JP2002075169A

JP2002075169A - 電子放出素子、電子源、および画像形成装置、並びにそれらの製造方法

Info

Publication number: JP2002075169A
Application number: JP2000264969A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Miyazaki; 和也宮崎; Sukenobu Mizuno; 祐信水野; Masaaki Shibata; 雅章柴田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な電子放出特性を長期にわたり維持する
電子放出素子を提供する。【解決手段】基体１上に形成された一対の素子電極
２，３のそれぞれに電気的に接続された、間隙５を有す
る炭素膜４は、室温で１０^-3〜１０¹Ωｃｍの抵抗率を
有し、かつ抵抗の温度係数が負であることを特徴とす
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、電子放出素子、該
電子放出素子を多数配置してなる電子源、および該電子
源を用いて構成した表示装置などの画像形成装置に関
し、またそれらの製造方法に関する。さらに詳しくは、
基体上に形成された対向する一対の素子電極と、該素子
電極のそれぞれに電気的に接続された、間隙を有する炭
素膜からなる電子放出素子に関する。

【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、金属／絶縁体／金属型や表面伝導型電子放出素子
等がある。

【０００３】本出願人は、表面伝導型電子放出素子とそ
の応用に関し、これまで多数の提案を行っており、その
構成、製造方法などは、例えば特開平７−２３５２５５
号公報、特登録２９０３２９５号公報に開示されてい
る。

【０００４】以下に、上記公報に開示されている表面伝
導型電子放出素子の概略を簡単に説明する。

【０００５】上記の表面伝導型電子放出素子は、図８に
模式的に示すように、基体１上に対向する一対の素子電
極２，３と、該素子電極に接続されその一部に電子放出
部８５を有する導電性膜８４とを有してなる。

【０００６】電子放出部８５は、通電フォーミングとよ
ばれる工程により、導電性膜８４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を含み、間隙内
部及びその近傍の導電性薄膜上には、活性化と呼ばれる
工程を行うことにより、炭素及び／または炭素化合物を
主成分とする堆積物８６が形成されている。なお、この
堆積物は上記導電性膜に形成された間隙よりもさらに狭
い間隙部をもって対峙した形状となっている。

【０００７】通電フォーミングとは、導電性膜８４の両
側に直流電圧或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、導電性膜８４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
した電子放出部を形成する処理である。尚、電子放出部
８５は導電性膜８４の一部に亀裂が発生しその亀裂付近
から電子放出が行なわれるものである。

【０００８】活性化工程とは、有機物質を含む雰囲気中
で、素子にパルス状の電圧を一定時間印加し続けること
で行われるが、その際に図８に示した形態が形成される
に従い、素子を流れる電流（素子電流Ｉｆ）、および真
空中に放出される電流（放出電流Ｉｅ）が大幅に増大
し、より良好な電子放出特性を得ることができる。

【０００９】以上のような電子放出素子を複数個形成し
た電子源を用い、蛍光体などからなる画像形成部材と組
み合わせることで、フラットディスプレイパネルなどの
画像形成装置を構成できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記電子源及び画像形
成装置に適用さ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するために、一層安定な電子放出
特性及び電子放出の効率向上が要望されている。ここで
の効率は、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極に
電圧を印加した際に、両電極間に流れる電流（以下、
「素子電流Ｉｆ」という）と真空中に放出される電流
（以下、「放出電流Ｉｅ」という）との比で評価される
ものであり、素子電流Ｉｆが小さく、放出電流Ｉｅが大
きいことが望ましい。安定的に制御し得る電子放出特性
と効率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でき
る。また、低電流化に伴い、画像形成装置を構成する駆
動回路等のローコスト化も図ることができる。

【００１１】しかしながら、前記従来の電子放出素子に
あっては、電子放出特性の安定性及び電子放出効率につ
いては、必ずしも満足なものが得られておらず、これを
用いた画像形成装置の動作安定性なども同様に必ずしも
満足なものとは言い難いのが実状である。

【００１２】したがって、良好な電子放出特性を有し、
これを長時間にわたって保持し得る電子放出素子を実現
することが求められていた。

【００１３】さらに、前記電子源及び画像形成装置に適
用される電子放出素子の製法においては、プロセス簡易
化等によるローコスト化の実現も要請されている。

【００１４】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、良好な電子放出特性を長期にわたり維持する電子放
出素子、それを用いた電子源及び画像形成装置の製造方
法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の構成は以下の通
りである。

