JP2002518804A - 電界放出ディスプレイとその動作方法 - Google Patents

電界放出ディスプレイとその動作方法

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ロバート・ティー・スミス
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Abstract

(57)【要約】 電界放出ディスプレイ100は、複数の電子エミッタ114を有する陰極板110,電位源126と接続される陽極124を有する陽極板122,および入力106と出力104とを有する陽極電圧プルダウン回路127を含む。出力104は、陽極124と接続され、入力106は電位源126と接続される。陽極電圧プルダウン回路127は、電子エミッタ114によって放電電流が発生する前に、陽極124の陽極電圧120をほぼ接地電位に降下させ、電界放出ディスプレイ100内の、正に静電帯電された表面137,138を中和することが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、電界放出ディスプレイ(field emission displays)に関
し、さらに詳しくは、電界放出ディスプレイにおいて、電荷の蓄積を低減する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電界放出ディスプレイは、技術上良く知られる。電界放出ディスプレイは、 薄いエンベロープを確定する陽極板と陰極板とを含む。一般に、陽極板と陰極板
は、内部の真空と、外部の大気圧との間の圧力差による装置の内破を防ぐために
、何らかの形態のスペーサ構造を必要とし、そのために十分な薄さになっている
。スペーサは、装置の活性領域内に配置され、この活性領域は、電子エミッタと
蛍光体とを含む。
【0003】 陽極板と陰極板との電位差は一般には、300から10,000ボルトの範囲
内にある。陽極板と陰極板との電位差に耐えるため、スペーサは一般に、誘電材
料を含む。このため、スペーサは、装置の真空の内側に露出される誘電表面を有
する。
【0004】 電界放出ディスプレイの動作中、電子は、陰極板において、Spindtチップなど
、電子エミッタから放出される。これらの電子は、真空領域を横切り、蛍光体の
上に衝突する。これらの電子の一部は、スペーサの誘電表面に衝突する可能性が
ある。このようにして、スペーサの誘電表面は帯電する。一般に、誘電スペーサ
が、正の電荷を帯びるのは、スペーサ材料の二次電子収量(yield)が最初は、
2以上だからである。
【0005】 電界放出ディスプレイ内の誘電表面が帯電することによって、数多くの問題が
生じる。例えば、スペーサに隣接する電子の軌道に対する制御が失われる。また
、アーク放電事象のリスクも劇的に増加する。
【0006】 陽極板と陽極電圧源との間に接続された固定抵抗と結合される電子エミッタか
らの電子流を用いて、陽極板の電圧を低減し、電子が、帯電表面に引き付けられ
るようにすることは知られる。電子は、帯電表面を中和するのに用いられる。し
かしながら、陽極板の電圧を引き下げる電子も、蛍光体に衝突し、その結果、可
視「閃光」が、電界放出ディスプレイのスクリーンに生じる。加えて、陽極板と
陽極電圧源との間の固定抵抗が、陽極電圧を引き下げるのに高い電流を必要とし
、その結果、大きな電力損失を生じる。
【0007】 したがって、電界放出ディスプレイにおいて、電荷の蓄積を低減する方法であ
って、可視「閃光」を低減または排除し、かつ陽極電圧の引き下げに関わる電力
損失を低減する方法に対する必要性が存在する。
【0008】
【好適な実施例の説明】
本発明は、電界放出ディスプレイの陽極に接続される陽極電圧プルダウン回路
を有する電界放出ディスプレイを対象とする。陽極電圧プルダウン回路は、放電
モード構成を有し、これは、陽極の電位を低減するのに使用される。陽極の電位
が低減されることにより、ディスプレイ装置内で放出される電子が、ディスプレ
イ装置内の、正に静電帯電された表面を放電するのに使用できる。陽極電圧プル
ダウン回路は、600ボルトを超える、好適には1000ボルトを超える、また
最も好適には3000ボルトを超える陽極走査電位に対して特に有用である。
【0009】 陽極電圧プルダウン回路は、陽極電圧を低減する段階の間、蛍光体をアクティ
ブにする電子流を低減または排除する利点をもたらすことが望ましい。例えば、
陽極電圧プルダウン回路は、ディスプレイ装置の外部にある電流源を含むことが
できる。外部電流源は、陽極と接続されて、ディスプレイ装置の電子エミッタか
らの電子によって、蛍光体がアクティブにされないような方法で、陽極電位を低
減する。これは、望ましくない可視「閃光」の発生を回避するという利点を提供
する。
【0010】 本発明の陽極電圧プルダウン回路はさらに、陽極電圧を引き下げるのに用いら
れる電流を低減することが望ましい。これは、陽極電圧の低減に関わる電力消費
を低減するという利点をもたらす。
【0011】 本発明による電界放出ディスプレイを動作させる方法は、陽極の電位を低減す
る段階と、その後、ディスプレイ装置の電子エミッタから、放電電流を放出させ
る段階とを含む。放電電流は、ディスプレイ装置内の、正に静電帯電された表面
を中和するのに有用である。本発明の方法は、陽極電位を低減する段階の間、デ
ィスプレイからの可視「閃光」の発生を回避する。さらに、陽極電位を低減する
段階は、ディスプレイ装置および/または陽極電源の応答を制御するために制御
されることが望ましい。
【0012】 図1は、本発明の好適な実施例による電界放出ディスプレイ100の断面図で
ある。電界放出ディスプレイ100は、ディスプレイ装置102および陽極電圧
プルダウン回路127を含む。
【0013】 ディスプレイ装置102は、陰極板110と陽極板122とを含む。陰極板1
10と陽極板122は、スペーサ136によって間隔を空けられる。陰極板11
0は、基板111を含み、この基板は、ガラス,シリコンなどから作ることがで
きる。複数の導電列112が、基板111の上に配置される。誘電層113は、
導電列112の上に配置され、さらに、複数のウェルを確定する。
【0014】 電子エミッタ114は、各ウェル内に配置される。陽極板122は、電子エミ
