JP2000149771A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高品位な画像を形成し得る画像形成装置の電
子ビーム源として応用される安定した電子放出特性を示
す電子放出素子の製造装置を提供する。 【解決手段】 一対の電極間の導電性膜にカーボン膜を
有する電子放出素子の製造装置であって、一対の電極と
該一対の電極間に配置された導電性膜とを有する基板を
内包するための容器と、前記容器内を排気するための真
空排気装置と、前記容器に接続され、該容器内に有機物
質ガスを導入するためのガス導入ラインと、前記導入ラ
インの途中に設けられた水除去手段と、前記一対の電極
間に電圧を印加するための電源とを備える電子放出素子
の製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、該
電子放出素子を複数配置してなる電子源、該電子源を用
いて構成された表示装置等の画像形成装置の製造装置に
関する発明である。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子には大別して熱電子
放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られてい
る。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ
型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩ
Ｍ型」と称す。）や表面伝導型電子放出素子等が有る。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ
ａｎｄ Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄ ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙ
ｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたもの
が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示されたものが
知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）等
に開示されたものがある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、絶縁性基板上
に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流す
ことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものであ
る。この表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例とし
ては、絶縁性基板上に設けた一対の素子電極間を連絡す
る電子放出部形成用導電性薄膜に、予めフォーミングと
呼ばれる通電処理とその後の活性化処理によって、電子
放出部を形成したものが挙げられる。

【０００７】フォーミングとは、前記電子放出部形成用
薄膜の両端に電圧を印加通電し、電子放出部形成用薄膜
を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高
抵抗な状態にした亀裂を形成する処理である。

【０００８】活性化処理とは、有機化合物を有する真空
雰囲気下において前記電子放出部形成用薄膜の両端に電
圧を印加通電し、前記亀裂近傍に炭素被膜を形成する処
理である。尚、電子放出は、その亀裂付近から行われ
る。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で製造も容易であることから、大面積に亙って多数
素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を
活かすための種々の応用が研究されている。例えば、荷
電ビーム源、表示装置等の画像形成装置への利用が挙げ
られる。

【００１０】多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成
した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子を配列
し、個々の素子の両端を配線にて夫々結線した行を多数
行配列した電子源が挙げられる（例えば、本出願人の特
開平１−０３１３３２号公報）。

【００１１】また、特に表示装置等の画像形成装置にお
いては、近年、液晶を用いた平板型表示装置が、ＣＲＴ
に替わって普及してきたが、自発光型でないため、バッ
クライト等を持たなければならない等の問題点があり、
自発光型の表示装置の開発が望まれてきた。表面伝導型
電子放出素子を多数配置した電子源と、この電子源かよ
り放出された電子によって可視光を発光せしめる蛍光体
とを組み合わせた表示装置である画像形成装置は、大画
面の装置でも比較的容易に製造でき、かつ表示品位の優
れた自発光型表示装置である（例えば、本出願人のアメ
リカ特許第５０６６８８３号明細書）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記電子源、画像形成
装置等に用いられる電子放出素子については、明るい表
示画像を安定して提供できるよう更に安定で制御された
電子放出特性及び電子放出の効率向上が要望されてい
る。

【００１３】安定で制御された電子放出特性と電子放出
効率のより一層の向上がなされれば、例えば蛍光体を画
像形成部材とする画像形成装置においては、低電流で明
るい高品位な画像形成装置、例えばフラットテレビが実
現される。また、低電流化に伴い、画像形成装置を構成
する駆動回路等も安価になるものと期待される。

【００１４】本発明は、電子放出効率の高い電子放出素
子、かかる電子放出素子を用いた電子源及び画像形成装
置を製造するための方法を提供することを目的とする。

【００１５】また、本発明は、駆動による電子放出特性
の経時変化の極めて少ない電子放出素子、かかる電子放
出素子を用いた電子源及び画像形成装置を製造するため
の方法を提供することを目的とする。

【００１６】また、本発明は、駆動による放出電流の経
時的な低下の少ない電子放出素子、かかる電子放出素子
を用いた電子源及び画像形成装置を製造するための方法
を提供することを目的とする。

【００１７】また、本発明は、より高品位な画像を形成
し得る画像形成装置を製造するための方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前述のように、電子放出
部形成用導電性膜にフォーミングによって形成した亀裂
近傍に、活性化処理によってカーボン膜を形成した後
は、炭素・炭素化合物の堆積が不必要に進行しないよう
に、有機材料やそれらの分解物が除去されているのが望
ましい。このような状況を実現するために、例えば電子
放出素子を真空雰囲気下で加熱することが行われるが、
従来、この工程で上記カーボン膜の一部が除去されてし
まい、所望の電子放出量が得られない場合があった。

【００１９】本発明者は、上記の現象について鋭意研究
した結果、上記のカーボン膜の結晶性が極めて重要であ
ることが判明した。すなわち、上記カーボン膜がグラフ
ァイトなど結晶性の良いカーボンを多く含む場合には、
上記のような現象は起こらないが、水素を含むアモルフ
ァスカーボン等を多量に含む場合には、上記の現象が発
生し易いことが判明した。

【００２０】また、本発明者の研究によれば、活性化工
程における雰囲気中での水の存在（水の分圧）が、得ら
れる電子放出素子の電子放出量や電子放出効率の低下や
駆動時の経時劣化に密接に相関していることが判明し
た。すなわち、活性化工程での雰囲気中に、有機物質の
他に水が多く存在すると、かかる水がカーボン膜の形成
を阻害したり、カーボン膜の結晶性を低下させることが
判明した。

【００２１】本発明者は以上のような知見に基づき、前
記目的を達成する以下の本発明に至ったものである。

【００２２】すなわち、本発明は、一対の電極間の導電
性膜にカーボン膜を有する電子放出素子の製造装置であ
って、一対の電極と該一対の電極間に配置された導電性
膜とを有する基板を内包するための容器と、前記容器内
を排気するための真空排気装置と、前記容器に接続さ
れ、該容器内に有機物質ガスを導入するためのガス導入
ラインと、前記導入ラインの途中に設けられた水除去手
段と、前記一対の電極間に電圧を印加するための電源と
を備えることを特徴とする電子放出素子の製造装置にあ
る。

【００２３】また、本発明は、一対の電極間の導電性膜
にカーボン膜を有する電子放出素子を複数備える電子源
の製造装置であって、一対の電極と該一対の電極間に配
置された導電性膜とが複数配置された基板を内包するた
めの容器と、前記容器内を排気するための真空排気装置
と、前記容器に接続され、該容器内に有機物質ガスを導
入するためのガス導入ラインと、前記導入ラインの途中
に設けられた水除去手段と、前記複数対の電極間に電圧
を印加するための電源とを備えることを特徴とする電子
源の製造装置にある。

【００２４】また、本発明は、一対の電極間の導電性膜
にカーボン膜を有する電子放出素子を複数備える電子源
と前記電子源から放出される電子が照射される蛍光膜と
を備える画像形成装置の製造装置であって、一対の電極
と該一対の電極間に配置された導電性膜とを複数と蛍光
膜とが内包された容器の排気管に接続され、該容器内を
排気するための真空排気装置と、該排気管に接続され、
該容器内に有機物質ガスを導入するためのガス導入ライ
ンと、前記導入ラインの途中に設けられた水除去手段
と、前記複数対の電極間に電圧を印加するための電源と
を備えることを特徴とする画像形成装置の製造装置にあ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施態様
を示す。

【００２６】まず、本発明の製造方法により製造される
電子放出素子の基本的構成には大別して、平面型と垂直
型の２つがある。まず、平面型の電子放出素子について
説明する。

【００２７】図１は、本発明の製造方法により製造され
る平面型の電子放出素子の一構成例を示す模式図であ
り、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は縦断面図であ
る。図１において、１は基板、２と３は電極（素子電
極）、４は導電性膜、５はカーボン膜である。カーボン
膜５は、導電性膜４上及び導電性膜４の間隙Ａの内側に
配置されており、同図が示す様に、導電性膜４の間隙Ａ
よりも狭い間隙Ｂを形成している。

【００２８】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、スパッタ
法等によりＳｉＯ₂を積層したガラス基板及びアルミナ
等のセラミックス及びＳｉ基板等を用いることができ
る。

【００２９】対向する素子電極２，３の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができ、例えばＮｉ，Ｃ
ｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等
の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂，Ｐｄ
−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成され
る印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂等の透明導電体及びポ
リシリコン等の半導体導体材料等から適宜選択される。

【００３０】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
膜４の形状等は、応用される形態等を考慮して設計され
る。素子電極間隔Ｌは、好ましくは、数百ｎｍから数百
μｍの範囲であり、より好ましくは、数μｍから数十μ
ｍの範囲とすることができる。素子電極長さＷは、電極
の抵抗値、電子放出特性を考慮して、数μｍから数百μ
ｍの範囲とすることができる。素子電極２，３の膜厚ｄ
は、数十ｎｍから数μｍの範囲とすることができる。

【００３１】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、導電性膜４、対向する素子電極２，３の順に積層
した構成とすることもできる。

【００３２】導電性膜４を構成する主な材料は、Ｐｄ，
Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、Ｈｆ
Ｂ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，ＧｄＢ₄等の
硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，Ｗ
Ｃ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓ
ｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中から適宜選択され
る。

【００３３】導電性膜４には、良好な電子放出特性を得
るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好
ましい。その膜厚は、素子電極２，３へのステップカバ
レージ、素子電極２，３間の抵抗値及び後述するフォー
ミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は、数
Å〜数百ｎｍの範囲とするのが好ましく、より好ましく
は１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とするのが良い。その抵抗値
は、Ｒｓが１０²Ω／□〜１０⁷Ω／□の値であるのが好
ましい。なお、Ｒｓは、幅がｗで長さがｌの薄膜の長さ
方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と置いた
ときの値である。

【００３４】なお、本明細書では頻繁に「微粒子」とい
う言葉を用いるので、その意味について説明する。

【００３５】小さな粒子を「微粒子」と呼び、これより
も小さなものを「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」より
もさらに小さく、原子の数が数百個程度以下のものを
「クラスター」と呼ぶことは広く行われている。

【００３６】しかしながら、それぞれの境は厳密なもの
ではなく、どの様な性質に注目して分類するかにより変
化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して「微
粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書中での記述はこれに
沿ったものである。

【００３７】例えば、「実験物理学講座１４ 表面・微
粒子」（木下是雄 編、共立出版１９８６年９月１日発
行）では、「本稿で微粒子と言うときにはその直径がだ
いたい２〜３μｍ程度から１０ｎｍ程度までとし、特に
超微粒子というときは粒径が１０ｎｍ程度から２〜３ｎ
ｍ程度までを意味することにする。両者を一括して単に
微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではな
く、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が
２個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼
ぶ。」（１９５ページ ２２〜２６行目）と記述されて
いる。

【００３８】付言すると、新技術開発事業団の“林・超
微粒子プロジェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径
の下限はさらに小さく、次のようなものであった。

【００３９】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト”（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ
（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒
子”（ｕｌｔｒａ ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼
ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ１００〜
１０８ 個くらいの原子の集合体という事になる。原子
の尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子である。」
（「超微粒子−創造科学技術」林主税、上田良二、田崎
明 編；三田出版 １９８８年 ２ページ１〜４行目）
／「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数
個〜数百個で構成される１個の粒子は、ふつうクラスタ
ーと呼ばれる」（同書２ページ１２〜１３行目）。

【００４０】上記のような一般的な呼び方をふまえて、
本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集
合体で、粒径の下限は数Å〜１ｎｍ程度、上限は数μｍ
程度のものを指すこととする。

【００４１】また、カーボン膜５は、炭素或は炭素化合
物であり、その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが
好ましく、３０ｎｍ以下の範囲とするのがより好まし
い。

【００４２】以上述べた平面型の電子放出素子は表面伝
導型電子放出素子であり、素子電極２，３間に所定の電
圧を印加することで、間隙Ｂ近傍より電子を放出する。

【００４３】次に、垂直型の電子放出素子について説明
する。

【００４４】図２は、本発明にて製造し得る垂直型の電
子放出素子の一構成例を示す模式図であり、図１に示し
た部位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を
付している。２１は段差形成部である。基板１、素子電
極２，３、導電性膜４及びカーボン膜５は、前述した平
面型の電子放出素子の場合と同様の材料で構成すること
ができる。段差形成部２１は、真空蒸着法、印刷法、ス
パッタ法等で形成されたＳｉＯ₂等の絶縁性材料で構成
することができる。

