(57)【要約】【課題】  カーボンファイバーを電子部材として用いた電子放出素子において、カソード電極と制御電極とを短絡するカーボンファイバーを除去して、均一な電子放出特性の電子放出素子を提供する。【解決手段】  基板１上に第１電極３と第２電極２を形成し、第１電極３上に複数のカーボンファイバー４を配置した後、第１電極３の電位が第２電極２よりも高くなるようにして第１電極３と第２電極２との間に電圧を印加し、第１電極３と第２電極２とを短絡するカーボンファイバー４’を除去する。【選択図】        図１
2005166346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を含むファイバーを複数有する電子放出素子の製造方法であって、
第１電極と第２電極とを基体上に形成する第１工程と、
前記第１電極上に、炭素を含むファイバーを複数配置する第２工程と、
前記複数の炭素を含むファイバーのうち、前記第１電極と第２電極とを短絡するファイバーに電流を流すことで、上記電極間を短絡する該ファイバーを除去する第３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】
前記第３工程が、前記第１電極と第２電極間に電圧を印加する工程を含む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】
前記第１電極と第２電極間に電圧を印加する工程が、前記第２電極の電位よりも高い電位を前記第１電極に印加する工程であることを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
前記第３工程を、前記炭素を含むファイバーと反応するガスを含む雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】
前記炭素を含むファイバーと反応するガスが、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯのうち少なくとも１種を含む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】
第１電極上に炭素を含むファイバーを複数有し、前記第１電極と対向して配置された第２電極に前記第１電極に印加される電位よりも高い電位を印加することで電子を放出させる電子放出素子の製造方法であって、
第１電極と第２電極とを基体上に形成する第１工程と、
前記第１電極上に炭素を含むファイバーを複数配置する第２工程と、
前記第２電極の電位よりも高い電位を前記第１電極に印加する第３工程と、
を有することを特徴とすることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項７】
前記第３工程を、前記炭素を含むファイバーと反応するガスを含む雰囲気中で行う請求項６に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】
前記炭素を含むファイバーと反応するガスが、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯのうち少なくとも１種を含む請求項７に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】
第１電極に接続された複数の炭素を含むファイバーと、第２電極と、を有する電子放出素子が基体上に複数配置されてなる電子源の製造方法であって、
第１電極と第２電極とを含むユニットを複数個、基体上に配置する第１工程と、
前記各ユニットの前記第１電極上に、炭素を含むファイバーを複数配置する第２工程と、第１電極と第２電極とが炭素を含むファイバーを介して短絡しているユニットの存在を検査する第３工程と、
第１電極と第２電極とが炭素を含むファイバーを介して短絡しているユニットに対して、前記第１電極と第２電極とを短絡する炭素を含むファイバーを除去する処理を施す第４工程と、
を有することを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項１０】
前記第４工程が、前記第１電極と第２電極間に電圧を印加する工程を含む請求項９に記載の電子源の製造方法。
【請求項１１】
前記第１電極と第２電極間に電圧を印加する工程は、前記第２電極の電位よりも高い電位を前記第１電極に印加する工程である請求項１０に記載の電子源の製造方法。
【請求項１２】
前記第４工程を、前記炭素を含むファイバーと反応するガスを含む雰囲気中で行う請求項９乃至１１のいずれかに記載の電子源の製造方法。
【請求項１３】
前記炭素を含むファイバーと反応するガスが、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯのうち少なくとも１種を含む請求項１２に記載の電子源の製造方法。
【請求項１４】
電子源と電子の衝突により発光する発光体とを有する画像表示装置の製造方法であって、前記電子源が、請求項９乃至１３のいずれかに記載の電子源の製造方法により製造されることを特徴とする
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子の製造方法、該電子放出素子を用いてなる電子源の製造方法、及び該電子源を用いてなる画像形成装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、カーボンナノチューブなどの炭素を含むファイバー（カーボンファイバー）を用いた電子デバイスが、盛んに研究されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３など）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５０９２９号公報
【特許文献２】特開２００１−１８０９２０号公報
【特許文献３】米国特許第６４２３５８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電界放出型（ＦＥ型）電子放出素子を多数配列した電子源を用いた平板型画像表示装置（フラットパネルディスプレイ）においても、より高精細な解像度が要求されている。高精細化においては、１つの蛍光体（サブピクセル）に対応する１つの電子放出素子に許容されるサイズが縮小される。
【０００５】
一方、カーボンファイバーを電子放出材として用いた電界放出型電子放出素子は、通常、カーボンファイバーを載置したカソード電極と、該カソード電極と間隔を置いて配置された制御電極（カーボンファイバーから電子を引き出すための電極やカーボンファイバーから放出された電子の変調や停止を司る電極）を構成要件として含む。尚、さらに、放出された電子ビームの集束（ビーム整形）用の電極を用いる場合もある。
【０００６】
カソード電極へのカーボンファイバーの配置方法としては、〔１〕カーボンナノチューブなどのカーボンファイバーを混ぜたペーストをカソード電極上に印刷法などで塗布し、これを加熱することでペースト中の溶剤などを除去する方法や、〔２〕カソード電極上に触媒を配置した後にカーボンファイバーの原料を含むガス中でカソード電極を加熱することによりカソード電極上にカーボンファイバーをＣＶＤ成長させる方法がある。
【０００７】
いずれの方法を用いても、カソード電極上に配置された個々のカーボンファイバーの長さや形状を均一に制御することは困難である。勿論、上記したペーストを用いる方法では、ペーストに混ぜるカーボンファイバーとして、予め、形状の均一性の高いものだけを用いれば上記した形状の差を小さくすることは可能であるが、本質的にゼロにはならず、またコストが高くなる。また、上記したＣＶＤ法においても、カーボンファイバーの成長条件を適切に制御することにより形状の差を小さくすることは可能であるが、本質的にゼロにはならず、またコストが高くなる。
【０００８】
上述したように、個々のカソード電極上に複数のカーボンファイバーを配置する電界放出型電子放出素子においては、本質的に、個々のカーボンファイバーの形状差を無くすことが困難である。さらに、上述した高精細化の要求を満たすためには、１つの電子放出素子に許容される面積が小さくなってきている。そのため、カソード電極と、該カソード電極に近接して配置される制御電極（カーボンファイバーから電子を引き出すための電極やカーボンファイバーから放出された電子の変調や停止を司る電極）との間を、カーボンファイバーが短絡する場合があった。
