JP4829604B2 - 冷陰極アレイ及びこれを用いた電界放出型ディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、冷陰極アレイ及びこれを用いた電界放出型ディスプレイ、特に冷陰極からの電子ビーム放出を制御するフォーカス電極を備えた冷陰極アレイ及びこれを用いた電界放出型ディスプレイに関する。

電界放出型ディスプレイ（Field Emission Display）の冷陰極として、Spint型冷陰極、ＳＣＥ（Surface Conduction Electron emitter）型冷陰極、炭素系材料（例えば、ＣＮＴ（Carbon Nanotube）、ＧＮＦ（Graphite Nanofiber）、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）等）により冷陰極エミッタを構成した冷陰極が検討されている。

図１は、従来の電界放出型ディスプレイの概略を示した断面図である。図１において、Ｂ１は電子放出時における等電位線（以下、「等電位線Ｂ１」とする）を示している。

図１に示すように、電界放出型ディスプレイ１００は、前面板１０１と、背面板１０２とを有する。前面板１０１は、冷陰極アレイ１０４と対向する基板１０５の面にアノード電極１０６と蛍光体１０７とが順次設けられた構成とされている。

背面板１０２は、基板１０９と、基板１０９上に設けられ、複数の冷陰極１０３を有する冷陰極アレイ１０４とを有する。冷陰極１０３は、基板１０９上に設けられており、カソード電極１１１と、絶縁層１１２と、ゲート電極１１３と、カソード電極１１１上に設けられた冷陰極エミッタ１１６とを有する。また、冷陰極１０３には、絶縁層１１２及びゲート電極１１３を貫通し、カソード電極１１１を露出する開口部１１５が形成されている。

このような構成とされた電界放出型ディスプレイ１００では、ゲート電極１１３とカソード電極１１１とに電圧を印加することで、冷陰極エミッタ１１６から電子を放出し、高電圧が印加されたアノード電極１０６により電子ビームを加速して蛍光体１０７に照射する。

しかしながら、電界放出型ディスプレイ１００では、冷陰極１０３から放出された電子が水平方向の速度成分を有すると電子ビームが発散してしまい、解像度の劣化やクロストークが発生してしまうという問題があった。

このような問題を考慮した従来技術として、フォーカス電極を備えた電界放出型ディスプレイがある。

図２は、フォーカス電極を備えた従来の電界放出型ディスプレイの斜視図であり、図３は、図２に示した電界放出型ディスプレイの断面図である。図３において、Ｂ２は等電位線（以下、「等電位線Ｂ２」とする）、Ｃは電子ビーム（以下、「電子ビームＣ」とする）、ｄ１は絶縁層１１２の厚さ（以下、「厚さｄ１」とする）、ｄ２は絶縁層１２３の厚さ（以下、「厚さｄ２」とする）、Ｒ１はフォーカス電極１２４に設けられた開口部１２６の開口径（以下、「開口径Ｒ１」とする）をそれぞれ示している。また、図２及び図３において、図１に示した電界放出型ディスプレイ１００と同一構成部分には同一符号を付す。

図２に示すように、電界放出型ディスプレイ１２０は、前面板１０１と、背面板１２２を有する。背面板１２２は、基板１０９と、基板１０９上に設けられ、複数の冷陰極１２１を有する冷陰極アレイ１２５とを有する。

冷陰極アレイ１２５は、図１に示した冷陰極アレイ１０４上に、さらに絶縁層１２３と、全ての冷陰極１２１に対して共通とされた１つの板状のフォーカス電極１２４とを設けた構成とされている。

図３に示すように、冷陰極１２１は、図１に示した冷陰極１０３上に、さらに絶縁層１２３とフォーカス電極１２４とを設けた構成とされている。また、冷陰極１２１は、冷陰極エミッタ１１６を露出する開口部１２６を有する。

電界放出型ディスプレイ１２０では、フォーカス電極１２４に所定の電圧を印加することにより、図３に示すような等電位線Ｂ２を形成して、電子ビームＣを集束させる（例えば、非特許文献１参照。）。
Y.W.Jin,et.al.,"AStudy on the Driving Property of Double Gated Triode-Type Field EmissionDisplay Using Carbon Nanotube Emitter",Proc.Euro Display’02,pp.229-121,2002

