JP2833475B2 - 電界放出形蛍光発光管及びその駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界放出形陰極を電子
源とする電界放出形蛍光発光管とその駆動方法に関す
る。本発明は、大型の表示装置の表示面を構成する多数
の発光管として用いられる電界放出形蛍光発光管や、液
晶表示装置等のバックライトとして使用される電界放出
形蛍光発光管等に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の蛍光発光管の断面図であ
る。外囲器１００の一部を構成する前面板１０１の内面
には、陽極導体１０２と蛍光体層１０３からなる表示部
１０４が形成されている。表示部１０４に対面する背面
板１０５の内面側にはフィラメント状の陰極１０６が張
設されている。表示部１０４と陰極１０６の間には制御
電極１０７が設けられている。この種の蛍光発光管にお
いて発光輝度を調整する際には、制御電極１０７又は陽
極導体１０２に印加される電圧を変化させるパルス幅制
御を行い、又はダイナミック駆動によって発光時間その
ものを変化させるパルス幅変調を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電子源にフィラメント
状の陰極を用いた従来の蛍光発光管では、陰極の張設機
構や制御電極等多数の部品があり、また陰極のヒータ電
源が必要なので生産コストの面で問題があった。また、
制御電極に無効電流が流れるので放出電流が発光に使わ
れる効率が良くなかった。また、ヒータ電源が投入され
てから電子が放出されるまでに長い時間を要した。ま
た、フィラメント状の陰極は寿命が短く、長寿命の蛍光
発光管が実現できなかった。

【０００４】このような問題点を解決するべく、本出願
人は電子源に電界放出形陰極を用いた蛍光発光管を鋭意
研究している。電界放出形陰極は、陰極導体の上に絶縁
層を形成し、該絶縁層の上にゲートを形成し、ゲートと
絶縁層に陰極導体に達する孔を形成すると共に、該孔内
の陰極導体の上にコーン形状のエミッタを形成した構造
となっている。

【０００５】前述したように、電界放出形陰極は絶縁層
を挟んで陰極導体とゲートが対面した構成なので、素子
の特性上、パルス電圧を電極に印加した場合にはパルス
の立ち上がり・立ち下がりが悪い。

【０００６】このため、電子源に電界放出形陰極を用い
た蛍光発光管においてパルス幅変調で階調制御を行おう
とすると、このような応答速度の遅さを考慮しなければ
ならないので、高速な表示を行うことができない。

【０００７】また、パルス幅変調の場合には、陰極導体
とゲートの間に印加する電圧を変えてエミッタからの放
出電流を制御し、輝度を制御するが、陰極導体・ゲート
間電圧と放出電流との関係が素子によって大きくばらつ
くので、正確な階調表示が行いにくい。

【０００８】本発明は、十分な応答速度を保ちながら精
細な階調制御が行える電界放出形蛍光発光管とその駆動
方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された電
界放出形蛍光発光管は、カソード導体とカソード導体に
設けられたエミッタとエミッタの近傍に設けられたゲー
トを有する電界放出形陰極と、電界放出形陰極から放出
された電子の射突によって発光する蛍光体が被着された
発光部とを備えた電界放出形蛍光発光管において、前記
電界放出形陰極が前記発光部の表示単位に対応する数の
電子放出単位領域からなり、前記電子放出単位領域は行
列状に配設された複数の小領域の集合から構成されてお
り、前記複数の小領域の集合は矩形の主部と、この主部
の外縁に接しながら外方に突出して配設された凸部から
構成されており、各小領域のカソード導体とゲートがそ
れぞれ行又は列ごとに駆動されるよう構成されたことを
特徴としている。

【００１０】請求項２に記載された電界放出形蛍光発光
管の駆動方法は、請求項１記載の電界放出形蛍光発光管
の駆動方法において、前記電子放出単位領域において選
択された小領域が常に密集した一個の集合を構成するよ
うに電子放出単位領域の駆動面積を制御して表示単位の
輝度を制御することを特徴としている。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【作用】電界放出形陰極の電子放出単位領域において、
各小領域のカソード導体とゲートが行乃至列毎に駆動さ
れて小領域が選択される。選択された小領域の面積に応
じて電子放出単位領域における電子の放出量が調節さ
れ、この電子放出単位領域に対応する表示部の表示単位
の輝度が制御される。電子放出単位領域において選択さ
れた小領域は常に密集した一つの集合を構成するので、
ここから放出される電子線はスポット径が小さく、電子
密度が均一で高品質となる。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図７を参照して説
明する。本実施例の電界放出形蛍光発光管１は、図１に
示すように所定間隔を置いて対面する前面板２及び背面
板３と、前面板２と背面板３の外周部の間に設けられた
図示しないスペーサ部材とからなる外囲器４を有してい
る。外囲器４の内部は高真空状態に保持されている。本
発明の一実施例の電界放出形蛍光発光管の発光部は、複
数の電子放出単位領域２０からなる。各電子放出単位領
域２０は、それぞれ複数の小領域Ｓを有する。第１図
は、複数の小領域Ｓを有する電子放出単位領域２０の一
部を示すものである。

