CN100356496C - 电子发射元件,电子源以及图像显示装置的制造方法 - Google Patents

电子发射元件,电子源以及图像显示装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够简化电子发射元件的制造工序，而且还能够改善电子发射特性的电子发射元件的制造方法，电子源的制造方法以及图像形成装置的制造方法，在把高分子膜碳化，使利用为电子发射部分的表面传导型的电子发射元件的制造工序中的高分子膜低阻化的工序中，在上述高分子膜上，在把每单位面积，每单位时间供给的能量束的能量强度记为W[W/m2]时，满足W≥2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2(T：把高分子膜在1×10-4Pa以上的真空中加热保持1小时，使其成为0.1Ω·cm以下的电阻率的温度[℃]，Csub：上述基体的比热[J/kg·K]，ρsub：上述基体的比重[kg/m3]，λsub：上述基体的热传导率[W/m·K]，1×10-9sec≤τ≤10sec)。

Description

电子发射元件，电子源以及图像显示装置的制造方法
技术领域
本发明涉及电子发射元件的制造方法，配置多个该电子发射元件构成的电子源的制造方法以及使用了该电子源构成的图像显示装置等的图像形成装置的制造方法。
背景技术
以往，作为电子发射元件已知表面传导型电子发射元件。
表面传导型电子发射元件的结构、制造方法等例如公开在特开平8-321254号公报等中。
图13A、B模式地示出在上述公报等中公开的一般的表面传导型电子发射元件的结构。图13A以及图13B分别是在上述公报等中公开的上述电子发射元件的平面图以及剖面图。
在图13A、B中，131是基体，132、133是相对的一对电极，134是导电性膜，135是第2间隙，136是碳被膜，137是第1间隙。
图14A～D模式地示出图13A、B所示构造的电子发射元件的生成工序的一例。
首先，在基板131上形成一对电极132、133(图14A)。
接着，形成连接电极132、133之间的导电性膜134(图14B)。
然后，在电极132、133之间流过电流，进行在导电性膜134的一部分上形成第2间隙135的“成形工序”(图14C)。
进而，在碳化合物气氛中，在上述电极132、133之间加入电压，进行在第2间隙135内的基板131上及其附近的导电性膜134上形成碳被膜136的“激活工序”，形成电子发射元件(图14D)。
另一方面，在特开平9-237571号公报中，公开了表面传导型电子发射元件的其它的制造方法。
通过把由用上述那样的制造方法生成的多个电子发射元件构成的电子源与由多个荧光体等构成的图像形成部件组合起来，能够构成平面显示屏等图像形成装置。
在上述以往的元件中，为了得到良好的电子发射特性，下了很多功夫，在“成形工序”的基础上，通过进行“激活工序”等，在由“成形工序”形成的第2间隙135的内部，进而配置由具有狭窄的第1间隙137的碳或者碳化合物构成的碳被膜136等。
但是，在这样使用了以往的电子发射元件的图像形成装置的制造中，具有以下的问题。
即，“成形工序”或者“激活工序”中的多次通电工序或者形成各个工序中的最佳气氛的工序等，添加的工序很多，而且各个工序管理复杂。
另外，在把上述电子发射元件使用在显示器等图像形成装置中的情况下，为了降低作为装置的功耗，还希望进一步提高电子发射特性。
进而，希望更廉价而且更简易地制造使用了上述电子发射元件的图像形成装置。
发明内容
因此，本发明是为解决上述问题而产生的，特别是提供能够简化电子发射元件的制造工序，而且，还能够改善电子发射特性的电子发射元件的制造方法，电子源的制造方法以及图像形成装置的制造方法。
本发明为了解决上述问题进行了锐意的研究，得到下述的结构。
即，本发明的第1方案提供电子发射元件的制造方法，其特征在于具有
(A)提供基体的工序，基体上配置一对电极和高分子膜，该高分子膜连接上述电极之间；
(B)通过在上述高分子膜上照射能量束，从而把上述高分子膜进行低阻化的工序；
(C)通过把上述高分子膜低阻化得到的膜上形成间隙的工序，
在上述(B)工序中，当把每单位面积、每单位时间所提供的上述束的能量强度记为W[W/m2]时，W满足W≥2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2；其中T：是在1×10-4Pa以上的真空中把高分子膜加热保持1小时，使其成为0.1Ω·cm以下电阻率的温度[℃]，Csub：上述基体的比热[J/kg·K]，ρsub：上述基体的比重[kg/m3]，λSub：上述基体的热传导率[W/m·K]，τ：照射时间，且1×10-9s≤τ≤10s。
本发明的第2方案提供电子发射元件的制造方法，其特征在于具有
(A)提供基体的工序，该基体上配置一对电极和高分子膜，该高分子膜连接上述电极之间；
(B)把上述高分子膜低阻化的工序；
在把上述高分子膜低阻化得到的膜上流过电流，由此在上述一对电极中的一方电极附近的、把上述高分子膜低阻化得到的膜上，形成间隙的工序，
把上述高分子膜低阻化得到的膜相对于其电传导的激活能量是0.3eV以下。
本发明的第3方案提供电子发射元件的制造方法，其特征在于具有
(A)在基体上配置一对电极的工序；
(B)在基体上配置导电性膜的工序，该导电性膜连接上述电极之间，并对于电传导的激活能量为0.3eV以下；
(C)通过在上述导电性膜中流过电流，在上述一对电极中的一方电极附近的上述导电性膜上形成间隙的工序。
本发明的第4方案提供的电子发射元件的制造方法，其特征在于，具有
(A)提供基体的工序，该基体上配置高分子膜；
(B)通过在上述高分子膜上照射能量束，从而把上述高分子膜进行低阻化的工序，
在上述(B)工序中，当把每单位面积、每单位时间所提供的上述束的能量强度记为W[W/m2]时，W满足W≥2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2；其中T：是在1×10-4Pa以上的真空中把高分子膜加热保持1小时，使其成为0.1Ω·cm以下电阻率的温度[℃]，Csub：上述基体的比热[J/kg·K]，ρsub：上述基体的比重[kg/m3]，λSub：上述基体的热传导率[W/m·K]，τ：照射时间，且1×10-9s≤τ≤10s。
在第1及第4方案中，在上述的把高分子膜低阻化的工序中，当1×10-9s≤τ≤1s时，上述能量强度W[W/m2]进而满足W≥A×T×(ρsub·Csub·λsub)1/2×τ-γ；其中，A：常数，且2.5≤A≤3.0，γ：常数，且0.5＜γ≤0.6。
在第1及第4方案中，使上述高分子膜的电阻率减少成0.1Ωcm以下时所需的激活能量是4eV以下。上述能量束多次照射在上述高分子膜上。上述(B)工序中进一步具有在上述高分子膜上照射能量束的工序。上述导电性膜以碳为主要成分。
在本发明的实施例中，上述能量束是电子束和离子束中的一种粒子束。上述能量束是从激光、氙光源或者卤光源中的一种光源发射的光束。上述高分子至少是芳香族聚酰亚胺，聚亚苯基_二唑或者聚亚苯基-1，2-亚乙烯基的任一种。
在第3方案中，上述导电性膜以碳为主要成分。
本发明的第5方案提供电子源的制造方法，该电子源具有多个电子发射元件，其特征在于该电子发射元件用上述本发明的第1至第4方案的电子发射元件的制造方法制造。
本发明的第6方案提供图像形成装置的制造方法，该图像形成装置具有包含多个电子发射元件的电子源以及通过从该电子源发射的电子的照射而发光的发光部件，其特征在于该电子源用上述本发明的第5方案的电子源的制造方法制造。
按照本发明的实施例中进一步包含如下工序：进一步具有在形成了上述间隙以后，在减压气氛下，通过在上述电极之间施加电压，使得在上述电极之间流过电流的工序。施加在上述电极之间的电压是波峰值一定的脉冲电压，该脉冲电压的脉冲宽度比对图像的形成进行实际驱动时的脉冲宽度大。施加在上述电极之间的电压是波峰值一定的脉冲电压，该脉冲电压的脉冲占空比(即脉冲宽度/脉冲周期)比对图像的形成进行实际驱动时的脉冲占空比大。施加在上述电极之间的电压是波峰值一定的脉冲电压，该脉冲电压的脉冲间隔比对图像的形成进行实际驱动时的脉冲间隔短。
