JP3872750B2 - 平面ディスプレイおよび駆動回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出源から放出された電子を蛍光体膜に衝突させて発光させる平面ディスプレイに関し、特に電子放出源としてナノチューブ状の繊維を用いた平面ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットパネル（平面）ディスプレイ(Flat Panel Display) 、例えばフィールドエミッション・ディスプレイ(Field Emission Display :FED）や平型蛍光表示管などの電子放出源にカーボンナノチューブなどのナノチューブ状繊維を用いたＦＥＤが提案され注目されている。
カーボンナノチューブとは、グラファイトの単層が円筒状に閉じ、かつ円筒の先端部に五員環が形成された構造をした材料である。このカーボンナノチューブは化学的に安定であるため残留ガスの影響を受けにくく、また、その代表的な直径は１０ｎｍ〜５０ｎｍと微小であり、アスペクト比の高い材料であるため、電界放出の性能が高い特徴がある。
【０００３】
上記カーボンナノチューブを、電子放出源に用いた平面ディスプレイについては、カーボンナノチューブの集合体からなる長さ数μｍから数ｍｍの針型状の柱状グラファイトを導電性接着剤で陰極に固定配置した電子放出源や、柱状グラファイトを混入したペーストを用いて印刷法により形成した電子放出源を用いた例がある（例えば、特許文献１参照）。
カーボンナノチューブを電子放出源として備えた平面ディスプレイは、電界放出の効率が高いため消費電力が低く、輝度が高いという特徴がある。
【０００４】
ここで、平面ディスプレイの基本構成について、図７を参照して説明する。
平面ディスプレイは、複数の画素をマトリックス状に配列して画面が構成される。この画素は少なくとも一部が透過性を有するフロントガラス１０８と、このフロントガラス１０８と対向配置された基板１０１とを備えた真空外囲器と、基板１０１上に形成された陰極１０２と、この陰極１０２の所定の領域に設けられた電子放出源１０３と、電子通過孔を有し、陰極１０２から離間して基板１０１と対向配置されたゲート電極１０５と、フロントガラス１０８の面上に積層された蛍光体膜１０７およびアノード電極１０６とを備える。また、陰極１０２とゲート電極１０５の間は、絶縁基板１０４が設けられる。
【０００５】
次に、この平面ディスプレイの動作について説明する。
電子放出源１０３に対応するゲート電極１０５と陰極１０２との間に、ゲート電極１０５が正の電位となるように電圧を印加する。この電位差により、電子放出源１０３に電界が集中し、電子が放出される。この放出された電子を、アノード電極１０６と陰極１０２との間に電圧を印加することでアノード電極１０６側に向かって加速させ、蛍光体膜１０７に衝突させる。このようにすることにより、この蛍光体膜１０７が発光する。また、蛍光体膜１０７をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光３原色に対応する３つの部分で構成することにより、カラー表示ができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１６２３８３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の平面ディスプレイには、次のような問題があった。
平面ディスプレイの駆動は、例えばアノード電極に、陰極に対して正となる電圧を常時印加した状態で、陰極をパルス的に順次走査する。次に、所定の陰極が選択されているとき、表示したい画像に応じて、各画素に対応するゲート電極に陰極に対して正となる電圧を印加する。この駆動回路では、ゲート電極に印加する電圧を高くする必要があり、その結果消費電力も高くなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、前述した従来技術の問題点や課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ゲート電極に印加する電圧を低くすることができる平面ディスプレイおよび駆動回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる平面ディスプレイは、少なくとも一部が透過性を有するフロントガラスおよびこのフロントガラスと対向配置された基板を備えた真空外囲器と、基板上に形成され、電子放出源を有する陰極と、電子通過孔を有し、真空外囲器内に陰極から離間して基板と対向配置されたゲート電極基板と、真空外囲器内のフロントガラスの面上に積層された蛍光体膜およびアノード電極とを備える平面ディスプレイであって、ゲート電極基板は、電子通過孔を有する絶縁基板と、この絶縁基板上に形成されたゲート電極と、このゲート電極上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成された電界制御電極とを有するようにしたものである。
【００１０】
電界制御電極には、陰極に対して正となる電圧（電界制御電極駆動電圧）を常時印加し、ゲート電極には、この電界制御駆動電圧より低い電圧を印加する。このようにすることにより、従来のゲート電極に印加する電圧より、低い電圧で駆動させる。
ここで、陰極は、互いに平行に配置された複数の帯状陰極と、この帯状陰極上に形成された電子放出源とから構成され、ゲート電極は、絶縁基板上に帯状陰極と直交する方向に、帯状に形成され、蛍光体膜は、ゲート電極の各々に対応して、帯状に形成される。
【００１１】
さらに、電界制御電極は、ゲート穴周辺以外の領域では、少なくとも絶縁層を選択的に覆うようにしたものである。
さらに、電界制御電極は、ゲート穴周辺以外の領域では、メッシュ状に形成されているものである。
このようにすることにより、ゲート電極およびカーボンナノチューブを有する陰極に均一な電界を印加することができる。電界制御電極を設けた領域では、陰極とアノード電極間の電位差により生じる電界は生じないため、電子放出源、特に電子放出源の表面への放電などによる損傷を防止する。
【００１２】
また、本発明にかかる平面ディスプレイの駆動回路は、少なくとも一部が透過性を有するフロントガラスおよびこのフロントガラスと対向配置された基板を備えた真空外囲器と、基板上に形成され、電子放出源を有する陰極と、電子通過孔を有し、真空外囲器内に陰極から離間して基板と対向配置されたゲート電極基板と、真空外囲器内のフロントガラスの面上に積層された蛍光体膜およびアノード電極とを備え、ゲート電極基板は、電子通過孔を有する絶縁基板と、この絶縁基板上に形成されたゲート電極と、このゲート電極上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成された電界制御電極とを有する平面ディスプレイを駆動する駆動回路であって、アノード電極に電圧を印加する第１の駆動手段と、陰極に陰極駆動電圧を印加する第２の駆動手段と、電界制御電極に電界制御電極駆動電圧を供給する第３の駆動手段と、ゲート電極に、陰極に対して所定の電位差となるゲート電極駆動電圧を印加する第４の駆動手段と、第２の駆動手段に陰極を順次走査させ、第２の駆動手段により陰極が選択されているときに、表示したい画像に応じて、対応するゲート電極に陰極に対して正となる電圧を印加するように、第４の駆動手段を駆動する制御手段とを備えるようにしたものである。
【００１３】
このようにすることにより、第４の駆動手段は、電界制御電極に、陰極に対して正となる電圧（電界制御電極駆動電圧）を常時印加し、この状態で、第３の駆動手段は、この電界制御電極駆動電圧より低い電圧を、ゲート電極に印加する。ここで、陰極が選択されている場合は、陰極には負の電圧が印加されている。
【００１４】
さらに、第３の駆動手段は、電界制御電極と陰極との電位差が、電子放出源から電子を放出させる電界を生じさせる電位差より低くなるように、電界制御電極に電圧を印加するようにしたものである。
このようにすることにより、陰極と電界制御電極との間に電位差を設ける。この電位差により電子放出源には、電界が生じるが、この電界では、電子放出源から電子は放出されない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