ッタ114によって放出される電子流132、Iを受け取るように配置される。
複数の導電行115は、ウェル近傍の誘電層113の上に形成される。導電列1
12と導電行115は、電子エミッタ114を選択的にアドレス指定するのに使
用される。
【0015】 分かりやすいように、図1は、2から3の行と1つの列のみを示す。しかしな
がら、任意の数の行と列が使用できることを理解されたい。ディスプレイ装置1
02に対して、1つのモデルとして示された行の数は240であり、1つのモデ
ルとして示された列の数は720である。マトリクス・アドレス指定可能な(ma
trix-addressable)電界放出ディスプレイの陰極板を作製する方法は、当業者に
知られる。
【0016】 陽極板122は、例えば、ガラスから作られる透明基板123を含む。陽極1
24は、透明基板123の上に配置される。陽極124は、indium tin oxideな
ど、透明導体から作られるのが望ましい。好適な実施例では、陽極124は、陰
極板110の放出領域全体に対向する連続層である。すなわち、陽極124は、
電子エミッタ114全体と対向する。陽極124は、電位源(potential source
)126と接続されるように設計され、電位源は、直流(D.C.)電圧源であ
ることが望ましい。複数の蛍光体125が、陽極124の上に配置される。マト
リクス・アドレス指定可能な電解放出ディスプレイの陽極板を作製する方法も、
当業者に知られる。
【0017】 陽極電圧プルダウン回路127の出力104は、陽極124の入力121と接
続される。陽極電圧プルダウン回路127の入力106は、電位源126と接続
されるように設計される。
【0018】 スペーサ136は、陰極板110と陽極板122との間の分離距離を維持する
のに役立つ。図1には、1つのスペーサ136のみが示される。しかしながら、
スペーサ136の実際の数は、ディスプレイ装置102の構造的要求事項に依存
する。
【0019】 スペーサ136は、誘電材料,バルク抵抗(bulk resistive)材料またはその
組み合わせから作ることができる。スペーサ136は、薄板,リブ(rib),ま
たは他の多くの形状のいずれかとすることができる。スペーサ136によって確
定される誘電表面はいずれも、電界放出ディスプレイ100の動作中、正に静電
帯電された表面137となる可能性がある。誘電層113の表面138など、デ
ィスプレイ装置102内の他の表面も、装置の動作中、正に静電帯電する可能性
がある。これらの表面が帯電するのは、電子流132の電子の一部が、気体分子
に衝突して、この気体分子が正にイオン化されて、これらの表面に衝撃を与える
からである。表面が、2以上の二次電子収量を有する場合には、表面は、受け取
ったそれぞれの電子またはイオンに対して、2以上の電子を放出する。そのため
、正の電位が生じる。本発明の方法は、これらの表面上の電荷を低減する一方で
、電荷低減段階の間の所要電力,黒レベルおよび電位源126の応答を同時に改
良するのに有用である。
【0020】 電圧源194は、導電列112のそれぞれと接続される。電圧源194は、画
像データによって定義される通りに、電位を印加するのに、またディスプレイ画
像を作製するのに、またディスプレイ装置102内での電荷蓄積を低減するのに
有用である。電圧源192は、各導電行102と接続される。電圧源192は、
電位の印加,ディスプレイ画像の作製,およびディスプレイ装置102内の電荷
の蓄積を低減するのに有用である。
【0021】 ここで、電界放出ディスプレイ100の動作が、図1を参照して説明される。
電界放出ディスプレイ100の動作は、走査モードと放電モードという、2つの
動作モードによって特徴づけられる。走査モード中、電位は順次、導電行115
に印加される。走査することは、電子を放出させるのに適する電位が、走査され
た行に選択的に印加されることを意味する。走査された行内の各電子エミッタ1
14が、電子を放出させるかどうかは、画像データ、および各列に印加された電
圧に依存する。走査されない行内の電子エミッタ114は、電子を放出させられ
ない。導電行115の1つが走査される時間中、電位が画像データに従って、導
電列112に印加される。
【0022】 走査モード中、陽極電圧120VAは、陽極124の電位であって、これは陽
極板122に、電流132を引き付けるように、また蛍光体125によって生成
される画像の所望の輝度を提供するように選択される。陽極電圧120は、電位
源126によって与えられる。本発明により、走査モード中、陽極電圧120は
、なんらかの値VSに保持され、この値は、600Vを上回ることが望ましく、
1000Vを上回るとさらに望ましく、3000Vを上回ることが最も望ましい
【0023】 走査モード中、電子エミッタ114によって放出される電子のほとんどは、陽
極板122にぶつかる。しかしながら、放出された電子の一部は、ディスプレイ
装置102内の誘電表面上に衝突し、誘電表面を正に静電帯電させる。帯電され
た表面は、電子流132の制御に悪影響を与えるなど、望ましくない影響を生じ
る。 電界放出ディスプレイ100の放電動作モードを達成するため、また本発明にし
たがい、陽極電圧120は、走査モード値VSから、放電モード値VDに低減され
、電子流132は、走査モード値ISから、放電モード値IDに増加される。電子
流132の放電モード値IDは、ディスプレイ装置102内の、正に静電帯電さ
れた表面を中和するのに有用である。陽極電圧120は、電子流132を、帯電
表面に向けることを可能にするのに十分な程度、低減される。陽極電圧120は
、ほぼ接地電位に低減されることが望ましい。陽極プルダウン回路127は、放
電動作モード中、陽極電圧120を低減するのに有用である。
【0024】 放電電流IDは、電子エミッタ114全体に、電子を放出させることによって
発生することが望ましい。これは、陰極板110の行115および列112のす
べてに、適切な放出「オン」電位を印加することによって達成される。このため
、中和に利用できる放電電流は、行115の総数と、行115当たりの最大放出
電流との積に等しい。放電電流は、全部に満たない数の電子エミッタ114に、
電子を放出させることによっても発生できる。