本发明并不限于制造在表面传导型的电子发射元件上的碳膜的方法。本发明适用于制造如电子发射元件、电池等不同的电器件中所使用的膜的程序中。其中包括传导型的碳膜。因此，本发明的实质是其适用于制造不同的电器件的程序中，该程序包括在基体上提供高分子膜的工序和将能量强度为W≥2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2的能量束照射在该高分子膜上的工序。
附图说明
图1A以及1B是示出本发明的电子发射元件一例的模式平面图以及剖面图，图1A是平面图，图1B是剖面图。
图2A、2B、2C以及2D是示出本发明的电子发射元件的制造方法一例的模式剖面图。
图3示出流过本发明的碳膜的电流与温度的关系的一例。
图4是把流过本发明的碳膜的电流与温度进行了阿列里乌斯标绘的一例。
图5是示出具备了测定评价功能的真空装置的一例的模式图。
图6是示出本发明的单纯矩阵配置的电子源的制造工序的一例的模式图。
图7是示出本发明的单纯矩阵配置的电子源的制造工序一例的模式图。
图8是示出本发明的单纯矩阵配置的电子源的制造工序一例的模式图。
图9是示出本发明的单纯矩阵配置的电子源的制造工序一例的模式图。
图10是示出本发明的单纯矩阵配置的电子源的制造工序一例的模式图。
图11是示出本发明的单纯矩阵配置的电子源的制造工序一例的模式图。
图12是示出本发明的单纯矩阵配置的电子源的制造工序一例的模式图。
图13A以及13B是以往的电子发射元件的模式图。
图14A、14B、14C以及14D是以往的电子发射元件的制造工序的模式图。
图15是示出本发明的电子发射元件的电子发射特性的模式图。
图16是本发明的图像形成装置的斜视模式图。
图17A以及17B是示出本发明的电子发射元件的稳定驱动一例的模式图。
图18是示出本发明的图像形成装置的一部分制造工序的模式图。
图19是示出本发明的电子发射元件中的碳膜的电传导的温度特性测定方法的模式图。
图20是说明本发明的低电阻处理工序的模式图。
图21是说明本发明的低电阻处理工序的另一个模式图。
图22是说明本发明的低电阻处理工序的又一个模式图。
图23是本发明的电子发射元件的平面模式图。
图24是示出本发明的电子发射元件的稳定化驱动一例的模式图。
图25是示出本发明的电子发射元件的稳定化驱动一例的模式图。
图26是示出本发明的高分子膜的低电阻化的反应速度对于温度依赖性的一例的模式图。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施形态例，但是本发明并不限定于这些形态例。
图1A、B是示出本发明的电子发射元件的一结构例的模式图，图1A是平面图，图1B是通过电极2、3之间，对于配置了电极2、3的基体1的表面实质上垂直的平面(剖面)图。
在图1A、B中，1是基体，2和3是电极，4’是碳膜，5是间隙。6是碳膜与基体之间的空隙，构成间隙5的一部分。
上述碳膜也能够称为「以碳为主要成分的导电性膜」，或者「在一部分中具有间隙，并且以电连接一对电极之间的碳为主要成分的导电性膜」，或者「以一对碳为主要成分的导电性膜」，或者「通过把高分子膜进行低阻化处理得到的膜」。另外，有时还简单地称为「导电性膜」。
在上述那样构成的本发明的电子发射元件中，当在间隙5中加入充分的电场时，电子隧道间隙5，在电极2、3之间流过电流(元件电流：If)。该隧道电子的一部分通过散射成为发射电子(Ie)。
在本发明的电子发射元件中，靠近一方电极的附近配置间隙5。在图1A所示的例子中，大致沿着电极2的边缘配置间隙5。而且，如图1B等所示那样，在间隙5内的至少一部分中，露出(存在)电极2的表面。
另外，作为本发明的上述「露出」，当然包括电极2的表面完全露出的情况，但不排除在电极2的表面上存在或者附着(吸附)杂质或气氛环境中的气体的吸附物的状态。另外，间隙5可通过后述的「施加电压工序」形成。在通过「施加电压工序」形成该间隙的情况下，推测电极与碳膜以及基板之间的热变形或者热畸变的相互作用形成间隙5。因此，在本发明中，在经过「施加电压工序」后的间隙5内，在「施加电压工序」之前接触电极2表面的碳膜等的残渣即是很少地附着在电极2的表面上，也相当于上述「露出」。另外，至少在剖面TEM照片(TEM照片剖面包含间隙5和电极2)或者SEM照片中，如果确认在间隙5内的电极2表面上存在明显的被膜，则该状态也相当于本发明中的「露出」。
如果按照上述的结构形成间隙5，则电子发射元件的电传导特性(电子发射特性)对于加入在电极2、3之间的加入电压的极性能够显著地成为非对称。如果把以某种极性(顺极性：使电极2的电位高于电极3的电位)加入了电压情况与以其相反的极性(反极性)加入了电压的情况相比较，例如分别在20V的电压下进行比较时，则电流值产生10倍以上的差异。这时，本发明的电子发射元件的电压-电流特性表现出是高电场下的隧道传导型。
另外，在上述本发明的电子发射元件中，可以得到非常高的电子发射效率。在进行该电子发射效率的测定时，在元件上配置阳极电极，进行驱动使得接近间隙5一侧的电极2相对于电极3成为高电位。如果这样做，则能够得到非常高的电子发射效率。如果把在电极2、3之间流过的元件电流If与由阳极电极捕捉的发射电流Ie之比(Ie/If)定义为电子发射效率，则该值是实施以往的「成形处理」以及「激活处理」形成的表面传导型电子发射元件的数倍的值。本发明者们推测作为可以得到这样高的电子发射效率的几个理由之一可能是在间隙5内电极材料露出而以某些形状做出贡献。
间隙5的详细情况如后述那样，通过配置高分子膜4使得把一对电极2、3之间连接，把该高分子膜4进行低阻化处理，并在实施该低阻化处理得到的膜(以下记为「低阻化了的高分子膜」，或者「碳膜」，或者简单地记为「导电性膜」)上进行加入电压(流过电流)的「施加电压工序」而形成。
以下，使用图1A、B以及图2A～D，说明本发明的电子发射元件的制造方法的一例。
(1)使用清洗剂、纯水以及有机溶剂等把由玻璃等构成的基板(基体)1充分洗净，用真空蒸镀法、溅射法等沉积了电极材料以后，例如使用光刻技术在基体1上形成电极2、3(图2A)。电极2与电极3的间隔设定为10μm以上100μm以下。另外，从成本的观点出发，作为在基板1中使用的部件，可以使用碱石灰玻璃，低碱玻璃，无碱玻璃等比较廉价的玻璃。这些廉价的玻璃的畸变点基本上小于700℃。
这里，作为电极2、3的材料能够使用一般的导电性材料。理想的是，作为电极2、3的材料使用金属或者以金属为主要成分的材料。
(2)接着，在设置了电极2、3的基体1上形成高分子膜(有机高分子膜)4使得把电极2、3之间连接(图2B)。
作为高分子膜的膜厚，从后述的「低阻化处理」或者成膜的再现性的观点出发，最好选择1nm以上1μm以下。
本发明的所谓「高分子」意味着至少具有碳原子之间的结合的分子。而且，理想的是，本发明的高分子的分子量是5000以上，更理想的是10000以上。
如果在具有碳原子之间的结合的高分子上加热，则有时产生碳原子之间的结合的分解·再结合，使导电性上升，把这样加热的结果，导电性上升的高分子称为「热分解高分子(Pyrolytic Polymer)」。
在本发明中，除去热以外的原因，例如由电子线引起的分解再结合，由光子引起的分解再结合产生碳原子之间的结合的分解·再结合，增加导电性的情况也加在由热引起的分解再结合中，记为热分解高分子。
其中，在本发明中，把热以及热以外的原因引起的高分子的构造变化以及导电特性的变化总称并记为「改质(transformation)」。
在热分解高分子中，能够解释为通过高分子中的碳原子之间的共轭二重结合导电性增加，根据改质的进行程度导电性不同。
作为通过碳原子之间的结合的分解·再结合易于发现导电性的高分子，即易于生成碳原子之间的二重结合的高分子，可以举出芳香族系高分子。因此，在本发明中，最好使用芳香族系高分子。另外，其中，特别是芳香族聚酰亚胺由于是能够得到在比较低的温度下具有高导电性的热分解高分子的高分子，因此在本发明中是最理想的材料。一般芳香族聚酰亚胺其自身是绝缘体，而也有聚亚苯基_二唑，聚亚苯基-1，2-亚乙烯基等在进行了分解之前具有导电性的高分子。这些高分子也是能够在本发明中理想地使用的高分子。
高分子膜4的形成方法能够使用众所周知的各种方法，即，旋转涂敷法，印刷方法，浸渍法等。特别是，如果使用印刷法，则由于能够廉价地形成高分子膜4，因此是理想的方法。其中，如果使用喷墨方式的印刷方法，则能够不需要构图工序，另外，还由于能够形成数百μm以下的图形，因此对于在平面显示屏中适用的高密度地配置了电子发射元件的电子源的制造也是有效的。