本実施の形態にかかる平面ディスプレイは、図１に示すように、少なくとも一部が透過性を有するフロントガラス１０と、このフロントガラス１０と対向配置され、平面視略矩形であるガラス基板１とを備えた真空外囲器と、ガラス基板１上に形成され、所定の領域に電子放出源を有する陰極３と、電子通過孔６を有し、真空外囲器内に、陰極３から離間して基板１と対向配置されたゲート電極基板１３と、真空外囲器内のフロントガラス１０の面上に積層された蛍光体膜９およびアノード電極８とを備えたものである。
【００１７】
陰極３は、帯状に形成され、互いに平行に配置された複数の帯状陰極１２と、この帯状陰極１２は電子放出源１４が形成されている。また、複数の帯状陰極１２の間には基板リブ２が配置されている。
基板リブ２は、帯状陰極１２と同じかまたは低い高さに形成される。この基板リブ２は、帯状陰極１２間で放電が発生するのを防止するためのものである。
【００１８】
電子放出源１４は、上記帯状陰極１２に設けられた開口穴に、導電性材料を充填することにより導電膜を形成し、この導電膜から露出するように多数のナノチューブ状繊維が形成されたものである。ナノチューブ状繊維は、太さが１ｎｍ以上１μｍ未満程度で、長さが１μｍ以上１００μｍ未満程度の炭素で構成された物質であり、例えばカーボンナノチューブにより構成される。
【００１９】
このカーボンナノチューブには、単層のものと複数のグラファイトの層が入れ子構造的に積層し、それぞれのグラファイト層が円筒状に閉じた同軸多層構造となっているものがあるがどちらを用いてもよい。また構造が乱れて欠陥をもつ中空のグラファイトチューブやチューブ内に炭素が詰まったグラファイトチューブを用いてもよい。また上述した単層のカーボンナノチューブと同軸多層構造となっているカーボンナノチューブが混在したものを用いてもよい。
【００２０】
ゲート電極基板１３は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁基板４と、この絶縁基板４上に形成されたゲート電極１５と、このゲート電極１５上に形成された絶縁層５と、この絶縁層５上に形成され、帯状陰極１２との間に電圧を印加する電界制御電極１１とを有する。
【００２１】
また、このゲート電極基板１３には、帯状陰極１２に形成された電子放出源１４と交差する領域に、貫通孔（電子通過孔６）が形成されている。電子放出源１４から放出した電子は、この電子通過孔６を通過し、アノード電極８に向かって加速される。
【００２２】
ゲート電極１５は、絶縁基板４上に帯状陰極１２と直交する方向に、帯状に、平面ディスプレイの画素の列の数だけ互いに略平行に配置される。配置されたゲート電極１５間には、適宜スペースを設けるようにしてもよい。
【００２３】
また、絶縁層５の厚さによって、蛍光体膜９へ衝突する電子の衝突領域が変化し、絶縁層５の膜厚が厚くなるほど、その領域が狭くなり集束する。例えば、実施の形態１においては、電子放出源１４から放出された電子の蛍光体膜９における領域を狭くし集束させるため、絶縁層５の厚さを数十μｍから数百μｍとした。
【００２４】
また、電界制御電極１１は、絶縁層５上全面に形成される。この電界制御電極１１を設けたことにより、ゲート電極１５およびカーボンナノチューブからなる電子放出源１４を有する陰極３をシールドでき、電界制御電極１１を設けた領域では、陰極３とアノード電極８間の電位差により生じる電界は生じないため、電子放出源１４への電界集中による損傷を防止できる。
【００２５】
フロントガラス１０とゲート電極基板１３との間には、前面リブ７が設けられている。このフロントガラス１０は、平面視略矩形であり、例えば低アルカリソーダガラスを、厚さ１ｍｍから２ｍｍ程度の板ガラスに加工したものである。
前面リブ７は、例えば低融点のフリットガラスを含む絶縁ペーストにより構成され、フロントガラス１０とゲート電極基板１３との間に、基板リブ２と直交する方向に、所定の間隔で垂設される。
【００２６】
フロントガラス１０上には、前面リブ７の間の領域に蛍光体膜９、例えば赤色発光蛍光体膜９Ｒ、緑色発光蛍光体膜９Ｇ、青色発光蛍光体膜９Ｂが配置され、さらに蛍光体９上にアノード電極８が配置される。この蛍光体膜９は、ゲート電極１５の各々に対応して、帯状に形成されている。
【００２７】
実施の形態１においては、電界制御電極１１を、絶縁層５上の全面を覆うように形成したが、絶縁層５を選択的に覆うように形成してもよい。また、メッシュ状に形成し、一部の絶縁層５に存在しない部分があるように構成してもよい。
また、本実施の形態においては、カラー表示用に赤、緑、青の３原色を発光するため、３種類の蛍光体膜を用いたが、モノクロ表示用に１種類の蛍光体膜を用いてもよい。
【００２８】
上述したガラス基板１と、ゲート電極基板１３と、前面リブ７を形成したフロントガラス１０とをスペーサ（図示せず）を挟み込んで低融点のフリットガラスを用いて封着することにより、真空外囲器が構成される。この真空外囲器の内部は１０-5Ｐａ台の真空度に保持される。
この場合、ガラス基板１上に形成された帯状陰極１２とゲート電極基板１３の絶縁基板４およびゲート電極基板１３の電界制御電極１１とメタルバック膜８が向かい合うように配置される。
【００２９】
次に、本実施の形態にかかる平面ディスプレイの製造方法について説明する。ガラス基板１上に所定間隔で基板リブ２を形成する。例えば、低融点のフリットガラスを含む絶縁ペーストを所定の高さになるまでガラス基板１上に繰り返しスクリーン印刷した後、焼成することにより、基板リブ２を形成する。この基板リブ２の高さは、陰極３と同じかまたは低い高さとする。
【００３０】
次に、ガラス基板１上に形成された隣り合う基板リブ２間に、ガラス基板１と密着させて上述した帯状陰極１２を配置した後、この帯状陰極１２に電子放出源１４を形成するための領域を形成する。
例えば、４２６合金板を用意し、この４２６合金板に電子放出源１４を形成しない領域にレジストパターンを形成し、ハーフエッチングすることにより電子放出源１４を形成する領域を形成する。ここで、ハーフエッチングとは、開口孔（貫通孔）ではなく開口穴を形成することを言う。長辺方向の長さは平面ディスプレイの画素数等に応じて適宜調節する。
【００３１】
また、この開口穴の形状は、斜めパターンでもよいし、メッシュパターンとしてもよい。また、六角形や三角形等の多角形やこれら多角形の角を丸めた形状、あるいは円形や楕円形としてもよい。
また、これらの開口穴は、サイズを適宜調節して、マトリックス状に形成してもよいし、格子状に形成してもよい。
また、あらかじめ電子放出源１４を形成する領域を形成した帯状陰極１２を準備しておくようにしてもよい。
【００３２】
次に、電子放出源１４を形成する領域を形成した帯状陰極１２に印刷スクリーンを密着させた状態とし、スクリーン印刷によってナノチューブ状繊維、例えばカーボンナノチューブを含む導電性ペーストを、電子放出源１４を形成する領域に充填する。
例えば、カーボンナノチューブを含む導電性ペーストとして、カーボンナノチューブを主成分とする長さ約１０μｍの針形状のバンドル（柱状グラファイト）と銀ペースト（導電性を有する粘性溶液）とを１：１の混合比で混練したものを用いる。
【００３３】
ここで、銀ペーストとは、粒径１μｍ程度の銀粒子（金属粒子）が粒径１μｍ程度のガラス粒子とともに、樹脂を溶剤に溶解した粘性のあるビヒクルに分散されている流動性を有するペーストである。ビヒクルとしては、分解および揮発性のよい材料、例えば大気中で３００℃〜４００℃程度で加熱することにより除去できる材料を用いる。また、ガラス粒子としては、３００℃〜４００℃程度で溶解するものを用いる。
【００３４】
また、カーボンナノチューブには、上述したように単層のものと複数のグラファイト層が入れ子構造的に積層し、それぞれのグラファイト層が円筒状に閉じた同軸多層構造となっているものがあるがどちらを用いてもよい。また、構造が乱れて欠陥をもつ中空のグラファイトチューブやチューブ内に炭素が詰まったグラファイトチューブを用いてもよい。
これらのナノチューブ状繊維は、一端が帯状陰極１２の電子放出源１４を形成する領域の内壁と結合するとともにカールしたり互いに絡み合ったりしていてもよい。
【００３５】
この場合、電子放出源１４を直接ゲート電極基板１３に接触しないように、開口穴の深さを調節することにより行ってもよいし、電子放出源１４の膜厚を調節することにより行ってもよい。
【００３６】
