JP2002358875A

JP2002358875A - 電子源の製造装置

Info

Publication number: JP2002358875A
Application number: JP2001164347A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Kataoka; 幸徳片岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】大型の真空チャンバ及び高真空対応の排気装
置を用いることなく、熱応力による基板の破損や特性分
布の発生を防止して、電子放出特性の優れた電子源を効
率良く製造し得る電子源の製造装置を提供する。【解決手段】導電体が形成された電子源基板１０を支
持する基板ホルダー２０７と、電子源基板１０の一部の
領域を覆う容器１２と、容器１２内を所定の雰囲気にす
る手段と、前記導電体に電圧を印加する手段とを有する
電子源の製造装置において、基板ホルダー２０７が、前
記導電体に電圧を印加することによる該導電体からの発
熱領域よりも広い電子源基板１０の領域を静電吸着する
静電チャック２０８を有することを特徴とする。

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
子を備える電子源を製造する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、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、金属／絶縁層／金属型や表面伝導型電子放出素子
等がある。

【０００３】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。

【０００４】本出願人は、新規な構成を有する表面伝導
型電子放出素子とその応用に関し、多数の提案を行って
いる。その基本的な構成、製造方法などは、例えば特開
平７−２３５２５５号公報、特開平８−１７１８４９号
公報などに開示されている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の基本構成は、基
板上に、対向する一対の素子電極と、該一対の素子電極
に接続されその一部に電子放出部を有する導電性膜とを
有するものであり、電子放出部には上記導電性膜の一部
に形成された亀裂（間隙）が含まれている。また、上記
亀裂とその近傍には、炭素あるいは炭素化合物を主成分
とする堆積膜が形成されている。

【０００６】このような電子放出素子を基板上に複数個
配置し、各電子放出素子を配線で結ぶことにより、複数
個の表面伝導型電子放出素子を備える電子源を作製する
ことができる。

【０００７】また、上記電子源基板と蛍光体基板とを組
み合わせることにより、画像形成装置の表示パネルを形
成することができる。

【０００８】従来、このような電子源もしくは表示パネ
ルの製造は以下のように行われていた。

【０００９】即ち、第１の製造方法としては、まず、基
板上に、導電性膜及び該導電性膜に接続された一対の素
子電極からなる素子を複数と、該複数の素子を接続した
配線とが形成された電子源基板を作成する。次に、作成
した電子源基板全体を真空チャンバ内に設置する。次
に、真空チャンバ内を排気した後、外部端子を通じて上
記各素子に電圧を印加し各素子の導電性膜に亀裂を形成
する（以下、各素子の導電性膜に亀裂を形成することを
フォーミング処理と記す）。更に、該真空チャンバ内に
有機物質を含む気体を導入し、有機物質の存在する雰囲
気下で前記各素子に再び外部端子を通じて電圧を印加
し、該亀裂近傍に炭素あるいは炭素化合物を堆積させる
（以下、該亀裂近傍に炭素あるいは炭素化合物を堆積さ
せることを活性化処理と記す）。

【００１０】また、第２の製造方法としては、まず、基
板上に、導電性膜及び該導電性膜に接続された一対の素
子電極からなる素子を複数と、該複数の素子を接続した
配線とが形成された電子源基板を作成する。次に、作成
した電子源基板と蛍光体が配置された基板とを支持枠を
挟んで接合して画像表示装置のパネルを作成する。その
後、該パネル内をパネルの排気管を通じて排気し、パネ
ルの外部端子を通じて上記各素子に電圧を印加し各素子
の導電性膜に亀裂を形成する（フォーミング処理）。更
に、該パネル内に該排気管を通じて有機物質を含む気体
を導入し、有機物質の存在する雰囲気下で前記各素子に
再び外部端子を通じて電圧を印加し、該亀裂近傍に炭素
あるいは炭素化合物を堆積させる（活性化処理）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上の製造方法が採ら
れていたが、第１の製造方法は、とりわけ、電子源基板
が大きくなるに従い、前記電子放出素子の素子数が増加
し、配線電流も増加する。従って配線の発熱量が増加す
ることにより、基板の温度分布が悪化し、熱応力による
基板の破損や特性分布が起きてしまう。さらに電子源基
板が大きくなると、より大型の真空チャンバ及び高真空
対応の排気装置が必要になる。

【００１２】また、第２の製造方法は、画像形成装置の
パネル内空間は非常に狭く（表面伝導型電子放出素子を
用いたパネルでは通常数ｍｍ程度）、このようなパネル
からの排気及び該パネル内空間への有機物質を含む気体
の導入には長時間を要する。

【００１３】そこで本発明は、大型の真空チャンバ及び
高真空対応の排気装置を用いることなく、熱応力による
基板の破損や特性分布の発生を防止して、電子放出特性
の優れた電子源を効率良く製造し得る電子源の製造装置
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、以下の通りである。

【００１５】即ち、本発明の電子源の製造装置は、導電
体が形成された電子源基板を支持する支持体と、前記電
子源基板の一部の領域を覆う容器と、前記容器内を所定
の雰囲気にする手段と、前記導電体に電圧を印加する手
段とを有する電子源の製造装置において、前記支持体
が、前記導電体に電圧を印加することによる該導電体か
らの発熱領域よりも広い前記電子源基板の領域を吸着固
定する支持手段を有することを特徴としているものであ
る。

