JP3376220B2

JP3376220B2 - 画像形成装置とその製造方法

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Publication number: JP3376220B2
Application number: JP25301696A
Authority: JP
Inventors: 英司山口; 英俊鱸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-03
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 2003-02-10
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: CN1118844C; JPH09161668A; DE69625869T2; EP0767481A1; CN1150366A; DE69625869D1; US6184851B1; EP0767481B1

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とその
製造方法に関し、特に、複数の表面伝導型放出素子を配
設したマルチ電子源を用いた画像形成装置とその製造方
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、例えば電界放出型素子（以下、ＦＥ型素
子と称する）や、金属／絶縁層／金属型放出素子（以
下、ＭＩＭ型素子と称する）や、表面伝導型放出素子な
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、表面伝導型放出素子としては、例え
ば、M.I.Elinson, Radio Eng. Electron Phys.,10,129
0,(1965)や、後述する他の例が知られている。

【０００６】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
０2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.Dittmer:"Thin Soli
d 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放出素子の素子構成の
典型的な例として、図２４に上述したM.Hartwellらによ
る表面伝導型放出素子の平面図を示す。図２４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３０
０４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３０
０５が形成される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ，
幅Ｗは０．１ｍｍに設定されている。尚、便宜上、図２
４において電子放出部３００５は導電性薄膜３００４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。

【０００９】上述した表面伝導型放出素子は、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。

【００１０】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。

【００１１】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。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、構造の表面伝導型放出素子を試みてきた。更に、多
数の表面伝導型放出素子を配列したマルチ電子源、なら
びにこのマルチ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２５に示す電気的
な配線方法によるマルチ電子源についても試みてきた。
即ち、表面伝導型放出素子を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、マルチ電子源を構成する。

【００１４】図２５において、４００１は表面伝導型放
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４００
２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２５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２５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２５においては便宜上、６×６のマ
トリクスによりマルチ電子源を示しているが、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２５に示すように表面伝導型放出素子を
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４００２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行の表面伝導型放出素
子を駆動するには、選択する行の行方向配線４００２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放出素
子には(Ｖe−Ｖns)の電圧が印加される。これらＶe，Ｖ
s，Ｖnsの値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】しかしながら、表面伝導型放出素子を単純
マトリクス配線したマルチ電子源には、実際には以下に
述べるような問題が発生していた。

【００１９】上述した様に、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画
像表示装置を構成した場合、通常蛍光体としては赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色の蛍光体を用い
る。

【００２０】しかしながら、後述する様に蛍光体の発光
特性はＲＧＢ各色毎でそれぞれ異なるため、各色の蛍光
体に同一の強度で電子ビームを入射させた場合、ホワイ
トバランスがとれないという問題点があった。

【００２１】図２６（ａ）に、各色蛍光体の典型的な発
光特性を示す。同図に示すように、発光する色の違いに
よって蛍光体の特性曲線は同一ではなく、また非線形性
をもつ。この蛍光体の発光特性は、単位時間当たりに、
単位面積の蛍光体面に到達した電荷の総量に依存して規
定されている。もちろん、蛍光体の種類により、その非
線形性の度合も異なってくる。

【００２２】蛍光体の特性曲線における非線形性につい
ては、従来よりＣＲＴ等で導入されているガンマ補正回
路を各色毎に導入することにより、ほぼ線形な特性に補
正することができる。各色毎にガンマ補正を施した様子
を図２６（ｂ）に示す。しかしながら、やはりその傾き
については、各色毎に異なるものとなる。この各色毎の
傾きの違いが、ホワイトバランスがとれる各色毎の入射
電子ビーム強度比と異なる場合には、色再現性が劣るこ
とになる。

【００２３】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、ホワイトバランスが容易にとれ、色再現性の良い画
像表示を行うことが可能な画像形成装置とその製造方法
を提供することを目的とする。

【００２４】

【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。

【００２５】即ち、基板上に複数の表面伝導型放出素
子を配列したマルチ電子源と、該マルチ電子源からの電
子ビームの照射により発光する発光手段と、入力された
画像信号に基づいて前記発光手段に照射される電子ビー
ムを変調する変調手段とを具備した画像形成装置であっ
て、前記複数の表面伝導型放出素子の各々は、駆動電圧
の最大値より大きい電圧であって、前記発光手段におけ
る各色毎の発光特性に応じた電圧が予め印加されること
により、電子放出特性がシフトされていることを特徴と
する。

【００２６】ここで前記表面伝導型放出素子は真空容器
内に置かれ、前記真空容器の内部は有機ガスの分圧が１
０の−８乗Torr以下であると良い。

【００２７】また、前記発光手段は蛍光体を含むと良
い。

【００２８】また、前記蛍光体は赤，緑，青の三原色を
有し、前記蛍光体がホワイトバランスを保つように、前
記複数の表面伝導型放出素子の各々の電子放出特性をシ
フトさせていると良い。

【００２９】

【００３０】

【００３１】また本発明は、画像形成装置の製造方法を
も包含する。即ち、本発明の画像形成装置の製造方法
は、基板上に複数の表面伝導型放出素子を配列したマ
ルチ電子源と、該マルチ電子源からの電子ビームの照射
により発光する発光手段と、入力された画像信号に基づ
いて前記マルチ電子源に駆動電圧を印加する駆動手段と
を具備した画像形成装置の製造方法において、表面伝導
型放出素子に、前記駆動手段から印加される駆動電圧の
最大値より大きい電圧であって、前記発光手段における
各色毎の発光特性に応じた電圧を印加することにより、
前記表面伝導型放出素子の電子放出特性をシフトする工
程を有することを特徴とする。

【００３２】ここで前記特性シフト電圧を、有機ガスの
分圧が１０の−８乗Torr以下の雰囲気で印加すると良
い。また、前記発光手段は蛍光体を含むと良い。更に前
記蛍光体は赤、緑、青の三原色を有し、前記蛍光体がホ
ワイトバランスを保つように、前記表面伝導型放出素子
の電子放出特性をシフトさせると良い。

【００３３】

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態を詳細に説明する。

【００３５】＜実施の形態１＞本実施の形態１において
は、表面伝導型放出素子を用いた画像形成装置の例とし
て、画像表示を行う表示パネルについて説明する。

【００３６】＜＜表示パネルの構成と製造法＞＞図１
は、本実施の形態を適用した表示パネル１０００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。

【００３７】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１０００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が、本実施の形態で
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。

【００３８】リアプレート１００５には基板１００１が
固定されているが、該基板１００１上には表面伝導型放
出素子１００２がＮ×Ｍ個形成されている。ここで、
Ｎ，Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素
数に応じて適宜設定される。例えば、高品位テレビジョ
ンの表示を目的とした表示装置においては、Ｎ＝３００
０，Ｍ＝１０００以上の数を設定することが望ましい。
本実施の形態においては、Ｎ＝３０７２，Ｍ＝１０２４
としている。前記Ｎ×Ｍ個の表面伝導型放出素子は、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１０
０１，表面伝導型放出素子１００２，行方向配線１００
３，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、この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。

【００３９】本実施の形態においては、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。

【００４０】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。本実施の形態の
表示パネル１０００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
光体が塗り分けられている。各色の蛍光体９２は、例え
ば図２（ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けら
れ、蛍光体９２のストライプの間には黒色導電体９１が
設けてある。この黒色導電体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
施の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。

【００４１】また、三原色の蛍光体９２の塗り分け方は
上述した図２（ａ）に示したストライプ状の配列に限ら
れるものではなく、例えば図２（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。

【００４２】なお、本実施の形態においてはカラーの表
示パネル１０００を作成するが、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。

【００４３】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。

【００４４】また、本実施の形態において蛍光膜１００
８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。このメタルバック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、例えば１０ＫＶの電子ビーム
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１０
０８をフェースプレート１００７上に形成した後、蛍光
膜表面を平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）
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。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。

