JP2000173450A

JP2000173450A - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000173450A
Application number: JP34433498A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kojima; 誠小嶋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】活性化工程に要する時間を短縮でき、電子放
出量や電子放出効率の高い電子放出素子を得られる表面
伝導型電子放出素子の製造方法を提供する。【解決手段】基体上に対向して配置された一対の電極
間を、電気的に接続するように配された導電性薄膜の一
部に間隙を形成する工程と、少なくとも、間隙内の基体
上に導電性薄膜と電気的に接続した炭素を有する膜を形
成する工程を有し、炭素を有する膜を形成する工程が、
基体を加熱しながら、有機物質のガスと不活性ガスとを
含むガスを、少なくとも間隙に接触させた状態で、一対
の電極に電圧を印加する工程を含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面伝導型電子放
出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類
のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放
出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金
属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）や表面伝導型電子
放出素子等がある。ＦＥ型の例としては、W.P.Dyke &
W.W.Dolan,“Field Emission”,Advance in Electoron
Physics,8,89(1956)、あるいは、C.A.Spindt,“Physica
l Properties of Thin-Film Field Emission Cathodes
with Molybdenium Cones”,J.Apply.Phys.,47,5248(197
6)等に開示されたものが知られている。ＭＩＭ型の例と
してはC.A.Mead,“Operation of Tunnel-Emission Devi
ces”,J.Apply.Phys.,32,646(1961)等に開示されたもの
が知られている。表面伝導型電子放出素子型の例として
は、M.I.Elinson,Recio Eng.Electron Phys.,10,1290(1
965)等に開示されたものがある。表面伝導型電子放出素
子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行
に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用
するものである。この表面伝導型電子放出素子として
は、前記エリンソン等によるＳｎＯ₂薄膜を用いたも
の、Ａｕ薄膜によるもの[G.Dittmer:“Thin Solid Film
s”,9,317(1972)]、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるも
の[M.Hartwell and C.G.Fonstad,“IEEE Trans.ED Con
f.”519(1975)]、カーボン薄膜によるもの［荒木久
他：真空、第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等
が報告されている。これらの表面伝導型電子放出素子の
典型的な例として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を
図１９に模式的に示す。同図において１は基板である。
４は導電性薄膜で、Ｈ型形状のパターンに、スパッタで
形成された金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォ
ーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部５が形成
される。尚、図中の素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍ
ｍ、Ｗ′は、０．１ｍｍに設定されている。従来、これ
らの表面伝導型電子放出素子においては、電子放出を行
う前に導電性薄膜４を予め通電フォーミングと呼ばれる
通電処理によって電子放出部５を形成するのが一般的で
あった。即ち、通電フォーミングとは前記導電性薄膜４
の両端に直流電圧あるいは非常にゆっくりとした昇電圧
例えば１Ｖ／分程度を印加通電し、導電性薄膜を局所的
に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状
態にした電子放出部５を形成することである。尚、電子
放出部５は導電性薄膜４の一部に亀裂が発生しその亀裂
付近から電子放出が行われる。前記通電フォーミング処
理をした表面伝導型電子放出素子は、上述の導電性薄膜
４に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、上述
電子放出部５より電子を放出せしめるものである。

【０００３】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、大面積にわたり多数
素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を
生かせるようないろいろな応用が研究されている。例え
ば、荷電ビーム源、表示装置等が挙げられる。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、後述
する様に、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（共通配線とも呼ぶ）で、それぞ
れ結線した行を多数行配列した電子源があげられる（例
えば、特開昭６４−０３１３３２号公報、特開平１−２
８３７４９号公報、特開平２−２５７５５２号公報
等）。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。自発光型表示
装置としては、表面伝導型電子放出素子を多数配置した
電子源と電子源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
像形成装置が、あげられる（例えば、米国特許第５０６
６８８３号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電子放出特性を改善す
るため、後述するように「活性化」と称する処理を行
い、上記亀裂を構成する間隙内及びその近傍の導電性薄
膜上に、炭素膜（カーボン膜）を形成する場合がある。
この工程の１つとしては、有機物質を含む雰囲気中で、
素子にパルス電圧を印加し、炭素を有する間隙部及びそ
の近傍の導電性薄膜上に堆積させる導電性薄膜と電気的
に接続させる方法がある。

【０００５】しかしながら、上記活性化工程では高真空
の工程を必要とし、所望の高真空に達するまでに時間を
要していたうえ、活性化における反応スピードを制御す
る手段がなかったため、活性化に要する時間も長くなる
場合があった。

