(57)【要約】【課題】  長期に渡って安定な電子放出を実現する電子放出素子、および長期に渡って安定で輝度バラツキ、輝度変動の少ない画像表示装置を提供する。【解決手段】  一対の導電膜に活性化工程を施した後に、炭素含有ガスの分圧が１×１０−６Ｐａ以下で、活性化工程の電圧よりも低く駆動電圧よりも高い電圧を一対の導電膜に印加する予備駆動工程と、炭素含有ガスの分圧が１×１０−６Ｐａ以下で、予備駆動工程で印加した電圧よりも低く駆動電圧以上の電圧を一対の導電膜に印加する電流変動安定化工程と、を有し、電流変動安定化工程によって前記一対の導電膜間に印加されるピーク電力Ｗおよび総エネルギーＥが、活性化工程で一対の導電膜間に印加されるピーク電力をＷａｃｔ、エネルギーの総量をＥとした時に、  式  １／１０×Ｗａｃｔ≦Ｗ≦Ｗａｃｔ、１／５×Ｅａｃｔ≦Ｅ≦１０００×Ｅａｃｔで示される関係を満たす。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の導電膜間に駆動電圧を印加することで電子放出させて駆動する電子放出素子の製造方法であって、
炭素含有ガスを含む雰囲気中で、基板上に配置された一対の導電膜間に電圧を印加することにより、前記一対の導電膜間および前記一対の導電膜上にカーボン膜を堆積する第１工程と、
前記第１工程に続いて、炭素含有ガスの分圧が１×１０−６Ｐａ以下に保持された雰囲気中で、前記第１工程で印加した電圧よりも低い電圧であって、前記電子放出素子の駆動電圧よりも高い電圧を前記一対の導電膜間に印加する第２工程と、
前記第２工程に続いて、炭素含有ガスの分圧が１×１０−６Ｐａ以下に保持された雰囲気中で、前記第２工程で印加した電圧よりも低い電圧であって、前記電子放出素子の駆動電圧以上の電圧を、前記一対の導電膜間に印加する第３工程と、を有しており、
前記第３工程における電圧の印加によって前記一対の導電膜間に印加されるピーク電力Ｗおよび総エネルギーＥが、
前記第１工程における前記一対の導電膜間に印加されるピーク電力をＷａｃｔ、前記第１工程における前記一対の導電膜間に印加されるエネルギーの総量をＥとした時に、
式  １／１０×Ｗａｃｔ≦Ｗ≦Ｗａｃｔ、１／５×Ｅａｃｔ≦Ｅ≦１０００×Ｅａｃｔ
で示される関係を満たす、ことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】
複数の電子放出素子からなる電子源と発光体とを内包する気密容器を有する画像表示装置の製造方法であって、前記電子放出素子が請求項１に記載の製造方法により製造されることを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程により堆積したカーボン膜を有する基板と、前記発光体を有する基板とを対向させて封着することで前記気密容器を形成した後に、前記第２工程および前記第３工程とを行うことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項４】
前記気密容器の形成工程の後に、前記複数の電子放出素子各々の駆動条件を制御するための制御回路を接続する工程と、
前記第３工程の後に前記複数の電子放出素子各々の電子放出特性に基づいた駆動条件補正データを、前記制御回路に反映させる工程と、を有することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置の製造方法。
【請求項５】
炭素含有ガスを含む雰囲気中で基板上に配置された一対の導電膜間に電圧を印加することで、前記一対の導電膜間および一対の導電膜上に堆積されたカーボン膜を有する電子放出素子であって、電子放出電流のゆらぎが２．０％以下であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項６】
複数の電子放出素子と発光体とを有する画像表示装置であって、前記電子放出素子が請求項５に記載の電子放出素子であることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子、画像表示装置およびそれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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形成することが出来、例えば画像表示装置への応用が研究されている。
【０００３】
表面伝導型電子放出素子については、例えば、特許文献１〜などに開示されている。
【特許文献１】特開平７−２３５２５５号公報
【特許文献２】特開平７−２３５２７５号公報
【特許文献３】特開平７−１８１９１１号公報
【特許文献４】特開平９−２５９７５３号公報
【特許文献５】特開平１１−３１２４６７号公報
【特許文献６】特開２０００−２４３２２３号公報
【特許文献７】特開２０００−２５１６６８号公報
【特許文献８】特開２００３−１０９５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
製造された表面伝導型電子放出素子を所望の電圧において通常駆動すると、電子放出素子から放出される放出電流Ｉｅに時間的な変動（以下、放出電流ゆらぎ）が生じてしまう場合があった。
【０００５】
この放出電流ゆらぎは、電子放出素子を駆動して画像表示装置を点灯させる際に輝度のばらつきとなってあらわれる。したがって、放出電流Ｉｅの変動を抑えることが重要となる。
