JP3167072B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示装置等の画像形成
装置に関し、特に表面伝導形電子放出素子を多数個備え
る電子源を用いた表示装置等の画像形成装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の２種類が知られている。

【０００３】そのうち、冷陰極電子源としては、電界放
出型（以下、ＦＥ型と略す）、金属／絶縁層／金属型
（以下、ＭＩＭ型と略す）や表面伝導形電子放出素子等
がある。

【０００４】上記ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋ
ｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ、“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”、Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓ
ｐｉｎｄｔ、“ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓ
ｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅ
ｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、４
７、５２４８（１９７６）等が知られている。

【０００５】上記ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅ
ａｄ、“Ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａ
ｍｐｌｉｆｉｅｒ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３２、
６４６（１９６１）等が知られている。

【０００６】上記表面伝導形電子放出素子の例として
は、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｙｓ．、１０、（１９６５）等があ
る。

【０００７】上記表面伝導形電子放出素子は、基板上に
形成された小面積の薄膜に、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
が、この表面伝導形電子放出素子としては、前記エリン
ソン等によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたものの他、Ａｕ薄膜
によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌ
ｉｄ Ｆｉｌｍｓ”、９、３１７（１９７２）］、Ｉｎ
₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌ
ｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥＥ Ｔ
ｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”、５１９（１９７
５）］、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。

【０００８】これらの表面伝導形電子放出素子の典型的
な素子構成として、前述のＭ．ハートウェルの素子構成
を図４３に示す。同図において４３１は絶縁性基板、４
３２は電子放出部形成用薄膜で、Ｈ型形状のパターン
に、スパッタで形成された金属酸化物薄膜等からなり、
後述のフォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出
部４３３が形成される。ここで、４３４は電子放出部を
含む薄膜と呼ぶことにする。尚、図４３中のＬ１は０．
５〜１ｍｍ、Ｗは０．１ｍｍで設定されている。

【０００９】従来、これらの表面伝導形電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に、電子放出部形成用薄膜
４３２に、予め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４３３を形成するのが一般的で
あった。即ち、フォーミングとは、前記電子放出部形成
用薄膜４３２の両端に、直流電圧あるいは非常にゆっく
りとした昇電圧、たとえば１Ｖ／分程度を印加通電し、
電子放出部形成用薄膜４３２を局所的に破壊、変形もし
くは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出
部４３３を形成することである。尚、電子放出部４３３
は、電子放出部形成用薄膜４３２の一部に亀裂が発生
し、その亀裂付近から電子放出が行われる。前記フォー
ミング処理を施した表面伝導形電子放出素子は、上述電
子放出部を含む薄膜４３４に電圧を印加し、素子に電流
を流すことにより、前記電子放出部４３３より電子を放
出せしめるものである。

【００１０】しかしながら、これら従来の表面伝導形電
子放出素子においては、実用化にあたっては、様々の問
題があったが、本出願人等は後述する様な様々な改善を
鋭意検討し、実用化上の様々な問題点を解決してきた。

【００１１】上述の表面伝導形電子放出素子は、構造が
単純で製造も容易であることから、大面積にわたり多数
素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を
生かせるようないろいろな応用が研究されているが、例
えば、荷電ビーム源、表示装置等が挙げられる。

【００１２】多数の表面伝導形電子放出素子を配列形成
した例としては、並列に表面伝導形電子放出素子を配列
し、個々の素子の両端を配線にてそれぞれ結線した行を
多数行配列した電子源があげられる（例えば、本出願人
の特開昭６４−３１３３２号公報）。

【００１３】また、特に表示装置等の画像形成装置にお
いては、近年、液晶を用いた平板型表示装置がＣＲＴに
替わって普及してきたが、自発光型でないため、バック
ライト等を持たなければならない等の問題点があり、自
発光型の表示装置の開発が望まれてきた。表面伝導形電
子放出素子を多数配置した電子源と、電子源より放出さ
れた電子によって、可視光を発光せしめる蛍光体とを組
み合わせた表示装置である画像形成装置は、大画面の装
置でも比較的容易に製造でき、かつ表示品位の優れた自
発光型表示装置である（例えば、本出願人の米国特許公
報５０６６８８３号）。

【００１４】尚、従来、多数の表面伝導形電子放出素子
より構成された電子源より、電子放出させて蛍光体を発
光させる素子の選択は、上述の多数の表面伝導形電子放
出素子を並列に配置し結線した配線（行方向配線と呼
ぶ）と、これに直交する方向（列方向と呼ぶ）に、該電
子源と蛍光体間の空間に設置された制御電極（グリッド
と呼ぶ）とへの適当な駆動信号によるものである（例え
ば、本出願人の特開平１−２８３７４９号公報）。

【００１５】しかしながら、当然のことながら、個々の
表面伝導形電子放出素子とグリッドとの位置合わせや、
グリッドと表面伝導形電子放出素子間の距離が均一であ
ることが必要であり、これらは製造方法上の問題点であ
った。これらの問題点に鑑みて、これらグリッドに伴う
製造法上の問題を解決するため、グリッドを表面伝導形
電子放出素子近傍に積層した新規な構成が提案された
（例えば、本出願人の特開平３−２０９４１号公報）。

【００１６】この他、従来の表面伝導形電子放出素子を
用いた表面素子の例としては、特公昭４５−３１６１５
号公報に、図４４、図４５に示すように、直列に接続さ
れた横電流型電子放出体４４２と、この電子放出体４４
２と格子を形成するが如く配置された帯状の透明電極４
４４との間に、小さな孔４４３′を有するガラス板４４
３を、その孔４４３′が丁度、前述の格子の交点にくる
ように配置し、その孔４４３′にガスを封入し、電子を
放出している横電流型電子放出体４４２と、加速電圧Ｅ
２の加えられた透明電極４４４との交点のみが、ガス放
電によって発光するようにした表示装置が開示されてい
る。尚、この特公昭４５−３１６１５号公報のなかで
は、横電流型電子放出体に関する詳細な説明はないが、
記載された材料（金属薄膜、ネサ膜）や、ネック部４４
２′の構造が、前述の表面伝導形電子放出素子と同一で
あることから、表面伝導形電子放出素子の範疇に含まれ
るものと考えられる。尚、本願発明者等が用いた表面伝
導形電子放出素子という呼称は、“薄膜ハンドブック”
の記載に準じたものである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】次に、上記の従来知ら
れていた表面伝導形電子放出素子を用いて試みられた画
像表示装置において、発生していた問題点について説明
する。

【００１８】前記特公昭４５−３１６１５号公報に開示
された表示装置においては、以下に述べるような、主と
して３つの問題点があった。

【００１９】（１）前記表示装置は、横電流型電子放出
体から放出された電子を加速し、ガス分子と衝突せしめ
て放電させるものであるが、横電流型電子放出体に同じ
電流を流しても、放電発光輝度が画素毎にばらついた
り、同一画素でも輝度が変動するという問題があった。
その原因としては、放電強度はガスの状態に大きく依存
するものであり、制御性が良くない事、更に、横電流型
電子放出体の出力は、その実験例のなかで述べられてい
る様な、１５ｍｍＨｇ程度の圧力下では必ずしも安定で
はない事、などが挙げられる。

【００２０】従って、前記表示装置は多階調の表示が困
難であり、用途が限定される。

【００２１】（２）前記表示装置は、封入するガス種を
変える事により、発光色を変える事が可能であるが、一
般に放電発光で得られる可視光波長は限られており、必
ずしも広い範囲の色を表現できるものではない。また、
ガスの種類によっては、放電発光の最適圧力も異なる場
合が多い。

【００２２】従って、一枚のパネルでカラー化しようと
すると、孔毎に封入するガスの種類や圧力を変える必要
があり、パネルの製造を著しく困難にしていた。また、
異なるガスを封入した三枚のパネルを積層してカラー化
するのは、装置の大きさ、重量や費用の面で現実的では
なかった。

【００２３】（３）前記表示装置は横電流型電子放出体
の作成された基板、帯状の透明電極、ガスを封入した孔
等の構成要素を組合わせてなるため 構造が複雑であ
り、しかも各要素間の位置ずれに対する許容誤差が小さ
い。また、前記公報中に例示されている通り、放電発光
の閾値電圧が３５［Ｖ］と高いため、パネルを駆動する
電気回路には、高い耐圧の電気素子を使用する必要があ
る。

【００２４】従って、装置の製造に手間と高い費用がか
かり、該装置を安価に提供する事は困難であった。

【００２５】以上述べた、主として３つの理由により、
前記表示装置はテレビジョン受像機等に広く応用される
には至ってない。

【００２６】一方、上述の問題点に鑑みて、本出願人が
これまで提案してきた表面伝導形電子放出素子を複数設
置した電子源、及び、該電子源と対向した位置に蛍光体
を配置した該表示装置等の画像形成装置においても、以
上に述べるような問題点があった。

【００２７】前記電子源においては、多数素子を並列に
配列した素子の配線（行方向配線）と直交する方向（列
方向配線）にグリッドを設ける事が、電子を放出する素
子を選択するためには必須であり、この点において、前
記電子源は電子を放出する素子を選択してその電子放出
量を制御し得る電子源であるが、簡易な構成でかつ容易
に製造できる電子源とは言い難かった。

【００２８】また、前記電子源を用いた画像形成装置に
おいては、該電子源と対向した位置に配置された蛍光体
を、選択的に制御された明るさで発光せしめるには、上
記電子源同様、グリッドが必須であり、簡易な構成でか
つ容易に製造でき、入力信号に応じて電子を放出する素
子を選択しその電子放出量を制御して、蛍光体の輝度を
制御でき得る表示装置等の画像形成装置であるとは言い
難かった。

【００２９】本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、多
数の表面伝導形電子放出素子を備える電子源から、入力
信号に応じて任意の該素子を選択し、その放出電子量を
制御し得る簡易な構成でかつ容易に製造でき、安価で新
規な構成の電子源を用い、該電子源と対向した位置に蛍
光体等の画像形成部材を配置した表示装置等の画像形成
装置であって、選択的に制御された明るさで、前記画像
形成部材を発光せしめる表示品位の高い、しかもカラー
化の容易な新規な構成の画像形成装置を提供することを
目的とする。

【００３０】更に本発明は、前記画像形成装置におい
て、階調表示特性にも優れた画像形成装置を提供するこ
とを目的とする。

【００３１】更に本発明は、前記画像形成装置におい
て、発光点の形状にも優れ、発光点間のクロストークも
また少ない等の表示品位の高い画像形成装置を提供する
ことを目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成する本
発明は、基板と、該基板上に絶縁層を介して積層された
ｍ本の行方向配線およびｎ本の列方向配線と、並設され
た高電位側素子電極と低電位側素子電極との間に電子放
出部を含む薄膜を有する表面伝導形電子放出素子の複数
とを有し、該高電位側および低電位側の素子電極と該行
方向配線および該列方向配線とが結線された電子源と、
画像を構成する画素に対応して行列状に配列された前記
表面伝導形電子放出素子からの電子線が照射される画像
形成部材と、該複数の表面伝導形電子放出素子の中か
ら、素子行を選択する選択手段と、入力信号に応じて変
調信号を発生し、該選択手段により選択された該素子行
に、該変調信号を印加する変調手段とを有し、該入力信
号に応じて画像を形成する画像形成装置において、前記
画像を構成する画素の各々に対し、２以上の電子ビーム
が重ね合わされて輝点を形成するものであって、前記２
以上の電子ビームを放出する複数の電子放出部は、夫々
の電子放出部を備える表面伝導形電子放出素子各々の前
記高電位側素子電極を間に挟んで並設されており、その
並設方向における前記複数の電子放出部の間隔Ｗが互い
に以下の関係式（Ｉ）を満たして配置されていることを
特徴とする画像形成装置である。 Ｋ２×２Ｈ（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2≧Ｗ／２≧Ｋ３×２Ｈ
（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2 …（Ｉ） ［但し、Ｋ２＝１．２５±０．０５、Ｋ３＝０．３５±
０．０５、Ｈは表面伝導形電子放出素子と画像形成部材
との距離、Ｖｆは電子放出時に表面伝導形電子放出素子
に印加される電圧、Ｖａは画像形成部材に印加される電
圧を示す］

【００３３】

【００３４】次に、好ましい実施態様を挙げて、本発明
を詳述する。

【００３５】以下に、特に本出願人による特開平２−５
６８２２号公報等を参考にして本発明に係る電子放出素
子の基本的な構成と製造方法、及び、その特徴について
以下に概説する他、本発明者等が、鋭意検討した結果見
出した、本発明の原理となる、新たな、表面伝導形電子
放出素子の特性について概説する。

【００３６】本発明に係る表面伝導形電子放出素子の構
成及び製造方法の特徴は、次の様なものが挙げられる。

【００３７】１）フォーミングとよばれる通電処理の前
の電子放出部形成用薄膜は、微粒子分散体を分散し形成
された微粒子からなる薄膜、あるいは有機金属等を加熱
焼成し形成された微粒子からなる薄膜等、基本的には微
粒子より構成される。

【００３８】２）フォーミングとよばれる通電処理の後
の電子放出部を含む薄膜は、電子放出部、電子放出部を
含む薄膜ともに、基本的には微粒子より構成される。

【００３９】まず、平面型表面伝導形電子放出素子につ
いて説明する。

【００４０】図１の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明
に係る基本的な平面型表面伝導形電子放出素子の構成を
示す平面図及び断面図である。この図１を用いて、本発
明に係る素子の基本的な構成を説明する。

【００４１】図１において、１は基板、５と６は素子電
極、４は電子放出部を含む薄膜、３は電子放出部であ
る。

【００４２】前記基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等
の不純物含有量を減少したガラス、青板ガラス、青板ガ
ラスにスパッタ法等により形成したＳｉＯ₂ を積層した
ガラス基板等、あるいはアルミナ等のセラミックス等の
とりわけ、絶縁性基板が好適に用いられる。

【００４３】また、対向する前記素子電極５、６の材料
としては、導電性を有するものであればどのようなもの
であっても構わないが、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、或は
合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、Ｐｄ−Ａｇ等の
金属、或は金属酸化物とガラス等から構成される印刷導
体、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導電体及びポリシリ
コン等の半導体材料等が挙げられる。

【００４４】素子電極間隔Ｌ１は、数百オングストロー
ムから数百マイクロメートルであり、素子電極の製法の
基本となるフォトリソグラフィー技術、即ち、露光機の
性能とエッチング方法等、及び、素子電極間に印加する
電圧と電子放出し得る電界強度等により設定されるが、
好ましくは数マイクロメートルから数十マイクロメート
ルである。

【００４５】素子電極長さＷ１及び素子電極５、６の膜
厚ｄは、電極の抵抗値、前述したＸ配線及びＹ配線との
結線、多数配置された電子放出素子の配置上の問題より
適宜設計され、通常は素子電極長さＷ１は、数マイクロ
メートルから数百マイクロメートルであり、素子電極
５、６の膜厚ｄは、数百オングストロームから数マイク
ロメートルである。

【００４６】基板１上に設けられた対向する素子電極５
及び素子電極６間と、素子電極５、６上に設置された、
電子放出部を含む薄膜４は、電子放出部３を含むが、図
１（ｂ）に示された形態だけでなく、素子電極５、６上
には設置されない形態もある。即ち、基板１上に、電子
放出部形成用薄膜２、対向する素子電極５、６の順に積
層構成した形態もある。また、製法によっては、対向す
る素子電極５と素子電極６の間全てが電子放出部として
機能する場合もある。この電子放出部を含む薄膜４の膜
厚は、好ましくは数オングストロームから数千オングス
トロームで、特に好ましくは１０オングストロームから
５００オングストロームであり、素子電極５、６へのス
テップカバレージ、電子放出部３と素子電極５、６間の
抵抗値、電子放出部３の導電性微粒子の粒径、さらには
後述する通電処理条件等によって適宜設定される。また
その抵抗値は、１０の３乗から１０の７乗オーム／□の
シート抵抗値を示す。

【００４７】電子放出部を含む薄膜４を構成する材料の
具体例を挙げるならば、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｈ
ｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｓ、Ｂ
ａ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、Ｓ
ｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、ＢａＯ、Ｍ
ｇＯ等の酸化物、ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、ＬａＢ₆ 、Ｃｅ
Ｂ₆ 、ＹＢ₄ 、ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、
ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、Ｚ
ｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カー
ボン等であり、微粒子からなる。

【００４８】尚、ここで述べる微粒子膜とは、複数の微
粒子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒子
が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに
隣接、あるいは重なり合った状態（島状も含む）の膜を
さす。

【００４９】また、電子放出部３は、好ましくは数オン
グストロームから数百オングストローム、特に好ましく
は１０オングストロームから５００オングストロームの
粒径の導電性微粒子多数個からなり、電子放出部を含む
薄膜４の膜厚及び後述する通電処理条件等の製法に依存
しており、適宜設定される。また、電子放出部３を構成
する材料は、電子放出部を含む薄膜４を構成する材料の
元素の一部あるいは全てを有する材料である。

【００５０】次に、電子放出部３を有する電子放出素子
の製造法としては、様々な方法が考えられるが、その一
例を図２に示す。図２中、２は電子放出部形成用薄膜
で、例えば微粒子膜が挙げられる。

【００５１】以下、順をおって製造方法の説明を図１及
び図２に基づいて説明する。

【００５２】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤によ
り十分に洗浄後、真空蒸着法、スパッタ法等により素子
電極材料を堆積後、フォトリソグラフィー技術により該
基板１の面上に素子電極５、６を形成する（図２の
（ａ））。

【００５３】２）基板１上に設けられた素子電極５と素
子電極６との間の基板１上に、有機金属溶液を塗布して
放置することにより、有機金属薄膜を形成する。尚、有
機金属溶液とは、前記Ｐｄ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、
Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ
等の金属を主元素とする有機化合物の溶液である。この
後、有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッ
チング等によりパターニングし、電子放出部形成用薄膜
２を形成する（図２の（ｂ））。尚、ここでは有機金属
溶液の塗布法により説明したが、これに限る物でなく、
真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布
法、ディッピング法、スピンナー法等によって形成され
る場合もある。

【００５４】３）つづいて、フォーミングと呼ばれる通
電処理を、素子電極５、６間に電圧を不図示の電源によ
り、パルス状あるいは高速の昇電圧によって行うと、電
子放出部形成用薄膜２の部位に構造の変化した電子放出
部３が形成される（図２の（ｃ））。この通電処理によ
り電子放出部形成用薄膜２を局所的に破壊、変形もしく
は変質せしめ、構造の変化した部位を電子放出部３と呼
ぶ。尚、先に説明したように、電子放出部３は導電性微
粒子で構成されていることを本出願人らは観察してい
る。

