JPH0997033A

JPH0997033A - 画像形成装置及びその方法

Info

Publication number: JPH0997033A
Application number: JP25605395A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Oguchi; 高弘小口; Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-03
Filing date: 1995-10-03
Publication date: 1997-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】表面伝導型電子放出素子の配列において電子
放出特性のばらつきを補正して均一化することにより、
高品位な画像表示を行うことが可能な画像形成装置及び
その方法を提供することを目的とする。【解決手段】表示パネル１０１には基板上に複数の表
面伝導型電子放出素子を２次元的に配列され、行方向配
線単位に順次通電されたことにより、素子特性の所定方
向ばらつきが発生する。該ばらつきを補正するための補
正値が予めＬＵＴ１０７に格納されており、パルス幅変
調回路１０８及びＶ／Ｉ変換回路１０９において、入力
された画像信号及び前記補正値に基づいて変調信号を生
成し、表示パネル１０１内の各表面伝導型電子放出素子
は該変調信号に応じて駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置及びそ
の方法に関し、例えば、複数の冷陰極電子源を配設した
電子ビーム源を用いた画像形成装置及びその方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、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、たとえば電界電子放出型素子（以下ＦＥ
型素子と称する）や、金属／絶縁層／金属型電子放出素
子（以下ＭＩＭ型素子と称する）や、表面伝導型電子放
出素子などが知られている。

【０００３】ＦＥ型素子の例としては、例えば、W.P.Dy
ke & W.W.Dolan,"Field emission",Advance in Electro
n Physics,8,89(1956) や、あるいは、C.A.Spindt,"Phy
sical properties of thin-film field emmission cath
odes with molybdemum cones",J. Appl. Phys.,47,5248
(1976)などが知られている。

【０００４】また、ＭＩＭ型素子の例としては、例え
ば、C.A.Mead,"Operation of tunnel-emission Device
s",J. Appl. Phys.,32,646(1961)などが知られている。

【０００５】また、表面伝導型電子放出素子としては、
たとえば、M.I.Elinson, Radio Eng. Electron Phys.,1
0,1290,(1965)や、後述する他の例が知られている。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より電子放出が生ずる現象を利用するものである。この
表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等に
よるＳｎ０2 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜による
ものや、Ｉｎ2Ｏ3 ／ＳｎＯ2 薄膜によるものや、カー
ボン薄膜によるものなどがあり、それぞれ、G.Dittme
r:"Thin Solid Films",9,317(1972)，M.Hartwell and
C.G.Fonstad:"IEEE Trans.ED Conf.",519(1975)，荒木
久他：真空、第26巻、第1号、22(1983)により報告さ
れている。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の素子構
成の典型的な例として、図１９に上述したM.Hartwellら
による表面伝導型電子放出素子の平面図を示す。図１９
において３００１は基板、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に後述する通電フォーミン
グと呼ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部３
００５が形成される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１ｍ
ｍ，幅Ｗは０．１ｍｍに設定されている。尚、便宜上、
図１９において電子放出部３００５は導電性薄膜３００
４のほぼ中央に矩形の形状により示したが、これは模式
的なものであり、実際の電子放出部３００５の位置や形
状を忠実に表現しているわけではない。

【０００８】M.Hartwellらによる素子をはじめとして、
上述した表面伝導型電子放出素子においては、電子放出
を行う前に導電性薄膜３００４に通電フォーミングと呼
ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部３００５
を形成するのが一般的であった。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３００４を局所的に破壊もしくは変形もしくは変
質せしめ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部３００５
を形成することである。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３０
０４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。

【０００９】上述した表面伝導型電子放出素子は、構造
が単純で製造も容易であることから、広い面積にわたっ
て多数の素子を形成できるという利点がある。そこで、
例えば本出願人による特開昭６４−３１３３２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。

【００１０】また、表面伝導型電子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。

【００１１】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において開示されているように、
表面伝導型電子放出素子と電子ビームの照射により発光
する蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置が研究
されている。表面伝導型電子放出素子と蛍光体とを組み
合わせて用いた画像表示装置は、従来の他の方式の画像
表示装置よりも優れた特性が期待されている。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
角が広い点において優れている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上記従来
例に示したものをはじめとして、さまざまな材料、製
法、構造の表面伝導型電子放出素子を試みてきた。更
に、多数の表面伝導型電子放出素子を配列したマルチ電
子ビーム発生源（以下、マルチ電子源）、ならびにこの
電子源を応用した画像表示装置についても研究を行って
きた。

【００１３】本発明者らは、例えば図２０に示す電気的
な配線方法によるマルチ電子ビーム発生源についても試
みてきた。即ち、表面伝導型電子放出素子を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
状に配線することにより、マルチ電子ビーム発生源を構
成する。

【００１４】図２０において、４００１は表面伝導型電
子放出素子を模式的に示したものであり、４００２は行
方向配線、４００３は列方向配線である。行方向配線４
００２および列方向配線４００３は、実際には有限の電
気抵抗を有するものであるが、図２０においてはこの電
気抵抗が配線抵抗４００４および４００５として示され
ている。図２０に示す様な配線方法を、単純マトリクス
配線と称する。

【００１５】尚、図２０においては便宜上、６×６のマ
トリクスによりマルチ電子ビーム発生源を示している
が、マトリクスの規模はもちろんこれに限定されるもの
ではなく、例えば画像表示装置用のマルチ電子源の場合
には、所望の画像表示を行うのに足りるだけの素子を配
列し、配線するものである。

【００１６】図２０に示すように表面伝導型電子放出素
子を単純マトリクス配線したマルチ電子源においては、
所望の電子ビームを出力させるため、行方向配線４００
２および列方向配線４００３に適宜の電気信号を印加す
る。例えば、マトリクス中の任意の１行の表面伝導型電
子放出素子を駆動するには、選択する行の行方向配線４
００２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４００５による電圧降下を
無視すれば、選択する行の表面伝導型電子放出素子に
は、Ｖe−Ｖsの電圧が印加される。また、非選択行の表
面伝導型電子放出素子には、Ｖe−Ｖnsの電圧が印加さ
れる。Ｖe，Ｖs，Ｖnsを適宜の大きさの電圧にすれば、
選択する行の表面伝導型電子放出素子だけから所望の強
度の電子ビームが出力されるはずであり、また列方向配
線の各々に異なる駆動電圧Ｖeを印加すれば、選択する
行の素子の各々から異なる強度の電子ビームが出力され
るはずである。また、表面伝導型電子放出素子の応答速
度は高速であるため、駆動電圧Ｖeを印加する時間の長
さを考えれば、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。

【００１７】従って、表面伝導型電子放出素子を単純マ
トリクス配線したマルチ電子源にはいろいろな応用可能
性があり、例えば画像情報に応じた電気信号を適宜印加
すれば、画像表示装置用のマルチ電子源として好適に用
いることができる。

【００１８】一方、発明者らは表面伝導型電子放出素子
の電子放出特性やその効率等を改善するための研究を鋭
意行った結果、製造工程において通電活性化処理を行う
ことが効果的であることを見出した。

【００１９】すでに述べたように、表面伝導型放出素子
の電子放出部を形成する際には、導電性薄膜に電流を流
して該薄膜を局所的に破壊もしくは変形もしくは変質さ
せて亀裂を形成する処理（通電フォーミング処理）を行
う。この後、さらに通電活性化処理を行う事により、電
子放出特性を大幅に改善することが可能である。

【００２０】即ち、通電活性化処理とは、通電フォーミ
ング処理により形成された電子放出部に適宜に条件で通
電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積
せしめる処理のことである。例えば、適宜の分圧の有機
物が存在し、全圧が１０のマイナス４乗ないし１０のマ
イナス５乗Torrの真空雰囲気中において、電圧パルスを
定期的に印加することにより、電子放出部の近傍に単結
晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン
のいずれかか、もしくはその混合物を５００オングスト
ローム以下の膜厚で堆積させる。ただし、この条件はほ
んの一例であって、表面伝導型放出素子の材質や形状に
より適宜変更されるべきであるのは言うまでもない。

【００２１】この様な処理を行う事により、通電フォー
ミング直後と比較して、同じ印加電圧における放出電流
を典型的には１００倍以上増加させることが可能であ
る。尚、通電活性化終了後には、真空雰囲気中の有機物
の分圧を低減させるのが望ましい。

【００２２】上述の表面伝導型電子放出素子のように、
製造工程において通電によるフォーミング処理により高
抵抗化処理及び通電活性化処理を行う電子放出素子を画
像形成装置に応用する場合には、以下のような問題があ
った。製造工程における通電フォーミング処理の問題点
について以下に説明する。

【００２３】平板型ＣＲＴをはじめとして、表面伝導型
電子放出素子を応用した各種画像形成パネルにおいて
は、当然のことながら高品位・高精細な画像が望まれ
る。これを実現するには、例えば単純マトリクス配線さ
れた多数の表面伝導型電子放出素子を用いる。このた
め、行および列の数が数百〜数千にも達する非常に多く
の素子配列が必要となり、かつ各表面伝導型電子放出素
子の素子特性が均一であることが望まれる。

