JP4832915B2 - 電界放出ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

この発明は、電界放出ディスプレイ装置に関し、より特定的には、シールド電極をパネルに取り付けた電界放出ディスプレイ装置に関する。

近年、シールド電極をパネルに取り付けた電界放出ディスプレイ装置の研究開発が進められている。具体的には、駆動電圧を可変にして電力調整および輝度調整を行なう場合に画質および発光効率を改善する駆動方法の研究開発が進められている。

従来の画像表示装置は、電子による発光輝度を示す輝度評価値に基づいて発光輝度を制御し、発光画面全体の平均輝度がある値以上にならないように抑制し、または画像信号の平均輝度値に基づいて表示画面の発光輝度を制御することにより、装置の消費電力の増大および蛍光体の発熱を抑えている（たとえば、特許文献１参照）。

従来の電界放出表示素子は、炭素ナノチューブエミッタの周りのエミッタ電極を覆うマスク層と、マスク層上に順次に形成されたゲート絶縁膜およびゲート電極と、ゲート電極上で炭素ナノチューブエミッタに対向する面が二重傾斜面により形成されたフォーカスゲート絶縁膜と、フォーカスゲート絶縁膜上に塗布されたフォーカスゲート電極とを含む（たとえば、特許文献２参照）。
特開２００３−１５５８２号公報 特開２００５−１７４９３０号公報

従来の画像表示装置では、装置の最大消費電力を抑えるために、映像の平均輝度の変化に合わせて、駆動電圧（ゲート電圧）を可変にしている。また、従来の電界放出表示装置では、シールド電極（フォーカスゲート電極）を一定電圧で駆動している。

上記のような従来の表示装置は、シールド電極を一定電圧で駆動しているために、駆動電圧の変化に合わせてフォーカス特性が変化する。その結果、１つの表示セルを観たときに、色ずれが発生したり、セル内の発光が集中する。また、各表示セルの発光効率が低下するという問題が生じる。

それゆえに、この発明の目的は、画質および発光効率を改善することが可能な電界放出ディスプレイ装置を提供することである。

この発明は、電子ビームをフォーカスするシールド電極をパネルに取り付けた電界放出ディスプレイ装置であって、パネルは、格子状に配置された複数のゲート電極およびカソード電極と、複数のゲート電極と複数のカソード電極との各交点に設けられた電界放出素子とを含む。電界放出ディスプレイ装置は、パネルの輝度を制御する輝度制御信号を駆動電圧制御信号に変換する駆動電圧変換回路と、駆動電圧制御信号に従って、パネルのゲート電極またはカソード電極の駆動に用いられる駆動電圧を可変する駆動回路用電源と、駆動電圧を受けて、パネルに変調電圧を与えるパッシブ駆動パルス幅変調信号を出力する駆動回路と、シールド電極に供給されるシールド電圧に駆動電圧を変換する駆動電圧／シールド電圧変換回路とを備える。シールド電圧は、輝度制御信号に基づいて可変される。

この発明によれば、画質および発光効率を改善することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電界放出ディスプレイ装置１０Ａの概略的な構成を示したブロック図である。

図１を参照して、実施の形態１の電界放出ディスプレイ装置１０Ａは、輝度／駆動電圧変換回路１と、輝度／シールド電圧変換回路２と、駆動回路用電源３と、駆動回路４と、パネル５と、ゲート電極６と、カソード電極７と、シールド電源８と、シールド電極９とを備える。

輝度／駆動電圧変換回路１は、パネル５の輝度を制御する輝度制御信号ＬＣＳを受けて、それを駆動電圧制御信号ＤＶＣに変換する。輝度／シールド電圧変換回路２は、同じく輝度制御信号ＬＣＳを受けて、それをシールド電圧制御信号ＳＶＣに変換する。駆動電圧制御信号ＤＶＣおよびシールド電圧制御信号ＳＶＣは、いずれも輝度制御信号ＬＣＳがレベル変換および非線形補正された信号である。

駆動回路用電源３は、駆動電圧制御信号ＤＶＣに従って駆動電圧ＤＶを可変し、それを駆動回路４に供給する。駆動回路４は、駆動電圧ＤＶ、映像データＶＳＤおよび同期信号ＳＹＮを受けて、パネル５のゲート電極６およびカソード電極７にパッシブ駆動パルス幅変調信号ＰＤＭを出力する。シールド電源８は、シールド電圧制御信号ＳＶＣに従ってシールド電圧ＳＶを可変し、それをシールド電極９に供給する。