【０００６】
以下に放出電流のゆらぎについて説明する。電子放出素子を任意の駆動電圧により駆動すると、一定時間内における放出電流量の平均値に変化はないものの、当該一定時間内において放出電流に変動が生じる。この放出電流の時間変動を「放出電流ゆらぎ」とし、一般的に放出電流値の時間推移値の分布は正規分布となるため、
式  放出電流ゆらぎ＝放出電流の時間分布の標準偏差σ／放出電流の時間平均値×１００［％］
によって定義する。
【０００７】
本発明の目的とするところは、電子放出特性を駆動して画像表示装置を点灯させる際に放出電流のゆらぎによって生じる輝度変化や個々の電子放出素子毎の輝度ばらつきを低減することで、安定的な電子放出素子の製造方法及び電子源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】
【０００８】
上記目的を達成する為に本発明にあたっては、一対の導電膜間に駆動電圧を印加することで電子放出させて駆動する電子放出素子の製造方法において、炭素含有ガスを含む雰囲気中で、基板上に配置された一対の導電膜間に電圧を印加することにより、前記一対の導電膜間および一対の導電膜上にカーボン膜を堆積する第１工程と、該第１工程に続いて、炭素含有ガスの分圧が１×１０−６Ｐａ以下に保持された雰囲気中で、該第１工程で印加した電圧よりも低い電圧であって前記電子放出素子の駆動電圧よりも高い電圧を前記一対の導電膜間に印加する第２工程と、該第２工程に続いて、炭素含有ガスの分圧が１×１０−６Ｐａ以下に保持された雰囲気中で、該第２工程で印加した電圧よりも低い電圧であって、前記電子放出素子の駆動電圧以上の電圧を、前記一対の導電膜間に印加する第３工程とを有しており、該第３工程における電圧の印加によって前記一対の導電膜間に印加されるピーク電力Ｗおよび総エネルギーＥが、該第１工程における前記一対の導電膜間に印加されるピーク電力をＷａｃｔ、前記第１工程における前記一対の導電膜間に印加されるエネルギーの総量をＥとした時に、
式  １／１０×Ｗａｃｔ≦Ｗ≦Ｗａｃｔ、１／５×Ｅａｃｔ≦Ｅ≦１０００×Ｅａｃｔ
で示される関係を満たすことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、複数の電子放出素子からなる電子源と発光体とを内包する気密容器を有する画像表示装置の製造方法であって、前記電子放出素子が請求項１に記載の製造方法により製造されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記第１工程により堆積したカーボン膜を有する基板と、前記発光体を有する基板とを対向させて封着することで前記気密容器を形成した後に、前記第２工程および前記第３工程とを行うことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記気密容器の形成工程の後に、前記複数の電子放出素子各々の駆動条件を制御するための制御回路を接続する工程と、前記第３工程の後に前記複数の電子放出素子各々の電子放出特性に基づいた駆動条件補正データを、前記制御回路に反映させる工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、製造工程初期において放出電流ゆらぎが大きい電子放出素子においても、放出電流ゆらぎを低減させることが可能であり、通常の駆動時における放出電流が長期に渡って安定した電子放出素子を製造することが出来る。
【００１３】
また、本発明は、炭素含有ガスを含む雰囲気中で基板上に配置された一対の導電膜間に電圧を印加することで、前記一対の導電膜間および一対の導電膜上に堆積されたカーボン膜を有する電子放出素子であって、電子放出電流のゆらぎが２．０％以下であることを特徴とするものでもある。また、さらに、本発明は、上記電子放出素子を多数配列してなる電子源および、該電子源と発光体とを有する画像表示装置にも適用することができる。
【００１４】
このような電子放出素子を用いた画像表示装置においては、輝度バラツキの少ない良好な画像を長期に渡って安定に表示することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、電子放出素子の通常駆動をおこなう前に、本発明における
式  １／１０×Ｗａｃｔ≦Ｗ≦Ｗａｃｔ          ・・・（１）
１／５×Ｅａｃｔ≦Ｅ≦１０００×Ｅａｃｔ  ・・・（２）
を満たす駆動条件からなる電流変動安定化工程をおこなうことによって、通常駆動時における一定時間内の放出電流変動（放出電流ゆらぎ）を低減させることができ、放出電流（画像表示装置の場合は輝度）が長期的に安定した電子放出素子を製造する事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、この実施の形態に記載されている寸法・材質・形状とそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態にかかわる電子放出素子の製造方法（電子源の製造方法）において、第１工程時・第２工程時・第３工程時とこれらの実施後におこなう通常駆動おいての電子放出量の推移を示す図である。図７は、本実施の形態に係る電子放出素子の製造方法を用いた形成した電子源を用いた画像表示装置を示す概略構成図である。
【００１８】
