JPH1154038A

JPH1154038A - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法

Info

Publication number: JPH1154038A
Application number: JP21030697A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Arai; 由高荒井; Masato Yamanobe; 正人山野辺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】高品位な画像を形成し得る画像形成装置の電
子ビーム源として応用される、均一な電子放出特性を長
時間実現する電子放出素子の製造方法を提供する。【解決手段】基体１上の素子電極２，３間に跨がる導
電性膜４に電子放出部５を形成するフォーミング工程、
有機物質が存在する雰囲気下で素子電極２，３間に電圧
を印加する活性化工程を有する電子放出素子の製造方法
において、気密容器内に配した電子放出素子とアノード
電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させて行う
プラズマ洗浄工程を、フォーミング工程の前若しくは
後、活性化工程の後、のいずれか一以上の期間に行うこ
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、電子放出素子、該
電子放出素子を複数個配置してなる電子源、該電子源を
用いて構成した表示装置や露光装置等の画像形成装置の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子には大別して熱電子
放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られてい
る。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ
型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩ
Ｍ型」と称す。）や表面伝導型電子放出素子等が有る。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ
ａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“ＦｉｅｌｄＥｍ
ｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔ
ｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）ある
いはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ， “Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔ
ｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）
等に開示されたものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ， “ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．，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の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．
ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１
９６５）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、基体上に形成
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の典型的な構成例としては、
基体上に設けた一対の素子電極間を連絡する電子放出部
形成用導電性膜に、予めフォーミングと呼ばれる通電処
理とその後の活性化処理によって、電子放出部を形成し
たものが挙げられる。

【０００７】フォーミングとは、前記電子放出部形成用
薄膜の両端に電圧を印加通電し、電子放出部形成用薄膜
を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高
抵抗な状態にした亀裂を形成する処理である。

【０００８】活性化処理とは、有機化合物を有する真空
雰囲気下において前記電子放出部形成用薄膜の両端に電
圧を印加通電し、前記亀裂近傍に炭素被膜を形成する処
理である。尚、電子放出は、その亀裂付近から行われ
る。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で製造も容易であることから、大面積に亙って多数
素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を
活かすための種々の応用が研究されている。例えば、荷
電ビーム源、表示装置等の画像形成装置への利用が挙げ
られる。

【００１０】多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成
した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子を配列
し、個々の素子の両端を配線にて夫々結線した行を多数
行配列した電子源が挙げられる（例えば、本出願人の特
開平１−０３１３３２号公報）。

【００１１】また、特に表示装置等の画像形成装置にお
いては、近年、液晶を用いた平板型表示装置が、ＣＲＴ
に替わって普及してきたが、自発光型でないため、バッ
クライト等を持たなければならない等の問題点があり、
自発光型の表示装置の開発が望まれてきた。表面伝導型
電子放出素子を多数配置した電子源と、この電子源かよ
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、大画
面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（例えば、本出願人のアメ
リカ特許第５０６６８８３号明細書）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】さて、上記のような応
用に用いられる表面伝導型電子放出素子は、実用的な印
加電圧に対して良好な電子放出特性を有し、長時間にわ
たってその特性を保持し続けることが必要である。ま
た、これら表面伝導型電子放出素子を複数個用いて画像
形成装置の電子源として使用する場合には、各素子が一
様な電子放出特性を有し、かつその特性を一様に保持し
続けることが必要である。

【００１３】しかしながら、本発明者等による観察によ
れば、表面伝導型電子放出素子を多数配置した電子源、
および電子源より放出された電子によって可視光を発光
せしめることで作製される画像形成装置では、蛍光体を
発光せしめるのに十分な放出電子数を長時間確保できな
い場合があり、更なる改良が必要であることがわかっ
た。すなわち、表面伝導型電子放出素子に電圧を印加し
て駆動し、蛍光体を発光せしめる放出電流の初期値が半
分になるまでの時間を半減時間と定義すると、従来の素
子では図１７に示すように半減時間が数十時間と短い場
合がある。

【００１４】本発明者等は、かかる原因を追求すべく鋭
意研究を重ねた結果、表面伝導型電子放出素子に電圧を
印加して駆動し、電子放出を行うと、素子を設置した容
器内にＨ₂ ０，０₂ ，ＣＨ₄ ，ＣＯ（またはＮ₂ ）など
のガス分子が増加することが認められている。そこで、
本発明者等は、素子を駆動することにより系内の雰囲気
が汚染され、電子放出に悪影響を及ぼすために放出電子
数が経時的に減少するもの、と考えている。具体的に
は、表面伝導型電子放出素子に印加する電圧のために素
子近傍の温度が上昇し、導電性膜、素子電極および両者
を形成する基体上に予め吸着されていた分子が脱離する
こと、および、表面伝導型電子放出素子から放出された
電子が蛍光体等に衝突する際に、蛍光体等に予め吸着さ
れていた分子が脱離すること、により素子を有する系内
に発生した分子ないしイオンが、表面伝導型電子放出素
子の電子放出に寄与する部分を破壊もしくは変質せしめ
て、電子放出特性の著しい劣化を促すと考えている。

【００１５】このような電子放出特性の劣化を防ぐため
には、導電性膜、素子電極、および両者を形成する基
体、または、放出電子が照射される蛍光体等、に吸着さ
れたＨ₂ ０、０₂ 、炭化水素等の分子を予め取り除く必
要がある。これら汚染物質を除去する手段として、真空
中で表面伝導型電子放出素子等を加熱する方法（ベーキ
ング）が用いられる。しかしながら、これら汚染物質で
あるＨ₂ ０，０₂ ，炭化水素などの分子を熱エネルギー
のみによって短時間で脱離せしめるためには、かなりの
高温が必要であり、そのような温度では素子自身が変質
する恐れがある。

【００１６】本発明は上記問題を鑑み、電子放出特性を
長時間維持し得る表面伝導型電子放出素子の製造方法、
さらにそれを用いた電子源および画像形成装置を提供す
るものである。

【００１７】

【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成されたものであ
り、以下の構成を有する。

【００１８】すなわち、本発明の第１は、基体上に形成
された一対の素子電極と、該素子電極に接続された、電
子放出部を含む導電性膜とを有する電子放出素子の製造
方法であって、（ａ）基体上に上記素子電極と導電性膜を形成する工程（ｂ）上記導電性膜に電子放出部を形成するフォーミン
グ工程（ｃ）有機物質が存在する雰囲気下で、上記一対の素子
電極間に電圧を印加する活性化工程を少なくとも有する電子放出素子の製造方法において、
アノード電極の設置された気密容器内に上記電子放出素
子を設置し、該気密容器内にガスを導入し、該電子放出
素子とアノード電極間に電圧を印加してプラズマを発生
させた後、気密容器内を排気する、プラズマ洗浄工程
を、上記工程（ｂ）の前、工程（ｂ）と工程（ｃ）の
間、工程（ｃ）の後、のいずれか一以上の期間に行うこ
とを特徴とする、電子放出素子の製造方法に関する。

【００１９】上記本発明第１の電子放出素子の製造方法
は、さらにその特徴として、「前記プラズマ洗浄工程に
おいて気密容器内に導入されるガスは、Ｈｅ，Ｎｅ，Ｈ
₂ より選ばれた１種以上のガスである」こと、「前記プ
ラズマ洗浄工程が、前記工程（ｃ）の後に電子放出素子
あるいは電子放出素子と気密容器及びその内部に設置さ
れた部材を加熱しながら行う」こと、「前記プラズマ洗
浄工程が、前記工程（ｃ）の前後にそれぞれ行われる」
こと、「前記プラズマ洗浄工程において電子放出素子と
アノード電極間に印加される電圧が、１００Ｖ〜１０ｋ
Ｖの直流電圧である」こと、「前記プラズマ洗浄工程に
おいて電子放出素子とアノード電極間に印加される電圧
が、周波数１０ＭＨｚ〜３ＧＨｚである」こと、をも含
むものである。

