KR100336137B1 - 전자빔발생장치,그것을갖는화상표시장치및그의구동방법 - Google Patents

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Abstract

매트릭스로 결선된 다수의 냉음극 소자를 갖는 다전자 빔 소스(50)에서 고속으로 전자 빔을 균일하게 출력할 수 있는 구동 회로 및 구동 방법은 표시 휘도에 불균일성이 적고, 그레이스케일 선형성이 우수하며, 응답이 빠른 특성을 갖는 표시장치를 제공한다. 전자 빔 발생 장치는 다수의 냉음극 소자가 매트릭스 형태로 배열된 행 배선 및 열 배선으로 결선된 다전자 빔 소스(50), 행 배선에 접속된 스캐닝회로(2), 열 배선에 접속된 변조 회로(10, 20, 30)를 포함한다. 변조 회로(10, 20, 30)는 냉음극 소자에 구동 전류 펄스를 공급하는 제어 전류원(10), 다전자 빔 소스(50)의 기생 용량을 신속히 충전하는 전압원(20), 구동 전류 펄스의 상승과 동기하여 전 압원과 열 배선을 전기적으로 접속하는 충전 전압 인가 회로(30)를 포함한다.

Description

전자 빔 발생 장치, 그것을 갖는 화상 표시 장치 및 그의 구동 방법 {ELECTRON-BEAM GENERATING APPARATUS, IMAGE DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME, AND METHOD OF DRIVING THEREOF}
본 발명은 다수의 냉음극 소자(cold cathode device)가 매트릭스로 결선된 다전자 빔 소스(multi-electron-beam source)를 갖는 전자 빔 발생 장치(electrom-beam generating apparatus), 전자 빔 발생 장치를 사용하는 화상 표시장치 및 이들 장치의 구동 방법에 관한 것이다.
종래 전자 방출 소자로는 두 종류의 장치, 즉 열전자(thermionic) 및 냉음극 소자가 알려져 있다. 냉음극 소자의 예로는 면도전성 전자 방출 소자(surface-conduction electron-emitting device), 전계 방출형 소자(field-emission type device)(이하, FE형 소자라 함) 및 금속/절연체/금속형 방출 소자(이하, MIM형 소자라 함)가 있다.
면도전성 전자 방출 소자의 알려진 예는 예를 들면, M. I. Elinson, Radio. Eng. Electron Phys., 10, 1290(1965)에 기재되어 있고 다른 예들은 다음에 설명한다.
면도전성 전자 방출 소자는 기판에 형성된 작은 면적의 박막에 그 막의 면에 평행하게 전류를 공급함으로써 전자 방출이 일어나는 현상을 이용한다. 면도전성 전자 방출 소자는 상술한 Elinson에 따른 SnO2박막 외에, Au 박막(G. Dittmer,"Thin Solid Films", 9, 317(1972)), In2O3/SnO2박막(M. Hartwell and C. G. Fonstad, "IEEE Trans. ED Conf.", 519(1975)) 및 탄소 박막(Hisashi Araki, et al., "Vacuum", Vol. 26, No. 1, p. 22(1983))을 사용하는 장치를 포함하고 있다.
도 23은 이들 면도전성 전자 방출 소자의 대표적인 구조예로서 M. Hartwell 등에 따른 면도전형 전자 방출 소자의 평면도이다. 도 23에 있어서, (3001)은 기판, (3004)는 스피터링에 의해 형성된 금속 산화물로 이루어진 도전성 박막이다. 이 도전성 박막(3004)은 도 23에 도시한 바와 같이 H형 면 패턴을 갖는다. 전자 방출부(3005)는 도전성 박막(3004)에 대하여 대전 처리(electrification process)(이하, 에너지 주입 형성 공정(energization forming process)이라 함)를 실행하는 것에 의해 형성된다. 도 23에 있어서, 간격 L은 0.5 내지 1 ㎜로 설정되고, 폭 W는 0.1 ㎜로 설정된다. 전자 방출부(3005)는 도시 편의상 도전성 박막(3004)의 중앙에 사각형 모양으로 도시되어 있지만, 이것은 전자 방출부의 실제 위치 및 형상을 정확히 도시한 것은 아니다.
