JP4086753B2 - 画像形成装置及びその駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は電子放出体から放出された電子を画像形成部材に照射して画像を形成する画像形成装置に関わり、特にはアノード電圧を印加することで電子放出するような閾値を持った電子放出体を備えた画像形成装置に関する。

近年、電子放出素子を電子源として用いた平面型ディスプレイが注目されている。

電子放出素子としては、熱陰極型と冷陰極型があるが、平面型ディスプレイにおいては主として冷陰極型が用いられており、電界放出型（以下ＦＥ型という）、金属／絶縁層／金属型（以下ＭＩＭ型という）や表面伝導型（以下ＳＣ型という）等が知られている。

ＦＥ型の例としては、C.A.Spindt、"Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenium cones"、J.Appl.Phys.、４７、５２４８（１９７６）に
開示されたものが有名である。

ＭＩＭ型の例としては、C.A.Mead、"Operation of Tunnel-Emission Devices"、J.Appl.Phys.、３２、６４６（１９６１）に開示されたものが知られている。

またＳＣ型としては、M.I.Elinson、Radio Eng. Electron Phys.、１０、１２９０（１９６５）に開示されているものが知られている。

これらの電子放出素子を電子源として用いてディスプレイ等の画像形成装置を実現するためには、ＸＹマトリクスおよびカソード等が形成された基板と、それに対向して配置される蛍光体を設けられたアノードを設け、電子放出素子より放出された電子をアノード側の蛍光体に照射して蛍光体を発光させる構成とする。

こうした画像形成装置を構成するための電子放出素子として、特に適しているものとして、電子放出のための仕事関数が小さく閾値電圧が低いカーボン系の材料が注目されており、それらの電子放出膜を用いた例が、特許文献１、特許文献２、および特許文献３等に開示されている。

これらはいずれも、フラーレン、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、繊維状カーボン（カーボンファイバー等）等を電子放出膜として用いたものであり、特にアノード−カソード間に電圧を印加することによりカソードより電界電子放出による電子が放出され、カソード−ゲート間に電圧を印加することによって電子放出の抑制を行うように構成されたものである。このような構成は、下記に述べるノーマリーオン型の動作に適している。

ノーマリーオン型の電子放出素子の代表例について、以下簡単に説明する。

図２１はノーマリーオン型の電子放出素子の電位分布を示す模式図であり、電子を放出する駆動状態（ａ）と、電子放出を停止している駆動状態（ｂ）の電位分布を示している。なお、図２１はあくまでも発明の内容を説明するための模式図のため寸法の比率等は任意であり場所によって一定ではない。

図２１（ａ）に示す状態では、カソード９０２上の電子放出膜９０５に電子放出が開始
される閾値電界より大きな電界がアノード９０６から印加され、電子放出が起こる駆動状態であることを示しており、これをノーマリーオン状態と呼ぶ。

例えば、電子放出膜９０５の閾値電界が３Ｖ／μｍであるとすると、アノード９０６をカソード９０２から２ｍｍの距離を隔てた位置に設けた場合、カソード９０２を０Ｖとしアノード９０６に電圧を印加すると概ねアノード電圧６ｋＶで電子放出が開始される。

なおノーマリーオン状態にするためにはさらに高いアノード電圧を印加すればよく、アノード電圧は電子放出素子の電圧−電流特性により必要な電流密度の得られる電界強度によって決めればよく、例えば５Ｖ／μｍの電界強度で必要な電流密度が得られるのであれば、アノード電圧として概ね１０ｋＶを印加するようにすればよい。

図２１（ａ）には、この時の等電位面の様子を図示してあるが、アノード９０６と電子放出膜９０５の間にほぼ均等に等電位面が存在し、電子放出膜９０５近傍の電界強度も約５Ｖ／μｍとなり電子放出が起こる。

また、ゲート９０４に印加する電圧は、アノード電圧による電界強度に影響を与えない電位であれば０Ｖに限定されることはなく、正電位でもよいが、上記ノーマリーオン状態での電界強度においては０Ｖに設定した場合を例に挙げた。またこの場合の電子ビームは等電位面がアノード９０６と電子放出膜９０５の間でほぼ平行なので、図に示した通りほぼ真上に軌道を持ちそのままアノード９０６に到達する。

一方、図２１（ｂ）に示す状態では、ゲート９０４に負の電圧を印加すると、電子放出膜９０５近傍において、アノード９０６による電界強度が小さくなり電子放出に必要な閾値電界以下となり、電子放出が停止する。この時のゲート電圧を遮断電圧と呼ぶ。

ゲート９０４に遮断電圧を印加した時の等電位面は、図示したようにカソード９０２および電子放出膜９０５は０Ｖで、ゲート９０４が負電位となるために電子放出膜９０５近傍の等電位面の間隔が広くなり、電界強度が小さくなることがわかる。

なお、この時のゲート９０４に印加する遮断電圧は、電子放出膜９０５の閾値電界、およびノーマリーオン状態のアノード電圧による電界強度によって必要な電界強度が決まり、電子放出膜９０５の寸法およびゲート−カソード間距離、ゲート寸法等の設計によって適宜決定することができる。

以上のように、ノーマリーオン型の電子放出素子においては、アノード電圧の印加のみによって電子放出が行われ得るものであり、カソード−ゲート間に遮断電圧を印加して電子放出を遮断することにより電子放出を制御するようにしているので、カソード−ゲート間の電圧を電子放出に必要な遮断電圧と逆極性の閾値電圧以上にする必要がないため、より低電圧での安定した駆動制御が可能であるため、平面型ディスプレイの電子源として好適である。
特開２０００−２５１７８３号公報 特開２０００−２６８７０６号公報 特開２００２−１００２７９号公報

ところで、こうしたノーマリーオン型の電子源を用いたＸＹマトリクス型の平面型ディスプレイの場合、電子ビームがアノードに対してほぼ真上に飛ぶため、電子ビームによってイオン化された正イオンが、電子放出体に降り注ぎ、素子の寿命に影響を与える場合が
ある。また、停電などの突発的な場合を含む電源オフ時に、アノードに蓄積された電荷が放電されるまでの間、フラットパネル全面が発光しユーザーの違和感の原因にもなっている。

