JP2002270120A

JP2002270120A - 電界放出型表示装置とその駆動方法

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Publication number: JP2002270120A
Application number: JP2001070945A
Authority: JP
Inventors: Mizuyoshi Atozawa; 瑞芳後沢; Masahiko Seki; 昌彦関; Toshihiro Yamamoto; 敏裕山本; Tatsuya Takei; 達哉武井; Tomoshi Ueda; 智志上田; Hiroshi Hagiwara; 啓萩原
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、陰極全面に渡り均一な電界を与え
高解像度を達成でき、電子の利用効率が向上し、ゲート
構造が簡単で大型の表示装置を容易に作成できる電界放
出型表示装置とその駆動方法を提供することを目的とす
る。【解決手段】ゲート１０３は、陰極１０２と同一平面
上に陰極１０２を取り囲むように配置したことにより、
ゲート構造が簡単でき、蛍光面１０４を励起するのに必
要な電位差で、かつ、陰極の全面から電子放出が起こる
に十分な電界となるよう陽極１０１と陰極１０２の間に
電圧を印加し、ゲートの電位を、陰極より低い第１電位
と、陰極からの電子放出が停止する第２電位との間で駆
動することにより、陰極全面に渡り均一な電界を与える
ことができ、ゲートでの電子の捕獲がなく電子の利用効
率が向上し、放出電子が陰極面近傍の電界により偏向さ
れず高解像度を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電界放出型表示装置
とその駆動方法に関し、特に、電界放出型の表示装置の
構造とその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の電界放出型表示装置の一
例の構造図を示す。ここでは、表示装置を構成する１画
素中の１つの陰極のみを示す。同図中、ガラス等の透明
な材料からなる前面板２１１の内側に陽極２０１が形成
され、更にその上に蛍光面２０４が形成されている。こ
の前面板２１１は背面板２１２と対向しており、背面板
２１２上には陰極２０２が形成されている。

【０００３】陽極２０１と陰極２０２との間には、陰極
２０２から電子を放出させるのに必要な電界を形成する
メッシュ状のゲート２０３が設けられている。前面板２
１１と背面板２１２の間の空間は略真空に保たれてい
る。簡単のため陰極２０２が接地されているとする。

【０００４】陽極２０１には、蛍光面２０４を励起する
のに適当な加速電圧となるような電位ＶＢが与えられ
る。ゲート２０３に陰極２０２から電子放出が起こるの
に十分な電界となるような電位ＶＧが与えられると、陰
極２０２から放出された電子は陽極２０１の電位ＶＢで
加速され、蛍光面２０４を励起して発光させる。ゲート
２０３の電位が低いときには電子の放出が起こらないの
で、蛍光面２０４は発光しない。

【０００５】図７は、従来の電界放出型表示装置の他の
一例の構造図を示す。同図中、ガラス等の透明な材料か
らなる前面板３１１の内側に陽極３０１が形成され、更
にその上に蛍光面３０４が形成されている。この前面板
３１１は背面板３１２と対向しており、背面板３１２上
には陰極３０２が形成されている。

【０００６】ゲート３０３は、背面板３１２上に形成さ
れた支柱３０６によって支えられている。図６と同様
に、ゲート３０３の電位ＶＧの作る電界によって陰極３
０２から電子を放出させ、その電子を陽極３０１の電位
ＶＢで加速し、前面板３１１上の蛍光面３０４を発光さ
せている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来は、ゲートと陰極
との間に形成する電界で、陰極から電子を放出させてお
り、陰極の形状が有限であることから、陰極の端部に電
界が集中し、陰極の中央と周辺とで電界の強さの差が生
じていた。このため、陰極の全面から安定して電子を放
出させることができなかった。陰極の端部で電界が強
く、また、電子は陰極から斜めに放出されることから、
陰極から放出された電子は、陽極に向かうに従って広が
って隣接画素に入ってしまうことにより隣接画素間で混
色がおきたり、また、解像度が低下するという問題があ
った。

【０００８】図６の従来例では、陰極２０２上での電界
の不均一性をある程度小さくすることができるが、陰極
２０２の端部での電界集中を逃れることはできない。ま
た、大型の表示装置を形成しようとしたとき、メッシュ
状のゲート２０３の形成が容易ではない。さらに、ゲー
ト２０３のメッシュの開口を大きくしたとしても、多く
の電子がゲート２０３に捕獲されるため電子の利用効率
が低いという問題があった。

