JP2000250465A - 画像形成装置及びその制御方法及び画像表示装置及び方法 - Google Patents

画像形成装置及びその制御方法及び画像表示装置及び方法

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JP2000250465A
JP2000250465A JP11096736A JP9673699A JP2000250465A JP 2000250465 A JP2000250465 A JP 2000250465A JP 11096736 A JP11096736 A JP 11096736A JP 9673699 A JP9673699 A JP 9673699A JP 2000250465 A JP2000250465 A JP 2000250465A
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Shuki Ando
宗棋 安藤
Tatsuro Yamazaki
達郎 山崎
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  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝送路の数を増やす事なく、高速に大量の表
示データを駆動部に転送する事を可能にする。 【解決手段】 入力された画像信号はA/D変換部でデ
ジタルデータに変換され、パケット生成部6に供給され
る。パケット生成部6は、各駆動部毎の識別情報を付し
たパケットを構築し、それを共通な伝送路に出力する。
各駆動部のパケット解読部は、それぞれ自身宛のパケッ
トについてのみ解読し、自身に割り当てられた素子群を
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2次元平面上に画像
を形成もしくは表示する画像形成装置及び表示装置とそ
の制御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、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,Radio E−ng.El
ectron Phys.,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
薄膜を用いたものの他に、Au薄膜によるもの
[G.Dittmer:”Thin Solid Fi
lms”,9,317(1972)]や、In
SnO薄膜によるもの[M.Hartwell an
d C.G.Fonstad:”IEEE Tran
s.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20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−ld em
ission”,Advance in Electr
onPhysics,8,89(1956)や、あるい
は、 C.A.Spindt,”Physicalpr
operties of thin−film fie
ld emissioncathodes with
molybdenium cones”,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
21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、301
1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
3014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
1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,”Operationof tun
nel−emission Devices,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22
に示す。同図は断面図であり、図において、3020は
基板で、3021は金属よりなる下電極、3022は厚
さ100オングストローム程度の薄い絶縁層、3023
は厚さ80〜300オングストローム程度の金属よりな
る上電極である。MIM型においては、上電極3023
と下電極3021の間に適宜の電圧を印加することによ
り、上電極3023の表面より電子放出を起こさせるも
のである。
【0011】上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較し
て低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒー
ターを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構
造が単純であり、微細な素子を作成可能である。また、
基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱
溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒ
ーターの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは
異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利
点もある。
【0012】このため、冷陰極素子を応用するための研
究が盛んに行われてきている。
【0013】たとえば、表面伝導型放出素子は、冷陰極
素子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であること
から、大面積にわたり多数の素子を形成できる利点があ
る。そこで、たとえば本出願人による特開昭64−31
332号公報において開示されるように、多数の素子を
配列して駆動するための方法が研究されている。
【0014】また、表面伝導型放出素子の応用について
は、たとえば、画像表示装置、画像記録装置などの画像
形成装置や、荷電ビーム源、等が研究されている。
【0015】特に、画像表示装置への応用としては、た
とえば本出願人によるUSP5,066,883号や特
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。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号に開示されている。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.Me
yer:”Recent Developmenton
MicrotipsDisplay at LET
I”,Tech.Digest of 4th In
t. Vacuum Microele−ctroni
cs Conf.,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号公報に開示されている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】発明者は、上記従来技
術に記載したものをはじめとして、さまざまな材料、製
法、構造の冷陰極素子を試みてきた。さらに、多数の冷
陰極素子を配列したマルチ電子ビーム源、ならびにこの
マルチ電子ビーム源を応用した画像表示装置について研
究を行ってきた。
【0018】発明者は、たとえば図23に示す電気的な
配線方法によるマルチ電子ビーム源を試みてきた。すな
わち、冷陰極素子を2次元的に多数個配列し、これらの
素子を図示のようにマトリクス状に配線したマルチ電子
ビーム源である。
【0019】図中、4001は冷陰極素子を模式的に示
したもの、4002は行方向配線、4003は列方向配
線である。行方向配線4002および列方向配線400
3は、実際には有限の電気抵抗を有するものであるが、
図においては配線抵抗4004および4005として示
されている。上述のような配線方法を、単純マトリクス
配線と呼ぶ。
【0020】なお、図示の便宜上、6x6のマトリクス
で示しているが、マトリクスの規模はむろんこれに限っ
たわけではなく、たとえば画像表示装置用のマルチ電子
ビーム源の場合には、所望の画像表示を行うのに足りる
だけの素子を配列し配線するものである。
【0021】さて、マトリックスディスプレイパネルに
おいて、入力された表示データに基づいてディスプレィ
を駆動する構成を図7に示す。図示の動作を簡単に説明
すると以下の通りである。
【0022】入力された映像信号S1はA/D部5でデ
ジタル化され、データ転送タイミング生成部による信号
S6に同期してラッチ/シフトレジスタに順次記憶さ
れ、1ライ分の記憶がなされると信号S5によってデー
タが保持される。そして、各変調駆動回路を経て画像デ
ータに基づく変調信号が各列に印加される。一方、走査
側駆動部3は駆動対象の1ラインを選択しているので、
選択ラインについての表示が行えることになる。
【0023】この構成ではディスプレイの解像度が上が
ると単位時間内に転送されるデータ量が増えることにな
り、システム内でタイミングを合わせて大量のデータを
高速転送する事が難しくなってくる。
【0024】この解決策として、図8に示す構成が考え
られる。まず、変調駆動回路をいくつかのグループに分
割する。そしてデジタル化された画像データを分割ブロ
ック毎に割り当てたバッファに溜め、グループ毎に用意
された伝送路を用いて同時に転送を行う。こうすると単
位時間内に転送されるデータ量が1/分割数に減るの
で、大量のデータを転送する事が可能になる。
【0025】しかしながら、さらにディスプレイの解像
度が上がって分割数を多くするにしたがって伝送路の数
が増加し、ディスプレイサイズが大きくなると伝送路も
長くなってくる。
【0026】すなわちディスプレイ装置内に、長い伝送
路が大量に存在する事になってしまい、これをタイミン
グを合わせて高速駆動する事は難しく、またコスト的に
も不利である。
【0027】本発明の目的は、伝送路の数を増やす事な
く、高速に大量の表示データを駆動部に転送する事を可
能にする画像形成装置及びその制御方法及び画像表示装
置及び方法を提供しようとするものである。
【0028】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、例えば本発明の画像形成装置は以下の構成を備え
る。すなわち、複数の電子放出素子を行配線と列配線と
を用いてマトリックス配線したマルチ電子源と、当該マ
ルチ電子源と対抗する位置にあって、前記マルチ電子源
からの電子ビームが照射されることで画像を形成する画
像形成部材と、前記行配線に接続され、行単位に駆動走
査する走査手段と、前記列配線に接続され、選択駆動さ
れる行上の電子放出素子群を複数のブロックに分割し、
当該ブロック毎に設けられ、形成すべき画像データに基
づく変調信号を印加する複数の変調手段とを備える画像
形成装置であって、形成すべき画像データを入力する入
力手段と、入力された画像データを前記複数の変調手段
それぞれに分割し、パケット形式のデータを構築し、各
変調手段の識別情報を付加するパケット生成手段と、該
パケット生成手段で生成されたパケットデータを、共有
伝送路を介して各変調手段に供給する供給手段とを備
え、前記変調手段のそれぞれは、自身宛のパケットかど
うかを識別情報に従って判断し、自身宛のパケットのデ
ータに基づいて変調信号を印加することを特徴とする。
【0029】また、本発明の好適な実施態様に従えば、
画像表示装置は以下の構成を備える。すなわち、平面上
に画像を形成する画像表示装置であって、固有の識別番
号を持つ複数の表示駆動回路ブロックと表示信号を符号
化し、識別番号を付加したパケットを形成し、各駆動回
路ブロックに振り分けるパケット生成手段とパケット化
された各データを各駆動回路ブロックに共通に伝送する
1組ないし複数の共有伝送手段と各駆動回路ブロックで
データと自分の識別番号が一致したパケットのみ取り込
んで表示データとするパケット解読手段を有する。
【0030】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る実施形態を詳細に説明する。
【0031】[第1の実施形態]実施形態の画像表示装
置に使用する表示パネルは、基本的には薄型の真空容器
内に、基板上に多数の電子源例えば冷陰極素子を配列し
てなるマルチ電子源と、電子の照射により画像を形成す
る画像形成部材とを対向して備えている。冷陰極素子
は、例えばフォトリソグラフィー・エッチングのような
製造技術を用いれば基板上に精密に位置決めして形成で
きるため、微小な間隔で多数個を配列することが可能で
ある。しかも、従来からCRT等で用いられてきた熱陰
極と比較すると、陰極自身や周辺部が比較的低温な状態
で駆動できるため、より微細な配列ピッチのマルチ電子
源を容易に実現できる。
【0032】図1に第1の実施形態の構成図と、図2に
信号のタイミング図を示す。
【0033】1はマトリクス状に走査線と変調線が配置
された表示パネルである。21〜24は変調線を駆動す