次に、印刷スクリーンを取り除く。例えば、４５０℃程度で指定時間加熱し、電子放出源１４を形成する領域に充填されたカーボンナノチューブを含む導電性ペーストを焼成することにより取り除く。
【００３７】
次に、導電膜の表面にレーザ光を照射し、表面の銀粒子やバインダーを選択的に蒸発させて除去することによってバンドルを露出させるとともに、バンドル表面のカーボンナノチューブ以外の炭素成分である炭素の多面体粒子を選択的に除去することによってカーボンナノチューブだけが均一に露出した状態とする。
このようにして、帯状陰極１２に電子放出源１４が形成された陰極３が形成される。
【００３８】
次に、ゲート電極基板１３の製造方法について説明する。
まず、数μｍから数十μｍ程度の厚さを有する絶縁基板４を用意し、この絶縁基板４上に、例えば銀あるいはカーボンを導電材料として含んだ導電性ペーストからなり、短辺方向の長さが０．６ｍｍ程度の帯状のゲート電極１５を、上述した陰極基板１２直交する方向に、平面ディスプレイの列の数だけ互いに略平行に、スクリーン印刷により形成する。
次に、このゲート電極１６を形成した絶縁基板４の上に、厚さが数十μｍから数百μｍとなるように絶縁層５を形成する。
次に、この絶縁膜５上に、例えば数十μｍ程度の厚さとなるように銀あるいはカーボンを導電材料として含んだ導電性ペーストからなる電界制御電極１１を、絶縁層５上全面に、スクリーン印刷により形成し、その後焼成する。
【００３９】
ここで、ゲート電極１５の長辺方向の長さは平面ディスプレイの画素数等に応じて適宜調節する。この場合、隣り合うゲート電極１５は所定の間隔をあけて形成する。このようにすることにより、この帯状のゲート電極１５を絶縁基板４上に配置した場合に、各ゲート電極１５が熱により膨張し、その結果寸法変化が生じた場合、また平面ディスプレイの振動により各ゲート電極１５に振動が生じた場合においても、各ゲート電極１５間のスペースにより吸収できる。このため、陰極３に対して、ゲート電極１５の寸法変化およびずれの影響を低減できる。
なお、電界制御電極１１は、絶縁層５を選択的に覆うように構成してもよいし、メッシュ状の形状として、一部の絶縁層５に存在しない部分があるように構成してもよい。
また、本実施の形態においては、印刷法により形成する場合について説明したが、フォトリソ法、エッチング法、電着法を用いて形成してもよい。
【００４０】
また、電子通過孔６は、ゲート電極基板１３の所定の位置に形成される。この電子通過孔６は、ゲート電極基板１３の所定位置に炭酸ガスレーザまたはサンドブラスト法、積層印刷法などを用いて形成する。
例えば、直径が０．２ｍｍから０．４ｍｍの円形の形状とする。電子通過孔６の直径を調節することにより、電子放出源１４から放出された電子のうち、発光に寄与する電子の量を調節することができる。
【００４１】
次に、フロントガラス１０の一主面上に、前面リブ７を形成する。例えば、低融点のフリットガラスを含む絶縁ペーストを、所定の高さになるまでフロントガラス上繰り返しスクリーン印刷した後、焼成することにより、前面リブ７を形成する。この前面リブ７は、その幅を５０μｍ、ゲート電極基板１３のゲート電極１６が形成された面とメタルバック膜８との間が２．０ｍｍから４．０ｍｍとなるように形成される。
また、前面リブ７に挟まれた領域に配置される蛍光体膜９の幅が０．３ｍｍ程度となるように、前面リブ７の間隔が設定される。
【００４２】
次に、前面リブ７に挟まれたフロントガラス１０上の領域に蛍光体膜９を形成する。例えば、蛍光体ペーストからなる蛍光体膜９をストライプ状にスクリーン印刷し、焼成することにより形成する。
蛍光体膜９としては、赤色発光蛍光体膜９Ｒ、緑色発光蛍光体膜９Ｇ、青色発光蛍光体膜９Ｂを用い、その厚さを１０μｍ〜１００μｍ、幅を０．３ｍｍとなるように形成する。
また、モノクロ表示用に、１種類の蛍光体膜９を用いるようにしてもよい。
【００４３】
次に、形成した蛍光体膜９上に、例えば、厚さ０．１μｍ程度のアルミニウム薄膜を形成する。例えば、周知の蒸着法を用いて形成する。
次に、陰極３を形成したガラス基板１上に、ゲート電極基板１３を電界制御電極１１を上方に向けて載置する。
【００４４】
次に、ガラス基板１の周辺に枠状のスペーサガラス（図示なし）を載置した後、スペーサガラス上に蛍光体膜９とメタルバック膜８と前面リブ７とを形成したフロントガラス１０を載置する。
このときフロントガラス１０は、個々の前面リブ７の端面が個々の絶縁基板４上に形成された帯状のゲート電極１５に挟まれた領域と接するように配置する。次に、ガラス基板１とフロントガラス１０とスペーサガラスとを低融点のフリットガラスにより接着固定し、真空外囲器を形成する。
次に、スペーサガラスに設けられた排気口を真空ポンプに接続して真空外囲器内を所定の圧力まで真空排気した後、排気口を封着する。
【００４５】
本実施の形態においては、基板を形成する際に、導電膜に表面にレーザ光を照射することにより、カーボンナノチューブを露出させたが、レーザ照射に限らず、プラズマを用いた選択的なドライエッチングにより露出させるようにしてもよい。
また、カーボンナノチューブ含む導電性ペーストに銀ペーストを用いるようにしたが、他の導電性ペーストを用いてもよい。
例えば、銀と銅の合金からなる粒子を用いた導電性ペーストを用いるようにしてもよい。また、導電性ポリマーを用いるようにしてもよい。
また、真空外囲器を構成する基板にガラス基板１を用いたが、これに限られず、例えばセラミックスなどの絶縁性の基板を用いるようにしてもよい。
また、帯状陰極１２、例えば４２６合金板に、熱ＣＶＤ法により直接ＣＮＴ膜を成膜することにより、電子放出源１４を形成するようにしてもよい。
【００４６】
次に、平面ディスプレイの駆動回路について説明する。
この平面ディスプレイは、図３、図４に示すように、上記アノード電極８にアノード電圧を印加するアノード電源１９と、上記陰極３に陰極駆動電圧を印加する水平走査回路１７と、上記ゲート電極１５にゲート電極駆動電圧を印加する垂直走査回路１６と、電界制御電極１１に電界制御電極駆動電圧を印加する電界制御電極駆動電源２０と、上記垂直走査回路１６および上記水平走査回路１７を制御する制御回路１８とを備える。
【００４７】
アノード電源１９は、アノード電極８に、陰極３に対して正となるアノード電圧、例えば、５ｋＶから７ｋＶ程度の電圧を常時印加する。
電界制御電極駆動電源２０は、電界制御電極１１に、帯状陰極１２に対して正となる電圧、例えば、１ｋＶ程度の電圧を常時印加する。この電界制御電極駆動電源２０に印加する電圧は、この電界制御電極１１と陰極３との電位差が、電子放出源１４から電子を放出させる電界を生させる電位差より低くなるような電圧である。
水平走査回路１７は、各帯状陰極１２に接続された陰極駆動電源スイッチ２３のオンオフにより、帯状陰極１２へ電圧の印加を順次行うことにより、帯状陰極１２の走査を行う。この場合、発光させる場合には陰極駆動電源スイッチ２３をオンとし、例えば−６０Ｖ、発光させない場合には陰極駆動電源スイッチ２３をオフとし、例えば０Ｖの電圧を帯状陰極１２に印加する。
【００４８】
垂直走査回路１６は、各ゲート電極１５に接続されたゲート電極駆動電源スイッチ２２のオンオフにより、ゲート電極１５へ電圧の印加を行う。この場合、ゲート電極１５へ印加する電圧は、上述した陰極３に印加する電圧に対して所定の電位差となるようにする。例えば、アクティブな行（陰極駆動電源スイッチ２３がオンとなっている行）に関して、ゲート電極駆動電源スイッチ２２をオンとすることにより、ゲート電極駆動電圧、例えば５０Ｖの電圧がゲート電極１５に印加される。この結果、ゲート電極１５と陰極３との電位差は１１０Ｖ（５０Ｖ＋６０Ｖ）となる。
【００４９】
制御回路１８は、表示する画像の信号を、垂直走査回路１６、水平走査回路１７に必要な信号に分離する。また、水平走査回路１７と垂直走査回路１６とが行う電圧印加のタイミングの制御を行う。
【００５０】
次に、平面ディスプレイの動作について説明する。ここでは、図３に示すように、行方向に３画素、列方向に４画素を設けた場合について説明する。行および列方向に複数の画素を設けた場合についても同様である。
ここでは、ゲート電極Ｇ1と、帯状陰極Ｃ1および帯状陰極Ｃ4との交差した領域に形成された画素を表示させる場合について、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
