JP2000251641A - 電子放出素子、電子放出素子を用いた電子源、及び電子源を用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 素子内の間隙における炭素含有膜部材の電子
放出効率のばらつきが抑制され、さらに素子毎の電子放
出効率も均一性が向上し、安定で良好な電子放出を行う
ことを可能にする。また、高精細で大面積の画像表示を
行うことを可能にする。 【解決手段】 電子放出素子は、絶縁性基体１の主表面
上の一対の電極部材２，３間に、第一の間隙６によって
互いに対向する端部を有しかつ前記一対の電極部材にそ
れぞれ電気的に接続される第一及び第二の導電性膜部材
４を設け；電子放出部を形成するための第二の間隙７を
有する第一及び第二の炭素含有膜部材１０を前記第一及
び第二の導電性膜部材にそれぞれ設け；前記第二の間隙
を有して対向する前記第一及び第二の炭素含有膜部材
は、π結合とσ結合との比が少なくともその対向端部近
傍においてほぼ一定である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、こ
の電子放出素子を用いた電子源、及びこの電子源を用い
た画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子を用いた電子源とし
て熱電子源及び冷陰極電子源の２種類が知られている。
冷陰極電子源を構成する電子放出素子には、電界放出型
（ＦＥ型）、金属・絶縁層・金属型（ＭＩＭ型）及び表
面伝導型などの電子放出素子がある。

【０００３】ＦＥ型電子放出素子の例としては、Ｗ．
Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ Ｅ
ｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいは
Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐ
ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ Ｆｉｅｌｄ
Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｍ
ｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍＣｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等が知られてい
る。

【０００４】ＭＩＭ型電子放出素子の例としては、Ｃ．
Ａ．Ｍｅａｄ、“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎ
ｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐ
ｐｌｙ．Ｐｈｙｓ．３２，６４６（１９６１）等が知ら
れている。

【０００５】また、表面伝導型電子放出素子（ＳＣＥ）
の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、Ｒａｄｉｏ
Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９
０（１９６５）等がある。

【０００６】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、膜面に並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、上記エリンソン等に
よるＳｎＯ2 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
〔Ｇ．Ｄｉｔｍｍｅｒ，Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌ
ｍｓ，９，３１７（１９７２）〕、ｌｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ
2 薄膜によるもの〔Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔｅｄ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ
Ｃｏｎｆ．，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。

【０００７】本出願人は、表面伝導型電子放出素子とそ
の応用に関し、多数の提案を行っている。その構成及び
製造方法は、例えば特開平７−２３５２５５号公報及び
特開平８−１７１８４９号公報などに開示されている。

【０００８】これら公報記載の要点を簡単に説明する。
表面伝導型電子放出素子は、図１８（Ａ），（Ｂ）に模
式的に示すように、基板１上に対向する一対の素子電極
２，３と、これらの素子電極に接続されその一部に電子
放出部５を有する導電性薄膜４とを備える。図１８
（Ａ）は平面図、図１８（Ｂ）は断面図である。電子放
出部５は、上記導電性薄膜の一部が破壊・変形ないし変
質され、間隙が形成された部分であり、間隙内部及びそ
の近傍の導電性薄膜４上には、活性化と呼ばれる工程に
より、炭素及び／または炭素化合物を主成分とする堆積
物が形成されている。これにより放出される電子の量が
大幅に増大する。

【０００９】上記導電性薄膜４は、後述する通電による
処理（フォーミング工程）で間隙部を好ましい状態に形
成するために、導電性微粒子により構成される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】表面伝導型電子放出素
子については、適用した画像形成装置が明るい表示画像
を長期に亘り安定して提供できるよう、更に安定で長寿
命な電子放出特性が要望されている。安定的に制御し得
る電子放出特性と長寿命化とがなされれば、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、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
できる。

【００１１】さらに、表面伝導型電子放出素子について
は、適用した画像形成装置が明るい表示画像を長期に亘
り安定して提供できるよう、各素子内及び素子毎の電子
放出電流の均一性の向上、すなわち電子放出効率の均一
性も要望されている。画像形成装置では表面伝導型電子
放出素子の間隙部から放出された電子が数ｋＶの電圧を
印加されたアノードとなるフェースプレートに達し、蛍
光体を発光させる。

【００１２】ところが、この電子放出素子の間隙部の近
傍では、活性化処理工程により堆積した堆積物であるカ
ーボン膜（炭素を主成分とする膜）を介して微小間隙部
に電圧が印加され、電子が放出することから、この間隔
部近傍のカーボン膜の電子状態が不均一であれば、後述
するように、場所によって電子放出効率に差が生じ、同
時に画素毎の均一性が低下することを免れない。

【００１３】本発明の課題は、素子内の間隙における炭
素含有膜部材の電子放出効率のばらつきが抑制され、さ
らに素子毎の電子放出効率も均一性が向上し、安定で良
好な電子放出を行うことが可能な電子放出素子を提供す
ることにある。

【００１４】また、本発明の別の課題は、素子内・素子
毎の間隙近傍の電子状態が均一で、輝度のばらつきが少
なく、高精細で大面積の画像表示を行うことが可能な電
子源及び画像形成装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の電子放出素子は、絶縁性基体の主表面上の
一対の電極部材間に、間隙によって互いに対向する端部
を有しかつ前記一対の電極部材にそれぞれ電気的に接続
される第一及び第二の炭素含有膜部材を設け；前記間隙
を有して対向する前記第一及び第二の炭素含有膜部材
は、π結合とσ結合との比が少なくともその対向端部近
傍においてほぼ一定である構成である。

