(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出素子、該電子放出素子が接続される配線、前記電子放出素子が放出する電子を加速する電位が与えられる電極、を有する気密容器と、
前記配線に電気的に接続され得るコンデンサと、
前記気密容器内で生じる放電によって前記配線においてスパイク状の電圧が発生したときに前記配線と前記コンデンサを電気的に接続するスイッチと、
を有しており、前記スイッチは前記放電が生じたときに該放電による電流を順方向に流すダイオードによって構成されており、前記コンデンサは前記ダイオードを介して流れる、前記気密容器内で生じた放電による電流を吸収することを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
電子放出素子、該電子放出素子が接続される配線、前記電子放出素子が放出する電子を加速する電位が与えられる電極、を有する気密容器と、
前記配線と電気的に接続され得るバイパスと、
前記気密容器内で生じる放電によって前記配線においてスパイク状の電圧が発生したときに前記配線と前記バイパスを電気的に接続して順方向に電流を流すダイオードと、
前記バイパスに接続されており、前記放電によって生じる電流であって前記ダイオードに順方向に流れる電流を吸収するコンデンサと、
を有することを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
前記ダイオードが、前記配線側の電位と前記バイパス側の電位の間の電位差に依って動作するものである請求項２に記載の電子線装置。
【請求項４】
前記ダイオードには前記バイパス側の電位として所定の電位が与えられる請求項３に記載の電子線装置。
【請求項５】
前記配線に前記電子放出素子を駆動する信号を供給する駆動回路を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の電子線装置。
【請求項６】
前記駆動回路が、所定の電流値の電流を発生させる回路である請求項５に記載の電子線装置。
【請求項７】
前記ダイオードは、前記配線に電流を生じさせるための前記駆動回路の出力端の電位が所定の範囲の値以外の値になった時に前記バイパスと前記駆動回路を電気的に接続するスイッチを兼ねる請求項６に記載の電子線装置。
【請求項８】
前記コンデンサは静電容量が0.1μＦ以上である請求項１もしくは２に記載の電子線装置。
【請求項９】
前記電子放出素子を複数有しており、更に、前記配線を前記複数の電子放出素子毎にそれぞれ有しており、前記コンデンサを前記複数の配線それぞれに対応して設けている請求項１もしくは２に記載の電子線装置。
【請求項１０】
前記電子放出素子を複数有しており、更に、前記配線を前記複数の電子放出素子毎にそれぞれ有しており、一つの前記コンデンサが複数の前記配線に対応する請求項１もしくは２に記載の電子線装置。
【請求項１１】
画像形成装置であって、請求項１乃至１０のいずれかに記載の電子線装置と、前記電子放出素子から放出される電子の照射によって発光する蛍光体を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本願に係る発明は、電子放出素子を用いた電子線装置に関する。特には、該電子線装置の構成を用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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，ＲａｄｉＥ−ｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）や、後述する他の例が知られている。表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面伝導型放出素子としては、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：“Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］や、Ｉｎ2  Ｏ3 ／ＳｎＯ2薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ  ａｎｄ  Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．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。
【０００４】
図４は、Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる表面伝導型電子放出素子の平面図である。同図において、３００１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。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。
【０００５】
また、ＦＥ型の例は、たとえば、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ”，  Ａｄｖａｎｃｅ  ｉｎ  ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるいは、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ  ｃｏｎｅｓ”，  Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）などが知られている。
【０００６】
