JP3332703B2

JP3332703B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP3332703B2
Application number: JP1672496A
Authority: JP
Inventors: 浩平稲村; 英俊鱸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 2002-10-07
Anticipated expiration: 2016-02-01
Also published as: JPH09213246A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出源として
複数の表面伝導型放出素子を用いた画像形成装置に関す
る。

【０００２】

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

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

【０００４】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、膜面に平行に電流を流すことにより
電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面
伝導型放出素子としては、前記エリンソン等によるＳｎ
Ｏ2 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの
［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：”ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］や、Ｉｎ2 Ｏ3 ／
ＳｎＯ2 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎ
ｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７５）］や、カ
ーボン薄膜によるもの［荒木久他：真空、第２６巻、
第１号、２２（１９８３）］等が報告されている。

【０００５】これらの表面伝導型放出素子の素子構成の
典型的な例を図１９に示す。

【０００６】図１９は、従来例としての表面伝導型放出
素子の平面図であり、前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらに
よるものである。図中、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、実際の電子放出部の位置や
形状を忠実に表現しているわけではない。

【０００７】Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子をはじ
めとして、上述の表面伝導型放出素子においては、電子
放出を行う前に導電性薄膜３００４に通電フォーミング
と呼ばれる通電処理を施すことにより電子放出部３００
５を形成するのが一般的であった。即ち、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３００
５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３
００４に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近
において電子放出が行われる。

【０００８】また、ＦＥ型の例は、例えば、Ｗ．Ｐ．Ｄ
ｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるい
は、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”Ｐｈｙｓｉｃａｌｐ
ｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等が知ら
れている。

【０００９】ＦＥ型の素子構成の典型的な例を図２０に
示す。

【００１０】図２０は、従来例としてのＦＥ型の放出素
子の断面図であり、前述のＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらによ
るものである。

【００１１】図中、３０１０は基板、３０１１は導電材
料よりなるエミッタ配線、３０１２はエミッタコーン、
３０１３は絶縁層、そして３０１４はゲート電極であ
る。本素子は、エミッタコーン３０１２とゲート電極３
０１４の間に適宜の電圧を印加することにより、エミッ
タコーン３０１２の先端部より電界放出を起こさせるも
のである。

【００１２】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図２
０のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ
平行にエミッタとゲート電極を配置した例もある。

【００１３】また、ＭＩＭ型の例としては、例えば、
Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕ
ｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等が知
られている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図２１
に示す。

【００１４】図２１は、従来例としてのＭＩＭ型の放出
素子の断面図である。

【００１５】図中、３０２０は基板、３０２１は金属よ
りなる下電極、３０２２は厚さ１００オングストローム
程度の薄い絶縁層、３０２３は厚さ８０〜３００オング
ストローム程度の金属よりなる上電極である。ＭＩＭ型
においては、上電極３０２３と下電極３０２１の間に適
宜の電圧を印加することにより、上電極３０２３の表面
より電子放出を起こさせるものである。

【００１６】上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較し
て低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒー
ターを必要としない。従って、熱陰極素子よりも構造が
単純であり、微細な素子を作成可能である。また、基板
上に多数の素子を高い密度で配置しても基板の熱溶融等
の問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒーターの
加熱により動作するため応答速度が遅いのとは異なり、
冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利点もあ
る。このため、冷陰極素子を応用するための研究が盛ん
に行われてきている。

【００１７】例えば、表面伝導型放出素子は、冷陰極素
子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であることか
ら、大面積に渡って多数の素子を形成できる利点があ
る。そこで、例えば本出願人による特開昭６４−３１３
３２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。

【００１８】また、表面伝導型放出素子の応用について
は、例えば、画像表示装置、画像記録装置等の画像形成
装置や、荷電ビーム源等が研究されている。

【００１９】特に、画像形成装置への応用としては、例
えば本出願人によるＵＳＰ５，０６６，８８３や特開平
２−２５７５５１や特開平４−２８１３７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
形成装置が研究されている。表面伝導型放出素子と蛍光
体とを組み合わせた画像形成装置は、従来の他の方式の
画像形成装置よりも優れた特性が期待されている。例え
ば、近年普及してきた液晶表示装置と比較しても、自発
光型であるため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。

【００２０】また、ＦＥ型を複数個並べて駆動する方法
は、例えば本出願人によるＵＳＰ４，９０４，８９５に
開示されている。また、ＦＥ型を画像形成装置に応用し
た例として、例えば、Ｒ．Ｍｅｙｅｒらにより報告され
た平板型表示装置が知られている。［Ｒ．Ｍｅｙｅ
ｒ：”ＲｅｃｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎ
ＭｉｃｒｏｔｉｐｓＤｉｓｐｌａｙａｔＬＥＴ
Ｉ”，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔｏｆ４ｔｈＩｎ
ｔ．ＶａｃｕｕｍＭｉｃｒｏｅｌｅ−ｃｔｒｏｎｉ
ｃｓＣｏｎｆ．，Ｎａｇａｈａｍａ，ｐｐ．６〜９
（１９９１）］また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像形成
装置に応用した例として、例えば本出願人による特開平
３−５５７３８が開示されている。

【００２１】このような画像形成装置における蛍光体の
配列を図２２に示す。

【００２２】図２２は、従来例としての蛍光体の配列を
示す図であり、赤、緑、青３つの蛍光体が三角形状に並
んでいる（この配列をデルタ配列と呼ぶ）。デルタ配列
は、同図に示すように上下の２ラインで蛍光体のピッチ
が水平方向に１／２ピッチずれている。この場合の放出
素子部の配置を図２３に示す。

【００２３】図２３は、従来例としての放出素子部の配
置を示す図であり、各蛍光体に対応する放出素子部１０
１０も、水平方向に１／２ピッチずらして配置する必要
がある。これに従い、列方向配線１０１２も同図に示す
ように蛇行させる必要がある。

【００２４】また、図２４は、従来例としての放出素子
部の配置を示す図である。

【００２５】図中、列方向配線１０２２を水平方向の放
出素子部の数の２倍敷設することで前記の蛇行は避ける
ことができる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例において、図２３のように放出素子部１０１０を１／
２ピッチずらす配置とそれに対応した列方向配線１０１
２の蛇行は、直線である場合と比較して製造工程が複雑
になるという問題点がある。

