JP3275185B2

JP3275185B2 - 電気機器用表示装置

Info

Publication number: JP3275185B2
Application number: JP17502392A
Authority: JP
Inventors: ジェームズ・イー・ジャスキー
Original assignee: Motorola Solutions Inc; Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1992-06-10
Publication date: 2002-04-15
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: DE69208154D1; EP0518612A1; JPH05343015A; EP0518612B1; DE69208154T2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に電気機器の表示装
置に関し、さらに詳細には電界放出デバイスを組み込ん
だ集積イメージソースに関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータのような相対的に大きな表
示装置（ディスプレイ）を有する携帯型電気機器では、
表示装置としてバックライト付きの液晶ディスプレイ
（ＬＣＤ）を用いることがよくある。より小さな表示装
置を持つ携帯型電気機器、例えばページャ（ポケットベ
ル）、その他の通信機器においては光放出ダイオード
（ＬＥＤ）またはＬＣＤなどがよく使われる。

【０００３】もともと、コンピュータの表示装置は通常
のブラウン管ディスプレイに限定されており、これによ
って機器全体は非常に大きくかつ動かしにくいものにな
っていた。その後、ＬＣＤ、プラズマ、または電界発光
型のディスプレイを装備したラップトップ（膝置き）コ
ンピュータが開発された。これらのコンピュータに装備
されていたディスプレイは数多くの照明によって明るく
照らされている場所では見にくく、これらのコンピュー
タはあまり普及しなかった。また、これらの型のディス
プレイは相対的に高価でもあった。

【０００４】バックライト付きのＬＣＤディスプレイが
その後開発され、これによってディスプレイの性能が実
質的に改良された。しかしながら、これらのディスプレ
イの解像度はいぜんとして満足できるものではなかっ
た。ディスプレイのサイズを大きくすることによって十
分な解像度を得ることはできるが、ディスプレイのサイ
ズが大きくなるにつれて機器のサイズも大きくなってし
まう。したがって、携帯性と解像度とは逆比例の関係に
あるといえる。小さすぎたり、暗すぎたりして容易に読
み取ることができないディスプレイは役に立たないし、
いずれにしても普及することはありえない。しかし、だ
からといって大きすぎて簡単に持ち運んだり、動かした
りできないような携帯機器もまた普及するのは難しい。

【０００５】

【解決すべき課題】したがって、本発明の目的は電気機
器のための新規かつ改良されたディスプレイを提供する
ことにある。

【０００６】本発明の別の目的は携帯型電気機器のサイ
ズとそのディスプレイとの間の依存関係を実質的になく
すことにある。

【０００７】さらに本発明の別の目的は、明瞭度および
解像度が実質的に改良された携帯用電気機器用のディス
プレイを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】これらのおよびその他の
目的並びに特徴は、ディスプレイを制御するための電気
的出力信号を持つ電気機器のためのディスプレイであっ
て、該ディスプレイはその上に好適な配列に形成された
複数の冷陰極電界放出デバイスおよび電気的入力端子を
有する基板、前記電気機器から前記出力信号を受信する
ための入力端子を有し前記基板の前記電気的入力端子に
動作電圧および制御信号を供給するように接続されてい
る制御回路、前記基板上の前記複数の冷陰極電界放出デ
バイスの上に前記基板とそれ自身との間に実質的に真空
を形成するように密封して組み合わさる形で取り付けら
れるフェースプレート、前記フェースプレートはさらに
前記冷陰極電界放出デバイスからの放出物に打撃される
と光を放射する蛍光材料の膜を有し、および前記フェイ
スプレートに取付けられ前記電気機器から離れた面に対
して前記蛍光材料から光を導くレンズシステムを含んで
いる。

【０００９】上記の、およびその他の、目的および特徴
は上記に説明されているように携帯用電気機器のための
ディスプレイとして実現される。そして、制御回路は前
記基板上に実質的に含まれている。

【００１０】

【実施例】図１には、本発明を実施した、電気機器のた
めのディスプレイ１０の一部分が図示されている。ディ
スプレイ１０はその上に形成された複数の冷陰極電界放
出デバイス（ＦＥＤ）を持つ基板１２が含まれている。
前記複数のＦＥＤのそれぞれは、通常の半導体製造技術
のいずれかを用いて、それらに対する電気配線１６とと
もに基板１２上に形成されるエミッタ１４を含んでい
る。絶縁層１８はエミッタ１４の上部に形成され、第一
導電層２０は絶縁層１８の上に形成される。この導電層
は前記ＦＥＤの制御ゲートとして動作する。第２絶縁層
２２は導電層２０の上に形成され、第２導電層２４は第
２絶縁層２２の上に形成される。導電層２４は焦点（フ
ォーカス）用電極として用いられるが、これはディスプ
レイの用途によって採用される付加的なものである。