なお、前記第１工程は、炭素含有ガスを含む雰囲気中で、基板上に配置された一対の導電膜間に電圧を印加することにより、前記一対の導電膜間および一対の導電膜上にカーボン膜を堆積する工程であり、以下『活性化工程』と称する。
【００１９】
また、前記第２工程は、炭素含有ガスの分圧が１×１０−６Ｐａ以下に保持された雰囲気中で、前記活性化工程で印加した電圧よりも低い電圧であって、前記電子放出素子の駆動電圧よりも高い電圧を前記一対の導電膜間に印加する工程であり、以下『予備駆動工程』と称する。
【００２０】
また、前記第３工程とは、炭素含有ガスの分圧が１×１０−６Ｐａ以下に保持された雰囲気中で、前記予備駆動工程で印加した電圧よりも低い電圧であって、前記電子放出素子の駆動電圧以上の電圧を、前記一対の導電膜間に印加する工程であり、以下『電流変動安定化工程』と称する。
【００２１】
以下、本実施の形態に係る電子放出素子の製造方法により製造された電子放出素子の構成について述べ、その後、本実施の形態に係る、電子放出素子の製造方法について具体的に述べる。
【００２２】
図２を用いて、本実施の形態に係る電子放出素子の構成について説明する。
【００２３】
図２は本発明の実施の形態に係る電子放出素子の製造方法により製造された表面伝導型電子放出素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は表面伝導型電子放出素子の構成を示す平面模式図、（ｂ）は（ａ）の断面模式図である。
【００２４】
先ず、図２（ａ），（ｂ）を用いて、表面伝導型電子放出素子について説明する。
【００２５】
図２において１は基板、２と３は基板１上に設けられた一対の電極（素子電極とも呼ぶ場合もある）、４は電極２と電極３との間に設けられた導電性膜、５は第１の間隙である。６はカーボン膜であり、７はカーボン膜の一部に配置された第２の間隙である。電子放出部は第２の間隙７近傍に相当する。
【００２６】
上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法としては様々な方法があるが、その一例を図３に模式的に示す。以下、図２及び図３を参照しながら本実施の形態に係る電子放出素子の製造方法の一例について説明する。図３においても、図２に示した部位と同じ部位には図２に付した符号と同一の符号を付している。
【００２７】
（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３（ａ））。
【００２８】
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、ソーダライムガラス、ソーダライムガラスにＳｉＯ２を積層したガラス基板、アルミナ等のセラミックス基板、及びＳｉ基板等を用いることができる。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。これは例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，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の印刷導体、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２等の透明導電体及びポリシリコン等の半導体材料等から適宜選択することができる。
【００２９】
電極間隔Ｌ、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。電極間隔Ｌは、好ましくは数百ｎｍから数百μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、数μｍから数十μｍの範囲とすることができる。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μｍの範囲とすることができる。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。
【００３０】
（２）次に、素子電極２および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、例えば導電性薄膜形状に対応したマスクを用いてリフトオフを行う方法や、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（ｃ））。
【００３１】
なお、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、インクジェット法等により直接パターニングを行うことも出来る。
【００３２】
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１０２〜１０７Ω／□の値である。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに現れる量である。
【００３３】
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、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，ＣｅＢ６，ＹＢ４，ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔａ，Ｃ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体等の中から適宜選択される。
