JP3431811B2

JP3431811B2 - 表示装置及び位置合せ方法

Info

Publication number: JP3431811B2
Application number: JP31488897A
Authority: JP
Inventors: アンドリュー・ラムゼイ・ノックス; ジョン・ビートソン
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 2003-07-28
Anticipated expiration: 2017-11-17
Also published as: EP0847074B1; KR100277560B1; US5990609A; GB9625235D0; JPH10321165A; DE69720148D1; DE69720148T2; GB2320127A; EP0847074A1; KR19980063424A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気マトリックス
表示装置に関し、より詳細には、磁気マトリックス表示
装置におけるチャネルからの電子ビームを蛍光体被覆の
対応する画素と回転位置合せする手段に関する。

【０００２】本発明の磁気マトリックス表示装置は、そ
れだけに限定されるものではないが、特にテレビジョン
受像機や、コンピュータ用の視覚表示装置、それだけに
限定されるものではないが、特に携帯型コンピュータ、
パーソナル・オーガナイザ、通信機器など用の視覚表示
装置など、フラット・パネル表示装置の応用分野で有用
である。

【０００３】

【従来の技術】液晶表示パネルや電界放出型表示装置な
どの従来のフラット・パネル・ディスプレイは、それぞ
れ、比較的高レベルの半導体製造技術、扱い難い材料、
及び高い許容差を必要とするため製造が困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、画面
と磁石の間の回転位置ずれを修正することができる表示
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、電子を
放出する陰極手段と、永久磁石と、磁石の両極の間に延
びるチャネルの２次元アレイとを有し、前記磁石は各チ
ャネルにおいて陰極手段からの電子を電子ビームに形成
するための磁界を生成し、さらに前記磁石の陰極から遠
い側と対向し異なるチャネルにそれぞれ対応する複数の
画素を含む蛍光体被覆を有しかつ各チャネルから電子ビ
ームを受け取るための画面と、前記陰極手段と前記磁石
の間に配置され前記陰極手段から各チャネルへの電子の
流れを制御するためのグリッド電極手段と、各チャネル
からの電子ビームを対応する各画素のグループに順次ア
ドレスする偏向手段と、各チャネルからの電子ビームを
前記蛍光体被覆の対応する画素と位置合せする回転位置
合せ手段とを備える表示装置が提供される。

【０００６】前記回転位置合せ手段は、抵抗性の偏向手
段と、該偏向手段の１つまたは複数の素子の両端間に差
電圧を生成する手段とを含む。前記偏向手段の１つまた
は複数の素子の両端間の差電圧の大きさ及び極性が調整
できることが好ましい。

【０００７】本発明の好ましい実施形態においては、各
画素が複数の異なる色の副画素を含み、前記回転位置合
せ手段が前記磁石の陰極から遠い側の面にそれぞれ配置
された複数の陽極を含み、各磁極がそれぞれ異なるチャ
ネルに対応しかつそれぞれ対応するチャネルの両側に沿
ってそれぞれ延び対応するチャネルを通って電子を加速
し対応するチャネルから現れる電子を対応する画素の異
なる副画素に順次アドレス指定するための第１と第２の
陽極を含み、各チャネルに関連する前記第１と第２の陽
極が抵抗性材料であり前記第１の陽極の両端間と前記第
２の陽極間の両端に印加された差電圧を有し、この差電
圧が対称的でかつ向きが逆である。

【０００８】好ましい一実施形態においては、前記第１
と第２の陽極にビーム・インデックス電圧が印加され
て、チャネルから出てくる電子を異なる前記蛍光体に順
次アドレス指定して、それによって蛍光体被覆が画面上
に色イメージを作り出すようにする。

【０００９】前記抵抗性偏向手段は、金属薄膜であるこ
とが好ましい。前記抵抗性材料は、フォトスクリーン印
刷によって付着することが好ましい。あるいは、前記抵
抗性材料は、薄層無電解付着によって付着することもで
きる。

【００１０】本発明の好ましい実施形態においては、陽
極手段に印加する直流電圧レベルを動的に変化させて、
チャネルから出てくる電子を前記画面上の蛍光体被覆と
位置合せする手段が提供される。

【００１１】本発明は、メモリ手段と、メモリ手段との
間でデータを転送するデータ転送手段と、メモリ手段に
記憶されたデータを処理するプロセッサ手段と、プロセ
ッサ手段によって処理されたデータを表示するための前
述の表示装置とを備えるコンピュータ・システムに拡張
される。

【００１２】もう１つの態様によれば、本発明はまた、
表示装置内の画面上の蛍光体ストライプと磁石とを位置
合せする方法であって、磁石の両極の間に延びるチャネ
ルの二次元アレイを有する磁石を提供する段階と、平行
光源を提供する段階と、平行光源を使って磁石内のチャ
ネルを介して画面上の蛍光体ストライプを照明する段階
と、チャネルの二次元アレイを蛍光体ストライプと位置
合せする段階とを含む方法を提供する。

【００１３】平行光源は、レーザー光源であることが好
ましい。好ましい実施形態においては、平行光源が蛍光
体ストライプに光を照射する際に通過する磁石内のチャ
ネルが、位置合せ専用のチャネルである。代替実施形態
においては、平行光源が蛍光体ストライプを照明する際
に通過する磁石内のチャネルは、陰極手段からの電子を
電子ビームに形成するために表示装置内で使用されるチ
ャネルである。

