专利名称：电子发射器件，电子源，以及制造图像形成装置的方法
技术领域：
本发明涉及到电子发射器件，布置有许多电子发射器件的一种电子束，以及制造一种图像形成装置的方法，例如是采用这样一种电子源构成的显示器。具体地说，本发明涉及到制造一种电子发射器件的方法，它包括一个衬底，在衬底上形成的一对电极，以及一个具有狭窄间隙并且连接在电极之间的薄膜。
背景技术：
一般来说，已知有两类电子发射器件，即热电子发射器件和冷阴极电子发射器件。冷阴极电子发射器件被划分成电场发射型，金属/绝缘子/金属型和表面传导电子发射型。
在日本专利申请公开7-235255号和日本专利2903295号中公开了表面传导电子发射器件的设计和制造方法。
以下要简要描述上述文献中所披露的表面传导电子发射器件。
如图8的截面图所示，这种表面传导电子发射器件包括设在衬底1上的一对相对的器件电极2，3，以及连接在电极之间并且具有一个电子发射区85的导电薄膜84。
电子发射区85包括通过折断，变形或是损伤导电薄膜84的一部分并且使其产生一个间隙而形成的一个部位，并且在内部而且靠近间隙处的导电薄膜上利用被称为“激活”的工艺形成主要包括碳和/或碳化合物的淀积层86。有时候，彼此相对配置的淀积层会使一个间隙部位比上述的间隙变窄。
激活工艺是通过在包括有机物质的环境中按照预定的时间周期对器件持续施加脉冲整形电压来执行的。在这种情况下，在形成了图8所示的形状时，流经器件的电流(器件电流If)和射入真空的电流(发射电流Ie)会大大增加，从而获得良好的电子发射特性。
如果采用一种具有许多上述电子发射器件的电子源，并且将这种电子源和萤光物质构成的图像形成部件组合在一起，就能够构成一个诸如平面显示面板那样的图像形成装置。
另一方面，日本专利申请公开9-237571号公开了一种制造电子发射器件的方法，作为激活工艺的替代，它包括在导电薄膜上涂敷一种有机材料例如是热固性树脂，电子束负电阻或者聚丙烯腈的步骤以及一个执行碳化的步骤。
然而，在上述的器件中，必然要使用通过激励导电薄膜而形成间隙的步骤(被称作“形成”)，并且要通过选择导电薄膜的材料厚度而实现最佳的形成。
具体地说，为了降低形成所需的电功率并产生良好的间隙而提出了要使用一种钯氧化物的精细颗粒薄膜作为导电薄膜。
另外，因为利用形成制成的间隙难以获得合适的电阻发射，还提出了一种让碳或是碳化合物彼此相对的技术，通过形成，采用上述的激活工艺或者是涂敷有机聚合物薄膜并且执行激活而在间隙内形成一个较窄的间隙部位。
这样的常规器件存在以下两个问题1)如果用精细颗粒薄膜作为导电薄膜，薄膜的厚度和材料不容易达到很高的精度，因此，如果用许多电子发射器件制成一个平面显示面板，均匀性可能会降低。
2)因为要形成具有良好的电子发射特性的狭窄精细部位需要有其它步骤，例如是制造包括有机物质的环境的步骤以及在导电薄膜上高精度地形成聚合物薄膜的步骤，制造的步骤越来越复杂。
为了解决以上问题，就需要有一种电子发射器件及其制造方法，以便能够简化制造工艺并且改善电子发射特性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够长时间高效率发射电子的电子发射器件。
本发明的另一个目的是提供一种制造电子发射器件的方法，在它的步骤中能够简化常规的薄膜形成工艺，并且由于工艺的简化而降低成本。
本发明的再一个目的是要利用本发明的电子发射器件和制造方法制造一种布置有许多电子发射器件的电子源或者图像形成装置，并且获得一种能够长时间高精度显示大面积高质量图像的图像形成装置。
按照本发明所提供的制造电子发射器件的一种方法包括，在形成在一个衬底上的一对电极之间形成一个聚合物薄膜的步骤，通过加热为聚合物薄膜赋予导电性的步骤，以及在一对电极之间提供电位差的步骤。
进而，按照本发明所提供的制造电子发射器件的一种方法包括，在形成在一个衬底上的一对电极之间形成一个聚合物薄膜的步骤，通过加热聚合物薄膜来降低聚合物薄膜的电阻的步骤，以及在一对电极之间提供电位差的步骤。
进而，按照本发明所提供的制造电子发射器件的一种方法包括，在形成在一个衬底上的一对电极之间形成一个聚合物薄膜的步骤，用一个电子束照射至少一部分聚合物薄膜的步骤，以及在一对电极之间提供电位差的步骤。
进而，按照本发明所提供的制造电子发射器件的一种方法包括，在形成在一个衬底上的一对电极之间形成一个聚合物薄膜的步骤，用光照射至少一部分聚合物薄膜的步骤，以及在一对电极之间提供电位差的步骤。