【００５５】また、上記フォーミング処理の電圧波形の
一例を図４に示す。

【００５６】図４中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス
幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１マイクロ秒〜１０ミリ
秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１００ミリ秒とし、三角波
の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は４〜１０Ｖ
程度とし、フォーミング処理は真空雰囲気化で数十秒間
から数分間程度で適宜設定した。

【００５７】以上説明した電子放出部を形成する際に、
素子の電極間に三角波パルスを印加してフォーミング処
理を行っているが、素子の電極間に印加する波形は三角
波に限定することはなく、矩形波などの所望の波形を用
いても良く、その波高値及びパルス幅、パルス間隔等に
ついても上述の値に限ることなく、電子放出部が良好に
形成されるように、電子放出素子の抵抗値等に合わせ
て、所望の値を選択することができる。

【００５８】尚、予め導電性微粒子を分散して構成した
表面伝導形電子放出素子においては、前記製造方法の一
部を変更しても良い。

【００５９】上述のような素子構成を有し、また上述の
ような製造方法によって作成される本発明に係る電子放
出素子の基本特性について、図３、図５を用いて説明す
る。

【００６０】図３は、図１で示した構成を有する素子の
電子放出特性を測定するための測定評価装置の概略構成
図である。

【００６１】図３において、１は基板、５及び６は素子
電極、４は電子放出部を含む薄膜、３は電子放出部を示
す。また、３１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するための
電源、３０は素子電極５、６間の電子放出部を含む薄膜
４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、３４
は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを捕捉
するためのアノード電極、３３はアノード電極３４に電
圧を印加するための高圧電源、３２は素子の電子放出部
３より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計
である。

【００６２】電子放出素子の上記素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極５、６に電源３１
と電流計３０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源
３３と電流計３２とを接続したアノード電極３４を配置
している。また、電子放出素子及びアノード電極３４は
真空装置内に設置され、その真空装置には不図示の排気
ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備され
ており、所望の真空化で本素子の測定評価を行えるよう
になっている。尚、排気ポンプは、ターボポンプ、ロー
タリーポンプからなる通常の高真空装置系と、更に、イ
オンポンプからなる超高真空装置系からなる。また、真
空装置全体、及び電子源基板は、不図示のヒーターによ
り２００℃程度まで加熱できるようになっている。ま
た、アノード電極の電圧は１ｋＶ〜１０ｋＶ、アノード
電極と電子放出素子との距離Ｈは２ｍｍ〜８ｍｍの範囲
で測定した。

【００６３】更に、本発明者等は、上述の本発明に係わ
る表面伝導形電子放出素子の特性を鋭意検討した結果、
本発明の原理となる特性上の特徴を見いだした。

【００６４】図３に示した測定評価装置により測定され
た放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと、素子電圧Ｖｆの
関係の典型的な例を図５に示す。尚、図５は放出電流Ｉ
ｅが素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいので、任意単位
で示されている。この図５からも明らかなように、本電
子放出素子は放出電流Ｉｅに対する三つの特性を有す
る。

【００６５】まず第一に、本電子放出素子はある電圧
（これを、閾値電圧と呼び、図５中にはＶｔｈで示して
ある）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉｅ
が増加し、一方、閾値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅ
がほとんど検出されない。即ち、本電子放出素子は、放
出電流Ｉｅに対する明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線
形素子である。

【００６６】第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御でき
る。

【００６７】第三に、アノード電極３４に捕捉される放
出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。即
ち、アノード電極３４に捕捉される電荷量は、素子電圧
Ｖｆを印加する時間により制御できる。

【００６８】以上のような特性を有するため、本発明に
係る電子放出素子は、多方面への応用が期待できる。

【００６９】一方、素子電流Ｉｆは素子電圧Ｖｆに対し
て、単調増加する特性（図５の実線で示され、これを、
ＭＩ特性と呼ぶ）を示す場合と、電圧制御型負性抵抗特
性（図５の破線で示され、これをＶＣＮＲ特性と呼ぶ）
を示す場合とがあるが、このような素子電流Ｉｆの特性
は、その素子の製造方法に依存することを本発明者等は
新たに見出した。

【００７０】即ち、素子電流ＩｆのＶＣＮＲ特性は、通
常の真空装置系で、フォーミングを行ったときに発生
し、その特性は、フォーミング時の電気的条件や、真空
装置系の真空雰囲気条件等、あるいは、フォーミングを
既に行った電子放出素子の特性測定時の真空装置系の真
空雰囲気条件や、該測定時の電気的測定条件、例えば、
電子放出素子の電流−電圧特性を得るために、素子に印
加する電圧を低電圧から高電圧まで掃引した時の掃引速
度等、あるいは、該測定時までの電子放出素子の真空装
置内での放置時間等に依存して、大きく変化することが
判明した。尚、このとき、放出電流Ｉｅに関しては、Ｍ
Ｉ特性を示す。

【００７１】更に本発明者等は、以上の判明した事項に
鑑み、通常の真空装置内で、素子電流ＩｆがＶＣＮＲ特
性を示す表面伝導形電子放出素子を、超高真空系に移設
して、高温ベーキング処理（例えば、１００℃で１５時
間放置）後、該特性の測定を行うと、素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅ共に、電圧Ｖｆに対して、ＭＩ特性を示すこ
とを新たに見出した。

【００７２】尚、従来観察された、電子電流Ｉｆの単調
増加に類似の特性は、例えば、本出願人の特開平１−２
７９５４２号公報に記載の素子のように、通常の真空装
置系で素子をフォーミング処理する際に、低電圧から高
電圧への比較的速い掃引速度で電圧を素子に印加した場
合に観察されているが、本発明者等が見出した、前記超
高真空系でのＩｅ、Ｉｆの単調増加特性とは異なり、そ
の電流値が相違する。よって、従来の前記素子とは、素
子の状態が明らかに相違するものと推定される。

【００７３】以上のような、表面伝導形電子放出素子の
素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅの素子印加電圧Ｖｆに対す
る単調増加特性（ＭＩ特性）は、本発明に係わる表面伝
導形電子放出素子の更なる多方面への応用を期待させ
る。

【００７４】次に本発明に係わる別な構成の表面伝導形
電子放出素子である垂直型表面伝導形電子放出素子につ
いて説明する。

【００７５】図６は、本発明に係わる基本的な垂直型表
面伝導形電子放出素子の構成を示す図である。

【００７６】図６中、１は基板、５と６は素子電極、４
は電子放出部を含む薄膜、３は電子放出部、６７は段差
形成部である。ここで、基板１、素子電極５と６、電子
放出部を含む薄膜４、電子放出部３は、前述した平面型
表面伝導形電子放出素子と同様の材料で構成されたもの
であり、垂直型表面伝導形電子放出素子を特徴付ける段
差形成部６７、電子放出部を含む薄膜４について詳述す
る。

【００７７】段差形成部６７は、真空蒸着法、印刷法、
スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂等の絶縁性材料で構
成され、段差形成部６７の厚さは、先に述べた平面型表
面伝導形電子放出素子の素子電極間隔Ｌ１に対応し、数
百オングストロームから数十マイクロメートルであり、
段差形成部の製法、及び素子電極間に印加する電圧と電
子放出し得る電界強度により設定されるが、好ましくは
数千オングストロームから数マイクロメートルである。

【００７８】電子放出部を含む薄膜４は、素子電極５、
６と段差形成部６７作成後に、形成するため、素子電極
５、６の上に積層され、場合によっては、素子電極５、
６との電気的接続をする重なりをもった所望の形状にさ
れる。また電子放出部を含む薄膜４の膜厚は、その製法
に依存しており、段差部での膜厚と素子電極５、６の上
に積層された部分の膜厚では、異なる場合が多く、一般
に段差部分の膜厚は薄い傾向にある。また、電子放出部
３は、薄膜４のいずれかの位置に形成されるものであっ
て、図６に示された位置に形成されるとは限らない。

【００７９】以上、表面伝導形電子放出素子の基本的な
構成、製法について述べたが、本発明の思想によれば、
表面伝導形電子放出素子の特性で先に述べた３つの特徴
を有すれば、上述の構成、製法等に限定されず、後述の
電子源や、表示装置等の画像形成装置に於ても適用でき
る。

【００８０】次に、本発明に係る電子源及び画像形成装
置について述べる。

【００８１】前述した本発明に係る表面伝導形電子放出
素子の３つの基本的特性の特徴、即ち、第一に本電子放
出素子は閾値電圧（図５中のＶｔｈ）以上の素子電圧を
印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方、閾値電
圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されな
い。即ち、本電子放出素子は、放出電流Ｉｅに対する明
確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。

【００８２】第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御でき
る。

【００８３】第三に、アノード電極３４（図３）に捕捉
される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存
する。即ち、アノード電極３４（図３）に捕捉される電
荷量は、素子電圧Ｖｆを印加する時間により制御でき
る。

【００８４】によれば、表面伝導形電子放出素子からの
放出素子は、閾値電圧以上では、対向する素子電極間に
印加するパルス状電圧の波高値と幅で制御される。一
方、閾値電圧以下では、ほとんど放出されない。この特
性によれば、多数の電子放出素子を配置した場合におい
ても、個々の表面伝導形電子放出素子に、上記パルス状
電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、任意の表面
伝導形電子放出素子を選択し、その電子放出量が制御出
来るという作用効果を奏する事となる。

【００８５】更に、本発明において、以上の３つの基本
特性を有する表面伝導形電子放出素子の中でも、上記作
用効果の点において、より好ましく適用され得る表面伝
導形電子放出素子は、上述した通り、素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅの双方とも、対向する一対の素子電極に印加
する電圧Ｖｆに対して、単調増加特性（ＭＩ特性）を有
する表面伝導形電子放出素子である。

【００８６】以下で、この原理に基づき構成した電子源
基板の構成について、図７を用いて説明する。

【００８７】図７において、１は基板、７２はＸ方向配
線、７３はＹ方向配線、７４は表面伝導形電子放出素
子、７５は結線である。尚、表面伝導形電子放出素子７
４は、前述した平面型あるいは垂直型どちらであっても
よい。

【００８８】ここで、基板１は前述したガラス基板等の
絶縁性基板であり、その大きさ及びその厚みは、基板１
に設置される表面伝導形電子放出素子の個数及び個々の
素子の設計上の形状、及び電子源の使用時容器の一部を
構成する場合にはその容器を真空に保持するための条件
等に依存して適宜設定される。

【００８９】ｍ本のＸ方向配線７２は、ＤＸ１、ＤＸ
２、…、ＤＸｍからなり、基板１上に、真空蒸着法、印
刷法、スパッタ法等で形成し、所望のパターンとした導
電性金属等からなり、多数の表面伝導形電子放出素子に
ほぼ均等な電圧が供給される様に、その材料、膜厚、配
線幅が設定される。

【００９０】また、Ｙ方向配線７３はＤＹ１、ＤＹ２、
…、ＤＹｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同
様に、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成し、所
望のパターンとした導電性金属等からなり、多数の表面
伝導形電子放出素子にほぼ均等な電圧が供給される様
に、その材料、膜厚、配線幅等が設定される。

【００９１】これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方
向配線７３との間には、不図示の層間絶縁層が設置さ
れ、電気的に分離されて、マトリックス配線を構成す
る。尚、ここでｍ、ｎは共に正の整数である。

【００９２】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ_２ 等であり、Ｘ
方向配線７２を形成した基板１の全面或は一部の所望の
形状で形成され、特に、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７
３の交差部の電位差に耐え得る様に、その膜厚、材料、
製法が適宜設定され、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３
の交差部のみに設置される場合もあり、このときは、結
線７５とＸ方向配線７２あるいはＹ方向配線７３との電
気的接続は、コンタクトホールを介さず行う事ができ
る。また、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３は、それぞ
れ外部端子として引き出されている。

【００９３】尚、ｍ本のＸ方向配線７２の上に、ｎ本の
Ｙ方向配線７３を層間絶縁層を介して設置した例で説明
したが、ｎ本のＹ方向配線７３の上に、ｍ本のＸ方向配
線７２を層間絶縁層を介して設置する場合もある。ま
た、層間絶縁層が、前述した垂直型表面伝導形電子放出
素子の段差部の形成材の一部あるいは全部となる場合も
ある。

【００９４】更に、前述と同様にして、表面伝導形電子
放出素子７４の対向する電子電極（不図示）は、ｍ本の
Ｘ方向配線（ＤＸ１、ＤＸ２、…、ＤＸｍ）７２及びｎ
本のＹ方向配線（ＤＹ１、ＤＹ２、…、ＤＹｎ）７３
と、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成された導
電性金属等からなる結線７５によって電気的に接続され
ている。

【００９５】ここで、ｍ本のＸ方向配線７２、ｎ本のＹ
方向配線７３、結線７５、及び対向する素子電極を構成
する導電性金属は、その構成元素の一部あるいは全部が
同一であっても、またそれぞれ異なっていてもよく、例
えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ，
Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒ
ｕＯ_２ 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス
等から構成される印刷導体、Ｉｎ_２ Ｏ_３ −ＳｎＯ_２
等の透明導体及びポリシリコン等の半導体材料等より
適宜選択される。また、表面伝導形電子放出素子は、基
板１あるいは、不図示の層間絶縁層上にどちらに形成し
てもよい。

【００９６】また、後に詳述するが、前記Ｘ方向配線７
２には、Ｘ方向に配列する表面伝導形電子放出素子７４
の行を入力信号に応じて走査するために、Ｘ方向配線７
２に走査信号を印加するための不図示の走査信号印加手
段が電気的に接続されている。一方、Ｙ方向配線７３に
は、Ｙ方向に配列する表面伝導形電子放出素子７４の列
の各列を入力信号に応じて変調するために、Ｙ方向配線
７３に変調信号を印加するための不図示の変調信号発生
手段が電気的に接続されている。更に、複数の表面伝導
形電子放出素子の各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との差電圧として
供給されるものである。

【００９７】次に、以上のようにして作成した電子源を
用いた、表示等に用いる画像形成装置について、図８と
図９を用いて説明する。尚、図８は画像形成装置の基本
構成図であり、図９は蛍光膜を示す図である。

【００９８】図８において、１は上述のようにして電子
放出素子を作製した電子源基板、８１は電子源基板１を
固定したリアプレート、８６はガラス基板８３の内面に
蛍光膜８４とメタルバック８５等が形成されたフェース
プレート、８２は支持枠であり、これらリアプレート８
１、支持枠８２及びフェースプレート８６を、それらの
接合面にフリットガラス等を塗布し、大気中あるいは窒
素中で４００〜５００℃、１０分以上の条件で焼成する
ことにより封着して、外囲器８８を構成する。尚、図８
において、７４は図１における電子放出部に相当し、ま
た、７２、７３は表面伝導形電子放出素子の一対の素子
電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。こ
こで、これら素子電極と接続された配線は、素子電極と
同一の材料よりなる場合には、素子電極と呼ぶこともあ
る。

【００９９】また、前記外囲器８８は、上述の如く、フ
ェースープレート８６、支持枠８２、リアプレート８１
で構成したが、リアプレート８１は主に基板１の強度を
補強する目的で設けられるため、基板１自体で十分な強
度を持つ場合は別体のリアプレート８１は不要であり、
基板１に直接支持枠８２を封着し、フェースプレート８
６、支持枠８２、基板１にて外囲器８８を構成しても良
い。

【０１００】次に、図９は蛍光膜を示す図であるが、図
８の蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみか
ら成るが、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あるいわブラックマトリクスなど
と呼ばれる黒色導伝材９１と蛍光体９２とで構成され
る。

【０１０１】このようなブラックストライプあるいはブ
ラックマトリクス設けられる目的は、カラー表示の場合
必要となる三原色蛍光体の、各蛍光体９２間の塗り分け
部を黒くすることで混色等を目立たなくすることと、蛍
光膜８４における外光反射によるコントラストの低下を
抑制することである。

【０１０２】また、ブラックストライプの材料として
は、通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料だ
けでなく、導電性があり、光の透過及び反射が少ない材
料であればこれに限るものではない。

【０１０３】尚、ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方
法はモノクローム、カラーによらず、沈殿法や印刷法が
用いられる。また、蛍光膜８４の内面側には通常メタル
バック８５が設けられるが、メタルバックの目的は、蛍
光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８６
側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、電子
ビーム加速電圧を印加するための電極として作用するこ
と、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージ
からの蛍光体の保護等である。メタルバックは、蛍光膜
作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常、フィ
ルミングと呼ばれる）を行い、その後Ａｌを真空蒸着等
で堆積することで作製できる。

【０１０４】また、フェースプレート８６には、更に、
蛍光膜８４の導伝性を高めるため、蛍光膜８４の外面側
に透明電極（不図示）を設けてもよい。

【０１０５】尚、前述の封着を行う際、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけな
いため、十分な位置合わせを行う必要がある。

【０１０６】外囲器８８は、不図示の排気管を通じ、１
０のマイナス６乗トール程度の真空度にされ、外囲器８
８の封止がおこなわれる。尚、この時、不図示の排気管
を通じ、例えば、ロータリーポンプ、ターボポンプをポ
ンプ系とするような通常の真空装置系で、１０のマイナ
ス６乗トール程度の真空中で、容器外端子Ｄox1〜Ｄoxm
とＤoy1〜Ｄoynを通じて、素子電極間に電圧を印加し、
上述のフォーミグ処理を行い、電子放出部を形成して表
面伝導形電子放出素子を作成する。但し、本発明におい
て特に好適な表面伝導形電子放出素子である、上述の素
子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅが単調増加特性（ＭＩ特
性）を示す表面伝導形電子放出素子とする場合には、例
えば、上記フォーミング処理の後、８０℃〜１５０℃で
ベーキングを３〜１５時間行いながら、イオンポンプ等
の超高真空装置系に切り替える等の工程が付加される。

【０１０７】また、外囲器８８の封止後の真空度を維持
するために、ゲッター処理を行う場合もある。これは、
外囲器８８の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加
熱あるいは高周波加熱等の加熱法により、外囲器８８内
の所定の位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱
し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ
等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、例えば
１×１０マイナス５乗〜１×１０マイナス７乗トールの
真空度を維持するものである。

【０１０８】以上のように完成した本発明に係る画像形
成装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄox
1〜Ｄoxm、Ｄoy1〜Ｄoynを通じ、電圧を印加することに
より電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、メタルバック
８５あるいは透明電極（不図示）は数ｋＶ以上の高圧を
印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝突させ、
励起・発光させることで画像を表示するものである。

【０１０９】以上述べた構成は、表示等に用いられる好
適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構成であ
り、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述内容に限
られるものではなく、画像形成装置の用途に適するよう
適宜選択する。

