JP2008041539A - 自発光表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カーボンナノチューブ等の繊維状物質を電子源とした自発光型の表示装置における輝度むらを緩和して高品質の表示を実現する。
【解決手段】発光面２の発光全部が同一の駆動信号で制御されている発光素子において、制御電極３（Ｇ１）および／または集束電極（Ｇ２）をサブ電極３−１,３−２，３−３，３−４に分割し、サブ電極どうしの間に制御電極駆動電源２２（２２−１，２２−２，２２−３，２２−４）の給電で電位差を生じさせて電子線３１を微小偏向させる。サブ電極への分割数が、２，３もしくは４のいずれかである。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に係り、特に２次元マトリクス状に配置した電界放射型の電子源と蛍光面とを組み合わせた自発光表示装置に関する。

単一の電子源と蛍光面を組み合わせた光源を構成する発光装置、あるいは二次元マトリクス状に配置した複数の電子源を有する自発光平板型パネル表示装置（フラットパネルディスプレイ：ＦＰＤ）の一つとして、微少で集積可能な冷陰極を利用する電子放出型パネルを用いたもの（Field Emission Display：ＦＥＤ）が知られている。このＦＥＤを構成する陰極（カソード）には、スピント型、表面伝導型、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）型、金属‐絶縁体‐金属を積層したＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）型、金属‐絶縁体‐半導体を積層したＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型、あるいは金属‐絶縁体‐半導体‐金属型等の薄膜型電子源などが知られている。

カーボンナノチューブを電子源に用いた自発光平板型パネル表示装置に関連した従来技術を開示したものとしては特許文献１、特許文献２、特許文献３を挙げることができる。特許文献１では、パネルに形成した電子源（陰極）と蛍光体面の間に設置した制御電極（グリッド）を分割して電子放出の制御とは別に、制御電極と陰極の間を絶縁する絶縁層への充電電圧を事前に印加することにより、絶縁層膜厚のばらつきに対応するために必要な電極電位を補正している。

特許文献２は、パネル上に電子源を形成する際に用いるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ベーストに微粒子支持体を入れ、成膜後のカーボンナノチューブの起立を促して発光点を増加させ、画質を向上させる技術を開示する。また、特許文献３は、パネル上に形成した陰極の両側に陰極表面とほぼ同一平面上に一組の制御電極を配置する、いわゆるＩＰＧ（In Plane Gate）方式を開示する。このような電子源を備えたパネルに駆動回路等を組み合わせて画像表示装置が構成される。
特開２００２−１４１００６号公報 特開２００４−０７１４３３号公報 特開２００４−２５９５７７号公報

しかし、特許文献１では、画素間の電位ばらつきは補正されるが、画素内の輝度分布に関しては考慮されていない。特許文献２の構成とするとカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ペーストが高価になり、微粒子を添加することにより印刷特性が変化するため、印刷特性の最適化を考慮する必要がある。特許文献３では、輝度分布補正に関しては何ら考慮されていない。

ＣＮＴのような繊維状物質を用いた電子源からの電子放出では画素ごとの電流値を同じになるように調整しても、ひときわ強い輝点が生じ易く、画素内の発光均一性が不足する。画素内に強い輝点が生じると、画質が低下するのみではなく、蛍光面の一部に高い密度で電流が流れるために局所的に輝度劣化し易い。高輝度発光していた部分ほど早く劣化してしまうため、同一画素内の他の領域の蛍光体が劣化していなくても画素全体の総輝度が低下してしまう。

この種の表示装置の開発では、電子源材料や形成工程の改良が最も優先されるが、電極構造＋駆動方法の工夫により均一性を改善する方法も必要である。さらには、駆動回路としてもできるだけ付加部分を少なくしつつ、効果を得ることができるようにすることも要求される。

