電子放出素子とその製造方法、電子源及び画像表示装置
【課題】電子放出効率に優れ、大きな電子放出量を得ることができ、安定な電子放出特性を得ることのできる電子放出素子を提供する。
【解決手段】間隙５を介して配置する第１の導電性膜４ａ及び第２の導電性膜４ｂと、該第１の導電性膜４ａに接続された第１のカーボン膜６ａ１，６ａ２と、第２の導電性膜４ｂに接続され、第１のカーボン膜６ａ１，６ａ２とは間隙７ａ，７ｂを介して対向する第２のカーボン膜６ｂ１，６ｂ２と、を有し、間隙７ａ，７ｂに、連続する凹部９ａ，９ｂを有する素子とする。
【解決手段】間隙５を介して配置する第１の導電性膜４ａ及び第２の導電性膜４ｂと、該第１の導電性膜４ａに接続された第１のカーボン膜６ａ１，６ａ２と、第２の導電性膜４ｂに接続され、第１のカーボン膜６ａ１，６ａ２とは間隙７ａ，７ｂを介して対向する第２のカーボン膜６ｂ１，６ｂ２と、を有し、間隙７ａ，７ｂに、連続する凹部９ａ，９ｂを有する素子とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイに用いられる電子放出素子とその製造方法、該電子放出素子を配置してなる電子源、該電子源を用いて構成した画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面伝導型電子放出素子は、絶縁性の基板上に形成された導電性膜に、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。基本的には、基板上に一対の素子電極を形成し、該素子電極間をつなぐように形成した導電性膜に微小な間隙を形成して一対の導電性膜とし、さらに、「活性化」と呼ばれる処理を施すことにより、該間隙内及び該間隙付近の導電性膜上にカーボン膜を堆積させる。カーボン膜は微小な間隙を有する一対であり、それぞれが一対の導電性膜のどちらか一方に接続された状態となる。当該素子において、素子電極間に所定の電圧を印加すると、導電性膜の間隙及びカーボン膜の間隙付近から電子が放出される。
【０００３】
特許文献１には、該カーボン膜が、導電性膜の間隙付近からさらにその外側の基板上にまで延在して堆積した構成が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５１６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カーボン膜の延在部は導電性であるため、周囲の絶縁性基板表面の電位の変動を低減する効果がある。しかしながら、一方で、形成条件などによっては、一対のカーボン膜の延在部間に十分な間隙を設けることができず、延在部の最外周部（導電性膜から離れた部分）で互いにつながっている場合があった。
【０００６】
このように、延在部においてカーボン膜がつながっている場合には、該延在部を介して、素子電極間に無効な電流（リーク電流）が流れ、結果、電子放出効率を低減してしまう場合があった。また、長時間駆動したり、真空雰囲気が低下したりすると、放電破壊を生じ易くなる場合もあった。また、電子放出素子が載置される基板の材料や表面状態などによっては、カーボン膜の延在部の形状バラツキを生じ易く、結果、電子放出素子間の電子放出特性のバラツキが生じ易かった。尚、上記電子放出効率（η）とは、電子放出素子を構成する一対の素子電極間を流れる素子電流Ｉｆと、電子放出電流Ｉｅ（アノードに到達する電流）との比で評価されるもので、η＝Ｉｅ／Ｉｆという関係で表される。
【０００７】
また、電子放出素子を多数用いたディスプレイでは、低消費電力且つ高輝度であり、均一性の高い画像を得ることが求められている。そのため、電子放出素子には、高効率であること、及び、大きな電子放出量を安定且つ均一に得ること、が求められている。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、電子放出効率に優れ、大きな電子放出量を得ることができ、安定な電子放出特性を得ることのできる電子放出素子を提供することを目的とする。また、そのような電子放出素子を用いることで、均一性及び安定性に優れ、大きな電子放出量を得られる電子源、並びに、表示特性に優れた画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１は、基板上に間隙をおいて配置された第１の導電性膜及び第２の導電性膜と、
一端が第１の導電性膜に接続され、他端が第１の導電性膜と第２の導電性膜の間隙に位置する第１のカーボン膜と、
一端が第２の導電性膜に接続され、他端が第１のカーボン膜の他端と第２の間隙を挟んで対向する第２のカーボン膜と、
を有する電子放出素子であって、
前記第１の導電性膜と第２の導電性膜の対向方向をＸ方向、基板表面に平行で該Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とした時、第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜がそれぞれ、第１の導電性膜と第２の導電性膜が対向する部位からＹ方向に延びる延在部を有し、
前記第１のカーボン膜と第２のカーボン膜との間隙内において、基板表面が該カーボン膜の延在部の最外周部にまで連続して至る凹部を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２は、上記本発明の電子放出素子を複数備えたことを特徴とする電子源である。
【００１１】
本発明の第３は、上記本発明の電子源と、該電子源から放出される電子を照射することにより発光する発光体とを有することを特徴とする画像表示装置である。
【００１２】
本発明の第４は、上記本発明の電子放出素子の製造方法であって、
表面に酸化シリコンを含有する基板上に間隙をおいて第１の導電性膜及び第２の導電性膜を形成した後、
炭素含有ガスを含む雰囲気下に、第１の導電性膜と第２の導電性膜との間にパルス状の電圧を印加して、第１の導電性膜に接続された第１のカーボン膜と、第２の導電性膜に接続された第２のカーボン膜とを形成すると同時に、第１のカーボン膜と第２のカーボン膜との間隙に凹部を形成し、
次いで、上記雰囲気よりも炭素含有ガスの分圧が高い雰囲気下において、第１の導電性膜と第２の導電性膜との間にパルス状の電圧を印加して、第１のカーボン膜と第２のカーボン膜にそれぞれ延在部を設けることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、
第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜にそれぞれ延在部を設けた後、第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜の間隙の基板表面を選択的にフッ化水素を含む水溶液に曝すことを好ましい態様として含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電子放出素子は、カーボン膜が延在部においても良好な間隙を有しており、間隙の形成不良によるリーク電流の発生や素子の放電破壊といった問題が防止される。よって、係る素子においては、導電性膜の間隙及びカーボン膜の間隙から安定して電子放出を行うことができる。そのため、従来の電子放出素子に比べて、より大きな電子放出量を得、より優れた電子放出効率を得ることができる。
【００１５】
本発明の電子放出素子を用いてなる画像表示装置においては、低消費電力で且つ高輝度が実現し、高画質の画像表示を安定して行うことができる。
【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を例示的に詳しく説明する。但し、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、特に記載の無い限りは、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。
【００１７】
図１は、本発明の電子放出素子の一実施形態を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’線での断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【００１８】
図１（ａ）乃至（ｃ）では、基板１上に、第１の導電性膜４ａに接続する第１の電極２と、第２の導電性膜４ｂに接続する第２の電極３とが載置された形態を示した。しかしながら、導電性膜４ａ，４ｂと不図示の電源とを接続できれば、電極２，３は省略することもできる。以下の説明において、第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂの対向方向をＸ方向、基板１表面に平行で該Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とする。
【００１９】
本発明の電子放出素子は、基板１上に、互いに間隙５を介して配置する第１の導電性膜４ａ、第２の導電性膜４ｂを有する。第１の導電性膜４ａは一端が第１の電極２に接続され、第２の導電性膜４ｂは一端が第２の電極３に接続されている。また、第１の導電性膜４ａの他端と第２の導電性膜４ｂの他端との間には第１の間隙５があり、第１の導電性膜４ａの他端と第２の導電性膜４ｂの他端が間隙５を介して対向している〔図１（ｂ）〕。
【００２０】
第１のカーボン膜６ａ１は第１の導電性膜４ａに接続され、第２のカーボン膜６ｂ１は第２の導電性膜４ｂに接続されている。そして、Ｘ方向において第１のカーボン膜６ａ１の一端は、第１の導電性膜４ａの少なくとも一部を覆っており、第２のカーボン膜６ｂ１の一端は、第２の導電性膜４ｂの少なくとも一部を覆っている。そして、第１のカーボン膜６ａ１の他端と第２のカーボン膜６ｂ１の他端とが、第２の間隙７ａを挟んで対向している〔図１（ｂ）〕。尚、カーボン膜６ａ１，６ｂ１は導電性である。
【００２１】
第２の間隙７ａは、第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとの間（間隙５内）に位置している。また、基板１の表面は、第２の間隙７ａ内に（間隙７ａの直下に）、第１の間隙７ａに沿って設けられた凹部９ａを備えている。
【００２２】
第１のカーボン膜６ａ１には、Ｙ方向において第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとが対向する部位から外に向かって延びる第１の延在部６ａ２が並設されており、第２のカーボン膜６ｂ１には第２の延在部６ｂ２が並設されている。第１の延在部６ａ２は、第１のカーボン膜６ａ１の両脇に、第１のカーボン膜６ａ１を挟むように配置されている。同様に、第２の延在部６ｂ２は、第２のカーボン膜６ｂ１の両脇に、第２のカーボン膜６ｂ１を挟むように配置されている。
【００２３】
そして、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、第３の間隙７ｂを隔てて対向している〔図１（ｃ）〕。
【００２４】
延在部６ａ２，６ｂ２は、基板１の表面に直接設けられた（基板１の表面との間に導電性膜４ａ，４ｂを介さずに設けられた）導電性のカーボン膜である。そして同時に、延在部６ａ２，６ｂ２は、第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとで挟まれた領域（即ち第１の間隙５で定義される領域）の外側に位置する。また、第１のカーボン膜６ａ１と第１の延在部６ａ２とが連続しており、第２カーボン膜６ｂ１と第２の延在部６ｂ２とが連続している。そして、第３の間隙７ｂと第２の間隙７ａも連続している。
【００２５】
尚、説明の都合上、ここでは、カーボン膜６ａ１，６ｂ１と延在部６ａ２，６ｂ２とを分けて説明したが、前述したように延在部６ａ２，６ｂ２を構成する材料は炭素であり、カーボン膜６ａ１，６ｂ１と延在部６ａ２，６ｂ２との明確な境界はない。従って、延在部６ａ２，６ｂ２はカーボン膜６ａ１，６ｂ１の一部分とみなすことができる。同様に、第３の間隙７ｂと第２の間隙７ａとを、説明の都合上分けて説明したが、間隙７ｂと間隙７ａも連続しており、間隙７ｂは間隙７ａの一部分と見なすことができる。
【００２６】
よって、以下の説明においては、第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとが対向する部位のカーボン膜６ａ１，６ｂ１をカーボン膜の対向部と呼び、該対向部６ａ１と該対向部６ａ１を挟む二つの延在部６ａ２，６ａ２とを併せてカーボン膜６ａと呼ぶ。同様に、対向部６ｂ１と該対向部６ｂ１を挟む二つの延在部６ｂ２，６ｂ２とを併せてカーボン膜６ｂと呼ぶ。
【００２７】
そして、本発明の電子放出素子の最も特徴とするところは、基板１の表面が、第２の間隙７ａの直下（間隙７ａ内）に加えて、第３の間隙７ｂの直下（間隙７ｂ内）にも、第２の凹部９ｂを備えていることである〔図１（ｂ）、（ｃ）〕。即ち、基板１の表面が、延在部を含めた一対のカーボン膜６ａ，６ｂを離間する間隙７ａ，７ｂの直下（間隙７ａ、７ｂ内）に、１つの連続した（連通した）凹部９ａ，９ｂを備える。
【００２８】
このように、凹部９ｂを設けることで、間隙７ａからの電子放出に加え、間隙７ｂからも電子を安定に放出することができる。また、延在部６ａ２と６ｂ２との間におけるリーク電流の発生を低減することができる。その結果、電子放出効率が高く、電子放出量が多く、また、安定な、電子放出特性を備える電子放出素子を得ることができる。
【００２９】
基板１としては、ガラス（石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラスなど）、アルミナ等のセラミックス、及び、シリコン等を用いることができる。好ましくはこれらを基材１０として、表面にパッシベーション層８を設けて基板１とする。パッシベーション層８は、絶縁体として機能する程度に十分に高抵抗な層であり、絶縁層と言うこともできる。
【００３０】
パッシベーション層８の材料としては（好ましくは１０００Ｋ超の）高い耐熱性を持ち、Ｎａイオンの導電性膜４ａ，４ｂ側への拡散を抑制する絶縁性材料（十分に高抵抗な材料）であれば良い。具体的には後述する活性化処理によって良好な電子放出特性を得るためにも、酸化シリコン層（典型的にはＳｉＯ2層）を用いることが好ましい。しかしながら、パッシベーション層８の材料としては、上記した要求を満たせば良いので、酸化シリコンに限定されるものではない。
【００３１】
また、パッシベーション層８は、簡易には、基材１０上の表面を全面覆うことが好ましいが、電子放出素子の領域（導電性膜４ａ，４ｂ、カーボン膜６ａ，６ｂ、間隙７ａ，７ｂ）と基材１０との間にのみ配置することもできる。また、パッシベーション層８は、少なくとも第３の間隙７ｂ及び延在部６ａ２，６ｂ２と、基材１０との間に設けることが望ましい。
【００３２】
また、パッシベーション層８は、好ましくは、間隙７ａ直下（間隙７ａ内）に形成される凹部９の深さ以上の十分な厚み（実用的には１００ｎｍ以上１μｍ以下）を持つ。また、パッシベーション層８は、導電性膜４ａ，４ｂのＹ方向の両端部から十分な距離まで（実用的には１０μｍ以上１００μｍ以下）設ける必要がある。
【００３３】