【０１１０】次に、本発明の画像形成装置の駆動法の実
施態様例について説明する。

【０１１１】本発明に関わる第１の駆動方法によれば、
前記走査信号を印加する手段（選択手段ともいう）は、
前記ｍ本のＸ方向配線のうち任意に選択された配線に対
してはＶ１［Ｖ］、残る他の配線に対してはＶ２［Ｖ］
の電圧を印加する事により、Ｖ１［Ｖ］の印加された配
線と接続する表面伝導形放出素子を選択的に走査するも
のである（Ｖ１［Ｖ］とＶ２［Ｖ］は互いに異な
る。）。また前記変調信号発生手段は、前記ｎ本のＹ方
向配線に対して一定の長さのパルス状の電圧を発生する
ものであるが、ｎ本の各々に対して対応する入力信号、
例えば、原画像信号の輝度レベルに応じてパルスの電圧
波高値（Ｖｍ［Ｖ］と呼ぶ）を変更する事により、表示
画像の輝度を変調するものである。

【０１１２】より詳しくは、走査されているｎ個の電子
放出素子に印加される駆動電圧Ｖｍ−Ｖ１［Ｖ］の絶対
値は、先に述べた電子放出素子のＶｆとＩｅの関係を利
用して変調され、各々原画像信号の輝度レベルに応じて
所望強度の電子ビームが出力されるよう制御される。

【０１１３】一方、走査されていない電子放出素子に印
加される駆動電圧Ｖｍ［Ｖ］−Ｖ２［Ｖ］の絶対値は、
先に述べた電子放出素子のしきい値電圧Ｖｔｈの絶対値
を越えないよう制御される。このため、走査されている
電子放出素子からのみ所望強度の電子ビームが一定のさ
の間出力され、走査されていない電子放出素子からは電
子ビームが出力される事はない。

【０１１４】また、本発明に関わる第２の駆動方法によ
れば、前記走査信号を印加する手段は、前記ｍ本のＸ方
向配線のうち任意に選択された配線に対してはＶ３
［Ｖ］、残る他の配線に対してはＶ４［Ｖ］の電圧を印
加する事により、Ｖ３［Ｖ］の印加された配線と接続す
る表面伝導形放出素子を選択的に走査するものである
（Ｖ３［Ｖ］とＶ４［Ｖ］は互いに異なる。）。

【０１１５】また前記変調信号発生手段は、前記ｎ本の
Ｙ方向配線に対して一定の波高値（Ｖｐ［Ｖ］と呼ぶ）
を有するパルス状の電圧を発生するものであるが、ｎ本
の各々に対して対応する原画像信号の輝度レベルに応じ
てパルスの長さ（Ｐｗ［Ｓ］と呼ぶ）を変更する事によ
り、表示画像の輝度を変調するものである。

【０１１６】より詳しくは、走査されているｎ個の電子
放出素子に印加される駆動電圧Ｖｐ−Ｖ３［Ｖ］の絶対
値は、先に述べた電子放出素子のしきい値電圧Ｖｔｈの
絶対値を越えるものであり、パルスの長さＰｗ［Ｓ］を
個別に変調することにより、各々入力信号、例えば、原
画像信号の輝度レベルに応じた所望の電荷量の電子が出
力されるよう制御される。

【０１１７】一方、走査されていない電子放出素子に印
加される駆動電圧Ｖｐ−Ｖ４［Ｖ］の絶対値は、電子放
出素子のしきい値電圧Ｖｔｈの絶対値を越えないように
制御される。このため、走査されている電子放出素子か
らのみ所望の電荷量の電子が出力され、走査されていな
い電子放出素子からは、電子ビームが出力される事はな
い。

【０１１８】また、本発明に関わる第３の駆動方法によ
れば、前記走査信号を印加する手段は、前記ｍ本のＸ方
向配線のうち任意に選択された配線に対してはＶ５
［Ｖ］、残る他の配線に対してはＶ６［Ｖ］の電圧を印
加する事により、Ｖ５［Ｖ］の印加された配線と接続す
る表面伝導形放出素子を選択的に走査するものである
（ここで、Ｖ５［Ｖ］とＶ６［Ｖ］との間には、Ｖ５−
Ｖ６＝一定の条件が満足される必要がある。）。

【０１１９】また前記変調信号発生手段は、前記ｎ本の
Ｙ方向配線に対してパルス状の電圧を発生するものであ
るが、ｎ本の各々に対して対応する原画像信号の輝度レ
ベルに応じてパルスを印加するタイミングもしくは電圧
波高値もしくはその両方を変更する事により、表示画像
の輝度を変調するものである（ここで、パルスを印加す
るタイミングとはパルスの長さ、もしくは走査信号に対
するパルスの位相、もしくはその両方を意味する。）。

【０１２０】より詳しくは、走査されているｎ個の電子
放出素子に印加される駆動電圧は、パルスの長さ及び波
高値の両方を変調された電圧パルスであり、当該素子の
走査期間を通じて放出される電子の電荷積分量が入力信
号、例えば原画像の輝度レベルに応じた量となるように
制御されている。

【０１２１】一方、走査されていない電子放出素子に印
加される駆動電圧は、当該素子の走査期間を通じて、電
子放出素子のしきい値電圧Ｖｔｈを越えないように制御
される。このため、走査されている電子放出素子からの
み所望の電荷量の電子が出力され、走査されていない電
子放出素子からは、電子ビームが出力される事はない。

【０１２２】尚、前述したように、表面伝導形電子放出
素子の基本特性、即ち、素子電流Ｉｆ、電子放出電流Ｉ
ｅが共に、素子に印加する電圧に対して、単調増加特性
を示す本発明の電子源及び画像形成装置によれば、本発
明にかかわる３つの駆動法において、走査されていない
電子放出素子からは電子ビームが出力される事はない
が、電子放出電流Ｉｅが素子に印加する電圧に対して単
調増加特性を示すが、素子電流ＩｆがＶＣＮＲ特性を示
す場合は、走査されていない電子放出素子からは電子ビ
ームが出力される場合もある。これは、走査されていな
い電子放出素子に印加される駆動電圧Ｖｍ［Ｖ］−Ｖ２
［Ｖ］の印加中に、表面伝導形電子放出素子の状態が変
化し、先に述べた電子放出素子のしきい値電圧Ｖｔｈの
絶対値を越えたと推定される。

【０１２３】次に、電子源及び画像形成装置の分割駆動
法の実施態様例について説明する。

【０１２４】図１０に示す様に、複数の電子放出素子Ａ
を有する線電子放出素子（Ｘ_１ 、Ｘ_２ 、…）と、変
調電極群（Ｙ_１ 、Ｙ_２ 、…）とがＸＹマトリックス
状（行列状）に配置されている装置において、複数の線
電子放出素子（Ｘ_１ 、Ｘ_２、…）のうち任意の一列
に、電子放出に必要な電圧Ｖｆが印加され、変調電極群
（Ｙ_１ 、Ｙ_２ 、…）には該一列分の情報信号に応じ
た電圧が印加されて、該一列分の情報信号に応じた電子
線の放出パターンが形成される。かかる動作を前記線電
子放出素子の各列毎に順次行い、一画面分、さらには多
画面分の電子線放出パターンが形成される。更に、該放
出パターンの電子線を画像形成部材面に照射させること
により、一画面分、更には多画面分の画像が該画像形成
部材面に形成される。

【０１２５】ここで、上記の駆動方法においては、上記
変調電極群（Ｙ１ 、Ｙ２ 、…）への情報信号に応じ
た電圧印加にあたって、オン電圧が印加される変調電極
（例えばＹ２ ）と隣接する変調電極（Ｙ１ 、Ｙ３
）には、情報信号にかかわらずカットオフ電圧が印加
される。この結果、変調電極Ｙ１ 、Ｙ３ は定電位に
維持される。

【０１２６】このような駆動方法を採ることにより、オ
ン電圧によって画像形成部材へ飛翔する電子線は、上述
の如き隣接する変調電極列へ印加される電圧の悪影響を
受けない。また、電子ビーム間のクロストークもなくな
る。

【０１２７】上記駆動方法の例を挙げるならば、上記変
調電極群への情報信号の入力を上記変調電極のｎ列（ｎ
≧１）おきに、時間的にｎ＋１回に分割して行い、且つ
該情報信号が入力されていない変調電極にはカットオフ
信号を入力する駆動方法である。

【０１２８】図１０において、入力信号は変調電極群
（Ｙ_１ 、Ｙ_２ 、…）の偶数列と奇数列とに、２回に
分割して入力され、各回の入力信号非入力の変調電極に
はカットオフ信号が入力される。例えば、電子放出に必
要な電圧Ｖｆは線電子放出素子のＸ_１ 列に印加され、
変調電極群（Ｙ_１ 、Ｙ_２ 、Ｙ_３ …）への情報信号
の入力は、１）まず、変調電極Ｙ_１ 、Ｙ_３ 、Ｙ_５
列に情報信号が、変調電極Ｙ_２ 、Ｙ_４ 、Ｙ_６ 列に
はカットオフ信号がそれぞれ入力され、次に、２）変調
電極Ｙ_２ 、Ｙ_４ 、Ｙ_６ 列に情報信号が、変調電極
Ｙ_１ 、Ｙ_３ 、Ｙ_５ 列にはカットオフ信号がそれぞ
れ入力されて、Ｘ_１ 列分の情報信号に応じた電子線放
出パターンが形成される。かかる動作を各線電子放出素
子列毎に順次行い一画面分、さらには多画面分の電子線
放出パターンが形成される。更に、該放出パターンの電
子線を画像形成部材面に照射させることにより、一画面
分、さらに多画面分の画像が該画像形成部材面に形成さ
れる。

【０１２９】ここで、電子源からの上記放出パターンの
電子線が効率的に画像形成部材面に照射させるために、
該画像形成部材に適度な電圧が印加されるが、かかる電
圧の大きさは、上記オン電圧並びにカットオフ電圧の大
きさ、及び用いる電子放出素子の種類によって適宜選定
される。

【０１３０】また、上記情報信号（変調信号）はオン信
号、即ち、電子線の画像形成部材への一定量以上の照射
を許容し得る電圧信号と上記カットオフ信号、即ち、電
子線の画像形成部材への照射を阻止し得る電圧信号とを
有するが、画像の諧調表現を行う場合には、更に諧調信
号、即ち電子線の画像形成部材への照射量を可変する電
圧信号をも含む。また、上記オン信号、カットオフ信号
は用いられる電子放出素子の種類、あるいは該画像形成
部材に印加される電圧の大きさなどによって適宜設定さ
れるものである。

【０１３１】また、上記駆動方法にて駆動が行われる電
子源及び画像形成装置の構成については、例えば、画像
形成部材としてレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー
（Ｂ）の蛍光体を配置した、カラー表示の画像形成部材
であっても良い。

【０１３２】また、上記の駆動方法における分割数は、
図１０で示した２分割のみならず、適宜設定される。

【０１３３】また、入力信号が入力された変調電極に隣
接する変調電極には、カットオフ信号を入力したが、カ
ットオフ信号を入力しない場合には、一素子あたりに許
される時間が分割数分増加し、十分な電子放出が得られ
るという別の効果も期待できる。

【０１３４】尚、この場合はＹ_１ 、Ｙ_２ 、…ではな
くＸ₁ 、Ｘ₂ 、…を分割して駆動しても良い。

【０１３５】次に、本発明の画像形成装置において、よ
り高品位な画像を得ることのできる実施態様例を以下に
示す。

【０１３６】図１１は複数の表面伝導形電子放出素子
を、マトリクス状に配置した電子源を用いた、前述の図
８に示すような画像形成装置の一画素分に対応する概略
構成及び電子線の飛翔状態を示す図である。

【０１３７】同図において、１は基板、５は高電位側素
子電極、６は低電位側素子電極であり、これらは狭いギ
ャップを有して基板１上に形成されており、この狭いギ
ャップ間に薄膜から電子放出部３を形成して表面伝導形
電子放出素子を構成し、更に、該素子基板と対向して配
置されるフェースプレート８６とにより画像表示装置を
構成している。

【０１３８】上記フェースプレート８６は、ガラス板８
３とメタルバック８５、画像形成部材８４（ここでは蛍
光体）から成り、基板１の上方、距離Ｈの位置に置かれ
ている。

【０１３９】上記構成において、素子電極５、６間に素
子駆動用電源１０により電圧Ｖｆを印加すると、電子が
電子放出部３から放出され、電子ビーム加速用電源１１
からメタルバック８５を通じて蛍光体８４に印加される
加速電圧Ｖａにより、当該電子は加速され蛍光体８４に
衝突し、これを発光させフェースプレート８６上に輝点
９を形成する。

【０１４０】図１２は、図１１に示したような装置にお
いて、本発明者らが観察した蛍光体の輝点９の拡大概略
図である。

【０１４１】図１２に示されるように、蛍光体の輝点全
体は素子電極への電圧印加方向（図中Ｘ方向）及びそれ
と垂直な方向（Ｙ方向）にある広がりを持っていること
が確認された。

【０１４２】このような輝点が形成される理由、即ち、
電子ビームがある広がりを持って画像形成部材に到達す
る理由については、表面伝導形電子放出素子の電子放出
機構について完全に解明されてはいないので明確ではな
いが、本発明者らは、幾多の実験から初速度を持った電
子があらゆる方向へ散乱されるように放出されているた
めと考えている。

【０１４３】また、本発明者らは、あらゆる方向へ放出
される電子のうち、高電位側素子電極方向（図中Ｘプラ
ス方向）に放出された電子が輝点の先端部１８に到達
し、低電位側素子電極方向（図中Ｘマイナス方向）に放
出された電子が輝点の尾部１９に到達するというよう
に、基板面に対し角度分布を有する電子が放出されるこ
とによりＸ方向についてある広がりを持った輝点が得ら
れると考えている。但し、輝点の尾部の輝度は他の部分
に比べ一層低かったため、低電位側素子電極方向に放出
される電子の量は非常に少ないと推察される。

【０１４４】更に、本発明者らの実験によると、図１１
及び図１２において、輝点９は電子放出部３の鉛直上方
からＸプラス方向、即ち、高電位側素子電極５の側へず
れていることがわかった。

【０１４５】この理由は、表面伝導形電子放出素子上の
空間の電位分布が、図１３に示されるように、電子放出
部３の近傍において等電位面が画像形成部材８５面と平
行になってないため、放出された電子は加速電圧Ｖａに
より加速され図中Ｚ方向に飛翔するだけでなく、高電位
側素子電極５方向にも加速されるためと本発明者らは考
えている。

【０１４６】即ち、電子放出させるために必要な印加電
圧Ｖｆにより、電子は放出された直後、偏向作用を受け
ることが避けられないためと考えられる。

【０１４７】そこで本発明者らは、輝点９の形状や大き
さ、電子放出部３の鉛直上方からＸ方向への位置ずれの
値などを詳細に検討し、輝点先端部までのずれ量（図１
１中のΔＸ１）と輝点尾部までのずれ量（図１１中のΔ
Ｘ２）をＶａ、Ｖｆ、Ｈをパラメーターとして表わすこ
とを試みた。

【０１４８】荷電粒子の運動方程式から電子源の上方
（Ｚ方向）距離ＨにＶａ（Ｖ）の電圧が印加されたター
ゲットがあり、電子源〜ターゲット間には一様な電場が
存在する時、Ｘ方向には初速度Ｖ（ｅＶ）、Ｚ方向には
初速度０で射出した電子は、ターゲットに到達するまで
に、Ｘ方向に

【０１４９】

【外１】 だけ、変位する。

【０１５０】本発明者らの行った実験では、素子電極間
に印加する電圧の影響で、図１３に示したように、電子
放出部近傍において電場が湾曲しており、Ｘ方向へも電
子が加速されるが、通常電子放出素子に印加する電圧に
対し、画像形成部材に印加される電圧が十分大きいの
で、電子は電子放出部の近傍のみでＸ方向に加速され、
その後はＸ方向速度はほとんど一定と考えられるので、
電子放出部近傍でＸ方向に加速された後の速度を式
（１）のＶに代入すれば、Ｘ方向への電子ビームのずれ
が求められると考えられる。

【０１５１】今、電子が電子放出部近傍でＸ方向に加速
されたあと得たＸ方向の速度成分をＣ（ｅＶ）とする
と、Ｃは素子に印加する電圧Ｖｆの値によって変化する
定数と考えられる。そこでＣをＶｆの関数としてＣ（Ｖ
ｆ）（単位はｅＶ）として表し（１）式に代入すれば、
ずれ量ΔＸ０は下記（２）式で表せる。

【０１５２】 ΔＸ０＝２Ｈ√（Ｃ（Ｖｆ）／Ｖａ）…（２） 但し、（２）式は電子放出部からＸ方向の初速度０で放
出された電子が、電子放出部近傍で素子電極間に印加さ
れる電圧Ｖｆの影響でＸ方向速度Ｃ（ｅＶ）となった場
合のずれ量を表している。

【０１５３】実際には、前述のように、表面伝導形電子
放出素子から放出される電子はあらゆる方向に初速度を
もって放出されると考えられるため、その初速度の大き
さをｖ０（ｅＶ）とすると、（１）式から、Ｘ方向へ最
も大きくずれる電子ビームのずれ量は ΔＸ１＝２Ｈ√（（Ｃ＋ｖ０）／Ｖａ）…（３） Ｘ方向へのずれ量が最も小さい電子ビームのずれ量は ΔＸ２＝２Ｈ√（（Ｃ−ｖ０）／Ｖａ）…（４） となると考えられる。

【０１５４】ここで、ｖ０も電子放出部に印加される電
圧エネルギーであるＶｆにより値が変化する定数と考え
られるから、結局Ｃもｖ０もＶｆの関係であると言える
から、定数Ｋ２、Ｋ３を用いて √（Ｃ＋ｖ０）（Ｖｆ）＝Ｋ２√Ｖｆ、 √（Ｃ−ｖ０）（Ｖｆ）＝Ｋ３√Ｖｆ と書き換えられる。

【０１５５】これを用いて（３）（４）を変形すると ΔＸ１＝Ｋ２×２Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ）…（５） ΔＸ２＝Ｋ３×２Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ）…（６） ここで、Ｈ、Ｖｆ、Ｖａは測定可能な量であり、ΔＸ
１、ΔＸ２も測定可能な量である。

【０１５６】本発明者らは、図１１において、Ｈ、Ｖ
ｆ、Ｖａを変えてΔＸ１、ΔＸ２を測定する実験を種々
行うことにより、Ｋ２、Ｋ３の値としてそれぞれ下記の
値を得た。

