(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出素子の製造方法であって、
複数の繊維状カーボンを備えた陰極電極が設けられた基板を用意する工程と、
前記陰極電極に対向する対向電極を配置する工程と、
減圧雰囲気中において、前記対向電極の電位が前記陰極電極の電位よりも高くなるように前記陰極電極と前記対向電極との間にパルス電圧を繰り返し印加することにより、前記繊維状カーボンを部分的に除去する工程と、
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】
前記繊維状カーボンは、カーボンナノチューブもしくはアモルファスカーボンファイバーからな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】
電子放出素子の製造方法であって、
複数の繊維状カーボンを備えた陰極電極が設けられた基板を用意する工程と、
前記陰極電極に対向する対向電極を配置する工程と、
減圧雰囲気中において、前記対向電極の電位が前記陰極電極の電位よりも高くなるように前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加することにより、前記繊維状カーボンを部分的に除去する工程と、
を有し、
前記複数の繊維状カーボンの各々は、複数のグラフェンを有し、前記複数のグラフェンが前記繊維状カーボンの各々の軸方向に積層されてなることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程は、前記陰極電極と前記対向電極との間にパルス電圧を繰り返し印加する工程であ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】
前記対向電極は、前記基板とは離間して配置されるアノード電極であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】
前記対向電極は、前記陰極電極と間隔を置いて、前記基板の表面上に配置される引き出し電極であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】
前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程は、エミッションサイトの数を増加させる工程であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】
前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程において、前記陰極電極と前記対向電極との間に印加される電圧は、前記繊維状カーボンから電子が放出される電圧であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】
前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程は、前記繊維状カーボンと反応する反応ガスを含む雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】
前記反応ガスは、Ｏ2、Ｈ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏのいずれかであることを特徴とする請求項９に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】
前記反応ガスの導入圧力は、１×１０-4Ｐａ以上であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１２】
前記繊維状カーボンは、炭化水素ガスを分解して形成されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記繊維状カーボンは、前記陰極電極上に予め配置された触媒を用いて、前記炭化水素ガスを分解して形成されることを特徴とする請求項１２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記触媒は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｎｉ、又はこれらの中から選択された材料の合金からなることを特徴とする請求項１３に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１５】
電子放出素子を複数配列した電子源の製造方法であって、
前記電子放出素子が請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法により製造されることを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項１６】
前記電子源は、更に、複数の行方向配線と、該複数の行方向配線と交差する複数の列方向配線と、を備え、前記複数の電子放出素子の各々が前記複数の行方向配線の１つと前記複数の列方向配線の１つと接続されており、
前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程は、前記複数の列方向配線又は前記複数の行方向配線の中から一部の列方向配線又は行方向配線を選択して、前記対向電極と、前記選択された配線に接続される電子放出素子の前記陰極電極との間に、前記対向電極の電位が前記陰極電極の電位よりも高くなるように電圧を印加する工程であることを特徴とする請求項１５に記載の電子源の製造方法。
【請求項１７】
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、
前記電子源が請求項１５又は１６に記載の方法により製造されることを特徴とする画像形成装置の製造方法。
【請求項１８】
前記画像形成装置は、前記画像形成部材が配置された第１の基板と、前記電子源が配置
された第２の基板と、が封着されたものであり、
前記陰極電極と対向電極との間に電圧を印加する工程が、前記第１の基板と前記第２の基板とが封着される前に行われることを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置の製造方法。
【請求項１９】
画像形成装置を有するテレビジョンの製造方法であって、
前記画像形成装置は、請求項１７又は１８に記載の方法により製造されたことを特徴とするテレビジョンの製造方法。
【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、電子源及び画像形成装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属に対し１０６Ｖ／ｃｍ以上の強電界をかけて金属表面から電子を放出させる電界放出型（ＦＥ型）電子放出素子が冷電子源の一つとして注目されている。
【０００３】
ＦＥ型の冷電子源が実用化されれば、薄型の自発光画像表示装置が可能となり、消費電力の低減、軽量化にも貢献する。
【０００４】
縦型のＦＥ型電子放出素子の構造を図１４に示す。なお、図中、１４１は基板、１４２はゲート電極（引き出し電極）、１４３はカソード電極（陰極電極）、１４４は絶縁層、１４５はエミッタ、１４６はアノード、１４７はアノードに照射される電子ビームの形状をあらわしている。カソード電極１４３上に配置された絶縁層１４４とゲート電極１４２との積層体に開口を形成し、この開口内に円錐状のエミッタ１４５を配置した構造（以下スピント型）である。このような構造は、例えばＣ．  Ａ．  Ｓｐｉｎｄｔ，  ”Ｐｈｙｓｉｃａｌ    Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ    ｏｆ    ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃａｔｈｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｃｏｎｅｓ”，  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，  ４７，  ５２４８  （１９７６）  等に開示されている。