【００１５】透明な前面板２の内面には透光性を有する
陽極導体５が一面に被着され、その上には蛍光体６が所
定の厚さで連続的に被着され、べた状の発光部７が形成
されている。べた状の発光部７は、後述する電界放出形
陰極１０の各電子放出単位領域から放出される電子の射
突を受けて点状に発光する。この点状の発光部分を、本
実施例では表示単位と呼ぶ。発光部７の表示単位を選択
することにより、発光部７に任意の画像等を表示させる
ことができる。なお、発光部７の構成としては、陽極導
体５はこのままの形状で、蛍光体６を表示単位ごとに分
割し絶縁層等で間を区切る構成としてもよい。さらにカ
ラー表示に対応するように表示単位ごとに蛍光体の発光
色を変えてもよい。

【００１６】図１乃至図２に示すように、背面板３の内
面には、電子源として電界放出形陰極１０が形成されて
いる。図２を参照して電界放出形陰極１０の基本的な構
造を説明すると、まず背面板３の内面にはカソード導体
１１が形成されている。カソード導体１１及び背面板３
の上には、絶縁層１２が形成されている。絶縁層１２の
上にはゲート１３が形成されている。ゲート１３と絶縁
層１２には、カソード導体１１に達する孔１４がエッチ
ングによって形成されている。孔１４内のカソード導体
１１上には、コーン形状のエミッタ１５が形成されてい
る。

【００１７】次に、図１を参照して電界放出形陰極１０
のマトリクス構造を説明する。即ち、前記カソード導体
１１は帯状であり、所定間隔をおいて多数本が並んでい
る。カソード導体１１の長手方向を行方向と呼ぶ。ま
た、前記ゲート１３も帯状であり、所定間隔をおいて多
数本が並んでいる。ゲート１３の長手方向を列方向と呼
ぶ。従って、前記電界放出形陰極１０はカソード導体１
１とゲート１３の行列構造を有しており、行又は列を走
査して列又は行に表示信号を与えれば、両者の交点を電
子放出部分として選択できる。

【００１８】本実施例の電界放出形陰極１０では、前記
カソード導体１１とゲート１３の交点である電子放出部
分を小領域Ｓと呼ぶ。この小領域Ｓが所定の複数個集合
したものを電子放出単位領域２０と呼ぶ。本実施例の電
界放出形陰極１０は、規則正しく並んだ所定の個数の電
子放出単位領域２０を有しており、各電子放出単位領域
２０毎に電子の放出・非放出を選択できる。各電子放出
単位領域２０は前記発光部７の表示単位に体面してお
り、各電子放出単位領域２０をＯＮ／ＯＦＦすることに
よって対面する発光部７の表示単位の点灯・非点灯を選
択し、これによって所望の画像等を発光部７に表示する
ことができる。

【００１９】詳細は後述するが、本実施例の電界放出形
陰極１０では、各電子放出単位領域２０をＯＮとする際
に、駆動する小領域Ｓの数を任意に選択して放出する電
子の量を制御し、点灯する表示単位の輝度を制御するこ
とができる。

【００２０】なお、この実施例ではエミッタ１５がコー
ン形状であるスピント形の電界放出形陰極１０を採用し
ているが、エッチングによって形成した縦型電界放出エ
ミッタでもよいし、方向性に優れていれば、平面形電界
放出エミッタでもよい。

【００２１】次に、本実施例の電界放出形陰極１０の電
子放出単位領域２０について説明する。図３に示すよう
に、電子放出単位領域２０は複数の小領域Ｓに分割され
ている。これら複数の小領域Ｓの集合は、第０行から第
７行までの８行と、第０列から第７列までの８列とから
成る８行８列の行列状に配設されている。ここで行は図
中横方向の並び、列は図中縦方向の並びを指している。
しかしながら、第７列において第０，１，６，７の各行
に対応する４箇所には小領域Ｓがないので、小領域Ｓの
総数は６０個である。即ち、この合計６０個の小領域Ｓ
の集合は、８行７列に配設された５６個の小領域Ｓから
なる矩形の主部３０と、この主部３０の外縁に接しなが
ら外方に突出して配設された４個の小領域Ｓから成る凸
部３１から構成されている。

