WO2000060569A1

WO2000060569A1 - Source d'electrons et dispositif de formation d'images

Info

Publication number: WO2000060569A1
Application number: PCT/JP2000/002172
Authority: WO
Inventors: Naoto Abe; Mitsutoshi Hasegawa
Original assignee: Canon Kabushiki Kaisha
Priority date: 1999-04-05
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2000-10-12
Also published as: US20010017526A1; US6624586B2

Description

明細書

電子源および画像形成装置

技術分野

本発明は、マトリクス配線された複数の電子放出素子を有する電子源装置および該電子源装置を用いた画像形成装置に関する。

背景技術

従来から、電子放出素子として熱陰極素子と冷陰極素子との 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型と記す）や、金属ノ絶縁層 Z金属型放出素子（以下、 MIM型と記す）などが知られている。表面伝導型放出素子としては、例えば、 M. I. Elinson. Radio Eng. Electro n Phys. , 10. 1290. (1965)や、後述する他の例が知られている。

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 ί云導型放出素子としては、前記エリンソン等による Sn〇₂薄膜を用いたものの他に、 Au薄膜によるもの [G. Dittmer: "Thin Solid Films". 9， 317 (1972)]や、 I r OaZSnC 薄膜によるもの [M. Hartwell and C. G. Fonstad: "IEEE Tra ns 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) ] などが報告されている。

また、 FE型の例は、例えば、 P. Dyke & W. W. Do lan. "Field emission ", Advance in Electron Physics. 8. 89 (1956)や、あるいは C. A. Spindt. " Physical properties of thin - film field emission cathodes with molybdeniu m cones", J. Appl. Phys. , 47, 5248 (1976)などが知られている。

また、 FE型の他の素子構成として、基板上に基板平面とほぼ平行にェミッタとゲート電極とを配置した例もある。

また、 MIM型の例としては、例えば、 C. A. Mead. "Operation of tunnel e mission Devices. " J. Appl. Phys. , 32， 646 (1961)などが知られている。

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素子を得ることができるため、加熱用ヒータを必要としない。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、熱陰極素子がヒ一タ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いる。

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 6 4 _ 3 1 3 3 2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。

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。

特に、画像表示装置への応用としては、例えば、本出願人による米国特許第 5 , 0 6 6, 8 8 3号公報明細書ゃ特開平 2— 2 5 7 5 5 1号公報ゃ特開平 4 _ 2 8 1 3 7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形成装置は、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。

また、 F E型を多数個並べて駆動する方法は、例えば本出願人による米国特許第 4, 9 0 4. 8 9 5号公報明細書に開示されている。また、 F E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カ知られている [R. Meyer： "Recent Development on Microtips Display at LET Γ， Tech Digest of 4th Int. Vacuum Microelectronics Conf . . Nagahara. PP. 6-9 (1991)]。また、 M I M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 5 7 3 8号公報に開示されている。

図 1は、マルチ電子源の配線方法の一例を示す。図 1に示す電子源では、縦に m個、横に n個で合計 n x m個の冷陰極素子が 2次元的にマトリックス状に配列されている。図 1において、符号 3 0 7 4は冷陰極素子、符号 3 0 7 2は行方向配線、符号 3 0 7 3は列方向配線、符号 3 0 7 5は行方向配線の配線抵抗、符号 3076は列方向配線の配線抵抗を示す。 Dxl, Dx2, '·'ϋχΓΏは、行方向配線の給電端子を表す。また、 Dyl, Dy 2, ·'·ϋγηは、列方向配線の給電端子を表す。このような簡単な配線方法をマトリックス配線方法と呼んでいる。このマトッリクス配線方法は、構造が単純なため、作製が容易である。

このマトリックス配線方法によるマルチ電子ビーム源を画像表示装置に応用する場合には、表示容量を確保するために、 mおよび ηとしては数百あるいはそれ以上の数が望まれる。そして、画像を正しい輝度で表示するために、冷陰極素子から所望の強度の電子ビームを正確に出力可能なことが必要である。

従来、マトリックス配線された多数の各冷陰極素子を駆動する場合には、マトリックスの 1行分の素子群を同時に駆動する方法が行われている。そして、駆動する行を次々と切り替えて全ての行を走査してゆく。この方法によれば、 1素子ずつ順次に全素子を走査していく方と比較して、各素子に割り当てられる駆動時間が η倍長く確保されるため、表示装置の輝度を高くすることができる。

