JPH09265925A

JPH09265925A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH09265925A
Application number: JP7398096A
Authority: JP
Inventors: Naoto Abe; 直人阿部; Takahiro Oguchi; 高弘小口; Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の電子放出素子２を複数のデータ配線４
と走査配線３でマトリックス配線したマルチ電子ビーム
源を備えるリアプレート６と、電子の照射によって励起
発光する蛍光体９と加速電極１０を備えるフェイスプレ
ート８を有する画像形成装置において、帯電粒子の照射
によって電子放出素子２が劣化したり、画像表示にクロ
ストークが起こる問題を解決する。【解決手段】前記マルチ電子ビーム源の上部に、前記
走査配線と平行にストライプ状の中間電極５を配置す
る。そして、中間電極５を、走査配線３と同時に走査す
る。中間電極５には、素子２に対応して開口Ｇｈがあ
り、走査した素子が放出した電子のみが蛍光板に達する
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電子放出素
子をマトリックス状に配置した画像形成装置に関し、特
に、表面伝導型放出素子を備える画像形成装置に関す
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、たとえば表面伝導型放出素子や、電界放出
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】表面伝導型放出素子としては、たとえば、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥ−ｎｇ．Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６
５）や、後述する他の例が知られている。

【０００４】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、前記エリンソン等によるＳｎ
Ｏ₂ 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの
〔Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）〕や、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／
ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの〔Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎ
ｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，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。

【０００５】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２２に前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌ
ｌらによる素子の平面図を示す。同図において、３００
１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。該導電
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〕，Ｗは０．
１〔ｍｍ〕で設定されている。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。

【０００６】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。すなわち、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３０
０５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。前記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。

【０００７】また、ＦＥ型の例は、たとえば、Ｗ．Ｐ．
Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅ−ｌｄｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏ
ｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるい
は、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏ
ｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌ
ｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍ
ｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）などが知られて
いる。

【０００８】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
２３に前述のＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄらによる素子の断面図
を示す。同図において、３０１０は基板で、３０１１は
導電材料よりなるエミッタ配線、３０１２はエミッタコ
ーン、３０１３は絶縁層、３０１４はゲート電極であ
る。本素子は、エミッタコーン３０１２とゲート電極３
０１４の間に適宜の電圧を印加することにより、エミッ
タコーン３０１２の先端部より電界放出を起こさせるも
のである。

【０００９】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図２
３のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ
平行にエミッタとゲート電極を配置した例もある。

【００１０】また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、
Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕｎｎ
ｅｌ−ｅｍｉｓｓｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）などが知ら
れている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図２４に
示す。同図は断面図であり、図において、３０２０は基
板で、３０２１は金属よりなる下電極、３０２２は厚さ
１００オングストローム程度の薄い絶縁層、３０２３は
厚さ８０〜３００オングストローム程度の金属よりなる
上電極である。ＭＩＭ型においては、上電極３０２３と
下電極３０２１の間に適宜の電圧を印加することによ
り、上電極３０２３の表面より電子放出を起こさせるも
のである。

【００１１】上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較し
て低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒー
ターを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構
造が単純であり、微細な素子を作成可能である。また、
基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱
溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒ
ーターの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは
異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利
点もある。

【００１２】このため、冷陰極素子を応用するための研
究が盛んに行われてきている。

【００１３】たとえば、表面伝導型放出素子は、冷陰極
素子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であること
から、大面積にわたり多数の素子を形成できる利点があ
る。そこで、たとえば本出願人による特開昭６４−３１
３３２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。

【００１４】また、表面伝導型放出素子の応用について
は、たとえば、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。

【００１５】特に、画像表示装置への応用としては、た
とえば本出願人による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。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。たとえば、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。

【００１６】また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方
法は、たとえば本出願人によるＵＳＰ４，９０４，８９
５に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応
用した例として、たとえば、Ｒ．Ｍｅｙｅｒらにより報
告された平板型表示装置が知られている。〔Ｒ．Ｍｅｙ
ｅｒ：“ＲｅｃｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎ
ＭｉｃｒｏｔｉｐｓＤｉｓｐｌａｙａｔＬＥＴ
Ｉ”，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔｏｆ４ｔｈＩｎ
ｔ．ＶａｃｕｕｍＭｉｃｒｏｅｌｅ−ｃｔｒｏｎｉｃ
ｓＣｏｎｆ．，Ｎａｇａｈａｍａ，ｐｐ．６〜９（１
９９１）〕また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装置
に応用した例は、たとえば本出願人による特開平３−５
５７３８号公報に開示されている。

【００１７】一般に、電子を用いた画像形成装置におい
ては、真空雰囲気を維持する外囲器、電子を放出させる
為の電子源とその駆動回路、電子の衝突により発光する
蛍光体を有する螢光板、電子を螢光板に向けて加速する
ための加速電極及び高圧電源が少なくとも必要である。
また、薄型画像表示装置などの様に扁平な外囲器を用い
る画像形成装置においては、耐大気圧構造体として支持
柱（スぺーサ）を用いる場合もある。

【００１８】上記画像形成装置において、上記外囲器内
を加速電子が飛翔する時、真空雰囲気内や螢光体上の残
留ガス等が電離され、その正イオンが上記加速電極によ
り電子放出素子側へ向けて飛翔する現象が生じる。この
正イオンが電子源、特にその電子放出部をなす電子放出
素子に衝突して、上記電子源を劣化させてしまうという
問題があった。電子放出素子に対して帯電粒子が直接衝
突するのを防ぐことは、電子源の長寿命化、及び信頼性
の向上を図る上で重要である。

【００１９】上記現象による電子源の劣化を防止するた
めの構成として、ＵＳＰ４１５５０２８に示されるよう
な静電偏向システムがある。図２５はその概略構成を示
したものであり、３０３１は熱陰極からなる電子放出素
子、３０３２は第１グリッド、３０３３は第２グリッ
ド、３０３４は加速電極である。第１グリッド３０３２
と第２グリッド３０３３は、互いに一定の角度を成して
配置され、両者は電子放出素子から電子を引き出すには
十分であるが、正イオンの生成には不十分である同一の
電位が与えられている。図中、３０３５の実線は該電子
源内における放出電子の軌道を表しており、第２グリッ
ド３０３３近傍で偏向され、加速電極に対して垂直な軌
道になる。一方、加速電極で発生する正イオンは、電子
に比べて質量が大きいので、第２グリッド近傍での偏向
量は少なく、３０３６で示される点線の軌道をとる。従
って、該正イオンが直接電子放出素子３０３１に向うこ
とはない。この様にＵＳＰ４１５５０２８においては、
傾斜配置をなす複数の制御電極を用いて電子放出素子の
劣化を防止した。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上記従来
技術に記載したものをはじめとして、さまざまな材料、
製法、構造の冷陰極素子を試みてきた。さらに、多数の
冷陰極素子を配列したマルチビーム源、ならびにこのマ
ルチ電子ビーム源を応用した画像表示装置について研究
を行ってきた。

【００２１】発明者らは、たとえば図２６に示す電気的
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、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
子ビーム源である。

【００２２】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
線である。行方向配線４００２および列方向配線４００
３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。上述のような配線方法を、単純マトリクス
配線と呼ぶ。

【００２３】なお、図示の便宜上、６×６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、たと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
だけの素子を配列し配線するものである。

【００２４】冷陰極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４００
３に適宜の電気信号を印加する。たとえば、マトリクス
の中の任意の１行の冷陰極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４００３
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および４００
５による電圧降下を無視すれば、選択する行の冷陰極素
子には、Ｖｅ−Ｖｓの電圧が印加され、また非選択行の
冷陰極素子にはＶｅ−Ｖｎｓの電圧が印加される。Ｖ
ｅ、Ｖｓ、Ｖｎｓを適宜の大きさの電圧にすれば選択す
る行の冷陰極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、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。