【００４５】また、本実施の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、例えばＩＴＯ膜を材料とする透明電極を設けてもよ
い。

【００４６】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１０００と
不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気
密構造の電気接続用端子である。Ｄx1〜Ｄxmはマルチ電
子源の行方向配線１００３と、Ｄy1〜Ｄynはマルチ電子
源の列方向配線１００４と、Ｄz1〜Ｄznは他方の群の列
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。

【００４７】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、不図示の排気管とオイル
を用いない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。更に、排
気を継続しながら表示パネル１０００を８０〜２００゜
Ｃに加熱し、５時間以上ベーキングして有機ガスの分圧
を低減させる。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、例えば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は１×１０マイナス５乗ないしは１
×１０マイナス７乗Torrの真空度に維持される。この
時、炭素と水素を主成分とし、質量数が１３〜２００の
有機ガスの分圧は１０のマイナス８乗Torrよりも小さく
した。

【００４８】以上、本実施の形態における表示パネル１
０００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１０００に用いたマルチ電子源の製
造方法について説明を行う。

【００４９】本実施の形態における画像表示装置に用い
るマルチ電子源は、表面伝導型放出素子を単純マトリク
ス配線したマルチ電子源であれば、表面伝導型放出素子
の材料や形状に制限はない。しかしながら、本願発明者
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放出素子が最
も好適であると言える。そこで、本実施の形態における
表示パネル１０００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源の構造につ
いて述べる。

【００５０】＜＜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として
は、平面型と垂直型の２種類があげられる。

【００５１】＜＜平面型の表面伝導型放出素子＞＞ま
ず、平面型の表面伝導型放出素子の構成と製造方法につ
いて説明する。図３（ａ）に平面型の表面伝導型放出素
子の平面図を、図３（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、１１
０２と１１０３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１
１０５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。

【００５２】基板１１０１としては、例えば、石英ガラ
スや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、アル
ミナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上述
の各種基板上に例えばＳｉＯ₂を材料とする絶縁層を積
層した基板等を用いることができる。

【００５３】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、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。これら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
技術等）を用いて形成してもさしつかえない。

【００５４】素子電極１１０２と１１０３の形状は、当
該表面伝導型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Åから数百μｍの範囲から適当な
数値を選んで設計されるが、画像表示装置に応用するた
めに好ましいのは数μｍより数十μｍの範囲である。ま
た、素子電極１１０２及び１１０３の厚さｄについて
は、通常は数百Åから数μｍの範囲から適当な数値が選
ばれる。

【００５５】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。

【００５６】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は数Åから
数千Åの範囲に含まれるが、なかでも好ましいのは、１
０Åから２００Å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Åから数千Åの範囲のなかで設
定するが、なかでも好ましいのは、１０Åから５００Å
の間である。

【００５７】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，Ｙ
Ｂ₄，ＧｄＢ₄等をはじめとする硼化物や、ＴｉＣ，Ｚｒ
Ｃ，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、等が挙げられ、これらの中から適宜選択される。

【００５８】以上述べたように本実施の形態において
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。

【００５９】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。

【００６０】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。この亀裂は、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Åから数百Å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。

【００６１】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。

【００６２】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５００Å以下とするが、３
００Å以下とするのがさらに好ましい。

【００６３】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（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。

【００６４】以上、本実施の形態において好ましい表面
伝導型放出素子の基本構造について説明を行ったが、本
実施の形態においては、実際には以下のような表面伝導
型放出素子を用いた。

【００６５】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１０００Å、電極間隔Ｌは２μ
ｍ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１００Å、幅Ｗは
１００μｍとした。

【００６６】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４は、本実施形態にお
ける平面型表面伝導型放出素子の製造工程を説明するた
めの断面図であり、図４（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。

【００６７】（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。

【００６８】これら素子電極を形成するにあたっては、
予め基板１１０１を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分
に洗浄後、素子電極１１０２（１１０３）の材料を堆積
させる。尚、電極の材料を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（ａ）に示した一対の素子電極１１０２及び１１０
３を形成する。

【００６９】（２）次に、図４（ｂ）に示すように、導
電性薄膜１１０４を形成する。

【００７０】この導電性薄膜を形成するにあたっては、
まず図４（ａ）で形成された基板１１０１に有機金属溶
液を塗布して乾燥し、加熱焼成処理して微粒子膜を成膜
した後、フォトリソグラフィー・エッチングにより所定
の形状にパターニングする。ここで、有機金属溶剤と
は、導電性薄膜１１０４に用いる微粒子の材料を主要元
素とする有機金属化合物の溶液である。本実施の形態で
は主要元素としてＰｄを用いた。また、本実施の形態で
はその塗布方法としてディッピング法を用いたが、それ
以外の例えばスピンナー法やスプレー法を用いてもよ
い。

【００７１】また、微粒子膜で作られる導電性薄膜１１
０４の成膜方法としては、本実施の形態で用いた有機金
属溶液の塗布による方法以外の、例えば真空蒸着法やス
パッタ法、あるいは化学的気相堆積法などを用いる場合
もある。

【００７２】（３）次に、図４（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。

【００７３】この通電フォーミング処理とは、微粒子膜
で作られた導電性薄膜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（即ち、電子放
出部１１０５）においては、薄膜１１０４に適当な亀裂
が形成されている。なお、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。

【００７４】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１１０４をフォー
ミングする場合には、パルス状の電圧が好ましく、本実
施の形態の場合には、図５に示したように、パルス幅Ｔ
１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で連続的に印加し
た。その際には、三角波パルスの波高値Ｖpfを、順次昇
圧した。また、電子放出部１１０５の形成状況をモニタ
するためのモニタパルスＰmを適宜の間隔で三角波パル
スの間に挿入し、その際に流れる電流を電流計１１１１
で計測した。

【００７５】本実施の形態においては、例えば１０のマ
イナス５乗Torr程度の真空雰囲気下において、例えばパ
ルス幅Ｔ１を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
ニタパルスＰmを挿入した。なお、フォーミング処理に
悪影響を及ぼすことがないように、モニタパルスＰmの
電圧Ｖpmは０．１Ｖに設定した。そして、素子電極１１
０２と１１０３の間の電気抵抗が１×１０の６乗（Ω）
になった段階、即ちモニタパルスＰmの印加時に電流系
１１１１で計測される電流値が１×１０のマイナス７乗
（Ａ）以下になった段階で、フォーミング処理にかかわ
る通電を終了した。

【００７６】尚、上記の方法は、本実施の形態の表面伝
導型放出素子に関する好ましい方法であり、例えば微粒
子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌ等、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。

【００７７】（４）次に、図４（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。

【００７８】この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（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。

【００７９】具体的には、１０のマイナス４乗ないし１
０のマイナス５乗Torrの範囲内の真空雰囲気中で、電圧
パルスを定期的に印加することにより、真空雰囲気中に
存在する有機化合物を起源とする炭素もしくは炭素化合
物を堆積させる。堆積物１１１３は、単結晶グラファイ
ト、多結晶グラファイト、非晶質カーボンのいずれか
か、もしくはその混合物でり、膜厚は５００Å以下、よ
り好ましくは３００Å以下である。

【００８０】ここで、図４（ｄ）における通電方法をよ
り詳しく説明するために、図６（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。

【００８１】図４（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１１０１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１０００の蛍光面をアノード電極１
１１４として用いる。

【００８２】本実施の形態において、活性化用電源１１
１２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し、
活性化用電源１１１２の動作を制御する。電流計１１１
６で計測された放出電流Ｉeの一例を図６（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。

【００８３】尚、上述の通電条件は、本実施の形態の表
面伝導型放出素子を製造するに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。

【００８４】以上説明した様に、本実施の形態では図３
に示す平面型の表面伝導型放出素子を製造した。

【００８５】＜＜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放出素
子を基板１００１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。

【００８６】図７に、上述した図１の表示パネル１００
０に用いたマルチ電子源の平面図を示す。基板１００１
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。

