JP2003123635A

JP2003123635A - 電子放出素子、電子源および画像形成装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003123635A
Application number: JP2001320094A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Miyazaki; 和也宮崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2003-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出素子の作成プロセスの簡易化、ロー
コスト化を実現するとともに、長期に渡り表示品位に優
れた画像形成装置を安価に製造し得る画像形成装置の製
造方法を提供する。【解決手段】第１の基板１上に電極２，３からなる電
極対を複数形成し、この電極２，３間を接続する高分子
膜６”を配置した後、高分子膜６”にレーザビームまた
は粒子ビームを照射することで少なくとも一部を低抵抗
化させ、高分子膜６”を炭素を主成分とする導電性膜
６’とせしめ、さらに制御した酸素雰囲気中で電極２，
３間に電流を流すことで導電性膜６’の一部に間隙５’
を形成する。そして、前記第１の基板１と、画像形成部
材が配置された第２の基板とを減圧雰囲気中にて接合部
材を介して接合して画像形成装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、お
よび電子放出素子を多数配置してなる電子源、並びに電
子源を用いて構成した表示装置などの画像形成装置の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子として表面伝導
型電子放出素子が知られている。この表面伝導型電子放
出素子の構成、製造方法などは、例えば特開平８−３２
１２５４号公報などに開示されている。

【０００３】上記公報などに開示されている一般的な表
面伝導型電子放出素子の構成を図１３に模式的に示す。
図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）はそれぞれ、上記公報
などに開示されている上記電子放出素子の平面図および
断面図である。

【０００４】図１３において、１は基体であり、２，３
は対向する一対の電極（素子電極）、４は導電性膜、５
は第２の間隙、６はカーボン膜、７は第１の間隙であ
る。

【０００５】図１３に示した構造の電子放出素子の作成
工程の一例を図１４に模式的に示す。

【０００６】先ず、基体１上に一対の電極２，３を形成
する（図１４（Ａ））。続いて、電極２、３間を接続す
る導電性膜４を形成する（図１４（Ｂ））。そして、電
極２，３間に電流を流し、導電性膜４の一部に第２の間
隙５を形成する“フォーミング工程”を行う（図１４
（Ｃ））。さらに、炭素化合物雰囲気中にて、前記電極
２，３間に電圧を印加して、第２の間隙５内の基板１
上、およびその近傍の導電性膜４上にカーボン膜６を形
成する“活性化工程”を行い、電子放出素子が形成され
る（図１４（Ｄ））。

【０００７】一方、特開平９−２３７５７１号公報に
は、上述の“活性化工程”を行う替わりに、導電性膜上
に熱硬化性樹脂、電子線ネガレジスト、ポリアクリロニ
トリル等の有機材料を塗布する工程及び炭素化する工程
からなる表面伝導型電子放出素子の製造方法が開示され
ている。

【０００８】以上のような製造方法で作成された複数の
電子放出素子からなる電子源と、蛍光体などからなる画
像形成部材とを組み合わせることで、フラットディスプ
レイパネルなどの画像形成装置を構成できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の素子においては、“フォーミング工程”に加え
て、“活性化工程”などを行うことで、“フォーミング
工程”によって形成した第２の間隙５の内部に、さらに
狭い第１の間隙７をもつ炭素あるいは炭素化合物からな
るカーボン膜６を配置させ、良好な電子放出特性を得る
工夫が為されている。

【００１０】このような、従来の電子放出素子を用いた
画像形成装置の製造においては、以下の課題を有してい
る。

【００１１】先ず、“フォーミング工程”や“活性化工
程”などにおける度重なる通電工程や、各工程における
好適な雰囲気を形成する工程など、付加的な工程が多
く、各工程管理が煩雑化していた。

【００１２】また、上記電子放出素子をディスプレイな
どの画像形成装置に用いる場合には、装置としての消費
電力の低減のためにも電子放出特性の一層の向上が望ま
れている。

【００１３】さらには、上記電子放出素子を用いた画像
形成装置をより安価にそしてより簡易に製造することが
望まれている。

【００１４】そこで、本発明は、上記課題を解決するも
のであって、特に電子放出素子の製造工程を簡略化で
き、かつ、電子放出特性の改善をも行うことのできる電
子放出素子の製造方法、電子源の製造方法、並びに画像
形成装置の製造方法を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した課題を
解決するために鋭意検討を行ってなされたものであり、
下述する構成のものである。

【００１６】即ち、本発明は、基体上に配置された一対
の素子電極と、該素子電極間に配置された、間隙を有す
るカーボン膜とを有する電子放出素子の製造方法であっ
て、基体上に対向する一対の素子電極を形成する工程
と、前記素子電極間に高分子膜を形成する工程と、前記
高分子膜を低抵抗化する工程と、前記低抵抗化された高
分子膜に間隙を形成することにより間隙を有するカーボ
ン膜を形成する工程とを有し、前記間隙を形成する工程
が酸素を含む雰囲気中で行われることを特徴とする。

【００１７】上記本発明の電子放出素子の製造方法は、
更なる好ましい特徴として、「前記高分子膜を低抵抗化
する工程は、前記高分子膜に電子ビームあるいはイオン
ビームあるいは光を照射することにより行われるこ
と」、「前記光はレーザ光であること」、「前記酸素雰
囲気は酸素分圧を１０^-4Ｐａ乃至２×１０⁴Ｐａに制御
した雰囲気であること」、「前記酸素分圧の制御は前記
低抵抗化された高分子膜への間隙の形成に合わせて行わ
れること」、「前記酸素雰囲気は大気雰囲気であるこ
と」、を含む。

【００１８】また、本発明は、基体上に複数の電子放出
素子を配置した電子源の製造方法であって、かかる電子
放出素子を上記本発明の電子放出素子の製造方法により
製造することを特徴とする。

【００１９】また、本発明は、電子源と、該電子源から
放出される電子の照射により画像を形成する画像形成部
材を有する画像形成装置の製造方法であって、かかる電
子源を上記本発明の電子源の製造方法により製造するこ
とを特徴とする。