具体的には、電圧源をマトリックス配線に接続して駆動する構成や、例えば、 Parker et al.による米国特許第 5， 300. 862号公報明細書のように、 F E型素子を制御定電流源を用いて駆動する方法がある。図 2は、これを説明するための回路図である。

なお、米国特許第 5, 300， 862号公報明細書では、図 2に示す X方向を row、 Y方向を co 1 umnとして説明されている力、本発明に関する記載と —致させる便宜から、以下の記述においては、 X方向を co l umn、 Y方向を r owと表現する。

図 2中において、符号 2201 a, 2201 b, 2201 cは、 cont ro l i ed cons t ant cur rent sour ce (制御された定電流源）、符号 2202は、 swi t ch i ng c i r cu i t (スィツチング回路）、符号 2203は、 vo l t age source (電圧源）、符号 220

4 aは列配線、符号 2204bは行配線、符号 2205は F E型素子を示す。スイツチング回路 2202は、行配線 2204 bの中の 1本を選択して電圧線 2203と接続する。また、制御定電流源 2201 a, 2201 b, 2201 c は、列配線 2204 aの各々に電流を供給する。これら力適宜に同期して行われることにより、 1行分の FE型素子が駆動される。

また、表面伝導型電子放出素子を有する電子源を定電流源を用いて駆動する構成が、欧州特許出願公開明細書 E P688035A. 同 EP762371A. 同 EP762372A, 同 EP798691 Aに開示されている。

一方、上記したような冷陰極電子放出素子の特性は、素子が配置される雰囲気 (真空度および真空の質）の影響を少なからず受ける。ところ力電子放出素子を駆動すると、素子自身や素子から放出された電子線が照射される部材などから、様々なガスが放出される。そして、この様なガスが放出されると、電子放出素子を高密度に多数配列形成する必要のある電子源や画像形成装置においては、各素子の特性だけでなく、隣接する素子の特性にまで影響してしまう。このため、電子放出素子を高密度に配列形成した電子源や画像形成装置などでは、各電子放出素子が置かれている雰囲気を如何にして高真空に保つかが重要となる。

この解決策として、各電子放出素子の近傍にガスを排気するゲッターを配置することが考えられている。そして、各電子放出素子を駆動するための配線上にゲッターが E置される構成（特開平 9— 82245号公報参照）や、配線自 ί本がゲッ夕ー材で形成されている構成（特開平 4一 12436号公報参照）などが提案されている。

発明の開示

各電子放出素子を取り巻く雰囲気を高真空に維持することは、ゲッタ一を配置することによって可能となる。特には上記したように配線上にゲッタ一を直接配置すること、あるいは配線自体をゲッター材で構成するのが好適である。

ゲッターは、雰囲気に存在するガスをその表面に化学的あるいは物理的に吸着することにより、周辺に存在するガスを排気する。このため、ゲッターが雰囲気に存在するガスを排気すればするほど、経時的に、ゲッター自体の組成が変化していくことになる。従って、上述したように、配線上にゲッターを配置する構成、あるいは配線自体をゲッター材で形成する構成など、ゲッター材が配線と電気的に接続される構成にすると、ゲッタ一自体の経時的な変化により、駆動回路から電子放出素子までの電気的な経路の抵抗変化につながることになることを本願発明者は見出した。また、ゲッタ一自体の組成変化の程度は、ゲッターが配置されている位置や、隣接する電子放出素子の駆動状態によっても異なる。このため、初期段階では、駆動回路から各電子放出素子までの電気的な経路の抵抗値が均一になっているなど所望の状態であったとしても、時間の経過と共に、各電気的な経路の抵抗のばらつきが生じてしまうことを本願発明者は見出した。

本願発明者の知見によれば、ゲッターの経時的な変化による影響は、マトリツクス配置された電子放出素子を有しており、行方向配線を順次走査して線順次駆動を行う構成において、ゲッターが行方向配線上に配置されているときに特に顕著に表れる。また特に電子放出素子に流れ込む電流が放出される電流以上である電子放出素子を用いる構成で、力、つ行方向配線上にゲッ夕一が配置されているときに特に顕著に表れる。ゲッタ一が配線と接触しているなどによりゲッターと配線とが電気的に接続されている場合に顕著に表れ、その配線が走査配線である行方向配線である場合や、電子放出素子が電子放出素子に流れ込む電流が放出される電流以上である電子放出素子である場合に特に顕著に表れる。

以上の結果、初期状態の電子放出特性およびもしくは電気的な経路の抵抗に合わせて駆動していると、徐々に電子源の電子放出特性の均一性が損なわれたり、ディスプレイの輝度ばらつきや色ずれが起こる場合があることを本願発明者は見出した。

