JPH10301527A - 電子源及び画像形成装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 子源とフェースプレートの間に配設される支
持部材による画質の劣化を防止した電子源と画像形成装
置及びその駆動方法を提供する。 【解決手段】 スペーサ４０２０近傍の表面伝導型電子
放出素子の内、その正電極がスペーサ４０２０側にある
素子の素子電圧を低くし、その負電極がスペーサ４０２
０側にある素子の素子電圧を低くして、各素子を駆動す
る。これら素子の内、正電極がスペーサ４０２０側にあ
る素子は電子放出特性が高く設定されており、逆に負電
極がスペーサ４０２０側にある素子の電子放出特性を高
くしている。これにより素子電圧が異なっても同じ発光
輝度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の冷陰極素子
を配列した電子源と、その電子源を用いた画像形成装置
及びその駆動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】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。

【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(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。

【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２４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。

【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。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３
００４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。

【０００７】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。

【０００８】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
２５に前述のC.A. Spindt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。
この素子は、エミッタコーン３０１２とゲート電極３０
１４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。またＦＥ型の他の素子構成として、前述の図２
５のような積層構造でなく、基板上に基板平面とほぼ平
行にエミッタゲート電極を配置したものもある。

【０００９】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。
このＭＩＭ型の素子構成の典型例を図２６に示す。同図
は断面図であり、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との間に
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。

【００１０】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
タを必要としない。従って、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。
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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方
法は、例えば本出願人によるＵＳＰ４，９０４，８９５
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、例えば、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. Mayer:“Recent Dev
elopment on Microtips Display at LETI”，Tech. Dig
est of 4th Int. Vacuum Micro electronics Conf.，Na
gahama，pp．6-9(1991)] また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装置に応用した
例は、例えば本出願人による特開平３−５５７３８号公
報に開示されている。

【００１５】上記のような電子放出素子を用いた画像形
成装置のうちで、奥行きの薄い平面型表示装置は、省ス
ペースかつ軽量であることから、ブラウン管型の表示装
置に置き替わるものとして注目されている。

【００１６】図２７は、平面型の画像表示装置を形成す
る表示パネル部の一例を示す斜視図であり、内部構造を
示すためにパネルの一部を切り欠いて示している。

【００１７】図中、３１１５はリアプレート、３１１６
は側壁、３１１７はフェースプレートであり、リアプレ
ート３１１５、側壁３１１６及びフェースプレート３１
１７により表示パネルの内部を真空に維持するための外
囲器（気密容器）を形成している。

【００１８】リアプレート３１１５には、基板３１１１
が固定されているが、この基板３１１１上には冷陰極素
子３１１２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）。前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子３１１２
は、Ｍ本の行方向配線３１１３とＮ本の列方向配線３１
１４により単純マトリクス配線されている。これら基板
３１１１、冷陰極素子３１１２、行方向配線３１１３及
び列方向配線３１１４によって構成される部分をマルチ
電子源と呼ぶ。また、行方向配線３１１３と列方向配線
３１１４の少なくとも交差する部分には、両配線間に絶
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。

【００１９】また、フェースプレート３１１７の下面に
は、蛍光体からなる蛍光膜３１１８が形成されており、
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、の３原色の蛍光体（不
図示）が塗り分けられている。また蛍光膜３１１８を構
成する各色の蛍光体の間には黒色体（不図示）が設けら
れてあり、更に蛍光膜３１１８のリアプレート３１１５
の側面にはアルミニウム等からなるメタルバック３１１
９が形成されている。また、Ｄx1〜ＤxMおよびＤy1〜Ｄ
yNおよびＨｖは、当該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はマルチ電子源の行方向配線３
１１３と、Ｄy1〜ＤyNはマルチ電子源の列方向配線３１
１４と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック３１１
９と電気的に接続している。

【００２０】また、上記気密容器の内部は１０のマイナ
ス６乗［Torr］程度の真空に保持されており、画像表示
装置の表示面積が大きくなるに従い、気密容器内部と外
部の気圧差によるリアプレート３１１５及びフェースプ
レート３１１７の変形或は破壊を防止する手段が必要と
なる。リアプレート３１１５及びフェースプレート３１
１６を厚くする方法は、画像表示装置の重量を増加させ
るのみならず、表示画面を斜め方向から見た時に画像の
歪みや視差を生じる。これに対し図２７においては、比
較的薄いガラス板からなり大気圧を支えるための構造支
持体（スペーサ或はリブと呼ばれる）３１２０が設けら
れている。このようにして、マルチビーム電子源が形成
された基板３１１１と蛍光膜３１１８が形成されたフェ
ースプレート３１１６間は通常サブミリないし数ミリに
保たれ、前述したように気密容器内部は高真空に保持さ
れている。

【００２１】以上説明した表示パネルを用いた画像表示
装置は、容器外端子Ｄx1ないしＤxM、Ｄy1ないしＤyNを
通じて各冷陰極素子３１１２に電圧を印加すると、各冷
陰極素子３１１２から電子が放出される。それと同時に
メタルバック３１１９に容器外端子Ｈｖを通じて数百
［Ｖ］ないし数［ｋｖ］の高圧を印加して、上記放出さ
れた電子を加速し、フェースプレート３１１７の内面に
衝突させる。これにより蛍光膜３１１８を形成している
各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた、画像形成
装置等の電子線装置は、装置内部の真空雰囲気を維持す
るための外囲器、その外囲器内に配置された電子源、そ
れら電子源から放出された電子線が照射される蛍光体を
有するフェースプレート、それら電子線を蛍光体を有す
るフェースプレートに向けて加速するための加速電極等
を有するが、さらに、外囲器に加わる大気圧を外囲器内
部から支持するための支持部材（スペーサ）が、その外
囲器の内部に配置されることがある。

【００２３】このようにスペーサを配置した画像表示装
置のパネルにおいては、以下のような問題点があった。

【００２４】この問題点について図２８を用いて説明す
る。この図２８は、図２７のＡ−Ａ’の断面形状を示す
図で、前述の図２７と共通する部分は同じ番号で示し、
その説明を省略する。

【００２５】４０２０はスペーサで、基板３１１１とフ
ェースプレート３１１７との間に設けられている。冷陰
極素子３１１２から放出された電子は、４１１２で示す
ような軌跡をたどって蛍光膜３１１８に衝突し、その蛍
光体を発光させて像を形成する。

【００２６】この図からも明らかなように、スペーサ４
０２０の近傍の冷陰極素子３１１２から放出された電子
の一部がスペーサ４０２０にあたることにより、或はそ
の放出された電子の作用によりイオン化されたイオンが
スペーサ４０２０に付着することにより、スペーサ４０
２０に帯電を引き起こす可能性がある。更には、フェー
スプレート３１１７に到達した電子の一部が反射或は散
乱され、その一部がスペーサ４０２０に当たることによ
りスペーサ４０２０に帯電を引き起こす可能性がある。
このスペーサ４０２０の帯電により、冷陰極素子３１１
２から放出された電子の軌道が、スペーサ４０２０に近
づく方向に曲げられる。そのため冷陰極素子３１１２か
ら放出された電子が、蛍光体３１１８上の正規の位置と
は異なる位置に衝突することにより、スペーサ４０２０
の近傍の画像に歪みが発生したり、素子より発射された
電子がスペーサ４０２０に衝突することによりスペーサ
４０２０近傍の画像の輝度が低下する場合があった。

【００２７】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、電子源とフェースプレートの間に配設される支持部
材による画質の劣化を防止した電子源と画像形成装置及
びその駆動方法を提供することを目的とする。