当形成高分子膜4时，可以使用高分子材料的溶液，此时，把该溶液供给基体1上，然后使其干燥，从而得到高分子膜。而根据需要，也能够将高分子材料的前驱体溶液用于形成高分子膜4时候。当高分子材料的前驱体溶液用于获得高分子膜4的情况时，把该溶液供给基体1上，然后加热基体1从而除去溶剂并改变前驱体使之成为高分子。
在本发明中，作为上述高分子材料，如上述那样，最好使用芳香族系高分子，而由于这些高分子的大多数难以溶解于溶剂中，因此有效的是使用其前驱体溶液的方法。如果举出一个例子，则涂敷作为芳香族聚酰亚胺前驱体的聚酰胺酸溶液，通过加热等能够形成聚酰亚胺膜。
另外，作为溶解高分子前驱体的溶剂，例如能够使用N-甲基吡咯烷酮，N，N-二甲基乙酰胺，N，N-二甲基甲酰胺，二甲亚砜等，另外，还能够并用n-乙二醇丁二醚，三乙醇胺等，而只要能够适用本发明就没有特别的限制，不是限定于这些溶剂。
另外，如图1所示，例如，在希望把间隙5配置在电极2一侧的情况下，可以形成为使得电极2和高分子膜4(或者碳膜4’)的连接长度与电极3和高分子膜4(或者碳膜4’)的连接长度根据高分子膜4(或者碳膜4’)的形状而不同。作为其例子，例如，如图1所示，形成高分子膜4，使得高分子膜4(或者碳膜4’)和电极2的连接长度(≌W1)与高分子膜4(或者碳膜4’)和电极3的连接长度(≌W2)不同。
另外，本发明中的所谓「连接长度」(或者「交叉长度」)，指的是在「电极(2、3)的端部(边缘)中，高分子膜4(或者实施后述的「低阻化处理」得到的膜4’)与电极(2、3)连接的长度(边界)」。或者，所谓「连接长度」(或者「交叉长度」)，也可以是「电极(2、3)和高分子膜4(或者实施后述的「低阻化处理」得到的膜4’)与基体1连接形成的部分(边界)的长度」。
为了使上述连接长度不同，例如能够使用通过把高分子膜4如图1那样阶梯形地进行构图的方法。或者，另外，在使用喷墨方式的印刷法形成高分子膜的情况下，能够使用通过在一方的电极上偏离滴液的中心位置供给滴液进行的方法。或者，另外，在把一方电极的表面能量与另一方电极表面的表面能量改变了以后，通过提供高分子材料的溶液或者高分子材料的前驱体溶液，进行加热，也能够形成连接长度不同的高分子膜4。这样，作为使连接长度不同的方法，能够适当地选择各种方法。
本发明中，在上述那样控制间隙5的位置的情况下，不限定于在电极2一侧和电极3一侧使上述连接长度不同方法，以下，示出其方法的若干种。
(a)使导电性膜4’和电阻2的连接电阻或者阶跃敷层与导电性膜4’和电极3的连接电阻或者阶跃敷层成为非对称。
(b)在导电性膜4’和电极2连接的区域附近，导电性膜4’和电极3连接的区域附近，热扩散程度不同。
(c)使电极2、3的形状成为非对称。
(3)其次，进行使高分子膜低阻化的「低阻化处理」。「低阻化处理」是使得在高分子膜4中发现导电性，把高分子膜4做成导电性膜4’的处理。在该「低阻化处理」中，高分子膜4通过对其照射能量束(如粒子束或光)可减少电阻率。
作为该「低阻化处理」的一例，能够通过把高分子膜4加热使高分子膜4低阻化。作为通过加热使高分子膜4低阻化(导电化)的理由，是通过进行高分子膜4内的碳原子之间的结合的分解、再结合发现导电性。
通过加热进行的「低阻化处理」能够通过把构成上述高分子膜4的高分子以分解温度以上的温度进行加热实现。另外，上述高分子膜4的加热在惰性气体气氛中或者真空中这样的氧化抑制气氛下进行最理想。
上述的芳香族高分子，特别是芳香族聚酰亚胺虽然具有高的热分解温度，但是通过以超过了热分解温度的温度，典型的是700℃到800℃以上进行加热，能够发现高导电性。
但是，如本发明这样，在把作为构成电子发射元件的部件的高分子膜4加热到热分解程度的情况下，在用烘箱或者加热板把总体进行加热的方法中，从构成电子发射元件的其它部件的耐热性的观点出发，有时将受到制约。
因此，在本发明中，如图2C所示，作为更适宜的低阻(电阻率)化处理的方法，最好通过从电子束或者离子束等粒子束照射装置10，或者激光束等光照射装置10在高分子膜4上照射粒子束或者光，把该高分子膜4进行低阻(电阻率)化。如果这样做，则能够在抑制了对于其它部件的热的恶劣影响的情况下，把高分子膜4进行低阻(电阻率)化。
为了向用户廉价、稳定地供给本发明的电子发射元件，电子源以图像形成装置，重要的是稳定而且低成本地进行上述「低阻化处理」。
例如，在形成对角线40英寸左右的电子源或者图像形成装置的情况下，根据分辨率，在同一个基板上排列百万个以上本发明的电子发射元件。为此，例如，考虑每一个电子发射元件上进行了上述低阻化处理的情况，如果加入在一天中处理的基板的数量，则能够分配给「低阻化处理」的时间很短。
根据本发明者们的研究，在「低阻化处理」中的能量束(如粒子束或者光)的照射时，如果缩短所允许的时间，则不能够向加入比较长的时间进行了「低阻化处理」时那样，把高分子膜充分地进行改质，其结果，发现在后述的「施加电压工序」中，有时不能够沿着一方的电极附近形成间隙5，或者，间隙5的间隔过宽，因而不能够实现上述的高电子发射效率。在更严重的情况下，甚至在「施加电压工序」中破坏电极。
而且，本发明者们发现了在充分短的照射时间(具体地讲是10秒以下)下的「低阻化处理」中求出的条件与在比其长的照射时间下的「低阻化处理」中求出的条件差别很大。
图21在横轴中对数表示照射时间，在纵轴中对数表示高分子膜的「低阻化处理」中所必需的能量密度[W/m2]。在图21中，虚线是在10秒以下的区域中能够得到良好的电子发射特性的边界，实线示出在10秒以上的区域中能够得到良好的电子发射特性的边界。
如图21所示，发现以10秒为边界，照射时间与高分子膜的「低阻化处理」中所必需的照射能量密度的关系发生很大变化。在作为充分加入照射时间进行了「低阻化处理」的区域中(＞10s)中的关系式(图21中的实线：W2)的延长区域(10s以下的区域)，即图21中的实线的延长区域(用点线表示))中，不能够进行充分的低阻化，其结果，可知不能够得到出色的电子发射特性。即，在10s以下的照射时间的区域内，把在高分子膜的每个单位面积中，每单位时间所吸收的(供给)能量记为W[W/m2]时，W只有满足下述(1)式表示的W1的条件(作为边界区域包括图21中的虚线)，才能够进行充分的「低阻化处理」，其结果，发现能够得到显示出上述良好的电子发射特性的图1B所示构造的电子发射元件。
本发明者们进行了详细研究的结果，发现为了显示出良好的电子发射特性，在高分子膜的每个单位中，每单位时间吸收的(供给)能量W[W/m2]必须满足下述式(1)所示的W1的条件(作为边界区域包括图21中的虚线)。
即，W1≥2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2......(1)
另外，在上述式(1)中，把来自外部的对于高分子膜的能量(粒子束或者光)的照射时间记为τ[s]，把基体的比热记为Csub[J/kg·K]，1×10-4Pa的真空中(或以上的真空中，因为以上的真空如10-5Pa导致与1×10-4Pa时基本相同的对高分子膜的低阻化)把高分子膜加热保持1小时，使其成为0.1Ω·cm以下的电阻率的温度[℃]记为T，把基体的比重记为ρsub[kg/m3]，把基体的热传导率记为λsub[W/m·K]，1×10-9s≤τ≤10s。
另外，本发明者们发现了在用上述式(1)表示的条件中，为了更简易地制造显示出更良好的电子发射特性的电子元件，在高分子膜的每单位面积中，每单位时间吸收的(供给)能量W[W/m2]必须满足用下述式(2)表示的W1’的条件(作为边界区域包括图21中的点划线)。
即
W1’≥A×T×(ρsub·Csub·λsub)1/2×τ-γ......(2)
另外，在上述式(2)中，A是常数，满足2.5≤A≤3.0，γ是常数，满足0.5＜γ≤0.6，1×10-9s≤τ≤1s。
上述电阻率能够从使用4探针方法测定的片电阻和用阶差测定计或者椭圆仪表等膜厚干涉计等测定的膜厚求出。
另外，在上述低阻化工序中，伴随着在上述高分子膜中产生的吸热反应速度对于温度的依赖性示出阿列里乌斯型，特征是高分子膜的电阻率成为0.1Ω·cm以下的反应的激活能量是4eV以下。该反应的激活能量与本发明的T密切相关。
在上述芳香族聚酰亚胺的情况下，T是700[℃]左右，反应的激活能量是3.2eV左右。
以下，加入详细的考察。