图1A是一个平面示意图，表示按照本发明的方法制造的一种电子发射器件；图1B是图1A中沿着1B-1B线看到的截面图；图2A，2B和2C的截面示意图表示本发明的表面传导电子发射器件的一种制造方法；图3A，3B和3C的截面示意图表示用本发明的方法制造的另外一例电子发射器件；图4A，4B和4C的截面示意图表示用本发明的方法制造的又一例电子发射器件；图5的截面图表示一种具有测量评估功能的真空装置；图6A，6B，6C，6D和6E的截面示意图表示制造一种具有无源矩阵布局的电子源的步骤；图7的示意图表示一种图像形成装置的显示面板，它具有无源矩阵布局，并且是按照本发明的方法制造的；图8是一种常规电子发射器件的截面示意图；以及图9的曲线表示用本发明的方法制造的电子发射器件的电子发射特性。
具体实施例方式
第一点发明涉及到一种电子发射器件的制造方法，它包括在形成在一个衬底上的一对电极之间形成一个聚合物薄膜的步骤，通过加热为聚合物薄膜赋予导电性的步骤，以及在一对电极之间提供电位差的步骤。
进而，按照第一点发明，通过加热为聚合物薄膜赋予导电性的步骤中还可以包括用一个电子束照射至少一部分聚合物薄膜的步骤或者是用光照射至少一部分聚合物薄膜的步骤，光可以是从作为光源的一个氙灯发射的光或者是作为光源的一个卤灯发射的光，或者是激光束，而聚合物薄膜可以是一种芳香族聚合物薄膜，并且形成聚合物薄膜的步骤可以采用一种喷墨系统。
第二点发明涉及到一种电子发射器件的制造方法，它包括在形成在一个衬底上的一对电极之间形成一个聚合物薄膜的步骤，通过加热聚合物薄膜降低聚合物薄膜的电阻的步骤，以及在一对电极之间提供电位差的步骤。
进而，按照第二点发明，通过加热聚合物薄膜降低聚合物薄膜的电阻的步骤中还可以包括用一个电子束照射至少一部分聚合物薄膜的步骤或者是用光照射至少一部分聚合物薄膜的步骤，光可以是从作为光源的一个氙灯发射的光或者是作为光源的一个卤灯发射的光，或者是激光束，而形成聚合物薄膜的步骤可以采用一种喷墨系统。
第三点发明涉及到一种电子发射器件的制造方法，它包括在形成在一个衬底上的一对电极之间形成一个聚合物薄膜的步骤，用一个电子束照射至少一部分聚合物薄膜的步骤，以及在一对电极之间提供电位差的步骤。
进而，按照第三点发明，用电子束照射聚合物薄膜的步骤中还可以包括为至少一部分聚合物薄膜赋予导电性的步骤或者是降低聚合物薄膜的电阻的步骤，而聚合物薄膜可以是一种芳香族聚合物薄膜，并且形成聚合物薄膜的步骤可以采用一种喷墨系统。
第四点发明涉及到一种电子发射器件的制造方法，它包括形成在一个衬底上的一对电极之间形成一个聚合物薄膜的步骤，用光照射至少一部分聚合物薄膜的步骤，以及在一对电极之间提供电位差的步骤。
进而，按照第四点发明，用光照射聚合物薄膜的步骤中还可以包括为至少一部分聚合物薄膜赋予导电性的步骤或者是降低聚合物薄膜的电阻的步骤，光可以是从作为光源的一个氙灯发射的光或者是作为光源的一个卤灯发射的光，或者是激光束，而聚合物薄膜可以是一种芳香族聚合物薄膜，并且形成聚合物薄膜的步骤可以采用一种喷墨系统。
本发明的第五点涉及到一种具有多个电子发射器件的电子源的制造方法，其中的电子发射器件是按照本发明第一到第四点之一的方法制造的。
本发明的第六点涉及到一种图像形成装置的制造方法，它具有包括多个电子发射器件的一个电子源和一个图像形成部件，其中的电子源是按照上述制造方法制造的。
本发明中的聚合物是指在碳原子之间包括偶联的聚合物。
如果对碳原子之间包括偶联的聚合物加热，碳原子之间的偶联就会因离解并重新偶联而产生导电性。以这种方式具有导电性的聚合物被称为“热解聚合物”。
尽管本发明中的“热解聚合物”意味着是通过加热为聚合物赋予导电性，用加热以外的其他因素获得的聚合物也可以被称为是热解聚合物，例如是用电子束离解/重新偶联，或者是除了用加热离解/重新偶联之外还用光子离解/重新偶联。
对于热解聚合物，可以认为导电性是因为原始聚合物中碳原子之间的共轭双键的增加而增加，并且导电性是随着热解进展的程度而有所不同。
另外，有一种聚合物的碳原子之间的离解/重新偶联易于使聚合物产生导电性，也就是易于产生碳原子之间的双键，这就是已知的芳香族聚合物。芳香族聚合物是这样一种聚合物，它能在比较低的温度下获得具有高导电性的热解聚合物。
一般来说，尽管芳香族聚酰亚胺本身是绝缘体，仍然有在热解之前就具有导电性的聚合物，例如是聚亚苯基噁二唑(polyphenylene oxyadiazol)和聚亚苯基亚乙烯基(polyphenylene vinylene)。因为通过热解而降低电阻能进一步提高这些聚合物的导电性，本发明最适合采用这些聚合物。
