JP3236465B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面伝導型放出素子を
多数有するマルチ電子ビーム源の駆動回路、及び表面伝
導型放出素子を電子ビーム源とする表示装置の駆動回路
に関する。

【０００２】

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

【０００３】ＦＥ型の例としては、たとえば、Ｗ．Ｐ．
Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるい
は、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒ
ｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅ
ｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ，Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）などが知
られている。

【０００４】また、ＭＩＭ型の例としては、例えば、
Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｕ
ｎｎｅｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）などが
知られている。

【０００５】また、表面伝導型放出素子としては、たと
えば、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０，（１
９６５）や、後述する他の例が知られている。

【０００６】表面伝導型放出素子は、基板上に形成され
た小面積の薄膜に、膜面に平衡に電流を流すことにより
電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面
伝導型放出素子としては、前記エリンソン等によるＳｎ
０2 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの
［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］や、Ｉｎ2 Ｏ3 ／
ＳｎＯ2 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎ
ｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”，５１９（１９７５）］や、カ
ーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、第２６巻、
第１号、２２（１９８３）］などが報告されている。

【０００７】これらの表面伝導型放出素子の素子構成の
典型的な例として、図２１に前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌ
ｌらによる素子の平面図を示す。同図において３００１
は基板で、３００４はスパッタで形成された金属酸化物
よりなる導電性薄膜である。導電性薄膜３００４は図示
のようにＨ字形の平面形状に形成されている。該導電性
薄膜３００４に後述の通電フォーミングと呼ばれる通電
処理を施すことにより、電子放出部３００５が形成され
る。図中の間隔Ｌは、０．５〜１［ｍｍ］，Ｗは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、同図は実際
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。

【０００８】Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子をはじ
めとして上述の表面伝導型放出素子においては、電子放
出を行う前に導電性薄膜３００４に通電フォーミングと
呼ばれる通電処理を施すことにより電子放出部３００５
を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォー
ミングとは、前記導電性薄膜３００４の両端に一定の直
流電圧、もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっく
りとしたレートで昇圧する直流電圧を印加して通電し、
導電性薄膜３００４を局所的に破壊もしくは変形もしく
は変質せしめ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部３０
０５を形成することである。尚、局所的に破壊もしくは
変形もしくは変質した導電性薄膜３００４の一部には、
亀裂が発生する。前記通電フォーミング後に導電性薄膜
３００４に適宜の電圧を印加した場合には、前記の亀裂
付近において電子放出が行われる。

【０００９】上述の表面伝導型放出素子は、構造が単純
で製造も容易であることから、大面積にわたり多数の素
子を形成できる利点がある。そこで、たとえば本出願人
による特開昭６４−３１３３２において開示されるよう
に、多数の素子を配列して駆動するための方法が研究さ
れている。

【００１０】また、表面伝導型放出素子の応用について
は、たとえば、画像表示装置、画像記録装置などの画像
形成装置や、荷電ビーム源、等が研究されている。

【００１１】特に、画像表示装置への応用としては、た
とえば本出願人によるＵＳＰ５，０６６，８８３や特開
平２−２５７５５１において開示されているように、表
面伝導型放出素子と電子ビームの照射により発光する蛍
光体とを組み合わせて用いた画像表示装置が研究されて
いる。表面伝導型放出素子と蛍光体とを組み合わせて用
いた画像表示装置は、従来の他の方式の画像表示装置よ
りも優れた特性が期待されている。たとえば、近年普及
してきた液晶表示装置と比較しても、自発光型であるた
めバックライトを必要としない点や、視野角が広い点が
優れていると言える。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上記従来
例に記載したものをはじめとして、さまざまな材料、製
法、構造の表面伝導型放出素子を試みてきた。さらに、
多数の表面伝導型放出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表示
装置についての研究を行ってきた。

【００１３】発明者らは、例えば図２２に示す電子的な
配線方法によりマルチ電子ビーム源を試みてきた。即
ち、表面伝導型放出素子を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。

【００１４】図中、４００１は表面伝導型放出素子を模
式的に示したもの、４００２は行方向配線、４００３は
列方向配線である。行方向配線４００２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、図においては配線抵抗４００４及び４００５とし
て示されている。上述の様な配線方法を、単純マトリク
ス配線と呼ぶ。

【００１５】なお、図示の便宜上、６×６のマトリクス
で示しているが、マトリクスの規模は無論これに限った
わけではなく、例えば画像表示装置用のマルチ電子ビー
ム源の場合には、所望の画像表示を行なうのに足りるだ
けの素子を配列し配線するものである。

【００１６】表面伝導型放出素子を単純マトリクス配線
したマルチ電子ビーム源においては、所望の電子ビーム
を出力させるため、行方向配線４００２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行の表面伝導型放出素子を駆動する
には、選択する行の行方向配線４００２には選択電圧Ｖ
ｓを印加し、同時に非選択の行の行方向配線４００２に
は非選択電圧Ｖｎｓを印加する。これと同期して列方向
配線４００３に電子ビームを出力するための駆動電圧Ｖ
ｅ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
表面伝導型放出素子には、Ｖｅ−Ｖｓの電圧が印加さ
れ、また非選択行の表面伝導型放出素子にはＶｅ−Ｖｎ
ｓの電圧が印加される。Ｖｅ，Ｖｓ，Ｖｎｓを適宜の大
きさの電圧にすれば選択する行の表面伝導型放出素子だ
けから所望の強度の電子ビームが出力されるはずであ
り、また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はずである。また、表面伝導型放出
素子の応答速度は高速であるため、駆動電圧Ｖｅを印加
する時間の長さを変えれば、電子ビームが出力される時
間の長さも変えることができるはずである。

【００１７】したがって、表面伝導型放出素子を単純マ
トリクス配線したマルチ電子ビーム源はいろいろな応用
可能性があり、たとえば画像情報に応じた電気信号を適
宜印加すれば、画像表示装置用の電子源として好適に用
いることができる。

【００１８】しかしながら、表面伝導型放出素子を単純
にマトリクス配線した電子ビーム源には、実際には以下
に述べるような問題が発生していた。

【００１９】即ち、マルチ電子ビーム源を表示装置など
に応用してゆくためには、マルチ電子ビーム源の駆動回
路には、マルチプレクス駆動が可能で、しかも小型化、
集積化が容易で低価格なものが望まれる。しかしなが
ら、マルチ電子ビーム源の駆動回路として上述の特性を
有するものは未だ開示されていない。

【００２０】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、表面伝導型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マルチプレクス駆動するための
回路に関して、小型化、集積化が容易でしかも低価格化
が容易な駆動回路を用いた表示装置を提供することを目
的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の表示装置は、電子ビームの照射により可視
光を発する蛍光面を備える表示装置であって、マルチ電
子ビーム源と、該マルチ電子ビーム源の駆動回路とを有
しており、前記マルチ電子ビーム源は、基板上に２次元
的に複数個配列形成された表面伝導型放出素子を複数の
行方向配線と複数の列方向配線により単純マトリクス配
線したものであり、かつ前記表面伝導型放出素子は、導
電性薄膜に通電を行って亀裂状の部分を形成し、該亀裂
状の部分に通電を行うことにより該亀裂状の部分及びそ
の近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積させたものであ
り、前記駆動回路は前記複数の行方向配線に接続する走
査回路を有しており、該走査回路は、走査電圧を印加す
るためのスイッチング手段と、前記スイッチング手段が
前記走査電圧を印加していない状態の行方向配線に対し
て非走査電圧を印加するクランプ回路を形成するクラン
プ手段とを備える。