図２は、図１のパネル５のガラス基板上に構成されるゲート電極６およびカソード電極７の配置の一例を示した図である。

図２では、ゲート電極６ａ〜６ｄおよびカソード電極７ａ〜７ｃが４行３列に配置されている。ゲート電極６ａ〜６ｄとカソード電極７ａ〜７ｃとの交点には、電界放出素子１０１〜１１２がそれぞれ設けられている。以下、電界放出素子１０１〜１１２を総称して電界放出素子１００とも称する。

図３は、図２の電界放出素子１００の具体的な構成の一例を示した図である。
図３を参照して、電界放出素子１００は、パネル５のゲート電極６、カソード電極７およびシールド電極９上に構成され、エミッタ材料１１と、高圧電源１４と、蛍光パネル１５とを含む。

カソード電極７上に、エミッタ材料１１が構成されている。エミッタ材料１１の一例としては、微細加工が可能なカーボンナノチューブがある。エミッタ材料１１に対向して、ゲート電極６にはエミッタホール１２が形成されている。ゲート電極６の上には、シールド電極９が構成されている。シールド電極９の上には、エミッタ材料１１に対向して蛍光パネル１５が配置されている。蛍光パネル１５には、高圧電源１４によって高電圧がかかっている。

カソード電極７とゲート電極６との間に所定レベル以上の電圧を印加することによって、エミッタ材料１１から電子ＥＬＥが放出される。エミッタ材料１１から放出された電子ＥＬＥは、エミッタホール１２を通り、シールド電極９によってフォーカスされる。フォーカスされた電子ＥＬＥは、対向して設けられている蛍光パネル１５に引き寄せられ、蛍光パネル１５上の蛍光体に衝突して発光する。蛍光パネル１５の表面には、赤、緑、青の３原色の蛍光体が形成され、カラー表示を実現している。

図１および２に戻って、駆動回路４は、駆動電圧ＤＶ、映像データＶＳＤおよび同期信号ＳＹＮを受けて、パネル５のゲート電極６およびカソード電極７にパッシブ駆動パルス幅変調信号ＰＤＭを出力する。具体的には、ゲート電極６ａ〜６ｄに対して、パルス電圧ＶｇとＤＣ電圧Ｖｄｃとからなるスキャンパルスが順次印加される。カソード電極７ａ〜７ｃに対しては、映像データＶＳＤに従ってパルス幅変調されたパルス電圧Ｖｋのデータパルスが印加される。

図４は、図２のパネル５に印加されるパッシブ駆動パルス幅変調信号ＰＤＭの具体的な波形の一例を示したタイミング図である。

図４を参照して、ゲート電極６ａ，６ｂ，６ｂ，・・・には、いずれもＤＣ電圧Ｖｄｃが印加されている。その上で、ゲート電極６ａには、時刻ｔ１〜ｔ４にパルス電圧Ｖｇが印加される。ゲート電極６ｂには、時刻ｔ４〜ｔ７にパルス電圧Ｖｇが印加される。ゲート電極６ｃには、時刻ｔ７〜ｔ１０にパルス電圧Ｖｇが印加される。

カソード電極７ａは、時刻ｔ１以前、ｔ３〜ｔ４，ｔ５〜ｔ７，ｔ８〜ｔ１０においてパルス電圧Ｖｋが印加され、それ以外は接地電位ＧＮＤとなる。カソード電極７ｂは、時刻ｔ１以前、ｔ２〜ｔ４，ｔ６〜ｔ７，ｔ９〜ｔ１０においてパルス電圧Ｖｋが印加され、それ以外は接地電位ＧＮＤとなる。

電界放出素子１０１には、ゲート電極６ａにかかる電圧からカソード電極７ａにかかる電圧を減算した電圧が印加される。すなわち、電界放出素子１０１は、時刻ｔ１以前、ｔ５〜ｔ７，ｔ８〜ｔ１０においてＶｄｃ−Ｖｋの電圧が印加され、時刻ｔ１〜ｔ３においてＶｇ＋Ｖｄｃの電圧が印加され、時刻ｔ３〜ｔ４においてＶｇ＋Ｖｄｃ−Ｖｋの電圧が印加され、時刻ｔ４〜ｔ５，ｔ７〜ｔ８、時刻ｔ１０以降においてＶｄｃの電圧が印加される。