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。例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或いは合金等から適宜選択されるが、これに限定されるものではない。第１の電極２と第２の電極３との間隔（電極間隔）Ｌ、電極長さＷ、導電性膜４ａ，４ｂの形状等は、応用される形態等を考慮して、適宜設計される。電極間隔Ｌは、実用的には、１μｍ以上１００μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、５μｍ以上１０μｍ以下の範囲とする。電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して、１μｍから５００μｍの範囲とすることができる。電極２，３の膜厚ｄは、１０ｎｍ以上５μｍ以下の範囲とする。
【００３４】
導電性膜４ａ，４ｂを構成する材料としては、例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属及びそれら金属を含む合金等が挙げられるが、これに限定されるものではない。導電性膜４には、良好な電子放出特性を得るために、その抵抗値は、実用上、後述する「通電フォーミング」処理を行うことを考慮して、Ｒｓが１０2Ω／□以上１０7Ω／□以下の値であるのが好ましい。尚、Ｒｓは、幅がｗで長さがｌの薄膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と置いたときに表される値である。
【００３５】
上述した本発明の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２を用いて以下に説明する。
【００３６】
〈工程１〉
基材１０を洗剤、純水、有機溶剤等を用いて洗浄する。次いで、基材１０上にスパッタ法やゾルゲル塗布法やＣＶＤ法等の各種の公知の成膜法により酸化シリコンを主成分とするパッシベーション層８を積層し、基板１を用意する〔図２（ａ）〕。
【００３７】
尚、パッシベーション層８は、所定の形状になるように、基板１０上でパターニングを行ってもよい。また、例えば石英、無アルカリガラス等の実質的にアルカリ成分を含まない部材を基材１０として使用した場合には、パッシベーション層８を用いなくとも良い。
【００３８】
〈工程２〉
基板１上に、真空蒸着法やスパッタ法等の公知の成膜方法により電極２、３の材料を堆積する。その後、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて基板１上に第１の電極２と第２の電極３を形成する〔図２（ｂ）〕。
【００３９】
（工程３）
電極２，３を設けた基板１上に、第１の電極２と第２の電極３とを接続する導電性膜４を設ける〔図２（ｃ）〕。導電性膜４の形成方法は、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スピンナー法等を用いることができるが、これらに限定するものではない。また、例えばインクジェット方式による塗布方法を用いることができる。
【００４０】
〔工程４〕
次に、導電性膜４に間隙５を形成する。ここでは、「通電フォーミング」と呼ばれる処理を施す例を説明する。
【００４１】
具体的には、電極２，３間に電圧の印加を行うことで、導電性膜４の一部に間隙５を設けることができる。換言すれば、結果的に間隙５で隔てられた一対の導電性膜４ａ，４ｂを形成することができる〔図２（ｄ）〕。
【００４２】
通電フォーミング処理に用いる電圧波形の一例を図３に示す。電圧波形は、特にパルス電圧であることが好ましい。図３（ａ）に示した手法は、パルス波高値を一定としたパルス電圧を繰り返し印加する手法である。また、図３（ｂ）に示した手法は、パルス波高値を増加させながらパルス電圧を繰り返し印加する手法である。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、Ｔ１はパルス幅であり、Ｔ２はパルス間隔である。パルス波形は、三角波に限定されるものではなく、矩形波等の所望の波形を採用することができる。
【００４３】
尚、ここでは、通電フォーミング処理により、間隙５で隔てられた一対の導電性膜４ａ、４ｂを形成したが、ＥＢリソグラフィー等の、通電を用いない公知の方法によって、間隙５で隔てられた一対の導電性膜４ａ，４ｂを基板１上に設けることもできる。従って、工程３と工程４とをまとめて、一対の導電性膜４ａ，４ｂを基板１上に設ける工程と呼ぶこともできる。
【００４４】
通電フォーミング処理以降の電気的処理は、例えば図４に示すような真空処理装置内で行うことができる。この真空処理装置は測定評価装置としての機能も兼ね備えた例である。
【００４５】
図４において、４５は真空容器であり、４６は排気ポンプである。真空容器４５内には上述した工程１乃至工程４を経た基板１が配されている。また、４１は電子放出素子に電圧Ｖｆを印加するための電源、４０は第１電極２と第２電極３との間を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計である。４４は電子放出素子から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り電子放出素子の上方に配置されている。４３はアノード電極４４に電圧を印加するための高圧電源、４２は放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。例えば、アノード電極４４の電圧は１ｋＶ以上１５ｋＶ以下の範囲とし、アノード電極４４と基板１との距離Ｈは０．５ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲として測定を行うことができる。真空容器４５には、真空計４９が設けられている。また、真空容器４５には、後述する活性化処理に用いる炭素化合物源４７がバルブ４８を介して接続されている。また、基板１を内包した真空処理装置の全体は、不図示のヒーターにより加熱できる構成となっている。
【００４６】
〈工程５〉
次に、間隙７ａで離間した一対のカーボン膜の対向部６ａ１，６ｂ１を、導電性膜４ａ，４ｂ上及び間隙５内に位置する基板１の表面上に、設ける〔図２（ｅ）〕。
【００４７】
カーボン膜の対向部６ａ１，６ｂ１は、例えば、公知の活性化処理によって形成することができる。具体的には、炭素含有ガスを含む雰囲気下で第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとの間にパルス状電圧を印加することで導電性膜４ａ，４ｂ上及び間隙５内にカーボン膜を堆積することができる。
【００４８】
上記炭素含有ガスとしては例えば有機物質ガスを用いることができる。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る。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、プロピレンなどＣnＨ2n等の組成式で表される不飽和炭化水素が使用できる。また、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等も使用できる。特にはトルニトリルが好ましく用いられる。
【００４９】
図５に活性化工程で用いられる電圧波形の一例を示す。図５（ａ）中、Ｔ１は電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。また、図５（ｂ）中、Ｔ１及びＴ１’はそれぞれ、電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ１＞Ｔ１’、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。
【００５０】
間隙７ａ内の基板１表面が酸化シリコンを含む場合、この活性化処理によって、基板１の表面に凹部９ａを形成することができる〔図２（ｅ）〕。凹部９ａの形成は、活性化処理に用いられるガスに含まれる炭素或いは基板上に堆積した炭素と、基板１に含まれる酸化シリコンとの反応に起因すると推測される。その主因となる反応はＳｉＯ2＋Ｃ→ＳｉＯ↑＋ＣＯ↑と推測される。そして、活性化処理時には、第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとの間に電流が流れる（熱エネルギーが加わる）ので、上記反応が推進されるものと推察される。また、この凹部９ａの形成が電子放出特性に大きく関わる。
【００５１】
尚、カーボン膜の対向部６ａ１，６ｂ１の形成方法としては、炭素含有ガス中で電子線を基板１上の所定の領域に選択的に照射することで形成することも可能である。このように、間隙７ａで離間した、一対のカーボン膜の対向部６ａ１，６ｂ１の形成方法は活性化処理に限定されるものではない。
【００５２】
〈工程６〉
次に、カーボン膜の延在部６ａ２，６ｂ２を設ける。延在部６ａ２，６ｂ２を設けるためには、例えば、上述した活性化処理を終えた後に、炭素含有ガスの分圧が、活性化処理における炭素含有ガスの分圧よりも高い雰囲気下で、パルス状の電圧の印加を繰り返すことで行うことができる。また、炭素含有ガスを含む雰囲気下で、延在部６ａ２，６ｂ２を設けたい所定の領域に電子ビームを選択的に照射することで、延在部６ａ２，６ｂ２を設けることもできる。
【００５３】
ここでは、工程５と工程６とを別の工程としたが、工程５と工程６を連続して行うこともできる。このような場合は、工程５と工程６とを１つの工程とみなすことができる。
【００５４】
〈工程７〉
次に、間隙７ａ内（間隙７ａ直下）の基板１の表面、及び、間隙７ｂ内（間隙７ｂ直下）の基板１の表面に、十分な幅と深さを備える凹部９ａ，９ｂを形成する。
【００５５】
尚、工程５で活性化処理により第１の凹部９ａを既に設けている場合には、この工程では、少なくとも第２の凹部９ｂを形成すればよい。また、工程５で既に設けた第１の凹部９ａが十分な大きさではない場合には、本工程でその大きさを拡大することができる。
【００５６】
また、工程６で間隙７ｂが十分に形成されておらず、延在部（特に延在部の最外周部）で第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２がつながっている場合には、本工程によって、延在部での電気的なつながりを低減することができる。典型的には、間隙７ｂを延在部の最外周部まで伸ばす、或いは、延在部の間隙７ｂの幅を拡張する。
【００５７】
本工程は、例えば、間隙７ａ内の基板１の表面、及び、間隙７ｂ内の基板１の表面を、選択的にフッ化水素を含む水溶液に曝すことで、エッチング処理して凹部９ａ，９ｂの形成を行うことができる。
【００５８】
凹部９ａ，９ｂの形態としては、実用的には、その深さが３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、幅が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。ここで使用されるフッ化水素を含む水溶液の濃度は、例えば、０．１質量％以上１０質量％以下であると実用上好ましい。しかしながら、凹部９ａ，９ｂが形成されるのであれば、濃度は上記範囲に限定されるものではない。また、フッ化水素を含む水溶液には、フッ化水素を含む緩衝溶液も含まれる。また、このウェットエッチングにより凹部９ａ，９ｂが形成されやすいように、少なくとも間隙７ｂが形成されるであろう部分の直下に位置するパッシベーション層８上に、予め多孔質シリカ膜（不図示）を形成しておくことが好ましい。尚、エッチング方法として、ここではフッ化水素によるウェットエッチングを例示したが、ドライエッチングなど様々なエッチング方法を適宜用いることができる。
【００５９】
本工程により、所定の深さと幅を持つ凹部９ａ，９ｂを制御して形成することができる。その結果、延在部６ａ２，６ｂ２からの安定な電子放出を行うことができる。また、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とを介した電流リーク成分を低減することができるので、電子放出量の増大、安定な電子放出、並びに、電子放出効率の向上を行うことができる。さらには、凹部９ａ，９ｂの形状を制御することができるので、複数の電子放出素子を形成する場合は、電子放出特性の均一性を向上することができる。
【００６０】
〈工程８〉
上記した工程１乃至工程７を経て得られた電子放出素子に対して、好ましくは、安定化工程を行う。
【００６１】
この工程は、高い真空度（活性化処理を施した場合は該活性化処理における真空度より高い真空度）の雰囲気下で、電子放出素子や、その周辺の基板１の表面などから不要な有機物質を除去する工程である。上記真空度としては、有機物質の分圧が、１０-6Ｐａ以下であることが好ましく、さらには１０-8Ｐａ以下であることが特に好ましい。また、全圧としては、極力低くすることが好ましく、実用的には、１０-5Ｐａ以下であることが好ましく、さらには１０-6Ｐａ以下であることが特に好ましい。
【００６２】
以上の工程で、本発明の電子放出素子を形成することができる。
【００６３】
本発明の電子放出素子の駆動時の雰囲気は、上記安定化工程終了時の雰囲気を維持するのが好ましい。しかしながら、有機物質が十分除去されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を採用することにより、新たなカーボン或いはカーボン化合物の、電子放出素子上や電子放出素子周辺の基板１表面上への堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、安定する。
【００６４】
次に、本発明の電子放出素子を複数個基板上に配列し、電子源や画像表示装置を構成する例について説明する。
【００６５】
電子放出素子の配列については、種々のものが採用できる。一例として、図６に模式的に示すマトリクス配列を採用できる。この例では、電子放出素子５４をＸ方向及びＹ方向に行列状に複数個（ｍ×ｎ個）配列している。そして、同じ行に配された複数の電子放出素子５４の電極２，３の一方を、１つのＸ方向の配線（Ｄｘ１〜Ｄｘｍ）に共通に接続する。そして、同じ列に配された複数の電子放出素子の電極２，３の他方を、１つのＹ方向の配線（Ｄｙ１〜Ｄｙｍ）に共通に接続する。このようなマトリクス配列の電子源について以下に図６を用いて説明する。
【００６６】
図６において、５１は電子源基板、５２はＸ方向配線、５３はＹ方向配線である。５４は電子放出素子である。
【００６７】
ｍ本のＸ方向配線５２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、……Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成することができる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配線５３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、……Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線５２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線５２とｎ本のＹ方向配線５３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）。
【００６８】