【００１６】上記本発明の電子源の製造装置は、好まし
い実施形態として、「前記支持手段は、前記電子源基板
を静電吸着する手段であること」、「前記支持体は、前
記発熱領域よりも広い領域に熱伝導部材を備えているこ
と」、「前記支持体は、前記導電体からの発熱を放熱す
る手段を備えていること」、「前記支持体は、前記発熱
領域よりも広い前記電子源基板の領域を加熱する手段を
備えていること」、「前記支持体は、前記発熱領域より
も広い前記電子源基板の領域を冷却する手段を備えてい
ること」、「前記支持体は、前記発熱領域よりも広い前
記電子源基板の領域を均熱温度制御する手段を備えてい
ること」、「前記容器は、該容器内に導入された気体を
拡散させる手段を備えていること」、「前記電子源基板
として、導電性膜及び該導電性膜に接続された一対の素
子電極からなる素子の複数と、該複数の素子を接続した
配線とからなる導電体が形成されたものを用いるこ
と」、を含むものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施態様
を示す。

【００１８】本発明の電子源の製造装置は、電子源基板
上に形成された導電体に通電処理を施すことにより、こ
の導電体の一部に電子放出機能を付与し電子放出素子と
するものである。

【００１９】この電子源基板としては、導電性膜及び該
導電性膜に接続された一対の素子電極からなる素子の複
数と、該複数の素子を接続した配線とからなる導電体が
形成されたものを好適に用いることができる。この場
合、導電体に通電処理（前述のフォーミング処理及び活
性化処理）を施すことにより、上記複数の素子の各導電
性膜に電子放出部を形成して前述の表面伝導型電子放出
素子とすることができる。

【００２０】先ず、この表面伝導型電子放出素子の構成
及び製造方法を説明する。

【００２１】図３は、表面伝導型電子放出素子の一構成
例を示す模式図であり、図３（ａ）は平面図、図３
（ｂ）は図３（ａ）中のＡ−Ａ面における断面図であ
る。図３において、１０は基板（基体）、２と３は電極
（素子電極）、４は導電性膜、２９は炭素膜、５は炭素
膜２９の間隙、Ｇは導電性膜４の間隙である。

【００２２】基板１０としては、石英ガラス、Ｎａ等の
不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、青板ガ
ラスにスパッタ法等によりＳｉＯ₂を積層した積層体、
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。

【００２３】対向する素子電極２，３の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができ、例えばＮｉ、Ｃ
ｒ、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、Ｉｎ₂Ｏ₃−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される。

【００２４】素子電極間隔、素子電極長さ、導電性膜４
の幅₂及び厚さ等は、応用される形態等を考慮して、設
計される。素子電極間隔は、好ましくは、数百ｎｍから
数百μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、素
子電極間に印加する電圧等を考慮して数μｍから数十μ
ｍの範囲とすることができる。

【００２５】素子電極長さは、電極の抵抗値、電子放出
特性を考慮して、数μｍから数百μｍの範囲とすること
ができる。素子電極２，３の膜厚は、数十ｎｍから数μ
ｍの範囲とすることができる。

【００２６】尚、図３に示した構成だけでなく、基板１
０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。

【００２７】導電性膜４を構成する主な材料としては、
例えばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃ
ｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金
属、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃等
の酸化物、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ
₄，ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔａ
Ｃ，ＳｉＣ，ＷＣなどの炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，Ｈｆ
Ｎ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等が挙
げられる。

【００２８】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。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。この導電性膜
４の膜厚は、好ましくは数Åから数百ｎｍであり、その
抵抗値Ｒｓが、１０²〜１０⁷Ω／□の抵抗値を示す膜厚
で形成したものが好ましく用いられる。なおＲｓは、幅
がｗで長さがｌの薄膜の、長さ方向に測定した抵抗Ｒ
を、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と置いたときの値である。上記
抵抗値を示す膜厚はおよそ５ｎｍから５０ｎｍの範囲に
あり、この膜厚範囲において、それぞれの材料の薄膜は
微粒子膜の形態を有している。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のみならず、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、数Åから
数百ｎｍの範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範
囲である。

【００２９】図３に示した構成の表面伝導型電子放出素
子の製造方法の一例を説明する。

【００３０】１）基板１０を洗剤、純水及び有機溶剤等
を用いて十分に洗浄した後、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１０上に素子電極２，３を形成す
る。

【００３１】２）素子電極２，３を設けた基板１０上
に、有機金属溶液を塗布して、有機金属膜を形成する。
有機金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属を主
元素とする有機化合物の溶液を用いることができる。有
機金属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、金属酸化物からなる導電性膜４
を形成する。ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて
説明したが、導電性膜４の形成法はこれに限られるもの
ではなく、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。

【００３２】３）続いて、フォーミング工程を施す。素
子電極２，３間に、不図示の電源より通電すると、導電
性膜４は局所的に破壊，変形もしくは変質等の構造の変
化がもたらされ、間隙Ｇが形成される。

【００３３】フォーミング処理のために素子に印加する
電圧は、パルス状の電圧を用いる。パルスの形状として
は、例えば波高値が一定の三角波パルスや、波高値の漸
増する三角波パルスを用いることができる。

【００３４】通電フォーミング処理の終了は、パルスと
パルスの間に、導電性膜４の破壊、変形もしくは変質を
引き起こさない程度の電圧パルスを印加し、素子に流れ
る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素子に流れる電流を測定し、
抵抗値を求めて、１ＭΩを越えた時点で通電フォーミン
グを終了するのが好ましい。