【００１６】本発明は、基体上に形成された対向する一
対の素子電極と、該素子電極のそれぞれに電気的に接続
された、間隙を有する炭素膜からなる電子放出素子にお
いて、該炭素膜は室温で１０^-3以上１０¹Ωｃｍ以下の
抵抗率を有し、かつ抵抗の温度係数が負であることを特
徴とする電子放出素子にある。

【００１７】上記本発明の電子放出素子は、さらにその
特徴として、「前記間隙を有する炭素膜は、炭素化合物
ガスを含む雰囲気中での電子ビーム照射により形成され
た炭素を主成分とする膜（炭素ないし炭素化合物ないし
それらの化合物よりなる膜）に電流を流すことによって
形成されたこと」、「前記基体は５×１０^-7以上６０×
１０^-7／℃以下の熱膨張率を有すること」、等を含むも
のである。

【００１８】また、本発明は、基体上に形成された対向
する一対の素子電極と、該素子電極のそれぞれに電気的
に接続され、その一部に間隙を有する炭素膜からなる電
子放出素子の製造方法であって、炭素化合物ガスを含む
雰囲気中で、前記基板に電子ビームを照射することによ
り炭素を主成分とする膜を形成する工程と、前記炭素を
主成分とする膜に電流を流すことにより、前記間隙を有
する炭素膜を形成する工程とを含むことを特徴とする電
子放出素子の製造方法にある。また、本発明は、基体上
に形成された対向する一対の電極と、該電極のそれぞれ
に電気的に接続され、その一部に電子放出部を有する炭
素膜からなる電子放出素子の製造方法であって、前記基
体上に一対の電極を形成する工程と、炭素化合物ガスを
含む雰囲気中で、前記一対の電極が形成された基体に向
けて電子ビームを照射することにより炭素を主成分とす
る膜を前記電極に電気的に接続するように形成する工程
と、前記炭素を主成分とする膜に電流を流すことによ
り、前記炭素膜の一部に電子放出部を形成する工程とを
含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法にある。
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、前記電子ビ
ームの加速電圧が０．５ｋＶ以上１０ｋＶ以下であるこ
と、また、前記電子ビームの電流密度が０．０１ｍＡ／
ｍｍ²以上１ｍＡ／ｍｍ²以下であることを特徴とする。

【００１９】さらに本発明は、本発明の電子放出素子
を、基体上に複数、配列形成した電子源、及びその製造
方法をも含み、また、該電子源と画像形成部材とを有す
る画像形成装置、及びその製造方法をも含むものであ
る。

【００２０】本発明によれば、良好な電子放出特性を有
する電子放出素子を、再現良く、簡便に作製することが
できる。したがって、この電子放出素子を複数備えた電
子源においては、特性の揃った、均一性の高い電子放出
が得られるため、これを用いた画像形成装置において
は、良好な画像を表示することが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１、図２は、本発明の電子放出
素子の構成の一例を示す模式図であり、図１は平面図、
図２は断面図である。図１、図２において、１は基体、
２と３は素子電極、４は炭素膜、５は間隙である。

【００２２】基体１としては、５×１０^-7以上６０×１
０^-7／℃以下の熱膨張率を有するもの、例えば石英ガラ
ス（５×１０^-7／℃）、アルミノシリケートガラス（３
０〜４０×１０^-7／℃）、アルミノボロシリケートガラ
ス（４０〜６０×１０^-7／℃）等を好適に用いることが
できる。上記の熱膨張率を有する基体を用いることによ
り、後述の通電フォーミングの過程で形成される間隙の
形状は、図１に示すが如く、極めて直線性のよいものに
なる。

【００２３】炭素膜４は、室温で１０^-3以上１０¹Ωｃ
ｍ以下の抵抗率を有し、かつ抵抗の温度係数が負で半導
体的な温度特性を有する膜が好適である。これより小さ
い抵抗率であると、後述の通電フォーミングの過程で、
複数の素子を同時にフォーミングすることが困難であ
り、これより大きい抵抗率であると、通電フォーミング
に必要な電流を流すことが困難である。また、抵抗の温
度係数が負であることは、通電により炭素膜の温度が上
昇した際に、正帰還がかかることによって通電フォーミ
ングがしやすくなるために、好ましい性質である。

