JPH1140044A - 電子放出素子及び電子源及び画像表示装置およびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放出電流が大きく、安定で、低電圧で駆動で
き、量産性に優れた電子放出素子、及びそれを用いた表
示品位に優れた画像表示装置を提供する。 【解決手段】 一対の電極と該電極間を電気的に接続す
べく形成された導電性薄膜４と該導電性薄膜４に形成さ
れた電子放出部５とを有する電子放出素子において、前
記電子放出部５は、炭素体に酸素を介して低仕事関数材
料によって終端された構造を有することを特徴とする電
子放出素子。このように、炭素体と結合した酸素を介し
て低仕事関数材料が終端されることによって、炭素体に
低仕事関数材料が単に積層されているのでなく、分極し
て結合しているので、より低仕事関数化がはかられ、か
つ安定度が増加する。このため、放出電流の増加がはか
られかつ駆動時の劣化が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面伝導型電子放
出素子、及び電子源、及び該電子源を用いた画像形成装
置及びそれら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¹⁾（¹⁾電子放出
素子：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｍｉｔｔｅｒ単体； 電子
源基板：基板上に多数のＥｍｉｔｔｅｒを配置したも
の； 電子源：駆動系も含めたもの； 画像形成装置：
電子源を応用したもの、ディスプレー、プリンタな
ど；）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。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ、“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”、Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ、８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓ
ｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅ
ｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄ
ｅｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，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、“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”、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、Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６
５）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：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉ
ｌｍｓ”、９、３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／Ｓ
ｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“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。

【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９
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。

【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。

【０００９】前記表面伝導型電子放出素子において、本
発明者は、表面伝導型電子放出素子の電子放出部に、炭
素あるいは炭素ないしその化合物を活性化工程と呼ぶ新
規な製造方法によって、形成することで、電子放出特性
を著しく改善する提案を行なった（特開平７−２３５２
５５号公報）。

【００１０】ここで、活性化工程とは、前記表面伝導型
電子放出素子の製造方法において、一対の電極と導電性
薄膜とを形成した素子を、真空雰囲気の中に設置し、フ
ォーミング工程を施した後、真空雰囲気中に、前記電子
放出部に新たな堆積物と少なくとも一種類以上共通の元
素を有する気体を導入し、適宜選択されたパルス状の電
圧を数分から数十分、印加することである。本工程で
は、電子放出素子の特性、即ち、電子放出電流Ｉｅが、
電圧に対して、閾値を持ちながら、著しく増加し、改善
される工程である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
電子放出素子を応用した画像形成装置においては、マル
チメディアの進展にともない、更に、一層の高精細な絵
素による画像表現が要求され、また、長寿命が必要にな
りつつある。こうした画像形成装置の性能の向上には、
電子放出素子の性能の向上が必要とされる。即ち、上記
本発明者の考案した電子放出素子においても、更に、放
出電流が大きく、安定な電子放出素子が、必要とされて
いる。

【００１２】［発明の目的］本発明は、上述の問題を解
決するため、放出電流が大きく、安定な、しかも低電圧
で駆動でき、量産性に優れた電子放出素子およびそれを
用いた表示品位に優れたカラーフラットパネル等の画像
形成装置の提供を目的とする。

【００１３】

【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なってなされたものであ
り、下述の構成のものである。

【００１４】本発明の電子放出素子は、一対の電極と電
子放出部を有する導電性薄膜を有する電子放出素子にお
いて、炭素体に酸素を介して、低仕事関数材料によっ
て、終端された電子放出部を有することを特徴とする電
子放出素子である。

【００１５】また、好ましくは、該導電性膜は、Ｎｉ，
Ｃｏ，Ｆｅ等の鉄族、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｐｔの白金族等の触
媒性金属であり、該炭素体は、グラファイト、グラッシ
ーカーボンであり、また該低仕事関数材料は、Ｃｓ，Ｂ
ａ，Ｌａ，Ｌｉ、等のアルカリ金属または、アルカリ土
類金属、又は希土類である。

【００１６】本発明の電子放出素子の第一の製造方法
は、次のステップを有する。

【００１７】１）（素子電極／導電性膜形成工程）基体
上に配置された一対の電極に、接続された導電性膜を形
成するステップ ２）（フォーミング工程）該導電性膜に電子放出部を形
成するステップ ３）（活性化工程）該基体に、炭素を有する材料を導入
し、通電あるいは通電と併用された熱によって、該電子
放出部に炭素を形成するステップ ４）（安定化工程１）該基体を、酸素を有する雰囲気
で、加熱あるいは、プラズマを発生し、該炭素体の表面
に酸素を終端するステップ ５）（低仕事関数材料終端工程）該基体に、低仕事関数
材料を被覆するステップ ６）（安定化工程２）該基体を加熱するステップ、を有
する電子放出素子の製造方法である。

【００１８】また、本発明の電子放出素子の第二の製造
方法は、次のステップを有する。

【００１９】１）（素子電極／導電性膜形成工程）基体
上に配置された一対の電極に接続された導電性膜を形成
するステップ ２）（活性化工程〜有機材料付与工程）該導電性膜に、
炭素を有する材料を付与するステップ ３）（フォーミング工程）該導電性膜に電子放出部を形
成するステップ ４）（活性化工程〜炭化工程）通電あるいは通電と併用
された熱によって、該電子放出部に炭素を形成するステ
ップ ５）（安定化工程１）該基体を酸素を有する雰囲気で、
加熱あるいは、プラズマを発生し、該炭素体の表面に酸
素を終端する ６）（低仕事関数材料終端工程）該基体に、低仕事関数
材料を被覆するステップ ７）（安定化工程２）該基体を、加熱するステップ、を
有する電子放出素子の製造方法である。

【００２０】また、該炭素を有する材料は、有機ガスあ
るいは固体状有機材料であり、有機ガスとしては、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があげられ、このほかにも、
ベンゼン等の環状炭化水素が好ましくは用いられる。

【００２１】また、固体状の有機材料としては、熱硬化
樹脂あるいはネガレジストが好ましく用いられる。

【００２２】上記製造方法において、該酸素を有する雰
囲気とは、酸素、又は酸素と不活性ガス（ヘリウム
等）、又は酸素とＮ₂ 、の混合ガスであり、適宜選択さ
れた分圧で減圧下あるいは、常圧下で行われる。

【００２３】また、該加熱温度は、炭素に酸素を介して
結合した構造の低仕事関数材料のみを残し、未結合の低
仕事関数材料を蒸発除去する温度で制御される。

【００２４】本発明の画像形成装置は、上記本発明の電
子放出素子を複数個配置した第１の基体と該第１の基体
と対向した該電子放出素子から出射した電子によって発
光する画像形成部材を配設された第２の基体を有するこ
とを特徴とする画像形成装置である。

【００２５】また、本発明の画像形成装置は、以下の製
造方法で製造される。

【００２６】１）第１の基体上に、複数の一対の電極
に、接続された複数の導電性膜を形成するステップ ２）該導電性膜に電子放出部を形成するステップ ３）該基体に、炭素を有する材料を導入し、通電あるい
は通電と併用された熱によって、該電子放出部に炭素を
形成するステップ ４）該基体を、酸素を有する雰囲気で、加熱あるいは、
プラズマを発生し、該炭素体の表面に酸素と結合するス
テップ ５）該基体に、低仕事関数材料を被覆するステップ ６）該基体を、加熱するステップ ７）第２の基体上に、蛍光体を形成するステップ ８）該第１の基体と第２の基体を、支持枠、必要に応じ
て、第１の基体と第２の基体間に耐大気圧支持部材とし
て、スぺーサーを配設し、真空容器を形成するステップ ９）該真空容器を排気しながら、加熱するステップ １０）該真空容器を封止するステップを有することを特
徴とする画像形成装置の製造方法である。

【００２７】本発明の画像形成装置は、以下の製造方法
でも製造される。

【００２８】１）第１の基体上に複数の一対の電極に接
続された複数の導電性膜を形成するステップ ２）該導電性膜に、炭素を有する材料を付与するステッ
プ ３）該導電性膜に電子放出部を形成するステップ ４）通電あるいは通電と併用された熱によって、該電子
放出部に炭素を形成するステップ ５）該基体を酸素を有する雰囲気で、加熱あるいは、プ
ラズマを発生し、該炭素体の表面に酸素を結合するステ
ップ ６）該基体に、低仕事関数材料を被覆するステップ ７）該基体を、加熱するステップ ８）第２の基体上に、蛍光体を形成するステップ ９）該第１の基体と第２の基体を、支持枠、必要に応じ
て、第１の基体と第２の基体間に耐大気圧支持部材とし
て、スぺーサーを配設し、真空容器を形成するステップ １０）該真空容器を排気しながら、加熱するステップ １１）該真空容器を封止するステップまた、本発明の画
像形成装置は、以下の製造方法によっても製造される。

【００２９】１）第１の基体上に複数の一対の電極に、
接続された複数の導電性膜を形成するステップ ２）該導電性膜に、炭素を有する材料を付与するステッ
プ ３）該導電性膜に電子放出部を形成するステップ ４）通電あるいは通電と併用された熱によって、該電子
放出部に炭素を形成するステップ ５）該基体を酸素を有する雰囲気で、加熱あるいは、プ
ラズマを発生し、該炭素体の表面に酸素を結合するステ
ップ ６）該基体に、低仕事関数材料を被覆するステップ ７）該基体を、加熱するステップ ８）第２の基体上に、蛍光体を形成するステップ ９）該第１の基体と第２の基体を、支持枠、必要に応じ
て、第１の基体と第２の基体間に耐大気圧支持部材とし
て、スぺーサーを配設し、真空容器を形成するステップ １０）該真空容器を排気しながら、加熱するステップ １１）該真空容器を封止するステップ また、上記電子放出素子は、表面伝導型電子放出素子で
あることを特徴とする電子放出素子でもある。

【００３０】また、本発明は、上述した課題を解決する
ための手段として、上記電子放出素子を基体上に複数個
配置し、入力信号に応じて該電子放出素子から電子を放
出してなることを特徴とする電子源を提供するものであ
る。

【００３１】また、前記電子源において、基体に複数の
電子放出素子を並列に配置し、各電子放出素子の両端を
それぞれ配線に共通接続してなる電子放出素子の行を、
複数列配列してなることを特徴とする。

