JPH07325553A

JPH07325553A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH07325553A
Application number: JP11712494A
Authority: JP
Inventors: Eiji Yamaguchi; 英司山口; Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】電子源基板上の２次元的に配列した電子放出
素子をライン単位に駆動する場合、配線抵抗による電圧
降下の影響を低減させ、各位置における放出電流をより
均一にさしめる。【構成】ＮＴＳＣ信号は同期信号分離回路１０６で同
期信号と画素信号とに分離される。画素信号はシフトレ
ジスタ１０４に格納され、１走査ライン分が格納される
と、格納された画素データ中の前半部分がまずラインメ
モリ１０５ａに読出され、変調信号発生器１０７ａに出
力される。そこで、駆動信号を生成し、着目しているラ
インの全半分を表示パネル１０１に表示させる。この
後、着目しているラインの後半部分の駆動信号も変調信
号発生器１０７ｂから出力され、ラインの後半部分を表
示パネル１０１に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子源を応用した画像
形成装置に関わり、特に表面伝導型電子放出素子を多数
個備える電子源を応用した表示装置等の新規な画像形成
装置に関する。

【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。冷陰極線は、電
界放出型（以下ＦＥ型と略す）、金属／絶縁層／金属型
（ＭＩＭ型と略す）や表面伝導型電子放出素子（以下、
ＳＣＥと略す）等がある。

【０００３】ＦＥ型の例に関して記述されている文献と
しては、以下のものが知られている。

【０００４】１．W.P.Dyke & W.W.Dolan, "Field emiss
ion", Advance in Electron Physics,8, 89(1956); ２．C.A.Spindt, "PHYSICAL Properties of thin-film
field emission cathodes with molybdenium cones",
J.Appl.Phys.,32,(1961) また、ＭＩＭ型の例に関する文献としては、C.A.Mead,
"The tunnel-emission amplifier", J.Appl.Phys.,32,
(1961)が知られている。

【０００５】ＳＣＥ型の例に関する文献としては、M.I.
Ellinson, Radio Eng.Electron Phy.,10,(1965)があ
る。

【０００６】ＳＣＥ型は、基板上に形成された小面積の
薄膜に。膜面に並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。この表面伝導型電
子放出素子としては、前記エリンソン（M.I.Ellinson）
によるＳｎＯ2薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
［G.Dittmer: "Thin Solid Films",9,317(1972)］、Ｉ
ｎ2Ｏ3／ＳｎＯ2薄膜によるもの［M.Hartwell and C.G.
Fonstad: "IEEE Trans. ED Conf.", 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（１９８３）］等が報告されている。

【０００７】これら表面伝導型放出素子の典型的な素子
構成として、前述のＭ．ハートウェル（M.Hartwell）の
文献による素子構成を図２８に示す。図示において、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を電子放出部を含
む薄膜と呼ぶことにする。２は素子電極となる。

【０００８】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に、電子放出部形成用薄膜
２を、予めフォーミングとよ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。すなわち、
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電子放出素子は、上述
の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、上述の電子放出部３より電子を放出
させめるものである。しかしながら、これら従来の表面
伝導型電子放出素子においては、実用化にあたっては様
々な問題があったが、本出願人等は、様々な改善を検討
し、実用化を行う際の様々な問題点を解決してきた。

【０００９】上述の表面伝導型放出素子は、構造が単純
で製造も容易であことから、大面積にわたって多数素子
を半列できる利点がある。そこで、この特徴を生かせる
ような色々な応用が研究がされている。例えば、荷電ビ
ーム現、形成装置等が挙げられる。多数の表面伝導型放
出素子を配列した例としては、並列に表面伝導型電子放
出素子を配列し、個々の素子の両端を配線にてそれぞれ
結線した行を多数配列した電子源が挙げられる（例え
ば、特開平１−３１３３２号）。また、特に表示装置等
の画像形成装置においては、近年、液晶を用いた平板型
形成装置が、ＣＲＴに替わって普及してきたが、自発光
型でないため、バックライト等を持たなければならない
等の問題があり、自発光型の形成装置の開発が望まれて
いた。表面伝導型放出素子を多数配置した電子源と電子
源より放出された電子によって、可視光を発光せしめる
蛍光体とを組み合わせた形成装置である画像形成装置
は、大画面の装置でも比較的容易に製造でき、且つ、視
野角の優れた自発光型の形成装置である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】発明者等は、上記従来
技術で記述した表面伝導型放出素子、ＭＩＭ型放出素
子、ＦＥ型放出素子等の冷陰極を多数個並べてマルチ電
子源を作成し、これを画像形成装置に用いるための研究
を行ってきた。例えば、発明者等は、表面伝導型放出素
子を基板上に２次元的に多数並べ、これらを行方向配線
及び列方向配線を用いて電気的にはマトリクス状に結線
した電子源(単純マトリクス電子源）を試みている。

【００１１】このような単純マトリクス電子源において
は、所望の電子ビームを出力させるため、行方向配線お
よび列方向配線に適宜の駆動信号を印加する。例えば、
行方向には所望の１行を選択するための選択信号を印加
し、これと同期して列方向配線に駆動信号を印加すれ
ば、選択された行方向配線に接続する表面伝導型放出素
子から、列方向配線に印加された駆動信号に応じて電子
ビームを出力させることができる。

【００１２】しかしながら、実際には各表面伝導型放出
素子から放出された電子ビームの電流（放出電流）にむ
らが生じるという問題が発生した。このために、例えば
この電子源と蛍光体を組み合わせて表示装置を構成した
場合には、表示画像の輝度にむらが発生し問題となって
いた。

【００１３】発明者等は鋭意研究した結果、この問題
は、配線の有する電気抵抗のために電圧降下が発生し、
各電子放出素子に本来意図した駆動信号が印加されてい
ないために発生したことを見い出した。特に、行方向配
線には、選択した行に接続する全表面伝導型放出素子の
電流が流れるため、電圧降下が無視できない大きさとな
り、同じ行に接続する放出素子でありながら印加される
電圧に分布が生じていた。

【００１４】より具体的に説明する。電子源基板１の一
部である６×６のマトリクス部分について、電気的な等
価回路で示すと図２２となる。同図において、（ａ）
は、素子単位部分の行方向配線及び列方向配線とその交
差部に接続される表面伝導型電子素子を示してあり、抵
抗成分をそれぞれｒｘ，ｒｙ及びｒｄで表した。これを
電子源基板全体について表わしたものが同図（ｂ）であ
る。

