JP2005149865A - 電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 画面の高精細化、大画面化に際しても、消費電力の増加を防止し画像を高速走査することができる電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイを提供する。
【解決手段】 第１電極と第２電極との間に所定の電圧が印加されたときに電子を放出する電界放出手段１１１０と、第１電極に接続され、光が照射されたときに電気抵抗値が減少する第１の可変抵抗器手段１１２０と、第２電極に接続され、光が照射されたときに電気抵抗値が減少する第２の可変抵抗器手段１１３０と、外部装置１１によって第１の入射光が入射される第１の光入射手段１１４０と、外部装置１１によって第２の入射光が入射される第２の光入射手段１１５０と、を備え、第１の光入射手段１１４０が、入射された第１の入射光を第１の可変抵抗器手段１１２０に照射し、第２の光入射手段１１５０が、入射された第２の入射光を第２の可変抵抗器手段１１３０に照射する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイに関し、詳しくは、画面の高精細化、大画面化に際しても、駆動時の消費電力の増加を防止し画像を高速走査することができる電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイに関するものである。

従来の電界放出装置は、所定の電圧が印加されたときに電子を放出する電界放出手段と、電界放出手段に直列接続されて過電流の発生を防止する抵抗器手段とによって構成されている。電界放出手段は、スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型エミッタ、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型構造のエミッタ、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型構造のエミッタ、カーボンナノチューブ等の炭素系エミッタなどによって構成されている（例えば特許文献１参照。）。これらのエミッタは、超薄膜形成技術および超微細加工技術によって作製される。

また、前述したような電界放出装置を用いたディスプレイは、１画素ごとに複数の電界放出装置を備え、電界放出装置によって放出された電子が陽極電圧によって加速され、加速された電子が蛍光体に入射されることによって、蛍光体が蛍光を発し、画像が表示されるようになっている。
特開２０００−１００３１７号公報

しかしながら、このような従来のディスプレイでは、画面の高精細化に際して、金属配線が細くなることによって電気抵抗値が増加し、駆動時の消費電力が大きくなるという問題がある。また、大画面化に際しては、金属配線が長くなることによって電気抵抗値が増加し、駆動時の消費電力が大きくなるばかりか、画像の高速走査を行うことができないという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、画面の高精細化、大画面化に際しても、駆動時の消費電力の増加を防止し画像を高速走査することができる電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイを提供するものである。

本発明の請求項１に係る電界放出装置は、第１電極と第２電極との間に所定の電圧が印加されたときに電子を放出する電界放出手段と、前記第１電極に接続され、光が照射されたときに電気抵抗値が減少する第１の可変抵抗器手段と、前記第２電極に接続され、光が照射されたときに電気抵抗値が減少する第２の可変抵抗器手段と、第１の入射光が入射される第１の光入射手段と、第２の入射光が入射される第２の光入射手段と、を備え、前記第１の光入射手段が、入射された前記第１の入射光を前記第１の可変抵抗器手段に照射し、前記第２の光入射手段が、入射された前記第２の入射光を前記第２の可変抵抗器手段に照射し、前記第１の可変抵抗器手段の電気抵抗値および前記第２の可変抵抗器手段の電気抵抗値が減少したときに前記所定の電圧が前記電界放出手段に印加される構成を有している。

この構成により、第１の可変抵抗器手段と第２の可変抵抗器手段とに同時に光が入射されたときに、電界放出手段に印加される電圧が増加されて電界放出手段によって電子が放出されるようになっている。このため、電界放出手段が電子を放出するタイミングを光を入射することで決定することができる。

また、本発明の請求項２に係る電界放出装置は、請求項１に記載の電界放出装置において、前記第１の可変抵抗器手段および前記第２の可変抵抗器手段が、光導電材料を含み、前記第１の光入射手段および前記第２の光入射手段が、光導波路を含む構成を有している。