【０１５７】Ｋ２＝１．２５±０．０５ Ｋ３＝０．３５±０．０５ これは加速電界の強度（Ｖａ／Ｈ）が１ｋＶ／ｍｍ以上
の時、特に良く成り立つ。

【０１５８】以上の知見をもとにすれば、画像形成部材
面での電子ビームスポットの電子放出素子への電圧印加
方向（Ｘ方向）の大きさ（Ｓ１とする）は、Ｓ１＝ΔＸ
１−ΔＸ２として簡単に求められる。

【０１５９】Ｋ１＝Ｋ２−Ｋ３と置けば（５）、（６）
式から Ｓ１＝Ｋ１×２Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ）…（７） 但し、０．８≦Ｋ１≦１．０ となる。

【０１６０】次に電子放出素子への電圧印加方向と垂直
な方向のスポットサイズを考えると上述したことから、
電子放出素子への電圧印加方向と垂直な方向（図１１Ｙ
方向）へも、電子ビームは初速度ｖ０で放出されると考
えられるが、図からもわかるように電子ビームは射出以
降、Ｙ方向へはほとんど加速されない。

【０１６１】そこで電子ビームのＹ方向への変位量は、
Ｙプラス方向、Ｙマイナス方向とも ΔＹ＝２Ｈ√（ｖ０／Ｖａ）…（８） となると考えられる。

【０１６２】ここで（３）、（４）式から √（（ΔＸ１² −ΔＸ２² ）／２）＝２Ｈ√（ｖ０／Ｖａ）…（９） また（５）、（６）式から √（（ΔＸ１² −ΔＸ２² ）／２）＝２Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ）×√（（Ｋ２² − Ｋ３² ）／２）…（１０） （９）、（１０）式を比べると、 ２Ｈ√（ｖ０／Ｖａ）＝２Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ）×√（（Ｋ２² −Ｋ３² ）／２ ）…（１１） よって、（１１）式右辺の√（（Ｋ２² −Ｋ３² ）／
２）＝Ｋ４と置けば、画像形成部材面での電子ビームス
ポットのＹ方向の大きさ（Ｓ２とする）は、電子放出部
のＹ方向の長さをＬとして、次式で表せる。

【０１６３】 Ｓ２＝Ｌ＋２ΔＹ＝Ｌ＋２Ｋ４×２Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ）…（１２） 式（１２）の形になるとＨ、Ｖｆ、Ｖａ、Ｌが測定可能
であるから、Ｓ２を実験で測定することにより、係数Ｋ
４の値は決められるが、Ｋ２＝１．２５±０．０５、Ｋ
３＝０．３５±０．０５であることと、Ｋ４の定義から
は０．０８≦Ｋ４≦０．０９となる。これは、Ｙ方向の
スポットサイズを求める実験から、得られた値と良く一
致していた。

【０１６４】さらに、本発明者らは、以上得られた関係
式をもとに、複数の電子放出部から放出される電子ビー
ムの、画像形成部材面上での関係を考察した。

【０１６５】図１１に示した構成では、放出された電子
は、素子電極近傍の電場の湾曲（図１３）や、電極のエ
ッジの影響等で、図１２に示したように、Ｘ軸に非対称
な形状で画像形成部材面に達する。

【０１６６】スポット形状の歪みとか、非対称性は画像
の解像度の低下を引き起こし、特に文字などを表示する
場合、文字の判別性が低下し、また動画の場合でも画像
のきれが悪く、鮮明な画像が得られない。

【０１６７】この場合、輝点の形状はＸ軸に非対称だ
が、先端部から尾部までが、電子放出部の鉛直上方から
どれだけずれるかは、式（５）、（６）から明らかであ
るから、本発明者らは、複数の電子放出部が電圧印加方
向において、下記（１３）式で表される間隔Ｄをもって
配置されれば、該複数の電子放出部から放出された電子
ビームが、画像形成部材面上で一つに重なることによ
り、対称性の良い輝点形状が得られる事を見いだした。

【０１６８】 Ｋ２×２Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ）≧Ｄ／２≧Ｋ３×２Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ）…（１３ ） 但しＫ２、Ｋ３は定数でＫ２＝１．２５±０．０５ Ｋ３＝０．３５±０．０５ また、電圧印加方向と垂直な方向（Ｙ方向）について
も、上述した内容から、Ｙ方向の長さＬの電子放出部か
ら放出された電子による輝点が、Ｙ方向に連続であるこ
とが必要なとき、電子放出素子のＹ方向の配列ピッチＰ
を下記（１４）式を満たすようにすれば良い。

【０１６９】 Ｐ＜Ｌ＋２Ｋ５×２Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ）…（１４） 但しＫ５＝０．８０ 逆にＹ方向長さＬの電子放出部から放出された電子によ
る輝点がＹ方向において非連続であることが必要な場合
は、電子放出素子のＹ方向の配列ピッチＰを下記（１
５）式を満足するようにすれば良い。

【０１７０】 Ｐ≧Ｌ＋２Ｋ６×２Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ）…（１５） 但しＫ６＝０．９０ また、本発明の思想によれば、表示に用いられる好適な
画像形成装置に限るものでなく、感光性ドラムと発光ダ
イオード等で構成された光プリンターの発光ダイオード
等の代替の発光源として、上述の画像形成装置を用いる
こともできる。この際、上述のｍ本の行方向配線とｎ本
の列方向配線を、適宜選択することで、ライン状発光源
だけでなく、２次元状の発光源としても応用できる。

【０１７１】以下に、実施例を挙げて、本発明を更に詳
述する。

【０１７２】

【実施例】（参考例１） 本参考例は、本発明の画像形成装置に関し、多数の平面
型表面伝導形電子放出素子を層間絶縁層上に形成し、素
子電極、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線、及び、該素子電極と
該配線とを結ぶ結線の夫々を構成する材料が、同一ある
いはその材料を構成する元素の一部が同一である場合を
示す参考例である。

【０１７３】電子源の一部の平面図を図１４に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ′断面図を図１５に、また、その製造
方法を示す図を、図１６、図１７に示す。但し、図１
４、図１５、図１６で同じ記号を示したものは、同じも
のを示す。

【０１７４】ここで１は基板、７２は図７のＤＸｍに対
応するＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３は図７のＤ
Ｙｎに対応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、４は電
子放出部を含む薄膜、５、６は素子電極、１１１は層間
絶縁層、１１２は、素子電極５と下配線７２と電気的接
続のためのコンタクトホールである。

【０１７５】次に製造方法を図１６、図１７により工程
順に従って具体的に説明する。

【０１７６】工程−ａ：清浄化した青板ガラス上に厚さ
０．５ミクロンのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成し
た基板１上に、真空蒸着により厚さ５０オングストロー
ムのＣｒ、厚さ６０００オングストロームのＡｕを順次
積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０ ヘキスト社
製）をスピンナーにより回転塗布、ベークした後、ホト
マスク像を露光、現像して、下配線７２のレジストパタ
ーンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウエットエッチング
して、所望の形状の下配線７２を形成する（図１６の
（ａ））。

【０１７７】工程−ｂ：次に、厚さ１．０ミクロンのシ
リコン酸化膜からなる層間絶縁層１１１をＲＦスパッタ
法により堆積する（図１６の（ｂ））。

【０１７８】工程−ｃ：前記工程ｂで堆積したシリコン
酸化膜にコンタクトホール１１２を形成するためのホト
レジストパターンを作り、これをマスクとして層間絶縁
層１１１をエッチングして、コンタクトホール１１２を
形成する（図１６の（ｃ））。

【０１７９】尚、エッチングはＣＦ４とＨ２ガスを用い
たＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎ
ｇ）法によった。

【０１８０】工程−ｄ：その後、素子電極５と、素子電
極間ギャップＧとなるべきパターンをホトレジスト（Ｒ
Ｄ−２０００Ｎ−４１ 日立化成社製）形成し、真空蒸
着法により、厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚さ１
０００オングストロームのＮｉを順次堆積した。ホトレ
ジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜
をリフトオフし、素子電極間隔Ｇは３ミクロンとし、素
子電極の幅Ｗ１が３００ミクロンとなるように素子電極
５、６を形成した（図１６の（ｄ））。

【０１８１】工程−ｅ：素子電極５、６の上に上配線７
３のホトレジストパターンを形成した後、厚さ５０オン
グストロームのＴｉ、厚さ５０００オングストロームの
Ａｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不
要の部分を除去して、所望の形状の上配線７３を形成し
た（図１７の（ｅ））。

【０１８２】工程−ｆ 図１８に本工程に関わる電子放出素子の電子放出部形成
用薄膜２のマスクの平面図の一部を示す。素子間電極ギ
ャップＬ１およびこの近傍に開口を有するマスクであ
り、このマスクにより膜厚１０００オングストロームの
Ｃｒ膜１２１を真空蒸着により堆積・パターニングし、
その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社
製）をスピンナーにより回転塗布、３００℃で１０分間
の加熱焼成処理をした（図１７の（ｆ））。

【０１８３】また、こうして形成された、主元素として
Ｐｄよりなる微粒子からなる電子放出部形成用薄膜２の
膜厚は１００オングストローム、シート抵抗値は５×１
０の４乗Ω／□であった。なお、ここで述べる微粒子膜
とは、上述したように、複数の微粒子が集合した膜であ
り、その微細構造として、微粒子が個々に分散配置した
状態のみならず、微粒子が互いに隣接、あるいは、重な
り合った状態（島状も含む）の膜をさし、その粒径と
は、前記状態で粒子形状が認識可能な微粒子についての
径をいう。

【０１８４】工程−ｇ：Ｃｒ膜１２１および焼成後の電
子放出部形成用薄膜２を酸エッチャントによりエッチン
グして所望のパターンを形成した（図１７の（ｇ））。

【０１８５】工程−ｈ：コンタクトホール１１２部分以
外にレジストを塗布するようなパターンを形成し、真空
蒸着により厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚さ５０
００オングストロームのＡｕを順次堆積した。リフトオ
フにより不要の部分を除去することにより、コンタクト
ホール１１２を埋め込んだ（図１７（ｈ））。

【０１８６】以上の工程により絶縁性基板１上に下配線
７２、層間絶縁層１１１、上配線７３、素子電極５、
６、電子放出部形成用薄膜２を形成した。

【０１８７】次に、以上のようにして作成した電子源を
用いて表示装置を構成した例を、図８と図９を用いて説
明する。

【０１８８】上述のようにして多数の平面型表面伝導形
電子放出素子を作製した基板１をリアプレート８１上に
固定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート
８６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバッ
ク８５が形成されて構成される）を支持枠８２を介し配
置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレー
ト８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で４
１０℃で１０分焼成することで封着した（図８）。

【０１８９】また、リアプレート８１への基板１の固定
もフリットガラスで行った。尚、図８において、７４は
電子放出素子、７２と７３はそれぞれＸ方向及びＹ方向
の素子配線である。

【０１９０】蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光
体のみから成るが、本実施例では蛍光体はストライプ形
状を採用し、先にブラックストライプを形成し、その間
隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜８４を作製した。こ
こで、ブラックストライプの材料としては、通常良く用
いられる黒鉛を主成分とする材料を用いた。尚、ガラス
基板８３に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を用い
た。

【０１９１】また、蛍光膜８４の内面側には通常メタル
バック８５を設けた。このメタルバックは、蛍光膜作製
後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常フィルミン
グと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸着するこ
とで作製した。

【０１９２】フェースプレート８６には、更に、蛍光膜
８４の導伝性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明
電極（不図示）が設けられる場合もあるが、本参考例で
は、メタルバックのみで十分な導伝性が得られたので省
略した。

【０１９３】また、前述の封着を行う際、カラーの場合
は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけ
ないため、十分な位置合わせを行った。

【０１９４】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（図示せず）を通じ真空ポンプにて排気
し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄox1〜Ｄoxm
とＤoy1〜Ｄoynを通じ電子放出素子７４の素子電極間に
電圧を印加して、電子放出部を、電子放出部形成用薄膜
を通電処理（フォーミング処理）することにより作成し
た。フォーミング処理の電圧波形を図４に示す。

【０１９５】図４中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス
幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を１ミリ秒、
Ｔ２を１０ミリ秒とし、三角波の波高値（フォーミング
時のピーク電圧）は１０Ｖとし、フォーミング処理は約
１×１０マイナス６乗トールの真空雰囲気下で６０秒間
行った。

【０１９６】このように作成された電子放出部は、パラ
ジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置された状態
となり、その微粒子の平均粒径は３０オングストローム
であった。

【０１９７】次に１０のマイナス６乗トール程度の真空
度で、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶
着し外囲器の封止を行った。

【０１９８】最後に封止後の真空度を維持するために、
高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０１９９】以上のように完成した画像表示装置におい
て、各電子放出素子には、容器外端子Ｄox1〜Ｄoxm、Ｄ
oy1〜Ｄoynを通じ、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、高圧端子Ｈｖを通じ、メタルバック８５に５ｋＶ
の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝
突させ、励起・発光させることで画像を表示した。

【０２００】また、上述の工程で作製した平面型表面伝
導形電子放出素子の特性を把握するために、同時に、図
１に示した平面型表面伝導形電子放出素子のＬ１、Ｗ
１、Ｗ２等を同様のものにした標準的な比較サンプルを
作製し、その電子放出特性の測定を上述の図３の通常真
空装置系の測定評価装置を用いて行った。尚、比較サン
プルの測定条件は、アノード電極と電子放出素子間の距
離を４ｍｍ、アノード電極の電位を１ｋＶ、電子放出特
性測定時の真空装置内の真空度を１×１０マイナス６乗
トールとした。また、素子に印加する電圧の掃引速度
は、素子電流Ｉｆ及び電子放出電流Ｉｅ共に単調増加す
る約１Ｖ／秒とした。

【０２０１】比較サンプルの電極５及び６の間に素子電
圧を印加し、その時に流れる素子電流Ｉｆ及び放出電流
Ｉｅを測定したところ、図５に示したような電流−電圧
特性が得られた（図１９）。また、本素子では、図１９
に示すように、素子電圧８Ｖ程度から急激に放出電流Ｉ
ｅが増加し、素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉｆが２．２
ｍＡ、放出電流Ｉｅが１．１マイクロＡとなり、電子放
出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ×１００（％）は０．０５％であ
った。尚、実施態様においては前述したように、測定条
件、真空装置の条件等により、素子の特性は変化するた
め、これらの条件はでき得るかぎり一定となるように測
定を行った。

【０２０２】（参考例２） 本参考例は、本発明の画像形成装置に関し、多数の垂直
型表面伝導形電子放出素子を基板上に形成し、Ｘ方向配
線とＹ方向配線との層間絶縁層が、垂直型表面伝導形電
子放出素子の段差形成部を兼ねており、素子電極、Ｘ方
向配線、Ｙ方向配線、及び該素子電極と該配線とを結ぶ
結線の各々を構成する材料が、同材料あるいはその構成
元素の一部が同一である場合を示す参考例である。

【０２０３】電子源の一部の平面図は、図１４と概略同
様であるから省略する。また、図１４中のＡ−Ａ′断面
図を図２０に示す。但し、図２０で上述の図と同じ記号
を示したものは同じものを示す。ここで１は基板、７２
は図７のＤｘｍに対応するＸ方向配線（ここでは、上配
線とも呼ぶ）、７３は図７のＤｙｎに対応するＹ方向配
線（ここでは、下配線とも呼ぶ）、４は電子放出部を含
む薄膜、５、６は素子電極、１１１は層間絶縁層であ
る。

【０２０４】次に、製造方法を図２１により工程順に従
って具体的に説明する。

【０２０５】工程−ａ：清浄化した青板ガラスからなる
基板１上に、真空蒸着により厚さ５０００オングストロ
ームのＰｄを積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０
ヘキスト社製）をスピンナーにより回転塗布、ベーク
した後、ホトマスク像を露光、現像して、Ｙ方向配線７
３のレジストパターンを形成し、Ｐｄ膜をエッチングし
て、所望の形状のＹ方向配線７３と素子電極５を同時に
形成する（図２１の（ａ））。

【０２０６】工程−ｂ：次に、厚さ１．５ミクロンのシ
リコン酸化膜からなり、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７
３との層間絶縁層１１１であり、しかも、垂直型表面伝
導形電子放出素子の段差形成部６７を兼ねる層間絶縁層
１１１をＲＦスパッタ法により堆積する（図２１の
（ｂ））。

【０２０７】工程−ｃ：前記工程−ｂで堆積したシリコ
ン酸化膜に所望の形状の段差形成部６７及び層間絶縁層
１１１を形成するためのホトレジストパターンを作り、
これをマスクとして層間絶縁層１１１をエッチングし
て、所望の形状の段差形成部６７及び層間絶縁層１１１
を形成する（図２１の（ｃ））。

【０２０８】尚、エッチングは、ＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用
いてＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎ
ｇ）法によった。

【０２０９】工程−ｄ：その後、素子電極６と、結線７
５となるべきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００
Ｎ−４１日立化成社製）形成し、真空蒸着法により、厚
さ１０００オングストロームのＰｄを堆積した。ホトレ
ジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｐｄ堆積膜をリフ
トオフし、段差形成部６７の厚さに対応する素子電極間
隔は１．５ミクロンとなり、素子電極５に対向する素子
電極６を電極幅を５００ミクロンとし形成した（図２１
の（ｄ））。

【０２１０】工程−ｅ： 参考例１と同様にして、素子電極５、６と、この近傍に
開口を有するような形状で、膜厚１０００オングストロ
ームのＣｒ膜を真空蒸着により堆積・パターニングし、
その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社
製）をスピンナーにより回転塗布し、３００℃で１０分
間の加熱焼成処理をして電子放出部形成用薄膜２を形成
した。

【０２１１】また、こうして形成された、主元素がＰｄ
である微粒子からなる電子放出部形成用薄膜２の膜厚は
１５０オングストローム、シート抵抗値は７×１０の４
乗Ω／□であった。その後、Ｃｒ膜および焼成後の電子
放出部形成用薄膜２を酸エッチャントによりウエットエ
ッチングして所望のパターンを形成した（図２１の
（ｅ））。

【０２１２】工程−ｆ：素子電極６の上に厚さ約１０ミ
クロンのＡｇ−Ｐｄ導体を印刷し、所望の形状のＸ方向
配線７２を形成した（図２１の（ｆ））。

【０２１３】以上の工程により絶縁性基板１上に、Ｘ方
向配線７２、層間絶縁層１１１、Ｙ方向配線７３、素子
電極５、６、電子放出部形成用薄膜２等を形成した。

【０２１４】次に、以上のようにして作成した電子源を
用い、参考例１と同様にして、表示装置を構成した。

【０２１５】また、同時に、上述の工程で作製した垂直
型表面伝導形電子放出素子の特性を把握するために、垂
直型表面伝導形電子放出素子の素子電極間隔、電極幅等
を同様にした図６に示すような標準的な比較サンプルを
作製し、その電子放出特性の測定を上述の図３の測定評
価装置を用いて、参考例１と同様に測定した。