【0025】 好適な実施例では、プルダウンおよび放電段階は、1つの走査サイクル後、デ
ィスプレイ・フレームの終わりに発生する。しかしながら、他の適切なタイミン
グ方式も、採用できる。例えば、放電モードは、複数のディスプレイ・フレーム
が実行された後に、発生する可能性もある。
【0026】 図2は、本発明による電界放出ディスプレイ100を動作させる方法を示すタ
イミング図である。図2は、本発明による電界放出ディスプレイ100を動作さ
せる方法の好適な実施例を示す。図2に示されるように、放電動作モードは、陽
極電圧120を、走査モード値VSから、放電モード値VDに低減する段階を含む
。陽極電圧120が低減された後、電子流132は、走査モード値ISから、放
電モード値IDに増加される。電子流132は、陽極電圧120がVDに等しいか
、またはほぼ等しいときに、増加されることが望ましい。
【0027】 図3と図4は、本発明の好適な実施例による陽極電圧プルダウン回路127を
有する電界放出ディスプレイ100の回路図である。図3の実施例では、陽極電
圧プルダウン回路127は、可変電流源128を含む。可変電流源128は、陽
極124の入力121と接続される入力130を有する。可変電流源128の入
力130はまた、電位源126と接続されるように設計される。図3の好適な実
施例では、陽極電圧プルダウン回路127はさらに、スイッチ129によって構
成され、このスイッチは、陽極124から可変電流源128を切断せずに、陽極
124から電位源126を切断できるように構成される。
【0028】 概して、本発明を実施する陽極電圧プルダウン回路のスイッチ素子は、多くの
方法で実現できる。高速スイッチングの場合、1群のトランジスタが使用できる
。高速のスイッチング速度が不要なときは、機械的スイッチが使用できる。水銀
スイッチまたは真空装置スイッチなど、他のスイッチも役立つ可能性がある。
【0029】 陽極電圧プルダウン回路127は、走査モード構成および放電モード構成によ
って特徴づけられる。走査モード構成は、電界放出ディスプレイ100の走査動
作モード中における、陽極電圧プルダウン回路127の構成であり、放電モード
構成は、電界放出ディスプレイ100の放電動作モード中における、陽極電圧プ
ルダウン回路127の構成である。
【0030】 図3の実施例では、陽極電圧プルダウン回路127の走査モード構成は、閉位
置のスイッチ129によって特徴づけられ、陽極電圧プルダウン電流119は、
可変電流源128に引き付けられない。放電モード構成は、開位置のスイッチ1
29によって特徴づけられ、陽極電圧プルダウン電流119は、可変電流源12
8の入力130へと流れる。陽極電圧プルダウン電流119は、陽極電圧120
を低減するのに役立つ。
【0031】 図4は、本発明の好適な実施例による電界放出ディスプレイ100の回路図で
ある。図4の実施例では、スイッチ129は、第1電界放出装置163,第2電
界放出装置162,第3電界放出装置161およびプルアップ抵抗器167を含
む。電界放出装置163,162および161はそれぞれ、複数の電子エミッタ
175を有し、これはSpindtチップとすることができる。スイッチ129の各装
置内部にあるゲートと陰極は、装置がアクティブにされると直ちに、電子エミッ
タの同時放出をもたらすように構成される。
【0032】 第1電界放出装置163の陰極176、および第3電界放出装置161の陰極
166は、可変電流源128の入力130と接続される。第1電界放出装置16
3の陽極174は、第2電界放出装置162のゲート178に接続される。第2
電界放出装置162の陽極180は、電位源126と接続されるように設計され
る。第2電界放出装置162の陰極182は、第3電界放出装置161の陽極1
65と接続される。第3電界放出装置161の陽極165はまた、陽極板122
の陽極124とも接続される。プルアップ抵抗器167は、第2電界放出装置1
62の陽極180と、第1電界放出装置163の陽極174との間に伸びる。
【0033】 さらに第4図に示されるように、好適な実施例の可変電流源128は、複数の
電界効果トランジスタ131を含む。電界効果トランジスタ131は、図4に示
される方法で、そのドレイン206において接続される。各電界効果トランジス
タ131のソース204は、接地と接続される。可変電流源128の入力130
は、直列された電界効果トランジスタ131の第1のトランジスタのドレイン2
06と接続される。
【0034】 電界効果トランジスタ131はそれぞれ、そのゲートと接続される入力133
を有する。信号は、入力133に入力されて、トランジスタをアクティブにし、
これにより、陽極電圧プルダウン電流119に寄与する。図4に示されるように
、信号S1が、電界効果トランジスタ131の第1トランジスタの入力133に
入力され、信号S2が、直列された電界効果トランジスタ131の第2トランジ
スタの入力133に入力され、また信号S3が、直列された電界効果トランジス
タの第3トランジスタの入力133に入力される。3個未満、または3個を上回
る電界効果トランジスタも使用できる。電界効果トランジスタ131の数は、一
部には、陽極電圧120の所望の低減率をもたらすように選択される。
【0035】 図5は、本発明による図4の電界放出ディスプレイ100を動作させる方法を
示すタイミング図である。図4の実施例の陽極電圧プルダウン回路127の走査
モード構成を示すタイミング図である。図4の実施例の陽極電圧プルダウン回路
127の走査モード構成の間、第1および第3電界放出装置163,161の電
子エミッタ175は放出しない。走査モード構成の間、第2電界放出装置162
の電子エミッタ175は、電子を放出し、可変電流源128はアクティブにされ
ない。加えて、陽極電圧プルダウン電流119は、可変電流源128の入力13
0へと流れない。また、電流190は、陰極182から陽極165へと流れ、デ
ィスプレイ装置102の走査動作モードの間、陽極電圧120を保持する。さら
に、ゲート178の電圧VG,162は高く、第2電界装置162内で、電子を放出
させ、ゲート164,172の電圧VG,161およびVG,163は低く、第1および第
3電界放出装置163,161における放出を妨げる。
【0036】 図5にさらに示されるように、陽極電圧プルダウン回路127の放電モード構