상기 M. Hartwell 등에 의한 면도전성 전자 방출 소자에 있어서, 통상 전자 방출부(3005)는 에너지 방출전 도전성 박막(3004)에 소위 에너지 주입 처리라고 하는 대전 처리를 실행하는 것에 의해 형성된다. 에너지 주입 처리에 따르면, 도전성박막(3004)이 부분적으로 파괴되거나 또는 변형되도록 또는 도전성 박막(3004)의 특성이 변하도록, 도전성 박막(3004)의 양끝에, 매우 느린 속도, 예를 들면 1 V/min로 증가하는 일정 또는 가변 DC 전압을 인가하는 것에 의해 대전이 실행되어,전기적으로 저항이 높은 전자 방출부(3005)가 형성된다. 도전성 박막(3004)의 파괴된 또는 변형된 부분 또는 특성이 변하는 부분이 균열(fissure)을 갖는 것에 주의한다. 에너지 주입 처리후 도전성 박막(3004)에 적당한 전압을 인가할 때, 그 균열 부근에서 전자 방출이 일어난다.
FE형 소자의 알려진 예는 W. P. Dyke and W. W. Dolan, "Field Emission", Advance in Electron Physics, 8, 89(1956) and C. A. Spindt, "Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones", J. Appl. Phys., 47, 5248(1976)에 기재되어 있다.
도 24는 FE형 소자의 대표적 구조예로서 C. A. Spindt 등에 따른 소자의 단면도이다. 도 24에 있어서, (3010)은 기판, (3011)은 도전성 물질을 포함하는 이미터배선, (3012)는 이미터 콘, (3013)은 절연층, (3014)는 게이트 전극이다. 이 소자는 이미터 콘(3012)과 게이트 전극(3014) 사이에 적당한 전압을 인가하는 것에 의해 이미터 콘(3012)의 끝에서 전계 방출이 발생하게 한다.
FE형 소자의 다른 구조예에서, 도 24에 도시한 종류의 적층 구조는 사용되지 않는다. 그 보다는 이미터와 게이트 전극이 기판 면에 대략 평행한 상태로 기판에 배열된다.
MIM형의 알려진 예는 C. A. Mead. "Operation of tunnel-emission devices", J. Appl, Phys., 32, 646(1961)에 기재되어 있다. 도 25는 MIM형 소자의 대표적 구조예를 도시한 단면도이다. 도 25에 있어서, (3020)은 기판, (3021)은 금속으로 이루어진 하부 전극, (3022)는 100 Å 정도의 두께를 갖는 얇은 절연층, (3023)은 금속으로 이루어지고 80 내지 300 Å 정도의 두께를 갖는 상부 전극이다. 이 소자는 상부 전극(3023)과 하부 전극(3021) 사이에 적당한 전압을 인가하는 것에 의해 상부 전극(3023)의 표면에서 전계 방출을 일으킨다.
상술한 냉음극 소자가 열전자 음극 소자와 비교하여 더 낮은 온도에서 전자방출이 얻어지는 것을 가능하게 하므로, 열을 가하기 위한 히터는 필요 없다. 따라서, 이 구조는 열전자 음극 소자보다 더 단순하여, 더욱 정교하게 장치를 제조하는 것이 가능하다. 또한, 높은 밀도로 기판에 다수의 장치를 배열하더라도, 기판의 균열 등과 같은 문제가 쉽게 발생하지 않는다. 또한, 냉음극 소자는 히터에 의해 발생된 열에 의해 동작하는 관계로 낮은 응답성을 갖는 열전자 음극 장치와는 다르다. 따라서, 냉음극 소자의 장점은 응답이 더 빠르다는 것이다.
이런 이유 때문에, 냉음극 소자의 어플리케이션에 대해 다방면에 걸쳐 연구가 이루어지고 있다.
예를 들면, 다양한 냉음극 소자 중에서, 면도전성 전자 방출 소자는 구조가 특히 단순하고 제조가 용이하므로, 다수의 소자를 큰 면적에 형성할 수 있다는 장점을 갖는다. 따라서, 본 출원인에 의해 출원된 일본국 특허 공개공보 소화64-31332호에 기재된 바와 같이, 다수의 소자를 배열하고 구동하는 방법에 연구가 집중되었다.