本願発明者は、上述した通り、駆動回路から電子放出素子に至るまでの電気的経路に及ぼすゲッターの影響を見出し、鋭意検討の結果、該影響が現れる構成であっても好適に駆動を行うことができる構成を見出した。

具体的には、本願にかかわる発明は、長寿命で、特性変動の少ない、均一性の高い電子源及び画像形成装置を実現することができるものである。

本願にかかわる電子源の発明のひとつは以下のように構成される。

複数の行方向配線と、複数の列方向配線と、前記行方向配線と前記列方向配線とのそれぞれの交差部に配された絶縁層と、前記行方向配線および前記列方向配線に接続された複数の電子放出素子と、前記配線上に配置されたゲッターとを基板上に有する電子源基板と、

前記複数の行方向配線に順次選択電位を印加するための回路と、前記複数の列方向配線に、制御された電流を印加する制御定電流印加回路とを有する電子源。

特にこの発明は、前記行方向配線上にゲッターを設ける構成において特に有効である。

また、本願にかかわる電子源の発明のひとつは以下のように構成される。複数の行方向配線と、複数の列方向配線と、前記行方向配線と前記列方向配線とのそれぞれの交差部に配された絶縁層と、前記行方向配線および前記列方向配線に接続された複数の電子放出素子とを基板上に有しており. 前記配線には前記電子放出素子以外にゲッタ一が電気的に接続されている電子源基板と、

前記複数の行方向配線に順次選択電位を印加するための回路と、

前記複数の列方向配線に、制御された電流を印加する制御定電流印加回路とを有する電子源。

特にこの発明は、前記行方向配線と電気的に接続させてゲッターを設ける構成において特に有効である。

以上述べた各発明は、前記電子放出素子が該電子放出素子に流れこむ電流の方が該電子放出素子が放出する電流よりも大きい電子放出素子である場合に特に有効である。例えば、表面伝導型電子放出素子では、電子放出素子に流れ込む電流が放出する電流に比べて非常に大きいため、上記各発明の構成が特に有効である以上述べた各発明におけるゲッターとは、雰囲気中の物質を吸着する特性を有するものであり、特には、 T i , Z r , H f , V, N b. T a , Wのいずれかを少なくとも含む金属または合金を用 L、るのが好適である。

以上述べた各発明の電子源によれば、ゲッターを有することにより、電子放出素子自身から放出されるガスや、放出された電子線が照射された部材から放出されるガスが速やかに排気される。また、ゲッターを配線上に配置するなど、配線と電気的に接続されるようにすることにより、ゲッターの電位が不安定になるのを抑制することができる。また、ゲッ夕一の経時変化に起因する駆動回路から電子放出素子までの電気的な経路の抵抗値に変動が起きても、制御定電流印加回路を用いることによって、電気的経路の抵抗値によらずに所定の電流の流すように制御されるので、各素子に印加される電圧の変動は抑制される。この結果、長寿命で、特性変動の少ない、均一性の高い電子源を得ることが可能となる。

なお上記各発明で言う行方向配線に印加される選択電位とは、列方向配線からの制御と協働して、選択電位が印加された行方向配線に接続される電子放出素子が電子を放出できる電位のことをいう。選択電位の印加を順次各行方向配線に行うことにより、線順次駆動とすることができる。

なお、上記各発明における、行方向配線に順次選択電位を印加するための回路や制御電流印加回路は、様々な構成のものを用いることができる。また集積回路として設けることもできる。

また、上記各発明では、列方向配線の上に絶縁層を介して行方向配線が配置されている構成が好適である。

また、画像形成装置は、電子源と、前記電子源から照射される電子によって画像を形成する画像形成部材を備え前記電子源に対向配置された基板とを有する画像形成装置であって、前記電子源として上記各発明の電子源が用いられている構成を好適にとりうる。画像形成部材としては蛍光体を好適に採用しうる。本願によれば、長寿命で、特性変動の少ない、均一性の高い画像形成装置を得ることが可能となる。

図面の簡単な説明

図 1は、従来の電子源装置におけるマトリクス配線の回路図、

図 2は、 F E型素子を用いた従来の電子源装置を示す概略構成図、

図 3は、本発明の電子源装置の一実施形態を示す概略平面図、

図 4は、本発明の電子源装置の一実施形態を示す概略平面図、

図 5は、図 1等に示した電子源装置の作成工程を示す断面図、

図 6は、図 1等に示した電子源装置の作成工程を示す平面図、

図 7は、図 1等に示した電子源装置の作成工程を示す平面図、

図 8は、本発明の表示パネル（画像形成装置）の一実施例の斜視図、図 9は、図 8に示した表示パネル（画像形成装置) の蛍光膜における蛍光体の塗り分け状態を示す図、