成の間、制御信号135が、時間t0で電圧源に入力されて、第1および第3電
界放出装置163,161それぞれの電子エミッタ175からの電子流184,
188をアクティブにする。例えば、ゲート164,172の電圧VG,161およ
びVG,163は、図5に示されるように増加できる。これは、プルアップ抵抗器1
67を通る電流170を発生し、これにより、ゲート178の電圧VG,162を低
減する。VG,162の降下は、第2電界放出装置162における放出を停止し、電
流190を低減する。第3電界放出装置161の放出によって、電流195が、
ディスプレイ装置102の陽極124から、第3電界放出装置161の陽極16
5へと流れ、これにより、陽極電圧120を低減する。
【0037】 本発明により、陽極電圧120の低減率が制御されて、電位源126およびデ
ィスプレイ装置102のプルダウン過程への応答を制御する。例えば、プルダウ
ン率が高すぎる場合には、電位源126の出力は、振動性の出力または不規則な
出力となる可能性がある。さらに、プルダウン率が制御されないと、陽極板12
2および陰極板110が振動し、可聴機械振動を生じる可能性がある。
【0038】 図4と図5の実施例では、陽極電圧120の低減率は、プルダウン段階の間に
、電界効果トランジスタ131を順次アクティブにすることによって制御される
。最初、信号S1のみが、電界効果トランジスタ131の第1トランジスタの入
力133に入力される。以後は、S2が、電界効果トランジスタ131の第2ト
ランジスタの入力133に入力されるという具合に続く。このようにして、陽極
電圧プルダウン電流119は、制御可能な形で増加できる。このため、図5のグ
ラフ120のプルダウン部分118によって示されるように、陽極電圧120の
低減率は、制御可能な形で増加される。
【0039】 陽極電圧120が、時間tdにおいて十分に低減されるとき、放電電流IDが、
ディスプレイ装置102内で発生する。その後、放電電流IDは停止され、陽極
電圧120は、その走査モード値VSに戻される。 これを達成するには、可変電流源128をイナクティブにし(deactivate)、さ
らに、第1および第3電界放出装置163,161をイナクティブにする。プル
アップ抵抗器167を通る電流170は降下し、これによりゲート178の電圧
G,162が上昇する。このため、第2電界放出装置162の電子エミッタ175
が、電子を放出し、電流190が、陰極182から陽極165へと流れる。電流
195は、陽極165から、陽極124へと流れ、最初に、ディスプレイ装置1
02の静電容量を増加するように帯電し(charge up)、ついで、陽極電圧12
0をその走査値に維持する。
【0040】 図6は、本発明の別の実施例による電界放出ディスプレイ100の回路図であ
る。図6の実施例では、ダイオード197が、スイッチ129の第3電界放出装
置161に取って代わる。ダイオード197は、陽極200を有し、これは第2
電界放出装置162の陰極182と接続され、またさらに、陽極板122の陽極
124と接続される。ダイオード197はまた、陰極202を有し、これは、第
1電界放出装置163の陽極174と接続される。
【0041】 図6の実施例の動作において、第1電界放出装置163は、制御信号135に
よってアクティブにされ、可変電流源128は、図4と図5を参照して説明され
る方法でアクティブにされる。第1電界放出装置163での放出は、ゲート17
8の電圧を引き下げ、第2電界放出装置162内での放出を停止する。これによ
って、ダイオード197の陰極202の電圧は、電流198がダイオード197
を通って流れることができるほど、十分に降下する。図5には、電流198も示
される。電流198がアクティブになることによって、陽極124の放電が可能
になる。陽極電圧120の低減率は、図4と図5を参照して説明される方法で提
供される。
【0042】 図7は、本発明のさらに別の実施例による陽極電圧プルダウン回路127を有
する電界放出ディスプレイ100の回路図である。図7の実施例では、可変電流
源128は、電界放出装置を含み、電界放出装置は、陽極173,複数の行10
7および複数の列108を有する。電圧源140は、各行107と接続され、ま
た電圧源141は、各列108と接続される。電圧源140,141は、複数の
電子エミッタ139に選択的に対応して、陽極電圧プルダウン電流119を制御
するのに役立つ。可変電流源128の入力130は、電界放出装置の陽極173
と接続される。
【0043】 図7の実施例では、陽極電圧プルダウン回路127の走査モード構成は、可変
電流源128の電界放出装置がイナクティブにされることによって特徴づけられ
、さらに、閉位置にあるスイッチ129によって特徴づけられる。放電モード構
成は、可変電流源128の電界放出装置がアクティブにされることによって特徴
づけられ、陽極電圧プルダウン電流119が、入力130へと流れ、その結果、
ディスプレイ装置102の陽極124の放電を生じる。放電モード構成はまた、
スイッチ129が開位置にあることによって特徴づけられる。陽極電圧120が
十分に低減された後、放電電流が、電子流132によってもたらされて、ディス
プレイ装置102内の、正に静電帯電された表面を中和する。
【0044】 可変電流源128の電界放出装置は、図7では、ディスプレイ装置102から
分離された状態で示される。しかしながら、可変電流源128の電界放出装置は
、ディスプレイ装置102の一体部分とすることも可能であることを理解された
い。
【0045】 図8は、本発明のさらに別の実施例による陽極電圧プルダウン回路127を有
する電界放出ディスプレイ100の回路図である。図8の実施例では、陽極電圧
プルダウン回路127は、分路抵抗器149を含む。分路抵抗器149は、電界
放出ディスプレイ100の放電動作モード中、ディスプレイ装置102の陽極1
24を放電するのに使用される。分路抵抗器は、陽極124と接続されるように
設計され、陽極電圧プルダウン電流119が、陽極124から電気的接地に流れ
ることができるようにする。
【0046】 図8の実施例では、陽極電圧プルダウン回路127はさらに、電位源126と
スイッチ151とに接続される抵抗器183を含み、これは、電位源126を陽