この構成により、請求項１に記載の電界放出装置をガラス基板のような大きな面積を有する基板上に作製することができるため、電界放出装置を用いた大画面ディスプレイを作製することができる。

また、本発明の請求項３に係る電界放出基板は、マトリクス状に配置された複数の請求項１または請求項２に記載の電界放出装置を備え、前記電界放出装置に備えられた第１の光入射手段が、マトリクスの行方向で隣り合う前記電界放出装置の前記第１の光入射手段との間で第１の入射光を伝搬可能に接続され、前記電界放出装置に備えられた第２の光入射手段が、マトリクスの列方向で隣り合う前記電界放出装置の前記第２の光入射手段との間で第２の入射光を伝搬可能に接続された構成を有している。

この構成により、電界放出装置に電子を放出させるか否かを光を用いて制御することができる電界放出基板を実現することができる。

また、本発明の請求項４に係る駆動装置は、請求項３記載の電界放出基板に備えられた複数の電界放出装置に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電界放出装置に備えられた第１の光入射手段と第２の入射手段に光を注入する光注入手段とを備えた構成を有している。

この構成により、請求項３に記載の電界放出基板に備えられた電界放出装置をマトリクス駆動することができる。

また、本発明の請求項５に係るディスプレイは、請求項３に記載の電界放出基板と、請求項４に記載の駆動装置と、前記電界放出基板によって放出された電子が入射されたときに蛍光を発する蛍光体基板と、を備えた構成を有している。

この構成により、電界放出基板に備えられた電界放出装置に電子を放出させるか否かを光を用いて制御することができるため、画面の高速走査を行うことができる。また、金属配線を画素ごとに配設しなくてもよいため、画面の大画面化および高精細化による電気抵抗値の増加が生じない。このため、金属配線におけるエネルギー損失の増加を防止することができるばかりか、走査速度の低下をも防止することができる。

本発明は、第１の可変抵抗器手段と第２の可変抵抗器手段とに同時に光が入射されたときに、電界放出手段に印加される電圧が増加されて電界放出手段によって電子が放出されることによって、電界放出手段が電子を放出するタイミングを光を入射することで決定することができ、画面の高精細化、大画面化に際しても、駆動時の消費電力の増加を防止し画像を高速走査することができる電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイを提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の電界放出装置１１００は、第１電極と第２電極とを有して第１電極と第２電極との間に所定の電圧が印加されたときに電子を放出する電界放出手段１１１０と、第１電極に接続され、光が照射されたときに電気抵抗値が減少する第１の可変抵抗器手段１１２０と、第２電極に接続され、光が照射されたときに電気抵抗値が減少する第２の可変抵抗器手段１１３０と、外部装置１１によって第１の入射光が入射される第１の光入射手段１１４０と、外部装置１１によって第２の入射光が入射される第２の光入射手段１１５０とを備えている。

電界放出手段１１１０は、従来からあるスピント型エミッタ、ＭＩＳ型構造のエミッタ、ＭＩＭ型構造のエミッタ、表面伝導型エミッタ、またはカーボンナノチューブを用いたエミッタなどによって構成され、従来からあるエミッタであればその構成を限定されない。なお、電界放出手段１１１０は、固有の電気抵抗値、Ｒｇｃを有している。

また、スピント型エミッタの場合にあっては、ニオブ、タングステンまたはモリブデンなどの高融点金属材料、シリコンをはじめとする半導体材料、並びにダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素などをそのティップ材料として用いていることはいうまでもない。

第１の可変抵抗器手段１１２０は、前述したように光が照射されたときに電気抵抗値が減少するようになっている。なお、第１の可変抵抗器手段１１２０には、第１の光入射手段１１４０によって第１の入射光が入射されるようになっている。ここで、第１の可変抵抗器手段１１２０に光が照射されていないときの電気抵抗値Ｒ１（ｄａｒｋ）は、Ｒｇｃよりも充分に大きいことが望ましく、第１の可変抵抗器手段１１２０に光が照射されているときの電気抵抗値Ｒ１（ｉｌｌｕｍｉｎ）は、Ｒｇｃよりも充分に小さいことが望ましい。なお、第１の可変抵抗器手段１１２０は、例えば、非晶質の半導体材料のような光導電材料によって構成される。

