JPH11312461A

JPH11312461A - 電子源基板を用いた画像形成装置の製造方法及びその製造装置

Info

Publication number: JPH11312461A
Application number: JP11856798A
Authority: JP
Inventors: Hideji Kawasaki; 秀司川崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】活性化工程により電子放出部に形成された炭
素が封着工程で酸化するのを防ぐことことのできる画像
形成装置の製造方法を提供する。【解決手段】複数の部材にて構成された外囲器と、外
囲器内に配置された電子源基板と、電子源基板からの電
子ビームの照射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において、電子源基板の
フォーミング、活性化工程終了後、加熱接着を行う温度
にて酸素と反応して気体となりかつ炭素より酸化速度が
早い保護材料を電子源基板表面に配置する工程と、外囲
器を構成する複数の部材を加熱接着する工程と、加熱接
着工程における降温時、所望の温度以下で酸素分圧を高
くする保護膜除去工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電子放出素
子を配列した電子源基板を有する画像形成装置の製造方
法及びそ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
出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金
属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）や表面伝導型電子
放出素子等がある。ＦＥ型の例としてはW.P.Dyke & W.
W.Dolan,“Field emission",Advance in Electron Phys
ics,8,89(1956)あるいはC.A.Spindt,“PHYSICAL Proper
ties of thin-film field emission cathodes with mol
ybdenium 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.Mead,“Opera
tion of Tunnel-Emission 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,Recio Eng.Electron Phys.,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、薄膜に平行に電流を流すことに
より、電子放出が生じる現象を利用するものである。こ
の表面伝導型放出素子としては、前記エリンソン等によ
るＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの[G.
Dittmer:“Thin Solid Films",9,317(1972)]、Ｉｎ₂Ｏ₃
／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの[M.Hartwell and C.G.Fon
stad:“IEEE Trans.ED Conf."519(1975)]、カーボン薄
膜によるもの［荒木久他：真空、第２６巻、第１号、
２２頁（１９８３）］等が報告されている。

【０００６】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２０
に模式的に示す。同図において１は基板である。４は導
電性薄膜で、Ｈ型形状のパターンに、スパッタで形成さ
れた金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォーミン
グと呼ばれる通電処理により電子放出部５が形成され
る。尚、図中の素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、
Ｗ′は、０．１ｍｍで設定されている。

【０００７】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に導電性薄膜４を予め通電
フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部５
を形成するのが一般的であった。即ち、通電フォーミン
グとは前記導電性薄膜４両端に直流電圧あるいは非常に
ゆっくりとした昇電圧例えば１Ｖ／分程度を印加通電
し、導電性薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せし
め、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部５を形成す
ることである。尚、電子放出部５は導電性薄膜４の一部
に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行われる。
前記通電フォーミング処理をした表面伝導型電子放出素
子は、上述導電性薄膜４に電圧を印加し、素子に電流を
流すことにより、上述電子放出部５より電子を放出せし
めるものである。

【０００８】しかしながら、これら従来の表面伝導型電
子放出素子においては、実用化にあたって様々な問題が
あった。そこで、本出願人等は特開平７−２３５２５５
号公報に記載されているように、フォーミング、活性化
工程等により電子放出素子の高抵抗部に炭素を主成分と
する堆積物を有する新規な表面伝導型電子放出素子を開
示している。

【０００９】一方、近年では特に、表示装置をはじめと
する画像形成装置の分野においては、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、液晶表
示装置は自発光型でないために、バックライト等を持た
なければならない等の問題点があり、自発光型の画像形
成装置の開発が望まれてきた。

【００１０】このような要求に対し、表面伝導型電子放
出素子を多数配置した電子源基板と、電子源基板より放
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は、大面積
の装置でも比較的容易に製造でき、かつ表示品位の優れ
た自発光型表示装置である。これは、例えば、本出願人
の米国特許公報５０６６８８３号で開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】画像形成装置において
は、複数の部材にて構成された外囲器と、外囲器内に配
置された電子源基板と、該電子源基板からの電子ビーム
の照射により画像を形成する画像形成部材（以下、「フ
ェースプレート」という）とを高温で接着した（以下、
「接着工程」という）後、電圧を印加し、フォーミン
グ、活性化工程等の工程を行ったあと、電子放出特性、
画像特性を検査し、外囲器を封止していた。これらの一
連の工程においては、封着工程を行った後に電子放出特
性、画像特性を検査するために、何らかの原因で、電子
源基板において不良が発生した場合、画像形成装置その
もの全体を不良品とせねばならなくなるため、画像形成
装置を高価なものにしていた。このため、電子源基板に
おいて、フォーミング、活性化工程等を行い、検査後良
品とした電子源基板と、前記フェースプレートとを組み
立て、画像形成装置を製造することが望まれていた。

