JPH09134146A

JPH09134146A - 電子源の駆動装置、画像形成装置およびそれらの方法

Info

Publication number: JPH09134146A
Application number: JP29312195A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Yamano; 明彦山野; Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出素子を電流駆動する場合、表示する
画像パターンにより、駆動回路の配線に起因する素子電
流の不必要な変化が生じる。素子電流が変化すると放出
電流も変化するので、蛍光体の発光輝度も不必要に変化
してしまう。【解決手段】輝度補正回路108は、映像信号5000から
一行の輝度値の和を求め、得られた輝度値の和と、変調
信号I'diとを掛け算することにより、表示する画像パタ
ーンにより素子電流Ifが不必要に変化するのを防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子源の駆動装置、
画像形成装置およびそれらの方法に関し、例えば、複数
の冷陰極電子源を配置した電子源を駆動する装置および
その方法と、その電子源を用いる画像形成装置およびそ
の方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子放出素子として熱陰極素子と冷陰極
素子の二種類がある。このうち冷陰極素子には、例え
ば、電界放出型素子（以下「FE型」と記す）、金属/絶
縁層/金属型放出素子（以下「MIM型」と記す）や表面伝
導型電子放出素子などがある。

【０００３】FE型の例としては、例えば、W.P.Dyke &
W.W.Dolan, "Field emission", Advance in Electron P
hysics, 8, 89(1956)や、あるいは、C.A.Spindt, "Phys
icalproperties of thin-film field emission cathode
s with molybdenium cones",J.Appl.Phys., 47, 5248(1
976)などがある。

【０００４】また、MIM型の例としては、例えば、C.A.M
ead, "Operation of Tunnel-emission Devices", J.App
l.Phys., 32, 646(1961)などがある。

【０００５】また、表面伝導型電子放出素子としては、
例えば、M.I.Elinson, Radio Eng.Electron Phys., 10,
1290(1965)や、後述する他の例がある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、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、電子放出が生じる現象を利用したものである。こ
の表面伝導型電子放出素子としては、前記Elinsonなど
によるSnO2薄膜を用いたものの他に、Au薄膜によるもの
[G.Dittmer: "Thin Solid Films", 9, 317(1972)]、In2
O3/SnO2薄膜によるもの[M.Hartwell and C.G.Fonstad:
"IEEE Trans. ED Conf.", 519(1975)]やカーボン薄膜
によるもの[荒木久他: 真空、第26巻、第1号、22(198
3)]などが報告されている。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の素子構
成の典型的な例として、図1に前述のHartwellなどによ
る素子の平面図を示す。同図において、3001は基板、30
04はスパッタで形成された金属酸化物からなる導電性薄
膜である。導電性薄膜3004は、図に示すように、H字形
の平面形状に形成されている。この導電性薄膜3004に後
述する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。図中の距離Lは
0.5〜1mm、Wは0.1mmに設定されている。なお、図示の便
宜から、電子放出部3005を導電性薄膜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。

【０００８】Hartwellなどによる素子をはじめとして、
上述の表面伝導型電子放出素子においては、電子放出を
行う前に導電性薄膜3004に通電フォーミングと呼ばれる
通電処理を施すことにより電子放出部3005を形成するの
が一般的である。すなわち、通電フォーミングとは、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/分程度の非常に緩い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3005を形成することである。なお、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。この通電フォーミング後に、導
電性薄膜3004に適宜の電圧を印加した場合には、前記の
亀裂付近において電子放出が行われる。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で製造も容易であることから、大面積に亘り多数の
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64-31332号公報に開示されたように、多数
の素子を配列して駆動するための方法が研究されてい
る。

【００１０】また、表面伝導型電子放出素子の応用につ
いては、例えば、画像表示装置、画像記録装置などの画
像形成装置や、荷電ビーム源などが研究されている。と
くに画像表示装置への応用としては、例えば本出願人に
よるUSP 5,066,883や特開平2-257551号公報に開示され
たように、表示伝導型放出素子と電子ビームの照射によ
り発光する蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置
が研究されている。表面伝導型電子放出素子と蛍光体と
を組み合わせて用いた画像表示装置は、従来の他の方式
の画像表示装置よりも優れた特性が期待されている。例
えば、近年普及し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いえる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上記従来
例に記載したものをはじめとして、様々な材料、製法、
構造の表面伝導型電子放出素子を試みてきた。さらに、
多数の表面伝導型電子放出素子を配列したマルチ電子ビ
ーム源、並びに、このマルチ電子ビーム源を応用した画
像表示装置についての研究を行ってきた。

【００１２】発明者らは、例えば、図2に示す電子的な
配線方法によるマルチ電子ビーム源を試みてきた。すな
わち、表面伝導型電子放出素子を二次元的に多数個配列
し、これらの素子を図に示すようにマトリクス上に配線
したマルチ電子ビーム源である。

【００１３】図中、4001は表面伝導型電子放出素子を模
式的に示したもの、4002は行方向配線、4003は列方向配
線である。行方向配線4002および列方向配線4003は、実
際には有限の電気抵抗を有するものであるが、図におい
ては配線抵抗4004および4005として示されている。この
ような配線方法を「単純マトリクス配線」と呼ぶ。な
お、図示の便宜上、6×6のマトリクスを示したが、勿
論、マトリクスの規模はこれに限るわけではなく、例え
ば画像表示装置用のマルチ電子ビーム源の場合には、所
望の画像表示を行うのに足りる素子を配列し配線するも
のである。

【００１４】表面伝導型電子放出素子を単純マトリクス
配線したマルチ電子ビーム源においては、所望の電子ビ
ームを出力させるため、行方向配線4002および列方向配
線4003に適宜の電気信号を印加する。例えば、マトリク
スの中の任意の一行の表面伝導型電子放出素子を駆動す
るには、選択する行の行方向配線4002には選択電圧Vsを
印加し、同時に、非選択の行の行方向配線4002には非選
択電圧Vnsを印加する。これと同期して、列方向配線400
3に電子ビームを出力するための駆動電圧Veを印加す
る。

【００１５】この方法によれば、配線抵抗4004および40
05による電圧降下を無視すると、選択する行の表面伝導
型電子放出素子には、電圧Ve-Vsが印加され、また非選
択行の表面伝導型電子放出素子には電圧Ve-Vnsが印加さ
れる。Ve,Vs,Vnsを適宜の大きさの電圧にすれば、選択
する行の表面伝導型電子放出素子だけから所望の強度の
電子ビームが出力されるはずであり、また列方向配線40
03のそれぞれに、異なる駆動電圧Veを印加すれば、選択
する行の素子のそれぞれから異なる強度の電子ビームが
出力されるはずである。また、表面伝導型電子放出素子
の応答速度は高速であるため、駆動電圧Veを印加する時
間の長さを変えれば、電子ビームが出力される時間の長
さも変えることができるはずである。

【００１６】従って、表面伝導型電子放出素子を単純マ
トリクス配線したマルチ電子ビーム源は、色々な応用の
可能性があり、例えば画像情報に応じた電気信号を適宜
印加すれば、画像表示装置用の電子源として好適に用い
ることができる。しかしながら、表面電動型電子放出素
子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源におい
ては、各素子に印加される電圧がばらつくという問題が
ある。

【００１７】この印加電圧がばらつく原因として、第一
に、単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源におい
ては、各素子ごとに配線長が異なる、つまり、配線抵抗
の値が素子ごとに異なっていることが挙げられる。

【００１８】第二に、行方向配線4002の各配線抵抗4004
で発生する電圧降下が一様でないことが、原因として挙
げられる。これは、選択行の行方向配線4002から当該行
に接続された各素子に電流が分岐して流れるため、配線
抵抗4004それぞれに流れる電流が一様でないために起き
るものである。

【００１９】第三に、駆動パターン（画像表示装置の場
合には表示する画像パターン）によって配線抵抗4004で
生じる電圧降下が変化することが、原因として挙げられ
る。これは、駆動パターンによって、配線抵抗4004に流
れる電流が変化するために起きるものである。

【００２０】以上の原因により、各素子に印加される電
圧にばらつきが発生すると、各素子から出力される電子
ビームの強度が所望の値からずれることなり、マルチ電
子ビーム源の応用上、不都合がある。例えば、マルチ電
子ビーム源を画像表示装置に応用した場合、輝度が均一
であるはずの画像において均一な輝度が得られなかった
り、画像パターンによって輝度の不要な変動が生じたり
する。さらに、印加電圧のばらつきは、単純マトリクス
の規模が大きくなるほど顕著になる傾向があるため、画
像表示装置の場合には画素数を制限する要因にもなる。

