JP3902964B2

JP3902964B2 - 電子源の製造方法

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Publication number: JP3902964B2
Application number: JP2002054169A
Authority: JP
Inventors: 正文教學; 祐信水野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: US6817915B2; US20030162464A1; JP2003257306A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出素子を多数配置してなる電子源の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子放出素子として表面伝導型電子放出素子が知られている。表面伝導型電子放出素子とは、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものである。表面伝導型電子放出素子の構成、製造方法などは、例えば特開平８−３２１２５４号公報などに開示されている。
【０００３】
上記公報などに開示されている一般的な表面伝導型電子放出素子の構成を図１８に模式的に示す。図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）はそれぞれ、平面図および断面図である。図１８において、１７０１は基体であり、１７０２，１７０３は対向する一対の電極、１７０４は導電性膜、１７０５は第２の間隙、１７０６はカーボン膜、１７０７は第１の間隙である。
【０００４】
図１８に示した構造の電子放出素子の作成工程の一例を図１７に模式的に示す。
【０００５】
先ず、基体１７０１上に一対の電極１７０２，１７０３を形成し（図１７（Ａ））、続いて、電極１７０２、１７０３間を接続する導電性膜１７０４を形成する（図１７（Ｂ））。
【０００６】
次に、電極１７０２，１７０３間に電流を流し、導電性膜１７０４の一部に第２の間隙１７０５を形成する“フォーミング工程”を行う（図１７（Ｃ））。
【０００７】
さらに、炭素化合物雰囲気中にて、前記電極１７０２，１７０３間に電圧を印加して、第２の間隙１７０５内の基体１７０１上、およびその近傍の導電性膜１７０４上にカーボン膜１７０６を形成する“活性化工程”を行い、電子放出素子が形成される（図１７（Ｄ））。なお、活性化工程では、有機物質を含む雰囲気で、素子電流間にパルス電圧を繰り返し印加することにより、炭素及び／または炭素化合物を素子上に堆積させる。
【０００８】
一方、特開平９−２３７５７１号公報には、表面伝導型電子放出素子の別の製造方法が開示されている。そこでは、上述の活性化工程を行う替わりに、導電性膜上に熱硬化性樹脂等の材料を塗布する工程及びそれを炭化する工程からなる電子放出素子の製造方法が開示されている。
【０００９】
以上の電子放出素子を複数個形成した電子源を用いれば、蛍光体などからなる画像形成部材と組み合わせることで画像表示装置を構成することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の表面伝導型電子放出素子を用いた電子源は、大きく以下の二点の課題を有している。
【００１１】
１）電子放出素子に導電性膜を用いる場合、膜厚、膜質を精度良く形成することは必ずしも容易ではなく、フラットディスプレイパネルのような多数の電子放出素子から構成される電子源を形成する場合、均一性を低下させる要因となりうる。
【００１２】
２）電子源において、良好な電子放出特性を有する狭い間隙の形成のために、有機物質を含有する雰囲気を形成する工程、高分子を導電性膜上に精度良く形成する工程など、付加的な工程が多く、工程管理も煩雑化していた。
【００１３】
そこで、本発明は、上記課題を解決するものであって、複数の電子放出素子からなる電子源の作成プロセスを安定化させ、欠損のない表示品位に優れた画像形成装置を安価に製造し得る電子源の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述する課題を解決するために鋭意検討を行ってなされたものであり、下述する製造方法によって与えられる。
【００１５】
即ち、本発明の電子源の製造方法は、基体上に、各々が一対の電極と該電極間を接続する高分子膜とからなる複数のユニットと、該各ユニットの電極に接続された配線とを配置する工程と、前記ユニットから選択された複数のユニットに同時に光照射することで、前記高分子膜を低抵抗化し、カーボン膜にせしめる工程と、前記カーボン膜に電流を流すことにより、間隙を形成する工程とを有し、前記光が、赤外光から紫外光の波長域にある光であって、前記光に対する、前記配線の吸収率が、前記一対の電極の吸収率よりも、低いことを特徴とする。
【００１６】
本発明の製造方法は、「前記光照射は、順次走査しながら全ての前記ユニットに行われること」、「前記配線の吸収率が、前記一対の電極の光吸収率よりも、１５％以上低いこと」、「前記配線の光吸収率が、２０％以下であること」、「前記配線にコーティングを施すことにより、配線の吸収率を電極の吸収率より低くする工程を有すること」を好ましい態様として含むものである。
【００１７】
本発明の電子源の製造方法によれば、電極が比較的高い光吸収率を有するか、或いは、比較的低い光反射率を有するので、光は電極に吸収されて効率よく温度が上昇し、更に、熱伝導によって高分子膜の温度が上昇し低抵抗化を促進する。一方、電極に接続する配線は、比較的低い光吸収率を有するか、或いは、比較的高い光反射率を有するので、配線に照射された光の多くは反射され、配線の温度上昇を抑制することができる。
