JP2005128193A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子放出部からの無用な電子の放出を確実に防止しつつ、表示画像の高輝度化を実現することができる表示装置を提供する。
【解決手段】水平方向に沿うカソード電極と、垂直方向に沿うゲート電極と、それらの電極ラインの交差部に設けられた電子放出部と、カソード電圧をカソードオフ電圧Ｖk-OFFとカソードオン電圧Ｖk-ONのいずれかに切り換え制御する制御回路と、ゲート電圧をゲートオフ電圧Ｖg-OFFとゲートオン電圧Ｖg-ONとの範囲内で可変制御する制御回路とを備える表示装置において、カソードオン電圧Ｖk-ONとゲートオフ電圧Ｖg-OFFとの電位差ΔＶ１をカットオフ電圧以下に設定するとともに、ゲートオフ電圧Ｖg-OFFとゲートオン電圧Ｖg-ONとの間にカソードオフ電圧Ｖk-OFFを設定した。
【選択図】図３

Description

本発明は、電界放出型の電子放出素子を有する表示装置に関する。

真空中におかれた金属等の導体あるいは半導体の表面に、ある閾値以上の電界を与えると、トンネル効果によって電子が障壁を通過し、常温時においても真空中に電子が放出される。この現象は電界放出(Field Emission)と呼ばれ、これによって電子を放出する素子は電界放出型素子(Field Emission Device)と呼ばれている。近年では、電界放出型の電子放出素子を用いたＦＥＤ(Field Emission Display)が注目されている。ＦＥＤは、多数の電子放出素子がカソード基板上に半導体加工技術等を駆使して形成された表示パネルを備えるフラットディスプレイ装置（平面型の表示装置）である。このＦＥＤでは、画面の水平方向及び垂直方向で電気的に選択（アドレッシング）された画素位置で、電子放出素子の電子放出部から電界の集中によって電子を放出させるとともに、この電子をアノード基板側の蛍光体に衝突させて、蛍光体の励起・発光により画像を表示している。

このような電界放出型の表示装置であるＦＥＤの中には、アノード電極と対向する位置にカソード電極とゲート電極とを有するものがある。この種のＦＥＤでは、カソード電極にカソード電圧を、ゲート電極にゲート電圧を印加することにより、カソード電極とゲート電極との間に所定の電位差を生じさせ、電子放出部からの電子の放出を制御している。すなわち、カソード電極とゲート電極との間の電位差をカットオフ電圧以下とすることにより、電子放出部からの電子放出を抑止させるとともに、当該電位差をカットオフ電圧よりも大とすることにより、電子放出部から電子を放出させる。また、カソード電極とゲート電極との間の電位差をカットオフ電圧よりも大としつつ、当該電位差を可変制御することにより、電子放出部からの電子の放出量を変化（増減）させる。

また、この種のＦＥＤの駆動に関して、例えば下記特許文献１には、ゲート電極に印加するゲート電圧を可変することで発光輝度（蛍光体の発光量）を変えられることや、カソード電極とゲート電極との間の電位差と、電子放出部からの電子の放出によってカソード電極に流れるカソード電流との関係が比例関係ではなく指数関数状になることが記載されている。また、下記特許文献２には、温度変化によるＦＥＤパネルの漏れ発光を防止するために、カソード電圧とゲート電圧との電位差が常に所定レベル（カットオフ電圧以下）となるように制御することが記載されている。

特開平８−２７３５６０号公報（段落０００６，０００７，図６） 特開２００１−３５０４４４号公報（請求項１、段落００３９）

一般に、カソード電極とゲート電極とを有するＦＥＤのカットオフ電圧は、それらの電極間（カソード−ゲート間）の電位差を徐々に大きくしたときに、電子放出部から電子が放出され始める、ぎりぎり手前の電位差に相当するものとなる。そのため、カソード電極とゲート電極にそれぞれカソード電圧、ゲート電圧を印加したときに、カソード−ゲート間の電位差がカットオフ電圧以下のときは電子放出部から電子が放出されず、当該電位差がカットオフ電圧を超えると電子放出部から電子が放出されることになる。したがって、カソード電極及びゲート電極の少なくともいずれか一方が電気的に選択されていない画素位置では、当該画素位置に配置された電子放出部から無用に電子が放出されないように（換言すると、カソード−ゲート間の電位差がカットオフ電圧以下となるように）、当該２つの電極に印加されるオンオフ電圧を適切に設定しておく必要がある。