る駆動ブロックであり、それぞれに固有な識別番号α〜
δがつけられている。2−1は変調駆動を行う回路であ
る。2−2は変調データを保持するラッチ回路である。
2−3は伝送されてきたパケットを解読して、必要なパ
ケットのみを取り込むパケット解読部である。3は走査
線の駆動部である。4はパネルを駆動するためのタイミ
ングを生成するタイミング生成部である。5は入力され
た映像信号をデジタル化するA/D部である。6はデジ
タル化された映像信号データをパケット化するパケット
生成部である。7は生成されたパケットを駆動ブロック
に伝送する伝送路である。この伝送路は高速シリアルバ
スが望ましいが、本質的にはどのような形態でもよい。
パラレルバスであってもよいし、光を用いた伝送路であ
っても当然かまわない。
【0034】ディスプレイ装置に入力された映像信号S
1はA/D部5によってサンプリングされデジタル化さ
れる。デジタル化された信号S2はパケット生成部6で
各駆動ブロック21〜24毎のデータに分割され(S3
0)、駆動ブロック21〜24に対応した識別子を付加
されてパケット化される。パケット化されたデータS3
は共有伝送路7を通じてすべての駆動ブロック21〜2
4に伝送されるが、各駆動ブロック21〜24内のパケ
ット解読部2−3によって識別子の照合が行われ、パケ
ットデータS3内の識別子に対応した駆動ブロック2の
みがデータを受け取り、ラッチ回路2−2にデータを貯
える。
【0035】また、表示タイミング生成部4では入力さ
れた映像信号S1をもとにディスプレイ駆動タイミング
S4,S5を生成する。
【0036】走査側駆動部3ではディスプレイ駆動タイ
ミングS4にしたがって、表示パネル1の走査電極を順
にスキャンする。
【0037】変調駆動回路2−1はディスプレイ駆動タ
イミングS5にしたがってラッチされた表示データをも
とに表示パネル1を駆動する。
【0038】図3にパケット生成・解読の概念図を示
す。
【0039】2は表示パネルの駆動回路のブロックであ
り、各ブロック毎に固有の識別番号(α、β、γ…)が
割り振られている。6はパケット生成部であり、入力さ
れたデータをパケット化する。7は共有伝送路であり、
パケット生成部と各駆動ブロックがバス型に接続されて
いる。
【0040】デジタル化された映像信号S2のデータ列
(ABC…)はパケット生成部6に入力される。
【0041】パケット生成部6は入力された連続データ
を駆動ブロック毎のデータに切り分け、駆動ブロックに
対応した識別番号を付加して複数の独立したデータパケ
ットS3を生成する。
【0042】各駆動ブロック内のパケット解読部は、受
信したパケットの中から識別番号が一致したパケットの
み通過させ、駆動ブロック内に取り込む。
【0043】データパケットの行き先は識別子という形
でパケット内に含まれているので、パケット生成部から
のパケット送出順序は任意でもよい。また、入力映像信
号やディスプレイパネルの表示タイミングと同期を取る
必要も無いので、伝送線路の転送速度を上げる事が容易
となる。
【0044】<表示パネルの構成と製造法>次に、本発
明を適用した画像表示装置の表示パネルの構成と製造法
について、具体的な例を示して説明する。
【0045】図9は実施形態に用いた表示パネルの斜視
図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠
いて示している。
【0046】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。
【0047】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。(N,Mは2以上の正の整
数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定され
る。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした
表示装置においては、N=3000,M=1000以上
の数を設定することが望ましい。本実施形態において
は、N=3072,M=1024とした。)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。
【0048】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。
【0049】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
0(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。
【0050】また、3原色の蛍光体の塗り分け方は図1
0(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。
【0051】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。
【0052】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。
【0053】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。
【0054】また、Dxl〜DxmおよびDyl〜Dy
n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。Dxl〜Dxmはマルチ電子ビーム源の行
方向配線1003と、Dyl〜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1009と電気的に接続している。
【0055】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。
【0056】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。
【0057】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。本発
明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰
極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰
極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。したが
って、たとえば表面伝導型放出素子やFE型、あるいは
MIM型などの冷陰極素子を用いることができる。
【0058】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。
【0059】<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。
【0060】<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。
【0061】図11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1
103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、11
13は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【0062】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SiO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。
【0063】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In−SnO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。
【0064】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。
【0065】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。
【0066】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。
【0067】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。
【0068】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
nO,In,PbO,Sb,などをはじ
めとする酸化物や、HfB,ZrB,LaB,C
eB,YB,GdB,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。
【0069】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。
【0070】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11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。
【0071】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11においては模式的に示した。
【0072】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。
【0073】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。
【0074】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11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11
13の一部を除去した素子を図示した。
【0075】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。
【0076】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。
【0077】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。
【0078】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12(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11と同一である。
【0079】1)まず、図12(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。
【0080】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、同図(a)に示した一対の素子電極(1102と1
103)を形成する。
【0081】2)次に、同図(b)に示すように、導電
性薄膜1104を形成する。
【0082】形成するにあたっては、まず同図(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。
【0083】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。
【0084】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。
【0085】通電方法をより詳しく説明するために、図
13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。
【0086】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。
【0087】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。
【0088】4)次に、図12(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。
【0089】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。
【0090】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。
【0091】通電方法をより詳しく説明するために、図
14(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,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。
【0092】図12(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14(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。
【0093】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。