【００８７】図７のＡ−Ａ’に沿った断面図を図８に示
す。図８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。

【００８８】尚、このような構造のマルチ電子源は、予
め基板１００１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
を介して本実施の形態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。

【００８９】＜＜電子放出特性メモリ機能＞＞以下、本
実施の形態の特徴である表面伝導型放出素子における電
子放出特性のメモリ機能について説明する。

【００９０】本実施の形態においては、表面伝導型放出
素子自身にその電子放出特性を記憶する機能（以下、
「電子放出特性のメモリ機能」と称する）を付与し、各
表面伝導型放出素子毎に、自身における所定の電子放出
特性を記憶させた。

【００９１】以下、表面伝導型放出素子に電子放出特性
のメモリ機能を付与する方法、及び該メモリ機能により
各素子毎に所定の電子放出特性を設定して記憶させる方
法について説明する。

【００９２】まず、メモリ機能を用いて記憶させる電子
放出特性としては、電子放出効率が高いことが望ましい
が、そのためには予め上述した通電活性化処理を施すこ
とにより、電子放出特性を改善しておくことが望まし
い。

【００９３】その後、表面伝導型放出素子に電子放出特
性のメモリ機能を付与するためには、表面伝導型放出素
子の周辺環境を一定の条件に整えることが必要である。

【００９４】まず、通電活性化処理による電子放出特性
の改善について説明する。

【００９５】上述した様に、表面伝導型放出素子の電子
放出部１１０５を形成する際には、導電正薄膜１１０４
に電流を流して該薄膜１１０４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
理を行う事が望ましい。上述した様に、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
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。
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乗乃至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１１０５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、もしくは
その混合物を５００Å以下の膜厚で堆積させる。上記の
真空雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリポンプを
用いて真空容器を排気する事により達成できるが、場合
によってはオイルを用いない真空ポンプで排気すると共
に、有機ガスを導入することによっても達成可能であ
る。用いられうる有機ガスとしては、例えば芳香族炭化
水素類をはじめとして多種のものがあるが、表面伝導型
放出素子の材質や形状にあわせて種類と分圧を適宜選択
すれば良い。また、印加する電圧パルスの波形も表面伝
導型放出素子の材質や形状に合わせて適宜選択すれば良
い。

【００９６】表面伝導型放出素子に対してこのような通
電活性化処理を行なうことにより、通電フォーミング処
理の直後と比較して、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。

【００９７】次に、電子放出特性のメモリ機能を実現す
るために必要な周辺環境について説明する。

【００９８】メモリ機能を良好に実現するためには、表
面伝導型放出素子に通電しても電子放出部１１０５やそ
の近傍に炭素もしくは炭素化合物に新たに堆積しないよ
うに、表面伝導型放出素子の周辺の真空雰囲気中の有機
ガスの分圧を低減させ、この状態を維持することが必要
である。

【００９９】具体的には、雰囲気中の有機ガスの分圧を
１０のマイナス８乗Torr以下に低減して維持するのが好
ましく、更に可能ならば１０のマイナス１０乗Torr以下
にしておくことが望ましい。尚、ここで有機ガスの分圧
とは、炭素と水素を主成分として質量数が１３〜２００
の範囲の有機分子の分圧を積算したものであり、質量分
析器を用いて定量的に測定する。

【０１００】表面伝導型放出素子の周辺環境の有機ガス
分圧を低減する代表的な方法として、表面伝導型放出素
子を形成した基板を内蔵する真空容器を加熱して、容器
内の各部材表面に吸着した有機ガス分子を脱着させなが
ら、ソープションポンプやイオンポンプ等、オイルを使
用しない真空ポンプを用いて真空排気を行なう方法が挙
げられる。

【０１０１】このようにして有機ガスの分圧を低減した
後、その状態の維持は、オイルを使用しない真空ポンプ
を用いてその後も排気を継続することにより可能であ
る。しかし、真空ポンプを備えて常時排気を行う方法
は、応用目的によっては容積、消費電力、重量、価格等
の点で不利な場合がある。そこで、例えば表面伝導型放
出素子を表示パネル等の画像表示装置に応用する場合に
は、有機ガス分子を十分に脱着して有機ガスの分圧を低
下させた後で、真空容器内にゲッター膜を形成するとと
もに排気管を封止して、状態を維持する。

【０１０２】尚、真空雰囲気中に残留する有機ガスの起
源は、多くの場合、ロータリポンプや油拡散ポンプなど
の真空排気装置で使用されているオイルの蒸気や、表面
伝導型放出素子の製造工程で使用した有機溶媒の残留物
などである。有機ガスとは、例えばアルカンやアルケン
やアルキン等の脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、
アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フ
ェノール、カルボン酸やスルホン酸等の有機酸類、前記
有機物の誘導体などである。具体的には、例えば、ブタ
ジエン、ｎ−ヘキサン、ｌ−ヘキセン、ベンゼン、トル
エン、Ｏ−キシレン、ベンゾニトリル、クロロエチレ
ン、トリクロロエチレン、メタノール、エタノール、イ
ソプロパノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒ
ド、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、
メチルアミン、エチルアミン、酢酸、プロピオン酸、等
である。

【０１０３】次に、上記の環境下において表面伝導型放
出素子が示す電子放出特性のメモリ機能について説明す
る。

【０１０４】本願発明者らは、予め通電フォーミング処
理及び通電活性化処理を施した表面伝導型放出素子を、
有機ガスの分圧を低減した環境下で駆動し、電気的な特
性を測定した。その様子を図９及び図１０に示す。

【０１０５】図９は、表面伝導型放出素子に印加した駆
動信号の電圧波形を示すグラフであり、横軸は時間を、
縦軸は表面伝導型放出素子に印加した電圧（以下、素子
電圧Ｖfと称する）を示している。

【０１０６】駆動信号には、図９（ａ）に示すように連
続した矩形電圧パルスを用い、電圧パルスの印加期間を
第１期間〜第３期間の３つに分け、各期間内においては
同一のパルスを１００パルスずつ印加した。この電圧パ
ルスの波形を、図９（ｂ）に拡大して示す。

【０１０７】具体的な測定条件としては、どの期間も駆
動信号のパルス幅をＴ５＝６６．８μｓｅｃ、パルス周
期をＴ６＝１６．７ｍｓｅｃとした。これは、表面伝導
型放出素子を一般のテレビジョン受像機に応用する場合
の標準的な駆動条件を参考にして定めたが、これ以外の
条件においてもメモリ機能を測定することは可能であ
る。尚、表面伝導型放出素子に実効的に印加される電圧
パルスの立ち上がり時間Ｔr及び立ち下がりＴfが１００
ｎｓｅｃ以下となるように、駆動信号源から表面伝導型
放出素子までの配線路のインピーダンスを十分に低減し
て測定した。

【０１０８】素子電圧Ｖfは、第１期間と第３期間では
Ｖf＝Ｖf1、第２期間ではＶf＝Ｖf2とした。Ｖf1及びＶ
f2はともに表面伝導型放出素子の電子放出閾値電圧より
も大きい電圧であって、かつ、Ｖf1＜Ｖf2を満足するよ
うに設定した。但し、表面伝導型放出素子の形状や材料
により電子放出閾値電圧も異なるので、測定対象となる
表面伝導型放出素子に合わせて適宜設定した。

【０１０９】また、測定時の表面伝導型放出素子周辺の
雰囲気は、全圧が１×１０のマイナス６乗Torrで、有機
ガスの分圧は１×１０のマイナス９乗Torrとした。

【０１１０】ここで図１０に、図９で示した駆動信号を
印加した際の表面伝導型放出素子の電気的特性を示す。
図１０（ａ）の横軸は素子電圧Ｖfを、縦軸は表面伝導
型放出素子から放出される電流（以下、放出電流Ｉeと
称する）の測定値を示し、図１０（ｂ）の横軸は素子電
圧Ｖfを、縦軸は表面伝導型放出素子に流れる電流（以
下、素子電流Ｉfと称する）の測定値を示している。