【００２５】したがって、冷陰極素子を単純マトリクス
配線したマルチ電子ビーム源はいろいろな応用可能性が
あり、たとえば画像情報に応じた電気信号を適宜印加す
れば、画像表示装置用に電子源として好適に用いること
ができる。

【００２６】上記、単純マトリクス型のマルチ電子ビー
ム源を用いた系においても、電子放出素子の電子放出部
に帯電粒子が衝突して、上記電子放出素子が劣化してし
まう可能性がある。また電子放出素子の電子放出部が加
速電極側からみて直接露出しているために、不測の放電
が起こった場合に素子が劣化してしまう可能性がある。

【００２７】また、多階調度を要求される画像表示装置
において他走査ラインからのクロストーク、黒レベルの
上昇、およびコントラストの低下が生じるという問題が
発生する。

【００２８】そこで、以上の問題を解決し、クロストー
ク、素子の劣化の問題のない画像形成装置を提供するこ
とを本発明の目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】以上に挙げた問題を解決
するために、本発明者が鋭意努力した結果、以下の発明
を得た。すなわち、本発明の画像形成装置は、複数の電
子放出素子を複数のデータ配線と複数の走査配線でマト
リックス配線したマルチ電子ビーム源と、前記マルチ電
子ビーム源の上部の加速電極とを有する画像形成装置に
おいて、前記マルチ電子ビーム源と前記加速電極の間
に、前記走査配線と平行にストライプ状の中間電極を配
置したことを特徴とする。ここで、前記走査配線と前記
中間電極を、同時に走査するといい。また、前記走査を
していない中間電極を、固定電圧にすることもハイイン
ピーダンスにすることもできる。前記中間電極は、前記
電子放出素子に対応して開口を有するといい。また、電
子の照射によって励起発光する蛍光板が、前記加速電極
の近傍にあるといい。さらに、前記電子放出素子は表面
伝導型放出素子であるといい。

【００３０】

【発明の実施の形態】発明者らは、鋭意研究した結果、
上記課題である他走査ラインからのクロストーク、黒レ
ベルの上昇、およびコントラストの低下は、非選択行の
電子放出素子からわずかな電子放出が原因で生じること
が解った。

【００３１】すなわち、図２６に示した様に配置された
素子４００１に対して、駆動回路は以下のように駆動す
る。走査ライン例えば選択する行の素子には、Ｖｅ−Ｖ
ｓの電圧が印加されるが、非走査ラインつまり非選択行
の素子にはＶｅ−Ｖｎｓの電圧が印加される。Ｖｅ、Ｖ
ｓ、Ｖｎｓを適宜の大きさの電圧にすれば選択する行の
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。

【００３２】実際の電子放出素子として表面伝導型放出
素子の特性を図２７に示す。図２７は素子の（放出電流
Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性を示している。表示
装置に用いた素子は、放出電流Ｉｅに関して、ある電圧
（これを閾値電圧Ｖｔｈ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、一
方、閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧では放出電流Ｉｅは非常
に小さい。

【００３３】我々は、図２７に示すような特性を持つ素
子の駆動において階調を持つマルチ電子ビーム源とする
ために、次のような電圧をかけ駆動した。すなわち、Ｖ
ｅ＝０〜８Ｖ（画像情報に応じた電圧を加える場合）ま
たはＶｅ＝８Ｖ（印加する時間の長さを変える場合）、
Ｖｎｓ＝０Ｖ、Ｖｓ＝−８Ｖなる電圧を加え駆動した。

【００３４】画像情報に応じた電圧を加える場合、駆動
電圧Ｖｅが大きいときに、非選択行の素子に例えば、最
大Ｖｅ−Ｖｎｓ＝８Ｖの電圧が加わる。印加する時間の
長さを変える場合、駆動電圧Ｖｅが長時間加わるとき
に、非選択行の素子に例えば、Ｖｅ−Ｖｎｓ＝８Ｖの電
圧が長時間加わる。

【００３５】非選択行の素子には、図２７に示すような
特性からほとんど電子は放出しないが、わずかながら非
選択行の素子から電子放出が生じる。画像表示の場合、
特に非選択時間が選択時間に比べ非常に大きいため、わ
ずかな非選択行の素子から電子の放出であっても積分さ
れ表示されるので、他走査ラインからのクロストーク、
黒レベルの上昇、コントラストの低下が生じていた。

【００３６】そこで、本発明は単純マトリクス構成の電
子放出素子を１行分ずつ線順次駆動して電子放出を行わ
せる装置においてマルチ電子ビーム源と加速電極間に素
子に対応した開口を有する中間電極を走査方向に設け、
素子の走査に応じて中間電極を固定電圧に接続し、走査
しない中間電極を高インピーダンスにする発明である。
または、走査しない中間電極を別の固定電圧に接続す
る。

【００３７】本発明によれば複数の中間電極を設け、中
間電極と、走査しない中間電極の電圧を制御することに
よって、多階調度を要求される表示装置用では問題にな
る他走査ラインからのクロストーク、黒レベルの上昇、
或いはコントラストの低下を防ぐ作用を成す物である。
また、帯電粒子による素子の劣化も防げる。本発明は蛍
光表示による画像形成装置だけではなく、半導体の電子
線描画装置にも使用できる。

【００３８】

【実施例】

（実施例１）次に、電子放出素子の一例として冷陰極素
子である表面伝導型放出素子を基板上に多数個設けたマ
ルチ電子ビーム源と、これを応用した画像形成装置の実
施例を説明する。

【００３９】図１は、基板上に表面伝導型放出素子の多
数個を配列形成したマルチ電子ビーム源を説明するため
の模式図である。まず、図１において、１はたとえばガ
ラスを材料とする絶縁性基板、点線で囲んだ２は前記基
板１の上に設けられた表面伝導型放出素子、３すなわち
Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、４すなわちＤｙ１〜Ｄｙｎは前記表面
伝導型放出素子２を配線するための走査配線とデータの
端子配線をあらわしている。表面伝導型放出素子２は基
板上にＸ、Ｙ方向に二次元に形成されている。両側のパ
ネル側面に設けられた配線端子Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤ
ｙ１〜Ｄｙｎは真空容器外から駆動電気信号が印加でき
るようになっており、配線３、４に駆動電圧を加えるこ
とにより、表面伝導型放出素子２に動作電圧を加えるこ
とができる。５すなわちＤｇ１〜Ｄｇｍは、Ｘ方向に沿
って列をなして形成されている表面伝導型放出素子２の
上に形成される中間電極の端子を表わし、それぞれデー
タ配線３の端子番号Ｄｘ１〜Ｄｘｍに対応している。

【００４０】中間電極５は表面伝導型放出素子２から放
出される電子が通過するための各電子源に対応した開口
Ｇｈを持つ。すなわちｙ方向に沿ってｍ本が独立して設
けられており、各中間電極Ｄｇ１〜Ｄｇｍには電子ビー
ムを通過させるための開口Ｇｈが設けられている。開口
Ｇｈは、図１において、各表面伝導型放出素子に対応し
て１個ずつ円形のものが設けられているが、場合によっ
てはメッシュ状に多数の通過口をもうけてもよい。各中
間電極は、電子端子Ｄｇ１〜Ｄｇｍにより真空容器外と
電気的に接続されている。なお、中間電極は表面伝導型
放出素子から放出された電子ビームを制御することがで
きるものであれば、その形状や設置位置は必ずしも図１
のようなものでなくともよく、たとえば表面伝導型放出
素子の周囲や近傍に設けてもよい。