電界放出素子１０２には、ゲート電極６ａにかかる電圧からカソード電極７ｂにかかる電圧を減算した電圧が印加される。すなわち、電界放出素子１０２は、時刻ｔ１以前、ｔ６〜ｔ７，ｔ９〜ｔ１０においてＶｄｃ−Ｖｋの電圧が印加され、時刻ｔ１〜ｔ２においてＶｇ＋Ｖｄｃの電圧が印加され、時刻ｔ２〜ｔ４においてＶｇ＋Ｖｄｃ−Ｖｋの電圧が印加され、時刻ｔ４〜ｔ６，ｔ７〜ｔ９、時刻ｔ１０以降においてＶｄｃの電圧が印加される。

電界放出素子１００では、Ｖｇ＋Ｖｄｃの電圧が印加されている期間が点灯期間となり、それ以外の期間、つまりＶｇ＋Ｖｄｃ−Ｖｋ，Ｖｄｃ，Ｖｄｃ−Ｖｋの電圧が印加されている期間が非点灯期間となる。すなわち、電界放出素子１０１では、時刻ｔ１〜ｔ３が点灯期間となり、それ以外が非点灯期間となる。電界放出素子１０２では、時刻ｔ１〜ｔ２が点灯期間となり、それ以外が非点灯期間となる。

上記のようなパッシブ駆動パルス幅変調信号ＰＤＭの波形は、輝度制御信号ＬＣＳによって制御される。つまり、輝度制御信号ＬＣＳが変化すると、ゲート電極６ａ〜６ｄに印加されるスキャンパルスの振幅も可変する。電界放出ディスプレイ装置１０Ａにおいて、輝度を下げるとき、または消費電力を減らすときには、たとえば、パルス電圧ＶｇとＤＣ電圧Ｖｄｃとからなるスキャンパルスの振幅を低くする。このとき、パルス電圧ＶｇとＤＣ電圧Ｖｄｃとを別々に下げても構わないし、両方同時に下げても構わない。

また、図１で説明したように、輝度／シールド電圧変換回路２は、パネル５の輝度を制御する輝度制御信号ＬＣＳを受けて、それをシールド電圧制御信号ＳＶＣに変換する。シールド電源８は、シールド電圧制御信号ＳＶＣに従ってシールド電圧ＳＶを可変し、それをシールド電極９に供給する。

ここで、上述のように駆動電圧ＤＶの制御で輝度制御信号ＬＣＳが変化すると、輝度／シールド電圧変換回路２から出力されるシールド電圧制御信号ＳＶＣも影響を受ける。そこで、この輝度制御電圧ＬＣＳの変化に対して最適なシールド電圧制御信号ＳＶＣが出力されるように、輝度／シールド電圧変換回路２の入出力特性を最適化する必要がある。これにより、駆動電圧ＤＶが可変した場合にも、シールド電極９によるフォーカス特性を常に最適化することができる。

なお、輝度／シールド電圧変換回路２への入力信号は、輝度制御信号ＬＣＳ以外であっても構わない。輝度制御信号ＬＣＳ以外には、たとえば、輝度／駆動電圧変換回路１から出力される駆動電圧制御信号ＤＶＣ、駆動回路用電源３から出力される駆動電圧ＤＶなどが考えられる。これらの場合にも、輝度制御信号ＬＣＳの場合と同じく、最適なシールド電圧制御信号ＳＶＣが出力されるように、それぞれの場合に合わせて輝度／シールド電圧変換回路２の入出力特性を最適化する必要がある。

以上のように、実施の形態１によれば、駆動電圧ＤＶの変化に合わせて輝度／シールド電圧変換回路２の入出力特性を最適化しシールド電圧ＳＶを調整することで、シールド電極９によるフォーカス特性を最適な状態にすることができる。これにより、電界放出ディスプレイ装置１０Ａの消費電力が低減される。

上記により、電界放出ディスプレイ装置１０Ａの輝度を調整するために駆動電圧ＤＶを可変にした場合にも、表示セルの色ずれ、セル内の発光集中等による画質劣化を防ぐことができる。また、各表示セルの発光効率も最適な状態に維持することができる。さらに、駆動電圧ＤＶと最適なシールド電圧ＳＶとの関係が複雑になっても、容易に任意の関係を設定することができる。

