CN1222975C - 制造图像形成装置的方法 - Google Patents

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CN1222975C CNB008013047A CN00801304A CN1222975C CN 1222975 C CN1222975 C CN 1222975C CN B008013047 A CNB008013047 A CN B008013047A CN 00801304 A CN00801304 A CN 00801304A CN 1222975 C CN1222975 C CN 1222975C
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Abstract

在使用电子发射元件特别是表面传导型电子发射元件的图像形成装置(电子束装置)的制造工艺中，其上形成布线和元件电极的电子源衬底上的布线与面板的电极相对，在布线与电极之间施加规定电压，从而预先产生放电现象，于是可消除突起等。以这种方式，当对电子源进行电场施加工艺时，就可消除在驱动以图像形成装置为代表的电子束装置中会引起电子源中放电现象的如突起之类的因素，从而实现即使长时间进行图像显示，其显示特性也优良且没有像素缺陷的图像形成装置。

Description

制造图像形成装置的方法
技术领域
本发明涉及在衬底上形成多个电子发射部分的电子束装置、和与电子发射部分对置形成图像形成部件的图像形成装置、以及制造它们的方法。
背景技术
至今，作为电子发射元件，已知有热阴极元件和冷阴极元件两种类型。作为这些元件中的冷阴极元件，已知例如表面传导型电子发射元件、场致发射型(以下称为“FIE型”)、金属/绝缘层/金属型发射元件(以下称为“MIM型”)等。
作为表面传导型电子发射元件，已知有例如M.I.Elinson的披露于Radio Eng.Electron phys.10，1290(1965)中的实例或下面将描述的其它实例。
表面传导型电子发射元件利用使电流与膜表面平行地流进衬底上形成的小区域薄膜中所引起的电子发射现象。作为表面传导型电子发射元件，已报道过上述Elinson等人的使用SiO2薄膜的表面传导型电子发射元件、使用Au薄膜的表面传导型电子发射元件[G.Dittmer：“Thin Solid Films”，9317(1972)]、使用In2O3/SnO2薄膜的表面传导型电子发射元件[M.Hartwell an C.G.Fonstad：“IEEE Trans.EDConf.”，519(1975)]、使用碳薄膜的表面传导型电子发射元件[HisashiAraki，等人的“Vapor Vacuum”，Vol.26，No.1，p22(1983)]等。
作为表面传导型电子发射元件的典型实例，图93中示出M.Hartwell的上述元件的平面图。图93中，参考标号8001表示衬底，参考标号8004表示由通过溅射形成的金属氧化物构成的导电薄膜。导电薄膜8004形成于如图93所示的H形平面中。在导电薄膜8004上进行后述的称为“带电(electrification)形成”的带电工艺处理，形成电子发射部分8005。图93中，设置间隔L为0.5-1(mm)，w为0.1(mm)。为了便于在图中展示，电子发射部分8005表示为在导电薄膜8004中心的矩形。可是，该形状是示意性的，并不是实际电子发射部分的位置和构形的真实表示。
在包括M.Hartwell等人提出的元件的上述表面传导型电子发射元件中，通常在进行电子发射之前通过称为“带电形成”的带电工艺处理，在导电膜8004上形成电子发射部分。换言之，带电形成涉及把恒定直流电压或以约1伏/分那样的非常慢的速率建立的直流电压施加到导电膜8004的两端使其带电，从而局部破坏、变形或改变导电膜8004并使其带电，形成高电阻状态下的电子发射部分8005。在被局部破坏、变形或改变的导电膜8004的部分中产生裂缝。在上述带电形成之后把适当电压施加给导电薄膜8004的情况下，从接近裂缝的部分进行电子发射。
FE型的实例披露于W.P.Dyke和W.W.Dolan在Electron Physics，8，89(1956)上发表的“Field Emission”，以及C.A.Spindt在J.Appl.Phys.，475，248(1976)上发表的“Physical properties of thin-film fieldemission cathodes with molybdenum cones”等。
作为FE元件元件结构的典型实例，图94示出由上述C.A.Spindt等人制备的元件的剖面图。在该图中，参考标号8010表示衬底，8011是用导电材料制备的发射体布线，8012是发射锥体，8013是绝缘层和8014是栅电极。这种类型的元件是被设计成可在发射锥体8012与栅电极8014之间施加适当的电压，以便从发射锥体8012的前端部产生电场发射。
此外，作为FE元件的另一个元件结构，有在衬底上与衬底平面大体平行地设置发射体和栅电极而不采用图94所示叠层结构的实例。
并且，作为MIM型的实例，已知有披露于C.A.Mead在J.Appl.Phys.，32，646(1961)上发表的“Operation of tunnel-emission devices”等等。图95中示出MIM型元件结构的典型实例。图95是剖面图，图中，参考标号8020表示衬底，8021是由金属制备的下电极，8022是厚度约为10nm的绝缘层，和8023是由厚度约为8-30nm的金属制备的上电极。在MIM型中，在上电极8023与下电极8021之间施加适当的电压，从而从上电极8023的表面产生电子发射。
上述冷阴极元件不需要加热器进行加热，因与热阴极元件相比，它可以在低温下获得电子发射。因此，冷阴极元件的结构比热阴极元件的结构简单，并且冷阴极元件可制备微细元件。此外，在冷阴极元件中，即使在衬底上高密度地设置大量的元件，象衬底热熔那样的问题也不易发生。并且，因热阴极元件利用加热器加热进行工作，因而在响应速度上冷阴极元件与热阴极元件不同，冷阴极元件的响应速度高，热阴极元件的响应速度低。由于上述理由，已对冷阴极元件展开了广泛的研究。
例如，在冷阴极元件中，由于表面传导型电子发射元件的结构特别简单并且容易制造，因而它具有可在大面积上形成大量元件的优点。
为此，正如本申请人在JP-A-64-31332中所披露的那样，已对设置和驱动大量元件的方法进行了研究。
作为表面传导型电子发射元件的应用，已研究了例如图像显示装置、如图像记录装置之类的图形形成装置、电荷束源等。
特别是，作为对图像显示装置的应用，已研究了组合表面传导型电子发射元件与因电子束照射而发光的荧光体的图像显示装置，正如例如本申请人的美国专利5066883、以及JP-A-2-257551和JP-A-4-28137中所披露的那样。在采用表面传导型电子发射元件与荧光体的组合的图像显示装置中，期待优于常规的其它图像显示装置的特性。例如，与近年来流行的液晶显示装置相比，上述图像显示装置具有下列优势：因该图像显示装置是自发光型的，因而不需要背光并且可视角度宽。
此外，在例如本申请人的美国专利4904895中披露了设置和驱动大量FE型元件的方法。并且，作为把FE型元件用于图像显示装置的实例，已公开了例如由R.Meyer[R.Meyer：“Recent Development onMicro-tips Display at LETI”，Tech.Digest of 4th Int.VacuumMicro-electronics Conf.，Nagahama，pp.6-9(1991))]报道的平板型显示装置。
此外，例如由本申请人在JP-A-3-55738中披露了设置大量MIM型元件和应用于图像显示装置的实例。
在采用上述电子发射元件的图像显示装置中，引人注意的是深度浅的平板型图像显示装置，由于省空间和重量轻，因而它可作为CRT型图像显示装置的替代品。
图96是表示显示板部分实例的透视图，该显示板部分形成平面型图像显示装置并且被切割以展示其内部结构。
图96中，参考标号8115表示背板，8116表示侧壁，8117表示面板，并且背板8115、侧壁8116和面板8117构成壳体(气密容器)，用于维持真空状态下的显示板内部。
背板8115固定有衬底8111，在衬底8111上形成N×M个冷阴极元件8112(N和M是等于或大于2的正整数，根据显示像素的目标数适当设定)。此外，如图96所示，用M行布线8113和N列布线8114来布线N×M个冷阴极元件8112。由衬底8111、冷阴极元件8112、行布线8113和列布线8114构成的部分被称为多束电子源。此外，至少在行布线8113和列布线8114彼此交叉的部分，在这两个布线之间形成绝缘层(未示出)，以保持电绝缘。
面板8117的下表面形成有荧光膜8118，由其上分别涂敷红(R)、绿(G)和蓝(B)三基色荧光体(未示出)的荧光体形成荧光膜8118。此外，在形成荧光膜8118的各色荧光体之间设置黑色材料(未示出)，在荧光膜8118于背板8115侧的表面上形成由铝等构成的金属敷层8119。
Dx1-Dxm、Dy1-Dyn和Hv是具有气密性结构的连接端子，供电连接显示板与电子电路(未示出)。Dx1-Dxm电连接到多束电子源的行布线8113，Dy1-Dyn电连接到多束电子源的列布线8114，和Hv电连接到金属敷层8119。
此外，上述气密性容器的内部维持在约1×10-4Pa的真空状态，并且需要防止因图像显示装置的显示面积增加时，气密性容器内部与外部之间的压力差引起的背板8115和面板8117变形和毁坏的装置。在增加背板8115和面板8117的厚度的方法中，不仅图像显示装置的重量增加，而且当从倾斜方向观看显示装置时还发生图像畸变或视差。相反，图96中，提供了一种由相对薄的玻璃基板形成的支撑结构(称为隔板或肋条)8120，用于支撑大气压力。利用该结构，在其上形成多个束电子源的衬底8111与其上形成荧光膜8118的面板8117之间正常地保持接近毫米到几毫米的空间，气密性容器的内部如上所述维持在高真空状态。
在采用上述显示板的图像显示装置中，当通过容器外部端子Dx1-Dxm和Dy1-Dyn把电压分别施加给各冷阴极元件8112时，从各冷阴极元件8112发射电子。同时，通过容器外部端子Hv把几百伏(v)到几千伏(kv)的高电压施加给金属敷层8119，加速上述发射的电子，使其轰击面板8117的内表面。结果，形成荧光膜8118的各色荧光体被激励发光，从而显示图像。
通常，利用施加在电子源与荧光体之间的电压(加速电压)加速从电子源发射的电子，并且使其轰击荧光体以发光。因此，随着加速电压增加，显示图像的亮度就变得越亮。可是，如上所述，在电子源与具有荧光体的衬底之间的相对距离较短的薄型图像形成装置的情况下，因加速电压，形成于电子源与荧光体之间的电场强度变大。
上面的情况存在下列问题。
在对电子源施加大电场，具体地说，在多个束电子源与面板8117之间施加几百伏或以上的高电压(即，1kv/mm或以上的大电场)以加速从冷阴极元件8112发射的电子的情况下，在电子源上存在例如如尘埃、突起之类的杂质材料(以下一般地称为突起)。有电场集中到突起上和从其发射电子的情况。因受到发射电流或大电场产生的热量的影响，突起的结构还变得尖锐，电场强度变得更高，所发射的电子量增加。
当如上所述发生正反馈时，最后发生如突起被热损坏之类的现象。
当如上所述发生上述现象时，不仅突起被损坏，而且图像形成装置内的真空气氛变劣。这担当触发器，从而在电子源与施加大电场的荧光体之间发生放电现象。被加速的阳离子与电子源碰撞，使电子源损坏，从而导致图像缺陷产生之类的问题。
作为抑制上述放电现象的方法，例如，已知为了抑制火花放电预先在高真空中进行火花放电的方法(例如，“high voltagetechnology”(Electric Institute，Ohm Company 1981))。上述处理通常被称为“调整(conditioning)”。
在制造大面积图像形成装置中，有预先实施调整处理影响电子发射特性的情况。这是因为在调整处理期间因放电在元件中消耗的焦尔热使导电薄膜被破坏。
图26展示在该处理中的等效电路图。假定上述现象因存储于由电子源衬底2071与进行调整处理的加高电压的电极2010构成的电容器中的电荷引起。
当电压V施加在由其面积分别为S且破此间隔距离d的两个电极形成的平行板电容器上时，存储的电荷量Q可表示为Q＝CV＝εSV/d。当在调整处理中出现相同的电场时，存储于由电子源衬底2071与加高电压的电极2010构成的电容器中的能量E可表示为E＝CV/2＝εSV/2d，其中ε是这两个电极之间的材料(或真空)的介电常数。
为此，当利用电子源衬底2071和与其对置且面积相等的加高电压的电极2010进行调整处理时，出现了在放电操作期间电子源衬底所消耗的能量与所述面积成比例增加的问题。
再有，作为抑制上述放电现象的另一个方法，在JP-A-8-106847中披露了在电弧放电发生时的电弧放电操作期间，为了限制从外部电压源通过阳极作为电弧流过发射体的大电流，在阳极与外部电压源之间设置电感器的技术。在本说明书中，异常放电包括上述电弧放电。
图97示意性表示披露于上述JP-A-8-106847中的技术要点。图97中，参考标号9121表示衬底；9122是阴极；9123是发射体；9124是阴极导体；9125是绝缘体；9126是栅极；9127是阳极；9128是电感器；9129是电阻器；和9130是电压源。该技术是：电场发射元件被用作电子发射元件，通过提供电感器9128，尽管弧光放电在阳极9127与发射体9123(阴极)之间发生，但基本上可限制与阳极9127和发射体9123之间的电弧放电有关且由电压源9130供给的电流。换言之，在发生电弧放电和阳极电位低的情况下，可暂时限制从外部电源输送电荷。
可是，大屏幕图像形成装置在阳极与阴极之间的电容大，因而产生存储于阳极与阴极中的电荷量大，和当异常放电开始时，响应于阳极电位的降低，电荷通过放电通路移动的问题。在立刻进行电荷移动的情况下，电流值明显变大。不必说，当电流从外部电源流入阳极时，不能观察到电流，即，在限制电荷从外电源进入的上述方法中，不能抑制电流。
这是因为在异常放电发生的情况下，阳极的低电位被恢复，换言之，仅仅充电由阳极和阴极衬底构成的电容器的电流，或连接电弧的电流可作为电弧放电的结果被观察到。本发明人通过在异常放电期间测量阳极电极上随时间的电荷，认识到以约μ秒或更短时标发生电荷响应于阳极电位降低的移动。此外，本发明人还认识到，响应于阳极电位降低的电流因其流过放电通路而引起损伤。因此，在进行调整处理中，需要抑制相应于阳极电位降低的电流流过放电通路。
再有，一旦异常放电发生，那么就可能发生再次异常放电，重要的是要防止再次异常放电。当再次异常放电以链接方式发生时，因存在即使在第一次异常放电中没有造成损伤，但作为结果发生了大量损伤的情况，因而需要可靠地防止再次异常放电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造方法和即使在长时间显示图像时也不具有有缺陷的像素的图像形成装置，其中该方法可消除包括在以图像形成装置为代表的电子束装置内可导致放电现象的如突起之类的因素，从而利用该制造方法制造高可靠的优异电子束装置(电子源)。
此外，本发明的另一个目的在于提供可抑制因异常放电引起的损伤和尽可能防止再次异常放电发生的用于图像形成装置的制造方法和制造设备。
按照本发明，提供制造电子束装置的方法，在该电子束装置中，在衬底上设置发射电子的电子发射部分和电连接所述电子发射部分的布线，该方法包括：在衬底上形成布线的布线形成步骤；和在衬底上形成电子发射部分的电子发射部分形成工艺步骤；其中，在完成布线形成步骤之后和在完成电子发射部分形成工艺步骤之前，进行对形成布线的衬底施加规定电场的电场施加工艺步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，电场的电场强度为1kV/mm或以上。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，电场施加工艺步骤包括：通过施加电场从衬底的一部分放电，从而把该部分变为难以放电的形状的步骤，其中该部分是在电场施加工艺步骤之后的包括电子发射部分形成工艺步骤的各工艺中或在使用电子束装置时容易放电的部分。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，电子发射部分形成步骤包括形成成对电极的电极形成步骤，其中从相应于各电子发射部分的布线对电极给出不同的电位，和在进行电极形成步骤之前实施电场施加步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，电极对包括构成表面传导型电子发射元件的一对电极。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，电极形成步骤包括下列步骤：在衬底上形成导电薄膜的薄膜形成步骤，和在形成的导电薄膜中产生间隙，并由导电薄膜构成位于间隙两侧的电极对。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在实施薄膜形成步骤之前进行电场施加步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在完成薄膜形成步骤之后和在导电薄膜中产生间隙之前进行电场施加步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，电极对包括电场发射型电子发射元件的发射体和栅极。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，电场发射型电子发射元件包括从端部发射电子的发射体和在端部与栅极之间产生电场的栅极。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在形成发射体之前进行电场施加步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在形成栅极之前进行电场施加步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，通过布线按梯状形式或矩阵形式把多个电子发射部分连接到衬底的一个主表面上。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在电场施加步骤中，与其上设置布线的衬底的表面对置电极，在电极与衬底上的布线之间加电压，以施加电场。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在电场施加步骤期间改变电极与布线之间所给出的电压。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在电场施加步骤期间改变电极与布线之间的距离。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，限流电阻器连接在电极与对电极加电压的电源之间。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在真空气氛中进行电场施加步骤。
按照本发明，提供一种制造图像形成装置的方法，该图像形成装置提供有背板和面板，在该背板上设置发射至少一个电子的电子发射部分和电连接到该电子发射部分的布线，在该面板上设置图像形成元件，所述方法包括：在所述背板上形成所述布线的布线形成步骤；在所述背板上形成所述电子发射部分的电子发射部分形成步骤；在所述背板和其上设置图像形成元件的所述面板之间进行密封的密封步骤；以及电压施加步骤，其中，在完成所述布线形成步骤之后，在所述电子发射部分形成步骤和所述密封步骤之前，与在其上设置所述布线的背板相对地设置电极，并在所述电极和所述背板之间施加电压，其中进行所述电压施加步骤从而在所述电极和所述背板之间引起放电。
按照本发明，提供制造电子束装置的方法，该电子束装置包括多个表面传导型电子发射元件，该方法包括：在衬底上形成多对元件电极的步骤；通过绝缘层彼此层叠的多个行方向布线和多个列方向布线与多对元件电极的各电极连接，从而按矩阵形成公共布线的步骤；在各对元件电极之间形成导电薄膜的步骤；对各对元件电极之间的导电薄膜实施带电工艺的形成电子发射部分的形成步骤；和在电极与公共布线之间加电压的施加电场的调整步骤，其中用于对具有公共布线的表面施加电场的电极与衬底彼此对置；其中在储存于由电极和衬底形成的电容器中的能量等于或小于破坏导电薄膜的条件下进行调整步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，假定电极与衬底彼此面对的区域面积为S，电极与衬底之间的距离为Hc，施加于电极与公共布线之间的电压为Vc，真空的介电常数为ε，可破坏导电薄膜的能量为Eth，那么在下列条件下进行调整步骤：
ε×S×Vc2/2Hc＜Eth  ……            (1)。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在调整步骤中使用多个施加电场的电极。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在调整步骤中改变电极与衬底之间的相对位置。
按照本发明，提供一种制造图像形成装置的方法，该图像形成装置提供有背板和面板，在该背板上设置具有发射至少一个电子的电子发射部分的导电薄膜和电连接到该导电薄膜的布线，在该面板上设置图像形成元件，该方法包括：在背板上形1成所述布线的布线形成步骤；在背板上形成与所述布线电连接的所述导电薄膜的导电薄膜形成步骤；在所述导电薄膜形成步骤之后在所述导电薄膜上形成所述电子发射部分的电子发射部分形成步骤；在所述背板和其上设置图像形成元件的所述面板之间提供密封的密封步骤；以及电压施加步骤，其中，在完成所述布线形成步骤和所述导电薄膜形成步骤之后，在所述电子发射部分形成步骤和所述密封步骤之前，与在其上设置所述布线和所述导电薄膜的背板相对地设置电极，并在所述电极和所述背板之间施加电压，其中进行所述电压施加步骤从而在所述电极和所述背板之间引起放电。
按照本发明，提供制造电子束装置的方法，该电子束装置包括第一板，第一板具有产生电子束的电子束源，该方法包括：在第一板和与第一板对置的电极之间施加电压的步骤；其中，在步骤中，在第一板和与第一板对置的电极之间施加允许引导电流流动的电压。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，电压是可保持引导电流流动的状态的电压。
按照本发明，提供制造电子束装置的方法，该电子束装置包括第一板，第一板具有由导电膜形成且产生电子束的电子束源，该方法包括：在第一板和与第一板对置的电极之间施加电压的步骤；其中，在步骤中，施加能够对导电膜产生影响的电压。
按照本发明，提供一种制造图像形成装置的方法，该图像形成装置提供有背板和面板，在该背板上设置一对器件电极、设置在该对器件电极之间并具有发射至少一个电子的电子发射部分的导电薄膜和电连接到该对器件电极的布线，在该面板上设置图像形成元件，所述方法包括：在所述背板上形成所述布线的布线形成步骤；在所述背板上形成电连接到所述布线的所述一对器件电极的器件电极形成步骤；在所述背板上形成所述一对器件电极之间的导电薄膜的导电薄膜形成步骤；在所述导电薄膜形成步骤之后，在所述导电薄膜上形成所述电子发射部分的电子发射部分形成步骤；在所述背板和其上设置图像形成元件的所述面板之间提供密封的密封步骤；电压施加步骤，其中，在完成所述布线形成步骤和所述器件电极形成步骤之后，在所述电子发射部分形成步骤和所述密封步骤之前，与在其上设置所述布线和所述器件电极的背板相对地设置电极，并在所述电极和所述背板之间施加电压，其中进行所述电压施加步骤从而在所述电极和所述背板之间引起放电。
按照本发明，提供一种制造图像形成装置的方法，该图像形成装置提供有背板和面板，在该背板上设置一对器件电极、设置在该对器件电极之间并具有发射至少一个电子的电子发射部分的导电薄膜和连接到该对器件电极的布线，在该面板上设置图像形成元件，所述方法包括：在所述背板上形成所述布线的布线形成步骤；在所述背板上形成电连接到所述布线的所述一对器件电极的器件电极形成步骤；在所述背板上形成所述一对器件电极之间的所述导电薄膜的导电薄膜形成步骤；在所述导电薄膜形成步骤之后在所述导电薄膜上形成所述电子发射部分的电子发射部分形成步骤；在所述背板和其上设置图像形成元件的面板之间提供密封的密封步骤；以及电压施加步骤，其中，在完成所述布线形成步骤、所述器件电极形成步骤和所述导电薄膜形成步骤之后，在所述电子发射部分形成步骤和所述密封步骤之前，与在其上设置所述布线、所述器件电极和所述导电薄膜的背板相对地设置电极，并在所述电极和所述背板之间施加电压，其中进行所述电压施加步骤从而在所述电极和所述背板之间引起放电。
按照本发明，提供制造电子束装置的方法，该电子束装置包括具有产生电子束的电子束源的第一板和与第一板对置的电极，该方法包括：在第一板与电极之间施加电压的第一步骤；在第一步骤之后形成电子束源的步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在第一步骤之后进行的电子束源形成步骤包括通过对导电膜加电在导电膜上形成高电阻部分的步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在第一步骤之后的电子束源形成步骤包括在电子发射部分、接近电子发射部分的部分、或在电子发射部分和接近电子发射部分的部分上淀积淀积物的步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在第一板上形成布线之后进行第一步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，在形成具有电子发射部分的导电薄膜之后进行第一步骤。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，通过在第一板与电极之间施加电压，电流流过第一板与电极之间。
在按照本发明的制造电子束装置的方法的一个方式中，因在第一板与电极之间产生的放电，电流流动。
按照本发明，提供制造板型图像形成装置的方法，该图像形成装置包括其上设置电子束源的阴极衬底和与阴极衬底对置的图像形成阳极衬底，以阴极衬底作为阴极，对与阴极衬底对置的阳极施加高压，检测施加高压产生的异常放电，以在阴极衬底的制造期间抑制异常放电。
按照本发明，提供制造板型图像形成装置的方法，该图像形成装置包括其上设置电子束源的阴极衬底和与阴极衬底对置的图像形成阳极衬底，以阴极衬底作为阴极，对与阴极衬底对置的阳极施加高压，检测施加高压产生的异常放电，允许阳极的电位接近阴极的电位，以在阴极衬底的制造期间抑制异常放电。
在按照本发明的制造图像形成装置的方法的一个方式中，检测异常放电，以切断阳极和与阳极连接的高压电源之间的电连接。
在按照本发明的制造图像形成装置的方法的一个方式中，阴极衬底是按矩阵设置作为电子束源的多个表面传导型电子发射元件。
按照本发明，提供用于制造板型图像形成装置的装置，该图像形成装置包括其上设置电子束源的阴极衬底和与阴极衬底对置的图像形成阳极衬底，用于制造板型图像形成装置的装置包括：阳极；与阳极连接的高压电源；检测部件，通过从高压电源施加高压，检测在阳极和与阳极衬底对置的阴极之间产生的异常放电；其中，通过高压电源在设置为阴极的阴极衬底与阳极之间施加高压，和用检测部件来检测所产生的异常放电，以抑制在制备阴极衬底期间的异常放电。
按照本发明，提供用于制造板型图像形成装置的装置，该图像形成装置包括其上设置电子束源的阴极衬底和与阴极衬底对置的图像形成阳极衬底，用于制造板型图像形成装置的装置包括：阳极；与阳极连接的高压电源；和检测部件，通过从高压电源施加高压，检测在阳极和与阳极衬底对置的阴极之间产生的异常放电；其中，通过高压电源在设置为阴极的阴极衬底与阳极之间施加高压，和用检测部件来检测所产生的异常放电，和允许阳极电位接近阴极电位，以抑制在制备阴极衬底期间的异常放电。
在按照本发明的用于制造图像形成装置的装置的一个方式中，还包括：根据检测部件检测的异常放电，切断阳极和与阳极连接的高压电源之间电连接的部件。
在按照本发明的用于制造图像形成装置的装置的一个方式中，阴极衬底具有作为电子源的按矩阵设置的多个表面传导型电子发射元件。
按照上述制造方法制造的按照本发明的电子束装置。
按照上述制造方法制造的按照本发明的图像形成装置。
按照本发明，提供制造电子源的方法，该电子源在衬底上具有多个电子发射元件和与电子发射元件连接的布线，其中电子发射元件包括设置于衬底上的一对对置电极、与电极连接且在电极之间的区域中具有第一裂缝的导电膜、和淀积在第一裂缝内以及在包括第一裂缝的导电膜的区域中的主要包含碳的淀积物，并且在第一裂缝内具有窄于第一裂缝的第二裂缝，该方法包括下列步骤：形成导电膜；在导电膜中形成第一裂缝(形成步骤)；形成主要包含碳的淀积物(激活步骤)，在形成步骤之后进行激活步骤；和在与衬底的表面大体垂直的方向上施加电场(调整步骤)，其中衬底上至少形成有布线和形成电子发射元件处的电极；其中，在形成步骤之前进行调整步骤。
在按照本发明的制造电子源的方法的一个方式中，通过与按间隔在衬底上形成电极和布线的衬底的表面相对地设置调整电极，和在调整电极与衬底之间施加电压，来进行调整步骤。
在按照本发明的制造电子源的方法的一个方式中，在衬底上形成布线和电极的步骤之后进行调整步骤，然后进行形成导电膜的步骤。
在按照本发明的制造电子源的方法的一个方式中，调整步骤包括：在衬底上形成布线和电极的步骤之后和在导电膜形成步骤之前进行的第一调整步骤；以及在导电膜形成步骤之后和形成步骤之前进行的第二调整步骤；其中，假设进行第一和第二调整步骤时的调整电极的薄层电阻分别为R1和R2，那么值R1和R2满足R1＜R2。
在按照本发明的制造电子源的方法的一个方式中，还包括第三调整步骤：在形成步骤之后和激活步骤之前，与其上按间隔形成电极和布线的衬底的表面相对地设置调整电极，和在调整电极与衬底之间施加电压，以在与其上形成电子发射元件的衬底的表面大体垂直的方向上施加电场，其中，调整电极的薄层电阻R3满足R2＜R3。
在按照本发明的制造电子源的方法的一个方式中，还包括第四调整步骤：在激活步骤之后，与其上按间隔形成电极和布线的衬底的表面相对地设置调整电极，和在调整电极与衬底之间施加电压，以在与其上形成电子发射元件的衬底的表面大体垂直的方向上施加电场，其中，调整电极的薄层电阻R4满足R4＜R1。
在按照本发明的制造电子源的方法的一个方式中，一边监视调整电极与衬底之间放电的引导现象，一边执行调整步骤，当检测到引导现象时进行允许调整电极的电位接近阴极电位的控制。
在按照本发明的制造电子源的方法的一个方式中，把电压施加部件连接在调整电极与衬底之间，一边执行调整步骤，一边监视调整电极与衬底之间放电的引导现象，当检测到引导现象时进行切断调整电极与电压施加部件之间的电连接的控制。
在按照本发明的制造电子源的方法的一个方式中，利用具有与衬底相对的区域且该区域的面积小于其上设置电子发射元件的衬底的表面面积的调整电极，一边移动衬底上的调整电极，一边保持调整电极与衬底之间的间距为规定值，以此来执行调整步骤。
在按照本发明的制造电子源的方法的一个方式中，一边改变调整电极与衬底之间的间距，一边进行调整步骤。
按照本发明，提供制造图像形成装置的方法，该图像形成装置包括电子源和因从衬底上的电子源发射的电子束的照射而形成图像的图像形成部件，其中电子源具有多个电子发射元件和与电子发射元件连接的布线，在气密性容器内电子源与图像形成部件彼此对置，第一个电子发射元件包括设置于衬底上的一对对置电极、与电极连接且在电极之间的区域中具有第一裂缝的导电膜、和淀积在第一裂缝内以及在包括第一裂缝的导电膜的区域中的主要包含碳的淀积物，并且在第一裂缝内具有窄于第一裂缝的第二裂缝，该方法包括下列步骤：在衬底上形成布线和电极；形成导电膜；在导电膜中形成第一裂缝(形成步骤)；形成主要包含碳的淀积物(激活步骤)，在形成步骤之后进行激活步骤；和