【００３４】
また、図２に示した構成だけでなく、基板１上に、導電性膜４、電極２，３の順に積層した構成とすることもできる。
【００３５】
（３）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、図４を用いて真空容器内での通電処理による方法を説明する。なお、本実施の形態において、フォーミング工程については、通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミング工程はこれに限られるものではなく、導電性膜に第１の間隙５を生じさせる処理を包含するものである。例えば、導電膜をＦＩＢ加工などによって２つの導電性膜に分離すれば良い。
【００３６】
図４において、５５は真空容器であり、ゲートバルブ５７を通じてターボ分子ポンプやスパッターイオンポンプ，クライオポンプなどからなる真空ポンプ５６により排気される。なお、必要に応じてスクロールポンプやロータリーポンプ，ソープションポンプ等からなる補助ポンプが設けられる場合もある。
【００３７】
５８は以降で説明する活性化工程で用いる活性化ガスを収容する容器であり、バリアブルリークバルブやニードルバルブ等のスローリークバルブからなる調節バルブ５９を通じて真空容器５５に接続している。
【００３８】
フォーミング工程は、真空容器５５内を排気し、電極２，３間に、電源５１を用いて通電することにより行うことができる。具体的には、例えば、図４に示すように、電極２をグランド電位に接続し、電極３を電流導入端子を通じて電源５１に接続する。なお、素子電極２、３間を流れる電流値をモニタするために、電流計５０を設ける。５４はこの後の工程で用いられるアノード電極であり、放出電流測定のための電流計５２を通じて高圧電源５３に接続している。
【００３９】
上記フォーミング工程により、導電性膜４の一部に、第１の間隙５が形成される（図３（ｃ））。
【００４０】
通電フォーミングにおいて印加するｋとおのできる電圧波形の一例を図５に示す。
【００４１】
同図に示すように、電圧波形はパルス波形が好ましく、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５（ｂ）に示した手法がある。
【００４２】
図５（ｂ）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１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は、１０μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの範囲で設定される。パルスの波高値は、表面伝導型電子放出素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。パルス波形は矩形波に限定されるものではなく、三角波など所望の波形を採用することができる。
【００４３】
図５（ｂ）におけるパルスの波高値は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ、増加させることができる。
【００４４】
通電フォーミング工程の終了は、例えば、導電性膜４の抵抗値の変化を読み取ることで判断することが出来る。一例として、パルス間隔Ｔ２中に、導電性膜４を局所的に破壊、変形しない程度の電圧を印加し、電流を測定して検知することができる。例えば０．１Ｖ程度の電圧印加により流れる素子電流を測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示した時、フォーミング工程を終了させる。
【００４５】
尚、上述の工程２および３は１つの工程にすることもできる。即ち、例えば導電膜をＦＩＢ加工などによって２つの導電性膜に分離すれば良い。従って、上述した素子電極２、３は単に導電性膜４に電圧を印加するための電極であり、必須の構成部材ではない。
【００４６】
（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（図３（Ｄ））。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。
【００４７】
活性化工程は、例えば、炭素含有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。従って、図４に示した装置をそのまま使うこともできる。パルス電圧としては、図５（ａ）に示した電圧パルスの他、図６に示す両極性の電圧パルスを用いることができる。
【００４８】
活性化工程時の真空容器５５内の雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残留する炭素含有ガスを利用して形成することができる他、イオンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質のガスを導入することによっても得られる。このときの好ましい炭素含有ガスのガス圧は、前述の応用の形態、真空容器の形状や、炭素含有ガス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。
【００４９】