【００２０】また、本発明の第２は、基体上に、一対の
素子電極と、該素子電極に接続された、電子放出部を含
む導電性膜とを有する電子放出素子を複数配置し、該複
数の電子放出素子に接続された配線を有してなる電子源
の製造方法において、上記本発明第１の電子放出素子の
製造方法を適用することを特徴とする、電子源の製造方
法に関する。

【００２１】さらに、本発明の第３は、基体上に、一対
の素子電極と、該素子電極に接続された、電子放出部を
含む導電性膜とを有する電子放出素子を複数配置し、該
複数の電子放出素子に接続された配線を有してなる電子
源と、該電子源から放出された電子ビームの照射により
発光して画像を形成する画像形成部材とを、気密容器内
に有してなる画像形成装置の製造方法において、上記本
発明第１の電子放出素子の製造方法を適用することを特
徴とする、画像形成装置の製造方法に関する。

【００２２】本発明は、表面伝導型電子放出素子の製造
過程において吸着分子の十分な脱離を行うために、上記
気密容器内に導入したガスに電圧を印加してプラズマを
発生させ、荷電粒子のボンバードによる吸着分子の脱離
を利用している。吸着分子の脱離にプラズマを利用する
ことは、ベーキングによる熱エネルギーに比べて大きな
エネルギーが得られることから、短時間で効果的な吸着
分子の脱離が可能となる。

【００２３】また、表面伝導型電子放出素子の製造過程
においては、後述するように、有機物質が存在する気密
容器内の雰囲気下で通電する活性化工程がある。この活
性化工程における雰囲気中に不純物（特にＨ₂ Ｏ）が存
在すると、その後の素子の安定性に悪影響を及ぼすこと
があるため、活性化工程前にプラズマ洗浄工程を組み込
みむことにより、上記Ｈ₂ Ｏ等の不純物を除去してから
上記有機物質ガスを導入でき、安定性の向上に効果があ
る。また、活性化工程後にプラズマ洗浄工程を組み込む
ことは、活性化工程で用いた有機物質や、上記Ｈ₂ Ｏ等
の不純物を除去することができ、安定性の向上に効果が
ある。

【００２４】また、発生したプラズマが広範囲に広がる
ことから、電子放出に寄与する部分のみならずそれ以外
の基体表面、あるいは放出された電子が直接照射される
部分のみならずそれ以外の蛍光体面も、万遍なく吸着分
子の脱離が行われる。また、本発明によるプラズマ洗浄
工程では、電子源基板、さらには外枠などの画像形成部
材、をも万遍なく吸着分子の脱離が促進される。

【００２５】さらに、プラズマを発生させることで、素
子の作成過程で生じた基体上の微少なバリなどの突起も
除去することができ、工程中このような突起に高電界が
集中して生じると考えられている放電現象による電子放
出素子の変質、破壊の防止効果もある。

【００２６】なお、このプラズマ洗浄工程は、表面伝導
型電子放出素子を製造する、後述する各工程の前後で毎
回行なうことが望ましいが、工程時間を短縮する点も考
慮して、これに限定することはない。しかし、上記気密
容器内の汚染物質は、素子の駆動時に十分に取り除かれ
ていることが必要で、活性化処理後のベーキング処理に
並行してプラズマ洗浄工程を行うことが好ましい。ベー
キング処理中に並行して行なえない場合には、活性化処
理後にプラズマ洗浄工程を行うことが好ましい。

【００２７】

【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。

【００２８】本発明の製造方法を適用し得る電子放出素
子の基本的構成には大別して、平面型と垂直型の２つが
ある。まず、平面型の電子放出素子について説明する。

【００２９】図１は、本発明の平面型の電子放出素子の
一構成例を示す模式図であり、図１（ａ）は平面図、図
１（ｂ）は縦断面図である。図１において、１は基板、
２と３は電極（素子電極）、４は導電性膜、５は電子放
出部である。

【００３０】基板１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、スパッタ
法等により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。

【００３１】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、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され
る。

【００３２】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、数百ｎｍから数百
μｍの範囲であり、より好ましくは、数μｍから数十μ
ｍの範囲とすることができる。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μ
ｍの範囲とすることができる。素子電極２，３の膜厚ｄ
は、数十ｎｍから数μｍの範囲とすることができる。

【００３３】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。

【００３４】導電性膜４を構成する主な材料は、Ｐｄ，
Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸化物、
ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，ＹＢ₄ ，Ｇ
ｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，
ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の
窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中から適
宜選択されるが、後述する製造方法を適用できる材料で
あれば、これらに限るものではない。

【００３５】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が、通常は、数
Å〜数千Åの範囲とするのが好ましく、より好ましくは
１０Å〜５００Åの範囲とするのが良い。その抵抗値
は、Ｒｓが１０² Ω／□〜１０⁷ Ω／□の値であるのが
好ましい。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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】例えば、「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、「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２〜３ｎ
ｍ程度までを意味することにする。両者を一括して単に
微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではな
く、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が
２個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼
ぶ。」（１９５ページ２２〜２６行目）と記述されて
いる。

【００４０】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。

【００４１】「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）。

【００４２】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、粒径の下限は数Å〜１０Å程度、上限は数μｍ
程度のものを指すこととする。

【００４３】電子放出部５には、導電性膜４の一部に形
成された高抵抗の亀裂が含まれており、電子放出は、こ
の亀裂付近からおこなわれる。この亀裂を含む電子放出
部及び亀裂自体は、導電性膜４の膜厚、膜質、材料及び
後述するフォーミング条件等の製法に依存して形成され
る。したがって、電子放出部５の位置及び形状は、図１
に示されるように特定されるものではない。

【００４４】電子放出部５の亀裂内には、数Å〜数百Å
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を含有するものとなる。ま
た、後述の活性化処理の結果、電子放出部５及びその近
傍の導電性膜４には、炭素及び／または炭素化合物を有
する。

【００４５】次に、垂直型の電子放出素子について説明
する。

【００４６】図２は、本発明の垂直型の電子放出素子の
一構成例を示す模式図であり、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。
２１は段差形成部である。基板１、素子電極２，３、導
電性膜４及び電子放出部５は、前述した平面型の電子放
出素子の場合と同様の材料で構成することができる。段
差形成部２１は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で
形成されたＳｉＯ₂ 等の絶縁性材料で構成することがで
きる。

【００４７】段差形成部２１の膜厚は、先に述べた平面
型の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。

【００４８】導電性膜４は、素子電極２，３と段差形成
部２１作成後に、素子電極２，３の上に積層される。電
子放出部５は、図２においては段差形成部２１に形成さ
れているが、形状、位置ともにこれに限られるものでは
ない。

【００４９】次に、本発明の電子放出素子の製造方法の
一例を図３に基づいて説明する。図３は、平面型の電子
放出素子の製造工程を示しており、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。

【００５０】１）素子電極の形成基板１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１
上に素子電極２，３を形成する（図３（ａ））。

【００５１】２）導電性膜の形成素子電極２，３を設けた基板１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。この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、導電性膜４を形成する（図３（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。

【００５２】３）フォーミング処理続いて、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。
所定の真空雰囲気下で素子電極２，３間に通電すると、
導電性膜４の部位に、構造の変化した電子放出部５が形
成される（図３（ｃ））。通電フォーミングによれば、
導電性膜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（一般に、亀裂形態である場合が多い）が形
成される。該部位が電子放出部５を構成する。

【００５３】本フォーミング工程及びこれ以降の工程
は、例えば、図５に示すような真空処理装置を用いて行
うことができる。尚、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５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。