【００２４】上述の電子放出素子の製造方法としては様
々な方法が考えられるが、図１、図２に示した構成の電
子放出素子の場合を例に、図３に基づいてその一例を説
明する。尚、図３において図１、図２と同じ符号は同じ
部材を指すものである。

【００２５】１）熱膨張率が５×１０^-7以上６０×１０
^-7／℃以下の基体１を洗剤、純水及び有機溶剤等を用い
て充分に洗浄し、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
用いて基体１上に素子電極２、３を形成する（図３
（ａ））。

【００２６】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、素子電極間隔Ｌ、素子電
極長さＷ等は、応用される形態等を考慮して設計され
る。

【００２７】素子電極間隔Ｌは、好ましくは数百ｎｍ〜
数百μｍの範囲とすることができ、素子電極２、３の膜
厚ｄは、数十ｎｍ〜数μｍの範囲とすることができる。

【００２８】２）一対の素子電極に電気的に接続するよ
うに炭素を主成分とする膜６を形成する（図３
（ｂ））。

【００２９】炭素を主成分とする膜６は、炭素化合物
（有機物質）のガスを含有する雰囲気下で、素子電極
２、３を跨いで電子ビーム照射を行うことによって好ま
しく形成することができる。このようにすることによっ
て基体表面に吸着・滞在している有機分子が電子ビーム
と衝突して、結合鎖の分断・重合・架橋等の過程を経て
炭素を主成分とする膜６が形成される。

【００３０】このとき電子ビームの加速電圧ＶａｃはＶ
ａｃ＝０．５以上１０ｋＶ以下、電流密度ρはρ＝０．
０１以上１ｍＡ／ｍｍ²以下の範囲で好ましく適用さ
れ、このときに比較的結晶性が高い炭素膜が収率よく堆
積する。

【００３１】上記炭素化合物（有機物質）のガスを含有
する雰囲気は、素子電極２、３を形成した基体１を真空
容器内に配し、真空容器内に適当な炭素化合物（有機物
質）のガスを導入することで得られる。この時の好まし
い炭素化合物（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、炭素化合物（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。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、アミン類、フェノール、カル
ボン酸、スルホン酸等の有機酸類を挙げることができ、
具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣ_nＨ_2n+2
で表わされる飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなど
Ｃ_nＨ_2n等の組成式で表わ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、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻
酸、酢酸、プロピオン酸等或いはこれらの混合物が使用
できる。

【００３２】こうして形成された、素子電極２、３間に
電気的に接続した炭素を主成分とする膜６は、炭素ない
し炭素化合物ないし両者の混合物からなり、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、Ｇ
Ｃ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）、およびあるいは非晶質カー
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、
その膜厚は５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３
０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００３３】３）続いて炭素化合物のガスを排気した
後、一対の素子電極２，３を介して炭素を主成分とする
膜６に電流を流す処理（通電フォーミング）を施す。こ
の工程によって、炭素を主成分とする膜６に急激な応力
変化を生じせしめ、膜に局所的に破壊、変形もしくは変
質等の構造の変化した亀裂部位、すなわち間隙５を形成
する。（図３（ｃ））この様に、熱膨張率５×１０^-7〜６０×１０^-7／℃の基
体１上に、前述した炭素を主成分とする膜６を形成し、
該膜６に電流を流すことによって形成される間隙の形状
は、図１に示すが如く、極めて直線性のよいものにな
る。この要因としては、未だ明らかではない部分もある
が、上記基体上に上記方法によって形成された炭素膜
は、室温において内部応力が圧縮応力となっていること
が予想される。

【００３４】一般に、薄膜と基体の熱膨張率の差に起因
する内部応力である熱応力σ_thは、薄膜のヤング率
Ｅ_f、薄膜の熱膨張率をα_f，基板の熱膨張率をα_sとし
たときの熱膨張率差Δα＝α_f−α_s、成膜時の温度をＴ
_depo，室温をＴとしたときの温度差ΔＴ＝Ｔ_depo−Ｔと
すると、σ_th＝Ｅ_fΔαΔＴと書くことができる。

