JP4639612B2

JP4639612B2 - Ｆｅｄ制御回路

Info

Publication number: JP4639612B2
Application number: JP2004071940A
Authority: JP
Inventors: 秀喜塩崎; 邦雄前川; 励治服部
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP2005258236A

Description

この発明は、電界放出型ディスプレイ（以下「ＦＥＤ」と略す）の制御回路、より詳しくは、カーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ」と略す）を用いるＦＥＤの電極を制御するＦＥＤ制御回路に関する。

ＦＥＤにおいては、個々のエミッタが多数本のＣＮＴからなることから、製造時の変動等で、その特性のばらつきが大きくなりやすく、また、カソード電極などの特性にもばらつきがあることから、電子ビームの放電特性に差が生じて、各画素の輝度が異なる輝度ムラが発生するという問題がある。輝度ムラは、個々のアノード電極とカソード電極間の放電電圧が異なることに起因しており、アノード電極とカソード電極との間に与える電圧を調整し、放電特性を揃えて輝度ムラを抑えることが課題となっている。

そこで、特許文献１には、各エミッタごとに定電流源を設け、各エミッタからの放電電流を揃えることで輝度ムラを抑えることが提案されている。
特開平６−２２２７３５号公報

特許文献１に記載のものでは、各エミッタの制御は、高電圧駆動であり、高電圧・定電流回路で電極選択を行うには、高圧のスイッチが要求される。この場合、高圧スイッチングによる電磁雑音が発生するので、これを抑制するために、出力を下げて、電極の選択行うことが必要となる。しかしながら、出力電圧を切り替える高圧電源は、構成が複雑で高コストとなるため、実用化が困難である。

この発明は、ＦＥＤの輝度ムラを抑えるとともに、出力電圧を切り替える高圧電源を使用しないことにより、ＦＥＤの低ノイズ化、低コスト化を可能としたＦＥＤ制御回路を提供することを目的とする。

この発明によるＦＥＤ制御回路は、複数列のカソード電極、カソード電極に対向する複数行のアノード電極、両電極の交差位置に対応するようにカソード電極上に配置された複数のエミッタ、およびアノード電極に設けられた蛍光体を備えている電界放出型ディスプレイの電極電圧を制御するＦＥＤ制御回路において、各アノード電極に所要の電圧を印加するアノード電極駆動部と、各カソード電極に所要の電圧を印加するカソード電極駆動部とを備えており、アノード電極駆動部は、各アノード電極に定電流を供給する定電流源を有しており、定電流制御により、各エミッタごとの放電特性に影響されないようにアノード電極が制御されることを特徴とするものである。

定電流源は、例えば、電流制限抵抗、電流制御半導体、誤差増幅器およびこれらに放電バラツキ対応電圧Ｅを印加する電源からなるものとされる。

アノード電極駆動部には、所定のアノード電極を選択するアノード電極選択手段が設けられる。選択されたアノード電極は、定電流源によって放電電流が揃えられるので、これに対応する複数のエミッタの個々の放電特性のバラツキにかかわらず、輝度ムラが抑制される。

下限放電電圧をＥｍｉｎ、上限放電電圧をＥｍａｘとすると、放電電圧のバラツキ幅＝（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）≪Ｅｍｉｎ＜Ｅｍａｘとなる。定電流源電圧Ｅは、放電電圧のバラツキ幅よりも少し大きく設定され、（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）＜定電流源電圧Ｅ＜Ｅｍｉｎの範囲で適宜決定される。

定電流の設定電圧は、パルス変調により変化させられていることが好ましい。パルス変調とするには、パルス幅変調（ＰＷＭ）でもよく、パルス振幅変調（ＰＡＭ）でもよい。このようにすると、信号源との絶縁に際し、アナログ量のように連続させる必要がないので、オン・オフのパルス信号対応でよく、そして、パルス信号（ＰＷＭ信号またはＰＡＭ信号）をオプトアイソレータ等で絶縁することが可能となり、低圧での制御が可能となる。

アノード電極駆動部は、アノード電極選択手段を有しており、アノード電極選択手段は、定電流源を構成する誤差増幅器と電流制御半導体との間に設けられた半導体スイッチを有し、半導体スイッチがオン・オフされることにより、電流制御半導体が導通状態と遮断状態とに切り替えられて、アノード電極選択が行われるものとされることが好ましい。このようにすると、信号（電極選択信号）をオプトアイソレータ等で絶縁することが可能となり、低圧での制御が可能となる。

カソード電極駆動部は、カソード電極選択手段を有しており、カソード電極選択手段は、アノード電圧と逆特性の電圧をスイッチさせることにより電極選択を行うものであることが好ましい。このようにすると、アノード電極に印加する電圧を低圧とすることができる。

