JPH11282412A - 画像表示装置及び画像表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一放出素子で隣接する複数の画素位置を、単
純な構造で良好に発光させる画像表示装置及び画像表示
方法の提供。 【解決手段】 １水平走査期間（１Ｈ）内において、Ｖ
ｆ切換器６及びＶａ切換器７を同じタイミングで切り替
えることにより、放出素子に印加される駆動電圧Ｖｆが
大きいときには加速電圧Ｖａを小さくし、駆動電圧Ｖｆ
が小さいときには加速電圧Ｖａを大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、電子放出
源として複数の表面伝導型放出素子を用いた画像形成装
置及び画像表示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子放出素子として熱陰極素
子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰
極素子では、例えば表面伝導型放出素子、電界放出型素
子（以下ＦＥ型と記す）、或いは金属／絶縁層／金属型
放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）、などが知られてい
る。

【０００３】表面伝導型放出素子としては、例えば、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥ−ｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ 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、その薄膜面に平行に電流を流すこと
により、該薄膜面より電子が放出す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ＳｎＯ2 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ
薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：”ＴｈｉｎＳｏ
ｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］や、
Ｉｎ2 Ｏ3 ／ＳｎＯ2 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗ
ｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”，５１９（１９７
５）］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２１に前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌ
ｌらによる素子の平面図を示す。

【０００６】同図において、３００１は基板であり、３
００４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３００
４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。

【０００７】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。

【０００８】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３００
５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、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。この通電フォーミングにより、導電性
薄膜３００４は、局所的に破壊もしくは変形もしくは変
質し、その一部には亀裂が発生する。このような通電フ
ォーミング後に導電性薄膜３００４に適宜の電圧を印加
すると、前記亀裂付近において電子放出が行われる。

【０００９】また、ＦＥ型の例は、例えば、Ｗ．Ｐ．Ｄ
ｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅ−ｌｄ ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、或いは、
Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐ
ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ
ｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏ
ｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）などが知られてい
る。

【００１０】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
２２に前述のＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらによる素子の断面
図を示す。

【００１１】同図において、３０１０は基板であり、３
０１１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、そして、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。

【００１２】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図２
２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。

【００１３】また、ＭＩＭ型の例としては、例えば、
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２３
に示す。

【００１４】同図はＭＩＭ型の素子構成の断面図を示し
ており、同図において、３０２０は基板であり、３０２
１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８０〜３
００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３０
２１との間に適宜の電圧を印加することにより、上電極
３０２３の表面より電子放出を起こさせる。

【００１５】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。従って、熱陰極素子よりも構造が
単純であり、微細な素子を作成可能である。また、基板
上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱溶融
などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒータ
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。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。

【００１６】例えば、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、例えば本出願人による特開昭６４−３１３
３２号において開示されるように、多数の素子を配列し
て駆動するための方法が研究されている。

【００１７】また、表面伝導型放出素子の応用について
は、例えば、画像表示装置、画像記録装置などの画像形
成装置や、荷電ビーム源等が研究されている。

【００１８】特に、画像表示装置への応用としては、例
えば本出願人によるＵＳＰ５，０６６，８８３や特開平
２−２５７５５１号や特開平４−２８１３７号において
開示されているように、表面伝導型放出素子と電子ビー
ムの照射により発光する蛍光体とを組み合わせて用いた
画像表示装置が研究されている。

【００１９】表面伝導型放出素子と蛍光体とを組み合わ
せて用いた画像表示装置は、従来の他の方式の画像表示
装置よりも優れた特性が期待されている。例えば、近年
普及してきた液晶表示装置と比較しても、自発光型であ
るためバックライトを必要としない点や、視野角が広い
点が優れていると言える。

【００２０】また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方
法は、例えば本出願人によるＵＳＰ４，９０４，８９５
に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応用
した例として、例えば、Ｒ．Ｍｅｙｅｒらにより報告さ
れた平板型表示装置が知られている（［Ｒ．Ｍｅｙｅ
ｒ：”Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎ Ｍ
ｉｃｒｏｔｉｐｓＤｉｓｐｌａｙ ａｔ ＬＥＴＩ”，
Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ４ｔｈ Ｉｎｔ． Ｖ
ａｃｕｕｍ Ｍｉｃｒｏｅｌｅ−ｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃ
ｏｎｆ．，Ｎａｇａｈａｍａ，ｐｐ．６〜９（１９９
１）］参照）。

【００２１】また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装
置に応用した例は、例えば本出願人による特開平３−５
５７３８に開示されている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】このような画像表示装
置の解像度を上げる方法としては、放出素子を密に配置
する必要がある。しかし、マトリクス配線の電気抵抗を
抑える必要性から配線を細くすることができず、また、
放出素子も小さくするのに限界がある。そのため、小型
高精細な画像表示装置を製造するのは現実問題としてか
なり困難である。

