JPH0992181A

JPH0992181A - 画像表示装置

Info

Publication number: JPH0992181A
Application number: JP24016695A
Authority: JP
Inventors: Kohei Inamura; 浩平稲村; Hideaki Mitsutake; 英明光武; Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出素子の数に対して表示画素数をより
多くする。【解決手段】１ライン分の画像データ（２ｎ個の画素
データ）がシリアル／パラレル変換器７５に入力される
と、奇数番目の画素データと偶数番目の画素データが１
ライン表示期間内で切り替わってパルス幅変調器７４に
供給される。このとき、偶数番目の画素データは、電子
放出素子を駆動する電圧を高くするので、電子放出量は
多くなる。そこで、偶数番目の画素データに関しては、
乗算器７７で所定の値を乗じて小さくなるよう補正して
おく。パルス幅変調器７４は入力した奇数、或いは偶数
番目の画素データに基づいてパルス幅変調信号をそれぞ
れ生成し、変調信号電圧変換器７３は奇数番目の画素に
対するパルス幅変調信号に関しては、その電圧を上げて
表示パネル７１中の電子放出素子を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像表示装置、詳し
くは電子放出素子と蛍光体とを備えた平板形の画像表示
装置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、たと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、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２８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−ｌｄｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒ
ｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるい
は、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒ
ｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅ
ｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，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
２９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。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
９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，”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕｎ
ｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．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３０
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号や特
開平２−２５７５５１号、特開平４−２８１３７号にお
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。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−ｃｔｒｏｎｉ
ｃｓＣｏｎｆ．，Ｎａｇａｈａｍａ，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、たとえば本出願人による特開平３
−５５７３８号に開示されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面伝
導型放出素子を、平版形表示装置の蛍光体励起用として
表示画素数と同じ数だけ設けようとすると、素子数が膨
大になるため製造歩留まりが低下し、コストの増大を招
く結果とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる問題点に
鑑みなされたものであり、電子放出部ならびにこれを挟
む一対の電極が基板表面に沿ってほぼ並んで設けられた
電子放出素子を行列状に複数個配列した電子線発生装置
と、当該電子線発生装置と対向する位置にあって電子線
の照射により発光する蛍光体とを有する画像表示装置に
おいて、電子放出素子の数に対して表示画素数をより多
くすることを可能ならしめる画像表示装置を提供しよう
とするものである。

【００１９】この課題を解決するため、たとえば本発明
の画像表示装置は以下の構成を備える。すなわち、電子
放出部ならびにこれを挟む一対の電極が基板表面に沿っ
てほぼ並んで設けられた電子放出素子を行列状に複数個
配列した電子線発生装置と、当該電子線発生装置と対向
する位置にあって電子線の照射により発光する蛍光体と
を有する画像表示装置であって、表示すべき画像中の隣
接するＫ個（Ｋは２以上の整数）の画素データを順次入
力する入力手段と、入力したＫ個の画素データを入力す
る毎に、当該画素データに基づく電子ビームを発生する
電子放出素子の駆動を制御し、電子ビームの軌跡を制御
する駆動制御手段とを備え、１つの電子放出素子でもっ
て、隣接するＫ個の発光画素位置を発光させる。

【００２０】ここで本発明の好適な実施態様に従えば、
前記駆動制御手段は、前記入力手段によって画素データ
が入力される度に、対応する電子放出素子に印加する電
圧を変化させることが望ましい。これによって、電子放
出素子からの電子ビームの軌跡を変化させ、複数箇所を
発光させることが可能になる。

【００２１】また、この場合には、更に、前記駆動制御
手段の駆動電圧に応じて、入力される画素データを調整
する調整手段を備えることが望ましい。これによって、
発光強度が均等になり、良好な画像を表示することが可
能になる。

【００２２】また、前記電子放出素子は表面伝導型放出
素子であることが望ましい。これによって、簡単な構造
でもって良好な画像を表示することが可能になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明の
実施形態を詳細に説明する。

【００２４】・第１の実施形態以下、本発明の画像表示装置の好ましい実施形態につい
て説明するが、説明の便宜上、表示パネルの基本的構成
と製法、好ましい電子放出素子の構造と製法、電気回路
の構成の順で述べる。

【００２５】＜表示パネルの構成と製造法＞第１の実施
形態における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。

【００２６】図１６は、本実施形態で用いた表示パネル
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。

【００２７】図中、１００５はリアプレート、１００６
は側壁、１００７はフェースプレートであり、１００５
〜１００７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。

【００２８】リアプレート１００５には、基板１００１
が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１００２
がＮｘＭ個形成されている。ここで、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＝１０００，Ｍ＝１００
０以上の数を設定することが望ましい。本実施形態にお
いては、Ｎ＝１５３６，Ｍ＝１０２４とした。列方向の
数が表示画素数に対して少ない理由は後述する説明から
明らかになるであろう。前記ＮｘＭ個の冷陰極素子は、
Ｍ本の行方向配線１００３とＮ本の列方向配線１００４
により単純マトリクス配線されている。前記、１００１
〜１００４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。

