JPH06289814A - 電子源及びこれを用いた画像形成装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 輝度変化，色変化の小さい安定な画像表示を
可能にする画像形成装置の駆動方法を提供する。 【構成】 電圧制御型負性抵抗特性を有する電子放出素
子８４を単純マトリクス配線した電子源と、蛍光体８８
とを具備する画像形成装置を、該電子放出素子８４の電
流電圧静特性における最大素子電流の半分の素子電流と
なる２つの電圧のうちの高電圧側の電圧以上で、且つ該
電子放出素子の電子放出のしきい値電圧以下の電圧を半
選択素子に印加する駆動方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子源およびその応用
である表示装置等の画像形成装置にかかわり、特に表面
伝導型放出素子を多数個備える電子源およびその応用で
ある表示装置等の画像形成装置の駆動方法に関する。

【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。冷陰極電子源には
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）や表面伝導型放出素子（以下
ＳＣＥと略す）等がある。ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．
Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいは
Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐ
ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ
ｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏ
ｌｙ ｂｄｅｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等が知られて
いる。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ，
“Ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｍｐｌ
ｉｆｉｅｒ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４
６（１９６１）等が知られている。

【０００４】ＳＣＥ型の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎ
ｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｙ
ｓ．，１０，（１９６５）等がある。

【０００５】ＳＣＥ型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ＳｎＯ₂ 薄膜を
用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅ
ｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”，９，３１
７（１９７２）］，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるも
の［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓ
ｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎ
ｆ．”，５１９（１９７５）］、カーボン薄膜によるも
の［荒木久他：真空、第２６巻、第１号、２２頁（１９
８３）］等が報告されている。

【０００６】これらの表面伝導型放出素子の典型的な素
子構成として前述Ｍ．ハートウェルの素子構成を図１９
に示す。同図において１は絶縁性基板である。２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３が形成さ
れる。４は電子放出部を含む薄膜と呼ぶことにする。
尚、図中のＬ１は、０．５〜１ｍｍ、Ｗは、０．１ｍｍ
で設定されている。

【０００７】従来、これらの表面伝導型放出素子におい
ては、電子放出を行う前に電子放出部形成用薄膜２を予
めフォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部
３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２の両端に電圧を印加通
電し、電子放出部形成用薄膜を局所的に破壊、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３を形成することである。尚、電子放出部３は電子放
出部形成用薄膜２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。以下フォーミングにより形成し
た電子放出部を含む電子放出部形成用薄膜２を電子放出
部を含む薄膜４と呼ぶ。前記フォーミング処理をした表
面伝導型放出素子は、上述電子放出部を含む薄膜４に電
圧を印加し、素子に電流を流すことにより、上述電子放
出部３より電子を放出せしめるものである。しかしなが
ら、これら従来の表面伝導型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。

【０００８】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。例えば、
荷電ビーム源、表示装置等があげられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】つぎに、上記従来知ら
れてきた表面伝導型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。

【００１０】すなわち、例えば、特公昭４５−３１６１
５においては、図２０および図２１に示すように、直列
に接続された横電流型電子放出体２４１と、これと格子
を形成するごとく配置された帯状の透明電極２４４の間
に小さな孔２４５を有するガラス板２４３を、その孔２
４５が丁度前述の格子の交点にくるように配置しその孔
２４５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２４１と加速電圧Ｅ２の加えられた透明電極２
４４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。

【００１１】前記特公昭４５−３１６１５のなかに横電
流型電子放出体に関する詳しい説明はないが、記載され
た材料（金属薄膜、ネサ膜）やネック部２４２の構造が
従来技術の項で述べた表面伝導型放出素子と同一である
ことからこの範疇に含まれるものと考えられる（尚、本
願発明者らが用いた表面伝導型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）。

【００１２】上記表示装置においては、以下に述べるよ
うな３つの問題点があった。

【００１３】（問題点１）上記表示装置においては、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。この原因としては、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、およ
び、横電流型電子放出素子の出力が実験例として紹介さ
れているような１５ｍｍＨｇ程度の圧力下では必ずしも
安定でない事などがあげられる。このため、かかる表示
装置は多階調の表示が困難であり、使用用途が限定され
た。

【００１４】（問題点２）上記表示装置においては、封
入するガス種を変える事により発光色を変えることが可
能だが、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放電発光の最適圧力も異
なる場合が多い。したがって、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３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。

【００１５】（問題点３）上記表示装置においては、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、等の構成要素を組み合せて成るた
め、構造が複雑であり、しかも位置ずれに対する許容誤
差が小さい。したがって、製造に手間がかかり、安価に
提供する事が困難であった。また、前記特許公報中に例
示されたように、放電発光のしきい値電圧が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が、これも、表示装置
の製造費用を増大させるもととなっていた。

【００１６】以上に示した３つの問題点により、かかる
表示装置はテレビジョン受像機などに広く応用されるに
は至っていない。

【００１７】本発明は、かかる従来の問題を鑑みて、簡
易な構成でかつ容易に、多数素子からなる電子源より任
意の素子を選択し、放出電子量を制御する電子源及び該
電子源と対向した位置に蛍光体を配置した表示装置等の
画像形成装置において、消費電力の増大を防止すると共
に、放出電流量の制御性の向上を可能とする駆動方法を
提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために成された本発明は、電圧制御型負性抵抗特性
を有する多数個の電子放出素子を行列状に単純マトリク
ス配線した電子源の駆動方法において、該電子放出素子
の電流電圧静特性における最大素子電流の半分の素子電
流となる２つの電圧のうちの高電圧側の電圧以上で、且
つ該電子放出素子の電子放出のしきい値電圧以下の電圧
を半選択素子に印加することを特徴とする電子源の駆動
方法であり、また、電圧制御型負性抵抗特性を有する多
数個の電子放出素子を行列状に単純マトリクス配線した
電子源と、該電子源から放出された電子の照射により画
像を形成する蛍光体とを具備する画像形成装置の駆動方
法において、該電子放出素子の電流電圧静特性における
最大素子電流の半分の素子電流となる２つの電圧のうち
の高電圧側の電圧以上で、且つ該電子放出素子の電子放
出のしきい値電圧以下の電圧を半選択素子に印加するこ
とを特徴とする画像形成装置の駆動方法であり、更に
は、前記電子放出素子が、表面伝導型放出素子であるこ
とを特徴とする上記の電子源又は画像形成装置の駆動方
法である。