按照本发明，可以利用聚合物薄膜形成步骤，执行热解的步骤和通过激活形成一个间隙的步骤来形成电子发射器件，这种制造方法比常规的方法要简单，后者包括导电薄膜形成步骤，实现形成的步骤，产生包括有机物质的一种环境的步骤(或者是在导电薄膜上形成一个聚合物薄膜的步骤)，以及在碳或碳化合物之间通过激活而形成间隙部位的步骤。进而，因为通过加热可以使热解聚合物变成比较硬的碳材料，还可以改善耐热性能。这样就能使往往受到导电薄膜性能限制的电子发射特性得以提高。
图1A和1B的示意图表示按照本发明的电子发射器件的构造，其中的图1A是一个平面图，而图1B是图1A中沿着1B-1B线看到的截面图。
在图1A和1B中，该器件包括一个衬底1，器件电极2，3，聚合物薄膜4，以及一个间隙5。在本发明中，偶尔也将这种聚合物薄膜4称为“热解聚合物薄膜”，因为它包括了下述的热解聚合物。进而，按照本发明，“聚合物薄膜”，“热解聚合物薄膜”，以及“主要包括碳的薄膜”都是同一个意思。另外，主要包括碳的薄膜4被设在衬底1上的器件电极2，3之间，并且在器件电极上面。尽管在图1中是将主要包括碳的薄膜4表示成在衬底上彼此横向相对并且被间隙5相互隔开，它们也可以有局部的相互连接。也就是说，可以采用在电连接在一对电极之间的主要包括碳的薄膜中局部形成一个间隙的形式。另外，按照本发明的主要包括碳的聚合物薄膜4还包括氮。另外还可以包括氢或硼，并且还可以包括金属例如是银。在主要包括碳的薄膜中，重要的是除碳以外的成分的含量(各自的原子与碳原子的比例)在靠近间隙5的区域中比靠近电极2，3的区域中更少了。
衬底1可以采用玻璃衬底。相对的器件电极2，3的材料可以是普通导电材料，也就是金属材料或者是氧化物导体。
如上所述，聚合物薄膜4是在碳原子之间具有偶联的聚合物。
间隙5是在聚合物薄膜4中形成的裂缝状间隙，并且是在施加一个合适的电场时产生一个电子隧道从而产生电流的区域，并且一部分隧道电子由于散射而变成了发射的电子。
这样就需要为至少一部分聚合物避免赋予导电性。其理由如下，如果聚合物薄膜4是绝缘的，即使在器件电极2，3之间施加电位差，电场也不会施加到间隙5上，也就不会发射电子。最好的办法是，至少要有一个被赋予导电性的区域来连接器件电极2(和器件电极3)和间隙5，这样就能对间隙5施加合适的电场。
图2A到2C表示本发明的电子发射器件的一种制造方法。以下要参照图1A和1B及图2A至2C来解释制造这种电子发射器件的一种方法。
(1)用洗涤剂，纯水，有机溶剂等等彻底清洗衬底1。在通过真空蒸发，溅射等等在衬底上淀积器件电极材料之后，在衬底1上采用光刻技术形成器件电极2，3(图2A)。尽管最好是用诸如铂等等贵金属作为器件电极材料，如下所述，如果执行一种激光照射工艺，必要时也可以使用诸如氧化锡或氧化铟(ITO)等氧化物导体的薄膜作为透明导体。(2)在已经形成了器件电极2，3的衬底1上的器件电极2，3之间形成聚合物薄膜4(图2B)。
作为形成聚合物薄膜4的一种方法，可以采用诸如旋转涂覆方法，印刷方法或是浸渍方法等各种公知的方法。印刷方法可能是最好的，因为无需使用构图手段就能形成理想构造的聚合物薄膜4。在这些方法当中，可以用喷墨式印刷方法制造出一种能够高密度布置电子发射器件的电子源，并且能够应用于平面显示面板，因为它能够直接形成数百μm以下的微小构造。
如果用这种喷墨系统形成聚合物薄膜4，可以施加液滴状的聚合物材料溶剂然后使其干燥。根据具体要求，也可以施加所需的液滴状前体聚合物溶剂，然后通过加热使其聚合。
按照本发明，尽管用芳香族聚合物作为聚合物材料是最好的，因为芳香族聚合物往往难以溶解在溶剂中，使用一种预先涂覆前体的方法是有效的。例如可以用喷墨系统涂覆(施加液滴)聚酰胺酸溶剂作为芳香族聚酰亚胺的前体，并且通过加热形成聚酰亚胺薄膜。
附带地说，用来溶解聚合物前体的溶剂例如可以采用N-甲基吡咯烷酮，N，N-二甲基乙酰酰胺，N，N-二甲基甲醛或者是二甲亚砜，并且可以添加n-丁基溶纤剂或者是三乙醇胺。然而，只要是能够用于本发明的溶剂，并非仅限于上述的溶剂。
(3)然后对聚合物薄膜4执行热解操作形成热解聚合物。热解操作的作用是为了产生导电性而对聚合物碳原子之间的偶联进行离解/重新偶联。
形成这种导电热解聚合物的方法可以通过在不会发生氧化的环境中(例如是在惰性气体环境或者是真空中)将特定的聚合物加热到分解温度以上来实现。
