(57)【要約】【課題】  電子放出素子の作成プロセスを簡易化できるとともに、長期に渡り表示品位に優れた画像形成装置を安価に製造し得る画像形成装置の製造方法を提供する。【解決手段】  基板１上に高分子膜６”を形成する工程Ａと、高分子膜６”の一部領域にエネルギービームを照射することで当該照射領域を選択的に低抵抗化する工程Ｂと、前記選択的に低抵抗化した領域の少なくとも一部が残るように前記選択的に低抵抗化した領域を含む高分子膜を所望形状にパターニングする工程Ｃと、前記選択的に低抵抗化した領域に間隙５’を形成する工程Ｄとを有する電子放出素子の製造方法、さらに、上記の製造方法により作製した複数の電子放出素子を配置した電子源と、前記電子源から放出される電子の照射により画像を形成する画像形成部材とから構成される画像形成装置を製造する。【選択図】      図２
2005063779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出素子の製造方法であって、
（Ａ）基板上に高分子膜を形成する工程と、
（Ｂ）前記高分子膜の一部領域にエネルギービームを照射することで当該照射領域を選択的に低抵抗化する工程と、
（Ｃ）前記選択的に低抵抗化した領域の少なくとも一部が残るように前記選択的に低抵抗化した領域を含む高分子膜を所望形状にパターニングする工程と、
（Ｄ）前記選択的に低抵抗化した領域に間隙を形成する工程と、
を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記工程Ｄは、前記低抵抗化した領域に電流を流すことにより行われることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】
前記高分子膜は、芳香族高分子であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
前記エネルギービームは、光、電子ビーム、イオンビーム、レーザービームのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】
前記工程Ｄは、前記工程Ｃの後に行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】
前記工程Ｃは、前記工程Ｄの後に行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】
前記工程Ｂと工程Ｄとを同時に行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】
複数の電子放出素子を配置した電子源の製造方法であって、前記電子放出素子は請求項１乃至７のいずれかに記載の方法により作製されることを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項９】
電子源と、前記電子源から放出される電子の照射により画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法であって、前記電子源が請求項８に記載の方法により作製されることを特徴とする画像形成装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子の製造方法、および電子放出素子を多数配置してなる電子源の製造方法、並びに電子源を用いて構成した表示装置などの画像形成装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
表面伝導型電子放出素子の構成、製造方法などは、例えば特許文献１などに開示されている。
【０００４】
上記特許文献１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１３に模式的に示す。図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）はそれぞれ、特許文献１などに開示されている上記電子放出素子の平面図および断面図である。
【０００５】
図１３において、１は基体であり、２，３は対向する一対の電極、４は導電性膜、５は第２の間隙、６はカーボン膜、７は第１の間隙である。
【０００６】
図１３に示した構造の電子放出素子の作成工程の一例を図１４に模式的に示す。
【０００７】
先ず、基板１上に一対の電極２，３を形成する（図１４（Ａ））。
【０００８】
続いて、電極２、３間を接続する導電性膜４を形成する（図１４（Ｂ））。
【０００９】
そして、電極２，３間に電流を流し、導電性膜４の一部に第２の間隙５を形成する“フォーミング工程”を行う（図１４（Ｃ））。
【００１０】
さらに、炭素化合物雰囲気中にて、前記電極２，３間に電圧を印加して、第２の間隙５内の基板１上、およびその近傍の導電性膜４上にカーボン膜６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１４（Ｄ））。
【００１１】
一方、特許文献２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。
【００１２】
以上のような製造方法で作成された複数の電子放出素子からなる電子源と、蛍光体などからなる画像形成部材とを組み合わせることで、フラットディスプレイパネルなどの画像形成装置を構成できる。
【００１３】
【特許文献１】特開平８−３２１２５４号公報
【特許文献２】特開平９−２３７５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述した従来の素子においては、“フォーミング工程”に加えて、“活性化工程”などを行うことで、“フォーミング工程”によって形成した第２の間隙５の内部に、さらに狭い第１の間隙７をもつ炭素あるいは炭素化合物からなるカーボン膜６を配置させ、良好な電子放出特性を得る工夫が為されている。