【００２３】そこで、このような問題を解決する方法と
して、特願平０７−２４０１６６号（「画像表示装
置」）が提案されている。この提案では、放出素子の駆
動電圧、或いは電子の加速電圧の何れか一方を変えるこ
とによって電子ビーム軌道を制御し、これにより１つの
放出素子で複数箇所に発光点を作るものである。しか
し、この方法では、放出素子の駆動電圧、或いは電子の
加速電圧を変えるため、複数箇所の発光点において輝度
の差が生ずる。そこで、この輝度の差を補正するため
に、特願平０７−２４０１６６号では変調信号のパルス
幅を調節している。そのため、当該画像表示装置の制御
ユニットの内部または外部に輝度補正用の回路が新たに
必要となる。

【００２４】そこで、本発明は、一放出素子で隣接する
複数の画素位置を、単純な構造で良好に発光させる画像
表示装置及び画像表示方法の提供を目的とする。

【００２５】

【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、本発明の画像表示装置は以下の構成を備えること
を特徴とする。

【００２６】即ち、電子放出部を挟む一対の電極を含む
電子放出素子を行列状に複数配列した電子線発生部と、
該電子線発生部と対向して配設され、該電子線発生部が
発生する電子ビームの照射により発光する蛍光体とを備
え、該蛍光体の隣接する複数の画素位置を、該複数の電
子放出素子の中の１つの電子放出素子により発光させる
画像表示装置であって、表示すべき画像信号中の隣接す
る複数画素信号を順次入力する画像入力手段と、前記画
像入力手段から所定のＫ個（但し、Ｋは２以上の整数）
の画素信号が入力される度に、該画素信号に応じて、前
記電子放出素子に印加する駆動電圧と、前記電子ビーム
を加速する加速電圧とを同時に切り換えることにより、
前記電子ビームの軌道と、前記蛍光体のＫ個の画素位置
における発光輝度とを制御する制御手段と、を備えるこ
とを特徴とする。

【００２７】また、例えば前記制御手段は、前記複数の
電子放出素子の中の１つの電子放出素子が発生する電子
ビームを、前記蛍光体の所望するＫ個の画素位置に順次
照射するように制御し、且つ、前記Ｋ個の画素信号が等
しいとき、前記Ｋ個の画素位置における発光輝度を略等
しくするように制御することを特徴とし、好ましくは前
記駆動電圧と前記加速電圧とを切り換えるに際して、前
記駆動電圧と前記加速電圧との増減方向を反対方向に変
化させるとよい。

【００２８】または、上述した目的を達成するため、本
発明の画像表示方法は以下の構成を備えることを特徴と
する。

【００２９】即ち、電子放出部を挟む一対の電極を含む
電子放出素子を行列状に複数配列した電子線発生部と、
該電子線発生部と対向して配設され、該電子線発生部が
発生する電子ビームの照射により発光する蛍光体とを使
用して、該蛍光体の隣接する複数の画素位置を、該複数
の電子放出素子の中の１つの電子放出素子により発光さ
せる画像表示方法であって、表示すべき画像信号中の隣
接する複数画素信号を順次入力し、所定のＫ個（但し、
Ｋは２以上の整数）の画素信号が入力される度に、該画
素信号に応じて、前記電子放出素子に印加する駆動電圧
と、前記電子ビームを加速する加速電圧とを同時に切り
換えることにより、前記電子ビームの軌道と、前記蛍光
体のＫ個の画素位置における発光輝度とを制御すること
を特徴とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像表示装置
の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。尚、本
実施形態では、一つの放出素子が２個所に電子ビームを
照射する場合について説明する。また、本実施形態で
は、放出素子の駆動電圧と電子ビームの加速電圧との切
り換えの周期は、１水平走査期間（１Ｈ）の半分（１／
２Ｈ）である。

【００３１】図１は、本発明の一実施形態としての画像
表示装置のブロック構成図である。同図において、同期
分離回路１は、入力テレビ信号ｓ１の同期信号と映像信
号とを分離する回路である。同期分離回路１にて分離さ
れた同期信号は、タイミング制御回路４に入力される。
一方、映像信号は、信号処理部２に入力される。

【００３２】信号処理部２では、映像信号にＡ／Ｄ変換
などの所定の信号処理を施し、その信号処理を施された
信号は、変調信号発生部３に入力される。

【００３３】変調信号発生部３は、映像信号１ライン分
をシリアル／パラレル変換し、パルス幅変調信号ｓ４と
してＭＯＳ−ＦＥＴ１１のゲートへ送る。

【００３４】Ｖｆ切換器６は、映像信号ｓ５の駆動電圧
（Ｖｆ）を切り換えるための回路である。パネル１０内
の放出素子部１２は、対抗する一対の電極に放出素子が
挟まれた構造を有している。この一対の電極に印加する
電圧（駆動電圧：Ｖｆ）の値を変えることで、電子ビー
ムは異なる軌道を描いて不図示の蛍光体の異なる位置に
照射される。