在与衬底的表面大体垂直的方向上施加电场(调整步骤)，其中衬底上至少形成有布线和形成电子发射元件处的电极；和
组装气密性容器，使其包括电子源和图像形成部件；
其中，在组装气密性容器的步骤之后和形成步骤之前，在图像形成部件与衬底之间施加电压，进行调整步骤。
在按照本发明的制造图像形成装置的方法的一个方式中，一边监视图像形成部件与衬底之间放电的引导现象，一边执行调整步骤，当检测到引导现象时进行允许图像形成部件的电位接近衬底电位的控制。
在按照本发明的制造图像形成装置的方法的一个方式中，把电压施加部件连接在图像形成部件与衬底之间，一边执行调整步骤，一边监视图像形成部件与衬底之间放电的引导现象，当检测到引导现象时进行切断图像形成部件与电压施加部件之间电连接的控制。
按照本发明，提供执行电子源制造方法的制造装置，其中与衬底相对的调整电极的区域小于其上设置电子发射元件的衬底的表面面积，和提供移动调整电极，同时保持调整电极与衬底之间的间距为规定值的移动部件。
在按照本发明的制造装置的一个方式中，包括：用于在调整步骤中控制调整电极与衬底之间的间距的控制部件。
按照本发明，提供执行电子源制造方法的制造装置，其中提供用于监视调整电极与衬底之间放电的引导现象的监视部件；和电位改变部件，根据表示监视部件检测到引导现象的信号，使调整电极的电位接近衬底的电位。
在按照本发明的电子源的制造装置的一个方式中，电位改变部件包括开关，用于接通/断开使调整电极与衬底短路的电路。
按照本发明，提供执行图像形成装置制造方法的制造装置，其中提供用于监视图像形成部件与衬底之间放电的引导现象的监视部件；和电位改变部件，根据表示监视部件检测到引导现象的信号，使图像形成部件的电位接近衬底的电位。
在按照本发明的制造装置的一个方式中，电位改变部件包括开关，用于接通/断开使图像形成部件与衬底短路的电路。
按照本发明，提供用于执行电子源制造方法的制造装置，其中提供用于监视所述调整电极与所述衬底之间放电的引导现象的监视部件；和连接切断部件，根据表示所述监视部件检测到所述引导现象的信号，切断所述调整电极与所述电压施加装置之间的电连接。
按照本发明，提供用于执行图像形成装置制造方法的制造装置，其中提供用于监视所述图像形成部件与所述衬底之间放电的引导现象的监视部件；和连接切断部件，根据表示所述监视部件检测到所述引导现象的信号，切断所述图像形成部件与所述电压施加装置之间的电连接。
附图说明
图1A-1B是展示按照本发明实施例的构成电子源的电子发射元件结构的示意图；
图2A-2C是展示制造电子发射元件的方法实例的工艺图；
图3A-3B是展示按照本发明用于制造电子源的方法中的带电形成的电压波形实例图；
图4是展示真空处理装置实例的示意图，该装置具有用于评价按照本发明构成电子源的电子发射元件的电子发射特性的测量评价功能；
图5是展示按照本发明构成电子源的电子发射元件中发射电流Ie、元件电流If和元件电压Vf的关系实例的曲线；
图6是展示在按照本发明实施例的电子源中按简单矩阵设置的电子源实例的示意图；
图7A和7B是展示在按照本发明制造电子源方法的电场施加工艺中电子源衬底与电极的排列结构图；
图8是展示按照本发明实施例在图像形成装置中采用按简单矩阵排列的电子源的显示板实例的示意图；
图9A和9B是展示用于显示板的荧光膜实例的示意图；
图10是展示按照本发明在图像形成装置中响应于NTSC系统的电视信号进行显示的驱动电路实例的方框图；
图11是展示按照本发明在制造电子源方法中进行形成和激活工艺的真空排气装置的示意图；
图12是展示按照本发明在制造电子源方法中进行形成和激活工艺的连接方法的示意图；
图13是展示按照本发明另一实施例在电子源中按梯状形式排列电子源实例的示意图；
图14是展示按照本发明另一实施例在图像形成装置中使用按梯状形式排列电子源的显示板实例的示意图；
图15是展示按照实施例1的电子源的局部剖面图；
图16A-16D是展示按照实施例1的制造工艺的图；
图17E-17G是展示按照实施例1的制造电子源的工艺图；
图18是展示按照实施例1的用于电子源衬底的电场施加工艺中的装置的示意图；
图19是展示按照实施例1在电子源中施加电压与放电次数的特性图；
图20是展示按照实施例2的用于电子源衬底的电场施加工艺中的装置的示意图；
图21是展示按照实施例2在电子源中施加电压与放电次数的特性图；
图22是展示按照本发明的图像形成装置实例的方框图；
图23是展示应用本发明的电子源衬底的调整工艺的示意图；
图24是展示应用本发明进行电子源衬底调整工艺的真空排气装置的示意图；
图25是展示按照本发明在图像形成装置中进行形成和激活工艺的连接方法的示意图；
图26是展示调整工艺中的等效电路的示意图；
图27是展示调整工艺中高压施加电极与放电破坏次数之间关系的曲线图；
图28是应用本发明的电子源衬底的调整工艺的示意图；
图29是展示应用本发明进行电子源衬底调整工艺的真空排气装置的示意图；
图30是应用本发明的电子源的平面图；
图31是沿图30的线A-A′截取的剖面图；
图32A-32G是展示图31所示制造工艺的剖面图；
图33A和33B是展示应用本发明的表面传导型电子发射元件结构的示意性平面图和剖面图；
图34是展示应用本发明的垂直型表面传导型电子发射元件结构的示意图；
图35A-35C是展示应用本发明的制造表面传导型电子发射元件的方法实例的示意图；
图36A和36B展示应用本发明的用于制造表面传导型电子发射元件的带电形成工艺中电压波形实例的示意图；
图37是展示具有测量评价功能的真空处理装置实例的示意图；
图38是展示应用本发明的表面传导型电子发射元件中发射电流Ie、元件电流If和元件电压Vf的关系实例的曲线；
图39是展示应用本发明的按简单矩阵设置的电子源实例的示意图；
图40是展示应用本发明的图像形成装置的显示板实例的示意图；
图41A和41B是展示荧光膜实例的示意图；
图42是展示在图像形成装置中响应于NTSC系统的电视信号进行显示的驱动电路实例的方框图；
图43是展示应用本发明的按梯状形式排列的电子源实例的示意图；
图44是展示应用本发明的图像形成装置的显示板实例的示意图；
图45是展示按照本发明在图像形成装置中进行形成和各种工艺的真空排气装置的示意图；
图46是展示按照本发明制造图像形成装置的方法的工艺流程图；
图47是用于说明按照本发明的调整作用的图；
图48是展示按照本发明实施制造图像形成装置的方法的装置的示意图；
图49是展示按照本发明在制造图像形成装置的方法中施加电压与放电次数的关系图；
图50是展示按照本发明在制造图像形成装置的方法中施加电压与放电次数的关系图；
图51是展示按照本发明实施例的图像显示装置的局部剖切显示板的透视图；
图52是展示多电子束源结构的平面图；
图53是展示多电子束源衬底的局部剖面图；
图54A-54E是展示制造平面型表面传导型电子发射元件的工艺的剖面图；
图55A和55B是展示平面型表面传导型电子发射元件的示意图；
图56是展示带电形成工艺中的所加电压波形图；
图57A和57B是展示带电激活工艺中所加电压波形与发射电流Ie的变化的图；
图58是展示垂直型表面传导型电子发射元件的剖面图；
图59A-59F是展示制造垂直型表面传导型电子发射元件的工艺的剖面图；
图60是展示垂直型表面传导型电子发射元件的典型特性的曲线图；
图61A-61C是示例显示板面板上的荧光体排列结构的平面图；
图62是展示按照本发明实施例在制造图像形成装置的方法中的工艺的流程图；
图63是说明按照本发明实施例的调整作用的图；
图64是展示按照本发明实施例实施制造图像形成装置的方法的装置的示意图；
图65是展示按照本发明实施例在制造图像形成装置的方法中所加电压与放电次数的关系图；
图66是展示按照本发明实施例在制造图像形成装置的方法中的工艺的流程图；
图67是展示按照本发明实施例在制造图像形成装置的方法中所加电压与放电次数的关系图；
图68是展示按照本发明实施例的图像显示装置的显示板被局部剖切的透视图；
图69是展示按照本发明实施例的多电子束源衬底的平面图；
图70是展示沿图69中所示多电子束源的线B-B′截取的剖面图；
图71是展示沿图68中所示显示板的线A-A′截取的剖面图；
图72A和72B是展示用于本发明实施例的平面型表面传导型电子发射元件的示意性平面图和剖面图；
图73A-73E是展示制造图72A和72B中所示平面型表面传导型电子发射元件的工艺的剖面图；
图74是展示按照本发明实施例在制造图像形成装置的方法的带电形成工艺中所加电压的波形图；
图75A和75B是展示按照本发明实施例在制造图像形成装置的方法的带电激活工艺中所加电压的波形与发射电流Ie的变化图；
图76是展示按照本发明实施例在图像形成装置中的垂直型表面传导型发射元件的剖面图；
图77A-77F是展示制造图76中所示垂直型表面传导型电子发射元件的工艺剖面图；
图78是展示按照本发明实施例图像形成装置中的表面传导型发射元件的典型特性图；
图79是展示本发明实施例的图像形成装置中驱动电路的示意结构的方框图；
图80是展示本发明实施例的用于图像形成装置中的多功能图像显示装置的方框图；
图81是示例按照本发明实施例在图像形成装置中的显示板面板上的荧光体排列结构的平面图；
图82是示例按照本发明实施例在图像形成装置中的显示板面板上的荧光体排列结构的另一个平面图；
图83A和83B是展示按照本发明实施例制造图像形成装置的方法的示意图；
图84是说明按照本发明实施例的制造方法制造的图像形成装置的示意图；
图85是展示用按照本发明实施例的制造方法制造的构成图像形成装置的阴极衬底的示意图；
图86A和86B是展示用按照本发明实施例的制造方法制造的构成图像形成装置的阳极衬底的示意图；
图87是展示用按照本发明实施例的制造方法制造的图像形成装置的示意图；
图88是展示用按照本发明实施例的制造方法制造的图像形成装置的主要结构的示意性透视图；
图89是展示图像形成装置的结构单元的阴极衬底的示意性透视图；
图90A和90B是展示作为阴极衬底结构单元的表面传导型电子发射元件的示意图；
图91是展示用于本实施例的制造装置主要结构的示意图；
图92是展示用于本实施例的制造装置主要结构的另一实例的示意图；
图93是展示常规表面传导型发射元件的实例图；
图94是展示常规FE型元件的实例图；
图95是展示常规MIM型元件的实例图；
图96是展示显示板被局部剖切的图像形成装置的显示板的透视图；和
图97是展示按照现有技术在图像形成装置中限制弧光电流的技术的示意图。
具体实施方式
下面，将参照附图描述按照本发明的优选的第一至第六实施方式和与各实施方式一致的各实施例。
-第一实施例-
作为构成本发明电子源的电子发射元件，优选地采用表面传导型电子发射元件。表面传导型电子发射元件可为平面型和垂直型，以下，利用作为本发明优选实施方式的采用平面型表面传导型电子发射元件构成电子源和图像形成装置的实例，将详细描述本发明。用于本发明中的表面传导型电子发射元件例如是披露于JP-A-7-235255中的元件。
图1是展示用于本发明的平面型表面传导型电子发射元件的结构实例图，其中图1A和1B分别是其平面图和剖面图。参照图1，参考标号1表示衬底，2和3是元件电极，4是导电膜和5是电子发射部分。
衬底1可以由石英玻璃、具有如Na之类的低杂质含量的玻璃、钠钙玻璃、在钠钙玻璃上层叠用溅射法等形成的SiO2所形成的玻璃衬底、如氧化铝之类的陶瓷和硅衬底等。
对置元件电极2和3的材料可以是通常的导电材料。例如，该材料可从下列材料中适当选取：如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu或Pd之类的金属或这些金属的合金；如Pd、Ag、Au、RuO2、PdCu或Pd之类的金属或这些金属的合金；如Pd、Ag、Au、RuO2、Pd或Ag之类的金属或那些材料的金属氧化物；如玻璃之类构成的印刷导体；如In2O3-SnO2之类的透明导体；和如多晶硅之类的半导体材料。
考虑到应用形式等来设计元件电极之间的间隔L、元件电极的长度W、导电膜4的构形等。元件电极之间的间隔L优选地设置在从几百nm到几百μm的范围，考虑到施加在元件电极之间的电压等，把间隔L设置在从几μm到几十μm的范围更好。考虑到电极电阻和电子发射特性，把元件电极的长度W优选地设置在从几μm到几百μm的范围，并且元件电极2和3的厚度d优选地设置在几十nm到几μm的范围。
按照本发明的电子发射元件不限于图1中所示的结构，适用于导电膜4和对置电极2和3按所述顺序叠置在衬底1上的结构。
考虑到元件电极2和3上的台阶覆盖、元件电极2和3之间的电阻、以下将说明的形成条件等，适当设置导电膜4的厚度，一般优选地设置在0.1nm的几倍到几百nm的范围，设置在1nm到50nm的范围更好。电阻Rs为102到107欧姆/□的值。R是当t为厚度、w为宽度和l为长度的薄膜的电阻Rs满足R＝Rs(l/w)时获得的值。
导电膜4的材料可从下列材料中适当选取：如Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Fe、Zn、Sn、Ta、W或Pd之类的金属；如PdO、SnO2、In2O3、PdO或Sb2O3之类的氧化物；如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4或GdB4之类的硼化物；如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC或WC之类的碳化物；如TiN、ZrN或HfN之类的氮化物；如Si或Ge之类的半导体；和碳等。
电子发射部分5由在导电膜4的一部分中形成的大电阻裂缝组成，该裂缝取决于导电膜4的厚度、质量和材料，以及如后所述的带电形成之类的方法。有在电子发射部分5的内部存在粒径为0.1nm的几倍到几十nm的导电细晶粒的情况。导电细晶粒包含于构成导电膜4的材料的元件一部分或其所有元件。电子发射部分5和在电子发射部分5附近的导电膜4还可包括碳或碳化合物。
图2中展示制造上述电子发射元件的方法的基本实例。图2中，与图1中所示相同的部分被标以相同的标号。
1)在用清洁剂、纯水、有机溶剂等充分清洗衬底1之后，用真空蒸发法、溅射法等在衬底1上淀积元件电极的材料，例如采用光刻技术在衬底1上形成元件电极2和3(图2A)。
2)在淀积有元件电极2和3的衬底1上涂敷有机金属溶剂，从而形成有机金属薄膜。作为有机金属溶液，可使用主要包含上述导电薄膜4的材料中的金属的有机金属化合物的溶液。通过加热烘焙有机金属薄膜，然后通过剥离(lift-off)、腐蚀等进行构图，从而形成导电膜4(图2B)。在该例中，对涂敷有机金属溶液的方法进行了说明。可是，形成导电膜4的方法并不限于上述方法，也可使用真空蒸发法、溅射法、化学气相淀积法、分散涂敷法、浸渍法、旋涂法、喷墨法等。
在使用喷墨法的情况下，因从约10ng到几十ng的细液滴可高再现性地产生并提供给衬底，并且不需要光刻构图和真空处理，因而从生产率的观点来看，优选喷墨法。作为实现喷墨法的装置，使用以电-热转换部件作为能量产生元件的泡沫喷射(bubble jet)型、和用压电元件等的压电喷射型。作为烘焙上述液滴的装置，有使用电磁波照射装置、热空气照射装置、或加热整个衬底的装置。作为电磁波照射装置，例如使用红外线灯、氩离子激光器、半导体激光器等。
3)接着，进行形成工艺处理。参照采用带电工艺处理的方法来说明进行形成工艺处理的方法实例。当利用未示出的电源在元件电极2和3之间加电时，在导电膜4的一部分上形成其结构已改变的电子发射部分5(图2C)。在导电膜4中通过带电形成形成其结构被局部破坏、变形或改变的已改变部分(通常，以裂缝形式的部分有许多情况)。该部分构成电子发射部分5。带电形成的电压波形实例示于图3中。
优选地，电压波形为脉冲波形。在脉冲波形的情况下，有连续施加如图3A所示那样的其脉冲峰值为恒定电压的脉冲方式，和施加其脉冲峰值为如图3B所示那样的不断增大的电压脉冲方式。
首先，参照图3A说明其脉冲峰值设定为恒定电压的情况。图3A中，T1和T2是电压波形的脉冲宽度和脉冲间隔。按照表面传导型电子发射元件的形式适当选择限幅波的峰值(在带电形成工艺处理期间的峰电压)。在上述条件下，施加例如几秒到几十分钟的电压。脉冲波形不限于限幅波，也可采用如矩形波之类的期望波形。
下面，参照图3B说明施加其脉冲峰值不断增大的电压脉冲的情况。图3B中，T1和T2与图3A中所示的相同。此外，限幅波的峰值每一次增加约0.1V。
通过在脉冲间隔T2期间施加电压达到导电膜4不再被局部破坏或变形的程度和测量电流，可检测出带电形成工艺处理完成。例如，测量因加约0.1V的电压而流动的电流，确定电阻，和当检测的电阻为1MΩ或以上时，完成带电形成。
4)对经过形成工艺处理的元件进行称为“激活工艺”的工艺处理。激活工艺是明显改变元件电流If和发射电流Ie的工艺。
激活工艺在包含有机材料的气氛下反复加脉冲电压，正如在带电形成中那样。在这种情况下，根据环境适当设置有机材料的优选气体压力，因它取决于上述应用形式、真空容器形状、有机材料的种类等。
通过上述工艺处理，在形成于导电膜的电子发射部分上淀积来自气氛中有机材料的碳或碳化合物，从而明显改变元件电流If和发射电流Ie。
在该实例中，碳或碳化合物例如是石墨(所谓的HOPG、PG和GC，其中HOPG指基本上完全结晶的石墨结构，PG指晶粒中有约20nm的轻度无序结构，和GC指晶粒中有约2nm的更大无序结构)、或非晶碳(指非晶碳和非晶碳与石墨微晶的混合物)，其厚度优选地设置为50nm或以下，为30nm或以下更好。
可用于本发明的适当的有机材料可以是如链烷、烯烃或炔之类的脂肪烃；芳香烃；酒精；醛；酮；胺；或如苯酚、羧酸或磺酸之类的有机酸。特别是，可以使用用CnH2n+2表示的如甲烷、乙烷、丙烷之类的饱合烃；用CnH2n、CnH2n-2等表示的如乙烯、丙烯、或乙炔、苯、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、丙酮、丁酮、甲胺、乙胺、苯酚、甲酸、乙酸、丙酸之类的不饱合烃等等。本发明中，根据使用场合要求，这些有机材料可以独立使用或混合在一起使用。
此外，可以用不是有机材料的其它气体来稀释这些有机材料。可用作稀释气体的气体种类可以是如氮、氩或氙之类的惰性气体。
本发明中，在激活工艺中加电压的方法中，要考虑如电压值随时间的改变、加电压的方向或波形之类的条件。
在形成工艺中通过随时间升高电压值的方法或使用固定电压的方法，可实施电压值随时间的改变。
当测量电流If和发射电流Ie时，可适当进行激活工艺处理完成的判断。
5)优选地，对通过上述工艺获得的电子发射元件进行稳定化工艺处理。该工艺是从真空容器排出有机材料的过程。优选地，从真空容器排出有机材料的真空排气装置是使用无油系统的装置，以便没有从该装置产生的油对各电子发射元件特性产生的不利影响。特别是，可采用如吸附泵或离子泵之类的真空排气装置。
在真空容器内的有机化合物的分压优选地设置为使碳或碳化合物基本上不再重新淀积的分压，即1.3×10-6Pa或以下，特别优选地设置为1.3×10-8Pa或以下。当从真空容器进一步排出有机材料时，加热整个真空容器，以使被真空容器内壁或各电子发射元件吸收的有机材料的分子容易地排出。在这种情况下，加热条件被设置为80-250℃，优选地设置为150℃或以上，期望加热处理进行尽可能长的时间。可是，本发明并不特别限制上述条件，只要在按照如真空容器的尺寸和形状或电子发射元件的结构之类的各种条件适当选择的条件下进行上述处理即可。必须尽可能减小真空容器中的压力，优选为1×10-5Pa或以下，为3×10-6Pa或以下更好。
优选地，在稳定化工艺处理进行之后保持驱动时的气氛为在完成上述稳定化工艺之后的气氛，但所述气氛并不限于此，也就是说，即使本身压力约有上升，但如果有机材料被充分去除，那么也可维持足够稳定的特性。由于应用这样的真空气氛，可抑制碳或碳化合物的附加淀积和去除吸附于真空容器上的H2O和O2等，结果，使元件电流If和发射电流Ie稳定。
参照图4和5将说明通过上述工艺处理获得的用于本发明的电子发射元件的基本特性。
图4是表示真空处理装置的实例的示意图，真空处理装置还有测量评价装置的功能。在图4中，与图1中所示相同的部分被标以与图1中的部分相同的标号。参照图4，参考标号45表示真空容器，46是排气泵。电子发射元件设置在真空容器45内。即，参考标号1表示构成电子发射元件的衬底，2和3是元件电极，4是导电膜和5是电子发射部分。参考标号41表示将元件电压Vf提供给电子发射元件的电源，40是用于测量在元件电极2和3之间的导电膜4中流动的电流If的安培计，和44是用于捕获从元件电子发射部分发射的发射电流Ie的阳极。参考标号43是将电压提供给阳极44的高压源，42是用于测量从元件电子发射部分5发射的发射电流Ie的安培计。作为实例，可在阳极电压在从1kv到10kv的范围中和阳极与电子发射元件之间的距离H在从2mm到8mm的范围中的条件下进行测量。
未示出的如真空计之类的在真空环境下用以进行测量的装置设置在真空容器45中，在预定的真空环境下进行测量评价。排气泵46由包括涡轮泵、旋转泵等的普通高真空装置系统以及包括离子泵等的超高真空装置系统构成。通过未示出的加热器可加热本实例中设置电子源衬底的整个真空处理装置。因此，利用真空处理装置可进行上述带电形成之后的工艺处理。
图5是示意性表示用图4中所示的真空处理装置测量的发射电流Ie、元件电流If和元件电压Vf的关系曲线图。图5中，由于发射电流Ie与元件电流If相比明显地小得多，因而它可用任意单位来表示。横坐标轴和纵坐标轴是线性标度。
由图5明显看出，用于本发明的表面传导型电子发射元件具有发射电流Ie的下列三个特性。
(i)当等于或高于某一电压(图5中称为“阈值电压”Vth)的元件电压施加给电子发射元件时，发射电流Ie迅速地增加，而当所施加的电压低于阈值电压Vth时，几乎不能检测到发射电流Ie。即，就发射电流而言，电子发射元件是具有一定阈值电压Vth的非线性元件。
(ii)因发射电流Ie以单调增加的方式取决于元件电压Vt，因而可用元件电压Vf控制发射电流Ie。
(iii)由阳极44捕获的发射电荷取决于对电子发射元件施加元件电压Vf期间的时间周期。即，利用对电子发射元件施加元件电压Vf期间的时间周期来控制阳极44捕获的发射电荷。
正如由上述所理解的那样，用于本发明的电子发射元件响应于输入信号可容易地控制电子发射特性。利用该性能，用于本发明的电子发射元件可用于各种领域，例如被构成为可设置多个电子发射元件的电子源、图像形成装置等。图5展示元件电流If随元件电压Vf单调增加的实例(以下称为“MI特性”)。有元件电流If相对于元件电压Vf呈现电压控制型负阻特性的情况(以下被称为“VCNR特性”)(未示出)。通过控制上述工艺可控制这些特性。
按在衬底上设置多个电子发射元件的方式设计按照本发明的电子源，通过使电子源与图像形成部件进行组合来构成按照本发明的图像形成装置，其中通过来自电子源的电子束照射，图像形成部件可形成图像。
在按照本发明的电子源中，可应用各种排列结构的电子发射元件。作为一个实例，有梯状排列结构，在该结构中，平行排列的大量电子发射元件在其两端相互连接，以便设置大量的电子发射元件行(称为“行方向”)，和在沿与上述布线垂直的方向(称为“列方向”)上设置于电子发射元件上的控制电极(也称为“栅极”)的控制下，驱动来自电子发射元件的电子。作为另一个实例，有沿X方向和Y方向按矩阵设置多个电子发射元件的排列结构，其中，设置在同行中的多个电子发射元件的那些电极共同连接到X方向的布线上，设置在同列中的多个电子发射元件的那些电极共同连接到Y方向布线上，这就是所谓的简单矩阵排列结构。首先，下面将详细描述简单矩阵的排列结构。
图6是表示本发明一个实施方式的按简单矩阵排列的电子源的示意图。参照图6，参考标号61表示电子源衬底，62是X方向布线，和63是Y方向布线。参考标号64表示表面传导型电子发射元件，和65是连接(connections)。
m个X方向布线62由m个布线Dx1、Dx2、...、Dxm组成，可由用真空蒸发法、印刷法、溅射法等形成的导电金属来形成。适当设计布线的材料、厚度和宽度。Y方向布线63由n个布线Dy1、Dy2、...、Dyn组成，并按与X方向布线62相同的方式形成。
在m个X方向布线62和n个Y方向布线63之间设置未示出的层间绝缘层，以便这些布线62和63彼此电隔离(m和n都是正整数)。未示出的层间绝缘层由用真空蒸发法、印刷法、溅射法等形成的SiO2构成。例如，在其上形成X方向布线62的衬底61的整个表面或部分表面上按预定结构形成层间绝缘层，特别是，适当设定层间绝缘层的厚度、材料和制造方法，以便可承受X方向布线62和Y方向布线63的交叉部分的电位差。
X方向布线62和Y方向布线63被分别引出作为外部端子。用m个X方向布线62、n个Y方向布线63和由导电金属等构成的连接65来电连接构成表面传导型电子发射元件64的各对电极(未示出)。布线62和布线63的材料、连接65的材料和元件电极对的材料可部分或全部彼此相同或彼此不同。这些材料适当选自例如元件电极的上述材料。在元件电极的材料与布线材料一致的情况下，连接到元件电极的布线可被看作元件电极。
用于本发明的电子发射元件具有如上所述的特性(i)到(iii)，即当元件电压等于或大于阈值电压时，可利用加在对置元件电极之间的脉冲电压的峰值和宽度来控制电子发射元件的发射元件。另一方面，当元件电压低于阈值电压时，使发射元件几乎不发射。按照该特性，即使在设置大量电子发射元件的情况下，如果将脉冲电压适当加在各元件上，也可根据输入信号来选择电子发射元件，控制发射的电子量。
例如，Y方向布线63与来示出的扫描信号供给装置连接，其中扫描信号供给装置提供扫描信号，用于选择在Y方向上设置的表面传导型电子发射元件64的行。另一方面，X方向布线62与未示出的调制信号发生装置连接，其中响应于输入信号，调制信号发生装置调制在X方向上设置的表面传导型电子发射元件64的各列。施加给各电子发射元件的驱动电压被用作提供给元件的扫描信号与调制信号之间的差动电压。
在以上的结构中，通过利用简单矩阵布线，选择单独的元件以便独立地驱动。
按照本发明方法的特征在于对这样制备的具有大量电子源的电子源衬底施加高电场。在电子源中形成有在图象形成装置中引发放电现象的突起等的情况下，按照本发明通过允许在电场施加工艺处理中产生放电现象以此来破坏该突起。即，通过预先提供与图像形成装置的驱动状态相同的状态，有意产生放电，来破坏和去除在图象形成装置中引起放电现象的突起等。
优选地，按照本发明对电子源衬底施加电场的工艺在后述的形成工艺之前进行。这是因为有可能由于已经过形成工艺处理的具有裂缝的导电膜在形成工艺之后连接到矩阵布线上，在对电子源衬底加电场时电流流到电子源衬底上的情况下，因矩阵布线的布线电阻，所以通过提高电位来对导电膜施加高于形成工艺中所加电压的电压，于是破坏了裂缝形式，从而不能制造电子源。相反，在形成工艺之前，因电流通过导电膜流出，因而抑制电位升高，从而能够减少损伤。
此外，在衬底上仅形成矩阵布线和元件电极的情况下，因对导电膜没有影响，因而优选实施电场施加工艺。
图7是展示衬底排列结构实例和在电子源衬底与电极彼此对置时在衬底与电极之间加电场实例的原理图。
如图7A所示，在与连接到GND的衬底平台73上设置的电子源衬底71相对的位置处设置电极72。此外，电子源衬底71上的布线74共同连接到布线端部上的导电引出(takeoff)部件75上，和通过电缆等连接到GND，电极72连接到高压电源76。在该实例中，导电引出部件由压配合使用的较软金属材料(金、铟等)形成的片或导线构成。然后，在电子源衬底71与电极72之间加电压，以便对电子源衬底加电场E。
通常，因驱动许多电子发射元件而期望矩阵布线的布线电阻低，因此最好使布线的厚度和宽度尽可能大。为了确保图形形成装置的分辨率，难以使布线的宽度尽量大，而是使布线的厚度较大。
在准备较厚布线的情况下，有进行真空蒸发的时间周期变长或进行重复印刷的情况。在这种情况下，会增加杂质粘附于布线等上的危险，导致加高电场的突出产生的可能性。
在后述的图像形成装置中，荧光体与矩阵布线的上布线之间的距离最短，在上布线中，荧光体与其中上布线横过下布线的区域之间的距离最短。因此，在采用如图7A所示的板状电极的情况下，需要使与电子源衬底的平行度足够，在电子源衬底的整个表面上施加足够的电场。
此外，最好把限流电阻器(未示出)插入加高电压的电缆中，以调整电流上限。
利用用于测量在电子源衬底之间流过的电流的装置77可评价在电子源衬底之间发生的放电现象。
必须使电场施加工艺中所加电场的强度等于或大于作为图像形成装置的电子源与荧光体之间所加电场的强度。电场施加工艺中所加电场的强度约为1kv/mm或以上。
在电场施加工艺中加电场的时间周期最好设置为大至驱动图形显示装置的时间周期，但使电场施加工艺中的时间周期更长。如果施加的电场强度高于实际驱动操作期间施加电场的强度，那么可使电场施加工艺中的上述时间周期缩短。
例如，如图7B所示，提出一种使电场逐渐增大，并在规定的时间周期内维持期望电场的方法。
下面参照图8-10说明采用本发明的按简单矩阵设置的电子源构成的图像形成装置。
图8是表示按照本发明实施方式的图像形成装置中的显示板实例的示意图，图9是表示用于图8所示显示板中的荧光膜的示意图。图10是表示响应于NTSC系统的电视信号进行显示的驱动电路实例的方框图。
参照图8，参考标号61表示其中设置多个电子发射元件的电子源衬底；81是固定有电子源衬底61的背板；86是在玻璃衬底83内表面上形成荧光膜84、金属敷层85等的面板。参考标号82表示支撑框架，通过低熔点等的熔接玻璃，支撑框架82与背板81和面板86连接。参考标号64相应于图1中所示的电子发射元件。参考标号62和63是连接到表面传导型电子发射元件的一对元件电极的X方向布线和Y方向布线。为了简便省略各元件的导电膜。
外壳88由如上所述的面板86、支撑框架82和背板81构成。由于主要是为了增强衬底61强度的目的而提供背板81，因而如果衬底61本身具有足够的强度，那么就不必分开提供背板81。换言之，支撑框架82可直接密封粘接到衬底61上，以使外壳88由面板86、支撑框架82和衬底61构成。另一方面，如果被称为“隔板”的未示出的支撑部件设置在面板86与背板81之间，那么可构成具有抵抗大气压力的足够强度的外壳88。
图9是展示荧光膜的示意图。在单色的情况下，荧光膜84可仅由荧光体构成。在彩色荧光膜的情况下，荧光膜84可由黑色导电部件91和荧光体92构成，因设置有荧光体而称其为“黑条”或“黑色矩阵”。提供黑条和黑色矩阵的目的在于，通过使彩色显示情况下所需要的三基色荧光体的各荧光体的边界部分变黑来使混合颜色等中立(neutral)，和抑制因外光在荧光膜84上的反射引起的对比度劣化。黑条的材料可由主要包含常用的石墨的材料构成，或由导电且光的透射和反射少的材料构成。
不论单色或彩色，在玻璃衬底83上涂敷荧光体的方法都可采用沉积或印刷法等。通常在荧光膜84的内表面侧上设置金属敷层85。提供金属敷层的目的是通过将荧光体发射光中的射向内表面侧的光镜面反射到面板86侧来提高亮度，以将金属敷层用作施加电子束加速电压的电极，保护荧光体免受因外壳内产生的负离子碰撞等引起的任何损伤。在制备荧光膜之后，通过使荧光膜的内表面光滑(一般称为“成膜”)，然后通过真空蒸发等淀积铝来制造金属敷层。
为了增强荧光膜84的导电率，在面板86的荧光膜84的外表面可配置透明电极(未示出)。
当进行外壳的上述密封连接时，在彩色显示的情况下，必须使各色荧光体与电子发射元件相对应，和必须进行足够的定位。
以下将说明如图8所示图像形成装置中显示板制造方法的实例。
图11是表示用于上述工艺中的装置概要的示意图。显示板101通过排气管132与真空容器133耦接并且还通过闸阀134与排气装置135连接。压力计136、四极质谱仪137等连接到真空容器133，以测量内部压力和气氛中各成分的分压力。因难以直接测量显示板101的外壳88中的内部压力等，因而测量真空容器133中的压力等，从而控制处理条件。此外，为了将所需气体导入真空容器中来控制气氛，把气体引导管道138连接到真空容器133上。气体引导管道138的另一端与引导材料源140连接，引导材料被置于AMPOULE或贮气瓶中进行存储。在气体引导管道上设置引导量控制部件139，用于控制导入引导材料的速率。作为特定的引导量控制部件，根据引导材料的种类如采用如可控制泄漏流速的慢漏阀、质量流控制器等。