【０１１１】まず、図１０（ａ）に示した（素子電圧Ｖ
f）対（放出電流Ｉe）特性について説明する。まず第１
期間においては、駆動パルスに応答して表面伝導型放出
素子からは、特性カーブＩec(1)に従って放出電流が出
力される。即ち、駆動パルスの立ち上がり期間Ｔrの間
は、印加電圧ＶfがＶth1を越えると、放出電流Ｉeは特
性カーブＩec(1)に沿って急激に増加する。そして、Ｖf
＝Ｖf1の期間、即ちＴ５の期間には、放出電流ＩeはＩe
1の大きさを保つ。そして、駆動パルスの立ち下がり期
間Ｔfの間では、放出電流Ｉeは特性カーブＩec(1)に沿
って急激に減少する。

【０１１２】次に、第２期間において、Ｖf＝Ｖf2のパ
ルスが印加され始めると、特性カーブはＩec(1)からＩe
c(2)に変化する。即ち、駆動パルスの立ち上がり期間Ｔ
rの間は、印加電圧ＶfがＶth2を越えると放出電流Ｉeは
特性カーブＩec(2)に沿って急激に増加する。そして、
Ｖf＝Ｖf2の期間、即ちＴ５の期間には、放出電流Ｉeは
Ｉe2の大きさを保つ。そして、駆動パルスの立ち下がり
期間Ｔfの間では、放出電流Ｉeは特性カーブＩec(2)に
沿って急激に減少する。

【０１１３】次に、第３期間において、再びＶf＝Ｖf1
のパルスが印加されるが、この時には放出電流Ｉeは特
性カーブＩec(2)に沿って変化する。即ち、駆動パルス
の立ち上がり期間Ｔrの間は、印加電圧ＶfがＶth2を越
えると放出電流Ｉeは特性カーブＩec(2)に沿って急激に
増加する。そして、Ｖf＝Ｖf1の期間、即ち、Ｔ５の期
間には、放出電流ＩeはＩe3の大きさを保つ。そして、
駆動パルスの立ち下がり期間Ｔfの間では、放出電流Ｉe
は特性カーブＩec(2)に沿って急激に減少する。

【０１１４】このように、第３期間では、表面伝導型放
出素子には第２期間における特性カーブＩec(2)が記憶
されているため、放出電流Ｉeは第１期間よりも小さな
ものとなる。

【０１１５】また、図１０（ｂ）に示した（素子電圧Ｖ
f）対（素子電流Ｉf）特性についても同様に、表面伝導
型放出素子は第１期間においては特性カーブＩfc(1)に
沿って動作するが、第２期間においては特性カーブＩfc
(2)に沿うようになり、それに続く第３期間においては
第２期間に記憶された特性カーブＩfc(2)に沿って動作
する。

【０１１６】尚、便宜上、第１〜第３期間の３つの期間
のみについて例示したが、この特性カーブが記憶される
現象はむろんこの設定条件だけに限られるわけではな
い。即ち、メモリ機能が付与された表面伝導型放出素子
に対してパルス電圧を印加する場合、該電圧値がそれ以
前に印加された電圧値よりも大きいければ、特性カーブ
がシフトし、かつ記憶（メモリ）される。そして、以
後、更に大きな電圧値のパルスが印加されない限り、そ
の特性カーブのメモリは維持される。このようなメモリ
機能は、例えばＦＥ型をはじめとした他の電子放出素子
においては観測されておらず、表面伝導型放出素子に固
有の機能であるといえる。

【０１１７】本実施の形態においては、多数の表面伝導
型放出素子を備えたマルチ電子源を表示パネル１０００
に応用する際に、上記のメモリ機能を積極的に活用し
て、適切なホワイトバランス制御を可能としたことを特
徴とする。

【０１１８】即ち、本実施の形態によれば、予め各表面
伝導型放出素子における（放出電流Ｉe）対（素子電圧
Ｖf）特性を蛍光体の感度に合わせて設定し、そのメモ
リ機能により記憶させる。

【０１１９】具体的には、各色の蛍光体の（発光輝度）
対（照射電流）特性に合わせて、対応する表面伝導型放
出素子の特性を設定し、所望の色バランスが得られるよ
うにする。本実施の形態においては、蛍光体として赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色を用い、各色蛍光
体に同一の加速電圧を印加すると同時に、各色用表面伝
導型放出素子に同一の駆動電圧を印加して電子ビームを
照射した場合に発光色のホワイトバランスがとれるよう
に、各表面伝導型放出素子の特性を記憶させる。例え
ば、３原色蛍光体の感度（発光輝度／照射電流）が、
“Ｇ＞Ｒ＞Ｂ”である場合には、ホワイトバランスをと
るためには各色用表面伝導型放出素子の電子放出特性
（同一電圧を印加した際の放出電流Ｉeの大きさ）を、
“Ｂ用素子＞Ｒ用素子＞Ｇ用素子”となるように設定し
て記憶させる。即ち、上述した図１０において、各色用
素子の特性カーブが左から右に向かって、“Ｂ用素子，
Ｒ用素子，Ｇ用素子”の順にシフトして並ぶように設定
して記憶させる。

【０１２０】そのためには、真空雰囲気中の有機ガス成
分の分圧を十分に低減した後、各色用素子に電子放出特
性をメモりするための電圧パルスを印加する。印加する
電圧パルスの波高値の大きさは、“Ｇ用＞Ｒ用＞Ｂ用”
を満足するようにする。尚、記憶する電子放出特性を安
定させるために、記憶用の電圧パルスは１００パルス以
上印加するのが望ましい。ここでは、説明を簡単にする
ために定性的な説明にとどめたが、実際には各色蛍光体
の感度比や表面伝導型放出素子の特性カーブに基づいて
特性カーブのシフト量を定量的に設定し、記憶用の電圧
パルスの波高値を定量的に決定した。

【０１２１】以上説明した様に、各色用の表面伝導型放
出素子毎に異なる電子放出特性を記憶させた後、画像情
報に基づいて素子を駆動して実際に画像表示を行う。こ
の時、表示するために素子に印加する駆動信号が、記憶
された特性カーブをシフトさせてしまわないように、駆
動信号の最大電圧を前記記憶用の電圧パルスの波高値以
下に抑制する。尚、表示する間もメモリ機能を維持する
ために、真空雰囲気中の有機ガス成分の分圧を低く保つ
ことは言うまでもない。

【０１２２】＜＜ホワイトバランス制御＞＞以下、本実
施の形態におけるホワイトバランス制御について、更に
具体的に説明する。

【０１２３】まず、本実施の形態における表面伝導型放
出素子の電子放出特性を変更させる記憶工程について、
図１１及び図１２を参照して説明する。本実施の形態に
おいては、表示パネル１０００内の有機ガスの分圧を上
述した方法で低減させた後に、そのメモリ機能を利用し
て各表面伝導型放出素子の電子放出特性を補正する。ま
ず最初に、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色蛍光体
の発光特性に応じた補正すべき電子放出特性を予め調べ
ておく。即ち、図１における蛍光膜１００８のＲ，Ｇ，
Ｂの各色蛍光体９２の個々に対応して表面伝導型放出素
子が配置されているため、表面伝導型放出素子の電子放
出特性が均一であると仮定すれば、上述した図２６
（ｂ）に示したような照射電流密度Ｊｅに対する各色毎
の発光輝度特性が得られる。図１１において、実線で示
したＲ，Ｇ，Ｂの発光輝度曲線は、図２６（ｂ）におけ
る特性曲線と同一のものである。図１１において、発光
輝度曲線Ｒ’，Ｂ’は、表面伝導型放出素子からの照射
電流密度Ｊｅが同一である場合に、Ｒ，Ｇ，Ｂの蛍光体
の発光による混色の結果として、Ｇの発光輝度を基準に
してホワイトバランスのとれるＲ及びＢの発光輝度を求
めてプロットしたものである。以下、このＲ’，Ｂ’を
基準発光輝度曲線と称する。