或いは、カソード・ゲート間に電子放出体からの電子放出を遮断できる遮断電圧が充分に印加し難い不安定な状態となりやすい、電源オン、オフ時や故障時などでは、カソード・アノード間にのみ所定の電圧が印加されると、上述した課題が生じるため、何からの対策を採る必要があった。

本発明は、かかる従来技術の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電子放出体の劣化を抑制することにある。

本発明の別の目的は、カソード・ゲート間への遮断電圧が充分に印加できず、カソード・アノード間に電子放出を生起し得る所定の電圧が印加される場合であっても、電子放出体の劣化を抑制できる画像形成装置及びその駆動制御方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、カソード・ゲート間への遮断電圧が充分に印加できず、カソード・アノード間に電子放出を生起し得る所定の電圧が印加される場合であっても、ユーザーの違和感を緩和できる画像形成装置及びその駆動制御方法を提供することにある。

本発明においては、上記課題を解決するために、カソード、ゲート及びアノードと、前記カソードに設けられ、カソードとアノードとの間のみ電圧を印加した状態において電子放出を行い得る電子放出体と、前記電子放出体に対向して配置され、前記電子放出体から放出された電子が衝突することによる発光を利用して画像を形成する画像形成部材と、カソードとゲートとの間に遮断電圧を印加し、前記電子放出体からの電子放出を停止するための駆動手段と、カソードとアノードとの間の電圧によって前記電子放出体から放出され、前記アノードに向かう電子の軌跡を偏向させる偏向手段と、を備え、前記カソードはリアプレートに設けられ、前記アノードと前記画像形成部材と電子の衝突による画像形成を妨げる部材とが前記リアプレートに対向するフェースプレートに設けられており、前記電子の衝突による画像形成を妨げる部材が、前記フェースプレートのうちの、前記カソードと前記アノードとの間のみに電圧を印加した場合に電子が照射される領域に位置することを特徴とする画像形成装置である。

このようにすれば、偏向手段により、電子放出体から放出された電子が、カソード・アノード間の電圧によって、画像形成部材の電子放出体に対向する位置（電子放出体の直上の位置）に衝突するのを抑制することができるので、この衝突による電子放出体の劣化を抑制することができる。

また、電源オフ時にアノードに蓄積された電荷によって生じる電場によって電子放出体から放出された電子が、画像形成部材に衝突しても画像形成が妨げられるので異常な画像形成を防止することができる。

前記電子放出体は、炭素を主成分とする膜状部材であることが好適である。

前記炭素を主成分とする膜状部材は、フラーレン、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、繊維状カーボン（カーボンファイバー）、グラファイトナノファイバー（ＧＮＦ）のいずれかであることが好適である。

前記偏向手段は、前記カソードに対する電位を前記ゲートとは独立に制御し得る別のゲートを含むことが好適である。

前記偏向手段は、前記ゲートとアノードの間に設けられ、前記電子放出体から前記画像形成部材に向かう方向に対して、前記カソードとアノードとの間の電位分布の偏りを生じさせる電位が与えられる偏向電極を含むことが好適である。

本発明によれば、電子放出体の劣化を抑制することができる。或いは、フラットパネル
全面が発光するような、ユーザーの違和感を緩和することができる。そして、これらの制御に適した画像形成装置を提供することができる。

以下に図面を参照して、本発明の電子源を用いた表示装置の実施の形態について例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、配置等については、特に限定的な記載なき限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（第１の実施形態）
図１、図２を用いて、本発明の実施の形態に係る画像形成装置に用いる平面型ディスプレイの構造を説明する。

本実施の形態に係る平面型ディスプレイは、電子放出素子を複数配置して得られるもので、図１において、１は電子源基板、２６はアノード基板、１４は外枠、１１はＸ方向配線、１２はＹ方向配線であり、１００はノーマリーオン型の電子放出素子である。

図１においてｍ本のＸ方向配線１１はＣ１、Ｃ２・・・Ｃmからなり、ストライプ状の
カソード２を形成しており、蒸着法等にて形成されたアルミニウム系配線材料で構成されている。なお配線の材料、膜厚、線巾は、適宜設計されるものであり、また製造法も適宜選択されるものである。

このストライプ状のカソード２上の電子放出素子１００の位置に電子放出膜７が形成されている。

なお電子放出膜７としては、前述のようにフラーレン、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、繊維状カーボン（カーボンファイバー等）、グラファイトナノファイバー（ＧＮＦ）等の炭素系材料を用いることができる。

Ｙ方向配線１２は、Ｇ１、Ｇ２・・・Ｇｎのｎ本の配線よりなり、ストライプ状のゲート４を形成しており、Ｘ方向配線１１と同様に形成されている。

このストライプ状のゲート４には、カソード２上の電子放出膜７に対応する部分にホール１０が設けられている。

詳細は、実施例にて説明するが、更に、ゲート４の上には、ビームを変更するための偏向電極６が設けられている。

なおストライプ状のゲート４およびホール１０は、図面を見易くするために一番手前側のカソード２上については図示していない。

またＸ方向配線１１にカソード２を、Ｙ方向配線１２にゲート４を設けるようにしたが、この接続配置は逆でもよい。

これらｍ本のＸ方向配線１１とｎ本のＹ方向配線１２との間には、図面を見易くするために不図示とした層間絶縁層３が設けられており、両者を電気的に分離している（以上ｍ、ｎは、共に正の整数）。なお層間絶縁層３は、電子放出膜７とホール１０に対応する部分には設けられていない。

不図示の層間絶縁層３は、スパッタ法等を用いて形成された絶縁層である。例えば、Ｘ方向配線１１を形成した基板１の全面又は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線１１とＹ方向配線１２の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法等が適宜選択されるものである。

また、ゲート４−偏向電極６間にも同様に不図示の層間絶縁層が設けられる。

Ｘ方向配線１１とＹ方向配線１２は、それぞれ外部端子として引き出されている。

本実施の形態においては、電子放出素子１００を構成する一対の電極の層自体が、ｍ本のＸ方向配線１１とｎ本のＹ方向配線１２としての機能も果たしている。

また、偏向電極６は電気的に１本に共通化されて、外部に取り出され、偏向電圧Ｇｚを与える電源１３０Ｂに接続されている。

Ｘ方向配線１１には、Ｘ方向に配列した電子放出素子１００の行を選択するための走査信号を印加する不図示の走査回路が接続される。

一方、Ｙ方向配線１２には、Ｙ方向に配列した電子放出素子１００の各列を入力信号に応じて、変調するための不図示の変調回路が接続される。

各電子放出素子に印加されるカソード２−ゲート４間の遮断電圧は、当該素子に印加される走査信号と情報信号の差電圧として供給される。なお、本実施形態においてはＸ方向配線（カソード）は正電位、Ｙ方向配線（ゲート）は負電位になるように接続されて遮断電圧が与えられる。

