JPH09259753A - 電子発生装置、画像形成装置及びそれらの製造方法と調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動電圧の変動の影響を受けにくい電子発生
装置及び前記電子発生装置を用いた画像形成装置及びそ
れらの製造方法と調整方法を提供する。 【解決手段】 マルチ電子源３００の行方向配線を順
次、制御回路３０２により切り換えて選択し、直流電圧
源３０１より通常の駆動電圧の最大値の約１．０５倍〜
１．５倍のパルス電圧を印加する。これにより、マルチ
電子源３００の全ての表面伝導型放出素子の特性を高電
位側にシフトしておくことにより、駆動電圧にノイズな
どが重畳されて駆動電圧が高くなった場合でも、それら
表面伝導型放出素子の電圧シフト特性による電子放出特
性の変動を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面伝導型放出素
子を複数個配置した電子発生装置及び該電子発生装置を
用いた画像形成装置及びそれらの製造方法と調整方法に
関するものである。

【０００２】

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

【０００３】またＦＥ型の例としては、例えば、W. P.
Dyke & W. W. Dolan，“Field emission”, Advance in
Electron Physics, 8, 89 (1956)や、或は、C. A. Spi
ndt，“Physical properties of thin-film field emis
sion cathodes with molybdenium cones”, J. Appl. P
hys., 47, 5248 (1976)などが知られている。

【０００４】また、ＭＩＭ型の例としては、例えば、C.
A. Mead，“Operation of tunnel-emission Devices,
J. Appl. Phys., 32,646 (1961)などが知られている。

【０００５】表面伝導型放出素子としては、例えば、M.
I. Elinson, Radio E-ng. Electron Phys., 10, 1290,
(1965)や、後述する他の例が知られている。

【０００６】表面伝導型放出素子は、基板上に形成され
た小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより
電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面
伝導型放出素子としては、前記エリンソン(Elinson)等
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 (1
972)］や、Ｉｎ2Ｏ3／ＳｎＯ2薄膜によるもの［M. Hart
well 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（１９８３）］等が
報告されている。

【０００７】これらの表面伝導型放出素子の素子構成の
典型的な例として、図２５に前述のM. Hartwellらによ
る素子の平面図を示す。同図において、３００１は基板
で、３００４はスパッタで形成された金属酸化物よりな
る導電性薄膜である。導電性薄膜３００４は図示のよう
にＨ字形の平面形状に形成されている。この導電性薄膜
３００４に、後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処
理を施すことにより、電子放出部３００５が形成され
る。図中の間隔Ｌは、０．５〜１［ｍｍ］，幅Ｗは、
０．１［ｍｍ］に設定されている。尚、図示の便宜か
ら、電子放出部３００５は導電性薄膜３００４の中央に
矩形の形状で示したが、これは模式的なものであり、実
際の電子放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけ
ではない。M. Hartwellらによる素子をはじめとして上
述の表面伝導型放出素子においては、電子放出を行う前
に導電性薄膜３００４に通電フォーミングと呼ばれる通
電処理を施すことにより電子放出部３００５を形成する
のが一般的であった。即ち、通電フォーミングとは、前
記導電性薄膜３００４の両端に一定の直流電圧、もしく
は、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっくりとしたレート
で昇圧する直流電圧を印加して通電し、導電性薄膜３０
０４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。尚、局所的に破壊もしくは変形もしくは変
質した導電性薄膜３００４の一部には亀裂が発生する。
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、前記亀裂付近において電子放
出が行われる。

【０００８】例えば、表面伝導型放出素子は、冷陰極素
子の中でも特に構造が単純で製造も容易であることか
ら、大面積に亙り多数の素子を形成できる利点がある。
そこで例えば本願出願人による特開昭６４−３１３３２
号公報において開示されるように、多数の素子を配列し
て駆動するための方法が研究されている。

【０００９】また、表面伝導型放出素子の応用について
は、例えば、画像表示装置、画像記録装置などの画像形
成装置や、荷電ビーム源、等が研究されている。

【００１０】特に画像表示装置への応用としては、例え
ば本願出願人によるＵＳＰ５，０６６，８８３や特開平
２−２５７５５１号公報や特開平４−２８１３７号公報
において開示されているように、表面伝導型放出素子と
電子ビームの照射により発光する蛍光体とを組み合わせ
て用いた画像表示装置が研究されている。このような表
面伝導型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、近年普及してきた液
晶表示装置と比較しても、自発光型であるためバックラ
イトを必要としない点や、視野角が広い点が優れている
と言える。

【００１１】本願発明者らは、上記従来技術に記載した
ものを初めとして、種々の材料、製法、構造の冷陰極素
子を試みてきた。更に、多数の冷陰極素子を配列したマ
ルチ電子源、並びにこのマルチ電子源を応用した画像表
示装置について研究を行ってきた。

【００１２】本願発明者らは、例えば図２６に示す電気
的な配線方法によるマルチ電子源を試みてきた。即ち、
冷陰極素子を２次元的に多数個配列し、これらの素子を
図示のようにマトリクス状に配線したマルチ電子源であ
る。

【００１３】図中、４００１は冷陰極素子を模式的に示
したもの、４００２は行方向配線、４００３は列方向配
線を示している。行方向配線４００２及び列方向配線４
００３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及び４００５として
示されている。上述のような配線方法を、単純マトリク
ス配線と呼ぶ。尚、図示の便宜上、６ｘ６のマトリクス
で示しているが、マトリクスの規模はむろんこれに限っ
たわけではなく、例えば画像形成装置用のマルチ電子源
の場合には、所望の画像表示を行うのに足りるだけの素
子を配列し配線するものである。

【００１４】表面伝導型放出素子を単純マトリクス配線
したマルチ電子源においては、所望の電子ビームを出力
させるため、行方向配線４００２及び列方向配線４００
３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１行の表面伝導型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４０
０３に電子ビームを出力するための駆動電圧Ｖeを印加
する。この方法によれば、配線抵抗４００４及び４００
５による電圧降下を無視すれば、選択する行の表面伝導
型放出素子には、（Ｖe−Ｖs）の電圧が印加され、また
非選択行の表面伝導型放出素子には（Ｖe−Ｖns）の電
圧が印加される。ここで、これらＶe，Ｖs，Ｖnsの電圧
値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４００３の各々に異な
る駆動電圧Ｖeを印加すれば、選択する行の素子の各々
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。

【００１５】従って、表面伝導型放出素子を単純マトリ
クス配線したマルチ電子源には種々の応用できる可能性
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、画像形成装置用の電子源として好適に用いること
ができる。

【００１６】本願発明者らは表面伝導型放出素子の特性
を改善するための研究を鋭意行った結果、製造工程にお
いて通電活性化処理を行うことが効果的であることを見
いだした。

【００１７】既に述べたように、表面伝導型放出素子の
電子放出部を形成する際には、導電性薄膜に電流を流し
て、その薄膜を局所的に破壊もしくは変形もしくは変質
させて亀裂を形成する処理（通電フォーミング処理）を
行う。この後、更に通電活性化処理を行うことにより電
子放出特性を大幅に改善することが可能である。即ち、
この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に適宜の条件で通電を行って、そ
の近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積せしめる処理の
ことである。例えば、適宜の分圧の有機物が存在し、全
圧が１０のマイナス４乗〜１０のマイナス５乗［torr］
の真空雰囲気中において、所定電圧のパルスを定期的に
印加することにより、電子放出部の近傍に単結晶グラフ
ァイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボンのいずれ
かか、もしくはその混合物を約５００［オングストロー
ム］以下の膜厚で堆積させる。但し、この条件は、ほん
の一例であって、表面伝導型放出素子の材質や形状によ
り適宜変更されるべきであるのは言うまでもない。

【００１８】このような処理を行うことにより、通電フ
ォーミング直後と比較して、同じ印加電圧における放出
電流を、典型的には約１００倍以上にまで増加させるこ
とができる。従って、上述の多数の表面伝導型放出素子
を利用したマルチ電子源を製造する際においても、各素
子に通電活性化処理を行うのが望ましい。

【００１９】通電活性化終了後には、表面伝導型放出素
子の電子放出特性を安定させる目的で表面伝導型放出素
子に通電しても電子放出部やその近傍に炭素もしくは炭
素化合物が新たに堆積しないように、表面伝導型放出素
子の周辺の真空雰囲気中の有機ガスの分圧を低減させ、
この状態を維持することが必要である。具体的には、雰
囲気中の有機ガスの分圧を１０のマイナス８乗[torr]以
下に低減して維持するのが好ましく、さらに可能ならば
１０のマイナス１０乗[torr]以下にしておくのが望まし
い。尚、有機ガスの分圧とは、炭素と水素を主成分とし
質量数が１３〜２００の範囲の有機分子の分圧を積算し
たものをいい、質量分析器を用いて定量的に測定する。

【００２０】この表面伝導型放出素子の周辺環境の有機
ガス分圧を低減する代表的な方法として、表面伝型導放
出素子を形成した基板を内蔵する真空容器を加熱して容
器内の各部材表面に吸着した有機ガス分子を脱着させな
がら、ソーションポンプやイオンポンプなど、オイルを
使用しない真空ポンプを用いて真空排気を行う方法が挙
げられる。このようにして有機ガスの分圧を低減した
後、その状態を維持するには、オイルを使用しない真空
ポンプを用いてその後も排気を継続することにより可能
である。しかし、真空ポンプを備えて常時排気する方法
は、応用目的によっては、容量、消費電力、重量、価格
などの点で不利な場合がある。そこで例えば、表面伝導
型放出素子を画像表示装置に応用する場合には、有機ガ
ス分子を十分に脱着して有機ガスの分圧を低下させた後
で、真空容器内にゲッター膜を形成するとともに排気管
を封止して状態を維持する。