【００２８】また本発明の目的は、支持部材近傍の素子
から放出される電子の起動を制御することにより、支持
部材近傍での画像の歪みを小さくし、かつ輝度の低下を
抑えた電子源と画像形成装置及びその駆動方法を提供す
ることを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の画像形成装置は以下のような構成を備える。
即ち、複数の冷陰極素子を有する電子源と、前記電子源
より放出された電子の照射により画像を形成する画像形
成部材を有し前記電子源に対向して配置されたフェース
プレートとを有する画像形成装置であって、前記複数の
冷陰極素子のそれぞれは各素子に電圧を印加するための
正電極と負電極とを有し、前記正電極と負電極とを結ぶ
方向に略直交する方向に長手方向を有し前記フェースプ
レートと前記電子源との間に配設された支持部材と、画
像信号に応じて、前記支持部材近傍に配置された冷陰極
素子と、それ以外の冷陰極素子とにそれぞれ異なる電圧
を印加して画像を表示する駆動手段と、を有することを
特徴とする。

【００３０】また上記目的を達成するために本発明の電
子源は以下のような構成を備える。即ち、基板上に形成
され、それぞれの素子に電圧を印加するための正電極と
負電極とを有する複数の冷陰極素子と、前記複数の冷陰
極素子の内、支持部材が配設される位置近傍の素子であ
って、当該素子の正電極が前記支持部材に近接している
素子の電子放出特性が高く、当該素子の負電極が前記支
持部材に近接している素子の電子放出特性が低く設定さ
れていることを特徴とする。

【００３１】

【発明の実施の形態】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。

【００３２】図１は、本発明の実施の形態の基本原理を
説明するための図である。

【００３３】図において、５０２は蛍光体とメタルバッ
クを含むフェースプレート、５０３は電子源基板を含む
リアプレート、５０９，５１０はリアプレート側の素子
電極で、これら素子電極５０９，５１０を介して冷陰極
素子５０４に電圧が印加される。５０６は冷陰極素子５
０４の電子放出部、５１１−１、５１１−２のそれぞれ
は、電子放出部５０６より放出される電子の軌道を示し
ている。

【００３４】この構成において、素子電極５０９が負電
位、素子電極５１０が正電位となる素子電圧を印加し、
またフェースプレート５０２側に加速電圧Ｖａを印加し
た場合、冷陰極素子５０４から放出された電子は電子軌
道５１１−１又は５１１−２で示すようになる。このと
き放出された電子の軌道は、加速電圧Ｖａと冷陰極素子
に印加する素子電圧とによって決定される。つまり素子
電圧を変えることにより電子の軌道を変えることができ
る。いま素子電圧をＶf1，Ｖf2（＞Ｖf1）とした場合、
素子電圧Ｖf1の場合は、放出された電子は５１１−１で
示される電子軌道を通り、素子５０４の中心軸５２１
（電子放出部５０６の位置）から距離Ｌef1離れたフェ
ースプレート５０２上に到達する。一方、素子電圧をＶ
f2とした場合は、放出された電子は５１１−２に示され
る電子軌道を通り、素子５０４の電子放出部５０６から
距離Ｌef2離れたフェースプレート５０２上に到達す
る。

【００３５】つまり、素子電圧を変えることにより、素
子から放出された電子のフェースプレート５０２上にお
ける到達位置を適宜調節することができる。この特性を
利用して、スペーサ４０２０近傍の素子から放出される
電子の到達位置を調整することにより、スペーサ４０２
０の帯電による電子軌道の変化を補正してスペーサ４０
２０近傍の画像の劣化を防止することができる。

【００３６】＜画像表示装置の概要説明＞本発明の実施
の形態の画像表示装置の表示パネルの構成とその製造方
法について、具体的な例を示して説明する。

【００３７】図２は、本実施の形態の表示パネルの斜視
図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠
いて示している。

【００３８】図中、１０１５はリアプレート、１０１６
は側壁、１０１７はフェースプレートであり、１０１５
〜１０１７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、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
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。また、上記気密容器の内部は１
０のマイナス６乗［torr］程度の真空に保持されるの
で、大気圧や不意の衝撃などによる気密容器の破壊を防
止する目的で、耐大気圧構造体として、スペーサ１０２
０が設けられている。

【００３９】リアプレート１０１５には、基板１０１１
が固定されているが、この基板上には冷陰極素子１０１
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。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）。前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極
素子は、Ｍ本の行方向配線１０１３とＮ本の列方向配線
１０１４により単純マトリクス配線されている。前記、
１０１１〜１０１４によって構成される部分をマルチ電
子源と呼ぶ。

【００４０】本実施の形態の画像表示装置に用いるマル
チ電子源は、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。従って、例えば表面伝導型放出素子やＦＥ
型、あるいはＭＩＮ型などの冷陰極素子を用いることが
できる。

【００４１】次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素
子（後述）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。

【００４２】図３に示すのは、図２の表示パネルに用い
たマルチ電子源の平面図である。基板１０１１上には、
後述の図６で示す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１０１３と列方
向配線電極１０１４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１０１３と列方向配線電極１０
１４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。

【００４３】図３のＡ−Ａ’に沿った断面を図４に示
す。

【００４４】なお、このような構造のマルチ電子源は、
予め基板上に行方向配線電極１０１３、列方向配線電極
１０１４、電極間絶縁層（不図示）、及び表面伝導型放
出素子の素子電極と伝導性薄膜を形成した後、行方向配
線電極１０１３及び列方向配線電極１０１４を介して各
素子に給電して通電フォーミング処理（後述）と通電活
性化処理（後述）を行うことにより製造した。尚、本実
施の形態においては、気密容器のリアプレート１０１５
にマルチ電子源の基板１０１１を固定する構成とした
が、マルチ電子源の基板１０１１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１０１１自体を用いてもよい。

【００４５】また、フェースプレート１０１７の下面に
は、蛍光膜１０１８が形成されている。本実施の形態の
表示パネルはカラー表示装置用であるため、蛍光膜１０
１８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、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１
０１０が設けてある。これら黒色の導電体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こと、電
子ビームによる蛍光膜のチャージアップを防止すること
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。

【００４６】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
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。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１０１８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。

【００４７】また、蛍光膜１０１８のリアプレート１０
１５側の面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック
１０１９を設けてある。このメタルバック１０１９を設
けた目的は、蛍光膜１０１８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１０１８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や、蛍光
膜１０１８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。メタルバック１０１９は、蛍光膜１０１
８をフェースプレート基板１０１７上に形成した後、そ
の蛍光膜１０１８の表面を平滑化処理し、その上にＡｌ
（アルミニウム）を真空蒸着することにより形成した。
なお、蛍光膜１０１８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１０１９は用いない。

【００４８】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１０１７と蛍光膜１０１８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。

【００４９】また、この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
ンプとを接続し、気密容器内を１０のマイナス７乗［to
rr］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Ｂ
ａ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、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。

【００５０】以上説明した表示パネルを用いた画像表示
装置は、容器外端子Ｄx1ないしＤxM、Ｄy1ないしＤyNを
通じて各冷陰極素子１０１２に電圧を印加すると、各冷
陰極素子１０１２から電子が放出される。それと同時に
メタルバック１０１９に容器外端子をＨｖを通じて数百
［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出さ
れた電子を加速し、フェースプレート１０１７の内面に
衝突させる。これにより、蛍光膜１０１８を形成する各
色の蛍光体が励起されて発光することにより画像が表示
される。