【００１５】しかしながら、後述するＭＩ特性により、
表面伝導型電子放出素子の抵抗成分ｒｄは、素子の両端
に印加される電圧により例えば２桁程度その大きさが変
わる。即ち、単純マトリクス構造における半選択駆動を
受けている状態では、選択駆動を受けている場合に比べ
抵抗成分が大きい値を示す。従って、半選択駆動を受け
ている表面伝導型電子放出素子は、解放状態と見做す事
ができる。従って、図２２（ｂ）は、選択駆動している
ライン上の表面伝導型電子放出素子のみを用いた図２３
の等価回路で表わす事ができる。同図において、列方向
配線ｄy1ないしｄynを通りそれぞれの表面伝導型電子放
出素子に流れた駆動電流は、行方向配線ｄxkに合流して
流れる。従って、行方向配線ｄxkの配線抵抗分であるｒ
xによる電圧降下を生じ、表面伝導型電子放出素子に印
加される電圧は図２４に示したようになり、電子放出量
に分布が生じ、結果的に表示輝度の分布（ムラ）を生じ
てしまう事になる。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記表面伝導型電子放出
素子は駆動電圧に対する放出電流は閾値をもつ非線形特
性を示し、かつ、電子放出電流を駆動電流で割った値が
駆動電圧に対して単調に増加する特性を示す。

【００１７】そこで、本発明では、電子源基板上の２次
元的に配列した電子放出素子を走査ライン単位で駆動
し、さらに、前記駆動ライン上に接続される電子放出素
子を複数のブロックに分割し、それぞれのブロックを互
いに重ならないタイミングで駆動する事により、ライン
走査配線を流れる駆動電流の瞬時値の大きさを小さくす
る事により配線抵抗による電圧降下の影響を低減し、各
位置における放出電流をより均一にさしめる画像形成装
置を提供しようとするものである。

【００１８】この課題を解決するため、本発明の画像形
成装置は以下に示す構成を備える。すなわち、画素信号
を受け、２次元的に配設された電子放出素子を順に駆動
することで、前記画素信号に対応する電子放出素子から
電子を放出させ、像を形成する画像形成装置であって、
表示しようとする画像中の１ライン分の画素信号を記憶
する記憶手段と、各ラインの電子放出素子群を少なくと
も２つのブロックに分割し、各々のブロックを独立して
駆動する駆動手段と、前記記憶手段に記憶された画素信
号を対応するブロックに割り当て、前記駆動手段を制御
し、各ブロックの駆動期間が互いに重ならないタイミン
グで順に駆動させる制御手段とを備える。

【００１９】

【作用】かかる本発明の構成において、像を形成する場
合、複数のブロックに分け、各々のブロックを互いに重
ならないタイミングで駆動し、もって配線抵抗による影
響を低減する。

【００２０】

【実施例】本発明にかかわる画像形成装置は基本的に
は、薄型の真空容器内に、基板上に多数の冷陰極素子を
配列して成るマルチ電子ビーム源と、電子ビームの照射
により画像を形成する画像形成部材とを対向して備えて
いる。

【００２１】冷陰極素子は、例えばフォトリソグラフィ
ー・エッチングのような製造技術を用いれば基板上に精
密に位置決めして形成できるため、微小な間隔で多数個
を配列することが可能である。しかも、従来からＣＲＴ
等で用いられてきた熱陰極と比較すると、陰極自身や周
辺部が比較的低温な状態で駆動できるため、より微細な
配列ピッチのマルチ電子ビーム源を容易に実現すること
ができる。

【００２２】本発明は、上述した冷陰極素子をマルチ電
子ビーム源として用いた画像形成装置にかかるものであ
る。

【００２３】また、冷陰極素子のなかでもとりわけ好ま
しいのは、表面伝導型放出素子である。すなわち、前記
ＭＩＭ型素子は絶縁層や上部電極の厚さを比較的精密に
制御する必要があり、またＦＥ型は針状の電子放出部の
先端形状を精密に制御する必要がある。そのため、これ
らの素子は比較的製造コストが高くなり、製造プロセス
上の制限から大面積のものを作成するのが困難となる場
合があった。

【００２４】これに対して、表面伝導型放出素子は、製
造が単純で製造が簡単であり、大面積のものも容易に作
成できる。近年、特に大画面で安価な表示装置が求めら
れている状況においては、とりわけ好適な冷陰極素子で
あるといえる。

【００２５】また、本願出願人は、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
ら形成したものが特性上、あるいは大画面化する上で好
ましいことを見い出している。

【００２６】そこで、以下に述べる本発明の実施例の項
では、微粒子膜を用いて形成した表面伝導型放出素子を
マルチ電子ビーム源として用いた画像表示装置を、本発
明の画像形成装置の好ましい例として説明する。

【００２７】以下に本出願人による本発明に関わる素子
の基本的な構成と製造方法およびその特徴（例えば、特
開平２−５６８２２，４−２８１３９等を参考にして）
及び発明者等が鋭意検討した結果見出した本発明の原理
となる特性について概説する。

【００２８】本発明に関わる表面伝導型電子放出素子の
構成、及び製法の特徴は、次のようなものがあげられ
る。

【００２９】１）フォーミングとよばれる“通電処理”
前の電子放出部形成用薄膜２は、微粒子分散体を分散し
形成された微粒子からなる薄膜、あるいは、有機金属等
を加熱焼成し形成された微粒子からなる薄膜等、基本的
には、微粒子より構成される。

【００３０】２）フォーミングとよばれる通電処理後の
電子放出部を含む薄膜４は、電子放出部３、電子放出部
を含む薄膜４とも基本的には、微粒子より構成される。

【００３１】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の
基本的な構成について説明する。図１（ａ），（ｂ）
は、それぞれ、本発明にかかわる基本的な表面伝導型電
子放出素子の構成を示す平面図及び断面図である。図１
において、１は絶縁性基板、５と６は素子電極、４は電
子放出部を含む薄膜、３は電子放出部である。絶縁性基
板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減
少したガラス、青板ガラス、青板ガラスにスパッタ法な
どにより形成したＳｉＯ２を積層したガラス基板等及び
アルミナ等のセラミックス等があげられる。対向する素
子電極５，６の材料としては導電性を有するものであれ
ばどのようなものであっても構わないが、例えば、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，
Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ
２，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等から
構成される印刷導体、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２等の透明導
電体及びポリシリコン等の半導体材料等が挙げられる。

【００３２】また、素子電極間隔Ｌ１は、数百オングス
トローム〜数百ミクロンであり、素子電極の製法の基本
となるフォトリソグラフィー技術、即ち、露光機の性能
とエッチング方法等、及び、素子電極間に印加する電圧
と電子放出し得る電界強度等により設定されるが、好ま
しくは数ミクロンより数十ミクロンである。素子電極長
さＷ１、素子電極５，６の薄膜ｄは、電極の抵抗値、前
述したＸ，Ｙ方向配線との結線、多数配置された電子源
の配置上の問題より適宜設計され、通常は、素子電極長
さＷ１は数ミクロンより数百ミクロンである。素子電極
５，６の膜厚ｄは、好ましくは数百オングストロームよ
り数百ミクロンである。絶縁性基板１上に設けられた対
向する素子電極５と素子電極６間及び素子電極５，６上
設置された電子放出部を含む薄膜４は、電子放出部３を
含むが、図１（ｂ）に示された場合だけでなく素子電極
５，６上には、設置されない場合もある。即ち、絶縁性
基板１上に電子放出部形成用薄膜２、対向する素子電極
５，６の電極順に積層構成した場合である。また、対向
する素子電極５と素子電極６間全てが、製法によっては
電子放出部として機能する場合もある。この電子放出部
を含む薄膜４の膜厚は、数オングストロームより数千オ
ングストローム、好ましくは数十オングストロームより
数百オングストロームであり、素子電極５，６へのステ
ップカバレージ、電子放出部３と素子電極５，６間の抵
抗値及び電子放出部３の導電性微粒子の粒径、後述する
通電処理条件等によって、適宜設定される。その抵抗値
は、１０の３乗より１０の７乗オーム／平方センチメー
トルのシート抵抗値を示す。