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や絶縁性の金属酸化物及びそれらの混合物等で構成される。例えば、Ｘ方向配線５２を形成した基板５１の全面或いは一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線５２とＹ方向配線５３の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線５２とＹ方向配線５３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００６９】
電子放出素子５４を構成する前述した一対の電極２，３は、それぞれｍ本のＸ方向配線５２とｎ本のＹ方向配線５３に電気的に接続されている。
【００７０】
配線５２と配線５３を構成する材料及び一対の電極２，３を構成する材料は、その構成元素の一部或いは全部が同一であっても、またそれぞれが異なってもよい。これらの材料は、例えば前述の電極の材料より適宜選択される。電極を構成する材料と配線材料が同一である場合には、電極に接続した配線は電極ということもできる。
【００７１】
Ｘ方向配線５２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子５４の行を選択するための走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、Ｙ方向配線５３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子５４の各列を入力信号に応じて変調するための、不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
【００７２】
上記構成においては、単純なマトリクス配線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とすることができる。
【００７３】
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７と図８を用いて説明する。図７は、画像表示装置の表示パネルの一例を示す模式図であり、図８は、図７の画像表示装置に使用される発光体としての蛍光膜の模式図である。
【００７４】
図７において、５１は図６に示した電子放出素子を複数配した電子源基板、６１は電子源基板５１を固定したリアプレート、６６はガラス基板６３の内面に発光体としての蛍光膜６４とメタルバック６５等が形成されたフェースプレートである。６２は支持枠であり、該支持枠６２には、リアプレート６１、フェースプレート６６が接着材等を用いて接続されている。６８は外囲器である。
【００７５】
５４は、図１に示したような電子放出素子である。５２、５３は、図６に示した、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極２，３と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。
【００７６】
外囲器６８は、上述の如く、フェースプレート６６、支持枠６２、リアプレート６１で構成される。リアプレート６１は主に基板５１の強度を補強する目的で設けられるため、基板５１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート６１は不要とすることができる。即ち、基板５１に直接支持枠６２を封着し、フェースプレート６６、支持枠６２及び基板５１で外囲器６８を構成してもよい。
【００７７】
図８は、蛍光膜を示す模式図である。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８（ａ）〕或いはブラックマトリクス〔図９（ｂ）〕等と呼ばれる黒色部材７１と蛍光体７２とから構成することができる。蛍光膜６４の内面側には、通常メタルバック６５が設けられる。
【００７８】
以上説明した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。
【実施例】
【００７９】
以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら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の各要素の置換や設計変更がなされたものをも包含する。
【００８０】
［実施例１］
図１に例示した電子放出素子を、図２に示した工程に沿って製造した。
【００８１】
（工程−ａ）
ガラス基材１０（旭硝子製 ＰＤ２００）を洗剤、純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、Ｒｆスパッタ装置にてＳｉＯ2からなるパッシベーション層８を厚さ約２５０ｎｍ積層し基板１とした〔図２（ａ）〕。
【００８２】
（工程−ｂ）
基板１上に、スパッタ法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ４０ｎｍのＰｔを順次堆積し、電極２，３のパターンが覆われるようにエッチングマスク（フォトレジスト）を形成した。次に、Ａｒプラズマによるドライエッチングを行い、続いて、残っているエッチングマスクを溶解除去し、電極２，３を形成した〔図２（ｂ）〕。電極２，３の間隔Ｌは３０μｍ、幅Ｗは３００μｍとした。
【００８３】
（工程−ｃ）
電極２，３間を接続する導電性膜４のパターンに対応する開口部を有するマスクを形成した。次に、スパッタ法により、厚さ１０ｎｍのＰｄ膜を堆積し、有機溶剤でマスクを溶解し、不要な部分のＰｄ膜をリフトオフして、Ｐｄからなる導電性膜４を形成した〔図２（ｃ）〕。導電性膜４の幅は、Ｙ方向において１００μｍである。
【００８４】
（工程−ｄ）
図４に示す真空容器４５内に導電性膜４を設けた基板１を設置した。真空容器４５内を排気ポンプ４６にて排気し、２．７×１０-6Ｐａの真空度に達した後、素子電圧Ｖｆを印加するための電源４１より、電極２，３間に電圧を印加し、通電フォーミング処理を施した。フォーミング処理の電圧波形は、矩形波であり、図３（ｂ）に示したものと同様に徐々に波高値を上昇させた。
【００８５】
本例では、パルス幅Ｔ１は１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２は１０ｍｓｅｃとし、矩形波の波高値は０Ｖから０．１Ｖステップで徐々に上昇させた。また、通電フォーミング処理中に、パルスとパルスの間に波高値０．１Ｖの抵抗測定用のパルスを挿入して電流を測ることにより抵抗を検知し、抵抗値が１ＭΩを超えたところで通電フォーミング処理を終了した。
【００８６】
（工程−ｅ）
続いて、排気装置により真空容器４５内を更に排気し、圧力が５×１０-6Ｐａ以下となってから、トルニトリルの入った炭素化合物材料源４７につながるバルブ４８を開いて、真空容器４５にトルニトリルガスを導入し、圧力を１．０×１０-4Ｐａとした。
【００８７】
次に、電極２，３間に、図５（ａ）に示すような、波高値、パルス幅一定で極性を反転させる矩形波パルスを繰り返し印加した。波高値は±１６Ｖ、パルス幅Ｔ１は１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２は１０ｍｓｅｃとした。
【００８８】
トルニトリルの存在下で矩形波パルスを印加したことで、Ｉｆ値が増加し、約５０分でＩｆ値の上昇が緩やかになってほぼ飽和したので、更に１０分続けた後に、電圧の印加を停止し、真空容器４５内部を排気し、活性化処理を終了する。この工程によって、カーボン膜６ａ１，６ｂ１の堆積と、間隙７ａの形成と、凹部９ａの形成を行った。
【００８９】
（工程−ｆ）
続いて、再度トルニトリルを、工程−ｅでの圧力よりも高い圧力（２．７×１０-3Ｐａ）で、真空容器４５内に導入し、電極２，３間にパルス電圧を２０分間印加した。パルス電圧の印加波形及び波高値は、工程−ｅと同じである。
【００９０】
以上の手順の後、光学顕微鏡により電子放出素子の観察を行ったところ、図１（ａ）に模式的に示す形態の電子放出素子が得られたことが確認された。延在部６ａ２，６ｂ２のＸｃは９．２μｍであり、Ｙｃは３．４μｍであった。
【００９１】
更に、この延在部６ａ２，６ｂ２と対向部６ａ１，６ｂ１のオージェ分析を行うと、両方ともカーボンから構成されていることがわかる。
【００９２】
また、ＦＩＢ−ＳＥＭによって、電子放出素子の中心から最も離れた部分（最外周部）の、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２との間に位置する間隙７ｂを含む断面形状の観察を行うと、この時点では、明瞭な凹部９ｂの存在は確認できなかった。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで離間されているかどうか定かでない状態（間隙７ｂの確認が困難な状態）であった。
【００９３】
一方、対向部６ａ１と６ｂ１間の間隙７ａを含む断面形状の観察を行うと、凹部９ａの存在が確認され、その深さは２０乃至５０ｎｍであることが確認できた。
【００９４】
（工程−ｇ）
続いて、基板１を大気中に取出し、０．４％フッ化水素酸水溶液に１分間浸して処理した後、純水にてフッ化水素酸水溶液を５分間洗い流した。
【００９５】
以上の手順の後、ＦＩＢ−ＳＥＭによって延在部６ａ２，６ｂ２の間隙７ｂの断面形状の観察を行うと、図１（ｃ）の様な凹部９ｂが形成されているのが観察された。凹部９ｂの深さは５０乃至８０ｎｍであった。同様に、対向部６ａ１，６ｂ１の間隙７ａの断面形状の観察を行ったところ、凹部９ａの深さは５０乃至８０ｎｍに拡大していることが確認できた。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで明確に離間されていることが確認された。
【００９６】
（工程−ｈ）
次に、安定化処理を行った。図４の真空処理装置内で２５０℃のベーキング温度で１０時間行い、安定化工程終了とした。この後、真空処理装置内を室温に戻しつつ排気し、真空度を２．８×１０-8Ｐａとした。
【００９７】
その後、電極２，３間にパルス状の電圧１６Ｖ／１ｍｓｅｃを６０Ｈｚの周波数で印加した。更に、リーク電流を測定するため、上記パルスの終わりに５Ｖ／１００μｓｅｃを設けて、階段状パルスとした。また、電子放出素子の上方２ｍｍの位置にアノードを設け、アノードに１ｋＶの電圧を印加した。そして、測定の結果、リーク電流は約１．１μＡで、初期の素子電流Ｉｆは約１．２ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅは約３．５μＡであった。電子放出効率ηは約０．２９％と大きく、また、放出電流値は揺らぎが少なく安定していた。
【００９８】
尚、工程−ｇのフッ化水素を含む水溶液による処理を行わずに作製した電子放出素子については、リーク電流が約６．３μＡ、初期の素子電流Ｉｆが約２．３ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅが約５．１μＡで、電子放出効率ηは約０．２２％であった。
【００９９】
従って、フッ化水素を含む水溶液による処理を行うことによりリーク電流の減少と約３割強の電子放出効率ηの向上及び、放出電流Ｉｅの増加がみられた。
【０１００】
［実施例２］
本実施例で作製した電子放出素子は、実施例１と、パッシベーション層８を用いない点で異なる。以下、図２を用いて、本例における電子放出素子の製造方法を順を追って説明する。
【０１０１】
（工程−ａ）
石英ガラス基板を純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、基板１とした。
【０１０２】
工程−ｂから工程−ｄについては実施例１と同様に行った。
【０１０３】
工程−ｅ、工程−ｆは、波高値を±１５Ｖに変更した以外は、実施例１と同様に行った。
【０１０４】
この工程の後、光学顕微鏡により観察を行ったところ、図１（ａ）に模式的に示す形態の電子放出素子が得られたことが確認された。延在部６ａ２，６ｂ２のＸｃは９．２μｍ、Ｙｃは３．２μｍであった。
【０１０５】
更に、この延在部６ａ２，６ｂ２と対向部６ａ１，６ｂ１のオージェ分析を行ったところ、両方ともカーボンから構成されていることがわかった。
【０１０６】
また、ＦＩＢ−ＳＥＭによって電子放出素子の中心から最も離れた部分（最外周部）の、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２との間に位置する間隙７ｂを含む断面形状の観察を行ったところ、この時点では、明瞭な凹部９ｂの存在は確認できなかった。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで離間されているかどうか定かでない状態（間隙７ｂの確認が困難な状態）であった。
【０１０７】
一方、対向部６ａ１と６ｂ１間の間隙７ａを含む断面形状の観察を行うと、凹部９ａの存在が確認され、その深さは３０乃至４０ｎｍであることが確認できた。
【０１０８】
工程−ｇについても実施例１と同様に行った。その後、ＦＩＢ−ＳＥＭによって延在部６ａ２，６ｂ２の間隙７ｂの断面形状の観察を行ったところ、図１（ｃ）の様な凹部９ｂが形成されているのが観察され、凹部９ｂの深さは４５乃至９０ｎｍであることが確認できた。同様に、対向部６ａ１と６ｂ１の間隙７ａの断面形状の観察を行ったところ、凹部９ａの深さは４５乃至９０ｎｍに拡大していることが確認できた。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで明確に離間されていることが確認された。
【０１０９】
工程−ｈについても実施例１と同様に安定化処理を行った。
【０１１０】
その後、電極２，３間にパルス状の電圧１５Ｖ／１ｍｓｅｃを６０Ｈｚの周波数で印加した。更に、リーク電流を測定するため、上記パルスの終わりに５Ｖ／１００μｓｅｃを設けて、階段状パルスとした。また、電子放出素子の上方２ｍｍの位置にアノードを設け、アノードに１ｋＶの電圧を印加した。そして、測定の結果、リーク電流は約１．０μＡで、初期の素子電流Ｉｆは約１．１ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅは約３．２μＡであった。電子放出効率ηは約０．２９％と大きく、また、放出電流値は揺らぎが少なく安定していた。
【０１１１】
尚、工程−ｇのフッ化水素を含む水溶液による処理を行わずに作製した電子放出素子については、リーク電流が約６．１μＡ、初期の素子電流Ｉｆが約２．４ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅが約５．０μＡで、電子放出効率ηは約０．２１％であった。
【０１１２】
従って、フッ化水素を含む水溶液による処理を行うことによりリーク電流の減少と約４割弱の電子放出効率ηの向上及び、放出電流Ｉｅの増加がみられた。
【０１１３】
［実施例３］
図９は、本例の電子放出素子を示す説明図である。
【０１１４】
本例の電子放出素子は、実施例１の電子放出素子の導電性膜４をインクジェット法により形成した点、及び、パッシベーション層８をポリシラザン溶液を用いて形成した点、において異なる。その他については基本的には実施例１と同様である。
【０１１５】
以下、図９及び図２を用いて、本実施例における電子放出素子の製造方法を順を追って説明する。
【０１１６】
（工程−ａ）
