JPH09129122A - 電界放出デバイス制御方法とその装置 - Google Patents
電界放出デバイス制御方法とその装置Info
- Publication number
- JPH09129122A JPH09129122A JP29886595A JP29886595A JPH09129122A JP H09129122 A JPH09129122 A JP H09129122A JP 29886595 A JP29886595 A JP 29886595A JP 29886595 A JP29886595 A JP 29886595A JP H09129122 A JPH09129122 A JP H09129122A
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- JP
- Japan
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- cathode
- voltage
- field emission
- emission device
- focusing electrode
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- Pending
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電界放出デバイス制御方法とその装置を提供
する。 【解決手段】 電界放出デバイス（ＦＥＤ）の制御装置
１０は、ＦＥＤの集束電極１８と接地との間に接続され
た従属電圧源２６を含む。従属電圧源の電圧が変化し
て、ＦＥＤの陰極１３によって放出される電子を制御す
る。従属電圧源の電圧が最高のとき、電子は集束電極１
８内の開口部２０を通過し、表示が生じる。従属電圧源
の電圧が最低のとき、電子は開口部２０を通過せず、表
示が形成されない。
する。 【解決手段】 電界放出デバイス（ＦＥＤ）の制御装置
１０は、ＦＥＤの集束電極１８と接地との間に接続され
た従属電圧源２６を含む。従属電圧源の電圧が変化し
て、ＦＥＤの陰極１３によって放出される電子を制御す
る。従属電圧源の電圧が最高のとき、電子は集束電極１
８内の開口部２０を通過し、表示が生じる。従属電圧源
の電圧が最低のとき、電子は開口部２０を通過せず、表
示が形成されない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスに関し、
さらに詳しくは電界放出デバイスに関する。
さらに詳しくは電界放出デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】電界放出デバイス（ＦＥＤ:Field Emiss
ion Device）は技術上周知のものであり、通常、画像表
示装置を含む広範な用途に採用される。このようなＦＥ
Ｄは通常、電子を放出する陰極(cathode) ，電子の放出
を支援する抽出グリッド(extraction grid) ，および集
束電極(focusing electrode)を含む。従来のＦＥＤの制
御方式は通常、陰極を電圧源に結合し、抽出グリッドと
接地(ground)との間に約１００ボルトの大きな電位を印
加する。陰極の電圧源を変化させて、ＦＥＤが放出する
電子の数を変化させる。
ion Device）は技術上周知のものであり、通常、画像表
示装置を含む広範な用途に採用される。このようなＦＥ
Ｄは通常、電子を放出する陰極(cathode) ，電子の放出
を支援する抽出グリッド(extraction grid) ，および集
束電極(focusing electrode)を含む。従来のＦＥＤの制
御方式は通常、陰極を電圧源に結合し、抽出グリッドと
接地(ground)との間に約１００ボルトの大きな電位を印
加する。陰極の電圧源を変化させて、ＦＥＤが放出する
電子の数を変化させる。
【０００３】従来の制御方式の１つの問題は、陰極の電
圧が変化するので、切り替わる電流が大きいことであ
る。陰極は大きな静電容量として現れるので、陰極上の
電圧を迅速に変化させるには大電流が必要となる。この
ため、従来の制御回路では、陰極を駆動するのに高電流
駆動トランジスタが必要となる。このようなトランジス
タは高価であり、結果的に駆動回路のコストが高くな