上記構成においては、単純なマトリクス配線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とすることができる。

このような単純マトリクス配置の電子源基板に対向して、電子放出素子上部にフェイスプレート２６を配置する。フェイスプレート２６では、アノード基板上２７に画像形成部材として設けられた蛍光体２８をアライメントして配置する。蛍光体２８上には、高圧印加用の導体として蒸着等によってアルミニウム系配線材料をメタルバック２９として設けている。

また本発明の別の実施形態として図２を用いて説明する。

図２における実施形態の概略図は、図１とほぼ同じであり、同じ構成部材については同じ番号を付与している（但し、図２では、偏向電極６の図示を省略している。）。電子ビーム遮蔽体１５が付加されているところが図１と異なる。電子ビーム遮蔽体（電子遮蔽部材）１５の配置は後述するが、対向する電子源基板１とアノード基板２７の間に設置され、前述の偏向電極６あるいは後述する第２ゲートによって偏向された電子軌道に当たる部分のみ通過孔１６があいている。

このように、電子ビーム遮蔽体１５を設けることにより、電源オフ時に全面白表示となることを防止できるので、たとえ短時間であってもユーザーがディスプレイ装置の故障を疑ったり、少なくとも不快感を覚えたりするような現象を防止することができ、画像形成装置の表示品位の向上に役立つ。

次に、上述したディスプレイ構造を用いた画像形成装置の構成を図３を参照して説明す
る。

まず、走査回路１３０２であるが、同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子を備えたもので（図中，Ｓ１ないしＳｍで模式的に示している）ある。各スイッチング素子は、直流電圧源１３０３Ａの出力電圧Ｖｘ又は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１３０１の端子と電気的に接続される（この端子は、Ｘ方向配線Ｃ１ないしＣmに接続された端子である。）。

Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１３０３が出力する制御信号ＴSCANに基づいて動作するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素子を組み合わせることにより構成することができる。

直流電圧Ｖｘは、本実施形態の場合には電子放出素子の特性（電子放出閾値電圧）に基づき、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閾値電圧以下となるような一定電圧を出力するよう設定されている。

偏向電極６は、直流電圧Ｇｚを与える電圧源１３０３Ｂに接続されている。

制御回路１３０３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なわれるように各部の動作を整合させる機能を有する。制御回路１３０３は、同期信号分離回路１３０６より送られる同期信号ＴSYNCに基づいて、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。また、制御回路１３０３は、各電源１３０３Ａ〜１３０３Ｄのオン、オフを制御する。

同期信号分離回路１３０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式の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為の回路で、一般的な周波数分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期信号分離回路１３０６により分離された同期信号は、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。

前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分は便宜上ＤＡＴＡ信号と表した。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１３０４に入力される。

シフトレジスタ１３０４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１３０３より送られる制御信号ＴSFTに基づいて動作する（即ち、制御信号ＴSFTは，シフトレジスタ１３０４のシフトクロックであるということもできる。）。

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）のデータは、Ｉｄ１乃至Ｉｄｎのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１３０４より出力される。

ラインメモリ１３０５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為の記憶装置であり、制御回路１３０３より送られる制御信号ＴMRYに従って適宜Ｉｄ１乃至Ｉ
ｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎとして出力され、変調信号発生器１３０７に入力される。

変調信号発生器１３０７は、画像データＩ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎの各々に応じて本発明の実施の形態に係る電子放出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、その出力信号は、端子Ｄｏｙ１、Ｄｏｙｎを通じて表示パネル１３０１内の本発明の実施の形態に係る電子放出素子に印加される。

ここで、本発明の実施の形態に係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、電子放出には明確な閾値電圧Ｖｔｈ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。電子放出閾値以上の電圧に対しては、素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。

このことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、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。その際、パルスの電圧波高値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ことが可能である。

また、パルスの幅Ｐｗを変化させること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。

従って、入力信号に応じて、電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方式、或いは、それらを組み合わせた電圧波高値とパルス幅の両方を適宜変調する方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１３０７として、一定長さの電圧パルスを発生し、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ことができる。

パルス幅変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１３０７として、一定の波高値の電圧パルスを発生し、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ことができる。

シフトレジスタやラインメモリは、デジタル信号式あるいはアナログ信号式のものを採用できる。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なわれれば良いからである。

デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１３０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要があるが、これには１３０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ１３０５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１３０７に用いられる回路が若干異なったものとなる。

すなわち、デジタル信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１３０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１３０７には、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）及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る。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本発明の電子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加することもできる。アナログ信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１３０７には、例えばオペアンプなどを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用でき、必要に応じて本発明の実施の形態に係る電子放出素子の駆動電圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。

ここで述べた画像形成装置の構成は、本発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。例えば入力信号については、ＮＴＳＣ方式を挙げたが入力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式、
デジタル放送方式など他、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

また、本実施形態に係る電子放出素子は、平面型ディスプレイを有する表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光プリンターの露光手段に用いられる画像形成装置等としても用いることができる。

ここで、電子放出素子として低電界電子放出材料を用いたものを採用すると、従来技術に係る電子放出素子のように、ノーマリーオン駆動をすることで駆動電圧を抑えて素子のON/OFF動作が可能になったが、前述のように、素子の真上に電子軌道が存在する課題があった。

これに対して本発明の実施の形態においては、次のように駆動することで、そのような課題を解決している。

以下、電子放出機構について図４、図５、図６を参照して詳細に説明する。

図４の（ａ）は本実施形態の電子放出素子の電子を放出する駆動状態（以下ONと言う）、図５は電子放出を停止している駆動状態（以下OFFと言う）の電位分布及び電子軌道を
示しており、図６はゲート４及び偏向電極６への印加電圧に対する電子放出の応答を示している。