【００２１】このような点に鑑みて鋭意研究した結果、
本発明者らは、上記の電圧印加方法とは異なる駆動方法
（以下「電圧駆動」という）を提案している。

【００２２】すなわち、表面伝導型電子放出素子を単純
マトリクス配線したマルチ電子ビーム源を駆動する際、
列方向配線4002に、駆動電圧Veを印加するための電圧源
を接続するのではなく、所望の電子ビームを得るのに必
要な電流を供給するための電流源を接続して駆動する方
法（以下「電流駆動」という）である。この方法は、表
面伝導型電子放出素子に流れる電流（以下「素子電流I
f」と記す）と放出された電子ビーム（以下「放出電流I
e」と記す）との間の強い相関関係に着目した結果考案
されたものであり、素子電流Ifの大きさを制御すること
により、放出電流Ieの大きさを制御するものである。

【００２３】つまり、表面伝導型電子放出素子のIf-Ie
特性を参照して、各素子に流す素子電流Ifの大きさを決
定し、列方向配線4002に接続した電流源からこれを供給
するものである。具体的には、If-Ie特性を記憶させた
メモリや、流すべき素子電流Ifを決定するための演算器
や、制御電流源などの電気回路を組合わせることによ
り、駆動回路を構成すればよい。このうちの制御電流源
には、流すべき素子電流Ifの大きさを一旦電圧信号にし
た後、電圧/電流変換回路で電流に変換するような回路
を用いていもよい。図3はこのような制御電流源の一例
を示す図で、オペアンプ302は、抵抗器304の両端に生じ
る電圧Vr(=If・R)と、入力される制御電圧Vinとを一致さ
せるように、トランジスタ303のチャネル抵抗を制御す
るので、制御電圧Vinに応じた電流If(=Vin/R)を得るこ
とができる。

【００２４】この電流駆動によれば、電圧駆動と比較し
て、配線抵抗による電圧降下が発生したとしてもその影
響を受けにくいため、出力される電子ビーム強度のばら
つきや変動を低減する大きな効果が認められる。しか
し、電流駆動にもまったく問題がないわけではなく、次
のような問題がある。

【００２５】図4は電流駆動における問題を説明するた
めの図である。

【００２６】マルチ電子ビーム源101の各列方向配線400
3の端子には図3の制御電流源が接続され、行方向配線40
02の端子には所定電圧の電源308が接続されている。映
像処理回路305は、入力された映像信号D0に応じた制御
電圧Vinを各オペアンプ302へ供給し、各電子放出素子40
01に所定の電流が流れるように制御する。また、抵抗30
7は電源308の内部抵抗および電源308から行方向配線400
2の端子までの配線抵抗を表し、抵抗308は列方向配線40
03の端子から制御電流源までの配線抵抗を表し、抵抗30
6は制御電流源から電源308までの配線抵抗を表してい
る。なお、詳細は後述するが、ここで問題になるのは抵
抗306だけである。また、符号Aで示す点は、映像処理回
路305の基準電位（通常、グランド電位で0V）を表す。

【００２７】図4に示すような回路において、映像処理
回路305から出力される制御電圧Vinは、点Aを基準電位
とする電圧になる。従って、オペアンプ302aは、制御電
圧Vinと電圧Vrが一致するように、つまり次式を満足さ
れるように動作する。 Vin = Vr = If・R + I・r …(1)

【００２８】式(1)において、Iは1ラインの素子に流れ
る素子電流Ifの総和である。また、rは配線抵抗306の値
であり、抵抗器304の値Rに比べて充分小さくなるように
設計されている。従って、通常は、次式の関係が成立す
る。 If・R >> I・r ∴ Vr = If・R …(2)

【００２９】しかし、電流Iが大きくなるとI・r成分が無
視できなくなるので、次式に示すように、素子電流Ifの
総和が増加するのに伴って、各素子電流Ifは減少するよ
うになる。 If = (Vin - I・r)/ R …(3)

【００３０】図5は各素子に所定電流を供給する場合
に、オンする素子数に対して素子電流Ifが減少していく
様子を示す図で、この結果、表示する画像パターンによ
り素子電流Ifが不必要に変化し、放出電流Ieも変化する
ので、蛍光体の発光輝度も不必要に変化してしまい、表
示画像の色や輝度などの再現性が劣化、つまり画質が劣
化するという問題がある。

【００３１】なお、配線方法を工夫して、抵抗器304の
一端を直接、点Aに接続するようにすれば、上記の問題
は解決することができる。しかし、高品位テレビジョン
の表示を目的とする場合などは、1ラインに3,000以上の
画素を配置することが望ましく、抵抗器304の一端を直
接、点Aに接続するような配線は現実的とはいえない。

【００３２】本発明は、上述の問題を解決するためのも
のであり、表示する画像パターンにより素子電流Ifが不
必要に変化するのを防ぐことができる電子源の駆動装
置、画像形成装置およびそれらの方法を提供することを
目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成する一手段として、以下の構成を備える。

【００３４】本発明にかかる電子源の駆動装置は、少な
くとも、複数の冷陰極電子源を二次元に配列し、行方向
配線と列方向配線により各電子源をマトリクス状に結線
したマルチ電子源と、前記行方向配線を一行ずつ走査す
る走査手段と、前記走査手段により走査される行の入力
端に所定電圧を入力する入力手段と、前記走査手段の走
査に同期して、入力された画像信号に基づく変調信号を
生成する変調手段と、前記入力画像信号の輝度に基づい
て前記変調信号を補正する補正手段と、前記補正手段に
より補正された変調信号に応じた電流を前記列方向配線
の入力端に供給する供給手段とを有することを特徴とす
る。

【００３５】本発明にかかる画像形成装置は、少なくと
も、複数の冷陰極電子源を二次元に配列し、行方向配線
と列方向配線により各電子源をマトリクス状に結線した
マルチ電子源と、前記行方向配線を一行ずつ走査する走
査手段と、前記走査手段により走査される行の入力端に
所定電圧を入力する入力手段と、前記走査手段の走査に
同期して、入力された画像信号に基づく変調信号を生成
する変調手段と、前記入力画像信号の輝度に基づいて前
記変調信号を補正する補正手段と、前記補正手段により
補正された変調信号に応じた電流を前記列方向配線の入
力端に供給する供給手段と、前記冷陰極電子源から放出
された電子によって発光する発光手段とを有することを
特徴とする。

【００３６】本発明にかかる電子源の駆動方法は、少な
くとも、複数の冷陰極電子源を二次元に配列し、行方向
配線と列方向配線により各電子源をマトリクス状に結線
したマルチ電子源の駆動方法であって、前記行方向配線
を一行ずつ走査する走査ステップと、前記走査ステップ
で走査する行の入力端に所定電圧を入力する入力ステッ
プと、前記走査ステップの走査に同期して、入力された
画像信号に基づく変調信号を生成する変調ステップと、
前記入力画像信号の輝度に基づいて前記変調信号を補正
する補正ステップと、前記補正ステップで補正した変調
信号に応じた電流を前記列方向配線の入力端に供給する
供給ステップとを有することを特徴とする。

【００３７】本発明にかかる画像形成方法は、少なくと
も、複数の冷陰極電子源を二次元に配列し、行方向配線
と列方向配線により各電子源をマトリクス状に結線した
マルチ電子源と、前記冷陰極電子源から放出された電子
によって発光する発光手段とを備えた画像形成装置の画
像形成方法であって、前記行方向配線を一行ずつ走査す
る走査ステップと、前記走査ステップで走査する行の入
力端に所定電圧を入力する入力ステップと、前記走査ス
テップの走査に同期して、入力された画像信号に基づく
変調信号を生成する変調ステップと、前記入力画像信号
の輝度に基づいて前記変調信号を補正する補正ステップ
と、前記補正ステップで補正した変調信号に応じた電流
を前記列方向配線の入力端に供給する供給ステップとを
有することを特徴とする。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる一実施形態
の画像形成装置を図面を参照して詳細に説明する。