【００３５】ここで、Ｅ_f，ΔＴは正であるので、炭素
を主成分とする膜６と基体１の熱膨張率の差Δαが負で
あれば、室温における膜６は圧縮応力となる。厳密に、
本発明の炭素を主成分とする膜６の熱膨張率を見積もる
ことはできていないが、上述したように、通電フォーミ
ングにおいて、炭素を主成分とする膜６の温度が上昇し
ていく過程において、急激な応力変化が生じ、直線性の
良い間隙を再現良く形成できると推測している。

【００３６】このような直線性の良い間隙を再現性良く
形成できることの利点は、電子放出素子を多数形成する
電子源を用いた応用、すなわちフラットディスプレイパ
ネル等への適用を考えた場合、個々の素子の特性が均一
となり、良好な画像表示を行うことができる。また、一
個の電子放出素子を考えた場合も、間隙の全域で均等な
電子放出が行われるため、安定した電子放出が行える、
等の優位性がある。

【００３７】４）さらに、好ましくは、以下の活性化工
程を行なう。具体的には、再び前記工程２）と同様に有
機物質ガスを導入した後、素子に電圧印加する。

【００３８】このときの電圧波形の例を図４に示す。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）に示した手法がある。

【００３９】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〜
１０ｍｓ、Ｔ２は１０μｓ〜１００ｍｓ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などに応じて適宜選択され
る。

【００４０】このような条件のもと、例えば１．３×１
０^-3Ｐａ程度ないしそれ以下の適当な圧力の真空雰囲気
中で数秒〜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。また、パルス波高値やパルス
幅、パルス間隔などについても上述の値に限るものでは
なく、電子放出部が良好に形成されるように、適当な値
を選択することができる。

【００４１】図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図４
（ａ）に示したも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程度ずつ増加させることができる。

【００４２】本工程の終了判定は、素子電流Ｉｆを測定
しながら適宜行う。

【００４３】この工程を経て、間隙５の形成が完了す
る。

【００４４】尚、本活性化工程により、上記通電フォー
ミング工程により形成した間隙内および、上記炭素を主
成分とする膜６上には、炭素を主成分とする堆積物が形
成される。その結果、上記通電フォーミング工程により
形成した間隙は、より狭い間隙５となる。

【００４５】また、上記「炭素を主成分とする膜６」
と、上記活性化工程によって堆積した「炭素を主成分と
する堆積物」とは、炭素の質の差はそれほどないため、
ここでは、上記活性化工程を行なうことで形成した「炭
素を主成分とする堆積物」と、前記通電フォーミング工
程を終えた「炭素を主成分とする膜６」とを合わせて、
「炭素膜４」と呼ぶ。

【００４６】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
ことができる。真空容器内の有機成分の分圧は、上記の
炭素ないし炭素化合物ないし両者の混合物がほぼ新たに
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時には、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
分子を排気し易くするのが好ましい。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。このような真空雰囲気を採用することにより、新た
な炭素ないし炭素化合物ないし両者の混合物の堆積を抑
制でき、また真空容器や基板などに吸着したＨ₂Ｏ，Ｏ₂
なども除去でき、結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉ
ｅが安定する。

【００４７】図５は、上記の電子放出素子の炭素を主成
分とする膜６の形成工程以降を行うことのできる真空処
理装置の一例を示す模式図であり、この真空処理装置は
特性評価装置としての機能をも兼ね備えている。図５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。図５において、５５
は真空容器であり、５６は排気ポンプ、５７は電子銃で
ある。真空容器５５内には電子放出素子が配されてい
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間に流れる素子電流Ｉ
ｆを測定するための電流計、５４は素子の電子放出部よ
り放出される放出電流Ｉｅを補足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。電子銃５
７は、素子に電子ビームを照射できる様に配置されてお
り、アノード電極５４を真空容器内で移動させて、素子
に電子ビームを照射できるようになっている。なお、電
子銃５７によって、加速電圧Ｖａｃ＝０．５〜１０ｋ
Ｖ、電流密度ρ＝１０μＡ〜１ｍＡ／ｍｍ²なる電子ビ
ームが照射できる。

【００４８】以上のような工程を経て得られた電子放出
素子は、基本的には、例えば特開平７−２３５２５５号
公報、特登録２９０３２９５号公報等に開示されている
電子放出素子と同様の電子放出特性を有するので、同一
基板上にマトリックス状に複数の電子放出素子を配した
電子源を構成し、所望の素子を選択して駆動する単純マ
トリックス駆動が可能である。