【００３３】電子放出部を含む薄膜４を構成する材料の
具体例を挙げるならばＰｄ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，
Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ
等の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＰｂＯ，Ｓ
ｂ２Ｏ３等の酸化物、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，
ＣｅＢ６，ＹＢ４，ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＣ，Ｚｒ
Ｃ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、Ｔｉ
Ｎ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導
体、カーボン、ＡｇＭｇ，ＮｉＣｕ，Ｐｂ，Ｓｎ等であ
り、微粒子膜からなる。なおここで述べる微粒子膜と
は、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造と
して微粒子が個々に分散配置した状態のみならず微粒子
が互いに隣接、あるいは重なり合った状態（島状も含
む）の膜を意味する。

【００３４】電子放出部３は、数オングストロームより
数千オングストローム、好ましくは１０オングストロー
ムより２００オングストロームの粒径の導電性微粒子多
数個からなり、電子放出部を含む薄膜４の膜厚及び後述
する通電処理（フォーミング）条件等の製法等に依存し
ており、適宜設定される。電子放出部３を構成する材料
は、電子放出部を含む薄膜４を構成する材料の元素の一
部あるいは全てと同様の物である。

【００３５】電子放出部３を有する電子放出素子の製造
方法としては様々な方法が考えられるが、その一例を図
２に示す。２は電子放出部形成用薄膜で例えば微粒子膜
が挙げられる。以下、順を追って製造方法の説明を図１
及び図２に基づいて説明する。

【００３６】（１）絶縁性基板１を洗剤、純水および有
機溶剤により十分に洗浄後、真空蒸着法、スパッタ法等
により素子電極材料を堆積後、フォトリソグラフィー技
術により該絶縁性基板１の面上に素子電極５，６を形成
する（図２（ａ））。

【００３７】（２）絶縁性基板１上に設けられた素子電
極５と素子電極６との間、及び、素子電極５と６を形成
した絶縁性基板上に有機金属溶液を塗布して放置するこ
とにより有機金属薄膜を形成する。なお、有機金属溶液
とは、前記Ｐｄ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃ
ｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属
を元素とする有機化合物の溶液である。この後、有機金
属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等に
よりパターニングし、電子放出部形成用薄膜２を形成す
る（図２（ｂ））。尚、ここでは、有機金属溶液の塗布
法により説明したが、これに限る物でなく、真空蒸着
法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディ
ッピング法、スピンナー法等によって形成される場合も
ある。

【００３８】（３）続いて、フォーミングと呼ばれる通
電処理を素子電極５，６間に電圧を不図示の電源により
パルス状あるいは、高速の昇電圧による通電処理が行わ
れると、電子放出部形成用薄膜２の部位に構造の変化し
た電子放出部３が形成される（図２（ｃ））。この通電
処理により電子放出部形成用薄膜２を局所的に破壊、変
形もしくは変質せしめ、構造の変化した部位を電子放出
部３と呼ぶ。先に説明したように、電子放出部３は導電
性微粒子で構成されていることを本出願人らは観察して
いる。フォーミング処理の電圧波形を図３に示す。図３
中、Ｔ１およびＴ２は電圧波形のパルス幅と間隔であ
り、Ｔ１を１マイクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２を１０マイ
クロ秒〜１００ミリ秒とし、三角波の波高値（フォーミ
ング時のピーク電圧）は４Ｖ〜１０Ｖ程度とし、フォー
ミング処理は実質的に真空下で数十秒間程度で適宜設定
した。

【００３９】以上説明した電子放出部を形成する際に、
素子の電極間に三角波パルスを印加してフォーミング処
理を行っているが、素子の電極間に印加する波形は三角
波に限定することはなく、矩形波など所望の波形を用い
ても良く、その波高値及びパルス幅・パルス間隔等につ
いても上述の値に限ることなく、電子放出部が良好に形
成されれば所望の値を選択することが出来る。

【００４０】上述のような素子構成と製造方法によって
作成された本発明にかかわる電子放出素子の基本特性に
ついて図４，図５を用いて説明する。

【００４１】図４は、図１で示した構成を有する素子の
電子放出特性を測定するための測定評価装置の概略構成
図である。図４において、１は絶縁性基板、５及び６は
素子電極、４は電子放出部を含む薄膜、３は電子放出部
である。また、３１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するた
めの電源、３０は素子電極５，６間の電子放出部を含む
薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、
３４は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを
捕捉するためのアノード電極、３３はアノード電極３４
に電圧を印加するための高圧電源、３２は素子の電子放
出部３より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電
流計である。電子放出素子の上記素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極５，６に電源３１
と電流計３０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源
３３と電流計３２とを接続したアノード電極３４を配置
している。また、本電子放出素子及びアノード電極３４
は真空装置内に設置され、その真空装置には不図示の排
気ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備さ
れており、所望の真空下で本素子の測定評価を行えるよ
うになっている。なお、アノード電極の電圧は１ｋＶ〜
１０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは３
ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００４２】更に、本発明者等は、上述の本発明に係わ
る表面伝導型電子放出素子の特性を鋭意検討した結果、
本発明の原理となる特性上の特徴を見いだした。図４に
示した測定評価装置により測定された放出電流Ｉｅおよ
び素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例を図
５に示す。なお、図４は著しくＩｆ，Ｉｅの大きさが異
なるため任意単位で示されており、（放出電流Ｉｅは素
子電流Ｉｆのおおよそ２０００分の１程度である。）図
５からも明らかなように、本電子放出素子は放出電流Ｉ
ｅに対する三つの特性を有する。

【００４３】まず第１に、本素子はある電圧（しきい値
電圧と呼ぶ、図５中のＶth）以上の素子電圧を印加する
と急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖｔ
ｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。すな
わち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈ
を持った非線形素子である。

【００４４】第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御でき
る。

【００４５】第３に、アノード電極３４に捕捉される放
出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。す
なわち、アノード電極３４に捕捉される電荷量は、素子
電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。以上のよう
な特性を有するため、本発明にかかわる電子放出素子
は、多方面への応用が期待できる。