【００１４】

【発明の実施の形態】最初に図１を参照すると、本発明
のカラー磁気マトリックス・ディスプレイは、陰極２０
を担持する第１のガラス板１０と、陰極２０と対向し、
赤、緑、青の蛍光体ストライプ８０が順次配列された被
覆を担持する第２のガラス板９０とを含む。蛍光体は、
高電圧蛍光体であることが好ましい。蛍光体被覆８０上
には、最終陽極層（図示せず）が配置される。ガラス板
９０と１０の間に永久磁石板６０が配置される。磁石
は、二次元マトリックス形のパーフォレーションまたは
「画素ウェル」７０に穿孔される。蛍光体８０と対向す
る磁石６０の表面上に、陽極５０のアレイが形成され
る。ディスプレイの動作の説明では、この表面を磁石６
０の上部と呼ぶ。画素ウェル７０のマトリックスの各列
に関連する１対の陽極５０がある。各対の陽極は、対応
する画素ウェル７０の列の両側に沿って延びる。陰極２
０と対向する磁石６０の表面上に、制御グリッド４０が
形成される。ディスプレイの動作の説明では、この表面
を磁石６０の底部と呼ぶ。制御グリッド４０は、磁石表
面を横切って列方向に延びる第１群の平行な制御グリッ
ド導体と、磁石表面を行方向に延びる第２群の平行な制
御グリッド導体とを含み、したがって各画素ウェル７０
が、異なる組合せの行グリッド導体と列グリッド導体の
交点に位置する。後で説明するように、ガラス板１０及
び９０と磁石６０は１つにされ、封止され、次いで全体
が排気される。動作に際しては、電子が陰極から放出さ
れ、制御グリッド４０に向かって引き寄せられる。制御
グリッド４０は、各画素ウェル７０に電子を選択的に入
れるための行／列マトリックス・アドレス指定機構を提
供する。電子は、グリッド４０を通過してアドレス指定
された画素ウェル７０に入る。それぞれの画素ウェル７
０内には強い磁界がある。画素ウェル７０の上部にある
１対の陽極５０は、画素ウェル７０を通過する電子を加
速し、出てくる電子ビーム３０の選択的な横方向の振れ
をもたらす。次に、電子ビーム３０は、ガラス板９０上
に形成された高電圧の陽極に向かって加速され、陽極を
通過して下方にある蛍光体８０に達し光出力を出すのに
十分なエネルギーを有する高速電子ビーム３０となる。
高電圧の陽極は、通常、１０ｋＶに保持される。

【００１５】以下に、本発明のディスプレイに関連する
装置の物理特性について説明するが、以下の量と方程式
を使用する。電子の電荷：１．６×１０^-19Ｃ１電子ボルトのエネルギー：１．６×１０^-19Ｊ１電子の静止質量：９．１０８×１０^-31Ｋｇ電子の速度：ｖ＝（２ｅＶ／ｍ）^1/2ｍ／ｓ電子の運動エネルギー：＝ｍｖ²／２電子の運動量：ｍｖサイクロトロン周波数：ｆ＝ｑＢ／（２πｍ）Ｈｚ

【００１６】図２（ａ）は、画素ウェル７０を通過する
電子の軌道に関連する磁界の簡略化した図である。図２
（ｂ）は、画素ウェル７０を通過する電子の軌道に関連
する静電界の図である。磁石６０の上部と底部の間に、
１００で示した磁界内を通る電子を引き寄せる作用を有
する静電位が印加される。陰極２０は、熱陰極、電界放
出ティップ・アレイ及びその他の好都合な電子供給源で
よい。

【００１７】磁界１００の低部では、画素ウェル７０へ
の入口付近で電子の速度は比較的遅い（陰極の仕事関数
よりも１ｅＶ高いと電子速度は約６×１０⁵ｍ／ｓとな
る）。この領域では、電子３０'は、各電子がランダム
な方向に動く雲となっていると見なすことができる。電
子が静電界に引き寄せられるにつれ、垂直方向の速度が
大きくなる。電子が正確に磁界１００と同じ方向に移動
する場合は、電子に横方向の力はかからない。したがっ
て、電子は、電界線に沿って真空中を上昇する。しか
し、より一般には、電子の方向は磁界の方向と同じでは
ない。

【００１８】図２（ｂ）を参照すると、移動中の電子に
作用する磁気力は、磁界の方向と電子の速度方向の両方
に対して直角である（フレミングの右手の法則、すなわ
ちＦ＝ｅ（Ｅ＋ｖＸＢ））。このため、均一な磁界だけ
がある場合は、電子は円形の経路を描く。しかし、電子
が電界によって加速されているとき、経路はらせん形に
なり、その直径が磁界の強さと電子のｘ、ｙ方向の速度
によって制御される。螺旋の周期は、電子の垂直方向の
速度によって制御される。この挙動は、渦巻中のコルク
または竜巻中のちりの挙動とよく似ている。

【００１９】要約すると、電子は、磁石６０の底部で磁
界１００に入り、磁石６０のウェル７０を通って加速さ
れ、磁石６０の上部で狭いけれども拡散するビームにな
って出る。

【００２０】次に、ディスプレイを、単一の画素ではな
く全体として検討すると、図２（ａ）に示した磁界１０
０が、永久磁石６０を通るチャネルまたは画素ウェル７
０によって形成される。各画素は別々の画素ウェル７０
を必要とする。磁石６０は、表示領域のサイズであり、
複数の画素ウェル７０が穿孔されている。

【００２１】次に図３を参照すると、ウェル７０内の磁
界強度が比較的大きく、磁束線が閉じる唯一の経路は、
磁界６０の端部またはウェル７０内を通っている。ウェ
ル７０は、陰極２０に隣接する側を狭くしたテーパ形に
してもよい。この領域では、磁界が最も強く電子速度が
最も低い。したがって、効率的に電子を集めることがで
きる。

【００２２】図２（ｂ）に戻ると、静電界Ｅに入る電子
ビーム３０が示されている。ビーム内の電子が静電界中
を移動するとき、速度と運動量を得る。電子の運動量の
この増加の意味について簡単に説明する。電子が磁石６
０の上部に近づくと、偏向陽極５０の影響を受ける領域
に入る。この考察のみで、陽極電圧が１ｋＶで陰極電圧
が０Ｖであると想定すると、この点における電子の速度
は、１．８７５×１０⁷ｍ／ｓすなわち光速（ｃ）の約
６％となる。電子は１０ｋＶで移動するので、最終陽極
において、電子の速度は５．９３×１０⁷ｍ／ｓ、すな
わち０．２ｃとなる。画素ウェル７０の出口の両側にあ
る陽極５１と５２は、個別に制御することができる。図
４（ａ）と図４（ｂ）を参照すると、陽極５１と５２
は、製造しやすいようにくし歯形に配置することが好ま
しい。陽極５１と５２は、絶縁領域５３によってウェル
７０とグリッド４０から分離される。陽極５１と５２
は、以下のように４つの状態がありうる。