そこで、この種のＦＥＤにおいては、図５に示すように、カソードオフ電圧Ｖk-OFFとゲートオフ電圧Ｖg-OFFをそれぞれ基準電圧（例えば、０Ｖ）Ｖrefと同じ電圧レベルとなるように設定するとともに、この基準電圧Ｖrefを境にしてカソードオン電圧Ｖk-ONとゲートオン電圧Ｖg-ONをそれぞれカットオフ電圧相当の電位差ΔＶk，ΔＶgをもって上下対称（ΔＶk＝ΔＶg）に設定している。そのため、カソードオン電圧Ｖk-ONとゲートオン電圧Ｖg-ONとの電位差ΔＶmaxは、カットオフ電圧の２倍相当（ΔＶmax＝ΔＶk＋ΔＶg）になっている。

本明細書において、カソードオフ電圧Ｖk-OFFとは、カソード電極を電気的に選択していないときに適用されるカソード電圧であり、カソードオン電圧Ｖk-ONとは、カソード電極を電気的に選択しているときに適用されるカソード電圧である。したがって、電気的に選択されていないカソード電極にはカソードオフ電圧Ｖk-OFFが印加され、電気的に選択されたカソード電極にはカソードオン電圧Ｖk-ONが印加される。また、ゲートオフ電圧Ｖg-OFFとは、ゲート電極を電気的に選択していないときに適用されるゲート電圧であり、ゲートオン電圧Ｖg-ONとは、ゲート電極を電気的に選択しているときに適用されるゲート電圧である。したがって、電気的に選択されていないゲート電極にはゲートオフ電圧Ｖg-OFFが印加され、電気的に選択されたゲート電極にはゲートオン電圧Ｖg-ONが印加される。

また、表示画像の発光輝度の変調は、カソード電圧又はゲート電圧の電位レベルをある範囲内で可変制御することにより行われる。そのため、カソード電圧を可変制御して発光輝度を変調するＦＥＤの場合は、カソード電極にカソードオン電圧Ｖk-ONを印加したときに発光輝度が最大になり、カソード電極に印加するカソード電圧をカソードオフ電圧Ｖk-OFFからカソードオン電圧Ｖk-ONまでの範囲内で可変することにより発光輝度が変調されることになる。また、ゲート電圧を可変制御して発光輝度を変調するＦＥＤの場合は、ゲート電極にゲートオン電圧Ｖg-ONを印加したときに発光輝度が最大になり、ゲート電極に印加するゲート電圧をゲートオフ電圧Ｖg-OFFからゲートオン電圧Ｖg-ONまでの範囲内で可変することにより発光輝度が変調されることになる。

一方、カソード−ゲート間の電位差とカソード電流との関係をみると、図６に示すように、電子放出部のエミッタ材料にカーボンナノチューブを用いた平面型のエミッタ構造を採用した場合（実線）は、スピント型と呼ばれる円錐形のエミッタ構造を採用した場合（破線）に比較して、カソード電流特性曲線（指数関数曲線）の立ち上がりが緩くなる傾向にある。そのため、表示装置の特性として十分な発光輝度を得るには、上述したカソードオン電圧Ｖk-ONとゲートオン電圧Ｖg-ONとの電位差ΔＶmaxを大きく確保する必要があるものの、当該電位差ΔＶmaxはカットオフ電圧の２倍相当までに制限されるため、表示画像の品質上適切とされる発光輝度が得られないことがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電子放出部からの無用な電子の放出を確実に防止しつつ、表示画像の高輝度化を実現することができる表示装置を提供することにある。