アノード電源１９は、アノード電極８に、陰極３に対して正となるアノード電圧を常時印加する。また、電界制御電極駆動電源２０は、電界制御電極１１に、陰極３に対して正となる電圧、例えば１ｋＶを常時印加する。
【００５１】
水平走査回路１７は、帯状陰極１２に対して電圧をパルス的に順次印加することにより、帯状陰極１２を走査する。例えば、発光させる場合は−６０Ｖ、発光させない場合は０Ｖとする。ここでは、帯状陰極Ｃ1、帯状陰極Ｃ2、帯状陰極Ｃ3、帯状陰極Ｃ4に対して、それぞれｃ11、０Ｖ、０Ｖ、ｃ41の電圧が印加される（図５（ｂ））。例えば、ｃ11、ｃ41は−６０Ｖの負電圧とする。このようにすることにより、表示アドレス以外の電子放出源１４から電子が放出されないようにする。
【００５２】
次に、所定の帯状陰極１２が走査されているときに、表示したい画像に応じて、各画素に対応するゲート電極Ｇ1のゲート電極駆動電源スイッチ２２をオンにする。このようにすることにより、ゲート電極Ｇ1には、陰極３に対して所定の電圧が印加される。例えば、ゲート電極Ｇ1に５０Ｖの電圧が印加されることにより、陰極３に対して１１０Ｖ程度の電位差が生じる。（図５（ａ））。
この結果、帯状陰極Ｃ1および帯状陰極Ｃ4とゲート電極Ｇ1との交差領域の電位差は１１０Ｖとなり、帯状陰極Ｃ2および帯状陰極Ｃ3とゲート電極Ｇ1との交差領域の電位差は０Ｖとなる。帯状陰極１２とゲート電極１５の電位差が１００Ｖ程度になったときに生じる電界により、電子放出源１４から電子を放出させるようにすることにより、電子放出源１４から電子が放出される。
【００５３】
本実施の形態においては、ゲート電極１５のアクティブな行を正電圧に保ち、他の行を０Ｖとした場合について説明したが、ゲート電極１５のアクティブな行を正電圧に保ち、他の行を数Ｖ程度の負のバイアス電圧を印加して、表示アドレス以外の電子放出源より電子が放出されないように駆動するようにしてもよい。しかし、上述したように、他の行を０Ｖとすることにより、負電圧を用いる必要がないため、負電圧電源が不要となり、コスト低減の効果がある。
【００５４】
次に、電界制御電極１１に印加する電圧を、図６を参照して説明する。図６は、陰極３とゲート電極１５との間の電位差と、電子放出源１４と電界制御電極１１との間に流れる電流との関係であり、（ａ）は電界制御電極１１を備えない従来の平面ディスプレイについての説明図、（ｂ）は電界制御電極１１を備えた本実施の形態にかかる平面ディスプレイについての説明図である。図６によれば、陰極３とゲート電極１５との電位差が、ある電圧Ｖth以下である場合には電流は流れないが、Ｖth以上の電位差を与えることにより電流が流れ始め、電位差の増加とともに、電流も増加するのが分かる。これは、電子放出源１４とゲート電極１５との間の電位差がＶth以上となった場合に生じる電界により、電子放出源１４から電子が放出されることを示している。
このＶthは図６（ａ）では３００Ｖ程度、（ｂ）では１００Ｖ程度である。このように、電界制御電極１１を備え、陰極３に対して正となる電圧を常時印加することにより、ゲート電極１５に印加する電圧を低くすることができることが分かる。
この電子放出源１４とゲート電極１５との間の電位差により生じる電界は、電子放出源１４とゲート電極１５との距離などによっても変化する。よって、電子放出源１４とゲート電極１５との間の電位差および電子放出源１４とゲート電極１５との距離は、電子放出源１４から電子を放出させる電界を生じさせる条件であれば、種々変更可能である。
【００５５】
したがって、電界制御電極１１に、陰極３に対して正となる電圧をあらかじめ印加することにより、電子放出源１４から電子を放出させる電界を生じさせる電位差を低くすることができ、陰極３に対して印加するゲート電極１５を低くすることができる。
このようにすることにより、電界制御電極１１よりも電子放出源１４に近い位置に配置されたゲート電極１５にわずかなゲート電圧を印加することにより、電子放出源１４から電子を放出させ、蛍光体膜９を発光させることができる。
ゲート電極１５に印加する電圧を低くすることにより、ドライバーコストを低減できるため、パネルコストを低減できる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、ゲート電極基板を、絶縁基板と、この絶縁基板上に形成されたゲート電極と、このゲート基板上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成された電界制御電極とにより構成したことにより、ゲート電極に印加する電圧を低くできる。
また、電界制御電極を設けることにより、ゲート電極およびカーボンナノチューブを有する陰極をシールドでき、電界制御電極を設けた領域では、陰極とアノード電極間の電位差により生じる電界は生じないため、電子放出源、特に電子放出源の表面への電界集中による損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態にかかる平面ディスプレイの構成を説明するための模式図である。
【図２】 （ａ）はゲート電極基板を説明するための模式図であり、（ｂ）はゲート電極基板および陰極を説明するための模式断面図である。
【図３】 実施の形態にかかる平面ディスプレイの構成を説明するための説明図である。
【図４】 実施の形態にかかる平面ディスプレイの１画素における駆動回路を説明するための説明図である。
【図５】 実施の形態にかかる平面ディスプレイの駆動回路を説明するための駆動タイムチャートであり、（ａ）は垂直走査回路における駆動タイムチャート、（ｂ）は水平走査回路における駆動タイムチャートである。
【図６】 実施の形態にかかる平面ディスプレイの電界制御電極駆動電圧を説明するための図であり、（ａ）は電界制御電極を備えない従来の平面ディスプレイについての説明図、（ｂ）は電界制御電極を備えた本実施の形態にかかる平面ディスプレイについての説明図である。
【図７】 従来の平面ディスプレイの構成を説明するための模式断面図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板、２…基板リブ、３…陰極、４…絶縁基板、５…絶縁層、６…電子通過孔、７…前面リブ、８…アノード電極、９…蛍光体膜、９Ｒ…赤色発光蛍光体膜、９Ｇ…緑色発光蛍光体膜、９Ｂ…青色発光蛍光体膜、１０…フロントガラス、１１…電界制御電極、１２…帯状陰極、１３…ゲート電極基板、１４…電子放出源、１５…ゲート電極、１６…垂直走査回路、１７…水平走査回路、１８…制御回路、１９…アノード電源、２０…電界制御電極駆動電源、２１…ゲート電極駆動電源、２２…ゲート電極駆動電源スイッチ、２３…陰極駆動電源スイッチ、２４…陰極駆動電源、１０１…ガラス基板、１０２…陰極、１０３…電子放出源、１０４…絶縁基板、１０５…ゲート電極、１０６…アノード電極、１０７…蛍光体膜、１０８…フロントガラス。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出源から放出された電子を蛍光体膜に衝突させて発光させる平面ディスプレイに関し、特に電子放出源としてナノチューブ状の繊維を用いた平面ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フラットパネル（平面）ディスプレイ(Flat Panel Display) 、例えばフィールドエミッション・ディスプレイ(Field Emission Display :FED）や平型蛍光表示管などの電子放出源にカーボンナノチューブなどのナノチューブ状繊維を用いたＦＥＤが提案され注目されている。
カーボンナノチューブとは、グラファイトの単層が円筒状に閉じ、かつ円筒の先端部に五員環が形成された構造をした材料である。このカーボンナノチューブは化学的に安定であるため残留ガスの影響を受けにくく、また、その代表的な直径は１０ｎｍ〜５０ｎｍと微小であり、アスペクト比の高い材料であるため、電界放出の性能が高い特徴がある。
【０００３】
上記カーボンナノチューブを、電子放出源に用いた平面ディスプレイについては、カーボンナノチューブの集合体からなる長さ数μｍから数ｍｍの針型状の柱状グラファイトを導電性接着剤で陰極に固定配置した電子放出源や、柱状グラファイトを混入したペーストを用いて印刷法により形成した電子放出源を用いた例がある（例えば、特許文献１参照）。
カーボンナノチューブを電子放出源として備えた平面ディスプレイは、電界放出の効率が高いため消費電力が低く、輝度が高いという特徴がある。