【００２１】このような処理をすることにより、通電活
性化処理後の表面伝導型放出素子に経時変化や通電によ
る新たな炭素もしくは炭素化合物が堆積が起こることが
無くなるため、電子放出特性を安定化することができ
る。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】以上の様に、表面伝導
型放出素子の電子放出特性を改善し、その特性を安定さ
せる工夫を行ってきたが、表面伝導型放出素子を利用し
たマルチ電子源には、以下に述べるような問題が発生し
ていた。

【００２３】マルチ電子源を駆動する際に印加する電圧
の波高値が、図３に示すように、駆動回路の温度特性
（温度ドリフト等）により増大したり、外乱（回路のノ
イズや静電気等）により瞬間的に増大することがある。
この電圧値の増大により、駆動電圧の波高値が所定値
（以前にマルチ電子源に印加した電圧のうち一番大きな
もの）以上大きくなると、その電圧がマルチ電子源に印
加された直後に、表面伝導型放出素子の素子特性が変化
してしまうため、マルチ電子源の表面伝導型放出素子の
特性が変化する前と同じ電圧を印加しても、電子の放出
量が異なってしまう（少なくなる）現象が発生してい
た。これにより、マルチ電子源を画像表示装置に応用し
た際、駆動中に表示画像のある行の輝度が低くなり、表
示画像に行方向の輝度むらができる等の問題を引き起こ
していた。

【００２４】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、駆動電圧の変動の影響を受けにくい電子発生装置及
び前記電子発生装置を用いた画像形成装置及びそれらの
製造方法と調整方法を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電子発生装置は以下のような構成を備える。
即ち、基体上に複数の表面伝導型放出素子をマトリクス
状に配列した電子発生装置であって、前記複数の表面伝
導型放出素子のそれぞれは、予め通常の駆動電圧の最大
値と前記表面伝導型放出素子に入り得るノイズ電圧とを
加算した電圧よりも高い電圧パルスが印加されている。

【００２６】ここで、複数の表面伝導型放出素子は真空
容器の中にあり、この真空容器内部は有機ガスの分圧が
１０の−８乗[Torr]以下の雰囲気であると良い。

【００２７】また、これら複数の表面伝導型放出素子は
二次元的に配列され、行方向配線と列方向配線により各
表面伝導型放出素子をマトリックス状に結線していると
良い。

【００２８】また、前記パルス電圧の電圧値は、前記駆
動電圧の最大値の１．０５倍〜１．５倍であると良い。

【００２９】また、これら複数の表面伝導型放出素子波
２次元的に配列され、前記表面伝導型放出素子から放出
される電子ビーム量を調整するグリッド電極を有すると
良い。

【００３０】また本発明は、前記電子発生装置と、電子
の照射によって励起発光する蛍光体とを有する画像形成
装置をも包含する。

【００３１】また本発明は、電子発生装置の製造方法の
発明をも包含する。即ち、本発明の電子発生装置の製造
方法は、複数の表面伝導型放出素子を配列したマルチ電
子源と、入力された信号に基づいて前記マルチ電子源に
駆動電圧を印加する駆動手段とを具備する電子発生装置
の製造方法において、前記複数の表面伝導型放出素子
に、前記駆動電圧の最大値と前記駆動手段で発生するノ
イズ電圧とを加算した電圧以上の特性シフト電圧を予め
印加することを特徴とする。

【００３２】ここで、前記特性シフト電圧を有機ガスの
分圧が１０の−８乗[Torr]以下の雰囲気で印加すると良
い。また、前記特性シフト電圧は前記駆動電圧の最大値
の１．０５倍〜１．５倍であると良い。

【００３３】また本発明は、前記電子発生装置の上部
に、電子の放射によって励起発光する蛍光体を有する画
像形成装置の製造方法において、前記電子発生装置の製
造方法を使用することを特徴とする。

【００３４】また本発明は、電子発生装置または画像形
成装置の完成後、駆動電圧に含まれるノイズ電圧が大き
くなった時に、更にマージンを見込んで表面伝導型放出
素子の電子放出特性をシフトさせる画像形成装置の調整
方法を包含する。即ち、本発明の電子発生装置の調整方
法は、複数の表面伝導型放出素子を配列したマルチ電子
源と、入力された信号に基づいて前記マルチ電子源に駆
動電圧を印加する駆動手段とを具備する電子発生装置の
調整方法において、前記複数の表面伝導型放出素子に、
前記駆動電圧の最大値と前駆駆動手段で発生するノイズ
電圧とを加算した電圧以上の特性シフト電圧を予め印加
することを特徴とする。

【００３５】ここで、前記特性シフト電圧を有機ガスの
分圧が１０の−８乗[Torr]以下の雰囲気で印加すると良
い。

【００３６】また、前記特性シフト電圧は、前記駆動電
圧の最大値の１．０５倍〜１．５倍であると良い。

【００３７】また本発明は、前記電子発生装置の上部
に、電子の照射によって励起発光する蛍光体を有する画
像形成装置の調整方法において、前記電子発生装置の製
造方法を使用することを特徴とする。

【００３８】また本発明の電子発生装置は、半導体プロ
セスのＥＢ(electron beam)描画に使用することができ
る。

【００３９】また、駆動電圧の変動に影響を受けにくい
電子発生装置及び該電子発生装置を用いた画像形成装置
とそれらの製造方法と調整方法を提供するできる。

【００４０】

【発明の実施の形態】まず最初に表面伝導型放出素子が
示す電子放出特性のメモリ機能について説明する。

【００４１】本願発明者らは、予め通電フォーミング処
理並びに通電活性化処理を施した表面伝導型放出素子
を、有機ガスの分圧を低減した環境下で駆動し、電気的
な特性を測定した。

【００４２】図１（ａ），（ｂ）は、表面伝導型放出素
子に印加した駆動信号の電圧波形を示すグラフ図で、横
軸に時間を、縦軸には表面伝導型放出素子に印加した電
圧（以下、素子電圧Ｖfと記す）を示している。

【００４３】ここで駆動信号は、同図（ａ）に示すよう
に連続した矩形電圧パルスを用い、これら電圧パルスの
印加期間を第１期間〜第３期間の３つに分け、各期間内
においては同一のパルスを１００パルスずつ印加した。
図１（ａ）の電圧パルスの波形を、同図（ｂ）に拡大し
て示す。

【００４４】具体的な測定条件としては、どの期間も駆
動信号のパルス幅をＴ１＝６６．８［μｓｅｃ］、パル
ス周期をＴ２＝１６．７［ミリｓｅｃ］とした。これ
は、表面伝導型放出素子を一般のテレビジョン受像機に
応用する場合の標準的な駆動条件を参考にして定めた
が、これ以外の条件においてもメモリ機能を測定するこ
とは可能である。尚、表面伝導型放出素子に実効的に印
加される電圧パルスの立ち上がり時間Ｔr及び立ち下が
り時間Ｔfが１００［ｎｓ］以下となるように、駆動信
号源から表面伝導型放出素子までの配線路のインピーダ
ンスを十分に低減して測定した。

【００４５】ここで素子電圧Ｖfは、第１期間と第３期
間ではＶf＝Ｖf1とし、第２期間ではＶf＝Ｖf2とした。
これら素子電圧Ｖf1及びＶf2は共に、表面伝導型放出素
子の電子放出閾値電圧よりも大きい電圧であって、か
つ、Ｖf1＜Ｖf2の条件を満足するように設定した。但
し、表面伝導型放出素子の形状や材料により電子放出閾
値電圧も異なるので、測定対象となる表面伝導型放出素
子に合わせて適宜設定した。また、測定時の表面伝導型
放出素子周辺の雰囲気については、全圧が１ｘ１０のマ
イナス６乗［torr］で、有機ガスの分圧は１ｘ１０のマ
イナス９乗［torr］とした。

【００４６】図２（ａ），と（ｂ）は、図１で示した駆
動信号を印加した際の表面伝導型放出素子の電気的特性
を示すグラフ図で、図２（ａ）の横軸は素子電圧Ｖf
を、縦軸は表面伝導型放出素子から放出される電流（以
下、放出電流Ｉeと記す）の測定値を、図２（ｂ）の横
軸は素子電圧Ｖfを、縦軸は表面伝導型放出素子に流れ
る電流（以下、素子電流Ｉfと記す）の測定値を表して
いる。

【００４７】まず、図２（ａ）に示した（素子電圧Ｖ
f）対（放出電流Ｉe）特性について説明する。

【００４８】図１（ａ）に示す第１期間においては、駆
動パルスに応答して表面伝導型放出素子からは、特性カ
ーブＩeｃ(1)に従って放出電流が出力される。即ち、駆
動パルスの立ち上がり期間Ｔrの間は、印加電圧ＶfがＶ
th1を超えると特性カーブＩec(1)に沿って放出電流Ｉe
は急激に増加する。そして、Ｖf＝Ｖf1の期間、即ち、
パルス幅Ｔ１の期間には、放出電流ＩeはＩe1の大きさ
を保つ。そして、駆動パルスの立ち下がり期間Ｔfの間
では、放出電流Ｉeは特性カーブＩes(1)に沿って急激に
減少する。