【００３５】Ｖａ切換器７は、電子ビームの加速電圧Ｖ
ａを切り換えるための回路である。加速電圧Ｖａを変え
ることにより、駆動電圧Ｖｆを変えるときと同様に電子
ビームの軌道を変えることができる。

【００３６】詳しくは後述するが、本実施形態では、加
速電圧Ｖａと駆動電圧Ｖｆとを同時に切り替えることに
より、より広い範囲に電子を振ること、そして蛍光体の
異なる位置の発光点における輝度の調節を実現する。

【００３７】制御信号ｓ２は、駆動電圧Ｖｆ及び加速電
圧Ｖａの値を変えるタイミングを制御する信号である。

【００３８】走査信号発生器５は、走査行を選択し、走
査信号ｓ６をパネル１０に入力する回路である。

【００３９】図２は、本発明の一実施形態における一つ
の放出素子部を、図１の断面Ａで切った場合の断面図で
ある。同図において、フェースプレート１０１の内側に
は、蛍光体１１０，１１１が塗布されている。電極１０
７の一方は列方向配線に、他方は行方向配線に接続され
ており、ある値以上の電圧が印加されると電子放出部１
０６から電子が放出される。電子放出部１０６から放出
された電子は、フェースプレート１０１と、電子放出部
１０１との間に印加された加速電圧Ｖａによって加速さ
れ、蛍光体１１０、１１１に照射される。このとき、電
子は、中心軸１００に沿って真上に進むのではなく電子
軌道１０２或いは１０３のように進む。

【００４０】蛍光体１１０（１１１）に照射された電子
の中心軸１００からのずれ量（ランディングのずれ量）
Ｌｅｆは、次式で与えられる。

【００４１】 Ｌｅｆ＝ｋ×Ｌｈ×ＳＱＴ（Ｖｆ／Ｖａ） ・・・・・・・・（１）， 但し、Ｌｈ（ｍ）は、放出素子と蛍光体との距離、ｋは
放出素子の種類や形状により決まる定数である。

【００４２】従って、駆動電圧Ｖｆが大きく、Ｖａが小
さいほどランディングのずれ量Ｌｅｆは大きくなる。逆
に駆動電圧Ｖｆが小さく、Ｖａが大きいほどランディン
グのずれ量Ｌｅｆは小さくなる。このように、駆動電圧
Ｖｆと加速電圧Ｖａとを変えることによって、ランディ
ングのずれ量を制御することが可能である。本実施形態
ではこの原理を利用して、一つの放出素子により蛍光体
１１０，１１１の複数箇所を発光させることにより、解
像度を向上させる。また、以上のような原理から、複数
の発光点は時分割により発光することになる。

【００４３】しかし、駆動電圧Ｖｆを変えると、図１７
に示すように電子ビーム量（Ｉｅ）が変わり、加速電圧
Ｖａを変えると、電子ビームが有するエネルギー量が変
わってしまう。そのため、ランディングのずれ量を制御
することによって電子ビームを振ると、複数箇所の発光
点で輝度が変わってしまう。例えば、図２のように蛍光
体１１０と蛍光体１１１との２個所に電子ビームを照射
させることを考えると、蛍光体１１０と蛍光体１１１と
が仮に同じ材料の蛍光体であれば、この２個所で輝度が
同じでなければならない。この条件を満たす駆動電圧Ｖ
ｆ、加速電圧Ｖａを求めるには、次式で与えられる発光
点の輝度（Ｌ）を２個所の発光点で等しくする必要があ
る。

【００４４】 Ｌ＝Ａ×Ｖｆ↑2×Ｖａ↑（3/2）×ｅｘｐ↑（−Ｂ／Ｖｆ）・・・（２）， 但し、ａ↑ｂはａのｂ乗を表わす。Ａは蛍光体、放出素
子による定数、Ｂは放出素子による定数である。

【００４５】今、Ｌｈを５００ｕｍ、蛍光体の間隔（蛍
光体１１０と１１１との中心間の距離）を８０ｕｍとす
る。このとき、Ｖｆ≒１６Ｖ，Ｖａ≒３ｋＶの状態にお
いて、電子ビームは、電子軌道１０２の軌道を描きなが
ら蛍光体１１０に照射される（Ｌｅｆ＝１６０ｕｍ）。
また、Ｖｆ≒１４Ｖ，Ｖａ≒１２ｋＶの状態において、
電子ビームは、電子軌道１０３の軌道を描きながら蛍光
体１１０とは８０ｕｍ離れた蛍光体１１１（Ｌｅｆ＝８
０ｕｍ）に照射される。更に、このとき蛍光体１１０と
１１１の発光輝度は略一致する。