映像信号と電流設定電圧が演算されて、パルス信号（ＰＷＭ信号またはＰＡＭ信号）に変換され、これがパルスドライバを介して定電流源の電流制御半導体に伝達されることにより、映像信号が増幅されていることが好ましい。このようにすると、定電流源に、映像増幅とアノード電極選択の両方の機能が備わることになり、映像信号に応じた電圧で駆動されるゲート電極を設ける必要がなく、アノード電極とカソード電極の２極だけで制御回路を構成することができる。

上記パルス信号は、電気的に絶縁されて、定電流源に伝達されていることが好ましい。パルス信号を電気的に絶縁して定電流源に伝達するものとしては、オプトアイソレータが例示されるが、オプトアイソレータ以外の適宜な絶縁タイプの信号伝達手段が使用可能である。これにより、高圧回路と低圧回路とが電気的に絶縁されて接続され、パルス信号に対応する低圧回路側での制御結果に基づき、ＦＥＤに映像が表示される。

この発明のＦＥＤ制御回路によると、定電流電源によってアノード電極に流れる電流が定電流とされるので、各エミッタごとの放電特性がばらついても、輝度が一定になる。したがって、放電特性の際による輝度ムラを特別な補正をすることなく抑制することができ、輝度補正用のデータテーブルも不要することができる。しかも、各エミッタごとの放電特性に影響されないようにアノード電極が制御されるので、制御が必要な定電流源電圧を低電圧とすることができ、高圧スイッチングによる電磁雑音の発生が防止できるとともに、出力電圧を切り替える高圧電源を使用せずに済む。また、カソード電極選択は、放電を開始させない電圧に導くようにすればよいので、これを低電圧で行うことができる。したがって、ＦＥＤの低ノイズ化、低コスト化が可能となる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、この発明によるＦＥＤ制御回路が使用されるＦＥＤ（電界放出型ディスプレイ）を示している。

ＦＥＤは、ベース基板(1)上に並列状に配列された複数列のカソード電極(3)と、ベース基板(1)に対向する表面基板(2)上にカソード電極(3)と直交するように並列状に配列された複数行のアノード電極(4)と、各カソード電極(3)に設けられた複数列の絶縁体(5)と、カソード電極(3)とアノード電極(4)との交点に位置するように絶縁体(5)に支持されたＣＮＴ（カーボンナノチューブ）のエミッタアレイ(6)と、アノード電極(4)に設けられた発光用蛍光体(7)と、定電流源(11)およびアノード電極選択手段(14)を有しアノード電極(4)に所定の電圧を印加するアノード電極駆動部(8)と、カソード電極選択手段(16)を有しカソード電極(3)に所定の電圧を印加するカソード電極駆動部(9)とを備えている。

ＦＥＤの発光動作は、カソード電極(3)上に配置されたＣＮＴのエミッタアレイ(6)から放出された電子ビームに輝度信号を与えて、アノード電極(4)上の蛍光体（Ｒ、ＢおよびＧの３色）(7)に照射して発光させるもので、この動作は、２極管と等価な特性を有しており、ＦＥＤは、微細な２極管を配列した構成となっている。

図２は、この発明によるＦＥＤ制御回路の実施形態を示している。

ＦＥＤ制御回路は、アノード電極駆動部(8)およびカソード電極駆動部(9)を有している。

アノード電極駆動部(8)は、アノード電極(4)に流れる電流Ｉｓを一定にする定電流源としての定電流回路(11)と、アノード電極(4)に定電圧Ｖａを印加するアノード電源(12)と、定電流回路(11)に所要の制御電圧を印加する電圧制御部(13)と、定電流回路(11)に印加される制御電圧をオン・オフさせるアノード電極選択手段(14)とからなる。

カソード電極駆動部(9)は、カソード電極(3)に定電圧Ｖｒを印加するカソード電源(15)と、カソード電極(3)に印加される電圧Ｖｒをオン・オフさせるカソード電極選択手段(16)とからなる。

定電流回路(11)は、電流制限抵抗(21)、電流制御半導体(22)、誤差増幅器(23)およびこれらに放電バラツキ対応電圧Ｅを印加する電源(24)を有している。

定電流回路電源(24)は、アノード電極(4)に印加されている電圧Ｖａと逆の極性となるように、アノード電源(12)と接続されている。放電バラツキ対応電圧Ｅは、放電特性のバラツキより少し大きい値とされている。