【００３２】また、前記電子源において、基体に、互い
に電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向配線とｎ本のＹ方向
配線とを設け、Ｘ方向及びＹ方向に配列されたｍ×ｎ個
の前記電子放出素子の一対の電極を該Ｘ方向配線と該Ｙ
方向配線にそれぞれ接続したことを特徴とする。

【００３３】また、本発明は、上記課題を解決するため
の手段として、上記電子源と、該電子源から放出された
電子により画像を形成する画像形成部材とを有すること
を特徴とする画像形成装置を提供するものである。

【００３４】また、上記画像形成装置において、前記画
像形成部材が蛍光体であることを特徴とする。

【００３５】また、本発明は、上記第１の基体と第２の
基体間に、耐大気圧支持部材としてのスぺーサーを配設
し、上記真空容器を形成するステップを有することを特
徴とする画像形成装置の製造方法でもある。

【００３６】［作用］本発明によれば、一対の電極と亀
裂を有する導電性膜を有する電子放出素子において、炭
素体に酸素を介して、低仕事関数材料によって、終端さ
れた亀裂を有することにより、炭素体と結合した酸素を
介して低仕事関数材料が終端されることによって、炭素
体に低仕事関数材料が単に積層されているのでなく、分
極して結合しているので、より低仕事関数化がはから
れ、かつ安定度が増加する。

【００３７】こうした材料で電子放出部となる亀裂及び
その近傍が構成されるために、放出電流の増加がはから
れかつ駆動時の劣化が抑制される。

【００３８】また、導電性膜が、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等の
鉄族、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｐｔの白金族等の触媒性金属である
ため、該炭素体としてグラファイト、グラッシーカーボ
ンの形成が容易となる。従って、酸素で終端処理の際の
工程での炭素体の二酸化炭素、一酸化炭素等への変化に
よる減少が抑制され、電子放出特性の劣化がない。

【００３９】一方、グラファイト、グラッシーカーボン
以外の炭素化合物は、二酸化炭素、一酸化炭素等へ変化
し、除去される。この結果、駆動時の電子放出素子から
のガスの放出が抑制されるために、駆動時の放電が抑制
され、電子放出特性の安定化がなされる。

【００４０】また該低仕事関数材料は、Ｃｓ，Ｂａ，Ｌ
ａ，Ｌｉ等のアルカリ金属または、アルカリ土類金属、
又は希土類から選択される。

【００４１】本発明の第１の製造方法は、導電性膜に亀
裂を形成後、有機ガス雰囲気中で通電し炭素体を導電性
膜に形成した亀裂の内側に形成し、加熱あるいは酸素プ
ラズマによって該炭素体を酸素によって終端し、低仕事
関数材料の皮膜を形成し、更に酸素と未結合の低仕事関
数材料を除去する。

【００４２】このような、本発明の第１の製造方法によ
れば、上記電子放出特性の改善が容易になされる。

【００４３】また、本発明の第２の製造方法は、固体状
有機材料を付与し、導電性膜に亀裂を形成後、通電ある
いは加熱を併用した通電を行い炭素体を導電性膜に形成
した亀裂の内側に形成する。あるいは、固体状有機材料
を導電性膜に付与し、導電性膜に亀裂を形成後、通電あ
るいは加熱を併用した通電を行い炭素体を導電性膜に形
成した亀裂の内側に形成する。次に、加熱あるいは酸素
プラズマによって該炭素体を酸素によって終端し、低仕
事関数材料の皮膜形成し、更に酸素と未結合の低仕事関
数材料を除去する。

【００４４】このような本発明の第２の製造方法によれ
ば、上記電子放出特性の改善が容易にできる。

【００４５】

【発明の実施の形態】本発明は、表面伝導型電子放出素
子および該電子放出素子を複数配置した電子源の新規な
構成および画像形成装置の新規な構成および、それらの
製造方法を提供するものである。

【００４６】［構成の説明］まず、本発明の表面伝導型
電子放出素子の基本的構成について説明する。

【００４７】図１は、本発明の表面伝導型電子放出素子
の構成を示す模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１
（ｂ）は断面図である。

【００４８】図１において、１は基板、２と３は素子電
極、尚本発明の実施例中しばしば、高電位側、低電位側
との表現がされるが、素子電極３に低電位、素子電極２
に高電位が印加されており、電子放出部を境に素子電極
３側の導電性膜を含めて、低電位側また、電子放出部を
境に素子電極２側の導電性膜を含めて、高電位側と呼ぶ
ことにする。４は導電性膜、５は電子放出部である。

【００４９】図２は、図１の電子放出部の部分拡大図の
一例であり、模式的断面図である。図２に示すように、
本発明の電子放出部５は、導電性薄膜４の亀裂などの部
分に、炭素体に酸素を介して、低仕事関数材料によって
終端された構造を有することを特徴とする。このよう
に、炭素体と結合した酸素を介して低仕事関数材料が終
端されることによって、炭素体に低仕事関数材料が単に
積層されているのでなく、分極して結合しているので、
より低仕事関数化がはかられ、かつ安定度が増加する。

【００５０】［電子放出部］電子放出部５は、導電性膜
４の一部に形成された高抵抗の亀裂および近傍により構
成され、導電性膜４の膜厚、膜質、材料及び後述する通
電フォーミング、活性化等の手法等に依存したものとな
る。

【００５１】通電フォーミングで形成された亀裂の内側
にさらに、活性化によって、炭素を材料とした膜が、さ
らに形成され、通電フォーミングで形成された亀裂より
さらに狭い炭素材料で構成された亀裂を有し、該炭素材
料は、酸素により終端され、さらに、低仕事関数材料と
結合した構造である（図２参照）。

【００５２】このため、本発明の素子の放出電流は、素
子に印加する電圧に対して、放出電流が、非線形に依存
する非線形素子であると同時に低仕事関数であるため、
放出電流が、増加する。

【００５３】尚、該炭素は、導電性膜上にも、形成され
る場合もあるが、この炭素の被覆の状態は、デバイスの
形状、活性化方法および安定化方法等に依存する。炭素
材料で構成された亀裂の内部には、０．１ｎｍの数倍か
ら０．１ｎｍの数百倍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、導電性膜４を
構成する材料の元素の一部、あるいは全ての元素および
炭素を含有するものとなる。

【００５４】［炭素体］本発明で用いる炭素体として
は、グラファイト、グラッシーカーボンが好ましい。

【００５５】また、このような炭素体の材料としては、
炭素を有する有機ガスあるいは固体状有機材料を用いる
ことができ、有機ガスとしては、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
和炭化水素があげられ、このほかにも、ベンゼン等の環
状炭化水素が好ましくは用いられる。

【００５６】また、固体状の有機材料としては、熱硬化
樹脂あるいはネガレジストが好ましく用いられる。

【００５７】［低仕事関数材料］また該低仕事関数材料
としては、Ｃｓ，Ｂａ，Ｌａ，Ｌｉ等のアルカリ金属ま
たは、アルカリ土類金属、又は希土類から選択される。

【００５８】［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。

【００５９】［素子電極］対向する素子電極２，３の材
料としては、一般的な導電材料を用いることができる。

【００６０】これは例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属、或は合金
及びＰｄ，Ａｇ，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、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 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。

【００６１】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
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０．１ｎｍの数千
倍から数百μｍの範囲とすることができ、より好ましく
は、素子電極間に印加する電圧等を考慮して数μｍから
数十μｍの範囲とすることができる。

【００６２】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。

【００６３】素子電極２，３の膜厚ｄは、０．１ｎｍの
数百倍から数μｍの範囲とすることができる。

【００６４】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、導電性膜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。

【００６５】［導電性膜］導電性膜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。

【００６６】また、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０．１ｎｍの数千倍
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。

【００６７】また、その抵抗値は、Ｒｓが１０² から１
０⁷ Ω／□の値である。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗ
で長さが１の薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（１／ｗ）とお
いたときに表わされる数値である。

【００６８】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。

【００６９】導電性膜４を構成する材料としては、Ｐ
ｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金
属、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ
₃ 等の酸化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆
，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，Ｈ
ｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，Ｚｒ
Ｎ，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。このうち、触媒性金属で
あるＰｄ，Ｐｔ等の白金族や、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等の鉄
族は、良質の炭素を容易に形成する上では、好ましい。

【００７０】［微粒子］次に、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０．１ｎｍの数千倍の範囲、好ましくは、１ｎｍ
から２０ｎｍの範囲である。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】「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。

【００７５】「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決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）。

【００７６】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。

【００７７】「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”（ｕｌｔｒａ ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ）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ことになる。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）。

【００７８】上記のような一般的な呼び方を踏まえて、
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〜１ｎｍ
程度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。

【００７９】［電子放出素子の製造方法の説明］次に、
本発明の製造方法について説明する。図３に、本発明の
製造方法のフロー図を示す。

【００８０】［電子放出素子の第１の製造方法］本発明
の電子放出素子の第１の製造方法は、 １）（素子電極／導電性膜形成工程）基体上に配置され
た一対の電極に、接続された導電性膜を形成するステッ
プ； ２）（フォーミング工程）該導電性膜に亀裂を形成する
ステップ； ３）（活性化工程）該基体に、炭素を有する材料を導入
し、通電を行い、該炭素を形成するステップ； ４）（安定化工程１）該基体を酸素を有する雰囲気で、
加熱あるいは、プラズマを発生し、該炭素体の表面に酸
素を終端するステップ； ５）（低仕事関数材料終端工程）該基体に、低仕事関数
材料を被覆するステップ； ６）（安定化工程２）該基体を、加熱するステップ；を
有する電子放出素子の製造方法である。

【００８１】まず、工程１）では、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。

【００８２】次に、素子電極２，３を設けた基体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。

【００８３】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、イン
クジェット法等を用いることもできる。

【００８４】つづいて、工程２）において、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。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。通電フォー
ミングの電圧波形の例を図４に示す。

【００８５】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
スを印加する手法がある。その印加するパルス波形は、
図４に一例を示す。

【００８６】図４（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１マイク
ロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２は、１０マイクロ秒〜１００ミ
リ秒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。

【００８７】図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図４
（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。

【００８８】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。

【００８９】工程３）において、活性化工程は、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。

【００９０】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。

【００９１】また、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_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、プロピオン酸等が使用
できる。

