JP2000250467A

JP2000250467A - 画像形成装置及びその駆動方法

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Publication number: JP2000250467A
Application number: JP11047157A
Authority: JP
Inventors: Seiji Isono; 青児磯野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の電子放出素子により構成されるマルチ
電子ビーム源を順次選択しながら駆動するに際して、選
択していない電子放出素子を高抵抗化状態に保持するこ
とにより、当該電子放出素子に流れる無効電流を低減す
る画像形成装置及びその駆動方法の提供。【解決手段】画像形成装置の列方向駆動部は、所定の
１水平同期期間内の入力映像信号に相当する変調信号
（パルス）がｎ列目の素子まで出力された後であって、
次の１水平同期期間に移行する前のタイミングで、表示
パネル部に含まれる表面伝導型電子放出素子を高抵抗化
状態に遷移させる所定の高抵抗化パルス電圧を当該素子
に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像形成装置及び
その駆動方法に関し、例えば、複数の電子放出素子が設
けられた電子ビーム源を駆動することによって蛍光パネ
ルに画像を形成する画像形成装置及びその駆動方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては、大別
して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知
られている。冷陰極電子放出素子には、電界放出型（以
下、「ＦＥ型」という）、金属／絶縁層／金属型（以
下、「ＭＩＭ型」という）、並びに、表面伝導型電子放
出素子等がある。

【０００３】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎＰｙｓ．、１０、１２９０，（１９６５）
や、後述する他の例が知られている。

【０００４】表面伝導型電子放出素子は、基板上に小面
積の薄膜を形成し、その薄膜の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。この表面伝導型電子放出素子としては、前記エリン
ソン等によるＳｎＯ2薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：”ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”、９、３７１７（１９７２）］、Ｉｎ2
Ｏ3／ＳｎＯ2薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ
ａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”、５１９（１９７５）］、カー
ボン薄膜によるもの［荒木久他：真空、第２６巻、第
１号、２２頁（１９８３）］等が報告されている。

【０００５】これらの表面伝導型電子放出素子の素子構
成の典型的な例として、図３４に前述のＭ．Ｈａｒｔｗ
ｅｌｌらによる素子の平面図を示す。

【０００６】同図において、３００１は、基板である。
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、同図に示す
ようにＨ字形の平面形状に形成されている。この導電性
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、
０．１［ｍｍ］で設定されている。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、上述の表面伝導型電子放出素子においては、
電子放出を行う前に導電性薄膜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って電子放出部を形成す
るのが一般的である。即ち、通電フォーミングとは、所
定の通電処理を導電性薄膜に対して施すことにより、そ
の薄膜の一部に電子放出部を形成するものである。例え
ば、図３４においては、導電性薄膜３００４の両端に所
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、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３００
５を形成する。尚、局所的に破壊、変形、或いは変質し
た導電性薄膜３００４の一部には、亀裂が発生する。こ
の通電フォーミング処理後に、導電性薄膜３００４に適
宜の電圧を印加すると、前記亀裂付近において電子放出
が行われる。

【０００８】また、ＦＥ型の例は、例えば、Ｗ．Ｐ．Ｄ
ｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅ−ｌｄｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏ
ｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるい
は、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒ
ｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅ
ｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等が知ら
れている。

【０００９】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
３５に前述のＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらによる素子の断面
図を示す。

【００１０】同図において、３０１０は、基板である。
３０１１は、導電材料よりなるエミッタ配線である。３
０１２は、エミッタコーンである。３０１３は、絶縁層
である。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との間に適
宜の電圧を印加することにより、エミッタコーン３０１
２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は、図
３５のような積層構造ではなく、基板上に、その基板平
面とほぼ平行にエミッタとゲート電極とを配置した例も
ある。

【００１２】また、ＭＩＭ型の例としては、例えば、
Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕｎ
ｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等が知ら
れている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図３６の
断面図に示す。

【００１３】同図において、３０２０は基板である。３
０２１は、金属よりなる下電極である。３０２２は、厚
さ１００オングストローム程度の薄い絶縁層である。３
０２３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。ＭＩＭ型においては、上電極
３０２３と下電極３０２１と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。

【００１４】上述した各冷陰極素子は、熱陰極素子と比
較して低温で電子の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。従って、熱陰極素子よりも
構造が単純であり、微細な素子を作成することが可能で
ある。また、基板上に多数の素子を高い密度で配置して
も、基板の熱溶融等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。このため、冷陰極素子を各種工業
製品に応用する研究が盛んに行われている。

【００１５】例えば、表面伝導型の電子放出素子におい
ては、上述した冷陰極素子の中でも特に構造が単純であ
り、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、例えば本出願人
による特開昭６４−３１３３２号において開示されるよ
うに、基板上に多数配列した表面伝導型の電子放出素子
を適宜駆動する方法が研究されている。

【００１６】また、表面伝導型電子放出素子の応用につ
いては、例えば、画像表示装置、画像記録装置等の画像
形成装置、或いは、荷電ビーム源等が研究されている。

【００１７】特に、画像形成装置への応用としては、例
えば本出願人によるＵＳＰ５，０６６，８８３、特開平
２−２５７５５１号、或いは、特開平４−２８１３７号
等において開示されているように、複数の表面伝導型電
子放出素子と、それら素子から照射される電子ビームに
よって発光する蛍光体とを組み合わせてなる画像形成装
置が研究されている。このような表面伝導型電子放出素
子と蛍光体とを組み合わせてなる画像形成装置は、従来
の他の方式の画像形成装置よりも優れた特性が期待され
ている。例えば、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液晶表示デバイスを背照す
る、所謂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言える。

【００１８】また、ＦＥ型の冷陰極素子を多数個ならべ
て駆動する方法は、例えば本出願人によるＵＳＰ４，９
０４，８９５に開示されている。また、ＦＥ型を画像形
成装置に応用した例として、例えば、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：”ＲｅｃｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍ
ｅｎｔｏｎＭｉｃｒｏｔｉｐｓＤｉｓｐｌａｙ
ａｔＬＥＴＩ”，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔｏｆ４
ｔｈＩｎｔ．ＶａｃｕｕｍＭｉｃｒｏｅｌｅ−ｃ
ｔｒｏｎｉｃｓＣｏｎｆ．，Ｎａｇａｈａｍａ，ｐ
ｐ．６〜９（１９９１）］また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像形成装置に応用した
例は、例えば本出願人による特開平３−５５７３８号に
開示されている。

【００１９】本願出願人及び発明者らは、上記の従来技
術に記載した発明をはじめとして、さまざまな材料、製
法、構造の冷陰極素子を試みている。更に、多数の冷陰
極素子を配列したマルチ電子ビーム源、並びに、このマ
ルチ電子ビーム源を応用した画像形成装置について研究
を行っている。

【００２０】本願発明者らは、例えば、図３７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。即ち、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。

【００２１】同図において、４００１は、冷陰極素子を
模式的に示しており、４００２は行方向配線、４００３
は列方向配線である。行方向配線４００２及び列方向配
線４００３は、実際には有限の電気抵抗を有するもので
あるが、同図においては配線抵抗４００４及び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。

【００２２】尚、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これに限られるわけ
ではなく、例えば画像形成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。

【００２３】冷陰極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及び列方向配線４００３
に適宜の電気信号を印加する。例えば、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Ｖｎ
ｓを印加する。これと同期して列方向配線４００３に
は、電子ビームを出力するための駆動電圧Ｖｅを印加す
る。この方法によれば、配線抵抗４００４及び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。このと
き、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素子だけから所望の強度の電子
ビームが出力される。また、このとき列方向配線の各々
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。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。

【００２４】このように、冷陰極素子を単純マトリクス
配線したマルチ電子ビーム源は、いろいろな工業製品に
応用可能であり、例えば、画像情報に応じた電気信号を
適宜印加すれば、画像形成装置用の電子源として好適に
用いることができる。

【００２５】ここで、上記の表面伝導型電子放出素子の
基本的な特性について、図３を参照して説明する。

【００２６】図３は、表面伝導型電子放出素子の電圧・
電流特性を例示する図であり、当該素子に流れる電流
（以下、素子電流）Ｉｆと、当該素子に印加される電圧
（以下、素子電圧）Ｖｆとの関係を示している。

【００２７】このような特性を有する表面伝導型電子放
出素子においては、素子電圧Ｖｆに対して当該素子に流
れる素子電流Ｉｆは必ずしも一義的に定まるものではな
い。一般に、このような表面伝導型電子放出素子の電圧
・電流特性としては、大別して２つのタイプが知られて
いる。