【００５４】図５において、５５は真空容器（気密容
器）である。前記工程によって素子電極２，３及び導電
性膜４を形成した基板１は、放出電子を捕捉するアノー
ド電極５４と対向するように真空容器５５内に配置され
る。また、５１は電子放出素子の素子電極２，３間に素
子電圧Ｖ_f を印加するための電源、５０は素子電極２，
３間を流れる素子電流Ｉ_f を測定するための電流計、５
３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、５６は排気ポンプ、５７は後述
するプラズマ洗浄工程において真空容器５５内に導入さ
れるガスを保持する容器、５８はかかるガスを適切な圧
力で導入する為に設けられたニードルバルブである。

【００５５】また、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
リーポンプ等からなる通常の高真空装置系と、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。また、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。

【００５６】上記真空処理装置においては、排気ポンプ
５６により真空容器５５内を所定の真空度まで排気した
後、電源５１により素子電極２，３間に通電することで
フォーミング処理を行うことができる。

【００５７】通電フォーミングの電圧波形の例を図５に
示す。

【００５８】通電フォーミングの電圧波形は、特にパル
ス波形が好ましい。これにはパルス波高値を定電圧とし
たパルスを連続的に印加する図５（ａ）に示した手法
と、パルス波高値を増加させながらパルスを印加する図
５（ｂ）に示した手法がある。

【００５９】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて説明する。図５（ａ）におけるＴ₁ 及びＴ₂ は電
圧波形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ₁ は１μ
ｓｅｃ．〜１０ｍｓｅｃ．、Ｔ₂ は１０μｓｅｃ．〜１
００ｍｓｅｃ．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、電子放出素子
の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、図５（ｃ）
に示すような矩形波等の所望の波形を採用することがで
きる。

【００６０】次に、パルス波高値を増加させながら電圧
パルスを印加する場合について説明する。図５（ｂ）に
おけるＴ₁ 及びＴ₂ は、図５（ａ）に示したのと同様と
することができる。三角波の波高値（通電フォーミング
時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度づ
つ、増加させることができる。

【００６１】通電フォーミング処理の終了は、パルスの
休止期間中に低い電圧を印加し、電流を測定して抵抗値
を検知し、決定することができる。例えば０．１Ｖ程度
の電圧印加により流れる素子電流Ｉ_f を電流計５０で測
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。

【００６２】４）活性化処理フォーミングを終えた素子に活性化工程と呼ばれる処理
を施す。この工程により、素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e
を、著しく変化させることができる。

【００６３】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、素子
電極２，３間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５５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。

【００６４】このときの好ましい有機物質のガス圧は、
前述の素子の形態、真空容器５５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。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Ｉ_f ，放出電流
Ｉ_eが、著しく変化するようになる。

【００６５】炭素あるいは炭素化合物とは、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、Ｐ
Ｇは結晶粒が２００Å程度で結晶構造がやや乱れたも
の、ＧＣは結晶粒が２０Å程度になり結晶構造の乱れが
さらに大きくなったものを指す。）、非晶質カーボン
（アモルファスカーボン及び、アモルファスカーボンと
前記グラファイトの微結晶の混合物を指す。）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。

【００６６】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。

【００６７】５）プラズマ洗浄工程活性化処理を終えた素子をプラズマ洗浄する。まず、真
空容器５５を排気ポンプ５６を用いて十分に排気した
後、プラズマを発生させる気体を容器５７からバルブ５
８を経由して導入する。導入する圧力は気体の種類によ
って異なるが、例えばＨｅの場合、数十〜数百ｍＴｏｒ
ｒである。次いで、素子電極２，３を等電位にし、両者
とアノード電極５４との間に電源５９を用いて電圧を印
加する。なお、直流電源の場合には数十Ｖ〜十数ｋＶ、
好ましくは１００Ｖ〜１０ｋＶの電圧を印加し、また、
高周波電源の場合には電圧が数百Ｖで周波数が数ＭＨｚ
〜数ＧＨｚ、好ましくは１０ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲に
ある高周波電圧を印加する。電源５９としては、特に高
周波及びマイクロ波加熱用電源として広範に使用されて
いる１３．５６ＭＨｚ及び２．４５ＧＨｚの電源が好ま
しく用いられる。

【００６８】このようにして素子電極２，３とアノード
電極５４との間にプラズマを発生させることにより、表
面を洗浄することができる。以下、この点について説明
する。

【００６９】電子放出素子の導電性膜４は、通常、大気
中で作成されるか、または薄膜作成後に大気中に曝露さ
れるため、大気中に存在する様々な分子が表面に吸着し
ている。特に、微粒子で構成された導電性膜４の表面に
は分子が吸着されやすいと考えられるが、導電性膜４以
外の部位、例えば素子電極２，３や基板１にも導電性膜
４形成時に様々な分子が表面吸着している。これらの表
面吸着分子は、素子表面に数層から数十層の分子層から
なる表面層を形成しているが、これらの表面層は、電子
放出の過程において、電子放出部位の仕事関数を著しく
不均一とするため、安定な電子放出を保証できない原因
となる。

【００７０】したがって、素子の駆動は真空中で行い、
吸着した表面層はベーキング等により事前に脱離される
のが従来の一般的な手法である。このベーキング処理の
温度と時間は、表面層を形成する分子と基板表面との吸
着エネルギーの大小により決定されるが、一度脱離され
た分子の再吸着を防ぐ点からも、できるだけ高温で、か
つ長時間にわたり処理されることが望ましい。しかしな
がら、素子を含む基板を高温状態に長時間保つことは、
導電性膜４や基板１、素子電極２，３自身にも変質をき
たすことにつながるので、ベーキング温度、時間とも十
分な値を適用できないこともありえる。

【００７１】これに対し、本発明では、素子を有する気
密容器内に気体を少量導入し、電圧を印加してプラズマ
を発生させることで、プラズマに含まれる荷電粒子の表
面層へのポンバードにより、表面層を短時問のうちに効
果的に脱離することができる。

【００７２】ここで、プラズマについて簡単に説明す
る。プラズマとは一種の電離気体であり、電子（あるい
は負イオン）と正イオンが同密度で存在していて、全体
として電気的に中性を保っている。本発明ではプラズマ
を生成する気体の電離に放電電離を用いているが、放電
電離とは気体中に強い電界を印加し、絶縁破壊を生じさ
せてプラズマを得るもので、気体の電離は電界中で加速
された電子との衝突によるものが大部分である。こうし
たプラズマ中では、電子やイオンがそれぞれ運動エネル
ギーを持って絶え間なく衝突を繰り返し、イオンとの再
結合により消滅する。したがって、プラズマ中の電子密
度（あるいはイオン密度）は、単位時間に電離によって
生ずる電子（あるいはイオン）の数と、再結合によって
消滅する電子（あるいはイオン）の数の差し引きによっ
て決まる。

【００７３】本発明は、上記のように、電離によって生
じた電子（あるいはイオン）と、表面に吸着した分子の
衝突により、素子及び気密容器内壁に残留した表面層を
取り除くものであり、イオンの持つ運動エネルギーが大
きいほど、衝突時のエネルギーが大きくなり、速やかに
洗浄できる。しかし、運動エネルギーが大き過ぎたり、
反応性が高くて、基板その他に変質をきたすことは好ま
しくなく、また、電極を構成する材料を対向側にスパッ
タリングしてしまうことも好ましくない。

【００７４】そこで、プラズマとして用いる気体として
は、導電性膜４や素子電極２，３自身に変質をきたさな
いために不活性な単原子分子が好ましく、中でも質量が
小さく、したがって運動エネルギーの小さいＨｅ，Ｎｅ
などが好ましい。より分子量が大きなＡｒ，Ｘｅなどを
用いることは、導電性膜４や素子電極２，３に変質をき
たす恐れがあるため好ましくない。また、Ｈ₂ は、還元
性が高いが、素子を構成する材質によっては特に悪影響
がない場合があり、分子量も小さいので好ましく用いら
れる場合もある。