【0094】以上のようにして、図12(e)に示す平
面型の表面伝導型放出素子を製造した。
【0095】<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。
【0096】図15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。
【0097】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、図11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120
2および1203、微粒子膜を用いた導電性薄膜120
4、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1
206には、たとえばSiOのような電気的に絶縁性
の材料を用いる。
【0098】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16(a)〜(f)は、製造工程
を説明するための断面図で、各部材の表記は図15と同
一である。
【0099】1)まず、図16(a)に示すように、基
板1201上に素子電極1203を形成する。
【0100】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SiO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。
【0101】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。
【0102】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。
【0103】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。
【0104】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12(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112(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16(f)に示す垂直型の表面伝
導型放出素子を製造した。
【0105】<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。
【0106】図17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。
【0107】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。
【0108】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。
【0109】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。
【0110】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。
【0111】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。
【0112】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。
【0113】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。
【0114】<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。
【0115】図18に示すのは、図9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、
図11で示したものと同様な表面伝導型放出素子が配列
され、これらの素子は行方向配線電極1003と列方向
配線電極1004により単純マトリクス状に配線されて
いる。行方向配線電極1003と列方向配線電極100
4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。
【0116】図18のA−A’に沿った断面を、図19
に示す。
【0117】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。
【0118】<第2の実施形態>以上が本発明の実施形
態の基本的な構成及び動作であるが、表示タイミング信
号もパケット化して共有伝送路を用いて各駆動回路ブロ
ックに転送する場合もほぼ同じ構成で実現できる。以
下、この例を第2の実施形態として説明する。
【0119】図4に第2の実施形態の表示装置の構成図
を示す。
【0120】パケット生成部6は、タイミング信号S5
を受け取ったら、タイミング信号を示す識別子を付加し
たパケットを共有伝送路7に送出する。各駆動回路ブロ
ックのパケット解読部2−3は、自分の宛てのパケット
とともに、タイミング信号のパケットも受信し、それを
もとに表示パネル1を駆動する。その他の構成、手順等
は第1の実施形態と同様である。
【0121】<第3の実施形態>共有伝送路の形態をデ
イジーチェーン型にした場合も第1の実施形態とほぼ同
じ目的を達成できる。
【0122】図5に第3の実施形態における装置構成を
示す。
【0123】パケット解読部2−3は、受信したパケッ
トを次のパケット解読部に再送信し、パケットが複数の
パケット解読部を数珠つなぎに流れていく。再送信の際
は自分宛のパケットを廃棄してもよいし、受信したパケ
ットをすべて送信してもよい。その他の構成、手順等は
第1の実施形態と同様である。
【0124】<第4の実施形態>共有伝送路に光ファイ
バーを用いてスター型とバス型を組み合せた形態の場合
も第1の実施形態とほぼ同じ目的を達成できる。
【0125】図6に第4の実施の形態を示す。
【0126】パケット化された信号S3は、電気→光変
換部8によって光信号に変換された後、光ファイバー9
で光→電気変換部10まで伝送され、再び電気信号に変
換されパケット解読部2−3に入力される。その他の構
成、手順等は第1の実施形態と同様である。
【0127】<第5の実施形態>第4の実施形態におい
て、共有伝送路の光ファイバーを基板埋め込み型の光導
波路に置換える事も可能である。
【0128】この光導波路は例えば、ガラス基板上にレ
ーザーを照射するなどして部分的に屈折率を変化させる
ことによって作成される。
【0129】その他の構成、手順等は第4の実施形態と
同様である。
【0130】<応用例の説明>図24は、前記説明の表
面伝導型放出素子を電子ビーム源として用いたディスプ
レイパネルに、たとえばテレビジョン放送をはじめとす
る種々の画像情報源より提供される画像情報を表示でき
るように構成した多機能表示装置の一例を示すための図
である。図中、2100はディスプレイパネル、210
1はディスプレイパネルの駆動回路、2102はディス
プレイコントローラ、2103はマルチプレクサ、21
04はデコーダ、2105は入出力インターフェース回
路、2106はCPU、2107は画像生成回路、21
08および2109および2110は画像メモリインタ
ーフェース回路、2111は画像入力インターフェース
回路、2112および2113はTV信号受信回路、2
114は入力部である。
【0131】なお、本表示装置は、たとえばテレビジョ
ン信号のように映像情報と音声情報の両方を含む信号を
受信する場合には、当然映像の表示と同時に音声を再生
するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声
情報の受信,分離,再生,処理,記憶などに関する回路
やスピーカなどについては説明を省略する。)以下、画
像信号の流れに沿って各部の機能を説明してゆく。
【0132】まず、TV信号受信回路2113は、たと
えば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて
伝送されるTV画像信号を受信するための回路である。
受信するTV信号の方式は特に限られるものではなく、
たとえば、NTSC方式、PAL方式、SECAM方式
などの諸方式でもよい。また、これらよりさらに多数の
走査線よりなるTV信号(たとえばMUSE方式をはじ
めとするいわゆる高品位TV)は、大面積化や大画素数
化に適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに
好適な信号源である。TV信号受信回路2113で受信
されたTV信号は、デコーダ2104に出力される。
【0133】また、TV信号受信回路2112は、たと
えば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送
系を用いて伝送されるTV画像信号を受信するための回
路である。前記TV信号受信回路2113と同様に、受
信するTV信号の方式は特に限られるものではなく、ま
た本回路で受信されたTV信号もデコーダ2104に出
力される。
【0134】また、画像入力インターフェース回路21
11は、たとえばTVカメラや画像読み取りスキャナな
どの画像入力装置から供給される画像信号を取り込むた
めの回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ2104
に出力される。
【0135】また、画像メモリインターフェース回路2
110は、ビデオテープレコーダ(以下VTRと略す)
に記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取
り込まれた画像信号はデコーダ2104に出力される。
【0136】また、画像メモリインターフェース回路2
109は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を
取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコー
ダ2104に出力される。
【0137】また、画像メモリインターフェース回路2
108は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画像
データを記憶している装置から画像信号を取り込むため
の回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ21
04に出力される。
【0138】また、入出力インターフェース回路210
5は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコン
ピュータネットワークもしくはプリンタなどの出力装置
とを接続するための回路である。画像データや文字デー
タ・図形情報の入出力を行うのはもちろんのこと、場合
によっては本表示装置の備えるCPU2106と外部と
の間で制御信号や数値データの入出力などを行うことも
可能である。
【0139】また、画像生成回路2107は、前記入出
力インターフェース回路2105を介して外部から入力
される画像データや文字・図形情報や、あるいはCPU
2106より出力される画像データや文字・図形情報に
基づき表示用画像データを生成するための回路である。
本回路の内部には、たとえば画像データや文字・図形情
報を蓄積するための書き換え可能メモリや、文字コード
に対応する画像パターンが記憶されている読みだし専用
メモリや、画像処理を行うためのプロセッサなどをはじ
めとして画像の生成に必要な回路が組み込まれている。
本回路により生成された表示用画像データは、デコーダ
2104に出力されるが、場合によっては前記入出力イ
ンターフェース回路2105を介して外部のコンピュー
タネットワークやプリンタ入出力することも可能であ
る。
【0140】また、CPU2106は、主として本表示
装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わ
る作業を行う。
【0141】たとえば、マルチプレクサ2103に制御
信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号
を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その際に
は表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコント
ローラ2102に対して制御信号を発生し、画面表示周
波数や走査方法(たとえばインターレースかノンインタ
ーレースか)や一画面の走査線の数など表示装置の動作
を適宜制御する。
【0142】また、前記画像生成回路2107に対して
画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるい
は前記入出力インターフェース回路2105を介して外
部のコンピュータやメモリをアクセスして画像データや
文字・図形情報を入力する。
【0143】なお、CPU2106は、むろんこれ以外
の目的の作業にも関わるものであっても良い。たとえ