【００１９】尚、本発明に係る前記電子放出素子は、電
圧制御型負性抵抗特性を有する電子放出素子であれば、
表面伝導型放出素子に限るものではなく、例えばＭＩＭ
素子等であってもよい。

【００２０】以下に、特に表面伝導型放出素子の構成と
製造方法及びその特性の一例を、例えば特開平１−２７
９５４２等を参考にして説明する。

【００２１】本発明者らは、ＭＩＭ素子、表面伝導型放
出素子等の冷陰極素子の、とりわけ電流−電圧特性に着
目することで本発明に至ったものであり、本発明は特に
後述する電圧制御型負性抵抗特性を有する電子放出素子
に関わるものである。

【００２２】本発明に関わる電圧制御型負性抵抗特性を
有する電子放出素子の作成方法には種々の方法がある
が、以下にその一例を図１０を用いて説明する。

【００２３】図１０は本発明にかかわる表面伝導型放出
素子の基本的な構成を示すものであり、図１０（ａ）は
平面図、図１０（ｂ）は側面図である。同図において、
１は絶縁性基板、５と６は素子電極、４は微粒子を含む
薄膜導電体、３は電子放出部である。

【００２４】素子電極素子電極５，６と、微粒子を含む
薄膜導電体４は、従来のものと同様に、基板１上に設け
られる。この基板１の材料としては、例えばガラス、石
英等の絶縁材料が用いられる。

【００２５】素子電極５，６は、相対向して設けられる
ので、例えば真空成膜プロセスとフォトリソプロセス等
の通常よく用いられる方法で形成することができる。こ
の素子電極５，６の材料は、一般的な導電材料で、例え
ばＮｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ等の金属や、Ｓ
ｎＯ₃，ＩＴＯ等の酸化物を用いることができる。

【００２６】素子電極５，６の厚みｄは、数百Åから数
μｍ程度が好ましい。また、素子電極５，６は相対向し
ているもので、この対向間隔Ｌ１は数百Å〜数十μｍが
好ましく、対向幅Ｗ１は数μｍ〜数百μｍ程度が好まし
い。但し、これらの範囲はおおよその目安であって、素
子の使用条件等によってはこの範囲外のものとしてもさ
しつかえない。

【００２７】本発明における微粒子としては、低仕事関
数で高融点かつ低蒸気圧という性質をもつ通常の陰極材
料や、従来のフォーミング処理によって電子放出部３を
形成する材料や、二次電子放出効率の高い材料の微粒子
が好適で、その粒径は数十Å〜数μｍが好ましい。

【００２８】具体的には、例えばＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，Ｙ
Ｂ₄，ＣｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔ
ａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，Ｈｆ
Ｎ等の窒化物、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒ
ｅ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａ
ｌ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｐｂ，Ｐｄ，Ｃｓ等の金属、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，Ｓｂ₂Ｏ₃等の金属酸化物、Ｓｉ，Ｇ
ｅなどの半導体、カーボン，Ａｇ，Ｍｇ等の微粒子を挙
げることができ、これらを一種又は二種以上が混合され
たものでもよい。

【００２９】上記微粒子を含む薄膜導電体４とは、上記
微粒子が密に分布する連続微粒子膜の構造を有し、か
つ、電気抵抗が１０³〜１０⁷Ω／□（シート抵抗）程度
のものをいう。また、この連続微粒子膜中の一部に微粒
子の不連続を有しても何ら支障をきたさない。

【００３０】微粒子を含む薄膜導電体４は、素子電極
５，６の対向部間に確実に付設することができれば、基
板１に素子電極５，６を付設した後に付設しても、素子
電極５，６の付設に先立って付設してもよい。図１０に
示されるものは、素子電極５，６の付設後にその上から
薄膜導電体４を付設したものとなっている。

【００３１】上記薄膜導電体４の付設は、例えばガスデ
ポジションや真空蒸着（初期膜の状態）の他、次のよう
にしても行うことができる。

【００３２】まず、有機分散媒に前記材質又は前記材質
を含む化合物の微粒子と必要に応じて添加剤を加え、撹
拌して、ほぼ均一に微粒子が分散された微粒子分散液を
調整する。次いで、この微粒子分散液を、基板１（素子
電極５，６の付設前又は後）の表面に、例えばデッピン
グやスピンコート等の方法で塗布し、分散媒を蒸発除去
でき、また化合物使用のときはこれを分解し得る温度と
時間、焼成を行う。

【００３３】上述のようにすることによって、微粒子を
含む薄膜導電体４が、素子電極５，６の対向部間（図１
０に示される間隔Ｌ１の箇所）に付設される。この薄膜
導電体４は、例えば素子電極５，６の付設後に設けた場
合、図１０に示されるように、素子電極５，６の対向部
間以外の素子電極５，６上にも付設されがちとなるが、
素子電極５，６の対向部間以外の薄膜導電体４には実質
的に電圧が印加されないので、何ら支障をきたさない。