【００４５】段差形成部２１の膜厚は、先に述べた平面
型の電子放出素子の素子電極間隔Ｌに対応し、数百ｎｍ
から数十μｍの範囲とすることができる。

【００４６】導電性膜４は、素子電極２，３と段差形成
部２１作成後に、素子電極２，３の上に積層される。カ
ーボン膜５は、導電性膜４上及び導電性膜４の間隙Ａの
内側に配置されており、同図が示す様に、導電性膜４の
間隙Ａよりも狭い間隙Ｂを形成している。

【００４７】以上述べた垂直型の電子放出素子も、表面
伝導型電子放出素子であり、素子電極２，３間に所定の
電圧を印加することで、間隙Ｂ近傍より電子を放出す
る。

【００４８】本発明の電子放出素子の製造方法としては
様々な方法があるが、その一例を図３に基づいて説明す
る。尚、図３においても図１に示した部位と同じ部位に
は図１に付した符号と同一の符号を付している。

【００４９】１）素子電極の形成 基板１を洗剤、純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄
し、真空蒸着法、スパッタ法等により素子電極材料を堆
積後、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて基板１
上に素子電極２，３を形成する（図３（ａ））。

【００５０】２）導電性膜の形成 素子電極２，３を設けた基板１上に、有機金属溶液を塗
布して、有機金属膜を形成する。有機金属溶液には、前
述の導電性膜の材料の金属を主元素とする有機化合物の
溶液を用いることができる。この有機金属膜を加熱焼成
処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニング
し、導電性膜４を形成する（図３（ｂ））。ここでは、
有機金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性膜４
の形成法はこれに限られるものではなく、真空蒸着法、
スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピ
ング法、スピンナー法等を用いることもできる。

【００５１】３）フォーミング処理 続いて、フォーミング工程を施す。このフォーミング工
程の方法の一例として通電処理による方法を説明する。
所定の真空雰囲気下で素子電極２，３間に、不図示の電
源より通電すると、導電性膜４の部位に、間隙Ａが形成
される（図３（ｃ））。通電フォーミングによれば、導
電性膜４に局所的に亀裂が形成される。以上のような通
電フォーミングにより亀裂が形成された導電性膜４に、
素子電極２，３を介して電圧を印加すると電子放出が起
こる。通電フォーミングの電圧波形の例を図４に示す。

【００５２】通電フォーミングの電圧波形は、特にパル
ス波形が好ましい。これにはパルス波高値を定電圧とし
たパルスを連続的に印加する図４（ａ）に示した手法
と、パルス波高値を増加させながらパルスを印加する図
４（ｂ）に示した手法がある。

【００５３】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて説明する。図４（ａ）におけるＴ₁及びＴ₂は電圧
波形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ₁は１μｓ
ｅｃ．〜１０ｍｓｅｃ．、Ｔ₂は１０μｓｅｃ．〜１０
０ｍｓｅｃ．の範囲で設定される。三角波の波高値（通
電フォーミング時のピーク電圧）は、電子放出素子の形
態に応じて適宜選択される。このような条件のもと、例
えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形
は、三角波に限定されるものではなく、図４（ｃ）に示
すような矩形波等の所望の波形を採用することができ
る。

【００５４】次に、パルス波高値を増加させながら電圧
パルスを印加する場合について説明する。図４（ｂ）に
おけるＴ₁及びＴ₂は、図４（ａ）に示したのと同様とす
ることができる。三角波の波高値（通電フォーミング時
のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ、
増加させることができる。

【００５５】通電フォーミング処理の終了は、パルスの
休止期間中に低い電圧を印加し、電流を測定して抵抗値
を検知し、決定することができる。例えば０．１Ｖ程度
の電圧印加により流れる素子電流を測定し、抵抗値を求
めて、１ＭΩ以上の抵抗を示した時、通電フォーミング
を終了させる。

【００５６】４）活性化処理 フォーミングを終えた素子には活性化工程と呼ばれる処
理を施す。この活性化工程により、放出電流Ｉ_eが増加
する。

【００５７】活性化工程は、例えば、有機物質のガスを
含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、素子
電極２，３間にパルス電圧の印加を繰り返すことで行う
ことができる。この雰囲気は、例えばイオンポンプなど
により一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質のガ
スを導入することによっても得られる。このときの好ま
しい有機物質のガス圧は、前述の素子の形態、真空容器
の形状や、有機物質の種類などにより異なるため、場合
に応じ適宜設定される。

【００５８】この活性化処理により、雰囲気中に存在す
る有機物質から、炭素或は炭素化合物からなるカーボン
膜５が、導電性膜４上及び導電性膜４の間隙Ａの内側に
堆積し（図３（ｄ））、放出電流Ｉ_eが増加する。

【００５９】本発明者の研究によれば、結晶構造の乱れ
や水素を含むアモルファスカーボンが多いカーボン膜の
場合、後述する安定化工程での加熱処理により、カーボ
ン膜の堆積量が減少し、それに伴い素子電流Ｉ_f，放出
電流Ｉ_eが著しく減少することが判明した。

【００６０】活性化工程は、有機物質の存在下での電圧
の印加によって有機物質を分解し、フォーミング工程で
導電性膜に形成された亀裂部にカーボン膜を形成する工
程である。

【００６１】本発明の製造方法の特徴の１つは、かかる
活性化工程における有機物質として、極性又は極性基を
有する芳香族化合物を採用する点にある。

【００６２】一般に、芳香族化合物は、脂肪族化合物に
比べ、化合物を構成する全原子に対する炭素原子の比率
が大きく、また、脂肪族化合物に比べて反応性が低く、
熱的安定性に優れる傾向がある。活性化工程は、有機物
質を電界印加や電子照射、加熱等によって分解、重合、
脱水素等の反応を経てカーボンを形成する工程と考えら
れている。芳香族化合物の前述のような特性は、カーボ
ン膜に残留する水素原子の割合が少なく、熱的には、副
反応が起こりにくいので、得られるカーボン膜の結晶構
造が安定することが期待できる。従って、芳香族化合物
を用いた活性化工程では、素子上に堆積するカーボン膜
の熱的、化学的安定性を向上させることができ、上記の
ような安定化工程での加熱処理によるカーボン膜の減少
を抑制し、素子電流Ｉ_f、放出電流Ｉ_eの減少を抑えるこ
とができる。

【００６３】活性化工程での電圧印加により、亀裂部に
強電界が生じ、亀裂部に吸着した有機物質は、この電界
の作用を受ける。

【００６４】芳香族化合物には、芳香環に分極しやすい
π電子を有するので、電圧印加時の分子内の分極が生じ
易く、分子間での配向も生じ易い。

【００６５】このような電界による分極作用は、芳香族
化合物が極性を有する置換基を有する場合、置換基の電
子吸引性または電子供与性の作用によって増幅される。

【００６６】この結果、分極のために分子内の特定の位
置の結合が切断されたり、極性基のために反応する位置
が限定されたりする傾向がさらに強くなるために、その
後の重合、分解等の２次反応の均一性が良好で、生成さ
れるカーボン膜の結晶性が一層、良好になる。

【００６７】本発明では極性を有する芳香族化合物を用
いることを特徴としている。

【００６８】一般に、化合物の極性は、双極子モーメン
トの値の大小で記述される。双極子モーメントの値が大
きい化合物ほど極性が大きい。また、極性のない化合物
の双極子モーメントの値はゼロである。

【００６９】具体的に、極性を有する芳香族化合物とし
ては、トルエン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、エチル
ベンゼン、フェノール、安息香酸、フルオロベンゼン、
クロロベンゼン、ブロモベンゼン、スチレン、アニリ
ン、ベンゾニトリル、ニトロベンゼン、ｐ−トルニトリ
ル、ｍ−トルニトリル、ｏ−トルニトリル、ピリジンな
どが挙げられる。

【００７０】一方、本発明では極性基を有する芳香族化
合物を用いることも特徴としている。

【００７１】極性基としては、電子吸引性、電子供与性
のどちらでもよい。芳香族化合物の置換基のこれらの特
性は、Ｈａｍｍｅｔｔ則のσ値で示される。すなわち、
このσ値が、正であれば電子吸引性の置換基であり、負
であれば、電子供与性の置換基である。また、σ値の絶
対値が大きいほど、電子供与性または吸引性の作用が大
きくなる。

【００７２】本発明では、極性基としては、メチル基、
エチル基、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、シアノ
基、ニトロ基、アセチル基、アミド基、ビニル基などが
挙げられる。

【００７３】本発明では、好ましい、極性または極性基
を有する芳香族化合物として、シアノ基を有する芳香族
化合物を用いることができる。具体的には、ベンゾニト
リル、ｐ−トルニトリルなどが挙げられる。

【００７４】シアノ基は、置換基の中で大きな電子吸引
性を有する極性基であると同時に、活性化工程で芳香環
から脱離しても構造が単純なため、活性化工程での副反
応が起こりにくく、得られるカーボン膜の結晶性が良い
ものと推測される。

【００７５】本発明の製造方法のもう一つの特徴は、該
活性化工程における極性又は極性基を有する芳香族化合
物を含有する雰囲気下での、該芳香族化合物の分圧に対
する水の分圧の比が、１００以下であり、好ましくは１
０以下、さらに好ましくは０．１以下、特に好ましくは
０．００１以下である。例えば、活性化工程前に真空加
熱処理で水を除去する場合でも、それに要する時間も少
なく、また、実質上、使用可能な電子放出素子が得られ
る。

【００７６】前述のように、活性化処理においては、雰
囲気中に存在する有機物質から、炭素あるいは炭素化合
物が素子上に堆積し、素子電流Ｉ_f、放出電流Ｉ_eが著し
く変化するようになるが、一般に、カーボン材料は、高
温下で水と反応して、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン
になることを考慮すれば、活性化工程に水が影響を与え
ることが推測される。

【００７７】活性化工程中、有機物質の分圧に対する水
の分圧が大きくなると、有機物質からカーボン膜を形成
する反応が阻害され、一定の時間活性化を行っても十分
なカーボン膜が得られなかったり、結晶構造の乱れや水
素を含むアモルファスカーボンを多く含むカーボン膜が
堆積されるものと思われる。このような堆積物では、熱
的安定性、化学的安定性が低く、活性化工程後の安定化
工程での加熱処理や、素子の駆動に伴い、カーボン膜の
消失が起こり易く、その結果、得られる電子放出素子の
初期の電子放出量や電子放出効率（素子電流に対する放
出電流の割合で定義される）が低下したり、駆動時の経
時劣化が大きくなる。

【００７８】一般に、活性化工程で用いられる雰囲気中
での好ましい有機物質の分圧は、有機物質の種類あるい
は蒸気圧によって異なる。

【００７９】また、活性化工程では、蒸気圧の大小によ
り差があるものの、活性化工程雰囲気中の有機物質の分
圧が大きくなると、吸着量が大きくなり、形成されるカ
ーボン膜の堆積量も多くなったり、素子電流Ｉ_fにリー
ク電流が増えたり、電子放出効率が低下する。従って、
活性化工程である時間内に所望の素子電流が得られるこ
とを条件に、雰囲気中の有機物質の分圧をできるだけ小
さくして、吸着量を減らした状態で活性化工程を行うこ
とが好ましい。

【００８０】例えば、メタン、エチレン等、分子量が小
さい有機物質の場合、蒸気圧も比較的大きいので、活性
化工程での分圧をあまり小さくすると、素子表面の吸着
量が減少し、有機物質からカーボン膜を形成する反応に
かなり時間を要したり、反応が実質上行われないことが
ある。

【００８１】これに対して、本発明で用いられる芳香族
化合物を含む、比較的分子量も大きく、蒸気圧が小さい
有機物質を活性化工程で用いると、素子基板上への付着
性や分子同士の凝集性も大きくなる傾向があり、素子上
に吸着している分子が多くなる。ただし、あまり蒸気圧
の小さい有機物質を用いると、さらに付着性、凝集性が
顕著になるので、活性化工程での雰囲気を形成する際
に、真空チャンバーへのガス導入配管や、電子源基板が
内包された外囲器や排気管のガスのコンダクタンスが大
きく影響し、有機物質を導入することができなかった
り、導入／排気に時間がかかるようになる。

【００８２】分子量が大きい有機物質を活性化工程で用
いる場合、雰囲気中の有機物質の分圧をできるだけ小さ
くして、吸着量を減らした状態で活性化工程を行うこと
が好ましい。

【００８３】このような分圧条件においては、有機物質
を導入する真空雰囲気のバックグランドの圧力（おおむ
ね１．３×１０^-5Ｐａ〜１．３×１０^-3Ｐａ程度）に近
くなり、その真空雰囲気中に水がある場合、その影響を
受けやすくなる。

