JPH11195374A

JPH11195374A - 電子源の製造方法及び画像形成装置の製造方法及び電子源の製造装置

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Publication number: JPH11195374A
Application number: JP26150898A
Authority: JP
Inventors: Masanori Mitome; 正則三留; Hitoshi Oda; 仁織田; Fumio Kishi; 文夫岸; Masato Yamanobe; 正人山野辺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 1999-07-21
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: CN1161814C; JP3619024B2; KR19990029846A; US6416374B1; KR100343240B1; CN1213152A

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出素子の製造における製造時間の短
縮、もしくは製造コストの低減を図る。【解決手段】電子放出部に堆積物を堆積させる工程と
して、電子放出素子が設置される空間に、有機物質を含
む気体を粘性流領域まで導入して、堆積を行う工程を用
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子を有
する電子源の製造方法、画像形成装置の製造方法、及び
これらの製造装置に関する。

【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
出方（以下、「ＦＥ型」という。）や、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。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｏｒｏｎＰ
ｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）、あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅ
ｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌ
ｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたも
のが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，“ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示されたも
のが知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲｅｃｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）
等に開示されたものがある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、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：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂Ｏ₃／Ｓ
ｎＯ₂薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．
ＥＤＣｏｎｆ．”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】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１
６に模式的に示す。同図において１は基板、２、３は素
子電極である。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Ｌ１
は、０．５〜１ｍｍ、Ｗ′は、０．１ｍｍで設定されて
いる。

【０００８】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に、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。

【０００９】尚、電子放出部５は、導電性薄膜４の一部
に亀裂等が発生しその亀裂等の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、上述の電子放出部５より電子
を放出せしめるものである。

【００１０】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、表示装置等があげられる。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）。

【００１１】また、特に表示装置等の画像形成装置にお
いては、近年、液晶を用いた平板型表示装置が、ＣＲＴ
に替わって、普及してきたが、自発光型でないため、バ
ックライト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、挙げられる（例えば、ＵＳＰ．５０
６６８８３）。

【００１２】また、本出願人は、電子放出素子として、
典型例として図２に模式的に示す構成を有する表面伝導
型電子放出素子およびそれを用いた画像形成装置を提案
している。この電子放出素子及び画像形成装置の構成及
び製造方法の詳細については、例えば特開平７−２３５
２５５号公報、特開平７−２３５２７５号公報、特開平
８−１７１８４９号公報などに記載されている。以下で
はその要点を簡単に説明する。

【００１３】上記の表面伝導型電子放出素子は、基体１
上に対向する一対の素子電極２，３と、該素子電極２，
３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とを有してなる素子である。該電子放出部５は、上記
導電性膜４の一部が、破壊・変形ないし変質され、高抵
抗となった部分であり、該電子放出部には、導電性膜に
亀裂が形成されており、該亀裂付近から電子が放出され
る。また、電子放出部及びその周辺には、少なくとも炭
素を含む堆積膜が形成されている。

【００１４】上記導電性膜は、後述する通電による処理
（フォーミング工程）で電子放出部を好ましい状態に形
成するためには、導電性微粒子により構成されたもので
あることが好ましい。

【００１５】製造プロセスについて、図４を用いて簡単
に説明する。

【００１６】先ず、基体１上に、印刷、真空蒸着とフォ
トリソグラフィー技術など、適当な方法により、素子電
極２，３を形成する（図４（Ａ））。

【００１７】次いで、導電性膜４を形成する。導電性膜
の材料を、真空蒸着、スパッタリング等の方法で成膜
し、パターニングしても良いし、導電性膜の原料を含ん
だ液体を塗布するなどの方法でも良い。

【００１８】例えば、金属の有機化合物の溶液を塗布
し、これを熱分解して金属、あるいは金属酸化物とする
方法が適用できる。このとき適当な条件で処理すれば、
微粒子膜とすることができる。

【００１９】このとき、導電性膜を形成した後所望の形
状にパターニングしても良いが、特開平９−６９３３４
号公報に記載されているように、インクジェット装置な
どにより、所望の形状に上記原料液体を付与して、熱分
解すれば、パターニングの工程なしに所望の形状の導電
性膜が得られる。

【００２０】次いで、電子放出部５を形成する。これに
は、上記素子電極２，３間に電圧を印加し、導電性膜４
に電流を流して、導電性膜の一部を変形・変質させる方
法（通電フォーミング処理）を適用することができる。
このとき印加する電圧は、パルス電圧であることが好ま
しい。パルス電圧の波形は、図５（Ａ）に示すように、
波高値を一定とする方法、図５（Ｂ）に示すように、波
高値を時間とともに漸増させる方法のいずれも適用でき
る。また、両方を適当に組み合わせても良い。また、フ
ォーミングのための上記パルスの休止期間中（パルスと
パルスの間）に、十分に低い波高値のパルスを挿入して
抵抗値を測定し、電子放出部の形成により抵抗値が十分
上昇したところで、例えば抵抗値が１ＭΩを越えたとこ
ろで、パルスの印加を終了するようにするのが望まし
い。

【００２１】上記の処理は、通常電子放出素子を真空チ
ャンバー内に設置し、チャンバー内を排気して行う。こ
のとき真空チャンバー内は、排気装置により排気した状
態、これに酸化性のガスを導入した状態、還元性のガス
を導入した状態などいずれの状態とすることも可能であ
り、導電性膜の材質などの条件に応じて適当な状態を採
用する。

【００２２】次いで、活性化工程を行う。この処理は、
上記の工程（フォーミング工程）で形成された電子放出
部付近に、少なくとも炭素を含む堆積物を堆積させ被膜
を形成する工程で、これにより放出される電子の量が大
幅に増大する。この処理は、通常素子を真空チャンバー
内に設置し、チャンバー内を排気して行い、電子放出素
子の一対の素子電極の間にパルス電圧を印加することに
より、真空中に低い分圧で存在する有機物質を分解・重
合して少なくとも炭素を含む堆積物として堆積させるこ
とにより行う。上記の有機物質は、真空チャンバー内を
排気した後、適当な物質を導入しても良いし、排気装置
として油拡散ポンプなど適当な装置を用い、この装置か
ら真空チャンバーへ拡散する有機物質を用いても良い。

【００２３】次いで、好ましくは安定化工程を施す。こ
れは、電子放出素子自体やその周辺、あるいは電子放出
素子を動作させる真空容器の壁面に吸着した有機物質の
分子を、十分に除去することにより、これ以降電子放出
素子を駆動しても更なる少なくとも炭素を含む堆積物が
堆積せず、従って電子放出素子の特性が安定するように
行う工程である。

【００２４】具体的な方法は、例えば、電子放出素子を
真空チャンバー内に設置し（上記活性化工程に引き続き
行っても良い）、イオンポンプなどのオイルフリーの排
気装置を用いて排気を行いながら、電子放出素子及び真
空チャンバー自体を加熱する。これは、電子放出素子や
真空チャンバー内壁に吸着した有機物質分子などを温度
を上げることにより脱離させ、十分に除去するためであ
る。これと同時に、あるいは加熱を終了した後に、排気
を続けながら電子放出素子に駆動電圧を与えて電子を放
出させることにより、さらに効果が上がる場合もある。
また、活性化工程で導入する有機物質の種類などの条件
によっては、真空チャンバー内を高真空にして電子放出
素子を駆動することで、同様の効果が得られる場合もあ
る。それぞれの場合の条件に応じて、適当な方法で該安
定化処理を行う。

【００２５】以上のようにして得られた表面伝導型電子
放出素子の動作特性の典型例を図１３に模式的に示す。
図７は、素子に印加する電圧Ｖf に対する電子を流れる
電流（素子電流）Ｉf と、電子放出に伴う電流（放出電
流）Ｉe の関係を示す。なお、Ｉe の値はＩf に比べ、
極めて小さいため、それぞれ任意目盛で示してある。た
だし、いずれの目盛もリニアスケールである。図からわ
かるように、放出電流Ｉe はＶf に対し明瞭な閾値（Ｖ
th）を有する非線形特性を示す。Ｖf がＶth以下では、
実質的にＩe はゼロであり、Ｖf がＶthを越えるとＩe
は急激に上昇する。図７では、Ｉf もＩe と同様に、Ｖ
f に対する閾値を持ち、閾値以上のＶfに対しＩf が単
調増加する場合（ＭＩ特性）を示したが、製造工程や、
測定条件によっては、Ｉf が電圧制御型負性抵抗を示す
場合（ＶＣＮＲ特性）もある。ＶＣＮＲ特性を示す場合
は、そのＩf −Ｖf 特性は安定ではなく、この場合にも
Ｉe はＭＩ特性を示すが、やはり安定ではない。この場
合、例えば特開平７−２３５２７５号公報に開示されて
いるように、安定化工程を施すことにより、安定なＭＩ
特性を示す様にすることができる。

【００２６】上記のように、Ｖf とＩe の間に、明瞭な
閾値を有する非線形な対応があるため、基体上にこの電
子放出素子を複数配置し、マトリクス状に配線して、所
望の電子放出素子のみから電子放出を行わせることがで
き、単純マトリクス駆動が可能となる。

【００２７】上記の電子放出素子により構成された電子
源を用いた画像形成装置は、該電子源と、画像形成部材
をガラスなどにより構成される真空容器に内包したもの
である。この電子源の作成も上記の工程と基本的には同
様の方法で行う。ただし、真空チャンバーを用いる代わ
りに、導電性膜の形成を行った電子源を、画像形成部材
とともに、上記ガラスなどにより構成される真空容器に
内包させ、これの内部を排気して、フォーミング、活性
化、安定化の各工程を行うことができる。このようにす
ると、画像形成装置を製造するための特別の真空チャン
バーを用いる必要がなく、簡易な装置により製造するこ
とができる。

【００２８】一方、このような画像形成装置は、極めて
多数の電子放出素子を集積して用いるものであるため、
形成されたすべての電子放出素子が正常に動作する電子
源を、歩留まり良く製造するのは、高度な技術である。
上記のように、電子源を真空容器内に内包させてから各
種工程を行う場合、途中で不良が発生しても、これを修
復することはほぼ不可能である。従って、非常に多くの
電子放出素子を用いる、大型あるいは高精細度の画像形
成装置の製造においては、大型の真空チャンバーを用い
て各種工程を行った後に、電子源と画像形成部材を真空
容器に内包させる方が有利な場合もある。

【００２９】条件に応じ、上記のいずれかの方法、ある
いは途中まで真空チャンバーを用いて工程を行い、その
後電子源、画像形成部材を真空容器に内包させて以降の
工程を行う、両者の中間の方法を採用することができ
る。

【００３０】なお、図１３に模式的に示すようなはしご
型に配線した電子源を用い、図１４に模式的に示すよう
な画像形成装置を形成することも可能である。この場合
は、画像形成部材に到達する電子線の量を変調するため
のグリッド電極も有する。

【００３１】また、特開平９−３３０６５４号公報に
は、有機物質とキャリアガスを混合したガスを用いて表
面伝導型放出素子の活性化を行う構成が開示されてい
る。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】本願に関わる発明が解
決しようとする課題は、電子源、即ち電子放出素子の製
造における低コスト化、もしくは製造時間の短縮化、も
しくは製造される電子放出素子の特性の向上など、電子
放出素子の製造に関わる物である。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本願に関わる電子源の製
造方法の一つは以下である。

【００３４】電子放出素子を有する電子源の製造方法で
あって、電子放出素子において電子を放出する部分とな
る領域を少なくとも含む領域に、堆積物を堆積させる堆
積工程を有しており、該堆積工程は、前記堆積物の原料
を少なくとも含む気体雰囲気で、かつ前記気体が粘性流
状態となる平均自由行程を有する状態で行うことを特徴
とする電子源の製造方法。

【００３５】また、以下の発明も含む。

【００３６】電子放出素子を有する電子源の製造方法で
あって、電子放出素子において電子を放出する部分とな
る領域を少なくとも含む領域に、堆積物を堆積させる堆
積工程を有しており、該堆積工程は、前記堆積物の原料
を少なくとも含む気体雰囲気で、かつ該雰囲気の圧力が
１Ｐａより大きい状態で行うことを特徴とする電子源の
製造方法。