【００７５】以上の説明では、活性化工程を行った後に
プラズマ洗浄工程を行う場合を示したが、前述したよう
に、プラズマ洗浄工程はその他の各製造工程の前後に適
宜行うことが出来る。具体的には、導電性膜形成工程と
フォーミング工程の間に行うことが出来る。上記気密容
器内に活性化物質を導入する前であっても、前述したよ
うにＨ₂ Ｏ等の排気しにくい分子が電子放出素子や、気
密容器の内壁などに吸着しており、プラズマ洗浄処理に
よりこれらを予め除去しておけば、活性化工程の後に気
密容器内を比較的容易に排気することが出来る。

【００７６】なお、活性化工程後にプラズマ洗浄工程を
行った場合には、以下の安定化工程を行うことは必ずし
も必要ではないが、フォーミング工程の前、あるいは活
性化工程の前にプラズマ洗浄工程を行い、活性化工程の
後にはプラズマ洗浄工程を行わない場合、以下の安定化
工程を行うことが好ましい。

【００７７】６）安定化工程安定化工程は、電子放出素子やそれを収めた気密容器
（真空容器）を加熱しながら排気することにより、上記
活性化工程で導入した有機物質やその他の吸着物質を取
り除く工程である。気密容器内を排気する真空排気装置
は、それ自体から発生するオイル成分が素子の特性に影
響を与えないように、オイルフリーの装置を用いること
が好ましい。具体的にはソープションポンプとイオンポ
ンプなどからなる真空排気装置を挙げることが出来る。

【００７８】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には、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、上記炭素及び／または炭素化合物が
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１５
０℃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。なお、本発明においては、予
めプラズマ洗浄を行っているため、従来の安定化処理よ
りも短時間の処理でも、ある程度の効果が得られる。真
空容器内の圧力は極力低くすることが必要で、１．３×
１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらには１．３×１０^-6Ｐ
ａ以下が特に好ましい。

【００７９】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、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特
性を維持することが出来る。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、結果として素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e
が、安定する。

【００８０】上述した本発明の製造方法により得られる
電子放出素子の基本特性は、図４に示した真空処理装置
を用いて測定することができる。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〜８ｍｍ
の範囲として測定を行うことができる。

【００８１】図６は、上記真空処理装置を用いて測定さ
れた上記電子放出素子の放出電流Ｉ_e 及び素子電流Ｉ_f
と、素子電圧Ｖ_f との関係を模式的に示した図である。
図６においては、放出電流Ｉ_e が素子電流Ｉ_f に比べて
著しく小さいので、任意単位で示している。尚、縦・横
軸ともリニアスケールである。

【００８２】図６からも明らかなように、本発明による
電子放出素子は、放出電流Ｉ_e に関して次の３つの特徴
的性質を有する。

【００８３】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図６中のＶ_th）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、一方閾値電圧Ｖ_th以下で
は放出電流Ｉ_e が殆ど検出されない。つまり、放出電流
Ｉ_e に対する明確な閾値電圧Ｖ_thを持った非線形素子で
ある。

【００８４】第２に、放出電流Ｉ_e が素子電圧Ｖ_f に単
調増加依存するため、放出電流Ｉ_eは素子電圧Ｖ_f で制
御できる。

【００８５】第３に、アノード電極５４（図４参照）に
捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖ_f 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Ｖ_f を印加する時間により制御できる。

【００８６】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用可能な電子放出素子は、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。

【００８７】図６においては、素子電流Ｉ_f が素子電圧
Ｖ_f に対して単調増加する（ＭＩ特性）例を示したが、
素子電流Ｉ_f が素子電圧Ｖ_f に対して電圧制御型負性抵
抗特性（ＶＣＮＲ特性）を示す場合もある（不図示）。
これらの特性は、前述の工程を制御することで制御でき
る。

【００８８】次に、本発明を適用可能な電子放出素子の
応用例について述べる。前述の本発明を適用可能な表面
伝導型電子放出素子を複数個、基板上に配列し、電子源
あるいは画像形成装置が構成できる。

【００８９】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。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梯子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。

【００９０】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、前述した通り３つの特性がある。即ち、
電子放出素子からの放出電子は、閾値電圧以上では、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、閾値電圧以下では、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、任意の電子放出素子を選
択して電子放出量を制御できる。

【００９１】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の構成
について、図７を用いて説明する。

【００９２】図７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は電子放出
素子、７５は結線である。

【００９３】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄ_x1，Ｄ_x2，…
…，Ｄ_xm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、Ｄ_y1，Ｄ_y2，……，Ｄ_ynのｎ本の配線よりな
り、Ｘ方向配線７２と同様に形成される。これらｍ本の
Ｘ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３との間には、不
図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分
離している（ｍ，ｎは、共に正の整数）。

【００９４】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。この層間絶縁層は、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。

【００９５】電子放出素子７４を構成する一対の素子電
極（不図示）は、それぞれｍ本のＸ方向配線７２とｎ本
のＹ方向配線７３に、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。

【００９６】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、また夫々異なってもよく、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。

【００９７】また、電子放出素子は、絶縁性基板７１上
に直接形成しても、不図示の層間絶縁層上に形成しても
よい。

【００９８】また、詳しくは後述するが、Ｘ方向配線７
２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子７４の行を入力
信号に応じて走査するための走査信号を印加するための
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方向に配列した電子放出素子７４の各
列を入力信号に応じて変調するための不図示の変調信号
発生手段が接続される。各電子放出素子に印加される駆
動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号の
差電圧として供給される。

【００９９】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。

【０１００】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８と図９及び
図１０を用いて説明する。図８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９は、図８の表示
パネルに使用される蛍光膜の模式図である。図１０は、
図８の表示パネルに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。

【０１０１】図８において、７１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリ
アプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４
とメタルバック８５等が形成されたフェースプレート、
８２は支持枠である。リアプレート８１、支持枠８２及
びフェースプレート８６の接続面にフリットガラス等を
塗布し、例えば大気中あるいは窒素中で、４００〜５０
０℃で１０分間以上焼成することで、封着して、外囲器
８８を構成する。

【０１０２】７４は、図１に示したような電子放出素子
である。７２，７３は、電子放出素子７４の一対の素子
電極（不図示）と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線
である。

【０１０３】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は不要であり、基板７
１に直接支持枠８２を封着し、フェースプレート８６、
支持枠８２及び基板７１で外囲器８８を構成してもよ
い。一方、フェースプレート８６は、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外囲器８
８を構成することもできる。

【０１０４】図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構成する
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（図９（ａ））あるいはブ
ラックマトリクス（図９（ｂ））等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。黒色導電材９１
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。

【０１０５】ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法や印刷法等
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側へ鏡面反射す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。

【０１０６】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。

【０１０７】前述の封着を行う際、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。

【０１０８】図８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。

【０１０９】外囲器８８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、１．３×１０^-5Ｐａ程度の真空
度の有機物質の十分少ない雰囲気にする。そして、さら
に表面洗浄を行って電子放出時の脱ガスを防ぐために、
適当な分圧のＨｅガスを導入し、フェースプレート８６
と全体を等電位にしたリアプレート８１との間に直流電
圧、もしくは高周波電圧を印加してプラズマを発生させ
る。表面に残留した吸着物質の除去を行うためには、数
十分から数時間のプラズマ処理を施すことが望まれる。
十分にプラズマ処理をした後、電圧印加を終了し、導入
したガスを前記の排気装置を用いて排気した後、外囲器
８８には封止が為される。

【０１１０】また、外囲器８８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内の所定の位置に配置されたゲッター（不図示）
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、
例えば１．３×１０^-3Ｐａ〜１．３×１０^-5Ｐａの真空
度を維持するものである。ここで、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。

【０１１１】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、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１０を用いて説明する。図１０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、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、Ｖ_x 及びＶ_a は直流電圧源である。

【０１１２】表示パネル１０１は、端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ
_oxm 、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 及び高圧端子８７を介して
外部の電気回路と接続している。端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm
には、表示パネル１０１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１行（ｎ素子）づつ順次駆動する為の走査信号
が印加される。端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn には、前記走査信
号により選択された１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８７には、直流電圧源Ｖ_a より、例えば１０ｋＶ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。