【００８４】有機物質が、極性又は極性基を有する芳香
族化合物である場合、分子量が大きい上に極性を有する
ことで、分子間の相互作用が大きいので、吸着性、凝集
性が強くなり、前述したとおり、雰囲気中の分圧を小さ
くして活性化することが好ましいと同時に、水の影響が
懸念される。

【００８５】しかしながら、本発明では、活性化工程で
用いる有機物質の極性または極性基を有する芳香族化合
物とすることで、前述したような活性化工程における水
の影響を緩和させることを見出した。この現象は、以下
のように推測している。

【００８６】（１）芳香族化合物は、前述したように熱
的に比較的安定であるので、活性化工程中の素子基板上
で水が存在していても、水との反応性（例えば加水分解
や付加反応）が低い。

【００８７】（２）極性又は極性基を有する芳香族化合
物の反応の過程で、分極による分子の配向の作用によ
り、反応の選択性が水分子の反応が制約されている。

【００８８】（３）活性化工程によって形成されたカー
ボン膜の反応性が小さい。例えば、水素等の含有率が小
さく、終端されていない結合が少ない。

【００８９】従って、有機物質として極性又は極性基を
有する芳香族化合物を用い、適正な小さい分圧で安定に
活性化工程の雰囲気を保持しつつ、前述したように雰囲
気中での水分圧を有機物質の分圧に対して制御すること
で、初期の電子放出量や電子放出効率が大きく、その後
の駆動時の経時劣化が抑えられた高品位の電子放出素子
を得ることができる。

【００９０】本発明において、活性化工程での極性又は
極性基を有する芳香族化合物と水の分圧比は、四重極質
量分析装置を用いて測定することができる。また、水の
分圧比を小さくするために、活性化工程前の素子や有機
物質を導入する試料室（容器）や好ましくは更に有機物
質を導入するための配管、バルブなどの導入系までも真
空下で加熱して、吸着している水の量を減らすことが望
ましい。特に、後述する電子源基板を有する表示パネル
の場合、大きな面積のガラス基板から構成され、真空排
気のコンダクタンスが低いため、パネル内の水を除去す
ることが難しく、非常に高温で長時間真空下で加熱しな
ければならない。さらに上述の如きプロセス管理を行い
コンダクタンスを良くしたとしても所望の有機物質の分
圧に対して水の分圧を安定して低減するためには、導入
ガスに対して、水を選択的に吸着するフィルターを通過
させた後に使用したり、真空雰囲気中に該有機物質を導
入する際に水分子をイオン化して特定の方向に加速し、
独立に排気する工程を設けるなどが非常に有効である。

【００９１】図５に、本発明における活性化工程で好適
に用いられる装置の概要を模式的に示す。画像表示装置
１０１は、排気管３１を介して真空チャンバー３２に連
結され、さらにゲートバルブ３３を介して排気装置３４
に接続されている。真空チャンバー３２には、内部の圧
力及び雰囲気中の各成分の分圧を測定するために、圧力
計３５、四重極質量分析器３６等が取り付けられてい
る。画像表示装置１０１の外囲器８８内部の圧力などを
直接測定することは困難であるため、該真空チャンバー
３２内の圧力などを測定し、処理条件を制御する。真空
チャンバー３２には、さらに必要なガスを真空チャンバ
ー３２内に導入して雰囲気を制御するため、ガス導入ラ
イン３７が接続されている。該ガス導入ライン３７の他
端には導入物質源３９が接続されており、導入物質がア
ンプルやボンベなどに入れて貯蔵されている。ガス導入
ライン３７の途中には、導入物質を導入するレートを制
御するための導入量制御手段３８と、ガス中から水を選
択的に吸着するフィルター４２が設けられている。該導
入量制御手段３８としては、具体的に、スローリークバ
ルブなどガス流量を制御可能なバルブや、マスフローコ
ントローラーなどが、導入物質の種類に応じて、それぞ
れ使用が可能である。

【００９２】水を選択的に吸着するフィルター４２内に
は、例えばＭｇＣｌ₂、ＣａＣｌ₂など反応により水を吸
着する材料が、そのまま、あるいは不活性な担持体上に
コーティングされたものが内包されたものを用いること
ができる。

【００９３】上記装置において、ガス導入量制御手段３
８の手前にマスフィルター４０を設け最適なイオン化条
件により、分子量１８の水分子を集中的に排気装置４１
により取り除くことができる。図６にマスフィルターの
代表的構造を示す。単分子型（図６（ａ））あるいは４
極子型（図６（ｂ））の電極を精密に配置し、それぞれ
に下記のような時間的に変化する電圧を与えることによ
り一定軸のまわりに４極子型の２次元電場を作り、荷電
粒子（質量ｍ、電荷ｑ）をこの軸の近傍を軸に沿って運
動させることによって、ｍ／ｑに応じて弁別する。各電
極に直流と交流とを重ね合わせた電圧を与えて上記の軸
のまわりの電場を時間的に変化させると、軸の近傍を軸
に沿って運動する荷電粒子の軌道は、ｍ／ｑに応じて安
定または不安定となる。このときの粒子軌道はマシュー
方程式の解として表され、それぞれの荷電粒子（ｍ、
ｑ）に対する軌道の安定性の条件は直流電圧Ｕ、交流電
圧Ｖの値によって解析的に与えられる。したがって、
Ｕ、Ｖを一定のタイムスケジュールで精密に変化させる
ことにより、ｍ／ｑの順に荷電粒子を弁別することがで
きる。代表的な電極形状としては精度良く４極子型電場
を広範囲に作るのに、（ａ）の単極子と（ｂ）の４極子
がある。特定の加速によって弁別された水分子は排気装
置４１のイオンポンプで排気され、ガス導入ライン３７
前で水の分圧を低下させることができる。図５には、ア
ンプル及びボンベが示してあるが、もちろん上述し例を
挙げたような活性化工程に必要な物質、あるいはさらに
活性化ガス等に応じて、いずれかあるいは両方のガス導
入を適時行えばよい。また、水分子の除去方法としての
フィルター４２とマスフィルター４０は、単独又は併用
して用いることができる。

【００９４】尚、図５の装置を用いて外囲器８８の内部
を排気すれば、前述のフォーミング工程を行うことがで
きる。

【００９５】本発明において、活性化工程における電圧
印加の手法は、電圧値の時間変化、電圧印加の方向、波
形等の条件が考えられる。

【００９６】電圧値の時間変化は、フォーミングと同様
に、電圧値を時間とともに上昇させていく手法や、固定
電圧で行う手法でも良い。

【００９７】また、図７に示すように、電圧印加の方向
は、駆動と同様の方向（順方向）のみに印加（図７
（ａ））しても良いし、順方向、逆方向を交互に変化さ
せて印加（図７（ｂ））しても良い。交互に電圧を印加
する場合、亀裂に対して対称にカーボン膜が形成される
と思われるので、好ましい。

【００９８】また、波形については、図７では矩形波の
例を示したが、正弦波、三角波、鋸波等任意の波形を用
いることができる。

【００９９】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ_fと
放出電流Ｉ_eを測定しながら、適宜行うことができる。

【０１００】５）安定化工程 このような工程を経て得られた電子放出素子は、安定化
工程を行うことが好ましい。この工程は、真空容器内の
有機物質の排気を行い、その雰囲気下で、電子放出素子
に電圧を印加する工程である。真空容器を排気する真空
排気装置は、装置から発生するオイルが素子の特性に影
響を与えないように、オイルを使用しないものを用いる
のが好ましい。具体的には、ソープションポンプ、イオ
ンポンプ等の真空排気装置を挙げることが出来る。真空
容器内の有機成分の分圧は、上記炭素あるいは炭素化合
物がほぼ新たに堆積しない分圧で１．３×１０^-6Ｐａ以
下が好ましく、さらには１．３×１０^-8Ｐａ以下が特に
好ましい。さらに真空容器内を排気するときには、真空
容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に
吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好まし
い。このときの加熱条件は、８０〜２００℃好ましくは
１５０℃以上で、できるだけ長時間処理するのが望まし
いが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大
きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により適
宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力低
くすることが必要で、１．３×１０^-5Ｐａ以下が好まし
く、さらには１．３×１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【０１０１】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な
特性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を
採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の
堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉ_f，放出電流Ｉ_e
が、安定する。

【０１０２】また、このような安定化工程での電圧印加
を行わずに、単に活性化工程後、真空容器内の有機物質
の排気を行うのみで、その後、素子の駆動を行っても良
い。

【０１０３】本発明の電子放出素子の製造方法によれ
ば、安定化工程を行った場合でも、素子電流Ｉ_fの低下
が小さく、その結果として放出電流Ｉ_eの低下も少ない
素子が得られ、その後の特性が維持される。

【０１０４】上述した工程を経て得られた本発明の電子
放出素子の基本特性について、図８〜図１０を参照しな
がら説明する。

【０１０５】図８は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能
をも兼ね備え、真空容器内には、図９の構成の測定評価
装置を備えている。図９においても、図１に示した部位
と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付して
いる。

【０１０６】図９において、５５は真空容器である。真
空容器５５内には電子放出素子が配されている。また、
５１は電子放出素子に素子電圧Ｖ_fを印加するための電
源、５０は素子電極２，３間の導電性膜４を流れる素子
電流Ｉ_fを測定するための電流計、５４は素子の電子放
出部５より放出される放出電流Ｉ_eを捕捉するためのア
ノード電極、５３はアノード電極５４に電圧を印加する
ための高圧電源、５２は電子放出部より放出される放出
電流Ｉ_eを測定するための電流計である。一例として、
アノード電極５４の電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲と
し、アノード電極５４と電子放出素子との距離Ｈを２〜
８ｍｍの範囲として測定を行うことができる。

【０１０７】真空容器５５内には、不図示の真空計等の
真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。

【０１０８】図８では、排気ポンプは、ターボポンプ、
ドライポンプからなる通常の高真空装置系を示したが、
更に、イオンポンプ等からなる超高真空装置系とにより
構成されていても良い。ここに示した電子放出素子基板
を配した真空処理装置の全体は、不図示のヒーターによ
り加熱できる。また、この真空装置の真空容器には、ガ
ス導入口から所望の種類のガスの導入が可能である。ガ
ス導入口から導入されたガスは、含まれる水分が水吸着
フィルターによって除去された後にニードルバルブを介
して真空容器中に導入される。従って、ガス種として有
機物質の導入ができる真空処理装置を用いると、前述の
通電フォーミング工程以降を行うことができる。

【０１０９】図１０は、図８及び図９に示した真空処理
装置を用いて測定された放出電流Ｉ _e及び素子電流Ｉ
_fと、素子電圧Ｖ_fとの関係を模式的に示した図である。
図１０においては、放出電流Ｉ_eが素子電流Ｉ_fに比べて
著しく小さいので、任意単位で示している。尚、縦・横
軸ともリニアスケールである。

【０１１０】図１０からも明らかなように、本発明の電
子放出素子は、放出電流Ｉ_eに関して次の３つの特徴的
性質を有する。

【０１１１】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図１０中のＶ_th）以上の素子電圧を印加する
と急激に放出電流Ｉ_eが増加し、一方閾値電圧Ｖ_th以下
では放出電流Ｉ_eが殆ど検出されない。つまり、放出電
流Ｉ_eに対する明確な閾値電圧Ｖ_thを持った非線形素子
である。

【０１１２】第２に、放出電流Ｉ_eが素子電圧Ｖ_fに単調
増加依存するため、放出電流Ｉ_eは素子電圧Ｖ_fで制御で
きる。

【０１１３】第３に、アノード電極５４（図９参照）に
捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖ _fを印加する時間に
依存する。つまり、アノード電極５４に捕捉される電荷
量は、素子電圧Ｖ_fを印加する時間により制御できる。

【０１１４】以上の説明より理解されるように、本発明
の製造方法によって得られる電子放出素子は、入力信号
に応じて、電子放出特性を容易に制御できることにな
る。この性質を利用すると複数の電子放出素子を配して
構成した電子源、画像形成装置等、多方面への応用が可
能となる。

【０１１５】図１０においては、素子電流Ｉ_fが素子電
圧Ｖ_fに対して単調増加する（ＭＩ特性）例を示した
が、素子電流Ｉ_fが素子電圧Ｖ_fに対して電圧制御型負性
抵抗特性（ＶＣＮＲ特性）を示す場合もある（不図
示）。これらの特性は、前述の工程を制御することで制
御できる。