図 1 0は、図 8に示した表示パネル（画像形成装置）の蛍光膜における蛍光体の、他の塗り分け状態を示す図、

図 1 1は、図 8に示した表示パネル（画像形成装置）の駆動回路を示す図、図 1 2は、図 1 1に示した電圧 Z電流変換回路の内部構成を示す図、図 1 3は、図 1 2に示した電流電圧変換器を示す図、

図 1 4は、図 8に示した表示パネル（画像形成装置）における電子放出素子の電子放出特性を示すグラフ、および

図 1 5は、図 8に示した表示パネル（画像形成装置）における電子放出素子の、放出電流 I eと素子電流 I f との相対関係を示すグラフである。

発明を実施するための最良の形態

図 3および図 4は、本発明の電子源装置の一実施形態を示す概略平面図である。本実施形態の電子源装置では表面伝導型電子放出素子を用いているが、本発明には、 F E型や M I M型等の他の冷陰極電子放出素子も好ましく適用できる。なお、図 3および図 4には説明を簡略化するために 4 X 3 = 1 2個の電子放出素子を備えた電子源装置を示しているが、本実施形態の電子源装置は実際には行方向に 5 0 0個、列方向に 1 5 0 0個の素子がマトリクス状に配列されている。図 3および図 4に示すように、電子源装置の各電子放出素子は、それぞれ行方向配線 8および列方向配線 6に接続されている。各行方向配線 8上には、ゲッタ一 9が配置されている。ゲッター 9は蒸発型ゲッターでも非蒸発型ゲッタ一でもよいが、より大きな面積に形成できる非蒸発型ゲッターを用いることが好ましい。また、図 3に示す例では、全ての行方向配線 8の上にゲッ夕一 9を配置したが、図 4に示すように、適当な本数の行方向配線 8を間において、一部の行方向配線 8の上にゲッター 9を配置する構成としてもよい。また、図 3および図 4に示す例では行方向配線 8の上にのみゲッター 9を配置したが、ゲッターは列方向配線 6の上に配置してもよいし、あるいは行方向配線 8および列方向配線 6の双方に配置してもよく、ゲッター 9の配置位置は適宜設定される。また、各配線 6. 8の上にゲッタ一9を配置するのではなく、各配線 6, 8自体をゲッタ一材で搆成してもよい。

各列方向配線 6は、制御電流印加手段である制御定電流源 2 2 1 a , 2 2 1 b , 2 2 1 cに接続されている。制御定電流源とは、所望の電流値を出力できる電流源である。

また、各行方向配線 8は、スイッチング回路と電圧源とからなる電圧印加手段に接続されている。なお、このスイッチング回路および電圧源は、図 3に示すように、電圧源 2 2 3と、行方向配線 8を順次走査しながら選択するスイッチング回路 2 2 2とにより構成されていてもよい。また、図 4に示すように、 2つの電圧源 2 2 4, 2 2 5を持ち、スイッチング回路 2 2 2により選択されているどちらか一方の行方向配線 8以外の行方向配線 8には一定の電位を印加する構成としてもよい。

図 4に示した形態では、非選択の行方向配線 8がフローティングとなるのを回避することができ、その結果、リーク電流をも制御することができるので、図 3 に示した形態よりも好ましく用いることができる。

以下、本発明の電子源装置を、実施例を用いてより具体的に説明する。

本実施例では、表面伝導型電子放出素子を用いた電子源装置を作成する工程と、これを用いた画像形成装置の例を示す。

本実施例の電子源装置の作成工程について、図 5〜図 7を参照して説明する。図 5は図 3等に示した電子源装置の作成工程を示す断面図、図 6および図 7は図 3等に示した電子源装置の作成工程を示す平面図である。なお、図 6および図 7 では、説明を簡略化するために、 9個の電子放出素子を備えた例を示した。工程 1 ：まず、青板ガラスの一方の主面に S i 0₂層を 0. 5 mの厚みでスパッタ法により形成し、基板 1を構成した。