本発明に係る表示装置は、画面の水平方向に沿って形成された水平ライン電極と、画面の垂直方向に沿って形成された垂直ライン電極と、水平ライン電極と垂直ライン電極との交差部に設けられた電子放出部と、水平ライン電極に第１の電圧を印加する第１の制御手段と、垂直ライン電極に第２の電圧を印加する第２の制御手段とを備え、第１の制御手段は、水平ライン電極に印加する第１の電圧を第１のオフ電圧と第１のオン電圧のいずれかに切り換え制御し、第２の制御手段は、垂直ライン電極に印加する第２の電圧を第２のオフ電圧と第２のオン電圧との間で可変制御し、水平ライン電極に印加された第１の電圧と垂直ライン電極に印加された第２の電圧との電位差がカットオフ電圧を超えたときに電子放出部から電子を放出する表示装置であって、第１のオン電圧と第２のオフ電圧との電位差をカットオフ電圧以下に設定するとともに、第２のオフ電圧と第２のオン電圧との間に第１のオフ電圧を設定したものである。

本発明の表示装置においては、水平ライン電極を第１の制御手段によりライン単位で選択して当該水平ライン電極に第１の電圧を印加する一方、垂直ライン電極を第２の制御手段により画素単位で選択して当該垂直ライン電極に第２の電圧を印加することにより、画面上の各々の画素位置で電子放出部からの電子の放出を制御する際に、第１のオン電圧と第２のオフ電圧との電位差をカットオフ電圧以下に設定することにより、水平ライン電極が選択されかつ垂直ライン電極が選択されていない画素位置では、電子放出部からの電子の放出が抑止される。また、第２のオフ電圧と第２のオン電圧との間に第１のオフ電圧を設定することにより、第１のオフ電圧を第２のオフ電圧と同じ電位レベルに設定した場合に比較して、第１のオフ電圧と第２のオン電圧との電位差が小さくなる。そのため、第１のオフ電圧と第２のオン電圧との電位差をカットオフ電圧以下に抑えたうえで、第２のオフ電圧と第２のオン電圧との電位差をカットオフ電圧よりも大きく設定することが可能となる。これにより、水平ライン電極が選択されずかつ垂直ライン電極が選択された画素位置で電子放出部からの電子の放出を抑止しつつ、水平ライン電極と垂直ライン電極の両方が同時に選択された画素位置で電子放出部からの電子の放出量を増加させ、発光輝度の最大値を高めることが可能となる。

本発明の表示装置によれば、第１のオン電圧と第２のオフ電圧との電位差をカットオフ電圧以下に設定するとともに、第２のオフ電圧と第２のオン電圧との間に第１のオフ電圧を設定することにより、電子放出部からの無用な電子の放出を確実に防止しつつ、表示画像の高輝度化を実現することが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明が適用される表示装置のパネル構造の一例を示す断面図である。図１においては、カソード基板１とアノード基板２とを所定の間隙を介して対向状態に配置するとともに、それらのパネル１，２を枠体３によって一体的に組み付けることにより、画像表示のための一つのパネル構体（表示パネル）が構成されている。

カソード基板１上には複数の電子放出素子が形成されている。これら複数の電子放出素子は、カソード基板１の有効領域（実際に表示部分として機能する領域）に２次元マトリクス状に多数形成されている。各々の電子放出素子は、カソード基板１のベースとなる絶縁性の支持基板４と、この支持基板４上に積層状態で順に形成されたカソード電極５、絶縁層６及びゲート電極７と、ゲート電極７及び絶縁層６に形成された開孔部８と、この開孔部８の底部に形成された電子放出部９とによって構成されている。支持基板４にはガラス基板を用いることができる。

カソード電極５は、本発明における水平ライン電極に相当するもので、例えばクロム等の導電材料を用いて形成されている。このカソード電極５は、図２に示すように、複数のカソードラインを形成するように画面の水平方向（横方向）に沿ってライン状（全体的には横向きのストライプ状）に形成されている。絶縁層６は、カソード電極５とゲート電極７とを電気的に絶縁するもので、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）によって形成されている。

ゲート電極７は、本発明における垂直ライン電極に相当するもので、例えばカソード電極５と同じクロム等の導電材料を用いて形成されている。このゲート電極７は、上述した各々のカソードラインと交差（直交）する複数のゲートラインを形成するように、画面の垂直方向（縦方向）に沿ってライン状（全体的には縦向きのストライプ状）に形成されている。複数のカソードランを形成する各カソード電極５は、それぞれカソード電極制御回路１８に電気的に接続され、このカソード電極制御回路１８によってライン単位で選択されるものとなっている。これに対して、複数のゲートラインを形成する各ゲート電極７は、それぞれゲート電極制御回路１９に電気的に接続され、このゲート電極制御回路１９によって画素単位で選択されるものとなっている。ちなみに、カソード電極制御回路１８は、本発明における第１の制御手段に相当し、ゲート電極制御回路１９は、本発明における第２の制御手段に相当するものである。