【００１８】
なお、照射する光の波長域、強度、及び、照射時間は、配線の温度上昇が、配線の耐熱温度以下に止まり、且つ、電極の温度が効率よく上昇し、電極から高分子膜への熱伝導による高分子膜の温度上昇、及び、高分子膜自体の光吸収によって、高分子膜が改質され、十分低抵抗化するように調節される。
【００１９】
その結果、配線の短絡、断線がなく、表示画素の欠損のない画像表示装置が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面を参照して説明するが、本発明はこれらの形態例に限定されるものではない。
【００２１】
図１は、本発明の製造方法により製造される電子源１０３を用いた画像形成装置の一例を示す模式図である。なお、図１では画像形成装置（気密容器）内を説明するために、後述する支持枠１０４およびフェースプレート１０２の一部を取り除いた図である。
【００２２】
図１において、１０１は電子源１０３を有するリアプレートである。１０２は、画像形成部材（１０６，１０７）が配置されたフェースプレートである。１０４は、フェースプレート１０２とリアプレート１０１間を減圧状態に保持するための支持枠である。１０５はフェースプレート１０２とリアプレート１０１間の間隔を保持するために、配置されたスペーサである。
【００２３】
画像形成装置がディスプレイの場合には、画像形成部材は蛍光体膜１０６とメタルバック１０７などの導電性膜から構成される。７および９はそれぞれ電子源１０３に電圧を印加するために接続された配線である。Ｄｏｙ１〜ＤｏｙｎおよびＤｏｘ１〜Ｄｏｘｍは、画像形成装置の外部に配置される駆動回路などと、画像形成装置の減圧空間（フェースプレート１０２とリアプレート１０１と支持枠１０４とで囲まれる空間）から外部に導出された配線７および９の端部とを接続するための取り出し配線である。
【００２４】
電子源１０３を構成する電子放出素子をより詳細に示したのが図２である。図２は、電子放出素子の一構成例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は電極２と，電極３の間を通り、電極２，３が配置された基体１の表面に対して実質的に垂直な平面（断面）図である。
【００２５】
図２において、１は基体、２と３は電極、４’は高分子膜が低抵抗化された膜、５は間隙である。６は高分子膜が低抵抗化された膜４’と基体１との間の空隙であり、間隙５の一部を構成する。そして、図２（ｂ）などに示す様に、間隙５内の少なくともその一部において、電極２の表面が露出（存在）している。
【００２６】
上記のように構成される電子放出素子では、間隙５に十分な電界が印加されたときに電子が間隙５をトンネルして、電極２、３間に電流が流れる。このトンネル電子の一部が散乱により放出電子となる。
【００２７】
次に、図２を参照して本発明の電子放出源の製造方法の一例を説明する。
【００２８】
（１）ガラスなどからなる基板（基体）１を洗剤、純水および有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等により電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて基体１上に電極２、３を形成する。基体１の材料としては、基体裏面からの光照射を行う場合などにおいては、ガラスなどの透明な基体を用いることが好ましいが、基本的には絶縁性の基体であれば良い。
【００２９】
そして、特に、図２に示した間隙５が電極近傍に配置される、電極２、３の材料としては、後述の改質工程において、光を効率よく吸収して昇温する特性を持ち、かつ融点が高く、後述の間隙５を形成するための電圧印加工程を終えた後の高分子膜が低抵抗化された膜４’とは異なる材料を用いる。
【００３０】
具体的には高分子膜の改質温度である８００℃以上の融点を持ち、また、光の吸収反射特性は、使用する光の波長によって異なるが、使用する光の波長に対して、好ましくは光吸収率が２５％以上、或いは、光反射率が７５％以下である材料を用いる。また、効率的な昇温のためには、熱伝導度が小さい材料が好ましい。
【００３１】
このような条件を満たす材料として、金属材料を用いることができ、可視光を用いる場合、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏなどの金属材料を用いることができる。また、可視光を用いる場合、前記材料の他にＡｌなどの金属材料を用いることもできる。
【００３２】
また、電極２および電極３の材料として、上記電極材料として必要な条件を満たす材料であれば、互いに異なった材料を用いることもできる。
【００３３】
なお、電極２と電極３との間隔Ｌは、１μｍ以上１００μｍ以下に設定するのが好ましい。
【００３４】
（２）電極２、３を設けた基体１上に、電極２，３間を繋ぐ高分子膜を形成する。
【００３５】
本発明における「高分子」とは、少なくとも炭素原子同士の結合を有するものを意味する。炭素原子間の結合を有する高分子に熱を加えると、炭素原子間の結合の解離、再結合が生じて導電性が上昇する場合があり、この様に熱を加えた結果導電性が上昇した高分子を「熱分解高分子（ＰｙｒｏｌｙｔｉｃＰｏｌｙｍｅｒ）」と呼ぶ。
【００３６】
本発明においては、熱以外の要因、例えば光子による分解再結合が、熱による分解再結合に加味されて、炭素原子間の結合の解離、再結合が生じて導電性を増す場合も熱分解高分子と表記する。
【００３７】
ただし、本発明においては、熱、及び熱以外の要因による高分子の構造的変化及び導電特性の変化を総称して「改質」と表記する。
【００３８】
熱分解高分子では、高分子中の炭素原子間の共役二重結合が増加することで導電性が増すと解釈することができ、改質の進行の度合いにより導電性が異なる。
【００３９】
