(57)【要約】【課題】  簡易な工程により、均一な電子放出特性を有する電子放出素子を、再現性良く製造する方法を提供する。【解決手段】  基体１上に電極２，３を形成し、該電極２，３を跨ぐように高分子膜４を形成し、該高分子膜４を加熱処理、光または粒子ビーム照射により低抵抗化して導電性膜４’とする工程において、電極２，３間に流れる電流値を少なくとも２つの時刻で測定し、該測定値に基づいて決定したタイミングで、当該工程を終了し、得られた導電性膜４’に通電して電子放出部となる間隙５を形成する。【選択図】      図２
2005166569.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、
表面に一対の電極を有する基板を用意する工程と、
前記一対の電極間を接続する高分子膜を配置する工程と、
前記高分子膜を低抵抗化する工程と、
前記高分子膜を低抵抗化して得た膜に電流を流すことで、前記高分子膜を低抵抗化して得た膜に間隙を形成する工程と、
を有しており、
前記高分子膜を低抵抗化する工程中において、
少なくとも２つ以上の異なる測定時刻で、前記一対の電極間に電圧を印加した際に該電極間に流れる電流値を測定するデータ測定工程と、
前記データ測定工程で得られた値に基づいて、前記高分子膜を低抵抗化する工程の終了のタイミングを決定する工程と、
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】
前記データ測定工程は、前記高分子膜を低抵抗化する工程の開始から、前記一対の電極間に流れる電流値が予め設定した値に到達するまでの時間を計測する工程を含む請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】
前記データ測定工程は、第１の測定時における前記一対の電極間に流れる電流値と、前記第１の測定時から、前記一対の電極間に流れる電流値が予め設定した値に到達するまでに要した時間を計測する工程を含む請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
前記高分子膜を低抵抗化する工程は、前記高分子膜に光または粒子ビームを照射することによって行われる請求項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】
前記光が、レーザー光である請求項４に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】
前記粒子ビームが、電子ビームまたはイオンビームである請求項４に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】
電子放出素子の製造方法であって、
表面に一対の電極を有する基板を用意する工程と、
前記一対の電極間を接続する高分子膜を配置する工程と、
前記高分子膜を低抵抗化する工程と、
前記高分子膜を低抵抗化して得た膜に電流を流すことで、前記高分子膜を低抵抗化して得た膜に間隙を形成する工程と、
を有しており、
前記高分子膜を低抵抗化する工程中において、少なくとも２つ以上の異なる測定時刻で、前記高分子膜の光反射率または光透過率を計測するデータ測定工程と、
前記データ測定工程で得られた値に基づいて、前記高分子膜を低抵抗化する工程の終了のタイミングを決定する工程と、
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８】
前記データ測定工程は、前記高分子膜を低抵抗化する工程の開始から、前記一対の電極間に流れる電流値が予め設定した値に到達するまでの時間を計測する工程を含む請求項７に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】
前記データ測定工程は、第１の測定時における前記一対の電極間に流れる電流値と、前記第１の測定時から、前記一対の電極間に流れる電流値が予め設定した値に到達するまでに要した時間を計測する工程を含む請求項７に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】
前記高分子膜を低抵抗化する工程は、前記高分子膜に光または粒子ビームを照射することによって行われる請求項７乃至９のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】
前記光が、レーザー光である請求項１０に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１２】
前記粒子ビームが、電子ビームまたはイオンビームである請求項１０に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記高分子膜を低抵抗化させる工程において、測定する光反射率または光透過率が、前記高分子膜に照射する光の一波長成分の光反射率または光透過率である請求項７乃至１２のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】
複数の電子放出素子を有する電子源の製造方法であって、前記電子放出素子を、請求項１乃至１３のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法により製造することを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項１５】
電子源と電子の照射により発光する発光部材とを有する画像表示装置の製造方法であって、前記電子源を、請求項１４に記載の電子源の製造方法により製造することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【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、該電子放出素子を用いてなる電子源の製造方法、該電子源を用いてなる画像表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）や表面伝導型電子放出素子等がある。
【０００３】
表面伝導型電子放出素子の例としては、特許文献１、特許文献２等に開示されたものがある。
【０００４】
上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法においては、例えば特許文献１等に開示されているように、「フォーミング工程」を終えた素子に対して「活性化工程」と呼ばれる処理を施す場合がある。「活性化工程」とは、この工程により、放出電流Ｉｅが、著しく向上する工程である。
【０００５】
「活性化工程」は、有機物質を含有する雰囲気下で、「フォーミング工程」と同様、素子にパルス電圧の印加を繰り返すことで行うことができる。この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素或いは炭素化合物が「フォーミング工程」により形成された間隙内及び間隙近傍に堆積する。これにより、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、著しく変化し、より良好な電子放出特性を得ることができるようになる。
【０００６】