【００１１】空洞がキャビティ１４のそれぞれの周り
に、層１８，２０，２２，２４を貫通するように設けら
れる。フェースプレート２５は基板１２に対してＦＥＤ
群に被さるように固定される。フェースプレート２５は
通常逆さまになったカップのような形状をしており、フ
ェースプレート２５の底端部において基板１２に対し封
止されている。これによってフェースプレート１２の内
面は導電層２４から所定の距離だけ離れて設けられる。
フェースプレート２５の下の空間は排気され、エミッタ
１４それぞれの周りの空洞と結合した空間となる。エミ
ッタ１４から放出されたすべての電気的な粒子はフェー
スプレート２５に到達するのに真空内を移動するので、
これらに対する抵抗は非常に小さく、したがって粒子が
高速度で移動でき、印加エネルギーの総量が少なくて済
む。

【００１２】エミッタ１４に対向し、さらに平行に位置
整合するフェースプレート２５の内面は、エミッタ１４
からの放出物質によって打撃されると光を放射する蛍光
材料２７によって被覆されている。一般的には、この蛍
光材料２７は燐、または類似の物質を含んでいる。周知
の蛍光材料の大多数はエミッタ１４から放出される高速
の粒子に打撃されると比較的容易に取れてしまうので、
電気伝導材料の薄い被膜、例えばアルミニウム被膜２９
をその上に施すことによってフェースプレート２５の動
作および寿命を飛躍的に改良することができる。アルミ
ニウム被膜２９はフェースプレート２５の内面全体に施
すことが可能であり、蛍光層２７から蓄積電荷を除去す
るために回路に電気的に接続されている。アルミニウム
被膜２９はエミッタ１４からの放出物によって打撃され
た際に、蛍光層２７の粒子が層からもぎ取られるのを防
ぎ、これによって実質的に寿命を延ばしている。さら
に、アルミニウム被膜２９は発光効率をおおよそ５０％
程度改良する。アルミニウム被膜２９と導電層２４との
間には十分な高電圧、本実施例においては１０ｋＶが印
加されているので、この条件下ではアルミニウム層２９
はエミッタ１４からの放出物に対して影響を与えない。

【００１３】通常、ＦＥＤ群は冗長性を持たせるために
ピクセル単位にグループ化される。それぞれのピクセル
は１個から任意の適切な個数のＦＥＤを含んでいて、ピ
クセル内のすべてのＦＥＤは並列に接続されている。本
実施例においては、例えば各ピクセルは２５個のＦＥＤ
から構成されていて、図２に図示されているように単一
のＦＥＤとして並列に動作する。ピクセルは基板１２上
に標準パターン、例えば図３にブロック状に示されてい
るように行と列として形成される。ディスプレイ全体は
１２８０ピクセルｘ７２０ピクセルを含んでおり、これ
らのピクセル数は高解像度を達成するために選択された
ものである。もしより低い解像度が必要であれば、より
少ない数のピクセルを用いて装置のサイズと消費電力を
抑さえることが可能である。

【００１４】ここで、冗長性のため、もし２、３個のＦ
ＥＤが動作不能になっても正しく動作するように、各ピ
クセル内に複数のＦＥＤが使われていること、およびこ
の複数のＦＥＤを使うことによって、それぞれのＦＥＤ
を流れる電流を減少させることで個々のＦＥＤの明るさ
を下げることが可能であることは理解されよう。

【００１５】テレビジョンにおいては、ピクセルに類似
した蛍光スポットはスクリーン上で行の形に構成され、
電子ビームはスクリーンを水平方向にスキャンし、ある
一瞬においてはある一つのスポットのみを照射する。あ
るスポットがビームによって照らされた後、スクリーン
は短時間だけ蛍光を発する。ビームのスキャンが非常に
高い周期で行われるので、人間にとっては連続した絵の
ように見える。したがって、テレビジョンにおいては同
時に複数のスポットが電子ビームによって励起されるこ
とはない。このようなスキャンの方法では比較的低い輝
度（明るさ）しか得られない。さらに、電子ビームがス
クリーンまで比較的長い距離を移動するので良好な分解
能を達成することが難しい。