しかしながら、従来の電界放出型ディスプレイ１２０では、フォーカス電圧を一定とした状態で、ゲートとカソード間の駆動電圧の制御により、電子ビームＣの放出をコントロールする構成とされている。これにより、ビームオフ時の電圧に対してビームオン時の駆動電圧を高くする必要があるため、低電圧駆動が困難であり、駆動回路のコストが増加してしまうという問題があった。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、冷陰極から電子ビーム放出のための駆動電圧を小さくして、駆動回路のコストを低減することのできる冷陰極アレイ及びこれを用いた電界放出型ディスプレイを提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、基板上に設けられたカソード電極と、該カソード電極と絶縁層を介して順次積層されたゲート電極およびフォーカス電極と、該カソード電極上に形成された冷陰極エミッタを含む冷陰極がアレイ状に配置された冷陰極アレイにおいて、前記ゲート電極は１つの板状電極であり、前記カソード電極と前記フォーカス電極は互いに直交する複数の帯状電極であって、前記ゲート電極の一定電位に対して、前記カソード電極に所定の電位差を有するパルス状電圧である第１のスイッチング電圧が印加され、および前記フォーカス電極に前記所定の電位差よりも小さい電位差を有する所定のパルス状電圧である第２のスイッチング電圧が印加されることで前記冷陰極からの電子ビーム放出が行われることを特徴とする冷陰極アレイが提供される。

本発明によれば、ゲート電極は１つの板状電極であり、カソード電極とフォーカス電極は互いに直交する複数の帯状電極であって、ゲート電極の一定電位に対して、カソード電位およびフォーカス電極に所定のパルス状電圧が印加されることで冷陰極からの電子ビーム放出を行なうことにより、従来の冷陰極アレイよりも冷陰極からの電子ビーム放出のための駆動電圧を小さくして、駆動回路のコストを低減することができる。

本発明のその他の観点によれば、請求項１に記載の冷陰極アレイと、前記冷陰極アレイと対向する基板にアノード電極と蛍光体とを順次積層させた前面板とを備えたことを特徴とする電界放出型ディスプレイが提供される。

本発明によれば、従来の冷陰極アレイよりも冷陰極からの電子ビーム放出のための駆動電圧を小さくして、駆動回路のコストを低減することが可能となるため、電界放出型ディスプレイのコストを低減することができる。

本発明は、冷陰極からの電子ビーム放出のための駆動電圧を小さくして、駆動回路のコストを低減することができる。

ここで、発明者が本願発明を導き出すために先の図３で説明した従来の電界放出型ディスプレイ１２０を用いて行った評価結果について説明する。

始めに、開口径Ｒ１が５μｍ、絶縁層１１２の厚さｄ１（ゲート電極１１３とカソード電極１１１の距離）が３μｍ、絶縁層１２３の厚さｄ２（ゲート電極１１３とフォーカス電極１２４の距離）が１．５μｍとなるよう冷陰極１２１を作製した（図３参照）。

次に、上記冷陰極１２１のフォーカス電極１２４及びカソード電極１１１の電圧を０Ｖとして、ゲート電極１１３に印加するゲート電圧Ｖ_Gを変えたときにアノード電極１０６に流れるアノード電流Ｉ_Aについての評価を行った。このとき、フォーカス電極１２４には、ゲート電圧Ｖ_Gよりも低い電圧０Ｖが印加されているため、冷陰極１２１から放出された電子ビームは集束する。この評価結果をまとめたものを図４に示す。

図４は、フォーカス電極及びカソード電極の電圧を０Ｖとしたときのゲート電圧Ｖ_Gとアノード電流Ｉ_Aとの関係を示した図である。

図４に示すように、ゲート電極１１３とカソード電極１１１との間の電圧（以下、「ゲート−カソード間の電圧」とする）が６０Ｖのときのアノード電流Ｉ_Aは、ゲート−カソード間の電圧が３０Ｖのときのアノード電流Ｉ_Aの約１０００倍となる。

ここで、蛍光体１０７の発光輝度がアノード電流Ｉ_Aに比例すると仮定した場合、ゲート−カソード間の電圧が６０Ｖと３０Ｖの輝度のコントラスト比は１０００：１となる。コントラスト比１０００：１は、通常のディスプレイでは、十分に有り得る比率であり、冷陰極１２１からの電子放出の制御に必要なスイッチング電圧は３０Ｖとなる。

次に、ゲート電極１１３とカソード電極１１１に印加する電圧により、マトリクス状に配列された冷陰極１２１からの電子放出を制御する場合について説明する。なお、ここでの説明において、フォーカス電極１２４には常時−３０Ｖの電圧が印加されているものとする。