【００２７】一方、図２４のように、列方向配線１０２
２の数を２倍に増やして配線を直線状にする方法におい
ては、その分駆動回路が大型化するという問題がある。

【００２８】そこで本発明は、電子放出素子を用いた画
像形成装置であって、画像形成回路の構成及び製造の容
易な、輝度及び解像度の高い画像形成装置の提供を目的
とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上述の目的達成のため、
本発明の画像形成装置は以下の特徴を備える。

【００３０】即ち、一対の電極間に電子放出部を有する
冷陰極素子を行列状に複数配置したリアプレートと、前
記リアプレートが有する行方向配線と列方向配線とによ
り前記冷陰極素子に電圧を印加する電圧印加手段と、前
記電子放出部から放出される電子により発光する蛍光体
を有するフェースプレートとを備えた画像形成装置にお
いて、前記冷陰極素子に前記電圧を印加したときに前記
冷陰極にかかる電界の方向と、前記画像形成装置の水平
方向とがなす角は、所定の角度θ（θ≠０，９０）°ま
たは−θ°であって、前記冷陰極素子が、１行毎に交互
に前記所定の角度θまたは−θ°の傾きをもって配置さ
れており、前記蛍光体は、赤、緑、そして青の３種類で
あって、その３種類の蛍光体が複数デルタ配列されてお
り、前記電圧印加手段は、１水平同期期間に所定の行の
前記冷陰極素子に前記電圧を印加した後、該所定の行に
隣接する行の前記冷陰極素子に前記電圧を印加するに際
して、前記電圧の極性を反転させることを特徴とする。
これにより、列方向配線を直線状のまま解像度を高める
と共にカラー表示を行なう。

【００３１】

【００３２】更に好ましくは、前記電子放出部の中心を
始点とする前記リアプレートから延びる垂線であって、
その垂線の延長線上に、斜め上下方向に隣接する２つの
前記蛍光体の中心間を結ぶ直線の中点が位置することを
特徴とする。これにより、各蛍光体に効率良く電子を照
射する。

【００３３】更に、前記電圧印加手段は、所定の時間毎
に電圧極性を反転することを特徴とする。具体的に前記
所定の時間は、前記画像形成装置に入力される画像信号
の１水平同期期間であることを特徴とする。

【００３４】更に、前記電圧印加手段は、前記行方向配
線のうち隣接する２行に、同時に電圧を印加することを
特徴とする。これにより、２つの冷陰極素子で１つの蛍
光体に電子を照射し、輝度を高める。

【００３５】

【００３６】更に好ましくは、前記冷陰極素子は、その
周囲に位置する２つの前記蛍光体に電子を放出すること
を特徴とする。

【００３７】

【００３８】また、好ましくは前記冷陰極素子は、表面
伝導型放出素子であることを特徴とする。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像形成装置
の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。尚、説明
の便宜上表示パネルの基本的構成と製法、好ましい電子
放出素子の構造と製法、電気回路の構成、駆動の方法の
順で述べる。

【００４０】＜表示パネルの構成と製造法＞はじめに、
本発明を適用した画像形成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。

【００４１】図８は、本発明の実施形態としての表示パ
ネルの斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの１
部を切り欠いて示している。

【００４２】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、例えばフリットガ
ラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中
で、摂氏４００〜５００度で１０分以上焼成することに
より封着を達成した。気密容器内部を真空に排気する方
法については後述する。

【００４３】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ＮｘＭ個形成されている。尚、Ｎ，Ｍは２以
上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適
宜設定される。例えば、高品位テレビジョンの表示を目
的とした表示装置においては、Ｎ＝３０００，Ｍ＝１０
００以上の数を設定することが望ましい。本実施形態に
おいては、Ｎ＝３０７２，Ｍ＝１０２４とした。前記Ｎ
ｘＭ個の表面伝導型放出素子は、Ｍ本の行方向配線１０
０３とＮ本の列方向配線１００４により単純マトリクス
配線されている。前記、１００１〜１００４によって構
成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。尚、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。

【００４４】本実施形態においては、気密容器のリアプ
レート１００５にマルチ電子ビーム源の基板１００１を
固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１０
０１が十分な強度を有するものである場合には、気密容
器のリアプレートとしてマルチ電子ビーム源の基板１０
０１自体を用いてもよい。

【００４５】また、フェースプレート１００７の下面に
は、蛍光膜１００８が形成されている。本実施形態はカ
ラー画像形成装置であるため、蛍光膜１００８の部分に
はＣＲＴの分野で用いられる赤、緑、青、の３原色の蛍
光体が塗り分けられている。この状態を図９に示す。

【００４６】図９は、本発明の実施形態としてのフェー
スプレートの蛍光体配列を示す図である。

【００４７】図中、各色の蛍光体は、デルタ状に塗り分
けられ、蛍光体の間には黒色の導電体２０１０が設けて
ある。Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色蛍光体
である。黒色の導電体２０１０を設ける目的は、電子ビ
ームの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが
生じないようにする事や、外光の反射を防止して表示コ
ントラストの低下を防ぐ事、電子ビームによる蛍光膜の
チャージアップを防止する事等である。黒色の導電体２
０１０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。

【００４８】尚、モノクロームの表示パネルを作成する
場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜１００８に用いれ
ばよく、また黒色導電材料は必ずしも用いなくともよ
い。

【００４９】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等である。メタルバ
ック１００９は、蛍光膜１００８をフェースプレート基
板１００７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理
し、その上にＡｌを真空蒸着する方法により形成した。
尚、蛍光膜１００８に低電圧用の蛍光体材料を用いた場
合には、メタルバック１００９は用いない。

【００５０】また、本実施形態では用いなかったが、加
速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フ
ェースプレート基板１００７と蛍光膜１００８との間
に、例えばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよ
い。

【００５１】また、Ｄx1〜Ｄxm及びＤy1〜Ｄyn及びＨｖ
は、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接
続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。
Ｄx1〜Ｄxmはマルチ電子ビーム源の行方向配線１００３
と、Ｄy1〜Ｄynはマルチ電子ビーム源の列方向配線１０
０４と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１００
９と電気的に接続している。