開孔部８は、カソード電極５とゲート電極７との交差部に設けられている。この開孔部８は、ゲート電極７に形成された第１の開孔部８Ａと、この第１の開孔部８Ａに連通する状態で絶縁層６に形成された第２の開孔部８Ｂとから構成されている。なお、図２においては、カソードライン（カソード電極５）とゲートライン（ゲート電極７）の交差部に１つの開孔部８を表示しているが、実際は複数の開孔部８が当該交差部に形成されるものとなる。

電子放出部９は、主として繊維状のエミッタ材料とバインダ材料（マトリックス）とを含むエミッタ層１０によって形成されている。エミッタ層１０の表面には繊維状のエミッタ材料となる複数のカーボンナノチューブ１１が配置されている。各々のカーボンナノチューブ１１は、一端側がエミッタ層１０の表面から垂直に突出し、他端側はエミッタ層１０のバインダ材料中に埋め込まれた状態となっている。

一方、アノード基板２は、ベースとなる透明基板（例えば、ガラス基板）１２と、この透明基板１２上に形成された蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４と、これら蛍光体層１３及びブラックマトリックス１４を覆う状態で透明基板１２上に形成されたアノード電極１５とを備えて構成されている。透明基板１２にはガラス基板を用いることができる。蛍光体層１３は、赤色発光用の蛍光体層と、緑色発光用の蛍光体層と、青色発光用の蛍光体層とから構成されている。ブラックマトリックス１４は、各色発光用の蛍光体層１３の間に形成されている。アノード電極１５は、カソード基板１の電子放出素子と対向するように、アノード基板２の有効領域の全域に積層状態で形成されている。

これらのカソード基板１とアノード基板２とは、それぞれの外周部（周縁部）で枠体３を介して接合されている。また、カソード基板１の無効領域（有効領域の外側の領域で、実際に表示部分として機能しない領域）には真空排気用の貫通孔１６が設けられている。貫通孔１６には、真空排気後に封じ切られるチップ管１７が接続されている。ただし、図１は表示装置の組み立て完了状態を示しているため、チップ管１７は既に封じ切られた状態となっている。また、図１及び図２においては、各々のパネル１，２間のギャップ部分に介装される耐圧用の支持体（スペーサ）の表示を省略している。

上記構成の表示装置を用いて実際に画像の表示を行う場合は、カソード電極制御回路１８がカソード電極５にカソード電圧を印加する一方、ゲート電極制御回路１９がゲート電極にゲート電圧を印加し、かつアノード電極制御回路２０がアノード電極１５にゲート電圧よりも高いアノード電圧を印加する。その際、カソード電極制御回路１８は、当該カソード電極制御回路１８に入力される走査信号にしたがって、カソード電極５に印加するカソード電圧（第１の電圧）をカソードオフ電圧Ｖk-OFFとカソードオン電圧Ｖk-ONのいずれかに切り替え制御する。また、ゲート電極制御回路１９は、当該ゲート電極制御回路１９に入力される映像信号にしたがって、ゲート電極７に印加するゲート電圧（第２の電圧）をゲートオフ電圧Ｖg-OFFとゲートオン電圧Ｖg-ONとの間で可変制御する。

これにより、カソード電極制御回路１８に入力される走査信号に応じて、各々のカソード電極５がライン単位で選択（オン）されるとともに、ゲート電極制御回路１９に入力される映像信号に応じて、各々のゲート電極７が画素単位で選択（オン）される。このとき、カソード電極５とゲート電極７が共に選択された画素位置では、当該画素位置で生じるカソード電圧とゲート電圧との電位差により、電子放出部９の先鋭部（カーボンナノチューブ１１の先端部）に電界が集中し、これに伴う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電子放出部９から真空中へと放出される。こうして放出された電子はアノード電極１５に引き付けられてアノード基板２側に移動し、透明基板１２上の蛍光体層１３に衝突する。その結果、蛍光体層１３が電子の衝突により励起されて発光する。したがって、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。

