fonstad“IEEE Trans.EDConf.”519(1975)]，以及采用碳薄膜的元件[荒木久他真空，第26卷，第1號(hào)，22頁(yè)(1983)]等。
如果使用形成有多個(gè)如上述那樣的電子發(fā)射元件的電子源基板，則通過(guò)和由熒光體等構(gòu)成的圖象形成部件組合，則可以構(gòu)成圖象形成裝置。
但是，在上述的表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件中，不一定能得到滿足電子發(fā)射特性以及電子發(fā)射效率穩(wěn)定的元件，在現(xiàn)實(shí)中使用它提供高亮度、動(dòng)作穩(wěn)定性優(yōu)異的圖象形成裝置是極其困難的。
因而，例如，如特開(kāi)平7-235255號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平8-264112號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平8-321254號(hào)公報(bào)所示，有對(duì)“成形加工工序”完成后的元件實(shí)施被稱為“活性化工序”的處理的情況。所謂“活性化工序”，是通過(guò)該工序使元件電流If、發(fā)射電流Ie顯著變化的工序。
“活性化工序”，可以在含有有機(jī)物質(zhì)的氣體氛圍下，和“成形加工工序”一樣，通過(guò)在元件上反復(fù)施加脈沖電壓來(lái)進(jìn)行。通過(guò)該處理，從存在于氣體氛圍中的有機(jī)物質(zhì)中，在由“成形加工工序”形成的間隙內(nèi)以及間隙附近堆積碳或者碳化合物。由此，元件電流If、發(fā)射電流Ie顯著變化，可以得到更好的電子發(fā)射特性。
另外，例如在特開(kāi)平8-321254號(hào)公報(bào)等中公開(kāi)了用和上述公報(bào)中記載的“活性化工序”不同的方法提高電子發(fā)射特性的工藝。
圖40示意地展示了上述公報(bào)等中所示的“活性化工序”所形成的表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件的結(jié)構(gòu)。圖40(A)以及圖40(B)分別是在上述公報(bào)等中公開(kāi)的上述電子發(fā)射元件的平面圖以及斷面圖。
在圖40中，131是基板，132、133是相對(duì)的一對(duì)電極(元件電極)，134是導(dǎo)電性膜，135是第2間隙，136是碳膜，137是第1間隙。
圖41模式化地展示了圖40所示結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射元件的制造工序的一例。
首先，在基板131上形成一對(duì)電極132、133(圖41(A))。
接著，形成連接電極132、133之間的導(dǎo)電性膜134(圖41(B))。
而后，使電流流過(guò)電極132、133之間，進(jìn)行在導(dǎo)電性膜134的一部分上形成第2間隙135的“成形加工工序”(圖41(C))。
進(jìn)而，在碳化合物氣體氛圍中，在上述電極132、133之間施加電壓，進(jìn)行在第2間隙135內(nèi)的基板131上，以及在其附近的導(dǎo)電膜134上形成碳膜136的“活性化工序”，形成電子發(fā)射元件(圖41(D))。
另一方面，在特開(kāi)平9-237571號(hào)公報(bào)上揭示了一種電子發(fā)射元件的制造方法。該方法不用通過(guò)在包含有機(jī)物質(zhì)的氣體氛圍下、在元件電流間反復(fù)施加脈沖電壓而在元件上堆積碳和/或碳化合物的上述活化工序，而是由在導(dǎo)電性膜上涂布熱硬化樹脂等的材料的工序以及對(duì)其進(jìn)行碳化的工序組成。
但是，在現(xiàn)有的元件中存在以下兩大問(wèn)題。
1)在使用導(dǎo)電膜的情況下，不容易高精度地形成膜厚度、膜材質(zhì)，在形成如平面顯示板那樣的多個(gè)電子發(fā)射元件的情況下，成為使均勻性下降的主要原因。
2)為了形成具有良好的電子發(fā)射特性的窄的間隙，要有形成含有有機(jī)物質(zhì)的氣體氛圍的工序、在導(dǎo)電性膜上高精度地形成高分子的工序等，附加的工序多，工序管理也復(fù)雜化了。
進(jìn)而，為了使顯示穩(wěn)定，應(yīng)用了多個(gè)電子發(fā)射元件的圖象形成裝置需要使各個(gè)電子發(fā)射元件的電子發(fā)射特性一致，但在現(xiàn)有的表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件中具有以下的問(wèn)題。
表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件的電子發(fā)射部分通過(guò)“成形加工工序”(以及“活性化工序”)形成，形成電子發(fā)射部分的位置有時(shí)不一樣。
可是，在由多個(gè)電子發(fā)射元件組成的電子源中，當(dāng)對(duì)于各個(gè)電子發(fā)射元件在各個(gè)不同位置上形成電子發(fā)射部分的情況下，如果在這些元件上施加同一極性的電壓，則有發(fā)生電子發(fā)射量顯著不均勻的情況。在使用這樣的電子源的圖象顯示裝置中，會(huì)產(chǎn)生亮度不均勻的情況。
因而，希望使用在一定的位置上形成電子發(fā)射部分的電子發(fā)射元件，但是過(guò)去，在簡(jiǎn)單地控制電子發(fā)射部分的形成位置方面是不夠充分的。
另外，在上述現(xiàn)有的元件中，通過(guò)在“成形加工工序”以外加上進(jìn)行“活性化工序”等，在由“成形加工工序”形成的第2間隙135的內(nèi)部，配置具有更窄的第1間隙137的、由碳或者碳化合物組成的碳膜136，得到良好電子發(fā)射特性。
但是，在制造使用這種現(xiàn)有的電子發(fā)射元件的圖象形成裝置的時(shí)，具有以下的問(wèn)題。
在“成形加工工序”和“活性化工序”中有反復(fù)的通電工序和在各工序中形成適宜的氣體氛圍的工序等較多的附加工序，各工序的管理復(fù)雜化。
另外，當(dāng)把上述電子發(fā)射元件用于顯示器等的圖象形成裝置的情況下，為了降低裝置的耗電也希望進(jìn)一步提高電子發(fā)射特性。
因而，本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，提供了一種尤其可以簡(jiǎn)化電子發(fā)射元件的制造工序、并且可以改善電子發(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，以及圖象形成裝置的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述的課題進(jìn)行不斷深入研究。
本發(fā)明的一種形態(tài)的電子發(fā)射元件的特征在于包含，在基體表面上隔開(kāi)配置的第1以及第2電極；被配置在上述第1以及第2電極之間的上述基體表面上、并與上述第2電極連接的碳膜；配置在與上述第2電極連接的碳膜和上述第1電極之間的間隙，
在上述間隙中，上述碳膜的表面和上述第1電極的表面的間隔，從上述基體表面開(kāi)始向上方變窄，并在上述間隙內(nèi)至少露出上述第1電極的表面的一部分。
此外，其特征在于在上述第1電極上配置碳膜。這種情況下，其特征在于在上述間隙內(nèi)還設(shè)置上述第1電極和被配置在上述第1電極上的碳膜的界面。這種情況下，其特征還在于通過(guò)上述第1電極和第2電極，在相對(duì)上述基體表面實(shí)際上垂直的平面上，上述第1電極上的上述碳膜距離上述基體表面的高度比與上述第2電極連接的碳膜距離上述基體表面的高度要高。
本發(fā)明的這一種形態(tài)的特征還在于在上述間隙的至少一部分中，與上述第2電極連接的碳膜和上述第1電極互相相對(duì)。
本發(fā)明的另一形態(tài)的電子發(fā)射元件具有被配置在基體表面上的第1以及第2電極；被配置在上述第1電極和第2電極之間的上述基體表面上的碳膜，其一端覆蓋上述第1電極的一部分，另一端覆蓋上述第2電極的一部分，并具有間隙，其特征在于在上述間隙內(nèi)露出上述第1電極的表面，上述間隙的寬度從上述基體表面開(kāi)始、在離開(kāi)基體表面的上方變窄。
另外，上述碳膜和上述第1電極在上述間隙的至少一部分上互相相對(duì)。進(jìn)而，位于上述第1電極上的上述碳膜的一部分與上述第1電極的界面被配置在上述間隙內(nèi)。
本發(fā)明的又一形態(tài)的電子發(fā)射元件的特征在于在基體表面上具有隔開(kāi)配置的第1以及第2電極；被配置在上述第1電極和第2電極之間的上述基體表面上的碳膜，其一端覆蓋上述第2電極的一部分；由上述碳膜的另一端部、上述第1電極至少限定出其一部分的間隙。
另外，其特征在于上述碳膜的另一端部與上述第1電極之間的間隔，從上述基體表面開(kāi)始，在離開(kāi)基體表面的上方變窄。而且，在上述第1電極上配置碳膜。
另外，其特征在于在通過(guò)上述第1電極和第2電極、相對(duì)上述基體表面實(shí)際上垂直的平面上，上述第1電極上的碳膜距離上述基體表面的高度，比覆蓋上述第2電極的一部分、被配置在上述第1電極和上述第2電極之間的上述基體表面上的碳膜距離上述基體表面的高度要高。
進(jìn)而，其特征在于與上述第2電極連接的第2碳膜和上述第1電極在上述間隙的至少一部分上互相相對(duì)。
本發(fā)明的又一形態(tài)的電子發(fā)射元件，其特征在于具有被配置在基體表面上的第1以及第2電極；被配置在上述第1電極和第2電極之間的上述基體表面上的、其一端部覆蓋上述第1電極的一部分、另一端部覆蓋上述第2電極的一部分并具有間隙的碳膜，在上述間隙內(nèi)露出上述第1電極的表面。
另外，其特征在于在上述間隙內(nèi)露出被配置在上述第1電極上的上述碳膜的一部分和上述第1電極的界面。
本發(fā)明的再一形態(tài)的電子發(fā)射元件具有被配置在基體表面上的第1以及第2電極；被配置在上述第1電極和第2電極之間的上述基體表面上、其一端部覆蓋上述第2電極的一部分的碳膜，以及上述碳膜的另一端部和上述第1電極隔著空隙相互面對(duì)。
另外，其特征在于上述碳膜的另一端部從上述基板表面上離開(kāi)。另外的特征在于在上述第1電極上配置碳膜。還有特征在于在通過(guò)上述第1電極和第2電極、相對(duì)上述基體表面實(shí)際上垂直的平面上，上述第1電極上的碳膜距離基體表面的高度比覆蓋上述第2電極的一部分、被配置在上述第1電極和上述第2電極之間的上述基體表面上的碳膜距離上述基體表面的高度要高。
這些本發(fā)明的電子發(fā)射元件，作為更理想的特征包含“位于上述間隙內(nèi)的上述基體表面的至少一部分是凹狀”，“在上述間隙上配置有多個(gè)電子發(fā)射部分(也稱為“電子發(fā)射點(diǎn)”或者“電子發(fā)射部分位”)”，“通過(guò)在上述第1電極和上述第2電極之間施加電壓，對(duì)應(yīng)被施加在上述第1電極和第2電極之間的電場(chǎng)的方向顯示非對(duì)稱的電子發(fā)射特性”。
“在上述第1電極和上述第2電極的連接方向上的，上述間隙的寬度在50nm以下”，“在上述第1電極和上述第2電極的連接方向上的，上述間隙的寬度在10nm以下”，“在上述第1電極和上述第2電極的連接方向上的，上述間隙的寬度在5nm以下”。
本發(fā)明的電子發(fā)射元件的制造方法的特征在于包括下列步驟在基體上配置一對(duì)電極和連接該電極間的高分子膜；低電阻化處理上述高分子膜；在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙；通過(guò)在經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜時(shí)，使在一個(gè)電極端部附近產(chǎn)生的焦耳熱比在另一個(gè)電極的端部附近產(chǎn)生的焦耳熱高的方法形成上述間隙。
本發(fā)明的又一電子發(fā)射元件的制造方法的特征在于包括下列步驟在基體上形成一對(duì)電極和連接該電極間的高分子膜，使得上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極和上述高分子膜的接觸電阻與上述一對(duì)電極中的另一電極和上述高分子膜的接觸電阻不同；低電阻化處理上述高分子膜；在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到膜上形成間隙，上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
本發(fā)明的再一電子發(fā)射元件的制造方法的特征在于包括下列步驟在基體上配置一對(duì)電極和通過(guò)覆蓋該一對(duì)電極各自的一部分連接該一對(duì)電極間的高分子膜；低電阻化處理上述高分子膜；
在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，以及在上述高分子膜形成階梯狀覆蓋，使得覆蓋上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極的一部分的那部分階梯狀覆蓋層與在上述高分子膜覆蓋上述一對(duì)電極中的另一個(gè)電極的一部分的那部分階梯狀覆蓋層不同，其中，上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極，使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
本發(fā)明的又一電子發(fā)射元件的制造方法的特征在于包括下列步驟在上述基體上配置一對(duì)電極和連接該電極間的高分子膜，使得由上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極和上述高分子膜構(gòu)成的形狀和用上述一對(duì)電極中的另一個(gè)電極和上述高分子膜構(gòu)成的形狀不同；低電阻化處理上述高分子膜；在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
本發(fā)明的再一電子發(fā)射元件的制造方法的特征在于包括下列步驟在基體上形成相互形狀不同的一對(duì)電極和連接該對(duì)電極間的高分子膜；低電阻化處理上述高分子膜；在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
本發(fā)明上述的電子發(fā)射元件的制造方法中更理想的特征還包含“上述一對(duì)電極以相互不同大小形成”；“上述一對(duì)電極形成為相互厚度不同”；“上述一對(duì)電極，形成為上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極的側(cè)面和上述基體面所成的角度與上述一對(duì)電極中的另一電極的側(cè)面和上述基體面所成的角度不同”。
本發(fā)明的又一電子發(fā)射元件的制造方法的特征在于包括下列步驟在基體上配置材料相互不同的一對(duì)電極和連接該電極間的高分子膜；低電阻化處理上述高分子膜；在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
本發(fā)明的又一電子發(fā)射元件的制造方法的特征在于包括下列步驟在基體上配置表面能量相互不同的一對(duì)電極；配置連接被配置在上述基體上的上述一對(duì)電極間的高分子膜；低電阻化處理上述高分子膜；在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，以及通過(guò)把構(gòu)成該高分子膜的高分子的溶液或者其母液涂布在上述基體上并加熱被涂布有該溶液的上述基體、形成連接上述電極間的高分子膜，其中，上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
上述又一電子發(fā)射元件的制造方法的特征在于包括下列步驟在基體上配置組成相互不同的一對(duì)電極；形成連接被配置在上述基體上的上述一對(duì)電極間的高分子膜；低電阻化處理上述高分子膜的工序；在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，以及通過(guò)把構(gòu)成該高分子膜的高分子的溶液或者其母液涂布在上述基體上并加熱被涂布有該溶液的上述基體形成連接上述電極間的高分子膜，其中，上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
本發(fā)明上述的電子發(fā)射元件的制造方法中更理想的特征還包含“上述一對(duì)電極是通過(guò)在實(shí)際上由同樣材料構(gòu)成的一對(duì)導(dǎo)電性部件中的一個(gè)中，添加和上述導(dǎo)電性部件不同的材料形成的”，“通過(guò)下列方法形成上述一對(duì)電極連接實(shí)際上由同樣材料構(gòu)成的一對(duì)導(dǎo)電部件中的至少一個(gè)和由標(biāo)準(zhǔn)電極電位比構(gòu)成上述導(dǎo)電性部件的材料低的材料組成的部件，至少加熱由標(biāo)準(zhǔn)電極電位比構(gòu)成上述導(dǎo)電性部件的材料低的材料構(gòu)成的部件”。
本發(fā)明的再一電子發(fā)射元件的制造方法的特征在于包括下列步驟在基體上配置一對(duì)電極和連接該電極間的高分子膜，使得上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極與上述高分子膜的連接長(zhǎng)度和上述一對(duì)電極中的另一個(gè)電極與上述高分子膜的連接長(zhǎng)度不同；低電阻化處理上述高分子膜；在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
本發(fā)明上述的電子發(fā)射元件的制造方法中更理想的特征還包含“上述連接長(zhǎng)度是在上述一對(duì)電極的端部上、上述高分子和上述各個(gè)電極連接的長(zhǎng)度”，“上述連接長(zhǎng)度是通過(guò)上述一對(duì)電極中的每一個(gè)和上述高分子膜以及上述基體連接形成的部分的長(zhǎng)度”。
本發(fā)明的又一電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于包含下列步驟在基體上配置一對(duì)電極和連接該一對(duì)電極間的高分子膜；低電阻化處理，使得上述高分子膜在接近上述一對(duì)電極中一個(gè)電極的區(qū)域比接近另一電極的區(qū)域電阻低；通過(guò)使電流流過(guò)在上述高分子膜上實(shí)施低電阻化處理得到的膜，在其一部分上形成間隙。