【００３５】上記の通電フォーミング処理は、還元性物
質を含有する雰囲気中にて行うことが好ましい。

【００３６】導電性膜４が金属酸化物よりなる場合は、
還元性を有する物質としてＨ₂，ＣＯ等の他、メタン、
エタン、エチレン、プロピレン、ベンゼン、トルエン、
メタノール、エタノール、アセトンなどの有機物質のガ
スも効果がある。これは、還元により導電性膜を構成す
る物質が金属酸化物から金属に変化する際、凝集を伴う
からであると思われる。一方、導電性膜４が金属より構
成される場合は、当然還元に伴う凝集は起こらないの
で、ＣＯやアセトン等は凝集を促進する効果を示さない
が、Ｈ₂はこの場合でも凝集を促進する効果を示す。

【００３７】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Ｉ_f，放出電流Ｉ_eが著し
く変化する工程である。

【００３８】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、素子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、カルボン酸、スルホン酸等の有機酸類等を挙
げることができる。より具体的には、メタン、エタン、
プロパンなどＣ_nＨ_2n+2で表される飽和炭化水素、エチ
レン、プロピレンなどＣ_nＨ_2n等の組成式で表される不
飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタ
ノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセト
ン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミ
ン、フェノール、ベンゾニトリル、アセトニトリル等が
使用できる。

【００３９】この処理により、雰囲気中に存在する有機
物質から、前記間隙Ｇ内の基板１０上、およびその近傍
の導電性膜４上に炭素あるいは炭素化合物からなるカー
ボン膜２９が形成され、素子電流Ｉ_f，放出電流Ｉ_eが、
著しく変化するようになる。

【００４０】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ_fと
放出電流Ｉ_eを測定しながら、適宜行うことができる。
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。

【００４１】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を包含するもの
で、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、ＰＧ
は結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、
ＧＣは結晶粒が２ｎｍ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。）、炭化水素（Ｃ
_mＨ_nで表される化合物、ないしこの他にＮ，Ｏ，Ｃｌな
どの他の元素を有する化合物を含む。）であり、その膜
厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎ
ｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００４２】以上の様な通電処理を施すことにより、一
対の素子電極２，３間に導電性膜４を有する素子を表面
伝導型の電子放出素子とすることができる。

【００４３】本発明の電子源の製造装置は、上記のよう
な導電性膜４及び該導電性膜４に接続された一対の素子
電極２，３からなる素子の複数と、該複数の素子を接続
した配線とからなる導電体が形成された電子源基板等に
対して前述のような通電処理を施すことにより、複数の
電子放出素子が配設された電子源を製造するための装置
であり、以下にその実施形態例を具体的に説明する。

【００４４】（第１の実施形態）本発明の第１の実施形
態に係る電子源の製造装置を図１及び図２に示す。図１
は装置の全体構成を示す模式図、図２は図１における電
子源基板の周辺部分を示す部分切り欠き斜視図である。

【００４５】これらの図において、１０は電子源基板で
あり、Ｘ方向配線７、Ｙ方向配線８、導電性膜に接続さ
れた一対の素子電極からなる素子６、等が形成されてい
る。１２は容器、１５は気体の導入口、１６は排気口、
１８はシール部材、１９は拡散板、２１は水素または有
機物質ガス、２２はキャリアガス、２３は水分除去フィ
ルター、２４はガス流量制御装置、２５ａ〜２５ｈはバ
ルブ、２６ａ、２６ｂは真空ポンプ、２７ａ、２７ｂは
真空計、２８は配管、３０は取り出し配線、３２は電源
及び電流制御系からなる駆動ドライバー、３１は電子源
基板の取り出し配線３０と駆動ドライバー３２とを接続
する配線、３３は拡散板１９の開口部、６２は真空枠部
材、２０７は電子源基板を支持する支持体（基板ホルダ
ー）である。

【００４６】容器１２は、ガラスやステンレス製の容器
であり、容器からの放出ガスの少ない材料からなるもの
が好ましい。この容器１２は、電子源基板１０の取り出
し配線部を除き、少なくとも電子放出素子となる素子６
が形成された領域を覆い、かつ、少なくとも、１．３３
×１０^-5Ｐａ（１×１０^-7Ｔｏｒｒ）から大気圧の圧力
範囲に耐えられる構造のものである。

【００４７】シール部材１８は、電子源基板１０と容器
１２との気密性を保持するためのものであり、Ｏリング
やゴム性シートなどが用いられる。

【００４８】基板ホルダー２０７には静電チャック２０
８が具備してある。この静電チャック２０８による電子
源基板１０の固定は、該静電チャック２０８の中に置か
れた電極２０９と電子源基板１０との間に電圧を印加し
て静電力により電子源基板１０を基板ホルダー２０７に
吸引するものである。なお、電子源基板１０の電位を所
定の値に保持するため、基板の裏面にはＩＴＯ膜などの
導電部材（不図示）を形成してある。