【００４９】従って、本発明の電子放出素子を用いて電
子源を形成し、画像形成部材と組み合わせて、例えば、
大画面のフラットパネルディスプレイのような画像形成
装置を構成することができる。

【００５０】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説
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、各要素の置
き換えや設計変更がなされたものを包含するものであ
る。

【００５１】（実施例１）本実施例は、図１、図２に模
式的に示したものと同様の構成を有する電子放出素子で
ある。図３に基づき本実施例の電子放出素子の製造方法
を説明する。

【００５２】工程−ａ：素子電極／基体作製清浄化したアルミノボロシリケートガラス基体（熱膨張
率：５１×１０^-7／℃）上に、通常のフォトリソグラフ
ィーの手法により素子電極２，３の形状に対応する開口
を有するレジストパターンを形成する。この上に真空蒸
着法により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍのＮｉを
順次堆積した後、レジストパターンを有機溶剤で溶解
し、リフトオフにより素子電極２，３を形成する。素子
電極間隔Ｌを３μｍ、素子電極の長さＷを３００μｍと
した。

【００５３】工程−ｂ：炭素を主成分とする膜の形成素子電極２，３を設けた基体を図５に示した真空装置５
５内に移し、不図示の導入パスを介してｎ−ヘキサンを
導入し、圧力を１．３×１０^-3Ｐａとした。つづいて、
加速電圧Ｖａｃ＝２ｋＶ、電流密度ρ＝０．１ｍＡ／ｍ
ｍ²なる電子ビームを素子電極２，３を跨いで照射して
素子電極間に電気的に連結した炭素を主成分とする膜６
を形成した。このとき炭素を主成分とする膜６の膜厚は
１２ｎｍ、比抵抗は１．３×１０^-2Ωｃｍであった。

【００５４】工程−ｃ：通電フォーミング工程真空装置５５内の真空度が１×１０^-6Ｐａ以下になるま
でｎ−ヘキサンを排気した後、素子電極２，３間に波高
値１０〜３０Ｖ、パルス幅Ｔ１＝５ｍｓｅｃ、パルス間
隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃの矩形波パルスを印加した。この
とき炭素を主成分とする膜６は急激な温度上昇による大
きな内部応力変化を生じ、間隙が形成された。

【００５５】工程−ｄ：活性化工程工程−ｂと同様に再び不図示の導入パスを介して、真空
装置５５内にｎ−ヘキサンを導入し、圧力を１．３×１
０^-3Ｐａとした。続いて素子電極間に波高値１４Ｖ、パ
ルス幅Ｔ１＝１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅ
ｃの矩形波パルスを印加して、炭素を主成分とする堆積
物を形成し、炭素膜４の形成と、間隙５の形成を行っ
た。このとき素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定し、約
６０分で電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）が、ピークを
示したので、パルス電圧の印加およびｎ−ヘキサンの導
入をやめ、処理を終了した。

【００５６】以上のようにして作製した電子放出素子の
電子放出特性の測定を、引き続き上記真空装置（評価装
置）により行った。アノード電極５４と電子放出素子の
間隔は５ｍｍ、電位差を１ｋＶ、真空装置内の圧力を
１．３×１０^-4Ｐａとし、波高値１４Ｖのパルス電圧を
印加して測定を行った。

【００５７】本実施例の素子においては、長時間の駆動
において、放出電流の変動が小さく、良好な電子放出特
性が得られた。

【００５８】なお、確認のため、本実施例で作製した素
子を光学顕微鏡、および走査型電子顕微鏡で観察したと
ころ、極めて直線性のよい間隙が形成されていた。

【００５９】（実施例２、３）実施例２は、実施例１の
工程−ａにおいて石英ガラス基体（熱膨張率：５×１０
^-7／℃）を用いた例である。

【００６０】本実施例の基体は実施例１の基体より熱膨
張係数が小さいために通電フォーミング後の炭素を主成
分とする膜６に関して若干の電気的なリークが残り、し
たがって効率がわずかに小さかった。しかしながら、放
出電流Ｉｅの安定性は実施例１とほぼ同様であった。

【００６１】なお、確認のため、本実施例で作製した素
子を光学顕微鏡、および走査型電子顕微鏡で観察したと
ころ、一部に蛇行が見られたが、比較的直線性のよい間
隙が形成されていた。