【００２０】本発明によれば、低抵抗化した高分子膜に
通電して間隙を有するカーボン膜を形成することで電子
放出素子を形成することができ、従来の製造方法に比べ
て、その工程を大幅に簡素化することができるととも
に、低抵抗化した高分子膜に間隙を形成する工程におい
ては酸素雰囲気中でこれを行うことにより、間隙形成に
おける投入電力の低減を容易に実現でき、しかもプロセ
ス時間の短縮も図ることができる。

【００２１】また、本発明によって形成したカーボン膜
の間隙周辺部では、特に素子電極上において選択的にカ
ーボンが燃焼除去されるため、電子放出効率の向上も図
ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を説明
するが、本発明はこれらの形態例に限定されるものでは
ない。

【００２３】図１６は、本発明の製造方法により製造さ
れる電子放出素子１０２を用いた画像形成装置の一例を
示す模式図である。なお、図１６では画像形成装置（気
密容器１００）内を説明するために、後述する支持枠７
２およびフェースプレート７１の一部を取り除いた図で
ある。

【００２４】図１６において、１は電子放出素子１０２
が多数配置された電子源基板であるところのリアプレー
トである。７１は、画像形成部材７５が配置されたフェ
ースプレートである。７２は、フェースプレート７１と
リアプレート１間を減圧状態に保持するための支持枠で
ある。１０１はフェースプレート７１とリアプレート１
間の間隔を保持するために、配置されたスペーサであ
る。

【００２５】画像形成装置１００がディスプレイの場合
には、画像形成部材７５は蛍光体膜７４とメタルバック
などの導電性膜７３から構成される。６２および６３は
それぞれ電子放出素子１０２に電圧を印加するために接
続された配線である。Ｄｏｙ１〜ＤｏｙｎおよびＤｏｘ
１〜Ｄｏｘｍは、画像形成装置１００の外部に配置され
る駆動回路などと、画像形成装置の減圧空間（フェース
プレートとリアプレートと支持枠とで囲まれる空間）か
ら外部に導出された配線６２および６３の端部とを接続
するための取り出し配線である。

【００２６】電子放出素子１０２をより詳細に示したの
が図１である。なお、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）
は断面図である。

【００２７】図１において、１は基体（リアプレー
ト）、２と３は電極（素子電極）、６’は炭素を主成分
とする導電性膜（カーボン膜）、５’は間隙である。ま
た、炭素を主成分とする導電性膜６’は、電極２、３間
の基体１上に配置されている。そして、炭素を主成分と
する導電性膜６’は電極２、３の一部を覆うことによ
り、各々の電極２，３との確実な接続が可能となってい
る。

【００２８】上記炭素を主成分とする導電性膜６’は
「一部に間隙を有し、一対の電極間を電気的に繋ぐ炭素
を主成分とする導電性膜」ということもできる。また、
「一対の炭素を主成分とする導電性膜」ということもで
きる。

【００２９】上記のように構成される電子放出素子で
は、間隙５’に十分な電界が印加されたときに電子が間
隙５’をトンネルして、電極２、３間に電流が流れる。
このトンネル電子の一部が散乱により放出電子となる。

【００３０】したがって、炭素を主成分とする導電性膜
６’は必ずしも全体が導電性を有していなくても、少な
くとも一部が導電性を有していればよい。かかる膜６’
が絶縁体であると、電極２，３間に電位差を与えても、
間隙５’に電界がかからず、電子を放出せしめることが
できないためである。炭素を主成分とする導電性膜６’
は、好ましくは、少なくとも電極２（および電極３）と
間隙５’との間の領域が、導電性を有しており、この様
な構成とすることで間隙５’に十分な電界を与えること
ができる。

【００３１】図２は、本発明の電子放出素子の製造方法
の一例を示したものである。以下に、図１及び図２を用
いて、本発明の電子放出素子の製造方法の一例を説明す
る。

【００３２】（１）ガラスなどからなる基板（基体）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電極材料を堆積後、例
えばフォトリソグラフィー技術を用いて基体１上に電極
２、３を形成する（図２（ａ））。

【００３３】（２）電極２、３を設けた基体１上に、電
極２，３間を繋ぐ高分子膜６”を形成する（図２
（ｂ））。高分子膜６”としては例えばポリイミドが好
ましい。

【００３４】高分子膜６”の形成方法は、公知の種々の
方法、すなわち、回転塗布法、印刷法、ディッピング法
等を用いることができる。特に、印刷法によれば、所望
の高分子膜６”の形状をパターニング手段を用いずに形
成できるため、好ましい手法である。中でも、インクジ
ェット方式の印刷法を用いれば、直接、数百μｍ以下の
パターンの形成も可能であるため、フラットディスプレ
イパネルに適用されるような、高密度に電子放出素子を
配置した電子源の製造に対しても有効である。

【００３５】インクジェット方式によって高分子膜６”
を形成する場合、高分子材料の溶液を液滴付与し、乾燥
させればよいが、必要に応じて、所望の高分子の前駆体
溶液を液滴付与し、加熱等により高分子化させることも
できる。

【００３６】本発明においては、上記高分子材料として
は、芳香族系高分子が好ましく用いられるが、これらの
多くは溶媒に溶けにくいため、その前駆体溶液を塗布す
る手法が有効である。一例を挙げれば、インクジェット
方式により芳香族ポリイミドの前駆体であるポリアミッ
ク酸溶液を塗布（液滴付与）して、加熱等によりポリイ
ミド膜を形成することができる。

【００３７】なお、高分子の前駆体を溶かす溶媒として
は、例えば、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチル
アセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチ
ルスルホキシドなどが使用でき、また、ｎ−ブチルセロ
ソルブ、トリエタノールアミンなどと併用することもで
きるが、本発明が適用できれば特に制限は無く、これら
の溶媒に限定されるわけではない。