【０２１６】比較サンプルの電極５及び６の間に素子電
圧を印加し、その時に流れる素子電流Ｉｆ及び放出電流
Ｉｅを測定したところ、図５に示したような電流−電圧
特性が得られた）。

【０２１７】本素子では、素子電圧７．５Ｖ程度から急
激に放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１４Ｖでは素子電
流Ｉｆが２．５ｍＡ、放出電流Ｉｅが１．２マイクロＡ
となり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ×１００（％）は
０．０４８％であった。

【０２１８】以上のように完成した画像形成装置におい
て、参考例１同様に、各電子放出素子には、容器外端子
Ｄox1〜Ｄoxm、Ｄoy1〜Ｄoynを通じ、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、高圧端子Ｈｖを通じ、メタル
バック８５に数ｋＶ以上の高圧を印加して、電子ビーム
を加速し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光させるこ
とで画像を表示した。

【０２１９】（参考例３） 本参考例は、本発明の画像形成装置に関し、多数の平面
型表面伝導形電子放出素子を基板上に形成し、Ｘ方向配
線とＹ方向配線との層間絶縁層が、該Ｘ、Ｙ方向配線の
交差部にのみ存在し、素子電極とＸ方向配線及びＹ方向
配線との結線がコンタクトホールを介さずに結線されて
電気的に接続され、かつ、絶縁性基板に直接設置された
場合の実施例である。

【０２２０】電子源の一部の平面図は、図２２に示す。
また、図２２中のＡ−Ａ′断面図を図２３に示す。但
し、図２２と図２３で、同じ記号で示したものは、同じ
ものを表す。ここで１は基板、７２は図７のＤｘｍに対
応するＸ方向配線（ここでは、上配線とも呼ぶ）、７３
は図７のＤｙｎに対応するＹ方向配線（ここでは、下配
線とも呼ぶ）、４は電子放出部を含む薄膜、５、６は素
子電極、７５は結線、３は電子放出部である。

【０２２１】次に、製造方法を図２４により工程順に従
って具体的に説明する。

【０２２２】工程−ａ：清浄化した青板ガラスからなる
基板１上に、真空蒸着により厚さ５０オングストローム
のＣｒ、厚さ１０００オングストロームのＡｕを積層し
た後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０ ヘキスト社製）を
スピンナーにより回転塗布、ベークした後、ホトマスク
像を露光、現像して、素子電極５と６、結線７５、Ｙ方
向配線７３のレジストパターンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ膜
をエッチングして、所望の形状Ｙ方向配線７３、素子電
極５、６（電極幅；３００ミクロン、素子電極間隔；２
ミクロン）と結線７５を同時に形成する（図２４の
（ａ））。

【０２２３】工程−ｂ：次に、厚さ１．０ミクロンのシ
リコン酸化膜からなるＹ方向配線７３とＸ方向配線７２
との層間絶縁層１１１をＲＦスパッタ法により堆積する
（図２４の（ｂ））。

【０２２４】工程−ｃ：前記工程−ｂで堆積したシリコ
ン酸化膜にＹ方向配線７３とＸ方向配線７２の交差部の
みに設ける所望の形状層間絶縁層１１１を形成するため
のホトレジストパターンを作り、これをマスクとして層
間絶縁層１１１をエッチングして、層間絶縁層１１１形
成する（図２４の（ｃ））。

【０２２５】なお、エッチングは、ＣＦ４とＨ２ガスを
用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎ
ｇ）法によった。

【０２２６】工程−ｄ：その後、Ｘ方向配線７２となる
べきパターンを、ホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４
１日立化成社製）を形成し、真空蒸着法により、厚さ５
０００オングストロームのＡｕを堆積した。その後、ホ
トレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ａｕ堆積膜を
リフトオフしてＸ方向配線７２を形成した（図２４の
（ｄ））。

【０２２７】工程−ｅ： 参考例１と同様にして、素子電極５、６とこの近傍とに
開口を有するような形状で、膜厚１０００オングストロ
ームのＣｒ膜を真空蒸着により堆積・パターンニング
し、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０の奥野製薬
（株）社製）をスピンナーにより回転塗布、３００℃で
１０分間の加熱焼成処理をした。

【０２２８】こうして形成された主元素としてＰｄを有
する微粒子からなる電子放出部形成用薄膜２の膜厚は７
５オングストローム、シート抵抗値は１×１０の５乗オ
ーム／□であった。

【０２２９】その後、Ｃｒ膜および焼成後の電子放出部
形成用薄膜２を酸エッチャントによりウエットエッチン
グして所望のパターンを形成した（図２４の（ｅ））。

【０２３０】以上の工程により絶縁性基板１上に、Ｘ方
向配線７２、層間絶縁層１１１、Ｙ方向配線７３、素子
電極５と６、電子放出部形成用薄膜２等を形成した。

【０２３１】次に、以上のようにして作成した電子源を
用い、参考例１と同様にして、表示装置を構成した。

【０２３２】また、同時に、上述の工程で作製した平面
型表面伝導形電子放出素子の特性を把握するために、上
述の平面型表面伝導形電子放出素子の素子電極間隔、素
子電極幅等のものと同様にした標準的な比較サンプルを
作製し、その電子放出特性の測定を上述の図３の測定評
価装置を用いて参考例１と同様にして測定した。

【０２３３】比較サンプルの素子電極５および６の間に
素子電圧を印加し、その時に流れる素子電流Ｉｆおよび
放出電流Ｉｅを測定したところ、図５に示したような電
流−電圧特性が得られた。

【０２３４】本素子では、素子電圧７．０Ｖ程度から急
激に放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１４Ｖでは素子電
流Ｉｆが２．１ｍＡ、放出電流Ｉｅが１．０マイクロＡ
となり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ×１００（％）は
０．０５％であった。

【０２３５】以上のように完成した画像表示装置におい
て、参考例１同様に、各電子放出素子には、容器外端子
Ｄox1〜Ｄoxm、Ｄoy1〜Ｄoynを通じ、走査信号および変
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、高圧端子Ｈｖを通じ、メタ
ルバック８５に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビーム
を加速し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光させるこ
とで画像を表示した。

【０２３６】（参考例４） 本参考例は、参考例１の電子源の製法の一部をかえ、前
述の第１の駆動法、および第２の駆動法を適用した例で
ある。

【０２３７】本参考例は、参考例１とその構成および製
造方法は、同様であり、またそれに引き続いて行なわれ
るフォーミング、フェイスプレート、支持枠、リアプレ
ート等からなる外囲器の封着も実施例１と同様である。
ここまでは、２つの装置を同時に作成した。

【０２３８】次に通常真空装置系で１０のマイナス６乗
トール程度の真空度で、真空にひきながら、不図示の排
気管をガスバーナーで熱することで溶着し外囲器の封止
を行った装置を表示パネルＡとする。

【０２３９】他方、もう一つの装置は、装置をフェイス
プレート、リアプレート側から、ホットプレート状の熱
源ではさみこみ、装置全体が約１２０度に維持し、べー
キング（熱処理）を１時間行った。その後、真空装置系
を超高真空装置系のイオンポンプ系に変え、同様に加熱
しながら、１０時間真空排気した。その後、真空にひき
ながら、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで
溶着し、外囲器の封止を行った。この装置を以後表示パ
ネルＢとする。

【０２４０】最後に封止後の真空度を維持するために、
表示パネルＡ、表示パネルＢとも抵抗加熱法でゲッター
処理を行った。

【０２４１】次に前述の第１、第２の駆動法を適用し、
表示パネルＡ、表示パネルＢを表示動作を行う電気回路
構成を以下に例示する。

【０２４２】図２５は、第一の駆動方法および第二の駆
動方法の参考例に関り、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号にも
とずきテレビジョン表示を行うための駆動回路の概略構
成をブロック化して示したものである。図２５中、表示
パネル１７０１は、前述した用に製造された、表示パネ
ルＡあるいは、表示パネルＢである。また、走査回路１
７０２は表示ラインを走査し、制御回路１７０３は、走
査回路に入力する入力信号等を生成する。シフトレジス
タ１７０４は、１ライン毎のデータをシフトし、ライン
メモリ１７０５には、シフトレジスタ１７０４からの１
ライン分のデータを変調信号発生器１７０７に入力す
る。同期信号分離回路１７０６は、入力信号であるＮＴ
ＳＣ信号から同期信号を分離する。

【０２４３】ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。

【０２４４】以下、図２５の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０２４５】まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍおよび端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ、および高圧
端子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続されている。こ
のうち、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍには、表示パネル１７
０１内に設けられているマルチ電子ビーム源、すなわち
ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された表面伝導形放
出素子群を一行（ｎ素子）ずつ順次駆動してゆくための
走査信号が印加される。

【０２４６】一方、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、前記
走査信号により選択された一行の表面伝導形放出素子の
各素子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印
加される。また、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａよ
り、例えば１０Ｋ［Ｖ］の直流電圧が供給されるが、こ
れは表面伝導形放出素子より出力される電子ビームに蛍
光体を励起するのに十分なエネルギーを付与するための
加速電圧である。

【０２４７】次に、走査回路１７０２について説明す
る。

【０２４８】同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子
（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示されている）を備
えるもので、各スッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出
力電圧もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか
一方を選択し、表示パネル１７０１の端子Ｄｘ１ないし
Ｄｘｍと電気的に接続するものである。Ｓ１ないしＳｍ
の各スイッチング素子は、制御回路１７０３が出力する
制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するものだが、実際
にはたとえばＥＦＴのようなスイッチング素子を組み合
わせる事により容易に構成する事が可能である。

【０２４９】尚、前記直流電圧源Ｖｘは、本実施例の場
合には、走査されていない素子に印加される駆動電圧が
電子放出しきい値Ｖｔｈ電圧以下となるよう、７［Ｖ］
の一定電圧を出力するよう設定されている（これについ
ては、図２８であらためてふれる。）。

【０２５０】また、制御回路１７０３は、外部より入力
する画像信号に基づいて適切な表示が行われるように各
部の動作を整合させる働きをもつものである。次に説明
する同期信号分離回路１７０６より送られる同期信号Ｔ
ｓｙｎｃにもとづいて、各部に対してＴｓｃａｎおよび
ＴｓｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生する。尚、
各制御信号のタイミングに関しては、後に図３０を用い
て詳しく説明する。

【０２５１】同期信号分離回路１７０６は、外部から入
力されるＮＴＳＣ方式にテレビ信号から、同期信号成分
と輝度信号成分とを分離するための回路で、よく知られ
ているように周波数分離（フィルタ）回路を用いれば容
易に構成できるものである。同期信号分離回路１７０６
により分離された同期信号は、よく知られるように垂直
同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便
宜上、Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。一方、前記テレ
ビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡ
ＴＡ信号と表すが、同信号はシフトレジスタ１７０４に
入力される。

【０２５２】シフトレジスタ１７０４は、時系列的にシ
リアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライ
ン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記
制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔにもと
づいて動作する。すなわち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフ
トレジスタ１７０４のシフトクロックであると言い換え
ることもできる。

【０２５３】シリアル／パラレル変換された画像１ライ
ン分（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）
のデータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのｎ個の並列信号とし
て前記シフトレジスタ１７０４より出力される。

【０２５４】ラインメモリ１７０５は、画像１ライン分
のデータを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置で
あり、制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙ
にしたがって適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶す
る。記憶された内容は、Ｉ′ｄ１ないしＩ′ｄｎとして
出力され、変調信号発生器１７０７に入力される。

【０２５５】変調信号発生器１７０７は、前記画像デー
タＩ′ｄ１ないしＩ′ｄｎの各々に応じて、表面伝導形
放出素子の各々を適切に駆動変調するための信号源で、
その出力信号は、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて表示
パネル１７０１内の表面伝導形放出素子に印加される。

【０２５６】表示パネルの駆動方法 前記実施態様の頃、および実施例の冒頭で図５を用いて
述べたように、本発明に関わる電子放出素子は放出電流
Ｉｅに対して以下の基本特性を有している。すなわち、
前記図５のＩｅのグラフから明らかなように、電子放出
には明確なしきい値電圧Ｖｔｈ（本実施例の素子では８
［Ｖ］）があり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ
電子放出が生じる。

【０２５７】また、電子放出しきい値Ｖｔｈ以上の電圧
に対しては、グラフのように電圧の変化に応じて放出電
流Ｉｃも変化してゆく。尚、電子放出素子の材料や構
成、製造方法を変える事により、電子放出しきい値電圧
Ｖｔｈの値や、印加電圧に対する放出電流の変化の度合
いが変わる場合もあるが、いずれにしても以下のような
事がいえる。

【０２５８】すなわち、本素子にパルス状の電圧を印加
する場合、例えば図３１（１）に示す用に電子放出閾値
以下の電圧を印加しても電子放出は、基本的には、生じ
ないが、図３１（２）のように電子放出閾値以上の電圧
を印加する場合には電子ビームが出力される。

【０２５９】その際、第１には、パルスの波高値Ｖｍを
変化させる事により出力電子ビームの強度を制御する事
が可能である。

【０２６０】また第２には、パルスの長さＰｗを変化さ
せる事により出力される電子ビームの電荷の総量を制御
する事が可能である。

【０２６１】従って、本参考例の表示パネルの第１の駆
動方法を実施するには、変調信号発生器１７０７として
は、一定の長さの電圧パルスを発生するが入力されるデ
ータに応じて適宜パルスの波高値を変調するような電圧
変調方式の回路を用いる。

【０２６２】また、本参考例の第２の駆動方法を実施す
るには、変調信号発生器１７０７としては、一定の波高
値の電圧パルスを発生するが入力されるデータに応じて
適宜電圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式
の回路を用いるものである。

【０２６３】以上、図２５に示された各部の機能につい
て述べたが、全体動作の説明に移る前に図２６ないし図
２９を用いて前記表示パネル１７０１の動作についてよ
り詳しく説明しておく。

【０２６４】図示の便宜上、表示パネルの画素数を６×
６（すなわちｍ＝ｎ＝６）として説明するが、実際に用
いる表示パネル１７０１はこれよりもはるかに多数の画
素を備えたものである事は言うまでもない。

【０２６５】図２６に示すのは、６行６列の行列状に表
面伝導形放出素子をマトリクス配線したマルチ電子ビー
ム源であり、説明上、各素子を区別するためにＤ（１、
１）、Ｄ（１、２）ないしはＤ（６、６）のように
（Ｘ、Ｙ）座標で位置を示している。

【０２６６】このようなマルチ電子ビーム源を駆動して
画像を表示していく際には、Ｘ軸と平行な画像の１ライ
ンを単位として、ライン順次に画像を形成する方法をと
っている。画像の１ラインに対応した電子放出素子を駆
動するには、Ｄｘ１ないしＤｘ６のうち表示ラインに対
応する行の端子に０［Ｖ］を、それ以外の端子には７
［Ｖ］を印加する。それと同期して、当該ラインの画像
パターンにしたがってＤｙ１ないしＤｙ６の各端子に変
調信号を印加する。

【０２６７】例えば、図２７に示すような画像パターン
を表示する場合を例にとって説明する。説明の便宜上、
画像パターンの発光部の輝度は等しく、例えば１００
［フートランバート］相当であるとする。前記表示パネ
ル１７０１においては、蛍光体に従来公知のＰ−２２を
用い、加速電圧を１０Ｋ［Ｖ］とし、画面表示の繰り返
し周波数を６０［Ｈｚ］とし、電子放出素子として前記
特性の表面伝導形放出素子を用いたが、この場合には１
００［フートランバート］の輝度を得るのに、発光画素
に対応する素子には１０マイクロ［秒］の間１４［Ｖ］
の電圧を印加するのが適当であった。尚、この数値は各
パラメータを変更すれば当然変わるべきものである。

【０２６８】そこで、図２７の画像のうち、たとえば第
３ライン目を発光させる期間中を例にとって説明する。
図２８は、前記画像の第３ライン目を発光させる間に、
端子Ｄｘ１ないしＤｘ６、および端子Ｄｙ１ないしＤｙ
６を通じてマルチ電子ビーム源に印加する電圧値を示し
たものである。同図から明らかなように、Ｄ（２、
３）、Ｄ（３、３）、Ｄ（４、３）の各表面伝導形放出
素子には、電子放出のしきい値電圧８［Ｖ］を越える１
４［Ｖ］（図中黒塗りで示す素子）が印加されて電子ビ
ームが出力される。一方、上記３素子以外は７［Ｖ］
（図中斜線で示す素子）もしくは０［Ｖ］（図中白ぬき
で示す素子）が印加されるが、これは電子放出のしきい
値電圧８［Ｖ］以下であるため、これらの素子からは電
子ビームは出力されない。

【０２６９】同様の方法で、他のラインについても図２
７の表示パターンに従ってマルチ電子ビーム源を駆動し
てゆくが、この様子を時系列的に示したのが図２９のタ
イムチャートである。

【０２７０】同図に示すように、第１ラインから順次１
ラインずつ駆動してゆく事により１画面の表示が行われ
るが、これを毎秒６０画面の速さで繰り返す事により、
ちらつきのない画像表示が可能である。

【０２７１】尚、以上の説明では階調の表示に関して触
れていないが、階調表示は次の様にして可能になる。

【０２７２】表示パターンの発光輝度を変調して階調表
示を行う場合、輝度をより大きく（小さく）するには、
第１の駆動方法として、端子Ｄｙ１ないしＤｙ６に印加
される変調信号のパルスの電圧波高値を１４［Ｖ］より
も大きく（小さく）する方法があり、それにより変調可
能である。

【０２７３】たとえば、電圧波高値を、７．９［Ｖ］か
ら１５．９［Ｖ］の範囲で０．５［Ｖ］単位に段階的に
変化させれば、発光輝度はゼロを含めて１７段階の変調
が可能である。さらにより多くの階調を望む場合には、
電圧の範囲を広げるかまたは変化の単位をより小さくす
ればよい。

【０２７４】また、第２の駆動方法として、パルスの幅
を１０マイクロ［秒］よりも長く（短く）する方法があ
り、それによっても変調が可能である。

【０２７５】例えば、パルスの幅を０［秒］から１５マ
イクロ［秒］の範囲で、０．５マイクロ［秒］を単位と
して変化させれば、発光輝度はゼロを含めて３１段階の
変調が可能である。さらにより多くの階調を望む場合に
は、パルス幅の範囲を広げるかまたは変化の単位をより
小さくすればよい。