用图11中所示装置从外壳88内抽出气体进行形成工艺处理。例如在如图12所示的情况下，Y方向布线63与公共电极141连接，同时利用电源142对与X方向布线62之一连接的元件施加电压脉冲，从而能够进行形成工艺处理。按照上述形成各个元件的方法可选择如脉冲形状等的条件和处理完成的判断。再有，如果对多个X方向布线顺序施加其相位偏移的脉冲(滚动)，那么可以对一起连接到多个X方向布线的元件进行形成工艺处理。在该附图中，参考标号143表示电流测量电阻器，144表示电流测量示波器。
在形成工艺处理完成之后，实施激活工艺处理。在从外壳88排出足够的气体之后，从气体引导管道将有机材料导入外壳88中。
在这样形成的包含有机材料的气氛中，对各电子发射元件施加电压，结果，在电子发射部分上淀积碳、碳化合物或这些材料的混合物，正如在各个元件的情况下那样，发射电子量急剧上升。此外，在该实例中，在电压施加方法中，Y方向布线63可以与公共电极141连接，和对多个X方向布线62顺序施加其相位偏移的脉冲(滚动)，从而可以激活一起连接到多个X方向布线62的元件。按照上述激活各个元件的方法可选择如脉冲形状等的条件和处理完成的判断。
在完成激活工艺处理之后，最好如各个元件那样进行稳定化工艺处理。用如离子泵或吸附泵之类的无油排气装置135通过排气管132对外壳88内的气体进行排气，同时适当加热以便维持在80-250℃，从而提供有机材料量足够少的气氛，然后，用燃烧器加热排气管和使其熔化进行密封。为了维持密封外壳88之后的压力，可实施吸气工艺处理。这是直接在密封外壳88之前或密封外壳88之后，利用电阻器加热或高频加热等产生的热来加热设置于外壳内规定位置处的吸气剂(未示出)，从而形成淀积膜的工艺。吸气剂一般主要包含Ba等，通过淀积膜的吸附作用维持外壳88内的气氛。
下面，参照图10对驱动电路的结构例进行说明。在利用简单矩阵结构的电子源构成的显示板上进行基于NTSC系统电视信号的电视显示。参照图10，参考标号101表示显示板；102表示扫描电路；103表示控制电路；104表示移位寄存器；105表示行存储器；106表示同频信号分离电路；107表示调制信号分离器；和Vx和Vxa是直流电压源。显示板101通过端子Dx1-Dxm、Dy1-Dyn和高压端子87与外电路连接。端子Dy1-Dyn加有扫描信号，用于顺序驱动设置于显示板中的电子源，即按m行×n列的矩阵一行(m个元件)接一行设置的表面传导型电子发射元件组。
端子Dx1-Dxm加有调制信号，用于控制按照扫描信号选择的一行表面传导型电子发射元件的各元件的输出电子束。高压端子87加有由直流电压源Va提供的例如10kv的直流电压。这是加速电压，用于对从表面传导型电子发射元件发射的电子束提供足以激励荧光体的能量。将说明扫描电路102。扫描电路102包括n个开关元件(图中，用S1-Sm示意性表示)。各开关元件选择直流电压源V的输出电压和0伏(地电平)中的任一个电压，并与显示板101的端子Dy1-Dyn电连接。各开关元件S1-Sm基于从控制电路103输出的控制信号Tscan进行工作，和由如FETs之类的开关元件的组合构成。
在本例中，直流电压源Vx被设置成可输出恒定电压，以便根据表面传导型电子发射元件的特性(电子发射阈值电压)，使施加于未被扫描元件上的驱动电压变为电子发射阈值电压或以下。
控制电路103具有使各部件的工作相互匹配，以便根据从外部输入的图像信号适当进行显示的功能。控制电路103根据从同步信号分离电路106传送的同步信号Tsync，产生对于各部件的Tscan、Tsft和Tmry的各控制信号。
同步信号分离电路106是使同步信号成分和亮度信号成分与从外部输入的NTSC系统的电视信号分离并且通常由频率除法(滤波)电路等构成的电路。由同步信号分离电路106分离的同步信号由垂直同步信号和水平同步信号构成，但在本例中，为便于说明将其表示为信号Tscan。为方便起见，将与电视信号分离的亮度信号成分表示为DATA信号。DATA信号输入给移位寄存器104。
移位寄存器104被这样设计，以便对于图像的一行，暂时串并行转换串联输入的DATA信号，和根据从控制电路103传送的控制信号Tsft进行工作(即，控制信号Tsft还被称为移位寄存器104的“移位时钟”)。作为m个并行信号Id1-Idm，从移位寄存器104输出已从串行转换成并行的一行图像的数据(对应于电子发射元件的m个元件的驱动数据)。
行存储器105是用于存储要求时间周期的一行图像数据的存储装置，并且按照从控制电路103传送的控制信号Tmry，适当存储Id1-Idm的内容，存储的内容作为Id′1-Id′m输出，输入给调制信号发生器107。
调制信号发生器107是按照各图像数据Id′1-Id′m适当驱动和调制各表面传导型电子发射元件的信号源，并且通过端子Dx1-Dxm其输出信号被提供给显示板101内的表面传导型电子发射元件。
如上所述，用于本发明的电子发射元件具有发射电流Ie的基本特性。即，电子发射具有一定的阈值电压Vth，仅在电压Vth或以上的电压时才发射电子。对于等于或高于电子发射阈值的电压，发射电流还根据加给元件的电源电压的改变而改变。根据以上事实，在脉冲电压加给电子发射元件的情况下，例如，如果对元件施加低于电子发射阈值的电压，那么就不能进行电子发射。可是，在施加等于或高于电子发射阈值的电压情况下，可输出电子束。在这种情况中，通过改变脉冲峰值V之差，可控制输出电子束的强度。此外，通过改变脉冲宽度Pw可以控制输出的电子束电荷总量。因此，作为根据输入信号调制电子发射元件的系统，可用电压调制系统、脉冲宽度调制系统等。在实施电压调制系统中，作为调制信号发生器107，可采用产生恒定长度的电压脉冲和按照输入数据适当调制脉冲峰值的电压调制系统的电路。
在脉冲宽度调制系统的实施中，作为调制信号发生器107，可采用产生恒定峰值的电压脉冲和按照输入数据适当调制脉冲宽度的脉冲宽度调制系统的电路。
移位寄存器104和行存储器105可以是数字信号系统或模拟信号系统。这是因为图像信号的串并行转换和使其存储以给定的速度进行。
在采用数字信号系统的情况下，需要将同步信号分离电路106的输出信号DATA转换成数字信号，并且在这种情况下，A/D转换器可设置在同步信号分离电路106的输出部分。就上述结构而言，用于调制信号发生器107的电路根据行存储器105的输出信号是数字信号还是模拟信号而稍有不同。即，在电压调制系统采用数字信号的情况下，调制信号发生器107配有例如D/A转换电路，并且在需要时对发生器107添加放大电路等。在脉冲宽度调制系统的情况下，调制信号发生器107配有例如组合高速振荡器、计数从振荡器输出的波形数的计数器(计数器)、和一起比较计数器输出值与存储器输出值的比较器(比较器)。在需要时，电压放大从比较器输出且脉冲宽度被调制到表面传导型电子发射元件的驱动电压的被调制信号的放大器可添加到该电路中。
在采用模拟信号的电压调制系统的情况下，调制信号发生器107可配有例如使用运算放大器等的放大电路，在需要时，电平移动电路等可添加到该系统中。在脉冲宽度调制系统的情况下，例如，可采用电压控制型振荡电路(VCO)，需要时，把电压放大到表面传导型电子发射元件的驱动电压的放大器可添加到该电路。在按照本发明这样构成的图像形成装置中，通过设置于容器外部的端子Dx1-Dxm和端子Dy1-Dyn对各电子发射元件加电压，从而引起电子发射。通过高压端子87对金属敷层85或透明电极(未示出)加高压，从而加速电子束。被加速的电子轰击荧光膜84，发射光，从而形成图像。
图像形成装置的上述结构是采用本发明的图像形成装置的实例，在本发明技术构思的基础上还可进行各种变形。输入信号是NTSC系统的信号，但输入信号并不限于该系统，可采用PAL和SECAM系统等，还可采用具有多于PAL和SECAM系统的大量扫描线的TV信号(例如，包括MUSE系统的高级TV)系统。
图13是表示作为本发明电子源另一个实施方式的按梯状形式设置的电子源实例的示意图。参照图13，参考标号110表示电子源衬底，和111表示电子发射元件。参考标号112表示用于连接电子发射元件111的公共布线D1-D10。在衬底110上与X方向平行地设置多个电子发射元件111(也称为“元件行”)。设置多个电子发射元件111以构成电子源。当在各元件行的公共布线之间加驱动电压时，可独立驱动各元件行。即，将发射电子束的元件行加有电子发射阈值或以上的电压，而不发射电子束的元件行加有低于电子发射阈值的电压。通过集成，可使设置在各元件行之间的公共布线D2-D9例如D2和D3集成为相同布线。
图14是表示在具有按照本发明实施方式的按梯状形式设置的电子源的图像形成装置中显示板结构实例的示意图。参照标号120表示栅电极；121表示电子通过的开口；和122表示容器外部端子D1、D2、...、Dm。参考标号123是与栅电极120连接的容器外部端子G1、G2、...、Gn。
图14中，与图8和13中所示相同的部分被标以与这些附图相同的参考标号。在图14所示显示板与图8所示简单矩阵排列的显示板之间的较大区别是在电子源衬底110与面板86之间是否设置栅电极120。
栅电极120设置成可调制从表面传导型电子发射元件发射的电子束和对各元件中的每一个提供一个电路开口121，以便允许电子束通过与梯状结构的元件行垂直设置的条形电极。栅电极的形状和设置栅电极的位置并不限于图14中所示的情况。例如，在格网中设置大量的通口作为开口，或在表面传导型电子发射元件的周围或附近设置格栅。
容器外部端子122和栅容器外部端子123电连接到未示出的控制电路。在按照本实例的图像形成装置中，与元件行的逐行顺序驱动(扫描)操作同步，同时对栅电极列施加对于一行图像的调制信号。利用该操作，可控制各电子束对荧光体的照射，从而可以逐行显示图像。按照本发明的图像形成装置可用作电视广播的显示装置、用于电视会议系统的显示装置、计算机等，用光敏鼓等来构成的图像形成装置可用作光电印刷器等。
图22是表示按照本发明的图像形成装置实例的方框图，其中图像形成装置被构成为可显示来自各种图像信息源例如包括电视广播的显示图像信息。
该图中，参考标号1700表示显示板，1701是显示板的驱动电路，1702是显示控制器，1703是多路复用器，1704是解码器，1705是输入/输出接口电路，1706是CPU，1707是图像产生电路，1708-1710是图像存储器接口电路，1711是图像输入接口电路，1712和1713是TV信号接收电路，和1714是输入部分。
当本装置接收包括视频信息和音频信息的信号时，例如电视信号，该图像形成装置显示视频信息同时可重现音频信息。可是，为了简便起见，省略有关音频信息的接收、分离、重现、处理、存储以及扬声器等不直接涉及本发明的电路。
下面，沿着图像信号的流向说明各部分的功能。
首先，TV信号接收电路1713是用于接收在无线电发送系统例如电波或空间光通信上发送的TV信号的电路。不特别限制接收TV信号的系统，可采用例如NTSC系统、PAL系统、SECAM系统等中的任何系统。所谓高级TV信号的系统，例如具有比那些系统多的大量扫描线的MUSE系统是适当的信号源，可表现出适于大面积或大量像素的上述显示板的优点。
由TV信号接收电路1713接收的TV信号输出给解码器1704。
TV信号接收电路1712是用于接收在有线传送系统例如同轴电缆或光纤上传送的TV信号的电路。正如上述TV信号接收电路1713中那样，不特别限制接收TV信号的系统。此外，由该电路接收的TV信号输出给解码器1704。
图像输入接口电路1711是用于接收来自如TV摄像机或图像阅读扫描器等的图像输出装置的图像信号的电路，该接收的图像信号被输出给解码器1704。
图像存储接口电路1710是用于接收存储在录像机(以下称为“VTR”)中的图像信号的电路，和所接收的图像信号被输出给解码器1704。
图像存储接口电路1709是用于接收存储在视频盘中的图像信号的电路，和所接收的图像信号被输出给解码器1704。
图像存储接口电路1708是用于接收来自正如在静止图像盘中那样的存储静止图像数据的装置的图像信号的电路，和所接收的图像信号被输出给解码器1704。
输入/输出接口电路1705是用于连接本图像显示装置与如外部计算机、计算机网络或打印机之类的输出装置的电路。输入/输出接口电路1705输入/输出图像数据、字符/图形信息等，并且还可在需要时在设置于本图像形成装置中的CPU 1706与外部之间进行控制信号或数字数据的输入/输出。
图像产生电路1707是根据从外部通过输入/输出接口电路1705输入的图像数据或字符/图形信息，或从CPU 1706输出的图像数据或字符/图形信息，产生用于显示的图像数据的电路。图像产生电路1707的内部配有产生图像所需的电路，例如用于存储如图像数据和字符/图形信息的可重写存储器，存储相应于符号代码的图像图形的只读存储器，用于进行图像处理的处理器等。
由图像产生电路1707产生的进行显示的图像数据被输出给解码器1704，需要时还可通过输入/输出接口电路1705输出给外部计算机网络或打印机。
CPU1706主要进行本图像显示装置的操作控制，和有关显示图像的产生、选择或编辑的工作。
例如，控制信号输出给多路复用器1703，适当选择或组合在显示板上显示的图像信号。在这种情况下，响应于要显示的图像信号，对显示板控制器1702产生控制信号，适当控制如屏幕显示频率、扫描方法(例如，隔行扫描或非隔行扫描)或一屏的扫描线数等显示装置的工作。此外，图像数据或字符/图形信息直接输出给图像产生电路1707，或通过输入/输出接口电路1705对外部计算机或存储器进行存取，输入图像数据或字符/图形信息。
CPU1706可适于用于其它目的的工作。例如，作为个人计算机、字处理器等中的CPU1706可直接有产生或处理信息的功能。再有，如上所述，通过输入/输出接口电路1705，CPU1706可连接到外部计算机网络，并与外部装置一起共同进行如数字计算之类的操作。
输入部分1714被设计成可由用户将命令、程序或数据输入给CPU1706。可采用各种输入装置如键盘、鼠标器、操纵杆、条形码阅读器或语音识别装置等。
解码器1704是用于将从上述装置1707-1713输入的各种图像信号反向转换成三基色信号或亮度信号和I信号、Q信号的电路。正如图中虚线所示，期望解码器1704包括图像存储器。这将涉及要求备用图像存储器的正如在MUSE系统中那样转换的电视信号。此外，由于提供了图像存储器，因而有助于静止图像的显示。再有，具有有助于与图像产生电路1707和CPU1706协同地进行如图像淡化、内插、放大、缩小或合成之类的图像处理和编辑的优点。
设计多路复用器1703，使其可根据从CPU1706输入的控制信号适当选择显示图像。即，多路复用器1703从由解码器1704输入的反向转换图像信号中选择期望的图像信号，并将所选图像信号输出给驱动电路1701。在这种情况下，如果在一屏幕的显示周期内可大幅度改变和选择图像信号，那么一屏幕被分成多个区域，以便在各区域上显示不同的图像，正如所谓的多屏幕电视那样。
显示板控制器1702是根据从上述CPU1706输入的控制信号，控制驱动电路1701操作的电路。
作为显示板的基本操作，例如，把用于控制电源(示示出)的驱动显示板的操作顺序的信号输出给驱动电路1701。作为驱动显示板的方法，例如，把用于控制屏幕显示频率或扫描方法(例如，隔行扫描或非隔行扫描)的信号输出给驱动电路1701。此外，需要时，把与调整图像质量如显示图像的亮度、对比度、色调或清晰度等有关的控制信号输出给驱动电路1701。
驱动电路1701是用于产生施加给显示板1700的驱动信号和根据从多路复用器1703输入的图像信号和从显示板控制器1702输入的控制信号进行操作的电路。
以上对各部件的功能进行了说明。利用图22中示意表示的结构，本图像形成装置可在显示板1700上显示从各种图像信息源输入的图像信息。即，在如电视广播的各种图像信号被解码器1704反向转换之后，在多路复用器1703中适当选择这些图像信号，然后输入给驱动电路1701。另一方面，响应于要显示的图像信号，显示控制器1702产生用于控制驱动电路1701操作的控制信号。驱动电路1701根据图像信号和控制信号对显示板1700施加驱动信号。利用上述操作，在显示板1700上显示图像。由CPU1706按统一(generalizing)方式控制这些顺序操作。
本图像形成装置不仅显示从配置于解码器1704中的图像存储器中或从图像产生电路1707中选择的图像或从信息中选择的图像，而且还可进行如图像的放大、缩小、旋转、移动、边缘加重、淡化、内插、颜色转变或纵横比转换的图像处理，或对于要显示的图像信息进行如合成、擦除、连接、置换或插入的图像编辑。正如上述图像处理或图像编辑中那样，可提供用于处理或编辑音频信息的专用电路。
因此，本图像形成装置可提供用于电视广播的显示装置、用于电视会议的终端装置、用于处理静止图像或活动图像的图像编辑装置、计算机终端装置、如字处理器的商务终端装置、播放机等的功能。因此，本图像形成装置非常广泛地用于如工业或公共应用等的应用领域。
图22仅展示了采用具有作为电子束源的电子发射元件的显示板的图像形成装置的结构例，不用说，按照本发明的图像形成装置不限于上述结构。
例如，可从图22所示结构单元中省略与使用目的无关的有关功能的电路。相反，为了使用的目的，可添加某些结构单元。例如，在本图像显示装置用作电视电话的情况下，最好添加电视摄像机、音频麦克风、照明装置、包括调制解调器的发送/接收电路作为结构单元。
在按照本实例的图像形成装置中，由于容易使具有作为电子束源的电子发射元件的显示板薄型化，因而可减小显示装置的深度。此外，在具有作为电子束源的电子发射元件的显示板中，因容易使屏幕变大，亮度变高和可视角度特性也良好，因而在图像形成装置中可显示高可视的使观看的人深深感动的图像。此外，由于电子源实现了稳定和利用高效电子发射特性，因而可实现寿命长，明亮和高级的彩色平面电视。
-实例-
(实例1)
在本实施列中，制造具有如图8所示那样构成的显示板的图像形成装置。图15是展示电子源的局部剖面图。图中，参考标号61表示衬底；62是相应于图8中所示Dxm的X方向布线(也称为“下布线”)，63是相应于图8中所示Dyn的Y方向布线(也称为“上布线”)；4是包括电子发射部分(未示出)的导电膜；2和3是元件电极；151是导间绝缘层；和152是接触孔。
在按照本实例的电子源中，在X方向布线上形成300个电子发射元件，和在Y方向布线上形成100个电子发射元件。
下面，参照图16和17按照工艺顺序详细说明制造方法。
步骤a
用真空蒸发法在衬底61上顺序层叠厚度为5nm的Cr膜和厚度为600nm的Au膜，其中衬底61是用溅射法在清洗过的钠钙玻璃上形成厚度为5μm的氧化硅膜5而获得的。然后，用旋涂器在该层的上表面上旋转涂敷光刻胶(Hext公司制备的“AZ1370”)并烘焙，曝光和显影光掩模图像，形成下布线62的光刻胶图形，湿式腐蚀Au/Cr淀积膜，形成预定形状的下布线62(图16A)。
步骤b
接着，用RF溅射法在该层的上表面上淀积厚度为1.0μm的由氧化硅形成的层间绝缘层151(图16B)。
步骤c
制备在步骤b中淀积的氧化硅膜中用于形成接触孔152的光刻胶图形，利用该光刻胶图形作为掩模腐蚀层间绝缘层151，形成接触孔152(图16C)。利用CF4和H2气体通过RIE(反应离子腐蚀)法进行该腐蚀。
步骤d
然后，在光刻胶(Hitachi Kasei公司制备的“RD-2000N-41”)中形成用于制备元件电极2与元件电极3之间间隙L的图形，用真空蒸发法，在该层的上表面上顺序淀积厚度为5nm的Ti膜和厚度为100nm的Ni膜。用有机溶剂软化该光刻胶图形，剥离Ni/Ti淀积膜，形成元件电极2和元件电极3，其中元件电极间隔L为5μm和元件电极宽度W为300μm(图16D)。
步骤e
在元件电极3上形成上布线63的光刻胶图形之后，用真空蒸发法，在该层的上表面上顺序淀积厚度为5nm的Ti膜和厚度为500nm的Au膜，通过剥离去除不需要的部分，形成预定形状的上布线63。
步骤f
通过真空蒸发淀积和构图厚度为100nm的Cr，用旋涂器在Cr膜上旋转涂敷有机Pd溶剂(Okuno Chemicals公司制备的“ccp4230”)，然后加热和在300℃烘焙10分钟。这样形成的由以PdO作为主要成分构成的导电膜4的厚度为10nm，薄层电阻为5×104Ω/□。
此后，用酸性腐蚀剂把经过烘焙的Cr膜和导电膜4腐蚀成预定图形(图17F)。
步骤g
图形被设计为在除形成接触孔152的部分之外涂敷光刻胶，然后用真空蒸发法，在该层的上表面上顺序淀积厚度为5nm的Ti膜和厚度为500nm的Au膜，和通过剥离去除不需要的部分，以嵌入接触孔152中(图17G)。
通过上述工序，在衬底61上形成下布线62、层间绝缘膜151、上布线63、元件电极2和3、导电膜4等。
随后，利用以上述方式制造的电子源，用如图18所示那样构成的电场施加装置对电子源衬底171施加电场。
首先，在设置于铝制备的台面板172上的电子源衬底171的上下布线的端部加压固定厚度为500μm和宽度为5mm的铟片175，从而使台面板172和所有的布线共用。此外，用绝缘支撑部件(钠钙玻璃)176固定的铝电极174设置在与电子源衬底171相对的位置处。在本例中，电子源衬底171与电极174之间的相对距离设置为3mm。
接着，使电子源衬底171的布线和台面板172共用的铟片175与GND连接，电极174通过100kΩ的电阻器177与高压电源178连接。并且，用伏特计179测量电阻器177两端之间的电压，以测量流过电阻器177的电流。然后，如图19所示，在电子源衬底171与电极174之间加电压(图19中的折线曲线)并维持4小时的15kV。图19中示出流过电阻器177的电流是1mA或以上时的放电次数。如图19中明显看出，由于放电操作从6kV开始直到放电操作维持在5kV保持2小时，因而测出总数为18次的放电操作(图19中的条形曲线)。
此后，关闭高压电源178，从该装置中取出电子源衬底，并从电子源衬底上取出铟片。
接着，利用以上述方式加电场的电子源衬底，如下制造如图8所示那样构成的图像形成装置。
将其上制备大量平面型表面传导电子发射元件的衬底61固定到背板81上，通过支撑框架82在衬底61之上5mm处设置面板86(以在玻璃衬底83内表面上形成荧光膜84和金属敷层85的方式构成)。然后，在面板86、支撑框架82和背板81的连接部位涂敷熔接玻璃，并在大气中于410℃下烘焙10分钟或以上，从而制备外壳88。再有，衬底61也可通过熔接玻璃固定到背板81上。
作为荧光膜84，使用其中设置黑条的彩色荧光膜，荧光膜84由黑色导电材料91和荧光体92构成。预先形成黑条，然后在各间隔部分涂敷相应颜色的各荧光体，于是制备荧光膜84。在玻璃衬底上涂敷荧光体的方法是浆料法。在荧光膜84的内表面上设置金属敷层85。在制备荧光膜之后，使荧光膜84的内表面光滑(一般称为“成膜”)，然后真空蒸发铝，由此制备金属敷层85。在彩色的情况下，在进行上述密封中，使各色荧光体对应于电子发射元件，因而可进行足够的定位。
将这样完成的外壳88连接到真空装置上，通过排气管(未示出)，用浮磁型涡轮分子泵对该真空装置抽真空。
此后，对外壳88抽真空到1.3×10-4Pa。
通过容器外部端子Dx1-Dxm(m＝300)和端子Dy1-Dyn(n＝100)对电子发射元件64的电极2和3加电压，在导电膜4上进行带电处理(形成处理)，由此制备电子发射部分5。
这样制备的电子发射部分5变成这样的状态，即分散有主要包含paradium元件的细颗粒和细颗粒的平均粒径为3nm。
随后，将6.6×10-4Pa的氰苯导入外壳88中。
使容器外部端子Dx1-Dxm(m＝300)共用，将电源(未示出)顺序连接到Dy1-Dyn(n＝100)，在相应的电子发射元件64的电极2和3之间加电压，进行激活工艺处理。
之后，从外壳88中抽出氰苯。
最后，作为稳定化处理，在1.33×10-4Pa的压力下于150℃进行10小时的烘焙之后，用气体加热器加热未示出的排气管，使其熔化来密封外壳88。在按照本发明这样完成的图像形成装置中，各电子发射元件通过容器外部端子Dx1-Dxm(m＝300)和端子Dy1-Dyn(n＝100)连接到GND，和通过高压端子87对金属敷层85加8kV的高压。
作为施加8kV电压以测量6小时的耐静态电压的结果，没有观察到突然放电现象。
在本说明书中，将突然放电现象定义为在高压端子中流过的电流超过5mA的次数。作为测量各电子发射元件的单个特性(Ie)的结果，维持偏差为8％。
在本说明书中，设定偏差为用各元件Ie值的平均值除差值所获得的值。
(比较例1)
按与实例1相同的方式来制造图像形成装置，只是没有进行使用图18装置的电场施加工艺处理。作为按与实例1相同的方式测量6小时的耐静态电压的结果，观察到8次突然放电现象。电子源因放电现象被损坏。
此外，作为在图像显示之后和之前测量各电子发射元件的单个特性(Ie)的结果，偏差从8％改变为17％。
(实例2)
按与实例1相同的方式制造图像形成装置，只是通过图20的装置来进行电场施加工艺处理。在图20的装置中，用相同的参考标号来表示与图18中相同的部分。图中，参考标号196表示固定带有电极的钠钙玻璃的支撑部件，该支撑部件配有可变机构，以便改变电极174与电子源衬底171之间的距离。
如图21所示，从高压施加的电压保持恒定为15kV，电极与电子源衬底之间的距离(图21中的折线曲线)从20mm变为3mm并保持3小时。
在采用图20所示装置的电场施加工艺中，15次观察到在电子源衬底之间流过的电流为1mA或以上的突然放电现象(图21中的条形曲线)。
作为按与实例1相同的方式测量这样获得的图像形成装置中的6小时的耐静态电压的结果，没有观察到突然放电现象。因此，没有观察到因放电操作引起的电子源的损伤。
此外，作为在图像显示之后和之前测量各电子发射元件的单个特性(Ie)的结果，偏差维持在8％。
-第二实施例-
应用本发明的表面传导型电子发射元件的基本结构大致规定为平面型和垂直型。
下面将说明平面型表面传导型电子发射元件。
图23是表示应用本发明的平面型表面传导型电子发射元件结构的示意图，其中图23A是平面图，图23B是剖面图。
图23中，参考标号2001表示衬底；2002和2003是元件电极；2004是导电薄膜，和2005是电子发射部分。
衬底2001可以由石英玻璃、具有如Na之类的低杂质含量的玻璃、钠钙玻璃、在钠钙玻璃上层叠用溅射法等形成的SiO2所形成的玻璃衬底、如氧化铝之类的陶瓷和硅衬底等。
对置元件电极2002和2003的材料可以是通常的导电材料。例如，元件电极2002和2003的材料可从下列材料中适当选取：如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu或Pd之类的金属或这些金属的合金；如Pd、Ag、Au、RuO2、Pd-Ag之类的金属或那些材料的金属氧化物；如玻璃之类构成的印刷导体；如In2O3-SnO2之类的透明导体；和如多晶硅之类的半导体材料。
考虑到应用形式等来设计元件电极之间的间隔L、元件电极的长度W、导电膜2004的构形等。元件电极之间的间隔L优选地设置在从几百nm到几百μm的范围，设置在从几μm到几十μm的范围更好。
考虑到电极电阻和电子发射特性，把元件电极的长度W优选地设置在从几μm到几百μm的范围，并且元件电极2002和2003的膜厚度d优选地设置在几十nm到几μm的范围。
按照本发明的电子发射元件不限于图23中所示的结构，还可用于导电膜2004和对置电极2002和2003按所述顺序叠置在衬底2001上的结构。
最好由细颗粒形成的细颗粒膜用作导电薄膜2004，以便获得优异的电子发射特性。考虑到元件电极2002和2003上的台阶覆盖、元件电极2002和2003之间的电阻、以下将说明的形成条件等，适当设置导电膜2004的厚度，一般优选地设置在0.1nm的几倍到几百nm的范围，设置在1nm到50nm的范围更好。电阻Rs为102到107欧姆/□的值。Rs是当t为厚度、w为宽度和l为长度的薄膜的电阻R满足R＝Rs(l/w)时获得的值。在本说明书中，参照带电工艺处理实例来说明形成处理，但形成处理并不限于此，包括通过在膜中产生裂缝来形成高电阻状态的工艺。
导电膜2004的材料可从下列材料中适当选取：如Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Fe、Zn、Sn、Ta、W或Pd之类的金属；如PdO、SnO2、In2O3、PdO或Sb2O3之类的氧化物；如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4或GdB4之类的硼化物；如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC或WC之类的碳化物；如TiN、ZrN或HfN之类的氮化物；如Si或Ge之类的半导体；和碳等。
在本说明书中所述的细颗粒膜是其中多个细颗粒组成在一起的膜，微细结构取单独分散细颗粒的状态，或细颗粒彼此重叠相邻的状态(包括几个细颗粒集合在一起，整个形成岛状结构的情况)。细颗粒的粒径设置在0.1nm的几倍到几百nm的范围，最好从1nm到20nm。
在本说明书中，由于术语“细颗粒”频繁使用，因而说明其含义。
小的颗粒被称为“细颗粒”，比“细颗粒”更小的颗粒被称为“超细颗粒”。比“超细颗粒”更小和原子数约为几百或以下的颗粒被称为“基团(cluster)”。
可是，各颗粒的边界并不严格而是取决于颗粒如何按照明显的性能进行分类。此外，有“细颗粒”和“超细颗粒”一同被称为“细颗粒”的情况，本说明书中对其进行说明。
“Experimental Physics Lecture No.14，Surface and FineGrain”(由Tadao Kinoshita编辑并由Kyoritsu Publication于1986年9月1日出版)从字面上披露了下列内容。
“在本公开中，“细颗粒”的直径为约2-3μm至约10nm，特别是“超细颗粒”的颗粒直径为约10nm至约2-3nm。细颗粒和超细颗粒共同都可只表述为细颗粒，并且这些颗粒的边界不严格和不是基本标准。其中构成颗粒的原子数约为2-几十至几百的颗粒被称为“基团”“(P.195，22-26行)。
此外，由Shin Gijutsu Kaihatsu Jigyo Group在“Hayashi/UltraFine Grain Project”中的“ultra fine grains”的定义公开了如下的更小颗粒直径下限：
“在Sozo Kagaku Gijutsu Suishin Seido(1981-1986)的“Ultra Fineparticle Project”中，颗粒尺寸(直径)在约1-100nm范围中的颗粒被称为“超细颗粒”。结果，一个超细颗粒是约100-108个原子的集合。与原子尺寸相比，超细颗粒是大或巨大的颗粒”(由TatsuetsuHayashi，Ryoji Ueda，Akira Tasaki撰写的Ultra Fine Particle，SozoKagaku Gijuts，Mita Publication的1-4行，1988)，“比超细颗粒小的颗粒，即由几-几百原子构成的一个颗粒通常称为“基团””(该公开文献的第2页，第12-13行)。
考虑到上述一般定义，在本说明书中，“细颗粒”是指颗粒直径下限约为0.1nm-1nm的几倍和其上限约为几μm的大量原子和分子的集合。
电子发射部分2005由形成在导电膜2004一部分中的高电阻裂缝构成，并且取决于导电膜2004的厚度、质量和材料，此外，将在下文中描述如带电形成等的方法。有颗粒直径为0.1nm-几十nm的几倍的导电细颗粒存在于电子发射部分2005的内部。导电细颗粒包含构成导电膜2004的材料的部分或所有的元素。电子发射部分2005和在电子发射部分2005附近的导电膜2004可包括碳或碳化合物。
下面，对垂直型表面传导型电子发射元件进行说明。
图34是表示应用本发明表面传导型电子发射元件的垂直型表面传导型电子发射元件实例的示意图。