【００３９】［画像表示装置の構成］図6は本実施形態
のマルチ電子ビーム源を備えた画像表示装置の構成例を
示すブロック図である。

【００４０】図6において、マルチ電子ビーム源と複数
の蛍光体を備えた表示パネル101は、端子Dx1〜Dxm，Dy1
〜Dynを介して外部回路に接続されている。また、後述
するフェースプレート上の高圧端子Hvも外部の高圧電源
に接続され、素子から放出された電子を加速するように
なっている。このうち、端子Dx1〜Dxmには、前述したパ
ネル内に設けられたマルチ電子ビーム源、すなわちM行N
列にマトリクス配線された電子放出素子群を一行ずつ順
次駆動して行くための走査信号が印加される。一方、端
子Dy1〜Dynには、前記走査信号により選択された一行の
各素子から出力される電子ビームを制御するための変調
信号が入力される。

【００４１】走査回路102は、内部にM個のスイッチング
素子を備え、各スイッチング素子は制御回路103で生成
される制御信号Tscanに基づき、走査中の素子列の端子
には直流電源Vx1を、また、非走査の素子列の端子には
直流電源Vx2を接続する。各スイッチング素子は、例え
ばFETのような素子により容易に構成することができ
る。なお、Vx1およびVx2の出力電圧については後述す
る。

【００４２】制御回路103は、外部より入力されるディ
ジタル映像信号5000に基づいて、適切な表示が行われる
ように各部の動作タイミングを整合させる働きをもつ。
外部より入力される映像信号5000は、例えばNTSC信号の
ように、画像データと同期信号が複合されている場合
と、予め両者が分離されている場合とがあるが、本実施
形態においては後者の信号の場合を説明する。なお、前
者の信号の場合は、既知の同期信号分離回路を設けて、
画像データと同期信号を分離すれば、後者の信号と同等
に扱うことができる。

【００４３】つまり、制御回路103は、外部より入力さ
れる同期信号Tsyncに基づいて、各部に対してTsft，Tmr
yおよびTmodの各制御信号を発生する。なお、同期信号
には、一般に、垂直同期信号と水平同期信号とが含まれ
るが、説明を容易にするためTsyncとする。

【００４４】一方、外部から入力される画像データ（輝
度データ）は、シフトレジスタ104に入力され、制御回
路103から入力される制御信号（シフトクロック）Tsft
に基づいて、時系列的にシリアルな画像データが、画像
の1ラインを単位として、シリアルからパラレルに変換
される。パラレル変換された画像1ライン分のデータ
（電子放出素子N素子分の駆動データに相当する）は、I
d1〜Idnの並列信号としてラッチ回路105へ出力される。

【００４５】ラッチ回路105は、画像1ライン分のデータ
を所定時間記憶するためのもので、制御回路103から送
られてくる制御信号Tmryに従って、Id1〜Idnを同時に記
憶する。記憶されたデータId1〜Idnは、電圧変調回路10
6へ出力される。

【００４６】電圧変調回路106は、入力されたデータId1
〜Idnに応じて振幅変調した電圧信号I'd1〜I'dnを出力
する。具体的には、画像データの輝度レベルが大きいほ
ど振幅の大きな電圧を出力するもので、例えば、最大輝
度に対して2[V]、最低輝度に対して0[V]の電圧を出力す
るものである。この出力信号I'd1〜I'dnは、輝度補正回
路107へ出力される。

【００４７】輝度補正回路108は、詳細は後述するが、
映像信号5000から得た1ライン当りの輝度の和の大小に
より、入力信号I'd1〜I'dnの振幅を増減した電圧信号I"
d1〜I"dnを出力するものである。この出力信号I"d1〜I"
dnは、電圧/電流変換回路107へ出力される。

【００４８】電圧/電流変換回路107は、入力される電圧
信号の振幅に応じて、電子放出素子に供給する電流を制
御する回路で、その出力信号は表示パネル101の端子Dy1
〜Dynに供給される。

【００４９】図7は電圧/電流変換回路107の内部構成例
を示すブロック図である。入力信号I"d1〜I"dnそれぞれ
に対して、図3に示したような制御電流源（電圧/電流変
換器301）を備えている。電圧/電流変換器301において
は、図3で説明したように、電流Ioutは、入力電圧信号V
inの振幅に応じて決定され、Iout=Vin/Rの関係が成立す
る。そこで、電圧/電流変換器301の設計パラメータを適
当な値に設定することにより、入力電圧信号Vinに相当
する電圧変調された信号I"d1〜I"dnに応じた電流loutを
得ることが可能になる。

【００５０】図8は輝度補正回路108の内部構成例を示す
ブロック図である。積算回路201は、制御信号Tsyncに基
づいて、1ライン毎の輝度値（輝度データ）の和Sを、画
像データから求めるためのものである。得られた和信号
Sは、すべての素子に最大輝度の素子電流Ifmaxが流れる
場合の輝度値の総和Smaxとの比がとられ、図5に示した
素子電流Ifの減少を補うために使用される。

【００５１】つまり、和信号Sと、レジスタ202aに格納
された値(α/Smax)とが演算回路202に入力され、画像デ
ータに応じて電圧振幅が変調された信号I'diを補正する
ための補正信号(1+α・S/Smax)が得られる。掛算器203に
より、この補正信号と変調信号I'diとが掛け算されて信
号I"diになる。なお、掛算器203は1ラインの画素数に応
じてm個あり、また、演算回路202の代わりにLUTを用い
ることもできるのは言うまでもない。

【００５２】ここで、補正比率αは、1ラインのすべて
の素子に最大輝度の素子電流Ifmaxが流れる場合に、素
子電流Ifを増加させる率であり、適宜設定される。例え
ば、1ラインのすべての素子にIfmaxが流れる場合にIfを
3%増加したい場合は、α=0.03になる。

【００５３】図20は入力された映像信号5000を電流Ifに
変換するまでの処理を示す工程図である。つまり、ステ
ップS1でディジタル映像信号5000を1ラインごとにシリ
アル/パラレル変換するとともに、ステップS2でディジ
タル映像信号5000の1ラインごとに輝度値の和Sを求め
る。続いて、ステップS3で信号Idiを画像データに応じ
た電圧信号I'diに変換するとともに、ステップS4で補正
信号(1+α・S/Smax)を計算する。そして、ステップS5で
電圧信号I'diと補正信号とを掛け算し、得られた信号I"
di(Vin)をステップS6で素子電流Ifに変換する。

【００５４】［設計パラメータについて］次に、本実施
形態における電圧/電流変換器301の抵抗器304の値や、
その他の設計パラメータの決定方法を説明する。

【００５５】すなわち、本実施形態に用いる表面伝導型
電子放出素子は、図9に示すように、ある電圧Vth（これ
を「閾値電圧」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、閾値電圧Vth
未満の電圧では放出電流Ieはほとんど検出されない。従
って、表示画面の不要な発光を防止するためには、非走
査の素子に加える電圧はVth未満にする必要がある。つ
まり、走査回路102は、非走査の行方向配線に電圧源Vx2
の出力電圧を印加するので、Vx2<Vthを満たす必要があ
る。そこで、本実施形態では、まずVx2を例えばVth-0.5
[V]に定める。

【００５６】なお、図9は画像形成装置に用いる素子のI
e（放出電流）対Vf（素子電圧）特性およびIf（素子電
流）対Vf（素子電圧）特性の典型的な例を示す図であ
る。放出電流Ieは素子電流Ifに比べて著しく小さく、同
一尺度で図示するのが困難である上、これらの特性は素
子の大きさや形状などの設計パラメタを変更することに
より変化するものであるため、これらの特性を示す二本
のカーブは任意単位で図示する。

【００５７】一方、走査中の素子からは、画像データに
応じて適宜電子ビームを放出するようにする必要がある
が、本実施形態においては、図10に示すIf-Ie特性を利
用して、素子電流Ifを適宜変調することにより放出電流
Ieを制御する。そして、図10に一例を示すように、蛍光
体を最大輝度で発光させる際の放出電流をIemax（例え
ば0.6μA）、そのときの素子電流をIfmax（例えば0.8m
A）と設定する。

【００５８】また、電圧変調回路106の出力信号I'di
は、前述したように、例えば最大輝度に対して2[V]、最
低輝度に対して0[V]に設定されているので、電圧/電流
変換器301の抵抗器304は次のように設定する。 R = Vin / Ifmax = 2V / 0.8mA = 2.5kΩ …(4)

【００５９】また、最大輝度で発光する電子放出素子
は、12[V]/0.8[mA]=15[kΩ]程度の電気抵抗をもつの
で、これと抵抗器304(2.5[kΩ])が直列に接続されてい
ることを考慮して、電圧源Vx1の出力電圧は約15[V]に設
定する。

