JP2000137464A

JP2000137464A - 画像形成方法およびその装置

Info

Publication number: JP2000137464A
Application number: JP31083298A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Yamazaki; 達郎山崎; Naoto Abe; 直人阿部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】この高階調度化における高速駆動を解決し、
量子化精度を上げずに、なるべく忠実な階調表現を可能
とする構成を提供することを課題とする。【解決手段】多数の電子放出素子と該電子放出素子か
らの放出される電子ビームの照射により発光する発光体
により複数の画素を構成する表示部に入力信号に応じた
画像形成を行なうための画像形成装置であって、前記各
電子放出素子からの電子ビーム強度を変調することによ
り中間調を表現し、前記複数の画素の集合を１単位とし
該単位毎に面積階調により中間調を表現する階調制御手
段を有することを特徴とする。また、さらに入力される
前記入力信号を異なる特性に変換する特性変換部を有
し、当該特性変換部の出力階調数を前記特性変換部に入
力される信号の階調数以下に減らし、かつ前記階調数以
下に減らす際に生じる誤差分に応じて面積階調による中
間調表現が行われることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光体への電子線
の照射により画像を形成する画像形成方法およびその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子放出素子として熱陰極素
子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰
極素子では、たとえば表面伝導型放出素子や、電界放出
型素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型
放出素子（以下MIM型と記す）、などが知られている。

【０００３】表面伝導型放出素子としては、たとえば、
M.I.Elinson,Radio Eng. ElectronPhy.,10,1290,(1965)
や、後述する他の例が知られている。

【０００４】また、表面伝導型放出素子は、基板上に形
成された小面積の薄膜に、素子電極を通して膜面に平行
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。この表面伝導型放出素子としては、前
記エリンソン等によるＳｎＯ ₂薄膜を用いたものの他
に、Ａｕ薄膜によるもの［G.Dittmer:“Thin Solid Fil
ms",9,317(1972)］や、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるも
の［M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEE Trans. ED Co
nf. ",519(1975)］や、カーボン薄膜によるもの［荒木
久他：真空、第２６巻、第１号、22（1983）］等が報
告されている。

【０００５】これらの表面伝導型放出素子の素子構成の
典型的な例として（図２５）、前述のＭ．Hartwellらに
よる素子の平面図を示す。同図において、３００１は基
板で、３００４はスパッタで形成された金属酸化物より
なる導電性薄膜である。導電性薄膜３００４は図示のよ
うにＨ字形の平面形状に形成されている。該導電性薄膜
３００４に後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理
を施すことにより、電子放出部３００５が形成される。
図中の間隔Ｌは、０．５〜１［ｍｍ］、Ｗは、例えば
０．１［ｍｍ］で設定されている。

【０００６】尚、図示の便宜から、電子放出部３００５
は導電性薄膜３００４の中央に矩形の形状で示したが、
これは模式的なものであり、実際の電子放出部の位置や
形状を忠実に表現しているわけではない。

【０００７】M.Hartwellらによる素子をはじめとして上
述の表面伝導型放出素子においては、電子放出を行う前
に導電性薄膜３００４に通電フォーミングと呼ばれる通
電処理を施すことにより電子放出部３００５を形成する
のが一般的であった。すなわち、通電フォーミングと
は、前記導電性薄膜３００４の両端に一定の直流電圧、
もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっくりとした
レートで昇圧する直流電圧を印加して通電し、導電性薄
膜３００４を局所的に破壊もしくは変形もしくは変質せ
しめ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部３００５を形
成することである。

【０００８】尚、局所的に破壊もしくは変形もしくは変
質した導電性薄膜３００４の一部には、亀裂が発生す
る。前記通電フォーミング後に導電性薄膜３００４に適
宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近において電
子放出が行われる。

【０００９】また、ＦＥ型の例は、たとえば、W.P.Dyke
&W.W.Dolan,“Field emission",Advance in Electron P
hysics,8,89(1956)や、あるいは、C.A.Spindt,"Physica
lproperties of thin-film field emissioncathodes wi
th molybdenium cones",J.Appl. Phys.,47,5248(1976)
などが知られている。

【００１０】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
２６に前述のC.A.Spindtらによる素子の断面図を示す。
同図において、３０１０は基板で、３０１１は導電材料
よりなるエミッタ配線、３０１２はエミッタコーン、３
０１３は絶縁層、３０１４はゲート電極である。本素子
は、エミッタコーン３０１２とゲート電極３０１４の間
に適宜の電圧を印加することにより、エミッタコーン３
０１２の先端部より電界放出を起こさせるものである。

【００１１】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図２
６のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ
平行にエミッタとゲート電極を配置した例もある。

【００１２】また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、
C.A.Mead,“Operation of tunnel-emission Devices,J.
Appl. Phys.,32,646(1961)などが知られている。ＭＩＭ
型の素子構成の典型的な例を図２７に示す。同図は断面
図であり、図において、３０２０は基板で、３０２１は
金属よりなる下電極、３０２２は厚さ１００オングスト
ローム程度の薄い絶縁層、３０２３は厚さ８０〜３００
オングストローム程度の金属よりなる上電極である。Ｍ
ＩＭ型においては、上電極３０２３と下電極３０２１の
間に適宜の電圧を印加することにより、上電極３０２３
の表面より電子放出を起こさせるものである。

【００１３】上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較し
て低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒー
ターを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構
造が単純であり、微細な素子を作成可能である。また、
基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱
溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒ
ーターの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは
異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利
点もある。

【００１４】このため、冷陰極素子を応用するための研
究が盛んに行われてきている。

【００１５】たとえば、表面伝導型放出素子は、冷陰極
素子のなかでも特に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できる利点があ
る。そこで、たとえば本出願人による特開昭６４−３１
３３２号公報において開示されるように、多数の素子を
配列して駆動するための方法が研究されている。

【００１６】また、表面伝導型放出素子の応用について
は、たとえば、画像表示装置、画像記録装置などの画像
形成装置や、荷電ビーム源、等が研究されている。

【００１７】特に、画像表示装置への応用としては、た
とえば本出願人によるUSP 5,066,883や特開平２−２５
７５５１号公報や特開平４−２８１３７号公報において
開示されているように、表面伝導型放出素子と電子ビー
ムの照射により発光する蛍光体とを組み合わせて用いた
画像表示装置が研究されている。表面伝導型放出素子と
蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置は、従来の
他の方式の画像表示装置よりも優れた特性が期待されて
いる。たとえば、近年普及してきた液晶表示装置と比較
しても、自発光型であるためバックライトを必要としな
い点や、視野角が広い点が優れているといえる。

【００１８】また、ＦＥ型電子放出素子を多数個ならべ
て駆動する方法は、たとえば本出願人によるUSP 4,904,
895に開示されている。また、ＦＥ型電子放出素子を画
像表示装置に応用した例として、たとえば、Ｒ．Meyer
らにより報告された平板型表示装置が知られている［R.
Meyer:“Recent Developmet on Microtips Display at
LETI",Tech. Digest of 4th Int. Vacuum Microelectro
nics Conf.,Nagahama,pp.6〜9(1991)］。

【００１９】また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装
置に応用した例は、たとえば本出願人による特開平３−
５５７３８号公報に開示されている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上記従来
技術に記載したものをはじめとして、さまざまな材料、
製法、構造の冷陰極電子放出素子を試みてきた。さら
に、多数の冷陰極電子放出素子を配列したマルチ電子ビ
ーム源、ならびにこのマルチ電子ビーム源を応用した画
像表示装置について研究を行ってきた。

【００２１】発明者らは、たとえば図２８に示す電気的
な配線方法によるマルチ電子ビーム源を試みてきた。す
なわち、冷陰極素子を２次元的に多数個配列し、これら
の素子を図示のようにマトリクス状に配線したマルチ電
子ビーム源である。

【００２２】図中、４００１は冷陰極電子放出素子を模
式的に示したもの、４００２は行方向配線、４００３は
列方向配線である。行方向配線４００２および列方向配
線４００３は、実際には有限の電気抵抗を有するもので
あるが、図においては配線抵抗４００４および配線抵抗
４００５として示されている。上述のような配線方法
を、単純マトリクス配線と呼ぶ。

【００２３】なお、図示の便宜上、６×６のマトリクス
で示しているが、マトリクスの規模はむろんこれに限っ
たわけではなく、たとえば画像表示装置用のマルチ電子
ビーム源の場合には、所望の画像表示を行うのに足りる
だけの素子を配列し配線するものである。

【００２４】冷陰極電子放出素子を単純マトリクス配線
したマルチ電子ビーム源においては、所望の電子ビーム
を出力させるため、行方向配線４００２および列方向配
線４００３に適宜の電気信号を印加する。たとえば、マ
トリクスの中の任意の１行の冷陰極素子を駆動するに
は、選択する行の行方向配線４００２には選択電圧Ｖｓ
を印加し、同時に非選択の行の行方向配線４００２には
非選択電圧Ｖｎｓを印加する。これと同期して列方向配
線４００３に電子ビームを出力するための駆動電圧Ｖｅ
を印加する。

【００２５】この方法によれば、配線抵抗４００４およ
び４００５による電圧降下を無視すれば、選択する行の
冷陰極素子には、Ｖｅ−Ｖｓの電圧が印加され、また非
選択行の冷陰極素子にはＶｅ−Ｖｎｓの電圧が印加され
る。Ｖｅ，Ｖｓ，Ｖｎｓを適宜の大きさの電圧にすれば
選択する行の冷陰極電子放出素子だけから所望の強度の
電子ビームが出力されるはずである。また列方向配線４
００３の各々に異なる駆動電圧Ｖｅを印加すれば、選択
する行の素子の各々から異なる強度の電子ビームが出力
されるはずである。また、駆動電圧Ｖｅを印加する時間
の長さを変えれば、電子ビームが出力される時間の長さ
も変えることができるはずである。

【００２６】したがって、冷陰極電子放出素子を単純マ
トリクス配線したマルチ電子ビーム源はいろいろな応用
が可能性があり、たとえば画像情報に応じた電気信号を
適宜印加すれば、画像表示装置用の電子源として好適に
用いることができる。

【００２７】しかしながら、冷陰極電子放出素子を単純
マトリクス配線したマルチ電子ビーム源には、実際には
以下に述べるような問題が発生していた。

【００２８】前述のように、冷陰極電子放出素子を単純
マトリクス配線したマルチ電子ビーム源においては、選
択する行配線と選択しない行配線に与える電圧を変える
ことで発光する行を選ぶことができる。また選択された
行の各素子の発光量は、各列配線から印加する駆動電圧
値の大きさもしくは駆動電圧を印加する時間を変えるこ
とにより制御できる。

