JP2006337666A - Image display device and its driving method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カソード電極とゲート電極との電位差を所定の大きさ以上とすることにより、カソード電極の表面に形成された複数の突起部の先端から電子を放出させる電界放出素子を利用した画像表示装置およびその駆動方法に関する。 The present invention provides an image display using a field emission device that emits electrons from the tips of a plurality of protrusions formed on the surface of a cathode electrode by setting the potential difference between the cathode electrode and the gate electrode to a predetermined magnitude or more. The present invention relates to an apparatus and a driving method thereof.
近年、画像表示装置に使用される平面状のディスプレイパネルの一つとして、フィールドエミッションディスプレイ(電界放出型ディスプレイ:以下、FEDと呼ぶ。)と呼ばれるものが開発されている。このFEDは、ブラウン管( CRT) と同様に、電子放出源から真空中に放った電子を発光層を配した発光面に衝突させて発光させることを原理とすることから、明るくてコントラストの高いフラットパネルディスプレイを実現することができる。ただし、ブラウン管では、通常、単一の電子放出源が発光面から十数〜数十cm離れた位置に配置されるのに対し、FEDでは発光面から数mm程度離れた位置に複数の電子放出源がマトリクス状に配置される点でその基本構造が異なる。 In recent years, a so-called field emission display (field emission display: hereinafter referred to as FED) has been developed as one of flat display panels used in image display devices. This FED, like a cathode ray tube (CRT), is based on the principle that electrons emitted from an electron emission source in a vacuum collide with a light emitting surface provided with a light emitting layer to emit light. A panel display can be realized. However, in the case of a cathode ray tube, a single electron emission source is usually arranged at a position that is 10 to several tens of centimeters away from the light emitting surface, whereas in the FED, a plurality of electron emission is located at a position about several mm away from the light emitting surface The basic structure is different in that the sources are arranged in a matrix.
ここで、一般的なFEDの基本構造とその動作についてより具体的に説明する。FEDは、カソード電極、ゲート電極およびアノード電極が所定の間隔でこの順に配置された3極構造体を有しており、カソード電極上に電子放出源としてのカソード素子が選択的に設けられている。ゲート電極にはカソード素子と対向する部分にゲートホールが設けられており、カソード電極とゲート電極との電位差を所定の大きさ以上とすることによりカソード素子から電子を放出させ、アノード電極の発光層に衝突させるようになっている。 Here, the basic structure and operation of a general FED will be described more specifically. The FED has a triode structure in which a cathode electrode, a gate electrode, and an anode electrode are arranged in this order at predetermined intervals, and a cathode element as an electron emission source is selectively provided on the cathode electrode. . The gate electrode is provided with a gate hole in a portion facing the cathode element, and electrons are emitted from the cathode element by setting a potential difference between the cathode electrode and the gate electrode to a predetermined magnitude or more, and the light emitting layer of the anode electrode It is supposed to collide with.
近年、このカソード素子の材料として、カーボンナノチューブ(CNT)やカーボンナノファイバー等の繊維状材料を用いる方法が提案されている(特許文献1〜3)。この方法では、通常、カソード素子の表面には、繊維状材料からなる複数の突起部が形成される。
In recent years, a method using a fibrous material such as carbon nanotube (CNT) or carbon nanofiber as a material of the cathode element has been proposed (
ところで、上記のような繊維状材料を用いてカソード素子を生成するプロセスは、ばらつきを伴うプロセスであるため、カソード素子の表面に形成された複数の突起部は、長さ、径、配向および分布にばらつきを有し、これにより、輝度むらが生じやすい。そのため、このような輝度むらを抑制し、輝度の均一性を向上させるには、できるだけたくさんの突起部をカソード素子の表面に形成することが必要であり、ゆえに突起部の形成領域の面積(カソード面積)を拡大することが必要となる。その方法として、ゲートホール径をできる限り大きくしてカソード面積を拡大する方法がある。 By the way, since the process of generating a cathode element using the fibrous material as described above is a process accompanied by variations, a plurality of protrusions formed on the surface of the cathode element have a length, a diameter, an orientation, and a distribution. As a result, unevenness in brightness tends to occur. Therefore, in order to suppress such brightness unevenness and improve brightness uniformity, it is necessary to form as many protrusions as possible on the surface of the cathode element. Therefore, the area of the protrusion formation region (cathode) It is necessary to enlarge the area. As a method therefor, there is a method of enlarging the cathode area by making the gate hole diameter as large as possible.
しかしながら、このようなばらつきを有する突起部に対して不均一な空間分布を有する電界を印加すると、たとえカソード面積を拡大したとしても、拡大されたカソード素子の表面のうち電界強度の大きい一部の領域にある突起部のばらつきにより輝度むらが生じてしまう。現に、一般的な3極型(カソード電極、ゲート電極およびアノード電極)のFEDでは、ゲートホールのうち外縁領域の突起部に対して強い電界が印加され、ゲートホールの中央領域にある突起部に対して弱い電界が印加されるので、ゲートホールのうち外縁領域の突起部のばらつきにより輝度むらが生じてしまうという問題がある。 However, when an electric field having a non-uniform spatial distribution is applied to the protrusions having such variations, even if the cathode area is enlarged, a part of the enlarged cathode element surface having a large electric field strength is applied. Brightness unevenness occurs due to variations in the protrusions in the region. In fact, in a general tripolar type (cathode electrode, gate electrode, and anode electrode) FED, a strong electric field is applied to the protrusion in the outer edge region of the gate hole, and the protrusion in the central region of the gate hole is applied. On the other hand, since a weak electric field is applied, there is a problem that unevenness in luminance occurs due to variations in protrusions in the outer edge region of the gate hole.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、輝度むらを抑制し、輝度の均一性を向上させることを可能とする画像表示装置およびその駆動方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an image display device and a driving method thereof that can suppress luminance unevenness and improve luminance uniformity. .
本発明の画像表示装置は、以下の構成要素(A)〜(D)を備えたものである。
(A)マトリクス状に配置された画素を選択駆動することによって画像を表示すること
(B)第1電極層、第1電極層上に選択的に設けられ、この第1電極層と電気的に接続されると共に、表面に複数の突起部を有する電子放出層、第1電極層と対向して設けられ、電子放出層と対向する位置に開口を有する第2電極層、第2電極層を基準として第1電極層とは反対側に第2電極層と対向して設けられた第3電極層、および前記第3電極層に隣接して設けられた発光層を有し、画素を構成する電界放出素子
(C)第1電圧を第1電極層に印加し、第2電圧を第2電極層に印加し、電子引出電圧を第3電極層に印加する素子駆動部
(D)素子駆動部は、第1電圧、第2電圧および電子引出電圧をそれぞれ制御することにより、開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成すること
The image display device of the present invention includes the following components (A) to (D).