ここでは、アノード８をカソード２から２ｍｍの距離を隔てた位置に設け、アノード８に１０ｋＶを印加するようにしている。

ここで、アノード８がカソード２に作用する電界をＥａ、ゲート４がカソード２に作用する電界をＥｇ、カソード２から電子放出が開始される閾値電界をＥｅとすると、電子を放出する駆動状態の場合には、Ｅｇ＜ＥeかつＥｅ＜Ｅａを満たすと共に、電子放出を停
止させる場合には、Ｅｇ＜ＥａかつＥａ＜Ｅｅ、または、Ｅａ＜ＥｇかつＥｇ＜Ｅｅを満たすように、ゲート４に電圧を印加することが必要である。

図４（ａ）に示す状態では、カソード２に電子放出が開始される閾値電界Ｅｅより大きな電界Ｅａがアノード８から印加され、電子放出が起こるON状態であり、更に偏向電極からの電場の影響を受けて電子軌道が偏向して電子放出部の真上から外れた位置でアノード８に当たっていることを示している。

一方、図５に示す状態では、ゲート４に負の電圧が印加され、アノード８による電界ＥａがＥｅ＞Ｅａとなり、素子はOFF状態となる。

すなわち、本実施形態の場合には、図６に示す時間応答のように、ゲート４に負電圧を印加する状態では電子放出が停止し、ゲートに電圧を印加しないか、あるいは若干の正電圧を印加した状態では電子放出が行われ、パルス幅変調や電圧変調が可能になる。

この間、偏向電極には一定の電圧３００Ｖが印加されたままである。

図７に本実施形態に係る画像形成装置における駆動電圧のタイミングチャートを示す。

アノード８に１０ｋＶの電位が印加される以前に、ゲート４の電位を０Ｖから−５０Ｖに変化させておき、アノード８に１０ｋＶの電位が印加されるのと同時に偏向電極６の電位を０Ｖから３００Ｖへと変化させる。ここで、アノード８に１０ｋＶの電位が印加され
るときには、ゲート４の電位は−５０Ｖであるから、カソード２からの電子は放出されない。その後にゲート４の電位が０Ｖに変化するときには、既に偏向電極６には３００Ｖの電位が印加されているので、カソード２から放出された電子が電子放出部直上のアノード８に衝突することはない。なお、ゲート４の電位は、アノードに対する電圧の印加を停止し、その電位が０Ｖに戻った後に、ゲート４の電位を０Ｖに戻している。このようにすれば、電源オンまたはオフ時のようなアノード８への電圧の印加及び停止時に、放出された電子によりディスプレイが異常発光するのを防止すことができる。

また、偏向電極６に印加された電圧によってON時の電子軌道が偏向することで電子放出部直上でアノード８に電子ビームが衝突することがなくなるのでこれによるイオンの発生によって電子放出部にイオンが降り注ぐことが少なくなり、素子特性の劣化を誘発することがなくなった。

一方、ディスプレイの駆動を制御する方法、特に、電源オン及び／又はオフ時に電子放出体へのイオン照射を抑制する方法は、上述したゲート４の電位を制御する方法に限られない。アノード８に１０ｋＶの電圧を印加開始するときには、ゲート４の電位に係らず、アノード８が電子放出を生起する電位となる以前に偏向電極６に３００Ｖのような偏向電位を与えておく。また、電源供給を止めるような場合には、ゲート４への遮断電圧を印加に係らず、偏向電極６を偏向電位に保ち、アノード電位が電子放出を伴わない電位以下に低下するまで、その電位を維持してから、偏向電極の電源がオフするように制御する。こうすれば、カソード・アノード間に電子放出を生起せしめる電位差が生じていたとしても、電子放出体へのイオンの照射を抑えることができる。

また、ディスプレイの駆動を制御する方法、特に、電源オン及び／又はオフ時に、ユーザーの違和感を緩和する方法としては、アノード８に１０ｋＶの電位を印加するときには、ゲート４の電位に係らず、アノード８に１０ｋＶの電位を印加する以前に偏向電極６の電位を０Ｖから−数十〜数百Ｖ（例えば−２００Ｖ）に変更しておき、アノード８に１０ｋＶの電位を印加した後に偏向電極６の電位を３００Ｖに変更する方法がある。また、電源供給を止めるような場合には、ゲート４への遮断電圧を印加に係らず、偏向電極６の電位を３００Ｖから−数十〜数百Ｖに変更し、アノード電位が電子放出を伴わない電位以下に低下するまで、偏向電極の電位を維持してから、偏向電極の電源がオフするように制御する。こうすれば、カソード・アノード間に電子放出を生起せしめる電位差が生じていたとしても、電子放出体へのイオンの照射や異常発光を抑えることができる。

つまり、電子放出抑制手段としての偏向電極に、前記電子放出体からの放出電子を偏向する電位を与えたり、前記電子放出体からの電子放出を抑制する電位を与えることを制御することによっても、電子放出体の劣化を抑制や、ユーザーの違和感を緩和することができる。

以上のような電源の制御は、主電源スイッチやリモコンの電源スイッチに連動して働く制御回路１３０３によって、各電源を連携制御することにより達成できる。

以下に、図４〜図６を参照して、本発明の実施形態に係る電子放出素子１００の全体構成及び製造方法について説明する。図４は本発明の実施の形態に係る電子放出素子の模式図（（ａ）は模式的断面図，（ｂ）は模式的平面図）であり、図８は本発明の実施の形態に係る電子放出素子の製造工程図である。

本実施の形態に係る電子放出素子１００は、概略、基板１と基板１上に積層されるカソード２と、カソード２上に積層される第１絶縁層３と、第１絶縁層３上に積層されるゲート４と、更にその上の第２絶縁層５、偏向電極６、第１絶縁層３及びゲート４、第２絶縁
層５、偏向電極６を貫き、カソードを露出させる開口部内の電子放出部７と、これらに対向して配置されるアノード８と、から構成される。

本実施例の電子放出素子の製造方法を説明すると、予め、その表面を十分に洗浄した、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラスからなる基板、青板ガラス及びシリコン基材等にスパッタ法等によりＳｉＯ２を積層した積層体からなる基板、アルミナ等のセラミックスの絶縁性の基板１上にカソード２を形成する。

カソード２は一般的に導電性を有しており、蒸着法やスパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。

カソード２の材料は、例えば、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属または合金材料、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ２、ＺｒＢ２、ＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＹＢ４、ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等から適宜選択される。

