JPH11339695A - 光源用表示管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造時におけるカソードの取り扱いを容易に
し、フィラメントカソードを用いることなく実現可能と
する。 【解決手段】 外囲器内に、電界放出素子を有する複数
のチップ５が設置され、各チップ５は、蛍光体領域８の
それぞれに対向して配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数画素を備えた
光源用表示管に関し、特に大画面表示装置に使用される
光源用表示管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、屋外等で使用される大画面表
示装置の中には、複数の光源用表示管を密集配置し、各
光源用表示管の点灯／消灯を制御することにより、文字
や画像を表示させるものがある。

【０００３】図８は、一般的な光源用表示管の外観を示
す斜視図である。同図に示すように、光源用表示管の外
観は、ガラス基板１とスペーサガラス２とフロントガラ
ス３とによって気密封止された外囲器によって構成され
ている。この外囲器の内部は真空状態になっており、外
囲器の外には電源との接続および制御信号の供給等のた
め、金属端子２０が複数突出している。

【０００４】また、フロントガラス３は、透光性を有す
るガラス基板によって形成され、その内側には画素２１
毎に蛍光体が塗布されている。したがって、動作時にお
いてはこのガラス基板３が表示面となり、各画素の点灯
／消灯を制御することにより画像や文字を表示させるこ
とができる。このときの制御は、上記の金属端子２０に
印加する電圧によって行われる。また、画素２１毎に蛍
光体の種類を変えてＲＧＢの発光色を得られるようにし
ておけば、カラー表示を行うこともできる。

【０００５】さて、このような光源用表示管の詳細な構
成について図を参照して説明する。図９は、従来の光源
用表示管を示す断面図である。同図に示すように、ガラ
ス基板１の上には、図示しない配線層が形成されるとと
もに、その上を覆うようにして絶縁層４が形成され、絶
縁層４の上方にはフィラメントカソード４０が複数互い
に平行に配置されている。そして、フィラメントカソー
ド４０の上方には、このフィラメントカソード４０と対
向して電子通過孔６ａの設けられたシールド電極６が設
置されている。また、シールド電極６の上方には、電子
通過孔６ａに対向して電子通過孔７ａの設けられた加速
電極７が設置されている。

【０００６】なお、ガラス基板１上に設置されたフィラ
メントカソード４０、シールド電極６および加速電極７
は、外部からの電源供給や信号を受けるため、上記の図
示しない配線と金属端子２０とは電気的に接続されてい
る。

【０００７】一方、スペーサガラス２およびフロントガ
ラス３は箱形のガラス容器を構成し、ガラス基板１の各
部品（フィラメントカソード４０，シールド電極６，加
速電極７）を覆うようにして取り付けられ、その内部は
真空排気されている。そして、上記電子通過孔７ａと対
向する位置におけるフロントガラス３上には、蛍光体領
域８が、４×４のマトリクス状に配置されている。ま
た、各蛍光体領域８同士の間のフロントガラス３上に
は、光の不透過なブラックマトリクス層９が井の字型に
形成され、さらにはこれら蛍光体領域８およびブラック
マトリクス層９を覆うようにしてＡｌ製のメタルバック
１０が形成されている。