把在每单位面积中，被高分子膜吸收(供给)的能量记为E[J/m2]，把在每单位面积中，被高分子膜每单位时间吸收(供给)的能量记为W[W/m2]，把能量照射时间记为τ[s]时，成为E＝W×τ＝(对于高分子膜的吸热)+(对于基体的热扩散)。
本发明的高分子膜4的膜厚虽然没有特别限定，但是如上述那样处在1nm～1μm左右的范围。从而，由于高分子膜的膜厚与基体的膜厚相比较充分薄，因此可以说「高分子膜的热容量比基体的容量充分小」。因此，在能量照射时，能够忽略对于高分子膜的热扩散量，可以说「基体最表面的温度≈高分子膜的温度」。
另外，高分子膜4如上述那样主要通过碳原子之间的结合的分解、再结合发现导电性(低阻化)。碳原子之间的结合的分解已知伴随着吸热反应。虽然是单体的结构，但是在一个C-C结合(碳原子与碳原子的结合)中需要300～400kJ/mol。本发明的情况下，高分子膜4如上述那样是1nm以上1μm以下的膜厚。即使在最厚的1μm的情况下进行考虑，每1mm2的分解热量虽然依赖于高分子膜的膜厚，但是最高也不过是数十μJ左右。在高分子膜4的低阻化处理工序中，为了把高分子膜进行高均匀性的低阻化，需要照射比上述分解热量充分大的能量。在本发明的式(1)中，作为对于所照射的能量，能够忽视上述分解热量的充分小的条件，成为至少需要10-9[s≤τ]。该条件在低阻化处理工序的方便性方面，可以说是充分的条件。根据以上条件，为了能够忽视高分子膜的吸热，通过本发明的能量照射供给的全部热量能够近似地在高分子膜以及基体的温升方面做出贡献。
另一方面，对于基体的热扩散有在照射时间短时，不依赖于布线材料或者布线厚度，仅依赖于基体材料的实验事实(详细情况记载实施例中)。因此，对于基体的热扩散在照射时间短，热扩散距离比能量照射直径充分小的情况下，考虑为能够以基体的深度方向的一维进行模型化。
在把基体的比重记为Csub[J/kg·K]，基体的比重记为ρsub[kg/m3]，基体的热传导率记为λsub[W/m·K]时，成为
(热扩散距离)＝2×((λsub×τ)/(Csub×ρsub))1/2。
由此，在τ[s]期间提供的热量的(对于基体的热扩散)表示为
(对于基体的热扩散)＝ρsub×Csub×扩散距离×(T-室温)≈ρsub×Csub×扩散距离×T。
由此，对于基板扩散的每单位面积以及每单位时间的能量Wsub[W/m2]成为
Wsub＝2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2[W/m2]
可知与本发明的(1)式一致。
如果依据本发明者们的更详细的研究，则通过在高分子膜上照射(1)式的能量得到的膜虽然对于电传导的激活能量(Ea)成为0.3eV以下，但是判明了将产生激活能量的分散性(详细情况记载在实施例中)。
而且，通过满足(1)式，在1×10-9s≤τ≤1s范围内照射满足(2)式的能量，进而判明了能够稳定地制造Ea。
以下叙述(2)式详细的考察。
如上述那样在低阻化工序中，高分子膜主要通过碳原子之间的结合的分解·再结合伴随吸热反应。该反应速度对于温度的依赖性的一例成为图26所示那样的阿列里乌斯型。如果用公式表示则如下。
1/tr＝A×exp(-Er/kTr)......(3)
这里，在上述(3)式中，A是图26的曲线的Y轴(纵轴)切片，示出作为接近分子振动水平的速度的1013[1/s]，Tr示出反应温度[K]，Tr示出反应时间[s]，k示出玻耳兹曼常数，Er示出为了使高分子膜的电阻率成为0.1Ωcm的反应的激活能量。如果把高分子膜在1×10-4Pa以上的真空中加热保持1小时情况下成为0.1Ωcm以下的电阻率的温度记为T[K]，则
Er＝38.2×k×T......(4)
由此，根据(3)式和(4)式，可以得到
Tr＝38.2/{In(tr)+30}×T......(5)
为了在高分子膜上实施T小时，W以上功率的能量照射进行低阻化，至少需要高分子膜的温度在τ小时内，上升到(5)式所示的Tr[K]。
为此，取Tr＝Tτ，tr＝τ，室温＝300K，从(2)式和(5)式，可以得到
W∝[38.2/{In(tr)+30}×T-300]×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2......(6)
(6)式的第一项在1×10-9s≤τ≤1s中，能够近似为
A×T×τ-γ’(γ’≌0.03～0.1)
由此，(6)式成为
W∝A×T×τ-γ’×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2
可知与从试验结果得到的本发明的(2)式一致。
这意味着在τ小于1的情况下，由于不能够忽视高分子膜的反应速度，因此虽然在(1)式中得到的W1中，可以得到Ea≤0.3eV，但是为了得到稳定的Ea，最好满足(2)式W1’。
另外，从外部照射的能量为了抑制对于基体的热的影响的同时，把高分子膜4进行「低阻化处理」，最好脉冲地多次进行照射。
另外，如果依据图21的虚线所示那样的上述式(1)示出的本发明的能量照射条件，或者进而发展地限定了的图21的点划线所示那样的式(2)所示的本发明的能量照射条件，则在配置了多个电子发射元件的情况下，能够在为了把各个电子发射元件进行连接而配置在基体上的部件的形状或者材料的影响少的状态下进行「低阻化处理」。因此，能够把大量的高分子膜4高均匀性地进行「低阻化处理」。其结果，如果依据本发明，则能够排列具有高均匀性特性的电子发射元件，另外，能够形成显示画面的均匀性高的图像显示装置。
另外，根据(4)式，如果加大高分子膜4的反应的激活能量Er，则T升高，根据(5)式，实际的反应温度Tr升高。在本发明中，虽然通过从外部向基体进行部分的能量照射，在高分子膜部分实现超过基体的耐热温度(畸变点等)的低阻化处理温度，但是不允许过于超过基体的熔点的反应温度Tr。考虑到实际存在的基板的熔点，为了把Tr取为不过高的现实的值，高分子膜的反应的激活能量最好是4eV以下。
另外，在本发明中，没有特别限制上述能量的上限。但是，如果考虑到能量源的可实现性，或者「低阻化处理」工序中的简便性以及实际存在的基板的耐热温度等，最大也不过是3×1012W/m2，成为现实的照射能量的上限。
另外，在高分子膜上实施「低阻化处理」得到的膜(导电性膜)4’显示出空穴载流传导，电阻率示出负的温度特性(即膜4’呈现出电阻的负温系数)。这时，从温度特性出发，能够求出对于实施「低阻化处理」得到的膜4’的电传导的激活能量(以下记为Ea)。
在高分子膜上实施「低阻化处理」得到的膜4’的Ea与其电阻率具有大致相关性。在上述的不充分的「低阻化处理」中，Ea增大(温度特性成为陡梯度)。其结果，由于「施加电压工序」中的焦耳热产生热骤升。本发明者认为这是由于「施加电压工序」中的焦耳热，在高分子膜上实施「低阻化处理」得到的膜温度上升。通过该温度上升，有时膜电阻进一步下降。而且，通过电阻的下降，增加焦耳热，膜的温度进一步上升。产生了这样循环的结果，不能够得到所希望的间隙5。
本发明者们锐意研究本发明的结果，发现了不限于上述的「低阻化处理」，如果在实施后述的「施加电压工序」之前的导电性膜(在高分子膜上实施「低阻化处理」得到的膜)的激活能量Ea是0.3eV以下，则上述的连接长度即使电极2一侧的连接长度与电极3一侧的连接长度相同(即，电极2与电极3实质相同)，也能够在任一方的电极附近配置间隙5。另外，即使在本发明的在高分子膜上实施「低阻化处理」得到的膜4’中，如果实施「低阻化处理」使得其激活能量Ea成为0.3eV以上，则上述的连接长度即使电极2一侧的连接长度与电极3一侧的连接长度相同，也能够在任一方的电极附近配置间隙5。
以下示出对于在高分子膜上实施「低阻化处理」得到的膜的电传导的Ea的测定计算方法。
例如，在1×10-6Pa左右的真空下，在电极2、3之间加入电压(0.5V)，监视在高分子膜上实施「低阻化处理」得到的膜中流过的电流的同时，使用加热器(未图示)，把基体1从常温加热到300℃。图3示出其结果得到的电流-温度曲线的一例。把所得到的电流与温度的数据进行阿列里乌斯标绘(I∝ exp(-Ea/kT)，I：电流，k：波尔兹曼常数，T：绝对温度)，能够从其倾斜度计算Ea。图4示出阿列里乌斯标绘的一例。
以下，具体地说明本发明的「低阻化处理」的一例。
进行电子束照射的情况
在照射电子束的情况下，把形成了高分子膜4的基体1设置在安装了电子枪的减压气氛下(真空容器内)。从设置在容器内的电子枪对于高分子膜4照射电子束。作为这时的电子束的照射条件，考虑电子束对于高分子膜4或者基体1的侵入深度，最好是加速电压Vac＝0.5kV以上40kV以下。