【０１１３】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（図中、Ｓ₁ 乃至Ｓ
_m で模式的に示している）を備えたものである。各スイ
ッチング素子は、直流電圧電源Ｖ_x 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Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm と電気的に接
続される。各スイッチング素子Ｓ₁ 乃至Ｓ_m は、制御回
路１０３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。

【０１１４】直流電圧源Ｖ_x は、本例の場合には電子放
出素子の特性（電子放出閾値電圧）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閾値電圧
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。

【０１１５】制御回路１０３は、外部より入力される画
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，Ｔ_sft 及びＴ_mry の各制
御信号を発生する。

【０１１６】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ための回路で、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。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０４に
入力される。

【０１１７】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言い換えてもよい。）。シ
リアル／パラレル変換された画像１ライン分のデータ
（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、Ｉ_d1
乃至Ｉ_dnのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１
０４より出力される。

【０１１８】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Ｉ_d1乃至Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶された内容
は、Ｉ_d'1 乃至Ｉ_d'n として出力され、変調信号発生器
１０７に入力される。

【０１１９】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
_d'1 乃至Ｉ_d'n 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Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて表示パネル１０１内
の電子放出素子に印加される。

【０１２０】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Ｉ_e に関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閾値電圧Ｖ_thがあ
り、Ｖ_th以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生じ
る。電子放出閾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
子放出閾値電圧以下の電圧を印加しても電子放出は生じ
ないが、電子放出閾値電圧以上の電圧を印加する場合に
は電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖ
_m を変化させることにより、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Ｐ_w 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
を制御することが可能である。

【０１２１】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、電圧変調方式とパルス幅変調方
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としては、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電圧パル
スの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を用
いることができる。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。

【０１２２】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でもアナログ信号式のもの
でも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。

【０１２３】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等
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。

【０１２４】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、例えばオペアンプ等を
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路等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。

【０１２５】このような構成をとり得る本発明の画像形
成装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄ
_ox1 乃至Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を介して電圧を印加
することにより、電子放出が生じる。高圧端子８７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。

【０１２６】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方式等の他、
これら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。

【０１２７】次に、前述の梯子型配置の電子源及び画像
形成装置について、図１１及び図１２を用いて説明す
る。

【０１２８】図１１は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１１において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２は、電子放出
素子１１１を接続するための共通配線Ｄ_x1〜Ｄ_x10 であ
り、これらは外部端子として引き出されている。電子放
出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数
個配置されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
が複数個配置されて、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、電子放出閾値以上の電圧を印加
し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電子放
出閾値以下の電圧を印加する。各素子行間に位置する共
通配線Ｄ_x2〜Ｄ_x9は、例えばＤ_x2とＤ_x3、Ｄ_x4とＤ_x5、
Ｄ_x6とＤ_x7、Ｄ_x8とＤ_x9とを夫々一体の同一配線とする
こともできる。

【０１２９】図１２は、梯子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
めの開口、Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm は容器外端子、Ｇ₁ 乃至Ｇ
_n はグリッド電極１２０と接続された容器外端子であ
る。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１２においては、図８、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と同一
の符号を付している。ここに示した画像形成装置と、図
８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。

【０１３０】図１２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、電子放出素子１１１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、
梯子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
ド電極の形状や配置位置は、図１２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、グリッド電極を電子
放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１３１】容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm 及びグリッド
容器外端子Ｇ₁ 乃至Ｇ_n は、不図示の制御回路と電気的
に接続されている。

【０１３２】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）して行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。

【０１３３】以上説明した本発明を適用可能な画像形成
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。

【０１３４】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説
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。

【０１３５】［実施例１］本実施例に係わる電子放出素
子の基本的な構成は、図１と同様である。図１におい
て、１は基板、２と３は素子電極、４は導電性膜、５は
電子放出部である。

【０１３６】本実施例に係る電子放出素子の製造法は、
基本的には図３と同様であり、以下、図１及び図３を用
いて、本実施例における素子の製造法を順を追って説明
する。

【０１３７】工程−ａ清浄化した青板ガラス上に、厚さ０．５μｍのシリコン
酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、電極パター
ンに対応する開口部を有するホトレジスト（ＲＤ−２０
００Ｎ−４１／日立化成社製）のマスクパターンを形成
し、真空蒸着法により、厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ１００
０ÅのＮｉを順次堆積した。次に、ホトレジストを有機
溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ膜をリフトオフして、素子電
極２，３を形成した（図３（ａ））。素子電極の間隔Ｌ
は３μｍ、素子電極幅Ｗは３００μｍである。

【０１３８】工程−ｂ上記素子に厚さ１０００ÅのＣｒ膜を真空蒸着法により
形成し、フォトリソグラフィー技術により、導電性膜の
パターンに対応する開口部を設け、導電性膜形成のため
のＣｒマスクを形成した。その上にＰｄアミン錯体溶液
（ｃｃｐ４２３０／奥野製薬（株）製）をスピンナーを
用いて塗布し、３００℃で１２分間の加熱焼成処理を行
い、ＰｄＯを主成分とする導電性膜を形成した。この導
電性膜の厚さは、１００Åであった。続いて、Ｃｒマス
クをウエットエッチングで除去し、ＰｄＯ微粒子膜をリ
フトオフすることにより所望のパターンを有する導電性
膜６を形成した（図３（ｂ））。該導電性膜４の抵抗値
は、Ｒ_s ＝２×１０⁴ Ω／□であった。

【０１３９】以上の工程により、基板１上に素子電極
２，３及び導電性膜４を形成した。

【０１４０】工程−ｃ次に、上記基板１を図５の真空処理装置の真空容器５５
内の試料ホルダー（不図示）に設置し、排気ポンプ５６
にて排気し、真空容器５５内を約２．６×１０^-3Ｐａの
真空度とした。この後、素子に素子電圧Ｖ_f を印加する
ための電源５１より、素子の素子電極２，３間に電圧を
印加し、通電フォーミングを行ない、電子放出部５を形
成した（図３（ｃ））。

【０１４１】本実施例ではパルス幅Ｔ₁ を１ｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔Ｔ₂ を１０ｍｓｅｃ．とし、矩形波の
波高値（フォーミング時のピーク電圧）は０．１Ｖステ
ップで昇圧し、フォーミング処理を行なった。また、フ
ォーミング処理中は、フォーミングパルスの休止時間内
に０．１Ｖの抵抗測定用パルスを挿入し、抵抗値が約１
ＭΩ以上になった時に、素子ヘの電圧の印加を終了し
た。このときのフォーミング電力は、約７０ｍＷであっ
た。

【０１４２】工程−ｄこの後、素子を真空中に保持したまま、１５０℃でアニ
ーリングし、導電性膜４を還元した。続いて、ｎ−ヘキ
サンをスローリークバルブを通して真空容器５５内に導
入し、１．３×１０^-3Ｐａを維持した。次に、フォーミ
ング処理した素子に矩形波の波高値１４Ｖのパルス電圧
を印加し、活性化処理をした。この条件では効率η（Ｉ
_e ／Ｉ_f ×１００％）が、約３０分で最大となることを
予備的検討により把握していたので、３０分後に通電を
停止し、スローリークバルブを閉め、活性化処理を終了
した。

【０１４３】工程−ｅ続いて、真空容器５５内にニードルバルブを介して約
６．５×１０³ ＰａのＨｅを導入し、等電位にした素子
電極２，３とアノード電極５４との間に１３．５６ＭＨ
ｚ，５００Ｗの高周波電圧を印加してプラズマを発生さ
せ、そのまま３０分間電圧印加を継続した。３０分経過
後、高周波電圧の印加を停止し、ついで導入したＨｅガ
スを排気した。

【０１４４】工程−ｆ続いて、電子放出特性を評価した。なお、アノード電極
５４と電子放出素子間の距離Ｈを４ｍｍ、アノード電極
５４の電位を１０００Ｖ、電子放出特性測定時の真空容
器５５内の真空度を１．３×１０^-6Ｐａとし、素子電極
２及び３の間に素子電圧を１４Ｖ印加した。