【０００５】
また、横型ＦＥ型電子放出素子の例としては、先端が先鋭化されたエミッタ電極と、エミッタ電極先端から電子を引き出すゲート電極（引き出し電極）とが基板と平行に形成され、ゲート電極とエミッタ電極とが対向する方向と直行した方向にコレクタ（本件ではアノードと呼ぶ）が構成されたものがある。
【０００６】
また、繊維状カーボンを用いた電子放出素子の例としては、特開平８−１１５６５２号公報や特開２０００−２２３００５号公報、ヨーロッパ公開特許ＥＰ−Ａ１−１０２２７６３等に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＦＥ型電子放出素子で作製された電子源を用いた画像形成装置では、電子源から蛍光体までの距離Ｈと、電子放出素子と蛍光体間のアノード電圧Ｖａと、陰極電極と引き出し電極間の素子電圧Ｖｆと、に応じた電子ビームスポット（以下ビーム径と呼ぶ）が得られる。前述のビーム径はサブミリメートル程度であり、画像形成装置としては十分の解像度を持っている。
【０００８】
しかしながら、画像表示装置等の画像形成装置においては、近年、より高精細な解像度が要求されている。
【０００９】
さらに、表示画素数の増大に伴い、駆動時には、電子放出素子の持つ素子容量に起因する消費電力が増大するため、素子容量の低減、素子電圧の低減と電子放出素子の効率向上が望まれていた。
【００１０】
また、電子放出素子の特性バラツキにより各画素の明るさに分布が生じることを防止するために、電子放出素子の特性の均一化が必要とされる。
【００１１】
このため、素子固有の容量低減、素子電圧の低減に加え、電子放出素子ごとの特性バラツキを低減することが望まれている。
【００１２】
前述の図１４に示すスピント型電子放出素子では、引き出し電極１４２が基板１４１と積層されて構成されることで、大きなゲート容量と多数のエミッタ１４５との間に寄生容量が形成されていた。さらに、先鋭されていない金属コーンをエミッタ１４５として用いているために、素子電圧が数十Ｖと高く、容量性の消費電力が大きい欠点があった。
【００１３】
また、取り出された電子ビームは広がるため、ビームの広がりを押さえるためには、集束電極が必要であった。例えば特開平０７−００６７１４号公報には、電子を集束させるための電極を配置し、電子軌道を収束する手法が開示されている。しかし、この手法では集束電極の付与による工程の複雑さと電子放出効率の低下等が問題であった。
【００１４】
また、一般的な横型ＦＥ型電子放出素子では陰極から放出された電子は、対向するゲート電極に衝突しやすい構成になっているため、効率（ゲート電極に流れる電子電流と陽極（アノード）に到達する電子電流の比）が低下するだけでなく、陽極（アノード）でのビーム形状が大きく広がる構造であった。
【００１５】
また、繊維状カーボンの集合体を用いた電子放出素子においては、各々の長さや形状の差が大きいと、局所的な電子放出（電界集中）現象が顕著になる。そのため、局所的に電界集中した部分では電子放出に伴う電流密度が高くなり、その結果、素子としての電子放出特性の低下や素子の寿命の低下を招くことがあった。
【００１６】
さらに、この様な素子を複数配列した画像形成装置等の場合、上記の現象により、電子放出素子毎のＩｅ（放出電流）量に分布が生じ、画像の明暗を上手く表現できなくなったり、画像がチラついたりする等、画像形成装置の性能を低下させる原因となる。
【００１７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電子放出特性の均一化を図ることで、耐久性に優れた電子放出素子、電子源、さらには長期にわたって均一な表示特性を有する画像形成装置を容易に作製可能とする電子放出素子、電子源及び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】
上記目的を達成するために本発明の電子放出素子の製造方法にあっては、電子放出素子の製造方法であって、複数の繊維状カーボンを備えた陰極電極が設けられた基板を用意する工程と、前記陰極電極に対向する対向電極を配置する工程と、減圧雰囲気中において、前記対向電極の電位が前記陰極電極の電位よりも高くなるように前記陰極電極と前記対向電極との間にパルス電圧を繰り返し印加することにより、前記繊維状カーボンを部分的に除去する工程と、を有することを特徴とする。
【００２０】
また、前記陰極電極と前記対向電極との間に電圧を印加する工程が、前記繊維状カーボンと反応し得る反応ガスを含む雰囲気中で行われることが好ましい。この工程により、前記繊維状カーボンの電界が集中する箇所を局所的に反応させて前記箇所を部分的にエッチングすることができ、その結果安定で均一性の高い電子放出素子、電子源及び画像形成装置を形成することができる。
【００２１】
前記繊維状カーボンと反応し得るガスは、Ｈ2、Ｈ2Ｏ、Ｏ2又はＣＯ2を含むガスであることが好適である。あるいはまた、前記繊維状カーボンと反応し得るガスは、Ｈ2Ｏ、Ｏ2、ＣＯ2の中から選ばれたガスと、Ｈ2ガスと、の混合ガスであることが好適である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２３】
まず、本発明の特徴である電子放出素子の電子放出特性の均一化処理について、以下に説明する。
【００２４】
本発明では、電子放出素子の電子放出部材として繊維状カーボンを用いることが最も好ましい。繊維状カーボンは縦横比が非常に大きいため、電界をエンハンスさせ易い。そのために、低電圧で電子を放出させることが可能であり、本発明の電子放出部材として好ましく用いられる。
【００２５】
なお、本発明における「繊維状カーボン」とは、「炭素を主成分とする柱状物質」あるいは、「炭素を主成分とする線状物質」ということもできる。また、「繊維状カーボン」とは、「炭素を主成分とするファイバー」ということもできる。そして、また、本発明における「繊維状カーボン」とは、より具体的には、カーボンナノチューブ、グラファイトナノファイバー、アモルファスカーボンファイバーを含む。そして、中でも、グラファイトナノファイバーが電子放出部材として最も好ましい。
【００２６】
しかし、電子放出部材として繊維状カーボンを用いる際には、その製法上、複数の繊維状カーボンの集合体として用いる場合が多い。また、その個々の繊維状カーボンの太さや長さ等の形状を揃えることが難しいために、複数の繊維状カーボンからなる集合体をそのまま電子放出素子の電子放出部材として用いてしまうと、電子放出素子毎の特性のバラツキを引き起こす場合が多い。
【００２７】
そこで、本発明では、複数の繊維状カーボンを電子放出部材として用いた電子放出素子の電子放出特性を制御するために、各電子放出素子間の電子放出特性差を低減せしめる処理（均一化）を行う。
【００２８】
本発明に係る電子放出素子の製造方法の特徴である「均一化処理」は、電子放出素子を構成する一対の電極のうち、駆動時にもう一方の電極（引き出し電極）よりも低い電位が印加される電極（陰極電極）上に複数の繊維状カーボン（ファイバー）を配置した後に、電子放出素子に電圧を印加するという方法である。
【００２９】
この方法は、特に、複数の電子放出素子を用いて電子源や画像形成装置等を形成する場合に簡便で非常に有効な方法である。
【００３０】
また、本発明における「均一化処理」は、複数の電子放出素子間の電子放出特性差を低減するものだけでなく、１つの電子放出素子の電子放出特性を向上させるものをも含む。