【０００４】
ここで、平面ディスプレイの基本構成について、図７を参照して説明する。
平面ディスプレイは、複数の画素をマトリックス状に配列して画面が構成される。この画素は少なくとも一部が透過性を有するフロントガラス１０８と、このフロントガラス１０８と対向配置された基板１０１とを備えた真空外囲器と、基板１０１上に形成された陰極１０２と、この陰極１０２の所定の領域に設けられた電子放出源１０３と、電子通過孔を有し、陰極１０２から離間して基板１０１と対向配置されたゲート電極１０５と、フロントガラス１０８の面上に積層された蛍光体膜１０７およびアノード電極１０６とを備える。また、陰極１０２とゲート電極１０５の間は、絶縁基板１０４が設けられる。
【０００５】
次に、この平面ディスプレイの動作について説明する。
電子放出源１０３に対応するゲート電極１０５と陰極１０２との間に、ゲート電極１０５が正の電位となるように電圧を印加する。この電位差により、電子放出源１０３に電界が集中し、電子が放出される。この放出された電子を、アノード電極１０６と陰極１０２との間に電圧を印加することでアノード電極１０６側に向かって加速させ、蛍光体膜１０７に衝突させる。このようにすることにより、この蛍光体膜１０７が発光する。また、蛍光体膜１０７をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光３原色に対応する３つの部分で構成することにより、カラー表示ができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１６２３８３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の平面ディスプレイには、次のような問題があった。
平面ディスプレイの駆動は、例えばアノード電極に、陰極に対して正となる電圧を常時印加した状態で、陰極をパルス的に順次走査する。次に、所定の陰極が選択されているとき、表示したい画像に応じて、各画素に対応するゲート電極に陰極に対して正となる電圧を印加する。この駆動回路では、ゲート電極に印加する電圧を高くする必要があり、その結果消費電力も高くなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、前述した従来技術の問題点や課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ゲート電極に印加する電圧を低くすることができる平面ディスプレイおよび駆動回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる平面ディスプレイは、少なくとも一部が透過性を有するフロントガラスおよびこのフロントガラスと対向配置された基板を備えた真空外囲器と、基板上に形成され、電子放出源を有する陰極と、電子通過孔を有し、真空外囲器内に陰極から離間して基板と対向配置されたゲート電極基板と、真空外囲器内のフロントガラスの面上に積層された蛍光体膜およびアノード電極とを備える平面ディスプレイであって、ゲート電極基板は、電子通過孔を有する絶縁基板と、この絶縁基板上に形成されたゲート電極と、このゲート電極上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成された電界制御電極とを有するようにしたものである。
【００１０】
電界制御電極には、陰極に対して正となる電圧（電界制御電極駆動電圧）を常時印加し、ゲート電極には、この電界制御駆動電圧より低い電圧を印加する。このようにすることにより、従来のゲート電極に印加する電圧より、低い電圧で駆動させる。
ここで、陰極は、互いに平行に配置された複数の帯状陰極と、この帯状陰極上に形成された電子放出源とから構成され、ゲート電極は、絶縁基板上に帯状陰極と直交する方向に、帯状に形成され、蛍光体膜は、ゲート電極の各々に対応して、帯状に形成される。
【００１１】
さらに、電界制御電極は、ゲート穴周辺以外の領域では、少なくとも絶縁層を選択的に覆うようにしたものである。
さらに、電界制御電極は、ゲート穴周辺以外の領域では、メッシュ状に形成されているものである。
このようにすることにより、ゲート電極およびカーボンナノチューブを有する陰極に均一な電界を印加することができる。電界制御電極を設けた領域では、陰極とアノード電極間の電位差により生じる電界は生じないため、電子放出源、特に電子放出源の表面への放電などによる損傷を防止する。
【００１２】
また、本発明にかかる平面ディスプレイの駆動回路は、少なくとも一部が透過性を有するフロントガラスおよびこのフロントガラスと対向配置された基板を備えた真空外囲器と、基板上に形成され、電子放出源を有する陰極と、電子通過孔を有し、真空外囲器内に陰極から離間して基板と対向配置されたゲート電極基板と、真空外囲器内のフロントガラスの面上に積層された蛍光体膜およびアノード電極とを備え、ゲート電極基板は、電子通過孔を有する絶縁基板と、この絶縁基板上に形成されたゲート電極と、このゲート電極上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成された電界制御電極とを有する平面ディスプレイを駆動する駆動回路であって、アノード電極に電圧を印加する第１の駆動手段と、陰極に陰極駆動電圧を印加する第２の駆動手段と、電界制御電極に電界制御電極駆動電圧を供給する第３の駆動手段と、ゲート電極に、陰極に対して所定の電位差となるゲート電極駆動電圧を印加する第４の駆動手段と、第２の駆動手段に陰極を順次走査させ、第２の駆動手段により陰極が選択されているときに、表示したい画像に応じて、対応するゲート電極に陰極に対して正となる電圧を印加するように、第４の駆動手段を駆動する制御手段とを備えるようにしたものである。
【００１３】
このようにすることにより、第４の駆動手段は、電界制御電極に、陰極に対して正となる電圧（電界制御電極駆動電圧）を常時印加し、この状態で、第３の駆動手段は、この電界制御電極駆動電圧より低い電圧を、ゲート電極に印加する。ここで、陰極が選択されている場合は、陰極には負の電圧が印加されている。
【００１４】
さらに、第３の駆動手段は、電界制御電極と陰極との電位差が、電子放出源から電子を放出させる電界を生じさせる電位差より低くなるように、電界制御電極に電圧を印加するようにしたものである。
このようにすることにより、陰極と電界制御電極との間に電位差を設ける。この電位差により電子放出源には、電界が生じるが、この電界では、電子放出源から電子は放出されない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
本実施の形態にかかる平面ディスプレイは、図１に示すように、少なくとも一部が透過性を有するフロントガラス１０と、このフロントガラス１０と対向配置され、平面視略矩形であるガラス基板１とを備えた真空外囲器と、ガラス基板１上に形成され、所定の領域に電子放出源を有する陰極３と、電子通過孔６を有し、真空外囲器内に、陰極３から離間して基板１と対向配置されたゲート電極基板１３と、真空外囲器内のフロントガラス１０の面上に積層された蛍光体膜９およびアノード電極８とを備えたものである。
【００１７】
陰極３は、帯状に形成され、互いに平行に配置された複数の帯状陰極１２と、この帯状陰極１２は電子放出源１４が形成されている。また、複数の帯状陰極１２の間には基板リブ２が配置されている。
基板リブ２は、帯状陰極１２と同じかまたは低い高さに形成される。この基板リブ２は、帯状陰極１２間で放電が発生するのを防止するためのものである。
【００１８】
電子放出源１４は、上記帯状陰極１２に設けられた開口穴に、導電性材料を充填することにより導電膜を形成し、この導電膜から露出するように多数のナノチューブ状繊維が形成されたものである。ナノチューブ状繊維は、太さが１ｎｍ以上１μｍ未満程度で、長さが１μｍ以上１００μｍ未満程度の炭素で構成された物質であり、例えばカーボンナノチューブにより構成される。
【００１９】
このカーボンナノチューブには、単層のものと複数のグラファイトの層が入れ子構造的に積層し、それぞれのグラファイト層が円筒状に閉じた同軸多層構造となっているものがあるがどちらを用いてもよい。また構造が乱れて欠陥をもつ中空のグラファイトチューブやチューブ内に炭素が詰まったグラファイトチューブを用いてもよい。また上述した単層のカーボンナノチューブと同軸多層構造となっているカーボンナノチューブが混在したものを用いてもよい。