电流密度(jd)从作为本发明的(1)式，根据所选择的基体1的热传导率，比热，比重以及在1×10-9秒以上10秒以下的范围内任意选定的τ决定。
通常，大多使用在jd＝0.01mA/mm2以上10mA/mm2以下的范围内。
进行激光束照射的情况
在照射激光束的情况下，把形成了高分子膜4的基体1配置在载置台上，对于高分子膜4照射激光束。为了抑制高分子膜4的氧化(燃烧)，这时，照射激光的环境最好是在惰性气体中或者真空中，而根据激光的照射条件，也可以在大气中进行。
作为这时的激光束的照射条件，例如最好使用半导体激光器(790～830nm)进行照射。
激光照射能量从作为本发明的(1)式，根据所选择的基体1的热传导率，比热，比重以及从基体1的熔点、畸变点选定的τ决定，而考虑到照射面积，高分子膜4以及基体1对该波长的吸收率(＝1-[透射率]-[反射率])，决定激光光源的输出。通常大多使用在数百mW/mm2～数十W/mm2的范围内。
另外，通过上述「低阻化处理」形成的「导电性膜」4’也称为「以碳为主要成分的导电性膜」，或者简单地称为「碳膜」。
把如Pt等催化材料用于电极2和3中的情况下，经过低阻化处理，位于这些电极上的处理后的高分子膜的厚度比位于这些电极之间的处理后的高分子膜的厚度变薄。
(4)其次，在导电性膜4’上进行间隙5的形成(图2D)。
例如，该间隙5的形成通过在电极2、3之间加入电压(流过电流)进行。另外，作为加入的电压最好是脉冲电压。根据该施加电压工序，在导电性膜4(被低阻化了的高分子膜4’)的一部分上形成间隙5。在用低电压驱动电子发射元件的基础上，在上述施加电压工序中加入的电压最好使用脉冲电压。
另外，该施加电压工序还能够通过与上述的低阻化处理的同时，在电极2、3之间连续地加入电压脉冲进行。另外，为了再现性良好地形成间隙5，最好是进行使加入在电极2、3之间的脉冲电压逐渐增加的升压赋能。另外，上述施加电压工序最好在减压气氛下进行，理想的是在1.3×10-2Pa以下压力的气氛下进行。
另外，上述施加电压工序还能够与上述的「低阻化处理」同时进行。
另外，经过上述的「低阻化处理」得到的膜4’的电阻值有时在上述的「施加电压工序」中进一步下降。在通过进行「低阻化处理」得到的膜4’和经过上述「施加电压工序」形成了间隙5以后的碳膜4’中，有时在其电特性或者膜质等方面产生若干差异，而在本发明中，只要没有特别地预先说明则不进行区别。进而，如果详尽地叙述，则在结束了「低阻化处理」的膜(「通过在高分子膜上实施低阻化处理得到的膜」)与结束了「施加电压工序」的膜(「碳膜」)之间，在碳的结晶性的观点方面不特别地存在优先差异的情况下，上述称为「碳膜」的表现和称为「通过把高分子膜进行低阻化处理得到的膜」的表现即使是区别工艺阶段的表示，也不是作为膜质进行区别的表现。
其次，以下叙述进行经过上述施加电压工序形成了间隙5以后的碳膜4’的Ea的测定计算方法的一例。
在1×10-6Pa左右的真空中，如图19所示，使探头a接触电极2、3之间的碳膜4’(接触位置任意)，使探头b接触电极3。接着，在2个探头之间加入电压(0.5V)，监视在碳膜4’上流过的电流，同时，使用加热器把基体1从常温加热到300℃。
把所得到的电流和温度的数据进行阿列里乌斯绘图，从其倾斜度能够计算出Ea。
如果根据图5所示的测定装置计测按照上述本发明的制造方法得到的电子发射元件的电压-电流特性，则良好地显示出电子发射的元件的特性如图4所示。即，上述电子发射元件具有阈值电压Vth，即使在电极2、3之间加入低于该电压的电压，实际上也不发射电子，而通过加入高于该电压的电压，则开始产生来自元件的发射电流(Ie)，流过电极2、3之间的元件电流(If)。
在本发明中，如果通过把高分子膜进行低阻化处理得到的膜的Ea是0.3eV以下，则能够抑制「施加电压工序」时的导电性膜(通过把高分子膜进行低阻化处理得到的膜)的破坏或者电极破坏，能够得到图15所示的显示出良好的电子发射的电子发射元件(详细情况记载在实施例中)。
为了实现上述图15所示的特性，构成在同一个基板上矩阵形地配置了多个上述电子发射元件的电子源，能够进行选择所希望的元件进行驱动的单纯矩阵驱动。另外，在图5中，使用了与在图1A、B等中使用的符号相同符号的部件指的是相同的部件。84是阳极，83是电压电源，82是用于测定从电子发射元件发出的发射电流Ie的电流计，81是用于在电子发射元件上加入驱动电压Vf的电源，80是用于测定在电极2、3之间流过的元件电流If的电流计。在电子发射元件的上述元件电流If，发射电流Ie的测定时，在元件电极2、3上连接电源81和电流计80，在该电子发射元件的上方配置连接了电源83和电流计82的阳极电极84。另外，把本电子发射元件以及阳极电极84设置在真空装置内，在该真空装置内具备未图示的排气泵以及真空计等真空装置所必需的设备，使得能够在所希望的真空下进行本元件的测定评价。另外，把阳极电极与电子发射元件之间的距离H取为2mm，把真空装置内的压力取为1×10-6Pa。
(5)稳定化驱动
接着，在由上述工序得到的电子发射元件上最好加入预定的电压进行电子发射特性的稳定化。本发明者们进行了锐意研究本发明的结果，发现本发明中的电子发射元件如果在上述间隙5形成以后进行驱动，则驱动前期的发射电流以及元件电流减少。图18示出该状况。如该图所示，虽然在驱动前期发生电流减少，但是通过进行某种时间程度的元件驱动，该减少收敛，然后，不产生这样的变动而持续稳定的电子发射。在这里把用于使该发射电流以及元件电流稳定化的驱动称为稳定化驱动。
该稳定化驱动所需要的时间根据加入的电压脉冲的宽度或电压脉冲的波峰值或者脉冲间隔而不同，大概是数分钟到数百分钟的范围，如果稳定化驱动的周期恒定则脉冲宽度越长，或者，如果驱动脉冲宽度恒定则脉冲间隔越短，或者波峰值越高，则所需要的时间越短。这显示出稳定化驱动的驱动占空比(脉冲宽度/脉冲周期)越高越能够实现短时间内的稳定化。
图24，图25示出该状况。在这些图中，图24模式地示出改变了脉冲宽度时的稳定化的状况，图25模式地示出改变了脉冲间隔时的稳定化的状况。该状况在脉冲的波峰值中也相同，波峰值越高则稳定化所需要的时间越短。另外，为了说明的简化，在这些图中仅记载着发射电流，而对于元件电流可知也表现出同样的变化，在稳定化驱动中能够把电子发射效率(Ie的值/If的值)保持为高状态不变。
另外，在稳定化驱动中使用的脉冲电压的波峰值高的情况下，由于有可能诱发元件的破坏，因此并不理想，从而考虑把在实际的驱动(实际驱动)时所加入的电压提高一些作为上限。具体地讲，最好是在实际驱动时加入在元件上的最大电压的0.7倍以上1.5倍以下，更理想的是1.05倍以上1.2倍以下。
另外，该稳定化驱动的工序能够接在上述的间隙形成工序之后进行，还能够在电极2、3之间连续地加入电压脉冲形成了间隙以后，通过加入稳定化驱动电压连续地进行。在每一种情况下，都希望稳定化驱动工序在减压气氛下，最好在1.3×10-3Pa以下压力的气氛中进行。
作为图像形成装置进行面板化的情况下，如后述那样，虽然需要面板制作工序(封装工序)，但是由于上述稳定化驱动的工序是决定电子发射元件的特性的工序，因此最好在经过了面板化工序(封装工序)以后的被减压了的面板内进行，进而更理想的是在稳定化驱动以后不进行加热工序。
以上叙述的稳定化驱动的各条件应该是鉴于实际的电子发射元件或者图像形成装置的特性而设定的，本发明不是限定于上述条件。
其次，说明使用了上述电子发射元件的本发明中的图像形成装置。
图16是模式地示出使用了根据本发明的制造方法制造的电子发射元件102的图像形成装置一例的模式图。另外，在图16中，为了说明图像形成装置(气密容器100)内，除去了后述的支撑框72以及平台基准面71的一部分。另外，省略了驱动电路的图示。
图16中，1是配置了多个电子发射元件102的基体，在图像形成装置的说明中记为后基准面。71是配置了图像形成部件75的平台基准面。72是用于把平台基准面71与后基准面1之间保持为减压状态的支撑框。101是为了保持平台基准面71与后基准面1之间的间隔而配置的隔片。
在图像形成装置10是显示器(图像显示装置)的情况下，图像形成部件75由荧光体膜74和导电性的金属壳73构成。62以及63分别是用于在电子发射元件102上加入电压而连接的布线。Doy1～Doyn以及Dox1～Doxm是用于把配置在图像形成装置100的外部的驱动电路等与从图像形成装置的减压空间(由平台基准面，后基准面和支撑框包围的空间)导出到外部的布线62以及63的端部进行连接的取出布线。