【００５２】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、例え
ばＢａを主成分とするゲッター材料をヒーターもしくは
高周波加熱により加熱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１ｘ１０マイ
ナス５乗ないしは１ｘ１０マイナス７乗［Ｔｏｒｒ］の
真空度に維持される。

【００５３】以上、本発明実施形態の表示パネルの基本
構成と製法を説明した。本発明の画像形成装置に用いる
マルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配
線した電子放出源であれば、冷陰極素子の材料や形状あ
るいは製法に制限はない。従って、例えば表面伝導型放
出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型等の冷陰極素子を用
いることができる。但し、表示画面が大きくてしかも安
価な画像形成装置が求められる状況のもとでは、これら
の冷陰極素子の中でも、特に表面伝導型放出素子が望ま
しい。即ち、ＦＥ型では、エミッタコーンとゲート電極
の相対位置や形状が電子放出特性を大きく左右するた
め、極めて高精度な製造技術を必要とするが、これは大
面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因と
なる。また、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄
くしてしかも均一にする必要があるが、これも大面積化
や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。
その点、表面伝導型放出素子は、比較的製造方法が単純
なため、大面積化や製造コストの低減が容易である。ま
た、本願の発明者らは、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
ことを見いだしている。従って、高輝度で大画面の画像
形成装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、最も好適
であると言える。そこで、上記実施形態の表示パネルに
おいては、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜か
ら形成した表面伝導型放出素子を用いた。そこで、まず
好適な表面伝導型放出素子について基本的な構成と製法
及び特性を説明し、その後で多数の素子を単純マトリク
ス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。

【００５４】＜表面伝導型放出素子の好適な素子構成と
製造法＞電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から
形成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面
型と垂直型の２種類が挙げられる。

【００５５】（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。

【００５６】図１０は、本発明の実施形態としての表面
伝導型放出素子の平面図及び断面図である。

【００５７】図中、１１０１は基板、１１０２と１１０
３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５は通電
フォーミング処理により形成した電子放出部、１１１３
は通電活性化処理により形成した薄膜である。

【００５８】基板１１０１としては、例えば、石英ガラ
スや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、アル
ミナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上述
の各種基板上に例えばＳｉＯ2 を材料とする絶縁層を積
層した基板、等を用いることができる。

【００５９】また、基板１１０１上に基板面と平行に対
向して設けられた素子電極１１０２と１１０３は、導電
性を有する材料によって形成されている。例えば、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，
Ａｇ等をはじめとする金属、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、ポリシリコン等の半導体、等の中から適宜材料
を選択して用いればよい。電極を形成するには、例えば
真空蒸着等の製膜技術とフォトリソグラフィー、エッチ
ング等のパターニング技術を組み合わせて用いれば容易
に形成できるが、それ以外の方法（例えば印刷技術）を
用いて形成してもさしつかえない。

【００６０】素子電極１１０２と１１０３の形状は、当
該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。
一般的には、電極間隔Ｌは通常は数百オングストローム
から数百マイクロメーターの範囲から適当な数値を選ん
で設計されるが、なかでも画像形成装置に応用するため
に好ましいのは数マイクロメーターより数十マイクロメ
ーターの範囲である。また、素子電極の厚さｄについて
は、通常は数百オングストロームから数マイクロメータ
ーの範囲から適当な数値が選ばれる。

【００６１】また、導電性薄膜１１０４の部分には、微
粒子膜を用いる。ここで述べた微粒子膜とは、構成要素
として多数の微粒子を含んだ膜（島状の集合体も含む）
のことをさす。微粒子膜を微視的に調べれば、通常は、
個々の微粒子が離間して配置された構造か、あるいは微
粒子が互いに隣接した構造か、あるいは微粒子が互いに
重なり合った構造が観測される。

【００６２】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数オン
グストロームから数千オングストロームの範囲に含まれ
るものであるが、なかでも好ましいのは１０オングスト
ロームから２００オングストロームの範囲のものであ
る。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような諸条
件を考慮して適宜設定される。即ち、素子電極１１０２
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、等である。

【００６３】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。

【００６４】また、微粒子膜を形成するのに用いられう
る材料としては、例えば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ，等をはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓｎ
Ｏ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2 Ｏ3 ，等をはじめと
する酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，ＣｅＢ
6 ，ＹＢ4 ，ＧｄＢ4 ，等をはじめとする硼化物や、Ｔ
ｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，等をは
じめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，等をは
じめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，等をはじめとする半
導体や、カーボン、等があげられ、これらの中から適宜
選択される。

【００６５】以上述べたように、導電性薄膜１１０４を
微粒子膜で形成したが、そのシート抵抗値については、
１０の３乗から１０の７乗［オーム／ｓｑ］の範囲に含
まれるよう設定した。

【００６６】尚、導電性薄膜１１０４と素子電極１１０
２及び１１０３とは、電気的に良好に接続されるのが望
ましいため、互いの一部が重なりあうような構造をとっ
ている。その重なり方は、図１０の例においては、下か
ら、基板、素子電極、導電性薄膜の順序で積層したが、
場合によっては下から基板、導電性薄膜、素子電極、の
順序で積層してもさしつかえない。

【００６７】また、電子放出部１１０５は、導電性薄膜
１１０４の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気
的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有してい
る。亀裂は、導電性薄膜１１０４に対して、後述する通
電フォーミングの処理を行うことにより形成する。亀裂
内には、数オングストロームから数百オングストローム
の粒径の微粒子を配置する場合がある。尚、実際の電子
放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困難
なため、図１０においては模式的に示した。

【００６８】また、薄膜１１１３は、炭素もしくは炭素
化合物よりなる薄膜で、電子放出部１１０５及びその近
傍を被覆している。薄膜１１１３は、通電フォーミング
処理後に、後述する通電活性化の処理を行うことにより
形成する。

【００６９】薄膜１１１３は、単結晶グラファイト、多
結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、も
しくはその混合物であり、膜厚は５００［オングストロ
ーム］以下とするが、３００［オングストローム］以下
とするのが更に好ましい。