また、カソード２の厚さとしては、数十ｎｍから数百μｍの範囲で設定され、好ましくは数百ｎｍから数μｍの範囲で選択される。

次に、カソード２に続いて第１絶縁層３を堆積する。第１絶縁層３は、スパッタ法等の一般的な真空成膜法、熱酸化法、陽極酸化法等で形成され、その厚さとしては、数ｎｍから数μｍの範囲で設定される。

更に、第１絶縁層３上にゲート４を堆積する。

ゲート４は、カソード２と同様に導電性を有しており、蒸着法やスパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成される。

ゲート４の材料は、例えば、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属または合金材料、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ２、ＺｒＢ２、ＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＹＢ４、ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等から適宜選択される。

ゲート４は、アノード８からの電場により電子が放出しないように、カソード２に比べて、仕事関数の大きな材料が望ましい。

ゲート４の厚さとしては、数十ｎｍから数μｍの範囲で設定される。

更に、ゲート４に続いて第２絶縁層５を堆積する。第２絶縁層５は、第１絶縁層３と同様に形成される。

更に、第２絶縁層５上に偏向電極６を堆積する（図８（ａ））。

偏向電極６も導電性を有しており、ゲート４と同じ材料で形成し、厚みも１００nmとした。次に、フォトリソグラフィー技術により、偏向電極６、第２絶縁層５、第１絶縁層３の一部及びゲート４の一部が基板１から取り除かれ、カソード２がアノード８側に露出するように開口領域が形成される（図８（ｂ））。

この開口領域は、開口部周辺に第１絶縁層３とゲート４の積層領域が配置されるように形成される。また、本エッチング工程は、カソード２上で停止しても良いし、カソード２の一部がエッチングされて停止しても良い。

また偏向電極６は、開口部の片側に面するようにストライプ状にパターニングされる。

なお、この開口領域内に、電子放出部７が形成される。ただし、この電子放出部７は、開口領域内の空間部自体が電子放出部となる場合や、カソード２と同じ材料あるいは異なる材料によって、電子放出を容易にするために所定の構造を形成する場合がある。

本工程で形成される開口領域として、例えば、ホール型やスリット型等が挙げられ、必要なビーム形状や駆動電圧等により適切な形状が選ばれるが、本実施形態では、矩形型とした。また、開口領域のサイズは、必要なビームサイズ、駆動電圧等により最適な領域から選択され、そのサイズは数ｎｍから数十μｍの範囲から選択される。

ここで、本実施形態の電子放出素子及び電子放出素子の駆動方法の場合には、アノード８の電場によってカソード２から容易に直接電子が放出するように、カソード２上に、ダイヤモンド、ＤＬＣ、ＣＮＴ、ＧＮＦなどのカーボンファイバーを配置した構造を設けて、これを電子放出部７とするのが望ましい（図８（ｃ））。

＜実施例１＞
以下に、上記実施の形態に基づいた具体的な実施例について説明する。なお電子放出素子および平面型ディスプレイの実施例については、例えば特開２００２−１００２７９に記載されている実施例とほぼ同様であるため、ここでは簡単に構成を述べるにとどめる。

本実施例に係る電子放出素子は、概略、基板１と基板１上に積層されるカソード２と、カソード２上に積層される第１絶縁層３と、第１絶縁層３上に積層されるゲート４と、更にその上の第２絶縁層５、偏向電極６、第１絶縁層３及びゲート４、第２絶縁層５、偏向電極６を貫き、カソードを露出させる開口部内の電子放出部７と、これらに対向して配置されるアノード８と、から構成される。

本実施例の電子放出素子の製造方法においては、まず、青板ガラスにＳｉＯ２を積層して形成した絶縁性の基板１上にカソード２を形成する。

カソード２は一般的に導電性を有しており、蒸着法やスパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成されるが、本実施例ではカソードの材料としてＴｉＮを選択した。

また、カソード２の厚さは、本実施例では１００nmとした。

次に、カソード２に続いて第１絶縁層３を堆積する。第１絶縁層３は、スパッタ法等の一般的な真空成膜法、熱酸化法、陽極酸化法等で形成され、その厚さは、本実施例においては、１μmとした。

更に、第１絶縁層３上にゲート４を堆積する。

ゲート４は、カソード２と同様に導電性を有しており、蒸着法やスパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形成されるが、ゲート４の材料は、本実施例においては、Ptとした。

また、ゲート４の厚さは、本実施例においては１００ｎｍとした。

更に、ゲート４に続いて第２絶縁層５を堆積する。第２絶縁層５は、第１絶縁層３と同様に形成され厚さは２μｍとした。

更に、第２絶縁層５上に偏向電極６を堆積する（図８（ａ））。

偏向電極６も導電性を有しており、ゲート４と同じ材料で形成し、厚みも１００nmとした。次に、フォトリソグラフィー技術により、偏向電極６、第２絶縁層５、第１絶縁層３の一部及びゲート４の一部が基板１から取り除かれ、カソード２がアノード８側に露出するように開口領域が形成される（図８（ｂ））。

この開口領域は、開口部周辺に第１絶縁層３とゲート４の積層領域が配置されるように形成される。また、本エッチング工程は、カソード２上で停止しても良いし、カソード２の一部がエッチングされて停止しても良い。

また偏向電極６は、開口部の片側に面するようにストライプ状にパターニングされる。

なお、この開口領域内に、電子放出部７が形成される。本実施例で形成される開口領域は、矩形型とした。また、開口領域のサイズは、本実施例では、横１０μｍ、縦１５μｍとした。

ここで、本実施例の電子放出素子の場合には、アノード８の電場によってカソード２から容易に直接電子が放出するように、カソード２上に、ダイヤモンド、ＤＬＣ、ＣＮＴ、ＧＮＦなどのカーボンファイバーを配置した構造を設けて、これを電子放出部７としている（図８（ｃ））。

（第２の実施形態）
以下に本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態において第１の実施形態と共通する構成要素には同様の符号を付し、説明についても重複する部分については省略し、異なった部分に限定して説明を行う。