【０１１６】次に、本発明を適用可能な電子源とその応
用例について以下に述べる。上述の電子放出素子の複数
個を基板上に配列し、電子源あるいは画像形成装置が構
成できる。

【０１１７】電子放出素子の配列については、種々のも
のが採用できる。一例として、並列に配置した多数の電
子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を
多数個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向
（列方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制
御電極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子から
の電子を制御駆動する梯子状配置のものがある。これと
は別に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複
数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極
の一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配さ
れた複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線
に共通に接続するものが挙げられる。このようなものは
所謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配
置について以下に詳述する。

【０１１８】本発明の製造方法によって得られる電子放
出素子については、前述した通り３つの特性がある。即
ち、表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、閾値電
圧以上では、対向する素子電極間に印加するパルス状電
圧の波高値と幅で制御できる。一方、閾値電圧以下で
は、殆ど放出されない。この特性によれば、多数の電子
放出素子を配置した場合においても、個々の素子にパル
ス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、表面伝
導型電子放出素子を選択して電子放出量を制御できる。

【０１１９】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板につい
て、図１１を用いて説明する。

【０１２０】図１１において、７１は電子源基板、７２
はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。７４は電子放
出素子、７５は結線である。なお、電子放出素子７４
は、前述した平面型あるいは垂直型のどちらであっても
よい。

【０１２１】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄ_x1，Ｄ_x2，…
…，Ｄ_xmからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等
を用いて形成された導電性金属等で構成することができ
る。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配
線７３は、Ｄ_y1，Ｄ_y2，……，Ｄ_ynのｎ本の配線よりな
り、Ｘ方向配線７２と同様に形成される。これらｍ本の
Ｘ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３との間には、不
図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分
離している（ｍ，ｎは、共に正の整数）。

【０１２２】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ₂等で構成
される。例えば、Ｘ方向配線７２を形成した基板７１の
全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配
線７２とＹ方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るよ
うに、膜厚、材料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線
７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き
出されている。

【０１２３】電子放出素子７４を構成する一対の素子電
極（不図示）は、それぞれｍ本のＸ方向配線７２とｎ本
のＹ方向配線７３に、導電性金属等からなる結線７５に
よって電気的に接続されている。

【０１２４】配線７２と配線７３を構成する材料、結線
７５を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、また夫々異なってもよい。これらの材料は、例えば
前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を
構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電
極に接続した配線は素子電極ということもできる。

【０１２５】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子７４の行を選択するための走査信号を印加す
る不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、Ｙ方
向配線７３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子７４の
各列を入力信号に応じて変調するための、不図示の変調
信号発生手段が接続される。各電子放出素子に印加され
る駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信
号の差電圧として供給される。

【０１２６】上記構成においては、マトリクス配線を用
いて個別の素子を選択し、独立に駆動することができ
る。

【０１２７】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図１２と図１３
及び図１４を用いて説明する。図１２は、画像形成装置
の表示パネルの一例を示す模式図であり、図１３は、図
１２の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図１４は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示
を行うための駆動回路の一例を示すブロック図である。

【０１２８】図１２において、７１は電子放出素子を複
数配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定した
リアプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８
４とメタルバック８５等が形成されたフェースプレート
である。８２は支持枠であり、該支持枠８２には、リア
プレート８１、フェースプレート８６がフリットガラス
等を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例え
ば大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範
囲で１０分間以上焼成することで、封着して構成され
る。

【０１２９】７４は、図１に示したような電子放出素子
である。７２，７３は、電子放出素子７４の一対の素子
電極（不図示）と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線
である。

【０１３０】外囲器８８は、上述の如く、フェースプレ
ート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成され
る。リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート８１は不要とすることがで
きる。即ち、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェ
ースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８
８を構成してもよい。一方、フェースプレート８６とリ
アプレート８１の間に、スぺーサーと呼ばれる不図示の
支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強
度をもつ外囲器８８を構成することもできる。

【０１３１】図１３は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構成す
ることができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配
列により、ブラックストライプ（図１３（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１３（ｂ））等と呼ばれる黒
色導電材９１と蛍光体９２とから構成することができ
る。ブラックストライプ、ブラックマトリクスを設ける
目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の
各蛍光体９２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を
目立たなくすることと、蛍光膜８４における外光反射に
よるコントラストの低下を抑制することにある。黒色導
電材９１の材料としては、通常用いられている黒鉛を主
成分とする材料の他、導電性があり、光の透過及び反射
が少ない材料を用いることができる。

【０１３２】ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法や印刷法等
が採用できる。蛍光膜８４の内面側には、通常メタルバ
ック８５が設けられる。メタルバックを設ける目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８
６側へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、
電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用さ
せること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダ
メージから蛍光体を保護すること等である。メタルバッ
クは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理
（通常、「フィルミング」と呼ばれる。）を行い、その
後Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製でき
る。

【０１３３】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【０１３４】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、十分
な位置合わせが不可欠となる。

【０１３５】図１２に示した画像形成装置は、例えば以
下のようにして製造される。

【０１３６】外囲器８８内は、前述の安定化工程と同様
に、適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポ
ンプ等のオイルを使用しない排気装置により不図示の排
気管を通じて排気し、１．３×１０^-5Ｐａ程度の真空度
の有機物質の十分に少ない雰囲気にした後、封止が成さ
れる。外囲器８８の封止後の真空度を維持するために、
ゲッター処理を行うこともできる。これは、外囲器８８
の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは
高周波加熱等を用いた加熱により、外囲器８８内の所定
の位置に配置されたゲッター（不図示）を加熱し、蒸着
膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成
分であり、該蒸着膜の吸着作用により、例えば１．３×
１０^-3乃至１．３×１０^-5Ｐａの真空度を維持するもの
である。ここで、電子放出素子のフォーミング処理以降
の工程は適宜設定できる。

【０１３７】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図１４を用いて説明する。図１４において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタ、１０５はラインメ
モリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発
生器、Ｖ_x及びＶ_aは直流電圧源である。

【０１３８】表示パネル１０１は、端子Ｄ_ox1乃至
Ｄ_oxm、端子Ｄ_oy1乃至Ｄ_oyn及び高圧端子８７を介して
外部の電気回路と接続している。端子Ｄ_ox1乃至Ｄ_oxmに
は、表示パネル１０１内に設けられている電子源、即
ち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された電子放出
素子群を１行（ｎ素子）づつ順次駆動する為の走査信号
が印加される。端子Ｄ_oy1乃至Ｄ_oynには、前記走査信号
により選択された１行の電子放出素子の各素子の出力電
子ビームを制御する為の変調信号が印加される。高圧端
子８７には、直流電圧源Ｖ_aより、例えば１０ｋＶの直
流電圧が供給されるが、これは電子放出素子から放出さ
れる電子ビームに、蛍光体を励起するのに十分なエネル
ギーを付与する為の加速電圧である。

【０１３９】走査回路１０２について説明する。同回路
は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ₁乃至Ｓ_m
で模式的に示している）を備えたものである。各スイッ
チング素子は、直流電圧電源Ｖ_xの出力電圧もしくは０
［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表
示パネル１０１の端子Ｄ_ox1乃至Ｄ_oxmと電気的に接続さ
れる。各スイッチング素子Ｓ₁乃至Ｓ_mは、制御回路１０
３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するも
のであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素子を組
み合わせることにより構成することができる。

【０１４０】直流電圧源Ｖ_xは、本例の場合には電子放
出素子の特性（電子放出閾値電圧）に基づき、走査され
ていない素子に印加される駆動電圧が電子放出閾値電圧
以下となるような一定電圧を出力するよう設定されてい
る。

【０１４１】制御回路１０３は、外部より入力される画
像信号に基づいて適切な表示が行われるように、各部の
動作を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同
期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔ_syncに基
づいて、各部に対してＴ_scan，Ｔ_sft及びＴ_mryの各制御
信号を発生する。

【０１４２】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分とを分離するための回路で、一般的な周波
数分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期
信号分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直
同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便
宜上Ｔ_sync信号として図示した。前記テレビ信号から分
離された画像の輝度信号成分は、便宜上ＤＡＴＡ信号と
表した。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０４に
入力される。

【０１４３】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン
毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制
御回路１０３より送られる制御信号Ｔ_sftに基づいて動
作する（即ち、制御信号Ｔ_sftは、シフトレジスタ１０
４のシフトクロックであると言い換えてもよい。）。シ
リアル／パラレル変換された画像１ライン分のデータ
（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、Ｉ_d1
乃至Ｉ_dnのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１
０４より出力される。

【０１４４】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙ に
従って適宜Ｉ_d1乃至Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶された
内容は、Ｉ_{d ’ 1}乃至Ｉ_{d ’ n}として出力され、変調信号発
生器１０７に入力される。

【０１４５】変調信号発生器１０７は、画像データＩ_{d
’ 1}乃至Ｉ_{d ’ n}の各々に応じて、電子放出素子の各々を
適切に駆動変調する為の信号源であり、その出力信号
は、端子Ｄ_oy1乃至Ｄ_oynを通じて表示パネル１０１内の
電子放出素子に印加される。

【０１４６】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ｉ_eに関して以下の基本特性を有し
ている。即ち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖ_thがあ
り、Ｖ _th以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生じ
る。電子放出閾値以上の電圧に対しては、素子への印加
電圧の変化に応じて放出電流も変化する。このことか
ら、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば電
子放出閾値電圧以下の電圧を印加しても電子放出は生じ
ないが、電子放出閾値電圧以上の電圧を印加する場合に
は電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖ
_mを変化させることにより、出力電子ビームの強度を制
御することが可能である。また、パルスの幅Ｐ_wを変化
させることにより、出力される電子ビームの電荷の総量
を制御することが可能である。

【０１４７】従って、入力信号に応じて電子放出素子を
変調する方式としては、電圧変調方式とパルス幅変調方
式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７としては、一定長さの電圧パ
ルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パル
スの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を用
いることができる。パルス幅変調方式を実施するに際し
ては、変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電
圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧
パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を
用いることができる。

【０１４８】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。

【０１４９】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これには同期信号分離回路１０６の
出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連して
ラインメモリ１０５の出力信号がデジタル信号かアナロ
グ信号かにより、変調信号発生器１０７に用いられる回
路が若干異なったものとなる。即ち、デジタル信号を用
いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、
例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等
を付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器
１０７には、例えば高速の発振器及び発振器の出力する
波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値
と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレー
タ）を組み合わせた回路を用いる。必要に応じて、比較
器の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素
子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加す
ることもできる。

【０１５０】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプ等を
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路等を付加することもできる。パルス幅変調方式の場
合には、例えば電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用で
き、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増
幅するための増幅器を付加することもできる。

【０１５１】このような構成をとり得る本発明の画像形
成装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄ
_ox1乃至Ｄ_oxm、Ｄ_oy1乃至Ｄ_oynを介して電圧を印加する
ことにより、電子放出が生じる。高圧端子８７を介して
メタルバック８５あるいは透明電極（不図示）に高圧を
印加し、電子ビームを加速する。加速された電子は、蛍
光膜８４に衝突し、発光が生じて画像が形成される。

【０１５２】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明の画像形成装置の一例であり、本発明の技術思想に基
づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮ
ＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限られるもの
ではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式等の他、これらより
も多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、ＭＵＳＥ方
式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１５３】次に、前述の梯子型配置の電子源及び画像
形成装置について、図１５及び図１６を用いて説明す
る。

【０１５４】図１５は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１５において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２は、電子放出
素子１１１を接続するための共通配線Ｄ_x1〜Ｄ_x10であ
り、これらは外部端子として引き出されている。電子放
出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数
個配置されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
が複数個配置されて、電子源を構成している。各素子行
の共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子行を
独立に駆動させることができる。即ち、電子ビームを放
出させたい素子行には、電子放出閾値以上の電圧を印加
し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電子放
出閾値以下の電圧を印加する。各素子行間に位置する共
通配線Ｄ_x2〜Ｄ_x9は、例えばＤ_x2とＤ_x3、Ｄ_x4とＤ_x5、
Ｄ_x6とＤ_x7、Ｄ_x8とＤ_x9とを夫々一体の同一配線とする
こともできる。

【０１５５】図１６は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図であ
る。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するた
めの開口、Ｄ_ox1乃至Ｄ_oxmは容器外端子、Ｇ₁乃至Ｇ_nは
グリッド電極１２０と接続された容器外端子である。１
１０は各素子行間の共通配線を同一配線とした電子源基
板である。図１６においては、図１２、図１５に示した
部位と同じ部位には、これらの図に付したのと同一の符
号を付している。ここに示した画像形成装置と、図１２
に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな
違いは、電子源基板１１０とフェースプレート８６の間
にグリッド電極１２０を備えているか否かである。