【００２９】本実施形態においては、気密容器のリアプ
レート１００５にマルチ電子ビーム源の基板１００１を
固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１０
０１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１０
０１自体を用いてもよい。

【００３０】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。本実施形態はカ
ラー表示装置であるため、蛍光膜１００８の部分にはＣ
ＲＴ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１
７（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。

【００３１】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図１７（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、たとえば同図（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。

【００３２】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。

【００３３】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。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
率を向上させる事や、負イオンの衝突から蛍光膜１００
８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１００８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１００９は、蛍光膜１００８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を真空蒸着する方法により形成した。
なお、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。

【００３４】また、本実施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、たとえばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよ
い。

【００３５】また、Ｄx1〜ＤxmおよびＤy1〜Ｄyn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はマルチ電子ビーム源の行方向配線１０
０３と、Ｄy1〜Ｄynはマルチ電子ビーム源の列方向配線
１００４と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１
００９と電気的に接続している。

【００３６】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１ｘ１０マ
イナス５乗ないしは１ｘ１０マイナス７乗［Ｔｏｒｒ］
の真空度に維持される。

【００３７】以上、本発明実施形態の表示パネルの基本
構成と製法を説明した。

【００３８】次に、前記実施形態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。本実
施形態における画像表示装置に用いられるマルチ電子ビ
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Ｆ
Ｅ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いること
ができる。

【００３９】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ビーム源の構造について述べる。

【００４０】＜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。

【００４１】（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１８に平面型の表面伝導型放出素子の
構成を示す。同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は断
面図である。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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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は通常は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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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１８（ｂ）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。

【００５１】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１８においては模式的に示した。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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１８においては模式
的に示した。また、平面図（同図（ａ））においては、
薄膜１１１３の一部を除去した素子を図示した。

【００５５】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施形態においては以下のような素子を用いた。

【００５６】すなわち、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［マイクロメーター］とした。

【００５７】微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰ
ｄＯ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［マイクロメータ］とした。

【００５８】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１９（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１８と同一である。

【００５９】１）まず、図１９（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。

【００６０】形成するにあたっては、あらかじめ基板１
１０１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１１０
３）を形成する。

【００６１】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【００６２】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、本実施形態では主要元素としてＰｄを用いた。ま
た、実施形態では塗布方法として、ディッピング法を用
いたが、それ以外のたとえばスピンナー法やスプレー法
を用いてもよい。）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、本実施形態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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】通電方法をより詳しく説明するために、図
２０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
１１１１で計測した。

【００６６】実施形態においては、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
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１ｘ１０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１ｘ１０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。

【００６７】なお、上記の方法は、本実施形態の表面伝
導型放出素子に関する好ましい方法であり、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。

【００６８】４）次に、図１９（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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】通電方法をより詳しく説明するために、図
２１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。

【００７２】図１９（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１１
１２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２２に示すが、活性化電源１１１
２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。

【００７３】なお、上述の通電条件は、本実施形態の表
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。

【００７４】以上のようにして、図１９（ｅ）に示す平
面型の表面伝導型放出素子を製造した。

【００７５】（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。

【００７６】図２３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、１
２０２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、１
２１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。

【００７７】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。し
たがって、前記図１８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。

【００７８】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２４（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２３
と同一である。

【００７９】１）まず、図２４（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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１９（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１９（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２４（ｆ）に示す垂直型の表面伝
導型放出素子を製造した。

【００８５】（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。

【００８６】図２５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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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、諧調表示を行うことが可能である。（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。

【００９４】図２６に示すのは、前記図１６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１８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１００
３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。図２６のＡ−Ａ’に沿った断面を、図２７に示す。

【００９５】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。

【００９６】次に本実施形態における電子放出素子によ
る電子放出について説明する。

【００９７】図１は、本実施形態の電子放出素子を説明
するための断面図で、図中の２０は電子放出素子の設け
られた基板、２１は電子放出素子の正極、２２は電子放
出素子の負極、２３は電子放出素子の電子放出部、２４
は電子ビームのターゲット、ＶＦは電子放出素子に駆動
電圧Ｖｆ［Ｖ］を印加するための電源、ＶＡはターゲッ
ト電圧Ｖａ［Ｖ］を印加するための電源、である。（な
お、実際の画像表示装置においては、ターゲット２４は
蛍光体である。また、一般に、Ｖａ＞Ｖｆの関係があ
る。）本発明に用いる電子放出素子は、少なくとも、正極２１
と負極２２、及び電子放出部２３を構成部材として備
え、これらの構成部材は基板２０の上面に並んで形成さ
れているものである。（なお、以下の説明では基板２０
の上面を基板平面と呼ぶ。）例えば、図２９や図３０の電子放出素子は構成部材が基
板平面上に垂直方向に積層されているため、基板平面に
並んでいる電子放出素子には該当しないが、図２８の電
子放出素子は該当する。