【００３１】
即ち、繊維状カーボンを形成した直後の電子放出素子においては、複数の繊維状カーボンの形態に差があることは前述した通りである。そのような素子には、特異的に電界が集中する箇所が形成されている場合がある。そのような電界が特異的に集中する形態を持つ電子放出素子を駆動していると、その特異箇所から集中的に電子放出が行われ、その箇所に負荷が過大に生じ、その結果、電子放出特性が急激に損なわれるなどして、電子放出素子として満足な性能が得られなくなる場合がある。
【００３２】
そのため、本発明の「均一化処理」を行うことで、上述したような特異的に電界が集中する箇所を除去し、多数の繊維状カーボンから平均的に電子を放出するようにし（電子放出のエミッションサイト数を増加させ）、その結果、長期に渡って安定で良好な電子放出特性を持つ電子放出素子を得ることができる。
【００３３】
また、本発明における上記「均一化処理」は、繊維状カーボンと反応する物質を含む雰囲気下で、素子に電圧を印加することが好ましい。
【００３４】
この均一化処理の原理は、電子放出部である繊維状カーボンから電子が真空中に放出される際に発生する熱を利用して、エッチングを行うものである。また、特に繊維状カーボンと反応する物質を含む雰囲気中で行う場合には、雰囲気中に含まれる反応性物質と繊維状カーボンを選択的に反応させ、部分的にエッチングを行うというものである。
【００３５】
繊維状カーボンは、カーボンを主成分とするものであるため、
Ｃ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  Ｈ２↑  ＋  ＣＯ↑    ・・・（１）
Ｃ  ＋  Ｏ２  →  ＣＯ２↑                ・・・（２）
２Ｃ  ＋  Ｏ２  →  ２ＣＯ↑              ・・・（３）
Ｃ  ＋  ＣＯ２  →  ２ＣＯ↑              ・・・（４）
以上のような反応が有効である。
【００３６】
そのため、Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、Ｏ２、Ｈ２等が繊維状カーボンと反応する物質として有効である。
【００３７】
図２に繊維状カーボンを電子放出部材とした横型ＦＥ型電子放出素子を例とした本発明の均一化処理の一例を模式図で示した。
【００３８】
図２において、１は絶縁性の基板、２は引き出し電極（「第２電極」または「ゲート電極」とも言う）、３は陰極電極（「第１電極」または「カソード電極」とも言う）、４は陰極電極に電気的に接続された複数の繊維状カーボン（「ファイバー」とも言う）からなる電子放出部材である。また、２０は真空装置、２１は基板ホルダ、２２はガス導入バルブ、２３は排気装置、２４は陽極（「アノード」または「第３電極」とも言う）、２５は等電位面である。
【００３９】
ここでは、横型ＦＥ型電子放出素子の例を示したが、本発明の製造方法は図１４に示した様な縦型ＦＥ型電子放出素子の電子放出部材として繊維状カーボンを用いたものにも好ましく適用可能である。尚、縦型ＦＥ型電子放出素子に比べ、横型ＦＥ型電子放出素子の方が、製造が簡易であると共に、駆動時の容量成分が少ないため、高速駆動ができるので好ましい素子である。
【００４０】
また、図１４に示した縦型のＦＥ型電子放出素子は、カソード電極１４３とゲート電極１４２を含むが、繊維状カーボンは低電界で電子放出することが可能なので、図１４におけるゲート電極１４２、絶縁層１４４を省いた構造の縦型のＦＥ型電子放出素子にも本発明は適用可能である。即ち、基板１４１上に配置されたカソード電極１４３と、その上に配置された繊維状カーボンとで電子放出素子を構成したものにも本発明は適用できる。
【００４１】
縦型ＦＥ型電子放出素子の場合には、繊維状カーボンが配置されたカソード電極（図１４の符号１４３）とアノード（図１４の符号１４６）との間に、後述する「均一化処理」において行なわれる電圧印加と同様の電圧印加処理を行うことによって行うことができる。あるいはまた、繊維状カーボンが配置されたカソード電極（図１４の符号１４３）と、カソード電極とアノード（図１４の符号１４６）との間に配置されたゲート電極（図１４の符号１４２）と、の間に、後述する「均一化処理」において行なわれる電圧印加と同様の電圧印加処理を行うことによっても行うことができる。
【００４２】
また、均一化処理は、繊維状カーボンが配置されたカソード電極の上方に、別途、電極板を配置し、この電極板とカソード電極との間に後述する「均一化処理」において行なわれる電圧印加と同様の電圧印加処理を行うことによっても行うことができる。
【００４３】
均一化処理は、真空装置２０内を、排気装置２３により十分に排気した後、ガス導入バルブ２２より繊維状カーボンと反応する「反応ガス」を導入する。次に、繊維状カーボンの電子放出部材４に対して、引き出し電極２が正となるような電圧をかけ、繊維状カーボンの電子放出部材４から電子を放出させる。すると繊維状カーボンの電子放出部材４では、電子放出の熱等により上記（１）〜（４）式の反応が右に進行して、繊維状カーボンの電子放出部材４がエッチングされる（図２（ａ））。
【００４４】
上記の反応の進行中は、ガス導入バルブ２２によって絶えず上記（１）〜（４）式の左辺の反応ガスを導入すると同時に、排気装置２３によって右辺の生成物を排気して、上記の反応式を右に進行させる。
【００４５】
反応によっては可逆変化である場合もあるので、反応生成物が直ちに反応系から取り除かれるようにしておく。
【００４６】
また、反応ガスと電子放出部材４との反応を促進するために、電子放出休止時間を作るとよいので、電子放出部材４と引き出し電極２との間に印加する電圧はパルス電圧であることが好ましい。
【００４７】
ここで、反応の駆動力は電子放出の熱であるので、電子放出部材４がカーボン繊維の集合体において、より電子放出し易い（電界がエンハンスされ易い）部分が集中的に反応してエッチングされる。その結果、過度に電界の集中していた部分が除去されることにより、電界が電子放出領域により均等にかかるようにすることができる。
【００４８】
図２（ｂ）は均一化処理が終了した後の模式図である。均一化処理終了後は個々の繊維状カーボンの電子放出部材４に印加される電界の差が緩和される。つまり、始め図２（ａ）のように大きく歪んでいた等電位面２５が、図２（ｂ）のように歪みが小さくなる。
【００４９】
また、画像形成装置を形成する場合等には、各々が繊維状カーボンを有する複数の電子放出素子と当該電子放出素子を駆動するための配線とを形成した電子源基板と、蛍光体等からなる画像形成部材を有するフェイスプレートと、を張り合わせ、真空外囲器を形成した（封着工程と呼ぶ）後に、上記均一化処理を行ってもよい。
【００５０】
しかし、好ましくは、上記封着工程前に、上記電子源基板を図２に示した真空装置内に配置して、上述の均一化処理を行う。このようにすれば、画像形成装置内部を反応性ガスなどで汚すことがないので好ましい。また、各電子放出素子の特性検査を行った後に封着を行うので、パネルとしての歩留まりが向上する。
【００５１】
また、上記均一化処理は、カソード電極と引き出し電極間への電圧印加、あるいはカソード電極とアノード電極間への電圧印加に限らず、カソード電極と引き出し電極とアノード電極の３つの電極間に電圧を印加して行う場合もある。上記いずれの場合においても、各電極間に印加される電圧は、実際に駆動する際に各電極間に印加される電圧関係と同様にすることが好ましい。
【００５２】
以上のような処理を行うことで、複数の繊維状カーボンを用いた電子放出素子、電子源、及び画像形成装置の性能を向上させることができる。
【００５３】
即ち、本発明の電子放出素子は、上記均一化処理を施すことにより、局所的な電界集中が防止され、電子放出特性の均一化を図ることができると共に、局所的な電界集中で電流密度が高くなって過負荷がかかり、放出電流の衰退が起こることが抑制できる。