【００２４】しかしながら、例えば、印加する電圧波形
などをはじめとするフォーミングの条件によって、表面
伝導型電子放出素子の電子放出特性が変化する場合があ
る。更に、単純マトリクス配線の場合、特定の１素子の
みをフォーミングしようとしても他の表面伝導型電子放
出素子への電流回り込みが発生してしまう。従って、他
の未フォーミングの表面伝導型電子放出素子に影響を与
えずに、１素子毎に電流を集中させてフォーミングする
ことは極めて困難であった。従って、全ての表面伝導型
電子放出素子を同一条件でフォーミングできなくなり、
表面伝導型電子放出素子の素子特性がばらついてしまう
という問題があった。

【００２５】そこで、発明者らは、行列状にマトリクス
配線された表面伝導型電子放出素子を複数のグループに
分割し、グループ単位に順次フォーミング用の電圧を印
加してゆく方法による高抵抗化処理を行った。

【００２６】即ち、図２１に示すようなＭ行Ｎ列のマル
チ表面伝導型電子放出素子に対して、例えば１行単位で
順次フォーミング用電圧を印加した。図中ＥＹ1〜ＥＹN
およびＥＸ1〜ＥＸMは電極である。

【００２７】図２２は、図２１に示すマルチ表面伝導型
電子放出素子に対して、例えば２行目の表面伝導型電子
放出素子（図中、黒色で示す）にフォーミング用電圧を
印加する場合の例を示す図である。図２２で示される様
に電極ＥＸ2にはフォーミング用の電圧源を接続し、他
の電極にはグランドレベル、即ち０Ｖを接続した。この
方法によれば、原理的には２行目の表面伝導型電子放出
素子だけにフォーミング用電圧が印加され、他の表面伝
導型電子放出素子には電圧が印加されたり電流が回り込
んだりすることはない。実際にこの方法でフォーミング
を行ったところ、表面伝導型電子放出素子の電子放出特
性の均一化がみられた。

【００２８】しかしながら、それでも電子放出特性のバ
ラツキを完全になくすることは困難であり、特にマトリ
クスの片側に沿って、電子放出特性の劣る素子が分布し
てしまうという問題があった。より具体的には、フォー
ミング時に給電端から遠かった側、即ち図２２において
は図中右側の表面伝導型電子放出素子の放出特性が劣っ
ていた。

【００２９】発明者等は、この問題点の発生原因につい
て鋭意研究し、その発生原因を以下のように究明した。

【００３０】上述した図２２に示す方法では、原理的に
は上述したように１行の表面伝導型電子放出素子だけに
フォーミング用電圧を印加することができるが、配線電
極ＥＸ1〜ＥＸM，ＥＹ1〜ＥＹNの電気抵抗は実際には０
ではないため、従ってそこに電流が流れる際には電圧降
下が発生する。そこで、図２２においてフォーミング用
電圧を印加している２行目の表面伝導型電子放出素子群
に着目し、その配線抵抗を含めたモデルを図２３に示
す。

【００３１】図２３において、Ｆ1〜ＦNは表面伝導型電
子放出素子、ｒ1〜ｒNは行配線ＥＸ2における各部の配
線抵抗、ｒyは各列配線ＥＹ1〜ＥＹNの給電端子から表
面伝導型電子放出素子までの配線抵抗である。一般に、
行／列配線は一定の線幅、厚さ、材料で形成されるよう
設計されており、製造上のばらつきを除けばｒ１〜ｒＮ
では各々に流れる電流に応じて電圧降下が発生するた
め、各表面伝導型電子放出素子にかかる電圧は図２４に
示すようになる。図２４に示すグラフの横軸は各表面伝
導型電子放出素子の番号であり、縦軸は各表面伝導型電
子放出素子にかかる電圧である。なお、縦軸のＥfはフ
ォーミング用電源の出力電圧である。

【００３２】図２４によれば、フォーミング用電源に近
い表面伝導型電子放出素子ほど大きな電圧がかかること
が分かる。従って、フォーミング用電源の出力電圧を０
Ｖから徐々に上昇させていった場合、同一行の表面伝導
型電子放出素子であっても全素子同時にフォーミング
（高抵抗化）が生じるのではなく、電源に近いＦ1から
順にフォーミングが生じてゆくことが分かる。

【００３３】この時、行配線の給電端子から近い表面伝
導型電子放出素子は、他の表面伝導型電子放出素子がフ
ォーミングされてもその影響を受けにくく、ほぼ電源の
出力電圧に準じた電圧が印加されるが、逆に給電端子か
ら遠い表面伝導型電子放出素子では、他の表面伝導型電
子放出素子がフォーミングされてゆくにつれ印加電圧が
急激に上昇する傾向がある。この様な急激な印加電圧上
昇によってフォーミングされた素子は、例えば急速な電
力投入による加熱等の理由により正常なフォーミングが
行われず、結果として良好な電子放出特性が得られなく
なる。

【００３４】従って、このマトリクス電子源を画像形成
装置の電子源として用いた場合には、画像の片側の輝度
あるいは濃度が不足することとなり、不都合が生じてし
まっていた。

【００３５】また、この傾向は単純マトリクスの規模が
大きくなるほど顕著になる傾向があるため、電子源を画
像表示装置に応用する際に画素数が制限される要因とも
なった。

【００３６】尚、各配線抵抗ｒ1〜ｒNでは各々に流れる
電流に応じて電圧降下が発生するため、各表面伝導型電
子放出素子にかかる電圧がばらつくという現象は、通電
フォーミング後の通電活性化処理においても生じ、同様
に表面伝導型電子放出素子の放出特性のばらつきの原因
となった。

【００３７】更に、表面伝導型電子放出素子の放出特性
のばらつきは、製造されたマルチ電子源をばらつきなく
駆動するために、駆動ドライバの構成が複雑になるとい
う問題も生じた。

【００３８】製造時に生じたマルチ電子源のばらつき
は、駆動時には、電子ビーム強度ばらつきの要因とな
り、また、該電子源を画像表示装置に適用した場合には
輝度ばらつきの要因となる。従って、これらの不具合を
防ぐために、駆動ドライバが何等かの補償を行うことが
考えられる。

【００３９】複数のマルチ電子源を構成として含む画像
表示装置においては、所望の画像表示を行うに足りるだ
けの素子を配列し、配線しているため、例えば高品位テ
レビジョンの表示を目的とした場合、行／列方向の配列
線が千本以上となり、素子数は１００万個以上必要にな
る。しかしながら膨大な数の素子一つ一つのばらつきを
補正する方法は、その構成、及び補正方法が非常に複雑
となるために、容易に実現されるものではなかった。

【００４０】本発明は上述した課題を解決するためにな
されたものであり、表面伝導型電子放出素子の配列にお
いて電子放出特性のばらつきを補正して均一化すること
により、高品位な画像表示を行うことが可能な画像形成
装置及びその方法を提供することを目的とする。

【００４１】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ための一手段として、本発明の画像形成装置は以下の構
成を備える。

【００４２】即ち、基板上に複数の表面伝導型電子放出
素子を２次元的に配列した電子ビーム発生手段と、入力
された画像信号に基づいて前記電子ビーム発生手段から
発生される電子ビームを変調するための信号を生成する
変調信号生成手段と、前記複数の表面伝導型電子放出素
子における特性の所定方向ばらつきを補正するための補
正値を予め格納する格納手段とを有し、前記変調信号生
成手段は、前記補正値に基づいて前記電子ビームを変調
するための信号を生成することを特徴とする。

【００４３】例えば、前記電子ビーム発生手段は、複数
の表面伝導型電子放出素子を行方向配線と該行方向に直
交する列方向配線とによってマトリクス状に結線してい
ることを特徴とする。

【００４４】例えば、前記電子ビーム発生手段は、行方
向配線単位に順次通電されることにより作成されること
を特徴とする。

【００４５】例えば、前記所定方向ばらつきは、列方向
ばらつきであることを特徴とする。

【００４６】例えば、前記変調信号生成手段は、電流信
号を生成することを特徴とする。

【００４７】例えば、前記変調信号生成手段は、前記画
像信号に基づいてパルス幅変調信号を生成することを特
徴とする。

【００４８】例えば、前記変調信号生成手段は、前記画
像信号に基づいて振幅変調信号を生成することを特徴と
する。

【００４９】例えば、前記補正値は、所定条件下で前記
複数の表面伝導型電子放出素子に流れる素子電流を測定
することにより設定されることを特徴とする。

【００５０】例えば、前記補正値は、前記複数の表面伝
導型電子放出素子からの放出電流が一定となるように設
定されることを特徴とする。

【００５１】例えば、前記補正値は、前記複数の表面伝
導型電子放出素子からの放出電流が前記画像信号におけ
る輝度信号強度に対応するように設定されることを特徴
とする。

【００５２】例えば、前記補正値は、素子毎の電子放出
効率の補正を含むことを特徴とする。

【００５３】例えば、前記補正値は、素子毎の該素子以
外に流れる無効素子電流値の補正を含むことを特徴とす
る。

【００５４】例えば、前記表面伝導型放出素子は、印加
される素子電圧と放出電子量とが非線形の関係を呈する
ことを特徴とする。

【００５５】例えば、前記電子ビーム発生手段は、基板
上に複数の表面伝導型電子放出素子群を２次元的に配列
し、更に該表面伝導型電子放出素子群を周期的に配列し
たことを特徴とする。