【０００６】本発明は、活性化工程において高真空を必
要としない表面伝導型電子放出素子及び電子源の製造方
法を提供することを目的とする。

【０００７】また、本発明は、活性化工程に要する時間
を短縮でき、電子放出量や電子放出効率の高い電子放出
素子を得られる表面伝導型電子放出素子及び電子源の製
造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による電子放出素
子の製造方法は、基体上に対向して配置された一対の電
極間を、電気的に接続するように配された導電性薄膜の
一部に間隙を形成する工程と、少なくとも、該間隙内の
該基体上に該導電性薄膜と電気的に接続した炭素を有す
る膜を形成する工程を有し、該炭素を有する膜を形成す
る工程が、該基体を加熱しながら、有機物質のガスと不
活性ガスとを含むガスを、少なくとも該間隙に接触させ
た状態で、該一対の電極に電圧を印加する工程を含むこ
とを特徴とする。

【０００９】また、本発明による電子放出素子の製造方
法は、上記の電子放出素子の製造方法において、前記有
機物質のガスと不活性ガスとを含むガスが、粘性流状態
であることを特徴とする。

【００１０】更に、本発明による電子放出素子の製造方
法は、上記の電子放出素子の製造方法において、前記有
機物質のガスと不活性ガスとを含むガスの圧力が、大気
圧に概略等しいことを特徴とする。

【００１１】本発明による電子源の製造方法は、基体上
に複数の電子放出素子を配列形成した電子源の製造方法
であって、該電子放出素子が上記の製造方法により製造
されることを特徴とする。

【００１２】本発明による画像形成装置の製造方法は、
電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置の製造
方法であって、該電子源が上記の製造方法により製造さ
れることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態による製造方法
によって得られる表面伝導型電子放出素子の基本的構成
には大別して、平面型及び垂直型の２つがある。まず、
平面型表面伝導型電子放出素子について説明する。図３
は、本発明を適用可能な平面型表面伝導型電子放出素子
の構成を示す模式図であり、図３（ａ）は平面図、図３
（ｂ）は断面図である。図３において１は基板、２と３
は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部である。
基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を
減少したガラス、青板ガラス、青板ガラスにスパッタ法
等により形成したＳｉＯ ₂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。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る。これは例えばＮ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，
Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒｕ
Ｏ₂，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
選択することができる。素子電極間隔Ｌ、素子電極長さ
Ｗ、導電性薄膜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、数百
ｎｍから数百μｍの範囲とすることができ、より好まし
くは、数μｍから数十μｍの範囲とすることができる。
素子電極長さＷは、電極抵抗値、電子放出特性を考慮し
て、数μｍから数百μｍ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。尚、図３に示した構成だけでなく、
基板１上に、導電性薄膜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。

【００１４】導電性薄膜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
０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの範囲とするのが好まし
く、より好ましくは１ｎｍより５０ｎｍの範囲とするの
が良い。そのシート抵抗値Ｒｓは、１０²から１０⁷Ω／
□の値である。本願明細書において、フォーミング処理
については、通電処理を例に挙げて説明するが、フォー
ミング処理はこれに限られるものではなく、膜に間隙８
を生じさせて高抵抗状態を形成する処理を包含するもの
である。

【００１５】導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ等の金属、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、
ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，Ｇ
ｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔａ，
Ｃ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ
等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中か
ら適宜選択される。

【００１６】ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子
が集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に
分散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接、あるい
は重なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体
として島状構造を形成している場合も含む）をとってい
る。微粒子の粒径は、０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの
範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。
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。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。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。「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）では次のように記述されている。「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１
０ｎｍ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２〜３ｎｍ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）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。「創造科学技
術推進制度の“超微粒子プロジェクト”（１９８１〜１
９８６）では、粒子の大きさ（径）がおよそ１〜１００
ｎｍの範囲のものを“超微粒子”（ultra fine particl
e）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−」株主税、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）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０．１ｎｍの数倍から１ｎｍ程度、上限は数μｍ
程度のものを指すこととする。

【００１７】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。図４は、本発明の表面伝導型電子放出素
子を適用できる垂直型表面伝導型電子放出素子の一例を
示す模式図である。

【００１８】図４においては、図３に示した部位と同じ
部位には図３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及び
３、導電性薄膜４、電子放出部５は、前述した平面型表
面伝導型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。段差形成部２１の膜厚は、先に述
べた平面型表面伝導型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。この膜厚は、段差形成部の製法、及び、素子電極間
に印加する電圧を考慮して設定されるが、数十ｎｍから
数μｍの範囲が好ましい。

【００１９】導電性薄膜４は、素子電極２及び３と段差
形成部２１作成後に、該素子電極２，３の上に積層され
る。電子放出部５は、図４においては、段差形成部２１
に形成されているが、作成条件、フォーミング条件等に
依存し、形状、位置ともこれに限られるものでない。