【００６０】また、フェースプレートに印加する加速電
圧Vaは、所望する最大輝度を得るのに必要な蛍光体への
投入パワーを蛍光体の発光効率より算出し、Iemax×Va
がその投入パワーを満足するように設定するが、例え
ば、Vaは約10[kV]になる。

【００６１】図11は電圧/電流変換回路107における入力
信号I"diと出力電流Iout(If)，電子放出素子の放出電流
Ieの関係例を示す図である。つまり、信号I"diは、前述
したように、画像データ（輝度データ）に応じて電圧変
調され、例えば最大輝度に対して2[V]、最小輝度に対し
て0[V]になる。そして、最大輝度に対応する信号I"diに
応じて、電子放出素子には例えば0.8[mA]の素子電流If
が流れ、例えば0.6[μA]の放出電流Ieが得られる。

【００６２】このようにして、電子放出素子に画像デー
タに対応した放出電流Ieを放出させることにより、階調
画像を表示することが可能になる。さらに、本実施形態
においては、1ラインの輝度値の和に応じて、素子電流I
fの値を補正するので、表示パネル101へ素子電流Ifを流
すための配線の抵抗に起因する、表示する画像パターン
により素子電流Ifが不必要に変化し、放出電流Ieも変化
するので、蛍光体の発光輝度が不必要に変化してしま
い、表示画像の色や輝度などの再現性が劣化、つまり画
質が劣化するという問題を防いで、品位の高い画質を得
ることができる。

【００６３】［表示パネルの構成と製造法］図12は本実
施形態に用いる表示パネルの斜視図で、その内部構造を
示すためにパネルの一部を切欠いて示してある。

【００６４】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、これらにより表示パネ
ルの内部を略真空に維持するための気密容器を形成して
いる。気密容器を組立てるに当っては、各部材の接合部
に充分な強度と気密性を保持するため封着する必要があ
る。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において400℃から500℃で10分以
上の焼成を行うことにより封着する。なお、気密容器内
部を略真空に排気する方法については後述する。

【００６５】リアプレート1005には、基板1001が固定さ
れているが、その基板1001上には表面伝導型電子放出素
子1002がN×M個形成されている。なお、NとMは、ともに
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を表示
することを目的とする装置においては、N=3,000、M=1,0
00以上の数を設定することが望ましいが、本実施例にお
いては、例えばN=3,072、M=1,024とする。M×N個の表面
伝導型電子放出素子は、N本の行方向配線1003とM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。こ
こで、行方向と列方向とは略直交する方向であることは
言うまでもない。

【００６６】なお、符号1001〜1004で示す各部によって
構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶが、その製
造方法や構造については後で詳しく説明する。また、本
実施例においては、気密容器のリアプレート1005にマル
チ電子ビーム源の基板1001を固定する構成としたが、基
板1001が充分な強度を有すれば、基板1001自体を気密容
器のリアプレートとして用いてもよい。

【００６７】フェースプレート1007の下面には、蛍光膜
1008が形成される。本実施例はカラー画像を形成する装
置であるため、蛍光膜1008は、CRTの分野で用いられる
赤緑青の三原色の蛍光体で塗り分ける。各色の蛍光体92
は、例えば、図13Aに示すようにストライプ状に塗り分
けられ、蛍光体のストライプの間には黒色導電体91が設
けてある。黒色導電体91を設ける目的は、電子ビームの
照射位置に多少のずれがあっても、表示色にずれが生じ
ないようにすること、外光の反射を防止して表示コント
ラストの低下を防ぐこと、電子ビームによる蛍光膜1008
の帯電を防止することなどである。黒色導電体91は黒鉛
を主成分として用いるが、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よい。

【００６８】三原色の蛍光体92の塗り分け方は、図13A
に示すストライプ状の配列に限られるものではなく、例
えば、図13Bに示すようなデルタ状配列や、それ以外の
配列であってもよい。なお、モノクロームの表示パネル
を作成する場合は、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91は必ずしも必要としな
い。蛍光体92の塗布方法には、モノクロームの場合は沈
殿法や印刷法を用いるが、カラーの場合はスラリー法を
用いる。ただし、カラーの場合に印刷法を用いても、勿
論、同等の塗布膜が得られる。

【００６９】また、蛍光膜1008のリアプレート1005側の
面には、CRTの分野で公知のメタルバック1009を設けて
ある。メタルバック1009を設ける目的は、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こ
と、負イオンの衝突から蛍光膜1008を保護すること、電
子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させ
ること、蛍光膜1008を励起した電子の導電路として作用
させることなどである。メタルバック1009は、蛍光膜10
08をフェースプレート1007上に形成した後、蛍光膜1008
の表面を平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）
し、その上にAl（アルミ）を例えば真空蒸着する方法に
より形成する。なお、蛍光膜1008に低電圧用の蛍光体材
料を用いる場合は、メタルバック1009を用いない。ま
た、本実施例では用いないが、加速電圧の印加用や、蛍
光膜1008の導電性向上を目的として、フェースプレート
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。

【００７０】Dx1〜Dxm，Dy1〜DynおよびHvは、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1004と、Hvはフェースプレート
1007のメタルバック1009と電気的に接続している。

【００７１】気密容器内部を真空に排気するには、気密
容器を組立てた後、不図示の排気管と真空ポンプとを気
密容器に接続し、容器内を10^(-7)Torr程度の真空度ま
で排気する（a^bはaのb乗を表す）。その後、排気管を
封止するが、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位置にゲッタ膜
（不図示）を形成する。ゲッタ膜とは、例えばBaを主成
分とするゲッタ材料をヒータもしくは高周波加熱により
加熱して蒸着した膜で、ゲッタ膜の吸着作用により容器
内は10^(-5)から10^(-7)Torrの真空度に維持される。な
お、気密容器の組立て、つまりフェースプレート1007、
側壁1006、リアプレート1005の接合部を封着する際は、
各色の蛍光体92と電子放出素子とを対応させなければな
らないので、充分に位置合わせを行う必要がある。

【００７２】［表面伝導型電子放出素子の好適な素子構
成と製法］以上、本実施例の表示パネルの基本構成と製
造方法を説明したが、次に、本実施例の表示パネルに用
いるマルチ電子ビーム源の製造方法について説明する。

【００７３】本実施例の画像形成装置に用いる電子ビー
ム源は、表面伝導型電子放出素子を単純マトリクス配線
した電子源であれば、表面伝導型電子放出素子の材料や
形状あるいは製法に制限はない。しかしながら、発明者
らは、表面伝導型電子放出素子の中では、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、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電子放出素子は、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、まず好適な
表面伝導型電子放出素子について、基本的な構成と製法
およびその特性を説明した後、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説明す
る。

【００７４】なお、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電子放出素子の代表的な
構成には、平面型と垂直型の二種類があるので、これら
を順に説明する。

【００７５】［平面型の表面伝導型電子放出素子］ま
ず、平面型の表面伝導型電子放出素子の素子構成と製法
について説明する。図14Aは平面型の表面伝導型電子放
出素子の構成を説明する平面図、図14Bはその断面図で
ある。

【００７６】同図において、1101は基板、1102と1103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。

【００７７】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
板などを用いる。

【００７８】基板1101上に基板面と平行に互いに対向し
て設けられた素子電極1102と1103は、導電性を有する材
料によって形成する。例えば、Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt,
Ti,Cu, Pd, Agなどをはじめとする金属や、これら金属
の合金、あるいは、In2O3-SnO2をはじめとする金属酸化
物や、ポリシリコンなどの半導体などから適宜材料を選
択して用いる。素子電極1102と1103は、例えば真空蒸着
などの成膜技術とフォトリソグラフィ・エッチングなど
のパターンニング技術を組合わせ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
も差し支えない。素子電極1102と1103の形状は、その電
子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計する。電極間
隔Lは、通常、数百Åから数百μmの範囲から適当な数値
を選んで設計するが、画像形成装置に応用するために好
ましいのは数μmから数十μmの範囲である。また、素子
電極1102と1103の厚さdは、通常、数百Åから数μmの範
囲から適当な数値を選ぶ。