(A) An image is displayed by selectively driving pixels arranged in a matrix. (B) The first electrode layer is selectively provided on the first electrode layer, and is electrically connected to the first electrode layer. The reference is based on the second electrode layer and the second electrode layer, which are connected to each other and have an electron emission layer having a plurality of protrusions on the surface and the first electrode layer, and have an opening at a position facing the electron emission layer. And a third electrode layer provided opposite to the second electrode layer on the side opposite to the first electrode layer, and a light emitting layer provided adjacent to the third electrode layer, and an electric field constituting a pixel Emitting element (C) An element driving unit that applies a first voltage to the first electrode layer, applies a second voltage to the second electrode layer, and applies an electron extraction voltage to the third electrode layer. By controlling the first voltage, the second voltage and the electron extraction voltage, respectively, the
本発明の画像表示装置では、素子駆動部により、第2電極層の開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布が形成されるように、第1電圧が第1電極層に印加され、第2電圧が第2電極層に印加され、電子引出電圧が第3電極層に印加される。これにより、電子放出層の突起部から放出された電子が上記の電界分布に応じて第3電極層側に引き付けられたのち、発光層に衝突する。これにより、発光層が発光する。 In the image display device of the present invention, an electric field distribution is formed by the element driving unit so that the electric field strength in the region of 50% or more of the area of the opening of the second electrode layer is included in the upper electric field range. As described above, the first voltage is applied to the first electrode layer, the second voltage is applied to the second electrode layer, and the electron extraction voltage is applied to the third electrode layer. As a result, electrons emitted from the protruding portion of the electron emission layer are attracted to the third electrode layer side according to the electric field distribution and then collide with the light emitting layer. Thereby, the light emitting layer emits light.
ここで、上位電界の範囲とは、第2電極層の開口をマトリクス状に細かく分割した場合における各セグメント内に分布する電界の平均値の空間分布において、所定の値と、その所定の値から0.5V/μm引いた値との間の電界範囲を意味する。なお、所定の値とは、全セグメントのうちある電界の平均値を有するセグメントが占める割合(占有率)が最大となるときの電界の平均値を起点として、電界の平均値を大きくしていった場合に、占有率が2%を初めて下回ったときの電界の平均値を意味する。 Here, the range of the upper electric field refers to a predetermined value and a predetermined value in the spatial distribution of the average value of the electric field distributed in each segment when the opening of the second electrode layer is finely divided into a matrix. It means the electric field range between 0.5V / μm minus value. The predetermined value means that the average value of the electric field is increased starting from the average value of the electric field when the ratio (occupancy ratio) occupied by the segment having the average value of a certain electric field among all the segments becomes the maximum. Mean the average value of the electric field when the occupation ratio falls below 2% for the first time.
また、上記の突起部は、例えばカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーを含んで構成可能である。なお、カーボンナノチューブとは、グラファイトのシートが円筒状に丸まって構成されたものであり、その円筒径が1〜10nmのものである。また、カーボンナノファイバーとは、グラファイトのシートが円筒状に丸まって構成されたものであり、その円筒径が10〜1000nmのものである。 Moreover, said protrusion part can be comprised including a carbon nanotube or a carbon nanofiber, for example. Carbon nanotubes are those in which a graphite sheet is rolled up into a cylindrical shape and has a cylindrical diameter of 1 to 10 nm. The carbon nanofibers are formed by rounding a graphite sheet into a cylindrical shape and having a cylindrical diameter of 10 to 1000 nm.
本発明の画像表示装置の駆動方法は、第1電極層、第1電極層上に選択的に設けられ、この第1電極層と電気的に接続されると共に、表面に複数の突起部を有する電子放出層、第1電極層と対向して設けられ、電子放出層と対向する位置に開口を有する第2電極層、第2電極層を基準として第1電極層とは反対側に第2電極層と対向して設けられた第3電極層、および前記第3電極層に隣接して設けられた発光層を備える画像表示装置の駆動方法であって、第1電圧を第1電極層に印加し、第2電圧を第2電極層に印加し、電子引出電圧を第3電極層に印加し、開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成するようにしたものである。 The image display device driving method of the present invention is selectively provided on the first electrode layer and the first electrode layer, and is electrically connected to the first electrode layer and has a plurality of protrusions on the surface. The second electrode on the opposite side of the first electrode layer with respect to the second electrode layer, the second electrode layer being provided facing the electron emission layer and the first electrode layer and having an opening at a position facing the electron emission layer A driving method of an image display device comprising a third electrode layer provided opposite to a layer and a light emitting layer provided adjacent to the third electrode layer, wherein the first voltage is applied to the first electrode layer Then, the second voltage is applied to the second electrode layer, the electron extraction voltage is applied to the third electrode layer, and the electric field strength in the region of 50% or more of the area of the opening is included in the upper electric field range. Such an electric field distribution is formed.