参照图34，与图33中所示相同的部分被标以与图33所示相同的参考标号。参考标号2021表示台阶形成部分。衬底2001、元件电极2002和2003、导电薄膜2004和电子发射部分2005可由与上述平面型表面传导型电子发射元件中相同的材料构成。台阶形成部分2021可由例如用真空蒸发法、印刷法、溅射法等形成的SiO2之类的绝缘材料构成。台阶形成部分2021的厚度可设定在相应于如上所述平面型表面传导型电子发射元件的元件电极间隔L的几百nm至几十μm的范围。考虑到形成台阶形成部分和在元件电极之间加电压的方法来设定该厚度，最好设定在几十nm至几μm的范围。
在制备元件电极2002和2003以及台阶形成部分2021之后，在元件电极2002和2003上叠置导电薄膜4。在图34中，在台阶形成部分2021中形成电子发射部分2005。可是，导电薄膜4取决于制备条件、形成条件等，并且导电薄膜4的构形和位置也不限于此。
有各种制造上述表面传导型电子发射元件的方法，图35中示意性展示该方法的一个实例。
下面，参照图33和35说明制造方法的实例。图35中，与图33所示相同的部分被标以图33中的相同参考标号。
1)在用清洁剂、纯水、有机溶剂等充分清洗衬底2001之后，用真空蒸发法、溅射法等在衬底2001上淀积元件电极的材料，例如采用光刻技术在衬底2001上形成元件电极2002和2003(图35A)。
2)在设置有元件电极2002和2003的衬底2001上涂敷有机金属溶剂，从而形成有机金属薄膜。作为有机金属溶液，可使用主要包含上述导电膜2004的材料中的金属的有机金属化合物的溶液。通过加热烘焙有机金属薄膜，然后通过剥离、腐蚀等进行构图，从而形成导电膜2004(图35B)。在本例中，对涂敷有机金属溶液的方法进行了说明。可是，形成导电膜2004的方法并不限于上述方法，也可使用真空蒸发法、溅射法、化学气相淀积法、分散涂敷法、浸渍法、旋涂法等。
3)接着，进行形成工艺处理。参照采用带电工艺处理的方法来说明进行形成工艺处理的方法实例。当利用未示出的电源在元件电极2002和2003之间加电时，在导电膜2004的一部分上形成其结构已改变的电子发射部分2005(图35C)。在导电膜2004中通过带电形成工艺形成具有其结构被局部破坏、变形或改变的已改变部分。该部分构成电子发射部分2005。带电形成的电压波形实例示于图36中。
优选地，电压波形为脉冲波形。在脉冲波形的情况下，有连续施加如图26A所示那样的其脉冲峰值为恒定电压的脉冲方式，和施加其脉冲峰值为如图36B所示那样的不断增大的电压脉冲方式。
在图36A中，T1和T2是电压波形的脉冲宽度和脉冲间隔。通常，T1设定在1微秒-10毫秒的范围，T2设定在10微秒-10毫秒的范围。按照表面传导型电子发射元件的形式适当选择限幅波的峰值(在带电形成工艺处理期间的峰电压)。在上述条件下，施加例如几秒到几十分钟的电压。脉冲波形不限于限幅波，也可采用如矩形波之类的期望波形。
图36B中，T1和T2与图36A中所示的T1和T2相同。此外，限幅波的峰值(在带电形成工艺处理期间的峰电压)每一次增加例如约0.1V。
通过在脉冲间隔T2期间施加电压达到导电膜2004不再被局部破坏或变形的程度并测量电流，可检测出带电形成工艺处理完成。例如，测量因加约0.1V的电压而流动的元件电流，确定电阻，和当检测的电阻为1MΩ或以上时，完成带电形成。
4)最好，对经过形成工艺处理的元件进行称为“激活工艺”的工艺处理。激活工艺是明显改变元件电流If和发射电流Ie的工艺。
激活工艺可在包含有机材料的气氛下反复加脉冲电压，正如在带电形成中那样。该气氛利用在用例如油扩散泵、旋转泵等从真空容器排气的情况下维持在气氛中的有机气体来产生，或通过将适当的有机材料气体导入已用离子泵等充分排气的真空中来获得该气氛。在这种情况下，根据环境适当设置有机材料的优选气体压力，因它取决于上述应用形式、真空容器形状、有机材料的种类等。适当的有机材料可以是如链烷、烯烃或炔之类的脂肪烃；芳香烃；酒精；醛；酮；胺；或如苯酚、羧酸或磺酸之类的有机酸。特别是，可以使用用CnH2n+2表示的如甲烷、乙烷或丙烷之类的饱合烃；用CnH2n等式表示的如乙烯、丙烯、苯、甲苯、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、丙酮、丁酮、甲胺、乙胺、苯酚、甲酸、乙酸、丙酸之类的不饱合烃等，或这些材料的混合物。
通过上述工艺处理，在元件上淀积来自气氛中存在的有机材料的碳或碳化合物，从而明显改变元件电流If和发射电流Ie。
当测量元件电流If和发射电流Ie时，可适当进行激活工艺处理完成的判断。脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲峰值等被适当设定。
碳或碳化合物例如是石墨(所谓的HOPG、PG和GC，其中HOPG指基本上完全结晶的石墨结构，PG指晶粒中有约20nm的轻度无序晶体结构，和GC指晶粒中有约2nm的更大无序晶体结构)、或非晶碳(指非晶碳和非晶碳与石墨微晶的混合物)，其厚度优选地设置为50nm或以下，为30nm或以下更好。
5)优选地，对通过上述工艺获得的电子发射元件进行稳定化工艺处理。该工艺是从真空容器排出有机材料的过程。优选地，从真空容器排出有机材料的真空排气装置是使用无油系统的装置，以便没有从该装置产生的油对各电子发射元件特性产生的不利影响。特别是，可采用如吸附泵或离子泵之类的真空排气装置。
在使用油扩散泵或旋转泵作为排气装置和利用由上述激活工艺处理中的那些泵产生的油成分衍生的有机气体的情况下，需要尽可能大地抑制该成分的分压。优选地把真空容器内有机化合物的分压设置为使碳或碳化合物基本上不再重新淀积的分压，即1.3×10-6Pa或以下，特别优选地设置为1.3×10-8Pa或以下。当从真空容器进一步排出有机材料时，加热整个真空容器，以使被真空容器内壁或各电子发射元件吸收的有机材料的分子容易地排出。在这种情况下，加热条件被设置为80-250℃，优选地设置为150℃或以上，期望加热处理进行尽可能长的时间。可是，本发明并不特别限制上述条件，只要在按照如真空容器的尺寸和形状或电子发射元件的结构之类的各种条件适当选择的条件下进行上述处理即可。必须尽可能减小真空容器中的压力，优选为1×10-5Pa或以下，为3×10-6Pa或以下更好。
优选地，在稳定化工艺处理进行之后保持驱动时的气氛为在完成上述稳定化工艺之后的气氛，但所述气氛并不限于此，也就是说，即使本身压力约有上升，但如果有机材料被充分去除，那么也可维持足够稳定的特性。
由于应用这样的真空气氛，可抑制碳或碳化合物的附加淀积和去除吸附于真空容器上的H2O和O2等，结果，使元件电流If和发射电流Ie稳定。
参照图37和38将说明通过上述工艺处理获得的用于本发明的电子发射元件的基本特性。
图37是表示真空处理装置实例的示意图，真空处理装置还有测量评价装置的功能。在图37中，与图33中所示相同的部分被标以与图33中的部分相同的标号。参照图37，参考标号2055表示真空容器，2056是排气泵。电子发射元件设置在真空容器2055内。即，参考标号2001表示构成电子发射元件的衬底，2002和2003是元件电极，2004是导电膜和2005是电子发射部分。参考标号2051表示将元件电压Vf提供给电子发射元件的电源，2050是用于测量在元件电极2002和2003之间的导电膜2004中流动的元件电流If的安培计，和2054是用于捕获从元件电子发射部分发射的发射电流Ie的阳极。参考标号2053是将电压提供给阳极2054的高压源，2052是用于测量从元件的电子发射部分2005发射的发射电流Ie的安培计。作为实例，可在阳极电压在从1kv到10kv的范围中和阳极与电子发射元件之间的距离H在从2mm到8mm的范围的条件下进行测量。
未示出的如真空计之类的在真空环境下用以进行测量的装置设置在真空容器2055中，在预定的真空环境下进行测量评价。排气泵2056由包括涡轮泵、旋转泵等的普通高真空装置系统以及包括离子泵等的超高真空装置系统构成。通过未示出的加热器可加热本实例中设置电子源衬底的整个真空处理装置。因此，利用真空处理装置可进行上述带电形成工艺之后的工艺处理。
图38是示意性表示用图37中所示的真空处理装置测量的发射电流Ie、元件电流If和元件电压Vf的关系曲线图。图38中，由于与元件电流If相比发射电流Ie明显地小得多，因而它可用任意单位来表示。横坐标轴和纵坐标轴是线性标度。
由图38明显看出，用于本发明的表面传导型电子发射元件具有发射电流Ie的下列三个特性。
(i)当等于或高于某一电压(图38中称为“阈值电压”Vth)的元件电压施加给电子发射元件时，发射电流Ie迅速地增加，而当所施加的电压低于阈值电压Vth时，几乎不能检测到发射电流Ie。即，就发射电流而言，电子发射元件是具有一定阈值电压Vth的非线性元件。
(ii)因发射电流Ie以单调增加的方式取决于元件电压Vt，因而可用元件电压Vf控制发射电流Ie。
(iii)由阳极2054捕获的发射电荷取决于对电子发射元件施加元件电压Vf期间的时间周期。即，利用对电子发射元件施加元件电压Vf期间的时间周期来控制阳极2054捕获的发射电荷。
正如由上述所理解的那样，应用本发明的电子发射元件响应于输入信号可容易地控制电子发射特性。利用该性能，用于本发明的电子发射元件可用于各种领域，例如被构成为可设置多个电子发射元件的电子源、图像形成装置等。
图38中，有用实线表示的元件电流If随元件电压Vf单调增加的实例(以下称为“MI特性”)。有元件电流If相对于元件电压Vf呈现电压控制型负阻特性的情况(以下被称为“VCNR特性”)(未示出)。通过控制上述工艺可控制这些特性。
按在衬底上设置多个电子发射元件的方式设计按照本发明的电子源，通过使电子源与图像形成部件进行组合来构成按照本发明的图像形成装置，其中通过来自电子源的电子束照射，图像形成部件可形成图像。
以下说明应用本发明的电子发射元件的应用例。
在衬底上设置应用本发明的多个表面传导型电子发射元件，从而可构成例如电子源或图像形成装置。可应用电子发射元件的各种结构。
作为一个实例，有梯状排列结构，在该结构中，平行排列的大量电子发射元件在其两端相互连接，以便设置大量的电子发射元件行(称为“行方向”)，和在沿与上述布线垂直的方向(称为“列方向”)设置于电子发射元件上的控制电极(也称为“栅极”)的控制下，驱动来自电子发射元件的电子。作为另一个实例，有沿X方向和Y方向按矩阵设置多个电子发射元件的排列结构，其中，设置在同行中的多个电子发射元件的那些电极共同连接到X方向的布线上，设置在同列中的多个电子发射元件的那些电极共同连接到Y方向布线上，这就是所谓的简单矩阵排列结构。首先，下面将详细描述简单矩阵的排列结构。
本发明的表面传导型电子发射元件具有如上所述的特性(i)到(iii)，即当元件电压等于或大于阈值电压时，可利用加在对置元件电极之间的脉冲状电压的峰值和宽度来控制表面传导型电子发射元件的发射元件。另一方面，当元件电压低于阈值电压时，使发射元件几乎不发射。按照该特性，即使在设置大量电子发射元件的情况下，如果将脉冲电压适当加在各元件上，也可根据输入信号来选择表面传导型电子发射元件，控制发射的电子量。
以下，参照图39，对通过设置本发明的基于上述原理的多个电子发射元件所获得的电子源衬底进行说明。参照图39，参考标号2071表示电子源衬底，2072是X方向布线，和2073是Y方向布线。参考标号2074表示表面传导型电子发射元件，和2075是连接。表面传导型电子发射元件2074可以是上述平面型或垂直型中的任何一种。
m个X方向布线2072包括布线Dx1、Dx2、...、Dxm，可由用真空蒸发法、印刷法、溅射法等形成的导电金属等形成。适当设计布线的材料、厚度和宽度。Y方向布线2073由n个布线Dy1、Dy2、...、Dyn组成，并按与X方向布线2072相同的方式形成。
在m个X方向布线2072和n个Y方向布线2073之间设置未示出的层间绝缘层，以便这些布线2072和2073彼此电隔离(m和n都是正整数)。
未示出的层间绝缘层由用真空蒸发法、印刷法、溅射法等形成的SiO2构成。例如，在其上形成X方向布线2072的衬底2071的整个表面或部分表面上按预定结构形成层间绝缘层，特别是，适当设定层间绝缘层的厚度、材料和制造方法，以便可承受X方向布线2072和Y方向布线2073的交叉部分的电位差。X方向布线2072和Y方向布线2073被分别引出作为外部端子。
用m个X方向布线2072、n个Y方向布线2073和由导电金属等构成的连接2075来电连接构成表面传导型电子发射元件2074的各对电极(未示出)。
布线2072和布线2073的材料、连接2075的材料和元件电极对的材料可部分或全部彼此相同或彼此不同。这些材料适当选自例如元件电极的上述材料。在元件电极的材料与布线材料一致的情况下，连接到元件电极的布线可被看作元件电极。
X方向布线2072与未示出的扫描信号供给装置连接，其中扫描信号供给装置提供扫描信号，用于选择在X方向上设置的表面传导型电子发射元件2074的行。另一方面，Y方向布线2073与未示出的调制信号发生装置连接，其中响应于输入信号，调制信号发生装置调制在Y方向上设置的表面传导型电子发射元件2074的各列。施加给各电子发射元件的驱动电压被用作提供给元件的扫描信号与调制信号之间的差动电压。
在以上的结构中，通过利用简单矩阵布线，选择单独的元件以便独立地驱动。
在对具有这样的大量电子源的电子源衬底加高电压的条件下进行按照本发明的调整工艺处理。
图23和24是展示进行调整工艺处理的装置的结构示意图。在这些图中，参考标号2071表示电子源衬底，2010是高压施加电极，和2015是高压电源。与各元件连接的布线共同接地。此外，为了防止因放电引起的过流，把限制电阻器2012插在高压施加电极2010和高压电流2015之间。
参考标号2055表示真空容器，2056表示排气泵。在真空容器2055内设置在X、Y和Z方向上可移动的机械平台2013，和在机械平台2013上设置高压施加电极2010。电子源衬底2071固定到机械平台2013上。通过导电引出部件使X方向布线和Y方向布线共同位于各布线端部并接地。高压施加电极2010通过限制电阻器与高压电源2015连接。此外，参考标号2052表示安培计。
通过控制机械平台可确定电子源衬底与高压施加电极之间的距离Hc。再有，施加给高压施加电极的电压Vc如下确定：
假定使用电子源衬底以便对与电子源衬底相隔距离H的对置电极加电压Va。在这种情况下，确定本工艺处理中的高压电源的电压Vc和电子源衬底与高压施加电极之间的距离Hc，使其满足Vc/Hc＞Va/H。实际上，有在Vc/Hc(电场强度Ec)为Va/H(电场强度Ea)的约1.1-1.5倍的条件下进行该处理的许多情况。
例如，在按照本发明的电子源衬底被用于图像形成装置的情况下，在该工艺处理中作为图像形成装置，需要施加等于或大于施加于电子源衬底与荧光体之间的电场强度的电场强度。在使用上述电子源的情况下，电场强度约为1-8kV/mm。
通过测量流过高压施加电极与电子源衬底之间的电流，可知在该工艺处理中有/无放电操作。例如，通过监测限制电阻器两端的电压可确认流过上述限制电阻器的电流。
在调整工艺处理中，电子源或图像形成装置的部件被这样布线，可在该条件下破坏电极或导电膜。
在该工艺之前和之后，通过元件特性的改变可评价在该工艺处理中因放电引起的元件的破坏。
在形成工艺之前进行该工艺的情况下，通过各元件电阻的改变可确认元件的破坏，在形成工艺之后进行该工艺的情况下，通过各元件电子发射特性的改变可确认元件的破坏。
例如，如果在形成工艺之前元件电阻变高，那么当在后进行形成工艺处理时不能获得足够的电子发射特性。此外，如果在形成工艺之后电子发射特性劣化，那么即使在后进行激活工艺也不能获得足够的电子发射特性。由此，在引起电子源衬底不均匀的成品上出现问题。
在形成工艺之前的电子源衬底中，假定在该工艺之前各元件的电阻为R1，在该工艺之后各元件的电阻为R2。假定在该工艺中观察到N次放电。此外，当该工艺之前后的各元件电阻之比R2/R1例如为2，因在后进行形成工艺时不能足够的发射特性，因而判断在该工艺中元件被破坏，其数量为k。认为k/N是被一次放电操作破坏的元件平均数，称k/N为“放电破坏的数量”。
在形成工艺之后的电子源衬底中，假定在该工艺之前各元件的发射电流为I1，在该工艺之后各元件的发射电流为I2。例如，当比值I1/I2超过2时，因即使在后进行形成工艺时也不能足够的特性，因而判断在该工艺中元件被破坏，可以定义放电破坏的数量为k和在该工艺中放电次数为N。
如上所述，为了减小电子源和图像形成装置的部件被破坏的可能性，可使储存在电子源和由高压施加电极构成的电容器中的能量更小。具体地说，可设置高压施加电极的面积，使其小于电子源衬底的面积，和在保持高压施加电极和电子源衬底之间的间隔为规定值时，使高压施加电极和电子源衬底两者相对移动。
上述部件的破坏具有相对于上述能量即高压施加电极面积的阈值，当能量也就是面积大于规定值Eth和Sth时，部件的破坏是明显的。在特定工艺中已知上述值的情况下，使用小于Sth的高压施加电极，以便上述能量不超过已知值来进行调整工艺处理。
图27中示出通过改变高压施加电极的面积S来进行该工艺时的放电破坏数量k/N。放电破坏数量k/N可取从0-电子源衬底上元件数m×n的数量。通过一次放电所有元件都几乎不被破坏，放电破坏的数量是与X方向或Y方面上元件数量相同的程度。此外，在该图中，Sn是电子源衬底的面积。
上述关系取决于电子源衬底的结构、X方向和Y方向布线的电阻以及元件的特性(导电膜的结构、制造工艺等)。图27中的曲线(a)描绘出相对于高压施加电极的面积S，在形成工艺之前电子源衬底的调整工艺中放电破坏的数量。另一方面，图27的曲线(b)描绘出在形成工艺之后相对于电子源衬底的放电破坏的数量。在任何情况下，发现当高压施加电极的面积增加到等于或大于阈值Sth时，放电破坏的数量就增加。这是因为当高压施加电极的面积等于或大于Sth时，储存在高压施加电极与电子源衬底形成的电容器中的能量Econ在放电操作期间破坏了导电薄膜。即，当采用面积为S的高压施加电极时，储存在电容器中的能量为Econ＝ε×S/Hc×Vc2/2。，当采用面积等于或大于Sth的高压施加电极时，放电时在电子源衬底上消耗能量，使导电薄膜破坏。
例如，在如图27A中所示那样的使用Pd的导电薄膜中，储存在由面积为Sth的高压施加电极和电子源衬底形成的电容器中的能量大体为1×10-2焦。
在形成工艺之后，与形成工艺之前相比，Sth的值，即Eth明显变小。为了在该步骤中进行调整工艺处理而不损坏部件，需要使用面积非常小的高压施加电极。尽管在实际应用中不是优选的，在形成工艺之前进行调整工艺处理和在调整工艺期间因某些原因的新的放电因素发生的情况下，最好用非常小的电极再次进行调整工艺处理。
当用面积等于或大于Sth的高压施加电极进行调整工艺时，在放电操作期间在电子源衬底上消耗能量，该膜被破坏。此外，如果在条件1Eth＞Econ下进行调整工艺处理，由图5A显然可知，不会出现破坏。
换言之，假定电极与绝缘衬底彼此面对的区域面积为S，电极与衬底之间的距离为Hc，施加在电极与公共布线之间的电压为Vc，真空的介电常数为ε，和破坏导电薄膜的能量为Eth，在下列条件下进行调整工艺：
ε×S×Vc2/2Hc＜Eth    ……    (1)
结果，可在没有因破坏导电薄膜而损坏电子发射元件的情况下进行调整工艺处理。
如上所述，当适当选择高压施加电极的面积S时，使放电操作期间由导电薄膜消耗的能量被设置为低于在放电操作期间破坏导电薄膜的能量Eth，从而能够防止在放电操作期间破坏导电薄膜。
此外，把储存在电容器中的能量设定为放电操作期间破坏导电薄膜的能量Eth或以下的方法可通过减小所加电压Vc同时保持施加给电子源衬底的电场Vc/Hc，而不是通过减小高压施加电极的面积实现。
并且，如果如上所述适当选择高压施加电极的面积，可在不破坏经过形成工艺处理的电子源衬底的情况下进行该工艺。
例如，当形成使用上述Pd的导电膜时，正如所获得的破坏导电薄膜的能量为1×10-4焦。图27B示出在该阶段中高压施加电极的面积与放电破坏的数量之间的关系。
在可实现该工艺目的的范围内任何选择台面的移动速度。
此外，在因高压施加电极与电子源衬底的相对移动速度和高压施加电极的面积而较长时间地进行该工艺时，多个高压施加电极可共同通过限制电阻器并与高压电源连接。
再有，具有与电子源衬底相同面积的高压施加电极可被分成多个部件，各高压施加电极可共同通过限制电阻器并与高压电源连接。在这种情况下，不必移动电子源衬底或高压施加电极，就可在短时间内获得本发明的效果。
将参照图40、41和42说明用按简单矩阵结构的电子源构成的图像形成装置。图40是展示图像形成装置的显示板实例的示意图，图41是展示用于图40所示图像形成装置中的荧光膜实例的示意图，和图42是展示响应于NTSC系统的电视信号进行显示的驱动电路实例的方框图。
参照图40，参考标号2071表示其中设置多个电子发射元件的电子源衬底；2081是固定有电子源衬底2071的背板；2086是在玻璃衬底2083内表面上形成荧光膜2084、金属敷层2085等的面板。参考标号2082表示支撑框架，通过低熔点等的熔接玻璃，支撑框架2082与背板2081和面板2086连接。
参考标号2074相应于图23中所示的电子发射元件。参考标号2072和2073是连接到表面传导型电子发射元件的一对元件电极的X方向布线和Y方向布线。
如上所述，外壳2088由面板2086、支撑框架2082和背板2081构成。由于主要是为了增强衬底2071强度的目的而提供背板2081，因而如果衬底2071本身具有足够的强度，那么就不必分开提供背板2081。
换言之，支撑框架2082可直接密封粘接到衬底2071上，以使外壳2088由面板2086、支撑框架2082和衬底2071构成。另一方面，如果被称为“隔板”的未示出的支撑部件设置在面板2086与背板2081之间，那么可构成具有抵抗大气压力的足够强度的外壳2088。
图41是展示荧光膜的示意图。在单色的情况下，荧光膜2084可仅由荧光体构成。在彩色荧光膜的情况下，荧光膜2084可由黑色导电部件2091和荧光体2092构成，因设置有荧光体而称其为“黑条”或“黑色矩阵”。提供黑条和黑色矩阵的目的在于，通过使彩色显示情况下所需要的三基色荧光体的各荧光体的边界部分变黑来使混合颜色等中立，和抑制因外光在荧光膜2084上的反射引起的对比度劣化。黑条的材料可由主要包含常用的石墨的材料构成，或由导电且光的透射和反射少的材料构成。
不论单色或彩色，在玻璃衬底2083上涂敷荧光体的方法都可采用沉积或印刷法等。通常在荧光膜2084的内表面侧上设置金属敷层2085。提供金属敷层的目的是通过将荧光体发射光中的射向内表面侧的光镜面反射到面板2086侧来提高亮度，以将金属敷层用作施加电子束加速电压的电极，保护荧光体免受因外壳内产生的负离子碰撞等引起的任何损伤。在制备荧光膜之后，通过使荧光膜的内表面光滑(一般称为“成膜”)，然后通过真空蒸发等淀积铝来制造金属敷层。
为了增强荧光膜2084的导电率，在面板2086的荧光膜2084的外表面可配置透明电极(未示出)。
当进行外壳的上述密封连接时，在彩色显示的情况下，必须使各色荧光体与电子发射元件相对应，和必须进行足够的定位。
以下将说明制造如图40所示图像形成装置的方法实例。
图45是表示用于上述工艺中的装置概要的示意图。图像形成装置2131通过排气管2132与真空容器2133耦接并且还通过闸阀2134与排气装置2135连接。压力计2136、四极质谱仪2137等连接到真空容器2133，以测量内部压力和气氛中各成分的分压力。
因难以直接测量图像形成装置2131的外壳2088中的内部压力等，因而测量真空容器133中的压力等，来控制处理条件。
此外，为了将所需气体导入真空容器中来控制气氛，把气体引导管道2138连接到真空容器2133上。气体引导管道2138的另一端与引导材料源2140连接，引导材料被置于AMPOULE或贮气瓶中进行存储。在气体引导管道上设置引导量控制部件2139，用于控制导入引导材料的速率。作为特定的引导量控制部件，根据引导材料的种类如采用例如可控制泄漏流速的慢漏阀、质量流控制器等。
用图45中所示装置从外壳2088内抽出气体进行形成工艺处理。例如在如图25所示的情况下，Y方向布线2073与公共电极2141连接，同时利用电源2142对同时与X方向布线2072之一连接的元件施加电压脉冲，从而能够进行形成工艺处理。按照上述形成各个元件的方法可选择如脉冲形状等的条件和处理完成的判断。再有，如果对多个X方向布线顺序施加其相位偏移的脉冲(滚动)，那么可以对一起连接到多个X方向布线的元件进行形成工艺处理。在该附图中，参考标号2143表示电流测量电阻器，2144表示电流测量示波器。
在形成工艺处理完成之后，实施激活工艺处理。在从外壳2188排出足够的气体之后，从气体引导管道2138将有机材料导入外壳2088中。另一方面，如上所述，作为激活各元件的方法，首先用油扩散泵或旋转泵排气，由此可以利用维持在真空气氛中的有机材料。此外，需要时也可导入非有机材料的其它材料。在这样形成的有有机材料的气氛中，对各电子发射元件施加电压，结果在电子发射部分上淀积碳、碳化合物或这些材料的混合物，正如在各个元件的情况下那样，发射电子量急剧上升。此外，在该实例中，在电压施加方法中，通过与上述形成工艺中相同的连接，可同时对连接在一个方向布线上的元件加电压脉冲。
在完成激活工艺处理之后，最好如单个元件那样进行稳定化工艺处理。
用例如离子泵或吸附泵之类的无油排气装置2135通过排气管2132对外壳2088内的气体进行排气，同时适当加热以便维持在80-250℃，从而提供有机材料量足够少的气氛，然后，用燃烧器加热排气管，使其熔化以进行密封。为了维持密封外壳2088之后的压力，可实施吸气工艺处理。这是直接在密封外壳2088之前或密封外壳2088之后，利用电阻器加热或高频加热等产生的热来加热设置于外壳2088内规定位置处的吸气剂(未示出)，从而形成淀积膜的工艺。吸气剂一般地主要包含Ba等，通过淀积膜的吸附作用维持外壳2088内的气氛。
下面，参照图42对驱动电路的结构例进行说明，驱动电路用于在利用简单矩阵结构的电子源构成的显示板上进行基于NTSC系统电视信号的电视显示。参照图42，参考标号2101表示图像显示板；2102表示扫描电路；2103表示控制电路；2104表示移位寄存器；2105表示行存储器；2106表示同频信号分离电路；2107表示调制信号分离器；和Vx和Vxa是直流电压源。
显示板2101通过端子Dox1-Doxm、Doy1-Doyn和高压端子Hv与外电路连接。端子Dox1-Doxm加有扫描信号，用于顺序驱动设置于显示板中的电子源，即按m行×n列的矩阵一行(n个元件)接一行设置的表面传导型电子发射元件组。
端子Doy1-Doyn加有调制信号，用于控制按照扫描信号选择的一行表面传导型电子发射元件的各元件的输出电子束。高压端子Hv加有由直流电压源Va提供的例如10kv的直流电压。这是加速电压，用于对从表面传导型电子发射元件发射的电子束提供足以激励荧光体的能量。
将说明扫描电路2102。扫描电路2102包括M个开关元件(图中，用S1-Sm示意性表示)。各开关元件选择直流电压源Vx的输出电压和0伏(地电平)中的任一个电压，并与显示板2101的端子Dox1-Doxm电连接。各开关元件S1-Sm基于从控制电路2103输出的控制信号Tscan进行工作，和由如FETs之类的开关元件的组合构成。
在本例中，直流电压源Vx被设置成可输出恒定电压，以便根据表面传导型电子发射元件的特性(电子发射阈值电压)，使施加于未被扫描元件上的驱动电压变为电子发射阈值电压或以下。
控制电路2103具有使各部件的工作相互匹配，以便根据从外部输入的图像信号适当进行显示的功能。控制电路2103根据从同步信号分离电路2106传送的同步信号Tsync，产生对于各部件的Tscan、Tsft和Tmry的各控制信号。
同步信号分离电路2106是使同步信号成分和亮度信号成分与从外部输入的NTSC系统的电视信号分离并且通常由频率除法(滤波)电路等构成的电路。由同步信号分离电路2106分离的同步信号由垂直同步信号和水平同步信号构成，但在本例中，为便于说明将其表示为信号Tscan。为方便起见，将与电视信号分离的亮度信号成分表示为DATA信号。DATA信号被输入给移位寄存器2104。
移位寄存器2104被这样设计，以便对于图像的一行，暂时串并行转换串联输入的DATA信号，和根据从控制电路2103传送的控制信号Tsft进行工作(即，控制信号Tsft还被称为移位寄存器2104的“移位时钟”)。作为n个并行信号Id1-Idn，从移位寄存器2104输出已从串行转换成并行的一行图像的数据(对应于电子发射元件的n个元件的驱动数据)。
行存储器2105是用于存储要求时间周期的一行图像数据的存储装置，并且按照从控制电路2103传送的控制信号Tmry，适当存储Id1-Idn的内容，存储的内容作为Id1-Idn输出，输入给调制信号发生器2107。
调制信号发生器2107是按照各图像数据Id1-Idn适当驱动和调制各表面传导型电子发射元件的信号源，并且通过端子Doy1-Doyn其输出信号被提供给显示板2101内的表面传导型电子发射元件。
如上所述，本发明的电子发射元件具有发射电流Ie的基本特性。即，电子发射具有一定的阈值电压Vth，仅在电压Vth或以上的电压时才有电子发射。对于等于或高于电子发射阈值的电压，发射电流还根据加给元件的电源电压的改变而改变。根据以上事实，在脉冲电压加给电子发射元件的情况下，例如，如果对元件施加低于电子发射阈值的电压，那么就不能进行电子发射。可是，在施加等于或高于电子发射阈值的电压情况下，可输出电子束。在这种情况中，通过改变脉冲峰值Vm，可控制输出电子束的强度。此外，通过改变脉冲宽度Pw可以控制输出的电子束电荷总量。
因此，作为根据输入信号调制电子发射元件的系统，可用电压调制系统、脉冲宽度调制系统等。在实施电压调制系统中，作为调制信号发生器2107，可采用产生恒定长度的电压脉冲和按照输入数据适当调制脉冲峰值的电压调制系统的电路。
在脉冲宽度调制系统的实施中，作为调制信号发生器2107，可采用产生恒定峰值的电压脉冲和按照输入数据适当调制脉冲宽度的脉冲宽度调制系统的电路。
移位寄存器2104和行存储器2105可以是数字信号系统或模拟信号系统。这是因为图像信号的串并行转换和存储以给定的速度进行。
在采用数字信号系统的情况下，需要将同步信号分离电路2106的输出信号DATA转换成数字信号，并且在这种情况下，A/D转换器可设置在同步信号分离电路2106的输出部分。就上述结构而言，用于调制信号发生器2107的电路根据行存储器2105的输出信号是数字信号还是模拟信号而稍有不同。即，在电压调制系统采用数字信号的情况下，调制信号发生器2107配有例如D/A转换电路，并且在需要时对发生器2107添加放大电路等。在脉冲宽度调制系统的情况下，调制信号发生器2107配有例如组合高速振荡器、计数从振荡器输出的波形数的计数器(计数器)、和一起比较计数器输出值与存储器输出值的比较器(比较器)。在需要时，电压放大从比较器输出且脉冲宽度被调制到表面传导型电子发射元件的驱动电压的被调制信号的放大器可添加到该电路中。
在采用模拟信号的电压调制系统的情况下，调制信号发生器2107可配有例如使用运算放大器等的放大电路，在需要时，电平移动电路等可添加到该系统中。在脉冲宽度调制系统的情况下，例如，可采用电压控制型振荡电路(VCO)，需要时，把电压放大到表面传导型电子发射元件的驱动电压的放大器可添加到该电路。
在按照本发明这样构成的图像形成装置中，通过设置于容器外部的端子Dox1-Doxm和端子Doy1-Doyn对各电子发射元件加电压，从而引起电子发射。通过高压端子Hv对金属敷层2085或透明电极(未示出)加高压，从而加速电子束。被加速的电子轰击荧光膜2084而发射光，从而形成图像。
图像形成装置的上述结构是采用本发明的图像形成装置的实例，在本发明的技术构思基础上还可进行各种改变。输入信号是NTSC系统的信号，但输入信号并不限于该系统，可采用PAL和SECAM系统等，还可采用具有多于PAL和SECAM系统的大量扫描线的TV信号(例如，包括MUSE系统的高级TV)系统。