ば、パーソナルコンピュータやワードプロセッサなどの
ように、情報を生成したり処理する機能に直接関わって
も良い。
【0144】あるいは、前述したように入出力インター
フェース回路2105を介して外部のコンピュータネッ
トワークと接続し、たとえば数値計算などの作業を外部
機器と協同して行っても良い。
【0145】また、入力部2114は、前記CPU21
06に使用者が命令やプログラム、あるいはデータなど
を入力するためのものであり、たとえばキーボードやマ
ウスのほか、ジョイスティック,バーコードリーダー,
音声認識装置など多様な入力機器を用いる事が可能であ
る。
【0146】また、デコーダ2104は、前記2107
ないし2113より入力される種々の画像信号を3原色
信号、または輝度信号とI信号,Q信号に逆変換するた
めの回路である。なお、同図中に点線で示すように、デ
コーダ2104は内部に画像メモリを備えるのが望まし
い。これは、たとえばMUSE方式をはじめとして、逆
変換するに際して画像メモリを必要とするようなテレビ
信号を扱うためである。また、画像メモリを備えること
により、静止画の表示が容易になる、あるいは前記画像
生成回路2107およびCPU2106と協同して画像
の間引き,補間,拡大,縮小,合成をはじめとする画像
処理や編集が容易に行えるようになるという利点が生ま
れるからである。
【0147】また、マルチプレクサ2103は、前記C
PU2106より入力される制御信号に基づき表示画像
を適宜選択するものである。すなわち、マルチプレクサ
2103はデコーダ2104から入力される逆変換され
た画像信号のうちから所望の画像信号を選択して駆動回
路2101に出力する。その場合には、一画面表示時間
内で画像信号を切り替えて選択することにより、いわゆ
る多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分けて
領域によって異なる画像を表示することも可能である。
【0148】また、ディスプレイパネルコントローラ2
102は、前記CPU2106より入力される制御信号
に基づき駆動回路2101の動作を制御するための回路
である。
【0149】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
にかかわるものとして、たとえばディスプレイパネルの
駆動用電源(図示せず)の動作シーケンスを制御するた
めの信号を駆動回路2101に対して出力する。また、
ディスプレイパネルの駆動方法に関わるものとして、た
とえば画面表示周波数や走査方法(たとえばインターレ
ースかノンインターレースか)を制御するための信号を
駆動回路2101に対して出力する。
【0150】また、場合によっては表示画像の輝度やコ
ントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に
関わる制御信号を駆動回路2101に対して出力する場
合もある。
【0151】また、駆動回路2101は、ディスプレイ
パネル2100に印加する駆動信号を発生するための回
路であり、前記マルチプレクサ2103から入力される
画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ21
02より入力される制御信号に基づいて動作するもので
ある。
【0152】以上、各部の機能を説明したが、図20に
例示した構成により、本表示装置においては多様な画像
情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル2
100に表示する事が可能である。すなわち、テレビジ
ョン放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ21
04において逆変換された後、マルチプレクサ2103
において適宜選択され、駆動回路2101に入力され
る。一方、ディスプレイコントローラ2102は、表示
する画像信号に応じて駆動回路2101の動作を制御す
るための制御信号を発生する。駆動回路2101は、上
記画像信号と制御信号に基づいてディスプレイパネル2
100に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレ
イパネル2100において画像が表示される。これらの
一連の動作は、CPU2106により統括的に制御され
る。
【0153】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ2104に内蔵する画像メモリや、画像生成回路21
07およびCPU2106が関与することにより、単に
複数の画像情報の中から選択したものを表示するだけで
なく、表示する画像情報に対して、たとえば拡大,縮
小,回転,移動,エッジ強調,間引き,補間,色変換,
画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合
成,消去,接続,入れ換え,はめ込みなどをはじめとす
る画像編集を行う事も可能である。また、本実施形態の
説明では特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集
と同様に、音声情報に関しても処理や編集を行うための
専用回路を設けても良い。
【0154】したがって、本表示装置は、テレビジョン
放送の表示機器,テレビ会議の端末機器,静止画像およ
び動画像を扱う画像編集機器,コンピュータの端末機
器,ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器,
ゲーム機などの機能を一台で兼ね備える事が可能で、産
業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。
【0155】なお、図20は、表面伝導型放出素子を電
子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた表示装置
の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限定される
ものではない事は言うまでもない。たとえば、図20の
構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回路
は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使用目的
によってはさらに構成要素を追加しても良い。たとえ
ば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場合に
は、テレビカメラ,音声マイク,照明機,モデムを含む
送受信回路などを構成要素に追加するのが好適である。
【0156】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルが
容易に薄形化できるため、表示装置全体の奥行きを小さ
くすることが可能である。それに加えて、表面伝導型放
出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画
面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本
表示装置は臨場感あふれ迫力に富んだ画像を視認性良く
表示する事が可能である。
【0157】尚、実施形態では、表面伝導型電子放出素
子を例にして説明したが、実施形態で説明したように行
(或いは列)単位に駆動表示するものであれば、たとえ
ば、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)などでも
良い。
【0158】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、伝
送路の数を増やす事なく、高速に大量の表示データを駆
動部に転送する事が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態における画像表示装置のブロッ
ク構成図である。
【図2】第1の実施形態における画像データの伝送のタ
イミングチャートである。
【図3】実施形態におけるパケット生成部と駆動部との
接続関係を示す図である。
【図4】第2の実施形態における画像表示装置のブロッ
ク構成図である。
【図5】第3の実施形態における画像表示装置のブロッ
ク構成図である。
【図6】第4の実施形態における画像表示装置のブロッ
ク構成図である。
【図7】一般的な画像表紙装置のブロック構成の一例を
示す図である。
【図8】一般的な画像表紙装置のブロック構成の一例を
示す図である。
【図9】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10】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11】表示例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12】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13】通電フォーミング処理の細の印加電圧波形を
示す図である。
【図14】通電活性化処理の際の印加電圧波形及び放出
電流Ieの変化を示す図である。
【図15】実施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16】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17】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18】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19】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20】表面伝導型放出素子の一例を示す図である。
【図21】FE型素子の一例を示す図である。
【図22】MIM型素子の一例を示す図である。
【図23】電子放出素子の配線方法を説明する図であ
る。
【図24】本発明の実施形態である画像表示装置を用い
た多機能画像表示装置のブロック図である。。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年4月21日(1999.4.2
1)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 画像形成装置及びその制御方法及び画
像表示装置及び方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は2次元平面上に画像
を形成もしくは表示する画像形成装置及び表示装置とそ
の制御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、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,Radio E−ng.El
ectron Phys.,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
2 薄膜を用いたものの他に、Au薄膜によるもの
[G.Dittmer:”Thin Solid Fi
lms”,9,317(1972)]や、In23
SnO2 薄膜によるもの[M.Hartwell an
d C.G.Fonstad:”IEEE Tran
s.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20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−ld em
ission”,Advance in Electr
onPhysics,8,89(1956)や、あるい
は、 C.A.Spindt,”Physicalpr
operties of thin−film fie
ld emissioncathodes with
molybdenium cones”,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
21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、301
1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
3014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
1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,”Operationof tun
nel−emission Devices,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22
に示す。同図は断面図であり、図において、3020は
基板で、3021は金属よりなる下電極、3022は厚
さ100オングストローム程度の薄い絶縁層、3023
は厚さ80〜300オングストローム程度の金属よりな
る上電極である。MIM型においては、上電極3023