本発明の目的は、カーボンナノチューブ等の繊維状物質を電子源とした自発光型の表示装置における輝度むらを緩和して高品質の表示を実現することにある。

本発明は、カーボンナノチューブ等の繊維状物質を電子放出材料として用いた電界放出型電子源を用いた自発光表示装置に関し、単画素である発光素子（発光管）や面状発光素子を用いた発光装置や、複数画素であるマトリクス状にＦＥ電子線源を形成したＦＥＤを用いた表示装置にも適用できる。

本発明では、発光面の発光全部が同一の駆動信号で制御されている発光素子において、制御電極（Ｇ１）および／または集束電極（Ｇ２）をサブ電極に分割し、サブ電極どうしの間に電位差を生じさせて電子線を微小偏向させる。本発明は、繊維状物質がカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）や炭素ナノファイバのようにアスペクト比が大きい物質を電子放出材料に使った場合に有効である。サブ電極への分割数が、２，３もしくは４のいずれかである。４分割で偏向のために十分な自由度が確保でき、分割数が大きいと配線構造が複雑になる。

本発明では、マトリクス状に電子源を形成する表示素子であるＦＥＤの場合にも、Ｇ１（制御電極）および／またはＧ２（集束電極）をサブ電極に分割し、サブ電極どうしの間に電位差を生じさせて電子線を画素範囲内で微小偏向させる。本発明は、カーホナンナノチューブ（ＣＮＴ）や炭素ナノファイバのようにアスペクト比が大きい物質を電子放出材料に使った場合に有効である。サブ電極への分割数が、２，３もしくは４のいずれかである。４分割で偏向のために十分な自由度が確保でき、分割数が大きいと配線構造が複雑になる。

本発明では、サブ第２電極どうしを抵抗素子により接続し、サブ第２電極の浮遊容量を活用し、ＣＲ遅延により電位差を生成する。同じ電極を構成する全サブ電極に共通な駆動信号を供給する電極駆動信号源と、交流電圧源でありサブ電極間に電位差を与えるサブ電極駆動信号源を備える。サブ電極とサブ電極駆動信号源を誘導性結合により接続する。サブ電極とサブ電極駆動信号源を容量性結合により接続する。容量性結合を担う素子を表示素子の基板上に形成する。G1およびG2の両方をサブ電極に分割し、印加するサブ電極駆動信号源の基本周波数をG1とG2で異なるものとする。

微細な繊維状物質を電子源に用いることにより比較的低電界で電子放出を生じさせることができるが、陰極表面にある他よりも長い繊維状物資から強い電子放出が生じ易い。本発明では、電子を偏向させることにより蛍光面上に生じた強い輝点は揺らぐため、その近傍での発光ムラを緩和することができる。このような発光素子を多数配列したマトリクス型の表示素子においては、一際強くて目立つ発光を抑制できるため、画像のざらつき感が低減されて画質が改善される。また、局所的に強く発光した部分の蛍光体は劣化しやすいため、これを抑えることにより蛍光面の発光が平均化されて全体的な劣化が抑制される。

ＣＮＴ電子源そのものの均一性を向上させるためには高輝度点に繋がる高い電子放出特性を持つ放出点をつぶして特性をそろえるためにエージング処理等が必要であり、エージングの間に蛍光体は劣化するが、本発明を用いることによりエージング処理を短くすることができるため劣化を抑制することができる。

電子放出特性の高い状態の電子源を利用することができるようになるため、ディスプレイとしては高輝度のものを得ることができるうえ、電子源の均一性改善のためのエージング処理に費やす時間が減少する。また、蛍光体の局所的な劣化が抑制されるので、輝度劣化が抑制され信頼性を高めることができる。

以下、本発明の最良の形態を実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の自発光表示装置の実施例１の説明図である。図１において、この自発光表示装置は、下地電極１１とその表面に形成した電子放出膜１２とからなる電子源である陰極（カソード）１と、透明電極であるＩＴＯからなる陽極（アノード）２１と陰極１から放出された電子線３１が照射されることにより発光する蛍光膜１９、電子放出膜１２表面の電界を制御する制御電極３とを備える。