또한, 연구된 면도전형 전자 방출 소자의 어플리케이션은 화상 표시 장치 및 화상 기록 장치 등의 화상 형성 장치, 충전 빔 소스 등이다.
화상 표시 장치의 어플리케이션에 대하여, 예를 들면 본 출원인에 의해 출원된 USP 5,066,833과 일본국 특허 공개 공보 소화2-257551 및 4-28137에 기재된 바와 같이, 전자 빔에 의한 조사에 응답하여 발광하는 인과 면도전성 전자 방출 소자를 조합하여 사용하는 화상 표시 장치 등에 대하여 연구가 이루어지고 있었다. 면도전성 전자 방출 소자와 인을 조합하여 사용하는 이 화상 표시 장치는 다른 종류의 종래 화상 표시 장치보다 우수한 특성을 가질 것으로 기대된다. 예를 들면, 최근들어 인기가 있는 액정 표시 장치와 비교하여, 상술한 화상 표시 장치는 그 자신의 광을 방출하여 백-라이트를 필요로 하지 않아 우수하다. 또한, 이것은 넓은 시 야각을 갖는다.
다수의 FE형 장치를 행으로 구동하는 방법은 예를 들면, 본 출원인에 의해 출원된 USP 4,904,895에 기재되어 있다. 예를 들면, R, Meyer 등에 의해 제안된 평면형 표시 장치는 화상 표시 장치에 대한 FE형 장치의 어플리케이션의 일례로서 알려져 있다. [R. Meyer : "Recent Development on Microtips Display at LEFT", Tech. Digest of 4th Int. Vacuum Microelectronics Conf., Nagahama, pp. 6~9,(1991).]
다수의 MIM형 소자가 행으로 배열되어 화상 표시 장치에 적용되는 예는 본 출원인에 의해 출원된 일본국 특허 공개공보 소화3-55738호에 기재되어 있다.
본 발명자는 상술한 종래 장치에 부가하여 다양한 물질, 제조 방법 및 구조에 따라 전자 방출 소자를 조사하였다. 또한, 본 발명자는 다수의 전자 방출 소자가 배열된 다전자 빔 소스 및 이 다전자 소스가 적용되는 화상 표시 장치를 연구하였다.
또한, 본 발명자는 도 26에 도시한 전기 배선 방법에 따른 다전자 빔 소스를 조사하였다. 구체적으로, 이 다전자 빔 소스는 다수의 전자 방출 소자를 2차원적으로 배열하고 이들 장치를 매트릭스로 결선하는 것에 의해 도 26에 도시한 바와 같이 구성된다.
도 26에 있어서, (4001)은 전자 방출 소자, (4002)는 행 배선, (4003)은 열 배선이다. 실제로, 행 배선(4002)과 열 배선(4003)은 제한된 전기 저항을 갖지만, 도 26에서, 이들은 배선 저항(4004) 및 (4005)로 나타내어져 있다. 도 26에 도시한 배선은 단순 매트릭스 배선이라고 한다.
도시의 편의상, 도 26에는 6 × 6 매트릭스로 구성된 다전자 빔 소스를 도시한다. 그러나,매트릭스의 크기는 이 구성에 한정되지 않는다. 화상 표시 장치에 대한 다전자 빔 소스에 있어서, 소망의 화상 표시를 충분히 실행하는 장치가 배열되고 결선된다.
전자 방출 소자가 단순 매트릭스로 결선된 다전자 빔 소스에 있어서, 적당한 전기 신호가 행 배선(4002) 및 열 배선(4003)에 공급되어 소망 전자 빔이 출력된다. 예를 들면, 매트릭스내 하나의 임의의 행의 전자 방출 소자가 구동될 때, 선택된 행의 행 배선(4002)에는 선택 전압 Vs가 인가된다. 그와 동시에, 비선택 행의 행 배선(4002)에는 비선택 전압 Vns가 인가된다 이 동작과 동기하여, 열 배선(4003)에는 전자 빔을 출력하기 위한 구동 전압 Ve가 인가된다. 이 방법에 따르면, 배선 저항(4004) 및 (4005)에 의한 전압 강하를 무시할 수 있다고 가정할 때, 선택된 행의전자 방출 소자에는 (Ve- Vs)가 인가되고, 비선택된 행의 전자 방출 소자에는 (Ve- Vns)가 인가된다. 전압 Ve, Vs, Vns가 적당한 레벨로 설정될 때, 소망 강도의 전자 빔이 선택된 행의 전자 방출 소자에서만 출력된다. 각 열 배선(4003)에 다른 레벨의 구동 전압 Ve가 인가될 때, 선택된 행의 각 장치에서는 다른 강도의 전자 빔이 출력된다. 냉음극 소자의 응답 속도가 빠르므로, 전자 빔이 출력되는 기간을 구동전압 Ve를 인가하는 기간에 따라 변경할 수 있다.