【００９８】このような電子放出素子においては、電子
放出部２３から放出される電子ビームは負極２２から正
極２１に向かう方向の初速度成分を持つのが一般的であ
る。従って、電子ビームは基板平面から鉛直方向には進
行しない。

【００９９】さらには、このような電子放出素子の場
合、正極２１と負極２２が基板平面に並ぶため、駆動電
圧を印加した時に電子放出部２３の上方の空間に生成さ
れる電位分布は、電子放出部２３を通り基板平面と垂直
な線（すなわち図１の一点鎖線）に対して非対称な分布
となる。図１に、電子放出素子とターゲット２４の間の
電位分布を点線で示す。図示のように、等電位面は、タ
ーゲット２４の近傍では基板平面とほぼ平行であるが、
電子放出素子の近傍では駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］の影響によ
り傾斜したものとなる。このため、電子放出部２３から
放出された電子ビームは、空間を飛翔する間に傾斜電位
によりＺ方向に力を受けると同時にＸ方向にも力を受け
ることとなり、その軌道は図示のような曲線を描く。

【０１００】上述のような２つの理由により、電子ビー
ムがターゲット２４を照射する位置は、電子放出部の鉛
直上方の位置からは距離ＬｅｆだけＸ方向にずれた位置
となる。図２は、ターゲット２４を上方から見た場合の
平面図で、図中の２５はターゲット下面の電子ビーム照
射位置を模式的に示したものである。（なお、図１は、
図２の一点鎖線ＪＪ’に沿って切断した場合の断面図で
ある。）そこで、ターゲットにおいて電子ビームの照射位置が電
子放出部の鉛直上方の位置からどのようにずれるかを一
般化して表すために、便宜的にベクトルＥｆを用いてず
れの方向と距離を表現する。

【０１０１】まず、ベクトルＥｆの方向は、基板平面上
に電子放出素子の負極、電子放出部、正極が並んでいる
方向と等しいと言える。例えば、図２の場合において
は、基板２０の上にＸ方向に沿って電子放出素子の負極
２２、電子放出部２３、正極２１が順に並んでいるた
め、ベクトルＥｆはＸ方向と同じ向きになる。

【０１０２】なお、基板平面上に電子放出素子が形成さ
れている向き、及びベクトルＥｆの向きを図示する便宜
上、これらを図３に例示する方法で模式的に表すことに
する。図３（ａ）は、電子放出素子１の負極、電子放出
部、正極がＸ方向に沿って並んで基板平面上に形成され
た例で、また同図（ｂ）はＸ方向に対してＲの角度の方
向に形成された例である。

【０１０３】また、ベクトルＥｆの大きさ（すなわちＬ
ｅｆ）は、電子放出素子とターゲットの距離Ｌｈ、電子
放出の駆動電圧Ｖｆ、ターゲットの電位Ｖａ、電子放出
素子の種類や形状などに依存して決まるが、概略的な数
値は下記の［１］式により算出できる。

【０１０４】Ｌｅｆ＝２・Ｋ・Ｌｈ・ＳＱＲＴ（Ｖｆ／Ｖａ） …［１］ただし、ＳＱＲＴ（ｘ）は、ｘの平方根Ｌｈ［ｍ］は、電子放出素子とターゲットの距離Ｖｆ［Ｖ］は、電子放出素子に印加する駆動電圧Ｖａ［Ｖ］は、ターゲットに印加する電圧Ｋは、電子放出素子の種類や形状により決まる
定数なお、［１］式で概略的な数値を求める際に、用いる電
子放出素子の種類や形状が未知の場合には、Ｋ＝１を代
入する。

【０１０５】また、電子放出素子の種類や形状が既知の
場合には、実験あるいは計算機シミュレーションにより
当該電子放出素子の定数Ｋを決定する。また、さらに高
い制度でＬｅｆを求めるには、Ｋを定数ではなくＶｆの
関数とするのが望ましい。

【０１０６】次に、電子放出素子の構造と製法につい
て、具体的かつ詳細に述べる。

【０１０７】上述のように、本発明に用いる電子放出素
子は、正極、負極、電子放出部を構成部材として備え、
しかもこれらの部材が基板平面上に並んで形成されてい
るものである。（なお、負極の一部が電子放出部をかね
る素子でもよい。）このような要件を満たすものとしては、たとえば表面伝
導型放出素子や、横形の電界放出素子を上げることがで
きる。以下、表面伝導型放出素子、横形の電界放出素子
の順に説明する。