【００３７】以上の各発明において、被堆積領域である
電子を放出する部分となる領域は、堆積工程の前に、既
に電子を放出する部分となっていてもよい。

【００３８】また、前記気体は、前記堆積物の材料とな
る物質を例えば不活性ガスなどの希釈気体で希釈した気
体であってもよい。

【００３９】また、前記気体は、前記堆積物の材料とな
る物質と窒素もしくはヘリウムもしくはアルゴンとを含
む気体であってもよい。

【００４０】また、前記気体は、炭素もしくは炭素を含
む化合物と窒素もしくはヘリウムもしくはアルゴンとを
含む気体であってもよい。

【００４１】また、前記堆積工程は、前記雰囲気中で、
前記電子を放出する部分となる領域に電圧を印加するこ
とによって、前記堆積物を堆積させるものであってもよ
い。

【００４２】また、前記電子を放出する部分となる領域
は、第１の間隙を挟んで対向する導電性物質の該第１の
間隙の近傍部分であり、前記堆積工程によって、該対向
する導電性物質に前記堆積物を堆積させ、前記第１の間
隙部分よりも狭い第２の間隙を形成するようにしてもよ
い。

【００４３】また、更に、上述の発明において、前記第
１の間隙部分を形成する第１間隙形成工程を有するもの
であってもよい。ここで、前記第１間隙形成工程は、導
電性膜の前記第１の間隙を形成する部分に通電すること
によって前記第１の間隙を形成する工程であってもよ
い。

【００４４】また、前記第１間隙形成工程と、前記堆積
工程とを同程度の圧力下で行うものであってもよい。

【００４５】また、前記第１間隙形成工程と、前記堆積
工程とを大気圧程度の圧力下で行うものであってもよ
い。

【００４６】以上の各発明で述べてきた、第１間隔形成
工程は、不活性ガス中で行われる物であったり、酸化性
ガスもしくは酸化性ガスを含む混合ガス中で行われる物
であったり、還元性ガスもしくは還元性ガスを含む混合
ガス中で行われる物であったりする。

【００４７】以上述べてきた各発明において、前記堆積
工程は、内部を前記雰囲気にできる容器内で行う物であ
ってもよい。

【００４８】この容器としては、この電子放出素子を内
部に含む製造物、例えば後述する画像形成装置の外囲器
を用いてもよく、また、チャンバーなど、電子源や電子
源を用いた画像形成装置などの製造物とは異なる製造装
置を用いてもよい。その場合、前記堆積工程終了後の工
程においては、前記堆積工程で用いた容器とは異なる容
器を用いるようにしてもよい。

【００４９】また、前記堆積工程で用いる容器は、前記
気体を拡散する拡散手段を有するものであってもよい。
拡散手段としては、例えばメッシュなどを用いることが
できる。

【００５０】また、前記堆積工程は、前記気体を前記容
器に導入して行うものであってもよく、前記気体を前記
容器に流しながら行うものであってもよい。気体を容器
内に導入したり、流したりする方法としては、プロペラ
やポンプ等の積極的な導入手段を用いる方法を取ること
もできる。

【００５１】また、前記堆積工程は、前記気体の流入口
と流出口を有する容器内で行うものであってもよい。ま
た前記堆積工程において、前記容器から流出した気体を
前記容器に再流入するようにしてもよい。この再流入の
手段としては、前記プロペラやポンプなどの積極的な導
入手段（循環手段）を用いることができる。また、前記
再流入の前に、前記容器から流出した気体から不要物を
減らすようにしてもよい。

【００５２】また、前記堆積工程の後、前記気体を雰囲
気から減少させる工程を有するものであってもよい。

【００５３】また、前記電子放出素子は、冷陰極素子で
あるとよい。特には、表面伝導型放出素子に好適に適用
できる。

【００５４】また、本願に関わる発明は、前記電子放出
素子を複数形成する場合に特に有効である。

【００５５】また、本願は、画像形成装置の製造方法の
発明として、以下の発明を含む。

【００５６】電子源と、該電子源から放出される電子に
より画像を形成する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、上述の製造方法によって製造し
た電子源と、前記画像形成部材とを一体とする工程を有
することを特徴とする画像形成装置の製造方法。

【００５７】また、本願は、電子源の製造装置の発明と
して以下の発明を含む。

【００５８】電子放出素子を有する電子源の製造装置で
あって、内部に気体を導入できる容器と、該容器内に前
記電子放出素子において電子を放出する部分となる領域
を少なくとも含む領域に堆積する堆積物の原料を少なく
とも含む気体を導入する手段とを有しており、該導入す
る手段は、前記気体が粘性流状態となる状態で導入を行
うことを特徴とする電子源の製造装置。

【００５９】また、以下の発明も含む。

【００６０】電子放出素子を有する電子源の製造装置で
あって、内部に気体を導入できる容器と、該容器内に前
記電子放出素子において電子を放出する部分となる領域
を少なくとも含む領域に堆積する堆積物の原料を少なく
とも含む気体を導入する手段とを有しており、該導入す
る手段は、容器内の雰囲気が１Ｐａより大きくなるよう
に導入を行うことを特徴とする電子源の製造装置。

【００６１】これらの発明において、気体の導入手段と
は、前記容器に設けた導入もしくは流入口であったり、
気体もしくは気体の元となる液体などの原料を収容して
いるボンベなどの気体源であったり、導入のための配管
であったりする。

【００６２】これらの製造装置において、前記容器から
流出した気体を前記容器に再流入させる循環手段を有す
るものであったり、前記容器から流出した気体を前記容
器に再流入させる配管を有するものであってもよい。ま
た、前記容器に再流入させる気体の水分を除去する手段
を有するものであってもよい。

【００６３】また、前記容器は、前記堆積を行う際に、
前記被堆積領域を少なくとも含む基板などの部材を内包
するようにかぶせる物であってもよい。

【００６４】また、前記容器内に、前記被堆積領域を少
なくとも含む部材を搬送する搬送手段を有するものであ
ってもよい。

【００６５】

【発明の実施の形態】以下に本願に関わる発明を実施例
を挙げて説明していく。

【００６６】（実施例１）最初に本願に関わる発明の実
施例について、概略を説明する。

【００６７】［製造装置の概略構成］以下、図面を参照
しながら本発明実施例を説明する。図１は、本発明の表
面伝導型電子放出素子作製装置の１例を示す模式図であ
る。

【００６８】図１において、１は基板、２および３は素
子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、５４は素子
の電子放出部より放出される放出電流を捕捉するための
アノード電極、５５は真空容器、１３２は配管、１３５
は排気装置、１３６は圧力計、１３７は四重極質量分析
器、１３９は導入量制御手段、１４０は導入物質源、２
０１は循環器、２０２は吸湿装置、２０３はバルブであ
る。

【００６９】活性化に用いるガスは、導入物質源１４０
から導入量制御手段１３９を通して、真空容器５５へ導
入される。

【００７０】また、不図示であるが、真空容器５５内の
素子電極２、３及びアノード電極には、後述する図６に
示されるように電源が接続されている。

【００７１】活性化工程の際は、循環器と吸湿装置につ
ながるバルブ２０３Ｂ，Ｃだけが開けられ、他のバルブ
２０３Ａ，Ｄは閉じられる。これによって、真空容器内
の圧力分布を一定に保ったまま、活性化工程を施すこと
ができ、且つ、真空容器内から発生する水分を効率よく
取り除くこともできる。

【００７２】本発明を適用し得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。

【００７３】［平面型電子放出素子］まず、平面型表面
伝導型電子放出素子について説明する。

【００７４】図２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２
（ａ）は平面図、図２（ｂ）は断面図である。

【００７５】図２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。

【００７６】［基板］基板１としては、石英ガラス、Ｎ
ａ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ＳｉＯ₂を積層
したガラス基板及びアルミナ等のセラミックス及びＳｉ
基板等を用いることができる。

【００７７】［素子電極］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、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔ
ｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ，Ａ
ｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化
物とガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−Ｓ
ｎＯ₂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。

【００７８】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、好ましくは、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μ
ｍから数十μｍの範囲とすることができる。

【００７９】素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放
出特性を考慮して、数μｍから数百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。

【００８０】尚、図２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。

【００８１】［導電性薄膜］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。

【００８２】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。

【００８３】また、その抵抗値は、Ｒｓが１０²から１
０⁷Ω／□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
いたときに現れる量である。

【００８４】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、膜に亀裂を生
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。

【００８５】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。

【００８６】［微粒子］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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】「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。

【００９１】「本稿で微粒子と言うときにはその直径が
だいたい２〜３μｍ程度から１０ｎｍ程度までとし、特
に超微粒子というときは粒径が１０ｎｍ程度から２〜３
ｎｍ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。

【００９２】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト”（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ
（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒
子”（ｕｌｔｒａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼
ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ１００〜
１０⁸ 個くらいの原子の集合体という事になる。原子の
尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子である。」（「超
微粒子−創造科学技術−」林主税、上田良二、田崎明
編；三田出版１９８８年２ページ１〜４行目）「超
微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数個〜数
百個で構成される１個の粒子は、ふつうクラスターと呼
ばれる」（同書２ページ１２〜１３行目）。

【００９３】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。

【００９４】［電子放出部］電子放出部５は、導電性薄
膜４の一部に形成された高抵抗の亀裂等により構成さ
れ、導電性薄膜４の膜厚、膜質、材料及び後述する通電
フォーミング等の手法等に依存したものとなる。電子放
出部５の内部には、０．１ｎｍの数倍から数十ｎｍの範
囲の粒径の導電性微粒子が存在する場合もある。この導
電性微粒子は、導電性薄膜４を構成する材料の元素の一
部、あるいは全ての元素を含有するものとなる。活性化
工程を経て、電子放出部５には、炭素ないし炭素化合物
あるいは両者の混合物よりなる堆積物を有する。また、
この堆積物は、電子放出部５の近傍の導電性薄膜４の上
にも存在する場合もある。

【００９５】［垂直型表面伝導型電子放出素子］次に、
垂直型表面伝導型電子放出素子について説明する。

【００９６】図３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。

【００９７】図３においては、図２に示した部位と同じ
部位には図２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。

【００９８】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３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はない。

【００９９】［表面伝導型電子放出素子の製造方法］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４に模式的に示す。

【０１００】以下、図２及び図４を参照しながら製造方
法の一例について説明する。図４においても、図２に示
した部位と同じ部位には図２に付した符号と同一の符号
を付している。

【０１０１】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
４（ａ））。

【０１０２】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
４（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る。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。

【０１０３】３）［フォーミング工程］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、構造の変化した電子放出部５が形
成される（図４（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
の変化した部位が形成される。該部位が電子放出部５を
構成する。

【０１０４】通電フォーミングの電圧波形の例を図５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５（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５（ｂ）に示した手法があ
る。

【０１０５】図５（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．、Ｔ２は１０μｓｅｃ．〜数１０
０ｍｓｅｃ．の範囲で設定される。三角波の波高値（通
電フォーミング時のピーク電圧）は、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。

【０１０６】図５（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図５
（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。

【０１０７】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。

【０１０８】なお、フォーミング工程の方法としては、
上記の方法以外でも、電子放出部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。

【０１０９】４）［活性化工程］フォーミングを終え
た素子には活性化工程と呼ばれる処理を施す。活性化工
程とは、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。

【０１１０】図１に、この活性化工程に用いる装置の一
例を示した。

【０１１１】本実施例における活性化工程は、窒素もし
くはヘリウムなどの不活性ガスに有機物質のガスを含ん
だ混合ガスの雰囲気下で、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。