【００１５】
このような、従来の電子放出素子を用いた画像形成装置の製造においては、以下の課題を有している。
【００１６】
“フォーミング工程”や“活性化工程”における度重なる通電工程や、各工程における好適な雰囲気を形成する工程など、付加的な工程が多く、各工程管理が煩雑化していた。
【００１７】
また、上記電子放出素子をディスプレイなどの画像形成装置に用いる場合には、装置としての消費電力の低減のためにも電子放出特性の一層の向上が望まれている。
【００１８】
さらには、上記電子放出素子を用いた画像形成装置をより安価にそしてより簡易に製造することが望まれている。
【００１９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するものであって、特に電子放出素子の製造工程を簡略化でき、かつ、電子放出特性の改善をも行うことのできる電子放出素子の製造方法、電子源の製造方法、並びに画像形成装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
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、下述する構成のものである。
【００２１】
本発明は、電子放出素子の製造方法であって、
（Ａ）基板上に高分子膜を形成する工程と、
（Ｂ）前記高分子膜の一部領域にエネルギービームを照射することで当該照射領域を選択的に低抵抗化する工程と、
（Ｃ）前記選択的に低抵抗化した領域の少なくとも一部が残るように前記選択的に低抵抗化した領域を含む高分子膜を所望形状にパターニングする工程と、
（Ｄ）前記選択的に低抵抗化した領域に間隙を形成する工程と、
を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法である。
上記本発明の電子放出素子の製造方法は、更なる好ましい特徴として、
「前記工程Ｄは、前記低抵抗化した領域に電流を流すことにより行われること」、
「前記高分子膜は、芳香族高分子であること」、
「前記エネルギービームは、光、電子ビーム、イオンビーム、レーザービームのいずれかであること」、
「前記工程Ｄは、前記工程Ｃの後に行われること」、
「前記工程Ｃは、前記工程Ｄの後に行われること」、
「前記工程Ｂと工程Ｄとを同時に行うこと」、
を含む。
【００２２】
また、本発明は、複数の電子放出素子を配置した電子源の製造方法であって、前記電子放出素子は上記本発明の電子放出素子の製造方法により作製されることを特徴とする電子源の製造方法である。
【００２３】
また、本発明は、電子源と、前記電子源から放出される電子の照射により画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法であって、前記電子源が上記本発明の電子源の製造方法により作製されることを特徴とする画像形成装置の製造方法である。
【００２４】
本発明によれば、導電性膜を形成する工程、該導電性膜に間隙を形成する工程、有機化合物を含む雰囲気を形成する工程（あるいは、導電性膜上に高分子膜を形成する工程）、導電性膜に通電することでカーボン膜を形成すると同時に、該カーボン膜に間隙を形成する工程、を必要としていた従来の製造方法に比べて、その工程を大幅に簡素化することができる。
【００２５】
また、高分子膜にエネルギービームを照射して高分子膜の一部領域を低抵抗化する工程において、基板表面を高分子膜で覆った状態で行う方法を採ったことで、エネルギービームによる基板の損傷・破壊を防止することができる。したがって、特性を損なわずにガラス基板等を用いて素子を作製することが可能となり、本発明の電子放出素子を複数配置した電子源、さらに画像形成装置を安価かつ簡易に作製することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の製造方法によれば、電子放出素子の作成プロセスを簡易化ができるとともに、長期に渡り表示品位に優れた画像形成装置を安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態例を説明するが、本発明はこれらの形態例に限定されるものではない。
【００２８】
図１６は、本発明の製造方法により製造される電子放出素子１０２を用いた画像形成装置の一例を示す模式図である。尚、図１６では画像形成装置（気密容器１００）内を説明するために、後述する支持枠７２およびフェースプレート７１の一部を取り除いた図である。
【００２９】
図１６において、１は電子放出素子１０２が多数配置されたリアプレートである。７１は、画像形成部材７５が配置されたフェースプレートである。７２は、フェースプレート７１とリアプレート１間を減圧状態に保持するための支持枠である。１０１はフェースプレート７１とリアプレート１間の間隔を保持するために、配置されたスペーサである。
【００３０】
画像形成装置１００がディスプレイの場合には、画像形成部材７５は蛍光体膜７４とメタルバックなどの導電性膜７３から構成される。６２および６３はそれぞれ電子放出素子１０２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１００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（フェースプレートとリアプレートと支持枠とで囲まれる空間）から外部に導出された配線６２および６３の端部とを接続するための取り出し配線である。
【００３１】