如上所述，尽管芳香族聚合物特别是芳香族聚酰亚胺和聚合物一样具有高热解温度，如果加热到这一热解温度以上例如是700℃到800℃以上，就能获得具有高导电性的热解聚合物。
然而，正象本发明中的情况，如果用热解聚合物作为构成电子发射器件的材料，考虑到其他结构部件的耐热性问题，完全用烤箱或是加热盘加热聚合物的方法可能会受到限制。特别是衬底被局限于具有特别高耐热性的衬底，例如是玻璃衬底或陶瓷衬底，如果考虑到要为大面积显示面板提供这样的衬底，它会变得非常昂贵。
因此，在本发明中，执行热解操作的更有效手段是采用电子束照射或者是光的照射，并且光照是采用氙灯或者是卤灯作为光源发射的光，或者是一个激光束。利用电子束照射或者是光照射将聚合物薄膜4局部加热而获得热解聚合物，无需使用具有高耐热性的昂贵的衬底。在这种情况下，采用加热的离解/重新偶联还可以加上除加热之外的其他因素，例如是采用电子束的离解/重新偶联或者是采用光子的离解/重新偶联。
以下要解释实际的热解操作。
(采用电子束照射)在照射电子束时，上面已经形成了器件电极2，3和聚合物薄膜4的衬底1被置于一个装有电子枪的真空容器中。热解操作是通过用电子枪将电子束照射在聚合物薄膜4上来执行的。在这种情况下，电子束的照射条件应该是加速电压Vac大于0.5KV并小于10KV，而电流密度ρ应大于0.01mA/mm2并小于1mA/mm2。进而，在这种情况下通过监视器件电极2，3之间的电阻值就能在获得理想电阻值时结束照射。
(采用激光束照射)在照射激光束时，上面已经形成了器件电极2，3和聚合物薄膜4的衬底1被置于一个台阶上，热解操作是通过用激光束照射聚合物薄膜4来执行的。在这种情况下，尽管最好是在惰性气体环境或者是真空环境中照射激光束以免聚合物薄膜4发生氧化(燃烧)，也可以在大气环境下执行激光束照射，这取决于激光器照射条件。
可以适当地选择激光束照射条件。例如是用一个脉冲YAG激光器的次高谐波(波长为632mm)执行激光照射，并且监视器件电极2，3之间的电阻，在获得理想电阻值时结束照射。
附带地说，只要对构成材料进行选择，使聚合物薄膜4和器件电极2，3的光学吸收波长不同，并且用波长与聚合物薄膜4的吸收波长吻合的激光束来照射，就只有聚合物薄膜4被实际加热。这样做是最好的。
(采用除激光器之外的照射)在采用除激光器以外的光来照射时，上面已经形成了器件电极2，3和聚合物薄膜4的衬底1被置于一个台阶上，并且用光照射聚合物薄膜4及其周围。在这种情况下，尽管最好是在惰性气体环境或者是真空环境中照射激光束以免聚合物薄膜4发生氧化(燃烧)，也可以在大气环境下执行激光束照射，这取决于激光器照射条件。
用一个氙灯或卤灯作为光源，并且用聚光装置聚集这种光而实现局部光照，这样有可能将聚合物薄膜的温度加热到为获得聚合物薄膜的热解温度所需的800℃以上。氙灯的光包括基本上连续的可见光到红外光，特别是在1μm波长附近的近红外区波段中有多个陡峭的尖峰强度；而卤灯主要包括可见光。因此，最好是按照聚合物薄膜或电极的材料来选择光源。
照射的光可以通过被聚合物薄膜直接吸收的光来升高聚合物薄膜的温度，在某些情况下，照射到聚合物薄膜附近的电极上的光会使电极升温，通过热传导来加热聚合物薄膜。这些作用的选择是由电极和聚合物薄膜的材料所决定的。
附带地说，根据衬底的材料，衬底可以会受热变形。为了避免变形而采用了脉冲调制的光，这样能抑制对衬底的过度加热。脉冲调制的条件可以按照产生的热量、衬底的热传导性和热辐射量来适当设置。附带地说，出于同样的理由对上述的激光束照射也采用了脉冲调制。
另外，关于照射的光，需要将构成聚合物薄膜4的材料的光吸收能力选择在高于构成器件电极2，3的材料的光吸收能力，最好是基本上只有聚合物薄膜4被加热。
进而还需要监视器件电极2，3之间的电阻值，并且在获得理想电阻值时结束光照。
因为光加热能够通过展宽聚光面积而比较容易在一个较大面积上获得光照，即使是对大面积的面板也能够有效地加热聚合物薄膜。
如上所述，尽管通过电子束照射或是由氙灯或卤灯光源或者是激光器发射的光的光照可以使聚合物薄膜4变成热解聚合物，并不需要整个聚合物薄膜4都发生热解。即使仅有一部分聚合物薄膜4发生热解，就能执行以下的步骤。
(4)然后，在经过热解的聚合物薄膜4中形成间隙5，由它构成电子发射区(图2C)。
间隙5的形成是通过在器件电极2，3之间施加电压(流过电流)而实现的。附带地说，最好是施加脉冲电压。通过施加这一电压(激活操作)使聚合物薄膜4的一部分因局部破裂，变形或者是退化而改变其结构，从而形成间隙5。