図５は、Ｃ．Ａ．ＳｐｉｎｄｔらによるＦＥ型電子放出素子の断面図である。同図において、３０１０は基板で、３０１１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。また、ＦＥ型の他の素子構成として、（図５）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。
【０００７】
また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆ  ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）などが知られている。
【０００８】
図６は、ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例の断面図である。同図において、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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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６４−３１３３２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。
【００１２】
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。
【００１３】
特に、画像表示装置への応用としては、たとえば本出願人によるＵＳＰ５，０６６，８８３や特開平２−２５７５５１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。
【００１４】
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ＵＳＰ４，９０４，８９５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、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．Ｍｅｙｅｒ：“Ｒｅｃｅｎｔ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｔｉｐｓ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ａｔ  ＬＥＴＩ”，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ４ｔｈ  Ｉｎｔ．  Ｖａｃｕｕｍ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅ−ｃｔｒｏｎｉｃｓ  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。
【００１５】
発明者らは、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、構造の表面伝導型放出素子を試みてきた。さらに、多数の表面伝導型放出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。
【００１６】
図７は、発明者らが試みた電気的な配線方法によるマルチ電子ビーム源の模式図である。すなわち、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したマルチ電子ビーム源である。図中、４００１は表面伝導型放出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４００３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。なお、図示の便宜上、６×６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。
【００１７】
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ビーム源においては、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。たとえば、マトリクスの中の任意の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、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。Ｖｅ，Ｖｓ，Ｖｎｓを適宜の大きさの電圧にすれば選択する行の表面伝導型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変えれば、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。
【００１８】
したがって、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ビーム源にはいろいろな用途が考えられており、たとえば画像情報に応じた電圧信号を適宜印加すれば、画像表示装置用の電子源として応用できる。
【００１９】
図８は、上記のマルチ電子ビーム源を応用し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。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４００〜５０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。
【００２０】