第２の可変抵抗器手段１１３０も、前述したように光が照射されたときに電気抵抗値が減少するようになっている。なお、第２の可変抵抗器手段１１３０には、第２の光入射手段１１５０によって第２の入射光が入射されるようになっている。ここで、第２の可変抵抗器手段１１３０に光が照射されていないときの電気抵抗値Ｒ２（ｄａｒｋ）は、Ｒｇｃよりも充分に大きいことが望ましく、第２の可変抵抗器手段１１３０に光が照射されているときの電気抵抗値Ｒ２（ｉｌｌｕｍｉｎ）は、Ｒｇｃよりも充分に小さいことが望ましい。なお、第２の可変抵抗器手段１１３０は、例えば、非晶質の半導体材料のような光導電材料によって構成される。

第１の光入射手段１１４０は、外部装置１１によって入射された第１の入射光を第１の可変抵抗器手段１１２０に照射するようになっている。

第２の光入射手段１１５０は、外部装置１１によって入射された第２の入射光を第２の可変抵抗器手段１１３０に照射するようになっている。

次に、本発明の実施の形態の電界放出装置１１００の実際の形成例について説明する。

図２において、前述した電界放出手段１１１０、第１の可変抵抗器手段１１２０、第２の可変抵抗器手段１１３０、および第１の光入射手段１１４０が基板２１１０上に形成されており、第２の光入射手段１１５０が基板２１１０に埋め込まれて形成されている。なお、図２において、電界放出手段１１１０は、ＭＩＭ型構造のエミッタよりなっている。また、基板２１１０は、例えば、ガラス基板によって構成される。

第１の光導電材料膜２１６０は、第１の可変抵抗器手段１１２０を構成し、絶縁体膜２１８０に埋め込まれた第１の光入射膜２１９０は、第１の光入射手段１１４０を構成している。また、基板２１１０に埋め込まれた第２の光入射膜２１２０は、第２の光入射手段１１５０を構成し、第２の光導電材料膜２１４０は、第２の可変抵抗器手段１１３０を構成している。また、第１のエミッタ電極膜２１５３、エミッタ用絶縁体膜２１５２および第２のエミッタ電極膜２１５１は、電界放出手段１１１０を構成している。

なお、前述した電界放出手段１１１０が有する第１電極は、第１のエミッタ電極膜２１５３よりなり、前述した電界放出手段１１１０が有する第２電極は、第２のエミッタ電極膜２１５１よりなる。また、第１の電極膜２１７０および第２の電極膜２１３０は、電界放出装置１１００と外部電源とを電気的に接続する電極を構成している。

ここで、第１の電極膜２１７０および第２の電極膜２１３０は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）のような透明電極によって構成され、第１および第２の入射光を透過させるように構成されることが望ましい。また、第１のエミッタ電極膜２１５３および第２のエミッタ電極膜２１５１は、遮光性が高い金属で形成されるか、遮光性が充分に得られる程度の膜厚を有するように形成されることが望ましい。

なお、図２に示すように、第１の光導電材料膜２１６０、第１の電極膜２１７０および絶縁体膜２１８０には、それぞれ直径Ｙの電子放出口が形成されている。

次に、本発明の実施の形態の電界放出装置１１００の動作について説明する。

以下の説明において、電界放出手段１１１０に印加される電圧の電子放出における閾値電圧をＶｔｈと表す。また、外部電源によって電界放出装置１１００に印加される電圧の電圧値、Ｖｉｎは、Ｖｔｈよりも大きいものとする。また、以下の説明に先立って、第１の光入射手段１１４０および第２の光入射手段１１５０には、入射光が入射されていないものとする。

