JP3131781B2 - 電子放出素子、該電子放出素子を用いた電子源並びに画像形成装置 - Google Patents

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
電子放出素子を用いた電子源並びに画像形成装置に関す
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． Ｄ
ｙｋｅ ＆ Ｗ． Ｗ． Ｄｏｌａｎ， "Ｆｉｅｌｄ
ｅｍｉｓｓｉｏｎ"，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ８， ８９（１９５６）
あるいはＣ． Ａ． Ｓｐｉｎｄｔ， "Ｐｈｙｓｉ
ｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉ
ｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓ
ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ"，
Ｊ．Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ４７， ５２４８
（１９７６）等に開示されたものが知られている。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはＣ． Ａ． Ｍｅａ
ｄ、"Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ"， Ｊ Ａｐｐｌｙ．
Ｐｈｙｓ． ３２， ６４６ （１９６１）等に開示さ
れたものが知られている。

【０００４】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
Ｍ． Ｉ． Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ、１０， １２９０，（１９６
５）等に開示されたものがある。

【０００５】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． Ｄｉｔｍｍｅｒ， Ｔｈｉｎ ＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ， ９， ３１７（１９７２）〕， Ｉｎ₂Ｏ₃／
ＳｎＯ₂薄膜によるもの〔 Ｍ． Ｈａｒｔｗｅｌｌ
ａｎｄ Ｃ． Ｇ． Ｆｏｎｓｔｅｄ， ＩＥＥＥ Ｔ
ｒａｎｓ． ＥＤ Ｃｏｎｆ．， ５１９（１９７
５）〕， 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。

【０００６】本出願人は、新規な構成を有する表面伝導
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。その基本的な構成、製造方法などは、例えば特開
平７−２３５２５５号公報、特許第２８３６０１５号、
特許第２９０３２９５号などに開示されている。

【０００７】以下ではその要点を簡単に説明する。

【０００８】上記公報に開示される表面伝導型電子放出
素子の一例を、図５（ａ）、（ｂ）に模式的に示す。図
５（ａ）、（ｂ）のように、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５を有する導電性膜４とを有してなる。図５
（ａ）はその平面模式図、図５（ｂ）はその断面模式図
である。電子放出部５は、導電性膜４の一部が、破壊・
変形ないし変質され、亀裂などで形成された部分であ
り、亀裂内部の基体１上、及びその近傍の導電性膜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。

【０００９】

【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
を長期にわた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効率の向上及び長寿命化がなされれ
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、低電力（低電圧、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。画
像形成装置では電子放出素子から放出された電子が数ｋ
Ｖ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、フェースプレート上の蛍光体を照射し発光させ
る。

【００１０】ところが、前述の炭素を有する膜（カーボ
ン膜）の組成物が、素子を取り巻く雰囲気などにより化
学的な組成変化を起こしたり、駆動時に発生する熱や種
々の加熱工程などにより脱離したり、する場合がある。
そして、このような組成変化や脱離は、電子放出特性の
不安定性や劣化の原因となる場合がある。

【００１１】更には、駆動時に上記脱離が起ると、素子
周辺の圧力が局所的に上昇する。このため、上記脱離物
に起因すると思われる放電等で、導電性膜や電極が破壊
され、素子の急激な劣化を引き起こす場合がある。

【００１２】また、上述した脱離を伴なう素子を高密度
に配列した電子源においては、隣接する素子間の距離が
近い。このため、１つの素子から発生した脱離物の影響
が隣接する素子まで及ぶことが予想される。その結果、
素子の不安定性や劣化、放電等の現象がより顕著になる
ことに加え、電子源の均一性の低下や、画像形成装置の
表示画像品位の低下を生じる場合がある。

【００１３】そこで、本発明では、化学的および熱的に
安定なカーボン膜を有する電子放出素子を得ることで、
長期に渡り、安定な電子放出特性と、優れた電子放出効
率を有する電子放出素子を得ることを目的とする。ま
た、電子放出効率に優れ、長期に渡り均一性の高い電子
放出特性をもつ電子源を得ることをも目的とする。さら
には、上記した電子放出特性の変動や劣化が抑制され、
均一性の高い画像を、長時間得ることが可能な画像形成
装置を得ることをも目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、上記問題点を鑑
みて検討した結果、本発明の電子放出素子は、基体表面
上に配された第一および第二の電極間に電圧を印加する
ことで電子を放出する電子放出素子であって、第一の間
隙を置いて、第一の電極に電気的に接続されたカーボン
膜と第二の電極に電気的に接続されたカーボン膜とが配
されており、該カーボン膜が、配向性を有する領域を有
し、該領域の配向方向が、前記基体の表面に対して水平
方向である、ことを特徴とする。

【００１５】本発明の電子放出素子は、また、基体と、
前記基体表面上に配置された、第一および第二の電極
と、前記電極間に、第二の間隙を置いて配置され、前記
第一および第二の電極のそれぞれに接続する第一および
第二の導電性膜と、前記第二の間隙内に、第一の間隙を
置いて配置され、前記第一および第二の導電性膜のそれ
ぞれに接続する第一および第二のカーボン膜とを有し、
前記第一および第二のカーボン膜は、それぞれ、前記第
一および第二の導電性膜の一部を覆っており、そして、
前記導電性膜上に配置されたカーボン膜が、前記基体表
面に対し、略法線方向に配向する領域を有することを特
徴とする。

【００１６】本発明の電子放出素子は、また、前記カー
ボン膜が、特定の配向性を持たない領域を有し、且つ、
該特定の配向性を持たない領域が、前記基体表面に対し
て略水平方向に配向する領域と、前記基体表面に対して
略法線方向に配向する領域との間に配置される、ことを
特徴とするものである。

【００１７】本発明は、さらには、上記電子放出素子を
基体上に複数配列した電子源をも特徴とするものであ
り、さらには、上記電子源と、画像形成部材とを有する
画像形成装置をも特徴とするものである。

【００１８】本発明の電子放出素子においては、優れた
効率を長期に渡り、安定に得ることができる。また、本
発明の電子源においては、均一性に優れ、また、長期に
渡り、安定な電子放出特性を得ることができる。さら
に、本発明の画像形成装置においては、均一性に優れた
表示画像を安定に長期に渡って得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を詳細に説明する。

【００２０】図１（ａ）、（ｂ）は本発明の平面型の電
子放出素子を模式的に現した平面図と断面図である。基
体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工程等により導電性薄膜４の
一部に形成された第二の間隙６を置いて、導電性膜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
電性膜４が例えば、図１の示す様に、電極２、３の表面
を覆うことで、一対の電極と導電性膜とが電気的に接続
されている。導電性膜４と電極２，３との接続は、図１
に示す形態に限らず、導電性膜４上に電極２，３を配置
する等しても良い。尚、図１（ａ）、（ｂ）では導電性
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、第二の間隙６の一部で繋がっている場合が
ある。

【００２１】さらに、後述する活性化工程により、第２
の間隙６内の基体１上、及びその近傍の導電性膜４上
に、炭素を有する膜（カーボン膜）１０が配される。

【００２２】炭素を有する膜（カーボン膜）１０は、第
２の間隙６内に配された、第一の間隙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。