図９は、本発明の第２の実施形態に係る平面型ディスプレイのパネル構造を示す。

本実施形態では、カソード２上に、Ｘ方向に延びる第１ゲート４と第２ゲート９とが平行に配置されている。すなわち、第１の実施形態におけるゲートがＸ方向に沿って２つに分割した電極構成となっている（Ｘ−Ｙ方向は第１の実施形態とは逆になっている）。図９では、Ｘ方向の配線１２は、Ｇ１１、Ｇ１２・・・Ｇ１ｍのｍ本の配線と、図示されていないが図９の手前側に引き出されるＧ２１、Ｇ２２・・・Ｇ２ｍのｍ本の配線の２×ｍ本の配線からなる。ここで、ｍ本の配線Ｇ１１、Ｇ１２・・・Ｇ１ｍは、第１ゲート４にそれぞれ接続され、ｍ本の配線Ｇ２１、Ｇ２２・・・Ｇ２ｍは、第２ゲート９にそれぞれ接続される。

ここで、低電界電子放出材料を用いた電子放出素子においては、従来技術に係る電子放出素子のように、ノーマリーオン駆動をすることで駆動電圧を抑えて素子のON/OFF動作が可能になったが、前述のように、素子の真上に電子軌道が存在する問題があった。

これに対して本発明の実施の形態においては、次のように駆動することで、そのような問題を解決している。

以下、本実施形態に係る電子放出機構について図１０、図１３、図１４を参照して詳細に説明する。

図１０は本発明の実施の形態に係る電子放出素子の模式図（（ａ）は模式的断面図，（ｂ）は模式的平面図）であり、(a)は電源を配線し電子放出した場合の電位分布及び、電
子軌道の模式図も兼ねている。

本実施形態の電子放出素子は、概略、基板１と基板１上に積層されるカソード２と、カソード２上に積層される絶縁層３と、絶縁層３上に積層される第１ゲート４と、第２ゲート９、また絶縁層３及び第１ゲート４、第２ゲート９を貫き、カソードを露出させる開口部内の電子放出部７と、これらに対向して配置されるアノード８と、から構成される。

図１１は、上述したディスプレイ構造を用いた画像形成装置の構成を示すブロック図である。

図１１に示すように、本実施形態では、Ｘ方向配線１２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子１００の行を選択するための走査回路１３０２１、１３０２２（走査信号印加手段）が接続される。走査回路１３０２１、１３０２２は、第１の実施形態において説明した走査回路１３０２と同様の構成を有する。すなわち、内部にそれぞれｍ個のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１ｍ、Ｓ２１〜Ｓ２ｍを備える。Ｓ１１〜Ｓ１ｍはＸ方向配線Ｇ１１、Ｇ１２・・・Ｇ１ｍに、Ｓ２１〜Ｓ２ｍはＹ方向配線Ｇ２１、Ｇ２２・・・Ｇ２ｍにそれぞれ接続される。ここで、スイッチング素子Ｓ１ｉとＳ２ｉとは、ともに制御回路１３０３が出力するＴSCANに基づいて同様に切り替えられる。但し、走査回路１３０２１においては、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１ｍによって、直流電圧源１３０３Ａの出力電圧Ｖ１Ｘ又は０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれかが選択される。一方、走査回路１３０２２においては、スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２ｍによって、直流電圧源１３０３Ｅの出力電圧Ｖ２Ｘ１、直流電圧源１３０３Ｆの出力電圧Ｖ２Ｘ２、又は０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれかが選択される。

一方、Ｙ方向配線１１には、Ｙ方向に配列した電子放出素子１００の各列を入力信号に応じて変調するための変調信号発生器１３０７（情報信号発生手段）が接続される。

図１０の（ａ）は本実施形態の電子放出素子の電子を放出する駆動状態（以下ONと言う）、図１２は電子放出を停止している駆動状態（以下OFFと言う）の電位分布及び電子軌
道を示しており、図１３は第１ゲート４、第２ゲート９及びカソード２への印加電圧に対する電子放出の応答を示している。

本実施形態においても、アノード８をカソード２から２ｍｍの距離を隔てた位置に設け、アノード８に１０ｋＶを印加するようにしている。

ここで、アノード８がカソード２に作用する電界をＥａ、第１ゲート４、第２ゲート９がカソード２に作用する電界をそれぞれＥｇ１,Ｅｇ２、カソード２から電子放出が開始
される閾値電界をＥｅとすると、電子を放出する駆動状態の場合には、Ｅｇ１，Ｅｇ２＜ＥeかつＥｅ＜Ｅａを満たすと共に、電子放出を停止させる場合には、Ｅｇ１，Ｅｇ２＜
ＥａかつＥａ＜Ｅｅ、または、Ｅａ＜Ｅｇ１，Ｅｇ２かつＥｇ１，Ｅｇ２＜Ｅｅを満たすように、ゲート４に電圧を印加することが必要である。

図１０（ａ）に示す状態では、カソード２に電子放出が開始される閾値電界Ｅｅより大きな電界Ｅａがアノード８から印加され、電子放出が起こるON状態であり、さらに、Ｅｇ１＜Ｅｇ２とすることにより、第２ゲート９からの電場の影響を受けて電子軌道が偏向し
て電子放出部の真上から外れた位置でアノード８に当たっていることを示している。

一方、図１２に示す状態では、第１ゲート４及び第２ゲート９に負の電圧が印加され、アノード８による電界ＥａがＥｅ＞Ｅａとなり、素子はOFFする。

すなわち、本実施形態の場合には、図１３に示す時間応答のように、第１ゲート４及び第２ゲート電圧９に負電圧（−５０Ｖ）を印加する状態では電子放出が停止し、第１ゲート４に電圧を印加せず（０Ｖ）、第２ゲート９には若干の正電圧（偏向電圧：１５Ｖ）を印加した状態では、カソード２が正電圧（５０Ｖ）である場合には電子が放出されず、カソード２に電圧を印加しない（０Ｖ）場合には電子放出が行われ、パルス幅変調が可能になる。

図１４に本実施形態に係る画像形成装置のタイミングチャートを示す。

アノード８に１０ｋＶの電位が印加される以前に、第１ゲート４及び第２ゲート９の電位を０Ｖから−５０Ｖに変化させておく。ここで、アノード８に１０ｋＶの電位が印加されるときには、第１ゲート４及び第２ゲートの電位はともに−５０Ｖであるから、カソード２の電位にかかわらずカソード２の電子は放出されない。その後、アノード８に１０ｋＶの電位が印加された状態で、第１ゲート４の電位を０Ｖ、第２ゲート９の電位を１５Ｖとすることにより、電子放出素子の各行を選択するとともに、情報信号に応じた期間だけカソード２の電位を５０Ｖから０Ｖへと変化させる。また、アノード８への電位の印加を停止するときには、第１ゲート４、第２ゲート９とも−５０Ｖに維持しておき、アノード８への電位が０Ｖに戻った後に、第１ゲート４及び第２ゲート９の電極を０Ｖに戻す。このようにすれば、アノード８への電位の印加時及び停止時に、放出された電子によりディスプレイが異常発光することを防止することができる。