まず、外部電源によって電界放出装置１１００に電圧値、Ｖｉｎの電圧が印加される。このとき、電界放出手段１１１０に印加される電圧の電圧値、Ｖ１は式（１）のように表される。
V1=Rgc・Vin/(Rgc+R1(dark)+ R2(dark)) （１）
このとき、Ｖ１がＶｔｈよりも小さいため、電界放出手段１１１０によって電子は放出されない。

外部装置１１によって第１の光入射手段１１４０に第１の入射光が入射されたときに、第１の光入射手段１１４０に入射された第１の入射光が第１の可変抵抗器手段１１２０に照射され、第１の可変抵抗器手段１１２０の電気抵抗値がＲ１（ｄａｒｋ）からＲ１（ｉｌｌｕｍｉｎ）まで減少する。

また、外部装置１１によって第２の光入射手段１１５０に第２の入射光が入射されたときに、第２の光入射手段１１５０に入射された第２の入射光が第２の可変抵抗器手段１１３０に照射され、第２の可変抵抗器手段１１３０の電気抵抗値がＲ２（ｄａｒｋ）からＲ２（ｉｌｌｕｍｉｎ）まで減少する。

外部装置１１によって第１の光入射手段１１４０に第１の入射光が入射され、外部装置１１によって第２の光入射手段１１５０に第２の入射光が入射されたときに、電界放出手段１１１０に印加される電圧の電圧値はＶ１からＶ２まで増加する。Ｖ２は、式（２）のように表される。
V2=Rgc・Vin/(Rgc+R1(illumin)+ R2(illumin)) （２）
このとき、Ｖ２がＶｔｈよりも大きいため、電界放出手段１１１０によって電子が放出される。なお、第１の可変抵抗器手段１１２０によって放出される電子の数は、Ｖｉｎを変えることによって制御可能である。

以上説明したように、本発明の実施の形態の電界放出装置１１００は、第１の可変抵抗器手段１１２０と第２の可変抵抗器手段１１３０とに同時に光が入射されたときに、電界放出手段１１１０に印加される電圧が増加されて電界放出手段１１１０によって電子が放出されるようになっている。このため、電界放出手段１１１０が電子を放出するタイミングを光を入射することで決定することができる。

また、電界放出装置をガラス基板のような大きな面積を有する基板上に作製することができるため、電界放出装置を用いた大画面ディスプレイを作製することができる。

次に、本発明の実施の形態のディスプレイ１００について説明する。

図３において、本発明のディスプレイ１００は、電界放出基板１０００と、駆動装置１１０と、蛍光体基板１２０とによって構成される。

電界放出基板１０００は、複数の電界放出装置１１００を備えている。また、電界放出基板１０００は、駆動装置１１０と各電界放出装置１１００を電気的に接続する線順次電極と陰極電極とを有している。ここで、電界放出基板１０００において各電界放出装置１１００は、マトリクス状に配置されている。

なお、各電界放出装置１１００は、図２に示すように構成されているものとする。

また、電界放出基板１０００において、各電界放出装置１１００の第１の光入射手段１１４０は、図４（ａ）に示すように、マトリクスの行方向で隣り合う電界放出装置１１００の第１の光入射手段１１４０との間で第１の入射光を伝搬できるように接続されている。なお、以下の説明において、マトリクスの行方向に接続された第１の光入射手段１１４０のことを第１の光伝搬路という。また、図４（ａ）において、第１の光伝搬路は、網掛け部分に形成されている。

また、電界放出基板１０００において、各電界放出装置１１００の第２の光入射手段１１５０は、図４（ｂ）に示すように、マトリクスの列方向で隣り合う電界放出装置１１００の第２の光入射手段１１５０との間で第２の入射光を伝搬できるように接続されている。なお、以下の説明において、マトリクスの列方向に接続された第２の光入射手段１１５０のことを第２の光伝搬路という。図４（ｂ）において、第２の光伝搬路は、網掛け部分に形成されている。