【０１２４】即ち、用いる蛍光体９２の発光輝度特性に
よっては、図１１に示したようにホワイトバランスのと
れるＲの基準発光輝度曲線Ｒ’と、実際の発光輝度曲線
Ｒとの間でズレが生じてしまう。また、Ｂの基準発光輝
度曲線Ｂ’と実際の発光輝度曲線Ｂに関しても同様であ
る。従って、この基準発光輝度曲線と実際の発光輝度曲
線とのズレに相当する分が、補正すべき電子放出特性と
なる。

【０１２５】次に、図１２を参照して電子放出特性を変
更する具体的な方法について説明する。

【０１２６】図１２において、ａはＲの蛍光体に対応す
る表面伝導型放出素子群の電子放出特性、ｂはＧの蛍光
体に対応する表面伝導型放出群の電子放出特性、ｃはＢ
の蛍光体に対応する表面伝導型放出群の電子放出特性を
示した曲線である。

【０１２７】上述したように、表面伝導型放出素子に予
め各色毎に異なる最大波高値Ｖmaxを持つ記憶用電圧パ
ルスを印加しておくことにより、電子放出特性を変える
ことができる。従って、電子放出特性ａの素子群にはＶ
max-R、電子放出特性ｂの素子群にはＶmax-G、電子放出
特性ｃの素子群にはＶmax-Bのそれぞれの最大波高値を
持つ記憶用電圧パルスを印加しておくことにより、図１
２に示すような各色毎の電子放出特性曲線が得られる。
尚、これまでの説明から明らかなように、Ｖmax-B＜Ｖm
ax-R＜Ｖmax-Gであり、駆動時パルスの波高値Ｖfにおけ
る放出電流値はＩG＜ＩR＜ＩBである。

【０１２８】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、各色毎の表面伝導型放出素子群の電子放出特性を異
ならせて、図１１における発光輝度曲線Ｇ，Ｒ，Ｂを、
ホワイトバランスのとれた発光輝度曲線Ｇ，Ｒ’，Ｂ’
に一致させるように調整することが可能となる。

【０１２９】本願本発明者等は、素子電極間隔Ｌ＝３ミ
クロン、電子放出部幅Ｗ＝３００ミクロンとして上述し
た表面伝導型放出素子を作成し、アノードと表面伝導型
放出素子との距離を４ｍｍ、真空装置内の真空度を１×
１０のマイナス９乗Torr（有機物の分圧：１×１０のマ
イナス１０乗Torr以下）、アノード電極の電位を１ｋＶ
の条件として、電子放出特性を測定した。その結果、記
憶用のパルスの波高値が１５．０Ｖの場合に放出電流
１．４μＡ、波高値１５．３Ｖの場合に０．７μＡ、波
高値１５．６Ｖの時には０．５μＡを得た。ただし、放
出電流はＶf＝１４．０Ｖを印加して測定した。

【０１３０】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、表面伝導型放出素子に対して、蛍光体の発光輝度特
性に応じて異なる記憶用波形を予め印加し、放出電流特
性を変えることにより、蛍光体のホワイトバランスを容
易に適切なものとすることができる。

【０１３１】＜＜表示動作説明＞＞以下、上述したよう
にして作成された表示パネル１０００において、実際に
表示動作を行うための構成について説明する。

【０１３２】図１３は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基
いてテレビジョン表示を行うための駆動回路の概略構成
ブロック図である。図１３において、１０１は前記表示
パネルであり、また、１０２は走査回路、１０３は制御
回路、１０４はシフトレジスタ、１０５はラインメモ
リ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発生
器、１０８はガンマ補正回路、ＶｘおよびＶａは直流電
圧源である。以下、各部の機能について説明するが、ま
ず表示パネル１０１は、端子Ｄx1〜Ｄxm、及び端子Ｄy1
〜Ｄyn、及び高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路と接
続されている。このうち、端子Ｄx1〜Ｄxmには、表示パ
ネル１０１内に設けられているマルチ電子源、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放出素
子群を一行（Ｎ素子）ずつ順次駆動するための走査信号
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各表面伝導型放出素子の出力
電子ビームを制御するための変調信号が印加される。ま
た、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば１
０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは表面伝導型放
出素子より出力される電子ビームに蛍光体を励起するの
に十分なエネルギーを付与するための加速電圧である。

【０１３３】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（図中、Ｓ1乃至Ｓmで模式的に示す）、各スイッチン
グ素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０Ｖ（グ
ランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネル１
０１の端子Ｄx1〜Ｄxmと電気的に接続する。Ｓ1〜Ｓmの
各スイッチング素子は、制御回路１０３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Ｆ
ＥＴ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。

【０１３４】尚、前記直流電圧源Ｖｘは、本実施の形態
の場合には、表面伝導型放出素子の特性に基づき７Ｖの
一定電圧を出力するように設定している。

【０１３５】また、制御回路１０３は、外部より入力す
る画像信号に基づいて適切な表示が行われるように各部
の動作を整合させる働きをもつものである。そして、次
に説明する同期信号分離回路１０６より送られる同期信
号Ｔsyncに基づいて、各部に対してＴscan及びＴsft及
びＴmrtの各制御信号を発生する。尚、各制御信号のタ
イミングに関しては、後に図１８を参照して詳細に説明
する。

【０１３６】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分とを分離するための回路で、良く知られて
いるように周波数分離（フィルタ）回路を用いれば、容
易に構成できるものである。同期信号分離回路１０６に
より分離された同期信号は、良く知られるように垂直同
期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜
上、Ｔsync信号として図示した。一方、前記テレビ信号
から分離された画像の輝度信号成分は、ガンマ補正回路
１０８によりガンマ補正されるが、補正された信号を便
宜上ＤＡＴＡ信号として示す。ＤＡＴＡ信号はシフトレ
ジスタ１０４に順に入力される。シフトレジスタ１０４
は、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換を行う
ためのもので、前記制御回路１０３より送られる制御信
号Ｔsftに基づいて動作する。即ち、制御信号Ｔsftは、
シフトレジスタ１０４のシフトクロックであるとも言え
る。

【０１３７】シリアル／パラレル変換された画像１ライ
ン分（表面伝導型放出素子Ｎ素子分の駆動データに相
当）のデータは、Ｉｄ1〜ＩｄnのＮ個の並列信号とし
て、シフトレジスタ１０４より出力される。ラインメモ
リ１０５は、１ライン分の画像データを必要時間だけ記
憶するための記憶装置であり、制御回路１０３より送ら
れる制御信号Ｔmrｙに従って適宜Ｉｄ1〜Ｉｄnの内容を
記憶する。ラインメモリ１０５に記憶された内容はＩ’
ｄ1〜Ｉ’ｄnとして出力され、変調信号発生器１０７に
入力される。変調信号発生器１０７は、前記画像データ
Ｉ’ｄ1〜Ｉ’ｄnの各々に応じて、表面伝導型放出素子
の各々を適切に駆動変調するための信号源であり、その
出力信号は、端子Ｄy1〜Ｄynを介して表示パネル１０１
内の表面伝導型放出素子に印加される。

【０１３８】上述した様に、本実施の形態においては、
ＲＧＢの３原色の蛍光体の発光効率に応じて、各表面伝
導型放出素子には、所定の電子放出特性が記憶されてい
る。本実施の形態においては表面伝導型放出素子に電子
放出特性を記憶させる際に１５．０Ｖ，１５．３Ｖ，１
５．６Ｖの電圧パルスを用いたが、上述した様に、記憶
された電子放出特性が画像を表示する際にシフトしてし
まわないように、表示用駆動信号の電圧は記憶用パルス
の電圧を越えないようにする必要がある。そこで具体的
には、どの表面伝導型放出素子についても画像表示する
ための駆動信号の電圧を１４．０Ｖとした。そして、駆
動信号のパルス幅（即ち、時間的な長さ）を変えること
により、画像の輝度を変調するように構成した。