と下電極3021の間に適宜の電圧を印加することによ
り、上電極3023の表面より電子放出を起こさせるも
のである。
【0011】上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較し
て低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒー
ターを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構
造が単純であり、微細な素子を作成可能である。また、
基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱
溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒ
ーターの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは
異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利
点もある。
【0012】このため、冷陰極素子を応用するための研
究が盛んに行われてきている。
【0013】たとえば、表面伝導型放出素子は、冷陰極
素子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であること
から、大面積にわたり多数の素子を形成できる利点があ
る。そこで、たとえば本出願人による特開昭64−31
332号公報において開示されるように、多数の素子を
配列して駆動するための方法が研究されている。
【0014】また、表面伝導型放出素子の応用について
は、たとえば、画像表示装置、画像記録装置などの画像
形成装置や、荷電ビーム源、等が研究されている。
【0015】特に、画像表示装置への応用としては、た
とえば本出願人によるUSP5,066,883号や特
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。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号に開示されている。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.Me
yer:”Recent Developmenton
MicrotipsDisplay at LET
I”,Tech.Digest of 4th In
t. Vacuum Microele−ctroni
cs Conf.,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号公報に開示されている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】発明者は、上記従来技
術に記載したものをはじめとして、さまざまな材料、製
法、構造の冷陰極素子を試みてきた。さらに、多数の冷
陰極素子を配列したマルチ電子ビーム源、ならびにこの
マルチ電子ビーム源を応用した画像表示装置について研
究を行ってきた。
【0018】発明者は、たとえば図23に示す電気的な
配線方法によるマルチ電子ビーム源を試みてきた。すな
わち、冷陰極素子を2次元的に多数個配列し、これらの
素子を図示のようにマトリクス状に配線したマルチ電子
ビーム源である。
【0019】図中、4001は冷陰極素子を模式的に示
したもの、4002は行方向配線、4003は列方向配
線である。行方向配線4002および列方向配線400
3は、実際には有限の電気抵抗を有するものであるが、
図においては配線抵抗4004および4005として示
されている。上述のような配線方法を、単純マトリクス
配線と呼ぶ。
【0020】なお、図示の便宜上、6x6のマトリクス
で示しているが、マトリクスの規模はむろんこれに限っ
たわけではなく、たとえば画像表示装置用のマルチ電子
ビーム源の場合には、所望の画像表示を行うのに足りる
だけの素子を配列し配線するものである。
【0021】さて、マトリックスディスプレイパネルに
おいて、入力された表示データに基づいてディスプレィ
を駆動する構成を図7に示す。図示の動作を簡単に説明
すると以下の通りである。
【0022】入力された映像信号S1はA/D部5でデ
ジタル化され、データ転送タイミング生成部による信号
S6に同期してラッチ/シフトレジスタに順次記憶さ
れ、1ライ分の記憶がなされると信号S5によってデー
タが保持される。そして、各変調駆動回路を経て画像デ
ータに基づく変調信号が各列に印加される。一方、走査
側駆動部3は駆動対象の1ラインを選択しているので、
選択ラインについての表示が行えることになる。
【0023】この構成ではディスプレイの解像度が上が
ると単位時間内に転送されるデータ量が増えることにな
り、システム内でタイミングを合わせて大量のデータを
高速転送する事が難しくなってくる。
【0024】この解決策として、図8に示す構成が考え
られる。まず、変調駆動回路をいくつかのグループに分
割する。そしてデジタル化された画像データを分割ブロ
ック毎に割り当てたバッファに溜め、グループ毎に用意
された伝送路を用いて同時に転送を行う。こうすると単
位時間内に転送されるデータ量が1/分割数に減るの
で、大量のデータを転送する事が可能になる。
【0025】しかしながら、さらにディスプレイの解像
度が上がって分割数を多くするにしたがって伝送路の数
が増加し、ディスプレイサイズが大きくなると伝送路も
長くなってくる。
【0026】すなわちディスプレイ装置内に、長い伝送
路が大量に存在する事になってしまい、これをタイミン
グを合わせて高速駆動する事は難しく、またコスト的に
も不利である。
【0027】本発明の目的は、伝送路の数を増やす事な
く、高速に大量の表示データを駆動部に転送する事を可
能にする画像形成装置及びその制御方法及び画像表示装
置及び方法を提供しようとするものである。
【0028】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、例えば本発明の画像形成装置は以下の構成を備え
る。すなわち、複数の電子放出素子を行配線と列配線と
を用いてマトリックス配線したマルチ電子源と、当該マ
ルチ電子源と対抗する位置にあって、前記マルチ電子源
からの電子ビームが照射されることで画像を形成する画
像形成部材と、前記行配線に接続され、行単位に駆動走
査する走査手段と、前記列配線に接続され、選択駆動さ
れる行上の電子放出素子群を複数のブロックに分割し、
当該ブロック毎に設けられ、形成すべき画像データに基
づく変調信号を印加する複数の変調手段とを備える画像
形成装置であって、形成すべき画像データを入力する入
力手段と、入力された画像データを前記複数の変調手段
それぞれに分割し、パケット形式のデータを構築し、各
変調手段の識別情報を付加するパケット生成手段と、該
パケット生成手段で生成されたパケットデータを、共有
伝送路を介して各変調手段に供給する供給手段とを備
え、前記変調手段のそれぞれは、自身宛のパケットかど
うかを識別情報に従って判断し、自身宛のパケットのデ
ータに基づいて変調信号を印加することを特徴とする。
【0029】また、本発明の好適な実施態様に従えば、
画像表示装置は以下の構成を備える。すなわち、平面上
に画像を形成する画像表示装置であって、固有の識別番
号を持つ複数の表示駆動回路ブロックと表示信号を符号
化し、識別番号を付加したパケットを形成し、各駆動回
路ブロックに振り分けるパケット生成手段とパケット化
された各データを各駆動回路ブロックに共通に伝送する
1組ないし複数の共有伝送手段と各駆動回路ブロックで
データと自分の識別番号が一致したパケットのみ取り込
んで表示データとするパケット解読手段を有する。
【0030】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る実施形態を詳細に説明する。
【0031】[第1の実施形態]実施形態の画像表示装
置に使用する表示パネルは、基本的には薄型の真空容器
内に、基板上に多数の電子源例えば冷陰極素子を配列し
てなるマルチ電子源と、電子の照射により画像を形成す
る画像形成部材とを対向して備えている。冷陰極素子
は、例えばフォトリソグラフィー・エッチングのような
製造技術を用いれば基板上に精密に位置決めして形成で
きるため、微小な間隔で多数個を配列することが可能で
ある。しかも、従来からCRT等で用いられてきた熱陰
極と比較すると、陰極自身や周辺部が比較的低温な状態
で駆動できるため、より微細な配列ピッチのマルチ電子
源を容易に実現できる。
【0032】図1に第1の実施形態の構成図と、図2に
信号のタイミング図を示す。
【0033】1はマトリクス状に走査線と変調線が配置
された表示パネルである。21〜24は変調線を駆動す
る駆動ブロックであり、それぞれに固有な識別番号α〜
δがつけられている。2−1は変調駆動を行う回路であ
る。2−2は変調データを保持するラッチ回路である。
2−3は伝送されてきたパケットを解読して、必要なパ
ケットのみを取り込むパケット解読部である。3は走査
線の駆動部である。4はパネルを駆動するためのタイミ
ングを生成するタイミング生成部である。5は入力され
た映像信号をデジタル化するA/D部である。6はデジ
タル化された映像信号データをパケット化するパケット
生成部である。7は生成されたパケットを駆動ブロック
に伝送する伝送路である。この伝送路は高速シリアルバ
スが望ましいが、本質的にはどのような形態でもよい。
パラレルバスであってもよいし、光を用いた伝送路であ
っても当然かまわない。
【0034】ディスプレイ装置に入力された映像信号S
1はA/D部5によってサンプリングされデジタル化さ
れる。デジタル化された信号S2はパケット生成部6で
各駆動ブロック21〜24毎のデータに分割され(S3
0)、駆動ブロック21〜24に対応した識別子を付加
されてパケット化される。パケット化されたデータS3
は共有伝送路7を通じてすべての駆動ブロック21〜2
4に伝送されるが、各駆動ブロック21〜24内のパケ
ット解読部2−3によって識別子の照合が行われ、パケ
ットデータS3内の識別子に対応した駆動ブロック2の
みがデータを受け取り、ラッチ回路2−2にデータを貯
える。
【0035】また、表示タイミング生成部4では入力さ
れた映像信号S1をもとにディスプレイ駆動タイミング
S4,S5を生成する。
【0036】走査側駆動部3ではディスプレイ駆動タイ
ミングS4にしたがって、表示パネル1の走査電極を順
にスキャンする。
【0037】変調駆動回路2−1はディスプレイ駆動タ
イミングS5にしたがってラッチされた表示データをも
とに表示パネル1を駆動する。
【0038】図3にパケット生成・解読の概念図を示
す。
【0039】2は表示パネルの駆動回路のブロックであ
り、各ブロック毎に固有の識別番号(α、β、γ…)が
割り振られている。6はパケット生成部であり、入力さ
れたデータをパケット化する。7は共有伝送路であり、
パケット生成部と各駆動ブロックがバス型に接続されて
いる。
【0040】デジタル化された映像信号S2のデータ列
(ABC…)はパケット生成部6に入力される。
【0041】パケット生成部6は入力された連続データ
を駆動ブロック毎のデータに切り分け、駆動ブロックに
対応した識別番号を付加して複数の独立したデータパケ
ットS3を生成する。
【0042】各駆動ブロック内のパケット解読部は、受
信したパケットの中から識別番号が一致したパケットの
み通過させ、駆動ブロック内に取り込む。
【0043】データパケットの行き先は識別子という形
でパケット内に含まれているので、パケット生成部から
のパケット送出順序は任意でもよい。また、入力映像信
号やディスプレイパネルの表示タイミングと同期を取る
必要も無いので、伝送線路の転送速度を上げる事が容易
となる。
【0044】<表示パネルの構成と製造法>次に、本発
明を適用した画像表示装置の表示パネルの構成と製造法
について、具体的な例を示して説明する。
【0045】図9は実施形態に用いた表示パネルの斜視
図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠
いて示している。
【0046】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。
【0047】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。(N,Mは2以上の正の整
数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定され
る。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした
表示装置においては、N=3000,M=1000以上
の数を設定することが望ましい。本実施形態において
は、N=3072,M=1024とした。)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。
【0048】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。