【００７０】尚、実際の薄膜１１１３の位置や形状を精
密に図示するのは困難なため、図１０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１１１
３の一部を除去した素子を図示した。

【００７１】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施形態においては以下のような素子を用いた。

【００７２】即ち、基板１１０１には青板ガラスを用
い、素子電極１１０２と１１０３にはＮｉ薄膜を用い
た。素子電極の厚さｄは１０００［オングストロー
ム］、電極間隔Ｌは２［マイクロメーター］とした。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】図１１は、本発明の実施形態としての平面
型の表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断
面図である。

【００７６】図中、（ａ）〜（ｄ）は、表面伝導型放出
素子の各製造工程を表わし、各部材の参照番号は図１０
と同一である。

【００７７】１）まず、図１１（ａ）に示すように、基
板１１０１上に素子電極１１０２及び１１０３を形成す
る。

【００７８】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、例えば、蒸着法やスパッタ法等の真空成膜技術を用
ればよい。）その後、堆積した電極材料を、フォトリソ
グラフィー・エッチング技術を用いてパターニングし、
（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１１０３）
を形成する。

【００７９】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【００８０】形成するにあたっては、まず前記（ａ）の
基板に有機金属溶液を塗布して乾燥し、加熱焼成処理し
て微粒子膜を成膜した後、フォトリソグラフィー・エッ
チングにより所定の形状にパターニングする。ここで、
有機金属溶液とは、導電性薄膜に用いる微粒子の材料を
主要元素とする有機金属化合物の溶液である。（具体的
には、本実施形態では主要元素としてＰｄを用いた。ま
た、実施形態では塗布方法として、ディッピング法を用
いたが、それ以外の例えばスピンナー法やスプレー法を
用いてもよい。）また、微粒子膜で作られる導電性薄膜の成膜方法として
は、本実施形態で用いた有機金属溶液の塗布による方法
以外の、例えば真空蒸着法やスパッタ法、あるいは化学
的気相堆積法等を用いる場合もある。

【００８１】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。

【００８２】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（即ち、電子放出部１１０５）
においては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。尚、
電子放出部１１０５が形成される前と比較すると、形成
された後は素子電極１１０２と１１０３の間で計測され
る電気抵抗は大幅に増加する。

【００８３】通電方法をより詳しく説明するために、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。

【００８４】図１２は、本発明の実施形態としての通電
フォーミング処理における印加電圧波形の一例を示す図
である。

【００８５】同図において、微粒子膜で作られた導電性
薄膜をフォーミングする場合には、パルス状の電圧が好
ましく、本実施形態の場合には同図に示したようにパル
ス幅Ｔ１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で連続的に印
加した。その際には、三角波パルスの波高値Ｖｐｆを、
順次昇圧した。また、電子放出部１１０５の形成状況を
モニターするためのモニターパルスＰｍを適宜の間隔で
三角波パルスの間に挿入し、その際に流れる電流を電流
計１１１１で計測した。

【００８６】本実施形態においては、例えば１０のマイ
ナス５乗［ｔｏｒｒ］程度の真空雰囲気下において、例
えばパルス幅Ｔ１を１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ２を１
０［ミリ秒］とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０．
１［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加
するたびに１回の割りで、モニターパルスＰｍを挿入し
た。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないよう
に、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは０．１［Ｖ］に設定
した。そして、素子電極１１０２と１１０３の間の電気
抵抗が１ｘ１０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１ｘ１０のマイナス７乗［Ａ］以下になった段階で、
フォーミング処理にかかわる通電を終了した。

【００８７】尚、上記の方法は、本実施形態の表面伝導
型放出素子に関する好ましい方法であり、例えば微粒子
膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌ等表面伝導型
放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて通電
の条件を適宜変更するのが望ましい。

【００８８】４）次に、図１１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。

【００８９】通電活性化処理とは、前記通電フォーミン
グ処理により形成された電子放出部１１０５に適宜の条
件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物
を堆積せしめる処理のことである。（図においては、炭
素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材１１１３と
して模式的に示した。）尚、通電活性化処理を行うこと
により、行う前と比較して、同じ印加電圧における放出
電流を典型的には１００倍以上に増加させることができ
る。

【００９０】具体的には、１０のマイナス４乗ないし１
０のマイナス５乗［ｔｏｒｒ］の範囲内の真空雰囲気中
で、電圧パルスを定期的に印加することにより、真空雰
囲気中に存在する有機化合物を起源とする炭素もしくは
炭素化合物を堆積させる。堆積物１１１３は、単結晶グ
ラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、の
いずれかか、もしくはその混合物であり、膜厚は５００
［オングストローム］以下、より好ましくは３００［オ
ングストローム］以下である。

【００９１】次に、図１３を参照して通電方法をより詳
しく説明する。

【００９２】図１３は、本発明の実施形態としての通電
活性化処理における印加電圧及び放出電流を説明する図
である。

【００９３】図中、（ａ）は、活性化用電源１１１２か
ら印加する適宜の電圧波形の一例であり、（ｂ）は電圧
の印加に伴って放出される放出電流Ｉｅを示す。本実施
形態においては、一定電圧の矩形波を定期的に印加して
通電活性化処理を行ったが、具体的には，矩形波の電圧
Ｖａｃは１４［Ｖ］，パルス幅Ｔ３は１［ミリ秒］，パ
ルス間隔Ｔ４は１０［ミリ秒］とした。尚、上述の通電
条件は、本実施形態の表面伝導型放出素子に関する好ま
しい条件であり、表面伝導型放出素子の設計を変更した
場合には、それに応じて条件を適宜変更するのが望まし
い。

【００９４】図１１（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あり、直流高電圧電源１１１５及び
電流計１１１６が接続されている。（尚、基板１１０１
を、表示パネルの中に組み込んでから活性化処理を行う
場合には、表示パネルの蛍光面をアノード電極１１１４
として用いる。）活性化用電源１１１２から電圧を印加
する間、電流計１１１６で放出電流Ｉｅを計測して通電
活性化処理の進行状況をモニターし、活性化用電源１１
１２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１３（ｂ）に示すが、活性化電源
１１１２からパルス電圧の印加を開始すると、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。