【０１１２】［粘性流領域の導入圧力とは］このときの
混合ガスの導入圧力は、混合ガスを構成する気体分子の
平均自由行程λ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、真空容器の内径もしくは、後
述する画像形成装置における基板とフェースプレートと
の距離）に比べて、十分小さくなる程度の圧力以上とす
る。これは、いわゆる粘性流領域であり、具体的には、
構成ガスが窒素で代表的寸法が５ｍｍのとき、約１Ｐａ
程度以上であるが、粘性流領域として扱えれば、この限
りではない。一般には、１００Ｐａから大気圧程度の範
囲で用いるのが好ましい。

【０１１３】［大気圧程度の圧力とは］なお、ここで
「大気圧程度」の圧力とは、処理装置内の雰囲気を維持
するために、処理装置に特別厳しい機密性や、機械的強
度を要求しない範囲の圧力であり、０．５気圧程度から
１．５気圧程度、好ましくは１気圧±２０％程度の圧力
を意味する。

【０１１４】［大気圧程度の圧力下で行う技術的な意
味］以下、活性化工程を大気圧程度の圧力下で行う技術
的な意味について説明する。活性化工程は、電子衝突あ
るいはジュール熱により、有機物質の重合、分解を生じ
させ、堆積物を生成する一種のＣＶＤ法（化学的気相成
長法）と考えられる。一般的なＣＶＤ法（化学気相成長
法）には、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法がある。常圧Ｃ
ＶＤ法はソースガスを容器内にいれて、常圧下で熱分解
等を行い堆積膜を形成するものであり、減圧ＣＶＤ法は
容器内を真空状態とした後、ソースガスを入れて、減圧
下で熱分解等を行い堆積膜を形成するものである。

【０１１５】以下、常圧ＣＶＤ法と減圧ＣＶＤ法の欠点
及び利点について説明する。

【０１１６】まず、常圧ＣＶＤ法の欠点は、１）ソースガス過剰に陥り、作られたものが高分子状
（Ｃを含む場合）となる場合がある；２）希釈ガスの選択によっては、希釈ガスが堆積物に
含まれる。例えば、Ｎ₂を希釈ガスにしたとき、Ｎが堆
積物に含まれる；３）堆積膜の分布が生じやすい。これはガスの消耗に
よって、ガスの導入口からガスの出口に渡って分布を生
ずるからである；ことが挙げられる。

【０１１７】一方、常圧ＣＶＤ法の利点は、堆積レート
が大きい点が挙げられる。

【０１１８】また、減圧ＣＶＤ法の欠点は、１）堆積レートが小さい；２）希釈ガスの選択によっては、希釈ガスが堆積物に
含まれる。例えば、Ｎ₂を希釈ガスにしたとき、Ｎが堆
積物に含まれる；ことが挙げられる。

【０１１９】一方、減圧ＣＶＤ法の利点は、ソースガス
過剰はなく、作られたものが高分子状（Ｃを含む場合）
を作るケースは少ない点が挙げられる。

【０１２０】このように、常圧ＣＶＤ法と減圧ＣＶＤ法
には一長一短がある。

【０１２１】しかしながら、本発明者らは、上記の活性
化工程を常圧において行った場合にも上述した一般的な
常圧ＣＶＤ法の欠点が生じないことを見出した。

【０１２２】活性化工程において、常圧において行って
も上述した常圧ＣＶＤ法の欠点が生じない理由は次のよ
うに考えることができる。１）高分子を作りにくい。これは、活性化工程におけ
る亀裂近傍における温度が高いために、活性化物質は高
分子にならず熱分解し、グラファイト等の生成が起こる
からである。２）堆積膜の分布が小さい。これは、一般の常圧ＣＶ
Ｄ法では導入ガスをフィラメント等で分解した前駆体
（precurser ）が堆積されるが、活性化工程において
は、電子放出部の亀裂に吸着した分子のみ分解し、グラ
ファイト等を形成するので導入量の消耗が少なく、堆積
膜の分布が小さいからである。３）希釈ガスを含みにくい。これは、上記１）の理由
と同様で、グラファイト等が生成し、希釈ガスは含みに
くいからである。

【０１２３】なお、活性化工程において、常圧で行った
場合、減圧で行った場合と比べ堆積レートは大きい。こ
れは、吸着量が導入ガス圧等により決まるために、活性
化工程において、グラファイト等を形成する速度が増加
するためである。

【０１２４】活性化工程を、上記のように大気圧程度の
圧力のもとで行うことにより、真空装置を用いる場合に
比べ、装置が簡易になったことはもちろん、真空装置内
を排気するのに必要な時間を省略することができ、製造
に必要な時間を短縮することができる。

【０１２５】［循環器，吸湿装置］さらに、この活性化
工程において、容器外部に設けた循環器２０１を用いて
封入した混合ガスを容器全体に満遍なく行き渡らせる。
さらに、この循環器の吸気側もしくは排気側に吸湿装置
２０２を設けておき、容器内部から発生する水分を効率
よく除去する。

【０１２６】この際に用いる循環器は、扇風機状のプロ
ペラ、ルーツポンプやメンブランポンプなどの機械式ポ
ンプなどを用いることができる。また、吸湿装置として
は、シリカゲル、モレキュラーシーブなどの乾燥材、Ｐ
₂Ｏ₅などの潮解性の物質、氷点下に冷却されたトラッ
プなどを用いることができる。

【０１２７】また、混合される有機物質の混合分圧は、
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、適宜設定される。一般には、全
導入圧力の１／１０⁶から１／１０⁴程度の混合比で用
いるのが好ましい。

【０１２８】［原料ガス］混合す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、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、プロピレンなどＣ_nＨ_2n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、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
ン酸等あるいはこれらの混合物が使用できる。

【０１２９】この活性化処理により、雰囲気中に存在す
る有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆
積し、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、著しく変化する
ようになる。

【０１３０】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。

【０１３１】［構成元素として炭素を含む堆積物］構成
元素として少なくとも炭素を含む堆積物とは、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、Ｐ
Ｇは結晶粒が２００Å程度で結晶構造がやや乱れたも
の、ＧＣは結晶粒が２０Å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。）すなわ
ち、炭素からなる堆積物、炭素化合物からなる堆積物、
あるいは炭素と炭素化合物の混合物からなる堆積物であ
る。

【０１３２】また、その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲と
するのが好ましく、３０ｎｍ以下の範囲とすることがよ
り好ましい。

【０１３３】５）［安定化工程］このような工程を経
て得られた電子放出素子は、安定化工程を行うことが好
ましい。この工程は、真空容器内の有機物質を排気する
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。

【０１３４】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、８０〜２
５０℃、好ましくは１５０℃以上で、できるだけ長時間
処理するのが望ましいが、特にこの条件に限るものでは
なく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成な
どの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容
器内の圧力は極力低くすることが必要で、１．３×１０
^-5Ｐａ以下が好ましく、さらに１．３×１０^-6Ｐａ以下
が特に好ましい。

【０１３５】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。

【０１３６】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。

【０１３７】［電子放出素子の基本特性］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６、図７を参照しながら説明する。

【０１３８】図６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６においても、図２に示した部
位と同じ部位には図２に付した符号と同一の符号を付し
ている。図６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。

【０１３９】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。

【０１４０】図７は、図６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。

【０１４１】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。

【０１４２】即ち、（ｉ）本素子は、ある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図７
中のＶ_th）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Ｖ_thを持った非線形素子であ
る。

【０１４３】（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。

【０１４４】(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。

【０１４５】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。

【０１４６】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）。この場合
上記安定化工程を行うことによりＭＩ特性に変化させる
ことができる。これら特性は、前述の工程を制御するこ
とで制御できる。

【０１４７】［電子源及び画像形成装置］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
発明を適用可能な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。

【０１４８】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。

【０１４９】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。

【０１５０】また、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。

【０１５１】［単純マトリクス配置の電子源］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）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。

【０１５２】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、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。

【０１５３】ｍ本のＸ方向配線７２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）。

【０１５４】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ₂等で構成
される。例えば、Ｘ方向配線７２を形成した基板７１の
全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配
線７２とＹ方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るよ
うに、膜厚、材料、製法が、適宜設定される。Ｘ方向配
線７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引
き出されている。

【０１５５】表面伝導型放出素子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。

【０１５６】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。

【０１５７】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子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
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。

【０１５８】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。

【０１５９】［単純マトリクス配置の電子源を用いた画
像形成装置］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９と図１０及
び図１１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１０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。図１
１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。

【０１６０】図９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８４
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。

【０１６１】７４は、図２における電子放出部に相当す
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。

【０１６２】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。

【０１６３】図１０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。

【０１６４】ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等
が採用できる。蛍光膜８４の内面側には、通常メタルバ
ック８５が設けられる。メタルバックを設ける目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８
６側へ鏡面反射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。

【０１６５】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。

【０１６６】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。

【０１６７】［画像形成装置の製造方法］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。

【０１６８】図１２はこの工程に用いる装置の概要を示
す模式図である。画像形成装置１３１は、２本の配管１
３２が取り付けられており、一方は、排気装置１３５に
連結され、一方は、導入物質源１４０に連結されてお
り、導入物質がアンプルやボンベなどに入れて貯蔵され
ている。また、２本の配管は循環器２０１および吸湿装
置２０２を通して連結されている。画像形成装置１３１
と導入物質源１４０を結ぶ配管には、導入物質を導入す
るレートを制御するための導入量制御手段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。なお、画像形成装置
１３１には、不図示の電源が接続されている。

【０１６９】［フォーミング工程］図１２の装置により
画像形成装置１３１の内部を排気し、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７
３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。

【０１７０】［活性化工程］フォーミング終了後、活性
化工程を行う。画像形成装置１３１内は、十分に排気し
た後、導入物質源１４０より有機物質を含んだ混合ガス
が導入され、粘性流領域に相当する圧力に達したところ
で、全てのバルブが閉じられ、混合ガスが封止される。
続いて、循環器２０１および吸湿装置２０２に接続する
バルブのみが開けられ、画像形成装置１３１内の混合ガ
スを循環させる。

【０１７１】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、炭素あるいは炭素化合物、ないし両者の混合物が電
子放出部に堆積し、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。

【０１７２】［安定化工程］活性化工程終了後は、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。

【０１７３】画像形成装置１３１を加熱して、８０〜２
５０℃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１３５により配
管１３２を通じて排気し、有機物質の十分少ない雰囲気
にした後、配管をバーナーで熱して溶解させて封じき
る。画像形成装置１３１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、画像
形成装置１３１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、画像
形成装置１３１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、画像形成装置１３１内の雰囲気を維持するも
のである。

【０１７４】［電子源の駆動回路］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、ＮＴＳ
Ｃ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１１を用いて説明す
る。図１１において、１０１は画像表示パネル、１０２
は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレジス
タである。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。

【０１７５】表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄ
ｏｘｍ、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。

【０１７６】端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ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１０ｋＶ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。

【０１７７】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Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ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１０３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。

【０１７８】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。

【０１７９】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。

【０１８０】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、一般的な周波数分
離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期信号
分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直同期
信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上
Ｔｓｙｎｃ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。

【０１８１】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。

【０１８２】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、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。

【０１８３】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
ｄ’１乃至Ｉｄ’ｎ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。

【０１８４】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。

【０１８５】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。

【０１８６】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。

【０１８７】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もアナログ信号式のものも
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。

【０１８８】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
換器を設ければよい。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）を組み合わ
せた回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパ
ルス幅変調された変調信号を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。

【０１８９】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。

【０１９０】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な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Ｄｏｙｎ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。ここで述べた画像形成装置の構
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、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方
式をも採用できる。

【０１９１】［はしご型配置の電子源及び画像形成装
置］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。

【０１９２】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〜Ｄ
ｘ１０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。

【０１９３】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Ｄｘｏ１，Ｄｘｏ２，…，Ｄｘｏｍ
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，…，Ｇｎからなる容器外
端子、１１０は各素子行間の共通配線を同一配線とした
電子源基板である。図１４においては、図９、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。

【０１９４】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放
出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１９５】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。