【００２９】すなわち走査線構造を有する画像信号を表
示するのに、１走査線分の画素数と各列配線数を対応さ
せ各画像の輝度信号で駆動電圧印加振幅変調あるいは駆
動電圧印加時間変調を行い各列配線に印加し、順次行配
線を走査していくいわゆる線順次走査駆動で実現でき
る。

【００３０】上述２つの放出電子ビーム強度変調を実現
する方法のうち後者の方法は、ＰＷＭ（Pulse Width Mo
dulation）方式として知られている。また、デジタル回
路で集積化が容易な方法である。

【００３１】例えば輝度階調８ｂｉｔ、線順次走査周波
数３１．５ＫＨｚの例で考えれば、１ラインの最大選択
時間約３１μＳ（＝１／３１．５ＫＨｚ）を２５５ステ
ップで割った時間（約１２０ｎｓ）が１階調分のパルス
幅となり、輝度レベルに比例してパルス幅も広がってい
く。この輝度階調の分解能を上げていけば、木目細かな
階調表現が可能になるのはいうまでもないが、上記例で
分かるように階調数とともにＰＷＭ回路の動作速度が増
加する。

【００３２】一方、単純マトリクス配線したマルチ電子
ビーム源は、配線に容量成分や抵抗成分、インダクタン
ス成分が含まれ、ある動作速度以上の駆動を行なうこと
は難しい。

【００３３】また、画像信号のひとつとしてＮＴＳＣや
ＨＤＴＶのようなＴＶ信号がある。通常ＴＶ信号はＣＲ
Ｔを用いた受像機を対象に考えており、ＣＲＴが有する
ガンマ特性（輝度信号−発光輝度特性の非線形な特性）
を、ＴＶ信号を生成する生成部である送出側で、あらか
じめ補正して（以後ガンマ補正と呼ぶ）出力される。

【００３４】すなわち本画像表示装置のようにＣＲＴ以
外の表示デバイスを用いた表示装置がＴＶ信号を受信す
る場合、ＣＲＴの非線形な発光特性に合わせるような発
光特性変換手段が必要である。

【００３５】前述の例のように、線順次駆動で列配線の
駆動を輝度信号強度に応じたパルス幅を有する電圧を与
えるパルス幅変調で行なう場合、冷陰極電子放出素子か
らの放出電子ビーム時間と、輝度データはリニアな関係
であるから、入力されるＴＶ信号が有するガンマ特性を
打ち消すいわゆる逆ガンマ補正といわれる発光特性変換
を行なっていた。図３に送出側で行われるガンマ補正の
階調特性の一例を示す。図４をみて判るように、低輝度
部で出力レベルが大きくなるような非線形補正を行なっ
ており、逆ガンマ補正を行なう場合、図４の曲線と逆の
低輝度部を圧縮するような図３に示す非線形補正が必要
となる。

【００３６】このような非線形な階調特性補正を忠実に
行なうためには、線形信号の量子化精度よりも細かい量
子化精度が要求される。一般に画像信号を８ｂｉｔで量
子化した場合、ガンマ補正を忠実に行なうために１０〜
１２ｂｉｔくらいの階調度が必要と言われている。

【００３７】このことはパルス幅変調で階調表現を行な
う場合、逆ガンマ補正を忠実に行なうためには量子化精
度が増やし、その分高速な駆動を行なわなければならな
いことを意味しているが、前述のように配線容量・抵抗
・インダクタンス分による高速化制限や高速化に伴う消
費電力増、量子化精度が増えることによる回路規模増な
ど駆動回路を構成することが難しくなる。

【００３８】本発明においては、この高階調度化におけ
る高速駆動の問題点に鑑み、量子化精度を上げずに、な
るべく忠実な階調表現を可能とする構成を提供すること
を課題とする。

【００３９】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数の電子放
出素子と該電子放出素子からの放出される電子ビームの
照射により発光する発光体により多数の画素を構成する
表示部に入力信号に応じた画像表示を行なうための画像
形成装置あるいは方法であって、各電子放出素子からの
電子ビーム強度を変調することにより中間調を表現する
階調制御手段と、複数の画素の集合を１単位とし該単位
毎に面積階調により中間調を表現する階調制御手段とを
有することを特徴とする。

【００４０】また、上記画像形成装置あるいは方法にお
いて、さらに入力される画像信号を異なる特性に変換
し、かつ出力階調数を該変換部に入力される信号の階調
数以下に減らす手段と、減らす際に生じる誤差分に応じ
て面積階調による中間調表現が行われることを特徴とす
る。

【００４１】また、上記画像形成装置あるいは方法にお
いて、さらに入力される画像信号を異なる特性に変換
し、かつ出力階調数を該変換部に入力される信号の階調
数以下に減らす手段と、複数の画素の集合単位毎に各画
素に対応する入力信号の強度データを累計する手段をさ
らに有し、その累計値に応じて面積階調による中間調表
現が行われることを特徴とする。

【００４２】また、上記画像形成装置あるいは方法にお
いて、さらに入力される画像信号を異なる特性に変換
し、かつ出力階調数を該変換部に入力される信号の階調
数以下に減らす手段と、複数の画素の集合単位毎に各画
素に対応する入力信号の階調数を減じる際に生じる誤差
分を累計する手段をさらに有し、その累計値に応じて面
積階調による中間調表現が行われることを特徴とする。

【００４３】また、本発明は、入力輝度データを１Ｈ遅
延する１Ｈ遅延器と、前記入力輝度データをブロック毎
に各画素成分を加算する１画素遅延素子と第１の加算器
と、前記１Ｈ遅延器の出力を前記ブロック毎に各画素成
分を加算する１画素遅延素子と第２の加算器と、前記第
１の加算器の出力と前記第２の加算器の出力を加算する
第３の加算器と、前記１Ｈ遅延器の出力を逆ガンマ変換
する逆ガンマ変換器と、前記ブロック画素成分の加算結
果にディザ変換するディザテーブルと、前記逆ガンマ変
換器の出力と前記ディザテーブルの出力とを加算する加
算器とからなる階調補正部と、画像を表示する表示パネ
ルと、前記階調補正部を含む画像処理部とを備えたこと
を特徴とする。

【００４４】また、本発明は、入力輝度データを逆ガン
マ変換する逆ガンマ変換部と、前記入力輝度データを第
２の逆ガンマ変換する第２の逆ガンマ変換部と、前記逆
ガンマ変換部と前記第２の逆ガンマ変換部の各出力の差
をとる減算器と、前記減算結果をブロック毎に各画素成
分を加算する前記１Ｈ遅延器と１画素遅延素子と加算器
と、前記ブロック画素成分の加算結果にディザ変換する
ディザテーブルと、前記逆ガンマ変換部の出力と前記デ
ィザテーブルの出力とを加算する加算器とからなる階調
補正部と、画像を表示する表示パネルと、前記階調補正
部を含む画像処理部とを備えたことを特徴とする。

【００４５】

【発明の実施の形態】本発明による実施形態について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００４６】［第１の実施形態］図１は本発明による実
施形態の輝度データに面積階調効果を付加するための階
調補正部の構成ブロック図である。図において、２×２
画素を１単位としその単位毎に面積階調を付加するもの
である。例えば図２に示すように２×２画素単位の中で
データを加算する場所を変えることにより、画素階調デ
ータが整数値しか取り得なかったのに対し、１／４ステ
ップで整数値の間の階調が表現できる。図１において、
入力輝度データは１Ｈ遅延素子Ｃ１で１水平期間遅延さ
れた後、逆γテーブルＣ９を経てさらに１Ｈ遅延素子Ｃ
１０で１水平期間遅延され、加算器Ｃ１１に出力され
る。

【００４７】また、入力輝度データは遅延素子Ｃ４と加
算器Ｃ５とで１画素隣接した画素とを加算された結果
と、１Ｈ遅延素子Ｃ１の出力を隣接画素分の遅延素子Ｃ
８と加算器Ｃ２とで加算された結果とを加算器Ｃ６で加
算され、この結果をブロックメモリＣ７に書き込み制御
信号により書き込み、読み出し制御信号によりブロック
メモリＣ７から読み出して、ディザテーブルＣ８でアド
レス制御信号に従って所定レベルに変換され、上述の１
Ｈ遅延素子Ｃ１０の出力と加算器Ｃ１１で加算されて、
整数値しか表現できなかった従来の階調輝度データを、
１／４ステップで整数値内の細かな階調を表現できる出
力輝度信号として出力される。

【００４８】逆γテーブルＣ９では、一般的なＴＶ信号
は送出側のディスプレイにて、図４のようなガンマ補正
が施されているため、図３のようなγ＝２．２乗の特性
の逆γテーブルＣ９によって変換する。

【００４９】ハードウエアの規模を増加させないため、
逆γテーブルＣ９の出力のデータビット数を増加させな
いように構成すると、γ＝２．２乗の非線形性により生
じる小数点以下の端数は切り捨てられてしまうので、特
に小さい輝度データ時において、輝度データの階調性が
失われることになる。

【００５０】また図１において、Ｃ１は１ラインメモ
リ、Ｃ２とＣ５は加算器、Ｃ３とＣ４は１画素分の時間
を遅れさせる遅延素子である。

【００５１】また、Ｃ１〜Ｃ６の構成により、上下左右
に隣り合う２×２画素ブロックの４画素の輝度データの
合計値が演算できる（以後、ブロック評価値と呼ぶ）。

【００５２】また、Ｃ７はこのブロック評価値を２水平
期間保持するためのブロックメモリ（ラインメモリ）で
あり、書き込み（ＷＲ）制御により１画素毎１ライン毎
にそれぞれ間引かれて書き込まれる。また読み出し（Ｒ
Ｄ）制御により画素ＣＬＫの１／２の速度で２ライン同
じデータが読み出される。

【００５３】ブロックメモリＣ７に保持されるブロック
評価値により前述の逆γテーブルＣ９による階調性の欠
損を予測することが出来、ブロック評価値に応じてディ
ザテーブルＣ８によるディザパターンを変化させること
により階調性を補償できる。

【００５４】また、ディザテーブルＣ８では、この場合
（２×２画素単位での処理）、４バンクのテーブルで構
成されている。

【００５５】図２に示すような（＋０．２５、＋０．
５、＋０．７５）のディザパターンＣ８を発生させるた
めに遅延素子Ｃ１０から加算器Ｃ１１に出力される輝度
データに同期して、輝度データが２×２ブロックのどの
位置（図２におけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に対応するかに応
じて、アドレス制御信号により４バンクのテーブルを切
り替える。

【００５６】例えば入力輝度データの階調および逆γテ
ーブルＣ９の出力階調を８ｂｉｔとし、γ＝２．２乗で
逆γ変換を行なう場合を考える。表１は１０進数で表記
した入力輝度データ０〜２５５に対する逆γ変換後の逆
γ値０〜２５５及び本発明の２×２ブロックによる階調
補正を行なった場合の表現階調値０〜２５５を示したも
のである。