【００４９】次に、第２期間において、Ｖf＝Ｖf2のパ
ルスが印加されはじめると、特性カーブはＩec(1)から
Ｉec(2)に変化する。即ち、駆動パルスの立ち上がり期
間Ｔrの間は、印加電圧ＶfがＶth2を越えると特性カー
ブＩec(2)に沿って放出電流Ｉeは急激に増加する。そし
て、Ｖf＝Ｖf2の期間、即ち、Ｔ１の期間には、放出電
流ＩeはＩe2の大きさを保つ。そして、駆動パルスの立
ち下がり期間Ｔfの間では、放出電流Ｉeは特性カーブＩ
ec(2)に沿って急激に減少する。

【００５０】次に、第３期間において、再び、Ｖf＝Ｖf
1のパルスが印加されるが、この時には放出電流Ｉeは、
特性カーブＩec(2)に沿って変化する。即ち、駆動パル
スの立ち上がり期間Ｔrの間は、印加電圧ＶfがＶth2を
越えると特性カーブＩec(2)に沿って放出電流Ｉeは急激
に増加する。そして、Ｖf＝Ｖf1の期間、即ち、Ｔ１の
期間には、放出電流ＩeはＩe3の大きさを保つ。そし
て、駆動パルスの立ち下がり期間Ｔfの間では、放出電
流Ｉeの特性カーブＩec(2)に沿って急激に減少する。

【００５１】このように、第３期間においては第２期間
における特性カーブＩec(2)がメモリされているため、
放出電流Ｉeは、Ｉe1からＩe3にまで減少し、第１期間
よりも小さなものとなる。

【００５２】同様に、（素子電圧Ｖf）対（素子電流Ｉ
f）特性に関しても同図（ｂ）に示すように、第１期間
においては特性カーブＩfc(1)に沿って動作するが、第
２期間においては、特性カーブＩfc(2)に沿うようにな
り、それに続く第３期間においては第２期間メモりされ
た特性カーブＩfc(2)に沿って動作する。

【００５３】ここでは説明の便宜上、第１〜第３期間の
３つの期間だけを例示したが、むろんこの設定条件だけ
に限られたものではない。即ち、メモリ機能が付与され
た表面伝導型放出素子にパルス電圧を印加する場合に
は、それ以前に印加された電圧値よりも大きな電圧値の
パルスが印加されると特性カーブがシフトし、しかもメ
モリされる。以後、更に大きな電圧値のパルスが印加さ
れない限り、その特性カーブ（電子放出特性）はメモリ
され続ける。このようなメモリ機能は、例えばＦＥ型を
はじめとする他の電子放出素子においては観測されてお
らず、表面伝導型放出素子に固有の特性と言える。

【００５４】そこで本実施の形態では、マルチ電子源の
全ての表面伝導型放出素子に、理想的な駆動電圧の波高
値Ｖdrに、外乱や温度特性による駆動電圧の波高値の最
大増加量を見積もった電圧ΔＶと安全マージン電圧Ｖsf
とを足し合わせたメモリ電圧Ｖmn(Ｖmn＝Ｖdr＋ΔＶ＋
Ｖsf)を予め印加して、全ての表面伝導型放出素子の素
子特性をシフトさせ、その特性をメモリさせておく。

【００５５】このようにすることにより、先に述べたよ
うな表面伝導型放出素子のメモリ特性より、外乱や温度
特性による実際の駆動電圧の波高値の増加がおきても、
メモリ電圧Ｖmnを越えないよう安全マージン電圧Ｖsfを
適当な値に設定しておきさえすれば、電子放出特性のシ
フトが発生しなくなる。つまりマルチ電子源を画像表示
装置に応用した際、駆動中に表示画像の輝度が低くな
る、或は表示画像に行方向の輝度むらができる等の問題
を解決することができる。なお、ここでメモリ電圧Ｖmn
の範囲としては、駆動電圧の最大値の約１．０５倍〜
１．５倍の間が望ましいことを見出している。

【００５６】以下、添付図面を参照して本発明の好適な
実施の形態を詳細に説明する。

【００５７】＜実施の形態１＞ （表示パネルの構成と製造法）次に、本発明の実施の形
態である画像表示装置の表示パネルの構成と、その製造
法について、具体的な例を示して説明する。

【００５８】図４は、本実施の形態に用いた表示パネル
の斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの１部を
切り欠いて示している。

【００５９】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る。これら１
００５〜１００７により表示パネル１０００の内部を真
空に維持するための気密容器を形成している。この気密
容器を組み立てるにあたっては、各部材の接合部に十分
な強度と気密性を保持させるため封着する必要がある
が、例えばフリットガラスを接合部に塗布し、大気中或
は窒素雰囲気中で、摂氏４００〜５００度で１０分以上
焼成することにより封着を達成した。気密容器内部を真
空に排気する方法については後述する。

【００６０】リアプレート１００５には基板１００１が
固定されており、この基板１００１上には表面伝導型放
出素子がＮ×Ｍ個形成されている。ここでＮ，Ｍは共に
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の表示
を目的とした表示装置においては、Ｎ＝３０００，Ｍ＝
１０００以上の数を設定することが望ましい。本実施の
形態においては、Ｎ＝３０７２，Ｍ＝１０２４とした。
Ｎ×Ｍ個の表面伝導型放出素子は、Ｍ本の行方向配線１
００３とＮ本の列方向配線１００４とにより単純マトリ
クス配線されている。これら基板１００１、複数の電子
放出素子及び行方向配線１００３、列方向配線１００４
によって構成される部分をマルチ電子源と呼ぶ。尚、マ
ルチ電子源の製造方法や構造については、後で詳しく述
べる。

【００６１】本実施の形態においては、気密容器のリア
プレート１００５にマルチ電子源の基板１００１を固定
する構成としたが、マルチ電子源の基板１００１が十分
な強度を有するものである場合には、気密容器のリアプ
レートとしてマルチ電子源の基板１００１自体を用いて
もよい。

【００６２】また、フェースプレート１００７の下面に
は、蛍光膜１００８が形成されている。本実施の形態の
表示パネル１０００はカラー表示用であるため、蛍光膜
１００８の部分にはＣＲＴの分野で用いられる赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の蛍光体が塗り分
けられている。ＲＧＢ各色の蛍光体は、例えば図５
（Ａ）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の導電体１０１０が設けて
ある。この黒色の導電体１０１０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ためや、外光の反射を防止して表
示コントラストの低下を防ぐため、更には、電子ビーム
による蛍光膜１００８のチャージアップを防止するため
などである。尚、黒色の導電体１０１０には、黒鉛を主
成分として用いたが、上記の目的に適するものであれば
これ以外の材料を用いても良い。

【００６３】また、ＲＧＢ３原色の蛍光体の塗り分け方
は図５（Ａ）に示したストライプ状の配列に限られるも
のではなく、例えば図５（Ｂ）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。

【００６４】尚、モノクロームの表示パネルを作成する
場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜１００８に用いれ
ばよく、また黒色導電材料１０１０は必ずしも用いなく
ともよい。また、蛍光膜１００８のリアプレート側の面
には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１００９を
設けてある。このメタルバック１００９を設けた目的
は、蛍光膜１００８が発する光の一部を鏡面反射して光
利用率を向上させるためや、負イオンの衝突から蛍光膜
１００８を保護するためや、電子ビーム加速電圧を印加
するための電極として作用させるため、更には蛍光膜１
００８を励起した電子の導電路として作用させるためな
どである。このメタルバック１００９は、蛍光膜１００
８をフェースプレート基板１００７上に形成した後、蛍
光膜表面を平滑化処理し、その上にＡｌ（アルミニウ
ム）を真空蒸着する方法により形成した。尚、この蛍光
膜１００８に低電圧用の蛍光体材料を用いた場合には、
メタルバック１００９は用いない。

【００６５】また、本実施の形態では用いなかったが、
加速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、
フェースプレート基板１００７と蛍光膜１００８との間
に、例えばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよ
い。

【００６６】また、図４に示す端子Ｄx1〜ＤxM及びＤy1
〜ＤyN及びＨｖは、表示パネル１０００と後述する電気
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。ここで、端子Ｄx1〜ＤxMは基板１０
０１の行方向配線１００３と、端子Ｄy1〜ＤyNは基板１
００１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。

【００６７】また、気密容器内部を真空に排気するに
は、気密容器を組み立てた後、不図示の排気管と、オイ
ルを用いない真空ポンプとを接続し、気密容器内を１０
のマイナス７乗［torr］程度の真空度まで排気する。更
に排気を続けながら表示パネル１０００を８０〜２００
℃に加熱し、５時間程度ベーキングして有機ガスの分圧
を低下させる。その後、排気管を封止するが、気密容器
内の真空度を維持するために、封止の直前或は封止後に
気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を形成
する。このゲッター膜とは、例えばＢａを主成分とする
ゲッター材料をヒータもしくは高周波加熱により加熱し
蒸着して形成した膜であり、このゲッター膜の吸着作用
により気密容器内は１×１０のマイナス５乗乃至１×１
０のマイナス７乗［torr］の真空度に維持される。この
時、炭素と水素とを主成分とし質量数が１３〜２００の
有機ガスの分圧は１０のマイナス８乗［torr］よりも小
さくした。