【００２８】即ち、第１のタイプの電圧・電流特性にお
いては、素子電流Ｉｆは、素子電圧Ｖｆを０Ｖから増加
させるのに応じて一旦は増加するが、その後、素子電圧
Ｖｆを更に増加させると、素子電流Ｉｆは減少に転じ、
その後、素子電圧Ｖｆを更に増加させると、素子電流Ｉ
ｆは略一定値もしくは微増傾向を示すことになる。ま
た、第２のタイプの電圧・電流特性においては、素子電
圧Ｖｆを０［Ｖ］から増加させてゆくのに応じて、電流
Ｉｆも常に増加する特性を示す。以下の説明では、説明
の便宜上、上記の第１のタイプの電圧・電流特性を静特
性、第２のタイプを動特性と呼ぶことにする。

【００２９】図３に示される１点鎖線は、約１Ｖ／分以
下の電圧掃引スピードで表面伝導型電子放出素子に電圧
を印加したときに得られる静特性を示しており、素子電
圧Ｖｆが０ＶからＶ１の領域（第Ｉ領域）において、素
子電流Ｉｆは、素子電圧Ｖｆの増加に伴って単調に増加
し、電圧Ｖ１で極大値を採る。また、素子電圧ＶｆがＶ
１からＶ２の領域（第II領域）において、素子電流Ｉｆ
は、素子電圧Ｖｆの増加に伴って減少する、所謂、電圧
制御型負性抵抗（以下、ＶＣＮＲ：voltage controlled
nagative resistande）特性を示す。更に、素子電圧Ｖ
ｆがＶ２からＶｄの領域（第III領域）において、素子
電流Ｉｆは、電圧Ｖｆの増加に対してほとんど変化しな
い。ここで、電圧Ｖ２は、素子電流Ｉｆの減少曲線の接
線のうち、傾きが最大の接線におけるＶｆ軸切片であ
る。このような素子電圧Ｖｆと素子電流Ｉｆとの特性に
対して、当該素子から放出される放出電流Ｉｅは、図３
に太い実線で示すように、素子電圧Ｖｆの増加に伴っ
て、素子電圧Ｖｆ＝Ｖｅを電子の放出が開始されるしき
い値として増加する。

【００３０】また、図３に示される電流曲線Ｉｆ（Ｖ
ｄ）は、約１０Ｖ／秒以上の電圧掃引スピードで表面伝
導型電子放出素子に電圧を印加したときに得られる動特
性を示しており、素子電圧Ｖｆを０Ｖから最大電圧Ｖｄ
まで掃引した場合には、図３の電流曲線Ｉｆ（Ｖｄ）に
示すように、上記のしきい値電圧Ｖｅ付近から素子電流
Ｉｆが徐々に増加し、素子電圧Ｖｆ＝Ｖｄのときに静特
性の場合の素子電流Ｉｆと略一致する。

【００３１】また、約１０Ｖ／秒以下の電圧掃引スピー
ドで、素子電圧Ｖｆを０Ｖから最大電圧Ｖ２まで掃引し
た場合には、図３の電流曲線Ｉｆ（Ｖ２）に示すよう
に、素子電圧Ｖｆの増加に伴って素子電流Ｉｆが徐々に
増加し、素子電圧Ｖｆ＝Ｖ２のときに静特性の場合の素
子電流Ｉｆと略一致する。

【００３２】また、約１０Ｖ／秒以下の電圧掃引スピー
ドで、素子電圧Ｖｆの最大電圧を上記のＩ領域内（Ｖｆ
＜Ｖ２）の電圧Ｖｍで掃引したときには、図３に示され
る電流曲線Ｉｆ（Ｖｍ）の如く、静特性の場合の素子電
流Ｉｆの特性カーブ（１点鎖線）と略一致する。

【００３３】ここで、上述した素子電流Ｉｆ・素子電圧
Ｖｆ特性に関する静特性及び動特性は、表面伝導型電子
放出素子を構成する材料、素子形態等が異なることによ
り変化するが、良好な電子放出特性を有する表面伝導型
電子放出素子においては、図３に示した領域Ｉから領域
IIIに示すような特性を一般的に有すると言える。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような特性を有する複数の表面伝導型電子放出素子を単
純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源を駆動する場
合には、それらの素子のうち、電子線を放出していない
休止状態の素子にも大きな電流が流れることによって消
費電力が増大したり、マトリクス配線が有する配線抵抗
に起因して当該複数の素子に印加される電圧分布に差異
が生じるという問題が有る。この問題を、図３８から図
４０を参照して説明する。

【００３５】図３８は、６×６個の表面伝導型電子放出
素子が単純マトリクス状に配線された状態を示す図であ
り、それぞれの素子には、Ｄ（１，１）、Ｄ（１，
２）、・・・、Ｄ（６，６）なる名称によって区別して
いる。ここでは、当該複数を素子を素子電圧Ｖｆとして
電位差１４Ｖで駆動するものとし、７Ｖの電圧が印加さ
れた素子からは、図３を参照して説明した一般的な表面
伝導型電子放出素子の電圧・電流特性により、電子線は
放出されないものとする。更に、このような単純マトリ
クス状に配線された複数の表面伝導型電子放出素子（マ
ルチ電子ビーム源）に蛍光パネルを対向させて配設し、
当該複数の素子に素子電圧Ｖｆを適宜印加することによ
って線順次走査を行えば、その蛍光パネル上に画像を形
成することができる。つまり、図３８に示すマルチ電子
ビーム源において、信号線側のＸ１、Ｘ２、・・・、Ｘ
６に＋７Ｖの電圧を印加し、走査側のＹ１、Ｙ２、・・
・、Ｙ６に−７Ｖの電圧を印加して走査を行う、即ち当
該マルチ電子ビーム源を構成する所望の素子に１４Ｖの
素子電圧Ｖｆを印加することによって駆動することによ
り、図３８には不図示の蛍光パネルに画像（パターン）
を形成することができる。

【００３６】図３９は、マルチ電子ビーム源に対向して
配設された蛍光パネルにおける表示例を示す図であり、
素子電圧Ｖｆを上記の１４Ｖとして同図に示す表示パタ
ーンを実現するためには、図４０に示すタイミングで当
該マルチ電子ビーム源の各端子に電圧を印加する必要が
有る。しかしながら、同図に示すタイミングで各端子に
電圧を印加する場合、行方向配線Ｙ１からＹ６は−７Ｖ
で順次走査されるため、当該６×６個の素子には、電子
線を放出する必要が無いときにも、その素子が接続され
た行方向配線の走査が行われる度に−７Ｖの電圧が印加
されてしまう。このとき、電子線を放出する必要が無い
素子には無効電流が流れる。この無効電流は、マルチ電
子ビーム源の規模が大きくなればなるほど無視できない
問題となる。

【００３７】図３に示す特性を有する一般的な表面伝導
型電子放出素子においては、降電圧レート１０Ｖ／ｓｅ
ｃ以上の電圧パルスを印加すると、同図の領域Ｉから領
域IIIに示す電圧・電流の静特性とは異なる高抵抗状態
に遷移する。ここで、高抵抗状態とは、表面伝導型電子
放出素子が有限時間の間、前記動特性に沿った電圧・電
流特性に従う状態をいう。

【００３８】図３に示す電圧・電流特性を有する表面伝
導型放出素子に対して、波高値Ｖｄ、降電圧レート１０
Ｖ／ｓｅｃ以上の電圧パルスを印加した直後には、当該
素子の電圧・電流特性は、図３に曲線Ｉｆ（Ｖｄ）で示
すような高抵抗状態を示す。また、このように高抵抗状
態に遷移した後でも、当該素子に対して素子電圧Ｖｆと
して電圧Ｖｄを印加することにより、当該素子からは放
出電流Ｉｓを得ることが可能である。

【００３９】また、図３に示す曲線Ｉｆ（Ｖｄ）の特性
から明らかなように、動特性の場合には、当該素子に対
してしきい値電圧Ｖｅ以下の電圧を印加したとしても、
１点鎖線で示す静特性の場合と比較して、素子電流Ｉｆ
は大幅に低減される。

【００４０】このような高抵抗状態は、上記の電圧パル
スの印加後に有限時間にわたって保持されるが、その後
は再び、図３の１点鎖線で示される静特性の電圧・電流
特性に戻ってしまうため、素子電流Ｉｆが増加してしま
うため、このような素子を複数配設したマルチ電子ビー
ム源によって画像形成装置を構成した場合には、上述し
た消費電力の増大や電圧分布の差異といった不具合の原
因となる。このため、係るマルチ電子ビーム源によって
電子線を最適に放出させ、蛍光パネルに良好な画像を形
成するためには、所望する期間にわたって表面伝導型電
子放出素子の高抵抗状態を保持する必要がある。