其次，以下使用图6至图12示出本发明的图像形成装置的制造方法的一例。
(A)首先，准备后基准面1。作为后基准面1，使用由绝缘性材料构成的部件，特别是，最好使用玻璃。
(B)接着，在后基准面1上，形成多组在图1中说明过的一对电极2、3(图6)。电极材料可以是导电性材料。另外，电极2、3的形成方法能够使用溅射法，CVD法，印刷法等各种制造方法。另外，在图6中，为了简化说明，使用了沿着X方向形成3组，沿着Y方向形成3组总计9组电极对的例子，而该电极对的数量根据图像形成装置的分辨率适当设定。
(C)然后，形成下布线62使得覆盖电极3的一部分(图7)。下布线62的形成方法能够使用各种方法，而最好使用印刷法。在印刷法中由于网板印刷法能够在大面积的基板上廉价地形成因此最理想。
(D)在下布线62与在后续的工序中形成的上布线63的交叉部分形成绝缘层64(图8)。绝缘层64的形成方法也能够使用各种方法，而最好使用印刷法。印刷法中由于网板印刷法能够在大面积的基板上廉价地形成因此最理想。
(E)形成与下布线62实质正交的上布线63(图9)。上布线63的形成方法也能够使用各种方法。与下布线62相同，最好使用印刷法。印刷法中由于网板印刷法能够在大面积的基板上廉价地形成因此最理想。
(F)接着，形成高分子膜4使得把各电极对2、3之间进行连接(图10)。高分子膜4如上述那样能够使用各种方法生成，而为了简单地形成大面积，还可以使用喷墨法，如上述那样，也可以按照所希望的构图形成所希望形状的高分子膜4。
(G)接着，如上述那样，进行使各个高分子膜4低阻化的「低阻化处理」。关于「低阻化处理」，通过照射上述的电子束或离子束等粒子束，或者照射激光束进行。该「低阻化处理」最好在减压气氛中进行。通过该工序，在高分子膜4上提供导电性，变化为导电性膜(碳膜)4’(图11)。
(H)接着，在通过上述工序(G)得到的膜4’上进行间隙5的形成。该间隙5的形成通过在各布线62以及63上加入电压进行。由此，在各电极对2、3之间加入电压。另外，作为加入的电压最好是脉冲电压。通过该施加电压工序，在导电性膜4’的一部分上形成间隙5(图12)。间隙5配置在一方的电极附近。
另外，该施加电压工序还能够通过与上述的低阻化处理的同时，即，正在进行电子束或者激光束的照射的过程中，在电极2、3之间连续地加入电压脉冲进行。在每一种情况下，施加电压工序最好都在减压气氛下进行。
(I)接着，把预先准备的具有由铝膜构成的金属壳73和荧光体膜74的平台基准面71与经过上述工序(A)～(H)的后基准面1进行对位使得金属壳与电子发射元件相对(图17A)。在支撑框72与平台基准面71的接触面(接触区域)中配置接合部件。同样，在后基准面1与支撑框72的接触(接触区域)中也配置接合部件。在上述接合部件中，使用具有保持真空功能和粘接功能的部件，具体地讲，使用熔合玻璃或者铟，铟合金等。
在图17A、B中，示出了支撑框72预先用接合部件固定(粘接)
在经过了上述工序(A)～(H)的后基准面1上的例子，但并不一定必须在本工序(I)时接合。另外，同样，在图17A、B中，示出了隔片101固定在后基准面1上的例子，而隔片101也不一定必须在本工序(I)时固定在后基准面1上。
另外，在图17A、B中，为了方便，示出了把后基准面1配置在
下方，把平台基准面71配置在后基准面1的上方的例子，而哪一个在上面都无关紧要。
进而，在图17A、B中，示出了支撑框72以及隔片101预先固定(粘接)在后基准面1上的例子，而也可以仅放置在后基准面上或者平台基准面上，使得在下面的「封装工序」时进行固定(粘接)。
(J)接着，进行封装工序。把在上述工序(I)中相对配置的平台基准面71和后基准面1沿着其相对的方向加压的同时，至少把上述接合部件加热(图17B)。上述加热为了降低热畸变，最好把平台基准面以及后基准面的整个面加热。
另外，在本发明中，上述「封装工序」最好在减压(真空)气氛中或者非氧化气氛中进行。作为具体的减压(真空)气氛，最好是10-5Pa以下，更好的是10-6Pa以下的压力。
通过该封装工序，可以得到气密地接合平台基准面71，支撑框72和后基准面1的接触部分，同时，内部维持为高真空的图16所示的气密容器(图像形成装置)100。
这里，示出了在减压(真空)气氛中或者非氧化气氛中进行「封装工序」的例子。而也可以在大气中进行上述「封装工序」。这种情况下，在气密容器100中预先单独设置用于把平台基准面与后基准面之间的空间进行排气的排气管，在上述「封装工序」以后，把气密容器内部排气到10-5Pa以下。然后，通过密封排气管，可以得到内部维持为高真空的气密容器(图像形成装置)100。
在真空中进行上述「封装工序」的情况下，为了把图像形成装置(气密容器)100内部维持为高真空，最好在上述工序(I)与工序(J)之间，设置在上述金属壳73上(金属壳的与后基准面1相对的面上)覆盖吸气材料的工序。这时，作为使用的吸气材料，从使覆盖简单的理由出发最好是蒸发型的吸气剂。从而，最好把钡作为吸气膜覆盖在金属壳73上。另外，该吸气剂的覆盖工序与上述工序(J)相同，在减压(真空)气氛中进行。
另外，在这里说明的图像形成装置的例子中，在平台基准面71与后基准面1之间配置了隔片101。而在图像形成装置的尺寸小的情况下，不一定需要隔片101。另外，如果后基准面1与平台基准面71的间隔是数百μm左右，则可以不使用支撑框72，而用接合部件直接把后基准面1与平台基准面71接合。在这样的情况下，接合部件兼做支撑框72的替代部件。
另外，在本发明中，在形成电子发射元件102的间隙5’的工序(工序(H))以后，进行对位工序(工序(I))以及封装工序(工序(J))。而也可以在封装工序(工序J)以后进行工序(H)。
另外，如上述那样，上述「稳定化驱动」是在上述「封装工序」以后，而且屏内部的真空度是1.3×10-3Pa以上的状态下进行。
实施例
以下，举出实施例更详细地说明本发明。
实施例1
在本实施例中，使用了用在图2A～D中所示的制造方法制作的电子发射元件。
以下说明制作工序的详细情况。
工序1
在玻璃基板1上，通过溅射法，沉积厚度100nm的Pt膜，使用光刻技术形成了由Pt膜构成的电极2、3(图2A)。另外，电极2、3的电极间距离做成10μm。在基板1上，使用了旭硝子制的「PD200」。该玻璃的各物性值如下。比热：Csub＝653[J/kg·K]，比重：ρsub＝2730[kg/m3]，热传导率：λsub＝0.90[W/m·K]。另外，测定了该玻璃在800nm附近的波长吸收系数的结果是大约5％。另外，在各电极2和3上分别连接着供给电流的未图示的布线。布线配置的基板1上。
工序2
在基体1上，通过用溶解了3％的三乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶剂稀释了作为芳香族聚酰亚胺前驱体的聚酰胺酸溶液的旋转喷涂，进行全面涂敷，在真空条件下升温到350℃进行烘焙，形成氨化物。然后，涂敷光抗蚀剂，通过实施曝光、显像、腐蚀的各工序，把聚酰亚胺膜构图成跨接元件电极2、3的长方形，制作了高分子膜4(图2B)。这时，聚酰亚胺膜4的膜厚是30nm。该聚酰亚胺膜在1×10-4Pa以上的真空中加热保持1小时，使其成为0.1Ω·cm以下的电阻率的温度T是700℃，反应的激活能量是3.2eV。
工序3
接着，使用Nd:YAG激光器(光束直径10μm)，在每照射时间内且分别在3种条件下，进行对于上述式(1)中吻合上述基板的物性值的条件(满足W1的关系式的条件)下的聚酰亚胺膜4的能量照射(低阻化处理)。另外，在每照射时间内且分别在3种条件下，进行对于在上述式(2)中吻合上述基板的物性值的条件(满足W1’的关系式的条件)下的聚酰亚胺膜4的能量照射(低阻化处理)。这时，式(2)的A＝2.70，γ＝0.565。另外，对于同样的高分子膜，在每照射时间内且在1种条件下进行对于根据图21的实线所示的长时间地进行了低阻化处理观察到的条件(满足W2的关系式的条件)下的聚酰亚胺膜4的能量照射。测定了通过在每个条件下把聚酰亚胺膜4进行低阻化处理得到的膜的Ea。其测定结果示于表1中。