【００１６】また、本発明の他の構成の電子放出素子
は、ガラス材料から形成された基体と；この基体の主表
面上に設けられた一対の電極部材と；これら一対の電極
部材にそれぞれ電気的に接続され、かつ第一の間隙によ
って互いに対向する端部を有する第一及び第二の導電性
膜部材と；前記第一の間隙より小さい間隔寸法でありか
つ電子放出部を形成するための第二の間隙を有して前記
第一及び第二の導電性膜部材の少なくとも対向端部近傍
にそれぞれ設けられた第一及び第二の炭素含有膜部材と
を備え；前記第二の間隙を有して対向する前記第一及び
第二の炭素含有膜部材は、π結合とσ結合との比が少な
くともその対向端部近傍においてほぼ一定である。

【００１７】これらの構成において、前記第一及び第二
の炭素含有膜部材は、グラファイトの層内結合に含まれ
るπ結合とσ結合とに加えて、ダイヤモンドの原子間結
合に代表されるσ結合が特定比率で混在する中間的多結
晶構造である。また、前記第一及び第二の炭素含有膜部
材は炭素を主成分とする堆積物であり、有機物質を含む
雰囲気中で行う活性化処理時に形成される。前記活性化
処理のための有機物質ガスは気化トルニトリルである。
さらに、前記第一及び第二の炭素含有膜部材は特定圧力
の雰囲気中に所定時間置かれたのち活性化処理される。

【００１８】本発明の電子源及び画像形成装置は、上記
電子放出素子を適用して構成される。

【００１９】

【作用】上記構成の本発明の電子放出素子によれば、導
電性膜部材上の炭素含有膜部材はπ結合とσ結合との比
がほぼ一定である。その結果、電子放出部内の電子放出
特性が均一になり、さらに素子間のばらつきも抑制され
る。

【００２０】また、本発明の電子放出素子を大面積に数
多く配列形成した電子源及びこの電子源を用いた画像形
成装置においても、素子内・素子毎の間隙近傍の電子状
態が均一で、輝度のばらつきが少なく、高精細で大面積
の画像表示を行うことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。

【００２２】図１（A）、（B）は本発明の電子放出素子
を模式的に示した平面図及び断面図である。ガラス材料
から形成された絶縁性基板１上に一対の素子電極２，３
が対向して配置されており、後述するフォーミング処理
等により導電性薄膜４の一部に形成された間隙６を置い
て、導電性薄膜４が基板１表面に対して横方向に対向し
ている。そして、導電性薄膜４が素子電極２，３の表面
を覆うことで、一対の電極２，３と導電性薄膜４とが電
気的に接続される。

【００２３】なお、ＦＩＢ等の手法を用い、電極間隔を
フォーミングにより形成する上記間隙６程度の幅に形成
する場合は、導電性薄膜４と電極２、３とを別々に形成
しなくともよい。

【００２４】さらに、後述する活性化処理工程により、
間隙６内の基板１上及びその近傍の導電性薄膜４上に、
堆積物である炭素を有する膜（カーボン膜）１０が配さ
れる。また、上記したように、導電性薄膜４を用いない
場合には、電極２、３と炭素を有する膜１０とが直接接
続される。なお、本発明においては、堆積物と炭素を有
する膜とは同一のものを指す。また、炭素を有する膜１
０は、間隙６内に配された間隙７を置いて、基板１表面
に対して横方向に対向して配される。

【００２５】この炭素を有する膜１０は、素子電極間距
離（Ｌ）や後述する活性化条件などによっては、図１に
示すように素子電極２，３上にまで堆積し、場合によっ
ては、導電性薄膜４を介さずに素子電極と直接接続す
る。あるいは間隙７から素子電極２，３までの距離のほ
ぼ半分程を覆う程度に炭素を有する膜１０を設けること
もできる。

【００２６】なお、図１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。また、図１（A）、
（B）では導電性薄膜４は間隙６を境に、左右に分離し
対向配置されて示されているが、間隙６の一部で繋がっ
ている場合がある。同様に、間隙７を境に、炭素を有す
る膜１０が左右に分離し対向配置されて示されている
が、炭素を有する膜１０は間隙７の一部で繋がっている
場合もある。いずれの場合も素子の特性には大きく影響
しない。

【００２７】このカーボン膜１０の電子構造はπ結合と
σ結合との比が、間隙７の近傍を中心にほぼ一定であ
る。

【００２８】ここで、カーボン（炭素）のπ結合及びσ
結合について説明する。

【００２９】カーボンの電子配置は基底状態で１ｓ２＜
２乗＞・２ｓ２＜２乗＞・２ｐ２＜２乗＞である。最外
殻電子は２ｓ及び２ｐの計４個である。この原子が結合
して分子または結晶固体を作る場合には、２ｓ電子の１
個が励起されて２ｐ軌道に入り、いわゆるｓｐ混成軌道
を作る。

【００３０】ｓｐ３＜３乗＞混成軌道は原子核を中心に
正四面体の各頂点に向かって電子雲が延び、立体的配置
をとる。このｓｐ３＜３乗＞混成軌道を持つ炭素原子の
集合したものがダイヤモンドであり、この結合はσ結合
と呼ばれすべてσ電子からなる。

【００３１】これに対して、ｓｐ２＜２乗＞混成軌道は
４個の電子のうち３個が平面内でそれぞれ１２０度ずつ
離れた方向に電子雲を作り、残り１個がその平面の上下
に亜鈴型の電子雲を作る。同一平面内にある３個の結合
はσ結合で炭素六方網平面を形成する。残った１個の電
子はπ電子と呼ばれ、網平面に垂直に配向し、その軌道
は網平面に沿って互いに重なり合い、網平面の結合を一
層強固なものにしている。π電子は網平面に沿ってほと
んど自由に動くことができ、自由電子と見なしても差し
支えないぐらいである。グラファイト（黒鉛）はこのよ
うな層の積み重なりであることがよく知られている。