【００４１】そこで本発明は、複数の電子放出素子によ
り構成されるマルチ電子ビーム源を順次選択しながら駆
動するに際して、選択していない電子放出素子を高抵抗
化状態に保持することにより、当該電子放出素子に流れ
る無効電流を低減する画像形成装置及びその駆動方法の
提供を目的とする。

【００４２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る画像形成装置は、以下の構成を特徴と
する。

【００４３】即ち、複数の行方向配線と列方向配線とに
よって接続された複数の電子放出素子を備える表示パネ
ルに画像を形成する画像形成装置であって、前記複数の
行方向配線を順次選択しながら走査すると共に、選択し
た行方向配線に接続されている複数の電子放出素子に
は、前記複数の列方向配線を介して入力映像信号に応じ
た変調信号を印加することによって駆動するときに、非
選択の電子放出素子を所定の高抵抗状態に移行させる駆
動回路を備えることを特徴とする。

【００４４】また、例えば前記駆動回路は、所定の１同
期期間毎に、その期間内であって前記変調信号を出力し
た後の所定の期間に、前記非選択の電子放出素子を所定
の高抵抗状態に移行させるとよい。

【００４５】また、例えば前記駆動回路は、前記非選択
の電子放出素子を所定の高抵抗化状態に移行させるに際
して、前記表示パネルに１フレームの画像を形成する度
に、前記複数の列方向配線のうち複数本の列方向配線ず
つ移行させるとよい。

【００４６】また、例えば前記駆動回路は、前記電子放
出素子を流れる電流が極大値を取る所定の電圧値より大
きな波高値を有する電圧パルスにより、前記非選択の電
子放出素子を所定の高抵抗化状態に移行させるとよい。

【００４７】また、上記の目的を達成するため、本発明
に係る画像形成装置の駆動方法は、以下の構成を特徴と
する。

【００４８】即ち、複数の行方向配線と列方向配線とに
よって接続された複数の電子放出素子を備える表示パネ
ルに画像を形成する画像形成装置の駆動方法であって、
前記複数の行方向配線を順次選択しながら走査すると共
に、選択した行方向配線に接続されている複数の電子放
出素子には、前記複数の列方向配線を介して入力映像信
号に応じた変調信号を印加することによって駆動すると
きに、非選択の電子放出素子は、所定の高抵抗状態に移
行させることを特徴とする。

【００４９】尚、上記の何れの装置構成及び駆動方法に
おいても、列方向配線を順次走査し、前記変調信号は行
方向配線を介して印加するように構成してもよい。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像形成装置
について説明する。以下の説明においては、まず、画像
形成装置の全体構成及びその制御処理について説明し、
次に、当該画像形成装置に適用可能な表示パネルの構造
及び製造方法について説明する。

【００５１】［第１の実施形態］図１は、本発明の第１
の実施形態としての画像形成装置の全体構成を示すブロ
ック図である。

【００５２】図１において、１は、外部装置より映像信
号を入力する映像信号入力端子である。２は、一般的な
手法により、入力映像信号の黒レベルクランプや振幅レ
ベル調整、そして帯域制限等を行うアナログ信号処理部
である。３は、アナログ信号処理部２から出力される映
像アナログ輝度信号を、所定の階調数で、即ち所定の１
水平同期期間当たりｎ（ｎは自然数）個のシリアルデジ
タル信号にデジタイズするアナログ／デジタル（Ａ／
Ｄ）変換部である。４は、入力映像信号に含まれる同期
信号を、一般的な手法によって分離する同期分離部であ
る。５は、同期分離部４から出力される同期信号に基づ
いて、Ａ／Ｄ変換部３等のブロックの動作に必要な所定
のタイミング信号を供給するタイミング発生部である。

【００５３】６は、Ａ／Ｄ部３から出力されるシリアル
デジタル信号（デジタル多値画像データ）を、パラレル
データに変換する一般的な水平シフトレジスタ部であ
る。本実施形態において、水平シフトレジスタ部６から
出力される映像データは、ラインメモリ７に一時的に保
持される。また、ラインメモリ７に格納された映像デー
タは、タイミング発生部５から入力される制御信号に従
って列配線駆動部１１に出力される。

【００５４】９は、表示パネル部１０のｍ行の行方向配
線を駆動する行配線駆動部であり、対応する行方向配線
への直流電圧バイアスＶｓの印加、或いは接地を選択す
るスイッチを、各行方向配線毎に備える。表示パネル部
１０の行方向配線は、垂直シフトレジスタ７からの出力
信号に従って当該行方向配線に直流電圧バイアスＶｓを
順次印加する行配線駆動部９により、１行ずつ走査され
る。

【００５５】そして１０は、ｍ×ｎ（ｍ、ｎは自然数）
の行方向配線と列方向配線とがマトリックス状に配線さ
れ、上述した図３の素子電圧−放出電流特性を有する表
面伝導型放出素子を複数配設された表示パネル部であ
る。本実施形態において、表示パネル部１０は、行方向
配線及び列方向配線の交差位置の近傍に表面伝導型放出
素子をそれぞれ有しており、１走査ラインの入力映像信
号に相当する映像データは、１列の列配線を順次走査す
ることにより表示する。

【００５６】１１は、表示パネル部１０のｎ列の列方向
配線を駆動する列配線駆動部であり、列方向配線に電圧
を印加する電圧源１１−１、その電圧源のオン／オフを
切り替えるスイッチ素子１１−２、そのスイッチ素子の
オン／オフを切り替える輝度データに応じたパルス幅の
パルス信号を生成するパルス幅変調（ＰＷＭ）ジェネレ
ータ１１−３、表示パネル部１０に含まれる表面伝導型
電子放出素子を図３を参照して上述した高抵抗化状態に
移行させる高抵抗化パルスを発生する電源１１−４、駆
動する表面伝導型電子放出素子に発生する電圧を定格以
下にするダイオード（電圧リミッタ回路）１１−５、そ
して高抵抗化パルス電源１１−４及びダイオード１１−
５の出力を切り替えるスイッチ１１−６を、各列毎に備
える。

【００５７】また、個々のスイッチ１１−６は、高抵抗
化パルス電源１１−４側への接続が可能なスイッチ１１
−６−２と、ダイオード１１−５側への接続が可能なス
イッチ１１−６−１とを有する。

【００５８】本実施形態において、高抵抗化パルス電源
１１−４の出力は、降電圧レートが１０Ｖ／ｓｅｃ以上
である台形形状の電圧パルスである。この台形形状の電
圧パルスには、所定の階調数に対して１階調以下に相当
する大きさのパルスを設定する。本実施形態では、当該
電圧パルスを当該１階調以下に相当する大きさに設定し
ているため、入力映像信号が表わす画像を表示パネル部
１０に形成したときに実際に形成される画像には影響を
与えることはない。また、当該電圧パルスの大きさとし
ては、黒レベルを少し浮かせて、１階調以上とすること
もできる。

【００５９】以下、図１に示す装置構成を有する画像形
成装置の各部における動作について説明する。

【００６０】図２は、本発明の第１の実施形態としての
画像形成装置の各部における信号波形を示すタイミング
チャートである。

【００６１】本実施形態に係る画像形成装置において、
表示パネル部１０に含まれる表面伝導型電子放出素子を
高抵抗化状態に遷移させるときには、図２に示すよう
に、高抵抗化パルス電源１１−４側を選択するスイッチ
１１−６−２がオンになり、ダイオード１１−５側を選
択するスイッチ１１−６−１がオフになり、当該素子に
台形形状の電圧パルスを印加することができる。一方、
ＰＷＭジェネレータ１１−３から変調信号が出力されて
いるときは、スイッチ１１−６−２がオフになり、スイ
ッチ１１−６−１がオンになり、当該素子に映像データ
に応じた変調信号を出力することができる。これらスイ
ッチ１１−２及びスイッチ１１−６の切り替え操作は、
タイミング発生部５からの制御信号によって行われる。

【００６２】高抵抗化パルス電源１１−４から所定の高
抵抗化パルスを印加するタイミングは、図２に示すよう
に、所定の１水平同期期間内の入力映像信号に相当する
変調信号（パルス）がｎ列目の素子まで出力された後で
あって、次の１水平同期期間に移行する前のタイミング
である。

【００６３】尚、本実施形態では、１水平同期期間中に
高抵抗化パルスを１つ印加したが、当該パルスを１垂直
同期期間中に印加する構成としてもよい（以下に説明す
る各実施形態についても同様である）。