【００２３】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２２
に示すように素子電極２、３上にまで覆うことも可能で
あり、更には、導電性膜４を用いずに、電極２，３と直
接接続する構成とすることもできる。

【００２４】導電性膜４は、詳しくは後述するが、非常
に薄い膜であるため、製造プロセス時や駆動時での熱な
どによって凝集などの熱的な構造変化や組成変化を起こ
しやすい。そのため、本発明においては、導電性膜を用
いる場合には、上記カーボン膜１０で導電性膜表面を覆
って配置している。そして、特には電極２，３間に位置
する導電性膜表面全てを覆うことで導電性膜の熱的な構
造変化などによる素子特性の変動を抑制することが好ま
しい。また、導電性膜を用いない場合には、素子電極間
が前述の第二の間隙に相当する。

【００２５】なお、図１では、第一の間隙７を境に、炭
素を有する膜（カーボン膜）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（カーボン
膜）１０は、第一の間隙７の一部で繋がっている場合も
ある。

【００２６】以上の構成からなる、図１に示した本発明
の電子放出素子は、電極２，３間に電圧を印可すること
で、電子放出部５から電子が放出される。

【００２７】また、炭素を有する膜１０の厚さは、５ｎ
ｍ以上１００ｎｍ以下の範囲とするのが好ましい。

【００２８】本発明の電子放出素子においては、カーボ
ン膜１０が特定の配向性を有する。本発明における配向
する方向とは、グラファイト（００２）面に相当する格
子縞の積み重なる方向（格子縞に対し垂直方向）を指
す。

【００２９】そして、少なくとも導電性膜（４）上（導
電性膜を用いない形態であれば電極（２，３）上）に配
置される上記カーボン膜は、図１（ｃ）、図１９
（ａ）、（ｂ）にその断面模式図を示したように、グラ
ファイト（００２）面に相当する格子縞が基体表面に対
して略法線方向に配向した構造を有している。

【００３０】図１９（ａ）は、上記した導電性膜４上で
観察される格子縞を模式的に示した断面図であり、図１
９（ｂ）は、図１９（ａ）の一部を拡大して示した断面
模式図である。

【００３１】尚、前記した導電性膜４を用いない形態に
おいても、電極（２，３）上のカーボン膜で観察される
格子縞は図１９に示した模式図と基本的に同一である。

【００３２】カーボン膜１０は、前述したように、非常
に薄い膜状に配置され、その多くの領域が、前記導電性
膜およびあるいは前記電極上に配置されている。

【００３３】このため、少なくとも導電性膜（４）上
（導電性膜を用いない形態であれば電極（２，３）上）
に配置される上記カーボン膜を、基体表面に対して略法
線方向に配向するカーボン膜１０とすることで、素子を
取り巻く雰囲気に露出するカーボン膜の表面の多くを熱
的および化学的に安定なものとすることができる。その
結果、電子放出素子の駆動時や、画像形成装置製造時の
加熱工程などによる、炭素を有する膜からの種々の脱離
や組成変化が抑制することができる。さらには、不純物
の吸着等の影響も低減されるため、長時間に渡り安定な
電子放出特性が得られる。

【００３４】なお、格子縞の配向する方向は、図１９に
示した基体表面に対する法線から±３０度の範囲にあ
る。また、ここでいう格子縞の配向する方向とは、グラ
ファイト（００２）面に相当する格子縞の重なる方向
（格子縞に対し垂直方向）を指す。

【００３５】また、上記格子縞の間隔は、４．７Å以下
のもので構成されることが好ましく、さらには、３．５
Å以上４．７Å以下のもので構成されることがより好ま
しい。

【００３６】さらに、本発明の炭素を有する膜（カーボ
ン膜）１０は、グラファイト（００２）面に相当する格
子縞（配向性を有する方向）が基体１の表面に対して水
平方向に配向した構造を有していることが好ましい。

【００３７】上記基体１の表面に対して水平方向に配向
した格子縞は、図１（ｃ）、図１８（ａ），（ｂ）に模
式的に示したように、第一の間隙７近傍、すなわち第一
の間隙７を挟んで対向する領域に配されるのが最も好ま
しい。

【００３８】図１（ｃ）は、図１（ｂ）で示した間隙６
近傍で観察される炭素を有する膜の格子縞の様子を模式
的に表した断面図である。

【００３９】上記第一の間隙７に面している部分のカー
ボン膜１０は、非常に薄いとは言え、有限の厚みをもっ
ており、また第一の間隙を形作る部分である。さらに
は、上記第一の間隙近傍は、素子を駆動している時に
は、最も熱が発生する領域であり、強電界が印加される
領域であり、そして何より、電子が放出される場所であ
る。そのため、上記第一の間隙近傍は、化学的にそして
熱的に安定であることが好ましい。つまり、第一の間隙
に面している部分のカーボン膜の表面に不純物などの吸
着が起れば、化学的な組成変化などが生じ、さらには仕
事関数の変動などが生じる場合がある。また、素子を取
り巻く雰囲気と反応して、カーボン膜の組成物が脱離を
起こしたり、熱などによってカーボン膜の組成物が蒸発
したりすると第一の間隙７の形状が変化してしまう場合
がある。これらの結果、電子放出特性の変動や劣化の原
因になる可能性がある。

【００４０】従って、第一の間隙に面している部分での
カーボン膜１０の配向する方向を、上記のように、基体
表面に対して略水平方向に配向させることで、化学的な
安定性と熱的な安定性を得ることができる。

【００４１】図１８（ａ）は、図１（ｃ）で示した、第
一の間隙７近傍の格子縞を拡大して模式的に示した断面
図であり、図１８（ｂ）は、格子縞の間隔および格子縞
の配向する方向を示す模式図である。

【００４２】図１８（ｂ）に示したように、本発明の炭
素を有する膜（カーボン膜）１０の第一の間隙７近傍で
観察されるグラファイトの（００２）面に相当する格子
縞は、基板１の表面に対し略水平方向に配向している。
この方向に配向している格子縞は、第一の間隙７を規定
する炭素を有する膜（カーボン膜）１０の端部から電極
（２，３）方向に向かって、１００ｎｍまでの領域に好
ましく配置される。

【００４３】なお、格子縞の配向する方向は、図１８
（ｂ）に示した基体表面に対する水平線から±４５度の
範囲にある。また、ここでいう格子縞の配向する方向と
は、グラファイトの（００２）面に相当する格子縞の積
み重なる方向（格子縞に対し垂直方向）を指す。

【００４４】また、基体１の表面に対し略水平方向に配
向性を有している格子縞の間隔は、４．７Å以下のもの
で構成されることが好ましく、さらには、３．５Å以上
４．７Å以下のもので構成されることがより好ましいさ
らに、本発明のカーボン膜１０の好ましい形態として
は、炭素を有する膜（カーボン膜）１０を構成する炭素
は、第一の間隙７近傍の格子縞が基体表面に対して水平
方向に配向した領域と、格子縞が基体表面に対して略法
線方向に配向した領域との間の領域において、図２０に
その断面模式図を示したように、グラファイト（００
２）面に相当する格子縞が特定の配向方向を示さないよ
うな構造を有していることが好ましい。