【０００８】このように従来の光源用表示管は、フィラ
メントカソード４０で発生した電子を、加速電極７によ
って加速し、メタルバック１０を介して蛍光体領域８に
衝突させることにより、発光光を得るように構成されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光源用表示管においては、フィラメントカソ
ードの直径が数μｍ〜数十μｍ程度と非常に細く、脆弱
であるため、製造時における取り扱いが容易でないとい
う問題点があった。また、このフィラメントカソード
は、例えばタングステン製の芯上にストロンチウム、カ
ルシウム、バリウム等の炭酸塩を塗布し、加熱処理する
ことによって製造されるが、ストロンチウム等の酸化物
は管内の特定ガスによって短時間で劣化され易いという
問題点があった。さらに、フィラメントカソードから放
出された電子流は、フィラメントカソードの温度に大き
く影響されるため、フィラメントカソードの両端係留部
からの放熱（いわゆる、エンド・クーリング）によって
電子流の発生にばらつきが生じ、蛍光面に発光ムラが生
じ易いという問題点もあった。本発明は、このような課
題を解決するためのものであり、製造時におけるカソー
ドの取り扱いを容易にし、フィラメントカソードを用い
ることなく実現可能な光源用表示管を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る光源用表示管は、少なくとも一
部が透光性を有する表示面を有しかつ内部が真空排気さ
れた外囲器と、上記表示面の内側に形成された複数の蛍
光体領域とを備え、上記蛍光体領域のそれぞれは一つの
画素をなし、上記蛍光体領域に電子を衝突させることに
より発光光を得る光源用表示管において、上記外囲器内
には、電界放出素子を有する複数のチップが設置され、
各チップは、上記蛍光体領域のそれぞれに対向して配置
されている。このように構成することにより本発明は、
従来の光源用表示管と比べ、製造時におけるカソードの
取り扱いが容易になり、歩留まりを向上させることがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について図を用いて説明する。図１は、本発明の一つの
実施の形態を示す断面図である。同図において、図９に
おける同一符号のものは同一または同等の部品を示して
いる。そして、ガラス基板１上には所望のパタンの配線
層（５ａ，５ｈ）が複数形成され、これらの配線層には
図９で示したようなフィラメントカソード４０の代わり
に、各画素に対向して複数のチップ５が設置されてい
る。

【００１２】このチップ５は、シリコン製のチップであ
り、一方の面に複数（例えば、５０００〜数万個以上）
のスピント（Spindt）型の冷陰極５ｆを配列することに
より、電界放出素子（FEA:Field Emission Array）を構
成している。このチップは、導電性が得られるようにす
るため、予め不純物が導入されている。特に、本実施の
形態では、Ｎ型の基板を使用する必要がある。なお、図
１においては便宜上、１個のチップ５に１個の冷陰極５
ｆを記載している。また、この冷陰極５ｆはシリコンに
よって形成され、その表面にはＭｏ等のエミッタ材料が
塗布されている。あるいは、冷陰極５ｆはＭｏ等のエミ
ッタ材料のみで形成されている。さらに、冷陰極５ｆを
形成することができるのであれば、チップ５は半導体で
ある必要はない。

【００１３】このような電界放出素子は次のようにして
作られる。まず、シリコン基体５ｃ上に絶縁層５ｄを形
成し、その上にゲート電極の材料（例えば、Ｍｏ等）を
堆積してから、両者にシリコン基体５ｃに達する開孔を
開ける。そして、この開孔内に露出したシリコン基体５
ｃ上に、複数の冷陰極５ｆを形成すれば、電界放出素子
となる。

【００１４】このようなチップ５は、Ａｇペースト５ｂ
を介して配線層５ａ上に取り付けられ、またゲート電極
５ｅはワイヤ５ｇを介して配線層５ｈと電気的に接続さ
れている。なお、図１に示した各層の厚さおよび各部の
大きさは、説明の便宜上、実際のものよりも誇張して記
載している。

【００１５】図２は、図１に係る光源用表示管の電気回
路を示す説明図である。同図において、図１と同一符号
のものは同一の部品を示す。同図から明らかなように、
ゲート電極５ｅは、ワイヤ５ｇおよび配線層５ｈ等を介
して外部電源１１の電圧が印加され、同様にシールド電
極６にも外部電源１２の電圧が印加されている。また、
加速電極７およびメタルバック１０には外部電源１３の
電圧が印加されている。