【００２０】上述の表面伝導型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５に模式的
に示す。

【００２１】以下、図３及び図５を参照しながら製造方
法の一例について説明する。図５においても、図３に示
した部位と同じ部位には図３に付した符号と同一の符号
を付している。

【００２２】１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤等
を用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等によ
り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
５（ａ））。

【００２３】２）素子電極２，３を設けた基板１に、有
機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。有機
金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属を主元素
とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。有
機金属薄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、導電性薄膜４を形成する（図
５（ｂ））。ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて
説明したが、導電性薄膜４の形成法はこれに限られるも
のでなく、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。

【００２４】３）つづいて、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。素子電極２，３間に、不図示の電源
を用いて、通電を行うと、導電性薄膜４の部位に、構造
の変化した部位８が形成される（図５（ｃ））。通電フ
ォーミングによれば導電性薄膜４に局所的に破壊、変形
もしくは変質等の構造の変化した部位である間隙８が形
成される。通電フォーミングの電圧波形の例を図６に示
す。

【００２５】電圧波形は、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６（ａ）に示した手法とパルス波高値を増加さ
せながら、電圧パルスを印加する図６（ｂ）に示した手
法がある。

【００２６】図６ａ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１μｓｅｃ〜
１０ｍｓｅｃ、Ｔ₂は、１０μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの
範囲に設定される。三角波の波高値（通電フォーミング
時のピーク電圧）は、表面伝導型電子放出素子形態に応
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、矩形波など所望の波形を採
用することができる。

【００２７】図６（ｂ）におけるＴ₁及びＴ₂は、図６
（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。通電フォーミング処理の終了は、パルス間隔Ｔ₂中
に、導電性薄膜２を局所的に破壊、変形しない程度の電
圧を印加し、電流を測定して検知することができる。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。

【００２８】４）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が施される。活性化工程とは、フォ
ーミングで形成した間隙８内の基板上及び間隙８近傍の
導電性薄膜４上に炭素を有する膜１０を形成する工程で
あり、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅ
が、著しく変化する工程である。活性化工程はＨｅ、Ｎ
ｅ、Ａｒ等の不活性ガスに、有機物質のガスを含んだ混
合ガスを少なくとも前記フォーミングで形成した間隙に
接触させた状態（例えば、混合ガス中に素子を配置した
状態）で、通電フォーミングと同様に、パルス電圧の印
加を繰り返すことで行うことができる。適当な有機物質
としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化
水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド
類、ケトン類、フェノール、カルボン酸、スルホン酸等
の有機酸類等を挙げることが出来、具体的には、メタ
ン、エタン、プロパンなどＣ_nＨ_2n+2で表される飽和炭
化水素、エチレン、プロピレン、アセチレンなどＣ_nＨ
_2n、Ｃ_nＨ_n等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベ
ンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムア
ルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチル
ケトン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等ある
いはこれらの混合物が使用できる。

【００２９】混合ガスの導入圧力は、混合ガスを構成す
る気体分子の平均自由工程が、電子放出素子が設置され
た空間内部の代表的寸法値（例えば、真空容器の内径）
に比べて、十分に小さくなる圧力である。これは、所謂
粘性流領域であり、具体的には前述のガス種を用い、真
空容器の内径が数センチメートルから数１０センチメー
トル程度の場合、およそ１Ｐａ程度以上の圧力であれ
ば、粘性流領域として扱うことができる。

【００３０】粘性流領域の圧力で活性化を行うというこ
とは、従来行われていた高真空下の活性化に比べて、高
真空を必要としない分、工程が簡略になる。また、特に
大気圧程度の圧力で活性化を行うと、活性化のための装
置が簡易な構成の装置で済ませられる、という利点があ
る。

【００３１】本発明者らの実験によると、粘性流領域の
圧力下の活性化においては、基板加熱を行うことで、活
性化工程の時間を短縮でき、また、得られた電子放出素
子の電子放出特性が優れていることが判明した。これは
以下のような理由によると思われる。

【００３２】粘性流領域の圧力下の活性化においては、
従来行われていた高真空下の活性化に比べて、基板表面
に吸着されているガス分子が多い。それらの吸着分子の
うち、特に水分子が活性化時に前記間隙近傍に存在する
と、有機物質から炭素を有する膜１０を形成する反応を
阻害することがわかった。そのため、基板加熱を行わず
に活性化を行うと、長時間の活性化を行っても、十分な
炭素を有する膜が得られなかったり、得られた炭素を有
する膜の結晶性が悪かったりすることで、結果として電
子放出素子の電子放出量や、電子放出効率が低下する場
合がある。基板を加熱すると、これらの活性化を阻害す
る水分子やその他の分子の数が基板表面から減少するた
め、活性化のスピードが速くなり、素子の電子放出特性
が向上する。