【００１２】しかしながら、この望まれていた製造方法
では、活性化工程終了後の電子放出素子に高温加熱工程
である封着工程を行うことにより、活性化工程により形
成された炭素を主成分とする堆積物の一部が酸素により
酸化され、前記検査時における電子放出特性とは異なる
電子放出特性になり、前記検査時良品とされていたもの
が封着工程後不良が発生する場合があった。このため、
活性化工程により形成された炭素が封着工程で酸化する
のを防ぐことが必要となっている。これに対して真空中
あるいは不活性ガス雰囲気で封着を行う方法が考えられ
ているが、真空中において加熱封着を行う装置が真空排
気系を備えなければならず、高価なものとなる。また、
不活性ガス雰囲気では残留する酸素により電子放出特性
が不安定となる場合があり、残留酸素の除去する機構、
例えば真空排気系を装置に組み込まなくてはならないた
めに、高価なものとなっていた。

【００１３】本発明は、活性化工程により電子放出部に
形成された炭素が封着工程で酸化するのを防ぐことこと
のできる画像形成装置の製造方法を提供することをその
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置の
製造方法は、複数の部材にて構成された外囲器と、該外
囲器内に配置された電子源基板と、該電子源基板からの
電子ビームの照射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において、前記電子源
基板のフォーミング、活性化工程終了後、加熱接着を行
う温度にて酸素と反応して気体となりかつ炭素より酸化
速度が早い保護材料を電子源基板表面に配置する工程
と、前記外囲器を構成する前記複数の部材を加熱接着す
る工程と、前記加熱接着工程における降温時、所望の温
度以下で酸素分圧を高くする工程と、を有することを特
徴とするものである。

【００１５】また、前記加熱接着工程において、大気よ
り酸素分圧が低い雰囲気で加熱接着することを特徴とす
るものである。

【００１６】また、ここで、所望の温度において、酸素
を導入して一定時間温度を保持することを特徴とするも
のである。

【００１７】また、前記保護材料は有機材料あるいは燐
の元素を含む材料であることを特徴とするものである。

【００１８】また、加熱炉内に加熱装置を具備し、該加
熱治具により該加熱炉内の温度を制御する温度コントロ
ーラにより該加熱炉内の酸素分圧を高くするガス流量が
制御される流量制御装置を有することを特徴とする画像
形成装置の製造装置である。

【００１９】本発明の画像形成装置の製造方法によれ
ば、あらかじめ加熱接着を行う温度にて酸素と反応して
気体となる材料を配置することにより、残留する微量酸
素が前記保護材料と反応して活性化により堆積した炭素
の酸化を防止するとともに、冷却時に酸素分圧を高くす
ることによって活性化で堆積した炭素を酸化させずに、
保護材料を酸化除去する。これにより、簡易な装置で、
封着工程による電子放出特性の安定化が図れる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００２１】図１は、本発明の実施形態による画像形成
装置の製造方法の全体の工程図である。

【００２２】図１を参照すると、工程Ｓ２１において、
洗浄した電子源基板に素子電極、導電性薄膜、配線を形
成し、工程Ｓ２２において、電子放出部を形成するフォ
ーミングを行い、素子電圧に対する素子電流・放出電流
の効率を上げるための活性化を行い、工程Ｓ２３におい
て、このようにして形成された電子源基板を検査し、工
程Ｓ２４において、検査に合格した電子源基板に保護材
料を塗布する。一方で、工程Ｓ２５において、フェース
プレートを作製し、工程Ｓ２６において作製したフェー
スプレートを検査し、工程Ｓ２７において、検査に合格
したフェースプレートに支持枠を接着し、工程Ｓ２８に
おいて、工程Ｓ２７で作製した部材の電子源基板との接
着面にフリットガラスを塗布した上で仮焼成する。次
に、工程Ｓ２４でできた半製品と工程Ｓ２８でできた半
製品を封着し、工程Ｓ３０で真空封止し、最後に工程Ｓ
３１で検査する。