【００４６】また、素子電流Ｉｆは素子電圧Ｖｆに対し
て単調増加する（ＭＩ特性と呼ぶ）。この場合、Ｖｆに
対してＩｆの増加よりも放出電流Ｉｅの増加率が大きい
ために図６に示したように素子電圧Ｖｆに対する放出電
流効率Ｉｅ／Ｉｆも単調増加する特性を示す。

【００４７】また、図５に示した素子電流Ｉｆの特性
が、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対して電圧制御型負
性抵抗（ＶＣＮＲ特性と呼ぶ）特性を示す場合もある。
なおこの場合も、本電子放出素子は上述した三つの特性
上の特徴を有する。

【００４８】なお、上述の基本的な製造方法に限ること
なく、前記本発明の基本的な素子構成の基本的な製造方
法のうち一部を変更してもよい。

【００４９】次に、本発明の主眼である電子源及び画像
形成装置について述べる。前述した本発明にかかわる表
面伝導型電子放出素子の基本的特性の３つの特徴よれ
ば、表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、しきい
値電圧以上では、対向する素子電極間に印加するパルス
状電圧の波高値と幅に制御される。一方、しきい値電圧
以下では放出されない。この特性によれば、多数の電子
放出素子を配置した場合においても、個々の素子に上記
パルス状電圧を適宜印加すれば、任意の表面伝導型電子
放出素子を選択し、その電子放出量が制御出来る事とな
る。

【００５０】以下この原理に基づき構成した電子源基板
の構成について図７を用いて説明する。

【００５１】７１は絶縁性基板、７２はＸ方向配線、７
３はＹ方向配線、７４は表面伝導型電子放出素子、７５
は結線である。同図において、絶縁性基板７１は前述し
たガラス基板等であり、その大きさ及びその厚みは絶縁
性基板７１に設置される表面伝導型電子素子の個数及び
個々の素子の設計上の形状、更には電子源の使用時容器
の一部を構成する場合には、その容器を真空に保持する
ための条件等に依存して適宜設定される。

【００５２】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄx1，Ｄx2，
…，Ｄxmからなり、絶縁性基板１上に、真空蒸着法、印
刷法、スパッタ法等で形成し、所望のパターンとした導
電性金属等からなり、多数の表面伝導型電子素子にほぼ
均等な電圧が供給される様に、材料、膜厚、配線幅が設
定される。

【００５３】Ｙ方向配線７３は、Ｄy1，Ｄy2，…Ｄynの
ｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様に、真空蒸
着法、印刷法、スパッタ法等で形成し、所望のパターン
とした導電性金属等からなり、多数の表面伝導型電子素
子にできるだけほぼ均等な電圧が供給される様に、材
料、膜厚、配線幅等が設定される。

【００５４】これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方
向配線７３間には、不図示の層間絶縁層が設置され、電
気的に分離されて、マトリクス配線を構成する（この
ｍ，ｎは、共に正の整数）。電気的に分離させるための
層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形
成されたＳｉＯ２等であり、Ｘ方向配線７２を形成した
絶縁性基板５１の全面或は一部に所望の形状で形成さ
れ、特に、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３の交差部の
電位差に耐え得る様に、膜厚、材料、製法が、適宜設定
される。また、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３の交差
部のみに設置される場合もあり、この時は、結線７５と
Ｘ方向配線７２あるいはＹ方向配線７３の電気的接続
は、コンタクトホールを介さずに行う事ができる。ま
た、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部
端子として引き出されている。

【００５５】尚、ｍ本のＸ方向配線６２の上にｎ本のＹ
方向配線７３を、層間絶縁層を介して設置した例で説明
したが、ｎ本のＹ方向敗戦７３の上にｍ本のＸ方向配線
７２を、層間絶縁層を介して設置する場合もある。更
に、前述と同様にして表面伝導型電子放出素子７４の対
向する電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線Ｄx1，Ｄx
2，…，Ｄxmとｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配
線７３と、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成さ
れた導電性金属等からなる結線５５によって電気的に接
続されているものである。

【００５６】尚、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向
配線７３と結線５と対向する素子電極の導電性金属は、
その構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、ま
たそれぞれ異なっても良く、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，
Ｅ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｉ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或は合金及
びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ２，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或
は金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ
２Ｏ３−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。また、表面伝導型
電子放出素子は、絶縁性基板５１あるいは、不図示の層
間絶縁層上どちらに形成してもよい。

【００５７】また、前記Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に
配列する表面伝導型電子放出素子７４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
発生手段が電気的に接続されている。一方、Ｙ方向配線
７３には、Ｙ方向に配列する表面伝導型電子放出素子７
４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が電気的に接続され
ている。更に、表面伝導型電子放出素子の各素子に印加
される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変
調信号の差電圧として供給されたものである。

【００５８】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７と
図８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、蛍光膜である。１は、上述のよう
にして電子放出素子を作製した電子源、８１は、電子源
１を固定したリアプレート、８６は、ガラス基板８３の
内面に蛍光膜８４とメタルバック８５等が形成されたフ
ェースプレート、８２は、支持枠であり、リアプレート
８１及びフェースプレート８６をフリットガラス等で封
着して、外囲器８８を形成する。外囲器８８は、上述の
如く、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレー
ト８１で外囲器８８を構成したが、リアプレート８１は
主に基板１の強度を補強する目的で設けられるため、基
板１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート
８１は不要であり、基板１に直接支持枠８２を封着し、
フェースプレート８６、支持枠８２、基板１にて外囲器
８８を構成してもよい。

【００５９】図９は、蛍光膜である。蛍光膜８４は、モ
ノクロームの場合は蛍光体のみから成るが、カラーの蛍
光膜の場合は、蛍光体の配列によりブラックストライプ
あるいはブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導伝材
９１と蛍光体９２とで構成される。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
示の場合に必要となる三原色蛍光体の、各蛍光体９２間
の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たなくする
ことと、蛍光膜８４における外光反射によりコントラス
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。ガラス
基板８３に蛍光体を塗布する方法はモノクローム、カラ
ーによらず、沈殿法や印刷法が用いられる。また、蛍光
膜８４の内面側には通常メタルバック８５が設けられ
る。メタルバックの目的は、蛍光体の発光のうち内面側
への光をフェースプレート８６側へ鏡面反射することに
より輝度を向上すること、電子ビーム加速電圧を印加す
るための電極として作用すること、外囲器内で発生した
負イオンの衝突により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（アルミ）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８６には、更に蛍光膜
８４の導伝性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明
電極（不図示）が設けてもよい。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。外囲器８８は、不図示の排気管を通じ、１０の
マイナス６乗トール程度の真空度にされ、外囲器８１１
の封止をおこなう。尚、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ
とＤｙ１ないしＤｙｎを通じ素子電極５，６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３を形
成し電子放出素子を作製した。また、外囲器８８の封止
後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行なう場
合もある。これは、外囲器８８の封止を行う直前あるい
は封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等の加熱法に
より、外囲器８８内の所定の位置（不図示）に配置され
たゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲ
ッターは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作
用により、たとえば１×１０マイナス５乗ないしは１×
１０マイナス７乗［Ｔｏｒｒ］の真空度を維持するもの
である。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Ｄ
xm，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８
５、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８４に衝突させ、
励起・発光させることで画像を表示するものである。