【００６４】また、本実施形態では、高抵抗化パルスと
して台形波を採用したが、これに限定されるものではな
く、降電圧レートが１０Ｖ／ｓｅｃ以上で有れば波形形
状には特に制限はなく、例えば矩形波、三角波、或いは
正弦波等を採用してもよい（以下に説明する各実施形態
についても同様である）。

【００６５】このように、上述した本実施形態によれ
ば、複数の表面伝導型電子放出素子により構成されるマ
ルチ電子ビーム源を順次選択しながら駆動するに際し
て、選択していない列の電子放出素子には高抵抗化パル
スを印加して高抵抗化状態に保持することにより、当該
電子放出素子に流れる無効電流を低減することができ、
画像形成装置としての消費電力を低減することができ
る。

【００６６】［第２の実施形態］本実施形態では、上述
した第１の実施形態における画像形成装置の装置構成
（図１）を基本として、異なる駆動方法を採用する場合
について説明する。このため、以下の説明においては、
重複する説明は省略し、本実施形態における特徴的な部
分を中心に説明する。

【００６７】図４は、本発明の第２の実施形態としての
画像形成装置の全体構成を示すブロック図であり、図１
の場合と異なるのは、電圧駆動形の列配線駆動部１１の
代わりに、電流駆動形の列配線駆動部１２を備える点が
異なる。

【００６８】即ち、列配線駆動部１２は、列方向配線に
電流を印加する電流源１２−１、その電流源のオン／オ
フを切り替えるスイッチ素子１２−２、そのスイッチ素
子のオン／オフを切り替える輝度データに応じたパルス
幅のパルス信号を生成するパルス幅変調（ＰＷＭ）ジェ
ネレータ１２−３、表示パネル部１０に含まれる表面伝
導型電子放出素子を図３を参照して上述した高抵抗化状
態に移行させる高抵抗化パルスを発生する電源１２−
４、駆動する表面伝導型電子放出素子に発生する電圧を
定格以下にするダイオード（電圧リミッタ回路）１２−
５、そして高抵抗化パルス電源１２−４及びダイオード
１２−５の出力を切り替えるスイッチ１２−６を、各列
毎に備える。

【００６９】また、個々のスイッチ１２−６は、高抵抗
化パルス電源１２−４側への接続が可能なスイッチ１２
−６−２と、ダイオード１２−５側への接続が可能なス
イッチ１２−６−１とを有する。

【００７０】このような装置構成を有する画像形成装置
において、第１の実施形態の場合と同様なタイミングで
スイッチ１２−６を切り替えることにより、第１の実施
形態で説明した画像形成装置による効果と同様な効果を
得ることができる。

【００７１】［第３の実施形態］本実施形態では、上述
した第１の実施形態における画像形成装置の装置構成
（図１）を基本として、異なる駆動方法を採用する場合
について説明する。このため、以下の説明においては、
重複する説明は省略し、本実施形態における特徴的な部
分を中心に説明する。

【００７２】図５は、本発明の第３の実施形態としての
画像形成装置の全体構成を示すブロック図である。ま
た、図６は、本発明の第３の実施形態としての画像形成
装置の各部における信号波形を示すタイミングチャート
である。

【００７３】本実施形態において、図１の場合と異なる
のは、ＰＷＭジェネレータ１１−３を有する電圧駆動形
の列配線駆動部１１の代わりに、ラインメモリ７からの
輝度データを直接映像信号としての電圧パルス信号に変
換する電圧駆動形の列配線駆動部１３を備える点が異な
る。

【００７４】即ち、列配線駆動部１３は、列方向配線の
選択／非選択を切り替えるスイッチ素子１３−２、輝度
データに比例した電圧を出力するＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換
器）１３−３、表示パネル部１０に含まれる表面伝導型
電子放出素子を図３を参照して上述した高抵抗化状態に
移行させる高抵抗化パルスを発生する電源１３−４、駆
動する表面伝導型電子放出素子に発生する電圧を定格以
下にするダイオード（電圧リミッタ回路）１３−５、そ
して高抵抗化パルス電源１３−４及びダイオード１３−
５の出力を切り替えるスイッチ１３−６を、各列毎に備
える。

【００７５】また、個々のスイッチ１３−６は、高抵抗
化パルス電源１３−４側への接続が可能なスイッチ１３
−６−２と、ダイオード１３−５側への接続が可能なス
イッチ１３−６−１とを有する。

【００７６】このような装置構成を有する画像形成装置
において、第１の実施形態の場合と同様なタイミングで
スイッチ１３−６を切り替える。このとき、列配線駆動
部１３から１水平同期期間に各列に出力される電圧パル
スは、図６に示すように、時間的な長さを同じとしなが
らも、入力映像信号に応じて電圧値が異なるパルスとな
る点が第１の実施形態に係る図２のタイミングチャート
と異なる。しかしながら、本実施形態においても、第１
の実施形態と同様なタイミングで高抵抗化パルス電源１
３−４が出力する台形パルスにより、選択していない列
の電子放出素子には高抵抗化パルスを印加して高抵抗化
状態に保持することにより、当該電子放出素子に流れる
無効電流を低減することができ、画像形成装置としての
消費電力を低減することができる。

【００７７】尚、本実施形態では、ＤＡＣ１３−３から
輝度データに比例した電圧を出力したが、輝度データに
比例した電流を出力する構成を採用してもよい。

【００７８】［第４の実施形態］本実施形態では、上述
した第１の実施形態における画像形成装置の装置構成
（図１）を採用すると共に、異なる駆動方法を採用する
場合について説明する。このため、以下の説明において
は、重複する説明は省略し、本実施形態における特徴的
な部分を中心に説明する。

【００７９】図７は、本発明の第４の実施形態としての
画像形成装置における高抵抗化の方法を説明する図であ
る。また、図８は、本発明の第４の実施形態としての画
像形成装置の各部における信号波形を示すタイミングチ
ャートである。

【００８０】本実施形態に係る列配線駆動部１１は、表
示パネル部１０の駆動を行うに際して、高抵抗化パルス
を、図７に示す所定のエリア毎に分割して出力ことを特
徴としており、入力映像信号の所定の１垂直同期期間毎
に、その分割した１つのエリアに含まれる複数の列方向
配線に順次高抵抗パルスを印加する。ここでは、当該１
垂直同期期間を１フレームとしている。

【００８１】即ち、本実施形態では、図７に示すよう
に、マルチ電子ビーム源の列方向配線間の配線抵抗に起
因する電圧降下によって表示画像に悪影響が生じない程
度に、表示パネル部１０の全表示エリアを予め列方向に
Ｌ（Ｌは自然数：Ｌ×ｋ＝ｎ）分割し、１フレーム分の
画像を表示するときに、その分割したエリア（高抵抗化
エリア）に含まれるｋ列の列方向配線に対して、１本の
行方向配線毎に高抵抗化パルスを印加する。この動作を
第１フレームから第Ｌフレームまで１フレーム分の画像
を表示する度に１つの高抵抗化エリアに対して順次施
す。

【００８２】また、１フレーム分の画像を表示するに際
して、ｋ列の列方向配線にそれぞれ高抵抗化パルスを印
加するタイミングは、図８に示すように、例えば、第１
フレームを表示する場合、１水平同期期間において、第
１列から第ｋ列までの列方向配線に映像信号の電圧パル
スがそれぞれ印加された後であって次の１水平同期期間
に移行する前に、上述した実施形態と同様に１階調以下
の台形形状の電圧パルスを印加する。このとき、（ｋ＋
１）列以降の他の列方向配線には、高抵抗化パルスは印
加しない。同様に、第２フレームを表示する場合には、
（ｋ＋１）列から２ｋ列までの列方向配線に高抵抗化パ
ルスを印加するが、その他の列方向配線には当該パルス
は印加しない。そして、このような動作を第Ｌフレーム
まで行う。

【００８３】このような装置構成を有する画像形成装置
において、第１の実施形態の場合と同様なタイミングで
スイッチ１１−６を切り替えることにより、第１の実施
形態で説明した画像形成装置による効果と同様な効果を
得ることができる。特に、上述した本実施形態における
駆動方法は、表示パネル部１０の大画面化に伴って行配
線駆動部１１に接続されている行方向配線の配線抵抗が
大きいとき程、それら配線間の電圧分布に差異が生じる
ことを防止するのに有効である。

【００８４】尚、本実施形態では図１に示す装置構成を
採用したが、他の実施形態における装置構成を採用して
もよい。

【００８５】［第５の実施形態］本実施形態では、上述
した第３の実施形態における画像形成装置の装置構成
（図５）を基本として、異なる駆動方法を採用する場合
について説明する。このため、以下の説明においては、
重複する説明は省略し、本実施形態における特徴的な部
分を中心に説明する。