【００６８】以上、本発明の実施の形態の表示パネル１
０００の基本構成と製法を説明した。

【００６９】次に、本実施の形態の表示パネル１０００
に用いたマルチ電子源の製造方法について説明する。本
実施の形態の画像表示装置に用いるマルチ電子源は、表
面伝導型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、本願発明者らは、表面伝導
型放出素子の中では、電子放出部もしくはその周辺部を
微粒子膜から形成したものが電子放出特性に優れ、しか
も製造が容易に行えることを見い出している。従って、
高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子源に用いる
には最も好適であると言える。そこで、上記実施の形態
の表示パネルにおいては、電子放出部もしくはその周辺
部を微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子を用い
た。そこで、まず好適な表面伝導型放出素子について基
本的な構成と製法および特性を説明し、その後で多数の
素子を単純マトリクス配線したマルチ電子源の構造につ
いて述べる。

【００７０】（表面伝導型放出素子の好適な素子構成と
製法）電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形
成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型
と垂直型の２種類があげられる。

【００７１】（平面型の表面伝導型放出素子）まず最初
に、平面型の表面伝導型放出素子の素子構成と製法につ
いて説明する。図６に示すのは、平面型の表面伝導型放
出素子の構成を説明するための平面図（ａ）および断面
図（ｂ）である。

【００７２】図中、１１０１は基板、１１０２と１１０
３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５は通電
フォーミング処理により形成した電子放出部、１１１３
は通電活性化処理により形成した薄膜である。基板１１
０１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、或は上述の各種基板上に、例えばＳ
ｉＯ2を材料とする絶縁層を積層した基板等を用いるこ
とができる。また、基板１１０１上に基板面と平行に対
向して設けられた素子電極１１０２と１１０３は、導電
性を有する材料によって形成されている。例えば、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，
Ａｇ等をはじめとする金属、或はこれらの金属の合金、
或はＩｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2をはじめとする金属酸化物、ポ
リシリコンなどの半導体などの中から適宜材料を選択し
て用いればよい。これら素子電極１１０２，１１０３を
形成するには、例えば真空蒸着などの製膜技術とフォト
リソグラフィ、エッチングなどのパターニング技術を組
み合わせて用いれば容易に形成できるが、それ以外の方
法（例えば印刷技術）を用いて形成してもさしつかえな
い。

【００７３】素子電極１１０２と１１０３の形状は、こ
の電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。
一般的には、電極間隔Ｌは通常は数百オングストローム
から数百マイクロメータの範囲から適当な数値を選んで
設計されるが、なかでも表示装置に応用するために好ま
しいのは数マイクロメータより数十マイクロメータの範
囲である。また、素子電極の厚さｄについては、通常は
数百オングストロームから数マイクロメータの範囲から
適当な数値が選ばれる。

【００７４】また、導電性薄膜１１０４の部分には、微
粒子膜を用いる。ここで述べた微粒子膜とは、構成要素
として多数の微粒子を含んだ膜（島状の集合体も含む）
のことを指す。この微粒子膜を微視的に調べれば、通常
は、個々の微粒子が離間して配置された構造か、或は微
粒子が互いに隣接した構造か、或は微粒子が互いに重な
り合った構造が観測される。

【００７５】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数オン
グストロームから数千オングストロームの範囲に含まれ
るものであるが、なかでも好ましいのは１０オングスト
ロームから２００オングストロームの範囲のものであ
る。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような諸条
件を考慮して適宜設定される。即ち、素子電極１１０２
あるいは１１０３と電気的に良好に接続するのに必要な
条件、後述する通電フォーミングを良好に行うのに必要
な条件、微粒子膜自身の電気抵抗を後述する適宜の値に
するために必要な条件、などである。具体的には、数オ
ングストロームから数千オングストロームの範囲のなか
で設定するが、なかでも好ましいのは１０オングストロ
ームから５００オングストロームの間である。

【００７６】また、微粒子膜を形成するのに用いられう
る材料としては、例えばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ等をはじめとする金属や、ＰｄＯ，ＳｎＯ
2，Ｉｎ2Ｏ3，ＰｂＯ，Ｓｂ2Ｏ3などをはじめとする酸
化物や、ＨｆＢ2，ＺｒＢ2，ＬａＢ6，ＣｅＢ6，ＹＢ
4，ＧｄＢ4などをはじめとする硼化物や、ＴｉＣ，Ｚｒ
Ｃ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどをはじめとする
炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮなどをはじめとする
窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，などをはじめとする半導体や、
カーボンなどがあげられ、これらの中から適宜選択され
る。

【００７７】以上述べたように、導電性薄膜１１０４を
微粒子膜で形成したが、そのシート抵抗値については、
１０の３乗から１０の７乗［オーム／ｓｑ］の範囲に含
まれるよう設定した。

【００７８】なお、導電性薄膜１１０４と素子電極１１
０２および１１０３とは、電気的に良好に接続されるの
が望ましいため、互いの一部が重なりあうような構造を
とっている。その重なり方は、図６の例においては、下
から、基板、素子電極、導電性薄膜の順序で積層した
が、場合によっては下から基板、導電性薄膜、素子電
極、の順序で積層してもさしつかえない。

【００７９】また、電子放出部１１０５は、導電性薄膜
１１０４の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気
的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有してい
る。亀裂は、導電性薄膜１１０４に対して、後述する通
電フォーミングの処理を行うことにより形成する。亀裂
内には、数オングストロームから数百オングストローム
の粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電
子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困
難なため、図６においては模式的に示した。

【００８０】また、薄膜１１１３は、炭素もしくは炭素
化合物よりなる薄膜で、電子放出部１１０５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の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、のいずれかか、も
しくはその混合物であり、膜厚は５００［オングストロ
ーム］以下とするが、３００［オングストローム］以下
とするのがさらに好ましい。尚、実際の薄膜１１１３の
位置や形状を精密に図示するのは困難なため、図６にお
いては模式的に示した。また、平面図（ａ）において
は、薄膜１１１３の一部を除去した素子を図示した。

【００８１】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、本実施の形態においては以下のような素子を用い
た。

【００８２】即ち、基板１１０１には青板ガラスを用
い、素子電極１１０２と１１０３にはＮｉ薄膜を用い
た。素子電極の厚さｄは１０００［オングストロー
ム］、電極間隔Ｌは２［マイクロメータ］とした。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１００［オングストローム］、幅Ｗは１
００［マイクロメータ］とした。

【００８３】次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子
の製造方法について説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、
表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断面図
で、各部材の表記は前記図６と同一である。

【００８４】（１）まず、図７（ａ）に示すように、基
板１１０１上に素子電極１１０２および１１０３を形成
する。これら素子電極１１０２，１１０３を形成するに
あたっては、予め基板１１０１を洗剤、純水、有機溶剤
を用いて十分に洗浄後、素子電極の材料を堆積させる。
この堆積させる方法としては、例えば、蒸着法やスパッ
タ法などの真空成膜技術を用ればよい。その後、堆積し
た電極材料を、フォトリソグラフィ・エッチング技術を
用いてパターニングし、図７（ａ）に示した一対の素子
電極（１１０２と１１０３）を形成する。

【００８５】（２）次に、同図（ｂ）に示すように、導
電性薄膜１１０４を形成する。

【００８６】この導電性薄膜を形成するにあたっては、
まず図７（ａ）の基板１１０１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
ーニングする。ここで、有機金属溶液とは、導電性薄膜
に用いる微粒子の材料を主要元素とする有機金属化合物
の溶液である。具体的には、本実施の形態では主要元素
としてＰｄを用いた。また、本実施の形態では塗布方法
として、ディッピング法を用いたが、それ以外の、例え
ばスピンナ法やスプレー法を用いてもよい。

【００８７】また、微粒子膜で作られる導電性薄膜の成
膜方法としては、本実施の形態で用いた有機金属溶液の
塗布による方法以外の、例えば真空蒸着法やスパッタ法
或は化学的気相堆積法などを用いる場合もある。

【００８８】（３）次に、同図（ｃ）に示すように、フ
ォーミング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１
０３の間に適宜の電圧を印加し、通電フォーミング処理
を行って、電子放出部１１０５を形成する。

【００８９】この通電フォーミング処理とは、微粒子膜
で作られた導電性薄膜１１０４に通電を行って、その一
部を適宜に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出
を行うのに好適な構造に変化させる処理のことである。
微粒子膜で作られた導電性薄膜のうち電子放出を行うの
に好適な構造に変化した部分（即ち、電子放出部１１０
５）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が形成される前と比較する
と、形成された後は素子電極１１０２と１１０３の間で
計測される電気抵抗は大幅に増加する。

【００９０】このフォーミング処理における通電方法を
より詳しく説明するために、図８にフォーミング用電源
１１１０から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。微
粒子膜で作られた導電性薄膜をフォーミングする場合に
は、パルス状の電圧が好ましく、本実施の形態の場合に
は、同図に示したようにパルス幅Ｔ３の三角波パルスを
パルス間隔Ｔ４で連続的に印加した。その際には、三角
波パルスの波高値Ｖpfを順次昇圧した。また、電子放出
部１１０５の形成状況をモニタするためのモニタパルス
Ｐmを適宜の間隔で三角波パルスの間に挿入し、その際
に流れる電流を電流計１１１１で計測した。

【００９１】本実施の形態においては、例えば１０のマ
イナス５乗［torr］程度の真空雰囲気下において、例え
ばパルス幅Ｔ３を１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ４を１０
［ミリ秒］とし、波高値Ｖpfを１パルス毎に、０．１
［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加す
る度に１回の割りで、モニタパルスＰmを挿入した。こ
こ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、モニタパルスの電圧Ｖpmは０．１［Ｖ］に設定し
た。そして、素子電極１１０２と１１０３の間の電気抵
抗が１×１０の６乗［オーム］になった段階、即ち、モ
ニタパルス印加時に電流計１１１１で計測される電流が
１×１０のマイナス７乗［Ａ］以下になった段階で、フ
ォーミング処理にかかわる通電を終了した。