【０００９】図７の従来例では、電子の利用効率をある
程度改善することができるが、陰極３０２の端部での電
界集中が大きく、さらに、陰極３０２の面内での電界の
不均一も大きいという問題があった。計算では、陰極３
０２とゲート３０３間の距離をｔ、電位差をＶとする
と、陰極３０２のゲート３０３に近い端から中心に向か
って距離ｔの場所での電界はＶ／ｔの半分以下になる。

【００１０】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、陰極全面に渡り均一な電界を与えることができ、ゲ
ートでの電子の捕獲がなく電子の利用効率が向上し、放
出電子が陰極面近傍の電界により偏向されず高解像度を
達成でき、ゲート構造が簡単で大型の表示装置を容易に
作成できる電界放出型表示装置とその駆動方法を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、陰極と、前記陰極に対向して配置された陽極と、前
記陽極上に形成された蛍光面と、前記陰極からの電子の
放出を制御するゲートからなる電界放出型表示装置にお
いて、前記ゲートは、前記陰極と同一平面上に前記陰極
を取り囲むように配置したことにより、ゲート構造が簡
単で大型の表示装置を容易に作成できる。

【００１２】請求項２に記載の発明では、ゲートは、前
記陰極から前記陽極側に寄った平面上に前記陰極を取り
囲むように配置したことにより、ゲート構造が簡単で大
型の表示装置を容易に作成できる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、蛍光面を励起す
るのに必要な電位差で、かつ、前記陰極の全面から電子
放出が起こるに十分な電界となるよう前記陽極と前記陰
極の間に電圧を印加し、前記ゲートの電位を、前記陰極
より低い第１電位と、前記第１電位より低く前記陰極か
らの電子放出が停止する第２電位との間で駆動すること
により、陰極全面に渡り均一な電界を与えることがで
き、ゲートでの電子の捕獲がなく電子の利用効率が向上
し、放出電子が陰極面近傍の電界により偏向されず高解
像度を達成できる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、ゲートの電位
を、前記陰極より低い第１電位と、前記第１電位より低
く前記陰極からの電子放出が停止する第２電位との２値
で駆動することにより、陰極全面に渡り均一な電界を与
えることができ、ゲートでの電子の捕獲がなく電子の利
用効率が向上し、放出電子が陰極面近傍の電界により偏
向されず高解像度を達成できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の電界放出型表示
装置の第１実施例の構造図を示す。同図中、ガラス等の
透明な材料からなる前面板１１１上に陽極１０１が形成
され、更に、その上に蛍光面１０４が形成されている。
この前面板１１１は背面板１１２と対向しており、背面
板１１２の上には陰極１０２に隣接して陰極１０２を取
り囲むようにゲート１０３が同一平面状に形成されてい
る。

【００１６】前面板１１１と背面板１１２の間は真空に
保たれている。陽極１０１と陰極１０２の距離は、蛍光
面１０４を励起するのに適当な加速電圧となるように陽
極１０１の電位を決めたときに、陰極１０２から電子放
出が起こるのに十分な電界となるように定められる。蛍
光面１０４にＹ_２Ｓｉ０_５：Ｔｂなどの低圧蛍光体を用
いたときは、加速電圧は２５０Ｖから１ｋＶ程度であ
る。また、蛍光面１０４にＰ−２２（ＣＲＴ用蛍光体、
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ（赤）、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（緑）、
ＺｎＳ：Ａｇ（青）など）などの高圧蛍光体の場合は、
加速電圧は５ｋから１０ｋＶである。

【００１７】陰極１０２から電子放出が起こるのに必要
な電界は、陰極１０２に用いる材料によって異なるが、
カーボンナノチューブやダイヤモンド状カーボン膜等で
は、数Ｖ／μｍから１０Ｖ／μｍである。蛍光面１０４
と陰極１０２の組合せによって、適当な陽極１０１と陰
極１０２との間の距離は図２に示すようになる。

【００１８】なお、図１には簡単のため１つの陰極１０
２を示しているが、表示装置を形成する各画素は複数の
陰極を形成されていても良い。また、表示装置は複数の
画素から形成されている。更に、多色表示を行う表示装
置では、蛍光面１０４は、画素ごとに必要な種類の蛍光
体を塗り分けたものとする。