【００５１】通常、冷陰極素子である本実施の形態の表
面伝導型放出素子１０１２への印加電圧は１２〜１６
［Ｖ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１
２との距離ｄは０．１［ｍｍ］から８［ｍｍ］程度、メ
タルバック１０１９と冷陰極素子１０１２間の電圧は、
０．１［ｋＶ］から１０［ｋＶ］程度である。

【００５２】以上、本発明の実施の形態の表示パネルの
基本構成と製法及び画像表示装置の概要を説明した。

【００５３】＜マルチ電子源の製造方法＞次に、前記実
施の形態の表示パネルに用いたマルチ電子源の製造方法
について説明する。本発明の実施の形態の画像表示装置
に用いるマルチ電子源は、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。従って、例えば表面伝導型放出
素子やＦＥ型、あるいはＭＩＮ型などの冷陰極素子を用
いることができる。但し、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。即ち、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ためには不利な要因とな
る。また、ＭＩＮ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄く
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、上述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、その基本的な構成と製法
及び特性を説明し、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。

【００５４】（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。

【００５５】（平面型の表面伝導型放出素子）まず最初
に、本実施の形態の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。図中、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。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、などを用いることができる。

【００５６】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１１０２，１１０３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。電極を形成するには、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（例えば印刷技術）を用
いて形成しても差し支えない。

【００５７】これら素子電極１１０２，１１０３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μｍの範囲から適当な数値を選んで設計
されるが、なかでも、本実施の形態の表示装置に応用す
るために好ましいのは数μｍより数十μｍ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μｍの範囲から適当な数値が選ば
れる。

【００５８】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。

【００５９】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、中でも好ましいのは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。

【００６０】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、中でも好
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。

【００６１】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，などをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3，ＰｂＯ，Ｓｂ2Ｏ3，などをはじめと
する酸化物や、ＨｆＢ2，ＺｒＢ2，ＬａＢ6，ＣｅＢ6，
ＹＢ4，ＧｄＢ4，などをはじめとする硼化物や、Ｔｉ
Ｃ，ＺｒＣ，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。

【００６２】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／□］の範囲に含ま
れるよう設定した。

【００６３】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差し支えない。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】この薄膜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。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。

【００６７】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。

【００６８】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［μｍ］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１００［μ
ｍ］とした。

【００６９】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。

【００７０】（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した後、素子電極１１０２，１１０
３の材料を堆積させる（堆積する方法としては、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。

【００７１】（２）次に、同図（ｂ）に示すように導電
性薄膜１１０４を形成する。

【００７２】この導電性薄膜１１０４を形成するにあた
っては、まず前記（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１１０４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、この
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ー法やスプレ法を用い
てもよい）。

【００７３】また、この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、あるいは化学的気相堆積法などを用いる場合もあ
る。

【００７４】（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。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１
１０４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。この微粒子膜で作られた
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（即ち、電子放出部１１０５）におい
ては、薄膜１１０４に適当な亀裂が形成されている。な
お、この導電性薄膜１１０４を電子放出部１１０５が形
成される前と比較すると、その電子放出部１１０５が形
成された後では、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。

【００７５】この通電フォーミング時の通電方法をより
詳しく説明するために、図８に、フォーミング用電源１
１１０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１１０４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Ｔ１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（図７）で
計測した。

【００７６】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Ｔ１を１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ２を１０
［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Ｐｍ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。

【００７７】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、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。

【００７８】（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。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１１０
５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、このような通
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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】図７（ｄ）に示す１１１４は、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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】（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。

【００８５】図１０は、本実施の形態の垂直型表面伝導
型放出素子の基本構成を説明するための模式的な断面図
であり、図中の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。

【００８６】垂直型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６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Ｌｓとして設
定される。なお、基板１２０１、素子電極１２０２およ
び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
用いることが可能である。また、段差形成部材１２０６
には、例えばＳｉＯ2 のような電気的に絶縁性の材料を
用いる。

【００８７】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
６と同一である。

【００８８】（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。

【００８９】（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、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。

【００９０】（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。

【００９１】（４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶
縁層の一部を、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。

【００９２】（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、例えば塗布法など
の成膜技術を用いればよい。

【００９３】（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。） （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。

【００９４】（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。

【００９５】図１２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。

【００９６】本実施の形態の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。

【００９７】第１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。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。

【００９８】第２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。

【００９９】第３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。

【０１００】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。例
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１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。即ち、駆動中
の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖth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。こうして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。

【０１０１】また、第２の特性か又は第３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。

【０１０２】（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）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は
前述の図３及び図４に示す通りである。

【０１０３】（マルチ電子源の駆動回路の構成（および
駆動方法））図１３は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基
づいてテレビジョン表示を行うための駆動回路の概略構
成をブロック図で示したものである。同図中、表示パネ
ル１７０１は前述した表示パネルに相当するもので、前
述した様に製造され動作する。また、走査回路１７０２
は表示ラインを走査し、制御回路１７０３は走査回路１
７０２に入力する信号等を生成する。シフトレジスタ１
７０４は１ライン毎のデータをシフトして保持し、ライ
ンメモリ１７０５は、シフトレジスタ１７０４からの１
ライン分のデータを受取って保持した後、変調信号発生
器１７０７に出力する。同期信号分離回路１７０６はＮ
ＴＳＣ信号から同期信号を分離する。１７１０は制御部
で、テーブル１７１１に記憶されているスペーサ近傍の
素子、及びそれら素子への印加電圧（素子電圧）を基
に、変調信号発生器１７０７における変調信号の振幅を
制御して、それらの素子に印加される素子電圧を制御す
ることにより、後述するスペーサ近傍の画像の輝度のバ
ラツキを抑えている。この処理は図１５以降を参照して
詳しく後述する。

【０１０４】以下、図１３の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０１０５】まず表示パネル１７０１は、端子Ｄx1ない
しＤxMおよび端子Ｄy1ないしＤyN、および高圧端子Ｈｖ
を介して外部の電気回路と接続されている。このうち、
端子Ｄx1ないしＤxMには、表示パネル１７０１内に設け
られているマルチ電子源、すなわちＭ行Ｎ列の行列状に
マトリクス配線された冷陰極素子を１行（Ｎ素子）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ないしＤyNには、前記走査信号により選択され
た１行分のＮ個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５［ｋＶ］の直流電圧が供
給されるが、これはマルチ電子源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
るための加速電圧である。

【０１０６】次に、走査回路１７０２について説明す
る。この回路１７０２は、内部にＭ個のスイッチング素
子（図中、Ｓ1ないしＳMで模式的に示されている）を備
えるもので、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１７０１の端子Ｄx1ないし
ＤxMと電気的に接続するものである。Ｓ1ないしＳMの各
スイッチング素子は、制御回路１７０３が出力する制御
信号ＴSCANに基づいて動作するが、実際には例えばＦＥ
Ｔのようなスイッチング素子を組合わせる事により容易
に構成することが可能である。なお、前記直流電圧源Ｖ
ｘは、図１２に例示した電子放出素子の特性に基づき、
走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出
閾値電圧Ｖth電圧以下となるよう、一定電圧を出力する
よう設定されている。

【０１０７】また、制御回路１７０３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なわれるように
各部の動作を整合させる働きをもつものである。次に説
明する同期信号分離回路１７０６より送られる同期信号
ＴSYNCに基づいて、各部に対してＴSCANおよびＴSFTお
よびＴMRYの各制御信号を発生する。同期信号分離回路
１７０６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た
めの回路で、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。同
期信号分離回路１７０６により分離された同期信号は、
良く知られるように垂直同期信号と水平同期信号より成
るが、ここでは説明の便宜上、ＴSYNC信号として図示し
た。一方、前記テレビ信号から分離された画像の輝度信
号成分を便宜上ＤＡＴＡ信号と表すが、同信号はシフト
レジスタ１７０４に入力される。