【００３８】本発明において、特に芳香族ポリイミドは
比較的低温で炭素間の結合の解離、再結合によって導電
性が発現しやすい、すなわち炭素原子間の二重結合が生
成しやすい高分子であるため、高分子膜６”として好ま
しい材料である。また、ポリフェニレンオキサジアゾー
ル、ポリフェニレンビニレンも熱分解により導電性が発
現するため本発明における高分子膜６”として好ましく
用いることができる。

【００３９】（３）次に、高分子膜６”を低抵抗化せし
める「低抵抗化処理」を行う。「低抵抗化処理」は、高
分子膜６”の導電性を向上せしめ、高分子膜６”を導電
性膜６’（低抵抗化した高分子膜６”）とする処理であ
る。この工程では、後述の間隙形成工程の観点から、高
分子膜６”のシート抵抗が、１０³Ω／□以上１０⁷Ω／
□以下の範囲に下がるまで低抵抗化処理を行う。この
「低抵抗化処理」の一例としては、高分子膜６”を加熱
する事により高分子膜６”を低抵抗化することができ
る。加熱により高分子膜６”が低抵抗化する（導電化す
る）理由としては、高分子膜６”内の炭素原子間結合が
解離、再結合を行うことで導電性を発現する。

【００４０】加熱による「低抵抗化処理」は、前記高分
子膜６”を構成する高分子を分解温度以上の温度で加熱
することで達成することができる。また、上記高分子膜
６”の加熱は不活性ガス雰囲気中や真空中といった酸化
抑制雰囲気下において行うことが特に好ましい。

【００４１】前述した芳香族高分子、特に芳香族ポリイ
ミドは、高い熱分解温度を有するが、その熱分解温度を
超えた温度、典型的には、７００℃から８００℃以上で
加熱することにより、高い導電性を発現せしめることが
できる。

【００４２】しかしながら、本発明のように、電子放出
素子を構成する部材である高分子膜６”が熱分解するま
での加熱を行う場合、オーブンやホットプレートなどに
よって全体を加熱する方法では、電子放出素子を構成す
る他の部材の耐熱性の観点から、制約を受ける場合があ
る。特に、基体１においては、石英ガラスやセラミック
ス基板など、特に高い耐熱性を有するものに限定され、
大面積のディスプレイパネル等への適用を考えると、非
常に高価なものになってしまう。

【００４３】そこで、本発明では、図２（ｃ）に示す様
に、より好適な低抵抗化処理の方法として、電子ビーム
または光またはレーザービームを照射手段１０から高分
子膜６”に照射することにより、該高分子膜６”を低抵
抗化することが好ましい。このようにすれば、特別な基
板を用いることなく、高分子膜６”を低抵抗化すること
が可能となる。また、この場合、熱以外の要因、例えば
電子線による分解再結合、光子による分解再結合が、熱
による分解再結合に加味されるためにより好ましい結果
を導いている可能性もある。

【００４４】低抵抗化処理を行う過程を以下に説明す
る。

【００４５】（電子ビーム照射を行う場合）電子ビーム
を照射する場合は、電極２，３、高分子膜６”を形成し
た基体１を、電子銃が装着されている減圧雰囲気下（真
空容器内）にセットする。容器内に設置された電子銃か
ら高分子膜６”に対して電子ビームを照射する。この時
の電子ビームの照射条件としては、加速電圧Ｖａｃ＝
０．５ｋＶ以上１０ｋＶ以下であることが好ましい。ま
た、電流密度（Ｉｄ）としては、Ｉｄ＝０．０１ｍＡ／
ｍｍ²以上１ｍＡ／ｍｍ²以下の範囲で行なうことが好ま
しい。また、この電子線を照射している間、電極２、３
間の抵抗値をモニターし、所望の抵抗値が得られた時点
で電子線照射を終了することが好ましい。

【００４６】（レーザービーム照射を行う場合）レーザ
ービームを照射する場合は、電極２，３、高分子膜６”
を形成した基体１を、ステージ上に配置し、高分子膜
６”に対してレーザービームを照射する。このとき、レ
ーザーを照射する環境は、高分子膜６”の酸化（燃焼）
を抑制するため、不活性ガス中や真空中などの非酸化雰
囲気中で行うのが好ましいが、レーザーの照射条件によ
っては、大気中で行うことも可能である。

【００４７】この時のレーザービームの照射条件として
は、例えば、パルスＹＡＧレーザの第二高調波（波長５
３２ｎｍ）を用いて照射することが好ましい。また、こ
のレーザーを照射している間、電極２、３間の抵抗値を
モニターし、所望の抵抗値が得られた時点でレーザービ
ーム照射を終了することが好ましい。

【００４８】なお、照射するレーザ光に対して、高分子
膜６”を構成する材料の方が、電極２，３を構成する材
料よりも光の吸収性が高い材料を選択することで、実質
的に高分子膜６”のみを加熱することが、より好まし
い。

【００４９】また前記電子ビームあるいはレーザービー
ム照射は、高分子膜６”全体に渡って行う必要は必ずし
もない。高分子膜６”の一部分を低抵抗化しておくこと
によっても、以後の工程を行うことができる。

【００５０】（４）次に、前記工程により得られた導電
性膜６’（低抵抗化された高分子膜６”）に、間隙５’
の形成を行う（図２（ｄ））。この工程により、間隙を
有するカーボン膜が形成される。「間隙を有するカーボ
ン膜」は、「その一部に間隙を有する炭素を主成分とす
る導電性膜」あるいは「一対の炭素を主成分とする導電
性膜」ということもできる。

【００５１】上記間隙５’の形成は、電極２、３間に電
圧を印加する（電流を流す）ことによって行なわれる。
なお、印加する電圧としてはパルス電圧であることが好
ましい。この電圧印加工程により、低抵抗化された高分
子膜６”の一部に間隙５’が形成される。