炭素原子間の結合の解離・再結合によって導電性が発現しやすい高分子、すなわち炭素原子間の二重結合が生成しやすい高分子としては、芳香族系高分子が挙げられる。そのため、本発明においては、芳香族系高分子を用いることが好ましい。また、その中でも、特に芳香族ポリイミドは、比較的低温で高い導電性を有する熱分解高分子が得られる高分子であるので本発明においてより好ましい材料である。
【００４０】
一般に芳香族ポリイミドは、それ自身絶縁体であるが、ポリフェニレンオキサジアゾール、ポリフェニレンビニレンなど、熱分解を行う前から導電性を有する高分子もある。これらの高分子も、熱分解により更なる導電性が発現するため、本発明において好ましく用いることができる高分子である。
【００４１】
高分子膜の形成方法は、公知の種々の方法、すなわち、回転塗布法、印刷法、ディッピング法等を用いることができる。特に、印刷法によれば、安価に高分子膜を形成できるため、好ましい手法である。中でも、インクジェット方式の印刷法を用いれば、パターニング工程を不要とすることができ、また、数百μｍ以下のパターンの形成も可能であるため、フラットディスプレイパネルに適用されるような、高密度に電子放出素子を配置した電子源の製造に対しても有効である。
【００４２】
インクジェット方式によって高分子膜を形成する場合、高分子材料の溶液を液滴付与し、乾燥させればよいが、必要に応じて、所望の高分子の前駆体溶液を液滴付与し、加熱等により高分子化させることもできる。
【００４３】
本発明においては、上記高分子材料としては、芳香族系高分子が好ましく用いられるが、これらの多くは溶媒に溶けにくいため、その前駆体溶液を塗布する手法が有効である。一例を挙げれば、芳香族ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸溶液を塗布し、加熱等によりポリイミド膜を形成することができる。
【００４４】
尚、高分子の前駆体を溶かす溶媒としては、例えば、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドなどが使用でき、また、ｎ−ブチルセロソルブ、トリエタノールアミンなどと併用することもできるが、本発明が適用できれば特に制限は無く、これらの溶媒に限定されるわけではない。以上の工程により、一対の電極と、該電極間を接続する高分子膜とから構成されるユニットが形成される。
【００４５】
（３）次に、高分子膜を低抵抗化せしめる「低抵抗化処理」を行う。「低抵抗化処理」は、高分子膜に導電性を発現せしめ、高分子膜を所望の抵抗値を有する導電性膜（高分子膜が低抵抗化された膜）４’とする処理である。なお、この「低抵抗処理」により形成される導電性膜４’は、「炭素を主成分とする導電性膜」、あるいは単に「カーボン膜」と言うこともできる。
【００４６】
この工程では、後述の間隙５の形成工程の観点から、高分子膜を、シート抵抗が、１０³Ω／□以上１０⁷Ω／□以下の範囲の導電性膜４’に変化するまで低抵抗化処理を行う。
【００４７】
この「低抵抗化処理」の一例としては、高分子膜を加熱することにより、高分子膜を低抵抗化することができる。加熱により高分子膜が低抵抗化する（導電化する）理由としては、高分子膜内の炭素原子間結合の解離、及び再結合を行うことで導電性を発現する。加熱による「低抵抗化処理」は、前記高分子膜を構成する高分子を分解温度以上の温度で加熱することで達成することができる。また、上記高分子膜の加熱は不活性ガス雰囲気中や真空中といった酸化抑制雰囲気下において行うことが特に好ましい。前述した芳香族高分子、特に芳香族ポリイミドは、高い熱分解温度を有するが、その熱分解温度を超えた温度、典型的には７００℃以上で加熱することにより、高い導電性を発現せしめることができる。
【００４８】
しかしながら、本発明のように、電子放出素子を構成する部材である高分子膜が熱分解するまでの加熱を行う場合、オーブンやホットプレートなどによって全体を加熱する方法では、電子放出素子を構成する配線等の部材の耐熱性の観点から、制約を受ける場合がある。特に、基体１においては、石英ガラスやセラミックス基板など、特に高い耐熱性を有するものに限定され、大面積のディスプレイパネル等への適用を考えると、非常に高価なものになってしまう。
【００４９】
そこで、本発明では、より好適な「低抵抗化処理」の方法として、集光されたキセノン光やアルゴン光、或いはレーザービームなどの光照射手段から、赤外光から紫外光の波長域にある光を照射することにより昇温し、該高分子膜を低抵抗化する方法を用いる。このようにすれば、特別な基板を用いることなく、高分子膜への低抵抗化処理を行うことが可能である。
【００５０】
更に、本発明では、電子源の複数の電子放出素子を含む領域に一度に光照射するため、効率よく高分子膜の低抵抗化を行うことができ、改質工程の時間を大幅に短縮することが可能となる。この場合、該高分子材料及び、該高分子材料近傍の電極だけではなく、該電極に接続した配線等にも光照射されるので、該配線の耐熱限界を超えて温度上昇する場合があり、該配線材料の熱融解による断線、或いは、該配線間を絶縁する絶縁層の熱融解による短絡等を生じてしまい、画素の欠損が生じてしまうという問題があるが、本発明では、光に対する、配線の光吸収率を、電極の光吸収率よりも低句することにより、この問題を回避している。
【００５１】
なお、集光された光を照射する場合は、電極２，３、高分子膜を形成した基体１を、ステージ上に配置し、高分子膜に対して光照射する。このとき、光照射する環境は、高分子膜の酸化（燃焼）を抑制するため、不活性ガス中や真空中で行うのが好ましい。
【００５２】