【０１０８】表面伝導型放出素子には、たとえば図２８
の態様や、電子放出部の近傍に微粒子を備えた態様があ
る。前者に関しては、すでに従来技術の項で説明したよ
うにさまざまな材料のものがすでに知られているが、こ
れらは全て本発明に用いる電子放出素子として適する。
後者に関しては、後述の実施形態において材料、構成、
製法などを詳しく説明するが、全て本発明に用いる電子
放出素子として適する。すなわち、本発明を実施するに
あたり、表面伝導型放出素子を用いる場合には、該素子
の材料、構成、製法などに特に制限はない。

【０１０９】そして、表面伝導型放出素子に関しては、
電子ビームが変更される方向を示すベクトルＥｆは、図
４に示す向きとなる。同図（ａ）は断面、同図（ｂ）は
平面図であり、図中の４０は基板、４１は正極、４２は
負極、４３は電子放出部、ＶＦは素子に駆動電圧を印加
するための電源である。

【０１１０】次に、横形の電界放出素子とは、電界放出
素子の中でも特に負極、電子放出部、正極が基板平面に
沿って並設された態様のものを指している。たとえば、
図２９の素子は、基板平面に対して垂直方向に負極、電
子放出部、正極が設けられているため、横形の範疇には
含まれないが、図５（ａ）〜（ｃ）に例示する素子は横
形の範疇に含まれる。図５は典型的な横形の電界放出素
子が基板平面上のＸ方向に沿って形成されている例を示
す斜視図で、図中の５０は基板、５１は正極、５２は負
極、５３は電子放出部である。横形の電界放出素子に
は、図５に例示したもの以外にも、いろいろな形状のも
のがあるが、要するに図１を参照して説明したように電
子ビームの軌道が鉛直方向から偏向するものであれば本
発明の第１の構成に用いる素子として適する。したがっ
て、たとえば図５の形態に、電子ビームの強度を変調す
るための変調電極を付加したものでもよい。また、電子
放出部５３は、負極５２の一部がこれをかねるものであ
ってもよいし、負極のうえに付加した部材であってもよ
い。横形の電界放出素子の電子放出部に用いる材料に
は、たとえば高融点金属やダイヤモンドが挙げられる
が、良好に電子を放出する材料であればこれに限るもの
ではない。

【０１１１】そして、横形の電界放出素子に関しては、
電子ビームが変更される方向を示すベクトルＥｆは、図
６に示す向きとなる。同図（ａ）は断面を、同図（ｂ）
は平面図である。図中の５０は基板、５１は正極、５２
は負極、５３は電子放出部、ＶＦは素子に駆動電圧を印
加するための電極である。

【０１１２】以上、本発明で用いるのに好適な電子放出
素子について説明したが、実施形態１の表示装置におい
ては、表面伝導型放出素子を用いた。

【０１１３】（電気回路の構成）次に、第１の実施形態
の画像表示装置の電気回路の構成について図７を参照し
て説明する。図７は、電気回路の基本構成を示すブロッ
ク図であり、図中の７１は表示パネル、７２は走査信号
発生器、７３は変調信号電圧変換器、７４はパルス幅変
調器、７５はシリアル／パラレル変換器、７６はタイミ
ング制御回路、７７は乗算器、７８は切り替えスイッ
チ、７９はデコーダ、８０〜８４は定電圧源、８５は切
り替えスイッチ、８６はデータ配列変換器である。

【０１１４】以下、各部の機能について説明して行く。
表示パネル７１については、すでに図１６を用いて基本
的構造を説明した。表示パネル７１の端子Ｄｘ１〜Ｄｘ
ｍは走査信号発生器７２と、端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎは変調
信号電圧変換器７３と、端子Ｈｖは低電圧源８４と、そ
れぞれ電気的に接続している。

【０１１５】図８は素子と蛍光体との位置関係を更に詳
しく説明するための図であり、図１６のＹ方向の軸に垂
直な平面で切った断面図であるが素子と蛍光体以外は省
略して描いてある。一つの素子から放出される電子ビー
ムは軌道を制御することにより二つの蛍光体のいずれか
を照射することができ、この時、電子放出素子と電子ビ
ーム照射位置との距離はＰｘ１またはＰｘ２である。

【０１１６】走査信号発生器７２は、画像を表示するタ
イミングに併せて、表示パネル７１が内蔵するマルチ電
子ビーム源を順次走査して行くための走査信号を発生す
る回路である。具体的には、表示パネル７１の端子Ｄｘ
１〜Ｄｘｍのうちの１本に選択電圧Ｖｓ［Ｖ］を、残り
の（ｍ−１）本に非選択電圧Ｖｎｓ［Ｖ］を印加する
が、タイミング制御回路７６が発生する走査タイミング
制御信号Ｓ２に基づいて選択電圧Ｖｓを印加する端子を
順次走査していく。選択電圧Ｖｓとしては、０［Ｖ］を
設定し、グランドレベルからこれを供給した。非選択電
圧Ｖｎｓとしては図２５で説明した電子放出素子の電子
放出閾値電圧Ｖｔｈに０．８を乗じた電圧を設定し、定
電圧源８０からこれを供給した。