【００３３】前述してきた活性化工程により、雰囲気中
に存在する有機物質から、炭素を有する膜１０がフォー
ミングで形成した間隙８内の基板上及びその近傍の導電
性薄膜上に堆積し、導電性薄膜に電気的に接続されて形
成される。その結果、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、
著しく変化するようになる。活性化工程の終了判定は、
素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行
う。なおパルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは適
宜設定される。

【００３４】上記炭素とは、例えばグラファイト（いわ
ゆるＨＯＰＧ′，ＰＧ（，ＧＣ）を包含する、ＨＯＰＧ
はほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が
２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶
粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくな
ったものを指す。）、非晶質カーボン（アモルファスカ
ーボン及び、アモルファスカーボンと前記グラファイト
の微結晶の混合物を指す）であり、炭素を有する膜の膜
厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎ
ｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００３５】５）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を排気する工程である。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。前記活性化の工程で、排気装置として油
拡散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生す
るオイル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、この
成分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の
有機成分の分圧は、上記の炭素及び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、８０〜２５０℃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、１×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらに１．３
×１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００３６】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、また真空容器や基板などに吸着したＨ
₂Ｏ，Ｏ₂なども除去でき、結果として素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅが、安定する。

【００３７】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について図７、図８を参
照しながら説明する。

【００３８】図７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
をも兼ね備えている。図７においても、図３に示した部
位と同じ部位には図３に付した符号と同一の符号を付し
ている。図７において、５５は真空容器であり、５６は
排気ポンプである。真空容器５５内には電子放出素子が
配されている。即ち、１は電子放出素子を構成する基体
であり、２及び３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電
子放出部である。５１は、電子放出素子に素子電圧Ｖｆ
を印加するための電源、５０は素子電極２，３間の導電
性薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流
計、５４は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である。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は素
子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを測定す
るための電流計である。一例として、アノード電極の電
圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノード電極と電子
放出素子との距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定
を行うことができる。

【００３９】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。排気ポンプ５６は、ターボポンプ、ロータリーポ
ンプからなる通常の高真空装置系と更に、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る。こ
こに示した電子源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。従って、この真空
処理装置を用いると、前述の通電フォーミング以降の工
程も行うことができる。

【００４０】図８は、図７に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖ
ｆの関係を模式的に示した図である。図８においては、
放出電流Ｉｅが素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいの
で、任意単位で示している。なお、縦・横軸ともリニア
スケールである。

【００４１】図８からも明らかなように、本発明の製造
方法によって得られる表面伝導型電子放出素子は、放出
電流Ｉｅに関して対する三つの特徴的性質を有する。

【００４２】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値
電圧と呼ぶ、図８中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加す
ると急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖ
ｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。つ
まり、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈ
を持った非線形素子である。

【００４３】（ii）放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに単調
増加依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御
できる。

【００４４】（iii)アノード電極５４に捕捉される放出
電荷は、素子電圧Ｖｆ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
Ｖｆを印加する時間により制御できる。

【００４５】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表面伝導型電子放出素子
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。

【００４６】図８においては、素子電流Ｉｆが素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を実線に示した。素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆ
に対して電圧制御型負性抵抗特性（以下、「ＶＣＮＲ特
性」という。）を示す場合もある（不図示）。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。

【００４７】本発明を適用可能な電子放出素子の応用例
について以下に述べる。本発明の製造方法によって得ら
れる表面伝導型電子放出素子の複数個を基板上に配列
し、例えば電子源あるいは、画像形成装置が構成でき
る。

【００４８】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はしご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。

【００４９】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素
子については、前述したとおり（ｉ）乃至（iii)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、しきい値電圧以上では、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、し
きい値電圧以下では、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。

【００５０】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９を用いて説明する。図９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は表面伝導型電子放出素子、７５は結線である。
尚、表面伝導型電子放出素子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。

【００５１】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄx1，Ｄx2，
…，Ｄxm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、巾は、適宜設計される。Ｙ方向
配線７３は、Ｄy1，Ｄy2，…，Ｄyn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）。

【００５２】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の端部は、それぞれ外部端子と
して引き出されている。

【００５３】表面伝導型電子放出素子７４を構成する一
対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本の
Ｙ方向配線７３と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。

【００５４】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、またそれぞれ異なってもよい。これら材料は、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。

【００５５】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型電子放出素子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方向に配列した表面
伝導型電子放出素子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。

【００５６】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。

【００５７】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１０及び図１
１を用いて説明する。図１０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１１は、図１０の画
像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１２
は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行なうた
めの駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００５８】図１０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が低融点のフリッ
トガラスなどを用いて、接合される。