【００２３】１．陽極５１がオフ、陽極５２がオフ。こ
の場合、陰極２０と陽極５１及び５２との間に加速電圧
Ｖａはない。この状態は、ディスプレイの通常動作では
利用されない。

【００２４】２．陽極５１がオン、陽極５２がオン。こ
の場合、電子ビームの周りに対称的な加速電圧Ｖａがあ
る。電子ビームの経路は変更されない。制御陽極領域を
出ると、電子は緑色の蛍光体にぶつかるまで進む。

【００２５】３．陽極５１がオフ、陽極５２がオン。こ
の場合、非対称な制御陽極電圧Ｖｄがある。電子は、付
勢された陽極５２（依然として陰極２０に対して加速電
圧を提供している）に向けて引き寄せられる。これによ
り、電子ビームは、青色の蛍光体の方に静電的に偏向さ
れる。

【００２６】４．陽極５１がオン、陽極５２がオフ。こ
れは、上記３の場合と反対である。この場合、電子ビー
ムは赤色の蛍光体の方に偏向される。

【００２７】画面上に、他の順序で蛍光体を付着するこ
とができ、その場合はそれに対応してデータの順序が並
べ換えられることを理解されたい。

【００２８】前述の偏向技術では、電子エネルギーの大
きさは変わらないことを理解されたい。

【００２９】前述のように、電子が磁石６０中を移動す
るとき、電子ビーム３０が形成される。磁界１００は、
強度は減少するが磁石の上、陽極５０の領域にまだ存在
する。したがって、陽極５０が動作するには、電子ビー
ム３０を磁界Ｂ１００中である角度で駆動するのに十分
な作用をもっていなければならない。ウェル７０の底部
と上部の間での電子の運動量の変化は、３２倍程度（陽
極電圧が１ｋＶの場合）である。発散磁界１００の作用
は、底部と上部の間で同じ量だけ減少してもよい。

【００３０】個々の電子は、真っ直ぐに動き続ける傾向
がある。一方、次の３つの力は、電子ビーム３０を分散
させる傾向がある。１．発散磁界１００は、分布ｖ_xyにより電子ビーム３０
を発散させる傾向がある。２．静電界Ｅは、電子ビーム３０をそれ自体に向けて偏
向させる傾向がある。３．ビーム３０自体の内部での空間電荷効果が、ある程
度発散を引き起こす。

【００３１】次に図５を参照すると、前述の本発明の好
ましい実施形態に対する修正例においては、磁石６０
が、同種の磁極が互いに対向する磁石６０のスタック６
１で置き換えられる。これにより、各ウェル７０内に、
偏向前にビームの平行化を助ける磁気レンズが作成され
る。これにより、電子ビームがさらに集束される。さら
に、１対または複数対の磁石からなるスタック６１を提
供することにより、電子のらせん運動が打ち消される。
本発明のいくつかの実施形態においては、スペーサ（図
示せず）を磁石６０の間に差し込んで、スタック６１の
レンズ効果を改善することができる。

【００３２】前に述べたように、ディスプレイは、陰極
手段２０、グリッドまたはゲート電極４０、及び陽極を
有する。したがって、この装置は、三極管構造と見なす
ことができる。陰極手段２０からの電子の流れは、グリ
ッド４０により陽極に流れる電流を制御することによっ
て調整される。ディスプレイの明るさは、電子の速度に
は依存せず、蛍光体８０にぶつかる電子の量に依存する
ことに留意されたい。

【００３３】前述のように、磁石６０は、三極管を構成
するのに必要な様々な導体をその上に付着させる基板と
して働く。偏向陽極５０は、磁石６０の上面に付着さ
れ、制御グリッド４０は、磁石６０の底面に作成され
る。図３に戻ると、これらの導体の寸法は、たとえば液
晶や電界放出ディスプレイなど現在のフラット・パネル
技術に利用されているものよりも大きいことを理解され
たい。導体は、従来のスクリーン印刷技術によって磁石
６０上に付着させると有利であり、それにより、現在の
フラット・パネル技術に比べて製造コストが低くなる。

【００３４】図４に戻ると、偏向陽極５０は、ウェル７
０の両側に配置される。前述の例では、厚さ０．０１ｍ
ｍの陽極が受容可能な偏向をもたらした。しかし、偏向
電圧が低いほど大きな寸法を使用することができる。ま
た、偏向陽極５０は、画素ウェル７０内に少なくとも部
分的に延びるように付着してもよい。本発明の白黒の表
示装置の例では、陽極のスイッチングまたは変調が不要
であることが理解されよう。陽極の幅は、ディスプレイ
横方向の陽極スイッチングに、認識できるほどの時間遅
延を導入する容量効果を回避するように選択する。陽極
の幅に影響を与える他の要因は電流容量であり、これ
は、フラッシュ・オーバーにより隣接する陽極が融合し
て表示装置を損なうことのないような値であることが好
ましい。

【００３５】簡略化のために好ましい本発明の一実施形
態においては、偏向陽極５０に対する駆動電圧を交互に
切り換えることによって、ビーム・インデクシングが実
施される。本発明のもう１つの実施形態においては、変
調電圧を偏向陽極５０に印加することにより、改善され
た性能が得られる。変調電圧波形は、多くの異なる形状
のうちの１つでよい。しかし、磁界の存在による逆起電
力作用を減少させるためには、正弦波が好ましい。

【００３６】陰極手段２０は、電界放出チップまたは電
界放出シート・エミッタのアレイを備えることができる
（たとえば、非晶質のダイアモンドやシリコン）。この
ような場合、制御グリッド４０を、電界放出デバイスの
基板上に形成することができる。あるいは、陰極手段２
０は、プラズマまたはホット・エリア陰極を含んでもよ
く、その場合には、前述のように、制御グリッド４０を
磁石の下面に形成することができる。フィライト・ブロ
ック磁石の利点は、フィライト・ブロックが支持体とし
て働き、正確な位置合せを必要とするディスプレイのす
べての構造を支持することができ、そのような構造を低
品質フォトリソグラフィまたはスクリーン印刷で付着で
きることである。本発明のもう１つの代替実施形態にお
いて、陰極手段２０は光電陰極を含む。