陽極２１と蛍光膜１９はガラス基板２０上に形成されて蛍光板（蛍光面）２となる。蛍光板２と容器３０により封止空間を形成して内部を真空排気してある。制御電極３を4つのサブ制御電極（３−１、３−２、３−３、３−４）に分割し、全サブ電極の時間平均電位が同じになるようにすると共に、瞬間においては各サブ電極の間に電位差が生じるような駆動信号を各サブ電極ごとに独立した制御電極駆動電源（２２−１、２２−２、２２−３、２２−４）を用いて印加することにより電子線３１を蛍光膜の範囲内で偏向する。

例えば、陰極１には０Ｖ、陽極２には６ｋＶを印加し、全サブ制御電極（３−１、３−２、３−３、3−４）には、発光させる時、つまりは電子放出を生じさせる時には３００Ｖを、発光させない時には０Ｖを印加する。さらには、各サブ電極間に電位差を生じさせるために同じ電圧の交流信号にサブ電極に順に９０度の位相差をつけて重畳して印加することにより、電子線３１の軌道が円を描くように偏向され、蛍光面内で輝点が回転するような偏向を与えることができる。図２は、図１における制御電極の平面図であり、図２（ａ）は４分割したサブ電極、図２（ｂ）は３分割したサブ電極を示す。

図３は、本発明の自発光表示装置の実施例２の説明図である。本発明では、４分割したサブ電極を用いて対抗する対のサブ電極に異なる周波数の駆動信号与えて２次元偏向させることができる。すなわち、図２（ａ）のように、４分割したサブ電極を向かい合う2個を組とし、１組目のサブ電極（３−１，３−３）に逆相となるように信号を印加しつつ、他方の組のサブ電極（３−２，３−４）には周波数が異なる交流信号を同様に印加することにより２次元走査とすることができる。交流信号の周波数を十分に高くすれば、画面を見ているユーザには認識されることなく電子線３１を偏向させることができる。偏向範囲は蛍光膜における輝点の強さや広がりの程度をもとに決めるが、偏向範囲を大きくしようとすると重畳する交流電圧に高い電圧が必要になり、消費電力の増加に繋がったり、絶縁体部分に照射されて異常放電を生じさせる要因となる。

制御電極３をサブ制御電極に分割する分割数が多いと、電極構造や配線構造が複雑となって製作が困難になり、少ないと電子軌道の制御性が悪い。分割数としては２分割として１方向への偏向としても効果は期待できるが、３乃至は４分割として回転偏向もしくは２次元偏向可能とした方がより効果的である。２次元である発光面を走査させるためには4分割で十分な操作性をえることができるため、図２の（a）又は（b）に示した４分割以下に分割することが望ましい。

図４は、本発明の自発光表示装置の実施例３の説明図である。実施例３では、実施例１の電極構造に加えて集束電極４を設け、制御電極３と集束電極４を各々２分割し、かつ分割方向を概ね垂直に配置して、制御電極３と集束電極４のそれぞれに制御電極駆動電源（２２−１，２２−２）および集束電極駆動電源（２３−１、２３−２）を接続して、制御電極駆動電圧と集束電極駆動電圧を印加する。制御電極駆動電圧と集束電極駆動電圧で異なる周波数の交流電圧を重畳して印加することにより、電子線３１を２次元に微小偏向させることができる。

図５は、本発明の自発光表示装置の実施例４の説明図である。実施例４は、複数の電子線源をマトリクス状に配置した電子源パネルを用いた平板型表示パネルとした自発光表示装置である。電子線の偏向はこのような自発光表示装置においても同様の効果を得ることができる。例えば、制御電極３を電子が通過する開口部１０４を挟んで分割してサブ制御電極３−１、３−２とし、制御電極３に印加するパルス状のライン選択信号に加えて、サブ電極間に電位差が生じるようにしてやればよい。