また、上記のような「活性化工程」とは異なる手法により電子放出特性を向上させる工程が、特許文献２に開示されている。特許文献２には、上述の「フォーミング工程」及び「活性化工程」を行わずに、高分子膜を改質させることによって得た膜に間隙を形成することにより電子放出素子を形成する製造方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２３１８７２号公報
【特許文献２】特開２００２−１５０９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記電子放出素子をディスプレイに用いる場合には、非常に多くの電子放出素子を均一性高く形成する必要がある。また、近年の高画質化の流れを受け、その要求される均一性もますます高くなっている。しかしながら、従来の製造方法では、大面積に且つ均一性高く、多数の電子放出素子を簡易に形成するには必ずしも十分ではなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するものであって、均一性が高い電子放出素子を再現性良く、簡易な工程で製造す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】
【００１０】
本発明の第１は、電子放出素子の製造方法であって、
表面に一対の電極を有する基板を用意する工程と、
前記一対の電極間を接続する高分子膜を配置する工程と、
前記高分子膜を低抵抗化する工程と、
前記高分子膜を低抵抗化して得た膜に電流を流すことで、前記高分子膜を低抵抗化して得た膜に間隙を形成する工程と、
を有しており、
前記高分子膜を低抵抗化する工程中において、
少なくとも２つ以上の異なる測定時刻で、前記一対の電極間に電圧を印加した際に該電極間に流れる電流値を測定するデータ測定工程と、
前記データ測定工程で得られた値に基づいて、前記高分子膜を低抵抗化する工程の終了のタイミングを決定する工程と、
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。
【００１１】
本発明の第２は、電子放出素子の製造方法であって、
表面に一対の電極を有する基板を用意する工程と、
前記一対の電極間を接続する高分子膜を配置する工程と、
前記高分子膜を低抵抗化する工程と、
前記高分子膜を低抵抗化して得た膜に電流を流すことで、前記高分子膜を低抵抗化して得た膜に間隙を形成する工程と、
を有しており、
前記高分子膜を低抵抗化する工程中において、少なくとも２つ以上の異なる測定時刻で、前記高分子膜の光反射率または光透過率を計測するデータ測定工程と、
前記データ測定工程で得られた値に基づいて、前記高分子膜を低抵抗化する工程の終了のタイミングを決定する工程と、
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。
【００１２】
上記本発明による電子放出素子の製造方法においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
【００１３】
前記データ測定工程は、前記高分子膜を低抵抗化する工程の開始から、前記一対の電極間に流れる電流値が予め設定した値に到達するまでの時間を計測する工程を含む。
【００１４】
前記データ測定工程は、第１の測定時における前記一対の電極間に流れる電流値と、前記第１の測定時から、前記一対の電極間に流れる電流値が予め設定した値に到達するまでに要した時間を計測する工程を含む。
【００１５】
前記高分子膜を低抵抗化する工程は、前記高分子膜に光または粒子ビームを照射することによって行われる。特に、前記光が、レーザー光である。また、前記粒子ビームが、電子ビームまたはイオンビームである。
【００１６】
また、上記本発明の第２の電子放出素子の製造方法においては、前記高分子膜を低抵抗化させる工程において、測定する光反射率または光透過率が、前記高分子膜に照射する光の一波長成分の光反射率または光透過率であることを、好ましい態様として含む。
【００１７】
本発明の第３は、複数の電子放出素子を有する電子源の製造方法であって、前記電子放出素子が、上記本発明第１及び第２の電子放出素子の製造方法により製造されることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第４は、電子源と電子の照射により発光する発光部材とを有する画像表示装置の製造方法であって、前記電子源が、上記本発明第３の電子源の製造方法により製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の製造方法は、高分子膜を低抵抗化することによって得た膜の膜質を一定にすることができるので、一定の形態を有する間隙を形成することが容易であり、良好な電子放出特性の電子放出素子を再現性良く製造することができる。
【００２０】
また、本発明により製造される電子放出素子は、耐熱性も良好であるため、従来、導電性膜の性能によって制限されていた電子放出特性の向上も図ることができる。
【００２１】
また、本発明の製造方法は、電子放出部を均一にかつ制御良く作成することができるため、本発明による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た場合、画面内の均一性を高め、且つ、装置間のばらつきを抑えることができる。
【００２２】
本発明によれば、特性の揃った電子放出素子を再現性良く製造することができると共に、電子放出素子の作成プロセスを簡易化できる。さらには、本発明による電子放出素子、及びその製造方法を利用して、電子放出素子を複数配列した電子源、或いは画像表示装置を製造することができ、大面積の均一で良好な画質の画像を表示できる画像表示装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明するが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。
【００２４】
図１は、本発明の製造方法による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（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図中、１は基体、２と３は電極、４’は導電性膜、５は間隙である。
【００２５】
ここで、本発明による電子放出素子の基本的な製造プロセスは、以下の（ａ）〜（ｄ）の順で各工程を行うことで成立する。
（ａ）基板１上に電極２、電極３を形成する。
（ｂ）電極２と電極３とを接続する高分子膜４を形成する。
（ｃ）高分子膜４に「低抵抗化処理」を施し、導電性膜４’を形成する（「低抵抗化工程」）。
（ｄ）電極２と電極３との間に電流を流す、「電圧印加工程」を施すことで、導電性膜４’の一部に間隙５を形成する。
【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放出電子となる。
【００２７】
上記導電性膜４’は、「炭素を主成分とする導電性膜」、単に「カーボン膜」ということもある。また、後述する本発明の製造プロセスとの関連から「高分子膜を「低抵抗化処理」することにより得られた膜」と呼ぶ場合もある。
【００２８】
導電性膜４’は全面において導電性を有することが好ましいが、必ずしも全体が導電性を有していなくてもよい。