【０００９】
このようなカーボンファイバーによる短絡箇所を有する電子放出素子は、当該カーボンファイバーにリーク電流が集中して流れることにより、電子放出が著しく減少し、且つ低電圧がカソード電極と制御電極との間に印加されるだけで電流が流れるようになるために電力消費が増大し、その結果、電子放出素子として満足な性能が得られなくなる。
【００１０】
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、カーボンファイバーを用いた電界放出型電子放出素子において、複数のカーボンファイバーが配置されたカソード電極と、該カソード電極に近接して配置される制御電極との間を、カーボンファイバーが短絡することのない製造方法を提供することにある。その結果、電子放出特性に優れた電子放出素子、電子源、さらには安定的に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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１は、炭素を含むファイバーを複数有する電子放出素子の製造方法であって、
第１電極と第２電極とを基体上に形成する第１工程と、
前記第１電極上に、炭素を含むファイバーを複数配置する第２工程と、
前記複数の炭素を含むファイバーのうち、前記第１電極と第２電極とを短絡するファイバーに電流を流すことで、上記電極間を短絡する該ファイバーを除去する第３工程と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明第１の電子放出素子の製造方法においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
【００１３】
前記第３工程が、前記第１電極と第２電極間に電圧を印加する工程を含む。
【００１４】
前記第１電極と第２電極間に電圧を印加する工程が、前記第２電極の電位よりも高い電位を前記第１電極に印加する工程である。
【００１５】
前記第３工程を、前記炭素を含むファイバーと反応するガスを含む雰囲気中で行う。
【００１６】
前記炭素を含むファイバーと反応するガスが、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯのうち少なくとも１種を含む。
【００１７】
本発明の第２は、第１電極上に炭素を含むファイバーを複数有し、前記第１電極と対向して配置された第２電極に前記第１電極に印加される電位よりも高い電位を印加することで電子を放出させる電子放出素子の製造方法であって、
第１電極と第２電極とを基体上に形成する第１工程と、
前記第１電極上に炭素を含むファイバーを複数配置する第２工程と、
前記第２電極の電位よりも高い電位を前記第１電極に印加する第３工程と、
を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明第２の電子放出素子の製造方法においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
【００１９】
前記第３工程を、前記炭素を含むファイバーと反応するガスを含む雰囲気中で行う。
【００２０】
前記炭素を含むファイバーと反応するガスが、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯのうち少なくとも１種を含む。
【００２１】
本発明の第３は、第１電極に接続された複数の炭素を含むファイバーと、第２電極と、を有する電子放出素子が基体上に複数配置されてなる電子源の製造方法であって、
第１電極と第２電極とを含むユニットを複数個、基体上に配置する第１工程と、
前記各ユニットの前記第１電極上に、炭素を含むファイバーを複数配置する第２工程と、第１電極と第２電極とが炭素を含むファイバーを介して短絡しているユニットの存在を検査する第３工程と、
第１電極と第２電極とが炭素を含むファイバーを介して短絡しているユニットに対して、前記第１電極と第２電極とを短絡する炭素を含むファイバーを除去する処理を施す第４工程と、
を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明第３の電子源の製造方法においては、下記の構成を好ましい態様として含む。
【００２３】
前記第４工程が、前記第１電極と第２電極間に電圧を印加する工程を含む。
【００２４】
前記第１電極と第２電極間に電圧を印加する工程は、前記第２電極の電位よりも高い電位を前記第１電極に印加する工程である。
【００２５】
前記第４工程を、前記炭素を含むファイバーと反応するガスを含む雰囲気中で行う。
【００２６】
前記炭素を含むファイバーと反応するガスが、Ｏ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯのうち少なくとも１種を含む。
【００２７】
本発明の第４は、電子源と電子の衝突により発光する発光体とを有する画像表示装置の製造方法であって、前記電子源が、上記本発明第３の電子源の製造方法により製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、電極間を短絡するカーボンファイバーを除去する工程を備えていることから、該短絡によるリーク電流が防止され、電子放出特性が改善された電子放出素子を提供することができる。また、本発明によれば、安定して良好な電子放出特性の電子放出素子が提供でき、さらに、駆動時の無駄な電力消費を抑制できる。
【００２９】
さらに、本発明によれば、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特性が改善されることから、画像の明暗を良好に表現でき、欠損画素がなく、安定して均一な表示特性を有し、駆動時の無駄な電力消費を抑制した画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に図面を参照して、本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。
【００３１】
本発明の製造方法による電子放出素子では、電子放出材として「炭素を含むファイバー」即ち、「カーボンファイバー」を用いる。また、「炭素を主成分とするファイバー」、「炭素を主成分とする柱状物質」、或いは、「炭素を主成分とする線状物質」と言い換えることもできる。このため、典型的には、炭素を含むファイバーは、炭素の割合が５０ａｔｍ％以上であるものを指し、また、好ましくは、炭素の割合が７０ａｔｍ％以上のものであり、さらに好ましくは炭素の割合が９０ａｔｍ％以上である。尚、炭素を含むファイバーが後述するような触媒（典型的には金属）を用いて成長させたものである場合には、ファイバーが触媒材料を内包したり担持したりする場合が多い。そのため、本発明の炭素を含むファイバーは、触媒材料を内部に含むファイバーや触媒材料を担持したファイバーをも含むものである。そして、このような金属を内包する炭素を含むファイバーの場合においても、本発明の炭素を含むファイバーは、炭素の割合が５０ａｔｍ％以上であるものを指し、また、好ましくは、炭素の割合が７０ａｔｍ％以上のものであり、さらに好ましくは炭素の割合が９０ａｔｍ％以上である。また、触媒材料などの炭素とは異なる材料を内包または担持する場合においては、その内包または担持される材料は、炭素を含むファイバー中に含まれる炭素に比較すると実効的には２０質量％以下であることが好ましい。また、本発明における「カーボンファイバー」としては、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或いはアモルファスカーボンファイバーなどの導電性のカーボンファイバーを含む。そして、中でも、電子放出特性の観点からグラファイトナノファイバーが最も好ましい。
【００３２】