【０１１７】定電圧源８４は、端子Ｈｖを介して標示パ
ネル７１の蛍光膜にＶａ［Ｖ］の電圧を印加する。デコ
ーダ７９は、外部から入力される画像信号から同期信号
と画像データを分離するための回路で、第１の実施形態
においてはＮＴＳＣ方式のテレビ信号用のデコード回路
を用いた。デコーダ７９からは、同期信号Ｓ１と画像デ
ータＲ，Ｇ，Ｂが出力される。

【０１１８】データ配列変換器８６はデコーダ７９から
供給される３原色の輝度信号を標示パネルの画素配列に
あわせてサンプリングし、シリアルな信号Ｄａｔａとす
るための回路である。

【０１１９】タイミング制御回路７６は、デコーダ７９
より供給される同期信号Ｓ１に基づいて各部の動作タイ
ミングを調整するためのタイミング制御信号（Ｓ２，Ｓ
３及び他の不図示の信号）を発生する。

【０１２０】シリアル／パラレル変換器７５はデータ配
列変換器から出力される画像データＤａｔａを画像の１
ライン分（２ｎ画素とする）を蓄積しシリアル／パラレ
ル変換するための回路である。シリアル／パラレル変換
器からはＤ１〜Ｄ２ｎの２ｎ個の並列信号が出力され
る。

【０１２１】パルス幅変調器７４はシリアル／パラレル
変換器から切替えスイッチ７８を通って入力されるデー
タ値に基づきパルス幅変調信号Ｄ１’〜Ｄｎ’（１画素
おきのデータ）を出力する回路である。従って、このパ
ルス幅変調器７４から出力されるパルス信号は輝度に依
存した長さを有することになる（輝度は、光量の時間積
分で与えられる）。

【０１２２】変調信号電圧変換器７３は、パルス幅変調
器７４の出力した変調信号の電圧を、マルチ電子ビーム
源を駆動するのに適した電圧に変換するための電圧変換
回路である。

【０１２３】切替えスイッチ８５はタイミング制御回路
７６からの信号により１／２水平走査周期ごとに切り替
わり、スイッチがａ側に切り替わっている場合には変調
パルスのハイレベルとしてＶｆｌ［Ｖ］が印加され、ス
イッチがｂ側に切り替わっているときはＶｆｈ［Ｖ］が
印加されるようになっている。この時のタイミングチャ
ートを図９に示す。ここでＶｆｌ，Ｖｆｈの値は前記
［１］式をＶｆについて解いた式Ｖｆ＝（Ｌｅｆ／（２・Ｋ・Ｌｈ））＾2・Ｖａ［１’］（ここで、ｘ＾ｙは、ｘのｙ乗を示す）のＬｅｆに、そ
れぞれＰｘ１，Ｐｘ２（図８参照）を代入して得られる
ものである。このためスイッチがａ側の時には図８にお
いてＸ方向に奇数番目の位置の蛍光体（Ｆ１，Ｆ３，
…，Ｆ（２ｎ−１））に輝点が生じ、ｂ側のときには図
８の偶数番目の位置の蛍光体（Ｆ２，Ｆ４，…，Ｆ２
ｎ）に輝点が生じる。

【０１２４】シリアル／パラレル変換器の出力側にある
切替えスイッチ７８は、切替えスイッチ８５と連動して
おりスイッチがａ側に切り替わっている場合には、１ラ
インのデータの奇数番目のデータがパルス幅変調器に入
力され、ｂ側に切り替わっている場合には１ラインのう
ちの偶数番目のデータが入力される。シリアル／パラレ
ル変換器の出力の偶数番目の側にある乗算器は素子の駆
動電圧が奇数番目と偶数番目とでは異なるために輝度の
違いが生じるのを補正するためのものである。すなわ
ち、奇数番目では駆動電圧がＶｆｌなので放出電流がＩ
ｅｌであるのに対して偶数番目では駆動電圧がＶｆｈな
ので放出電流はＩｅｈとなる。このため何も補正しなけ
れば、偶数番目の位置の蛍光体は奇数番目の位置の蛍光
体のＩｅｈ／Ｉｅｌ倍の輝度となってしまう。そこで乗
算器で偶数番目のデータをＩｅｌ／Ｉｅｈ倍することに
より、奇数番目の位置の蛍光体と偶数番目の位置の蛍光
体とで輝度の違いがなくなるようにしている。