【００４６】ここで、放出素子１０５は、蛍光体１１０
と１１１とのピッチの２倍のピッチで配置すれば良いた
め、水平方向に１６０ｕｍピッチで配置すれば良いこと
になる。また、垂直方向に２４０ｕｍピッチで放出素子
１０５を配置することにより、水平方向１０２４画素
（３０７２放出素子、即ち、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分毎に
１０２４）、垂直方向７６８画素（７６８放出素子）の
高精細な表示装置を作成した。

【００４７】次に、本実施形態における画像表示装置の
動作を、図１を用いて説明する。

【００４８】受信したＮＴＳＣ信号ｓ１は、同期分離回
路１で同期信号と映像信号とに分離される。同期信号
は、タイミング制御回路４に送られ、映像信号は信号処
理部２へ送られる。信号処理部２では、ＲＧＢ色復調
や、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換などを行い、デ
ジタル化された映像信号は変調信号発生部３に送られ
る。

【００４９】変調信号発生部３では、送られてきた映像
信号の１ライン分の信号をシリアル／パラレル変換し、
その変換したパラレル映像信号は、パルス幅変調信号ｓ
４としてＭＯＳ−ＦＥＴ１１のゲートに送出される。

【００５０】Ｖｆ切換器６は、映像信号ｓ５の振幅（駆
動電圧Ｖｆの値の１／２、但しｓ５は正極性）を切り換
えるための回路である。本実施形態では、前述したよう
に一つの放出素子で２個所に電子ビームを照射する場合
を考えている。そのため、Ｖｆ切換器６は、タイミング
制御回路４からの制御信号ｓ２によって２種類の振幅の
信号ｓ５を送り出す。

【００５１】走査信号発生器５は、パネル１０の走査行
を１行選択し、その選択行に走査信号ｓ６を入力する。
この時入力する信号ｓ６の振幅（駆動電圧Ｖｆの値の１
／２、但しｓ６は負極性）は前記ｓ５の振幅と同期して
変化させる。ｓ５の振幅が大きいときにはｓ６の振幅も
大きくし、ｓ５の振幅が小さいときにはｓ６の振幅も小
さくする。

【００５２】ｓ５、ｓ６の振幅が大きいときには、放出
素子１０５に印加される駆動電圧Ｖｆの値が大きくな
る。逆に、ｓ５、ｓ６の振幅が小さいときには、放出素
子１０５に印加される駆動電圧Ｖｆの値が小さくなる。
駆動電圧Ｖｆが大きいときには、先に述べたランディン
グのずれ量Ｌｅｆが大きくなり、駆動電圧Ｖｆが小さい
ときにはＬｅｆは小さくなる。このように、一つの放出
素子１０５で２個所に電子ビームを照射することができ
る。

【００５３】ｓ５、ｓ６の振幅の切り換え、即ち、駆動
電圧Ｖｆの切り換えは、１Ｈ期間の半分（１／２Ｈ）周
期で行われる。つまり、走査信号発生器５により選択さ
れたパネル１０のある一行分の複数の放出素子１０５
（放出素子部１２）は、１Ｈの前半の１／２Ｈで一方の
蛍光体（図２でいえば蛍光体１１０）に電子を照射し
（このとき駆動電圧Ｖｆは大である）、後半の１／２Ｈ
で他方の蛍光体（図２でいえば蛍光体１１１）に電子を
照射する（このとき駆動電圧Ｖｆは小である）。この
時、走査信号発生器５によって選択されたパネルの一行
は１Ｈ間選択されている。詳細はタイミングチャートを
使って後述する。

【００５４】Ｖａ切換器７は、パネル１０に印加する電
子の加速電圧Ｖａを切り換えるための回路である。Ｖａ
切換器７は、Ｖｆ切換器６と同様に、タイミング制御回
路４からの制御信号ｓ２によって、２種類の加速電圧Ｖ
ａをパネル１０に印加する。加速電圧Ｖａが小さいとき
には先に述べたランディングのずれ量Ｌｅｆが大きくな
り、加速電圧Ｖａが大きいときにはＬｅｆが小さくな
る。このとき、加速電圧Ｖａの切り換えは駆動電圧Ｖｆ
の切り換えと同期している必要がある。つまり、加速電
圧Ｖａの切り換えの周期も１／２Ｈである。駆動電圧Ｖ
ｆが大きいときには加速電圧Ｖａを小さくし、駆動電圧
Ｖｆが小さいときには加速電圧Ｖａを大きくする。即
ち、加速電圧Ｖａと駆動電圧Ｖｆとを切り換えるのに際
して、加速電圧Ｖａと駆動電圧Ｖｆとの増減方向を反対
方向に変化させることにより、２個所に発光点を作りな
がら、更に２個所の発光点の輝度を略等しくすることが
できる。