【００７９】導電性薄膜1104には微粒子膜を用いる。こ
こで述べる微粒子膜とは、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）を指す。微粒子膜を
微視的に調べれば、通常、個々の微粒子が離間して配置
された構造、微粒子が互いに隣接した構造、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。微粒子
膜に用いる微粒子の粒径は、数Åから数千Åの範囲に含
まれるものであるが、好ましいのは10Åから200Åの範
囲のものである。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べ
るような諸条件を考慮して適宜設定される。すなわち、
素子電極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などである。具体的に
は、数Åから数千Åの範囲で設定するが、好ましいのは
10Åから500Åの範囲である。微粒子膜を形成するのに
用いる材料は、例えば、Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In,
Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W,Pbなどをはじめとする金
属、PdO, SnO2, In2O3, PbO, Sb2O3などをはじめとする
酸化物、HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6YB4, GdB4などをはじ
めとする炭化物、Ti

【００８０】N, ZrN, HfNなどをはじめとする窒化物、S
i, Geなどをはじめとする半導体、カーボンなどがあげ
られ、これらの中から適宜選択する。

【００８１】以上述べたように、導電性薄膜1104を微粒
子膜で形成するが、そのシート抵抗値は10^3から10^7Ω
/cm^2の範囲に含まれるよう設定する。なお、導電性薄
膜1104と素子電極1102と1103とは、電気的に良好に接続
されるのが望ましいので、互いにその一部が重なり合う
ような構造をとっている。なお、図14Bには、下から基
板1101、素子電極1102と1103、導電性薄膜1104の順で積
層する例を示したが、場合によっては、下から基板110
1、導電性薄膜1104、素子電極1102と1103の順で積層し
ても差し支えない。

【００８２】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、電気的には周囲の導電性
薄膜1104よりも高抵抗な性質を有している。亀裂は、導
電性薄膜1104に後述する通電フォーミング処理を行うこ
とにより形成する。亀裂内には、数Åから数百Åの粒径
の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電子放出
部1105の位置や形状を、精密かつ正確に図示するのは困
難であり、図14Aと14Bには模式的に示している。

【００８３】薄膜1113は、炭素もしくは炭素化合物から
なる薄膜で、電子放出部1105およびその近傍を被覆して
いる。薄膜1113は、通電フォーミング処理後に、後述す
る通電活性化処理を行うことにより形成する。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
カーボンの何れか、もしくはその混合物で、膜厚は500
Å以下にするが、300Å以下にするのがさらに好まし
い。なお、実際の薄膜1113の位置や形状を、精密かつ正
確に図示するのは困難であり、図14Aと14Bには模式的に
示している。また、図14Aと14Bは薄膜1113の一部を除去
した状態を示している。

【００８４】以上、好ましい素子の基本構造を説明した
が、実施例においては、基板1101に青板ガラスを、素子
電極1102と1103にNi薄膜を用い、素子電極1102と1103の
厚さdは約1000Å、電極間隔Lは約2μmとし、微粒子膜の
主要材料としてPdもしくはPdOを用い、微粒子膜の厚さ
は約100Å、幅Wは約100μmにした素子を用いる。

【００８５】次に、好適な平面型の表面伝導型電子放出
素子の製造方法について説明する。図15Aから15Eは表面
伝導型電子放出素子の製造工程を説明するための断面図
である。

【００８６】工程1: 基板1101上に素子電極1102と1103
を形成する（図15A）。具体的には、基板1101を洗剤、
純水、有機溶剤を用いて予め充分に洗浄し、電極材料を
堆積させる。なお、この堆積には例えば蒸着法やスパッ
タ法などの真空成膜技術を用いる。そして、堆積した電
極材料を、フォトリソグラフィ・エッチング技術を用い
てパターニングし、一対の素子電極1102と1103を形成す
る。

【００８７】工程2: 導電性薄膜1104を形成する（図15
B）。具体的には、素子電極1102と1103を形成した基板1
101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・エッチ
ングにより所定の形状にパターニングして、導電性薄膜
1104を形成する。ここで、有機金属溶剤とは、導電性薄
膜に用いる微粒子材料を主要元素とする有機金属化合物
の溶液で、本実施例では主要元素としてPdを用いた。ま
た、塗布方法として、ディッピング法を用いるが、それ
以外の、例えばスピンナ法やスプレイ法を用いてもよ
い。また、微粒子膜からなる導電性薄膜の成膜方法とし
ては、本実施例で用いた有機金属溶液を塗布する方法以
外にも、例えば真空蒸着法やスパッタ法など、あるいは
化学的気相堆積法(CVD)などを用いることができる。

【００８８】工程3: 素子電極1102と1103の間に、フォ
ーミング用電源1110から適宜の電圧を印加して、通電フ
ォーミング処理を行い、電子放出部1105を形成する（図
15C）。ここで、通電フォーミング処理とは、微粒子膜
からなる導電性薄膜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
膜からなる導電性薄膜1104のうち電子放出を行うのに好
適な構造に変化した部分、つまり電子放出部1105におい
ては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。なお、電子
放出部1105を形成する前と比較して、形成後は素子電極
1102と1103の間の電気抵抗が大幅に増加する。

【００８９】図16は通電フォーミング処理における通電
方法を詳しく説明するための図で、フォーミング用電源
1110から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。微粒子
膜からなる導電性薄膜1104をフォーミングする場合、パ
ルス状の電圧波形を印加するのが好ましく、本実施例の
場合は、図16に示すように、パルス幅T1の三角波パルス
を繰返間隔T2で連続的に印加する。その際、三角波パル
スの波高値Vpfを順次昇圧する。

【００９０】なお、本実施例においては、例えば10^(-
5)Torr程度の真空雰囲気下で、例えばパルス幅T1を約1m
s、繰返間隔T2を約10msにし、波高値Vpfを一パルスごと
に約0.1Vずつ昇圧した。そして、三角波を五パルス印加
する度に一回の割合で、フォーミング処理に悪影響を及
ぼすことがないように波高値Vpmが約0.1Vのモニタパル
スPmを挿入して、その際に流れる電流を電流計1111で計
測することにより、電子放出部1105の形成状況をモニタ
する。そして、素子電極1102と1103の間の電気抵抗が1M
Ω以上になった段階、すなわちモニタパルスPmを印加し
たときに電流計1111で計測される電流が0.1μA以下にな
った段階で、フォーミング処理にかかる通電を終了す
る。なお、この方法は、本実施例の表面伝導型電子放出
素子に関して好ましく、微粒子膜の材料や膜厚、あるい
は、素子電極間隔Lなど、表面伝導型電子放出素子の設
計を変更した場合には、それに応じて通電条件を適宜変
更するのが望ましい。

【００９１】工程4: 素子電極1102と1103の間に活性化
用電源1112から適宜の電圧を印加して、通電活性化処理
を行い、電子放出特性を改善する（図15D）。ここで、
通電活性化処理とは、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い、その
近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積させる処理のこと
である。図15Dは、炭素もしくは炭素化合物からなる堆
積物を、部材1113として模式的に示している。なお、通
電活性化処理を行う前と比較して、処理後は同じ印加電
圧における放出電流を、典型的な場合に百倍以上に増加
させることができる。

【００９２】より具体的には、10^(-4)から10^(-5)Torr
の範囲の真空雰囲気中で、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
晶質カーボンの何れかか、もしくはその混合物で、その
膜厚は500Å以下、より好ましくは300Å以下にする。次
に、通電方法をより詳しく説明する。

【００９３】図17Aは通電活性化用処理時に印加する適
宜の電圧波形の一例を示す図である。本実施例において
は、一定電圧の矩形波を周期的に印加して通電活性化処
理を行うが、具体的には、矩形波の電圧Vacを約14V、パ
ルス幅T3を約1ms、パルス間隔T4を約10msにする。この
通電条件は、本実施例の表面伝導型電子放出素子に関す
る好ましい条件であり、表面伝導型電子放出素子の設計
を変更した場合は、それに応じて通電条件を適宜変更す
るのが望ましい。

【００９４】図15Dに示す1114は、表面伝導型電子放出
素子から放出される放出電流Ieを捕捉するためのアノー
ド電極で、直流高電圧電源1115および電流計1116を接続
する。なお、基板1101を、表示パネル中に組込んでから
通電活性化処理を行う場合は、表示パネルの蛍光面をア
ノード電極1114として用いる。

【００９５】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
進行状況をモニタし、活性化用電源1112の動作を制御す
る。図17Bは電流計1116で計測した放出電流Ieの一例を
示す図で、活性化電源1112からパルス電圧を印加し始め
ると、時間の経過とともに放出電流Ieは増加するが、や
がて飽和してほとんど増加しなくなる。このように、放
出電流Ieがほぼ飽和した時点で、活性化用電源1112から
の電圧印加を停止し、通電活性化処理を終了する。