本發(fā)明上述的電子發(fā)射元件的制造方法中更理想的特征還包含
“上述低電阻化處理步驟，包含將上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極加熱到比另一個(gè)電極的溫度高的工序”；“上述低電阻化處理步驟包含對(duì)上述高分子膜照射電子、光、離子的至少一種的工序”；“上述基體由光透過(guò)性材料組成，使上述光透過(guò)上述基體照射在上述一個(gè)電極上”；“上述低電阻化處理步驟包含對(duì)上述高分子膜照射電子、光、離子的至少一種的工序”；“通過(guò)使電流流過(guò)在上述高分子膜上實(shí)施低電阻化處理得到的膜，同時(shí)進(jìn)行在其一部分上形成間隙的步驟和上述低電阻化處理步驟”。
在這些本發(fā)明的電子發(fā)射元件的制造方法中可以列舉以下各種理想的形態(tài)“上述一對(duì)電極形成為相互大小不同”；“上述一對(duì)電極形成為相互厚度不同”，“上述一對(duì)電極形成為上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極的側(cè)面與上述基體面所成的角度和上述一對(duì)電極中的另一電極的側(cè)面與上述基體面所成的角度不同”；“上述一對(duì)電極是通過(guò)在實(shí)際上由相同材料形成的一對(duì)導(dǎo)電性部件中的一個(gè)中添加和上述導(dǎo)電性部件不同的材料形成的”；“上述一對(duì)電極是通過(guò)下列方法形成的連接實(shí)際上由同樣材料形成的一對(duì)導(dǎo)電部件中的至少一個(gè)和由標(biāo)準(zhǔn)電極電位比構(gòu)成上述導(dǎo)電性部件的材料低的材料組成的部件，至少加熱與構(gòu)成上述導(dǎo)電性部件的材料相比其標(biāo)準(zhǔn)電極電位更低的材料構(gòu)成的部件”；“上述連接長(zhǎng)度是上述高分子在上述一對(duì)電極的端部和上述各個(gè)電極的連接的長(zhǎng)度”；“上述連接長(zhǎng)度是上述一對(duì)電極的每一個(gè)與上述高分子膜和上述基體連接形成的部分的長(zhǎng)度”；“形成上述高分子膜的步驟，是通過(guò)使用噴射法，給予構(gòu)成上述高分子膜的高分子溶液，或者構(gòu)成上述高分子膜的高分子的母液進(jìn)行的”；“上述溶液，是從上述一對(duì)電極的間隙中心偏離給予的”；“低電阻化上述高分子膜的步驟，是通過(guò)向被配置在上述電極間的上述高分子膜照射粒子束或者光進(jìn)行的”；“上述粒子束是電子束”；“上述粒子束是離子束”；“上述光是激光束”。
本發(fā)明電子源的特征在于在基體上配置多個(gè)本發(fā)明上述的電子發(fā)射元件。
另外，本發(fā)明的電子源的制造方法是具有多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源的制造方法，該電子發(fā)射元件通過(guò)本發(fā)明上述的電子發(fā)射元件的制造方法制造。
另外，本發(fā)明的圖象顯示裝置的特征在于具有本發(fā)明上述的電子源和發(fā)光部件。
另外，本發(fā)明的圖象顯示裝置的制造方法是具備具有多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源和發(fā)光部件的圖象顯示裝置的制造方法，其特征在于該電子源由本發(fā)明上述的電子源的制造方法制造。
本發(fā)明上述的電子發(fā)射元件的另一形態(tài)是以把上述一對(duì)電極中的一個(gè)作為共用電極，并列配置2個(gè)電子發(fā)射元件為特征的電子發(fā)射元件，本發(fā)明包括以在基體上配置多個(gè)這樣的電子發(fā)射元件為特征的電子源，還包括以具有這樣的電子源、發(fā)光部件為特征的圖象顯示裝置。
在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，在一定的位置上形成成為電子發(fā)射部分的間隙，可以重現(xiàn)性好地制造電子發(fā)射特性優(yōu)異的電子發(fā)射元件。
如果采用本發(fā)明，則與需要形成導(dǎo)電性膜的工序、在該導(dǎo)電性膜上形成間隙的工序、形成包含有機(jī)化合物的氣體氛圍的工序(或者，在導(dǎo)電性膜上形成高分子膜的工序)、在通過(guò)對(duì)導(dǎo)電性膜通電形成碳膜的同時(shí)，在該碳膜上形成間隙的工序的現(xiàn)有的制造方法相比，可以大幅度簡(jiǎn)化其制造工序。
而且，采用本發(fā)明可以把形成在碳膜上的間隙有選擇地形成在一個(gè)電極的附近。因此，可以一致性好并且穩(wěn)定地制造電子發(fā)射部分。
用本發(fā)明制造的電子發(fā)射元件，因?yàn)槟蜔嵝砸埠芎?，所以還可以謀求提高現(xiàn)有受導(dǎo)電性膜性能限制的電子發(fā)射特性。
另外，用本發(fā)明制造的電子發(fā)射元件，其電子發(fā)射率高，在用于顯示器等的圖象形成裝置的情況下，可以降低裝置的耗電。
進(jìn)而，用本發(fā)明制造的電子發(fā)射元件，因?yàn)榭梢砸恢碌夭⑶铱刂屏己玫刂圃祀娮影l(fā)射部分，所以在用于顯示器等的圖象形成裝置的情況下，畫面內(nèi)的均勻性高，并且，可以抑制各裝置間的離散。
另外，在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中的導(dǎo)電特性，對(duì)應(yīng)于施加電壓的極性呈現(xiàn)明顯的非對(duì)稱。即，當(dāng)在接近間隙一側(cè)的電極上施加正電壓時(shí)，在與其相反的極性的情況相比時(shí)，以同樣電壓(約20V)比較，可流過(guò)10倍以上的電流。
這時(shí)，電壓-電流特性顯示為在高電場(chǎng)下的隧道傳導(dǎo)型。另外，在元件上配置陽(yáng)極電極，例如把元件和陽(yáng)極電極間距離設(shè)置為2mm，把陽(yáng)極電壓設(shè)置在1kV，可以得到1％以上的高的電子發(fā)射效率。其效率是現(xiàn)有的表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件的電子發(fā)射效率的數(shù)倍。
可以得到非對(duì)稱電子發(fā)射特性以及高的電子發(fā)射效率的原因在當(dāng)前的技術(shù)中還不明確，但和在非對(duì)稱的電子發(fā)射部分中引起電子發(fā)射有關(guān)，其原因之一是，當(dāng)把接近間隙的電極一側(cè)的電位設(shè)定得比另一方電極的電位高來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的情況下，可以得到更多的電子發(fā)射點(diǎn)。


圖1是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件一例的示意圖。
圖2是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件制造方法的一例的示意圖。
圖3是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件制造方法的一例的示意圖。
圖4是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件的另一例的示意圖。
圖5是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件的另一例的示意圖。
圖6是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件制造方法的另一例的示意圖。
圖7是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件制造方法的另一例的示意圖。
圖8是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件制造方法的另一例的示意圖。
圖9是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件制造方法的另一例的示意圖。
圖10是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件的另一例的示意圖。
圖11是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件的電傳導(dǎo)特性分布例子的示意圖。
圖12是展示具備測(cè)定評(píng)價(jià)功能的真空裝置一例的示意圖。
圖13是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件的電子發(fā)射特性的示意圖。
圖14是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源的制造工序的一例的示意圖。
圖15是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的圖象顯示裝置的顯示板一例的示意圖。
圖16是展示用本發(fā)明制造的電子發(fā)射元件的一例的平面示意圖以及斷面示意圖。
圖17是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件的制造方法一例的斷面示意圖。
圖18是展示用本發(fā)明制造的電子發(fā)射元件的另一例的斷面示意圖。
圖19是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源制造工序一例的示意圖。
圖20是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源制造工序一例的示意圖。
圖21是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源制造工序一例的示意圖。
圖22是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源制造工序一例的示意圖。
圖23是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源制造工序一例的示意圖。
圖24是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源制造工序一例的示意圖。
圖25是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源制造工序一例的示意圖。
圖26是展示用本發(fā)明制造的圖象形成裝置的一例的透視示意圖。
圖27是展示本發(fā)明的圖象形成裝置的制造工序的一例的示意圖。
圖28是展示本發(fā)明的另一實(shí)施方式中的電子發(fā)射元件的構(gòu)造的示意圖。
圖29是圖28所示的電子發(fā)射元件的制造工序的示意圖。
圖30是本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源制造工序一例的示意圖。
圖31是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源的示意圖。
圖32是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件的另一制造工序的示意圖。
圖33是本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源制造工序一例的示意圖。
圖34是本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源制造工序一例的示意圖。
圖35是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源的示意圖。
圖36是展示本發(fā)明的電子發(fā)射元件的另一制造工序的示意圖。
圖37是本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源制造工序一例的示意圖。
圖38是展示本發(fā)明的單純矩陣配置的電子源的示意圖。
圖39是展示本發(fā)明的元件電極的配置的示意圖。
圖40是現(xiàn)有的電子發(fā)射元件的示意圖。
圖41是現(xiàn)有的電子發(fā)射元件的制造工序的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明并未局限于這些實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明的電子發(fā)射元件的一構(gòu)成例子的示意圖，(a)是平面圖，(b)是通過(guò)電極2、3之間，相對(duì)配置有電極2、3的基體1的表面實(shí)際上垂直的平面(斷面)圖。
在圖1中，1是基體，2和3是電極，4’是碳膜，5是間隙。6是碳膜和基體之間的空隙，構(gòu)成間隙5的一部分。
上述碳膜4’，可以是“以碳為主要成份的導(dǎo)電性膜”，也可以是“在局部具有間隙、以電連接一對(duì)電極間的碳為主要成份的導(dǎo)電性膜”，或者“以一對(duì)碳為主要成份的導(dǎo)電性膜”。另外，也可以只是“導(dǎo)電性膜”。另外，根據(jù)和后述的本發(fā)明制造工序的關(guān)系，還有被稱為“通過(guò)對(duì)高分子膜低電阻化處理得到的膜”的情況。
在此，本發(fā)明的電子發(fā)射元件的基本的制造工序，可以按以下的(a)～(d)各工序的順序進(jìn)行。
(a)在基板1上形成電極2、電極3。
(b)形成連接電極2和電極3的高分子膜4。
(c)對(duì)高分子膜4實(shí)施“低電阻化處理”。
(d)通過(guò)使電流流過(guò)電極2和電極3之間(實(shí)施“電壓施加工序”)，在通過(guò)對(duì)高分子膜4實(shí)施“低電阻化處理”得到的膜4’的局部上形成間隙5。
在上述那樣構(gòu)成的電子發(fā)射元件中，在間隙5上施加了充分的電場(chǎng)時(shí)，電子在間隙5中產(chǎn)生隧道效應(yīng)，電流在電極2、3之間流過(guò)。該隧道電子的一部分變?yōu)榘l(fā)射電子。
理想的是碳膜4’整個(gè)面都具有導(dǎo)電性，但也不是必須全部具有導(dǎo)電性。這是因?yàn)槿绻撃?’是絕緣體，則即使在電極2、3之間加有電位差，間隙5上也沒(méi)有電場(chǎng)，就不能發(fā)射電子的緣故。碳膜4’理想的是，至少電極2(以及電極3)和間隙5之間的區(qū)域，具有導(dǎo)電性，通過(guò)設(shè)置成這種結(jié)構(gòu)，可以在間隙5上加上足夠的電場(chǎng)。
在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，間隙5被配置在偏向一個(gè)電極的附近。而且，如圖1(b)、圖4、圖5、圖7(b)、圖16(b)、圖28等所示，理想的是在間隙5內(nèi)的至少一部分中露出(存在)電極2的表面。換句話，也可以說(shuō)是在間隙5內(nèi)與電極3連接的碳膜(導(dǎo)電性膜)4’和電極2(電極2的表面的一部分)處于相對(duì)的形態(tài)。或者，也可以說(shuō)是間隙5的至少一部分是由與電極3連接的碳膜(導(dǎo)電性膜)4’、電極2(電極2的表面的一部分)和基體1構(gòu)成的形態(tài)。另外，上述“間隙”也可以稱為“空隙”。
此外，所謂本發(fā)明的上述“露出”，當(dāng)然包含電極2的表面完全露出的情況，但并不排除在電極2的表面上存在著不純物和氣體氛圍中的氣體吸附物等存在或者附著(吸附)的狀態(tài)。另外，可以推測(cè)間隙5是由在后述的“電壓施加工序”時(shí)，通過(guò)熱變形和熱應(yīng)變等相互作用在電極和碳膜和基板之間形成的。因此，在本發(fā)明中，在經(jīng)過(guò)“電壓施加工序”后的間隙5內(nèi)，即使是在“電壓施加工序”前與電極2表面接觸的碳膜等的殘?jiān)桓街艘稽c(diǎn)在電極2的表面上的狀態(tài)，也相當(dāng)于上述“露出”。另外，至少，在斷面TEM照片和SEM照片中，如果未確認(rèn)在間隙5內(nèi)的電極2表面存在明顯的覆膜，則該狀態(tài)也相當(dāng)于本發(fā)明中的“露出”。
間隙5如果被形成在一個(gè)電極附近，則可以使電子發(fā)射元件的導(dǎo)電特性(電子發(fā)射特性)，相對(duì)于施加在電極2、3之間的施加電壓的極性呈現(xiàn)顯著的非對(duì)稱。如果將用正極性施加電壓的情況(使電極2的電位比電極3的電位高的情況)，和用反極性施加電壓的情況相比較，則在比較例如分別施加20V電壓的情況時(shí)，在電流值上產(chǎn)生10倍以上的差。這時(shí)，本發(fā)明的電子發(fā)射元件的電壓-電流特性顯示為在高電場(chǎng)下的隧道傳導(dǎo)型。
因此，如圖15和圖25、圖26、圖31、圖35、圖38等所示的那樣，將本發(fā)明的電子發(fā)射元件配置成矩陣形狀，使各個(gè)電子發(fā)射元件與施加掃描信號(hào)的掃描配線63、以及與掃描配線正交并與掃描信號(hào)同步地施加調(diào)制信號(hào)的信號(hào)配線62相連接，當(dāng)在掃描配線63上順序施加掃描信號(hào)、依線的順序驅(qū)動(dòng)的情況下，即使因某種原因在電子發(fā)射元件上施加和用于電子發(fā)射的正偏置相反的偏置時(shí)，也可以抑制不需要的電子發(fā)射。其結(jié)果，在顯示器等中，因?yàn)榭梢砸种骑@示中的不需要的發(fā)光，所以可以形成對(duì)比度優(yōu)異的顯示器。
另外，在本發(fā)明上述的電子發(fā)射元件中，可以得到非常高的電子發(fā)射效率。在測(cè)定該電子發(fā)射效率時(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)電極3成為高電位。于是，可以得到非常高的電子發(fā)射效率。如果把流過(guò)電極2、3之間的元件電流If，和被陽(yáng)極電極捕捉到的發(fā)射電流Ie的比(Ie/If)定義為電子發(fā)射效率，則該值是現(xiàn)有的表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件的數(shù)倍。