【００２３】本実施形態による製造方法の特徴は保護材
量塗布の工程Ｓ２４を有することと、封着工程Ｓ２９
で、温度調整と酸素分圧を調整することである。

【００２４】なお、図１の各製造工程の詳細は後述す
る。

【００２５】図２は、本発明の封着工程Ｓ２９を行う加
熱炉の構成図、図３は本発明の封着工程Ｓ２９のタイミ
ングチャートを示す。

【００２６】図２において、温度コントローラ１２によ
り加熱炉１１の温度は制御され、所望の温度で各々のガ
ス流量をマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１３、１４
により制御する。加熱炉１１内は外囲器部材を接着する
最高温度Ｔ１まで加熱され、この間不活性ガス１５が導
入されている。但し、必ずしも、不活性ガス１５を用い
る必要はない。その後、Ｔ１から室温まで降温される途
中のＴ２なる温度で酸素ガス１６を導入して、工程Ｓ２
４で塗布された保護材料を酸化除去する。ここで、保護
材料の膜厚は、封着温度、雰囲気により、適宜決定さ
れ、その膜厚は封着工程のなかで、温度がＴ２になるま
でに酸化除去される膜厚より厚くする。これにより、活
性化により堆積した炭素を酸化から保護すると共に、Ｔ
２なる温度にて炭素の酸化速度が減少した時点で酸素を
導入して、保護材料を酸化除去するものであり、保護材
料と炭素の酸化速度の差を利用して制御性良く、保護材
料を酸化除去して、活性化により堆積した炭素の酸化を
抑制するものである。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。

【００２７】まず、平面型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００２８】図４は、本実施形態による平面型表面伝導
型電子放出素子の構成を示す模式図であり、図４（ａ）
は平面図、図４（ｂ）は断面図である。

【００２９】図４において１１０１は基板、１１０２と
１１０３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５
は電子放出部である。

【００３０】基板１１０１としては、石英ガラス、Ｎａ
等の不純物含有量を減少したガラス、青板ガラス、青板
ガラスにスパッタ法等により形成したＳｉＯ₂ を積層
したガラス基板、アルミナ等のセラミックス又はＳｉ基
板等を用いることができる。

【００３１】互いに対向する素子電極１１０２，１１０
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，Ｐ
ｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属若しくは合金又は
Ｐｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂，Ｐｄ−Ａｇ等の金属若し
くは金属酸化物及びガラス等から構成される印刷導体、
Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導電体又はポリシリ
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。

【００３２】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
薄膜１１０４の形状等は、応用される形態等を考慮し
て、設計される。素子電極間隔Ｌは、好ましく、数百ｎ
ｍから数百μｍの範囲とすることができ、より好ましく
は、数μｍから数十μｍの範囲とすることができる。

【００３３】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１１０２，１１０３の膜厚ｄは、
数十ｎｍから数μｍの範囲とすることができる。

【００３４】尚、図４に示した構成だけでなく、基板１
１０１上に、導電性薄膜１１０４、対向する素子電極１
１０２，１１０３の順に積層した構成とすることもでき
る。

【００３５】導電性薄膜１１０４には、良好な電子放出
特性を得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用い
るのが好ましい。その膜厚は、素子電極１１０２，１１
０３へのステップカバレージ、素子電極１１０２，１１
０３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１
ｎｍより５０ｎｍの範囲とするのが良い。その抵抗値
は、Ｒｓが１０² から１０⁷ Ω／□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（１／ｗ）とおいたときに現れる量であ
る。本実施形態において、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。

【００３６】導電性薄膜１１０４を構成する材料は、Ｐ
ｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ等の金属、Ｐｄ
Ｏ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃
等の酸化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ ₂ ，ＬａＢ₆ ，Ｃｅ
Ｂ₆ ，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，Ｚｒ
Ｃ，ＨｆＣ，Ｔａ，Ｃ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、Ｔｉ
Ｎ，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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】「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。

【００４２】「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。両者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。

【００４３】「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）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。

【００４４】電子放出部１１０５は、導電性薄膜１１０
４の一部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、導
電性薄膜１１０４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１１０５の内部には、０．１ｎｍの数倍から数十ｎ
ｍ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１１０４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。電子放出部１１０５及びその近傍の導電性薄膜１
１０４には、炭素及び炭素化合物を有することもでき
る。

【００４５】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００４６】図５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。

【００４７】図５においては、図４に示した部位と同じ
部位には図４に示した符号と同一の符号を付している。
１２０１は、段差形成部である。基板１１０１、素子電
極１１０２及び１１０３、導電性薄膜１１０４、電子放
出部１１０５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１２０１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１２０１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。

【００４８】導電性薄膜１１０４は、素子電極１１０２
及び１１０３と段差形成部１２０１作成後に、該素子電
極１１０２，１１０３の上に積層される。電子放出部１
１０５は、図５においては、段差形成部１２０１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、位置ともにこれに限られるものでない。

【００４９】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６に模式的
に示す。

【００５０】以下、図４及び図６を参照しながら製造方
法の一例について説明する。図６においても、図４に示
した部位と同じ部位には図４に付した符号と同一の符号
を付している。