図３は本発明の実施形態に係る表示装置においてカソード電圧とゲート電圧の設定例を示す図である。図３において、カソードオフ電圧Ｖk-OFFは、上述したカソード電極制御回路１８によって電気的に選択されていないカソード電極５に印加されるカソード電圧で、本発明における第１のオフ電圧に相当するものである。また、カソードオン電圧Ｖk-ONは、カソード電極制御回路１８によって電気的に選択されたカソード電極５に印加されるカソード電圧で、本発明における第１のオン電圧に相当するものである。同様に、ゲートオフ電圧Ｖg-OFFは、上述したゲート電極制御回路１９によって電気的に選択されていないゲート電極７に印加されるゲート電圧で、本発明における第２のオフ電圧に相当するものである。また、ゲートオン電圧Ｖg-ONは、ゲート電極制御回路１９によって電気的に選択されたゲート電極７に印加されるゲート電圧（より詳しくは発光輝度が最大になるゲート電圧）で、本発明における第２のオン電圧に相当するものである。

このうち、ゲートオフ電圧Ｖg-OFFは、回路設計上予め設定された基準電圧Ｖrefと同じ電位レベル（例えば、０Ｖ）に設定されている。このゲートオフ電圧Ｖg-OFF電圧は、ゲート電極７を選択していないときに適用される固定電圧として設定される。これに対して、カソードオン電圧Ｖk-ONは、当該カソードオン電圧Ｖk-ONとゲートオフ電圧Ｖg-OFFとの電位差ΔＶ１がカットオフ電圧以下となるように設定されている。カソードオン電圧Ｖk-ONは、カソード電極５を選択したときに適用される固定電圧として設定され、カソードオフ電圧Ｖk-OFFは、カソード電極５を選択していないときに適用される固定電圧として設定される。

一方、ゲートオン電圧Ｖg-ONは、当該ゲートオン電圧Ｖg-ONとゲートオフ電圧Ｖg-OFFとの電位差ΔＶ２が上記電位差ΔＶ１よりも大となる条件で設定されている。具体的には、ゲートオン電圧Ｖg-ONとゲートオフ電圧Ｖg-OFFとの電位差ΔＶ２が、カソードオン電圧Ｖk-ONとゲートオフ電圧Ｖg-OFFとの電位差ΔＶ１のほぼ２倍に設定されている。また、カソードオフ電圧Ｖk-OFFは、ゲートオフ電圧Ｖg-OFFとゲートオン電圧Ｖg-ONとの間の電位レベルに設定されている。これらの電圧の大小関係を数式で表すと、“Ｖg-OFF＜Ｖk-OFF＜Ｖg-ON”となる。

本実施形態においては、特に好ましい例として、カソードオン電圧Ｖk-ONとゲートオフ電圧Ｖg-OFFとの電位差ΔＶ１がカットオフ電圧相当に設定されている。また、ゲートオン電圧Ｖg-ONとゲートオフ電圧Ｖg-OFFとの電位差ΔＶ２はカットオフ電圧の２倍相当に設定されている。さらに、カソードオン電圧Ｖk-ONは、ゲートオフ電圧Ｖg-OFFとゲートオン電圧Ｖg-ONとの中間電位に設定されている。ゲートオフ電圧Ｖg-OFFとゲートオン電圧Ｖg-ONとの中間電位とは、基準電圧Ｖrefを０Ｖと仮定すると、ゲートオン電圧Ｖg-ONからゲートオフ電圧Ｖg-OFFを差し引いて得られる差分電圧の半分（１／２）に相当する電位レベルをいう。

このようにカソード電圧とアノード電圧を設定することにより、表示装置の表示パネルに二次元マトリクス状に配置された各々の電子放出素子の電子放出部９からの電子放出が、走査信号に基づくカソード電極制御回路１８の電圧供給動作及び映像信号に基づくゲート電極制御回路１９の電圧供給動作にしたがって以下のように制御される。