【００９５】尚、上述の通電条件は、本実施形態の表面
伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導
型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条
件を適宜変更するのが望ましい。以上のようにして、図
１１（ｅ）に示す平面型の表面伝導型放出素子を製造し
た。

【００９６】（垂直型の表面伝導型放出素子）次に、電
子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面
伝導型放出素子のもうひとつの代表的な構成、即ち垂直
型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。

【００９７】図１４は、本発明の実施形態としての垂直
型の表面伝導型放出素子の断面図である。

【００９８】図中、１２０１は基板、１２０２と１２０
３は素子電極、１２０６は段差形成部材、１２０４は微
粒子膜を用いた導電性薄膜、１２０５は通電フォーミン
グ処理により形成した電子放出部、１２１３は通電活性
化処理により形成した薄膜である。

【００９９】垂直型が先に説明した平面型と異なる点
は、素子電極のうちの片方（１２０２）が段差形成部材
１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０４が段
差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。従
って、図１０の平面型における素子電極間隔Ｌは、垂直
型においては段差形成部材１２０６の段差高Ｌｓとして
設定される。尚、基板１２０１、素子電極１２０２及び
１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２０４、につ
いては、前記平面型の説明中に列挙した材料を同ように
用いることが可能である。また、段差形成部材１２０６
には、例えばＳｉＯ2 のような電気的に絶縁性の材料を
用いる。

【０１００】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。

【０１０１】図１５は、本発明の実施形態としての垂直
型の表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断
面図である。

【０１０２】図中、（ａ）〜（ｆ）は、表面伝導型放出
素子の各製造工程を表わし、各部材の参照番号は図１４
と同一である。

【０１０３】１）まず、図１５（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１０４】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、例えばＳｉＯ2 をスパッタ法で積層すればよいが、
例えば真空蒸着法や印刷法等の他の成膜方法を用いても
よい。

【０１０５】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。

【０１０６】４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶縁
層の一部を、例えばエッチング法を用いて除去し、素子
電極１２０３を露出させる。

【０１０７】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、例えば塗布法等の成
膜技術を用いればよい。

【０１０８】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１１（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォーミ
ング処理と同ようの処理を行えばよい。）７）次に、前記平面型の場合と同じく、通電活性化処理
を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆
積させる。（図１１（ｄ）を用いて説明した平面型の通
電活性化処理と同ようの処理を行えばよい。）以上のようにして、図１５（ｆ）に示す垂直型の表面伝
導型放出素子を製造した。

【０１０９】次に画像形成装置に用いた素子の特性につ
いて述べる。

【０１１０】＜画像形成装置に用いた表面伝導型放出素
子の特性＞図１６は、本発明の実施形態としての表面伝
導型放出素子の特性を示す図である。

【０１１１】同図は、（放出電流Ｉｅ）対（素子印加電
圧Ｖｆ）特性、及び（素子電流Ｉｆ）対（素子印加電圧
Ｖｆ）特性の典型的な例を示している。尚、放出電流Ｉ
ｅ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。

【０１１２】画像形成装置に用いた素子は、放出電流Ｉ
ｅに関して以下に述べる３つの特性を有している。

【０１１３】（１）ある電圧（これをしきい値電圧Ｖｔ
ｈ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、しきい値電圧Ｖｔ
ｈ未満の電圧では放出電流Ｉｅはほとんど検出されな
い。即ち、放出電流Ｉｅに関して、明確なしきい値電圧
Ｖｔｈを持った非線形素子である。

【０１１４】（２）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。

【０１１５】（３）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。

【０１１６】以上のような特性を有するため、表面伝導
型放出素子を形成装置に好適に用いることができた。例
えば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた画像
形成装置において、特性（１）を利用すれば、表示画面
を順次走査して表示を行うことが可能である。即ち、駆
動中の素子には所望の発光輝度に応じてしきい値電圧Ｖ
ｔｈ以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子にはし
きい値電圧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。また、特性（２）ま
たは特性（３）を利用することにより、発光輝度を制御
することができるため、諧調表示を行うことが可能であ
る。

【０１１７】＜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。

【０１１８】図１７は、本発明の実施形態としてのマル
チ電子ビーム源の基板の平面図である。

【０１１９】同図は、図８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。図中、基板上には、図１
０で示したものと同様な表面伝導型放出素子が配列され
ており、これらの素子は行方向配線電極１００３と列方
向配線電極１００４によって単純マトリクス状に配線さ
れている。行方向配線電極１００３と列方向配線電極１
００４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。

【０１２０】図１８は、本発明の実施形態としてのマル
チ電子ビーム源の基板の断面図であり、図１７のＡ−
Ａ’断面を示している。

【０１２１】尚、このような構造のマルチ電子放出源
は、あらかじめ基板上に行方向配線電極１００３、列方
向配線電極１００４、電極間絶縁層（不図示）、及び表
面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した
後、行方向配線電極１００３及び列方向配線電極１００
４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。

【０１２２】＜電気回路の構成＞次に、上述の電子放出
素子を用いた画像形成装置の電気回路の構成について図
１を参照して説明する。

【０１２３】図１は、本発明の実施形態としての電気回
路の基本構成を示すブロック図である。

【０１２４】図中、１１は表示パネル、１２は変調信号
電圧変換器、１３はパルス幅変長調器、１４はシリアル
／パラレル変換器、１５はタイミング制御回路、１６は
パルス発生器、１７は極性反転回路、１８は切り替えス
イッチ、１９は走査行選択回路、２０は変調信号電圧供
給回路、２１は切り替えスイッチ、２２はデータ配列変
換器、２３はデコーダ、そして２４は定電圧源である。

【０１２５】定電圧源２４は、端子Ｈｖを介して表示パ
ネル１１の蛍光膜にＶａ［Ｖ］の電圧を印加する。

【０１２６】デコーダ２３は、外部から入力される画像
信号から同期信号の画像データを分離するための回路で
ある。本実施形態においては、ＮＴＳＣ方式のテレビ信
号用のデコーダ回路を用いた。デコーダ２３からは、同
期信号Ｓ１と、Ｒ（赤），Ｇ（緑），そしてＢ（青）の
画像データが出力される。