【０１９６】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。

【０１９７】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。

【０１９８】図１を用いて、より具体的に本実施例を説
明する。

【０１９９】本実施例では、真空容器５５内に表面伝導
型電子放出素子を設置し、フォーミング工程、活性化工
程を行った。１は電子放出素子を構成する基板であり、
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。５４は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である。これら素
子電極２及び３とアノード電極５４は、真空容器５５の
外に設置された、素子駆動用電源（不図示）及び放出電
子測定用高圧電源（不図示）に、それぞれ接続されてい
る。

【０２００】真空容器内に設置された素子は、前記実施
態様に記述された方法で作製した。フォーミング工程
は、該真空容器内において、素子にパルス電圧を印加す
ることで行った。印加パルスは、図５（ｂ）の様な三角
波とし、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃ
とした。また、電圧は徐々に上げることでフォーミング
を行った。

【０２０１】続く活性化工程では、窒素ガスにアセチレ
ンを分圧にして１Ｐａだけ混合した混合ガスを用いた。
真空容器５５内に、該混合ガスを大気圧まで導入し、全
てのバルブを閉じた。その後、循環器２０１と吸湿装置
２０２に接続するバルブを開け、循環器２０１を用いて
真空容器内の混合ガスを循環させた。

【０２０２】本実施例では、循環器２０１として４枚羽
根のプロペラを用い、吸湿装置としては、シリカゲルを
用いた。これにより、真空容器内から発生する水分を除
去することができる。

【０２０３】活性化工程に用いた印加パルスは、矩形波
で、波高値は１５Ｖとし、３０分間の駆動を行った。そ
の結果、素子電流Ｉｆは、８ｍＡまで上昇した。

【０２０４】その後、真空容器をベーキングしながら排
気することによって安定化工程を施した。その結果、素
子の電子放出特性として、１５Ｖの印加電圧、アノード
印加電圧１ｋＶに対し、Ｉｆ＝７ｍＡ、Ｉｅ＝１０μ
Ａ、電子放出効率η＝０．１４％が得られた。

【０２０５】（実施例２）本実施例を、図１２を用いて
説明する。

【０２０６】本実施例では、表面伝導型電子放出素子を
複数並べた画像形成装置を作製した。作製方法は、実施
態様に示した方法に準じた。配管１３２の、画像形成装
置１３１に接続する部分は、ガラス管になっている。

【０２０７】本実施例において、フォーミング工程は、
Ｙ方向配線を共通電極に接続し、Ｘ方向配線に接続され
た素子に電圧パルスを印加することで行った。このとき
の印加パルスは三角波で、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス
間隔１６．７ｍｓｅｃとし、電圧は徐々に上げていっ
た。

【０２０８】活性化工程には、窒素ガスにアセチレンを
混合した混合ガスを用いた。アセチレンの混合分圧は１
Ｐａとした。また、混合ガスの導入圧力は、５×１０⁴
Ｐａとした。

【０２０９】本実施例では、循環器としてルーツポンプ
を用い、吸湿装置としては、冷媒で−１０℃に冷やされ
たコールドトラップを用いた。

【０２１０】印加パルスは、交互に極性の変わる矩形波
を用い、波高値は１４Ｖとした。パルスを印加した時間
は、１時間であった。

【０２１１】活性化工程の後、画像形成装置を加熱しな
がら排気することによって、安定化工程を施し、続いて
配管をガスバーナーで加熱溶融して封止した。その後、
各素子の特性を評価したところ、１４Ｖの印加電圧、ア
ノード印加電圧５ｋＶに対し、平均でＩｆ＝４．１ｍ
Ａ、Ｉｅ＝８．３μＡ、電子放出効率η＝０．２０％が
得られた。また、各素子での特性ばらつきは小さく、輝
度ムラの少ない高品位な画像形成装置を作製することが
できた。

【０２１２】上述の実施例１，２においては、活性化時
の混合ガスの圧力を、該混合ガスが粘性流領域の気体と
して扱える程度にしたことによって、必要なガスを速や
かに供給することができた。また、素子特性のむらを減
らすことができた。また高真空の排気形を用いることな
く、活性化を行えることができるので、生産コストを低
く抑えることができる。

【０２１３】上述の実施例１においては、活性化の際の
混合ガスの圧力を大気圧とすることによって、必要なガ
スをより速やかに供給できた。実施例２では、混合ガス
の圧力を５×１０⁴ Ｐａとすることにより、実施例１の
場合と比べると、時間はかかったものの、充分短い時間
で活性化できた。

【０２１４】製造の低コスト化をより進めたい時には、
大気圧程度、もしくは大気圧に近い圧力を採用すればよ
い。ただし、圧力が大きすぎると装置のコストが上昇す
るので、数気圧程度以下にすることが望ましい。

【０２１５】ただし、大気圧よりも圧力を低めにしても
よい。その場合、活性化を行う際の気体の圧力（活性化
を行う容器内の全圧）は０．５気圧以下、特には０．２
気圧以下、更には０．１気圧以下としてもよい。圧力を
低めにすることによって特性の向上も実現できる。ただ
し、気体をより効果的に供給するためには、活性化を行
う際の気体の圧力（活性化を行う容器内の全圧）は１Ｐ
ａより大きいことが望まれ、特には、１００Ｐａ以上、
より望ましくは１０００Ｐａ以上が望ましい。

【０２１６】また、実施例１，２においては、循環器を
用いて活性化時のガスを供給したため、導入される原料
ガスの濃度分布をより均一にすることができた。それに
より各素子の特性をより近づけることができる。

【０２１７】また、同時に吸湿装置により、工程中に発
生する水分を除去できるため、水分による悪影響を除去
することができる。

【０２１８】（実施例３）以下に本願に関わる発明の実
施例３を説明する。

【０２１９】本実施例における活性化工程においても、
有機物質としては、上記実施例１，２と同様の物を用い
ることができ、希釈ガス、不活性ガスとしては、アルゴ
ン、ヘリウムなどの希ガス、窒素などを用いることがで
きる。

【０２２０】両者の混合ガスは、有機物質が常温で気体
である場合には、ガス流量を制御して混合すればよい。
また有機物質が液体また固体である場合には、容器内で
蒸発また昇華させてこれを不活性ガスと混合するなどの
方法を用いることができ、両者の混合比は、上記の容器
の温度を制御して調整することができる。

【０２２１】図１７に本実施例及び実施例４，５，６で
用いる活性化のための装置の特に処理容器の構成を模式
的に示す。なお、図１７は、処理すべき素子と、上記の
雰囲気の形成に着目した物であり、パルス電圧を印加す
るための配線や電源装置などは示されていない。図１７
（Ａ）は本実施例及び実施例４で用いる処理容器であ
り、容器１７０６の中央上部より、活性化用のガスを導
入する。容器内はほぼ１気圧となり、容器の端から流出
したガスは局所排気装置などにより適宜処理される。図
１７（Ｂ）は実施例５で用いる構成であり、活性化のた
めに容器内に流入したガスを外部に流出させず、還流路
を設けた物である。図１７（Ｃ）は実施例６で用いる構
成であり、容器内にメッシュ１７０７を設けており、例
えば複数の電子放出素子を一度に処理する場合、素子の
おかれた位置により、ガスの流量が異なることを抑制
し、活性化が更に均一に進むようにすることができる物
である。

【０２２２】本実施例において、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。

【０２２３】なお、活性化工程後安定化工程を行った真
空容器内の有機成分の分圧は、先の実施例と同様に上述
の炭素もしくは炭素化合物の新たな堆積を抑制できるよ
うになっているとよく、より望ましくは、１×１０^-8Ｔ
ｏｒｒ以下が好ましく、さらには１×１０^-10 Ｔｏｒｒ
以下が特に好ましい。真空容器内の圧力は極力低くする
ことが望まれ、１×１０^-7Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さ
らには１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が特に好ましい。

【０２２４】また、図９に示した画像形成装置を製造す
る場合は、安定化工程を行ってから、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て封じ切る。この後、必要
に応じてゲッタ処理を行ってもよい。また、組立工程を
行った後、安定化工程を行ってもよい。

【０２２５】図１８は、その場合の工程に用いる装置の
概要を示す模式図である。画像形成装置１８０１は、排
気管１８０２を介して真空チャンバー１８０３に連結さ
れ、さらにゲートバルブ１８０４を介して排気装置１８
０５に接続されている。真空チャンバー１８０３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１８０６、四重極質量分析器１８０７等が取
り付けられている。画像表示装置１８０１の外囲器８８
内部の圧力などを直接測定することは困難であるため、
該真空チャンバー１８０３内の圧力などを測定する。

【０２２６】外囲器８８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１８０５に
より排気管１８０２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１８０６及び四重極質量分析器
１８０７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。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法に
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。

【０２２７】以下より具体的に本実施例を説明する。

【０２２８】本実施例により形成された電子放出素子
は、図２（Ａ），（Ｂ）に模式的に示される構成を有す
る。

【０２２９】（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。

【０２３０】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。

【０２３１】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１００ｎｍと
した。

【０２３２】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。電極間隙は２μｍ、電極長は５００
μｍである（図４（Ａ））。

【０２３３】（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。

【０２３４】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℃，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。次いで、エッチャント（（ＮＨ₄）Ｃｅ（ＮＯ₃）
₆／ＨＣｌ／Ｈ₂Ｏ＝１７ｇ／５ｃｃ／１００ｃｃ）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。

【０２３５】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微粒子よりなる導電性膜を形成した。

【０２３６】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４（Ｃ））。

【０２３７】（工程−ｃ）次いで、上記の素子を図６に
模式的に示した装置に設置し、排気装置５６により真空
チャンバー５５内を排気し、圧力が１×１０^-5Ｔｏｒｒ
以下となってから素子電極２，３の間に図５（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１ｍｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ2 は１０ｍ
ｓｅｃ．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た。

【０２３８】（工程−ｄ）電子放出素子を真空装置から
取り出し、図１７（Ａ）に模式的に示したガス導入装置
に設置した。ガス導入ラインには不図示の脱水フィルタ
が取り付けられており、水分を除去するようにしてい
る。導入するガスはＨ₂とＣ₂Ｈ₂の混合ガスで、流量
制御器により、Ｈ₂を２（ｌ／ｍｉｎ．）、Ｃ₂Ｈ₂を
１（ｃｃ／ｍｉｎ．）で流し混合することにより調整し
た。この気流中で素子電極間に図１４に示すような波高
値一定の矩形波パルスを繰り返し印加した。波高値は１
４Ｖパルス幅Ｔ3 は１００μｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ4
は１０ｍｓｅｃ．とした。

【０２３９】（工程−ｅ）この素子を再度、図６の装置
に設置し、素子を１５０℃に保持して排気を行ったとこ
ろ、約３時間で１×１０^-8Ｔｏｒｒの圧力に到達した。

【０２４０】次いで素子を室温に戻した後、アノード電
極に１ｋＶの電圧を印加し、工程−ｄで用いたのと同じ
波形のパルス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。

【０２４１】その結果、素子電流Ｉf は５ｍＡ、放出電
流Ｉe は７μＡ、電子放出効率η（＝Ｉe ／Ｉf ）＝
０．１４％であった。

【０２４２】本発明の製造方法の具体例である本実施例
の方法により、活性化工程と安定化工程にかかる時間は
従来よりも極めて短いもので十分であった。

【０２４３】（実施例４）工程−ｄにおいて、実施例３
で用いたアセチレンの代わりに、アセトンを用いた。バ
ブラー容器内にアセトンを入れ、窒素ガスをバブリング
させてアセトン蒸気を含ませたものを、図１７（Ａ）の
装置内に導入し、同様の処理を行った。他の工程は実施
例３と同じである。