【００２０】
ゲート電極基板１３は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、絶縁基板４と、この絶縁基板４上に形成されたゲート電極１５と、このゲート電極１５上に形成された絶縁層５と、この絶縁層５上に形成され、帯状陰極１２との間に電圧を印加する電界制御電極１１とを有する。
【００２１】
また、このゲート電極基板１３には、帯状陰極１２に形成された電子放出源１４と交差する領域に、貫通孔（電子通過孔６）が形成されている。電子放出源１４から放出した電子は、この電子通過孔６を通過し、アノード電極８に向かって加速される。
【００２２】
ゲート電極１５は、絶縁基板４上に帯状陰極１２と直交する方向に、帯状に、平面ディスプレイの画素の列の数だけ互いに略平行に配置される。配置されたゲート電極１５間には、適宜スペースを設けるようにしてもよい。
【００２３】
また、絶縁層５の厚さによって、蛍光体膜９へ衝突する電子の衝突領域が変化し、絶縁層５の膜厚が厚くなるほど、その領域が狭くなり集束する。例えば、実施の形態１においては、電子放出源１４から放出された電子の蛍光体膜９における領域を狭くし集束させるため、絶縁層５の厚さを数十μｍから数百μｍとした。
【００２４】
また、電界制御電極１１は、絶縁層５上全面に形成される。この電界制御電極１１を設けたことにより、ゲート電極１５およびカーボンナノチューブからなる電子放出源１４を有する陰極３をシールドでき、電界制御電極１１を設けた領域では、陰極３とアノード電極８間の電位差により生じる電界は生じないため、電子放出源１４への電界集中による損傷を防止できる。
【００２５】
フロントガラス１０とゲート電極基板１３との間には、前面リブ７が設けられている。このフロントガラス１０は、平面視略矩形であり、例えば低アルカリソーダガラスを、厚さ１ｍｍから２ｍｍ程度の板ガラスに加工したものである。
前面リブ７は、例えば低融点のフリットガラスを含む絶縁ペーストにより構成され、フロントガラス１０とゲート電極基板１３との間に、基板リブ２と直交する方向に、所定の間隔で垂設される。
【００２６】
フロントガラス１０上には、前面リブ７の間の領域に蛍光体膜９、例えば赤色発光蛍光体膜９Ｒ、緑色発光蛍光体膜９Ｇ、青色発光蛍光体膜９Ｂが配置され、さらに蛍光体９上にアノード電極８が配置される。この蛍光体膜９は、ゲート電極１５の各々に対応して、帯状に形成されている。
【００２７】
実施の形態１においては、電界制御電極１１を、絶縁層５上の全面を覆うように形成したが、絶縁層５を選択的に覆うように形成してもよい。また、メッシュ状に形成し、一部の絶縁層５に存在しない部分があるように構成してもよい。
また、本実施の形態においては、カラー表示用に赤、緑、青の３原色を発光するため、３種類の蛍光体膜を用いたが、モノクロ表示用に１種類の蛍光体膜を用いてもよい。
【００２８】
上述したガラス基板１と、ゲート電極基板１３と、前面リブ７を形成したフロントガラス１０とをスペーサ（図示せず）を挟み込んで低融点のフリットガラスを用いて封着することにより、真空外囲器が構成される。この真空外囲器の内部は１０-5Ｐａ台の真空度に保持される。
この場合、ガラス基板１上に形成された帯状陰極１２とゲート電極基板１３の絶縁基板４およびゲート電極基板１３の電界制御電極１１とメタルバック膜８が向かい合うように配置される。
【００２９】
次に、本実施の形態にかかる平面ディスプレイの製造方法について説明する。ガラス基板１上に所定間隔で基板リブ２を形成する。例えば、低融点のフリットガラスを含む絶縁ペーストを所定の高さになるまでガラス基板１上に繰り返しスクリーン印刷した後、焼成することにより、基板リブ２を形成する。この基板リブ２の高さは、陰極３と同じかまたは低い高さとする。
【００３０】
次に、ガラス基板１上に形成された隣り合う基板リブ２間に、ガラス基板１と密着させて上述した帯状陰極１２を配置した後、この帯状陰極１２に電子放出源１４を形成するための領域を形成する。
例えば、４２６合金板を用意し、この４２６合金板に電子放出源１４を形成しない領域にレジストパターンを形成し、ハーフエッチングすることにより電子放出源１４を形成する領域を形成する。ここで、ハーフエッチングとは、開口孔（貫通孔）ではなく開口穴を形成することを言う。長辺方向の長さは平面ディスプレイの画素数等に応じて適宜調節する。
【００３１】
また、この開口穴の形状は、斜めパターンでもよいし、メッシュパターンとしてもよい。また、六角形や三角形等の多角形やこれら多角形の角を丸めた形状、あるいは円形や楕円形としてもよい。
また、これらの開口穴は、サイズを適宜調節して、マトリックス状に形成してもよいし、格子状に形成してもよい。
また、あらかじめ電子放出源１４を形成する領域を形成した帯状陰極１２を準備しておくようにしてもよい。
【００３２】
次に、電子放出源１４を形成する領域を形成した帯状陰極１２に印刷スクリーンを密着させた状態とし、スクリーン印刷によってナノチューブ状繊維、例えばカーボンナノチューブを含む導電性ペーストを、電子放出源１４を形成する領域に充填する。
例えば、カーボンナノチューブを含む導電性ペーストとして、カーボンナノチューブを主成分とする長さ約１０μｍの針形状のバンドル（柱状グラファイト）と銀ペースト（導電性を有する粘性溶液）とを１：１の混合比で混練したものを用いる。
【００３３】
ここで、銀ペーストとは、粒径１μｍ程度の銀粒子（金属粒子）が粒径１μｍ程度のガラス粒子とともに、樹脂を溶剤に溶解した粘性のあるビヒクルに分散されている流動性を有するペーストである。ビヒクルとしては、分解および揮発性のよい材料、例えば大気中で３００℃〜４００℃程度で加熱することにより除去できる材料を用いる。また、ガラス粒子としては、３００℃〜４００℃程度で溶解するものを用いる。
【００３４】
また、カーボンナノチューブには、上述したように単層のものと複数のグラファイト層が入れ子構造的に積層し、それぞれのグラファイト層が円筒状に閉じた同軸多層構造となっているものがあるがどちらを用いてもよい。また、構造が乱れて欠陥をもつ中空のグラファイトチューブやチューブ内に炭素が詰まったグラファイトチューブを用いてもよい。
これらのナノチューブ状繊維は、一端が帯状陰極１２の電子放出源１４を形成する領域の内壁と結合するとともにカールしたり互いに絡み合ったりしていてもよい。
【００３５】
この場合、電子放出源１４を直接ゲート電極基板１３に接触しないように、開口穴の深さを調節することにより行ってもよいし、電子放出源１４の膜厚を調節することにより行ってもよい。
【００３６】
次に、印刷スクリーンを取り除く。例えば、４５０℃程度で指定時間加熱し、電子放出源１４を形成する領域に充填されたカーボンナノチューブを含む導電性ペーストを焼成することにより取り除く。
【００３７】
次に、導電膜の表面にレーザ光を照射し、表面の銀粒子やバインダーを選択的に蒸発させて除去することによってバンドルを露出させるとともに、バンドル表面のカーボンナノチューブ以外の炭素成分である炭素の多面体粒子を選択的に除去することによってカーボンナノチューブだけが均一に露出した状態とする。
このようにして、帯状陰極１２に電子放出源１４が形成された陰極３が形成される。
【００３８】
次に、ゲート電極基板１３の製造方法について説明する。
まず、数μｍから数十μｍ程度の厚さを有する絶縁基板４を用意し、この絶縁基板４上に、例えば銀あるいはカーボンを導電材料として含んだ導電性ペーストからなり、短辺方向の長さが０．６ｍｍ程度の帯状のゲート電極１５を、上述した陰極基板１２直交する方向に、平面ディスプレイの列の数だけ互いに略平行に、スクリーン印刷により形成する。
次に、このゲート電極１６を形成した絶縁基板４の上に、厚さが数十μｍから数百μｍとなるように絶縁層５を形成する。
次に、この絶縁膜５上に、例えば数十μｍ程度の厚さとなるように銀あるいはカーボンを導電材料として含んだ導電性ペーストからなる電界制御電極１１を、絶縁層５上全面に、スクリーン印刷により形成し、その後焼成する。
【００３９】