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ｎ×ｍ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ｎ×ｍ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。
【００２１】
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ビーム源の基板１００１自体を用いてもよい。
【００２２】
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ＣＲＴ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。
【００２３】
図９（ａ）においては、各色の蛍光体は、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が設けてある。黒色の導電体を設ける目的は、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。又、３原色の蛍光体の塗り分け方は図８（ａ）に示したストライプ状の配列に限られるものではない。
【００２４】
図９（ｂ）においては、デルタ状配列が示されているが、それ以外の配列であってもよい。
【００２５】
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。
【００２６】
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１００８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。
【００２７】
また、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。
【００２８】
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１００３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１００９と電気的に接続している。
【００２９】
また、気密容器内部を真空に排気するには、気密容器を組み立てた後、不図示の排気管と真空ポンプとを接続し、気密容器内を１０のマイナス７乗［Ｔｏｒｒ］程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、たとえばＢａを主成分とするゲッター材料をヒータ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。
【００３０】
この表示パネルのＤｘｎ、Ｄｙｎ端子に映像信号に応じた電圧を印加し、Ｈｖ端子に数ＫＶ〜数十ＫＶ程度の電圧を印加する事により、マルチ電子ビーム源より放出された電子ビームがフェイスプレート１００７に向かって加速されて蛍光膜１００８に照射され、発光する。駆動する素子を順次切り替えてゆくことにより、フェイスプレート面を順次走査して映像の表示を行う。
【００３１】
しかし、実際に電圧源をマルチ電子ビーム源に接続し前記の電圧印加方法で駆動した場合には、配線抵抗で電圧降下が発生するために各表面伝導型放出素子に実効的に印加される電圧がばらつくという問題が発生していた。
【００３２】
各素子に印加される電圧がばらつく原因として、第一に、単純マトリクス配線では各表面伝導型放出素子ごとに配線長が異なること、すなわち、配線抵抗の大きさが素子ごとに異なることが挙げられる。
【００３３】
第二に、行方向配線の各部分の配線抵抗４００４で発生する電圧降下の大きさが一様でないことが挙げられる。これは、選択する行の行方向配線から当該行に接続された各表面伝導型放出素子に電流が分岐して流れるため、配線抵抗４００４の各々に流れる電流の大きさが一様でないために起きるものである。
【００３４】
第三に、駆動するパターンによって、又は画像表示装置の場合には表示する画像パターンによって、配線抵抗で生じる電圧降下の大きさが変化することが挙げられる。これは、駆動するパターンによって、配線抵抗に流れる電流が変化するために起きるものである。
【００３５】
以上のような原因により、各表面伝導型放出素子に印加される電圧にばらつきが発生すると、各表面伝導型放出素子から出力される電子ビーム強度が所望の値からずれることになり、応用上不都合であった。たとえば、画像表示装置に応用した場合には、表示画像の輝度が不均一になったり、表示画像パターンによって輝度が変動したりした。
【００３６】
また、電圧のばらつきは単純マトリクスの規模が大きくなるほど顕著になる傾向があるため、画像表示装置の場合には画素数を制限する要因ともなった。
【００３７】
このような点に鑑みて鋭意研究した結果、本発明者らは上記の電圧印加方法とは異なる駆動方法をすでに試みている。
【００３８】
すなわち、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ビーム源を駆動する際、列方向配線には駆動電圧Ｖｅを印加するための電圧源を接続するのではなく、所望の電子ビームを出力するのに必要な電流を供給するための電流源を接続して駆動する方法である。この方法は、表面伝導型放出素子に流れる電流、すなわち素子電流Ｉｆと、放出される電子ビーム、すなわち放出電流Ｉｅとの間の強い相関関係に着目した結果考案された方法であり、素子電流Ｉｆの大きさを制御することにより放出電流Ｉｅの大きさを制御するものである。
【００３９】