【００９２】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Ｉｅが、著しく変化するように
なる。

【００９３】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。

【００９４】炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファ
イト（いわゆるＨＯＰＧ¹⁾，ＰＧ²⁾，ＧＣ³⁾（¹⁾ＨＯＰ
Ｇ：Ｈｉｇｈ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ
Ｇｒａｐｈｉｔｅ；²⁾ＰＧ：Ｐｙｒｏｌｉｔｉｃ Ｇ
ｒａｐｈｉｔｅ熱分解炭素； ³⁾ＧＣ：Ｇｌａｓｓｙ Ｃ
ａｒｂｏｎ無定形炭素；）を包含する。ＨＯＰＧはほぼ
完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が２００
Å程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２
０Å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、５００Å以下
の範囲とするのが好ましく、３００Å以下の範囲とする
ことがより好ましい。

【００９５】工程４）においては、安定化工程１を行
う。前述の活性化工程において、亀裂およびその近傍に
形成された炭素および炭素化合物のうち、中間生成物を
除去し、グラファイト等の炭素を残し、残した炭素と酸
素との結合を形成し終端する工程である。安定化工程１
においては、炭素および炭素化合物の反応性ガスの酸素
に対する耐性差を利用し、導入した有機ガスおよび、活
性化工程で形成された中間生成物は、除去される。酸
素、大気、あるいは酸素、窒素の混合ガス等がガス種と
して用いることができ、その分圧等は、ガス種に応じ
て、減圧、常圧下で適宜設定される。

【００９６】従って、安定化工程１によれば、半重合
物、中間生成物、炭素化物等が、混合した状態で、活性
化を終了した場合においても、半重合物、中間生成物が
除去され、亀裂およびその近傍に形成された炭素が保存
されるので、半重合物、中間生成物から発生するガスに
起因して、発生する放電、寿命の短縮、素子特性の不安
定性等の駆動中に生ずる様々な問題が解消される。さら
に、亀裂およびその近傍の炭素の表面と酸素が、結合す
る。こうして、次工程の低仕事関数材料と結合する酸素
が炭素に結合した状態の表面となる。

【００９７】尚、活性化工程で形成されたグラファイト
は、大気中、５００℃程度から除去されるが、中間生成
物は、２００℃位から除去され始める。４００℃では、
ほぼ完全に中間生成物は除去される。こうして、電子放
出素子が、駆動した際にガスを発生し、放電等の要因と
なる中間生成物が除かれ、素子特性が安定する。

【００９８】ここであげた温度は、あくまでも、大気中
でかつ十分に厚い膜の場合であり、薄膜化していくと、
低下傾向にある。このため、加熱温度、酸素分圧は、条
件に合わせて設定される。また、加熱温度を高温にし、
酸素を低分圧にすることで、加熱温度を低温にし、酸素
分圧を上げることで、同様の安定化工程条件に設定でき
る。

【００９９】工程５）は、低仕事関数材料終端工程であ
る。真空蒸着等の公知の方法で、低仕事関数材料であ
る、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又は希土類を製
膜する。この工程では、数原子層以上の被膜が形成さ
れ、最終的に残存する低仕事関数材料に比べ、過剰に存
在した状態である。また、この際、活性化工程で形成さ
れた炭素体の亀裂を維持し、素子電流の非線形性を維持
するために、活性化工程同様、素子には、パルス状電圧
を印加し駆動した方が好ましい。

【０１００】工程６）は、安定化工程２である。本工程
では、工程５で形成した低仕事関数材料の被膜の過剰分
を真空中で加熱することで除く工程である。過剰の低仕
事関数材料は、蒸気圧が高いため、加熱することで容易
に取り除ける。一方、酸素と結合した低仕事関数材料
は、分極した結合エネルギーが増加し、安定した低仕事
関数材料面を形成する。

【０１０１】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。

【０１０２】工程４）の安定化工程１以降においては、
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１×１０^-8Ｔｏｒｒ
以下が好ましく、さらには１×１０^-10 Ｔｏｒｒ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、８０〜２００℃¹⁾（¹⁾吸
着ガスの脱離のみを考えると、温度は高い方がよい。電
子源などへの熱によるダメージを考慮して８０〜２００
℃としたが、電子源の耐熱性が上がれば、当然もっと高
温にしても良い。）で５時間以上が望ましいが、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^-7Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さら
に１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が特に好ましい。

【０１０３】安定化工程２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。

【０１０４】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、
低仕事関数材料表面の仕事関数の変動が抑制され、素子
電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、安定する。

【０１０５】［電子放出素子の第２の製造方法］次に、
本発明の第２の製造方法を図３を参照しながら説明す
る。

【０１０６】１）（素子電極／導電性膜形成工程）基体
上に配置された一対の電極に、接続された導電性膜を形
成するステップ ２）（活性化工程〜有機材料付与工程）該導電性膜に、
炭素を有する材料を付与するステップ ３）（フォーミング工程）該導電性膜に亀裂を形成する
ステップ ４）（活性化工程〜炭化工程）通電あるいは通電と併用
された熱によって、該亀裂に炭素を形成するステップ ５）（安定化工程１）該基体を酸素を有する雰囲気で、
加熱あるいは、プラズマを発生し、該炭素体の表面に酸
素を終端する ６）（低仕事関数材料終端工程）該基体に、低仕事関数
材料を被覆するステップ ７）（安定化工程２）該基体を、加熱する また、本発明の第２の製造方法は、前述の導電性膜のフ
ォーミングを行う前の素子に有機材料を塗布し、通電フ
ォーミングを行った後、素子への通電処理、あるいは、
局所的、あるいは、全体的加熱と通電処理により、重
合、炭素化する活性化工程を行い、素子特性を改善する
ものである。尚、通電フォーミングを行い亀裂を形成し
た後、活性化工程は、通電で行われるから、通電フォー
ミングで形成された導電性膜の亀裂に電場の集中が起こ
り、その亀裂の端部に通電エネルギーが集中するため
に、容易に、塗布された有機材料は、炭化され、また、
この通電エネルギーとつりあった炭素材料からなる亀裂
が亀裂導電性膜の亀裂の内側に形成されると考えられ
る。したがって、素子電流、放出電流の素子電圧に対す
る非線形特性が達成される。

【０１０７】ここで、有機材料としては、熱硬化性樹脂
あるいは電子線ネガレジストが、好ましく用いられる。

【０１０８】熱硬化性樹脂としては、第１に、フルフリ
ールアルコール、フラン樹脂、フェノール樹脂等を適当
な溶媒で溶解した半重合物を、好ましくは、用いる。こ
れらの材料は、一般に、ガラス状炭素を熱的に形成する
ことが良く知られている。ここで、ガラス状炭素とは、
一般的に、結晶子寸法が小さく、乱層構造であり、微細
組織としては、無配向組織をとっているものを指し、一
般的に高い硬度および緻密性が高いと言われているもの
である。これらの材料特性は、表面伝導型電子放出素子
にとっても、寿命、放電等に対して効果的なものである
からである。

【０１０９】第２に、ポリアクリルニトリル、レーヨン
等を、好ましくは、用いる。たとえば、ポリアクリルニ
トリルの場合、炭素化工程において、その分子骨格がそ
のまま炭素面に受け継がれるために、容易に、グラファ
イトを形成する。グラファイトもまた、表面伝導型電子
放出素子の特性に有利な材料である。

【０１１０】また、電子線ネガレジストとしては、メタ
クリル酸グリシジル−アクリル酸エチル共重合体、ポリ
フタル酸ジアリル、アクリル酸グリシジル−スチレン共
重合体、ポリイミド系ワニス、エポキシ化１，４−ポリ
ブタジエン、ポリメタクリル酸グリシジル等があげら
れ、とりわけ、ネガレジストの感度に優れるこれらメタ
クリル酸グリシジル−アクリル酸エチル共重合体、エポ
キシ化１，４−ポリブタジエンが好ましい。

【０１１１】電子線ネガレジストは、電子線によって容
易に活性化されるために、後述する炭素化工程で有利で
ある。また、本発明の表面伝導型電子放出素子を駆動す
る際にも、仮に、後述する安定化工程が不十分の場合に
も、電子線によって、重合、炭素化が進むために、放電
の防止等にも効果的である。

【０１１２】これら有機材料を、重合、炭素化するに
は、以下の方法がある。

【０１１３】第１に、素子電極に、図４（ａ）、（ｂ）
に示されるパルス状の電圧を繰り返し与える通電処理と
でなされる。パルス状の電圧波形は、図４（ａ）に示さ
れる矩形波だけでなく、図４（ｂ）に示される１パルス
毎に素子電極２，３に印加される三角波等でもよく、ま
た、パルス電圧の極性を反転することで、通電方向を反
転してもよい。また、そのパルス幅Ｔ１、パルス周期Ｔ
２、波高値は、重合、炭素化に必要な熱、電子線等のエ
ネルギーを設定するもので、適宜設定される。この通電
時間は、素子の特性、ここでは、容易に測定できる素子
電流によって、活性化工程の進行状態を知り、設定され
る。また、パルス波形を、活性化時間中に変えても良
い。

【０１１４】尚、炭素の形成は、通電方向への依存性が
あり、高電位を印加した側に主に形成される。このた
め、通電方向を反転しながら行うと導電性膜の亀裂の内
側に、通電方向の依存性がなく形成される。

【０１１５】第２に、第一の方法である通電処理と同時
に、レーザーによる電子放出部近傍の加熱、恒温槽、ベ
ルト炉、赤外炉等の全体加熱によっても良い。この際の
温度は、レーザーの場合、パワー、パルス時間等で設定
し、上述の材料によって、適宜設定される。尚、本炭素
化工程は、通電による方法と外部加熱のエネルギーの合
計で、行われるので、第一の方法である通電処理でのエ
ネルギーより十分低くて良い。また、本発明で用いた材
料は、当然のことながら、気体でなく、半重合物等の固
体であるので、有機気体を用いた従来の活性化では、加
熱すると、活性化速度が落ちるが、むしろ活性化速度が
増加する。このことは、活性化工程での炭化が、亀裂近
傍に存在する（吸着あるいは、塗布された）有機材料を
炭素化していることを示唆していると考えられる。この
ため、気体の有機材料から、亀裂近傍への有機材料の吸
着は、加熱すると抑制され、活性化速度は、減少すると
考えられる。ここで、活性化速度とは、ある素子電流あ
るいは放出電流に到達するための時間から定義されるも
ので、活性化速度が小であれば、活性化時間が長くな
り、製造法上不利である。活性化速度が大であれば、活
性化時間が短くなり、製造法上有利である。

