(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出素子の電子放出部となる前駆体に、１００以上の分子量を有する炭素化合物ガスの雰囲気にて炭素あるいは炭素化合物を堆積させる第１工程と、前記第１工程の後に、１００未満の分子量を有する炭素化合物ガスの雰囲気にて炭素あるいは炭素化合物を堆積させる第２工程とを有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記炭素あるいは炭素化合物を堆積させる工程は、前記炭素化合物ガスの雰囲気にて、前記前駆体に電圧を印加する工程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】
前記前駆体は、互いに間隔をおいて配置された一対の導電体の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
前記一対の導電体は、前記間隔をおいて配置された一対の導電性膜からなることを特徴とする請求項３に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】
前記一対の導電性膜を形成する工程は、前記基板上に形成された導電性膜に電圧を印加し、該導電性膜に前記間隔を形成する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】
前記炭素あるいは炭素化合物を堆積させる工程は、前記第１工程と前記第２工程とを含む２段階以上の複数の工程からなり、前記第２工程は、前記複数の工程の中の最終工程であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１工程における炭素化合物ガスが、トルニトリル，ベンゾニトリルのいずれかであ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放出素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２工程における炭素化合物ガスが、メタン，エタン，プロパン，エチレン，プロピレン，アセチレンのいずれかであ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放出素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２工程において、炭素化合物ガスに水素ガスを混合す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放出素子の製造方法。
【請求項１０】
基板上に、複数の電子放出素子と、該複数の電子放出素子に接続された配線とを具備する電子源の製造方法において、前記複数の電子放出素子を、請求項１乃至９のいずれかに記載の製造方法によって製造することを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項１１】
電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法であって、前記電子源を請求項１０に記載の製造方法によって製造することを特徴とする画像形成装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出素子の製造方法、電子源の製造方法及び該電子源を用いた画像形成装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子放出素子の中で、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。特開平７−２３５２５５号公報には、Ｐｄ等の金属薄膜を用いた表面伝導型電子放出素子が開示され、その素子構成を図１に模式的に示す。同図において１は基板である。４は導電性膜で、Ｐｄ等の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、導電性膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした間隔５を形成する。
【０００３】
通電フォーミング処理を行なった表面伝導型電子放出素子は、導電性膜４の両端に電圧を印加し、素子に電流を流すことによって、上述の間隔５より電子を放出せしめるものである。
【０００４】
さらに、電子放出特性を改善するため、後述するように「活性化」と称する処理を行い、上記間隔５とその近傍に、炭素・炭素化合物からなる膜（カーボン膜）を形成する場合がある。この工程は、有機物質を含む雰囲気中で、素子にパルス電圧を印加し、炭素・炭素化合物を間隔５の周辺に堆積させる方法により、行うことができる（ＥＰ−Ａ−６６０３５７、特開平０７−１９２６１４号、特開平０７−２３５２５５号、特開平０８−００７７４９号）。
【０００５】
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、大面積にわたり多数の素子を配列形成できる利点があり、荷電ビーム源、表示装置等への応用が研究されている。
【０００６】
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（共通配線とも呼ぶ）でそれぞれ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、特開昭６４−０３１３３２号、特開平１−２８３７４９号、特開平２−２５７５５２号等）。
【０００７】
表示装置の例としては、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が挙げられる（例えば、ＵＳＰ５０６６８８３）。
【０００８】
このような画像形成装置では、表示画像の均一性を確保するために、フォーミング及び活性化工程での工夫が行われており、活性化工程での電気特性に基づいて活性化工程の終了の判定を行う等の手法も行われている（例えば、特開平９−６３９９号公報）。
【０００９】
また、以上述べた表面伝導型電子放出素子以外の電子放出素子として、電界放出型電子放出素子（ＦＥ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ）がある。このＦＥの一例として，Ｓｐｉｎｄｔ型のＦＥがあるが、これは、微小な円錐状のエミッタと、エミッタのすぐ近くに形成され、エミッタからの電流を引き出す機能ならびに電流制御機能を持つ制御電極（ゲート電極）で構成された微小冷陰極である。このＳｐｉｎｄｔ型のＦＥをアレイ状に並べた冷陰極がＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ等によって提案されている（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，Ａ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃａｔｈｏｄｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．７，ｐｐ．３５０４，１９６８）。このような、ＦＥにおいても近年、有機物質を含む雰囲気中で、ゲート電極とエミッタに接続されたカソード電極間に電圧を印加することによりエミッタ表面に炭素化合物を堆積させ、電子放出効率を向上させる技術が開示されている（特開平１０−５０２０６号公報）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
多数の電子放出素子が形成された電子源基板には、例えば、Ｎ行Ｍ列にわたりマトリクス状に電子放出素子を配置した単純マトリクス構成の電子源基板等が挙げられる。このような電子源基板に対して、上述のような炭素あるいは炭素化合物を堆積させる活性化工程を行う際には、例えば以下の手法によって素子電極と接続されたＮ行Ｍ列の共通の配線に電圧が印加される。
（１）１からＮ行まで１ラインずつ順番に電圧を印加。
（２）Ｎ行を数ブロックに分割して、各ブロックで位相をずらしたパルスを順次印加するスクロール活性化。
【００１１】
しかし、（１）、（２）いずれの場合でも、素子数が多くなると、活性化工程に必要な時間が長くなるという問題があった。また、（２）のようにＮ行を分割するブロック数を少なくすると、１行に印加する電圧のＤｕｔｙ（デューティー）が小さくなり、活性化速度が遅くなったり、電子放出量や電子放出効率の低下等が生じ、良好な電子放出素子が得られなくなる。
【００１２】
そこで、同時に電圧を印加するラインの本数を多くすることによって活性化時間の短縮を行うことが試みられている。しかしながら、電子放出部とその近傍に炭素及び炭素化合物を堆積させる活性化工程は、雰囲気中から電子源基板上に吸着した有機物質を分解することによって行われるので、同時に活性化工程を行う素子数が多くなると、単位時間当たりに電子源基板上で分解、消費される有機物質の量も多くなるので、雰囲気中の有機物質の濃度が変動したり、カーボン膜の形成速度が遅くなったり、電子源基板の面内の場所により差が生じたりするため、得られた電子源の均一性が悪くなるという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、より短い時間で活性化工程を行なうことのできる電子放出素子、電子源の製造方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の目的は、より短い時間での活性化工程で結晶性の良い炭素あるいは炭素化合物の膜を形成できる電子放出素子、電子源の製造方法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の目的は、複数の電子放出素子を備える電子源の製造方法においても、より短い時間で活性化工程を行なうことのできる電子源の製造方法を提供することにある。