【００５１】１）基板１１０１を洗剤、純水及び有機溶
剤等を用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等
により素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフ
ィー技術を用いて基板１１０１上に素子電極１１０２，
１１０３を形成する（図６（ａ））。

【００５２】２）素子電極１１０２，１１０３を設けた
基板１１０１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、前述の導電性薄膜１
１０４の材料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１１０４を形成する（図６（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Ｓ
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。

【００５３】３）つづいて、フォーミング工程を施す。
このフォーミング工程の方法の一例として通電処理によ
る方法を説明する。素子電極１１０２，１１０３間に、
不図示の電源を用いて、通電を行うと、導電性薄膜１１
０４の部位に、構造の変化した電子放出部１１０５が形
成される（図６（ｃ））。通電フォーミングによれば導
電性薄膜１１０４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１１０５を構成する。通電フォーミングの電圧波形の
例を図７に示す。

【００５４】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７（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７（ｂ）に示した手
法がある。

【００５５】図７（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．〜１０
ｍｓｅｃ．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。

【００５６】図７（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図７
（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ステップ程度ずつ、増加させることができる。

【００５７】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１１０４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、１Ｍ以上の抵抗
を示した時、通電フォーミングを終了させる。

【００５８】４）フォーミングを終えた素子には活性化
工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程と
は、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを、
著しく変化させる工程である。

【００５９】活性化工程は、例えば、有機物質のガスを
含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、パル
スの印加を繰り返すことで行うことができる。この雰囲
気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用
いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残留する有
機ガスを利用して形成することができる他、イオンポン
プなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な有機物
質のガスを導入することによっても得られる。このとき
の好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形態、真
空容器の形状や、有機物質の種類などにより異なるため
場合に応じ適宜設定される。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でき、具体的には、メタン、
エタン、プロパンなどＣ_n Ｈ_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_n Ｈ_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。この処理によ
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Ｉ
ｅが、著しく変化するようになる。

【００６０】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。

【００６１】炭素及び炭素化合物とは、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２００オングストローム程度で結晶構造が
やや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２０オングストローム
程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったものを
指す。）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン及
び、アモルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶
の混合物を指す）であり、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。

【００６２】５）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程
は、真空容器内の有機物質排気する工程である。真空容
器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイル
が素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用し
ないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープシ
ョンポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げるこ
とができる。

【００６３】前記活性化の工程で、排気装置として油拡
散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生する
オイル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、この成
分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の有
機成分の分圧は、上記の炭素及び炭素化合物がほぼ新た
に堆積しない分圧で１．３×１０^-6Ｐａ以下が好まし
く、さらには１．３×１０^-8Ｐａ以下が特に好ましい。
さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全体を
加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有
機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。このとき
の加熱条件は、８０〜２５０℃、好ましくは１５０℃以
上で、できるだけ長時間処理するのが望ましいが、特に
この条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形
状、電子放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれ
る条件により行う。真空容器内の圧力は極力低くするこ
とが必要で、１×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらに
１．３×１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００６４】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できる。

【００６５】このような真空雰囲気を採用することによ
り、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制でき、
また真空容器や基板などに吸着したＨ₂ Ｏ，Ｏ₂ など
も除去でき、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが
安定する。

【００６６】上述した工程を経て得られた本実施形態に
よる電子放出素子の基本特性について図８，図９を参照
しながら説明する。

【００６７】図８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８においても、図４に示した部
位と同じ部位には図４に付した符号と同一の符号を付し
ている。図８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、１１０１は電子放出素子を構成す
る基体である基板であり、１１０２及び１１０３は素子
電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５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１１０２，１１０３間の導
電性薄膜１１０４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Ｉｅ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、５
２は素子の電子放出部１１０５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５４の電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、ア
ノード電極５４と電子放出素子との距離Ｈを２ｍｍ〜８
ｍｍの範囲として測定を行うことができる。

【００６８】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。

【００６９】図９は、図８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９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。

【００７０】図９からも明らかなように、本実施形態に
よる表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関して
対する三つの特徴的性質を有する。

【００７１】即ち、 (i)本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図９中の
Ｖｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉ
ｅ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Ｖｔｈを持った非線形素子であ
る。

【００７２】(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。

【００７３】(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。

【００７４】以上の説明より理解されるように、本実施
形態による表面伝導型電子放出素子は、入力信号に応じ
て、電子放出特性を容易に制御できることになる。この
性質を利用すると複数の電子放出素子を配して構成した
電子源基板、画像形成装置等、多方面への応用が可能と
なる。

【００７５】図９においては、素子電流Ｉｆが素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を実線に示した。素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆ
に対して電圧制御型負性抵抗特性（以下、「ＶＣＮＲ特
性」という。）を示す場合もある（不図示）。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。