【００５６】また、上述した目的を達成するための一手
法として、本発明の画像形成方法は以下の構成を備え
る。

【００５７】即ち、基板上に複数の表面伝導型電子放出
素子を２次元的に配列した電子ビーム発生源を備えた画
像形成装置における画像形成方法であって、前記複数の
表面伝導型電子放出素子における特性の所定方向ばらつ
きを補正するための補正値を予め保持し、入力された画
像信号及び前記補正値に基づいて、前記電子ビーム発生
源から発生される電子ビームを変調するための信号を生
成することを特徴とする。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施形態に
ついて、図面を参照して詳細に説明する。

【００５９】＜第１実施形態＞本実施形態においては、
２次元にマトリクス配線された表面伝導型電子放出素子
群からなる表示パネルを有する画像形成装置について、
通電処理時に発生した各素子毎の特性を考慮した好適な
補正方法について、以下に説明する。

【００６０】＜＜表示パネルの構成と製造法＞＞まず、
本実施形態における表示パネル１０１の構成及び製造方
法について詳細に説明する。図１は、本実施において使
用する表示パネル１０１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。

【００６１】図１において、１００５はリアプレート、
１００６は側壁、１００７はフェースプレートであり、
これらにより表示パネルの内部を真空に維持するための
気密容器を形成する。気密容器の組み立てにあたって
は、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保持させる
ための封着の必要がある。そのため、本実施形態では例
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。尚、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。

【００６２】リアプレート１００５には基板１００１を
固定する。該基板１００１上には表面伝導型電子放出素
子１００２がｍ×ｎ個形成されている。ここで、ｍ，ｎ
は２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応
じて適宜設定する。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では、ｍ＝３０００，ｎ＝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、ｍ＝３０７２，ｎ＝１０２４としている。この
ｍ×ｎ個の表面伝導型電子放出素子は、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。上述した基板１００１，表面伝
導型電子放出素子１００２，行方向配線１００３，列方
向配線１００４によって構成される部分を、マルチ電子
源と称する。尚、マルチ電子源の構造及び製造方法につ
いては、後で詳しく述べる。

【００６３】本実施形態においては、気密容器のリアプ
レート１００５にマルチ電子源の基板１００１を固定す
る構成としたが、マルチ電子源の基板１００１が十分な
強度を有するものである場合には、気密容器のリアプレ
ートとしてマルチ電子源の基板１００１自身を用いても
よい。

【００６４】また、フェースプレート１００７の下面に
は、蛍光膜１００８を形成する。本実施形態の表示パネ
ルはカラー画像を形成するため、蛍光膜１００８の部分
には一般のＣＲＴに関する技術分野で用いられる赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の三原色の蛍光体を塗り分
ける。例えば、各色の蛍光体９２を、図２の（ａ）に示
すようにストライプ状に塗り分け、蛍光体のストライプ
の間には黒色導電体９１を設ける。黒色導電体９１を設
ける目的は、電子ビームの照射位置に多少のずれがあっ
ても表示色にずれが生じないようにすることや、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１００８の帯電を防止すること等
である。尚、本実施形態における黒色導電体９１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。

【００６５】また、三原色の蛍光体の塗り分け方は上述
した図２の（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２の（ｂ）に示すようなデ
ルタ状配列や、又はそれ以外の配列であってもよい。
尚、本実施形態における表示パネル１０１はカラー表示
用であるが、モノクロームの表示パネルを作成する場合
には、蛍光膜１００８に単色の蛍光体材料を用いればよ
く、またこの場合、黒色導電体９１は必ずしも用いなく
ともよい。

【００６６】蛍光体９２の塗布方法には、モノクローム
の場合は沈殿法や印刷法を用いるが、カラーの場合はス
ラリー法を用いる。但し、カラーの場合に印刷法を用い
ても、もちろん、同様の塗布膜が得られる。

【００６７】また、本実施形態において蛍光膜１００８
のリアプレート１００５側の面には、一般のＣＲＴに関
する技術分野では公知であるメタルバック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
向上させることや、負イオンの衝突から蛍光膜１００８
を保護すること、電子ビーム加速電圧を印加するための
電極として作用させること、蛍光膜１００８を励起した
電子の導電路として作用させること等である。メタルバ
ック１００９は、蛍光膜１００８をフェースプレート１
００７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理し、そ
の上にアルミニウム（Al）を真空蒸着する方法により形
成した。尚、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。

【００６８】また、本実施形態では使用しなかったが、
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１００７と蛍光膜１００８との間に、
たとえばＩＴＯ膜を材料とする透明電極を設けてもよ
い。

【００６９】また、図１においてＤx1〜Ｄxm，Ｄy1〜Ｄ
yn，Ｄz1〜Ｄzn及びＨｖは、当該表示パネル１０１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をマルチ電子
源の行方向配線１００３と、Ｄy1〜Ｄynをマルチ電子源
の列方向配線１００４と、Ｄz1〜Ｄznを他方の群の列方
向配線１００４と、Ｈｖをフェースプレートのメタルバ
ック１００９と電気的に接続する。

【００７０】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Torr
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を１×１０マイナス５
乗ないしは１×１０マイナス７乗Torrの真空度に維持す
る。

【００７１】以上、本実施形態における表示パネル１０
１の基本構成と製造方法について説明した。次に、上述
した表示パネル１０１に用いたマルチ電子源の製造方法
について説明を行う。

【００７２】＜＜マルチ電子源の製造＞＞本実施形態に
おける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
えば表面伝導型電子放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ
型等の冷陰極素子を用いることができる。

【００７３】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、これらの冷陰極子
の中でも、表面伝導型電子放出素子（ＳＣＥ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、表面伝導型電子放出素子は、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、表面伝導型電子放出素子の中で
も、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成
したものが電子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行
えることを見い出している。従って、高輝度で大画面の
画像表示装置のマルチ電子源に用いるには、そのような
表面伝導型電子放出素子が最も好適であると言える。そ
こで、本実施形態における表示パネル１０１では、電子
放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成した表面
伝導型電子放出素子を用いた。そこで、まず好適な表面
伝導型電子放出素子について基本的な構成と製法および
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。

【００７４】電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜
から形成する表面伝導型電子放出素子の代表的な構成と
しては、平面型と垂直型の２種類がある。

【００７５】＜＜平面型の表面伝導型電子放出素子＞＞
まず、平面型の表面伝導型電子放出素子の構成と製造方
法について説明する。

【００７６】図３の（ａ）に平面型の表面伝導型電子放
出素子の平面図を、図３の（ｂ）に断面図を示し、その
構成について説明する。図３において、１１０１は基
板、１１０２と１１０３は素子電極、１１０４は導電性
薄膜、１１０５は通電フォーミング処理により形成した
電子放出部、１１１３は通電活性化処理により形成した
薄膜である。

【００７７】基板１１０１としては、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
を積層した基板等を用いることができる。

【００７８】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Ｉｎ2Ｏ3 −ＳｎＯ2 をはじめとする金属
酸化物、ポリシリコン等の半導体等の中から、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（例えば印刷技
術等）を用いて形成してもさしつかえない。

【００７９】素子電極１１０２と１１０３の形状は、当
該表面伝導型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、素子電極１１０２と１１０３と
の電極間隔Ｌは通常は数百オングストロームから数百マ
イクロメートルの範囲から適当な数値を選んで設計され
るが、画像表示装置に応用するために好ましいのは数マ
イクロメートルより数十マイクロメートルの範囲であ
る。また、素子電極１１０２及び１１０３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
ートルの範囲から適当な数値を選ぶ。

【００８０】また、導電性薄膜１１０４の部分には微粒
子膜を用いる。ここで、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
いう。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あっ
た構造が観測される。

【００８１】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
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、以下の様な諸条件を考慮して適宜設定
される。即ち、素子電極１１０２あるいは１１０３と電
気的に良好に接続するのに必要な条件、後述する通電フ
ォーミングを良好に行うのに必要な条件、微粒子膜自身
の電気抵抗を後述する適宜の値にするために必要な条
件、等である。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。

【００８２】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等をはじめとする金属や、ＰｄＯ，ＳｎＯ
2 ，Ｉｎ2Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2Ｏ3 ，等をはじめとする
酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，ＣｅＢ6，
ＹＢ4 ，ＧｄＢ4 等をはじめとする硼化物や、ＴｉＣ，
ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等をはじめとす
る炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等をはじめとする
窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，などをはじめとする半導体や、
カーボン、等があげられ、これらの中から適宜選択され
る。

【００８３】以上述べたように本実施形態においては導
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Ω／□の
範囲に含まれるよう設定した。

【００８４】尚、導電性薄膜１１０４と素子電極１１０
２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３に示す例においては、
下から基板１１０１、素子電極１１０２（１１０３）、
導電性薄膜１１０４の順序で積層したが、場合によって
は下から基板１１０１、導電性薄膜１１０４、素子電極
１１０２（１１０３）の順で積層してもさしつかえな
い。

【００８５】また、電子放出部１１０５は導電性薄膜１
１０４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１１０４よりも高抵抗な性質を有
している。亀裂は、導電性薄膜１１０４に対して通電フ
ォーミングの処理を行うことにより形成される。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１１０５の位置や形状を精密かつ正確に図示する
のは困難であるため、図３においては模式的に示してい
る。

【００８６】また、薄膜１１１３は炭素もしくは炭素化
合物によりなり、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さ
れる。

【００８７】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、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。

【００８８】尚、実際の薄膜１１１３の位置や形状を精
密に図示するのは困難であるため、図３においては模式
的に示している。また、図３の（ａ）に示す平面図にお
いては、薄膜１１１３の一部を除去した素子を図示し
た。