【００９６】以上のようにして、図15Eに一例を示す平
面型の表面伝導型電子放出素子を製造する。

【００９７】［垂直型の表面伝導型電子放出素子］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
た表面伝導型電子放出素子のもうひとつの代表的な構
成、すなわち垂直型の表面伝導型電子放出素子の構成に
ついて説明する。

【００９８】図18は垂直型の表面伝導型電子放出素子の
基本構成を説明するための模式的な断面図で、1201は基
板、1202と1203は素子電極、1206は段差形成部材、1204
は微粒子膜を用いた導電性薄膜、1205は通電フォーミン
グ処理により形成した電子放出部、1213は通電活性化処
理により形成した薄膜である。

【００９９】先に説明した平面型と垂直型とが異なる点
は、素子電極の一方(1202)が段差形成部材1206上に設け
られていて、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14Aと14Bに示した
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。なお、基
板1201、素子電極1202と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
料を同様に用いることができる。また、段差形成部材12
06には、例えばSiO2のような電気的な絶縁性材料を用い
る。

【０１００】次に、垂直型の表面伝導型電子放出素子の
製法について説明する。図19Aから19Fは垂直型の表面伝
導電子放出素子の製造工程を説明する断面図である。

【０１０１】工程1: 基板1201上に素子電極1203を形成
する（図19A）。

【０１０２】工程2: 段差形成部材（以下「絶縁層」と
呼ぶ場合がある）1206を積層する（図19B）。絶縁層120
6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などの他の成膜方法を用いても
よい。

【０１０３】工程3: 絶縁層1206の上に素子電極1202を
形成する（図19C）。

【０１０４】工程4: 絶縁層1206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（図
19D）。

【０１０５】工程5: 微粒子膜を用いた導電性薄膜1204
を形成する（図19E）。前記平面型の場合と同じく、例
えば塗布法などの成膜技術を用いる。

【０１０６】工程6: 前記平面型の場合と同様の通電フ
ォーミング処理を行い、電子放出部1205を形成する（図
19F）

【０１０７】工程7: 前記平面型の場合と同様の通電活
性化処理を行い、電子放出部1205近傍に炭素もしくは炭
素化合物を堆積させる（図19F）

【０１０８】以上のようにして、図19Fに一例を示す垂
直型の表面伝導型電子放出素子を製造する。

【０１０９】［表面伝導型電子放出素子の特性］次に、
装置に用いる素子の特性について説明する。装置に用い
た素子は、図9に示したように、放出電流Ieに関して次
の三つの特性を有している。

【０１１０】第一に、ある電圧Vth（これを「閾値電
圧」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、閾値電圧Vth未満の電圧
では放出電流Ieはほとんど検出されない。すなわち、放
出電流Ieに関して、明確な閾値電圧Vthをもった非線形
素子である。

【０１１１】第二に、放出電流Ieは素子に印加する電圧
Vfに依存して変化するため、電圧Vfで放出電流Ieの大き
さを制御できる。

【０１１２】第三に、素子に印加する電圧Vfに対して、
素子から放出される電流Ieの応答速度が速いため、電圧
Vfを印加する時間の長さによって、素子から放出される
電子の電荷量を制御できる。

【０１１３】以上のような特性を有するため、表面伝導
型電子放出素子を画像形成装置に好適に用いることがで
きる。例えば、画面の画素に対応して多数の素子を設け
た装置において、第一の特性を利用すれば、画面を順次
走査して画像を形成することが可能である。すなわち、
駆動中の素子には所望する発光輝度に応じて閾値電圧Vt
h以上の電圧を適宜印加し、非選択（非駆動）状態の素
子には閾値電圧Vth未満の電圧を印加する。このように
して、駆動する素子を順次切替えることにより、画面を
順次走査して画像を形成することができる。また、第二
の特性かまたは第三の特性を利用することにより、発光
輝度を制御することができるので、階調表示を行うこと
が可能である。

【０１１４】［マルチ電子ビーム源の構造］次に、上述
した表面伝導型電子放出素子を、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
て説明する。図21Aは図12に示した表示パネルに用いた
マルチ電子ビーム源の部分平面図、図21Bは図21AのA-A'
矢視断面図である。基板上に、図14Aと14Bに示したもの
と同様な表面伝導型電子放出素子を配列し、図12に示し
たようにこれらの素子を二つの群に分割して、その群ご
とに行方向配線1003と列方向配線1004により単純マトリ
クス状に結線する。行方向配線1003と列方向配線1004の
交差する部分には、絶縁層（不図示）を形成して、配線
間の電気的な絶縁を保つ。

【０１１５】なお、このような構造のマルチ電子ビーム
源は、予め基板上に行方向配線1003、列方向配線1004、
電極間絶縁層（不図示）および表面伝導型電子放出素子
の素子電極1102と1103と導電性薄膜1104を形成した後、
行方向配線1003および列方向配線1004を介して、各素子
に電圧を印加して通電フォーミング処理および通電活性
化処理を行うことにより製造する。［画像形成装置］

【０１１６】以下では、前述したディスプレイパネルを
用いて、例えばテレビジョン放送をはじめとする種々の
画像情報源より提供される画像情報を表示するように構
成した多機能表示装置について説明する。図22はこの多
機能表示装置の一例を示すブロック図である。

【０１１７】同図において、2100はディスプレイパネ
ル、2101はディスプレイパネルの駆動回路、2102はディ
スプレイコントローラ、2103はマルチプレクサ、2104は
デコーダ、2105は入出力インタフェイス回路、2106はCP
U部、2107は画像生成回路、2108から2110は画像メモリ
インタフェイス回路、2111は画像入力インタフェイス回
路、2112と2113はTV信号受信回路、2114は入力部であ
る。

【０１１８】なお、CPU部2106はCPU、予めプログラムが
格納されたROM、ワークRAM、I/Oなどを含み、入力部211
4には、必要に応じて、タッチパネルやキーボードおよ
びマウスなどのポインティングデバイスが接続される。
また、本装置は、例えばテレビジョン信号のように映像
情報とサウンド情報の両方を含む信号を受信する場合
は、当然、映像の表示と同時にサウンドを再生するもの
であるが、本発明の特徴と直接関係しないサウンド情報
の受信，分離，再生，処理，記憶などに関する回路や、
サウンドを再生するスピーカなどについては説明を省略
する。以下、画像信号の流れに沿って各部の機能を説明
する。

【０１１９】TV信号受信回路2113は、例えば電波や空間
光通信などのような無線伝送系を用いて伝送されるTV画
像信号を受信するための回路で、受信したTV信号をデコ
ーダ2104へ出力する。なお、受信するTV信号の方式はと
くに限られるものではなく、例えばNTSC, PAL, SECAMな
どの諸方式でよい。また、これらの方式よりさらに多数
の走査線数をもつTV信号、例えばMUSE方式をはじめとす
る所謂高品位TVは、大面積化や大画素数化に適した本実
施例のディスプレイパネル2100の利点を生かすのに好適
な信号源である。

【０１２０】TV信号受信回路2112は、例えば同軸ケーブ
ルや光ファイバなどのような有線伝送系を用いて伝送さ
れるTV画像信号を受信するための回路で、受信したTV信
号をデコーダ2104へ出力する。なお、TV信号受信回路21
13と同様に、受信するTV信号の方式はとくに限られるも
のではない。

【０１２１】画像入力インタフェイス回路2111は、例え
ばTVカメラやイメージスキャナなどの画像入力装置から
供給される画像信号を入力するための回路で、入力した
画像信号をデコーダ2104へ出力する。

【０１２２】画像メモリインタフェイス回路2110は、ビ
デオテープレコーダ（以下「VTR」と略す）で再生され
た画像信号を入力するための回路である。画像メモリイ
ンタフェイス回路2109は、ビデオディスクに記録された
画像信号を入力するための回路である。画像メモリイン
タフェイス回路2108は、所謂静止画ディスクのように、
静止画像データを記録したメディアから画像信号を入力
するための回路である。なお、これらの画像メモリイン
タフェイス回路2108から2110は、入力した画像信号をデ
コーダ2104へ出力する。