炭素含有ガスとしては、好ましくは有機物質ガスを用いる。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，プロパン等の飽和炭化水素、エチレン，プロピレン等の不飽和炭化水素、ブタジエン、ｎ−ヘキサン、ｌ−ヘキセン、ベンゼン、トルエン、Ｏ−キシレン、ベンゾニトリル、トルニトリル、クロロエチレン、トリクロロエチレン、メタノール、エタノール、イソプロパノール、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、ジエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、酢酸、プロピオン酸等あるいはこれらの混合物が使用できる。
【００５０】
活性化工程により、雰囲気中に存在する炭素含有ガスから、炭素および／または炭素化合物からなるカーボン膜６が、第１の間隙５内および第１の間隙５近傍の導電性膜４上に堆積する（図３（Ｄ））。この結果、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、著しく変化するようになる。活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆや放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。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。
【００５１】
（５）上記工程（１）〜（４）を経て得られた電子放出素子に対して、ベーキング工程を行うことが好ましい。この工程は、真空容器内の有機物質を排気する工程である。
【００５２】
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等の有機物質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、磁気浮上型ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、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。
【００５３】
前記活性化工程で、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１×１０−６Ｐａ以下が好ましく、さらには１×１０−８Ｐａ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、８０〜３００℃で、好ましくは１５０℃以上であり、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あり、１×１０−５Ｐａ以下が好ましく、さらに１×１０−６Ｐａ以下が特に好ましい。
【００５４】
ベーキング工程を行った後の、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、真空容器の圧力は多少上昇してもある程度安定な特性を維持することが出来る。
【００５５】
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。
【００５６】
（６）次に、活性化工程まで終えた（好ましくはベーキング工程まで終えた）電子放出素子に対して、予備駆動工程を行う。この工程は電子放出素子の電子放出特性を安定させるためにおこなう。
【００５７】
予備駆動工程では、電子放出素子を製造し終えた後に駆動させる際の（通常の駆動時の）電圧波高値よりも大きい波高値を予備駆動電圧Ｖｐｒｅとして、電極２，３間に印加する。この時に印加する予備駆動電圧はパルス電圧であり、図５（ａ）に示した電圧パルスを用いておこなう。周期１６．７ｍｓｅｃ，パルス幅１００μ〜１ｍｓｅｃ，パルス印加の合計時間は５００μｓｅｃ〜６０ｓｅｃが好ましい。しかし、これに限定されるものではなく必要に応じ変更することができる。
【００５８】
予備駆動工程を行うことで、電子放出素子の時間平均の電子放出特性を決定することができる。「メモリ特性」とは表面伝導型電子放出素子の電気特性カーブ（放出電流と駆動電圧、並びに素子電流と駆動電圧の関係）が、それまで経験した（印加された）印加電圧の最大値よりも大きな電圧を新たに経験する（印加される）と、異なる特性へとシフトし、以降、更に大きな駆動電圧を経験する（印加される）までその特性が維持されるという特性である。この「メモリ特性」により、最大電圧である予備駆動電圧Ｖｐｒｅを印加した電子放出素子は駆動時の電子放出特性の時間平均が安定することになり、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを得ることが出来る。
【００５９】
予備駆動工程をおこなうことにより、電子放出素子の時間平均の電子放出特性を決定することができるが、前述したような放出電流の時間的な変動、つまり放出電流ゆらぎは低減されないため、通常駆動時に放出電流のばらつき（輝度ばらつき）が生じてしまう。
【００６０】
（７）そこで、次に、電流変動安定化工程を行う。
【００６１】
電流変動安定化工程をおこなう際の、電子放出素子に印加する電流変動安定化電圧Ｖｄｒｖ’は、パルス電圧  図５（ａ）を用いて、パルス幅２０μｓ〜５ｍｓ，周期１６．７ｍｓが好ましいが、これに限定されるものではなく、電子放出素子の構成など諸条件により適宜選ばれる条件により行う。
【００６２】