【００３４】前記有機分散媒としては、微粒子を変質さ
せることなく分散させることができるものであればよ
く、例えば酢酸ブチル、アルコール類、メチルエチルケ
トン、シクロヘキサン及びこれらの混合物等を用いるこ
とができ、微粒子の種類に応じて選択すればよい。

【００３５】前記添加剤は、微粒子の分散を促進するも
ので、例えば通常良く知られている表面活性剤等の分散
補助剤等を用いることができる。

【００３６】前記焼成温度と時間は、使用する有機分散
媒の種類、塗布量等によっても相違するが、通常２００
〜１０００℃で０．１〜１時間程度である。

【００３７】微粒子分散液の固形分濃度と塗布回数（塗
布量）は、所望の薄膜導電体４の特性、ひいては所望の
電子放出部３の特性に応じて調整する。即ち、前記１０
³〜１０⁷Ω／□（シート抵抗）の電気抵抗の薄膜導電体
４が得られる範囲で微粒子分散液の固形分濃度と塗布量
を定めればよい。固形分濃度と塗布量が大き過ぎると薄
膜導電体４の電気抵抗が低くなり過ぎ、逆に固形分濃度
と塗布量が小さ過ぎると、薄膜導電体４の電気抵抗が高
くなり過ぎ、いずれの場合も良好な表面伝導型放出素子
が得にくくなる。

【００３８】本発明における電子放出部３は、通電処
理、即ちフォーミング処理によって、含有されている微
粒子が島となって不連続状態膜化した、素子電極５，６
間の薄膜導電体４部分で、素子電極５，６間の薄膜導電
体４全体が電子放出部３となっていても、その一部が電
子放出部３となっていてもよい。

【００３９】上記通電処理は、大気中で行ってもよい
が、素子損傷防止のため、真空下又は不活性ガス下で行
うことが好ましい。また、通電処理時に印加する電圧
は、希望する表面伝導型放出素子の特性に応じて調整す
ることが好ましい。

【００４０】尚、本発明にかかわる電子放出素子は、上
述の製法に限るものではなく、上述の製法の一部を変更
しても良い。

【００４１】図１１は、図１０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。図１１において、１は絶縁性基体、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、１３１は素子に素子電圧Ｖｆを印
加するための電源、１３０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、１３４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、１３３はア
ノード電極１３４に電圧を印加するための高圧電源、１
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。

【００４２】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１３
１と電流計１３０とを接続し、該電子放出素子の上方に
電源１３３と電流計１３２とを接続したアノード電源１
３４を配置している。また、本電子放出素子及びアノー
ド電極１３４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、所望の真空下で本素子の測定評
価を行えるようになっている。

【００４３】なお、アノード電極の電圧は１ｋＶ〜１０
ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは３ｍｍ
〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００４４】図１１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，Ｉｆ’と素子電
圧Ｖｆの関係の一例を図１２に示す。

【００４５】本発明に関わる表面伝導型放出素子におい
ては、該素子に印加される素子電圧に対して該素子に流
れる素子電流は、素子電圧の昇圧レートによって二種類
の特性Ｉｆ，Ｉｆ’を示す。素子電流Ｉｆは素子電圧の
昇圧レートを１Ｖ／分程度以下で測定したもので、これ
を素子電流の静特性（破線）とよび、素子電流Ｉｆ’は
昇圧レートを１Ｖ／１秒程度以上で測定したものでこれ
を素子電流の動特性（実線）とよぶ。静特性において、
図１２に示すように電圧を上昇させると一旦は素子電流
Ｉｆは増加するが、その後素子電流Ｉｆが減少する特性
を示し、これを通常、電圧制御型負性抵抗特性という。
又、動特性において、素子に電圧を印加し続けると静特
性（破線）を包絡線とする特性（一点鎖線）に、ある時
定数で徐々に変化する。つまり、動特性測定で素子電圧
を１６Ｖ印加した直後は図の実線で示す高抵抗な素子電
流Ｉｆ’特性を示すが、その後、例えば７Ｖの素子電圧
を印加し続けると、ある時定数で図の一点鎖線で示す低
抵抗な素子電流Ｉｆ’特性に変化する。又、低抵抗な素
子電流Ｉｆ’特性から１６Ｖの電圧を印加すると、１μ
秒以下の高スピードで高抵抗な素子電流Ｉｆ’に変化す
る。本発明における表面伝導型放出素子は以上説明した
電圧制御型負性抵抗特性という素子固有の特性を有する
ものである。尚、表面伝導型放出素子の中には電圧制御
型負性抵抗特性を示さないものもある。

【００４６】又、上述した高抵抗状態から低抵抗状態の
特性に変化する時定数の値は、素子の材料や構成など様
々な要因で変化するが、おおよそ数十秒から数時間程度
の値である。又、上述した昇圧レートは一例であり上述
時定数に応じて測定する必要がある。

【００４７】次に、本発明にかかわる電子源及び画像形
成装置について述べる。

【００４８】本発明にかかわる電子源の構成について、
図１３を用いて説明する。１６１は絶縁性基板、１６２
はＸ方向配線、１６３はＹ方向配線、１６４は表面伝導
型放出素子、１６５は結線である。ｍ本のＸ方向配線１
６２とｎ本のＹ方向配線１６３は、不図示の層間絶縁層
により電気的に分離されてマトリックス配線を構成し、
これらの配線には表面伝導型放出素子１６４の対向する
１対の素子電極（不図示）がそれぞれ結線される。

【００４９】尚、このｍ，ｎは共に正の整数である。

【００５０】尚、ｍ本のＸ方向配線１６２とｎ本のＹ方
向配線１６３と結線１６５と素子電極の導電性金属は、
Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒｕ
Ｏ₂ 、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
導体及びポリシリコン等の半導体導体材料等より適宜選
択される。