【００２９】
かかる膜４’が絶縁体であると、前記工程（ｄ）において、電極２，３間の導電性膜４’に十分な電流を流すことができないために、間隙５を形成することができないが、少なくとも電極２（及び電極３）と間隙５との間の領域の導電性膜４’が導電性を有すれば、電流を流すことができる。
【００３０】
または、導電性膜４’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、電子を放出せしめることができないが、少なくとも電極２（及び電極３）と間隙５との間の領域の導電性膜４’が導電性を有すれば、間隙５に十分な電界を与えることができる。
【００３１】
次に、図２を参照して本発明による電子放出素子の製造方法を一例を挙げて具体的に説明する。図中、４は高分子膜であり、図１と同じ部材には同じ符号を付した。
【００３２】
（１）ガラスなどからなる基板（基体）１を洗剤、純水及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）〕。尚、基体１の材料としては、後述する「低抵抗化処理」の際に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。基体１は、基本的には絶縁性の基体であれば良い。電極２と電極３との間隔は、１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。
【００３３】
ここで、電極材料としては、比抵抗の低い材料からなる膜を用いることができる。特に、図１に示した間隙５が近傍に配置される、電極２の材料としては、後述する低抵抗化処理及び間隙５を形成するための電圧印加工程を終えた後の導電性膜４’とは異なる材料である。さらには、導電性膜４’の比抵抗よりも、電極２の比抵抗が低い材料で構成することが好ましい。即ち、図１（ｂ）において、基体１表面に対して垂直方向（電極２と導電性膜４’とが積層される方向）において、電極２と接続される導電性膜４’の比抵抗が、電極２の比抵抗よりも高くなるような材料を電極２の材料として選ぶことが好ましい。そのため、電極２の材料としては、具体的には金属または金属を主成分とする材料を用いることが好ましい。
【００３４】
（２）次に、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４を形成する〔図２（ｂ）〕。
【００３５】
本発明に用いられる「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、この様に熱を加えることにより、導電性が上昇する高分子を本発明では用いる。
【００３６】
また、本発明においては、後述する低抵抗化処理においては、電子やイオンなどの粒子線や、レーザーやハロゲン光などの光を照射することで、高分子膜４の低抵抗化（導電性の上昇）を実現する。そのため、本発明の低抵抗化処理においては、熱以外の要因、例えば電子ビームによる分解再結合、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、高分子膜４を構成する炭素原子間の結合の解離、再結合を生じさせて、高分子膜４の導電性の向上をより効率的に行っていることも考えられる。従って、本発明において、低抵抗化の過程を、熱及び上記したような熱以外の要因による、高分子の構造的変化を伴った導電性の変化を総称して「改質」と表現することもある。
【００３７】
本発明においては、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。
【００３８】
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、即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。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。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、熱分解によりさら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。
【００３９】
高分子膜４の形成方法は、公知の種々の方法、即ち、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４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。
【００４０】
インクジェット方式やスピンコート法などによって高分子膜４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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
（３）次に、「低抵抗化工程」を行う。
【００４４】
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４のシート抵抗が、１０3Ω／□以上１０7Ω／□以下の範囲（或いは比抵抗が１０-3Ωｃｍ以上１０Ωｃｍ以下）に下がるまで低抵抗化処理を行う。この低抵抗化処理の一例としては、高分子膜４を加熱することにより、実現することができる。
【００４５】
加熱による低抵抗化処理は、前記高分子膜４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４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。
【００４６】
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。
【００４７】
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４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他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。
【００４８】
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、電子ビームやイオンビームなどの粒子ビーム照射手段、またはレーザービームやハロゲン光などの光照射手段から、粒子ビームまたは光を高分子膜４に照射することにより、高分子膜４を低抵抗化処理することが好ましい。このようにすれば、他の部材への熱の影響を抑えた状態で、高分子膜４の低抵抗化処理を行うことが可能となる。上記粒子ビーム、レーザービームやハロゲン光などを、基体１上の高分子膜４に、外部からエネルギーを供給する手段であることから、「エネルギービーム」と呼ぶこともできる。
【００４９】
上記低抵抗化処理の一例を以下に説明する。
【００５０】
（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４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４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４０ｋＶ以下であることが好ましい。