ソーダライムガラスからなるガラス基板を洗剤、純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、ポリシラザン溶液であるアクアミカ（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ製 ＮＮ１１０−２０）をガラス基板上に３０秒間、２０００回転／分にてスピン塗布した。続いて、１００℃で１０分間乾燥後、水分を含む大気圧雰囲気中にて５００℃で１時間焼成することで、パッシベーション層（酸化シリコン層）８を厚さ約３８０ｎｍに形成した基板１を作製した〔図２（ａ）〕。
【０１１７】
（工程−ｂ）
基板１上に、実施例１と同様の製造方法で、電極２，３を形成した〔図２（ｂ）〕。電極２，３の間隔Ｌは３０μｍ、電極の幅Ｗは３００μｍとした。
【０１１８】
工程−ｃ
電極２，３間を接続するように、バブルジェット（登録商標）方式のインクジェット装置を用いて、Ｐｄ含有水溶液を電極２，３間に付与した。水溶液は、酢酸パラジウムモノエタノールアミン錯体０．１５％（Ｐｄ質量％）、イソプロピルアルコール１５質量％、エチレングリコール１質量％、ポリビニルアルコール０．０５質量％を含有する水溶液である。
【０１１９】
その後、基板１を３５０℃で３０分間焼成し、導電性膜４を形成した〔図２（ｃ）〕。こうして形成されたＰｄ膜４は膜厚が約１０ｎｍ、径が約８０μｍの円形状に形成された。
【０１２０】
（工程−ｄ）
実施例１と同様の方法で、通電フォーミング処理をした〔図２（ｄ）〕。
【０１２１】
（工程−ｅ）
続いて、実施例１と同様に、活性化処理を行った。但し、本例では、トルニトリルガスの圧力を１．０×１０-4Ｐａとし、波高値は±１８Ｖとした。
【０１２２】
（工程−ｆ）
続いて、実施例１と同様に、再度トルニトリルを、工程−ｅでの圧力よりも高い圧力（２．７×１０-3Ｐａ）で、真空容器４５内に導入し、電極２，３間にパルス電圧を２０分間印加した〔図２（ｅ）〕。パルス電圧の印加波形及び波高値は、工程−ｅと同じである。
【０１２３】
以上の手順の後、光学顕微鏡により電子放出素子の観察を行ったところ、図９に模式的に示す形態の電子放出素子が得られたことが確認された。延在部６ａ２，６ｂ２のＸｃは約１０．２μｍであり、Ｙｃは約３．５μｍであった。
【０１２４】
更に、延在部６ａ２，６ｂ２と対向部６ａ１，６ｂ１のオージェ分析を行うと、両方とも、カーボンから構成されていることがわかった。
【０１２５】
また、ＦＩＢ−ＳＥＭによって、電子放出素子の中心から最も離れた部分（最外周部）の、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２との間に位置する間隙７ｂを含む断面形状の観察を行ったところ、この時点では、明瞭な凹部９ｂの存在は確認できなかった。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで離間されているかどうか定かでない状態（間隙７ｂの確認が困難な状態）であった。
【０１２６】
一方、対向部６ａ１，６ｂ１間の間隙７ａを含む断面形状の観察を行ったところ、凹部９ａの存在が確認され、その深さは２０乃至５０ｎｍであることが確認できた。
【０１２７】
（工程−ｇ）
続いて、電子放出素子を大気中に取出し、０．４％フッ化水素酸水溶液に１分間浸して処理した後、純水にてフッ化水素酸水溶液を５分間洗い流した。
【０１２８】
以上の手順の後、ＦＩＢ−ＳＥＭによって延在部６ａ２，６ｂ２の間隙７ｂの断面形状の観察を行ったところ、図１（ｃ）の様な凹部９ｂが形成されているのが観察され、凹部９ｂの深さは５０乃至１００ｎｍであった。同様に、対向部６ａ１，６ｂ１の間隙７ａの断面形状の観察を行ったところ、凹部９ａの深さは６０乃至１１０ｎｍに拡大していることが確認できた。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで明確に離間されていることが確認された。
【０１２９】
（工程−ｈ）
次に、実施例１と同様にして安定化処理を行った。
【０１３０】
その後、電極２，３間にパルス状の電圧１８Ｖ／１ｍｓｅｃを６０Ｈｚの周波数で印加した。更に、リーク電流を測定するため、上記パルスの終わりに５Ｖ／１００μｓｅｃを設けて、階段状パルスとした。また、電子放出素子の上方２ｍｍの位置にアノードを設け、アノードに１ｋＶの電圧を印加した。そして、測定の結果、リーク電流は約０．８μＡで、初期の素子電流Ｉｆは約１．０ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅは約３．１μＡであった。電子放出効率ηが約０．３１％と大きく、また、放出電流値及び素子電流値は揺らぎが少なく安定していた。
【０１３１】
尚、工程−ｇにおいてフッ化水素を含む水溶液による処理を行わずに作製した電子放出素子については、リーク電流が約６．６μＡ、初期の素子電流Ｉｆが約２．１ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅが約４．９μＡで、電子放出効率ηは約０．２３％であった。
【０１３２】
従って、フッ化水素を含む水溶液による処理を行うことによりリーク電流の減少と約３割強の電子放出効率ηの向上及び、放出電流Ｉｅの増加がみられた。
【０１３３】
［実施例４］
本実施例は、図６に模式的に示す、多数の電子放出素子をマトリクス配線した電子源を用いて、図７に模式的に示す画像表示装置を作製した例である。図１０は、本例の電子放出素子の部分を拡大した模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【０１３４】
本例においては、実施例３の工程−ａ、ｂと同様の工程を用いて、一対の電極２，３を複数形成した後、従来公知のマトリクス配線を形成した。その後に実施例３の工程−ｃ乃至工程−ｇの順に行い、真空雰囲気下にてフェースプレート及び支持枠により封着を行って表示パネルを作製した。
【０１３５】
先ず、本例の電子源基板の製造方法を、より詳しく工程順に説明する。尚、以下に説明する工程−ａ乃至工程−ｇは、実施例３とほぼ同様の工程である。
【０１３６】
（工程−ａ）
プラズマディスプレイ用ガラス（旭硝子製 ＰＤ２００）からなるガラス基板を洗剤、純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄した。その後、ポリシラザン溶液であるアクアミカ（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ製 ＮＮ１１０−２０）をガラス基板上にインクジェット法にて付与した。付与する位置は、各電子放出素子を形成するエリア毎に、互いに離間するようにした。そして、１００℃１０分間乾燥後、水分を含む大気圧雰囲気中にて５５０℃で１時間焼成することで直径１２０μｍ、中心から半径５０μｍまでの平均膜厚が３５０ｎｍの酸化シリコンからなるパッシベーション層（Ｎａブロック層）８を形成した。
【０１３７】
（工程−ｂ）
基板１上に、実施例１と同様の方法で、一対の電極２，３をＸ方向にｎ個、Ｙ方向にｍ個形成した（ｍとｎは共に正の整数）。電極２と電極３との間隔Ｌは２０μｍ、電極の幅Ｗは３００μｍとした。
【０１３８】
続いて、マトリクス配線を形成した。該配線は、ｍ本のＸ方向配線５２が、Ｄｘ１、Ｄｘ２、……Ｄｘｍからなり、スクリーン印刷法を用いてＡｇを主成分とした金属ペースト材料を印刷し、４８０℃にて１０分間焼成して形成した。
【０１３９】
また、これらｍ本のＸ方向配線５２とｎ本のＹ方向配線５３を重ねて形成する予定の箇所には、不図示の層間絶縁層を設け、両配線を電気的に分離した。
【０１４０】
不図示の層間絶縁層は、スクリーン印刷法を用いて形成された酸化鉛を含むガラス材料で構成され、約４８０℃にて２０分間焼成を行うことにより形成され、印刷及び焼成を２回繰り返すことにより重ねて２層形成した。Ｄｙ１、Ｄｙ２、……Ｄｙｎのｎ本の配線よりなるＹ方向配線５３も、Ｘ方向配線５２と同様に形成した。
【０１４１】
（工程−ｃ）
実施例３と同様の方法にて、Ｐｄ水溶液を各々の電極２，３間に付与し、膜厚が約１０ｎｍ、直径が約８０μｍの円形状のＰｄ膜４を形成した。尚、Ｐｄ膜の各々は、工程−ａで設けたパッシベーション層８の各々の領域内に納まるように配置した。
【０１４２】
（工程−ｄ）
実施例３と同様の条件にて、図６におけるＤｘ１とＤｙ１を通じて、各々の電極２，３間に通電フォーミング処理した。尚、フォーミング処理はＤｘ１からＤｘｎまで順次パルス波形が印加されるようにした。また、この時、Ｄｙ１からＤｙｎまでは、接地した。
【０１４３】
（工程−ｅ）
実施例３と同様の条件にて、活性化処理を行った。
【０１４４】
（工程−ｆ）
続いて、実施例３と同様に、再度トルニトリルを、工程−ｅでの圧力よりも高い圧力（２．７×１０-3Ｐａ）で、各々の電極２，３間にパルス電圧を２０分間印加した。パルス電圧の印加波形及び波高値は、工程−ｅと同じとした。
【０１４５】
以上の手順の後、光学顕微鏡により各電子放出素子の観察を行ったところ、延在部６ａ２，６ｂ２のＸｃは平均９．５μｍ、Ｙｃは平均３．４μｍであった。
【０１４６】
更に、延在部６ａ２，６ｂ２と対向部６ａ１，６ｂ１のオージェ分析を行ったところ、両方とも、カーボンから構成されていることがわかる。
【０１４７】
また、ＦＩＢ−ＳＥＭによって、電子放出素子の中心から最も離れた部分（最外周部）の、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２との間に位置する間隙７ｂを含む断面形状の観察を行ったところ、この時点では、明瞭な凹部９ｂの存在は確認できなかった。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで離間されているかどうか定かでない状態（間隙７ｂの確認が困難な状態）であった。
【０１４８】
一方、対向部６ａ１，６ｂ１間の間隙７ａを含む断面形状の観察を行うと、凹部９ａの存在が確認され、その深さは２０乃至５０ｎｍであることが確認できた。
【０１４９】
（工程−ｇ）
続いて、この電子源基板を大気中に取出し、０．４％フッ化水素酸水溶液に１分間浸して処理した後、純水にてフッ化水素酸水溶液を５分間洗い流した。
【０１５０】
以上の手順の後、ＦＩＢ−ＳＥＭによって延在部６ａ２，６ｂ２の間隙７ｂの断面形状の観察を行ったところ、図１（ｃ）の様な凹部９ｂが形成されているのが観察され、凹部９ｂの深さは５０乃至１００ｎｍであることを確認した。同様に、対向部６ａ１，６ｂ１の間隙７ａの断面形状の観察を行ったところ、凹部９ａの深さは６０乃至１１０ｎｍに拡大していることが確認できた。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで明確に離間されていることが確認された。
【０１５１】
（工程−ｈ）
次に、実施例３と同様にして安定化処理を行った。
【０１５２】
（工程−ｉ）
次に、以上のようにして作製した複数の導電性膜４がマトリクス配線された基板５１と、ガラス基板６３上に蛍光膜６４とメタルバック６５を備えるフェースプレート６６とを用いて画像表示パネルを作製した（図７）。尚、図７では、電子源基板５１とリアプレート６１を別部材として示しているが、ここでは、基板１が電子源基板５１とリアプレート６１とを兼ねている。
【０１５３】
次に、上記画像表示パネルの容器外端子Ｄｘ１からＤｘｍとＤｙ１からＤｙｎ及び高圧端子６７を駆動回路に接続し、画像表示装置を完成した。
【０１５４】
各電子放出素子に、容器外端子Ｄｘ１からＤｘｍとＤｙ１からＤｙｎを通じて、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子放出させた。そして、高圧端子６７を通じてメタルバック６５に数ｋＶ以上の高圧を印加して、放出された電子を蛍光膜６４に衝突させ、発光させることで画像を表示した。
【０１５５】
その結果、本例の画像表示装置では、高輝度で均一性の高い画像を長期に渡って、低消費電力で表示することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明に係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】本発明の電子放出素子の製造において用いられるフォーミング電圧波形の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の電子放出素子の製造において用いられる真空処理装置の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の電子放出素子の製造において用いられる活性化処理における電圧波形の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の電子源の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【図８】表示パネルにおける蛍光膜の一例を示す模式図である。
【図９】実施例３における電子放出素子を示す模式図である。
【図１０】実施例５の電子放出素子を示した模式図である。
【符号の説明】
【０１５７】
１ 基板
２，３ 電極
４，４ａ，４ｂ 導電性膜
５，７ａ，７ｂ 間隙
６ａ１，６ｂ１ カーボン膜の対向部
６ａ２，６ｂ２ カーボン膜の延在部
８ パッシベーション膜
９ａ，９ｂ 凹部
１０ 基材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイに用いられる電子放出素子とその製造方法、該電子放出素子を配置してなる電子源、該電子源を用いて構成した画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面伝導型電子放出素子は、絶縁性の基板上に形成された導電性膜に、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。基本的には、基板上に一対の素子電極を形成し、該素子電極間をつなぐように形成した導電性膜に微小な間隙を形成して一対の導電性膜とし、さらに、「活性化」と呼ばれる処理を施すことにより、該間隙内及び該間隙付近の導電性膜上にカーボン膜を堆積させる。カーボン膜は微小な間隙を有する一対であり、それぞれが一対の導電性膜のどちらか一方に接続された状態となる。当該素子において、素子電極間に所定の電圧を印加すると、導電性膜の間隙及びカーボン膜の間隙付近から電子が放出される。
【０００３】
特許文献１には、該カーボン膜が、導電性膜の間隙付近からさらにその外側の基板上にまで延在して堆積した構成が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５１６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カーボン膜の延在部は導電性であるため、周囲の絶縁性基板表面の電位の変動を低減する効果がある。しかしながら、一方で、形成条件などによっては、一対のカーボン膜の延在部間に十分な間隙を設けることができず、延在部の最外周部（導電性膜から離れた部分）で互いにつながっている場合があった。
【０００６】
このように、延在部においてカーボン膜がつながっている場合には、該延在部を介して、素子電極間に無効な電流（リーク電流）が流れ、結果、電子放出効率を低減してしまう場合があった。また、長時間駆動したり、真空雰囲気が低下したりすると、放電破壊を生じ易くなる場合もあった。また、電子放出素子が載置される基板の材料や表面状態などによっては、カーボン膜の延在部の形状バラツキを生じ易く、結果、電子放出素子間の電子放出特性のバラツキが生じ易かった。尚、上記電子放出効率（η）とは、電子放出素子を構成する一対の素子電極間を流れる素子電流Ｉｆと、電子放出電流Ｉｅ（アノードに到達する電流）との比で評価されるもので、η＝Ｉｅ／Ｉｆという関係で表される。