【００５７】表１に第１の実施形態における入力値対逆
ガンマテーブル出力、入力値対階調補正出力値の一覧を
示す。

【００５８】

【表１】また、表２は、表１において行なった２×２ブロックに
よる階調補正のための４バンクのテーブルデータであ
る。表２において、入力値０〜６３とはブロック評価値
を１／４したものであり、テーブル１〜４の変換値を示
しており、ブロック内の平均輝度データに相当する。ま
た説明を簡易化するため一部（０〜６３まで）の入力値
に対する値しか示していない。

【００５９】表２に第１の実施形態に用いた階調補正の
ためのテーブルデータ例を示す。

【００６０】

【表２】表１の入力値に対する逆γ変換後の値（系列１）と、本
発明による補正値（系列２）の様子を図５に示す。分か
り易いように低輝度部の部分を拡大した図である。ま
た、図３に示した逆γテーブルの変換特性にほぼ合致し
ている。

【００６１】図５により、逆γ変換により欠損した階調
性が大幅に改善されていることが分かる。

【００６２】以上、図１の逆γ変換部Ｃ９が入出力とも
同じ階調数の場合で説明したが、入力階調数に対し出力
階調数を減らしそのために欠損する階調性を補正するこ
とも同様の構成で実現できる。

【００６３】例えば入力８ｂｉｔ出力６ｂｉｔとし、２
×２ブロックでの階調補正を行なえば、８ｂｉｔ相当の
階調表現が可能となる。ブロックサイズをさらに大きく
すればさらに豊かな階調表現が可能となる。あるいは出
力ｂｉｔ数を減らすこともできる。

【００６４】さらに、図６にこの階調補正部を備えた表
面伝導型電子放出素子を用いた表示パネルに画像表示を
行なうための駆動回路の構成例を示す。

【００６５】図６において、Ｐ２０００は表示パネルで
あり、本例においては２４０＊７２０個の表面伝導型電
子放出素子Ｐ２００１が、垂直２４０行の行配線と水平
７２０列の列配線によりマトリクス配線され、各表面伝
導型電子放出素子Ｐ２００１からの放出電子ビームが高
圧電源部Ｐ３０から印加される高圧電圧により加速され
不図示の蛍光体に照射されることにより発光を得るもの
である。この不図示の蛍光体は用途に応じて種々の色配
列を取ることが可能であるが、一例としてＲＧＢ縦スト
ライプ状の色配列とする。

【００６６】図６において、表示パネルＰ２０００は、
ＰＷＭ生成部Ｐ１１０２に画像信号を供給するＸシフト
レジスタＰ１１０１と、ＹプリドライバＰ１００３とド
ライバＰ１００６とでＹ軸をドライブするＹシフトレジ
スタＰ１００２とをＸ，Ｙドライバタイミング発生器Ｐ
１００１のタイミングに従って、ドライブされる。表示
パネルＰ２０００の各画素素子は高圧電源部Ｐ３０に向
けて電子を放出され、不図示の蛍光体を照射して画像を
形成する。

【００６７】画像信号は、入力のＲ，Ｇ，Ｂ信号はアナ
ログ処理部Ｐ３で画像信号処理され、高域成分を除去す
るローパスフィルタ（ＬＰＦ）Ｐ５と、アナログ／デジ
タル変換されるＡ／Ｄ変換部Ｐ６と、画像信号の階調特
性を変換する階調特性変換部Ｐ７と、１ライン分遅延で
きるラインメモリＰ１０とから構成される。また、同期
信号SYNCはタイミング発生器Ｐ２に入力されてクロック
信号とクランプ信号と、ブラックBLK信号とに変換され
て出力される。

【００６８】また、クロックCLKと同期信号SYNCはＹド
ライバ制御タイミング発生部Ｐ１９でＹドライバ制御信
号を出力し、Ｘドライバ制御タイミング発生部Ｐ２０で
Ｘドライバ制御信号を出力し、ラインメモリ制御部Ｐ２
１でＲＧＢ書き込み(WRT)制御信号とＲＧＢ読み出し(R
D)制御信号とを出力する。また、ＲＧＢ各ラインメモリ
Ｐ１０の出力はバッファとなるラッチ手段Ｐ２２を通し
て、ＸシフトレジスタＰ１１０１に供給される。

【００６９】本例においては、以下前記水平２４０（Ｒ
ＧＢトリオ）＊垂直２４０ラインの画素数を有する表示
パネルにＮＴＳＣ相当のテレビ画像を表示する応用例を
示すが、ＮＴＳＣに限らずＨＤＴＶのような高精細な画
像や、コンピュータの出力画像など、解像度やフレーム
レートが異なる画像信号に対しても、ほぼ同一の構成で
容易に対応できる。

【００７０】上記ＲＧＢ成分信号とするため、ＮＴＳＣ
のコンポジットビデオ入力を受けＲＧＢコンポーネント
を出力するＮＴＳＣ−ＲＧＢデコーダ部Ｐ１が備えられ
ている。この図６に示すユニット内にて、入力ビデオ信
号に重畳されている同期信号（ＳＹＮＣ）を分離し出力
する。同じく入力ビデオ信号に重畳されているカラーバ
ースト信号を分離し、カラーバースト信号に同期したＣ
ＬＫ信号（ＣＬＫ１）を生成し出力する。

【００７１】Ｐ２は、ＮＴＳＣ−ＲＧＢデコーダ部Ｐ１
にてデコードされたアナログＲＧＢ信号を、表示パネル
Ｐ２０００を輝度変調するためのデジタル階調信号に変
換するために必要な以下のタイミング信号を発生するた
めのタイミング発生部である。

【００７２】まず、ＮＴＳＣ−ＲＧＢデコーダ部Ｐ１か
らのＲＧＢアナログ信号をアナログ処理部Ｐ３にて直流
再生するためのクランプパルスと、ＮＴＳＣ−ＲＧＢデ
コーダ部Ｐ１からのＲＧＢアナログ信号にアナログ処理
部Ｐ３にてブランク期間を付加するためのブランキング
パルス（ＢＬＫパルス）と、ＮＴＳＣ−ＲＧＢデコーダ
部Ｐ１からのアナログＲＧＢ信号をＡ／Ｄ部Ｐ６にてデ
ジタル信号に変換するためのサンプルパルス（不図示）
とを生成する。

【００７３】また、Ｐ３は、ＮＴＳＣ−ＲＧＢデコーダ
部Ｐ１からの出力原色信号それぞれに備えられるアナロ
グ処理部であり、主に以下の動作をする。

【００７４】まず、タイミング発生部Ｐ２からクランプ
パルスを受け直流再生を行なう。また、タイミング発生
部Ｐ２からＢＬＫパルスを受けブランキング期間を付加
する。また、ＬＰＦＰ５は、Ａ／Ｄ部Ｐ６の前段に置か
れるローパスフィルタのプリフィルタ手段である。Ａ／
Ｄ部Ｐ６は、タイミング発生部Ｐ２からのサンプルＣＬ
Ｋを受け、ＬＰＦＰ５を通過したアナログ原色信号を必
要階調数で量子化するＡ／Ｄコンバータ手段である。

【００７５】また、Ｐ７は、前記にて詳細に説明した階
調特性変換手段である。

【００７６】つぎに、Ｐ１０は、各原色信号毎に備えら
れる水平１ラインメモリ手段であり、ラインメモリ制御
部Ｐ２１の制御信号により、ＲＧＢの３系統並列に入力
される輝度データをパネル色配列に応じた順番に並べ替
えて１系統の直列信号に変換し、ラッチ手段Ｐ２２を介
してＸドライバ部へ出力する。

【００７７】また、Ｐ１９はＹドライバ制御タイミング
発生部、Ｐ２０はＸドライバ制御タイミング発生部であ
り、ともにＣＬＫ，ＳＹＮＣ信号を受けＹドライバ制
御、Ｘドライバ制御信号を発生する。

【００７８】また、Ｐ２１はラインメモリＰ１０のタイ
ミング制御を行なうためのラインメモリ制御部であり、
ＣＬＫ，ＳＹＮＣ信号を受け、輝度データをラインメモ
リに書き込むためのＲ，Ｇ，Ｂ＿ＷＲＴ制御信号、およ
びラインメモリからパネル色配列に応じた順番で輝度デ
ータを読み出すためのＲ，Ｇ，Ｂ＿ＲＤ制御信号を発生
する。

【００７９】図７に図６に示した画像信号処理及び画像
表示装置のタイミングチャートを示す。図７中、Ｔ１０
４はＲＧＢ各色の内１色を例として書いた色サンプルデ
ータ列の波形であり、Ｔ１０２に示す同期信号の１期間
に相当する１水平期間に２４０個のデータ列で構成され
る。このデータ列を１水平期間に上記制御信号によりラ
インメモリＰ１０に書き込む。次の水平期間に各色毎の
ラインメモリＰ１０を書き込みの場合の３倍の周波数で
読み出し有効にすることで、Ｔ１０５のような１水平期
間あたり７２０個の輝度データ列を得る。

【００８０】図６のＰ１００１は、Ｘ，Ｙドライバタイ
ミング発生部であり、Ｙドライバ制御タイミング発生部
Ｐ１９からのＹドライバ制御信号と、Ｘドライバ制御タ
イミング発生部Ｐ２０からのＸドライバ制御信号を受
け、ＸシフトレジスタＰ１１０１及びＹシフトレジスタ
Ｐ１００２にＸ−Ｙドライブタイミング信号を出力す
る。つぎに、ＸシフトレジスタＰ１１０１に読み込んだ
データを、ＰＷＭジェネレータ部Ｐ１１０２内不図示の
メモリ手段にフェッチするため及び水平周期のトリガと
して作用するＬＤパルスに変換する。

【００８１】Ｙドライバ制御のためにＹシフトレジスタ
Ｐ１００２を動かすための水平周期のシフトクロック及
び行走査開始トリガを与えるための垂直周期のトリガ信
号を出力する。

【００８２】シフトレジスタＰ１１０１は、ラッチ手段
Ｐ２２からの水平周期毎の７２０個の列配線数の輝度デ
ータ列をＸ，Ｙドライバタイミング発生部Ｐ１００１か
らの図７に示すＴ１０７のような輝度データに同期した
シフトクロックにより読み込み、Ｔ１０８のようなＬＤ
パルスによりＰＷＭジェネレータ部Ｐ１１０２に７２０
個の１水平列分のデータを一度に転送する。

【００８３】各列配線毎に備えられるＰＷＭジェネレー
タ部Ｐ１１０２はシフトレジスタＰ１１０１からの輝度
データを受け、図Ｓ２Ｔ１１０に示す波形のように水平
周期毎にデータの大きさに比例したパルス幅を有するパ
ルス信号を発生する。