ここで、ゲート電極１５の長辺方向の長さは平面ディスプレイの画素数等に応じて適宜調節する。この場合、隣り合うゲート電極１５は所定の間隔をあけて形成する。このようにすることにより、この帯状のゲート電極１５を絶縁基板４上に配置した場合に、各ゲート電極１５が熱により膨張し、その結果寸法変化が生じた場合、また平面ディスプレイの振動により各ゲート電極１５に振動が生じた場合においても、各ゲート電極１５間のスペースにより吸収できる。このため、陰極３に対して、ゲート電極１５の寸法変化およびずれの影響を低減できる。
なお、電界制御電極１１は、絶縁層５を選択的に覆うように構成してもよいし、メッシュ状の形状として、一部の絶縁層５に存在しない部分があるように構成してもよい。
また、本実施の形態においては、印刷法により形成する場合について説明したが、フォトリソ法、エッチング法、電着法を用いて形成してもよい。
【００４０】
また、電子通過孔６は、ゲート電極基板１３の所定の位置に形成される。この電子通過孔６は、ゲート電極基板１３の所定位置に炭酸ガスレーザまたはサンドブラスト法、積層印刷法などを用いて形成する。
例えば、直径が０．２ｍｍから０．４ｍｍの円形の形状とする。電子通過孔６の直径を調節することにより、電子放出源１４から放出された電子のうち、発光に寄与する電子の量を調節することができる。
【００４１】
次に、フロントガラス１０の一主面上に、前面リブ７を形成する。例えば、低融点のフリットガラスを含む絶縁ペーストを、所定の高さになるまでフロントガラス上繰り返しスクリーン印刷した後、焼成することにより、前面リブ７を形成する。この前面リブ７は、その幅を５０μｍ、ゲート電極基板１３のゲート電極１６が形成された面とメタルバック膜８との間が２．０ｍｍから４．０ｍｍとなるように形成される。
また、前面リブ７に挟まれた領域に配置される蛍光体膜９の幅が０．３ｍｍ程度となるように、前面リブ７の間隔が設定される。
【００４２】
次に、前面リブ７に挟まれたフロントガラス１０上の領域に蛍光体膜９を形成する。例えば、蛍光体ペーストからなる蛍光体膜９をストライプ状にスクリーン印刷し、焼成することにより形成する。
蛍光体膜９としては、赤色発光蛍光体膜９Ｒ、緑色発光蛍光体膜９Ｇ、青色発光蛍光体膜９Ｂを用い、その厚さを１０μｍ〜１００μｍ、幅を０．３ｍｍとなるように形成する。
また、モノクロ表示用に、１種類の蛍光体膜９を用いるようにしてもよい。
【００４３】
次に、形成した蛍光体膜９上に、例えば、厚さ０．１μｍ程度のアルミニウム薄膜を形成する。例えば、周知の蒸着法を用いて形成する。
次に、陰極３を形成したガラス基板１上に、ゲート電極基板１３を電界制御電極１１を上方に向けて載置する。
【００４４】
次に、ガラス基板１の周辺に枠状のスペーサガラス（図示なし）を載置した後、スペーサガラス上に蛍光体膜９とメタルバック膜８と前面リブ７とを形成したフロントガラス１０を載置する。
このときフロントガラス１０は、個々の前面リブ７の端面が個々の絶縁基板４上に形成された帯状のゲート電極１５に挟まれた領域と接するように配置する。次に、ガラス基板１とフロントガラス１０とスペーサガラスとを低融点のフリットガラスにより接着固定し、真空外囲器を形成する。
次に、スペーサガラスに設けられた排気口を真空ポンプに接続して真空外囲器内を所定の圧力まで真空排気した後、排気口を封着する。
【００４５】
本実施の形態においては、基板を形成する際に、導電膜に表面にレーザ光を照射することにより、カーボンナノチューブを露出させたが、レーザ照射に限らず、プラズマを用いた選択的なドライエッチングにより露出させるようにしてもよい。
また、カーボンナノチューブ含む導電性ペーストに銀ペーストを用いるようにしたが、他の導電性ペーストを用いてもよい。
例えば、銀と銅の合金からなる粒子を用いた導電性ペーストを用いるようにしてもよい。また、導電性ポリマーを用いるようにしてもよい。
また、真空外囲器を構成する基板にガラス基板１を用いたが、これに限られず、例えばセラミックスなどの絶縁性の基板を用いるようにしてもよい。
また、帯状陰極１２、例えば４２６合金板に、熱ＣＶＤ法により直接ＣＮＴ膜を成膜することにより、電子放出源１４を形成するようにしてもよい。
【００４６】
次に、平面ディスプレイの駆動回路について説明する。
この平面ディスプレイは、図３、図４に示すように、上記アノード電極８にアノード電圧を印加するアノード電源１９と、上記陰極３に陰極駆動電圧を印加する水平走査回路１７と、上記ゲート電極１５にゲート電極駆動電圧を印加する垂直走査回路１６と、電界制御電極１１に電界制御電極駆動電圧を印加する電界制御電極駆動電源２０と、上記垂直走査回路１６および上記水平走査回路１７を制御する制御回路１８とを備える。
【００４７】
アノード電源１９は、アノード電極８に、陰極３に対して正となるアノード電圧、例えば、５ｋＶから７ｋＶ程度の電圧を常時印加する。
電界制御電極駆動電源２０は、電界制御電極１１に、帯状陰極１２に対して正となる電圧、例えば、１ｋＶ程度の電圧を常時印加する。この電界制御電極駆動電源２０に印加する電圧は、この電界制御電極１１と陰極３との電位差が、電子放出源１４から電子を放出させる電界を生させる電位差より低くなるような電圧である。
水平走査回路１７は、各帯状陰極１２に接続された陰極駆動電源スイッチ２３のオンオフにより、帯状陰極１２へ電圧の印加を順次行うことにより、帯状陰極１２の走査を行う。この場合、発光させる場合には陰極駆動電源スイッチ２３をオンとし、例えば−６０Ｖ、発光させない場合には陰極駆動電源スイッチ２３をオフとし、例えば０Ｖの電圧を帯状陰極１２に印加する。
【００４８】
垂直走査回路１６は、各ゲート電極１５に接続されたゲート電極駆動電源スイッチ２２のオンオフにより、ゲート電極１５へ電圧の印加を行う。この場合、ゲート電極１５へ印加する電圧は、上述した陰極３に印加する電圧に対して所定の電位差となるようにする。例えば、アクティブな行（陰極駆動電源スイッチ２３がオンとなっている行）に関して、ゲート電極駆動電源スイッチ２２をオンとすることにより、ゲート電極駆動電圧、例えば５０Ｖの電圧がゲート電極１５に印加される。この結果、ゲート電極１５と陰極３との電位差は１１０Ｖ（５０Ｖ＋６０Ｖ）となる。
【００４９】
制御回路１８は、表示する画像の信号を、垂直走査回路１６、水平走査回路１７に必要な信号に分離する。また、水平走査回路１７と垂直走査回路１６とが行う電圧印加のタイミングの制御を行う。
【００５０】
次に、平面ディスプレイの動作について説明する。ここでは、図３に示すように、行方向に３画素、列方向に４画素を設けた場合について説明する。行および列方向に複数の画素を設けた場合についても同様である。
ここでは、ゲート電極Ｇ1と、帯状陰極Ｃ1および帯状陰極Ｃ4との交差した領域に形成された画素を表示させる場合について、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。
アノード電源１９は、アノード電極８に、陰極３に対して正となるアノード電圧を常時印加する。また、電界制御電極駆動電源２０は、電界制御電極１１に、陰極３に対して正となる電圧、例えば１ｋＶを常時印加する。
【００５１】
水平走査回路１７は、帯状陰極１２に対して電圧をパルス的に順次印加することにより、帯状陰極１２を走査する。例えば、発光させる場合は−６０Ｖ、発光させない場合は０Ｖとする。ここでは、帯状陰極Ｃ1、帯状陰極Ｃ2、帯状陰極Ｃ3、帯状陰極Ｃ4に対して、それぞれｃ11、０Ｖ、０Ｖ、ｃ41の電圧が印加される（図５（ｂ））。例えば、ｃ11、ｃ41は−６０Ｖの負電圧とする。このようにすることにより、表示アドレス以外の電子放出源１４から電子が放出されないようにする。
【００５２】
次に、所定の帯状陰極１２が走査されているときに、表示したい画像に応じて、各画素に対応するゲート電極Ｇ1のゲート電極駆動電源スイッチ２２をオンにする。このようにすることにより、ゲート電極Ｇ1には、陰極３に対して所定の電圧が印加される。例えば、ゲート電極Ｇ1に５０Ｖの電圧が印加されることにより、陰極３に対して１１０Ｖ程度の電位差が生じる。（図５（ａ））。
この結果、帯状陰極Ｃ1および帯状陰極Ｃ4とゲート電極Ｇ1との交差領域の電位差は１１０Ｖとなり、帯状陰極Ｃ2および帯状陰極Ｃ3とゲート電極Ｇ1との交差領域の電位差は０Ｖとなる。帯状陰極１２とゲート電極１５の電位差が１００Ｖ程度になったときに生じる電界により、電子放出源１４から電子を放出させるようにすることにより、電子放出源１４から電子が放出される。
【００５３】