【００８６】図９は、本発明の第５の実施形態としての
画像形成装置の全体構成を示すブロック図であり、各部
位における動作のタイミングチャートは、第３の実施形
態における図６のタイミングチャートと同様である。

【００８７】本実施形態に係る画像形成装置は、第３の
実施形態における列配線駆動部１３の代わりに、列配線
駆動部１４を備える点が異なる。

【００８８】即ち、列配線駆動部１４は、列方向配線の
選択／非選択を切り替えるスイッチ素子１４−２、輝度
データに比例した電圧を出力するＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換
器）１４−３、表示パネル部１０に含まれる表面伝導型
電子放出素子を図３を参照して上述した高抵抗化状態に
移行させる高抵抗化パルスを発生する電源１４−４、駆
動する表面伝導型電子放出素子に発生する電圧を定格以
下にするダイオード（電圧リミッタ回路）１４−５、そ
して高抵抗化パルス電源１４−４の出力をオン・オフを
行うスイッチ１５−６を、各列毎に備える。

【００８９】また、列配線駆動部１４から１水平同期期
間に各列に出力される電圧パルスは、図６に示すよう
に、時間的な長さを同じとしながらも、入力映像信号に
応じて電圧値が異なるパルスである。

【００９０】このような装置構成を有する画像形成装置
において、スイッチ１４−２及びスイッチ１４−６を切
り替える。即ち、表示パネル部１０に含まれる表面伝導
型電子放出素子を高抵抗化状態に遷移させるときには、
スイッチ１４−６がオンになり、ダイオード１４−５の
電圧値Ｖｍが高抵抗化パルス電源１４−４の出力電圧よ
り大きくなる。また、このときスイッチ１４−２は、オ
ープンであってＤＡＣ１４−３からの変調信号は入力さ
れない。一方、変調信号の出力期間中には、スイッチ１
４−６がオフとなり、ダイオード１４−５の電圧値Ｖｍ
が電子放出素子を保護可能な所定の電圧値になる。ま
た、このときスイッチ１４−２はクローズしており、Ｄ
ＡＣ１４−３からの変調信号が列方向配線に流れる。本
実施形態において、スイッチ１４−２は、変調信号の出
力期間中以外は接地される。

【００９１】本実施形態においても、選択していない列
の電子放出素子には高抵抗化パルスを印加して高抵抗化
状態に保持することにより、当該電子放出素子に流れる
無効電流を低減することができ、画像形成装置としての
消費電力を低減することができる。

【００９２】尚、上述した各実施形態においては、１水
平同期期間中もしくは１垂直同期期間中に所定の高抵抗
化パルスを印加する制御動作として説明したが、高抵抗
化パルスの印加時期はこれに限定されることなく、画像
形成装置の電源投入時もしくは電源オフ時、もしくは、
ある高抵抗化時間に印加してもよい。また、画像形成装
置内に備える高抵抗化パルス電源によって高抵抗化パル
スを印加するのではなく、外部装置から入力するように
構成してもよい。

【００９３】次に、上述した各実施形態に係る画像形成
装置に適用可能な表示パネルについて説明する。

【００９４】（表示パネルの構成と製造法）まず、本発
明に係る画像形成装置に適用可能な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。

【００９５】図１０は、本発明に適用可能な表示パネル
の斜視図であり、上述した各実施形態における表示パネ
ル１０に相当する。同図に示す表示パネルは、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。

【００９６】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、これらリ
アプレート１００５からフェースプレート１００７の構
造により、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。

【００９７】この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べ
く、封着する必要があるが、例えばフリットガラスを接
合部に塗布し、その接合部分を、大気中、或いは窒素雰
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する。この気密容器の内部を、真
空に排気する方法については後述する。

【００９８】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個×Ｍ個形成されている。但し、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。例えば、高品位テレビジョンの表示を目的
とした画像形成装置においては、Ｎ＝３０００，Ｍ＝１
０００以上の数を設定することが望ましい。本実施例に
おいては、Ｎ＝３０７２，Ｍ＝１０２４とした。

【００９９】これらＮ個×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とによ
り単純マトリクス配線されている。以下、上述した基板
１００１、冷陰極素子１００２、Ｍ本の行方向配線１０
０３、並びにＮ本の列方向配線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。尚、マルチ電
子ビーム源の製造方法や構造については、後述する。

【０１００】本実施例においては、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１００
１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１００
１自体を用いてもよい。

【０１０１】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。本実施例に係る
画像形成装置はカラー表示装置であるため、蛍光膜１０
０８の部分にはＣＲＴ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、例えば図１１に示すようにストライプ状に塗り分け
られ、それら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ことや、外光の反射
を防止して表示する画像のコントラストの低下を防ぐこ
と、そして、電子ビームによる蛍光膜のチャージアップ
を防止すること等である。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。

【０１０２】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は図１
１に示したストライプ状の配列に限られるものではな
く、例えば図１２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。

【０１０３】尚、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。

【０１０４】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の利
用率を向上させることや、負イオンの衝突から蛍光膜１
００８を保護することや、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ことや、蛍光膜１００８
を励起した電子の導電路として作用させること等であ
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。尚、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。

【０１０５】また、本実施例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、
例えばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。

【０１０６】また、Ｄx1〜Ｄxm及びＤy1〜Ｄyn及び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１００
３、Ｄy1〜Ｄynはマルチ電子ビーム源の列方向配線１０
０４と電気的に接続している。また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。

【０１０７】また、気密容器の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［Ｔ
ｏｒｒ］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、或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。ここで、ゲッター膜と
は、例えばＢａを主成分とするゲッター材料をヒーター
もしくは高周波加熱により加熱蒸着することによって形
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。

【０１０８】以上、本実施例における表示パネルの基本
構成と製法を説明した。

【０１０９】次に、上述した図１０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。

【０１１０】後述する画像形成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或いは製法に制限
はない。従って、例えば表面伝導型放出素子やＦＥ型、
或いはＭＩＭ型等の冷陰極素子を用いることができる。

【０１１１】但し、表示画面が大きくてしかも安価な画
像形成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。
即ち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極との相対
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。従って大面積化や製
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とを薄くてし
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。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、本願
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。従って、高輝度で大画面の画像形
成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、本実施例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る。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及び特
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。

【０１１２】（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種類が挙げられる。

【０１１３】（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。

【０１１４】図１３は、本発明に適用可能な平面型の表
面伝導型放出素子の構成を説明する平面図である。ま
た、図１４は、本発明に適用可能な平面型の表面伝導型
放出素子の構成を説明する断面図である。

【０１１５】図１３及び図１４において、１１０１は基
板、１１０２と１１０３は素子電極、１１０４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。

【０１１６】基板１１０１としては、例えば、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、或いは上述の
各種基板上に例えばＳｉＯ2 を材料とする絶縁層を積層
した基板、等を用いることができる。

【０１１７】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。例えば、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，
Ａｇ等をはじめとする金属、或いはこれらの金属の合
金、或いはＩｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 をはじめとする金属酸
化物、ポリシリコン等の半導体、等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、例えば真
空蒸着等の製膜技術とフォトリソグラフィー、エッチン
グ等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（例えば印刷技術）を用
いて形成してもよい。

【０１１８】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の範囲から適当な数値を選んで
設計されるが、なかでも画像形成装置に応用するために
好ましいのは数マイクロメータ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の範
囲から適当な数値が選ばれる。

【０１１９】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、或いは微粒
子が互いに隣接した構造か、或いは微粒子が互いに重な
り合った構造が観測される。

【０１２０】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。即ち、素子電極１１０２
或いは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、等である。

【０１２１】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内で設定するが、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。

【０１２２】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、例えば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ，等をはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓｎ
Ｏ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2 Ｏ3 ，等をはじめと
する酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，ＣｅＢ
6 ，ＹＢ4 ，ＧｄＢ4 ，等をはじめとする硼化物や、Ｔ
ｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，等をは
じめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，等をは
じめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，等をはじめとする半
導体や、カーボン、等が挙げられ、これらの中から適宜
選択される。

【０１２３】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、そのシート抵抗値については、
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。

【０１２４】尚、導電性薄膜１１０４と素子電極１１０
２及び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１３及び図１４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よい。

【０１２５】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。尚、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１３及び図１４においては模式的に示した。

【０１２６】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及びその近
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。

【０１２７】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
とするのが更に好ましい。

【０１２８】尚、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１３及び図１４におい
ては模式的に示した。また、図１３の平面図において
は、薄膜１１１３の一部を除去した素子を図示した。

【０１２９】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、本実施例においては以下のような素子を用いた。