極124から切断せずに、陽極124から分路抵抗器149を切断できるように
構成される。図8の実施例の陽極電圧プルダウン回路127の走査モード構成は
、開位置にあるスイッチ151によって特徴づけられ、放電モード構成は、閉位
置にあるスイッチ151によって特徴づけられる。陽極電圧120が引き下げら
れた後、放電電流が、電子流132によってもたらされ、電界放出ディスプレイ
100内の、正に静電帯電された表面を中和する。
【0047】 図9は、本発明のさらなる実施例による陽極電圧プルダウン回路127を有す
る電界放出ディスプレイ100の回路図である。図9の実施例は、図8の実施例
に類似し、この他にスイッチ129を含む。スイッチ129は、陽極124から
分路抵抗器149を切断せずに、陽極124から電位源126を切断できるよう
に構成される。走査モード構成はさらに、閉位置にあるスイッチ129によって
特徴づけられ、放電モード構成はさらに、開位置にあるスイッチ129によって
特徴づけられる。
【0048】 図10は、本発明のさらに別の実施例による陽極電圧プルダウン回路127を
有する電界放出ディスプレイ100の回路図である。図10の実施例では、ディ
スプレイ装置102のスペーサ136が、分路抵抗器として機能する。図10に
おける実施例の陽極電圧プルダウン回路127の放電モード構成は、開位置にあ
るスイッチ129によって特徴づけられる。陽極124を放電するには、陽極電
圧プルダウン電流119は、陽極124から、スペーサ136を通って陰極板1
10へと流れる。スペーサ136の電位は、導電層142を設けることによって
制御でき、導電層142は、陰極板110の上に配置され、スペーサ136と接
続される。所望の陽極電圧プルダウン電流119を実現するため、スペーサ13
6は、適切なバルク抵抗材料から作られる。
【0049】 図11は、本発明のさらに別の実施例による陽極電圧プルダウン回路127を
有する電界放出ディスプレイ100の回路図である。図11の実施例では、陽極
電圧プルダウン回路127は、変圧器143を含む。変圧器143は、フォトフ
ラッシュ(photo-flash)トリガ型パルス変圧器であることが望ましい。しかし
ながら、他の型の変圧器も使用できる。図11に示されるように、変圧器143
は、一次コイル144と二次コイル145とを有する。変圧器143は、駆動回
路と接続され、駆動回路は、電界放出ディスプレイ100の放電動作モード中に
、変圧器143を点火(fire)する。
【0050】 変圧器143の点火によって、二次コイル145によって印加される電位源1
26の極性とは反対の極性の電圧パルスが生じる。図11の実施例では、駆動回
路は、変圧器143を点火するのに有用であり、これは、バイポーラ・トランジ
スタ146を含む。バイポーラ・トランジスタ146のコレクタは、一次コイル
144の第1端子と接続される。バイポーラ・トランジスタ146のエミッタは
、接地と接続される。
【0051】 バイポーラ・トランジスタ146は、そのベースに電気パルス147を与える
ことによってアクティブにされる。電気パルス147は、電圧パルスまたは電流
パルスとすることも可能である。バイポーラ・トランジスタ146をアクティブ
にすることによって、一次コイル144の第1端子が、接地状態になる。電位源
181は、一次コイル144の第2端子の電位を提供する。このため、バイポー
ラ・トランジスタ146がアクティブにされるとき、電圧降下が、一次コイル1
44の第2端子と第1端子との間で実現される。図11の実施例の陽極電圧プル
ダウン回路127の放電モード構成の場合には、一次コイル144は、このよう
にして駆動される。
【0052】 走査モード構成は、バイポーラ・トランジスタ146がアクティブにされない
ことに特徴づけられ、一次コイル144上では、電圧降下はほとんど存在しない
。このため、一次コイル144は、図11における実施例の陽極電圧プルダウン
回路127の走査モード構成の場合には駆動されない。
【0053】 二次コイル145は、電位源16と接続されるように設計される入力177と
、出力179とを有し、この出力は、陽極124と接続される。放電モード中、
変圧器143は、陽極電圧120をほぼ接地電位へと降下させるのに十分な反対
の電圧パルスを印加する。陽極電圧120が低い間は、放電電流が、電子エミッ
タ114によって与えられて、電界放出ディスプレイ100内の、正に静電帯電
された表面を中和する。
【0054】 図12は、本発明のさらに別の実施例による陽極電圧プルダウン回路127を
有する電界放出ディスプレイ100の回路図である。図12の実施例では、陽極
電圧プルダウン回路127は、タンク回路と類似する方法で機能し、インダクタ
156を含む。インダクタ156は、陽極124と接続されるように設計される
。図12の実施例の陽極電圧プルダウン回路127はさらに、第1スイッチ16
0を含み、これは、陽極124から電位源126を切断せずに、陽極124から
インダクタ156を切断できるように構成される。図12の実施例の陽極電圧プ
ルダウン回路127は、第2スイッチ158を含み、このスイッチは、陽極12
4からインダクタ156を切断せずに、陽極124から電位源126を切断でき
るように構成される。
【0055】 図12の実施例の陽極電圧プルダウン回路127の放電モード構成は、第1ス
イッチ160が閉じられ、第2スイッチが開かれることによって特徴づけられる
。この構成では、ディスプレイ装置102は、コンデンサに似た振る舞いをする
。放電モード構成中における、陽極電圧プルダウン回路127とディスプレイ装
置102とによって形成される回路の挙動は、タンク回路のそれと類似する。す
なわち、電荷が、陽極124とインダクタ156との間で、前方および後方に移
動する。電荷移動発振の周波数は、インダクタ156のインダクタンスと、ディ
スプレイ装置102の静電容量とによって決定される。
【0056】 図13は、図12の実施例の動作を示すタイミング図である。図13に示され
るように、時間t0は、電界放出ディスプレイ100の放電動作モードの開始を
表す。時間t0に先立つ、走査動作モードの間は、二次スイッチ158が閉じら
れ、第1スイッチ160が開けられて、陽極電圧120、VAを、電位源126
によって、走査モード値VSに維持できるようにする。