る。さらに、この大電流が高い過渡電力消費を生じる。
したがって、駆動トランジスタは高電力消費特性を持た
ざるをえなくなり、このため、制御回路のコストはさら
に増加する。
圧が変化するので、切り替わる電流が大きいことであ
る。陰極は大きな静電容量として現れるので、陰極上の
電圧を迅速に変化させるには大電流が必要となる。この
ため、従来の制御回路では、陰極を駆動するのに高電流
駆動トランジスタが必要となる。このようなトランジス
タは高価であり、結果的に駆動回路のコストが高くな
る。さらに、この大電流が高い過渡電力消費を生じる。
したがって、駆動トランジスタは高電力消費特性を持た
ざるをえなくなり、このため、制御回路のコストはさら
に増加する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、低電圧を
切り換え、切り換える電流が小さく、過渡電力消費量が
低く、しかも低コストの回路を利用するようなＦＥＤの
制御方法を持つことが望ましい。
切り換え、切り換える電流が小さく、過渡電力消費量が
低く、しかも低コストの回路を利用するようなＦＥＤの
制御方法を持つことが望ましい。
【０００５】
【実施例】図１は、電界放出デバイス（ＦＥＤ）制御回
路または制御装置１０を示す。さらに、電界放出デバイ
スの拡大断面図を示すものである。電界放出デバイス
は、上に、電界放出デバイスの他の素子が形成される絶
縁基板１１を含む。陰極導体層１２は絶縁基板１１の上
に形成され、陰極１３の支持ベースを設ける。層１２
は、陰極１３と外部部材との間に電気接点をさらに設け
る。層１２は通常、基板１１に塗布された金属層である
が、半導体技術上周知の他のタイプの各種導体の１つで
もよい。第１絶縁層１４は、基板１１および層１２の上
に形成されて、抽出グリッド１６をサポートすると共
に、グリッド１６を分離する。グリッド１６は、陰極１
３の主軸、たとえば、陰極１３の先端を通る軸の実質的
に中心に配置される放出開口部１５を有する。。第２絶
縁層１７は抽出グリッド１６に塗布されて、グリッド１
６を、集束電極１８から分離する。電極１８は通常、グ
リッド１６に対して平行な平面内に形成される金属層で
ある。電極１８内の集束開口部２０は、放出開口部１５
の実質的に中心に位置し、陰極１３によって放出される
電子が通過できるようにする。陰極１３から放出される
電子は、陽極は支持構造（図示せず）によって陰極１３
から遠い位置に配置される陽極(anode) １９によって集
められる。素子１１，１２，１３，１４，１６，１７，
１８，１９は、１９９３年３月２日にKane et alに付与
された米国特許第５，１９１，２１７号に記載された対
応する素子と同様のものである。
路または制御装置１０を示す。さらに、電界放出デバイ
スの拡大断面図を示すものである。電界放出デバイス
は、上に、電界放出デバイスの他の素子が形成される絶
縁基板１１を含む。陰極導体層１２は絶縁基板１１の上
に形成され、陰極１３の支持ベースを設ける。層１２
は、陰極１３と外部部材との間に電気接点をさらに設け
る。層１２は通常、基板１１に塗布された金属層である
が、半導体技術上周知の他のタイプの各種導体の１つで
もよい。第１絶縁層１４は、基板１１および層１２の上
に形成されて、抽出グリッド１６をサポートすると共
に、グリッド１６を分離する。グリッド１６は、陰極１
３の主軸、たとえば、陰極１３の先端を通る軸の実質的
に中心に配置される放出開口部１５を有する。。第２絶
縁層１７は抽出グリッド１６に塗布されて、グリッド１
６を、集束電極１８から分離する。電極１８は通常、グ
リッド１６に対して平行な平面内に形成される金属層で
ある。電極１８内の集束開口部２０は、放出開口部１５
の実質的に中心に位置し、陰極１３によって放出される
電子が通過できるようにする。陰極１３から放出される
電子は、陽極は支持構造（図示せず）によって陰極１３
から遠い位置に配置される陽極(anode) １９によって集
められる。素子１１，１２，１３，１４，１６，１７，
１８，１９は、１９９３年３月２日にKane et alに付与
された米国特許第５，１９１，２１７号に記載された対
応する素子と同様のものである。
【０００６】陰極１３から放出される電子の制御は、Ｆ
ＥＤの各種電極と結合された電圧源によって行われる。
陰極１３は、接地と接続される。第１固定電圧源２４