先ず、カソード電極制御回路１８は走査信号にしたがってカソード電極５をライン単位で選択し、ゲート電極制御回路１９は映像信号にしたがってゲート電極７を画素単位で選択することから、ある１つ画素位置におけるライン電極（５，７）の選択形態（オンオフ形態）は、次に述べる４つの選択形態のうちのいずれか１つに該当するものとなる。第１の選択形態は、カソード電極５が選択（オン）で、ゲート電極７が非選択（オフ）の場合である。第２の選択形態は、カソード電極５が選択（オン）で、ゲート電極７も選択（オン）の場合である。第３の選択形態は、カソード電極５が非選択（オフ）で、ゲート電極が選択（オン）の場合である。第４の選択形態は、カソード電極５が非選択（オフ）で、ゲート電極７も非選択（オフ）の場合である。

上記第１の選択形態では、カソード電極５にカソードオン電圧Ｖk-ONが印加され、ゲート電極７にゲートオフ電圧Ｖg-OFFが印加されるため、カソード−ゲート間の電位差はΔＶ１となる。この電位差ΔＶ１は、上述のようにカットオフ電圧以下（好ましくはカットオフ電圧相当）に設定されている。したがって、第１の選択形態に該当する画素位置では、電子放出部９から電子が放出されることはない。そのため、全ての画素位置で第１の選択形態となるようにカソード電極５及びゲート電極７を制御することにより、表示装置の画面全体（全面）を黒表示にすることができる。

これに対して、上記第２の選択形態では、カソード電極５にカソードオン電圧Ｖk-ONが印加され、ゲート電極７にゲートオン電圧Ｖg-ONが印加されるため、カソード−ゲート間の電位差ΔＶmaxは上記電位差ΔＶ１と電位差ΔＶ２を加算したもの、つまり最大の電位差となる。この電位差ΔＶmaxは、例えば上記電位差ΔＶ１をカットオフ電圧相当に設定した場合に、このカットオフ電圧を大きく超えるものとなる。したがって、第２の選択形態に該当する画素位置では、電子放出部９から電子が放出されることになる。

また、第２の選択形態に該当する画素位置では、ゲート電極７を駆動電極として、これに印加されるゲート電圧（駆動電圧）のレベルを、ゲートオフ電圧Ｖg-OFFからゲートオン電圧Ｖg-ONまでの範囲内でゲート電極制御回路１９で可変制御することにより、電子放出部９からの電子の放出量を制御することができる。その際、ゲート電極７にゲートオン電圧Ｖg-ONが印加されたときに（カソード−ゲート間の電位差が最大電位差ΔＶmaxとなるときに）、電子放出部９からの電子放出量が最大となり、同時に表示画像の発光輝度も最大となる。したがって、全ての画素位置で第２の選択形態となるようにカソード電極５及びゲート電極７を制御することにより、表示装置の画面全体（全面）を白表示にすることができる。

また、上記電圧設定例にしたがって電位差ΔＶ２を電位差ΔＶ１よりも大きく設定することにより、例えば電位差ΔＶ１をカットオフ電圧相当に設定した場合は、第２の選択形態でカソード−ゲート間に生じる電位差が、上記図５に示す電圧設定例で限界とされていたカットオフ電圧の２倍相当を越えるものとなる。これにより、第２の選択形態に該当する画素位置では、電子放出部９に対してより強い電界を加えて電子放出量（カソード電流量）を増やし、発光輝度の最大値を高めることができる。特に、カーボンナノチューブを用いた平面型エミッタで電子放出部９を構成した場合は、スピント型エミッタを採用した場合に比較してカソード電流特性曲線（図６参照）の立ち上がりが緩くなる傾向にあるものの、上述のように第２の選択形態でカソード−ゲート間の電位差が大きくなることにより、表示画像の品質上適切とされる発光輝度を容易に確保することができる。また、上記図５に示す電圧設定例との比較では、特にゲートオフ電圧Ｖg-OFFとゲートオン電圧Ｖg-ONとの電位差（ΔＶ２）が大きくなるため、これに伴うゲート電圧の可変範囲の拡大によって発光輝度の変調幅を広げることができる。