ゲート電極１１３に３０Ｖ、カソード電極１１１に−３０Ｖの電圧を印加したときには、ゲート−カソード間の電圧が６０Ｖとなるため、冷陰極１２１から電子が放出され、カソード電極１１１の電圧を０Ｖにすると、ゲート−カソード間の電圧が３０Ｖとなるため、冷陰極１２１から電子は放出されない。

また、カソード電極１１１に−３０Ｖの電圧を印加すると共に、ゲート電極１１３に３０Ｖの電圧を印加すると電子は放出し、ゲート電極１１３の電圧を０Ｖにすると電子は放出しない。さらに、ゲート電極１１３及びカソード電極１１１の電圧が０Ｖのときには、電子は放出されない。

このように、冷陰極１２１からの電子放出の制御には、ゲート電極１１３及びカソード電極１１１にそれぞれ３０Ｖのスイッチング電圧が必要であり、先の図２及び図３で説明した従来の電界放出型ディスプレイ１２０は、上記方法により駆動される。

次に、冷陰極１２１のカソード電極１１１の電圧を０Ｖとし、ゲート電極１１３に６０Ｖの電圧を印加したとき（ゲート−カソード間の電圧が６０Ｖ）のフォーカス電極１２４のフォーカス電圧Ｖ_Fとアノード電極１０６に流れるアノード電流Ｉ_Aの関係について評価した。この評価結果をまとめたものを図５に示す。

図５は、カソード電極の電圧を０Ｖとし、ゲート電極に６０Ｖの電圧を印加したときのフォーカス電圧Ｖ_Fとアノード電流Ｉ_Aとの関係を示した図である。

図５に示すように、フォーカス電圧Ｖ_Fが０Ｖ（カソード電極１１１と同じ電圧）のときのアノード電流Ｉ_Aの大きさは、フォーカス電圧Ｖ_Fが−６Ｖ（カソード電極１１１に印加される電圧よりも６Ｖ低い電圧）のときに流れるアノード電流Ｉ_Aの約１０００倍となる。

ここで、蛍光体１０７の発光輝度がアノード電流Ｉ_Aに比例すると仮定した場合、ゲート−カソード間の電圧が０Ｖと−６Ｖとの輝度のコントラスト比は１０００：１となる。１０００：１のコントラスト比は、通常のディスプレイでは、十分に有り得る比率であり、冷陰極１２１からの電子放出の制御に必要なスイッチング電圧は６Ｖとなる。

次に、ゲート電極１１３とフォーカス電極１２４とに印加する電圧により、マトリクス状に配列された冷陰極１２１からの電子放出を制御する場合について説明する。なお、ここでの説明において、カソード電極１１１には常時−３０Ｖの電圧が印加されているものとする。

ゲート電極１１３に３０Ｖの電圧が印加されているとき（ゲート−カソード間の電圧が６０Ｖ）に、フォーカス電極１２４に−３０Ｖの電圧（カソード電極１１１と同じ電圧）を印加すると、冷陰極１２１から電子が放出する。このとき、フォーカス電極１２４に−３６Ｖの電圧（カソード電極１１１に印加された電圧よりも６Ｖ低い電圧）を印加した場合、冷陰極１２１から電子は放出されない。また、ゲート電極１１３の電圧が０Ｖのときには、ゲート−カソード間の電圧が３０Ｖとなるため、フォーカス電極１２４の電圧の大きさに関わらず、冷陰極１２１から電子は放出されない。

このように、冷陰極１２１からの電子放出を制御するために、ゲート電極１１３には３０Ｖのスイッチング電圧が必要であるが、フォーカス電極１２４には６Ｖのスイッチング電圧（ゲート電極１１３のスイッチング電圧３０Ｖよりも小さいスイッチング電圧）でよいことが分かる。

次に、カソード電極１１１とフォーカス電極１２４とに印加する電圧により、マトリクス状に配列された冷陰極１２１からの電子放出を制御する場合について説明する。なお、ここでの説明において、ゲート電極１１３には常時３０Ｖのゲート電圧が印加されているものとする。

カソード電極１１１に−３０Ｖの電圧が印加されているとき（ゲート−カソード間の電圧が６０Ｖ）に、フォーカス電極１２４に−３０Ｖの電圧（カソード電極１１１と同じ電圧）を印加すると、冷陰極１２１から電子が放出する。このとき、フォーカス電極１２４に−３６Ｖの電圧（カソード電極１１１に印加された電圧よりも６Ｖ低い電圧）を印加した場合には、冷陰極１２１から電子は放出されない。また、カソード電極１１１の電圧が０Ｖのときには、ゲート−カソード間の電圧が３０Ｖとなるため、フォーカス電極１２４の電圧の大きさに関わらず、冷陰極１２１から電子は放出されない。