如表1所示，在满足本发明的式(1)的条件下进行了「低阻化处理」时，照射时间τ在1×10-9s≤τ≤10s范围内，如果观察每个照射时间，则虽然τ越小Ea的值越分散，但是Ea的值全部都是0.3eV以下。但是即使在式(1)的条件下，如果偏离照射时间τ的范围，则Ea的值有时也超过0.3eV。在满足本发明的式(2)的条件下进行了「低阻化处理」时，照射时间τ在1×10-9s≤τ≤Is范围内，Ea的值成为0.2eV以下，与满足式(1)的条件相比，每个照射时间的Ea的值的分散性减小。如果偏离照射时间τ，则Ea的值有时超过0.3eV。
使用俄歇电子分光分析装置(AES)分析了在聚酰亚胺膜上实施了上述「低阻化处理」后得到的膜(称为「碳膜」或者「导电性5」)的计测结果，可知在以碳为主要成分的膜上变化。
工序4
然后，对该膜进行冷却后，通过在各个电极2、3之间加入20V，脉冲宽度1ms的矩形脉冲，进行在实施了低阻化处理的膜之间形成间隙5’的施加电压工序。
对于经过上述工序1～4的各个工序的元件的电子发射特性、间隙5的形成位置、间隙，检查了碳膜的Ea。其结果，在式(1)的条件下进行了「低阻化处理」的元件中，可以得到良好的电子发射特性。另外，间隙5的位置也如图23所示，形成在电极附近。其中，有间隙5形成在电极3附近的情况和形成在电极2附近的情况。其中，如图1A、1B那样，如果把高分子膜4构图为梯形形状，则能够在电极与高分子膜的连接长度短的一方形成间隙5。
另一方面，在τ≤10s的区域中，在式(1)以外的条件下进行了「低阻化处理」的元件中，在电极2与电极3的中间附近形成间隙，或者不能够形成间隙，严重的情况下，将成为破坏电极，作为电子发射元件不能够使用的状态。另外，在τ＞10s的区域中，在W1以外的条件下，有能够得到和不能够得到良好的电子发射特性的情况。
另外，测量了显示出良好的电子发射特性元件的导电性膜(碳膜)4’的Ea的结果，包括低阻化处理后Ea为0.2eV以上0.3eV以下的情况在内，每一个导电性膜(碳膜)4’的Ea都是0.2eV以下。另外，与低阻化处理后相比较，每一个导电性膜(碳膜)4’的Ea都减小。
本实施例中的激活能量Ea的测定在1×10-6Pa左右的真空下，如图19所示，在电极2、3之间加入电压(0.5V)，监视实施「低阻化处理」得到的膜中流过的电流，同时，使用加热器把基体1从常温加热到300℃。把其结果得到的电流和温度的数据进行阿列里乌斯绘图(I∝exp(-Ea/kT)，I：电流，k：波尔兹曼常数，T：绝对温度)，从其倾斜度计算出Ea。
另外，在本实施例中，改变与上述电子发射元件连接的布线的材料，形成在基板上，进行了与上述相同的测定的结果，如图20所示，明确了在τ＞10s的区域，为了能够得到良好的电子发射特性所必需的能量密度的条件根据布线的材料而不同。而且还明确了在τ≤10s的区域中，如图21所示，即使布线的材料不同，但如果满足上述式(1)的条件，就能够得到良好的电子发射特性。另外，根据布线的膜厚或者构造，在τ≤10s的区域中，如果满足上述式(1)的条件，就能够得到良好的电子发射特性。
从该结果可知，在电子源或者图像形成装置这样的形成多个电子发射元件和配置用于驱动电子发射元件的布线的情况(即，在「低阻化处理」时，已经在基板上形成着布线的情况)下，最好进行本发明的式(1)所示条件下的「低阻化处理」。
另外，把基板1的材料替换为石英基板，在使石英基板的物性值与上述式(1)吻合的条件下，进行了上述工序(1)～(4)的结果，同样地能够得到电子发射特性出射的电子发射元件。这种关系在其它的基板材料中也相同。
图22中曲线化地示出使石英基板以及高畸变点玻璃基板(旭硝子(株)制，商品名称：PD200)的各物性值与式(1)吻合的条件。另外，石英基板是λ＝1.38W/m·K，C＝740J/kg·K，ρ＝2190kg/m3，(λ·C·ρ)1/2＝1495，PD200基板是λ＝0.9W/m·K，C＝653J/kg·K，ρ＝2730kg/m3，(λ·C·ρ)1/2＝1267。从图21，图22可知，不依赖于基体的种类或者布线材料或者布线的膜厚等，只要固定基体、布线，则在τ≤10s的区域中，照射时间与高分子膜4的低阻化处理所需要的每单位面积·单位时间的能量在Log-Log中处于直线关系。
另外，把基板1的材料取为石英基板，在使石英基板的物性值与上述式(2)吻合的条件下，进行了上述工序(1)～(4)。(2)式中的A＝2.82，γ＝0.553。与PD200基板时相同，低阻化处理后的Ea分散性比(1)式的条件减小，能够用短时间处理随后的「施加电压工序」，而且能够得到分散性更少的而且具有出色电子发射特性的电子发射元件。
这种关系在其它的基板材料中也相同。
由此可知，在式(2)中，也不依赖于布线材料或者布线的膜厚等，只要固定基体，则在τ≤1s的区域中，照射时间与高分子膜4的低阻化处理所需要的每单位面积·单位时间的能量在Log-Log中能够近似为直线的关系。
另外，观测了显示出良好的电子发射特性的元件的间隙5附近的剖面SEM像的结果，与图1B所示的模式图相同，是在间隙5内电极露出的结构。
实施例2
在本实施例中，做成图16中模式地示出的图像显示装置100。符号102是本发明的电子发射元件。使用图6至图12，图16，图17叙述本实施例的图像形成装置的制作方法。
图12放大地模式地示出由后基准面1，在其上面形成的多个本发明的电子发射元件和用于在各电子发射元件上加入信号的布线构成的电子源的一部分。1是后基准面，2、3是电极，5’是间隙，4’是碳膜，62是X方向布线，63是Y方向布线，64是层间绝缘层。
在后基准面1中使用了旭硝子的PD200。各物性值如下。
比热：Csub＝653[J/kg·K]
比重：ρsub＝2730[kg/m3]
热传导率：λsub＝0.90[W/m·K]
在图16中，与图12相同的符号表示相同的部件。71是在玻璃基板上叠层了由荧光体膜74和Al构成的金属外壳73的平台基准面。72是支撑框，用后基准面1，平台基准面71，支撑框72形成真空密闭容器。
以下，使用图6至图12，图16，图17说明本实施例。
工序1
在玻璃基板1上，使用溅射法，沉积厚度100nm的Pt膜，使用光刻技术形成了由Pt膜构成的电极2、3(图6)。另外，电极2、3的电极间距离做成10μm。
工序2
接着，用网板印刷法印刷Ag胶，通过加热烧结，形成了X方向布线62(图7)。
工序3
接着，在成为X方向布线62与Y方向布线63的交叉部分的位置，用网板印刷法印刷绝缘性胶，加热烧结形成了绝缘层64(图8)。
工序4
进而，用网板印刷法印刷Ag胶，通过加热烧结，形成Y方向布线63，在基体1上形成了矩阵布线(图9)。
工序5
在形成了矩阵布线的基体1上，通过用溶解了3％的三乙醇胺的N-甲基吡咯烷酮溶剂稀释了作为芳香族聚酰亚胺前驱体的聚酰胺酸(日立化成工业(株)社制：PIX-L110)溶液的旋转喷涂，在整个面上进行涂敷，在真空条件下升温到350℃，进行烘焙，形成氨化物。然后，涂敷光抗蚀剂8，通过实施曝光、显像、腐蚀等各工序，把聚酰胺膜构图为跨接元件电极2、3的台形形状，制作了台形形状的高分子膜4(图10)。
这时，聚酰亚胺膜4的膜厚是30nm。该聚酰亚胺膜在1×10-4Pa以上的真空中加热保持1小时，使其成为0.1Ωcm以下的电阻率的温度T是750℃。另外，电极2与高分子膜4的交叉长度(实质上，相当于「基板1表面上的电极与高分子膜的边界线长度」)做成100μm，电极3与高分子膜4的交叉长度做成150μm。另外，测定了该后基准面在800nm附近的波长吸收系数的结果，大约是5％。
工序6
接着，把形成了由Pt构成的电极2、3，矩阵布线62、63，由聚酰亚胺膜构成的高分子膜4的后基准面1放置在载置台上，对于各个高分子膜4以在实施例1中进行的式(1)条件下的能量各照射1个脉冲。把1个脉冲的脉冲宽度(照射时间)取为1s进行照射。
这时，移动载置台，使得作为能量源的半导体激光器照射各元件，把各个高分子膜4进行低阻化处理。
工序7
在如以上那样制作的后基准面1上，用熔合玻璃粘接支撑框72与隔片101。而且，使粘接了隔片和支撑框的后基准面1与平台基准面71相对(使形成了荧光体膜74和金属壳73的面与形成了布线62、63的面相对)配置(图17A)。另外，在平台基准面71上的与支撑框72的接触部分中预先涂敷熔合玻璃。
工序8
接着，在10-6Pa的真空气氛中，把相对的平台基准面71与后基准面1在400℃下加热以及加压，进行了密封(图17B)。通过该工序，可以得到内部维持为高真空的气密容器。另外，在荧光体膜74中使用条纹形地配置了3原色(RGB)的各色荧光体的部件。