光の照射を、順次、走査しながら行う場合には、各ユニットを構成する高分子膜の抵抗値が実質的に均一になるように走査照射されるようにする。高分子膜の抵抗値が実質的に均一になるようにするには、一例としては、各高分子膜に光が照射される時間を実質的に同じに制御したり、照射される光のスポットの範囲内において照射される光量が実質的に一定になるように制御したりすることで対応できる。
【００５３】
尚、ここでは、光を順次走査しながら照射した場合について説明したが、本発明は、各ユニットが形成されている領域全面に対して、光を一括して照射する方法にも当然のことながら適用することができる。
【００５４】
光照射している間、電極２、３間の抵抗値をモニターし、所望の抵抗値が得られた時点で光照射の終了を判断しても良い。
【００５５】
（４）次に、前記工程（３）により得られた導電性膜４’に、間隙５の形成を行う。
【００５６】
間隙５の形成は、電極２、３間に電圧を印加する（導電性膜４’に電流を流す）ことによって行なわれる。この電圧印加工程により、導電性膜４’（高分子膜が低抵抗化された膜）の一部に間隙５が形成される。このとき印加する電圧は、ＤＣでもＡＣでもよく、また、矩形パルス等のパルス状の電圧を、一回、或いは、必要に応じて複数回印加する方法でもよい。
【００５７】
なお、上記電圧印加工程は、前述の「低抵抗化処理」と同時に、電極２、３間に電圧を連続的に印加することによっても行うことができる。また、間隙５を再現性よく形成するためには、電極２，３に印加する電圧を漸増させる昇圧フォーミングを行うことが好ましい。また、上記電圧印加工程は、減圧雰囲気下で行うことが好ましく、特には１．３×１０^-3Ｐａ以下の圧力の雰囲気下で行うのが望ましい。
【００５８】
上記の様にして形成した間隙５を有する導電性膜４’に、破断時に電極２，３間に印加されていた電圧よりも高い電圧を印加すると間隙５をトンネル電流が流れる。そして、このときに、基体１に対向して配置されたアノード電極（不図示）に高電圧を印加する。この様にすると、上記トンネル電流の一部が散乱され、そして、その散乱されたトンネル電流の一部をアノード電極に到達させることができる。
【００５９】
前記間隙５の幅（電極３に接続するカーボン膜４’の、電極２側に向かう部分の先端と、間隙５内に露出する電極２の表面（または間隙５を構成する、電極２上に配置されるカーボン膜４’の表面）との距離）は、好ましくは５０ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以下、さらに好ましくは５ｎｍ以下である。この様にすることで、本発明の電子放出素子は数十Ｖで駆動することができる。
【００６０】
以上のような工程を経て得られた本発明の電子源の電圧−電流特性を図３に示した測定装置によって計測したところ、図１２に模式的に示した特性を有していた。即ち、本発明の電子放出素子は、しきい値電圧Ｖｔｈを持っており、この電圧より低い電圧を電極２，３間に印加しても、電子は実質的に放出されないが、この電圧より高い電圧を印加することによって、素子からの放出電流（Ｉｅ）、電極２，３間を流れる素子電流（Ｉｆ）が増加しはじめる。
【００６１】
本発明の電子放出素子は、上記した特性を有するため、同一基板上にマトリックス状に上記電子放出素子を複数配した電子源を構成し、所望の素子を選択して駆動する単純マトリックス駆動が可能である。
【００６２】
図３は、電子源を駆動するための、基本構成を示したものである。尚、図３において、図２などで用いた符合と同じ符号を用いた部材は、同じ部材を指す。３４はアノードであり、３３は高圧電源、３２は電子源から放出された放出電流Ｉｅを測定するための電流計、３１は電子源に駆動電圧Ｖｆを印加するための電源、３０は電極２，３間を流れる電流Ｉｆを測定するための電流計である。電子源の電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅの測定にあたっては、電極２、３に電源３１と電流計３０とを接続し、該電子源の上方に電源３３と電流計３２とを接続したアノード電極３４を配置している。また、本電子源及びアノード電極３４は真空装置内に設置されており、その真空装置には不図示の排気ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で本電子源の測定評価を行えるようになっている。なお、アノード電極と電子源間の距離Ｈを４ｍｍしており、真空装置内の圧力を１×１０^-6Ｐａとした。
【００６３】
次に、図１に示した、上記電子源を用いた本発明の画像形成装置の製造方法の一例を図４乃至図１２などを用いて以下に示す。
【００６４】
（Ａ）まず、リアプレート（基体）１を用意する。リアプレート１としては、絶縁性材料からなるものを用い、特には、ガラスが好ましく用いられる。
【００６５】
（Ｂ）次に、リアプレート１上に、図１で説明した一対の電極２，３を複数組形成する（図４）。電極２，３の形成方法は、スパッタ法、ＣＶＤ法、印刷法など種々の製造方法を用いることができる。なお、図４では、説明を簡略化するために、Ｘ方向に３組、Ｙ方向に３組、合計９組の電極対を形成した例を用いているが、この電極対の数は、画像形成装置の解像度に応じて適宜設定される。
【００６６】
（Ｃ）次に、電極３の一部を覆うように接続される、下配線７を形成する（図５）。
【００６７】
下配線７の材料としては、後述する高分子膜４の低抵抗化処理において照射される光に対する吸収率が、電極２，３の吸収率よりも低い、好ましくは１５％以上低い材料を用いることにより、効率よく光を反射し、配線の温度上昇を抑制する。使用する光の波長によって異なるが、好ましくは、光吸収率が２０％以下（光反射率が８０％以上）である材料を用いる。また、効率よく放熱するために、熱伝導度が大きい材料であればなおよい。
【００６８】