【００５１】また、前記Ｘ方向配線１６２には、Ｘ方向
に配列する表面伝導型放出素子１６４の行を任意に走査
するための走査信号を印加するための不図示の走査信号
発生手段と電気的に接続されている。

【００５２】一方、Ｙ方向配線１６３には、Ｙ方向に配
列する表面伝導型放出素子１６４の列の各列を任意に変
調するための変調信号を印加するための不図示の変調信
号発生手段と電気的に接続されている。

【００５３】更に、各表面伝導型放出素子に印加される
駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号
の差電圧として供給されるものである。

【００５４】つぎに、以上のようにして作成した電子源
を用いた表示等にもち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。図８は画像形成装置の基本構成
図であり、図９は該画像形成装置に用いられる蛍光膜の
パターンである。８１は上述のようにして電子放出素子
を作製した電子源、８２は電子源８１を固定したリアプ
レート、９０はガラス基板８７の内面に蛍光膜８８とメ
タルバック８９等が形成されたフェースプレート、８３
は支持枠であり、リアプレート８２及びフェースプレー
ト９０をフリットガラス等で封着して、外囲器９１を構
成する。

【００５５】外囲器９１は上述の如く、フェースプレー
ト９０、支持枠８３、リアプレート８２で構成したが、
リアプレート８２は主に電子源８１の強度を補強する目
的で設けられるため、電子源８１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート８２は不要であり、電子源
８１に直接支持枠８３を封着し、フェースプレート９
０、支持枠８３、電子源８１にて外囲器９１を構成して
も良い。

【００５６】蛍光膜８８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、図９に示
されるように蛍光体の配列によりブラックストライプあ
るいはブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導電材９
２と蛍光体９３とで構成される。ブラックストライプ、
ブラックマトリクスが設けられる目的は、カラー表示の
場合必要となる三原色蛍光体の、各蛍光体９３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８８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。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。

【００５７】ガラス基板８７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、沈澱法や印刷法が用い
られる。

【００５８】また、蛍光膜８８の内面側には通常メタル
バック８９が設けられる。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９０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。フェースプレート９０に
は、更に蛍光膜の導電性を高めるため、蛍光膜８８の外
面側に透明電極（不図示）を設けてもよい。

【００５９】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なう必要がある。

【００６０】外囲器９１は、不図示の排気管を通じ、１
０のマイナス６乗［Ｔｏｒｒ］程度の真空度にされ、外
囲器９１の封止をおこなわれる。

【００６１】尚、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍとＤｙ
１ないしＤｙｎを通じ対向する素子電極間に電圧を印加
し、上述のフォーミングを行い、電子放出部を形成し電
子放出素子８４を作製する。また、外囲器９１の封止後
の真空度を維持するために、ゲッター処理を行なう場合
もある。これは、外囲器９１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９１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、たとえば１×１０マイナス５乗ないしは１×１
０マイナス７乗［Ｔｏｒｒ］の真空度を維持するもので
ある。

【００６２】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎ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８９、あるいは透明電極（不図示）に数ｋＶ
以上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜８８
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。

【００６３】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、画像装置の用途に適するよう適宜
選択する。

【００６４】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。またこの際、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。

【００６５】次に本発明の駆動方法について説明する。

【００６６】前述のような構成を有する表示パネルで、
表示動作を行う為の電気回路構成を以下に例示する。

【００６７】図１は、本発明の駆動方法の一実施態様に
係り、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号にもとずきテレビジョ
ン表示を行う為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。図中、１１は前記表示パネルであ
り、１２は走査回路、１３は制御回路、１４はシフトレ
ジスタ、１５はラインメモリ、１６は同期信号分離回
路、１７は変調信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流電圧
源である。

【００６８】以下、各部の機能を説明してゆくが、まず
表示パネル１１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している。このうち、端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍには、前記表示パネル内に設けられている電
子源、すなわちＭ行Ｎ列の行列状にマトリクス配線され
た表面伝導型放出素子群を一行（Ｎ素子）ずつ順次駆動
してゆく為の走査信号が印加される。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
の表面伝導型放出素子の各素子の出力電子ビームを制御
する為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、たとえば１０ｋ［Ｖ］の直流
電圧が供給されるが、この値に限るものではなく、これ
は表面伝導型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為の加速
電圧である。

【００６９】次に、走査回路１２について説明する。同
回路は、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、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１１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１３が出力する制御信号Ｔ_SCANにもとず
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。

【００７０】尚、前記直流電圧源Ｖｘは、本実施態様例
の場合には前記図１２で例示した表面伝導型放出素子の
特性（図１２で示されるＩ−Ｖ特性を有する素子におい
ては電子放出しきい値電圧が１０［Ｖ］）にもとずき、
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
しきい値電圧以下となるよう、一定電圧Ｖｘを出力する
よう設定されている（この点については、後であらため
てふれる。）。

【００７１】また、制御回路１３は、外部より入力する
画像信号にもとず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働きをもつものである。次に説明
する同期信号分離回路１６より送られる同期信号Ｔ_SYNC
にもとずいて、各部に対してＴ_SCANおよびＴ_SFT および
Ｔ_MRY 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６を用いて詳しく説明する。

【００７２】同期信号分離回路１６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、良く知られている
ように周波数分離（フィルター）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１６により
分離された同期信号は、良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、
Ｔ_SYNC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ＤＡＴＡ信号と
表すが、同信号はシフトレジスタ１４に入力される。