つまり、素子電流Ｉｆ対放出電流Ｉｅ特性を参照して各表面伝導型放出素子に流す素子電流Ｉｆの大きさを決定し、列方向配線に接続した電流源からこれを供給するのである。具体的には、素子電流Ｉｆ対放出電流Ｉｅ特性を記憶させたメモリや、流すべき素子電流Ｉｆを決定するための演算器や、制御電流源などの電気回路を組合わせることにより駆動回路を構成すればよい。このうち制御電流源には、流すべき素子電流Ｉｆの大きさを一旦電圧信号にした後、電圧／電流変換回路で電流に変換するような回路形式を用いても良い。
【００４０】
この方法によれば、前述の電圧源を接続して駆動する方法と比較して、配線抵抗で電圧降下が発生したとしてもその影響を受けにくいため、出力される電子ビーム強度のばらつきや変動を低減するのに大きな効果が認められた。
【００４１】
この方法によれば、前述の電圧源を接続して駆動する方法と比較して、配線抵抗で電圧降下が発生したとしてもその影響を受けにくいため、出力される電子ビーム強度のバラツキや変動を低減するのに大きな効果が認められた。
【００４２】
【発明が解決しようとする課題】
本願では、好ましい電子線装置及び画像形成装置を実現することを課題とする。
【００４３】
【課題を解決するための手段】
本願では望ましい電子線装置を得るための構成として以下に示す発明を開示する。
【００４４】
本願に係る電子線装置の発明の一つは以下のように構成される。
【００４５】
電子放出素子、該電子放出素子が接続される配線、前記電子放出素子が放出する電子を加速する電位が与えられる電極、を有する気密容器と、
前記配線に電気的に接続され得るコンデンサと、
前記気密容器内で生じる放電によって前記配線においてスパイク状の電圧が発生したときに前記配線と前記コンデンサを電気的に接続するスイッチと、
を有しており、前記スイッチは前記放電が生じたときに該放電による電流を順方向に流すダイオードによって構成されており、前記コンデンサは前記ダイオードを介して流れる、前記気密容器内で生じた放電による電流を吸収することを特徴とする電子線装置。
【００４６】
また、本願に係る電子線装置の発明の一つは以下のように構成される。
【００４７】
電子放出素子、該電子放出素子が接続される配線、前記電子放出素子が放出する電子を加速する電位が与えられる電極、を有する気密容器と、
前記配線と電気的に接続され得るバイパスと、
前記気密容器内で生じる放電によって前記配線においてスパイク状の電圧が発生したときに前記配線と前記バイパスを電気的に接続して順方向に電流を流すダイオードと、
前記バイパスに接続されており、前記放電によって生じる電流であって前記ダイオードに順方向に流れる電流を吸収するコンデンサと、
を有することを特徴とする電子線装置。
【００４８】
ここで前記スイッチが、前記配線側の電位と前記バイパス側の電位の間の電位差に依って動作するものであると好適であり、また前記スイッチには前記バイパス側の電位として所定の電位が与えられる様にすると良い。また該所定の電位は調整できるようにすると良い。上記のようなスイッチとしては、スイッチング動作、特には端子間の電位差に応じたスイッチング動作をするものであれば好適に用いることができる。例えばダイオードのごとき非線型素子を好適に用いることができる。
【００４９】
ここで前記バイパスが前記放電により生じる電流を吸収する吸収手段を有すると好適である。
【００５０】
ここで前記バイパスがコンデンサを有すると好適である。コンデンサにより前記放電により生じる電流を吸収する構成とすることができる。
【００５１】
また、前記配線に前記電子放出素子を駆動する信号を供給する駆動回路を設けると良い。駆動する信号としては例えば電子放出素子からの電子の放出を制御する信号がある。信号の波高値や信号の印可時間によって電子の放出を制御することができる。
【００５２】
また前記駆動回路が、所定の電流値の電流を発生させる回路であるとよい。このような回路は例えばカレントミラー回路として知られるような電流源により構成できる。
【００５３】
なおここで、発生させる電流の流れる向きは前記駆動回路から配線に向かう方向にもできるし、配線から駆動回路に向かう方向にもできる。駆動回路の出力部（配線側との接続部分）において所定の電流値の電流が発生すれば良い。ここで所定の電流値は適宜設定できる。
【００５４】
またここで前記スイッチは、前記配線に電流を生じさせるための前記駆動回路の出力端の電位が所定の範囲の値以外の値になった時に前記バイパスと前記駆動回路を電気的に接続するスイッチを兼ねるのが好ましい。スイッチがバイパスと駆動回路とを電気的に接続すると、駆動回路が流そうとする電流の少なくとも一部を流すことができる電流経路としてバイパスが機能するため、駆動回路の出力端の電位が所定の範囲内の値以外の値を有する状態を速やかに解消できる。
【００５８】
上記発明で用いるコンデンサは静電容量が0.1μＦ以上であると好適である。
【００５９】
以上のべた各発明において前記電子放出素子を複数有しており、更に、前記配線を前記複数の電子放出素子毎にそれぞれ有しており、前記コンデンサを前記複数の配線それぞれに対応して設けている構成や、一つの前記コンデンサが複数の前記配線に対応している構成をとり得る。後者によれば構成が簡素化される。
【００６３】
また、以上述べてきた各発明において、前記配線が第1の配線とし、更に、第2の配線を有しており、前記電子放出素子は、第1の配線と第2の配線の各々に接続されている様にすると良い。また、第1の配線と第2の配線をそれぞれ複数設け、複数の前記電子放出素子をマトリックス状に配線することができる。ここで、例えば、第2の配線を走査配線とし、複数の第2の配線を順次選択し、選択された第2の配線に接続される複数の前記電子放出素子を複数の第1の配線で駆動するようにする構成を好適に採用し得る。
【００６４】