【００２２】又、好ましくは、前記スイッチング手段は
トランジスタによって構成される。スイッチング手段の
簡易化、小型化、集積化が可能となるからである。

【００２３】又、好ましくは、前記クランプ回路は、非
走査電圧にクランプされたダイオードを有する。スイッ
チング手段の簡易化、小型化、集積化が可能となるから
である。

【００２４】又、上記の目的を達成する本発明の他の態
様による表示装置は、電子ビームの照射により可視光を
発する蛍光面を備える表示装置であって、マルチ電子ビ
ーム源と、該マルチ電子ビーム源の駆動回路とを有して
おり、前記マルチ電子ビーム源は、基板上に２次元的に
複数個配列形成された表面伝導型放出素子を複数の行方
向配線と複数の列方向配線により単純マトリクス配線し
たものであり、かつ前記表面伝導型放出素子は導電性薄
膜に通電を行って亀裂状の部分を形成し、該亀裂状の部
分に通電を行うことにより該亀裂状の部分及びその近傍
に炭素もしくは炭素化合物を堆積させたものであり、前
記駆動回路は、前記複数の列方向配線に接続する変調回
路を有しており、該変調回路は、変調用電圧を印加する
ためのスイッチング手段と、前記スイッチング手段が前
記変調電圧を印加していない状態の列方向配線に対して
変調オフ電圧を印加するクランプ回路を形成するクラン
プ手段とを備える。

【００２５】また、好ましくは、上記構成において、前
記スイッチング手段はトランジスタによって構成され
る。 また、好ましくは、上記構成において、前記クラン
プ回路は、変調オフ電圧にクランプされたダイオードを
備える。

【００２６】

【作用】上記の構成によれば、基板上に２次元的に複数
個配列形成された、表面伝導型放出素子を複数の行方向
配線と複数の列方向配線により単純マトリクス配線した
マルチ電子ビーム源の駆動回路を備えた表示装置が提供
される。ここで、表面伝導型電子放出素子は、導電性薄
膜に通電を行って亀裂状の部分を形成し、該亀裂状の部
分に通電を行うことにより該亀裂状の部分及びその近傍
に炭素もしくは炭素化合物を堆積させたものである。こ
の駆動回路において、スイッチング手段は、複数の行方
向配線（あるいは列方向配線）に走査電圧（或いは変調
電圧）を印加し、クランプ手段は、このスイッチング手
段が前記走査電圧（変調電圧）を印加していない状態の
行方向配線（列方向配線）に対して非走査電圧（変調オ
フ電圧）を印加するクランプ回路を形成する。従って、
走査電圧（或いは変調用電圧）を印加すべき電極には走
査電圧（変調用電圧）が適正に印加され、走査電圧（変
調用電圧）が印加されない電極には、非走査電圧（変調
オフ電圧）が適正に印加されることになり、動作が安定
する。

【００２７】尚、列方向配線についても、変調電圧を印
加するスイッチング手段と、変調オフ電圧を印加するク
ランプ手段により、上記と同様の作用がもたらされる。

【００２８】

【実施例】以下に添付の図面を参照して本発明の好適な
実施例を説明する。

【００２９】図１は本実施例による駆動回路の構成例を
表すブロック図である。図１を用いて、本実施例を説明
する。図中、Ｓｂは基板、ＥＳは表面伝導型放出素子、
ＥC1〜ＥCMは行方向配線、ＥR1〜ＥRNは列方向配線であ
り、以上の構成要素よりなる部分をマルチ電子ビーム源
と呼ぶ。このマルチ電子ビーム源では、Ｍ×Ｎ個の表面
伝導型放出素子を行列上に配置し、各素子を行方向配線
と列方向配線で電気的に接続し、単純マトリクスを構成
している。なお、本図でＸ方向と平行に並ぶ素子グルー
プを素子行と呼び、本実施例のマルチ電子ビーム源の場
合は、Ｍ行の素子行を有している。

【００３０】また、点線１で囲まれた回路はマルチ電子
ビーム源の走査側駆動回路であり、マルチ電子ビーム源
の行方向配線の各々について、トランジスタＴｓとクラ
ンプダイオードＤｓが接続されている。トランジスタＴ
ｓの一端は走査電圧Ｖｓ（即ち−ＶＥ／２［ボルト］を
出力する電圧源）に接続されている。また、クランプダ
イオードＤｓのカソードは非走査電圧Ｖｎｓ（即ち０
［ボルト］＝グランドレベル）に接続されている。各ト
ランジスタは、自身に接続するゲート信号Ｇｓ１〜Ｇｓ
ｍに応じて、オン／オフスイッチング動作を行なう。

【００３１】また、点線２で囲まれた回路は変調側駆動
回路であり、マルチ電子ビーム源の列方向配線の各々に
ついて、トランジスタＴｍとクランプダイオードＤｍが
接続されている。トランジスタＴｍの一端は変調オン電
圧Ｖｍ（即ち＋ＶＥ／２［ボルト］を出力する電圧値）
に接続されている。また、クランプダイオードＤｍのア
ノードは変調オフ電圧Ｖｎｍ（即ち０［ボルト］＝グラ
ンドレベル）に接続されている。各トランジスタは、自
身に接続するゲート信号Ｇｍ１〜Ｇｍｎに応じて、オン
／オフスイッチング動作を行なう。

【００３２】次に、本実施例の回路動作について説明す
る。

【００３３】図２は、表面伝導型放出素子ＥＳの一般的
な特性を示すグラフで、横軸は素子に印加する電圧を、
縦軸は素子から放出される電子ビーム電流を表わしてい
る。一般に、冷陰極素子に印加する電圧がある閾値電圧
Ｖｔｈを越えるまでは、素子からは電子ビームは放出さ
れず、閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧に対しては印加電圧の
増大に伴って放出される電子ビームも増大する。そこ
で、ＶE／２では電子ビームは放出されないが、ＶEでは
電子ビームが放出されるような電圧ＶEを設定すること
は容易にできる。そこで、このように設定した電圧ＶE
を用いた駆動方法について説明する。