【００６０】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。

【００６１】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
置の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。

【００６２】前述のようにして作成された表示パネル
で、表示動作を行う為の電気回路構成を以下に例示す
る。図１０は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基きテレビ
ジョン表示を行う為の駆動回路の概略構成ブロック図で
ある。図中、１０１は前記表示パネルであり、また、１
０２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレ
ジスタ、１０５はラインメモリ、１０６は同期信号分離
回路、１０７は変調信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流
電圧源である。以下、各部の機能を説明してゆくが、ま
ず表示パネル１０１は、端子Ｄx1ないしＤxm、および端
子Ｄy1ないしＤyn、および高圧端子Ｈｖを介して外部の
電気回路と接続されている。このうち、端子Ｄx1ないし
Ｄxmには、前記表示パネル内に設けられているマルチ電
子ビーム源、すなわちＭ行Ｎ列の行列状にマトリクス配
線された表面伝導型電子放出素子群を一行（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電子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、これは表面伝導型電
子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。

【００６３】次に、走査回路１０２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１０１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１０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎ
に基づいて動作するものであるが、実際にはたとえばＦ
ＥＴのようなスイッチング素子を組み合わせることによ
り容易に構成することが可能である。

【００６４】尚、前記直流電圧源Ｖｘは、本実施例の場
合には、前記表面伝導型電子放出素子の特性にもとづき
７［Ｖ］の一定電圧を出力するように設定している。

【００６５】また、制御回路１０３は、外部より入力す
る画像信号にもとづいて適切な表示が行われるように各
部の動作を整合させる働きをもつものである。そして、
次に説明する同期信号分離回路１０６より送られる同期
信号Ｔｓｙｎｃにもとづいて、各部に対してＴｓｃａｎ
およびＴｓｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生す
る。尚、各制御信号のタイミングに関しては、後に図１
５を用いて詳しく説明する。

【００６６】同期信号分離回路１０６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１０６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、Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。一方、前記テレビ
信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴ
Ａ信号と表す。ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に
順に入力される。ここで、シフトレジスタ１０４は、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１０３より送られる制御信号Ｔｓｆ
ｔにもとづいて動作する（すなわち、制御信号Ｔｓｆｔ
は、シフトレジスタ１０４のシフトクロックであると言
い換えても良い）。

【００６７】シリアル／パラレル変換された画像１ライ
ン分（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当する）
のデータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのＮ個の並列信号とし
て前記シフトレジスタ１０４より出力される。

【００６８】ラインメモリ１０５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１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙにし
たがって適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記
憶された内容は、Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎとして出力さ
れ、変調信号発生器１０７に入力される。変調信号発生
器１０７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、その出力信号は、端子Ｄｙ
１ないしＤｙｎを通じて表示パネル１０１内の表面伝導
型電子放出素子に印加される。

【００６９】前述したように、本発明に関わる電子放出
素子は放出電流Ｉｅに対して３つの基本特性を有してい
る。このため、例えば図１６（ａ）に示すように電子放
出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、
同図（ｂ）に示すように電子放出閾値以上の電圧を印加
する場合にはパルスの長さＰｗもしくはパルスの波高値
Ｖｍを変化させる事により出力電子ビームを制御する事
が可能である。したがって、変調信号発生器１０７とし
ては、一定電圧のパルスを発生するが入力されるデータ
に応じて適宜パルスの長さを変調するようなパルス幅変
調方式のもの、もしくは、一定の長さの電圧パルスを発
生するが入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの波
高値を変調するような電圧変調方式のもを用いることが
可能である。つまり、人間の視覚上、明るさ（輝度）は
時間積分した結果であるからである。

【００７０】以上、図１０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１１ないし図
１４を用いて前記表示パネル１０１の動作についてより
詳しく説明しておく。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１０１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。

【００７１】図１１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マルチ電子ビー
ム源であり、説明上、各素子はＤ（１，１），Ｄ（１，
２）、…、Ｄ（６，６）のように（Ｘ，Ｙ）座標で位置
を示しているものとする。

【００７２】このようなマルチ電子ビーム源を駆動して
画像を表示していく際には、Ｘ軸と平行な画像の１ライ
ンを単位として、ライン順次に画像を形成する方法をと
る。画像の１ラインに対応した電子放出素子を駆動する
には、Ｄx1ないしＤx6のうち表示ラインに対応する行の
端子に０［Ｖ］を、それ以外の端子には７［Ｖ］を印加
する。それと同期して、当該ラインの画像パターンにし
たがってＤy1ないしＤy6の各端子に変調信号を印加す
る。

【００７３】たとえば、図１２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１
００［フートランバート］相当であるとする。前記表示
パネル１０１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、画像表示の繰り
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
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）。

【００７４】そこで、図１２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１３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Ｄ
ｙ６を通じてマルチ電子ビーム源に印加する電圧値を示
したもので、同図から明らかなように、Ｄ（２，３），
Ｄ（３，３），Ｄ（４，３）の各表面伝導型電子放出素
子には、１４［Ｖ］が印加されて電子ビームが出力され
る一方、上記３素子以外は７［Ｖ］（図中斜線で示す素
子）もしくは０［Ｖ］（図中白ぬきで示す素子）が印加
されるが、これは電子放出のしきい値電圧以下である
為、これらの素子からは電子ビームは出力されない。

【００７５】同様の方法で、他のラインについても図１
２の表示パターンに従ってマルチ電子ビーム源を駆動し
てゆくが、この様子を時系列的に示したのが図１４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いくことにより、ちらつき
のない画像表示が可能であった。

【００７６】尚、表示パターンの発光輝度を変更する場
合、輝度をより大きく（小さく）するには端子Ｄｙ１な
いしＤｙ６に印加される変調信号のパルスの長さを１０
マイクロ［秒］よりも長く（短く）するか、またはパル
スの電圧波高値を１４［Ｖ］よりも大きく（小さく）す
る事により変調が可能である。

【００７７】以上、６×６のマルチ電子ビーム源を例に
とって、表示パネル１０１の駆動方法を説明したが、次
に図１０の装置の全体動作について、図１５のタイムチ
ャートを参照しながら説明する。

【００７８】図１５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１０６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、２ライン目、３ライン目…と順に
送られてくる。また、これと同期して制御回路１０３か
らシフトレジスタ１０４に対して図示（２）の如くシフ
トクロックＴｓｆｔが出力される。シフトレジスタ１０
４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１０３からラインメモリ１
０５に対してメモリ−ライト信号Ｔｍｒｙが出力され、
１ライン（Ｎ素子分）の駆動データが記憶保持される。
その結果、ラインメモリ１０５の出力信号であるＩ’ｄ
１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。