【００６２】さらに実施例３として、ガラス基板として
アルミノシリケートガラス（熱膨張率：３３×１０^-7／
℃）に適用して検討したところ、実施例１とほぼ同様の
結果が得られた。

【００６３】（実施例４）本実施例は、本発明の電子放
出素子をマトリックス配置させた電子源および画像形成
装置を作製したものである。

【００６４】図６に、本実施例の電子源の製造過程を説
明する概略図を、図７に、本実施例の画像形成装置の概
略図を示す。

【００６５】図６は、本実施例の電子源の一部を拡大し
て示しており、図１と同様の符号のものは、同様の部材
を示している。６２はＸ方向配線、６３はＹ方向配線、
６４は層間絶縁層である。尚、図６では基体１を省略し
ている。

【００６６】図７においては、図１、図６と同様の符号
のものは、同様の部材を示している。７１はガラス基板
上に蛍光膜とＡｌメタルバックが積層されたフェースプ
レート、７２は、基体１、フェースプレート７１を貼り
付けるための支持枠、７３は高圧端子であり、基体１、
フェースプレート７１、支持枠７２で真空密閉容器が形
成される。

【００６７】以下、図６、図７を用いて、本実施例を説
明する。

【００６８】アルミノシリケートガラス基板（コーニン
グ社製、＃１７３７Ｆ、熱膨張率３７．６×１０^-7／
℃）上に、フォトリソグラフィ技術を用いてＰｔからな
る素子電極２，３を形成した（図６（ａ））。なお、素
子電極２、３の電極間距離は１０μｍとした。

【００６９】次に、スクリーン印刷法によりＡｇペース
トを印刷し、加熱焼成することにより、Ｘ方向配線６２
を形成した（図６（ｂ））。

【００７０】続いて、Ｘ方向配線６２とＹ方向配線６３
の交差部になる位置に、スクリーン印刷法により絶縁性
ペーストを印刷し、加熱焼成して絶縁層６４を形成した
（図６（ｃ））。

【００７１】さらに、スクリーン印刷法によりＡｇペー
ストを印刷し、加熱焼成することにより、Ｙ方向配線６
３を形成し、基体１上にマトリックス配線を形成した
（図６（ｄ））。

【００７２】以上のようにしてマトリックス配線を形成
した基体１を不図示の真空装置に移動した後、ｎ−ヘキ
サンを導入し、圧力を１．３×１０^-3Ｐａとした。

【００７３】加速電圧Ｖａｃ＝２ｋＶ、電流密度ρ＝１
ｍＡ／ｍｍ²なる電子ビームを不図示のマスクを用い各
素子に対して照射して、厚さ１２ｎｍの炭素を主成分と
する膜６を形成した（図６（ｅ））。

【００７４】次に、真空装置内の真空度が１×１０^-6Ｐ
ａ以下になるまでｎ−ヘキサンを排気した後、各Ｙ方向
配線に波高値１０〜３０Ｖ、パルス幅Ｔ１＝５ｍｓｅ
ｃ、パルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃの矩形波パルスを印
加・走査して、フォーミング工程を行った。

【００７５】さらに、再び、真空装置内にｎ−ヘキサン
を導入し、圧力を１．３×１０^-3Ｐａとし、続いて素子
電極間に波高値１４Ｖ、パルス幅Ｔ１＝１ｍｓｅｃ、パ
ルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃの矩形波パルスを印加し
て、実施例１と同様に、炭素を主成分とする堆積物を形
成し、炭素膜４の形成と、間隙５の形成を行った（図６
（ｆ））。

【００７６】このようにして作製した基体１と、フェー
スプレート７１を（蛍光膜とメタルバックが形成された
面を対向面として）対向させて、２ｍｍの厚みの支持枠
７２を介して配置し、フリットガラスを用いて４００℃
にて封着を行った。なお、蛍光膜にはＲＧＢ３色がスト
ライプ形状に配置されたものを用いた。

【００７７】作製した基体１、フェースプレート７１、
支持枠７２からなる密閉容器の内部を不図示の排気管を
通じ真空ポンプにて排気し、さらに真空度を維持するた
めに不図示の非蒸発型ゲッターを密閉容器内で加熱処理
（ゲッターの活性化処理）した後、排気管をガスバーナ
ーで溶着して容器を封止した。