【００２２】各小領域Ｓは、図１及び図２において説明
したようにカソード導体１１・エミッタ１５・ゲート１
３等をそれぞれ備えている。各小領域Ｓのカソード導体
１１は行毎に共通に接続され、各小領域Ｓのゲート１３
は列毎に共通に接続されている。

【００２３】そして、多数の小領域Ｓに分割された前記
電子放出単位領域２０は、図３に示す輝度制御手段とし
てのＸデコーダ４０及びＹデコーダ４１によって駆動さ
れる。Ｘデコーダ４０は、Ｘ₀ からＸ₇ の各出力端子が
それぞれ第０列から第７列の各列に接続されており、各
小領域Ｓのゲート１３を列毎に走査する。Ｙデコーダ
は、Ｙ₀ からＹ₇ の各出力端子がそれぞれ第０行から第
７行の各行に接続されており、各小領域Ｓのカソード導
体１１を行毎に走査する。表示すべき画像の輝度デ−タ
は、Ｘデコーダ４０及びＹデコーダ４１に入力される。

【００２４】図４は、電子放出単位領域２０の各小領域
Ｓにおける入力信号の組み合わせと出力との関係を表し
ている。即ち、各小領域Ｓにおいて、Ｘデコーダ４０か
らゲ−ト１３に入力される信号がＯＮで、Ｙデコーダ４
１からカソード導体１１に入力される信号がＯＦＦの場
合に、エミッタ１５からは電子が放出される。

【００２５】図５は、６０個の小領域Ｓから成る前記電
子放出単位領域２０において１６階調の輝度制御を行う
場合の、デコーダ出力の組み合わせを示す表である。本
実施例では、選択されて電子を放出する小領域Ｓの数を
調整することにより輝度の制御を行う。図５に示すよう
に、４ビットの輝度データはNo. １から１５までの１６
階調を表し、階調が上がる毎に選択された小領域Ｓの数
が増えていくように、Ｘデコーダ４０及びＹデコーダ４
１が出力する信号の組み合わせが各階調毎に定められて
いる。

【００２６】図５の表に示したデコーダ信号によれば、
各階調における選択された小領域Ｓは図６に示すような
配置となる。即ち、選択されて電子を放出する小領域Ｓ
は、輝度が上がるに連れて（階調数が大きくなるにつれ
て）主部３０の略中央から隣接部分へと徐々に増えてい
くようになっている。そして１１階調以降は、凸部３１
の４個の小領域Ｓを一階調毎に同時にＯＮ・ＯＦＦさせ
ると共に、凸部３１をＯＦＦとした時には選択された小
領域Ｓを一列増やし、これによって選択された小領域Ｓ
の数を増やして全小領域Ｓを選択する１５階調に到るよ
うになっている。

【００２７】このように本実施例では、電界放出形陰極
１０の各電子放出単位領域２０においてマトリクス駆動
される複数の小領域Ｓが、凸部３１を有する形態に配設
されている。そして、複数の小領域Ｓは、その中央部分
から隣接部分へと徐々に選択されて（又は隣接部分から
中央部分へと徐々に選択を解かれて）階調を変えていく
ので、電子を放出する選択された小領域Ｓは常に密集し
た１個の集合を構成することとなる。

【００２８】また、各小領域Ｓにおいては、ゲート１３
とカソード導体１１の間にコンデンサが構成されるの
で、電子放出のＯＮ・ＯＦＦを繰り返す際の駆動速度に
は限度がある。また、かかるコンデンサの充放電が繰り
返されれば、無効電流が増加してエネルギ損失が増大
し、このような電界放出形陰極１０を備えた蛍光発光管
は必要とされる駆動速度に対応できなくなってしまう。

【００２９】しかしながら、本実施例によれば各小領域
ＳのＯＮ・ＯＦＦがなるべく繰り返されないようになっ
ている。特に１０階調から１５階調においては、信号が
与えられるマトリクスの行列がなるべく変わらないよう
に、凸部３１の４個の小領域Ｓを用いた制御が行われて
いる。即ち、凸部３１の４個の小領域Ｓと一列の８個の
小領域Ｓを交互にＯＮ・ＯＦＦして階調を変化させるこ
とにより、連続した階調間においては選択された小領域
Ｓ（又は小領域Ｓの行列）がなるべく変わらず、各小領
域ＳのＯＮ・ＯＦＦがなるべく繰り返されないようにな
っている。従って本実施例の電界放出形蛍光表示管１は
エネルギの損失が少なく比較的速い速度で駆動できる。

【００３０】このように本実施例によれば、階調制御に
要する時間が短くてすみ、結果として高速な表示にも対
応できる。また、カソード・ゲート間電圧は、変化した
範囲でのみ制御しながらオン・オフの２電位を制御すれ
ばよいので、制御が簡単になる。