【００５４】
このため、放電を誘発することを抑制でき、電子放出素子の寿命をより長くすることができ、時間に対して変動の少ない安定した電子放出電流を長期にわたって維持することができる。
【００５５】
そして、複数の電子放出素子を備えた電子源及び画像形成装置に対しても、各電子放出素子の電子放出電流が安定して維持されることから各画素の耐久性が向上し、画像の明暗を上手く表現でき、画像のチラつきを防止でき、長期にわたって均一な表示特性を有する。
【００５６】
以下に、本発明の具体的な構成である実施の形態を説明する。
【００５７】
本発明の製造方法が有効となる電子放出素子構成の一例を図３に示す（図３（ａ）は本実施の形態に係る電子放出素子の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である）。
【００５８】
図３において、１は基板、２は引き出し電極、３は陰極電極、４は電子放出部材である。また図４に本実施の形態の電子放出素子の製造方法の一例を模式的に示した。以下図４に沿って本実施の形態の電子放出素子の製造方法の一例を順を追って説明する。
【００５９】
予め、その表面を十分に洗浄した、石英ガラス，Ｎａ等の不純物含有量を減少させ、Ｋ等に一部置換したガラス，青板ガラス，及びシリコン基板等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等の絶縁性基板を基板１とする（図４（ａ））。
【００６０】
上記基板１上に、引き出し電極２及び陰極電極３を積層する（図４（ｂ））。
【００６１】
引き出し電極２及び陰極電極３は導電性を有しており、蒸着法，スパッタ法等の一般的真空成膜技術，フォトリソグラフィ技術により形成される。
【００６２】
引き出し電極２及び陰極電極３の材料は、例えば、炭素，金属，金属の窒化物，金属の炭化物，金属のホウ化物，半導体，半導体の金属化合物から適宜選択される。
【００６３】
電極２、３の厚さとしては、数十ｎｍから数μｍの範囲で設定される、好ましくは炭素，金属，金属の窒化物，金属の炭化物の耐熱性材料が望ましい。尚、この電極の厚さが薄いために電位降下などが心配される時、あるいはマトリクス配列でこの電子放出素子を用いる場合は必要に応じて低抵抗の配線用金属材料が電子放出に関与しない部分で用いられることがある。
【００６４】
引き出し電極２と陰極電極３の間隔は、用いる電子放出部材４の電子放出電界（横方向電界）と画像形成に必要な縦方向電界との電界を比較した時に、電子放出電界が縦方向電界よりも１倍から１０倍程度の値になるように、引き出し電極２と陰極電極３間の電子放出素子を駆動する素子電圧に応じて決めればよい。
【００６５】
例えば、アノードと陰極電極３との間を２ｍｍの間隔として１０ｋＶを印加する場合、この時の縦方向電界は５Ｖ／μｍとなる。この場合、用いるべき電子放出部材４の電子放出電界は５Ｖ／μｍよりも大きな電子放出電界を持つ材料であり、選択した電子放出電界に相当するように、その間隔と、素子電圧を決めればよい。
【００６６】
尚、本発明で言う「横方向電界」は、「基板１の表面と実質的に平行な方向における電界」と言う事ができる。あるいは、また、「引き出し電極２と陰極電極３とが対向する方向における電界」とも言う事ができる。
【００６７】
また、本発明で言う「縦方向電界」とは、「基板１の表面と実質的に垂直な方向における電界」、あるいは「基板１とアノードとが対向する方向における電界」と言う事もできる。
【００６８】
次に、表面が凹凸形状の電子放出部材４を陰極電極３上に配置する（図４（ｃ））。電子放出部材４として特に好ましく用いられる材料は、前述したように繊維状カーボンの集合体である。また、繊維状カーボンとしては、グラファイトファイバを用いることが好ましい。
【００６９】
上記繊維状カーボンは、数Ｖ／μｍの閾値電界を持つ。繊維状カーボンの形態の一例を図１０、図１１に示す。各図では一番左側に光学顕微鏡レベル（〜１０００倍）で見える形態、真中は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）レベル（〜３万倍）で見える形態、右側は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）レベル（〜１００万倍）で見えるカーボンの形態を模式的に示している。
【００７０】
図１０のように、グラフェンが円筒形状（円筒形が多重構造になっているものはマルチウォールナノチューブと呼ばれる）の形態をとるものはカーボンナノチューブと呼ばれ、特にチューブ先端を開放させた構造の時に、最もその閾値が下がる。
【００７１】
あるいは、比較的低温で生成される繊維状カーボンを図１１に示す。この形態の繊維状カーボンは、グラフェンの積層体（このため「グラファイトナノファイバー」と呼ばれることがあるが、温度によりアモルファス構造の割合が増加する）で構成されている。より具体的には、グラファイトナノファイバーは、その長手方向（ファイバーの軸方向）にグラフェンが積層されたファイバー状の物質を指す。換言すると、図１１に示す様に、グラフェンがファイバーの軸に対して非平行に配置されたファイバー状の物質である。
【００７２】
一方のカーボンナノチューブは、その長手方向（ファイバーの軸方向）を囲むよう（円筒形状）にグラフェンが配置されているファイバー状の物質である。換言すると、グラフェンがファイバーの軸に対して実質的に平行に配置されるファイバー状の物質である。
【００７３】
尚、グラファイトの１枚面を「グラフェン」あるいは「グラフェンシート」と呼ぶ。より具体的には、グラファイトは、炭素原子がｓｐ２混成により共有結合でできた正六角形を敷き詰める様に配置された炭素平面が、３．３５４Åの距離を保って積層してできたものである。この一枚一枚の炭素平面を「グラフェン」あるいは「グラフェンシート」と呼ぶ。
【００７４】
どちらの繊維状カーボンも電子放出の閾値が１Ｖ〜１０Ｖ／μｍ程度であり、本発明の電子放出部材（エミッター）４の材料として好ましい。
【００７５】
特に、グラファイトナノファイバーの集合体を用いた電子放出素子では、図２、図３等に示した本発明の素子構造に限らず、低電界で電子放出を起こすことができ、大きな放出電流を得ることができ、簡易に製造ができ、安定な電子放出特性をもつ電子放出素子を得ることができる。
【００７６】
例えば、グラファイトナノファイバーをエミッタとし、このエミッタからの電子放出を制御する電極を用意することで電子放出素子とすることができ、さらに、グラファイトナノファイバーから放出された電子の照射により発光する発光体を用いればランプなどの発光装置を形成することができる。
【００７７】
また、さらには、上記グラファイトナノファイバーを用いた電子放出素子を複数配列すると共に、蛍光体などの発光体を有するアノード電極を用意することでディスプレイなどの画像表示装置をも構成することができる。
【００７８】
グラファイトナノファイバーを用いた電子放出装置や発光装置や画像表示装置においては、内部を従来の電子放出素子のように超高真空に保持しなくても安定な電子放出をすることができ、また、低電界で電子放出するため、信頼性の高い装置を非常に簡易に製造することができる。
【００７９】
そのため、グラファイトナノファイバーを用いたデバイスにおいては、本発明の製造方法が好ましく適用される。
【００８０】
上記した繊維状カーボンは、触媒（炭素の堆積を促進する材料）を用いて炭化水素ガスを分解して形成することができる。カーボンナノチューブとグラファイトナノファイバーは触媒の種類、及び分解の温度によって異なる。
【００８１】
前記触媒材料としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｎｉもしくはこれらの中から選択された材料の合金が繊維状カーボン形成用の核として用いることができる。
【００８２】