【０１３０】即ち、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］とした。

【０１３１】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。

【０１３２】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。図１５から図１９は、本
発明に適用可能な平面型の表面伝導型放出素子の製造工
程を説明する断面図であり、各図面における部材の参照
番号は、図１３及び図１４と同一である。

【０１３３】１）まず、図１５に示すように、基板１１
０１上に素子電極１１０２及び１１０３を形成する。形
成するにあたっては、あらかじめ基板１１０１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。ここで、堆積する方法としては、例え
ば、蒸着法やスパッタ法等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、図１５に
示した一対の素子電極（１１０２と１１０３）を形成す
る。

【０１３４】２）次に、図１６に示すように、導電性薄
膜１１０４を形成する。形成するにあたっては、まず図
１５に示した状態の基板に、有機金属溶液を塗布して乾
燥し、その乾燥した基板を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、本実施例
では主要元素としてＰｄを用いた。また、本実施例で
は、塗布方法として、ディッピング法を用いたが、それ
以外の例えばスピンナー法やスプレー法を用いてもよ
い。

【０１３５】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、本実施例で用いた有機金属溶液の塗布
による方法以外の、例えば真空蒸着法やスパッタ法、或
いは化学的気相堆積法等を用いる場合もある。

【０１３６】３）次に、図１７に示すように、フォーミ
ング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１０３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。

【０１３７】ここで、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（即ち、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。
尚、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。

【０１３８】通電方法をより詳しく説明するために、図
２０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、本実施例の場合には、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
するためのモニタパルス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。

【０１３９】本実施例においては、例えば１０のマイナ
ス５乗［ｔｏｒｒ］程度の真空雰囲気下において、例え
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
る度に１回の割りで、モニタパルス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、即ちモニタパル
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。

【０１４０】尚、上記の方法は、本実施例の表面伝導型
放出素子に関する好ましい方法であり、例えば微粒子膜
の材料や膜厚、或いは素子電極間隔Ｌ等表面伝導型放出
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。

【０１４１】４）次に、図１８に示すように、活性化用
電源１１１２から素子電極１１０２と１１０３との間に
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。

【０１４２】ここで、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１８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。尚、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。

【０１４３】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。

【０１４４】通電方法をより詳しく説明するために、図
２１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。本実施例においては、所定の電圧の
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。尚、上述の通電条件は、本実施例の表面伝
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。

【０１４５】図１８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及び電流計１１
１６が接続されている。尚、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。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２２に示す。同図において、活性化電源１１１２
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。

【０１４６】尚、上述の通電条件は、本実施例の表面伝
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。

【０１４７】以上のようにして、図１９に示す平面型の
表面伝導型放出素子を製造した。

【０１４８】（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、即ち垂直
型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。

【０１４９】図２３は、本発明に適用可能な垂直型の表
面伝導型放出素子の基本構成を説明するための模式的な
断面図である。

【０１５０】図中、１２０１は基板、１２０２と１２０
３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、１２１３は通電活性
化処理により形成した薄膜、である。

【０１５１】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。従
って、図１３及び図１４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
Ｌｓとして設定される。尚、基板１２０１、素子電極１
２０２及び１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２
０４、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、例えばＳｉＯ2 のような電気的に絶縁性
の材料を用いる。

【０１５２】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。

【０１５３】図２４から図２９は、本発明に適用可能な
垂直型の表面伝導型放出素子の製法工程を説明する断面
図であり、各図面における部材の参照番号は、図２３と
同一である。

【０１５４】１）まず、図２４に示すように、基板１２
０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１５５】２）次に、図２５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、例
えばＳｉＯ2 をスパッタ法で積層すればよいが、例えば
真空蒸着法や印刷法等の他の成膜方法を用いてもよい。

【０１５６】３）次に、図２６に示すように、絶縁層の
上に素子電極１２０２を形成する。

【０１５７】４）次に、図２７に示すように、絶縁層の
一部を、例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。

【０１５８】５）次に、図２８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、前述した平面型の場合と同じく、例えば塗布法等の
成膜技術を用いればよい。

【０１５９】６）次に、前述した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。具体的には、図１７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。

【０１６０】７）次に、前述した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。具体的には、図１８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。

【０１６１】以上のような工程により、図２９に示す垂
直型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１６２】（画像形成装置に用いた表面伝導型放出素
子の特性）次に、本実施例に係る画像形成装置に用いた
素子の特性について述べる。

【０１６３】図３０は、本発明に適用可能な通電活性化
処理の際の放出電流Ｉｅの変化を示す図であり、本実施
例における画像形成装置に用いた素子の、（放出電流Ｉ
ｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、及び（素子電流Ｉ
ｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性の典型的な例を示す。
尚、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
各々任意の単位で図示している。

【０１６４】本実施例において画像形成装置に用いた素
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。

【０１６５】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。即
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。

【０１６６】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。

【０１６７】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。

【０１６８】以上のような特性を有するため、表面伝導
型放出素子を画像形成装置に好適に用いることができ
る。例えば、多数の素子を表示画面の画素に対応して設
けた画像形成装置において、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。
即ち、駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電
圧Ｖｔｈ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。

【０１６９】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、諧調表示を行うことが可能である。

【０１７０】（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。

【０１７１】図３１は、本発明に適用可能なマルチ電子
ビーム源の平面図であり、図１０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、図１
３及び図１４に示した素子と同様な表面伝導型放出素子
が複数配列されている。これらの素子は、行方向配線電
極１００３と列方向配線電極１００４とにより単純マト
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とが交差する部分には、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。

【０１７２】図３２は、本発明に適用可能な表面伝導型
放出素子の、図３１のＡ−Ａ’断面における断面図であ
る。同図に示すような構造を有するマルチ電子源は、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）、及び表面伝導
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及び列方向配線電極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
処理とを行うことにより製造した。

【０１７３】＜画像形成装置＞図３３は、本発明に適用
可能なマルチ電子ビーム源を表示パネルとして用いた画
像形成装置の構成例を示すブロック図であり、上述した
活性化処理を施した電子源を用いたディスプレイパネル
に、例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
した画像形成装置の一例を示す図である。

【０１７４】同図において、７０はディスプレイパネ
ル、７１はディスプレイパネル７０の駆動回路、７２は
ディスプレイコントローラ、７３はマルチプレクサ、７
４はデコーダ、７５は入出力インタフェース回路、７６
はＣＰＵ、７７は画像生成回路、７８及び７９及び８０
は画像メモリインタフェース回路、８１は画像入力イン
タフェース回路、８２及び８３はＴＶ信号受信回路、８
４は入力部である。尚、本画像形成装置は、例えばテレ
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，記憶等に関する
回路やスピーカー等については説明を省略する。

【０１７５】以下、図３３に示す画像形成装置における
画像信号の流れに沿って各部の機能を説明する。

【０１７６】まず、ＴＶ信号受信回路８３は、例えば、
電波や空間光通信等のような無線伝送系を用いて伝送さ
れる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、例えば、
ＮＴＳＣ方式，ＰＡＬ方式，ＳＥＣＡＭ方式等の諸方式
でもよい。また、これらより更に多数の走査線よりなる
ＴＶ信号（例えば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８３で受信されたＴＶ信号は、デ
コーダ７４に出力される。

【０１７７】また、ＴＶ信号受信回路８２は、例えば同
軸ケーブルや光ファイバ等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回路であり、ＴＶ信
号受信回路８３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い。また、本回路で受信されたＴ
Ｖ信号もデコーダ７４に出力される。

【０１７８】また、画像入力インタフェース回路８１
は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナ等の画像
入力装置から供給される画像信号を取り込む回路で、取
り込まれた画像信号はデコーダ７４に出力される。

【０１７９】また、画像メモリインタフェース回路８０
は、ビデオテープレコーダ（以下ＶＴＲと略す）に記憶
されている画像信号を取り込む回路で、取り込まれた画
像信号はデコーダ７４に出力される。

【０１８０】また、画像メモリインタフェース回路７９
は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を取り込
む回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ７４に出力
される。

【０１８１】また、画像メモリインタフェース回路７８
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回路で、取
り込まれた静止画像データはデコーダ７４に入力され
る。

【０１８２】また、入出力インタフェース回路７５は、
本画像形成装置と、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等の出力装置とを
接続する回路である。画像データや文字・図形情報の入
出力を行うのは言うに及ばず、場合によっては本画像形
成装置の備えるＣＰＵ７６と外部との間で制御信号や数
値データの入出力等を行うことも可能である。