【００３２】カーボンにはよく知られているように、上
述のダイヤモンド、グラファイト以外の中間的な構造が
存在し、その中間的な構造は、グラファイトの層内結合
に含まれるπ結合とσ結合とに加えて、ダイヤモンドの
原子間結合に代表されるσ結合が、ある比率で混在して
構成されているので、その多結晶構造の状態を特定する
ためには、π結合とσ結合との比が挙げられる。

【００３３】次に、上述のカーボン膜１０の電子構造、
π結合とσ結合との比の測定法について説明する。

【００３４】測定は電子エネルギー損失分光法（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌｏｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏ
ｓｃｏｐｙ：ＥＥＬＳ）によって行なうことができる。
このＥＥＬＳ法とは、固体内電子を励起する非弾性散乱
により失った、透過電子のエネルギーを測定することに
より、物質の電子構造や組成を分析する分光法である。

【００３５】ＥＥＬＳ装置としては、ＥＥＬＳ専用機と
電子顕微鏡に組み合わされた装置とに大別でき、前者は
薄膜試料のマクロな領域に単色化された電子を入射し、
精度のよい高分解能のＥＥＬＳを得る特色があり、後者
は電子顕微鏡本来の機能を保持したままＥＥＬＳ測定が
可能なため、微小領域のスペクトルを得ることができ
る。後述するように素子の微小な領域の測定を行なうた
めには、後者の装置で好ましく測定を行なうことができ
る。

【００３６】カーボンに関しては、その構造の違い、例
えばグラファイト、ダイヤモンド、グラッシーカーボ
ン、アモルファスカーボン、といった違いが、炭素のＫ
殻電子のスペクトルから、π電子とσ電子とのスペクト
ルプロファイルが異なるものとして得ることができる。
具体的にはπ電子に由来するエネルギー損失はほぼ２８
５ｅＶ、σ電子に由来するエネルギー損失はほぼ２９２
ｅＶに現れることが知られているので、その強度比から
状態を同定することができる。さらに、炭素のＫ殻電子
のスペクトルに関して、グラファイトであれば、π電子
によるエネルギー損失の強度がσ電子によるエネルギー
損失の強度のほぼ４割増となり、ダイヤモンドであれ
ば、π電子によるエネルギー損失はほとんどピークが見
られず、σ電子によるエネルギー損失のみが観測される
といった違いでその状態を特定することができる。

【００３７】図１８に測定法として、グラファイト、ダ
イヤモンド、本発明のカーボン層のＫ殻電子スペクトル
の吸収端微細構造を模式的に示す。図１８中、Ｇはグラ
ファイトの典型的なプロファイルを示し、π電子による
ピークがσ電子によるピークより大きく現れる。また、
Ｄはダイヤモンドの典型的なプロファイルを示し、π電
子によるピークは殆ど見られず、σ電子によるピークが
顕著に現れる。Ｃは電子放出素子のカーボン膜のプロフ
ァイルの一例を示す。π電子によるピークとσ電子によ
るピークとが両方現れ、各々のピーク強度を図に示すよ
うに、Ｔ１及びＴ２として、Ｔ１／Ｔ２を「π結合とσ
結合との比」とすることで、その中間的な状態を上述の
測定法によって特定することができる。

【００３８】上述の「π結合とσ結合との比」とは、測定
したエネルギー損失のプロファイルから得られるπ電子
スペクトルとσ電子スペクトルとの強度比を指すもので
ある。

【００３９】また、本発明の素子に関して上述のＥＥＬ
Ｓ測定を行なう際には、素子を図１（Ｂ）に示すような
断面が測定できるように薄片加工し、カーボン膜１０の
みを透過した電子線をＥＥＬＳ測定することが好まし
い。また、間隙部のごく近傍であって、導電性薄膜４が
存在しない領域では、特に断面薄片加工を行なわずに間
隙７の進行方向（延在方向）に沿って、カーボン膜１０
の複数領域のＥＥＬＳ測定を行なうことも好ましく行わ
れる。また測定の際の電子線のスポットとしては、１〜
５ｎｍのものが好ましく用いられる。

【００４０】カーボン膜１０の電子構造が電子放出効率
に及ぼす影響の詳細なメカニズムは明らかにはなってい
ないが、一般的にはカーボンの電子放出に寄与するのは
π結合に関与する電子のみと考えられているので、π結
合とσ結合との比がほぼ等しければ、同等の電子放出効
率が得られるものと推察される。

【００４１】次に、素子電極及び導電性薄膜を形成する
工程及びフォーミング処理工程を、図２（Ａ）〜（Ｃ）
を用いて説明する。

【００４２】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２
（Ａ））。

【００４３】素子電極２，３を設けた基板１に、有機金
属化合物の溶液を塗布して、有機金属化合物薄膜を形成
する。有機金属化合物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２（Ｂ））。

【００４４】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の形成方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。また、上記の有機金属化合物の溶液
をインクジェット装置により所望の位置に液滴として付
与する方法を用いることもでき、この場合はリフトオフ
やエッチングによるパターニング工程は不要となる。

【００４５】続いて、フォーミング処理を施す。このフ
ォーミング処理の方法として、導電性薄膜４の還元を促
すガスを含む雰囲気中での通電処理による方法を説明す
る。導電性薄膜４が金属酸化物よりなる場合は、このガ
スとし水素が使用可能である。導電性薄膜４を形成した
上記電子放出素子を、真空装置内に設置し、内部を例え
ば１×１０−５＜−５乗＞Ｔｏｒｒ程度の圧力以下とな
るように排気し、N2:98% - H2:2%の混合ガスを１×１０
−３＜−３乗＞Ｔｏｒｒ程度、真空装置内に導入し、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に間隙６が形成される（図２
（Ｃ））。