【００８９】以上、本実施形態において好ましい表面伝
導型電子放出素子の基本構造について説明を行ったが、
本実施形態においては、実際には以下のような表面伝導
型電子放出素子を用いた。

【００９０】即ち、基板１１０１には青板ガラスを用
い、素子電極１１０２と１１０３にはＮｉ薄膜を用い
た。素子電極の厚さｄは１０００オングストローム、電
極間隔Ｌは２マイクロメートルとした。また、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マイ
クロメートルとした。

【００９１】次に、好適な平面型の表面伝導型電子放出
素子の製造方法について説明する。図４は、本実施形態
における平面型表面伝導型電子放出素子の製造工程を説
明するための断面図であり、図４の（ａ）〜（ｄ）は、
該製造工程を順に示している。尚、各部材の表記は上述
した図３と同一であるため、説明を省略する。

【００９２】１）まず、図４の（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。

【００９３】形成するにあたっては、予め基板１１０１
を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分に洗浄後、素子電
極１１０２（１１０３）の材料を堆積させる。尚、堆積
させる方法としては、例えば、蒸着法やスパッタ法など
の真空成膜技術を用いればよい。そしてその後、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、図４の（ａ）に示した一対の素
子電極１１０２及び１１０３を形成する。

【００９４】２）次に、図４の（ｂ）に示すように、導
電性薄膜１１０４を形成する。

【００９５】形成するにあたっては、まず図４の（ａ）
で形成された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、有機金属溶剤とは、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。本実施形態では主要元素としてＰｄを用いた。ま
た、本実施形態ではその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。

【００９６】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。

【００９７】３）次に、図４の（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
を行うことにより、電子放出部１１０５を形成する。

【００９８】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（すなわち電子放出
部１１０５）においては、薄膜に適当な亀裂が形成され
ている。なお、電子放出部１１０５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。

【００９９】ここで、通電フォーミング処理における通
電方法をより詳しく説明するために、図５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
場合には図５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、電子法主粒１１０５の形成状況をモニタするための
モニタパルスＰmを適宜の間隔で三角波パルスの間に挿
入し、その際に流れる電流を電流計１１１１で計測し
た。

【０１００】本実施形態においては、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１msec、パルス間隔Ｔ２を１０msecとし、波
高値Ｖpfを１パルスごとに０．１Ｖ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０．１Ｖに設定した。そして、素子電極１１０２と１
１０３の間の電気抵抗が１×１０の６乗オームになった
段階、即ちモニターパルス印加時に電流系１１１１で計
測される電流が１×１０のマイナス７乗アンペア以下に
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。

【０１０１】なお、上記の方法は、本実施形態の表面伝
導型電子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等、
表面伝導型電子放出素子の設計を変更した場合には、そ
れに応じて通電の条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１０２】４）次に、図４の（ｄ）に示すように、活
性化用電源１１１２によって素子電極１１０２と１１０
３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。

【０１０３】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４の（ｄ）におい
ては、炭素もしくは炭素化合物によりなる堆積物を部材
１１１３として模式的に示した）。尚、通電活性化処理
を行うことにより、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。

【０１０４】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。

【０１０５】ここで、図４の（ｄ）における通電方法を
より詳しく説明するために、図６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、図
６の（ａ）に示す矩形波の電圧Ｖacは１４Ｖ、パルス幅
Ｔ３は１msec、パルス間隔Ｔ４は１０msecとした。

【０１０６】図４の（ｄ）に示す１１１４は該表面伝導
型電子放出素子から放出される放出電流Ｉeを捕捉する
ためのアノード電極であり、直流高電圧電源１１１５お
よび電流計１１１６が接続されている。尚、基板１１０
１を表示パネルの中に組み込んでから通電活性化処理を
行う場合には、表示パネルの蛍光面をアノード電極１１
１４として用いる。

【０１０７】本実施形態において活性化用電源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、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６の（ｂ）に示す
が、活性化電源１１１２からパルス電圧を印加し始める
と、時間の経過とともに放出電流Ｉeは増加するが、や
がて飽和してほとんど増加しなくなることが分かる。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。

【０１０８】尚、上述の通電条件は、本実施形態の表面
伝導型電子放出素子を製造するに好ましい条件であり、
表面伝導型電子放出素子の設計を変更した場合には、そ
れに応じて条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１０９】以上説明した様にして、本実施形態では図
３に示す平面型の表面伝導型電子放出素子を製造した。

【０１１０】＜＜垂直型の表面伝導型電子放出素子＞＞
電子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表
面伝導型電子放出素子のもうひとつの代表的な構成であ
る、垂直型の表面伝導型電子放出素子の構成について説
明する。

【０１１１】図７は、垂直型表面伝導型電子放出素子の
基本構成を説明するための模式的な断面図であり、図中
１２０１は基板、１２０２と１２０３は素子電極、１２
０６は段差形成部材（絶縁層）、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。

【０１１２】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、前記図３に示した平面型における素子電極間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。尚、基板１２０１、素子電極１２
０２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２
０４については、前記平面型の説明において列挙した材
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
縁である材料を用いる。

【０１１３】以下、好適な垂直型の表面伝導型電子放出
素子の製造方法について説明する。図８は、本実施形態
における垂直型表面伝導型電子放出素子の製造工程を説
明するための断面図であり、図８の（ａ）〜（ｅ）は、
該製造工程を順に示している。尚、各部材の表記は上述
した図７と同一であるため、説明を省略する。

【０１１４】１）まず、図８の（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１１５】２）次に、図８の（ｂ）に示すように、段
差形成部材を形成するための絶縁層１２０６を積層す
る。絶縁層１２０６は、例えば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。

【０１１６】３）次に、図８の（ｃ）に示すように、絶
縁層１２０６の上に素子電極１２０２を形成する。

【０１１７】４）次に、図８の（ｄ）に示すように、絶
縁層１２０６の一部を、例えばエッチング法を用いて除
去し、素子電極１２０３を露出させる。

【０１１８】５）次に、図８の（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。導電性
薄膜１２０４を形成するには、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。

【０１１９】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。即
ち、図４の（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。

【０１２０】７）そして、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。即ち、図４の（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。

【０１２１】以上説明した様にして、本実施形態では図
７に示す垂直型の表面伝導型電子放出素子を製造した。

【０１２２】＜表示装置に用いた表面伝導型電子放出素
子の特性＞以上、平面型と垂直型の表面伝導型電子放出
素子について素子構成と製法を説明したが、次に、表示
パネル１０１に用いた表面伝導型電子放出素子の特性に
ついて説明する。

【０１２３】図９に、本実施形態の表示パネル１０１に
用いた表面伝導型電子放出素子における、［放出電流Ｉ
e：素子印加電圧Ｖf］特性、及び［素子電流Ｉf：素子
印加電圧Ｖf］特性の典型的な例を示す。尚、放出電流
Ｉeは素子電流Ｉfに比べて著しく小さいため、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、図９において２本の特性曲
線は各々任意単位により示した。

【０１２４】表示パネル１０１に用いた表面伝導型電子
放出素子は、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。

【０１２５】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表面伝導型電子放出素子に
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。即ち、本実施形態における表面伝導型電子放
出素子は、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。

【０１２６】第二に、放出電流Ｉeは表面伝導型電子放
出素子に印加する電圧Ｖfに依存して変化するため、電
圧Ｖfによって放出電流Ｉeの大きさを制御できる。

【０１２７】第三に、表面伝導型電子放出素子に印加す
る電圧Ｖfに対して表面伝導型電子放出素子から放出さ
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表面伝導型電子放出素子から放出さ
れる電子の電荷量を制御できる。

【０１２８】以上のような特性を有するため、本実施形
態においては表面伝導型電子放出素子を表示パネル１０
１に好適に用いることができた。例えば多数の表面伝導
型電子放出素子を表示画面の画素に対応して設けた表示
パネル１０１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。即
ち、駆動中の表面伝導型電子放出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
択状態の表面伝導型電子放出素子には閾値電圧Ｖth未満
の電圧を印加する。そして駆動する表面伝導型電子放出
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。

【０１２９】また、第二の特性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。

【０１３０】＜＜多数素子を単純マトリクス配線したマ
ルチ電子源の構造＞＞次に、上述した表面伝導型電子放
出素子を基板上に配列して単純マトリクス配線したマル
チ電子源の構造について説明する。

【０１３１】図１０に、上述した表示パネル１０１に用
いたマルチ電子源の平面図を示す。基板上には、上述し
た図３で示したものと同様の平面型表面伝導型電子放出
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。尚、図１０における表面伝導型電子放出素子は、例
えば図７に示した垂直型を使用しても良い。

【０１３２】図１０のＡ−Ａ’に沿った断面図を、図１
１に示す。図１１における各部材の表記は図３と同様で
あるため、説明は省略する。

【０１３３】尚、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１００３、列方向配線電極１
００４、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型電
子放出素子の素子電極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
して本発明の方法により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。