このように、冷陰極１２１からの電子放出を制御するために、カソード電極１１１には３０Ｖのスイッチング電圧が必要であるが、フォーカス電極１２４には６Ｖのスイッチング電圧（カソード電極１１１のスイッチング電圧３０Ｖよりも小さいスイッチング電圧）でよいことが分かる。

以上、説明したように、マトリクス配列とされた冷陰極１２１からの電子放出を制御する場合、２つの電極のスイッチング電圧のうち一方のスイッチング電圧の値は同じであるが、他方のスイッチング電圧を小さくすることができる。

このように、スイッチング電圧を小さくして、駆動電圧を低減させることにより、駆動回路のコストを低減することができる。

以下に、実施の形態として、具体的な電界放出型ディスプレイの構成及び駆動方法について説明する。

（第１の実施の形態）
図６は、本発明の第１の実施の形態による電界放出型ディスプレイの概略を示した斜視図である。図６において、Ｆはゲート電極２９₁〜２９_mとフォーカス電極３２₁〜３２_nとが直交する領域（以下、「領域Ｆ」とする）、Ｘ，Ｘ方向はフォーカス電極３２₁〜３２_nの長手方向、Ｙ，Ｙ方向はゲート電極２９₁〜２９_mの長手方向をそれぞれ示している。

図６に示すように、電界放出型ディスプレイ１０は、前面板１１と、背面板１２と、走査用ドライバ１３と、データ用ドライバ１４と、カソード用駆動回路１６と、制御装置１７と、データ入力端子１８とを有する。

前面板１１は、基板２１と、アノード電極２２と、蛍光体２３とを有する。アノード電極２２は、基板２１の下面２１Ａ（背面板１２と対向する側の基板２１の面）を覆うように設けられている。蛍光体２３は、複数の赤色蛍光体２３Ａ、緑色蛍光体２３Ｂ、及び青色蛍光体２３Ｃから構成されており、アノード電極２２を覆うように設けられている。また、複数の赤色蛍光体２３Ａ、緑色蛍光体２３Ｂ、及び青色蛍光体２３Ｃは、Ｙ，Ｙ方向に対して赤色蛍光体２３Ａ、緑色蛍光体２３Ｂ、青色蛍光体２３Ｃの順となるように配置されている。

背面板１２は、基板２６と、基板２６上に設けられ、複数の冷陰極３０を有する冷陰極アレイ２５とを有する。冷陰極アレイ２５は、カソード電極２７と、絶縁層２８，３１と、ｍ本（ｍは自然数）のゲート電極２９₁〜２９_mと、ｎ本（ｎは自然数）のフォーカス電極３２₁〜３２_nと、複数の冷陰極３０とを有する。

カソード電極２７は、１つの板状の電極であり、全ての冷陰極３０に対して共通な電極とされている。カソード電極２７は、基板２６の上面２６Ａに設けられている。カソード電極２７は、カソード用駆動回路１６と接続されている。

絶縁層２８は、カソード電極２７を覆うように設けられている。絶縁層２８は、カソード電極２７とゲート電極２９₁〜２９_mとの間を絶縁するためのものである。

ゲート電極２９₁〜２９_mは、ｍ本の帯状とされた走査用電極である。ゲート電極２９₁〜２９_mは、その長手方向がＹ，Ｙ方向となるように絶縁層２８上に設けられている。ゲート電極２９₁〜２９_mは、走査用ドライバ１３と接続されている。絶縁層３１は、絶縁層２８上にゲート電極２９₁〜２９_mを覆うよう設けられている。絶縁層２８は、ゲート電極２９₁〜２９_mとフォーカス電極３２₁〜３２_nとの間を絶縁するためのものである。

フォーカス電極３２₁〜３２_nは、絶縁層３１上に設けられたｎ本の帯状のデータ用電極である。フォーカス電極３２₁〜３２_nは、ゲート電極２９₁〜２９_mと直交（フォーカス電極３２₁〜３２_nの長手方向がＸ，Ｘ方向となる）するように配置されている。フォーカス電極３２₁〜３２_nは、データ用ドライバ１４と接続されている。フォーカス電極３２₁〜３２_nは、所定の電圧が印加された際、冷陰極３０から放出された電子ビームを開口部を通過させ集束させる。また、フォーカス電極３２₁〜３２_nとゲート電極２９₁〜２９_mとが直交する領域Ｆには、複数の冷陰極３０が設けられている。