このような条件を満たす材料として、可視光を用いる場合は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属材料を用いることができる。また、赤外光を用いる場合は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕなどの金属材料も用いることができる。また、例えばＩＴＯなどの透明な金属酸化物材料を用いてもよい。
【００６９】
下配線７の形成方法は、様々な手法を用いることができる。光の乱反射を防ぐためには、表面が滑らかな方が好ましく、そのためには、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などが好ましいが、大面積の基板に対しては、印刷法が安価に形成できるというメリットがあるので、使用することもある。
【００７０】
また、例えば、電気メッキ法等により、下配線７にコーティングを施してもよい。この場合、下地となる配線と、コーティングの材料は異なっていてもよく、コーティングにより、配線の光吸収率を電極の光吸収率より低くすることもできる。また、コーティングにより、表面を滑らかにすることもでき、印刷法で配線を形成した後、コーティングすることにより、安価に表面が滑らかな配線を形成することができ、好ましい。
【００７１】
（Ｄ）下配線７と、次工程で形成する上配線９との交差部に絶縁層８を形成する（図６）。絶縁層８の形成方法も様々な手法を用いることができるが、後述の上配線９を滑らかに形成するためには、絶縁層８も滑らかに形成することが好ましく、そのためには、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などが好ましいが、大面積の基板に対しては、印刷法が安価に形成できるというメリットがあるので、使用することもある。
【００７２】
（Ｅ）下配線７と実質的に直交し、電極２に接続される上配線９を形成する（図７）。
【００７３】
上配線９の材料としては、下配線７と同様の理由で、下配線７と同様の材料を用いる。上配線９の形成方法も、下配線７同様の手法を用いることができる。
【００７４】
（Ｆ）次に、各電極対２、３間を接続するように、高分子膜４を形成する（図８）。高分子膜４は、前述のように様々な方法で作成することができる。フォトリソグラフィ技術を用い、パターンニングして所望の形状の高分子膜４を形成しても良く、大面積に簡易に形成するには、インクジェット法を用いることもできる。
【００７５】
（Ｇ）続いて、前述した様に、各高分子膜４を低抵抗化する「低抵抗化処理」を行う（図９）。「低抵抗化処理」については、前記したキセノン光、アルゴン光、或いはレーザービームなどを照射することにより行われる。この「低抵抗化処理」は好ましくは減圧雰囲気中で行われる。
【００７６】
この工程により、高分子膜４に導電性が付与され、導電性膜４’に変化する。具体的には、導電性膜４’の抵抗値としては、１０³Ω／□以上１０⁷Ω／□以下の範囲となる。
【００７７】
（Ｈ）つぎに、前記工程（Ｇ）により得られた導電性膜４’（高分子膜４が低抵抗化された膜）に、間隙５の形成を行う。
【００７８】
この間隙５の形成は、各配線７および配線９に電圧を印加することによって行う。これにより、各電極対２、３間に電圧が印加される。尚、印加する電圧としてはパルス電圧であることが好ましい。この電圧印加工程により、導電性膜４’（高分子膜４”が低抵抗化された膜）の一部に間隙５が形成される（図１０）。
【００７９】
なお、この電圧印加工程は、前述の低抵抗化処理と同時に、すなわち、光照射を行っている最中に、電極２、３間に電圧パルスを連続的に印加することによっても行うことができる。いずれの場合においても、電圧印加工程は、減圧雰囲気下で行うのが望ましい。
【００８０】
（Ｉ）次に、予め用意しておいた、アルミニウム膜からなるメタルバック１０７と蛍光体膜１０６とを有するフェースプレート１０２と、上記工程（Ａ）〜（Ｈ）を経たリアプレート１０１とを、メタルバック１０７と電子放出素子が対向するように、位置合わせする（図１２（ａ））。支持枠１０４とフェースプレート１０２との当接面（当接領域）には接合部材が配置される。同様に、リアプレート１０１と支持枠１０４との当接面（当接領域）にも接合部材が配置される。上記接合部材には、真空を保持する機能と接着機能とを有するものが用いられ、具体的にはフリットガラスやインジウム、インジウム合金などが用いられる。
【００８１】
図１２においては、支持枠１０４が、予め上記工程（Ａ）〜（Ｈ）を経たリアプレート１０１上に接合部材によって固定（接着）された例を図示しているが、必ずしも本工程（Ｉ）時に接合されている必要はない。また、同様に、図１２においてはスペーサ１０５がリアプレート１０１上に固定された例を示しているが、スペーサ１０５も、本工程（Ｉ）時にリアプレート１０１に必ずしも固定されている必要はない。
【００８２】
また、図１２では、便宜上、リアプレート１０１を下方に配置し、フェースプレート１０２をリアプレート１０１の上方に配置した例を示したが、どちらが上であっても構わない。
【００８３】
さらには、図１２では、支持枠１０４およびスペーサ１０５は、予め、リアプレート１０１上に固定（接着）しておいた例を示したが、次の「封着工程」時に固定（接着）されるよう、リアプレート１０１上またはフェースプレート１０２上に載置するだけでもよい。
【００８４】
（Ｊ）次に、封着工程を行う。上記工程（Ｉ）で対向して配置されたフェースプレート１０２とリアプレート１０１とを、その対向方向に加圧しながら、少なくとも前記接合部材を加熱する（図１２（ｂ））。上記加熱は、熱的な歪を低減するために、フェースプレート１０２およびリアプレート１０１の全面を加熱することが好ましい。
【００８５】
なお、本発明においては、「封着工程」は、減圧（真空）雰囲気中あるいは非酸化雰囲気中にて行うことが好ましい。具体的な減圧（真空）雰囲気としては、１０^-5Ｐａ以下、好ましくは１０^-6Ｐａ以下の圧力が好ましい。