【００５９】７４は、図９に示すのと同一の表面伝導型
電子放出素子である。７２，７３は、表面伝導型電子放
出素子の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ
方向配線である。

【００６０】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を構成しても良い。一方、フェースプレート８６、リ
アプレート８１間に、スペーサーとよばれる不図示の支
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。

【００６１】図１１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から構成
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あるいはブラックマトリ
クスなど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。ブラックストライプの材料としては、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。

【００６２】ガラス基板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、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８
５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８６側へ
鏡面反射させ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。

【００６３】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。

【００６４】前述の封着を行う際には、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。

【００６５】図１０に示した画像形成装置の製造方法の
一例を以下に説明する。

【００６６】図１はこの工程に用いる装置の概要を示す
模式図である。電子源基板７１は、真空チャンバー１３
３内に配置され、真空チャンバー１３３は排気量調整バ
ルブ１３４を介して排気装置１３５に接続されている。
排気量調整バルブ１３４は開閉度を調節することで真空
チャンバー１３３内部の圧力を制御するためのものであ
る。また真空チャンバー１３３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１３
６、四重極質量分析器１３７等が取り付けられている。
該真空チャンバー１３３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１３３には、さらに必要な
ガスを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制御するた
め、ガス導入ライン１３８が接続されている。該ガス導
入ライン１３８の他端には導入物質源１４０が接続され
ており、導入物質がアンプルやボンベ（図１ではボン
ベ）などに入れて貯蔵されている。ガス導入ラインの途
中には、導入物質を導入するレートを制御するための導
入制御手段１３９が設けられている。該導入量制御手段
としては具体的には、スローリークバルブなど逃す流量
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。図１の装置により真空チャンバー１３３の内部を排
気し、あるいは排気しないであるいはガスは導入しなが
らフォーミングを行う。この際、例えば図１５に示すよ
うに、Ｙ方向配線７３を共通電極１４１に接続し、Ｘ方
向配線７２の内の一つに接続された素子に電源１４２に
よって、同時に電圧パルスを印加して、フォーミングを
行うことができる。パルスの形状や、処理の終了の判定
などの条件は、個別素子のフォーミングについての既述
の方法に準じて選択すればよい。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
まとめてフォーミングする事も可能である。図中１４３
は電流測定用抵抗を、１４４は、電流測定用のオシロス
コープを示す。フォーミング終了後、活性化工程を行
う。真空チャンバー１３３内は、十分に排気した後有機
物質がガス導入ライン１３８から導入される。あるい
は、排気しないでガスを導入し、これによって真空チャ
ンバー１３３の内部に残留する不要な成分を置換するこ
とで取り除いても良い。この様にして形成した、有機物
質を含む雰囲気中で、各電子放出素子に電圧を印加する
ことにより、炭素を有する膜がフォーミングで形成され
た間隙８内の基板上及びその近傍の導電性薄膜４上に堆
積し、電子放出量がドラスティックに上昇するのは、個
別素子の場合と同様である。このときの電圧の印加方法
は、上記フォーミングの場合と同様の結線により、一つ
の方向配線につながった素子に、同時の電圧パルスを印
加すればよい。活性化工程においては温調器２０１によ
って電子源基板７１が温度制御され、ガス導入ランイ１
３８の周囲に取り付けられた温調器２０２および、真空
チャンバー１３３の周囲に取り付けられた温調器２０３
によってガス温度が制御される。温調器２０１，２０
２，２０３は加熱だけでなく、冷却する場合もある。ま
た活性化工程時の導入ガス流量制御、および真空チャン
バー１３３内部の圧力制御は、導入制御手段１３９およ
び排気量調整バルブ１３４の開閉度で制御される。

【００６７】活性化工程終了後は、電子源基板７１は図
１０で説明した様に外囲器８８中に保持される。その
後、個別素子の場合と同様に、安定化工程を行うことが
好ましい。外囲器８８を加熱して、８０〜２５０℃に保
持しながら、イオンポンプ、ソープションポンプなどの
オイルを使用しない排気装置により排気管（不図示）を
通じて排気し、有機物質の十分少ない雰囲気にした後、
排気管をバーナーで熱して溶解させて封じきる。外囲器
８８の封止後の圧力を維持するために、ゲッター処理を
行なうこともできる。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（不図
示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する
処理である。ゲッターは通常はＢａ等が主成分であり、
該蒸着膜の吸着作用により、外囲器８８内の雰囲気を維
持するものである。

【００６８】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１２を用いて説明する。図１２において、
１０１は画像表示表示パネル、１０２は走査回路、１０
３は制御回路、１０４はシフトレジスタである。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、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。