【０２７６】以上、６×６画素のマルチ電子ビーム源を
例にとって、表示パネル１７０１の駆動方法を説明した
が、次に図２５の装置の全体動作について、図３０のタ
イムチャートを参照しながら説明する。

【０２７７】図３０（１）に示すのは、外部から入力す
るＮＴＳＣ信号から同期信号分離回路１７０６により分
離された輝度信号ＤＡＴＡのタイミングであり、図に示
すように１ライン目データから順次２ライン目、３ライ
ン目と分離されて出力される。これと同期して制御回路
１７０３からシフトレジスタ１７０４に対して図３０
（２）に示すようなシフトクロックＴｓｆｔが出力され
る。

【０２７８】シフトレジスタ１７０４に１ライン分のデ
ーが蓄積されると、同図（３）に示すタイミングで、制
御回路１７０３からラインメモリ１７０５に対してメモ
リーライト信号Ｔｍｒｙが出力され、１ライン（ｎ素子
分）の駆動データが書き込まれる。その結果、ラインメ
モリ１７０５の出力信号であるＩ′ｄ１ないしＩ′ｄｎ
の内容は同図（４）に示すタイミングで変化する。

【０２７９】一方、走査回路１７０２の動作を制御する
制御信号Ｔｓｃａｎの内容は同図（５）に示すようなも
のとなる。すなわち、１ライン目を駆動する場合には、
走査回路１７０２内のスイッチング素子Ｓ１のみが０
［Ｖ］で他のスイッチング素子は７［Ｖ］、また２ライ
ン目を駆動する場合には、スイッチング素子Ｓ２のみが
０［Ｖ］で他のスイッチング素子は７［Ｖ］、以下同
様、というように動作が制御される。

【０２８０】以上に説明した一連の動作により、表示パ
ネルＡ、Ｂを用いてテレビジョンの表示を行った結果、
表示パネルＢは極めて良好な表示画像を得たが、一方、
表示パネルＡにおいては、表示画素以外の画素において
も、わずかであるが、蛍光体の発光による発光が観察さ
れた。このため、参考例１と同様の比較サンプルを表示
パネルＡ、表示パネルＢの条件で作成し、テレビジョン
の表示と同様の駆動周波数で、Ｖｔｈ以下に素子印加電
圧を保ち、電子放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆとを、表示
パネルＡ、Ｂを用いて観察した結果、表示パネルＢにお
いては、電子放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆは一定に保持
されるが、表示パネルＡにおいては、電子放出電流Ｉ
ｅ、素子電流Ｉｆは一定に保持されず、電子放出電流Ｉ
ｅ、素子電流Ｉｆが、わずかであるが、増加することが
判明した。これは、本発明者等が新たに見いだした現
象、即ち、実施態様で示した素子の基本特性が、表示パ
ネルＢでは、安定であり、表示パネルＡでは、駆動条
件、表示パネル内の真空の質等に依存して、不安定であ
ることに由来すると考えられる。

【０２８１】尚、上記説明中、特に記載しなかったが、
シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１７０５は、デ
ジタル信号式のものでもアナログ信号式のものでも差し
支えなく、要は画像信号のシリアル／パラレル変換や記
憶が所定の速度で行われればよい。尚、デジタル信号式
を用いる場合には、同期信号分離回路１７０６の出力信
号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要があるが、これは
同期信号分離回路１７０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を備
えれば容易に可能であることは言うまでもない。

【０２８２】また、これと関連してラインメモリ１７０
５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、
変調信号発生器１７０７に用いられる回路が若干異なっ
たものとなるのは言うまでもない。すなわち、デジタル
信号の場合には、第１の駆動方法の場合、変調信号発生
器１７０７には、たとえばよく知られるＤ／Ａ変換回路
を用い、必要に応じて増幅回路などを付け加えればよ
い。

【０２８３】また、第２の駆動方法の場合、変調信号発
生器１７０７は、例えば高速の発振器および発振器の出
力する波数を計数する計数器（カウンタ）および計数器
の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器（コン
パレータ）を組み合わせた回路を用いれば当業者であれ
ば容易に構成できる。

【０２８４】必要に応じて、比較器の出力するパルス幅
変調された変調信号を表面伝導形放出素子の駆動電圧に
まで電圧増幅するための増幅器を付け加えてもよい。

【０２８５】一方、アナログ信号の場合には、第１の駆
動方法の場合、変調信号発生器１７０７には、たとえば
よく知られるオペアンプなどを用いた増幅回路を用いれ
ばよく、必要に応じてレベルシフト回路などを付け加え
てもよい。

【０２８６】また、第２の駆動方法の場合には、たとえ
ばよく知られた電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を用いれ
ばよく、必要に応じて表面伝導形放出素子の駆動電圧に
まで電圧増幅するための増幅器を付け加えてもよい。

【０２８７】次に、前述の第３の駆動方法、即ちパルス
電圧と幅とを変調して駆動する方法に関わる装置につい
て、第５と第６の２つの参考例を挙げて説明する。尚、
表示パネルは第５、第６の参考例にも参考例４に用いた
表示パネルＢを用いた。

【０２８８】（参考例５） （表示装置の構成） 図３２は、前述の第３の駆動方法に関わる駆動回路の概
略構成のブロック図である。図中の構成要素のうち、表
示パネル１７０１、走査回路１７０２、制御回路１７０
３、シフトレジスタ１７０４、ラインメモリ１７０５、
同期信号分離回路１７０６、変調信号発生器１７０７、
直流電圧源Ｖａの各構成要素は、図１７の第１の駆動方
法の実施例において説明したものと同様である。また、
Ｖｎｓは直流電圧源であり、パルス電圧発生源２４０１
は後述の様にパルスを発生する。

【０２８９】以下、各部の機能を説明してゆくが、１７
０１、１７０４、１７０５、１７０６、Ｖａの各構成要
素については前記図２５における説明と同様であるた
め、ここでは省略する。

【０２９０】走査回路１７０２は、内部にＭ個のスイッ
チング素子を備えるもので（図中、Ｓ１ないしＳｍで模
式的に示している）、各スイッチング素子は、パルス電
圧発生源２４０１の出力電圧か、もしくは直流電圧源Ｖ
ｎｓの出力電圧のいずれか一方を選択し、表示パネル１
７０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続するも
のである。Ｓ１ないしＳｍの各スイッチング素子は、制
御回路１７０３が発生する制御信号Ｔｓｃａｎにもとづ
いて動作するものだが、実際にはたとえばＦＥＴのよう
なスイッチング素子を組み合わせる事により容易に構成
する事が可能である。

【０２９１】また、制御回路１７０３は、図２５の参考
例と同様、適切な表示が行われるように各部の動作を整
合させる働きをもつが、本参考例においては、図２５の
場合に加えて、パルス電圧発生源２４０１に対して制御
信号Ｔｐｕ１を発生するものである。

【０２９２】また、パルス電圧発生源２４０１は、制御
回路１７０３の発生する制御信号Ｔｐｕ１にもとづいて
パルス電圧を発生するものであるが、発生するタイミン
グおよび発生する波形については後に図３３を用いて説
明する。また、直流電圧源Ｖｎｓの出力する電圧につい
ても、後に図３３を用いて説明する。

【０２９３】また、変調回路１７０７は、画像データ
Ｉ′ｄ１ないしＩ′ｄｎの各々に応じて、表面伝導形放
出素子の各々を適切に駆動変調するための信号源である
が、その出力信号波形については後に図３３を用いて説
明する。

【０２９４】以上、図３２に示された各部の機能を説明
したが、次に、図３３を用いて、本参考例において表面
伝導形放出素子に印加される駆動電圧の波形について述
べる。

【０２９５】（表示パネルの駆動）図３３（１）は、パ
ルス電圧発生源２４０１の発生するパルス電圧の波形を
説明するための図である。パルス電圧発生源２４０１は
パルスを発生しない期間中は出力電圧７［Ｖ］を維持し
ているが、制御信号Ｔｐｕ１にもとづいて同図に示すよ
うなパルスを適時発生する。即ち、そのパルスは、幅が
３０マイクロ［秒］であってパルス印加期間中は出力電
圧０［Ｖ］となるような矩形パルスである。

【０２９６】また、図３３（２）は、前記直流電圧源Ｖ
ｎｓの出力電圧を説明するための図である。電圧源Ｖｎ
ｓは同図に示したように７［Ｖ］の直流電圧を常に出力
するものである。尚、説明の便宜上、時間の前後関係を
明確にするためにパルス電圧発生源２４０１が０［Ｖ］
のパルスを発生している期間を図中に示した。

【０２９７】また、図３３（３）は、変調信号発生器１
７０７の発生する変調信号の波形を説明するための図で
ある。変調信号発生器１７０７は変調信号を発生しない
期間中は出力電圧７［Ｖ］を維持しているが、パルス電
圧発生源２４０１が０［Ｖ］のパルスを出力するのと同
期して画像の輝度データＩ′ｄ１ないしＩ′ｄｎに応じ
た変調信号を発生する。変調信号は同図（３）に点線で
示すような成分ａ、ｂ、ｃ、ｄより成り、変調信号発生
器１７０７は原画像の輝度データに応じて成分ａ、ｂ、
ｃ、ｄを任意に組み合わせて出力する。

【０２９８】成分ａ、ｂ、ｃ、ｄは、各々１１［Ｖ］、
１２［Ｖ］、１３［Ｖ］、１４［Ｖ］の電圧を有するパ
ルスで、いずれも５マイクロ［秒］の長さを有する。
尚、図３３（１）のパルスは、変調信号よりも前後５マ
イクロ［秒］ほど長く設定されているが、これは何らか
の理由で両者の時間的関係にずれが生じても、この範囲
内であれば動作に不都合が生じないようにするためのも
のである。

【０２９９】次に、これらを参照しながら表面伝導形放
出素子に印加される駆動波形について説明する。

【０３００】図３３（４）は、走査回路１７０２により
パルス電圧発生源２４０１の出力が選択されたときの表
面伝導形放出素子の駆動電圧波形である。すなわちこれ
は図３３（３）の変調電圧波形と図３３（１）のパルス
波形との差電圧と等しいものである。同図中、点線で示
した成分ａ′、ｂ′、ｃ′、ｄ′の各々は図３３（３）
の成分ａ、ｂ、ｃ、ｄに各々対応するものである。この
うち例えば成分ａ′が印加されれば、電圧が印加された
表面伝導形放出素子からは、５マイクロ［秒］の間、
０．２７［マクロアンペア（瞬時電流値）］の電子ビー
ムが出力される。同様に、成分ｂ′が印加されれば０．
３７［マイクロアンペア］、成分ｃ′が印加されれば
０．４９［マイクロアンペア］、成分ｄ′が印加されれ
ば０．６６［マイクロアンペア］の瞬時電流をもつ電子
ビームが各々５マイクロ［秒］の間出力される。ここに
おいて、前記表面伝導型放出素子の電子放出特性が非線
形であるため、上記４種類の電子ビーム電流値の間の差
は互いに等しくはならない。このため、たとえば成分
ａ′とｂ′とを印加しても成分ｃ′を印加した場合の出
力と等しくはならず、また他の組み合わせについても同
じような事がいえる。従って、成分ａ′ないしｄ′を任
意に組み合わせて素子を駆動する事により、この間に出
力される電子ビームの総電荷量を１６通りに制御できる
（ａ′ないしｄ′を１つも用いない場合にもこの中に含
む）。これにより発光輝度も１６通りの変調が可能とな
る。

【０３０１】一方、図３３（５）は、走査回路１７０２
により直流電圧源Ｖｎｓの出力が選択された表面伝導形
放出素子の駆動電圧波形であり、即ちこれは３３（３）
の変調波形と図３３（２）の直流電圧の差電圧と等しい
ものである。同図中、点線で示したａ′、ｂ′、ｃ′、
ｄ′の各部分は図３３（３）のａ、ｂ、ｃ、ｄに対応す
るが、いずれの部分においても電子放出しきい値電圧
（個の場合には８［Ｖ］）を越えないため、電子ビーム
が出力されることはない。

【０３０２】以上説明した方法により表示装置内の表面
伝導形放出素子は駆動される。尚、本参考例の表示装置
の全体動作は、前記図２５の実施例とおおむね等しい手
順で行われるものなので、ここでは説明を省略する。

【０３０３】尚、上記説明においては、図示の便宜上変
調電圧が成分ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つより成るとしたが、
実際にはより多数の部分から成るのが望ましい。電子放
出素子の非線形な電子放出特性を利用すれば、一般にｎ
個の部分（すなわちｎ種の変調電圧）を用いれば、２の
ｎ乗通りの階調表示が可能である。

【０３０４】例えばテレビ画像を表示する場合には、ｎ
は７以上が望ましい。

【０３０５】また、上記説明においては、成分ａ、ｂ、
ｃ、ｄの各々はパルスの長さが等しく５マイクロ［秒］
であったが、必ずしも各部の長さを等しくする必要はな
い。また成分ａ、ｂ、ｃ、ｄの順に大きな電圧値とし、
隣り合うもの同志の電圧差は等しく１［Ｖ］であった
が、必ずしも電圧差を等しくする必要はない。

【０３０６】（参考例６） 次に、図３４および図３５を用いて本参考例による表示
パネルの第３の駆動方法、すなわち電子放出素子に印加
する電圧とパルス幅とにより表示する画像の輝度を制御
する方法の第２参考例を説明する。

【０３０７】（表示装置の構成）図３４は、駆動回路の
概略構成を示す図である。第２実施例の図３２と共通す
る部分も多いので、その差異についてのみ述べる。図
中、パルス電圧発生源２６０１および２６０２は、各々
制御回路１７０３の発生する制御信号Ｔｐｕ１１および
Ｔｐｕ１２に従って動作するが、その出力するパルスの
波形は、前記図３２中のパルス電圧源２４０１とは異な
り、矩形ではなく。また、変調信号発生器１７０７は、
原画像信号Ｉ′ｄ１ないしＩ′ｄｎに応じて変調信号を
発生するが、その信号波形は図３２の場合とは異なる。
これらの電圧波形について図２７を用いて説明する。

【０３０８】図３５（１）は、パルス電圧発生源２６０
１の発生するパルス電圧の波形を説明するための図であ
る。パルス電圧発生源２６０１はパルスを発生しない期
間中は出力電圧７［Ｖ］を維持しているが、制御信号Ｔ
ｐｕ１１にもとづいて同図に示すようなパルスを適時発
生する。すなわち、発生されるパルスはその幅が３０マ
イクロ［秒］であって、パルスの開始とともに３［Ｖ］
から０［Ｖ］に向かって直線的に減少してゆくランプ波
形である。

【０３０９】また、図３５（２）は、パルス電圧発生源
２６０２の発生するパルス電圧の波形を説明するための
図である。パルス電圧発生源２６０２はパルスを発生し
ない期間中は出力電圧７［Ｖ］を維持しているが、制御
信号Ｔｐｕ１２にもとづいて同図に示すようなパルスを
適時発生する。すなわち、パルスの幅は３０マイクロ
［秒］であって、パルスの開始とともに７［Ｖ］から４
［Ｖ］に向かって直線的に減少してゆくランプ波形であ
る。尚、図３５（１）と（２）のパルスは前記制御信号
Ｔｐｕ１１とＴｐｕ１２により同期されているため、パ
ルスの発生している間は、両者の間には常に４［Ｖ］の
電位差がある。

【０３１０】また、図３５（３）は、変調信号発生器１
７０７の発生する変調信号の波形を説明するための図で
ある。変調信号発生器１７０７は、変調信号を発生しな
い期間中は出力電圧７［Ｖ］を維持しているが、パルス
電圧発生源２６０１および２６０２がパルスを出力する
のと同期して原画像信号の輝度データＩ’ｄＩないし
Ｉ’ｄｎに応じた変調信号を発生する。該変調信号は、
同図（３）に点線で示すような成分ａ、ｂ、ｃ、ｄより
成り、変調信号発生器１７０７は原画像の輝度データに
応じて成分ａ、ｂ、ｃ、ｄを任意に組み合わせて出力す
る。成分ａ、ｂ、ｃ、ｄは各々１４［Ｖ］の電圧と５マ
イクロ［秒］の長さをもつ矩形の電圧パルスであるが、
図２７（１）および（２）に示した３０マイクロ［秒］
のパルスの開始時点から数えて各々５、１０、１５、２
０マイクロ［秒］後に印加されるものである。

【０３１１】つぎに、これらを参照しながら表面伝導形
放出素子に印加される駆動波形について説明する。

【０３１２】（表示パネルの駆動）図３５（４）は、走
査回路１７０２によりパルス電圧発生源２６０１の出力
が選択された場合の表面伝導形放出素子の駆動電圧波形
である。すなわちこれは同図（３）の変調電圧波形と
（１）のパルス波形との差電圧と等しいものである。同
図中、点線で示したａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’の各部分は
同図（３）のａ、ｂ、ｃ、ｄに各々対応するもので、こ
れらはいずれも電子放出しきい値電圧（この場合には８
［Ｖ］）を越えている。このため、これらの波形が印加
されれば、電子放出特性にみあった強度の電子ビームが
出力されるが、表面伝導形放出素子の電子放出特性が非
線形であるため、ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’の各々から出
力される電子ビームの電荷量は相互に差が等しくはなら
ない。

【０３１３】したがって、図３３の場合と同様、変調電
圧波形の成分ａ、ｂ、ｃ、ｄを任意に組み合わせる事に
より１６通りの変調が可能である。

【０３１４】一方、図３５（５）は、走査回路１７０２
によりパルス電圧発生源２６０２の出力が選択された場
合の表面伝導形放出素子の駆動波形である。図２５の場
合と同様、電子放出素子のしきい値電圧を越えないた
め、電子ビームはほとんど出力される事はない。

【０３１５】尚、上記説明においては、図示の便宜上図
３３の場合と同様、変調信号は成分ａ、ｂ、ｃ、ｄの４
つの部分より成るとしたが、本参考例の場合も、より多
くの部分から成るのが望ましいのは言うまでもない。す
なわち、ｎ個の時分割された部分を用いれば、２のｎ乗
通りの変調が可能だが、たとえばテレビジョン画像を表
示する場合には、ｎは７以上が望ましい。

【０３１６】また、パルス電圧発生源２６０１および２
６０２の発生するパルス波形は、時間とともに直線的に
減少するランプ波形を用いたが、例えば時間とともに増
加するような波形や、変化が直線的でない波形も用いる
事が可能である。