图43是展示按梯状形式设置的电子源实例的示意图。参照图43，参考标号2110表示电子源衬底，和2111表示电子发射元件。参考标号2112和Dx1-Dx10表示用于连接电子发射元件2111的公共布线。在衬底2110上与X方向平行地设置多个电子发射元件2111(也称为“元件行”)。设置多个电子发射元件2111以构成电子源。当在各元件行的公共布线之间加驱动电压时，可独立驱动各元件行。即，将发射电子束的元件行加有电子发射阈值或以上的电压，而不发射电子束的元件行加有低于电子发射阈值的电压。通过集成，可使设置在各元件行之间的公共布线Dx2-Dx9例Dx2和Dx3集成为相同布线。
图44是展示在具有按梯状形式设置的电子源的图像形成装置中显示板结构实例的示意图。参照标号2120表示栅电极；2121表示电子通过的开口；和2122表示容器外部端子Dox1、Dox2、...、Doxm。参考标号2123是与栅电极2120连接的容器外部端子G1、G2、...、Gn，和2110是使各元件行之间的公共布线彼此相同的电子源衬底。图44中，与图40和43中所示相同的部分被标以与这些附图相同的参考标号。在图44所示图像形成装置与图40所示简单矩阵排列的图像形成装置之间的较大区别是在电子源衬底2110与面板2086之间是否设置栅电极2120。
图44中，栅电极2120设置在衬底2110与面板2086之间。栅电极2120设置成可调制从表面传导型电子发射元件发射的电子束和具有对各元件中的每一个的一个电路开口2121，以便允许电子束通过与梯状结构的元件行垂直设置的条形电极。栅电极的形状和设置栅电极的位置并不限于图44中所示的情况。例如，在格网中设置大量的通口作为开口，或在表面传导型电子发射元件的周围或附近设置格栅。
容器外部端子2122和栅容器外部端子2123电连接到未示出的控制电路。
在按照本实例的图像形成装置中，与元件行的逐行顺序驱动(扫描)操作同步，同时对栅电极列施加对于一行图像的调制信号。利用该操作，可控制各电子束对荧光体的照射，从而可以逐行显示图像。
按照本发明的图像形成装置可用作电视广播的显示装置、用于电视会议系统的显示装置、和计算机等，用光敏鼓等来构成的图像形成装置可用作光电印刷器等。
-实例-
下面，更详细地说明本发明的实施例。
(实施1)
本实施例是按照本发明的通过调整处理制造的电子源衬底的实施。
在该实施例中，说明用于显示器等的图像形成装置。图40是图像形成装置的基本结构图，和图41是荧光膜。电子源部分的平面图示于图30中。此外，图31中示出沿该图中线A-A′截取的剖面图。图30和31中相同的参考标号表示相同的部分。图中，参考标号2071表示衬底；2072是相应于图30中所示Doxm的X方向布线(也称为“下布线”)，2073是相应于图40中所示Doyn的Y方向布线(也称为“上布线”)；2004是包括电子发射部分的薄膜；2002和2003是元件电极；2151是导间绝缘层；和2152是用于电连接元件电极2002和下布线2072的接触孔。
在按照本实例的电子源衬底中，在X方向布线上形成2000个电子发射元件，和在Y方向布线上形成1100个电子发射元件。此外，电子源衬底的尺寸在X方向上为900mm和在Y方向上为500mm。
下面，参照图32按照工艺顺序详细说明制造方法。
步骤a
用真空蒸发法在衬底2071上顺序层叠厚度为5nm的Cr膜和厚度为600nm的Au膜，其中衬底2071是用溅射法在清洗过的钠钙玻璃上形成厚度为0.5μm的氧化硅膜而获得的。然后，用旋涂器在该层的上表面上旋转涂敷光刻胶(Hext公司制备的AZ1370)并烘焙，曝光和显影光掩模图像，形成下布线2072的光刻胶图形，湿式腐蚀Au/Cr淀积膜，形成预定形状的下布线2072。
步骤b
接着，用RF溅射法淀积厚度为1.0μm的由氧化硅形成的层间绝缘层2151。
步骤c
制备在步骤b中淀积的氧化硅膜中用于形成接触孔2152的光刻胶图形，用该光刻胶图形作掩模腐蚀层间绝缘层2151，形成接触孔2152。利用CF4和H2气体通过RIE(反应离子腐蚀)法进行该腐蚀。
步骤d
然后，在光刻胶(Hitachi Kasei公司制备的RD-2000N-41)中形成用于制备元件电极2002与元件电极2003之间间隙G的图形，用真空蒸发法，顺序淀积厚度为5nm的Ti膜和厚度为100nm的Ni膜。用有机溶剂软化该光刻胶图形，剥离Ni/Ti淀积膜，形成元件电极2002和元件电极2003，其中元件电极间隔L1为5μm和元件电极宽度W1为300μm。
步骤e
在元件电极2003上形成上布线2073的光刻胶图形之后，用真空蒸发法，顺序淀积厚度为5nm的Ti膜和厚度为500nm的Au膜，通过剥离去除不需要的部分，形成预定形状的上布线2073。
步骤f
通过真空蒸发淀积和构图厚度为100nm的Cr，用旋涂器在Cr膜上旋转涂敷有机Pd溶剂(Okuno Chemicals公司制备的ccp 4230)，然后加热和在300℃烘焙10分钟。这样形成的由以PdO作为主要成分构成的导电膜2004的厚度为10nm，薄层电阻为5×104Ω/□。
此后，用酸性腐蚀剂把经过烘焙的Cr膜和导电膜2004腐蚀成预定图形。
步骤g
图形被设计为在除形成接触孔2152的部分之外涂敷光刻胶，然后用真空蒸发法顺序淀积厚度为5nm的Ti膜和厚度为500nm的Au膜，和通过剥离去除不需要的部分，以嵌入接触孔2152中。
通过上述工序，在绝缘衬底2071上形成下布线2072、层间绝缘膜2151、上布线2073、元件电极2002和2003、导电膜2004等。这样形成的下布线、上布线和导电薄膜的电阻分别约为5Ω、3Ω和300Ω。
[调整工艺]
随后，通过如图23和24中所示那样构成的装置，对以上述方式制备的电子源衬底进行调整工艺处理。
首先，在电子源衬底2071的上下布线的端部加压固定厚度为500μm和宽度为5mm的铟片(导电引出部件)2014，使所有布线共用和接地，然后固定到机械平台2013上。
由于本实施例中的电子源衬底的面积大于上述Sth，因而用比Sth小的电极作为高压施加电极。换言之，使用在X方向上为100mm和在Y方向上为500mm的高压施加电极。在这种情况下，与电子源衬底相对的面积为0.05m2。通过5MΩ的限制电阻器，高压施加电极与高压电源连接。
此后，在Z方向上移动机械平台2013，以便与高压施加电极的距离变为2mm。再有，对高压施加电极加10kV的直流电压。
在这种情况下，储存在由高压施加电极和电子源衬底形成的电容器中的能量Econ大体为1.1×10-2焦。这是等于或低于放电操作期间破坏上述导电薄膜时的能量Eth的能量。
在X方向上按10mm/分钟移动机械平台，使其通过高压施加电极。在这种情况下，使电子源衬底通过高压施加电极所需要的时间为10分钟。
此外，在控制电阻器两端的电压下，测量流过高压施加电极和电子源衬底之间的电流。在该工艺中，观察到4次流过电子源衬底之间的电流为10μA或以上的放电现象。
随后，切断高压电源，从装置中取出电子源衬底，并从电子源衬底上取出铟片2014。
在该调整工艺处理之前，各元件电阻约为300Ω，在该工艺之后没有测量到各元件电阻有大的差别。
接着，利用电子源衬底，如下制造如图40所示那样构成的图像形成装置。
将其上制备大量平面型表面传导电子发射元件的衬底2071固定到背板2081上，通过支撑框架2082在衬底2001之上3mm处设置面板2086(以在玻璃衬底2083内表面上形成荧光膜2084和金属敷层2085的方式构成)。然后，在面板2086、支撑框架2082和背板2081的连接部位涂敷熔接玻璃，并在大气中于410℃下烘焙10分钟或以上，使这些部件彼此密封地连接在一起，从而制备外壳2088。再有，衬底2071也可通过熔接玻璃固定到背板2081上。图40中，参考标号2074表示电子发射元件，2072和2073分别是X方向布线和Y方向布线。
荧光膜2084由按黑色导电材料构成的黑条2091和荧光体2092排列的彩色荧光膜形成。预先形成黑条，然后在各间隔部分涂敷相应颜色的各荧光体，于是制备荧光膜2084。在玻璃衬底上涂敷荧光体的方法是浆料法。在荧光膜2084的内表面上设置金属敷层2085。在制备荧光膜之后，使荧光膜的内表面光滑(一般称为“成膜”)，然后真空蒸发铝，由此制备金属敷层2085。在彩色的情况下，在进行上述密封中，使各色荧光体对应于电子发射元件，因而可进行足够的定位。
将这样完成的外壳2088连接到真空装置上，通过排气管(未示出)，用浮磁型涡轮调整泵对该真空装置抽真空。
此后，对外壳2088抽真空到1.3×10-4Pa。
[形成工艺]
通过容器外部端子Dox1-Doxm(m＝2000)和端子Doy1-Doyn(n＝1100)在电子发射元件2074的电极2002和2003之间加电压，和通过对导电膜2004进行带电工艺处理(形成工艺处理)，由此制备电子发射部分2005。
图36中示出形成工艺的电压波形。图36B中，T1和T2是电压波形的脉冲宽度和脉冲间隔，本实施例中，T1设定为1微秒，T2设定为10毫秒，峰值(在形成工艺处理期间的峰电压)按0.1V的级差增加。此外，在形成工艺处理期间同时以0.1V的电压在T2之间插入电阻测量脉冲，以测量电阻。当由电阻测量脉冲所测量的值变为约1MΩ或以上使形成工艺处理完成，同时，完成对元件施加电压。各元件的形成电压为10.0V。
这样制备的电子发射部分5变成这样的状态，即分散有主要包含paradium元件的细颗粒和细颗粒的平均粒径为3nm。
随后，将6.6×10-4Pa的氰苯导入外壳2088中。
使容器外部端子Dox1-Doxm(m＝2000)共用，将电源(未示出)顺序连接到Doy1-Doyn(n＝1100)，在相应R电子发射元件2074的电极2002和2003之间加电压，进行激活工艺处理。
在激活工艺期间的加电压条件是使用峰值为±10V、脉冲宽度为0.1毫秒和脉冲间隔为5毫秒的两极的限幅波(图36B)。因此，峰值以3.3mV/秒的速率从±10V逐步增加到±16V，当达到±16V时完成电压施加。
之后，从外壳2088中抽出氰苯。
最后，作为稳定化处理，在约1.33×10-4Pa的压力下于150℃进行10小时的烘焙之后，用气体加热器加热未示出的排气管，使其熔化来密封外壳2088。
在按照本发明这样完成的图像形成装置中，利用未示出的信号产生部件通过容器外部端子Dox1-Doxm(m＝2000)和端子Doy1-Doyn(n＝1100)对各电子发射元件施加扫描信号和调制信号，从而发射电子，和通过高压端子Hv对金属敷层2085加10kV的高压，使电子束加速，轰击荧光膜2084进行激活和发光，由此显示图像。
在图像显示中各电子发射元件的发射电流(Ie)的偏差(离散σ/平均R)为8％。
如上所述，即使在制造大面积电子源衬底中，在对电子发射元件没有损伤的情况下可实现调整工艺处理，并可抑制图像形成操作期间的放电，提供具有均匀特性的电子源衬底。
(实例2)
本实施例展示在形成工艺之后进行本发明的调整工艺处理以制备电子源衬底的实例。
本实施例也是制造图像形成装置的实例。
在本实施例的电子源衬底上，在X方向布线上形成720个电子发射元件和在Y方向布线上形成240个电子发射元件。此外，电子源衬底的尺寸是在X方向为200mm和在Y方向为150mm。
直到调整工艺，电子源衬底的结构和制造方法都与实例1中的相同。
[第一调整工艺]
按照本实施例对电子源衬底进行第一调整工艺处理。高压施加电极的尺寸是在X方向上为200mm和在Y方向上为150mm。在该工艺中，电子源衬底保持在面对高压施加电极的位置30分钟。如限制电阻器(5MΩ)之类的其它方法，按实例1中那样对高压施加电极施加电压(10kV)、和采用在高压施加电极与电子源衬底之间的距离(2mm)等。
在这种情况下，储存在由高压施加电极和电子源衬底形成的电容器中的能量Vcon为6.6×10-3焦。这是等于或低于放电操作期间破坏上述导电薄膜时的能量Eth的能量。
在该工艺中，观察到一次放电操作。尽管在该工艺之前各元件的电阻约为300Ω，在该工艺之后没有测量到各元件电阻有大的差别。
[形成工艺]
在图37的装置内设置如上所述那样制备的电子源衬底，从真空外壳2055的内部排出气体。在这种情况下，如图25所示，Y方向布线2073连接到公共电极2141，和通过电源2142对同时与X方向布线2072之一连接的元件施加电压脉冲，由此进行形成工艺处理。如脉冲形状和处理终止的评价等的条件按与实例1相同的方法进行。对各X方向布线2072顺序进行相同的操作，以对所有元件进行形成处理。形成电压VF为5.0V。
随后，将6.6×10-4Pa的氰苯导入外壳2055中，进行激活。
正如在形成工艺处理中那样，如图25所示，使Y方向布线2073连接到公共电极2141，和通过电源2142对同时与X方向布线2072之一连接的元件施加电压脉冲，由此进行激活。电压施加条件是采用其峰值为±5V、脉冲宽度为0.1毫秒和脉冲间隔为5毫秒的两极限幅波(图36B)。因此，峰值以3.3mV/秒的速率从±5V逐步增加到±14V，当达到±14V时完成电压施加。对各X方向布线2072顺序进行相同的操作，以激活所有的元件。
之后，从外壳2055中抽出氰苯。
最后，作为稳定化处理，在约1.33×10-4Pa的压力下于150℃进行10小时的烘焙。
通过高压电源对位于这样制备的电子源衬底之上3mm的阳极2054加10kV的电压，以驱动电子源衬底上的元件。其中，作为所用的阳极为在玻璃衬底整个表面上设置单色荧光膜和金属敷层且其上形成有透明电极。
正如形成工艺中那样，如图25所示，使Y方向布线2073连接到公共电极2141，和通过电源2142对同时与X方向布线2072之一连接的元件施加电压脉冲，由此驱动元件。在图36A中，T1和T2是电压波形的脉冲宽度和脉冲间隔，在本实施例中，T1设定在16.7微秒，T2设定在1毫秒，峰值为15V。
此时，在直流方式下在电子源衬底的一部分上可看见较弱的光发射。因在随后的驱动操作期间，微弱的光发射都将导致使元件劣化按的放电，因而再次实施调整工艺。
[第二调整工艺]
利用如图28和29中所示那样构成的电场施加装置完成调整工艺处理。
首先，在电子源衬底2071的上下布线的端部加压固定厚度为500μm和宽度为5mm的铟片2014，使所有布线共用和接地，然后固定到机械平台2013上。使用的高压施加电极在X方向和Y方向上都为1mm。此时，与电子源衬底相对的面积为1×10-6m2。通过5MΩ的限制电阻器，高压施加电极2011与高压电源连接。此后，在Z方向上移动机械平台2013，以便与高压施加电极2011的距离变为2mm。再有，通过高压电源2015对高压施加电极加12kV的直流电压。
此时，储存在由高压施加电极2011和电子源衬底2071形成的电容器中的能量Econ大体为3.2×10-7焦。这是等于或低于破坏上述导电薄膜的放电操作中的能量Eth的能量。
在X方向上按10mm/分钟移动机械平台2013，和使高压施加电极2011在Y方向上按100mm/分钟重复地往复移动10mm的宽度。此时，移动机械平台2013，以便观察到上述弱光发射的区域在高压施加电极2011之下通过。
此外，在控制电阻器2012两端的电压下，测量流过高压施加电极2011和电子源衬底2071之间的电流。在该工艺中，观察到1次流过电子源衬底之间的电流为10μA或以上的放电现象。
随后，切断高压电源，从装置中取出电子源衬底2071，并从电子源衬底2071上取出铟片2014。
在图27所示的装置内再次放置电子源衬底2071，按与该调整工艺相同的方式驱动电子源衬底上的元件。没有发现所测过的弱光发射。此外，电子发射元件的发射电流没有改变。
如上所述，即使在形成工艺之后的该工艺处理中，也可在对电子源衬底上的电子发射元件没有损伤的情况下完成调整工艺处理。结果，可有效地提供这样制备的电子源衬底。
(实例3)
本实施例展示通过使用多个高压施加电极来进行调整工艺处理的实例。直到调整工艺，电子源衬底的结构和制造方法都与实例1中的相同。用于调整工艺中的高压施加电极是10个电极，其结构与实例1中高压施加电极结构相同。在X方向上以10mm的间隔设置各电极。例如对各高压施加电极施加的电压(10kV)、和各高压施加电极与电子源衬底之间的距离(2mm)等都相同，只是各电极分别通过限制电阻器(5MΩ)与高压电源连接。此外，按与实例1中相同的方式移动机械平台。可是，使电子源衬底的任意点通过至少任意一个高压施加电极所需要的时间约为10分钟。在本工艺中，观察到3次放电操作，和获得与实例1中相同的效果。
如上所述，利用多个高压施加电极，可在短时间内进行调整工艺处理。
(实例4)
在本实施例中，控制电压以便在调整工艺期间在电子源衬底和与电子源衬底相对的电极之间流过引导电流。
利用该方法，可施加电压而不产生瞬间放电。
-第三实施例-
下面，结合具体数据说明本发明的优选实施方式。在下列说明中，为了简便，所有制造工艺中的背板，即“其上形成有电极的衬底”等都被称为背板。
(实施例1)
首先，参照图46简要说明按照本发明的图像显示装置的制造方法的工艺图。
首先，在真空容器中设置背板(其上形成有电极的衬底)，在抽真空之后实施作为本发明特征的对背板施加高压的工艺(步骤S101)。在背板上形成元件电极和布线，但还没有形成电子发射元件。在本例中，本工艺是对阴极板加高压的工艺，该工艺作为在密封之前的工艺中的预处理，对制成电子源之前其上形成有电极的背板衬底进行处理。下面将说明细节。该工艺处理可在真空或气体中进行。
具体地说，在本工艺中，优选地在其上形成有电极的衬底与具有电极且与衬底相对的虚设面板之间施加高压。此外，该衬底最好具有对电子发射元件的馈电布线，和用该布线作为一个电极、虚设面板作为另一个电极来施加高压。例如，在其上形成有电极的衬底具有用于对按矩阵的多个电子发射元件布线馈电的多个行方向布线和多个列方向布线，和所有行方向布线和列方向布线都连接在一起的情况下，用布线作为一个电极和虚设面板作为另一个电极来施加高压。所用高压是从低电压逐渐升高的直流电压、从低电压逐渐升高的交流电压、从低电压逐渐升高的脉冲电压等。
下面详细说明该工艺。
接着，在背板上形成电子发射元件(步骤S102)。在本例中，表面传导型电子发射元件用作电子发射元件。其细节后述。
然后，组装由背板、侧壁、具有荧光体的面板、具有抵抗大气压力结构的隔板等构成的气密性容器(步骤S103)。组装方法的细节后述。
接着，通过排气管从气密性容器内部排气达到1.3×10-4Pa的真空(步骤S104)。排气方法的细节后述。
然后，进行操作表面传导型电子发射元件所需的电子源工艺处理(步骤S105)。具体地说，该工艺处理包括用于形成电子发射元件的带电形成工艺和用于改善电子发射特性的带电激活工艺。这些工艺的细节后述。
最后密封排气管(步骤S106)。
作为本发明特征的对背板加高压的两个目的如下所述。
第一，  尽可能发现有明显缺陷的产品，提高制造成品率。
在常规制造方法中，在电子源工艺处理之后的最后阶段施加相当于图像显示的高压。相反，由于在这之前进行加高压的工艺，发现不能加高压的缺陷产品，因而可中断随后的工艺处理。认为在因尘埃附着、结构缺陷等连续产生放电和不能提高抵抗电压的状态下不能施加高压。
第二，利用所谓的调整作用去除由背板引起的放电源，以提高耐绝缘电压和耐放电电压。
参照图47的示意图说明调整作用。
图47中，横坐标轴是放电次数，纵坐标轴是此时的放电电压。由图明显看出，随着放电次数增加，放电电压升高，抵抗电压被提高。
反复放电来提高抵抗电压通常被称为调整作用。认为产生调整作用的因素是被吸收气体的去除或吸附、因使微细突起平滑而引起的电场发射电子流的减少、因热熔化而引起的表面构形的改善等。目前还不能证明这些细节。
此外，因真空放电的起因几乎都在阴极侧，因而为了提高成品率，在本例的图像形成装置中对作为阴极的背板加高压的工艺和如上所述的调整都是非常有效的。
在采用表面传导型电子发射元件的图像形成装置中，发现了调整作用。可是，如上所述，由于有在表面传导型电子发射元件上的放电损伤较大，和放电部分周围的元件明显劣化的问题，因而迄今也不能实现调整工艺处理。
另一方面，按照本发明，通过调整作用来提高耐放电电压，可提供元件无损伤的方法，即放电损伤完全没有不利影响的方法。
认为可实现元件无损伤的调整的理由如下。
即，在加高压的工艺处理中，还没有形成表面传导型电子发射元件，因伴随调整的放电引起的损伤限于布线和元件电极。因损伤达到不影响电特性的程度，没有对在后形成的表面传导型电子发射元件产生影响，因而也完全没有对显示图像产生影响。事实上，作为本发明人观察的结果，在调整工艺之后的背板，尽管在放电部分附近的布线和元件电极发生变形或碎裂，但没有发现电特性上有缺陷(断路、短路等)。
如上所述，本发明最显著的特征就在于工艺处理的顺序。即，本发明的特征在于在形成真空容器之前即在形成电子发射元件之前对背板加高压，从而提高图像形成装置的耐放电电压而没有对电子源特性的负面影响。
下面，详细说明作为本发明特征的对背板加高压的工艺。
图48表示第一实例的大致结构。首先，如图48所示，在夹具3306中设置背板3015、作为对置电极的虚设面板3104、和保持间隙的虚设框架3305。通过在面积与实际面板相同且其上设置有未示出的高压施加引出布线的玻璃板(厚6mm)上，涂敷尺寸与显示屏幕一致的ITO透明电极3108，获得用于本例中的虚设面板3104。
虚设框架3305设置在组装实际图像形成装置时的框架位置处，其厚度决定背板3015与虚设面板3104之间的间隙(本例中为2mm)。
利用金属夹具3306的弹簧片结构，通过真空容器3307使背板3015上的多个行方向布线3013和多个列方向布线3014都变为地电位。
将夹具设置在真空容器3307中，并在真空排气之后实施对背板加高压的工艺处理。背板形成有元件电极和布线，但还没有形成电子发射元件。下面说明形成元件电极、布线和电子发射元件的方法。
本例中，保持真空容器为约1.3×10-5Pa的真空。
通过固定于容器上的未示出的电流引入端子和虚设面板3304上未示出的高压引出布线，高压直流电源产生装置3301与ITO透明电极3308连接。
图49是展示施加电压和放电次数随时间变化的示意图。
施加电压是直流电压，如图所示，按500V/5分钟的速率从4kV升高到12kV，并在12kV维持15分钟。在本例中，施加电压按规定速率升高，并可按阶梯状升高。
当放电稍超过4kV时开始观察，放电增加一直到约10kV。此后，放电开始减少，和在12kV维持放电，不久放电就变为0。这是因上述调整作用引起的。
上述电压、升高速率、维持的时间周期等都是用于本发明图像形成装置的优选值，如果设计改变，希望该条件也应适当改变。在这种情况下，要求按等于或高于图像显示所需要的加速电压的电压，并在没有观察到放电之后的足够时间周期内维持该电压。
利用通过上述工艺制备的图像显示装置，可获得良好的显示图像同时没有放电。
(1)图像显示装置概述
下面，对采用本发明的图像显示装置中的显示板的结构和制造方法进行说明。
图51是展示用于本实施例的显示板的透视图，该显示板的一部分被切割以展示其内部结构。
图中，参考标号3015表示背板，3016表示侧壁，3017表示面板，并且部件3015-3017构成用于维持真空状态下的显示板内部的气密性容器。在组装该气密性容器时，需要密封各部件的连接部分以便维持足够的强度和气密性。例如用熔接玻璃涂敷连接部位，然后在大气或氮气气氛中于400-500℃下烘焙10分钟或以上，从而实现密封。后面将说明排出气密性容器内部的气体使其成为真空的方法。此外，因上述气密性容器内部维持在约1.3×10-4Pa的真空状态，因而为了防止气密性容器因大气压力、无意的冲击等而被破坏，设置隔板3020作为抵抗大气压力的结构体。
隔板3020需要提供足够的绝缘性，以抵抗施加于衬底3011上的行方向布线3013和列方向布线3014与面板3017肌表面上的金属敷层3019之间的高压。需要时，为了防止隔板3020表面上的电荷，可在其真空露出部分上设置半导体膜。
在所述方式中，隔板3020的结构是薄板，与行方向布线3013平行地设置，并通过在连接部分上涂敷例如熔接玻璃和在大气或氮气气氛中于400-500℃下烘焙该熔接玻璃10分钟或以上来进行固定。
背板3015固定有衬底3011，在衬底3011上形成N×M个冷阴极元件3012(N和M是等于或大于2的正整数，根据显示像素的目标数适当设定。例如，在用于高质量电视显示的显示装置中，期望设定数量N＝3000和M＝1000，或更大数量)。用M个行方向布线3013和N个列方向布线3014按简单矩阵来排布N×M个冷阴极元件。由上述部件3011-3014构成的部分被称为“多电子束源”。
下面，说明多电子束源的结构，在多电子束源中，在衬底上设置表面传导型电子发射元件(将在后说明)作为冷阴极元件和按简单矩阵布线。
图52表示用于图51所示显示板中的多电子束源的平面图。在衬底3011上设置将在后面说明的与图55中所示相同的表面传导型电子发射元件，用行方向布线3013和列方向布线3014按简单矩阵来排布这些元件。在行方向布线3013和列方向布线3014彼此交叉的部分上，在电极之间形成绝缘层(未示出)，以保持电绝缘。
图53表示沿图52的线B-B′截取的剖面图。
按这样的方式制备这样构成的多电子束源，即预先在衬底上形成行方向布线3013、列方向布线3014、层间绝缘层(未示出)和元件电极以及表面传导型电子发射元件的导电薄膜之后，通过行方向布线3013和列方向布线3014对各元件加电，进行带电形成工艺处理和带电激活工艺处理。
在本实施例中，在气密性容器的背板3015上固定多电子束源的衬底3011。可是，在多电子束源的衬底3011具有足够强度的情况下，多电子束源的衬底3011本身也可用作气密性容器的背板。
此外，在面板3017的下表面上形成荧光膜3018。
由于本实施例涉及彩色显示装置，因而在荧光膜3018的部分上分别镀敷用于CRT领域的由红、绿和蓝构成的三基色荧光体。有区别地镀敷各色荧光体，例如按如图61A中所示的条形，并且在荧光条之间设置黑导电体3010。提供黑导电体3010的目的是即使电子束照射的位置稍有偏移也可防止显示颜色的偏离，和通过防止外光反射可防止显示对比度劣化，以及防止因电子束引起的荧光膜的充电等。黑导电体3010主要包含石黑，可是，也可使用适于上述目的的非石墨的其它材料。
此外，有区别地镀敷三基色荧光体的方式并不限于按图61A所示的条形结构，例如，也可采用如图61B所示的三角形形式或其它结构(例如，图61C)。
在制备单色显示板的情况下，单色荧光材料可用作荧光膜3018，可不必使用黑导电体。提供金属敷层3019的目的是通过局部镜面反射从荧光膜3018发射的光，保护荧光膜3018免受负离子的碰撞，和将金属敷层用作施加电子束加速电压的电极，以及将金属敷层用作激活荧光膜3018的电子的导电通路等。按在面板衬底3017上形成荧光膜3018之后，使荧光膜的内表面光滑和在光滑表面上真空淀积铝的方式来形成金属敷层3019。在由用于低电压的荧光材料构成的荧光膜3018的情况下，可不采用金属敷层3019。
此外，尽管在本实施例中没有使用，为了施加加速电压和提高荧光膜的导电率，还可在面板衬底3017与荧光膜3018之间设置例如由ITO构成的透明电极。
并且，Dx1-Dxm和Dy1-Dyn以及Hv是具有气密性结构的电连接端子，用以电连接显示板和未示出的电路。Dx1-Dxm与多电子束源的行方向布线3013电连接，Dy1-Dyn与多电子束源的列方向布线3014电连接，和Hv与面板的金属敷层3019电连接。
再有，为了从气密性容器内部排出气体，在组装气密性容器之后，将其与未示出的排气管和真空泵连接，从气密性容器内部排出气体达到约1.3×10-5Pa的真空度。
此后，密封排气管，为了在气密性容器内维持真空度，直接在密封之前或在密封后，在气密性容器内的规定位置处形成吸气膜(未示出)。利用加热器或高频加热的加热，加热和淀积主要包含例如Ba等的吸气材料，形成吸气膜，并且，因吸气膜的吸附作用将该气密性容器内部维持在1.3×10-3Pa-1.3×10-5Pa的真空度。
在采用上述显示板的图像显示装置中，当通过容器外部端子Dx1-Dxm和Dy1-Dyn把电压分别施加给各冷阴极元件3012时，从各冷阴极元件3012发射电子。同时，通过容器外部端子Hv把几百伏(v)到几千伏(kv)的高电压施加给金属敷层3019，加速发射的电子，使其轰击面板3017的内表面。结果，形成荧光膜3018的各色荧光体被激励发光，从而显示图像。
通常，对作为冷阴极元件的表面传导型电子发射元件3012加约12-16V的电压，在金属敷层3019与冷阴极元件3012之间的距离d约为0.1-8mm，在金属敷层3019与冷阴极元件3012之间的电压约为0.1kV-10kV。
以上对按照本发明实施例的显示板的制造方法和基本结构以及图像显示装置的要点进行了说明。
(2)多电子束源的制造方法
下面，对用于上述实例的图像形成装置的多电子束源的制造方法进行说明。如果多电子束源是冷阴极元件按简单矩阵设置的电子源，那么按照本发明的上述图像形成装置中的多电子束源不限于冷阴极元件的材料、结构或制造方法。因此，例如，可采用表面传导型电子发射元件或FE型、MIM型等的冷阴极元件。
可是，在要求显示屏幕大并且便宜的显示装置的环境下，在这些冷阴极元件中，特别优选表面传导型电子发射元件。即，在FE型中，因发射锥体和栅极的相对位置和结构大大影响电子发射特性，因而要求有非常高精度的制造技术。可是，为了实现大面积和低制造成本，这些都变为了不利因素。此外，在MIM型中，需要使绝缘层和上电极的厚度薄且均匀。可是，为了实现大面积和低制造成本，这些也都成为不利因素。按此观点，在表面传导型电子发射元件中，因制造方法相对简单，因而容易实现大面积和低成本。再有，本发明人发现，在表面传导型电子发射元件中，由细颗粒膜形成电子发射部分或其周边部分的电子发射元件在电子发射特性方面特别优异并且容易制造。因此，当这样的元件用于亮度高且屏幕大的图像显示装置中的多电子束源中时，更优先选取这样的元件。因此，在上述实施例的显示板中，采用由细颗粒膜形成电子发射部分或其周边部分的表面传导型电子发射元件。首先，说明优选的表面传导型电子发射元件的基本结构、制造方法和特性，然后说明按简单矩阵排布大量这种元件的多电子束源的结构。
[表面传导型电子发射元件的优选元件结构和制造方法]
由细颗粒膜形成电子发射部分或其周边部分的表面传导型电子发射元件的代表性结构分成平面型和垂直型两种结构。
[平面型表面传导型电子发射元件]
首先，说明平面型表面传导型电子发射元件的元件结构和制造方法。
图55A和55B是用于说明平面型表面传导型电子发射元件的结构的平面图和剖面图。在这些图中，参考标号3101表示衬底，3102和3103是元件电极，3104是导电膜，3105是通过带电形成工艺形成的电子发射部分，和3113是通过带电激活工艺形成的膜。
衬底3101可以是例如由如石英玻璃或钠钙玻璃之类的各种玻璃衬底、如氧化铝之类的各种陶瓷衬底、其上层叠加如SiO2之类材料的绝缘层的上述衬底等形成。
此外，设置在衬底3101上且彼此与衬底表面平行的对置元件电极3102和3103由导电材料制备。例如，元件电极3102和3103的材料可从下列材料中适当选取：如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Cu、Pd或Ag之类的金属或这些金属的合金；如In2O3-SnO2之类的金属氧化物；和如多晶硅之类的半导体材料。例如组合采用如蒸气蒸发之类的成膜技术以及如光刻或腐蚀之类的构图技术，可容易地形成电极。可是，元件电极3102和3103也可利用其它方法(例如，印刷技术)形成。
根据电子发射元件的使用目的可适当设计元件电极3102和3103的结构。一般来说，通常从几十nm到几百μm的范围选择适当的数值来设计电极间隔L。在它们中，电子发射元件用于图像显示装置的优选范围为几μm到几十μm。
此外，通常从几十nm到几μm范围的适当数值来选择元件电极的厚度d。
再有，细颗粒膜用于导电薄膜3104上。这里所说的细颗粒膜指包含大量细颗粒作为结构单元(还包含岛的集合)的膜。当用显微镜观察细颗粒膜时，通常观察到各细颗粒彼此隔离的结构、各细颗粒彼此相邻的结构、或各细颗粒彼此重叠的结构。