【０１２５】このようにして１水平走査時間の間のうち
１／２水平走査時間だけ奇数番目の蛍光体を点灯し次の
１／２走査時間は偶数番目の蛍光体を点灯すると視覚効
果上１ライン上の全ての画素が点灯している様に表示で
きｎ×ｍ個の素子で２ｎ×ｍの画素を表示することがで
きるわけである。

【０１２６】本実施形態では、変調信号電圧変換器の入
力電圧を可変するのに定電圧源と切替えスイッチを用い
ているが、これはタイミング制御回路からの信号によっ
て可変する制御電圧源であってもよい。

【０１２７】また、本実施形態においては、輝度の違い
を補正する手段として乗算器によりデータを補正してい
るがパルス幅変調器によって生成されるパルスの幅を替
える事によって補正しても良い。

【０１２８】＜第２の実施形態＞次に、本発明の画像表
示装置の他の好ましい実施形態について説明する。但
し、表示パネルの構成と製法、好ましい電子放出素子の
構造と製法、については先に説明した第１の実施形態と
同様の説明となるため省略する。以下、第２の実施形態
の電気回路の構成について述べる。

【０１２９】（電気回路の構成）本第２の実施形態の画
像表示装置の電気回路の構成について図１０を参照して
説明する。図１０は、電気回路の基本構成を示すブロッ
ク図であり、図中の７１は表示パネル、７２は走査信号
発生器、７３は変調信号電圧変換器、７４はパルス幅変
調器、７５はシリアル／パラレル変換器、７６タイミン
グ制御回路、７７は乗算器、７８は切替えスイッチ、７
９はデコーダ、８０は定電圧源、８２は定電圧源、８６
はデータ配列変換器でありこれらの回路の機能は実施形
態１と同一である。８７〜８９は定電圧源、９０は切替
えスイッチである。

【０１３０】第２の実施形態が前記第１の実施形態と異
なるのは、第１の実施形態では電子放出素子に印加する
電圧を可変する事によって電子ビームの照射される蛍光
体を変えていたのに対して第２の実施形態では蛍光体に
印加する電圧を可変する事によって電子ビームの照射さ
れる蛍光体を変えている点である。蛍光体に印加する電
圧を変えることで、電子が照射される位置が制御できる
のは、式［１］から明らかであろう。

【０１３１】従って図１０の回路では変調信号電圧変換
器７３に対しては変調パルスのハイレベルとして定電圧
Ｖｆ［Ｖ］が入力され、一方蛍光体に印加される電圧Ｈ
ｖは、切替えスイッチ９０によって１／２水平走査時間
ごとにＶａｌ［Ｖ］とＶａｈ［Ｖ］が交互に印加され
る。この時のタイミングチャートを図１１に示す。Ｖａ
ｌとＶａｈの値は、式［１］をＶａについて解いた式Ｖａ＝（（２×Ｋ×Ｌｈ）／Ｌｅｆ）^2×Ｖｆ［３’’］のＬｅｆにそれぞれＰｘ１，Ｐｘ２を代入して得られる
ものである。

【０１３２】本第２の実施形態では、偶数番目の蛍光体
は乗算器７７によって補正をしなかった場合奇数番目の
Ｖａｈ／Ｖａｌ倍の輝度となるため乗算器７７で偶数番
目のデータをＶａｌ／Ｖａｈ倍している。

【０１３３】＜第３の実施形態＞次に、本発明の画像表
示装置の他の好ましい実施形態について説明する。

【０１３４】本第３の実施形態についても、表示パネル
の構成と製法、好ましい電子放出素子の構造と製法、に
ついては前記第１の実施形態と同様である。

【０１３５】ただし、第３の実施形態３においては表示
パネルの構成が第１の実施形態とはＸ軸方向とＹ軸方向
が逆に構成される。これを図１２に示す。またマルチ電
子ビーム源の平面図も図１３に示す通りになる。

【０１３６】次に第３の実施形態の電気回路の構成につ
いて述べる。

【０１３７】（電気回路の構成）第３の実施形態の画像
表示装置の電気回路の構成について図１４を参照して説
明する。図１４は、電気回路の基本構成を示すブロック
図であり、図中の９１は表示パネルである。７２は走査
信号発生器、７３は変調信号電圧変換器、７４はパルス
幅変調器、７５はシリアル／パラレル変換器、７６はタ
イミング制御回路７９はデコーダ、８０〜８４は定電圧
源、８６はデータ配列変換器でありこれらの回路の機能
は実施形態１と同一である。７８、８５は切替えスイッ
チである。