本発明の画像表示装置およびその駆動方法によれば、第2電極層の開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成するようにしたので、突起部に印加する電界を空間的に均一にすることができる。この結果、輝度むらを抑制し、輝度の均一性を向上させることができる。 According to the image display device and the driving method thereof of the present invention, the electric field distribution is formed such that the electric field strength in the region of 50% or more of the opening area of the second electrode layer is included in the upper electric field. Since it did in this way, the electric field applied to a projection part can be made spatially uniform. As a result, luminance unevenness can be suppressed and luminance uniformity can be improved.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る画像表示装置1を構成する電界放出素子2および素子駆動部3の概略構成を表したものである。なお、図1には、電界放出素子2の、行方向(X軸)および列方向(Y軸)に対して垂直な面で切断した切断面が示されている。また、図2は、電界放出素子2の一部分を拡大して斜視的に表したものである。なお、画像表示装置1の駆動方法は、素子駆動部3によって具現化されるので、以下、併せて説明する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
電界放出素子2は、カソードパネル10とアノードパネル20とを所定の間隔を介して対向配置すると共に、それらのパネル10,20を枠体30によって一体的に組み付けることにより形成されている。
The
カソードパネル10は、支持基板11、カソード電極層12(第1電極層)、絶縁層13、ゲート電極層14(第2電極層)およびカソード素子15によって構成されている。
The
支持基板11上には、Y軸方向に延在する複数のカソード電極層12が形成されており、そのカソード電極層12上には、絶縁層13が形成されている。絶縁層13上には、X軸方向に延在する複数のゲート電極層14が形成されている。なお、本実施の形態では、カソード電極層12がm列分、ゲート電極層14がn行分マトリクス状に配列されているものとする。ここで、m,nは正の整数である。
A plurality of
Z軸方向から見て、カソード電極層12とゲート電極層14とが交差する箇所が電子放出領域16であり、個々の画素を構成する。電子放出領域16における絶縁層13およびゲート電極層14には、それらを貫通する孔13Aおよび開口14Aを含んで構成されたゲートホール17が所定の間隔で複数個形成されている。なお、複数のゲートホール17は、図1に示したような格子状に形成されていなくてもよく、例えばX軸方向またはY軸方向に1列だけ形成されていてもよい。カソード電極層12のうち、ゲートホール17の底部に相当する部分の表面には、カソード素子15(電子放出層)が形成されている。また、カソード素子15の表面には突起部15Aが複数配置されており、その突起部15Aとカソード電極層12とは、カソード素子15を介して電気的に接続されている。
A portion where the
一方、アノードパネル20は、透明基板21、発光層22、ブラックマトリクス23およびアノード電極層24によって構成されている。
On the other hand, the
透明基板21上には、電子放出領域16と対向することとなる箇所に対応して、Y軸方向に延在する複数の発光層22が形成されており、隣接する帯状の発光層22の間には、ブラックマトリクス23が配置されている。発光層22は、R(赤)用の発光層22R、G(緑)用の発光層22GおよびB(青)用の発光層22Bからなり、X軸方向に22R,22G,22Bの順に繰り返し配置されている。発光層22およびブラックマトリクス23上のうち、少なくとも電子放出領域16と対向することとなる領域にアノード電極層24(第3電極層)が形成されている。
A plurality of
上記のカソードパネル10およびアノードパネル20は、それぞれの外周部(周縁部)で枠体30を介して接合されており、枠体30を接合することによって形成された空間は、真空状態になっている。なお、カソードパネル10およびアノードパネル20における外周部から離れた領域での間隔を保持するために、カソードパネル10とアノードパネル20とが対向する領域に、スペーサ(図示せず)が配置されている。
The
このように、電界放出素子2は、カソード電極層12、ゲート電極層14、アノード電極層24を含んで構成した3極構造体により構成されている。なお、電界放出素子2は、上述のように、発光層22として、22R,22Gおよび22Bを用いることで、カラー表示を行うことが可能であるが、本実施の形態では、説明を簡略化するため、特にカラー表示における各色を区別することなく説明する。
Thus, the
ここで、支持基板11は、絶縁性を有する材料により構成されており、例えば厚さ1.1mmのガラス基板により構成されている。カソード電極層12は、導電性を有する材料により構成されており、例えば厚さ0.1μmのアルミニウム(Al)により構成されている。
Here, the
絶縁層13は、カソード電極層12およびカソード素子15と、ゲート電極層14とを絶縁することができる材料により構成されており、例えば厚さtiが3μm〜7μmのSiO2 またはSiNなどにより構成されている。ここで、上限を7μmとしたのは、それを超えると、絶縁層13の側壁にチャージアップした負の電荷により突起部15Aから放出される電子の軌道が曲げられてしまい、好ましくないからである。また、下限を3μmとしたのは、それより小さくなると、絶縁層13上のゲート電極15と、突起部15Aとの距離が近くなり過ぎて、電界放出を制御することが困難となるからである。なお、絶縁層13には、ゲートホール17の底部と対向する領域に、後述のゲートホール17の底部の直径φ1とほぼ同一の直径の孔13Aが形成されている。
The insulating
ゲート電極層14は、めっきに適した導電性を有する材料により構成されており、例えば厚さtgが0.1μmのアルミニウム(Al)により構成されている。なお、ゲート電極層14の厚さは、電界の空間分布を不均一にしない程度の厚さであれば良く、上記の厚さに限定されない。また、ゲート電極層14には、ゲートホール17の底部と対向する領域に、後述のゲートホール17の底部の直径φ1とほぼ同一の直径の開口14A(第2電極層の開口に対応する)が形成されている。
The
カソード素子15は、繊維状材料とバインダ材料とを含んで構成されており、例えば厚さ0.3μmにより構成されている。繊維状材料は、量子トンネル効果によって電子がエネルギー障壁を突き抜けることが容易な材料であればよく、例えば平均長さが1μm、平均直径が1nmのカーボンナノチューブ(CNT)またはカーボンナノファイバーの粉末により構成されている。また、バインダ材料は、導電性ペーストであれば良く、例えば有機スズおよび有機インジウムなどの熱分解性有機金属、または塩化インジウムなどの金属塩などにより構成されている。また、カソード素子15の表面に形成された突起部15Aは、カソード素子15の内部から表面に突き出た繊維状材料を含んで構成されている。また、複数の突起部15Aは、カソード素子15表面のどの場所においても長さ、直径、配向および密度が同一という訳ではなく、ある一定のばらつきを有している。
The
ゲートホール17は、1画素に対応する電子放出領域16内に複数個形成されている。ゲートホール17の底部の直径φ1は、電子放出領域16内において、DCエミッションを抑制しつつ、突起部15Aが形成される面積を極力広く取ることができる大きさであれば良く、具体的には、2(tg+ti)〜3(tg+ti)の範囲内であることが好ましい。ここで、この式に数値を代入すると、ゲート電極層14の厚さtgを0.1μmとした場合には、6.2μm(tg=0.1μm、ti=3μm)〜21.3μm(tg=0.1μm、ti=7μm)となる。
A plurality of gate holes 17 are formed in the
透明基板21は、透明性・絶縁性を有する材料により構成されており、例えば厚さ2.8mmのガラス基板により構成されている。発光層22は、例えばCRTの蛍光面の材料として一般的に使用されているY2 O2 S(赤用)、ZnS(緑用)、ZnS(青用)などにより構成されており、ブラックマトリクス23は、例えば酸化クロムにより構成されている。アノード電極層24は、透明性・導電性を有する材料により構成されており、例えば厚さ0.2μmのクロムにより構成されている。
The
続いて、本実施の形態の電界放出素子2の作用について説明する。
Then, the effect | action of the
電界放出素子2では、カソード電極層12に対して、ゲート電圧Vgと比べて相対的に負の電圧のカソード電圧Vcがカソード電極駆動部4から印加される。また、ゲート電極層14に対して、カソード電圧Vcと比べて相対的に正の電圧のゲート電圧Vgがゲート電極駆動部5から印加される。また、アノード電極層24に対して、ゲート電圧Vgよりも更に高い正の電圧がアノード電極駆動部6から印加される。
In the
かかる電界放出素子2において、実際に画像の表示を行う場合には、カソード電極層12にカソード電極駆動部4から映像信号としてのカソード電圧Vc(画素電圧)を入力し、ゲート電極層14にゲート電極駆動部5から走査信号としてのゲート電圧Vg(走査電圧)を入力する。そして、アノード電極層24にアノード電極駆動部6からアノード電圧Ve(電子引出電圧)を入力する。なお、上記とは逆に、カソード電極層12にカソード電極駆動部4から走査信号としてのカソード電圧Vc(走査電圧)を入力し、ゲート電極層14にゲート電極駆動部5から映像信号としてのゲート電圧Vg(画素電圧)を入力してもよい。
In the
ここで、上記の画素電圧の印加方法は、印加電圧の大きさを変化させて階調表示を行うアナログ駆動であってもよいし、印加電圧の印加時間を変化させて階調表示を行うデジタル駆動であってもよい。 Here, the pixel voltage application method may be analog driving in which gradation display is performed by changing the magnitude of the applied voltage, or digital display in which gradation display is performed by changing the application time of the applied voltage. It may be driven.