【０１５６】図１６においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、電子放出素子１１１か
ら放出された電子ビームを変調するためのものであり、
梯子型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状
の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応し
て１個ずつ円形の開口１２１が設けられている。グリッ
ド電極の形状や配置位置は、図１２に示したものに限定
されるものではない。例えば、開口としてメッシュ状に
多数の通過口を設けることもでき、グリッド電極を電子
放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１５７】容器外端子Ｄ_ox1乃至Ｄ_oxm及びグリッド容
器外端子Ｇ₁乃至Ｇ_nは、不図示の制御回路と電気的に接
続されている。

【０１５８】本例の画像形成装置では、素子行を１列ず
つ順次駆動（走査）して行くのと同期してグリッド電極
列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示することができる。

【０１５９】以上説明した本発明の画像形成装置は、テ
レビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコン
ピューター等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて
構成された光プリンターとしての画像形成装置等として
も用いることができる。

【０１６０】

【実施例】以下、実施例により本発明をより詳細に説明
する。

【０１６１】（実施例１）本実施例では、図１に示した
ような構成を有する電子放出素子を、本発明の電子放出
素子の製造方法を用いて作製した例を示す。

【０１６２】本実施例の電子放出素子の製造方法を、図
１７〜図２０に従って工程順に説明する。なお、以下の
工程（ａ）〜工程（ｎ）は、それぞれ図１７〜図２０の
（ａ）〜（ｎ）に対応する。

【０１６３】工程（ａ） 絶縁性基板１として石英基板を用い、これを洗剤、純水
および有機溶剤により十分に洗浄を行った後、レジスト
材（ＲＤ−２０００Ｎ／日立化成社製）を２５００ｒｐ
ｍ、４０秒でスピンナー塗布し、８０℃、２５分加熱し
てプリベークした。

【０１６４】工程（ｂ） 電極間隔Ｌが２μｍ、電極長さＷが５００μｍの素子電
極形状に対応するマスクを用いて密着露光し、ＲＤ−２
０００Ｎ用現像液で現像した後、１２０℃、２０分加熱
してポストベークした。。

【０１６５】工程（ｃ） 電極の材料には、ニッケル金属を用いた。抵抗加熱蒸着
機を用いてニッケルを毎秒０．３ｎｍで膜厚が１００ｎ
ｍになるまで蒸着した。

【０１６６】工程（ｄ） アセトンでリフトオフし、アセトン、イソプロピルアル
コール、つづいて酢酸ブチルで洗浄後、乾燥し、素子電
極２，３を形成した。

【０１６７】工程（ｅ） Ｃｒ（膜厚４０ｎｍ）を全面に蒸着した。

【０１６８】工程（ｆ） レジスト材（ＡＺ１３７０／ヘキスト社製）を２５００
ｒｐｍ、３０秒スピンナー塗布し、９０℃、３０分加熱
しプリベークした。

【０１６９】工程（ｇ） 導電性膜材料を塗布するパターンを有するマスクを用い
て露光した。

【０１７０】工程（ｈ） 現像液ＭＩＦ３１２で現像した後、１２０℃、３０分加
熱しポストベークした。

【０１７１】工程（ｉ） （ＮＨ₄）Ｃｅ（ＮＯ₃）₆／ＨＣｌＯ₄／Ｈ₂Ｏ＝１７ｇ
／５ｃｃ／１００ｃｃの組成の溶液に３０秒浸漬し、ク
ロムをエッチングした。

【０１７２】工程（ｊ） アセトン中、１０分間超音波撹拌してレジストを剥離し
た。

【０１７３】工程（ｋ） ｃｃｐ４２３０（奥野製薬（株）製）を８００ｒｐｍ、
３０秒スピンナー塗布し３００℃、１０分間焼成し、酸
化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子（平均粒径：７ｎｍ）を
主体とする微粒子状の導電性膜４を形成した。

【０１７４】工程（ｌ） クロムをリフトオフし、所定の形状を有する導電性膜４
を素子電極２と３のほぼ中央部に配置した。この導電性
膜４の膜厚は１０ｎｍ、抵抗値はＲ_s＝５×１０⁴Ω／□
であった。

【０１７５】工程（ｍ） 以上のようにして作製した素子を図９の測定評価装置に
設置し、真空ポンプにて排気し、２．６×１０^-5Ｐａの
真空度に達した後、素子電圧Ｖ_fを印加するための電源
５１より、素子電極２，３間にそれぞれ、電圧を印加
し、通電処理（フォーミング処理）した。本実施例で
は、図４（ｂ）に示したような電圧波形（但し、三角波
ではなく矩形波）を印加し、パルス幅Ｔ₁を１ｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔Ｔ₂１０ｍｓｅｃ．とし、矩形波の波
高値（フォーミング時のピーク電圧）は０．１Ｖステッ
プで昇圧し、フォーミング処理を行なった。また、フォ
ーミング処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、Ｔ₂間
に抵抗測定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚、フォ
ーミング処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が約
１ＭΩ以上になった時とし、同時に、素子への電圧の印
加を終了した。このフォーミング処理により、導電性膜
４に亀裂Ａが形成された。

【０１７６】複数の素子に対して同様の処理を行ったと
ころ、フォーミング終了時のパルス電圧ＶＦは、いずれ
の素子についても約５．０Ｖであった。

【０１７７】工程（ｎ） 以上のようにして作製された素子について、図９の装置
の真空容器５５内に室温下でトルエン（双極子モーメン
ト０．３６Ｄｅｂｙｅ）を約１．３×１０^-4Ｐａ導入し
た。トルエンの導入は、トルエンが保持されたアンプル
（不図示）を、図９の真空容器５５に図８に示すように
設けられたガス導入口に接続し、アンプルから気化した
トルエンガスは、水吸着フィルターでガス中の水分が除
去された後に、ニードルバルブの開度を調整して、真空
容器内に流れるガスの流量を制御した。トルエンが導入
された真空容器内の雰囲気を真空容器に接続された四重
極質量分析器で、水の分圧を測定したところ、２．３×
１０^-4Ｐａであった。次に、素子電極間に電圧を印加し
て活性化を行なった。活性化の電圧波形は、波高値は±
１０Ｖ、パルス幅１００μｓｅｃ．、パルス間隔５ｍｓ
ｅｃ．の両極の矩形波（順方向、逆方向等しく印加）を
用いた。その後、矩形波の波高値は±１０Ｖから±１４
Ｖまで３．３ｍＶ／ｓｅｃで徐々に電圧を増加させ、±
１４Ｖに達したときに電圧印加を終了した。このときの
素子電流値は８ｍＡであった。最後にトルエンを排気し
た。

【０１７８】この活性化処理を行った素子では、導電性
膜４上及び導電性膜４の亀裂Ａの内側にカーボン膜５が
形成されていた。

【０１７９】更に、以下に示す安定化工程を行った。

【０１８０】素子及び真空容器５５を２００℃、１０時
間加熱し、真空容器５５内の真空度を１．３×１０^-6Ｐ
ａとした。

【０１８１】以上のようにして得られた素子の特性を、
引き続き図９に示した構成の装置を用いて測定した。

【０１８２】具体的には、真空度１．３×１０^-6Ｐａの
環境下で、アノード電極５４の電圧は１ｋＶ、アノード
電極５４と電子放出素子との距離Ｈは４ｍｍで測定し
た。駆動は、印加電圧が＋１３．５Ｖ、パルス幅０．１
ｍｓｅｃ．、６０Ｈｚの矩形波を用いた。

【０１８３】測定開始から１分後の素子電流Ｉ_f0は５．
５ｍＡ、放出電流Ｉ_e0は５．５μＡ、電子放出効率ηは
０．１０％となった。

【０１８４】また、所定の時間駆動した後、素子電流Ｉ
_fは３．５ｍＡ、放出電流Ｉ_eは３．５μＡ、電子放出効
率ηは０．１０％となり、素子電流及び放出電流の残存
率δ _f，δ_eは、それぞれ６４％と６４％であった。

【０１８５】だだし、素子電流及び放出電流の残存率δ
_f，δ_eは、 δ_f＝Ｉ_f／Ｉ_f0×１００（％） δ_e＝Ｉ_e／Ｉ_e0×１００（％） と定義した。

【０１８６】（実施例２）実施例１と同様に工程（ｍ）
まで行った素子に、以下の工程（ｎ）を施した。

【０１８７】工程（ｎ） 室温下でピリジン（双極子モーメント２．２Ｄｅｂｙ
ｅ）を約１．３×１０^-4Ｐａ導入した。本工程（ｎ）に
おけるピリジンの導入は、実施例１と同様にして、水吸
着フィルターを通すことでピリジンガス中の水分を除去
した後、行われた。ピリジンガスが導入された真空容器
内の水分圧は３．０×１０^-4Ｐａであった。次に、素子
電極間に電圧を印加して活性化を行なった。尚、電圧印
加条件は実施例１と同様である。活性化工程で到達した
素子電流値は７．５ｍＡであった。また、導電性膜４上
及び導電性膜４の亀裂Ａの内側にはカーボン膜５が形成
されていた。

【０１８８】上記活性化工程以降は、実施例１と同様に
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。

【０１８９】測定開始から１分後の素子電流Ｉ_f0は６．
０ｍＡ、放出電流Ｉ_e0は７．５μＡ、電子放出効率ηは
０．１２５％となった。

【０１９０】また、所定の時間駆動した後、素子電流Ｉ
_fは３．８ｍＡ、放出電流Ｉ_eは４．５μＡ、電子放出効
率ηは０．１２％となり、素子電流及び放出電流の残存
率δ _f，δ_eは、それぞれ６３％と６０％であった。

【０１９１】（実施例３）実施例１と同様に工程（ｍ）
まで行った素子に、以下の工程（ｎ）を施した。

【０１９２】工程（ｎ） 室温下でベンゾニトリル（双極子モーメント３．９Ｄｅ
ｂｙｅ）を約１．３×１０^-4Ｐａ導入した。本工程
（ｎ）におけるベンゾニトリルの導入も、実施例１と同
様にして、水吸着フィルターを通すことでベンゾニトリ
ルガス中の水分を除去した後、行われた。ベンゾニトリ
ルが導入された真空容器内の水分圧は２．１×１０^-4Ｐ
ａであった。次に、素子電極間に電圧を印加して活性化
を行なった。尚、電圧印加条件は実施例１と同様であ
る。活性化工程で到達した素子電流値は７．３ｍＡであ
った。本実施例においても、導電性膜４上及び導電性膜
４の亀裂Ａの内側にはカーボン膜５が形成されていた。

【０１９３】上記活性化工程以降は、実施例１と同様に
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。

【０１９４】測定開始から１分後の素子電流Ｉ_f0は６．
５ｍＡ、放出電流Ｉ_e0は８．５μＡ、電子放出効率ηは
０．１３１％となった。

【０１９５】また、所定の時間駆動した後、素子電流Ｉ
_fは４．６ｍＡ、放出電流Ｉ_eは５．７μＡ、電子放出効
率ηは０．１２％となり、素子電流及び放出電流の残存
率δ _f，δ_eは、それぞれ７１％と６７％であった。

【０１９６】（参考例１）実施例１と同様に工程（ｍ）
まで行った素子に、以下の工程（ｎ）を施した。

【０１９７】工程（ｎ） 室温下でｎ−ヘキサン（双極子モーメント０Ｄｅｂｙ
ｅ）を約１．３×１０^-2Ｐａ導入した。本工程（ｎ）に
おけるｎ−ヘキサンの導入も、実施例１と同様にして、
水吸着フィルターを通すことでｎ−ヘキサンガス中の水
分を除去した後、行われた。ｎ−ヘキサンが導入された
真空容器内の水分圧は１．０×１０^-3Ｐａであった。次
に、素子電極間に電圧を印加して活性化を行なった。
尚、電圧印加条件は実施例１と同様である。活性化工程
で到達した素子電流値は８ｍＡであった。本実施例にお
いても、導電性膜４上及び導電性膜４の亀裂Ａの内側に
はカーボン膜５が形成されていた。

【０１９８】上記活性化工程以降は、実施例１と同様に
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。

【０１９９】測定開始から１分後の素子電流Ｉ_f0は２ｍ
Ａ、放出電流Ｉ_e0は１．５μＡ、電子放出効率ηは０．
０７５％となった。

【０２００】また、所定の時間駆動した後、素子電流Ｉ
_fは０．６ｍＡ、放出電流_Ieは０．５μＡ、電子放出効
率ηは０．０８％となり、素子電流及び放出電流の残存
率δ _f，δ_eは、それぞれ３０％と３３％であった。