図７は、本実施の形態の冷陰極の断面図である。図７に示すように、冷陰極３０は、基板２６上の領域Ｆに設けられており、カソード電極２７と、絶縁層２８，３１と、ゲート電極２９と、フォーカス電極３２と、冷陰極エミッタ３４とを有する。絶縁層２８，３１、ゲート電極２９、及びフォーカス電極３２には、カソード電極２７を露出する開口部３５が形成されている。

冷陰極エミッタ３４は、開口部３５に露出されたカソード電極２７上に設けられている。冷陰極エミッタ３４は、電子を放出するためのものである。

次に、図６を参照して、走査用ドライバ１３、データ用ドライバ１４、カソード用駆動回路１６、制御装置１７、データ入力端子１８の順に説明する。

走査用ドライバ１３は、ｍ個の駆動回路（図示せず）を有しており、各駆動回路はゲート電極２９₁〜２９_mのいずれか１つと接続されている。走査用ドライバ１３は、制御装置１７と接続されており、制御装置１７からの制御信号に基づいて、ゲート電極２９₁〜２９_mに電圧を印加する。

データ用ドライバ１４は、ｎ個の駆動回路（図示せず）を有しており、各駆動回路はフォーカス電極３２₁〜３２_nのいずれか１つと接続されている。データ用ドライバ１４は、制御装置１７と接続されており、制御装置１７からの制御信号に基づいて、フォーカス電極３２₁〜３２_nに所定の電圧を印加する。カソード用駆動回路１６は、カソード電極２７と接続されている。カソード用駆動回路１６は、カソード電極２７に電圧を印加するためのものである。

制御装置１７は、電界放出型ディスプレイ１０の制御全般を行なう。制御装置１７は、制御信号により走査用ドライバ１３及びデータ用ドライバ１４を制御する。データ入力端子１８は、外部から送信される入力画像データを受信するための端子である。

図８は、本実施の形態による電界放出型ディスプレイの駆動波形を示した図である。図８において、（ａ）はゲート電極２９_K-1（Ｋは１≦Ｋ≦ｍの自然数）に印加される電圧パルスの波形、（ｂ）はゲート電極２９_Kに印加される電圧パルスの波形、（ｃ）はゲート電極２９_K+1に印加される電圧パルスの波形、（ｄ）はフォーカス電極３２_P（Ｐは１≦Ｐ≦ｎの自然数）に印加される電圧パルスの波形、（ｅ）はフォーカス電極３２_P+1に印加される電圧パルスの波形、（ｆ）はカソード電極２７に印加される電圧パルスの波形をそれぞれ示している。

また、図８に示すゲート電圧Ｖ_GON，Ｖ_GOFF、カソード電圧Ｖ_KON，Ｖ_KOFF、及びフォーカス電圧Ｖ_FON，Ｖ_FOFFは、先の図４及び図５で説明した電圧値に対応している。具体的には、ゲート電圧Ｖ_GONは３０Ｖ、ゲート電圧Ｖ_GOFFは０Ｖ、カソード電圧Ｖ_KONは−３０Ｖ、カソード電圧Ｖ_KOFFは０Ｖ、フォーカス電圧Ｖ_FONは−３０Ｖ、フォーカス電圧Ｖ_FOFFは−３６Ｖにそれぞれ対応している。なお、図８では、カソード電極２７には常時Ｖ_KONが印加されている。

次に、図８を参照して、電界放出型ディスプレイ１０の駆動方法について説明する。時刻ｔ１において、ゲート電極２９_Kに電圧Ｖ_GONが印加されるとゲート−カソード間の電圧は、冷陰極エミッタ３４から電子が放出する閾値電圧よりも大きくなり、ゲート電極２９_Kに対応する冷陰極エミッタ３４から電子が放出される。また、フォーカス電極３２_Pには電圧Ｖ_FONが印加されるため、ゲート電極２９_Kとフォーカス電極３２_Pとが直交する領域Ｆに設けられた冷陰極３０から電子が放出され、電子ビームは集束された状態で蛍光体２３に到達して発光する。

一方、フォーカス電極３２_P+1には電圧Ｖ_FOFFが印加されるため、ゲート電極２９_Kとフォーカス電極３２_P+1とが直交する領域Ｆに設けられた冷陰極３０から電子は放出されない。