【０１３４】＜＜表示パネルの補正駆動＞＞以下、本実
施形態の特徴である表示パネルの駆動方法及び補正方法
について説明する。

【０１３５】図１２は、上述した表面伝導型電子放出素
子からなる表示１０１パネルを含む画像形成装置のブロ
ック構成を示す図である。図中、１０１は表示パネルで
あり、上述した図１に示すようにＭ行Ｎ列のマルチ表面
伝導型電子放出素子からなる。表示パネル１０１は、外
部端子Ｄx1〜Ｄxm及びＤy1〜Ｄynを介してパネル内の行
／列方向配線ＥY1〜ＥＹN，ＥＸ1〜ＥＸMと外部の電気
回路と接続されている。また、フェースプレート上の高
圧端子も外部の高圧電源Ｖａ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〜Ｄxmに
は、表示パネル１０１内のマルチ電子源、即ちＭ行Ｎ列
の行列状にマトリクス配線された表面伝導型電子放出素
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〜Ｄynには前記走査信号により
選択された一行の表面伝導型放出素子の各素子の出力電
子ビームを制御するための変調信号が印加される。

【０１３６】次に、走査回路１０２について説明する。
走査回路１０２は内部にｍ個のスイッチング素子を備え
ており、各スイッチング素子は不図示の直流電圧源Ｖｘ
の出力電圧もしくは０Ｖ（グランドレベル）のいずれか
一方を選択し、表示パネル１０１の端子Ｄx1〜Ｄxmとそ
れぞれ電気的に接続する。各スイッチング素子は、後述
するタイミング信号発生回路１０４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ＦＥＴの
ようなスイッチング素子を組み合わせることにより容易
に構成することが可能である。

【０１３７】尚、前記の直流電圧源Ｖｘは、本実施形態
において使用する表面伝導型電子放出素子の特性とし
て、電子放出しきい値電圧が８Ｖであるため、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しきい値
電圧以下となるよう、７Ｖの一定電圧を出力するように
設定されている。

【０１３８】１１１は、表示パネル１０１の各素子から
電子放出を得るために、通電フォーミング／通電活性化
処理を行う通電処理回路である。通電処理を行う際に
は、切り換えＳＷ１１０において列方向配線の端子Ｄy1
〜Ｄynを０Ｖに接続し、行方向配線端子Ｄx1〜Ｄxmに通
電処理回路１１１の出力を接続する。一方、表示パネル
１０１の駆動時、及び後述する補正データ取得時には、
切り換えＳＷ１１０を切り換え、列方向配線の端子Ｄy1
〜Ｄynを駆動信号であるＶ／Ｉ変換回路１０９の出力に
接続し、行方向配線端子Ｄx1〜Ｄxmを走査回路１０２の
出力に接続する。

【０１３９】続いて、表示パネル１０１を駆動する際に
入力された画像信号の流れについて説明する。まず、入
力されたコンポジット画像信号をデコーダ１０３で３原
色（ＲＧＢ）の輝度信号、及び水平、垂直同期信号（Ｈ
ＳＹＮＣ，ＶＳＹＮＣ）に分離する。そしてタイミング
信号発生回路１０４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。一方、ＲＧ
Ｂ輝度信号はＳ／Ｈ回路１０５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。Ｓ／Ｈ回路１０５で
保持された信号はシリアルパラレル（Ｓ／Ｐ）変換回路
１０６で画素の並びに対応して一行分のパラレル映像信
号に変換される。続いてパラレル映像信号は、パルス幅
変調回路１０８において映像信号強度に対応したパルス
幅を有する電圧ドライブパルス（ＰＷ1，ＰＷ2，...，
ＰＷn）に変換される。

【０１４０】この時、パルス幅変調回路１０８では、各
列方向の位置に応じてルックアップテーブル（以下、Ｌ
ＵＴ）１０７から出力された補正データに基づいて、各
列毎に電圧ドライブパルスの振幅を補正することによ
り、表示パネル１０１の列方向の素子ばらつきの補正を
行うことを特徴とする。尚、ＬＵＴ１０７内の補正デー
タについては後述する。

【０１４１】そして、ドライブパルス（ＰＷ1，ＰＷ
2，...，ＰＷn）はＶ／Ｉ変換回路１０９により電圧量
から電流量に変換され、該電流出力は電流出力パルスと
して、表示パネル１０１の端子Ｄy1〜Ｄynを介して表示
パネル１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加され
る。電流出力パルスが供給された表示パネル１０１で
は、走査回路１０２によって選択された行に接続された
表面伝導型電子放出素子のみが、供給されたパルス幅に
応じた期間だけ電子を放出し、対応する蛍光体が発光す
る。このように、走査回路１０２が選択する行を順次走
査することで、表示パネル１０１上において２次元画像
が形成される。

【０１４２】次に、Ｖ／Ｉ変換回路１０９について説明
する。Ｖ／Ｉ変換回路１０９は、入力された電圧信号の
振幅に応じて、表示パネル１０１内の表面伝導型電子放
出素子に流す電流を制御する回路である。図１３の
（ａ）は、Ｖ／Ｉ変換回路１０９の内部構成の一例を示
す図である。Ｖ／Ｉ変換回路１０９は、列配線の本数分
の入力信号に対して、Ｖ／Ｉ変換器をそれぞれ備え、そ
の出力は表示パネル１０１の列方向端子Ｄy1，Ｄy2，Ｄ
y3，・・・，Ｄynにそれぞれ接続されている。図１３の
（ａ）に示す各Ｖ／Ｉ変換器は、例えば図１３の（ｂ）
のような回路により構成されている。同図において２０
１オペアンプ、２０２は例えばトランジスタ、２０３は
抵抗である。図１３の（ｂ）に示す回路構成によれば、
入力する電圧信号Ｖinの振幅に応じて、出力する電流Ｉ
outが決定され、以下の関係が成立する。

【０１４３】Ｉout＝Ｖin／Ｒ・・・（１）そこで、Ｖ／Ｉ変換回路１０９の設計パラメータを適当
な値にすることで、入力された電圧信号に応じて、表面
伝導型電子放出素子に流す出力電流Ｉoutを制御するこ
とができる。尚、本実施形態ではＲ＝１０００オーム、
Ｖｃｃ＝１５ｖとした。

【０１４４】以上、本実施形態における画像形成時の動
作の概要について説明したが、次に、通電による表面伝
導型電子放出素子のフォーミング／活性化動作、及び素
子ばらつき補正データ取得、及び該補正データを用いた
駆動時の補正動作について、図１４を参照して説明す
る。

【０１４５】まず、図１２に示す画像形成装置の製造時
に行う、通電によるフォーミング／活性化動作につい
て、図１４の（ａ）を参照して説明する。この時、切り
換えＳＷ１１０により、表示パネル１０１の列方向配線
端子Ｄy1〜Ｄynは０Ｖに接続されている。また、行方向
配線端子Ｄx1〜Ｄxmは通電処理回路１１１に接続されて
いる。この時、通電処理回路１１１は、行方向配線端子
Ｄx1〜Ｄxmを一本ずつ選択し、通電処理を行った。尚、
具体的な通電の条件については上述した通りである。

【０１４６】次に、画像形成装置の製造後等に行う、補
正データ用のＬＵＴ１０７を作成する手順について、図
１４の（ｂ）を参照して説明する。

【０１４７】切り換えＳＷ１１０により、表示パネル１
０１の列方向配線端子Ｄy1〜Ｄynは、Ｖ／Ｉ変換回路１
０９の出力に接続される。また、行方向配線端子Ｄx1〜
Ｄxmは、走査回路１０２に接続されている。このとき、
走査回路１０２は行方向配線端子Ｄx1のみを選択する。
そしてＬＵＴ１０７の作成時には、Ｖ／Ｉ変換回路１０
９は行方向Ｄx1上のｎ個の表面伝導型電子放出素子につ
いて、一素子ずつ定電流による駆動を行ない、この時の
電子放出電流Ｉeを、高圧電源に設けたモニタ抵抗によ
り監視する。この時、各放出電流Ｉeが一定（例えば１
μＡ）となるように、Ｖ／Ｉ変換回路１０９から出力さ
れる駆動電流を調整する。この結果、行方向配線端子Ｄ
x1上のｎ個の素子について、各放出電流Ｉeが一定（１
μＡ）となるような駆動電流、即ち各表面伝導型電子放
出素子における素子電流Ｉfを、それぞれＬＵＴ１０７
に補正データとして格納する。

【０１４８】本実施形態の表示パネル１０１において、
行配線上の表面伝導型電子放出素子の列方向に特性ばら
つきが生じるのは、上述した様に、素子作製のための通
電フォーミング処理時に、行方向配線を選択して１行分
の素子を一括で処理するために、通電電流量が大きく、
行方向配線抵抗の影響を受けやすいためである。従っ
て、通電フォーミング処理／通電活性処理時に生じた行
方向の表面伝導型電子放出素子の特性ばらつきを補正す
るための補正データ（Ｉf）をＬＵＴ１０７に格納し、
該補正データに基づいて、表示パネル１０１の駆動を行
う。

【０１４９】尚、通電フォーミング処理／通電活性処理
時における列方向配線による影響はほとんどない。これ
は、通電時に列方向配線に流れる通電電流量は、行方向
配線を流れる通電電流量よりもはるかに小さい（１／列
数〜１／１００以下）ためである。従って、通電フォー
ミング処理の際に、列方向配線の電圧降下の影響を考慮
する必要はほとんどないため、ＬＵＴ１０７に格納され
ている行方向の素子の特性ばらつきを補正する補正値
は、どの行についても等価であると考えられる。