は、グリッド１６に対して絶えず固定電圧または抽出電
圧を印加するのに利用される。電圧源２４は、接地と接
続された負端子と、グリッド１６と接続された正端子を
有する。電圧源２４は、陰極１３の先端と、開口部１５
の周囲にあるグリッド１６の一部分との間に、抽出電位
または差動電圧を発生する。この抽出電位は、陰極１３
から電子を抽出して、陰極１３から電子が離れるのを加
速する。一般に、電圧源２４は、５０から１００ボルト
の間の出力を有する。電圧源２４の好適な実施例では、
約８０から１００ボルトの抽出電位を提供する。第２固
定電圧源２７は、陽極１９に印加されて、陰極１３から
放出される電子を集める陽極電圧を提供する。一般に、
陽極電圧の値は約１０００から２０，０００ボルトであ
る。好適な実施例では、電圧源２７の出力は約１０，０
００ボルトである。電圧源２４，２７は、当業者には周
知の各種タイプの固定電圧源の１つでよい。たとえば、
電圧源２４，２７は、多くのダイオードを介して電源と
結合されてベース電圧を設けるベース，接地と接続され
るエミッタ，および抵抗器を介して電源と結合されるコ
レクタを有するＮＰＮトランジスタであることが可能で
ある。
ＥＤの各種電極と結合された電圧源によって行われる。
陰極１３は、接地と接続される。第１固定電圧源２４
は、グリッド１６に対して絶えず固定電圧または抽出電
圧を印加するのに利用される。電圧源２４は、接地と接
続された負端子と、グリッド１６と接続された正端子を
有する。電圧源２４は、陰極１３の先端と、開口部１５
の周囲にあるグリッド１６の一部分との間に、抽出電位
または差動電圧を発生する。この抽出電位は、陰極１３
から電子を抽出して、陰極１３から電子が離れるのを加
速する。一般に、電圧源２４は、５０から１００ボルト
の間の出力を有する。電圧源２４の好適な実施例では、
約８０から１００ボルトの抽出電位を提供する。第２固
定電圧源２７は、陽極１９に印加されて、陰極１３から
放出される電子を集める陽極電圧を提供する。一般に、
陽極電圧の値は約１０００から２０，０００ボルトであ
る。好適な実施例では、電圧源２７の出力は約１０，０
００ボルトである。電圧源２４，２７は、当業者には周
知の各種タイプの固定電圧源の１つでよい。たとえば、
電圧源２４，２７は、多くのダイオードを介して電源と
結合されてベース電圧を設けるベース，接地と接続され
るエミッタ，および抵抗器を介して電源と結合されるコ
レクタを有するＮＰＮトランジスタであることが可能で
ある。
【０００７】従属電圧源(dependent voltage source)２
６は、電極１８に印加される電圧を変更するのに利用さ
れる。電圧源２６は、接地と接続される負端子と、電極
１８と接続される正端子とを有する。電極１８と陰極１
３との間の差動電圧が、開口部２０を通過する電子の数
を制御する。低電圧の制御信号が電圧源２６の入力２５
に入力されて、電圧源２６の出力電圧を変化させ、これ
により、陰極１３が生じる表示の強度を変化させる。陰
極１３の先端と電極１８との間の差動電圧が最高正電圧
の場合には、先端１３からの電子は開口部１５を通過し
て、電極１８によって陽極１９上の微小領域に集束され
る。差動電圧が低下するにつれ、一部電子は電極１８に
反発されて、グリッド１６によって集められる。差動電
圧が最低になるにつれ、陰極１３からの実質的にすべて
の電子は電極１８に反発されて、グリッド１６によって
集められる。そのため、集束電極１８と陰極１３との間
に結合された電圧を変化させることによって、陽極１９
にぶつかる電子の数を制御でき、これにより、陽極１９
上に生じる画像の強度を制御する。好適な実施例におい
て、電圧源２６の最高電圧は、陰極１３上の電位の最高
５ボルト超から、陰極１３上の電位から５ボルト少ない
電圧へと変化し、このため、表示画像の強度を完全オン
(full-on) から完全オフ(full-off)へと変化させる。従
属電圧源２６は、当業者には周知の各種従属電圧源のい
ずれでも可能である。たとえば、電圧源２６は、接地と
接続されるエミッタ，抵抗器を介して入力２５と結合さ
れるベース，および出力と接続され、さらに抵抗器を介
して電源と結合されるコレクタを有するＮＰＮトランジ
スタとして実現できる。
６は、電極１８に印加される電圧を変更するのに利用さ
れる。電圧源２６は、接地と接続される負端子と、電極