【0057】 時間t0において、第2スイッチ158が開かれ、第1スイッチ160が閉じ
られる。ついで、陽極124とインダクタ156との間の電荷移動が開始する。
この結果が、図13に示される陽極電圧120の正弦波応答である。陽極電圧1
20は、走査モード値VSから、放電モード値VDに降下する。陽極電圧120が
、放電モード値またはその付近にあるとき、放電電流IDが、電子エミッタ11
4によって放出される。図13に示されるように、陽極電圧120が低い間は、
放電電流が、時間t1とt2の間で与えられる。時間t3において、陽極電圧12
0が最大値に戻るとき、第1スイッチ160が開かれ、第2スイッチ158が閉
じられて、陽極電圧120の振動が停止する。
【0058】 図14は、本発明のさらに別の実施例による陽極電圧プルダウン回路127を
有する電界放出ディスプレイ100の回路図である。図14の実施例では、陽極
電圧プルダウン回路127は、可変抵抗回路116を含み、これは、陽極124
の入力121と接続される出力157を有し、さらに、電位源126と接続され
るように設計される入力169を有する。
【0059】 可変抵抗回路116は、電界放出ディスプレイ100の走査動作モード中に、
第1抵抗を、電界放出ディスプレイ100の放電動作モード中に、第2抵抗を与
えるように設計される。本発明により、第1抵抗は、第2抵抗よりも低い。本発
明の範囲は、可変抵抗を提供するための、図14に示される回路素子の構成に限
定されない。放電動作モード中の増加した抵抗は、陽極電圧120を低下させる
のに有用である。第2抵抗の方が高いことはさらに、消費電力のレベルが、第1
抵抗の両端の電流を増加させることによって同じ電圧降下を達成するに際して実
現される消費レベルよりも低いという利点をもたらす。
【0060】 図14の実施例で、可変抵抗回路116は、第1抵抗器と第2抵抗器153,
155を含み、これらは並列に接続されており、またこの回路はさらに、スイッ
チ148を含む。第1抵抗器153の抵抗は、第2抵抗器155の抵抗より大き
い。スイッチ148は、スイッチ148が開位置にあるときに、第1抵抗器15
3を通る電流の流れを妨げずに、第2抵抗器を通る電流の流れを妨げるように構
成される。
【0061】 上記のように、スイッチ148は、多くの方法で実現できる。高速スイッチン
グの場合、1群のトランジスタが使用できる。高速のスイッチング速度が不要な
ときは、機械的スイッチが使用できる。水銀スイッチまたは真空装置スイッチな
ど、他の装置も、スイッチ148を実現するのに有効である可能性がある。
【0062】 可変抵抗回路116の走査モード構成は、閉位置にあるスイッチ148によっ
て特徴づけられ、可変抵抗回路116によって与えられる抵抗が、第1値である
。可変抵抗回路116の放電モード構成は、開位置にあるスイッチ148によっ
て特徴づけられ、可変抵抗回路116によって与えられる抵抗が第2値であり、
これは、第1値より高い。
【0063】 図15は、図14の実施例の動作を示すタイミング図である。図15に示され
るように、放電動作モードの間、スイッチ148は、開位置にある。
【0064】 図15の上方のグラフに示されるように、電子回路132は、スイッチ148
が開いた後、短時間の間は、走査モード値ISを保持できる。図15のグラフ1
20の破線で示されるように、これによって、放電電流IDが生じるに先立ち、
陽極電圧120が降下する。その後、放電電流IDが、電子エミッタ114によ
って発生されて、陽極電圧120を、接地電位に引き下げ、かつ、電界放出ディ
スプレイ100内の、正に静電帯電された表面を中和する。このようにして、陽
極電圧120は、制御可能な形で低減される。
【0065】 もう1つの利点は、陽極電圧120が走査モード値VSから若干低減されるま
で、放電電流IDを遅延させることから得られる。すなわち、陽極電圧120の
低減された値では、蛍光体125に到着直後の放電電流のエネルギーは、走査モ
ード値VSを有していたエネルギーを下回る。エネルギーの低いこの放電電流は
、電界放出ディスプレイ100の放電動作モードの間、ディスプレイ装置102
から、可視「閃光」の度合いを低減する。
【0066】 また、図15の下のグラフによって示されるように、放電電流は、スイッチ1
48が開かれるとほぼ同時に発生させられる。実線で示されるように、グラフ1
20のプルダウン部分134、すなわち、陽極電圧120の減少率は高く、これ
により、陽極電圧120を引き下げるのに必要な時間数を短縮する。高いプルダ
ウン率は、陽極電圧プルダウン回路127を介した抵抗の増加と、放電電流を介
した電流の増加を同時に提供することによって達成される。
【0067】 図16は、本発明のさらなる実施例による陽極電圧プルダウン回路127を有
する電界放出ディスプレイの回路図である。図16の実施例では、陽極電圧プル
ダウン回路127は、可変インピーダンス回路159を含む。可変インピーダン
ス回路159の出力168は、ディスプレイ装置102の陽極124と接続され
、可変インピーダンス回路159の入力171は、電位源126と接続されるよ
うに設計される。
【0068】 可変インピーダンス回路159は、電界放出ディスプレイ100の走査動作モ
ードの間、第1インピーダンスを提供し、電界放出ディスプレイ100の放電動
作モードの間、第2インピーダンスを提供するように設計される。本発明により
、第1インピーダンスは、第2インピーダンスよりも低い。本発明の範囲は、図
16に示される、可変インピーダンスを提供するための回路要素の構成に限定さ
れない。
【0069】 図16の実施例では、可変インピーダンス回路159は、電流制限回路を含む
。図16の電流制限回路により提供されるインピーダンスは、陽極124により
引き付けられる陽極電流189に応答する。
【0070】 図16の実施例の電流制限回路は、直列に接続された複数の段150を含む。
各段150は、NPNバイポーラ接合トランジスタ(NPN BJT)152と
、N型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(N型MOSFET)154とを
含み、これらは、図16に示される方法で接続される。