図３に示すように、この定電流回路(11)によると、電流制限抵抗(21)の大きさをＲｓ、これに流れる電流をＩｓ、ＩｓによるＲｓでの電圧降下をＥｓとして、Ｉｓ＝Ｅｓ／Ｒｓが成り立ち、ＩｓによるＲｓでの電圧降下をＥｓと比較して、これが等しくなるように誤差増幅器(23)が作動することにより、定電流特性が得られる。こうして、アノード電圧を一定とした場合には、アノード電流が変動し輝度ムラが生じるのに対し、定電流制御により、放電特性に影響されないようにアノード電極(4)が制御される。

電圧制御部(13)は、電流設定電圧Ｅｓと映像信号とを演算する演算部(27)、演算部(27)から出力された電圧信号をパルス信号とするパルス変調部(28)、パルス変調部(28)とオプトアイソレータ(29)を介して接続されて定電流回路(11)にパルス信号を入力するパルスドライバ(30)からなる。

パルス変調部(28)では、パルス幅変調（ＰＷＭ）またはパルス振幅変調（ＰＡＭ）により、パルス信号（ＰＷＭ信号またはＰＡＭ信号）を生成している。

オプトアイソレータ(29)は、パルス変調部(28)とパルスドライバ(30)とを両者間を電気的に絶縁しかつ信号伝達は可能なように接続している。パルス変調を使用して入力信号レベルをパルス幅に変換し、定電流回路(11)に入力される信号をパルス幅に基づいて変化させることにより、オプトアイソレータ(28)またはこれと同等の信号伝達手段での絶縁が可能となる。

図３に示したように、アノード電極(4)の電流制御において、電流設定電圧（Ｅｓ）を変化させることにより、アノード電流を可変とすることができることが分かる。つまり、アノード電流は輝度を表すことになる。このことから、映像信号と電流設定電圧を演算部(27)において演算し、得られたパルス信号をパルスドライバ(30)を介して定電流回路(11)に入力することで、映像信号に対応する輝度が得られる。こうして、アノード電極(4)において映像信号増幅を行うことができる。

アノード電極選択手段(14)は、定電流回路(11)の誤差増幅器(23)の出力と電流制御半導体(22)との間に設けられた半導体スイッチ(25)、および半導体スイッチ(25)に選択信号を入力するオプトアイソレータ(26)を有している。

オプトアイソレータ(26)からオフの選択信号が入力されると、定電流回路(11)の半導体スイッチ(25)の制御端子（ベースおよびエミッタ）は、開放状態になる。これにより、定電流回路(11)の電流制御半導体(22)の制御端子が開放状態になり、アノード電極(4)は非選択となる。アノード電極(4)の選択は、これの反対動作となり、オプトアイソレータ(26)をオンにすると、半導体スイッチ(25)が遮断状態になり、これにより、電流制御半導体(22)の制御端子が遮断状態になって、アノード電極(4)が選択となる。

カソード電極選択手段(16)は、カソード電極選択信号に応じて遮断または通電されるカソード電極選択制御用半導体(31)を有している。カソード電源(15)は、アノード電圧Ｖａと逆極性となるように（アノード電源(12)およびカソード電源(15)の接地側がいずれもマイナス極となるように）、定電圧Ｖｒをカソード電極(3)に印加している。カソード電極(3)の電極選択は、アノード電圧Ｖａと逆極性の電圧Ｖｒをカソード電極(3)にオン・オフすることにより行われる。放電特性がばらついても放電曲線が同等であれば、放電特性のバラツキ幅を低圧側にシフトすることにより、放電が起こらなくなる。つまり、アノード電極(4)とカソード電極(3)との間に印加されているアノード電圧Ｖａに逆電圧を印加して、アノード電圧を見かけ上、下げることにより、電極選択が行われている。この動作の配分を図４に示す。図４（ａ）は、カソード電極選択時を、図４（ｂ）は、カソード電極非選択時をそれぞれ示している。図４において、Ｅは、バラツキに相当する電圧で、いずれかのエミッタが放電する電圧をＥｍｉｎ、すべてのエミッタが放電する電圧をＥｍａｘとして、（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）よりも少し大きい値とされている。