用于细颗粒膜的细颗粒直径在从几nm到几百nm的范围，更优选地，在从1nm到20nm的范围。考虑到下述各种条件适当设置细颗粒膜的厚度。即，各种条件是使细颗粒与元件电极3102或3103令人满意地电连接所需要的条件；令人满意地进行后述带电形成所需要的条件；把细颗粒膜本身的电阻设置为后述适当值所需要的条件等。具体地说，电阻在从几nm到几百nm的范围中选择，最好在从1nm到50nm的范围。
此外，用于形成细颗粒膜的材料例如可以是如Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W或Pd之类的金属；如PdO、SnO2、In2O3、PdO或Sb2O3之类的氧化物；如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4或GdB4之类的硼化物；如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC或WC之类的碳化物；如TiN、ZrN或HfN之类的氮化物；如Si或Ge之类的半导体；和碳等，由此可选取适当的材料。
如上所述，导电薄膜3104由细颗粒膜形成，其薄片电阻设置在103-107Ω/□的范围内。
因期望导电薄膜3104和元件电极3102、3103彼此令人满意地电连接，因而各部件的部分彼此重叠在一起。
重叠方式是在图55的实例中，从底部按所述顺序，彼此重叠衬底、元件电极和导电薄膜，但根据需要，也可以从底部按所述顺序，彼此重叠衬底、导电薄膜和元件电极。
此外，电子发射部分3105是形成在导电薄膜3104上的裂缝部分并且具有高于导电薄膜的电阻性能。通过对导电薄膜3104实施后述的带电形成工艺处理来形成裂缝。有在裂缝内设置粒径为几nm至几十nm的细颗粒的情况。由于难以在图中精确地展示其实际电子发射部分的位置和结构，因而在图55中示意性示出。
再有，薄膜3113是由碳或碳化合物构成的薄膜并覆盖电子发射部分3105及其附近。通过实施后述的在带电形成工艺之后的带电激活工艺，形成薄膜3113。
薄膜3113由单晶石墨、多晶石墨和非晶碳或其混合物中的任一个构成，其厚度设置为50nm或以下，设置为30nm或以下更好。
因难以在图中精确地展示实际薄膜3113的位置和结构，因而在图55中示意性示出。此外，图55A表示去除薄膜3113一部分的元件。
以上描述了优选元件的基本结构，下面将说明其具体结构。
即，衬底3101由钠钙玻璃构成，元件电极3102和3103由Ni薄膜形成。元件电极的厚度d是100nm，电极间距L是2μm。作为细颗粒的主要材料，采用Pd或PdO，细颗粒结构(frame)的厚度约为10nm，宽度约为100μm。
下面，说明制造优选平面型表面传导型电子发射元件的方法。图54A-54D是用于说明制造表面传导型电子发射元件的工艺方法的剖面图，各参考标号与图55中的相同。
1)首先，如图54A所示，在衬底3101上形成元件电极3102和3103。
在形成元件电极3102和3103中，已预先用清洁剂、纯水和有机溶剂充分清洗过衬底3101，并在衬底上淀积元件电极的材料(作为淀积方法，例如可采用如真空蒸发法或溅射法)。然后，利用光刻技术和腐蚀技术对淀积的电极材料构图，形成图54A中所示的一对元件电极3102和3103。
2)然后，如图54B所示，形成导电薄膜3104。
在形成导电薄膜3104中，在上述图54A中所示的衬底上涂敷有机金属溶剂之后，使其干燥。在进行加热烘焙处理形成细颗粒膜之后，通过光刻腐蚀按规定的图形对该膜构图。在本例中，有机金属溶剂指包含以用于导电薄膜的细颗粒材料作为主要元素的有机金属化合物的溶液。(具体地说，本实施例中的主要元素是Pd。此外，在本实施例中，作为涂敷方法，采用浸渍法，可是，也可采用如旋涂法或喷射法等其它方法。)
再有，作为形成由细颗粒膜构成的导电薄膜的方法，有采用例如真空蒸发法、溅射法、或化学气相淀积法的情况，在本实施例中也可采用其它有机金属溶液涂敷方法。
3)然后，如图54C所示，在元件电极3102和3103之间施加来自形成电源3110的适当电压，进行带电形成，从而形成电子发射部分3105。
带电形成工艺指对由细颗粒膜形成的导电薄膜3104加电，以适当地破坏、变形或影响导电膜3104的一部分，使其成为适于进行电子发射的结构。在由细颗粒膜形成的导电薄膜中的被改变成为进行电子发射的优选结构的部分(即，电子发射部分3105)中，适当的裂缝形成于该薄膜中。与形成之前的电子发射部分3105相比，在电子发射部分3105形成之后的在元件电极3102和3103之间测量的电阻大大增加。
为了更详细地说明带电形成方法，图56展示从形成电源3110施加的适当电压波形的实例。在由细颗粒膜形成的导电薄膜被构成的情况下，优选脉冲电压，并且在本实施例的情况下，如图所示，以脉冲间隔T2连续地施加分别具有脉冲宽度T1的限幅脉冲。在这种情况下，限幅脉冲的脉冲峰值Vpf顺序升高。此外，用于监测电子发射部分3105的形成状态的监测脉冲插入在按适当间隔的限幅脉冲之间，并用安培计3111测量该状态下流过的电流。
本实施例中，在约1.3×10-3Pa的真空气氛下，例如脉冲宽度T1为1毫秒，脉冲间隔T2为10毫秒，和每1脉冲的峰值Vpf升高0.1V。然后，在所加的每5个限幅脉冲之间插入一个监测脉冲Pm。设置监测脉冲的电压Vpm为0.1V，以便没有对形成工艺的不利影响。然后，在元件电极3102和3103之间的电阻变为1×106Ω时，即在施加监测脉冲时用安培计3111测量的电流变为1×10-7A或以下时，完成用于形成工艺的加电。
在上述方法中，按照本实施例有适合表面传导型电子发射元件的优选方法，例如，在如细颗粒膜的材料和厚度、元件电极间隔L等的表面传导型电子发射元件的设计被改变的情况下，期望根据设计的变化改变带电条件。
4)然后，如图54D所示，利用激活电源3112在元件电极3102和3103之间加适当的电压，实施带电激活工艺处理，从而提高电子发射特性。
带电激活工艺是在适当的条件下对通过上述带电形成工艺形成的电子发射部分3105加电，以在电子发射部分3105的附近淀积碳或碳的化合物(图中，用部件3113示意性表示由碳或碳的化合物构成的堆积)的工艺。与还没有进行带电激活工艺处理的情况相比，通过带电激活工艺处理在相同电源电压下的发射电流一般可增加100倍或以上。
具体地说，在约1.3×10-2Pa-1.3×10-3Pa范围内的真空气氛下周期性地加电压脉冲，淀积从真空气氛中存在的有机化合物导出的碳或碳的化合物。堆积物3113由单晶石墨、多晶石墨和非晶碳或其混合物中的任一个构成，其厚度设置为50nm或以下，设置为30nm或以下更好。
为了更详细地说明带电方法，图57A示出从激活电源3112施加的适当电压波形的实例。在本实施例中周期性地施加恒定电压的矩形波，以进行带电激活工艺处理。具体地说，矩形波的电压Vac设置为14V，脉冲宽度T3设置为1毫秒，脉冲间隔T4设置为10毫秒。上述带电条件是按照本实施例的适于表面传导型电子发射元件的优选条件，当表面传导型电子发射元件的设计改变时，期望根据设计的变化适当改变该条件。
图54D中示出的参考标号3114是用于捕获从表面传导型电子发射元件发射的发射电流Ie的阳极，和连接直流高压源3115和电流计3116(在衬底3101被组装成显示板进行激活工艺时，显示板的荧光面用作阳极3114)。在从激活电源3112施加电压的同时，用电流计3116测量发射电流Ie，监测带电激活工艺的进行状态，以控制测量激活电源3112的工作。图57B中示出从用电流计3116测量的发射电流例。当从激活电源3112开始施加脉冲电压时，发射电流Ie随时间增加，然后达到饱合，基本上不再增加。以这种方式，在发射电流Ie基本饱合的时间点，停止从从激活电源3112加电压，完成带电激活工艺处理。
上述带电条件是按照本实例的适于表面传导型电子发射元件的优选条件，当表面传导型电子发射元件的设计改变时，期望根据设计的变化适当改变该条件。
在上述方式中，制备如图54E所示的按照本实施例的平面型表面传导型电子发射元件。
[垂直型表面传导型电子发射元件]
下面，说明表面传导型电子发射元件的另一个典型结构即垂直型表面传导型电子发射元件，其中由细颗粒膜形成电子发射部分或其周围部分。
图58是用于说明垂直型基本结构的示意性剖面图，图中，参考标号3201表示衬底，3202和3203是元件电极，3206是台阶形成部件，3204是由细颗粒膜形成的导电薄膜，3205是通过带电形成工艺形成的电子发射部分，和3213是通过带电激活工艺形成的薄膜。
垂直型与上述平面型的差别在于元件电极之一(3202)设置在台阶形成部件3206上，导电薄膜3204涂敷在台阶形成部件3206侧面上。因此，上述图55中所示的平面型中的元件电极间隔L在垂直型中被设置为台阶形成部件3206的台阶高度Ls。在衬底3201中，元件电极3202和3203以及由细颗粒膜形成的导电薄膜3204的材料可采用与上述平面型中所述的相同材料。此外，台阶形成部件3206由导电绝缘材料例如SiO2构成。
下面，说明制造垂直型表面传导型电子发射元件的方法。图59A-59F是用于说明制造方法的剖面图，各部件的参考标号与图58中所示的相同。
1)首先，如图59A所示，在衬底3201上形成元件电极3203。
2)接着，如图59B所示，层叠用于形成台阶形成部件的绝缘层。可通过溅射法层叠例如SiO2来形成该绝缘层。但是，也可采用如真空蒸发法或印刷法之类的其它膜形成方法。
3)然后，如图59C所示，在绝缘层上形成元件电极3202。
4)接着，如图59D所示，利用例如腐蚀法去除一部分绝缘层，露出元件电极3203。
5)接着，如图59E所示，形成由细颗粒膜构成的导电薄膜3204。在该形成中，与上述平面型类似地采用如涂敷法之类的膜形成技术。
6)然后，实施带电形成工艺处理，形成如上述平面型中那样的电子发射部分(可进行与参照图54C所述平面型的带电形成工艺相同的工艺)。
7)然后，实施带电激活工艺处理，正如上述平面型那样，在电子发射部分附近淀积碳或碳化合物(可进行与参照图54D所述平面型的带电激活工艺相同的工艺)。
以上述方式，制备图59F中所示的垂直型表面传导型电子发射元件。
[用于显示装置的表面传导型发射元件的特性]
以上对平面型和垂直型表面传导型发射元件的元件结构和制造方法进行了说明。下面，说明用于显示装置的元件特性。
图60表示用于显示装置的元件发射电流Ie与元件供给电压Vf的特性、元件电流If与元件供给电压Vf的特性的典型实例。由于与元件电流If相比，发射电流Ie明显地小得多，因而难以用相同单位表示发射电流Ie，和通过改变如元件尺寸或结构之类的设计参数来改变这些特性。因此，分别用任意单位来表示这些特性。
相对于发射电流Ie来说，用于显示装置的元件具有下列三个特性。
第一，当等于或高于规定电压(称为“阈值电压Vth”)的电压施加给元件时，发射电流Ie迅速增加。另一方面，当所施加的电压低于阈值电压Vth时，几乎不能检测到发射电流Ie。换言之，就发射电流Ie而言，该元件是具有一定阈值电压Vth的非线性元件。
第二，因发射电流Ie随施加给元件的电压Vt而改变，因而可用电压Vf控制发射电流Ie的幅值。
第三，因从元件发射的电流Ie响应于加给元件的电压Vf的响应速度快，因而利用施加电压Vf的时间周期长度来控制从元件发射的电子电荷量。
因具有上述特性，因而表面传导型电子发射元件优选地用于显示装置。例如，在对应于显示屏幕的像素设置大量元件的显示装置中，利用第一特性可顺序扫描显示屏幕和进行显示。
换言之，响应于期望的光发射亮度，适当施加等于或高于阈值电压Vth的电压，和对未选择状态的元件施加低于阈值电压Vth的电压。当驱动元件顺序改变时，可顺序扫描显示屏幕和进行显示。
此外，因利用第二特性或第三特性可控制发光亮度，因而可进行分级(graduation)显示。
(实施例2)
实施例2与实施例1的区别在于将交流电压用于电源波形。
在本例中，由于施加60Hz的波峰电压同时逐步升高，以使一侧峰值变为与图49中的相同。
借助交流电压，对背板可施加正和负极电位，在各周期进行升高电压处理，从而能够更有效地获得调整效果。
在本例中，交流电压用于电源波形，但是，也可交替施加有正和负极的直流电压或将其分成两次施加。
此外，脉冲电压，更优选的是冲击电压，可用于电源波形。在这种情况下，可更好地减少对表面传导型发射元件的带电或放电。
利用这样获得的图像显示装置，可获得没有放电的很好的显示图像。
(实施例3)
实施例3与实施例1的区别在于施加高电压(高压)时的气氛不同。在实施例1中，在真空气氛中加高压，而在本实施例中，在氮气气氛中加高压。
具体地说，在从真空容器内部排出气体之后，引入氮气，以便提供约400Pa的压力。此后，该工艺转移到加高压的处理。图50是展示随时间的施加电压和放电次数的示意图。
如图中所示，电源电压按50V/20分钟的速率升高到100V-300kV，和在300V维持15分钟。本例中，电源电压按给定速率升高，和可按阶梯形式升高。当放电稍超过150kV时开始观察，放电增加直到约250kV。此后，放电开始逐渐减少，和在300V维持放电，不久放电就变为0。
与在真空气氛中加高压的情况相比，发现在引入氮气的气氛中从非常低的电压开始放电。此外，通过实验认识到，在本例的氮气气氛中施加直到300V的高压可获得与真空气氛中10kV的情况大体相同的结果。
如上所述，按照本实例，可以较小尺寸设计该装置而没有对元件的任何损伤。
从氮气以及氦气、氖气、氩气、氢气、氧气、二氧化碳、空气等中适当选择引入的气体。此外，上述压力是用于本发明图像显示装置的优选值，并且期望在设计改变时适当改变该压力。更优选地是，把该压力设置为几十Pa至几百Pa。
所用的直流电压是如实施例中那样的直流电压。可是，也可施加如实施例2中那样的交流电压、脉冲电压等。
这样制备的图像显示装置可获得没有放电的极好显示图像。
-第四实施例-
(实施例1)
下面，详细说明按照本发明的图像显示装置。
首先，参照图62简要说明按照本发明的图像显示装置的制造方法的工艺图。
首先，组装由背板、侧壁、具有荧光体的面板、隔板等构成的气密性容器(步骤S101)。组装方法的细节后述。
此外，按照本发明的电子源使用表面传导型发射元件。其细节后述。
接着，通过排气管从气密性容器内部排气达到1.3×10-4Pa的真空(步骤S102)。排气方法的细节后述。
然后，在120℃进行烘焙处理(步骤S103)，随后实施作为本发明特征的在面板与背板之间加高压的工艺(步骤S104)。
然后，进行操作表面传导型发射元件所需的电子源工艺处理。具体地说，该工艺处理包括用于形成电子发射部分的带电形成工艺(步骤S105)和用于改善电子发射特性的带电激活工艺(步骤S106)。这些工艺的细节后述。
最后，密封排气管(步骤S107)。
下面说明作为本发明特征的在面板与背板之间加高压的两个目的。
第一，尽可能发现有明显缺陷的产品，提高制造成品率。在常规制造方法中，在电子源工艺处理之后的最后阶段施加相当于图像显示的高压。相反，由于在这之前进行加高压的工艺，发现不能加高压的缺陷产品，因而可中断随后的工艺处理。认为在因尘埃附着而降低面板与背板之间电阻、或因结构缺陷等连续产生放电的情况下，不能施加高压。
第二，利用所谓的调整作用提高面板与背板之间的耐绝缘电压和耐放电电压。
参照图63的示意图说明调整作用。
图63中，横坐标轴是放电次数，纵坐标轴是此时的放电电压。由图明显看出，随着放电次数增加，放电电压升高，抵抗电压被提高。
反复放电来提高抵抗电压通常被称为调整作用。认为产生调整作用的因素是被吸收气体的去除或吸附、因使微细突起平滑而引起的电场发射电子流的减少、因热熔化而引起的表面构形的改善等。目前还不能证明这些细节。
在采用表面传导型发射元件的图像形成装置中，发现了调整作用。可是，如上所述，由于有在表面传导型发射元件上因放电引起的损伤较大，和放电部分周围的元件明显劣化的问题，因而迄今也不能实现调整工艺处理。
按照本实施例，在面板与背板之间加高压来产生放电，通过调整作用来提高耐放电电压，从而可提供表面传导型发射元件无损伤(放电损伤完全没有不利影响)的方法。
认为在本实施例中可实现元件无损伤的调整的两个理由如下。
首先，因在后述带电形成工艺之前进行加高压的工艺，因而在表面传导型发射元件的电极之间的电阻较低的情况下进行调整，放电电荷可靠地释放到地，即，因放电引起的的异常电压难以施加到表面传导型发射元件上。
另一个理由是因在后述的带电形成工艺和带电激活工艺之前进行加高压工艺，在还没有形成表面传导型电子发射元件的状态下进行调整工艺处理，因此，即使表面传导型发射元件部分因放电受到某些损伤，但该损伤可在激活工艺中被修复。
如上所述，本发明最显著的特征就在于工艺处理的顺序。即，本发明的特征在于在电子源工艺之前(在电子源元件完全形成之前)，从而提高耐放电电压而没有对电子源特性的负面影响。
下面，详细说明作为本发明特征的在面板与背板之间加高压的工艺。
本实施例中，在排气之后和加电压之前在约120℃进行约2小时的烘烤工艺处理，这是为了去除表面吸附的气体和提高真空度而进行的，以使调整工艺可在短时间周期内更有效地进行。
图64是本实施例大致结构的方框图。
通过限流电阻器4402，高压直流电源发生装置4401与面板4017连接，面板4017加有直流电压。实际上，直流电压施加给面板4017上未示出的金属敷层上。
如图68所示，通过背板4015上的行方向布线4013和列方向布线4014，按矩阵排布各表面传导型发射元件4012，和如图64所示，行方向布线4013和列方向布线4014连接到地电位。
图65是展示随时间的电源电压和放电次数的示意图。
如图所示，施加电压按500V/5分钟的速率从4kV升高到10kV，并在10kV维持15分钟。在本例中，施加电压按规定速率升高，并可按阶梯状升高。
当放电稍超过4kV时开始观察，直到约10kV放电都增加。此后，放电维持在10kV，放电开始减少，不久就变为0。这是因上述调整作用引起的。此外，所观察的放电包括在隔板表面或侧壁表面上的沿面放电和在包括电子源、行方向布线和列方向布线的背板与面板之间的真空放电。
上述电压、升高速率、维持的时间周期等都是用于本发明图像形成装置的优选值，如果设计改变，希望该条件也适当改变。在这种情况下，要求按等于或高于图像显示所需要的加速电压的电压，并在没有观察到放电之后的足够时间周期内维持该电压。
利用通过上述工艺制备的图像显示装置，可获得没有放电的良好显示图像。
(1)图像显示装置概述
下面，对采用本发明的图像显示装置中的显示板的结构和制造方法进行说明。
图68是展示用于本实施例的显示板的透视图，该显示板的一部分被切割以展示其内部结构。
图中，参考标号4015表示背板，4016表示侧壁，4017表示面板，并且部件4015-4017构成用于维持真空状态下的显示板内部的气密性容器。在组装该气密性容器中，需要密封各部件的连接部分以便维持足够的强度和气密性。例如用熔接玻璃涂敷连接部位，然后在大气或氮气气氛中于400-500℃下烘焙10分钟或以上，从而实现密封。后面将说明排出气密性容器内部的气体使其成为真空的方法。此外，因上述气密性容器内部维持在约1.3×10-4Pa的真空状态，因而为了防止气密性容器因大气压力、无意的冲击等而被破坏，设置隔板4020作为抵抗大气压力的结构体。
隔板3020需要提供足够的绝缘性，以抵抗施加于衬底3011上的行方向布线3013和列方向布线3014与面板3017肌表面上的金属敷层3019之间的高压。需要时，为了防止隔板3020表面上的电荷，可在其真空露出部分上设置半导体膜。
背板4015固定有衬底4011，在衬底4011上形成N×M个冷阴极元件4012(N和M是等于或大于2的正整数，根据显示像素的目标数来适当设定。例如，在用于高质量电视显示的显示装置中，期望设定数量N＝3000和M＝1000，或更大数量)。用M个行方向布线4013和N个列方向布线4014按简单矩阵来排布N×M个冷阴极元件。由上述部件4011-4014构成的部分被称为“多电子束源”。
下面，说明多电子束源的结构，在多电子束源中，在衬底上设置表面传导型发射元件(将在后说明)作为冷阴极元件和按简单矩阵布线。
图69表示用于图68所示显示板中的多电子束源的平面图。在衬底4011上设置将在后面说明的与图72中所示相同的表面传导型发射元件，用行方向布线4013和列方向布线4014按简单矩阵来排布这些元件。在行方向布线4013和列方向布线4014彼此交叉的部分，在电极之间形成绝缘层(未示出)，以保持电绝缘。
图70表示沿图69的线B-B′截取的剖面图。
按这样的方式制备这样构成的多电子束源，即预先在衬底上形成行方向布线4013、列方向布线4014、层间绝缘层(未示出)和元件电极以及表面传导型发射元件的导电薄膜之后，通过行方向布线4013和列方向布线4014对各元件加电，进行带电形成工艺处理(后述)和带电激活工艺处理(后述)。
在本实施例中，在气密性容器的背板4015上固定多电子束源的衬底4011。可是，在多电子束源的衬底4011具有足够强度的情况下，多电子束源的衬底4011本身也可用作气密性容器的背板。
此外，在面板4017的下表面上形成荧光膜4018。
由于本实施例涉及彩色显示装置，因而在荧光膜4018的部分上分别镀敷用于CRT领域的由红、绿和蓝构成的三基色荧光体。有区别地镀敷各色荧光体，例如按如图81A中所示的条形，并且在荧光条之间设置黑导电体4010。提供黑导电体4010的目的是即使电子束照射的位置稍有偏移也可防止显示颜色的偏离，和通过防止外光反射可防止显示对比度劣化，以及防止因电子束引起的荧光膜的充电等。黑导电体4010主要包含石黑，可是，也可使用适于上述目的的非石墨的其它材料。
此外，有区别地镀敷三基色荧光体的方式并不限于按图81A所示的条形结构，例如，也可采用如图81B所示的三角形形式或其它结构(例如，图82)。
在制备单色显示板的情况下，单色荧光材料可用作荧光膜4018，可不必使用黑导电体。
此外，在背板一侧的荧光膜4018的表面上设置CRT领域公知的金属敷层4019。提供金属敷层4019的目的是通过局部镜面反射从荧光膜4018发射的光，保护荧光膜3018免受负离子的碰撞，和将金属敷层用作施加电子束加速电压的电极，以及将金属敷层用作激活荧光膜4018的电子的导电通路等。按在面板衬底4017上形成荧光膜4018之后，使荧光膜的内表面光滑和在光滑表面上真空淀积铝的方式来形成金属敷层4019。在由用于低电压的荧光材料构成的荧光膜4018的情况下，可不采用金属敷层4019。
此外，尽管在本实施例中没有使用，为了施加加速电压和提高荧光膜的导电率，还可在面板衬底4017与荧光膜4018之间设置例如由ITO构成的透明电极。
图71是沿图68的线A-A′截取的示意性剖面图，各部件的参考标号相应于图68中所示的那些。隔板4020涂有用于防止在绝缘部件4301表面上的电荷的高电阻膜4311。此外，在隔板面对面板4017内侧(金属敷层4019等)和面对衬底4011表面(行方向布线4013或列方向布线4014)的对接表面4303以及邻接对接表面的侧部4305上形成低电阻膜4321。实现上述目的所需数量的隔板4020按预定的间隔设置，并通过粘合剂4041固定到面板内侧和衬底4011的表面上。再有，在绝缘部件4301的表面中至少暴露于气密性容器内的真空的表面上形成高电阻膜4311，并通过隔板4020上的低电阻膜4321和粘合剂4041与面板4017(金属敷层4019等)的内侧和衬底4011的表面(行方向布线4013或列方向布线4014)电连接。在所述实施例中，隔板4020成形为薄板，与行方向布线4013平行地设置，并与行方向布线4013电连接。
隔板4020必需具有足以抵抗施加在衬底4011上的行方向布线4013和列方向布线4014与面板4017内表面上的金属敷层4019之间的高电压的绝缘性，此外还具有导电性，以便防止隔板4020上的电荷。
隔板4020的绝缘材料1例如由石英玻璃、具有如Na之类的低杂质含量的玻璃、钠钙玻璃、或如氧化铝之类的陶瓷件。绝缘部件4301的热膨胀系数最好接近气密性容器和衬底4011的部件的热膨胀系数。
通过用作为高电阻膜的高电阻膜4311的电阻Rs除施加在高电位侧的面板4017(金属敷层4019等)的加速电压Va获得的电流流过构成隔板4020的高电阻膜4311。因此，根据电荷和功耗，将隔板的电阻Rs设置在期望的范围。从抗静电的观点来自，薄层电阻率最好设置为1012Ω/□或以下。。为了获得足够的抗静电效果，最好将薄层电阻率设置为1011Ω/□或以下。薄层电阻率的下限最好设置为105Ω/□或以上，尽管取决于隔板的结构和施加于隔板之间的电压。
期望把形成于绝缘材料上的高电阻膜的厚度t设置在从10nm至1μn的范围。尽管高电阻膜取决于材料的表面能量、与衬底的粘接和衬底温度，但一般按岛状形成厚度为10nm或以下的薄膜，其电阻不稳定和重复性差。另一方面，如果厚度t为1μn或以上，那么膜应力变大，结果膜剥离的风险变高和膜形成时间周期变长，使生产率降低。因此，期望厚度设置在从50nm至500mn的范围。薄层电阻为ρ/t，根据薄层电阻和厚度t的上述优选范围，抗静电膜的电阻率ρ优选地设置为102Ωcm至108Ωcm。并且，为了实现更优选的薄层电阻和膜厚，把ρ最好设置为0.1Ωcm至108Ωcm。
因电流流过如上所述作为高电阻膜形成于隔板表面上的高电阻膜而使隔板的温度升高，或整个显示器在其工作期间产生热。当高电阻膜的电阻温度系数是大的负值时，流过隔板的电流增加，和温度进一步升高。那么，电流连续增大，直到通过电源的限制。当上述电流失控发生时，电阻系数值从实验得出是负值，其绝对值为1％或以上。即，期望高电阻膜的电阻温度系数是大于-1％的值。
具有高电阻特性的高电阻膜4311的材料可由例如金属氧化物形成。在金属氧化物中，优选材料是铬、镍和铜的氧化物。认为这是因为这些氧化物的二次电子发射系数相对较低，并且即使在从冷阴极元件4012发射的电子轰击隔板4020的情况下其也难以改变。除金属氧化物之外，因碳的二次电子发射系数小，因而它也是优选材料。特别是，因非晶碳的电阻在，隔板电阻容易被控制到期望的值。
作为高电阻膜4311的其它材料，因可在从优异的电导体到绝缘体的宽范围上控制电阻，因而铝的氮化物和过渡金属合金是优选的材料。此外，由于在后述的显示装置制造工艺中其电阻改变小，因而它们是稳定的材料。这些材料的电阻温度系数大于-1％和易于用于特殊使用目的。作为过渡金属元素，有Ti、Cr、Ta等。
利用如溅射法、在氮气气氛中的反应溅射、电子束蒸气蒸发(vaporevaporation)、离子镀敷、离子辅助蒸发等在绝缘部件上形成合金氮化物(alloy nitride)。也可利用相同的薄膜形成方法制备金属氧化物膜。但是，在这种情况下，采用氧气来代替氮气。甚至用CVD方法或烷氧基涂敷法也可形成铝金属氧化物。用蒸气蒸发法、溅射法、CVD法或等离子体CVD法来制备碳膜，特别是在制备非晶碳的情况下，在成膜气氛中包含氢气，或氢气用作成膜气体。
形成隔板4020的低电阻膜4321这样来设置，即高电阻膜4311在高电位一侧(金属敷层4019等)与面板4017电连接，在低电位一侧与衬底4011(布线4013、4014等)电连接。以下，还称低电阻膜4321为“中间电极层(中间层)”。中间电极层(中间层)可提供如下所述的多种功能。
(1)使高电阻膜4311与面板4017和衬底4011电连接。
如以上已描述的那样，为了防止隔板4020表面上的电荷，提供高电阻膜4311。在高电阻膜4311直接通过或通过对接部件4041与面板4017(金属敷层4019等)和衬底4011(布线4013和4014等)连接的情况下，在连接部分的界面上产生大的接触电阻，结果，在隔板表面上产生的电荷不能迅速地去除。为了消除该缺点，在隔板4020与面板4017、衬底4011和对接部件4041接触的对接表面4303和侧边部分4305上设置低电阻中间层。
(2)使高电阻膜4311电位分布均匀。
按照在面板4017和衬底4011之间形成的电位分布，从冷阴极元件4012发射的电子形成电子轨迹。为了防止电子轨迹在隔板4020附近畸变，期望在整个区域上控制高电阻膜4311的电位分布。在高电阻膜4311直接通过或通过对接部件4041与面板4017(金属敷层4019等)和衬底4011(布线4013和4014等)连接的情况下，因在连接部分界面上的接触电阻，有可能发生连接状态的不均匀，和高电阻膜4311的电位分布与期望值偏离。为了防止该缺点，在隔板4020与面板4017、衬底4011对接的隔板端部(对接表面3和侧边部分4305)整个区域上设置低电阻中间层，和对中间层部分加规定的电位，从而能够控制整个高电阻膜4311的电位。
(3)控制发射电子的轨迹。
按照在面板4017和衬底4011之间形成的电位分布，从冷阴极元件4012发射的电子形成电子轨迹。因卫板的位置，从隔板附近的冷阴极元件4012发射的电子受到限制(布线和元件位置的改变等)。在这种情况下，为了形成图像而没有形变和不均匀，需要控制发射电子的轨迹，使电子照射在面板4017的规定位置。如果在与面板4017和衬底4011对接的表面的侧部4305上设置低电阻中间层，那么在隔板4020附近的电位分布可提供预定的特性，以便控制发射电子的轨迹。
可从具有低于高电阻膜4311至少一个数位的电阻的材料中选择低电阻膜4321，可从下列材料中适当选取：如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu或Pd之类的金属或这些金属的合金；如Pd、Ag、Au、RuO2、Pd-Ag之类的金属或金属氧化物；如玻璃之类构成的印刷导体；如In2O3-SnO2之类的透明导体；和如多晶硅之类的半导体材料。
需要粘合剂4041具备导电性，以便隔板4020与行方向布线4013和金属敷层4019电连接。即，优选添加导电粘接剂、金属颗粒或导电填料的熔接玻璃。
并且，Dx1-Dxm和Dy1-Dyn以及Hv是具有气密性结构的电连接端子，用以电连接显示板和未示出的电路。Dx1-Dxm与多电子束源的行方向布线4013电连接，Dy1-Dyn与多电子束源的列方向布线4014电连接，和Hv与面板的金属敷层4019电连接。
再有，为了从气密性容器内部排出气体，在组装气密性容器之后，将其与未示出的排气管和真空泵连接，从气密性容器内部排出气体达到约1.3×10-5Pa的真空度。
此后，密封排气管，为了在气密性容器内维持真空度，直接在密封之前或在密封后，在气密性容器内的规定位置处形成吸气膜(未示出)。利用加热器或高频加热，加热和淀积主要包含例如Ba等的吸气材料，形成吸气膜，并且，因吸气膜的吸附作用将该气密性容器内部维持在1.3×10-3Pa-1.3×10-5Pa的真空度。
在采用上述显示板的图像显示装置中，当通过容器外部端子Dx1-Dxm和Dy1-Dyn把电压分别施加给各冷阴极元件4012时，从各冷阴极元件4012发射电子。同时，通过容器外部端子Hv把几百伏(v)到几千伏(kv)的高电压施加给金属敷层4019，加速发射的电子，使其轰击面板4017的内表面。结果，形成荧光膜3018的各色荧光体被激励发光，从而显示图像。
通常，对作为按照本发明的冷阴极元件的表面传导型发射元件4012加约12-16V的电压，在金属敷层4019与冷阴极元件4012之间的距离d约为0.1-8mm，在金属敷层4019与冷阴极元件4012之间的电压约为0.1kV-10kV。
以上对按照本发明该实施例的显示板的制造方法和基本结构以及图像显示装置的概要进行了说明。
(2)多电子束源的制造方法
下面，对用于本实施例显示板的多电子束源的制造方法进行说明。如果多电子束源是冷阴极元件按简单矩阵排布的电子源，那么用于本发明图像形成装置中的多电子束源不限于冷阴极元件的材料、结构或制造方法。因此，例如，可采用表面传导型电子发射元件或FE型或MIM型的冷阴极元件。
在要求显示屏幕大并且便宜的图像显示装置的环境下，在这些冷阴极元件中，特别优选表面传导型电子发射元件。即，在FE型中，因发射锥体和栅极的相对位置和结构大大影响电子发射特性，因而要求有非常高精度的制造技术。可是，为了实现大面积和低制造成本，这些都变为了不利因素。此外，在MIM型中，需要使绝缘层和上电极的厚度薄且均匀。可是，为了实现大面积和低制造成本，这些也都成为不利因素。按此观点，在表面传导型电子发射元件中，因制造方法相对简单，因而容易实现大面积和低制造成本。再有，本发明人发现，在表面传导型电子发射元件中，由细颗粒膜形成电子发射部分或其周边部分的电子发射元件在发射特性方面特别优异并且容易制造。因此，当这样的元件用于亮度高且屏幕大的图像显示装置中的多电子束源中时，更优先选取这样的元件。因此，在上述实施例的显示板中，采用由细颗粒膜形成电子发射部分或其周边部分的表面传导型电子发射元件。首先，说明优选的表面传导型电子发射元件的基本结构、制造方法和特性，然后说明按简单矩阵排布大量这种元件的多电子束源的结构。