如上所述，在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，把間隙5配置在一個(gè)電極附近是重要的。以下敘述把間隙5有選擇地形成在一個(gè)電極附近的方法。
如上所述，間隙5通過(guò)進(jìn)行在對(duì)高分子膜4施加“低電阻化處理”得到的膜4’上施加電壓(流過(guò)電流)的“電壓施加工序”形成。由于把用施加“低電阻化處理”得到的膜和電極2構(gòu)成的連接形態(tài)，和用施加“低電阻化處理”得到的膜和電極3構(gòu)成的連接形態(tài)設(shè)置成非對(duì)稱，因而可以把間隙5有選擇地配置在一方的電極端部(邊沿)附近。
這可以在用“電壓施加工序”形成間隙5時(shí)通過(guò)控制焦耳熱量實(shí)現(xiàn)，即，控制在一方的電極端部(邊沿)附近產(chǎn)生的焦耳熱量比在另一方的電極的端部(邊沿)附近產(chǎn)生的焦耳熱量高。
以下為幾個(gè)在“電壓施加工序”中、把在電極2附近產(chǎn)生的焦耳熱和在電極3附近產(chǎn)生的焦耳熱設(shè)置成非對(duì)稱的方法。
(1)把通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’和電極2的連接電阻或者階梯狀覆蓋層，和通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜得到的膜4’和電極3的連接電阻或者階梯狀覆蓋層設(shè)置成非對(duì)稱。
(2)在通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’和電極2連接的區(qū)域附近以及通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’和電極3連接的區(qū)域附近，通過(guò)設(shè)計(jì)使得其熱擴(kuò)散的程度不同。
(3)在電極的形狀是非對(duì)稱時(shí)，采用高分子膜4的成膜方法可以在高分子膜形成時(shí)使膜厚度分布產(chǎn)生坡度。這種情況下，即使對(duì)高分子膜4進(jìn)行“低電阻化處理”，也可以使其具有電阻值的傾斜分布。
(4)如果把電極2和通過(guò)“低電阻化處理”得到的膜4’的連接長(zhǎng)度，與電極3和通過(guò)“低電阻化處理”得到的膜4’的連接長(zhǎng)度設(shè)置成非對(duì)稱，則可以在“電壓施加工序”時(shí)加大連接長(zhǎng)度短的一方的電流密度。
因而，如果使用上述的方法，則可以在“電壓施加工序”中把在第1電極附近產(chǎn)生的焦耳熱和在第2電極附近產(chǎn)生的焦耳熱設(shè)置成不同。其結(jié)果，可以有選擇地在一方的電極附近形成間隙5。在上述的“電壓施加工序”中，雖然在第1電極附近產(chǎn)生的焦耳熱和在第2電極附近產(chǎn)生的焦耳熱的差越大越好，但如果考慮實(shí)際的工藝，則把焦耳熱大的一方設(shè)定為焦耳熱小的一方的1.1倍以上，理想的是1.5倍以上，最好是1.7倍以上。
控制上述焦耳熱的更具體的方法之一可以舉出的例子是，在把用第1電極和高分子膜(或者通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’)構(gòu)成的連接形態(tài)與用第2電極和高分子膜(或者通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’)構(gòu)成的連接狀態(tài)設(shè)置成非對(duì)稱之后，通過(guò)實(shí)施“電壓施加工序”，有選擇地在一方的電極附近配置間隙。
另外，例如，如圖16和圖18等所示，通過(guò)把電極2的形狀(厚度和大小)和電極3的形狀(厚度和大小)設(shè)置成相互不同，可以實(shí)現(xiàn)上述的連接形態(tài)的非對(duì)稱性。
或者，電極2和電極3的形狀實(shí)際上設(shè)置成相同，通過(guò)把電極2附近的高分子膜4(或者通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’)的形狀和電極3附近的高分子膜4(或者通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’)的形狀設(shè)置成不同，也可以實(shí)現(xiàn)上述的連接形態(tài)的非對(duì)稱性。例如，如圖28等所示，此方法可以通過(guò)把電極2和高分子膜4(或者通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’)的連接長(zhǎng)度與電極3和高分子膜4(或者通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’)的連接長(zhǎng)度設(shè)置成不同來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為這樣使“連接長(zhǎng)度”不同的方法的另一例子，如后面詳細(xì)敘述的那樣，例如如圖36等所示，還可以采用下列方法準(zhǔn)備表面能量不同的電極2和電極3，通過(guò)用液體涂布法形成高分子膜，使高分子膜和電極2、3的各自的“連接長(zhǎng)度”不同。
本發(fā)明中的所謂的“連接長(zhǎng)度”是指，“在電極(2，3)的端部(邊沿)，高分子膜4(或者“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’)和電極(2，3)接觸的長(zhǎng)度”?；蛘撸^“連接長(zhǎng)度”，也可以說(shuō)是“通過(guò)電極(2，3)、高分子膜4(或者通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’)，以及基體1連接形成那部分的長(zhǎng)度”。在此所說(shuō)的“電極的端部”是指和圖16所示的“電極端部”同樣的部分。
進(jìn)而，在本發(fā)明中，即使在使電極2的形狀和電極3的形狀不同的同時(shí)，使高分子膜4(或者通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’)和電極(2，3)連接的長(zhǎng)度(連接長(zhǎng)度)不同，也可以實(shí)現(xiàn)上述連接形態(tài)的非對(duì)稱性。
或者，作為具體地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述思想的方法的另一例子，例如可以舉出以下方法在上述“低電阻化處理”中，采用使在一個(gè)電極附近的高分子膜4的“低電阻化”的程度和在另一個(gè)電極附近的高分子膜4的“低電阻化”的程度間存在差異的方法，實(shí)現(xiàn)上述的連接形態(tài)的非對(duì)稱性。
上述的連接形態(tài)的非對(duì)稱性，也可以通過(guò)采用使電極2和高分子膜4(或者通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’)的接觸電阻與電極3和高分子膜4(或者通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜4得到的膜4’)的接觸電阻不同的方法實(shí)現(xiàn)。
另外，上述的連接形態(tài)的非對(duì)稱性，例如，也可以通過(guò)讓一對(duì)電極2、3的材料(或者成分)相互不同，從而使一個(gè)電極的熱傳導(dǎo)性(熱傳導(dǎo)率)和另一電極的熱傳導(dǎo)性(熱傳導(dǎo)率)不同來(lái)實(shí)現(xiàn)。
以下，參照?qǐng)D2、圖3、圖16、圖17、圖18、圖28、圖29、圖32、圖36等，更具體地說(shuō)明本發(fā)明的電子發(fā)射元件的一連串的制造工序的例子。
(1)用洗滌劑、純水以及有機(jī)溶劑等充分清洗由玻璃等組成的基板(基體)1，在用真空蒸鍍法、陰極濺鍍法等沉積電極材料后，例如用光刻技術(shù)在基體1上形成電極2、3(圖2(a))。作為基體1的材料，在后述的“低電阻化處理”時(shí)從基體背面進(jìn)行光照射的情況等中，最好使用玻璃等透明的基體。基體1只要是基本上絕緣的基體即可。電極2和電極3的間隔，理想的是1μm以上、100μm以下。
在此，作為電極材料，可以使用由電阻率低的材料構(gòu)成的膜。而且，特別是作為把圖1所示的間隙5配置在附近的電極2的材料，是和后述的“低電阻化處理”以及用于形成間隙5的“電壓施加工序”完成后的碳膜4’不同的材料。而且，理想的是電極2用電阻率比碳膜4’低的材料構(gòu)成。即，在圖1(b)中，作為電極2的材料，理想的是選擇在與基體1表面垂直的方向(電極2和碳膜4’的層疊方向)上，與電極2連接的碳膜4’的電阻率比電極2的電阻率高。因此，作為電極2的材料，具體地說(shuō)理想的是使用金屬或者以金屬為主要成份的材料。
進(jìn)而，在圖2所示的工序中，實(shí)際上把電極2和電極3的形狀設(shè)置成同一形狀。但是，在本發(fā)明中，如上所述，也有如圖16、18等所示的通過(guò)形成形狀不同的電極2和電極3，控制由“電壓施加工序”形成的間隙5的位置的方法。
在形成形狀不同的電極2和電極3的情況下，例如有，首先以同樣的厚度形成電極2、3，之后遮蔽一方的電極(在圖16中是電極2)、只使另一方的電極進(jìn)一步加厚的方法。由此，可以使厚度增加后的電極的熱傳導(dǎo)性比另一方的電極的熱傳導(dǎo)性提高。其結(jié)果，由后述的“電壓施加工序”形成的間隙5可以配置在厚度薄的電極附近。
另外，在形成圖18等所示形態(tài)的電極的情況下，例如，可以通過(guò)提升一方的電極圖案，蝕刻另一方的電極來(lái)形成。這樣，就可以把一方的電極2的側(cè)面和基體1的表面所成的角度θ1與另一電極3的側(cè)面和基體1的表面所成的角度θ2做成不同的角度。
在采用以圖28等所示的高分子膜4(或者，通過(guò)在高分子膜4上實(shí)施后述的“低電阻化處理”得到的膜4’)的形狀、控制間隙5的位置的方法的情況下，在本工序中，不一定要實(shí)行把上述的電極2的形狀和電極3的形狀設(shè)置成非對(duì)稱的工序。
另外，雖然后面詳細(xì)敘述，但如圖36等所示，也有通過(guò)把電極2的表面能量和電極3的表面能量設(shè)置得不同，把間隙5配置在某個(gè)電極的附近的方法。這種情況下，不一定要實(shí)行把電極2和電極3的形狀設(shè)置成非對(duì)稱的工序。
而且，使上述的表面能量不同的情況可以使用各種方法，從中舉以下2個(gè)方法。作為第1個(gè)方法，例如用相同的材料形成電極2和電極3，其后，實(shí)施使電極2的表面能量和電極3的表面能量不同的“表面能量的調(diào)整工序”的方法。作為第2個(gè)方法，有使構(gòu)成電極2的材料和電極3的材料不同的方法。
此外，上述“表面能量的調(diào)整工序”在本工序內(nèi)，或者在本工序和作為下一工序的高分子膜4的形成工序之間進(jìn)行。
作為使電極2和電極3的各表面能量不同的具體方法，可以使用各種方法，但例如可以使用以下等方法，即，在用同一材料形成電極2和電極3后，遮蓋一方的電極后再進(jìn)行堿洗的方法；在用同一材料形成電極2和電極3后，遮蓋住一電極后，再放置在有機(jī)氣體氛圍中一定時(shí)間的方法；在用同一材料形成電極2和電極3后，向一方的電極添加(注入等)攙雜某一材料的方法；從開(kāi)始就用不同的材料形成電極2和電極3的方法。
(2)然后，在設(shè)置有電極2、3的基體1上，形成連接電極2、3之間的高分子膜4(圖2(b))。
本發(fā)明中使用的所謂“高分子”，是指至少具有碳原子之間的鍵的材料。如果加熱具有碳原子間的鍵的高分子，則發(fā)生碳原子間鍵的分解、再結(jié)合，由此導(dǎo)電性提高，在本發(fā)明中使用通過(guò)如此加熱、導(dǎo)電性提高的高分子。
另外，本發(fā)明在后述的“低電阻化處理”中，通過(guò)照射電子和離子等的粒子束和激光等的光，實(shí)現(xiàn)高分子膜的低電阻化(提高導(dǎo)電性)。因此，在本發(fā)明的“低電阻化處理”中，除了熱以外的主要原因，還可以考慮例如由電子束引起的分解再結(jié)合、由光子引起的分解再結(jié)合，加上由熱引起的分解再結(jié)合，由此使構(gòu)成高分子膜的碳原子之間的鍵產(chǎn)生分解、再結(jié)合，進(jìn)一步有效地提高高分子膜的導(dǎo)電性。
在本發(fā)明中，將因熱以及上述熱以外的主要原因引起的高分子的構(gòu)造性變化以及導(dǎo)電性變化統(tǒng)稱為“改質(zhì)”。
在本發(fā)明中，可以解釋為由于增加了高分子中的碳原子間的共軛雙鍵，因而導(dǎo)電性增加，根據(jù)“改質(zhì)”進(jìn)行的程度不同導(dǎo)電性不同。
作為通過(guò)碳原子間的鍵的分解·再結(jié)合容易顯現(xiàn)導(dǎo)電性的高分子，即容易生成碳原子間的雙鍵的高分子，可以列舉芳香族高分子。特別是芳香族聚酰亞胺，是可以在比較低的溫度下得到具有高導(dǎo)電性的熱分解高分子的高分子材料。一般，雖然芳香族聚酰亞胺自身是絕緣體，但也有聚苯氧二氮茂、聚苯尼龍等，是在進(jìn)行熱分解前也具有導(dǎo)電性的高分子。因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)這些高分子通過(guò)熱分解具有更高的導(dǎo)電性，所以也是在本發(fā)明中可以很好使用的高分子。
高分子膜4的形成方法，可以使用公知的各種方法，即，旋轉(zhuǎn)涂布法、印刷法、浸漬法等。特別是如果采用印刷法形成高分子膜4，則因?yàn)閮r(jià)格低廉，所以是理想的方法。其中，如果使用噴射方式的印刷法，則不需要圖案形成工序，另外，因?yàn)檫€可以形成數(shù)百μm以下的圖案，所以對(duì)于象適用于平面顯示板那樣的高密度配置電子發(fā)射元件的電子源的制造也有效。
用噴射方式和旋轉(zhuǎn)涂布法等形成高分子膜4時(shí)，給予高分子材料溶液的液滴、進(jìn)行干燥即可，但根據(jù)需要，也可以給予所需要的高分子的母液的液滴，通過(guò)加熱等進(jìn)行高分子化。
在本發(fā)明中，作為上述高分子材料，雖然最好使用芳香族高分子，但因?yàn)樗鼈兇蠖嚯y以溶于溶劑，所以涂布該母液的方法是有效。舉例來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)涂布作為芳香族聚酰亞胺的母體的聚酰亞胺酸溶液、加熱等形成聚酰亞胺膜。
進(jìn)而，作為溶解高分子的母體的溶劑，例如，可以使用N-甲基吡咯烷酮；N，N二甲替乙酰胺；N，N二甲基甲酰胺；二甲亞砜等，另外，也可以并用n-丁基溶纖劑、三乙醇胺等，但只要本發(fā)明可以適用則沒(méi)有特別限制，并不限于這些溶劑。
此外，如用圖28說(shuō)明的那樣，在通過(guò)高分子膜4(或者通過(guò)對(duì)高分子膜4實(shí)施“低電阻化處理”得到的膜4’)的形狀，使電極2和高分子膜4(或者通過(guò)對(duì)高分子膜4實(shí)施“低電阻化處理”得到的膜4’)的連接長(zhǎng)度與電極3和高分子膜4(或者通過(guò)對(duì)高分子膜4實(shí)施“低電阻化處理”得到的膜4’)的連接長(zhǎng)度不同的情況下，在本工序中進(jìn)行該處理。作為其一例，如圖28所示那樣形成高分子膜4，使得高分子膜4和電極2的連接長(zhǎng)度(W1)與高分子膜4和電極3的連接長(zhǎng)度(W2)不同。
為了使上述連接長(zhǎng)度不同，可以用對(duì)高分子膜4圖形化的方法。或者，當(dāng)用噴射方式形成高分子膜的情況下，如圖32等所示，也可以使用不在電極間的中央，而是在靠近一側(cè)電極給予液滴4”的方法?；蛘撸鐖D36等所示，在一個(gè)電極的表面能量和另一電極表面的表面能量不同的狀態(tài)下，通過(guò)給予高分子材料的溶液或者高分子材料的母液后加熱，也可以形成連接長(zhǎng)度不同的高分子膜4。這樣，可以適當(dāng)?shù)剡x擇各種方法作為使連接長(zhǎng)度不同的方法。
上述的高分子膜4和電極2的連接長(zhǎng)度(W1)與高分子膜4和電極3的連接長(zhǎng)度(W2)的差，雖然越大越好，但考慮到實(shí)際的工藝，長(zhǎng)的連接長(zhǎng)度被設(shè)定為短的連接長(zhǎng)度的1.1倍以上，理想的是1.5倍以上，最好是1.7倍以上。
(3)此后，進(jìn)行使高分子膜4低電阻化的“低電阻化處理”?！暗碗娮杌幚怼笔鞘垢叻肿幽?顯現(xiàn)導(dǎo)電性、把高分子膜4制成具有所希望的電阻值的導(dǎo)電性膜4’的處理。由該“低電阻化處理”形成的導(dǎo)電性膜4’，也可以稱為“以碳作為主要成份的導(dǎo)電性膜”，或者只稱為“碳膜”。
在該工序中，從后述的間隙5的形成工序的觀點(diǎn)看，在高分子膜4的薄膜電阻下降到103Ω/□以上、107Ω/□以下的范圍(或者電阻率在10-3Ωcm以上、10Ωcm以下)前進(jìn)行“低電阻化處理”。作為該“低電阻化處理”的一例，可以通過(guò)加熱高分子膜4實(shí)現(xiàn)。通過(guò)加熱使高分子膜4低電阻化(導(dǎo)電化)的理由是要通過(guò)進(jìn)行高分子膜4內(nèi)的碳原子間的鍵的分離、再結(jié)合顯現(xiàn)導(dǎo)電性。
通過(guò)加熱的“低電阻化處理”，可以通過(guò)把構(gòu)成上述高分子膜4的高分子加熱到分解溫度以上的溫度實(shí)現(xiàn)。另外，上述高分子膜4的加熱最好是在惰性氣體氛圍中和真空等氧化抑制氛圍下進(jìn)行。
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，但通過(guò)加熱到超過(guò)該熱分解溫度的溫度，典型的是加熱到700℃至800℃以上，就可以顯現(xiàn)高的導(dǎo)電性。
但是，如本發(fā)明那樣，當(dāng)把構(gòu)成電子發(fā)射元件部件的高分子膜4加熱至熱分解的情況下，在通過(guò)烘箱和電爐等整體加熱的方法中，從其它構(gòu)成電子發(fā)射元件的部件的耐熱性的觀點(diǎn)出發(fā)，有時(shí)受到限制。特別是基體1被限定于石英玻璃和陶瓷基板等具有特別高的耐熱性的物質(zhì)，如果考慮適用到大面積的顯示器板等，則價(jià)格就非常高了。
因而，在本發(fā)明中，作為更適宜的“低電阻化處理”的方法，理想的是通過(guò)用電子束和離子束等的粒子束照射裝置，或者激光束和鹵素光等的照射裝置，向高分子膜4照射粒子束或者光，來(lái)“低電阻化處理”高分子膜4。如果這樣，則可以在抑制對(duì)其它部件的影響的狀態(tài)下，進(jìn)行高分子膜4的“低電阻化處理”。因?yàn)槭菑耐獠肯蚧迳系母叻肿幽ぬ峁┥鲜隽Ｗ邮?、激光束和鹵素光等能量，所以也可以稱為“能量束”。