【００５２】上記電圧印加工程においては、低抵抗化さ
れた高分子膜６”の抵抗値に応じた電流が流れる。した
がって、膜６’の抵抗が極端に低い状態、すなわち、低
抵抗化が過剰に進んだ状態であると、間隙５’の形成に
多大な電力が必要となる。これは、例えば基体上に複数
の素子を配置した電子源あるいは画像形成装置におい
て、複数素子の一括フォーミングを行う場合、共通配線
の電流容量や駆動ドライバーの電流負荷等で大きな問題
になってくる。

【００５３】そこで、比較的小さい電力で間隙５’の形
成を行うためには、低抵抗化の進行度合を調整すること
が有効となる。本発明では、上記間隙形成工程を酸素雰
囲気中で行うことにより、通電自己加熱による低抵抗化
過程と、燃焼による高抵抗化過程を制御して電流制限を
行う。

【００５４】すなわち、電子放出素子を１０^-4Ｐａ程度
の減圧雰囲気下（真空容器内）にセットし、電圧印加を
行うのと同時に、電流増大に応じてマスフローコントロ
ーラーを通し１０^-4Ｐａ以上２×１０⁴Ｐａ以下の酸素
を導入する。ここでは、酸素雰囲気下における間隙形成
の例として減圧雰囲気からの酸素導入の例を説明した
が、これのみに制限されるものではなく大気雰囲気にお
けるフォーミングもまた高分子膜の膜厚や電極材料等に
応じて採用することが可能である。

【００５５】本発明の電子放出素子が真空雰囲気中で駆
動されることを加味すると、絶縁体が真空雰囲気中に露
出することは好ましくない。そこで、前記電子ビームま
たはレーザビームの照射によって、高分子膜６”の実質
的な全表面を改質（低抵抗化）することが好ましい。

【００５６】図３は、前記「低抵抗化処理」により、高
分子膜６”の表面を低抵抗化した場合の間隙５’の形成
過程を示す模式図（断面図）である。図３（ａ）は電圧
印加工程前（「低抵抗化処理」後）、図３（ｂ）は電圧
印加工程終了時を示している。

【００５７】図３（ａ）において、１は基板、６’−１
は「低抵抗化処理」により低抵抗化された領域であり、
６’−２は低抵抗化されていない領域である。図３
（ｂ）において５’は間隙である。

【００５８】まず、低抵抗化処理された表面領域６’−
１に、電圧印加工程により電流が主に流れ、表面領域
６’−１の一部に間隙５’の起点が形成される。そし
て、電圧印加工程を続けることで、形成された間隙５’
の起点を避け、周辺部に回り込むことによって生じる熱
によって、熱分解を起こしていなかった下層の高分子領
域６’−２も徐々に熱分解される。そして、間隙５’の
起点となった部位から導電性膜６’の厚み方向に間隙が
成長し、間隙５’が形成される（図３（ｂ））。

【００５９】なお、低抵抗化した領域６’−１が、基板
１側であったり、膜厚の中間の位置であっても、最終的
に、導電性膜６’の厚み方向に渡って、間隙５’を形成
することができる。

【００６０】図４は、高分子膜６”の基板表面に平行な
方向で、その一部を低抵抗化した場合の模式図（平面
図）を示しており、図４（ａ）は電圧印加工程前、図４
（ｂ）は電圧印加工程開始直後、図４（ｃ）は電圧印加
工程終了時である。

【００６１】まず、低抵抗化された領域６’に、電圧印
加工程により電流が流れ、間隙５’の起点となる狭い間
隙５”が形成される（図４（ｂ））。形成された狭い間
隙５”を避けて電流が流れるため狭い間隙５”の周辺部
が加熱され、熱分解を起こしていなかった領域も徐々に
熱分解され、最終的に、基板表面と実質的に平行な方向
における、高分子膜６”の全体に渡り、間隙５’が形成
される（図４（ｃ））。

【００６２】なお、上記のように、部分的に熱分解を行
った高分子膜を用いたほうが、良好な電子放出特性を示
す場合が多い。この理由は明確ではないが、未分解の高
分子が、熱拡散によって間隙５’近傍に移動しやすいた
めに、より電子放出に良好な間隙が形成、保持され、駆
動による劣化の少ない構造になっていると思われる。こ
のような場合については、前述の理由により低抵抗化さ
れていない絶縁部分が表面に露出することは望ましくな
いので、帯電防止作用のある抵抗層を素子を含めた全面
に形成しておくほうが望ましい。

【００６３】以上のような工程を経て得られた電子放出
素子を図５に示した測定装置によってその電圧−電流特
性を計測したところ、その特性は、図１５に示したよう
なものである。図５において、図１などで用いた符合と
同じ符号を用いた部材は、同じ部材を指す。５４はアノ
ードであり、５３は高圧電源、５２は電子放出素子から
放出された放出電流Ｉｅを測定するための電流計、５１
は電子放出素子に駆動電圧Ｖｆを印加するための電源、
５０は電極２，３間を流れる素子電流を測定するための
電流計である。上記電子放出素子は、しきい値電圧Ｖｔ
ｈを持っており、この電圧より低い電圧を電極２，３間
に印加しても、電子は実質的に放出されないが、この電
圧より高い電圧を印加することによって、素子からの放
出電流（Ｉｅ）、電極２，３間を流れる素子電流（Ｉ
ｆ）が生じはじめる。

【００６４】この特性のため、同一基板上にマトリック
ス状に上記電子放出素子を複数配した電子源を構成し、
所望の素子を選択して駆動する単純マトリックス駆動が
可能である。

【００６５】次に、図１６に示した、上記電子放出素子
を用いた本発明の画像形成装置の製造方法の一例を図６
乃至図１２などを用いて以下に示す。

【００６６】（Ａ）まず、リアプレート１を用意する。
リアプレート１としては、絶縁性材料からなるものを用
い、特には、ガラスが好ましく用いられる。

【００６７】（Ｂ）次に、リアプレート１上に、図１で
説明した一対の電極２，３を複数組み形成する（図
６）。電極材料は、導電性材料であれば良い。また、電
極２，３の形成方法は、スパッタ法、ＣＶＤ法、印刷法
など種々の製造方法を用いることができる。なお、図６
では、説明を簡略化するために、Ｘ方向に３組、Ｙ方向
に３組、合計９組の電極対を形成した例を用いている
が、この電極対の数は、画像形成装置の解像度に応じて
適宜設定される。