１８と接続される正端子とを有する。電極１８と陰極１
３との間の差動電圧が、開口部２０を通過する電子の数
を制御する。低電圧の制御信号が電圧源２６の入力２５
に入力されて、電圧源２６の出力電圧を変化させ、これ
により、陰極１３が生じる表示の強度を変化させる。陰
極１３の先端と電極１８との間の差動電圧が最高正電圧
の場合には、先端１３からの電子は開口部１５を通過し
て、電極１８によって陽極１９上の微小領域に集束され
る。差動電圧が低下するにつれ、一部電子は電極１８に
反発されて、グリッド１６によって集められる。差動電
圧が最低になるにつれ、陰極１３からの実質的にすべて
の電子は電極１８に反発されて、グリッド１６によって
集められる。そのため、集束電極１８と陰極１３との間
に結合された電圧を変化させることによって、陽極１９
にぶつかる電子の数を制御でき、これにより、陽極１９
上に生じる画像の強度を制御する。好適な実施例におい
て、電圧源２６の最高電圧は、陰極１３上の電位の最高
５ボルト超から、陰極１３上の電位から５ボルト少ない
電圧へと変化し、このため、表示画像の強度を完全オン
(full-on) から完全オフ(full-off)へと変化させる。従
属電圧源２６は、当業者には周知の各種従属電圧源のい
ずれでも可能である。たとえば、電圧源２６は、接地と
接続されるエミッタ，抵抗器を介して入力２５と結合さ
れるベース，および出力と接続され、さらに抵抗器を介
して電源と結合されるコレクタを有するＮＰＮトランジ
スタとして実現できる。
【０００８】装置１０が消費する過渡電力はＣＶ2 Ｆと
等しく、ここでＣは電圧が印加される負荷の静電容量，
Ｖは可変電圧の値，Ｆは電圧が変化する頻度を表す。Ｆ
ＥＤからの電子を制御する従来の方法は一般に、ＦＥＤ
の抽出グリッドに印加された大きな電圧、約１００ボル
トを変化させる。電圧源２６の出力電圧は抽出グリッド
に印加される電圧より大幅に低いので、デバイス１０の
過渡電力消費は、従来のＦＥＤの過渡電力消費より大幅
に低い。たとえば、電圧源２６の好適な実施例の値は約
１０ボルトで、結果的に生じる過渡電力消費は、陰極に
印加される１００ボルトを切り換える従来のＦＥＤの過
渡電力消費より約１００倍少ない。また、デバイス１０
の切り換え電流は、従来のＦＥＤの切り換え（switchin
g ）電流より大幅に低い。切り換え電流は、Ｃｄｖ／ｄ
ｔと等しい。電圧源２６の出力電圧は、従来のＦＥＤを
制御するのに使用される電圧値の約１０分の１であるの
で、この式からも分かるように、デバイス１０の切り換
え電流は従来のＦＥＤの約１／１０である。
等しく、ここでＣは電圧が印加される負荷の静電容量，
Ｖは可変電圧の値，Ｆは電圧が変化する頻度を表す。Ｆ
ＥＤからの電子を制御する従来の方法は一般に、ＦＥＤ
の抽出グリッドに印加された大きな電圧、約１００ボル
トを変化させる。電圧源２６の出力電圧は抽出グリッド
に印加される電圧より大幅に低いので、デバイス１０の
過渡電力消費は、従来のＦＥＤの過渡電力消費より大幅
に低い。たとえば、電圧源２６の好適な実施例の値は約
１０ボルトで、結果的に生じる過渡電力消費は、陰極に
印加される１００ボルトを切り換える従来のＦＥＤの過
渡電力消費より約１００倍少ない。また、デバイス１０
の切り換え電流は、従来のＦＥＤの切り換え（switchin
g ）電流より大幅に低い。切り換え電流は、Ｃｄｖ／ｄ
ｔと等しい。電圧源２６の出力電圧は、従来のＦＥＤを
制御するのに使用される電圧値の約１０分の１であるの
で、この式からも分かるように、デバイス１０の切り換
え電流は従来のＦＥＤの約１／１０である。
【０００９】説明を簡単にするため、ここに示す唯一の
図では１個のＦＥＤを示す。しかしながら、この方法は
ＸＹマトリックス内で多くのＦＥＤを有するＦＥＤアレ
ーに適用可能である。このようなマトリックス内では、
複数のグリッド１６は通常、行駆動電極(row drive ele
ctrode) として利用され、複数の集束電極１８は列駆動
電極(column drive electrode)として利用される。陰極
は接地と接続され、通常、１つのシートとして形成され
る。
図では１個のＦＥＤを示す。しかしながら、この方法は
ＸＹマトリックス内で多くのＦＥＤを有するＦＥＤアレ
ーに適用可能である。このようなマトリックス内では、
複数のグリッド１６は通常、行駆動電極(row drive ele