電流変動安定化工程では、上述したような予備駆動電圧波高値よりも低い波高値で且つ、活性化工程時に電子放出素子に付与するピーク電力（Ｗａｃｔ）および総エネルギー（Ｅａｃｔ）が以下の範囲内になる条件での電圧印加を電子放出素子に対しておこなう。
【００６３】
式  １／１０×Ｗａｃｔ≦Ｗ≦Ｗａｃｔ          ・・・（１）
１／５×Ｅａｃｔ≦Ｅ≦１０００×Ｅａｃｔ  ・・・（２）
なお、上述した式におけるＷは電流変動安定化工程時のピーク電力、Ｅは電流安定化工程時の総エネルギーであり、ピーク電力および総エネルギーは以下のような式であらわされる。
【００６４】
式  ピーク電力＝一対の導電膜間に印加される電圧値×素子電流値
総エネルギー＝一対の導電膜間に印加される電圧値×素子電流値×パルス幅／周期×時間
尚、電流変動安定化工程で印加される電力Ｗが、Ｗａｃｔを越えると、予備駆動工程で決めた電子放出特性（Ｉ−Ｖ特性）が変動してしまうので、電流変動安定化工程における電力はＷａｃｔ以下となる。一方で、電流変動安定化工程で印加される総エネルギーＥが１０００×Ｅａｃｔを越えると劣化が顕著になり、実用に耐えない領域になってしまう。
【００６５】
以上の工程を経た電子放出素子においては、図１に示すように、通常駆動時（製造工程において印加した電圧以下の電圧で駆動する際）において、放出電流ゆらぎが大幅に低減され、放出電流のばらつき（輝度ばらつき）を抑えることができる。上記本発明の各工程を経た電子放出素子においては、電子放出電流のゆらぎが２．０％以下とすることができる。
【００６６】
また、本発明の製造方法は、基板上に複数の電子放出素子を配列した電子源および該電子源を用いた画像表示装置に好ましく適用可能である。
【００６７】
図７は、本発明が好ましく適用可能な画像表示装置の斜視模式図である。図７において、１は、電子放出素子４が多数載置された電子源基板（リアプレート）であり、２、３は前述した電極である。６はＹ方向配線に接続した外部取り出し配線であり、７はＸ方向配線に接続した外部取り出し配線である。９は蛍光体膜などからなる発光体膜であり、８はアノード電極に相当するメタルバックである。発光体膜９とメタルバックはガラスなどの透明基板上に配置され、フェースプレート１１を構成する。フェースプレート１１とリアプレート１とは、間に支持枠１２を挟み、接着剤によって接合部を封着され、気密容器１０が構成される。気密容器１０の内部は排気管１３を介して真空排気され、排気管を封止することで、真空気密容器が形成される。尚、図７で示した例では排気管１３を用いた例であるが、真空チャンバー中で、フェースプレート１１とリアプレート１と支持枠１２とを封着すれば、真空気密容器を簡単に形成することができる。従って、本発明における画像表示装置においては、排気管１３は必ずしも必要としない。
【００６８】
尚、真空チャンバー中でフェースプレート１１とリアプレート１と支持枠１２とを封着する場合においては、前述した活性化工程を終えた段階で、封着工程を行い、その後、予備駆動工程および電流変動安定化工程を行うことがこのましい。活性化工程までは、ガスの導入を必要とする場合があり、予備駆動工程および電流変動安定化工程は基本的に高い真空度の雰囲気下で行う。そのため、活性化工程までは、封着せずに、ガスの入れ替えなどが容易にできるようにすることが好ましい。
【００６９】
以上のように構成された真空気密容器の内部から導出された取り出し配線６、７および、不図示のメタルバック８に接続する高圧端子に駆動回路を接続することで画像表示装置が形成される。尚、上記駆動回路においては、各電子放出素子の電子放出特性に基づいた駆動条件補正データを、駆動回路に反映させることが好ましい。これにより複数の電子放出素子各々の電子放出量にあわせた駆動をおこなうことができ、均一性の高い画像表示をおこなうことができる。メタルバック８には、８ｋＶ〜１５ｋＶ程度を印加することで、明るく均一性の高い画像表示をおこなうことができる。
【実施例】
【００７０】
以下、実施の形態に係る電子放出素子を用いた画像形成装置の具体的な実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの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各要素の置き換えや設計変更がなされたものを包含するものである。
【００７１】
［実施例１］
本実施例では、図７に示す画像表示装置を形成した。
【００７２】
まず、ガラス基板（リアプレート）１上にＰｔからなる電極２、３からなるユニットを、Ｘ方向に４８０個、Ｙ方向に２５５６個マトリクス状に配列形成した。
【００７３】
そして、ＡｇからなるＹ配線６を電極２に接続するように４８０本形成し、さらにＡｇからなるＸ配線７を電極３に接続するように２５５６本形成した。従って、１本のＹ配線６に２５５６個の電子放出素子が並列接続される。
【００７４】
さらに、各々のユニットの電極２、３間を接続するようにＰｄＯからなる導電性膜４を形成した。
【００７５】
一方で、ガラス基板上に格子状に配列した複数の開口を有するブラックマトリクスを印刷法で形成し、さらに、ブラックマトリクスのそれぞれの開口内に、３原色（赤色、青色、緑色）の蛍光体９を１色ずつ充填した。その後、樹脂膜をブラックマトリクスおよび蛍光体の上に配置した。さらにその上にアルミニウム膜をスパッタ法で形成した後に、加熱することで樹脂膜を除去した。この工程により、アルミニウム膜からなるメタルバック８で覆われたブラックマトリクスおよび蛍光体とを有したフェイスプレート１１を形成した。