以下說(shuō)明上述“低電阻化處理”的例子。
(進(jìn)行電子束照射的情況)在照射電子束的情況下，把形成有電極2、3、高分子膜4的基體1設(shè)置在安裝有電子槍的減壓氛圍下(真空容器中)。從被設(shè)置在容器內(nèi)的電子槍對(duì)高分子膜4照射電子束。作為此時(shí)的電子束照射條件，理想的是加速電壓Vac為0.5kV以上、40kV以下。另外，在照射該電子束期間，監(jiān)視電極2、3間的電阻值，可以在得到上述所希望的電阻值的時(shí)刻判斷電子束照射結(jié)束。
(照射激光束的情況)
在照射激光束的情況下，把形成有電極2、3、高分子膜4的基體1配置在工作臺(tái)上，對(duì)高分子膜4照射激光束。這時(shí)，為了抑制高分子膜4的氧化(燃燒)，理想的照射激光的環(huán)境是在惰性氣體中和真空中進(jìn)行。根據(jù)激光的照射條件，也可以在大氣中進(jìn)行。
作為此時(shí)的激光光束的照射條件，例如，理想的是用脈沖YAG激光的第二高次諧波(波長(zhǎng)532nm)照射。另外，在照射該激光期間，監(jiān)視電極2、3間的電阻值，可以在得到所希望的電阻值的時(shí)刻判斷為激光束的照射結(jié)束。
另外，雖然不是必須對(duì)整個(gè)高分子膜4進(jìn)行上述的“低電阻化處理”，但如果附加上本發(fā)明的電子發(fā)射元件在真空氛圍中驅(qū)動(dòng)的條件，最好不要把絕緣體在真空氛圍中露出來(lái)。因而，理想的是實(shí)質(zhì)上對(duì)高分子膜4的整個(gè)表面進(jìn)行上述“低電阻化處理”。
通過(guò)上述“低電阻化處理”形成的導(dǎo)電性膜4’，還可以稱為“以碳作為主要成份的導(dǎo)電性膜”，或者只稱為“碳膜”。
在“低電阻化處理”中，如上所述，使一方的電極附近的高分子膜的低電阻化的程度與另一電極附近的高分子膜的低電阻化的程度不同，由此使間隙5的形成位置不同。具體地說(shuō)，可以通過(guò)進(jìn)行“低電阻化處理”，使得靠近要配置間隙5的電極的附近區(qū)域的高分子膜4與靠近另一電極附近區(qū)域的高分子膜相比處于高電阻狀態(tài)實(shí)現(xiàn)。
換句話說(shuō)，在一對(duì)電極間的區(qū)域內(nèi)的高分子膜4中如此進(jìn)行“低電阻化處理”，使得要在附近配置間隙5的電極(圖2、圖3中是電極2)附近的高分子膜4的電阻率處于比另一電極(圖2、圖3中是電極3)的附近的高分子膜4的電阻率高的狀態(tài)。這樣，在后述的間隙5的形成工序中，在把電壓施加到一對(duì)電極(2，3)上時(shí)，在一方的電極附近發(fā)生的焦耳熱可以比在另一電極附近發(fā)生的焦耳熱多。其結(jié)果，能夠在所希望的電極附近精確地配置間隙5。
在圖3(a)以及圖3(b)中，展示了通過(guò)照射激光光束進(jìn)行上述的“低電阻化處理”的示意圖。具體地說(shuō)，在此，如圖3(b)所示，展示了通過(guò)向電極3的一部分照射激光光，從電極3向電極2使在高分子膜4上的加熱溫度傾斜變化，進(jìn)行“低電阻化處理”的例子。由此，可以形成在接近電極2的區(qū)域的電阻率，比接近電極3的區(qū)域的電阻率還高的導(dǎo)電性膜4’。
在此，雖然展示了使用激光的例子，但如上所述，即使從粒子束照射裝置，或者光照射裝置照射粒子束或者光，也可以設(shè)置電阻率分布。
另外，設(shè)置上述電阻率分布的方法，在此，展示了用和“低電阻化處理”相同的工序進(jìn)行的方法，但在對(duì)高分子膜4進(jìn)行實(shí)際上一樣的“低電阻化處理”后，作為另一工序，也可以進(jìn)行設(shè)置電阻率分布的工序。
進(jìn)而，如圖9(a)所示，因?yàn)閷?duì)高分子膜4實(shí)際上進(jìn)行同樣的低電阻化處理，所以在對(duì)高分子膜4整體進(jìn)行電子線照射后，通過(guò)只向電極3一側(cè)照射激光光，可以設(shè)置高分子膜4的電阻率分布。因而，用多個(gè)低電阻化裝置(粒子束照射裝置或者光照射裝置)，可以進(jìn)行低電阻化處理。另外，在上述方法中，展示了在照射電子線后照射激光的例子，但也可以同時(shí)進(jìn)行電子線和激光光的照射。
(4)以下，在用上述工序(3)得到的導(dǎo)電性膜4’上，進(jìn)行間隙5的形成(圖3(c))。該工序稱為“電壓施加工序”。
間隙5的形成，通過(guò)在電極2、3之間施加電壓(流過(guò)電流)進(jìn)行。通過(guò)該“電壓施加工序”，在導(dǎo)電性膜4’(被低電阻化的高分子膜4)的一部分上形成間隙5。這時(shí)施加的電壓，可以是直流電壓也可以是交流電壓，另外，也可以是矩形脈沖等的脈沖形電壓，但理想的是脈沖電壓。
進(jìn)而，上述“施加電壓工序”，也可以和上述的“低電阻化處理”同時(shí)，通過(guò)在電極2、3之間施加電壓進(jìn)行。另外，為了重現(xiàn)性好地形成間隙5，理想的是進(jìn)行逐漸增加施加在電極2、3上的脈沖電壓的“升壓加工工序”。
另外，上述電壓施加工序，理想的是在減壓氛圍下進(jìn)行。特別希望在1.3×10-3Pa以下的壓力氛圍下進(jìn)行。
由上述“電壓施加工序”形成的間隙5，如果通過(guò)電極2和電極3，在相對(duì)基板1表面垂直的平面(斷面圖)上看，則可以說(shuō)在和電極3連接的同時(shí)，至少由被配置在基板1表面上的碳膜的端部，和電極2的端部構(gòu)成(參照?qǐng)D16等)。或者，如果通過(guò)電極2和電極3，在相對(duì)基板1表面垂直的平面(斷面圖)上看，則可以說(shuō)間隙5至少由被配置在電極2上的碳膜的端部和在與電極3連接的同時(shí)被配置在基板1表面上的碳膜的端部構(gòu)成(參照?qǐng)D16等)。如果更詳細(xì)地說(shuō)，則如果通過(guò)電極2和電極3在相對(duì)基片1表面垂直的平面(斷面圖)上看，則可以說(shuō)間隙5，至少由電極2的端部，和被配置在電極2上的碳膜的端部，和在與電極3連接的同時(shí)，被配置在基板1表面上的碳膜的端部構(gòu)成(參照?qǐng)D16等)。
用以上的工序(1)～工序(4)形成本發(fā)明的電子發(fā)射元件。用上述“電壓施加工序”，把間隙5形成在碳膜(導(dǎo)電性膜)4’上的機(jī)理并不明確，以下，敘述被推測(cè)的間隙的形成機(jī)理。
靠上述“電壓施加工序”發(fā)生的焦耳熱，導(dǎo)電性膜4’升溫。而后，導(dǎo)電性膜4’，因?yàn)榫哂胸?fù)的電阻溫度系數(shù)，所以電阻率進(jìn)一步下降。其結(jié)果，考慮到存在在施加電壓期間，在導(dǎo)電性膜4’上經(jīng)過(guò)時(shí)間的同時(shí)，發(fā)生更大的焦耳熱，使電阻進(jìn)一步下降這一反應(yīng)。
如上所述，通過(guò)采用圖16、圖18、圖28等所示的電極2、3以及高分子膜4的構(gòu)成，可以使在上述“電壓施加工序”中產(chǎn)生的焦耳熱，比在一電極附近的焦耳熱多。另一方面，在“電壓施加工序”中產(chǎn)生的焦耳熱，因?yàn)榻?jīng)由基體1、電極2、3放熱，所以一般在由比基體1材料熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的材料構(gòu)成的電極2、3附近，溫度梯度增大。而后，本發(fā)明人推測(cè)，如果超過(guò)某一溫度以及溫度梯度，則導(dǎo)電性膜(通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜得到的膜)4’變形，在膜厚度薄并且溫度梯度大的電極端部，直至斷裂，其結(jié)果，形成間隙5。另外，換句話說(shuō)，本發(fā)明人推測(cè)，在“電壓施加工序”時(shí)的，因電極2、3、碳膜4’、基板1的各自的收縮率和熱膨脹和熱變形等的相對(duì)變化，形成間隙5。
進(jìn)而，經(jīng)上述的“低電阻化處理”得到的膜4’，在“電壓施加工序”中有電阻進(jìn)一步下降的現(xiàn)象。因此，在進(jìn)行“低電阻化處理”后的導(dǎo)電性膜4’，和經(jīng)由上述“施加電壓工序”形成間隙5后的導(dǎo)電性膜4’中，有在其電氣特性，和膜質(zhì)等方面產(chǎn)生若干差異的現(xiàn)象。但是，無(wú)論是進(jìn)行“低電阻化處理”后的膜，還是經(jīng)由“電壓施加工序”形成間隙5后的膜，都是以碳作為主要成份的膜。因此，在本發(fā)明中，特別是只要不斷開(kāi)，則作為在高分子膜上進(jìn)行“低電阻化處理”的結(jié)果得到的膜，和經(jīng)過(guò)上述“電壓施加工序”形成間隙5后的膜沒(méi)有區(qū)別。
另外，通過(guò)在具有這樣形成的間隙5的膜4’上，經(jīng)由電極2、3施加電壓，隧道電流流過(guò)間隙5。而后，這時(shí)，如果在相對(duì)基體1配置的陽(yáng)極電極(未圖示)上施加高電壓，則上述隧道電流的一部分散亂，而后，可以使該散亂后的隧道電流的一部分到達(dá)陽(yáng)極電極。
如果用電子線分布觀察顯微鏡等，詳細(xì)觀察電子發(fā)射點(diǎn)的分布，則可知電子發(fā)射點(diǎn)(電子發(fā)生部位)，沿著間隙5，離散地，或者連續(xù)地(包含不能觀察到離散性發(fā)射點(diǎn)分開(kāi)那樣密實(shí)接觸的情況)形成。
用上述的“電壓施加工序”形成的間隙5，除了圖1(b)的斷面示意圖所示的形態(tài)外，還可以獲得圖4、圖5、圖7(b)等所示的形態(tài)。
如圖1(b)等所示，在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，在通過(guò)電極2、3間，相對(duì)配置有電極2、3的基體1的表面實(shí)際上垂直的平面(斷面)上，與一方的電極3連接的碳膜4’，被配置在電極2、3之間的基體1表面上。
而后，在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，如上所述，如圖1(b)等所示，在間隙5內(nèi)的至少1部分中，理想的是具有電極2的表面露出的構(gòu)成。如果換句話說(shuō)，也可以說(shuō)是在間隙5內(nèi)，與電極3連接的碳膜(導(dǎo)電性膜)4’，和電極2(電極2的表面的一部分)相對(duì)的形態(tài)?；蛘撸部梢哉f(shuō)間隙5是由與電極3連接的碳膜(導(dǎo)電性膜)4’，和電極2(電極2的表面的一部分)，和基體1構(gòu)成的形態(tài)。進(jìn)而，在本發(fā)明中的所謂的“相對(duì)”，是指2個(gè)部件之間不用其他的固體填埋這種空間的形態(tài)。但是，并不排除在相對(duì)的部件表面上存在若干污染和附著物的情況。在本發(fā)明中所謂的“相對(duì)”，至少包含以SEM和TEM水平觀測(cè)時(shí)，在相互的表面上未觀測(cè)到被膜的2個(gè)部件相對(duì)的狀態(tài)。
而且，在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，特別是在間隙5內(nèi)，更理想的形態(tài)是與電極3一側(cè)連接的碳膜(導(dǎo)電性膜)4’，和與電極2以及電極3連接的碳膜(導(dǎo)電性膜)4’的積層體相對(duì)的形態(tài)。如果換句話說(shuō)此構(gòu)成，則可以說(shuō)是在間隙5內(nèi)，與電極2和電極3連接的碳膜4’的界面和與電極3一側(cè)連接的碳膜(導(dǎo)電性膜)4’相互面對(duì)的形態(tài)?；蛘?，也可以說(shuō)間隙5的形態(tài)是由與電極3連接的碳膜(導(dǎo)電性膜)4；和電極2(電極2的表面的一部分)，和與電極2連接的碳膜(導(dǎo)電性膜)4’，和基體1構(gòu)成的形態(tài)。更正確地說(shuō)，本發(fā)明的電子發(fā)射元件的間隙5，由與電極3連接的碳膜4’的表面的一部分(或者“端部”)、基體1的表面的一部分、電極2的表面的一部分，和與電極2連接的碳膜4’的表面的一部分(或者“端部”)構(gòu)成。電極2的表面不必須在整個(gè)間隙5內(nèi)露出(圖1(a)的W方向的長(zhǎng)方向的全部)。另外，因?yàn)殡姌O3遠(yuǎn)離間隙，所以電極3不在間隙5內(nèi)露出。
另外，在圖1等中，模式化展示碳膜4’靠間隙5分成完全的2部分的形態(tài)，在本發(fā)明中，還包含電極一側(cè)2的掩膜和電極3一側(cè)的碳膜局部連接的情況，但不會(huì)出現(xiàn)電子發(fā)射問(wèn)題。
如果采用本發(fā)明者的研究，則在間隙5內(nèi)，如果存在(露出)電極2、與電極2連接的碳膜4’的形態(tài)，則可知特別可以提高電子發(fā)射效率。其理由雖然不清楚，但可以認(rèn)為是從與電極3連接的碳膜4’一側(cè)發(fā)生隧道效應(yīng)的電子，由于在電極2和電極2上的碳膜界面上的電場(chǎng)等的影響，擺脫間隙5，確保了在陽(yáng)極電極上的發(fā)射電子，其結(jié)果，可以得到優(yōu)異的電子發(fā)射效率、電子發(fā)射特性。
另外，在本發(fā)明的電極發(fā)射元件的間隙5內(nèi)，是電極2的表面露出的結(jié)構(gòu)，但因?yàn)殡姌O3離開(kāi)間隙5，所以電極3不在間隙5內(nèi)露出。通過(guò)采用這樣的構(gòu)造，可以顯著提高相對(duì)施加在電極2、3間的電壓的極性的，電子發(fā)射特性的非對(duì)稱性。這可以認(rèn)為是，從電極2(或者與電極2連接的碳膜)和與電極3連接的碳膜4’的兩側(cè)使電子產(chǎn)生隧道效應(yīng)引起的電子發(fā)射效率不同而引起的。因此，通過(guò)設(shè)置成在間隙5內(nèi)電極2的表面露出的結(jié)構(gòu)，例如圖15所示，把本發(fā)明的電子發(fā)射元件配置成矩陣形狀，把各個(gè)電子發(fā)射元件與施加掃描信號(hào)的掃描配線(93)以及與掃描線正交、并與掃描信號(hào)同步地施加調(diào)制信號(hào)的信號(hào)配線(92)連接，當(dāng)在掃描配線(93)上順序施加掃描信號(hào)脈沖、依線的順序驅(qū)動(dòng)的情況下，無(wú)論什么原因把與用于電子發(fā)射的正偏置相反的反向偏置施加在電子發(fā)射元件上時(shí)，也可以抑制不需要的電子發(fā)射。其結(jié)果，因?yàn)樵陲@示器等的情況下可以抑制顯示中的不需要的發(fā)光，所以可以形成對(duì)比度優(yōu)異的顯示器。
另外，上述間隙5的寬度(與電極3連接的碳膜4’的，向著電極2一側(cè)的部分的前端，和在間隙5內(nèi)露出的表面(或者構(gòu)成間隙5的，被配置在電極2上的碳膜4’的表面)的距離)，理想的是50nm以下，更理想的是10nm以下，最好是5nm以下。如果這樣，則本發(fā)明的電子發(fā)射元件可以用數(shù)十伏驅(qū)動(dòng)。
而后，如圖1(b)等所示，在本發(fā)明的電子發(fā)射元件的間隙5內(nèi)，理想的是在基體1的表面，和與電極3連接的碳膜4’之間，存在空隙部6。換句話說(shuō)，理想的是在與電極3連接的碳膜4’的在電極2一側(cè)上的端部(前端部)和基板1表面之間有空隙。因此，本發(fā)明的電子發(fā)射元件的間隙5的寬度(在電極2和電極3相對(duì)的方向上的長(zhǎng)度)，在從基體1的表面離開(kāi)的上方位置上，其寬度變窄?？障恫?使產(chǎn)生上述隧道現(xiàn)象的區(qū)域離開(kāi)基體1的表面，估計(jì)被包含在基體1中的離子等可以控制對(duì)產(chǎn)生上述隧道現(xiàn)象的區(qū)域的不利影響。其結(jié)果，在使電子發(fā)射特性穩(wěn)定的同時(shí)，可以推測(cè)為具有抑制與電極3一側(cè)連接的碳膜4’和電極2之間的無(wú)效的漏電流的作用。
在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，還通過(guò)控制在上述電壓施加工序中的間隙5形成時(shí)的焦耳熱，可以使間隙5內(nèi)的基體1變質(zhì)。其結(jié)果，如圖4、圖5、圖7(b)等所示，可以在間隙5內(nèi)的基體1上形成凹部7。在形成了凹部7的情況下，把上述間隙5的一部分，加上上述的構(gòu)成部件，構(gòu)成凹部7。
凹部7可以增加夾著間隙5相對(duì)的部件(或者與電極2連接的碳膜4’)之間的沿面距離。其結(jié)果，可以認(rèn)為在施加非常高的電場(chǎng)的間隙5內(nèi)，可以抑制隔著基板1的表面的，不希望的放電現(xiàn)象。其結(jié)果，可以得到即使在電子發(fā)射元件上施加意外的高電壓，也難以破壞的具有耐久性的電子發(fā)射元件。
進(jìn)而，在本發(fā)明的電子發(fā)射元件中，在通過(guò)電極2、3間，相對(duì)配置有電極2、3的基體1的表面實(shí)際上垂直的平面(斷面)圖(圖1(b)，圖4，圖5，圖7(b)，圖16(b)，圖28(b)等)中，理想的是把與電極2連接的碳膜4’表面距離基體1表面的高度，設(shè)定得比連接電極3，構(gòu)成間隙5的一部分的碳膜4’的表面距離基體1的高度還高。在設(shè)置成這樣的結(jié)構(gòu)，把電極2一側(cè)的電位設(shè)定得比電極3一側(cè)的電位還高，驅(qū)動(dòng)電子發(fā)射元件時(shí)，作為柵電極的電極2一側(cè)，位于比與作為陰極電極的電極3連接的碳膜4’前端還高的上方(陽(yáng)極一側(cè))。其結(jié)果，在具有提高電子發(fā)射效率的效果的同時(shí)，可以得到收斂發(fā)射電子的電子束直徑的效果。
作為上述的，用于把與電極2連接的碳膜4’表面距離基體1表面的高度，設(shè)定得比連接電極3，構(gòu)成間隙5的一部分的碳膜4’的表面距離基體1的高度還高的方法可以使用各種方法。作為其一例，例如可以考慮以下的方法。例如，如圖6(c)所示，可以預(yù)先把和電極3相對(duì)的區(qū)域上的，電極2的前端加工成尖形(錐形)，通過(guò)進(jìn)行上述的低電阻化處理，以及電壓施加工序形成。這在間隙5的形成時(shí)，電極2的前端引起熱變形、凝聚，如圖7(b)所示，產(chǎn)生變形部(凝聚部)8，其結(jié)果，可以使與電極2連接的碳膜4’的表面距離基體1表面的高度增加。