따라서, 단순 매트릭스로 배열된 전자 방출 소자를 갖는 다전자 빔 소스는 다양한 어플리케이션에 사용될 수 있다. 예를 들면, 다전자 빔 소스는 영상 데이터에 따라 전압 신호를 적절히 공급하는 것에 의해 화상 표시 장치의 전자 소스로서 적당히 사용될 수 있다.
그러나, 전압원이 다전자 빔 소스에 실제 접속되고 이 다전자 빔 소스가 상술한 방법의 전압 인가에 의해 구동되면, 배선 저항으로 인한 전압 강하로 인해 각각의 전자 방출 소자에 실제 공급되는 전압이 변화하는 문제가 발생한다.
장치 각각에 인가된 전압의 그러한 변동의 첫번째 원인은 단순 매트릭스로 결선된 전자 방출 소자 각각에 대하여 배선 길이에 차이가 있기 때문이다(즉, 배선저항의 크기가 장치마다 다름).
두번째 원인은 행 배선 각 부분에서의 배선 저항(4004)에 의해 야기되는 불균일한 전압 강하이다. 선택된 행의 행 배선에서 흐르는 전류는 이 선택된 행에 접속된 전자 방출 소자 각각으로 갈라지므로, 배선 저항(4004) 각각에 공급된 전류의레벨이 균일하지 않게 되어 상술한 불균일성이 발생하게 된다.
세번째 원인은 배선 저항에 의한 전압 강하의 레벨이 구동 패턴(표시될 화상패턴)에 따라 가변하는 것이다. 이것은 배선 저항으로 공급된 전류가 구동 패턴에 따라 변하기 때문이다.
상술한 원인들로 인해, 전자 방출 소자 각각에 인가된 전압은 가변한다. 따라서, 전자 방출 소자 각각에서 출력된 전자 빔의 강도가 소망 값에서 벗어나게 되어, 어플리케이션에 문제가 생긴다. 예를 들면, 상술한 방법을 화상 표시 장치에 적용하는 경우, 표시된 화상의 휘도가 불균일하게 되거나 또는 휘도가 표시된 화상 패턴에 따라 가변한다.
또한, 전압의 변동이 단순 매트릭스의 크기가 커짐에 따라 커지게 되므로, 화상 표시 장치의 화소수가 제한된다.
상술한 문제를 감안하여, 본 발명자는 상술한 전압 인가 방법과 다른 구동 방법을 다방면에 걸쳐 연구하고 실험하였다.
구체적으로, 실험 방법에 따르면, 전자 방출 소자가 단순 매트릭스로 결선된 다전자 빔 소스 구동시, 전압원을 열 배선에 접속하여 구동 전압 Ve를 인가하는 대신, 소망 전자 빔을 출력하기 위해 필요한 전류가 공급되도록 전류원을 접속한다. 이 방법에 있어서, 방출 전류 Ie의 레벨은 소자 전류 If의 레벨을 제어함으로써 제어된다.
즉, 각 전자 방출 소자로 공급되는 소자 전류 If의 레벨은 전자 방출 소자의(소자 전류 If) 대 (방출 전류 Ie)를 나타내는 특성을 참조하여 결정되고, 결정된 레벨의 소자 전류 If가 행 배선에 접속된 전류원에 의해 공급된다. 구체적으로, 구동회로는 (소자 전류 If) 대 (방출 전류 Ie)를 나타내는 특성을 저장하는 메모리 등의 전기 회로, 제공된 장치 전류 If를 결정하는 계산기, 제어 전류원 등을 조합하여 구성된다. 구동 회로의 제어 전류원은 제공될 장치 전류 If의 레벨이 전압 신호로 먼저 변환된 후 전압/전류 변환기에 의해 전류로 변환되는 형태의 회로를 채용한다.