【００１６】ディスプレイ１０においては、テレビジョ
ンのようにある時間において１つのピクセルのみではな
く、信号は１行分のピクセルに対して同時に与えられ
る。これによって行全体が同時に励起されるので輝度は
テレビジョンのそれよりもはるかに高い。ここで、本発
明のディスプレイ１０においては同時に励起可能なピク
セルの数になんら制限はないということを理解しておく
必要がある。その他の実施例においては、ディスプレイ
のすべてのピクセルが同時に動作する。すべてのピクセ
ルが同時に動作する実施例では通常明るさは全体として
必要な量よりもかなり大きく、ＦＥＤ各々に流れる電流
は０．０５マイクロアンペアまで減少させることができ
る。

【００１７】図４はディスプレイ１０をブロック図で示
したものである。ディスプレイ１０は、上で説明したよ
うに基板１２上に行および列に構成されたピクセルの配
列３０を含んでいる。データ入力端子３５は基板１２に
対する電気的接続として示されており、携帯用電気機器
からデジタルデータ信号をシリアル形式で受信するよう
に動作する。ここで、当然のことではあるが、このデー
タはパラレル形式で、例えば一列分を同時に供給するこ
とや、またはその他の適切な形式で供給することも可能
であることは理解されるだろう。

【００１８】端子３５において受信されたデータはて同
期信号としてクロック３７およびシーケンサ３９のデー
タ入力に対し供給される。シーケンサ３９に与えられる
データは行データが完全に揃うまで一時保存され、完全
に揃った段階でクロック３７はクロック信号をイネーブ
ル回路４０およびシーケンサ３９に対して供給する。こ
のクロック信号に応答してイネーブル回路４０は電源と
適切な行にある各々のピクセルの各々のＦＥＤの制御ゲ
ートとを順番に接続する。同時に、シーケンサ３９はメ
モリに保存された行データを用いて複数の定電流源４１
を制御する。これら定電流源のそれぞれは一行のピクセ
ル内のそれぞれのピクセルに対応している。定電流源４
１のそれぞれは対応するピクセルを、そのピクセルのＦ
ＥＤのエミッタに対して適切な電流を供給することで
「点灯」させる。点灯しているピクセルの総量、または
供給される電流の総量によってそのピクセルのグレー階
調が決定される。高電圧源４２はディスプレイ１０の動
作を増強するためにコレクタ／フェースプレートに接続
される。しかしこれは付加的な機能であることは理解さ
れよう。したがって、必要なすべての動作電圧は、同期
クロック３７によってクロックパルスが生成されるごと
にピクセルの行全体に対して同時に印加される。

【００１９】ここで、ＦＥＤ群のエミッタ１４はピクセ
ル行として相互に接続可能であり、アルミニウム被膜２
９全体は共通に接続された一体型のコレクタとすること
ができることは理解されよう。または、すべてのＦＥＤ
のエミッタを基板１２を介して接続することが可能であ
るし、アルミニウム被膜は連続した被膜としてではな
く、行に分けて形成することもできる。さらに、この回
路ではイネーブル回路４０に対して７２０行分の接続お
よび定電流回路４１を通ったシーケンサ３９に対する１
２８０の並列の制御ゲート接続、または配列３０に対す
る総数２０００の接続を設ける必要から、配列３０に対
する制御回路は通常の半導体製造技術によって基板１２
に形成される。配列３０と制御回路とを同じ基板に形成
することによって、接続の工程を比較的周知の単純な製
造技術に簡単化するだけでなく、回路間の需要電力を大
幅に減少させる。一般に高電圧源４２は基板１２の外部
に設けられる。しかし同期クロック３７、シーケンサ３
９およびイネーブル回路４０はすべて基板１２の内部
に、またはその一部として形成される。実際、制御回路
はチップサイズを節約するために基板１２において配列
３０の下に形成することも可能である。