これにより、カソード電極層12とゲート電極層14との間に電圧が印加されて、突起部15Aの先端部(例えば、CNTの先端部)に電界が集中する。その結果、量子トンネル効果によって電子がエネルギー障壁を突き抜けて突起部15Aの先端部からゲートホール17の外へと放出される。こうして放出された電子は、アノード電極層24とゲート電極層14との間の電位差Vsをその最短距離Dで割った平均電界Es1(=Vs/D)の大きさに応じてアノードパネル20側に引き付けられて、透明基板21上の発光層22(22R,22G,22B)に衝突する。その結果、発光層22が電子の衝突により励起されて発光する。さらに、この発光位置を画素単位で制御することにより、表示パネル上に所望の画像を表示することができる。
As a result, a voltage is applied between the
ここで、上記の平均電界Es1は、所望の輝度を得るのに十分なエネルギーを電子に対して与えることができる大きさであることが望ましく、具体的には、4V/μm〜10V/μの範囲内であることが望ましい。なお、カソード電極層12とアノード電極層24との間の電位差から生じる電界は、アノード電極層24とカソード電極層12との間の全ての空間において、平均して存在している訳ではなく、ゲートホール17内において、ゲートホール17の形状や、ゲート電極層14とカソード電極層12との間の電位差などの影響を受けて、弱められている。
Here, the average electric field Es1 is desirably large enough to give the electrons sufficient energy to obtain a desired luminance. Specifically, the average electric field Es1 is 4V / μm to 10V / μ. It is desirable to be within the range. The electric field generated from the potential difference between the
ところで、突起部15Aの先端部から電子を放出させるには、しきい電界Ethを超える電界を突起部15Aの先端部に印加することが必要となる。このしきい電界Ethは、電子がエネルギー障壁を突き抜けるのに必要な最低限の電界であり、突起部15Aの材料や形状などにより変動するものである。しきい電界Ethの大きさの一例を示すと、突起部15Aが平均長さ1μm、平均直径1nmのCNTにより構成されている場合には、おおよそ2V/μmである。従って、突起部15Aの先端部にしきい電界Eth未満の電界しか生じない電圧を、カソード電極層12とゲート電極層14との間に印加した場合には、その先端部から電子が放出されることはほとんど無く、ゆえに発光層22が発光することもほとんど無い。一方、突起部15Aの先端部にしきい電界Eth以上の電界が生じる電圧を、カソード電極層12とゲート電極層14との間に印加した場合には、その先端部から電子が放出され、発光層22が発光する。
By the way, in order to emit electrons from the tip of the
ただし、上記の条件は、突起部15Aの先端部において、アノード電極層24による影響がゲート電極層14による影響と比べて小さい、すなわち、突起部15Aの先端部において、カソード電極層12とアノード電極層24との間の電位差から生じる電界の大きさがしきい電界Eth未満であることが前提となっている。そのため、アノード電極層24に印加する電圧を大きくした場合には、しきい電界Eth以上の電界が突起部15Aの先端部に及ぶ、電界の染み込みと呼ばれる現象が、画像を表示している場合や非表示にしている場合に関わらず生じてしまう。その結果、ゲート電極層14の位置から最も遠い、カソード素子15の中央部において、常時DCエミッションが生じることになり、ゲート電極層16に通常印加される電圧によって電子の放出を正確に制御することができなくなる。従って、DCエミッションが生じないように、ゲート電極層14および絶縁層13の厚さや、ゲートホール17の形状、アノード電極層24とカソード電極層12との間の距離、またはカソード電極層12,ゲート電極層14およびアノード電極層24に印加する電圧などを調整することが必要となる。
However, the above condition is that the influence of the
また、ある一定のばらつきを有する突起部15Aの先端部を電子放出源として用いる場合に、輝度むらを抑制し、輝度の均一性を向上させるには、上述のように、突起部15Aに印加する電界の空間分布を均一にすることが必要となる。ここで、輝度の均一性を図る尺度Aとして、以下の式(1)を用いる。
A=(σ1/AVG1)x100…(1)
In addition, when the tip of the
A = (σ1 / AVG1) × 100 (1)
ここで、σ1は、ある画素(i,j)(1≦i≦m,1≦j≦n)における平均輝度を横軸とし、平均輝度の大きさごとに、その平均輝度を有する画素をカウントした数を全体の画素数で割った値を縦軸とした場合の標準偏差である。AVG1は、カウントした数が最大となるときの平均輝度の値である。なお、輝度の均一性を図る尺度Aの望ましい範囲は、画像表示素子としての実用性を考慮すると、6%以下であることが望ましく、3%以下であることがさらに望ましい。 Here, σ1 is the average luminance at a certain pixel (i, j) (1 ≦ i ≦ m, 1 ≦ j ≦ n), and the pixel having the average luminance is counted for each average luminance. This is the standard deviation when the vertical axis is a value obtained by dividing the number obtained by dividing the total number of pixels. AVG1 is a value of average luminance when the counted number is maximum. Note that the preferable range of the scale A for achieving uniformity of luminance is preferably 6% or less, and more preferably 3% or less, considering practicality as an image display element.
また、電界の均一性を図る尺度Bとして以下に記載の規定を導入する。その規定は、「ゲート電極層14における開口14Aの面積(本実施の形態では、カソード面積とほぼ同一)の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれること」とする。この規定において、上位電界の範囲とは、図11(A),(B)に例示したグラフを参照しながら説明すると、ゲート電極層14における開口14Aをマトリクス状に細かく分割した場合における各セグメントS内に分布する電界の平均値を横軸とし、その平均値を有するセグメントSをカウントした数を全体のセグメント数で割った値に100をかけた値(占有率)を縦軸としてグラフに表した空間分布において、所定の値E1と、その所定の値E1から0.5V/μm引いた値E2との間の電界範囲を意味する。ここで、所定の値E1は、主たる山M1を構成するグラフにおける占有率が最大となるときの電界の平均値を起点として、電界の平均値を大きくしていった場合に、占有率が2%を初めて下回ったときの電界の平均値を意味する。
In addition, the following rules are introduced as a scale B for achieving the uniformity of the electric field. The definition is that “the electric field strength in a region of 50% or more of the area of the
なお、主たる山M1という概念は、占有率が最大となるセグメントSが含まれる山を指しており、主たる山M1の他に従たる山M2が存在した場合に、どこを起点としたらよいか不明確とならないようにするために規定されたものである。また、上記の起点を決める際に用いられる2%という数字は、主たる山M1のすそ野が低く広がっている場合であっても上位電界の範囲を正確に定められるようにするために規定されたものである。また、上記の上位電界の範囲を決める際に用いられる0.5V/μmという数字は、所望の輝度レベルを実現するのに必要な電流密度をIc、そのときの突起部15A近傍での電界をEcとすると、発光に寄与する下限の電流密度はIcの1/5〜1/7程度であり、そのときの電界の大きさが、Ecからおよそ0.5V/μm引いた値となることから、ゲート電極層における開口での電界の空間分布において、発光に寄与する下限の電界を規定するために規定されたものである。
It should be noted that the concept of the main mountain M1 refers to a mountain including the segment S with the largest occupation ratio, and when there is a mountain M2 that follows the main mountain M1, it is unclear where to start. It is specified to avoid clarification. In addition, the number of 2% used when determining the starting point is specified in order to accurately determine the range of the upper electric field even when the base of the main mountain M1 spreads low. It is. In addition, the number of 0.5 V / μm used when determining the range of the upper electric field described above represents the current density necessary for realizing a desired luminance level, Ic, and the electric field in the vicinity of the
ところで、「ゲート電極層14における開口14Aの面積の50%以上」としたのは、ゲート電極層14における開口14A近傍において、発光に寄与する電界が印加されている面積があまり少なくなると、発光に寄与する電子が放出されている領域と放出されていない領域が生じるようになるので、画面全体に輝度むらが発生し、輝度の均一性が低下するからである。逆に発光に寄与する電界が印加されている面積が多くなると、カソード素子15の表面全体から発光に寄与する電子が放出されるようになるので、画面全体の輝度むらが抑制され、輝度の均一性が向上するからである。このように、非常にミクロな個々の開口14Aにおける電界の空間分布を制御することにより、画面全体の輝度分布を制御することが可能となる。
By the way, “more than 50% of the area of the
また、電界の均一性を図る尺度Cとして、以下の式(2)を用いる。
C=(σ2/AVG2)x100…(2)
Further, the following formula (2) is used as a scale C for achieving the uniformity of the electric field.