【００５１】
（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４を形成した基体１を、ステージ上に配置し、高分子膜４に対してレーザービームを照射する。この時、レーザーを照射する環境は、高分子膜４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。
【００５２】
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レーザーの第二高調波（波長５３２ｎｍ）を用いて照射することが好ましい。
【００５３】
いずれの方式においても、低抵抗化が十分進行した時点で、エネルギービーム照射を停止するようにする。
【００５４】
この時、いずれの方式においても、エネルギービームを照射している間、電極２、３間の電気抵抗値をモニターし、所望の電気抵抗値が得られた時点でエネルギービーム照射の終了を判断することが可能である。しかし、以下に説明するように、電流値の変化から、エネルギービーム照射終了時刻を予測することが望ましい。
【００５５】
後述するように、電圧印加工程によって、導電性膜４’中に、電子放出部を形成する間隙５が形成される。電子放出部の形態によって電子放出特性が決まり、電子放出部の形態のばらつきが、電子放出特性のばらつきの原因となると考えている。電子放出部の形態は、導電性膜４’の低抵抗化の度合いによって大きく影響を受けることがわかっている。
【００５６】
ところで、低抵抗化の度合いは、電気抵抗ではなく、電気抵抗率で与えられるものである。しかし、個々の素子に関する高分子膜４の形状を予め正確に計測することは困難であり、従って、電気抵抗率を正確に計測することは困難である。従って、電気抵抗をモニターして低抵抗化処理の終了を判断する簡便な手段を用いては、改質度合いのばらつきが大きくなることが予想される。
【００５７】
そこで、低抵抗化処理終了の判断には、電気低効率の変化を表すものを用いることが必要である。これに対して、電流値の変化率、即ち電気抵抗の変化率をモニターし、これをもとに低抵抗化処理終了時刻を予測することが必要である。
【００５８】
ここで、低抵抗化処理による導電性の発現、及び、導電性の変化は、次のような要素が複合したものであると考えている。即ち、高分子膜４のエネルギー照射による導電性物質の生成、導電性生成物のネットワーク化に伴う導電パスの生成、及びそれに伴う導電性の発現、導電性生成物のさらなる導電性の向上、及び生成量増加に伴う導電パスの緻密化である。
【００５９】
上述したように、「低抵抗化」は基本的には熱による化学変化が主体であり、活性化エネルギーで規定される化学変化であると考えられるが、エネルギー照射時の基板の温度は一定ではないため、低抵抗化処理による電気伝導度の変化を単純な関数で記述することは困難である。
【００６０】
ただし、本発明による電子放出素子に関しては、ある素子構成、及び、照射エネルギーの範囲では、実験的に比較的単純な関数で近似できることがわかった。
【００６１】
ある条件における、エネルギー照射時の代表的な電流の時間変化の一例を図３に示す。これに関して、初期の電流検出限界以下の状態（図３−領域Ａ）、電流が上昇する領域（図３−領域Ｂ）、電流変化が小さくなる領域（図３−領域Ｃ）、電流が減少する領域（図３−領域Ｄ）。特に、領域Ｄの状態は、過剰な温度上昇などによって、導電性膜が蒸発等によって消失が始まっており、破壊領域ということができる。
【００６２】
電子放出特性との対応からは、領域Ａでは低抵抗化が不十分であり、また、領域Ｃ、或いは、領域Ｄの状態でエネルギー照射を停止した膜では、良好な電子放出特性が得られないことがわかっており、領域Ｃに入る直前でエネルギー照射を停止することが望ましい。
このように、エネルギー照射が不足でも、過剰でも、良好な素子が得られず、最適な状態で低抵抗化の進行を停止することが望ましい。
【００６３】
図３の電流Ｉの変化に対して、Ｉの最大値近傍の値としてＩ０を設定し、（Ｉ−Ｉ０）の対数を時間に対してプロットすると図４の実線のようになる。レーザー照射初期を除くある時間範囲では、図中破線で近似されるように直線的に変化しており、例えば、Ｉ＝Ｉ０［１−ｅｘｐ｛−Ｃ×（ｔ−ｔ０）｝］のような近似式で電流Ｉの時間変化がよく再現されることがわかる。ここで、Ｉは電流、ｔは時間、Ｃ及びｔ０は定数である。このように、領域Ｃまでは、ある飽和値に向かって、単調に電流が増加する性質を有しているとみなすことができる。
【００６４】
Ｉが最大値を迎える前に低抵抗化処理を停止しても、十分フォーミングが可能であり、Ｉの飽和値に対する到達の度合いを設定して、十分低抵抗化処理の時間を設定することが可能である。従って、Ｉの飽和値に対する電流の到達値の割合をしきい値として低抵抗化処理の完了と定義すれば、低抵抗化処理の完了時刻を予測することが可能である。
【００６５】
さらに、本発明の構成においては、電流が急激に増加を始める時間、及び、初期の電流増加速度などが、Ｉの飽和値に達する時定数と関連つけられることがわかっており、限定された素子構成、及び、エネルギービーム照射条件では、少なくとも、二点の測定点に関するデータから、単純な関数式を用いて、低抵抗化処理の終了時間を予測することが可能である。
【００６６】
また、低抵抗化処理によって、導電性膜４’の光反射率、或いは、光透過率に変化が現れる。可視光に対し、低抵抗化処理前の高電気抵抗状態においては、透明であったものが、改質の進行に伴って、不透明な状態に変化していく。従って、この現象を用いても、低抵抗化の度合いを判断することが可能である。
【００６７】
例えば、パルスＹＡＧレーザーの第二高調波（波長５３２ｎｍ）の光に対し、低抵抗化の進行に伴う光反射率、及び、光透過率を測定したところ、低抵抗化の進行に伴って光反射率は徐々に上昇するが、次第に、一定の値に近づくことがわかった。また、この時、光透過率は、低抵抗化の進行に伴って、徐々に減少していくが、次第に一定の値に近づく。
【００６８】
この時、レーザー光のスポット径は、電極間ギャップよりも大きく、反射光は、高分子膜からの反射光に加えて、Ｐｔ電極上における高分子膜を透過してＰｔ電極反射した光からなる反射光が含まれる。
【００６９】
該、反射率の変化曲線に対して、限定された時間範囲では、前記電気抵抗率の変化と同様に、簡単な式で近似できる。
【００７０】
さらに、限定された素子構成、及び、エネルギービーム照射条件では、少なくとも二点の測定点に関するデータから、単純な関数式を用いて、低抵抗化処理の終了時間を予測することが可能である。
【００７１】
次に、電流測定による低抵抗化処理時間の設定についての一例を説明する。
【００７２】
先ず、ビーム照射開始前に、電極間に電圧印加を開始する。尚、この時の電圧は、通電時に高分子膜に影響を与えない低電圧が好ましい。
【００７３】
電子ビーム照射開始時刻をｔ０とし、ｔ０から一定の時間経過した時刻ｔ１における電流Ｉ１を計測する。次に、ｔ１から一定の時間（ｔｓ）経過した時刻ｔ２における電流Ｉ２を計測する。これから、電流の変化率の逆数ｄＩ＝ｔｓ／（Ｉ２−Ｉ１）を求める。
【００７４】