【００４５】このような構成とすることで、配向性が変
化する領域での炭素を有する膜の形状が構造的にも、熱
的にも安定になるため、さらに長時間に渡り安定な電子
放出特性を有する電子放出素子が得られる。

【００４６】ここで、「特定の配向方向を示さない」と
は、文字通り、後述する観察方法によっても配向性を特
定することができない場合や、炭素を有する膜（カーボ
ン膜）１０の膜厚方向において、前記した水平方向およ
び法線方向に定義される双方の配向方向を有する場合
や、上記水平方向および法線方向に定義される範囲から
外れる配向方向を有する場合をも含む。

【００４７】以上述べた様に、本発明における、炭素を
有する膜１０の最も好ましい形態は、第一の間隙７近傍
の領域の格子縞が基体表面に対して略水平方向に配向
し、第一の間隙７から離れた領域の格子縞が基体表面に
対して略法線方向に配向し、さらに、その両者が繋がる
領域における格子縞が特定の配向方向を示さない構造で
ある（図１（ｃ））。そして、図１（ｃ）に示した様
に、上述した配向性を有するカーボン膜１０が、第一の
間隙７を挟んで、略対称に配置されていることが電子放
出特性の安定性の観点から重要となる。

【００４８】尚、図１（ｃ）では、第一の間隙７近傍の
格子縞が基体表面に対して水平方向に配向した領域と、
第一の間隙７から離れた格子縞が基体表面に対して略法
線方向に配向した領域とが繋がる領域（前述の特定の配
向方向を示さない領域）は、第二の間隙６内の基板上に
位置している例を示している。しかしながら、前述した
ように、導電性膜を設けない場合や、電極間の距離ある
いは第二の間隙間隔などによっては、特定の配向方向を
示さない領域は、導電性膜上あるいは電極上に位置する
場合もある。

【００４９】前述した本発明における、炭素を有する膜
（カーボン膜）１０で観察される格子縞及び、格子縞の
配向する方向、さらには格子縞の間隔は、以下のように
して評価及び観察される。

【００５０】評価方法の一例としてＦＩＢ（集束イオン
ビーム）−断面ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）法を挙げる
が、炭素を有する膜（カーボン膜）の配向性の評価に不
都合がなければ特に限定されるものではない。

【００５１】この評価法では、断面ＴＥＭ観察用試料作
製にＦＩＢ加工を用いているので、間隙６、７を含むよ
うにして長さ数十μｍの領域で厚さ１００ｎｍ以下の薄
片部を作製することが可能であり、電子放出部とその近
傍及びその周囲の炭素を有する膜１０の断面をＴＥＭに
よって評価することが可能である。

【００５２】次にＴＥＭによる炭素を有する膜１０の配
向性の評価方法であるが、主に以下に示す３つの方法が
挙げられる。

【００５３】（１）炭素を有する膜１０の高倍率のＴＥ
Ｍ像を撮影し、炭素を有する膜１０の格子縞を観察す
る。ここで格子縞の方向から配向方向が、格子縞の間隔
から面間隔が求まる。

【００５４】（２）炭素を有する膜１０にマイクロプロ
ーブを照射したときに得られる回折図形を撮影し、回折
リングの強度分布を測定する。このとき配向がある場合
には回折リングの強度分布は不均一になり、回折リング
の強度が強い方向が配向方向となる。また回折リングの
強度極大の位置と回折図形の原点との距離から格子縞の
間隔が求まる。

【００５５】（３）炭素を有する膜１０の高倍率のＴＥ
Ｍ像の格子縞を撮影した像にフーリエ変換を行なって回
折図形を求めて、回折リングの強度分布を測定する。こ
のとき配向がある場合には回折リングの強度分布は不均
一になり、回折リングの強度が強い方向が配向方向とな
る。また回折リングの強度極大の位置と回折図形の原点
との距離から格子縞の間隔が求まる。

【００５６】ここで（２）、（３）のように回折図形を
得たのちに、配向方向の回折リングの強度と、それと直
交する方向の回折リングの強度を比較（例えば強度比を
とる）することにより、配向の強さを数値化することも
できる。

【００５７】ただし以上の方法は原理的にほとんど等価
とみなせるので、配向性の評価にどの方法を用いても特
に構わない。

【００５８】次に、本発明の電子放出素子の製造方法の
一例を以下に説明する。素子電極、導電性膜を形成する
工程、フォーミング工程、活性化工程を、図２（ａ）〜
図２（ｄ）を用いて、簡単に説明する。

【００５９】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
２（ａ））。

【００６０】尚、前述した様に、導電性膜４を用いず
に、炭素を有する膜（カーボン膜）１０を電極２，３上
に形成する場合には、例えばＦＩＢ法などを用いて、電
極２，３間の間隔を、後述するフォーミング工程で形成
する第二の間隙６程度に設定すれば良く、その場合に
は、以下の２）および３）の工程を省くことができる。
しかしながら、低コストに本発明の素子を作成するため
には、上記導電性膜４を用いて形成することが好まし
い。

【００６１】２）素子電極２，３を設けた基板１に、例
えば、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。続いて、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、導電性膜４を形成する（図２（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。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。

【００６２】導電性膜４の膜厚は、電極２、３へのステ
ップカバレージ、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から数千Åの範囲とするのが好ましく、より好
ましくは１０Åより５００Åの範囲とするのが良い。そ
の抵抗値は、Ｒｓが１０²Ω／□から１０⁷Ω／□の値で
ある。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの薄膜
の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに現れる
値で、抵抗率をρとすれば、Ｒｓ＝ρ／ｔである。本願
明、フォーミング細書において処理については、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、導電性膜４に第二の間隙６を形
成する処理を包含するものである。

【００６３】導電性膜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、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、Ｓ
ｎＯ₂、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等の半導体等の中から適宜選択される。

【００６４】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。導電性膜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１．３×１
０^{- 3}Ｐａ程度の圧力となるように排気し、電極２，３間
に、不図示の電源を用いて、通電を行うと、導電性膜４
に、第二の間隙６が形成される（図２（ｃ））。

【００６５】上記通電に用いられる、電圧波形として
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。

【００６６】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１μｓｅ
ｃ．〜１０ｍｓｅｃ．であり、Ｔ２は、１０μｓｅｃ．
〜数百ｍｓｅｃ．の範囲で設定される。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。

【００６７】図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図４
（ａ）に示したのと同様としても良い。また、三角波の
波高値は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ、所望のレ
ートで増加させても良い。

【００６８】通電フォーミング処理の終了は、例えば、
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。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、フォーミング処
理前の抵抗の１０００倍以上の抵抗を示した時、通電フ
ォーミングを終了させる。

【００６９】なお、フォーミングの方法としては、上記
の方法以外でも、第二の間隙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。

【００７０】４）次いで活性化工程を行う。本発明の活
性化工程は、例えば、アクリロニトリルのガスを含有す
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内の基板上、及び間隙６の周囲
の導電性膜４上に、前述した構造をもつ炭素を有する膜
（カーボン膜）１０を配する工程である（図２
（ｄ））。