電子放出素子１０２をより詳細に示したのが図１である。尚、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。
【００３２】
図１において、１は基体（リアプレート）、２と３は電極、６’は炭素を主成分とする導電性膜、５’は間隙である。また、炭素を主成分とする導電性膜６’は、電極２、３間の基体１上に配置されている。そして、炭素を主成分とする導電性膜６’は電極２、３の一部を覆うことにより、各々の電極２，３との確実な接続が可能となっている。
【００３３】
上記炭素を主成分とする導電性膜６’は、「一部に間隙を有し、一対の電極間を電気的に繋ぐ炭素を主成分とする導電性膜」ということもできる。また、「一対の炭素を主成分とする導電性膜」ということもできる。あるいは単に「カーボン膜」と呼ぶ場合もある。また、単に「導電性膜」ということもある。また、後述する本発明のプロセスとの関連から「高分子膜が低抵抗化された膜」、あるいは「高分子膜を低抵抗化することによって得た膜」と呼ぶ場合もある。しかし、詳しくは後述する、高子膜に「低抵抗化処理」を施すことによって得た膜と、「低抵抗化処理」によって得た膜に「電圧印加工程」を施すことによって得た膜との間に、炭素の結晶性の観点において特に有意差がない場合には、上記「カーボン膜」という表現と「高分子膜を低抵抗化処理することによって得た膜」という表現は、プロセス段階を区別する表現ではあっても、膜質として区別する表現ではない。
【００３４】
本発明の電子放出素子においては、間隙５’が一方の電極の近傍に偏って配置される。図１（ａ）に示した例においては、電極３の縁に概略沿って間隙５’が配置されている。そして、図１（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３の表面が露出（存在）している。
【００３５】
尚、本発明における上記「露出」とは、電極３の表面が完全に露出している場合を含むのは当然であるが、電極３の表面に、不純物や雰囲気中のガスの吸着物などが存在しているあるいは付着（吸着）している状態を排除するものではない。また、間隙５’は、後述する「電圧印加工程」時における、電極とカーボン膜と基板との間における、熱変形や熱歪などの相互作用によって形成されると推測されている。そのため、本発明においては、「電圧印加工程」を経た後の間隙５’内において、「電圧印加工程」前に電極３表面に接触していたカーボン膜などの残渣が、電極３の表面にわずかに付着した状態であっても、上記「露出」に相当する。また、少なくとも、断面ＴＥＭ写真や、ＳＥＭ写真において、間隙５内の電極３表面に明らかな被膜の存在が確認されなければ、この状態も本発明における「露出」に相当する。
【００３６】
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。図中、間隙５’は一方の電極３の端部に形成されているが、この間隙の位置制御は、例えば、高分子膜の一部領域にエネルギービームを照射して炭素を主成分とする膜６’を形成する工程、すなわち低抵抗化した領域を形成する工程において、電極間ギャップの中心に関して非対称なパワーを投入照射することにより制御することが可能である。あるいは、電極２と高分子膜（高分子膜を低抵抗化することによって得た膜）との接続形態と、電極３と高分子膜（高分子膜を低抵抗化することによって得た膜）との接続形態とを異なるようにすることによっても、間隙５’の位置制御を行うことができる。すなわち、高分子膜を、電極２から電極３にかけて比抵抗が大きくなるような抵抗分布を有するように低抵抗化することによって、続く「電圧印加工程」における発熱の中心が電極３側に偏らせることができる。こうして、間隙５’の位置制御が可能となるのである。
【００３７】
また、カーボン膜６’は必ずしも全体が導電性を有していなくても、少なくとも一部が導電性を有していればよい。カーボン膜６’が絶縁体であると、電極２，３間に電位差を与えても、間隙５’に電界がかからず、電子を放出させることができないためである。カーボン膜６’は、好ましくは、少なくとも電極２（および電極３）と間隙５’との間の領域が、導電性を有しており、この様な構成とすることで間隙５’に十分な電界を与えることができる。また、電子放出の安定性から少なくとも、カーボン膜６’の表面は導電性であることが好ましい。
【００３８】
図２は、本発明の電子放出素子の製造方法の一例を示したものである。以下に、図１及び図２を用いて、本発明の電子放出素子の製造方法の一例を説明する。
【００３９】
（１）「電極形成工程」
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（図２（ａ））。ここで、電極材料としては、後述のようにレーザー照射プロセスを行う場合など、必要に応じて、透明導体である酸化物導電体、すなわち、酸化スズ、酸化インジウム（ＩＴＯ）等の膜を用いることができる。
【００４０】
（２）「高分子膜形成工程」
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６”を形成する（図２（ｂ））。このとき高分子膜６”は、後述する理由で、少なくともエネルギービーム照射領域を含む領域に形成する。高分子膜６”としてはポリイミドが好ましい。
【００４１】
高分子膜６”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、所望の高分子膜６”の形状をパターニング手段を用いずに形成できるため、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、直接、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６”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、インクジェット方式により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（液滴付与）して、加熱等によりポリイミド膜を形成することができる。