【０１１６】安定化工程１以降の工程は、第１の製造方
法と同様である。

【０１１７】［電子放出素子の素子電流Ｉｆ、放出電流
Ｉｅ、素子電圧Ｖｆの特性］図１０は、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Ｖf の関係を模式的に示した図である。図１０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。

【０１１８】図１０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、出電流Ｉe に関し
て三つの特徴的性質を有する。

【０１１９】即ち、 （ｉ）本素子は、ある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図１
０中のＶth）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電
流Ｉe が増加し、一方しきい値電圧Ｖth以下では放出電
流Ｉe がほとんど検出されない。つまり、放出電流Ｉe
に対する明確なしきい値電圧Ｖthを持った非線形素子で
ある。

【０１２０】（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。

【０１２１】(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。

【０１２２】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。

【０１２３】図１０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。

【０１２４】［電子源の構成］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。

【０１２５】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。

【０１２６】一例として、並列に配置した多数の電子放
出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多数
個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列
方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制御電
極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子からの電
子を制御駆動するはしご状配置のものがある。これとは
別に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複数
個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極の
一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配され
た複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線に
共通に接続するものが挙げられる。このようなものは所
謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配置
について以下に詳述する。

【０１２７】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）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巾で制御できる。一方、し
きい値電圧より低い電圧では、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。

【０１２８】［単純マトリクス配置の電子源］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１１を用いて説
明する。図１１において、１７１は電子源基板、１７２
はＸ方向配線、１７３はＹ方向配線である。１７４は表
面伝導型電子放出素子、１７５は結線である。尚、表面
伝導型電子放出素子１７４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。

【０１２９】ｍ本のＸ方向配線１７２は、Ｄx1，Ｄx2，
…，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１７３は、Ｄy1，Ｄy2，…，Ｄynのｎ本の配線より
なり、Ｘ方向配線１７２と同様に形成される。これらｍ
本のＸ方向配線１７２とｎ本のＹ方向配線１７３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）。

【０１３０】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１７２を形成した基板１７
１の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方
向配線１７２とＹ方向配線１７３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１７２とＹ方向配線１７３は、それぞれ外部
端子として引き出されている。

【０１３１】表面伝導型電子放出素子１７４を構成する
一対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線１７２とｎ
本のＹ方向配線１７３と導電性金属等からなる結線１７
５によって電気的に接続されている。

【０１３２】配線１７２と配線１７３を構成する材料、
結線１７５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。

【０１３３】Ｘ方向配線１７２には、Ｘ方向に配列した
表面伝導型電子放出素子１７４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１７３には、Ｙ方向に配列した
表面伝導型電子放出素子１７４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。

【０１３４】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。

【０１３５】［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］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１２
と図１３及び図１４を用いて説明する。図１２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１
３は、図１２の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式
図である。図１４は、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。

【０１３６】［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の構成］図１２において、１４１は
電子放出素子を複数配した電子源基板、１４５は電子源
基板１４１を固定したリアプレート、１５０はガラス基
板１４７の内面に蛍光膜１４８とメタルバック１４９等
が形成されたフェースプレートである。１４６は支持枠
であり、該支持枠１４６には、リアプレート１４５、フ
ェースプレート１５０がフリットガラス等を用いて接続
されている。外囲器は、フェースプレート１５０、支持
枠１４６、リアプレート１４５で構成され、例えば大気
中あるいは、窒素中で、４００〜５００度の温度範囲で
１０分以上焼成することで、封着して構成される。

【０１３７】１１０は、電子放出部である。１４３，１
４４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。

【０１３８】リアプレート１４５は主に基板１４１の強
度を補強する目的で設けられるため、基板１４１自体で
十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート１４５は不
要とすることができる。即ち、基板１４１に直接支持枠
１４６を封着し、フェースプレート１５０、支持枠１４
６及び基板１４１で外囲器を構成しても良い。一方、フ
ェースプレート１５０、リアプレート１４５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外囲器を構成する
こともできる。

【０１３９】［蛍光膜の構成］図１３は、蛍光膜を示す
模式図である。蛍光膜１４８は、モノクロームの場合は
蛍光体のみから構成することができる。カラーの蛍光膜
の場合は、蛍光体の配列によりブラックストライプある
いはブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導電材６１
と蛍光体６２とから構成することができる。ブラックス
トライプ、ブラックマトリクスを設ける目的は、カラー
表示の場合、必要となる三原色蛍光体の各蛍光体６２間
の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たなくする
ことと、蛍光膜１４８における外光反射によるコントラ
ストの低下を抑制することにある。ブラックストライプ
の材料としては、通常用いられている黒鉛を主成分とす
る材料の他、導電性があり、光の透過及び反射が少ない
材料を用いることができる。ガラス基板１４７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１４８の内面側に
は、通常メタルバック１４９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１５０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。

【０１４０】フェースプレート１５０には、更に蛍光膜
１４８の導電性を高めるため、蛍光膜１４８の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【０１４１】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、
十分な位置合わせが求められる。

【０１４２】［画像形成装置の製造方法］図１２に示し
た画像形成装置は、例えば以下のようにして製造され
る。

【０１４３】外囲器は、前述の安定化工程と同様に、適
宜加熱しながら、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不図示の排気管
を通じて排気し、１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度の有機物
質の十分少ない雰囲気にした後、封止が成される。外囲
器の封止後の真空度を維持するために、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Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の
吸着作用により、たとえば１×１０^-5ないしは１×１０
^-7Ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。ここで、表
面伝導型電子放出素子のフォーミング処理以降の工程
は、適宜設定できる。

【０１４４】［画像形成装置の駆動回路］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、Ｎ
ＴＳＣ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１４を用いて説
明する。

【０１４５】図１４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。

【０１４６】表示パネル１０１は、端子Ｄox1 乃至Ｄox
m 、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。

【０１４７】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６ｋ［Ｖ］の
直流電圧が供給されるが、これは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。

【０１４８】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Ｄox1 乃至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。

【０１４９】直流電圧源Ｖx は、本例の場合には電子放
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。

【０１５０】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Ｔsyncに基づい
て、各部に対してＴscan及びＴsft 及びＴmry の各制御
信号を発生する。

【０１５１】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。

【０１５２】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１０
４より出力される。

【０１５３】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、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。

【０１５４】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内の電子
放出素子に印加される。

【０１５５】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
ば電子放出しきい値より低い電圧を印加しても電子放出
は生じないが、電子放出しきい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。

【０１５６】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。

【０１５７】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。

【０１５８】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。

【０１５９】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。

【０１６０】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（ＶＣＯ）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。

【０１６１】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１４９、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１４８に衝突し、発光が生じて
画像が形成される。

【０１６２】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。

【０１６３】［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１５及び図１６を用いて説明する。

【０１６４】［はしご型配置の電子源］図１５は、はし
ご型配置の電子源の一例を示す模式図である。図１５に
おいて、１１０は電子源基板、１１１は電子放出素子で
ある。１１２、Ｄx1〜Ｄxm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Ｄ
x2，Ｄx3を同一配線とすることもできる。

【０１６５】［はしご型配置の電子源を用いた画像形成
装置］図１６は、はしご型配置の電子源を備えた画像形
成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図である。
１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するため空
孔、１２２はＤox1 ，Ｄox2 ，・・・ ，Ｄoxm よりなる容
器外端子である。１２３は、グリッド電極１２０と接続
されたＧ１，Ｇ２，・・・ ，Ｇｎからなる容器外端子、１
２４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。ここに示した画像形成装置と、図１２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。

【０１６６】図１６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、表面伝導型電子放出素
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１６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
型電子放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１６７】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。

【０１６８】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。

【０１６９】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。

【０１７０】［画像形成装置の製造方法］次に、画像形
成装置の製造時、特に、組立工程における本発明につい
て述べる。本発明の画像形成装置の製造工程と製造装置
について説明する。好ましい製造方法の一例のフロー図
を図５に示す。本発明では、基体１の電子源基板の製造
工程、その検査、基体２のフェイスプレートの製造工
程、その検査、電子源基板と画像形成部材を有するフェ
イスプレートとで真空容器を組み立てる工程とに、分割
される。尚、本製造フローは、安定化工程と封着工程を
別途設けた例である。表示パネル、画像形成装置の言葉
が入り交じるが、駆動回路等設けられる前の形態を表示
パネルと呼ぶ。まず、製造方法を説明する。

【０１７１】［フェイスプレートの作成工程］ （工程１）（フェイスプレートの作成と検査） フェイスプレートは、実施例で詳細に述べるが、蛍光体
を、印刷法やスラリー法で、ガラス基板に形成した後、
蛍光体のパターンの検査を行う。表示パネルの容器を構
成する支持枠を、予め、フェイスプレートの周縁部にフ
リットガラスにて接着する。また、同時に、大型の表示
パネルを構成した場合は、スペーサと呼ばれる耐大気圧
構造体を、フェイスプレート側に接着するのが、好まし
い。さらに、支持枠のリアプレートとの接着部には、シ
ートフリットを配置する。

【０１７２】さらに、（フェイスプレートのベーキング
工程）フェイスプレートに吸着された水、酸素、ＣＯ、
ＣＯ₂ 、水素等を除く工程であり、適宜加熱温度と加熱
時間が設定され、真空中でベーキングする。

【０１７３】［リアプレートの作成工程］ （工程２）（配線、素子電極、導電性膜の形成工程） 本工程で、基板上に、導電性膜、形成された状態の複数
の電子放出素子、配線等を作成する。尚、前述したよう
に、この状態で有機材料が塗布された状態の場合があ
る。

【０１７４】さらに、（リアプレートベーキング工程）
を行う。リアプレートに吸着された水、ＣＯ、ＣＯ₂ 等
を除く工程であり、適宜加熱温度と加熱時間が設定さ
れ、真空中でベーキングする。