【０１２７】データ配列変換器２２は、デコーダから供
給される３原色の輝度信号を表示パネルの画素配列にあ
わせてサンプリングし、シリアルな信号であるＤａｔａ
を得るための回路である。

【０１２８】タイミング制御回路１５は、デコーダ２３
より供給される同期信号Ｓ１に基づいて各部の動作タイ
ミングを調整するためのタイミング制御信号（Ｓ２，Ｓ
３，及び不図示の他の信号）を発生する。

【０１２９】シリアル／パラレル変換器１４は、データ
配列変換器２２から出力された画像データＤａｔａを画
像の１ライン分（即ちｎ画素）蓄積し、シリアル／パラ
レル変換するための回路である。シリアル／パラレル変
換器からはＤ１〜Ｄｎのｎ個の並列信号が出力される。

【０１３０】パルス幅変調器１３は、シリアル／パラレ
ル変換器から入力されるデータ値に基づいてパルス幅変
調信号Ｄ’１〜Ｄ’ｎを出力する回路である。

【０１３１】変調信号電圧変換器１２は、パルス幅変調
器１３の出力した変調信号の電圧を、マルチ電子ビーム
源を駆動するのに適した電圧に変換するための電圧変換
回路である。この変調信号電圧変換器１２には、回路２
０から電圧が供給される。

【０１３２】回路２０には、１水平同期期間（以下、１
Ｈ）毎に切り替わる切り換えスイッチ２１を備える。こ
のスイッチ２１がａ側に切り替わっている場合には、変
調パルスのハイレベルとして−Ｖｆ［Ｖ］が印加され、
スイッチがｂ側に切り替わっている場合には、＋Ｖｆ
［Ｖ］が印加される。

【０１３３】パルス発生器１６は、ラインを選択するた
めのパルスＳ４を発生させる。

【０１３４】回路１７は、パルスＳ４の極性を反転する
ための回路であり、タイミング制御回路１５からの信号
Ｓ３により、１Ｈ毎に切り替わる切り換えスイッチ１８
を備える。回路１７から出力される信号Ｓ５は、スイッ
チがａ側に切り替わっている場合には、パルス発生器１
６からのパルスＳ４がそのまま走査行選択回路１９に入
り、スイッチがｂ側に切り替わっている時には反転器２
５を通り極性が反転した信号として走査行選択回路１９
に入る。

【０１３５】走査行選択回路１９は、パネル１１に接続
されたＤｘ１〜Ｄｘｍのｍ本の走査線のうち選択された
走査線に信号Ｓ５を伝達する回路である。

【０１３６】以下に、前述の図１の電気回路を有する画
像形成装置の第１及び第２の実施形態を説明する。

【０１３７】＜第１の実施形態＞図２は、本発明の第１
の実施形態としての表示パネル１１を説明する図であ
る。

【０１３８】図中、説明の便宜上、実際には紙面手前側
に位置するフェースプレートを省略して表現している。
表示パネルには、内部に電子放出部５２を有する放出素
子５１がマトリックス状に複数配置されている。表示パ
ネルのｉ行目の放出素子５１は、図２のＸ軸に対して時
計回りに６０度の角度となるように配置されており、行
方向配線５７に接続した電極５３と列方向配線５８に接
続した電極５４にはさまれている。また、表示パネルの
ｉ＋１行目の放出素子は、図２のＸ軸に対して反時計回
りに６０度の角度となるように配置されており、列方向
配線５８に接続した電極５５と行方向配線５７に接続し
た電極５６にはさまれている。これにより、列方向配線
を製造が容易な直線状にしたまま解像度を高めることが
できる。この表示パネル上の放出素子５１の断面の構造
を図３に示す。

【０１３９】図３は、本発明の第１の実施形態としての
放出素子の断面図であり、図２の一つの放出素子部の断
面Ａにおける断面図である。

【０１４０】図中、フェースプレート１０３の内側に
は、蛍光体が塗布されている。リアプレート１０４上の
電極５３、５４は、それぞれ行方向配線５７、列方向配
線５８と接続されており所定の値以上の電圧（例えばＶ
ｆ［Ｖ］）が印加されると、電子放出部５２から電子が
放出される。そして放出された電子は、フェースプレー
ト１０３と電子放出部５２との間に印加された電圧Ｖａ
［Ｖ］により加速され、フェースプレート１０３に照射
される。電極５３が正極性、電極５４が負極性となるよ
うにＶｆを印加すると、放出された電子は、中心軸１０
０に沿って真上に進むのではなく電子軌道１０１のよう
に進む。また、破線のように印加する電圧の極性を逆に
すれば、電子軌道１０２のように進む。この時、中心軸
１００と電子のランディング位置との距離Ｌｅｆは次式
（１）により算出できる。

【０１４１】Ｌｅｆ＝２×Ｋ×Ｌｈ×ＳＱＲ（Ｖｆ／Ｖａ）（１）但し、ＳＱＲは平方根、Ｌｈ［ｍ］は放出素子と蛍光体
との距離、そしてＫは放出素子の種類や形状により決ま
る定数である。