【００４６】通電する電圧波形は、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４（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４（Ｂ）に
示した手法とがある。

【００４７】図４（Ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅及びパルス間隔である。通常Ｔ１は１μｓ
ｅｃ．〜１０ｍｓｅｃ．、Ｔ２は１０μｓｅｃ．〜数１
００ｍｓｅｃ．の範囲で設定される。三角波の波高値
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。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
は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ、適当なレートで
増加させることができる。

【００４８】通電フォーミング処理の終了は、上記のフ
ォーミング用のパルス電圧の間に、導電性薄膜４を局所
的に破壊、変形しない程度のパルス電圧を挿入し、その
時の電流を測定して抵抗値を検知することにより決定す
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。

【００４９】なお、フォーミング処理の方法としては、
上記以外でも、間隙６が適切に形成される方法であれば
採用することができる。

【００５０】上記のように形成された間隙６は、巨視的
には対向する素子電極端におよそ平行に、直線状に形成
されているが、微視的には、導電性薄膜４の対向端部に
波状或いは鋸刃状のうねり構造形態で、基板表面に平行
に形成される。

【００５１】次いで活性化処理を行う。活性化処理工程
は、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、上記一対の
素子電極間にパルス電圧を繰り返し印加して、間隙６内
の基板１上及びその周囲に炭素を有する膜１０を堆積さ
せる工程である。この工程により素子に流れる電流であ
る素子電流Ｉｆは著しく変化し、また、電子放出電流Ｉ
ｅも増大する。活性化処理の終了判定は、素子電流Ｉｆ
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。

【００５２】この活性化処理において用いられる有機物
質のガスを含有する雰囲気としては、蒸気圧があまり高
くなく、かつ重合しやすい有機物質のガスを含有する雰
囲気が好ましい。この条件を満たすものとしては具体的
には、気化したトルニトリルを含有する雰囲気が挙げら
れるが、間隙６内及びその周囲の堆積物である炭素を有
する膜１０の形成に不都合がなければ、特に制限される
ものではない。

【００５３】またこの雰囲気は、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などによって得られる。さらにこの
ときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形
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。

【００５４】電子放出素子の導電性薄膜４の表面に有機
物質ガスの吸脱着が均一に行えるように、あるいは真空
チャンバー内のガスの拡散状態が安定するように、ガス
導入の際、長時間保持するなどによって、より一層炭素
を有する膜１０のπ結合とσ結合との比を均一にするこ
とができる。

【００５５】また、ここで堆積物である炭素を有する膜
１０を構成する炭素とは、上述のＥＥＬＳ測定法によれ
ば、そのエネルギー損失プロファイルに見られるπ結合
とσ結合のと比は、グラッシーカーボンとアモルファス
カーボンとの中間的な状態と推察される。また、間隙７
の延在方向に、同一素子内でその比はほぼ一定であり、
間隙７から対向方向に数μｍ離れた領域でもその比はほ
ぼ一定である。その膜厚は、５〜１００ｎｍの範囲とす
るのが好ましい。

【００５６】以上のような工程を経て得られた電子放出
素子は、安定化処理を行うことが好ましい。この処理
は、電子放出素子に吸着している余分な有機物質分子な
どを除去する工程である。上記電子放出素子を真空容器
内に設置し、容器内を排気する。これに用いる真空排気
装置は、装置から発生するオイルが真空容器内に拡散し
ないよう、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とイオンポンプと
を組み合わせた真空排気装置等である。

【００５７】真空容器内の有機成分の分圧は、炭素及び
炭素化合物が素子上にほぼ新たに堆積しない分圧で１×
１０−８＜−８乗＞Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さらには
１×１０−１０＜−１０乗＞Ｔｏｒｒ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
た余分な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、１×１０−７＜−７乗＞Ｔｏｒ
ｒ以下が好ましく、さらに１×１０−８＜−８乗＞Ｔｏ
ｒｒ以下が特に好ましい。

【００５８】安定化処理を行った後の、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
Ｈ2 Ｏ，Ｏ2 なども除去でき、結果として素子電流Ｉ
ｆ，放出電流Ｉｅが安定する。

【００５９】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３、図７を参
照しながら説明する。

【００６０】図３は、真空処理装置の一例を示す構成図
である。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３において、真空容器３５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（基板）であり、２及び３は素子電
極、４は導電性薄膜、５は間隙６，７及びその近傍の領
域である電子放出部である。３１は電子放出素子に素子
電圧Ｖｆを印加するための電源、３０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、３４は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。３３はアノー
ド電極３４に電圧を印加するための高圧電源、３２は素
子の電子放出による放出電流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。

【００６１】真空容器３５内に、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
雰囲気での測定評価を行えるようになっている。電源３
１が十分な電力を供給できるものであれば、この装置に
より上記フォーミング処理工程に用いることができるの
は言うまでもない。また、真空処理装置の全体を、ヒー
ターにより加熱できるようにすれば、上記の安定化処理
工程に使用することもできる。

【００６２】図７は、図３に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅと素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖ
ｆの関係を模式的に示した図である。図７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。

【００６３】図７からも明らかなように、本発明を適用
可能な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。即ち、 （１）本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図７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Ｖｔｈ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。

【００６４】（２）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。

【００６５】（３）アノード電極３４に捕捉される放出
電子の量は、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３４に捕捉される電子の量は、素
子電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。

【００６６】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用可能な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。

【００６７】図７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（ＭＩ特性）例を示した。上
述した製造工程によっては、素子電流Ｉｆ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
示す場合もあるが、上記安定化処理を行うことによりＭ
Ｉ特性に変化する。