【０１７５】（工程３）（フォーミング工程）前述のフ
ォーミングを行う。

【０１７６】（工程４）（活性化工程）前述の有機材料
を導入する。

【０１７７】（工程５）（安定化工程１）前述の安定化
工程を行う。

【０１７８】（工程６）（低仕事関数材料形成工程）前
述の低仕事関数材料の被膜の形成を行う。

【０１７９】（工程７）（安定化工程２）該基体２を加
熱する。次に、室温にもどし、素子の検査を行う。

【０１８０】（工程８）（封着工程）９）該第１の基体
と第２の基体を、支持枠、必要に応じて、第１の基体と
第２の基体間に耐大気圧支持部材として、スペーサーを
配設し、真空容器を形成する。

【０１８１】（工程９）該真空容器を排気しながら、加
熱する。

【０１８２】（工程１０）排気管がある場合は、排気管
を封止する。ここで、表示パネル内の真空度を維持する
ために、ゲッタをフラッシュする。

【０１８３】（工程１１）こうして作成した表示パネル
の電気検査をする。ここでは、各素子の素子電流と放出
電流や各画素の蛍光体の輝度等を検査する。

【０１８４】こうして作成した表示パネルを駆動回路、
周辺回路等で実装し画像形成装置を完成する。

【０１８５】このような電子源基板の製造工程は、上述
した本発明の表面伝導型電子放出素子製造方法によれ
ば、素子電極の形成、導電性膜の形成、フォーミング工
程、活性化工程、安定化工程を終えた段階で、電子源基
板が完成するため、各電子放出素子の特性の検査がなさ
れ、電子源としての検査がなされる。従って、電子源と
フェイスプレートの検査された良品のみで後工程の組立
を行うことができるため、安価な画像形成装置が実現で
きる。尚、フェイスプレートの製法については、実施例
で詳述する。

【０１８６】［画像形成装置の製造装置］次に、図６の
ブロック図を参照しながら、画像形成装置の本発明の製
造方法を実現する製造装置について説明する。

【０１８７】表示パネルの製造装置は、脱ガスした各部
材への水、酸素、水素、ＣＯ、ＣＯ ₂ 等の再吸着による
汚染防止のために、ロードロック方式真空チャンバーか
ら構成される。基本的には、図６に示されるように、
（リアプレートロード室）、（リアプレートベーキング
室）、（フォーミング室）、（活性化室）、（安定化１
室）、（低仕事関数材料形成室）、（安定化２室）、
（封着室）、（フェイスプレートロード室）、（フェイ
スプレートベーキング室）、（徐冷室）から構成されて
おり、各チャンバーは、チャンバー間をしきられ、各チ
ャンバー間で独立に真空が保持でき、各チャンバーでの
工程を終えると次のチャンバーに基板は、搬送される様
になっている。リアプレートは、（リアプレートロード
室）から投入され、各工程を行い搬送される。

【０１８８】一方、フェイスプレートは、（フェイスプ
レートロード室）から投入され、（フェイスプレートベ
ーキング室）を経て、前述の（封着室）に搬送され、安
定化工程を終えたリアプレートとで表示パネルが組み立
てられる。最後に組み立てられた容器は、徐冷室に搬送
され、室温で徐冷される。

【０１８９】各室、オイルフリーの真空ポンプから構成
される排気系を付帯している。また、（フォーミング
室）（活性化室）（低仕事関数材料形成室）（安定化
室）においては、各電気的処理だけでなく、電気検査も
行える。安定化、封着室には、安定化を行うためのガス
が導入できる様になっている。また、フォーミング、活
性化工程を同一チャンバーで行ったり、安定化１工程、
封着工程を同一チャンバーで行ったりすることで、工程
の短縮の効果等が得られる。

【０１９０】尚、本製造装置は、一例であり、これに限
るわけでなく、前述の各工程を満足すれば良い。

【０１９１】

【実施例】

［実施例１］本発明の第１実施例は、図１に示した構成
の表面伝導型電子放出素子に関し、比較例としての表面
伝導型電子放出素子も作成した。

【０１９２】以下、本発明の製造方法の手順を示す図で
ある図３を参照しながら、本発明を具体的に説明する。
本発明の表面伝導型電子放出素子を形成する基板を１−
Ａ基板、比較例の表面伝導型電子放出素子を形成する基
板を１−Ｂ，Ｃ，Ｄ基板とこれ以降呼ぶ。尚基板上に
は、同一形状の素子が、４個形成される。まず、基板Ａ
の工程を示す。

【０１９３】工程１）（基板洗浄／素子電極形成工程）
基板１を洗剤、純水および有機溶剤により十分に洗浄
後、スパッタ法により、Ｐｔを素子電極材料として、素
子電極５，６を、マスクを用いて、基板Ａ，Ｂにそれぞ
れ３００オングストローム堆積した。また素子電極間間
隔Ｌ１、導電性膜の幅Ｗは、それぞれ、１０μｍ、１０
０μｍとした。

【０１９４】工程２）（導電性膜形成工程）基板１上に
設けられた素子電極２と素子電極３との間に、バブルジ
ェット法と呼ばれるインクジェット法で、モノエタノー
ルアミン−酢酸パラジウム水溶液の液滴を付与した後、
大気中で、加熱分解した。尚、インクジェット法で付与
した液滴を加熱分解した形状は、１１０μｍのほぼ円形
であった。この後、有機金属薄膜を３００℃で１０分間
大気中で加熱焼成処理した。

【０１９５】工程３）（フォーミング工程）つづいて、
基板１−Ａを、図７の真空処理装置に、設置し、真空排
気後、フォーミングと呼ばれる通電処理を，素子電極
２，３間に不図示の電源によりパルス状電圧を印加して
通電処理を行った。

【０１９６】なお、フォーミング電圧波形は、パルス幅
Ｔ１を１ミリ秒とパルス間隔Ｔ２を１０ミリ秒の矩形波
で、パルス波高値を次第に増加させながら、１０の−５
乗Ｐａ真空雰囲気下で行った。

【０１９７】尚、図７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７においても、図１
に示した部位と同じ部位には図１に付した符号と同一の
符号を付している。図７において、７５は真空容器であ
り、７６は排気ポンプである。真空容器７５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。７１は、電子放出素子に素
子電圧Ｖｆを印加するための電源、７０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、７４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。７３
はアノード電極７４に電圧を印加するための高圧電源、
７２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。

【０１９８】真空容器７５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７６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５００℃まで加熱できる。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。

【０１９９】工程４）（活性化工程）次に、真空処理装
置に、ベンゾニトリルを１０の−４乗Ｐａ導入し、駆動
電圧１５Ｖ、図４（ａ）のＴ１＝１ｍｓ、Ｔ２＝１０ｍ
ｓの矩形波パルスで、１０の−５乗Ｐａの真空度で、３
０分通電した。この間、素子電流Ｉｆを測定した。素子
電流Ｉｆは、通電時間とともに増加し、３０分後には、
２．２ｍＡに達した。

【０２００】工程５）（安定化工程１）次に、図７の真
空処理装置に、酸素を１Ｐａで、４３０℃で１０分間熱
処理を行った。

【０２０１】工程６）（低仕事関数材料終端工程）真空
蒸着法で、低仕事関数材料のＣｓを基体に蒸着した。こ
の際、素子を、工程４）と同様に、１５Ｖの矩形波パル
スで駆動した。

【０２０２】工程７）（安定化工程２）次に、基体を、
真空排気しながら、１０時間、２５０℃で、加熱した。
その後、室温に戻し、各表面伝導型電子放出素子の素子
電流Ｉｆ、及び放出電流Ｉｅを測定した。

【０２０３】［比較例］次に、比較例の基板１−Ｂ，
Ｃ，Ｄの工程を述べる。

【０２０４】比較例の基板Ｂは、工程１〜４まで実施例
と同様で、工程５）（安定化工程１）、工程６）（低仕
事関数材料終端工程）を行わず、工程７）（安定化工程
２）を行った。その後、室温に戻し、各表面伝導型電子
放出素子の素子電流Ｉｆ、及び放出電流Ｉｅを測定し
た。

【０２０５】基板Ｃは、工程５）を除き、工程１）〜
７）を行った。

【０２０６】基板Ｄは、工程１）〜６）を行い、工程
７）では、加熱しないで、１０時間真空排気した。

【０２０７】［結果］その後、各表面伝導型電子放出素
子の素子電流Ｉｆ、及び放出電流Ｉｅを測定した。

【０２０８】基板Ａ，Ｂ，Ｃの素子とも測定条件は、同
一で、アノード電極の電圧は１ｋＶ、アノード電極と電
子放出素子との距離Ｈは５ｍｍ、測定素子電圧１５Ｖで
測定した。

【０２０９】基板Ｂでは、素子電流Ｉｆは、１．０ｍ
Ａ、放出電流Ｉｅは、１．０μＡであった。

【０２１０】基板Ｃでは、素子電流Ｉｆは、１．０ｍ
Ａ、放出電流Ｉｅは、１．０μＡであった。

【０２１１】また、本発明の基板Ａでは、素子電流Ｉｆ
は、３．０ｍＡ、放出電流Ｉｅは、５．５μＡと、基板
Ｂ，Ｃの素子と比較し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが
増加した。

【０２１２】基板Ｄの素子は、測定初期の電流値は、基
板Ａの素子と基板Ｂ，Ｃの素子の中間的値だが、測定中
に不安定であった。

【０２１３】次に、基板１−Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとも、電子
顕微鏡、ラマン分光法等電子放出部５を観察した。

【０２１４】電子顕微鏡で観察した基板１−Ａ〜Ｄの素
子の電子放出部の形態は、図８（ａ）〜（ｄ）にそれぞ
れ示す（尚、各図面上、左側が高電位側、右側が低電位
側である。）。

【０２１５】基板１−Ａの素子では、図８（ａ）に示す
ように、素子への電圧の印加方向に依存して、特に、亀
裂の高電位側を主として、被膜が形成されていた。更に
高倍率で観察すると、この被膜は、金属微粒子の周囲及
び微粒子間にも形成されているようであった。

【０２１６】一方、基板１−Ｂの素子では、図８（ｂ）
に示すように、素子への電圧の印加方向に依存して、特
に、亀裂、導電性膜被膜の高電位側に被膜が形成されて
いた。

【０２１７】また、基板１−Ｃの素子では、図８（ｃ）
に示すように、素子への電圧の印加方向に依存して、特
に、亀裂、導電性膜被膜の高電位側に被膜が形成されて
いた。

【０２１８】また、基板１−Ｄの素子では、図８（ｄ）
に示すように、基板Ａの素子と同様に、炭素は亀裂のみ
に形成され、導電性膜上にはないが、過剰のＣｓで全体
が覆われていた。