【００７３】シフトレジスタ１４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１３より送られる制御信号Ｔ_SFT にもとずいて動作
する（すなわち、制御信号Ｔ_SFT は、シフトレジスタ１
４のシフトクロックであると言い換えても良い。）。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、Ｉ
_D1ないしＩ_DNのＮ個の並列信号として前記シフトレジス
タ１４より出力される。

【００７４】ラインメモリ１５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１３より送られる制御信号Ｔ_MRY にしたがって
適宜Ｉ_D1ないしＩ_DN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１７に入力される。

【００７５】変調信号発生器１７は、前記画像データ
Ｉ’_D1ないしＩ’_DNの各々に応じて、表面伝導型放出素
子の各々を適切に駆動変調する為の信号源で、その出力
信号は、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて表示パネル１
１内の表面伝導型放出素子に印加される。

【００７６】先に図１２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１２のＩｅのグ
ラフから明らかなように、明確な電子放出しきい値電圧
Ｖｔｈ（図１２の素子では１０［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。

【００７７】また、電子放出しきい値以上の電圧に対し
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。

【００７８】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７（ａ）に示すように電子放出閾値
電圧以下の電圧（例えば７Ｖ）を印加しても電子放出は
生じないが、図７（ｂ）のように電子放出閾値電圧以上
の電圧を印加する場合には電子ビームが出力される。

【００７９】その際、パルスの幅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。

【００８０】即ち、変調信号発生器１７として、一定の
波高値の電圧パルスを発生すると共に、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で電子放出量を制御でき
る。

【００８１】以上、図１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２ないし図５を
用いて前記表示パネル１１の動作についてより詳しく説
明しておく。

【００８２】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１１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。

【００８３】図２に示すのは、６行６列の行列状に表面
伝導型放出素子をマトリクス配線した電子源であり、説
明上、各素子を区別する為に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。

【００８４】このような電子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Ｖｘ［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。

【００８５】たとえば、図３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、たとえば１００
［フートランバート］相当であるとする。前記表示パネ
ル１１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
性の表面伝導型放出素子を用いたが、この場合には１０
０［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。）。

【００８６】そこで、図３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
４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Ｄｙ６を
通じて電子源に印加する電圧値を示したもので、一般に
は、Ｄ（１，１），Ｄ（５，１），Ｄ（６，１）のよう
に図中白ぬきで示される素子には電圧を印加しない為に
Ｖｙ［Ｖ］はＶｘ［Ｖ］に設定される。これは、図中白
ぬきで示される素子に電圧を印加すると多大な電流が流
れる為、消費電流が増大したり、配線で電圧が生じる為
に電子放出量にむらが生じる為である（素子数が多くな
ると顕著となる）。図４から明らかなように、Ｄ（２，
３），Ｄ（３，３），Ｄ（４，３）の各表面伝導型放出
素子には１４Ｖが印加されて電子ビームが出力される一
方、上記以外はＶｘ［Ｖ］，１４−Ｖｘ［Ｖ］，０
［Ｖ］の電圧が印加される。ここで、Ｖｘ［Ｖ］が印加
される素子を走査ライン側半選択素子、１４−Ｖｘ
［Ｖ］が印加される素子を信号ライン側半選択素子とい
う。本発明においては、これらの半選択素子は電子放出
しきい値電圧Ｖｔｈ以下に設定される。これら半選択素
子に印加する電圧はあとで詳述する。

【００８７】同様の方法で、他のラインについても図３
の表示パターンに従って電子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５のタイムチャートであ
る。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画面の表示が行なわれるが、
これを例えば毎秒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。

【００８８】尚、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、本実施態応例の駆動方法では、パルスの長さ（幅）
を１０マイクロ［秒］よりも長く（短く）する事により
変調が可能である。

【００８９】たとえば、パルスの長さを０［秒］から１
５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
階の諧調が可能である。さらにより多くの諧調を望む場
合には、パルスの長さ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。

【００９０】以上、６行６列の電子源を例にとって、表
示パネル１１の駆動方法を説明したが、次に図１の装置
の全体動作について、図６のタイムチャートを参照しな
がら説明する。

【００９１】図６中（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１６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
と送られてくるが、これと同期して制御回路１３からシ
フトレジスタ１４に対して図６の（２）に示すようなシ
フトクロックＴ_SFT が出力される。

【００９２】シフトレジスタ１４に１ライン分のデータ
が蓄積されると、同図（３）に示すタイミングで、制御
回路１３からラインメモリ１５に対してメモリーライト
信号Ｔ_MRY 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１５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。

【００９３】一方、走査回路１２の動作を制御する制御
信号Ｔ_SCAN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１２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Ｖｘ［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Ｖｘ［Ｖ］、以下同様、という
ように動作が制御される。

【００９４】また、これと同期して変調信号発生器１７
から表示パネル１１に対しては、図６の（６）に示すタ
イミングで変調信号が出力される。

【００９５】以上に説明した一連の動作により、表示パ
ネル１１を用いてテレビジョンの表示を行うものであ
る。

【００９６】尚、上記説明中、特に記載しなかったが、
シフトレジスタ１４やラインメモリ１５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
定の速度で行なわれればよい。尚、デジタル信号式を用
いる場合には、同期信号分離回路１６の出力信号ＤＡＴ
Ａ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１６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。

【００９７】また、これと関連してラインメモリ１５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１７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。

【００９８】以上説明した駆動方法は素子に印加する時
間を制御することにより諧調表示を行うものであるが、
素子に印加する電圧を制御することにより諧調表示する
ことも可能である。