そして、さらに、図 6 aおよび図 5 aに示すように、一対の素子電極 2. 3を 5 0 0 X 1 5 0 0組配列形成した。素子電極 2. 3の形成には、オフセット印刷法を用いた。具体的には、素子電極 2. 3のパターンの凹部を持つ凹版に、 P t を含む有機 P tペーストを充填し、このペーストを基板 1上に転写した。そして、転写されたインクを加熱焼成して P tからなる素子電極 2, 3を形成した。工程 2 ：次に、図 6 bに示すように、列方向配線 6 (X方向配線または下配線ともいう。）を、素子電極の一方の電極 2と接続するように形成した。列方向配線 6の形成は、スクリーン印刷法を用いて行った。具体的には、列方向配線 6のパターンの開口を持つスクリーン版を通して、 A gペーストを基板 1に印刷し、印刷されたぺ一ストを加熱焼成して A gからなる列方向配線 6を形成した。工程 3 ：次に、図 6 cに示すように、列方向配線 6と行方向配線 8との交差部に層間絶緣層 7を形成した。層間絶縁層 7の形成は、スクリーン印刷法を用いて行った。層間絶縁層の形状は、図 6 cに示すように、列方向配線 6と行方向配線 8との交差部を覆うと共に、行方向配線 8と素子電極 3とが接続できる凹部を有する櫛歯状の形状に形成した。具体的には、層間絶縁層 7のパターンの開口を持っスクリーン版を通して、酸化鉛を主成分としてガラスバインダ一および樹脂を混合したガラスペーストを基板 1に印刷し、印刷されたペーストを加熱焼成することにより、層間絶縁層 7を形成した。

工程 4 ：次に、図 7 aに示すように、行方向配線 8 (Y方向配線または上配線ともいう。）を、素子電極の一方の電極 3と接続するように形成した。行方向配線 8の形成は、スクリーン印刷法を用いて行った。具体的には、行方向配線 8のパターンの開口を持つスクリーン版を通して、 A gペーストを基板 1上に印刷し、印刷されたペーストを加熱焼成して A gからなる行方向配線 8を形成した。工程 5 ：次に、図 5 bおよび図 7 bに示すように、素子電極 2. 3間を接続するように導電性膜 4を形成した。導電性膜 4の形成は、インクジヱット法の一つであるバブルジェット方式を用いて行った。具体的には、 P d有機金属化合物： 0. 1 5 %、イソプロピルアルコール： 1 5 %、エチレングリコール： 1 %、ポリビニルアルコール： 0. 0 5 %の水溶液の液滴を各素子電極 2. 3間にインクジエツト法により塗布した。

続いて、大気中で 3 5 0 °Cで焼成して、 P d〇からなる導電性膜 4を形成した。 P d Oの膜厚は約 1 5 n mであった。本実施例では、インクジェット法を用いたが、導電性膜 4の形成方法は、スパッタ法等のその他の方法を用いることもでぎる。

工程 6 ：次に、減圧プラズマ溶射法により、非蒸発型ゲッター（不図示）を、マスクを介して各行方向配線 8上に被膜した。ゲッターの材料としては、 Z r— F e— V合金を用いた。

以上の工程により、フォーミング前の電子源基板を形成した。

工程 7 ：次に、不図示のチャンバ一内にフォーミング前の電子源基板 1を配置し、チャンバ一内部を 1 0 ⁵ [T o r r ] 程度まで排気した。

そして、図 5 cに示すように、列方向配線 6と行方向配線 8とを介して通電フォーミング処理を行い、導電性膜 4の一部に間隙 1 1を形成した„ なお、フォーミング工程で印加した最大電圧は 5. 1 Vであった。

続いて、通電活性化処理を行い、図 5 dおよび図 7 cに示すように、フォーミングで形成した間隙 1 1内および間隙近傍の導電性膜 4上に炭素膜 1 0を形成し、電子放出部 5を形成した。なお、通電活性化工程では、チャンバ一内に有機物ガス（ベンゾニトリル）を 1 0 ⁴ [T o r r ] まで導入することで、有機物ガスを間隙 1 1に接触させた。そして、この状態で、 1 5 Vの定電圧パルスを、列方向配線 6と行方向配線 8とを介して、導電性膜 4に印加した。

工程 8 :次に、チャンバ一内の圧力が 1 0 '。 [T o r r ] になるまで、チヤンバーおよび電子源基板 1を加熱しながらチャンバ一内の排気を行った。

以上の工程により、電子源基板 1を形成した。

次に、以上のようにして形成した電子源基板 1を用いて、図 8に示す画像形成装置を作成した。

図 8は、本実施例に用いた表示パネル（画像形成装置）の斜視図であり、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。