【００２０】本実施例においては、各々のＦＥＤにはお
およそ０．５マイクロアンペアの電流が流れ、よってこ
こで説明した実施例における各ピクセルはそれが励起さ
れたときには１２．５マイクロアンペアの電流が流れ
る。ディスプレイは行単位で動作させられるので、もし
一つの行に１２８０ピクセル存在する場合には配列３０
には最大１６ミリアンペアの電流が流れる。もし一つの
行に７２０ピクセルある場合には、配列３０には最大９
ミリアンペアの電流が流れる。上で説明したように、最
大流入電流は特定の応用に応じて必要とされる輝度およ
び同時に動作するピクセルの数（行数またはディスプレ
イ全体）に依存する。したがって、ここで説明されたデ
ィスプレイはその生産において非常に高い柔軟性を持
ち、消費電力が問題となるような特定の用途においては
消費電力の合計を大きく減少させることができることは
理解されるだろう。

【００２１】本発明のディスプレイ１０は一般的に比較
的明るい色であると想定される離れた平面にイメージを
投影することを意図しているので、これまでの説明では
ピクセルは通常オフの状態で、所望のイメージを生成す
るときのみ動作する（オンする）としてきた。しかしな
がら、ディスプレイ１０はその正反対のモードで動作す
ることも可能であることは理解されるだろう。

【００２２】次に図５を参照すると、図５にはディスプ
レイ１０が携帯用電気機器５０と組み合わさった形で図
示されている。携帯用電気機器５０は、実質的に様々な
半導体チップが組み込まれたキーボード部分のみからな
るポータブルコンピュータである。これはディスプレイ
１０が実質的にディスプレイの大きさに対する依存性と
いうものを無くしたことによって実現されている。ディ
スプレイ１０はコンピュータの前端部に取付けられ、ビ
ジュアルな、容易に視覚できるイメージをコンピュータ
の前にある離れた平面に直接投影する。例えば、図５で
はビジュアル表示は飛行機のシート５５の背面５４に投
影されている。

【００２３】ディスプレイ１０はテレビ受像機よりも何
倍も明るいイメージを生成するので、投影される絵は非
常に明るく、そして見やすい。さらに、ディスプレイ１
０は付加的に調節可能なレンズシステム５２を有してい
る。このレンズシステム５２は一枚以上のレンズ群を持
ち、これらが相互に動いてレンズシステム５２の焦点距
離を調節するので、利用者から実用的な距離だけ離れた
適切な平面に投影されるイメージの焦点を合わせるのに
利用できる。また用いられるＦＥＤの数が多いほど、そ
れぞれのＦＥＤにおける可能な分解能は上がるので、投
影されるイメージの分解能はテレビ等による投影イメー
ジよりも遥かによい。

【００２４】したがって、ここに携帯用電気機器のため
の新規かつ改良されたディスプレイがここに開示され
た。この改良ディスプレイは携帯用電気機器のディスプ
レイ部分に依存した大きさ制限を実質的に解消する。さ
らに、この新規なディスプレイは分解能および輝度を改
良する。また、表示の大きさも離れた投影面に対する携
帯用電気機器の相対的な位置を単にずらすか、または前
記レンズシステムによる調節、もしくはこれらの組み合
わせで容易に実行できる。したがって、可変サイズ、よ
りよい分解能およびより明るい映像の組み合わせによっ
て電気機器の使い勝手を飛躍的に改良し、非常に多くの
応用用途における使用を可能にする。

【００２５】さらに、本発明のディスプレイは多種多様
な携帯用電気機器、例えばコンピュータ、ページャ、電
話、特に聴覚障害者向けの機器において利用することが
可能である。ここで説明したディスプレイは、そのサイ
ズの小ささと利便性から主に携帯用電気機器向けに説明
しているが、当該技術分野に通じたものであれば本発明
のディスプレイは、可搬ではあるが一般に携帯用として
は売られていないコンピュータ、電話等のものに簡単に
接続可能であるということは理解されよう。さらに、プ
ロジェクションディスプレイを有する携帯用電気機器は
手動調整のつまみ類が最小限とするだけの大きさに作る
ことができるということは理解されよう。通常の携帯用
電気機器が機器の一部として直接に見るかたちのディス
プレイを含まなければならないのに対して、本発明のデ
ィスプレイを有した機器は大きな利点を有する。ここで
説明した冷陰極電界放出デバイスの型のディスプレイは
その輝度の高さと高分解能のためにこの目的に好適であ
るが、その他の型のプロジェクションシステムも実質的
にそのサイズを小さくし、使い勝手を改良するために携
帯用電気機器において利用可能であることは理解されよ
う。