【００１６】ところで、シールド電極６の形状は、図１
に記載のものに限られない。図３は、図１に係るシール
ド電極６のその他の実施の形態を示す断面図である。同
図に示すように、シールド電極６における電子通過孔６
ａの縦断面の形状は、図３（ａ），（ｂ）に示すように
ドーム状であってもよい。すなわち、ドームの曲率を任
意に可変することによって、電子ビームの広がり方を調
整することができ、図３（ａ）のようにすれば、ビーム
を電界放出素子の面積よりも広くすることができる。ま
た、図３（ｂ）のようにすれば、ビームをフォーカスさ
せることができる。なお、ドーム状の部分には、複数の
貫通孔（その形状は円形，矩形，多角形またはこれらの
組み合わせ）を形成している。

【００１７】なお、加速電極７の電子通過孔７ａの形状
についても上記同様に種々の形態が考えられる。例え
ば、単に枠体上のものであってもよいし、開孔部にメッ
シュを形成してもよい。また、シールド電極６は陽極
（蛍光体領域８，メタルバック１０，加速電極７）にか
かる高電圧（〜３０ＫＶ）から、電界放出素子を保護す
る目的で用いられているが、印加する電圧によっては、
電子加速電極またはカットオフ電極として利用すること
もできる。さらに、高電圧の印加用に設けられた加速電
極７を、独立制御できるようにしておけば、電子流の制
御電極として使用することもできる。

【００１８】さて、図１に係る光源用表示管は、例えば
以下のようにして製造される。まず、７５×７５×３．
８（ｍｍ）程度のガラス基板１上に、１．２μｍ厚のＡ
ｌ薄膜パタンからなる配線層を形成する。そして、この
配線層の一部に、チップ５をダイボンディング法によ
り、導電性Ａｇペーストを使って接着する。

【００１９】このチップ５は、１．３×０．９（ｍｍ）
のＳｉ基体からなり、その上には複数（約５０００ティ
ップ）の電界放出素子が形成されている。この場合、駆
動電圧にもよるが、冷陰極５ｆ一個当たりにつき、１０
０〜２００μＡ／ティップの電子流を得ることができ
る。チップ５をダイボンディングした後は、その上部に
形成されたゲート電極５ｅとガラス基板１上の配線５ｈ
とを、ワイヤ５ｇを介してボンディング接続し、チップ
５の装着は完了する。

【００２０】次いでガラス基板１上に搭載されたチップ
群の上方に、これらを覆うようにして金属製のシールド
電極６を設置し、このシールド電極６には、各チップ５
の電界放出素子５ｆに対向して電子通過孔６ａを予め形
成しておく。

【００２１】さらに、このシールド電極６を覆うように
して、放出された電子を加速するための加速電極７を設
置し、この加速電極７によって電子流の制御を行う。も
ちろん、この加速電極７にも、上記の電子通過孔６ａに
対向して電子通過孔７ａを予め形成しておく。その形状
は、メッシュ状であってもよいし、単に枠体状であって
もよい。

【００２２】一方、フロントガラス３の材料としてはア
ルカリ・フリーガラスを用い、管の内側の面には井の字
型になるようにブラックマトリクス層（黒色の絶縁体
層）９を形成する。そして、ブラックマトリクス層９の
形成されていないフロントガラス３上には、ブラックマ
トリクス層９の縁にわずかにかかるようにして約１３×
１３（ｍｍ）角の蛍光体領域（Ｒ，Ｇ，Ｂまたはその他
の発光色を有する蛍光体）８を形成する。そして、この
蛍光体領域８の露出した表面には、Ａｌからなるメタル
バック１０を形成する。なお、蛍光体領域８の厚さは１
５〜３０μｍ、メタルバック１０の厚さは５０〜１００
ｎｍとする。その後においては、従来の製造方法と同様
に行うことにより、光源用表示管が完成する。

【００２３】次に、図１に係る蛍光表示管の駆動方法に
ついて説明する。図４は、図１に係るチップ、ゲートお
よびカソードの配置を示す平面図である。同図に示すよ
うに、チップの配置の一例として４×４のマトリックス
状としている。