【００３４】たとえばマルチ電子ビーム源の中の１行目
の素子行を選択し、そのうちの２〜５列目の電子放出素
子からだけ電子ビームを放出させようとする場合につい
て説明する。図３は、この意図にもとづいて各配線電極
に印加する電圧を示す図である。図のように、行方向配
線電極ＥC1〜ＥC6のうち、１行目の配線電極ＥC1には−
ＶE／２［Ｖ］を、それ以外のＥC2〜ＥC6には０［Ｖ］
を印加する。また、列方向配線ＥR1〜ＥR6のうち、２〜
５列目の配線電極ＥR2〜ＥR5には＋ＶE／２［Ｖ］を、
ＥR1とＥR6には０［Ｖ］を印加する。各電子放出素子に
は、各々の接続している列方向配線電極の電圧と行方向
配線電極の電圧の差電圧が印加されるため、同図中に黒
塗りで示した電子放出素子にはＶE［Ｖ］が、斜線また
は横線のストライプで示した電子放出素子にはＶE／２
［Ｖ］が、ドットで示した電子放出素子には０［Ｖ］が
印加されることになる。即ち、意図した表面伝導型放出
素子には電子放出閾値を越える電圧ＶE［Ｖ］が印加さ
れ、電子ビームが出力されるが、それ以外の電子放出素
子からは電子ビームが出力されない。

【００３５】以上に例示したように、駆動を希望する素
子行の行方向配線電極には−ＶE／２［Ｖ］を、他の素
子行の行方向配線電極には０［Ｖ］を印加すれば、駆動
する素子行を選択することが可能である。さらに、選択
した素子行の電子放出素子のうち、電子ビームを出力さ
せようとする列の列方向配線電極には＋ＶE／２［Ｖ］
を、電子ビームを出力させない列の列方向配線電極には
０［Ｖ］を印加すれば、その意図を達成することができ
る。

【００３６】前記図１の回路によれば、各トランジスタ
のゲートに適宜の制御信号を入力することにより、上述
の様な電圧を各配線電極に意図的に印加することが可能
である。

【００３７】即ち、トランジスタＴｓをオンさせれば、
当該トランジスタと接続する行方向配線には−ＶＥ／２
［ボルト］が印加され、逆にトランジスタＴｓをオフさ
せれば当該トランジスタと接続する行方向配線はクラン
プダイオードＤｓを通じて０［ボルト］と接続される。

【００３８】一方、トランジスタＴｍをオンさせれば、
当該トランジスタと接続する列方向配線には＋ＶＥ／２
［ボルト］が印加され、逆にトランジスタＴｍをオフさ
せれば当該トランジスタと接続する列方向配線はクラン
プダイオードＤｍを通じて０［ボルト］と接続される。

【００３９】したがって、前記図３のように電圧を印加
するには、各トランジスタのゲートに適宜の制御信号を
印加し、等価的に図４に示す回路となるよう動作させれ
ば良い。

【００４０】次に、本実施例の装置をたとえば画像表示
装置に適用する場合について述べる。即ち、前記マルチ
電子ビーム源から任意のパターンで電子ビームを出力す
る方法を説明する。

【００４１】たとえば、図５に示す様に、マルチ電子ビ
ーム源からＥ字型のパターン（図中に斜線で示す）にし
たがって電子ビームを放出させようと意図した場合を例
にして以下の説明を進める。

【００４２】マルチ電子ビーム源を駆動する手順として
は、１行目、２行目、３行目・・・の順に、１行ずつ素
子行を駆動してゆき、図５のＥ字型パターンを完成させ
てゆく。この駆動手順の時間的な推移を図６の（１）に
示す。

【００４３】各素子行を駆動する際の各配線電極への電
圧を印加方法は、先に説明し通りであり、たとえば、１
行目を駆動する場合は、前記図３及び図４で説明したの
と同様に各配線電極に駆動電圧を印加すれば良い。配線
電極ＥC1〜ＥC4及びＥR1〜ＥR4について、印加される電
圧の時間的推移を図６の（２）〜（９）に示す。

【００４４】このような手順に従い前記図１の電気回路
で駆動した場合に、実際に各電子放出素子に係る印加電
圧は、たとえば、図１の中で、Ａ，Ｂ，Ｃで示した３素
子を例に取ると、夫々の電圧波形は、図６の（１０）〜
（１２）にようになる。

【００４５】このような手順で、マルチ電子ビーム源の
全素子を１行づつ順次駆動することにより、所望のパタ
ーンで電子ビームを出力してゆく。出力した電子ビーム
を蛍光体に照射して可視画像を得るが、人間の目にちら
つきが感じられないように毎秒６０回程度の繰り返し速
度で繰り返し駆動するのが望ましい。

【００４６】次に、本発明を、たとえばＮＴＳＣ信号を
はじめとする画像信号に基づいて表示する画像表示装置
に実施した例を示す。

【００４７】図７は画像表示装置の回路ブロック図、図
８は画像表示装置の動作を説明するためのタイミングチ
ャートである。

【００４８】図７において、１は走査側駆動回路、２は
変調側駆動回路、３は表示パネル、４は画像信号のデコ
ーダ、５はタイミング制御回路、６はシフトレジスタ、
７は画像１ライン分の信号容量を持つ１ラインメモリ、
８は変調信号発生器、ＶＨは高電圧電源である。

【００４９】まず表示パネル３は上述のマルチ電子ビー
ム源を備え、端子を介して外部の電気回路と電気的に接
続している。即ち、端子Ｄx1〜Ｄxmを介して走査側駆動
回路１の出力がパネル内のマルチ電子ビーム源の行方向
配線電極に印加される。また、端子Ｄy1〜Ｄynを介して
変調側駆動回路の出力がマルチ電子ビーム源の列方向配
線に、端子Ｈｖを介して高電圧電源ＶＨのたとえば１０
［ｋＶ］の出力がフェースプレートのメタルバックに印
加される。なお、表示パネル３の構造と製造については
後述する。

【００５０】次に、各回路の動作と回路間を結ぶ信号に
ついて説明する。

【００５１】まず、外部より供給される画像信号は、デ
コーダ４により同期信号Ｓｙｎｃと画像データＤａｔａ
に分離され、それぞれタイミング制御回路５とシフトレ
ジスタ６に対して出力される。（より詳しくは、同期信
号Ｓｙｎｃは、画像の１ラインの同期信号たる水平同期
信号と、画像の１画面の同期信号たる垂直同期信号より
なるが、説明の便宜上、両方をまとめて同期信号Ｓｙｎ
ｃと呼ぶ。また、画像データＤａｔａは、カラー画像信
号の場合には、ＲＧＢの３原色成分よりなるが、説明の
便宜上、まとめて画像データＤａｔａと呼ぶ。

【００５２】タイミング制御回路５は、前記同期信号Ｓ
ｙｎｃに基づき、表示装置の各部の動作を整合させるた
めの各種のタイミング制御信号を発生する。

【００５３】まず、シフトレジスタ６に対して、表示パ
ネルの１ライン（＝ｎ画素）分の画像データをサンプリ
ングしてシリアル／パラレル変換するためのシフトクロ
ックＴｓｆｔを出力する。Ｄａｔａ及びＴｓｆｔを、図
８のタイムチャートの（１）と（２）に示す。