【００９９】さらに、本発明においては、前述した半選
択素子に印加する電圧を該素子の電流電圧静特性におけ
る最大素子電流の半分の素子電流となる２つの電圧のう
ちの高電圧側の電圧（図１２参照）以上で且つ電子放出
のしきい値電圧以下に設定することにより、表示画像の
輝度変化や色変化が小さく、消費電力が小さい表示装置
を提供するものである。これらの効果は前述した表面伝
導型電子放出特性の電圧制御型負性抵抗特性と深く関わ
るものである。つまり、任意の画像表示を行うにあたっ
て、各素子には様々な電圧が様々な時間印加されること
になる。ここで、電子放出に係わる素子の両端には電子
放出しきい値以上の電圧が印加されている為に、図１２
の実線で示される高抵抗状態の素子電流Ｉｆ’が印加さ
れるが、半選択素子には電子放出しきい値以下の電圧が
表示画像によって決まる時間だけ印加される。その時、
半選択素子は、図１２で示されるように高抵抗な素子電
流（Ｉｆ’：実線）から低抵抗な素子電流（Ｉｆ’：一
点鎖線）に徐々に変化する為に半選択素子に流れる電流
とＸ方向およびＹ方向の配線に流れる電流が増大するこ
とになる。配線に流れる電流が増大すると配線で電圧が
降下し電子放出に係わる素子に所定の電圧が印加されな
くなり、放出電流の低下、蛍光体の発光輝度の低下とな
る。このことは表示画像としては、輝度変化や色変化と
して観測されることになる。又、同時に、消費電力も増
大することになる。ここで、高抵抗な素子電流（Ｉ
ｆ’：実線）から低抵抗な素子電流（Ｉｆ’：一点鎖
線）に変化する時間は、一画面を形成する時間（例えば
１／６０秒）と比べてはるかに長いけれども、表示する
画像によってはこれらの影響を無視できなくなる。

【０１００】本発明は半選択素子に印加する電圧値の範
囲を好適な範囲に設定することにより、上述の表示画像
の輝度変化や色変化及び消費電力増大の影響を小さくす
るものである。

【０１０１】

【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。

【０１０２】実施例１ 本実施例の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に示す。但し、図１
４，図１５及び後述の図１６で、同じ符号を示したもの
は、同じものを示す。ここで１は基板、１６２はＸ方向
配線（下配線とも呼ぶ）、１６３は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、１７１は層間絶縁層、１７２は素子電極５と下配
線１６２との電気的接続のためのコンタクトホールであ
る。

【０１０３】次に製造方法を図１６により工程順に従っ
て具体的に説明する。

【０１０４】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５０ÅのＣｒ、厚さ６０００Å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１６２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１６２を形成する。

【０１０５】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１７１をＲＦスパッタ法により堆積する。

【０１０６】工程−（ｃ） 工程（ｂ）で堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホー
ル１７２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１７１をエッチング
してコンタクトホール１７２を形成する。エッチングは
ＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ
Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１０７】工程−（ｄ） その後、素子電極５と素子電極間ギャップとなるべきパ
ターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１ 日立
化成社製）で形成し、真空蒸着法により、厚さ５０Åの
Ｔｉ、厚さ１０００Å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Ｌ１は５ミクロンとし、素
子電極の幅Ｗ１を５００ミクロン、を有する素子電極
５，６を形成した。

【０１０８】工程−（ｅ） 素子電極５，６の上に上配線１６３のホトレジストパタ
ーンを形成した後、厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ５０００Å
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１６３を形
成した。

【０１０９】工程−（ｆ） 図２０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。素子電極間ギ
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１０００ÅのＣｒ膜１７３を
真空蒸着により堆積・パターニングし、そのうえに微粒
子分散液をスピンコート法で塗布した。

【０１１０】微粒子分散液としては、次の材料をガラス
ビーズと共にペイントシェーカーで２４時間撹拌したも
のを用いた。

【０１１１】 微粒子ＳｎＯ₂（粒径１０００Å以下） １．０ｇ 有機分散媒ＭＥＫ（メチルエチルケトン）： シクロヘキサン＝３：１ ８００ｃｃ 次に、２５０℃で１０分間焼成することを繰り返し、微
粒子を含む、電子放出部形成用薄膜であるところの薄膜
導電体２を形成した。また、こうして形成された主元素
としてＳｎＯ₂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１００Å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。

【０１１２】工程−（ｇ） Ｃｒ膜１７３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。

【０１１３】工程−（ｈ） コンタクトホール１７２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５０Åの
Ｔｉ、厚さ５０００Å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１７２を埋め込んだ。

【０１１４】以上の工程により絶縁性基板１上に下配線
１６２、層間絶縁層１７１、上配線１６３、素子電極
５，６、電子放出部形成用薄膜２等を形成し、未フォー
ミングの電子源を作成した。

【０１１５】尚、電子放出部を形成するフォーミング処
理は、昇圧レートが１Ｖ／１００秒〜１Ｖ／分で行なわ
れ、電子源作製後に行なう場合には、上述の工程（ｈ）
の後に行い、また、後述する画像形成装置を作製する場
合には、上述の工程（ａ）〜（ｈ）にて作製された未フ
ォーミング電子源を後述の外囲器内に配置した後、真空
中でフォーミング処理を行った。

【０１１６】つぎに、以上のようにして作成した未フォ
ーミング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。

【０１１７】以上のようにして多数の平面型表面伝導型
放出素子を作製した未フォーミングの電子源８１をリア
プレート８２上に固定した後、電子源８１の５ｍｍ上方
に、フェースプレート９０（ガラス基板８７の内面に蛍
光膜８８とメタルバック８９が形成されて構成される）
を支持枠８３を介し配置し、フェースプレート９０、支
持枠８３、リアプレート８２の接合部にフリットガラス
を塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で４００℃ない
し５００℃で１０分以上焼成することで封着した（図
８）。また、リアプレート８２への電子源８１の固定も
フリットガラスで行った。