【００７１】この工程により、第二の間隙６内に、第二
の間隙６よりも狭い、第一の間隙７が形成される。ま
た、活性化工程により、電極２，３間に流れる電流（素
子電流Ｉｆ）は著しく変化し、また、電子放出電流Ｉｅ
も増大する。活性化工程の終了判定は、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。

【００７２】電極２，３間に電流が流れることは、活性
化工程により形成した炭素を有する膜１０が、電極２，
３に電気的に接続されていることを示している。

【００７３】また、前述の基板表面に対し略水平方向に
配向性を有する領域および、特定の配向性を示さない領
域を形成するためには、上記フォーミング工程後、活性
化工程を行う前に、素子および基板１を加熱しながら排
気する工程を施すことが好ましい。また、上記加熱しな
がら排気することで、上記フォーミング工程時の圧力よ
りも低い圧力とすることが好ましく、さらには、本活性
化工程で導入するガス圧力は上記フォーミング工程時の
圧力よりも低いことがより好ましい。

【００７４】５）上述した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、電子放出素子に吸着した有機物質分子などを除去す
る工程である。この工程は、例えば、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とにより行
われる。

【００７５】この工程に用いる真空排気装置としては、
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の組み合
わせた真空排気装置等である。この排気により、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^{- 6}Ｐａ以下に
することが好ましく、さらには１．３×１０^{- 8}Ｐａ以下
が特に好ましい。また、真空容器内を排気するときに
は、真空容器全体を加熱することで、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。

【００７６】このときの加熱条件は、８０〜３００℃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
（全圧）も、極力低くすることが必、１．３×１０^{- 5}Ｐ
ａ以下が好ましく、さらに１．３×１０^{- 6}Ｐａ以下が特
に好ましい。

【００７７】上記、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。

【００７８】このような工程を経ることにより、素子上
への、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制でき
る。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Ｉｅ
が、安定する。

【００７９】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。

【００８０】図３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３において、３５は真空容器で
あり、３６は排気ポンプである。真空容器３５内には、
前述の安定化工程まで終えた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は電極、４は導電性膜、５は前記間隙７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は電極２，３間
の導電性膜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５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である。３２はアノード
電極３４に電圧を印加するための高圧電源、３３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〜１
０ｋＶ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。また、真空容器３５内には、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。電
源３１が十分な電力を供給できるものを用いた場合に
は、この装置により上記フォーミング工程を行うことも
出来る。また、さらには、真空処理装置の全体および素
子を、ヒーターにより加熱できるようにすれば、上記の
安定化工程に使用することもできる。

【００８１】図７は、図３に示した真空処理装置を用い
て測定された本発明の電子放出素子の放出電流Ｉｅ、素
子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆ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。

【００８２】図７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Ｉｅに関して三つの特徴的性質を
有する。

【００８３】即ち、 （ｉ）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。 （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。 （ｉｉｉ）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Ｖ
ｆを印加する時間により制御できる。

【００８４】以上の説明より理解されるように、本発明
の電子放出素子は、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である。

【００８５】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（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を示した。

【００８６】また、本発明の電子放出素子は、前述した
図１に示す様な平面型の構造だけではなく、以下に説明
する垂直型の構造も取ることができる。

【００８７】図２１は、本発明の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。

【００８８】図２１においては、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、段さ形成部である。基板１、素子電極２及
び３、導電性膜４、電子放出部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。段さ形成部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。段さ形成部２１の膜厚は、先に述べた平面
型の表面伝導型電子放出素子の電極間隔Ｌに対応し、数
千Åから数十μｍの範囲とすることができる。この膜厚
は、段さ形成部の製法，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、数百Åから数μｍの範囲が
好ましい。

【００８９】導電性膜４は、素子電極２及び３と段さ形
成部２１作成後に、電極２，３の上に積層される。電子
放出部５は、図２１においては、段差形成部２１の側面
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。

【００９０】垂直型の場合においても、平面型と同様
に、炭素を有する膜１０は、図１（ｃ）、図１８、図１
９に示す様に配向性を有している。平面型との違いは、
その配向性を有する方向の基準が、平面型においては基
板１であり、垂直型においては段差形成部材２１である
点だけである。垂直型は、平面型に比べ、基板に対し
て、素子自体が占める面積が小さくできるので、より高
密度に配列形成することができる。垂直型の場合におい
ても、電子放出特性は、前述した平面型の電子放出特性
と同様である。

【００９１】上述した本発明の電子放出素子の特性を利
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説明する。

【００９２】本発明の表面伝導型電子放出素子について
は、前述したとおり（ｉ）ないし（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。

【００９３】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８を用いて説明する。図８において、１は基
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。

【００９４】ｍ本のＸ方向配線８２は、Ｄｘ１，Ｄｘ
２，…，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。

【００９５】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を形成した基板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
８２とＹ方向配線８３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は、それぞれ外部端子として引き
出されている。

【００９６】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と金属等からなる結線８５によって電気的に
接続されている。

【００９７】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。

【００９８】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
査信号と変調信号の差電圧として供給される。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】図１１は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１１において、１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Ｄｘ１〜Ｄｘ１０であ
る。電子放出素子１１１は、基板１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Ｄｘ
２〜Ｄｘ９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配線とする
こともできる。

【０１０２】上記のいずれの方式の電子源についても、
本発明の製造方法が適用できる。

【０１０３】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
を示す模式図であり、図６は、図９の画像形成装置に使
用される蛍光膜の模式図である。

【０１０４】図９において、１は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。９
２は、支持枠であり該支持枠９２には、リアプレート９
１、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。

【０１０５】８４は、本発明の電子放出素子である。８
２、８３は、本発明の電子放出素子を構成する一対の素
子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。

【０１０６】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１の強度を
補強する目的で設けられるため、基板１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１に直接支持枠９２を封着し、
フェースプレート９６、支持枠９２及び基板１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９８を構成することもできる。

【０１０７】図６は、蛍光膜９４を示す模式図である。
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導電材６１と蛍光体６２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９
４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。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、沈澱法、印刷法等が採用
できる。

【０１０８】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９６
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。

【０１０９】フェースプレート９６には、更に蛍光膜９
４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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。電子源を構成する各電子放出素子
の活性化工程までは、すでに述べた方法により行う。こ
の後安定化工程を行ってから、該電子源、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う。或いは、上記組立工程を行った
後、フォーミング工程や活性化工程、および安定化工程
を行っても良い。

【０１１２】図１０は、特に、外囲器を組み立てた後の
工程に用いる装置の概要を示す模式図である。外囲器９
８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１
０５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の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１０３内
の圧力などを測定する。

【０１１３】前述した安定化工程や封止工程は、例え
ば、外囲器９８を加熱して、８０〜３００℃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１０７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
て封じきることにより行われる。

【０１１４】好ましくは、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。蒸発型ゲッタ
ーを用いる場合には、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。

【０１１５】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１
２０と接続されたＧ₁，Ｇ₂，…，Ｇ_nからなる容器外端
子である。

【０１１６】ここに示した画像形成装置と、図９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、電子源とフェースプレートの間にグリッド電極１２
０を備えているか否かである。

【０１１７】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−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−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。

【０１１８】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。

【０１１９】従って、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、前述した単純マトリ
クス配置の画像形成装置の場合とほぼ同様である。