【０００７】
また、電子放出素子を多数用いたディスプレイでは、低消費電力且つ高輝度であり、均一性の高い画像を得ることが求められている。そのため、電子放出素子には、高効率であること、及び、大きな電子放出量を安定且つ均一に得ること、が求められている。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、電子放出効率に優れ、大きな電子放出量を得ることができ、安定な電子放出特性を得ることのできる電子放出素子を提供することを目的とする。また、そのような電子放出素子を用いることで、均一性及び安定性に優れ、大きな電子放出量を得られる電子源、並びに、表示特性に優れた画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１は、基板上に間隙をおいて配置された第１の導電性膜及び第２の導電性膜と、
一端が第１の導電性膜に接続され、他端が第１の導電性膜と第２の導電性膜の間隙に位置する第１のカーボン膜と、
一端が第２の導電性膜に接続され、他端が第１のカーボン膜の他端と第２の間隙を挟んで対向する第２のカーボン膜と、
を有する電子放出素子であって、
前記第１の導電性膜と第２の導電性膜の対向方向をＸ方向、基板表面に平行で該Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とした時、第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜がそれぞれ、第１の導電性膜と第２の導電性膜が対向する部位からＹ方向に延びる延在部を有し、
前記第１のカーボン膜と第２のカーボン膜との間隙内において、基板表面が該カーボン膜の延在部の最外周部にまで連続して至る凹部を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２は、上記本発明の電子放出素子を複数備えたことを特徴とする電子源である。
【００１１】
本発明の第３は、上記本発明の電子源と、該電子源から放出される電子を照射することにより発光する発光体とを有することを特徴とする画像表示装置である。
【００１２】
本発明の第４は、上記本発明の電子放出素子の製造方法であって、
表面に酸化シリコンを含有する基板上に間隙をおいて第１の導電性膜及び第２の導電性膜を形成した後、
炭素含有ガスを含む雰囲気下に、第１の導電性膜と第２の導電性膜との間にパルス状の電圧を印加して、第１の導電性膜に接続された第１のカーボン膜と、第２の導電性膜に接続された第２のカーボン膜とを形成すると同時に、第１のカーボン膜と第２のカーボン膜との間隙に凹部を形成し、
次いで、上記雰囲気よりも炭素含有ガスの分圧が高い雰囲気下において、第１の導電性膜と第２の導電性膜との間にパルス状の電圧を印加して、第１のカーボン膜と第２のカーボン膜にそれぞれ延在部を設けることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電子放出素子の製造方法においては、
第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜にそれぞれ延在部を設けた後、第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜の間隙の基板表面を選択的にフッ化水素を含む水溶液に曝すことを好ましい態様として含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電子放出素子は、カーボン膜が延在部においても良好な間隙を有しており、間隙の形成不良によるリーク電流の発生や素子の放電破壊といった問題が防止される。よって、係る素子においては、導電性膜の間隙及びカーボン膜の間隙から安定して電子放出を行うことができる。そのため、従来の電子放出素子に比べて、より大きな電子放出量を得、より優れた電子放出効率を得ることができる。
【００１５】
本発明の電子放出素子を用いてなる画像表示装置においては、低消費電力で且つ高輝度が実現し、高画質の画像表示を安定して行うことができる。
【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を例示的に詳しく説明する。但し、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、特に記載の無い限りは、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。
【００１７】
図１は、本発明の電子放出素子の一実施形態を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’線での断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【００１８】
図１（ａ）乃至（ｃ）では、基板１上に、第１の導電性膜４ａに接続する第１の電極２と、第２の導電性膜４ｂに接続する第２の電極３とが載置された形態を示した。しかしながら、導電性膜４ａ，４ｂと不図示の電源とを接続できれば、電極２，３は省略することもできる。以下の説明において、第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂの対向方向をＸ方向、基板１表面に平行で該Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とする。
【００１９】
本発明の電子放出素子は、基板１上に、互いに間隙５を介して配置する第１の導電性膜４ａ、第２の導電性膜４ｂを有する。第１の導電性膜４ａは一端が第１の電極２に接続され、第２の導電性膜４ｂは一端が第２の電極３に接続されている。また、第１の導電性膜４ａの他端と第２の導電性膜４ｂの他端との間には第１の間隙５があり、第１の導電性膜４ａの他端と第２の導電性膜４ｂの他端が間隙５を介して対向している〔図１（ｂ）〕。
【００２０】
第１のカーボン膜６ａ１は第１の導電性膜４ａに接続され、第２のカーボン膜６ｂ１は第２の導電性膜４ｂに接続されている。そして、Ｘ方向において第１のカーボン膜６ａ１の一端は、第１の導電性膜４ａの少なくとも一部を覆っており、第２のカーボン膜６ｂ１の一端は、第２の導電性膜４ｂの少なくとも一部を覆っている。そして、第１のカーボン膜６ａ１の他端と第２のカーボン膜６ｂ１の他端とが、第２の間隙７ａを挟んで対向している〔図１（ｂ）〕。尚、カーボン膜６ａ１，６ｂ１は導電性である。
【００２１】
第２の間隙７ａは、第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとの間（間隙５内）に位置している。また、基板１の表面は、第２の間隙７ａ内に（間隙７ａの直下に）、第１の間隙７ａに沿って設けられた凹部９ａを備えている。
【００２２】
第１のカーボン膜６ａ１には、Ｙ方向において第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとが対向する部位から外に向かって延びる第１の延在部６ａ２が並設されており、第２のカーボン膜６ｂ１には第２の延在部６ｂ２が並設されている。第１の延在部６ａ２は、第１のカーボン膜６ａ１の両脇に、第１のカーボン膜６ａ１を挟むように配置されている。同様に、第２の延在部６ｂ２は、第２のカーボン膜６ｂ１の両脇に、第２のカーボン膜６ｂ１を挟むように配置されている。
【００２３】
そして、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、第３の間隙７ｂを隔てて対向している〔図１（ｃ）〕。
【００２４】
延在部６ａ２，６ｂ２は、基板１の表面に直接設けられた（基板１の表面との間に導電性膜４ａ，４ｂを介さずに設けられた）導電性のカーボン膜である。そして同時に、延在部６ａ２，６ｂ２は、第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとで挟まれた領域（即ち第１の間隙５で定義される領域）の外側に位置する。また、第１のカーボン膜６ａ１と第１の延在部６ａ２とが連続しており、第２カーボン膜６ｂ１と第２の延在部６ｂ２とが連続している。そして、第３の間隙７ｂと第２の間隙７ａも連続している。
【００２５】
尚、説明の都合上、ここでは、カーボン膜６ａ１，６ｂ１と延在部６ａ２，６ｂ２とを分けて説明したが、前述したように延在部６ａ２，６ｂ２を構成する材料は炭素であり、カーボン膜６ａ１，６ｂ１と延在部６ａ２，６ｂ２との明確な境界はない。従って、延在部６ａ２，６ｂ２はカーボン膜６ａ１，６ｂ１の一部分とみなすことができる。同様に、第３の間隙７ｂと第２の間隙７ａとを、説明の都合上分けて説明したが、間隙７ｂと間隙７ａも連続しており、間隙７ｂは間隙７ａの一部分と見なすことができる。
【００２６】
よって、以下の説明においては、第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとが対向する部位のカーボン膜６ａ１，６ｂ１をカーボン膜の対向部と呼び、該対向部６ａ１と該対向部６ａ１を挟む二つの延在部６ａ２，６ａ２とを併せてカーボン膜６ａと呼ぶ。同様に、対向部６ｂ１と該対向部６ｂ１を挟む二つの延在部６ｂ２，６ｂ２とを併せてカーボン膜６ｂと呼ぶ。
【００２７】
そして、本発明の電子放出素子の最も特徴とするところは、基板１の表面が、第２の間隙７ａの直下（間隙７ａ内）に加えて、第３の間隙７ｂの直下（間隙７ｂ内）にも、第２の凹部９ｂを備えていることである〔図１（ｂ）、（ｃ）〕。即ち、基板１の表面が、延在部を含めた一対のカーボン膜６ａ，６ｂを離間する間隙７ａ，７ｂの直下（間隙７ａ、７ｂ内）に、１つの連続した（連通した）凹部９ａ，９ｂを備える。
【００２８】
このように、凹部９ｂを設けることで、間隙７ａからの電子放出に加え、間隙７ｂからも電子を安定に放出することができる。また、延在部６ａ２と６ｂ２との間におけるリーク電流の発生を低減することができる。その結果、電子放出効率が高く、電子放出量が多く、また、安定な、電子放出特性を備える電子放出素子を得ることができる。
【００２９】
基板１としては、ガラス（石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラスなど）、アルミナ等のセラミックス、及び、シリコン等を用いることができる。好ましくはこれらを基材１０として、表面にパッシベーション層８を設けて基板１とする。パッシベーション層８は、絶縁体として機能する程度に十分に高抵抗な層であり、絶縁層と言うこともできる。
【００３０】
パッシベーション層８の材料としては（好ましくは１０００Ｋ超の）高い耐熱性を持ち、Ｎａイオンの導電性膜４ａ，４ｂ側への拡散を抑制する絶縁性材料（十分に高抵抗な材料）であれば良い。具体的には後述する活性化処理によって良好な電子放出特性を得るためにも、酸化シリコン層（典型的にはＳｉＯ2層）を用いることが好ましい。しかしながら、パッシベーション層８の材料としては、上記した要求を満たせば良いので、酸化シリコンに限定されるものではない。
【００３１】
また、パッシベーション層８は、簡易には、基材１０上の表面を全面覆うことが好ましいが、電子放出素子の領域（導電性膜４ａ，４ｂ、カーボン膜６ａ，６ｂ、間隙７ａ，７ｂ）と基材１０との間にのみ配置することもできる。また、パッシベーション層８は、少なくとも第３の間隙７ｂ及び延在部６ａ２，６ｂ２と、基材１０との間に設けることが望ましい。
【００３２】
また、パッシベーション層８は、好ましくは、間隙７ａ直下（間隙７ａ内）に形成される凹部９の深さ以上の十分な厚み（実用的には１００ｎｍ以上１μｍ以下）を持つ。また、パッシベーション層８は、導電性膜４ａ，４ｂのＹ方向の両端部から十分な距離まで（実用的には１０μｍ以上１００μｍ以下）設ける必要がある。
【００３３】
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。例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或いは合金等から適宜選択されるが、これに限定されるものではない。第１の電極２と第２の電極３との間隔（電極間隔）Ｌ、電極長さＷ、導電性膜４ａ，４ｂの形状等は、応用される形態等を考慮して、適宜設計される。電極間隔Ｌは、実用的には、１μｍ以上１００μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、５μｍ以上１０μｍ以下の範囲とする。電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して、１μｍから５００μｍの範囲とすることができる。電極２，３の膜厚ｄは、１０ｎｍ以上５μｍ以下の範囲とする。
【００３４】
導電性膜４ａ，４ｂを構成する材料としては、例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属及びそれら金属を含む合金等が挙げられるが、これに限定されるものではない。導電性膜４には、良好な電子放出特性を得るために、その抵抗値は、実用上、後述する「通電フォーミング」処理を行うことを考慮して、Ｒｓが１０2Ω／□以上１０7Ω／□以下の値であるのが好ましい。尚、Ｒｓは、幅がｗで長さがｌの薄膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と置いたときに表される値である。
【００３５】
上述した本発明の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２を用いて以下に説明する。
【００３６】
〈工程１〉
基材１０を洗剤、純水、有機溶剤等を用いて洗浄する。次いで、基材１０上にスパッタ法やゾルゲル塗布法やＣＶＤ法等の各種の公知の成膜法により酸化シリコンを主成分とするパッシベーション層８を積層し、基板１を用意する〔図２（ａ）〕。
【００３７】
尚、パッシベーション層８は、所定の形状になるように、基板１０上でパターニングを行ってもよい。また、例えば石英、無アルカリガラス等の実質的にアルカリ成分を含まない部材を基材１０として使用した場合には、パッシベーション層８を用いなくとも良い。
【００３８】
〈工程２〉
基板１上に、真空蒸着法やスパッタ法等の公知の成膜方法により電極２、３の材料を堆積する。その後、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて基板１上に第１の電極２と第２の電極３を形成する〔図２（ｂ）〕。
【００３９】
（工程３）
電極２，３を設けた基板１上に、第１の電極２と第２の電極３とを接続する導電性膜４を設ける〔図２（ｃ）〕。導電性膜４の形成方法は、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スピンナー法等を用いることができるが、これらに限定するものではない。また、例えばインクジェット方式による塗布方法を用いることができる。
【００４０】
〔工程４〕
次に、導電性膜４に間隙５を形成する。ここでは、「通電フォーミング」と呼ばれる処理を施す例を説明する。
【００４１】
具体的には、電極２，３間に電圧の印加を行うことで、導電性膜４の一部に間隙５を設けることができる。換言すれば、結果的に間隙５で隔てられた一対の導電性膜４ａ，４ｂを形成することができる〔図２（ｄ）〕。
【００４２】