【００８６】
この封着工程により、フェースプレート１０２と支持枠１０４とリアプレート１０１との当接部が気密に接合され、同時に、内部が高真空に維持された、図１に示した気密容器（画像形成装置）が得られる。
【００８７】
ここでは、減圧（真空）雰囲気中あるいは非酸化雰囲気中にて「封着工程」を行う例を示した。しかしながら、大気中で「封着工程」を行っても良い。この場合は、別途、フェースプレート１０２とリアプレート１０１間の空間を排気するための排気管を設けておき、「封着工程」後に、気密容器内部を１０^-5Ｐａ以下に排気する。その後、排気管を封止することで内部が高真空に維持された気密容器（画像形成装置）を得ることができる。
【００８８】
「封着工程」を真空中にて行う場合には、画像形成装置（気密容器）内部を高真空に維持するために、工程（Ｉ）と工程（Ｊ）との間に、メタルバック１０７上（メタルバック１０７のリアプレート１０１と対向する面上）にゲッター材を被覆する工程を設けることが好ましい。この時、用いるゲッター材としては、被覆を簡易にする理由から蒸発型のゲッターであることが好ましい。したがって、バリウムをゲッター膜としてメタルバック７３上に被覆することが好ましい。また、このゲッターの被覆工程は、上記工程（Ｊ）と同様に、減圧（真空）雰囲気中で行われる。
【００８９】
また、ここで説明した画像形成装置の例では、フェースプレート１０２とリアプレート１０１との間には、スペーサ１０５を配置した。しかしながら、画像形成装置の大きさが小さい場合には、スペーサ１０５は必ずしも必要としない。また、リアプレート１０１とフェースプレート１０２との間隔が数百μｍ程度であれば支持枠１０４を用いずに、接合部材によって直接リアプレート１０１とフェースプレート１０２とを接合することも可能である。そのような場合には、接合部材が支持枠１０４の代替部材を兼ねる。
【００９０】
また、本発明においては、電子放出素子の間隙５を形成する工程（工程（Ｈ））の後に、位置合わせ工程（工程（Ｉ））および封着工程（工程（Ｊ））を行った。しかしながら、工程（Ｈ）を、封着工程（工程Ｊ）の後に行うこともできる。
【００９１】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
【００９２】
［実施例１］
本実施例は、本発明の電子放出素子をマトリックス配置させた電子源および画像表示装置を作製したものである。
【００９３】
以下、図４〜図１４を用いて、本実施例を説明する。
【００９４】
ガラス基板（基体１）上に、スパッタリング法により、厚さ１００ｎｍのＰｔ膜を堆積し、フォトリソグラフィー技術を用いてＰｔ膜からなる電極２，３を複数形成した（図４）。なお、電極２、３の間隔は１０μｍとした。
【００９５】
次に、複数の電極３に接続するＸ方向配線である下配線７を形成した（図５）。ここでは、スクリーン印刷法によりＡｇペーストを印刷し、加熱焼成することにより、Ａｇからなる下配線７を形成した。
【００９６】
続いて、下配線７とＹ方向配線となる上配線９の交差部になる位置に、スクリーン印刷法により絶縁層８を形成した（図６）。絶縁層はシリコン酸化膜からなる。
【００９７】
次に、複数の電極２に接続するＹ方向配線となる上配線９を形成し、基体１上にマトリックス配線を形成した（図７）。ここでは、下配線７と同様に、スクリーン印刷法によりＡｇペーストを印刷し、加熱焼成することにより、Ａｇからなる上配線９を形成した。
【００９８】
以上のようにしてマトリックス配線を形成した基体１の電極２，３間に跨る位置に、ポリイミド膜からなる台形形状の高分子膜４を形成した（図８）。
【００９９】
図２に示した様に、電極２と高分子膜４（あるいは高分子膜が低抵抗化された膜４’）との接続長と、電極３と高分子膜４（あるいは高分子膜が低抵抗化された膜４’）との接続長とを、高分子膜４（あるいは高分子膜が低抵抗化された膜４’）の形状によって異なるように、具体的には、高分子膜と電極２との接続長（≒Ｗ１）と、高分子膜と電極３との接続長（≒Ｗ２）とが異なるように、高分子膜４を形成した。
【０１００】
即ち、マトリックス配線を形成した基体１に、芳香族ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸（日立化成工業（株）社製：ＰＩＸ−Ｌ１１０）溶液を、３％のトリエタノールアミンを溶かしたＮ−メチルピロリドン溶媒で希釈したスピンコータによって全面に塗布し、真空条件下に３５０℃まで昇温しベークして、イミド化を行った。その後、フォトレジストを塗布し、露光（図省略）、現像、エッチングの各工程を施すことによって、ポリイミド膜を素子電極２，３を跨ぐ台形形状にパターニングし、台形形状の高分子膜４を作製した。この時の、ポリイミド膜の膜厚は３０ｎｍであった。
【０１０１】
次に、Ｐｔからなる電極２，３、マトリックス配線７，９、ポリイミド膜からなる高分子膜４を形成した基体１をステージ上にセットし、キセノン光照射し、低抵抗化処理を行った。キセノン光は、キセノンランプ光源から発せられた光を、鏡によって光ファイバー先端に集光され、光ファイバーによって、基体１上に導かれた光は、光ファイバーの他端で集光レンズを用いて更に収束される（図１４）。基体１上での光照射径は３ｍｍφとし、パワーは４０Ｗとした。即ち、光照射径内には、複数の高分子膜４が含まれ、それらに接続された電極、及び、配線が同時に光照射されることになる（図１３）。
【０１０２】
キセノン光のスペクトルは、近赤外から可視光までの領域の波長成分が含まれるが、特に近赤外の波長成分が支配的である。これに対して、Ｐｔは７０％以下の光反射率であり、２５％程度の光吸収率があり、吸収された光は熱に変わる。しかも、熱伝導率は、７２Ｗ／ｍＫと金属の中では比較的小さい。
【０１０３】