【００３７】前述のように、制御グリッド４０は、ビー
ム電流を、したがって明るさを制御する。本発明のいく
つかの実施形態においては、ディスプレイは、ディジタ
ル画像のみに、すなわちグレイ・スケールがなくオンか
オフいずれかの画素の画像のみに応答することができ
る。このような場合には、１つのグリッド４０が、ビー
ム電流の十分な制御を提供する。しかしながら、そのよ
うなディスプレイの用途は限られており、一般には、何
らかの形のアナログ制御、すなわちグレイ・スケール制
御が好ましい。したがって、本発明の他の実施形態にお
いては、２つのグリッドが設けられ、一方のグリッドは
黒レベルまたはバイアスを設定し、他方のグリッドは個
々の画素の明るさを設定する。また、このような二重グ
リッド構造は、陰極を変調することが困難な場合に画素
のマトリックス・アドレス指定を行うことができる。

【００３８】本発明のディスプレイは、ＣＲＴディスプ
レイでは一瞬に画素が１つだけ点灯されるのに対し、本
発明のディスプレイでは行または列の全体が点灯される
点が従来のＣＲＴディスプレイと異なる。本発明のディ
スプレイのもう１つの利点は、行ドライバと列ドライバ
を利用することである。通常のＬＣＤが、ディスプレイ
の赤、緑及び青のチャネルごとにドライバを必要とする
のに対し、本発明のディスプレイは、３色すべてに１つ
の画素ウェル７０（及びグリッド）を利用する。前述の
ビーム・インデクシングと組み合わせると、これは、同
等のＬＣＤに対してドライバの必要数が３分の１に減少
することを意味する。さらに別の利点は、能動ＬＣＤに
おいて、導体トラックが、画面上に作成された半導体ス
イッチの間を通らなければならないことである。トラッ
クは光を出さないため、そのサイズは、ユーザに見えな
いように制限しなければならない。本発明のディスプレ
イにおいては、すべてのトラックが蛍光体８０の下また
は磁石６０の下面に隠れている。隣接する画素ウェル７
０間の間隔が比較的大きいため、トラックを比較的大き
くすることができる。これにより、容量効果の問題を容
易に克服することができる。

【００３９】蛍光体８０の相対的な効率が、ゲート構造
の駆動特性を少なくも部分的に決定する。ビーム・イン
デックス・システムを動作させる際に必要な電圧を低減
する１つの方法は、走査規則を変更することである。本
発明の好ましい一実施形態においては、ＲＧＢという順
序の蛍光体の通常の配列及びＲＧＢという順序でのこれ
らの蛍光体の順次走査ではなく、蛍光体は、蛍光体スト
ライプ・パターンで最も効率の低い蛍光体がそれよりも
効率の良い２つの蛍光体の間にくるように配置される。
すなわち、最も効率の悪い蛍光体がたとえば赤の場合
は、蛍光体はＢＲＧの順序で配列され、ＢＲＧＲＢＲＧ
Ｒの順序で順次走査され、ビームは、青の蛍光体、次に
赤の蛍光体、次に緑の蛍光体、そして再び赤の蛍光体に
インデクスされてから、青の蛍光体に戻って新しいシー
ケンスが始まる。

【００４０】本発明の好ましい一実施形態においては、
偏向陽極５０の両端間に定常直流電位差が発生する。こ
の電位差をポテンショメータの調整によって変化させ
て、蛍光体８０と画素ウェル７０との一次元の残留位置
ずれの是正を可能にすることができる。行の走査が上か
ら下に進むに従って変化する変調を適用することによ
り、二次元の位置ずれを補償することができる。

【００４１】次に図６（ａ）を参照すると、本発明の好
ましい一実施形態においては、偏向陽極５０間の接続ト
ラック５４が、抵抗性になっている。これにより、ディ
スプレイの中央と縁部とでわずかに異なる直流電位が発
生する。したがって、電子の軌道は、図６（ｂ）に示し
たように角度が徐々に変化する。これにより、平面磁石
６０を、非平面ガラス９０、特に円筒形ガラスと組み合
わせることが可能になる。円筒形ガラスは、大気圧下で
の機械的応力が軽減されるため、平面ガラスよりも好ま
しい。平面画面は、真空管に使用したとき、余分な爆縮
保護を必要とする傾向がある。

【００４２】本発明の好ましい一実施形態においては、
色の選択は、ビーム・インデクシングによって行われ
る。そのようなビーム・インデクシングを容易にするた
めに、ライン周波数は通常の３倍であり、Ｒ、Ｇ及びＢ
のラインが順次多重化される。あるいは、フレーム速度
が通常よりも３倍速くてもよく、フィールド順次色が使
用される。フィールド順次走査は、ディスプレイに対し
て移動する観察者には好ましくない視覚効果を生じるこ
とがあることを理解されたい。本発明の重要な特徴は、
次の通りである。

【００４３】１．各画素が、単一の画素ウェル７０によ
って生成される。２．画素の色が、３原色のそれぞれに適用される相対的
駆動強度によって決定される。３．蛍光体８０が、面板９０上にストライプ状に付着さ
れる。４．原色がグリッド制御と同期したビーム・インデック
ス・システムによって走査される。５．電子ビームを使って高電圧蛍光体が励起される。６．グレイ・スケールが、各画素ウェルの底部における
グリッド電圧（したがって、電子ビーム密度）の制御に
より達成される。７．行または列の全体が同時にアドレス指定される。８．必要に応じて、最も効率の悪い蛍光体８０を２回走
査して、グリッド駆動要件を簡略化することができる。
つまり、最も効率の悪い蛍光体は、効率の良い他の２つ
の蛍光体が１回走査されるごとに２回走査される。９．蛍光体８０は、一定の直流電圧に保持される。上記の特徴は、従来のフラット・パネル・ディスプレイ
に勝る下記の１つまたは複数の利点を提供することがで
きる。１．画素ウェルの概念により、ディスプレイ製造におけ
る全体的な複雑さが低減する。２．ＣＲＴディスプレイにおいては、電子ビーム電流の
約１１％だけがシャドー・マスクから出て蛍光体の三要
素を励起するのに対し、本発明のディスプレイにおいて
は、ビーム電流の１００％に近い電子ビーム電流が、各
蛍光体ストライプに利用され、ビーム・インデックス・
システムによって方向を定められる。全ビーム電流利用
率３３％は、従来のＣＲＴディスプレイの３倍である。３．ストライプ状の蛍光体により、ストライプの方向に
発生するモアレ干渉が防止される。４．ビーム・インデックス・システムの制御構造とトラ
ックは、磁石上面の容易に利用できる領域に容易に収容
することができ、それにより、従来のＬＣＤに固有の幅
が狭くて高精度のフォトリソグラフィが不要になる。５．高電圧蛍光体は周知であり、容易に入手できる。