【０１４５】［比較例１］実施例１の工程−ｅにおい
て、プラズマを発生させず２００℃３０分間のベーキン
グを行った以外は、実施例１と同様に電子放出素子を作
製し、電子放出特性の評価を行なった。

【０１４６】実施例１および比較例１で作製した素子を
評価したところ、実施例１で作製した素子の方が、比較
例１の素子に比べて、長時間にわたり十分な電子放出特
性を保持し、比較例１の素子に対して、実施例１の素子
の電子放出特性の安定性は大幅に改善された。

【０１４７】また、実施例１の素子の駆動中に気密容器
（真空容器５５）内に放出されるガスの分圧は、気密容
器に配置された残留ガス分析器により、比較例１の素子
を駆動する際に放出されるガスの分圧よりも著しく低い
ことが認められた。さらに、実施例１の素子を走査型電
子顕微鏡により観察したところ、比較例１の素子に比べ
て素子上に見られる突起等が著しく少ないことが認めら
れた。

【０１４８】また、実施例１の導電性膜４の材料として
前記ＰｄＯの他、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ等のスパッタ
膜を用いた種々の組み合わせによっても、同様の効果が
得られた。

【０１４９】［実施例２］実施例１の工程−ｅを、以下
に示す工程−ｅに代えた以外は、実施例１と同様電子放
出素子を作製し、電子放出特性の評価を行なった。

【０１５０】工程−ｅ真空容器５５内にニードルバルブを介して約１．３×１
０⁴ ＰａのＨ₂ ガスを導入し、等電位にした素子電極
２，３とアノード電極５４との間に１３．５６ＭＨｚ，
５００Ｗの高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、
そのまま３０分間電圧印加を継続した。３０分経過後、
高周波電圧の印加を停止し、ついで導入したＨ₂ ガスを
排気した。

【０１５１】本実施例のプラズマ洗浄を施した素子は、
実施例１とほぼ同じ程度に長時間にわたり十分な電子放
出特性を保持し、放出電流Ｉ_e の安定性が、比較例１の
素子に対して大幅に改善された。また、本実施例の素子
の駆動中に気密容器内に放出されるガスの分圧は、気密
容器に配置された残留ガス分析器により、比較例１の素
子を駆動する際に放出されるガスの分圧よりも著しく低
いことが認められた。さらに、本実施例の素子を走査型
電子顕微鏡により観察したところ、比較例１の素子に比
べて素子上に見られる突起が著しく少ないことが認めら
れた。

【０１５２】また、実施例２の導電性膜４の材料として
ＰｄＯの他、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ等のスパッタ膜を
用いた種々の組み合わせによっても、同様の効果が得ら
れた。

【０１５３】［実施例３］本実施例では、工程−ｂまで
実施例１と同様の工程を行ない、次に実施例１の工程−
ｅのプラズマ洗浄を行なった後、実施例１の工程−ｃと
同様の手法で通電フォーミング処理を行ない、続いて実
施例１の工程−ｄの活性化処理を施し、さらに、２００
℃３０分間のベーキング（安定化工程）を行った。

【０１５４】こうして得られた電子放出素子の電子放出
特性を、実施例１と同様に評価した。

【０１５５】本実施例の方法により作製した素子は、実
施例１の素子よりはやや劣るものの、比較例１の素子に
比べて、長時間にわたり十分な電子放出特性を保持し
た。

【０１５６】また、本実施例の素子の駆動中に気密容器
内に放出されるガスの分圧は、気密容器に配置された残
留ガス分析器により、比較例１の素子を駆動する際に放
出されるガスの分圧よりも著しく低いことが認められ
た。さらに、本実施例の素子を走査型電子顕微鏡により
観察したところ、比較例１の素子に比べて素子上に見ら
れる突起等が著しく少ないことが認められた。

【０１５７】また、実施例３の導電性膜４の材料として
ＰｄＯの他、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ等のスパッタ膜を
用いた種々の組み合わせによっても、同様の効果が得ら
れた。

【０１５８】［実施例４］本実施例では、工程−ｃまで
実施例１と同様の工程を行ない、次に実施例１の工程−
ｅのプラズマ洗浄を行なった後、実施例１の工程−ｄと
同様の手法で活性化処理と安定化工程を施した。

【０１５９】こうして得られた電子放出素子の電子放出
特性を、第１の実施例と同様に評価した。

【０１６０】本実施例の方法により作製した素子の安定
性は、実施例３の素子と同程度であり、比較例１の素子
に比べて、長時間にわたり十分な電子放出特性を保持し
た。

【０１６１】また、本実施例の素子の駆動中に気密容器
内に放出されるガスの分圧は、気密容器に配置された残
留ガス分析器により、比較例１の素子を駆動する際に放
出されるガスの分圧よりも著しく低いことが認められ
た。さらに、本実施例の素子を走査型電子顕微鏡により
観察したところ、比較例１の素子に比べて素子上に見ら
れる突起等が著しく少ないことが認められた。

【０１６２】また、実施例４の導電性膜４の材料として
ＰｄＯの他、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ等のスパッタ膜を
用いた種々の組み合わせによっても、同様の効果が得ら
れた。

【０１６３】［実施例５］実施例１の工程−ｅを、以下
に示す工程−ｅに代えた以外は、実施例１と同様電子放
出素子を作製し、電子放出特性の評価を行なった。

【０１６４】工程−ｅ素子を設置した真空容器５５内を排気しながら不図示の
ヒーターによって素子と真空容器５５を２００℃に加熱
し、さらに真空容器５５内にニードルバルブを介して
６．５×１０³ ＰａのＨｅを導入し、等電位にした素子
電極２，３とアノード電極との間に１３．５６ＭＨｚ，
５００Ｗの高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、
そのまま３０分間電圧印加を継続した。３０分経過後、
高周波電圧の印加を停止し、ついで導入したＨｅガスを
排気した。さらに、ヒーターによる加熱を停止した。

【０１６５】本実施例の方法により作製した素子は、実
施例１〜４の素子と比べても、最も長時間にわたり十分
な電子放出特性を保持した。

【０１６６】また、本実施例の素子の駆動中に気密容器
内に放出されるガスの分圧は、上記いずれの実施例と比
べても最も低いものであった。さらに、本実施例の素子
を走査型電子顕微鏡により観察したところ、比較例１の
素子に比べて素子上に見られる突起等が著しく少ないこ
とが認められた。

【０１６７】また、実施例５の導電性膜４の材料として
ＰｄＯの他、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ等のスパッタ膜を
用いた種々の組み合わせによっても、同様の効果が得ら
れた。

【０１６８】［実施例６］本実施例は、多数の電子放出
素子を単純マトリクス配置した電子源を用いて、画像形
成装置を作製した例である。

【０１６９】複数の導電性膜がマトリクス配線された基
板の一部の平面図を図１３に示す。また、図中のＡ−
Ａ’断面図を図１４に示す。但し、図１３、図１４で同
じ符号で示したものは、同じ部材を示す。ここで７１は
基板、２と３は素子電極、４は導電性膜である。７２は
図７のＤｘｍに対応するＸ方向配線（下配線とも呼
ぶ）、７３は図７のＤｙｎに対応するＹ方向配線（上配
線とも呼ぶ）、１５１は層間絶縁層、１５２は素子電極
２と下配線７２との電気的接続のためのコンタクトホー
ルである。

【０１７０】先ず、本実施例の電子源基板の製造方法
を、図１５及び図１６を用いて工程順に従って具体的に
説明する。尚、以下に説明する工程−ａ〜ｈは、それぞ
れ図１５の（ａ）〜（ｄ）及び図１６の（ｅ）〜（ｈ）
に対応する。