【０１１８】図８において、８４は電子放出素子、８５
及び８６はそれぞれＸ方向及びＹ方向の素子配線であ
る。

【０１１９】蛍光膜８８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（図９参照）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８８を
作製した。ブラックストライプの材料として通常良く用
いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。

【０１２０】ガラス基板８７に蛍光体を塗布する方法は
スラリー法を用いた。また、蛍光膜８８の内面側には通
常メタルバック８９が設けられる。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
着することで作製した。

【０１２１】フェースプレート９０には、更に蛍光膜８
８の導電性を高めるため、蛍光膜８８の外面側に透明電
極（不図示）が設けられる場合もあるが、本実施例で
は、メタルバックのみで十分な導電性が得られたので省
略した。

【０１２２】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。

【０１２３】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Ｄｘ１ないし
ＤｘｍとＤｙ１ないしＤｙｎを通じ電子放出素子８４の
素子電極５，６間に電圧を印加し、電子放出部３を、電
子放出部形成用薄膜２を通電処理（フォーミング処理）
することにより作成した。フォーミング処理は、昇圧レ
ートが１Ｖ／１００秒〜１Ｖ／分で行った。

【０１２４】次に、１０マイナス６乗ｔｏｒｒ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。

【０１２５】最後に、封止後の真空度を維持するため
に、ゲッター処理を行った。これは、封止を行う直前あ
るいは封止後に、抵抗加熱により、画像形成装置内の所
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、たとえば１×
１０マイナス５乗ないしは１×１０マイナス７乗［ｔｏ
ｒｒ］の真空度を維持するものである。

【０１２６】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍ，Ｄｙ１ないしＤｙｎ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８９、あるいは透明電極（不図示）に数ｋＶ
以上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜８８
に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示した。

【０１２７】また、上述の工程で作製した平面型表面伝
導型放出素子の特性を把握するために、同時に、図１０
に示した平面型表面伝導型放出素子のＬ１、Ｗ等を本実
施例で作製した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図１１に示した測
定評価装置を用いて行った。

【０１２８】なお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ｔｏｒｒとした。

【０１２９】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１２に示したような電流−電
圧特性が得られた。本素子では、素子電圧１０Ｖ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１．５ｍＡ、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（％）は０．
０７％であった。

【０１３０】次に、本実施例の表示装置を図１〜図７で
説明した前述実施態様例と同じ方法で駆動し画像表示を
した。尚、本実施例の表面伝導型放出素子において、最
大素子電流の半分となる電圧（高電圧側）は図１２に示
すように５Ｖであり、電子放出のしきい値は１０Ｖであ
った。

【０１３１】本実施例において、Ｖｘ値、走査側の半選
択素子に印加する電圧、信号側の半選択素子に印加する
電圧を５Ｖ〜１０Ｖの範囲で変えて表示装置を駆動し、
画像表示を得た。さらに、輝度変化、色変化、消費電力
について検討したところ表１のような結果を得た。尚、
輝度変化、色変化については、適当な時間駆動し肉眼で
評価し、消費電力についてもある適当な時間駆動しその
間に消費した電力で評価した。

【０１３２】

【表１】

【０１３３】＜評価値の定義＞ （輝度変化） ◎は一定時間駆動し肉眼で輝度変化がないことを示す。

【０１３４】○は一定時間駆動し肉眼で実質上ほとんど
問題がない程度の輝度変化を示す。

【０１３５】△は一定時間駆動し肉眼で輝度変化が認め
られることを示す。 （色変化）赤色、青色を同時に発光させ紫色を表示し、
一定時間表示した後の色変化を肉眼で評価した。

【０１３６】◎は色変化がないことを示す。

【０１３７】○は実質上ほとんど問題がない程度の色変
化を示す。

【０１３８】△は色変化が認められることを示す。 （消費電力）一定時間適当な表示を駆動した後の消費電
力。

【０１３９】◎は小さな消費電力を示す。

【０１４０】○は◎の５割増以上の消費電力を示す。

【０１４１】△は◎の２倍以上の消費電力を示す。

【０１４２】表１からもわかるように、本実施例の半選
択素子に印加される電圧が、該素子の最大素子電流の半
分となる電圧（高電圧側）５．０Ｖ以上且つ電子放出し
きい値電圧１０Ｖ以下のときに良好で、特に６Ｖ〜８Ｖ
の範囲で非常に良好な結果が得られた。これは前述した
ように、半選択素子に本発明に係る上記範囲の電圧が印
加されることにより、半選択素子さらには配線に流れる
電流の増加量が小さいことによるものである。

【０１４３】実施例２ 実施例１において、電子放出させる素子に印加する電圧
を１４Ｖから１３Ｖに変え、かつ半選択素子に印加する
電圧を３〜１０Ｖの範囲で変えて駆動をおこない画像表
示を得た。さらに輝度変化，色変化，消費電力について
も実施例１と同様な評価を行ない表２に示すような結果
を得た。

【０１４４】

【表２】

【０１４５】表２からわかるように、輝度変化，色変
化，消費電力に対して走査側および信号側の半選択素子
に印加する電圧が共に５〜８Ｖの範囲のとき良好な結果
が得られた。

【０１４６】実施例３ 実施例１において、電子放出させる素子に印加する電圧
を１４Ｖから１５Ｖに変え、かつ半選択素子に印加する
電圧を５〜１０Ｖの範囲で変えて駆動をおこない画像表
示を得た。さらに輝度変化，色変化，消費電力について
も実施例１と同様な評価を行ない表３に示すような結果
を得た。