【００６８】（Ｃ）次に、電極３の一部を覆うように、
下配線６２を形成する（図７）。下配線６２の形成方法
は、様々な手法を用いることができるが、好ましくは印
刷法を用いる。印刷法のなかでもスクリーン印刷法が大
面積の基板に安価に形成できるので好ましい。

【００６９】（Ｄ）下配線６２と、次工程で形成する上
配線６３との交差部に絶縁層６４を形成する（図８）。
絶縁層６４の形成方法も様々な手法を用いることができ
るが、好ましくは印刷法を用いる。印刷法のなかでもス
クリーン印刷法が大面積の基板に安価に形成できるので
好ましい。

【００７０】（Ｅ）次に、電極２の一部を覆うように、
下配線６２と実質的に直交する上配線６３を形成する
（図９）。上配線６３の形成方法も様々な手法を用いる
ことができるが、下配線６２と同様、好ましくは印刷法
を用いる。印刷法のなかでもスクリーン印刷法が大面積
の基板に安価に形成できるので好ましい。

【００７１】（Ｆ）次に、各電極対２、３間を接続する
ように、高分子膜６”を形成する（図１０）。高分子膜
６”は、前述のように様々な方法で作成することができ
るが、大面積に簡易に形成するには、インクジェット法
を用いることが好ましい。

【００７２】（Ｇ）続いて、前述した様に、各高分子膜
６”を低抵抗化する「低抵抗処理」を行う。「低抵抗化
処理」については、前記した電子ビームやイオンビーム
などの粒子ビームを照射するか、レーザビームを照射す
ることにより行われる。この「低抵抗化処理」は好まし
くは減圧雰囲気中で行われる。この工程により、高分子
膜６”に導電性が付与され、導電性膜６’に変化する
（図１１）。具体的には、導電性膜６’の抵抗値として
は、１０³Ω／□以上１０⁷Ω／□以下の範囲となる。

【００７３】（Ｈ）次に、前記工程（Ｇ）により得られ
た導電性膜６’（低抵抗化された高分子膜６”）に、間
隙５’の形成を行う。この間隙５’の形成は、各配線６
２および配線６３に電圧を印加することによって行う。
これにより、各電極対２、３間に電圧が印加される。こ
のとき、自己加熱による低抵抗化に伴い電流が増大する
ので、その電流増大に応じてマスフローコントローラー
を通し１０^-4Ｐａから２×１０⁴Ｐａの酸素を導入す
る。なお、印加する電圧としてはパルス電圧であること
が好ましい。この電圧印加工程により、導電性膜６’
（低抵抗化した高分子膜６”）の一部に間隙５’が形成
される（図１２）。

【００７４】なお、この電圧印加工程は、前述の低抵抗
化処理と同時に、すなわち、電子ビームあるいはレーザ
ービームの照射を行っている最中に、電極２、３間に電
圧パルスを連続的に印加することによっても行うことが
できる。いずれの場合においても、電圧印加工程は、酸
素雰囲気下で行うのが望ましい。

【００７５】（Ｉ）次に、予め用意しておいた、アルミ
ニウム膜からなるメタルバック７３と蛍光体膜７４とを
有するフェースプレート７１と、上記工程（Ａ）〜
（Ｈ）を経たリアプレート１とを、メタルバックと電子
放出素子が対向するように、位置合わせする（図１７
（ａ））。支持枠７２とフェースプレート７１との当接
面（当接領域）には接合部材が配置される。同様に、リ
アプレート１と支持枠７２との当接面（当接領域）にも
接合部材が配置される。上記接合部材には、真空を保持
する機能と接着機能とを有するものが用いられ、具体的
にはフリットガラスやインジウム、インジウム合金など
が用いられる。

【００７６】図１７においては、支持枠７２が、予め上
記工程（Ａ）〜（Ｈ）を経たリアプレート１上に接合部
材によって固定（接着）された例を図示しているが、必
ずしも本工程（Ｉ）時に接合されている必要はない。ま
た、同様に、図１７においてはスペーサ１０１がリアプ
レート１上に固定された例を示しているが、スペーサ１
０１も、本工程（Ｉ）時にリアプレート１に必ずしも固
定されている必要はない。

【００７７】また、図１７では、便宜上、リアプレート
１を下方に配置し、フェースプレート７１をリアプレー
ト１の上方に配置した例を示したが、どちらが上であっ
ても構わない。

【００７８】さらには、図１７では、支持枠７２および
スペーサ１０１は、予め、リアプレート１上に固定（接
着）しておいた例を示したが、次の「封着工程」時に固
定（接着）されるよう、リアプレート上またはフェース
プレート上に載置するだけでもよい。

【００７９】（Ｊ）次に、封着工程を行う。上記工程
（Ｉ）で対向して配置されたフェースプレート７１とリ
アプレート１とを、その対向方向に加圧しながら、少な
くとも前記接合部材を加熱する。上記加熱は、熱的な歪
を低減するために、フェースプレートおよびリアプレー
トの全面を加熱することが好ましい。

【００８０】なお、本発明においては、上記「封着工
程」は、減圧（真空）雰囲気中あるいは非酸化雰囲気中
にて行うことが好ましい。具体的な減圧（真空）雰囲気
としては、１０^-5Ｐａ以下、好ましくは１０^-6Ｐａ以下
の圧力が好ましい。

【００８１】この封着工程により、フェースプレート７
１と支持枠７２とリアプレート１との当接部が気密に接
合され、同時に、内部が高真空に維持された、図１６に
示した気密容器（画像形成装置）１００が得られる。