上記カーボンファイバーの形態の一例を図８、図９に示す。各図において、（ａ）は光学顕微鏡レベル（〜１０００倍）で見える形態、（ｂ）は（ａ）の８１或いは９１の部分拡大図であり、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）レベル（〜３万倍）で見える形態、（ｃ）は（ｂ）の部分拡大図〔図８（ｃ）は（ｂ）の８２の部分拡大図、図９（ｃ−１）、（ｃ−２）はそれぞれ（ｂ）の９２、９３の部分拡大図〕であり、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。図中、８３，９４はグラフェンである。
【００３３】
図８のように、グラフェン８３が円筒形状の形態をとるものは「カーボンナノチューブ」と呼ばれる。多重構造になった多数の円筒で構成されているものは「マルチウォールナノチューブ」と呼ばれ、１つの円筒で構成されているものは「シングルウォールナノチューブ」と呼ばれる。特にチューブの先端を開放させた構造の時に、電子放出に要するしきい値電界が最も下がる。
【００３４】
図９のように、積層されたグラフェン９４によって構成されるファイバーは「グラファイトナノファイバー」と呼ばれる。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カーボンファイバーを指す。換言すると、図９に示す様に、ファイバーの軸に対して非平行に配置された複数のグラフェンが積層されてなるカーボンファイバーである。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カーボンファイバーである。換言すると、グラフェン（複数のグラフェン）がファイバーの軸に対して実質的に平行に配置されるカーボンファイバーである。
【００３５】
尚、グラファイトの１枚面を「グラフェン」或いは「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積層された（理想的には３．３５４Åの距離を保って積層された）ものである。この一枚一枚の炭素平面を「グラフェン」或いは「グラフェンシート」と呼ぶ。
【００３６】
カーボンナノチューブもグラファイトナノファイバーも、電子放出のしきい値が１Ｖ〜１０Ｖ／μｍ程度であり、本発明の電子放出材として好ましく用いられる。
【００３７】
本発明の電子放出素子の製造方法は、第１は、
第１電極と第２電極とを基体上に形成する第１工程と、
前記第１電極上に、炭素を含むファイバーを複数配置する第２工程と、
前記複数の炭素を含むファイバーのうち、前記第１電極と第２電極とを短絡するファイバーに電流を流すことで、上記電極間を短絡する該ファイバーを除去する第３工程と、
を有することを特徴とする。
【００３８】
第２は、
第１電極と第２電極とを基体上に形成する第１工程と、
前記第１電極上に炭素を含むファイバーを複数配置する第２工程と、
前記第２電極の電位よりも高い電位を前記第１電極に印加する第３工程と、
を有することを特徴とする。
【００３９】
即ち本発明の電子放出素子の製造方法の最も大きな特徴は、第１電極と、該第１電極に近接して配置される第２電極とを基体上に用意し、複数のカーボンファイバーを第１電極上に配置した後に、複数のカーボンファイバーのうち第１電極と第２電極とを短絡するものがあれば、この短絡するファイバーを「除去」する工程を有することである。
【００４０】
尚、本発明における「除去」とは、短絡しているファイバーを完全に無くすことも当然含むが、短絡していたファイバーの一部が残っていても、第１電極と第２電極間における、短絡していたファイバーに起因したリーク電流が、実質的に問題とならない程度にすることができれば良い。
【００４１】
従って、例えば、第１電極と第２電極とを短絡していたファイバーの、第２電極に接触していた部分だけが除去され、第１電極上には短絡していたファイバーの一部が残るような除去方法も本発明の「除去」に含まれる。或いは、短絡していたファイバーの、第２電極と第１電極との間の部分が除去され、第２電極と第１電極の上にそれぞれ一部が残るような除去方法も本発明の「除去」に含まれる。また、さらには、第２電極と第１電極との間を繋いでいるが、一部或いは全部が絶縁体となるような処理も本発明の「除去」に含まれる。
【００４２】
本発明において、除去方法の具体例としては、例えば短絡しているカーボンファイバーに外部からエネルギー（レーザーなど）を与えて、このエネルギーにより行っても良いし、また、ＳＴＭなどの探針を短絡しているカーボンファイバーに接触させて力学的に破壊したり、或いは移動させても良い。また、別の具体例としては、例えば、第１電極と第２電極間に電圧を印加する方法を採用することができる。第１電極と第２電極との間に電圧を印加する方法によれば、短絡しているファイバーに選択的に電流がながれ、この電流によるジュール熱によって、短絡しているファイバーを除去することができる。このジュール熱による除去は、典型的には短絡しているカーボンファイバーの昇華による除去を伴うが、勿論、昇華に限定されるものではない。また上記した手法を複数組み合わせることによって短絡しているカーボンファイバーの除去を行うこともできる。
【００４３】
また、さらに、上記した除去方法を補助するために、上記した方法をカーボンファイバーと反応する物質を含む雰囲気中で行うこともできる。例えば、上記した電圧を印加する方法においては、カーボンファイバーと反応する物質を含む雰囲気中で行うと、より容易に短絡しているファイバーの除去を行うことができる。これは、雰囲気中に含まれる反応性物質とカーボンファイバーの短絡箇所とを熱によって選択的に反応させることによって、短絡箇所であるカーボンファイバーの除去を行うというものである。また、反応性物質を含む雰囲気中でリペア処理を行うことにより、短絡箇所の除去に要するエネルギーをより少なくすることができる。即ち、除去の際の、他の良好なカーボンファイバー（短絡していないファイバー）へのダメージを低減することができる。
【００４４】
カーボンファイバーは、カーボンを主成分とするものであるため、例えば以下の（１）〜（５）の順序の反応が進行すると考えられる。
【００４５】
（１）Ｃ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2↑＋ＣＯ↑
（２）Ｃ＋２Ｈ2Ｏ→２Ｈ2↑＋ＣＯ2↑
（３）Ｃ＋Ｏ2→ＣＯ2↑
（４）２Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯ↑
（５）Ｃ＋ＣＯ2→２ＣＯ↑
【００４６】
以上の（１）〜（５）の反応を、短絡しているファイバーの除去に用いることができる。そのため、Ｈ2Ｏ、ＣＯ、Ｏ2等がカーボンファイバーと反応する物質として有効であるが、カーボンファイバーと反応する物質は、これらのみに限定されるものではない。
【００４７】
上記電圧を印加する手法においては、印加される電圧の極性が、電子放出素子の駆動時と同じ極性（即ち、カーボンファイバーが配置される第１電極の電位よりも高い電位を第２電極に印加する状態）であった場合には、電圧値にもよるが、短絡していないカーボンファイバーにおいても電子放出が生じ、その結果、電子放出電流による熱を起因とする除去が、短絡していないカーボンファイバーに対しても生じてしまう場合がある。
【００４８】
そのため、電圧を印加することで短絡しているファイバーを除去する場合においては、駆動時と同じ極性の電圧を用いる場合には駆動時に印加する電圧よりも低い電圧で上記除去を行うことが好ましい。また、さらには、第１電極と第２電極に印加する電圧の極性を、駆動時とは逆の極性の電圧を用いることがより好ましい。本発明第２の製造方法における第３工程がこれに該当する。このように、駆動時とは逆極性の電圧を印加することで、短絡しているファイバーのみに電流が流れ、短絡していないカーボンファイバーには電流が流れなくなるため、短絡していないファイバーへのダメージを実質的になくすことができる。そのため、駆動時とは逆極性の電圧を印加する場合には、第１電極と第２電極間の放電による破壊現象が生じない範囲であれば印加する電圧の制限は実質的にない。
【００４９】
また、電圧を印加することで短絡しているファイバーを除去する場合においては、電圧の印加は、パルス電圧を複数印加するものであっても良いし、ＤＣのような時間的に連続した電圧であっても良い。また、好ましくは、良好な電子放出特性をもつカーボンファイバーへのダメージを少なくするためにも、印加する電圧は、小さい値から段階的に上昇させて行くことが好ましい。そのため、好ましくは、時間と共に波高値（電圧値）が高くなるようにパルス電圧を繰り返し印加することが好ましい。また、印加する電圧は、取り巻く雰囲気や、第１電極と第２電極との間隔にもよるが、典型的には数Ｖ〜数十Ｖ程度の範囲である。