ctrode) として利用され、複数の集束電極１８は列駆動
電極(column drive electrode)として利用される。陰極
は接地と接続され、通常、１つのシートとして形成され
る。
【００１０】よって、電界放出デバイスを制御する新規
の方法が提供されることが認められよう。ＦＥＤの集束
電極に印加された低電圧を変化させることによって表示
を制御することは、従来の駆動方法に対して、過渡電力
消費を１００分の１に低下させ、切り換え電流を、従来
の駆動方法に比べ、１０分の１に低下させる。過渡電力
消費が低下し、切り換え電流が小さくなると、より安価
な駆動回路を用いやすくなり、これにより、ＦＥＤを実
現する総コストを低下させる。
の方法が提供されることが認められよう。ＦＥＤの集束
電極に印加された低電圧を変化させることによって表示
を制御することは、従来の駆動方法に対して、過渡電力
消費を１００分の１に低下させ、切り換え電流を、従来
の駆動方法に比べ、１０分の１に低下させる。過渡電力
消費が低下し、切り換え電流が小さくなると、より安価
な駆動回路を用いやすくなり、これにより、ＦＥＤを実
現する総コストを低下させる。
【図１】本発明による電界放出デバイス制御装置の概略
図である。
図である。
１０ 電界放出デバイス（ＦＥＤ）制御装置 １１ 絶縁基板 １２ 陰極導体層 １３ 陰極 １４ 第１絶縁層 １５ 放出開口部 １６ 抽出グリッド １７ 第２絶縁層 １８ 集束電極 １９ 陽極 ２０ 集束開口部 ２４ 第１固定電圧源 ２５ 入力 ２６ 従属電圧源 ２７ 第２固定電圧源
Claims (3)
- 【請求項１】 電界放出デバイス制御装置であって：電
界放出によって電子を放出する陰極（１３）；前記陰極
の主軸に対して実質的に中心に配置される放出開口部
（１５）を有する抽出グリッド（１６）；前記抽出グリ
ッドに対して平行な平面内にある集束電極（１８）であ
って、前記集束電極は、前記放出開口部に対して実質的
に中心に配置される集束開口部（２０）を有する集束電
極（１８）；および前記集束電極と結合されて、前記集
束電極に、前記陰極上の電圧に対して負の電圧を印加す
る、従属電圧源（２６）；によって構成されることを特
徴とする装置。 - 【請求項２】 電界放出デバイスを制御する方法であっ
て：前記電界放出デバイスの集束電極（１８）と抽出グ
リッド（１６）との間に差動電圧を印加して、前記集束
電極（１８）から前記抽出グリッド（１６）へと、前記
電界放出デバイスの陰極（１３）によって放出される電
子を反発する段階；によって構成されることを特徴とす
る方法。 - 【請求項３】 前記集束電極間に差動電圧を印加するこ
とにおいて、前記抽出グリッドに対して負の電圧を印加
することを含むことを特徴とする、請求項２記載の方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29886595A JPH09129122A (ja) | 1995-10-24 | 1995-10-24 | 電界放出デバイス制御方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29886595A JPH09129122A (ja) | 1995-10-24 | 1995-10-24 | 電界放出デバイス制御方法とその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09129122A true JPH09129122A (ja) | 1997-05-16 |
Family
ID=17865198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29886595A Pending JPH09129122A (ja) | 1995-10-24 | 1995-10-24 | 電界放出デバイス制御方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09129122A (ja) |
-
1995
- 1995-10-24 JP JP29886595A patent/JPH09129122A/ja active Pending
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