【００７９】一方、走査回路１０２の動作を制御する制
御信号Ｔｓｃａｎの内容は同図（５）に示すようなもの
となる。すなわち、１ライン目を駆動する場合には、走
査回路１０２内のスイッチング素子Ｓ１のみが０［Ｖ］
で他のスイッチング素子は７［Ｖ］、また２ライン目を
駆動する場合には、スイッチング素子Ｓ２のみが０
［Ｖ］で他のスイッチング素子は７［Ｖ］、以下同様、
というように動作が制御される。また、これと同期して
変調信号発生器１０７から表示パネル１０１に対して
は、図１５の（６）に示すタイミングて変調信号が出力
される。

【００８０】尚、上記説明中、特に記載しなかったが、
シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０５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
所定の速度及びタイミング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１０
６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要がある
が、これは１０６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。

【００８１】以上に説明した動作により、表示パネル１
０１を用いてテレビジョンの表示を行う事が可能とな
る。

【００８２】さて、ここで表示パネルがある程度の大き
さになると、先に説明した電圧降下の影響を受け、パネ
ル上での発光輝度に分布（ムラ）が発生する。本発明は
かかる点を一掃する。

【００８３】本発明による表示パネルの駆動方法につい
て図１７及び図１８を用いて詳しく説明する。ここで
は、便宜上行方向に中央から２つのグループに分けて、
１ライン走査時間中のそれら２つのグループを別々に表
示させる。いわゆる時分割駆動法による画像表示を行う
駆動方法について詳しく説明する。同図において、図１
０と同様の機能を持つものについては同じ番号を付し
た。

【００８４】図１０同様にＮＴＳＣ信号が同期信号分離
回路１０６によりＤＡＴＡ信号及び同期信号Ｔｓｙｎｃ
に分割される。ＤＡＴＡ信号は制御回路１０３からのシ
フトクロックＴｓｆｔに応じてシフトレジスタ１０４に
順次入力される（図１８（１）及び（２）参照）。こう
して、シフトレジスタ１０４に１ライン分のデータが格
納されると、制御回路１０３は不図示のラッチ信号をラ
インメモリ１０５ａ、１０５ｂに出力させ、ラインメモ
リ１０５ａ、１０５ｂ内のデータを更新させると共に、
シフトレジスタ１０４に次のラインデータの格納を可能
にさせる。

【００８５】さて、１ライン分データが更新された時点
で、制御回路１０３からのＴｍｒｙをもとに、メモリロ
ード制御回路１ー８はメモリロードタイミング信号Ｔｍ
ｒｙａ（この場合Ｔｍｒｙ信号に同じ）及びＴｍｒｙｂ
を図１８（３）及び（５）のタイミングで発生する。つ
まり、１ライン分のＤＡＴＡ信号（Ｉd1〜Ｉdn）がシフ
トレジスタ１０４に入力されるたびに、ＴｍｒｙａとＴ
ｍｒｙｂ信号をそれぞれ１つずつ出力する。

【００８６】ラインメモリ（実際には１／２ライン分の
容量で済む）１０５ａは、自身に出力されてきたｎ／２
個のＤＡＴＡ信号のＩd1〜Ｉｄn/2（１ライン分の前半
部に相当する）をＴｍｒｙａ信号に従ってラッチし、そ
れを出力する。また、ラインメモリ１０５ｂもＴｍｒｙ
ｂ信号に従って、ＤＡＴＡ信号Ｉd(n/2+1)〜Ｉdnをラッ
チし、それを出力する。

【００８７】変調信号発生器１０７ａは、上記ラインメ
モリ１０５ａからのＤＡＴＡ信号に基づいて、表示パネ
ル１０１の該当するラインの前半部分の駆動信号Ｄy1〜
Ｄyn/2を出力し、該当部分のみの表示を行なわせる。続
いて、変調信号発生器１０７ｂは、ラインメモリ１０５
ｂからのＤＡＴＡ信号に基づいて、表示パネル１０１の
該当ラインの後半部分の駆動信号Ｄy(n/2+1)〜Ｄynを出
力し、該当部分のみの表示を行なわせる。

【００８８】但し、素子単体で見ると、実質的に１ライ
ン走査期間内の駆動時間が１／２（図１８参照）になる
ために、例えば前述のパルス幅変調法による駆動法を行
う為には電子放出量が１／２になり、所望の輝度が得ら
れない事になる。そこで、本出願人による表面伝導型電
子放出素子が図５，図６に示したような特性を示すの
で、電子放出量が２倍になるように駆動電圧を上げる事
により駆動電流の上昇を抑えつつ、輝度を所望の値にす
ることができる。つまり、変調信号発生器１０７ａ，１
０７ｂは、電子放出量を２倍にする信号を出力する。

【００８９】以上の処理を図１９を用いて更に詳しく説
明する。同図において、先に説明した時分割駆動を行わ
ない場合の素子の駆動電圧はＶｆ１であり、このときの
素子電流はＩｆ１、放出電流はＩｅ１である。

【００９０】一方、本実施例の時分割駆動を行う場合に
は、前述のように放出電流を２倍のＩｅ２（Ｉｅ２＝２
Ｉｅ１）にする必要があるために駆動電圧はＶｆ２に選
択され、駆動電流はＩｆ２となる。同図で明らかなよう
にＶｆ２はわずかにＶｆ１より大きい値であり、Ｉｆ２
は、Ｉｆ１の３／２倍程度となる。この事は、駆動電流
の増加及び消費電力の増加が低く抑えられた状態で放出
電流を増加させ得るという本発明に関わる表面伝導型電
子放出素子の駆動法上の特徴を表わしている事を意味す
る。

【００９１】したがって、本駆動法によれば１ラインの
表面伝導型電子放出素子のうち同時に駆動される素子数
が１／２に減少する事と輝度の確保の為の駆動電流アッ
プ分から、図２３におけるｄｘｋに流れる駆動電流の瞬
時値が約２／３になる。したがって、図２４に示したよ
うな印加電圧の分布が図２０のようになり、電圧降下量
が改善される。尚、図２０においては１ライン分の印加
電圧分布を示したが、実際には時間的に２つに分割して
駆動するために瞬時的な印加電圧分布は、１ないしｎ／
２番目の素子が駆動されている場合とｎ／２＋１ないし
ｎ番目の素子が駆動されている場合とに分けられるが、
視覚的に輝度そして見た場合には視覚系の応答が遅いた
めに図２０のような分布として感じられる。

【００９２】尚、上記実施例では、１ラインの行方向の
中央より２つにグループ分けして時分割駆動を行う場合
について説明したが、グループ分けする単位は、これに
限らず任意でよく、例えば隣接画素単位（モノクロの場
合には素子単位、カラーの場合にはＲＧＢの画素単位）
で２グループに分けて時分割駆動を行った場合にも図２
１に示したような図２４よりも改善された分布となる。