C = (σ2 / AVG2) × 100 (2)
ここで、σ2は、ゲート電極層14における開口14Aをマトリクス状に細かく分割した場合における各セグメントに分布する電界の平均値を横軸とし、その平均値を有するセグメントをカウントした数を全体のセグメント数で割った値を縦軸とした場合の標準偏差である。AVG2は、カウントした数が最大となるときの平均値である。
Here, σ2 is the average value of the electric field distributed in each segment when the
なお、電界の均一性を図る尺度Cの望ましい範囲は、突起部15Aのばらつきの度合いによって大きく異なる。なぜなら、突起部15Aの密度のばらつきが少ない場合には、電界の空間分布が多少不均一となっていても輝度の均一性が悪化するとは限らないが、突起部15Aの密度のばらつきが大きい場合に、電界の空間分布が不均一となっているときは、輝度の均一性が大幅に悪化する可能性があるからである。そこで、突起部15Aの影響を除いた状態で(すなわち、突起部15Aが無い状態で)、尺度Aの望ましい範囲を満たす電界の空間分布を数値計算によって求めると、尺度Cは、30%以下であることが望ましく、8%以下であることがさらに望ましいことが分かる。よって、突起部15Aの影響を考慮した場合(すなわち、突起部15Aを備えており、かつ、それにばらつきがある場合)には、尺度Cの望ましい値は上記より小さくなることが予想される。なお、尺度Cが小さいほど望ましい理由は、標準偏差が小さくなるほど、電界の空間分布の山がより急峻となり、ゲート電極層14における開口14A近傍の電界分布がより均一となるからである。
Note that the desirable range of the scale C for achieving the uniformity of the electric field greatly varies depending on the degree of variation of the
このように、本実施の形態の画像表示装置1およびその駆動方法によれば、ゲート電極層14の開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成するようにしたので、突起部15Aに印加する電界を空間的に均一にすることができる。この結果、輝度むらを抑制し、輝度の均一性を向上させることができる。
As described above, according to the
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
まず、第1の実施例を、第1の比較例と対比して説明する。なお、本比較例は、本実施例と同様の構造を有する一方で、本実施例と異なる駆動方法により表示されるものである。 First, the first embodiment will be described in comparison with the first comparative example. The comparative example has the same structure as that of the present embodiment, but is displayed by a driving method different from that of the present embodiment.
図3(A),(B)は、本実施例の結果を示したものである。具体的には、図3(A)は、尺度Aないし尺度Cが望ましい範囲内となるように設計されたカラー版の電界放出素子2におけるゲート電極層14の開口14Aでの電界の空間分布を数値計算により求めたものである。図3(B)は、図3(A)と同様に設計された電界放出素子2における画面全体の輝度分布を示したものである。
3A and 3B show the results of this example. Specifically, FIG. 3A shows the spatial distribution of the electric field at the
図4(A),(B)は、本比較例の結果を示したものである。具体的には、図4(A)は、尺度Cだけが望ましい範囲内にあるが、尺度Aおよび尺度Bが望ましい範囲内とならないように設計されたカラー版の電界放出素子におけるゲート電極層における開口での電界の空間分布を数値計算により求めたものである。図4(B)は、図4(A)と同様に設計された電界放出素子における画面全体の輝度分布を示したものである。 4A and 4B show the results of this comparative example. Specifically, FIG. 4A shows a gate electrode layer in a color field emission device designed so that only scale C is in the desired range, but scale A and scale B are not in the desired range. The spatial distribution of the electric field at the aperture is obtained by numerical calculation. FIG. 4B shows the luminance distribution of the entire screen in the field emission device designed in the same manner as FIG.
本実施例では、カソードパネル10のベースとなる支持基板11は厚さ1.1mmのガラス基板、カソード電極層12は厚さが0.1μm、ストライプ幅Wが86.5μmのアルミニウム(Al)、絶縁層13は厚さ7μmのSiO2 、ゲート電極層14は厚さ0.1μmのAlにより構成した。絶縁層13およびゲート電極層14には、底部の直径φ1が7μmのゲートホール17を50個形成した。
In this embodiment, the
ゲートホール17の底部にあるカソード素子15は、厚さ0.3μmのCNTと、ITOの混合材料により構成し、カソード素子15の表面には、CNTからなる突起部15Aをほぼ垂直に配向した。
The
また、アノードパネル20のベースとなる透明基板21は厚さ2.8mmのガラス基板、発光層22は厚さ10μmのY2 O2 S(赤用)、ZnS(緑用)およびZnS(青用)、ブラックマトリクス23は厚さ0.2μmの酸化クロム、アノード電極層24は厚さ0.2μmのAlにより構成した。アノード電極層24とカソード素子15との距離を1.0mmにした。
The
さて、上記の構成の本比較例において、アノード電極層へ4kVの電圧を印加し、ゲート電極層へ50Vの電圧を印加し、カソード素子へ−25Vの電圧を印加した場合には、ゲート電極層における開口における電界の空間分布は、図4(A)に示したように、局所的に鋭いピークが電界の小さい領域に存在すると共に、縦軸の値が2%をわずかに超える領域が電界の大きい領域になだらかに続いている。このときの尺度Bは25%であり、尺度Cは19%である。また、輝度分布は、図4(B)に示したように、不均一となっており、このときの尺度Aは25%である。 In this comparative example having the above configuration, when a voltage of 4 kV is applied to the anode electrode layer, a voltage of 50 V is applied to the gate electrode layer, and a voltage of −25 V is applied to the cathode element, the gate electrode layer As shown in FIG. 4 (A), the spatial distribution of the electric field at the aperture in FIG. 4A has a locally sharp peak in a region where the electric field is small, and a region where the vertical axis value slightly exceeds 2%. Followed gently to a large area. The scale B at this time is 25%, and the scale C is 19%. In addition, the luminance distribution is not uniform as shown in FIG. 4B, and the scale A at this time is 25%.
なお、このときの平均電界の大きさEs1は4.0V/μmであり、平均電界の大きさEs2は10.7V/μmである。従って両平均電界の大きさは相違している。また、ゲート電極層へ印加した50Vの電圧は、いわゆる白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に印加される電圧と同じ大きさである。 At this time, the average electric field magnitude Es1 is 4.0 V / μm, and the average electric field magnitude Es2 is 10.7 V / μm. Therefore, the magnitudes of both average electric fields are different. The voltage of 50 V applied to the gate electrode layer is the same as the voltage applied when displaying a so-called white level (maximum luminance level) image.