【００７６】本実施形態による電子放出素子の応用例に
ついて以下に述べる。本実施形態による表面伝導型電子
放出素子の複数個を基板上に配列し、例えば電子源基板
あるいは、画像形成装置が構成できる。

【００７７】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。

【００７８】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、電子放出素子を行方向に
多数個配し、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一対の電
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一対の電極の他方を、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。

【００７９】本実施形態による表面伝導型電子放出素子
については、前述したとおり(i)乃至(iii)の特性があ
る。即ち、表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、
しきい値電圧以上では、対向する素子電極間に印加する
パルス状電圧の波高値と幅で制御できる。一方、しきい
値電圧以下では、殆ど放出されない。この特性によれ
ば、多数の電子放出素子を配置した場合においても、個
々の素子に、パルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号
に応じて、表面伝導型電子放出素子を選択して電子放出
量を制御できる。

【００８０】以下、この原理に基づき、本実施形態によ
る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１０を用いて説明する。図１０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。

【００８１】Ｘ方向配線７２は、Ｄｘ１，Ｄｘ２，…，
Ｄｘｍのｍ本の配線からなり、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、幅は、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７
３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）。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】Ｘ方向配線７２は、Ｘ方向に配列した表面
伝導型電子放出素子７４の行を、選択するための走査信
号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。
一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列した表面伝導
型電子放出素子７４の各行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。

【００８６】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。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１１と図
１２を参照して説明する。図１１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１２は、図１１
の画像形成装置に使用される蛍光膜８４の模式図であ
る。

【００８７】図１１において、７１は電界電子放出素子
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がフリットガラ
ス等を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例
えば大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度
範囲で１０分以上焼成することで、封着して構成され
る。７４は図１０における表面伝導型電子放出素子であ
る。７２，７３は、電界電子放出素子の一対の電極と接
続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。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８
２及び基板７１で外囲器８８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持つ構成にすることもでき
る。

【００８８】図１２は、図１１の蛍光膜８４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。

【００８９】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。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。

【００９０】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。

【００９１】後述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが不可欠となる。

【００９２】次に、単純マトリクス配置の電子源基板を
用いて構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信
号に基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構
成例について、図１３を用いて説明する。図１３におい
て、１０１は画像表示表示パネル、１０２は走査回路、
１０３は制御回路、１０４はシフトレジスタである。１
０５はラインメモリ、１０６は同期信号分離回路、１０
７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源であ
る。

【００９３】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
源基板、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。

【００９４】端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、前記走査信号
により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の各素
子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加され
る。高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば１
０ｋＶ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。

【００９５】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乃至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０
Ｖ（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パ
ネル１０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと電気的に接続され
る。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１
０３が出力する制御信号Ｔ_SCAN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。

【００９６】直流電圧源Ｖｘは、本実施形態の場合には
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。

【００９７】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Ｔ_SYNCに基づい
て、各部に対してＴ_SCAN及びＴ_SFT及びＴ_MRYの各制御信
号を発生する。

【００９８】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から同期信号成分と輝
度信号成分とを分離する為の回路である。同期信号分離
回路１０６により分離さた同期信号は、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Ｔ_SYNC
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Ｄ
ＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に入力される。

【００９９】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Ｔ_SFTに基づいて動
作する（即ち、制御信号Ｔ_SFTは、シフトレジスタ１０
４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。

【０１００】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Ｔ_MRYに従っ
て適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された
内容は、Ｉ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎとして出力され、変調信
号発生器１０７に入力される。

【０１０１】変調信号発生器１０７は、画像データＩ′
ｄ１乃至Ｉ′ｄｎの各々に応じて表面伝導型電子放出素
子の各々を適切に駆動変調する為の回路であり、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。

【０１０２】前述したように、本実施形態による電子放
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る。その際、パルスの波高値Ｖｍ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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のもの
をも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行われれば良いからである。

【０１０６】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、これには同期信号分離回路１０６の
出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連して
ラインメモリ１０５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及び発振器の出力す
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。

【０１０７】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。

【０１０８】このような構成をとり得る本実施形態によ
る画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外
端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至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。次に、はしご型配置の電子源基板及
び画像形成装置について図１４及び図１５を用いて説明
する。

【０１０９】図１４は、はしご型配置の電子源基板の一
例を示す模式図である。図１４において、１１０は電子
源基板、７４は電子放出素子である。１１２で示すＤｘ
１〜Ｄｘ１０は、電子放出素子７４を接続するための共
通配線である。電子放出素子７４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、電子源基板７４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。