【００７８】以上のようにして完成した画像形成装置に
おいて、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を通じて、所望の電子
放出素子を選択して素子電圧を印加し、高圧端子７３を
通じてメタルバックに８ｋＶの電圧を印加したところ、
長時間にわたって明るい良好な画像を形成することがで
きた。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
により作製された電子放出素子は、良好な電子放出特性
を長時間にわたり保持することができる。

【００８０】また、多数の電子放出素子を配列形成した
大面積電子源においては、長期にわたり安定した明るい
良好な画像画像が得られる。

【００８１】以上のように、本発明によれば、カラー画
像に対応可能で、高輝度且つ高コントラストで表示品位
の高い大面積フラットディスプレーが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法により作製した電子放出素子
の構成を模式的に示した平面図である。

【図２】本発明の製造方法により作製した電子放出素子
の構成を模式的に示した断面図である。

【図３】本発明の電子放出素子の製造方法を説明するた
めの図である。

【図４】通電処理に用いる電圧波形の例を示す図であ
る。

【図５】電子放出素子の特性評価装置の概略の構成を示
す模式図である。

【図６】本発明のマトリクス配線の電子源の製造工程を
説明するための模式図である。

【図７】マトリクス配線の電子源を用いた本発明の画像
形成装置に用いる表示パネルの概略的構成を示す模式図
である。

【図８】従来の電子放出素子を示した図である。

【符号の説明】

１基板２，３素子電極４炭素膜５間隙６炭素を主成分とする膜５０電流計５１電源５２電流計５３高圧電源５４アノード電極５５真空装置５６排気ポンプ５７電子銃６２Ｘ方向配線６３Ｙ方向配線６４層間絶縁層７１フェースプレート７２支持枠７３高圧端子８４導電性膜８５電子放出部８６炭素及び／または炭素化合物を主成分とする堆積
物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柴田雅章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Ｆターム(参考） 5C031 DD17 DD19 5C036 EF01 EF06 EG02 EG12 EH08 EH11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に形成された対向する一対の素子
電極と、該素子電極のそれぞれに電気的に接続された、
間隙を有する炭素膜からなる電子放出素子において、該
炭素膜は室温で１０^-3以上１０¹Ωｃｍ以下の抵抗率を
有し、かつ抵抗の温度係数が負であることを特徴とする
電子放出素子。
【請求項２】前記間隙を有する炭素膜は、炭素化合物
ガスを含む雰囲気中での電子ビーム照射により形成され
た炭素を主成分とする膜に電流を流すことによって形成
されたことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素
子。
【請求項３】前記基体は５×１０^-7以上６０×１０^-7
／℃以下の熱膨張率を有することを特徴とする請求項１
または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】基体上に形成された対向する一対の電極
と、該電極のそれぞれに電気的に接続され、その一部に
間隙を有する炭素膜からなる電子放出素子の製造方法で
あって、炭素化合物ガスを含む雰囲気中で、前記基板に
電子ビームを照射することにより炭素を主成分とする膜
を形成する工程と、前記炭素を主成分とする膜に電流を
流すことにより、前記間隙を有する炭素膜を形成する工
程と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５】基体上に形成された対向する一対の電極
と、該電極のそれぞれに電気的に接続され、その一部に
電子放出部を有する炭素膜からなる電子放出素子の製造
方法であって、前記基体上に一対の電極を形成する工程
と、炭素化合物ガスを含む雰囲気中で、前記一対の電極
が形成された基体に向けて電子ビームを照射することに
より炭素を主成分とする膜を前記電極に電気的に接続す
るように形成する工程と、前記炭素を主成分とする膜に
電流を流すことにより、前記炭素膜の一部に電子放出部
を形成する工程と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６】前記電子ビームの加速電圧が０．５ｋＶ
以上１０ｋＶ以下であることを特徴とする請求項４また
は５に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】前記電子ビームの電流密度が０．０１ｍ
Ａ／ｍｍ²以上１ｍＡ／ｍｍ²以下であることを特徴とす
る請求項４乃至６のいずれかに記載の電子放出素子の製
造方法。
【請求項８】請求項１乃至３のいずれかに記載の電子
放出素子を、基体上に複数、配列形成したことを特徴と
する電子源。
【請求項９】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、前記電子放出素子が、
請求項４乃至７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１０】請求項８に記載の電子源と画像形成部
材とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】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、前記電子源が、請求項９
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。