【００４９】静電チャック方式による電子源基板１０の
吸着のためには、電極２０９と電子源基板１０の距離が
短くなっている必要があり、いったん別の方法で電子源
基板１０を静電チャック２０８に押し付けることが望ま
しい。図１に示す装置では、静電チャック２０８の表面
に形成された溝２１１の内部を排気して電子源基板１０
を大気圧により静電チャックに押し付け、高圧電源２１
０により電極２０９に高電圧を印加することにより、電
子源基板１０を十分に吸着する。この後真空容器１２の
内部を排気しても電子源基板１０にかかる圧力差は静電
チャック２０８による静電力によりキャンセルされて、
電子源基板１０が変形したり、破損することが防止でき
る。

【００５０】また、基板ホルダー２０７と電子源基板１
０の間の熱伝導を大きくするために、上述のようにいっ
たん排気した溝２１１内に熱交換のための気体を導入す
ることが望ましい。かかる気体としては、Ｈｅが好まし
いが、他の気体でも効果がある。熱交換用の気体を導入
することで、溝２１１のある部分での電子源基板１０と
静電チャック２０８の間の熱伝導が可能となるのみなら
ず、溝２１１のない部分でも単に機械的接触により電子
源基板１０と静電チャック２０８が熱的に接触している
場合に比べ、熱伝導が大きくなるため、全体としての熱
伝導は大きく改善される。これにより、前述したフォー
ミングや活性化などの通電処理の際、電子源基板１０で
発生した熱が容易に静電チャック２０８を介して基板ホ
ルダー２０７に移動して、電子源基板１０の温度上昇や
局所的な熱の発生による温度分布の発生が抑えられる。

【００５１】更に、基板ホルダー２０７にヒーター２１
２や冷却ユニット２１３などの温度制御手段を設けるこ
とにより、電子源基板１０の温度をより精度良く均一に
制御できる。さらに、ヒーター２１２を、素子部と、電
子源基板の取り出し電極部とで分割し、それぞれの発熱
量に合せて制御することで、電子源基板１０の温度ばら
つきを小さくし、温度分布による熱応力を最小限にする
ことで、電子源基板１０の破損をより確実に防止でき
る。

【００５２】有機物質ガス２１には、前述した電子放出
素子の活性化処理に用いられる有機物質、または、有機
物質を窒素、ヘリウム、アルゴンなどで希釈した混合気
体が用いられる。また、前述したフォーミングの通電処
理を行う際には、素子６の導電性膜への亀裂形成を促進
するための気体、例えば、還元性を有する水素ガス等を
真空容器１２内に導入することもある。このように他の
工程で異なる気体を導入する際には、バルブ部材２５ｅ
等を用いて所望の系統を真空容器１２への導入配管２８
に接続すれば、使用することができる。

【００５３】有機ガス２１は、有機物質が常温で気体で
ある場合にはそのまま使用でき、有機物質が常温で液
体、または、固体の場合は、容器内で蒸発または昇華さ
せて用いる、或いは更にこれを希釈ガスと混合するなど
の方法で用いることができる。キャリアガス２２には、
窒素またはアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスが用い
られる。

【００５４】有機物質ガス２１と、キャリアガス２２
は、一定の割合で混合されて、真空容器１２内に導入さ
れる。両者の流量及び、混合比は、ガス流量制御装置２
４によって制御される。ガス流量制御装置２４は、マス
フローコントローラ及び電磁弁等から構成される。これ
らの混合ガスは、必要に応じて配管２８の周囲に設けら
れた図示しないヒータによって適当な温度に加熱された
後、導入口１５より、真空容器１２内に導入される。混
合ガスの加熱温度は、電子源基板１０の温度と同等にす
ることが好ましい。

【００５５】なお、配管２８の途中に、水分除去フィル
ター２３を設けて、導入ガス中の水分を除去するとより
好ましい。水分除去フィルター２３には、シリカゲル、
モレキュラーシーブ、水酸化マグネシウム等の吸湿材を
用いることができる。

【００５６】真空容器１２に導入された混合ガスは、排
気口１６を通じて、真空ポンプ２６ａにより一定の排気
速度で排気され、真空容器１２内の混合ガスの圧力は一
定に保持される。真空ポンプ２６ａは、ドライポンプ、
ダイヤフラムポンプ、スクロールポンプ等、低真空用ポ
ンプであり、本発明においてはオイルフリーポンプが好
ましく用いられる。

【００５７】気体の導入口１５と排気口１６の位置は、
本実施形態に限定されず、種々の態様を取ることができ
るが、容器１２内に有機物質を均一に供給するために
は、気体の導入口１５と排気口１６の位置は、容器６に
おいて、図１に示すように、上下に、もしくは、図示し
ないが、左右の異なる位置にあることが好ましく、か
つ、略々対称の位置にあることがより好ましい。

【００５８】電子源基板１０の取り出し電極３０は、真
空容器１２の外側にあり、ＴＡＢ配線やプローブなどを
用いて配線３１と接続し、駆動ドライバー３２に接続す
る。

【００５９】以上のようにして、真空容器１２内に有機
物質を含む混合ガスを流した状態で、駆動ドライバー３
２を用い、配線３１を通じて電子源基板１０上の各素子
６にパルス電圧を印加することにより、素子の活性化工
程を行うことができる。

【００６０】上記のような構成を有する装置を用いて電
子源基板１０上の各素子６にパルス電圧を印加し、フォ
ーミング処理及び活性化処理を行う際、素子６及び配線
７，８からの発熱がある。この双方の発熱量は同じでは
なく、更に、発熱領域も異なるため、電子源基板内に温
度のばらつきが生じ、熱応力により電子源基板が破損す
る危険性がある。このため本発明の装置においては、特
に、通電処理による上記発熱領域よりも広い領域におい
て電子源基板１０を基板ホルダー２０７によって吸着固
定するようにしている。