【０１１０】図１５は、はしご型配置の電子源基板１１
０を備えた画像形成装置におけるパネル構造の一例を示
す模式図である。１２０はグリッド電極、１２１は電子
が通過するため空孔、１２２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２，
…，Ｄｏｘｍよりなる容器外端子である。１２３は、グ
リッド電極１２０と接続されたＧ１，Ｇ２，…，Ｇｎか
らなる容器外端子、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１５においては、図
１１に示した部位と同じ部位には、これらの図に付した
のは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１１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を備えている点であ
る。

【０１１１】図１５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１５に示したものに限定され
るものではない。例えば、開口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。

【０１１２】容器外端子１２２及びグリッド容器外端子
１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１１３】本実施形態の画像形成装置では、素子行を
１行ずつ順次駆動（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。

【０１１４】本実施形態の画像形成装置の構成は、本発
明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力
信号については、ＮＴＳＣ方式を挙げたが入力信号はこ
れに限られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式な
ど他、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例
えば、高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１１５】本実施形態の画像形成装置は、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。

【０１１６】図１６はフォーミング、活性化工程に用い
る装置の概要を示す模式図である。電子源基板７１又は
１１０が配置される真空チャンバー１３３はゲートバル
ブ１３４を介して排気装置１３５に接続されている。真
空チャンバー１３３には、チャンバー内の圧力及び雰囲
気中の各成分の分圧を測定するために、圧力計１３６、
四重極質量分析器１３７等が取り付けられている。

【０１１７】真空チャンバー１３３には、さらに必要な
ガスを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制御するた
め、ガス導入ライン１３８が接続されている。該ガス導
入ライン１３８の他端には導入物質源１４０が接続され
ており、導入物質がアンプルやボンベなどに入れて貯蔵
されている。ガス導入ラインの途中には、導入物質を導
入するレートを制御するための導入制御装置１３９が設
けられている。導入量制御装置１３９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電磁
弁や、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。

【０１１８】図１６の装置により真空チャンバー１３３
を排気し、フォーミングを行う。この際、例えば、全て
のＹ方向配線７３を接地された電極に短絡させ、複数の
Ｘ方向配線７２の内の一つに接続された素子に電源によ
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。

【０１１９】フォーミング終了後、活性化工程を行う。
真空チャンバー１３３内は、十分に排気した後、前述の
有機物質がガス導入ライン１３８から導入される。ある
いは、個別素子の活性化方法として既述のように、まず
油拡散ポンプやロータリーポンプで排気し、これによっ
て真空雰囲気中に残留する有機物質を用いても良い。ま
た、必要に応じて有機物質以外の物質も導入される場合
がある。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
素若しくは炭素化合物又は両者の混合物が電子放出部１
１０５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。

【０１２０】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。真空チャンバ
ー１３３を加熱して、８０〜２５０℃に保持しながら、
イオンポンプ、ソープションポンプなどのオイルを使用
しない排気装置１３５により排気し、有機物質の十分少
ない雰囲気にした後、後述する駆動回路を用いた検査装
置によって、電子放出特性等の電子源基板の検査を行
う。この検査に合格したものの表面上に外囲器の封着時
の接着温度にて酸化し、気化する有機材料あるいは燐等
の保護材料をスプレー塗布等により堆積させる。その
後、外囲器の組み立て工程である封着工程へと移され
る。

【０１２１】また、フェースプレート８６は検査を終
え、支持枠８２等の外囲器８８を構成する部材と加熱接
着する。その後、支持枠８２の電子源基板７１を有する
リアプレート８１との接着面にフリットガラスを塗布
し、仮焼成をしておく。この仮焼成は、塗布したフリッ
トガラス中に含まれる有機性のバインダーを除去するた
めに、後述する本焼成の前に、該本焼成時の加熱温度以
下の温度で行われる。

【０１２２】次に、前記フェースプレート８６と支持枠
８２とが一体となった部材とリアプレート８１とを所定
の位置で合わせ、固定し、図２に示されるような不活性
ガス、大気等の酸素を含むガスが供給でき、外囲器８８
全体を加熱できる容器を備えた加熱炉１１に入れる。

【０１２３】図２の装置を用いて、まずＡｒ，Ｈｅ，Ｎ
ｅ，Ｋｒ，Ｘｅ等の不活性ガス１５を加熱炉１１内に導
入して接着を行う所望の温度Ｔ１（図３）まで昇温す
る。Ｔ１は接着に用いるフリット等の特性により異なる
が通常４００℃〜４８０℃の範囲にある。