【０１４２】（駆動の方法）次に、上述の表示パネルの
駆動方法について説明する。

【０１４３】図４は、本発明の第１の実施形態としての
駆動回路のタイミングチャートを示す。

【０１４４】同図において、記号は図１と同じものであ
る。図中、ＮＴＳＣ信号の映像信号は、デコーダ２３、
データ配列変換器２２、シリアル／パラレル変換器１
４、パルス幅変調器１３を通ってパルス幅変調信号Ｄ’
１〜Ｄ’ｎとなる。パルス幅信号Ｄ’ｊは、ｊ番目の列
方向信号線の信号を示したものである。スイッチ切り替
え信号Ｓ２は、１Ｈ毎に発生して図１のスイッチ２１を
切り替える。図４のａ，ｂは、スイッチの接続状態を表
す。変調信号電圧変換器１２に供給される電圧は、スイ
ッチがａ側に切り替わっている時には負極性に、ｂ側に
切り替わっている時には正極性になる。このため表示パ
ネルに入力される映像信号Ｄｙｊの様子は図４に示すよ
うになる。パルス発生器１６が出力するパルスＳ４は、
本実施形態において正極性であり、１Ｈ周期で発生す
る。スイッチ１８は、切り換え信号Ｓ３により１Ｈ毎に
ａ側とｂ側に切り替わる。従って走査信号Ｓ５（Ｄｘ１
〜Ｄｘｍ）は、図４のように１Ｈ毎に極性が反転した信
号となる。この時、映像信号Ｄｙｊと走査信号Ｓ５の極
性は常に反対でなければならない。以上のように駆動す
る場合、ある１Ｈ期間において表示パネルのｉ行の放出
素子５１には、映像信号として負極性の電圧、そして走
査信号として正極性の電圧が印加される。また、次の１
Ｈ期間においてｉ＋１行の素子には、映像信号として正
極性の電圧、そして走査信号として負極性の電圧が印加
される。この場合、各々の電子放出部５２からどのよう
に蛍光体に電子が照射されるかを図５に示す。

【０１４５】図５は、本発明の第１の実施形態としての
蛍光体への電子の照射を説明する図である。

【０１４６】同図は、図１の表示パネル１１を図８の−
Ｚ軸方向に観察したものでありる。従って蛍光体６０
は、フェースプレートの内側に設けられており、電極５
３〜５６、列方向配線５８、行方向配線５７、そして放
出素子５１及びその電子放出部５２はリアプレート上に
配置されているが、説明の便宜上図５に示すように同一
平面で表現する。矢印で示したものは、電子放出部５２
から放出される電子の軌道であり、矢印の始点は電子放
出部５２、終点は蛍光体６０である。

【０１４７】図５を用いて図中のｉ行目とｉ＋１行目に
信号を入力する場合を説明する。ｉ行目の素子では、図
４のタイミングチャートに示したように、ある１Ｈ期間
において電極５４に印加される映像信号が負極性、電極
５３に印加される走査信号が正極性である。このため、
放出素子５１から放出された電子は、左上方向に向かっ
て照射され、蛍光体を発光させる。また、ｉ＋１行目の
素子については、次の１Ｈ期間において電極５５に印加
される映像信号が正極性、電極５６に印加される走査信
号が負極性である。このため、放出素子５１から放出さ
れた電子は、右上方向に向かって照射され、蛍光体を発
光させる。

【０１４８】このようにして１Ｈ毎に走査信号と映像信
号との極性を入れ変えることにより、３種類の蛍光体を
複数デルタ配列した画像形成装置を実現することができ
る。

【０１４９】＜第２の実施形態＞次に、本発明の第２の
実施形態を説明する。本実施形態において、電子放出素
子は表面伝導型に限定されるが、画像形成装置の表示パ
ネルの構成及び製法、好ましい電子放出素子の構造と製
法、そして電気回路の構成については前述の第１の実施
形態と同様なため、説明を省略する。

【０１５０】（駆動の方法）次に、本実施形態における
表示パネルの駆動方法について説明する。

【０１５１】図６は、本発明の第２の実施形態としての
駆動回路のタイミングチャートを示す。

【０１５２】同図において、記号は図１と同じものであ
る。また、第１の実施形態と同様に本実施形態において
も、スイッチ２１は１Ｈ毎に切り替わる。また、スイッ
チ１８により走査信号の極性が反転する。異なるのは、
走査行選択回路１９に回路１７から入力された走査信号
が、第１の実施形態では走査行選択回路１９により選択
された走査線１本だけに送出されるのに対し、本実施形
態では隣り合う２本に送出される点である。即ち、図６
に示すように最初の１Ｈでは、ｉ−１行目の走査線とｉ
行目の走査線、そして次の１Ｈではｉ行目の走査線とｉ
＋１行目の走査線、・・・・、というように順次２本の
走査線に走査信号が入力される。このためｉ行目の素子
に注目すれば、最初の１Ｈは映像信号が負極性で走査信
号が正極性、次の１Ｈでは映像信号が正極性で走査信号
が負極性というように逆の極性で駆動される。この場
合、各々の電子放出部５２からどのように蛍光体に電子
が照射されるかを図７に示す。

【０１５３】図７は、本発明の第２の実施形態としての
蛍光体への電子の照射を説明する図である。

【０１５４】同図は、図１の表示パネル１１を図８の−
Ｚ軸方向に観察したものであり、説明の便宜上図７に示
すように同一平面に放出素子５１、蛍光体６０等を表現
する。矢印で示したものは、電子放出部５２から放出さ
れる電子の軌道であり、矢印の始点は電子放出部５２、
終点は蛍光体６０である。蛍光体に電子を効果的に照射
するため、放出素子５１が上下２つの蛍光体列の中間に
位置するような配置になっている。

【０１５５】ｉ行目の蛍光体を発光させる場合には、ｉ
−１行目とｉ行目の放出素子５１を駆動する。ある１Ｈ
期間において、ｉ−１行目の放出素子５１には、映像信
号（列方向配線５８）が負極性、走査信号（行方向配線
５７）が正極性である。このため電子は、ｉ−１行目の
放出素子５１から左下方向に放出されてｉ行目の蛍光体
を発光させる。また、この時ｉ行目の放出素子５１に
は、映像信号（列方向配線５８）が負極性、走査信号
（行方向配線５７）が正極性である。このため電子は、
ｉ行目の放出素子５１から左上方向に放出されてｉ行目
の蛍光体を発光させる。従ってｉ行目の蛍光体は、ｉ−
１行目とｉ行目の放出素子５１から同じ映像信号にあた
る電子の照射を受けることになり、第１の実施形態と比
較して２倍の輝度で発光することになる。

【０１５６】ｉ＋１行目の蛍光体を発光させる場合に
は、ｉ行目とｉ＋１行目の放出素子５１を駆動する。次
の１Ｈ期間において、ｉ行目とｉ＋１行目の放出素子５
１には、正極性の映像信号（列方向配線５８）と、負極
性の走査信号（行方向配線５７）とが加えられる。従っ
て、ｉ行目の放出素子５１から右下方向に電子が照射さ
れる。そしてｉ＋１行目の放出素子５１から右上方向に
電子が照射される。