【００９２】なお、上記の方法は、本実施の形態の表面
伝導型放出素子に関する好ましい方法であり、例えば微
粒子膜の材料や膜厚、或は素子電極間隔Ｌなどのような
表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに
応じて通電の条件を適宜変更するのが望ましい。

【００９３】（４）次に、図７（ｄ）に示すように、活
性化用電源１１１２から素子電極１１０２と１１０３の
間に適宜の電圧を印加し、通電活性化処理を行って、電
子放出特性の改善を行う。

【００９４】この通電活性化処理とは、前記通電フォー
ミング処理により形成された電子放出部１１０５に適宜
の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化
合物を堆積せしめる処理のことである。図においては、
炭素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材１１１３
として模式的に示した。尚、この通電活性化処理を行う
ことにより、活性化処理を行う前と比較して、同じ印加
電圧における放出電流を典型的には約１００倍以上に増
加させることができる。

【００９５】具体的には、１０のマイナス４乗ないし１
０のマイナス５乗［torr］の範囲内の真空雰囲気中で、
電圧パルスを定期的に印加することにより、真空雰囲気
中に存在する有機化合物を起源とする炭素もしくは炭素
化合物を堆積させる。堆積物１１１３は、単結晶グラフ
ァイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいず
れかか、もしくはその混合物であり、膜厚は５００［オ
ングストローム］以下、より好ましくは３００［オング
ストローム］以下である。

【００９６】通電方法をより詳しく説明するために、図
９（ａ）に、活性化用電源１１１２から印加する適宜の
電圧波形の一例を示す。本実施の形態においては、一定
電圧の矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行っ
たが、具体的には，矩形波の電圧Ｖacは１４［Ｖ］，パ
ルス幅Ｔ５は １［ミリ秒］，パルス間隔Ｔ６は１０
［ミリ秒］とした。尚、上述の通電条件は、本実施の形
態の表面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、
表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに
応じて条件を適宜変更するのが望ましい。

【００９７】図７（ｄ）に示す１１１４は該表面伝導型
放出素子から放出される放出電流Ｉeを捕捉するための
アノード電極で、直流高電圧電源１１１５および電流計
１１１６が接続されている。尚、基板１１０１を、表示
パネル１０００の中に組み込んでから活性化処理を行う
場合には、表示パネル１０００の蛍光面をアノード電極
１１１４として用いる。この活性化用電源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。電流計１１１６で計測
された放出電流Ｉeの一例を図９（ｂ）に示すが、活性
化電源１１１２からパルス電圧を印加しはじめると、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。

【００９８】なお、上述の通電条件は、本実施の形態の
表面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面
伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じ
て条件を適宜変更するのが望ましい。

【００９９】以上のようにして、図７（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１００】（垂直型の表面伝導型放出素子）次に、電
子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面
伝導型放出素子のもうひとつの代表的な構成、即ち、垂
直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。

【０１０１】図１０は、本実施の形態の垂直型の基本構
成を説明するための模式的な断面図であり、図中の１２
０１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。この垂直型素子が先に説明した平面型と異
なる点は、素子電極のうちの片方（１２０２）が段差形
成部材１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０
４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、前記図７の平面型における素子電極間隔Ｌ
は、垂直型においては段差形成部材１２０６の段差高Ｌ
sとして設定される。なお、基板１２０１、素子電極１
２０２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１
２０４、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可能である。また、段差形成部
材１２０６には、たとえばＳｉＯ2のような電気的に絶
縁性の材料を用いる。

【０１０２】次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法
について説明する。図１１（ａ）〜（ｆ）は、製造工程
を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図１０
と同一である。

【０１０３】（１）まず、図１１（ａ）に示すように、
基板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１０４】（２）次に、同図（ｂ）に示すように、段
差形成部材を形成するための絶縁層を積層する。絶縁層
は、たとえば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。

【０１０５】（３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶
縁層の上に素子電極１２０２を形成する。

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

【０１０７】（５）次に、同図（ｅ）に示すように、微
粒子膜を用いた導電性薄膜１２０４を形成する。形成す
るには、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布法な
どの成膜技術を用いればよい。

【０１０８】（６）次に、前記平面型の場合と同じく、
通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する。
（図７（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォーミン
グ処理と同様の処理を行えばよい。

【０１０９】（７）次に、前記平面型の場合と同じく、
通電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは
炭素化合物を堆積させる。（図７（ｄ）を用いて説明し
た平面型の通電活性化処理と同様の処理を行えばよ
い。）以上のようにして、図１１（ｆ）に示す垂直型の
表面伝導型放出素子を製造した。

【０１１０】（多数素子を単純マトリクス配線したマル
チ電子源の構造）次に、上述の表面伝導型放出素子を基
板上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電子源の
構造について述べる。

【０１１１】図１２に示すのは、前記図４の表示パネル
１０００に用いたマルチ電子源の平面図である。基板１
００１には、前記図６で示したものと同様な表面伝導型
放出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極１
００３と列方向配線電極１００４により単純マトリクス
状に配線されている。行方向配線電極１００３と列方向
配線電極１００４の交差する部分には、電極間に絶縁層
（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれて
いる。

【０１１２】図１２のＡ−Ａ’に沿った断面形状を図１
３に示す。

【０１１３】尚、このような構造のマルチ電子源は、予
め基板１００１上に行方向配線電極１００３、列方向配
線電極１００４、電極間絶縁層（不図示）および表面伝
導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行
方向配線電極１００３および列方向配線電極１００４を
介して各素子に給電して通電フォーミング処理と通電活
性化処理を行うことにより製造した。

【０１１４】［電子放出特性の変更方法］次に、本発明
の実施の形態の特徴部分である表面伝導型放出素子の電
子放出特性の変更工程について説明する。本実施の形態
の工程では、前述の製造方法で得たマルチ電子源の素子
特性を、前述した表面伝導型放出素子の有するメモリ機
能、つまり電子放出特性がシフトする機能を用いて変更
させる場合で説明する。この場合のメモリ電圧又は特性
シフト電圧の印加は、例えば図１４に示すような回路を
用いて行った。

【０１１５】図中、３０１は直流電圧源を示し、３０２
は制御回路で マルチ電子源３００の行方向配線を順次
切換えるためのタイミング信号Ｓcを出力している。３
０４はＦＥＴである。マルチ電子源３００の行単位に印
加されるメモリ電圧は、直流電圧源３０１に接続されて
いるＦＥＴ３０４を、制御回路３０２からのタイミング
信号Ｓcによりオン・オフさせることにより、行方向配
線を介して各素子に印加されている。制御回路３０２
は、例えばクロックジェネレータとワンショット・マル
チバイブレータ等を備えており、メモリ電圧を印加する
ためのパルス幅及び周期の波形を発生している。この図
１４に示す回路を用いて実際にメモリ電圧を印加する際
には、行方向配線上における電圧の変動等が発生しない
ように、直流電圧源のエージングを十分に行う等の配慮
をするとともに、ノイズの混入を防ぐため配線の引き回
しをできる限り短くするなどの工夫を行った。尚、本実
施の形態では、列方向配線は全て接地している。

【０１１６】尚、メモリ電圧を印加する回路は、図１４
のような回路構成に限ったものではなく、前述した通電
活性化の装置や、後述する表示駆動回路などを用いて適
当な電圧を発生させることで行うことも可能である。

【０１１７】本実施の形態で使用したメモリ電圧の波形
を図１５に示す。

【０１１８】図１５において、メモリ電圧の波高値Ｖme
は１５［Ｖ］で、これは駆動電圧が１４［Ｖ］であるこ
とから、ノイズや温度特性による駆動電圧の増加を予想
して決めた値である。このメモリ電圧のパルスの幅Ｔm
は６６．８［μｓ］、パルス周期Ｔsは１６．６［ｍ
ｓ］とし、１素子に１００パルス印加した。これは一般
のテレビジョンの駆動条件を参考にして決めてあるが、
これ以外の条件でも特性をシフトさせることは可能であ
る。

【０１１９】このようにして、予め表面伝導型放出素子
にメモリ電圧を印加し、その素子特性を変更（シフト）
させてメモリしておくことにより、駆動時に素子特性が
新たに変わることがなくなり、従来マルチ電子源を表示
装置に用いる際に問題になっていた、例えば表示画面の
輝度が低くなる、或は表示画面に行方向の輝度むらがで
きるなどの現象をなくすことができた。

【０１２０】尚、前述のメモリ電圧又は特性シフト電圧
の印加は真空雰囲気中で行うが、真空雰囲気では有機ガ
スの分圧が１０のマイナス８乗[Torr]以下であると良
い。真空雰囲気中に残留する有機ガスの起源は、多くの
場合、ロータリポンプや油拡散ポンプなどの真空排気装
置で使用されているオイルの蒸気や、表面伝導型放出素
子の製造工程で使用した有機溶媒の残留物などである。
有機ガスとは、例えばアルカンやアルケンやアルキン等
の脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール
類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、
カルボン酸やスルホン酸等の有機酸類、前記有機物の誘
導体などである。具体的には、例えば、ブタジエン、ｎ
−ヘキサン、ｌ−ヘキセン、ベンゼン、トルエン、Ｏ−
キシレン、ベンゾニトリル、クロロエチレン、トリクロ
ロエチレン、メタノール、エタノール、イソプロパノー
ル、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、
メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルアミン、
エチルアミン、酢酸、プロピオン酸、等である。