通電フォーミング処理に用いる電圧波形の一例を図３に示す。電圧波形は、特にパルス電圧であることが好ましい。図３（ａ）に示した手法は、パルス波高値を一定としたパルス電圧を繰り返し印加する手法である。また、図３（ｂ）に示した手法は、パルス波高値を増加させながらパルス電圧を繰り返し印加する手法である。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、Ｔ１はパルス幅であり、Ｔ２はパルス間隔である。パルス波形は、三角波に限定されるものではなく、矩形波等の所望の波形を採用することができる。
【００４３】
尚、ここでは、通電フォーミング処理により、間隙５で隔てられた一対の導電性膜４ａ、４ｂを形成したが、ＥＢリソグラフィー等の、通電を用いない公知の方法によって、間隙５で隔てられた一対の導電性膜４ａ，４ｂを基板１上に設けることもできる。従って、工程３と工程４とをまとめて、一対の導電性膜４ａ，４ｂを基板１上に設ける工程と呼ぶこともできる。
【００４４】
通電フォーミング処理以降の電気的処理は、例えば図４に示すような真空処理装置内で行うことができる。この真空処理装置は測定評価装置としての機能も兼ね備えた例である。
【００４５】
図４において、４５は真空容器であり、４６は排気ポンプである。真空容器４５内には上述した工程１乃至工程４を経た基板１が配されている。また、４１は電子放出素子に電圧Ｖｆを印加するための電源、４０は第１電極２と第２電極３との間を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計である。４４は電子放出素子から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り電子放出素子の上方に配置されている。４３はアノード電極４４に電圧を印加するための高圧電源、４２は放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。例えば、アノード電極４４の電圧は１ｋＶ以上１５ｋＶ以下の範囲とし、アノード電極４４と基板１との距離Ｈは０．５ｍｍ以上８ｍｍ以下の範囲として測定を行うことができる。真空容器４５には、真空計４９が設けられている。また、真空容器４５には、後述する活性化処理に用いる炭素化合物源４７がバルブ４８を介して接続されている。また、基板１を内包した真空処理装置の全体は、不図示のヒーターにより加熱できる構成となっている。
【００４６】
〈工程５〉
次に、間隙７ａで離間した一対のカーボン膜の対向部６ａ１，６ｂ１を、導電性膜４ａ，４ｂ上及び間隙５内に位置する基板１の表面上に、設ける〔図２（ｅ）〕。
【００４７】
カーボン膜の対向部６ａ１，６ｂ１は、例えば、公知の活性化処理によって形成することができる。具体的には、炭素含有ガスを含む雰囲気下で第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとの間にパルス状電圧を印加することで導電性膜４ａ，４ｂ上及び間隙５内にカーボン膜を堆積することができる。
【００４８】
上記炭素含有ガスとしては例えば有機物質ガスを用いることができる。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る。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、プロピレンなどＣnＨ2n等の組成式で表される不飽和炭化水素が使用できる。また、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等も使用できる。特にはトルニトリルが好ましく用いられる。
【００４９】
図５に活性化工程で用いられる電圧波形の一例を示す。図５（ａ）中、Ｔ１は電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。また、図５（ｂ）中、Ｔ１及びＴ１’はそれぞれ、電圧波形の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ１＞Ｔ１’、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されている。
【００５０】
間隙７ａ内の基板１表面が酸化シリコンを含む場合、この活性化処理によって、基板１の表面に凹部９ａを形成することができる〔図２（ｅ）〕。凹部９ａの形成は、活性化処理に用いられるガスに含まれる炭素或いは基板上に堆積した炭素と、基板１に含まれる酸化シリコンとの反応に起因すると推測される。その主因となる反応はＳｉＯ2＋Ｃ→ＳｉＯ↑＋ＣＯ↑と推測される。そして、活性化処理時には、第１の導電性膜４ａと第２の導電性膜４ｂとの間に電流が流れる（熱エネルギーが加わる）ので、上記反応が推進されるものと推察される。また、この凹部９ａの形成が電子放出特性に大きく関わる。
【００５１】
尚、カーボン膜の対向部６ａ１，６ｂ１の形成方法としては、炭素含有ガス中で電子線を基板１上の所定の領域に選択的に照射することで形成することも可能である。このように、間隙７ａで離間した、一対のカーボン膜の対向部６ａ１，６ｂ１の形成方法は活性化処理に限定されるものではない。
【００５２】
〈工程６〉
次に、カーボン膜の延在部６ａ２，６ｂ２を設ける。延在部６ａ２，６ｂ２を設けるためには、例えば、上述した活性化処理を終えた後に、炭素含有ガスの分圧が、活性化処理における炭素含有ガスの分圧よりも高い雰囲気下で、パルス状の電圧の印加を繰り返すことで行うことができる。また、炭素含有ガスを含む雰囲気下で、延在部６ａ２，６ｂ２を設けたい所定の領域に電子ビームを選択的に照射することで、延在部６ａ２，６ｂ２を設けることもできる。
【００５３】
ここでは、工程５と工程６とを別の工程としたが、工程５と工程６を連続して行うこともできる。このような場合は、工程５と工程６とを１つの工程とみなすことができる。
【００５４】
〈工程７〉
次に、間隙７ａ内（間隙７ａ直下）の基板１の表面、及び、間隙７ｂ内（間隙７ｂ直下）の基板１の表面に、十分な幅と深さを備える凹部９ａ，９ｂを形成する。
【００５５】
尚、工程５で活性化処理により第１の凹部９ａを既に設けている場合には、この工程では、少なくとも第２の凹部９ｂを形成すればよい。また、工程５で既に設けた第１の凹部９ａが十分な大きさではない場合には、本工程でその大きさを拡大することができる。
【００５６】
また、工程６で間隙７ｂが十分に形成されておらず、延在部（特に延在部の最外周部）で第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２がつながっている場合には、本工程によって、延在部での電気的なつながりを低減することができる。典型的には、間隙７ｂを延在部の最外周部まで伸ばす、或いは、延在部の間隙７ｂの幅を拡張する。
【００５７】
本工程は、例えば、間隙７ａ内の基板１の表面、及び、間隙７ｂ内の基板１の表面を、選択的にフッ化水素を含む水溶液に曝すことで、エッチング処理して凹部９ａ，９ｂの形成を行うことができる。
【００５８】
凹部９ａ，９ｂの形態としては、実用的には、その深さが３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、幅が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。ここで使用されるフッ化水素を含む水溶液の濃度は、例えば、０．１質量％以上１０質量％以下であると実用上好ましい。しかしながら、凹部９ａ，９ｂが形成されるのであれば、濃度は上記範囲に限定されるものではない。また、フッ化水素を含む水溶液には、フッ化水素を含む緩衝溶液も含まれる。また、このウェットエッチングにより凹部９ａ，９ｂが形成されやすいように、少なくとも間隙７ｂが形成されるであろう部分の直下に位置するパッシベーション層８上に、予め多孔質シリカ膜（不図示）を形成しておくことが好ましい。尚、エッチング方法として、ここではフッ化水素によるウェットエッチングを例示したが、ドライエッチングなど様々なエッチング方法を適宜用いることができる。
【００５９】
本工程により、所定の深さと幅を持つ凹部９ａ，９ｂを制御して形成することができる。その結果、延在部６ａ２，６ｂ２からの安定な電子放出を行うことができる。また、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とを介した電流リーク成分を低減することができるので、電子放出量の増大、安定な電子放出、並びに、電子放出効率の向上を行うことができる。さらには、凹部９ａ，９ｂの形状を制御することができるので、複数の電子放出素子を形成する場合は、電子放出特性の均一性を向上することができる。
【００６０】
〈工程８〉
上記した工程１乃至工程７を経て得られた電子放出素子に対して、好ましくは、安定化工程を行う。
【００６１】
この工程は、高い真空度（活性化処理を施した場合は該活性化処理における真空度より高い真空度）の雰囲気下で、電子放出素子や、その周辺の基板１の表面などから不要な有機物質を除去する工程である。上記真空度としては、有機物質の分圧が、１０-6Ｐａ以下であることが好ましく、さらには１０-8Ｐａ以下であることが特に好ましい。また、全圧としては、極力低くすることが好ましく、実用的には、１０-5Ｐａ以下であることが好ましく、さらには１０-6Ｐａ以下であることが特に好ましい。
【００６２】
以上の工程で、本発明の電子放出素子を形成することができる。
【００６３】
本発明の電子放出素子の駆動時の雰囲気は、上記安定化工程終了時の雰囲気を維持するのが好ましい。しかしながら、有機物質が十分除去されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を採用することにより、新たなカーボン或いはカーボン化合物の、電子放出素子上や電子放出素子周辺の基板１表面上への堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、安定する。
【００６４】
次に、本発明の電子放出素子を複数個基板上に配列し、電子源や画像表示装置を構成する例について説明する。
【００６５】
電子放出素子の配列については、種々のものが採用できる。一例として、図６に模式的に示すマトリクス配列を採用できる。この例では、電子放出素子５４をＸ方向及びＹ方向に行列状に複数個（ｍ×ｎ個）配列している。そして、同じ行に配された複数の電子放出素子５４の電極２，３の一方を、１つのＸ方向の配線（Ｄｘ１〜Ｄｘｍ）に共通に接続する。そして、同じ列に配された複数の電子放出素子の電極２，３の他方を、１つのＹ方向の配線（Ｄｙ１〜Ｄｙｍ）に共通に接続する。このようなマトリクス配列の電子源について以下に図６を用いて説明する。
【００６６】
図６において、５１は電子源基板、５２はＸ方向配線、５３はＹ方向配線である。５４は電子放出素子である。
【００６７】
ｍ本のＸ方向配線５２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、……Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成することができる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配線５３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、……Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線５２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線５２とｎ本のＹ方向配線５３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）。
【００６８】
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や絶縁性の金属酸化物及びそれらの混合物等で構成される。例えば、Ｘ方向配線５２を形成した基板５１の全面或いは一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線５２とＹ方向配線５３の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線５２とＹ方向配線５３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００６９】
電子放出素子５４を構成する前述した一対の電極２，３は、それぞれｍ本のＸ方向配線５２とｎ本のＹ方向配線５３に電気的に接続されている。
【００７０】
配線５２と配線５３を構成する材料及び一対の電極２，３を構成する材料は、その構成元素の一部或いは全部が同一であっても、またそれぞれが異なってもよい。これらの材料は、例えば前述の電極の材料より適宜選択される。電極を構成する材料と配線材料が同一である場合には、電極に接続した配線は電極ということもできる。
【００７１】
Ｘ方向配線５２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子５４の行を選択するための走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、Ｙ方向配線５３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子５４の各列を入力信号に応じて変調するための、不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
【００７２】
上記構成においては、単純なマトリクス配線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とすることができる。
【００７３】
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７と図８を用いて説明する。図７は、画像表示装置の表示パネルの一例を示す模式図であり、図８は、図７の画像表示装置に使用される発光体としての蛍光膜の模式図である。
【００７４】
図７において、５１は図６に示した電子放出素子を複数配した電子源基板、６１は電子源基板５１を固定したリアプレート、６６はガラス基板６３の内面に発光体としての蛍光膜６４とメタルバック６５等が形成されたフェースプレートである。６２は支持枠であり、該支持枠６２には、リアプレート６１、フェースプレート６６が接着材等を用いて接続されている。６８は外囲器である。
【００７５】
５４は、図１に示したような電子放出素子である。５２、５３は、図６に示した、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極２，３と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。
【００７６】
外囲器６８は、上述の如く、フェースプレート６６、支持枠６２、リアプレート６１で構成される。リアプレート６１は主に基板５１の強度を補強する目的で設けられるため、基板５１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート６１は不要とすることができる。即ち、基板５１に直接支持枠６２を封着し、フェースプレート６６、支持枠６２及び基板５１で外囲器６８を構成してもよい。
【００７７】