【０１２０】

【実施例】〔実施例１〕本実施例により形成された電子
放出素子は、図１に模式的に示される構成を有する。

【０１２１】以下に本実施例で作製した電子放出素子の
製造工程を図を用いて説明する。

【０１２２】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（２５０
０ｒｐｍ、４０秒）し、８０℃２５分間のプリベークを
行った。

【０１２３】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。

【０１２４】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．で膜厚を１０ｎｍとし
た。

【０１２５】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Ｌは２μｍ、電極長Ｗは５
００μｍである。（図２（ａ））

【０１２６】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成膜した。次いでフォトレジストＡＺ１
３７０（ヘキスト社製）をスピンナーにより塗布（２５
００ｒｐｍ、３０秒）し、９０℃、３０分間のプリベー
クを行った。

【０１２７】次いでマスクを用いた露光と現像により、
導電性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。

【０１２８】次いで、エッチャント（（ＮＨ₄）Ｃｅ
（ＮＯ₃）₆／ＨＣｌ／Ｈ₂Ｏ＝１７ｇ／５ｃｃ／１００
ｃｃ）に３０秒間浸漬し、マスク開口部のＣｒをエッチ
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。

【０１２９】次いで、有機Ｐｄ化合物の溶液（ｃｃｐ−
４２３０；奥野製薬（株）製）をスピンナーで塗布（８
００ｒｐｍ、３０秒）し、３００℃，１０分間の焼成を
行いＰｄＯより成る導電性膜を形成した。

【０１３０】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、導電性膜４を形成した。（図２（ｂ））

【０１３１】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３５内を排
気し、圧力が１．３×１０^-3Ｐａ以下となってから素子
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１ｍｓ
ｅｃ．、パルス間隔Ｔ２は１０ｍｓｅｃ．とした。波高
値が約５．０Ｖと成ったところで、フォーミングが完了
し、第二の間隙６を形成した。（図２（ｃ））

【０１３２】工程−ｄ 次いで、排気装置３６により真空チャンバー３５内を更
に排気し、圧力が１．３×１０^-5Ｐａ以下となってか
ら、トルニトリルを導入し、圧力を１．３×１０ ^-4Ｐａ
とした。まず素子電極間に図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１ｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔Ｔ４は１０ｍｓｅｃ．とし、波高値を
１０Ｖから１５Ｖまで３５分間かけて漸増させた。その
後に素子電極間に図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１ｍｓｅｃ．、パルス
間隔Ｔ４は１０ｍｓｅｃ．とした。本工程により、図２
（ｄ）に示すように、カーボン膜１０および第一の間隙
７が形成された。

【０１３３】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．
３×１０^-6Ｐａの圧力に到達した。

【０１３４】次いで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の間隔は４ｍｍにセット
した。

【０１３５】本実施例の素子を一定時間駆動したとこ
ろ、素子電流Ｉｆおよび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、カーボン膜１０
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。

【０１３６】また、ＦＩＢ−ＴＥＭ法を用いて、実施例
１の電子放出素子の形態の断面観察を行なった。ここで
観察はイメージングプレートを用いてのデジタル記録で
行なった。まず低倍率で観察したところ図１の導電性薄
膜４に形成された間隙６内のみならず、その周囲の導電
性膜上にも炭素を有する膜（カーボン膜）１０が１０ｎ
ｍ程度以上の厚さで形成されていることがわかった。次
により高倍率でカーボン膜を観察したところ、図１９に
示す様に、下地（基体１あるいは導電性膜４）表面に対
し、略法線方向（＜±３０°）に配向した格子縞が観察
される箇所が広範囲に存在していた。さらにその格子縞
の間隔を測定したところ、３．５〜４．７Åの範囲であ
ることが観察された。

【０１３７】さらに導電性膜上のカーボン膜の観察像の
フーリエ変換を行なって回折図形を得たところ、下地
（基体あるいは導電性膜あるいは素子電極）表面に対
し、略法線方向（＜±３０°）に強度極大を持つ回折リ
ングが測定される箇所が広範囲に存在していた。また回
折リングの強度極大の位置と回折図形の原点との距離か
ら求めた格子縞の間隔が３．５〜４．７Åの範囲に測定
された。また強度極大のある方向の回折リングの強度
を、それと直交する方向の回折リングの強度で除した比
が２．５以上であると測定された。

【０１３８】〔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。以下、図１６，１７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。

【０１３９】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１として、こ
の上にＣｒ５ｎｍ、Ａｕ６００ｎｍ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））

【０１４０】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））

【０１４１】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Ｃ
Ｆ₄とＨ₂を用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅ
ｃｈｉｎｇ）方により、層間絶縁層１４１をエッチング
した。（図１６（ｃ））

【０１４２】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−４１；日立化成社製）のマス
クパターンを形成し、真空蒸着法により５ｎｍのＴｉ、
１００ｎｍのＮｉを順次堆積、次いで有機溶剤によりフ
ォトレジストを除去してリフトオフにより素子電極２，
３を形成した。素子電極の間隔Ｌは３μｍとした。（図
１６（ｄ））

【０１４３】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Ｔｉ、５００ｎｍのＡｕの
積層構造を有する上配線８３を形成した。（図１７
（ｅ））

【０１４４】工程−Ｆ 実施例１の工程−ｂと同様のＣｒマスクを用いたリフト
オフにより、ＰｄＯより成る導電性膜４を形成した。
（図１７（ｆ））

【０１４５】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、５ｎｍ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））

【０１４６】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。

【０１４７】電子源の基板１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９６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９８を形成した。フェースプレートの内面には蛍光
膜９４とメタルバック９５が形成されている。蛍光膜９
４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。

【０１４８】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
取り付けられている。

【０１４９】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工程
を行い、各導電性膜に第二の間隙６を形成した。

【０１５０】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活性化工程を行った。

【０１５１】工程−Ｊ ついで、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、安定化工程をおこなった結果、約３時間で
内部の圧力が１．３×１０^-6Ｐａに到達した。

【０１５２】以上の工程により作成された外囲器に不図
示の駆動回路を取り付け、メタルバックに１０ｋＶの高
電圧を印加し、ＴＶ信号を入力して画像を表示させたと
ころ、放電と見られる現象は起きず、高輝度で高精細な
画像が長時間に渡って安定に得られた。

【０１５３】〔実施例３〕実施例１の工程−ｄを以下に
示す工程−Ｄ２に変更した以外は、実施例１と同様な工
程で電子放出素子を形成した。

【０１５４】工程−Ｄ２ 次いで、排気装置３６により真空チャンバー３５内を排
気し、圧力が１．３×１０^-5Ｐａ以下となってから、ア
クリロニトリルを導入し、圧力を１．３×１０ ^-3Ｐａと
した。まず素子電極間に図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１ｍｓｅｃ．、
パルス間隔Ｔ４は１０ｍｓｅｃ．とし、波高値を１０Ｖ
から１５Ｖまで３５分間かけて漸増させた。このとき素
子電極間にパルス電圧を印加していないときには、電子
銃（不図示）から素子にパルス的に電子線の照射を行な
った。その後に素子電極間に図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１ｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔Ｔ４は１０ｍｓｅｃ．とした。このと
き素子電極間にパルス電圧を印加していないときには、
電子銃（不図示）から素子にパルス的に電子線の照射を
行なった。本実施例では、カーボン膜に電子線を照射し
ながら活性化工程を行った。