【０１３９】以上、図１３に示した各部の機能について
述べたが、全体動作の説明に移る前に、図１４乃至図１
７を参照して、表示パネル１０１の動作についてより詳
細に説明しておく。尚、図示の便宜上、表示パネル１０
１の画素数を６×６（即ち、Ｍ＝Ｎ＝６）として説明す
るが、実際に用いる表示パネル１０１はこれよりもはる
かに多数の画素を備える事は言うまでもない。

【０１４０】図１４は、６行６列の行列状に表面伝導型
放出素子をマトリクス配線したマルチ電子源を示す図で
あり、各素子はＤ（１，１），Ｄ（１，２），…，Ｄ
（６，６）のように、（Ｘ，Ｙ）座標でその位置を示す
ものとする。

【０１４１】このようなマルチ電子源を駆動して画像を
表示する際には、Ｘ軸と平行な画像の１ラインを単位と
して、ライン順次に画像を形成する方法をとる。画像の
１ラインに対応した表面伝導型放出素子を駆動するに
は、Ｄx1〜Ｄx6のうち、表示ラインに対応する行の端子
に０Ｖを、それ以外の端子には７Ｖを印加する。それと
同期して、当該ラインの画像パターンに従ってＤy1〜Ｄ
y6の各端子に変調信号を印加する。

【０１４２】ここで、図１５に示すような画像パターン
を表示する場合を例として説明する。説明の便宜上、画
像パターンの発光部の輝度は等しく、例えば１００［フ
ートランバート］相当であるとする。表示パネル１０１
においては、蛍光体９２として公知のＰ−２２を用い、
加速電圧を１０ｋＶとし、画像表示の繰り返し周波数を
６０Ｈｚとし、電子放出素子として前記特性の表面伝導
型放出素子を用いたが、この場合には１４Ｖの電圧を印
加するのが適当であった（尚、この数値は各パラメータ
を変更すれば当然変わるべきものである）。

【０１４３】そこで、図１５の画像のうち、例えば第３
ライン目を発光させる期間を例として説明する。図１６
は、図１５に示す画像の第３ライン目を発光させる間
に、端子Ｄx1〜Ｄx6、及び、端子Ｄy1〜Ｄy6を介してマ
ルチ電子源に印加する電圧値を示している。図１６から
明らかなように、Ｄ（２，３），Ｄ（３，３），Ｄ
（４，３）の各表面伝導型放出素子には１４Ｖが印加さ
れて電子ビームが出力される一方、上記３素子以外は、
７Ｖ（図中斜線で示す素子）もしくは０Ｖ（図中白ぬき
で示す素子）が印加されるが、これは電子放出の閾値電
圧以下であるため、これらの素子からは電子ビームは出
力されない。

【０１４４】同様の方法で、他のラインについても図１
５の表示パターンに従ってマルチ電子源を駆動してゆく
が、この様子を時系列的に示したのが図１７のタイムチ
ャートである。図１７に示すように、第１ラインから順
次１ラインずつ駆動していくことにより、ちらつきのな
い画像表示が可能となる。

【０１４５】尚、表示パターンの発光輝度を変更する場
合、輝度をより大きく（小さく）するには端子Ｄy1〜Ｄ
y6に印加される変調信号のパルスの長さを１０μｓより
も長く（短く）する事により輝度を変更することが可能
である。

【０１４６】以上、６×６画素のマルチ電子源を例にと
って、表示パネル１０１の駆動方法を説明した。次に、
図１３の装置の全体動作について、図１８のタイミング
チャートを参照しながら説明する。

【０１４７】図１８において、（１）は外部から入力す
るＮＴＳＣ信号から同期信号分離回路１０６により分離
された輝度信号ＤＡＴＡのタイミングを示し、１ライン
目、２ライン目、３ライン目、…と順に送られてくる。
また、これと同期して制御回路１０３からシフトレジス
タ１０４に対して、（２）に示す如くシフトクロックＴ
sftが出力される。シフトレジスタ１０４に１ライン分
のデータが蓄積されると、（３）に示すタイミングで、
制御回路１０３からラインメモリ１０５に対してメモリ
ライト信号Ｔmryが出力され、１ライン（Ｎ素子分）の
駆動データが記憶保持される。その結果、ラインメモリ
１０５の出力信号であるＩ’ｄ1〜Ｉ’ｄnの内容は
（４）に示すタイミングで変化する。

【０１４８】一方、走査回路１０２の動作を制御する制
御信号Ｔscanの内容は、（５）に示すようになる。即
ち、１ライン目を駆動する場合には、走査回路１０２内
のスイッチング素子Ｓ1のみが０Ｖで他のスイッチング
素子は７Ｖ、また２ライン目を駆動する場合には、スイ
ッチング素子Ｓ2のみが０Ｖで他のスイッチング素子は
７Ｖ、以下同様、というように、各ラインに応じて同様
に動作が制御される。また、これと同期して変調信号発
生器１０７から表示パネル１０１に対しては、図１８の
（６）に示すタイミングで変調信号が出力される。

【０１４９】尚、特に説明は行なわなかったが、シフト
レジスタ１０４やラインメモリ１０５は、デジタル信号
式またはアナログ信号式のいずれでも良く、画像信号の
シリアル／パラレル変換や記憶が所定の速度及びタイミ
ングで行なわれれば良い。尚、デジタル信号式を用いる
場合には、同期信号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡ
をデジタル信号化する必要があるが、これは同期信号分
離回路１０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を備えれば容易に
可能であることは言うまでもない。

【０１５０】以上に説明した動作により、表示パネル１
０１を用いてＮＴＳＣ信号が表示可能となり、テレビジ
ョン表示を行うことができる。

【０１５１】尚、本実施形態においては、表示パネル１
０１に平面型の表面伝導型放出素子を用いたが、垂直型
の表面伝導型放出素子を用いても、同様にカラーバラン
スを良好にとることができた。以下、垂直型の表面伝導
型放出素子について、簡単に説明する。

【０１５２】＜＜垂直型の表面伝導型放出素子＞＞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
型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。

【０１５３】図１９は、垂直型表面伝導型放出素子の基
本構成を説明するための模式的な断面図であり、図中１
２０１は基板、１２０２と１２０３は素子電極、１２０
６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。

【０１５４】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、例えばＳｉＯ2 のような電気的に絶縁
である材料を用いる。

【０１５５】以下、好適な垂直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２０は、本実施形態に
おける垂直型表面伝導型放出素子の製造工程を説明する
ための断面図であり、図２０（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
１９と同一であるため、説明を省略する。

【０１５６】（１）まず、図２０（ａ）に示すように、
基板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１５７】（２）次に、図２０（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、例えば真空蒸着法や印刷法などの他の
成膜方法を用いてもよい。

【０１５８】（３）次に、図２０（ｃ）に示すように、
絶縁層１２０６の上に素子電極１２０２を形成する。

【０１５９】（４）次に、図２０（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。

【０１６０】（５）次に、図２０（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、例えば塗布法などの成膜技術を用いればよい。

【０１６１】（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（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。

【０１６２】（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（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。

【０１６３】以上説明した様にし本実施の形態では、図
１９に示す垂直型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１６４】以上説明した様に本実施の形態によれば、
メモリ機能を備えた表面伝導型放出素子に対して、その
電子放出特性を対応する蛍光体の色に応じて適切に記憶
させることにより、ＲＧＢ３原色の蛍光体における発光
のホワイトバランスを適切に設定することができる。

【０１６５】＜実施の形態２＞以下、本発明に係る実施
の形態２について説明する。

【０１６６】上述した実施の形態１においては、表面伝
導型放出素子が単純マトリクス配線された表示パネルに
ついて説明を行った。この実施の形態２においても、前
述の実施の形態１と同様に、メモリ機能を備えた表面伝
導型放出素子と蛍光体により表示パネルを構成するが、
表面伝導型放出素子を並列に配線することを特徴とす
る。