附带地说，也可以通过在器件电极2，3之间连续施加电压脉冲而执行激活操作的同时执行热解操作，也就是同时用激光束照射或者是用光照射。无论如何，这一过程都应该在减压的大气条件下执行，最好是在小于1.3×10-3Pa的大气压下执行。
在这一过程的激活操作中，通过施加电压脉冲而产生对应着聚合物薄膜4的电阻值的电流。与此相应，如果聚合物薄膜4具有极低的电阻，也就是说，如果聚合物薄膜是一种被充分热解的薄膜，这一过程中的激活操作就需要很大的电功率。为了用比较小的能量执行激活操作，可以调节热解的进度，或者是对仅仅一部分聚合物薄膜4执行热解。
如果考虑到本发明的电子发射器件是在真空中被驱动的，绝缘子最好是不要暴露在真空中。因此，最好是用电子束照射或者是利用氙灯或卤灯作为光源或者是激光器发出的光的光照来改造聚合物薄膜的整个表面(赋予导电性)。
图3A到3C的截面示意图表示表面已经变成了热解聚合物的聚合物薄膜4，图3A表示激活操作之前的状态，图3B表示激活操作刚刚开始后的状态，而图3C表示激活操作完成后的状态。
首先对聚合物薄膜4的一个表面区域4’执行激活操作，形成一个间隙5’(图3B)。在电子经隧道通过形成的间隙5’并且散射到对面的热解聚合物薄膜表面上发射出电子的同时，尚未受到热解的下层聚合物区域被逐渐热解，并且最终形成贯穿聚合物隔膜4整个厚度的间隙5(图3C)。
附带地说，即使是热解聚合物的这一区域处在与衬底邻接的一侧或者是处在薄膜厚度的中间区，最终也能形成贯穿聚合物薄膜4整个厚度的间隙5。
图4A到4C的平面示意图表示聚合物隔膜4，它的一部分在与衬底表面平行的方向上变成了热解聚合物，图4A表示激活操作之前的状态，图4B表示激活操作刚刚开始后的状态，而图4C表示激活操作完成后的状态。
首先对经过热解的聚合物薄膜4的一个表面区域4’执行激活操作，形成一个狭窄间隙5’(图4B)。在电子经隧道通过形成的间隙5’并且散射到对面的热解聚合物薄膜表面上发射出电子的同时，尚未受到热解的下层聚合物区域被逐渐热解，并且最终在与衬底表面大致平行的方向上形成贯穿聚合物薄膜4整个厚度的间隙5(图4C)。
附带地说，如上所述，在许多情况下，如果采用局部受到热解的聚合物薄膜4，就能获得良好的电子发射特性。尽管其原因尚不清楚，有可能是因为没有经过热解的聚合物易于随着散热移向间隙5的附近，这种间隙更适合形成并维持电子发射，从而提供了一种在受到驱动时不容易退化的构造。
如图9所示，用上述工艺获得的电子发射器件有一个门限电压Vth，因此，尽管当施加在电极2，3之间的电压小于门限电压时基本上不发射电子，如果施加大于门限电压的电压，就开始产生来自器件的发射电流(Ie)和在电极2，3之间流动的器件电(If)。
由于这样的特性，就能够形成在同一个衬底上按照矩阵图形布置有许多本发明的电子发射器件的一种电子源，并且能够实现对选定驱动的指定器件的无源矩阵驱动。
因此，如果用本发明的电子发射器件形成这样的电子源，并且将电子源和一个图像形成部件加以组合，就能够制成一种图像形成装置，例如是具有巨大图像平面的一种平面面板显示器。
尽管以下要描述本发明的实施例，本发明并不受这些实施例的限制。
按照实施例1的电子发射器件，图1A和1B所示类型的电子发射器件是用与图2A到2C所示的制造方法类似的一种方法形成的。以下要参照图1A和1B以及图2A到2C来说明实施例1的电子发射器件的制造方法。
用一个石英玻璃衬底做为衬底1，并且用纯水，有机溶剂等等彻底清洗衬底1。然后在衬底1上形成铂制的器件电极2，3(图2A)。在这种情况下，将器件电极之间的距离L选择为10μm，器件电极的宽度选择为500μm，而器件电极的厚度选择为100μm。
然后用聚酰胺酸深液(Hitachi Co.，Ltd.制造的PIX-L110)作为芳香族聚酰亚胺的前体，并且用N-甲基吡咯烷酮/三乙醇胺溶剂将溶液稀释到3％的树脂比例，再利用旋转涂层机旋转涂覆到这样制成的衬底上。然后在真空中将温度升高到350℃进行烘焙而获得聚酰亚胺。在这种情况下，聚酰亚胺薄膜厚度被选择为30nm。
用光刻技术对聚酰亚胺薄膜构图，形成跨接在器件电极2，3之间的300μm×300μm的正方形构造，这样就形成了具有理想构造的聚合物薄膜(图2B)。然后将上面已经形成了器件电极2，3和聚合物薄膜4的衬底1置于一个装有电子枪的真空容器中并且适当地排放空气。然后，将具有10KV的加速电压Vac和0.1mA/mm2电流密度ρ的电子束照射到聚合物薄膜4的整个表面上。在这种情况下测量器件电极2和3之间的电阻，在电阻下降到1KΩ时停止电子束照射。