一方、上記の構成の本実施例において、アノード電極層24へ6kVの電圧を印加し、ゲート電極層14へ25Vの電圧を印加し、カソード素子15へ−17Vの電圧を印加した場合には、ゲート電極層14における開口14Aにおける電界の空間分布は、図3(A)に示したように、電界分布の幅が比較例と比べて非常に狭い。このときの尺度Bは89%であり、尺度Cは80%である。また、輝度分布は、図3(B)に示したように、均一となっており、このときの尺度Aは5.5%である。
On the other hand, in this embodiment having the above configuration, when a voltage of 6 kV is applied to the
なお、このときの平均電界の大きさEs1は6.1V/μmであり、平均電界の大きさEs2は6.0V/μmである。従って両平均電界の大きさはほぼ同一となっている。また、ゲート電極層14へ印加した25Vの電圧は、いわゆる白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に印加される電圧と同じ大きさである。
At this time, the average electric field magnitude Es1 is 6.1 V / μm, and the average electric field magnitude Es2 is 6.0 V / μm. Therefore, the magnitudes of both average electric fields are almost the same. The voltage of 25 V applied to the
次に、第2の実施例を、第2の比較例と対比して説明する。なお、本比較例は、本実施例と同様の構造を有する一方で、本実施例と異なる駆動方法により表示されるものである。 Next, the second embodiment will be described in comparison with the second comparative example. The comparative example has the same structure as that of the present embodiment, but is displayed by a driving method different from that of the present embodiment.
図5(A),(B)は、本実施例の結果を示したものである。具体的には、図5(A)は、尺度Aないし尺度Cが望ましい範囲内となるように設計されたモノクロ版の電界放出素子2におけるゲート電極層14における開口14Aでの電界の空間分布を数値計算により求めたものである。図5(B)は、図5(A)と同様に設計された電界放出素子2における画面全体の輝度分布を示したものである。
5A and 5B show the results of this example. Specifically, FIG. 5A shows the spatial distribution of the electric field at the
図6(A),(B)は、本比較例の結果を示したものである。具体的には、図6(A)は、尺度Bだけが望ましい範囲内にあるが、尺度Aおよび尺度Cが望ましい範囲内とならないように設計されたモノクロ版の電界放出素子におけるゲート電極層における開口での電界の空間分布を数値計算により求めたものである。図6(B)は、図6(A)と同様に設計された電界放出素子における画面全体の輝度分布を示したものである。 6 (A) and 6 (B) show the results of this comparative example. Specifically, FIG. 6A shows a gate electrode layer in a monochrome field emission device designed such that only scale B is in the desired range, but scale A and scale C are not in the desired range. The spatial distribution of the electric field at the aperture is obtained by numerical calculation. FIG. 6B shows the luminance distribution of the entire screen in the field emission device designed in the same manner as in FIG.
本実施例では、カソードパネル10のベースとなる支持基板11は厚さ1.1mmのガラス基板、カソード電極層12は厚さが0.1μm、ストライプ幅Wが86.5μmのアルミニウム(Al)、絶縁層13は厚さ7μmのSiO2 、ゲート電極層14は厚さ0.1μmのAlにより構成した。絶縁層13およびゲート電極層14には、底部の直径φ1が7μmのゲートホール17を50個形成した。
In this embodiment, the
ゲートホール17の底部にあるカソード素子15は、厚さ0.3μmのCNTと、ITOの混合材料により構成し、カソード素子15の表面には、CNTからなる突起部15Aをほぼ垂直に配向した。
The
また、アノードパネル20のベースとなる透明基板21は厚さ2.8mmのガラス基板、発光層22は厚さ10μmのZnO、ブラックマトリクス23は厚さ0.2μmの酸化クロム、アノード電極層24は厚さ0.2μmのAlにより構成した。アノード電極層24とカソード素子15との距離を1.0mmにした。
The
さて、上記の構成の本比較例において、アノード電極層へ4kVの電圧を印加し、ゲート電極層へ50Vの電圧を印加し、カソード素子へ−25Vの電圧を印加した場合には、ゲート電極層における開口における電界の空間分布は、図6(A)に示したように、局所的に鋭いピークが電界の小さい領域および大きい領域に2つ存在すると共に、縦軸の値が2%をわずかに超える領域がピーク間になだらかに続いている。このときの尺度Bは25%であり、尺度Cは38%である。また、輝度分布は、図6(B)に示したように、不均一となっており、このときの尺度Aは25%である。 In this comparative example having the above configuration, when a voltage of 4 kV is applied to the anode electrode layer, a voltage of 50 V is applied to the gate electrode layer, and a voltage of −25 V is applied to the cathode element, the gate electrode layer As shown in FIG. 6 (A), the spatial distribution of the electric field at the aperture in FIG. The exceeding region continues gently between the peaks. The scale B at this time is 25%, and the scale C is 38%. In addition, the luminance distribution is not uniform as shown in FIG. 6B, and the scale A at this time is 25%.
なお、このときの平均電界の大きさEs1は4.0V/μmであり、平均電界の大きさEs2は10.7V/μmである。従って両平均電界の大きさは相違している。また、ゲート電極層へ印加した50Vの電圧は、いわゆる白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に印加される電圧と同じ大きさである。 At this time, the average electric field magnitude Es1 is 4.0 V / μm, and the average electric field magnitude Es2 is 10.7 V / μm. Therefore, the magnitudes of both average electric fields are different. The voltage of 50 V applied to the gate electrode layer is the same as the voltage applied when displaying a so-called white level (maximum luminance level) image.
一方、上記の構成の本実施例において、アノード電極層24へ6kVの電圧を印加し、ゲート電極層14へ25Vの電圧を印加し、カソード素子15へ−17Vの電圧を印加した場合には、ゲート電極層14における開口14Aにおける電界の空間分布は、図5(A)に示したように、電界分布の幅が比較例と比べて非常に狭い。このときの尺度Bは89%であり、尺度Cは80%である。また、輝度分布は、図5(B)に示したように、均一となっており、このときの尺度Aは5.7%である。
On the other hand, in this embodiment having the above configuration, when a voltage of 6 kV is applied to the
なお、このときの平均電界の大きさEs1は6.0V/μmであり、平均電界の大きさEs2は6.0V/μmである。従って両平均電界の大きさはほぼ同一となっている。また、ゲート電極層14へ印加した25Vの電圧は、いわゆる白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に印加される電圧と同じ大きさである。
At this time, the average electric field magnitude Es1 is 6.0 V / μm, and the average electric field magnitude Es2 is 6.0 V / μm. Therefore, the magnitudes of both average electric fields are almost the same. The voltage of 25 V applied to the
上記の第1および第2の実施例ならびに第1および第2の比較例の結果から、尺度Bおよび尺度Cを満たす場合には尺度Aを満たし、尺度Cを満たすものの尺度Bを満たさない場合には尺度Aを満たさない、ということが確認できる。 From the results of the first and second examples and the first and second comparative examples, when the scale B and the scale C are satisfied, the scale A is satisfied, but when the scale C is satisfied, the scale B is not satisfied. It can be confirmed that does not satisfy the scale A.