【０１２３】入出力インタフェイス回路2105は、本装置
と、外部のコンピュータやプリンタなどの出力装置を直
接に、あるいはコンピュータネットワークを介して接続
するための回路で、画像データや文字・図形情報の入出
力を行うのは勿論のこと、場合によっては本装置のCPU2
106と外部との間で、制御信号や数値データの入出力な
どを行うことも可能である。

【０１２４】画像生成回路2107は、入出力インタフェイ
ス回路2105を介して外部から入力された画像データや文
字・図形情報、あるいはCPU2106から入力された画像デ
ータや文字・図形情報に基づいて、表示用画像データを
生成するための回路である。本回路の内部には、例えば
画像データや文字・図形情報を蓄積するための書換え可
能なメモリや、文字コードに対応する画像情報が記憶さ
れた読出し専用のメモリや、文字・図形情報を画像に展
開するなどの画像処理を行うためのプロセッサなどをは
じめとして、画像の生成に必要な回路が組込まれてい
る。本回路により生成された表示用画像データはデコー
ダ2104へ出力されるが、場合によっては入出力インタフ
ェイス回路2105を介して外部のコンピュータネットワー
クやプリンタへ出力することも可能である。

【０１２５】CPU2106は、主として本装置の動作制御
や、表示画像の生成や選択や編集に関わる作業を行う。
例えば、マルチプレクサ2103に制御信号を出力し、ディ
スプレイパネル2100に表示する画像信号を適宜選択した
り組合わせたりする。また、その際には、表示する画像
信号に応じて、ディスプレイパネルコントローラ2102に
対して制御信号を発生し、画面表示周波数、走査方法
（例えばインタレースかノンインタレースか）や一画面
の走査線数など、表示装置の動作を適宜制御する。ま
た、CPU2106は、画像生成回路2107に対して、画像デー
タや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは入出力
インタフェイス回路2105を介して外部のコンピュータや
メモリをアクセスして画像データや文字・図形情報を入
力する。

【０１２６】勿論、CPU2106は、これら以外の目的の作
業にも関わるものであってもよい。例えば、パーソナル
コンピュータやワードプロセッサなどのように、情報を
生成したり処理する機能に直接関わってもよい。あるい
は、前述したように、入出力インタフェイス回路2105を
介して外部のコンピュータネットワークと接続し、例え
ば数値計算などの作業を外部機器と協同して行ってもよ
い。

【０１２７】入力部2114は、本装置のオペレータがCPU2
106に命令やプログラムあるいはデータなどを入力する
ためのものであり、例えばキーボードやマウスのほか、
ジョイスティック，バーコードリーダ，音声認識装置な
ど多様な入力機器を接続することが可能である。

【０１２８】デコーダ2104は、画像生成回路2107からTV
信号受信回路2113より入力される種々の画像信号を、三
原色信号または輝度信号とI信号，Q信号に逆変換するた
めの回路である。なお、図に破線で示すように、デコー
ダ2104は内部に画像メモリを備えるのが望ましく、これ
は例えばMUSE方式のTV信号をはじめとして、逆変換する
に際して画像メモリを必要とするような画像信号を扱う
ためである。また、画像メモリを備えることにより、JP
EG方式などで圧縮された静止画の表示や、MPEG方式など
で圧縮された動画の表示が容易になる上、画像生成回路
2107およびCPU2106と協同して画像の間引き，補間，拡
大，縮小，合成をはじめとする各種の画像処理や編集が
容易に行えるようになるという利点が生まれる。

【０１２９】マルチプレクサ2103は、CPU2106より入力
される制御信号に基づいて、表示画像を適宜選択するも
のである。すなわち、マルチプレクサ2103は、デコーダ
2104から入力される逆変換された画像信号の中から所望
の画像信号を選択して、駆動回路2101へ出力する。その
場合に、一画面を表示する時間内で複数の画像信号を切
替えて選択することにより、所謂マルチ画面テレビのよ
うに、一画面を複数の領域に分けて、その領域ごとに異
なる画像を表示することも可能である。

【０１３０】ディスプレイパネルコントローラ2102は、
CPU2106より入力される制御信号に基づいて、駆動回路2
101の動作を制御するための回路で、ディスプレイパネ
ル2100の基本動作に関わるものとして、例えばディスプ
レイパネル2100の駆動用電源（不図示）の動作シーケン
スを制御するための信号を駆動回路2101に対して出力す
る。また、ディスプレイパネル2100の駆動方法に関わる
ものとして、例えば画面表示周波数や走査方法を制御す
るための信号を駆動回路2101に対して出力する。また、
場合によっては、表示画像の輝度・コントラスト・色調
・シャープネスといった画質の調整に関わる制御信号を
駆動回路2101に対して出力する場合もある。

【０１３１】駆動回路2101は、ディスプレイパネル2100
に印加する駆動信号を発生するための回路で、マルチプ
レクサ2103から入力された画像信号と、ディスプレイパ
ネルコントローラ2102より入力された制御信号とに基づ
いて動作するものである。

【０１３２】以上、各部の機能を説明したが、図22に例
示した構成により、本装置においては多様な画像情報源
より入力される画像情報をディスプレイパネル2100に表
示することが可能である。すなわち、TV放送をはじめと
する各種の画像信号はデコーダ2104において逆変換され
た後、マルチプレクサ2103において適宜選択され、駆動
回路2101に入力される。一方、ディスプレイコントロー
ラ2102は、表示する画像信号に応じて駆動回路2101の動
作を制御するための制御信号を発生する。駆動回路2101
は、これら画像信号と制御信号に基づいて、ディスプレ
イパネル2100に駆動信号を印加する。これにより、ディ
スプレイパネル2100において画像が表示される。これら
の一連の動作は、CPU2106により統括的に制御される。

【０１３３】また、本装置においては、デコーダ2104に
内蔵する画像メモリや、画像生成回路2107およびCPU210
6が関与することにより、単に複数の画像情報の中から
選択したものを表示するだけでなく、表示する画像情報
に対して、例えば拡大，縮小，回転，移動，エッジ強
調，間引き，補間，色変換，画像の縦横比変換などをは
じめとする画像処理や、合成，消去，接続，入換え，は
め込み，切抜きなどをはじめとする画像編集を行うこと
も可能である。

【０１３４】また、上記の説明ではとくに触れなかった
が、上述した画像処理や画像編集と同様に、サウンド情
報に関しても処理や編集を行うための専用回路を設けて
もよい。

【０１３５】このように、本装置は、TV放送の表示機
器，テレビ会議の端末機器，静止画像および動画像を扱
う画像編集機器，コンピュータの端末機器，ワードプロ
セッサをはじめとする事務用端末機器，ゲーム機などの
機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業用あるいは
民生用として極めて応用範囲が広い。

【０１３６】なお、図22は表面伝導型電子放出素子を電
子ビーム源とするディスプレイパネル2100を用いた表示
装置の構成例を示したに過ぎず、本実施例の表示装置は
これだけに限定されるものではない。例えば、図22に示
す構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回
路は省いても差し支えないし、これとは逆に、使用目的
によってはさらに構成要素を追加してもよい。例えば、
本装置をテレビ電話機に応用する場合は、テレビカメ
ラ，照明，音声マイク，スピーカ，MODEMやNCUを含む送
受信回路などを構成要素に追加する。

【０１３７】本装置においては、とくに表面伝導型電子
放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネル2100
が容易に薄形化できるため、装置全体の奥行きを小さく
することが可能である。それに加えて、表面伝導型電子
放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネル2100
は大画面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるた
め、本装置は臨場感あふれ迫力に富んだ画像を視認性よ
く表示することが可能である。

【０１３８】

【他の実施形態】前述した実施形態においては、データ
処理が容易なディジタル映像信号5000を画像表示装置に
入力する例を説明したが、本発明はこれに限らず、アナ
ログ映像信号を入力してもよい。例えば、A/D変換器を
用いて、入力されたアナログ映像信号をディジタル映像
信号に変換した後、図6に示した回路へ入力すればよ
い。

【０１３９】また、前述した実施形態においては、シリ
アル/パラレル変換処理に、ディジタル信号の処理が容
易なシフトレジスタ104を用いた例を説明したが、本発
明はこれに限らず、例えば、格納アドレスを制御するこ
とにより、シフトレジスタと等価な機能を得ることがで
きるRAMなどを用いてもよい。