［実施の形態２］
図５は、この発明の実施の形態２による電界放出ディスプレイ装置１０Ｂの概略的な構成を示したブロック図である。

図５を参照して、実施の形態２の電界放出ディスプレイ装置１０Ｂは、輝度／シールド電圧変換回路２およびシールド電源８が取り除かれ、駆動電圧／シールド電圧変換回路１６が付加された点において、実施の形態１の電界放出ディスプレイ装置１０Ａと異なる。したがって、実施の形態１と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。

輝度／駆動電圧変換回路１は、パネル５の輝度を制御する輝度制御信号ＬＣＳを受けて、それを駆動電圧制御信号ＤＶＣに変換する。駆動回路用電源３は、駆動電圧制御信号ＤＶＣに従って駆動電圧ＤＶを可変し、それを駆動回路４および駆動電圧／シールド電圧変換回路１６に供給する。駆動電圧／シールド電圧変換回路１６は、駆動電圧ＤＶをシールド電圧ＳＶに変換し、それをシールド電極９に供給する。

上記のように、実施の形態２の電界放出ディスプレイ装置１０Ｂでは、駆動回路用電源３の駆動電圧ＤＶから駆動電圧／シールド電圧変換回路１６を通じてシールド電極９を直接駆動している。

駆動電圧ＤＶとシールド電圧ＳＶとの関係が比例関係にあり、かつ駆動電圧ＤＶの方がシールド電圧ＳＶより大きい場合、駆動回路用電源３の駆動電圧ＤＶを駆動電圧／シールド電圧変換回路１６において高抵抗で分圧することにより、駆動電圧ＤＶからシールド電極９を直接駆動することができる。また、駆動電圧ＤＶとシールド電圧ＳＶとが等しい場合には、駆動電圧／シールド電圧変換回路１６を介さずに、駆動回路用電源３の駆動電圧ＤＶからシールド電極９を直接駆動することもできる。

以上のように、実施の形態２によれば、輝度／シールド電圧変換回路２およびシールド電源８の代わりに簡単な構成の駆動電圧／シールド電圧変換回路１６を付加することにより、駆動回路用電源３の駆動電圧ＤＶから駆動電圧／シールド電圧変換回路１６を通じてシールド電極９を直接駆動することができる。

［実施の形態３］
図６は、この発明の実施の形態３による電界放出ディスプレイ装置１０Ｃの概略的な構成を示したブロック図である。

図６を参照して、実施の形態３の電界放出ディスプレイ装置１０Ｃは、輝度／シールド電圧変換回路２がメモリテーブル１７に置き換えられた点において、実施の形態１の電界放出ディスプレイ装置１０Ａと異なる。したがって、実施の形態１と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。

メモリテーブル１７は、輝度／シールド電圧変換回路２と同様に、パネル５の輝度を制御する輝度制御信号ＬＣＳを受けて、それをシールド電圧制御信号ＳＶＣに変換する。メモリテーブル１７には、シールド電極９による最適なフォーカス特性を実現するための輝度制御信号ＬＣＳとシールド電圧制御信号ＳＶＣとの関係が記憶されており、この関係を任意に設定することができる。

なお、メモリテーブル１７への入力信号は、輝度制御信号ＬＣＳ以外であっても構わない。輝度制御信号ＬＣＳ以外には、たとえば、輝度／駆動電圧変換回路１から出力される駆動電圧制御信号ＤＶＣ、駆動回路用電源３から出力される駆動電圧ＤＶなどが考えられる。これらの場合にも、輝度制御信号ＬＣＳの場合と同じく、最適なシールド電圧制御信号ＳＶＣが出力されるように、それぞれの場合に合わせて輝度／シールド電圧変換回路２の入出力特性を最適化する必要がある。

メモリテーブル１７としては、一例として、安価な各種ＲＯＭ（Read Only Memory）を使用することができる。メモリテーブル１７にＲＯＭを使用することによって、一度設定した輝度制御信号ＬＣＳとシールド電圧制御信号ＳＶＣとの関係が安定的に保存されるとともに、コストを削減することができる。

メモリテーブル１７の他の一例としては、電気的に書き換え可能なメモリを使用することができる。電気的に書き換え可能なメモリとは、たとえばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）、フラッシュメモリ等がある。メモリテーブル１７に電気的に書き換え可能なメモリを使用することによって、輝度制御信号ＬＣＳとシールド電圧制御信号ＳＶＣとの関係をいつでも容易に変更することができる。