【００８４】また、Ｐ１１０４はトランジスタなどで構
成されるスイッチ手段であり、ＰＷＭジェネレータ部Ｐ
１１０２からの出力が、有効な期間ある電位を列配線に
印加し無効な期間は列配線を接地する。図７に示すＴ１
１１に列配線駆動波形の一例を示す。Ｙシフトレジスタ
部Ｐ１００２は、Ｘ，Ｙドライバタイミング発生部Ｐ１
００１からの水平周期のシフトクロック及び行走査開始
トリガを与えるための垂直周期のトリガ信号を受け、行
配線を走査するための選択信号を各行配線毎に備えられ
るプリドライバ部Ｐ１００３に順に出力する。

【００８５】各行配線を駆動する出力部は、例えばトラ
ンジスタ手段Ｐ１００６、ＦＥＴ手段Ｐ１００４、ダイ
オード手段Ｐ１００７から構成される。プリドライバ部
Ｐ１００３はこの出力部を応答良く駆動するためのもの
である。ＦＥＴ手段Ｐ１００４は行選択時に導通するス
イッチ手段で、選択時に定電圧レギュレータ部Ｐ１００
５からの−Ｖｓｓ電位を行配線に印加する。トランジス
タ手段Ｐ１００６は、行非選択時に導通するスイッチ手
段で非選択時に定電圧レギュレータ部Ｐ１００６からの
Ｖｕｓｏ電位を行配線に印加する。図７に示すＴ１１２
に行配線駆動波形の一例を示す。

【００８６】ダイオード手段Ｐ１００７は行配線に異常
電位発生防止と各行配線を駆動する出力部の保護のため
に備えられる。

【００８７】上述した図６に示す表面伝導型電子放出素
子を用いた表示パネルＰ２０００を駆動する駆動回路に
よって、特に各ＲＧＢ信号の階調度をブロック毎に例え
ば４倍の階調度に変換する階調特性変換部Ｐ７の動作を
図５によって説明した上記階調補正部のブロック図の動
作を加味して、高階調度の画像を表示することができ
る。

【００８８】［第２の実施形態］図１１、１２に本発明
による第２の実施形態における階調補正部の構成例を示
す。

【００８９】第１の実施形態同様、２×２画素を１単位
として、その単位毎に面積階調を付加するものである。

【００９０】第１実施形態においては、上下左右に隣り
合う２×２画素ブロックの４画素の輝度データの合計値
によりブロック評価値を求めこのブロック評価値に基づ
きディザ処理を行なっていたが、第２の実施形態におい
てはブロック評価値を階調特性変換テーブルＣ２１によ
り発生する誤差分を２×２画素ブロックの４画素につい
て合計した値により求める。

【００９１】図１１においては、入力輝度データ階調数
を８ｂｉｔとし、逆ガンマ変換を８ｂｉｔ精度で行なう
テーブルＣ２１と、１０ｂｉｔ精度で逆ガンマ変換を行
なうテーブルＣ２２を備え、それぞれの出力データを減
算器Ｃ２３で差をとることにより誤差データを作成す
る。この誤差データからＣ２４〜Ｃ３０の構成によりブ
ロック評価値を取得しディザを行なう。

【００９２】図１１においては、入力輝度データは逆ガ
ンマ変換テーブルＣ２１で８ビット階調度での逆ガンマ
信号に変換され、１Ｈ遅延素子Ｃ３２と１Ｈ遅延素子Ｃ
３３とを通して２Ｈ遅延されて加算器Ｃ３４に入力され
る。一方、減算器Ｃ２３の誤差データは、１Ｈ遅延素子
Ｃ２４で１Ｈ遅延され、遅延素子Ｃ２６と加算器Ｃ２５
で隣接画素とを加算し、また誤差データを遅延素子Ｃ２
８と加算器Ｃ２７で隣接画素とを加算し、これらの加算
結果を加算器Ｃ２９で加算し、ブロックメモリＣ３０に
格納すると共に、読み出しタイミングで読み出してディ
ザテーブルＣ３１で滑らかな画像信号に変換されて、加
算器Ｃ３４にて８ビット階調度の画像信号と加算され
る。この加算器Ｃ３４の出力を高階調度化した出力輝度
データとして出力される。

【００９３】図１２においては、誤差データ作成を２つ
のテーブル出力の差をとるのでなく、あらかじめ８ｂｉ
ｔ入力データに対し８ｂｉｔ精度と１０ｂｉｔ精度で逆
ガンマ変換を行なった場合の差分値をテーブルＣ２２に
格納しておくことで誤差データを作成する。この誤差デ
ータからＣ２４〜Ｃ３０の構成によりブロック評価値を
取得しディザを行なう。

【００９４】図１２において、一方は図１１と同様に、
入力輝度データは逆ガンマ変換テーブルＣ２１で８ビッ
ト階調度での逆ガンマ信号に変換され、１Ｈ遅延素子Ｃ
３２と１Ｈ遅延素子Ｃ３３とを通して２Ｈ遅延されて加
算器Ｃ３４に入力される。又一方、入力輝度データは差
分値を出力する差分テーブルＣ２２を介して、１Ｈ遅延
素子Ｃ２４で１Ｈ遅延され、遅延素子Ｃ２６と加算器Ｃ
２５で隣接画素とを加算し、また差分データを遅延素子
Ｃ２８と加算器Ｃ２７で隣接画素とを加算し、これらの
加算結果を加算器Ｃ２９で加算し、ブロックメモリＣ３
０に格納すると共に、読み出しタイミングで読み出し
て、ディザテーブルＣ３１で滑らかな画像信号に変換さ
れて、加算器Ｃ３４にて８ビット階調度の画像信号と加
算される。この加算器Ｃ３４の出力を、高階調度化した
出力輝度データとして出力される。

【００９５】これらの構成により、逆γ変換により欠損
した階調性を改善することができる。

【００９６】また上記実施形態では、ブロックサイズは
２×２の例で説明したが、これに限定されず、もっと大
きなブロックの場合でも同様の考え方で実現できる。入
出力階調数も８ｂｉｔに限定されず、同様の考え方で実
現できる。

【００９７】［第３の実施形態］図８にＲ，Ｇ，Ｂ３原
色蛍光体と表面伝導型電子放出素子を用いた表示パネル
を放出電子ビームの印加時間（パルス幅変調）を変調し
た場合の発光特性の一例を示す。

【００９８】横軸は表面伝導型電子放出素子からの電子
ビーム変調データを規格化したものであり、縦軸は規格
化したパネルの発光輝度である。この例のように高い放
出電子ビーム密度の条件でパルス幅変調を行なう場合、
蛍光体の発光特性の飽和が起こることがある。飽和の様
子は、蛍光体の種類や電子ビーム密度などにより変わっ
てくる。

【００９９】第１の実施形態においては、パルス幅変調
によりビーム強度制御を行なう場合その輝度制御特性は
直線であると考え、あらかじめ入力信号に施されたガン
マ補正を打ち消す非線形変換を、図１における逆ガンマ
テーブルＣ９において行なっていた。

【０１００】本実施形態では、蛍光体のビーム強度によ
る輝度飽和がある場合も同様の構成で実現できる。すな
わちあらかじめ蛍光体飽和の非線形特性を測定してお
き、ガンマ補正を打ち消す非線形変換と蛍光体飽和の非
線形特性を打ち消す変換を行なえるような非線形性補正
データをＣ９のテーブルに格納すれば良い。

【０１０１】図８の例においては、Ｒの蛍光体はγ＝
０．７２、Ｇの蛍光体はγ＝０．９、Ｂの蛍光体はほぼ
リニアであった。すなわちＲＧＢ３原色毎に備えられる
階調特性変換部内の逆ガンマ補正テーブルに各色の飽和
特性を打ち消す非線形補償を加えたデータを格納すれば
良い。

【０１０２】従って、図６に示した表示パネルの駆動回
路における階調特性変換部Ｐ７に、図１に示した階調補
正部のブロックを用い、上記各色のガンマ特性を逆ガン
マ補正テーブルＣ９に用いることによって、各色毎に表
示パネルＰ２０００の蛍光体に電子を放射する特性を補
正しておくことができる。

【０１０３】［第４の実施形態］本発明の第４の実施形
態においては、入力信号の中間調表現に加え表示パネル
の明るさ調整も、パルス幅変調によるビーム強度制御で
行なう例を考える。

【０１０４】図９に第４実施形態の階調補正部を示す。
図１に明るさ調整のための係数データと入力輝度データ
を乗算するための乗算器Ｃ１２を加えたものである。そ
の他の構成は図１と同様であるので、重複する説明は図
１についての説明に従う。

【０１０５】この構成により逆ガンマ補正だけでなく、
明るさ制御による輝度データの階調性の欠損を面積階調
により補償することができる。

【０１０６】またここで言う明るさ調整とは、以下を示
す。（ａ）画像表示装置の使用者が好みの明るさに設定
するための調整と、（ｂ）画像表示装置の発光色の色あ
いを変えるため、ＲＧＢ各色毎に個別パルス幅変調量
（範囲）を制御することと、（ｃ）画像表示装置の消費
電力抑制のため、入力信号の平均レベルに応じて明るさ
を制御することと、で調整することができる。

【０１０７】［第５の実施形態］本発明による第５の実
施形態の階調補正部の構成ブロック図を図１０に示す。

【０１０８】第４実施形態においては、明るさ制御を輝
度データと係数データの乗算で行なったが、本実施形態
においては、明るさ調整をｎステップ（ｎは自然数）に
限定する。そして非線形性変換のためのテーブルＣ１３
（Ｔ１〜Ｔｎ）とディザテーブルＣ１４（ＤＴ１〜ＤＴ
ｎ）をｎステップ分用意し、第４実施形態で係数データ
に相当するテーブル切換え信号により所望の明るさ制御
値に対応するテーブルを選択することで明るさ調整を実
現する。

【０１０９】この構成により逆ガンマ補正だけでなく、
明るさ制御による輝度データの階調性の欠損を面積階調
により補償することができる。

【０１１０】［第６の実施形態］次に、本発明を適用し
た画像表示装置の表示パネルの構成と製造法について、
具体的な例を示して説明する。

【０１１１】（表示パネルの構成と製造法）図１３は、
実施形態に用いた表示パネルの斜視図であり、内部構造
を示すためにパネルの１部を切り欠いて示している。

【０１１２】図中、１００５はリアプレート、１００６
は側壁、１００７はフェースプレートであり、１００５
〜１００７により表示パネルの内部を真空に維持するた
めの気密容器を形成している。気密容器を組み立てるに
あたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保
持させるため封着する必要があるが、たとえばフリット
ガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中
で、摂氏４００〜５００度で１０分以上焼成することに
より封着を達成した。気密容器内部を真空に排気する方
法については後述する。