また、ゲート電極２９_K-1，２９_K+1には、電圧Ｖ_GOFFが印加されるため、ゲート電極２９_K-1，２９_K+1に対応する冷陰極エミッタ３４から電子は放出されず、フォーカス電極に印加される電圧の大きさに関わらず、ゲート電極２９_K-1，２９_K+1に対応する冷陰極３０から電子は放出されない。

続く、時刻ｔ２において、ゲート電極２９_Kに電圧Ｖ_GOFF、ゲート電極２９_K+1に電圧Ｖ_GONがそれぞれ印加され、ゲート電極２９_K+1に対応する冷陰極エミッタ３４から電子が放出される。このときフォーカス電極３２_Pには、電圧Ｖ_FOFFが印加されており、ゲート電極２９_K+1とフォーカス電極３２_Pとが直交する領域Ｆに設けられた冷陰極３０から電子は放出されない。また、フォーカス電極３２_P+1には、電圧Ｖ_FONが印加されるため、ゲート電極２９_K+1とフォーカス電極３２_P+1とが直交する領域Ｆに設けられた冷陰極３０から電子が放出される。

以上説明したようなアドレスを行なうことにより、電界放出型ディスプレイ１０に入力画像データに基づいた画像を表示させることができる。

本実施例の電界放出型ディスプレイ１０によれば、上記アドレス方法により駆動することで、データ用電極であるフォーカス電極３２₁〜３２_nのスイッチング電圧を低くして、冷陰極３０から電子ビーム放出のための駆動電圧を低減させることができる。これにより、コストの安価な耐圧の低い駆動回路を適用することが可能となるため、電界放出型ディスプレイ１０のコストを低減することができる。

なお、本実施の形態による電界放出型ディスプレイ１０は、先の図２で説明した従来の電界放出型ディスプレイ１２０と同様な手法により製造することができる。また、電界放出型ディスプレイ１０の駆動に必要な駆動回路の数は、従来の電界放出型ディスプレイ１２０と同じである。

また、本実施の形態において、ゲート電極２９₁〜２９_mを走査用電極にすると共に、フォーカス電極３２₁〜３２_nをデータ用電極としたが、走査用電極としてフォーカス電極３２₁〜３２_nを用い、データ用電極としてゲート電極２９₁〜２９_mを用いてもよい。この場合、走査用電極であるフォーカス電極３２₁〜３２_nのスイッチング電圧を小さくして、駆動電圧を低減させることが可能となるため、本実施の形態の電界放出型ディスプレイ１０と同様な効果を得ることができる。

（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態による電界放出型ディスプレイの概略を示した斜視図である。図９において、Ｇはカソード電極４４₁〜４４_mとフォーカス電極３２₁〜３２_nとが直交する領域（以下、「領域Ｇ」とする）、Ｘ，Ｘ方向はフォーカス電極３２₁〜３２_nの長手方向、Ｙ，Ｙ方向はカソード電極４４₁〜４４_mの長手方向をそれぞれ示している。また、図９において、第１の実施の形態の電界放出型ディスプレイ１０と同一構成部分には同一符号を付す。

図９に示すように、電界放出型ディスプレイ４０は、前面板１１と、走査用ドライバ１３と、データ用ドライバ１４と、制御装置１７と、データ入力端子１８と、背面板４１と、ゲート用駆動回路４２とを備えた構成とされている。

背面板４１は、基板２６と、基板２６上に設けられ、複数の冷陰極４７を有する冷陰極アレイ４３とを有する。冷陰極アレイ４３は、カソード電極４４₁〜４４_mと、絶縁層２８，３１と、ゲート電極４５と、ｎ本（ｎは自然数）のフォーカス電極３２₁〜３２_nと、複数の冷陰極４７とを有する。つまり、冷陰極アレイ４３は、第１の実施の形態の冷陰極アレイ２５に設けられたカソード電極２７、ゲート電極２９₁〜２９_m、及び冷陰極３０の代わりに、カソード電極４４₁〜４４_m、ゲート電極４５、及び冷陰極４７を設けた構成とされている。

カソード電極４４₁〜４４_mは、ｍ本の帯状とされた走査用電極である。カソード電極４４₁〜４４_mは、その長手方向がＹ，Ｙ方向となるように基板２６の上面２６Ａに設けられている。カソード電極４４₁〜４４_mは、絶縁層２８により覆われており、走査用ドライバ１３と接続されている。