【０３１７】また、変調信号発生器１７０７の発生する
パルスの説明においては、パルスの成分ａ、ｂ、ｃ、ｄ
の各々は電圧と幅が等しく、パルスの開始時期を等間隔
でずらして隣接させているが、必ずしもこれに限るもの
ではなく、例えばａ、ｂ、ｃ、ｄの各々の電圧や長さを
異ならせたり、パルスの開始時間を非等間隔としてもよ
い。

【０３１８】以上、第３の駆動方法に関わる参考例につ
いて、参考例５との差異を中心に説明した。

【０３１９】以上説明した第１の駆動方法もしくは第２
の駆動方法もしくは第３の駆動方法に関わる参考例にお
いては、表示パネルに実施例の冒頭で述べたような表面
伝導型放出素子を用いたが、電子放出素子の材料や構造
あるいは製造方法が異なる場合には電子放出特性（しき
い値電圧Ｖｔｈや特性カーブの形）が多少変わる場合も
ある。その場合でも、本発明の基本思想の適用には何ら
支障はなく、その特性に合わせて走査および変調に用い
るパルス電圧の波形を適宜設定すればよい。あるいは従
来技術の項であげたような表面伝導形放出素子に対して
これらの駆動方法を行っても不都合はない。

【０３２０】また、参考例中では、ＮＴＳＣ方式のテレ
ビ信号に基づきテレビジョン表示を行う例を示したが、
本発明を適用できる表示装置またはその応用はこれに限
るものではない。他の方式のテレビジョン信号、あるい
は、計算機や画像メモリ、通信ネットワークなど種々の
画像信号源と直接あるいは間接に接続された表示装置に
広く用いることが可能であり、とりわけ大容量の画像を
表示する大画面の表示に好適である。

【０３２１】また、必ずしも人間が直視する用途だけに
限られるものではなく、たとえばいわゆる光プリンタの
ように光像を記録する記録装置の光源に応用しても差し
支えない。

【０３２２】あるいは、電子ビームを用いて画像を描画
する電子ビーム描画装置の電子ビーム源の駆動方法に適
用しても差し支えない。

【０３２３】（実施例１） 本実施例は、複数の電子放出部をもつ表面伝導形電子放
出素子を、複数個、マトリクス状に配置した電子源、あ
るいは、画像形成装置であって、複数の電子放出部から
の電子ビームを重ね合わせることで、画像形成部材上で
の高品位な画像を形成した例である。本実施例の電子放
出素子の構成は、マトリクス状に配置された複数の電子
放出素子から、１個の電子をぬきだして、示した図３６
の構成をもち、他の参考例と同様にして、画像形成装置
を作成した。

【０３２４】尚、電子放出素子が設けられた基板と対向
して配置されるフェースプレートについては他の参考例
と同様である。

【０３２５】本実施例では、絶縁性基板１を十分洗浄し
た後、高電位側素子電極３６２の素子配線電極３７３を
Ｎｉを主成分とする材料で厚さ１μｍ、幅６００μｍに
て蒸着とエッチングで作製した。次に、基板上全面にＳ
ｉＯ₂ を厚さ２μｍ蒸着し、絶縁層３７２とした。

【０３２６】その後、エッチング技術で、素子配線電極
３７３上のＳｉＯ₂ に１００μｍ角の穴を開け、その穴
を通じ、素子配線電極３７３と接続するように、穴の部
分のみ予めＮｉ等の材料を蒸着し、次に全面にＮｉ材を
０．１μｍの厚さに蒸着した。

【０３２７】次にホトリソグラフティー技術とエッチン
グ技術により、Ｎｉ電極を所望のパターンに形成して、
素子配線電極３７３に接続された高電位側素子電極３６
２と、該電極３６２の幅方向（図中Ｘ方向）の両側に電
極ギャップを有し素子配線電極３７３と直交する低電位
側素子電極３６３を形成した。

【０３２８】素子電極３６２と３６３との間のギャップ
部に微粒子膜を形成し、電子放出部３６４とし、所望の
電圧を印加することにより電子放出させることができる
のは他の参考例と同様である。

【０３２９】本実施例において、２つの電子放出部３６
４に挟まれた高電位側素子電極３６２のＸ方向幅（Ｗ）
を４００μｍとし、高電位側素子電極３６２に＋１４
Ｖ、低電位側素子電極３６３に０Ｖ印加し電子放出さ
せ、距離２．５ｍｍ上方に設置したフェースプレート上
の蛍光体に６ｋＶ印加した時、対称性が良く、ほぼ円形
の輝点形状が得られた。尚、本実施例において輝点の径
はほぼ５００μｍφであった。

【０３３０】単一の電子放出部を持つ表面伝導形電子放
出素子からの電子ビームは、画像形成部材面、ここで
は、蛍光体面上で、対称性の良くない輝点形状に、なる
が、一方、複数の電子放出部が、電圧印加方向に後述す
る式であらわされる間隔Ｗをもって、素子電極の高電位
側電極を挟んで形成されれば、複数の電子放出部から放
出された電子ビームが、画像形成部材面、ここでは、蛍
光体面上で、一つに重なることにより、対称性の良い輝
点形状が、本実施例の様に、得られる。

【０３３１】Ｋ２×２ｄ（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2 ≧Ｗ／２≧
Ｋ３×２ｄ（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2 但し、Ｋ２、Ｋ３は定数でＫ２＝１．２５±０．０５ Ｋ３＝０．３５±０．０５ Ｖｆ：素子印加電圧 Ｖａ：画像形成部材にかける電圧（加速電圧） ｄ：表面伝導形電子放出素子と画像形成部材間の距離 Ｗ：電子放出部間の距離

【０３３２】（実施例２） 本実施例は、マトリクス状に配置された複数の表面伝導
形電子放出素子の配置に関する実施例であり、図３７に
本実施例の画像形成装置の模式図を示す。

【０３３３】図３８に本実施例における電子放出素子の
拡大斜視図を、図３９に上記素子のＸ軸に沿った断面図
を示す。

【０３３４】本実施例において、絶縁性基板３８１上に
電子放出素子を作製する方法は以下に示す。

【０３３５】先ず、本実施例の画像表示装置の作製方法
を説明する。

【０３３６】（１）絶縁性基板３８１の洗浄後、該基板
３８１上に素子配線電極３８９をＮｉを主成分とする材
料で１μｍの厚さに、蒸着技術とホトリソグラフィー技
術で作製した。

【０３３７】（２）次に、基板３８１全面にＳｉＯ₂ か
ら成る絶縁層３９０を２μｍの厚さで成膜した。

【０３３８】（３）次に、ＳｉＯ₂ の所望の位置にエッ
チング技術にて穴（コンタクトホール）を開けた後、素
子電極３８２及び３８３を蒸着技術とホトリソグラフィ
ー技術にて３９０００Åの厚さにて作製した。材料はＮ
ｉを主成分とする材料で作製した。

【０３３９】（４）上記工程にて素子電極３８２は素子
配線電極３８９と電気的に接続され、素子電極３８２と
３８３は２μｍの狭ギャップを挟んで対向しており、該
狭ギャップ部にＰｄ微粒子膜を形成し、電子放出部３８
４を作製する工程以降は他の参考例と同様なので省略す
る。

【０３４０】本実施例においては、電気的にＹ方向に接
続された素子電極３８２と、Ｘ方向に接続された素子電
極３８３によりＸＹマトリクスを構成しており、これら
の狭ギャップ部に電子放出部を有することにより、電子
放出素子が複数マトリクス状に形成されている。

【０３４１】各電子放出素子は図３８に示されるよう
に、高電位側素子電極３８２の電圧印加方向（Ｘ方向）
の両側に電子放出部３８４を形成しており、本実施例で
は高電位側素子電極のＸ方向の幅（Ｗ）を８００μｍ、
素子電極３８２、３８３間のギャップ幅（Ｇ）を２μｍ
に作製した。

【０３４２】また、電子放出部のＹ方向の長さ（Ｌ）を
１４０μｍ、電子放出素子のＹ方向の配列ピッチ（Ｐ）
を７５０μｍとした。

【０３４３】尚、Ｘ方向の電子放出素子の配列ピッチ
は、本実施例では１ｍｍとした。

【０３４４】以上の様に電子放出素子が作製された絶縁
性基板３８１の上方に、他の参考例と同様に内面の透明
電極３８６と蛍光体（画像形成部材）３８７が塗布され
たフェースプレート３８８を支持枠を介し距離ｄ＝４．
５ｍｍだけ離して配置し、基板、支持枠、フェースプレ
ートの接合部にフリットガラスを塗布し、４３０℃で１
０分以上焼成することで接着した。

【０３４５】以上のように作製した本画像表示装置にお
いて、透明電極３８６を通じて蛍光体３８７に５０００
ボルトの加速電圧Ｖａを印加し、素子配線電極３８９を
通じて素子電極３８２、３８３間に１４ボルトの電圧Ｖ
ｆを印加し電子放出させた。

【０３４６】本実施例では、加速電圧Ｖａ＝５０００
Ｖ、素子電圧Ｖｆ＝１４Ｖ、素子／フェイスプレート間
距離ｄ＝４．５ｍｍ、素子の電子放出部のＹ方向長さＬ
＝１４０μ、電子放出素子のＹ方向配列ピッチＰ＝７５
０μ、高電位側電極幅Ｗ＝８００μである。実施例７と
同様に、２つの電子放出部より、放出された電子ビーム
は、画像形成部材上で、輝点の中心軸が、ほぼ一致し、
これらの輝点が、ちょうど対称にかさなり、全体とし
て、ほぼ円形の１つの輝点形状が観察された。これは、
実施例７で示した式に本実施例の条件が、合致したため
と推定される。

【０３４７】また、Ｙ方向での各輝点の重なりは、本発
明者等が鋭意検討した結果、次式で表される配置の規定
で制御できることがわかった。

【０３４８】Ｙ方向での各輝点が、重なり連続である場
合 Ｐ＜Ｌ＋２Ｋ５×２ｄ（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2 但し、Ｋ５は、定数であり、Ｋ５＝０．８０ 加速電圧Ｖａ、素子電圧Ｖｆ、素子／フェイスプレート
間距離ｄ＝４素子の電子放出部のＹ方向長さＬ、電子放
出素子のＹ方向配列ピッチＰ、高電位側電極幅Ｗであ
る。

【０３４９】Ｙ方向での各輝点が、重ならず、不連続で
ある場合 Ｐ≧Ｌ＋２Ｋ６×２ｄ（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2 但し、Ｋ６は、定数であり、Ｋ６＝０．９０ 上の式の条件下に、電子放出素子をＹ方向に配列すれ
ば、よいことがわかった。本実施例は、Ｙ方向での各輝
点が、重ならず、不連続である場合の式の範囲に入って
おり、各輝点は、独立した輝点として観察された。

【０３５０】以上のように、本実施例の画像表示装置で
は、最適な輝点形状が得られると共に、判別性やきれが
良く、高輝度で高精細な表示画像が得られた。

【０３５１】（参考例７） 本参考例は、分割駆動出来る複数の表面伝導形電子放出
素子をマトリクス状に配置し画像形成装置、及び駆動法
にしており、図４０及び図４１を用いて説明する。

【０３５２】図４０は、表面伝導形電子放出素子をマト
リクス状に配置した電子源より一部を取り出した斜視
図、図４１は、本参考例の駆動法を示す図である。以
下、詳述する。

【０３５３】図４０に示される様に、本参考例の素子
は、素子電極４６１ａ、４６１ｂと配線４６２ａ、４６
２ｂとを接続した。４６２ａはＸ方向配線、４６２ｂは
Ｙ方向配線である。図４１に示される様に、レッド
（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）に対応する表面
伝導形電子放出素子が、配列された構成の電子源であ
り、参考例４と同様に形成された。また、外囲器も同様
に作成された。

【０３５４】次に、本参考例の装置の駆動方法について
図４１を用いて説明する。

【０３５５】図４１のＭ＝１列より順次走査する場合に
おいて、まず、 （１）電圧印加手段（不図示）にて、透明電極に定電圧
を印加し、Ｍ＝１列に電子放出電圧Ｖｆを印加する。

【０３５６】（２）１（＝Ｍ）走査列分の情報信号のう
ち、グリーン表示の信号配線電極Ｇ及びブルー表示の信
号配線電極Ｂに入力される情報信号がメモリー４８０内
に蓄積される。また、レッド表示の信号配線電極Ｒに入
力される情報信号は、電圧印加手段４８１を通じて、該
情報信号に応じたオン電圧、カットオフ電圧及び階調電
圧を有する変調電圧（ＶｍＲ）としてそのまま該信号配
線電極Ｒに入力される。この間、信号配線電極Ｇ及びＢ
には、情報信号にかかわらず、信号切換回路４８２から
カットオフ信号が発せられ、電圧印加手段４８３を通じ
てカットオフ電圧（Ｖｏｆｆ）が印加される。

【０３５７】（３）次に、信号切換回路４８２により、
１（＝Ｍ）走査列分の情報信号のうち、先にメモリー４
８０に蓄積された情報信号のうち、グリーン表示の情報
信号が信号配線電極Ｇに入力されるように切換られ、電
圧印加手段を通じて、該情報信号に応じたオン電圧、カ
ットオフ電圧及び階調電圧を有する変調電圧（ＶｍＧ）
が信号配線電極Ｇに入力される。この間、信号配線電極
Ｒ及びＢには情報信号にかかわらず、信号切換回路４８
２からカットオフ信号が発せられ、電圧印加手段を通じ
てカットオフ電圧（Ｖｏｆｆ）が印加される。

【０３５８】（４）次に、信号切換回路４８２により、
１（＝Ｍ）走査列分の情報信号のうち、先にメモリー４
８０に蓄積された情報信号のうち、ブルー表示の情報信
号が信号配線電極Ｂに入力されるよう切換られ、電圧印
加手段を通じて、該情報信号に応じたオン電圧、カット
オフ電圧及び階調電圧を有する変調電圧（ＶｍＢ）が信
号配線電極Ｂに入力される。この間、信号配線電極Ｒ及
びＧには情報信号にかかわらず、信号切換回路４８２か
らカットオフ信号が発せられ、電圧印加手段を通じてカ
ットオフ電圧（Ｖｏｆｆ）が印加される。

【０３５９】尚、以上のような、一走査列分の情報信号
を各色毎に、即ち、２列おきに、時間的に３分割して信
号配線電極に入力する動作は、一走査列分の表示のタイ
ミングの間に行われる。

【０３６０】以上（１）〜（４）の動作を各走査列毎に
順次繰り返し、一画面分、さらには多画面分のフルカラ
ー画像が蛍光体面に表示される。

【０３６１】本参考例の駆動方法によれば、各色蛍光体
面での表示画像を形成する複数の輝点（スポット）は、
互いに極めて均一で安定したサイズと形状を呈し、しか
も、クロストークがなく、画像の色純度の向上した色再
現性に優れるフルカラー画像を表示できた。

【０３６２】（参考例８） 図４２は、前記説明の表面伝導形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て表示装置の一
例を示すための図である。図中５００はディスプレイパ
ネル、５０１はディスプレイパネルの駆動回路、５０２
はディスプレイコントローラ、５０３はマチプレクサ、
５０４はデコーダ、５０５は入出力インターフェース回
路、５０６はＣＰＵ、５０７は画像生成回路、５０８お
よび５０９および５１０は画像メモリーインターフェー
ス回路、５１１は画像入力インターフェース回路、５１
２および５１３はＴＶ信号受信回路、５１４は入力部で
ある（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。）。

【０３６３】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。

【０３６４】まず、ＴＶ信号受信回路５１３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５１３で受信された
ＴＶ信号は、デコーダ５０４に出力される。

【０３６５】また、ＴＶ信号受信回路５１２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
を持ついて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回
路である。前記ＴＶ信号受信回路５１３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５０４に出力さ
れる。

【０３６６】また、画像入力インターフェース回路５１
１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５０４に
出力される。

【０３６７】また、画像メモリーインターフェース回路
５１０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５０４に出力され
る。

【０３６８】また、画像メモリーインターフェース回路
５０９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５０４に出力される。

【０３６９】また、画像メモリーインターフェース回路
５０８は、いわゆる静止画像ディスクのように、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５
０４に入力される。

【０３７０】また、入出力インターフェース回路５０５
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ＣＰＵ５０６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。

【０３７１】また、画像生成回路５０７は、前記入出力
インターフェース回路５０５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ＣＰＵ５０
６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。

【０３７２】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ５０４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５０５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。

【０３７３】また、ＣＰＵ５０６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。

【０３７４】たとえば、マルチプレクサ５０３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５０２に対して制御信号を発生し、画像表示周波数
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。

【０３７５】また、前記画像生成回路５０７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５０５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。なお、ＣＰＵ５０６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。
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。あるいは、前述したように入出力インタ
ーフェース回路５０５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。

【０３７６】また、入力部５１４は、前記ＣＰＵ５０６
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、ジョイスティック、バーコードリーダ、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。

【０３７７】また、デコーダ５０４は、前記５０７ない
し５１３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
５０４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５０７およびＣＰＵ５０６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。

【０３７８】また、マルチプレクサ５０３は、前記ＣＰ
Ｕ５０６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。すなわち、マルチプレクサ５０
３はデコーダ５０４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５０１
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。

【０３７９】また、ディスプレイパネルコントローラ５
０２は、前記ＣＰＵ５０６より入力される制御信号に基
づき駆動回路５０１の動作を制御するための回路であ
る。

【０３８０】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５０１に対して出力する。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５０１に対して出力する。

【０３８１】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５０１に対して出力する場合
もある。

【０３８２】また、駆動回路５０１は、ディスプレイパ
ネル５００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５０３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５０２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。

【０３８３】以上、各部の機能を説明したが、図４２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５
００に表示する事が可能である。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５０４
において逆変換された後、マルチプレクサ５０３におい
て適宜選択され、駆動回路５０１に入力される。一方、
ディスプレイコントローラ５０２は、表示する画像信号
に応じて駆動回路５０１の動作を制御するための制御信
号を発生する。駆動回路５０１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５００に駆動信号を
印加する。これにより、ディスプレイパネル５００にお
いて画像が表示される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ
５０６により統括的に制御される。

【０３８４】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ５０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路５０７
およ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、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、本参考例の説明では
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うための専用回
路を設けても良い。

【０３８５】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。

【０３８６】なお、上記図４２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４２
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。

【０３８７】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
形放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルの
薄形化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくするこ
とができる。それに加えて、表面伝導形放出素子を電子
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。