【０１７１】工程−ａ清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板７１上に、真空蒸着法
により、厚さ５０ÅのＣｒ、厚さ６０００ÅのＡｕを順
次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１５００／ヘキスト
社製）をスピンナーにより回転塗布、ベークした後、ホ
トマスク像を露光、現像して、下配線７２のレジストパ
ターンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウエットエッチン
グして、所望の形状の下配線７２を形成した。

【０１７２】工程−ｂ次に、厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜からなる層間絶
縁層１５１をＲＦスパッタ法により堆積した。

【０１７３】工程−ｃ工程ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール１
５２を形成するためのホトレジストパターンを作り、こ
れをマスクとして層間絶縁層１５１をエッチングしてコ
ンタクトホール１５２を形成した。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１７４】工程−ｄその後、素子電極２，３と素子電極間ギャップＬとなる
べきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１
／日立化成社製）形成し、真空蒸着法により、厚さ５０
ÅのＴｉ、厚さ１０００ÅのＮｉを順次堆積した。ホト
レジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積
膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌが３μｍ、幅Ｗが３
００μｍの素子電極２，３を形成した。

【０１７５】工程−ｅ素子電極２，３の上に上配線７３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ５０００Åの
Ａｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不
要な部分を除去して、所望の形状の上配線７３を形成し
た。

【０１７６】工程−ｆ次に、膜厚１０００ÅのＣｒ膜１６１を真空蒸着により
堆積、導電性膜６の形状の開口部を有するようにパター
ニングし、その上にＰｄアミン錯体溶液（ｃｃｐ４２３
０／奥野製薬（株）製）をスピンナーにより回転塗布、
３００℃で１０分間の加熱焼成処理を施してＰｄＯ微粒
子からなる導電性膜４を形成した。この膜の膜厚は１０
０Å、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω／□であった。

【０１７７】工程−ｇＣｒ膜１６１を酸エッチャントを用いてウエットエチイ
ングしてＰｄＯ微粒子よりなる導電性膜４の不要部分と
ともに除去し、所望の形状の導電性膜４を形成した。

【０１７８】工程−ｈコンタクトホール１５２部分に開口を有するレジストパ
ターンを形成し、真空蒸着により厚さ５０ÅのＴｉ、厚
さ５０００ÅのＡｕを順次堆積した。リフトオフにより
不要な部分を除去することにより、コンタクトホール１
５２を埋め込んだ。

【０１７９】以上の工程により、絶縁性基板７１上に下
配線７２、層間絶縁層１５１、上配線７３、素子電極
２，３、導電性膜４を形成した。

【０１８０】次に、以上のようにして作製した複数の導
電性膜４がマトリクス配線された基板７１（図１３）を
用いて画像形成装置を作製した。作製手順を図８と図９
を用いて説明する。

【０１８１】先ず、上記複数の導電性膜４がマトリクス
配線された基板７１（図１３）をリアプレート８１上に
固定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート
８６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバッ
ク８５が形成されて構成される）を支持枠８２を介して
配置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレ
ート８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で
４３０℃で１０分以上焼成することで封着した（図
８）。なお、リアプレート８１への基板７１の固定もフ
リットガラスで行った。

【０１８２】蛍光膜８４は、カラーを実現するために、
ストライプ形状（図９（ａ）参照）の蛍光体とし、先に
ブラックストライプを形成し、その間隙部にスラリー法
により各色蛍光体９２を塗布して蛍光膜８４を作製し
た。ブラックストライプの材料としては、通常よく用い
られている黒鉛を主成分とする材料を用いた。

【０１８３】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜８４の作
製後、蛍光膜８４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
着することで作製した。

【０１８４】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
極を設ける場合もあるが、本実施例ではメタルバック８
５のみで十分な導電性が得られたので省略した。

【０１８５】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体９２と電子放出素子とを対応させなくてはいけな
いため、十分な位置合わせを行った。

【０１８６】以上のようにして完成したパネル（外囲器
８８）内の雰囲気を排気管（不図示）を通じ真空ポンプ
にて排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄ
_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じ電子放出素子
７４の素子電極２，３間にパルス電圧を印加し、フォー
ミング処理を行った。本実施例では、パルス幅１ｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔１０ｍｓｅｃ．とし、約１．３×１０
^-3Ｐａの真空雰囲気下でフォーミング処理を行った。

【０１８７】次に、パネルの排気管（不図示）よりｎ−
ヘキサンをスローリークバルブを通してパネル内に導入
し、１．３×１０^-3Ｐａを維持した。次に、フォーミン
グと同一の矩形波（波高値１４Ｖ）のパルス電圧を印加
し、素子電流Ｉ_f 及び放出電流Ｉ_e を測定しながら、素
子活性化処理をした。

【０１８８】以上のようにフォーミング、活性化処理を
行い、電子放出部５を形成し電子放出素子７４を作製し
た。

【０１８９】次に、パネル内に排気管を介してＨｅガス
を導入し、分圧が約６．５×１０³Ｐａとなるように調
節した。続いて、Ｘ方向配線７２及びＹ方向配線７３を
ショートさせて等電位とし、これらの配線とフェースプ
レート８６との間に１３．５６ＭＨｚ，５００Ｗの高周
波電圧を印加してプラズマを発生させ、そのまま６０分
間電圧印加を継続した。その後、高周波電圧の印加を停
止し、ついで導入したＨｅガスを排気した。さらに排気
を継続し、１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空度まで排気し
た後、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶
着し外囲器８８の封止を行った。

【０１９０】最後に、封止後の真空度を維持するため
に、高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０１９１】以上のようにして作製したパネルの容器外
端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn 、及び高圧端
子８７を夫々必要な駆動系に接続し、画像形成装置を完
成した。各電子放出素子に、容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ
_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて、走査信号及び変調信
号を不図示の信号発生手段より夫々印加することにより
電子放出させ、高圧端子８７を通じてメタルバック８５
に数ｋＶ以上の高圧を印加して、電子ビームを加速し、
蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光させることで画像を
表示した。

【０１９２】本実施例における画像表示装置は、プラズ
マ洗浄を施さずに２００℃６０分間のベーキングを行っ
て作製した比較用の画像表示装置に比べて、良好な画像
を長時間にわたって安定に表示することができた。

【０１９３】［実施例７］実施例６のフォーミング処理
まで実施例と同様の工程を行い、つづいてＨｅを導入
し、分圧が約６．５×１０³ Ｐａとなるように調節し、
実施例６のプラズマ洗浄工程と同様の条件で３０分間プ
ラズマを発生させた。この後、Ｈｅを排気し実施例６と
同様にｎ−ヘキサンを導入、活性化処理を行い、その後
さらに上記と同様の条件で６０分間のプラズマ洗浄、排
気管封止、ゲッター処理を行い画像形成装置を作製し
た。

【０１９４】この後、実施例６と同じ条件で画像を表示
させ、安定性を確認したところ、本実施例の方が実施例
６よりもさらに優れていることがわかった。

【０１９５】これは、活性化処理の前にもプラズマ洗浄
を行うことにより、画像表示装置の外囲器内壁に吸着さ
れたＨ₂ Ｏ等の分子が除去され、活性化処理がＨ₂ Ｏ等
の少ない雰囲気中で行われるため、活性化処理の結果が
電子放出特性の安定性にとってより好ましい状態となる
ためであると考えられる。

【０１９６】［実施例８］実施例７と同様にフォーミン
グ処理を行った後、デシケータ中で保存した作製途中の
画像形成装置を、真空処理装置に接続して一旦排気し、
つづいてＨｅを分圧が約６．５×１０³ Ｐａとなるよう
に導入し、プラズマを発生させた。プラズマの継続時間
を６０分とし、この後Ｈｅを排気した。パネル（外囲器
８８）内の圧力は１．３×１０^-4Ｐａであった。この
後、ベンゾニトリルを分圧が１．３×１０^-4Ｐａとなる
ようにパネル内に導入し、活性化処理を行った。