【０１６７】図２１に実施の形態２における表示パネル
２０００の斜視図を示し、その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。尚、実施の形態
１で示した図１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。

【０１６８】図２１に示す表示パネル２０００は、例え
ば本出願人による特開平１−３１３３２号公報に開示さ
れた構造を備えている。つまり、表面伝導型放出素子を
並列に多数配置し、個々の素子の両端を行方向配線１０
１３にそれぞれ結線した行を多数配列した基板１００１
をリアプレート１００５上に固定した後、基板１００１
の上方に、電子通過孔２０５を有するグリッド２０６
を、表面伝導型放出素子の配列方向と直交させて配置し
た構造を備えている。

【０１６９】その他の構造は、上述した図１に示した表
示パネル１０００とほぼ同様なので、詳細な説明は省略
するが、実施の形態２では、蛍光体９２は図２（ａ）に
示す様なストライプ形状を採用しており、蛍光体９２を
表面伝導型放出素子の配列方向（即ち、グリッドと直交
する方向）に沿って配列している。これには先にブラッ
クストライプを形成し、その間隙部に各色蛍光体９２を
塗布することにより、蛍光膜１００８を作成した。ま
た、カラー表示の場合は各色の蛍光体９２と表面伝導型
放出素子とを対応させなければならないため、フェース
プレート１００７、支持枠１００６、リアプレート１０
０５の接合部を封着する際、十分な位置合わせを行った
ことは言うまでもない。

【０１７０】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（不図示）を介して真空ポンプにて排気
し、十分な真空度に達した後、容器外端子ＤR1〜ＤRmと
ＤL1〜ＤLmを介して素子電極１２０３間に電圧を印加す
ることにより、前述の通電フォーミング処理及び通電活
性化処理を行う。こうして電子放出部１２０５を形成し
て、上述した表面伝導型放出素子を基板１００１上に作
成した。そして最後に１０のマイナス６乗Torr程度の真
空度で、不図示の排気管をガス・バーナで熱することで
溶着して外囲器を封止し、最後に、封止後の真空度を維
持するために、ゲッター処理を行った。

【０１７１】以上のようにして形成された表示パネルに
おいて、表面伝導型放出素子のそれぞれに、容器外端子
ＤR1〜ＤRmとＤL1〜ＤLmを介して電圧を印加することに
より、各電子放出部１２０５より電子を放出させる。こ
うして放出された電子は電子ビーム変調用のグリッド
（変調電極）２０６の電子通過孔２０５を通過した後、
高圧端子Ｈｖを通して、メタルバック１００９或いは透
明電極（不図示）に印加された数ｋＶ以上の高圧により
加速されて蛍光膜１００８に衝突し、これにより蛍光体
９２を励起・発光させる。その際、画像信号に応じた電
圧を、端子Ｇ1〜Ｇnを介してグリッド２０６に印加する
ことにより、電子通過孔２０５を通過する電子ビームを
制御して画像を形成する。

【０１７２】実施の形態２では、例えばＳｉＯ₂の絶縁
層（不図示）を介して、基板１００１の略１０ミクロン
上方に略５０ミクロン径の電子通過孔２０５を有するグ
リッド２０６を配置し、加速電圧として６ｋＶ印加した
場合に、電子ビームのオンとオフ（つまり電子通過孔２
０５を通過する通過しない）を５０Ｖ以内の変調電圧
（グリッド電圧Ｖg）で制御することができる。

【０１７３】ここで図２２に、グリッド２０６に印加す
るグリッド電圧Ｖgと螢光膜１００８へ流れる螢光面電
流との関係を示す。これにより、グリッド電圧Ｖgを増
加させていくと、ある閾値電圧Ｖg1以上になると螢光面
電流が流れ始め、更にグリッド電圧Ｖgが増加するに従
って、螢光面電流が単調に増加して、Ｖg2あたりで最終
的に飽和することが分かる。

【０１７４】尚、以上述べた構成は表示パネル２０００
を作成する上で必要な概略構成を示したものであり、例
えば各部材の材料や寸法・位置関係等、詳細な部分は上
述の説明に限られるものではなく、画像表示装置の用途
に適するよう適宜選択することができる。

【０１７５】以上、本実施の形態２における表示パネル
の基本構成及び製法について説明したが、実施の形態２
においてももちろん蛍光体の発光色に応じて、表面伝導
型放出素子毎に異なる電子放出特性を記憶させた。実施
の形態２の表示パネル２０００では電気的に並列に接続
された素子の列に並行してストライプ状の３原色蛍光体
が塗り分けられているので、並列接続された素子列毎
に、記憶用の電圧パルスを印加した。尚、その際の真空
雰囲気等は、上述した第１実施形態の場合と同様の条件
であった。

【０１７６】各素子列に電子放出特性を記憶させた後、
テレビジョン表示用の駆動回路を接続することにより、
カラーバランスの良好な表示を行うことが可能であっ
た。テレビジョン用の駆動回路の主要構成は、前述の実
施の形態１で示した図１３とほぼ同様であるが、実施の
形態２の場合には、変調信号発生器１０７の出力電圧を
グリッドで変調するのに適当な電圧に合わせて、表示パ
ネル２０００の端子Ｇ1〜Ｇnに接続した。また、走査回
路１０２の出力電圧を、走査電圧＝１４．０Ｖ、非走査
電圧＝０Ｖに設定し、表示パネルの端子ＤL1〜ＤLmに接
続した。また、端子ＤR1〜ＤRmは、常に０Ｖとした。

【０１７７】以上説明した様に実施の形態２によれば、
電子ビームを変調するグリッド２０６を備えた表示パネ
ル２０００を用いても、上述した実施の形態１と同様、
メモリ機能を備えた表面伝導型放出素子に対して、その
電子放出特性を対応する蛍光体の色に応じて適切に記憶
させることにより、ＲＧＢ三原色の蛍光体における発光
のホワイトバランスを適切に設定することができる。

【０１７８】＜実施の形態３＞以下、本発明に係る実施
の形態３について説明する。

【０１７９】実施の形態３においては、上述した実施の
形態１及び２で説明した様にして作成された、表面伝導
型放出素子を電子放出素子として用いた表示パネルを、
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
多機能表示装置について説明する。

【０１８０】図２３は、実施の形態３における多機能表
示装置の一構成例を示すブロック図である。図中、２１
００は電子放出特性を記憶させた表面伝導型放出素子を
電子源として用いた表示パネル、２１０１は表示パネル
２１００の駆動回路、２１０２は表示パネルコントロー
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Ｃ
ＰＵ、２１０７は画像生成回路、２１０８，２１０９及
び２１１０は画像メモリインターフェース回路、２１１
１は画像入力インターフェース回路、２１１２，２１１
３はＴＶ信号受信回路、２１１４はキーボードやマウス
等の入力デバイスからの入力を受ける入力部である。

【０１８１】尚、実施の形態３における多機能表示装置
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。

【０１８２】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。

【０１８３】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における信号）は、大面積化や大
画素数化に適した前記表示パネル２１００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。

【０１８４】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。

【０１８５】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等の
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。

【０１８６】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。

【０１８７】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。

【０１８８】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。

【０１８９】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等の出力装置と
を接続するための回路である。画像データや文字・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。

【０１９０】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。
画像生成回路２１０７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
ッサ等をはじめとして、画像の生成に必要な回路が組み
込まれている。

【０１９１】画像生成回路２１０７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２１０
５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。

【０１９２】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。例えば、マルチプレクサ２１０３に制御
信号を出力し、表示パネル２１００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表示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／ノンインターレー
ス）や一画面の走査線の数等、表示パネル２１００の動
作を適宜制御する。