【００５５】次に、本実施形態の動作を図３のタイミン
グチャートを用いて説明する。図中の記号は図１と同じ
ものである。

【００５６】ＮＴＳＣ信号ｓ１の映像信号は上述の如く
信号処理され、パルス幅変調信号ｓ４となる。図３に示
すパルス幅変調信号ｓ４は、ある一本の列方向配線に注
目し、そこを流れる信号を示したものである。本実施形
態では、１Ｈ間に１放出素子が２個所に電子を照射する
ため、１Ｈ間に２画素分の信号が入力されることにな
る。このパルス幅変調信号ｓ４の幅Ｌが長いほど、電子
放出部１２から電子が放出される時間が長いため、その
画素は明るく感じられる。

【００５７】タイミング制御信号ｓ２は、１／２Ｈ毎に
発生し、ｓ５、ｓ６、並びに加速電圧Ｖａの振幅を切り
換えるためのタイミングを与える。図３に示すように、
１Ｈを半分に分けた前半の１／２Ｈを期間ａ、後半の１
／２Ｈを期間ｂとする。期間ａではＶｆ変換器６から出
力された信号ｓ３の振幅が大きく、その結果パネルに入
力される信号ｓ５の振幅も大きい。また、走査信号ｓ６
は図３に示すように期間ａではやはり振幅が大きく、期
間ｂでは振幅が小さい。図３では、パネルのｉ行目と、
ｉ＋１行目の２行に走査信号ｓ６が入力されているタイ
ミングを示している。この結果、期間ａでは放出素子に
印加される駆動電圧Ｖｆは大きく、期間ｂでは駆動電圧
Ｖｆが小さいことになる。この時、期間ａでは加速電圧
Ｖａが小さく、期間ｂでは加速電圧Ｖａが大きい。その
ため、期間ａでは図２の電子軌道１０２のような軌道を
描き、期間ｂでは図２の電子軌道１０３のような軌道を
描き電子が蛍光体に照射される。また、駆動電圧Ｖｆ、
加速電圧Ｖａの両方を切り換えることで２個所の発光点
で輝度に差が生じないようにしている。

【００５８】このように、駆動電圧Ｖｆ、加速電圧Ｖａ
を同時に切り換えることにより、一つの放出素子で複数
個所に発光点を形成し、更に、この複数個所の発光点で
輝度の差がないように調節することができる。また、駆
動電圧Ｖｆ、加速電圧Ｖａを同時に切り換えているた
め、どちらか一方を切り換える場合よりも電子ビームを
振る範囲を広げることができる。

【００５９】（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。

【００６０】図４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１部を切り
欠いて示している。

【００６１】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、例えばフリットガ
ラスを接合部に塗布し、大気中或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。

【００６２】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）。本実施形態においては、Ｎ＝３０７２，Ｍ＝７６
８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。
尚、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。

【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。

【００６４】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、例えば図５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。

【００６５】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図５に示したストライプ状の配列に限られるものではな
く、例えば図６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。

【００６６】尚、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。

【００６７】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。
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、例えばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよ
い。

【００６９】また、Ｄx1〜Ｄxm及びＤy1〜Ｄyn及び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１００３
と、Ｄy1〜Ｄynはマルチ電子ビーム源の列方向配線１０
０４と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１００
９と電気的に接続している。

【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［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
止の直前或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、例えば
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。

【００７１】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。

【００７２】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或いは製法に制限はない。従って、
例えば表面伝導型放出素子やＦＥ型、或いはＭＩＭ型な
ど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、これらの冷陰極素
子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。即
ち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対位置
や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極めて高
精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や製造
コストの低減を達成する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。従って、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及び特性を
説明し、その後で多数の素子を単純マトリクス配線した
マルチ電子ビーム源の構造について述べる。

【００７４】（平面型の表面伝導型放出素子）まず最初
に、平面型の表面伝導型放出素子の素子構成と製法につ
いて説明する。図７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であり、図８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断面図であ
る。

【００７５】図７及び図８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。

【００７６】基板１１０１としては、例えば、石英ガラ
スや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、アル
ミナをはじめとする各種セラミクス基板、或いは上述の
各種基板上に例えばＳｉＯ2 を材料とする絶縁層を積層
した基板などを用いることができる。