【０１４０】また、上述した画像表示装置は、テレビジ
ョン，計算機，画像メモリ，通信ネットワークなどの多
種の画像信号源と直接あるいは間接的に接続する表示装
置として広く用いることが可能であり、とくに大面積の
画像を表示する大画面の表示装置として好適である。ま
た、人間が直視する用途に限らず、例えば、所謂光プリ
ンタのように画像を記録する装置の光源としても応用す
ることができる。

【０１４１】また、上述した画像表示装置においては、
冷陰極電子源の中でも、その構造・製法の容易さから表
示装置に最適である表面伝導型電子放出素子を用いる例
を説明したが、その他の例陰極電子源を用いることもで
きる。

【０１４２】また、電圧/電流変換器301は、図3に示す
構成に限られるものではなく、入力電圧Vinに応じた電
流を負荷（電子放出素子）に流すことができるものであ
ればよい。例えば、図3のトランジスタ303にはFETの代
わりにNPNトランジスタなどを用いることもできるし、
大きな電流を必要とする場合は、トランジスタ303にパ
ワートランジスタをダーリントン接続すればよい。

【０１４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表示する画像パターンにより素子電流Ifが不必要に変化
するのを防いだ電子源の駆動装置、画像形成装置および
それらの方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面伝導型電子放出素子の素子構成の典型的な
例を示す平面図、

【図２】電子的な配線方法によるマルチ電子ビーム源の
一例を示す図、

【図３】制御電流源の一例を示す図、

【図４】電流駆動における問題を説明するための図、

【図５】オンする素子数に対して素子電流Ifが減少して
いく様子を示す図、

【図６】本実施形態のマルチ電子ビーム源を備えた画像
表示装置の構成例を示すブロック図、

【図７】図6に示す電圧/電流変換回路の内部構成例を示
すブロック図、

【図８】図6に示す輝度補正回路の内部構成例を示すブ
ロック図、

【図９】表面伝導型電子放出素子の放出電流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示す図、

【図１０】素子電流Ifと放出電流Ieとの関係例を示す
図、

【図１１】電圧/電流変換回路における入力信号I"diと
出力電流Iout(If)，電子放出素子の放出電流Ieの関係例
を示す図、

【図１２】本実施例に用いる表示パネルの斜視図、

【図１３Ａ】蛍光膜の一例を示す図、

【図１３Ｂ】蛍光膜の一例を示す図、

【図１４Ａ】平面型の表面伝導型電子放出素子の構成を
説明する平面図、

【図１４Ｂ】図14Aに示す素子の断面図、

【図１５Ａ】図14Aに示す素子の製造工程を説明するた
めの断面図、

【図１５Ｂ】図14Aに示す素子の製造工程を説明するた
めの断面図、

【図１５Ｃ】図14Aに示す素子の製造工程を説明するた
めの断面図、

【図１５Ｄ】図14Aに示す素子の製造工程を説明するた
めの断面図、

【図１５Ｅ】図14Aに示す素子の製造工程を説明するた
めの断面図、

【図１６】通電フォーミング処理における通電方法を詳
しく説明するための図、

【図１７Ａ】通電活性化用処理時に印加する適宜の電圧
波形の一例を示す図、

【図１７Ｂ】通電活性化処理の進行状況を示す図、

【図１８】垂直型の表面伝導型電子放出素子の基本構成
を説明するための模式的な断面図、

【図１９Ａ】図18に示す素子の製造工程を説明する断面
図、

【図１９Ｂ】図18に示す素子の製造工程を説明する断面
図、

【図１９Ｃ】図18に示す素子の製造工程を説明する断面
図、

【図１９Ｄ】図18に示す素子の製造工程を説明する断面
図、

【図１９Ｅ】図18に示す素子の製造工程を説明する断面
図、

【図１９Ｆ】図18に示す素子の製造工程を説明する断面
図、

【図２０】入力された映像信号を電流Ifに変換するまで
の処理を示す工程図、

【図２１Ａ】図12に示す表示パネルに用いるマルチ電子
ビーム源の部分平面図、

【図２１Ｂ】図21AのA-A'矢視断面図、

【図２２】多機能表示装置の一例を示すブロック図、

【符号の説明】

1005 リアプレート 1006 側壁 1007 フェースプレート 1008 蛍光膜 1009 バックプレート 1013 行方向配線 1014 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 1113 通電活性化処理により形成した薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、複数の冷陰極電子源を二次
元に配列し、行方向配線と列方向配線により各電子源を
マトリクス状に結線したマルチ電子源と、前記行方向配線を一行ずつ走査する走査手段と、前記走査手段により走査される行の入力端に所定電圧を
入力する入力手段と、前記走査手段の走査に同期して、入力された画像信号に
基づく変調信号を生成する変調手段と、前記入力画像信号の輝度に基づいて前記変調信号を補正
する補正手段と、前記補正手段により補正された変調信号に応じた電流を
前記列方向配線の入力端に供給する供給手段とを有する
ことを特徴とする電子源の駆動装置。
【請求項２】前記変調手段は、前記入力画像信号に応
じて電圧振幅を変調した信号を生成することを特徴とす
る請求項1に記載された電子源の駆動装置。
【請求項３】前記補正手段は、前記入力画像信号から
求めた一行の輝度値の和に基づいて前記変調信号を補正
することを特徴とする請求項1に記載された電子源の駆
動装置。
【請求項４】前記補正手段による補正値の最大は、一
行の電子源すべてに最大輝度に相当する所定電流を供給
する場合に、その電子源それぞれに流れる電流が前記所
定電流から減少する分であることを特徴とする請求項3
に記載された電子源の駆動装置。
【請求項５】少なくとも、複数の冷陰極電子源を二次
元に配列し、行方向配線と列方向配線により各電子源を
マトリクス状に結線したマルチ電子源と、前記行方向配線を一行ずつ走査する走査手段と、前記走査手段により走査される行の入力端に所定電圧を
入力する入力手段と、前記走査手段の走査に同期して、入力された画像信号に
基づく変調信号を生成する変調手段と、前記入力画像信号の輝度に基づいて前記変調信号を補正
する補正手段と、前記補正手段により補正された変調信号に応じた電流を
前記列方向配線の入力端に供給する供給手段と、前記冷陰極電子源から放出された電子によって発光する
発光手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】前記変調手段は、前記入力画像信号に応
じて電圧振幅を変調した信号を生成することを特徴とす
る請求項5に記載された画像形成装置。
【請求項７】前記変調手段は、前記画像信号に応じて
前記発光手段の発光量を制御し階調画像を形成するため
の変調信号を生成することを特徴とする請求項5または
請求項6に記載された画像形成装置。
【請求項８】前記補正手段は、前記入力画像信号から
求めた一行の輝度値の和に基づいて前記変調信号を補正
することを特徴とする請求項5に記載された画像形成装
置。
【請求項９】前記補正手段による補正値の最大は、一
行の電子源すべてに最大輝度に相当する所定電流を供給
する場合に、その電子源それぞれに流れる電流が前記所
定電流から減少する分であることを特徴とする請求項8
に記載された画像形成装置。
【請求項１０】少なくとも、複数の冷陰極電子源を二
次元に配列し、行方向配線と列方向配線により各電子源
をマトリクス状に結線したマルチ電子源の駆動方法であ
って、前記行方向配線を一行ずつ走査する走査ステップと、前記走査ステップで走査する行の入力端に所定電圧を入
力する入力ステップと、前記走査ステップの走査に同期して、入力された画像信
号に基づく変調信号を生成する変調ステップと、前記入力画像信号の輝度に基づいて前記変調信号を補正
する補正ステップと、前記補正ステップで補正した変調信号に応じた電流を前
記列方向配線の入力端に供給する供給ステップとを有す
ることを特徴とする電子源の駆動方法。
【請求項１１】少なくとも、複数の冷陰極電子源を二
次元に配列し、行方向配線と列方向配線により各電子源
をマトリクス状に結線したマルチ電子源と、前記冷陰極電子源から放出された電子によって発光する
発光手段とを備えた画像形成装置の画像形成方法であっ
て、前記行方向配線を一行ずつ走査する走査ステップと、前記走査ステップで走査する行の入力端に所定電圧を入
力する入力ステップと、前記走査ステップの走査に同期して、入力された画像信
号に基づく変調信号を生成する変調ステップと、前記入力画像信号の輝度に基づいて前記変調信号を補正
する補正ステップと、前記補正ステップで補正した変調信号に応じた電流を前
記列方向配線の入力端に供給する供給ステップとを有す
ることを特徴とする画像形成方法。