【００７６】
その後、フェースプレート１１とリアプレート１とを支持枠１２を介してフリットにより溶着させ（封着し）、気密容器を形成した。尚、リアプレート１０には予め、封着工程の前に、ガラス管（排気管）１３の内径とほぼ同じ大きさの穴をあけ、ガラス管（排気管）をフリットにより接続しておいた。
【００７７】
そして、気密容器内を、排気管１３を介して、スクロールポンプおよびターボポンプからなる真空ポンプにより真空排気した。
【００７８】
次に、気密容器内部に形成されている各ユニットに、Ｘ配線およびＹ配線を通じて電圧を印加することにより、フォーミング工程を行った。尚、電圧を印加し始めた後に水素を気密容器内に導入してフォーミング工程を行った。フォーミング工程では図５に示すようなパルス電圧を繰り返し印加し、その波高値の最大値Ｖｆｏｒｍを１０Ｖとした。この工程により各ユニットを構成する導電性膜に第１の間隙を形成した。尚、パルス電圧は、パルス幅０．１ｍｓｅｃ，周期８０ｍｓｅｃとした。フォーミング工程を終えた後に、気密容器内部を排気した。尚、フォーミング工程時においては、メタルバック８に印加する電圧であるアノード電圧Ｖａを０Ｖとした。
【００７９】
その後、バリアブルリークバルブを調整しながら、有機ガスをガラス管１３より気密容器内部に導入し、気密容器内部の圧力を１．３３×１０−４Ｐａ程度にした後、各ユニットに対して、Ｘ配線およびＹ配線を通じてパルス電圧を繰り返し印加することにより、活性化工程を行った。活性化工程で用いたパルス電圧は、波高値Ｖａｃｔ＝２０Ｖ，パルス幅１ｍｓｅｃ，周期２０ｍｓｅｃで行い、活性化工程においてパルス電圧を印加した時間は７０ｍｉｎとした。尚、活性化工程時においては、メタルバック８に印加する電圧であるアノード電圧Ｖａを０Ｖとした。
【００８０】
なお、本実施例では、活性化時のピーク電力Ｗａｃｔ＝２０ｍＷ，総エネルギーＥａｃｔ＝１．１７ｍＷｈとした。
【００８１】
活性化工程終了後、気密容器内の有機物および残留ガスを除去するために、真空ポンプにより真空排気しながら、気密容器全体を３００℃で１０時間加熱する安定化工程を行った。この工程により、室温時の気密容器内部の真空度を１．０×１０−６Ｐａ以下まで低下させた。
【００８２】
安定化工程終了後、ガラス管１３を封止し、真空気密容器を形成した。
【００８３】
そして次に、電子放出素子の電子放出特性を安定させるため、各ユニット（各電子放出素子）に対して、Ｘ配線およびＹ配線を通じてパルス電圧を繰り返し印加することにより、予備駆動工程を行った。なお、予備駆動工程で用いたパルス電圧は、波高値Ｖｐｒｅ＝１９．５Ｖ，パルス幅１ｍｓｅｃ，周期１６．７ｍｓｅｃであり、パルス電圧の印加時間は１分間とした。尚、予備駆動工程時においては、メタルバック８に印加する電圧であるアノード電圧Ｖａを０Ｖとした。
【００８４】
予備駆動工程終了後、各ユニット（各電子放出素子）に対して、Ｘ配線およびＹ配線を通じてパルス電圧を繰り返し印加することにより、電流変動安定化工程を行った。なお、本実施例において作成した画像表示装置（電子放出素子）の通常時（画像表示時）の駆動電圧Ｖｄｒｖ＝１６．０Ｖとする。
【００８５】
電流変動安定化工程時のパルス電圧は、Ｖｄｒｖ’＝１７．０Ｖ，パルス幅１ｍｓｅｃ，周期１６．７ｍｓとした。尚、電流安定化工程時においては、メタルバック８に印加する電圧であるアノード電圧Ｖａを０Ｖとし、電圧印加時間は１０時間とした。
【００８６】
なお、本実施例における電流変動安定化工程時の付与エネルギーは、活性化工程時の付与エネルギーと比較して、１パルスにおけるピーク電力Ｗ＝０．１７×Ｗａｃｔ，総エネルギーＥ＝１．７５×Ｅａｃｔとした。
【００８７】
上述した電流変動安定化工程終了後、電子放出素子の駆動時の放出電流を測定するためにアノード８に電流計と電源を接続し、アノード電圧＝１０ｋＶを印加して通常駆動を１０時間実施した。
【００８８】
その結果、駆動時間１０時間の間に、１時間毎の放出電流の平均値は３．０μＡ、１時間毎の放出電流ゆらぎの１０時間平均値は１．０％となった。
【００８９】
［実施例２］
電流変動安定化工程時のパルス電圧の印加条件を異なるものとした以外は、実施例１と同様に作成した電子放出素子に対して、通常駆動をおこない放出電流Ｉｅのゆらぎ測定を実施した。
【００９０】
なお、本実施例における電流変動安定化工程時のパルス電圧の印加条件は、Ｖｄｒｖ’＝１６．０Ｖ，パルス幅１ｍｓ，周期１６．７ｍｓとした。アノード電圧Ｖａは０Ｖで行った。また、パルス電圧印加時間は１０時間とし、そのときの付与エネルギー量はピーク電力Ｗ＝０．１３×Ｗａｃｔ，総エネルギーＥ＝１．２３×Ｅａｃｔとした。
【００９１】
電流変動安定化工程終了後、実施例１と同様に通常駆動を行い、放出電流ゆらぎを測定した。その結果、駆動時間１０時間の間に、１時間毎の放出電流の平均値は３．０μＡ、１時間毎の放出電流ゆらぎの１０時間平均値は１．５％となった。
【００９２】
［実施例３］
電流変動安定化工程時のパルス電圧の印加条件を異なるものとした以外は、実施例１と同様に作成した電子放出素子に対して、通常駆動をおこない放出電流Ｉｅのゆらぎ測定を実施した。
【００９３】