【0049】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
0(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。
【0050】また、3原色の蛍光体の塗り分け方は図1
0(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。
【0051】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。
【0052】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。
【0053】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。
【0054】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。
【0055】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。
【0056】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。
【0057】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。本発
明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰
極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰
極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。したが
って、たとえば表面伝導型放出素子やFE型、あるいは
MIM型などの冷陰極素子を用いることができる。
【0058】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。
【0059】<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。
【0060】<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。
【0061】図11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1
103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、11
13は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【0062】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。
【0063】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In23 −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。
【0064】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。
【0065】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。
【0066】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。
【0067】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。
【0068】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 ,In23 ,PbO,Sb23 ,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。
【0069】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。
【0070】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11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。
【0071】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11においては模式的に示した。
【0072】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。
【0073】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。
【0074】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11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11
13の一部を除去した素子を図示した。
【0075】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。
【0076】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。
【0077】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。
【0078】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12(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11と同一である。
【0079】1)まず、図12(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。
【0080】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、同図(a)に示した一対の素子電極(1102と1
103)を形成する。
【0081】2)次に、同図(b)に示すように、導電
性薄膜1104を形成する。
【0082】形成するにあたっては、まず同図(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。
【0083】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。
【0084】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。
【0085】通電方法をより詳しく説明するために、図
13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。
【0086】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。
【0087】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。
【0088】4)次に、図12(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。
【0089】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。
【0090】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。
【0091】通電方法をより詳しく説明するために、図
14(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,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。
【0092】図12(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14(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。
【0093】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。
【0094】以上のようにして、図12(e)に示す平
面型の表面伝導型放出素子を製造した。
【0095】<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。
【0096】図15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。
【0097】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、図11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120
2および1203、微粒子膜を用いた導電性薄膜120
4、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1
206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。
【0098】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16(a)〜(f)は、製造工程
を説明するための断面図で、各部材の表記は図15と同
一である。
【0099】1)まず、図16(a)に示すように、基
板1201上に素子電極1203を形成する。
【0100】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。
【0101】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。
【0102】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。
【0103】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。
【0104】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12(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112(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16(f)に示す垂直型の表面伝
導型放出素子を製造した。
【0105】<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。
【0106】図17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。
【0107】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。
【0108】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。
【0109】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。
【0110】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。
【0111】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。
【0112】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。
【0113】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。
【0114】<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。
【0115】図18に示すのは、図9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、
図11で示したものと同様な表面伝導型放出素子が配列
され、これらの素子は行方向配線電極1003と列方向
配線電極1004により単純マトリクス状に配線されて
いる。行方向配線電極1003と列方向配線電極100
4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。
【0116】図18のA−A’に沿った断面を、図19
に示す。
【0117】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。
【0118】<第2の実施形態>以上が本発明の実施形
態の基本的な構成及び動作であるが、表示タイミング信
号もパケット化して共有伝送路を用いて各駆動回路ブロ
ックに転送する場合もほぼ同じ構成で実現できる。以
下、この例を第2の実施形態として説明する。
【0119】図4に第2の実施形態の表示装置の構成図
を示す。
【0120】パケット生成部6は、タイミング信号S5