【００４４】６．グリッド電圧でアナログ・システムを
制御する。したがって、各色の有効ビット数は、グリッ
ド４０を駆動するために使用されるＤＡＣによってのみ
制限される。１画素ウェル行あたり１つのＤＡＣしか必
要とせず、デジタル・アナログ変換に利用可能な時間が
きわめて長いため、グレイ・スケールの細分性に関して
より高い解像度が商業的に実現可能である。したがっ
て、「天然色」（２４ビット以上）の生成が、比較的低
コストで実現できる。従来のＬＣＤと違って、１つの画
素列に１つのＤＡＣではなく、１つの画素行に１つのＤ
ＡＣが選択されることに留意されたい。したがって、デ
ィスプレイが従来の４：３のアスペクトの場合は、ＤＡ
Ｃは７５％の数しか必要ない。より簡単なスイッチが必
要とされるが、それらのスイッチは製造がより簡単で安
価である。

【００４５】７．本発明のディスプレイは、従来のＬＣ
Ｄと同様に、行／列アドレス指定技術を利用する。しか
し、従来のＣＲＴディスプレイと違って、蛍光体の励起
時間が実際にはライン周期の３分の１であり、たとえ
ば、１ラインあたりの解像度が６００〜１６００画素の
場合は、ＣＲＴディスプレイよりも２００〜５３０倍長
い。特に、高い解像度では、より大きい比が可能であ
る。この理由は、従来のＣＲＴディスプレイを考えると
きに必要なライン及びフレームのフライバック時間が、
本発明の表示装置には不要なことである。従来のＣＲＴ
ディスプレイのライン・フライバック時間だけで、通
常、全ライン周期の２０％である。さらに、本発明のデ
ィスプレイでは、フロント及びバック・ポーチ時間が冗
長であり、そのため追加の利点が得られる。その利点は
次の通りである。

【００４６】ａ）１行／列につき１個のドライバしか必
要ない（従来のカラーＬＣＤでは３個必要である）。ｂ）極めて高い光出力が可能である。従来のＣＲＴディ
スプレイでは、蛍光体の励起時間がその消滅時間よりも
はるかに短い。これは、各フレーム走査中に、１サイト
あたり１個のフォトンしか放出されないことを意味す
る。本発明のディスプレイにおいては、励起時間は消滅
期間よりも長く、したがって各走査中に１サイトあたり
複数のフォトンが放出される。したがって、より大きな
発光出力を達成することができる。これは、投影の応用
例にも直射日光で見るディスプレイにとって魅力的であ
る。ｃ）グリッド・スイッチング速度がかなり低い。本発明
のディスプレイは、磁石上に形成された導体が磁界中で
動作していることを理解されたい。したがって、導体の
インダクタンスが望ましくない起電力を発生させる。ス
イッチング速度を低くすると、起電力が小さくなり、漂
遊電磁界も減少する。

【００４７】８．グリッド駆動電圧は、スイッチング電
子回路のコストに関連する。ＣＭＯＳスイッチング電子
回路は、安価な手段を提供するが、ＣＭＯＳのレベル信
号は、バイポーラなどの代替技術に関連するものよりも
常に低い。たとえば、ＬＣＤで行われるような、画面を
半分に分割してその両方を並列に走査するような二重走
査は、魅力的で安価な駆動技術を提供する。ただし、本
発明のディスプレイの二重走査は、ＬＣＤ技術とは違っ
て明るさを２倍にする。

【００４８】９．低電圧電界放出型ディスプレイ（ＦＥ
Ｄ）では、画素をアドレス指定するために蛍光体電圧を
切り換える。蛍光体ストライプのピッチが狭いとき、こ
の技術は、ストライプの間に大きな電界応力を発生させ
る。したがって、中程度以上の解像度のＦＥＤは、電気
絶縁破壊の危険が常に伴う。しかしながら、本発明のデ
ィスプレイにおいて、蛍光体は、従来のＣＲＴディスプ
レイと同様に単一の直流最終陽極電圧に保持される。本
発明の好ましい実施形態においては、電荷の蓄積を防ぎ
輝度を改善するために、蛍光体上にアルミニウムのバッ
キングを置く。電子ビームは、アルミニウム層を貫いて
下層の蛍光体からフォトンを放出させるのに十分なエネ
ルギーを有する。

【００４９】次に図７を参照すると、本発明のＮＸＭ画
素ディスプレイの好ましいマトリックス・アドレス指定
システムは、ｎビットのデータ・バス１４３を含む。デ
ータ・バス・インターフェース１４０が、赤、緑、青の
入力ビデオ信号を受け取り、それをｎビットのディジタ
ル・フォーマットでデータ・バスに載せる。ここで、各
ｎビットのうちのｐビットは、Ｍ行のうちのどこにその
ｎビットがアドレス指定されるかを示す。各行は、ｑビ
ットのＤＡＣ１４５に接続されたアドレス・デコーダ１
４２を備え、ｐ＋ｑ＝ｎである。本発明の好ましい実施
形態では、ｑ＝８である。各ＤＡＣの出力は、画素１４
４の対応する行と関連付けられたグリッド４０の対応す
る行導体に接続される。各列は、列ドライバ１４１を備
える。各列ドライバ１４１の出力は、画素１４４の対応
する列と関連付けられたグリッド４０の対応する列導体
に接続される。したがって、各画素１４４は、グリッド
４０の行導体と列導体の様々な組合せの交点に配置され
る。