最后，通过X方向布线和Y方向布线，在各个电极2、3之间加入25V的矩形脉冲，由此在实施「低阻化处理」得到的膜(「导电性膜」或者「碳膜」或者「以碳为主要成分的导电性膜」)4’上形成间隙5(参照图12)，制作了本实施例的图像形成装置100。
在如以上那样完成的图像形成装置中，通过X方向布线和Y方向布线，选择所希望的电子发射元件加入22V的电压，通过高压端子Hv在金属壳73上加入8kV的电压，其结果，能够形成长时间明亮的良好图像。
实施例3
在本实施例中，进而在实施例2中做成的图像显示装置中，加入「稳定化驱动」工序。从而，以下记述实施例2的工序8以后的工序。
工序9
通过在上述工序8中得到的图像形成装置的X方向布线和Y方向布线，在各发射元件上加入重复频率60Hz，脉冲宽度100μ秒，电压22V的驱动脉冲，进行脉冲的稳定化驱动。在该稳定化驱动时加入的脉冲的波峰值与实际驱动时加入的脉冲的波峰值相同。计测这时的沿着各个X方向的每一行的发射电流以及元件电流，在初始状态的电流变动收敛到一定值时结束稳定化驱动。该驱动所需要的时间在上述条件下是大约10分钟。
在以上那样完成的图像形成装置中，通过X方向布线和Y方向布线，选择所希望的电子发射元件，加入电压22V，脉冲宽度20μ秒，重复频率60Hz的驱动电压，通过高压端子Hv在金属壳73上加入8kV的电压，显示了图像的结果，能够形成长时间的明亮的良好图像。另外，测定了这时的显示图像的辉度变化的结果，可以得到在整个图像区域中长期都在5％以内的良好结果。
参考例
其次，示出在与上述实施例3相同的图像形成装置中，改变了上述工序9的稳定化驱动的条件时的比较例。
首先，使用与实施例3同样的结构构成的图像形成装置，测定了在省略了稳定化驱动的工序的图像形成装置中长时间的辉度变动的结果，几乎在很短时间内辉度大幅度下降，进而，还发生辉度下降的分布(分散)，不能够得到良好的图像形成装置。
接着，把实施例3所示工序9的驱动条件取为重复频率60Hz，脉冲宽度10秒，电压22V，进行了脉冲的稳定化驱动的结果，发射电流Ie，元件电流If都收敛到一定值需要花费比在实施例3中所需要的时间更长的时间。
上述条件在与XGA相当的图像形成装置中，由于与通过线顺序驱动显示图像时驱动条件相当，因此说明了在与图像显示条件同等的驱动中，在元件的稳定化方面需要较长时间，从而显示出本发明的有效性。
实施例4
在本实施例中，制作了与实施例3同样的在图16中模式地示出的图像形成装置100。作为电子发射元件102，使用了用图1A、B以及图2A～D记述的制造方法制造的电子发射元件。由于主要地制造工序与实施例2相同因此省略说明，而在上述「低阻化处理」中，把后基准面1放入在大约1×10-6Pa的减压气氛中，通过在高分子膜上照射加速电压＝10kV，电流密度＝0.1mA的电子束进行。
与实施例3和9相同，把这样得到的后基准面1在减压气氛中，通过X方向布线和Y方向布线，在各个电极2、3之间加入25V，脉冲宽度1ms的矩形脉冲，形成了间隙5。
在以上那样制作的后基准面1上用熔合玻璃粘接支撑框72和隔片101。而且，使粘接了隔片和支撑框的后基准面1与平台基面71相对(使形成了荧光体膜74和金属壳73的面与形成了布线62、63的面相对)配置(图17A)。另外，在平台基准面71上的与支撑框72的接触部分中预先涂敷熔合玻璃。
接着，在10-6Pa的真空气氛中，把相对的平台基准面71与后基准面1在400℃下加热以及加压，进行了密封(图17B)。通过该工序，可以得到内部维持为高真空的气密容器。另外，在荧光体膜74中使用条纹形地配置了3原色(RGB)的各色荧光体的部件。
接着，通过在上述工序中得到的图像形成装置的X方向布线和Y方向布线，在各电子发射元件上加入重复频率600Hz，脉冲宽度100μ秒，电压22V的驱动脉冲，进行了脉冲的稳定化驱动。计测这是沿着各个X方向的每一行的发射电流以及元件电流，在初始状态的电流变动收敛到一定值时结束稳定化驱动。稳定化驱动所需要的时间在上述条件下几乎是1分钟，与实施例3相比较，能够在更短的时间内稳定。
在以上那样完成的图像形成装置中，通过X方向布线和Y方向布线，选择所希望的电子发射元件，加入电压22V，脉冲宽度20μ秒，重复频率60Hz的驱动电压，通过高压端子Hv在金属壳73上加入8kV的电压的结果，能够形成长时间的明亮的良好图像。另外，测定了这时的显示图像的辉度变化的结果，可以得到在整个图像区域中长期都在5％以内的良好结果。
如果依据本发明，则能够使电子发射元件的制作工艺简易的同时，能够廉价地制造长时期内显示品位出色的图像形成装置。

Claims (12)

1.一种电子发射元件的制造方法，具有通过向高分子膜上照射光或粒子束从而对上述高分子膜进行低阻化的工序，其中上述高分子膜配置成连接配置于基体上的一对电极；以及通过使电流流过对上述高分子膜进行低阻化得到的膜从而在该膜上形成间隙的工序，其特征在于：
向上述高分子膜照射光或粒子束的时间τ为1×10-9s≤τ≤10s，
在上述的对上述高分子膜进行低阻化的工序中，通过光或粒子束向上述高分子膜所赋予的能量强度记为W时，W满足：
W≥2×T×(ρsub·Csub·λsub/τ)1/2
其中，T：在1×10-4Pa以上的真空度中把上述高分子膜加热保持1小时后，该加热了的高分子膜示出0.1Ω·cm以下的电阻率所需的加热温度，其单位为℃；Csub：上述基体的比热，其单位为J/(kg·K)；ρsub：上述基体的比重，其单位为kg/m3；λsub：上述基体的热传导率，其单位为W/(m·K)；上述能量强度W的单位为W/m2。
2.根据权利要求1所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：
上述照射时间τ为1×10-9s≤τ≤1s，
在上述的对高分子膜进行低阻化的工序中，上述能量强度W进一步满足：
W≥A×T×(ρsub·Csub·λsub)1/2×τ-γ
其中，A：常数，且2.5≤A≤3.0；γ：常数，且0.5＜γ≤0.6；上述能量强度W的单位为W/m2。
3.根据权利要求1所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：
使上述高分子膜的电阻率成为0.1Ω·cm以下所需的激活能量是4eV以下。
4.根据权利要求1所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：
分成多次照射上述光或粒子束。
5.根据权利要求1所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：
上述粒子束为电子束或离子束。
6.根据权利要求1所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：
上述光是激光，或者是从氙光源或卤光源发射的光。
7.根据权利要求1所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：
上述高分子是芳香族聚酰亚胺、聚亚苯基_二唑或者聚亚苯基-1，2-亚乙烯基中的任一种。
8.根据权利要求1所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：
具有在形成了上述间隙以后，在减压气氛下，通过在上述电极之间施加电压，使得在上述电极之间流过电流的工序。
9.根据权利要求8所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：
施加在上述电极之间的电压是波峰值为一定的脉冲电压，该脉冲电压的脉冲宽度或脉冲占空比与进行实际驱动时的脉冲宽度或脉冲占空比相比大，其中脉冲占空比＝脉冲宽度/脉冲周期。
10.根据权利要求9所述的电子发射元件的制造方法，其特征在于：
施加在上述电极之间的电压是波峰值为一定的脉冲电压，该脉冲电压的脉冲间隔比进行实际驱动时的脉冲间隔短。
11.一种电子源的制造方法，该电子源具有多个电子发射元件，其特征在于：
该电子发射元件用权利要求1至10中任一项所述的方法制造。
12.一种图像显示装置的制造方法，该图像显示装置具有包含多个电子发射元件的电子源以及通过从该电子源发射的电子的照射而发光的发光部件，其特征在于：
该电子源用权利要求11所述的方法制造。
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