一方、配線に用いたＡｇの近赤外光に対する光吸収率は１５％以下（光反射率は８５％程度）であり、入射した光の多くは反射される。熱伝導度が４３０Ｗ／ｍＫと大きく、僅かに吸収された光により発生した熱も、効率よく光照射部以外に放熱され、Ａｇが溶融することはなかった。即ち、Ａｇの融点である９６１℃以上に温度が上がることはなかったと見られる。
【０１０４】
キセノン光照射により、電極２，３部は温度が上昇し、更に熱伝導によって電極２，３に挟まれた間隙部の温度が上昇し、それに伴って高分子膜４が加熱される。これによってポリイミド膜からなる高分子膜４は、グラファイト成分を含むカーボン膜に改質された（図９）。
【０１０５】
上記光照射条件では、数秒で所望の抵抗値まで減少した。典型的には、膜厚２０ｎｍ、幅５０μｍの高分子膜で、約１ｋΩであった。
【０１０６】
光照射機構を、基板との距離を保って、基板と平行に移動させ、次々に、隣接する高分子膜に、順次、光を走査照射した（図１３）。
【０１０７】
このようにして作製した複数の素子をマトリクス状に配列形成した基板（電子源基板）１０１と、フェースプレート１０２を対向させて、２ｍｍの厚みの支持枠１０４を介して配置し、フリットガラスを用いて４００℃にて封着を行った（図１２）。なお、フェースプレート１０２の電子源基板１０１との対向面には、発光部材である蛍光膜１０６と、アノード電極に相当するＡｌからなる金属膜（メタルバック１０７）を配置した。蛍光膜１０６には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、の３原色を発光する蛍光体の各々が、ストライプ形状に配置されたものを用いた。
【０１０８】
作製した基板１０１、フェースプレート１０２、支持枠１０４からなる密閉容器の内部を不図示の排気管を通じ真空ポンプにて排気し、さらに真空度を維持するために不図示の非蒸発型ゲッターを密閉容器内で加熱処理（ゲッターの活性化処理）した後、排気管をガスバーナーで溶着して容器を封止した。
【０１０９】
最後に、Ｘ方向配線７、Ｙ方向配線９を通じて、各々の素子、すなわち電極２，３間に２５Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの両極性矩形パルスを印加し電圧印加工程を行った（図１０）。この工程により電極２際のカーボン膜４’に間隙５を形成し、本実施例の電子源、および画像表示装置を作製した。
【０１１０】
以上のようにして完成した画像表示装置において、Ｘ方向配線７、Ｙ方向配線９を通じて、所望の電子放出素子を選択して２２Ｖの電圧を印加し、高圧端子Ｈｖを通じてメタルバック１０７に８ｋＶの電圧を印加したところ、欠損画素のない、均一で良好な画像を表示することができた。
【０１１１】
［実施例２］
本実施例は、本発明の電子放出素子をマトリックス配置させた電子源および画像表示装置を作製したものである。
【０１１２】
実施例１とは、配線形成プロセスが異なるが、その他のプロセスは共通としたので、図１５を用いて、配線形成プロセスのみ説明する。
【０１１３】
ガラス基板１５０１上に、スパッタリング法により、厚さ１００ｎｍのＰｔ膜を堆積し、フォトリソグラフィー技術を用いてＰｔ膜からなる電極１５０２，１５０３を複数形成した（図１５（ａ））。なお、電極１５０２、１５０３の間隔は１０μｍとした。
【０１１４】
次に、ポジ型フォトレジスト１５０４を塗布し、電極１５０３に接続するＸ方向配線パターンを描画したフォトマスクを用いて露光し、更に現像する。さらに、スパッタリング法を用いて、厚さ５０ｎｍのＰｔ膜１５０５を形成した（図１５（ｂ））。
【０１１５】
次に、電気メッキ法を用いて、Ｐｔ膜１５０５上にＡｇメッキ１５０６を２００ｎｍの厚さに形成した（図１５（ｃ））。
【０１１６】
次に、リフトオフによって、下配線１５０７を得た（図１５（ｄ））。下配線１５０７は、Ｐｔ上にＡｇが鏡面コートされた構造を有し、光照射したときの乱反射が抑制され、高い光反射率が得られる。
【０１１７】
続いて、Ｘ方向配線である下配線１５０７と、Ｙ方向配線である上配線１５０９の交差部になる位置に、絶縁層１５０８を形成した（図１５（ｅ））。ここでは、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて、絶縁層１５０８としてシリコン酸化膜を形成した。
【０１１８】
次に、ポジ型フォトレジストを塗布し、電極１５０２に接続するＹ方向配線パターンを描画したフォトマスクを用いて露光し、現像する。次に、スパッタリング法を用いて、厚さ５０ｎｍのＰｔ膜１５０９を形成した。
【０１１９】
次に、電気メッキ法を用いて、Ｐｔ膜１５０９上にＡｇメッキ１５１０を２００ｎｍの厚さに形成する。次に、リフトオフによってフォトレジストと共にフォトレジスト上のＰｔ膜１５０９、及びＡｇ膜１５１０を除去し、上配線１５１１を得た（図１５（ｆ））。
【０１２０】
上配線１５１１は、Ｐｔ上にＡｇが鏡面コートされた構造を有し、光照射したときの乱反射が抑制され、９５％以上の高い光反射率が得られた。
【０１２１】
以上のようにしてマトリックス配線を形成した基板１５０１の電極１５０２，１５０３間に跨る位置に、ポリイミド膜からなる高分子膜４を形成した。
【０１２２】
配線表面の近赤外光に対する光吸収率は５％以下（光反射率は９５％以上）であり、入射した光の多くは反射され、高分子膜の改質工程においてＡｇが溶融することはなかった。
【０１２３】
［実施例３］
本実施例は、本発明の電子放出素子をマトリックス配置させた電子源および画像表示装置を作製したものである。
【０１２４】
実施例１、或いは実施例２とは、配線形成プロセスが異なるが、その他のプロセスは共通とした。
【０１２５】
ガラス基板（基体１）上に、スパッタリング法により、厚さ１００ｎｍのＰｔ膜を堆積し、フォトリソグラフィー技術を用いてＰｔ膜からなる電極２，３を複数形成した（図４）。なお、電極２、３の間隔は１０μｍとした。