【００２６】本明細書においては本発明を特定の実施例
について図示し、説明してきたが、当該技術分野に通じ
たものであればさらなる変形および改良を施すことは可
能であろう。そこで、本発明はここに示されたような特
定の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨およ
び技術的な思想から離れることのないそのような変形を
も本発明の請求の範囲に含まれるものであるということ
を理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を実施した電気機器のための表示
装置の一部分を横断面図で示したものである。

【図２】図２は図１の表示装置の一部分を図示したもの
である。

【図３】図３は図２に示された表示装置の一部分をブロ
ック図で示したものである。

【図４】図４は図１に示された表示装置をブロック図で
示したものである。

【図５】図５は図１の表示装置が動作状態で携帯電気機
器に取り付けられたものの斜視図である。

【符号の説明】

１０表示装置１２基板２５フェースプレート２７蛍光材料２９アルミニウム被膜３０冷陰極電界放出デバイス３５データ入力端子３７クロック３９シーケンサ４０イネーブル回路４１定電流源５２レンズシステム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−189857（ＪＰ，Ａ) 特開平２−267842（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−78980（ＪＰ，Ａ) 特開平２−152134（ＪＰ，Ａ) 特開平１−239757（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 31/15 G06F 3/147

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子機器用の表示装置（１０）であり、
当該表示装置を制御するための電気的出力信号を有し：好適な配列に形成された複数の冷陰極電界放出デバイス
（３０）と、電気的入力端子とを有する基板（１２）；前記電子機器からの出力信号を受信するための入力端子
（３５）を有し、前記基板の前記電気的入力端子に対し
て動作電圧および制御信号を供給するように接続されて
いる制御回路（３７，３９，４０，４１）；前記基板（１２）の前記複数の冷陰極電界放出デバイス
（３０）に取り付けられるフェースプレート（２５）で
あり、前記基板（１２）と当該フェースプレートとの間
に実質的に真空を形成するように封止され、前記複数の
冷陰極電界放出デバイスからの放出物により打撃される
と光を放射する蛍光材料（２７）の層を有する、フェー
スプレート；および前記フェースプレートに取り付けら
れたレンズシステム（５２）であり、前記蛍光材料（２
７）からの光を前記電子機器から離れた面に方向づけて
実像を投影する、レンズシステム（５２）；を含むことを特徴とする表示装置。
【請求項２】表示装置（１０）を制御するための電気
的出力信号を有する携帯電子機器（５０）；標準パターンに形成された複数の冷陰極電界放出デバイ
ス（３０）と、電気的入力端子とを有する基板（１
２）；前記電子機器からの出力信号を受信するように接続され
た入力端子（３５）を有し、前記基板の前記電気的入力
端子に対して動作電圧と制御信号とを供給するよう接続
される制御回路；前記基板（１２）に取り付けられるフェースプレート
（２５）であり、前記基板（１２）と当該フェースプレ
ートとの間に実質的に真空を形成するように封止され、
さらに前記複数の冷陰極電界放出デバイスからの放出物
に打撃されると光を放射する蛍光材料（２７）の層を有
する、フェースプレート；および前記フェースプレート
に取り付けられ、前記蛍光材料（２７）からの光を前記
電子機器から離れた面に対して方向づけて実像を投影す
る、レンズシステム（５２）；を含むことを特徴とする携帯電子機器用表示装置。
【請求項３】表示装置（１０）を制御するための電気
的出力信号を有する携帯電子機器（５０）；半導体基板（１２）；前記半導体基板（１２）に標準パターンに形成され、動
作電圧と制御信号とを受けるよう接続された複数の冷陰
極電界放出デバイス（３０）；前記冷陰極電界放出デバイス（３０）に取り付けられた
フェースプレート（２５）であり、前記基板（１２）と
当該フェースプレートとの間に実質的に真空を形成する
ように封止され、さらに前記冷陰極電界放出デバイスか
らの放出物に打撃されると光を放射する蛍光材料（２
７）の層を含み、前記冷陰極電界放出デバイス（３０）
に追加的動作電圧を供給する少なくとも１つの接続体
（２９）を含む、フェースプレート；前記基板（１２）に形成され、前記電子機器からの出力
信号を受信するように接続される入力端子（３５）を有
し、動作電圧および制御信号を前記複数の冷陰極電界放
出デバイスの接続体に対して供給するよう接続される制
御回路；および前記フェースプレートに取り付けられ、
前記蛍光材料（２７）からの光を前記電子機器から離れ
た面に対して方向づけて実像を投影する、レンズシステ
ム（５２）；を含むことを特徴とする携帯電子機器用表示装置。