【００５０】次に図８を参照すると、動作に際しては、
陽極５１と５２がそれぞれ波形１５０及び１５１の電圧
で付勢され、画素ウェル７０からの電子ビーム３０を
赤、緑、青の蛍光体ストライプ８０を横切って１５２で
示す順序で走査する。青、緑、赤のビデオ・データは、
波形１５３、１５４、１５５で表され、ビーム・インデ
クシング波形１５０及び１５１と同期して行導体上に順
序ゲートされる。列ドライバ１、２、３及びＮはそれぞ
れ波形１５６、１５７、１５８、１５９を生成し、所与
の行の連続する各画素を順次選択する。

【００５１】次に、図９を参照すると、本発明の好まし
い一実施形態においては、陰極手段２０が電界放出デバ
イスによって提供される。磁石６０は、グリッド４０を
行導体及び列導体と接続するガラス支持体によって支持
される。最終陽極１６０への接続１６２は、ガラス側面
支持体１６１によって行われる。このアセンブリは、製
造中排気孔１６３を介して排気され、続いて１６４でキ
ャップで覆われる。排気中は、ゲッタを用いて残留ガス
を除去することができる。本発明の小型の携帯型ディス
プレイにおいては、面板９０は、磁石６０に対する面板
９０の高さを保持するためのスペーサが入るのに十分な
薄さでよい。より大型のディスプレイでは、面板９０
は、厚い自立ガラスから形成することができる。

【００５２】以上、本発明を利用する磁気マトリックス
・ディスプレイの例を説明した。図１０を参照すると、
そのようなディスプレイは、静電界と磁界の組合せを利
用して真空中の高エネルギー電子の経路を制御すること
を理解されよう。そのようなディスプレイは多数の画素
を有し、それらの画素はそれぞれディスプレイ構造内の
それ自体のサイトで生成される。蛍光体ストライプ上へ
の電子の入射によって光出力が生成される。白黒とカラ
ー両方のディスプレイが可能である。カラー・バージョ
ンの例は、前述のような切換式陽極技術を利用してビー
ム・インデクシングを実行するものである。

【００５３】画面９０を磁石６０に組み立てるとき、画
素ウェルから出るビームが適切な蛍光体ストライプに到
達し、隣接する異なる色の蛍光体ストライプ８０を照射
しないように、スクリーンと磁石を回転位置合せする。
画面９０を回転位置合せしない場合は、回転の効果によ
り、ビームが蛍光体ストライプ８０に対してある角度で
画面９０に到達する。これは、受容可能な色純度を低下
させる傾向がある。

【００５４】本発明の好ましい一実施形態においては、
受容可能な色純度を維持するという前述の課題は、最終
的な組み立て中に、磁界マトリックス・ディスプレイの
画面９０を磁石６０に光学的に位置合せすることによっ
て解決され、それにより、画素ウェル７０の列が、垂直
蛍光体ストライプ８０に対して水平方向と回転方向に正
確に位置合せされる。

【００５５】図１１を参照すると、光学的位置合せ段階
に、平行光源１７１が使用される。あるいは、レーザ光
源１７１を使用することもできる。以後、これらを総称
して光源１７１と呼ぶ。磁気マトリックス・ディスプレ
イは、すでに、磁石６０内に画素ウェル７０の正確なア
レイを含み、したがって簡単な実施形態においては、光
源１７１が、１つまたは複数の画素ウェル７０に光を照
射して蛍光体ストライプ８０を発光させ、画素ウェル７
０のマトリックスを、それに関連する蛍光体ストライプ
８０と視覚的に位置合せすることができる。

【００５６】本発明の好ましい一実施形態においては、
位置合せ工程で、アセンブリ取付具１７０が使用され
る。追加の特定の位置合せ孔が磁石６０中に形成され、
対応する位置合せ蛍光体点が画面９０上にある。この孔
は、アセンブリ取付具１７０中にあり、磁石の画素ウェ
ル７０の垂直アレイが占める領域の外にある。動作に際
しては、光源１７１が、アセンブリ取付具１７０の基部
にある孔と、磁石中に形成された追加の特定の位置合せ
孔を通して、磁気マトリックス・ディスプレイの画面９
０上の位置合せ蛍光体点を照射する。次に、画面９０
を、磁石上にあるガラス側面支持体１６１に対して相対
的に移動させて、磁石６０と視覚的に位置合せすること
ができ、それにより光源からのビーム１７２が各位置合
せ蛍光体点を照射する。拡大カメラ画像を使って位置合
せを支援することができる。代替実施形態においては、
視覚システムを使って位置合せが自動的に完了する。

【００５７】以上、偏向陽極５１及び５２の両端間に定
常直流電位差を導入することによって、蛍光体８０と画
素ウェル７０との間の水平方向の位置ずれが生じるよう
に電子ビームをシフトさせる技術を説明した。偏向陽極
の両端間の直流電位差は、その長手方向にはディスプレ
イの上部から底部まで均一であるが、行走査が上から下
に進むにつれて動的に変調してもよい。この技術は、回
転位置ずれの問題を解決しない。

【００５８】図１２を参照すると、磁気マトリックス・
ディスプレイの磁石６０に対する画面９０の回転位置ず
れの問題は、陽極５１と５２のそれぞれの両端間に直流
電圧差を印加すると共に偏向陽極５１と５２を抵抗性に
することによっても解決することができる。抵抗性の陽
極５１及び５２を用いて、蛍光体ストライプ８０に対す
る磁石６０の回転方向の低精度の機械的位置合せが可能
になる。好ましい一実施形態においては、最終的な組み
立て段階で±１００μm以内の機械的位置合せを使用す
る。抵抗性陽極５１及び５２を直流電圧差と共に使用し
て、全体で±１０μm以内の位置合せが得られる。