【０１５５】本実施例の素子は、実施例１の素子に比
べ、より長時間安定な電子放出特性を示した。そして、
実施例１と同様の評価法を用いて炭素を有する膜を評価
したところ、基板表面に対し略法線方向に配向性を有し
た格子縞がより広範囲にわたり明瞭に観測された。

【０１５６】〔実施例４〕本実施例により形成された電
子放出素子は、図１に模式的に示される構成を有する。

【０１５７】以下に本実施例で作製した電子放出素子の
製造工程を図を用いて説明する。

【０１５８】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（２５０
０ｒｐｍ、４０秒）し、８０℃，２５分間のプリベーク
を行った。

【０１５９】次いで、電極２，３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、１
２０℃，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。

【０１６０】次いでＮｉを真空蒸着法より成膜した。成
膜レートは０．３ｎｍ／ｓｅｃ．で膜厚を１０ｎｍとし
た。

【０１６１】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Ｌは２μｍ、電極長Ｗは５
００μｍである。（図２（ａ））

【０１６２】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成膜した。次いでフォトレジストＡＺ１
３７０（ヘキスト社製）をスピンナーにより塗布（２５
００ｒｐｍ、３０秒）し、９０℃、３０分間のプリベー
クを行った。

【０１６３】次いでマスクを用いた露光と現像により、
導電性膜４の形状に対応する開口を形成、１２０℃，３
０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。

【０１６４】次いで、エッチャント（（ＮＨ₄）Ｃｅ
（ＮＯ₃）₆／ＨＣｌ／Ｈ₂Ｏ＝１７ｇ／５ｃｃ／１００
ｃｃ）に３０秒間浸漬し、マスク開口部のＣｒをエッチ
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。

【０１６５】次いで、有機Ｐｄ化合物の溶液（ｃｃｐ−
４２３０；奥野製薬（株）製）をスピンナーで塗布（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膜を形成した。

【０１６６】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
ターンの導電性膜４を形成した。（図２（ｂ））

【０１６７】工程−ｃ（フォーミング工程） 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、排気装置３６により真空チャンバー３５内を排気
し、圧力が１．３×１０^{- 3}Ｐａ以下となってから電極
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、第二の間隙６を形成した。（図２（ｃ））

【０１６８】工程−ｄ（活性化工程） 次いで、排気装置３６により真空チャンバー３５内を排
気しながら、真空チャンバー３５およびフォーミング工
程を終えた素子を１５０℃で２時間のベーキングを行っ
た。そして、室温まで降温したところで、真空チャンバ
ー３５内の圧力が１．３×１０^{- 6}Ｐａ以下となった。

【０１６９】その後、トルニトリルを、圧力が１．３×
１０^{- 4}Ｐａとなるまで真空チャンバー３５内に導入し、
圧力が安定するまで１時間保持した後、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印加した。ここでパル
ス幅Ｔ３は１ｍｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ４は１０ｍｓｅ
ｃ．とし、波高値を１０Ｖから１５Ｖまで３５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１ｍｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ４は１０ｍｓｅ
ｃ．とした。本工程により、上記フォーミング工程で形
成した第二の間隙６内の基板１上、および第二の間隙６
近傍の導電性膜４上にカーボン膜１０を形成した（図２
（ｄ））。また、同時に第一の間隙７を形成した。

【０１７０】工程−ｅ 次いで、排気装置３６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、
真空チャンバー３５内は１．３×１０^{- 6}Ｐａの圧力に到
達した。

【０１７１】次いで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２，３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の間隔は４ｍｍにセ
ットした。

【０１７２】本素子を一定時間駆動したところ、素子電
流Ｉｆ及び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察されず、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、炭素を有する膜（カーボン
膜）１０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。

【０１７３】次にＦＩＢ−ＴＥＭ法を用いて、本実施例
の活性化工程を終えた段階での形態の断面観察を行なっ
た。ここで観察はイメージングプレートを用いてのデジ
タル記録で行なった。まず低倍率で観察したところ図１
の導電性膜４に形成された間隙６内のみならず、その周
囲の導電性膜４上にも炭素を有する膜１０が１０ｎｍ程
度以上の厚さで形成されている箇所が存在していること
がわかった。さらには、第二の間隙６内に、第二の間隙
６よりも幅の狭い第一の間隙７を置いて、カーボン膜１
０が対向していることが確認された。次に、より高倍率
で堆積物を観察したところ、以下のような観察結果を得
た。

【０１７４】まず、第一の間隙７に面する炭素を有する
膜（カーボン膜）１０の端部から、素子電極２および３
に向かって１００ｎｍの範囲において、カーボン膜１０
には、基体表面に対して略水平方向（基体表面に対して
±４５°以内）に配向した格子縞が観察される箇所が広
範に存在していた（図１８）。さらにその格子縞の間隔
を測定したところ、その間隔が３．５〜４．３Åの範囲
に観察された。また、その領域のカーボン膜１０の観察
像のフーリエ変換を行なって回折図形を得たところ、基
体表面に対して水平方向近傍（基体表面に対して±４５
°以内）に強度極大を持つ回折リングが測定される箇所
が存在していた。また回折リングの強度極大の位置と回
折図形の原点との距離から求めた格子縞の間隔が３．５
〜４．３Åの範囲であった。

【０１７５】また強度極大のある方向の回折リングの強
度を、それと直交する方向の回折リングの強度で除した
比は、２．５以上であると測定された。

【０１７６】また、カーボン膜１０の、前述の範囲より
も、電極２，３側に離れた場所では、基体表面に対して
略法線方向（基体表面に対する法線方向から±３０°以
内）に配向した格子縞が観察される箇所が広範囲に存在
していた（図１９）。さらにその格子縞の間隔を測定し
たところ、その間隔が３．７〜４．７Åであった。ま
た、その領域のカーボン膜１０の観察像のフーリエ変換
を行なって回折図形を得たところ、基体表面に対して法
線方向近傍（基体表面に対する法線方向から±３０°以
内）に強度極大を持つ回折リングが測定される箇所が存
在していた。さらには、回折リングの強度極大の位置と
回折図形の原点との距離から求めた格子縞の間隔は、
３．７〜４．７Åの範囲であった。また強度極大のある
方向の回折リングの強度を、それと直交する方向の回折
リングの強度で除した比は、２．５以上であった。

【０１７７】上記基体表面に対して水平方向近傍（＜±
４５°）に配向した格子縞が観察される箇所と、上記基
体表面に対して法線方向近傍（＜±３０°）に配向した
格子縞が観察される箇所の境の領域を注意深く観察した
ところ、図２０に示すように、この個所では格子縞が特
定の配向方向を示さなかった。

【０１７８】〔実施例５〕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、図中の折れ線Ａ−Ａ’に沿った
断面の構造を図１５に示す。以下、図１６、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。

【０１７９】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、Ａｕ６００ｎｍ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））