【００１６】
また、本発明の目的は、複数の電子放出素子を備える電子源の製造方法においても、より短い時間での活性化工程で均一性の良い電子放出素子を備える電子源を作成し得る電子源の製造方法を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の目的は、均一な輝度特性が得られる画像形成装置を得ることのできる画像形成装置の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の構成は、以下の通りである。
【００１９】
即ち、本発明第一は、電子放出素子の電子放出部となる前駆体に、１００以上の分子量を有する炭素化合物ガスの雰囲気にて炭素あるいは炭素化合物を堆積させる第１工程と、前記第１工程の後に、１００未満の分子量を有する炭素化合物ガスの雰囲気にて炭素あるいは炭素化合物を堆積させる第２工程とを有することを特徴とする電子放出素子の製造方法である。
【００２０】
上記本発明第一の電子放出素子の製造方法は、更なる好ましい特徴として、「前記炭素あるいは炭素化合物を堆積させる工程は、前記炭素化合物ガスの雰囲気にて、前記前駆体に電圧を印加する工程であること」、「前記前駆体は、互いに間隔をおいて配置された一対の導電体の少なくとも一方であること」、「前記一対の導電体は、前記間隔をおいて配置された一対の導電性膜からなること」、「前記一対の導電性膜を形成する工程は、前記基板上に形成された導電性膜に電圧を印加し、該導電性膜に前記間隔を形成する工程を有すること」、「前記炭素あるいは炭素化合物を堆積させる工程は、前記第１工程と前記第２工程とを含む２段階以上の複数の工程からなり、前記第２工程は、前記複数の工程の中の最終工程であること」、「前記第１工程における炭素化合物ガスが、トルニトリル，ベンゾニトリルのいずれかであること」、「前記第２工程における炭素化合物ガスが、メタン，エタン，プロパン，エチレン，プロピレン，アセチレンのいずれかであること」、「前記第２工程において、炭素化合物ガスに水素ガスを混合すること」、を含む。
【００２４】
本発明第二は、基板上に、複数の電子放出素子と、該複数の電子放出素子に接続された配線とを具備する電子源の製造方法において、前記複数の電子放出素子を、上記本発明第一の電子放出素子の製造方法によって製造することを特徴とする電子源の製造方法である。
【００２５】
本発明第三は、電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法であって、前記電子源を上記本発明第二の電子源の製造方法によって製造することを特徴とする画像形成装置の製造方法である。
【００２６】
このような本発明の電子放出素子の製造方法によれば、より短い時間で結晶性の良い炭素あるいは炭素化合物の膜を堆積させることができ、特性の安定化が図れる。
【００２７】
また、このような本発明の電子源の製造方法によれば、複数の素子に対して同時に活性化工程を施した場合でも、炭素化合物ガスの供給量が不足することはなくなり、該炭素化合物ガスの供給量不足による電子放出特性の均一性低下を抑制することができる。さらに、該炭素あるいは炭素化合物を堆積させる前記第２工程を、特に分子量１００未満の炭素化合物ガスの雰囲気にて行うことによって、電子放出特性が最適化されるため、均一性が向上する。
【００２８】
さらに、このような本発明の複数の電子放出素子を配置した電子源の製造方法によれば、複数の素子に対して同時に活性化工程を施し、さらに均一な電子放出特性を有する電子源が製造できることから、製造工程のタクトタイムが短くなることによる生産コストの低下によって、安価で均一性の高い電子源および安価で高品位の画像形成装置を提供することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に係る電子放出素子は、基板上に、互いに間隔をおいて配置された一対の導電体を有し、該一対の導電体間に電圧を印加することにより電子を放出する電子放出素子であり、例えば、先述した表面伝導型電子放出素子、ＦＥと称される電界放出型電子放出素子を包含するものである。ここで、ＦＥの場合、上記一対の導電体は先述したエミッタとゲート電極に相当し、炭素あるいは炭素化合物はエミッタに堆積される。また、表面伝導型電子放出素子の場合、上記一対の導電体は、以下で詳述される一対の導電性膜に相当し、炭素あるいは炭素化合物は、該一対の導電性膜の一方あるいは両方に堆積される。以下、電子放出素子として、表面伝導型電子放出素子を例に挙げ本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００３０】
図１は、表面伝導型電子放出素子の構成を示す図であり、図１（ａ）および図１（ｂ）はそれぞれ平面図と断面図である。図１において１は基板、２と３は素子電極、４は、第１の間隔５を隔て、素子電極２，３の各々に接続されている一対の導電性膜、４ａは、導電性膜４上及び第１の間隔内に配置され、第１の間隔５よりも狭い第２の間隔５ａを形成している、炭素あるいは炭素化合物を主成分とするカーボン膜である。上記表面伝導型電子放出素子は、素子電極２，３間に電圧が印加されることによって、該導電性膜より電子を放出する。
【００３１】
基板１としては、石英ガラス，Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス，青板ガラス，青板ガラスにスパッタ法等により形成したＳｉＯ2を積層したガラス基板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。
【００３２】
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る。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。
【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。ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に分散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接、あるいは重なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体として島状構造を形成している場合も含む）をとっている。微粒子の粒径は、数百ｐｍから数百ｎｍの範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。
【００３５】
導電性膜４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、数百ｐｍから数百ｎｍ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。その抵抗値は、Ｒｓが１０2Ω／□から１０7Ω／□の値である。なおＲｓは、幅がｗで長さがｌの薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と置いたときに現れる量である。
【００３６】
導電性膜４を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ等の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3，ＰｂＯ，Ｓｂ2Ｏ3等の酸化物の中から適宜選択される。
【００３７】
第１の間隔５は、導電性膜４の一部に形成された亀裂などにより構成され、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等の手法等に依存したものとなる。第１の間隔５内及びその近傍の導電性膜４上には、炭素あるいは炭素化合物のカーボン膜４ａを有する。
【００３８】
以下、図２〜図５を参照しながら本発明の電子放出素子の製造方法の一例について説明する。図２〜図５において、図１に示した部位と同じ部位には同一の符号を付している。
【００３９】
１）基板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（図２（ａ））。
【００４０】
２）素子電極２、３を設けた基板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、導電性膜４を形成する（図２（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。
【００４１】
３）つづいて、フォーミング工程を施す。フォーミング工程について、ここで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、導電性膜４に亀裂等の間隔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。素子電極２、３間に、不図示の電源を用いて、通電を行うと、導電性膜４の部位に、構造の変化した亀裂等を含む第１の間隔５が形成される（図２（ｃ））。尚、該第１の間隔５が形成されることにより導電性膜４に電子放出部が形成され、素子電極２，３間に電圧を印加すると、この第１の間隔５の近傍から電子が放出される。
【００４２】