【０２４４】図１７（Ａ）の装置内は、アセトン蒸気を
含むＮ₂ガス雰囲気で、ほぼ１気圧に保たれている。ガ
スは、図１９に模式的に示すような多段に連結したバブ
リング装置１９０１により、Ｎ₂ガスをアセトン１９０
２中を通したものである。バブリング装置全体を、恒温
槽１９０３により２５℃に保つようにし、飽和蒸気圧の
アセトン蒸気を含んだＮ₂ガスが毎秒１ｃｍ³（１気
圧）ずつ流出するように、ガス注入口１９０４にＮ₂ガ
スを流入させる。流出したガスは、混合器１９０５で高
純度Ｎ₂ ガスと混合され１００倍に希釈、つづいて分配
機１９０６で９９：１に分岐され、１９０７に分岐され
た方は排気となり、コールドトラップ１９０７でアセト
ンを除去した後、放出される。他方に分岐された方は、
再度１００倍に希釈、さらに１０倍に希釈され、全体で
は、１０⁵倍に希釈される。アセトンの２５℃における
飽和蒸気圧は、３×１０⁴Ｐａ程度であるから、最終的
に、活性化処理室に流入するガス中のアセトン分圧は、
３×１０^-1Ｐａ程度となる。なお、このように非常に大
きな比率で希釈することを考慮して、高純度Ｎ₂ガスの
純度は、９９．９９９９％（６Ｎ）のものを使用した。

【０２４５】実施例３と同じ条件で測定したところ、素
子電流Ｉf ＝４ｍＡ、放出電流Ｉe＝４．４μＡ、電子
放出効率はη＝０．１１％であった。

【０２４６】（実施例５）本実施例は、図８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）の製造方法に関するものである。図２０
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２１に示す。以下、図２２〜図
２８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。（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ＡＺ１３７
０（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７２を形成した（図２２）。

【０２４７】（工程−Ｂ）次いで厚さ１μｍのシリコン
酸化膜よりなる層間絶縁層２１０１をスパッタリング法
により堆積する（図２３）。

【０２４８】（工程−Ｃ）層間絶縁膜にコンタクトホー
ル２１０２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
（Reactive Ion Eching ）法により、層間絶縁膜２１０
１をエッチングした（図２４）。

【０２４９】（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（図２５）。
素子電極の間隔は３μｍとした。

【０２５０】（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７３
を形成した（図２６）。

【０２５１】（工程−Ｆ）実施例３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微粒子よ
りなる導電性膜４を形成した（図２７）。

【０２５２】（工程−Ｇ）コンタクトホール２１０２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った（図２８）。

【０２５３】（工程−Ｈ）上記電子源を真空装置内に設
置し、各配線を通じて、実施例３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電子放
出部を形成した。（工程−Ｉ）電子源を真空装置から取り出し、図１７
（Ｂ）に模式的に示す装置を用いて、実施例３の工程−
ｄと同じ条件で活性化処理を行った。

【０２５４】（工程−Ｊ）次いで、電子源を再度真空装
置内に設置し、実施例３の工程−ｅと同様に安定化工程
を行った。同様に約３時間で圧力が１×１０^-8Ｔｏｒｒ
に到達した。

【０２５５】実施例３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。

【０２５６】上記電子源を用い、図９に示す構成の画像
形成装置を作成した。

【０２５７】電子源の基板７１をリアプレート８１に固
定し、基板の５ｍｍ上方にフェースプレートを支持枠８
２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８４
とメタルバック８５が形成されている。蛍光膜８４はス
トライプ形状（図１０（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。

【０２５８】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い、十分に位置合わせを行った。
なお、外囲器内にはゲッター装置（不図示）も取り付け
られている。

【０２５９】このようにして作成した画像形成装置の外
囲器内を排気し、圧力を１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下とした
後、高周波加熱法によりゲッター処理を行い、排気管を
バーナーで加熱して封じきった。

【０２６０】このようにして作成した装置に、駆動装置
を接続し、ＴＶ信号を入力して画像を表示させたとこ
ろ、高品位の画像を安定に表示することができた。

【０２６１】（実施例６）実施例５の工程−Ｉまでと同
様に行った。ただし、工程−Ｉにおいては図１７（Ｃ）
に模式的に示す構造の装置を用いた。その後、組み立て
工程を行い外囲器を形成、ついで外囲器内を排気管を通
じて排気しながら、１５０℃，５時間の安定化工程を行
ったところ、圧力が１×１０^-6Ｔｏｒｒに到達した。次
いで、ゲッター処理を行い排気管を封じきって画像形成
装置を完成した。実施例５と同様に高品位な画像を安定
して表示することができた。

【０２６２】（実施例７）本実施例の製造法は、図２９
に示す各工程により構成される。左側に示したステップ
Ｓ1 〜Ｓ6 の「基板洗浄」〜「検査工程」までが電子放
出素子ないし電子源を製造する工程であり、これを用い
た画像形成装置の製造にはさらに、右側に示したステッ
プＳ7 〜Ｓ11の「画像形成部材形成」〜「排気管封止」
までを行う。

【０２６３】本実施例の第１の特徴は、図２９のフォー
ミング工程Ｓ3 、活性化工程Ｓ4 、安定化工程Ｓ5 をい
ずれも大気圧程度の圧力下で行うものである。なお、安
定化工程Ｓ5 は必ずしも大気圧程度の圧力下で行わなく
てもよい。ここで「大気圧程度の圧力」は、大気圧およ
び大気圧に近い圧力をいい、その工程を行うための処理
容器が、その内部の雰囲気を形成、維持するために、例
えば真空装置のような大がかりな装置を必要としない条
件であり、具体的には数分の一気圧から数気圧程度の範
囲の圧力であり、０．５〜１．５気圧の範囲が好まし
く、さらには１気圧の±２０％が特に好ましい。

【０２６４】本発明は少なくともフォーミング工程Ｓ3
、活性化工程Ｓ4 を大気圧程度の圧力下で行う（さら
には、安定化工程Ｓ5 も大気圧程度の圧力下で行うこと
が望ましい。）ものである。

【０２６５】このような、大気圧程度の圧力下での処理
においては、その処理のための容器は、真空容器のよう
に微量の漏れに対して厳重な対策をする必要はなく、ま
た容器内壁などに吸着している気体分子が放出されるこ
とにより活性化工程の処理条件が大きく影響を受ける可
能性も、比較的少ない。また、特に１気圧程度の圧力の
場合、内外の圧力差に耐えるような機械的強度を要求す
る必要もないので、処理に用いる装置が極めて簡便にで
きる。

【０２６６】このような処理は、所定の雰囲気を保持す
るため、処理する電子放出素子あるいは電子源を適当な
容器内に置き、該容器内に所望の雰囲気を形成するため
のガスを流入させて行う。

【０２６７】容器内に一旦ガスを満たして、その後は補
給せずにそのまま処理を続けると、素子の周囲の雰囲気
が変化してしまう場合があるので、これを防ぐために十
分な量のガスが容器内に流入し、他方で容器外へ流出し
て容器内に気流が形成されていることが望ましい。

【０２６８】図３０（Ａ）は、このような本実施例での
処理に用いる容器の構成の一例を示す模式図である。電
子放出素子あるいは電子源３００７を設置したホルダー
に、図のような容器３００１を被せ、端面３００２をＯ
リング３００３に押しつけることにより、ガスの漏れを
防ぐ。上記容器３００１には、ガス流入口３００４が設
けられ、他方ホルダー３００５にはガス流出口３００６
が設けられている。ガス流入口３００４から、所望の組
成のガスを流入させ、流入口３００６から同量が流出す
る。あるいは、図３０（Ｂ）のように、被せる容器３０
０１を２重構造とするなどして、流入、流出口とも容器
の側に設ける構成でも良い。あるいは、このほかの構成
でも、所望のガスの流入、流出を十分に行える構成であ
れば差し支えない。

【０２６９】容器の内外にあまり大きな圧力差はないの
で、上記のＯリング３００３や、それとつきあわせられ
る容器の端面３００２に関しては、例えば真空装置のよ
うに厳密な気密性は要求されない。また、活性化工程を
上記装置で行うことで導入ガスの圧力分布が減少し、電
子放出素子の特性分布が改善される。

【０２７０】上記のように、容器が移動する代わりに、
例えば図３１に示すように適当な搬入口、搬出口を有す
る、箱状の容器を連ねて用い、処理する電子放出素子あ
るいは電子源の方を順次移動させても良い。この際各処
理容器３１０１，３１０２，３１０３の内部は、適当な
ガスの気流が形成されているが、搬入口（試料導入部）
３１０５、接続部３１０４、搬出口（試料排出部）（不
図示）にも不活性ガスなどの気流が形成されていること
が好ましい。

【０２７１】図３１には示していないが、処理の際、必
要に応じて電子放出素子あるいは電子源に、電圧を印加
するための接続端子が設けられている。

【０２７２】以下、より具体的に、説明する。

【０２７３】洗浄した基板上に、表面伝導型電子放出素
子の素子電極、導電性膜、必要な配線などを形成する。
それぞれは、真空蒸着法やスパッタ法による成膜、フォ
トリソグラフィー法などによるパターニングを行って形
成しても良いし、印刷法やインクジェット法によりこれ
らを形成してもよい。

【０２７４】これらを形成した後、上記素子電極、配
線、導電性膜がダメージを受けない程度の温度に加熱す
るなどの方法により、脱ガス処理を行った後、フォーミ
ング工程を行う。

【０２７５】この工程では、素子電極間に、例えば図５
（ａ）または図５（ｂ）に示したようなパルス電圧を印
加して電子放出部の形成を行う。このときの処理容器内
の雰囲気は、導電性膜の材質等により、様々のものが用
いられる。例えば、ヘリウム（Ｈｅ）などの希ガスある
いは窒素ガス（Ｎ₂ ）などの、不活性なガスを用いるこ
とが可能である。なお、不活性ガスはヘリウム（Ｈｅ）
などの周期律０族に属する希ガスのみをいう場合もある
が、ここでは希ガスの他に窒素ガスなどを含む。また、
酸化性の雰囲気、例えば酸素を含む雰囲気、を用いる場
合もあり、導電性膜が金属酸化物により形成されてお
り、これがパルス電圧印加によるジュール熱で還元され
るのを避ける必要がある場合などはこのような雰囲気が
好ましく用いられる。あるいは、還元性の雰囲気、例え
ば水素ガスを含む雰囲気を採用する場合もある。例え
ば、比較的還元されやすい金属酸化物、ＰｄＯなど、の
微粒子により導電性膜が形成されている場合、不活性ガ
ス雰囲気中で、図５（ａ）のような（それだけでは電子
放出部の形成に至らない程度の）一定の波高値を持つパ
ルスを印加し、次いで雰囲気中に水素ガスを少量混合さ
せ、ＰｄＯ微粒子を還元し、凝集しやすくすることによ
り、上記のパルス電圧の電力が比較的低くても電子放出
部を形成することができる。

【０２７６】処理の終点を決める方法としては、フォー
ミングのためのパルスの合間に、導電性薄膜を破壊、変
形あるいは変質しない程度の例えば０．１Ｖ程度の波高
値のパルス電圧を挿入し、このとき流れる電流を測定す
ることにより、導電性膜の抵抗値を検知し、例えば抵抗
値が１素子あたり１ＭΩを越えたことを検知して、フォ
ーミング処理を終了することができる。

【０２７７】つづいて、活性化工程を行う。この処理
は、上記フォーミング工程で形成された電子放出部とそ
の周辺に、少なくとも炭素を含む堆積物を堆積させる処
理で、これにより、素子の電気的特性は大きく変化す
る。具体的な処理方法としては、処理容器内に電子放出
素子、あるいは電子源を設置して、容器内に有機物質の
ガス（あるいは蒸気）と不活性ガス（アルゴン、ヘリウ
ム、窒素など）の混合ガスを、流入、流出させ、この混
合ガスの気流中で電子放出素子の素子電極間に、パルス
電圧を繰り返し印加することにより行う。上記混合ガス
に用いる有機物質が、例えばメタン、エチレン、アセチ
レンなど常温で気体である場合には、ガス流量制御装置
などを用いて、所望の混合比率に調整する。また、アセ
トン、エタノールなどの常温で液体である物質の場合に
は、不活性ガスを有機物質の液体中にバブリングさせ、
蒸気を含ませる。バブリング装置の温度を正確に管理
し、飽和蒸気圧の有機物質蒸気を含ませた後、蒸気を含
まない不活性ガスと混合することにより、混合比を制御
することができる。