【０１５０】ここで、ＬＵＴ１０７に格納される補正デ
ータについて詳細に説明する。

【０１５１】以下、表示パネル１０１を形成する２次元
配列のマルチ表面伝導型電子放出素子群において、各素
子をそれぞれ座標（行方向位置，列方向位置）で表わす
とする。ここで、表面伝導型電子放出素子の特性とし
て、明確な閾値電圧Ｖth（本実施形態の素子では８Ｖ）
を有しており、該閾値電圧Ｖth以上の電圧が印加された
場合のみ、電子放出が生じ、放出電流Ｉeが得られる。
従って、位置（１,Ｎ）の表面伝導型電子放出素子を駆
動する際に検出される放出電流Ｉeは、以下のように表
せる。

【０１５２】Ｉe＝Ｉe［+Ｖf,（１,Ｎ）］・・・・（２）尚、Ｉe［+Ｖf,（１,Ｎ）］とは、行方向配線が
「１」，列方向配線が「Ｎ」の交点にある素子に対し
て、＋Ｖfの電圧を印加した場合の電子放出電流を表わ
す。

【０１５３】一方、表面伝導型電子放出素子に流れる素
子電流Ｉfは、列方向配線「Ｎ」上に存在するｍ−１個
の表面伝導型電子放出素子に対して、＋１／２Ｖfの電
圧を印加した際に流れる素子電流（半選択状態の素子電
流）の総和と、位置（１,Ｎ）の選択素子に＋Ｖfの電圧
を印加した際に流れる素子電流との和になる。即ち、半
選択状態の素子電流とは、駆動対象である素子以外に流
れる電流であり、以降、無効電流と称する。従って、当
該素子に流れる素子電流Ｉfは、以下のように表せる。

【０１５４】尚、Ｉf［+Ｖf,（１,Ｎ）］とは、行方向配線が
「１」，列方向配線が「Ｎ」の交点にある素子に対し
て、＋Ｖfの電圧を印加した場合の素子電流を表わす。

【０１５５】以下、（３）式の第２項のＩf［+Ｖf,
（１,Ｎ）］を、選択素子（１,Ｎ）に真に流れる素子電
流Ｉfmと称する。即ち、Ｉfm＝Ｉf［+Ｖf,（１,Ｎ）］・・・・（４）であり、更に、各素子毎の真に流れる素子電流Ｉfmに対
する電子放出電流Ｉeの割合を、電子放出効率η（１,
Ｎ）＝Ｉe／Ｉfmとすると、位置（１,Ｎ）の素子を駆動
して放出される放出電流Ｉeは、以下のように表せる。

【０１５６】Ｉe＝η（１,Ｎ）×Ｉfm ＝η（１,Ｎ）×（Ｉf−ΣＩf（+1/2Ｖf））・・・・（５）即ち、表示パネル１０１の外部からの駆動電流となる素
子電流Ｉfにより、素子（１,Ｎ）の放出電流Ｉeを一定
にするには、各素子の電子放出効率ηと半選択素子の素
子電流ΣＩf（+1/2Ｖf）（無効電流分）のばらつきを抑
える必要がある。本実施形態においては、Ｖ／Ｉ変換回
路１０９から出力する駆動電流Ｉfを変化させ、各素子
の放出電流Ｉeが一定になるように、ＬＵＴ１０７を作
成することを特徴とする。

【０１５７】即ち、表示パネル１０１の各表面伝導型放
出素子を駆動する信号は、素子作製の際の通電フォーミ
ング処理／通電活性処理時に生じた、行方向の素子の特
性ばらつきを補正した電流信号となる。

【０１５８】本実施形態においては、（５）式における
素子の効率η（Ｍ,Ｎ）のばらつきと、半選択素子の素
子電流分ΣＩf（+1/2Ｖf）のばらつきとを同時に補正す
るデータをＬＵＴ１０７に格納する。具体的には、例え
ば各素子からの放出電流量を１μＡにした時の行方向配
線Ｄx1上の表面伝導型電子放出素子における素子電流Ｉ
fを測定し、駆動時の補正データとしてＬＵＴ１０７に
格納した。上述したように、本実施形態における素子の
特性ばらつきは通電方向に直交した方向、即ち列方向に
分布するため、行番号「１」において、このばらつきを
補正する駆動電流（素子電流）値Ｉfを測定した。従っ
て上述した様に、任意の行方向における補正データは、
全ての行について等価であるため、表示パネル１０１の
全ての行方向については、ＬＵＴ１０７に格納された１
行分の補正データを用いて駆動する。

【０１５９】以下、ＬＵＴ１０７内の補正データを用い
て、実際に表示パネル１０１の駆動電流を補正する様子
について、図１４の（ｃ）及び図１５を参照して説明す
る。

【０１６０】図１４の（ｃ）は、表示パネル１０１の駆
動時における接続を示す図である。本実施形態では、画
像信号の輝度信号をパルス幅変調し、駆動パルスの幅を
変えることにより階調制御を行ない、同時に各素子の特
性ばらつきの補正は、駆動電流信号の振幅値を調整する
ことにより行う。例えば、列番号「Ｎ」の素子を駆動す
る際、ＬＵＴ１０７から駆動電流が１ｍＡとして補正デ
ータが得られた場合、パルス幅変調回路１０８の出力Ｐ
Ｗnは、高さ１Ｖの電圧パルスを発生する。パルス幅変
調回路１０８からの電圧出力は、Ｖ／Ｉ変換回路１０９
により高さ１ｍＡの電流パルスとなり、表示パネル１０
１に供給される。

【０１６１】ここで、本実施形態の表示パネル駆動にお
ける補正の様子を図１５のタイミングチャートに示す。
図１５において、まず表示パネル１０１の端子Ｄy1とＤ
y2に接続される駆動線に注目し、同図に示すような輝度
データ入力が行われたとする。そしてこの時、ＬＵＴ１
０７から、Ｄy1上の素子は駆動電流１ｍＡ、Ｄy2上の素
子は駆動電流１．１ｍＡで駆動するという補正データが
得られたとする。この場合のＶ／Ｉ変換回路１０９にお
ける定電流出力（Ｉf）をモニタすると、表示パネル１
０１の端子Ｄy1上の素子は１ｍＡで駆動され（図１５
（ｅ））、端子Ｄy2上の素子は１．１ｍＡで駆動されて
いる（図１５（ｊ））。

【０１６２】このように、素子の特性ばらつきを駆動電
流パルスＩfの波高値で補償することにより、どの素子
についても、観測される放出電流Ｉeはその高さ（１μ
Ａ）が揃っており、かつ、輝度信号に応じてパルス幅が
異なる。（図１５（ｆ），（ｋ））従来のように、画像データに応じて表面伝導型電子放出
素子に印加する電圧信号パルス幅を変調すると、配線抵
抗等で生じる電圧降下により表面伝導型電子放出素子に
印加される電圧のばらつきや、素子の電圧−電流特性の
ばらつきが発生し、画像データに対して忠実な輝度再現
ができなかった。しかしながら、以上説明した様に本実
施形態によれば、Ｖ／Ｉ変換回路１０９により表示パネ
ル１０１内の表面伝導型電子放出素子に流れる素子電流
を変調したため、配線抵抗等で生じる電圧降下を補償す
ることができ、更に表面伝導型電子放出素子毎のばらつ
きや、素子数の増加に伴う半選択素子への回り込み電流
を補償することができる。従って、表示画面全体にわた
って原画像信号に対して極めて忠実な輝度で画像を表示
することができる。

【０１６３】更に、ＬＵＴ１０７の作成の際には放出電
流Ｉeのみでなく、蛍光体の発光特性も含めて、輝度を
用いたテーブルを作成しても良い。

【０１６４】＜変形例１＞以下、本実施形態の変形例に
ついて説明する。

【０１６５】上述した本実施形態においては、表示パネ
ル１０１の行番号「１」上の全ての素子の列方向素子特
性ばらつきを測定し、ばらつきを補償する駆動電流値を
補正データとしてＬＵＴ１０７に格納し、該補正データ
を参照して、各表面伝導型電子放出素子の駆動を行っ
た。本変形例においては、補正データの取得を更に容易
にするために、ＬＵＴ１０７の値として、表示パネル１
０１の行番号「１」上の素子の列方向素子特性ばらつき
を、列番号「１」と列番号「ｎ」の２つで代表させ、こ
の間の素子の特性は線形に変化すると仮定する。

【０１６６】すると、該列上における各表面伝導型電子
放出素子における素子電流は、以下の式で算出される。

【０１６７】Ｉf（Ｎ）＝ａ×Ｎ＋ｂ・・・・（６）但し、Ｉf（Ｎ）は、列番号「Ｎ」に対するＶ／Ｉ変換
回路１０９の出力であり、ａ，ｂは定数である。

【０１６８】このように全ての素子電流を実際に測定す
ることなく、所定の測定値に基づいて近似することによ
り、補正データを求めることができ、該補正データに基
づいて駆動を行っても良い。

【０１６９】例えば、表示パネル１０１の列方向配線が
５００本あり、列番号「１」の素子における駆動電流値
が１ｍＡで、列番号「５００」の素子の駆動電流値が５
ｍＡとして測定された場合、（６）式によりＩf（Ｎ）＝０．００８×Ｎ＋０．９９２（ｍＡ）と近似することができ、各行における補正電流値が決定
可能である。これにより、補正データの取得がより容易
となり、ＬＵＴ１０７に格納すべき補正データ数も２個
でよいため、ＬＵＴ１０７の容量を節約することも可能
となる。尚、ＬＵＴ１０７に格納する補正データは２個
に限定されないことはもちろんである。