【0071】 電流制限回路で使用される段150の数は、Vsの商によって示され、これは
、走査動作モード中の陽極電圧120の値であり、N型MOSFET154のド
レイン-ソース接合の降伏電圧である。例えば、VSが4000ボルトに等しく、
BVdssが800ボルトに等しい場合、段150の数は5である。
【0072】 図17は、図16の実施例の動作に関するタイミング図である。電流制限回路
のインピーダンス、Zは、一部は、電流制限回路から引き込まれる陽極電流18
9の値によって決定される。詳しくは、インピーダンスは、陽極電流189と、
NPN BJT152のベース-エミッタ接合の抵抗との積Pによって算定される
【0073】 Pが、ベース-エミッタ接合の両端で、NPN BJT152をオンにするのに
必要とされる電圧Vbe(オン)を下回るときには、電流制限回路は、低いインピ
ーダンスで動作する。低インピーダンス状態では、NPN BJT152はオフ
になり、N型MOSFET154はオンになる。PがVbe(オン)を上回るとき
には、NPN BJT152はオンになり、これによりN型MOSFET154
がオフになって、電流制限回路は、より高いインピーダンスで動作する。増加さ
れたインピーダンスは、陽極電圧120を引き下げるのに有用である。
【0074】 このため、NPN BJT152のベース-エミッタ接合の抵抗およびVbe(オ
ン)は、陽極電圧120の所望の応答を提供するように選択される。すなわち、
これらの変数は、電子回路132が走査値ISを有して、陽極電圧120を走査
値VSに維持するときに、低いインピーダンスZSで動作するように選択される。
これらはさらに、電子回路132が放電値IDを有して、陽極電圧120を放電
値VDに引き下げるときに、電流制限回路が高いインピーダンスZDを提供するよ
うに選択される。
【0075】 別の実施例では、可変電流源が、図16の可変インピーダンス回路159と陽
極124との間に設けられる。この別の実施例では、可変電流源の入力は、図3
の電流源128の方法と類似する方法で、可変インピーダンス回路159の出力
168と、陽極124の入力121とに接続される。
【0076】 この別の実施例では、可変電流源は、可変インピーダンス回路159によって
提供されるインピーダンスに変化を生じ、かつ陽極電圧120を引き下げる電流
を提供する。可変電流源は、蛍光体125をアクティブにしないので、この実施
例は、放電動作モードの間、ディスプレイ装置102の黒レベルを改良するとい
う利点をもたらす。
【0077】 以上をまとめると、本発明は、電界放出ディスプレイの陽極と接続される陽極
電圧プルダウン回路を有する電界放出ディスプレイを対象とする。陽極電圧プル
ダウン回路は、放電モード構成を有し、これは、陽極の電位を低減するの使用さ
れる。陽極電圧プルダウン回路は、陽極電圧を低減する段階の間、蛍光体のアク
ティブ化を低減または排除するという利点をもたらすことが望ましい。本発明に
よる電界放出ディスプレイを動作させる好適な方法は、陽極の電位を低減し、そ
の後、放電電流を、電子エミッタから放出させて、電界放出ディスプレイ内の、
正に静電帯電された表面を中和する段階を含む。本発明の電界放出ディスプレイ
および方法は、所要電力の改善、ディスプレイ装置の黒レベルの改善、および陽
極電圧の低下に対する陽極電源と表示板の応答に対する制御の改善など、多くの
利点をもたらす。
【0078】 本発明の具体的な実施例を示し、説明してきたが、さらなる変形および改良を
当業者は考え付こう。したがって、本発明は、ここに示された特定の形態には限
定されず、添付請求の範囲は、本発明の意図および範囲から逸脱しないすべての
変形を包含することを意図することを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の好適な実施例による電界放出ディスプレイの断面図であ
る。
【図2】 本発明による電界放出ディスプレイを動作させる方法を示すタイ
ミング図である。
【図3】 本発明の好適な実施例による陽極電圧プルダウン回路を有する電
界放出ディスプレイの回路図である。
【図4】 本発明の好適な実施例による陽極電圧プルダウン回路を有する電
界放出ディスプレイの回路図である。
【図5】 本発明による電界放出ディスプレイを動作させる方法を示すタイ
ミング図である。
【図6】 本発明の別の実施例による陽極電圧プルダウン回路を有する電界
放出ディスプレイの回路図である。
【図7】 本発明のさらに別の実施例による陽極電圧プルダウン回路を有す
る電界放出ディスプレイの回路図である。
【図8】 本発明のさらに別の実施例による分路抵抗器を有する陽極電圧プ
ルダウン回路を有する電界放出ディスプレイの回路図である。
【図9】 本発明のさらなる実施例による分路抵抗器を有する陽極電圧プル
ダウン回路を有する電界放出ディスプレイの回路図である。
【図10】 ディスプレイのスペーサが、本発明のさらに別の実施例による
分路抵抗器として機能する陽極電圧プルダウン回路を有する電界放出ディスプレ
イの回路図である。
【図11】 本発明のさらに別の実施例による変圧路を有する陽極電圧プル
ダウン回路を有する電界放出ディスプレイの回路図である。
【図12】 本発明のさらに別の実施例によるタンク回路構成を有する陽極
電圧プルダウン回路を有する電界放出ディスプレイの回路図である。
【図13】 図12の実施例の動作に関するタイミング図である。
【図14】 本発明のさらに別の実施例による可変抵抗回路を含む陽極電圧
プルダウン回路を有する電界放出ディスプレイの回路図である。
【図15】 図14の実施例の動作に関するタイミング図である。
【図16】 本発明のさらなる実施例による電流制限回路を含む陽極電圧プ
ルダウン回路を有する電界放出ディスプレイの回路図である。
【図17】 図16の実施例の動作に関するタイミング図である。 単純化し、明確にするために、図面に示される要素は、必ずしも縮尺通りには描
かれていない。例えば、一部の要素の寸法は、相対的に大きめに描かれている。
さらに、適切だと考えられる場合には、複数の図面で、対応する要素を示すため