次に、関数Ｆ（ｘ，ｔ）に従って、ビーム照射の終了時刻ｔｅ＝Ｆ（ｄＩ，ｔ１）を計算する。ここで、Ｆ（ｘ，ｔ）は、電流の変化率と、高分子膜の最適な低抵抗化時間を関係づける関数であり、ｘ、ｔの値から、低抵抗化の終了時間が予測される。Ｆ（ｘ，ｔ）は、高分子膜、電極、基板等の素子構成要素の、種類、膜厚、熱物性、及び、電子ビーム照射条件によって異なる関数であり、予め実験的に定められる関数である。例えば、ある構成の素子に対して、近似的にＦ（ｘ、ｔ）＝Ａ（Ｂｘ＋ｔ）と設定できることがわかっている。
【００７５】
Ｆ（ｘ，ｔ）に基づき、ビーム照射終了時間の予測値を求め、時刻Ｆ（ｄＩ，ｔ１）において、ビーム照射を終了するように設定すれば、適当な低抵抗化状態になるように低抵抗化処理を行うことが可能である。
【００７６】
また、上記した低抵抗化処理は、必ずしも高分子膜４の全体に渡って行う必要はないが、本発明による電子放出素子が真空雰囲気中で駆動されることを加味すると、絶縁体が真空雰囲気中に露出することは好ましくない。そこで、前記改質は、実質的に高分子膜４の全表面に対して行われることが好ましい。
【００７７】
（４）次に、前記工程（３）により得られた導電性膜（高分子膜４を低抵抗処理することによって得た膜）４’に、間隙５の形成を行う〔図３（ｃ）〕。この工程は「電圧印加工程」と呼ばれる。
【００７８】
間隙５の形成は、電極２、３間に電圧を印加する（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’の一部に間隙５が形成される。この時印加する電圧は、ＤＣでもＡＣでもよく、また、矩形パルス等のパルス状の電圧であってもよいが、好ましくはパルス電圧が用いられる。
【００７９】
尚、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に印加するパルス電圧を漸増させる「昇圧フォーミング」を行うことが好ましい。
【００８０】
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。
【００８１】
以上の工程（１）〜工程（４）により電子放出素子が形成される。上記電圧印加工程により、間隙５が導電性膜４’に形成されるメカニズムは定かではないが、以下に、推測される間隙の形成メカニズムを述べる。
【００８２】
上記電圧印加工程により発生したジュール熱によって、導電性膜４’は昇温する。そして導電性膜４’は、負の抵抗温度係数を持つために、さらに比抵抗が下がる。その結果、電圧印加期間中に、導電性膜４’には時間経過とともに、より大きなジュール熱を発生し、比抵抗を下げるといった反応が進行する場合があると考えられる。
【００８３】
電圧印加工程で発生したジュール熱は、基体１や、電極２，３を介して放熱されるため、一般に、基体１の材料よりも熱伝導性に優れた材料から構成される電極２，３の近傍では、温度勾配が大きくなる。そして、ある一定の温度、及び温度勾配を超えると、導電性膜４’は歪に耐え切れなくなり、膜厚が薄く温度勾配の大きい電極端部において、破断に至り、その結果、間隙５が形成されるものと推測される。また、換言すると、電圧印加工程時における、電極２、３、導電性膜４’、基板１の各々の収縮や熱膨張や熱変形などの相対的な変化により、間隙５が形成されるものと推測される。
【００８４】
尚、前述の低抵抗化処理を経て得られた導電性膜４’は、上記した電圧印加工程においてさらに抵抗を下げる場合がある。そのため、低抵抗化処理を行った後の導電性膜４’と、上記電圧印加工程を経て間隙５が形成された後の導電性膜４’とでは、その電気的特性や、膜質などに若干の差が生じている場合がある。しかし、低抵抗化処理を行った後の膜も、電圧印加工程を経て間隙５が形成された後の膜も、どちらも炭素を主成分とする膜である。そのため、本発明においては、特に断りがない限り、高分子膜に低抵抗化処理を行った結果として得られた膜と、上記電圧印加工程を経て間隙５が形成された後の膜との区別をしない。
【００８５】
また、上記の様にして形成した間隙５を有する導電性膜４’に、電極２，３を介して電圧を印加することにより、間隙５をトンネル電流が流れる。そして、この時に、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。
【００８６】
図１（ｂ）に示す様に、本発明による電子放出素子においては、電極２，３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）において、一方の電極３に接続する導電性膜４’は、電極２，３間の基体１表面上に配置される。
【００８７】
また、前記間隙５の幅〔電極３に接続する導電性膜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上に配置される導電性膜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、本発明による電子放出素子は数十Ｖで駆動することができる。
【００８８】
以上のような工程を経て得られた電子放出素子の電圧−電流特性を図５に示した測定装置によって計測したところ、非線型な電子放出特性を有していた。即ち、本発明による電子放出素子は、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。
【００８９】
本発明による電子放出素子は、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ことが可能である。
【００９０】
尚、図５において、６は電流計、７は電源、８は電流計、９は高圧電源、１０はアノード電極、２０は真空装置である。電子放出素子の上記素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅの測定にあたっては、電極２，３に電源７と電流計６とを接続し、該電子放出素子の上方に電源９と電流計８とを接続したアノード電極１０を配置している。また、本電子放出素子及びアノード電極１０は真空装置２０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２０に必要な機器が具備されており、所望の真空下で本素子の測定評価を行えるようになっている。尚、アノード電極と電子放出素子間の距離Ｈを４ｍｍとしており、真空装置２０内の圧力を１×１０-6Ｐａとした。
【実施例】
【００９１】
以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００９２】
［実施例１］
図１に示した電子放出素子を製造した。
【００９３】
基体１としては、ガラス基板を用いた。ガラス基板は、以下で用いるレーザー光を透過させることができるので、基板の表裏に関係なくレーザー光照射することができる。対向する電極２，３の材料としては、耐熱性が高く、熱伝導性が高い白金を用いた。高分子膜４としては、芳香族ポリイミドを用いた。
【００９４】
以下、本実施例の電子放出素子の製造方法を述べる。
【００９５】
（工程１）
基体１として石英ガラス基板を用い、洗剤、純水及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素子電極材料を堆積後、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を形成した〔図２（ａ）〕。この時、電極間隔Ｌは１０μｍとし、電極の幅Ｗを５００μｍ、その厚さを１００ｎｍとした。