通電フォーミングの電圧波形の例を図３に示す。電圧波形は、パルス波形が、好ましい。これにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加する図３（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増加させながら電圧パルスを印加する図３（ｂ）に示した手法がある。
【００４３】
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。活性化工程とは、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化する工程である。活性化工程は、例えば、有機物質ガスなどの炭素化合物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。このときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形態、素子を配置する真空容器の形状や、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。
【００４４】
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からなるカーボン膜４ａが、導電性膜４上及び第１の間隔５内に堆積し、第１の間隔５よりも狭い第２の間隔５ａを第１の間隔５内に、かかる第１の間隔５に沿って形成する（図２（ｄ））ことにより、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著しく変化するようになる。
【００４５】
ここで、炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファイト（単結晶及び多結晶の双方を指す）、非晶質カーボン（非晶質カーボン及びこれと多結晶グラファイトとの混合物を指す）であり、その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。
【００４６】
本発明で用いることができる、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ＣnＨ2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレン、アセチレンなどＣnＨ2nやＣnＨ2n-2等の組成式で表される不飽和炭化水素、トルニトリル、ベンゾニトリル、ベンゼン、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。
【００４７】
本発明では、これらの有機物質を単独で用いても良いし、必要に応じては、混合して用いても良い。また、これらの有機物質を有機物質でない他のガスで希釈して用いても良い。希釈ガスとして用いることができるガスの種類としては、例えば、窒素、アルゴン、キセノンといった不活性ガスが挙げられる。
【００４８】
本発明は、この活性化工程が第１工程及び第２工程を含む２段階以上の複数の工程からなり、第１工程は、高分子量の炭素化合物ガスの雰囲気にてなされ、第２工程は、低分子量の炭素化合物ガスの雰囲気にてなされることを特徴とする。
【００４９】
第１段目の活性化工程（第１工程）は、主に、フォーミング工程で形成された電子放出部にカーボン膜を堆積する工程である。このため、有機物質の消費量が比較的多く、雰囲気中の有機物質の濃度が変動したり、カーボン膜の形成速度が遅くなったりする。また、特に多数の電子放出素子を配置する電子源では、基板の面内の場所により雰囲気中の有機物質濃度に差が生じたり、素子毎にカーボン膜の形成速度に差が生じたりするため、得られる各電子放出素子の特性にバラツキが生じ易くなる。
【００５０】
そこで本発明においては、第１工程の活性化雰囲気として前記の有機物質の中でも比較的高分子量の有機物質を用いる。即ち、高分子量の有機物質は、分子間力が大きく、基板表面での平均滞在時間の長いため、消費されても活性化雰囲気中の有機物質の分圧の変動が小さく、特に多数の電子放出素子を製造する際にも、より短い時間での活性化工程で均一性の良い電子放出素子を得ることができるものである。
【００５１】
一方、第２段目の活性化工程（第２工程）は、主に、第１段目で堆積されたカーボン膜を強固にする工程であると考えられている。第１段目で活性化された素子は、カーボン膜の堆積によって素子電流が流れる状態になっており、また、電子放出も行われている。このため、第２工程において亀裂（間隔）近傍へのカーボンの堆積速度が遅くなるように制御すれば、素子電流に伴う局所的な加熱と、放出電子の照射によって亀裂近傍で生じているエネルギーの大部分を、この時に堆積するカーボン膜の結晶性の向上に利用できるものと推測される。
【００５２】
そこで本発明においては、第２工程の活性化雰囲気として前記の有機物質の中でも比較的低分子量の有機物質を用いる。即ち、低分子量の有機物質は、有機物質の基板表面での平均滞在時間は短く、雰囲気中の有機物質の分圧による亀裂（間隔）近傍へのカーボンの堆積速度の制御が容易となるため、例えば、亀裂近傍へのカーボンの堆積速度を遅くするような分圧制御や水素ガスなどのエッチング作用のあるガスの導入によって、容易に且つ制御性良くカーボンの堆積速度を遅くすることができるものである。
【００５３】
上記のような現象の推測により、第１段目の活性化工程における高分子量の有機物質としては、分子量１００以上の有機物質が好ましく、特にトルニトリル，ベンゾニトリルなどが好ましい。また、第２工程の活性化工程における低分子量の有機物質としては、分子量１００未満の有機物質が好ましく、特にメタン，エタン，プロパン，エチレン，プロピレン，アセチレンなどが好ましい。
【００５４】
本発明では、活性化工程における電圧印加の手法は、電圧値の時間変化、電圧印加の方向、波形等の条件が考えられる。電圧値の時間変化は、電圧値を時間とともに上昇させていく手法や、固定電圧で行う手法で行うことができる。
【００５５】
また、図４で示すように、電圧印加の方向は、駆動と同様の方向（順方向）のみ（図４（ａ））に印加しても良いし、順方向、逆方向を交互に変化させて印加（図４（ｂ））しても良い。交互に電圧を印加する場合、亀裂（間隔）に対して、対称にカーボン膜が形成されるものと思われるので、好ましい。また、波形については、図４では、矩形波の例を示したが、正弦波、三角波、鋸波、等任意の波形を用いることができる。
【００５６】
５）このような工程を経て得られた電子放出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程は、電子放出素子が配置されている真空容器内の有機物質排気する工程である。真空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げることが出来る。真空容器内の有機成分の分圧は、上記の炭素及び炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１．３×１０-6Ｐａ以下が好ましく、さらには１．３×１０-8Ｐａ以下が特に好ましい。
【００５７】
さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。このときの加熱条件は、８０〜２５０℃好ましくは１５０℃以上で、できるだけ長時間処理するのが望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成、などの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力低くすることが必要で、１×１０-5Ｐａ以下が好ましく、さらに１．３×１０-8Ｐａ以下が特に好ましい。
【００５８】
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、圧力自体が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、また真空容器や基板などに吸着したＨ2Ｏ、Ｏ2なども除去でき、結果として素子電流Ｉｆ放出電流Ｉｅが安定する。
【００５９】
本発明の製造方法はまた、このようにして得られる電子放出素子が複数個、基板上に配列した電子源の製造方法でもある。
【００６０】
電子放出素子の配列については、電子放出素子を行方向及び列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、行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、列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。
【００６１】
まず単純マトリクス配置について以下に詳述する。図５において、７１は電子源基板、７２は列方向配線、７３は行方向配線である。７４は電子放出素子である。
【００６２】
列方向配線７２と行方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き出されている。これらの配線は、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、その材料、膜厚、巾は、適宜設計される。
【００６３】
また、ｍ本の行方向配線７３とｎ本の列方向配線７２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）。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、列方向配線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、列方向配線７２と行方向配線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。