本実施の形態においては、ゲート電極１５のアクティブな行を正電圧に保ち、他の行を０Ｖとした場合について説明したが、ゲート電極１５のアクティブな行を正電圧に保ち、他の行を数Ｖ程度の負のバイアス電圧を印加して、表示アドレス以外の電子放出源より電子が放出されないように駆動するようにしてもよい。しかし、上述したように、他の行を０Ｖとすることにより、負電圧を用いる必要がないため、負電圧電源が不要となり、コスト低減の効果がある。
【００５４】
次に、電界制御電極１１に印加する電圧を、図６を参照して説明する。図６は、陰極３とゲート電極１５との間の電位差と、電子放出源１４と電界制御電極１１との間に流れる電流との関係であり、（ａ）は電界制御電極１１を備えない従来の平面ディスプレイについての説明図、（ｂ）は電界制御電極１１を備えた本実施の形態にかかる平面ディスプレイについての説明図である。図６によれば、陰極３とゲート電極１５との電位差が、ある電圧Ｖth以下である場合には電流は流れないが、Ｖth以上の電位差を与えることにより電流が流れ始め、電位差の増加とともに、電流も増加するのが分かる。これは、電子放出源１４とゲート電極１５との間の電位差がＶth以上となった場合に生じる電界により、電子放出源１４から電子が放出されることを示している。
このＶthは図６（ａ）では３００Ｖ程度、（ｂ）では１００Ｖ程度である。このように、電界制御電極１１を備え、陰極３に対して正となる電圧を常時印加することにより、ゲート電極１５に印加する電圧を低くすることができることが分かる。
この電子放出源１４とゲート電極１５との間の電位差により生じる電界は、電子放出源１４とゲート電極１５との距離などによっても変化する。よって、電子放出源１４とゲート電極１５との間の電位差および電子放出源１４とゲート電極１５との距離は、電子放出源１４から電子を放出させる電界を生じさせる条件であれば、種々変更可能である。
【００５５】
したがって、電界制御電極１１に、陰極３に対して正となる電圧をあらかじめ印加することにより、電子放出源１４から電子を放出させる電界を生じさせる電位差を低くすることができ、陰極３に対して印加するゲート電極１５を低くすることができる。
このようにすることにより、電界制御電極１１よりも電子放出源１４に近い位置に配置されたゲート電極１５にわずかなゲート電圧を印加することにより、電子放出源１４から電子を放出させ、蛍光体膜９を発光させることができる。
ゲート電極１５に印加する電圧を低くすることにより、ドライバーコストを低減できるため、パネルコストを低減できる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、ゲート電極基板を、絶縁基板と、この絶縁基板上に形成されたゲート電極と、このゲート基板上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成された電界制御電極とにより構成したことにより、ゲート電極に印加する電圧を低くできる。
また、電界制御電極を設けることにより、ゲート電極およびカーボンナノチューブを有する陰極をシールドでき、電界制御電極を設けた領域では、陰極とアノード電極間の電位差により生じる電界は生じないため、電子放出源、特に電子放出源の表面への電界集中による損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態にかかる平面ディスプレイの構成を説明するための模式図である。
【図２】 （ａ）はゲート電極基板を説明するための模式図であり、（ｂ）はゲート電極基板および陰極を説明するための模式断面図である。
【図３】 実施の形態にかかる平面ディスプレイの構成を説明するための説明図である。
【図４】 実施の形態にかかる平面ディスプレイの１画素における駆動回路を説明するための説明図である。
【図５】 実施の形態にかかる平面ディスプレイの駆動回路を説明するための駆動タイムチャートであり、（ａ）は垂直走査回路における駆動タイムチャート、（ｂ）は水平走査回路における駆動タイムチャートである。
【図６】 実施の形態にかかる平面ディスプレイの電界制御電極駆動電圧を説明するための図であり、（ａ）は電界制御電極を備えない従来の平面ディスプレイについての説明図、（ｂ）は電界制御電極を備えた本実施の形態にかかる平面ディスプレイについての説明図である。
【図７】 従来の平面ディスプレイの構成を説明するための模式断面図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板、２…基板リブ、３…陰極、４…絶縁基板、５…絶縁層、６…電子通過孔、７…前面リブ、８…アノード電極、９…蛍光体膜、９Ｒ…赤色発光蛍光体膜、９Ｇ…緑色発光蛍光体膜、９Ｂ…青色発光蛍光体膜、１０…フロントガラス、１１…電界制御電極、１２…帯状陰極、１３…ゲート電極基板、１４…電子放出源、１５…ゲート電極、１６…垂直走査回路、１７…水平走査回路、１８…制御回路、１９…アノード電源、２０…電界制御電極駆動電源、２１…ゲート電極駆動電源、２２…ゲート電極駆動電源スイッチ、２３…陰極駆動電源スイッチ、２４…陰極駆動電源、１０１…ガラス基板、１０２…陰極、１０３…電子放出源、１０４…絶縁基板、１０５…ゲート電極、１０６…アノード電極、１０７…蛍光体膜、１０８…フロントガラス。
Claims (5)
- 少なくとも一部が透過性を有するフロントガラスおよびこのフロントガラスと対向配置された基板を備えた真空外囲器と、前記基板上に形成され、電子放出源を有する陰極と、電子通過孔を有し、前記真空外囲器内に前記陰極から離間して前記基板と対向配置されたゲート電極基板と、前記真空外囲器内の前記フロントガラスの面上に積層された蛍光体膜およびアノード電極とを備える平面ディスプレイにおいて、
前記ゲート電極基板は、
前記電子通過孔を有する絶縁基板と、この絶縁基板上に形成されたゲート電極と、このゲート電極上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成された電界制御電極と
を有し、
前記電界制御電極は、前記陰極に対して正の電圧が印加され、
前記ゲート電極は、前記陰極に対して正で、かつ、前記電界制御電極に印加される電圧よりも低い電圧が印加される
ことを特徴とする平面ディスプレイ。 - 請求項１に記載の平面ディスプレイにおいて、
前記陰極は、互いに平行に配置された複数の帯状陰極と、この帯状陰極上に形成された電子放出源とから構成され、
前記ゲート電極は、前記絶縁基板上に前記帯状陰極と直交する方向に、帯状に形成され、
前記蛍光体膜は、前記ゲート電極の各々に対応して、帯状に形成されていることを特徴とする平面ディスプレイ。 - 請求項１または２に記載の平面ディスプレイにおいて、
前記電界制御電極は、少なくとも前記絶縁層を選択的に覆うことを特徴とする平面ディスプレイ。 - 請求項３に記載の平面ディスプレイにおいて、
前記電界制御電極は、メッシュ状に形成されていることを特徴とする平面ディスプレイ。 - 少なくとも一部が透過性を有するフロントガラスおよびこのフロントガラスと対向配置された基板を備えた真空外囲器と、前記基板上に形成され、電子放出源を有する陰極と、電子通過孔を有し、前記真空外囲器内に前記陰極から離間して前記基板と対向配置されたゲート電極基板と、前記真空外囲器内の前記フロントガラスの面上に積層された蛍光体膜およびアノード電極とを備え、
前記ゲート電極基板は、前記電子通過孔を有する絶縁基板と、この絶縁基板上に形成されたゲート電極と、このゲート電極上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成された電界制御電極とを有する平面ディスプレイを駆動する駆動回路であって、
前記アノード電極に電圧を印加する第１の駆動手段と、
前記陰極に陰極駆動電圧を印加する第２の駆動手段と、
前記電界制御電極に前記陰極駆動電圧に対して正となる電界制御電極駆動電圧を供給する第３の駆動手段と、
前記ゲート電極に前記陰極に対して所定の電位差となるゲート電極駆動電圧を印加する第４の駆動手段と、
前記第２の駆動手段に前記陰極を順次走査させ、前記第２の駆動手段により前記陰極が選択されているときに、表示したい画像に応じて、対応する前記ゲート電極に前記陰極に対して正となり、かつ、前記電界制御電極駆動電圧よりも低い電圧を印加するように前記第４の駆動手段を駆動する制御手段と
を備えることを特徴とする平面ディスプレイの駆動回路。
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