【００５４】シリアル／パラレル変換された画像１ライ
ン分のデータ（Ｉｄ１〜Ｉｄｎ）は、前記タイミング制
御回路５の出力するメモリーロードタイミング制御信号
Ｔｍｒｙに基づいてラインメモリ７に蓄積される。図８
のタイムチャートの（３）と（４）に、メモリーロード
タイミング制御信号Ｔｍｒｙと、ラインメモリ７の出力
信号（Ｉ’ｄ１〜Ｉ’ｄｎ）を図示する。

【００５５】変調信号発生器８は、前記ラインメモリ７
の出力信号（Ｉ’ｄ１〜Ｉ’ｄｎ）に基づき、変調信号
Ｇｍ１〜Ｇｍｎを発生する。本実施例では、変調信号発
生器８は、画像データに応じてパルスの長さを変調する
パルス幅変調方式を用いた。

【００５６】変調信号Ｇｍ１〜Ｇｍｎは、変調側駆動回
路２に入力されるが、より詳しくは前記図１で説明した
駆動回路２内のｎ個のトランジスタＴｍのゲートに入力
される。

【００５７】この構成により、画像データの輝度値が大
きいほど、変調側駆動回路２内のトランジスタＴｍが長
い期間オンするように動作するものであり、階調性を備
えた表示が可能となる。

【００５８】一方、タイミング制御回路５は、表示パネ
ル３内のマルチ電子ビーム源を走査するタイミングを制
御するための制御信号Ｔｓｃａｎを発生して、走査信号
発生器１０に出力する。走査信号発生器１０の出力信号
（Ｇｓ１〜Ｇｓｍ）は、走査側駆動回路１に入力される
が、より詳しくは前記図１で説明した駆動回路１内のｍ
個のトランジスタＴｓのゲートに入力される。

【００５９】走査信号発生器１０及び前記変調信号発生
器８の出力信号を、図８のタイムチャートの（５）及び
（６）に図示する。

【００６０】以上、実施例の表示装置の回路の基本構成
と動作について説明した。上記の構成によれば、外部か
ら入力する画像信号に基づいて、表示パネル内のマルチ
電子ビーム源をマルチプレクス駆動し、適宜の電子ビー
ムを放出することが可能である。

【００６１】＜表示パネルの構成と製造法＞次に、本発
明を適用した画像表示装置の表示パネルの構成と製造法
について、具体的な例を示して説明する。

【００６２】図９は、前記図７の実施例に用いた表示パ
ネル３の斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの
１部を切り欠いて示している。

【００６３】図中、１００５はリアプレート、１００６
は側壁、１００７はフェースプレートであり、１００５
〜１００７により表示パネルの内部を真空に維持するた
めの気密容器を形成している。気密容器を組み立てるに
あたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保
持させるため封着する必要があるが、たとえばフリット
ガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中
で、摂氏４００〜５００度で１０分以上焼成することに
より封着を達成した。気密性容器内部を真空に排気する
方法については後述する。

【００６４】リアプレート１００５には、基板１００１
が固定されているが、該基板上には表面伝導型放出素子
１００２がＮ×Ｍ個形成されている（Ｎ，Ｍは２以上の
正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設
定される。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的
とした表示装置においては、Ｎ＝３０００，Ｍ＝１００
０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）。前記Ｎ×
Ｍ個の表面伝導型放出素子は、Ｍ本の行方向配線ＥCと
Ｎ本の列方向配線ＥRにより単純マトリクス配線されて
いる。前記、１００１〜１００２とＥC，ＥRによって構
成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。なお、マル
チ電子ビーム源の製造方法や構造については、後で詳し
く述べることとする。

【００６５】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。

【００６６】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。本実施例はカラ
ー表示装置であるため、蛍光膜１００８の部分にはＣＲ
Ｔの分野で用いられる赤、緑、青の３原色の蛍光体が塗
り分けられている。各色の蛍光体は、たとえば図１０の
（Ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光
体のストライプの間には黒色の導電体１０１０が設けて
ある。黒色の導電体１０１０を設ける目的は、電子ビー
ムの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生
じないようにすることや、外光の反射を防止して表示コ
ントラストの低下を防ぐ事、電子ビームによる蛍光膜の
チャージアップを防止する事などである。黒色の導電体
１０１０には、黒鉛を主成分として用いたが、上記の目
的に適するものであればこれ以外の材料を用いても良
い。

【００６７】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図１０（Ａ）に示したストライプ状の配列に限られるも
のではなく、たとえば図１０（Ｂ）に示すようなデルタ
状配列やそれ以外の配列であってもよい。

【００６８】なお、モノクロームの表示パネルを作成す
る場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜１００８に用い
ればよく、また黒色導電材料は必ずしも用いなくともよ
い。

【００６９】また、蛍光膜１００８のリアプレート側の
面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１００９
を設けてある。メタルバック１００９を設けた目的は、
蛍光膜１００８が発する光の一部を鏡面反射して光利用
率を向上させる事や、負イオンの衝突から蛍光膜１００
８を保護する事や、電子ビーム加速電圧を印加するため
の電極として作用させる事や、蛍光膜１００８を励起し
た電子の導電路として作用させる事などである。メタル
バック１００９は、蛍光膜１００８をフェースプレート
基板１００７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理
し、その上にＡｌ（アルミ）を真空蒸着する方法により
形成した。なお、蛍光膜１００８に低電圧用の蛍光体材
料を用いた場合には、メタルバック１００９は用いな
い。

【００７０】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、
たとえばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。

【００７１】また、Ｄx1〜ＤxmおよびＤy1〜Ｄynおよび
Ｈｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的
に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子であ
る。Ｄx1〜Ｄxmはマルチ電子ビーム源の行方向配線ＥC
と、Ｄy1〜Ｄynはマルチ電子ビーム源の列方向配線ＥR
と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１００９と
電気的に接続している。

【００７２】また、気密容器内部を真空に排気するに
は、気密容器を組み立てた後、不図示の排気管と真空ポ
ンプとを接続し、気密容器内を１０のマイナス７乗［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
の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッ
ター膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、たとえ
ばＢａを主成分とするゲッター材料をヒータもしくは高
周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲ
ッター膜の吸着作用により気密容器内は１×１０マイナ
ス５乗ないしは１×１０マイナス７乗［Ｔｏｒｒ］の真
空度に維持される。

【００７３】以上、本発明実施例の表示パネルの基本構
成と製造を説明した。

【００７４】次に、前記実施例の表示パネルに用いたマ
ルチ電子ビーム源の製造方法について説明する。本実施
例の画像表示装置に用いる電子ビーム源は、表面伝導型
放出素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、表
面伝導型放出素子の材料や形状あるいは製法に制限はな
い。しかしながら、発明者らは、表面伝導型放出素子の
中では、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から
形成したものが電子放出特性に優れ、しかも製造が容易
に行える事を見いだしている。したがって、高輝度で大
画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用いるに
は、最も好適であると言える。そこで、上記実施例の表
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た。そ
こで、まず好適な表面伝導型放出素子について基本的な
構成と製法および特性を説明しその後で多数の素子を単
純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造につい
て述べる。