【０２０１】（参考例２）実施例１と同様に工程（ｍ）
まで行った素子に、以下の工程（ｎ）を施した。

【０２０２】工程（ｎ） 室温下でベンゼン（双極子モーメント０Ｄｅｂｙｅ）を
約１．３×１０^-3Ｐａ導入した。本工程（ｎ）における
ベンゼンの導入も、実施例１と同様にして、水吸着フィ
ルターを通すことでベンゼンガス中の水分を除去した
後、行われた。ベンゼンが導入された真空容器内の水分
圧は５．０×１０^-4Ｐａであった。次に、素子電極間に
電圧を印加して活性化を行なった。尚、電圧印加条件は
実施例１と同様である。活性化工程で到達した素子電流
値は７．３ｍＡであった。本実施例においても、導電性
膜４上及び導電性膜４の亀裂Ａの内側にはカーボン膜５
が形成されていた。

【０２０３】上記活性化工程以降は、実施例１と同様に
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。

【０２０４】測定開始から１分後の素子電流Ｉ_f0は４．
５ｍＡ、放出電流Ｉ_e0は３．１μＡ、電子放出効率ηは
０．０６９％となった。

【０２０５】また、所定の時間駆動した後、素子電流Ｉ
_fは２．０ｍＡ、放出電流Ｉ_eは１．２μＡ、電子放出効
率ηは０．０６％となり、素子電流及び放出電流の残存
率δ _f，δ_eは、それぞれ４４％と３９％であった。

【０２０６】以上述べた実施例１〜３及び参考例１、２
より、極性又は極性基を有する芳香族化合物を含有する
雰囲気下で活性化工程を行うことにより、その後に安定
化工程を行っても、電子放出量が大きく、且つ経時劣化
の少ない電子放出素子を得ることができた。

【０２０７】（実施例４）本実施例では、図１５に示し
たような構成を有する梯子型電子源を用いて、図１６に
示したような構成を有する画像表示装置を作製した例を
示す。

【０２０８】実施例１と同様の製造方法で、一対の素子
電極間に導電性膜を備えた素子の複数が、一対の配線電
極１１２間に接続された素子列を複数列、電子源基板１
１０上に作製した。次にこの電子源基板１１０をリアプ
レート８１上に固定した後、電子源基板１１０の上方
に、電子通過孔１２１を有するグリッド電極１２０を配
線電極１１２と直交する方向に配置した。更に電子源基
板１１０の５ｍｍ上方に、フェースプレート８６（ガラ
ス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８５が形
成されて構成される／図１２参照）を支持枠８２を介し
配置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレ
ート８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で
４１０℃で１０分以上焼成することで封着した。またリ
アプレート８１への電子源基板１１０の固定もフリット
ガラスで行った。

【０２０９】蛍光膜８４は、黒色導電材９１と蛍光体９
２とで構成された、ブラックストライプ配列のカラーの
蛍光膜を用いた（図１３（ａ））。先にブラックストラ
イプを形成し、その間隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光
膜８４を作製した。ガラス基板に蛍光体を塗布する方法
はスラリー法を用いた。

【０２１０】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜作製後、
蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常、「フィルミン
グ」と呼ばれる）を行い、その後Ａｌを真空蒸着するこ
とで作製した。

【０２１１】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と前記の各素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。

【０２１２】以上のようにして完成したガラス容器（外
囲器）を図２６に示す真空排気装置を用いて、フォーミ
ング以降の工程を行った。

【０２１３】図２６に示すように、外囲器内部を排気す
るために、１本の排気管を介して、真空チャンバーと外
囲器を接続した。次に、真空チャンバーに接続された磁
気浮上ターボポンプで構成された排気装置によって外囲
器内部を排気した。

【０２１４】十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄ
_ox1ないしＤ_oxmを通じ素子電極間に電圧を印加し、前述
のフォーミングを行い、前述した素子電極間の導電性膜
の各々に亀裂を形成することで、該導電性膜の各々に電
子放出部を形成した。

【０２１５】次に、ベンゾニトリル（双極子モーメント
３．９Ｄｅｂｙｅ）を内部に有するアンプルから気化し
たガスを水吸着フィルターとニードルバルブを介して、
真空チャンバー及びガラス容器（外囲器）内に導入し
た。この時のベンゾニトリルの圧力は、約１．３×１０
^-3Ｐａであり、真空チャンバーに接続された四重極質量
分析器（Ｑ−Ｍａｓｓ）でチャンバー内の水分圧を測定
したところ、５．０×１０^-3Ｐａであった。

【０２１６】次に、容器外端子Ｄ_ox1ないしＤ_oxmを通じ
素子電極間に電圧を印加して活性化工程を行った。活性
化工程での電圧印加条件は、実施例１と同様に行った。
その後、ベンゾニトリルを排気した。この活性化処理に
よって、前記各導電性膜には、導電性膜上及び導電性膜
の亀裂の内側にカーボン膜が形成されていた。

【０２１７】最後に安定化工程として、約１．３×１０
^-4Ｐａの真空度で、１５０℃、１０時間のベーキングを
行った後、実施例１と同様の電圧印加（順方向の電圧印
加）を行い、排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器の封止を行った。

【０２１８】以上のように完成した本実施例の画像表示
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄ_ox1
ないしＤ_oxmを通じ、電圧（順方向）を印加することに
より電子放出させ、放出された電子はグリッド電極１２
０の電子通過孔１２１を通過した後、高圧端子８７を通
じ、メタルバック、あるいは透明電極（不図示）に印加
された数ｋＶ以上の高圧により加速され、蛍光膜８４に
衝突し、励起・発光させる。その際、グリッド電極１２
０に情報信号に応じた電圧を容器外端子Ｇ₁ないしＧ_nを
通じ印加することにより、電子通過孔１２１を通過する
電子ビームを制御し画像表示するものである。

【０２１９】本実施例では、絶縁層であるＳｉＯ₂（不
図示）を介し、電子源基板１１０の１０μｍ上方に５０
μｍ径の電子通過孔１２１を有するグリッド電極１２０
を配置することで、加速電圧として６ｋＶ印加したと
き、電子ビームのオンとオフは５０Ｖ以内の変調電圧で
制御できた。

【０２２０】また、表示画像は、良好なコントラストが
得られ、数時間表示させても、変化しなかった。

【０２２１】（実施例５）本実施例では、図１１に示し
たような構成を有する単純マトリクス配置の電子源を用
いて、図１２に示したような構成を有する画像表示装置
を作製した例を示す。

【０２２２】一対の素子電極間に導電性膜を備えた素子
の複数がマトリクス配線された本実施例の電子源基板の
一部の平面図を図２１に示す。また、図２１中のＡ−
Ａ’断面図を図２２に示す。尚、図１１、図１２、図２
１、図２２で、同じ記号を示したものは、同じものを示
す。ここで７１は基板、７２は図１１のＤ_xmに対応する
Ｘ方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３は図１１のＤ_ynに
対応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、４は電子放出
部を含む導電性膜、２、３は素子電極、１５１は層間絶
縁層、１５２は素子電極２と下配線７２との電気的接続
のためのコンタクトホールである。

【０２２３】先ず、電子源基板の製造方法を図２３及び
図２４により工程順に従って具体的に説明する。なお、
以下の工程（ａ）〜工程（ｈ）は、それぞれ図２３及び
図２４の（ａ）〜（ｈ）に対応する。

【０２２４】工程（ａ） 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板７１上に、真空蒸着に
より厚さ５０ÅのＣｒ、厚さ６０００ÅのＡｕを順次積
層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０／ヘキスト社
製）をスピンナーにより回転塗布、ベークした後、ホト
マスク像を露光、現像して、下配線７２のレジストパタ
ーンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウエットエッチング
して、所望の形状の下配線７２を形成した。

【０２２５】工程（ｂ） 次に、厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜からなる層間絶
縁層１５１をＲＦスパッタ法により堆積した。

【０２２６】工程（ｃ） 工程（ｂ）で堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホー
ル１５２を形成するためのホトレジストパターンを作
り、これをマスクとして層間絶縁層１５１をエッチング
してコンタクトホール１５２を形成した。エッチングは
ＣＦ₄とＨ₂ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉ
ｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０２２７】工程（ｄ） その後、素子電極２と素子電極３間ギャップＬとなるべ
きパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１／
日立化成社製）形成し、真空蒸着法により、厚さ５０Å
のＴｉ、厚さ１０００ÅのＮｉを順次堆積した。ホトレ
ジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜
をリフトオフした。このようにして、素子電極間隔Ｌが
３μｍ、素子電極の幅Ｗが３００μｍの素子電極２，３
を形成した。

【０２２８】工程（ｅ） 素子電極３の上に上配線７３のホトレジストパターンを
形成した後、厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ５０００ÅのＡｕ
を順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不要の
部分を除去して、所望の形状の上配線７３を形成した。

【０２２９】工程（ｆ） 膜厚１０００ÅのＣｒ膜１５３を真空蒸着により堆積・
パターニングし、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０／
奥野製薬（株）製）をスピンナーにより回転塗布、３０
０℃で１０分間の加熱焼成処理をした。

【０２３０】工程（ｇ） Ｃｒ膜１５３を酸エッチャントによりエッチングしリフ
トオフにより所望のパターンを有する導電性膜４を形成
した。

【０２３１】工程（ｈ） コンタクトホール１５２部分以外にレジストを塗布する
ようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５０Åの
Ｔｉ、厚さ５０００ÅのＡｕを順次堆積した。リフトオ
フにより不要の部分を除去することにより、コンタクト
ホール１５２を埋め込んだ。

【０２３２】以上の工程により絶縁性基板７１上に下配
線７２、層間絶縁層１５１、上配線７３、素子電極２、
３、導電性膜４等を形成した。

【０２３３】次に、以上のようにして作製した複数の導
電性膜４がマトリクス配線された電子源基板７１を用い
て画像表示装置を作製した。作製手順を例を図１２と図
１３を用いて説明する。

【０２３４】先ず、上記複数の導電性膜４がマトリクス
配線された電子源基板７１をリアプレート８１上に固定
した後、基板７１の５ｍｍ上方に、フェースプレート８
６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック
８５が形成されて構成される）を支持枠８２を介し配置
し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート
８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で４１
０℃で１０分以上焼成することで封着し、外囲器８８を
作製した（図１２）。なお、リアプレート８１への基板
７１の固定もフリットガラスで行った。

【０２３５】蛍光膜８４は、黒色導電材９１と蛍光体９
２とで構成された、ブラックストライプ配列のカラーの
蛍光膜（図１３（ａ））とし、先にブラックストライプ
を形成し、その間隙部にスラリー法により各色蛍光体を
塗布して蛍光膜８４を作製した。

【０２３６】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜８４を作
製した後、蛍光膜８４の内面側表面の平滑化処理を行
い、その後Ａｌを真空蒸着することで作製した。

【０２３７】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と前記各素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。

【０２３８】以上のようにして完成した外囲器８８内の
排気を、図２６に示す真空排気装置を用いて、実施例４
と同様に行い、約１．３×１０^-4Ｐａまで排気した。そ
の後、容器外端子Ｄ_ox1ないしＤ_oxmとＤ_oy1ないしＤ_oyn
を通じ前述のマトリクス配線された複数の素子７４の素
子電極２，３間に電圧を印加し、導電性膜４を通電処理
（フォーミング処理）することにより、前述した素子電
極間の導電性膜４の各々に亀裂を形成することで、該導
電性膜４の各々に電子放出部５を作成した。

【０２３９】具体的には、図２５に示すように、Ｙ方向
配線７３を共通電極２５１に接続し、Ｘ方向配線７２の
うち１つに接続された電源２５２によって、同時に複数
の素子に実施例１と同様の電圧パルスを印加してフォー
ミングを行った。また、複数のＸ方向配線に、位相をず
らせたパルスを順次印加（スクロール）することによ
り、複数のＸ方向配線に接続された素子を纏めてフォー
ミングすることもできる。尚、図２５中、２５３は電流
測定用抵抗、２５４は電流測定用のオシロスコープを示
す。

【０２４０】このように作成された電子放出部５は、パ
ラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置された状
態となり、その微粒子の平均粒径は３０Åであった。