を受け取ったら、タイミング信号を示す識別子を付加し
たパケットを共有伝送路7に送出する。各駆動回路ブロ
ックのパケット解読部2−3は、自分の宛てのパケット
とともに、タイミング信号のパケットも受信し、それを
もとに表示パネル1を駆動する。その他の構成、手順等
は第1の実施形態と同様である。
【0121】<第3の実施形態>共有伝送路の形態をデ
イジーチェーン型にした場合も第1の実施形態とほぼ同
じ目的を達成できる。
【0122】図5に第3の実施形態における装置構成を
示す。
【0123】パケット解読部2−3は、受信したパケッ
トを次のパケット解読部に再送信し、パケットが複数の
パケット解読部を数珠つなぎに流れていく。再送信の際
は自分宛のパケットを廃棄してもよいし、受信したパケ
ットをすべて送信してもよい。その他の構成、手順等は
第1の実施形態と同様である。
【0124】<第4の実施形態>共有伝送路に光ファイ
バーを用いてスター型とバス型を組み合せた形態の場合
も第1の実施形態とほぼ同じ目的を達成できる。
【0125】図6に第4の実施の形態を示す。
【0126】パケット化された信号S3は、電気→光変
換部8によって光信号に変換された後、光ファイバー9
で光→電気変換部10まで伝送され、再び電気信号に変
換されパケット解読部2−3に入力される。その他の構
成、手順等は第1の実施形態と同様である。
【0127】<第5の実施形態>第4の実施形態におい
て、共有伝送路の光ファイバーを基板埋め込み型の光導
波路に置換える事も可能である。
【0128】この光導波路は例えば、ガラス基板上にレ
ーザーを照射するなどして部分的に屈折率を変化させる
ことによって作成される。
【0129】その他の構成、手順等は第4の実施形態と
同様である。
【0130】<応用例の説明>図24は、前記説明の表
面伝導型放出素子を電子ビーム源として用いたディスプ
レイパネルに、たとえばテレビジョン放送をはじめとす
る種々の画像情報源より提供される画像情報を表示でき
るように構成した多機能表示装置の一例を示すための図
である。図中、2100はディスプレイパネル、210
1はディスプレイパネルの駆動回路、2102はディス
プレイコントローラ、2103はマルチプレクサ、21
04はデコーダ、2105は入出力インターフェース回
路、2106はCPU、2107は画像生成回路、21
08および2109および2110は画像メモリインタ
ーフェース回路、2111は画像入力インターフェース
回路、2112および2113はTV信号受信回路、2
114は入力部である。
【0131】なお、本表示装置は、たとえばテレビジョ
ン信号のように映像情報と音声情報の両方を含む信号を
受信する場合には、当然映像の表示と同時に音声を再生
するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声
情報の受信,分離,再生,処理,記憶などに関する回路
やスピーカなどについては説明を省略する。)以下、画
像信号の流れに沿って各部の機能を説明してゆく。
【0132】まず、TV信号受信回路2113は、たと
えば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて
伝送されるTV画像信号を受信するための回路である。
受信するTV信号の方式は特に限られるものではなく、
たとえば、NTSC方式、PAL方式、SECAM方式
などの諸方式でもよい。また、これらよりさらに多数の
走査線よりなるTV信号(たとえばMUSE方式をはじ
めとするいわゆる高品位TV)は、大面積化や大画素数
化に適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに
好適な信号源である。TV信号受信回路2113で受信
されたTV信号は、デコーダ2104に出力される。
【0133】また、TV信号受信回路2112は、たと
えば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送
系を用いて伝送されるTV画像信号を受信するための回
路である。前記TV信号受信回路2113と同様に、受
信するTV信号の方式は特に限られるものではなく、ま
た本回路で受信されたTV信号もデコーダ2104に出
力される。
【0134】また、画像入力インターフェース回路21
11は、たとえばTVカメラや画像読み取りスキャナな
どの画像入力装置から供給される画像信号を取り込むた
めの回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ2104
に出力される。
【0135】また、画像メモリインターフェース回路2
110は、ビデオテープレコーダ(以下VTRと略す)
に記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取
り込まれた画像信号はデコーダ2104に出力される。
【0136】また、画像メモリインターフェース回路2
109は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を
取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコー
ダ2104に出力される。
【0137】また、画像メモリインターフェース回路2
108は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画像
データを記憶している装置から画像信号を取り込むため
の回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ21
04に出力される。
【0138】また、入出力インターフェース回路210
5は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコン
ピュータネットワークもしくはプリンタなどの出力装置
とを接続するための回路である。画像データや文字デー
タ・図形情報の入出力を行うのはもちろんのこと、場合
によっては本表示装置の備えるCPU2106と外部と
の間で制御信号や数値データの入出力などを行うことも
可能である。
【0139】また、画像生成回路2107は、前記入出
力インターフェース回路2105を介して外部から入力
される画像データや文字・図形情報や、あるいはCPU
2106より出力される画像データや文字・図形情報に
基づき表示用画像データを生成するための回路である。
本回路の内部には、たとえば画像データや文字・図形情
報を蓄積するための書き換え可能メモリや、文字コード
に対応する画像パターンが記憶されている読みだし専用
メモリや、画像処理を行うためのプロセッサなどをはじ
めとして画像の生成に必要な回路が組み込まれている。
本回路により生成された表示用画像データは、デコーダ
2104に出力されるが、場合によっては前記入出力イ
ンターフェース回路2105を介して外部のコンピュー
タネットワークやプリンタ入出力することも可能であ
る。
【0140】また、CPU2106は、主として本表示
装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わ
る作業を行う。
【0141】たとえば、マルチプレクサ2103に制御
信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号
を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その際に
は表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコント
ローラ2102に対して制御信号を発生し、画面表示周
波数や走査方法(たとえばインターレースかノンインタ
ーレースか)や一画面の走査線の数など表示装置の動作
を適宜制御する。
【0142】また、前記画像生成回路2107に対して
画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるい
は前記入出力インターフェース回路2105を介して外
部のコンピュータやメモリをアクセスして画像データや
文字・図形情報を入力する。
【0143】なお、CPU2106は、むろんこれ以外
の目的の作業にも関わるものであっても良い。たとえ
ば、パーソナルコンピュータやワードプロセッサなどの
ように、情報を生成したり処理する機能に直接関わって
も良い。
【0144】あるいは、前述したように入出力インター
フェース回路2105を介して外部のコンピュータネッ
トワークと接続し、たとえば数値計算などの作業を外部
機器と協同して行っても良い。
【0145】また、入力部2114は、前記CPU21
06に使用者が命令やプログラム、あるいはデータなど
を入力するためのものであり、たとえばキーボードやマ
ウスのほか、ジョイスティック,バーコードリーダー,
音声認識装置など多様な入力機器を用いる事が可能であ
る。
【0146】また、デコーダ2104は、前記2107
ないし2113より入力される種々の画像信号を3原色
信号、または輝度信号とI信号,Q信号に逆変換するた
めの回路である。なお、同図中に点線で示すように、デ
コーダ2104は内部に画像メモリを備えるのが望まし
い。これは、たとえばMUSE方式をはじめとして、逆
変換するに際して画像メモリを必要とするようなテレビ
信号を扱うためである。また、画像メモリを備えること
により、静止画の表示が容易になる、あるいは前記画像
生成回路2107およびCPU2106と協同して画像
の間引き,補間,拡大,縮小,合成をはじめとする画像
処理や編集が容易に行えるようになるという利点が生ま
れるからである。
【0147】また、マルチプレクサ2103は、前記C
PU2106より入力される制御信号に基づき表示画像
を適宜選択するものである。すなわち、マルチプレクサ
2103はデコーダ2104から入力される逆変換され
た画像信号のうちから所望の画像信号を選択して駆動回
路2101に出力する。その場合には、一画面表示時間
内で画像信号を切り替えて選択することにより、いわゆ
る多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分けて
領域によって異なる画像を表示することも可能である。
【0148】また、ディスプレイパネルコントローラ2
102は、前記CPU2106より入力される制御信号
に基づき駆動回路2101の動作を制御するための回路
である。
【0149】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
にかかわるものとして、たとえばディスプレイパネルの
駆動用電源(図示せず)の動作シーケンスを制御するた
めの信号を駆動回路2101に対して出力する。また、
ディスプレイパネルの駆動方法に関わるものとして、た
とえば画面表示周波数や走査方法(たとえばインターレ
ースかノンインターレースか)を制御するための信号を
駆動回路2101に対して出力する。
【0150】また、場合によっては表示画像の輝度やコ
ントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に
関わる制御信号を駆動回路2101に対して出力する場
合もある。
【0151】また、駆動回路2101は、ディスプレイ
パネル2100に印加する駆動信号を発生するための回
路であり、前記マルチプレクサ2103から入力される
画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ21
02より入力される制御信号に基づいて動作するもので
ある。
【0152】以上、各部の機能を説明したが、図20に
例示した構成により、本表示装置においては多様な画像
情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル2
100に表示する事が可能である。すなわち、テレビジ
ョン放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ21
04において逆変換された後、マルチプレクサ2103
において適宜選択され、駆動回路2101に入力され
る。一方、ディスプレイコントローラ2102は、表示
する画像信号に応じて駆動回路2101の動作を制御す
るための制御信号を発生する。駆動回路2101は、上
記画像信号と制御信号に基づいてディスプレイパネル2
100に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレ
イパネル2100において画像が表示される。これらの
一連の動作は、CPU2106により統括的に制御され
る。
【0153】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ2104に内蔵する画像メモリや、画像生成回路21
07およびCPU2106が関与することにより、単に
複数の画像情報の中から選択したものを表示するだけで
なく、表示する画像情報に対して、たとえば拡大,縮
小,回転,移動,エッジ強調,間引き,補間,色変換,
画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合
成,消去,接続,入れ換え,はめ込みなどをはじめとす