【００５９】各陽極５１と５２の長手方向に沿って印加
される直流電圧差がゼロの場合は、水平方向の位置ずれ
を是正するために印加される定常直流電位差のために、
列内のすべての電子ビームの純偏向は水平なものだけで
ある。純差電圧が陽極５１と５２それぞれの長さ方向の
両端間に印加され、これが陽極５１及び５２のそれぞれ
で対称でかつ逆向きの場合には、上部では水平方向のず
れ、底部では逆向きの水平方向のずれになる。陽極５１
と５２の中心ではずれがゼロになる。このような水平方
向のずれには、回転方向のずれの効果があり、これは陽
極５１と５２の各端部に印加される電圧を制御するポテ
ンショメータによって制御することができる。

【００６０】ビーム・インデクシングに使用される交流
電圧は、水平方向と回転方向の位置合せに使用される直
流レベルを妨害しないように、陽極５１及び５２の各端
部に接続されたキャパシタ１８１を介して印加される。

【００６１】±２０Ｖの差電圧は、蛍光体ストライプを
±１回転させ、これは、特に前述の光学的位置合せ技術
を使用して大ざっぱな回転位置合せを行った場合、回転
位置ずれを是正するのに十分である。

【００６２】通常、１つの偏向陽極ストライプの容量は
約０．１７ｐＦである。０．１μ秒の時定数を認める
と、パルス応答に約０．３μ秒のスイッチング時間が与
えられ、この場合、陽極５１と５２それぞれの最大抵抗
は５８８ｋΩである。２０Ｖの最大差電圧を使用する場
合、各陽極における電力消費量は０．６８ｍＷである。
１０２４対の陽極５１と５２を含む磁気マトリックス・
ディスプレイでは、総消散量は１．４Ｗになる。さらに
高い電圧と電力を使用する場合は、消散量が増大し調整
可能範囲も広がる。

【００６３】陽極５１及び５２に使用される抵抗性トラ
ックの付着は、たとえば、フォトスクリーン印刷や薄層
無電解付着などいくつかの方法のうちのいずれかで簡単
に行うことができる。

【００６４】回転方向に位置ずれのある蛍光体ストライ
プを有する楕円画素ビーム・スポットの位置ずれによる
問題は、１９９６年３月８日に出願された同時係属の英
国特許出願９６０４９９７．８号明細書（整理番号ＵＫ
９−９６−０１０）に記載されているコイル技術によっ
て補償することができ、上記出願の内容は参照により本
明細書に組み込む。

【００６５】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００６６】（１）電子を放出する陰極手段と、永久磁
石と、磁石の両極の間に延びるチャネルの２次元アレイ
とを有し、前記磁石は各チャネルにおいて陰極手段から
の電子を電子ビームに形成するための磁界を生成し、さ
らに前記磁石の陰極から遠い側と対向し異なるチャネル
にそれぞれ対応する複数の画素を含む蛍光体被覆を有し
かつ各チャネルからの電子ビームを受け取るための画面
と、前記陰極手段と前記磁石の間に配置され前記陰極手
段から各チャネルへの電子の流れを制御するためのグリ
ッド電極手段と、各チャネルからの電子ビームを対応す
るグループの各画素に順次アドレス指定する偏向手段
と、各チャネルからの電子ビームを前記蛍光体被覆の対
応する画素と位置合せする回転位置合せ手段とを備える
表示装置。（２）前記回転位置合せ手段が、抵抗性偏向手段と、該
偏向手段の１つまたは複数の素子の両端間に差電圧を生
成する手段とを含むことを特徴とする上記（１）に記載
の表示装置。（３）回転位置合せ手段が、さらに、前記偏向手段の１
つまたは複数の素子の両端間の差電圧の大きさ及び極性
を変化させる手段を含むことを特徴とする上記（２）に
記載の表示装置。（４）各画素が複数の異なる色の副画素を含み、前記回
転位置合せ手段が前記磁石の陰極から遠い側の面にそれ
ぞれ配置された複数の陽極を含み、各陽極がそれぞれ異
なるチャネルに対応しかつそれぞれ対応するチャネルの
両側に沿ってそれぞれ延び対応するチャネルを通って電
子を加速し対応するチャネルから現れる電子を対応する
画素の異なる副画素に順次アドレス指定するための第１
及び第２の陽極を含み、各チャネルに関連する前記第１
と第２の陽極が抵抗性材料であり前記第１の陽極の両端
間と前記第２の陽極の両端間に印加された差電圧を有
し、該差電圧が対称的でかつ向きが反対であることを特
徴とする上記（１）ないし（３）のいずれか一項に記載
の表示装置。（５）ビーム・インデックス電圧が、前記第１と第２の
陽極に印加されて前記チャネルから出てくる電子を異な
る蛍光体に順次アドレス指定し、それによって前記蛍光
体被覆が画面上に色イメージを作り出すようにすること
を特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれか一項に
記載の表示装置。（６）前記陽極手段に印加する直流電圧レベルを動的に
変化させて、チャネルから出てくる電子を画面上の前記
蛍光体被覆と位置合せすることを特徴とする上記（１）
ないし（５）のいずれか一項に記載の表示装置。（７）前記抵抗性材料が金属薄膜であることを特徴とす
る上記（１）ないし（４）のいずれか一項に記載の表示
装置。（８）前記抵抗性材料がフォトスクリーン印刷によって
付着されることを特徴とする上記（１）ないし（４）の
いずれか一項に記載の表示装置。（９）前記抵抗性材料が、薄層無電解付着によって付着
されることを特徴とする上記（１）ないし（４）のいず
れか一項に記載の表示装置。（１０）メモリ手段と、該メモリ手段との間でデータを
転送するデータ転送手段と、該メモリ手段内に記憶され
たデータを処理するプロセッサ手段と、該プロセッサ手
段によって処理されるデータを表示するための上記
（１）ないし（９）のいずれか一項に記載の表示装置と
を備えるコンピュータ・システム。（１１）表示装置内の画面上の蛍光体ストライプと磁石
を位置合せする方法であって、磁石の両極の間に延びる
チャネルの二次元アレイを有する磁石を提供する段階
と、平行光源を提供する段階と、前記平行光源を使っ
て、前記磁石内のチャネルを介して画面上の前記蛍光体
ストライプを照明する段階と、チャネルの二次元アレイ
を前記蛍光体ストライプと位置合せする段階とを含む方
法。（１２）前記平行光源がレーザ光源であることを特徴と
する上記（１１）に記載の方法。（１３）前記平行光源が前記蛍光体ストライプを照明す
る際に通過する前記磁石内のチャネルが、位置合せ専用
のチャネルであることを特徴とする上記（１１）に記載
の方法。（１４）前記平行光源が前記蛍光体ストライプを照明す
る際に通過する前記磁石内のチャネルが、陰極手段から
の電子を電子ビームに形成するために表示装置内で使用
されるチャネルであることを特徴とする上記（１１）ま
たは（１２）に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施したディスプレイの分解図であ
る。