[表面传导型电子发射元件的优选元件结构和制造方法]
由细颗粒膜形成电子发射部分或其周边部分的表面传导型电子发射元件的代表性结构分成平面型和垂直型两种结构。
[平面型表面传导型电子发射元件]
首先，说明平面型表面传导型发射元件的元件结构和制造方法。
图72A和72B是用于说明平面型表面传导型电子发射元件的结构的平面图和剖面图。在这些图中，参考标号4101表示衬底，4102和4103是元件电极，4104是导电薄膜，4105是通过带电形成工艺形成的电子发射部分，和4113是通过带电激活工艺形成的膜。
衬底4101可以是例如由如石英玻璃或钠钙玻璃之类的各种玻璃衬底、如氧化铝之类的各种陶瓷衬底、其上层叠加如SiO2之类材料的绝缘层的上述衬底等形成。
此外，设置在衬底4101上且彼此与衬底表面平行的元件电极4102和4103由导电材料制备。例如，元件电极4102和4103的材料可从下列材料中适当选取：如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Cu、Pd或Ag之类的金属或这些金属的合金；如In2O3-SnO2之类的金属氧化物；和如多晶硅之类的半导体材料。例如组合采用如蒸气蒸发之类的成膜技术以及如光刻或腐蚀之类的构图技术，可容易地形成电极。可是，元件电极4102和4103也可利用其它方法(例如，印刷技术)形成。
根据电子发射元件的使用目的可适当设计元件电极4102和4103的结构。一般来说，通常从几十nm到几百μm的范围选择适当的数值来设计电极间隔L。在它们中，电子发射元件用于图像显示装置的优选范围为几μm到几十μm。此外，通常从几十nm到几μm范围的适当数值来选择元件电极的厚度d。
再有，细颗粒膜用于导电薄膜4104的一部分上。这里所说的细颗粒膜指包含大量细颗粒作为结构单元(还包含岛的集合)的膜。当用显微镜观察细颗粒膜时，通常观察到各细颗粒彼此隔离的结构、各细颗粒彼此相邻的结构、或各细颗粒彼此重叠的结构。
用于细颗粒膜的细颗粒直径在从几nm到几百nm的范围，更优选地，在从1nm到20nm的范围。此外，考虑到下述各种条件适当设置细颗粒膜的厚度。即，各种条件是使细颗粒膜与元件电极4102或4103令人满意地电连接所需要的条件；令人满意地进行后述带电形成所需要的条件；把细颗粒膜本身的电阻设置为后述适当值所需要的条件等。具体地说，电阻在从几nm到几百nm的范围中选择，最好在从1nm到50nm的范围。
此外，用于形成细颗粒膜的材料例如可以是如Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W或Pd之类的金属；如PdO、SnO2、In2O3、PdO或Sb2O之类的氧化物；如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4或GdB4之类的硼化物；如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC或WC之类的碳化物；如TiN、ZrN或HfN之类的氮化物；如Si或Ge之类的半导体；和碳等，由此可选取适当的材料。
如上所述，导电薄膜4104由细颗粒膜形成，其薄片电阻设置在103-107Ω/□的范围内。
因期望导电薄膜4104和元件电极4102、4103彼此令人满意地电连接，因而各部件的部分彼此重叠在一起。重叠方式是在图72的实例中，从底部按所述顺序，彼此重叠衬底、元件电极和导电薄膜，但根据需要，也可以从底部按所述顺序，彼此重叠衬底、导电薄膜和元件电极。
此外，电子发射部分4105是形成在导电薄膜4104一部分上的裂缝部分并且具有高于导电薄膜的电阻性能。通过对导电薄膜4104实施后述的带电形成工艺处理来形成裂缝。有在裂缝内设置粒径为几nm至几十nm的细颗粒的情况。由于难以在图中精确地展示其实际电子发射部分的位置和结构，因而在图72中示意性示出。
再有，薄膜4113是由碳或碳化合物构成的薄膜并覆盖电子发射部分4105及其附近。通过实施后述的在带电形成工艺之后的带电激活工艺，形成薄膜4113。
薄膜4113由单晶石墨、多晶石墨和非晶碳或其混合物中的任一个构成，其厚度设置为50nm或以下，设置为30nm或以下更好。因难以在图中精确地展示实际薄膜4113的位置和结构，因而在图72中示意性表示。此外，图72A表示去除薄膜4113的电子发射部分4105一部分之后的元件。
以上描述了优选元件的基本结构，下面将说明其具体结构。
即，衬底1101由钠钙玻璃构成，元件电极4102和4103由Ni薄膜形成。元件电极的厚度d是10nm，电极间距L是2μm。
作为细颗粒的主要材料，采用Pd或PdO，细颗粒结构(frame)的厚度约为10nm，宽度约为100μm。
下面，说明制造优选平面型表面传导型电子发射元件的方法。图73A-73E是用于说明制造表面传导型电子发射元件的工艺方法的剖面图，各参考标号与图72中的相同。
1)首先，如图73A所示，在衬底4101上形成元件电极4102和4103。
在形成元件电极4102和4103中，已预先用清洁剂、纯水和有机溶剂充分清洗过衬底4101，并淀积元件电极的材料。作为淀积方法，例如可采用如真空蒸发法或溅射法的真空成膜技术或采用溅射法。然后，利用光刻技术和腐蚀技术对淀积的电极材料构图，形成图73A中所示的一对元件电极4102和4103。
2)然后，如图73B所示，形成导电薄膜4104。
在形成导电薄膜4104中，在上述图73A中所示的衬底上涂敷有机金属溶剂之后，使其干燥。在进行加热烘焙处理形成细颗粒膜之后，通过光刻腐蚀按规定的图形对该膜构图。在本例中，有机金属溶剂指包含以用于导电薄膜的细颗粒材料作为主要元素的有机金属化合物的溶液。(具体地说，本实施例中的主要元素是Pd。此外，在本实施例中，作为涂敷方法，采用浸渍法，可是，也可采用如旋涂法或喷射法等其它方法。)
再有，作为形成由细颗粒膜构成的导电薄膜的方法，有采用例如真空蒸发法、溅射法、或化学气相淀积法的情况，在本实施例中也可采用其它有机金属溶液涂敷方法。
3)然后，如图73C所示，在元件电极4102和4103之间施加来自形成电源4110的适当电压，进行带电形成，从而形成电子发射部分4105。
带电形成工艺指对由细颗粒膜形成的导电薄膜4104加电，以适当地破坏、变形或影响导电膜4104的一部分，使其成为适于进行电子发射的结构。在由细颗粒膜形成的导电薄膜中的被改变成为进行电子发射的优选结构的部分(即，电子发射部分4105)中，适当的裂缝形成于该薄膜中。与形成之前的电子发射部分4105相比，在电子发射部分4105形成之后的在元件电极4102和4103之间测量的电阻大大增加。
为了更详细地说明带电形成方法，图74展示从形成电源4110施加的适当电压波形的实例。在由细颗粒膜形成的导电薄膜被构成的情况下，优选脉冲电压，并且在本实施例的情况下，如图所示，以脉冲间隔T2连续地施加分别具有脉冲宽度T1的限幅脉冲。在这种情况下，限幅脉冲的脉冲峰值Vpf顺序升高。此外，用于监测电子发射部分4105的形成状态的监测脉冲插入在按适当间隔的限幅脉冲之间，并用安培计4111测量该状态下流过的电流。
本实施例中，在约1.3×10-3Pa的真空气氛下，例如脉冲宽度T1为1毫秒，脉冲间隔T2为10毫秒，和每1脉冲的峰值Vpf升高0.1V。然后，在所加的每5个限幅脉冲之间插入一个监测脉冲Pm。设置监测脉冲的电压Vpm为0.1V，以便没有对形成工艺的不利影响。然后，在元件电极4102和4103之间的电阻变为1×106Ω时，即在施加监测脉冲时用安培计4111测量的电流变为1×10-7A或以下时，完成用于形成工艺的加电。
在上述方法中，按照本实施例有适合表面传导型发射元件的优选方法，例如，在如细颗粒膜的材料和厚度、元件电极间隔L等的表面传导型发射元件的设计被改变的情况下，期望根据设计的变化改变带电条件。
4)然后，如图73D所示，利用激活电源4112在元件电极4102和4103之间加适当的电压，实施带电激活工艺处理，从而提高电子发射特性。
带电激活工艺是在适当的条件下对通过上述带电形成工艺形成的电子发射部分4105加电，以在电子发射部分4105的附近淀积碳或碳的化合物(图中，用部件4113示意性表示由碳或碳的化合物构成的堆积)的工艺。与还没有进行带电激活工艺处理的情况相比，通过带电激活工艺处理在相同电源电压下的发射电流一般可增加100倍或以上。
具体地说，在约1.3×10-2Pa-1.3×10-3Pa范围内的真空气氛下周期性地加电压脉冲，淀积从真空气氛中存在的有机化合物导出的碳或碳的化合物。堆积物4113由单晶石墨、多晶石墨和非晶碳或其混合物中的任一个构成，其厚度设置为50nm或以下，设置为30nm或以下更好。
为了更详细地说明带电方法，图57A示出从激活电源4112施加的适当电压波形的实例。在本实施例中周期性地施加恒定电压的矩形波，以进行带电激活工艺处理。具体地说，矩形波的电压Vac设置为14V，脉冲宽度T3设置为1毫秒，脉冲间隔T4设置为10毫秒。上述带电条件是按照本实施例的适于表面传导型电子发射元件的优选条件，当表面传导型电子发射元件的设计改变时，期望根据设计的变化适当改变该条件。
图73D中示出的参考标号4114是用于捕获从表面传导型发射元件发射的发射电流Ie的阳极，和连接直流高压源4115和电流计4116(在衬底4101被组装成显示板进行激活工艺时，显示板的荧光面用作阳极4114)。在从激活电源4112施加电压的同时，用电流计4116测量发射电流Ie，监测带电激活工艺的进行状态，以控制测量激活电源4112的工作。图75B中示出从用电流计4116测量的发射电流Ie的例子。当从激活电源4112开始施加脉冲电压时，发射电流Ie随时间增加，然后达到饱合，基本上不再增加。以这种方式，在发射电流Ie基本饱合的时间点，停止从从激活电源4112加电压，完成带电激活工艺处理。
上述带电条件是按照本实例的适于表面传导型发射元件的优选条件，当表面传导型发射元件的设计改变时，期望根据设计的变化适当改变该条件。
在上述方式中，制备如图73E所示的按照本实施例的平面型表面传导型发射元件。
[垂直型表面传导型发射元件]
下面，说明表面传导型发射元件的另一个典型结构即垂直型表面传导型发射元件，其中由细颗粒膜形成电子发射部分或其周围部分。
图76是用于说明垂直型基本结构的示意性剖面图，图中，参考标号4011表示衬底，4202和4203是元件电极，4206是台阶形成部件，4204是由细颗粒膜形成的导电薄膜，4105是通过带电形成工艺形成的电子发射部分，和4213是通过带电激活工艺形成的薄膜。
垂直型与上述平面型的差别在于元件电极之一(4202)设置在台阶形成部件4206上，导电薄膜4204涂敷在台阶形成部件4206侧面上。因此，上述图72中所示的平面型中的元件电极间隔L在垂直型中被设置为台阶形成部件4206的台阶高度Ls。在衬底4011中，元件电极4202和4203以及由细颗粒膜形成的导电薄膜4204的材料可采用与上述平面型中所述的相同材料。此外，台阶形成部件4206由导电绝缘材料例如SiO2构成。
下面，说明制造垂直型表面传导型发射元件的方法。图77A-77F是用于说明制造方法的剖面图，各部件的参考标号与图76中所示的相同。
1)首先，如图77A所示，在衬底4011上形成元件电极4203。
2)接着，如图77B所示，层叠用于形成台阶形成部件的绝缘层。可通过溅射法层叠例如SiO2来形成该绝缘层。但是，也可采用如真空蒸发法或印刷法之类的其它膜形成方法。
3)然后，如图77C所示，在绝缘层上形成元件电极4202。
4)接着，如图77D所示，利用例如腐蚀法去除一部分绝缘层，露出元件电极4203。
5)接着，如图77E所示，形成由细颗粒膜构成的导电薄膜4204。在该形成中，与上述平面型类似地采用如涂敷法之类的膜形成技术。
6)然后，实施带电形成工艺处理，形成如上述平面型中那样的电子发射部分(可进行与参照图73C所述平面型的带电形成工艺相同的工艺)。
7)然后，实施带电激活工艺处理，正如上述平面型那样，在电子发射部分附近淀积碳或碳化合物(可进行与参照图73D所述平面型的带电激活工艺相同的工艺)。
以上述方式，制备图77F中所示的垂直型表面传导型发射元件。
[用于显示装置的表面传导型发射元件的特性]
以上对平面型和垂直型表面传导型发射元件的元件结构和制造方法进行了说明。下面，说明用于显示装置的元件特性。
图78表示用于显示装置的元件发射电流Ie与元件供给电压Vf的特性、元件电流If与元件供给电压Vf的特性的典型实例。由于与元件电流If相比，发射电流Ie明显地小得多，因而难以用相同单位表示发射电流Ie，和通过改变如元件尺寸或结构之类的设计参数来改变这些特性。因此，分别用任意单位来表示这两个特性。
相对于发射电流Ie来说，用于显示装置的元件具有下列三个特性。
第一，当等于或高于规定电压(称为“阈值电压Vth”)的电压施加给元件时，发射电流Ie迅速增加。另一方面，当所施加的电压低于阈值电压Vth时，几乎不能检测到发射电流Ie。
第二，因发射电流Ie随施加给元件的电压Vt而改变，因而可用电压Vf控制发射电流Ie的幅值。
第三，因从元件发射的电流Ie响应于加给元件的电压Vf的响应速度快，因而利用施加电压Vf的时间周期长度来控制从元件发射的电子电荷量。
因具有上述特性，因而表面传导型电子发射元件优选地用于显示装置。例如，在对应于显示屏幕的像素设置大量元件的显示装置中，利用第一特性可顺序扫描显示屏幕和进行显示。换言之，响应于期望的光发射亮度，适当施加等于或高于阈值电压Vth的电压，和对未选择状态的元件施加低于阈值电压Vth的电压。当驱动元件顺序改变时，可顺序扫描显示屏幕和进行显示。
此外，因利用第二特性或第三特性可控制发光亮度，因而可进行分级显示。
[按简单矩阵排布多个元件的多电子束源的结构]
下面，对其中在衬底上设置并按简单矩阵排布作为冷阴极元件的表面传导型发射元件的多电子束源的结构进行说明。
图69表示用于图68中所示显示板中的多电子束源的平面图。在衬底上设置与图72中所示相同的表面传导型发射元件，并通过行方向布线4013和列方向布线4014按简单矩阵排布这些元件。在行方向布线4013和列方向布线4014彼此交叉的部分形成电极间的绝缘层(未示出)，以保持电绝缘。
图70表示沿图69的线B-B′截取的剖面图。
按下列方式制备这样构成的多电子束源，即预先在衬底上形成行方向布线4013、列方向布线4014、内电极绝缘层(未示出)、表面传导型发射元件的元件电极和导电薄膜，然后通过行方向布线4013和列方向布线4014对各元件加电，进行带电形成工艺处理和带电激活工艺处理。
(3)驱动电路结构(和驱动方法)
图79是表示基于NTSC系统的电视信号进行电视显示的驱动电路实例大致结构的方框图。图中，显示板4701对应于如上所述制备和操作的显示板。此外，扫描电路4702扫描显示线，和控制电路4703产生输入给扫描电路4702的信号等。移位寄存器4707使数据移位一行，行存储器4705将来自移位寄存器4704的一行数据输出给被调制信号产生器4707。同步信号分离电路4706分离同步信号与NTSC信号。
以下，详细说明图79中所示装置中各部分的功能。
首先，显示板4701通过端子Dx1-Dxm、Dy1-Dyn和高压端子Hv与外电路连接。对端子Dx1-Dxm，即按m行×n列的矩阵排布的冷阴极元件的各行(n个像素)施加用于顺序驱动设置于显示板中的多电子束源的扫描信号。另一方面，对端子Dy1-Dyn加调制信号，用于控制由上述扫描信号选择的一行的各n个元件的输出电子束。再有，对高压端子87施加由直流电压源Va提供的例如5kv的直流电压。这是加速电压，用于对从多电子束源输出的电子束提供足以激励荧光体的能量。
将说明扫描电路4702。该电路包括m个开关元件(图中，用S1-Sm示意性表示)。其中，各开关元件选择直流电压源Vx的输出电压和0伏(地电平)中的任一个电压，并与显示板4701的端子Dx1-Dxm电连接。各开关元件S1-Sm基于从控制电路4703输出的控制信号Tscan进行工作，实际上，可容易地由如FETs之类的开关元件的组合来构成。上述直流电压源Vx被设置成可输出恒定电压，以便根据图78中所示的电子发射元件的特性，使施加于未被扫描元件上的驱动电压变为电子发射阈值电压或以下。
控制电路4703使各部件的工作相互匹配，以便根据从外部输入的图像信号进行适当显示。根据从后述的同步信号分离电路4706传送的同步信号Tsync，产生对于各部件的Tscan、Tsft和Tmry的各控制信号。同步信号分离电路4706是使同步信号成分和亮度信号成分与从外部输入的NTSC系统的电视信号分离的电路。众所周知，由同步信号分离电路4706分离的同步信号由垂直同步信号和水平同步信号构成，但为了便于说明将其表示为信号Tscan。另一方面，为方便起见，将与上述电视信号分离的图像的亮度信号成分表示为DATA信号，并将该信号输入给移位寄存器4704。
移位寄存器4704串并行转换对于图像的一行按时间顺序以串联方式输入的上述DATA信号，和根据从上述控制电路4703传送的控制信号Tsft进行工作。换言之，控制信号Tsft还被称为移位寄存器4704的移位时钟。作为n个信号Id1-Idn，从移位寄存器4704输出已被串/行转换的一行图像的数据(对应于电子发射元件的n个元件的驱动数据)。
行存储器4705是用于存储要求时间周期的一行图像数据的存储装置，并且按照从控制电路4703传送的控制信号Tmry，适当存储Id1-Idn的内容，存储的内容作为Id′1-Id′n输出，然后输入给调制信号发生器4707。
调制信号发生器4707是按照上述各图像数据Id′1-Id′n适当驱动和调制各电子发射元件4015的信号源，并且通过端子Dx1-Dxn其输出信号被提供给显示板4701内的电子发射元件4015。
如参照图78所述的那样，本发明的表面传导型发射元件具有发射电流Ie的基本特性。即，电子发射具有一定的阈值电压Vth(在按照后述的实施方式的表面传导型电子发射元件中为8V)，仅在施加阈值电压Vth或以上的电压时才发射电子。此外，对于等于或高于电子发射阈值的电压，发射电流还根据如图78所示电压的改变而改变。根据以上事实，在脉冲电压加给元件的情况下，例如，如果对元件施加低于电子发射阈值的电压，那么就不能进行电子发射。另一方面，在对元件施加等于或高于电子发射阈值的电压情况下，可从表面传导型电子发射元件输出电子束。在这种情况中，通过改变脉冲峰值Vm之差，可控制输出电子束的强度。此外，通过改变脉冲宽度Pw可以控制输出的电子束电荷总量。
因此，作为根据输入信号调制电子发射元件的系统，可用电压调制系统、脉冲宽度调制系统等。在实施电压调制系统中，作为调制信号发生器4707，可采用产生恒定长度的电压脉冲和按照输入数据适当调制脉冲峰值的电压调制系统的电路。此外，在脉冲宽度调制系统的实施中，作为调制信号发生器4707，可采用产生恒定峰值的电压脉冲和按照输入数据适当调制电压脉冲宽度的脉冲宽度调制系统的电路。
移位寄存器4704和行存储器4705可以是数字信号型或模拟信号型。即，这是因为图像信号的串并转换和以给定的速度进行存储。
在采用数字信号系统的情况下，需要将同步信号分离电路4706的输出信号DATA转换成数字信号。为满足此，在同步信号分离电路4706的输出部分上设置A/D转换器。就此而言，用于调制信号发生器的电路根据行存储器4705的输出信号是数字信号还是模拟信号而稍有不同。换言之，在电压调制系统采用数字信号的情况下，例如D/A转换电路用于调制信号发生器4707，并且在需要时添加放大电路等。在脉冲宽度调制系统的情况下，在调制信号发生器4707中有例如组合高速振荡器、计数从振荡器输出的波形数的计数器、和比较计数器输出值与存储器输出值的比较器的电路。需要时，可添加电压放大从比较器输出且脉冲宽度被调制到电子发射元件的驱动电压的被调制信号的放大器。
在采用模拟信号的电压调制系统的情况下，调制信号发生器4707可配有例如使用运算放大器的放大电路，并且在需要时可添加电平移动电路等。在脉冲宽度调制系统的情况下，例如，可采用电压控制型振荡电路(VCO)，需要时，可添加把电压放大到电子发射元件的驱动电压的放大器。
在按照本发明这样构成的图像显示装置中，通过容器外部端子Dx1-Dxm和端子Dy1-Dyn对各电子发射元件加电压，从而发射电子。通过高压端子Hv对金属敷层4019或透明电极(未示出)加高压，从而加速电子束。被加速的电子轰击荧光膜4018而发光，从而形成图像。
图像显示装置的上述结构是采用本发明的图像形成装置的实例，在本发明技术构思的基础上还可进行各种改变。本例中输入信号是NTSC系统的信号。可是，输入信号并不限于此，可采用PAL系统、SECAM系统，还可采用具有多于这些系统的大量扫描线的TV信号系统(例如，所谓的高级TV)。
(4)导出形式
图80是表示按这样的方式构成的多功能显示装置的一个实例图，即可在利用上述表面传导型发射元件作为电子束源的显示板上显示来自例如包括电视广播的各种图像信息源的图像信息。
图中，参考标号5100表示显示板，5101是显示板的驱动电路，5102是显示控制器，5103是多路复用器，5104是解码器，5105是输入/输出接口电路，5106是CPU，5107是图像产生电路，5108、5109和5110是图像存储器接口电路，5111是图像输入接口电路，5112和5113是TV信号接收电路，和5114是输入部分。
当该装置接收包括视频信息和音频信息的信号时，例如电视信号，按照本实施例的显示装置显示视频信息同时可重现音频信息。可是，为了简便起见，省略有关音频信息的接收、分离、重现、处理、存储以及不直接涉及本发明的扬声器等。
下面，沿着图像信号的流向说明各部分的功能。
首先，TV信号接收电路5113是用于接收在无线电发送系统例如电波或空间光通信上发送的TV图像信号的电路。不特别限制接收TV信号的系统，可采用例如NTSC系统、PAL系统、SECAM系统等中的各种系统。此外，具有比那些系统多的扫描线(例如，高级TV)的TV信号是适当的信号源，可表现出适于大面积或大量像素的上述显示板的优点。由TV信号接收电路5113接收的TV信号输出给解码器5104。
TV信号接收电路5112是用于接收在有线传送系统例如同轴电缆或光纤上传送的TV信号的电路。正如上述TV信号接收电路5113中那样，不特别限制接收TV信号的系统。此外，由该电路接收的TV信号输出给解码器5104。
图像输入接口电路5111是用于接收来自如TV摄像机或图像阅读扫描器等的图像输出装置的图像信号的电路，该接收的图像信号被输出给解码器5104。
再有，图像存储接口电路5110是用于接收存储在录像机(以下称为“VTR”)中的图像信号的电路，所接收的图像信号被输出给解码器5104。
并且，图像存储接口电路5109是用于接收存储在视频盘中的图像信号的电路，所接收的图像信号被输出给解码器5104。
并且，图像存储接口电路5108是用于接收来自如所谓静止图像盘那样的存储静止图像数据的装置的图像信号的电路，所接收的图像信号被输出给解码器5104。
输入/输出接口电路5105是用于连接本显示装置与如外部计算机、计算机网络或打印机之类的输出装置的电路。输入/输出接口电路5105输入/输出图像数据、字符/图形信息，并且还可在需要时在设置于本图像形成装置中的CPU 5106与外部之间进行控制信号或数字数据的输入/输出。
图像产生电路5107是根据从外部通过输入/输出接口电路5105输入的图像数据或字符/图形信息，或从CPU 5106输出的图像数据或字符/图形信息，产生用于显示的图像数据的电路。图像产生电路5107的内部配有产生图像所需的电路，例如用于存储如图像数据和字符/图形信息的可重写存储器，存储相应于符号代码的图像图形的只读存储器，用于进行图像处理的处理器等。
由图像产生电路5107产生的进行显示的图像数据被输出给解码器5104，需要时还可通过输入/输出接口电路5105输出给外部计算机网络或打印机。
CPU5106主要进行本显示装置的操作控制，和有关显示图像的产生、选择或编辑的工作。
例如，控制信号输出给多路复用器5103，适当选择或组合在显示板上显示的图像信号。在这种情况下，响应于要显示的图像信号，对显示板控制器5102产生控制信号，适当控制如屏幕显示频率、扫描方法(例如，隔行扫描或非隔行扫描)或一屏的扫描线数量等显示装置的工作。
此外，图像数据或字符/图形信息直接输出给图像产生电路5107，或通过输入/输出接口电路5105对外部计算机或存储器进行存取，输入图像数据或字符/图形信息。
并且，CPU 5106可适于其它目的的工作。例如，作为个人计算机、字处理器等中的CPU 5106可直接有产生或处理信息的功能。
再有，如上所述，通过输入/输出接口电路5105，CPU 5106可连接到外部计算机网络，并与外部装置一起共同进行如数字计算之类的操作。
并且，输入部分5114被设计成可由用户将命令、程序或数据输入给CPU 5106。可采用各种输入装置，如除键盘或鼠标器之外，还可采用操纵杆、条形码阅读器或语音识别装置等。
此外，解码器5104是用于将从上述装置5107-5113输入的各种图像信号反向转换成三基色信号或亮度信号和I信号、Q信号的电路。正如图中虚线所示，期望解码器5104包括图像存储器。这将涉及要求备用图像存储器的正如在MUSE系统中那样转换的电视信号。此外，由于提供了图像存储器，因而有助于静止图像的显示。再有，具有有助于与图像产生电路5107和CPU 5106协同地进行如图像淡化、内插、放大、缩小或合成之类的图像处理和编辑的优点。
设计多路复用器5103，使其可根据从CPU 5106输入的控制信号适当选择显示图像。即，多路复用器5103从由解码器5104输入的反向转换图像信号中选择期望的图像信号，并将所选图像信号输出给驱动电路5101。在这种情况下，如果在一屏幕的显示周期内可大幅度改变和选择图像信号，那么一屏幕被分成多个区域，以便在各区域上显示不同的图像，正如所谓的多屏幕电视那样。
再有，显示板控制器5102是根据从上述CPU 5106输入的控制信号，控制驱动电路5101操作的电路。
并且，作为显示板的基本操作，例如，把用于控制电源(示示出)的驱动显示板的操作顺序的信号输出给驱动电路5101。
并且，作为驱动显示板的方法，例如，把用于控制屏幕显示频率或扫描方法(例如，隔行扫描或非隔行扫描)的信号输出给驱动电路5101。
再有，需要时，把与调整图像质量如显示图像的亮度、对比度、色调或清晰度等有关的控制信号输出给驱动电路5101。
并且，驱动电路5101是用于产生施加给显示板5100的驱动信号和根据从多路复用器5103输入的图像信号和从显示板控制器5102输入的控制信号进行操作的电路。
以上对各部件的功能进行了说明。利用图80中所示的结构，本显示装置可在显示板5100上显示从各种图像信息源输入的图像信息。
即，在如电视广播之类的各种图像信号被解码器5104反向转换之后，在多路复用器5103中适当选择这些图像信号，然后输入给驱动电路5101。另一方面，响应于要显示的图像信号，显示控制器5102产生用于控制驱动电路5101操作的控制信号。驱动电路5101根据图像信号和控制信号对显示板5100施加驱动信号。
利用上述操作，在显示板5100上显示图像。由CPU 5106按统一方式控制这些顺序操作。
再有，本显示装置不仅与配置于解码器5104、图像产生电路5107和CPU 5106中的图像存储器协同操作，不仅显示从众多图像信息中选择的图像，而且还可进行如图像的放大、缩小、旋转、移动、边缘加重、淡化、内插、颜色转变或纵横比转换的图像处理，或对于要显示的图像信息进行如合成、擦除、连接、置换或插入的图像编辑。此外，尽管在该实施例中没有特别描述，但正如上述图像处理或图像编辑中那样，可提供用于处理或编辑音频信息的专用电路。
因此，本显示装置可提供电视广播的显示装置、用于电视会议的终端装置、用于处理静止图像和活动图像的图像编辑装置、计算机终端装置、如字处理器的商务终端装置、播放机等的功能。因此，本显示装置非常广泛地用于如工业或公共应用等的应用领域。
图80仅展示了采用具有作为电子束源的表面传导型发射元件的显示板的显示装置的一结构例，不用说，按照本发明的显示装置不限于上述结构。例如，可从图80所示结构单元中省略与使用目的无关的有关功能的电路。相反，为了使用的目的，可添加某些结构单元。例如，在本显示装置用作电视电话的情况下，最好添加电视摄像机、音频麦克风、照明装置、包括调制解调器的发送/接收电路作为结构单元。
在本显示装置中，由于容易使具有作为电子束源的表面传导型发射元件的显示板薄型化，因而可减小整个显示装置的深度。此外，在具有作为电子束源的表面传导型发射元件的显示板中，因容易使屏幕变大，亮度变高和可视角度特性也良好，因而在图像形成装置中可显示高可视的使观看的人深深感动的图像。
(实施例2)
下面，仅说明按照本发明的图像显示装置与实施例1的不同之外。
与实施例1的区别在于将交流电压用于电源波形。
在本实施例中，由于施加60Hz的正弦波峰电压同时逐步升高，以使一侧峰值变为与图65中的相同。
借助交流电压，对面板和背板可施加正和负极电位，在各周期进行升高电压处理，从而能够更有效地获得调整效果。
在本实施例中，交流电压用于电源波形，但是，也可交替地施加有正和负极的直流电压或将其分成两次施加。
此外，脉冲电压，更优选的是冲击电压，可用于电源波形。在这种情况下，有可更好地减少对表面传导型发射元件的带电或放电的作用。
正如实施例1中那样，在面板与背板之间施加高压的工艺顺序是在带电形成工艺之前。
利用这样获得的图像显示装置，可获得没有放电的很好的显示图像。
(实施例3)
下面，仅说明按照本发明的图像显示装置与实施例1的不同之外。
实施例3与实施例1的区别在于施加高电压(高压)时的气氛不同。在实施例1中，在真空气氛中加高压，而在本实施例中，在氮气气氛中加高压。
图66表示本实施例的工艺流程。
具体地说，在从显示板内部排出气体和进行烘焙(在120℃进行约2小时)之后，引入干燥的氮气，以便提供约400Pa的压力(步骤S601)。此后，该工艺转移到加高压的处理(步骤S104)。然后，排出气体(步骤S602)和该工艺转移到电子源工艺处理上。图67是展示随时间的施加电压和放电次数的示意图。
如图67中所示，电源电压按50V/20分钟的速率升高到100V-250V，和在250V维持15分钟。本例中，电源电压按给定速率升高，和可按阶梯形式升高。
当放电稍超过150kV时开始观察，放电增加直到约250kV。在250V维持放电之后，放电逐渐减少，不久放电就变为0。
与在真空气氛中加高压的情况相比，发现在引入氮气的气氛中从非常低的电压开始放电。此外，通过实验认识到，在本实施例的氮气气氛中施加直到250V的高压可获得与真空气氛中的10kV的情况大体相同的结果。
如上所述，按照本实例，可以较小尺寸设计该装置而没有对元件的任何损伤。
从氮气以及氦气、氖气、氩气、氢气、氧气、二氧化碳、空气等中适当选择引入的气体。
此外，上述压力是用于本发明图像显示装置的优选值，并且期望在设计改变时适当改变该压力。更优选地是，把该压力设置为几十Pa至几百Pa。
所用的电源电压是如实施例中那样的直流电压。可是，也可施加如实施例2中那样的交流电压、脉冲电压等。
正如实施例1中那样，施加高压的工艺顺序是在带电形成工艺之前，但也可以在带电激活工艺之前。
这样制备的图像显示装置可获得没有放电的极好显示图像。
-第五实施例-
以下，参照附图说明本发明优选实施例的细节。只要没有特殊说明，本实施例中结构部件的所述尺寸、材料、结构、相对位置等不限于本发明的范围。
参照图83和84说明按照本发明该实施例的图像形成装置的制造方法。
图83是表示按照本发明实施例的图像形成装置制造方法的示意图，其中图83A表示第一调整工艺，和图83B表示第二调整工艺。