【０２７８】つづいて、安定化工程を行う。この処理
は、電子放出素子あるいは電子源を実際に電子放出させ
て用いる際に、該電子放出素子あるいは電子源に吸着し
ている、有機物質分子が供給源となって、少なくとも炭
素を含む堆積物の堆積がさらに進行し、電子放出特性が
不安定となることを防ぐために、不要な吸着有機物質分
子を除去する工程である。この処理は、適当なガスを容
器に流入、流出させつつ、電子放出素子あるいは電子源
を加熱することにより行う。加熱により、吸着した有機
物質分子は、脱離しやすくなり、脱離した分子はガスの
気流により容器外に運び去られる。なお、脱離した有機
物質分子が、処理容器の内壁に再度吸着した場合、容器
が低温であると脱離しづらく、容器内に残留する恐れが
あるので、容器自体も加熱することが望ましい。

【０２７９】また、電子放出素子に通常駆動する場合と
同程度の波高値を持つ電圧パルスを印加しながら、加熱
処理を行うと、本工程がさらに効果的に行われる場合も
ある。

【０２８０】また、容器内に流入させるガスは、適当な
酸化性を有するものを用いることができる。このように
すると、吸着した有機物質分子は、酸化され、主にＣＯ
₂，ＣＯ，Ｈ₂ Ｏ等に変化する。これらは、高真空を形
成する際などには、必ずしも排気しやすいガスではない
が、ある程度重合の進んだ有機物質の吸着分子に比べれ
ば、排気しやすいものであり、本工程の目的を達成しや
すくなる。

【０２８１】なお、安定化工程は、容器内を簡単な排気
装置を用いて、低真空として行っても良い。排気装置と
して高真空用の大がかりなもの、例えばターボポンプ
や、イオンポンプを用いることもできるが、本工程の目
的程度であれば、スクロールポンプなどの通常予備排気
に用いられる程度の排気装置により行うことができ、容
器、排気装置ともさほど大がかりにはならない。また、
排気に時間を要することもないので、本発明の目的を損
なわず、本発明を構成する工程として好適に採用するこ
とができる。

【０２８２】上記工程により作製した、電子放出素子、
あるいは電子源を例えばガラスの真空容器に封入して、
画像形成装置を形成する場合などには、封入する前に電
子放出素子あるいは電子源が、正常に形成されているこ
とを確認するのが好ましい。確認の方法としては、電子
放出素子の電気特性、すなわち素子電圧Ｖf と素子電流
Ｉf の関係を測定することにより行うことができる。さ
らに、万全を期するためには、電子放出素子、あるいは
電子源を測定用の真空装置内に設置して、実際に電子を
放出させて、電子放出特性を測定しても良い。この方法
は、最も確実であるが、真空装置内を十分に排気するた
めにある程度の時間を要し、またそのための装置も大が
かりとなる。全体の工程を考慮し、最もコストが低くな
るような確認方法を採用する。

【０２８３】次いで、上記工程により作成した電子放出
素子あるいは電子源を、画像形成部材など必要な部材と
ともに、真空容器内に封入する。電子放出素子あるいは
電子源以外の各部材も、予め加熱するなどして十分に脱
ガスを行っておく。各部材を内部に設置して真空容器を
形成した後、該真空容器内を排気管を介して排気し、次
いで排気管をバーナーなどで加熱して封じきる。この際
に用いる排気装置は、有機物質を真空中に拡散させるこ
とのないよう、オイルフリーの装置を用いる。

【０２８４】この後、ゲッタ処理を行っても良い。これ
は、抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用いた加熱によ
り、真空容器内の所定の位置に配置されたゲッタを加熱
し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッタは通常Ｂａ等
が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、真空容器
内の雰囲気を維持するものである。ゲッタ処理は、容器
内を十分排気した後、あるいは排気管を封じきるのに先
立って行っても良い。

【０２８５】なお、排気管を介して真空容器内を排気す
る代わりに、内部で組立作業を行うことができる真空チ
ャンバー内に必要な部材を入れ、真空中で組立てても良
い。本発明に係わる電子源には、図９に示すように、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が、その他にも、図１３及び図
１４に示したような、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。以下に本実
施例をより具体的に説明する。

【０２８６】本実施例は、単一の表面伝導型電子放出素
子の製造方法である。本発明により作成される、表面伝
導型電子放出素子の構成を、図２（ａ）、図２（ｂ）に
模式的に示す。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は断面
図である。

【０２８７】（工程−Ａ）石英ガラスより成る基板１を
洗浄した後、Ｔｉ及びＰｔをスパッタリング法により、
それぞれ５ｎｍ、６０ｎｍ重ねて成膜し、通常のフォト
リソグラフィーの方法によりパターニングして素子電極
２，３を形成した（図２（ａ））。電極の間隔Ｌは、２
μｍとした。

【０２８８】（工程−Ｂ）次いでスパッタリング法によ
りＣｒを５０ｎｍ堆積し、フォトリソグラフィーの方法
により、導電性膜４のパターンに対応する開口を形成
し、次いで有機Ｐｄ化合物の溶液（ｃｃｐ−４２３０；
奥野製薬（株）製）を塗布、大気中３００℃，１２分間
の焼成を行い、ＰｄＯ微粒子膜を形成、次いでＣｒエッ
チャントにより上記Ｃｒ膜を剥離し、所望の形状の導電
性膜４を形成した（図２（ｂ））。

【０２８９】（工程−Ｃ）次いで、フォーミング工程を
行うが、この工程から上述の安定化工程までは、図３１
に示すような、それぞれの処理容器６１〜６３を連絡路
６４で連結した処理装置を用いて行う。各処理容器、す
なわちフォーミング処理容器３１０１、活性化処理容器
３１０２、安定化処理容器３１０３（図にはその一部の
み記載）には、それぞれの工程で必要なガスを導入、送
出するための、ガス導入管３１０６、ガス排気管３１０
７が接続されている。また、試料導入部３１０５がフォ
ーミング処理容器３１０１に、試料排出部（不図示）が
安定化処理容器３１０３にそれぞれ接続されている。連
結路３１０４、試料導入部３１０５、試料排出部にも、
それぞれの内部を適当な雰囲気とするため、ガス導入管
３１０６、ガス排出管３１０７が接続されている。３１
０８は試料搬送装置である。

【０２９０】工程−Ｂを終えた素子は、試料ホルダー３
１０９に設置され（素子電極への配線が設けられ、処理
容器外の電源装置などと接続されるようになってい
る。）、試料導入部３１０５に入れられ、試料搬送装置
３１０８にセットされ、フォーミング処理容器３１０１
内へ搬送される。試料導入部３１０５及びフォーミング
処理容器３１０１内は、１気圧のＮ₂で満たす。そのた
めガス導入管３１０６、ガス排出管３１０７によりＮ₂
ガスが流されている。

【０２９１】接続端子（不図示）を通じて、素子電極間
に図５（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、電子放出部５を形成する。また、不図示で
あるがフォーミング用パルスの合間に波高値０．１Ｖの
矩形波パルスを挿入し、このとき流れる電流を測定し
て、素子の抵抗を検知する。抵抗が１ＭΩを越えたとこ
ろで、本工程を終了する。

【０２９２】（工程−Ｄ）試料ホルダー３１０９を活性
化処理容器３１０２内へ移動して、活性工程を行う。活
性化処理容器３１０２の内部は、アセトン蒸気を含むＮ
₂ガス雰囲気で、ほぼ１気圧に保たれている。ガスは、
図１９に模式的に示すような多段に連結したバブリング
装置１９０１により、Ｎ₂ガスをアセトン１９０２中を
通したものである。バブリング装置全体を、恒温槽１９
０３により２５℃に保つようにし、飽和蒸気圧のアセト
ン蒸気を含んだＮ₂ガスが毎秒１ｃｍ³（１気圧）ずつ
流出するように、ガス注入口１９０４にＮ₂ガスを流入
させる。流出したガスは、混合器１９０５で高純度Ｎ₂
ガスと混合され１００倍に希釈、つづいて分配機１９０
６で９９：１に分岐され、１９０７に分岐された方は排
気となり、コールドトラップ１９０７でアセトンを除去
した後、放出される。他方に分岐された方は、再度１０
０倍に希釈、さらに１０倍に希釈され、全体では、１０
⁵倍に希釈される。アセトンの２５℃における飽和蒸気
圧は、３×１０⁴Ｐａ程度であるから、最終的に、活性
化処理室に流入するガス中のアセトン分圧は、３×１０
^-1Ｐａ程度となる。なお、このように非常に大きな比率
で希釈することを考慮して、高純度Ｎ₂ガスの純度は、
９９．９９９９％（６Ｎ）のものを使用した。

【０２９３】上記のようなガスの気流中で、素子電極間
にパルス電圧を印加する。パルスは、波高値１４Ｖの矩
形波で、パルス間隔は１０ｍｓｅｃ．パルス幅は１ｍｓ
ｅｃ．とし、３０分間パルスの印加を続けた後、処理を
終了した。

【０２９４】（工程−Ｅ）次いで、試料ホルダーを安定
化処理容器３１０３内へ移動し、安定化処理を行った。
容器内は、Ｎ₂ ガスが流入、流出しており、温度は１５
０℃に保持されている。圧力はほぼ１気圧に保たれてい
る。素子を該安定化容器内に７時間保持した後、図６に
模式的に示す測定装置の真空チャンバー５５内に設置し
た。

【０２９５】電子放出素子と対向して、素子から放出さ
れて電子を補足するアノード電極５４が設置されてい
る。素子とアノード電極の間隔Ｈは５ｍｍとした。５６
は超高真空用の排気装置で、イオンポンプとスクロール
ポンプを組み合わせたものである。該排気装置により、
真空チャンバー内を排気し、圧力を１０^-8Ｐａ以下とし
た。

【０２９６】パルスジェネレーター５１により波高値１
４Ｖの矩形波パルスを素子電極２，３の間に印加して、
電流計５０により、素子に流れる電流Ｉf を測定した。
また、アノード電極５４には、高圧電源５３により１ｋ
Ｖの電位を与え、電流計５２により、放出電流Ｉe を測
定した。

【０２９７】［比較例１］実施例７と工程−Ａ〜工程−
Ｂまでを同様に行った。つづいて、（工程−ｄ）素子
を、真空装置内に設置し、排気装置により圧力を１０^-3
Ｐａ以下とした。この真空装置は、真空チャンバー内を
排気するだけでなく、適当なガスを導入できるようにし
たものである。また、素子の電極に配線を接続するため
の端子も有する。上記圧力に減圧するまでに、１時間１
５分を要した。

【０２９８】先ず、フォーミング工程を行う。素子電極
間に図５（ｂ）に示す、波高値の漸増する三角波パルス
を印加し、電子放出部を形成する。

【０２９９】（工程−ｅ）次いで、活性化工程を行う。
真空チャンバー内を一旦１×１０^-6Ｐａまで減圧した
後、アセトンを導入し、圧力を３×１０^-1Ｐａとし、素
子電極間に１４Ｖの矩形波パルスを印加する。最初の減
圧により上記圧力に達するまでに、３時間を要した。パ
ルス間隔、パルス幅は実施例７の場合と同様とした。パ
ルス印加を３０分間続けた後、活性化工程を終了した。

【０３００】（工程−ｆ）次いで、安定化工程を行う。
真空チャンバー内を排気しながら、真空チャンバーと素
子を１５０℃に加熱し、保持する。１０時間加熱と排気
を続けたところ、圧力が１×１０^-6Ｐａを下回るように
なったので、安定化工程を終了した。

【０３０１】素子を、上記工程用の真空チャンバーから
取り出し、上述の測定用真空チャンバーに設置して、実
施例７と同様の測定を行った。

【０３０２】いずれの素子も図７に示すような特性を示
した。Ｉf −Ｖf 、Ｉe −Ｖf 特性とも、明確な閾値を
持ち、閾値以上の素子電圧に対し、単調増加特性（ＭＩ
特性）を示す。この特性は、１４Ｖ以上の電圧をかけな
い限り、変化せず、測定の際のパルス波高値（ただし１
４Ｖ以下）、パルス幅、パルス間隔に依存しないもので
あった。また、パルス印加を暫く停止した後に、測定を
再開した場合にも、一時的に電流が大きくなるような現
象は見られなかった。