【００８２】ここでは、減圧（真空）雰囲気中あるいは
非酸化雰囲気中にて「封着工程」を行う例を示した。し
かしながら、大気中で上記「封着工程」を行っても良
い。この場合は、別途、フェースプレートとリアプレー
ト間の空間を排気するための排気管を、気密容器１００
に設けておき、上記「封着工程」後に、気密容器内部を
１０^-5Ｐａ以下に排気する。その後、排気管を封止する
ことで内部が高真空に維持された気密容器（画像形成装
置）１００を得ることができる。

【００８３】上記「封着工程」を真空中にて行う場合に
は、画像形成装置（気密容器）１００内部を高真空に維
持するために、上記工程（Ｉ）と工程（Ｊ）との間に、
前記メタルバック７３上（メタルバックのリアプレート
１と対向する面上）にゲッター材を被覆する工程を設け
ることが好ましい。この時、用いるゲッター材として
は、被覆を簡易にする理由から蒸発型のゲッターである
ことが好ましい。したがって、バリウムをゲッター膜と
してメタルバック７３上に被覆することが好ましい。ま
た、このゲッターの被覆工程は、上記工程（Ｊ）と同様
に、減圧（真空）雰囲気中で行われる。

【００８４】また、ここで説明した画像形成装置の例で
は、フェースプレート７１とリアプレート１との間に
は、スペーサ１０１を配置した。しかしながら、画像形
成装置の大きさが小さい場合には、スペーサ１０１は必
ずしも必要としない。また、リアプレート１とフェース
プレート７１との間隔が数百μｍ程度であれば支持枠７
２を用いずに、接合部材によって直接リアプレート１と
フェースプレート７１とを接合することも可能である。
そのような場合には、接合部材が支持枠７２の代替部材
を兼ねる。

【００８５】また、本発明においては、電子放出素子１
０２の間隙５’を形成する工程（工程（Ｈ））の後に、
位置合わせ工程（工程（Ｉ））および封着工程（工程
（Ｊ））を行った。しかしながら、工程（Ｈ）を、封着
工程（工程Ｊ）の後に行うこともできる。

【００８６】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をより詳細に
説明する。

【００８７】［実施例１］本実施例の電子放出素子とし
て図１に示すタイプの電子放出素子を図２に示した製造
方法と同様の手法を用いて作製した。図１、図２を用い
て、本実施例の電子放出素子の作製方法を述べる。

【００８８】基板１として石英ガラス基板を用い、これ
を純水、有機溶剤により充分に洗浄後、基体１面上に、
白金からなる素子電極２、３を形成した（図２
（ａ））。この時、素子電極間隔Ｌは１０μｍとし、素
子電極の幅Ｗを５００μｍ、その厚さを１００ｎｍとし
た。

【００８９】以上のように作製した基板に、芳香族ポリ
イミドの前駆体であるポリアミック酸（日立化成工業
（株）製：ＰＩＸ−Ｌ１１０ＳＸ）溶液を、さらに樹脂
分３％までＮ−メチルピロリドン／トリエタノールアミ
ン溶媒で希釈した溶液をインクジェット法により、直径
１００μｍで素子電極２、３に接続して塗布した。次に
真空条件下にて３５０℃まで昇温しベークして、イミド
化を行った。この時の、ポリイミド膜（高分子膜６”）
の膜厚は３０ｎｍであった。

【００９０】次に、素子電極２、３、高分子膜６”を形
成した基体１を電子銃の装着された真空容器中にセット
し、十分に排気を行った後、加速電圧Ｖａｃ＝１０ｋ
Ｖ、電流密度ρ＝０．１ｍＡ／ｍｍ²なる電子ビームを
高分子膜６”全面に照射した。この時、素子電極２、３
間の抵抗を測定し、１ｋΩまで抵抗が減少したところで
電子ビーム照射を止めた。

【００９１】次に、これを図５に示す真空装置内へ移し
た。

【００９２】ここで、図５中、５１は素子に電圧Ｖｆを
印加するための電源、５０は素子電流Ｉｆを測定するた
めの電流計、５４は素子より発生する放出電流Ｉｅを測
定するためのアノード電極、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は放出電流を測定
するための電流計である。

【００９３】電子放出素子の上記素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極２、３に電源５１
と電流計５０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源
５３と電流計５２とを接続したアノード電極５４を配置
している。

【００９４】また、本電子放出素子及びアノード電極５
４は真空装置内に設置されており、その真空装置には不
図示の排気ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器
が具備されており、所望の真空下で本素子の測定評価を
行えるようになっている。なお、アノード電極と電子放
出素子間の距離Ｈを４ｍｍとしており、真空装置内の圧
力を１×１０^-6Ｐａとした。

【００９５】図５の真空装置において、不図示のマスフ
ローコントローラーを通じて酸素を導入し、排気系のオ
リフィスを調整して酸素圧力（Ｐ_O2）が１×１０^-4Ｐａ
となったところで暫く安定化させた。

【００９６】しかる後、図１８（ａ）のグラフに示した
とおり、素子電極２、３間に１Ｖから１０Ｖまで昇圧レ
ート１０ｍＶ／ｓｅｃで、パルス幅１ｍｓｅｃパルス間
隔１０ｍｓｅｃの両極性矩形パルスを印加し、電流−電
圧特性（Ｉｆ−Ｖｆ特性）が線形から外れた４Ｖ程度か
ら酸素圧力を徐々に増加させ、１×１０^-3Ｐａまで導入
した。その結果、電圧６Ｖで電流は極大値８ｍＡをと
り、その後徐々に低下しながら、やがて全く電流が流れ
なくなった。こうして、低抵抗化された高分子膜６’に
間隙５’を形成した。