図８は、蛍光膜を示す模式図である。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８（ａ）〕或いはブラックマトリクス〔図９（ｂ）〕等と呼ばれる黒色部材７１と蛍光体７２とから構成することができる。蛍光膜６４の内面側には、通常メタルバック６５が設けられる。
【００７８】
以上説明した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。
【実施例】
【００７９】
以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら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の各要素の置換や設計変更がなされたものをも包含する。
【００８０】
［実施例１］
図１に例示した電子放出素子を、図２に示した工程に沿って製造した。
【００８１】
（工程−ａ）
ガラス基材１０（旭硝子製 ＰＤ２００）を洗剤、純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、Ｒｆスパッタ装置にてＳｉＯ2からなるパッシベーション層８を厚さ約２５０ｎｍ積層し基板１とした〔図２（ａ）〕。
【００８２】
（工程−ｂ）
基板１上に、スパッタ法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ４０ｎｍのＰｔを順次堆積し、電極２，３のパターンが覆われるようにエッチングマスク（フォトレジスト）を形成した。次に、Ａｒプラズマによるドライエッチングを行い、続いて、残っているエッチングマスクを溶解除去し、電極２，３を形成した〔図２（ｂ）〕。電極２，３の間隔Ｌは３０μｍ、幅Ｗは３００μｍとした。
【００８３】
（工程−ｃ）
電極２，３間を接続する導電性膜４のパターンに対応する開口部を有するマスクを形成した。次に、スパッタ法により、厚さ１０ｎｍのＰｄ膜を堆積し、有機溶剤でマスクを溶解し、不要な部分のＰｄ膜をリフトオフして、Ｐｄからなる導電性膜４を形成した〔図２（ｃ）〕。導電性膜４の幅は、Ｙ方向において１００μｍである。
【００８４】
（工程−ｄ）
図４に示す真空容器４５内に導電性膜４を設けた基板１を設置した。真空容器４５内を排気ポンプ４６にて排気し、２．７×１０-6Ｐａの真空度に達した後、素子電圧Ｖｆを印加するための電源４１より、電極２，３間に電圧を印加し、通電フォーミング処理を施した。フォーミング処理の電圧波形は、矩形波であり、図３（ｂ）に示したものと同様に徐々に波高値を上昇させた。
【００８５】
本例では、パルス幅Ｔ１は１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２は１０ｍｓｅｃとし、矩形波の波高値は０Ｖから０．１Ｖステップで徐々に上昇させた。また、通電フォーミング処理中に、パルスとパルスの間に波高値０．１Ｖの抵抗測定用のパルスを挿入して電流を測ることにより抵抗を検知し、抵抗値が１ＭΩを超えたところで通電フォーミング処理を終了した。
【００８６】
（工程−ｅ）
続いて、排気装置により真空容器４５内を更に排気し、圧力が５×１０-6Ｐａ以下となってから、トルニトリルの入った炭素化合物材料源４７につながるバルブ４８を開いて、真空容器４５にトルニトリルガスを導入し、圧力を１．０×１０-4Ｐａとした。
【００８７】
次に、電極２，３間に、図５（ａ）に示すような、波高値、パルス幅一定で極性を反転させる矩形波パルスを繰り返し印加した。波高値は±１６Ｖ、パルス幅Ｔ１は１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２は１０ｍｓｅｃとした。
【００８８】
トルニトリルの存在下で矩形波パルスを印加したことで、Ｉｆ値が増加し、約５０分でＩｆ値の上昇が緩やかになってほぼ飽和したので、更に１０分続けた後に、電圧の印加を停止し、真空容器４５内部を排気し、活性化処理を終了する。この工程によって、カーボン膜６ａ１，６ｂ１の堆積と、間隙７ａの形成と、凹部９ａの形成を行った。
【００８９】
（工程−ｆ）
続いて、再度トルニトリルを、工程−ｅでの圧力よりも高い圧力（２．７×１０-3Ｐａ）で、真空容器４５内に導入し、電極２，３間にパルス電圧を２０分間印加した。パルス電圧の印加波形及び波高値は、工程−ｅと同じである。
【００９０】
以上の手順の後、光学顕微鏡により電子放出素子の観察を行ったところ、図１（ａ）に模式的に示す形態の電子放出素子が得られたことが確認された。延在部６ａ２，６ｂ２のＸｃは９．２μｍであり、Ｙｃは３．４μｍであった。
【００９１】
更に、この延在部６ａ２，６ｂ２と対向部６ａ１，６ｂ１のオージェ分析を行うと、両方ともカーボンから構成されていることがわかる。
【００９２】
また、ＦＩＢ−ＳＥＭによって、電子放出素子の中心から最も離れた部分（最外周部）の、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２との間に位置する間隙７ｂを含む断面形状の観察を行うと、この時点では、明瞭な凹部９ｂの存在は確認できなかった。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで離間されているかどうか定かでない状態（間隙７ｂの確認が困難な状態）であった。
【００９３】
一方、対向部６ａ１と６ｂ１間の間隙７ａを含む断面形状の観察を行うと、凹部９ａの存在が確認され、その深さは２０乃至５０ｎｍであることが確認できた。
【００９４】
（工程−ｇ）
続いて、基板１を大気中に取出し、０．４％フッ化水素酸水溶液に１分間浸して処理した後、純水にてフッ化水素酸水溶液を５分間洗い流した。
【００９５】
以上の手順の後、ＦＩＢ−ＳＥＭによって延在部６ａ２，６ｂ２の間隙７ｂの断面形状の観察を行うと、図１（ｃ）の様な凹部９ｂが形成されているのが観察された。凹部９ｂの深さは５０乃至８０ｎｍであった。同様に、対向部６ａ１，６ｂ１の間隙７ａの断面形状の観察を行ったところ、凹部９ａの深さは５０乃至８０ｎｍに拡大していることが確認できた。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで明確に離間されていることが確認された。
【００９６】
（工程−ｈ）
次に、安定化処理を行った。図４の真空処理装置内で２５０℃のベーキング温度で１０時間行い、安定化工程終了とした。この後、真空処理装置内を室温に戻しつつ排気し、真空度を２．８×１０-8Ｐａとした。
【００９７】
その後、電極２，３間にパルス状の電圧１６Ｖ／１ｍｓｅｃを６０Ｈｚの周波数で印加した。更に、リーク電流を測定するため、上記パルスの終わりに５Ｖ／１００μｓｅｃを設けて、階段状パルスとした。また、電子放出素子の上方２ｍｍの位置にアノードを設け、アノードに１ｋＶの電圧を印加した。そして、測定の結果、リーク電流は約１．１μＡで、初期の素子電流Ｉｆは約１．２ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅは約３．５μＡであった。電子放出効率ηは約０．２９％と大きく、また、放出電流値は揺らぎが少なく安定していた。
【００９８】
尚、工程−ｇのフッ化水素を含む水溶液による処理を行わずに作製した電子放出素子については、リーク電流が約６．３μＡ、初期の素子電流Ｉｆが約２．３ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅが約５．１μＡで、電子放出効率ηは約０．２２％であった。
【００９９】
従って、フッ化水素を含む水溶液による処理を行うことによりリーク電流の減少と約３割強の電子放出効率ηの向上及び、放出電流Ｉｅの増加がみられた。
【０１００】
［実施例２］
本実施例で作製した電子放出素子は、実施例１と、パッシベーション層８を用いない点で異なる。以下、図２を用いて、本例における電子放出素子の製造方法を順を追って説明する。
【０１０１】
（工程−ａ）
石英ガラス基板を純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、基板１とした。
【０１０２】
工程−ｂから工程−ｄについては実施例１と同様に行った。
【０１０３】
工程−ｅ、工程−ｆは、波高値を±１５Ｖに変更した以外は、実施例１と同様に行った。
【０１０４】
この工程の後、光学顕微鏡により観察を行ったところ、図１（ａ）に模式的に示す形態の電子放出素子が得られたことが確認された。延在部６ａ２，６ｂ２のＸｃは９．２μｍ、Ｙｃは３．２μｍであった。
【０１０５】
更に、この延在部６ａ２，６ｂ２と対向部６ａ１，６ｂ１のオージェ分析を行ったところ、両方ともカーボンから構成されていることがわかった。
【０１０６】
また、ＦＩＢ−ＳＥＭによって電子放出素子の中心から最も離れた部分（最外周部）の、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２との間に位置する間隙７ｂを含む断面形状の観察を行ったところ、この時点では、明瞭な凹部９ｂの存在は確認できなかった。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで離間されているかどうか定かでない状態（間隙７ｂの確認が困難な状態）であった。
【０１０７】
一方、対向部６ａ１と６ｂ１間の間隙７ａを含む断面形状の観察を行うと、凹部９ａの存在が確認され、その深さは３０乃至４０ｎｍであることが確認できた。
【０１０８】
工程−ｇについても実施例１と同様に行った。その後、ＦＩＢ−ＳＥＭによって延在部６ａ２，６ｂ２の間隙７ｂの断面形状の観察を行ったところ、図１（ｃ）の様な凹部９ｂが形成されているのが観察され、凹部９ｂの深さは４５乃至９０ｎｍであることが確認できた。同様に、対向部６ａ１と６ｂ１の間隙７ａの断面形状の観察を行ったところ、凹部９ａの深さは４５乃至９０ｎｍに拡大していることが確認できた。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで明確に離間されていることが確認された。
【０１０９】
工程−ｈについても実施例１と同様に安定化処理を行った。
【０１１０】
その後、電極２，３間にパルス状の電圧１５Ｖ／１ｍｓｅｃを６０Ｈｚの周波数で印加した。更に、リーク電流を測定するため、上記パルスの終わりに５Ｖ／１００μｓｅｃを設けて、階段状パルスとした。また、電子放出素子の上方２ｍｍの位置にアノードを設け、アノードに１ｋＶの電圧を印加した。そして、測定の結果、リーク電流は約１．０μＡで、初期の素子電流Ｉｆは約１．１ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅは約３．２μＡであった。電子放出効率ηは約０．２９％と大きく、また、放出電流値は揺らぎが少なく安定していた。
【０１１１】
尚、工程−ｇのフッ化水素を含む水溶液による処理を行わずに作製した電子放出素子については、リーク電流が約６．１μＡ、初期の素子電流Ｉｆが約２．４ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅが約５．０μＡで、電子放出効率ηは約０．２１％であった。
【０１１２】
従って、フッ化水素を含む水溶液による処理を行うことによりリーク電流の減少と約４割弱の電子放出効率ηの向上及び、放出電流Ｉｅの増加がみられた。
【０１１３】
［実施例３］
図９は、本例の電子放出素子を示す説明図である。
【０１１４】
本例の電子放出素子は、実施例１の電子放出素子の導電性膜４をインクジェット法により形成した点、及び、パッシベーション層８をポリシラザン溶液を用いて形成した点、において異なる。その他については基本的には実施例１と同様である。
【０１１５】
以下、図９及び図２を用いて、本実施例における電子放出素子の製造方法を順を追って説明する。
【０１１６】
（工程−ａ）
ソーダライムガラスからなるガラス基板を洗剤、純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、ポリシラザン溶液であるアクアミカ（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ製 ＮＮ１１０−２０）をガラス基板上に３０秒間、２０００回転／分にてスピン塗布した。続いて、１００℃で１０分間乾燥後、水分を含む大気圧雰囲気中にて５００℃で１時間焼成することで、パッシベーション層（酸化シリコン層）８を厚さ約３８０ｎｍに形成した基板１を作製した〔図２（ａ）〕。
【０１１７】
（工程−ｂ）
基板１上に、実施例１と同様の製造方法で、電極２，３を形成した〔図２（ｂ）〕。電極２，３の間隔Ｌは３０μｍ、電極の幅Ｗは３００μｍとした。
【０１１８】
工程−ｃ
電極２，３間を接続するように、バブルジェット（登録商標）方式のインクジェット装置を用いて、Ｐｄ含有水溶液を電極２，３間に付与した。水溶液は、酢酸パラジウムモノエタノールアミン錯体０．１５％（Ｐｄ質量％）、イソプロピルアルコール１５質量％、エチレングリコール１質量％、ポリビニルアルコール０．０５質量％を含有する水溶液である。
【０１１９】
その後、基板１を３５０℃で３０分間焼成し、導電性膜４を形成した〔図２（ｃ）〕。こうして形成されたＰｄ膜４は膜厚が約１０ｎｍ、径が約８０μｍの円形状に形成された。
【０１２０】
（工程−ｄ）
実施例１と同様の方法で、通電フォーミング処理をした〔図２（ｄ）〕。
【０１２１】
（工程−ｅ）
続いて、実施例１と同様に、活性化処理を行った。但し、本例では、トルニトリルガスの圧力を１．０×１０-4Ｐａとし、波高値は±１８Ｖとした。
【０１２２】
（工程−ｆ）
続いて、実施例１と同様に、再度トルニトリルを、工程−ｅでの圧力よりも高い圧力（２．７×１０-3Ｐａ）で、真空容器４５内に導入し、電極２，３間にパルス電圧を２０分間印加した〔図２（ｅ）〕。パルス電圧の印加波形及び波高値は、工程−ｅと同じである。
【０１２３】
以上の手順の後、光学顕微鏡により電子放出素子の観察を行ったところ、図９に模式的に示す形態の電子放出素子が得られたことが確認された。延在部６ａ２，６ｂ２のＸｃは約１０．２μｍであり、Ｙｃは約３．５μｍであった。
【０１２４】
更に、延在部６ａ２，６ｂ２と対向部６ａ１，６ｂ１のオージェ分析を行うと、両方とも、カーボンから構成されていることがわかった。
【０１２５】
また、ＦＩＢ−ＳＥＭによって、電子放出素子の中心から最も離れた部分（最外周部）の、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２との間に位置する間隙７ｂを含む断面形状の観察を行ったところ、この時点では、明瞭な凹部９ｂの存在は確認できなかった。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで離間されているかどうか定かでない状態（間隙７ｂの確認が困難な状態）であった。
【０１２６】
一方、対向部６ａ１，６ｂ１間の間隙７ａを含む断面形状の観察を行ったところ、凹部９ａの存在が確認され、その深さは２０乃至５０ｎｍであることが確認できた。
【０１２７】
（工程−ｇ）
続いて、電子放出素子を大気中に取出し、０．４％フッ化水素酸水溶液に１分間浸して処理した後、純水にてフッ化水素酸水溶液を５分間洗い流した。
【０１２８】
以上の手順の後、ＦＩＢ−ＳＥＭによって延在部６ａ２，６ｂ２の間隙７ｂの断面形状の観察を行ったところ、図１（ｃ）の様な凹部９ｂが形成されているのが観察され、凹部９ｂの深さは５０乃至１００ｎｍであった。同様に、対向部６ａ１，６ｂ１の間隙７ａの断面形状の観察を行ったところ、凹部９ａの深さは６０乃至１１０ｎｍに拡大していることが確認できた。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで明確に離間されていることが確認された。