【００６８】上記の特性を利用して、上記電子放出素子
を基体上に複数配置した電子源を作成することが可能で
ある。また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）、この配線と直交する方向（列方
向）で、電子放出素子の上方に配した制御電極（グリッ
ド）により、電子放出素子からの電子を制御駆動するは
しご型配置のものがある。

【００６９】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。

【００７０】まず単純マトリクス配置について説明す
る。表面伝導型電子放出素子については、前述したとお
り（１）ないし（３）の特徴がある。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。

【００７１】以下この原理に基ずき、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８を用いて説明する。図８において、８１は電子
源基板、８２はＸ方向配線、８３はＹ方向配線である。
８４は表面伝導型電子放出素子、８５は結線である。ｍ
本のＸ方向配線８２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８３
は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，……，Ｄｙｎのｎ本の配線よりな
り、Ｘ方向配線８２と同様に形成される。これらｍ本の
Ｘ方向配線８２とｎ本のＹ方向配線８３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。

【００７２】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８２と形成した基板１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８
２とＹ方向配線８３と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
８２とＹ方向配線８３とは、それぞれ外部端子として引
き出される。

【００７３】表面伝導型放出素子８４を構成する一対の
電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方
向配線８３と導電性金属等からなる結線８５とによって
電気的に接続されている。

【００７４】配線８２と配線８３を構成する材料、結線
８５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。

【００７５】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子８４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８３には、Ｙ方向に配列した表面伝導型
放出素子８４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
査信号と変調信号との差電圧として供給される。

【００７６】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。

【００７７】次に、はしご型配置の電子源について図１
１を用いて説明する。図１１は、はしご型配置の電子源
の一例を示す摸式図である。図１１においては、１１０
は電子源基板、１１１は表面伝導型電子放出素子であ
る。１１２、Ｄｘ１〜Ｄｘ１０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。

【００７８】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。

【００７９】上記のいずれの構成の電子源についても、
本発明の電子放出素子が適用できる。

【００８０】上述した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６と図９を用い
て説明する。図９は画像形成装置の表示パネルの一例を
示す構成図であり、図６は図９の画像形成装置に使用さ
れる蛍光膜の構成図である。

【００８１】図９において、１１０は表面伝導型電子放
出素子を複数配した電子源の基板、９１は基板１を固定
したリアプレート、９６はガラス基板９３の内面に蛍光
膜９４とメタルバック９５等が形成されたフェースプレ
ートである。９２は支持枠であり、この支持枠９２に
は、リアプレート９１、フェースプレート９６が低融点
のフリットガラスなどを用いて、接合される。８４は電
子放出素子である。８２、８３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。

【００８２】外囲器（真空容器）９８は、上述の如く、
フェースプレート９６、支持枠９２、リアプレート９１
で構成される。リアプレート９１は主に基板１１０の強
度を補強する目的で設けられるため、基板１１０自体で
十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート９１は不要
とすることができる。即ち、基板１１０に直接支持枠９
２を封着し、フェースプレート９６、支持枠９２及び基
板１１０で外囲器９８を構成しても良い。一方、フェー
スプレート９６、リアプレート９１間に、スペーサーと
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９８を構成することも
できる。

【００８３】図６は蛍光膜９４を示す摸式的な構成図で
ある。蛍光膜９４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部材６１と蛍光体６２
とから構成することができる。

【００８４】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６２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９４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。

【００８５】ガラス基板９３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、沈殿法、印刷法等
が採用できる。蛍光膜９４の内面側には、通常メタルバ
ック９５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９
６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。

【００８６】メタルバック、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。フェースプレート９６には、
更に蛍光膜９４の導電性を高めるため、蛍光膜９４の外
面側に透明電極（不図示）を設けてもよい。

【００８７】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、
十分な位置合わせを行う。

【００８８】図９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。電子源の活性化までは、すでに述
べた方法により行う。この後、安定化処理を行ってか
ら、電子源、画像形成部材、真空容器形成部材等をフリ
ットガラスなどを用いて接合し、組立工程を行い、内部
を排気して、排気管をバーナーなどを用いて加熱し封じ
きる。この後、必要に応じてゲッタ処理を行っても良
い。或いは、組立工程を行った後、安定化処理を行って
も良い。

【００８９】図１０はこの安定化工程に用いる装置の概
要を示す構成図である。外囲器９８は、排気管１０２を
介して真空チャンバー１０３に連結され、さらにゲート
バルブ１０４を介して排気装置１０５に接続されてい
る。真空チャンバー１０３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１０６、四
重極質量分析器１０７等が取り付けられている。外囲器
９８内部の圧力などを直接測定することは困難であるた
め、真空チャンバー１０３内の圧力などを測定する。

【００９０】外囲器９８を加熱して、８０〜２５０℃の
適当な温度に保持しながら、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１０５によ
りの排気管１０２を通じて排気し、有機物質の十分少な
い雰囲気にし、圧力計１０６及び四重極質量分析器１０
７によりこれを確認した後、排気管をバーナーで熱して
溶解させて封じきる（封止）。外囲器９８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。

【００９１】これは、外囲器９８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９８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Ｂａ等が主成分であり、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。

【００９２】なお、はしご型の配線を有する電子源を用
いた画像形成装置の製造方法も、上記と同様である。

【００９３】図１２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摸式図で
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１２
０と接続されたＧ１，Ｇ２，…Ｇｎからなるグリッド用
容器外端子である。

【００９４】グリッド電極１２０は、表面伝導型放出素
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、グリッドを表面伝導型
放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【００９５】容器外端子１２２及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。

【００９６】

【実施例】次に、実施例に基づいて本発明をさらに詳述
する。

【００９７】〔実施例１〕本発明により形成された電子
放出素子は、図１（Ａ），（Ｂ）に模式的に示される構
成を有する。本実施例で作製した電子放出素子の製造工
程を図２を用いて説明する。