另外，把上述電極2的前端做成錐形，還將導(dǎo)致控制上述空隙6的大小?？障?，在上述電壓施加工序前的電極2的，相對(duì)電極3的部分的前端部的膜厚度越小越容易形成。另一方面，電極前端部的膜厚度大的一方，在間隙形成時(shí)的電流供給，以及電子發(fā)射時(shí)的電流供給，以及熱耐久性方面有利。因而，如上所述，如果把上述電壓施加工序前的電極2的，相對(duì)電極3的部分的前端部的形狀，做成向著前端膜厚度逐漸減少那樣的錐形形狀，則在形成間隙6時(shí)控制性好的同時(shí)，可以通過(guò)凝聚或者變形，使電壓加工工序后的電極2的前端部增厚。
用圖12所示的測(cè)定裝置計(jì)量經(jīng)過(guò)以上工序得到的本發(fā)明的電子發(fā)射元件的電壓-電流特性，具有模式化展示在圖13中的特性。即，本發(fā)明的電子發(fā)射元件，具有閾值電壓Vth，在電極2、3上施加比該電壓低的電壓時(shí)，實(shí)際上不發(fā)射電子，而通過(guò)施加比該電壓高的電壓，元件的發(fā)射電流(Ie)、流過(guò)電極2、3之間的元件電流(If)開(kāi)始增加。
本發(fā)明的電子發(fā)射元件，為了具有以上的特性，構(gòu)成在同一基板上以矩陣狀配置多個(gè)上述電子發(fā)射元件的電子源，可以選擇所希望的元件驅(qū)動(dòng)。
進(jìn)而，在圖12中，和在圖1等其他圖中所使用的符號(hào)相同的符號(hào)的部件指同樣部件。84是陽(yáng)極，83是高壓電源，82是用于測(cè)定從電子發(fā)射元件發(fā)射出的發(fā)射電流Ie的電流計(jì)，81是用于在電子發(fā)射元件上施加驅(qū)動(dòng)電壓Vf的電源，80是用于測(cè)定流過(guò)電極2、3之間的元件電流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)，在電極2、3上連接電源81、電流計(jì)80，在該電子發(fā)射元件的上方配置連接電源83和電流計(jì)82的陽(yáng)極84。另外，本電子發(fā)射元件以及陽(yáng)極電極84被配置在真空裝置內(nèi)，在該真空裝置中具備未圖示的排氣泵以及在真空計(jì)等的真空裝置中需要的機(jī)器，可以在所需要的真空下進(jìn)行本元件的測(cè)定評(píng)價(jià)。進(jìn)而，把陽(yáng)極電極和電子發(fā)射元件間的距離H設(shè)定為4mm，把真空裝置內(nèi)的壓力設(shè)置為1×10-6Pa。
圖26是展示使用用本發(fā)明的制造方法制造的電子發(fā)射元件102的圖象形成裝置(圖象顯示裝置)的一例的示意圖。進(jìn)而，在圖26中為了說(shuō)明圖象形成裝置(氣密容器100)內(nèi)，去除后述的支撐框架72以及平板71的一部分。
在圖26中，1是配置有多個(gè)本發(fā)明的電子發(fā)射元件102的背板。71是配置有圖象形成部件75的平板。72是用于把平板71和背板1之間保持減壓狀態(tài)的支架框。101是為了保持平板71和背板1之間的間隔而配置的隔板。
當(dāng)圖象形成裝置100是顯示器的情況下，圖象形成部件75由熒光體膜74和金屬殼等的導(dǎo)電性膜73構(gòu)成。62以及63是用于在各個(gè)電子發(fā)射元件102上施加電壓的而連接的配線。Doy1～Doyn以及Do×1～Do×m，是用于連接被配置在圖象形成裝置100的外部上的驅(qū)動(dòng)電路等，和從圖象形成裝置的減壓空間(用平板和背板和支撐架包圍的空間)中引出到外部的配線62以及63的端部的取出配線。
以下，把圖26所示的，使用本發(fā)明上述的電子發(fā)射元件的本發(fā)明的圖象形成裝置(圖象顯示裝置)的制造方法的一例用圖19至圖25等展示。
(A)首先，準(zhǔn)備背板1。作為背板1，使用由絕緣性材料組成的板，特別理想的是使用玻璃。
(B)以下，在背板1上成組形成在圖16中說(shuō)明的一對(duì)電極2、3(圖19)。
在此，電極2和電極3，如圖16(b)所示，把電極3的厚度做成比電極2的厚度厚。
另外，電極2、3的成膜方法，可以使用陰極濺鍍法、CVD法、印刷法等各種方法。進(jìn)而，在圖19中，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，使用在X方向上設(shè)置3組，在Y方向上設(shè)置3組，形成合計(jì)9組電極對(duì)的例子，該電極對(duì)數(shù)，根據(jù)圖象形成裝置的解象度適宜設(shè)定。
(C)以下，如覆蓋電極3的一部分那樣，形成下配線62(圖20)。下配線62的形成方法，可以使用各種方法，但理想的是使用印刷法。即使在印刷法中因?yàn)榻z網(wǎng)印刷法在大面積的基板形成中便宜所以理想。
(D)在下配線62，和在以下工序中形成的上配線63的交叉部上形成絕緣層(圖21)。絕緣層64的形成方法也可以使用各種方法，但理想的是使用印刷法。即使在印刷法中因?yàn)榻z網(wǎng)印刷法在大面積的基板形成中便宜所以理想。
(E)形成和下配線62實(shí)際上正交的上配線63(圖22)。上配線63的形成方法也可以使用各種方法，但和下配線62一樣，理想的是使用印刷法。即使在印刷法中因?yàn)榻z網(wǎng)印刷法在大面積的基板形成中便宜所以理想。
(F)以下，如連接各電極對(duì)2、3之間那樣，形成高分子膜4(圖23)。高分子膜4，如上所述可以用各種方法制成，但為了簡(jiǎn)易地形成大面積，理想的是使用噴射法。
(G)以下，如上所述，進(jìn)行低電阻化各高分子膜4的“低電阻化處理”。通過(guò)該工序，高分子膜4，變化為導(dǎo)電性膜4’(圖24)。具體地說(shuō)，導(dǎo)電性膜4’的電阻率的范圍是10-3Ωcm以上10Ωcm以下。
(H)接著，在用上述工序(G)得到的導(dǎo)電性膜4’(通過(guò)“低電阻化處理”高分子膜得到的膜4’)上，進(jìn)行間隙5的形成。該間隙5的形成，通過(guò)在各配線62以及配線63上施加電壓進(jìn)行。由此，在各電極對(duì)2、3之間施加電壓。進(jìn)而，作為施加的電壓理想的是脈沖電壓。通過(guò)該“電壓施加工序”，在導(dǎo)電性膜4’的一部分上形成間隙5(圖25)。而后間隙5被配置在電極2的端部附近。作為電子發(fā)射元件可以是說(shuō)明本發(fā)明的任意圖面所示的形態(tài)，理想的是在如圖1所示的電極2上配置有碳膜的形態(tài)，如圖4和圖5所示的間隙5內(nèi)的基板1表面為凹狀的形態(tài)更理想，最理想的是在圖5中模式化展示的形態(tài)。
進(jìn)而，此“電壓施加工序”，在和上述的“低電阻化處理”同時(shí)，即，在進(jìn)行電子束和激光束的照射之中，也可以通過(guò)在電極2、3之間連續(xù)施加電壓脈沖進(jìn)行。無(wú)論哪種情況，都希望“電壓施加工序”在減壓氛圍中進(jìn)行。
(I)以下，進(jìn)行具有預(yù)先準(zhǔn)備的，由鋁膜組成的金屬殼73和熒光體膜74的平板71，和經(jīng)由上述工序(A)～(H)的背板1的對(duì)位，使得金屬殼和電子發(fā)射元件相對(duì)(圖27(a))。在支架框72和平板71的接觸面(接觸區(qū)域)上配置粘接部件。同樣，在背板1和支架框72的接觸面(接觸區(qū)域)上也配置粘接材料。在上述粘接部件中，使用具有保持真的功能和粘接功能的材料，具體地說(shuō)可以使用燒結(jié)玻璃和銦、銦合金等。
在圖27中展示了，支架框72，用粘接部件固定(粘接)在預(yù)先經(jīng)由上述工序(A)～(H)的背板1上的例子，但不是必須在本工序(I)時(shí)粘接。另外，在圖27中雖然展示了把隔板101固定在背板1上的例子，但隔板101，也不是必須在本工序(I)時(shí)固定在背板1上。
另外，在圖27中，為了方便，展示了把背板1配置在下方，把平板71配置在背板1的上方的例子，但哪個(gè)在上都可以。
進(jìn)而，在圖27中展示了，支撐框72以及隔板101，預(yù)先被固定(粘接)在背板1上的例子，但只要裝在背板上或者平板上，也可以在以下的“密封工序”時(shí)固定(粘接)。
(J)以下，進(jìn)行密封工序。把在上述工序(I)中相對(duì)配置的平板71和背板1在它們相對(duì)的方向上加壓，同時(shí)至少加熱上述粘接部件。上述加熱，為了減少熱應(yīng)變，理想的是加熱平板以及背板的整個(gè)。
進(jìn)而，在本發(fā)明中，上述“密封工序”，理想的是在減壓(真空)氛圍中或者非氧化氛圍中進(jìn)行。作為具體的加壓(真空)氛圍，是10-5Pa以下的壓力，理想的是10-6Pa以下的壓力。
通過(guò)該密封工序，可以得到平板71和支架框72和背板1的接觸部分被氣密性粘接，同時(shí)，內(nèi)部維持高真空的，圖26所示的氣密容器(圖象形成裝置)100。
在此，展示了在減壓(真空)氛圍中或者非氧化氛圍中進(jìn)行“密封工序”的例子。但是，在大氣壓中進(jìn)行上述“密封工序”也可以。這種情況下，預(yù)先在氣密容器100上設(shè)置用于排除平板和背板之間的空間的排氣管，在上述“密封工序”后，把氣密容器內(nèi)部排氣到10-5Pa以下，理想的是10-6Pa以下。其后，通過(guò)密封排氣管，可以得到內(nèi)部維持高真空的氣密容器(圖象形成裝置)100。
當(dāng)在真中進(jìn)行上述“密封工序”的情況下，為了把圖象形成裝置(氣密容器)100內(nèi)部維持在高真空，理想的是在上述工序(I)和工序(J)之間，設(shè)置在上述金屬殼73上(和金屬殼和背板1相對(duì)的面)被覆吸氣材料的工序。這時(shí)，作為使用的吸氣材料，從簡(jiǎn)易地進(jìn)行被覆的觀點(diǎn)出發(fā)理想的是蒸發(fā)型的吸氣劑。因而，理想的是把鋇作為吸氣劑膜被覆在金屬殼73上。另外，該吸氣劑被覆工序，和上述工序(J)一樣，在減壓(真空)氛圍中進(jìn)行。
另外，在此說(shuō)明的圖象形成裝置的例子中，在平面71和背面1之間，配置隔板101。但是，當(dāng)圖象形成裝置的個(gè)頭小的情況下，不一定需要隔板101。另外，如果背板1和平板71的間隔是數(shù)百μm則不需要支撐框72，也可以用粘接部件直接粘接背板1和平板71。這種情況下，粘接部件兼具支撐框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))后，進(jìn)行對(duì)位工序(工序(I))以及密封工序(工序(J))。但是，也可以在密封工序(工序J)后進(jìn)行工序(H)。另外，雖然此處采用了用圖16說(shuō)明的形態(tài)的電子發(fā)射元件以及制造方法，但也可以采用上述其他的電子發(fā)射元件的形態(tài)以及制造方法。
以下，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
本實(shí)施例是制造圖1所示的本發(fā)明的電子發(fā)射元件的例子。
作為基體1，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用玻璃基板，可以使以下的激光通過(guò)基體，所以可以與玻璃基板的正反無(wú)關(guān)地進(jìn)行激光照射。作為相對(duì)的電極2、3的材料，使用對(duì)以下的激光照射耐熱性高，特別是熱傳導(dǎo)性高的白金。作為高分子膜4，使用芳香族聚酰亞胺。
以下，使用圖1、圖2、圖3，敘述本實(shí)施例的電子發(fā)射元件的制造方法。
(工序1)作為基板1使用石英玻璃，用洗凈劑、純水以及有機(jī)溶劑等充分洗凈基體1，在用真空蒸鍍法、陰極濺鍍法等堆積元件電極材料后，例如用光刻技術(shù)在基體1上形成電極2、3(圖2(a))。這時(shí)，把電極間隔L設(shè)置為10μm，把電極的寬度W設(shè)置為500μm，把其厚度設(shè)置為100nm。
(工序2)在形成有電極2、3的基板上，用旋轉(zhuǎn)涂布法旋轉(zhuǎn)涂布用N-甲基吡咯烷酮/三乙醇胺溶劑稀釋作為芳香族聚酰亞胺的母體的聚酰亞胺酸(日立化成工業(yè)(株)制造PIX-L110)溶液至樹脂成份3％的溶液，在真空中，升溫至350℃烘干，進(jìn)行亞胺化。由該工序形成的聚酰亞胺膜的膜厚度是30nm。該聚酰亞胺膜通過(guò)光刻技術(shù)，如跨過(guò)電極2、3那樣，圖案形成為寬度W’是300μm，形成所希望形狀的高分子膜4(圖2(b))。
(工序3)以下，進(jìn)行高分子膜4的低電阻化處理。具體地說(shuō)，把形成有電極2、3、由聚酰亞胺膜組成的高分子膜4的基體1放置在工作臺(tái)上(大氣中)，對(duì)電極3，照射Q開(kāi)關(guān)脈沖NdYAG激光(脈沖寬度100nm，重復(fù)頻率10kHz，每一脈沖的能量0.5mJ)的第二高次諧波(SHG波長(zhǎng)632nm)(圖3(a))。
這時(shí)，一邊使工作臺(tái)移動(dòng)，一邊在和電極3的邊緣平行的方向(電極寬度方向)上對(duì)電極3上照射激光。由此，在整個(gè)元件電極寬度方向上，均勻地進(jìn)行高分子膜的改質(zhì)。激光照射的軌跡如圖3(b)所示。
此時(shí)，同時(shí)在電極間施加電阻監(jiān)視用的低電壓(DC500mV)，高分子膜的電阻，在剛下降到約500Ω時(shí)，停止激光光照射。
使用通過(guò)金屬涂層探針使其具有導(dǎo)電性的掃描型原子力顯微鏡(AFM/STM)，在電子發(fā)射元件的電極和探針之間一邊施加偏置電壓一邊掃描同一元件，測(cè)定進(jìn)行了低電阻化處理的高分子膜的電阻分布。
其結(jié)果，可以確認(rèn)從照射激光光的電極3一側(cè)，向著相對(duì)的電極2形成電阻值上升的電阻分布。即，如圖11(a)所示，如果展示橫切進(jìn)行過(guò)低電阻化處理的高分子膜的A-B線上的相對(duì)電阻值，則如圖11(b)所示，在電極間的C-D之間，具有從D向C電阻增高那樣的分布。
另外，喇曼分光分析進(jìn)行低電阻化處理得到的膜，可知聚酰亞胺膜4改變?yōu)榘煞莸哪?’。
(工序4)以下，在圖12所示的真空裝置內(nèi)，移動(dòng)經(jīng)低電阻化處理的形成有高分子膜(碳膜4’)的基體1，進(jìn)行電壓施加工序(間隙5的形成工序)。具體地說(shuō)，在電極2、3之間，通過(guò)連續(xù)施加脈沖寬度1msec、脈沖間隔10msec矩形脈沖，在碳膜4’上形成間隙5(圖3(c))。
以下，在圖12所示的真空裝置內(nèi)，一邊在陽(yáng)極電極84上施加1kV，一邊在本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射元件的電極2、3之間，施加19V、脈沖寬度1msec、脈沖間隙10msec的矩形脈沖，用負(fù)的極性施加照射激光光的電極3一側(cè)。測(cè)定此時(shí)流過(guò)的元件電流If以及發(fā)射電流Ie的結(jié)果是If＝0.6mA，Ie＝4.2μA。
在本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射元件的電子發(fā)射特性相對(duì)施加電壓的極性是非對(duì)稱的，如果用正的極性在照射激光光的電極3一側(cè)施加電壓，則與相反的極性相比，只流過(guò)1/10左右的電流。
另外在用光學(xué)顯微鏡、掃描型電子顯微鏡、透過(guò)型電子顯微鏡詳細(xì)觀察在本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射元件時(shí)，在未照射激光光的電極2附近形成間隙5，另外，在間隙5內(nèi)，在基體1和碳膜4’之間，形成空隙6。另外，可以確認(rèn)在間隙5內(nèi)電極2的一部分露出。
在本實(shí)施例中，基本上，用和實(shí)施例1一樣的工序制造電子發(fā)射元件，但在本實(shí)施例中，在低電阻化處理中使用電子線照射。因而，在此，使用圖8說(shuō)明實(shí)施例1的工序3以后的工序。
(工序3)
把形成有電極2、3、高分子膜4的基體1放置在安裝有電子槍的真空容器中，在進(jìn)行充分的排氣后，使電子線中心的照射位置來(lái)到電極3上，在電極3上照射電子線(參照?qǐng)D8(a)、(b))。此時(shí)的電子線的照射條件，設(shè)置成加速電壓Vac＝10kV。電子線的點(diǎn)直徑設(shè)定在約200μm，把其中心設(shè)定在從電極3的端部向上離開(kāi)100μm以上，在電極間直接照射電子線。在高分子膜4的電阻值剛下降到約500Ω時(shí)，中止電子線的照射。
用AFM/STM測(cè)定低電阻化處理同一元件后的高分子膜的電阻分布，可以確認(rèn)形成了從照射電子線的電極3一側(cè)，向相對(duì)的電極2，電阻值上升那樣的電阻分布。即，如圖11(a)所示，在電極2、3間的C-D區(qū)域中，具有從D向C電阻增高那樣的分布。
另外，喇曼分光分析進(jìn)行低電阻化處理得到的膜，可知聚酰亞胺膜4改變?yōu)榘煞莸哪?’。
(工序4)以下，通過(guò)以上工序，把形成有改質(zhì)后的高分子膜(碳膜4’)的基體1，安裝在圖12的裝置系統(tǒng)中，在電極2、3之間，通過(guò)連續(xù)施加20V，脈沖寬度1msec、脈沖間隔10msec的矩形脈沖，在碳膜4’上形成間隙5。
通過(guò)以上工序，制造本實(shí)施例的電子發(fā)射元件。通過(guò)用光學(xué)顯微鏡、掃描型電子顯微鏡觀察該電子發(fā)射元件，如圖8(c)所示，確認(rèn)在未照射電子束的電極2的電極上，形成有沿著電極的間隙5。
以下，在圖12所示的真空裝置內(nèi)，一邊在陽(yáng)極電極84上施加1kV，一邊在本實(shí)施例中制造出的電子發(fā)射元件的電極2、3之間，施加19V，脈沖寬度1msec、脈沖間隔10msec的矩形脈沖，用負(fù)的極性施加照射電子線的電極3一側(cè)。測(cè)定此時(shí)流過(guò)的元件電極If以及發(fā)射電流Ie，結(jié)果是If＝0.6mA，Ie＝4.2μA。
在本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射元件的電子發(fā)射特性相對(duì)施加電壓的極性是非對(duì)稱的，如果用正的極性在照射激光光的電極3一側(cè)施加電壓，則與相反的極性相比，只流過(guò)1/10左右的電流。
另外本實(shí)施例的電子發(fā)射元件，如果驅(qū)動(dòng)電極2的電位比電極3的電位還高，則即使長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)也可以維持穩(wěn)定的電子發(fā)射特性。