【０１２１】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説明す
る。

【０１２２】図１６は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基
きテレビジョン表示を行う駆動回路の概略構成を示すブ
ロック図である。

【０１２３】図中、１０００は前記表示パネルであり、
また、１０２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Ｖ
ａは直流電圧源である。

【０１２４】以下各部の機能を説明する。まず表示パネ
ル１０００は、端子Ｄx1〜ＤxM、および端子Ｄy1〜ＤyN
及び高圧端子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〜ＤxMには、表示パネル１００
０内に設けられているマルチ電子源、即ち、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）ずつ順次駆動するための走査信号が印加
される。一方、端子Ｄy1〜ＤyNには、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
ビームを制御するため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、例えば１０ｋ
［Ｖ］の直流電圧が供給されるが、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。

【０１２５】次に、走査回路１０２について説明する。
この走査回路１０２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１０００の端子Ｄx1〜ＤxMと電
気的に接続するものである。この走査回路１０２のスイ
ッチング素子Ｓ1〜ＳMのそれぞれは、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、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容易に構成することができ
る。

【０１２６】尚、直流電圧源Ｖxは、本実施の形態の場
合には、前記表面伝導型放出素子の特性に基づいて７
［Ｖ］の一定電圧を出力するように設定している。

【０１２７】また、制御回路１０３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われるように各部
の動作を整合させる働きをしている。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Ｔsy
ncに基づいて、各部に対してＴscan及びＴsftおよびＴm
ryの各種制御信号を発生する。尚、各これら制御信号の
タイミングに関しては、後に図２１を用いて詳しく説明
する。

【０１２８】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回路で、良く知られているよ
うに周波数分離（フィルタ）回路を用いれば、容易に構
成できるものである。この同期信号分離回路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とを含んでいるが、ここでは説明の
便宜上、Ｔsync信号として図示した。一方、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
信号で表す。この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、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔsftに
基づいて動作している。即ち、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。こうしてシリアル／パラレル変換された１ライ
ン分の画像データ（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データ
に相当する）は、Ｉd1〜ＩdNのＮ個の並列信号としてシ
フトレジスタ１０４より出力される。

【０１２９】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ための記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔmryに従っ
て、適宜Ｉd1〜ＩdNの内容を記憶している。こうしてラ
インメモリ１０５に記憶された内容は、Ｉ'd1〜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、画像データＩ'd1〜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
るための信号源で、その出力信号は、端子Ｄy1〜ＤyNを
通じて表示パネル１０００内の表面伝導型放出素子に印
加される。

【０１３０】以上、図１６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１７〜図２０
を参照して、本実施の形態の表示パネル１０００の動作
について、より詳しく説明する。尚、図示の便宜上、表
示パネル１０００の画素数を６×６（即ち、Ｍ＝Ｎ＝
６）として説明するが、実際に用いる表示パネル１００
０は、これよりもはるかに多数の電子放出素子（画素）
を備えたものであることは言うまでもない。

【０１３１】図１７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源の回路図で
ある。図において、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、その位置が示されているものとする。

【０１３２】このようなマルチ電子源を駆動して画像を
表示する際には、Ｘ軸と平行な画像の１ライン（行）を
単位として、ライン順次に画像を形成する方法をとる。
１ラインの画像に対応した電子放出素子を駆動するに
は、Ｄx1〜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従っ
て、端子Ｄy1〜Ｄy6の各端子に、変調信号発生器１０７
からの変調信号を印加する。

【０１３３】例えば、図１８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。ここで説明の便
宜上、画像パターンの発光部の輝度を等しく、例えば１
００［フートランバート］相当であるとする。また、表
示パネル１０００において、蛍光体に従来周知のＰ−２
２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］とした。そして、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、製造工程における各パラメータ
を変更すれば当然変わるべきものである。

【０１３４】そこで、図１８の画像のうち、例えば第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
１９は、画像の第３ライン目を発光させる間に、端子Ｄ
x1〜Ｄx6、および端子Ｄy1〜Ｄy6を通じてマルチ電子源
に印加する電圧値を示した図である。

【０１３５】同図から明らかなように、３ライン目のＤ
（２，３），Ｄ（３，３），Ｄ（４，３）に位置してい
る各表面伝導型放出素子の１対の電極素子の間には、１
４［Ｖ］が印加されて電子ビームが出力される。一方、
これら３つの素子以外の電子放出素子の１対の電極間に
は、＋７（＝１４−７）［Ｖ］（図中斜線で示す素子）
或は０（＝７−７）［Ｖ］（図中白ぬきで示す素子）が
印加される。これら７Ｖ或は０Ｖは、これら表面伝導型
放出素子の電子放出の閾値電圧（１４Ｖ）以下の値であ
るため、これらの素子からは電子ビームが出力されな
い。

【０１３６】同様の方法で、他のラインについても図１
８の表示パターンに従って順次マルチ電子源を行単位に
駆動して表示を行う。この様子を時系列的に示したのが
図２０のタイムチャートである。

【０１３７】同図に示すように、第１ラインから順次１
ラインずつライン順次に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となる。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〜Ｄy6に印加される変調信号のパル
ス幅を、約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。

【０１３８】以上、６×６のマルチ電子源を例にとっ
て、表示パネル１０００の駆動方法を説明したが、次に
図１６の装置の全体の動作について、図２１のタイムチ
ャートを参照しながら説明する。

【０１３９】図２１中（１）に示すのは、外部から入力
される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のタイミングを示し、図に
示すように１ライン目、２ライン目、３ライン目、…と
いうように順次に送られてくる。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２
１の（２）の如く、シフトクロックＴsftが出力され
る。このシフトクロックＴsftに同期してシフトレジス
タ１０４に１ライン分の画像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１０５に対してメモリ・ライト信号Ｔmryが出
力される。これにより、１ライン（Ｎ素子分）の画像デ
ータがラインメモリ１０５に記憶、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'd1〜Ｉ'dN
の内容は、図（４）に示すタイミングで変化する。

【０１４０】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。即ち、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］に、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］に、以下同様にし
て、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１０００に対しては、図２
１の（６）に示すタイミングで、各ラインに応じた変調
信号が出力される。

【０１４１】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、これは同期信号分離回路１０６の出力部にＡ／Ｄ変
換器を備えれば容易に実現できる。

【０１４２】以上に説明した動作により、表示パネル１
０００を用いてテレビジョンの表示を行うことが可能と
なる。

【０１４３】＜実施の形態２＞図２２は、本発明の第２
実施の形態のカラー画像表示装置の代表的な構成例を示
す図である。

【０１４４】図２２において、電子放出素子を並列に多
数配置し、個々の電子放出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基板２０１（例えば、本出
願人と同一出願人である特開平１−３１３３２号公報）
をリアプレート２０２上に固定した後、基板２０１の上
方に、電子通過孔２０５を有するグリッド２０６を電子
放出素子の配列方向と直交する方向に配置した。更に、
基板２０１の略５ｍｍ上方に、フェースプレート２１０
（ガラス基板２０７の内面に蛍光膜２０８とメタルバッ
ク２０９とが形成されて構成される）を支持枠２１１を
介して配設している。そして、このフェースプレート２
１０、支持枠２１１、リアプレート２０２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
約４００℃〜５００℃で１０分以上焼成することにより
封着した。また、リアプレート２０２への基板２０１の
固定もフリットガラスで行った。

【０１４５】図２２において、２０４は電子放出部を示
し、本実施の形態では上述の如く、フェースプレート２
１０、支持枠２１１、リアプレート２０２で外囲器２１
２を構成したが、リアプレート２０２は主に基板２０１
の強度を補強する目的で設けられるため、基板２０１自
体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート２０２
は不要であり、基板２０１に直接支持枠２１１を封着
し、フェースプレート２１０、支持枠２１１、基板２０
１にて外囲器２１２を構成しても良い。フェースプレー
ト２１０の蛍光膜２０８は、ブラックストライプ（図５
（Ａ）参照）と呼ばれる黒色導電材２１３と蛍光体２１
４とで構成される。このようなブラックストライプが設
けられる目的は、カラー表示の場合必要となる３原色蛍
光体の、各蛍光体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とともに、蛍光膜２０８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。本実施の形態では蛍光体はストライプ形状（図５
（Ａ））を採用し、電子放出素子の配列方向（即ち、グ
リッド２０６と直交する方向）に沿って配列している。
これには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することにより蛍光膜２０８を作成
した。

【０１４６】尚、ブラックストライプを形成する材料と
して、本実施の形態では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が、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。また、ガラス基板２０７に蛍光体を塗布する方法
は、モノクロームの場合は沈澱法や印刷法が用いられる
が、カラー表示である本実施の形態の場合にはスラリー
法を用いている。但し、カラー表示の場合にも印刷法を
用いても同等の塗布膜が得られることはもちろんであ
る。