【００９８】工程−ａ：基板１として石英を用い、これ
を洗剤、純水及び有機溶剤により洗浄した後、フォトレ
ジストＲＤ−２０００Ｎ（日立化成（株）製）をスピン
ナーにより塗布（２５００ｒｐｍ、４０秒）し、８０
℃，２５分間のプリベークを行った。

【００９９】次いで、素子電極のパターンに対応するマ
スクを用いて、密着露光し、現像液を用いて現像、１２
０℃，２０分間のポストベークを行って、レジストマス
クを形成した。

【０１００】次いでＮｉを真空蒸着法より成膜した。成
膜レートは０．３ｍｍ／ｓｅｃ．で膜圧を１０ｎｍとし
た。

【０１０１】次いで、上記基板をアセトンに浸してレジ
ストマスクを溶解し、リフトオフによりＮｉの素子電極
２，３を形成した。電極間隙Ｈは２μｍ、電極長Ｗは５
００μｍである（図２（Ａ））。

【０１０２】工程−ｂ：電極が形成された基板を、アセ
トン、イソプロパノール、酢酸ブチルで洗浄し乾燥した
後、真空蒸着法によりＣｒを５０ｎｍ成膜する。次いで
フォトレジストＡＺ１３７０（ヘキスト社製）をスピン
ナーにより塗布（２５００ｒｐｍ、３０秒）し、９０
℃、３０分間のプリベークを行った。

【０１０３】次いで、マスクを用いた露光と現像によ
り、導電性薄膜の形状に対応する開口を形成、１２０
℃，３０分間のポストベークを行ってレジストマスクを
形成した。

【０１０４】次いで、エッチャント（（ＮＨ4 ）Ｃｅ
（ＮＯ3 ）6 ／ＨＣ１／Ｈ2 Ｏ＝１７ｇ／５ｃｃ／１０
０ｃｃ）に３０秒間浸漬し、マスク開口部のＣｒエッチ
ングし、次いでアセトンによりレジストを剥離しＣｒマ
スクを形成した。

【０１０５】次いで、有機Ｐｄ化合物の溶液（ｃｃｐ−
４２３０：奥野製薬（株）製）をスピンナ−で塗布（８
００ｒｐｍ、３０秒）し、３００℃，１０分間の焼成を
行い、ＰｄＯ微粒子より成る導電性薄膜を形成した。

【０１０６】次いで、上記エッチャントに再度浸漬し
て、Ｃｒマスクを除去し、リフトオフにより、所望のパ
ターンの導電性薄膜４を形成した（図２（Ｂ））。

【０１０７】工程−ｃ：次いで、上記の素子を図３に模
式的に示した装置に設置し、不図示の排気装置により真
空チャンバー（真空容器）３５内を排気し、圧力が１×
１０−５＜−５乗＞Ｔｏｒｒ以下になってから素子電極
２，３の間に図４（Ｂ）に示すような、波高値の漸増す
る三角波パルスを印加した。パルス幅Ｔ１は１ｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔Ｔ２は１０ｍｓｅｃ．とした。波高値
が約５．０Ｖとなったところで、フォーミングが完了し
た（図２（Ｃ））。

【０１０８】工程−ｄ：次いで、排気装置により真空チ
ャンバー３５内を更に排気し、圧力が１×１０−７＜−
７乗＞Ｔｏｒｒ以下となってから、トルニトリルを導入
し、圧力を１×１０−６＜−６乗＞Ｔｏｒｒとした。こ
のとき、真空チャンバ内の雰囲気を安定させるため、１
×１０−６＜−６乗＞Ｔｏｒｒとなってから、２時間ほ
どその状態を保持したのち、活性化を開始した。

【０１０９】まず素子電極２，３間に図１３（Ｂ）に示
すような波高値を漸増させながら極性を反転させる矩形
波パルスを繰り返し印加した。ここでパルス幅Ｔ３は１
ｍｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ４は１０ｍｓｅｃ．とし、波
高値を１０Ｖから１５Ｖまで６０分間かけて漸増させ
た。その後に素子電極２，３間に図１３（Ａ）に示すよ
うな波高値一定で極性を反転させる矩形波パルスを繰り
返し印加した。波高値は１５Ｖ、パルス幅Ｔ３は１ｍｓ
ｅｃ、パルス間隔Ｔ４は１０ｍｓｅｃとした。

【０１１０】工程−ｅ：次いで、排気装置により真空チ
ャンバー３５内を排気しながら、素子を１５０℃に加熱
し保持したところ、１×１０−８＜−８乗＞Ｔｏｒｒの
圧力に到達した。

【０１１１】素子を室温に戻した後、アノード電極３４
に８ｋＶの電圧を印加し、素子電極間に波高値一定の矩
形波パルスの電圧を印加して特性の測定を行った。な
お、アノード電極と素子との間隔は４ｍｍにセットし
た。

【０１１２】素子を一定時間駆動したところ、素子電流
Ｉｆ及び放出電流Ｉｅはほとんど減少しなかった。ま
た、この駆動の間に放電と見られる現象は一度も観測さ
れず、電子放出特性が非常に安定な素子が得られた。更
には、工程−ｅの前後においても、堆積物の膜厚の減少
もほとんど観測されなかったため、熱的にも安定なこと
が示された。

【０１１３】また、実施例１の電子放出素子の間隙７近
傍の複数箇所でカーボン膜のＥＥＬＳ測定を行なったと
ころ、エネルギー損失プロファイルから得られたπ電子
とσ電子との比はほぼ一定の値を示した。また、間隙７
のごく近傍と間隙７から４μｍほど離れた領域では、π
電子とσ電子との比がほぼ一定の値を示した。