【００２４】すなわち、４×４のマトリクス状にチップ
５を配置し、行方向に並んだチップのカソードをガラス
基板１上に形成された配線を介して直列に接続し（図１
の配線５ａ）、それぞれにカソード端子Ｋ１〜Ｋ４を接
続する。同様に、列方向に並んだゲート電極を直列に接
続し（図１の配線５ｈ）、それぞれにゲート端子Ｇ１〜
Ｇ４を接続する。したがって、１組のカソード端子およ
びゲート端子を選択すると、この選択に対応するチップ
５の電界放出素子から電子を放出させることができる。
放出された電子は、メタルバック９を介して蛍光体領域
８に衝突し、発光光の大半は管外に放射され、一部はメ
タルバック９に反射されてから管外に放射される。

【００２５】図５は、図４のようにチップの配置された
光源用表示管の駆動回路を示すブロック図である。同図
に示すように、カソード側およびゲート側のブロックは
何れも同様の構成をしており、外部から信号を受信する
シフトレジスタ（３１，３４）と、シフトレジスタ（３
１，３４）の出力をラッチするラッチ回路（３２，３
５）と、ラッチ回路（３２，３５）の出力に基づいて光
源用表示管内３０内のゲートおよびカーソード等の駆動
を制御するドライバ（３３，３６）とを備えている。

【００２６】なお、図２でも示したようにアノードおよ
びシールド電極にはそれぞれ所定の電圧が印加されてい
る。また、ドライバ３３には「−４０Ｖ」の出力電圧を
有する電源に接続され、ドライバ３６には「＋４０Ｖ」
の出力電圧を有する電源に接続されている。さらに、図
５に示す回路は、１個または２個以上のドライバチップ
に集積して光源用表示管内に設置してもよいし、あるい
は管外に設置してもよい。

【００２７】次に、図１に示した本実施の形態の特徴に
ついて説明する。図６は、カソード−ゲート（以下、Ｋ
−Ｇという）間の電圧と電界放出素子からの放出電流と
の関係を示すグラフである。電界放出素子の特性は同図
に示すとおりであり、Ｋ−Ｇ間の電圧が４０Ｖ未満のと
きは、ほとんど電流は流れていないが、６０Ｖ以上にな
ると電流が流れだし、８０Ｖになれば十分なエミッショ
ンが得られることがわかる。したがって、Ｋ−Ｇ間の電
圧が８０Ｖとなれば発光光を得ることができることがわ
かる。そこで、この点に基づくと、本実施の形態に係る
光源用表示管は、以下のタイムチャートに従って駆動さ
せるとよい。

【００２８】図７は、図１に係る光源用表示管の動作を
示すタイムチャートである。図６に示すように、カソー
ド端子（Ｋ１〜Ｋ４）に０Ｖまたは−４０Ｖの電圧を印
加し、ゲート端子（Ｇ１〜Ｇ４）に０Ｖまたは＋４０Ｖ
の電圧を印加することにより、所望のチップ５を選択し
て発光させることができる。

【００２９】すなわち、図６のタイムチャートにおいて
Ｋ−Ｇ間の電位状態は４種類あり、 （１）行方向に接続されたカソードが-40V、列方向に接
続されたゲートが+40V （２）行方向に接続されたカソードが-40V、列方向に接
続されたゲートが 0V （３）行方向に接続されたカソードが 0V、列方向に接
続されたゲートが+40V （４）行方向に接続されたカソードが 0V、列方向に接
続されたゲートが 0V のとおりである。