【００９６】
（工程２）
電極２、３を形成した基体１上に、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）製：ＰＩＸ−Ｌ１１０〕溶液を、樹脂分３質量％までＮ−メチルピロリドン／トリエタノールアミン溶媒で希釈した溶液をスピンコータにより回転塗布し、真空中で、３５０℃まで昇温し、ベークして、イミド化を行った。この工程により形成されたポリイミド膜の膜厚は３０ｎｍであった。このポリイミド膜をフォトリソグラフィー技術により、電極２，３を跨ぐ様に、幅Ｗ’が３００μｍとなるようにパターニングし、所望の形状の高分子膜４を形成した〔図２（ｂ）〕。
【００９７】
（工程３）
次に、図６に示すように、高分子膜４に対して「低抵抗化処理」を行った。図６において、１１はレーザー光照射手段、１２は電圧源、１３は電流計、１４はレーザー光であり、図２と同じ部材には同じ符号を付した。
【００９８】
具体的には、電極２，３、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（大気中）にセットし、高分子膜４に対して、ＱスイッチパルスＮｄ：ＹＡＧレーザー（パルス幅１００ｎｍ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、パルスあたりのエネルギー０．５ｍＪ）の第二高調波（ＳＨＧ：波長６３２ｎｍ）を照射した。この時の、レーザー光１４のスポット径は、約２００μｍであった。
【００９９】
またこの時、同時に電極２，３間に電圧源１２を用いて電圧を印加して、電極２、３間に流れる電流を電流計１３で検出し、レーザー光照射設定に従って、レーザー光の照射を停止した。
【０１００】
ここで、レーザー光照射設定について説明する。
【０１０１】
レーザー光照射開始前に、電極２，３間への電圧印加、及び電流測定を開始する。尚、電圧は、電流増加時に高分子膜４に影響を与えなくするために低電圧がよく、ここではＤＣ１００ｍＶとした。
【０１０２】
先ず、レーザー光照射直後の時刻ｔ０において、電流値Ｉ０を測定する（即ち抵抗Ｒ０を測定する）。
【０１０３】
次に、レーザー光照射開始後、一定の時間Δｔ後の時刻ｔ１で、電流値Ｉ１を測定する（即ち抵抗Ｒ１を測定）。
【０１０４】
次に、関数Ｆ（ｔ）に従って、Ｆ（ｔ０、Ｉ０、ｔ１、Ｉ１）を計算する。ここで、Ｆは２つの時刻ｔ０とｔ１における電流値と高分子膜４の最適改質時間を関係づける関数である。Ｆは、高分子膜４の膜厚などを含む、素子構成要素、及び、レーザー光照射強度によって異なる関数であり、予め実験的に求められる。
【０１０５】
本実施例における構成では、最大電流値は平均的には１ｍＡであり、近似的に、Ｆ（０、Ｉ０、ｔ１、Ｉ１）＝５｛Ｉｃ／（Ｉ１−Ｉ０）｝×（ｔ１−ｔ０）＋ｔ０と設定することができた。ここで、Ｉｃは基準電流値である。また、ｔ０＝０、ｔ１＝１ｍｓ、Ｉｃ＝１０ｃＡとした。
【０１０６】
そこで、ｔｅ＝Ｆ（ｔ１）に基づき、レーザー光照射終了時間ｔｅを予測し、時刻ｔｅにおいて、レーザー光照射を終了するように設定した。
【０１０７】
（工程４）
次に、図５に示す真空装置２０内に、電極２，３、導電性膜（高分子膜を低抵抗処理することによって得た膜）４’の形成された基体１を移し、電圧印加工程（間隙５の形成工程）を行った。具体的には、電極２，３間に、２０Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの矩形パルスを連続的に印加することにより導電性膜４’に間隙５を形成した〔図２（ｃ）〕。
【０１０８】
次に、図５に示した真空装置２０内で、アノード電極１０に１ｋＶを印加しながら、本実施例で製造した電子放出素子の電極２，３間に、１９Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの矩形パルスを、レーザー光を照射した電極３側を負の極性で印加した。その時に流れる素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定したところ、Ｉｆ＝０．６ｍＡ、Ｉｅ＝４μＡであった。
【０１０９】
本実施例で製造された電子放出素子を、走査型電子顕微鏡で観察したところ、電極２と３の間の電極２の近傍に、間隙５が形成されていることが確認された〔図２（ｃ）〕。
【０１１０】
同様の工程を、複数の素子に対して行ったところ、それぞれの素子の電子放出特性のばらつきの小さな素子を作成することができた。
【０１１１】
［実施例２］
本実施例では、基本的に、実施例１と同様の工程で電子放出素子を製造するが、本実施例では、工程３の低抵抗化処理において、図７に示すように、電子ビーム照射を行った。ここでは、実施例１の工程３以降の工程に対応する工程について説明する。
【０１１２】
（工程３）
図７において、１５は電子ビーム照射手段、１６は電子ビームであり、図２，図６と同じ部材には同じ符号を付した。電極２，３、高分子膜４を形成した基体１を電子ビーム照射手段１５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、電子ビーム照射位置を、高分子膜４上に電子ビーム１６の中心がくるようにし、電子ビーム１６を高分子膜４上に照射し続けた。この時の電子ビーム１６の照射条件は、加速電圧Ｖａｃ＝１０ｋＶとした。電子ビーム１６のスポット径は約２００μｍに設定した。従って、電子ビーム１６は、高分子膜４の領域を越えて、電極２、３にもその一部が照射されることになる。
【０１１３】
またこの時、同時に電極２、３間に電圧を印加して、電極２、３間に流れる電流を検出し、電子ビーム照射設定に従って、電子ビーム１６の照射を停止した。
【０１１４】
ここで、図８を用いて、電子ビーム照射設定について説明する。
【０１１５】
電子ビーム照射開始前に、電極２，３間に電圧印加を開始する。尚、この時の電圧は、電流増加時に高分子膜に影響を与えない低電圧がよく、ここではＤＣ１００ｍＶとした。
【０１１６】
電子ビーム照射開始時刻をｔ０とし、ｔ０での電流値Ｉ０を計測する。
【０１１７】
次に、しきい電流値Ｉ１を設定し、電流値がＩ１に到達した時刻ｔ１を測定する。この時、Ｉ１＝Ｉ０＋α（α＞０）とする。次に、ｔ１から一定の時間（ｔｅ２）経過した時刻ｔ２における電流Ｉ２を計測する。これから、電流の変化率の逆数ｄＩ＝ｔｅ２／（Ｉ２−Ｉ１）を求める。
【０１１８】
次に、電子ビーム照射の終了時刻を予測する。そのために、関数Ｆ２（ｘ，ｔ）を設定する。これは、電流の変化率と、高分子膜の最適改質時間を関係づける関数である。Ｆ２（ｘ，ｔ）は、高分子膜、電極、基板等の素子構成要素の、種類、膜厚、熱物性、及び、電子ビーム照射条件によって異なる関数であり、予め、実験的に求められる。これから、電子ビーム照射の終了時刻ｔｅ＝Ｆ２（ｄＩ，ｔ１）を計算する。
【０１１９】
本実施例における構成では、Ｉ０＝０．１ｍＡに対して、Ｉ１＝０．２ｍＡ、ｔｅ２＝１００ｍｓとすると、近似的にＦ２（ｘ、ｔ）＝３×（１０ｘ＋ｔ）と設定できた。ただし、該近似式は一例であり、これに限定されるものではない。
【０１２０】
そこで、Ｆ２（ｘ，ｔ）に基づき、電子ビーム照射終了時間ｔｅの予測値を求め、時刻ｔｅ＝３×（１０ｄＩ＋ｔ１）照射後に、電子ビーム照射を終了するように設定した。
【０１２１】
（工程４）