【０１８３】また、画像生成回路７７は、入出力インタ
フェース回路７５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、或いはＣＰＵ７６より出力され
る画像データや文字・図形情報に基づき表示用画像デー
タを生成する回路である。本回路の内部には、例えば画
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や、画像処理を行うため
のプロセッサー等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。

【０１８４】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ７４に出力されるが、場合によっては入出
力インタフェース回路７５を介して外部のコンピュータ
ネットワークやプリンタに出力することも可能である。

【０１８５】また、ＣＰＵ７６は、主として本画像形成
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。ＣＰＵ７６は、例えば、マルチプレクサ
７３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７２に対して制御信号を発生し、画
面表示周波数や走査方法（例えば、インターレース、ま
たはノンインターレース）や、一画面の走査線の数等画
像形成装置の動作を適宜制御する。

【０１８６】また、画像生成回路７７に対して画像デー
タや文字・図形情報を直接出力したり、或いは入出力イ
ンタフェース回路７５を介して外部のコンピュータやメ
モリをアクセスして画像データや文字・図形情報を入力
する。

【０１８７】尚、ＣＰＵ７６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良い。例えば、パーソナ
ルコンピュータやワードプロセッサ等のように、情報を
生成したり処理する機能に直接関わっても良い。或い
は、前述したように入出力インタフェース回路７５を介
して外部のコンピュータネットワークと接続し、例えば
数値計算等の作業を外部機器と協同して行っても良い。

【０１８８】また、入力部８４は、ＣＰＵ７６に使用者
が命令やプログラム、或いはデータ等を入力するための
ものであり、例えばキーボードやマウスのほか、ジョイ
スティック，バーコードリーダ，音声認識装置等多様な
入力機器を用いることが可能である。

【０１８９】また、デコーダ７４は、画像生成回路７７
乃至ＴＶ信号受信回路８３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
変換する回路である。尚、同図中に点線で示すように、
デコーダ７４は内部に画像メモリを備えるのが望まし
い。これは、例えば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、画像メモリを備えることに
より、静止画の表示が容易になる、或いは画像生成回路
７７及びＣＰＵ７６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。

【０１９０】また、マルチプレクサ７３は、ＣＰＵ７６
より入力される制御信号に基づき表示画像を適宜選択す
るものである。即ち、マルチプレクサ７３はデコーダ７
４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７１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。

【０１９１】また、ディスプレイパネルコントローラ７
２は、ＣＰＵ７６より入力される制御信号に基づき駆動
回路７１の動作を制御する回路である。

【０１９２】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、例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信号を
駆動回路７１に対して出力する。

【０１９３】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、例えば画面表示周波数や走査方法（例
えば、インターレース、またはノンインターレース）を
制御する信号を駆動回路７１に対して出力する。

【０１９４】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７１に対して出力する場合も
ある。

【０１９５】また、駆動回路７１は、ディスプレイパネ
ル７０に印加する駆動信号を発生する回路であり、マル
チプレクサ７３から入力される画像信号と、ディスプレ
イパネルコントローラ７２より入力される制御信号に基
づいて動作するものである。

【０１９６】以上、各部の機能を説明したが、図３３に
例示した構成により、本画像形成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７０に表示することが可能である。即ち、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７４に
おいて逆変換された後、マルチプレクサ７３において適
宜選択され、その選択した画像信号が駆動回路７１に入
力される。一方、ディスプレイコントローラ７２は、表
示する画像信号に応じて駆動回路７１の動作を制御する
制御信号を発生する。駆動回路７１は、上記画像信号と
制御信号に基づいてディスプレイパネル７０に駆動信号
を印加する。これにより、ディスプレイパネル７０にお
いて画像が表示される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ
７６により統括的に制御される。

【０１９７】また、本画像形成装置においては、デコー
ダ７４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路７７及び
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、例えば拡大，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
変換等をはじめとする画像処理や、合成，消去，接続，
入れ換え，はめ込み等をはじめとする画像編集を行うこ
とも可能である。

【０１９８】また、本実施例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。

【０１９９】従って、本画像形成装置は、テレビジョン
放送の表示機器，テレビ会議の端末機器，静止画像及び
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
ム機等の機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業
用、或いは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０２００】尚、上記の図３３は、表面伝導形放出素子
を電子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた画像
形成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ことは言うまでもない。例えば、図
３３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
用目的によっては更に構成要素を追加しても良い。例え
ば、本画像形成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
む送受信回路等を構成要素に追加するのが好適である。

【０２０１】本画像形成装置においては、とりわけ表面
伝導型電子放出素子を電子源とするディスプレイパネル
の薄形化が容易なため、画像形成装置の奥行きを小さく
することができる。それに加えて、表面伝導型電子放出
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、本画
像形成装置は臨場感にあふれ迫力に富んだ画像を視認性
良く表示することが可能である。

【０２０２】尚、電子源を構成する電子放出素子には、
表面伝導型の電子放出素子だけでなく、図３０に示すよ
うな非線形な電圧Ｖ・電流Ｉ特性を有する素子なら、一
般の低インピーダンスの素子にも適用することができ
る。

【０２０３】また、上述した実施形態では、列方向配線
に駆動回路を配置し、その列方向配線に決定された電圧
または電流を流す構成としたが、行方向配線に駆動回路
を配置してもよい。

【０２０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の電子放出素子により構成されるマルチ電子ビーム
源を順次選択しながら駆動するに際して、選択していな
い電子放出素子を高抵抗化状態に保持することにより、
当該電子放出素子に流れる無効電流を低減する画像形成
装置及びその駆動方法の提供が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態としての画像形成装置
の全体構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施形態としての画像形成装置
の各部における信号波形を示すタイミングチャートであ
る。

【図３】表面伝導型電子放出素子の電圧・電流特性を例
示する図である。

【図４】本発明の第２の実施形態としての画像形成装置
の全体構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の第３の実施形態としての画像形成装置
の全体構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の第３の実施形態としての画像形成装置
の各部における信号波形を示すタイミングチャートであ
る。