このように、本実施形態の電子放出素子の場合には、アノード８によって形成する電界によって、直接カソード２から電子を放出させる構成であって、アノード８に対して一定電圧を印加した状態のまま、第１ゲート４、第２ゲート９、カソード２に対する印加電圧を制御することによって、電子の放出及び停止を制御することができる。

尚且つ、第２ゲート９に印加された電圧によってON時の電子軌道が偏向することで電子放出部７直上でアノード８に電子ビームが衝突することがなくなるのでこれによるイオンの発生によって電子放出部７にイオンが降り注ぐことが少なくなり、素子特性の劣化を誘発することがなくなった。

一方、ディスプレイの駆動を制御する方法、特に、電源オン及び／又はオフ時に抑制する方法としては、アノード８に１０ｋＶの電圧を印加開始するときに、第１ゲート４の電位に係らず、アノード８が電子放出を生起する電位となる以前に、電子放出抑制手段としても機能する第２ゲート９に−５０Ｖのような遮断電位を与えておく方法であってもよい。また、電源供給を止めるような場合には、第１ゲート４への遮断電圧を印加に係らず、第２ゲート９を遮断電位に保ち、アノード電位が電子放出を伴わない電位以下に低下するまで、その電位を維持してから、第２ゲート９の電源１３０３Ｅがオフするように制御する。こうすれば、カソード・アノード間に電子放出を生起せしめる電位差が生じていたとしても、イオン照射や異常表示は抑制される。

以上のような電源の制御は、主電源スイッチやリモコンの電源スイッチに連動して働く制御回路１３０３によって、各電源を連携制御することにより達成できる。

図１５は本実施形態の電子放出素子の製造工程図である。

基板１及びその上のカソード２、絶縁層３、ゲート４については、第１の実施形態と同様に同材料、同プロセスを用いて作成した（図１５（ａ））。

次に、フォトリソグラフィー技術により、絶縁層３の一部及びゲート４の一部が基板１から取り除かれ、カソード２がアノード８側に露出するように開口領域が形成される（図１５（ｂ））。このときゲートは図１０(ｂ)に示した通り第１ゲート４と第２ゲート９に分かれるようにパターニングされ電気的にも分割される。

この開口領域は、開口部周辺に絶縁層３と第１ゲート４及び第２ゲートの積層領域が配置されるように形成される。また、本エッチング工程は、カソード２上で停止しても良いし、カソード２の一部がエッチングされて停止しても良い。

なお、この開口領域内に、電子放出部７が形成される（図１５（ｃ））。ただし、この電子放出部７は、開口領域内の空間部自体が電子放出部となる場合や、カソード２と同じ材料あるいは異なる材料によって、電子放出を容易にするために所定の構造を形成する場合がある。

本工程で形成される開口領域には、ホール型やスリット型等が挙げられ、必要なビーム形状や駆動電圧等により適切な形状が選ばれるが、本実施例でも矩形型とし横１０μｍ、縦１５μｍとした。

ここで、本実施例の電子放出素子及び電子放出素子の駆動方法の場合には、アノード８の電場によってカソード２から容易に直接電子が放出するように、カソード２上に、ダイヤモンド、ＤＬＣ、ＣＮＴ、GNFなどのカーボンファイバーを配置した構造を設けて、こ
れを電子放出部７とするのが望ましい。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図１６を用いて説明する。本実施形態の電子源基板１、カソード２、絶縁層３、第１ゲート４、第２ゲート９、電子放出部７については第２の実施形態と同じであり、電圧の印加の仕方も図１３と同じであるので説明は省略する。

本実施形態に係るディスプレイの特徴は、図１６に示すようにブラックストライプと称される画像形成を妨げる部材である黒色導電体３０を蛍光体２８を分割する形で形成している。更に図に示したように遮光体としてのブラックストライプ３０は電子放出部７に対向する配置している。ここで図１６の（ａ）は通常のＯＮ状態を示しており、図１３に示した通り第１ゲートが０Ｖ、第２ゲートが+１５Ｖで駆動されているため電子軌道は偏向
してアノード８上の蛍光体２８に当たり発光している。

ところが、画像表示装置の電源が切れて第１ゲート４、第２ゲート９共に０Ｖに低下した場合、アノード８には高圧でチャージされた電荷が存在しているため、すぐにアノード電圧が低下しない場合があるが、その場合の電子軌道を示したのが図１６の（ｂ）である。この場合は、電子軌道が電子放出部７の真上になるため、電子はブラックストライプ３０に当たり発光が起こらない。

図１７に本実施形態に係る画像形成装置のタイミングチャートを示す。

本実施形態では、アノード８の電位が０Ｖから１０ｋＶに変化したタイミングで第１ゲート４及び第２ゲートの電位を−５０Ｖに変更する。その後、各行を選択するために第１ゲート４及び第２ゲートにそれぞれ０Ｖ及び＋１５Ｖの電位のパルスを入力する。また、
アノード８への１０ｋＶの電位の印加の停止の同じタイミングで、第１ゲート４及び第２ゲートにともに−５０Ｖを印加した状態から、ともに電位の印加を停止し、０Ｖに戻す。

このように、ブラックストライプを電子放出膜の直上に配置することで電源オフ（停電などの場合を含む）時にも、画面が異常発光してユーザーに違和感を与えることが無くなった。また第１、第２の実施形態と同様に、電子軌道が偏向することにより電子放出部７直上でアノード８に電子ビームが衝突することがなくなるので、これによるイオンの発生によって電子放出部にイオンが降り注ぐことが少なくなり、素子特性の劣化を誘発することがなくなった。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図１８、図１９を用いて説明する。本実施形態の電子源基板１、カソード２、絶縁層３、第１ゲート４、第２ゲート９、電子放出部７については第２実施形態と同じであり、電圧の印加の仕方も図８と同じであるので説明は省略する。