【００４１】リアプレート６、側壁７、フェースプレー
ト８はガラス製の真空容器で、容器内の真空度を１０の
マイナス７乗〔Ｔｏｒｒ〕程度の真空度に保つ。フェー
スプレート８の内面には、たとえばＩＴＯを材料とする
透明電極が形成されている（不図示）。９は赤、緑、青
の蛍光体であり、例えば赤、緑、青の蛍光体９がモザイ
クもしくはストライプ状に塗り分けられている。図面の
複雑化を避けるため、図中では赤、緑、青の蛍光体を合
わせて９として示している。なお、各色の蛍光体の間に
はＣＲＴの分野では公知のブラックマトリクスもしくは
ブラックストライプを設けてもよい（不図示）。１０は
ＣＲＴ等で公知のメタルバック層である。メタルバック
層１０とＩＴＯは電子ビームの加速電圧を印加できるよ
うに端子Ｅｖを通じて真空容器外と電気的に接続されて
いる。

【００４２】図２に図１に示した表示パネルを駆動する
ための電気回路のブロック図を示す。図２において、２
０は図１で示すところの表示パネル、２１は外部から入
力する複合画像信号をデコードするためのデコード回
路、２２はシリアル／パラレル変換回路（以下シリ／パ
ラ変換回路と略す）２３はラインメモリ、２４は変調信
号発生回路、２５はタイミング制御回路、２６は走査信
号発生回路、２７は中間電極電圧制御回路である。表示
パネル２０の電極端子は各々電気回路と接続されてお
り、端子ＨＶは例えば１０〔ｋＶ〕の加速電圧を発生す
る電圧源Ｖｈと、端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎは変調信号発生回
路２４と、端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍは走査信号発生回路２６
と、端子Ｄｇ１〜Ｄｇｍは中間電極電圧切り換え回路と
接続されている。

【００４３】以下、各部の機能を説明する。まず、デコ
ード回路２１は、外部から入力するたとえばＮＴＳＣテ
レビ信号などの複合画像信号をデコードするための回路
で、複合画像信号から輝度信号成分と同期信号成分を分
離して、前者をＤａｔａ信号としてシリ／パラ変換回路
２２に、後者をＴｓｙｎｃ信号としてタイミング制御回
路２５に出力する。すなわち、デコード回路２１は、Ｒ
ＧＢの各色成分ごとの輝度を表示パネル２０のカラー画
像配列に合わせて配列シリ／パラ変換回路２２に順次出
力する。また、垂直同期信号と水平同期信号を抽出して
タイミング制御回路２５に出力する。タイミング制御回
路２５は、前記同期信号Ｔｓｙｎｃを基準にして、各部
の動作タイミングを整合させるための各種タイミング制
御信号を発生する。つまり、シリ／パラ変換回路２２に
対してはＴｓｐを、ラインメモリ２３に対してはＴｍｒ
ｙを、変調信号発生回路２４に対してはＴｍｏｄを、走
査信号発生回路２６および中間電極電圧切り換え回路２
７に対してはＴｓｃａｎを出力する。

【００４４】シリ／パラ変換回路２２は、デコード回路
２１から入力する輝度信号Ｄａｔａをタイミング制御回
路２５より入力されるタイミング信号Ｔｓｐにもとずい
て順次サンプリングし、ｎ個の並列信号Ｉ１〜Ｉｎとし
てラインメモリ２３に出力する。タイミング制御回路２
５は、画像の１ライン分のデータがシリ／パラ変換され
た時点でラインメモリ２３に対して書き込みタイミング
制御信号Ｔｍｒｙを出力する。ラインメモリ２３は、Ｔ
ｍｒｙを受けるとＩ１〜Ｉｎの内容を記憶して、それを
Ｉ′１〜Ｉ′ｎとして変調信号発生回路２４に出力す
る、これはラインメモリ２３に次の書き込みタイミング
制御信号Ｔｍｒｙが入力されるまで保持される。

【００４５】変調信号発生回路２４は、タイミング制御
回路２５の発生するタイミング制御信号Ｔｍｏｄに合わ
せて、ラインメモリ２３より入力される画像１ライン分
の輝度データにもとずいて、変調信号を表示パネル２０
の端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎを有するデータ配線に印加する。
変調信号は、画像の輝度データに応じて電圧の大きさを
変える電圧変調方式を用いるが、輝度データに応じて電
圧パルスの長さを変える幅変調方式を用いることも可能
である。

【００４６】走査信号発生回路２６はタイミング制御回
路２５の発生するタイミング制御信号Ｔｓｃａｎに合わ
せて適宜内部のスイッチング回路を切り替え、走査ライ
ンを選択する。即ち選択した端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍの走査
配線に定電圧源Ｖｓを、非選択の走査配線に定電圧源Ｖ
ｎｓを加える。

【００４７】図２７に示す特性を持つ素子の場合、我々
は以下のような電圧で駆動した。Ｖｅ＝０〜８Ｖ（画像
情報に応じた電圧を加える場合）またはＶｅ＝８Ｖ（パ
ルス幅変調方式の場合）、Ｖｎｓ＝０Ｖ、Ｖｓ＝−８Ｖ
なる電圧を加え駆動した。

【００４８】さらに、中間電極電圧制御回路２７は表示
パネル２０の端子Ｄｇ１〜Ｄｇｍの中間電極を適宜駆動
するための電圧パルスを発生するための回路である。中
間電極電圧制御回路２７は、タイミング制御回路２５の
発生するタイミング制御信号Ｔｓｃａｎに合わせて適宜
内部のスイッチング回路を切り替える。そして選択した
端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍの走査配線により駆動される表面伝
導型放出素子に対応する端子Ｄｇ１〜Ｄｇｍの中間電極
に定電圧源Ｇｖｔを、非選択の走査配線により駆動され
る表面伝導型放出素子に対応する端子Ｄｇ１〜Ｄｇｍの
中間電極に定電圧源Ｇｖｃを加える。定電圧源Ｇｖｔの
電圧（Ｖｇｔと便宜上決める）および定電圧源Ｇｖｃの
電圧（Ｖｇｃと便宜上決める）は以下のように決定す
る。即ち、電圧Ｖｇｔは表面伝導型放出素子から放出さ
れる電子が表示パネル２０のフェースプレート８への移
動を妨げない電圧、電圧Ｖｇｃは表面伝導型放出素子か
ら放出される電子が表示パネル２０のフェースプレート
８へ到達できなくする電圧を選ぶ。

【００４９】例えば我々は、電圧Ｇｖｔとして表示パネ
ル２０の中のフェースプレート８と、表面伝導型放出素
子が配置される絶縁性基板１間の電界を乱さない電圧、
すなわち絶縁性基板１からフェースプレート８までの距
離をＬｆ、絶縁性基板１から中間電極端子Ｄｇ１〜Ｄｇ
ｍまでの距離をＬｇとすると、Ｖｇｔ≒（Ｌｇ／Ｌｆ）×Ｈｖ…１式）と決定する。例えば、１式）より、Ｌｆ＝４ｍｍ、Ｌｇ
＝０．２ｍｍ、Ｈｖ＝１０ＫＶの場合は電圧Ｖｇｔを５
００〔Ｖ〕とする。また上記電圧Ｖｇｔとこの関係式
は、中間電極５の開口の形状によって、前記定数の場
合、最大１００Ｖ程度異なる。

【００５０】さらに、中間電極５の上記電圧Ｖｇｔがこ
の関係式がずれると、フェースプレート８に到達する電
子の量が減少するが、フェースプレート８に到達する電
子の量が減少しても良い用途によっては、計算で求めた
上記電圧Ｖｇｔに対して数１００Ｖ程度異なる電圧をか
けても良い。また、Ｖｇｃに対しては上記Ｖｇｔ以外の
電圧を用いる、通常我々は０Ｖまたは負電圧をＶｇｃと
して採用した。またＶｇｃは、逆に上記Ｖｇｔより数倍
以上高い電圧を選び、表面伝導型放出素子から放出され
る電子をすべて中間電極５が取り込んでもかまわない。