【０１５７】このようにして走査信号を２行ずつ選択
し、１Ｈ毎に走査信号と映像信号の極性を変更すること
により、３種類の蛍光体を複数デルタ配列した画像形成
装置において、第１の実施形態と比較して２倍の輝度を
実現することができる。

【０１５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子放出素子を用いた画像形成装置であって、画像形成回
路の構成及び製造の容易な、輝度及び解像度の高い画像
形成装置の提供が実現する。即ち、表面伝導型放出素子
の配置を行毎に左右に傾けたことにより、列方向配線を
直線状のまま解像度を向上できる。これにより、列方向
配線が蛇行する場合と比較して製造が容易になる。更
に、第２の実施形態において２本の走査線を同時に選択
肢し、１つの蛍光体を２つの素子で発光させたことによ
り、第１の実施形態と比較して２倍の輝度を実現した。

【０１５９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態としての電気回路の基本構成
を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施形態としての表示パネル１
１を説明する図である。

【図３】本発明の第１の実施形態としての放出素子の断
面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態としての駆動回路のタ
イミングチャートを示す。

【図５】本発明の第１の実施形態としての蛍光体への電
子の照射を説明する図である。

【図６】本発明の第２の実施形態としての駆動回路のタ
イミングチャートを示す。

【図７】本発明の第２の実施形態としての蛍光体への電
子の照射を説明する図である。

【図８】本発明の実施形態に用いた表示パネルの斜視図
である。

【図９】本発明の実施形態としてのフェースプレートの
蛍光体配列を示す図である。

【図１０】本発明の実施形態としての表面伝導型放出素
子の平面図及び断面図である。

【図１１】本発明の実施形態としての平面型の表面伝導
型放出素子の製造工程を説明するための断面図である。

【図１２】本発明の実施形態としての通電フォーミング
処理における印加電圧波形の一例を示す図である。

【図１３】本発明の実施形態としての通電活性化処理に
おける印加電圧及び放出電流を説明する図である。

【図１４】本発明の実施形態としての垂直型の表面伝導
型放出素子の断面図である。

【図１５】本発明の実施形態としての垂直型の表面伝導
型放出素子の製造工程を説明するための断面図である。

【図１６】本発明の実施形態としての表面伝導型放出素
子の特性を示す図である。

【図１７】本発明の実施形態としてのマルチ電子ビーム
源の基板の平面図である。

【図１８】本発明の実施形態としてのマルチ電子ビーム
源の基板の断面図である。

【図１９】従来例としての表面伝導型放出素子の平面図
である。

【図２０】従来例としてのＦＥ型の放出素子の断面図で
ある。

【図２１】従来例としてのＭＩＭ型の放出素子の断面図
である。

【図２２】従来例としての蛍光体の配列を示す図であ
る。

【図２３】従来例としての放出素子部の配置を示す図で
ある。

【図２４】従来例としての放出素子部の配置を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１表示パネル１２変調信号電圧変換器１３パルス幅変長調器１４シリアル／パラレル変換器１５タイミング制御回路１６パルス発生器１７極性反転回路１８切り替えスイッチ１９走査行選択回路２０変調信号電圧供給回路２１切り替えスイッチ２２データ配列変換器２３デコーダ２４定電圧源２５反転器５１放出素子５２電子放出部５３〜５６電極５７行方向配線５８列方向配線６０蛍光体１００中心軸１０１，１０２電子軌道１０３フェースプレート１０４リアプレート１００１基板１００２表面伝導型放出素子１００３行方向配線１００４列方向配線１００５リアプレート１００６側壁１００７フェースプレート１００８蛍光膜１００９メタルバック１０１０放出素子部１０１１行方向配線１０１２列方向配線１０２０放出素子部１０２１行方向配線１０２２列方向配線１１０１基板１１０２，１１０３素子電極１１０４導電性薄膜１１０５電子放出部１１１０フォーミング用電源１１１１電流計１１１２活性化用電源１１１３薄膜１１１４アノード電極１１１５直流高電圧電源１１１６電流計１２０１基板１２０２，１２０３素子電極１２０４導電性薄膜１２０５電子放出部１２０６段差形成部材１２１３薄膜２０１０黒色導電材３００１基板３００４導電性薄膜３００５電子放出部３０１０基板３０１１エミッタ配線３０１２エミッタコーン３０１３絶縁層３０１４ゲート電極３０２０基板３０２１下電極３０２２絶縁層３０２３上電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 31/12 H01J 29/04 H01J 1/316

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極間に電子放出部を有する冷陰
極素子を行列状に複数配置したリアプレートと、前記リ
アプレートが有する行方向配線と列方向配線とにより前
記冷陰極素子に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電
子放出部から放出される電子により発光する蛍光体を有
するフェースプレートとを備えた画像形成装置におい
て、前記冷陰極素子に前記電圧を印加したときに前記冷陰極
にかかる電界の方向と、前記画像形成装置の水平方向と
がなす角は、所定の角度θ（θ≠０，９０）°または−
θ°であって、前記冷陰極素子が、１行毎に交互に前記所定の角度θま
たは−θ°の傾きをもって配置されており、前記蛍光体は、赤、緑、そして青の３種類であって、そ
の３種類の蛍光体が複数デルタ配列されており、前記電圧印加手段は、１水平同期期間に所定の行の前記
冷陰極素子に前記電圧を印加した後、該所定の行に隣接
する行の前記冷陰極素子に前記電圧を印加するに際し
て、前記電圧の極性を反転させることを特徴とする画像
形成装置。
【請求項２】前記電子放出部の中心を始点とする前記
リアプレートから延びる垂線であって、その垂線の延長
線上に、斜め上下方向に隣接する２つの前記蛍光体の中
心間を結ぶ直線の中点が位置することを特徴とする請求
項１記載の画像形成装置。
【請求項３】更に、前記電圧印加手段は、前記行方向
配線のうち隣接する２行に、同時に電圧を印加すること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の画像形成装
置。
【請求項４】前記冷陰極素子は、その周囲に位置する
２つの前記蛍光体に電子を放出することを特徴とする請
求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】前記冷陰極素子は、表面伝導型放出素子
であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれ
か１項に記載の画像形成装置。