また、特に好ましい例として、上述のように電位差ΔＶ１をカットオフ電圧相当に設定し、電位差ΔＶ２をカットオフ電圧の２倍相当に設定した場合は、第２の選択形態でカソード−ゲート間にカットオフ電圧の３倍相当の電位差が生じることになる。そのため、カソード電極５とゲート電極７の両方が同時に選択された場合のカソード−ゲート間の電位差は、上記図５に示す電圧設定例と比較して約１．５倍に大きくなるため、その分だけ発光輝度の最大値を高めることができるとともに、発光輝度の変調幅を拡大することができる。

一方、第３の選択形態では、カソード電極５にカソードオフ電圧Ｖk-OFFが印加され、ゲート電極７にゲートオン電圧Ｖg-ONが印加されるため、カソード−ゲート間の電位差がΔＶ３となる。この電位差ΔＶ３は、上述のようにカソードオフ電圧Ｖk-OFFをゲートオン電圧Ｖg-ONとゲートオン電圧Ｖg-ONとの中間電位に設定した場合に、上記電位差ΔＶ２の半分に相当するものとなる。そのため、上述のように電位差ΔＶ２をカットオフ電圧の２倍相当に設定した場合でも、電位差ΔＶ３の最大値がカットオフ電圧に抑えられる。したがって、第３の選択形態に該当する画素位置では、電子放出部９から電子が放出されることはない。そのため、全ての画素位置で第３の選択形態となるようにカソード電極５及びゲート電極７を制御することにより、表示装置の画面全体（全面）を黒表示にすることができる。

また、第４の選択形態では、カソード電極５にカソードオフ電圧Ｖk-OFFが印加され、ゲート電極７にゲートオフ電圧Ｖg-OFFが印加されるため、カソード−ゲート間の電位差がΔＶ４となる。この電位差ΔＶ４は、上述のようにカソードオフ電圧Ｖk-OFFをゲートオン電圧Ｖg-ONとゲートオン電圧Ｖg-ONとの中間電位に設定した場合に、上記電位差ΔＶ２の半分に相当するものとなる。そのため、上述のように電位差ΔＶ２をカットオフ電圧の２倍相当に設定した場合でも、電位差ΔＶ４の最大値がカットオフ電圧に抑えられる。この場合、カソード電極５には相対的な正電圧、ゲート電極７には相対的な負電圧が印加される。そのため、第４の選択形態に該当する画素位置では、仮に電位差ΔＶ４がカットオフ電圧を越えたとしても、電子放出部９から電子が放出されることはない。

ただし、カーボンナノチューブを用いて電子放出部９を構成した場合は、表示装置の製造工程（例えば、エミッタ層１０を形成した後、エミッタ層１０の表層部でカーボンナノチューブを粘着テープの貼り付け及び引き剥がしによって垂直に配向させる工程など）において、ゲート電極７の開孔部８Ａ付近にカーボンナノチューブが付着する場合がある。そうした場合、第４の選択形態におけるカソード−ゲート間の電位差ΔＶ４がカットオフ電圧を超えると、開孔部８Ａ付近に付着したカーボンナノチューブから電子が放出され、この電子が、ゲート電極７よりも相対的に電位の高いカソード電極５側に一旦引っ張られた後、高電圧が加えられているアノード電極１５に引っ張られてストレー（輝点）となる恐れがある。これに対して、本実施形態の表示装置では、第４の選択形態に該当する画素位置において、カソード−ゲート間の電位差ΔＶ４をカットオフ電圧相当か、それ以下に設定しているため、ゲート電極７の開孔部８Ａ付近に付着したカーボンナノチューブから電子が放出されることがない。そのため、ストレーの発生を確実に防止することができる。したがって、全ての画素位置で第４の選択形態となるようにカソード電極５及びゲート電極７を制御することにより、表示装置の画面全体（全面）を黒表示にすることができる。

以上のことから、本実施形態の表示装置においては、カソードオン電圧Ｖk-ONとゲートオフ電圧Ｖg-OFFの電位差ΔＶ１、カソードオフ電圧Ｖk-OFFとゲートオン電圧Ｖg-ONとの電位差ΔＶ３、及びカソードオフ電圧Ｖk-OFFとゲートオフ電圧Ｖg-OFFとの電位差ΔＶ４を、それぞれカットオフ電圧以下としたうえで、カソードオン電圧Ｖk-ONとゲートオン電圧Ｖg-ONとの電位差ΔＶmaxをカットオフ電圧の２倍相当よりも大きく確保することができる。そのため、電子放出部９からの無用な電子の放出を確実に防止しつつ、表示画像の高輝度化を実現することが可能となる。