【００６４】
電子放出素子７４を構成する一対の電極（不図示）はそれぞれ、ｍ本の行方向配線７３、およびｎ本の列方向配線７２と電気的に接続されている。
【００６５】
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６と図７を用いて説明する。図６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７は、図６の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。
【００６６】
図６において、７１は電子放出素子７４を複数配した電子源基板、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートである。８２は支持枠であり、該支持枠８２には、電子源基板（リアプレート）７１、フェースプレート８６が低融点のフリットガラスなどを用いて接合され外囲器８９が形成される。７２，７３は、電子放出素子の一対の素子電極と接続された列方向配線及び行方向配線である。
【００６７】
また、フェースープレート８６とリアプレート（電子源基板）７１との間にスペーサ１６９が配置されており、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器８９が構成されている。
【００６８】
図７は、蛍光膜８４を示す模式図である。蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成することができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列によりブラックストライプ（図７（ａ））あるいはブラックマトリクス（図７（ｂ））などと呼ばれる黒色導電材８７と蛍光体８８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８８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８７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。
【００６９】
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、印刷法等が採用できる。
【００７０】
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８６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。
【００７１】
フェースプレート８６には、更に蛍光膜８４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。
【００７２】
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不可欠となる。
【００７３】
図６に示した画像形成装置の製造方法の一例を以下に説明する。
【００７４】
図８は画像形成装置の製造工程に用いる装置の概要を示す模式図であり、この装置によってフォーミング工程以下の工程を行う事が出来る。
【００７５】
図８に示すように、得られた外囲器８９には排気管１３２が設けられ、外囲器８９は排気管１３２を介して真空チャンバー１３３に連結され、さらにゲートバルブ１３４を介して排気装置１３５に接続されている。
【００７６】
真空チャンバー１３３には、内部の圧力及び雰囲気中の各成分の分圧を測定するために、圧力計１３６、四重極質量分析器１３７等が取り付けられている。外囲器８９内部の圧力などを直接測定することは困難であるため、該真空チャンバー１３３内の圧力などを測定し、処理条件を制御する。
【００７７】
真空チャンバー１３３には、さらに必要なガスを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制御するため、ガス導入ライン１３８が接続されている。該ガス導入ライン１３８の他端には導入物質源１４０が接続されており、導入物質がアンプルやボンベなどに入れて貯蔵されている。
【００７８】
ガス導入ライン１３８の途中には、導入物質を導入するレートを制御するための導入量制御手段１３９が設けられている。該導入量制御手段１３９としては具体的には、スローリークバルブなど逃す流量を制御可能なバルブや、マスフローコントローラーなどが、導入物質の種類に応じて、それぞれ使用が可能である。
【００７９】
図８の装置により外囲器８９の内部を排気した後、有機物質がガス導入ライン１３８から導入される。また、外囲器８９の電子源基板７１上の行方向配線と列方向配線の端部と電源（不図示）をケーブル（不図示）で接続して、電源から電子源基板７１上の配線に電圧を印加する事が出来る。
【００８０】
また、図９で示すように、列方向配線７２のみを共通にし、行方向配線７３に、位相をずらせたパルスを順次印加（スクロール）することにより、電子源基板内の全導電性膜４に電圧を印加する事が出来る。図中１４３は電流測定用抵抗を、１４４は電流測定用のオシロスコープを示す。フォーミング工程は、個別素子で既述した手法と同様な方法を用いることができる。
【００８１】
本発明の製造方法は、既述のように活性化工程を少なくとも２段階以上の工程に分けて行うことを特徴としている。導電性膜の第１の間隔内とその近傍に炭素及び炭素化合物を堆積させる活性化工程は、雰囲気中から電子源基板上に吸着した有機物質を分解することによって行われる。多数の電子放出素子が形成された電子源基板に対して活性化工程を行う場合、特に、活性化工程の時間を短縮するために、同時に電圧を印加する素子数を増やす場合は、電子源基板上で分解、消費される有機物質の量が非常に多くなる。
【００８２】
一般に、活性化工程の場合、雰囲気中の有機物質の分子量が小さい場合、基板表面上の平均滞在時間が短く、活性化工程で消費される有機物質は、雰囲気中の有機物質の濃度に影響されるため、雰囲気中の有機物質の濃度の分布や変動によって、電子放出特性の均一性を損なう場合があった。
【００８３】
そこで、本発明者は、活性化工程を２段階に分け、第１段の工程では、高分子量（好ましくは分子量１００以上）の有機物質が含まれる雰囲気下で活性化を行い、その後、低分子量（好ましくは分子量１００未満）の有機物質が含まれる雰囲気下で活性化を行う、２段階活性化の手法を採用している。これにより、雰囲気中の有機物質の濃度の分布や変動に影響されることなく、電子放出特性の均一性の高い多数の素子の活性化を短時間で行うことが可能になった。
【００８４】
本発明者が鋭意検討した結果、第１段の工程における有機物質としては、トルニトリル，ベンゾニトリルなどが好ましく、第２段の工程における有機物質としては、メタン，エタン，プロパン，エチレン，プロピレン，アセチレンなどが好ましい。さらに、第２段の工程において、水素ガスを導入することが好ましいことがわかった。
【００８５】
活性化工程終了後は、個別素子の場合と同様に、安定化工程を行うことが好ましい。具体的には外囲器８９を加熱して、８０〜２５０℃に保持しながら、イオンポンプ、ソープションポンプなどのオイルを使用しない排気装置１３５によりの排気管１３２を通じて排気し、有機物質の十分少ない雰囲気にした後、排気管をバーナーで熱して溶解させて封じきる。
【００８６】
外囲器８９の封止後の圧力を維持するために、ゲッター処理を行なうこともできる。これは、外囲器８９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８９内の所定の位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常はＢａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、外囲器８９内の雰囲気を維持するものである。
【００８７】
本発明では、上述した外囲器を形成した後に、フォーミング工程、活性化工程を行うほかに、これらの工程を行った電子源基板を用いて外囲器を作成することも可能である。電子源基板に対して、フォーミング工程と活性化工程を行う例としては、真空チャンバー内部に電子源基板を投入して行う手法以外に、図１０に示したような基板ステージと真空容器からなる装置によっても行うことも可能である。
【００８８】
図１０に示す装置において、基板ステージ２１５上の電子源基板２１０は、その周辺部を除く領域を真空容器２１２で覆われている。真空容器２１２は、内部空間を有するフード形状であり、Ｏリング２１３によって電子源基板の周辺部以外は外界からシールされている。
【００８９】
真空容器２１２内部を排気する際は、電子源基板２１０の表裏の圧力差による電子源基板２１０の変形や破損を防ぐために、基板ステージ２１５には静電チャック２１６が設けられている。静電チャック２１６による基板の固定は、該静電チャックの中に置かれた電極（不図示）と電子源基板２１０との間に電圧を印加して静電力により電子源基板２１０を基板ステージ２１５に吸引するものである。電子源基板２１０に所定の電位を所定の値に保持するため、基板の裏面にはＩＴＯ膜などの導電性膜を形成する。なお、静電チャック方式による基板の吸着のためには、静電チャックの中に置かれた電極（不図示）と基板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２１０を静電チャック２１６に押し付けることが望ましい。