【０１７０】以上説明した様に、全ての補正値をＬＵＴ
１０７に格納すること無く、代表値のみを格納すること
により、ＬＵＴ１０７の生成を容易に行うことができ
る。そして、表面伝導型電子放出素子の駆動時に線形近
似演算を行ってそれぞれの補正値を得ることにより、上
述した実施形態と同様の効果を、小容量のＬＵＴ１０７
で実現することができる。

【０１７１】＜変形例２＞また、本実施形態は上述した
実施形態に限定されるものではない。

【０１７２】例えば、上述した実施形態においては、Ｌ
ＵＴ１０７に格納する補正データを得るために表示パネ
ル１０１の行番号「１」（端子Ｄx1）のみについて計測
を行ったが、該行に限定されるものではなく、また、複
数の行方向についての計測を行なっても良い。複数の行
についての計測を行なった場合、ＬＵＴ１０７に格納す
る補正データとしては、複数行における各計測値の平均
をとれば良い。

【０１７３】また、１行における各素子毎の電流値をＬ
ＵＴ１０７に格納する補正データとしたが、もちろん対
応する電圧値を補正データとして格納しても良い。

【０１７４】また、本実施形態においては表示パネル１
０１を電流駆動する例について説明を行ったが、電圧駆
動により、同様の補正を行うことも可能である。

【０１７５】また、本実施形態においては通電フォーミ
ング時において直交する方向（列方向）に発生する僅か
な電圧降下を無視できるとして説明を行ったが、それぞ
れの補正データをＬＵＴに格納して駆動時に補正する、
即ち各行毎にそれぞれの補正データを用意することによ
り、電子放出特性をより均一化することができる。

【０１７６】以上説明した様に本実施形態によれば、通
電処理方向に現れる素子の特性の傾向を、素子の駆動時
に予め作成された適切なＬＵＴを参照して補正すること
により、表示パネルを構成する表面伝導型電子放出素子
の電子放出特性を行単位で均一化することができる。

【０１７７】＜第２実施形態＞以下、本発明に係る第２
実施形態における画像形成装置について、図１６を参照
して説明する。図１６において、上述した第１実施形態
における図１２と同様の構成については同一番号を付
し、説明を省略する。

【０１７８】上述した第１実施形態においては、画像信
号強度に応じてパルス幅変調を行うことにより、階調制
御を行う例について説明した。第２実施形態において
は、所定幅のパルスにおいて、画像信号の強度に応じて
振幅を変動させることにより、階調制御を行なうことを
特徴とする。従って、素子毎に電子放出特性にばらつき
があると、適切な階調制御が困難となる。そこで第２実
施形態においても、ＬＵＴ１０７に予め適切な補正デー
タを格納することにより、表示パネル１０１における表
面伝導型電子放出素子の特性ばらつきを補正するが、画
像信号から補正データ信号を作成するための回路構成、
及び表示パネル１０１の製造法及び駆動方法が、上述し
た第１実施形態と異なる。

【０１７９】図１６において、５０８は振幅変調回路で
あり、Ｓ／Ｐ変換回路１０６からの出力データに応じた
振幅で、一定パルス幅のパルス信号を発生する。第２実
施形態において、ＬＵＴ１０７からの補正データはこの
振幅変調回路５０８に取り込まれる。

【０１８０】第２実施形態では、通電処理回路１１１が
表示パネル１０１における素子配列の列方向配線に接続
されていることを特徴とする。従って、通電による表面
伝導型電子放出素子のフォーミング／活性化動作、及び
素子ばらつき補正データ取得、及び該補正データを用い
た表示パネル１０１駆動時の補正動作が、第１実施形態
と異なる。以下、図１７を参照して説明する。

【０１８１】先ず、図１６に示した画像形成装置の製造
時に行う、通電によるフォーミング／活性化処理につい
て、図１７の（ａ）を参照して説明する。この時、切り
換えＳＷ１１０により、表示パネル１０１の行方向配線
端子Ｄx1〜Ｄxmは０Ｖに接続されている。そして、通電
処理回路１１１は、列方向配線端子Ｄy1〜Ｄynを一本ず
つ選択して通電処理を行った。尚、具体的な通電の条件
は、上述した第１実施形態と同様であるため省略する。

【０１８２】次に、画像形成装置の製造後等に行う、補
正データ用のＬＵＴ１０７を作成する手順について、図
１７の（ｂ）を参照して説明する。

【０１８３】上述した様に、第２実施形態においては画
像信号の強度に応じて振幅が変化する所定幅のパルスを
発生させることにより、階調制御を行う。これに伴い、
ＬＵＴ１０７に格納される補正データの内容が、第１実
施形態とは異なっている。

【０１８４】例えば、位置（Ｍ,Ｎ）（行方向配線Ｍと
列方向配線Ｎの交点）の表面伝導型電子放出素子を駆動
する場合について考えると、最大輝度信号入力時に検出
される放出電流Ｉeは、以下のようになる。

【０１８５】Ｉe＝Ｉe［+Ｖf,（Ｍ,Ｎ）］・・・・（７）尚、Ｉe［+Ｖf,（Ｍ,Ｎ）］とは、行方向配線が
「Ｍ」，列方向配線が「Ｎ」の交点にある素子に対し
て、＋Ｖfの電圧を印加した場合の電子放出電流を表わ
す。

【０１８６】一方、表面伝導型電子放出素子に流れる素
子電流Ｉfは、行方向配線「Ｍ」上に存在するｎ−１個
の表面伝導型電子放出素子に対して、＋１／２Ｖfの電
圧を印加した際に流れる素子電流（半選択状態の素子電
流）の総和と、位置（Ｍ，Ｎ）の選択素子に＋Ｖfの電
圧を印加した際に流れる素子電流との和になる。即ち、
以下のように表せる。

【０１８７】尚、Ｉf［+Ｖf,（Ｍ,Ｎ）］とは、行方向配線が
「Ｍ」，列方向配線が「Ｎ」の交点にある素子に対し
て、＋Ｖfの電圧を印加した場合の素子電流を表わす。

【０１８８】ここで、Ｉf［+Ｖf,（Ｍ,Ｎ）］を、選択
素子（Ｍ,Ｎ）に真に流れる素子電流Ｉfmと称する。即
ち、Ｉfm＝Ｉf［+Ｖf,（Ｍ,Ｎ）］・・・・（９）であり、更に、各素子毎の真に流れる素子電流Ｉfmに対
する電子放出電流Ｉeの割合を、電子放出効率η（Ｍ,
Ｎ）＝Ｉe／Ｉfmとすると、位置（Ｍ,Ｎ）の素子を駆動
して放出される放出電流Ｉeは、以下のように表せる。

【０１８９】Ｉe＝η（Ｍ,Ｎ）×Ｉfm ＝η（Ｍ,Ｎ）×（Ｉf−ΣＩf（+1/2Ｖf））・・・・（１０）（１０）式より、輝度信号が２５６階調の分解能であっ
たとして、輝度信号入力Ａに対する素子電流（駆動電
流）Ｉfは、Ｉf＝１／η（Ｍ,Ｎ）×Ａ／２５６×Ｉe＋ΣＩf（+1/2Ｖf）・・・・（１１）となる。従って、第２実施形態のように振幅変調で階調
制御を行う画像形成装置において素子ばらつきを補正す
る場合、各素子の電子放出効率ηのばらつきと無効電流
ΣＩf（+1/2Ｖf）のばらつきの両方を補正する必要があ
る。

【０１９０】第２実施形態で図１７の（ａ）に示すよう
な通電処理を行うと、列方向配線上において、行方向に
素子の特性ばらつきが生じる。そこで、第２実施形態に
おいては、行方向の効率ばらつきと無効電流ばらつきの
両方を補正するように、ＬＵＴ１０７に補正データを格
納すれば良い。

【０１９１】図１７の（ｂ）に示すように、切り換えＳ
Ｗ１１０により、表示パネル１０１の列方向配線端子Ｄ
y1のみをＶ／Ｉ変換回路１０９の出力に接続し、Ｄy2〜
Ｄymは０Ｖに接続した。そして、行方向配線端子Ｄx1〜
Ｄxmを順次選択した。ＬＵＴ１０７作成時、Ｖ／Ｉ変換
回路１０９は列方向配線端子Ｄy1上のｍ個の素子につい
て定電流で一素子ずつ駆動を行ない、この時の電子放出
電流Ｉeを、高圧電源に設けたモニタ抵抗で監視するこ
とにより、電子放出効率ηを取得することができる。ま
た無効電流分については、列方向配線上でほとんど一定
であるため、ＬＵＴ１０７への格納は実質上の必要な
い。尚、無効電流分が無視できない場合には、もちろん
ＬＵＴ１０７へ電子放出効率ηと同様に格納する。

【０１９２】以下、ＬＵＴ１０７内の補正データを用い
た駆動電流補正について、図１７の（ｃ）及び図１８を
参照して説明する。

【０１９３】図１７の（ｃ）は、表示パネル１０１の駆
動時における接続を示す図である。第２実施形態では、
画像信号の輝度信号を振幅変調し、駆動パルスの高さを
変えることにより階調制御を行ない、同時に各素子の特
性ばらつきの補正も、駆動電流信号の振幅値を調整して
行った。