【００７５】＜表面伝導型放出素子の好適な素子構成と
製法＞電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形
成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型
と垂直型の２種類があげられる。 ＜平面型の表面伝導型放出素子＞まず最初に、平面型の
表面伝導型放出素子の素子構成と製法について説明す
る。

【００７６】図１１に示すのは、平面型の表面伝導型放
出素子の構成を説明するための平面図（ａ）および断面
図（ｂ）である。図中、１１０１は基板、１１０２と１
１０３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、１１
１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。

【００７７】基板１１０１としては、たとえば、石英ガ
ラスや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、ア
ルミナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上
述の各種基板上にたとえばＳｉＯ2 を材料とする絶縁層
を積層した基板、などを用いることができる。

【００７８】また、基板１１０１上に基板面と平行に対
向して設けられた素子電極１１０２と１１０３は、導電
性を有する材料によって形成されている。たとえば、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，
Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合
金、あるいはＩｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 をはじめとする金属
酸化物、ポリシリコンなどの半導体などの中から適宜材
料を選択して用いればよい。電極を形成するには、たと
えば真空蒸着などの製膜技術とフォトリソグラフィー、
エッチングなどのパターンニング技術を組み合わせて用
いれば容易に形成できるが、それ以外の方法（たとえば
印刷技術）を用いて形成してもさしつかえない。

【００７９】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、なかでも表示装置に応用するために好ま
しいのは数マイクロメータより数十マイクロメータの範
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数マイクロメータの範囲から適当な
数値が選ばれる。

【００８０】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
として多衆の微粒子を含んだ膜（島状の集合体も含む）
のことをさす。微粒子膜を微視的に調べれば、通常は、
個々の微粒子が離間して配置された構造か、あるいは微
粒子が互いに隣接した構造か、あるいは微粒子が互いに
重なりあった構造が観測される。

【００８１】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数オン
グストロームから数千オングストロームの範囲に含まれ
るものであるが、なかでも好ましいのは１０オングスト
ロームから２００オングストロームの範囲のものであ
る。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような諸条
件を考慮して適宜設定される。すなわち、素子電極１１
０２あるいは１１０３と電気的に良好に接続するのに必
要な条件、後述する通電フォーミングを良好に行うのに
必要な条件、微粒子膜自身の電気抵抗を後述する適宜の
値にするために必要な条件、などである。具体的には、
数オングストロームから数千オングストロームの範囲の
なかで設定するが、なかでも好ましいのは１０オングス
トロームから５００オングストロームの間である。

【００８２】また、微粒子膜を形成するのに用いられう
る材料としては、たとえば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，
Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂなどをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓｎ
Ｏ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2 Ｏ3 ，などをはじめ
とする酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，Ｃｅ
Ｂ6 ＹＢ4 ，ＧｄＢ4 ，などをはじめとする硼化物や、
ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣなどを
始めとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，などを
はじめとする窒化物やＳｉ，Ｇｅ，などをはじめとする
半導体や、カーボン、などがあげられ、これらの中から
適宜選択される。

【００８３】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、１
０の３乗から１０の７乗［オーム／□］の範囲に含まれ
るよう設定した。

【００８４】なお、導電性薄膜１１０４と素子電極１１
０２および１１０３とは、電気的に良好に接続されるの
が望ましいため、互いの一部が重なりあうような構造を
とっている。その重なり方は、図１１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、の順で積層してもさしつかえない。

【００８５】また、電子放出部１１０５は、導電性薄膜
１１０４の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気
的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有してい
る。亀裂は、導電性薄膜１１０４に対して、後述する通
電フォーミングの処理を行うことにより形成する。亀裂
内には、数オングストロームから数百オングストローム
の粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電
子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困
難なため、図１１においては模式的に示した。

【００８６】また、薄膜１１１３は、炭素もしくは炭素
化合物によりなる薄膜で、電子放出部１１０５およびそ
の近傍を被覆している。薄膜１１１３は、通電フォーミ
ング処理後に、後述する通電活性化の処理を行うことに
より形成する。

【００８７】薄膜１１１３は、単結晶グラファイト、多
結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、も
しくはその混合物であり、膜厚は５００［オングストロ
ーム］以下とするが、３００［オングストローム］以下
とするのがさらに好ましい。

【００８８】なお、実際の薄膜１１１３の位置や形状を
精密に図示するのは困難なため、図１１においては模式
的に示した。また、平面図（ａ）においては、薄膜１１
１３の一部を除去した素子を図示した。

【００８９】以上、好ましい素子の基本構造を述べた
が、実施例においては以下のような素子を用いた。

【００９０】すなわち、基板１１０１には青板ガラスを
用い、素子電極１１０２と１１０３にはＮｉ薄膜を用い
た。素子電極の厚さｄは１０００［オングストロー
ム］、電極間隔Ｌは２［マイクロメータ］とした。

【００９１】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。

【００９２】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１２の（ａ）〜（ｄ）
は、表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断
面図で、各部材の表記は前記図１１と同一である。

【００９３】１）まず、図１２（ａ）に示すように、基
板１１０１上に素子電極１１０２および１１０３を形成
する。

【００９４】形成するにあたっては、あらかじめ基板１
１０１を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分に洗浄後、
素子電極の材料を堆積させる（堆積する方法としては、
たとえば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術を用
いればよい）。その後、堆積した電極材料を、フォトリ
ソグラフィー・エッチング技術を用いてパターニング
し、（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１１０
３）を形成する。

【００９５】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【００９６】形成するにあたっては、まず前記（ａ）の
基板に有機金属溶液を塗布して乾燥し、加熱焼成処理し
て微粒子膜を成膜した後、フォトリソグラフィー・エッ
チングにより所定の形状にパターニングする。ここで、
有機金属溶剤とは、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、
実施例では塗布方法として、ディッピング法を用いた
が、それ以外のたとえばスピンナー法やスプレー法を用
いてもよい）。

【００９７】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、たとえば真空蒸着法やスパッタ法、
あるいは化学的気相堆積法などを用いる場合もある。

【００９８】３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォ
ーミング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１０
３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。

【００９９】通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作
られた導電性薄膜１１０４に通電を行って、その一部を
適宜に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出を行
うのに好適な構造に変化させる処理のことである。微粒
子膜で作られた導電性薄膜のうち電子放出を行うのに好
適な構造に変化した部分（すなわち電子放出部１１０
５）においては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。
なお、電子放出部１１０５が形成される前と比較する
と、形成された後は素子電極１１０２と１１０３の間で
計測される電気抵抗は大幅に増加する。

【０１００】通電方法をより詳しく説明するために、図
１３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
ーするためのモニターパルスＰｍを適宜の間隔で三角波
パルスの間に挿入し、その際に流れる電流を電流計１１
１１で計測した。