【０１１３】リアプレート１００５には、基板１００１
が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１００２
がＮ×Ｍ個形成されている。（Ｎ，Ｍは２以上の正の整
数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定され
る。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした
表示装置においては、Ｎ＝３０００、Ｍ＝１０００以上
の数を設定することが望ましい。本実施形態において
は、Ｎ＝３０７２、Ｍ＝１０２４とした。）前記Ｎ×Ｍ
個の冷陰極素子は、Ｍ本の行方向配線１００３とＮ本の
列方向配線１００４により単純マトリクス配線されてい
る。前記、１００１〜１００４によって構成される部分
をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。なお、マルチ電子ビーム
源の製造方法や構造については、後で詳しく述べる。

【０１１４】本実施形態においては、気密容器のリアプ
レート１００５にマルチ電子ビーム源の基板１００１を
固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１０
０１が十分な強度を有するものである場合には、気密容
器のリアプレートとしてマルチ電子ビーム源の基板１０
０１自体を用いてもよい。

【０１１５】また、フェースプレート１００７の下面に
は、蛍光膜１００８が形成されている。本実施形態はカ
ラー表示装置であるため、蛍光膜１００８の部分にはＣ
ＲＴの分野で用いられる赤、緑、青、の３原色の蛍光体
が塗り分けられている。各色の蛍光体は、たとえば図１
４の（Ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、
蛍光体のストライプの間には黒色の導電体１０１０が設
けてある。黒色の導電体１０１０を設ける目的は、電子
ビームの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれ
が生じないようにする事や、外光の反射を防止して表示
コントラストの低下を防ぐ事、電子ビームによる蛍光膜
のチャージアップを防止する事などである。黒色の導電
体１０１０には、黒鉛を主成分として用いたが、上記の
目的に適するものであればこれ以外の材料を用いても良
い。

【０１１６】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図１４（Ａ）に示したストライプ状の配列に限られるも
のではなく、たとえば図１４（Ｂ）に示すようなデルタ
状配列や、それ以外の配列であってもよい。

【０１１７】なお、モノクロームの表示パネルを作成す
る場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜１００８に用い
ればよく、また黒色導電材料は必ずしも用いなくともよ
い。

【０１１８】また、蛍光膜１００８のリアプレート側の
面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１００９
を設けてある。メタルバック１００９を設けた目的は、
蛍光膜１００８が発する光の一部を鏡面反射して光利用
率を向上させる事や、負イオンの衝突から蛍光膜１００
８を保護する事や、電子ビーム加速電圧を印加するため
の電極として作用させる事や、蛍光膜１００８を励起し
た電子の導電路として作用させる事などである。メタル
バック１００９は、蛍光膜１００８をフェースプレート
基板１００７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理
し、その上にＡｌを真空蒸着する方法により形成した。
なお、蛍光膜１００８に低電圧用の蛍光体材料を用いた
場合には、メタルバック１００９は用いない。

【０１１９】また、本実施形態では用いなかったが、加
速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フ
ェースプレート基板１００７と蛍光膜１００８との間
に、たとえばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよ
い。

【０１２０】また、Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜Ｄｙ
ｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路と
を電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用
端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行
方向配線１００３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビー
ム源の列方向配線１００４と、Ｈｖはフェースプレート
のメタルバック１００９と電気的に接続している。

【０１２１】また、気密容器内部を真空に排気するに
は、気密容器を組み立てた後、不図示の排気管と真空ポ
ンプとを接続し、気密容器内を１０のマイナス７乗［To
rr］程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止
するが、気密容器内の真空度を維持するために、封止の
直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッタ
ー膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、たとえば
Ｂａを主成分とするゲッター材料とヒーターもしくは高
周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲ
ッター膜の吸着作用により気密容器内は１×１０マイナ
ス５乗ないしは１×１０マイナス７乗［Torr］の真空度
に維持される。

【０１２２】以上、本発明実施形態の表示パネルの基本
構成と製法を説明した。

【０１２３】（マルチ電子ビーム源の製造方法）次に、
前記実施形態の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源
の製造方法について説明する。本発明の画像表示装置に
用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリ
クス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状
あるいは製法に制限はない。したがって、たとえば表面
伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰
極素子を用いることができる。

【０１２４】ただし、表示画面が大きくてしかも安価な
表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極
素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。す
なわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対
位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極め
て高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や
製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。ま
た、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くてしか
も均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コス
トの低減を達成するには不利な要因となる。

【０１２５】その点、表面伝導型放出素子は、比較的製
造方法が単純なため、大面積化や製造コストの低減が容
易である。また、発明者らは、表面伝導型放出素子の中
でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形
成したものがとりわけ電子放出特性に優れ、しかも製造
が容易に行えることを見いだしている。したがって、高
輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用
いるには、最も好適であると言える。そこで、上記実施
形態の表示パネルにおいては、電子放出部もしくはその
周辺部を微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子を用
いた。そこで、まず好適な表面伝導型放出素子について
基本的な構成と製法および特性を説明し、その後で多数
の素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の
構造について述べる。（表面伝導型放出素子の好適な素子構成と製法）電子放
出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成する表面伝
導型放出素子の代表的な構成には、平面型と垂直型の２
種類があげられる。（平面型の表面伝導型放出素子）まず最初に、平面型の
表面伝導型放出素子の素子構成と製法について説明す
る。図１５に示すのは、平面型の表面伝導型放出素子の
構成を説明するための平面図（ａ）および断面図（ｂ）
である。図中、１１０１は基板、１１０２と１１０３は
素子電極、１０４は導電性薄膜、１１０５は通電フォー
ミング処理により形成した電子放出部、１１１３は通電
活性化処理により形成した薄膜である。

【０１２６】基板１１０１としては、たとえば、石英ガ
ラスや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、ア
ルミナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上
述の各種基板上にたとえばＳｉＯ₂を材料とする絶縁層
を積層した基板、などを用いることができる。

【０１２７】また、基板１１０１上に基板面と平行に対
向して設けられた素子電極１１０２と１１０３は、導電
性を有する材料によって形成されている。たとえば、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，
Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合
金、あるいはＩｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂をはじめとする金属酸
化物、ポリシリコンなどの半導体、などの中から適宜材
料を選択して用いればよい。電極を形成するには、たと
えば真空蒸着などの製膜技術とフォトリソグラフィー、
エッチングなどのパターニング技術を組み合わせて用い
れば容易に形成できるが、それ以外の方法（たとえば印
刷技術）を用いて形成してもさしつかえない。

【０１２８】素子電極１１０２と１１０３の形状は、当
該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。
一般的には、電極間隔Ｌは通常は数百オングストローム
から数百マイクロメーターの範囲から適当な数値を選ん
で設計されるが、なかでも表示装置に応用するために好
ましいのは数マイクロメーターより数十マイクロメータ
ーの範囲である。また、素子電極の厚さｄについては、
通常は数百オングストロームから数マイクロメーターの
範囲から適当な数値が選ばれる。

【０１２９】また、導電性薄膜１１０４の部分には、微
粒子膜を用いる。ここで述べた微粒子膜とは、構成要素
として多数の微粒子を含んだ膜（島状の集合体も含む）
のことをさす。微粒子膜を微視的に調べれば、通常は、
個々の微粒子が離間して配置された構造か、あるいは微
粒子が互いに隣接した構造か、あるいは微粒子が互いに
重なり合った構造が観測される。

【０１３０】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数オン
グストロームから数千オングストロームの範囲に含まれ
るものであるが、なかでも好ましいのは１０オングスト
ロームから２００オングストロームの範囲のものであ
る。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような諸条
件を考慮して適宜設定される。すなわち、素子電極１１
０２あるいは１１０３と電気的に良好に接続するのに必
要な条件、後述する通電フォーミングを良好に行うのに
必要な条件、微粒子膜自身の電気抵抗を後述する適宜の
値にするために必要な条件、などである。具体的には、
数オングストロームから数千オングストロームの範囲の
なかで設定するが、なかでも好ましいのは１０オングス
トロームから５００オングストロームの間である。

【０１３１】また、微粒子膜を形成するのに用いられう
る材料としては、たとえば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，
Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ，などをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃，などをはじめと
する酸化物や、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，
ＹＢ₄，ＧｄＢ₄，などをはじめとする硼化物や、Ｔｉ
Ｃ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，などをは
じめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，などを
はじめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，などをはじめとす
る半導体や、カーボン、などがあげられ、これらの中か
ら適宜選択される。

【０１３２】以上述べたように、導電性薄膜１１０４を
微粒子膜で形成したが、そのシート抵抗膜については、
１０の３乗から１０の７乗［オーム／ｓｑ］の範囲に含
まれるよう設定した。

【０１３３】なお、導電性薄膜１１０４と素子電極１１
０２および１１０３とは、電気的に良好に接続されるの
が望ましいため、互いの一部が重なりあうような構造を
とっているその重なり方は、図１５の例においては、下
から、基板、素子電極、導電性薄膜の順序で積層した
が、場合によっては下から基板、導電性薄膜、素子電
極、の順序で積層してもさしつかえない。

【０１３４】また、電子放出部１１０５は、導電性薄膜
１１０４の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気
的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有してい
る。亀裂は、導電性薄膜１１０４に対して、後述する通
電フォーミングの処理を行うことにより形成する。亀裂
内には、数オングストロームから数百オングストローム
の粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電
子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困
難なため、図１５においては模式的に示した。

【０１３５】また、薄膜１１１３は、炭素もしくは炭素
化合物よりなる薄膜で、電子放出部１１０５およびその
近傍を被覆している。薄膜１１１３は、通電フォーミン
グ処理後に、後述する通電活性化の処理を行うことによ
り形成する。

【０１３６】薄膜１１１３は、単結晶グラファイト、多
結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、も
しくはその混合物であり、膜厚は５００［オングストロ
ーム］以下とするが、３００［オングストローム］以下
とするのがさらに好ましい。

【０１３７】なお、実際の薄膜１１１３の位置や形状を
精密に図示するのは困難なため、図１５においては模式
的に示した。また、平面図（ａ）においては、薄膜１１
１３の一部を除去した素子を図示した。

【０１３８】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施形態においては以下のような素子を用いた。

【０１３９】すなわち、基板１１０１には青板ガラスを
用い、素子電極１１０２と１１０３にはＮｉ薄膜を用い
た。素子電極の厚さｄは１０００［オングストロー
ム］、電極間隔Ｌは２［マイクロメーター］とした。

【０１４０】微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰ
ｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１００［オングストロ
ーム］、幅Ｗは１００［マイクロメータ］とした。