【０２１９】更に、透過型電子顕微鏡、ラマン分光法で
観察すると、基板１−Ａ，Ｄの素子では、その被膜は、
グラファイトからなることが、判明した。一方、基板１
−Ｂ，Ｃにおいては、グラファイトおよび、炭化水素化
合物が観察された。

【０２２０】次に、ＥＳＣＡにより、Ｃｓの評価を行っ
た。基板１−Ａにおいては、亀裂近傍のグラファイト被
膜にＣｓが存在し、基板を含めそれ以外の箇所には検出
されなかった。図８（ａ）中、斜線部が炭素、その表面
に炭素−Ｏ−Ｃｓの存在が示されている。

【０２２１】一方、基板１−Ｂにおいては、Ｃｓは全領
域において、検出限界以下であった。基板１−Ｃでは、
Ｃｓは検出限界以下であった。基板１−Ｄにおいては、
基板全体にＣｓが検出された。図８（ｄ）に示される様
に、斜線部の炭素上に、過剰のＣｓが存在する。

【０２２２】以上の結果を表１に示す。

【０２２３】

【表１】 以上のことから、次の様なことが推定される。

【０２２４】１）工程４）で形成された炭素被膜は、亀
裂と導電性膜上に分布するが、亀裂部分はグラファイト
であるが、導電性膜上の部分は、炭化水素化合物であ
る。

【０２２５】２）工程４）で形成された炭素被膜は、加
熱中の低圧の酸素中の駆動で、グラファイトは残留する
が、炭化水素化合物は除去される。

【０２２６】３）工程５）の酸素処理と工程７）の加熱
排気により、グラファイトは、安定な低仕事関数材料面
を形成し、その結果放出電流Ｉｅは増加となる。

【０２２７】４）工程５）の酸素処理と工程７）の室温
排気によれば、グラファイトは、不安定な低仕事関数材
料面を形成し、その結果、放出電流は不安定となる。

【０２２８】［実施例２］本実施例は、金属微粒子の金
属をＰｔとし、実施例１の工程７）の加熱温度を１００
℃〜３００℃まで変化させ、実施例１と同様の測定観察
を行った。

【０２２９】以下、順を追って製造方法の説明を図１に
基づいて説明する。

【０２３０】実施例１とは、工程１）と工程７）が異な
るが、工程２）〜工程６）は、実施例１と同様である。

【０２３１】工程１）実施例１と同様にして、素子電極
を作成した。更に、インクジェット法で、モノエタノー
ルアミン酢酸白金水溶液の液滴を素子電極、基板上に付
与した後、大気中で、加熱分解した。同様の操作で、基
体１を５枚用意した。尚、インクジェット法で付与した
液滴を加熱分解した形状は、１１５μｍのほぼ円形であ
った。

【０２３２】工程２）実施例１と同じ工程３）実施例１
と同じ 工程４）次に、真空処理装置に、ベンゾニトリルを１０
の−４乗Ｐａ導入し、駆動電圧１５Ｖ、図４（ｂ）のＴ
１＝１ｍｓ、Ｔ２＝１０ｍｓの矩形波パルスで、パルス
電圧の極性を反転しながら、１０の−５乗Ｐａの真空度
で、３０分通電した。この間、素子電流Ｉｆを測定し
た。素子電流Ｉｆは、通電時間とともに増加し、２０分
後には、いずれの基板も素子平均２．５ｍＡに達した。

【０２３３】工程５）実施例１と同じ 工程６）実施例１と同じ（低仕事関数材料としてはＣｓ
を使用）工程７）次に、５枚の第一の基体を、１００，
１５０，２００，２５０，３００℃で３時間、加熱し
た。以上の基体を基体２−Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと呼ぶこ
ととする。

【０２３４】［結果］測定は、図７の測定評価装置で、
素子電極に、０〜１５Ｖの矩形の測定パルスを印加し、
放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆを測定した後、１５Ｖの同
様の矩形パルスを連続的に印加し、素子電流、放出電流
を測定した。表２に測定結果を示す。

【０２３５】

【表２】 表２で示される様に、放出電流Ｉｅは、２−Ａ，Ｂで
は、観測されたが、時間変化および各素子間のばらつき
が大きい電流であった。一方、２−Ｃ，Ｄ，Ｅでは、大
きな放出電流が安定にかつ再現性良く観察された。ま
た、放出電流は、２−Ｃ，Ｄ，Ｅにおいては、素子電極
に印加した素子電圧に対して、しきい値（Ｖｔｈ）以下
では、実質的に、ほとんど放出せず、しきい値以上で
は、急激に単調増加した。素子電流Ｉｆについても、同
様であった。

【０２３６】次に、基板２−Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを取り
出し、実施例１と同様に観察した。

【０２３７】基体２−Ａ，Ｂにおいては、導電性膜に形
成された亀裂の両側は、カーボンでおおわれており、Ｃ
ｓが、素子のみならず、基板全体に観察された。

【０２３８】基体２−Ｃにおいては、導電性膜に形成さ
れた亀裂の両側は、カーボンでおおわれており、Ｃｓ
は、カーボン上および導電性膜、基板にわずかに（検出
限界程度の）観察された。

【０２３９】基体２−Ｄ，Ｅにおいては、導電性膜に形
成された亀裂の両側は、カーボンでおおわれており、Ｃ
ｓがカーボン上のみ観察された。

【０２４０】以上のことから、次の様なことが推定され
る。

【０２４１】１）安定なカーボンを形成した素子におい
て、２００℃以上加熱した素子は、Ｃｓと安定な低仕事
関数材料面を形成し、その結果、ばらつきが少なく、時
間に対しても変動が少なく、電子放出をする。

【０２４２】２）安定なカーボンを形成した素子におい
ても、１５０℃以下で加熱した素子は、Ｃｓと安定な低
仕事関数材料面を形成できず、その結果、ばらつきが大
きく、時間に対しても変動が大きい。

【０２４３】［実施例３］本実施例は、実施例１，２と
は、活性化工程に用いられる材料が、固体状の材料で、
導電性膜に積層し行われることで異なる。後述の工程で
形成された電子放出素子の形態は、図１の模式図と同様
である。以下、本発明の製造方法の手順を示す図３を用
いて、本発明を具体的に説明する。尚、基板上には、同
一形状の素子が、４個形成される。

【０２４４】（工程１）：（基板洗浄／素子電極形成工
程）基板１を洗剤、純水および有機溶剤により十分に洗
浄後、Ｐｔを素子電極材料として、スパッタ法により、
素子電極２，３として、マスクを用いて、基板上に、そ
れぞれ３０ｎｍ堆積した。

【０２４５】その後、更に、導電性膜４のパターニング
の目的でリフトオフ用のＣｒ膜を１００ｎｍの膜厚で真
空蒸着した。

【０２４６】また素子電極間間隔Ｌ、素子電極長Ｗは、
それぞれ、５μｍ、１００μｍとした。

【０２４７】（工程２）：（導電性膜形成工程）基板１
上に形成された素子電極２と素子電極３との間に、有機
パラジウム溶液（奥野製薬製ＣＣＰ４２３０）をスピン
ナーにより回転塗布して放置することにより、有機金属
薄膜を形成した。

【０２４８】この後、この有機金属薄膜を３００℃で１
０分間大気中で加熱焼成処理した。こうして形成された
主としてＰｄＯよりなる微粒子からなる導電性膜４の膜
厚は、約１１ｎｍ、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω／□で
あった。

【０２４９】その後、Ｃｒ膜および焼成後の導電性膜４
を酸エッチャントによりウエットエッチングして所望の
パターンに形成した。

【０２５０】（工程３）：（有機材料塗布工程）次に、
有機材料７を塗布する。本実施例では、ジメチルホルム
アミドを溶媒として熱硬化型樹脂であるポリアクリルニ
トリルを用いて、スピンナーで、２０ｎｍの厚みになる
ように、基板全面に塗布した後、１００℃でプリベーク
した。なお、有機材料の塗布は、基板全面でなくとも、
導電性膜上に塗布すれば良い。ここでは、リフトオフを
用いた。

【０２５１】（工程４）：（フォーミング工程）続い
て、基板を、図７の真空処理装置に設置し、真空排気
後、素子電極２，３間に、パルス状電圧を印加して、フ
ォーミングと呼ばれる通電処理を行った。

【０２５２】なお、フォーミング電圧波形は、パルス幅
Ｔ１を１ミリ秒とパルス間隔Ｔ２を１０ミリ秒の矩形波
で、パルス波高値を次第に増加させながら、１０^-5Ｐａ
の真空雰囲気下で行った。

【０２５３】（工程５）：（炭素化工程）次に、駆動電
圧１５Ｖ、図４（ａ）に示したＴ１＝１ｍｓ、Ｔ２＝１
０ｍｓの矩形波パルスで、１０^-5Ｐａの真空度で、１５
分間通電した。この間、素子電流Ｉｆを測定した。素子
電流Ｉｆは、通電時間とともに増加し、１５分後には、
２．２ｍＡに達した。

【０２５４】（工程６）：（安定化工程１）次に、図７
の真空処理装置に、大気を導入し、大気圧下で、４１０
℃で１０分間熱処理を行った。尚、導電性膜は、大気中
で加熱したために、微粒子の変形等は観察されなかっ
た。次に、真空排気を行い、１０^-6Ｐａとした後、室温
で水素を導入し、導電性膜の還元処理を行い、導電性膜
の抵抗を低減した。

【０２５５】（工程７）：（低仕事関数材料終端処理工
程）真空蒸着法で、低仕事関数材料のＣｓを基体に蒸着
した。この際、素子を、工程４）と同様に、１５Ｖの矩
形波パルスで駆動した。

【０２５６】（工程８）：（安定化工程２）次に、基体
を、真空排気しながら、１０時間、２５０℃で、加熱し
た。その後、室温に戻し、各表面伝導型電子放出素子の
素子電流Ｉｆ、及び放出電流Ｉｅを測定した。

【０２５７】［結果］測定条件は同一で、アノード電極
の電圧は１ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離
Ｈは５ｍｍ、測定素子電圧１５Ｖで測定した。