なお、上記の第1および第2の実施例の結果から、尺度Bを満たす望ましい電界分布とする方法の1つとして、平均電界Es1と平均電界Es2とがほぼ同一となるようにすることが考えられる。従って、本実施の形態においても、白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に印加される電圧をゲート電極層14とカソード電極層12との間に印加した場合に、アノード電極層24とゲート電極層14との間の電位差をその最短距離で割った平均電界Es1と、ゲート電極層14とカソード素子15との間の電位差をその最短距離で割った平均電界Es2とが、等しくなるように駆動条件を調整することにより、尺度Bおよび尺度Cを満たすことができ、その結果尺度Aを満たすことができる。ここで、「等しく」とは、両者が完全に同一である場合だけでなく、製造誤差程度の差異を有する場合も含む。
From the results of the first and second embodiments described above, as one method for obtaining a desirable electric field distribution satisfying the scale B, it is considered that the average electric field Es1 and the average electric field Es2 are substantially the same. It is done. Therefore, also in this embodiment, when a voltage applied when displaying a white level (maximum luminance level) image is applied between the
また、ゲート電極層14とカソード電極層12との間の電位差は、白レベル(最高輝度レベル)の映像を表示する際に最大となる(このときの電位差を最大駆動電圧という)。このため、ゲート電極層14とカソード電極層12との間に最大駆動電圧を印加する駆動条件は、ゲート電極層14における開口14Aでの電界分布が最も不均一となる条件であり、輝度むらが最も目立つ条件である。従って、上記の第1および第2の実施例のように、ゲート電極層14とカソード電極層12との間に最大駆動電圧を印加した場合に尺度Bおよび尺度Cを満たす場合には、それより小さい駆動電圧をゲート電極層14とカソード電極層12との間に印加した場合にも尺度Bおよび尺度Cを満たすといえる。
The potential difference between the
なお、尺度Bは、ピークが電界の大きい領域(上位電界の範囲内)に存在すると共に、縦軸の値が2%をわずかに超えるなだらかな領域が存在しないような電界分布を選択するような規定になっているとも言える。 Note that scale B selects an electric field distribution in which a peak exists in a region where the electric field is large (within the upper electric field) and a gentle region whose vertical axis value slightly exceeds 2% does not exist. It can be said that it is stipulated.
以上より、第1および第2の実施例によれば、ある一定のばらつきを有する突起部15Aの先端部を電子放出源として用いる場合に、尺度Bおよび尺度Cを満たすようにしたので、突起部15Aに印加する電界の空間分布の均一性(尺度B)を向上させることができる。この結果、ゲート電極近傍の突起部15Aのばらつきによる輝度むらを抑制し、輝度の均一性(尺度A)を向上させることができる。
As described above, according to the first and second embodiments, the scale B and the scale C are satisfied when the tip of the
続いて、電界放出素子2の製造方法について説明する。
Then, the manufacturing method of the
先ず、図7(A)に示すように、カソードパネル10のベースとなる支持基板11上に、例えばスパッタリング法により、例えば厚さ0.1μmの、アルミニウム(Al)からなるカソード電極層12を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, a
次に、カソード電極層12の上に、カソード素子15を配置するための処理を行う。具体的には、バインダ材料として、例えば有機スズおよび有機インジウム、または塩化インジウムなどの金属塩を用いるとともに、繊維状材料として、例えば平均直径1nm、平均長さ1μmのCNTまたはカーボンナノファイバーの粉末を用い、これらを以下の条件で揮発性溶液(例えば、酢酸ブチル)中に分散させた混合溶液を得る。その際、繊維状材料の分散性を向上させるために分散剤(例えば、ドデチル硫酸ナトリウム)を上記の混合溶液と混合する。また、超音波処理を行って、繊維状材料の分散性をさらに向上させもよい。また、他の添加剤を混ぜることも可能である。
Next, a process for disposing the
(混合溶液の生成条件の一例)
有機スズおよび有機インジウム:10〜50質量%
酢酸ブチル:30〜80質量%
ドデチル硫酸ナトリウム:0.1〜5質量%
CNT:0.001〜20質量%
(Example of mixed solution generation conditions)
Organic tin and organic indium: 10 to 50% by mass
Butyl acetate: 30-80% by mass
Sodium dodecyl sulfate: 0.1 to 5% by mass
CNT: 0.001 to 20% by mass
続いて、図7(B)に示すように、上記の混合溶液を例えばドライスプレー法、スラリー法またはスクリーン印刷法などにより、カソード電極層12の上に塗布してカソード素子15を形成する。ここで、ドライスプレー法とは、常温よりも高い温度(例えば、50℃)の雰囲気中で材料を表面にスプレーする方法であり、ドライスプレー法を用いた場合には、表面にスプレーした材料を瞬時に乾燥させることができる。その後、カソード素子15を焼成する。これにより、カソード素子15は、揮発成分が蒸発してバインダ材料中に繊維状材料が埋め込まれた状態で固体化する。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, the above mixed solution is applied onto the
次いで、図7(C)に示すように、カソード素子15を円板状に加工する。具体的には、例えばスピンコート法によって、カソード素子15の全面に、レジスト材料を塗布してレジスト層(図示せず)を形成する。続いて、このレジスト層をフォトリソグラフィ技術によってパターニングすることにより、エッチングマスクとなるレジストパターンをカソード素子15の上に形成する。次に、例えばウェットエッチング法により、パターニングされた部分以外のレジスト層を除去する。
Next, as shown in FIG. 7C, the
続いて、例えばウェットエッチング法により、カソード素子15のうち、レジストパターンで被覆された部分以外を除去する。これにより、例えば厚さ0.3μm、直径(上記の直径φ1に相当する)が2(tg+ti)〜3(tg+ti)の円板状のカソード素子15が形成される。その後、レジストパターンを除去する。
Subsequently, the
続いて、例えばドライエッチング法またはウェットエッチング法などにより、カソード電極層12を幅Wのストライプ状に加工する。
Subsequently, the
次に、図8(A)に示すように、後述のゲートホール17の形成時のRIE(Reactive Ion Etching) ダメージを防止するために、例えばリフトオフ法により、例えば厚さ0.3μmのMgOからなる保護膜Pをカソード素子15を覆うように形成する。
Next, as shown in FIG. 8A, in order to prevent RIE (Reactive Ion Etching) damage at the time of forming a
続いて、保護膜Pおよびカソード電極層12のうち、露出している部分の上に、例えばTEOS(テトラエトキシシラン)を原料ガスとするCVD法により、例えば厚さtiが3μm〜7μmのSiO2 からなる絶縁層13を形成する。
Subsequently, on the exposed portions of the protective film P and the
次に、ゲート電極層14形成する。具体的には、例えばスピンコート法によって、絶縁層13の全面に、レジスト材料を塗布してレジスト層Rを形成する。続いて、このレジスト層Rをフォトリソグラフィ技術によってパターニングすることにより、図8(B)に示すように、絶縁層13の表面のうち、カソード素子15と対向する領域以外の上に、めっきのマスクとなるレジストパターンを形成する。次に、例えばウェットエッチング法により、パターニングされた部分以外のレジスト層Rを除去する。これにより、絶縁層13の表面のうち、カソード素子15と対向する領域だけが露出することになる。
Next, the
続いて、例えばめっきにより、絶縁層13の表面のうち上記の円形状の領域に、アルミニウム(Al)を成長させる。その後、レジストパターンを除去することにより、図9(A)に示すように、例えば直径7μmの開口を有する、厚さtg+αのゲート電極層14が形成される。ここで、上記のαは、後述の絶縁層13をエッチングする際に、ゲート電極層14をマスクとして用いるので、エッチングにより削られる分をあらかじめ見込んだものである。
Subsequently, aluminum (Al) is grown on the circular region of the surface of the insulating
次に、図9(B)に示すように、ゲート電極層14をエッチングマスクとして、例えばRIE法により、絶縁層13をエッチングしてゲートホール17を完成させる。このように、ゲート電極層14をエッチングマスクとすることにより、ゲート電極層14に形成された開口14Aと、絶縁層13に形成された孔13Aとの位置が、Z軸方向から見てずれることがなく、ゲートホール17を精度良く加工することができる。また、各層ごとにレジストマスクを形成する必要がないので、ゲートホール17の製造工程を容易化、短縮化することができる。
Next, as shown in FIG. 9B, using the
続いて、保護膜Pをエッチングして、カソード素子15の表面を露出させたのち、例えば以下の条件に基づくITOウエットエッチング法により、カソード素子15のバインダ材料の一部を除去する。このようにして、カソード素子15の繊維状材料の一部を露出させる。
Subsequently, after the protective film P is etched to expose the surface of the
(ITOウェットエッチング条件の一例)
エッチング液:ITO−06N(関東化学製)
エッチング時間:5秒〜60秒
エッチング温度:10℃〜60℃
(Example of ITO wet etching conditions)
Etching solution: ITO-06N (manufactured by Kanto Chemical)
Etching time: 5 to 60 seconds Etching temperature: 10 to 60 ° C
その後、図10に示すように、カソード素子15の表面で各々の繊維状材料が一様にほぼ垂直に起立するように、繊維状材料の配向処理(アクティベーション)を行う。具体的には、図示しない粘着性の部材をゲート電極層14の上から貼り付けた後、粘着性の部材を引き剥がすことにより、支持基板11に対して繊維状材料を、支持基板11の面方向に対してほぼ垂直な方向(Z軸方向)に配向させる。これにより、カソード素子15の表面で電界放出により電子を放出する突起部15Aの本数をより多く確保することができるため、電子放出特性に優れた電子放出素子を提供することが可能となる。このようにして、電界放出素子2が製造される。