【０１０８】シフトレジスタ１７０４は、時系列的にシ
リアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライ
ン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記
制御回路１７０３より送られる制御信号ＴSFTに基づい
て動作する。すなわち、制御信号ＴSFTシフトレジスタ
１７０４のシフトクロックであると言い換えることもで
きる。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）のデ
ータは、Ｉd1ないしＩdNのＮ個の信号として前記シフト
レジスタ１７０４より出力される。

【０１０９】ラインメモリ１７０５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１７０３より送られる制御信号ＴMRYに
したがって適宜Ｉd1ないしＩdNの内容を記憶する。記憶
された内容は、Ｉ'd1ないしＩ'dNとして出力され、変調
信号発生器１７０７に入力される。

【０１１０】変調信号発生器１７０７は、前記画像デー
タＩ'd1ないしＩ'dNの各々と、制御部１７１０からの指
示に応じて、電子放出素子１０１５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な
いしＤyNを通じて表示パネル１７０１内の電子放出素子
１０１５に印加される。尚、この駆動制御は図１６を参
照して詳しく後述する。

【０１１１】図１２を用いて説明したように、本発明の
実施の形態に係わる表面伝導型放出素子は放出電流Ｉe
に対して以下の基本特性を有している。すなわち、電子
放出には明確な閾値電圧Ｖth（後述する実施の形態の表
面伝導型放出素子では８［Ｖ］）があり、閾値Ｖth以上
の電圧を印加された時のみ電子放出が生じる。また、電
子放出閾値Ｖth以上の電圧に対しては、図１２のグラフ
のように、電圧の変化に応じて放出電流Ｉeも変化す
る。このことから、本実施の形態の素子にパルス状の電
圧を印加する場合、例えば電子放出閾値Ｖth以下の電圧
を印加しても電子放出は生じないが、電子放出閾値Ｖth
以上の電圧を印加する場合には表面伝導型放出素子から
電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍ
を変化させることにより出力電子ビームの強度を制御す
ることが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させ
ることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制御
することが可能である。

【０１１２】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１７０７として、一定長さの電圧パ
ルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの
波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いるこ
とができる。また、パルス幅変調方式を実施するに際し
ては、変調信号発生器１７０７として、一定の波高値の
電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電
圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路
を用いることができる。

【０１１３】シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１
７０５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式の
ものでも採用できる。すなわち、画像信号のシリアル／
パラレル変換や記憶が所定の速度で行われればよいから
である。

【０１１４】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１７０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号
化する必要があるが、これには同期信号分離回路１７０
６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。これに関し
てラインメモリ１１５の出力信号がデジタル信号かアナ
ログ信号かにより、変調信号発生器に用いられる回路が
若干異なったものとなる。すなわち、デジタル信号を用
いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７に
は、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回
路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号
発生器１７０７には、例えば高速の発振器および発振器
の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）および計
数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器
（コンパレータ９を組み合わせた回路を用いる。必要に
応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号
を電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増
幅器を付与することもできる。

【０１１５】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１７０７には、例えばオペアンプな
どを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレ
ベル回路などを付加することもできる。パルス幅変調方
式の場合には、例えば、電圧制御型発信回路（ＶＣＯ）
を採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで
電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。

【０１１６】このような構成をとりうる本発明の適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄx1乃至ＤxM、Ｄy1乃至ＤyNを介して電圧を印加
することにより、電子放出が生じる。高圧端子Ｈｖを介
してメタルバック１０１９あるいは透明電極（不図示）
に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電
子は蛍光膜１０１８に衝突し、発光が生じて画像が形成
される。

【０１１７】ここで述べた画像表示装置の構成は、本発
明の実施の形態に適用可能な画像形成装置の一例であ
り、本発明の思想に基づいて種々の変形が可能である。
入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号
はこれに限るものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式な
ど他、これらより多数の走査線からなるＴＶ信号（ＭＵ
ＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用でき
る。

【０１１８】次に、本実施の形態の特徴である電子源か
らの電子ビームの軌道を制御して、スペーサ近傍での画
像劣化を防止する構成について説明する。

【０１１９】＜電子源の駆動電圧とスペーサ位置による
ビームずれの関係＞本実施の形態では、スペーサ４０２
０と表面伝導型放出素子との位置関係に応じて、その電
子放出素子の駆動電圧（素子電圧）を調整することによ
って、スペーサ４０２０の帯電に起因する画像の歪みを
防止している。

【０１２０】この実施の形態の動作を詳しく説明する前
に、まず、素子電圧Ｖfとその素子から放出される電子
の軌道との関係について説明する。

【０１２１】まず図１４を参照して、表面伝導型放出素
子から放出された電子の軌道と素子電圧Ｖfの関係につ
いて説明する。

【０１２２】（放出電子の軌道と素子電圧Ｖfの関係）
図１４は、図２に示された表示パネルの断面を示してお
り、電子放出素子１０１２から放出された電子がフェー
スプレート１１０７の蛍光膜１０１８に衝突する状態を
説明する図である。

【０１２３】フェースプレート１０１７の内側には蛍光
体（膜）１０１８が塗布されている。図４を参照して前
述したように、素子電極１１０２，１１０３はそれぞれ
列方向配線１０１４（図２）、行方向１０１３（図２）
に接続されており、これら素子電極１１０２，１１０３
間に所定値以上の素子電圧（例えばＶ（ｆ））が印加さ
れると、この電子放出素子１０１２の電子放出部１１０
５から電子が放出される。こうして放出された電子は、
フェースプレート１１０７と電子放出部１１０５との間
に印加されたアノード電圧（加速電圧）Ｖａ［Ｖ］によ
りフェースプレート１０１７方向に加速されてフェース
プレート１０１７に照射される。この時、放出された電
子は中心軸５００に沿って電子放出部１１０５の真上に
進むのではなく、図１４の電子軌道５０１に沿って進
む。この電子軌道５０１は、素子電極１１０２が正極
性、電極１１０３が負極性となるよう素子電圧Ｖfを印
加したときの状態を示すものである。この場合、中心軸
５００と蛍光膜１０１８上での電子のランディング位置
との距離Ｌefは次式（１）により算出できる。

【０１２４】 Ｌef＝２×Ｋ×Ｌｈ×ＳＱＲＴ（Ｖf／Ｖａ） ただし、Ｌｈ［ｍ］は、放出素子１０１２と蛍光体１０
１８との間の距離 Ｋ［ｍ］は、放出素子１０１２の種類や形状により決ま
る定数 また、ＳＱＲＴ（Ａ）は、Ａの平方根を示す。

【０１２５】図１５（Ａ）（Ｂ）は図２に示された表示
パネルにおける放出素子１０１２と蛍光体１０１８との
位置関係を説明する図である。

【０１２６】図１５（Ａ）は、図２の表示パネルのｉ行
目に対して素子電圧Ｖf1を印加した場合、図１５（Ｂ）
はｉ行目に対して素子電圧Ｖf2を印加した場合につい
て、それぞれＹ軸座標方向に垂直な平面で切った断面図
を示し、放出素子１０１２と蛍光体１０１８以外は省略
して描いてある。