【０２５８】素子電流Ｉｆは２．５ｍＡ±１５％、放出
電流Ｉｅは、６μＡ±１５％であった。

【０２５９】続いて、上述の特性の測定後、測定評価装
置内で、上述の測定条件下で、連続駆動を行ったとこ
ろ、一定時間後に、放出電流Ｉｅが、基板Ａでは、２５
％の減少であり、安定性の高い電子放出素子であった。
また、放電は観察されなかった。

【０２６０】次に、電子顕微鏡、ラマン分光法等で、電
子放出部５を観察したところ、実施例１の基板１−Ａと
同様であった。

【０２６１】更に、透過型電子顕微鏡、ラマン分光法で
観察すると、グラファイトからなる炭素が観察され、ま
た、実施例１と同様に、炭素−酸素−Ｃｓの構造の様で
あっった。

【０２６２】［実施例４］本実施例は、ネガ型電子線レ
ジストを用いた例である。工程１から工程５は、実施例
３の工程と同様の部分が多いので、図３の製造工程図を
参照しながら説明する。

【０２６３】（工程１）：（基板洗浄／素子電極形成工
程）基板１を洗剤、純水および有機溶剤により十分に洗
浄後、スパッタ法によりＰｔを素子電極材料として、素
子電極２，３として、マスクを用いて、基板Ａ，Ｂにそ
れぞれ３０ｎｍ堆積した。その後、更に、導電性膜２の
パターニングの目的でリフトオフ用のＣｒ膜を１００ｎ
ｍの膜厚で真空蒸着した。

【０２６４】また素子電極間間隔Ｌ、素子電極長Ｗは、
それぞれ、１０μｍ、１００μｍとした。

【０２６５】（工程２）：（導電性膜形成工程）素子電
極２，３を形成した基板上に、Ｐｔをスパッタ法で堆積
することにより、導電性膜４を形成した。こうして形成
されたＰｔよりなる微粒子からなる導電性膜４の膜厚
は、約３ｎｍ、シート抵抗値は３×１０⁴ Ω／□であっ
た。

【０２６６】その後Ｃｒ膜および焼成後の導電性膜４を
エッチャントによりウエットエッチングして所望のパタ
ーンに形成した。

【０２６７】（工程３）：（有機材料塗布工程）次に、
有機材料を塗布する。本実施例では、有機材料として、
ネガ型電子線レジストであるエポキシ化１，４−ポリブ
タジエンを、スピンナーで、４０ｎｍの厚みになるよう
に、基板上に、少なくとも導電性膜４を覆うように塗布
した後、１００℃でプリベークした。

【０２６８】（工程４）：（フォーミング工程）続い
て、図７の真空処理装置に設置し、真空排気後、不図示
の電源によるパルス状電圧を、素子電極２，３間に印加
してフォーミング通電処理を行った。

【０２６９】なお、フォーミング電圧波形は、パルス幅
Ｔ１を１ミリ秒とパルス間隔Ｔ２を１０ミリ秒の矩形波
で、パルス波高値を次第に増加させながら、１０^-5Ｐａ
真空雰囲気下で行った。

【０２７０】（工程５）：（炭素化工程）次に、駆動電
圧１５Ｖ、図４（ａ）のＴ１＝１ｍｓ、Ｔ２＝１０ｍｓ
の矩形波パルスで、１０^-5Ｐａの真空度で、１２分間通
電した。この間、素子電流Ｉｆを測定した。素子電流Ｉ
ｆは、通電時間とともに増加し、１２分後には、２．５
ｍＡに達したが、更に、１０分間通電し続けたが、素子
電流Ｉｆは、ほぼ一定であった。

【０２７１】（工程６）：（安定化工程）次に、基板Ａ
は、図７の真空処理装置に大気を導入し、大気圧下で、
４１０℃で１０分間熱処理を行った。

【０２７２】（工程７）：（低仕事関数材料終端処理工
程）真空蒸着法で、低仕事関数材料のＣｓを基体に蒸着
した。この際、素子を、工程４）と同様に、１５Ｖの矩
形波パルスで駆動した。

【０２７３】（工程８）：（安定化工程２）次に、基体
を、真空排気しながら、１０時間、２５０℃で、加熱し
た。その後、室温に戻し、次に、真空排気を行い、１０
^-6Ｐａとした後、各表面伝導型電子放出素子の素子電流
Ｉｆ、及び放出電流Ｉｅを測定した。

【０２７４】［結果］測定条件は同一で、アノード電極
の電圧は１ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離
Ｈは５ｍｍ、測定素子電圧１５Ｖで測定した。

【０２７５】素子電流Ｉｆは０．８ｍＡ±４．５％、放
出電流Ｉｅは、１．０μＡ±４．５％の特性であった。

【０２７６】続いて、上述の特性の測定後、測定評価装
置内で、アノード電極の電圧を１０ｋＶとした以外は、
上述の測定条件下で連続駆動を行ったところ、平均で２
３％の減少であった。また、この際、放電は、前記駆動
時間中には、発生しなかった。

【０２７７】次に、基板Ａ，Ｂとも、電子顕微鏡、ラマ
ン分光法等で、電子放出部５を観察した。

【０２７８】電子顕微鏡で観察した電子放出部５の形態
は、実施例４と同様であった。

【０２７９】更に、透過型電子顕微鏡、ラマン分光法で
観察すると、その被膜は、主に、グラファイトからなる
が、実施例４と同様の結晶性であることが、判明した。

【０２８０】［実施例５］本実施例は、実施例４の製造
工程とほぼ同じである。但し、基板は一枚とした。

【０２８１】（工程１）：（基板洗浄／素子電極形成工
程）実施例４の工程１と同様。

【０２８２】（工程２）：（導電性膜形成工程）実施例
４の工程２と同様。

【０２８３】（工程３）：（有機材料塗布工程）次に、
ネガ型電子線レジストであるメタクリル酸グリシジル−
アクリル酸エチル共重合体を、スピンナーで、３５ｎｍ
の厚みになるように、塗布した後、９０℃でプリベーク
した。

【０２８４】（工程４）：（フォーミング工程）実施例
４の工程４と同様。

【０２８５】（工程５）：（炭素化工程）次に、基板
を、再び測定評価装置に戻し、１０^-5Ｐａの真空度まで
真空排気後、駆動電圧１５Ｖ、図４（ａ）のＴ１＝１．
５ｍｓ、Ｔ２＝１０ｍｓの矩形波パルスで、かつ１パル
ス毎に素子電極の高電位側と低電位側を反転しながら１
５分間通電した。この間、素子電流Ｉｆを測定した。素
子電流Ｉｆは、通電時間とともに増加し、１５分後に
は、４個の素子の平均は、２．６ｍＡに達した。

【０２８６】（工程６）：（安定化工程）実施例４の工
程６と同じ。

【０２８７】（工程７）：（低仕事関数材料終端処理工
程）実施例４の工程７と同様。

【０２８８】（工程８）：（安定化工程２）実施例４の
工程８と同様。

【０２８９】［結果］他の実施例と同様に、測定条件は
同一で、アノード電極の電圧は１ｋＶ、アノード電極と
電子放出素子との距離Ｈは５ｍｍ、測定素子電圧１５Ｖ
で測定した。

【０２９０】素子電流Ｉｆは０．８ｍＡ±４．５％、放
出電流Ｉｅは、１．０μＡ±４．５％と、実施例１の比
較例１と比べ、放出電流Ｉｅが同等で、素子電流Ｉｆが
減少し、素子特性のばらつきも減少した。

【０２９１】続いて、上述の特性の測定後、測定評価装
置内で、上述の測定条件下で連続駆動を行ったところ、
４個の素子とも放出電流Ｉｅは、２５％以下の減少であ
った。これは、実施例１の基板Ａと同等である。

【０２９２】次に、電子顕微鏡、ラマン分光法等で、電
子放出部５を観察した。

【０２９３】電子顕微鏡で観察した素子の電子放出部の
形態は、実施例２の形態と同様に、電子放出部５の導電
性膜の先端部分に、低電位側、高電位側の双方に炭素が
形成されていた。更に、透過型電子顕微鏡、ラマン分光
法で観察すると、その被膜は、主に、グラファイトから
なるが、実施例４と同様の結晶性であることが、判明し
た。また、実施例４と同様に、炭素−酸素−Ｃｓの構造
の様であった。

【０２９４】［実施例６］本実施例は、実施例４の材
料、工程と、工程５、工程６を除き同様であるので、同
じ工程の説明は省略する。

【０２９５】（工程５）：（炭素化工程）基板を、再
び、測定評価装置に戻し、１０^-5Ｐａの真空度まで、真
空排気後、図７に示す測定評価装置の基板加熱ヒーター
で２００℃とし、駆動電圧１５Ｖ、図４（ｂ）のＴ１＝
０．３ｍｓ、Ｔ２＝１０ｍｓの三角波パルスで、かつ１
パルス毎に素子電極の高電位側と低電位側を反転しなが
ら、１０分間通電したところ、素子電流は、１．２ｍＡ
であった。Ｔ１は、ヒーターによる加熱を加えたため短
くしたが、問題なく素子電流Ｉｆが増加したことから、
前述したとおり、合計のエネルギーで行われたと考えら
れる。

【０２９６】（工程６）：（安定化工程）次に、図７の
真空処理装置（測定評価装置）に、８０％Ｎ₂ 、２０％
Ｏ₂ のガスを、１０^-1Ｐａ導入した後、４４０℃で２０
分間熱処理を行った。尚、減圧下としたため、やや、熱
処理温度を高くしたが、電気特性、観察の結果からも問
題がなかった。

【０２９７】（工程７）：（低仕事関数材料終端処理工
程）実施例５の工程７と同様。

【０２９８】（工程８）：（安定化工程２）実施例５の
工程８と同様。

【０２９９】次に、真空排気を行い、１０^-6Ｐａとした
後、各表面伝導型電子放出素子の素子電流Ｉｆ、及び放
出電流Ｉｅを測定した。

【０３００】［結果］他の実施例と同様に、測定条件は
同一で、アノード電極の電圧は１ｋＶ、アノード電極と
電子放出素子との距離Ｈは５ｍｍ、測定素子電圧１５Ｖ
で測定した。

【０３０１】素子電流Ｉｆは２．０ｍＡ、放出電流Ｉｅ
は、６μＡと、実施例１の比較例１と比べ、放出電流Ｉ
ｅが同等で、素子電流Ｉｆが減少し、素子特性のばらつ
きも減少した。