【００５１】以上の回路により、表示パネル２０の駆動
を説明する。第１の駆動法を図３のタイムチャートに従
って説明する。表示パネル２０は図３のタイムチャート
に示すタイミングで各駆動信号が印加される。図３中の
（ａ）〜（ｄ）は、走査信号発生回路２６から表示パネ
ル２０の端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍの走査配線に印加される信
号の一部を示すが、図３から分かるように振幅Ｖｓ
〔Ｖ〕の電圧パルスが画像の１ライン表示時間ごとに順
次Ｄｘ１、Ｄｘ２、Ｄｘ３…の順に印加されてゆく。上
記電圧パルスにより素子列は１ライン目（Ｄｘ１）から
順次駆動され電子ビームが出力されていく。図３中の
（ｅ）〜（ｈ）は、中間電極電圧制御２７から表示パネ
ル２０の中間電極に印加される信号の一部を示すが、図
３から分かるように振幅Ｖｇｔ〔Ｖ〕の電圧パルスが画
像の１ライン表示時間ごとに順次Ｄｇ１、Ｄｇ２、Ｄｇ
３…の順に印加されてゆく。この中間電極電圧制御回路
２７は、タイミング制御回路２５の発生するタイミング
制御信Ｔｓｃａｎに合わせて適宜内部のスイッチング回
路を切り替え、選択された端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍの走査配
線により駆動される表面伝導型放出素子に対応する中間
電極Ｄｇ１〜Ｄｇｍに定電圧源Ｇｖｔ例えば５００
〔Ｖ〕を、非選択された走査配線電極Ｄｘ１〜Ｄｘｍに
より駆動される表面伝導型放出素子に対応する端子Ｄｇ
１〜Ｄｇｍの中間電極５に定電圧源Ｇｖｃ例えば０
〔Ｖ〕を加える。そして、選択された表面伝導型放出素
子に対応する中間電極の電圧Ｇｖｔは例えば５００
〔Ｖ〕なので、放出電子はフェースプレートへ達する。
しかしながら、非選択された表面伝導型放出素子に対応
する中間電極５の電圧Ｇｖｃは例えば０〔Ｖ〕なので、
わずかながら放出される電子がフェースプレートへ達す
るのを防ぐことができる。

【００５２】さらに、ラインメモリ２３より入力される
画像１ライン分の輝度データにもとずいて、図３（ｉ）
に示すタイミングで表示パネル２０のデータ配線電極Ｄ
ｙ１〜Ｄｙｎに印加する変調信号を発生させる。走査信
号が切り替えられるのと同期して順次変調信号も切り替
えられ、１画面分の画像が表示されてゆく。これを連続
して繰り返し行うことにより、テレビジョン動画の表示
が可能なわけである。変調信号発生回路２４は、変調信
号として、画像の輝度データに応じて電圧の大きさを変
える電圧変調方式を用いてもよいし、輝度データに応じ
て電圧パルスの長さを変えるパルス幅変調方式を用いる
ことも可能である。

【００５３】第２の駆動法を図４のタイムチャートに示
す。第２の駆動法は第１の駆動法において、電圧Ｖｇｃ
を−１００〔Ｖ〕とした場合の例である。非選択された
表面伝導型放出素子のわずかながら放出される電子がフ
ェースプレートへ達するのを防ぐことができる。このよ
うに、電圧Ｖｇｃは当然負電圧であってもかまわない。

【００５４】第３の駆動法を図５のタイムチャートに示
す。第３の駆動法は第１の駆動法において、電圧Ｖｇｔ
＝５００〔Ｖ〕、電圧Ｖｇｃ＝１０００〔Ｖ〕とした場
合の例である。非選択された表面伝導型放出素子のわず
かながら放出される電子を第３の駆動法では中間電極で
受けとめることによって、放出される電子がフェースプ
レートへ達するのを防ぐことができる。

【００５５】本実施例で使用した定数、例えば我々は、
絶縁性基板１からフェースプレート８までの距離Ｌｆ＝
４ｍｍ、絶縁性基板１から中間電極５までの距離Ｌｇ＝
０．２ｍｍとしたが、中間電極をＬｇ０．０１ｍｍ程度
に、表面伝導型放出素子が配置される絶縁性基板１に近
づけた表示パネルであれば、電圧Ｖｇｔは２５〔Ｖ〕程
度であり、ドライブ回路の構成が簡単にできる。

【００５６】中間電極５の開口を本実施例では円形とし
たが、例えば、スリット状や四角形をはじめ多角形でも
よいし、細い電線によるメッシュ状や平行線の電極であ
ってもかまわない。また実施例１では表面伝導型放出素
子を形成後、別に中間電極５を作り込む形態を示した
が、後述するように、素子と同時に形成しても良い。ま
た本実施例では冷陰極の例として、表面伝導型放出素子
で説明を行ったが、冷陰極であればその他の物であって
も実現できる。

【００５７】（表示パネルの構成と製造法）次に、本発
明を適用した画像表示装置の表示パネルの構成と製造法
について、具体的な例を示して説明する。

【００５８】実施例に用いた表示パネルの斜視図である
図１を使って内部構造を詳しく説明する。図中、６はリ
アプレート、７は側壁、８はフェースプレートであり、
６〜８により表示パネル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。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、たとえばフリットガラ
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。

【００５９】リアプレート６には、基板１が固定されて
いるが、該基板上には冷陰極素子２がＮ×Ｍ個形成され
ている（Ｎ、Ｍは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。たとえば、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。本実施例においては、Ｎ＝３０７２、Ｍ＝１
０２４とした。）。前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、Ｍ本
の走査配線である行方向配線３とＮ本のデータ配線であ
る列方向配線４により単純マトリクス配線されている。
前記、１〜４によって構成される部分をマルチ電子ビー
ム源と呼ぶ。なお、マルチ電子ビーム源の製造方法や構
造については、後で詳しく述べる。

【００６０】本実施例においては、気密容器のリアプレ
ート６にマルチ電子ビーム源の基板１を固定する構成と
したが、マルチ電子ビーム源の基板１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
てマルチ電子ビーム源の基板１自体を用いてもよい。ま
た、５はマルチ電子ビーム源の行方向配線３と平行に配
置されマルチ電子ビーム源とフェースプレート８の中間
に電気的にそれぞれ絶縁して形成される複数の中間電極
である。中間電極５は、対応する行方向配線に接続され
ている各冷陰極素子の放出電子が通過するための開口Ｇ
ｈを持つ。

【００６１】また、フェースプレート８の下面には、蛍
光膜９が形成されている。本実施例はカラー表示装置で
あるため、蛍光膜９の部分にはＣＲＴの分野で用いられ
る赤、緑、青、の３原色の蛍光体が塗り分けられてい
る。各色の蛍光体は、たとえば図６の（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。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
事や、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を
防ぐ事、電子ビームによる蛍光膜のチャージアップを防
止する事などである。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。

【００６２】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図６（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、たとえば図６（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。

【００６３】なお、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、また黒色導電材料は必ずしも用いなくともよ
い。

【００６４】また、蛍光膜９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１０を設けて
ある。メタルバック１０を設けた目的は、蛍光膜９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事
や、負イオンの衝突から蛍光膜９を保護する事や、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
事や、蛍光膜９を励起した電子の導電路として作用させ
る事などである。メタルバック１０は、蛍光膜９をフェ
ースプレート基板８上に形成した後、蛍光膜表面を平滑
化処理し、その上にＡ１を真空蒸着する方法により形成
した。なお、蛍光膜９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１０は用いない。

【００６５】また、本実施例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８と蛍光膜９との間に、たとえばＩＴ
Ｏを材料とする透明電極を設けてもよい。