また前記電子放出素子としては表面伝導型放出型を好適に採用し得るが、電界放出型や金属／絶縁層／金属型（ＭＩＭ型）のものも適応できる。
【００６５】
また本願は、画像形成装置の発明として、以上のべた電子線装置の構成に加えて、前記電子放出素子から放出される電子の照射によって発光する蛍光体を有する画像形成装置の発明を含んでいる。
【００６６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００６７】
［実施形態１］
図１は、本発明の画像表示装置のブロック図である。図中１０１は画像表示パネルで、端子Ｄｘ１からＤｘｍ及びＤｙ１からＤｙｎを介して外部の電気回路と接続されている。また画像表示パネル上の高圧端子は外部の高圧電源Ｖａに接続され、放出電子を加速するようになっている。このうち端子Ｄｘ１から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１行ずつ順次駆動してゆくための走査信号が印加される。一方、端子Ｄｙ１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為の変調信号が印加される。
【００６８】
次に、走査回路１０２について説明する。同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子を備えるもので、各スイッチング素子は、2つの異なる電位(Vs,Vns）、すなわち図示せぬ直流電圧源Ｖｓの出力電位もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネル１０１の端子Ｄｘ１からＤｘｍと電気的に接続するものである。各スイッチング素子は、タイミング信号発生回路（後述）が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するものだが、実際にはたとえばＦＥＴのようなスイッチング素子を組み合わせる事により容易に構成する事が可能である。
【００６９】
尚、前記直流電圧源Ｖｓは、本実施形態の場合には表面伝導型放出素子の特性（電子放出しきい値電圧Ｖｔｈが８［Ｖ］に基づき、接続されている電子放出素子において、電子放出を要求されない時に、列配線に引火される電位との電位差が電子放出しきい値電圧Ｖｔｈ以下となるよう設定する。ここでは、７［Ｖ］の一定電位を出力するよう設定されている。
【００７０】
引き続き入力された画像信号の流れについて説明する。入力されたコンポジット画像信号をデコーダ１０３で３原色の輝度信号及び水平、垂直同期信号（ＨＳＹＮＣ，ＶＳＹＮＣ）に分離する。タイミング信号発生回路１０４ではＨＳＹＮＣ，ＶＳＹＮＣ信号に同期した各種タイミング信号を発生させる。ＲＧＢ輝度信号はＳ／Ｈ回路１０５において適当なタイミングでサンプリングされ保持される。保持された信号はシリアルパラレル（Ｓ／Ｐ）変換回路１０６で画像形成パネルの各蛍光体の並びに対応した順番に並んだシリアル信号に変換される。
【００７１】
続いてパルス幅変調回路１０７で画像信号強度に対応したパルス幅を持つパルスが生成される。さらに、パルス電圧は、電流駆動回路であるＶ／Ｉ変換回路１０８により電流信号（Ｓｙ１〜Ｓｙｎ）に変換されて表示パネルの端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて表示パネル１０１内の表面伝導型放出素子に印加される。電流出力パルスが供給されたパネルでは走査回路１０２が選択された行に接続された表面伝導型放出素子のみが供給されたパルス幅に応じた期間だけ電子を放出し、蛍光体が発光する。走査回路１０２が選択する行を順次走査することで２次元画像が形成される。
【００７２】
この時、電流信号（Ｓｙ１〜Ｓｙｎ）を発生するＶ／Ｉ変換回路１０８端子には、各々、電圧制限回路２０９が接続され、電流信号（Ｓｙ１〜Ｓｙｎ）の振幅制限を行う。
【００７３】
図２は、Ｖ／Ｉ変換回路１０８と電圧制限回路２０９のブロック図である。
【００７４】
Ｖ／Ｉ変換回路１０８は列方向配線ｎ本に対応してｎ個の独立した定電流源を備えている。各Ｖ／Ｉ変換回路１０８はオペアンプ、トランジスタ、抵抗器から構成される定電流源である。各定電流源の電流出力は
Ｉ＝（Ｖｃｃ−Ｖｉｎ）／Ｒで決定される。
【００７５】
ここでＶｃｃは電源電位、Ｖｉｎはオペアンプの非反転入力電位、Ｒは抵抗器の抵抗値である。Ｖｉｎ入力電位は、パルス幅変調回路出力で決定される。
【００７６】
なお、本実施形態においてはＶ／Ｉ変換回路の定電流源は図２に示したもの以外にも、出力をカレントミラー構成にしたり、定電流ダイオードを用いてもよい。
【００７７】
電圧制限回路２０９はダイオードＤを用いたものである。電位に従って動作するスイッチとして用いているダイオードＤのアノード側を電流出力に接続し、カソード電位を参照電位を出力する制限値設定回路１１０で設定することで（ｌｉｍｌ〜ｌｉｍｎ）電圧制限を行うものである。具体的には、ダイオードＤのカソード電位をＶｃとする時、Ｖ／Ｉ変換回路出力が［Ｖｃ＋ＶＢＥ」（：但しＶＢＥはダイオードの順方向電圧降下量で０．６Ｖ程度）を超えると、電圧制限回路２０９を構成するダイオードＤがｏｎし、ダイオードDの順方向に電流を流すことが可能な電流経路が、V/I変換回路の出力部に電気的に接続され、Ｖ／Ｉ変換回路出力がクリッピングされる。
【００７８】
電圧制限回路２０９の出力の振幅値を設定する制限値設定回路１１０は、例えば、Ｄ／Ａコンバータとバッファアンプ乃至は、電源に接続されたポテンショメータとバッファアンプ等で構成される。
【００７９】