【０１９７】活性化処理終了後、パネル全体を約２００
℃に加熱し、１０時間排気を続け、排気管の封止、ゲッ
ター処理を行って、画像形成装置を作製した。

【０１９８】［比較例２］活性化処理前のプラズマ処理
を行わなかったことを除き、実施例８と同様の方法で画
像形成装置を作製した。

【０１９９】具体的には、実施例７と同様にフォーミン
グ処理を行った後、デシケータ中で保存した作製途中の
画像形成装置を、真空処理装置に接続し、６０分間排気
したところ、圧力は１．３×１０² Ｐａ程度になった。
この後、実施例８と同様にベンゾニトリルを導入して活
性化処理を行ったが、素子電流Ｉ_f の値がほぼ同じレベ
ルに達するのに約４倍の時間がかかった。

【０２００】つづいて、パネル全体を約２００℃に加熱
し、１０時間排気を続け、排気管の封止、ゲッター処理
を行って、画像形成装置を作製した。

【０２０１】実施例８及び比較例２の画像形成装置を、
全面発光させて目視により明るさの比較を行ったとこ
ろ、実施例８の装置の方が明るいことが歴然としてい
た。

【０２０２】これは、比較的低い分圧で活性化処理を行
うベンゾニトリルを用いたとき、雰囲気中に残留する水
等の影響が顕著に現れ、活性化処理により形成される炭
素及び／または炭素化合物が質的に弱く、プラズマ洗浄
を行わなかった比較例２では、加熱による安定化処理に
より一部が消失して、活性化で一旦得られたＩ_f ，Ｉ_e
が小さくなってしまったものと考えられる。

【０２０３】これにより、本発明によるプラズマ洗浄
を、活性化処理前の排気処理に適用すると、活性化処理
の条件によっては、加熱による安定化処理に対する素子
の耐性を向上させる効果を期待し得ることが示された。

【０２０４】［実施例９］本実施例では、実施例６〜８
で作製した画像形成装置（図８）、たとえばテレビジョ
ン放送をはじめとする種々の画像情報源より提供される
画像情報を表示できるように構成した表示装置の一例を
示す。図８に示した画像形成装置を図１０に示した駆動
回路を用いて、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示
を行なった。

【０２０５】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型電子放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネ
ルの薄形化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくす
ることができる。それに加えて、表面伝導型電子放出素
子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画面化
が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本表示
装置は臨場感にあふれ迫力に富んだ画像を視認性良く表
示する事が可能である。

【０２０６】本実施例における表示装置は、ＮＴＳＣ方
式のテレビ信号に応じたテレビ画像を良好に、かつ長時
間安定して表示することができた。

【０２０７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、電
子放出素子の電子放出特性が長時間にわたり安定となっ
た。また、上記電子放出素子を用いた電子源、画像形成
装置にも同様の効果がある。

【０２０８】また、画像形成装置においては、電子放出
特性の安定性と寿命の向上がなされ、例えば蛍光体を画
像形成部材とする画像形成装置においては、高品位な画
像形成装置を形成でき、例えばカラーフラットテレビが
実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用し得る平面型の電子放出素子の一
例を示す模式図である。

【図２】本発明を適用し得る垂直型の電子放出素子の一
例を示す模式図である。

【図３】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を説明
するための模式図である。

【図４】本発明の電子放出素子の製造方法に用いること
のできる真空処理装置（測定評価装置）の一例を示す概
略構成図である。

【図５】通電フォーミングの電圧波形の例を示す図であ
る。

【図６】本発明による電子放出素子の電子放出特性を示
す図である。

【図７】本発明を適用し得る単純マトリクス配置の電子
源の一例を示す模式図である。

【図８】本発明を適用し得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９】表示パネルにおける蛍光膜の一例を示す模式図
である。

【図１０】本発明を適用し得る画像形成装置に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１１】本発明を適用し得る梯子型配置の電子源の一
例を示す模式図である。

【図１２】本発明を適用し得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１３】実施例６のマトリクス配線した電子源の一部
を示す模式図である。

【図１４】図１３のＡ−Ａ’断面模式図である。

【図１５】図１３の電子源の製造工程図である。

【図１６】図１３の電子源の製造工程図である。

【図１７】表面伝導型電子放出素子の駆動時間による放
出電流Ｉ_e の変化を示す典型的な図である。

【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５０素子電流Ｉ_f を測定するための電流計５１電子放出素子に素子電圧Ｖ_f を印加するための電
源５２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５３アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源５４電子放出部５より放出される電子を捕捉するため
のアノード電極５５真空容器５６排気装置５７プラズマ用ガスボンベ５８ニードルバルブ５９直流または高周波電源７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線７４電子放出素子７５結線８１リアプレート８２支持枠８３ガラス基板８４蛍光膜８５メタルバック８６フェースプレート８７高圧端子８８外囲器９１黒色導電材９２蛍光体１０１表示パネル１０２走査回路１０３制御回路１０４シフトレジスタ１０５ラインメモリ１０６同期信号分離回路１０７変調信号発生器Ｖ_x ，Ｖ_a 直流電圧源１１０電子源基板１１１電子放出素子１１２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開口１５１層間絶縁層１５２コンタクトホール１６１Ｃｒ膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に形成された一対の素子電極と、
該素子電極に接続された、電子放出部を含む導電性膜と
を有する電子放出素子の製造方法であって、（ａ）基体上に上記素子電極と導電性膜を形成する工程（ｂ）上記導電性膜に電子放出部を形成するフォーミン
グ工程（ｃ）有機物質が存在する雰囲気下で、上記一対の素子
電極間に電圧を印加する活性化工程を少なくとも有する電子放出素子の製造方法において、アノード電極の設置された気密容器内に上記電子放出素
子を設置し、該気密容器内にガスを導入し、該電子放出
素子とアノード電極間に電圧を印加してプラズマを発生
させた後、気密容器内を排気する、プラズマ洗浄工程
を、上記工程（ｂ）の前、工程（ｂ）と工程（ｃ）の
間、工程（ｃ）の後、のいずれか一以上の期間に行うこ
とを特徴とする、電子放出素子の製造方法。
【請求項２】前記プラズマ洗浄工程において気密容器
内に導入されるガスは、Ｈｅ，Ｎｅ，Ｈ₂ より選ばれた
１種以上のガスであ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】前記プラズマ洗浄工程が、前記工程
（ｃ）の後に電子放出素子あるいは電子放出素子と気密
容器及びその内部に設置された部材を加熱しながら行う
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の電子放出素
子の製造方法。
【請求項４】前記プラズマ洗浄工程が、前記工程
（ｃ）の前後にそれぞれ行われ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の製造方
法。
【請求項５】前記プラズマ洗浄工程において電子放出
素子とアノード電極間に印加される電圧が、１００Ｖ〜
１０ｋＶの直流電圧であることを特徴とする、請求項１
〜４のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】前記プラズマ洗浄工程において電子放出
素子とアノード電極間に印加される電圧が、周波数１０
ＭＨｚ〜３ＧＨｚであることを特徴とする、請求項１〜
４のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】基体上に、一対の素子電極と、該素子電
極に接続された、電子放出部を含む導電性膜とを有する
電子放出素子を複数配置し、該複数の電子放出素子に接
続された配線を有してなる電子源の製造方法において、
請求項１〜６のいずれかに記載の電子放出素子の製造方
法を適用することを特徴とする、電子源の製造方法。
【請求項８】基体上に、一対の素子電極と、該素子電
極に接続された、電子放出部を含む導電性膜とを有する
電子放出素子を複数配置し、該複数の電子放出素子に接
続された配線を有してなる電子源と、該電子源から放出
された電子ビームの照射により発光して画像を形成する
画像形成部材とを、気密容器内に有してなる画像形成装
置の製造方法において、請求項１〜６のいずれかに記載
の電子放出素子の製造方法を適用することを特徴とす
る、画像形成装置の製造方法。