【００６１】上記通電処理による電子源基板１０の発熱
領域と、基板ホルダー２０７による電子源基板１０の吸
着固定領域の関係を図４を用いて説明する。

【００６２】図４において、Ｈｓは複数の素子６からの
発熱領域であり、ＤＨｓとＬＨｓに囲まれた領域であ
る。Ｈｐは素子６及び配線７，８からの発熱領域であ
り、ＤＨｐとＬＨｐに囲まれた領域である。Ｈｖは基板
ホルダー２０７によって電子源基板１０を吸着固定する
領域であり、ＤＨｖとＬＨｖに囲まれた領域である。

【００６３】本発明の装置では、上記Ｈｐの領域よりも
広い上記Ｈｖの領域において基板ホルダー２０７によっ
て電子源基板１０を吸着固定する。具体的には、図１に
示した装置では、基板ホルダー２０７が具備する静電チ
ャック２０８を、上記Ｈｐの領域よりも広い範囲に渡っ
て設けている。このように通電処理による発熱領域より
も広い領域で電子源基板を吸着固定することにより、通
電処理時に電子源基板に発生する熱応力は静電チャック
２０８による静電力によりキャンセルされて、電子源基
板１０が変形したり、破損することが防止できる。

【００６４】（第２の実施形態）本発明の第２の実施形
態に係る電子源の製造装置を図５に示す。図５は全体構
成を示す模式図であり、図１中の符号と同一符号のもの
は同一部材である。

【００６５】第１の実施形態では、静電チャック２０８
と電子源基板１０の間の熱伝導を大きくするために、静
電チャック２０８に設けた溝２１１内に熱交換のための
気体を導入しているが、本実施形態はこれに代えて、基
板ホルダー２０７と電子源基板１０との間に熱伝導部材
２１４を配置したものである。尚、その他の構成は第１
の実施形態と同様である。

【００６６】熱伝導部材２１４は、基板ホルダー２０７
上に設置され、電子源基板１０を保持して固定する機構
の障害にならないように、基板ホルダー２０７と電子源
基板１０の間で挟持されるか、あるいは、基板ホルダー
２０７に埋め込まれるように設置されていてもよい。

【００６７】熱伝導部材２１４は、電子源基板１０の反
り・うねりを吸収し、電子源基板１０への通電処理工程
における発熱を、確実に基板ホルダー２０７へ伝え、放
熱する機能を有し、例えば通電処理工程における前記複
数の素子及び前記複数の素子を接続する配線からの発熱
量に合せて温度調節し、電子源基板１０内の温度分布に
よる応力を低減することで、電子源基板のクラック、破
損の発生を防ぐことができ、歩留まりの向上に寄与でき
る。

【００６８】また、このような熱伝導部材２１４を設
け、通電処理工程における発熱を素早く、確実に放熱す
ることにより、温度分布による導入ガスの濃度分布の低
減、基板熱分布が影響する素子の不均一性の低減に寄与
でき、均一性に優れた電子源の製造が可能となる。

【００６９】熱伝導部材２１４は、弾性部材であっても
よい。弾性部材の材料としては、テフロン（登録商標）
樹脂などの合成樹脂材料、シリコンゴム等のゴム材料、
アルミナなどのセラミック材料、銅やアルミの金属材料
等を使用することができる。これらは、シート状、ある
いは、分割されたシート状で使用されていてもよい。

【００７０】また、熱伝導部材２１４を構成する弾性部
材は、電子源基板１０に対向する面に凹凸の形状が形成
されていてもよい。この凹凸形状は、円柱状、角柱状等
の柱状、線状、円錐状などの突起状、球体や、ラグビー
ボール状（楕円球状体）などの球状体（半球状体）、あ
るいは、球状体表面に突起が形成されている形状、など
が好ましい。具体的には、図６に示すような、電子源基
板のＸ方向配線、あるいは、Ｙ方向配線の位置に略々合
わせた線状の凹凸形状や、図７に示すように、各素子電
極の位置に略々合わせた柱状の凹凸形状、または、図示
しないが、半球状の凹凸形状が熱伝導部材の面に形成さ
れていることが好ましい。

【００７１】さらに、熱伝導部材２１４は、円柱状、角
柱状等の柱状、電子源基板の配線に合わせたＸ方向、あ
るいは、Ｙ方向に伸びた線状、円錐状などの突起状、球
体や、ラグビーボール状（楕円球状体）などの球状体、
あるいは、球状体表面に突起が形成されている形状の球
状体などの弾性部材自体が基板ホルダー２０７上に設置
されたものであってもよい。この例を図８及び図９に示
す。

【００７２】図８は、複数の弾性部材を使用した球状の
熱伝導部材の構成概略図である。ここでは、ゴム材料の
部材等の変形し易い微少球状物と、この微少球状物の直
径よりも直径が小さな球状物（ゴム材料の部材よりも変
形し難い球状物質）とを電子源基板１０と基板ホルダー
２０７との間に散布し、挟持することで、熱伝導部材２
１４を構成している。

【００７３】図９は、複合材料からなる熱伝導部材の構
成概略図である。セラミック部材、金属部材等の熱伝導
性硬質部材からなる球状物で中心部材を構成し、この球
状物表面をゴム部材で被覆したものを用いることで熱伝
導部材２１４を構成している。