【０１０１】実施例においては、たとえば１０のマイナ
ス５乗［ｔｏｒｒ］程度の真空雰囲気下において、たと
えばパルス幅Ｔ１を１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ２を１
０［ミリ秒］とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０．
１［Ｖ］づつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加
するたびに１回の割で、モニターパルスＰｍを挿入し
た。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないよう
に、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは０．１［Ｖ］に設定
した。そして、素子電極１１０２と１１０３の間の電気
抵抗が１×１０の６乗［オーム］になった段階、即ちモ
ニターパルス印加時に電流計１１１１で計測される電流
が１×１０のマイナス７乗［Ａ］以下になった段階で、
フォーミング処理に係わる通電を終了した。

【０１０２】なお、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、たとえば微粒
子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなど表面伝
導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて
通電の条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１０３】４）次に、図１２の（ｄ）に示すように、
活性化用電源１１１２から素子電極１１０２と１１０３
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。

【０１０４】通電活性化処理とは、前記通電フォーミン
グ処理により形成された電子放出部１１０５に適宜の条
件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物
を堆積せしめる処理のことである（図においては、炭素
もしくは炭素化合物によりなる堆積物を部材１１１３と
して模式的に示した）。なお、通電活性化処理を行うこ
とにより、行う前と比較して、同じ印加電圧における放
出電流を典型的には１００倍以上に増加させることがで
きる。

【０１０５】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り、膜厚は５００
［オングストローム］いか、より好ましくは３００［オ
ングストローム］以下である。

【０１０６】通電方法をより詳しく説明するために、図
１４の（ａ）に、活性化用電源１１１２から印加する適
宜の電圧波形の一例を示す。本実施例においては、一定
電圧の矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行っ
たが、具体的には、矩形波の電圧Ｖａｃは１４［Ｖ］、
パルス幅Ｔ３は１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ４は１０
［ミリ秒］とした。なお、上述の通電条件は、本実施例
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。

【０１０７】図１１の（ｄ）に示す１１１４は該表面伝
導型放出素子から放出される放出電流Ｉｅを捕捉するた
めのアノード電極で、直流高電圧電源１１１５および電
流計１１１６が接続されている（なお、基板１１０１
を、表示パネルの中に組み込んでから活性化処理を行う
場合には、表示パネルの蛍光面をアノード電極１１１４
として用いる）。

【０１０８】活性化用電源１１１２から電圧を印加する
間、電流計１１１６で放出電流Ｉｅを計測して通電活性
化処理の進行状況をモニターし、活性化用電源１１１２
の動作を制御する。電流計１１１６で計測された放出電
流Ｉｅの一例を図１４（ｂ）に示すが、活性化電源１１
１２からパルス電圧を印加しはじめると、時間の経過と
ともに放出電流Ｉｅは増加するが、やがて飽和してほと
んど増加しなくなる。このように、放出電流Ｉｅがほぼ
飽和した時点で活性化用電源１１１２からの電圧印加を
停止し、通電活性化処理を終了する。

【０１０９】なお、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。

【０１１０】以上のようにして、図１２（ｅ）に示す平
面型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１１１】＜垂直型の表面伝導型素子＞次に、電子放
出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面伝導
型放出素子のもうひとつの代表的な構成、すなわち垂直
型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。

【０１１２】図１５は、垂直型の基本構成を説明するた
めの模式的な断面図であり、図中の１２０１は基板、１
２０２と１２０３は素子電極、１２０６は段差形成部
材、１２０４は微粒子膜を用いた導電性薄膜、１２０５
は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１
２１３は通電活性化処理により形成した薄膜、である。

【０１１３】垂直型が先に説明した平面型と異なる点
は、素子電極のうちの片方（１２０２）が段差形成部材
１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０４が段
差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。し
たがって、前記図１１の平面型における素子電極間Ｌ
は、垂直型においては段差形成部材１２０６の段差高Ｌ
ｓとして設定される。なお、基板１２０１、素子電極１
２０２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１
２０４については、前記平面型の説明中に列挙した材料
を同様に用いることが可能である。また、段差形成部材
１２０６には、たとえばＳｉＯ2 のような電気的に絶縁
性の材料を用いる。

【０１１４】次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法
について説明する。図１６の（ａ）〜（ｆ）は、製造工
程を説明するための断面図で、各部材の表記（参照番
号）は前記図１５と同一である。

【０１１５】１）まず、図１６（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１１６】２）次に、同図（ｂ）に示すように、段差
形成部材を形成するための絶縁層を積層する。絶縁層
は、たとえばＳｉＯ2 をスパッタ法で積層すればよい
が、たとえば真空蒸着法や印刷法などの他の成膜方法を
用いてもよい。

【０１１７】３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁
層の上に素子電極１２０２を形成する。

【０１１８】４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶縁
層の一部を、たとえばエッチング法を用いて除去し、素
子電極１２０３を露出させる。

【０１１９】５）次に、同図（ｅ）に示すように、微粒
子膜を用いた導電性薄膜１２０４を形成する。形成する
には、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布法など
の成膜技術を用いればよい。

【０１２０】６）次に、前記平面型の場合と同じく、通
電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する（図
１２（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォーミング
処理と同様の処理を行えばよい）。

【０１２１】７）次に、前記平面型の場合と同じく、通
電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは炭
素化合物を堆積させる（図１２（ｄ）を用いて説明した
平面型の通電活性化処理と同様の処理を行えばよい）。

【０１２２】以上のようにして、図１６（ｆ）に示す垂
直型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１２３】＜表示装置に用いた表面伝導型放出素子の
特性＞以上、平面型と垂直型の表面伝導型放出素子につ
いて素子構成と製法を説明したが、次に表示装置に用い
た素子の特性について述べる。

【０１２４】図１７に、表示装置に用いた素子の、（放
出電流Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、および（素
子電流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性の典型的な例
を示す。なお、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著
しく小さく、同一尺度で図示するのが困難であるうえ、
これらの特性は、素子の大きさや形状等の設計パラメー
タを変更することにより変化するものであるため、２本
のグラフは各々任意単位で図示した。

【０１２５】表示装置に用いた素子は、放出電流Ｉｅに
関して以下に述べる３つの特性を有している。

【０１２６】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。

【０１２７】すなわち、放出電流Ｉｅに関して、明確な
閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。

【０１２８】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。

【０１２９】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。

【０１３０】以上のような特性を有するため、表面伝導
型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。た
とえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表
示装置において、第一の特性を利用すれば、表示が面を
順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、
駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖｔ
ｈ以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には閾値
電圧Ｖｔｈ未満の電圧を印加する。駆動する素子を順次
切り替えてゆくことにより、表示画面を順次走査して表
示を行うことが可能である。

【０１３１】また、第二の特性かまたは第三の特性を利
用することにより、発光輝度を制御することができるた
め、階調表示を行うことが可能である。

【０１３２】＜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。

【０１３３】図１８に示すのは、前記図９の表示パネル
に用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板上に
は、前記図１１で示したものと同様な表面伝導型放出素
子が配列され、これらの素子は行方向配線電極ＥCと列
方向配線電極ＥR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ＥCと列方向配線電極ＥRの交差す
る部分には、電極間に絶縁層（不図示）が形成されてお
り、電気的な絶縁が保たれている。