【００９７】以上の工程により、本実施例の電子放出素
子を作製した。

【００９８】次に、図５に示した１×１０^-6Ｐａの真空
装置内で、アノード電極５４に１ｋＶを印加しながら、
本実施例の電子放出素子の素子電極２、３間に２０Ｖの
駆動電圧を印加し、その時に流れる素子電流Ｉｆ及び放
出電流Ｉｅを測定したところ、Ｉｆ＝０．５ｍＡ、Ｉｅ
＝４．８μＡであり、長時間駆動しても安定に電子放出
特性を維持しており、放電等による素子破壊は生じなか
った。

【００９９】また、酸素を導入せずに電圧印加した場合
の投入電力が２３０ｍＷであったのに対し、本実施例の
素子の場合は約５０ｍＷであり、大きく投入パワーを下
げられたと共に、時間短縮も実現できた。

【０１００】以上、本実施例による素子作製方法によ
り、電子放出特性の向上と、投入電力の低減、プロセス
時間の短縮によるローコスト化も実現できた。

【０１０１】［実施例２］作製方法に関して実施例１の
電子放出素子と異なるのは、高分子膜に間隙を形成する
ときの電圧印加プロファイルだけである。

【０１０２】図５の装置系において、不図示のマスフロ
ーコントローラーを通じて酸素を導入し、排気系のオリ
フィスを調整して酸素圧力（Ｐ_O2）が１×１０^-4Ｐａと
なったところで暫く安定化させた。

【０１０３】しかる後、図１８（ｂ）のグラフに示した
とおり、素子電極２、３間に８Ｖ、パルス幅０．１ｍｓ
ｅｃパルス間隔１０ｍｓｅｃの両極性矩形パルスを印加
したところ、電流の増大が見え始めたので、酸素圧力を
増加させ２×１０^-2Ｐａとし、暫くして電流は極大値１
０ｍＡをとり、その後徐々に低下しながら、やがて全く
電流が流れなくなった。こうして、低抵抗化した高分子
膜６’に間隙５’を形成した。

【０１０４】以上の工程により、本実施例の電子放出素
子を作製した。

【０１０５】次に、図５に示した１×１０^-6Ｐａの真空
装置内で、アノード電極５４に１ｋＶを印加しながら、
本実施例の電子放出素子の素子電極２、３間に２０Ｖの
駆動電圧を印加し、その時に流れる素子電流Ｉｆ及び放
出電流Ｉｅを測定したところ、Ｉｆ＝０．６ｍＡ、Ｉｅ
＝４．２μＡであり、長時間駆動しても安定に電子放出
特性を維持しており、放電等による素子破壊は生じなか
った。

【０１０６】また、酸素を導入せずに電圧印加した場合
の投入電力が２５０ｍＷであったのに対し、本実施例の
素子の場合は８０ｍＷであり、大きく投入パワーを下げ
られたと共に、時間短縮も実現できた。

【０１０７】以上、本実施例による素子作製方法によ
り、電子放出特性の向上と、投入電力の低減、プロセス
時間の短縮によるローコスト化も実現できた。

【０１０８】［実施例３］本実施例では図１６に模式的
に示した画像形成装置１００を作成した。電子放出素子
１０２としては、図１および図２を用いてその製造方法
を既に記した電子放出素子を用いた。図６乃至図１２、
図１６、図１７を用いて、本実施例の画像形成装置の作
製方法を述べる。

【０１０９】図１２は、リアプレートと、その上に形成
された複数の電子放出素子と、および複数の電子放出素
子に信号を印加するための配線とから構成される電子源
の一部を拡大して模式的に示している。１はリアプレー
ト、２、３は電極、５’は間隙、６’は炭素を主成分と
する導電性膜（カーボン膜）、６２はＸ方向配線、６３
はＹ方向配線、６４は層間絶縁層である。

【０１１０】図１６において、図１２と同じ符号のもの
は、同じ部材を示している。７１はガラス基板上に、蛍
光体膜７４とＡｌからなるメタルバック７３とが積層さ
れたフェースプレートである。７２は支持枠であり、リ
アプレート１、フェースプレート７１、支持枠７２で真
空密閉容器が形成される。

【０１１１】以下、図６乃至図１２、図１６、図１７を
用いて、本実施例を説明する。

【０１１２】（工程１）ガラス基板１上に、スパッタリ
ング法により、厚さ１００ｎｍのＰｔ膜を堆積し、フォ
トリソグラフィ技術を用いてＰｔ膜からなる電極２，３
を形成した（図６）。なお、電極２、３の電極間距離は
１０μｍとした。

【０１１３】（工程２）次に、スクリーン印刷法により
Ａｇペーストを印刷し、加熱焼成することにより、Ｘ方
向配線６２を形成した（図７）。

【０１１４】（工程３）続いて、Ｘ方向配線６２とＹ方
向配線６３の交差部になる位置に、スクリーン印刷法に
より絶縁性ペーストを印刷し、加熱焼成して絶縁層６４
を形成した（図８）。

【０１１５】（工程４）さらに、スクリーン印刷法によ
りＡｇペーストを印刷し、加熱焼成することにより、Ｙ
方向配線６３を形成し、基体１上にマトリックス配線を
形成した（図９）。

【０１１６】（工程５）以上のようにしてマトリックス
配線を形成した基体１の電極２、３間に跨る位置に、イ
ンクジェット法により、ポリイミドの前駆体であるポリ
アミック酸の３％Ｎ−メチルピロリドン／トリエタノー
ルアミン溶液を電極間の中央を中心として塗布した。こ
れを、真空下にて、３５０℃でベークし、直径約１００
μｍ、膜厚３００ｎｍの円形のポリイミド膜からなる高
分子膜６”を得た（図１０）。

【０１１７】（工程６）次に、Ｐｔからなる電極２、
３、マトリックス配線６２、６３、ポリイミド膜からな
る高分子膜６”を形成したリアプレート１をステージ上
（大気中）にセットし、各々の高分子膜６”に対して、
ＱスイッチパルスＮｄ：ＹＡＧレーザ（パルス幅１００
ｎｍ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、パルスあたりのエネ
ルギー０．５ｍＪ、ビーム径１０μｍ）の第二高調波
（ＳＨＧ）を照射した。このとき、ステージを移動さ
せ、各々の電極２から３の方向に高分子膜６”に１０μ
ｍの幅で照射し、各々の高分子膜６”を低抵抗化処理し
た。