【０１８０】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））

【０１８１】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Ｃ
Ｆ₄とＨ₂を用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅ
ｃｈｉｎｇ）方により、層間絶縁層１４１をエッチング
した。（図１６（ｃ））

【０１８２】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−４１；日立化成社製）のマス
クパターンを形成し、真空蒸着法により５ｎｍのＴｉ、
１００ｎｍのＮｉを順次堆積、次いで有機溶剤によりフ
ォトレジストを除去してリフトオフにより素子電極２，
３を形成した。素子電極の間隔Ｌは３μｍとした。（図
１６（ｄ））

【０１８３】工程−Ｅ 工程−Ａと同様のフォトレジストを用いたフォトリソグ
ラフィー法により、５ｎｍのＴｉ、５００ｎｍのＡｕの
積層構造を有する上配線８３を形成した。（図１７
（ｅ））

【０１８４】工程−Ｆ 実施例１の工程−ｂと同様のＣｒマスクを用いたリフト
オフにより、ＰｄＯより成る導電性膜４を形成した。
（図１７（ｆ））

【０１８５】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、５ｎｍ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な
い、フォーミング前の電子源基板を作製した。（図１７
（ｇ））

【０１８６】上記フォーミング前の電子源を用い、図９
に示す構成の画像形成装置を作成した。

【０１８７】上記フォーミング前の電子源基板１をリア
プレート９１に固定し、基板１の５ｍｍ上方にフェース
プレート９６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９４とメタルバック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。

【０１８８】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（不図示）も取り
付けた。

【０１８９】工程−Ｈ 上記外囲器を不図示の排気管を介して、真空排気装置に
接続し、外囲器内部を１．３×１０^{- 5}Ｐａまで真空排気
した。その後、各配線を通じて、実施例１の工程−ｃと
同様に三角波パルスを印加し、フォーミング工程を行っ
て第一の間隙を形成した。

【０１９０】工程−Ｉ 続いて実施例４の工程−ｄと同じ条件で活性化処理を行
い、炭素を有する膜を形成した。

【０１９１】工程−Ｊ 次いで、実施例４の工程−ｅと同様に、外囲器内部を排
気しながら、加熱することで、安定化工程を行った。そ
の結果、約３時間で外囲器内部は、圧力が１．３×１０
^{- 6}Ｐａに到達した。

【０１９２】実施例４と同様に電子放出特性を測定した
ところ、すべての素子が正常に電子放出を行った。

【０１９３】以上の工程により作成された外囲器に不図
示の駆動回路を取り付け、メタルバックに１０ｋＶの高
電圧を印加し、ＴＶ信号を入力して画像を表示させたと
ころ、放電と見られる現象は起きず、高輝度で高精細な
画像が長時間にわたって安定に得られた。

【０１９４】〔比較例〕本比較例においては、工程−ａ
から工程−ｃまで、実施例４と同様の工程により電子放
出素子を作製した。

【０１９５】工程−ｄ 次いで、排気装置３６により真空チャンバー３５内を排
気しながら、圧力が１．３×１０^{- 6}Ｐａ以下となった。
その後、アセトンを、圧力が１．３×１０^{- 2}Ｐａとなる
まで導入し、圧力が安定するまで保持した後、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印加した。ここ
でパルス幅Ｔ３は１ｍｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ４は１０
ｍｓｅｃ．とし、波高値を１０Ｖから１５Ｖまで３５分
間かけて漸増させた。その後に素子電極間に図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１ｍｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ４は１０ｍｓｅ
ｃ．とした。

【０１９６】工程−ｅ 次いで、排気装置３６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、
１．３×１０^{- 6}Ｐａの圧力に到達した。

【０１９７】次いで素子を室温に戻した後、実施例１と
同様に、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で極性を反転させる矩形波パルス
の電圧を印加して特性の測定を行った。なお、アノード
電極と素子の間隔は４ｍｍにセットした。

【０１９８】本比較例の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は次第に減少した。
また、この駆動の間に放電と見られる現象が数回観測さ
れた。

【０１９９】次に、実施例４同様、ＦＩＢ−ＴＥＭ法を
用いて、本比較例の電子放出素子の形態の断面観察を行
なった。まず低倍率で観察したところ導電性膜に形成さ
れた間隙内のみならず、その周囲の導電性膜上にも炭素
を有する膜１０が１０ｎｍ程度以上の厚さで形成されて
いる箇所が存在していることがわかった。次に、より高
倍率で堆積物を観察したところ、以下のような観察結果
を得た。

【０２００】まず、第一の間隙７から１００ｎｍの範囲
において、一部、格子縞が観察される箇所があったが、
特定の配向方向を示さなかった。

【０２０１】次に上記第一の間隙７から１００ｎｍの範
囲より離れた場所を観察したが、格子縞が観察される箇
所は見出せなかった。

【０２０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子においては、導電性膜に形成された間隙内の基板上
及び、導電性膜上に堆積した炭素を有する膜が、基板表
面およびまたは導電性膜の表面に対し、略法線方向に配
向性を有する。

【０２０３】さらには、電子放出部に最も近い領域、す
なわち、第一の間隙７を介して対向するところでは、炭
素を有する膜の上記格子縞が、基体表面に対して略水平
方向の配向を有している。

【０２０４】このため、炭素を有する膜（カーボン膜）
の大半の真空に接する表面が熱的および化学的により安
定である。

【０２０５】さらに、炭素を有する膜が、基体表面に対
して略水平方向に配向した、第一の間隙７に最も近い領
域と、基体表面に対して略法線方向に配向した、第一の
間隙７から離れた領域とを繋ぐ領域では、特定の配向方
向を持たないようにすることで、炭素を有する膜が不要
な応力を持たないようにすることができると考えられ
る。その結果、炭素を有する膜の形状が熱的に安定にな
っていると考えられる。

【０２０６】その結果、電子放出素子の駆動時の温度上
昇や、画像形成装置組み立て時での加熱などによる、カ
ーボン膜からの種々の脱離やカーボン膜の組成変化が抑
制され、さらに不純物の吸着等の影響も低減される。

【０２０７】以上の効果により、長時間に渡り安定な電
子放出特性を有する電子放出素子が得られた。

【０２０８】さらには、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を用いた画像形成装置にお
いては、高精細な画像を得るために電子放出素子を高密
度に配置しても非常に安定であり、また、より高いアノ
ード電圧を印加しても、寿命が長く、信頼性が高く、高
輝度で高品位な画像が得られる画像形成装置ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の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２】本発明の電子放出素子の製造工程の一部を示す
模式図である。

【図３】測定評価機能を備えた真空処理装置の構成を一
例を示す模式図である。

【図４】本発明の電子放出素子の製造工程の一部である
フォーミング工程に用いることのできる電圧波形の一例
を示す模式図である。

【図５】従来の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６】蛍光膜の一例を示す模式図である。

【図７】本発明の電子放出素子の放出電流Ｉｅ、素子電
流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係を示す模式図である。