特に、Ｐｄ、Ｎｉにおいては低温（４００℃以上の温度）でグラファイトナノファイバーを生成することが可能である。Ｆｅ、Ｃｏを用いたカーボンナノチューブの生成温度は８００℃以上必要なことから、Ｐｄ、Ｎｉを用いてのグラファイトナノファイバー材料の作成は低温で可能なため、他の部材への影響や、製造コストの観点からも好ましい。
【００８３】
さらに、Ｐｄにおいては酸化物が水素により低温（室温）で還元される特性を用いて、核形成材料として酸化パラジウムを用いることが可能である。
【００８４】
酸化パラジウムの水素還元処理を行うと、一般的な核形成技法として従来から使用されている金属薄膜の熱凝集や、超微粒子の生成と蒸着を用いずとも、比較的低温（２００℃以下）で初期凝集核の形成が可能となった。
【００８５】
前述の炭化水素ガスとしては例えばエチレン、メタン、プロパン、プロピレンなどの炭化水素ガス、ＣＯ，ＣＯ２ガスあるいはエタノールやアセトンなどの有機溶剤の蒸気を用いることもある。
【００８６】
また、本実施の形態は、図４（ｃ）の様に表面が凹凸形状を有する電子放出部材４であれば好ましく適用できる。この様な、表面が凹凸形状を有する電子放出部材４の材料としては、例えば、Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ等の耐熱性の材料、あるいはＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，ＣｅＢ６，ＹＢ４，ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、アモルファスカーボン、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及び炭素化合物等を用いることができる。
【００８７】
この様な表面が凹凸形状を有する電子放出部材４はスパッタ法等の一般的な真空成膜法等で堆積した膜をＲＩＥ等の手法を用いて凸形状の突起に加工する場合と、ＣＶＤにおける核成長を利用した針状結晶の成長や、ひげ結晶の成長等を利用する場合がある。
【００８８】
突起形状の制御は、ＲＩＥの場合には、用いる基板の種類，ガスの種類，ガス圧力（流量），エッチング時間，プラズマを形成する時のエネルギー等に依存する。一方、ＣＶＤによる形成方法では、基板の種類，ガスの種類，流量，成長温度等で制御される。
【００８９】
尚、電子放出への関与に係わらず、電子放出部材４が配置された領域を本発明では「電子放出領域」と呼ぶ。
【００９０】
次に、上述した、電子放出部材４を部分的にエッチングして、エミッションサイト数を向上する「均一化処理」を行う（図４（ｄ））。
【００９１】
電子放出素子を図２のような真空装置２０内に配置し、排気装置２３により十分排気した後、ガス導入バルブ２２より電子放出部材４と化学的または物理的に反応し得る物質を導入する。
【００９２】
ここでいう化学的に反応する物質とは、電子放出部材４がカーボンである場合は、例えば前述したＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２等である。あるいはまた、前記ファイバーと化学的に反応し得るガスは、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、ＣＯ２の中から選ばれたガスと、Ｈ２ガスとの混合ガスであることが好適である。
【００９３】
また、物理的に反応する物質とは、主に電子ビームが衝突することにより帯電粒子となる物質のことをいい、Ａｒ等の比較的質量数の大きな物質が好ましい。上記物質のガスの導入圧力は、ガス種により異なるが、化学的に反応させる物質の場合は１×１０−４Ｐａ以上であり、物理的に反応させる物質の場合は１×１０−６〜１×１０−４Ｐａ程度である。
【００９４】
上記ガスを導入した後、電子放出素子の電子放出部材４に対して、電子放出素子の引き出し電極２が正となるような電位をかけ、電子放出させると、上記ガスと電子放出部材４が反応して電子放出部材４のエッチングが起こる。
【００９５】
この工程により、電子放出領域において、より電子放出し易い（電界がエンハンスされ易い）部分が集中的に反応してエッチングされ、過度に電界の集中していた部分が除去され、電界が電子放出領域により均等にかかるようにすることができる。
【００９６】
この様子を示す模式図を図２に示した。図２（ａ）は均一化処理開始時、図２（ｂ）は均一化処理後の素子の模式図である。
【００９７】
尚、本工程は、画像形成装置を形成する場合等には、電子放出素子に配線等を形成した電子源基板と、蛍光体等からなる画像形成部材を有するフェイスプレートを張り合わせ、真空外囲器を形成した（封着工程と呼ぶ）後に、反応ガスを導入して、電子放出部領域に対してアノードに正電位を印加することによって行うこともできる。
【００９８】
このようにして本実施の形態に係る電子放出素子が形成される。
【００９９】
上記工程を経て得られた電子放出素子とその動作について、図６，図７を用いて説明する。引き出し電極２と陰極電極３間に数μｍのギャップを持つ電子放出素子を、図６に示すような真空装置６０に設置し、真空排気装置６３によって１０−５Ｐａ程度に到達するまで十分に排気し、図６に示したように高電圧電源を用いて、基板１から数ｍｍの高さＨの位置に陽極（アノード）６１を設け、陰極電極３とアノード６１間に数ｋＶからなる高電圧のアノード電圧Ｖａを印加した。
【０１００】
尚、アノード６１には、導電性フィルムを被覆した蛍光体６２が設置されている。
【０１０１】
引き出し電極２と陰極電極３間には、数十Ｖ程度からなるパルス電圧の素子電圧Ｖｆを印加して、流れる素子電流Ｉｆと電子放出電流Ｉｅを計測した。
【０１０２】
この時、等電位線６６は、図６のように形成され、電界の集中する点は６４で示される電子放出部材４の最もアノード６１より、かつギャップの内側の場所である。
【０１０３】
この電界集中点６４近傍に位置する電子放出部材４から電子が放出されると考えられる。
【０１０４】
電子放出素子の電子放出電流Ｉｅ特性は、図７に示すように、印加電圧（素子電圧Ｖｆ）の約半分からＩｅが急激に立ち上がり、ＩｆはＩｅの特性に類似していたが、その値はＩｅと比較して十分に小さな値であった。
【０１０５】
また、電子放出部材４への局所的な電界集中によって電子放出部材４が破壊されること等により観測されるＩｅの急変動は起こらなかった。
【０１０６】
同一の製造方法により作製した本実施の形態に係る単素子Ａ，Ｂ，Ｃについて、Ｖｆ，Ｖａ，Ｈを一定にして駆動した場合のＩｅ変動を図５（ａ）に示した。３素子Ａ，Ｂ，Ｃ共にＩｅ変動が少なく、Ｉｅの値が同程度であることがわかる。
【０１０７】
比較として、電子放出部材４の均一化処理（図４（ｄ）にあたる）を省略し、それ以外は同一の製造方法により作製した単素子Ｄ，Ｅ，Ｆについて、上記と同様な条件にて駆動した場合のＩｅ（放出電流）変動を図５（ｂ）に示した。素子Ｄでは駆動初期にＩｅの急降下が観測され、素子ＦではＩｅが段階的に減少しある値で飽和傾向が見られた。素子ＥのＩｅは安定していた。
【０１０８】
このように、本発明の特徴の一つである均一化処理を行わないと、素子ごとに特性がバラついてしまう。これは、電子放出部材である繊維状カーボンの形状が様々であるために、電界集中し易い部分と、そうでない部分が素子ごとに異なってしまうことによる。
【０１０９】
次に具体的に３つの素子（素子Ａ、Ｂ，Ｃ）の場合を例に挙げ、多数の素子間における、本発明の均一化処理の一例を説明する。図１２は均一化処理を行う前の素子Ａ〜Ｃの異なる電子放出特性を示している。
【０１１０】
この例では素子Ｃが最も電子放出の閾値Ｖｔｈ３が大きく、素子Ａが最も低い閾値Ｖｔｈ１で電子が放出する特性を示している。
【０１１１】