【００４４】
なお、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。
【００４５】
本発明において、特に芳香族ポリイミドは比較的低温で炭素間の結合の解離、再結合によって導電性が発現しやすい、すなわち炭素原子間の二重結合が生成しやすい高分子であるため、高分子膜６”として好ましい材料である。また、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も熱分解により導電性が発現するため本発明における高分子膜６”として好ましく用いることができる。
【００４６】
（３）「低抵抗化工程」
次に、上記工程（２）で形成した高分子膜６”をパターニングせずに、高分子膜６”の一部領域（最終的に残しておきたい領域）６’にエネルギービームを照射手段１０から照射することで、該領域６’を低抵抗化せしめる「低抵抗化工程」を行う（図２（ｃ））。
この工程は、後述の「電圧印加工程」の観点から、領域６’のシート抵抗が、１０3Ω／□以上１０7Ω／□以下の範囲に下がるまで行うことが好ましい。上記領域６’は、導電性膜６’として機能する。そのため、本工程により、導電性膜６’を含む高分子膜６”が形成される。エネルギービームが照射された高分子膜の一部領域６’は、カーボン化すると共に導電性が向上する。
尚、エネルギービームとしては、電子ビーム、光、レーザービーム、イオンビームなどを用いることができる。
【００４７】
上記エネルギービームの照射は、前記高分子膜６”を構成する高分子を分解温度以上の温度とすることで達成することができる。また、上記エネルギービーム照射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。
【００４８】
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℃から８００℃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。
【００４９】
上記のように、高分子膜６”をパターニングする前に、該高分子膜６”の一部領域６’にエネルギービームを照射することで、「低抵抗化工程」時の高分子膜６”および基体１の発熱を位置的・時間的に緩和することができる。密着力の強い高分子膜６”を、エネルギービームの照射領域近傍の基板表面に残しておくことにより、基板の変形・破壊を抑制することが可能となる。本発明の方法によれば、青板ガラス等の耐熱性が低い基板も簡便に利用することができる。これは、エネルギービームの照射領域近傍の基板表面に残しておいた高分子膜６”が、基板の表面溶融、基板の歪み、基板の湾曲、また急峻な温度勾配による基板の破壊、さらにはガラスに含まれる微量アルカリ成分の高分子膜への拡散などを抑制するためである。
【００５０】
「低抵抗化工程」を具体的に以下に説明する。
【００５１】
（電子ビーム照射を行う場合）
電子ビームを照射する場合は、電極２，３、高分子膜６”を形成した基体１を、電子銃が装着されている減圧雰囲気下（真空容器内）にセットする。容器内に設置された電子銃から高分子膜６”に対して電子ビームを照射する。この時の電子ビームの照射条件としては、加速電圧Ｖac＝０．５ｋＶ以上１０ｋＶ以下であることが好ましい。また、電流密度（Ｉd）としては、Ｉd＝０．０１ｍＡ／ｍｍ2以上１ｍＡ／ｍｍ2以下の範囲で行なうことが好ましい。また、この電子線を照射している間、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電子線照射を終了することが好ましい。
【００５２】
（レーザービーム照射を行う場合）
レーザービームを照射する場合は、電極２，３、高分子膜６”を形成した基体１を、ステージ上に配置し、高分子膜６”に対してレーザービームを照射する。このとき、レーザーを照射する環境は、高分子膜６”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が、レーザーの照射条件によっては、大気中で行うことも可能である。
【００５３】
この時のレーザービームの照射条件としては、例えば、パルスＹＡＧレーザの第二高調波（波長６３２ｎｍ）を用いて照射することが好ましい。また、このレーザーを照射している間、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レーザービーム照射を終了することが好ましい。
【００５４】
（４）「パターニング工程」
次に、上記低抵抗化工程によって得た領域（導電性膜）６’を、基板上に残すためのパターニングを行う（図２（ｄ））。
このパターニング工程では、通常のフォトリソグラフィーによりパターニングすることも可能である。また、エネルギービーム照射手段そのものをパターニング手段として採ることもできる。すなわち、エネルギービーム照射領域と非照射領域の物性差を利用してパターニングすることが可能である。例えばヒドラジン、ＴＭＡＨ等のアルカリ溶液に対する溶解度差、酸素プラズマ耐性差、ＵＶ／オゾン耐性差等を利用してパターン形成することが可能である。尚、このパターニング工程は、後述する「電圧印加工程」の後に行うこともできる。
上記パターニング工程により基板上に残す導電性膜６’の領域は、前記「低抵抗化工程」でエネルギービームを照射した領域内であって、且つ、エネルギービームを照射した面積以下であることが好ましい。本工程で基板上に残す導電性膜の大きさをエネルギービームの照射領域よりも小さくすることで、均一性の高い導電性膜６’を基板上に残すことができるので好ましい。