然后将上面已经形成了器件电极2，3和经过电子束照射的聚合物薄膜4的衬底1送入图5所示的一个真空装置。
在图5中，标号51代表为该装置提供电压的一个电源；50代表用来测量器件电流If的一个电流表；54代表用来测量器件所产生的发射电流Ie的一个阳极；53代表用来为阳极54提供电压的一个高压电源；而52代表用来测量发射电流的电流表。在电子发射器件的器件电流If和发射电流Ie的测量中，电源51和电流表50被连接到器件电极2，3，而连接着电源53和电流表52的阳极54被设在电子发射器件上方。进而将电子发射器件和阳极54安装在一个真空装置中，它包括真空装置所需的排气泵(未示出)和真空仪表(未示出)，这样就能在理想的真空中测量电子发射器件的评估值。附带地说，阳极和电子发射器件之间的距离H被选择在4mm，而真空装置中的压力被选择在1×10-6Pa。
利用图5所示的系统通过施加双极性矩形脉冲而在聚合物薄膜4中形成间隙5，脉冲电压是25V，脉冲宽度为1msec，而脉冲间隔是10msec。
用上述步骤就制成了实施例1的电子发射器件。
然后在图5的真空装置中对实施例1的电子发射器件的器件电极2和3之间施加22V的驱动电压，同时对阳极54施加1KV电压，这时就会发现If是0.6mA而Ie是4.2μA，并且能够长时间维持稳定的电子发射特性。
最后要切割实施例1的电子发射器件并且用透视型电子显微镜(TEM)观察间隙5附近的切割段，这样就能查实与图1B和3C所示情况类似的构造。
实施例2的电子发射器件基本上与实施例1的电子发射器件具有类似的构造。
类似于实施例1，在制造过程中利用一个旋转涂层机将作为聚甲苯基恶二唑的前体的聚甲苯基酰肼的3％N-甲基吡咯烷酮/n-丁基Cellosolve溶液旋转涂覆在已经形成了铂制器件电极2，3的石英玻璃衬底上。然后在真空中将温度升高到310℃进行烘焙而获得厚度为30nm的聚甲苯基恶二唑薄膜。
用光刻技术对聚甲苯基恶二唑薄膜构图，形成跨接在器件电极2，3之间的300μm×300μm的正方形构造，这样就形成了具有理想构造的聚合物薄膜。
然后，在和实施例1相同的条件下用电子束照射聚合物薄膜4的整个表面之后，将衬底送入图5所示的真空装置。
进而，和实施例1一样采用图5的系统，通过施加双极性矩形脉冲而在聚合物薄膜4中形成间隙5，脉冲电压是22V，脉冲宽度为1msec，而脉冲间隔是10msec，这样就能形成实施例2的电子发射器件。
然后在图5的真空装置中对实施例2的电子发射器件的器件电极2和3之间施加20V的驱动电压，同时对阳极54施加1KV电压，在此时测量器件电流If和发射电流Ie，这时就会发现If是0.8mA而Ie是3.5μA，并且能够长时间维持稳定的电子发射特性。
最后要切割实施例2的电子发射器件并且用透视型电子显微镜(TEM)观察间隙5附近的切割段，这样就能查实与图1B和3C所示情况类似的构造。
实施例3的电子发射器件基本上与实施例1和2的电子发射器件具有类似的构造。
类似于实施例1，将上面已经形成了铂制的器件电极2，3和聚酰亚胺薄膜构成的聚合物薄膜4的石英玻璃衬底1置于一个装有电子枪的真空容器中并且适当地排放空气。然后在器件电极2和3之间施加电压为25V、脉冲宽度为1msec且脉冲间隔是10msec的双极性矩形脉冲，同时用具有7KV的加速电压Vac和0.1mA/mm2电流密度ρ的电子束照射在聚合物薄膜4的整个表面上。在这种情况下，流经器件电极2和3之间的电流会逐渐增大，在增大到大约2.5mA之后，由于电流会突然下降，就要停止电子束照射。
此后要拾取器件并且进行切割，用透视型电子显微镜(TEM)观察间隙5附近的切割段，这样就能查实与图3B所示情况类似的构造。
进而，利用图5所示的系统在类似地形成的一个器件的器件电极2和3之间施加电压为25V、脉冲宽度为1msec且脉冲间隔是10msec的双极性矩形脉冲。
经过上述工艺就制成了实施例3的电子发射器件。
然后在图5的真空装置中对实施例3的电子发射器件的器件电极2和3之间施加22V的驱动电压，同时对阳极54施加1KV电压，在此时测量器件电流If和发射电流Ie，这时就会发现If是1.0mA而Ie是5.3μA，并且能够长时间维持稳定的电子发射特性。
最后要切割实施例3的电子发射器件并且用透视型电子显微镜(TEM)观察间隙5附近的切割段，这样就能查实与图3C所示情况类似的构造。
实施例4的电子发射器件基本上与上述实施例的电子发射器件具有类似的构造。