図 8中において、符号 1は電子源基板（リアプレート）、符号 1 0 0 6は側壁、符号 1 0 0 7はフエ一スプレートを示し、電子源基板 1、側壁 1 0 0 6およびフエ一スプレート 1 0 0 7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。この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、例えばフリツ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焼成することにより、封着を達成した。次に、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また、フ Iースプレート 1 0 0 7の下面には、蛍光膜 1 0 0 8が形成されている。本実施例はカラ一表示装置であるため、蛍光膜 1 0 0 8の部分には C RTの分野で用いられる赤（R) 、緑（G) 、青（B) 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 9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、黒色部材 1010が設けられている。これら黒色部材 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ためや、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐためなどである。なお、黒色部材 101◦は、黒鉛を主成分として形成した力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。

また、 3原色の蛍光体の塗り分け方は図 9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 10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。

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体 1008に用いればよく、また黒色部材は必ずしも用いなくともよい。また、觉光膜 1008の面には、 CRTの分野では公知のメタルバック 100 9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ためや、負イオンの衝突から觉光膜 1008を保護するためや、例えば、 1 OkVの電子ビーム加速電圧を印加させるための電極として作用させるためや、更には蛍光膜 1008を励起した電子の導電路として作用させるためなどである。このメタルバック 1009は、蛍光膜 1008をフヱ一スプレート基板 1007上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理し、その上にアルミニウムを真空蒸着することにより形成した。また、本実施例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、フエ一スプレート基板 1007と蛍光膜 1008との間に、例えば、 I TOを材料とする透明電極を設けてもよい。

また、 Dx l〜Dxmおよび Dy 1〜Dy nおよび Hvは、当該表示パネルと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給電端子である。 Dx 1 〜Dxmは、電子源の行方向配線 8と、 Dy l〜Dy nは電子源の列方向配線 6 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。また、気密容器内部を真空に排気するには、このように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— ' [t o r r] 程度の真空度まで排気した。その真空排気を続けた状態で、気密容器を 300°C に加熱してその状態を 10時間保持することで、工程 5で形成した非蒸発型ゲッ夕一の活性化を行った。その後、排気管を封止した。

次に、本実施例の電子源および画像表示装置、並びに、それらの駆動方法について詳細に説明する。

上記した工程により作成した画像形成装置（表示パネル 101) を図 1 1に示した回路に接続した。

図 11において、表示パネル 101は、端子 Dx l〜Dxm (m=500) 、 Dyl〜Dyn (n= 1500) を介して外部回路と接続されている。また、フヱ一スプレート上の高圧端子 Hvも外部の高圧電源 V aに接続され、放出電子を加速するようになっている。このうち、端子 Dx 1〜Dxmには、前述のパネル内に設けられているマルチ電子ビーム源すなわち 500行 1500列にマトリクス配線された表面伝導型放出素子群を 1行ずつ順次駆動してゆくための走査 ί言号力印加される。一方、端子 Dy 1から Dynには、前記走査信号により選択された一行の表面伝導型放出素子の各素子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印加される。

次に、走査回路 102について説明する。同回路は、内部に 500個のスイツチング素子を備えるもので、各スイッチング素子は制御回路 103の発する制御信号 Tscanに基づき、走査中の電子放出素子行の配線端子には直流電源 Vx 1を、また走査中でない電子放出素子行の端子には直流電源 Vx 2を接続する。各スィツチング素子は、例えば FETのようなスィツチング素子により容易に構成することが可能である。なお、 Vx 1および Vx2の出力電圧については後述するまた、制御回路 103は、外部より入力され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タイミングを整合させる働きを持つものである。外部より入力される画像信号は、例えば NTS C信号のように画像データと同期信号が複合されている場合と、予め両者が分離されている場合とがある力本実施例では後者の場合について説明する（なお、前者の画像信号に対しては、よく知られる同期分離回路を設けて画像データと同期信号とを分離すれば下記の説明と同様に扱うことが可能である）。すなわち、制御回路 103は、外部より入力される同期信号 Tsyncに基づいて、各部に対して Tscan、および Tmryの各制御信号を発生する。なお、同期信号としては、一般に垂直同期信号と水平同期信号とを含むが、説明の簡略化のため Tsyncとした。

一方、外部より入力される画像データ（輝度データ）はシフトレジス夕 104 に入力される。シフトレジス夕 104は、時系列的にシリアルに入力される画像データを、画像の 1ラインを単位としてシリアル Zパラレル変換するためのもので、前記制御回路 103より入力される制御信号（シフトクロック） Tsftに基づいて動作する。パラレルに変換された他画像 1ライン分のデータ（電子放出素子 N素子分の駆動データに相当する）は、 I d 1〜I dnの並列信号としてラッチ回路 105に対して出力される。