本実施形態の特徴は、図１８及び図１９に示すように電子ビーム遮蔽体（電子遮蔽部材）と呼ぶ導体板１５を電子源基板１とアノード８の間に配置していることである。更に、図１９に示したように電子ビーム遮蔽体５は電子放出部７に対向する位置以外の位置に、電子軌道が通るための開口部１６が設けられている。この全体の形状は実施形態で示した図２と同様である。また電子ビーム遮蔽体１５の電位は、電子源基板１とアノード８に印加されるアノード電圧による電界を乱さないように、電子源基板１との距離ａとアノード８との距離ｂからほぼＶｓ≒a/(a+b)*Ｖaに保たれる。

ここで図１９の（ａ）は通常のＯＮ状態を示しており、図１３に示した通り第１ゲート４が０Ｖ、第２ゲート９が+１５Ｖで駆動されているため電子軌道は偏向してアノード基
板２６上の蛍光体に当たり発光している。

ところが、画像表示装置の電源が切れて第１ゲート４、第２ゲート９共に０Ｖに低下した場合、アノード８には高圧でチャージされた電荷が存在しているため、すぐにアノード電圧が低下しない場合があるが、その場合の電子軌道を示したのが図１９の（ｂ）である。この場合は、電子軌道が電子放出部７の真上になるため、電子は電子ビーム遮蔽体２２に当たり発光が起こらない。

図２０に本実施形態に係る画像形成装置のタイミングチャートを示す。

本実施形態における、アノード８、第１ゲート４及び第２ゲートに対する電位制御は、第３の実施形態の場合と同様である。但し、本実施形態では、電子ビーム遮蔽体２２に対しても電位制御を行っている。すなわち、アノード８の電位を０Ｖから１０ｋＶに変化させるのと同じタイミングで、電子ビーム遮蔽体２２の電位も０Ｖから所定の電位Ｖｓ［Ｖ］に変化させ、アノード８の電位を１０ｋＶから０Ｖに変化させるのと同じタイミングで、電子ビーム遮蔽体２２の電位もＶｓ［Ｖ］から０Ｖに変化させる。

このように、電子ビーム遮蔽体２２を電子放出膜の直上に配置することで電源オフ（停電などの場合を含む）時にも、画面が異常発光してユーザーに違和感を与えることが無くなった。また第１及び第２の実施形態と同様に、電子軌道が偏向することで電子放出部７直上でアノード８に電子ビームが衝突することがなくなるのでこれによるイオンの発生によって電子放出部７にイオンが降り注ぐことが少なくなり、素子特性の劣化を誘発することがなくなった。

図１は本発明の第１の実施形態に係るディスプレイパネルの斜視図である。 図２は本発明の第１の実施形態に係る他のディスプレイパネルの斜視図である。 図３は本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。 図４は本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の電子放出機構を説明する図である。 図５は本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置における電子放出オフ時の状態を示す図である。 図６は本発明の第１の実施形態に係る電子放出素子の駆動電圧に対する応答を示す図である。 図７は本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置における駆動電圧のタイミングチャートである。 図８は本発明の第１の実施形態に係る電子放出素子の製造工程を示す図である。 図９は本発明の第２の実施形態に係るディスプレイの斜視図である。 図１０（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の電子放出機構を説明する図であり、図１０（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る電子放出素子の構造を示す模式的平面図である。 図１１は本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。 図１２は第２の実施形態に係る画像形成装置における電子放出オフ時の状態を示す図である。 図１３は第２の実施形態に係る電子放出素子の駆動電圧に対する応答を示す図である。 図１４は第２の実施形態に係る画像形成装置における駆動電圧のタイミングチャートである。 図１５は第２の実施形態に係る電子放出素子の製造工程を示す図である。 図１６（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る画像形成装置における電子放出オン時の状態を示す図であり、図１６（ｂ）は同電子放出オフ時の状態を示す図である。 図１７は本発明の第３の実施形態に係る画像形成装置における駆動電圧のタイミングチャートである。 図１８は本発明の第４の実施形態に係るディスプレイの斜視図である。 図１９は本発明の第４の実施形態に係る画像形成装置における電子放出オン時の状態を示す図であり、図１９（ｂ）は同電子放出オフ時の状態を示す図である。 図２０は本発明の第４の実施形態に係る画像形成装置における駆動電圧のタイミングチャートである。 図２１は従来のノーマリーオン型の電子放出素子駆動状態を説明する概念図である。

符号の説明

１００ 電子放出素子
２ カソード
４ （第１）ゲート
９ 第２ゲート
７ 電子放出膜
６ 偏向電極
２６ フェースプレート
２７ アノード基板
２８ 蛍光体
２９ メタルバック
３０ ブラックストライプ
１５ 電子ビーム遮蔽体

Claims (5)

1. カソード、ゲート及びアノードと、
   前記カソードに設けられ、カソードとアノードとの間のみ電圧を印加した状態において電子放出を行い得る電子放出体と、
   前記電子放出体に対向して配置され、前記電子放出体から放出された電子が衝突することによる発光を利用して画像を形成する画像形成部材と、
   カソードとゲートとの間に遮断電圧を印加し、前記電子放出体からの電子放出を停止するための駆動手段と、
   カソードとアノードとの間の電圧によって前記電子放出体から放出され、前記アノードに向かう電子の軌跡を偏向させる偏向手段と、
   を備え、
   前記カソードはリアプレートに設けられ、前記アノードと前記画像形成部材と電子の衝突による画像形成を妨げる部材とが前記リアプレートに対向するフェースプレートに設けられており、
   前記電子の衝突による画像形成を妨げる部材が、前記フェースプレートのうちの、前記カソードと前記アノードとの間のみに電圧を印加した場合に電子が照射される領域に位置することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記電子放出体は、炭素を主成分とする膜状部材である請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記炭素を主成分とする膜状部材は、フラーレン、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、繊維状カーボン（カーボンファイバー）、グラファイトナノファイバー（ＧＮＦ）のいずれかである請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記偏向手段は、前記カソードに対する電位を前記ゲートとは独立に制御し得る別のゲートを含む請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記偏向手段は、前記ゲートとアノードの間に設けられ、前記カソードとアノードとの
   間の電位分布の偏りを生じさせる電位が与えられる偏向電極を含む請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置。
   

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