最初に、前述した反応ガスを含む雰囲気中で、素子Ａにパルス電圧を加え駆動すると、前述したカーボンの化学的エッチングの機構により素子Ａの電子放出電流が急激に低下する。素子Ａに印加する電圧を次第に上昇し、素子Ｃの閾値電圧（Ｖｔｈ３）の時に電子放出が確認できなくなる程度まで処理を行う。同様にして、素子Ｂについては図中点Ａで示される電流値から点Ｂで示される電流値に低下するまで処理を行う。
【０１１２】
このようにすることにより、反応ガスを排気した後の雰囲気中で、各素子の特性を評価すると、素子Ａ、Ｂの電子放出特性は素子Ｃの電子放出特性とほぼ一致させることができるのである。
【０１１３】
このように、多数の素子間における本発明の「均一化処理」は、処理前に行う各電子放出素子の特性測定において、最も電子放出に必要な閾値電圧が低いと判断された電子放出素子の特性に、その他の素子の特性を合わせ込む方法が簡便であるため好ましい。
【０１１４】
以下、この原理に基づき、電子放出素子を複数配置した電子源に均一化処理を施す方法の一例を、図８を用いて説明する。図８において、８１は電子源基体、８２はＸ方向配線、８３はＹ方向配線である。８４は電子放出素子、８５は結線である。
【０１１５】
Ｘ方向配線８２は、Ｄｘ１，Ｄｘ２，．．Ｄｘｍのｍ本の配線からなり、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。
【０１１６】
Ｙ方向配線８３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，．．Ｄｙｎのｎ本の配線からなり、Ｘ方向配線８２と同様に形成される。
【０１１７】
これらｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方向配線８３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）。
【０１１８】
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８２を形成した電子源基体８１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８２とＹ方向配線８３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。
【０１１９】
そして、Ｘ方向配線８２とＹ方向配線８３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【０１２０】
電子放出素子８４を構成する一対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方向配線８３と導電性金属等からなる結線８５とによって電気的に接続されている。
【０１２１】
図８のような単純マトリクスにおいて、Ｘ方向行及びＹ方向列が多くなると、マトリクス上の電子放出素子８４を全て選択して一括して均一化処理を行う際には、電圧降下によって各素子８４への印加電圧に分布が生じる場合がある。そこで、例えば線順次に均一化を行うことや、点順次に均一化を行うことが好ましい。
【０１２２】
ここでは、全電子放出素子に対して均一化処理を行う例を説明するが、均一化処理を全ての電子放出素子に行わず、所望の電子放出素子にのみ行うこともできる。
【０１２３】
均一化処理を行う前に、予め、各電子放出素子８４の電気的特性を測定しておくことが好ましい。この測定によって得られたデータを基にどのように各電子放出素子の電気的特性を揃えるかを決定することができる。測定する（モニタする）電気的特性としては、例えば、一定の電圧を、各電子放出素子あるいは、電子放出素子とアノード間に印加した際に発生する電流を測定すればよい。
【０１２４】
電子放出素子に発生する電流としては、例えば、各電子放出素子の引き出し電極と陰極電極との間に一定の電圧を印加した際に、引き出し電極と陰極電極との間に流れる電流がある。アノード電極と電子放出素子との間に発生する電流としては、例えば、アノード電極と電子放出素子間に一定の電圧を印加した際に、アノードに流れ込む電流（電子放出素子からの放出電流）をモニタする場合などが挙げられる。
【０１２５】
また、上記電気的特性の測定は、全電子放出素子に対して行うことが好ましいが、電子放出素子の数が増えた場合には、一部の素子に限って測定を行い、この測定値に基づいて均一化処理を行っても良い。
【０１２６】
この様にして測定された電気的特性から判断し、全ての電子放出素子の電気的特性を所定の値の範囲内に近づけるために、好ましくは全ての電子放出素子に均一化処理を行う。しかしながら、各素子の電気的特性がそれほど異なっていなければ、所望の範囲から外れた特性をもつ電子放出素子にのみ均一化処理を施しても良い。
【０１２７】
次に前述した線順次の均一化法について述べる。例えば、Ｄｙ１，Ｄｙ２，．．Ｄｙｎのｎ本のＹ方向配線を共通接続（例えばＧＮＤ接続）し、Ｙ方向配線に対して正の電位をＸ方向配線のＤｘ１に印加して、Ｄｘ１行の電子放出素子（Ｄｘ１の配線に接続する電子放出素子）８４を選択して均一化処理を行う。続いてＤｘ２に同様な電圧を印加してＤｘ２行の電子放出素子を選択して均一化処理を行う。同様にして、Ｄｘ３，Ｄｘ４，・・Ｄｘｍ行を順次選択して、Ｘ方向に線順次に均一化処理を行う。このようにすることで、電圧降下の影響を少なくすることができる。
【０１２８】
尚、ここでは、ある１つのＸ方向配線に接続する全ての電子放出素子に対して均一化処理を行う例を示したが、ある１つのＸ方向配線に接続する電子放出素子のうちの幾つかに対して均一化処理を行っても良い。つまり、均一化処理を全ての電子放出素子に行わず、所望の電子放出素子にのみ行うこともできる。
【０１２９】
次に点順次均一化法は、上記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して、電子放出素子８４を一個づつ順に均一化していく方法である。この方法では、電圧降下の影響が全くないが、処理にかかる時間が素子の数に比例するので、電子源の大きさや使用用途により、線順次処理，点順次処理，または一括処理を使い分ければよい。この方法においても、均一化処理を全ての電子放出素子に行わず、所望の電子放出素子にのみ行うこともできる。
【０１３０】
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９を用いて説明する。図９は、画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【０１３１】
図９において、８１は電子放出素子を複数配した電子源基体、９１は電子源基体８１を固定したリアプレート、９６はガラス基体９３の内面に蛍光膜９４とメタルバック９５等が形成されたフェースプレートである。９２は支持枠であり、支持枠９２には、リアプレート９１、フェースプレート９６がフリットガラス等を用いて接続されている。外囲器９７は、例えば大気中、真空中あるいは、窒素中で、４００〜５００℃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。
【０１３２】
外囲器９７は、上述の如く、フェースプレート９６、支持枠９２、リアプレート９１で構成される。リアプレート９１は主に電子源基体８１の強度を補強する目的で設けられるため、電子源基体８１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート９１は不要とすることができる。即ち、基体８１に直接支持枠９２を封着し、フェースプレート９６、支持枠９２及び基体８１で外囲器９７を構成しても良い。一方、フェースプレート９６、リアプレート９１間に、スペーサ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もつ外囲器９７を構成することもできる。
【０１３３】