【００６６】また、Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎ、
Ｄｇ１〜ＤｇｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示
の電気回路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３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子
ビーム源の列方向配線４と、Ｄｇ１〜Ｄｇｎは中間電極
５と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１０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、不図示の排気管と真空ポ
ンプとを接続し、気密容器内を１０のマイナス７乗〔Ｔ
ｏｒｒ〕程度の真空度まで排気する。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
止の直前あるい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。ゲッター膜とは、たと
えばＢａを主成分とするゲッター材料をヒーターもしく
は高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、
該ゲッター膜の吸着作用により気密容器内は１×１０マ
イナス５乗ないしは１×１０マイナス７乗〔Ｔｏｒｒ〕
の真空度に維持される。

【００６８】以上、本発明実施例の表示パネルの基本構
成と製法を説明した。

【００６９】次に、前記実施例の表示パネルに用いたマ
ルチ電子ビーム源の製造方法について説明する。本発明
の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極
素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極
素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。したがっ
て、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭ
ＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。

【００７０】ただし、表示画面が大きくてしかも安価な
表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極
素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。す
なわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対
位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極め
て高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や
製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。ま
た、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くしてし
かも均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コ
ストの低減を達成するには不利な要因となる。その点、
表面伝導型放出素子は、比較的製造方法が単純なため、
大面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明
者らは、表面伝導型放出素子の中でも、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とりわけ
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。したがって、高輝度で大画面の画像表
示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、上記実施例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ビーム源の構造について述べる。

【００７１】（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。

【００７２】（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。

【００７３】図７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。図中、１１０１は基板、１１０２と１１
０３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、１１１
３は通電活性化処理により形成した薄膜である。

【００７４】基板１１０１としては、たとえば石英ガラ
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
の各種基板上にたとえばＳｉＯ₂ を材料とする絶縁層を
積層した基板、などを用いることができる。

【００７５】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。たとえば、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、
Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合
金、あるいはＩｎ₂ Ｏ₃ −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。電極を形成するには、た
とえば真空蒸着などの製膜技術とフォトリソグラフィ
ー、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（たとえ
ば印刷技術）を用いて形成してもさしつかえない。

【００７６】素子電極１１０２と１１０３の形状は、当
該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は通常数百オングストロームか
ら数百マイクロメーターの範囲から適当な数値を選んで
で設計されるが、なかでも表示装置に応用するために好
ましいのは数百マイクロメーターより数十マイクロメー
ターの範囲である。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
ーの範囲から適当な数値が選ばれる。

【００７７】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）
のことをさす。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、あるいは微
粒子が互いに隣接した構造か、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。

【００７８】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。すなわち、素子電極１１
０２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的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。

【００７９】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、たとえば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、
Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｐｂ、などをはじめとする金属や、ＰｄＯ、Ｓ
ｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、などをはじ
めとする酸化物や、ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、ＬａＢ₆ 、Ｃ
ｅＢ₆ 、ＹＢ₄ 、ＧｄＢ₄ 、などをはじめとする硼化物
や、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ、
などをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｈｆ
Ｎ、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。

【００８０】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。なお、導電性薄膜１１０４と素子
電極１１０２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７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。

【００８１】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７においては模式的に示した。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】なお、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７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１１１
３の一部を除去した素子を図示した。

【００８５】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施例においては以下のような素子を用いた。すな
わち、基板１１０１には青板ガラスを用い、素子電極１
１０２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
〔マイクロメーター〕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１０
０〔オングストローム〕、幅Ｗは１００〔マイクロメー
ター〕とした。

【００８６】次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子
の製造方向について説明する。図８の（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１０２と同一である。

【００８７】１）まず、図８（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。形成するにあたっては、あらかじめ基板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（堆積する方法としては、たとえ
ば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術を用いれば
よい）。その後、堆積した電極材料を、フォトリソグラ
フィー・エッチング技術を用いてパターニングし、
（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１１０３）
を形成する。

【００８８】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。形成するにあたっては、ま
ず前記（ａ）の基板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
ラフィー・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、本実施例では主要元素としてＰｄを
用いた。また、実施例では塗布方法としてディッピング
法を用いたが、それ以外のたとえばスピンナー法やスプ
レー法を用いてもよい）。

【００８９】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、本実施例で用いた有機金属溶液の塗布
による方法以外の、たとえば真空蒸着法やスパッタ法、
あるいは化学的気相堆積法などを用いる場合もある。

【００９０】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１１０
３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。

【００９１】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（すなわち電子放出部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。

【００９２】通電方法をより詳しく説明するために、図
９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、本実施例の場合には同図に示したようにパルス幅Ｔ
１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２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
ターするためのモニターパルス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１
１１１で計測した。

【００９３】実施例においては、たとえば１０のマイナ
ス５乗〔ｔｏｒｒ〕程度の真空雰囲気下において、たと
えばパルス幅Ｔ１を１〔ミリ秒〕、パルス間隔Ｔ２を１
０〔ミリ秒〕とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０．
１〔Ｖ〕ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加
するたびに１回の割りで、モニターパルスＰｍを挿入し
た。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないよう
に、モニターパルスの電圧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、すなわ
ちモニター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。

【００９４】なお、上記の方法は、本実施例の表面伝導
型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微粒
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。

【００９５】４）次に、図８の（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。

【００９６】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）。なお、通電活性化処理を行うこと
により、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１００倍以上に増加させることができ
る。

【００９７】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。

【００９８】通電方法をより詳しく説明するために、図
１０の（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。本実施例においては、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Ｔ３は１〔ミリ秒〕、パルス間隔Ｔ４は１０
〔ミリ秒〕とした。なお、上述の通電条件は、本実施例
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】図７の（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（なお、基板１１０１を、
表示パネルの中に組み込んでから活性化処理を行う場合
には、表示パネルの蛍光面をアノード電極１１１４とし
て用いる）。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ーし、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１０（ｂ）に示すが、活性化電源１１
１２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。

【０１００】なお、上述の通電条件は、本実施例の表面
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。

【０１０１】以上のようにして、図８（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１０２】（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、すなわち
垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。
図１１は、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１２０１は基板、１２０２と１２
０３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。

【０１０３】垂直型が先に説明した平面図と異なる点
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１２０４が段
差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。し
たがって、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。

【０１０４】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１２の（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１
１と同一である。

【０１０５】１）まず、図１２（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１０６】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、たと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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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
８（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）。

【０１１１】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８（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）。

【０１１２】以上のようにして、図１２（ｆ）に示す垂
直型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１１３】（表示装置に用いた表面伝導型放出素子の
特性）以上、平面型と垂直型の表面伝導型放出素子につ
いて素子構成と製法を説明したが、次に表示装置に用い
た素子の特性について述べる。

【０１１４】図１３に、表示装置に用いた素子の、（放
出電流Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、および（素
子電流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性の典型的な例
を示す。なお、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うえ、
これらの特性は素子の大きさや形状等の設計パラメータ
を変更することにより変化するものであるため、２本の
グラフは各々任意単位で図示した。

【０１１５】表示装置に用いた素子は、放出電流Ｉｅに
関して以下に述べる３つの特性を有している。

【０１１６】第一に、ある電圧（これを閾値電圧Ｖｔｈ
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、一方、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。

【０１１７】すなわち、放出電流Ｉｅに関して、明確な
閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。

【０１１８】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Ｉ
ｅの大きさを制御できる。

【０１１９】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。

【０１２０】以上のような特性を有するため、表面伝導
型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。た
とえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表
示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を
順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、
駆動中の素子には所望の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、非選択状態の素子には閾値
電圧Ｖｔｈ未満の電圧を印加する。駆動する素子を順次
切り替えてゆくことにより、表示画面を順次走査して表
示を行うことが可能である。

【０１２１】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た
め、階調表示を行うことが可能である。

【０１２２】（多数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）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
子ビーム源の構造について述べる。