【００９３】また、前述のグループ分けも２つに限らず
所望の輝度との兼ね合いで任意に設定することができる
事は明らかである。

【００９４】また、本実施例においてはＮＴＳＣ方式の
テレビ信号にもとづきテレビジョン表示を行う例を示し
たが、本発明適用の表示パネルの応用はこれに限るもの
ではない。他の方式のテレビジョン信号、あるいは、計
算機や画像メモリ、通信ネットワークなど種々の画像信
号源と直接あるいは間接に接続する表示装置に広く用い
ることが可能であり、とりわけ大容量の画像を表示する
大画面の表示に好適である。

【００９５】＜第２の実施例の説明＞次に第２の実施例
を説明する。図２５及び図２６は本発明の第２の実施例
の装置構成を示している。同図において図１７及び図１
８と同様の機能を有するものについては同じ番号で示し
た。この場合も、１ライン上の電子放出素子を２つの駆
動グループに分けた例について説明する。

【００９６】さて、本第２の実施例と前述した実施例
（第１の実施例）との違いは、第１の実施例では、１ラ
インを前半、後半の２つに分けて駆動したのに対し、本
第２の実施例では１ラインの奇数番目の画素群と、偶数
番目の画素群とに分けで駆動する。つまり、表示パネル
１０１の奇数端子Ｄy1、Ｄy3、…、Ｄy(n-1)をまず駆動
し、その後でＤy2、Ｄy4、…、Ｄynを駆動する。そし
て、次のラインに移って、同様の処理を繰りかえす。

【００９７】駆動方法について図２６のタイミングチャ
ートを用いて説明すると、まず、前述と同様にＮＴＳＣ
信号から得られたＤＡＴＡ信号をシフトクロックＴｓｆ
ｔにより順次シフトレジスタ１１０に入力して行く。１
ライン分のデータがシフトレジスタ１１０に格納された
ところで、制御回路１０３はメモリロードタイミング信
号Ｔｍｒｙを出力し、シフトレジスタ１１０に格納され
ている１ライン分のデータをラインメモリ１１１に格納
する。尚、１ラインのデータがシフトレジスタ１１０に
格納さたか否かは、同期信号分離回路１０６から出力さ
れたＤＡＴＡの転送クロックを計数するカウンタを設
け、１ライン分の画素数を計数した時点でＴｍｒｙ信号
を出力すればよい。

【００９８】さて、ラインメモリ１１１に格納されたデ
ータは、スイッチマトリックス１１３ａに供給される
（この間、シフトレジスタ１１０には、次のラインのデ
ータが格納されはじめている）。スイッチマトリックス
１１３ａは、制御回路１０３から出力される画素選択信
号Ｔselの信号レベルがｈｉｇｈ（＝１）の場合には、
ラインメモリ１１１からのデータ中、偶数番目の画素デ
ータを選択し、そのレベルがｌｏｗ（＝０）の場合には
奇数番目の画素データを選択する。従って、スイッチマ
トリックス１１３ａからの出力信号の数はｎ／２本にな
る。

【００９９】変調信号発生器１１２は、与えられた画素
データ（スイッチマトリックス１１３ａで選択された画
素データ）に基づいて駆動信号を生成する。そして、生
成された駆動信号は、スイッチマトリックス１１３ｂに
供給される。このスイッチマトリックス１１３ｂは、先
に説明したスイッチマトリックス１１３ａと同様、画素
選択信号Ｔselの論理レベルがｈｉｇｈの場合には表示
パネルの奇数端子に駆動信号を供給し、その論理レベル
がｌｏｗの場合には偶数端子に駆動信号を出力する。

【０１００】制御回路１０３としては、例えば、Ｔｓｙ
ｎｃの入力を画素選択信号Ｔｓｅｌをｈｉｇｈにするト
リガにし、所定クロック計数後その論理をｌｏｗにす
る。また、制御回路１０３は、Ｔｓｙｎｃに含まれる水
平同期信号が入力される度に、Ｔｓｃａｎ信号を出力
し、走査回路１０２がある１つのラインにたいしてのみ
“０”ボルトを出力させ、その他を所定電圧Ｖｘにさせ
る。０ボルトを出力する順序は、第１ライン、第２ライ
ン、…、第ｍライン、第１ライン、…という順である。

【０１０１】以上の結果、本第２の実施例においても、
第１の実施例と同様に、電圧効果による輝度ムラの発生
を減少させることが可能になる。特に、第１の実施例で
は、１ラインを前半部分と後半部分とに分けて駆動した
ので、場合によっては表示パネルの真ん中あたりで輝度
が変化する部分が発生する危惧があるのに対し、本第２
の実施例のようにすることで、そのような危惧を懸念す
ることもない。

【０１０２】＜第３の実施例の説明＞上記第１、第２の
実施例では、表示する対象がＮＴＳＣ信号であるとして
説明したが、例えば、パーソナルコンピュータ等のＶＲ
ＡＭに描画された画像を表示するようにしてもよい。こ
の場合の例を第３の実施例として説明する。

【０１０３】図示の如く、上記第２の実施例と異なるの
は、画像メモリ１０９、ラインメモリ１１４が追加さ
れ、同期信号分離回路１０６がなくなった点である。
尚、説明を簡単にするため、画像メモリ（一般にＶＲＡ
Ｍと呼ばれている）１０９はデュアルポートＲＡＭであ
り、不図示のＣＰＵ等が画像メモリ１０９にイメージの
展開を行っている間でも、その内容を読み取れるもので
ある。

【０１０４】さて、図示の構成を説明すると、次のよう
になる。

【０１０５】画像メモリ１０９から１ライン分のデータ
を取り出すため、制御回路１０３は１ライン分のデータ
を順にアドレスし、ラインメモリ１１４に対して書き込
み信号、画像メモリ１０９に対してはリード信号を出力
する。１ライン分のデータがラインメモリ１１４に格納
されると、メモリロードタイミング信号Ｔｍｒｙを出力
すると共に、次のラインのデータの読出しを行う。

【０１０６】ラインメモリ１１４に格納されたデータ
は、メモリロードタイミング信号Ｔｍｒｙによって、ラ
インメモリ１１１に格納される。ラインメモリ１１１以
降の処理については、上記第２の実施例と同様であるの
で説明は省略する。

【０１０７】以上説明したように、本第３の実施例によ
れば、ＮＴＳＣ信号の如く、リアルタイムに変化する映
像を表示するばかりでなく、パーソナルコンピュータ等
のＶＲＡＭ内の画像を表示することが可能になる。

【０１０８】また、第２の実施例と第３の実施例の両方
を適宜選択できるようにしてもよい。

【０１０９】尚、上記第３の実施例では、画素データを
偶数番目と、奇数番目とにわけで表示駆動させたが、こ
れによって本願発明が限定されるものではない。例え
ば、３ｎ、３ｎ＋１，３ｎ＋２で表わされる３つのグル
ープをそれぞれのタイミングで駆動して良いし、４つの
グループやあるいはそれ以上のグループを別々に駆動す
るようにしても良い。