【０１１４】〔実施例２〕本実施例は、図１４に模式的
に示したマトリクス配線の電子源と、これを用いた画像
形成装置（図９）の製造方法である。図１４は本実施例
により形成されたマトリクス配線の電子源の構成を模式
的に示す部分平面図で、図１４中の折れ線Ａ−Ａ’に沿
った断面の構造を図１５に示す。

【０１１５】以下、図１６及び図１７を参照して、電子
源の製造工程を説明し、さらに画像形成装置の製造工程
も説明する。

【０１１６】工程−Ａ：洗浄した青板ガラス上にシリコ
ン酸化膜をスパッタリング法により０．５μｍ形成し、
これを基板として、この上にＣｒ５ｎｍ、Ａｕ６００ｎ
ｍを真空蒸着法により順次成膜した後、フォトレジスト
ＡＺ１３７０（ヘキスト社製）を用い、フォトリソグラ
フィー技術により下配線８２を形成した（図１６
（Ａ））。

【０１１７】工程−Ｂ：次いで、厚さ１μｍのシリコン
酸化膜より成る層間絶縁層１４１をスパッタリング法に
より堆積する（図１６（Ｂ））。

【０１１８】工程−Ｃ：層間絶縁層にコンタクトホール
１４２を形成するためのフォトレジストパターンを作
成、これをマスクとしてＣＦ4 とＨ2 を用いたＲＩＥ
（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｃｈｉｎｇ）法により、
層間絶縁層１４１をエッチングした（図１６（Ｃ））。

【０１１９】工程−Ｄ：素子電極のパターンに対応する
開口を有するフォトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４
１：日立化成社製）のマスクパターンを形成し、真空蒸
着法比より５ｎｍのＴｉ、１００ｎｍのＮｉを順次堆
積、次いで有効溶剤によりフォトレジストを除去してリ
フトオフにより素子電極５，６を形成した。素子電極の
間隔Ｌは３μｍとした（図１６（Ｄ））。

【０１２０】工程−Ｅ：工程−Ａと同様のフォトレジス
トを用いたフォトソリグラフィー法により、５ｎｍのＴ
ｉ、５００ｎｍのＡｕの積層構造を有する上配線８３を
形成した（図１７（Ｅ））。

【０１２１】工程−Ｆ：実施例１の工程−ｂと同様のＣ
ｒマスクを用いたリフトオフにより、ＰｄＯ微粒子より
成る導電性薄膜４を形成した（図１７（Ｆ））。

【０１２２】工程−Ｇ：コンタクトホール１４２以外を
覆うレジストパターンを形成し、真空蒸着により、５ｎ
ｍのＴｉ、５００ｎｍのＡｕを順次堆積し、レジストパ
ターンを除去して不要な積層膜を除去してコンタクトホ
ールの埋め込みを行い、フォーミング前の電子源基板を
作成した（図１７（Ｇ））。

【０１２３】上記電子源基板を用い、図９に示す構成の
画像形成装置を作成した。

【０１２４】電子源の基板１１０をリアプレート９１に
固定し、基板の５ｍｍ上方にフェースプレートを支持枠
９２を介して配置し、接合部にフリットガラスを塗布し
窒素雰囲気中で４００℃に１０分間保持して接合し、外
囲器を形成した。フェースプレートの内面には蛍光膜９
４及びメタルバック９５が形成されている。蛍光膜９４
はストライプ形状（図６（Ａ））のものを採用し、印刷
法により形成した。黒色導電材はグラファイトを主成分
とする材質を用いた。メタルバックは、蛍光膜の内面を
平滑処理（フィルミング）した後、Ａｌを真空蒸着する
ことにより形成した。

【０１２５】上記の組立を行う際、蛍光体と電子放出素
子との対応を正確に行う必要があり、十分に位置合わせ
を行った。なお、外囲器内にはゲッタ装置（不図示）も
取り付けられる。

【０１２６】工程−Ｈ：上記外囲器内を不図示の排気装
置で排気し、実施例１の工程−ｃと同様に三角波パルス
を印加しフォーミング処理を行い、各導電性薄膜４に間
隙６を形成した。

【０１２７】工程−Ｉ：続いて、実施例１の工程−ｄと
同様にして、外囲器内にトルニトリルを導入して、真空
チャンバー３５内の雰囲気を安定させるため、充分にそ
の状態を保持したのち、活性化処理を行った。

【０１２８】工程−Ｊ：実施例１の工程−ｅと同様に外
囲器内を排気しながら加熱し、安定化処理を行った結
果、約３時間で内部の圧力が１×１０−８＜−８乗＞Ｔ
ｏｒｒに到達した。

【０１２９】以上の工程によって作成された上記外囲器
に不図示の駆動回路を取り付け、メタルバックに１０ｋ
Vの高電圧を印加し、ＴＶ信号（ＮＴＳＣ信号）を入力
して画像を表示させたところ、輝度むらの無い高精細な
画像が長時間に亘って安定に得られた。

【０１３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子は、導電性膜部材に形成された炭素含有膜部材の電
子状態のπ結合とσ結合との比がほぼ一定となる。

【０１３１】このため、素子内の間隙における炭素含有
膜部材の電子放出効率のばらつきが抑制され、さらに素
子毎の電子放出効率も均一性が向上し、安定で良好な電
子放出を行うことができる。

【０１３２】また、本発明の電子放出素子を大面積に数
多く配列形成した電子源及びこの電子源を用いた画像形
成装置においても、素子内・素子毎の間隙近傍の電子状
態が均一で、輝度のばらつきが少なく、高精細で大面積
の画像表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態の電子放出素子の構成
を示す模式的平面図及び断面図。