【０１２６】
次に、スクリーン印刷法によりＡｇペーストを印刷し、加熱焼成することにより、複数の電極３に接続するＸ方向配線となる下配線７を形成した（図５）。
【０１２７】
続いて、Ｘ方向配線である下配線７とＹ方向配線である上配線９の交差部になる位置に、スクリーン印刷法により絶縁性ペーストを印刷し、加熱焼成して絶縁層８を形成した（図６）。
【０１２８】
次に、スクリーン印刷法によりＡｇペーストを印刷し、加熱焼成することにより、複数の電極２に接続するＹ方向配線となる上配線９を形成し、基体１上にマトリックス配線を形成した（図７）。
【０１２９】
続いて、配線７，９に囲まれた領域にあるＰｔ電極に対して、レジスト１０を塗布した。これには、フォトリソグラフィ、スクリーン印刷などの手法を用いることができるが、ここでは、より間便な方法としてインクジェット法を用いて、フォトレジストを塗布した（図１６）。
【０１３０】
次に、電気メッキ法を用いて、配線７，９にＡｇメッキを１００μｍの厚さに施した後、レジスト１０を除去した。このとき、レジスト１０はメッキに対する保護層として働き、Ｐｔ電極部にＡｇが付着するのを防ぐことができた。
【０１３１】
上記の工程によって、配線表面は鏡面となり、実施例１の作成方法で得られた配線表面よりも、更に光反射率を向上させることができた。
【０１３２】
以上のようにしてマトリックス配線を形成した基板１の電極２，３間に跨る位置に、ポリイミド膜からなる高分子膜４を形成した（図８）。
【０１３３】
配線表面の近赤外光に対する光吸収率は５％以下（光反射率は９５％以上）であり、入射した光の多くは反射され、高分子膜の改質工程においてＡｇが溶融することはなかった。
【０１３４】
【発明の効果】
本発明によれば、電子源作成における高分子膜の改質工程での光照射時に、高分子膜に接続する電極では、光吸収によって温度が上昇するので高分子膜の改質が進行し、一方で、電極に接続する配線に照射された光は効率よく反射され、配線部の温度上昇が抑制されるので、配線のダメージを低減することができ、電子放出の不良個所のない電子源を作成することが可能となった。
【０１３５】
また、電極を含めた領域の一括光照射による改質が可能になり、効率的に電子源を作成することが可能となった。
【０１３６】
更に、本発明の製造方法によって作成された電子源を用いれば、大面積の良好な画質の画像を表示できる画像表示装置を、効率よく作成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単純マトリクス配置の画像表示装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【図２】本発明の電子源の一例を示す模式図である。
【図３】測定評価機能を備えた真空装置の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の電子源の製造方法の例を示す模式図である。
【図５】本発明の電子源の製造方法の例を示す模式図である。
【図６】本発明の源の製造方法の例を示す模式図である。
【図７】本発明の電子源の製造方法の例を示す模式図である。
【図８】本発明の電子源の製造方法の例を示す模式図である。
【図９】本発明の電子源の製造方法の例を示す模式図である。
【図１０】本発明の電子源の製造方法の例を示す模式図である。
【図１１】本発明の電子源の電気伝導特性分布の例を示す模式図である。
【図１２】本発明の電子源の製造方法の例を示す模式図である。
【図１３】本発明の電子源の製造方法の例を示す模式図である。
【図１４】本発明の電子源の製造方法の例を示す模式図である。
【図１５】本発明の電子源の製造方法の別の例を示す模式図である。
【図１６】本発明の電子源の製造方法の別の例を示す模式図である。
【図１７】従来の電源の製造方法の例を示す模式図である。
【図１８】従来の電子源を構成する電子放出素子の例を示す模式図のである。
【符号の説明】
１基体
２、３電極
４高分子膜
４’ 高分子膜が低抵抗化された膜（導電性膜、カーボン膜）
５間隙
６高分子膜が低抵抗化された膜と基体との間の空隙
７下配線
８絶縁層
９上配線
３０素子電流Ｉｆを測定するための電流計
３１素子電圧Ｖｆを印加するための電源
３２放出電流Ｉｅを測定するための電流計
３３アノード電極に電圧を印加するための高圧電源
３４アノード電極
１０１リアプレート
１０２フェースプレート
１０３電子源
１０４支持枠
１０５スペーサ

Claims

基体上に、各々が一対の電極と該電極間を接続する高分子膜とからなる複数のユニットと、該各ユニットの電極に接続された配線とを配置する工程と、前記ユニットから選択された複数のユニットに同時に光照射することで、前記高分子膜を低抵抗化し、カーボン膜にせしめる工程と、前記カーボン膜に電流を流すことにより、間隙を形成する工程とを有し、前記光が、赤外光から紫外光の波長域にある光であって、前記光に対する、前記配線の吸収率が、前記一対の電極の吸収率よりも、低いことを特徴とする電子源の製造方法。
前記光照射は、順次走査しながら全ての前記ユニットに行われることを特徴とする請求項１に記載の電子源の製造方法。
前記配線の吸収率が、前記一対の電極の光吸収率よりも、１５％以上低いことを特徴とする請求項１または２に記載の電子源の製造方法。
前記配線の光吸収率が、２０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子源の製造方法。
前記配線にコーティングを施すことにより、配線の吸収率を電極の吸収率より低くする工程を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子源の製造方法。