【０１２７】図１５（Ａ）に示すように、素子電圧Ｖf1
で駆動を行った場合の、ｉ行目の放出素子１０１２の電
子放出部１１０５の中心から蛍光体１０１８へのランデ
ィング位置までのＸ方向のずれはＰＸ１で表され、図１
５（Ｂ）の素子電圧Ｖf2を印加した場合のｉ行目の放出
素子１０１２の電子放出部１１０５の中心から蛍光体１
０１８へのランディング位置までのＸ方向のずれがＰＸ
２で示されている。但しここで放出素子１０１２の印加
電圧Ｖf2はＶf1よりも大きいものとする。

【０１２８】図１５（Ｂ）に示すように、放出素子１０
１２に印加する素子電圧をＶf2（＞Ｖf1）と高くするこ
とにより、放出された電子の軌道をより正極の電位が印
加されている素子電極（１１０２）側に曲げることがで
き、これにより電子の蛍光体１０１８上のランディング
位置までのずれＰＸ２（＞ＰＸ１）を大きくすることが
できる。このようにして、各放出素子ごとに、それに印
加する素子電圧を変えることによって、マトリクス状に
配置された各放出素子より放出される電子を所望の位置
に照射して所望の表示を行うことができる。

【０１２９】また、図１４に示すように電極１１０３が
負極性、電極１１０２が正極性となるよう素子電圧Ｖf
を印加することにより、電子軌道の制御の自由度を上げ
ることができ、さらに好適に電子を所望の位置に照射し
て所望の表示を行うことができる。

【０１３０】以上のように素子電圧を変えることによっ
て、その素子から放出される電子の軌道を変えることが
できることがわかる。この特性を利用して、スペーサ４
０２０の帯電の影響を補正する実施の形態を以下で説明
する。

【０１３１】（スペーサと放出電子の軌道）前述のよう
に、負の電位を有する電子が衝突する事によりスペーサ
４０２０は正に帯電されるため、各素子より放出される
電子の内スペーサ４０２０の近傍の電子はスペーサ４０
２０側に吸引され、その電子軌道が曲げられる。このこ
とを図１６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。

【０１３２】図１６（Ａ）はスペーサ４０２０がない場
合の図２に示された表示パネルにおける放出素子１０１
２と蛍光体１０１８との位置関係を示す図である。

【０１３３】図１６（Ｂ）（Ｃ）は、図２に示された表
示パネルにおける放出素子１０１２と蛍光体１０１８お
よびスペーサ４０２０との位置関係を説明する図であ
る。

【０１３４】図１６（Ａ）に示すように、スペーサ４０
２０がない場合もしくはスペーサから充分遠い場合は、
各素子１０１２から放出される電子は、それに印加され
ている素子電圧Ｖfに応じて一意に決まる距離ＰＸ３だ
けずれた位置に到達する。このときの素子電圧をＶf3と
する。

【０１３５】しかし、素子電圧をＶf3に一定としても、
図１６（Ｂ）に示すように、スペーサ４０２０周辺の素
子１０１２が駆動された場合、それから放出された電子
のランディング位置のずれ（距離）が異なってくる。

【０１３６】即ち、素子１０１２−１のように、放出さ
れた電子の方向がスペーサ４０２０に向かう方向の素子
が駆動された場合は、その電子軌道は大きくスペーサ４
０２０の方向に移動し、その電子のランディング位置は
距離ＰＸ４（＞ＰＸ３）もずれることになる。また、素
子１０１２−２のように、電子の放出方向がスペーサ４
０２０から遠ざかる方向の場合は、その電子の軌道はス
ペーサ４０２０の方向に傾斜し、そのランディング位置
は距離ＰＸ５（＜ＰＸ３）だけずれることになる。

【０１３７】この電子軌道は、前述の式（１）で示され
るように、素子電圧Ｖfを調節することにより、電子が
到達するランディング位置（距離）を調節することがで
きる。

【０１３８】図１６（Ｃ）は、スペーサ４０２０の帯電
による影響を補正するために、そのスペーサ４０２０近
傍の放出素子に印加する素子電圧Ｖfを調整し、蛍光体
１０１８上へのランディング位置（距離）を一定とした
場合を示している。

【０１３９】ここでは、電子放出素子１０１２−３の素
子電圧をＶf4（＜Ｖf3）とし、また、放出素子１０１２
−４の素子電圧をＶf5（＞Ｖf3）とする。こうして、ス
ペーサ４０２０の帯電量に見合った素子電圧を、そのス
ペーサ４０２０近傍の放出素子に印加することにより、
蛍光体１０１８上にランディングする位置までの距離Ｐ
Ｘ６を、図１６（Ａ）のように、スペーサ４０２０から
十分遠い素子１０１２の場合の距離ＰＸ３と略同じにす
ることができる。

【０１４０】図１７は、図１６のようにスペーサに対す
る放出素子の位置により、その素子電圧を変更して電子
軌道を制御する方法を示すフローチャートである。

【０１４１】まずステップＳ１で、スペーサ４０２０の
帯電量を調べる。これは図示しない帯電測定器などによ
り各スペーサの帯電量を測定しても良く、また或はこの
表示パネルの動作時間等に応じて、その帯電量を予測し
て求めても良い。次にステップＳ２に進み、ステップＳ
１で求めた帯電量が所定量以上であるかどうかを調べ、
所定量以下であれば、電子の軌道に対する影響が少ない
ものとして、特に補正処理を行うことなく処理を終了す
る。ステップＳ２で、その帯電量が所定量以上の時はス
テップＳ３に進み、駆動する素子がスペーサ４０２０か
ら所定の範囲（距離）内にある素子で、その素子から放
出された電子の方向にスペーサ４０２０があるかどうか
を調べ、そうであればその素子の素子電圧を、例えば図
１６の例ではＶf4（＜Ｖf3）とする。尚、ここで所定の
範囲とは、スペーサ４０２０の帯電により、その素子か
ら放出された電子の軌道が影響を受ける素子までの距離
に相当している。次にステップＳ４に進み、駆動する素
子がスペーサ４０２０から所定の範囲（距離）内にある
素子で、その素子から放出された電子の方向と反対方向
にスペーサ４０２０があるかどうかを調べ、そうであれ
ばその素子の素子電圧を、例えば図１６の例ではＶf5
（＞Ｖf3）とする。そしてそれ以外の素子には、素子電
圧Ｖf3を印加する。これにより、図１６の（Ａ）及び
（Ｃ）で示すように、スペーサ４０２０近傍の素子と、
それ以外の素子とから放出された電子のずれ距離が略一
定になる。

【０１４２】（スペーサ４０２０位置と素子の電子放出
方向の配置）以上の例では、スペーサ４０２０の帯電に
よる影響を補正するために、素子電圧の大きさを適宜調
節する方法について述べてきた。しかし、このような素
子電圧の調節による電子軌道の制御は、電子放出方向
（図２の例では行方向配線１０１３方向）のみに有効で
あるため、この方法を好適に実施するためには、スペー
サ４０２０の位置と放出素子の電子放出方向の関係を調
節することが必要となる。

【０１４３】そこで次に、スペーサ４０２０の位置と放
出素子の電子放出方向との関係について本実施の形態の
画像表示装置の構成を図１８を参照して説明する。

【０１４４】本実施の形態の画像表示装置において、ス
ペーサ４０２０と素子１０１２との配置の以外の基本的
な構成は、図２で示した表示パネル構成と同様である。

【０１４５】図１８は、スペーサ４０２０と電子放出素
子の配置関係を示す画像形成装置の平面図である。

【０１４６】基板１０１１上には、前述の図６で示すも
のと同様な表面伝導型放出素子１０１２が配列され、こ
れらの素子１０１２は行方向配線１０１３と列方向配線
１０１４により単純なマトリクス状に配線されている。
行方向配線１０１３と列方向配線１０１４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。ここで図１８のように、
スペーサ４０２０をＸ軸（行方向配線）上に配設した場
合は、素子１０１２の電子放出方向がｙ軸と平行になる
ように形成する。