【０１２４】Ｔ１にて一定時間保持した後、Ｔ２なる温
度まで冷却をして、酸素ガスを導入する。ここで、Ｔ２
は電子放出素子の高抵抗部（電子放出部）１１０５に堆
積させた炭素を酸化させず、かつ外囲器内の表面に堆積
した保護材料を酸化、除去する温度であり、一般的には
２００℃〜３５０℃の範囲にある。

【０１２５】その後、さらに室温まで冷却を進める。こ
こで、Ｔ２で一定時間保持しても良い。

【０１２６】その後、外囲器８８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により外囲器に
取り付けられた排気管（不図示）を通じて排気し、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、ゲッター処理を行う
こともできる。これは、外囲器８８の封止を行う直前あ
るいは封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用い
た加熱により、外囲器８８内の所定の位置（不図示）に
配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理で
ある。ゲッターは通常はＢａ等が主成分であり、該蒸着
膜の吸着作用により、外囲器８８内の雰囲気を維持する
ものである。

【０１２７】

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

【０１２８】（実施例１）基板１１０１として青板ガラ
スを用いて、スパッタ法及びフォトリソグラフィ法によ
り素子電極１１０２、１１０３を配置し、その後、印刷
法により単純マトリクス配線７２、７３を形成した。

【０１２９】その後、導電性薄膜であるＰｄＯを素子電
極間にＢＪ（バブルジェット）法を用いて形成した。

【０１３０】図１６に示された真空チャンバー１３３内
に電子源基板７１又は１１０を配置した。ここで、配線
に電圧を印加できるように電流導入端子がチャンバー１
３３に取り付けてある。その後、フォーミング処理を施
し、導入物質源としてアセトンを用いてパルス電圧を印
加して、活性化を行った。その後、真空チャンバーを２
００℃で加熱し、排気した。そして、不図示のアノード
板に高圧を印加し、前述の駆動装置を用いて素子電流Ｉ
ｆ，放出電流Ｉｅを測定した。以上のようにして平面型
表面伝導型電子放出素子を有する電子源基板を形成し
た。

【０１３１】次に、フェースプレートと支持枠８２は接
着して支持枠８２と電子源基板７１又は１１０との接着
面にはフリットを塗布して、３５０℃にて仮焼成を施し
た。その後、図１７に示すようにスプレー法などを用い
て電子源基板７１又は１１０の表面上に保護膜２１０２
であるレジストを堆積した。膜圧が１００ｎｍ程度にな
るように堆積時間を設定した。なお、図１７において、
２１０３は保護膜材料、２１０４はノズルである。

【０１３２】次に、図２に示す加熱炉を用いて、封着を
行った。このときの温度プロファイル及びガス導入タイ
ミングを図１８に示す。ここで、Ｔ１＝４２０℃、Ｔ２
＝３００℃、Ｔ１の保持時間は２０ｍｉｎであった。ま
た、大気圧で、不活性ガスとしてＡｒを用いてフローし
て行った。この結果、保護膜を堆積させずに封着を行っ
た場合には、封着前に比べ封着後で素子電流Ｉｆが６０
％、放出電流Ｉｅが７０％に減少していたのが、保護膜
を形成することにより素子電流Ｉｆが９１％、放出電流
Ｉｅが８９％の減少に抑えられた。

【０１３３】（実施例２）基板１１０１として青板ガラ
スを用いて、スパッタ法及びフォトリソグラフィ法によ
り素子電極１１０２、１１０３を配置し、その後、印刷
法により単純マトリクス配線７２、７３を形成した。

【０１３４】その後、導電性薄膜であるＰｄＯを素子電
極間にＢＪ（バブルジェット）法を用いて形成した。

【０１３５】図１６に示された真空チャンバー１３３内
に電子源基板７１又は１１０を配置した。ここで、配線
に電圧を印加できるように電流導入端子がチャンバーに
取り付けてある。その後、フォーミング処理を施し、導
入物質源としてアセトンを用いてパルス電圧を印加し
て、活性化を行った。その後、真空チャンバーを２００
℃で加熱し、安定化工程を施した。そして、不図示のア
ノード板に高圧を印加し、前述の駆動装置を用いて素子
電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅを測定した。以上のようにして
平面型表面伝導型電子放出素子を有する電子源基板を形
成した。

【０１３６】次に、フェースプレートと支持枠８２は接
着して支持枠８２と電子源基板７１又は１１０との接着
面にはフリットを塗布して、３５０℃にて仮焼成を施し
た。その後、図１７に示すようにスプレー法などを用い
て電子源基板７１又は１１０の表面上に保護膜２１０２
である燐粉末を堆積した。膜圧が１００ｎｍ程度になる
ように堆積時間を設定した。なお、図１７において、２
１０３は保護膜材料、２１０４はノズルである。