【０１３４】図１８のＡ−Ａ’に沿った断面を、図１９
に示す。

【０１３５】なお、このような構造のマルチ電子源は、
あらかじめ基板上に行方向配線電極ＥC、列方向配線電
極ＥR、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型放
出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配
線電極ＥCおよび列方向配線電極ＥRを介して各素子に給
電して通電フォーミング処理と通電活性化処理を行うこ
とにより製造した。

【０１３６】図２０は、前記説明の表面伝導型放出素子
を電子ビーム源として用いたディスプレイパネルに、た
とえばテレビジョン放送をはじめとする種々の画像情報
源より提供される画像情報を表示できるように構成した
多機能表示装置の一例を示すための図である。

【０１３７】図中２１００はディスプレイパネル、２１
０１はディスプレイパネルの駆動回路、２１０２はディ
スプレイコントローラ、２１０３はマルチプレクサ、２
１０４はデコーダ、２１０５は入出力インターフエース
回路、２１０６はＣＰＵ、２１０７は画像生成回路、２
１０８および２１０９および２１１０は画像メモリイン
ターフエース回路、２１１１は画像入力インターフエー
ス回路、２１１２および２１１３はＴＶ信号受信回路、
２１１４は入力部である（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）。

【０１３８】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。

【０１３９】まず、ＴＶ信号受信回路２１１３は、たと
えば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて
伝送されるＴＶ画像信号を受信する為の回路である。受
信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、た
とえば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式な
どの諸方式でもよい。また、これらよりさらに多数の走
査線よりなるＴＶ信号（たとえばＭＵＳＥ方式をはじめ
とするいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化
に適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好
適な信号源である。ＴＶ信号受信回路２１１３で受信さ
れたＴＶ信号は、デコーダ２１０４に出力される。

【０１４０】また、ＴＶ信号受信回路２１１２は、たと
えば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送
系を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回
路である。前記ＴＶ信号受信回路２１１３と同様に、受
信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、ま
た本回路で受信されたＴＶ信号もデコーダ２１０４に出
力される。

【０１４１】また、画像入力インターフエース回路２１
１１は、たとえばＴＶカメラや画像読み取りスキャナな
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２１０４
に出力される。

【０１４２】また、画像メモリインターフエース回路２
１１０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ための回路で、取
り込まれた画像信号はデコーダ２１０４に出力される。

【０１４３】また、画像メモリインターフエース回路２
１０９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を
取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコー
ダ２１０４に出力される。

【０１４４】また、画像メモリインターフエース回路２
１０８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画像
データを記憶している装置から画像信号を取り込むため
の回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ２１
０４に出力される。

【０１４５】また、入出力インターフエース回路２１０
５は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコン
ピュータネットワークもしくはプリンタなどの出力装置
とを接続するための回路である。画像データや文字・図
形情報の入出力を行うのはもちろんのこと、場合によっ
ては本表示装置の備えるＣＰＵ２１０６と外部との間で
制御信号や数値データの入出力などを行うことも可能で
ある。

【０１４６】また、画像生成回路２１０７は、前記入出
力インターフエース回路２１０５を介して外部から入力
される画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ
２１０６より出力される画像データや文字・図形情報に
もとずき表示用画像データを生成するための回路であ
る。本回路の内部には、たとえば画像データや文字・図
形情報を蓄積するための書き換え可能メモリや、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。

【０１４７】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ２１０４に出力されるが、場合によっては
前記入出力インターフエース回路２１０５を介して外部
のコンピュータネットワークやプリンタに出力すること
も可能である。

【０１４８】また、ＣＰＵ２１０６は、主として本表示
装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わ
る作業を行う。

【０１４９】たとえば、マルチプレクサ２１０３に制御
信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号
を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その際に
は表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコント
ローラ２１０２に対して制御信号を発生し、画面表示周
波数や走査方法（たとえばインターレースかノンインタ
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。

【０１５０】また、前記画像生成回路２１０７に対して
画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるい
は前記入出力インターフエース回路２１０５を介して外
部のコンピュータやメモリをアクセスした画像データや
文字・図形情報を入力する。

【０１５１】なお、ＣＰＵ２１０６は、むろんこれ以外
の目的の作業にも関わるものであって良い。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。

【０１５２】あるいは、前述したように入出力インター
フエース回路２１０５を介して外部のコンピュータネッ
トワークと接続し、たとえば数値計算などの作業を外部
機器と協同して行っても良い。

【０１５３】また、入力部２１１４は、前記ＣＰＵ２１
０６に使用者が命令プログラム、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。

【０１５４】また、デコーダ２１０４は、前記２１０７
ないし２１１３より入力される種々の画像信号を３原色
信号、または輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するた
めの回路である。なお、同図中に点線で示すように、デ
コーダ２１０４は内部に画像メモリ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。あるいは前記画像
生成回路２１０７およびＣＰＵ２１０６と協同して画像
の間引き、補間、拡大、縮小、合成をはじめとする画像
処理や編集が容易に行えるようになるという利点が生ま
れるからである。

【０１５５】また、マルチプレクサ２１０３は、前記Ｃ
ＰＵ２１０６より入力される制御信号にもとずき表示画
像を適宜選択するものである。すなわち、マルチプレク
サ２１０３はデコーダ２１０４から入力される逆変換さ
れた他像信号のうちから所望の画像信号を選択して駆動
回路２１０１に出力する。その場合には、一画面表示時
間内で画像信号を切り替えて選択することにより、いわ
ゆる多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分け
て領域によって異なる画像を表示することも可能であ
る。

【０１５６】また、ディスプレイパネルコントローラ２
１０２は、前記ＣＰＵ２１０６より入力される制御信号
にもとずき駆動回路２１０１の動作を制御するための回
路である。

【０１５７】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
に関わるものとして、たとえばディスプレイパネルの駆
動用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御するため
の信号を駆動回路２１０１に対して出力する。

【０１５８】また、ディスプレイパネルの駆動方法に関
わるものとして、たとえば画面表示周波数や走査方法
（たとえばインターレースかノンインターレースか）を
制御するための信号を駆動回路２１０１に対して出力す
る。

【０１５９】また、場合によっては表示画像の輝度やコ
ントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に
関わる制御信号を駆動回路２１０１に対して出力する場
合もある。

【０１６０】また、駆動回路２１０１は、ディスプレイ
パネル２１００に印加する駆動信号を発生するための回
路であり、前記マルチプレクサ２１０３から入力される
画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ２１
０２より入力される制御信号にもとずいて動作するもの
である。

【０１６１】以上、各部の機能を説明したが、図２０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
情報源より縫うされる画像情報をディスプレイパネル２
１００に表示する事が可能である。

【０１６２】すなわち、テレビジョン放送をはじめとす
る各種の画像信号はデコーダ２１０４において逆変換さ
れた後、マルチプレクサ２１０３において適宜選択さ
れ、駆動回路２１０１に入力される。一方、ディスプレ
イコントローラ２１０２は、表示する画像信号に応じて
駆動回路２１０１の動作を制御するための制御信号を発
生する。駆動回路２１０１は、上記画像信号と制御信号
にもとずいてディスプレイパネル２１００に駆動信号を
印加する。