に、参照番号が繰り返された。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョアン・トュルジロ アメリカ合衆国 アリゾナ州 85202 メ サ サウス・エル・マリノ2320 (72)発明者 チェンガン・シェ アメリカ合衆国 アリゾナ州 85045 フ ェニックス ウェスト・キャセドラル・ロ ック・ドライブ1736 (72)発明者 スコット・ブイ・ジョンソン アメリカ合衆国 アリゾナ州 85254 ス コッツデール イースト・シャロン・ドラ イブ5111 (72)発明者 カーティス・ディー・モイヤー アメリカ合衆国 アリゾナ州 85044 フ ェニックス イースト・ティスル・ランデ ィング・ドライブ4006 (72)発明者 デイビッド・エム・ライス アメリカ合衆国 アリゾナ州 85225 チ ャンドラー イースト・アイロンウッド 1437 Fターム(参考) 5C036 EE09 EF01 EF06 EF09 EG47 EG48 EH26 5J055 AX12 AX64 BX16 CX29 DX02 EY01 EY02 EY05 EY07 EY12 EY17 EY21 EZ21 EZ22 EZ43 GX01 GX04 GX07

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電界放出ディスプレイであって: 複数の電子エミッタを有する陰極板; 前記複数の電子エミッタによって放出される電子を受け取るために配置される
    陽極板であって、電位源と動作可能な形で接続されるように設計される陽極板;
    および 前記陽極板と動作可能な形で接続され、かつ前記電位源と動作可能な形で接続
    されて、前記陽極板の電位を低減するように設計される電圧低減手段; によって構成されることを特徴とするディスプレイ。
  2. 【請求項2】 電界放出ディスプレイであって: 複数の電子エミッタを有する陰極板; 前記複数の電子エミッタによって放出される電子を受け取るために配置され、
    陽極を有する陽極板であって、前記陽極は、電位源と接続されるように設計され
    る陽極板;および 前記陽極および前記電位源と接続されて、前記複数の電子エミッタからの放電
    流の放出に先立ち、前記陽極の電位を低減する電圧低減手段; によって構成されることを特徴とするディスプレイ。
  3. 【請求項3】 電界放出ディスプレイであって: 複数の電子エミッタを有する陰極板; 前記複数の電子エミッタによって放出される電子を受け取るために配置され、
    陽極を有する陽極板であって、前記陽極は、電位源と接続されるように設計され
    る陽極板;および 入力および出力を有する陽極電圧プルダウン回路であって、前記出力は、前記
    陽極と接続され、かつ前記入力は、前記電位源と接続されるように設計される陽
    極電圧プルダウン回路; によって構成されることを特徴とするディスプレイ。
  4. 【請求項4】 前記陽極電圧プルダウン回路はさらに、前記陽極と接続され
    る入力を有する可変電流源によって構成され;かつ 出力および入力を有する可変抵抗/インピーダンス回路であって、前記可変抵
    抗/インピーダンス回路の前記出力は、前記可変電流源の前記入力、およびさら
    に前記陽極と接続され、かつ前記可変抵抗/インピーダンス回路の前記入力は、
    前記電位源と接続されるように設計されることを特徴とする請求項3記載の電界
    放出ディスプレイ。
  5. 【請求項5】 前記陽極電圧プルダウン回路はさらに: 前記陽極と接続されるように設計される分路抵抗器; 前記陽極から前記電位源を切断せずに、前記陽極から前記分路抵抗器を切断で
    きるように構成されるスイッチ;および 前記陽極から前記分路抵抗器を切断せずに、前記陽極から電位源を切断できる
    ように構成されるスイッチ; によって構成されることを特徴とする請求項3記載の電界放出ディスプレイ。
  6. 【請求項6】 前記陽極電圧プルダウン回路は、一次コイルおよび二次コイ
    ルを有する変圧器によって構成され、前記二次コイルは、前記電位源と接続され
    るように設計される入力と、前記陽極と接続される出力とを有し、かつ前記一次
    コイルは、電気パルスによって駆動されるように設計されることを特徴とする請
    求項3記載の電界放出ディスプレイ。
  7. 【請求項7】 前記陽極電圧プルダウン回路は、前記陽極と接続されるよう
    に設計されるインダクタによって構成され、さらに、前記陽極から前記電位源を
    切断せずに、前記陽極から前記インダクタを切断できるように構成されるスイッ
    チによって構成されることを特徴とする請求項3記載の電界放出ディスプレイ。
  8. 【請求項8】 前記陽極電圧プルダウン回路は、走査モード構成を有し、さ
    らに放電モード構成を有することを特徴とする請求項3記載の電界放出ディスプ
    レイ。
  9. 【請求項9】 スイッチであって: 陽極および陰極を有する第1電界放出装置であって、前記第1電界放出装置の
    前記陰極は、可変電流源の前記入力と接続されるように設計される第1電界放出
    装置; 陽極,ゲートおよび陰極を有する二次電界放出装置であって、前記第1電界放
    出装置の前記陽極は、前記第2電界放出装置の前記ゲートと接続され、かつ前記
    第2電界放出装置の前記陽極は、電位源と接続されるように設計される第2電界
    放出装置; 前記第2電界放出装置の前記陽極と、前記第1電界放出装置の前記陽極との間
    に伸びるプルアップ抵抗器;および 陽極と陰極とを有するダイオードであって、前記第2電界放出装置の前記陰極
    は、前記ダイオードの前記陽極と接続され、かつ前記第1電界放出装置の前記陽
    極は、前記ダイオードの前記陰極と接続されるダイオード; によって構成されることを特徴とするスイッチ。
  10. 【請求項10】 陽極と複数の電子エミッタとを有する電界放出ディスプレイ
    を動作させる方法であって: 陽極において、600ボルトを上回る正電位を与える段階; ついで、前記陽極の電位を低減する段階;および ついで、放電電流を、前記複数の電子エミッタから放出させて、前記電界放出
    ディスプレイ内の、正に静電帯電された表面を中和する段階; によって構成されることを特徴とする方法。
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