【０１３７】次に、図２に示す加熱炉を用いて、封着を
行った。このときの温度プロファイル及びガス導入タイ
ミングを図１９に示す。ここで、Ｔ１＝４７０℃、Ｔ２
＝２５０℃、Ｔ１の保持時間は２０ｍｉｎ、Ｔ２の保持
時間は２０ｍｉｎであった。また、大気圧で、不活性ガ
スとしてＡｒを用いてフローして行った。この結果、保
護膜を堆積させずに封着を行った場合には、封着前に比
べ封着後で素子電流Ｉｆが２０％、放出電流Ｉｅが３２
％に減少していたのが、有機ガスを導入することにより
素子電流Ｉｆが７８％、放出電流Ｉｅが８６％の減少に
抑えられた。

【０１３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果が奏される。

【０１３９】（ｉ）封着工程による電子放出特性の劣化
が抑制でき、封着工程後、安定な電子放出特性を有する
画像形成装置を提供できる。

【０１４０】（ii）安価な加熱炉によって、電子放出特
性の劣化が抑制できる封着工程を提供できる。

【０１４１】（iii)電子源基板とフェースプレートの検
査された良品のみで後工程の組み立てを行うため画像形
成装置を安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による画像形成装置の製造方
法の工程図である。

【図２】本発明の実施形態による画像形成装置の製造方
法に用いる加熱炉の模式図である。

【図３】本発明の実施形態による画像形成装置の製造方
法における封着工程のタイミングチャートである。

【図４】本発明の実施形態による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５】本発明の実施形態による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６】本発明の実施形態による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７】本発明の実施形態による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８】本発明の実施形態による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９】本発明の実施形態による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Ｖ
ｆの関係の一例を示すグラフである。

【図１０】本発明の実施形態による単純マトリクス配置
した電子源基板の一例を示す模式図である。

【図１１】本発明の実施形態による画像形成装置の構成
図。

【図１２】本発明の実施形態による蛍光膜一例を示す模
式図である。

【図１３】画像形成装置にＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック
図である。

【図１４】本発明の実施形態による梯子配置の電子源基
板の一例を示す模式図である。

【図１５】本発明の実施形態による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１６】本発明の実施形態による画像表示装置フォー
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１７】本発明の実施形態による保護膜塗布の概念図
である。

【図１８】本発明の画像形成装置の製造方法の実施例１
における封着工程のタイミングチャートである。

【図１９】本発明の画像形成装置の製造方法の実施例２
における封着工程のタイミングチャートである。

【図２０】従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示す
模式図である。

【符号の説明】

１基板２，３素子電極４導電性薄膜５電子放出部１２０１段差形成部５０素子電極１１０２・１１０３間の導電性薄膜１１
０４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素子の電子放出部１１０５より放出される放出電
流Ｉｅを測定するための電流計５６真空装置５７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９３ガラス基板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及びＶａ直流電圧源１１０電子源基板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穴１２２Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２，…，Ｄｏｘｍよりなる容
器外端子１２３グリッド電極１２０と接続されたＧ１，Ｇ２１３３真空チャンバー１３４ゲートバルブ１３５排気装置１３６圧力計１３７四重極質量分析器１３８ガス導入ライン１３９ガス導入量制御装置１４０導入物質源２１０１電子源基板２１０２保護膜２１０３保護膜材料２１０４ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の部材にて構成された外囲器と、該
外囲器内に配置された電子源基板と、該電子源基板から
の電子ビームの照射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において、前記電子
源基板のフォーミング、活性化工程終了後、加熱接着を
行う温度にて酸素と反応して気体となりかつ炭素より酸
化速度が早い保護材料を前記電子源基板表面に配置する
工程と、前記外囲器を構成する前記複数の部材を加熱接
着する工程と、前記加熱接着工程における降温時、所望
の温度以下で酸素分圧を高くする保護膜除去工程と、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２】前記加熱接着工程において、大気より酸
素分圧が低い雰囲気で加熱接着することを特徴とする請
求項１に記載の画像形成装置の製造方法。
【請求項３】前記所望の温度において、酸素を導入し
て一定時間温度を保持することを特徴とする請求項１に
記載の画像形成装置の製造方法。
【請求項４】前記保護材料は有機材料あるいは燐の元
素を含む材料であることを特徴とする請求項１に記載の
画像形成装置の製造方法。
【請求項５】加熱炉と、該加熱炉内の加熱装置と、該
加熱装置により前記加熱炉内の温度を制御する温度コン
トローラと、前記加熱炉内の酸素分圧を高くするために
ガス流量を制御する流量制御装置と、を具備することを
特徴とする画像形成装置の製造装置。