【図７】本発明の第４の実施形態としての画像形成装置
における高抵抗化の方法を説明する図である。

【図８】本発明の第４の実施形態としての画像形成装置
の各部における信号波形を示すタイミングチャートであ
る。

【図９】本発明の第５の実施形態としての画像形成装置
の全体構成を示すブロック図である。

【図１０】本発明に適用可能な表示パネルの斜視図であ
る。

【図１１】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列
を例示した平面図である。

【図１２】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列
を例示した平面図である。

【図１３】本発明に適用可能な平面型の表面伝導型放出
素子の構成を説明する平面図である。

【図１４】本発明に適用可能な平面型の表面伝導型放出
素子の構成を説明する断面図である。

【図１５】本発明に適用可能な平面型の表面伝導型放出
素子の製造工程を説明する断面図である。

【図１６】本発明に適用可能な平面型の表面伝導型放出
素子の製造工程を説明する断面図である。

【図１７】本発明に適用可能な平面型の表面伝導型放出
素子の製造工程を説明する断面図である。

【図１８】本発明に適用可能な平面型の表面伝導型放出
素子の製造工程を説明する断面図である。

【図１９】本発明に適用可能な平面型の表面伝導型放出
素子の製造工程を説明する断面図である。

【図２０】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形を
示す図である。

【図２１】通電活性化処理の際の印加電圧波形を示す図
である。

【図２２】通電活性化処理の際の放出電流Ｉｅの変化を
示す図である。

【図２３】本発明に適用可能な垂直型の表面伝導型放出
素子の基本構成を説明するための模式的な断面図であ
る。

【図２４】本発明に適用可能な垂直型の表面伝導型放出
素子の製法工程を説明する断面図である。

【図２５】本発明に適用可能な垂直型の表面伝導型放出
素子の製法工程を説明する断面図である。

【図２６】本発明に適用可能な垂直型の表面伝導型放出
素子の製法工程を説明する断面図である。

【図２７】本発明に適用可能な垂直型の表面伝導型放出
素子の製法工程を説明する断面図である。

【図２８】本発明に適用可能な垂直型の表面伝導型放出
素子の製法工程を説明する断面図である。

【図２９】本発明に適用可能な垂直型の表面伝導型放出
素子の製法工程を説明する断面図である。

【図３０】本発明に適用可能な通電活性化処理の際の放
出電流Ｉｅの変化を示す図である。

【図３１】本発明に適用可能なマルチ電子ビーム源の平
面図である。

【図３２】本発明に適用可能な表面伝導型放出素子の、
図３１のＡ−Ａ’断面における断面図である。

【図３３】本発明に適用可能なマルチ電子ビーム源を表
示パネルとして用いた画像形成装置の構成例を示すブロ
ック図である。

【図３４】一般的な表面伝導型電子放出素子の構造例を
示す平面図である。

【図３５】一般的なＦＥ型の冷陰極素子の構造例を示す
断面図である。

【図３６】一般的なＭＩＭの冷陰極型素子の構造例を示
す断面図である。

【図３７】行列状に配列された複数の電子放出素子の配
線例を示す図である。

【図３８】６×６個の表面伝導型電子放出素子が単純マ
トリクス状に配線された状態を示す図である。

【図３９】図３９は、マルチ電子ビーム源に対向して配
設された蛍光パネルにおける表示例を示す図である。

【図４０】図３９に示す表示パターンを表示するため
に、図３８に示すマルチ電子ビーム源の各端子に印加す
る電圧のタイミングチャートである。

【符号の説明】

１：映像信号入力端子，２：アナログ信号処理部，３：Ａ／Ｄ部，４：同期信号分離部，５：タイミング発生部，６：水平シフトレジスタ，７：ラインメモリ，８：垂直シフトレジスタ，９：行配線駆動部，１０：表示パネル部，１１：列配線駆動部，１２：列配線駆動部，１３：列配線駆動部，１４：列配線駆動部，１１−１：映像信号がオン時印加される電圧源，１１−２：映像信号に応じてオン／オフを切り替えるス
イッチ，１１−３：ＰＷＭジェネレータ，１１−４：高抵抗化パルスを発生する電源，１１−５：Ｖｍ電圧にクリップするダイオード，１１−６：保護用のダイオード部と高抵抗化パルス電源
部の出力を切り替えるスイッチ，１１−６−１：電圧リミッタ回路のスイッチ，１１−６−２：高抵抗化電源の出力を切り替えるスイッ
チ，１２−１：映像信号がオン時印加される電流源，１２−２：映像信号に応じてオン／オフを切り替えるス
イッチ，１２−３：ＰＷＭジェネレータ，１２−４：高抵抗化パルスを発生する電源，１２−５：Ｖｍ電圧にクリップするダイオード，１２−６：保護用のダイオード部と高抵抗化パルス電源
部の出力を切り替えるスイッチ，１２−６−１：電圧リミッタ回路のスイッチ，１２−６−２：高抵抗化電源の出力を切り替えるスイッ
チ，１３−２：映像信号応じてオン／オフを切り替えるスイ
ッチ，１３−３：映像信号に比例した電圧を出力するＤＡＣ
（Ｄ／Ａ変換器），１３−４：高抵抗化パルスを発生する電源，１３−５：Ｖｍ電圧にクリップするダイオード，１３−６：保護用のダイオード部と高抵抗化パルス電源
部の出力を切り替えるスイッチ，１３−６−１：電圧リミッタ回路のスイッチ，１３−６−２：高抵抗化電源の出力を切り替えるスイッ
チ，１４−２：映像信号応じてオン／オフを切り替えるスイ
ッチ，１４−３：映像信号にに比例した電圧を出力するＤＡＣ
（Ｄ／Ａ変換器），１４−４：高抵抗化パルスを発生する電源，１４−５：Ｖｍ電圧（可変）にクリップするダイオー
ド，１４−６：高抵抗化パルス電源部の出力パネル出力に接
続するかどうかを切り替えるスイッチ，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｇ 3/20 ６２１Ｇ０９Ｇ 3/20 ６２１Ｇ６４１６４１ＡＨ０４Ｎ 5/68 Ｈ０４Ｎ 5/68 ＢＦターム(参考） 5C058 AA18 BA35 BB25 5C080 AA08 BB05 CC03 DD03 DD26 EE29 EE30 FF12 GG08 JJ02 JJ04 JJ05 JJ06 5C094 AA14 AA15 AA22 BA21 BA32 CA19 CA24 DA13 DB04 EA04 EA05 EB02 FB12 GB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の行方向配線と列方向配線とによっ
て接続された複数の電子放出素子を備える表示パネルに
画像を形成する画像形成装置であって、前記複数の行方向配線を順次選択しながら走査すると共
に、選択した行方向配線に接続されている複数の電子放
出素子には、前記複数の列方向配線を介して入力映像信
号に応じた変調信号を印加することによって駆動すると
きに、非選択の電子放出素子を所定の高抵抗状態に移行
させる駆動回路を備えることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２】前記駆動回路は、所定の１同期期間毎
に、その期間内であって前記変調信号を出力した後の所
定の期間に、前記非選択の電子放出素子を所定の高抵抗
状態に移行させることを特徴とする請求項１記載の画像
形成装置。
【請求項３】前記駆動回路は、前記非選択の電子放出
素子を所定の高抵抗化状態に移行させるに際して、前記
表示パネルに１フレームの画像を形成する度に、前記複
数の列方向配線のうち複数本の列方向配線ずつ移行させ
ることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】前記駆動回路は、前記電子放出素子を流
れる電流が極大値を取る所定の電圧値より大きな波高値
を有する電圧パルスにより、前記非選択の電子放出素子
を所定の高抵抗化状態に移行させることを特徴とする請
求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】前記電圧パルスは、降電圧レートが１０
Ｖ／ｓｅｃより大きな電圧パルスであることを特徴とす
る請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】前記電圧パルスは、台形形状の電圧パル
スであることを特徴とする請求項５記載の画像形成装
置。
【請求項７】更に、前記電圧パルスを出力する高抵抗
化電源を含むことを特徴とする請求項４記載の画像形成
装置。
【請求項８】前記変調信号は、入力映像信号に応じた
パルス幅を有する電圧パルス信号であることを特徴とす
る請求項１記載の画像形成装置。
【請求項９】前記変調信号は、前記変調信号は、入力
映像信号に応じた電圧値を有する電圧パルス信号である
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項１０】前記変調信号は、入力映像信号に応じ
たパルス幅を有する電流パルス信号であることを特徴と
する請求項１記載の画像形成装置。
【請求項１１】前記表示パネルは、前記電子放出素子
に対応して配設された蛍光体を含み、前記駆動回路は、前記蛍光体を前記電子放出素子から放
出させた電子によって発行させることにより、画像を形
成することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れ
かに記載の画像形成装置。
【請求項１２】前記電子放出素子は、表面伝導型電子
放出素子であることを特徴とする請求項１１記載の画像
形成装置。
【請求項１３】複数の行方向配線と列方向配線とによ
って接続された複数の電子放出素子を備える表示パネル
に画像を形成する画像形成装置であって、前記複数の列方向配線を順次選択しながら走査すると共
に、選択した列方向配線に接続されている複数の電子放
出素子には、前記複数の行方向配線を介して入力映像信
号に応じた変調信号を印加することによって駆動すると
きに、非選択の電子放出素子を所定の高抵抗化状態に移
行させる駆動回路を備えることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項１４】複数の行方向配線と列方向配線とによ
って接続された複数の電子放出素子を備える表示パネル
に画像を形成する画像形成装置の駆動方法であって、前記複数の行方向配線を順次選択しながら走査すると共
に、選択した行方向配線に接続されている複数の電子放
出素子には、前記複数の列方向配線を介して入力映像信
号に応じた変調信号を印加することによって駆動すると
きに、非選択の電子放出素子は、所定の高抵抗状態に移
行させることを特徴とする画像形成装置の駆動方法。
【請求項１５】前記駆動方法において、所定の１同期
期間毎に、その期間内であって前記変調信号を出力した
後の所定の期間に、前記非選択の電子放出素子を所定の
高抵抗状態に移行させることを特徴とする請求項１４記
載の画像形成装置の駆動方法。
【請求項１６】前記駆動方法において、前記非選択の
電子放出素子を所定の高抵抗化状態に移行させるに際し
て、前記表示パネルに１フレームの画像を形成する度
に、前記複数の列方向配線のうち複数本の列方向配線ず
つ移行させることを特徴とする請求項１４記載の画像形
成装置の駆動方法。
【請求項１７】前記駆動方法において、前記電子放出
素子を流れる電流が極大値を取る所定の電圧値より大き
な波高値を有する電圧パルスにより、前記非選択の電子
放出素子を所定の高抵抗化状態に移行させることを特徴
とする請求項１４記載の画像形成装置の駆動方法。
【請求項１８】複数の行方向配線と列方向配線とによ
って接続された複数の電子放出素子を備える表示パネル
に画像を形成する画像形成装置の駆動方法であって、前記複数の列方向配線を順次選択しながら走査すると共
に、選択した列方向配線に接続されている複数の電子放
出素子には、前記複数の行方向配線を介して入力映像信
号に応じた変調信号を印加することによって駆動すると
きに、非選択の電子放出素子は、所定の高抵抗化状態に
移行させることを特徴とする画像形成装置の駆動方法。