【００７４】以上説明した本発明の電子源基板の製造装
置においては、容器１２は、電子源基板１０上の少なく
とも素子６が形成されている領域のみを覆えばよいた
め、装置の小型化が可能である。また、電子源基板１０
の取り出し電極３０が容器外にあるため、電子源基板と
電気的処理を行うための電源装置（駆動ドライバ）との
電気的接続を容易に行うことが出来る。

【００７５】また、図１及び図５に示すように、容器１
２の気体導入口１５と電子源基板１０との間に拡散板１
９を設けると、混合気体の流れが制御され、基板全面に
均一に有機物質が供給されるため、電子放出素子の均一
性が向上し好ましい。

【００７６】拡散板１９としては、図１及び図５に示し
たように、開口部３３を有する金属板などが用いられ
る。拡散板１９の開口部３３は、導入口近傍と、導入口
から遠い領域での開口部の面積を変えるか、あるいは、
開口部の数を変えて形成することが好ましい。具体的に
は、図１０（断面図）及び図１１（平面図）に示すよう
に、導入口１５から遠いほど、開口部の面積が大きい
か、あるいは、図示してはいないが、開口部の数が多
い、あるいは、開口部の面積が大きく、その数が多いよ
うに形成すると、容器１２内を流れる混合気体の流速が
略々一定となり、均一性向上の点でより好ましい。

【００７７】拡散板１９の開口部の形状は上記に限定さ
れるものではなく、例えば、開口部３３を、同心円状に
等間隔でかつ円周方向に等角度間隔で形成し、かつ、該
開口部の開口面積を下式の関係を満たすように設定する
とよい。ここでは、気体の導入口１５からの距離に比例
して開口面積が大きくなるように設定している。これに
より、電子源基板表面により均一性良く導入物質を供給
することができ、電子放出素子の活性化を均一性よく行
うことができる。Ｓ_d＝Ｓ₀×［１＋（ｄ／Ｌ）²］^1/2 但し、ｄ：気体の導入口の中心部からの延長線と拡散板との交
点からの距離Ｌ：気体の導入口の中心部から、気体の導入口の中心部
からの延長線と拡散板との交点までの距離Ｓ_d：気体の導入口の中心部からの延長線と拡散板との
交点からの距離ｄにおける開口面積Ｓ₀：気体の導入口の中心部からの延長線と拡散板との
交点における開口面積

【００７８】本発明の製造装置により製造された電子源
と画像形成部材とを組み合わせることにより、例えば図
１２に示されるような画像形成装置を構成できる。尚、
図１２は画像形成装置（表示パネル）６８を模式的に表
した斜視図であり、部分的に切り欠いて示している。

【００７９】同図において、７はＸ方向配線、８はＹ方
向配線、１０は電子源、６９は図３に示したような電子
放出素子、６２は支持枠、６６はフェイスプレート（ガ
ラス基板６３、メタルバック６４、及び蛍光体６５から
なる）、６７は高圧端子、Ｄｘ１乃至ＤｘｍおよびＤｙ
１乃至Ｄｙｎは装置外端子である。

【００８０】図１２に示す画像形成装置において、各電
子放出素子には、容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１
乃至Ｄｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を図示しない
信号発生手段によりそれぞれ印加することにより、電子
を放出させ、高圧端子６７を通じ、メタルバック６５、
あるいは、図示しない透明電極に５ｋＶ程度の高圧を印
加し、電子ビームを加速し、蛍光体膜６４に衝突させ励
起、発光させることで画像を表示する。

【００８１】

【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、本発明はかかる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。

【００８２】［実施例］本実施例は、本発明に係る製造
装置を用いて図３に示したような表面伝導型電子放出素
子を複数備える図１３に示される電子源を製造するもの
である。

【００８３】先ず、図１４に示すような単純マトリクス
配線された多数の導電性膜を有する電子源基板を以下の
ようにして作製した。図１３及び図１４において、１０
はガラス基板、２と３は素子電極、４は導電性膜、２９
は炭素膜、５は炭素膜２９の間隙、Ｇは導電性膜４の間
隙、７はＸ方向配線、８はＹ方向配線、９は絶縁層であ
る。尚、素子数及び配線数は省略して一部のみを図示し
ている。

【００８４】サイズ３５０ｍｍ×３００ｍｍ、厚さ３ｍ
ｍのガラス基板１０の裏面に、ＩＴＯ膜をスパッタ法に
より１００ｎｍ形成した。前記ＩＴＯ膜は、電子源の製
造時に静電チャックの電極として用いるもので、その抵
抗率が１０⁹Ωｃｍ以下であれば、その材質には制限さ
れず、半導体、金属等が使用できる。

【００８５】次に、上記ガラス基板１０の表面にＳｉＯ
₂層を形成し、さらにオフセット印刷法によりＰｔペー
ストを印刷し、加熱焼成して、厚み５０ｎｍの素子電極
２、３を形成した。また、スクリーン印刷法により、Ａ
ｇペーストを印刷し、加熱焼成することにより、Ｘ方向
配線７（２４０本）及びＹ方向配線８（７２０本）を形
成し、Ｘ方向配線７とＹ方向配線８の交差部には、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９を形成した。