なお、本実施例における電流変動安定化工程時の電圧印加条件は、Ｖｄｒｖ’＝１７．０Ｖ，パルス幅０．１ｍｓ，周期１６．７ｍｓとした。アノード電圧Ｖａは０Ｖで行った。また、パルス電圧印加時間は１５時間とし、そのときの付与エネルギー量はピーク電力Ｗ＝０．１７×Ｗａｃｔ，総エネルギーＥ＝０．２６×Ｅａｃｔとした。
【００９４】
電流変動安定化工程終了後、実施例１と同様に通常駆動を行い、放出電流ゆらぎを測定した。その結果、駆動時間１０時間の間に、１時間毎の放出電流の平均値は３．０μＡ、１時間毎の放出電流ゆらぎの１０時間平均値は１．８％となった。
【００９５】
［比較例１］
実施例１と同様の製法で作成した電子放出素子に対して、本発明の電流変動安定化工程を行わずに通常駆動をおこない放出電流Ｉｅのゆらぎ測定を実施した。
【００９６】
なお、通常駆動時の印加電圧などの条件は、実施例１と同様とした。
【００９７】
その結果、駆動時間１０時間の間に、１時間毎の放出電流の平均値は３．０μＡ、１時間毎の放出電流ゆらぎの１０時間平均値は８．４％となった。
【００９８】
［比較例２］
電流変動安定化工程時のパルス電圧印加条件を異なるものとした以外は、実施例１と同様に作成した電子放出素子に対して、通常駆動をおこない放出電流Ｉｅのゆらぎ測定を実施した。
【００９９】
なお、本実施例における電流変動安定化工程時のパルス電圧印加条件は、Ｖｄｒｖ’＝１５．５Ｖ，パルス幅１．３ｍｓ，周期１６．７ｍｓとした。アノード電圧Ｖａは０Ｖで行った。また、パルス電圧印加時間は１０時間とし、そのときの付与エネルギー量はピーク電力Ｗ＝０．０９×Ｗａｃｔ，総エネルギーＥ＝１．８６×Ｅａｃｔとした。
【０１００】
電流変動安定化工程終了後、実施例１と同様に通常駆動を行い、放出電流ゆらぎを測定した。その結果、駆動時間１０時間の間に、１時間毎の放出電流の平均値は３．０μＡ、１時間毎の放出電流ゆらぎの１０時間平均値は３．９％となった。
【０１０１】
［比較例３］
電流変動安定化工程時のパルス電圧印加条件を異なるものとした以外は、実施例１と同様に作成した電子放出素子に対して、通常駆動をおこない放出電流Ｉｅのゆらぎ測定を実施した。
【０１０２】
なお、本実施例における電流変動安定化工程時のパルス電圧印加条件は、Ｖｄｒｖ’＝１７．０Ｖ，パルス幅０．１ｍｓ，周期１６．７ｍｓ，アノード電圧Ｖａ＝０Ｖで行い、電圧印加時間は２５時間とし、そのときの付与エネルギー量はピーク電力Ｗ＝０．１７×Ｗａｃｔ，総エネルギーＥ＝０．１７×Ｅａｃｔとした。
【０１０３】
電流変動安定化工程終了後、実施例１と同様に通常駆動を行い、放出電流ゆらぎを測定した。その結果、駆動時間１０時間の間に、１時間毎の放出電流の平均値は３．０μＡ、１時間毎の放出電流ゆらぎの１０時間平均値は５．１％となった。
【０１０４】
以下に、実施例および比較例に記載した電子放出素子の通常駆動時における放出電流Ｉｅのゆらぎ値を表１．に示し、通常駆動時の放出電流の経時変化を図８に示す。なお、通常駆動時における各実施例および比較例に用いた電子放出素子の放出電流Ｉｅ値（平均値）は同等の値であった。
【０１０５】
【表１】
2005276589.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の製造方法（電子源の製造方法）において、活性化時，予備駆動時，電流変動安定化時および通常駆動時においての放出電流値の推移を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の製造方法により製造された表面伝導型電子放出素子の構成を示す模式図であり、（ａ）は平面型表面伝導型電子放出素子の構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図３】表面伝導型電子放出素子の製造方法を説明するための図である。
【図４】フォーミング工程の方法の一例として真空容器内での通電処理による方法を説明するための図である。
【図５】通電フォーミングにおいて印加する電圧波形の例を示す図である。
【図６】活性化工程において印加する電圧波形の例を示す図である。
【図７】実施の形態に係る電子源の製造方法により製造された単純マトリクス配置の電子源を用いた画像表示装置を示す概略構成図である。
【図８】実施の形態に係る電子放出素子の製造方法において、電流変動安定化工程を実施したあとの通常駆動における、放出電流の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  ガラス基板
２，３  素子電極
４  導電性薄膜
５  電子放出部
６  Ｙ配線
７  Ｘ配線
８  メタルバック
９  蛍光体
１０  リアプレート
１１  フェイスプレート
１２  フリット
１３  ガラス管
２１  段差形成部
５０  電流計
５１  電源
５２  電流計
５３  高圧電源
５４  アノード電極
５５  真空容器
５６  真空ポンプ
５７  ゲートバルブ
５８  容器
５９  調節バルブ
【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】
2005276589.tif 000008
【図６】
2005276589.tif 000009
【図７】
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【図８】
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