在本實(shí)施例的電子發(fā)射元件中，基本上是和上述的實(shí)施例的電子發(fā)射元件相同的形態(tài)，但制造方法有一部分不同。
首先，和實(shí)施例1的工序1、工序2一樣，在由石英玻璃構(gòu)成的基體1上制造電極2、3，以及由聚酰亞胺膜構(gòu)成的高分子膜4。電極間隔L比前面實(shí)施例還寬，設(shè)定為20μm，把電極的寬度W設(shè)定為500μm，把其厚度設(shè)定為100nm。另外，把高分子膜4的寬度W’設(shè)置為300μm。
當(dāng)電極間隔L寬的情況下，如實(shí)施例1或者實(shí)施例2所示，在由電極加熱，以及熱傳導(dǎo)引起的高分子膜4的低電阻化處理中，存在不能充分改變高分子膜4的電傳導(dǎo)特性的情況。
因而，進(jìn)行使高分子膜4的整個(gè)面的電阻同樣下降的工序，具體地說(shuō)，在相對(duì)的電極2、3之間的高分子膜4上照射電子線，使高分子膜4的電阻同樣地下降(圖9(a))。
而后，和上述的電子線的照射工序同時(shí)，對(duì)電極3，從基體1的背面，即未形成電極3的面，照射激光光(圖9(a))。激光，使用如透過(guò)基體1那樣的Q開(kāi)關(guān)脈沖NdYAG激光(脈沖寬度100nm，重復(fù)頻率10kHz，光束直徑10μm)的第二高次諧波(SHG波長(zhǎng)632nm)。這時(shí)，一邊使激光相對(duì)高分子膜移動(dòng)，一邊在和電極的邊緣平行的方向(電極的寬度W方向)上照射一方的電極3上，在電極的整個(gè)寬度W方向上，使熱均勻傳導(dǎo)在高分子膜上進(jìn)行改質(zhì)。激光光照射的軌跡，如圖(9(b))所示。在高分子膜的電阻剛下降到約500Ω時(shí)，停止激光的照射。
和實(shí)施例1一樣，在使用AFM/STM測(cè)定低電阻化處理同一元件后的高分子膜的電阻分布時(shí)，如圖11所示，可以確認(rèn)形成了在從照射激光光的電極一側(cè)向相對(duì)的電極電阻值上升的電阻分布。
另外，喇曼分光分析進(jìn)行低電阻化處理得到的膜，可知聚酰亞胺膜4改變?yōu)榘煞莸哪?’。
在本實(shí)施例中，雖然同時(shí)進(jìn)行電子線照射，和對(duì)電極3的激光光照射，但在對(duì)高分子膜4照射電子線后，即使接著對(duì)電極3進(jìn)行激光光照射，也可以同樣進(jìn)行低電阻化處理。這種情況下，電子線的照射條件，設(shè)置為加速電壓Vac＝10kV，在高分子膜的電阻值剛下降到2kΩ時(shí)，中止電子線的照射。接著，對(duì)電極3，照射Q開(kāi)關(guān)脈沖NdYAG激光(脈沖寬度100nm，重復(fù)頻率10kHz，光束直徑10μm)的第2高次諧波(SHG波長(zhǎng)632nm)，在高分子膜的電阻剛下降到約500Ω時(shí)，停止激光的照射，由此和上述電阻化處理一樣，可以形成碳膜4’。
以下，和實(shí)施例1一樣，用圖12的裝置系統(tǒng)，在電極2、3之間，通過(guò)連續(xù)施加25V、脈沖寬度1msec、脈沖間隔10msec的雙極性矩形脈沖，在碳膜4’上形成間隙5，制造本實(shí)施例的電子發(fā)射元件。
在用光學(xué)顯微鏡、掃描型電子顯微鏡觀察在本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射元件時(shí)，可以確認(rèn)在未照射激光光的電極2的電極上，沿著電極在碳膜4’上形成間隙5(圖9(c))。另外，可以確認(rèn)在間隙5內(nèi)露出電極2的一部分。
以下，在圖12所示的真空裝置內(nèi)，一邊在陽(yáng)極電極84上施加1kV，一邊在本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射元件的電極2、3之間，如使電極2的電位一方升高那樣，施加22V的驅(qū)動(dòng)電壓、測(cè)定此時(shí)流過(guò)的元件電流If以及發(fā)射電流Ie的結(jié)果是If＝0.8mA，Ie＝4.2μA，即使長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)也可以維持電子發(fā)射特性。
在本實(shí)施例中，通過(guò)并列排列2個(gè)和上述的實(shí)施例中的電子元件一樣的元件，形成一個(gè)電子發(fā)射元件。由此與電子發(fā)射部分是一個(gè)的情況相比，可以得到更多的電子發(fā)射。
圖6模式化展示本實(shí)施例中的電子發(fā)射元件。圖6(a)是平面圖，圖6(b)是斷面圖。進(jìn)而，在和上述實(shí)施例通用的部分上使用相同的符號(hào)，另外，在圖6(b)上還顯示有陽(yáng)極電極12。
在本實(shí)施例的電子發(fā)射元件中，夾著共用電極2配置電極3，碳膜4’與二對(duì)電極各自連接。
首先，和實(shí)施例1一樣，在由石英玻璃構(gòu)成的基體1上，制成電極2、3，以及由聚酰亞胺膜構(gòu)成的高分子膜。電極2、3的間隔L設(shè)置成10μm，把電極2、3的寬度W設(shè)置為300μm，把其厚度設(shè)置為100nm。另外，高分子膜(最后的碳膜4’)的寬度W’設(shè)置成100μm。
接著，進(jìn)行如下低電阻化處理。
把形成有電極2、3，以及聚酰亞胺膜的基體1設(shè)置在工作臺(tái)上(大氣中)，對(duì)于電極3，照射Q開(kāi)關(guān)脈沖NdYAG激光(脈沖寬度100nm，重復(fù)頻率10kHz，光束直徑10μm)的第二高次諧波(SHG波長(zhǎng)632nm)。
這時(shí)，一邊使工作臺(tái)移動(dòng)，一邊在和電極3的邊緣平行的方向照射電極3，由此在整個(gè)電極寬度W方向上，均勻地進(jìn)行高分子膜的改質(zhì)。激光照射的軌跡如圖10(a)所示。另外，同時(shí)在電極2、3間施加電阻監(jiān)視用的低電壓(DC500mV)，高分子膜的電阻，在剛下降到約500Ω時(shí)，停止激光光照射，結(jié)束低電阻化處理。
對(duì)二對(duì)電極分別進(jìn)行上述的低電阻化處理。
通過(guò)喇曼分光分析進(jìn)行低電阻化處理得到的膜，可知聚酰亞胺膜4改變?yōu)榘煞莸哪?’。
另外，在用AFM/STM測(cè)定同一元件的碳膜4’的電阻分布時(shí)，可以確認(rèn)形成了從共用電極2，向照射了激光光的2個(gè)電極3，電阻下降那樣的電阻分布。
以下，和實(shí)施例1一樣，把通過(guò)上述工序形成有碳膜4’的基體1，安裝在圖12的裝置系統(tǒng)中，在2對(duì)電極2、3之間，順序連續(xù)施加20V、脈沖寬度1msec、脈沖間隔10msec的矩形的脈沖。
在用光學(xué)顯微鏡、掃描型電子顯微鏡觀察在本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射元件時(shí)，可以確認(rèn)在共同電極2兩側(cè)，沿著電極2的邊緣在碳膜4’上形成間隙5(參照?qǐng)D10(a)，(b))。另外，可以確認(rèn)在間隙5內(nèi)電極2的一部分露出。
在本實(shí)施例中制造的元件，如圖10(b)模式化所示，如果把共用電極2作為正極，把相對(duì)的電極3作為負(fù)極，施加電壓，則向共用電極2發(fā)射電子。這時(shí)，在元件的上方設(shè)置陽(yáng)極電極12，如果施加高電壓(數(shù)kV)，則由于陽(yáng)極電壓作用，可以起到在陽(yáng)極電極上收斂從二處的間隙附近5發(fā)射出的電子的作用。
本實(shí)施例的電子發(fā)射元件，因?yàn)槠蚬灿秒姌O2一側(cè)形成間隙5，所以可以使2個(gè)電子發(fā)射部分接近。因此，與在電極2、3之間的中央部上形成電子發(fā)射部分的現(xiàn)有的表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射元件相比，可以更簡(jiǎn)單地把發(fā)射電子收斂在陽(yáng)極電極上。因而，如果把本電子發(fā)射元件作為圖象形成裝置的電子源使用，則有利于圖象的高清晰化。
在本實(shí)施例中，在和相對(duì)的電極2、3的高分子膜4連接的端部(邊緣)上，把電極的斷面形狀設(shè)置成膜厚度向著前端(相對(duì)的電極側(cè))逐漸減少的錐形形狀。
以下，用圖6以及圖7說(shuō)明本實(shí)施例的電子發(fā)射元件的制造方法。
作為基體1使用石英玻璃基板，用洗凈劑、純水以及有機(jī)溶劑等充分洗凈基體1，用真空蒸鍍法、陰極濺鍍法等沉積元件電極材料(Pt)9。以下，在堆積在基體1上的Pt薄膜9上，用通常的光刻法形成與電極2、3的形狀對(duì)應(yīng)的光敏抗蝕劑圖案10(圖6(a))。
以下，實(shí)施采用了CF4/O2的RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)，形成電極的圖案(圖6(b))。
接著，用有機(jī)溶劑溶解剝離抗蝕劑10，形成電極2、3(圖6(c))。進(jìn)而，電極間隔L設(shè)置為10μm，電極的寬度W設(shè)置為500μm，電極厚度t設(shè)置為30nm。
以上形成的電極2、3，各向異性蝕刻的結(jié)果，在電極2、3相對(duì)的區(qū)域的邊緣部分上，具有錐形形狀的構(gòu)造11。即，在本實(shí)施例中的電極的形成方法中，在兩電極的邊緣上形成錐形構(gòu)造，該錐形的長(zhǎng)度L’是500nm。
在以上制造的電極2、3之間，和實(shí)施例1一樣，形成由聚酰亞胺膜組成的高分子膜4。高分子膜4的厚度設(shè)置為30nm。用光刻技術(shù)圖案形成該高分子膜4，使其寬度W’是300μm，從電極3向電極2碳膜4’的電阻逐漸增加。
下面，和實(shí)施例2一樣通過(guò)照射電子束進(jìn)行低電阻化處理，使聚酰亞胺膜4變?yōu)樘寄?’。這時(shí)，電子束照射在電極3一側(cè)，碳膜4’的電阻從電極3向電極2一方逐漸變高。
對(duì)于上述制成的碳膜4’進(jìn)行和實(shí)施例2一樣的電壓施加工序，在電極2的邊緣附近形成間隙5。
使用透過(guò)電子顯微鏡，觀察間隙附近的構(gòu)造，形成錐形11的電極2的邊緣部，因凝聚、變形(8所示)而后退。另外，沿著間隙5，基體1變質(zhì)形成凹部7，進(jìn)一步沿著間隙5，在基體1和碳膜4’之間形成空隙6。進(jìn)而，還確認(rèn)在間隙5內(nèi)電極2露出(圖7(b))。
在實(shí)施例1中的空隙6，被局部形成在電極2邊緣部上，但在本實(shí)施例中的空隙6，可知形成在全部間隙5上。即，可知由于錐形形狀的構(gòu)造11的存在，可以更有效地形成空隙6。
而后，在本實(shí)施例的間隙5中，電極2上的碳膜4’的表面(“上面”，或者“前端”)，被配置在與電極3連接的碳膜4’的前端(端部)的上方。電極2上的碳膜4’的表面，和與電極3連接的碳膜4’的前端的高度的差，與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例的一方大。
通過(guò)和實(shí)施例1一樣地評(píng)價(jià)在本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射元件，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地維持比實(shí)施例1的電子發(fā)射元件更高的電子發(fā)射效率。
即使在本實(shí)施例中，也和實(shí)施例5一樣，使用邊緣部形成錐形形狀的電極。但是，錐形構(gòu)造的形成方式不同。即使在本實(shí)施例中，也用圖6以及圖7說(shuō)明元件的制造方法。
在本實(shí)施例中，在堆積在基體1上的Pt膜9上，在用通常的光刻法形成與電極2、3的形狀對(duì)應(yīng)的光敏抗蝕劑圖案10后，用濕式蝕刻形成電極圖案。這時(shí)，作為腐蝕劑，使用HNO3/7HCI/8H2O。以下，用有機(jī)溶劑溶解剝離抗蝕劑10，形成電極2、3(參照?qǐng)D6)。
以上形成的電極2、3，通過(guò)各向異性蝕刻的結(jié)果，在電極2、3相對(duì)的區(qū)域的邊緣部上，具有錐形形狀的構(gòu)造11。進(jìn)而，電極膜厚度t是100nm，錐形長(zhǎng)度L’是1000nm。
在以上制造的電極2、3之間，和實(shí)施例5一樣，形成由聚酰亞胺膜構(gòu)成的高分子膜4(圖7(a))。
以下，和實(shí)施例2一樣，用電子線照射進(jìn)行低電阻化處理，使聚酰亞胺膜4變化為碳膜4’。這時(shí)，在電極3一側(cè)照射電子線，從電極3向電極2，碳膜4’的電阻逐漸增加。
對(duì)于這樣制成的碳膜4’進(jìn)行和實(shí)施例2一樣的電壓施加工序，在電極2的邊緣附近形成間隙5。
用透過(guò)電子顯微鏡等，觀察間隙5附近的構(gòu)造，形成錐形11的電極2的邊緣部，因凝聚、變形(8所示)而后退，沿著間隙5，基體1變質(zhì)形成凹部7，進(jìn)一步沿著間隙5，在基體1和碳膜4’之間形成空隙6。另外，還確認(rèn)在間隙5內(nèi)電極2露出(圖7(b))。
通過(guò)和實(shí)施例5一樣地評(píng)價(jià)在本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射元件，和實(shí)施例5的電子發(fā)射元件一樣，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地維持高的電子發(fā)射效率。
本實(shí)施例，制造把本發(fā)明的電子發(fā)射元件配置成矩陣的電子源以及圖象顯示裝置。
圖14是說(shuō)明本實(shí)施例的電子源的制造構(gòu)成的概略圖，圖15是本實(shí)施例的圖象顯示裝置的概略圖。
圖14放大展示本實(shí)施例的電子源的一部分，和圖1一樣的符號(hào)，表示相同的部件。62是Y方向配線，63是X方向配線，64是層間絕緣層。
在圖15中，和圖1以及圖14一樣的符號(hào)表示同樣的部件。101是在玻璃基板上積層熒光膜和Al金屬殼的平板，102是用于粘貼基板1和平板101的支撐框架，用基板1、平板101、支撐框架102形成真密閉容器。另外，103是高壓端子。
以下，用圖14、圖15說(shuō)明本實(shí)施例。
在高應(yīng)變點(diǎn)玻璃基板(旭硝子(株)制造，PD200，軟化點(diǎn)830℃，緩冷點(diǎn)620℃，應(yīng)變點(diǎn)570℃)上，用噴鍍法，沉積厚度100nm的Pt膜，用光刻技術(shù)形成多個(gè)由Pt膜組成的電極2、3(圖14(a))。進(jìn)而，電極2、3的間隔設(shè)置成10μm。
以下，用絲網(wǎng)印刷法印刷Ag膏，通過(guò)加熱燒制，形成與多個(gè)電極3連接的Y方向配線62(圖14(b))。
接著，在Y方向配線62和X方向配線63的交叉部的位置上，用絲網(wǎng)印刷法印刷絕緣性膏，通過(guò)加熱燒制形成絕緣層64(圖14(c))。
以下，用絲網(wǎng)印刷法印刷Ag膏，通過(guò)加熱燒制，形成與多個(gè)電極2連接的Y方向配線62，在基板1上形成矩陣配線(圖14(d))。
如上所述在跨越形成有矩陣配線的基板1的電極2、3之間的位置上，用噴射法，以電極間的中央為中心涂布作為聚酰亞胺的母體的聚酰亞胺酸的3％N-甲基吡咯烷酮/三乙醇胺溶液。把它在真空條件下在350℃下干燥，得到由直徑約100μm，膜厚度300μm的圓形的聚酰亞胺膜構(gòu)成的高分子膜4(圖14(e))。
以下，把形成有由Pt構(gòu)成的電極2、3，矩陣配線，聚酰亞胺膜構(gòu)成的高分子膜4的基板1放置在工作臺(tái)上，對(duì)各個(gè)電極3，照射Q開(kāi)關(guān)脈沖NdYAG激光(重復(fù)頻率10kHz，光束直徑30μm)的第2高次諧波(SHG)，進(jìn)行低電阻化處理。
這時(shí)，使工作臺(tái)移動(dòng)，在與各個(gè)電極3的邊緣平行的方向上照射。通過(guò)該低電阻化處理，由聚酰亞胺膜組成的高分子膜4，被改變?yōu)榘奶寄ぁ?br> 使如此把多個(gè)元件排列形成矩陣的基板(電子源基板)1，平板101相對(duì)，隔著2mm厚度的支撐框架102配置，用燒結(jié)玻璃在400℃下進(jìn)行密封。進(jìn)而，在和平板101的電子源基板1的相對(duì)面上，配置有作為發(fā)光部件的熒光膜，和相當(dāng)于陽(yáng)極電極的由Al構(gòu)成的金屬膜(金屬殼)。在熒光膜上，使用把發(fā)出R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))3原色的熒光體的各自配置成矩陣形狀的結(jié)構(gòu)。
把由制作的基板1、平板101、支撐框架102構(gòu)成的密閉容器內(nèi)部，通過(guò)未圖示的排氣管用真空泵排氣，進(jìn)而為了維持真空度，在密閉容器內(nèi)加熱處理(吸氣劑的活性化處理)未圖示的非蒸發(fā)型吸氣劑后，用煤氣噴燈熔化排氣管密封容器。
最后，通過(guò)Y方向配線62、X方向配線63，在各個(gè)元件，即電極2、3之間施加25V，脈沖寬度1msec，脈沖間隔10msec的雙極性矩形脈沖進(jìn)行電壓施加工序。用該工序在電極2附近的碳膜4’上形成間隙5，制作本實(shí)施例的電子源以及圖象顯示裝置。
在以上完成的圖象顯示裝置中，把X方向配線作為施加掃描信號(hào)的掃描配線，把Y方向配線62作為施加與上述掃描信號(hào)同步的調(diào)制信號(hào)的信號(hào)配線，在所希望的電子發(fā)射元件上施加22V的電壓，進(jìn)行線順序驅(qū)動(dòng)，與此同時(shí)，通過(guò)高壓端子103在金屬殼上施加8kV的電壓，由此可以長(zhǎng)時(shí)間顯示沒(méi)有亮度不均，均勻性良好的圖象。
在本實(shí)施例中制成在圖16中模式化的電子發(fā)射元件。用圖16以及圖17敘述該制造方法。
(工序1)作為基板1使用石英玻璃，用純水、有機(jī)溶劑等充分洗凈它，用陰極濺鍍法堆積白金30nm。其后，用在形成元件電極3的區(qū)域上具有開(kāi)口部的掩膜，進(jìn)一步堆積50nm的白金。接著，在形成電極2、3的形狀的抗蝕劑圖案后進(jìn)行干蝕刻，由此形成元件電極2、3。由此，形成元件電極2的厚度為30nm，元件電極3的厚度為80nm的非對(duì)稱的元件電極對(duì)2、3(圖17(a))。進(jìn)而，元件電極2、3之間的間隔是10μm。