次に、上記工程により、導電性膜４’が形成された基体を、図５の真空装置２０に装着し、電極２，３間に、２０Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの矩形パルスを連続的に印加することにより導電性膜４’に間隙５を形成した。
【０１２２】
以上の工程により、本実施例の電子放出素子を製造した。この電子放出素子を、走査型電子顕微鏡で観察したところ、電極２と３の間の電極２の近傍に、間隙５が形成されていることが確認された。
【０１２３】
同様の工程を、複数の素子に対して行ったところ、電子放出特性のばらつきの小さな素子を作成することができた。
【０１２４】
また、本実施例では、エネルギービーム源として、電子ビームを用いたが、イオンビームなどの粒子ビームを用いても、同様に高分子膜を適度に低抵抗化して導電性膜を形成し、さらに、該導電性膜を用いて、電子放出素子を作成することが可能である。
【０１２５】
［実施例３］
本実施例では、基本的に、実施例１と同様の工程で電子放出素子を製造するが、本実施例では、工程３の低抵抗化処理において、図９に示すように、電子ビーム照射を行った。ここでは、実施例１の工程３以降の工程に対応する工程について説明する。
【０１２６】
図９において、１８は反射光検出手段、１９は透過光検出手段であり、図２，図６，図７と同じ部材には同じ符号を付した。
【０１２７】
尚、電子放出素子の構成する、基体１、電極２、３、高分子膜４の材料及び形態は、実施例１、或いは、実施例２と同様である。
【０１２８】
（工程３）
電極２，３、高分子膜４を形成した基体１を電子ビーム照射手段１５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、電子ビーム照射位置を、高分子膜４上に電子ビーム１６の中心がくるようにし、電子ビーム１６を高分子膜４上に照射しつづけた。この時の電子ビーム１６の照射条件は、加速電圧Ｖａｃ＝１０ｋＶとした。電子ビームのスポット径は約２００μｍに設定した。従って、電子ビーム１６は、高分子膜４の領域を越えて、電極２、３にもその一部が照射されることになる。
【０１２９】
同時に、電子ビーム１６の照射面と同じ方向から高分子膜４にレーザー光照射手段１７からレーザー光１４を照射した。レーザー光１４としては、ＱスイッチパルスＮｄ：ＹＡＧレーザー（パルス幅１００ｎｍ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、ビーム径２００μｍ）の第二高調波（ＳＨＧ：波長６３２ｎｍ）を用いた。パルスあたりのエネルギー１μＪとした。レーザー光１４は、一部は高分子膜で反射され、反射光検出手段１８によって受光される。また、一部は高分子膜４、及び基体１を透過され、透過光検出手段１９によって受光される。
【０１３０】
ここでは、反射光検出手段１８によって、光強度の変化を検出することによって、光反射率を検出し、電子ビーム１６の照射を停止した。
【０１３１】
ここで、電子ビーム照射設定について説明する。
【０１３２】
まず、電子ビーム照射直前の時刻ｔ０に、レーザー光１４を照射し、反射光検出手段１８によって検出した反射光強度の入射光強度に対する割合から、光反射率Ｌ０を測定する。この時、レーザー光のスポット径は、電極間ギャップよりも大きいので、Ｌ０は、高分子膜からの光反射率Ｌ０ｐに加えて、Ｐｔ電極上における高分子膜を透過してＰｔ電極反射した光からなる光反射率Ｌ０ｅが主要な成分として含まれる。
【０１３３】
次に、電子ビーム照射開始し、開始後の時刻ｔ１で、レーザー光１４の光反射率Ｌ１を測定する。
【０１３４】
次に、関数Ｆ（ｔ）に従って、Ｆ（ｔ０、Ｌ０，ｔ１、Ｌ１）を計算する。ここで、Ｆは、２つの時刻ｔ０とｔ１におけるレーザー光１４の光反射率と、高分子膜４の最適改質時間を関係づける関数である。Ｆは、高分子膜４の膜厚などを含む、素子構成要素、及び、電子ビーム照射強度によって異なる関数であり、予め実験的に求められる。
【０１３５】
本実施例における構成では、レーザー光１４の入射光強度に対して、反射光検出手段１８の受光部において検出したＬ０は約１０％であった。そこで、近似的にＦ（ｔ０、Ｌ０、ｔ１、Ｌ１）＝３｛Ｌｃ／（Ｌ１−Ｌ０）｝×（ｔ１−ｔ０）＋ｔ０と設定することができた。ここで、Ｌｃは基準反射率である。また、ｔ０＝０、ｔ１＝１ｍｓ、Ｌｃ＝１２％とした。
【０１３６】
ただし、該近似式は一例であり、これに限定されるものではない。
【０１３７】
Ｆに基づき、電子ビーム照射終了時間ｔｅを予測し、時刻ｔｅにおいて、電子ビーム照射を終了するように設定した。
【０１３８】
また、反射光検出手段１８の代わりに、透過光検出手段１９によって、光強度の変化を検出することによって、光透過率の変化を検出することによっても、電子ビームの照射を停止するようにできる。
【０１３９】
また、ここでは、レーザー光１４を電子ビーム１６の照射面と同じ方向から照射したが、電子ビーム１６の照射面の裏面から照射することも可能である。
【０１４０】
次に、実施例１と同様、図５の真空装置２０を用いて、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することにより導電性膜４’に間隙５を形成した。
【０１４１】
以上の工程により、本実施例の電子放出素子を製造した。この電子放出素子を、走査型電子顕微鏡で観察したところ、電極２と３の間の電極２の近傍に、間隙５が形成されていることが確認された。
【０１４２】
同様の工程を、複数の素子に対して行ったところ、電子放出特性のばらつきの小さな素子を作成することができた。
【０１４３】
また、本実施例では、エネルギービーム源として、電子ビームを用いたが、イオンビームなどの粒子ビームを用いても、同様に高分子膜を適度に低抵抗化し、さらに、該低抵抗化した高分子膜を用いて、電子放出素子を作成することが可能である。
【０１４４】
［実施例４］
本実施例では、実施例３と同様の構成、及び、工程で電子放出素子を製造するが、本実施例では、工程３の低抵抗化処理において、反射光検出手段１８、或いは、透過光検出手段１９によって検出された光強度を用い、電子ビーム照射設定に従って、電子ビームの照射を停止した。
【０１４５】
ここで、図１０を用いて、電子ビーム照射設定について説明する。
【０１４６】
電子ビーム照射開始前に、レーザー光１４を高分子膜に照射し、反射光検出手段１８によって反射光を検出できる状態にする。次に、電子ビーム照射直前の時刻ｔ０における、レーザー光の光反射率Ｌ０を測定する。尚、この時のレーザー光強度は、通電時に高分子膜に影響を与えない程度の低強度に設定する。
【０１４７】
この時、レーザー光のスポット径は、電極間ギャップよりも大きいので、Ｌ０は、高分子膜からの光反射率Ｌ０ｐに加えて、Ｐｔ電極上における高分子膜を透過してＰｔ電極反射した光からなる光反射率Ｌ０ｅが主要な成分として含まれる。
【０１４８】
次に、しきい光反射率Ｌ１（＝Ｌ０＋α）（α＞０）を設定し、光反射率がＬ１に到達した時刻ｔ１を測定する。さらに、ｔ１から一定の時間（ｔｓ）経過した時刻ｔ２における光反射率Ｌ２を計測する。これから、光反射率の変化率の逆数ｄＬ＝ｔｓ／（Ｌ２−Ｌ１）を求める。
【０１４９】