【図２】 一実施の形態の電子放出素子の製造工程の一
部を示す。

【図３】 測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を
示す構成図。

【図４】 一実施の形態の電子放出素子の製造工程の一
部であるフォーミング処理工程に用いることのできる電
圧波形の一例を示す。

【図５】 一実施の形態の電子放出素子の炭素を有する
膜のＫ殻電子スペクトルを説明するための図。

【図６】 蛍光膜の一例を示す構成図。

【図７】 一実施の形態の電子放出素子の放出電流Ｉｅ
と素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆとの関係を示す。

【図８】 一実施の形態の電子放出素子を単純マトリク
ス配置した電子源に適用した一例を示す構成図。

【図９】 一実施の形態の電子放出素子を画像形成装置
に適用した一例を示す構成図。

【図１０】 一実施の形態の電子放出素子を画像形成装
置に適用した際の画像形成装置の製造工程において使用
される真空処理装置の一例を示す構成図。

【図１１】 一実施の形態の電子放出素子を梯子配置し
た電子源に適用した一例を示す構成図。

【図１２】 一実施の形態の電子放出素子を画像形成装
置に適用した他の一例を示す構成図。

【図１３】 一実施の形態の電子放出素子の製造工程の
一部である活性化処理工程に用いることのできる電圧波
形の一例を示す。

【図１４】 一実施の形態の電子放出素子を単純マトリ
クス配置した電子源に適用した一例を示す構成図。

【図１５】 図１４中の折れ線Ａ−Ａ’に沿った部分断
面図。

【図１６】 実施例に係わる電子源の製造工程の一部を
説明するための図。

【図１７】 実施例に係わる電子源の製造工程の一部を
説明するための図。

【図１８】 従来の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。

【符号の説明】

１ 基板 ２、３ 電極 ４ 導電性薄膜 ５ 電子放出部 ６ 導電性薄膜の一部に形成された間隙 ７ 炭素を有する膜（堆積物／カーボン膜）１０間の間
隙 １０ 炭素を有する膜（堆積物／カーボン膜） ３０ 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 ３１ 電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源 ３２ 電子放出素子から放出された放出電流Ｉｅを測定
するための電流計 ３３ アノード電極３４に電圧を印加するための高圧電
源 ３４ 電子放出素子から放出される電子を加速及び捕捉
するためのアノード電極 ３５ 真空容器（真空チャンバー） ６１ 黒色部材 ６２ 蛍光体 ８１ 電子源基板 ８２ Ｘ方向配線 ８３ Ｙ方向配線 ８４ 電子放出素子 ８５ 結線 ９１ リアプレート ９２ 支持枠 ９３ ガラス基板 ９４ 蛍光膜 ９５ メタルバック ９６ フェースプレート ９８ 外囲器 １０２ 排気管 １０３ 真空チャンバー １０４ ゲートバルブ １０５ 排気装置 １０６ 圧力計 １０７ 四重極質量分析器（Ｑ−ｍａｓｓ） １１０ 電子源基板 １１１ 電子放出素子 １１２ 共通配線 １２０ グリッド電極 １２１ 電子が通過するためにグリッド電極に設けられ
た空孔 １２２ 容器外端子 １２３ グリッド用容器外端子 １４１ 層間絶縁層 １４２ コンタクトホール

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基体の主表面上の一対の電極部材
   間に、間隙によって互いに対向する端部を有しかつ前記
   一対の電極部材にそれぞれ電気的に接続される第一及び
   第二の炭素含有膜部材を設け；前記間隙を有して対向す
   る前記第一及び第二の炭素含有膜部材は、π結合とσ結
   合との比が少なくともその対向端部近傍においてほぼ一
   定である；ことを特徴とする電子放出素子。
2. 【請求項２】 ガラス材料から形成された基体と；この
   基体の主表面上に設けられた一対の電極部材と；これら
   一対の電極部材にそれぞれ電気的に接続され、かつ第一
   の間隙によって互いに対向する端部を有する第一及び第
   二の導電性膜部材と；前記第一の間隙より小さい間隔寸
   法でありかつ電子放出部を形成するための第二の間隙を
   有して前記第一及び第二の導電性膜部材の少なくとも対
   向端部近傍にそれぞれ設けられた第一及び第二の炭素含
   有膜部材とを備え；前記第二の間隙を有して対向する前
   記第一及び第二の炭素含有膜部材は、π結合とσ結合と
   の比が少なくともその対向端部近傍においてほぼ一定で
   ある；ことを特徴とする電子放出素子。
3. 【請求項３】 前記第一及び第二の炭素含有膜部材は、
   グラファイトの層内結合に含まれるπ結合とσ結合とに
   加えて、ダイヤモンドの原子間結合に代表されるσ結合
   が特定比率で混在する中間的多結晶構造であることを特
   徴とする請求項１または２記載の電子放出素子。
4. 【請求項４】 前記第一及び第二の炭素含有膜部材は炭
   素を主成分とする堆積物であり、有機物質を含む雰囲気
   中で行う活性化処理時に形成されることを特徴とする請
   求項１または２記載の電子放出素子。
5. 【請求項５】 前記活性化処理のための有機物質ガスが
   気化トルニトリルであることを特徴とする請求項４記載
   の電子放出素子。
6. 【請求項６】 前記第一及び第二の炭素含有膜部材は特
   定圧力の雰囲気中に所定時間置かれたのち活性化処理さ
   れることを特徴とする請求項４記載の電子放出素子。
7. 【請求項７】 基体上に複数の電子放出素子を配列形成
   した電子源において、 前記電子放出素子が請求項１乃至６のいずれかに記載の
   電子放出素子であることを特徴とする電子源。
8. 【請求項８】 電子源と、この電子源から放出された電
   子を照射することで画像を形成する画像形成部材とを有
   する画像形成装置において、 前記電子源が請求項７に記載の電子源であることを特徴
   とする画像形成装置。