【０３０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
上述の従来技術の問題を解決し、しかも、低電圧で駆動
でき、量産性に優れた電子放出素子およびそれを用いた
表示品位に優れたカラーフラットパネル等の画像形成装
置の提供ができた。

【０３０３】すなわち、本発明によれば、一対の電極と
亀裂などの電子放出部を有する導電性膜を有する電子放
出素子において、炭素体に酸素を介して、低仕事関数材
料によって、終端された亀裂等の電子放出部を有するこ
とにより、炭素体と結合した酸素を介して低仕事関数材
料が終端されることによって、炭素体に低仕事関数材料
が単に積層されているのでなく、分極して結合している
ので、より低仕事関数化がはかられ、かつ安定度が増加
する。

【０３０４】また、こうした材料で電子放出部となる亀
裂及びその近傍が構成されるために、放出電流の増加が
はかられ、かつ駆動時の劣化が抑制される。

【０３０５】本発明の素子の放出電流は、素子に印加す
る電圧に対して、放出電流が非線形に依存する非線形素
子であると同時に、低仕事関数であるため、放出電流が
増加する。

【０３０６】また、導電性膜が、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等の
鉄族、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｐｔの白金族等の触媒性金属である
ため、該炭素体としてグラファイト、グラッシーカーボ
ンの形成が容易となる。従って、酸素で終端処理の際の
工程での炭素体の二酸化炭素、一酸化炭素等への変化に
よる減少が抑制され、電子放出特性の劣化がない。

【０３０７】一方、グラファイト、グラッシーカーボン
以外の炭素化合物は、二酸化炭素、一酸化炭素等へ変化
し、除去される。この結果、駆動時の電子放出素子から
のガスの放出が抑制されるために、駆動時の放電が抑制
され、電子放出特性の安定化がなされる。

【０３０８】また、本発明の製造方法によれば、上記電
子放出特性の改善が容易にできる。

【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の構成を示す
模式図である。

【図２】図１の電子放出部の部分拡大図としての模式的
断面図の一例である。

【図３】本発明の製造方法のフロー図である。

【図４】通電フォーミングに用いる電圧波形の例を示す
図である。

【図５】本発明の画像形成装置の好ましい製造方法の一
例を示す工程図である。

【図６】画像表示パネルの製造工程及び製造装置の模式
図である。

【図７】真空処理装置（測定装置）の模式的構成図であ
る。

【図８】電子放出部の形状を示す模式断面図である。

【図９】従来の表面伝導型電子放出素子の模式的平面図
である。

【図１０】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１１】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１２】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１３】蛍光膜の構成例を示す模式図である。

【図１４】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１５】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１６】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。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 導電性膜 ５ 電子放出部 ６１ 黒色導電材 ６２ 蛍光体 ７０ 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 ７１ 電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための
電源 ７２ 素子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉ
ｅを測定するための電流計 ７３ アノード電極７４に電圧を印加するための高圧
電源 ７４ 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 ７５ 真空容器 ７６ ターボポンプ、ロータリーポンプ 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 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 ，Ｖa 直流電圧源 １１０ 電子源基板 １１１ 電子放出素子 １１２ Ｄx1〜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の空孔 １２２ Ｄox1 ，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，Ｇ２ １７１ 電子源基板 １７２ Ｘ方向配線 １７３ Ｙ方向配線 １７４ 表面伝導型電子放出素子 １７５ 結線

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極と該電極間を電気的に接続す
   べく形成された導電性薄膜と該導電性薄膜に形成された
   電子放出部とを有する電子放出素子において、 前記電子放出部は、炭素体に酸素を介して低仕事関数材
   料によって終端された構造を有することを特徴とする電
   子放出素子。
2. 【請求項２】 上記導電性薄膜は、触媒性金属であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
3. 【請求項３】 上記触媒性金属は、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ等
   の鉄族、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｐｔの白金族のいずれかであるこ
   とを特徴とする請求項２記載の電子放出素子。
4. 【請求項４】 上記炭素体は、グラファイトであること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出
   素子。
5. 【請求項５】 上記炭素体は、グラッシーカーボンであ
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電
   子放出素子。
6. 【請求項６】 上記低仕事関数材料は、アルカリ金属、
   またはアルカリ土類金属、又は希土類であることを特徴
   とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子放出素子。
7. 【請求項７】 上記低仕事関数材料は、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌ
   ａ、Ｌｉのいずれかであることを特徴とする請求項６記
   載の電子放出素子。
8. 【請求項８】 上記導電性膜は、微粒子であることを特
   徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電子放出素
   子。
9. 【請求項９】 上記電子放出素子は、表面伝導型電子放
   出素子であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか
   に記載の電子放出素子。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかに記載の電子
    放出素子の製造方法において、 １）基体上に配置された一対の電極に接続された導電性
    膜を形成し、電子放出部を形成するステップ ２）該基体に、炭素を有する材料を導入し、通電あるい
    は通電と併用された熱によって、該電子放出部に炭素を
    形成するステップ ３）該基体を、酸素を有する雰囲気で、加熱あるいは、
    プラズマを発生し、上記炭素体の表面に酸素を結合する
    ステップ ４）該基体に、低仕事関数材料を被覆するステップ ５）該基体を、加熱するステップを有することを特徴と
    する電子放出素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜９のいずれかに記載の電子
    放出素子の製造方法において、 １）基体上に配置された一対の電極に接続された導電性
    膜を形成するステップ ２）該導電性膜に、炭素を有する材料を付与するステッ
    プ ３）該導電性膜に電子放出部を形成するステップ ４）通電あるいは通電と併用された熱によって、該電子
    放出部に炭素を形成するステップ ５）該基体を、酸素を有する雰囲気で、加熱あるいは、
    プラズマを発生し、上記炭素体の表面に酸素を結合する
    ステップ ６）該基体に、低仕事関数材料を被覆するステップ ７）該基体を、加熱するステップを有することを特徴と
    する電子放出素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 上記炭素を有する材料は、有機ガスあ
    るいは固体状有機材料であることを特徴とする請求項１
    ０又は１１記載の電子放出素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 上記炭素を有する材料は、Ｃ_n Ｈ_2n+2
    で表される飽和炭化水素、Ｃ_n Ｈ_2nで表わされる不飽和
    炭化水素、環状炭化水素のいずれかであることを特徴と
    する請求項１２記載の電子放出素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 上記固体状の有機材料は、熱硬化樹脂
    あるいはネガレジストであることを特徴とする請求項１
    ２記載の電子放出素子の製造方法。
15. 【請求項１５】 該酸素を有する雰囲気は、酸素、又は
    酸素と不活性ガス、又は酸素とＮ₂ 、のいずれかの混合
    ガスであることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれ
    かに記載の電子放出素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 上記加熱温度は、酸素を介して炭素と
    結合した低仕事関数材料のみを残し、未結合の前記低仕
    事関数材料を蒸発除去する温度であることを特徴とする
    請求項１０〜１４のいずれかに記載の電子放出素子の製
    造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１〜９のいずれかに記載の電子
    放出素子を基体上に複数個配置し、入力信号に応じて該
    電子放出素子から電子を放出してなることを特徴とする
    電子源。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の電子源において、
    基体に複数の電子放出素子を並列に配置し、各電子放出
    素子の両端をそれぞれ配線に共通接続してなる電子放出
    素子の行を、複数列配列してなることを特徴とする電子
    源。
19. 【請求項１９】 請求項１７に記載の電子源において、
    基体に、互いに電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向配線と
    ｎ本のＹ方向配線とを設け、Ｘ方向及びＹ方向に配列さ
    れたｍ×ｎ個の前記電子放出素子の一対の電極を該Ｘ方
    向配線と該Ｙ方向配線にそれぞれ接続したことを特徴と
    する電子源。
20. 【請求項２０】 請求項１７〜１９のいずれかの請求項
    に記載の電子源と、該電子源から放出された電子により
    画像を形成する画像形成部材とを有することを特徴とす
    る画像形成装置。
21. 【請求項２１】 請求項２０に記載の画像形成装置にお
    いて、前記画像形成部材が蛍光体であることを特徴とす
    る画像形成装置。
22. 【請求項２２】 請求項２０又は２１記載の画像形成装
    置の製造方法において、 １）第１の基体上に形成された複数の一対の電極に接続
    された複数の導電性膜を形成するステップ ２）該導電性膜に電子放出部を形成するステップ ３）該基体に、炭素を有する材料を導入し、通電あるい
    は通電と併用された熱によって、該電子放出部に炭素を
    形成するステップ ４）該基体を、酸素を有する雰囲気で、加熱あるいは、
    プラズマを発生し、上記炭素体の表面に酸素を結合する
    ステップ ５）該基体に、低仕事関数材料を被覆するステップ ６）該基体を、加熱するステップ ７）第２の基体上に、蛍光体を形成するステップ ８）該第１の基体と第２の基体を対向させて配置し、真
    空容器内に格納するステップ ９）該真空容器を排気しながら、加熱するステップ １０）該真空容器を封止するステップを有することを特
    徴とする画像形成装置の製造方法。
23. 【請求項２３】 請求項２０又は２１記載の画像形成装
    置の製造方法において、 １）第１の基体上に複数の一対の電極に、接続された複
    数の導電性膜を形成するステップ ２）該導電性膜に、炭素を有する材料を付与するステッ
    プ ３）該導電性膜に電子放出部を形成するステップ ４）通電あるいは通電と併用された熱によって、該電子
    放出部に炭素を形成するステップ ５）該基体を酸素を有する雰囲気で、加熱あるいは、プ
    ラズマを発生し、上記炭素体の表面に酸素を終端するス
    テップ ６）該基体に、低仕事関数材料を被覆するステップ ７）該基体を、加熱するステップ ８）第２の基体上に、蛍光体を形成するステップ ９）該第１の基体と第２の基体を対向して配置し、支持
    枠を用いて真空容器を形成するステップ １０）該真空容器を排気しながら、加熱するステップ １１）該真空容器を封止するステップを有することを特
    徴とする画像形成装置の製造方法。
24. 【請求項２４】 上記第１の基体と第２の基体間に、耐
    大気圧支持部材としてのスぺーサーを配設し、上記真空
    容器を形成するステップを有することを特徴とする請求
    項２２又は２３記載の画像形成装置の製造方法。