なお、各光伝搬路は、いわゆる光導波路によって構成されてもよく、または、光ファイバーによって構成されてもよい。

駆動装置１１０は、電圧印加手段１１１と光注入手段１１２とを備えており、電圧印加手段１１１は、線順次電極に一定値の直流電圧を印加するようになっている。また、電圧印加手段１１１は、外部から入力された映像信号に基づいて陰極電極に印加するパルス電圧、すなわち陰極電圧を生成し、陰極電圧を陰極電極に印加するようになっている。

光注入手段１１２は、外部から入力された映像信号に基づいて、電界放出基板１０００の複数の第１の光伝搬路のうち何れの第１の光伝搬路に第１の入射光を入射するかを決定して、第１の入射光を第１の光伝搬路に入射するようになっている。また、光注入手段１１２は、外部から入力された映像信号に基づいて、電界放出基板１０００の複数の第２の光伝搬路のうち何れの第２の光伝搬路に第２の入射光を入射するかを決定して、第２の入射光を第２の光伝搬路に入射するようになっている。

なお、駆動装置１１０は、各電界放出装置１１００によって放出された電子を加速するための加速電圧を蛍光体基板１２０が有する透明電極に印加するようになっている。

蛍光体基板１２０は、真空に保たれた間隙を介して電界放出基板１０００と対向して設置されている。また、蛍光体基板１２０は、図示しない透明電極と蛍光体とを有しており、透明電極には、各電界放出装置１１００によって放出された電子を加速するための加速電圧が駆動装置１１０により印加されるようになっている。また、蛍光体には、電界放出基板１０００の各電界放出装置１１００によって放出され加速電圧によって加速された電子が入射されるようになっており、蛍光体は、電子が入射されたときに所定の波長で蛍光を発するようになっている。

次に、本発明の実施の形態のディスプレイ１００の動作について説明する。

以下の説明に先立って、電界放出基板１０００の各電界放出装置１１００には、線順次電極を介して一定値の直流電圧が駆動装置１１０によって印加されているものとする。また、蛍光体基板１２０には、加速電圧が駆動装置１１０によって印加されているものとする。

まず、外部から入力された映像信号に基づいた陰極電圧が駆動装置１１０によって生成され、生成された陰極電圧が電界放出基板１０００の陰極電極に印加される。

また、入力された映像信号に基づいて電界放出基板１０００の複数の第１の光伝搬路のうち何れの第１の光伝搬路に第１の入射光を入射するかが駆動装置１１０によって決定され、決定された第１の光伝搬路に第１の入射光が駆動装置１１０によって入射される。

また、入力された映像信号に基づいて電界放出基板１０００の複数の第２の光伝搬路のうち何れの第２の光伝搬路に第２の入射光を入射するかが駆動装置１１０によって決定され、決定された第２の光伝搬路に第２の入射光が駆動装置１１０によって入射される。

このとき、電界放出基板１０００に備えられた複数の電界放出装置１１００のうち、第１の光入射手段１１４０に第１の入射光が入射され、第２の光入射手段１１５０に第２の入射光が入射された電界放出装置１１００によって電子が放出され、放出された電子が加速電圧によって加速されて蛍光体基板１２０に入射される。電子が入射されることによって蛍光体基板１２０の蛍光体が蛍光を発する。

なお、ディスプレイ１００において、上述した動作が繰り返され、画像が表示される。

以上説明したように、本発明の実施の形態のディスプレイ１００は、電界放出基板１０００に備えられた電界放出装置１１００に電子を放出させるか否かを光を用いて制御することができる。このため、画面の高速走査を行うことができる。

また、金属配線を画素ごとに配設しなくてもよいため、画面の大画面化および高精細化による電気抵抗値の増加が生じない。このため、金属配線におけるエネルギー損失の増加を防止することができるばかりか、走査速度の低下をも防止することができる。