図６は、図５に示した自発光表示装置の構造を説明する断面図である。この自発光表示装置は以下のようにして作製する。蛍光板２に対向するガラス製の電子源基板１０１上に帯状に陰極ライン１０２を銀ペーストを用いたスクリーン印刷により形成する。その上の一部にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、有機溶剤、バインダ等からなるＣＮＴペーストを用いて電子放出膜１２を形成する。さらに、絶縁膜１０３を誘電体ペーストを用いて形成するが、この際、電子放出膜１２上に絶縁膜１０３の無い開口部１０４を形成する。その上に帯状の制御電極を開口部１０４を挟んだ２本一組で形成して、サブ制御電極３−１、３−２とする。

図７は、平板型表示パネルで構成した自発光表示装置の一部破断して示す斜視図である。また、図８は、図７に示した自発光表示装置の断面図である。そして、図９は、蛍光面パネルの要部断面図である。図７〜図９において、発光部である蛍光面パネル２００は、ガラス製である蛍光面基板２０１上にブラックマトリクス２０２、蛍光膜２０３、平坦化膜２０４、アルミニウムからなる陽極２０４を形成してある。電子源パネル１００と蛍光面パネル２００をスペーサ３０１および封止枠３０２を介して対向させ、排気管３０３から排気して内部空間を真空にする。

図１０は、本発明の自発光表示装置の実施例５の説明図である。図５で説明した実施例４では、制御電極数×分割数分の制御電極駆動電源２２が必要となる。そこで、実施例５に説明する制御電極３と同数の制御電極駆動電源２２を用い、他のサブ電極への電圧供給は受動素子を用いることが望ましい。例えば、サブ電極のうちの１つのみが制御電極駆動電源回路２２と接続し、他のサブ電極は抵抗素子Ｒ１を介して制御電極駆動電源回路２２に接続されたサブ電極と接続する。

制御電極３に印加する電圧信号はパルス状の選択信号であり、各サブ電極は浮遊容量Ｃｉを有するので、接続した抵抗素子Ｒ１との相乗効果により駆動電源の電圧変化から遅延した信号が抵抗素子Ｒ１を介して制御電極駆動電源回路２２に接続されたサブ電極に印加される。浮遊容量で不足する場合は外付けで容量性素子（図示せず）を付加しても良い。また、駆動波形制御の必要に応じて直接接続するサブ電極も抵抗Ｒ２を介して接続しても良い。この結果、サブ電極への分割数に関係なく制御電極数分のみの制御電極駆動電源を用いても、サブ電極間に電位差を生じさせて電子線偏向させることができる。

図１１は、本発明の自発光表示装置の実施例６の説明図である。図6で説明した実施例４では、ＣＲによる遅延信号生成であるので走査範囲や走査速度の制御は困難である。そこで、同じ電極を構成する全サブ制御電極の時間平均電圧は同じであるので、この部分を制御電極数分の制御電極駆動回路２２により供給し、各サブ電極に電位差を与えるための交流電圧信号を制御電極変調電源２４により与える。各サブ電極には制御電極駆動電源２２からの信号と、制御電極変調電源２４からの信号を重畳して供給する。重畳するには、例えば２分割の各サブ制御電極３―１，３―２を２個の誘導性結合器２６により制御電極変調電源２４と接続する。

図１２は、本発明の自発光表示装置の実施例７の説明図である。実施例７は、２分割の各サブ制御電極３―１，３―２を１個の誘導性結合器２６により制御電極変調電源２４と接続する点で実施例６と異なる。

図１３は、本発明の自発光表示装置の実施例８の説明図である。実施例８では、各サブ制御電極３―１，３―２を容量素子２７を介して制御電極変調電源２４と容量結合で接続した。