【０１４１】次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子
の製造方法について説明する。

【０１４２】図１６の（ａ）〜（ｄ）は、表面伝導型放
出素子の製造工程を説明するための断面図で、各部材の
表記は前記図１５と同一である。

【０１４３】（１）まず、図１６（ａ）に示すように、
基板１１０１上に素子電極１１０２および１１０３を形
成する。

【０１４４】形成するにあたっては、あらかじめ基板１
１０１を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分に洗浄後、
素子電極の材料を堆積させる。（堆積する方法として
は、たとえば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術
を用ればよい。）その後、堆積した電極材料を、フォト
リソグラフィー・エッチング技術を用いてパターニング
し、（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１１０
３）を形成する。

【０１４５】（２）次に、同図（ｂ）に示すように、導
電性薄膜１１０４を形成する。

【０１４６】形成するにあたっては、まず前記（ａ）の
基板に有機金属溶液を塗布して乾燥し、加熱焼成処理し
て微粒子膜を成膜した後、フォトリソグラフィー・エッ
チングにより所定の形状にパターニングする。ここで、
有機金属溶液とは、導電性薄膜に用いる微粒子の材料を
主要元素とする有機金属化合物の溶液である。（具体的
には、本実施形態では主要元素としてＰｄを用いた。ま
た、実施形態では塗布方法として、ディッピング法を用
いたが、それ以外のたとえばスピンナー法やスプレー法
を用いてもよい。）また、微粒子膜で作られる導電性薄膜の成膜方法として
は、本実施形態で用いた有機金属溶液の塗布による方法
以外の、たとえば真空蒸着法やスパッタ法、あるいは化
学的気相堆積法などを用いる場合もある。

【０１４７】（３）次に、同図（ｃ）に示すように、フ
ォーミング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１
０３の間に適宜の電圧を印加し、通電フォーミング処理
を行って、電子放出部１１０５を形成する。

【０１４８】通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作
られた導電性薄膜１１０４に通電を行って、その一部を
適宜に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出を行
うのに好適な構造に変化させる処理のことである。微粒
子膜で作られた導電性薄膜のうち電子放出を行うのに好
適な構造に変化した部分（すなわち電子放出部１１０
５）においては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。
なお、電子放出部１１０５が形成される前と比較する
と、形成された後は素子電極１１０２と１１０３の間で
計測される電気抵抗は大幅に増加する。

【０１４９】通電方法をより詳しく説明するために、図
１７に、フォーミング用電源１１１０から印加する適宜
の電圧波形の一例を示す。微粒子膜で作られた導電性薄
膜をフォーミングする場合には、パルス状の電圧が好ま
しく、本実施形態の場合には同図に示したようにパルス
幅Ｔ１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で連続的に印加
した。その際には、三角波パルスの波高値Ｖｐｆを、順
次昇圧した。また、電子放出部１１０５の形成状況をモ
ニターするためのモニターパルスＰｍを適宜の間隔で三
角波パルスの間に挿入し、その際に流れる電流を電流計
１１１１で計測した。

【０１５０】実施形態においては、たとえば１０のマイ
ナス５乗［ｔｏｒｒ］程度の真空雰囲気下において、た
とえばパルス幅Ｔ１を１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ２を
１０［ミリ秒］とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに
０．１［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス
印加するたびに１回の割りで、モニターパルスＰｍを挿
入した。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがない
ように、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは０．１［Ｖ］に
設定した。そして、素子電極１１０２と１１０３の間の
電気抵抗が１×１０の６乗［オーム］になった段階、す
なわちモニターパルス印加時に電流計１１１１で計測さ
れる電流が１×１０のマイナス７乗［Ａ］以下になった
段階で、フォーミング処理にかかわる通電を終了した。

【０１５１】なお、上記の方法は、本実施形態の表面伝
導型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微
粒子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなど表面
伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じ
て通電の条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１５２】（４）次に、図１６の（ｄ）に示すよう
に、活性化用電源１１１２から素子電極１１０２と１１
０３の間に適宜の電圧を印加し、通電活性化処理を行っ
て、電子放出特性の改善を行う。

【０１５３】通電活性化処理とは、前記通電フォーミン
グ処理により形成された電子放出部１１０５に適宜の条
件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物
を堆積せしめる処理のことである。（図においては、炭
素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材１１１３と
して模式的に示した。）なお、通電活性化処理を行うこ
とにより、行う前と比較して、同じ印加電圧における放
出電流を典型的には１００倍以上に増加させることがで
きる。

【０１５４】具体的には、１０のマイナス４乗ないし１
０のマイナス５乗［ｔｏｒｒ］の範囲内の真空雰囲気中
で、電圧パルスを定期的に印加することにより、真空雰
囲気中に存在する有機化合物を起源とする炭素もしくは
炭素化合物を堆積させる。堆積物１１１３は、単結晶グ
ラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、の
いずれかか、もしくはその混合物であり、膜厚は５００
［オングストローム］以下、より好ましくは３００［オ
ングストローム］以下である。

【０１５５】通電方法をより詳しく説明するために、図
１８の（ａ）に、活性化用電源１１１２から印加する適
宜の電圧波形の一例を示す。本実施形態においては、一
定電圧の矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行
ったが、具体的には、矩形波の電圧Ｖａｃは１４
［Ｖ］，パルス幅Ｔ３は１［ミリ秒］，パルス間隔Ｔ４
は１０［ミリ秒］とした。なお、上述の通電条件は、本
実施形態の表面伝導型放出素子に関する好ましい条件で
あり、表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、
それに応じて条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１５６】図１５の（ｄ）に示す１１１４は該表面伝
導型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、直流高電圧電源１１１５および電
流計１１１６が接続されている。なお、基板１１０１
を、表示パネルの中に組み込んでから活性化処理を行う
場合には、表示パネルの蛍光面をアノード電極１１１４
として用いる。

【０１５７】活性化用電源１１１２から電圧を印加する
間、電流計１１１６で放出電流Ｉｅを計測して通電活性
化処理の進行状況をモニターし、活性化用電源１１１２
の動作を制御する。電流計１１１６で計測された放出電
流Ｉｅの一例を図１８（ｂ）に示すが、活性化電源１１
１２からパルス電圧を印加しはじめると、時間の経過と
ともに放出電流Ｉｅは増加するが、やがて飽和してほと
んど増加しなくなる。このように、放出電流Ｉｅがほぼ
飽和した時点で活性化用電源１１１２からの電圧印加を
停止し、通電活性化処理を終了する。

【０１５８】なお、上述の通電条件は、本実施形態の表
面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝
導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて
条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１５９】以上のようにして、図１６（ｅ）に示す平
面型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１６０】（垂直型の表面伝導型放出素子）次に、電
子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面
伝導型放出素子のもうひとつの代表的な構成、すなわち
垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。

【０１６１】図１９は、垂直型の基本構成を説明するた
めの模式的な断面図であり、図中の１２０１は基板、１
２０２と１２０３は素子電極、１２０６は段差形成部
材、１２０４は微粒子膜を用いた導電性薄膜、１２０５
は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１
２１３は通電活性化処理により形成した薄膜、である。

【０１６２】垂直型が先に説明した平面型と異なる点
は、素子電極のうちの片方（１２０２）が段差形成部材
１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０４が段
差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。し
たがって、前記図１５の平面型における素子電極間隔Ｌ
は、垂直型においては段差形成部材１２０６の段差高Ｌ
ｓとして設定される。なお、基板１２０１、素子電極１
２０２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１
２０４、については、前記平面型の説明中に列挙した材
料を同様に用いることが可能である。また、段差形成部
材１２０６には、たとえばＳｉＯ₂のような電気的に絶
縁性の材料を用いる。

【０１６３】次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法
について説明する。図２０の（ａ）〜（ｆ）は、製造工
程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図１
９と同一である。

【０１６４】（１）まず、図２０（ａ）に示すように、
基板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１６５】（２）次に、同図（ｂ）に示すように、段
差形成部材を形成するための絶縁層を積層する。絶縁層
は、たとえばＳｉＯ₂をスパッタ法で積層すればよい
が、たとえば真空蒸着法や印刷法などの他の成膜方法を
用いてもよい。

【０１６６】（３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶
縁層の上に素子電極１２０２を形成する。

【０１６７】（４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶
縁層の一部を、たとえばエッチング法を用いて除去し、
素子電極１２０３を露出させる。

【０１６８】（５）次に、同図（ｅ）に示すように、微
粒子膜を用いた導電性薄膜１２０４を形成する。形成す
るには、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布法な
どの成膜技術を用いればよい。

【０１６９】（６）次に、前記平面型の場合と同じく、
通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する。
（図１６（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォーミ
ング処理と同様の処理を行えばよい。）（７）次に、前記平面型の場合と同じく、通電活性化処
理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは炭素化合物を
堆積させる。（図１６（ｄ）を用いて説明した平面型の
通電活性化処理と同様の処理を行えばよい。）以上のよ
うにして、図２０（ｆ）に示す垂直型の表面伝導型放出
素子を製造した。

【０１７０】（表示装置に用いた表面伝導型放出素子の
特性）以上、平面型と垂直型の表面伝導型放出素子につ
いて素子構成と製法を説明したが、次に表示装置に用い
た素子の特性について述べる。

【０１７１】図２１に、表示装置に用いた素子の、（放
出電流Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、および（素
子電流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性の典型的な例
を示す。なお、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著
しく小さく、同一尺度で図示するのが困難であるうえ、
これらの特性は素子の大きさや形状等の設計パラメータ
を変更することにより変化するものであるため、２本の
グラフは各々任意単位で図示した。

【０１７２】表示装置に用いた素子は、放出電流Ｉｅに
関して以下に述べる３つの特性を有している。

【０１７３】第一に、ある電圧（これを閾値電圧Ｖｔｈ
と呼ぶ）以上の大きさの電圧を素子に印加すると急激に
放出電流Ｉｅが増加するが、一方、閾値電圧Ｖｔｈ未満
の電圧では放出電流Ｉｅはほとんど検出されない。

【０１７４】すなわち、放出電流Ｉｅに関して、明確な
閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。

【０１７５】第二に、放出電流Ｉｅは素子に印加する電
圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉ
ｅの大きさを制御できる。

【０１７６】第三に、素子に印加する電圧Ｖｆに対して
素子から放出される電流Ｉｅの応答速度が速いため、電
圧Ｖｆを印加する時間の長さによって素子から放出され
る電子の電荷量を制御できる。

【０１７７】以上のような特性を有するため、表面伝導
型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。た
とえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表
示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を
順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、
駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖｔ
ｈ以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には閾値
電圧Ｖｔｈ未満の電圧を印加する。駆動する素子を順次
切り替えてゆくことにより、表示画面を順次走査して表
示を行うことが可能である。