(工序2)在以上制作的帶元件電極的基板上，用旋轉(zhuǎn)涂料器旋轉(zhuǎn)涂布用溶解3％的三乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶劑稀釋作為芳香族聚酰亞胺的母體的聚酰亞胺酸(日立化成工業(yè)(株)制造PIX-L110)溶液后的溶液。其后，在真空中以350℃加熱，由此進(jìn)行亞胺化。這時(shí)的聚酰亞胺的膜厚度是30nm。
用光刻技術(shù)，在跨越元件電極2、3的300μm的四角形狀上形成該聚酰亞胺膜，制成所希望形狀的高分子膜4(圖17(b))。
(工序3)以下，把形成有元件電極2、3、高分子膜4的基體1放置在安裝有電子槍的真空容器內(nèi)，在進(jìn)行充分的排氣后，用加速電壓Vac＝10kV在高分子膜4的全面上照射電子束進(jìn)行“低電阻化處理(圖17(c))。
這時(shí)，監(jiān)視元件電極2、3之間的電阻，在電阻剛減少到1kΩ時(shí)停止電子束照射。另外，通過(guò)喇曼分光分析，可知把實(shí)施了該低電阻化處理的聚酰亞胺膜改質(zhì)為包含石墨成份的碳膜4’。
(工序4)以下，在圖12所示的真空裝置內(nèi)，使形成有元件電極2、3、碳膜4’的基板1移動(dòng)，在元件電極2、3之間，通過(guò)以脈沖寬度1msec、脈沖間隔10msec，連續(xù)施加脈沖波峰值是8V的矩形脈沖，在碳膜4’上形成間隙5(圖17(d))。
通過(guò)以上工序，制作本實(shí)施例的電子發(fā)射元件。
以下，在圖12所示的真空裝置內(nèi)，一邊在陽(yáng)極電極54上施加1kV的電壓，一邊在本實(shí)施例的電子發(fā)射元件的元件電極2、3之間，施加20V的驅(qū)動(dòng)電壓，測(cè)定此時(shí)流過(guò)的元件電流If以及發(fā)射電流Ie，結(jié)果是If＝0.6mA，Ie＝4.2μA，電子發(fā)射特性相對(duì)施加電壓的極性是非對(duì)稱的，如果用負(fù)的極性在元件電極2一側(cè)施加電壓，則與該反極性相比只流過(guò)1/10左右的電流。如果把電極2設(shè)置為正驅(qū)動(dòng)，則即使長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)也可以穩(wěn)定地維持電子發(fā)射特性。
最后，切出本實(shí)施例的電子發(fā)射元件的斷面，用透過(guò)型電子顯微鏡(TEM)觀察斷面，結(jié)果是間隙5被形成在元件電極2的電極一側(cè)。
在本實(shí)施例中如圖18所示，把電極2的端部形成錐形，制成電子發(fā)射元件。以下說(shuō)明制作方法。
作為基板1使用石英玻璃基板，用純水、有機(jī)溶劑等充分洗凈它。其后，用陰極濺鍍法在基板1上堆積白金50nm，在形成元件電極2的區(qū)域上形成抗蝕劑圖案后進(jìn)行于蝕刻，形成元件電極2。接著，在形成電極3的區(qū)域上形成具有開(kāi)口不的抗蝕劑圖案后，通過(guò)用陰極濺鍍法堆積白金50nm離地，形成元件電極3。
用FE-SEM觀察形成有用和上述方法同樣的方法制造的元件電極2、3的基板1的斷面，其結(jié)果是元件電極2的側(cè)面和基體面所成的角度，和元件電極3的側(cè)面和基體面所成的角度不同。通過(guò)FE-SEM像的觀察，元件電極2的側(cè)面和基體面所成的角度θ1是約60度，元件電極3的側(cè)面和基體面所成的角度θ2是約90度。
如上所述，形成了形狀是非對(duì)稱的元件電極對(duì)2、3。進(jìn)而，元件電極2、3之間的間隔是10μm。
其后，和實(shí)施例8的(工序2)～(工序4)一樣，進(jìn)行高分子膜4的形成，“低電阻化處理”、間隙5的形成，制成了本實(shí)施例的電子發(fā)射元件。
在本實(shí)施例中，在把施加在電極2上的電位設(shè)定為比施加在元件電極3上的電位還高進(jìn)行電壓施加時(shí)，可以得到良好的電子發(fā)射特性。
最后，切出本實(shí)施例的電子發(fā)射元件的斷面，用透過(guò)型電子顯微鏡(TEM)觀察斷面，結(jié)果是間隙5被形成在元件電極2和基板1的邊界附近。
在本實(shí)施例中，制成圖26中模式化展示的圖象形成裝置100。作為電子發(fā)射元件102，使用用圖16以及圖17已記述的制造方法制造的電子發(fā)射元件。使用圖19至圖25、圖26、圖27，敘述本實(shí)施例的圖象形成裝置的制作方法。
圖25模式化放大展示由背板，和背形成在其上的多個(gè)電子元件，以及用于向多個(gè)電子發(fā)射元件施加信號(hào)的配線的電子源的一部分。1是背板，2、3是電極，5是間隙，4’是以碳為主要成份的導(dǎo)電性膜(碳膜)，62是X方向配線，63是Y方向配線，64的層間絕緣層。
圖26中，和圖25和一樣的符號(hào)，表示同一部件。71是在玻璃基板上，積層熒光體膜74和由Al構(gòu)成的金屬殼73的平板。72是支撐框架，用背板1、平板71、支撐框架72形成真空密閉容器。
以下，用圖19至圖25、圖26、圖16說(shuō)明本實(shí)施例。
(工序1)作為基板1使用石英玻璃，用噴鍍法堆積厚度30nm的白金。其后，用在形成元件電極3的區(qū)域上具有開(kāi)口部的抗蝕劑圖案，進(jìn)一步堆積100nm的白金。接著，在形成電極2、3的形狀的抗蝕劑圖案后進(jìn)行干蝕刻，由此形成元件電極2、3。用以上的方法，形成元件電極2的厚度為30nm，元件電極3的厚度為130nm的非對(duì)稱的元件電極對(duì)2、3(圖19)。進(jìn)而，元件電極2、3之間的電極間隔是10μm。
(工序2)以下，用絲網(wǎng)印刷法印刷Ag膏，通過(guò)加熱燒制，形成X方向配線62(圖20)。
(工序3)接著，在X方向配線62和Y方向配線63的交叉部的位置上，用絲網(wǎng)印刷法印刷絕緣性膏，通過(guò)加熱燒制形成絕緣層64(圖21)。
(工序4)進(jìn)而，用絲網(wǎng)印刷法印刷Ag膏，通過(guò)加熱燒制，形成Y方向配線63，在基體1上形成矩陣配線(圖22)。
(工序5)在如上述那樣跨過(guò)形成有矩陣配線的基體1的電極2、3之間的位置上，用噴射法，以電極間的中央為中心，涂布把聚酰亞胺的母體的2％的聚酰亞胺酸，和3％的三乙醇胺溶解在N-甲基吡咯烷酮溶劑中的溶液。把它在真空下在350℃烘干，得到直徑約100μm、膜厚度300nm的圓柱的聚酰亞胺膜的高分子膜4(圖23)。
(工序6)以下，把形成有由Pt組成的電極2、3、矩陣配線62、63、由聚酰亞胺膜組成的高分子膜4的背板1放置在臺(tái)上。而后，在各個(gè)高分子膜4的全區(qū)域上照射Q開(kāi)關(guān)脈沖NdYAG激光(脈沖寬度100nsec，重復(fù)頻率10kHz，光束直徑5μm)的第2高次諧波(SHG)。用該工序，進(jìn)行各個(gè)聚酰亞胺膜6’的低電阻化處理。另外，通過(guò)喇曼分光分析，可知把實(shí)施了該低電阻化處理的聚酰亞胺膜改質(zhì)為包含石墨成份的碳膜4’。
(工序7)用燒結(jié)玻璃把支撐框架72和隔板101粘接在以上制成的背板1上。而后相對(duì)配置粘接有隔板和支撐框架的背板1，和平板71(使形成有熒光體膜74和金屬殼73的面，和形成配線62、63的面相對(duì))(圖27(a))。進(jìn)而，在和平板71上的支撐框架72的接觸部分上，預(yù)先涂布燒結(jié)玻璃。
(工序8)以下，在10-6Pa的真空氛圍中，加熱及加壓相對(duì)的平板71和背板1進(jìn)行密封(圖27(b))。可以通過(guò)該工序得到維持內(nèi)部高真空的氣密性的氣密容器。進(jìn)而，在熒光體膜74上使用把3原色(RGB)的各顏色熒光配置成矩陣形狀的結(jié)構(gòu)。
最后，通過(guò)X方向配線、Y方向配線，在各電極2、3之間施加8V，脈沖寬度1msec，脈沖間隔10msec的矩陣脈沖，由此在碳膜4’上形成間隙5(參照?qǐng)D25)，制作本實(shí)施例的圖象形成裝置100。
在以上完成的圖象形成裝置中，把施加與掃描信號(hào)同步的調(diào)制信號(hào)的X方向配線62作為信號(hào)配線，把施加掃描信號(hào)的Y方向配線63作為掃描配線進(jìn)行線順序驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，在所希望的電子發(fā)射元件上施加20V電壓，通過(guò)高壓端子Hv在金屬殼73上施加8kV的電壓。其結(jié)果，可以在長(zhǎng)時(shí)間顯示不均勻少的明亮良好的圖象。
在本實(shí)施例中，改變實(shí)施例10的工序1和工序5。因?yàn)槠渌ば蚝蛯?shí)施例10一樣，所以在此只說(shuō)明工序1和工序5。以下用圖29等說(shuō)明本實(shí)施例。進(jìn)而，在圖29中，左側(cè)的圖，是在本實(shí)施例中的電子發(fā)射元件的制成工序的斷面示意圖，右側(cè)的各圖，與左側(cè)的平面圖對(duì)應(yīng)。
(工序1)用洗凈劑、純水以及有機(jī)溶劑等充分洗凈有玻璃構(gòu)成的基體1，在用陰極濺鍍法堆積作為電極材料的Pt后，使用光刻技術(shù)在基體1上形成電極2、3(圖29(a))。
(工序5)在形成有矩陣配線的基板1上，用旋轉(zhuǎn)涂料器在整個(gè)面上旋轉(zhuǎn)涂布用溶解有3％的三乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶劑稀釋作為芳香族聚酰亞胺的母體的聚酰亞胺酸(日立化成工業(yè)(株)制造PIX-L110)溶液，在真空條件下升溫到350℃烘干，進(jìn)行亞胺化。其后，涂布光敏抗蝕劑8(圖29(c))，實(shí)施曝光(圖省略)，現(xiàn)象(圖29(d))，蝕刻(圖29(e))的各工序，由此把聚酰亞胺膜圖案形成為跨越元件電極2、3的臺(tái)階形狀，制成臺(tái)階形狀的高分子膜4(圖29(f)以及圖30)。這時(shí)的聚酰亞胺膜4的膜厚度是30nm。另外，把電極2一側(cè)的連接長(zhǎng)度設(shè)置為50μm，把電極3一側(cè)的連接長(zhǎng)度設(shè)置為85μm。
在本實(shí)施例中制成的圖象顯示裝置中，把施加與掃描信號(hào)同步的調(diào)制信號(hào)的X方向配線62作為信號(hào)配線，把施加掃描信號(hào)的Y方向配線63作為掃描配線進(jìn)行線順序驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，在所希望的電子發(fā)射元件上施加20V的電壓，通過(guò)高壓端子Hv在金屬殼73上施加8kV的電壓。其結(jié)果，可以長(zhǎng)時(shí)間顯示亮度良好的圖象。進(jìn)而，如圖31所示，各間隔5，全部偏向電極2的端部(邊緣)配置。
在本實(shí)施例中，改變實(shí)施例10的工序1和工序5。因?yàn)槠渌ば蚝蛯?shí)施例10一樣，所以在此只說(shuō)明工序1和工序5。以下用圖32等說(shuō)明本實(shí)施例。
(工序1)在玻璃基板1上，用噴鍍法堆積厚度100nm的Pt膜，用光刻技術(shù)形成由Pt膜構(gòu)成的電極2、3(圖32(a))。進(jìn)而，電極2、3的電極間距離是10μm。
(工序5)在跨越形成有矩陣配線的基體1的電極2、3之間的位置上，用噴射法，以從電極間的中央偏向電極3一側(cè)40μm的位置為中心，涂布把作為聚酰亞胺的母體的2％的聚酰亞胺酸，和3％的三乙醇胺溶解在N-甲基吡咯烷酮溶劑中的溶液的液滴4(圖32(b)以及圖33)。把它在真空下，以350℃烘干，得到由直徑約100μm，膜厚度300nm的圓形的聚酰亞胺膜構(gòu)成的高分子膜4(圖32(c)以及圖34)。
在本實(shí)施例中，為了把高分子膜4和一對(duì)電極2、3各自的連接設(shè)置為不同的狀態(tài)，在從電極2、3之間的中心偏離任意的距離的位置上，給予高分子溶液或者高分子母液(圖33(b))。從中心偏離的距離，通過(guò)勘察電極間距離、高分子膜4和電極2、3的連接長(zhǎng)度，被給予的液滴、基板以及電極2、3的表面狀態(tài)確定。
在本實(shí)施例中制成的圖象形成裝置中，把施加與掃描信號(hào)同步的調(diào)制信號(hào)的X方向配線62作為信號(hào)配線，把施加掃描信號(hào)的Y方向配線63作為掃描配線進(jìn)行線順序驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，在所希望的電子發(fā)射元件上施加20V的電壓，通過(guò)高壓端子Hv在金屬殼73上施加8kV的電壓。其結(jié)果，可以形成長(zhǎng)時(shí)間明亮良好的圖象。進(jìn)而，如圖35所示，各間隙5，全部偏向在電極2的端部(邊緣)配置。
在本實(shí)施例中，改變實(shí)施例10的工序1和工序5。因?yàn)槠渌ば蚝蛯?shí)施例10一樣，所以在此只說(shuō)明工序1和工序5。以下用圖36等說(shuō)明本實(shí)施例。在圖37中，左側(cè)的圖是本實(shí)施例中的電子發(fā)射元件的制成工序中的斷面示意圖，右側(cè)的各圖是左側(cè)圖的平面圖。
(工序1)在玻璃基板1上，用噴鍍法堆積厚度100nm的Pt膜，用光刻技術(shù)形成由Pt膜構(gòu)成的電極2、3(圖36(a))。進(jìn)而，電極2、3的電極間距離是10μm。
(工序5)以下，進(jìn)行使電極2的表面能量和電極3的表面能量不同的處理(圖36(b))。而后，用噴射法，在電極2、3中央涂布把2％的聚酰亞胺酸，和3％的三乙醇胺溶解在N-甲基吡咯烷酮溶劑中的溶液(圖36(c))，使得被給予的液滴跨越在電極2、3之間。而后，在真空下，以350℃烘干，得到由聚酰亞胺構(gòu)成的高分子膜4(圖36(d)以及圖37)。
如果給予上述溶液，使其跨越相互表面能量不同的一對(duì)電極，則在表面能量低的電極上因?yàn)橐旱坞y以擴(kuò)散所以液滴的附著面積減小，另一方面，表面能量高的電極因?yàn)橐旱稳菀讛U(kuò)散，所以可以擴(kuò)大液滴的附著面積。因此，可以設(shè)置成高分子膜4和一對(duì)電極2、3各自的連接長(zhǎng)度成不同的狀態(tài)。進(jìn)而，這時(shí)，位于電極2、3之間的位置上的基板1表面的表面能量，如果和表面能量高的一方的電極表面能量一致則更好。
設(shè)定電極2的表面能量，和電極3的表面能量的哪一方低(高)，要根據(jù)在間隙配置在哪一電極側(cè)適宜地確定。
在本實(shí)施例中，在遮蓋電極3上，通過(guò)堿性洗凈電極2，可以把電極2的表面能量設(shè)置成比電極3的表面能量更低。進(jìn)而，使電極2的表面能量和電極3的表面能量不同的方法，除了上述的方法以外，可以使用把一電極暴露在包含有機(jī)物的氣體氛圍的方法等的各種方法。
進(jìn)而，通過(guò)改變電極2和電極3的組成，也可以改變電極2的表面能量和電極3的表面能量。具體地說(shuō)，可以使用使構(gòu)成電極2的材料和構(gòu)成電極3的材料不同制成電極2、3的方法，和使構(gòu)成電極2的材料的組成比率和構(gòu)成電極3的材料的組成比率不同的方法等。
作為使構(gòu)成電極2的材料的組成比率和構(gòu)成電極3的材料的組成比率不同的方法，例如，可以使用在實(shí)際上用同一組成制成電極2和電極3后向一電極攙雜某種材料的方法?；蛘撸硗?，可以列舉用實(shí)際上以同一組成制成電極2和電極3，從至少和一電極連接的部件，向與該部件連接的電極擴(kuò)散包含在該部件中的材料的方法等。
為了在一電極上配置很多上述擴(kuò)散電極，例如，可以列舉①加熱與一電極連接的上述部件的方法，和②如距離電極2和電極3之間的中心部的距離不同那樣把上述部件連接配置在雙方的電極上，加熱雙方的部件的方法，或者，③如電極2和上述部件的連接面積，和電極3和上述部件的連接面積不同那樣，把上述部件連接配置在雙方的電極上，加熱雙方的上述部件的方法等。
當(dāng)使用上述擴(kuò)散的方法的情況下，可以選擇想要擴(kuò)散的材料的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(標(biāo)準(zhǔn)電極電位)，比想要擴(kuò)散的電極的材料的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(標(biāo)準(zhǔn)電極電位)還低。
例如，當(dāng)是本實(shí)施例那樣的電子源的形態(tài)的情況下，以Ag作為主要成份形成配線62和配線63，作為電極2、3的材料選擇Pt。而后，在上述②的情況下，例如，如圖39所示，將從電極2和電極3之間的中心位置到與各個(gè)電極連接的、包含想要擴(kuò)散的材料(Ag)的配線(62，63)的距離(L1，L2)設(shè)置為分別不同。由此，可以使直到要配置高分子膜的電極2和電極3的端部的擴(kuò)散距離不同。其結(jié)果，如果加熱配線62、63，則可以使更多的Ag擴(kuò)散到從配線到電極端部的距離近的電極2一方。
或者，在上述③的情況下，例如，如圖39所示，只要設(shè)計(jì)成電極2和包含想要擴(kuò)散的材料的配線62的接觸面積，和電極3和包含想要擴(kuò)散的材料的配線63的接觸面積不同即可。而后進(jìn)一步，如圖39所示，如果同時(shí)滿足上述②和③的方法，則可以得到進(jìn)一步的效果。
另外在上述的例子中，展示了加熱配線62和63雙方的例子，但在本發(fā)明中，當(dāng)然通過(guò)只加熱與想要擴(kuò)散的電極連接的配線也可以進(jìn)行上述的擴(kuò)散。
在本實(shí)施例中制成的圖象形成裝置中，把施加與掃描信號(hào)同步的調(diào)制信號(hào)的X方向配線62作為信號(hào)配線，把施加掃描信號(hào)的Y方向配線63作為掃描線進(jìn)行線順序驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，向所希望的電子元件施加20V的電壓，通過(guò)高壓端子Hv在金屬殼73上施加8kV的電壓。其結(jié)果，可以長(zhǎng)時(shí)間形成明亮良好的圖象。進(jìn)而，如圖38所示，各間隙5，全部偏向于電極2的端部(邊緣)配置。