【００５０】
この電圧印加による除去方法は、特に、複数の電子放出素子を配列した電子源や、複数の電子放出素子を配列した電子源に対向して蛍光体などの発光体を画像表示部材として配置した画像表示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。
【００５１】
例えば、複数の電子放出素子の全てに対し、電圧を印加することで短絡している電子放出素子に対し、当該短絡しているカーボンファイバーの除去を行うことができる。勿論、各電子放出素子の電流−電圧特性をモニターし、短絡していると思われる電子放出素子を特定し、この特定された電子放出素子に対してのみ電圧を印加することで行うことも可能である。また、この特定の際には、良好なカーボンファイバーへのダメージを抑制するために、各電子放出素子には、駆動時とは逆の極性の電圧を印加することによって各電子放出素子の電流−電圧特性をモニターすることが好ましい。このように、本発明においては、各電子放出素子の電流−電圧特性を検査し、この検査結果に基づいて、特定の電子放出素子にのみ電圧を印加して短絡しているファイバーを除去する方法も含むものである。
【００５２】
しかしながら、ディスプレイのような非常に多数の電子放出素子を用いる場合には、一つ一つの素子の特性をモニターすることはコストがかかる。そのため、前述したように、全ての電子放出素子に対して電圧を印加する方法を採用することで低コスト化を図ることができる。また、この際も、前述したように、駆動時とは逆の極性の電圧を印加することが好ましい。駆動時とは逆極性の電圧を印加すれば、良好な電子放出素子の特性への影響も極力抑制することができるし、また、後述する多数の電子放出素子を共通に接続する配線の抵抗に起因する電圧降下を考慮して各素子に印加される電圧を詳細に制御する必要もなくなる。
【００５３】
このように本発明によれば、カーボンファイバーを堆積させた第１電極と該第１電極に近接して配置した第２電極とを有する電子放出素子、該電子放出素子を用いた電子源並びに画像表示装置において、カーボンファイバーを第１電極上に配置した後に、第１電極と第２電極との間に電圧を印加することで（好ましくは駆動時とは逆の極性の電圧を印加することで）、カーボンファイバーによる第１電極と第２電極間の短絡がなく、電子放出効率の高い、電子放出素子の実現を、簡易な方法により保証することができる。この手法は、全ての電子放出素子の短絡の有無（カーボンファイバーによる第１電極と第２電極間の短絡の有無）に関わらず、上記電圧印加を行うことで、簡易にそして確実に、カーボンファイバーによる第１電極と第２電極間の短絡がなく、電子放出効率の高い電子放出素子、該電子放出素子を用いた電子源並びに画像表示装置を実現することができる。
【００５４】
また、平板型の画像表示装置を形成する場合等には、各々がカーボンファイバー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表示部材を有するフェースプレートと、を貼り合わせ、内部が真空に保持された外囲器を形成する工程〔封着工程（及び封止工程）と呼ぶ〕の後に、上記除去工程を行ってもよい。しかし、好ましくは、上記封着工程前に、上記電子源基板に対して、上述の除去工程を行う。このようにすれば、画像表示装置内部を反応性ガスや蒸発したカーボンなどで汚すことが少ないので好ましい。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ことができるので、不良品となるパネルが減るのでパネルの歩留まりが向上する。
【００５５】
以下に、図１〜図３を用いて、横型の電子放出素子を例に挙げて、本発明の電子放出素子の製造方法を具体的に説明する。
【００５６】
尚、ここでは、横型の電子放出素子の例を示すが、本発明の製造方法は図１１に示した様な縦型の電子放出素子にも好ましく適用可能である。尚、縦型の電子放出素子に比べ、横型の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形態である。尚、「横型の電子放出素子」とは、基板表面と平行な方向に電界を形成し、この電界によってカーボンファイバーから電子を引き出す形態の電子放出素子を指す。一方「縦型の電子放出素子」とは、基板表面に対し垂直な方向に電界を形成し、この電界によってカーボンファイバーから電子を引き出す形態の電子放出素子を指す。いわゆるスピント型の電子放出素子が縦型の電子放出素子に含まれる。
【００５７】
また、図１１に示した縦型の電子放出素子では、カソード電極１１３と制御電極１１２を含むもの（アノード１１６を含めてトライオード（３端子）構造と呼ばれる）であるが、カーボンファイバー１１５は低い電界強度で電子放出することが可能なので、図１１における制御電極１１２、絶縁層１１４を省いた構造の縦型の電子放出素子にも本発明は適用可能である。即ち、基板１１１上に配置されたカソード電極１１３と、その上に配置されたカーボンファイバー１１５とで電子放出素子を構成したもの（アノード１１６を含めるとダイオード（２端子）構造と呼ばれる）にも本発明は適用できる。
【００５８】
また、上記トライオード構造においては、図１１に示したように、制御電極１１２がいわゆるゲート電極（カーボンファイバーから電子を引き出すための電極）として機能する場合もあるが、前述したようにカーボンファイバー１１５は低い電界強度で電子放出することが可能なので、カーボンファイバーからの電子の引き出しはアノード電極１１６が行い、制御電極は、カーボンファイバーからの電子放出量の変調や電子放出の停止或いは放出される電子ビームの集束などの整形を行うために用いられる場合もある。
【００５９】
図３（ａ）は横型の電子放出素子の平面図、図３（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。図３において、１は基板（基体）、２は制御電極（第２電極）、３は陰極電極（第１電極）、４は電子放出材であるところの複数のカーボンファイバーである。尚、制御電極２をいわゆるゲート電極（カーボンファイバー４から電子を引き出すための電極）として機能させる場合もあるが、縦型の電子放出素子の説明において既に述べたようにカーボンファイバー４からの電子の引き出しはアノード電極（不図示）が行い、制御電極２は、カーボンファイバーからの電子放出量の変調や電子放出の停止或いは放出される電子ビームの集束などの整形を行うために用いられる場合もある。
【００６０】
また、図１に本実施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１に沿って本発明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。
【００６１】
（第１工程）
予め、その表面を十分に洗浄した基板１を用意する。基板１としては例えば、石英ガラス、基板に含まれるＮａ等の不純物含有量を減少させた基板、基板に含まれるＮａをＫに一部置換したガラス、青板ガラス、シリコン等の基板にＳｉＯ2層を積層した基板、アルミナ等のセラミックスの基板を用いることができる。そして、上記基板１上に、制御電極となる第２電極２及びカソード電極となる第１電極３を積層する〔図１（ａ）〕。
【００６２】
電極２及び電極３の材料は、導電性材料であればよく、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。好ましくは炭素、金属、金属の窒化物、或いは金属の炭化物の耐熱性材料が望ましい。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。また、電極２と電極３の間隔は、数μｍ〜数百μｍの範囲で適宜設定され、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下の範囲が実効的な範囲である。
【００６３】
（第２工程）
次に、複数のカーボンファイバー４を陰極電極３上に配置する。
【００６４】