Thereafter, as shown in FIG. 10, the fibrous material is subjected to an orientation treatment (activation) so that each fibrous material stands up substantially vertically on the surface of the
1…画像表示装置、2…電界放出素子、3…素子駆動部、4…カソード電極駆動部、5…ゲート電極駆動部、6…アノード電極駆動部、10…カソードパネル、11…支持基板、12…カソード電極層、13…絶縁層、13A…孔、14…ゲート電極層、14A…開口、15…カソード素子、15A…突起部、16…電子放出領域、17…ゲートホール、20…アノードパネル、21…透明基板、22…発光層、22B…B(青)用発光層、22G…G(緑)用発光層、22R…R(赤)用発光層、23…ブラックマトリクス、24…アノード電極層、30…枠体、A…アスペクト比、e…電子、Eth…しきい電界、G…ゲートホールの開口部、H…ゲートホールの内壁面の高さ、L…発光、M1…主たる山、M2…従たる山、P…保護膜、R…レジスト層、S…セグメント、tg…ゲート電極層の厚さ、ti…絶縁層の厚さ、W…ストライプ幅、φ1…カソード素子の外径(ゲート電極層の内径)、φ2…カソード素子の内径
DESCRIPTION OF
Claims (7)
第1電極層、前記第1電極層上に選択的に設けられ、この第1電極層と電気的に接続されると共に、表面に複数の突起部を有する電子放出層、前記第1電極層と対向して設けられ、前記電子放出層と対向する位置に開口を有する第2電極層、前記第2電極層を基準として前記第1電極層とは反対側に前記第2電極層と対向して設けられた第3電極層、および前記第3電極層に隣接して設けられた発光層を有し、前記画素を構成する電界放出素子と、
第1電圧を前記第1電極層に印加し、第2電圧を前記第2電極層に印加し、電子引出電圧を前記第3電極層に印加する素子駆動部と
を備え、
前記素子駆動部は、前記第1電圧、前記第2電圧および前記電子引出電圧をそれぞれ制御することにより、前記開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成する
ことを特徴とする画像表示装置。 An image display device that displays an image by selectively driving pixels arranged in a matrix,
A first electrode layer, an electron emission layer selectively provided on the first electrode layer, electrically connected to the first electrode layer, and having a plurality of protrusions on the surface; the first electrode layer; A second electrode layer provided oppositely and having an opening at a position facing the electron-emitting layer; opposed to the second electrode layer on a side opposite to the first electrode layer with respect to the second electrode layer A field emission device having a third electrode layer provided and a light emitting layer provided adjacent to the third electrode layer, and constituting the pixel;
An element driving unit that applies a first voltage to the first electrode layer, applies a second voltage to the second electrode layer, and applies an electron extraction voltage to the third electrode layer;
The element driving unit controls the first voltage, the second voltage, and the electron extraction voltage, respectively, so that the electric field strength in a region of 50% or more of the area of the opening is included in the upper electric field range. An image display device characterized by forming an electric field distribution such that
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The element driving unit includes the first voltage, the second voltage, and the second voltage so that the electric field distribution is formed when the potential difference between the first voltage and the second voltage is maximized. The image display apparatus according to claim 1, wherein each of the electron extraction voltages is controlled.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The element driving unit includes the first voltage, an average electric field between the third electrode and the second electrode, and an average electric field between the second electrode and the first electrode. The image display apparatus according to claim 1, wherein the second voltage and the electron extraction voltage are respectively controlled.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 1, wherein the element driving unit performs gradation display by changing a magnitude of at least one of the first voltage and the second voltage.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 1, wherein the element driving unit performs gradation display by changing an application time of the first voltage and the second voltage.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display device according to claim 1, wherein the protrusion includes a carbon nanotube or a carbon nanofiber.
第1電圧を前記第1電極層に印加し、第2電圧を前記第2電極層に印加し、電子引出電圧を前記第3電極層に印加し、前記開口の面積の50%以上の領域における電界強度が上位電界の範囲内に含まれることとなるような電界分布を形成する
ことを特徴とする画像表示装置の駆動方法。 A first electrode layer, an electron emission layer selectively provided on the first electrode layer, electrically connected to the first electrode layer, and having a plurality of protrusions on the surface; the first electrode layer; A second electrode layer provided oppositely and having an opening at a position facing the electron-emitting layer; opposed to the second electrode layer on a side opposite to the first electrode layer with respect to the second electrode layer A driving method of an image display device comprising: a third electrode layer provided; and a light emitting layer provided adjacent to the third electrode layer,
A first voltage is applied to the first electrode layer, a second voltage is applied to the second electrode layer, an electron extraction voltage is applied to the third electrode layer, and a region of 50% or more of the area of the opening is applied. A method for driving an image display device, characterized in that an electric field distribution is formed such that an electric field intensity is included in a range of an upper electric field.
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JP2001101966A (en) * | 1999-07-29 | 2001-04-13 | Sharp Corp | Electron source array, method for manufacturing it and method for driving it |
JP2003303540A (en) * | 2002-04-11 | 2003-10-24 | Sony Corp | Field electron emission membrane, field electron emission electrode, and field electron emission display device |
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2005
- 2005-06-01 JP JP2005161504A patent/JP2006337666A/en active Pending
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