【００９０】
図１０に示す装置では、静電チャック２１６の表面に形成された溝２２１の内部を排気して電子源基板２１０を大気圧により静電チャックに押し付け、高圧電源（不図示）により静電チャックの中に置かれた電極（不図示）に高電圧を印加することにより、基板を十分に吸着する。この後真空チャンバー２１２の内部を排気しても電子源基板２１０にかかる圧力差は静電チャックによる静電力によりキャンセルされて、基板が変形したり、破損することが防止できる。更に、該静電チャック２１６と電子源基板２１０の間の熱伝導を大きくするために、上述の様にいったん排気した溝２２１内に熱交換のための気体を導入することが望ましい。気体としては、Ｈｅが好ましいが、他の気体でも効果がある。
【００９１】
熱交換用の気体を導入することで、溝２２１のある部分での電子源基板２１０と静電チャック２１６の間の熱伝導が可能となるのみならず、溝２２１のない部分でも単に機械的接触により電子源基板２１０と静電チャック２１６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、フォーミングや活性化などの処理の際、電子源基板２１０で発生した熱が容易に静電チャック２１６を介して基板ステージ２１５に移動して、電子源基板２１０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ほか、基板ステージ２１５にヒーターや冷却ユニットなどの温度制御手段を設けることにより、基板の温度をより精度良く制御できる。
【００９２】
以上の本発明の製造方法にて製造される画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを介して電圧を印加することにより、電子放出が生ずる。高圧端子Ｈｖを介してメタルバック８５、あるいは透明電極（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電子は、蛍光膜８４に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
【実施例】
以下、本発明の電子源、及び画像形成装置の製造方法の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
【００９６】
（実施例１）
本実施例の電子源の一部の平面図を図１１（ａ）に示す。また、一部の素子の断面図を図１１（ｂ）に示す。図において、９１は基板、９８は行方向配線（２００行）、９９は列方向配線（６００列）、４は導電性膜、５は導電性膜４の間隔、２と３は素子電極、９７は層間絶縁層である。
【００９７】
次に、本実施例における電子源の製造方法を工程順に従って具体的に説明する。
【００９８】
［工程−１］
清浄化した青板ガラス基板９１上に素子電極２，３を複数対、オフセット印刷法によって作成した。素子電極間隔Ｌは２０μｍ、素子電極の幅Ｗを１２５μｍとした。
【００９９】
［工程−２］
列方向配線９９をスクリーン印刷法で作成した。次に、厚さ１．０μｍの層間絶縁層９７をスクリーン印刷法により作成した。さらに、行方向配線９８をスクリーン印刷法で作成した。
【０１００】
［工程−３］
ポリビニルアルコールを重量濃度０．０５％、２−プロパノールを重量濃度１５％、エチレングリコールを重量濃度１％を溶解した水溶液に、テトラモノエタノールアミン−パラジウム酢酸（Ｐｄ（ＮＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）4（ＣＨ3ＣＯＯ）2）をパラジウム重量濃度が約０．１５％となるように溶解して黄色の溶液を得た。
【０１０１】
上記の水溶液の液滴をバブルジェット方式のインクジェット装置（キヤノン（株）製バブルジェット（登録商標）プリンタヘッドＢＣ−０１を使用）によって、各素子電極及び素子電極間に４回同箇所に付与した。
【０１０２】
［工程−４］
工程−３で作成した試料を、３５０℃で大気中焼成した。こうして形成されたＰｄＯからなる微粒子構造の導電性膜４を、上記複数対の素子電極２，３間の夫々に形成した。
【０１０３】
以上の工程により基板９１上に、図１２に示すような、複数の行方向配線９８及び複数の列方向配線９９によってマトリクス配線された複数の導電性膜４を形成した。
【０１０４】
次に、工程−４を終えた、図１２の基板９１を図１３の真空処理装置に設置した。
【０１０５】
図１３の真空処理装置について説明する。図１３は真空処理装置の一例を示す模式図であり、この真空処理装置はフォーミング工程，活性化工程，安定化工程を行えるだけではなく、測定評価装置としての機能をも兼ね備えている。尚、図１３においては、図示の便宜上、基板９１上に形成してある行方向配線９８、列方向配線９９、層間絶縁層９７、素子電極２，３、導電性膜４は省略している。
【０１０６】
図１３において、１６５は真空容器であり、１６６は排気ポンプである。１６１は、上記各導電性膜４に電圧Ｖｆを印加するための電源、１６０は素子電極２，３間の導電性膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、１６４は、各導電性膜４に形成された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。１６３は、アノード電極１６４に電圧を印加するための高圧電源、１６２は、各導電性膜４に形成された電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。一例として、アノード電極１６４の電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノード電極１６４と基体９１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。また、１６７は活性化工程を行う際に使用する有機ガス発生源である。
【０１０７】
真空容器１６５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１６６は、ターボポンプ、ドライポンプ、イオンポンプ等からなる超高真空装置系により構成した。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３５０℃まで加熱できる。
【０１０８】
［工程−５］
続いて、図１３の真空処理装置内でフォーミング工程を施した。真空容器１６５内を１０-5Ｐａまで排気後、基板９１上の行方向配線９８及び列方向配線９９を介して複数の導電性膜４の各々に電圧を印加してフォーミングを行なった。尚、上記電圧の印加は、各ライン（行方向配線）毎に行った。上記電圧の印加により、各導電性膜４の部位に亀裂が形成された。ここで、通電フォーミングの電圧波形はパルス波形で、パルス波高値を０Ｖから０．１Ｖステップで増加させる電圧パルスを印加した。電圧波形のパルス幅とパルス間隔はそれぞれ１ｍｓｅｃ，１０ｍｓｅｃとした矩形波とした。通電フォーミング処理の終了は、導電性膜の抵抗値が１ＭΩ以上とした。
【０１０９】
図１４に本実施例で用いたフォーミング波形を示す。なお、素子電極２，３において、一方の電極を低電位として他方を高電位側として電圧は印加される。
【０１１０】
［工程−６］
真空容器１６５内を１０-5Ｐａまで排気した後、１段階目の活性化工程として、トルニトリル（分子量：１１７）を分圧にして１×１０-3Ｐａまで導入し、基板９１上の行方向配線９８及び列方向配線９９を介して上記複数の導電性膜４の各々に電圧を印加した。この電圧印加は、各ライン（行方向配線）毎に線順次走査で行われ、パルス波高値を１５Ｖで固定，パルス幅を１ｍｓｅｃ，パルス間隔を１０ｍｓｅｃとした矩形波のパルスの印加が行われた。尚、各ライン（行方向配線）に対して１分間の電圧印加を行った。以上により１段階目の活性化工程を終了した。
【０１１１】
次に、真空容器１６５内を１０-5Ｐａまで排気した後、２段階目の活性化工程として、メタン（分子量：１６）を分圧にして１×１０-1Ｐａまで導入し、さらに水素を導入して全圧を２×１０-1Ｐａとして、１段階目の活性化工程と同様に各ライン（行方向配線）に対して１０分間程度の電圧印加を行い、各ラインとも素子電流が平均で０．８ｍＡになったとき、２段階目の活性化工程を終了した。
【０１１２】
図１５に、以上の１段階目及び２段階目の活性化工程で用いたパルス波形を示す。本実施例では、素子電極２，３に対して交互に低，高電位がパルス間隔毎に入れ替わるように印加した。ここで、図１６に、本実施例の活性化工程における素子電流の経時変化を示した。１段階目の活性化工程では著しい素子電流の増加が見られるものの、２段階目の活性化工程では素子電流の増加が少ないことがわかる。
【０１１３】
以上の工程により、各導電性膜４には図１（ａ）、（ｂ）で示したように、炭素膜４ａが形成された。
【０１１４】
［工程−７］
つづいて安定化工程を行った。安定化工程は、真空容器内の雰囲気などに存在する有機ガスを排気し、各導電性膜４上への更なる、炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制し、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅを安定させる工程である。具体的には真空容器全体を２５０℃に加熱して、真空容器内壁や基板９１上に吸着した有機物質分子を排気した。このとき、真空度は１×１０-6Ｐａであった。
【０１１５】