以下では、ＣＶＤ法を用いる場合の例を説明する。しかしながら本発明では、ＣＶＤ法のほか、予め用意しておいた複数のカーボンファイバーを電極３上に配置する従来公知の手法を用いることによっても行うことができる。
【００６５】
従来公知の手法としては、例えば予め用意しておいた複数のカーボンファイバーを印刷ペーストに混ぜ、このペーストを電極３上に塗布し、焼成することによってペースト中のバインダーなどの有機材料を除去し、カーボンファイバー４を電極３上に配置することもできる。尚、このバインダーに金属粒子を混ぜておくことで、焼成後におけるカーボンファイバーと電極３との電気的コンタクトを向上させることができる。
【００６６】
また、本発明では、前述したように用いるカーボンファイバー４としては、グラファイトナノファイバーを用いることが好ましい。特に、グラファイトナノファイバーを用いた電子放出素子では、低電界で、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。
【００６７】
第１電極３上に好ましくは粒子状の触媒６を配置する〔図１（ｂ）〕。触媒粒子６の配置方法としては、例えば、予め分散媒（溶媒）に触媒粒子を分散した分散液を用意し、これを第１電極３上に塗布し、溶媒を熱分解除去することで第１電極３上に多数の触媒粒子６を配置することができる。或いは、また、スパッタ法などにより数Å〜数百Åの薄膜として触媒層を第１電極３上に形成し、これに熱を加えて凝集させることで、第１電極３上に多数の触媒粒子６を配置することもできる。
【００６８】
上記触媒粒子を構成する材料としては、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を用いることができる。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。また、特には、ＰｄとＣｏとの合金を用いると電子放出特性に優れたカーボンファイバーを形成することができる。
【００６９】
触媒粒子６を配置した第１電極３を、カーボンファイバーの原料を含むガス中で加熱することで第１電極３上に複数のカーボンファイバー４を成長させる〔図１（ｃ）〕。簡易的には、基板１ごとカーボンファイバーの原料を含むガス中で加熱することで行うことができる。この工程により、成長した多数のカーボンファイバー４の中に、図１（ｃ）の符号４’に示すような、第１電極３と第２電極２を短絡するカーボンファイバーが形成される場合がある。
【００７０】
カーボンファイバーの原料ガスとしては、炭素を含むガスが用いられ、より好適には炭化水素ガスが用いられる。炭素を含むガスとしては、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や、ＣＯ、ＣＯ2ガス、或いは、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できる。
【００７１】
（第３工程）
次に、本発明の特徴である、短絡しているカーボンファイバー４’の除去工程を行う〔図１（ｄ）〕。短絡するファイバー４’の除去方法としては、前述したように、例えば短絡しているカーボンファイバー４’に外部からエネルギー（レーザーなど）を与えて、このエネルギーにより行っても良いし、また、ＳＴＭなどの探針を短絡しているカーボンファイバー４’に接触させて力学的に破壊したり、或いは短絡しているカーボンファイバー４’を移動させても良い。また、第１電極３と第２電極２間に電圧を印加する方法を採用することができる。
【００７２】
以下では、第１電極３と第２電極２との間に、駆動時に印加する電圧とは逆極性の電圧を印加することによって、短絡しているカーボンファイバー４’の除去工程を行う場合を一例として説明する。また、以下で説明する例においては、より好適な例として、カーボンファイバーと化学的に反応するガスを含む雰囲気中において第１電極３と第２電極２間に電圧を印加する場合を示すが、必ずしもカーボンファイバーと化学的に反応するガスを雰囲気中に導入する必要は無い。
【００７３】
先ず、前述した第１、第２工程を終えた基板１を図２に示すような真空装置２０内に配置し、排気装置２３により十分排気する。尚、図２において、２０は真空装置、２１は基板ホルダー、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）であり、図１と同じ部材には同じ符号を付した。
【００７４】
次に、ガス導入バルブ２２よりカーボンファイバー４と化学的に反応し得る物質を導入する。
【００７５】
ここでいう、カーボンファイバー４と化学的に反応する物質とは、例えば前述したＯ2、ＣＯ、Ｈ2Ｏである。或いはまた、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。上記物質のガスの導入圧力は、ガス種により異なるが、１×１０-4Ｐａ以上が好ましい。
【００７６】
次に、上記ガスを導入した後、第２電極２の電位が第１電極３の電位よりも低くなるように電極２と電極３との間に電圧を印加する。この結果、短絡しているカーボンファイバー４’に電流（Ｉ）が流れる。すると短絡しているカーボンファイバー４’では、短絡箇所で発生するジュール熱等により前述した（１）〜（５）式の反応が順次進行して、短絡していたカーボンファイバー４’が除去される。尚、図２（ａ）は電圧印加開始時、図２（ｂ）は短絡していたカーボンファイバーを除去した後（リペア処理後）の素子の模式図である。
【００７７】
尚、上記短絡したカーボンファイバー４’の除去工程を行っている期間は、ガス導入バルブ２２によって絶えず上記反応ガスを導入すると同時に、排気装置２３によって反応ガスとカーボンファイバー４’との間の反応で生成された反応生成物を排気することが好ましい。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ことが好ましい。
【００７８】
また、上記した例では、減圧雰囲気中での電圧印加の例を示すために、真空装置２０内に基板を導入しているが、例えば常圧（大気圧）雰囲気中で、第１電極３と第２電極２との間の電圧印加を行って、短絡しているカーボンファイバー４’の除去工程を行うこともできる。常圧の場合の例としては、例えば、典型的な例としては、大気中で第１電極と第２電極との間の電圧印加を行って、短絡しているカーボンファイバー４’の除去工程を行うことができる。この場合は大気中の酸素が、カーボンファイバー４’と化学的に反応するガスに相当する。大気中の酸素を活用することにより、より安価に、より簡易に本発明の「除去」を行うことができる。
【００７９】
上記工程を経て得られた電子放出素子の特性及び動作について、図４，図５を用いて説明する。図中、４０は真空装置、４１はアノード、４２は発光体である蛍光体、４３は排気装置、４４は電界集中点、４６は等電位線である。
【００８０】
先ず、前述した各工程を経て得られた電子放出素子を、図４に示すような真空装置４０に設置し、排気装置４３によって１０-5Ｐａ程度に到達するまで十分に排気する。そして、図４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）４１を設け、陰極電極３とアノード４１間に数ｋＶからなる高電圧のアノード電圧Ｖａを印加する。尚、この例では、アノード４１には、導電性フィルムを被覆した蛍光体４２が設置されている。
【００８１】
電極２と電極３との間には、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を計測することができる。この時、等電位線４６は、図４のように形成され、電界の集中する点は、典型的には、符号４４で示されるカーボンファイバー４の最もアノード４１寄り、且つギャップの内側の場所である。この電界集中点４４近傍に位置するカーボンファイバー４から電子が優先的に放出されると考えられる。
【００８２】
電子放出素子の電子放出電流Ｉｅ特性は、図５に示すように、印加電圧（素子電圧Ｖｆ）のしきい値ＶｔｈからＩｅが急激に立ち上がり、Ｉｅや電子放出効率の顕著な低下も観測されなかった。
【００８３】
尚、上記した、短絡したカーボンファイバー４’の除去工程を行わずに作製した電子放出素子においては、Ｉｅ（放出電流）変動は少ないもののＩｅの値が著しく小さく、また電子放出効率も低いという傾向が見られた。また、多数の電子放出素子を作成した際においても、各素子において電子放出特性のばらつきが大きい。