【０１４７】また、蛍光膜２０８の内面側には通常メタ
ルバック２０９が設けられる。このメタルバック２０９
を設ける目的としては、蛍光体の発光のうち内面側への
光をフェースプレート２１０側へ鏡面反射することによ
り輝度を上げること、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２１２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を保護す
ること等が挙げられる。尚、このメタルバック２０９
は、蛍光膜２０８を作製した後、蛍光膜２０８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、アルミニウム（Ａｌ）を真空蒸着すること
で作製した。フェースプレート２１０には、更に蛍光膜
２０８の導伝性を高めるため、蛍光膜２０８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
の形態では、メタルバック２０９のみで十分な導伝性が
得られたので省略した。更に、前述のフェースプレート
２１０、支持枠２１１、リアプレート２０２の接合部を
封着する際、カラー表示の場合は各色の蛍光体２１４と
電子放出素子１１０とを対応させなければならないた
め、十分な位置合わせを行った。

【０１４８】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Ｄr1ないしＤ
rMとＤL1〜ＤLMとを通じて素子電極２０３間に電圧を印
加することにより、前述のフォーミングを行う。こうし
て電子放出部２０４を形成して、前述した電子放出素子
２０４を基板２０１上に作成した。最後に１０のマイナ
ス６乗トール程度の真空度で、不図示の排気管をガス・
バーナで熱することで溶着し、外囲器２１２の封止を行
った。そして最後に、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、抵抗加熱あるいは高周波加熱等の加熱
法により、画像表示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
吸着作用により真空度が維持される。

【０１４９】以上のようにして形成された画像表示装置
において、電子放出素子のそれぞれに、容器外端子Ｄr1
〜ＤrMとＤL1〜ＤLMを通じて電圧を印加することにより
各電子放出部２０４より電子を放出させる。こうして放
出された電子は変調電極２０６の電子通過孔２０５を通
過した後、高圧端子Ｈｖを通して、メタルバック０９或
いは透明電極（不図示）に印加された数ｋＶ以上の高圧
により加速されて蛍光膜２０８に衝突し、これにより蛍
光体が励起・発光する。その際、変調電極２０６に画像
データに応じた電圧を容器外端子Ｇ1ないしＧNを通じて
印加することにより、電子通過孔２０５を通過する電子
ビームを制御して画像を表示するものである。

【０１５０】本実施の形態では、絶縁層であるＳｉＯ2
（不図示）を介し、基板２０１の略１０ミクロン上方に
略５０ミクロン径の電子通過孔２０５を有する変調電極
２０６を配置することで、加速電圧として６ｋＶ印加し
たとき、電子ビームのオンとオフは５０Ｖ以内の変調電
圧で制御できた。

【０１５１】また、図２３は、変調電極２０６に印加す
るグリッド電圧ＶGに対する螢光膜２０８へ流れる螢光
面電流との関係を示した図である。ここで、グリッド電
圧ＶGを増加させていくと、ある閾値電圧ＶG1以上にな
ると螢光面電流が流れ始め、更にグリッド電圧ＶGを増
加するにしたがって図２３に示すように螢光面電流が単
調に増加して、グリッド電圧ＶG2を越えた後、最終的に
飽和する。

【０１５２】以上述べた構成は、画像表示装置を作成す
る上で必要な概略構成であり、例えば各部材の材料等、
詳細な部分は上述の説明に限られるものではなく、画像
表示装置の用途に適するよう適宜選択することができ
る。

【０１５３】以上、実施の形態２の表示パネルの基本構
成と製造方法を説明したが、本実施の形態においてもも
ちろん駆動電圧に応じたメモリ電圧を表面伝導型放出素
子に印加し、特性を駆動に先立ちシフトさせておいた。
その際の真空雰囲気などは、前記実施の形態１の場合と
同様の条件であった。

【０１５４】このような工程を経た表示パネルに、テレ
ビジョン表示用の駆動回路を接続し、駆動を行ったとこ
ろの従来のように、表面伝導型放出素子の特性が変化す
ることによる表示輝度の急激な変化などの問題は起こら
なかった。

【０１５５】本実施の形態では、駆動回路の主要構成
は、変調信号発生器の出力電圧をグリッドで変調するの
に適当な電圧に合わせて端子Ｇ1〜ＧNに接続した。また
走査回路１０２の出力電圧を、走査時の電圧１４．０
［Ｖ］、非走査時の電圧０［Ｖ］に設定し、ＤL1〜ＤLM
に接続した。また、端子Ｄr1〜ＤrMは常に０［Ｖ］とし
た。

【０１５６】［応用実施形態］図２４は、前述した表面
伝導型放出素子を電子放出素子として用いたディスプレ
イパネル１０００に、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
できるように構成した多機能表示装置の一例を示すため
の図である。このパネル１０００は、前述の実施の形態
で説明したように予め電気特性をシフトした表面伝導型
放出素子を備えたパネルである。

【０１５７】図中、１０００はディスプレイパネル、２
１０１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は入出力インターフェー
ス回路、２１０６はＣＰＵ、２１０７は画像生成回路、
２１０８および２１０９および２１１０は画像メモリイ
ンターフェース回路、２１１１は画像入力インターフェ
ース回路、２１１２および２１１３はＴＶ信号受信回
路、２１１４は入力部である。

【０１５８】尚、本実施の形態の表示装置は、例えばテ
レビジョン信号のように映像情報と音声情報の両方を含
む信号を受信する場合には、当然映像の表示と同時に音
声を再生するものであるが、本発明の特徴と直接関係し
ない音声情報の受信，分離，再生，処理，記憶などに関
する回路や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。

【０１５９】まず、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ある。受
信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、例
えば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式など
の諸方式でもよい。また、これらより更に多数の走査線
よりなるＴＶ信号（例えばＭＵＳＥ方式をはじめとする
いわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に適し
た前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好適な信
号源である。ＴＶ信号受信回路２１１３で受信されたＴ
Ｖ信号は、デコーダ２１０４に出力される。

【０１６０】ＴＶ信号受信回路２１１２は、例えば同軸
ケーブルや光ファイバー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あ
る。前記ＴＶ信号受信回路２１１３と同様に、受信する
ＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、また本回
路で受信されたＴＶ信号もデコーダ２１０４に出力され
る。画像入力インターフェース回路２１１１は、例えば
ＴＶカメラや画像読み取り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取り込むための回路で、取り
込まれた画像信号はデコーダ２１０４に出力される。

【０１６１】画像メモリインターフェース回路２１１０
は、ビデオテープレコーダ（以下ＶＴＲと略す）に記憶
されている画像信号を取り込むための回路で、取り込ま
れた画像信号はデコーダ２１０４に出力される。画像メ
モリインターフェース回路２１０９は、ビデオディスク
に記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取
り込まれた画像信号はデコーダ２１０４に出力される。
画像メモリインターフェース回路２１０８は、いわゆる
静止画ディスクのように、静止画像データを記憶してい
る装置から画像信号を取り込むための回路で、取り込ま
れた静止画像データはデコーダ２１０４に出力される。
入出力インターフェース回路２１０５は、本実施の形態
の表示装置と、外部のコンピュータもしくはコンピュー
タネットワークもしくはプリンタなどの出力装置とを接
続するための回路である。画像データや文字データ・図
形情報の入出力を行うのはもちろんのこと、場合によっ
ては本表示装置の備えるＣＰＵ２１０６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。

【０１６２】画像生成回路２１０７は、前記入出力イン
ターフェース回路２１０５を介して外部から入力される
画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ２１０
６より出力される画像データや文字・図形情報に基づき
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
するための書き換え可能メモリや、文字コードに対応す
る画像パターンが記憶されている読みだし専用メモリ
や、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み込まれている。本回路
により生成された表示用画像データは、デコーダ２１０
４に出力されるが、場合によっては前記入出力インター
フェース回路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入出力することも可能である。

【０１６３】ＣＰＵ２１０６は、主として本表示装置の
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に表示する画像信号を適宜
選択したり組み合わせたりする。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、画面表示周波数や
走査方法（例えばインターレースかノンインターレース
か）や一画面の走査線の数など表示装置の動作を適宜制
御する。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、あるいは前記入出力イ
ンターフェース回路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。

【０１６４】尚、ＣＰＵ２１０６は、むろんこれ以外の
目的の作業にも関わるものであっても良い。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良
い。あるいは、前述したように入出力インターフェース
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
して行っても良い。

【０１６５】入力部２１１４は、前記ＣＰＵ２１０６に
使用者が命令やプログラム、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用いる事が可能である。

【０１６６】デコーダ２１０４は、前記２１０７ないし
２１１３より入力される種々の画像信号を３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、同図中に点線で示すように、デコーダ
２１０４は内部に画像メモリを備えるのが望ましい。こ
れは、例えばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換する
に際して画像メモリを必要とするようなテレビ信号を扱
うためである。また、画像メモリを備えることにより、
静止画の表示が容易になる、あるいは前記画像生成回路
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か
らである。マルチプレクサ２１０３は、前記ＣＰＵ２１
０６より入力される制御信号に基づき表示画像を適宜選
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
号のうちから所望の画像信号を選択して駆動回路２１０
１に出力する。その場合には、一画面表示時間内で画像
信号を切り替えて選択することにより、いわゆる多画面
テレビのように、一画面を複数の領域に分けて領域によ
って異なる画像を表示することも可能である。ディスプ
レイパネルコントローラ２１０２は、前記ＣＰＵ２１０
６より入力される制御信号に基づき駆動回路２１０１の
動作を制御するための回路である。

【０１６７】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
にかかわるものとして、例えばディスプレイパネルの駆
動用電源（図示せず）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（例えばインターレースか
ノンインターレースか）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
示画像の輝度やコントラストや色調やシャープネスとい
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。

【０１６８】駆動回路２１０１は、ディスプレイパネル
１０００に印加する駆動信号を発生するための回路であ
り、前記マルチプレクサ２１０３から入力される画像信
号と、前記ディスプレイパネルコントローラ２１０２よ
り入力される制御信号に基づいて動作するものである。