【図２】（ａ）は、磁界の向きを示す、本発明を実施し
たディスプレイの電子供給源のウェルの断面図であり、
（ｂ）は、電界の向きを示す、本発明を実施したディス
プレイの電子供給源のウェルの断面図である。

【図３】本発明を実施したディスプレイの電子供給源の
ウェルの等角投影図である。

【図４】（ａ）は、本発明を実施したディスプレイの電
子供給源のウェルの平面図であり、（ｂ）は、本発明を
実施したディスプレイの電子供給源の複数のウェルの平
面図である。

【図５】本発明を実施したディスプレイの電子供給源の
磁石スタックの断面図である。

【図６】（ａ）は、本発明を実施したディスプレイの平
面図であり、（ｂ）は、図６（ａ）のディスプレイの断
面図である。

【図７】本発明を実施したディスプレイのアドレス指定
システムのブロック図である。

【図８】図７のアドレス指定システムに対応するタイミ
ング図である。

【図９】本発明を実施したディスプレイの断面図であ
る。

【図１０】本発明を実施したディスプレイにおける電子
供給源の等角投影図である。

【図１１】本発明を実施した磁石と調整用取付具の等角
投影図である。

【図１２】本発明を実施するディスプレイの偏向陽極の
平面図である。

【符号の説明】

１０第１のガラス板２０陰極３０電子ビーム４０制御グリッド５０陽極５１陽極５２陽極５３絶縁領域６０永久磁石７０画素ウェル８０蛍光体ストライプ９０ガラス板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジョン・ビートソンイギリスピー・エイ17 ５ディー・エックスエアシャースケルモーリーザ・クレッセント 17 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子を放出する陰極手段と、永久磁石と、
磁石の両極の間に延びるチャネルの２次元アレイとを有
し、前記磁石は各チャネルにおいて陰極手段からの電子
を電子ビームに形成するための磁界を生成し、さらに前
記磁石の陰極から遠い側と対向し異なるチャネルにそれ
ぞれ対応する複数の画素を含む蛍光体被覆を有しかつ各
チャネルからの電子ビームを受け取るための画面と、前
記陰極手段と前記磁石の間に配置され前記陰極手段から
各チャネルへの電子の流れを制御するためのグリッド電
極手段と、前記陰極手段から遠い側の前記磁石の面にそ
れぞれ配置され、異なるチャネルの両側に配置された複
数の陽極によって構成された、各チャネルからの電子ビ
ームを対応するグループの各画素に順次アドレス指定す
る偏向手段とを備え、前記偏向手段は、前記陰極手段と前記陽極との間に電圧
を印加することにより前記チャネルに沿って電子を加速
させ、かつ、前記陽極を個別に制御することにより各チ
ャネルからの電子ビームの横方向の位置ずれを修正し
て、前記各チャネルからの電子ビームを対応する画素に
順次アドレス指定することを特徴とする対応する画素に
順次アドレス指定する表示装置。
【請求項２】前記偏向手段は、更に複数の陽極及び前記
陰極手段の両端間に差電圧を生成する手段を含むことを
特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項３】前記偏向手段は、更に複数の陽極及び前記
陰極手段の両端間の差電圧の大きさ及び極性を変化させ
る手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の表示装
置。
【請求項４】各画素が複数の異なる色の副画素を含み、
前記偏向手段が前記磁石の陰極から遠い側の面にそれぞ
れ配置された複数の陽極を含み、各陽極がそれぞれ異な
るチャネルに対応しかつそれぞれ対応するチャネルの両
側に沿ってそれぞれ延び対応するチャネルを通って電子
を加速し対応するチャネルから現れる電子を対応する画
素の異なる副画素に順次アドレス指定するための第１及
び第２の陽極を含み、各チャネルに関連する前記第１と
第２の陽極が抵抗性材料であり前記第１の陽極の両端間
と前記第２の陽極の両端間に印加された差電圧を有し、
該差電圧が対称的でかつ向きが反対であることを特徴と
する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の表示装
置。
【請求項５】ビーム・インデックス電圧が、前記第１と
第２の陽極に印加されて前記チャネルから出てくる電子
を異なる蛍光体に順次アドレス指定し、それによって前
記蛍光体被覆が画面上に色イメージを作り出すようにす
ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に
記載の表示装置。
【請求項６】前記陽極手段に印加する直流電圧レベルを
動的に変化させて、チャネルから出てくる電子を画面上
の前記蛍光体被覆と位置合せすることを特徴とする請求
項１ないし５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項７】前記抵抗性材料が金属薄膜であることを特
徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の表示
装置。
【請求項８】前記抵抗性材料がフォトスクリーン印刷に
よって付着されることを特徴とする請求項１ないし４の
いずれか一項に記載の表示装置。
【請求項９】前記抵抗性材料が、薄層無電解付着によっ
て付着されることを特徴とする請求項１ないし４のいず
れか一項に記載の表示装置。
【請求項１０】メモリ手段と、該メモリ手段との間でデ
ータを転送するデータ転送手段と、該メモリ手段内に記
憶されたデータを処理するプロセッサ手段と、該プロセ
ッサ手段によって処理されるデータを表示するための請
求項１ないし９のいずれか一項に記載の表示装置とを備
えるコンピュータ・システム。