【００７７】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。例えば、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，
Ａｇ等をはじめとする金属、或いはこれらの金属の合
金、或いはＩｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 をはじめとする金属酸
化物、ポリシリコンなどの半導体、などの中から適宜材
料を選択して用いればよい。

【００７８】電極を形成するには、例えば真空蒸着など
の製膜技術とフォトリソグラフィー、エッチングなどの
パターニング技術を組み合わせて用いれば容易に形成で
きるが、それ以外の方法（例えば印刷技術）を用いて形
成してもさしつかえない。

【００７９】素子電極１１０２と１１０３との形状は、
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。

【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、或いは微粒
子が互いに隣接した構造か、或いは微粒子が互いに重な
り合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。即ち、素子電極１１０２
或いは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。

【００８２】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。

【００８３】また、微粒子膜を形成するのに用いられう
る材料としては、例えば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ，などをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2 Ｏ3 ，などをはじ
めとする酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，Ｃ
ｅＢ6 ，ＹＢ4 ，ＧｄＢ4 ，などをはじめとする硼化物
や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，
などをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，Ｈｆ
Ｎ，などをはじめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，などを
はじめとする半導体や、カーボン、などがあげられ、こ
れらの中から適宜選択される。

【００８４】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。

【００８５】尚、導電性薄膜１１０４と素子電極１１０
２及び１１０３とは、電気的に良好に接続されるのが望
ましいため、互いの一部が重なりあうような構造をとっ
ている。その重なり方は、図７及び図８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。

【００８６】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。尚、実際の電子
放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困難
なため、図７及び図８においては模式的に示している。

【００８７】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及びその近
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。

【００８８】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
とするのが更に好ましい。

【００８９】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なため、図７及び図８においては
模式的に示している。また、図７の平面図においては、
薄膜１１１３の一部を除去した素子を図示した。

【００９０】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。

【００９１】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［マイクロメーター］とした。

【００９２】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。

【００９３】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９から図１３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、
各部材の表記は図７及び図８の場合と同一である。

【００９４】１）まず、図９に示すように、基板１１０
１上に素子電極１１０２及び１１０３を形成する。

【００９５】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、例えば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術を
用ればよい。）その後、堆積した電極材料を、フォトリ
ソグラフィー・エッチング技術を用いてパターニング
し、図９に示した一対の素子電極（１１０２と１１０
３）を形成する。

【００９６】２）次に、図１０に示すように、導電性薄
膜１１０４を形成する。

【００９７】形成するにあたっては、まず図９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、それ以外の例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、例えば真空蒸着法やスパッタ法、或いは化学的
気相堆積法などを用いる場合もある。

【００９８】３）次に、図１１に示すように、フォーミ
ング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１０３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。

【００９９】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（即ち電子放出部１１０５）に
おいては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。尚、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。

【０１００】通電方法をより詳しく説明するために、図
１４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。

【０１０１】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１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ２を１
０［ミリ秒］とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０．
１［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加
するたびに１回の割りで、モニターパルスＰｍを挿入し
た。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないよう
に、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは０．１［Ｖ］に設定
した。そして、素子電極１１０２と１１０３の間の電気
抵抗が１ｘ１０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。

【０１０２】尚、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、例えば微粒子
膜の材料や膜厚、或いは素子電極間隔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。

【０１０３】４）次に、図１２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。

【０１０４】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。）尚、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。

【０１０５】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。

【０１０６】通電方法をより詳しく説明するために、活
性化用電源１１１２から印加する適宜の電圧波形の一例
を図１５に示す。本実施形態においては、所定電圧の矩
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。尚、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。

【０１０７】図１２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及び電流計１１１
６が接続されている（尚、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）。

【０１０８】活性化用電源１１１２から電圧を印加する
間、電流計１１１６で放出電流Ｉｅを計測して通電活性
化処理の進行状況をモニターし、活性化用電源１１１２
の動作を制御する。電流計１１１６で計測された放出電
流Ｉｅの一例を図１６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が略飽和した
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。

【０１０９】尚、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。

【０１１０】以上のようにして、図１３に示す平面型の
表面伝導型放出素子を製造した。

【０１１１】（表示装置に用いた表面伝導型放出素子の
特性）以上、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。

【０１１２】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、及び（素子電
流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性の典型的な例を示
す。

【０１１３】尚、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。

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】即ち、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。

【０１１７】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。

【０１１８】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。

【０１１９】以上のような特性を有するため、表面伝導
型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。例
えば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表示
装置において、第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
の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖｔｈ以上
の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には閾値電圧Ｖ
ｔｈ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。