【０２４１】次に、外囲器８８内にベンゾニトリル（双
極子モーメント３．９Ｄｅｂｙｅ）を約１．３×１０^-3
Ｐａ導入した。かかるベンゾニトリルの導入も、図２６
に示す真空排気装置を用いて、実施例４と同様に行っ
た。尚、真空チャンバーに接続された四重極質量分析器
（Ｑ−Ｍａｓｓ）でチャンバー内の水分圧を測定したと
ころ、５．０×１０^-3Ｐａであった。次に、容器外端子
Ｄ_ox1ないしＤ_oxmとＤ_{oy 1}ないしＤ_oynを通じ素子７４の
素子電極２，３間に電圧を印加し活性化工程を行った。
活性化工程での電圧印加条件は、実施例１と同様に行っ
た。その後、ベンゾニトリルを排気した。この活性化処
理により、前記各導電性膜には、導電性膜上及び導電性
膜の亀裂の内側にカーボン膜が形成されていた。

【０２４２】最後に安定化工程として約１．３×１０^-4
Ｐａの真空度で、１５０℃、１０時間のベーキングを行
った後、実施例１と同様の電圧印加（順方向の電圧印
加）を行い、排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器８８の封止を行った。

【０２４３】以上のように完成した本実施例の画像表示
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄ_ox1
ないしＤ_oxmとＤ_oy1ないしＤ_oynを通じ、走査信号及び
変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ、印加す
ることにより、電子放出させ、高圧端子８７を通じ、メ
タルバック８５に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビー
ムを加速し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光させる
ことで画像を表示した。

【０２４４】その結果、表示画像は、良好なコントラス
トが得られ、数時間表示させても、変化しなかった。

【０２４５】（実施例６）実施例１と同様に工程（ｍ）
まで行った素子に、以下の工程（ｎ）を施した。

【０２４６】工程（ｎ） 上記素子について、室温下でベンゾニトリルをマスフィ
ルターを通して約１．３×１０^-4Ｐａ導入した。本工程
（ｎ）におけるベンゾニトリルの導入は、水吸着フィル
ターに代えてマスフィルターを用いたこと以外は、実施
例１と同様に行われた。ベンゾニトリルが導入された真
空容器内の水分圧は、四重極質量分析装置で測定を行っ
たところ、１．３×１０^-5Ｐａで、ベンゾニトリルに対
する水の分圧比は、０．１倍であった。次に、素子電極
間に電圧を印加して活性化を行なった。

【０２４７】活性化の電圧波形は、波高値は±１０Ｖ、
パルス幅１００μｓｅｃ．、パルス間隔５ｍｓｅｃ．の
両極の矩形波（順方向、逆方向等しく印加）を用いた。
その後、矩形波の波高値は±１０Ｖから±１４Ｖまで
３．３ｍＶ／ｓｅｃで徐々に電圧を増加させ、±１４Ｖ
に達したときに電圧印加を終了した。このときの素子電
流値は８ｍＡであった。最後にベンゾニトリルを排気し
た。

【０２４８】尚、本実施例においても、上記活性化工程
後の導電性膜上及び導電性膜の亀裂の内側にはカーボン
膜が形成されていた。

【０２４９】上記活性化工程以降は、実施例１と同様に
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。

【０２５０】測定開始から１分後の素子電流Ｉ_f0は５．
５ｍＡ、放出電流Ｉ_e0は６．５μＡ、電子放出効率ηは
０．１１８％となった。

【０２５１】また、所定の時間駆動した後、素子電流Ｉ
_fは３．９ｍＡ、放出電流Ｉ_eは４．２μＡ、電子放出効
率ηは０．１０８％となり、素子電流及び放出電流の残
存率δ_f，δ_eは、それぞれ７１％と６５％であった。

【０２５２】（実施例７）実施例６で、活性化工程前
に、真空排気しながら、図９の測定評価装置の真空容器
５５および図８に示される該真空容器への活性化ガスの
導入経路を１００℃で５時間加熱した。かかる真空排気
後、室温に冷却されたときの真空度は、２．６×１０^-6
Ｐａであった。以後、実施例６と同様に、ベンゾニトリ
ルを導入して活性化工程を行った。四重極質量分析装置
で、活性化工程での雰囲気測定を行ったところ、ベンゾ
ニトリルに対する水の分圧比は、０．０５倍であった。

【０２５３】尚、本実施例においても、上記活性化工程
後の導電性膜上及び導電性膜の亀裂の内側にはカーボン
膜が形成されていた。

【０２５４】上記活性化工程以降は、実施例１と同様に
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。

【０２５５】測定開始から１分後の素子電流Ｉ_f0は５ｍ
Ａ、放出電流Ｉ_e0は７．５μＡ、電子放出効率ηは０．
１５％となった。

【０２５６】また、所定の時間駆動した後、素子電流Ｉ
_fは４．４ｍＡ、放出電流Ｉ_eは６．０μＡ、電子放出効
率ηは０．１５％となり、素子電流及び放出電流の残存
率δ _f，δ_eは、それぞれ７６％と６９％であった。

【０２５７】（実施例８）実施例１と同様に工程（ｍ）
まで行った素子に、以下の工程（ｎ）を施した。

【０２５８】工程（ｎ） 室温下でベンゾニトリルを約１．３×１０^-4Ｐａ導入し
た。本工程（ｎ）におけるベンゾニトリルの導入は、水
吸着フィルターに代えて二段階のマスフィルターを用い
たこと以外は、実施例１と同様に行われた。ベンゾニト
リルが導入された真空容器内の水の分圧は、四重極質量
分析装置で測定を行ったところ、ベンゾニトリルに対す
る水の分圧比は０．００１倍であった。次に、素子電極
間に電圧を印加して活性化を行った。尚、電圧印加条件
は実施例６と同様である。

【０２５９】上記活性化工程以降は、実施例１と同様に
行い、得られた電子放出素子の特性を評価した。

【０２６０】測定開始から１分後の素子電流Ｉ_f0は５．
９ｍＡ、放出電流Ｉ_e0は７．８μＡ、電子放出効率ηは
０．１３％となった。

【０２６１】また、所定の時間駆動した後、素子電流Ｉ
_fは４．３ｍＡ、放出電流Ｉ_eは６．０μＡ、電子放出効
率ηは０．１４％となり、素子電流及び放出電流の残存
率δ _f，δ_eは、それぞれ７３％と７７％であった。

【０２６２】上記実施例６〜８より、活性化雰囲気下で
の有機物質の分圧に対する水の分圧の比を１００倍以下
に設定することにより、その後の安定化工程を行って
も、電子放出量が大きく、且つ経時劣化の少ない電子放
出素子を得ることができた。

【０２６３】（実施例９）本実施例では、図１５に示し
たような構成を有する梯子型電子源を用いて、図１６に
示したような構成を有する画像表示装置を作製した例を
示す。

【０２６４】実施例１と同様の製造方法で、一対の素子
電極間に導電性膜を備えた素子の複数が、一対の配線電
極１１２間に接続された素子列を複数列、電子源基板１
１０上に作製した。次にこの電子源基板１１０をリアプ
レート８１上に固定した後、電子源基板１１０の上方
に、電子通過孔１２１を有するグリッド電極１２０を配
線電極１１２と直交する方向に配置した。更に電子源基
板１１０の５ｍｍ上方に、フェースプレート８６（ガラ
ス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８５が形
成されて構成される／図１２参照）を支持枠８２を介し
配置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレ
ート８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で
４１０℃で１０分以上焼成することで封着した。またリ
アプレート８１への電子源基板１１０の固定もフリット
ガラスで行った。

【０２６５】蛍光膜８４は、黒色導電材９１と蛍光体９
２とで構成された、ブラックストライプ配列のカラーの
蛍光膜を用いた（図１３（ａ））。先にブラックストラ
イプを形成し、その間隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光
膜８４を作製した。ガラス基板に蛍光体を塗布する方法
はスラリー法を用いた。

【０２６６】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜作製後、
蛍光膜の内面側表面の平滑化処理を行い、その後Ａｌを
真空蒸着することで作製した。

【０２６７】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と前記の各素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。

【０２６８】以上のようにして完成したガラス容器（外
囲器）を図５に示す真空排気装置を用いて、フォーミン
グ以降の工程を行った。

【０２６９】図５に示すように、外囲器８８内部を排気
するために、１本の排気管３１を介して、真空チャンバ
ー３２と外囲器８８を接続した。次に、真空チャンバー
３２に接続された磁気浮上ターボポンプで構成された排
気装置３４によって外囲器８８内部を排気した。

【０２７０】十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄ
_ox1ないしＤ_oxmを通じ素子電極間に電圧を印加し、前述
のフォーミングを行い、前述した素子電極間の導電性膜
の各々に亀裂を形成することで、該導電性膜の各々に電
子放出部を形成した。

【０２７１】次に、ベンゾニトリル（双極子モーメント
３．９Ｄｅｂｙｅ）を内部に有するアンプルから気化し
たガスをマスフィルター４２とニードルバルブ３８を介
して、真空チャンバー３２及び外囲器８８内に導入し
た。なお、真空チャンバー３２に接続された四重極質量
分析器３６で、チャンバー３２内の雰囲気測定を行った
ところ、ベンゾニトリルに対する水の分圧比は、０．０
１７であった。次に、容器外端子Ｄ_ox1ないしＤ_oxmを通
じ素子電極間に電圧を印加して活性化工程を行った。

【０２７２】活性化工程での電圧印加条件は、実施例１
と同様に行った。その後、ベンゾニトリルを排気した。

【０２７３】尚、本実施例においても、上記活性化工程
後の導電性膜上及び導電性膜の亀裂の内側にはカーボン
膜が形成されていた。

【０２７４】最後に安定化工程として、約１．３×１０
^-4Ｐａの真空度で、１５０℃、１０時間のベーキングを
行った後、実施例１と同様の電圧印加（順方向の電圧印
加）を行い、排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器の封止を行った。

【０２７５】以上のように完成した本実施例の画像表示
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄ_ox1
ないしＤ_oxmを通じ、電圧（順方向）を印加することに
より電子放出させ、放出された電子はグリッド電極１２
０の電子通過孔１２１を通過した後、高圧端子８７を通
じ、メタルバック、あるいは透明電極（不図示）に印加
された数ｋＶ以上の高圧により加速され、蛍光膜８４に
衝突し、励起・発光させる。その際、グリッド電極１２
０に情報信号に応じた電圧を容器外端子Ｇ₁ないしＧ_nを
通じ印加することにより、電子通過孔１２１を通過する
電子ビームを制御し画像表示するものである。

【０２７６】本実施例では、絶縁層であるＳｉＯ₂（不
図示）を介し、電子源基板１１０の１０μｍ上方に５０
μｍ径の電子通過孔１２１を有するグリッド電極１２０
を配置することで、加速電圧として６ｋＶ印加したと
き、電子ビームのオンとオフは５０Ｖ以内の変調電圧で
制御できた。

【０２７７】また、表示画像は、良好なコントラストが
得られ、数時間表示させても、変化しなかった。

【０２７８】（実施例１０）本実施例では、図１１に示
したような構成を有する単純マトリクス配置の電子源を
用いて、図１２に示したような構成を有する画像表示装
置を作製した例を示す。

【０２７９】実施例５と同様に工程（ｈ）まで行い、絶
縁性基板７１上に下配線７２、層間絶縁層１５１、上配
線７３、素子電極２、３、導電性膜４等を形成した。

【０２８０】次に、以上のようにして作製した複数の導
電性膜４がマトリクス配線された電子源基板７１を用い
て画像表示装置を作製した。作製手順を例を図１２と図
１３を用いて説明する。

【０２８１】先ず、上記複数の導電性膜４がマトリクス
配線された電子源基板７１をリアプレート８１上に固定
した後、基板７１の５ｍｍ上方に、フェースプレート８
６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック
８５が形成されて構成される）を支持枠８２を介し配置
し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート
８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で４１
０℃で１０分以上焼成することで封着し、外囲器８８を
作製した（図１２）。なお、リアプレート８１への基板
７１の固定もフリットガラスで行った。

【０２８２】蛍光膜８４は、黒色導電材９１と蛍光体９
２とで構成された、ブラックストライプ配列のカラーの
蛍光膜（図１３（ａ））とし、先にブラックストライプ
を形成し、その間隙部にスラリー法により各色蛍光体を
塗布して蛍光膜８４を作製した。

【０２８３】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜８４を作
製した後、蛍光膜８４の内面側表面の平滑化処理を行
い、その後Ａｌを真空蒸着することで作製した。

【０２８４】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と前記各素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。