【００３１】図７は、電界放出形陰極１０におけるゲー
ト・カソード間電圧と放出電流の関係を示す特性図であ
る。この特性図の直線の領域においてゲート・カソード
間電圧を変化させれば、これに比例した放出電流が得ら
れる。従って、前述のような方法で階調制御を行うと共
に、この特性図の直線の領域においてゲート・カソード
間電圧を変化させることにより、輝度むら等の調整やカ
ラー表示の場合の色バランスの調整を同時に行うことが
できる。

【００３２】更に、電子放出単位領域２０を複数の小領
域Ｓに分割して制御する方法とパルス幅変調を組み合わ
せることにより、ある程度の応答速度を保ちながらより
細かな階調制御を実現することができる。

【００３３】なお、以上説明した電界放出形蛍光発光管
１では、電界放出形陰極１０が多数の電子放出単位領域
２０に別れており、発光部７のドット状の表示単位を制
御して画像表示を行うように構成されていた。しかしな
がら、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に発
光する蛍光体を備えた各発光ドットを表示単位とし、こ
れに対応する電界放出形陰極１０が各発光ドットごとに
別々に駆動される電子放出単位領域２０に別れている表
示管についても、本発明は適用できる。さらに、表示面
の全体を一つの表示単位とし、電界放出形陰極１０の全
体を一つの電子放出単位領域２０としてもよい。この場
合の蛍光発光管は、表示面の発光輝度を任意の階調で制
御できるので、輝度を任意に加減できる便利な光源とし
て有効に利用できる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、電界放出形陰極の電子
放出単位領域を矩形の主部と該主部の外縁に接しながら
外方に突出して配設された凸部から構成される複数の小
領域の集合で構成して小領域をマトリクス駆動し、該電
子放出単位領域に対応する表示部の表示単位の輝度を選
択した小領域の数によって制御している。従って、本発
明によれば、ノイズに強く直線性に優れた任意の階調数
の輝度制御を極めて簡単な構成で実現できる等、電界放
出形陰極を蛍光発光管の電子源に応用する際の利便性を
増大させ、以て係る蛍光発光管の機能性を向上させると
いう産業上顕著な効果を得ることができる。さらに、本
発明においては、選択された小領域が常に密集した一個
の照合を構成するように駆動できるので、ここから放出
される電子線はスポット径が小さく、電子密度が均一で
高品質となり、エネルギの損失が少なく、駆動速度が速
くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の電界放出形蛍光発光管の部分拡大斜
視図である。

【図２】一実施例の電界放出形蛍光発光管の部分拡大断
面図である。

【図３】一実施例における電子放出単位領域の駆動ブロ
ック図である。

【図４】一実施例における電子放出単位領域の一小領域
における入力信号と出力の関係を示す表図である。

【図５】一実施例における電子放出単位領域で１６階調
の輝度制御を行う場合のデコーダ出力の組み合わせを示
す表図である。

【図６】一実施例における電子放出単位領域の各階調に
おける電子の放出領域を示す図である。

【図７】一実施例の電界放出形陰極におけるゲート電圧
と放出電流の関係を示すグラフである。

【図８】従来の蛍光発光管の断面図である。

【符号の説明】

１ 電界放出形蛍光発光管 ６ 蛍光体 ７ 発光部 １０ 電界放出形陰極 １１ カソード導体 １３ ゲート １５ エミッタ ２０ 電子放出単位領域 Ｓ 小領域

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−148020（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−272638（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−296336（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−235258（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 31/12 H01J 31/15 H01J 29/04 G09G 3/20 - 3/32

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カソード導体とカソード導体に設けられ
   たエミッタとエミッタの近傍に設けられたゲートを有す
   る電界放出形陰極と、電界放出形陰極から放出された電
   子の射突によって発光する蛍光体が被着された発光部と
   を備えた電界放出形蛍光発光管において、前記電界放出
   形陰極が前記発光部の表示単位に対応する数の電子放出
   単位領域からなり、前記電子放出単位領域は行列状に配
   設された複数の小領域の集合から構成されており、前記
   複数の小領域の集合は矩形の主部と、この主部の外縁に
   接しながら外方に突出して配設された凸部から構成され
   ており、各小領域のカソード導体とゲートがそれぞれ行
   又は列ごとに駆動されるよう構成されたことを特徴とす
   る電界放出形蛍光発光管。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電界放出形蛍光発光管の
   駆動方法において、前記電子放出単位領域において選択
   された小領域が常に密集した一個の集合を構成するよう
   に電子放出単位領域の駆動面積を制御して表示単位の輝
   度を制御することを特徴とする電界放出形蛍光発光管の
   駆動方法。