【００８４】
このように、本発明の特徴の一つである短絡したカーボンファイバーの除去工程を行わないと、素子ごとの電子放出特性に著しい差が見られる。これは、電子放出部材であるカーボンファイバーの形状が様々であるために、電極間が短絡し易い部分を有する素子と、そうでない素子の電子放出特性が著しく異なってしまうことに起因すると考えられる。
【００８５】
本発明の電子源の製造方法は、上記した電子放出素子の製造方法を、該電子放出素子を複数個、同一基板上に配置してなる電子源の製造方法に適用するものである。
【００８６】
本発明の電子源の製造方法は、
第１電極と第２電極とを含むユニットを複数個、基体上に配置する第１工程と、
前記各ユニットの前記第１電極上に、炭素を含むファイバーを複数配置する第２工程と、第１電極と第２電極とが炭素を含むファイバーを介して短絡しているユニットの存在を検査する第３工程と、
第１電極と第２電極とが炭素を含むファイバーを介して短絡しているユニットに対して、前記第１電極と第２電極とを短絡する炭素を含むファイバーを除去する処理を施す第４工程と、
を有することを特徴とする。
【００８７】
即ち、基体上に、図１の第１電極３と第２電極２からなるユニットを複数個、基板１上に配置し、先に説明したように、各ユニットの第１電極上にカーボンファイバー４を複数配置し、次いで、第１電極３と第２電極２とを短絡するカーボンファイバー４’の存在を検査し、該検査結果に基づいて、短絡するカーボンファイバー４’の除去工程を行う。
【００８８】
以下、図１の製造方法を適用した、本発明の電子源の製造方法の一例を、図６を用いて説明する。
【００８９】
図６において、６１は電子源基体、６２はＸ方向配線、６３はＹ方向配線である。６４は電子放出素子である。
【００９０】
Ｘ方向配線６２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材料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６３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，…Ｄｙｎのｎ本の配線からなり、Ｘ方向配線６２と同様に形成することができる。
【００９１】
これらｍ本のＸ方向配線６２とｎ本のＹ方向配線６３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等で構成することができる。例えば、Ｘ方向配線６２を形成した電子源基体６１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６２とＹ方向配線６３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。
【００９２】
電子放出素子６４を構成する前述の第１電極及び第２電極（不図示）は、それぞれＸ方向配線６２とＹ方向配線６３とに電気的に接続されている。
【００９３】
図６のようなマトリクス配線構造において、Ｘ方向配線及びＹ方向配線の数が多くなると、マトリクス上の電子放出素子６４を全て同時に選択して、全ての電子放出素子に同時に電圧印加することにより本発明の短絡するカーボンファイバーの除去工程を行うには、電圧降下によって各素子６４への印加電圧に分布が生じてしまう場合がある。
【００９４】
そこで、好ましくは、１行ずつ（例えば１つのＸ方向配線に共通に接続する電子放出素子ごと）に電圧印加を用いた本発明の除去工程を行う方法や、１つの電子放出素子毎に順次電圧印加を用いた本発明の除去工程を行うことが好ましい。或いは、全ての電子放出素子をいくつかのグループにわけ、各グループごとに順次、本発明の除去工程を行うことが好ましい。また上記グループとしては、隣り合ういくつかのＸ方向配線（或いはＹ方向配線）に接続する電子放出素子を１つのグループとしても良いし、また、隣り合わない、いくつかのＸ方向配線（或いはＹ方向配線）に接続する電子放出素子を１つのグループとしても良い。また、いくつかのＸ方向配線といくつかのＹ方向配線とに接続される電子放出素子を１つのグループとしても良い。
【００９５】
ここでは、全電子放出素子に対して、電圧印加を用いた本発明の除去工程を行う例を説明するが、電圧印加を用いた本発明の除去工程を全ての電子放出素子に一律に行わず、予めカーボンファイバーによって短絡している電子放出素子を検査によって特定し、この特定された電子放出素子にのみ本発明の除去工程を行うこともできる。
【００９６】
カーボンファイバーによって短絡している電子放出素子を特定するためにも、本発明の除去工程を行う前に、予め、各電子放出素子６４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、本発明の除去工程を行うべきかどうかを判断することができる。また、このデータによって、どの電子放出素子に本発明の除去工程を施すかを決定することもできる。
【００９７】
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、各電子放出素子の第１電極と第２電極の間（さらには第１電極とアノード電極との間）に印加した際に発生する電流（第１電極と第２電極間の電流及び／或いは第１電極とアノード間の電流）を測定すればよい。
【００９８】
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或いは必要と判断される電子放出素子に本発明の除去工程を施す。
【００９９】
次に前述した１行づつ（線順次）に本発明の除去工程を行う場合の具体的な方法について述べる。
【０１００】
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方向配線の電位に対して正の電位をＸ方向配線のＤｘ１に印加して、Ｄｘ１に共通に接続された電子放出素子に電圧印加による本発明の除去工程を行う。尚、この処理の場合には、Ｘ方向配線には、前述の第２電極（制御電極）が接続されていることが好ましい。続いてＤｘ２に対して電圧を印加してＤｘ２に共通に接続された電子放出素子に電圧印加による本発明の除去工程を行う。同様にして、Ｄｘ３，Ｄｘ４，…Ｄｘｍ行を順次選択して、Ｘ方向配線毎に順次に電圧印加による本発明の除去工程を行う。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。また、あるＸ方向配線が選択され、電圧が印加されている際には、他の非選択のＸ方向配線は、フローティングにせず、所定の電位に設定しておくことが好ましい。具体的には、非選択のＸ方向配線は、Ｙ方向配線と同じ電位に設定されていることが好ましい。
【０１０１】
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本発明の除去工程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本発明の除去工程を行っても良い。つまり、本発明の除去工程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。
【０１０２】
次に１素子づつ本発明の除去工程を行う場合は、個別の素子を選択し、独立に電圧の印加を可能な状態にして、電子放出素子６４を一個づつ順に本発明の除去工程を施す。この方法では、配線に起因する電圧降下の影響が少ないが、除去工程にかかる時間が素子の数に比例する。そのため、電子源の大きさや、除去工程を施すべき電子放出素子の数により、同時に除去工程を行う電子放出素子の数及び同時に除去工程を行う前述のグループを決めることができる。
【０１０３】