【０３０３】従って、いずれの素子も、同程度の安定し
た特性示すものであるが、実施例７の方法は、比較例１
の方法と比べ、真空容器内を排気するのに必要な時間な
どが大幅に短縮でき、製造コストを抑制できた。また製
造装置も、比較例１で用いたような、製造工程に用いる
真空装置を必要とせず、装置が大がかりになることによ
るコストの上昇も抑制できた。

【０３０４】（実施例８）本実施例の方法により作成す
るのは、表面伝導型電子放出素子を多数有し、マトリク
ス状に配線されて電子源、及びそれを用いた画像形成装
置である。製造工程を、図３２を参照して説明する。

【０３０５】（工程−Ａ）洗浄した青板ガラスの表面
に、０．５μｍのＳｉＯ₂層をスパッタリングにより形
成し、基板１とした。

【０３０６】該基板上にスパッタ成膜法とフォトリソグ
ラフィー法を用いて表面伝導型電子放出素子の素子電極
２と３を形成する。材質は５ｎｍのＴｉ、１００ｎｍの
Ｎｉを積層したものである。素子電極間隔は２μｍとし
た（図３２（Ａ））。

【０３０７】（工程−Ｂ）つづいて、Ａｇペーストを所
定の形状に印刷し、焼成することによりＹ方向配線９１
を形成した。該配線の幅は１００μｍ、厚さは約１０μ
ｍである（図３２（Ｂ））。

【０３０８】（工程−Ｃ）次に、ＰｂＯを主成分とし、
ガラスバインダーを混合したペーストを用い、同じく印
刷法により絶縁層３２０２を形成する。これは上記Ｙ方
向配線３２０１と後述のＸ方向配線を絶縁するもので、
厚さ約２０μｍとなるように形成した。なお、素子電極
３と重なる部分には切り欠き３２０３を設けて、Ｘ方向
配線と素子電極の接続をとるようにしてある（図３２
（Ｃ））。

【０３０９】（工程−Ｄ）つづいてＸ方向配線３２０４
を上記絶縁層３２０２に形成する（図３２（Ｄ））。方
法はＹ方向配線の場合と同じで、配線の幅は３００μ
ｍ、厚さは約１０μｍである。

【０３１０】（工程−Ｅ）ＰｄＯ微粒子よりなる導電性
膜４を形成する。有機Ｐｄ化合物の水溶液を、所定の位
置に、バブルジェット方式のインクジェット装置を用い
て、液滴として付与し、乾燥させた後、大気中で３００
℃，１０分間の加熱処理を行い、ＰｄＯ微粒子膜とする
ことにより形成した（図３２（Ｅ））。

【０３１１】（工程−Ｆ）次いでフォーミング工程を行
う。実施例７で用いたのと同じ処理装置を用いる。

【０３１２】以降の工程のために、電子源には図３３に
示すように、配線が行われている。Ｘ方向配線３２０１
は、各配線がフィードスルー３３０４を介して処理容器
３３０３外に取り出されている。Ｙ方向配線３２０４は
共通電極３３０２にすべて接続され、共通電極につなが
った配線が、フィードスルー３３０４を介して外部に取
り出されている。３３０１は電子放出素子を示す。パル
スジェネレータ３３０５は、上記共通電極と、Ｘ方向配
線の一つとに接続されている。３３０６は電流測定用の
抵抗、３３０７は電流モニタである。実施例７と同様に
フォーミング用に波高値の漸増する三角波パルスを印
加、該フォーミング用パルスの合間に、波高値０．１Ｖ
の矩形波パルスを印加し、電流を測定して、抵抗を検知
した。抵抗値が１素子あたり、１００ｋΩを越えたとこ
ろで、そのＸ方向配線に接続された電子放出素子３３０
１のフォーミングを完了し、パルスジェネレータ３３０
５の接続を次のＸ方向配線につなぎ替える。これを繰り
返してすべての電子放出素子に電子放出部を形成する。

【０３１３】（工程−Ｇ）次いで、活性化処理を行う。
実施例７と同様のアセトンを含有するＮ₂ガスを流入さ
せ、工程−Ｆと同様の配線により、各Ｘ方向配線ごとに
波高値１８Ｖの矩形波パルスを印加した。検知される電
流の量がほぼ飽和した時点で、パルスジェネレータの接
続を次のＸ方向配線に切り替え、順次同様の処理を行
い、すべての電子放出素子の活性化工程を完了した。

【０３１４】（工程−Ｈ）次いで、安定化工程を行う。
実施例７と同様に、上記電子源を１５０℃のＮ₂気流中
で、７時間保持した。

【０３１５】（工程−Ｉ）電子源の各素子の電気特性を
測定し、短絡などの異常がないことを確認した。（工程−Ｊ）上記電子源と組み合わせる真空容器の部材
と、画像形成部材を準備する。ガラス製真空容器は、フ
ェースプレート、リアプレート、及び支持枠より成り、
さらに容器内部を排気するための排気管を有する。画像
形成部材は、上記フェースプレートの真空容器内側表面
上に、蛍光膜とメタルバックを積層したものである。本
実施例では、蛍光膜としては図１０（Ａ）に示した、ス
トライプ状の構造を採用した。上記のフィルミング処理
を行った後、Ａｌを真空蒸着により成膜し、メタルバッ
クを形成した。

【０３１６】画像形成部材を含むフェースプレート、リ
アプレート及び支持枠は予めＮ₂気流中４５０℃，１時
間の熱処理を行い、吸着物を除去した。

【０３１７】上記電子源をリアプレートに固定、次いで
リアプレートと支持枠、フェースプレート、排気管を組
み合わせ、固定して、真空容器を形成した。この際電子
源と画像形成部材の位置を厳密に合わせた。接合にはフ
リットガラスを用い、大気中で４００℃に加熱すること
により固定した。このようにして形成した画像形成装置
は、図９に模式的に示すような構成を有する。８１はリ
アプレート、８２は支持枠、８３はフェースプレート
で、これらにより真空容器（外囲器）８８が作製され
る。８４は蛍光膜、８５はメタルバックで両者により画
像形成部材が構成される。９０１は真空容器８８の内部
を排気するための排気管、８７はメタルバック８５に接
続され、電子を加速するための電圧を画像形成部材に印
加するための高圧端子である。このほか、図には示され
ていないが、電子源の周囲にゲッタが配置されている。

【０３１８】（工程−Ｋ）排気管を、超高真空用の排気
装置に接続し、真空容器内を排気、圧力を１０^-6Ｐａ以
下になるまで排気を続けた。

【０３１９】（工程−Ｌ）排気管をバーナーで加熱して
封じきった。次いで、高周波加熱により、ゲッタを加熱
し、ゲッタ処理を行い、画像形成装置を完成した。

【０３２０】この画像形成装置に、高圧端子に５ｋＶを
印加し、マトリクス駆動により動作を確認したところ、
正常に動作することが確かめられた。

【０３２１】（実施例９）本実施例により作成されるの
は、実施例８と同様の電子源及びそれを用いた画像形成
装置である。実施例８の工程−Ａから工程−Ｅまでと同
様の工程を行った後、（工程−Ｆ）フォーミング工程を
行う。電子源をフォーミング処理容器内に設置し、容器
内に先ずＮ₂ガスを流入させる。配線は、図３３に示し
たものと基本的には同じであるが、パルスジェネレータ
３３０５とＸ方向配線の接続端子との間に、スイッチン
グ装置を置き、１パルス毎に、接続するＸ方向配線が順
次切り替わるようにする。この状態で、波高値５Ｖ、パ
ルス幅１００μｓｅｃの矩形波パルスを各Ｘ方向配線に
順次印加する。

【０３２２】次いで、容器内に流入させるガスをＮ₂９
９％−Ｈ₂１％の混合ガスに切り替える。

【０３２３】素子の抵抗は、初め僅かに上昇した後徐々
に低下し、その後急激に上昇に転じて高抵抗となり、電
子放出部が形成される。なお、Ｈ₂の爆発濃度範囲の下
限は、空気中で４％であるので、上記混合ガスの使用に
関しては特別な防爆設備は設けず、装置の周囲を通常の
換気が行われるようにした。

【０３２４】（工程−Ｇ）活性化工程を行う。活性化処
理容器内には、Ｎ₂９９％−ＣＨ₄１％の混合ガスを流
入させる。なお、メタンＣＨ₄の爆発濃度範囲の下限
は、空気中で５％であるので、上記混合ガスに関して特
別な防爆設備は設けていない。

【０３２５】工程−Ｆと同様にパルス電圧を印加する。
パルス波高値は初め５Ｖとし、０．５Ｖ／ｍｉｎ．のレ
ートで昇圧し、１８Ｖとなった時点で、波高値を固定し
た。本工程は、電流を観測しながら行い、電流値の増加
が飽和傾向を示したところで、工程を終了した。

【０３２６】（工程−Ｈ）次いで、安定化工程を行う。
安定化処理容器内には、Ｎ₂を流入させ、１５０℃で５
時間保持した。このうち、最初の１時間は、工程−Ｇに
おけると同様なパルスの印加を行った。波高値は１８Ｖ
とした。

【０３２７】（工程−Ｉ）各電子放出素子のＩf −Ｖf
特性を測定し、すべての素子が正常に形成されているこ
とを確かめた。

【０３２８】この後、実施例８と同様に、上記電子源と
画像形成装置、真空容器を組み合わせ、画像形成装置を
作成した。高圧端子に５ｋＶを印加し、動作を確認した
ところ、正常に動作することが確かめられた。電子放出
素子から放出電流は、実施例２の場合よりもやや大きい
ものであった。

【０３２９】（実施例１０）本実施例により作成される
のは、実施例８と同様の電子源及びそれを用いた画像形
成装置である。実施例８の工程−Ａから工程−Ｅまでと
同様の工程を行った後、（工程−Ｆ）電子源をフォーミ
ング処理容器内に設置する。フォーミング処理容器内
に、乾燥空気を流入させながら、実施例８のフォーミン
グ工程と同様の方法でパルス電圧を印加し、電子放出部
を形成した。

【０３３０】（工程−Ｇ）活性化処理容器内に電子源を
移し、容器内にＮ₂９９．９５％−Ｃ₂Ｈ₂０．０５％
の混合ガスを流入させた。実施例２と同様に電子源にパ
ルス電圧を印加し、活性化を行った。

【０３３１】（工程−Ｈ）安定化処理容器内に電子源を
移し、容器内に、Ｎ₂９５％−Ｏ₂５％の混合ガスを流
入させた。内部を１５０℃に保持し、３時間の処理を行
った。

【０３３２】この後、各電子放出素子の検査を上述と同
様に行った後、実施例８と同様にして画像形成装置を作
成し、動作の確認を行った。実施例２とほぼ同様の結果
であった。

【０３３３】（実施例１１）実施例８と同様に工程Ｇま
で行った後、安定化工程を次のようにして行った。（工程−Ｈ）電子源を真空チャンバー内に設置し、真空
チャンバーをスクロールポンプにより、圧力が１０^-3Ｐ
ａとなるよう排気を行った。この圧力に達するまで、１
５分を要した。次いで、真空チャンバー全体を加熱して
１５０℃とした後、排気を続けながら１０時間保持し
た。用いた真空チャンバーは、簡易なバルブを介して上
記スクロールポンプに接続されたもので、極めて簡易な
装置である。

【０３３４】この後、各電子放出素子の検査を上述と同
様に行った後、実施例８と同様にして画像形成装置を作
成し、動作の確認を行った。実施例８とほぼ同様の結果
であった。