なお、電界放出装置１１００は、電界放出装置１１００に一定の電圧を印加しておき、第１の可変抵抗器手段１１２０および第２の可変抵抗器手段１１３０に照射する光の量を調節することによって、第１の可変抵抗器手段１１２０および第２の可変抵抗器手段１１３０の電気抵抗値を調節し、電界放出手段１１１０に印加される電圧を調節して、放出される電子の数を変更するように構成されてもよい。また、線順次電極と陰極電極とに一定値の直流電圧を印加して、映像信号に基づいて第１の入射光および第２の入射光の光量を調節するようになっていてもよい。

本発明の実施の形態の電界放出装置のブロック図である。 本発明の実施の形態に係る基板上に作製された電界放出装置の断面図である。 本発明の実施の形態のディスプレイのブロック図である。 本発明の実施の形態の電界放出基板の平面図である。

符号の説明

１１ 外部装置
１００ ディスプレイ
１１０ 駆動装置
１１１ 電圧印加手段
１１２ 光注入手段
１２０ 蛍光体基板
１０００ 電界放出基板
１１００ 電界放出装置
１１１０ 電界放出手段
１１２０ 第１の可変抵抗器手段
１１３０ 第２の可変抵抗器手段
１１４０ 第１の光入射手段
１１５０ 第２の光入射手段
２１１０ 基板
２１２０ 第２の光入射膜
２１３０ 第２の電極膜
２１４０ 第２の光導電材料膜
２１５１ 第２のエミッタ電極膜
２１５２ エミッタ用絶縁体膜
２１５３ 第１のエミッタ電極膜
２１６０ 第１の光導電材料膜
２１７０ 第１の電極膜
２１８０ 絶縁体膜
２１９０ 第１の光入射膜

Claims (5)

1. 第１電極と第２電極との間に所定の電圧が印加されたときに電子を放出する電界放出手段と、前記第１電極に接続され、光が照射されたときに電気抵抗値が減少する第１の可変抵抗器手段と、前記第２電極に接続され、光が照射されたときに電気抵抗値が減少する第２の可変抵抗器手段と、第１の入射光が入射される第１の光入射手段と、第２の入射光が入射される第２の光入射手段と、を備え、前記第１の光入射手段が、入射された前記第１の入射光を前記第１の可変抵抗器手段に照射し、前記第２の光入射手段が、入射された前記第２の入射光を前記第２の可変抵抗器手段に照射し、前記第１の可変抵抗器手段の電気抵抗値および前記第２の可変抵抗器手段の電気抵抗値が減少したときに前記所定の電圧が前記電界放出手段に印加されることを特徴とする電界放出装置。
2. 前記第１の可変抵抗器手段および前記第２の可変抵抗器手段が、光導電材料を含み、前記第１の光入射手段および前記第２の光入射手段が、光導波路を含むことを特徴とする請求項１に記載の電界放出装置。
3. マトリクス状に配置された複数の請求項１または請求項２に記載の電界放出装置を備え、前記電界放出装置に備えられた第１の光入射手段が、マトリクスの行方向で隣り合う前記電界放出装置の前記第１の光入射手段との間で第１の入射光を伝搬可能に接続され、前記電界放出装置に備えられた第２の光入射手段が、マトリクスの列方向で隣り合う前記電界放出装置の前記第２の光入射手段との間で第２の入射光を伝搬可能に接続されたことを特徴とする電界放出基板。
4. 請求項３記載の電界放出基板に備えられた複数の電界放出装置に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電界放出装置に備えられた第１の光入射手段と第２の入射手段に光を注入する光注入手段とを備えたことを特徴とする駆動装置。
5. 請求項３に記載の電界放出基板と、請求項４に記載の駆動装置と、前記電界放出基板によって放出された電子が入射されたときに蛍光を発する蛍光体基板と、を備えたことを特徴とするディスプレイ。
   

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