【０１７８】また、第二の特性かまたは第三の特性を利
用することにより、発光輝度を制御することができるた
め、階調表示を行うことが可能である。

【０１７９】（多数素子を単純マトリクス配線したマル
チ電子ビーム源の構造）次に、上述の表面伝導型放出素
子を基板上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電
子ビーム源の構造について述べる。

【０１８０】図２２に示すのは、前記図１００の表示パ
ネルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板
上には、前記図１５で示したものと同様な表面伝導型放
出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極１０
０３と列方向配線電極１００４により単純マトリクス状
に配線されている。行方向配線電極１００３と列方向配
線電極１００４の交差する部分には、電極間に絶縁層
（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれて
いる。

【０１８１】図２２のＡ−Ａ′に沿った断面を、図２３
に示す。

【０１８２】なお、このような構造のマルチ電子源は、
あらかじめ基板上に行方向配線電極１００３、列方向配
線電極１００４、電極間絶縁層（不図示）、および表面
伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、
行方向配線電極１００３および列方向配線電極１００４
を介して各素子に給電して通電フォーミング処理と通電
活性化処理を行うことにより製造した。

【０１８３】（画像表示装置）図２４は、前記説明の表
面伝導型放出素子を電子ビーム源として用いたディスプ
レイパネルに、たとえばテレビジョン放送をはじめとす
る種々の画像情報源より提供される画像情報を表示でき
るように構成した表示装置の一例を示すための図であ
る。

【０１８４】図中、２１００はディスプレイパネル、２
１０１はディスプレイパネルの駆動回路、２１０２はデ
ィスプレイコントローラ、２１０３はマルチプレクサ、
２１０４はデコーダ、２１０５は入出力インターフェー
ス回路、２１０６はＣＰＵ、２１０７は画像生成回路、
２１０８および２１０９および２１１０は画像メモリー
インターフェース回路、２１１１は画像入力インターフ
ェース回路、２１１２および２１１３はＴＶ信号受信回
路、２１１４は入力部である。

【０１８５】なお、本表示装置は、たとえばテレビジョ
ン信号のように映像情報と音声情報の両方を含む信号を
受信する場合には、当然映像の表示と同時に音声を再生
するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声
情報の受信、分離、再生、処理、記憶などに関する回路
やスピーカーなどについては説明を省略する。

【０１８６】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明してゆく。

【０１８７】まず、ＴＶ信号受信回路２１１３は、たと
えば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて
伝送される。

【０１８８】ＴＶ画像信号を受信する為の回路である。
受信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、
たとえば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式
などの諸方式でもよい。また、これらよりさらに多数の
走査線よりなるＴＶ信号（たとえばＭＵＳＥ方式をはじ
めとするいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数
化に適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに
好適な信号源である。ＴＶ信号受信回路２１１３で受信
されたＴＶ信号は、デコーダ２１０４に出力される。

【０１８９】また、ＴＶ信号受信回路２１１２は、たと
えば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送
系を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回
路である。

【０１９０】前記ＴＶ信号受信回路２１１３と同様に、
受信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、
また本回路で受信されたＴＶ信号もデコーダ２１０４に
出力される。

【０１９１】また、画像入力インターフェース回路２１
１１は、たとえばＴＶカメラや画像読み取りスキャナー
などの画像入力装置から供給される画像信号を取り込む
ための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ２１０
４に出力される。

【０１９２】また、画像メモリーインターフェース回路
２１１０は、ビデオテープレコーダー（以下ＶＴＲと略
す）に記憶されている画像信号を取り込むための回路
で、取り込まれた画像信号はデコーダ２１０４に出力さ
れる。

【０１９３】また、画像メモリーインターフェース回路
２１０９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号
を取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコ
ーダ２１０４に出力される。

【０１９４】また、画像メモリーインターフェース回路
２１０８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画
像データを記憶している装置から画像信号を取り込むた
めの回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ２
１０４に出力される。

【０１９５】また、入出力インターフェース回路２１０
５は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコン
ピュータネットワークもしくはプリンターなどの出力装
置とを接続するための回路である。画像データや文字・
図形情報の入出力を行うのはもちろんのこと、場合によ
っては本表示装置の備えるＣＰＵ２１０６と外部との間
で制御信号や数値データの入出力などを行うことも可能
である。

【０１９６】また、画像生成回路２１０７は、前記入出
力インターフェース回路２１０５を介して外部から入力
される画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ
２１０６より出力される画像データや文字・図形情報に
もとずき表示用画像データを生成するための回路であ
る。本回路の内部には、たとえば画像データや文字・図
形情報を蓄積するための書き換え可能メモリーや、文字
コードに対応する画像パターンが記憶されている読み出
し専用メモリーや、画像処理を行うためのプロセッサー
などをはじめとして画像の生成に必要な回路が組み込ま
れている。

【０１９７】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ２１０４に出力されるが、場合によっては
前記入出力インターフェース回路２１０５を介して外部
のコンピュータネットワークやプリンターに出力するこ
とも可能である。

【０１９８】また、ＣＰＵ２１０６は、主として本表示
装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わ
る作業を行う。

【０１９９】たとえば、マルチプレクサ２１０３に制御
信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号
を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その際に
は表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコント
ローラ２１０２に対して制御信号を発生し、画面表示周
波数や走査方法（たとえばインターレースかノンインタ
ーレースか）や一画面の走査線の数など表示装置の動作
を適宜制御する。

【０２００】また、前記画像生成回路２１０７に対して
画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるい
は前記入出力インターフェース回路２１０５を介して外
部のコンピュータやメモリーをアクセスして画像データ
や文字・図形情報を入力する。

【０２０１】なお、ＣＰＵ２１０６は、むろんこれ以外
の目的の作業にも関わるものであっても良い。たとえ
ば、パーソナルコンピュータやワードプロセッサなどの
ように、情報を生成したり処理する機能に直接関わって
も良い。

【０２０２】あるいは、前述したように入出力インター
フェース回路２１０５を介して外部のコンピュータネッ
トワークと接続し、たとえば数値計算などの作業を外部
機器と協同して行っても良い。

【０２０３】また、入力部２１１４は、前記ＣＰＵ２１
０６に使用者が命令やプログラム、あるいはデータなど
を入力するためのものであり、たとえばキーボードやマ
ウスのほか、ジュイスティック、バーコードリーダー、
音声認識装置など多様な入力機器を用いる事が可能であ
る。

【０２０４】また、デコーダ２１０４は、前記２１０７
ないし２１１３より入力される種々の画像信号を３原色
信号、または輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するた
めの回路である。なお、同図中に点線で示すように、デ
コーダ２１０４は内部に画像メモリーを備えるのが望ま
しい。これは、たとえばＭＵＳＥ方式をはじめとして、
逆変換するに際して画像メモリーを必要とするようなテ
レビ信号を扱うためである。また、画像メモリーを備え
る事により、静止画の表示が容易になる、あるいは前記
画像生成回路２１０７およびＣＰＵ２１０６と協同して
画像の間引き、補間、拡大、縮小、合成をはじめとする
画像処理や編集が容易に行えるようになるという利点が
生まれるからである。

【０２０５】また、マルチプレクサ２１０３は、前記Ｃ
ＰＵ２１０６より入力される制御信号にもとずき表示画
像を適宜選択するものである。すなわち、マルチプレク
サ２１０３はデコーダ２１０４から入力される逆変換さ
れた画像信号のうちから所望の画像信号を選択して駆動
回路２１０１に出力する。その場合には、一画面表示時
間内で画像信号を切り替えて選択することにより、いわ
ゆる多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分け
て領域によって異なる画像を表示することも可能であ
る。

【０２０６】また、ディスプレイパネルコントローラ２
１０２は、前記ＣＰＵ２１０６より入力される制御信号
にもとずき駆動回路２１０１の動作を制御するための回
路である。

【０２０７】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
に関わるものとして、たとえばディスプレイパネルの駆
動用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御するため
の信号を駆動回路２１０１に対して出力する。

【０２０８】また、ディスプレイパネルの駆動方法に関
わるものとして、たとえば画面表示周波数や走査方法
（たとえばインターレースかノンインターレースか）を
制御するための信号を駆動回路２１０１に対して出力す
る。

【０２０９】また、場合によっては表示画像の輝度やコ
ントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に
関わる制御信号を駆動回路２１０１に対して出力する場
合もある。

【０２１０】ここで、駆動回路２１０１には、第１の実
施形態乃至第５の実施形態によって説明した画像信号の
高階調度化する駆動回路を用いることで、ディスプレイ
パネル２１００に対応したきめの細かいガンマ補正され
たリニアリティの良い画像を表示できる。

【０２１１】また、駆動回路２１０１は、ディスプレイ
パネル２１００に印加する駆動信号を発生するための回
路であり、前記マルチプレクサ２１０３から入力される
画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ２１
０２より入力される制御信号にもとずいて動作するもの
である。

【０２１２】以上、各部の機能を説明したが、図２４に
例示した構成により、本表示装置においては多様な画像
情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル２
１００に表示する事が可能である。

【０２１３】すなわち、テレビジョン放送をはじめとす
る各種の画像信号はデコーダ２１０４において逆変換さ
れた後、マルチプレクサ２１０３において適宜選択さ
れ、駆動回路２１０１に入力される。一方、ディスプレ
イコントローラ２１０２は、表示する画像信号に応じて
駆動回路２１０１の動作を制御するための制御信号を発
生する。駆動回路２１０１は、上記画像信号と制御信号
にもとずいてディスプレイパネル２１００に駆動信号を
印加する。

【０２１４】これにより、ディスプレイパネル２１００
において画像が表示される。これらの一連の動作は、Ｃ
ＰＵ２１０６により統括的に制御される。

【０２１５】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ２１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路２１
０７およびＣＰＵ２１０６が関与することにより、単に
複数の画像情報の中から選択したものを表示するだけで
なく、表示する画像情報に対して、たとえば拡大、縮
小、回転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、
画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合
成、消去、接続、入れ換え、はめ込みなどをはじめとす
る画像編集を行う事も可能である。また、本実施形態の
説明では特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集
と同様に、音声情報に関しても処理や編集を行なうため
の専用回路を設けても良い。

【０２１６】したがって、本表示装置は、テレビジョン
放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像およ
び動画像を扱う画像編集機器、コンピュータの端末機
器、ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器、
ゲーム機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、
産業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０２１７】なお、上記図２４は、表面伝導型放出素子
を電子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた表示
装置の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限定さ
れるものでない事は言うまでもない。たとえば、図２４
の構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回
路は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使用目
的によってはさらに構成要素を追加しても良い。たとえ
ば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場合に
は、テレビカメラ、音声マイク、照明機、モデムを含む
送受信回路などを構成要素に追加するのが好適である。