図１４は、本発明の自発光表示装置の実施例９の説明図である。図１３で説明した実施例８では、制御電極変調電源２４とサブ制御電極（３−１，３−２）の間の結合を容量素子を用いて制御電極変調電源２４と接続したが、実施例９では容量性結合を担う容量を電子線源を形成している電子源基板１０１上に形成した。容量を形成する電子源基板の領域の一例をＡで示した。

図１５は、（１）（２）とも電子源基板の領域Ａに形成する容量の構造例を説明する断面図である。容量は電極／絶縁層／電極の積層構造で形成できるので、電子源を構成する電極を形成する際に、絶縁層１０３を挟んで制御電極端部と変調用電極１０５が対向するような配置にすることにより一緒に形成することができる。この時、（１）と（２）に示したように、電極構成の都合に合わせて、サブ制御電極３−１の端部と変調用電極１０５の上下関係を定める。

図１６は、本発明の自発光表示装置の実施例１０の説明図である。上記した各実施例では制御電極３を分割したが、実施例１０のように、集束電極４のみを分割して複数のサブ電極に分割し、集束電極電源２３と集束電極変調電源２５を用いて駆動することにより、電子線集束機能を保ったまま画素内偏向させてもよい。

図１７は、本発明の自発光表示装置の実施例１１の説明図である。実施例１１のように、制御電極３と集束電極４の両方を２分割し、上記した各実施例の方法（例えば、図１３と図１６で説明した実施例）により駆動しても同様の効果を得ることができる。この際、応答性等を考慮し容量性の結合と誘導性の結合を適宜組合せて用いてもよい。

図１８は、本発明の自発光表示装置の実施例１２の説明図である。実施例１２は、前記した特許文献３に示されたＩＰＧを用いる。ＩＰＧでは制御電極ラインを電極形成層と別層に形成することが容易であるので、サブ電極への分割数を４分割にした場合でも必要な配線を形成することができる。

本発明の自発光表示装置の実施例１の説明図である。 図１における制御電極の平面図である。 本発明の自発光表示装置の実施例２の説明図である。 本発明の自発光表示装置の実施例３の説明図である。 本発明の自発光表示装置の実施例４の説明図である。 図５に示した自発光表示装置の構造を説明する断面図である。 平板型表示パネルで構成した自発光表示装置の一部破断して示す斜視図である。 図７に示した自発光表示装置の断面図である。 蛍光面パネルの要部断面図である。 本発明の自発光表示装置の実施例５の説明図である。 本発明の自発光表示装置の実施例６の説明図である。 本発明の自発光表示装置の実施例７の説明図である。 本発明の自発光表示装置の実施例８の説明図である。 本発明の自発光表示装置の実施例９の説明図である。 電子源基板の領域Ａに形成する容量の構造例を説明する断面図である。 本発明の自発光表示装置の実施例１０の説明図である。 本発明の自発光表示装置の実施例１１の説明図である。 本発明の自発光表示装置の実施例１２の説明図である。

符号の説明

１・・・陰極、１１・・・下地電極、１２・・・電子放出膜、１９・・・蛍光膜、２０・・・ガラス基板、２１・・・陽極、２・・・蛍光板（蛍光面）、３・・・制御電極、３−１,３−２,３−３,３−４・・・サブ制御電極、４・・・集束電極、２２−１,２２−２,２２−３,２２−４・・・制御電極駆動電源、３２−１,３２−２,３２−３,３２−４・・・集束電極駆動電源、３１・・・電子線。

Claims (13)