ラッチ回路 105は、画像 1ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶するための記憶回路であり、制御回路 103より送られる制御信号 Tmryに従って I d 1〜I dnを同時に記憶する。記憶されたデータは、 Γ d l〜I' dnとして電圧変調回路 106に対して出力される。

電圧変調回路 106は、前記画像データ Γ d l〜I' dnに応じて振幅を変調した電圧信号を Γ' d l〜I" dnとして出力する。より具体的には、画像デ一夕の輝度レベルが大きい程振幅の大きな電圧を出力するもので、冽えば最大輝度に対して 2 [V] 、最低輝度に対して 0 [V] の電圧を出力するものである。該出力信号 Γ d l〜I" dnは、電圧 Z電流変換回路 107に入力される。電圧 Z電流変換回路 107は、入力される電圧信号の振幅に応じて表面伝導型放出素子に流す電流を制御するための回路（制御電流印加手段）で、その出力信号は、表示パネル 101の端子 Dy l〜Dynに印加される。

図 12は、図 11に示した電圧/電流変換回路 107の内部構成を示す図である。図 12に示すように、電圧電流交換回路 107は、入力する各信号 Γ d 1〜 I" d nに対応して、それぞれ電圧 Z電流変換器 301を内部に備えている各電圧 Z電流変換器 301は、例えば、図 13に示すような回路により構成されている。図 13において、符号 302はオペアンプ、符号 303は例えばジャンクシヨン FET型のトランジスタ、符号 304は R [Ω] の抵抗を示す。図 1 3の回路によれば、入力する電圧信号 Vinの振幅に応じて出力する電流 loutの大きさが決定され、

I out = Vin/R … （式 1)

なる関係が成立する。

そこで、電圧電流交換器 301の設計パラメータを適当な値に設定することにより、電圧変調された画像データ Vinに応じて、表面伝導型電子放出素子に流す電流 I outを制御することが可能となる。

本実施例においては、抵抗 304の大きさ Rやその他の設計パラメ一夕を以下のようにして決定した。

すなわち、本実施例に用いた表面伝導型放出素子は、図 14に示すように、 V th=8 [V] をしきい値電圧とする電子放出特性を有する。従って、表示画面の不要な発光を防止するためには、走査していない電子放出素子列にかかる電圧は、必ず 8 [V] 未満にする必要がある。図 1 1の走査回路 1 Q 2においては、走査していない電子放出素子行の行方向配線には、電圧源 Vx 2の出力電圧が印加されるようにしているので、

Vx2<8 … （式 2)

を満たす必要がある。そこで、本実施例では、まず Vx 2の電圧を 7. 5 [V] と定めた。従って、走査中でない電子放出素子にかかる電圧は最大でも 7. 5 [ V] を越えることはない。

走査中の電子放出素子からは、画像データに応じて適宜電子ビームを放出するようにする必要がある力本実施例においては、図 15に示した表面伝導型放出素子の I f 一 I e特性を利用して、素子電流 I f を適宜変調することにより放出電流 I eを制御した。そして、図 15に示すように、表示装置を最大輝度で発光させる際の放出電流を I emax、その時の素子電流を I f maxと設定した。例えば、 I eniax=0. 6 [〃A] 、 I f max=0. 8 [mA] である。

電圧変調回路 106の出力信号の電圧 Vinが、最大輝度に対して 2 [V] 、最低輝度に対して 0 [V] であるので、（式 1) に代入して、

R=2 0. 0008 = 2. 5 [kQ] に抵抗 Rを定めることができる。

また、最大輝度で発光させる際、表面伝導型放出素子は、

1 2 [V] /0. 8 [mA] = 1 5 [k Q]

程度の電気抵抗をもち、これと、抵抗 R (= 2. 5 [k Q] ) が直列接続されていることを考慮に入れて、電圧源 V x 1の出力電圧を、

V x 1 = 1 5 [V]

と設定した。

また、觉光体に印加する加速電圧 V aを次のようにして定めた。すなわち、所望の最大輝度を得るのに必要な蛍光体への投入パワーを蛍光体の発光効率より算出し、（I e max x V a ) が前記投入パワーを満足するように加速電圧 V aの大きさを 1◦ [k V] とした。