る画像編集を行う事も可能である。また、本実施形態の
説明では特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集
と同様に、音声情報に関しても処理や編集を行うための
専用回路を設けても良い。
【0154】したがって、本表示装置は、テレビジョン
放送の表示機器,テレビ会議の端末機器,静止画像およ
び動画像を扱う画像編集機器,コンピュータの端末機
器,ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器,
ゲーム機などの機能を一台で兼ね備える事が可能で、産
業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。
【0155】なお、図20は、表面伝導型放出素子を電
子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた表示装置
の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限定される
ものではない事は言うまでもない。たとえば、図20の
構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回路
は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使用目的
によってはさらに構成要素を追加しても良い。たとえ
ば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場合に
は、テレビカメラ,音声マイク,照明機,モデムを含む
送受信回路などを構成要素に追加するのが好適である。
【0156】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルが
容易に薄形化できるため、表示装置全体の奥行きを小さ
くすることが可能である。それに加えて、表面伝導型放
出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画
面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本
表示装置は臨場感あふれ迫力に富んだ画像を視認性良く
表示する事が可能である。
【0157】尚、実施形態では、表面伝導型電子放出素
子を例にして説明したが、実施形態で説明したように行
(或いは列)単位に駆動表示するものであれば、たとえ
ば、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)などでも
良い。
【0158】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、伝
送路の数を増やす事なく、高速に大量の表示データを駆
動部に転送する事が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態における画像表示装置のブロッ
ク構成図である。
【図2】第1の実施形態における画像データの伝送のタ
イミングチャートである。
【図3】実施形態におけるパケット生成部と駆動部との
接続関係を示す図である。
【図4】第2の実施形態における画像表示装置のブロッ
ク構成図である。
【図5】第3の実施形態における画像表示装置のブロッ
ク構成図である。
【図6】第4の実施形態における画像表示装置のブロッ
ク構成図である。
【図7】一般的な画像表紙装置のブロック構成の一例を
示す図である。
【図8】一般的な画像表紙装置のブロック構成の一例を
示す図である。
【図9】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10】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11】表示例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12】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13】通電フォーミング処理の細の印加電圧波形を
示す図である。
【図14】通電活性化処理の際の印加電圧波形及び放出
電流Ieの変化を示す図である。
【図15】実施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16】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17】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18】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19】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20】表面伝導型放出素子の一例を示す図である。
【図21】FE型素子の一例を示す図である。
【図22】MIM型素子の一例を示す図である。
【図23】電子放出素子の配線方法を説明する図であ
る。
【図24】本発明の実施形態である画像表示装置を用い
た多機能画像表示装置のブロック図である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図9】
【図11】
【図18】
【図19】
【図2】
【図3】
【図4】
【図12】
【図15】
【図20】
【図22】
【図5】
【図16】
【図21】
【図23】
【図6】
【図7】
【図8】
【図10】
【図13】
【図14】
【図17】
【図24】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5C080 AA18 BB06 CC03 DD08 EE17 EE29 FF12 GG02 GG07 GG08 GG09 GG12 JJ01 JJ02 JJ04 JJ05 JJ06

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の電子放出素子を行配線と列配線と
    を用いてマトリックス配線したマルチ電子源と、当該マ
    ルチ電子源と対抗する位置にあって、前記マルチ電子源
    からの電子ビームが照射されることで画像を形成する画
    像形成部材と、前記行配線に接続され、行単位に駆動走
    査する走査手段と、前記列配線に接続され、選択駆動さ
    れる行上の電子放出素子群を複数のブロックに分割し、
    当該ブロック毎に設けられ、形成すべき画像データに基
    づく変調信号を印加する複数の変調手段とを備える画像
    形成装置であって、 形成すべき画像データを入力する入力手段と、 入力された画像データを前記複数の変調手段それぞれに
    分割し、パケット形式のデータを構築し、各変調手段の
    識別情報を付加するパケット生成手段と、 該パケット生成手段で生成されたパケットデータを、共
    有伝送路を介して各変調手段に供給する供給手段とを備
    え、 前記変調手段のそれぞれは、自身宛のパケットかどうか
    を識別情報に従って判断し、自身宛のパケットのデータ
    に基づいて変調信号を印加することを特徴とする画像形
    成装置。
  2. 【請求項2】 前記供給手段による伝送タイミングと、
    前記変調手段による画像形成タイミングは非同期である
    ことを特徴とする請求項第1項に記載の画像形成装置。
  3. 【請求項3】 更に、前記画像形成部材は発光体を有す
    ることで画像を表示する部材であり、前記供給手段によ
    るパケットの伝送タイミングと画像形成のタイミングが
    同期式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。
  4. 【請求項4】 画像形成のタイミング信号も符号化して
    前記共有伝送路を通じて供給す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。
  5. 【請求項5】 前記共有伝送路は、バス型であることを
    特徴とする請求項第1項に記載の画像形成装置。
  6. 【請求項6】 前記共有伝送路は、デイジーチェーン型
    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。
  7. 【請求項7】 前記共有伝送路はスター型であることを
    特徴とする請求項第1項に記載の画像形成装置。
  8. 【請求項8】 前記共有伝送路は、バス型、デイジーチ
    ェーン型、、スター型のいずれか、又は、その組み合わ
    せ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。
  9. 【請求項9】 前記共有伝送路は、シリアル伝送である
    ことを特徴とする請求項第1項、又は第5項乃至第8項
    のいずれか1つに記載の画像形成装置。
  10. 【請求項10】 前記共有伝送路は、パラレル伝送であ
    ることを特徴とする請求項第1項、又は第5項乃至第8
    項のいずれか1つに記載の画像形成装置。
  11. 【請求項11】 前記共有伝送に流れる信号は電気信号
    であることを特徴とする請求項第1項、又は、第5項乃
    至第10項のいずれか1つに記載の画像形成装置。
  12. 【請求項12】 前記共有伝送に流れる信号は光信号で
    あることを特徴とする請求項第1項、又は、第5項乃至
    第10項のいずれか1つに記載の画像形成装置。
  13. 【請求項13】 前記共有伝送路は、光ファイバーであ
    ることを特徴とする請求項第12項に記載の画像形成装
    置。
  14. 【請求項14】 前記伝送路の伝送媒体は基板上の光導
    波路であることを特徴とする請求項第12項に記載の画
    像形成装置。
  15. 【請求項15】 前記電子放出素子は、冷陰極素子であ
    ることを特徴とする請求項第1項乃至第14項のいずれ
    か1つに記載の記載の画像形成装置。
  16. 【請求項16】 前記冷陰極素子は、表面伝導型放出素
    子であることを特徴とする請求項第15項に記載の画像
    形成装置。
  17. 【請求項17】 前記冷陰極素子は、FE型放出素子で
    あることを特徴とする請求項第15項に記載の画像形成
    装置。
  18. 【請求項18】 前記冷陰極素子は、MIM型放出素子
    であることを特徴とする請求項第15項に記載の画像形
    成装置。
  19. 【請求項19】 複数の電子放出素子を行配線と列配線
    とを用いてマトリックス配線したマルチ電子源と、当該
    マルチ電子源と対抗する位置にあって、前記マルチ電子
    源からの電子ビームが照射されることで画像を形成する
    画像形成部材と、前記行配線に接続され、行単位に駆動
    走査する走査手段と、前記列配線に接続され、選択駆動
    される行上の電子放出素子群を複数のブロックに分割
    し、当該ブロック毎に設けられ、形成すべき画像データ
    に基づく変調信号を印加する複数の変調手段とを備える
    画像形成装置の制御方法であって、 形成すべき画像データを入力する入力工程と、 入力された画像データを前記複数の変調手段それぞれに
    分割し、パケット形式のデータを構築し、各変調手段の
    識別情報を付加するパケット生成工程と、 該パケット生成工程で生成されたパケットデータを、共
    有伝送路を介して各変調手段に供給する供給工程とを備
    え、 前記変調手段のそれぞれは、自身宛のパケットかどうか
    を識別情報に従って判断し、自身宛のパケットのデータ
    に基づいて変調信号を印加することを特徴とする画像形
    成装置の制御方法。
  20. 【請求項20】 平面上に画像を形成する画像表示装置
    であって、 固有の識別番号を持つ複数の表示駆動回路ブロックと表
    示信号を符号化し、識別番号を付加したパケットを形成
    し、各駆動回路ブロックに振り分けるパケット生成手段
    とパケット化された各データを各駆動回路ブロックに共
    通に伝送する1組ないし複数の共有伝送手段と各駆動回
    路ブロックでデータと自分の識別番号が一致したパケッ
    トのみ取り込んで表示データとするパケット解読手段を
    有する事を特徴とする画像表示装置。
  21. 【請求項21】 平面上に画像を形成する画像表示方法
    であって、 固有の識別番号を持つ複数の表示駆動工程と表示信号を
    符号化して、識別番号を付加したパケットを形成し、各
    駆動回路ブロックに振り分けるパケット生成工程とパケ
    ット化された各データを各駆動回路ブロックに共通に伝
    送する1組ないし複数の共有伝送工程と各駆動回路ブロ
    ックでデータと自分の識別番号が一致したパケットのみ
    取り込んで表示データとするパケット解読工程を有する
    事を特徴とする画像表示方法。
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