【０１４７】

【表３】

【０１４８】表３からわかるように、輝度変化，色変
化，消費電力に対して走査側および信号側の半選択素子
に印加する電圧が共に５〜１０Ｖの範囲のとき良好で、
特に６〜９Ｖの範囲で非常に良好な結果が得られた。

【０１４９】実施例４ 実施例１において、ＶｙをＶｘより１Ｖ高く設定し、Ｖ
ｘの値を４〜９Ｖの範囲で変えて駆動をおこない画像表
示を得た。さらに輝度変化，色変化，消費電力について
も実施例１と同様な評価を行ない表４に示すような結果
を得た。

【０１５０】

【表４】

【０１５１】表４からわかるように、輝度変化，色変
化，消費電力に対して走査側および信号側の半選択素子
に印加する電圧が共に５〜１０Ｖの範囲のとき良好で、
特に６〜９Ｖの範囲で非常に良好な結果が得られた。消
費電力については５〜１０Ｖの範囲で良好な結果が得ら
れた。

【０１５２】尚、従来型の垂直型の素子、例えば図１８
に示されるような素子を多数形成した電子源を用いて画
像形成装置を構成した場合においても先の実施例と同様
に良好な結果が得られた。

【０１５３】

【発明の効果】以上説明した本発明の駆動方法によっ
て、従来問題となっていた３つの問題点を解決する事が
可能となった。

【０１５４】第一に、表示輝度を制御性良く変調する事
が出来るようになった。このため、多階調の表示が可能
となり、たとえばテレビジョン画像の表示を実現でき
た。

【０１５５】第二に、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。

【０１５６】第三に、単純な構造で表示パネルが構成さ
れるため、製造上特別困難な点はない。また、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。

【０１５７】更には、輝度変化、色変化の小さい安定な
画像表示が実現できると共に、消費電力の小さい表示装
置を実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の駆動方法を実施するための概略回路構
成の一例である。

【図２】電子放出素子が行列状に配線された電子源の一
部回路図である。

【図３】原画像の一例を示す図である。

【図４】電子源に印加する駆動電圧を示す図である。

【図５】一画面を順次一ラインずつ表示してゆく際のタ
イムチャートである。

【図６】図１の回路の全体動作を説明するためのタイム
チャートである。

【図７】電子放出素子に印加される駆動電圧を説明する
為の図である。

【図８】本発明による画像形成装置の構成例を示す一部
切り欠き斜視図である。

【図９】本発明による画像形成装置における蛍光膜の構
成例を示す図である。

【図１０】本発明に係る電子放出素子の実施態様例を示
す概略構成図である。

【図１１】電子放出素子の電子放出特性の測定評価装置
を示す概略構成図である。

【図１２】電子放出素子の電流−電圧特性を示す図であ
る。

【図１３】本発明に係る多数の電子放出素子を単純マト
リクス配線して構成した電子源基板の概略図である。

【図１４】本発明による電子源の一例を示す部分平面図
である。

【図１５】図１４の電子源の構成を示す部分断面図であ
る。

【図１６】図１４の電子源の製造工程を説明するための
断面図である。

【図１７】図１４の電子源の製造工程にかかわる基板の
一部平面図である。

【図１８】本発明に用いられる従来の垂直型表面伝導型
放出素子の構成図である。

【図１９】従来の表面伝導型放出素子の平面図である。

【図２０】従来試みられた表示装置の一部平面図であ
る。

【図２１】従来試みられた表示装置の一部断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 絶縁性基板 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 １１ 表示パネル １２ 走査回路 １３ 制御回路 １４ シフトレジスタ １５ ラインメモリ １６ 同期信号分離回路 １７ 変調信号発生器 ８１ 電子源 ８２ リアプレート ８３ 支持枠 ８４ 電子放出素子 ８５ 行方向配線 ８６ 列方向配線 ８７ ガラス基板 ８８ 蛍光膜 ８９ メタルバック ９０ フェースプレート ９１ 外囲器 ９２ 黒色導電材 ９３ 蛍光体 １３０ 電流計 １３１ 電源 １３２ 電流計 １３３ 高圧電源 １３４ アノード電極 １６１ 絶縁性基板 １６２ Ｘ方向配線 １６３ Ｙ方向配線 １６４ 表面伝導型放出素子 １６５ 結線 １７１ 層間絶縁層 １７２ コンタクトホール １７３ Ｃｒ膜 ２４１ 横電流型電子放出体 ２４２ ネック部 ２４３ ガラス板 ２４４ 透明電極 ２４５ 孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧制御型負性抵抗特性を有する多数個
   の電子放出素子を行列状に単純マトリクス配線した電子
   源の駆動方法において、該電子放出素子の電流電圧静特
   性における最大素子電流の半分の素子電流となる２つの
   電圧のうちの高電圧側の電圧以上で、且つ該電子放出素
   子の電子放出のしきい値電圧以下の電圧を半選択素子に
   印加することを特徴とする電子源の駆動方法。
2. 【請求項２】 電圧制御型負性抵抗特性を有する多数個
   の電子放出素子を行列状に単純マトリクス配線した電子
   源と、該電子源から放出された電子の照射により画像を
   形成する蛍光体とを具備する画像形成装置の駆動方法に
   おいて、該電子放出素子の電流電圧静特性における最大
   素子電流の半分の素子電流となる２つの電圧のうちの高
   電圧側の電圧以上で、且つ該電子放出素子の電子放出の
   しきい値電圧以下の電圧を半選択素子に印加することを
   特徴とする画像形成装置の駆動方法。
3. 【請求項３】 前記電子放出素子が、表面伝導型放出素
   子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子
   源又は画像形成装置の駆動方法。