【００５５】
（５）「間隙形成工程」
次に、前記工程により得られた導電性膜６’に、間隙５’の形成を行う（図２（ｅ））。
【００５６】
間隙５’の形成方法は如何なる手法を用いても良いが、電極２、３間に電圧を印加する（電流を流す）、「電圧印加工程」によって行なわれることが好ましい。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６’の一部に間隙５’が形成される。
【００５７】
なお、この電圧印加工程は、前述の「低抵抗化工程」と同時に、すなわち、電子ビームあるいはレーザービームの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、好ましくは１．３×１０-3Ｐａ以下の圧力の雰囲気中で行うのが望ましい。
【００５８】
電圧印加工程においては、導電性膜６’の抵抗値に応じた電流が流れる。従って、導電性膜６’の抵抗が極端に低い状態、すなわち、低抵抗化が過剰に進んだ状態であると、間隙５’の形成に多大な電力が必要となる。比較的小さいエネルギーで間隙５’の形成を行うためには、低抵抗化の進行度合を調整することで可能である。
【００５９】
図３は、上記「低抵抗化工程」の後に「電圧印加工程」を行い、その後に、「パターニング工程」を行った場合を示す模式図である。
【００６０】
図３（ａ）は、高分子膜６”の一部領域６’を低抵抗化した時の平面図を示している。図３（ｂ）は「電圧印加工程」を行った状態を示している。尚、「電圧印加工程」の後に「パターニング工程」を行う場合には、「電圧印加工程」において、パターニング精度を考慮しておくことが好ましい。具体的には、図３（ｃ）に示すように、最終的に得ようとする間隙５’の幅（電極のエッジに沿った長さ）よりも若干、間隙５’を大きめに形成しておくことが好ましい。図３（ｄ）は、間隙５’が形成された導電性膜（カーボン膜）を含む高分子膜６”をフォトリソグラフィーによるパターニングを行った後の図を示している。
【００６１】
尚、図３（ｃ）に示すような間隙５’の幅の制御は、「電圧印加工程」を施す時間で制御することができる。
【００６２】
以上説明した本発明の製造方法によって得られた電子放出素子を図４に模式的に示した測定装置によってその電圧−電流特性を計測したところ、その特性は、図１５に示したようなものである。図４において、図１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。５４はアノードであり、５３は高圧電源、５２は電子放出素子から放出された放出電流Ｉｅを測定するための電流計、５１は電子放出素子に駆動電圧Ｖｆを印加するための電源、５０は電極２，３間を流れる素子電流を測定するための電流計である。上記電子放出素子は、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）が生じはじめる。
【００６３】
この特性のため、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。
【００６４】
次に、図１６に示した、上記電子放出素子を用いた本発明の画像形成装置の製造方法の一例を図５乃至図１２などを用いて以下に示す。
【００６５】
（Ａ）まず、リアプレート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、特にガラスが好ましく用いられる。さらに、高分子膜を炭素を主成分とする導電性膜に改質する際の基板ダメージを抑制するために、高耐熱性ガラス基板、或いはシリカを表面コートしたガラス基板をより好ましく用いることができる。
【００６６】
（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を複数組み形成する（図５）。電極材料は、導電性材料であれば良い。また、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５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。
【００６７】
（Ｃ）次に、電極３の一部を覆うように、下配線６２を形成する（図６）。下配線６２の形成方法は、様々な手法を用いることができるが、好ましくは印刷法を用いる。印刷法のなかでもスクリーン印刷法が大面積の基板に安価に形成できるので好ましい。
【００６８】
（Ｄ）下配線６２（図６）と、次工程で形成する上配線６３との交差部に絶縁層６４を形成する（図７）。絶縁層６４の形成方法も様々な手法を用いることができるが、好ましくは印刷法を用いる。印刷法のなかでもスクリーン印刷法が大面積の基板に安価に形成できるので好ましい。
【００６９】
（Ｅ）下配線６２と実質的に直交する上配線６３を形成する（図８）。上配線６３の形成方法も様々な手法を用いることができるが、下配線６２と同様、好ましくは印刷法を用いる。印刷法のなかでもスクリーン印刷法が大面積の基板に安価に形成できるので好ましい。
【００７０】
（Ｆ）次に、各電極対２、３間を接続し、さらに最終的に得ようとする導電性膜（カーボン膜）の面積よりも大きな面積を有する高分子膜６”を形成する（図９）。
【００７１】
高分子膜６”を形成する領域は、具体的には、エネルギービームの基板表面でのスポットサイズ、エネルギー、照射時間等によって最適な領域が決められるが、エネルギービームを照射する領域よりも少なくとも１０μｍ以上大きく形成することが望ましい。高分子膜６”は、前述のように様々な方法で作成することができるが、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が好ましい。尚、図９においては、複数の高分子膜６”が互いに分離した状態で基板１上に配置された形態を示したが、高分子膜６”は１つの連続した膜（基板を全面的に覆う膜）であっても良い。