【０２１８】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルが
容易に薄形化できるため、表示装置全体の奥行きを小さ
くすることが可能である。それに加えて、表面伝導型放
出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画
面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本
表示装置は臨場感にあふれ迫力に富んだ画像を視認性良
く表示する事が可能である。

【０２１９】

【発明の効果】本発明によれば、逆ガンマ補正などの非
線形な階調特性変換を出力データのｂｉｔ数を増やすこ
となしに行なっても、良好な階調表現が可能となる。

【０２２０】このことにより画像表示装置のハードウエ
ア規模を少なくすることができ、装置の低消費電力化、
ローコスト化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施形態における階調補正
部の構成図を示す。

【図２】中間調の発生パターン例を示す。

【図３】逆ガンマ補正テーブルの特性の一例を示す。

【図４】ガンマ補正特性の一例を示す。

【図５】第１の実施形態の効果を示す図である。

【図６】本発明による表面伝導型素子を用いた表示パネ
ルの駆動回路ブロック図を示す。

【図７】図６におけるタイミング図を示す。

【図８】表面伝導型素子を用いた表示パネルの発光特性
の一例である。

【図９】本発明による第３の実施形態における階調補正
部の構成図である。

【図１０】本発明による第４実施形態における階調補正
部の構成図である。

【図１１】本発明による第２実施形態における階調補正
部の構成例図である。

【図１２】本発明による第２実施形態における別の階調
補正部の構成例図である。

【図１３】本発明の実施形態による画像表示装置の表示
パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。

【図１４】本発明の実施形態による画像表示装置の表示
パネルのフェースパネルの蛍光体の配列を例示した平面
図である。

【図１５】本発明の実施形態による画像表示装置の表面
伝導型電子放出素子の平面図と断面図である。

【図１６】本発明の実施形態による表面伝導型電子放出
素子の製造工程を示す断面図である。

【図１７】本発明の実施形態による表面伝導型電子放出
素子の通電フォーミング処理の際の印加電圧波形図であ
る。

【図１８】本発明の実施形態による表面伝導型電子放出
素子の通電活性処理の際の印加電圧波形と放出電流の変
化波形図である。

【図１９】本発明の実施形態による垂直型の電子放出素
子の断面図である。

【図２０】本発明の実施形態による垂直型の表面伝導型
電子放出素子の製造工程を示す断面図である。

【図２１】本発明の実施形態による表面伝導型電子放出
素子の特性図である。

【図２２】本発明の実施形態によるマルチ電子ビーム源
の基板の平面図である。

【図２３】本発明の実施形態によるマルチ電子ビーム源
の基板の一部断面図である。

【図２４】本発明の実施形態による多機能画像表示装置
の回路ブロック図である。

【図２５】従来知られている表面伝導型電子放出素子の
外観図である。

【図２６】従来知られているＦＥ型電子放出素子の外観
図である。

【図２７】従来知られているＭＩＭ型電子放出素子の外
観図である。

【図２８】本発明の課題を発生する起因となる電子放出
素子の配線方法を説明する配線図である。

【符号の説明】

Ｃ１，Ｃ１０１Ｈ遅延素子Ｃ２，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ１１加算器Ｃ３，Ｃ４１画素分遅延素子Ｃ７ブロックメモリＣ８ディザテーブルＣ９逆ガンマ変換部Ｃ１２乗算器Ｃ１３，Ｃ１４テーブルＣ２１，Ｃ２２逆ガンマ変換部Ｃ２３減算器Ｃ２４，Ｃ３２，Ｃ３３１Ｈ遅延素子Ｃ２５，Ｃ２７，Ｃ２９，Ｃ３４加算器Ｃ２６，Ｃ２８１画素遅延素子Ｃ３０ブロックメモリＣ３１ディザテーブルＰ１ＮＴＳＣ／ＲＧＢ信号変換部Ｐ２タイミング発生器Ｐ３アナログ処理部Ｐ５ローパスフィルタ（ＬＰＦ）Ｐ６Ａ／Ｄ変換部Ｐ７階調特性変換部Ｐ１０ラインメモリＰ３０高圧電源部Ｐ１００２ＹシフトレジスタＰ１１０２ＸシフトレジスタＰ２０００表示パネル１００１基板１００２電子放出素子１００５リアプレート１００７フェースプレート１１０２，１１０３素子電極１１０４導電性薄膜１１０５電子放出部４００１電子放出素子４００２Ｘ方向配線４００３Ｙ方向配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の電子放出素子と該電子放出素子か
らの放出される電子ビームの照射により発光する発光体
により複数の画素を構成する表示部に入力信号に応じた
画像形成を行なうための画像形成装置であって、前記各電子放出素子からの電子ビーム強度を変調するこ
とにより中間調を表現し、前記複数の画素の集合を１単
位とし該単位毎に面積階調により中間調を表現する階調
制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、さらに入力される前記入力信号を異なる特性に変換
する特性変換部を有し、当該特性変換部の出力階調数を
前記特性変換部に入力される信号の階調数以下に減ら
し、かつ前記階調数以下に減らす際に生じる誤差分に応
じて面積階調による中間調表現が行われることを特徴と
する画像形成装置。
【請求項３】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、さらに入力される画像信号を異なる特性に変換し、
かつ出力階調数を前記入力される画像信号の階調数以下
に減らす特性変換手段と、前記複数の画素の集合単位毎に各画素に対応する入力信
号の強度データを累計する累積手段をさらに有し、その
累計値に応じて面積階調による中間調表現が行われるこ
とを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、さらに入力される画像信号を異なる特性に変換し、
かつ出力階調数を前記入力される画像信号の階調数以下
に減らす特性変換手段と、複数の画素の集合単位毎に各画素に対応する前記入力さ
れる画像信号の階調数を減じる際に生じる誤差分を累計
する累積手段をさらに有し、その累計値に応じて面積階
調による中間調表現が行われることを特徴とする画像形
成装置。
【請求項５】請求項２又は、３、４に記載の画像形成
装置において、前記入力される画像信号が変換される異
なる特性とは、原信号を陰極線管（ＣＲＴ）用にガンマ
補正した前記入力画像信号を原信号に復元する特性であ
ることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】請求項２又は、３、４に記載の画像形成
装置において、前記入力される画像信号が変換される異
なる特性とは、原信号を陰極線管（ＣＲＴ）用にガンマ
補正した前記入力画像信号を原信号に復元し、さらに復
元した前記原信号を前記電子ビーム強度対前記発光体の
蛍光体発光輝度の非線形性を補正する特性であることを
特徴とする画像形成装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の画
像形成装置において、前記電子放出素子が冷陰極素子で
あることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】請求項１〜６のいずれか１項に記載の画
像形成装置において、前記電子放出素子が表面伝導型電
子放出素子であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】入力輝度データを１Ｈ遅延する１Ｈ遅延
器と、前記入力輝度データをブロック毎に各画素成分を
加算する１画素遅延素子と第１の加算器と、前記１Ｈ遅
延器の出力を前記ブロック毎に各画素成分を加算する１
画素遅延素子と第２の加算器と、前記第１の加算器の出
力と前記第２の加算器の出力を加算する第３の加算器
と、前記１Ｈ遅延器の出力を逆ガンマ変換する逆ガンマ
変換器と、前記ブロック画素成分の加算結果にディザ変
換するディザテーブルと、前記逆ガンマ変換器の出力と
前記ディザテーブルの出力とを加算する加算器とからな
る階調補正部と、画像を表示する表示パネルと、前記階
調補正部を含む画像処理部とを備えたことを特徴とする
画像形成装置。
【請求項１０】入力輝度データを逆ガンマ変換する逆
ガンマ変換部と、前記入力輝度データを第２の逆ガンマ
変換する第２の逆ガンマ変換部と、前記逆ガンマ変換部
と前記第２の逆ガンマ変換部の各出力の差をとる減算器
と、前記減算結果をブロック毎に各画素成分を加算する
前記１Ｈ遅延器と１画素遅延素子と加算器と、前記ブロ
ック画素成分の加算結果にディザ変換するディザテーブ
ルと、前記逆ガンマ変換部の出力と前記ディザテーブル
の出力とを加算する加算器とからなる階調補正部と、画
像を表示する表示パネルと、前記階調補正部を含む画像
処理部とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】多数の電子放出素子と該電子放出素子
からの放出される電子ビームの照射により発光する発光
体により多数の画素を構成する表示部に入力画像信号に
応じた画像形成を行なう画像形成方法であって、前記各電子放出素子からの電子ビーム強度を変調するこ
とにより中間調を表現する階調制御手段と、前記複数の画素の集合を１単位として前記単位毎に面積
階調により中間調を表現する階調制御手段と、を有する
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の画像形成方法にお
いて、さらに前記入力画像信号を異なる特性に特性変換
部で変換し、かつ出力階調数を前記特性変換部に前記入
力される画像信号の階調数以下に減らし、前記減らす際に生じる誤差分に応じて面積階調による中
間調表現が行われることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１３】請求項１１に記載の画像形成方法にお
いて、さらに前記入力される画像信号を異なる特性に特
性変換部で変換し、かつ出力階調数を該変換部に入力さ
れる信号の階調数以下に減らし、前記複数の画素の集合単位毎に前記各画素に対応する入
力信号の強度データを累計し、その累計値に応じて面積
階調による中間調表現が行われることを特徴とする画像
形成方法。
【請求項１４】請求項１１に記載の画像形成方法にお
いて、さらに前記入力される画像信号を異なる特性に特
性変換部で変換し、かつ出力階調数を該変換部に前記入
力される画像信号の階調数以下に減らし、前記複数の画素の集合単位毎に各画素に対応する前記入
力画像信号の階調数を減じる際に生じる誤差分を累計
し、その累計値に応じて面積階調による中間調表現が行
われることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１５】請求項１２又は、１３、１４に記載の
画像形成方法において、前記入力される画像信号が変換
される異なる特性とは、前記入力画像信号を陰極線管
（ＣＲＴ）用にガンマ補正した前記入力画像信号を原信
号に復元する特性であることを特徴とする画像形成方
法。
【請求項１６】請求項１２又は、１３、１４に記載の
画像形成方法において、前記入力される画像信号が変換
される異なる特性とは、前記入力画像信号を陰極線管
（ＣＲＴ）用にガンマ補正した前記入力画像信号を前記
入力画像信号に復元し、さらに復元した前記原信号を前
記電子ビーム強度対蛍光体の発光輝度の非線形性を補正
する特性であることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１７】請求項１１〜１６のいずれか１項に記
載の画像形成方法において、前記電子放出素子が冷陰極
素子であることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１８】請求項１１〜１６のいずれか１項に記
載の画像形成方法において、前記電子放出素子が表面伝
導型電子放出素子であることを特徴とする画像形成方
法。