また、上述した本発明の製造方法においては、前述の第１電極３上にだけ選択的にカーボンファイバーを配置する例を説明したが、この例では、選択的にカーボンファイバーを配置するための何らかのパターニング工程を必要としてしまう。そこで、本発明の除去工程を、電圧印加によって行う方法を用いる場合には、上記パターニング工程を省くことも可能である。例えば、第１電極３上だけに選択的にカーボンファイバーを配置するのではなく、例えば、第１電極３及び第２電極２の上にカーボンファイバーを配置（特に精度の高いパターニングをせずに少なくとも一方の電極上にはカーボンファイバーを配置）し、その後、前述した電圧印加工程を行い、この電圧印加工程で印加した極性とは逆の極性で電子放出素子として駆動する。つまり、電圧印加工程においてより高い電位を印加した電極の方を、駆動時においては低電位（即ち電子放出側）とする。このようにすれば、上記したカーボンファイバーの配置の際のパターニング工程を簡略化することができる。このような手法は、当然、上記した電子源の製造方法においても適用可能である。
【０１０４】
次に単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した画像表示装置について、図７を用いて説明する。図７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。
【０１０５】
図７において、６１は本発明の製造方法により製造した電子放出素子を複数配した電子源基体、７１は電子源基体６１を固定したリアプレート、７６はガラス基体７３の内面に蛍光膜７４とメタルバック７５等が形成されたフェースプレートである。７２は支持枠であり、支持枠７２には、リアプレート７１、フェースプレート７６がフリットガラス等を用いて接続されている。外囲器７７は、例えば大気中、真空中或いは、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。図７に示されるガス導入チューブ７８、排気チューブ７９は、後述する外囲器７７を形成した後に本発明の除去工程を行う場合には必要であるが、それ以外の場合には必ずしも必要ではない。
【０１０６】
外囲器７７は、上述の如く、フェースプレート７６、支持枠７２、リアプレート７１で構成される。リアプレート７１は主に電子源基体６１の強度を補強する目的で設けられるため、電子源基体６１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート７１は不要とすることができる。即ち、基体６１に直接支持枠７２を封着し、フェースプレート７６、支持枠７２及び基体６１で外囲器７７を構成しても良い。一方、フェースプレート７６、リアプレート７１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７７を構成することもできる。
【０１０７】
また、外囲器７７を形成した後に本発明の除去工程を行う場合には、ガス導入チューブ７８を介して、反応ガスを外囲器内部に導入して行うこともできる。尚、導入したガス及び反応生成物は排気チューブ７９により随時除去される。
【０１０８】
本発明による画像形成装置は、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としても用いることができる。
【実施例】
【０１０９】
以下、本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。
【０１１０】
（実施例１）
第１の実施例として、電子放出素子の第１電極と第２電極間に駆動時と逆のバイアスの電圧を印加することで、短絡するカーボンファイバーを除去した例を示す。
【０１１１】
図３に本実施例で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図１に従って詳細に説明する。
【０１１２】
（第１工程）
基板１に石英基板を用い、十分洗浄を行った後、第１電極３、第２電極２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。
【０１１３】
次に、フォトリソグラフィ工程で、ポジ型フォトレジストを用いてレジストパターンを形成した。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、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からなる制御電極２及び陰極電極３を形成した〔図１（ａ）〕。
【０１１４】
（第２工程）
次に、全体にＣｒ膜を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を用いてレジストパターンを形成した。次に、パターニングした前記フォトレジストに、カーボンファイバー４を配置すべき領域（１００μｍ角）に対応する開口を形成し、該開口内に露出するＣｒを硝酸セリウム系のエッチング液で取り除いて、開口内に陰極電極を露出させた。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。
【０１１５】
塗布後、大気中３００℃で熱処理を行い、厚さ約１０ｎｍの酸化パラジウム層を第１電極３上に形成した後、Ｃｒ膜を硝酸セリウム系のエッチング液にて取り除いた。
【０１１６】
そして、窒素で希釈した２％水素気流中２００℃に加熱した。この段階で陰極電極３表面には多数のＰｄ粒子（触媒粒子６）が形成された〔図１（ｂ）〕。
【０１１７】
続いて、窒素希釈した１％アセチレン気流中で５００℃、２０分間加熱処理をした。これを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察すると、Ｐｄ粒子を配置した領域上に直径２０〜５０ｎｍ程度で、屈曲しながら繊維状に伸びた多数のカーボンファイバー４が形成されていた〔図１（ｃ）〕。
【０１１８】
このときカーボンファイバー４の層の平均厚さは約２μｍとなっていた。また、ＳＥＭ像には、図１（ｃ）に模式的に示されるように、一部のカーボンファイバー４’が制御電極２に接触しているような状態が観察された。このとき、陰極電極３に対し、制御電極２の電位が高いようにして、陰極電極３と制御電極２の間に１０Ｖを印加した時に流れた電流は、約５μＡであった。
【０１１９】
（第３工程）
図２の真空装置２０内に素子を配置し、排気装置２３により内部を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、ゲート電極２の電位がカソード電極３の電位よりも低くなるように設定して、波高値２５Ｖのパルス電圧を繰り返し印加した。この電圧印加を１０分間継続した後に、ＳＥＭにて、短絡していた箇所を再度観察したところ、短絡箇所は除去されていることが確認された〔図１（ｄ）〕。
【０１２０】
以上の工程によって形成された電子放出素子を図４の真空装置４０中で、真空排気装置４３によって２×１０-6Ｐａに到達するまで十分に排気し、図４に示したように、Ｈ＝２ｍｍ離れたアノード（陽極）４１に、アノード電圧Ｖａ＝１０ｋＶ印加した。
【０１２１】
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。尚、この計測の際には、陰極電極３に対し、制御電極２の電位が高いようにして、陰極電極３と制御電極２の間に２０Ｖのパルス電圧を印加した。
【０１２２】
電子放出素子のＩｅ特性は、図５に示すように、印加電圧のしきい値Ｖｔｈ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。電子放出効率が高く良好な電子放出特性が得られた。一方、ＩｆはＩｅの特性に類似していたが、その値はＩｅの方がはるかに大きかった。また、図１０を用いて、本実施例で行った除去工程の機構について説明する。図１０は除去処理の前後での素子特性の変化を示している。
【０１２３】
図１０の処理前の電子放出素子は低電界領域においてＩｆとＶｆが線形に近い特性を示していた。そして、上記したように、Ｏ2ガス雰囲気中で、陰極電極３と制御電極２との間に駆動時とは逆のバイアス電圧を印加したところ、素子のＩｆ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１０のしきい値電圧Ｖｔｈの時に、陰極電極３と制御電極２との間に流れる電流が確認できなくなる程度まで処理を行った。次に、Ｏ2ガスを排気後再び素子特性を評価するとしきい値電圧Ｖｔｈ付近から電子が放出される特性に変化していた。この時、リーク電流は無くなっており、電子放出特性からも除去工程により短絡箇所が除去されたものと推測される結果が得られた。
【０１２４】
（実施例２）