【０１６９】以上、各部の機能を説明したが、図２４に
例示した構成により、本実施の形態の表示装置におい
て、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１０００に表示することが可能である。即
ち、テレビジョン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。

【０１７０】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２１０
１は、上記画像信号と制御信号に基づいてディスプレイ
パネル１０００に駆動信号を印加する。これにより、デ
ィスプレイパネル１０００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。

【０１７１】また、本実施の形態の表示装置において
は、デコーダ２１０４に内蔵する画像メモリや、画像生
成回路２１０７及びＣＰＵ２１０６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、入れ換え、はめ込みなどをはじ
めとする画像編集を行う事も可能である。また、本実施
の形態の説明では特に触れなかったが、上記画像処理や
画像編集と同様に、音声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良い。

【０１７２】従って、本実施の形態の表示装置は、テレ
ビジョン放送の表示機器、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事が可能
で、産業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広
い。

【０１７３】尚、図２４は、表面伝導型放出素子を電子
源とするディスプレイパネルを用いた表示装置の構成の
一例を示したにすぎず、これのみに限定されるものでは
ない事は言うまでもない。例えば、図２４の構成要素の
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。またこれとは逆に、使用目的によって
はさらに構成要素を追加しても良い。例えば、本実施の
形態の表示装置をテレビ電話機として応用する場合に
は、テレビカメラ、音声マイク、照明機、モデムを含む
送受信回路などを構成要素に追加するのが好適である。

【０１７４】又本実施の形態の表示装置においては、と
りわけ表面伝導型放出素子を電子源とするディスプレイ
パネルが容易に薄形化できるため、表示装置全体の奥行
きを小さくすることが可能である。それに加えて、表面
伝導型放出素子を電子源とするディスプレイパネルは大
画面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、
本表示装置は臨場感あふれ迫力に富んだ画像を視認性良
く表示する事が可能である。

【０１７５】また、本発明は、ホストコンピュータ、イ
ンタフェース、プリンタ等の複数の機器から構成される
システムに適用しても、１つの機器からなる装置に適用
しても良い。また、本発明はシステム或は装置にプログ
ラムを供給することによって実施される場合にも適用で
きる。この場合、本発明に係るプログラムを格納した記
憶媒体が本発明を構成することになる。そして、該記憶
媒体からそのプログラムをシステム或は装置に読み出す
ことによって、そのシステム或は装置が、予め定められ
た仕方で動作する。

【０１７６】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、表面伝導型素子を用いたマルチ電子源を画像表示装
置に応用した際に起こる、駆動中の輝度低下や、行方向
の輝度むらができるなどの問題を解決する事ができる。

【０１７７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、駆
動電圧の変動の影響を受けにくい電子発生装置及び前記
電子発生装置を用いた画像形成装置とそれらの製造方法
と調整方法を提供できる。

【０１７８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の表面伝導型放出素子の電気特性
の測定及びシフトの際に用いた電圧波形を示す図であ
る。

【図２】本実施の形態の表面伝導型放出素子におけるメ
モリ機能を説明する図である。

【図３】本発明の課題であるノイズ或は温度特性等によ
る駆動電圧の乱れを示す図である。

【図４】本発明の実施の形態である画像表示装置の表示
パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。

【図５】本実施の形態の表示パネルのフェ−スプレ−ト
の蛍光体配列を例示した平面図である。

【図６】本実施の形態で用いた平面型の表面伝導型放出
素子の平面図（ａ），断面図（ｂ）である。

【図７】本実施の形態の平面型の表面伝導型放出素子の
製造工程を示す断面図である。

【図８】本実施の形態の通電フォ−ミング処理の際の印
加電圧波形を示す図である。

【図９】本実施の形態の通電活性化処理の際の印加電圧
波形（ａ），放出電流Ｉeの変化（ｂ）を示す図であ
る。

【図１０】本実施の形態で用いた垂直型の表面伝導型放
出素子の断面図である。

【図１１】垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す断面図である。

【図１２】実施の形態で用いたマルチ電子源の基板の平
面図である。

【図１３】本実施の形態で用いたマルチ電子源の基板の
一部断面図である。

【図１４】本実施の形態１におけるマルチ電子源にメモ
リ機能をおこさせるための回路構成を示すブロック図で
ある。

【図１５】本実施の形態１で用いたメモリ機能を実現さ
せるための電圧波形図である。

【図１６】本実施の形態１の表示パネルを用いたテレビ
ジョン信号の表示回路の構成を示す回路図である。

【図１７】本実施の形態のマルチ電子源の電子放出素子
の配列例を示す図である。

【図１８】実施の形態におけるライン単位での表示例を
説明する図である。

【図１９】図１７の回路の表示形態例の具体例を示す図
である。

【図２０】図１９の表示タイミング例を示すタイミング
図である。

【図２１】本実施の形態における表示タイミング例を示
すタイミング図である。

【図２２】本発明の第２の実施の形態の表示パネルの一
部を切り欠いて示す外観斜視図である。

【図２３】第２の実施例の形態におけるグリッド印加電
圧と蛍光面の電流値との関係を示す図である。

【図２４】本発明の実施の形態である画像表示装置を用
いた多機能画像表示装置のブロック図である。

【図２５】従来知られた表面伝導型放出素子の一例を示
す図である。

【図２６】一般的な電子放出素子のマトリクス配線を説
明する図である。

【符号の説明】

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 ２０３ 電極 ２０４ 電子放出素子 ２０６ グリッド ３００ マルチ電子源基板 ３０１ 直流電圧源 ３０２ 制御回路 ３０４ ＦＥＴ １０００ 表示パネル １００３ 行方向配線 １００４ 列方向配線

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上に複数の表面伝導型放出素子をマ
   トリクス状に配列した電子発生装置であって、 前記複数の表面伝導型放出素子のそれぞれは、予め通常
   の駆動電圧の最大値と、前記表面伝導型放出素子に入り
   得るノイズ電圧とを加算した電圧よりも高い電圧のパル
   スが印加されていることを特徴とする電子発生装置。
2. 【請求項２】 前記表面伝導型放出素子は真空容器の中
   にあり、前記真空容器内部は有機ガスの分圧が１０の−
   ８乗[Torr]以下の雰囲気であることを特徴とする請求項
   １に記載の電子発生装置。
3. 【請求項３】 前記複数の表面伝導型放出素子は二次元
   的に配列され、行方向配線と列方向配線により各表面伝
   導型放出素子をマトリックス状に結線していることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の電子発生装置。
4. 【請求項４】 前記パルス電圧の電圧値は、前記駆動電
   圧の最大値の１．０５倍〜１．５倍であることを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子発生装
   置。
5. 【請求項５】 前記複数の表面伝導型放出素子は２次元
   的に配列され、前記表面伝導型放出素子から放出される
   電子ビーム量を調整するグリッド電極を有することを特
   徴とする請求項１又は２に記載の電子発生装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
   電子発生装置と、電子の照射によって励起発光する蛍光
   体とを有することを特徴とする画像形成装置。
7. 【請求項７】 複数の表面伝導型放出素子を配列したマ
   ルチ電子源と、 入力された画像信号に基づいて前記マルチ電子源に駆動
   電圧を印加する駆動手段とを具備する電子発生装置の製
   造方法において、 前記複数の表面伝導型放出素子に、前記駆動電圧の最大
   値と前記駆動手段で発生するノイズ電圧とを加算した電
   圧以上の特性シフト電圧を予め印加することを特徴とす
   る電子発生装置の製造方法。
8. 【請求項８】 前記特性シフト電圧を有機ガスの分圧が
   １０の−８乗[Torr]以下の雰囲気で印加することを特徴
   とする請求項７に記載の電子発生装置の製造方法。
9. 【請求項９】 前記特性シフト電圧は、前記駆動電圧の
   最大値の１．０５倍〜１．５倍であることを特徴とする
   請求項７又は８に記載の電子発生装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記電子発生装置の上部に、電子の放
    射によって励起発光する蛍光体を有する画像形成装置の
    製造方法において、 請求項７〜９のいずれか１項に記載の電子発生装置の製
    造方法を使用することを特徴とする画像形成装置の製造
    方法。
11. 【請求項１１】 複数の表面伝導型放出素子を配列した
    マルチ電子源と、 入力された画像信号に基づいて前記マルチ電子源に駆動
    電圧を印加する駆動手段とを具備する電子発生装置の調
    整方法において、 前記複数の表面伝導型放出素子に、前記駆動電圧の最大
    値と前駆駆動手段で発生するノイズ電圧とを加算した電
    圧以上の特性シフト電圧を予め印加することを特徴とす
    る電子発生装置の調整方法。
12. 【請求項１２】 前記特性シフト電圧を有機ガスの分圧
    が１０の−８乗[Torr]以下の雰囲気で印加することを特
    徴とする請求項１１に記載の電子発生装置の調整方法。
13. 【請求項１３】 前記特性シフト電圧は、前記駆動電圧
    の最大値の１．０５倍〜１．５倍であることを特徴とす
    る請求項１２に記載の電子発生装置の調整方法。
14. 【請求項１４】 前記電子発生装置の上部に、電子の照
    射によって励起発光する蛍光体を有する画像形成装置の
    調整方法において、 請求項１２〜１３のいずれか１項に記載の電子発生装置
    の製造方法を使用することを特徴とする画像形成装置の
    調整方法。