なお、上記実施形態においては、カソード電極５を水平ライン電極、ゲート電極７を垂直ライン電極として、ゲート電極７に印加されるゲート電圧を可変制御することにより、発光輝度を変調させるものについて説明したが、本発明はこれに限らず、カソード電極５を垂直ライン電極、ゲート電極７を水平ライン電極として、カソード電極５に印加されるゲート電圧を可変制御することにより、発光輝度を変調させるものであってもよい。その場合、カソード電圧とゲート電圧は図４に示すように設定される。

すなわち、カソードオフ電圧Ｖk-OFF電圧については、基準電圧Ｖrefと同じ電位レベルになるように設定する。また、ゲートオン電圧Ｖg-ONについては、当該ゲートオン電圧Ｖg-ONとカソードオフ電圧Ｖk-OFFとの電位差ΔＶ５がカットオフ電圧以下（好ましくはカットオフ電圧相当）となるように設定する。一方、カソードオン電圧Ｖk-ONについては、当該カソードオン電圧Ｖk-ONとカソードオフ電圧Ｖk-OFFとの電位差ΔＶ６がカットオフ電圧よりも大（好ましくはカットオフ電圧の２倍相当）となるように設定する。また、ゲートオフ電圧Ｖg-OFFについては、当該ゲートオフ電圧Ｖg-OFFの電位レベルがカソードオフ電圧Ｖk-OFFとカソードオン電圧Ｖk-ONとの間（好ましくは中間電位）になるように設定する。これにより、先の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態においては、カソード基板１上でカーボンナノチューブを用いた平面型のエミッタ構造を採用しているが、本発明は、スピント型のエミッタ構造を採用した表示装置（ＦＥＤ）にも適用可能であることは言うまでもない。

本発明が適用される表示装置のパネル構造の一例を示す断面図である。 カソードラインとゲートラインの配置例を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る電圧設定例を説明する図である。 本発明の実施形態に係る他の電圧設定例を説明する図である。 一般的な電圧設定例を説明する図である。 カソード電流特性の比較図である。

符号の説明

１…カソード基板、２…アノード基板、５…カソード電極、７…ゲート電極、１１…カーボンナノチューブ、１８…カソード電極制御回路、１９…ゲート電極制御回路

Claims (5)

1. 画面の水平方向に沿って形成された水平ライン電極と、画面の垂直方向に沿って形成された垂直ライン電極と、前記水平ライン電極と前記垂直ライン電極との交差部に設けられた電子放出部と、前記水平ライン電極に第１の電圧を印加する第１の制御手段と、前記垂直ライン電極に第２の電圧を印加する第２の制御手段とを備え、前記第１の制御手段は、前記水平ライン電極に印加する前記第１の電圧を第１のオフ電圧と第１のオン電圧のいずれかに切り換え制御し、前記第２の制御手段は、前記垂直ライン電極に印加する前記第２の電圧を第２のオフ電圧と第２のオン電圧との間で可変制御し、前記水平ライン電極に印加された前記第１の電圧と前記垂直ライン電極に印加された前記第２の電圧との電位差がカットオフ電圧を超えたときに前記電子放出部から電子を放出する表示装置であって、
   前記第１のオン電圧と前記第２のオフ電圧との電位差を前記カットオフ電圧以下に設定するとともに、前記第２のオフ電圧と前記第２のオン電圧との間に前記第１のオフ電圧を設定してなる
   ことを特徴とする表示装置。
2. 前記第２のオフ電圧と前記第２のオン電圧との電位差を、前記第２のオフ電圧と前記第１のオンとの電位差よりも大きく設定してなる
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記第２のオフ電圧と前記第２のオン電圧との電位差を前記カットオフ電圧よりも大きく設定してなる
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
4. 前記第２のオフ電圧と前記第２のオン電圧との電位差を前記カットオフ電圧の２倍相当に設定するとともに、前記第２のオフ電圧と前記第２のオン電圧との中間電位に前記第１のオフ電圧を設定してなる
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
5. 前記電子放出部はカーボンナノチューブを用いて構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
   

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