【０１２９】
（工程−ｈ）
次に、実施例１と同様にして安定化処理を行った。
【０１３０】
その後、電極２，３間にパルス状の電圧１８Ｖ／１ｍｓｅｃを６０Ｈｚの周波数で印加した。更に、リーク電流を測定するため、上記パルスの終わりに５Ｖ／１００μｓｅｃを設けて、階段状パルスとした。また、電子放出素子の上方２ｍｍの位置にアノードを設け、アノードに１ｋＶの電圧を印加した。そして、測定の結果、リーク電流は約０．８μＡで、初期の素子電流Ｉｆは約１．０ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅは約３．１μＡであった。電子放出効率ηが約０．３１％と大きく、また、放出電流値及び素子電流値は揺らぎが少なく安定していた。
【０１３１】
尚、工程−ｇにおいてフッ化水素を含む水溶液による処理を行わずに作製した電子放出素子については、リーク電流が約６．６μＡ、初期の素子電流Ｉｆが約２．１ｍＡ、初期の放出電流Ｉｅが約４．９μＡで、電子放出効率ηは約０．２３％であった。
【０１３２】
従って、フッ化水素を含む水溶液による処理を行うことによりリーク電流の減少と約３割強の電子放出効率ηの向上及び、放出電流Ｉｅの増加がみられた。
【０１３３】
［実施例４］
本実施例は、図６に模式的に示す、多数の電子放出素子をマトリクス配線した電子源を用いて、図７に模式的に示す画像表示装置を作製した例である。図１０は、本例の電子放出素子の部分を拡大した模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【０１３４】
本例においては、実施例３の工程−ａ、ｂと同様の工程を用いて、一対の電極２，３を複数形成した後、従来公知のマトリクス配線を形成した。その後に実施例３の工程−ｃ乃至工程−ｇの順に行い、真空雰囲気下にてフェースプレート及び支持枠により封着を行って表示パネルを作製した。
【０１３５】
先ず、本例の電子源基板の製造方法を、より詳しく工程順に説明する。尚、以下に説明する工程−ａ乃至工程−ｇは、実施例３とほぼ同様の工程である。
【０１３６】
（工程−ａ）
プラズマディスプレイ用ガラス（旭硝子製 ＰＤ２００）からなるガラス基板を洗剤、純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄した。その後、ポリシラザン溶液であるアクアミカ（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ製 ＮＮ１１０−２０）をガラス基板上にインクジェット法にて付与した。付与する位置は、各電子放出素子を形成するエリア毎に、互いに離間するようにした。そして、１００℃１０分間乾燥後、水分を含む大気圧雰囲気中にて５５０℃で１時間焼成することで直径１２０μｍ、中心から半径５０μｍまでの平均膜厚が３５０ｎｍの酸化シリコンからなるパッシベーション層（Ｎａブロック層）８を形成した。
【０１３７】
（工程−ｂ）
基板１上に、実施例１と同様の方法で、一対の電極２，３をＸ方向にｎ個、Ｙ方向にｍ個形成した（ｍとｎは共に正の整数）。電極２と電極３との間隔Ｌは２０μｍ、電極の幅Ｗは３００μｍとした。
【０１３８】
続いて、マトリクス配線を形成した。該配線は、ｍ本のＸ方向配線５２が、Ｄｘ１、Ｄｘ２、……Ｄｘｍからなり、スクリーン印刷法を用いてＡｇを主成分とした金属ペースト材料を印刷し、４８０℃にて１０分間焼成して形成した。
【０１３９】
また、これらｍ本のＸ方向配線５２とｎ本のＹ方向配線５３を重ねて形成する予定の箇所には、不図示の層間絶縁層を設け、両配線を電気的に分離した。
【０１４０】
不図示の層間絶縁層は、スクリーン印刷法を用いて形成された酸化鉛を含むガラス材料で構成され、約４８０℃にて２０分間焼成を行うことにより形成され、印刷及び焼成を２回繰り返すことにより重ねて２層形成した。Ｄｙ１、Ｄｙ２、……Ｄｙｎのｎ本の配線よりなるＹ方向配線５３も、Ｘ方向配線５２と同様に形成した。
【０１４１】
（工程−ｃ）
実施例３と同様の方法にて、Ｐｄ水溶液を各々の電極２，３間に付与し、膜厚が約１０ｎｍ、直径が約８０μｍの円形状のＰｄ膜４を形成した。尚、Ｐｄ膜の各々は、工程−ａで設けたパッシベーション層８の各々の領域内に納まるように配置した。
【０１４２】
（工程−ｄ）
実施例３と同様の条件にて、図６におけるＤｘ１とＤｙ１を通じて、各々の電極２，３間に通電フォーミング処理した。尚、フォーミング処理はＤｘ１からＤｘｎまで順次パルス波形が印加されるようにした。また、この時、Ｄｙ１からＤｙｎまでは、接地した。
【０１４３】
（工程−ｅ）
実施例３と同様の条件にて、活性化処理を行った。
【０１４４】
（工程−ｆ）
続いて、実施例３と同様に、再度トルニトリルを、工程−ｅでの圧力よりも高い圧力（２．７×１０-3Ｐａ）で、各々の電極２，３間にパルス電圧を２０分間印加した。パルス電圧の印加波形及び波高値は、工程−ｅと同じとした。
【０１４５】
以上の手順の後、光学顕微鏡により各電子放出素子の観察を行ったところ、延在部６ａ２，６ｂ２のＸｃは平均９．５μｍ、Ｙｃは平均３．４μｍであった。
【０１４６】
更に、延在部６ａ２，６ｂ２と対向部６ａ１，６ｂ１のオージェ分析を行ったところ、両方とも、カーボンから構成されていることがわかる。
【０１４７】
また、ＦＩＢ−ＳＥＭによって、電子放出素子の中心から最も離れた部分（最外周部）の、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２との間に位置する間隙７ｂを含む断面形状の観察を行ったところ、この時点では、明瞭な凹部９ｂの存在は確認できなかった。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで離間されているかどうか定かでない状態（間隙７ｂの確認が困難な状態）であった。
【０１４８】
一方、対向部６ａ１，６ｂ１間の間隙７ａを含む断面形状の観察を行うと、凹部９ａの存在が確認され、その深さは２０乃至５０ｎｍであることが確認できた。
【０１４９】
（工程−ｇ）
続いて、この電子源基板を大気中に取出し、０．４％フッ化水素酸水溶液に１分間浸して処理した後、純水にてフッ化水素酸水溶液を５分間洗い流した。
【０１５０】
以上の手順の後、ＦＩＢ−ＳＥＭによって延在部６ａ２，６ｂ２の間隙７ｂの断面形状の観察を行ったところ、図１（ｃ）の様な凹部９ｂが形成されているのが観察され、凹部９ｂの深さは５０乃至１００ｎｍであることを確認した。同様に、対向部６ａ１，６ｂ１の間隙７ａの断面形状の観察を行ったところ、凹部９ａの深さは６０乃至１１０ｎｍに拡大していることが確認できた。また、延在部６ａ２，６ｂ２の最外周部では、第１の延在部６ａ２と第２の延在部６ｂ２とが、間隙７ｂで明確に離間されていることが確認された。
【０１５１】
（工程−ｈ）
次に、実施例３と同様にして安定化処理を行った。
【０１５２】
（工程−ｉ）
次に、以上のようにして作製した複数の導電性膜４がマトリクス配線された基板５１と、ガラス基板６３上に蛍光膜６４とメタルバック６５を備えるフェースプレート６６とを用いて画像表示パネルを作製した（図７）。尚、図７では、電子源基板５１とリアプレート６１を別部材として示しているが、ここでは、基板１が電子源基板５１とリアプレート６１とを兼ねている。
【０１５３】
次に、上記画像表示パネルの容器外端子Ｄｘ１からＤｘｍとＤｙ１からＤｙｎ及び高圧端子６７を駆動回路に接続し、画像表示装置を完成した。
【０１５４】
各電子放出素子に、容器外端子Ｄｘ１からＤｘｍとＤｙ１からＤｙｎを通じて、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子放出させた。そして、高圧端子６７を通じてメタルバック６５に数ｋＶ以上の高圧を印加して、放出された電子を蛍光膜６４に衝突させ、発光させることで画像を表示した。
【０１５５】
その結果、本例の画像表示装置では、高輝度で均一性の高い画像を長期に渡って、低消費電力で表示することができた。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明に係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】本発明の電子放出素子の製造において用いられるフォーミング電圧波形の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の電子放出素子の製造において用いられる真空処理装置の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の電子放出素子の製造において用いられる活性化処理における電圧波形の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の電子源の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【図８】表示パネルにおける蛍光膜の一例を示す模式図である。
【図９】実施例３における電子放出素子を示す模式図である。
【図１０】実施例５の電子放出素子を示した模式図である。
【符号の説明】
【０１５７】
１ 基板
２，３ 電極
４，４ａ，４ｂ 導電性膜
５，７ａ，７ｂ 間隙
６ａ１，６ｂ１ カーボン膜の対向部
６ａ２，６ｂ２ カーボン膜の延在部
８ パッシベーション膜
９ａ，９ｂ 凹部
１０ 基材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に間隙をおいて配置された第１の導電性膜及び第２の導電性膜と、
一端が第１の導電性膜に接続され、他端が第１の導電性膜と第２の導電性膜の間隙に位置する第１のカーボン膜と、
一端が第２の導電性膜に接続され、他端が第１のカーボン膜の他端と第２の間隙を挟んで対向する第２のカーボン膜と、
を有する電子放出素子であって、
前記第１の導電性膜と第２の導電性膜の対向方向をＸ方向、基板表面に平行で該Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とした時、第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜がそれぞれ、第１の導電性膜と第２の導電性膜が対向する部位からＹ方向に延びる延在部を有し、
前記第１のカーボン膜と第２のカーボン膜との間隙内において、基板表面が該カーボン膜の延在部の最外周部にまで連続して至る凹部を備えていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
請求項１に記載の電子放出素子を複数備えたことを特徴とする電子源。
【請求項３】
請求項２に記載の電子源と、該電子源から放出される電子を照射することにより発光する発光体とを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電子放出素子の製造方法であって、
表面に酸化シリコンを含有する基板上に間隙をおいて第１の導電性膜及び第２の導電性膜を形成した後、
炭素含有ガスを含む雰囲気下に、第１の導電性膜と第２の導電性膜との間にパルス状の電圧を印加して、第１の導電性膜に接続された第１のカーボン膜と、第２の導電性膜に接続された第２のカーボン膜とを形成すると同時に、第１のカーボン膜と第２のカーボン膜との間隙に凹部を形成し、
次いで、上記雰囲気よりも炭素含有ガスの分圧が高い雰囲気下において、第１の導電性膜と第２の導電性膜との間にパルス状の電圧を印加して、第１のカーボン膜と第２のカーボン膜にそれぞれ延在部を設けることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項５】
第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜にそれぞれ延在部を設けた後、第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜の間隙の基板表面を選択的にフッ化水素を含む水溶液に曝す請求項４に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１】
基板上に間隙をおいて配置された第１の導電性膜及び第２の導電性膜と、
一端が第１の導電性膜に接続され、他端が第１の導電性膜と第２の導電性膜の間隙に位置する第１のカーボン膜と、
一端が第２の導電性膜に接続され、他端が第１のカーボン膜の他端と第２の間隙を挟んで対向する第２のカーボン膜と、
を有する電子放出素子であって、
前記第１の導電性膜と第２の導電性膜の対向方向をＸ方向、基板表面に平行で該Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とした時、第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜がそれぞれ、第１の導電性膜と第２の導電性膜が対向する部位からＹ方向に延びる延在部を有し、
前記第１のカーボン膜と第２のカーボン膜との間隙内において、基板表面が該カーボン膜の延在部の最外周部にまで連続して至る凹部を備えていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
請求項１に記載の電子放出素子を複数備えたことを特徴とする電子源。
【請求項３】
請求項２に記載の電子源と、該電子源から放出される電子を照射することにより発光する発光体とを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電子放出素子の製造方法であって、
表面に酸化シリコンを含有する基板上に間隙をおいて第１の導電性膜及び第２の導電性膜を形成した後、
炭素含有ガスを含む雰囲気下に、第１の導電性膜と第２の導電性膜との間にパルス状の電圧を印加して、第１の導電性膜に接続された第１のカーボン膜と、第２の導電性膜に接続された第２のカーボン膜とを形成すると同時に、第１のカーボン膜と第２のカーボン膜との間隙に凹部を形成し、
次いで、上記雰囲気よりも炭素含有ガスの分圧が高い雰囲気下において、第１の導電性膜と第２の導電性膜との間にパルス状の電圧を印加して、第１のカーボン膜と第２のカーボン膜にそれぞれ延在部を設けることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項５】
第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜にそれぞれ延在部を設けた後、第１のカーボン膜及び第２のカーボン膜の間隙の基板表面を選択的にフッ化水素を含む水溶液に曝す請求項４に記載の電子放出素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−９９６５（Ｐ２０１０−９９６５Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６８７５２（Ｐ２００８−１６８７５２）
【出願日】平成２０年６月２７日（２００８．６．２７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２７日（２００８．６．２７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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