【図８】本発明の電子放出素子をマトリクス配置した電
子源に適用した一例を示す模式図である。

【図９】本発明の電子放出素子を画像形成装置に適用し
た一例を示す模式図である。

【図１０】本発明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模式図である。

【図１１】本発明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模式図である。

【図１２】本発明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模式図である。

【図１３】本発明の電子放出素子の製造工程の一部であ
る活性化工程に用いることのできる電圧波形の一例を示
す模式図である。

【図１４】本発明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模式図である。

【図１５】図１４の折れ線Ａ−Ａ’に沿った部分断面模
式図である。

【図１６】本発明の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模式図である。

【図１７】本発明の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模式図である。

【図１８】本発明の炭素を有する膜の間隙部７近傍の領
域での格子縞及び配向性を示す模式図である。

【図１９】本発明の炭素を有する膜の間隙部７より離れ
た領域での格子縞及び配向性を示す模式図である。

【図２０】本発明の炭素を有する膜の間隙部７近傍の領
域と、間隙部７より離れた領域との間の領域での格子縞
及び配向性を示す模式図である。

【図２１】本発明の電子放出素子の別の形態を示す模式
図である。

【図２２】本発明の電子放出素子の別の形態を示す模式
図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 導電性膜 ５ 電子放出部 ６ 第二の間隙 ７ 第一の間隙 １０ 炭素を有する膜 ２１ 段差形成部材 ３０ 素子電極２、３間の導電性膜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補足
するためのアノード電極 ３５ 真空容器 ３６ 排気装置 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 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 グリッド電極用容器外端子 １４１ 層間絶縁層 １４２ コンタクトホール

フロントページの続き (72)発明者 中村 久美 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 上野 理恵 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 山野辺 正人 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 (56)参考文献 特開 平10−149760（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−321254（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−144605（ＪＰ，Ａ) 特開2000−173451（ＪＰ，Ａ) 特許3047331（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/316 H01J 29/04 H01J 31/12

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体表面上に配された第一および第二の
   電極間に電圧を印加することで電子を放出する電子放出
   素子であって、第一の間隙を置いて、第一の電極に電気
   的に接続されたカーボン膜と第二の電極に電気的に接続
   されたカーボン膜とが配されており、該カーボン膜が、
   配向性を有する領域を有し、該領域の配向方向が、前記
   基体の表面に対して水平方向であることを特徴とする電
   子放出素子。
2. 【請求項２】 前記配向方向が、前記基体表面に対して
   ±４５度以内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。
3. 【請求項３】 前記略水平方向に配向する領域が、前記
   第一の間隙に面する、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。
4. 【請求項４】 前記略水平方向に配向する領域は、前記
   第１の間隙に面する前記カーボン膜の端部から前記電極
   方向に向かって、１００ｎｍ以下の領域に配置されるこ
   とを特徴とする請求項３に記載の電子放出素子。
5. 【請求項５】 前記カーボン膜が、更に、前記基体表面
   に対して略法線方向に配向する領域を有する、ことを特
   徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子放
   出素子。
6. 【請求項６】 前記略法線方向が、前記基体表面に対す
   る法線方向から±３０度以内であることを特徴とする請
   求項５に記載の電子放出素子。
7. 【請求項７】 前記略法線方向に配向する領域が、前記
   略水平方向に配向する領域と、前記電極との間に配され
   ることを特徴とする請求項５または６に記載の電子放出
   素子。
8. 【請求項８】 前記カーボン膜が、更に、特定の配向性
   を持たない領域を有し、且つ、該特定の配向性を持たな
   い領域が、前記略水平方向に配向する領域と、前記略法
   線方向に配向する領域の間に配置されることを特徴とす
   る請求項５乃至７のいずれか一項に記載の電子放出素
   子。
9. 【請求項９】 前記カーボン膜と第一および第二の電極
   とが、導電性膜を介して接続することを特徴とする請求
   項１乃至８のいずれか一項に記載の電子放出素子。
10. 【請求項１０】 基体上に、複数の電子放出素子を配列
    形成した電子源であって、該電子放出素子が、請求項１
    乃至９のいずれか一項に記載の電子放出素子であること
    を特徴とする電子源。
11. 【請求項１１】 電子源と、該電子源から放出される電
    子が照射され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、該電子源が請求項１０
    に記載の電子源であることを特徴とする画像形成装置。
12. 【請求項１２】 基体と、 前記基体表面上に配置された第一および第二の電極と、 前記電極間に、第二の間隙を置いて配置され、前記第一
    および第二の電極のそれぞれに接続する第一および第二
    の導電性膜と、 前記第二の間隙内に、第一の間隙を置いて配置され、前
    記第一および第二の導電性膜のそれぞれに接続する第一
    および第二のカーボン膜とを有し、 前記第一および第二のカーボン膜は、それぞれ、前記第
    一および第二の導電性膜の一部を覆っており、そして、
    前記導電性膜上に配置されたカーボン膜が、前記基体表
    面に対し、略法線方向に配向する領域を有している、こ
    とを特徴とする電子放出素子。
13. 【請求項１３】 基体と、 前記基体表面上に配された第一の電極および第二の電極
    と、 前記両電極に接続し、その一部に第二の間隙を有する導
    電性膜と、 前記導電性膜に接続し、その一部に第一の間隙を有する
    カーボン膜とを有し、前記第一の間隙は、前記第二の間
    隙内に配置され、そして、前記カーボン膜は、前記導電
    性膜上において、前記基体表面に対して略法線方向に配
    向する領域を有している、ことを特徴とする電子放出素
    子。
14. 【請求項１４】 前記配向方向が、前記基体表面に対す
    る法線方向から±３０度以内であることを特徴とする請
    求項１２または１３に記載の電子放出素子。
15. 【請求項１５】 前記カーボン膜が、更に、前記基体表
    面に対して略水平方向に配向する領域を有する、ことを
    特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の
    電子放出素子。
16. 【請求項１６】 前記略水平方向が、前記基体表面に対
    して±４５度以内であることを特徴とする請求項１５に
    記載の電子放出素子。
17. 【請求項１７】 前記略水平方向に配向する領域が、前
    記第一の間隙に面する、ことを特徴とする請求項１５ま
    たは１６に記載の電子放出素子。
18. 【請求項１８】 前記略水平方向に配向する領域は、前
    記第１の間隙に面する前記カーボン膜の端部から前記電
    極方向に向かって、１００ｎｍ以下の領域に配置される
    ことを特徴とする請求項１７に記載の電子放出素子。
19. 【請求項１９】 前記略法線方向に配向する領域が、前
    記略水平方向に配向する領域と、前記電極との間に配さ
    れることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか一
    項に記載の電子放出素子。
20. 【請求項２０】 前記カーボン膜が、更に、特定の配向
    性を持たない領域を有し、且つ、該特定の配向性を持た
    ない領域が、前記略水平方向に配向する領域と、前記略
    法線方向に配向する領域の間に配置されることを特徴と
    する請求項１５乃至１９のいずれか一項に記載の電子放
    出素子。
21. 【請求項２１】 基体上に、複数の電子放出素子を配列
    形成した電子源であって、該電子放出素子が、請求項１
    ２乃至２０いずれか一項に記載の電子放出素子であるこ
    とを特徴とする電子源。
22. 【請求項２２】 電子源と、該電子源から放出される電
    子が照射され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、該電子源が請求項２１
    に記載の電子源であることを特徴とする画像形成装置。