【０１４７】このようにＸ軸上にスペーサ４０２０を設
けた場合、スペーサ４０２０が正に帯電することによる
電界７２０はＹ軸と平行となり、スペーサ４０２０近傍
での電子軌道はスペーサ４０２０に近づく方向へ変位す
る。つまり、スペーサ４０２０近傍での電子軌道は、Ｙ
軸に平行に変位する。

【０１４８】このスペーサ４０２０の帯電による電子軌
道の変化を防止するためには、素子１０１２からの放出
電子方向をＹ軸と平行とし、素子電圧Ｖfを適宜調節す
ることにより、最も有効に電子軌道を調節して蛍光体１
０１８へのランディング位置を制御することができる。

【０１４９】また、スペーサ４０２０をＹ軸上に形成
し、放出素子から放出される電子方向をＸ軸と平行にし
た場合も同様に、蛍光体１０１８へのランディング位置
を一定とすることができる。

【０１５０】つまり本実施の形態では、スペーサ４０２
０の帯電により生じる電界の方向と各素子から放出され
る電子の方向とが平行となるようにし、各電子放出素子
に対する印加電圧Ｖfを、スペーサ４０２０に対する位
置に応じて適宜変更することにより、スペーサ４０２０
近傍での電子軌道のずれに起因するスペーサ４０２０近
傍での画像の歪みを防止することができる。

【０１５１】＜メモリ機能を利用した調整方法の説明＞
上述したように、スペーサ４０２０の帯電による電子軌
道への影響を補正し、放出素子から放出された電子を所
望の蛍光体へ衝突させることが可能であることを示し
た。しかし、上述の実施の形態では素子毎に素子電圧を
変える必要があるため、制御が複雑で各画素の輝度がば
らついてしまう虞がある。

【０１５２】これについて詳述する。前述の図１２で述
べたように、表面伝導型放出素子は電子放出に関して明
確な閾値電圧（Ｖth）を有しており、Ｖth以上の電圧を
印加することで、図１２のような電子放出特性を有して
いる。従って、Ｖth以上の電圧値において、素子印加電
圧Ｖfを変化させると、それに伴って放出電流Ｉeも変化
してしまう。この放出電流Ｉeの変化は輝度の変化とな
ってしまうため、素子毎に印加電圧Ｖfを変化させる
と、その素子に応じた発光部（蛍光体部）毎に輝度がば
らついてしまうという問題が発生する虞がある。

【０１５３】そこで、この実施形態では、表面伝導型電
子放出素子が有しているメモリ機能（素子電極に加され
た最大電圧値に応じた電子放出特性を有する）によっ
て、スペーサ４０２０の周辺の電子放出素子のそれぞれ
に異なる電子放出特性を持たせ、各素子の印加電圧Ｖf
の相違による輝度の変化を防止する。このメモリ機能を
利用した処理をしておき、スペーサ近傍の素子に対して
前述と同様の制御を行う。これにより、スペーサ４０２
０の帯電の影響による画像の歪みおよび輝度の変化を防
止することが可能となる。

【０１５４】この実施の形態の動作を詳しく説明する前
に、図１９および図２０を参照してメモリ機能について
説明する。

【０１５５】本願発明者らは、予め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て、その電気的特
性を測定した。

【０１５６】図１９（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
軸に時間軸を、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。

【０１５７】図１９（ａ）に示すように、駆動信号とし
て連続した矩形電圧パルスを用い、これらの電圧パルス
の印加期間を第１期間から第３期間の３つの期間に分
け、各期間内においては同一の幅で同じ高さのパルスを
それぞれ１００パルスずつ印加した。この電圧パルスの
波形を図１９（ｂ）に拡大して示す。

【０１５８】具体的な測定条件としては、その期間も駆
動信号パルス幅をＴ５＝６６．８（μ秒）、パルス周期
Ｔ６＝１６．７（ｍ秒）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。な
お、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および立ち下がり時間Ｔｒが１
００（ナノ秒）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。

【０１５９】素子電圧Ｖfは、第１期間と第３期間では
Ｖf＝Ｖf1であり、第２期間ではＶf＝Ｖf2とした。これ
らの電圧値Ｖf1及びＶf2はともに表面伝導型電子放出素
子の電子放出閾値よりも高い電圧であって、かつＶf1＜
Ｖf2を満足するように設定した。ただし、表面伝導型放
出素子の形状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１×１０のマイナス６乗（torr）で、
有機ガスの分圧は１×１０のマイナス９乗（torr）とし
た。

【０１６０】図２０（ａ）（ｂ）は、図１９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２０（ａ）の横軸は素子電圧Ｖf
を示し、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）の測定値を示し、図２０（ｂ）
の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）の測定値を表わしている。

【０１６１】まず、図２０（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。図１９の
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、図１９（ｂ）に示す駆動パルスの立
ち上がり期間Ｔｒの間は、印加電圧ＶfがＶth1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、Ｔ５の期間
には、放出電流ＩeはＩe1の大きさを保つ。そして、駆
動パルスの立ち上がり期間Ｔｆの間では、放出電流Ｉe
は特性カーブＩec(1)に沿って急激に減少する。

【０１６２】次に第２期間においてＶf＝Ｖf2のパルス
が印加され始めると、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を超えると特性カーブＩec
(2)に沿って放出電流Ｉeが急激に増加する。そして、Ｖ
f＝Ｖf2の期間、即ち、Ｔ５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Ｉec(2)に
沿って急激に減少する。

【０１６３】次に、第３期間においては、再びＶf＝Ｖf
1のパルスが印加されるが、このときには放出電流は特
性化カーブに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
を超えると特性カーブ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、Ｔ５
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は特性カーブＩec(2)に沿って急激に減少する。

【０１６４】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)がメモりされているため、
第１の期間と同じ素子電圧（Ｖf1）が印加されても、放
出電流Ｉeは第１期間（Ｉe1）よりも小さな値（Ｉe3）
となる。

【０１６５】同様に（素子電圧Ｖf）対（素子電流Ｉf）
特性に関しても図２０（ｂ）に示すように、第１期間に
おいては特性カーブＩfｃ(1)に沿うようになり、それに
続く第３期間においては、第２期間でメモりされた特性
カーブＩfc(2)に沿って動作することになる。

【０１６６】なお、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
件だけに限られた現象ではない。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高い電圧値
のパルスが印加されると特性がシフトし、しかもメモり
される。そしてそれ以降、さらに高い電圧値のパルスが
印加されない限りその特性がメモりされ続ける。このよ
うなメモリ機能は、例えばＦＥ型を始めとした他の電子
放出素子においては観測されておらず、表面伝導型放出
素子に特有の機能であると言える。