【０３３５】以上述べてきた各実施例においては、速や
かに活性化原料を電子放出素子に供給でき、また、むら
を減らすことができる。また、活性化の工程において高
真空の雰囲気を用いないので、活性化工程に先立ち電子
放出素子もしくは電子源を真空装置に設置し排気、必要
な場合には処理後にリークするということを行う必要が
ない。それにより全体の工程の時間を非常に短くするこ
とができ、量産性の面でも特に好ましい。また、真空装
置を真空搬送路で連結して処理を行わなくてもいいの
で、そのような大型で極めて高価な製造装置を用いる必
要がない。

【０３３６】また、活性化工程とその後の工程とを一つ
の真空装置で行う場合、活性化工程では、真空容器内に
有機物質が導入され、ついで安定化工程でこれを除去す
ることになる。活性化工程で導入された有機物質は電子
放出素子或いは電子源のみならず、真空容器自体の内壁
に大量に吸着されてしまうため、これを除去するには長
時間を要する。それに対して、活性化工程における雰囲
気を保持する容器と、その後の工程において用いる容器
が異なる実施例においては、活性化工程において用いる
容器への有機物質の吸着が生じてもその後の工程には影
響を与えないため、製造プロセスにかかる時間を短くす
ることができる。

【０３３７】

【発明の効果】以上述べてきた様に、本発明によると、
電子放出素子や電子源や画像形成装置の製造にかかる時
間を短縮でき、またコストを減少することができる。

【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作製装置の一
例を示す模式図である。

【図２】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３】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４】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の
製造方法の一例を示す模式図である。

【図５】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６】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７】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８】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９】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１０】蛍光膜の一例を示す模式図である。

【図１１】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１２】本発明の画像表示装置のフォーミング、活性
化工程を行うための真空排気装置の模式図である。

【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法を示す模式図である。

【図１６】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。

【図１７】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の製造方法の、活
性化工程において使用する処理装置の構造を示す模式図
である。

【図１８】本発明の画像形成装置の製造方法において、
使用される真空装置の構成の一例を示す模式図である。

【図１９】本発明の電子放出素子の製造方法において、
使用されるバブリング装置の構成の一例を示す模式図で
ある。

【図２０】本発明の適用されるマトリクス配線を有する
電子源の構成を模式的に示す平面図である。

【図２１】図２０の折れ線Ａ−Ａに沿った断面の構成を
模式的に示す断面図である。

【図２２】本発明の電子源の製造工程の一部を説明する
ための図である。

【図２３】本発明の電子源の製造工程の一部を説明する
ための図である。

【図２４】本発明の電子源の製造工程の一部を説明する
ための図である。

【図２５】本発明の電子源の製造工程の一部を説明する
ための図である。

【図２６】本発明の電子源の製造工程の一部を説明する
ための図である。

【図２７】本発明の電子源の製造工程の一部を説明する
ための図である。

【図２８】本発明の電子源の製造工程の一部を説明する
ための図である。

【図２９】本発明の製造方法の工程の流れを説明するた
めの流れ図である。

【図３０】（Ａ），（Ｂ）は、本発明に用いる、処理容
器の構成の例を示す模式図である。

【図３１】本発明に用いる連続処理装置の構成を示す模
式図である。

【図３２】（Ａ）〜（Ｅ）は、マトリクス配線を有する
電子源の製造法の一例を示す模式図である。

【図３３】本発明の電子源の製造方法において、用いら
れる配線方法を説明するための模式図である。

【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段さ形成部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８７高圧端子８８外囲器９１黒色導電材９２蛍光体１０１表示パネル１０２走査回路１０３制御回路１０４シフトレジスタ１０５ラインメモリ１０６同期信号分離回路１０７変調信号発生器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１２２Ｄｘｏ１，Ｄｘｏ２，…，Ｄｘｏｍよりなる容
器外端子１２３グリッド電極１２０と接続されたＧ１，…Ｇｎ１３１画像表示装置１３２配管１３５排気装置１３６圧力計１３７四重極質量分析器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２０１循環器２０２吸湿装置２０３バルブ１７０６，３００１容器１７０７メッシュ３００３Ｏリング３１０８試料搬送装置３１１０仕切り１９０１バブラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子放出素子を有する電子源の製造方法
であって、電子放出素子において電子を放出する部分となる領域を
少なくとも含む領域に、堆積物を堆積させる堆積工程を
有しており、該堆積工程は、前記堆積物の原料を少なく
とも含む気体雰囲気で、かつ前記気体が粘性流状態とな
る平均自由行程を有する状態で行うことを特徴とする電
子源の製造方法。
【請求項２】前記雰囲気は、圧力が１Ｐａ以上の雰囲
気である請求項１に記載の電子源の製造方法。
【請求項３】電子放出素子を有する電子源の製造方法
であって、電子放出素子において電子を放出する部分となる領域を
少なくとも含む領域に、堆積物を堆積させる堆積工程を
有しており、該堆積工程は、前記堆積物の原料を少なく
とも含む気体雰囲気で、かつ該雰囲気の圧力が１Ｐａよ
り大きい状態で行うことを特徴とする電子源の製造方
法。
【請求項４】前記雰囲気は、圧力が１００Ｐａ以上の
雰囲気である請求項１乃至３いずれかに記載の電子源の
製造方法。
【請求項５】前記雰囲気は、圧力が１０００Ｐａ以上
の雰囲気である請求項１乃至３いずれかに記載の電子源
の製造方法。
【請求項６】前記雰囲気は、圧力が数気圧以下の雰囲
気である請求項１乃至５いずれかに記載の電子源の製造
方法。
【請求項７】前記雰囲気は、圧力が１．５気圧以下の
雰囲気である請求項１乃至５いずれかに記載の電子源の
製造方法。
【請求項８】前記雰囲気は、圧力が０．５気圧以下の
雰囲気である請求項１乃至５いずれかに記載の電子源の
製造方法。
【請求項９】前記雰囲気は、圧力が０．２気圧以下の
雰囲気である請求項１乃至５いずれかに記載の電子源の
製造方法。
【請求項１０】前記雰囲気は、圧力が０．１気圧以下
の雰囲気である請求項１乃至５いずれかに記載の電子源
の製造方法。
【請求項１１】前記雰囲気は、圧力が大気圧程度の雰
囲気である請求項１乃至３いずれかに記載の電子源の製
造方法。
【請求項１２】前記気体は、前記堆積物の材料となる
物質を希釈気体で希釈した気体である請求項１乃至１１
いずれかに記載の電子源の製造方法。
【請求項１３】前記希釈気体は、不活性ガスである請
求項１２に記載の電子源の製造方法。
【請求項１４】前記気体は、前記堆積物の材料となる
物質と窒素もしくはヘリウムもしくはアルゴンとを含む
気体である請求項１乃至１１いずれかに記載の電子源の
製造方法。
【請求項１５】前記気体は、炭素もしくは炭素を含む
化合物と窒素もしくはヘリウムもしくはアルゴンとを含
む気体である請求項１乃至１１いずれかに記載の電子源
の製造方法。
【請求項１６】前記堆積工程は、前記雰囲気中で、前
記電子を放出する部分となる領域に電圧を印加すること
によって、前記堆積物を堆積させるものである請求項１
乃至１５いずれかに記載の電子源の製造方法。
【請求項１７】前記電子を放出する部分となる領域
は、第１の間隙を挟んで対向する導電性物質の該第１の
間隙の近傍部分であり、前記堆積工程によって、該対向
する導電性物質に前記堆積物を堆積させ、前記第１の間
隙部分よりも狭い第２の間隙を形成する請求項１乃至１
６いずれかに記載の電子源の製造方法。
【請求項１８】前記第１の間隙部分を形成する第１間
隙形成工程を有する請求項１７に記載の電子源の製造方
法。
【請求項１９】前記第１間隙形成工程は、導電性膜の
前記第１の間隙を形成する部分に通電することによって
前記第１の間隙を形成する工程である請求項１８に記載
の電子源の製造方法。
【請求項２０】前記第１間隙形成工程と、前記堆積工
程とを同程度の圧力下で行う請求項１８もしくは１９い
ずれかに記載の電子源の製造方法。
【請求項２１】前記第１間隙形成工程と、前記堆積工
程とを大気圧程度の圧力下で行う請求項１８もしくは１
９いずれかに記載の電子源の製造方法。
【請求項２２】前記堆積工程は、内部を前記雰囲気に
できる容器内で行う請求項１乃至２１いずれかに記載の
電子源の製造方法。
【請求項２３】前記堆積工程終了後の工程において
は、前記堆積工程で用いた容器とは異なる容器を用いる
請求項２２に記載の電子源の製造方法。
【請求項２４】前記堆積工程で用いる容器は、前記気
体を拡散する拡散手段を有する請求項２２もしくは２３
に記載の電子源の製造方法。
【請求項２５】前記堆積工程は、前記気体を前記容器
に導入して行う請求項２２乃至２４いずれかに記載の電
子源の製造方法。
【請求項２６】前記堆積工程は、前記気体を前記容器
に流しながら行う請求項２５に記載の電子源の製造方
法。
【請求項２７】前記堆積工程は、前記気体の流入口と
流出口を有する容器内で行う請求項２２乃至２６いずれ
かに記載の電子源の製造方法。
【請求項２８】前記堆積工程において、前記容器から
流出した気体を前記容器に再流入する請求項２２乃至２
７いずれかに記載の電子源の製造方法。
【請求項２９】前記再流入の前に、前記容器から流出
した気体から不要物を減らす請求項２８に記載の電子源
の製造方法。
【請求項３０】前記再流入の前に、前記容器から流出
した気体から水分をを減らす請求項２８に記載の電子源
の製造方法。
【請求項３１】前記堆積工程の後、前記気体を雰囲気
から減少させる工程を有する請求項１乃至３０いずれか
に記載の電子源の製造方法。
【請求項３２】前記電子放出素子は、冷陰極素子であ
る請求項１乃至３１いずれかに記載の電子源の製造方
法。
【請求項３３】前記電子放出素子は、表面伝導型放出
素子である請求項１乃至３１いずれかに記載の電子源の
製造方法。
【請求項３４】前記電子放出素子を複数形成する請求
項１乃至３３いずれかに記載の電子源の製造方法。
【請求項３５】電子源と、該電子源から放出される電
子により画像を形成する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、請求項１乃至３４いずれか
に記載の製造方法によって製造した電子源と、前記画像
形成部材とを一体とする工程を有することを特徴とする
画像形成装置の製造方法。
【請求項３６】電子放出素子を有する電子源の製造装
置であって、内部に気体を導入できる容器と、該容器内に前記電子放
出素子において電子を放出する部分となる領域を少なく
とも含む領域に堆積する堆積物の原料を少なくとも含む
気体を導入する手段とを有しており、該導入する手段
は、前記気体が粘性流状態となる状態で導入を行うこと
を特徴とする電子源の製造装置。
【請求項３７】電子放出素子を有する電子源の製造装
置であって、内部に気体を導入できる容器と、該容器内に前記電子放
出素子において電子を放出する部分となる領域を少なく
とも含む領域に堆積する堆積物の原料を少なくとも含む
気体を導入する手段とを有しており、該導入する手段
は、容器内の雰囲気が１Ｐａより大きくなるように導入
を行うことを特徴とする電子源の製造装置。
【請求項３８】前記容器から流出した気体を前記容器
に再流入させる循環手段を有する請求項３６もしくは３
７いずれかに記載の電子源の製造装置。
【請求項３９】前記容器から流出した気体を前記容器
に再流入させる配管を有する請求項３６もしくは３７い
ずれかに記載の電子源の製造装置。
【請求項４０】前記容器に再流入させる気体の水分を
除去する手段を有する請求項３８もしくは３９に記載の
電子源の製造装置。
【請求項４１】前記容器は、前記堆積を行う際に、前
記被堆積領域を少なくとも含む部材にかぶせる物である
請求項３６乃至４０いずれかに記載の電子源の製造装
置。
【請求項４２】前記容器内に、前記被堆積領域を少な
くとも含む部材を搬送する搬送手段を有する請求項３６
乃至４０いずれかに記載の電子源の製造装置。