【０１２０】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。

【０１２１】（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。

【０１２２】図１８に示すのは、図４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７及び図８で示したものと同様な表面伝導型放出素子
が配列され、これらの素子は行方向配線電極１００３と
列方向配線電極１００４により単純マトリクス状に配線
されている。行方向配線電極１００３と列方向配線電極
１００４の交差する部分には、電極間に絶縁層（不図
示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。

【０１２３】図１８のＡ−Ａ’に沿った断面を、図１９
に示す。

【０１２４】尚、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）、及び表面伝導
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及び列方向配線電極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。

【０１２５】図２０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、例
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。

【０１２６】図中、２１００はディスプレイパネル、２
１０１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、
２１０４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、
２１０８及び２１０９及び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及び２１１３はＴＶ信号受信回路、２１
１４は入力部である。以下、画像信号の流れに沿って各
部の機能を説明する。

【０１２７】尚、本表示装置は、例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。

【０１２８】まず、ＴＶ信号受信回路２１１３は、例え
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、例
えば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式など
の諸方式でもよい。また、これらより更に多数の走査線
よりなるＴＶ信号（例えば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Ｔ
Ｖ信号は、デコーダ２１０４に出力される。

【０１２９】また、ＴＶ信号受信回路２１１２は、例え
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。

【０１３０】また、画像入力インターフェース回路２１
１１は、例えば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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】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。

【０１３４】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。

【０１３５】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、或いはＣＰＵ２
１０６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、例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２１
０４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。

【０１３６】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。

【０１３７】例えば、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（例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。

【０１３８】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、或いは
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。

【０１３９】尚、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。例えば、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。

【０１４０】或いは、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、例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。

【０１４１】また、入力部２１１４は、前記ＣＰＵ２１
０６に使用者が命令やプログラム、或いはデータなどを
入力するためのものであり、例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。

【０１４２】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。尚、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、例えば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、或いは前記画像生成
回路２１０７及び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。

【０１４３】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。即ち、マルチプレクサ２１
０３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２
１０１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。

【０１４４】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。

【０１４５】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、例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、例え
ば画面表示周波数や走査方法（例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。

【０１４６】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。

【０１４７】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。

【０１４８】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。即ち、テレビジョン
放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ２１０４
において逆変換された後、マルチプレクサ２１０３にお
いて適宜選択され、駆動回路２１０１に入力される。一
方、ディスプレイコントローラ２１０２は、表示する画
像信号に応じて駆動回路２１０１の動作を制御するため
の制御信号を発生する。駆動回路２１０１は、上記画像
信号と制御信号に基づいてディスプレイパネル２１００
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。

【０１４９】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及び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、例えば拡大，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。

【０１５０】従って、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，静止画像及び動画
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、産業用或い
は民生用として極めて応用範囲が広い。

【０１５１】尚、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。例えば、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
っては更に構成要素を追加しても良い。例えば、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。

【０１５２】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。

【０１５３】以上のように、本実施形態に係る画像表示
装置によれば、一つの放出素子で複数箇所に発光点を形
成し、更に、この複数個所の発光点で輝度の差がないよ
うに調節することができる。本実施形態では、輝度補正
手段と、電子ビームを振る手段とが同一の回路構成であ
ることから、従来例として説明した画像表示装置のよう
に輝度補正のための回路構成を別途備える必要がない。

【０１５４】また、本実施形態によれば、駆動電圧Ｖｆ
と加速電圧Ｖａとを同時に切り換えるため、何れか一方
を切り換える場合と比較して、電子ビームを振る範囲を
広げることができる。

【０１５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一放出素子で隣接する複数の画素位置を、単純な構造で
良好に発光させる画像表示装置及び画像表示方法の提供
が実現する。これにより、高精細で小型な画像表示装置
を作成することが可能となる。

【０１５６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての画像表示装置のブ
ロック構成図である。

【図２】本発明の一実施形態における一つの放出素子部
を、図１の断面Ａで切った場合の断面図でああり、電子
放出部から放出された電子の軌道を表す図である。

【図３】本発明の一実施形態としての画像表示装置を駆
動する際のタイミングチャートである。

【図４】本発明の一実施形態としての画像表示装置の表
示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。

【図５】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列を
例示した平面図である。

【図６】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７】本発明の一実施形態で用いた平面型の表面伝導
型放出素子の平面図である。

【図８】本発明の一実施形態で用いた平面型の表面伝導
型放出素子の断面図である。

【図９】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す
断面図である。

【図１０】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す断面図である。

【図１１】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す断面図である。

【図１２】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す断面図である。

【図１３】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す断面図である。

【図１４】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形を
示す図である。

【図１５】通電活性化処理の際の印加電圧波形を示す図
である。

【図１６】通電活性化処理の際の放出電流Ｉｅの変化を
示す図である。

【図１７】本発明の一実施形態における表面伝導型放出
素子の典型的な特性を示すグラフを示す図である。

【図１８】本発明の一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】本発明の一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】本発明の一実施形態における画像表示装置を
用いた多機能画像表示装置のブロック図である。