以上の工程により、図１１で示した、本実施例の電子源を作成した。
【０１１６】
その後、この真空度で各電子放出素子の特性を測定した結果、平均値で素子電流Ｉｆ＝０．８ｍＡ，放出電流Ｉｅ＝２．３μＡであった。特性の均一性を評価するため、各電子放出素子の特性の平均値で分散値を割った値を算出した結果、素子電流Ｉｆ値が１５％，放出電流Ｉｅ値が２０％であった。
【０１１７】
（比較例１）
実施例１の工程−５までを終えた基板９１に対して、実施例１の工程−６における活性化工程を、トルニトリル（分子量：１１７）の分圧を１×１０-4Ｐａとして、基板９１上の行方向配線９８及び列方向配線９９を介して複数の導電性膜４の各々に電圧を印加することで行なった。この電圧印加は、各ライン（行方向配線）毎に線順次走査で行われ、パルス波高値を１５Ｖで固定、パルス幅を１ｍｓｅｃ，パルス間隔を１０ｍｓｅｃとした矩形波のパルスを印加することで行われ、各ライン（行方向配線）に６０分間印加された。以降、２段階目の活性化工程を行わなかった以外は、実施例１と同様に電子源を作成した。
【０１１８】
特性の均一性評価のため、実施例１と同様に、各電子放出素子の特性の平均値で分散値を割った値を算出した結果、素子電流Ｉｆ値が２５％，放出電流Ｉｅ値が３０％であった。
【０１１９】
（比較例２）
実施例１の工程−５までを終えた基板９１に対して、実施例１の工程−６における活性化工程を、トルエン（分子量：９２）の分圧を１×１０-4Ｐａとして、基板９１上の行方向配線９８及び列方向配線９９を介して複数の導電性膜４の各々に電圧を印加することで行なった。この電圧印加は、各ライン（行方向配線）毎に線順次走査で行われ、パルス波高値を１５Ｖで固定、パルス幅を１ｍｓｅｃ，パルス間隔を１０ｍｓｅｃとした矩形波のパルスを印加することで行われ、各ライン（行方向配線）に６０分間印加された。以降、２段階目の活性化工程を行わなかった以外は、実施例１と同様に電子源を作成した。
【０１２０】
特性の均一性評価のため、実施例１と同様に、各電子放出素子の特性の平均値で分散値を割った値を算出した結果、素子電流Ｉｆ値が３０％，放出電流Ｉｅ値が３５％であった。
【０１２１】
（実施例２）
本実施例では、表示等に用いる画像形成装置を説明する。図６は、本実施例における画像形成装置の基本構成図であり、図７（ａ）は、蛍光膜である。電子源の一部の平面図を図１７に示す。また、図１７中のＡ−Ａ’断面図を図１８に示す。但し、図１７、図１８で、同じ記号を示したものは、同じものを示す。ここで７１は基板、７２は図６のＤｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ端子に接続された列方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３は図６のＤｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ端子に接続された行方向配線（上配線とも呼ぶ）、７４は電子放出素子、４は導電性膜、２と３は素子電極、１５１は層間絶縁層である。
【０１２２】
本実施例の電子源には、行方向に６００個、列方向に２００個の電子放出素子が形成されている。次に製造方法を図１９、２０により工程順に従って具体的に説明する。
【０１２３】
［工程−ａ］
青板ガラス（厚さ２．８ｍｍ）上に厚さ０．５ｍｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板７１上に、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ６００ｎｍのＡｕを順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０：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（図１９（ａ））。
【０１２４】
［工程−ｂ］
次に厚さ１．０ｍｍ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（図１９（ｂ））。
【０１２５】
［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１５２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（図１９（ｃ））。エッチングはＣＦ4とＨ2ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。
【０１２６】
［工程−ｄ］
その後、素子電極２と素子電極３に対応する開口を有する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５ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍ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た。素子電極間隔Ｌについては５μｍとし、素子電極の幅Ｗを３００μｍとして、素子電極２、３を形成した（図１９（ｄ））。
【０１２７】
［工程−ｅ］
上配線７３に対応する開口を有するホトレジストパターンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍ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の部分を除去して、所望の形状の上配線７３を形成した（図２０（ｅ））。
【０１２８】
［工程−ｆ］
膜厚１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆積・パターニングし、導電性膜４に対応する開口を有するパターンを形成した後、そのうえに有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０：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した。こうして形成されたＰｄＯ微粒子からなる導電性膜の膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は５×１０4Ω／□であった。その後、上記Ｃｒ膜及び焼成後の導電性膜を酸エッチャントによりエッチングして所望の形状の導電性膜４を形成した（図２０（ｆ））。
【０１２９】
［工程−ｇ］
コンタクトホール１５２部分以外にレジストを塗布するようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍのＡｕを順次堆積した。リフトオフにより不要の部分を除去することにより、コンタクトホール１５２を埋め込んだ（図２０（ｇ））。
【０１３０】
以上の工程により、基板７１上に、複数の列方向配線（下配線）７２、複数の行方向配線（上配線）７３、両配線間を絶縁する層間絶縁層１５１、両配線によって、素子電極２、３を介してマトリクス配線された複数の導電性膜４を有する電子源基板を作成した。
【０１３１】
つぎに、以上のようにして作成された電子源基板を用いて表示装置を構成した例を、図６、図２１を用いて説明する。図２１は、図６の行配線方向での外囲器８９の断面の概略図である。
【０１３２】
電子源基板７１上の上配線７３上に、導電性フリットペーストをディスペンサで塗布し、スペーサ１６９の一方の端部をこの上に配置した状態で焼成を行い、電子源基板上にスペーサを立てた。次に、スペーサ１６９の別の端部にディスペンサを用いて導電性フリットペーストを塗布した後、フェースプレート８６側では黒色導電材（ブラックストライプ）８７に合わせて配置し、フリットガラスが塗布された支持枠８２と共に、４２０℃で１０分以上焼成することで図６に示した外囲器８９を作成した。
【０１３３】
スペーサ１６９と上配線７３及びフェースプレート８６との固定には、表面にＡｕメッキを行ったソーダライムガラス球をフィラーを含有した導電性フリットペーストを用いた。このとき、ソーダライム球の平均粒径は約８μｍとした。また、フィラー表面の導電層形成は、無電解メッキ法を用い、下地に約０．１μｍのＮｉ膜、その上にＡｕ膜を約０．０４μｍ形成して作製した。この導電性フィラーをフリットガラス粉末に対して３０重量％混合し、さらにバインダーを加えて導電性フリットペーストを調整した。
【０１３４】
また、スペーサ１６９は、エッチング法で幅０．６ｍｍ、長さ７５ｍｍ、高さ４ｍｍに加工したソーダライムガラスを用い、この上に酸化ニッケル膜からなる半導電性膜１７０を設けた。酸化ニッケル膜は、スパッタリング装置を用いて酸化ニッケルをターゲットにし、アルゴン／酸素混合雰囲気中でスパッタリングを行うことにより作製した。なお、スパッタリング時の基板温度は２５０℃で行った。
【０１３５】
また、スペーサの配置は、１本の上配線上に、２枚のスペーサを並べて配置し、さらに、１０ライン毎にスペーサを配置して、画素領域がスペーサ１６９によって上配線方向で２０分割されているように配置した。
【０１３６】
フェースプレート上の蛍光膜８４は、黒色導電材８７と蛍光体８８とで構成された、ブラックストライプ配列のカラーの蛍光体８８ａ、８８ｂ、８８ｃを用いた。先にブラックストライプを形成し、その間隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜８４を作製した。ガラス基板に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。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、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理を行い、その後Ａｌを真空蒸着することで作製した。