【０３８８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明に関わる表面
伝導形電子放出素子の３つの基本的特性の特徴、つま
り、第一に、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、
図５中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放
出電流Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では
放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。すなわち、放出
電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非
線形素子である。

【０３８９】第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御でき
る。

【０３９０】第三に、アノード電極３４に捕捉される放
出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。す
なわち、アノード電極３４に捕捉される電荷量は、素子
電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。

【０３９１】さらに、より好ましくは、素子電流Ｉｆ、
放出電流Ｉｅ、双方とも、対向する一対の素子電極に印
加する電圧に対して、単調増加特性（ＭＩ特性と呼ぶ）
を有する、表面伝導形放出素子である。以上によれば、
表面伝導形電子放出素子からの放出電子は、しきい値電
圧以上では、対抗する素子電極間に印加するパルス状電
圧の波高値と巾で制御される。一方、しきい値電圧以下
では、殆ど放出されない。

【０３９２】この特性によれば、多数の表面伝導形電子
放出素子を本発明の如く配置した場合においても、前記
入力信号に基づいた波高のパルスあるいは、幅、あるい
は、波高と幅とを有するパルスを発生する前記変調手段
と、前記入力信号に含まれる同期信号を分離する分離手
段と、前記同期信号に基づいて、所定の幅で、互いに異
なる波高のパルス成分を組み合わせることで表面伝導形
電子放出素子を順番に選択する前記選択手段を有する構
成によって、入力信号に応じた表面伝導形電子放出素子
を選択し、その電子放出量が、制御できる駆動法を提供
できる。

【０３９３】よってかような表面伝導形電子放出素子の
特性に基づく本発明の新規な構成と駆動法によれば、従
来の様に、グリッド電極に寄ることなく、グリッド電極
なしに、ｍ本の行方向配線とｎ本の列方向配線にそれぞ
れ入力信号より得た走査信号と変調信号を与えること
で、多数の表面伝導形電子放出素子からなる電子源よ
り、入力信号に応じて、電子放出素子を選択し、放出電
子量を制御する高品位な電子源となる。

【０３９４】さらには、表面伝導形電子放出素子の対抗
する一対の素子電極、ｍ本の行方向配線とｎ本の列方向
配線とによって、表面伝導形電子放出素子の対抗する一
対の素子電極とをそれぞれ結線する結線、ｍ本の行方向
配線とｎ本の列方向配線の少なくとも一部が、構成元素
の一部あるいは全てが同一であることによって、特に、
装置作製上に高い温度がかかる場合には、異種金属間を
接続の問題が解消され、信頼性の高い、安価でかつ簡易
な構成が提供できる。

【０３９５】またさらには、該絶縁層が、ｍ本の行方向
配線とｎ本の列方向配線の交差部近傍のみにあること及
び垂直型表面伝導形放出素子の段さ形成部が、該絶縁層
の一部あるいは全てが同一の製法で製造されることによ
って、コンタクトホールなしにｍ本の行方向配線あるい
はｎ本の列方向配線と素子の電気的接続が可能になる等
製法が簡略化され、安価でかつ簡易な構成の電子源及び
画像形成装置が提供できる。

【０３９６】さらに別な駆動法によれば、入力信号を、
複数の入力信号群に分割する入力信号分割手段を更に備
え、該入力信号分割手段により発生した複数の分割され
た入力信号に応じて、複数行（あるいは、列）の表面伝
導形電子放出素子が、選択、変調される分割駆動である
ため、該表面伝導形電子放出素子行（あるいは列）に許
容される時間が増加できるため、駆動ＩＣ、表面伝導形
電子放出素子に対して、余裕のある設計がなされること
ができる。

【０３９７】さらに、該選択、変調される電子放出素子
の行（あるいは、列）の隣接する電子放出素子の行（あ
るいは、列）は定電位印加の状態である様に維持する駆
動法である。このため、各電子放出素子から放出された
電子ビーム間の電子ビーム照射面上でのクロストークが
ない。

【０３９８】さらに、本発明の画像形成装置は、該表面
伝導形電子放出素子の複数の電子放出部から、放出され
た複数の電子ビームを重ね合わせることで、電子照射面
での電子ビームの形状は、対称性の良い形状に制御でき
る電子源を提供できる。

【０３９９】また、Ｙ方向での素子の配列ピッチを規定
配置することで、各電子放出素子から放出された電子ビ
ーム間の電子ビーム照射面上での重なりが制御できる。

【０４００】従って、簡易な構成でかつ容易に、電子を
放出する電子放出素子を選択と、その電子放出量を制御
しうる電子源を提供できる。

【０４０１】また表示装置などの本発明の画像形成装置
は、入力信号に基づいて、画像を形成する装置であっ
て、画像を構成する画素に対応して、基板上にｍ本の行
方向配線と絶縁層を介して積層されたｎ本の列方向配線
とによって、少なくとも素子電極と電子放出部を含む薄
膜とで構成される表面伝導形電子放出素子の対抗する一
対の素子電極とをそれぞれ結線され、行列状に、配列さ
れた複数子の表面伝導形放出素子と、同期信号と画像信
号を含む入力信号の、該同期信号に基づいて、前記複数
の表面伝導形電子放出素子行の中から、適当な素子行を
選択する選択手段と、前記同期信号に基づき、前記画像
信号に応じた変調信号を発生して、前記選択手段により
選択された電子放出素子に入力する変調手段とを備える
ことを特徴とする画像形成装置であり、特には、前記電
子源基板と対向した位置に電子ビームの照射により可視
光を発する蛍光体とを備えた画像形成装置であり、より
好ましくは、表面伝導形電子放出素子の、放出電流、素
子電流双方が、対向する一対の素子電極に印加する電圧
に対して、単調増加特性（ＭＩ特性と呼ぶ）を示す真空
度を有する画像形成装置である。

【０４０２】よってかような表面伝導形電子放出素子の
特性に基づく本発明の画像形成装置の新規な構成と駆動
法によれば、従来の様に、グリッド電極に寄ることな
く、グリッド電極なしに、ｍ本の行方向配線とｎ本の列
方向配線にそれぞれ入力信号より得た走査信号と変調信
号を与えることで、多数の表面伝導形電子放出素子から
なる電子源より、入力信号に応じて、電子放出素子を選
択し、放出電子量を制御でき、画素間のクロストークが
なく、表示輝度を制御性良く変調する事ができ、多階調
の表示が可能となり、たとえばテレビジョン画像を高い
品位で表示できる装置を実現できた。

【０４０３】また、真空中で電子ビームにより直接蛍光
体を励起するため、従来ＣＲＴなどの分野で公知の、発
光特性の優れた各色の蛍光体を発光源として使用でき
る。このため、カラー化も容易で、広い範囲の色彩を表
現できる。また、蛍光体を塗り分けるだけでカラー化が
可能であり、パネルの製造が容易である。走査や変調に
要する電圧も小さいため、電気回路の集積化が容易であ
る。これらの長所があいまって、製造に要する費用が低
減でき、極めて安価に表示装置を提供する事が可能であ
る。

【０４０４】選択的に制御された明るさで発光せしめる
表示品位の高い表示装置などの画像形成装置が、提供で
きる。

【０４０５】さらには、表面伝導形電子放出素子の対抗
する一対の素子電極、ｍ本の行方向配線とｎ本の列方向
配線とによって、表面伝導形電子放出素子の対抗する一
対の素子電極とをそれぞれ結線する結線、ｍ本の行方向
配線とｎ本の列方向配線の少なくとも一部が、構成元素
の一部あるいは全てが同一である構成である。

【０４０６】該表面伝導形電子放出素子が、該基板上
に、あるいは、該絶縁層上に形成された構成である。

【０４０７】該絶縁層が、ｍ本の行方向配線とｎ本の列
方向配線の交差部近傍のみにあること及び垂直型表面伝
導形放出素子の段さ形成部が、該絶縁層の一部あるいは
全てが同一である等の構成である。等の構成の電子源を
有する画像形成装置であるため、信頼性が高く、安価な
新規な構成の画像形成装置が提供できた。

【０４０８】またさらには、本発明の新規な構成の画像
形成装置は、別の駆動法によれば、入力信号を、複数の
入力信号群に分割する入力信号分割手段を更に備え、該
入力信号分割手段により発生した複数の分割された入力
信号に応じて、複数行（あるいは、列）の表面伝導形電
子放出素子が、選択、変調される分割駆動であるため、
該表面伝導形電子放出素子行（あるいは列）に許容され
る時間が増加できるため、駆動ＩＣ、表面伝導形電子放
出素子に対して、余裕のある設計がなされることができ
る。

【０４０９】さらに、該選択、変調される電子放出素子
の行（あるいは、列）の隣接する電子放出素子の行（あ
るいは、列）は定電位印加の状態である様に維持する駆
動法である。このため、各電子放出素子から放出された
電子ビーム間の画像形成部材上でのクロストークがな
い。

【０４１０】さらに、本発明の画像形成装置は、該表面
伝導形電子放出素子の複数の電子放出部から、放出され
た複数の電子ビームを画像形成部材上で、重ね合わせる
ことで、発光輝点形状が、対称性の良い形状に制御でき
る画像形成装置を提供できる。

【０４１１】また、Ｙ方向での素子の配列ピッチを規定
配置にすることで、各電子放出素子から放出された電子
ビーム間の画像形成部材上での重なりが制御できるた
め、入力画像に応じた高品位な画像を提供できる。

【０４１２】またさらには、本発明の画像形成装置は、
ＴＶ信号、画像入力装置からの信号、画像メモリーから
の信号、コンピュータからの信号等を入力信号とできる
ために、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる平面型表面伝導形電子放出素子
の基本構成図。

【図２】本発明に係わる表面伝導形電子放出素子の基本
的な製法図。

【図３】本発明に係わる表面伝導形電子放出素子の基本
的な測定評価装置図。

【図４】本発明に係わる表面伝導形電子放出素子の通電
伝処理の電圧波形。

【図５】本発明に係わる表面伝導形電子放出素子の基本
的な特性図。

【図６】本発明に係わる垂直型表面伝導形電子放出素子
の基本構成図。

【図７】本発明に係る電子源構成図。

【図８】本発明に係る画像形成装置図。

【図９】蛍光膜の説明図。

【図１０】本発明に係る駆動方法を説明する図。

【図１１】本発明に係る画像形成装置の１画素の構成を
示す斜視図。

【図１２】表面伝導形電子放出素子で観測された輝点形
状を示す図。

【図１３】表面伝導形電子放出素子を用いた画像表示装
置の電子ビームの軌道を説明するための等電位図。

【図１４】参考例１の電子源の平面図。

【図１５】参考例１の電子源の断面図。

【図１６】参考例１の電子源製法図。

【図１７】参考例１の電子源製法図。

【図１８】参考例１のマスク図。

【図１９】参考例１の比較サンプルの特性図。

【図２０】参考例２の断面図。

【図２１】参考例２の電子源製法図。

【図２２】参考例３の電子源平面図。

【図２３】参考例３の電子源断面図。

【図２４】参考例３の電子源製法図。

【図２５】参考例４の本発明の第一及び第二の駆動方法
を実施する為の概略回路構成の一例。

【図２６】参考例４の電子放出素子が行列状に配線され
たマルチ電子源の一部回路図。

【図２７】参考例４の原画像の一例を示す図。

【図２８】参考例４のマルチ電子源に印加する駆動電圧
を示す図。

【図２９】参考例４の一画面を順次一ラインずつ表示し
てゆく際のタイムチャート。

【図３０】参考例４の回路の全体動作を説明するための
タイムチャート。

【図３１】参考例４の電子放出素子に印加される駆動電
圧を説明するための図。

【図３２】参考例５の本発明の第三の駆動方法の第一実
施例の概略回路構成の一例。

【図３３】参考例５の電子放出素子に印加される駆動電
圧を説明するための図。

【図３４】参考例６の本発明の第三の駆動方法の第二実
施例の概略構成の一例。

【図３５】参考例６の電子放出素子に印加される駆動電
圧を説明するための図。

【図３６】実施例１の電子放出素子の斜視図。

【図３７】実施例２の画像形成装置の斜視図。

【図３８】実施例２の電子放出素子の斜視図。

【図３９】実施例２の電子放出素子のＸ軸断面図。

【図４０】参考例７の電子放出素子の斜視図。

【図４１】参考例７の本発明の駆動法を示す一部回路
図。

【図４２】参考例８の本発明の表示装置の一例。

【図４３】従来の表面伝導形電子放出素子の平面図。

【図４４】従来の画像形成装置の概略図。

【図４５】従来の画像形成装置の概略図。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 電子放出部形成用薄膜 ３ 電子放出部 ４ 電子放出部を含む薄膜 ５、６ 素子電極 ７３ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ方向配線 ７４ 表面伝導形電子放出素子 ７５ 結線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平5−77897 (32)優先日 平成５年４月５日(1993．4．5) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−78165 (32)優先日 平成５年４月５日(1993．4．5) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 河出 一佐哲 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 長田 芳幸 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 武田 俊彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 山口 英司 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 鈴木 朝岳 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 外處 泰之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 戸島 博彰 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 磯野 青児 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 中村 尚人 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 佐藤 安栄 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 三品 伸也 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 野村 一郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 金子 哲也 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−149736（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−299138（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−251731（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−112125（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−137424（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 31/12 H01J 29/04 H01J 1/316 H01J 9/02

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板上に絶縁層を介して積層
   されたｍ本の行方向配線およびｎ本の列方向配線と、並
   設された高電位側素子電極と低電位側素子電極との間に
   電子放出部を含む薄膜を有する表面伝導形電子放出素子
   の複数とを有し、該高電位側および低電位側の素子電極
   と該行方向配線および該列方向配線とが結線された電子
   源と、画像を構成する画素に対応して行列状に配列され
   た前記表面伝導形電子放出素子からの電子線が照射され
   る画像形成部材と、該複数の表面伝導形電子放出素子の
   中から、素子行を選択する選択手段と、入力信号に応じ
   て変調信号を発生し、該選択手段により選択された該素
   子行に、該変調信号を印加する変調手段とを有し、該入
   力信号に応じて画像を形成する画像形成装置において、
   前記画像を構成する画素の各々に対し、２以上の電子ビ
   ームが重ね合わされて輝点を形成するものであって、前
   記２以上の電子ビームを放出する複数の電子放出部は、
   夫々の電子放出部を備える表面伝導形電子放出素子各々
   の前記高電位側素子電極を間に挟んで並設されており、
   その並設方向における前記複数の電子放出部の間隔Ｗが
   互いに以下の関係式（Ｉ）を満たして配置されているこ
   とを特徴とする画像形成装置。 Ｋ２×２Ｈ（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2≧Ｗ／２≧Ｋ３×２Ｈ
   （Ｖｆ／Ｖａ）^1/2 …（Ｉ） ［但し、Ｋ２＝１．２５±０．０５、Ｋ３＝０．３５±
   ０．０５、Ｈは表面伝導形電子放出素子と画像形成部材
   との距離、Ｖｆは電子放出時に表面伝導形電子放出素子
   に印加される電圧、Ｖａは画像形成部材に印加される電
   圧を示す］
2. 【請求項２】 前記表面伝導形電子放出素子が、平面型
   表面伝導形電子放出素子である請求項１に記載の画像形
   成装置。
3. 【請求項３】 前記表面伝導形電子放出素子が、垂直型
   表面伝導形電子放出素子である請求項１に記載の画像形
   成装置。
4. 【請求項４】 前記表面伝導形電子放出素子は、素子電
   流及び電子放出電流が素子印加電圧に対して、単調増加
   特性を有する表面伝導形電子放出素子である請求項１に
   記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記電子放出部を含む薄膜が、導電性微
   粒子で構成された膜である請求項１に記載の画像形成装
   置。
6. 【請求項６】 前記導電性微粒子が、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｍ
   ｏ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎ
   ｉ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃ
   ｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ、Ｐｄ
   Ｏ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、Ｂａ
   Ｏ、ＭｇＯ、ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、ＬａＢ₆ 、ＣｅＢ
   ₆ 、ＹＢ₄ 、ＧｄＢ₄ 、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、Ｔａ
   Ｃ、ＳｉＣ、ＷＣ、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、Ｓｉ、Ｇ
   ｅ、カーボンの中から選ばれる少なくとも一種の材料か
   らなる請求項５に記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 前記絶縁層が、前記ｍ本の行方向配線と
   前記ｎ本の列方向配線の交差部近傍のみにある請求項１
   に記載の画像形成装置。
8. 【請求項８】 前記表面伝導形電子放出素子が、前記基
   板面上に形成されている請求項１に記載の画像形成装
   置。
9. 【請求項９】 前記表面伝導形電子放出素子が、前記絶
   縁層上に形成されている請求項１に記載の画像形成装
   置。
10. 【請求項１０】 前記変調手段が、前記入力信号に基づ
    いた波高のパルスを発生する手段である請求項１に記載
    の画像形成装置。
11. 【請求項１１】 前記変調手段が、前記入力信号に基づ
    いた幅のパルスを発生する手段である請求項１に記載の
    画像形成装置。
12. 【請求項１２】 前記変調手段が、前記入力信号に基づ
    いた波高と幅とを有するパルスを発生する手段である請
    求項１に記載の画像形成装置。
13. 【請求項１３】 更に、前記入力信号に含まれる同期信
    号を分離する分離手段を有し、前記選択手段は、該同期
    信号に基づいて、前記表面伝導形電子放出素子行を順次
    選択する手段である請求項１に記載の画像形成装置。
14. 【請求項１４】 前記選択手段は、選択素子行と非選択
    素子行とを、互いに波高の異なるパルスを発生すること
    で選択する手段である請求項１に記載の画像形成装置。
15. 【請求項１５】 前記変調手段が、前記入力信号に基づ
    いた波高のパルスを発生する手段である請求項１４に記
    載の画像形成装置。
16. 【請求項１６】 前記変調手段が、前記入力信号に基づ
    いた幅のパルスを発生する手段である請求項１４に記載
    の画像形成装置。
17. 【請求項１７】 前記変調手段が、前記入力信号に基づ
    いた波高と幅とを有するパルスを発生する手段である請
    求項１４に記載の画像形成装置。
18. 【請求項１８】 前記表面伝導形電子放出素子の素子電
    流及び電子放出電流が、印加電圧に対して、単調増加特
    性を示す真空度に維持されている請求項１に記載の画像
    形成装置。
19. 【請求項１９】 前記画像形成部材が、蛍光体である請
    求項１に記載の画像形成装置。
20. 【請求項２０】 前記入力信号が、ＴＶ信号、画像入力
    装置からの信号、画像メモリーからの信号、コンピュー
    タからの信号のうち少なくとも一つである請求項１に記
    載の画像形成装置。