【０１１０】但し、あまり多数のグループに分けると、
スイッチマトリックスが選択する候補の数が増えること
になると共に、スイッチマトリックスに対する選択信号
の本数（ビット数）も増え、回路構成が複雑になる。表
示ディスプレイの大きさにもよるが、グループの数はせ
いぜい数個であろう。

【０１１１】また、上記第３の実施例では、画像メモリ
１０９を本発明の装置の一構成要素として説明したが、
これに限定されるものではなく。画像メモリはパーソナ
ルコンピュータ等の電子機器に備えられたＶＲＡＭと
し、表示パネル１０１を除く回路構成を電子機器に装着
可能なカード（もしくはボード）とし、更に、表示パネ
ル１０１を独立した装置として分ける様にしても良い。

【０１１２】以上説明したように本実施例によれば、電
子源基板の表面伝導型電子放出素子として駆動電圧に対
する駆動電流及び電子放出電流は閾値を持つ非線形特性
を示し、かつ、電子放出電流を駆動電流で割った値が駆
動電圧にたいして単調に増加するような素子を用いる。
そして、電子源基板状の２次元的に配列した表面伝導型
電子放出素子を走査ライン単位で駆動し、さらに、前記
駆動ライン上に接続される表面伝導型電子放出素子を複
数のブロックに分割し、それぞれのグループを１ライン
走査時間内の異なる時間に選択的に駆動する。これによ
り、ライン単位で駆動する際に複数の電子放出素子から
共通側配線に流れ込む駆動電流の瞬時値を低減し、配線
抵抗における駆動電流による電圧降下に伴う駆動電圧の
分布を低減し、より均一な発光を行なわせることが可能
になる。

【０１１３】尚、上記実施例では表面伝導型の冷陰極電
子源について説明したが、ＭＩＭ、ＦＥ型素子に適応し
た場合にもある程度の効果を得ることができた。従っ
て、本願発明は上記実施例に限定されるものではない。

【０１１４】また、実施例では、画像表示装置に適応さ
せた例を説明したが、それ以外としてはプリンタ用の光
源、電子ビーム描画装置等の他の画像形成装置にも適応
できる。

【０１１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、１
ラインを複数のブロックに分け、そして各々のブロック
を互いに重ならないタイミングで駆動することで、配線
抵抗による電圧降下の影響を低減し、各位置における放
出電流をより均一にさせ、良好な画像を表示させること
が可能になる。

【０１１６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる平面型表面伝導電子放出素子の
基本構成図である。

【図２】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な製法図である。

【図３】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の通電
伝処理の電圧波形である。

【図４】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な測定評価装置図である。

【図５】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な特性図である。

【図６】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な特性図である。

【図７】本発明に関わる電子源構成図である。

【図８】本発明に関わる画像形成装置図である。

【図９】蛍光膜の説明図である。

【図１０】本発明に関わる画像表示装置のブロック構成
図である。

【図１１】電子放出素子が行列状に配線されたマルチ電
子源の一部回路図である。

【図１２】原画像の一例を示す図である。

【図１３】マルチ電子源に印加する駆動電圧を示す図で
ある。

【図１４】１画面を順次１ラインずつ表示してゆく際の
タイムチャートである。

【図１５】本発明に関わる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１６】電子放出素子に印加される駆動電圧を説明す
るための図である。

【図１７】本発明の第１の実施例における画像表示装置
のブロック構成図である。

【図１８】本発明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１９】本発明の駆動方法による電子放出素子の駆動
特性を説明する図である。

【図２０】本発明の駆動方法により１ライン上の電子放
出素子の印加電圧分布を説明する図である。

【図２１】本発明の別の駆動方法による１ライン上の電
子放出素子の印加電圧分布を示す図である。

【図２２】マルチ電子源の電気的等価回路を説明する図
である。

【図２３】マルチ電子源の電気的等価回路を説明する図
である。

【図２４】従来の駆動方法による１ライン上の電子放出
素子の印加電圧分布を示す図である。

【図２５】本発明の第２の実施例における画像表示装置
のブロック構成図である。

【図２６】本発明の別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２７】本発明の第３の実施例における画像表示装置
のブロック構成図である。

【図２８】表面伝導型放出素子の典型的な構成を示す図
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３０電流計３１電源３２電流計３３電源３４アノード電極６７段差形成部７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線７４表面伝導型電子放出素子７５結線８１電子源を１を固定したリアプレート８２支持枠８３ガラス基板８４蛍光膜８５メタルバック８６フェースプレート８８外囲器９１黒色導伝材９２蛍光体１０１表示パネル１０２走査回路１０３制御回路１０４シフトレジスタ１０５ラインメモリ１０６同期信号分離回路１０７変調信号発生器１０８メモリロード制御回路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 5/68 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素信号を受け、２次元的に配設された
電子放出素子を順に駆動することで、前記画素信号に対
応する電子放出素子から電子を放出させ、像を形成する
画像形成装置であって、表示しようとする画像中の１ライン分の画素信号を記憶
する記憶手段と、各ラインの電子放出素子群を少なくとも２つのブロック
に分割し、各々のブロックを独立して駆動する駆動手段
と、前記記憶手段に記憶された画素信号を対応するブロック
に割り当て、前記駆動手段を制御し、各ブロックの駆動
期間が互いに重ならないタイミングで順に駆動させる制
御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記電子放出素子は、ｘ方向配線とｙ方
向配線でマトリクス配線されていることを特徴とする請
求項第１項に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記画素信号はＮＴＳＣ信号であって、前記制御手段は、ＮＴＳＣ信号中の１走査ライン周期内
で、１ラインに対して割り当てられた各ブロックを順に
駆動することを特徴とする請求項第１項に記載の画像形
成装置。
【請求項４】前記ブロックは１ライン中に一様に並ん
だ電子放出素子群を複数等分したうちの１つであること
を特徴とする請求項第１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】前記ブロックは１ライン中に一様に並ん
だ電子放出素子群を所定間隔毎にサンプリングして得ら
れた電子放出素子群の集合であることを特徴とする請求
項第１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】前記電子放出素子は、表面伝導型の冷陰
極電子源であることを特徴とする請求項第１項に記載の
画像形成装置。
【請求項７】前記表面伝導型の冷陰極電子源は、その
電子放出電流が駆動電圧に対して閾値を持つ非線形特性
を持つことを特徴とする請求項第６項に記載の画像形成
装置。
【請求項８】前記表面伝導型の冷陰極電子源は、その
電子放出電流を駆動電流で割った値が駆動電圧に対して
略単調増加する特性を持つことを特徴とする請求項第６
項に記載の画像形成装置。
【請求項９】１ラインに対するブロック数が多いほ
ど、各ブロックの駆動電圧を高くすることを特徴とする
請求項第１項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】前記電子放出素子は、ＭＩＭ型（金属
／絶縁層／金属型）素子であることを特徴とする請求項
第１項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】前記電子放出素子は、ＦＥ型（電界放
出型）素子であることを特徴とする請求項第１項に記載
尾画像形成装置。