图中，参考标号6001表示经受调整工艺处理的衬底(阳极衬底或阴极衬底)；6002是在第一调整工艺期间与衬底6001对置的电极；6003是在第二调整工艺期间与衬底6001对置的电极；和6004是高压电源。
用于第一调整工艺的电极6002的薄层电阻与用于第二调整工艺的电极6003的薄层电阻不同。
薄层电阻是当宽度为w、长度为t的薄膜的电阻R满足R＝Rs(l/w)时的电阻Rs。
通过用于上述调整工艺中的电极的薄层电阻可控制当存储于与电子源衬底对置的电极或阳极衬底中的电荷因异常放电而在放电通路中流动时的电荷量。
即，因电阻较高，在电极部分可更好地抑制电荷的移动，甚至在放电通路中也可抑制电荷的这种移动。
图84是用于展示通过本发明实施例的制造方法制备的图像形成装置的示意图。
图84中，参考标号6005表示阴极电极；6006是阳极衬底；和6007是高压电源。
首先，参照图84说明图像形成装置的操作过程。
在阴极衬底6005上形成多个电子发射元件，在阳极衬底6006上设置如荧光体之类的发光部件。
为了对从阴极衬底6005发射的电子束施加足够的加速电压，相对于阴极衬底6005，对阳极衬底6006施加来自高压电源6007的几kV至几十kV的正电位。
在上述环境下，发射由形成于阴极衬底6005上的电子发射元件控制的电子，以便使形成于阳极衬底6006上的荧光体发光。
在这种情况下，电子的流动与本说明书中所指的异常放电明显不同。
阳极衬底6006和阴极衬底6005一般保持在真空中，并且阴极衬6005与阳极衬底6006之间的距离小于发射电子的平均自由路径。
为了稳定的实现上述环境，采用按照本实施例的制造方法。
参照图83说明该制造方法。
在按照本实施例的制造方法中，在制备阳极衬底或阴极衬底工艺的适当阶段提供在阳极衬底或阴极衬底6001的表面上加电场的工艺。
预先对阳极衬底或阴极衬底6001加电场的目的被认为在于衬底的耐压，用以提高衬底的耐压等。
为此，优选地，在该工艺中对衬底表面加的电场大体与该装置在其后被用作图像形成装置时所加的电场相同或高于该电场。
由施加在对置电极6002、6003与衬底之间的电压(高压电源6004的电压)、衬底6001与电极6002、6003之间的距离等来确定对衬底表面所加的电场。
可以用如直流方式或脉冲方式之类的任何方式来构成电压源，并可使电源电压逐渐增加地来实现。
在调整工艺中，如果采用具有高薄层电阻的电极，那么可抑制存储在对置电极与衬底6001之间的电荷当如上所述的异常放电发生时在放电通路中的流动。
结果，上述结构可防止大规模的弧光放电发生或使其规模明显减小，从而能够防止可再次发生的异常放电。
换言之，在调整工艺中，可以明显在减轻对衬底6001的损伤和提高衬底6001的耐压。
在进行调整工艺的制造工艺的工艺期间没有特别的限制。可是，例如，在会引起放电的杂质等被引入的工艺之后实施调整工艺。
如上所述，由于电极的薄层电阻较高。因而可更好地抑制放电电流。
可是，为了有效地提高耐压，在调整工艺中要求规定值或以上的放电电流。
为此，根据衬底结构、设想的杂质材料种类等适当选择用于本工艺的电极的薄层电阻，并且，如上所述，用薄层电阻不同的电机有进行不同种类的调整工艺处理，即，适当选择第一调整工艺和第二调整工艺。
如上所述完成本工艺处理，从而能够制备可抑制异常放电发生的图像形成装置。
此外，当实施按照本实施例的调整工艺时，可减少可能在本工艺中出现的损伤，制备具有良好成品率的衬底。
-实例-
下面，说明更具体的实施例。
首先，说明通过包括基于本发明上述实施例的制造工艺的工艺制备阴极电极(电子源衬底)的情况。
作为电子发射元件，制备由按矩阵设置表面传导型电子发射元件的电子源构成的阴极衬底。
图85表示其上形成电子源的阴极衬底的示意图。
图85中，参考标号6011表示X方向布线，6012是Y方向布线，和6013是表面传导型电子发射元件。
在本实施例中，在Y方向上制备720个元件(n＝720)和在X方向上制备240个元件(m＝240)。
表面传导型电子发射元件6013配置有对置元件电极，并在元件电极之间形成导电薄膜。
此外，在导电薄膜上形成未示出的电子发射部分。
在调整工艺中，与调整电极相对地设置形成电子发射部分的阴极衬底的表面。
使阴极衬底上的布线接地，和把调整电极连接到高压电源上。
通过绝缘体支撑阴极衬底和调整电极，以便它们之间的距离变为2mm。
(电极形成工艺)
首先，通过光刻在阴极衬底上形成元件电极，和用印刷法在阴极衬底上形成X方向布线、Y方向布线、和设置于X方向布线与Y方向布线彼此交叉的位置处的层间绝缘层(未示出)。
(第一调整工艺)
在第一调整工艺中，采用其薄层电阻为103Ω/□的电极。
在本实施例中，对电极施加脉冲宽度为200ms和1Hz的矩形波，并且该波的峰值按10V/秒的速率升高到30kV。
作为使用光电倍增管测量光发射以在该工艺中检测异常放电的结果，在本工艺中检测到三次异常放电。
(薄膜形成工艺)
随后，用BJ法(利用泡沫喷射系统(一种油墨喷射系统)进行的方法)在元件电极之间形成导电薄膜。
(第二调整工艺)
在第二调整工艺中，采用其薄层电阻为105Ω/□的电极。
在本工艺中，按与第一调整工艺中的相同方式加电场。在本工艺中，检测到五次异常放电。
(电子发射部分形成工艺)
此外，在上述导电薄膜上实施形成电子发射部分的工艺。
(第三调整工艺)
在第三调整工艺中，采用其薄层电阻为107Ω/□的电极。
在本工艺中，对电极施加来自高压电源的正的高压。
在本工艺中，直流电压按10V/秒的速率升高到25kV，从而完成该工艺。
在本工艺中，检测到一次异常放电。
(第四调整工艺)
最后，实施第四调整工艺。
所用电极的薄层电阻为几Ω/□，和施加来自高压电源的直流电压，然后保持30秒。
在本工艺中，没有检测到异常放电。
下面，说明利用包括基于上述本发明实施例的制造工艺的工艺制备阳极衬底的情况。
图86是展示按照本实施例的制造工艺制备的阳极衬底结构的示意图，其中图86A是其平面图，图86B是其侧面图。
在这些图中，参考标号6016表示用于施加加速电子束所需高压的高压取出部分；6017是金属敷层；和6018是荧光体。
在调整工艺中，设置阳极衬底，使其上形成有金属敷层和荧光膜的阳极衬底的表面与电极对置。
此外，阳极衬底使高压取出部分接地，和把调整电极连接到高压电源上。
通过绝缘体支撑阳极衬底和调整电极，以便它们之间的距离变为2mm。
(第一调整工艺)
对形成有荧光膜的阳极衬底(荧光膜形成工艺)进行第一调整工艺处理。
在本例中，在调整工艺中，采用其薄层电阻为1010Ω/□的电极，施加来自高压电源的负高压，开始第一调整工艺处理。
在本实施例中，直流电压按-10V/秒的速率从0kV升高到-30kV，然后在-30kV保持一小时，从而完成该工艺处理。
作为使用光电倍增管测量光发射以在该工艺中检测异常放电的结果，在本工艺中检测到一次异常放电。
(第二调整工艺)
接着，实施第二调整工艺。
在本工艺中，采用其薄层电阻为几Ω/□的电极，和施加来自高压电源的高压，进行第二调整工艺处理。
在本工艺中，-20kV的直流电压被保持30分钟，以完成该工艺处理。在本工艺中，没有检测到异常放电。
利用这样制备的阴极衬底和阳极衬底来制备图像显示部分。
图87是展示用按照本发明实施例的制造方法制备的图像形成装置的示意性结构图。
图87中，用相同的参考标号来表示与图85中相同的部分。
此外，图中，参考标号6014表示支撑阴极衬底6010的背板；6018是荧光体；6017是金属敷层；6019是支撑阳极衬底6015和阴极衬底6010的支撑框架。
在阴极衬底与阳极衬底之间的距离为2mm。
此外，对置的元件电极设置在表面传导型电子发射元件6013上，和在元件电极之间施加约15V的电压，从而允许元件电流If流过电极之间，同时发射电子。
为了评价利用上述本发明实施例的制造方法制备的图像形成装置的特性，进行下列评价实验。
首先，对阳极施加10kV的高压，以驱动未示出的驱动单元，该驱动单元与阴极衬底6010的X方向布线6011，具体地说是Dox1、Dox2、...、Dox(m-1)、Doxm和Y方向布线6012，具体地说是Doy1-D、Doy2、...、Doy(n-1)、Doyn连接，从而显示图像和检查有/无像素缺陷。
结果，没有发现与异常放电有关的像素缺陷，即发现在调整工艺中没有损伤像素。
接着，在这种状态下，一边显示图像一边进行300小时的耐久试验。
结果，保持优良的图像而没有产生异常放电。
-第六实施例-
以下，说明应用本发明制造图像形成装置的具体实施例。
图88是表示按照本发明实施例制造方法制备的图像形成装置主要结构的示意性透视图。
参照图88，图像形成装置包括阳极衬底7001和阴极衬底7002，如图89所示，按这样的方式构成阴极衬底7002，即在阴极电极7002上按矩阵设置用作电子源的大量表面传导型电子发射元件7015(图中的画圈部分)。按这样的方式构成阳极衬底7001，即在玻璃衬底7017上嵌入和固定进行彩色显示的R、G和B荧光面7018和覆盖荧光面7018的金属敷层7019，金属敷层7019由铝构成且其厚度约为100(nm)。
此外，参考标号7012表示X方向布线；7013是Y方向布线；7016是支撑阴极衬底7002的背板；和7020是固定阳极衬底7001和阴极衬底7002的支撑框架。
图90是展示表面传导型电子发射元件7015的示意图，其中图90A是其平面图，图90B是其剖面图。
电子发射元件7015包括在阴极衬底7002上相邻的一对元件电极7021和7022，导电薄膜7024与元件电极7021和7022连接并在其一部分中具有电子发射部分7023。电子发射部分7023是导电薄膜7024的一部分被破坏、变形或影响成高电阻状态的部分。此外，有在电子发射元件7023上和电子发射元件7023周围形成主要包含碳或碳化合物的淀积膜7025以便控制电子发射的情况。
通过在元件电极7021与7022之间施加约7015(V)的电压，以在元件电极7021与7022之间提供元件电流If，电子发射元件7015就可从电子发射部分7023发射电子。
本实施例涉及在制备上述图像形成装置的工艺中制备阴极衬底7002时的工艺。
图91和92是展示按照本实施例的制造装置的主要结构的示意图。图92中，用相同的参考标号表示与图91中相同的部分。
参照图91，参考标号7001表示阳极衬底；7002是阴极衬底；7003是用于检测异常放电的检测装置；7004是短路阳极和阴极的转换开关；7005是高压电源；7006是当转换开关7004短路时的电阻；和7008是从检测装置7003传送的信号，用于控制转换开关7004。另一方面，图89中，参考标号7007表示在阳极与高压电源之间的转换开关，7009是从检测装置7003传送的信号，用于控制转换开关7007。
以下，说明图91中所示制造装置的功能。在由阳极和阴极形成的电容大的情况下特别优选该制造装置。
首先，在制备作为阴极衬底7002上的电子源的电子发射元件7015的工艺的预定阶段，在真空中对阳极衬底7001′施加相对于阴极衬底7002的正高压。阳极衬底7001′用于实施与形成图像的阳极衬底7001不同的调整。
不必说，阳极衬底7001′是上述图像形成衬底。在这种情况下，例对一边使阳极施加的电位逐渐增加，一边实施该工艺。此时，在电位达到预定电位之前发生异常放电的情况下，用检测装置7003来检测异常放电，然后产生信号7008以断开/接通转换开关7004。
例如在监测阳极电位和发现电位的变化大于某一阈值的情况下，检测装置7003和信号7008可输出使转换开关7004断开/接通的信号。优选地，信号7008是在接通转换开关7004规定时间周期之后，一检测到异常放电就断开转换开关7004的信号。优选地，考虑所用高压电源7005的特性，选择在规定时间周期接通转换开关7004的时间。为了提高输出稳定性的一般目的，最好与电感和电容等组合使用高压电源7005。
此外，最好在异常放电操作期间可实际忽略从高压电源供给的电荷，和提供在异常放电操作发生时几乎不能立即降低高压电源的输出电压的稳定的直流电源。换言之，转换开关7004接通规定时间周期的上述时间周期被选择为在阳极衬底7001′的电位为正常电位的工艺中高压电源的输出电压几乎不能降低的时间周期。进行上述控制直到阳极电位变为预定值，以此来实施该工艺，从而完成调整工艺。
下面说明图92中所示制造装置的功能。图92中，转换开关7007设置在阳极衬底7001′与高压电源之间，按照来自检测装置7003的信号7009控制转换开关7007。在再次发生的异常放电主要对元件造成损伤的情况下优选图92中所示的制造装置。
如上所述，进行在真空中对阳极衬底施加高电位的调整处理。当检测到异常放电时断开转换开关7007。结果，阳极和高压电源可断开电连接任意的时间周期而没有对高压电源加载。在由该状态阳极与高压电源彼此电连接的情况下，在断开转换开关7007之后可接通转换开关7007。进行上述控制直到阳极电位变为预定值，以此来实施该工艺，从而完成调整工艺。
下面说明制造装置的操作原理。为了用作图像形成装置，使用在阳极衬底7001上设置如各对荧光体之类的发光部件，和为了对电子束施加足够的加速电压，施加几kV到几十kV的高正电位。在上述条件下，由形成于阴极衬底7002上的电子发射元件控制的电子被射出，使形成于阳极衬底7001上的荧光面7018发荧光。在这种情况下，电子的流动与本实施例中所指的异常放电明显不同。阳极衬底7001和阴极衬底7002正常保持在真空中，阳极衬底7001和阴极衬底7002之间的距离小于所发射电子的平均自由路径。
为了稳定地实现上述条件，采用本发明。即，本发明实现了如下所述的相对于阴极衬底7002对阳极施加几kV到几十kV的高正电位的调整工艺处理：
在图91所示的结构中，相对于阴极衬底7002对阳极衬底7001施加大约几kV到几十kV的高正电位。该电位选自与图像形成操作期间所加电压值大体相同或高于该电位的电位。在这种情况下，阴极衬底7002与阳极衬底7001之间的空间维持在真空气氛中。可以按如直流方式或脉冲形式进行电压施加，并可在逐渐增加所加电压的同时实施该工艺。
通过用靠近阳极衬底7001′设置的电压表测量阳极电位的变化，可确定异常放电的开始。在这种情况下，在发生电位变化大于某一阈值时，可输出使转换开关7004断开/接通操作的信号。此外，有观察与异常放电有关的荧光现象的方法。
下面，说明发生异常放电时的控制。异常放电发生，和一旦电流开始流过阳极衬底7001′与阴极衬底7002之间的真空空间时就按通转换开关7004。然后，通过转换开关7004部分断开存储于阳极中的电荷。在这种情况下，如果测量异常放电和接通转换开关7004时所需的时间周期足够短，那么可部分中断流过阳极衬底7001′与阴极衬底7002之间的真空空间的电流或将其抑制到较小值。结果，可明显减轻在阴极衬底7002上自然发生的损伤。当转换开关7004短路时的电阻器7006用于保护转换开关7004，期望电阻器7006的电阻尽可能小。
接着，再接通转换开关7004。在这种情况下，如果在阳极衬底7001′与阴极衬底7002之间的真空空间中没有电流流过，那么来自高压电源7005的电流作为把阳极电位再恢复到固定值的电荷电流流动。
以上描述涉及图91中所示结构的情况。在图92所示结构中，如何进行控制是不同的。异常放电发生，和一旦电流开始流过阳极衬底7001′与阴极衬底7002之间的真空空间时就断开转换开关7007，和使阳极衬底7001′与高压电源7005中断电连接。结果，在放电操作期间作为电流释放存储于阳极衬底7001′中的电荷。可是，当实现断开转换开关7007的操作时，阳极衬底7001′的电位可保持在这样的状态，即在任意时间周期内电位接近阴极衬底7002。如果使保持电位的时间周期足够，那么可更可靠地防止发生二次放电。此外，由于使阳极衬底7001′与高压电源7005中断电连接，因而不再担心大负载会加给高压电源7005。
上述两种方法都是有效的，甚至可组合这些方法来实施该工艺。在这种情况下，可影响第一次发生的异常放电操作，抑制流过真空空间的电流，从而能够防止再次发生异常放电。
按照本实施例，可明显减轻在阴极衬底7002上自然发生的损伤，从而能够实施调整工艺处理。再有，实施调整工艺处理，从而能够制造可抑制异常放电发生的图像形成装置。
-实例1-
如图91中示意那样设置阳极衬底7001′、阴极衬底7002、异常放电检测装置7003、短路阳极和阴极的开关7004、高压电源7005和电阻器7006，以实现调整工艺处理。异常放电检测装置7003和控制信号7008是由设置于阳极衬底7001′附近的安培计，和在观察到20(V)或以上的电位降的情况下对转换开关7004发送脉冲宽度为10(微秒)的触发信号的系统构成。还配置计数器，以计数控制次数。此外，把高压半导体开关用作转换开关7004，直流高压电源用作高压电源7005，电阻器7006设置为100Ω。此外，在本实施例中，按在Y方向720个元件(n＝720)和在X方向240个元件(m＝240)的方式设置表面传导型电子发射元件7015。
在本实施例中制备的图像形成装置中，阴极衬底7002与图像形成阳极衬底7001′之间的距离为2(mm)，在图形形成操作期间施加给阳极的最大电压为10(kV)。因此，调整工艺条件是：阴极衬底7002与图像形成阳极衬底7001′之间的距离为2(mm)，施加给调整阳极电极7001′的最大电压为15(kV)。以下，顺序说明按照本实施例的制造工艺。
1)用图89中所示意表示的阴极衬底7002作为阴极，和如图91所示的调整阳极电极7001′作为阳极来形成装置。成形调整阳极电极7001′，使其在阳极衬底7001′与阴极衬底7002对置时具有与阴极衬底7002上的至少导电部分重叠的部分。对阳极衬底7001′实施与图像形成阳极衬底7001不同的调整工艺处理。此外，为了用阴极衬底7002作阴极，使形成于阴极衬底7002上的X方向布线和Y方向布线接地。在阳极衬底7001′与阴极衬底7002之间插入未示出的绝缘块，使阳极衬底7001′与阴极衬底7002之间的间隔保持为2(mm)。此外，在真空容器(未示出)内设置阳极衬底7001′、阴极衬底7002和绝缘块等。
2)从上述真空容器内排气。结果，在阳极衬底7001？与阴极衬底7002之间形成真空状态。
3)当真空容器内的压力低于1×10-3(Pa)时，利用高压电源7005对阳极衬底7001′加高压，从而开始调整工艺处理。在本实施例中，按10V/秒的速率从5kV升高到15kV，然后在15kV维持大约10分钟，从而实施该工艺处理。一边升高电压，一边用异常放电检测装置7003测量有/无异常放电，在检测到异常放电的情况下，通过控制信号7004控制转换开关7004。在本实施例中，检测到7次异常放电，相应地进行了7次控制。
4)在上述调整工艺完成之后，使真空容器内的压力返回到大气，对阴极衬底7002实施电子源的工艺处理，最后制备如图88所示的图像显示部分。
如上所述，为了评价用按照本发明制造方法制备的图像形成装置的特性，进行下列评价。
首先，对阳极施加10kV的高压，以驱动未示出的驱动单元，该驱动单元与阴极衬底7002的X方向布线7012，具体地说是Dox1、Dox2、...、Dox(m-1)、Doxm和Y方向布线7013，具体地说是Doy1-D、Doy2、...、Doy(n-1)、Doyn连接，从而显示图像和检查有/无像素缺陷。结果，没有发现与异常放电有关的像素缺陷。即发现在调整工艺中没有损伤像素。
接着，在这种状态下，一边显示各种图像一边进行300小时的耐久试验。结果，保持优良的图像而没有产生异常放电。根据上述事实，证明用按照本发明的制造方法制备的图像形成装置可有效地抑制异常放电。
(实例2)
实例1的调整工艺是在组装图88所示的图像显示装置之后进行的。在调整工艺期间在阴极衬底7002与阳极衬底7001′之间形成真空状态。
本例是在与实例1相同的条件下进行调整工艺处理，只是提供光检测装置作为检测装置7003，和检测有/无异常放电，以断开/接通转换开关7004。
光检测器检测检测通过照射从阴极衬底7002发射的电子产生的光，而不管对荧光体的驱动。当检测到与异常放电有关的信号时，接通转换开关7004，在10(μm)之后再断开转换开关7004。正如实例1中那样，按10V/秒的速率从5kV升高到15kV，然后在15kV维持大约10分钟，来实施该工艺处理。结果，检测到11次异常放电，相应地进行了11次控制。此后，通过必需的工艺，连接未示出的驱动单元等，完成形成图像的装置。
正如实例1中那样，对阳极衬底7001′施加10kV的高压，进行评价。结果，没有发现与异常放电有关的像素缺陷，即发现在调整工艺中没有损伤像素。接着，在这种状态下，一边显示各种图像一边进行300小时的耐久试验。结果，保持优良的图像而没有产生异常放电。根据上述事实，证明用按照本发明的图像形成装置的制造方法制备的图像形成装置可有效地抑制异常放电。
(实例3)
如图92中示意那样设置阳极衬底7001′、阴极衬底7002、异常放电检测装置7003、高压电源7005和阳极与高压电源之间的转换开关7007，以实现调整工艺处理。参考标号7009表示控制信号。检测装置7003由如实例2中那样的光检测装置形成，和由检测有/无异常放电并在检测到异常放电时对开关7007发送脉冲宽度为5秒的触发信号的系统构成。还配置计数器，以计数控制次数。此外，把真空开关用作转换开关7007，把直流高压电源用作高压电源7005。
在本实施例中，因对转换开关7007发送脉冲宽度为5秒的触发信号作为控制信号，因而在异常放电操作期间使阳极衬底7001′与高压电源7005中断电连接约5秒。用如实例1中那样的按矩阵设置作为电子发射元件的表面传导型电子发射元件7015的电子源构成阴极衬底7002。可是，在本实施例中，按在Y方向240个元件(n＝240)和在X方向80个元件(m＝80)的方式设置表面传导型电子发射元件7015。注意，同样地，在本实施例中，如实例1那样，在形成导电膜之后进行该工艺。
在本实施例中制备的图像形成装置中，阴极衬底7002与图像形成阳极衬底7001′之间的距离为2.5(mm)，在图形形成操作期间施加给阳极的最大电压为12(kV)。因此，调整工艺条件是：阴极衬底7002与阳极衬底7001′之间的距离为2.5(mm)，施加给调整阳极电极的最大电压为18(kV)。以下，顺序说明制造工艺。
1)用图89中所示意的阴极衬底7002作为阴极，和用如图92所示的调整阳极衬底7001′作为阳极来形成装置。成形调整阳极电极7001′，使其在阳极衬底7001′与阴极衬底7002对置时具有与阴极衬底7002上的至少导电部分重叠的部分。此外，为了用阴极衬底7002作阴极，使形成于阴极衬底7012上的X方向布线和Y方向布线7013接地。在阳极衬底7001′与阴极衬底7002之间插入未示出的绝缘块，使阳极衬底7001′与阴极衬底7002之间的间隔保持为2(mm)。此外，在真空容器(未示出)内设置阳极衬底7001′、阴极衬底7002和绝缘块等。
2)从上述真空容器内排气。结果，在阳极衬底7001？与阴极衬底7002之间形成真空状态。
3)当真空容器内的压力低于1×10-3(Pa)时，利用高压电源7005对阳极衬底7001′加高压，从而开始调整工艺处理。  在本实施例中，按10V/秒的速率从6kV升高到18kV，然后在18kV维持大约10分钟，从而实施该工艺处理。一边升高电压，一边用检测装置7003测量有/无异常放电，在检测到异常放电的情况下，通过控制信号7009控制转换开关7007。在这种情况下，由于如上所述使阳极衬底7001′与高压电源7005中断电连接约5秒，因而在本实施例中检测到异常放电的情况下，除上述控制外，还控制高压电源7005升高的停止和在检测异常放电之前维持电压约5秒。
设置使阳极衬底7001′与高压电源7005中断电连接的时间同期为约5秒的理由是为了有效地防止再次发生异常放电。作为在这种条件下实施调整工艺的结果，在本实施例中检测到19次异常放电，相应地进行了19次控制。此外，异常放电按29秒的最短间隔发生，因而认为在本实施例中可有效地防止再次发生异常放电。由于该原因，认为因在检测到异常放电之后使阳极衬底7001′与高压电源7005中断电连接约5秒，即使阳极衬底7001′与阴极衬底7002的真空度局部变劣，也可把真空度恢复到某些程度。
4)在上述调整工艺完成之后，使真空容器内的压力返回到大气，对阴极衬底7002上的电子源实施形成电子源的工艺处理，最后制备如图88所示的图像显示部分。
如上所述，为了评价用按照本发明制造方法制备的图像形成装置的特性，进行下列评价。
首先，对阳极施加12kV的高压，以驱动未示出的驱动单元，该驱动单元与阴极衬底7002的X方向布线7012，具体地说是Dox1、Dox2、...、Dox(m-1)、Doxm和Y方向布线7013，具体地说是Doy1-D、Doy2、...、Doy(n-1)、Doyn连接，从而显示图像和检查有/无像素缺陷。结果，没有发现与异常放电有关的像素缺陷。即发现在调整工艺中没有损伤像素。接着，在这种状态下，一边显示各种图像一边进行300小时的耐久试验。结果，保持优良的图像而没有产生异常放电。根据上述事实，证明用按照本发明的制造方法制备的图像形成装置可有效地抑制异常放电。
在上述实例1-3中，作为抑制调整工艺期间异常放电的方法，有使阳极电位接近阴极电位，或使阳极和高压电源中断电连接的所述方法。即使把这些方法组合在一起也不会出现问题。此外，异常放电观察装置不限于这些情况。
参照表面传导型发射元件的实例进行了上述说明。可是，采用本发明的电子束装置和图像显示装置不限于采用表面传导型发射元件的装置。例如，有被看作为锥体形状的电场发射元件。作为电极对，有称为“发射锥体”的发射体电极，和有具有开口部分的栅极，在发射体与栅极之间加电压以发射电子。具体地说，已知具有作为发射体的尖端部分的电极，其中从该尖端部分发射电子。本发明优选地用于采用上述电场发射元件的电子束装置。
具体地说，正如上述各实施方式和各实施例中那样，在形成布线之后和形成发射体和/或栅极的开口部分之前进行调整工艺。
按照本发明，对电子源实施加电压工艺处理，从而在驱动以图像形成装置为代表的电子束装置中消除如突起之类的引发放电现象的因素，于是实现没有像素缺陷的显示特性优异且可长时间周期地显示图像的图像形成装置。
此外，按照本发明，在调整工艺中，因把储存于由电极与电子源衬底形成的电容器中的能量限制为等于或低于破坏导电薄膜的能量，因而可限制在该工艺中的放电操作期间由电子源衬底消耗的能量，从而能够抑制对导电薄膜的破坏。
特别是，在制造大面积的电子源衬底中，可实施该工艺而不会损伤电子源衬底上的元件。
并且，因在电子源衬底制造期间的任何工艺中都可进行调整工艺，因而可高效地制备电子源衬底。
此外，按照本发明，由于提供使用其薄层电阻彼此不同的电极进行多种调整工艺，因而可抑制制造工艺期间或在最后产品制造之后的使用中发生异常放电，从而具有高可靠性。

Claims (16)

1.一种制造图像形成装置的方法，该图像形成装置提供有背板和面板，在该背板上设置发射至少一个电子的电子发射部分和电连接到该电子发射部分的布线，在该面板上设置图像形成元件，所述方法包括：
在所述背板上形成所述布线的布线形成步骤；
在所述背板上形成所述电子发射部分的电子发射部分形成步骤；
在所述背板和其上设置图像形成元件的所述面板之间进行密封的密封步骤；以及
电压施加步骤，其中，在完成所述布线形成步骤之后，在所述电子发射部分形成步骤和所述密封步骤之前，与在其上设置所述布线的背板相对地设置电极，并在所述电极和所述背板之间施加电压，
其中进行所述电压施加步骤从而在所述电极和所述背板之间引起放电。
2.根据权利要求1的方法，其中
所述电压施加步骤是在所述电极和所述背板之间施加1kV/mm-15kV/mm的电场的步骤。
3.根据权利要求1的方法，其中
在所述电极和所述背板之间施加的所述电压是从较低的电压逐渐增加的直流电压。
4.根据权利要求1的方法，其中
在所述电极和所述背板之间施加的所述电压是从较低的电压逐渐增加的交流电压。
5.根据权利要求1的方法，其中
在所述电极和所述背板之间施加的所述电压是从较低的电压逐渐增加的脉冲电压。
6.根据权利要求1的方法，其中
在所述电压施加步骤期间，所述电极和所述背板之间的距离被改变。
7.根据权利要求1的方法，其中
所述电压施加步骤在减小压力的气氛中进行。
8.根据权利要求1的方法，其中
所述电压施加步骤在含有气体的气氛中进行。
9.一种制造图像形成装置的方法，该图像形成装置提供有背板和面板，在该背板上设置具有发射至少一个电子的电子发射部分的导电薄膜和电连接到该导电薄膜的布线，在该面板上设置图像形成元件，该方法包括：
在背板上形成所述布线的布线形成步骤；
在背板上形成与所述布线电连接的所述导电薄膜的导电薄膜形成步骤；
在所述导电薄膜形成步骤之后在所述导电薄膜上形成所述电子发射部分的电子发射部分形成步骤；
在所述背板和其上设置图像形成元件的所述面板之间提供密封的密封步骤；以及
电压施加步骤，其中，在完成所述布线形成步骤和所述导电薄膜形成步骤之后，在所述电子发射部分形成步骤和所述密封步骤之前，与在其上设置所述布线和所述导电薄膜的背板相对地设置电极，并在所述电极和所述背板之间施加电压，
其中进行所述电压施加步骤从而在所述电极和所述背板之间引起放电。
10.根据权利要求9的方法，其中
所述电子发射部分形成步骤包括在所述导电薄膜中形成间隙的步骤。
11.根据权利要求10的方法，其中在所述导电薄膜中形成间隙的步骤包括对所述导电薄膜供电的步骤。
12.根据权利要求10的方法，其中
在所述导电薄膜中形成间隙的步骤之后，在所述电子发射部分之上进行进一步的淀积淀积物的步骤。
13.根据权利要求9的方法，其中
所述电压施加步骤的进行使得在所述电极和所述背板之间施加电压时，存贮在由所述电极和所述背板形成的电容器中的能量小于破坏所述导电薄膜的能量。
14.根据权利要求13的方法，其中
所述电极与所述背板彼此面对的区域面积S、所述电极与所述背板之间的距离Hc、施加于所述电极与所述布线之间的电压Vc、真空介电常数ε、以及可破坏所述导电薄膜的能量Eth符合下列条件：
ε×S×Vc2/2Hc＜Eth。
15.一种制造图像形成装置的方法，该图像形成装置提供有背板和面板，在该背板上设置一对器件电极、设置在该对器件电极之间并具有发射至少一个电子的电子发射部分的导电薄膜和电连接到该对器件电极的布线，在该面板上设置图像形成元件，所述方法包括：
在所述背板上形成所述布线的布线形成步骤；
在所述背板上形成电连接到所述布线的所述一对器件电极的器件电极形成步骤；
在所述背板上形成所述一对器件电极之间的导电薄膜的导电薄膜形成步骤；
在所述导电薄膜形成步骤之后，在所述导电薄膜上形成所述电子发射部分的电子发射部分形成步骤；
在所述背板和其上设置图像形成元件的所述面板之间提供密封的密封步骤；
电压施加步骤，其中，在完成所述布线形成步骤和所述器件电极形成步骤之后，在所述电子发射部分形成步骤和所述密封步骤之前，与在其上设置所述布线和所述器件电极的背板相对地设置电极，并在所述电极和所述背板之间施加电压，
其中进行所述电压施加步骤从而在所述电极和所述背板之间引起放电。
16.一种制造图像形成装置的方法，该图像形成装置提供有背板和面板，在该背板上设置一对器件电极、设置在该对器件电极之间并具有发射至少一个电子的电子发射部分的导电薄膜和连接到该对器件电极的布线，在该面板上设置图像形成元件，所述方法包括：
在所述背板上形成所述布线的布线形成步骤；
在所述背板上形成电连接到所述布线的所述一对器件电极的器件电极形成步骤；
在所述背板上形成所述一对器件电极之间的所述导电薄膜的导电薄膜形成步骤；
在所述导电薄膜形成步骤之后在所述导电薄膜上形成所述电子发射部分的电子发射部分形成步骤；
在所述背板和其上设置图像形成元件的面板之间提供密封的密封步骤；以及
电压施加步骤，其中，在完成所述布线形成步骤、所述器件电极形成步骤和所述导电薄膜形成步骤之后，在所述电子发射部分形成步骤和所述密封步骤之前，与在其上设置所述布线、所述器件电极和所述导电薄膜的背板相对地设置电极，并在所述电极和所述背板之间施加电压，
其中进行所述电压施加步骤从而在所述电极和所述背板之间引起放电。
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