【００６９】表示パネル１０１は、端子Ｄox1 乃至Ｄox
m 、端子Ｄoy1 乃至Ｄoyn 、及び高圧端子Ｈｖを介して
外部の電気回路と接続している。端子Ｄox1 乃至Ｄoxm
には、表示パネル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表面伝導型電子
放出素子群を一行（Ｎ素子）ずつ順次駆動する為の走査
信号が印加される。

【００７０】端子Ｄy1乃至Ｄynには、前記走査信号によ
り選択された一行の表面伝導型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Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば１０ｋ
Ｖの直流電圧が供給されるが、これは表面伝導型電子放
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。

【００７１】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を備えたもので（図
中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示している）ある。各ス
イッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは
０Ｖ（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Ｄx1ないしＤxmと電気的に接続され
る。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１
０３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。

【００７２】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には表面伝
導型電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）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
放出しきい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。

【００７３】制御回路１０３は、外部より入力する画像
信号に基づいて適切な表示が行な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Ｔｓｙｎｃに
基づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよ
びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。

【００７４】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為の回路である。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Ｔｓ
ｙｎｃ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。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に入力され
る。

【００７５】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Ｔｓｆｔに基づいて
動作する（即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ
１０４のシフトクロックであるということもでき
る。）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当）のデータ
は、Ｉｄ１乃至ＩｄｎのＮ個の並列信号として前記シフ
トレジスタ１０４より出力される。

【００７６】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Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。

【００７７】変調信号発生器１０７は、画像データＩ′
ｄ１乃至Ｉ′ｄｎの各々に応じて表面伝導型電子放出素
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Ｄoy1 乃至Ｄoyn を通じて表示パネル
１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【００７８】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Ｉｅに対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しきい値電圧Ｖｔｈ
があり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子放出
が生じる。電子放出しきい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を変化させる事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Ｐｗ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
する事が可能である。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、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、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パ
ルスの波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用
いることができる。

【００７９】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。

【００８０】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をもアナログ信号式のもの
をも採用できる。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。

【００８１】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１０
５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などを付加する。パ
ルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例
えば高速の発振器およ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表面伝導型電子放出素子の駆
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。

【００８２】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、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路など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（ＶＯＣ）を
採用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動
電圧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。

【００８３】このような構成をとり得る本発明の製造方
法によって得られる画像表示装置においては、各電子放
出素子に、容器外端子Ｄox1 乃至Ｄoxm 、Ｄoy1 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
ずる。高圧端子Ｈｖ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。

【００８４】次に、はしご型配置の電子源及び画像形成
装置について図１３及び図１４を用いて説明する。

【００８５】図１３は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１３において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２、Ｄx1〜Ｄx1
0 は、電子放出素子１１１を接続するための共通配線で
ある。電子放出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向
に並列に複数個配されている（これを素子行と呼ぶ）。
この素子行が複数個配されて、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、電子放出しきい値以上
の電圧を、電子ビームを放出しない素子行には、電子放
出しきい値以下の電圧を印加する。各素子行間の共通配
線Ｄx2〜Ｄx9は、例えばＤx2，Ｄx3を同一配線とするこ
ともできる。

【００８６】図１４は、はしご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
ため空孔、１２２はＤox1 ，Ｄox2 ，…Ｄoxm よりなる
容器外端子である。１２３は、グリッド電極１２０と接
続されたＧ１，Ｇ２，…Ｇｎからなる容器外端子、１２
４は各素子間の共通配線を同一配線とした電子源基板で
ある。図１４においては、図１０、図１３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１０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。

【００８７】図１４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、表面伝導型電子放出素
子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、はしご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。
グリッドの形状や設置位置は図１４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、グリッドを表面伝導
型電子放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【００８８】容器外端子１２２およびグリッド容器外端
子１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【００８９】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）してい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。

【００９０】上記の２種類の画像形成装置の構成は、本
発明を適用可能な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、ＮＴＳＣ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方式など
他、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例え
ば、高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【００９１】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。

【００９２】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素
の置換や設計変更がなされたものをも包含する。

【００９３】（実施例１）本発明の第一の実施例を説明
する。

【００９４】図１６は本実施例の電子放出素子の製造方
法を示す図である。

【００９５】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。（図１６（ａ））レジスト材ＲＤ−２０００Ｎを２５００ｒｐｍ、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（図１６（ｂ））。電極間隔Ｌは２μｍ、電極長さ
Ｗは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−２０００Ｎ用現像液で現像した
（図１６（ｃ））。１２０℃、２０分加熱してポストベ
ークした。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１００ｎｍになるまで蒸着した（図１６（ｄ））。ア
セントでリフトオフし、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、乾燥した（図１６
（ｅ））。

【００９６】Ｃｒを全面に蒸着した。（図１７（ａ））
（膜厚４０ｎｍ）レジスト材ＡＺ１３７０を２５００ｒｐｍ、３０秒スピ
ンナー塗布し、９０℃、３０分加熱しプリベークした
（図１７（ｂ））。