【０１２３】図１４に示すのは、前記図１の表示パネル
に用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板上に
は、前記図７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１００３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。

【０１２４】図１４のＡ−Ａ′に沿った断面を、図１５
に示す。

【０１２５】なお、このような構造のマルチ電子源は、
あらかじめ基板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。

【０１２６】（素子毎に中間電極を作り込む方法）ま
た、各電子放出素子と中間電極とを一体配置した電子源
を作成することも可能であり、以下にその方法を述べ
る。

【０１２７】電子源の一構成例を図１６に示す。図１６
（ａ）は平面図、同図（ｂ），（ｃ）は断面図であり、
図中、図７に示したものと同一部位には同一番号を付し
てある。１３０１は電子通過孔１３０２を持つ中間電極
である。

【０１２８】図１６に示した電子源を例に、図１７（図
１６のＡ−Ａ′断面）の製造工程図に基づいて、該電子
源の製造方法の一例を以下に説明する。尚、以下の工程
ａ〜ｄは図１７の（ａ）〜（ｄ）に対応する。

【０１２９】工程ａ：基板１１０１を洗剤、純水及び有
機溶剤により十分に洗浄後、真空蒸着法、スパッタ法な
どにより素子電極材料を堆積後、フォトリソグラフィー
技術により上記基板１１０１上に素子電極１１０２、１
１０３を形成する。

【０１３０】基板１１０１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
したガラス基板等のガラス部材及びアルミナ等のセラミ
ックス部材などが挙げられる。

【０１３１】素子電極１１０２、１１０３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Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐ
ｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属、或いは合金、及
びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂ ，Ｐｄ−Ａｇ等の金属や
金属酸化物とガラスなどから構成される印刷導体、或い
はＩｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導電体及びポリシリコ
ン等の半導体導体材料などが挙げられる。

【０１３２】工程ｂ：基板１上に設けられた素子電極１
１０２と素子電極１１０３との間に、有機金属溶液を塗
布して有機金属薄膜を形成する。この後、有機金属薄膜
を過熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパ
ターニングし、導電性薄膜１１０４を形成する。

【０１３３】なお、上記有機金属溶液とは、前記Ｐｄ，
Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｓ
ｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属を主元素とする有機化合物
の溶液である。

【０１３４】なお、ここでは有機金属溶液の塗布法によ
り説明したが、これに限るものではなく、真空蒸着法、
スパッタ法、化学的気層堆積法、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。

【０１３５】工程ｃ：導電性薄膜１１０４の保護層１３
０３をＣｒで形成した後、犠牲層１３０４及び中間電極
１３０１を順次積層形成する。このとき、上記中間電極
１３０１の両端部が基板１１０１上に形成されるよう
に、犠牲層１３０４及び中間電極１３０１のサイズを選
択する。中間電極１３０１としては導電性を有するもの
が好ましく、例えばＡｌ等の薄膜金属により構成され
る。

【０１３６】工程ｄ：犠牲層１３０４をエッチング除去
して、薄膜１１０４と中間電極１３０１との間に間隙部
をなす。つぎに、上記エッチング時における薄膜１１０
４の保護層１３０３を除去する。最後に、素子電極１１
０２、１１０３間に不図示の電源により電圧を印加する
ことで、先述のフォーミングとよばれる通電処理を施
し、導電性薄膜の部位に変化した電子放出部１１０５を
形成する。尚、このようにして形成した電子放出部１１
０５は導電性微粒子で構成されている場合もある。

【０１３７】又、電子放出部を含む導電性膜１１０４を
構成する材料の具体例を挙げるならば、Ｐｄ，Ｒｕ，Ａ
ｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓ
ｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ
₂ Ｏ_3,，ＰｂＯ，Ｓｂ₃ Ｏ₃ 等の酸化物、ＨｆＢ₂ ，Ｚ
ｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼
化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ
等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓ
ｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等であり、基本的には微
粒子膜からなる。

【０１３８】以上の工程を経て得られる電子源は、電子
放出部を含む導電性膜１１０４に電圧を印加し、素子表
面に電流を流すことにより、電子放出部１１０５より電
子を放出する。この電子は、素子電極１１０２、１１０
３により、電子放出部１１０５の近傍に形成される水平
方向の電界により、電子放出部１１０５よりも陽極より
の軌道を持つため、中間電極１３０１の電子通過孔１３
０２は電子放出部１１０５の直上部ではなく、陽極より
に設置される。このとき、中間電極１３０１に対して、
走査方向を接続しそれぞれ電極Ｄｇ１〜Ｄｇｎに接続す
る。

【０１３９】尚、本発明に関わる電子源の製造方法は、
上述の方法に限定されるものではなく、上記製造方法の
うちの一部を変更してもよい。

【０１４０】（実施例２）次に、冷陰極電子源の一例と
して表面伝導型放出素子を基板上に多数個設けたマルチ
電子ビーム源と、これを応用した表示装置の実施例を説
明する。

【０１４１】図１８は、実施例２の表示パネルを駆動す
るための電気回路のブロック図を表す。図中、２０は前
述の画像表示パネルで、端子Ｄｘ１からＤｘｍ及びＤｙ
１からＤｙｎを介して外部の電気回路と接続されてい
る。また画像表示パネル上の高圧端子ＨＶは外部の高圧
電源Ｖａ＝１０〔ＫＶ〕に接続され放出電子を加速する
ようになっている。このうち端子Ｄｘ１からＤｘｍには
前述の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ックス配線された表面
伝導型放出素子群を１行ずつ順次駆動してゆくための走
査信号が印加される。一方、端子Ｄｙ１からＤｙｎには
前述走査信号により選択された一行の表面伝導型放出素
子の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が
印加される。端子Ｄｇ１〜Ｄｇｍは中間電極電圧制御回
路と接続されている。

【０１４２】次に、走査回路２０２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、各スイッチング素子は、選択された走査配線電極Ｄ
ｘ１〜Ｄｘｍに定電圧源Ｖｓを、非選択された走査配線
電極Ｄｘ１〜Ｄｘｍに定電圧源Ｖｎｓを加える。各スイ
ッチング素子は、タイミング信号発生回路（後述）が出
力する制御信号Ｔｓｃａｎにもとずいて動作するものだ
が、実際にはたとえばＦＥＴのようなスイッチング素子
を組み合わせる事により容易に構成する事が可能であ
る。

【０１４３】図２７に示す特性を持つ表面伝導型放出素
子の場合、我々は以下のような電圧で駆動した。Ｖｅ＝
０〜８Ｖ（画像情報に応じた電圧を加える場合）または
Ｖｅ＝８Ｖ（パルス幅変調方式の場合）、Ｖｎｓ＝０
Ｖ、Ｖｓ＝−８Ｖなる電圧を加え駆動した。

【０１４４】引き続き入力された画像信号の流れについ
て説明する。入力されたコンポジット画像信号をデコー
ダ２０３で３原色の輝度信号及び水平、垂直同期信号
（ＨＳＹＮＣ，ＶＳＹＮＣ）に分離する。タイミング信
号発生回路２０４ではＨＳＹＮＣ，ＶＳＹＮＣ信号に同
期した各種タイミング信号を発生させる。ＲＧＢ輝度信
号はＳ／Ｈ回路２０５において適当なタイミングでサン
プリングされ保持される。保持された信号はシリアルパ
ラレル（Ｓ／Ｐ）変換回路２０６で画像形成パネルの各
蛍光体の並びに対応した順番に並んだシリアル信号に変
換される。