用一种石英玻璃衬底作为衬底1，并且用纯水，有机溶剂等等彻底清洗衬底1。然后在衬底1上形成用ITO制成的器件电极2，3(图2A)。在这种情况下，将器件电极之间的距离L选择为10μm，器件电极的宽度选择为500μm，而器件电极的厚度选择为100μm。
类似于实施例1，在这样制成的衬底上形成由聚酰亚胺薄膜构成的聚合物薄膜4。
然后，将上面已经形成了ITO制成的器件电极2，3和聚酰亚胺薄膜构成的聚合物薄膜4的衬底1置于一个台阶上(处在大气压力下)，并且用一个Q开关脉冲NdYAG激光器(脉冲宽度为100nm，重复频率是10KHz，每个脉冲的能量是0.5mJ，光束直径是10μm)的次高谐波(SHG波长为632mm)照射在聚合物薄膜4上。在这种情况下，照射到聚合物薄膜4上的次高谐波在沿着从器件电极2指向器件电极3的方向上的宽度是10μm。进而测量器件电极2和3之间的电阻，当电阻下降到10KΩ时就停止电子束照射。
此后要拾取器件并且用透视型电子显微镜(TEM)进行观察，这样就能查实与图4A所示情况类似的构造。
然后，与实施例1一样，利用图5所示的系统在器件电极2和3之间施加电压为25V、脉冲宽度为1msec且脉冲间隔是10msec的双极性矩形脉冲，在聚合物薄膜4中形成间隙5，这样就制成了实施例4的电子发射器件。
然后在图5的真空装置中对实施例4的电子发射器件的器件电极2和3之间施加22V的驱动电压，同时对阳极54施加1KV电压，在此时测量器件电流If和发射电流Ie，这时就会发现If是0.8mA而Ie是4.2μA，并且能够长时间维持稳定的电子发射特性。
最后，如果用透视型电子显微镜(TEM)观察实施例4的电子发射器件，就能够查实与图4C所示情况类似的构造。
在实施例5中要制造一种将本发明的电子发射器件布置成矩阵图形的电子源和一种图像形成装置。
图6A到6E是用来解释制造实施例5的电子源的步骤的示意图，而图7是用来表示实施例5的图像形成装置的一个示意图。
图6A到6E用放大的尺寸表示了实施例5的电子源的一部分，与图1A和1B中相同的元件用相同的标号来表示。标号62代表X-方向导线；63代表Y-方向导线；而64代表层间的绝缘层。附带地说，在图6A到6E中没有表示衬底1。
在图7中，与图1A和1B及图6A到6E中相同的元件用相同的标号来表示。标号71代表一个面板，其中有层叠在衬底上的一个荧光薄膜和Al金属背板；72代表一个用来将面板71粘合到衬底1上的支撑框架；而73代表一个高压端子。由衬底1，面板71和支撑框架构成一个真空密封容器。
以下要参照图6A到6E和图7来解释实施例5。
在一种具有高应变点的玻璃衬底(由Asahi Glass Co.，Ltd.制造的；PD200软化点830℃，退火点620℃，应变点570℃)上利用溅射法淀积一层100nm厚度的ITO薄膜，并且用光刻技术形成由ITO薄膜构成的器件电极2，3(图6A)。器件电极2和3之间的距离选择为10μm。
然后用丝网印刷技术印刷一层Ag糊，通过加热烘焙形成X-方向导线62(图6B)。
然后在对应着X-方向导线62和Y-方向导线63之间的一个节点的位置上用丝网印刷技术印刷一层绝缘糊，通过加热烘焙形成绝缘层64(图6C)。
进而用丝网印刷术印刷一层Ag糊，通过加热烘焙形成Y-方向导线63，从而形成衬底1上的矩阵导线(图6D)。
在形成了矩阵导线的衬底1上跨接着器件电极2和3的一个位置处，围绕着器件电极之间的中心涂敷一种作为聚酰亚胺前体的聚酰胺酸的3％N-甲基吡咯烷酮/三乙醇胺溶液。在真空中用350℃的温度烘焙后获得由圆形聚酰亚胺薄膜构成的聚合物薄膜4，其直径大约有100μm，厚度是300nm(图6E)。
然后，将上面已经形成了ITO构成的器件电极2，3，矩阵导线62，63和聚酰亚胺薄膜构成的聚合物薄膜4的衬底1置于一个台阶上(处在大气压力下)，并且用一个Q开关脉冲NdYAG激光器(脉冲宽度为100nm，重复频率是10KHz，每个脉冲的能量是0.5mJ，光束直径是10μm)的次高谐波(SHG)照射在各个聚合物薄膜4上。在这种情况下，照射到聚合物薄膜4上的次高谐波在沿着从器件电极2指向器件电极3的方向上的宽度是10μm。从而在部分聚合物薄膜4上形成被逐渐热解的导电区域。
让用这种方法制造的衬底1和面板71面对面(形成荧光薄膜和金属背板的各个面彼此相对)，并且用支撑框架固定，然后在400℃下用玻璃料实行密封粘接。附带地说，用一种按条纹图形排列成三种颜色(RGB；红，绿，蓝)的薄膜作为荧光薄膜。