以上のように、各パラメータを設定した。

以上説明したように、本実施例では、図 1 5で例示した表面伝導型放出素子の素子電流 I f と放出電流 I eとの関係を利用し、画像データに応じて素子電流 I f を変調することにより、放出電流 I eを制御し、諧調表示を行った。

制御定電流源を用いない場合には、ゲッターの組成の経時変動により、表面伝導型電子放出素子に印加される電流 I f が次第にばらついて、画像データに忠実な輝度が再現されなくなった。一方、本実施例のように制御定電流源を用いる場合には、長時間駆動しても、輝度ばらつきがなく、色ずれも起こらなかった。また、駆動に伴う放出ガスによると思われる電子放出特性の劣化も同時に抑制することができた。

また、非選択行に Vx 2を印加し、電圧 Z電流変換回路 1 0 7により表面伝導型放出素子に流れる素子電流 I f を変調したため、リーク電流を一定にでき、表示画面全体にわたつて原画像信号に対して極めて忠実な輝度で画像を表示できたなお、本実施例においては、電圧/電流変換回路 1 0 7の一実施例として、図 1 2の構成のものを説明したが、回路構成はこれらに限られるものではなく、入力電圧に応じて負荷抵抗（表面伝導型放出素子）に流す電流を変調できるものであればよい。例えば、比較的大きな出力電流 l outが必要な場合には、トランジスタ 3 0 3の部分に、パワートランジスタをダーリントン接続するのが望ましいまた、画像信号に応じて I f の大きさを変調する波高値変調を本実施例では採用したが、本発明の実施にあたっては、この方法に限るものではなく、パルス幅変調を採用することもできる。その場合、 I f を一定にしてその印加時間を変調するのが好適である。

なお、本実施例では、入力する映像信号として、データ処理がより容易であるデジタル映像信号を用いたが、これは、デジタル映像信号に限定されることはなく、アナログ映像信号であってもよい。

また、本実施例では、シリアルノバラレル変換処理に、デジタル信号の処理が容易なシフトレジスタ 1 0 4を採用している力、これに限定されるものではなく、例えば、格納アドレスを制御することで格納アドレスを順次変えてゆくことでシフトレジスタと等価な機能を持つランダムアクセスメモリを用いてもよい。上述の通り、本実施例によれば、配線抵抗の経時変化による、素子に実効的に印加される電圧の変動を抑制することができた。同時にまた、素子近傍にゲッタ一が配置されているため、電子放出素子自身から放出されるガスや、放出された電子線が照射された部材から放出されるガスが速やかに排気され、長時間にわたり、電子放出特性の劣化を抑制できた。このことにより、輝度分布の少ない高品位な画像を形成することができた。

以上説明したように、本発明は、複数の行方向配線に順次選択電位を印加するための手段と、複数の列方向配線に制御された電流を印加する制御定電流印加手段とを有しているので、配線抵抗の経時変化による、電子放出素子に実効的に印加される電圧の変動を抑制することができる。また、本発明は電子放出素子の近傍にゲッターが配置されているため、長時間にわたり、電子放出特性の劣化を抑制することができる。したがって、本発明は、長寿命で、特性変動の少ない、均一性の高 L、電子源および画像形成装置を提洪することができる。

産業上の利用の可能性

本願発明は、電子源の分野で用いることができる。特には画像形成装置の分野で用いることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の行方向配線と、複数の列方向配線と、前記行方向配線と前記列方向配線とのそれぞれの交差部に配された絶縁層と、前記行方向配線および前記列方向配線に接続された複数の電子放出素子と、前記配線上に配置されたゲッターとを基板上に有する電子源基板と、

2. 前記ゲッターは、前記行方向配線上に配置される請求の範囲 1に記載の電子源。

3. 複数の行方向配線と、複数の列方向配線と、前記行方向配線と前記列方向配線とのそれぞれの交差部に配された絶緣層と、前記行方向配線および前記列方向配線に接続された複数の電子放出素子とを基板上に有しており、前記配線には前記電子放出素子以外にゲッターが電気的に接続されている電子源基板と、前記複数の行方向配線に順次選択電位を印加するための回路と、

4. 前記ゲッターは、前記行方向配線と電気的に接続されている請求の範囲 3 に記載の電子源。

5. 前記電子放出素子が該電子放出素子に流れこむ電流の方が該電子放出素子が放出する電流よりも大きい電子放出素子である請求の範囲 1乃至 4いずれかに記載の電子源。

6. 電子源と、前記電子源から照射される電子によって画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装置であつて、

前記電子源として請求の範囲 1乃至 5いずれかに記載の電子源を有することを特徴とする画像形成装置。