【００７２】
（Ｇ）続いて、前述した様に、「低抵抗化工程」を行う。
「低抵抗化工程」については、前記したエネルギービームを所望の領域６’に照射することにより行われる。この「低抵抗化工程」は好ましくは減圧雰囲気中で行われる。この工程により、高分子膜６”の一部領域６’が、導電性膜６’に変化する（図１０）。具体的には、導電性膜６’の抵抗値としては、１０3Ω／□以上１０7Ω／□以下の範囲となる。尚、エネルギービームの照射領域は、プロセスマージンを考慮して、最終的に得たいカーボン膜の大きさ以上に設定することが好ましい。
【００７３】
（Ｈ）次に、エネルギービーム非照射領域で、不要な高分子膜６”を取り除く「パターニング工程」を行う（図１１）。
すなわち、所望の大きさの導電性膜（カーボン膜）６’を残してパターニングを行う。パターニング手段としては、前述したように、エネルギービーム照射そのものをパターニング手段として用いることもできるし、フォトリソグラフィーを用いた高分子膜のエッチングによりパターニングすることも可能である。この工程で残す導電性膜６’の面積は、前記工程（Ｇ）でエネルギービームを照射した領域６’の面積以下であることがプロセスマージンを考慮すると好ましい。
【００７４】
（Ｉ）次に、前記工程（Ｇ）により得られた導電性膜６’に、「間隙形成工程」を行う。
この間隙５’の形成は、各配線６２および配線６３に電圧を印加することによって行うことが好ましい。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６’の一部に間隙５’が形成される（図１２）。
【００７５】
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、電子ビームあるいはレーザービームの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。
【００７６】
（Ｊ）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７３と蛍光体膜７４とを有するフェースプレート７１と、上記工程（Ａ）〜（Ｉ）を経たリアプレート１とを、メタルバックと電子放出素子が対向するように、位置合わせする（図１７（ａ））。
支持枠７２とフェースプレート７１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１と支持枠７２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。
【００７７】
図１７においては、支持枠７２が、予め上記工程（Ａ）〜（Ｉ）を経たリアプレート１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（Ｊ）時に接合されている必要はない。また、同様に、図１７においてはスペーサ１０１がリアプレート１上に固定された例を示しているが、スペーサ１０１も、本工程（Ｊ）時にリアプレート１に必ずしも固定されている必要はない。
【００７８】
また、図１７では、便宜上、リアプレート１を下方に配置し、フェースプレート７１をリアプレート１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。
【００７９】
さらには、図１７では、支持枠７２およびスペーサ１０１は、予め、リアプレート１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、リアプレート上またはフェースプレート上に載置するだけでもよい。
【００８０】
（Ｋ）次に、封着工程を行う（図１７（ｂ））。
上記工程（Ｉ）で対向して配置されたフェースプレート７１とリアプレート１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。上記加熱は、熱的な歪を低減するために、フェースプレートおよびリアプレートの全面を加熱することが好ましい。
【００８１】
尚、本発明においては、上記「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。
【００８２】
この封着工程により、フェースプレート７１と支持枠７２とリアプレート１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１６に示した気密容器（画像形成装置）１００が得られる。
【００８３】
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、大気中で上記「封着工程」を行っても良い。この場合は、別途、フェースプレートとリアプレート間の空間を排気するための排気管を、気密容器１００に設けておき、上記「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）１００が得ることができる。
【００８４】
上記「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）１００内部を高真空に維持するために、上記工程（Ｊ）と工程（Ｋ）との間に、前記メタルバック７３上（メタルバックのリアプレート１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（Ｋ）と同様に、減圧（真空）雰囲気中で行われる。
【００８５】