借助于真空泵通过一个排气管(未示出)从衬底1，面板71和支撑框架72构成的密封容器的内部排出空气，进而，为了维持这一真空，在密封容器内部实现非蒸发性吸气剂(evaporating getter)(未示出)的加热操作之后(吸气剂的激活操作)，用喷灯焊接排气管将容器密封。
最后，在器件电极2和3之间通过X-方向导线和Y-方向导线施加电压为25V、脉冲宽度为1msec且脉冲间隔是10msec的双极性矩形脉冲，在聚合物薄膜4中形成间隙5，这样就制成了实施例5的电子源和图像形成装置。
在这样制成的图像形成装置中，如果通过X-方向导线和Y-方向导线对选定的电子发射器件施加22V电压，并且通过高压端子73对金属背板旋加8KV电压，就能够长时间形成优质亮度的图像。
在实施例6中，用氙灯的照射代替实施例1的电子束，在相同的条件下形成电子发射器件，唯一的区别是用氙灯照射。
在实施例6中，氙灯照射是按如下方式实行的。
将上面按照与实施例1相同的方式形成了器件电极2，3和聚合物薄膜4的衬底1置于一个台阶上(处在大气压力下)，并且用氙灯照射聚合物薄膜4，改造一部分聚合物薄膜4，从而形成一个逐渐热解的导电区域。
作为光源的氙灯的额定功率是1.5W。尽管光的波长包括基本上连续的可见区到红外区的波段，特别是在800nm到1μm波长附近的近红外波段中具有很强的发光亮度。附带地说，尽管实施例6所使用的聚合物薄膜能够吸收从可见区到红外区的整个宽阔波段中的光，这种薄膜在红外波段附近具有更高的吸收特性。
从光源发出的光被一个设在光源背后的抛物面反射器聚集并入射到由一束光纤构成的一个光波导上。在一个输入端上的光的功率大约在400W以下。进而通过光波导将光引导到台阶上，并且用附着在光波导末端的一个聚光透镜聚集成直径5mm的光照射到背板上。
在这种情况下，在光波导的一个入射端设有一个快门，按照预定间隔打开和关闭快门就能对光进行脉冲调制。脉冲调制状态所设置的打开时间周期是100ms，而关闭时间周期是200ms。必须要根据聚合物薄膜的材料、电极的材料及构造来调节最佳的光功率和脉冲状态。
照射的光直接被聚合物薄膜吸收，使聚合物薄膜的温度升高，并且电极被照射到聚合物薄膜附近的电极上的光加热，电极传导的热量也会使聚合物薄膜的温度升高。这样就能加热聚合物薄膜。
在这种情况下，在器件电极2，3之间施加1V的电压并且监视电阻，在电阻的变化变得很小时就停止光的照射。从中发现所需的照射时间大约是2分钟。
附带地说，如果用卤灯作为光源也能产生类似的效果。然而，因为聚合物薄膜的光吸收特性与电极是不同的，必须要按照这种特性来设置脉冲施加状态。
与实施例1类似，在这样制成的实施例6的电子发射器件中也能长时间维持稳定的电子发射特性。
按照本发明的电子发射器件能够长时间高效率地实行电子发射，在这种制造工艺中，因为能够将薄膜形成步骤减少到一步完成，工艺得以简化，从而降低了成本。
另外，利用本发明的电子发射器件及其制造方法能够制成布置有许多电子发射器件的电子源或图像形成装置，并且能够获得一种可以长时间显示大面积优质亮度图像的图像形成装置。
权利要求
1.一种电子发射器件的制造方法，包括用于在形成于一个衬底上的一对电极之间形成一个包括碳原子间偶联的固态绝缘聚合物薄膜的步骤；用于加热所述聚合物薄膜而将其变成一个导电薄膜的步骤；以及在所述一对电极之间提供电位差从而使所述导电薄膜电激发的步骤。
2.按照权利要求1的方法，其特征是用于加热所述聚合物薄膜而将其变成一个导电薄膜的步骤中包括用电子束照射至少一部分所述聚合物薄膜的步骤。
3.按照权利要求1的方法，其特征是用于加热所述聚合物薄膜而将其变成一个导电薄膜的步骤中包括用光照射至少一部分所述聚合物薄膜的步骤。
4.按照权利要求3的方法，其特征是上述的光是由作为光源的一个氙灯发射的光。
5.按照权利要求3的方法，其特征是上述的光是由作为光源的一个卤素灯发射的光。
6.按照权利要求3的方法，其特征是上述的光是一个激光束。
7.按照权利要求1的方法，其特征是上述聚合物薄膜是一种芳香族聚合物薄膜。
8.按照权利要求1的方法，其特征是形成聚合物薄膜的步骤采用一种喷墨系统。
全文摘要
本发明提供的一种电子发射器件的制造方法包括在形成在一个衬底上的一对电极之间形成一个聚合物薄膜的步骤，通过加热使聚合物薄膜具有导电性的步骤，以及在一对电极之间提供电位差的步骤。
文档编号H01J9/02GK1547233SQ20041004734
公开日2004年11月17日 申请日期2001年8月31日 优先权日2000年9月1日
发明者岩城孝志, 水野祐信, 柴田雅章, 宫崎和也, 也, 信, 章 申请人:佳能株式会社