【００８６】次に、素子電極２、３間にバブルジェット
（登録商標）方式の噴射装置を用いて、パラジウム錯体
溶液を滴下し、３５０℃で３０分間加熱して酸化パラジ
ウムの微粒子からなる導電性膜４を形成した。導電性膜
４の膜厚は、２０ｎｍであった。

【００８７】以上のようにして、一対の素子電極２、３
及び導電性膜４からなる素子の複数がＸ方向配線７及び
Ｙ方向配線８にてマトリクス配線された電子源基板１０
を作成した。

【００８８】この電子源基板１０の反り、うねりに付い
て観察したところ、基板そのものが持っていた反り、う
ねり及び上記までの加熱工程によって生じたと思われる
基板の反り、うねりによって、基板中央部に対して、
０．５ｍｍほど周辺が反った状態であった。

【００８９】次に、図１及び図２に示した製造装置を用
いて以後の工程を行った。

【００９０】前記電子源基板１０を基板ホルダー２０７
に載せた。尚、この基板ホルダー２０７が具備する静電
チャック２０８は、素子部（素子電極２、３及び導電性
膜４からなる素子の複数が配置されている領域）及び配
線部（素子部以外の配線７、８が配置されている領域）
よりも広い範囲に渡って設けている。

【００９１】次に、バルブ２５ｇを空け、溝２１１内を
１００Ｐａ以下に真空排気し、静電チャック２０８に真
空吸着した。この時、前記電子源基板１０の裏面に形成
したＩＴＯ膜は、接触ピン（不図示）により、高圧電源
２１０の負極側と同電位に接地した。更に、電極２０９
に２ｋＶの直流電圧を高圧電源２１０（負極側を接地）
より供給し、電子源基板１０を静電チャック２０８に静
電吸着させた。

【００９２】次に、バルブ２５ｇを閉じ、バルブ２５ｈ
を開け、Ｈｅガスを、溝２１１に導入し、５００Ｐａに
維持した。Ｈｅガスは、電子源基板１０と静電チャック
２０８の間の熱伝導を向上させる作用がある。尚、Ｈｅ
ガスが最も好適であるが、Ｎ ₂、Ａｒ等のガスも使うこ
とができ、所望の熱伝導が得られればそのガス種には制
限されない。

【００９３】次に、容器１２をＯ−リング１８を介して
電子源基板１０上に、上記配線端部が容器１２の外に出
るようにして載せ、容器１２内に気密な空間を作り、バ
ルブ２５ｆを開け、真空ポンプ２６ａにより同空間を圧
力が１×１０^-5Ｐａ以下になるまで、真空排気した。

【００９４】次に、水温１５℃の冷却水を冷却ユニット
２１３に流し、更に、温度制御機能を有する電源（不図
示）より、電気ヒーター２１２に電力を供給し、電子源
基板１０を５０℃の一定温度に維持した。

【００９５】次に、配線３１に接続されたプローブユニ
ット（不図示）５を、容器６の外に露出した電子源基板
１０上の配線端部に電気的に接触させ、配線３１に接続
した駆動ドライバ３２より、底辺１ｍｓｅｃ、周期１０
ｍｓｅｃ、波高値１０Ｖの三角パルスを１２０秒間印加
し、フォーミング処理工程を実施した。その結果、フォ
ーミング処理時に流れる電流によって発生する熱は、効
率よく静電チャック２０８に吸収され、さらに素子部か
らの発熱量と配線部からの発熱量の差により電子源基板
１０に発生する熱応力を最小限にするために、ヒーター
２１２を分割し、それぞれの発熱量に合せて制御するこ
とで、電子源基板１０は一定温度５０℃に保たれ、良好
なフォーミング処理を実施でき、また、熱応力による電
子源基板１０の破損も防ぐことができた。

【００９６】以上のフォーミング処理により、図３に示
す間隙Ｇが導電性膜４に形成された。

【００９７】次に、電気ヒーター２１２に流れる電流を
調整し、電子源基板１０を６０℃の一定温度に維持し
た。続いて、電離真空計（不図示）で容器１２内の圧力
を測定しながら、配管２８等を介して圧力が２×１０^-4
Ｐａのベンゾニトリルを導入した。次に、駆動ドライバ
３２より、プローブユニット（不図示）を通して、底辺
１ｍｓｅｃ、周期１０ｍｓｅｃ、波高値１５Ｖの三角パ
ルスを６０分間印加して活性化処理を行った。その結
果、フォーミング処理工程と同様に、活性化処理時に流
れる電流によって発生する熱は、効率よく静電チャック
２０８に吸収され、さらに素子部からの発熱量と配線部
からの発熱量の差により電子源基板１０に発生する熱応
力を最小限にするために、ヒーター２１２を分割し、そ
れぞれの発熱量に合せて制御することで、電子源基板１
０は一定温度６０℃に保たれ、良好な活性化処理を実施
でき、また、熱応力による電子源基板１０の破損も防ぐ
ことができた。

【００９８】以上の活性化処理により、図３に示すよう
に、間隙５を隔てて炭素膜２９が形成された。

【００９９】以上の工程を終了した電子源基板１０は、
ガラス枠及び蛍光体を配置したフェースプレートと位置
合わせを行い、低融点ガラスを用いて封着し、真空外囲
器を作製した。更に、前記外囲器内に真空排気、ベーキ
ング、封止工程等の工程を施し、図１２に示した画像形
成パネルを作製した。