【０１３８】第３の実施形態の場合、切替えスイッチ８
５は、タイミング制御回路７６からの信号により奇数フ
ィールドの場合には接点ａ側に偶数フィールドの場合に
は接点ｂ側に切り替わるように構成されている。変調パ
ルスのハイレベルは切替えスイッチがａ側に切り替わっ
ている場合には、Ｖｆｌ［Ｖ］が、ｂ側に切り替わって
いる場合にはＶｆｈ［Ｖ］が印加されるため奇数フィー
ルドの場合には図８の奇数番目の位置の蛍光体に輝点が
生じ、偶数フィールドの場合には図８の偶数番目の位置
の蛍光体に輝点が生じる。この時のタイミングチャート
を図１５に示す。

【０１３９】切替えスイッチ７８は切替えスイッチ８５
と連動しており奇数フィールドの場合には接点ａ側に偶
数フィールドの場合には接点ｂ側に切り替わる。接点ｂ
側に切り替わった場合デコーダからのＤａｔａは乗算器
７７を通ってからシリアル／パラレル変換器に入力され
る。乗算器７７により偶数フィールドのデータは素子の
駆動電圧による輝点の輝度が変わってしまうのを補正す
るためＩｅｌ／Ｉｅｈ倍される。

【０１４０】このようにして一つの素子から放出される
電子ビームの軌道を可変することにより奇数フィールド
と偶数フィールドとで、点灯する蛍光体が垂直方向にず
らすことによりｎ×ｍ個の素子で２ｎ×ｍの画素を表示
することができる。

【０１４１】本実施形態では一個の素子から二個の蛍光
体に電子ビームを照射しているが、画素配列の構成によ
っては一つの蛍光体上の異なる位置に電子ビームを照射
し輝点を生じさせてもよくその場合表示装置の製造はよ
り簡便となる。

【０１４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子放出素子の数に対して表示画素数をより多くすること
が可能になる。

【０１４３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における電子放出素子の電子ビームの軌
道を示す断面図である。

【図２】本発明における電子放出素子の電子ビームの軌
道を示す平面図である。

【図３】電子放出素子が形成されている方向を模式的に
示す図である。

【図４】表面伝導型放出素子の方向を定義するための断
面及び平面図である。

【図５】典型的な横形の電界放出素子の例を示す斜視図
である。

【図６】横形の電界放出素子の方向を定義するための断
面及び平面図である。

【図７】第１の実施形態の電気回路のブロック図であ
る。

【図８】表示パネルの素子と蛍光体の位置関係を示す図
である。

【図９】第１の実施形態の電気回路のタイミングチャー
トである。

【図１０】第２の実施形態の電気回路のブロック図であ
る。

【図１１】第２の実施形態の電気回路のタイミングチャ
ートである。

【図１２】第３の実施形態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１３】第３の実施形態で用いたマルチ電子ビーム源
の基板の平面図である。

【図１４】第３の実施形態の電気回路のブロック図であ
る。

【図１５】第３の実施形態の電気回路のタイミングチャ
ートである。

【図１６】本発明の実施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１７】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１８】実施形態で用いた平面型の表面伝導型放出素
子の平面及び断面図である。

【図１９】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す図である。

【図２０】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２１】通電活性化処理の際の印加電圧波形を示す図
である。