【０１９４】（１１）式より、輝度信号が２５６階調の
分解能である場合、素子（Ｍ,Ｎ）に輝度信号Ａが入力
された場合の駆動電流は、Ｉf＝１／η（Ｍ,Ｎ）×Ａ／２５６×Ｉe＋ΣＩf（+1/2Ｖf）・・・・（１２）となる。ここで、例えば輝度信号入力が最大（２５５）
で、Ｉe＝１μＡとした場合、ＬＵＴ１０７より補正デ
ータとして電子放出効率ηが０．１％として得られ、ま
た、無効電流が０．１ｍＡであるとすると、（１２）式
より、駆動電流Ｉfの値が以下のように得られる。

【０１９５】Ｉf＝１／０．１［％］×２５５／２５６×１［μＡ］＋０．１［ｍＡ］＝１．１［ｍＡ］振幅変調回路５０８において、駆動電流Ｉfが１．１ｍ
Ａとして得られた場合、その出力ＡＭnとして高さ１．
１Ｖの電圧パルスが発生される。この電圧出力は、Ｖ／
Ｉ変換回路１０９により高さ１．１ｍＡの電流パルスに
変換され、表示パネル１０１に供給される。

【０１９６】ここで、第２実施形態における振幅補正の
様子を図１８のタイミングチャートに示す。図１８にお
いて、まず表示パネル１０１の端子Ｄy1に接続される駆
動線に注目し、同図に示すような輝度データ入力が行わ
れたとする。そしてこの時、ＬＵＴ１０７から、Ｄy1上
の各素子の補正データとして、電子放出特性ηのばらつ
きが出力される。そして式（１２）に基づいて輝度信号
Ａから、駆動電流Ｉf、即ち駆動電流振幅が決定され
る。

【０１９７】このように、素子特性ばらつきを駆動電流
パルスＩfの波高値で補償するにより、どの素子につい
ても、観測される放出電流Ｉe（図１８の（ｇ））は、
そのパルス幅は一定で、その高さは入力輝度信号（図１
８の（ｃ））に対応していることがわかる。従って、第
２実施形態によれば、素子ばらつきを適切に補正した階
調表現が可能となる。

【０１９８】尚、本発明の画像形成装置は、複数の機器
から構成されるシステム或は装置であれば適用可能であ
る。また、本発明はシステム或は装置にプログラムを供
給することによって実施される場合にも適用できること
は言うまでもない。この場合、本発明に係るプログラム
を格納した記憶媒体が本発明を構成することになる。そ
して、該記憶媒体からそのプログラムをシステム或は装
置に読み出すことによって、そのシステム或は装置が、
予め定められた仕方で動作する。

【０１９９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、２
次元にマトリクス配線された表面伝導型電子放出素子か
らなる表示パネルに対して、素子作製の際の通電フォー
ミング処理／通電活性処理時に生じた素子の特性ばらつ
きに起因する不均一性を補正し、全ての素子を均等に駆
動することができる。

【０２００】また、各素子のばらつきを補正するための
値の個数は、マトリクスの列（又は行）本分でよいた
め、簡単な構成でマルチ電子源の全ての素子のばらつき
補正が可能となる。更に、各素子を定電流で駆動するこ
とにより、配線抵抗に起因する非一様な電子放出分布を
補正することができる。

【０２０１】従って、高品位な画像表示を行うことが可
能な画像形成装置及びその方法が得られる。

【０２０２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施形態が適用される表示パネ
ルの一部を切り欠いて示した斜視図である。

【図２】本実施形態における表示パネル上の原色蛍光体
の塗り分け方を示す図である。

【図３】本実施形態における平面型の表面伝導型電子放
出素子を説明するための図である。

【図４】本実施形態における平面型表面伝導型電子放出
素子の製造工程を説明するための断面図である。

【図５】本実施形態における通電フォーミング処理にお
いて印加する電圧波形例を示す図である。

【図６】本実施形態における通電活性化処理において印
加する電圧波形例及び放出電流を示す図である。

【図７】本実施形態における垂直型の表面伝導型電子放
出素子の断面図である。

【図８】本実施形態における垂直型表面伝導型電子放出
素子の製造工程を説明するための断面図である。

【図９】本実施形態における表面伝導型電子放出素子の
素子印加電圧と放出電流及び素子電流の関係を示す図で
ある。

【図１０】本実施形態におけるマルチ電子源の基板の平
面図である。

【図１１】本実施形態におけるマルチ電子源の基板の一
部断面図である。

【図１２】本実施形態における画像形成装置の構成を示
すブロック図である。

【図１３】本実施形態におけるＶ／Ｉ変換回路の詳細構
成を示す図である。

【図１４】本実施形態において表示パネルを駆動する様
子を示す図である。

【図１５】本実施形態における表示パネル駆動に関する
タイミングチャートである。

【図１６】本発明に係る第２実施形態における画像形成
装置を示すブロック図である。

【図１７】第２実施形態において表示パネルを駆動する
様子を示す図である。

【図１８】第２実施形態における表示パネル駆動に関す
るタイミングチャートである。

【図１９】従来の表面伝導型電子放出素子の平面図であ
る。

【図２０】従来のマルチ電子源を示す図である。

【図２１】従来のマルチ電子源にフォーミング用電圧を
印加する様子を説明するための図である。

【図２２】従来のマルチ電子源に行順次でフォーミング
用電圧を印加する様子を説明するための図である。

【図２３】従来のマルチ電子源に行順次でフォーミング
用電圧を印加する様子を説明するための図である。

【図２４】従来のマルチ電子源において各素子にかかる
素子印加電圧を示す図である。

【符号の説明】

１００１ガラス基板１００３Ｘ方向配線１００４Ｙ方向配線１００２表面伝導型電子放出素子１００５リアプレート１００６支持枠１００８蛍光膜１００９メタルバック１００７フェースプレート１１０１絶縁性基板１１０５電子放出部１１０４電子放出部を含む薄膜１１０２，１１０３素子電極１１１１，１１１６電流計１１１０，１１１５電源１１１４アノード電極９１黒色伝導材９２蛍光体１０１表示パネル１０２走査回路１０３デコーダ１０４タイミング発生回路１０５Ｓ／Ｈ回路１０６Ｓ／Ｐ変換回路１０７ＬＵＴ１０８パルス幅変調回路１０９Ｖ／Ｉ変換回路１１０切り替えＳＷ１１１通電処理回路５０８振幅変調回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に複数の表面伝導型電子放出素子
を２次元的に配列した電子ビーム発生手段と、入力された画像信号に基づいて前記電子ビーム発生手段
から発生される電子ビームを変調するための信号を生成
する変調信号生成手段と、前記複数の表面伝導型電子放出素子における特性の所定
方向ばらつきを補正するための補正値を予め格納する格
納手段と、を有し、前記変調信号生成手段は、前記補正値に基づいて前記電
子ビームを変調するための信号を生成することを特徴と
する画像形成装置。
【請求項２】前記電子ビーム発生手段は、複数の表面
伝導型電子放出素子を行方向配線と該行方向に直交する
列方向配線とによってマトリクス状に結線していること
を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】前記電子ビーム発生手段は、行方向配線
単位に順次通電されることにより作成されることを特徴
とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】前記所定方向ばらつきは、列方向ばらつ
きであることを特徴とする請求項３記載の画像形成装
置。
【請求項５】前記変調信号生成手段は、電流信号を生
成することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項６】前記変調信号生成手段は、前記画像信号
に基づいてパルス幅変調信号を生成することを特徴とす
る請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】前記変調信号生成手段は、前記画像信号
に基づいて振幅変調信号を生成することを特徴とする請
求項５記載の画像形成装置。
【請求項８】前記補正値は、所定条件下で前記複数の
表面伝導型電子放出素子に流れる素子電流を測定するこ
とにより設定されることを特徴とする請求項１記載の画
像形成装置。
【請求項９】前記補正値は、前記複数の表面伝導型電
子放出素子からの放出電流が一定となるように設定され
ることを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
【請求項１０】前記補正値は、前記複数の表面伝導型
電子放出素子からの放出電流が前記画像信号における輝
度信号強度に対応するように設定されることを特徴とす
る請求項８記載の画像形成装置。
【請求項１１】前記補正値は、素子毎の電子放出効率
の補正を含むことを特徴とする請求項８記載の画像形成
装置。
【請求項１２】前記補正値は、素子毎の該素子以外に
流れる無効素子電流値の補正を含むことを特徴とする請
求項８記載の画像形成装置。
【請求項１３】前記表面伝導型放出素子は、印加され
る素子電圧と放出電子量とが非線形の関係を呈すること
を特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の画像
形成装置。
【請求項１４】前記電子ビーム発生手段は、基板上に
複数の表面伝導型電子放出素子群を２次元的に配列し、
更に該表面伝導型電子放出素子群を周期的に配列したこ
とを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【請求項１５】基板上に複数の表面伝導型電子放出素
子を２次元的に配列した電子ビーム発生源を備えた画像
形成装置における画像形成方法であって、前記複数の表面伝導型電子放出素子における特性の所定
方向ばらつきを補正するための補正値を予め保持し、入力された画像信号及び前記補正値に基づいて、前記電
子ビーム発生源から発生される電子ビームを変調するた
めの信号を生成することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１６】前記電子ビーム発生源は、複数の表面
伝導型電子放出素子を行方向配線と該行方向に直交する
列方向配線とによってマトリクス状に結線していること
を特徴とする請求項１５記載の画像形成方法。
【請求項１７】前記電子ビーム発生源は、行方向配線
単位に順次通電されることにより作成されることを特徴
とする請求項１６記載の画像形成方法。