【０１３７】
外囲器８９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なくてはいけないため、十分な位置合わせを行った。また、電子源基板上の上配線の両端部と下配線の端部では、フラットケーブルによって外部に設置された電源（不図示）に電気的接続を行った。
【０１３８】
以上のようにして完成した外囲器８９を排気管を介し、磁気浮上型ターボモレキュラーポンプで排気された既述の図８に示される真空装置と接続し、フォーミング工程以降の工程を以下のように行った。
【０１３９】
外囲器内部を１０-2Ｐａまで排気した後、外部に設置された、電源から、パルス幅１ｍｓの矩形波をスクロール周波数４．２Ｈｚで順次、上配線に印加した。電圧値は、１２Ｖとした。尚、下配線は、グランドに接地した。図８に示された真空装置のチャンバー１３３内部に水素と窒素の混合ガス（２％水素、９８％窒素）を導入し、圧力は１０００Ｐａに保った。ガス導入は、マスフローコントローラ１３９によって制御し、一方、チャンバー１３３からの排気流量は、排気装置１３５と流量制御用のコンダクタンスバルブによって制御した。
【０１４０】
１０分間通電処理を行ったところ、導電性膜を流れる電流値がほぼ０になり、電圧印加を中止し、チャンバー１３３内部の水素と窒素の混合ガスを排気してフォーミングを完了させ、基板７１上の複数の導電性膜に亀裂を形成することで電子放出部を作成した。
【０１４１】
次に、活性化工程を以下の第１と第２の２段階の工程で行った。
【０１４２】
＜第１の活性化工程＞
外囲器８９内を１０-4Ｐａまで排気した後、上記真空装置の真空チャンバー１３３を経由して、外囲器８９内にベンゾニトリル（分子量：１０３）を分圧にして５×１０-3Ｐａまで導入した。図２２は、外囲器の容器外端子と活性化工程で電圧印加するための電源との接続を示した図である。容器外端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎ（ｎ＝６００）を共通にして接地した。
【０１４３】
一方、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘ５０、容器外端子Ｄｏｘ５１〜Ｄｏｘ１００、容器外端子Ｄｏｘ１０１〜Ｄｏｘ１５０、容器外端子Ｄｏｘ１５１〜Ｄｏｘ２００をそれぞれスイッチングボックスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを介して、電源Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに接続した。なお、それぞれのスイッチングボックスと容器外端子の間には、配線を流れる電流を測定するための電流計から構成される電流評価系Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを接続した。
【０１４４】
電源Ａ〜Ｄは、制御装置からの同期信号によって制御され、活性化波形の位相をそろえ、また、それぞれのスイッチングボックスと電源を同期させることによって、Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘ５０、Ｄｏｘ５１〜Ｄｏｘ１００、Ｄｏｘ１０１〜Ｄｏｘ１５０、Ｄｏｘ１５１〜Ｄｏｘ２００の５０ラインの各ラインブロックの中で、それぞれ１０ラインを選択し、この１０ラインに時分割（スクロール）で電圧を印加した。
【０１４５】
これによって、外囲器中の電子源基板の４本の上配線７３に同時に電圧が印加され、それぞれの上配線７３に接続された導電性膜４に対して、第１の活性化工程を行った。活性化工程での電圧印加条件は、波高値は±１４Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの両極の矩形波（図４（ｂ））を用いた。
【０１４６】
１０ラインのスクロール中に各上配線に流れる電流値を電流評価系で測定し、この電流値が１Ａを超えたところで、スイッチングボックスを制御して対応する上配線への電圧印加を中断した。この工程を、５回繰り返し、すべての導電性膜４を活性化した。
【０１４７】
＜第２の活性化工程＞
外囲器８９内を１０-4Ｐａまで排気した後、外囲器８９内にメタン（分子量：１６）を分圧にして２×１０-1Ｐａまで導入した。第１の活性化工程と同様に、１０ラインに時分割で電圧を印加し、対応する導電性膜４に接続された素子電極２、３間に電圧を印加し、第２の活性化工程を行った。第２の活性化工程での印加電圧波形は、第１の活性化工程と同様に行い、活性化時間を一律３０分間行った。終了時の上配線に流れる素子電流は、８００ｍＡから１Ａの範囲であった。尚、各導電性膜４上には図１（ａ）、（ｂ）に示したように炭素膜４ａが形成されていた。
【０１４８】
最後に安定化工程として、約１．３３×１０-6Ｐａの圧力で、１５０℃１０時間のベーキングを行った後、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８９の封止を行った。
【０１４９】
以上のように完成した本実施例の画像形成装置（図６）において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ（ｍ＝２００）とＤｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ（ｎ＝６００）を通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ、印加することにより、電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、メタルバック８５に６ｋＶ以上の高圧を印加し、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。
【０１５０】
また、行方向配線と列方向配線のそれぞれからパルス電圧を印加し、画像形成装置内の各電子放出素子の電子放出特性（素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅ）のばらつきを測定したところ、Ｉｆで１１％、Ｉｅで１５％であった。ここで、ばらつきは、各素子のＩｆ、Ｉｅ値の平均値でその分散値を割った値とした。
【０１５１】
（実施例３）
図２３に示した構成の電子源基板２１０を以下のように作成した。
【０１５２】
まず、ＳｉＯ2層を形成したガラス基板（サイズ３５０ｍｍ×３００ｍｍ、厚さ２．８ｍｍ）上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２０２、２０３を形成した。
【０１５３】
次に、スクリーン印刷法によりＡｇペーストを印刷し、加熱焼成することにより、列方向配線（下配線）２０７（７２０本）及び行方向配線（上配線）２０８（２４０本）を形成した。尚、列方向配線２０７と行方向配線２０８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２０９を形成した。また、列方向配線２０７と行方向配線２０８と外部の電源と電気的な接続を行うために、図２４に示すように電子源基板２１０の端部に配線の取り出しパターン２１１をスクリーン印刷法で形成した。また、後述する静電チャックによる基板保持のために、ガラス基板の裏面にＩＴＯ膜（１００ｎｍ厚）をスパッタ法で成膜した。
【０１５４】
次に、素子電極２０２、２０３間にバブルジェット（登録商標）方式の噴射装置を用い、パラジウム錯体溶液を滴下し、３５０度で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２０４を形成した。導電性膜２０４の膜厚は２０ｎｍであった。以上のようにして、複数の導電性膜２０４が、複数の行方向配線２０８及び複数の列方向配線２０７によってマトリクス配線された電子源基板２１０を作成した。
【０１５５】
以上のように作成した電子源基板２１０に対し、既述の図１０に示したような真空排気装置を用いて、以下のフォーミング工程と活性化工程とを行った。
【０１５６】
先ず、図１０に示すように、ステージ２１５上に設置された電子源基板２１０を、電子源基板２１０上に設けられた取り出しパターン２１１（図２４参照）を除く領域を真空容器２１２によって覆った。電子源基板２１０と真空容器２１２間は、電子源基板上に作成された素子部領域を囲むようにＯリング２１３を配置し、素子部領域は、外界に対してシールされている。ステージ２１５には、電子源基板２１０をステージ上に固定するための静電チャック２１６を有していて、電子源基板２１０の裏面に形成されたＩＴＯ膜２１４と静電チャック内部の電極間に１ｋＶを印加して、電子源基板２１０をチャックした。
【０１５７】
次に、真空容器内部を磁気浮上型ターボモレキュラーポンプ２１７で排気し、フォーミング工程以降の工程を以下のように行った。
【０１５８】
＜フォーミング工程＞