【００１９】次に、この表示装置の動作と駆動方法を説
明する。

【００２０】図１に示す陰極１０２とゲート１０３を接
地して同電位とし、陽極１０１の電位が所定の値を超え
ると、陰極１０２から電界によって電子が放出される。
陰極１０２から放出された電子は、陽極１０１と陰極１
０２との間に生じる電界によって加速され、蛍光面１０
４に衝突して励起し蛍光体を発光させる。しかし、陰極
１０２は、その端部での電界が大きく、陰極１０２全面
から電子の放出が起こる前に、陰極１０２の端部から電
子の放出が始まる。このときの陽極１０１の電位をＶ
Ａ’とする。更に、陽極１０１の電圧を上昇させ、陰極
１０２の全面から電子放出を起こせる程度に電界を強め
ると、陰極１０２の端部の電界が限界をこえて大きくな
り陰極１０２を破壊することになる。このときの陽極１
０１の電位をＶＡとする。

【００２１】そこで、図３に示すように、直流電源１０
から陽極１０１に電位ＶＡ（＞ＶＡ’）を与え、直流電
源２０から陰極１０２を取り囲むゲート１０３に陰極１
０２（接地レベル）より低い電位Ｖｏｎを与えると、陰
極１０２の全面から電子放出が起こり、かつ、陰極１０
２の端部での電界集中を緩和して陰極１０２を破壊する
ことがないようにできる。このとき、陰極１０２の全面
にできる電界は陰極１０２に対し略垂直になり、放出さ
れた電子は陽極１０１に向かうに従って広がることがな
い。

【００２２】ゲート１０３の電位をさらに低くしていく
と、陰極１０２の全面にわたって、電界が弱くなり、つ
いには陰極１０２からの電子放出が停止する。図４に示
すように、このときのゲート１０３の電位をＶｏｆｆと
する。上記のように、ゲート１０３の電位がＶｏｎとＶ
ｏｆｆの間で、陰極１０２からの電子放出を制御でき
る。また、ゲート１０３の電位は常に陰極１０２より低
いので電子を捕獲することはないので、電子の利用効率
は改善される。

【００２３】この表示装置の駆動は、各画素の輝度を線
順次にＶｏｎとＶｏｆｆの間のアナログ値で制御しても
良いし、ＶｏｎとＶｏｆｆの２値を用いパルス幅変調、
あるいはパルス数変調を行うようにしても良い。

【００２４】図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の電界放出
型表示装置の第２実施例の平面図及びＢ−Ｂ線に沿う断
面構造図を示す。先に説明した図１の実施例では、陰極
１０２とゲート１０３は同一平面上に形成されている
が、この実施例においては、ゲート４０３は陰極４０２
のなす平面から陽極側に寄った位置の平面上に形成され
ている。

【００２５】図５（Ａ），（Ｂ）において、背面板４１
２上に陰極母線４０５が形成され、陰極母線４０５上に
絶縁層４０６が形成され、この絶縁層４０６上にゲート
４０３が形成されて、ゲート４０３は陰極母線４０５か
ら絶縁されている。更に、ゲート４０３の延在方向（Ｙ
方向）は陰極母線４０５の延在方向（Ｘ方向）と直交し
て形成されている。

【００２６】ゲート４０３と絶縁層４０６は、ゲート４
０３と陰極母線４０５の交差面から陰極母線に達する多
数の穴（同一の直径）が形成され、陰極４０２がその穴
の底面に陰極母線４０５と接触状態で形成され、ゲート
４０３は陰極４０２を取り囲むように配置されている。

【００２７】この第２実施例においても、陰極４０２を
接地し、陽極に電位ＶＡ（＞ＶＡ’）を与え、ゲート４
０３に陰極４０２（接地レベル）より低い電位Ｖｏｎ，
Ｖｏｆｆを与えることにより、陰極４０２の全面から電
子放出が起こり、かつ、陰極４０２の端部での電界集中
を緩和して陰極４０２を破壊することがないようにで
き、陰極４０２の全面にできる電界は陰極４０２に対し
略垂直になり、放出された電子は陽極４０１に向かうに
従って広がることがなく、前述の第１実施例と同様に表
示駆動を行うことができる。

【００２８】

【発明の効果】上述の如く、請求項１に記載の発明は、
ゲートは、陰極と同一平面上に陰極を取り囲むように配
置したことにより、ゲート構造が簡単で大型の表示装置
を容易に作成できる。

【００２９】請求項２に記載の発明では、ゲートは、陰
極から陽極側に寄った平面上に陰極を取り囲むように配
置したことにより、ゲート構造が簡単で大型の表示装置
を容易に作成できる。