なお、放電開始電圧は、２００〜３００Ｖ程度で、最大放電電圧は、１０００ｖ以下であり、Ｅは５０Ｖ程度とされる。また、Ｖｒも５０Ｖ程度とされる。

ある１つのカソード電極(3)に対応している複数行のアノード電極(4)において生じる放電の一例を図５に示す。同図において、まず、複数列あるカソード電極(3)のうち、カソード電極選択手段(16)で所定のカソード電極(3A)が選択される。すなわち、(16A)で示すカソード電極選択手段のスイッチが接続オフ（選択信号としてはオン）とされ、残りのスイッチは接続（選択信号としてはオフ）されることにより、１行目のカソード電極(3A)が選択される。次いで、アノード電極選択手段(14)でアノード電極(4)が順次選択される。これにより、アノード電極(4)には、パルス信号に対応した電流が流れ、水平走査線となる。ＰＷＭ出力には、映像信号も含まれているので、映像信号に対応した電子ビーム放出が起こり、ＦＥＤが発光する。図では、A,C,EおよびGに配置されたエミッタ(6)がオンとされ、１行目のカソード電極(3A)のこれらに対応するエミッタ(6)から電子が放出され、１行目のカソード電極(3A)のB,DおよびFで示す箇所および２行目以降のカソード電極(3)に配置されたエミッタ(6)からの放電はない。

図６は、１で示されたカソード電極(3)が選択され、アノード電極(4)に信号（パルス信号）が入力された場合のアノード電流Ｉｓのタイムチャートの一例を示している。図６において、（ａ）は、パルス幅変調を行うことにより得られるＰＷＭ信号が入力されたときのもので、（ｂ）は、パルス振幅変調により得られるＰＷＭ信号が入力されたときのものである。

上記のＦＥＤ制御回路によると、放電特性の際による輝度ムラを特別な補正をすることなく抑制することができる。したがって、輝度補正用のデータテーブルを不要することができるか、または、個々のエミッタ(6)についてのテーブルではなく、各カソード電極(3)ごとのデータテーブルで十分なものとなる。

ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）を用いるＦＥＤ（電界放出型ディスプレイ）の制御回路として使用された場合に、ＦＥＤ素子の特性のバラツキを補正して、高電圧用制御部品の使用を少なくすることができ、これにより、ＦＥＤの低ノイズ化、小型化および低コスト化を可能とすることができる。

この発明によるＦＥＤ制御回路が使用されている電界放出型ディスプレイを模式的に示す斜視図である。この発明によるＦＥＤ制御回路を示す回路図である。ＦＥＤ制御回路のアノード電極選択部分を示す回路図である。この発明によるＦＥＤ制御回路のカソード電極選択に対応する動作の電圧配分を示す図である。この発明によるＦＥＤ制御回路の動作例を示す図である。この発明によるＦＥＤ制御回路のタイミングチャートの一例を示す図である。

符号の説明

(3) カソード電極
(4) アノード電極
(6) ＣＮＴエミッタアレイ
(7) 発光用蛍光体
(8) アノード電極駆動部
(9) カソード電極駆動部
(11) 定電流回路（定電流源）
(14) アノード電極選択手段
(16) カソード電極選択手段
(22) 電流制御半導体
(23) 誤差増幅器
(25) 半導体スイッチ
(29) オプトアイソレータ（電気絶縁タイプの信号伝達手段）

Claims

複数列のカソード電極、カソード電極に対向する複数行のアノード電極、両電極の交差位置に対応するようにカソード電極上に配置された複数のエミッタ、およびアノード電極に設けられた蛍光体を備えている電界放出型ディスプレイの電極電圧を制御するＦＥＤ制御回路において、各アノード電極に所要の電圧を印加するアノード電極駆動部と、各カソード電極に所要の電圧を印加するカソード電極駆動部とを備えており、アノード電極駆動部は、各アノード電極に定電流を供給する定電流源を有しており、定電流制御により、各エミッタごとの放電特性に影響されないようにアノード電極が制御されることを特徴とするＦＥＤ制御回路。
定電流の設定電圧は、パルス変調により変化させられている請求項１に記載のＦＥＤ制御回路。
アノード電極駆動部は、アノード電極選択手段を有しており、アノード電極選択手段は、定電流源を構成する誤差増幅器と電流制御半導体との間に設けられた半導体スイッチを有し、半導体スイッチがオン・オフされることにより、電流制御半導体が導通状態と遮断状態とに切り替えられて、アノード電極選択が行われる請求項１または２に記載のＦＥＤ制御回路。
カソード電極駆動部は、カソード電極選択手段を有しており、カソード電極選択手段は、アノード電圧と逆特性の電圧をスイッチさせることにより電極選択を行うものである請求項１から３までのいずれかに記載のＦＥＤ制御回路。
映像信号と電流設定電圧が演算されて、パルス信号に変換され、これがパルスドライバを介して定電流源の電流制御半導体に伝達されることにより、映像信号が増幅されている請求項１から４までのいずれかに記載のＦＥＤ制御回路。
パルス信号は、電気的に絶縁されて、定電流源に伝達されている請求項５に記載のＦＥＤ制御回路。