【００３０】この場合、Ｋ−Ｇ間が８０Ｖとなるのは
（１）の場合のみであり、（２）〜（４）では、Ｋ−Ｇ
間電圧が４０Ｖ以下となり、電界放出素子からは電子は
放出されず、発光光は得られない。このように本実施の
形態は、Ｋ−Ｇ間の電圧を制御することにより、容易に
各画素の発光を制御することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、フィラメントカソードの代わりに電界放出素子の形
成されたチップをカソードとして用いているため、フィ
ラメントカソードを用いたときの種々の問題点を解消す
ることができる。すなわち、フィラメントカソードのよ
うに簡単に切れてしまうようなことがなく、また１チッ
プを一つのユニットとして取り扱えるため、取り扱いが
楽である。例えば、不良の電界放出素子を、チップの単
位で交換できるという効果がある。また、チップを用い
ることによって管球を薄くすることができ、光源用表示
管の小型軽量化を図ることができる。また、１画素につ
き１個のチップを対向させているため、ガラス基板全面
に電界放出素子を形成するのと比べて少数の電界放出素
子で済み、安価に光源用表示管を製作することができ
る。さらに、蛍光体領域毎に発光色の異なる蛍光体を用
いることによって、カラー表示を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一つの実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２】 図１に係る光源用表示管の回路を示す説明図
である。

【図３】 シールド電極のその他の実施の形態を示す断
面図である。

【図４】 電界放出素子の配線を示す説明図である。

【図５】 図１に係る光源用表示管の回路を示すブロッ
ク図である。

【図６】 電界放出素子の放出電流とカソード−ゲート
間における電圧との関係を示すグラフである。

【図７】 図１に係る光源用表示管の動作を示すタイム
チャートである。

【図８】 一般的な光源用表示管を示す斜視図である。

【図９】 従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１…ガラス基板、２…スペーサガラス、３…フロントガ
ラス、４…絶縁基板、５…チップ、５ａ，５ｈ…配線
層、５ｂ…Ａｇペースト、５ｃ…シリコン基体、５ｄ…
絶縁膜、５ｅ…ゲート電極、５ｆ…冷陰極、５ｇ…ワイ
ヤ、６…シールド電極、６ａ…電子透過孔、７…加速電
極、８…蛍光体領域、９…ブラックマトリクス層、１０
…メタルバック。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠野 和彦 三重県伊勢市上野町字和田700番地 伊勢 電子工業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一部が透光性を有する表示面
   を有しかつ内部が真空排気された外囲器と、前記表示面
   の内側に形成された複数の蛍光体領域とを備え、前記蛍
   光体領域のそれぞれは一つの画素をなし、前記蛍光体領
   域に電子を衝突させることにより発光光を得る光源用表
   示管において、 前記外囲器内には、電界放出素子を有する複数のチップ
   が設置され、 各チップは、前記蛍光体領域のそれぞれに対向して配置
   されていることを特徴とする光源用表示管。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記チップは、シリコン製のチップであることを特徴と
   する光源用表示管。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記外囲器内には、 前記チップの上方に設置されかつ前記電界放出素子から
   の電子が通過する電子通過孔の設けられたシールド電極
   と、 このシールド電極の上方に設置されかつ前記電子が通過
   する電子通過孔の設けられた加速電極と、 前記蛍光体領域同士の間に形成されたブラックマトリク
   ス層と、 前記蛍光体領域を覆うメタルバックとを備えたことを特
   徴とする光源用表示管。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記シールド電極における電子通過孔の設けられた部分
   は、その縦断面がドーム状であるとともに、その表面に
   は複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする光源
   用表示管。
5. 【請求項５】 請求項３において、 前記加速電極における電子通過孔は、その形状がメッシ
   ュ状または枠体状に形成されていることを特徴とする光
   源用表示管。
6. 【請求項６】 請求項１において、 前記蛍光体領域は、画素毎に所望の発光色を有する蛍光
   体層が形成されていることを特徴とする光源用表示管。
7. 【請求項７】 請求項６において、 前記蛍光体領域は、画素毎にＲまたはＧまたはＢの発光
   色を有する蛍光体層が形成されていることを特徴とする
   光源用表示管。