【０１６７】図２１は、このようなメモリ機能を利用し
てスペーサ近傍の放出素子のメモリ特性を変更するため
の処理を示すフローチャートである。

【０１６８】まずステップＳ１０で、その素子がスペー
サから所定の距離内にあるかどうかを調べ、所定の距離
内になければステップＳ１４に進む。尚、この場合の所
定の距離も、前述の図１７のフローチャートの場合と同
様である。ステップＳ１０で所定の距離内にある時はス
テップＳ１１に進み、その素子から電子が放出される方
向にスペーサがあるかどうかをみる（図１６の（Ｂ）の
素子１０１２−１の場合に相当）。そうであればステッ
プＳ１２に進み、その素子のメモリ特性を、例えば図２
０（ａ）のＩec(1)で示す特性とする。一方、ステップ
Ｓ１１で、その電子の放出方向にスペーサがないとき
（例えば、図１６（Ｂ）の素子１０１２−２の場合等に
相当）はステップＳ１３に進み、その素子のメモリ特性
を例えば図２０（ａ）のＩec(2)で示す特性とする。そ
してステップＳ１４に進み、全ての素子に対して処理を
終了したかどうかを調べ、そうでない時はステップＳ１
０に戻り、前述の処理を実行する。こうして本実施の形
態の表示パネルの全ての素子に対する処理が終了する
と、この処理を終了する。

【０１６９】こうしてスペーサ近傍の素子の電子放出特
性を変更した後、前述の図１７のフローチャートを参照
して説明したように、素子に印加する電圧を制御するこ
とにより、例えば図１６（Ｂ）の素子１０１２−１は低
い素子電圧でも多くの放出電流が得られるので図１６
（Ｃ）のように素子電圧を下げても、同じ輝度の画像を
表示できる。また図１６（Ｂ）の素子１０１２−２は、
素子電圧を高めても通常の素子電圧と略同等の放出電流
が得られるので、通常の素子電圧と同様の発光輝度が得
られることになる。

【０１７０】［実施例］以下に、各種実施例を挙げて本
発明をさらに詳述する。

【０１７１】以下に述べる各実施例においては、マルチ
電子源として、前述した電極間の導電性微粒子膜に電子
放出部を有するタイプのＮ×Ｍ個（Ｎ＝３０７２，Ｍ＝
１０２４）の表面伝導型放出素子を、Ｍ本の行方向配線
とＮ本の列方向配線とによりマトリクス配線（図２およ
び図３参照）したマルチ電子源を用いた。なお、スペー
サは画像形成装置の耐大気圧を得るための適当な枚数を
配置している。

【０１７２】（実施例１）本実施例１を、図２２を参照
して説明する。

【０１７３】２０３０は蛍光体メタルバックを含むフェ
ースプレート、２０３１は電子源基板を含むリアプレー
ト、２０２０はスペーサ、２０１３は走査信号用配線、
２１１１−１，２１１１−２，２１１１−３，２１１１
−４は電子放出素子、２１１２−１，２１１２−２，２
１１２−３，２１１２−４のそれぞれは、各素子から放
出された電子の軌道を示す。まず、素子の中心間距離
ａ、および走査信号用配線の中心間距離ａをともに３０
００μｍ、フェースプレート２０３０の内面とリアプレ
ート２０３１の内面間の距離を４ｍｍ、加速電圧Ｖａを
４ｋＶ、列方向配線（不図示）に−８Ｖ、走査信号用配
線（２０１３−１，２０１３−２，２０１３−３，２０
１３−４）に＋８Ｖを印加し、電子放出型素子２１１１
−１，２１１１−２，２１１１−３，２１１１−４の素
子電圧を１６Ｖとした。ただし、スペーサ２０２０には
絶縁性スペーサを用いた。尚、ここで各電子放出素子
は、電子の放出方向がｙ軸と平行になるように配置して
いる。

【０１７４】図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）で示した画
像形成装置の電子放出素子の配置を示す平面図で、２０
１４は列方向配線を示している。

【０１７５】このときの各素子の電子放出部と電子のラ
ンディング位置との位置関係を調べた。電子放出素子２
１１１−１，２１１１−２，２１１１−３，２１１１−
４のそれぞれから電子を放出した場合、各素子の電子放
出部からランディング位置までの距離はそれぞれ約３６
０μｍ（＝ｅ−１）、約３９０μｍ（＝ｅ−２）、約３
３０μｍ（＝ｅ−３）、約３６０μｍ（＝ｅ−４）とな
り、スペーサ２０２０近傍の電子放出素子２１１１−
２、２１１１−３を駆動した場合、そのランディング位
置までのずれが大きくなっていることがわかる。実際に
は、スペーサ２０２０の近傍だけ若干の輝度低下が観測
が認められた。これは、スペーサ２０２０の帯電による
電子軌道の変化に起因していると考えられる。

【０１７６】そこで、前述のように、スペーサ２０２０
近傍の素子（ここでは２１１１−２および２１１１−
３）に印加する素子印加電圧（Ｖf）を所定値に設定す
る。これによって、そのスペーサ近傍の素子（２１１１
−２および２１１１−３）から放出された電子のランデ
ィング位置が、通常の素子と同様のランディング位置
（約３６０μｍ）となるように制御することができる。
本実施例１では、前述の式（１）に基づいて、素子２１
１１−２に印加する素子電圧Ｖfを１３Ｖ、素子２１１
１−３に印加する素子電圧Ｖfを１９Ｖとした。

【０１７７】しかし前述のように素子への印加電圧を変
えることによって、電子軌道だけでなく電子放出量（Ｉ
e）も変化してしまうため、スペーサ近傍で輝度が変化
してしまう。この輝度の変化に対する対策として、前述
の表面伝導型素子のメモリ機能を用いて、輝度の調整を
行った。具体的には素子２１１１−２の素子を素子電圧
Ｖf＝１３Ｖで、他の素子（２１１１−１および２１１
１−４）と同じ電子放出量となるように、また素子２１
１１−３の素子にはＶf＝１９Ｖで他の素子（２１１１
−１および２１１１−４）と同じ電子放出量となるよう
に、予めそれぞれ所定の電圧値を印加（メモリ）させて
おいた。この結果、どの素子においてもそれぞれ素子中
心（電子放出部）からの電子のランディング位置までの
距離を略同様にでき、また電子放出量も同じとすること
ができ、これによりスペーサ２０２０近傍の素子からの
電子ビームずれ、及び輝度の変化のない良好な画像を得
ることができた。

【０１７８】（実施例２）この実施例２が前述の実施例
１と異なるのは、スペーサ２０２０及び電子放出素子の
配置である。この実施例２を図２３を参照して説明す
る。この実施例２では、スペーサ２０２０を列方向配線
上に配置する。これに伴って電子放出素子の配置もｘ−
ｙ平面上で９０度回転した方向に配置して構成し、各素
子からの電子の放出方向がｘ軸に平行な方向となるよう
にした。また、各素子の中心間距離および画像配線中心
間距離ｂを、ともに３０００μｍとした。

【０１７９】この場合も前述の実施例１で示したものと
同等に、スペーサ２０２０の近傍で輝度低下が見られ
ず、歪みのない画像を得ることができた。

【０１８０】（実施例３）本実施例３は、他の実施例と
異なる点はスペーサに導電性のスペーサを用いた点にあ
る。

【０１８１】本実施例３では、スペーサを絶縁性部材の
表面に酸化スズの膜（以下高抵抗膜）を形成し、このス
ペーサが電子源およびフェースプレート（メタルバッ
ク）との間で導電性を有するフリットを介して電気的に
接続されている。一般に上述の高抵抗膜の抵抗値が所望
の値となるように成膜することで、スペーサの表面に微
弱電流を流し、帯電を防止することが可能である。しか
し、この成膜状態が不良の場合、導電性を有するフリッ
トに不良があった場合、スペーサの導電性が不十分であ
る場合、組立時のアライメントミス等の理由でスペーサ
に予期せぬ電子ビームが照射されてスペーサ表面の微弱
電流では帯電を防止できない場合などの何らかの理由で
スペーサが帯電し、スペーサの近傍で画像が歪む場合に
も、前述の実施例１，２と同様に電子放出素子に印加す
る電圧を調整することで歪みのない画像を得ることがで
きる。