先ず、真空容器内部を１０-4Ｐａまで排気した。また、上配線、下配線への電圧印加は、真空容器外部に出ている、各配線の取り出しパターン２１１（図２４参照）にコンタクトピンを接触させた。ここで、上配線２０８の取り出しパターン２１１には不図示のコンタクトピンＣｏｘ１〜Ｃｏｘｍ（ｍ＝２４０）を、一方、下配線２０７の取り出しパターン２１１には不図示のＣｏｙ１〜Ｃｏｙｎ（ｎ＝７２０）をされぞれ接触させた。これらのコンタクトピンを介して、外部に設置された電源２１８から、パルス幅１ｍｓの矩形波をスクロール周波数４．２Ｈｚで順次、上配線２０８に印加した。電圧値は、１２Ｖとした。また、下配線は、グランドに接地した。真空容器内部に水素と窒素の混合ガス（２％水素、９８％窒素）を導入し、圧力は１０００Ｐａに保った。ガス導入は、マスフローコントローラ２２０によって制御し、一方、真空容器からの排気流量は、排気装置と流量制御用のコンダクタンスバルブ２１９によって制御した。１０分間通電処理を行ったところ、導電性膜２０４を流れる電流値がほぼ０になり、電圧印加を中止し、真空容器内部の水素と窒素の混合ガスを排気して、フォーミングを完了させ、電子源基板２１０上のすべての導電性膜２０４に亀裂を形成することで電子放出部を作成した。
【０１５９】
次に、活性化工程を以下の第１と第２の２段階の工程で行った。
【０１６０】
＜第１の活性化工程＞
真空容器２１２内を１０-5Ｐａまで排気した後、真空容器内にトルニトリル（分子量：１１７）を分圧にして１×１０-3Ｐａまで導入した。図２５は、本実施例の活性化工程で用いた電子源基板２１０の取り出しパターン２１１と電圧印加するための電源との接続を示した図である。まず、下配線２０７に接触している不図示のコンタクトピンＣｏｙ１〜Ｃｏｙｎ（ｎ＝７２０）を共通にして接地した。一方、上配線２０８に接触している不図示のコンタクトピンＣｏｘ１〜Ｃｏｘ２４０を、３０ピン単位で８分割し、それぞれをスイッチングボックスＡ〜Ｈを介して、電源Ａ〜Ｈに接続した。なお、それぞれのスイッチングボックスとコンタクトピンの間には、配線を流れる電流を測定するための電流計から構成される電流評価系Ａ〜Ｈを接続した。
【０１６１】
電源Ａ〜Ｈは、制御装置からの同期信号によって制御され、活性化波形の位相をそろえ、また、それぞれのスイッチングボックスと電源を同期させることによって、上配線２０８（２４０本）を３０ライン単位で分割したラインブロックの中で、それぞれ１０ラインを選択し、この１０ラインに時分割（スクロール）で電圧を印加した。これによって、電子源基板２１０の８本の上配線に同時に電圧が印加され、それぞれの上配線に接続された導電性膜２０４に対して、第１の活性化工程を行った。尚、第１の活性化工程での電圧印加条件は、波高値は±１４Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの両極の矩形波（図４（ｂ））を用いた。１０ラインのスクロール中に各上配線に流れる電流値を電流評価系Ａ〜Ｈで測定し、この電流値が１．３Ａを超えたところで、スイッチングボックスＡ〜Ｈを制御して対応する上配線への電圧印加を中断した。この工程を、３回繰り返し、すべての素子を活性化した。
【０１６２】
＜第２の活性化工程＞
その後、真空容器２１２内を１０-5Ｐａまで排気した後、真空容器内にメタン（分子量：１６）を分圧にして１×１０-1Ｐａまで導入した。第１の活性化工程と同様に、１０ラインに時分割で電圧を印加し、対応する導電性膜２０４の素子電極２０２、２０３間に電圧を印加し、第２の活性化工程を行った。第２の活性化工程での印加電圧波形は、第１の活性化工程と同様に行い、活性化時間を一律３０分間行った。終了時の上配線に流れる素子電流は、０．６Ａから０．８Ａの範囲であった。
【０１６３】
以上の工程を終了した電子源基板２１０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、実施例２と同様に、前記外囲器内を真空排気した状態で、ベーキング、封止工程等の工程を施し、図６に示す画像形成装置を作製した。得られた画像形成装置における各電子放出素子の電子放出特性（Ｉｆ、Ｉｅ）のばらつきを測定したところ、Ｉｆで９％、Ｉｅで１０％であった。
【０１６４】
以上説明した実施例の通り、電子放出素子の活性化工程、特に複数の電子放出素子を同時に処理する活性化工程において、第１段目の高分子量の有機物質（特に好ましくは分子量１００以上の有機物質）が含まれる雰囲気中での活性化工程によって、電子放出部及びその近傍に、炭素を含む堆積物を短時間で堆積させることができると共に、雰囲気中の有機物質ガスの濃度の分布や変動による電子放出特性の均一性低下を防ぐことができる。さらに複数の活性化工程を設け、第２段目の低分子量の有機物質（特に好ましくは分子量１００未満の有機物質）が含まれる雰囲気中での活性化工程によって、電子放出特性の最適化が進行し、ロット内及びロット間での各素子の電子放出特性を均一で安定性の高いものとすることができる。
【０１６５】
従って、これらにより、輝度ムラの少ない高品位で安定性の高い画像形成装置を再現性良く提供できる。さらに、活性化工程においては、電子放出特性の均一性を低下させることなく、複数の電子放出素子を同時に製造することが可能となるため、工程のタクトタイムを短くすることによる生産コストの低下を期待することができる。
【０１６６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、より短い時間で活性化工程を行なうことのできる電子放出素子、電子源の製造方法を提供することができる。
【０１６７】
また、本発明は、より短い時間での活性化工程で結晶性の良い炭素あるいは炭素化合物の膜を形成できる電子放出素子、電子源の製造方法を提供することができる。
【０１６８】
また、本発明は、複数の電子放出素子を備える電子源の製造方法においても、より短い時間で活性化工程を行なうことのできる電子源の製造方法を提供することができる。
【０１６９】
また、本発明は、複数の電子放出素子を備える電子源の製造方法においても、より短い時間での活性化工程で均一性の良い電子放出素子を備える電子源を作成し得る電子源の製造方法を提供することができる。
【０１７０】
また、本発明は、均一な輝度特性が得られる画像形成装置を得ることのできる画像形成装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法にて製造される電子放出素子の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の電子放出素子の製造方法を説明するための図である。
【図３】フォーミング電圧の例を示す図である。
【図４】活性化電圧の例を示す図である。
【図５】複数の電子放出素子のマトリクス配置を示す模式図である。
【図６】本発明の製造方法にて作成される画像形成装置（表示パネル）の一例を部分的に切り欠いて示す模式図である。
【図７】蛍光膜の例を示す図である。
【図８】本発明に係わる活性化工程を行なうための真空装置の一例を示す模式図である。
【図９】本発明に係わるフォーミング工程、活性化工程のための結線方法を示す模式図である。
【図１０】本発明に係わる活性化工程を行なうための真空装置の別の例を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施例に係る電子源の一部を示す図である。
【図１２】本発明の実施例に係るフォーミング前の電子源基板の一部を示す図である。
【図１３】実施例１で用いた真空装置の模式図である。
【図１４】実施例１で用いたフォーミング電圧の波形図である。
【図１５】実施例１で用いた活性化電圧の波形図である。
【図１６】実施例１の活性化工程での素子電流の増加特性図である。
【図１７】実施例２に係る電子源の一部を示す図である。
【図１８】図１７の電子源の部分断面図である。
【図１９】実施例２の電子源の製造工程を説明する図である。
【図２０】実施例２の電子源の製造工程を説明する図である。
【図２１】実施例２の画像形成装置の一部断面図である。
【図２２】実施例２の活性化工程のための結線方法を示す模式図である。
【図２３】実施例３に係る電子源の一部を示す図である。
【図２４】電子源基板の配線の取り出しパターンを示す模式図である。
【図２５】実施例３の活性化工程のための結線方法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
４ａ  カーボン膜
５  第１の間隔（電子放出部）
５ａ  第２の間隔
７１  電子源基板
７２  列方向配線
７３  行方向配線
７４  電子放出素子
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  黒色導電材
８８  蛍光体
８９  外囲器
Ｉｆ  素子電流
Ｉｅ  放出電流
【図１】
0003689683.tif 000002
【図２】
0003689683.tif 000003
【図３】
0003689683.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003689683.tif 000006
【図６】
0003689683.tif 000007
【図７】
0003689683.tif 000008
【図８】
0003689683.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003689683.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0003689683.tif 000015
【図１５】
0003689683.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0003689683.tif 000019
【図１９】
0003689683.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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