【図２１】従来例としての表面伝導型放出素子の一例を
示す図である。

【図２２】従来例としてのＦＥ型素子の一例を示す図で
ある。

【図２３】従来例としてのＭＩＭ型素子の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１：同期分離回路， ２：信号処理部， ３：変調信号発生部， ４：タイミング制御回路， ５：走査信号発生器， ６：Ｖｆ切換器， ７：Ｖａ切換器， １０：パネル， １１：ＭＯＳ−ＦＥＴ， １２：放出素子部， ｓ１：ＮＴＳＣ信号， ｓ２：タイミング制御信号， ｓ３：パルス信号， ｓ４：パルス幅変調信号， ｓ５：映像信号， ｓ６：走査信号， １００：中心軸， １０１：フェースプレート， １０２，１０３：電子軌道， １０５：放出素子， １０６：電子放出部， １０７：電極， １１０，１１１：蛍光体，

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子放出部を挟む一対の電極を含む電子
   放出素子を行列状に複数配列した電子線発生部と、該電
   子線発生部と対向して配設され、該電子線発生部が発生
   する電子ビームの照射により発光する蛍光体とを備え、
   該蛍光体の隣接する複数の画素位置を、該複数の電子放
   出素子の中の１つの電子放出素子により発光させる画像
   表示装置であって、 表示すべき画像信号中の隣接する複数画素信号を順次入
   力する画像入力手段と、 前記画像入力手段から所定のＫ個（但し、Ｋは２以上の
   整数）の画素信号が入力される度に、該画素信号に応じ
   て、前記電子放出素子に印加する駆動電圧と、前記電子
   ビームを加速する加速電圧とを同時に切り換えることに
   より、前記電子ビームの軌道と、前記蛍光体のＫ個の画
   素位置における発光輝度とを制御する制御手段と、を備
   えることを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記複数の電子放出素
   子の中の１つの電子放出素子が発生する電子ビームを、
   前記蛍光体の所望するＫ個の画素位置に順次照射するよ
   うに制御し、且つ、前記Ｋ個の画素信号が等しいとき、
   前記Ｋ個の画素位置における発光輝度を略等しくするよ
   うに制御することを特徴とする請求項１記載の画像表示
   装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記駆動電圧と前記加
   速電圧とを切り換えるに際して、前記駆動電圧と前記加
   速電圧との増減方向を反対方向に変化させることを特徴
   とする請求項２記載の画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段による前記駆動電圧と前記
   加速電圧との切り換えは、前記画像入力手段の所定の１
   水平走査期間内に前記Ｋ回行うことを特徴とする請求項
   １に記載の画像表示装置。
5. 【請求項５】 前記電子放出素子は表面伝導型放出素子
   であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
6. 【請求項６】 電子放出部を挟む一対の電極を含む電子
   放出素子を行列状に複数配列した電子線発生部と、該電
   子線発生部と対向して配設され、該電子線発生部が発生
   する電子ビームの照射により発光する蛍光体とを使用し
   て、該蛍光体の隣接する複数の画素位置を、該複数の電
   子放出素子の中の１つの電子放出素子により発光させる
   画像表示方法であって、 表示すべき画像信号中の隣接する複数画素信号を順次入
   力し、 所定のＫ個（但し、Ｋは２以上の整数）の画素信号が入
   力される度に、該画素信号に応じて、前記電子放出素子
   に印加する駆動電圧と、前記電子ビームを加速する加速
   電圧とを同時に切り換えることにより、前記電子ビーム
   の軌道と、前記蛍光体のＫ個の画素位置における発光輝
   度とを制御することを特徴とする画像表示方法。
7. 【請求項７】 前記複数の電子放出素子の中の１つの電
   子放出素子が発生する電子ビームを、前記蛍光体の所望
   するＫ個の画素位置に順次照射するように制御し、且
   つ、前記Ｋ個の画素信号が等しいとき、前記Ｋ個の画素
   位置における発光輝度を略等しくするように制御するこ
   とを特徴とする請求項６記載の画像表示方法。
8. 【請求項８】 前記駆動電圧と前記加速電圧とを切り換
   えるに際して、前記駆動電圧と前記加速電圧との増減方
   向を反対方向に変化させることを特徴とする請求項７記
   載の画像表示方法。
9. 【請求項９】 前記駆動電圧と前記加速電圧との切り換
   えは、所定の１水平走査期間内に前記Ｋ回行うことを特
   徴とする請求項６記載の画像表示方法。