【００９７】電子源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（図１７（ｃ））、現像液ＭＩＦ３
１２で現像した（図１７（ｄ））。１２０℃、３０分加
熱しポストベークした。

【００９８】（ＮＨ₄）Ｃｅ（ＮＯ₃）₆／ＨＣＩＯ₄
／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（図１７
（ｅ））。アセトン中、１０分間超音波撹拌してレジス
トを剥離した（図１７（ｆ））。

【００９９】ｃｃｐ４２３０（奥野製薬（株））を８０
０ｒｐｍ、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薄膜４を形成し
た（図１７（ｇ））。

【０１００】クロムをリフトオフした（図１７
（ｈ））。

【０１０１】このパターンは、その幅（素子の幅）Ｗを
３００μｍとし、素子電極２と３のほぼ中央部に配置し
た。

【０１０２】また、この導電薄膜４の膜厚は１０ｎｍ、
シート抵抗値は５×１０⁴Ω／□であった。

【０１０３】以上のようにして作成された電子放出素子
の構成図を図３に示した。

【０１０４】次に、素子を図１の製造装置に設置し、真
空ポンプにて排気し、２×１０^-7ｔｏｒｒの真空度に達
した後、素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源（不
図示）より、素子電極間にそれぞれ、電圧を印加し、通
電処理（フォーミング処理）した。（図１８（ａ），
（ｂ））フォーミング処理の電圧波形を図６（ｂ）に示
す。図６（ｂ）中、Ｔ₁及びＴ₂は電圧波形のパルス幅
とパルス間隔であり、本実施例ではＴ₁を１ｍｓｅｃ、
Ｔ₂を１０ｍｓｅｃとし、三角波ではなく矩形波を用
い、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。それぞれの素子のフォ
ーミング電圧ＶＦは、５．０Ｖであった。

【０１０５】以上のようにしてフォーミングまで終了し
た素子について、チャンバー１３３内に有機ガスを導入
した。有機ガスボンベ１５１としてはアセチレンをＡｒ
で１％まで既に希釈してあるガスを用い、さらに希釈に
用いる不活性ガスボンベ１５２としてＡｒガスを用意し
た。ガス導入制御装置１３９を調整して有機ガスボンベ
１５１からは１０ｃｃｍ、不活性ガスボンベ１５２から
は９９０ｃｃｍ、全流量が１０００ｃｃｍになるように
した。すなわち導入ガスに含まれるアセチレンの濃度は
０．０１％になるようにした。さらに全圧が１気圧にな
るように排気量調整バルブ１３４を調整した。この時温
調器２０１により電子源基板７１の制御温度は１００
℃，１５０℃，２００℃、それに制御なし（室温）の４
通りの温度において素子電極間に電圧を印加して活性化
を行なった。

【０１０６】活性化の電圧波形は、波高値は±１４Ｖ、
パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの両極の
矩形波（順方向、逆方向等しく印加）を用いた。電圧印
加は素子電流値をモニタしながらおこなわれ、素子電流
値の変化がなくなったときに電圧印加を終了した。図２
に電圧印加時間に対するモニタされた素子電流値の変化
の様子を示す。４通りの制御温度のうち、電子源基板７
１の温度を制御しない（室温）の素子は１時間電圧印加
を行ってもほとんど活性化が進まなかった。電子源基板
７１の制御温度によって活性化終了までに要する時間が
違い、高温ほど短時間で活性化工程が終了できることが
わかった。すなわち電子源基板の温度を制御することで
活性化工程に要する時間を短縮できた。

【０１０７】活性化工程終了後にチャンバー１３３内の
有機ガスを排気した。

【０１０８】更に、以下に示す安定化工程を行った。

【０１０９】素子及び真空装置を２００℃１０時間加熱
し、真空装置内の真空度を１×１０ ^-8ｔｏｒｒとした。

【０１１０】以上のようにして得られた素子の特性測定
は、図７で示された構成の装置を用いた。

【０１１１】アノード電極の電圧は１ｋＶ、アノード電
極と電子放出素子との距離Ｈは４ｍｍで測定した。ま
た、真空度１×１０^-8ｔｏｒｒの環境下で測定を行っ
た。駆動は、印加電圧が＋１４Ｖ、パルス幅０．１ｍｓ
ｅｃ，６０Ｈｚの矩形波を用いた。

【０１１２】３０分間エージングを行った後に、活性化
の行えた３種類の素子の素子電流、放出電流、電子放出
効率ηを測定したところ、表１のとおりであった。ガス
の温度が高温ほど放出電流が多く、電子放出効率も高い
素子が得られた。すなわちガスの温度を制御することで
素子特性がコントロールできた。