ゲート電極４５は、板状とされた１つのデータ用電極であり、全ての冷陰極４７に対して共通とされた電極である。ゲート電極４５は、絶縁層２８上に設けられている。ゲート電極４５は、ゲート用駆動回路４２と接続されている。

冷陰極４７は、帯状とされたカソード電極４４₁〜４４_mとフォーカス電極３２₁〜３２_nとが直交する領域Ｇに設けられている。冷陰極４７は、第１の実施の形態の冷陰極３０に設けられたカソード電極２７及びゲート電極２９の代わりに、カソード電極４４及びゲート電極４５を設けた以外は、第１の実施の形態の冷陰極３０と同様な構成とされている。

ゲート用駆動回路４２は、ゲート電極４５と接続されている。ゲート用駆動回路４２は、ゲート電極４５に電圧を印加するためのものである。

図１０は、本実施の形態による電界放出型ディスプレイの駆動波形を示した図である。図１０において、（ａ）はカソード電極４４_K-1（Ｋは１≦Ｋ≦ｍの自然数）に印加される電圧パルスの波形、（ｂ）はカソード電極４４_Kに印加される電圧パルスの波形、（ｃ）はカソード電極４４_K+1に印加される電圧パルスの波形、（ｄ）はフォーカス電極３２_P（Ｐは１≦Ｐ≦ｎの自然数）に印加される電圧パルスの波形、（ｅ）フォーカス電極３２_P+1に印加される電圧パルスの波形、（ｆ）はゲート電極４５に印加される電圧パルスの波形をそれぞれ示している。

また、図１０に示すゲート電圧Ｖ_GON，Ｖ_GOFF、カソード電圧Ｖ_KON，Ｖ_KOFF、及びフォーカス電圧Ｖ_FON，Ｖ_FOFFは、先の図４及び図５で説明した電圧値に対応している。具体的には、ゲート電圧Ｖ_GONは３０Ｖ、ゲート電圧Ｖ_GOFFは０Ｖ、カソード電圧Ｖ_KONは−３０Ｖ、カソード電圧Ｖ_KOFFは０Ｖ、フォーカス電圧Ｖ_FONは−３０Ｖ、フォーカス電圧Ｖ_FOFFは−３６Ｖにそれぞれ対応している。なお、図１０では、ゲート電極４５に常時Ｖ_GONが印加されている。

次に、図１０を参照して、電界放出型ディスプレイ４０の駆動方法について説明する。時刻ｔ１において、カソード電極４４_Kに電圧Ｖ_KONが印加されるとゲート−カソード間の電圧は、冷陰極エミッタ３４から電子が放出される閾値電圧よりも大きくなり、カソード電極４４_Kに対応する冷陰極エミッタ３４から電子が放出される。また、フォーカス電極３２_Pには電圧Ｖ_FONが印加されるため、カソード電極４４_Kとフォーカス電極３２_Pとが直交する領域Ｇに設けられた冷陰極４７から電子が放出され、電子ビームは集束された状態で蛍光体２３に到達して発光する。

一方、フォーカス電極３２_P+1には電圧Ｖ_FOFFが印加されるため、カソード電極４４_Kとフォーカス電極３２_P+1とが直交する領域Ｇに設けられた冷陰極４７から電子は放出されない。

また、カソード電極４４_K-1，４４_K+1には、電圧Ｖ_KOFFが印加されるため、カソード電極４４_K-1，４４_K+1に対応する冷陰極エミッタ３４から電子は放出されず、フォーカス電極に印加される電圧の大きさに関わらず、カソード電極４４_K-1，４４_K+1に対応する冷陰極４７から電子は放出されない。

続く、時刻ｔ２において、カソード電極４４_Kに電圧Ｖ_KOFF、カソード電極４４_K+1に電圧Ｖ_KONが印加され、カソード電極４４_K+1に対応する冷陰極エミッタ３４から電子が放出される。このときフォーカス電極３２_Pには、電圧Ｖ_FOFFが印加されており、カソード電極４４_K+1とフォーカス電極３２_Pとが直交する領域Ｇに設けられた冷陰極４７から電子は放出されない。また、フォーカス電極３２_P+1には、電圧Ｖ_FONが印加されるため、カソード電極４４_K+1とフォーカス電極３２_P+1とが直交する領域Ｇに設けられた冷陰極４７から電子が放出される。