電流吸収回路であるスパイク電流吸収手段２１１はコンデンサＣを用いる。不図示の表示パネルで放電が起こると、それによって配線に多量の電荷が流れ込み、配線電位が上昇して電子放出素子の耐圧を超え、特性劣化が起こる。しかし図２の回路によれば、配線電位が上昇するとスイッチとして動作するダイオードＤがＯＮ状態となり、バイパスであるコンデンサのC側の回路が配線として接続されコンデンサＣに放電による電荷を吸収するので極端な配線電位の上昇は起こらず、電子放出素子の特性劣化は起こらなくなる。
【００８０】
次に、スパイク電流吸収手段２１１に用いるコンデンサＣに必要な容量を具体的に算出する。
【００８１】
表示パネルでの放電現象における放電電流は１０Ａ前後、放電持続時間は１０ｎＳ前後と実測されている。よって放電により配線に流入した電荷量ΔＱｓは約１０μＣ（クーロン）と見積もられる。一方、電子放出素子の特性劣化を招かないような配線電位の一時的な上昇の許容範囲としては１Ｖ程度以内である事が望ましい。図２の回路における配線の上昇電位ΔＶｓは、スパイク電流吸収手段のコンデンサの容量をＣｓとすると、
ΔＱｓ＝Ｃｓ・ΔＶｓ
と表される。ここでΔＱｓ＝１０μＣ、ΔＶｓ＝１Ｖと見積もると、コンデンサＣに必要な容量は
Ｃｓ＝０．１μＦ
と算出される。この容量は大きいほど配線の電位上昇分ΔＶｓは小さくなるので、スパイク電流吸収手段２１１のコンデンサＣに必要な容量は０．１μＦ以上が望ましいという事になる。
【００８２】
パネルのスペックが変化して放電電流が異なる場合にも以上のように再計算すれば適当なコンデンサの容量が求める事が可能である。
【００８３】
［実施形態２］
図３は、実施形態２において用いるＶ／Ｉ変換回路１０８と電圧制限回路２０９のブロック図である。実施形態１において、電圧制限値設定回路１１０およびスパイク電流吸収手段２１１を各配線毎に設置せず、複数あるいはすべての配線で共用する場合もほぼ同様の構成で実施できる。
【００８４】
電圧制限回路３０９において、ダイオードＤは各配線毎に備えるが、各配線のカソード側を接続し、制限値設定回路およびスパイク電流吸収手段は共用する。
【００８５】
スパイク電流吸収手段２１１に用いるコンデンサＣに必要な容量Ｃｓは、実施形態１で計算した容量と同一の容量でよい。その他の構成等は実施形態１と同様である。
【００８６】
以上のべた構成においては、表示パネル内のフェイスプレートとリアプレートの間に数ｋＶ〜数十ｋＶの電圧がかかっている構成において両プレート間に放電が生じても、それによって生じるスパイク状の電圧の印可による素子の特性劣化を抑制できる。
【００８７】
表面伝導型放出素子を単純マトリクスで配線した構成において、電流駆動する場合、駆動パラメータが電流値であるがゆえに電流駆動回路はある設定値まで電流を流そうとする。特に、大面積に表面伝導型放出素子を多数配する場合、表面伝導型放出素子のばらつきがあり、そのばらつきが表面伝導型放出素子自身の抵抗性分であり、これが高抵抗であった場合、電流駆動出力は設定電流値を流そうとするので、表面伝導型放出素子の性能を越えた電圧を印可することがある。以上の実施例の構成においては、そのような問題を抑制し、画像情報信号の整合性を維持し、画像表示の誤作動を抑制し、表面伝導型放出素子の特性劣化を抑制することができる。
【００８８】
また、電子放出素子としては、表面伝導型放出素子に限らず、電界放出型、ＭＩＭ型の電子放出素子を用いることができる。
【００８９】
また、以上のべた実施例においては、電流駆動回路が電流を吐き出す構成のものについて述べたが、電流を吸い込む構成としてもよい。この場合、制限回路のダイオードの極性や参照電位もそれに応じて設定すればよい。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明した本実施形態によれば、表面伝導型放出素子を単純マトリクス状に配線したマルチ電子源の駆動装置において電子源の特性劣化や破壊を防ぎながら、電子源から安定した量の電子放出を可能としてこれによりマルチ電子源の駆動表示装置においては、装置表示画面全体にわたって原画像信号に対して極めて忠実な輝度で画像を表示できる。
【００９１】
本願に係る発明によれば、好適な電子線装置及び画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示装置のブロック図
【図２】実施形態１における電圧電流変換回路及び電圧制限回路のブロック図
【図３】実施形態２における電圧電流変換回路及び電圧制限回路のブロック図
【図４】Ｈａｒｔｗｅｌｌの表面伝導型電子放出素子の平面図
【図５】Ｓｐｉｎｄｔの電界放出電子放出素子の断面図
【図６】ＭＩＭ（金属／絶縁層／金属）型電子放出素子の断面図
【図７】抵抗接続による２次元電子源
【図８】表面伝導型電子放出素子による画像表示パネルの斜視図
【図９】３原色の蛍光体の配列図
【符号の説明】
１０１  表示パネル
１０２  走査回路
１０３  デコーダ
１０４  タイミング信号発生回路
１０５  サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路
１０６  シリアルパラレル（Ｓ／Ｐ）変換回路
１０７  パルス幅変調（ＰＷＭ）回路
１０８  電圧電流（ＶＩ）変換回路
１１０  制限値設定回路
２０９、３０９  電圧制限回路
２１１  スパイク電流吸収手段
【図１】
0003747142.tif 000002
【図２】
0003747142.tif 000003
【図３】
0003747142.tif 000004
【図４】
0003747142.tif 000005
【図５】
0003747142.tif 000006
【図６】
0003747142.tif 000007
【図７】
0003747142.tif 000008
【図８】
0003747142.tif 000009
【図９】
0003747142.tif 000010