【０１１３】

【表１】

【０１１４】

【発明の効果】以上説明したように、基体上に対向して
配置された一対の電極間を、電気的に接続するように配
された導電性薄膜の一部に間隙を形成する工程と、少な
くとも、該間隙内の該基体上に該導電性薄膜と電気的に
接続した炭素を有する膜を形成する工程を有し、該炭素
を有する膜を形成する工程が、該基体を加熱しながら、
有機物質のガスと不活性ガスとを含むガスを、少なくと
も該間隙に接触させた状態で、該一対の電極に電圧を印
加する工程を含むことを特徴とする電子放出素子の製造
方法を用いることにより、活性化工程に要する時間を短
縮でき、また電子放出量や電子放出効率が大きい電子放
出素子が得られるという効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法を
実施するための製造装置を示す模式図である。

【図２】本発明の第１の実施例の活性化工程中にモニタ
された素子電流値の変化を示す図である。

【図３】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の
構成を示す模式的平面図及び断面図である。

【図４】本発明を適用可能な垂直型表面伝導型電子放出
素子の構成を示す模式図である。

【図５】図３に示す本発明を適用可能な表面伝導型電子
放出素子の製造方法の１例を示す模式図である。

【図６】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の
製造に際して採用できる通電フォーミング処理における
電圧波形の一例を示す模式図である。

【図７】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示
す模式図である。

【図８】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子に
ついての放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの
関係の一例を示すグラフである。

【図９】本発明を適用可能な単純マトリクス配置した電
子源の一例を示す模式図である。

【図１０】本発明を適用可能な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１１】蛍光膜一例を示す模式図である。

【図１２】画像形成装置にＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
応じて表示を行なうための駆動回路の一例を示すブロッ
ク図である。

【図１３】本発明を適用可能な梯子配置の電子源の一例
を示す模式図である。

【図１４】本発明を適用可能な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１５】本発明の画像形成装置の、フォーミング、活
性化工程のための結線方式を示す模式図である。

【図１６】本発明の実施例に係る電子放出素子の素子電
極の製造工程を説明する為の図である。

【図１７】本発明の実施例に係る電子放出素子の導電性
薄膜の製造工程を説明する為の図である。

【図１８】本発明の実施例に係る電子放出素子の電子放
出部の製造工程を説明する為の図である。

【図１９】従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示す
模式図である。

【符号の説明】

１基板２，３素子電極４導電性薄膜５電子放出部２１段差形成部５０素子電極２・３間の導電性薄膜４を流れる素子電
流Ｉｆを測定するための電流計５１電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源５２素子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅ
を測定するための電流計５３アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源５４素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを
捕捉するためのアノード電極５５真空容器５６排気ポンプ７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ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フェースプレート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ＶｘおよびＶａ直流電圧源１１０電子源基板１１１電子放出素子１１２Ｄx1〜Ｄx10 は、前記電子放出素子を配線する
ための共通配線１２０グリッド電極１２１電子が通過するため空孔１２２Ｄox1 , Ｄox2 、…Ｄoxm よりなる容器外端子１２３グリッド電極１２０と接続されたＧ１，Ｇ２１３２排気管１３３真空チャンバー１３４排気量調整バルブ１３５排気装置１３６圧力計１３７四重極質量分析器１３８ガス導入ランイ１３９導入量制御手段１４０導入物質源１４１共通電極１４２電源１４３電流測定用抵抗１４４オシロスコープ１５１有機ガスボンベ１５２不活性ガスボンベ２０１温調器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に対向して配置された一対の電極
間を、電気的に接続するように配された導電性薄膜の一
部に間隙を形成する工程と、少なくとも、該間隙内の該基体上に該導電性薄膜と電気
的に接続した炭素を有する膜を形成する工程を有し、該炭素を有する膜を形成する工程が、該基体を加熱しな
がら、有機物質のガスと不活性ガスとを含むガスを、少
なくとも該間隙に接触させた状態で、該一対の電極に電
圧を印加する工程を含むことを特徴とする電子放出素子
の製造方法。
【請求項２】前記有機物質のガスと不活性ガスとを含
むガスが、粘性流状態であることを特徴とする請求項１
に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】前記有機物質のガスと不活性ガスとを含
むガスの圧力が、大気圧に概略等しいことを特徴とする
請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】基体上に複数の電子放出素子を配列形成
した電子源の製造方法であって、該電子放出素子が請求
項１乃至３のいずれかに記載の製造方法により製造され
ることを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項５】電子源と、画像形成部材とを有する画像
形成装置の製造方法であって、該電子源が請求項４に記
載の製造方法により製造されることを特徴とする画像形
成装置の製造方法。