【０１４５】続いてパルス幅変調回路２０７で画像信号
強度に対応したパルス幅を持つパルス電圧が生成され
る。さらに、パルス電圧は電圧増幅回路２０８によりパ
ルス電圧駆動信号に変換されて表示パネルの端子Ｄｙ１
ないしＤｙｎを通じて表示パネル２０１内の表面伝導型
放出素子に印加される。電圧出力パルスが供給されたパ
ネルでは走査回路２０２が選択した行に接続された表面
伝導型放出素子のみが供給されたパルス幅に応じた期間
だけ電子を放出し、蛍光体が発光する。即ち一水平走査
期間中、選択された行上の全素子が画像輝度信号に合わ
せて発光する。走査回路１０２が選択する行を順次走査
することで２次元画像が形成される。なお変調信号は、
画像の輝度データに応じて電圧の大きさを変える電圧変
調方式を用いることも可能である。

【０１４６】中間電極電圧制御回路２０９は表示パネル
２０の中間電極Ｄｇ１〜Ｄｇｍを適宜駆動するための電
圧パルスを発生するための回路である。中間電極電圧制
御回路２０９は、タイミング発生回路２０４の発生する
タイミング制御信号Ｔｓｃａｎに合わせて適宜内部のス
イッチング回路を切り替え、選択された配線電極Ｄｘ１
〜Ｄｘｍにより駆動される表面伝導型放出素子に対応す
る中間電極Ｄｇ１〜Ｄｇｍに定電圧源Ｖｇを、非選択さ
れた走査配線電極Ｄｘ１〜Ｄｘｍにより駆動される表面
伝導型放出素子に対応する中間電極Ｄｇ１〜Ｄｇｍをハ
イインピーダンスにする。

【０１４７】定電圧源Ｖｇは以下のように決定する。即
ち、電圧Ｖｇは表面伝導型放出素子から放出される電子
が表示パネル０のフェースプレート８への移動を妨げな
い電圧を選ぶ。

【０１４８】例えば我々は、電圧Ｖｇとして表示パネル
２０の中のフェースプレート８と、表面伝導型放出素子
が配置される絶縁性基板１間の電界を乱さない電圧、す
なわち絶縁性基板１からフェースプレート８までの距離
をＬｆ、絶縁性基板１から中間電極Ｄｇ１〜Ｄｇｍまで
の距離をＬｇとすると、Ｖｇ≒（Ｌｇ／Ｌｆ）×Ｈｖ…（１）と決定する。例えば、１式）より、Ｌｆ＝４ｍｍ、Ｌｇ
＝０．２ｍｍ、Ｈｖ＝１０ＫＶの場合は電圧Ｖｇを５０
０〔Ｖ〕とする。また上記電圧Ｖｇｔとこの関係式は、
中間電極５の開口の形状によって、前記定数の場合、最
大１００Ｖ程度異なる。

【０１４９】さらに、中間電極５の上記電圧Ｖｇｔがこ
の関係式からずれると、フェースプレート８に到達する
電子の量が減少するが、フェースプレート８に到達する
電子の量が減少しても良い用途によっては、計算で求め
た上記電圧Ｖｇｔに対して数１００Ｖ程度異なる電圧を
かけても良い。

【０１５０】以下、表示パネル２０の駆動のタイミング
を説明する。図１９のタイムチャートに従って説明す
る。表示パネル２０は図１９のタイムチャートに示すタ
イミングで各駆動信号が印加される。図１９中の（ａ）
〜（ｃ）は、走査回路１０２から表示パネル０の配線電
極Ｄｘ１〜Ｄｘｍに印加される信号の一部を示すが、図
１９から分かるように振幅Ｖｓ〔Ｖ〕の電圧パルスが
（ｇ）水平同期信号ＨＳＹＮＣに同期して、画像の１ラ
イン表示時間ごとに順次Ｄｘ１、Ｄｘ２、Ｄｘ３…の順
に印加されてゆく。上記電圧パルスにより素子列は１ラ
イン目（Ｄｘ１）から順次駆動され電子ビームが出力さ
れていく。

【０１５１】また、中間電極電圧制御回路２０９は、タ
イミング発生回路２０４の発生するタイミング制御信号
Ｔｓｃａｎに合わせて適宜内部のスイッチング回路を切
り替え、選択された走査配線電極Ｄｘ１〜Ｄｘｍにより
駆動される表面伝導型放出素子に対応する中間電極Ｄｇ
１〜Ｄｇｍに定電圧源Ｖｇ例えば５００〔Ｖ〕を加え
る。そして、選択された表面伝導型放出素子に対応する
中間電極の電圧Ｇｖｔは例えば５００〔Ｖ〕なので、放
出電子はフェースプレート８へ達する。なお、非選択時
には中間電極はハイインピーダンス状態にしておく（図
中（ｄ）〜（ｆ））。

【０１５２】さらに、シリアルパラレル（Ｓ／Ｐ）変換
回路２０６より入力される画像１ライン分の輝度データ
にもとずいて、図１９（ｈ）に示すタイミングで表示パ
ネル２０のデータ配線電極Ｄｙ１〜Ｄｙｎに印加する変
調信号を発生させる。走査信号が切り替えられるのと同
期して順次変調信号も切り替えられ、１画面分の画像が
表示されてゆく。これを連続して繰り返し行うことによ
り、テレビジョン動画の表示が可能なわけである。

【０１５３】前述したように、本実施例ではパルス幅変
調方式により画面輝度制御を行っている。この様子を図
１９（ｉ）〜（ｇ）で説明する。今パネルの端子Ｄｙ１
に印加される駆動信号を注目する。画像信号により、パ
ネル端子Ｄｙ１上の素子（１、１）、（２、１）…
（ｍ，１）に『但し（ｍ，１）は、マトリクスのｍ行目
１列にある素子を意味する』画像データが（ｊ）の様に
時間とともに入力される時を考える（画像データは最大
でデジタル８ｂｉｔとする。）。パルス幅変調回路２０
７は、画像データが（ｊ）に対応した時間のパルス電圧
（ｇ）を発生し、輝度制御を行う。

【０１５４】図２０は、本実施例で用いた中間電極電圧
制御回路２０９の回路図を示したものである。図２０
（ａ）に示すように本回路はシフトレジストとトランジ
スタによるＳＷ回路で構成されている。シフトレジスタ
は水平同期信号ＨＳＹＮＣをシフトクロックとし、タイ
ミング制御信号Ｔｓｃａｎをスタートクロックとして動
作し、（ｂ）〜（ｅ）に示すようにｍ個のシフトクロッ
クを生成する。このシフトクロックによりＳＷ回路は制
御され、中間電極電圧制御回路２０９の各出力端子は定
電圧値Ｖｇとハイインピーダンスの２状態を遷移する。
出力端子は中間電極Ｄｇ１〜Ｄｇｍに接続されており、
これにより中間電極Ｄｇ１〜Ｄｇｍ電位を制御してい
る。

【０１５５】本実施例では、ＨＳＹＮＣに同期してパネ
ルの走査配線電極Ｄｘ１〜Ｄｘｍに選択電位Ｖｓを印加
し、同時に対応する中間電極Ｄｇ１〜Ｄｇｍに定電圧源
Ｖｇを印加することで駆動を行って、電子源の電子放出
部の劣化を防いだ。この時、階調制御はデータ配線電極
Ｄｙ１〜Ｄｙｎに印加する変調信号によって行ったが、
変調信号駆動時に、データ配線と中間電極間に発生する
寄生容量はほとんどない。中間電極電位は、選択中間電
極以外は高インピーダンス状態であるため、中間電極群
とデータ配線間に発生する寄生容量が、非常に小さいた
めである。従ってデータ配線から素子に電流を出力する
際、寄生容量や配線インダクタンスの影響で電圧パルス
駆動の立ち上がりでリンギングやオーバーシュートを生
じて、素子へ過大電圧の印加を招き、素子破壊を起こす
という悪影響が防げた。

【０１５６】本実施例では、中間電極５の開口を円形と
したが、例えば、スリット状や四角形をはじめ多角形で
もよいし、細い電線によるメッシュ状や平行線の電極で
あってもかまわない。