また、本実施の形態に係る電子放出部材４の均一化処理工程は、外囲器９７を形成した後に、ガス導入チューブ９８により、反応ガスを導入して行うこともできる。なお、導入したガス及び反応生成物は排気チューブ９９により随時除去される。
【０１３４】
本実施の形態の画像形成装置は、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としての画像形成装置等としても用いることができる。
【０１３５】
（実施例）
以下、本実施の形態についての具体的な実施例を詳細に説明する。
【０１３６】
（第１の実施例）
第１の実施例として、Ｏ２ガス雰囲気下において、電子放出素子の陰極電極と引き出し電極間にバイアスして電子放出させ、均一化させた例を示す。図１に本実施例に係る電子放出素子の製造方法を示し、図３には作製した電子放出素子の平面図及び断面図を示す。以下に、本実施例に係る電子放出素子の製造工程を詳細に説明する。
【０１３７】
（工程１（図１（ａ）））
基板１に石英基板を用い、十分洗浄を行った後、引き出し電極２及び陰極電極３として、スパッタ法により厚さ５ｎｍのＴｉ及び厚さ３０ｎｍのＰｔを連続的に蒸着を行なった。
【０１３８】
次に、フォトリソグラフィ工程で、ポジ型フォトレジスト（ＡＺ１５００／クラリアント社製）を用いてレジストパターンを形成した。
【０１３９】
次に、パターニングした前記フォトレジストをマスクとして、Ａｒを用いてＰｔ層，Ｔｉ層のドライエッチングを行い、電極間のギャップが５μｍからなる引き出し電極２及び陰極電極３を形成した。
【０１４０】
（工程２（図１（ｂ）））
次に、全体にＣｒをＥＢ蒸着にて約１００ｎｍの厚さに堆積した。フォトリソグラフィ工程で、ポジ型フォトレジスト（ＡＺ１５００／クラリアント社製）を用いてレジストパターンを形成した。
【０１４１】
次に、パターニングした前記フォトレジストを、マスクとし、電子放出部材４を被覆すべき領域（１００μｍ角）について陰極電極３上に形成し、開口部のＣｒを硝酸セリウム系のエッチング液で取り除いた。
【０１４２】
フォトレジストを剥離した後、Ｐｄ錯体にイソプロピルアルコール等を加えた錯体溶液を、スピンコートにて全体に塗布した。
【０１４３】
塗布後、大気中３００℃で熱処理を行い、酸化パラジウム４１を約１０ｎｍの厚さに陰極電極３上に形成した後、Ｃｒを硝酸セリウム系のエッチング液にて取り除いた。
【０１４４】
（工程３（図１（ｃ）））
そして、２００℃に加熱し、大気を排気後、窒素で希釈した２％水素気流中で熱処理を行った。この段階で陰極電極３表面には粒子の直径が約３〜１０ｎｍの粒子４２が形成された。この時の粒子４２の密度は約１０１１〜１０１２個／ｃｍ２と見積もられた。
【０１４５】
（工程４（図１（ｄ）））
続いて、窒素希釈した０．１％エチレン気流中で５００℃、１０分間加熱処理をした。これを走査電子顕微鏡で観察すると、Ｐｄ塗布領域に直径１０〜２５ｎｍ程度で、屈曲しながら繊維状に伸びた多数の繊維状カーボン４３が形成されているのがわかった。このとき繊維状カーボン４３の厚さは約５００ｎｍとなっていた。
【０１４６】
（工程５（図１（ｅ）））
次に、図２の真空装置２０内に素子を配置し、排気装置２３により１×１０−５Ｐａまで排気した後、ガス導入バルブ２２よりＯ２ガスを真空装置２０内の真空度が１×１０−４Ｐａになるまで導入し、陰極電極３に対して、引き出し電極２を正として、パルス電圧を印加した。この状態で１時間駆動して、電子放出部材４を均一化させた。
【０１４７】
そして、以上の工程によって形成された電子放出素子を図６の真空装置６０中で、真空排気装置６３によって２×１０−６Ｐａに到達するまで十分に排気し、図６に示したようＨ＝２ｍｍ離れた陽極（アノード）６１に、アノード電圧Ｖａ＝１０ｋＶ印加した。
【０１４８】
このとき、電子放出素子には素子電圧Ｖｆ＝２０Ｖのパルス電圧を印加して流れる素子電流Ｉｆと電子放出電流Ｉｅを計測した。
【０１４９】
電子放出素子のＩｅ特性は、図７に示すように、印加電圧の約半分からＩｅが急激に増加し、Ｖｆが１５Ｖでは約１μＡの電子放出電流Ｉｅが測定された。時間に対するＩｅの変動が少ない良好な電子放出特性が得られた。
【０１５０】
一方、ＩｆはＩｅの特性に類似していたが、その値はＩｅと比較して一桁小さな値であった。
【０１５１】
図１３を用いて、本実施例で行った均一化処理の機構について説明する。図１３は均一化処理の前後での素子特性の変化を示している。
【０１５２】
図１３の均一化処理前の電子放出素子は閾値Ｖｔｈ１（約１Ｖ／μｍ）で電子が放出する特性を示していた。そして、上記したように、Ｏ２ガス雰囲気中で、素子にパルス電圧を加え駆動したところ、前述したカーボンの化学的エッチングの機構により素子の電子放出電流が急激に低下した。そして、次第に素子に印加する電圧を上昇し、図１３の閾値電圧Ｖｔｈ２の時に電子放出が確認できなくなる程度まで処理を行った。
【０１５３】
次に、Ｏ２ガスを排気後再び素子特性を評価すると閾値Ｖｔｈ２から電子が放出される特性に変化していた。この時、電子放出により得られた電子放出電流の変動幅が減少し、均一化処理により電子放出点が増加したものと思われる。
【０１５４】
尚、本実施例で得られた素子から放出された電子ビーム径は、Ｙ方向に細長く、Ｘ方向に短い、略矩形形状であった。
【０１５５】
（第２の実施例）
第２の実施例として、Ｏ２ガス雰囲気下において、電子放出素子の陰極電極と、電子放出素子と対向する陽極（アノード）間にバイアスして電子放出させ、均一化工程を行った例を示す。
【０１５６】
（工程１）
第１の実施例の工程１から工程４と同様な方法で、基板１上に素子引き出し電極２及び陰極電極３を形成し、陰極電極３上に電子放出部材４として繊維状カーボンを作製した。
【０１５７】
（工程２）
上記の電子放出素子を図２のような真空装置２０に設置し、真空排気装置２３によって２×１０−６Ｐａに到達するまで十分に排気した後、ガス導入バルブ２２からＯ２ガスを真空装置２０内の真空度が１×１０−４Ｐａになるまで導入し、電子放出素子の陰極電極３に対して、電子放出素子の引き出し電極２を正として、Ｖｆ＝２０Ｖのパルス電圧（パルス幅：１０ｍｓｅｃ、パルス長：４ｍｓｅｃ）を印加した。同時に、電子放出素子の陰極電極３に対して、アノード２４を正としてＶａ＝１０ｋＶの電圧を印加した。この状態で１時間駆動して、電子放出部材４の均一化を行った。
【０１５８】
以上のようにして作製した電子放出素子を、Ｖｆを１５Ｖに固定し、アノード間距離Ｈを２ｍｍに固定し、アノード電圧Ｖａ１０ｋＶとして駆動した。このようにしても、第１の実施例と同様に安定したＩｅが得られた。
【０１５９】
（第３の実施例）
電子放出素子を複数配置したマトリクス電子源からなる表示装置において、マトリクスのライン毎に均一化処理を行った例について、図８，図９を用いて説明する。
【０１６０】
図８において、８１は電子源基体、８２はＸ方向配線、８３はＹ方向配線である。８４は電子放出素子、８５は結線である。
【０１６１】
複数配置したことに伴う素子容量が増大すると、図８に示すマトリクス配線においては、パルス幅変調に伴う短いパルスを加えても容量成分により波形がなまり、期待した階調が取れない等の問題が生じる。
【０１６２】
このため、本実施例では、第１の実施例に示したように、電子放出部材４のすぐ脇に、層間絶縁層を配し、電子放出領域以外での容量性分の増加を低減する構造を採用した。
【０１６３】
図８において、Ｘ方向配線８２はＤｘ１，Ｄｘ２，．．ＤＸｍのｍ本の配線からなり、蒸着方にて形成された厚さ約１μｍ、幅３００μｍのアルミニウム系配線材料で構成されている。配線の材料，膜厚，巾は適宜設計される。
【０１６４】
Ｙ方向配線８３はＤｙ１，Ｄｙ２，．．Ｄｙｎのｎ本の配線からなり、厚さ０．５μｍ、幅１００μｍでＸ方向配線８２と同様に形成される。
【０１６５】
これらｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方向配線８３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）。
【０１６６】
不図示の層間絶縁層は、スパッタ法等を用いて厚さ約０．８μｍのＳｉＯ２で構成された。Ｘ方向配線８２を形成した基体８１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８２とＹ方向配線８３の交差部の電位差に耐え得るように、本実施例では１素子当たりの素子容量が１ｐＦ以下、素子耐圧３０Ｖになるように層間絶縁層の厚さが決められた。
【０１６７】
Ｘ方向配線８２とＹ方向配線８３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【０１６８】
本発明の放出素子８４を構成する一対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方向配線８３と導電性金属等からなる結線８５によって電気的に接続されている。
【０１６９】
本実施例においてはＹ方向配線は陰極電極側、Ｘ方向配線は引き出し電極側になるように接続された。
【０１７０】
Ｄｙ１，Ｄｙ２，．．Ｄｙｎのｎ本のＹ方向配線を共通としてアースに落とし、アースに対して正側のパルス電圧をＤｘ１に印加してＤｘ１行の電子放出素子８４を選択して均一化処理を行った。
【０１７１】
続いてＤｘ２に同様な電圧を印加して、Ｄｘ２行の電子放出素子８４を選択して均一化処理を行った。同様にして、Ｄｘ３，Ｄｘ４，・・Ｄｘｍ行を選択してＸ方向線順次に均一化処理を行った。
【０１７２】
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９を用いて説明する。図９は、ガラス基板材料としてソーダライムガラスを用いた画像形成装置の表示パネルを示す図である。
【０１７３】
図９において、８１は電子放出素子を複数配した電子源基体、９１は電子源基体８１を固定したリアプレート、９６はガラス基体９３の内面に蛍光膜９４とメタルバック９５等が形成されたフェースプレートである。９２は、支持枠であり該支持枠９２には、リアプレート９１、フェースプレート９６がフリットガラス等を用いて接続されている。９７は外囲器であり、真空中で、４５０℃の温度範囲で１０分焼成することで、封着して構成される。
【０１７４】
８４は電子放出素子に相当する。８２，８３は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、Ｙ方向配線である。Ｘ方向配線８２及びＹ方向配線８３はそれぞれの行配線及び列配線がＤｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ及びＤｏｙ１乃至Ｄｏｙｎの端子として外囲器９７の外部へ取り出される。
【０１７５】
外囲器９７は、上述の如く、フェースプレート９６、支持枠９２、リアプレート９１で構成される。一方、フェースプレート９６とリアプレート９１間に、スペーサ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もつ外囲器９７を構成している。
【０１７６】
メタルバック９５は、蛍光膜９４作製後、蛍光膜９４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、その後真空蒸着等を用いてＡｌを堆積させることで作られた。
【０１７７】
フェースプレート９６には、更に蛍光膜９４の導電性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透明電極（不図示）を設けた。
【０１７８】
本実施例では、電子源からの電子放出は引き出し電極２側に出射されるので、アノード電圧Ｖａが１０ｋＶで、アノード間距離Ｈが２ｍｍの時は、引き出し電極２側に２００μｍ偏移した位置に対応して蛍光膜９４が配置された。
【０１７９】
このようにして得られたマトリクス電子源は、各電子放出素子８４毎の特性が揃いＩｅの分布が少なく、表示装置等に非常に好ましいものであった。
【０１８０】
（第４の実施例）
本実施例では、第３の実施例の電子放出素子を複数配置したマトリクス電子源からなる画像形成装置としての表示装置において、各電子放出素子毎に均一化処理を行った例を示す。
【０１８１】
第３の実施例と同様に図８のようなマトリクス電子源を作製した。本実施例においても、Ｙ方向配線８３は陰極電極側、Ｘ方向配線８２は引き出し電極側になるように接続した。
【０１８２】
Ｄｙ１とＤｘ１に電圧を印加し、Ｄｙ１とＤｘ１の交差部にあたる電子放出素子８４を選択し、独立に駆動して均一化処理を行った。
【０１８３】
続いてＤｙ１とＤｘ２に同様な電圧を印加して、Ｄｙ１とＤｘ２の交差部の電子放出素子８４を独立選択して均一化処理を行った。同様にして各電子放出素子８４の一個ずつについて均一化処理を行った。
【０１８４】
本実施例で作製したマトリクス電子源を用いて第３の実施例と同様に図９のような表示装置を作製した。
【０１８５】
このようにして得られたマトリクス電子源では、さらにＩｅの分布が少なく、表示装置等に非常に好ましいものであった。
【０１８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、電子放出部材であるファイバーの複数の突起間の形状を均一化したことにより、電子放出部材で局所的な電界集中が防止され、電子放出特性の均一化を図ることができると共に、局所的な電界集中で電流密度が高くなって過負荷がかかり、放出電流の衰退が起こることが抑制できる。
【０１８７】
このため、放電を誘発することを抑制でき、電子放出素子の寿命をより長くすることができ、時間に対して変動の少ない安定した電子放出電流を長期にわたって維持することができる。
【０１８８】
そして、複数の電子放出素子を備えた電子源及び画像形成装置に対しても、各電子放出素子の電子放出電流が安定して維持されることから各画素の耐久性が向上し、画像の明暗を上手く表現でき、画像のチラつきを防止でき、長期にわたって均一な表示特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例に係る電子放出素子の製造方法を示す図である。
【図２】実施の形態に係る電子放出部材の微細突起の形状を均一化する工程を示す図である。
【図３】実施の形態に係る電子放出素子を示す図である。
【図４】実施の形態に係る電子放出素子の製造工程を示す図である。
【図５】電子放出素子の時間に対する放出電流の変化を示す図である。
【図６】電子放出素子を動作させる時の構成例を示す図である。
【図７】実施の形態に係る電子放出素子の動作特性例を示す図である。
【図８】実施の形態に係る単純マトリクス回路の電子源の構成例を示す図である。
【図９】実施の形態に係る電子源を用いた、画像形成装置の構成例を示す図である。
【図１０】カーボンナノチューブの構造を示す概要図である。
【図１１】グラファイトナノファイバーの構造を示す概要図である。
【図１２】本発明の均一化処理前の複数の素子の様子を示す模式図である。
【図１３】本発明の均一化処理の前後を示す模式図である。
【図１４】従来の縦型ＦＥ型電子放出素子を示す図である。
【符号の説明】
１  基板
２  引き出し電極
３  陰極電極
４  電子放出部材
２０  真空装置
２２  ガス導入バルブ
２３  真空排気装置
２４  アノード
２５  等電位面
４１  酸化パラジウム
４２  粒子
４３  繊維状カーボン
６０  真空装置
６１  アノード
６２  蛍光体
６３  真空排気装置
６４  電界集中点
６６  等電位線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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