次に、電子ビーム照射の終了時刻を推定する。光反射率の変化率と、高分子膜の最適改質時間を関係づける関数Ｆ３（ｘ，ｔ）を設定する。Ｆ３（ｘ，ｔ）は、高分子膜、電極、基板等の素子構成要素の、種類、膜厚、熱物性、及び、電子ビーム照射条件によって異なる関数であり、予め、実験的に定められる。電子ビーム照射の終了時刻ｔｅ＝Ｆ３（ｄＬ，ｔ１）によって計算される。
【０１５０】
本実施例における構成では、入射光強度に対して、反射光検出手段１８の受光部において、Ｌ０は約１０％であり、α＝Ｌ０／２０、ｔｓ＝１００ｍｓとすると、近似的にＦ３（ｘ、ｔ）＝２×（３ｘ＋ｔ）と設定できた。ただし、該近似式は一例であり、これに限定されるものではない。
【０１５１】
そこで、Ｆ３（ｘ，ｔ）に基づき、電子ビーム照射終了時間ｔｅの予測値を求め、時間ｔｅ＝３×（１０ｄＬ＋ｔ１）経過後、電子ビーム照射を終了するように設定した。
【０１５２】
尚、ここでは、光反射率の変化として説明したが、反射光の強度変化を測定しても、同様に電子ビーム照射設定を行うことが可能である。
【０１５３】
本実施例の電子放出素子を、走査型電子顕微鏡で観察したところ、電極２と３の間の電極２の近傍に間隙５が形成されていることが確認された。
【０１５４】
同様の工程を、複数の素子に対して行ったところ、電子放出特性のばらつきの小さな素子を作成することができた。
【０１５５】
［実施例５］
本実施例では、実施例３と同様の工程で電子放出素子を製造するが、本実施例では、工程３の低抵抗化処理において、図１１に示すように、レーザービーム照射を行った。ここでは、実施例３の工程３以降の工程に対応する工程について説明する。
【０１５６】
図１１中の符号は、図１，図６，図７と同じ部材を示す。尚、電子放出素子の構成する、基体１、電極２，３、高分子膜４の材料及び形態は、実施例１〜実施例の３と同様である。
【０１５７】
レーザー光としては、ＱスイッチパルスＮｄ：ＹＡＧレーザー（パルス幅１００ｎｍ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、ビーム径２００μｍ）の第二高調波（ＳＨＧ：波長６３２ｎｍ）を用いた。また、パルスあたりのエネルギー０．５ｍＪとした。
【０１５８】
（工程３）
電極２，３、高分子膜４を形成した基体１をレーザー光照射手段１１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、レーザー光照射位置を、高分子膜４上にレーザー光１４のスポットの中心がくるようにし、レーザー光１４を高分子膜４上に照射し続けた。この時、レーザー光１４のスポット径は約２００μｍに設定した。従って、レーザー光１４は、高分子膜４の領域を越えて、電極２、３上にもその一部が照射されることになる。
【０１５９】
同時に、レーザー光１４の一部は高分子膜４で反射され、反射光検出手段１８によって検出される。また、一部は高分子膜４、及び基体１を透過され、透過光検出手段１９によって検出される。
【０１６０】
またこの時、反射光検出手段１８、或いは、透過光検出手段１９によって、反射光、或いは、透過光の強度を検出し、実施例の３と同様の電子ビーム照射設定に従って、レーザー光１４の照射を停止した。
【０１６１】
即ち、まず、レーザー光照射直後の時刻ｔ０に、レーザー光１４の光反射率Ｌ０を測定し、しきい光反射率Ｌ１（＝Ｌ０＋α）を設定する。本実施例における構成では、入射光強度に対して、反射光検出手段１６の受光部において、Ｌ０は約１０％であり、α＝Ｌ０／２０とした。
【０１６２】
次に、一定の時間間隔Δｔで、光反射率を測定する。この時、光反射率が、しきい光反射率Ｌ１よりも大きな光反射率を計測した時刻をｔ１とする。
【０１６３】
次に、関数Ｆ（ｔ）に従って、Ｆ（ｔ１）を計算する。ここで、Ｆ（ｔ）は、しきい光反射率に達する時間と、高分子膜４の最適改質時間を関係づける関数である。Ｆ（ｔ）は、高分子膜４の膜厚などを含む、素子構成要素、及び、レーザー光照射強度によって異なる関数であり、予め実験的に求められる。
【０１６４】
本実施例における構成では、近似的にＦ（ｔ）＝５ｔと設定することができた。ただし、該近似式は一例であり、これに限定されるものではない。
【０１６５】
そこで、ｔｅ＝Ｆ（ｔ１）に基づき、レーザー光照射終了時間ｔｅを予測し、時刻ｔｅにおいて、レーザー光照射を終了するように設定した。
【０１６６】
或いは、反射光検出手段１６の代わりに、透過光検出手段１７によって、光強度の変化を検出することによって、光透過率の変化を検出することによっても、レーザー光１４の照射を停止するようにできる。
【０１６７】
次に、実施例１と同様、図５の真空装置２０を用いて、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することにより導電性膜４’に間隙５を形成し、本実施例の電子放出素子を製造した。
【０１６８】
以上の工程により、本実施例の電子放出素子を製造した。この電子放出素子を、走査型電子顕微鏡で観察したところ、電極２と３の間の電極２の近傍に、間隙５が形成されていることが確認された。
【０１６９】
同様の工程を、複数の素子に対して行ったところ、電子放出特性のばらつきの小さな素子を作成することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明による電子放出素子の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を示す模式図である。
【図３】本発明にかかる高分子膜の低抵抗化工程における電流変化を示す模式図である。
【図４】本発明にかかる高分子膜の低抵抗化工程における電流変化を示す模式図である。
【図５】本発明による電子放出素子の電子放出特性を測定する装置の模式図である。
【図６】本発明の実施例１の低抵抗化工程の模式図である。
【図７】本発明の実施例２の低抵抗化工程の模式図である。
【図８】本発明の実施例２の低抵抗化工程における電流変化を示す模式図である。
【図９】本発明の実施例３の低抵抗化工程の模式図である。
【図１０】本発明の実施例４の低抵抗化工程における電流変化を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施例５の低抵抗化工程の模式図である。
【符号の説明】
【０１７１】
１  基体
２、３  電極（素子電極）
４  高分子膜
４’  導電性膜
５  間隙
６  電流計
７  電源
８  電流計
９  高圧電源
１０  アノード電極
１１  レーザー光照射手段
１２  電圧印加手段
１３  電流計
１４  レーザー光
１５  電子ビーム照射手段
１６  電子ビーム
１７  レーザー光照射手段
１８  反射光検出手段
１９  透過光検出手段
２０  真空装置
【図１】
2005166569.tif 000003
【図２】
2005166569.tif 000004
【図３】
2005166569.tif 000005
【図４】
2005166569.tif 000006
【図５】
2005166569.tif 000007
【図６】
2005166569.tif 000008
【図７】
2005166569.tif 000009
【図８】
2005166569.tif 000010
【図９】
2005166569.tif 000011
【図１０】
2005166569.tif 000012
【図１１】
2005166569.tif 000013