【０１００】以上のようにして完成した画像形成パネル
において、各電子放出素子には、外部端子Ｄｘ１乃至Ｄ
ｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じ、走査信号及び変調信号
を図示しない信号発生手段によりそれぞれ印加すること
により、電子を放出させ、高圧端子６７を通じ、メタル
バック６５に５ｋＶの高圧を印加し、電子ビームを加速
し、蛍光体膜６４に衝突させ、励起、発光させることで
画像を表示した。

【０１０１】本実施例では、フォーミング処理、活性化
処理工程時に電子源基板を一定温度に保ったことによ
り、特性の揃った良好な表面伝導型電子放出素子を形成
でき、均一性が向上した画像性能を有する画像形成パネ
ルを作製できた。また、電子源基板の熱応力による破損
を防止でき、歩留まりを向上することができた。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子源の
製造装置によれば、大型の真空チャンバ及び高真空対応
の排気装置を用いることなく、熱応力による基板の破損
や特性分布の発生を防止して、電子放出特性の優れた電
子源を効率良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子源の製造装置の一例を模式的
に示す全体構成図である。

【図２】図１における電子源基板の周辺部分を一部を破
断して示す斜視図である。

【図３】本発明に係る電子源に好適に用いられる表面伝
導型電子放出素子の一例を示す図である。

【図４】電子源基板の発熱領域と、本発明における電子
源基板の吸着固定領域の関係を説明するための図であ
る。

【図５】本発明に係る電子源の製造装置の別の例を模式
的に示す全体構成図である。

【図６】本発明に係る電子源の製造装置において使用さ
れる熱伝導部材の形状の一例を示す斜視図である。

【図７】本発明に係る電子源の製造装置において使用さ
れる熱伝導部材の形状の別の例を示す斜視図である。

【図８】本発明に係る電子源の製造装置において使用さ
れるゴム材料の球状物質を用いた熱伝導部材の一例を示
す断面図である。

【図９】本発明に係る電子源の製造装置において使用さ
れるゴム材料の球状物質を用いた熱伝導部材の別の例を
示す断面図である。

【図１０】本発明に係る電子源の製造装置において使用
される拡散板の形状の一例を示す断面図である。

【図１１】本発明に係る電子源の製造装置において使用
される拡散板の形状を示す平面図である。

【図１２】画像形成装置の構成を一部を破断して示す斜
視図である。

【図１３】本発明に係る電子源を示す平面図である。

【図１４】本発明に係る電子源基板の平面図である。

【符号の説明】

２、３素子電極４導電性膜Ｇ導電性膜の間隙５炭素膜の間隙６素子７Ｘ方向配線８Ｙ方向配線９絶縁層１０電子源基板１２容器１５気体の導入口１６気体の排気口１８シール部材１９拡散板２１有機ガス物質２２キャリヤガス２３水分除去フィルター２４ガス流量制御装置２５ａ〜２５ｆバルブ２６ａ、２６ｂ真空ポンプ２６ａ、２７ｂ真空計２８配管３０取り出し配線３１電子源基板の取り出し配線３０と駆動ドライバ３
２とを接続する配線３２電源、電流測定装置及び電流−電圧制御系装置か
らなる駆動ドライバ３３拡散板１９の開口部６２真空枠部材６３ガラス基板６４メタルバック６５蛍光体６６フェースプレート６７高圧端子６８画像形成装置（表示パネル）６９電子放出素子２０７基板ホルダー２０８静電チャック２０９静電チャック内の電極２１０電源２１１溝２１２ヒーター２１３冷却ユニット２１４熱伝導部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電体が形成された電子源基板を支持す
る支持体と、前記電子源基板の一部の領域を覆う容器
と、前記容器内を所定の雰囲気にする手段と、前記導電
体に電圧を印加する手段とを有する電子源の製造装置に
おいて、前記支持体が、前記導電体に電圧を印加することによる
該導電体からの発熱領域よりも広い前記電子源基板の領
域を吸着固定する支持手段を有することを特徴とする電
子源の製造装置。
【請求項２】前記支持手段は、前記電子源基板を静電
吸着する手段であることを特徴とする請求項１に記載の
電子源の製造装置。
【請求項３】前記支持体は、前記発熱領域よりも広い
領域に熱伝導部材を備えていることを特徴とする請求項
１又は２に記載の電子源の製造装置。
【請求項４】前記支持体は、前記導電体からの発熱を
放熱する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃
至３のいずれかに記載の電子源の製造装置。
【請求項５】前記支持体は、前記発熱領域よりも広い
前記電子源基板の領域を加熱する手段を備えていること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子源
の製造装置。
【請求項６】前記支持体は、前記発熱領域よりも広い
前記電子源基板の領域を冷却する手段を備えていること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子源
の製造装置。
【請求項７】前記支持体は、前記発熱領域よりも広い
前記電子源基板の領域を均熱温度制御する手段を備えて
いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載
の電子源の製造装置。
【請求項８】前記容器は、該容器内に導入された気体
を拡散させる手段を備えていることを特徴とする請求項
１乃至７のいずれかに記載の電子源の製造装置。
【請求項９】前記電子源基板として、導電性膜及び該
導電性膜に接続された一対の素子電極からなる素子の複
数と、該複数の素子を接続した配線とからなる導電体が
形成されたものを用いることを特徴とする請求項１乃至
８のいずれかに記載の電子源の製造装置。