【０１６３】これにより、ディスプレイパネル２１００
において画像が表示される。これらの一連の動作は、Ｃ
ＰＵ２１０６により統括的に制御される。

【０１６４】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ２１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路２１
０７およびＣＰＵ２１０６が関与することにより、単に
複数の画像情報の中から選択したものを表示するだけで
なく、表示する画像情報に対して、たとえば拡大、縮
小、回転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、
画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合
成、消去、接続、入れ換え、はめ込みなどをはじめとす
る画像編集を行う事も可能である。また、本実施例の説
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。

【０１６５】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、ワードプロセッサー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。

【０１６６】なお、上記図２０は、表面伝導型放出素子
を電子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた表示
装置の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限定さ
れるものでない事は言うまでもない。たとえば、図２０
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。

【０１６７】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルが
容易に薄型化できるため、表示装置全体の奥行きを小さ
くすることが可能である。それに加えて、表面伝導型放
出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画
面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本
表示装置は臨場感にあふれ迫力に富んだ画像を視認性良
く表示する事が可能である。

【０１６８】以上説明したように、本実施例によれば、
表面伝導型放出素子を単純マトリクス配線したマルチ電
子ビーム源の行方向配線に接続する走査回路に、走査電
圧を印加するためのトランジスタＴｓと、非走査電圧に
クランプされたクランプダイオードＤｓとを備える。こ
のため、マルチ電子ビーム源のマルチプレクサ駆動が簡
易な構成で可能となる。また、集積化も容易である。

【０１６９】また本実施例によれば、表面伝導型放出素
子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の列方
向配線に接続する変調回路に、変調オン電圧を印加する
ためのトランジスタＴｍと、変調オフ電圧にクランプさ
れたクランプダイオードＤｍとを備える。このため、マ
ルチ電子ビーム源のマルチプレクサ駆動が簡易な構成で
可能となる。また、集積化も容易である。

【０１７０】また本実施例で説明した表示装置は、小型
・低価格でありながら、カラー画像を階調表示すること
が可能であるため、産業用あるいは民生用として高い利
用価値を有するものである。

【０１７１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、表
面伝導型放出素子を単純マトリクス配線したマルチ電子
ビーム源を備えた表示装置において、該マルチ電子ビー
ム源をマルチプレクス駆動するための駆動回路に関し
て、小型化、集積化が容易でしかも低価格化が容易とな
る。

【０１７２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例による駆動回路の構成例を表すブロッ
ク図である。

【図２】実施例で用いた表面伝導型放出素子の特性を表
す図である。

【図３】マルチ電子ビーム源ヘの電圧印加方法を説明す
る図である。

【図４】実施例の駆動回路の動作を説明する図である。

【図５】マルチ電子ビーム源の駆動パターンの１例を示
す図である。

【図６】マルチ電子ビーム源ヘの駆動電圧の印加方法を
示すタイムチャートである。

【図７】実施例の表示装置の回路ブロック図である。

【図８】実施例の表示装置の各部の動作を示すタイムチ
ャートである。

【図９】実施例における画像表示装置の、表示パネルの
一部を切り欠いて示した斜視図である。

【図１０】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１１】実施例で用いた平面型の表面伝導型放出素子
の平面図（ａ）、断面図（ｂ）である。

【図１２】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す断面図である。

【図１３】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１４】通電活性化処理の際の印加電圧波形を表す図
（ａ）、放出電流Ｉｅの変化を表す図（ｂ）である。

【図１５】実施例で用いた垂直型の表面伝導型放出素子
の断面図である。

【図１６】垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す断面図である。

【図１７】実施例で用いた表面伝導型放出素子の典型的
な特性を示す図である。

【図１８】実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の
平面図である。

【図１９】実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の
一部断面図である。

【図２０】実施例における多機能画像表示装置のブロッ
ク図である。

【図２１】Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子の平面図
である。

【図２２】表面伝導型放出素子をマトリクス状に配線し
たマルチ電子ビーム源を表す図である。

【符号の説明】

Ｔｍ、Ｔｓ トランジスタ Ｄｍ、Ｄｓ クランプダイオード

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G09G 3/00 - 3/38 H04N 5/66 - 5/74 H01J 1/30 H01J 29/98 H01J 31/12

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームの照射により可視光を発する
   蛍光面を備える表示装置であって、 マルチ電子ビーム源と、 該マルチ電子ビーム源の駆動回路とを有しており、 前記マルチ電子ビーム源は、基板上に２次元的に複数個
   配列形成された表面伝導型放出素子を複数の行方向配線
   と複数の列方向配線により単純マトリクス配線したもの
   であり、かつ前記表面伝導型放出素子は、導電性薄膜に
   通電を行って亀裂状の部分を形成し、該亀裂状の部分に
   通電を行うことにより該亀裂状の部分及びその近傍に炭
   素もしくは炭素化合物を堆積させたものであり、 前記駆動回路は前記複数の行方向配線に接続する走査回
   路を有しており、該走査回路は、走査電圧を印加するた
   めのスイッチング手段と、前記スイッチング手段が前記
   走査電圧を印加していない状態の行方向配線に対して非
   走査電圧を印加するクランプ回路を形成するクランプ手
   段とを備えることを特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】 前記スイッチング手段はトランジスタに
   よって構成されることを特徴とする請求項１に記載の表
   示装置。
3. 【請求項３】 前記クランプ回路は、非走査電圧にクラ
   ンプされたダイオードを有することを特徴とする請求項
   １に記載の表示装置。
4. 【請求項４】 電子ビームの照射により可視光を発する
   蛍光面を備える表示装置であって、 マルチ電子ビーム源と、 該マルチ電子ビーム源の駆動回路とを有しており、 前記マルチ電子ビーム源は、基板上に２次元的に複数個
   配列形成された表面伝導型放出素子を複数の行方向配線
   と複数の列方向配線により単純マトリクス配線したもの
   であり、かつ前記表面伝導型放出素子は導電性薄膜に通
   電を行って亀裂状の部分を形成し、該亀裂状の部分に通
   電を行うことにより該亀裂状の部分及びその近傍に炭素
   もしくは炭素化合物を堆積させたものであり、 前記駆動回路は、前記複数の列方向配線に接続する変調
   回路を有しており、該変調回路は、変調用電圧を印加す
   るためのスイッチング手段と、前記スイッチング手段が
   前記変調電圧を印加していない状態の列方向配線に対し
   て変調オフ電圧を印加するクランプ回路を形成するクラ
   ンプ手段とを備えることを特徴とする表示装置。
5. 【請求項５】 前記スイッチング手段はトランジスタに
   よって構成されることを特徴とする請求項４に記載の表
   示装置。
6. 【請求項６】 前記クランプ回路は、変調オフ電圧にク
   ランプされたダイオードを備えることを特徴とする請求
   項４に記載の表示装置。