【０１１８】（工程７）以上のようにして作製したリア
プレート１上に、支持枠７２とスペーサ１０１とをフリ
ットガラスにより接着した。そしてスペーサと支持枠が
接着されたリアプレート１と、フェースプレート７１と
を対向させて（蛍光体膜７４とメタルバック７３が形成
された面と、配線６２，６３が形成された面とを対向さ
せて）、配置した（図１７（ａ））。なお、フェースプ
レート７１上の支持枠７２との当接部には、予めフリッ
トガラスを塗付しておいた。

【０１１９】（工程８）次に、対向させたフェースプレ
ート７１とリアプレート１とを１０^-6Ｐａの真空雰囲気
中で、４００℃に加熱および加圧して封着を行った（図
１７（ｂ））。この工程により内部が高真空に維持され
た気密容器が得られた。なお、蛍光体膜７４には３原色
（ＲＧＢ）の各色蛍光体がストライプ形状に配置された
ものを用いた。

【０１２０】最後に、酸素を１０^-4Ｐａから１０^-2Ｐａ
まで導入した雰囲気で、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を通じ
て、各々の電極２，３間に１０Ｖ、パルス幅１ｍｓｅ
ｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの両極性の矩形パルスを印
加することにより低抵抗化処理した高分子膜に間隙５’
を形成し（図１２参照）、本実施例の画像形成装置１０
０を作製した。

【０１２１】以上のようにして完成した画像形成装置に
おいて、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を通じて、所望の電子
放出素子を選択して２２Ｖの電圧を印加し、高圧端子Ｈ
ｖを通じてメタルバック７３に８ｋＶの電圧を印加した
ところ、長時間にわたって明るい良好な画像を形成する
ことができた。

【０１２２】

【発明の効果】本発明の製造方法によれば、フォーミン
グ時の投入電力の低減とプロセス時間の短縮によってロ
ーコスト化を実現すると共に、電子放出特性の向上も実
現でき、本発明の素子を多数配置した画像形成装置にお
いては、長期に渡って表示品位に優れた画像形成装置を
安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の一例を示す模式的平面
図及び断面図である。

【図２】本発明の電子放出素子の作製方法の一例を示す
模式的断面図である。

【図３】本発明の電子放出素子の作製方法の別の例を示
す模式的断面図である。

【図４】本発明の電子放出素子の作製方法のさらに別の
例を示す模式的断面図である。

【図５】測定評価機能を備えた真空装置の一例を示す模
式図である。

【図６】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工
程の一例を示す模式図である。

【図７】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工
程の一例を示す模式図である。

【図８】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工
程の一例を示す模式図である。

【図９】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造工
程の一例を示す模式図である。

【図１０】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造
工程の一例を示す模式図である。

【図１１】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造
工程の一例を示す模式図である。

【図１２】本発明の単純マトリクス配置の電子源の製造
工程の一例を示す模式図である。

【図１３】従来の電子放出素子の模式図である。

【図１４】従来の電子放出素子の製造工程の模式図であ
る。

【図１５】本発明による電子放出素子の電子放出特性を
示す模式図である。

【図１６】本発明の画像形成装置の一例を示す模式的斜
視図である。

【図１７】本発明の画像形成装置の製造工程の一例を示
す模式図である。

【図１８】本発明の電子放出素子作製工程のフォーミン
グにおける酸素分圧の制御及び素子の電流変化を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１基体２、３電極（素子電極）４導電性膜５第２の間隙５’ 間隙６カーボン膜６’ 炭素を主成分とする導電性膜６” 高分子膜７第１の間隙５０電極２，３間を流れる素子電流を測定するための
電流計５１電子放出素子に駆動電圧Ｖｆを印加するための電
源５２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５３高圧電源５４アノード６２下配線（Ｘ方向配線）６３上配線（Ｙ方向配線）６４絶縁層７１フェースプレート７２支持枠７３メタルバック７４蛍光体膜７５画像形成部材１００画像形成装置１０１スペーサ１０２電子放出素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に配置された一対の素子電極と、
該素子電極間に配置された、間隙を有するカーボン膜と
を有する電子放出素子の製造方法であって、基体上に対向する一対の素子電極を形成する工程と、前
記素子電極間に高分子膜を形成する工程と、前記高分子
膜を低抵抗化する工程と、前記低抵抗化された高分子膜
に間隙を形成することにより間隙を有するカーボン膜を
形成する工程とを有し、前記間隙を形成する工程が酸素
を含む雰囲気中で行われることを特徴とする電子放出素
子の製造方法。
【請求項２】前記高分子膜を低抵抗化する工程は、前
記高分子膜に電子ビームあるいはイオンビームあるいは
光を照射することにより行われることを特徴とする請求
項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】前記光はレーザ光であることを特徴とす
る請求項２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】前記酸素雰囲気は酸素分圧を１０^-4Ｐａ
乃至２×１０⁴Ｐａに制御した雰囲気であることを特徴
とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電子放出
素子の製造方法。
【請求項５】前記酸素分圧の制御は前記低抵抗化され
た高分子膜への間隙の形成に合わせて行われることを特
徴とする請求項４に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】前記酸素雰囲気は大気雰囲気であること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電
子放出素子の製造方法。
【請求項７】基体上に複数の電子放出素子を配置した
電子源の製造方法であって、前記電子放出素子を請求項１乃至６のいずれか一項に記
載の方法により製造することを特徴とする電子源の製造
方法。
【請求項８】電子源と、該電子源から放出される電子
の照射により画像を形成する画像形成部材を有する画像
形成装置の製造方法であって、前記電子源を請求項７に記載の方法により製造すること
を特徴とする画像形成装置の製造方法。