【０２８５】以上のようにして完成した外囲器８８内の
排気を図５に示す真空排気装置を用いて、実施例９と同
様に行い、約１．３×１０^-4Ｐａまで排気した。その
後、容器外端子Ｄ_ox1ないしＤ_oxmとＤ_oy1ないしＤ_oynを
通じ前述のマトリクス配線された複数の素子７４の素子
電極２，３間に電圧を印加し、実施例５と同様にして導
電性膜４を通電処理（フォーミング処理）することによ
り、前述した素子電極間の導電性膜４の各々に亀裂を形
成することで、該導電性膜４の各々に電子放出部５を作
成した。

【０２８６】このように作成された電子放出部５は、パ
ラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置された状
態となり、その微粒子の平均粒径は３０Åであった。

【０２８７】次に、外囲器８８内にベンゾニトリルを約
１．３×１０^-3Ｐａ導入した。かかるベンゾニトリルの
導入も、図５に示す真空排気装置を用いて、実施例９と
同様に行った。尚、真空チャンバーに接続された四重極
質量分析器でチャンバー内の水分圧を測定した結果、ベ
ンゾニトリルに対する水の分圧比は、０．０３３であっ
た。次に、容器外端子Ｄ_ox1ないしＤ_oxmとＤ_oy1ないし
Ｄ_oynを通じ電子放出素子７４の素子電極２，３間に電
圧を印加し活性化工程を行った。

【０２８８】活性化工程での電圧印加条件は、実施例１
と同様に行った。その後、ベンゾニトリルを排気した。

【０２８９】尚、本実施例においても、上記活性化工程
後の導電性膜上及び導電性膜の亀裂の内側にはカーボン
膜が形成されていた。

【０２９０】最後に安定化工程として、約１．３×１０
^-4Ｐａの真空度で、１５０℃、１０時間のベーキングを
行った後、実施例１と同様の電圧印加（順方向の電圧印
加）を行い、排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器８８の封止を行った。

【０２９１】以上のように完成した本実施例の画像表示
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄ_ox1
ないしＤ_oxmとＤ_oy1ないしＤ_oynを通じ、走査信号及び
変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ、印加す
ることにより、電子放出させ、高圧端子８７を通じ、メ
タルバック８５に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビー
ムを加速し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光させる
ことで画像を表示した。

【０２９２】その結果、表示画像は、良好なコントラス
トが得られ、数時間表示させても、変化しなかった。

【０２９３】（実施例１１）本実施例では、図１１に示
したような構成を有する単純マトリクス配置の電子源を
用いて、図１２に示したような構成を有する画像形成装
置を図２７に示した真空排気装置を用いて作製した例を
示す。

【０２９４】実施例５と同様に工程（ｈ）まで行い、絶
縁性基板上に、下配線、層間絶縁層、上配線、素子電
極、導電性膜等を形成し、この絶縁性基板を、フェース
プレート、リアプレート、支持枠、排気管等からなる外
囲器内に固定した。このとき、排気管を２本に増やした
以外は、フェースプレート上の蛍光膜などを構成する部
材や作製手順は、実施例５と同様に行った。

【０２９５】次に、外囲器の２本の排気管３０５，３０
６をそれぞれ図２７の真空チャンバー３０１と真空チャ
ンバー３０２に接続し、ゲートバルブ３０３，３０４を
開けて、排気装置で真空チャンバー３０１，３０２を介
して外囲器内部を排気した。このときの真空チャンバー
３０１，３０２に接続された圧力計で圧力を測定したと
ころ、約１．３×１０^-4Ｐａであった。その後、容器外
端子Ｄ_ox1ないしＤ_oxmとＤ_oy1ないしＤ_oynを通じ、前記
各素子の素子電極間に電圧を印加し、実施例５と同様に
して導電性膜を通電処理（フォーミング処理）すること
により、素子電極間の導電性膜の各々に亀裂を形成する
ことで、該導電性膜の各々に電子放出部を作成した。

【０２９６】次に、ゲートバルブ３０４を閉じ、ゲート
バルブ３０３を開け、外囲器内と真空チャンバー３０
１，３０２を排気装置で排気した状態で、ニードルバル
ブを開けてベンゾニトリルを外囲器内に導入した。ベン
ゾニトリルは、アンプル内に保持され、アンプル内で気
化したベンゾニトリルのガスは、水吸着フィルターとニ
ードルバルブを介して真空チャンバー３０１へと導入さ
れ、外囲器、真空チャンバー３０２へと流れた。

【０２９７】このときニードルバルブの開度を調整し
て、ベンゾニトリルの導入量を一定に保ち、真空チャン
バー３０１での圧力は約５．０×１０^-3Ｐａ、真空チャ
ンバー３０２での圧力は８．０×１０^-4Ｐａであった。

【０２９８】また、真空チャンバー３０２に接続されて
いる四重極質量分析装置（Ｑ−Ｍａｓｓ）で雰囲気測定
を行ったところ、ベンゾニトリルに対する水の分圧比は
０．０８であった。

【０２９９】次に、容器外端子Ｄ_ox1ないしＤ_oxmとＤ
_oy1ないしＤ_oynを通じ、前記各素子の素子電極間に電圧
を印加し、活性化を行った。

【０３００】活性化工程での電圧印加条件は、実施例１
と同様に行った。その後、ニードルバルブを閉じ、ゲー
トバルブ３０４を開け、ベンゾニトリルを排気した。

【０３０１】尚、本実施例においても、上記活性化工程
後の導電性膜上及び導電性膜の亀裂の内側にはカーボン
膜が形成されていた。

【０３０２】最後に安定化工程として、約１．３×１０
^-4Ｐａの真空度で、２００℃、１２時間のベーキングを
行った後、実施例１と同様の電圧印加（順方向の電圧印
加）を行い、２本の排気管をガスバーナーで熱すること
で溶着し外囲器の封止を行った。

【０３０３】以上のように完成した本実施例の画像表示
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄ_ox1
ないしＤ_oxmとＤ_oy1ないしＤ_oynを通じ、走査信号及び
変調信号を不図示の信号発生手段より、それぞれ印加す
ることにより、電子放出させ、高圧端子８７を通じ、メ
タルバック８５に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビー
ムを加速し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光させる
ことで画像を表示した。

【０３０４】その結果、表示画像は、良好なコントラス
トが得られ、数時間表示させても、変化しなかった。

【０３０５】

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、電子放出効
率の高い電子放出素子、及び電子源を提供することがで
きる。

【０３０６】また、本発明によれば、駆動による電子放
出特性の経時変化の極めて少ない電子放出素子、及び電
子源を提供することができる。

【０３０７】また、本発明によれば、駆動による放出電
流の経時的な低下の少ない電子放出素子、及び電子源を
提供することができる。

【０３０８】また、本発明によれば、コントラストが良
好な、より高品位な画像を形成し得る画像形成装置を提
供することができる。

【０３０９】また、本発明によれば、輝度、コントラス
トの経時的な低下の少ない画像形成装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる平面型の表面伝導型電子放出素
子の一構成例を示す模式的平面図及び断面図である。

【図２】本発明に係わる垂直型の表面伝導型電子放出素
子の一構成例を示す模式的平面図及び断面図である。

【図３】本発明に係わる電子放出素子の製造方法を説明
するための工程図である。

【図４】本発明に係わる通電フォーミングの電圧波形の
例を示す図である。

【図５】本発明に係わる活性化工程を行う真空装置の概
略構成図である。

【図６】本発明に係わる活性化工程に用いられるマスフ
ィルターの電極構造の例を示す模式図である。

【図７】本発明に係わる活性化工程の電圧波形の例を示
す図である。

【図８】電子放出特性を測定するための測定評価装置の
概略構成図である。

【図９】図８の測定評価装置における真空容器（試料
室）の概略構成図である。

【図１０】本発明の電子放出素子の電子放出特性を示す
図である。

【図１１】本発明の単純マトリクス配置の電子源の一例
を示す模式図である。

【図１２】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を
示す模式図である。

【図１３】表示パネルにおける蛍光膜の一例を示す模式
図である。

【図１４】本発明の画像形成装置にＮＴＳＣ方式のテレ
ビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示す
ブロック図である。

【図１５】本発明の梯子型配置の電子源の一例を示す模
式図である。

【図１６】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を
示す模式図である。

【図１７】実施例に係わる電子放出素子の製造方法を説
明するための工程図である。

【図１８】実施例に係わる電子放出素子の製造方法を説
明するための工程図である。

【図１９】実施例に係わる電子放出素子の製造方法を説
明するための工程図である。

【図２０】実施例に係わる電子放出素子の製造方法を説
明するための工程図である。

【図２１】実施例５及び実施例１０のマトリクス配線し
た電子源基板の一部を示す模式図である。

【図２２】図２１のＡ−Ａ’断面模式図である。

【図２３】図２１の電子源の製造工程図である。

【図２４】図２１の電子源の製造工程図である。

【図２５】実施例５及び実施例１０におけるフォーミン
グ工程を説明するための図である。

【図２６】実施例４及び実施例５に係わる活性化工程を
行う真空装置の概略構成図である。

【図２７】実施例１１に係わる活性化工程を行う真空装
置の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 導電性膜 ５ カーボン膜 ２１ 段差形成部 ３１ 排気管 ３２ 真空チャンバー ３３ ゲートバルブ ３４ 排気装置 ３５ 圧力計 ３６ 四重極質量分析器 ３７ ガス導入ライン ３８ ニードルバルブ ３９ 導入物質源 ４０ マスフィルター ４１ マスフィルターに連結された排気装置 ５０ 素子電極２，３間の導電性膜４を流れる素子電流
Ｉ_fを測定するための電流計 ５１ 電子放出素子に素子電圧Ｖ_fを印加するための電
源 ５２ アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源 ５３ 素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉ_eを
測定するための電流計 ５４ 素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉ_eを
捕捉するためのアノード電極 ５５ 真空容器 ５６ 排気装置 ７１ 電子源基板 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ方向配線 ７４ 表面伝導型電子放出素子 ７５ 結線 ８１ リアプレート ８２ 支持枠 ８３ ガラス基板 ８４ 蛍光膜 ８５ メタルバック ８６ フェイスプレート ８７ 高圧端子 ８８ 外囲器 ９１ 黒色導電材 ９２ 蛍光体 １０１ 表示パネル １０２ 走査回路 １０３ 制御回路 １０４ シフトレジスタ １０５ ラインメモリ １０６ 同期信号分離回路 １０７ 変調信号発生器 Ｖ_x，Ｘ_a 直流電圧源 １１０ 電子源基板 １１１ Ｘ方向配線 １１２ 表面伝導型電子放出素子 １２０ グリッド電極 １２１ 電子通過孔 １５１ 層間絶縁層 １５２ コンタクトホール １５３ Ｃｒ膜 ２５１ 共通電極 ２５２ 電源 ２５３ 電流測定用抵抗 ２５４ オシロスコープ

フロントページの続き (72)発明者 坂野 嘉和 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 武田 俊彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 丸山 朋子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 西村 三千代 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極間の導電性膜にカーボン膜を
   有する電子放出素子の製造装置であって、一対の電極と
   該一対の電極間に配置された導電性膜とを有する基板を
   内包するための容器と、前記容器内を排気するための真
   空排気装置と、前記容器に接続され、該容器内に有機物
   質ガスを導入するためのガス導入ラインと、前記導入ラ
   インの途中に設けられた水除去手段と、前記一対の電極
   間に電圧を印加するための電源とを備えることを特徴と
   する電子放出素子の製造装置。
2. 【請求項２】 一対の電極間の導電性膜にカーボン膜を
   有する電子放出素子を複数備える電子源の製造装置であ
   って、一対の電極と該一対の電極間に配置された導電性
   膜とが複数配置された基板を内包するための容器と、前
   記容器内を排気するための真空排気装置と、前記容器に
   接続され、該容器内に有機物質ガスを導入するためのガ
   ス導入ラインと、前記導入ラインの途中に設けられた水
   除去手段と、前記複数対の電極間に電圧を印加するため
   の電源とを備えることを特徴とする電子源の製造装置。
3. 【請求項３】 一対の電極間の導電性膜にカーボン膜を
   有する電子放出素子を複数備える電子源と前記電子源か
   ら放出される電子が照射される蛍光膜とを備える画像形
   成装置の製造装置であって、一対の電極と該一対の電極
   間に配置された導電性膜とを複数と蛍光膜とが内包され
   た容器の排気管に接続され、該容器内を排気するための
   真空排気装置と、該排気管に接続され、該容器内に有機
   物質ガスを導入するためのガス導入ラインと、前記導入
   ラインの途中に設けられた水除去手段と、前記複数対の
   電極間に電圧を印加するための電源とを備えることを特
   徴とする画像形成装置の製造装置。