【０１９３】また、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。

【０１９４】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等ように、情
報を生成したり処理する機能に直接関わっても良い。あ
るいは、前述したように入出力インターフェース回路２
１０５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共同して行
っても良い。

【０１９５】また、入力部２１１４は、前記ＣＰＵ２１
０６にユーザが命令やプログラム、あるいはデータ等を
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。

【０１９６】また、デコーダ２１０４は、前記画像生成
回路２１０７乃至ＴＶ信号受信回路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信号及びＱ信号に逆変換するための回路である。尚、
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ＭＵＳ
Ｅ方式をはじめとして、逆変換する際に画像メモリを必
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
り、また、画像生成回路２１０７及びＣＰＵ２１０６と
共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
う利点が生まれるためである。

【０１９７】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割
し、各領域毎に異なる画像を表示することも可能であ
る。

【０１９８】また、表示パネルコントローラ２１０２
は、前記ＣＰＵ２１０６より入力される制御信号に基づ
いて駆動回路２１０１の動作を制御するための回路であ
る。

【０１９９】まず、表示パネル２１００の基本的な動作
に関るものとして、例えば表示パネル２１００の駆動用
電源（不図示）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。

【０２００】また、表示パネル２１００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／ノンインターレース）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、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。ま
た、駆動回路２１０１は、表示パネル２１００に印加す
る駆動信号を発生するための回路であり、マルチプレク
サ２１０３から入力される画像信号と、表示パネルコン
トローラ２１０２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。

【０２０１】以上、図２３に示す各部の機能について説
明したが、図２３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表
示パネル２１００に表示する事が可能である。

【０２０２】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、表示パネルコント
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
て表示パネル２１００に駆動信号を印加する。

【０２０３】これにより、表示パネル２１００において
画像が表示される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ２１
０６により統括的に制御される。

【０２０４】また、本表示装置においては、デコーダ２
１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路２１０７
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、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
縦横比変換等をはじめとする画像処理や、合成，消去，
接続，入れ換え，はめ込み等をはじめとする画像編集を
行う事も可能である。また、実施の形態３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。

【０２０５】従って、本多機能表示装置は、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，等の機能を一台で兼ね備える事が可能であ
り、産業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広い
ものである。

【０２０６】尚、図２３は、表面伝導型放出素子を電子
源とする表示パネルを用いた多機能表示装置の構成の一
例を示したにすぎず、この構成のみに限定されるもので
ない事は言うまでもない。例えば、図２３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、本多機能表
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
等を構成要素に追加するのが好適である。

【０２０７】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子源とする表示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のサイズを小さくする
ことが可能である。それに加えて、表面伝導型放出素子
を電子源とする表示パネルは大画面化が容易で輝度が高
く、かつ視野角特性にも優れるため、本表示装置は臨場
感に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。

【０２０８】以上説明した様に実施の形態３によれば、
電子放出特性を記憶させた表面伝導型放出素子を電子源
とする表示パネルにより、多機能表示装置を構成するこ
とができる。従って、応用性に優れた多機能かつ色再現
性の良い表示装置を提供することができる。

【０２０９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、表
面伝導型放出素子に、対応する蛍光体の色に応じて予め
適切な電子放出特性を記憶させておくことにより、ホワ
イトバランスが容易に取れる画像形成装置を提供するこ
とができる。従って、該画像形成装置とその製造方法を
適用することにより、特に複雑な補正回路を用いること
なく、カラーバランスの良好な高品位の画像表示が行え
るという効果がある。

【０２１０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施の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】本発明の実施の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】本発明の実施の形態における平面型の表面伝導
型放出素子を説明するための図である。

【図４】本実施の形態における平面型表面伝導型放出素
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】本実施の形態におけるマルチ電子源の基板の平
面図である。

【図８】本実施の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９】本実施の形態における表面伝導型放出素子の特
性を得るために印加した駆動信号の電圧波形を示す図で
ある。

【図１０】本実施の形態における表面伝導型放出素子の
電気的特性を示す図である。

【図１１】本実施の形態における各色蛍光体のホワイト
バランスをとる方法を説明するために図である。

【図１２】本実施の形態において各色蛍光体に対応する
表面伝導型放出素子の電子放出特性を変更する方法を説
明するための図である。

【図１３】本実施の形態における表示パネルにテレビジ
ョン表示を行うための駆動回路の概略構成を示すブロッ
ク図である。

【図１４】本実施の形態の表面伝導型放出素子が行列状
に配線されたマルチ電子源の一部回路図である。

【図１５】原画像の一例を示す図である。

【図１６】本実施の形態のマルチ電子源に印加する駆動
電圧値を示す図である。

【図１７】本実施の形態のマルチ電子源を用いて１ライ
ン順次で表示を行う際のタイミングを示すタイミングチ
ャートである。

【図１８】図１３に示す駆動回路の動作タイミングチャ
ートである。

【図１９】本実施の形態における垂直型の表面伝導型放
出素子の断面図である。

【図２０】本実施の形態における垂直型表面伝導型放出
素子の製造工程を説明するための断面図である。

【図２１】本発明に係る実施の形態２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２２】実施の形態２におけるグリッド電圧と蛍光面
電流の関係を示す図である。

【図２３】本発明に係る実施の形態３の多機能画像表示
装置の構成を示すブロック図である。

【図２４】従来の表面伝導型放出素子の平面図である。

【図２５】従来のマルチ電子源を示す図である。

【図２６】各色蛍光体の典型的な発光特性を示す図であ
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制御回路１０４シフトレジスタ１０５ラインメモリ１０６同期信号分離回路１０７変調信号発生器１０８ガンマ補正回路２０５電子通過孔２０６グリッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｊ 31/12 Ｈ０１Ｊ 1/30 Ｅ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 9/02 H01J 1/316 H01J 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に複数の表面伝導型放出素子を配
列したマルチ電子源と、該マルチ電子源からの電子ビー
ムの照射により発光する発光手段と、入力された画像信
号に基づいて前記発光手段に照射される電子ビームを変
調する変調手段とを具備した画像形成装置であって、前記複数の表面伝導型放出素子の各々は、駆動電圧の最
大値より大きい電圧であって、前記発光手段における各
色毎の発光特性に応じた電圧が予め印加されることによ
り、電子放出特性がシフトされていることを特徴とする
画像形成装置。
【請求項２】前記表面伝導型放出素子は真空容器内に
置かれ、前記真空容器の内部では有機ガスの分圧が１０
の−８乗Torr以下であることを特徴とする請求項１に記
載の画像形成装置。
【請求項３】前記発光手段は蛍光体を含むことを特徴
とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】前記蛍光体は赤，緑，青の三原色を有
し、前記蛍光体がホワイトバランスを保つように前記複
数の表面伝導型放出素子の各々の電子放出特性をシフト
していることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装
置。
【請求項５】基板上に複数の表面伝導型放出素子を配
列したマルチ電子源と、該マルチ電子源からの電子ビー
ムの照射により発光する発光手段と、入力された画像信
号に基づいて前記マルチ電子源に駆動電圧を印加する駆
動手段とを具備した画像形成装置の製造方法において、表面伝導型放出素子に、前記駆動手段から印加される駆
動電圧の最大値より大きい電圧であって、前記発光手段
における各色毎の発光特性に応じた電圧を印加すること
により、前記表面伝導型放出素子の電子放出特性をシフ
トする工程を有することを特徴とする画像形成装置の製
造方法。
【請求項６】前記特性シフト電圧を、有機ガスの分圧
が１０の−８乗torr以下の雰囲気で印加することを特徴
とする請求項５に記載の画像形成装置の製造方法。
【請求項７】前記蛍光手段は蛍光体を含むことを特徴
とする請求項５又は６に記載の画像形成装置の製造方
法。
【請求項８】前記蛍光体は赤、緑、青の三原色を有
し、前記蛍光体がホワイトバランスを保つように前記複
数の表面伝導型放出素子の各々の電子放出特性をシフト
させることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置
の製造方法。