第２の実施例として、複数の電子放出素子を複数のＸ方向配線と複数のＹ方向配線に接続することでマトリクス状の電子源を形成し、この電子源を用いた画像表示装置を形成した。本実施例においては、Ｘ方向配線毎に除去工程を行った例について、図６、図７を用いて説明する。
【０１２５】
本実施例においては、Ｘ方向配線６２は４００本の配線からなり、蒸着法にて形成された厚さ約１μｍ、幅３００μｍのＡｇを主体とする配線である。Ｙ方向配線６３は６００本の配線からなり、厚さ０．５μｍ、幅１００μｍでＸ方向配線６２と同様に形成した。これらＸ方向配線６２とＹ方向配線６３との各交差部には、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。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で形成した。
【０１２６】
放出素子６４を構成する陰極電極及び制御電極（不図示）は、それぞれＸ方向配線６２のうちの一つと、Ｙ方向配線６３のうちの一つとに接続されている。本実施例においてはＹ方向配線６３は陰極電極と接続し、Ｘ方向配線６２は制御電極と接続した。
【０１２７】
各電子放出素子の製造方法及び構造は基本的に実施例１と同様に形成した。本実施例において短絡するカーボンファイバーの除去工程を以下に説明する。
【０１２８】
本実施例では、除去工程を大気中にて行った。大気中の酸素を活用することにより、より安価に、より簡易に、短絡するカーボンファイバーの除去を行うことができる。
【０１２９】
先ず、Ｄｙ１，Ｄｙ２，…Ｄｙ６００の６００本のＹ方向配線を共通にアース電位（０Ｖ）に設定し、波高値マイナス２５ＶのパルスをＤｘ１に印加して、Ｄｘ１に接続する全ての電子放出素子６４に対して選択的に、短絡するカーボンファイバーの除去工程を行った。続いてＤｘ２を選択し、Ｄｘ１に印加した電位と同様の電位を印加して、Ｄｘ２に接続する全ての電子放出素子６４に対して選択的に、除去工程を行った。同様にして、Ｄｘ３，Ｄｘ４，…Ｄｘ４００を順次選択して、Ｘ方向配線ごとに、順次、除去工程を行った。
【０１３０】
この除去工程の後に、各電子放出素子に対し、駆動時よりも低い電圧を印加して、リーク電流の有無を確認したところ、全ての素子において、リーク電流が確認されなかった。
【０１３１】
次に、上述した除去工程を行った単純マトリクス配置の電子源基板に対向するように、ガラス基体７３の内面に蛍光膜７４とメタルバック７５等が形成されたフェースプレート７６を位置合わせし、さらに、電子源基板６１とフェースプレート７６とのそれぞれの対向部に接着材を配置した支持枠７２を電子源基板６１とフェースプレート７６との間に配置した。そして、このフェースプレート７６、電子源基板６１、支持枠７２を内部が真空に維持できる封着炉に入れて、封着と封止を行い、図７に示す外囲器７７を形成した。尚、図７においては、電子源基板６１を固定したリアプレート７１が示されているが、本実施例では、電子源基板自体がリアプレートをかねている。また、図７では、ガス導入チューブ７８、排気チューブ７９が示されているが、本実施例では、真空中で封着及び封止を行ったので、ガス導入チューブ７８、排気チューブ７９は設けなかった。
【０１３２】
また、Ｘ方向配線６２及びＹ方向配線６３はそれぞれ、Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、及び、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎの端子と接続して外囲器７７の外部へ取り出される。
【０１３３】
メタルバック７５は、蛍光膜７４作製後、蛍光膜７４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。
【０１３４】
このようにして得られた外囲器７７にＴＶ信号を供給し、各電子放出素子には、実効的に３０Ｖの電圧を印加して画像表示装置として表示させたところ、均一性の高く良好な画像を表示することができた。
【０１３５】
（実施例３）
本実施例では、実施例２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、短絡していた電子放出素子のみに除去工程を行った例を示す。
【０１３６】
実施例２と同様に図６に示す電子源を作製した。本実施例においても、Ｙ方向配線６３は陰極電極と接続し、Ｘ方向配線６２は制御電極と接続するようにした。
【０１３７】
短絡するカーボンファイバーの除去工程を行わない以外は実施例１と同様な構成及び製造方法により形成した電子源に対し、各電子放出素子の電流−電圧特性を計測したところ、いくつかの電子放出素子において、カーボンファイバーによる短絡に起因すると見られるリーク電流が観測された。尚、本実施例では、真空中で各電子放出素子に５Ｖの電圧をかけて電流−電圧特性を測定した。
【０１３８】
そこで、リーク電流が観測された電子放出素子毎に、真空中にて、該電子放出素子に接続するＹ方向配線及びＸ方向配線を選択し、当該Ｙ方向配線とＸ方向配線に電圧を印加し、個々の電子放出素子に対して独立に電圧を印加して、短絡するカーボンファイバーの除去工程を行った。尚、本実施例では、上記電流−電圧特性の測定の際に１μＡ以上の電流が流れた電子放出素子について、除去工程を行なった。また、本実施例においては、陰極電極３の電位よりも４０Ｖ高い電位を制御電極２に印加することで上記除去工程を行った。
【０１３９】
このようにして、本実施例で作製したマトリクス電子源を用いて実施例２と同様に図７のような表示装置を作製したところ、実施例２の表示装置に比べ、より輝度の高い画像を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を示す図である。
【図２】本発明にかかる、短絡するカーボンファイバーの除去工程に用いる装置の構成を示す図である。
【図３】本発明による横型の電子放出素子の構成を例示す図である。
【図４】本発明による横型の電子放出素子の駆動時の様子を示す図である。
【図５】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６】本発明による電子源の構成例を示す図である。
【図７】本発明による画像形成装置の構成例を示す図である。
【図８】カーボンナノチューブの構造を示す概要図である。
【図９】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１０】本発明にかかる、短絡するカーボンファイバーの除去処理前後での電子放出特性を示す図である。
【図１１】本発明による縦型の電子放出素子の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１  基板（基体）
２  制御電極（第２電極）
３  陰極電極（第１電極）
４，４  カーボンファイバー
６  触媒粒子
２０  真空装置
２１  基板ホルダー
２２  ガス導入バルブ
２３  真空排気装置
２４  アノード（陽極）
４０  真空装置
４１  アノード（陽極）
４２  蛍光体
４３  真空排気装置
４４  電界集中点
４６  等電位線
６１  電子源基体
６２  Ｘ方向配線
６３  Ｙ方向配線
６４  電子放出素子
７１  リアプレート
７２  支持枠
７３  ガラス基体
７４  蛍光膜
７５  メタルバック
７６  フェースプレート
７７  外囲器
７８  ガス導入チューブ
７９  排気チューブ
８３，９４  グラフェン
１１１  基板
１１２  制御電極
１１３  カソード電極
１１４  絶縁層
１１５  カーボンファイバー
１１６  アノード
【図１】
2005166346.tif 000003
【図２】
2005166346.tif 000004
【図３】
2005166346.tif 000005
【図４】
2005166346.tif 000006
【図５】
2005166346.tif 000007
【図６】
2005166346.tif 000008
【図７】
2005166346.tif 000009
【図８】
2005166346.tif 000010
【図９】
2005166346.tif 000011
【図１０】
2005166346.tif 000012
【図１１】
2005166346.tif 000013