【図２２】通電活性化処理の際の放出電流Ｉｅの変化を
示す図である。

【図２３】垂直型の表面伝導型放出素子の断面図であ
る。

【図２４】垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す図である。

【図２５】実施形態で用いた表面伝導型放出素子の典型
的な特性を示す図である。

【図２６】実施形態で用いたマルチ電子ビーム源の基板
の平面図である。

【図２７】実施形態で用いたマルチ電子ビーム源の基板
の一部断面図である。

【図２８】表面伝導型放出素子の一例を示す図である。

【図２９】ＦＥ型素子の一例を示す図である。

【図３０】ＭＩＭ型素子の一例を示す図である。

【符号の説明】

７１表示パネル７２走査信号発生器７３変調信号電圧変換器７４パルス幅変調器７５シリアル／パラレル変換器７６タイミング制御回路７７乗算器７８切り替えスイッチ７９デコーダ８０〜８４定電圧源８５切り替えスイッチ８６データ配列変換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子放出部ならびにこれを挟む一対の電
極が基板表面に沿ってほぼ並んで設けられた電子放出素
子を行列状に複数個配列した電子線発生装置と、当該電
子線発生装置と対向する位置にあって電子線の照射によ
り発光する蛍光体とを有する画像表示装置であって、表示すべき画像中の隣接するＫ個（Ｋは２以上の整数）
の画素データを順次入力する入力手段と、入力したＫ個の画素データを入力する毎に、当該画素デ
ータに基づく電子ビームを発生する電子放出素子の駆動
を制御し、電子ビームの軌跡を制御する駆動制御手段と
を備え、１つの電子放出素子でもって、隣接するＫ個の
発光画素位置を発光させることを特徴とする画像表示装
置。
【請求項２】前記駆動制御手段は、前記入力手段によ
って画素データが入力される度に、対応する電子放出素
子に印加する電圧を変化させることを特徴とする請求項
第１項に記載の画像表示装置。
【請求項３】更に、前記駆動制御手段の駆動電圧に応
じて、入力される画素データを調整する調整手段を備え
ることを特徴とする請求項第２項に記載の画像表示装
置。
【請求項４】前記駆動制御手段は、前記入力手段によ
って画素データが入力される度に、前記蛍光板或いは蛍
光板に近接する位置に設けられた加速電極への印加電圧
を変化させることを特徴とする請求項第１項に記載の画
像処理装置。
【請求項５】前記電子放出素子は表面伝導型放出素子
であることを特徴とする請求項第１項に記載の画像形成
装置。
【請求項６】電子放出部ならびにこれを挟む一対の電
極が基板表面に沿ってほぼ並んで設けられた電子放出素
子を行列状に複数個配列した電子線発生装置と、当該電
子線発生装置と対向する位置にあって電子線の照射によ
り発光する蛍光体とを有する画像表示装置であって、１ライン分の画素データを入力する入力手段と、入力した１ライン分の画素データを、隣接するＬ個（Ｌ
は２以上の整数）の画素データから構成される複数のグ
ループに分割する分割手段と、該分割手段で分割されたグループ単位に、入力したＬ個の画素データを、個々の相対的な画素位置
に応じて補正し、順次出力する補正手段と、該補正手段から出力された補正後の画素データに対応す
るパルス幅を有するパルス幅変調信号を発生するパルス
幅変調手段と、該パルス幅変調手段で発生したパルス幅変調信号の元に
なった画素データの相対位置に基づき、当該パルス幅変
調信号の電圧値を調整する調整手段と、該調整手段で調整されたパルス幅変調信号で、対応する
電子放出素子を順次駆動する駆動手段とを備え、１つの電子放出素子でもって隣接するＬ個の発光画素位
置を発光させることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】前記電子放出素子は表面伝導型放出素子
であることを特徴とする請求項第６項に記載の画像表示
装置。
【請求項８】電子放出部ならびにこれを挟む一対の電
極が基板表面に沿ってほぼ並んで設けられた電子放出素
子を行列状に複数個配列した電子線発生装置と、当該電
子線発生装置と対向する位置にあって電子線の照射によ
り発光する蛍光体とを有する画像表示装置であって、１ライン分の画素データを入力する入力手段と、入力した１ライン分の画素データを、隣接するＬ個（Ｌ
は２以上の整数）の画素データから構成される複数のグ
ループに分割する分割手段と、該分割手段で分割されたグループ単位に、入力したＬ個の画素データに対応するパルス幅を有する
パルス幅変調信号を発生し、順次出力するパルス幅変調
手段と、該パルス幅変調手段で発生したパルス幅変調信号の元に
なった画素データの相対位置に基づき、前記蛍光体近傍
に設けられた加速電極への印加電圧を調整する調整手段
と、前記パルス幅変調手段で得られたパルス幅変調信号で、
対応する電子放出素子を順次駆動する駆動手段とを備
え、１つの電子放出素子でもって隣接するＬ個の発光画素位
置を発光させることを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】前記電子放出素子は表面伝導型放出素子
であることを特徴とする請求項第８項に記載の画像表示
装置。
【請求項１０】電子放出部ならびにこれを挟む一対の
電極が基板表面に沿ってほぼ並んで設けられた電子放出
素子を行列状に複数個配列した電子線発生装置と、当該
電子線発生装置と対向する位置にあって電子線の照射に
より発光する蛍光体とを有する画像表示装置であって、１ライン分の画素データを入力する入力手段と、入力した１ライン分の各画素データに基づいて対応する
パルス幅変調信号を発生するパルス幅変調手段と、該パルス幅変調手段で得られた各パルス幅変調信号でも
って、対応する電子放出素子を駆動する駆動手段と、前記入力手段によって１ライン分のデータを入力する度
に、前記駆動手段を制御する制御手段とを備え、１つの電子放出素子でもって隣接する複数の発光画素位
置を発光させることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】前記制御手段は、前記入力手段によっ
て入力されるラインの順番に従って、前記パルス幅変調
手段で得られたパルス幅変調信号の電圧を調整すること
を特徴とする請求項第１０項に記載の画像表示装置。
【請求項１２】前記制御手段は、前記入力手段によっ
て入力されるラインの順番に従って、前記蛍光板に近接
して設けられた加速電極への印加電圧を調整することを
特徴とする請求項第１０項に記載の画像表示装置。
【請求項１３】前記電子放出素子は表面伝導型放出素
子であることを特徴とする請求項第１０項に記載の画像
表示装置。