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７１とリアプレート１との間には、スペーサ１０１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１０１は必ずしも必要としない。また、リアプレート１とフェースプレート７１との間隔が数百μｍ程度であれば支持枠７２を用いずに、接合部材によって直接リアプレート１とフェースプレート７１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７２の代替部材を兼ねる。
【００８６】
また、本発明においては、電子放出素子１０２の間隙５’を形成する工程（工程（Ｉ））の後に、位置合わせ工程（工程（Ｊ））および封着工程（工程（Ｋ））を行った。しかしながら、工程（Ｉ）を、封着工程（工程Ｋ）の後に行うこともできる。
【実施例】
【００８７】
以下に、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
【００８８】
［実施例１］
本実施例では図１６に模式的に示した画像形成装置１００を作成した。電子放出素子１０２としては、図１および図２を用いてその製造方法を既に記した電子放出素子を用いた。図５乃至図１２、図１６、図１７を用いて、本実施例の画像形成装置の作製方法を述べる。
【００８９】
図１２は、リアプレートと、その上に形成された複数の電子放出素子と、および複数の電子放出素子に信号を印加するための配線とから構成される電子源の一部を拡大して模式的に示している。１はリアプレート、２、３は電極、５’は間隙、６’は炭素を主成分とする導電性膜、６２はＸ方向配線、６３はＹ方向配線、６４は層間絶縁層である。
【００９０】
図１６において、図１２と同じ符号のものは、同じ部材を示している。７１はガラス基板上に、蛍光体膜７４とＡｌからなるメタルバック７３とが積層されたフェースプレートである。７２は支持枠であり、リアプレート１、フェースプレート７１、支持枠７２で真空密閉容器が形成される。
【００９１】
以下、図５乃至図１２、図１６、図１７を用いて、本実施例を説明する。
【００９２】
（工程１）
ガラス基板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技術を用いてＰｔ膜からなる電極２，３を形成した（図５）。なお、電極２、３の電極間距離は１０μｍとした。
【００９３】
（工程２）
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、Ｘ方向配線６２を形成した（図６）。
【００９４】
（工程３）
続いて、Ｘ方向配線６２とＹ方向配線６３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６４を形成した（図７）。
【００９５】
（工程４）
さらに、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、Ｙ方向配線６３を形成し、基体１上にマトリックス配線を形成した（図８）。
【００９６】
（工程５）
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、インクジェット法により、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸の３％Ｎ−メチルピロリドン／トリエタノールアミン溶液を塗布した。これを、真空下にて、３５０℃でベークし、膜厚３００ｎｍで約１５０μｍ□ほぼ矩形のポリイミド膜からなる高分子膜６”を得た（図９）。
【００９７】
（工程６）
次に、Ｐｔからなる電極２、３、マトリックス配線６２、６３、ポリイミド膜からなる高分子膜６”を形成したリアプレート１をステージ上（大気中）にセットし、各々の高分子膜６”に対して、ＱスイッチパルスＮｄ：ＹＡＧレーザ（パルス幅１００ｎｓ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、パルスあたりのエネルギー０．５ｍＪ、ビーム径１０μｍ）の第二高調波（ＳＨＧ）を照射した。このとき、ステージを移動させ、各々の電極２から３の方向に高分子膜６”に１０μｍの幅で照射し、１００μｍ□の熱分解の進んだ導電性の領域６’を形成した（図１０）。このとき電子放出部となる間隙の位置を制御するために、電極２から３にかけて非対称なエネルギー投入を行った。
【００９８】
（工程７）
こうして「低抵抗工程」が終了した基板を１．２％テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液に浸漬して、レーザー非照射領域の不要な高分子膜６”を除去し、素子長１００μｍの炭素を主成分とする導電性膜６’をパターニングした（図１１）。
【００９９】
（工程８）
以上のようにして作製したリアプレート１上に、支持枠７２とスペーサ１０１とをフリットガラスにより接着した。そしてスペーサと支持枠が接着されたリアプレート１と、フェースプレート７１とを対向させて（蛍光体膜７４とメタルバック７３が形成された面と、配線６２，６３が形成された面とを対向させて）、配置した（図１７（ａ））。尚、フェースプレート７１上の支持枠７２との当接部には、予めフリットガラスを塗付しておいた。
【０１００】
（工程９）
次に、対向させたフェースプレート７１とリアプレート１とを１０-6Ｐａの真空雰囲気中で、４００℃に加熱および加圧して封着を行った（図１７（ｂ））。この工程により内部が高真空に維持された気密容器が得られた。なお、蛍光体膜７４には３原色（ＲＧＢ）の各色蛍光体がストライプ形状に配置されたものを用いた。
【０１０１】