如果采用本發(fā)明，則在電極一側(cè)的一定位置上形成電子發(fā)射部分，電子發(fā)射效率高，并且可以提供特性一致的電子發(fā)射元件。進(jìn)而，用本發(fā)明的電子發(fā)射元件及其制造方法，可以制造排列多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源或者圖象顯示裝置，可以實(shí)現(xiàn)大面積均勻性良好畫質(zhì)的圖象。另外，如果采用本發(fā)明的圖象形成裝置的制造方法，則在簡(jiǎn)化電子發(fā)射元件的制造工序的同時(shí)，可以便宜地制造均勻性優(yōu)異、長(zhǎng)期顯示品位優(yōu)異的圖象形成裝置。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射元件，包含(A)在基板表面上隔開(kāi)配置的第1以及第2電極；(B)被配置在上述第1電極和第2電極之間的上述基體表面上、同時(shí)與上述第2電極連接的碳膜；(C)被配置在與上述第2電極連接的碳膜和上述第1電極之間的間隙，其特征在于在上述間隙中，上述碳膜的表面和上述第1電極的表面的間隔，從上述基體表面開(kāi)始，在從上述基體表面離開(kāi)的上方變窄，以及在上述間隙內(nèi)，至少露出上述第1電極的表面的一部分。
2.權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射元件，其特征在于在上述第1電極上配置碳膜。
3.權(quán)利要求2所述的電子發(fā)射元件，其特征在于在上述間隙內(nèi)，配置上述第1電極和被配置在上述第1電極上的碳膜的界面。
4.權(quán)利要求2所述的電子發(fā)射元件，其特征在于在通過(guò)上述第1電極和第2電極、相對(duì)上述基體表面實(shí)際上垂直的平面上，上述第1電極上的碳膜距離上述基體表面的高度比與上述第2電極連接、被配置在上述第1電極和上述第2電極之間的上述基體表面上的碳膜距離上述基體表面的高度要高。
5.一種電子發(fā)射元件，包含(A)被配置在基體表面上的第1電極以及第2電極；(B)被配置在上述第1電極和第2電極之間的上述基體表面上的碳膜，其一方的端部覆蓋上述第1電極的一部分，另一方的端部覆蓋上述第2電極的一部分，具有間隙，其特征在于在上述間隙內(nèi)露出了上述第1電極的表面，以及上述間隙的寬度從上述基體表面開(kāi)始、在從上述基體表面離開(kāi)的上方變窄。
6.權(quán)利要求5所述的電子發(fā)射元件，其特征在于位于上述第1電極上的上述碳膜的一部分和上述第1電極的界面被配置在上述間隙內(nèi)。
7.一種電子發(fā)射元件，包含(A)在基板表面上隔開(kāi)配置的第1以及第2電極；(B)在被配置在上述第1電極和第2電極之間的上述基體表面上的碳膜，其一方的端部覆蓋上述第2電極的一部分；(C)至少用上述碳膜的另一方的端部和上述第1電極限定其一部分的間隙。
8.權(quán)利要求7所述的電子發(fā)射元件，其特征在于上述碳膜的另一方的端部和上述第1電極的間隔，從上述基體表面開(kāi)始，在從上述基體表面離開(kāi)的上方變窄。
9.權(quán)利要求7或8所述的電子發(fā)射元件，其特征在于在上述第1電極上配置碳膜。
10.權(quán)利要求9所述的電子發(fā)射元件，其特征在于在通過(guò)上述第1電極和第2電極、相對(duì)上述基體表面實(shí)際上垂直的平面上，上述第1電極上的上述碳膜距離上述基體表面的高度，比覆蓋上述第2電極的一部分、被配置在上述第1電極和上述第2電極之間的上述基體表面上的碳膜距離上述基體表面的高度要高。
11.權(quán)利要求9所述的電子發(fā)射元件，其特征在于上述第1電極上的碳膜和上述第1電極的界面被配置在上述間隙內(nèi)。
12.一種電子發(fā)射元件，包含(A)被配置在基體表面上的第1電極以及第2電極；(B)被配置在上述第1電極和第2電極之間的上述基體表面上的碳膜，其一端部覆蓋上述第1電極的一部分，另一端覆蓋上述第2電極的一部分，具有間隙，其特征在于在上述間隙內(nèi)，露出了上述第1電極的表面。
13.權(quán)利要求12所述的電子發(fā)射元件，其特征在于被配置在上述第1電極上的那部分碳膜的和上述第1電極的界面從上述間隙內(nèi)露出。
14.一種電子發(fā)射元件，包含，(A)被配置在基體表面上的第1以及第2電極；(B)被配置在上述第1電極和第2電極之間的上述基體表面上的碳膜，其一方的端部覆蓋上述第2電極的一部分，(C)上述碳膜的另一端部，和上述第1電極，隔著空隙互相相對(duì)。
15.權(quán)利要求14所述的電子發(fā)射元件，其特征在于上述碳膜的另一端部從上述基體表面上離開(kāi)。
16.權(quán)利要求14所述的電子發(fā)射元件，其特征在于在上述第1電極上配置碳膜。
17.權(quán)利要求16所述的電子發(fā)射元件，其特征在于在通過(guò)上述第1電極和第2電極、相對(duì)上述基體表面實(shí)際上垂直的平面上，上述第1電極上的碳膜距離上述基體表面的高度比覆蓋上述第2電極的一部分、被配置在上述第1電極和上述第2電極之間的上述基體表面上的碳膜距離上述基體表面的高度要高。
18.權(quán)利要求1、5、7、12中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件，其特征在于位于上述間隙內(nèi)的上述基體表面的至少一部分是凹形狀。
19.權(quán)利要求1、5、7、12中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件，其特征在于在上述間隙上配置多個(gè)上述電子發(fā)射部分。
20.權(quán)利要求1、5、7、12、14中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件，其特征在于通過(guò)在上述第1電極和第2電極之間施加電壓，根據(jù)施加在上述第1電極和第2電極之間的電場(chǎng)的方向，表現(xiàn)非對(duì)稱的電子發(fā)射特性。
21.權(quán)利要求1、5、7、12中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件，其特征在于上述間隙在上述第1電極和上述第2電極的連接方向上的寬度是50nm以下。
22.權(quán)利要求1、5、7、12中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件，其特征在于上述間隙在上述第1電極和上述第2電極的連接方向上的寬度是10nm以下。
23.權(quán)利要求1、5、7、12中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件，其特征在于上述間隙在上述第1電極和上述第2電極的連接方向上的寬度是5nm以下。
24.一種電子源，其特征在于在基體上配置多個(gè)如權(quán)利要求1、5、7、12、14中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件。
25.一種圖象顯示裝置，其特征在于具有權(quán)利要求24所述的電子源，和發(fā)光部件。
26.一種電子發(fā)射元件的制造方法，具有以下步驟(A)在基體上配置一對(duì)電極和連接所述電極之間的高分子膜；(B)低電阻化處理上述高分子膜；(C)在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，其特征在于通過(guò)使電流經(jīng)由上述一對(duì)電極、在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上流過(guò)時(shí)，把在一方電極的端部附近產(chǎn)生的焦耳熱設(shè)定得比在另一方的電極端部附近產(chǎn)生的焦耳熱要高而形成上述間隙。
27.一種電子發(fā)射元件的制造方法，具有以下步驟(A)在基體上形成一對(duì)電極和連接所述電極之間的高分子膜，使得上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極和上述高分子膜的接觸電阻不同于上述一對(duì)電極中的另一電極和上述高分子膜的接觸電阻；(B)低電阻化處理上述高分子膜；(C)在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，其特征在于通過(guò)使電流經(jīng)由上述一對(duì)電極、流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成上述間隙。
28.一種電子發(fā)射元件的制造方法，具有以下步驟(A)在基體上配置一對(duì)電極和通過(guò)覆蓋該一對(duì)電極的各自的一部分來(lái)連接該一對(duì)電極之間的高分子膜；(B)低電阻化處理上述高分子膜；(C)在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，其特征在于形成上述高分子膜，使其為覆蓋上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極的一部分上的階梯狀覆蓋層和覆蓋上述一對(duì)電極中的另一個(gè)電極的一部分的部分上的階梯狀覆蓋層，所述兩個(gè)階梯形覆蓋層不相同；以及上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
29.一種電子發(fā)射元件的制造方法，包含以下步驟(A)在上述基體上，配置一對(duì)電極和連接這對(duì)電極間的高分子膜，使得由上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極和上述高分子膜構(gòu)成的形狀和用上述一對(duì)電極中的另一個(gè)電極和上述高分子膜構(gòu)成的形狀不同；(B)低電阻化處理上述高分子膜；(C)在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜中形成間隙，其特征在于上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
30.一種電子發(fā)射元件的制造方法，包含以下步驟(A)在基體上形成相互形狀不同的一對(duì)電極，和連接該對(duì)電極間的高分子膜；(B)低電阻化處理上述高分子膜；(C)在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，其特征在于上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
31.權(quán)利要求26、29、30中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于以相互不同的大小形成上述一對(duì)電極。
32.權(quán)利要求26至30中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于上述一對(duì)電極形成相互不同的厚度。
33.權(quán)利要求26至30中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于形成上述一對(duì)電極，使得上述一對(duì)電極中的一方的電極的側(cè)面和上述基體面所成的角度與上述一對(duì)電極中的另一方的電極的側(cè)面和上述基體面所成的角度不同。
34.一種電子發(fā)射元件的制造方法，包含以下步驟(A)在基體上，配置材料相互不同的一對(duì)電極，和連接該對(duì)電極間的高分子膜；(B)低電阻化處理上述高分子膜；(C)在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，其特征在于上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
35.一種電子發(fā)射元件的制造方法，包含以下步驟(A)在基體上配置表面能量相互不同的一對(duì)電極；(B)配置連接被配置在上述基體上的上述一對(duì)電極之間的高分子膜；(C)低電阻化處理上述高分子膜；(D)在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，其特征在于連接上述電極間的高分子膜，是通過(guò)把構(gòu)成該高分子膜的高分子的溶液或者其母液涂布在上述基體上，加熱被涂布有該溶液的上述基體形成的，以及上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
36.一種電子發(fā)射元件的制造方法，包含以下步驟(A)在基體上配置組成相互不同的一對(duì)電極；(B)形成連接被配置在上述基體上的上述一對(duì)電極間的高分子膜；(C)低電阻化處理上述高分子膜；(D)在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，其特征在于連接上述電極間的高分子膜，是通過(guò)把構(gòu)成該高分子膜的高分子的溶液或者其母液涂布在上述基體上，加熱被涂布有該溶液的上述基體形成的，以及上述間隙，是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極，使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
37.權(quán)利要求34至36中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于上述一對(duì)電極是通過(guò)在實(shí)際上由同樣材料構(gòu)成的一對(duì)導(dǎo)電性部件中的一方中添加和上述導(dǎo)電性部件不同的材料而形成的。
38.權(quán)利要求34至36中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于把實(shí)際上由同樣材料構(gòu)成的一對(duì)導(dǎo)電部件中的至少一方和由標(biāo)準(zhǔn)電極電位比構(gòu)成上述導(dǎo)電性部件的材料低的材料組成的部件連接起來(lái)，并至少加熱由標(biāo)準(zhǔn)電極電位比構(gòu)成上述導(dǎo)電性部件的材料低的材料構(gòu)成的部件形成上述一對(duì)電極。
39.一種電子發(fā)射元件的制造方法，包含以下步驟(A)在基體上配置一對(duì)電極和連接該電極間的高分子膜，使得上述一對(duì)電極中的一個(gè)電極和上述高分子膜的連接長(zhǎng)度與上述一對(duì)電極中的另一個(gè)電極和上述高分子膜的連接長(zhǎng)度不同；(B)低電阻化處理上述高分子膜；(C)在通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜上形成間隙，其特征在于上述間隙是通過(guò)經(jīng)由上述一對(duì)電極、使電流流過(guò)通過(guò)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜形成的。
40.權(quán)利要求39所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于上述連接長(zhǎng)度是上述高分子在上述一對(duì)電極的端部和上述電極的各自連接的長(zhǎng)度。
41.權(quán)利要求39所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于上述連接長(zhǎng)度是通過(guò)連接上述一對(duì)電極各自與上述高分子膜、上述基體而形成的部分的長(zhǎng)度。
42.一種電子發(fā)射元件的制造方法，包含以下步驟(A)在基體上配置一對(duì)電極和連接該一對(duì)電極間的高分子膜；(B)對(duì)上述高分子膜接近上述一對(duì)電極中一個(gè)電極的區(qū)域低電阻化處理，使其比接近另一電極的區(qū)域電阻低；(C)通過(guò)使電流流過(guò)經(jīng)低電阻化處理上述高分子膜得到的膜，在其一部分上形成間隙。
43.權(quán)利要求26至30、35至37、39、42中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于形成上述高分子膜的工序是通過(guò)使用噴射法、給與構(gòu)成上述高分子膜的高分子溶液，或者給予構(gòu)成上述高分子膜的高分子的母體的溶液進(jìn)行的。
44.權(quán)利要求26至30、35至37、39、42中任一項(xiàng)所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于上述低電阻化處理工序是通過(guò)對(duì)上述高分子膜照射粒子束或者光進(jìn)行的。
45.權(quán)利要求44所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于上述粒子束是電子束。
46.權(quán)利要求44所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于上述粒子束是離子束。
47.權(quán)利要求44所述的電子發(fā)射元件的制造方法，其特征在于上述粒子束是激光束。
48.一種在基板上配置有多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源的制造方法，其特征在于所述電子發(fā)射元件是用權(quán)利要求26至30、34至36、39、42中任一項(xiàng)所述的方法形成的。
49.一種圖象形成裝置的制造方法，所述圖像形成裝置具備具有多個(gè)電子發(fā)射元件的電子源和由從該電子源發(fā)射的電子的照射形成圖象的圖象形成部件，其特征在于所述電子源用權(quán)利要求48所述的方法制造。
全文摘要
為了在實(shí)現(xiàn)電子發(fā)射效率高且特性一致的電子發(fā)射元件的同時(shí)，抑制使用同一元件的電子源、圖象顯示裝置的顯示的不均勻，以顯示均勻良好畫質(zhì)的圖象，本發(fā)明提出具有以下特征的電子發(fā)射元件，以及使用同一元件的電子源、圖象顯示裝置，即，在基體1表面上具有隔開(kāi)配置的電極2、3，以及配置在它們之間、與電極3連接的碳膜4’，在該碳膜4’和電極2之間配置間隙5，在間隙5中與電極3連接的碳膜4’的表面和電極2的表面的間隔，從基體1的表面開(kāi)始向上方變窄。
文檔編號(hào)H01J1/316GK1463017SQ02158829
公開(kāi)日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月25日
發(fā)明者教學(xué)正文, 水野祐信, 浜元康弘, 宮崎和也 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社