以上説明したようなアドレスを行なうことにより、電界放出型ディスプレイ４０に入力画像データに基づいた画像を表示させることができる。

本実施の形態の電界放出型ディスプレイ４０によれば、上記アドレス方法により駆動することで、データ用電極であるフォーカス電極３２₁〜３２_nのスイッチング電圧を低くして、駆動電圧を低減させることができる。これにより、コストの安価な耐圧の低い駆動回路を適用することが可能となるため、電界放出型ディスプレイ４０のコストを低減することができる。

なお、本実施の形態による電界放出型ディスプレイ４０は、先の図２で説明した従来の電界放出型ディスプレイ１２０と同様な手法により製造することができる。また、電界放出型ディスプレイ４０の駆動に必要な駆動回路の数は、従来の電界放出型ディスプレイ１２０と同じである。

また、本実施の形態において、カソード電極４４₁〜４４_mを走査用電極にすると共に、フォーカス電極３２₁〜３２_nをデータ用電極としたが、走査用電極としてフォーカス電極３２₁〜３２_nを用い、データ用電極としてカソード電極４４₁〜４４_mを用いてもよい。この場合、走査用電極であるフォーカス電極３２₁〜３２_nのスイッチング電圧を小さくして、冷陰極４７から電子ビーム放出のための駆動電圧を低減することが可能となるため、本実施の形態の電界放出型ディスプレイ４０と同様な効果を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明は、例えば、カラーではない白黒のディスプレイにも適用可能である。

本発明によれば、冷陰極から電子ビーム放出のための駆動電圧を小さくして、駆動回路のコストを低減することのできる冷陰極アレイ及びこれを用いた電界放出型ディスプレイに適用できる。

従来の電界放出型ディスプレイの概略を示した断面図である。 フォーカス電極を備えた従来の電界放出型ディスプレイの斜視図である。 図２に示した電界放出型ディスプレイの断面図である。 フォーカス電極及びカソード電極の電圧を０Ｖとしたときのゲート電圧Ｖ_Gとアノード電流Ｉ_Aとの関係を示した図である。 カソード電極の電圧を０Ｖとし、ゲート電極に６０Ｖの電圧を印加したときのフォーカス電圧Ｖ_Fとアノード電流Ｉ_Aとの関係を示した図である。 本発明の第１の実施の形態による電界放出型ディスプレイの概略を示した斜視図である。 本実施の形態の冷陰極の断面図である。 本実施の形態による電界放出型ディスプレイの駆動波形を示した図である。 本発明の第２の実施の形態による電界放出型ディスプレイの概略を示した斜視図である。 本実施の形態による電界放出型ディスプレイの駆動波形を示した図である。

符号の説明

１０，４０ 電界放出型ディスプレイ
１１ 前面板
１２，４１ 背面板
１３ 走査用ドライバ
１４ データ用ドライバ
１６ カソード用駆動回路
１７ 制御装置
１８ データ入力端子
２１，２６ 基板
２１Ａ 下面
２２ アノード電極
２３ 蛍光体
２３Ａ 赤色蛍光体
２３Ｂ 緑色蛍光体
２３Ｃ 青色蛍光体
２５，４３ 冷陰極アレイ
２６Ａ 上面
２７，４４₁〜４４_m カソード電極
２８，３１ 絶縁層
２９，２９₁〜２９_m，４５ ゲート電極
３０，４７ 冷陰極
３２，３２₁〜３２_n フォーカス電極
３４ 冷陰極エミッタ
３５ 開口部
４２ ゲート用駆動回路
Ｆ，Ｇ 領域

Claims (2)

1. 基板上に設けられたカソード電極と、該カソード電極と絶縁層を介して順次積層されたゲート電極およびフォーカス電極と、該カソード電極上に形成された冷陰極エミッタを含む冷陰極がアレイ状に配置された冷陰極アレイにおいて、
   前記ゲート電極は１つの板状電極であり、前記カソード電極と前記フォーカス電極は互いに直交する複数の帯状電極であって、
   前記ゲート電極の一定電位に対して、前記カソード電極に所定の電位差を有するパルス状電圧である第１のスイッチング電圧が印加され、および前記フォーカス電極に前記所定の電位差よりも小さい電位差を有する所定のパルス状電圧である第２のスイッチング電圧が印加されることで前記冷陰極からの電子ビーム放出が行われることを特徴とする冷陰極アレイ。
2. 請求項１に記載の冷陰極アレイと、
   前記冷陰極アレイと対向する基板にアノード電極と蛍光体とを順次積層させた前面板とを備えたことを特徴とする電界放出型ディスプレイ。

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