最後に、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を通じて、各々の電極２，３間に２５Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの両極性の矩形パルスを印加することにより炭素を主成分とする導電性膜６’に間隙５’を形成し（図１２参照）、本実施例の画像形成装置１００を作製した。
【０１０２】
以上のようにして完成した画像形成装置において、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を通じて、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７３に８ｋＶの電圧を印加したところ、長時間にわたって明るい良好な画像を形成することができた。
【０１０３】
［実施例２］
作製方法に関して実施例１の画像形成装置の製造方法と異なるのは、（工程６）において高分子膜６”の低抵抗処理手段として電子ビームを用いた点と、導電性膜６’のパターニング手段として、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行った点だけである。
以下、実施例１と異なる（工程６）および（工程７）についてのみ、説明する。
【０１０４】
（工程６）
次に、Ｐｔからなる電極２、３、マトリックス配線６２、６３、ポリイミド膜からなる高分子膜６”を形成したリアプレート１を電子銃の装着された真空容器中にセットし、十分に排気を行った後、加速電圧Ｖａｃ＝１０ｋＶ、電流密度ρ＝０．１ｍＡ／ｍｍ2（ビームサイズφ１００μｍ）なる電子ビームを照射した。このときステージを移動させるとともに、偏向ヨークにて電子ビームを偏向し、各素子毎φ１００μｍの熱分解の進んだ導電性の領域６’を形成した。
このとき電子放出部となる間隙５’の位置を制御するために、電子ビームの照射中心は電極３側に偏らせて照射した。
【０１０５】
（工程７）
こうして「低抵抗工程」が終了した基板は、導電性膜６’を含む１２０μｍ□の領域をフォトレジストにて被覆し、引き続きドライエッチングエッチング装置に投入して、１２０μｍ□の導電性膜６’を得た（不図示）。
【０１０６】
以上のようにして完成した画像形成装置において、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を通じて、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７３に８ｋＶの電圧を印加したところ、長時間にわたって明るい良好な画像を形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の電子放出素子を示す模式的平面図及び断面図である。
【図２】本発明の電子放出素子の作製方法の一例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の電子放出素子の作製方法のさらに別の例を示す模式的断面図である。
【図４】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５】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工程の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工程の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工程の一例を示す模式図である。
【図８】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工程の一例を示す模式図である。
【図９】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１１】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１３】従来の電子放出素子の模式図である。
【図１４】従来の電子放出素子の製造工程の模式図である。
【図１５】本発明による電子放出素子の電子放出特性を示す模式図である。
【図１６】本発明の画像形成装置の斜視模式図である。
【図１７】本発明の画像形成装置の製造工程の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  基体
２、３  電極
４  導電性膜
５  第２の間隙
５’  間隙
６  カーボン膜
６’  炭素を主成分とする導電性膜
６”  高分子膜
７  第１の間隙
５０  電極２，３間を流れる素子電流を測定するための電流計
５１  電子放出素子に駆動電圧Ｖｆを印加するための電源
５２  電子放出素子から放出された放出電流Ｉｅを測定するための電流計
５３  高圧電源
５４  アノード
６２  下配線
６３  上配線
６４  絶縁層
７１  フェースプレート
７２  支持枠
７３  メタルバック
７４  蛍光体膜
１００  画像形成装置
１０１  スペーサ
１０２  電子放出素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005063779.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005063779.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2005063779.tif 000017
【図１６】
2005063779.tif 000018
【図１７】
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