メモリテーブル１７に電気的に書き換え可能なメモリを使用することで、電界放出ディスプレイ装置１０Ｃの各装置ごとに設定値を変えることができる。また、電界放出ディスプレイ装置１０Ｃの経時変化により輝度制御信号ＬＣＳとシールド電圧制御信号ＳＶＣとの関係が変化しても容易に変更することができる。

以上のように、実施の形態３によれば、輝度／シールド電圧変換回路２をメモリテーブル１７に置き換えることによって、シールド電極９による最適なフォーカス特性を実現するための輝度制御信号ＬＣＳとシールド電圧制御信号ＳＶＣとの関係が複雑であっても任意に関係を設定することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による電界放出ディスプレイ装置１０Ａの概略的な構成を示したブロック図である。 図１のパネル５のガラス基板上に構成されるゲート電極６およびカソード電極７の配置の一例を示した図である。 図２の電界放出素子１００の具体的な構成の一例を示した図である。 図２のパネル５に印加されるパッシブ駆動パルス幅変調信号ＰＤＭの具体的な波形の一例を示したタイミング図である。 この発明の実施の形態２による電界放出ディスプレイ装置１０Ｂの概略的な構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態３による電界放出ディスプレイ装置１０Ｃの概略的な構成を示したブロック図である。

符号の説明

１ 輝度／駆動電圧変換回路、２ 輝度／シールド電圧変換回路、３ 駆動回路用電源、４ 駆動回路、５ パネル、６，６ａ〜６ｄ ゲート電極、７，７ａ〜７ｃ カソード電極、８ シールド電源、９ シールド電極、１０Ａ〜１０Ｃ 電界放出ディスプレイ装置、１１ エミッタ材料、１２ エミッタホール、１４ 高圧電源、１５ 蛍光パネル、１６ 駆動電圧／シールド電圧変換回路、１７ メモリテーブル、１００〜１１２ 電界放出素子。

Claims (6)

1. 電子ビームをフォーカスするシールド電極をパネルに取り付けた電界放出ディスプレイ装置であって、
   前記パネルは、
   格子状に配置された複数のゲート電極およびカソード電極と、
   前記複数のゲート電極と前記複数のカソード電極との各交点に設けられた電界放出素子とを含み、
   前記電界放出ディスプレイ装置は、
   前記パネルの輝度を制御する輝度制御信号を駆動電圧制御信号に変換する駆動電圧変換回路と、
   前記駆動電圧制御信号に従って、前記パネルの前記ゲート電極または前記カソード電極の駆動に用いられる駆動電圧を可変する駆動回路用電源と、
   前記駆動電圧を受けて、前記パネルに変調電圧を与えるパッシブ駆動パルス幅変調信号を出力する駆動回路と、
   前記シールド電極に供給されるシールド電圧に前記駆動電圧を変換する駆動電圧／シールド電圧変換回路とを備え、
   前記シールド電圧は、前記輝度制御信号に基づいて可変される、電界放出ディスプレイ装置。
2. 前記電界放出素子には、前記ゲート電極に与えられるスキャンパルス電圧から前記カソード電極に与えられるデータパルス電圧を減算した電圧が前記パッシブ駆動パルス幅変調信号の電圧として各々印加される、請求項１に記載の電界放出ディスプレイ装置。
3. 前記電界放出素子は、
   前記カソード電極上に構成されるエミッタ材料と、
   前記エミッタ材料から放出される前記電子ビームの照射を受ける蛍光パネルと、
   前記蛍光パネルに高電圧を印加する高圧電源とを含み、
   前記電子ビームは、前記カソード電極と前記ゲート電極との間に所定レベル以上の電圧が印加されることによって前記エミッタ材料から放出され、前記ゲート電極に形成されたエミッタホールを通り、前記シールド電極によってフォーカスされ、前記蛍光パネル上の蛍光体に衝突して発光する、請求項２に記載の電界放出ディスプレイ装置。
4. 前記エミッタ材料は、カーボンナノチューブである、請求項３に記載の電界放出ディスプレイ装置。
5. 前記スキャンパルス電圧は第１のパルス電圧と直流電圧とから構成され、前記データパルス電圧は映像データに従ってパルス幅変調された第２のパルス電圧から構成され、前記電界放出素子は、前記第１のパルス電圧と前記直流電圧とが印加されている期間において点灯状態となる、請求項２に記載の電界放出ディスプレイ装置。
6. 前記駆動電圧／シールド電圧変換回路は、前記駆動電圧を高抵抗で分圧することによって前記シールド電圧に変換する、請求項１に記載の電界放出ディスプレイ装置。

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