【０１８２】尚、本実施の形態の画像形成装置は、表示
用として好適な画像形成装置に限るものでなく、感光性
ドラムと発光ダイオード等で構成された光プリンタの発
光ダイオード等の代替の発光源として、上述の画像形成
装置を用いることもできる。またこの際、上述のＭ本の
行方向配線とＮ本の列方向配線を適宜選択することによ
り、ライン状の発光源としてだけでなく、２次元状の発
光源にも応用できる。この場合、画像形成部材として
は、上述の実施の形態で用いる蛍光体のような、電子の
照射により発光する物質に限りものではなく、電子の帯
電による潜像画像が形成されるような部材を用いること
もできる。

【０１８３】また、本実施の形態によれば、例えば電子
顕微鏡のように、電子源からの放出電子の被照射部材
が、蛍光体等の画像形成部材以外のものである場合につ
いても本発明が適用できる。従って、本発明は被照射部
材を特定しない一般的電子線装置としての形態もとりう
る。

【０１８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子源とフェースプレートの間に配設される支持部材によ
る画質の劣化を防止できるという効果がある。

【０１８５】また本発明の目的は、支持部材近傍の素子
から放出される電子の起動を制御することにより、支持
部材近傍での画像の歪みを小さくし、かつ輝度の低下を
抑えることができるという効果がある。

【０１８６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の画像表示装置の概略断面
図である。

【図２】本発明の実施の形態の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３】本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４】図３のマルチ電子源のＢ−Ｂ’断面図である。

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

【図６】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】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】本実施の形態における通電フォーミング処理の
際の印加電圧波形を示す図である。

【図９】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ），放
電電流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表面伝導型放出素子の典
型的な特性を示すグラフ図である。

【図１３】本発明の実施の形態である画像表示装置の駆
動回路の概略構成を示すブロック図である。

【図１４】電子放出素子から放出された電子がフェース
プレートに衝突する状態を説明する図である。

【図１５】電子放出素子と蛍光体との位置関係を説明す
る図である。

【図１６】電子放出素子から放出された電子の軌道がス
ペーサの影響により曲げられる状態を説明する図であ
る。

【図１７】スペーサ近傍の素子に印加する素子電圧を制
御してスペーサの帯電による影響を防止する処理を示す
フローチャートである。

【図１８】本発明の実施の形態のマルチ電子源の基板の
平面図である。

【図１９】メモリ特性を付与するために表面伝導型放出
素子に印加する駆動信号の電圧波形を示す図である。

【図２０】表面伝導型放出素子のメモリ特性を説明する
図である。

【図２１】本実施の形態の表示パネルの素子のメモリ特
性を変更する処理を示すフローチャートである。

【図２２】本発明の実施の形態の実施例１の表示パネル
の断面図および平面図である。

【図２３】本発明の実施の形態の実施例２の表示パネル
の平面図である。

【図２４】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２５】従来知られたＦＥの一例を示す図である。

【図２６】従来知られたＭＩＭ型の一例を示す図であ
る。

【図２７】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２８】本発明の課題を説明するための図で、スペー
サの帯電とそれが電子軌道に及ぼす影響を説明するため
の図である。

【符号の説明】 １０１１ 基板 １０１８ 蛍光体 １１０２，１１０３ 素子電極 １１０４ 導電性薄膜 １１０５ 電子放出部 １１０７ フェースプレート

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の冷陰極素子を有する電子源と、前
   記電子源より放出された電子の照射により画像を形成す
   る画像形成部材を有し前記電子源に対向して配置された
   フェースプレートとを有する画像形成装置であって、 前記複数の冷陰極素子のそれぞれは各素子に電圧を印加
   するための正電極と負電極とを有し、 前記正電極と負電極とを結ぶ方向に略直交する方向に長
   手方向を有し前記フェースプレートと前記電子源との間
   に配設された支持部材と、 画像信号に応じて、前記支持部材近傍に配置された冷陰
   極素子と、それ以外の冷陰極素子とにそれぞれ異なる電
   圧を印加して画像を表示する駆動手段と、を有すること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の画像形成装置であっ
   て、前記駆動手段は、前記支持部材近傍に配置された冷
   陰極素子の内、当該素子の正電極が前記支持部材に近接
   している素子への印加電圧を低くし、当該素子の負電極
   が前記支持部材に近接している素子への印加電圧を高く
   することを特徴とする。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の画像形成装置で
   あって、前記支持部材近傍に配置された冷陰極素子の
   内、当該素子の正電極が前記支持部材に近接している素
   子の電子放出特性が高く、当該素子の負電極が前記支持
   部材に近接している素子の電子放出特性が低く設定され
   ていることを特徴とする。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の画像形成装置であっ
   て、前記冷陰極素子の電子放出特性は、前記素子の有す
   るメモリ特性を利用して設定されていることを特徴とす
   る。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   画像形成装置であって、前記冷陰極素子は表面伝導型素
   子であることを特徴とする。
6. 【請求項６】 それぞれの素子に電圧を印加するための
   正電極と負電極とを有する複数の冷陰極素子を有する電
   子源と、前記電子源より放出された電子の照射により画
   像を形成する画像形成部材を有し前記電子源に対向して
   配置されたフェースプレートと、前記正電極と負電極と
   を結ぶ方向に略直交する方向に長手方向を有し前記フェ
   ースプレートと前記電子源との間に配設された支持部材
   とを有する画像形成装置の駆動方法であって、 画像信号に応じて、前記支持部材近傍に配置された冷陰
   極素子と、それ以外の冷陰極素子とにそれぞれ異なる電
   圧を印加して画像を表示することを特徴とする画像形成
   装置の駆動方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の駆動方法であって、前
   記画像を表示する際には、前記支持部材近傍に配置され
   た冷陰極素子の内、当該素子の正電極が前記支持部材に
   近接している素子への印加電圧を低くし、当該素子の負
   電極が前記支持部材に近接している素子への印加電圧を
   高くすることを特徴とする。
8. 【請求項８】 請求項６又は７に記載の駆動方法であっ
   て、前記電子源において、前記支持部材近傍に配置され
   た冷陰極素子の内、当該素子の正電極が前記支持部材に
   近接している素子の電子放出特性が高く、当該素子の負
   電極が前記支持部材に近接している素子の電子放出特性
   が低く設定されていることを特徴とする。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の駆動方法であって、前
   記冷陰極素子の電子放出特性は、前記素子の有するメモ
   リ特性を利用して設定されていることを特徴とする。
10. 【請求項１０】 請求項６乃至９のいずれか１項に記載
    の駆動方法であって、前記冷陰極素子は表面伝導型素子
    であることを特徴とする。
11. 【請求項１１】 基板上に形成され、それぞれの素子に
    電圧を印加するための正電極と負電極とを有する複数の
    冷陰極素子と、 前記複数の冷陰極素子の内、支持部材が配設される位置
    近傍の素子であって、当該素子の正電極が前記支持部材
    に近接している素子の電子放出特性が高く、当該素子の
    負電極が前記支持部材に近接している素子の電子放出特
    性が低く設定されていることを特徴とする電子源。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の電子源であって、
    前記冷陰極素子の電子放出特性は、前記素子の有するメ
    モリ特性を利用して設定されていることを特徴とする。
13. 【請求項１３】 請求項１１又は１２に記載の電子源で
    あって、前記冷陰極素子は表面伝導型素子であることを
    特徴とする。