【０１５７】また実施例２では表面伝導型放出素子を形
成後、別に中間電極５を作り込む形態を示したが、素子
と同時に形成しても良い。また本実施例では冷陰極の例
として、表面伝導型放出素子で説明を行ったが、、冷陰
極であればその他の物であっても実現できる。

【０１５８】また駆動パルスは電圧駆動パルスでなく、
電流パルスでも良い。この時も、データ配線と中間電極
間に発生する寄生容量はほとんどない。従ってデータ配
線から素子に電流を出力する際、寄生容量の影響で電流
パルス駆動の立ち上がりがなまり、素子の変調特性のリ
ニアリティが劣化するという悪影響を防げた。

【０１５９】（表示パネルの応用実施例）図２１は、前
記説明の表面伝導型放出素子を電子ビーム源として用い
たディスプレイパネルに、たと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表示装置の一例を示すため
の図である。

【０１６０】図中２１００はディスプレイパネル、２１
０１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、２
１０４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、２
１０８および２１０９および２１１０は画像メモリーイ
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。

【０１６１】（なお、本表示装置は、たとえばテレビジ
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
路やスピーカーなどについては説明を省略する）。

【０１６２】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明してゆく。

【０１６３】まず、ＴＶ信号受信回路２１１３は、たと
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為の回路である。受
信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、た
とえば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式な
どの諸方式でもよい。また、これらよりさらに多数の走
査線よりなるＴＶ信号（たとえば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ＴＶ信号は、デコーダ２１０４に出力される。

【０１６４】また、ＴＶ信号受信回路２１１２は、たと
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。

【０１６５】また、画像入力インターフェース回路２１
１１は、たとえばＴＶカメラや画像読み取りスキャナー
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２１０
４に出力される。

【０１６６】また、画像メモリーインターフェース回路
２１１０は、ビデオテープレコーダー（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。

【０１６７】また、画像メモリー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。

【０１６８】また、画像メモリー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２
１０４に出力される。

【０１６９】また、入出力インターフェース回路２１０
５は、本表示装置と、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ーなどの出力装
置とを接続するための回路である。画像データや文字・
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。

【０１７０】また、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ＣＰＵ
２１０６より出力される画像データや文字・図形情報に
もとず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、たと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ーや、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出
し専用メモリーや、画像処理を行うためのプロセッサー
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。

【０１７１】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ーに出力するこ
とも可能である。

【０１７２】また、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。

【０１７３】たとえば、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（たと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。

【０１７４】また、前記画像生成回路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ーをアクセスして画像データ
や文字・図形情報を入力する。

【０１７５】なお、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良い。たとえば、
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。

【０１７６】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、たと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。

【０１７７】また、入力部２１１４は、前記ＣＰＵ２１
０６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、たとえばキーボードやマ
ウスのほか、ジョイスティック、バーコードリーダー、
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。

【０１７８】また、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ーを備えるのが望ま
しい。これは、たとえばＭＵＳＥ方式をはじめとして、
逆変換するに際して画像メモリーを必要とするようなテ
レビ信号を扱うためである。また、画像メモリーを備え
る事により、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。

【０１７９】また、マルチプレクサ２１０３は、前記Ｃ
ＰＵ２１０６より入力される制御信号にもとずき表示画
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２１０１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。

【０１８０】また、ディスプレイパネルコントローラ２
１０２は、前記ＣＰＵ２１０６より入力される制御信号
にもとずき駆動回路２１０１の動作を制御するための回
路である。

【０１８１】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
に関わるものとして、たと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。

【０１８２】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、たとえば画面表示周波数や走査方法
（たと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。

【０１８３】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。

【０１８４】また、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２１
０２より入力される制御信号にもとずいて動作するもの
である。

【０１８５】以上、各部の機能を説明したが、図２１に
例示した構成により、本表示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２
１００に表示する事が可能である。

【０１８６】すなわち、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。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、上記画像信号と制御信号
にもとずいてディスプレイパネル２１００に駆動信号を
印加する。

【０１８７】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、Ｃ
ＰＵ２１０６により統括的に制御される。

【０１８８】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ２１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路２１
０７および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、たとえば拡大、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、本実施例の説
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。

【０１８９】したがって、本表示装置は、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。

【０１９０】なお、上記図２１は、表面伝導型放出素子
を電子ビーム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
れるものでない事は言うまでもない。たとえば、図２１
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。たとえ
ば、本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。

【０１９１】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム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
出素子を電子ビーム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
表示装置は臨場感に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。

【０１９２】

【発明の効果】本発明によれば、走査した行の電子放出
素子からの電子ビームを、効率良く集束させて走査した
行の蛍光体に到達させることができる。このため、非走
査行の電子放出素子からのクロストーク、黒レベルの上
昇、コントラストの低下を防ぐことができる。クロスト
ーク、黒レベルの上昇、コントラストの低下は、多階調
の画像形成装置にとって、特に問題になるため、これら
を解消する利点は大きい。また、本発明によれば、フェ
イスプレートなどからの帯電粒子による素子の劣化もな
くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示パネルの斜視図。

【図２】実施例１の駆動回路のブロック図。

【図３】実施例１のタイムチャート。

【図４】実施例１の別のタイムチャート。

【図５】実施例１の別のタイムチャート。

【図６】フェースプレートの蛍光体配列図。

【図７】平面型の表面伝導型放出素子の平面図（ａ）と
断面図（Ｂ）。

【図８】平面型の表面伝導型放出素子の作製工程を表す
図。

【図９】フォーミング電圧を表すタイムチャート。

【図１０】活性化電圧と放出電流のタイムチャート。

【図１１】垂直型の表面伝導型放出素子の断面図。

【図１２】垂直型の表面伝導型放出素子の作製行程を表
す図。

【図１３】表面伝導型放出素子の電圧・電流特性を表す
グラフ。

【図１４】マルチ電子ビーム基板の平面図。

【図１５】マルチ電子ビーム基板の一部断面図。

【図１６】中間電極の詳細図。

【図１７】中間電極の作製工程を表す図。

【図１８】実施例２の駆動回路のブロック図。

【図１９】実施例２のタイムチャート。

【図２０】実施例２の中間電極電圧制御回路の回路図
（ａ）とタイムチャート（ｂ）。

【図２１】マルチプレックスディスプレイのブロック
図。

【図２２】Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌｅｔａｌ．が開示
している従来の表面伝導型放出素子の平面図。

【図２３】ＦＥ型素子の断面図。

【図２４】ＭＩＭ型素子の断面図。

【図２５】イオン遮蔽用のグリッドを有する電子放出素
子の断面図。

【図２６】本発明の課題を表す図。

【図２７】電子放出素子の電気特性を表すグラフ。

【符号の説明】

１基板２電子放出素子３走査配線４データ配線５中間電極６リアプレート７側壁８フェイスプレート９蛍光体１０メタルバック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電子放出素子を複数のデータ配線
と複数の走査配線でマトリックス配線したマルチ電子ビ
ーム源と、前記マルチ電子ビーム源の上部の加速電極と
を有する画像形成装置において、前記マルチ電子ビーム源と前記加速電極の間に、前記走
査配線と平行にストライプ状の中間電極を配線したこと
を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記走査配線と前記中間電極を、同時に
走査する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記走査をしていない中間電極を、固定
電圧にする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】前記走査をしていない中間電極を、ハイ
インピーダンスにする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項５】前記中間電極は、前記電子放出素子に対
応して開口を有する請求項１〜４のいずれかに記載の画
像形成装置。
【請求項６】電子の照射によって励起発光する蛍光板
が、前記加速電極の近傍にある請求項１〜５のいずれか
に記載の画像形成装置。
【請求項７】前記電子放出素子は表面伝導型放出素子
である請求項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置。