1. 繊維状物質を含み表面から電子を放出する第１電極と、前記第１電極とは電気的に絶縁され、当該第１電極から放出される電子の量を制御する第２電極とから構成された電子線源と、
   前記第１電極および前記第２電極に指定の電圧を印加することにより前記第１電極の表面からの電子放出量が制御されて、前記電子線源から放出された電子を受けて発光する蛍光膜と、
   前記蛍光膜を覆って形成した陽極とを備え、
   前記第２電極または、前記第２電極と陽極との間に形成された第３電極のうちのいずれか一方、もしくは両方が複数のサブ電極に分割されており、
   前記電子線源と前記陽極の間の内部空間が減圧状態とされ、
   前記第２電極もしくは前記第３電極を構成するサブ電極のうちの少なくとも1つに、同じ電極を構成する他のサブ電極とは異なる電位を与えることを特徴とする自発光表示装置。
2. 請求項１において、
   前記繊維状物質が炭素を主体とした物質であることを特徴とする自発光表示装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記サブ電極への分割数が、２、３、４のいずれかであることを特徴とする自発光表示装置。
4. 電気絶縁性を有する第１基板の表面の一方である主面上に、表面に繊維状物質を含み電子を放出する第１電極と、前記第１電極とは電気的に絶縁され、該第１電極から放出される電子の量を制御する第２電極とを有してマトリクス状に配置された複数の電子線源と、第１電極を複数の電極群に分け各電極群を電気的に接続する第１電極ラインと、第２電極を複数の電極群に分け各電極群を電気的に接続する第２電極ラインとを有し、
   前記第１電極ラインと前記第２電極ラインのうちから一部を選択して所定の電圧を印加することにより前記各電子線源からの電子放出を制御することのできる第１のパネルと、
   第２基板の表面の一方である主面上に、前記電子線源から放出された電子を受けて発光する蛍光膜を形成した陽極を有する第２のパネルとを有し、
   前記第1基板と前記第2基板の主面どうしを対向させて、直接もしくは封止枠を仲介として間接的に封着して形成された内部空間を有し、該内部空間が減圧状態である平板型表示素子を備え、
   前記第２電極もしくは、前記第２電極と前記陽極との間に形成された第３電極のうちのいずれか一方もしくは両方が複数のサブ電極に分割され、前記第２電極もしくは前記第３電極を構成するサブ電極のうちの少なくとも１つに、同じ電極を構成する他のサブ電極とは異なる電位を与えることを特徴とする自発光表示装置。
5. 請求項４において、
   前記繊維状物質が炭素を主体とした物質であることを特徴とする自発光表示装置。
6. 請求項４において、
   サブ電極への分割数が、２、３、４のいずれかであることを特徴とする自発光表示装置。
7. 請求項４において、
   同一電極を構成する前記サブ電極の間を抵抗素子を介して結合していることを特徴とする自発光表示装置。
8. 請求項４において、
   同一電極を構成する前記サブ電極すべてに同じ電圧信号を供給する電極駆動信号源と、当該サブ電極のうちの少なくとも一つに同じ電極を構成する他のサブ電極とは異なる電位を与える電圧信号を供給することのできるサブ電極駆動信号源を備えることを特徴とする自発光表示装置。
9. 請求項８において、
   前記各サブ電極と、前記サブ電極駆動信号源の間を誘導性結合を介して接続していることを特徴とする自発光表示装置。
10. 請求項８において、
    前記各サブ電極と、前記サブ電極駆動信号源の間を容量性結合を介して接続していることを特徴とする自発光表示装置。
11. 請求項１０において、
    前記容量性結合を担う素子が、前記平板型表示素子を構成するぜ第1基板上に形成されていることを特徴とする自発光表示装置。
12. 請求項４において、
    前記第２電極と前記第３電極の分割数がともに２で、２分割されたサブ第2電極とサブ第３電極を有し、かつ、前記第１基板の主面に垂直な方向から見た時に、前記第２電極と前記第３電極の分割位置が異なる構成の平板型表示素子を用いたことを特徴とする自発光表示装置。
13. 請求項１２において、
    前記サブ第2電極に印加するサブ第2電極駆動信号と、前記サブ第３電極に印加する前記サブ第3電極駆動信号の基本周波数が異なることを特徴とする自発光表示装置。
    
    
    

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