【００３０】請求項３に記載の発明は、蛍光面を励起す
るのに必要な電位差で、かつ、陰極の全面から電子放出
が起こるに十分な電界となるよう陽極と陰極の間に電圧
を印加し、ゲートの電位を、陰極より低い第１電位と、
第１電位より低く陰極からの電子放出が停止する第２電
位との間で駆動することにより、陰極全面に渡り均一な
電界を与えることができ、ゲートでの電子の捕獲がなく
電子の利用効率が向上し、放出電子が陰極面近傍の電界
により偏向されず高解像度を達成できる。

【００３１】請求項４に記載の発明は、ゲートの電位
を、陰極より低い第１電位と、第１電位より低く陰極か
らの電子放出が停止する第２電位との２値で駆動するこ
とにより、陰極全面に渡り均一な電界を与えることがで
き、ゲートでの電子の捕獲がなく電子の利用効率が向上
し、放出電子が陰極面近傍の電界により偏向されず高解
像度を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電界放出型表示装置の第１実施例の構
造図である。

【図２】蛍光面と陰極の組合せによる陽極と陰極との間
の距離を説明するための図である。

【図３】本発明の電界放出型表示装置の駆動方法を説明
するための図である。

【図４】本発明の電界放出型表示装置の駆動方法を説明
するための図である。

【図５】本発明の電界放出型表示装置の第２実施例の平
面図及びＢ−Ｂ線に沿う断面構造図である。

【図６】従来の電界放出型表示装置の一例の構造図であ
る。

【図７】従来の電界放出型表示装置の他の一例の構造図
である。

【符号の説明】

１０，２０直流電源１０１，２０１，３０１陽極１０２，２０２，３０２，４０２陰極１０３，３０３，４０３ゲート１０４，２０４，３０４蛍光面１１１，２１１，３１１前面板１１２，２１２，３１２，４１２背面板４０５陰極母線４０６絶縁層３０６支柱

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本敏裕東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者武井達哉東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者上田智志東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内 (72)発明者萩原啓東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内Ｆターム(参考） 5C031 DD17 5C036 EE14 EE16 EF01 EF06 EF09 EG12 EH04 EH11 5C080 AA08 BB05 CC03 CC06 DD07 DD11 FF12 JJ06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陰極と、前記陰極に対向して配置された
陽極と、前記陽極上に形成された蛍光面と、前記陰極か
らの電子の放出を制御するゲートからなる電界放出型表
示装置において、前記ゲートは、前記陰極と同一平面上に前記陰極を取り
囲むように配置したことを特徴とする電界放出型表示装
置。
【請求項２】陰極と、前記陰極に対向して配置された
陽極と、前記陽極上に形成された蛍光面と、前記陰極か
らの電子の放出を制御するゲートからなる電界放出型表
示装置において、前記ゲートは、前記陰極から前記陽極側に寄った平面上
に前記陰極を取り囲むように配置したことを特徴とする
電界放出型表示装置。
【請求項３】陰極と、前記陰極に対向して配置された
陽極と、前記陽極上に形成された蛍光面と、前記陰極か
らの電子の放出を制御するゲートからなり、前記ゲート
を前記陰極と同一平面もしくは前記陰極から前記陽極側
に寄った平面上に前記陰極を取り囲むように配置した電
界放出型表示装置の駆動方法において、前記蛍光面を励起するのに必要な電位差で、かつ、前記
陰極の全面から電子放出が起こるに十分な電界となるよ
う前記陽極と前記陰極の間に電圧を印加し、前記ゲートの電位を、前記陰極より低い第１電位と、前
記第１電位より低く前記陰極からの電子放出が停止する
第２電位との間で駆動することを特徴とする電界放出型
表示装置の駆動方法。
【請求項４】請求項３記載の電界放出型表示装置の駆
動方法において、前記ゲートの電位を、前記陰極より低い第１電位と、前
記第１電位より低く前記陰極からの電子放出が停止する
第２電位との２値で駆動することを特徴とする電界放出
型表示装置の駆動方法。
【請求項５】請求項１または２記載の電界放出型表示
装置において、前記陰極を、カーボンナノチューブで構成したことを特
徴とする電界放出型表示装置。
【請求項６】請求項１または２記載の電界放出型表示
装置において、前記陰極を、ダイヤモンド状炭素膜で構成したことを特
徴とする電界放出型表示装置。