상술한 방법에 따르면, 전압원을 접속하는 이전의 구동 방법과 비교하여, 배선 저항으로 인한 전압 강하의 영향을 덜 받는다. 따라서, 상기 방법은 출력 전자 빔의 강도 변동 및 변화를 최소화하는 상당한 효과를 제공한다(EPA 688 035).
그러나, 전류원을 접속하는 구동 방법도 다음과 같은 문제를 갖는다.
즉, 짧은 시간폭을 갖는 일정한 전류 펄스가 제어 정전류원으로부터, 상당한 수의 전자 방출 소자가 매트릭스로 결선된 다전자 빔 소스로 공급되는 경우에는, 전자 빔이 방출되기 어렵다. 일정한 전류 펄스가 비교적 장기간 동안 연속해서 공급되면, 전자 빔이 물론 방출되지만, 전자 방출을 개시하기 위해서는 긴 시동 시간이 필요하다.
도 22B 내지 도 22E는 상기 문제를 설명하는 타임도이다. 도 22B는 행 배선을 스캐닝하는 타이밍을 도시한 그래프, 도 22C는 제어 정전류원에서의 전류 파형출력을 도시한 그래프, 도 22D는 전자 방출 소자로 실제 공급되는 구동 전류를 도시한 그래프, 도 22E는 전자 빔 장치에서 방출되는 전자 빔의 강도를 도시한 그래프이다. 이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 짧은 전류 펄스가 제어 절전류원에서 공급될 때, 소자 전류 If는 전자 방출 소자에 공급되지 않는다. 긴 전류 펄스가 공급되면, 전자 방출 소자에 제공된 구동 전류는 큰 상승 시간을 갖는 파형을 갖는다.
냉음극형 전자 방출 소자가 빠른 응답 특성을 갖더라도, 전류 파형이 긴 상승 시간을 가지므로, 방출 전류 Ie의 최종 파형도 변형된다.
상기 문제는 다음의 이유로 인해 발생한다. 전자 방출 소자가 단순 매트릭스로 결선된 다전자 빔 소스에 있어서, 기생 용량은 매트릭스의 크기가 커짐에 따라 증가한다. 기생 용량은 행 배선과 열 배선이 교차하는 곳에 주로 존재한다. 그의 등가 회로는 도 22A에 도시되어 있다. 열 배선(54)에 접속된 제어 정전류원(11)이 정전류 Il의 공급을 시작할 때, 공급된 전류는 전자 방출 소자(41)의 구동 전류로서 기능하기 전에 기생 용량(48)을 충전하는데 먼저 소비된다. 따라서, 전자 방출 소자의 실제 응답 속도가 늦어진다.
구체적으로, 냉음극 소자와 인을 갖는 표시 장치에서 실제 발광 휘도를 얻기 위해서는 하나의 화소에 대응하는 냉음극 소자에 일반적으로 적어도 1 μA 내지 10 mA의 구동 전류를 공급할 필요가 있다. 필요한 것보다 많은 구동 전류가 공급되면, 냉음극 소자의 수명이 단축되는 문제가 발생한다.
상기 문제를 극복하기 위해, 제어 정전류원의 출력 전류는 1 μA 내지 1 mA 범위의 적당한 값으로 제어된다(실제로, 구동 전류의 가장 적합한 값은 냉음극관의 종류, 재료 및 형태 또는 인의 발광 효율 및 가속 전압을 고려하여 결정됨)
한편, 실제 텔레비전 또는 컴퓨터 표시 장치로서 기능하기 위해서는 예를 들면 500 × 500 이상의 표시 화면 화소수와 대각 크기가 15 인치 이상인 화면을 갖는 것이 바람직하다. 매트릭스 배선이 일반적인 퇴적 기술을 사용하여 형성되면, 상술한 바와 같이 배선 저항 r 및 기생 용량 c 가 생긴다. 회로는 r 및 c의 크기에 좌우되는 충전 시정수 Tc를 갖는다. (엄격하게, 회로의 시정수도 다수의 파라미터에 의존하는 것은 물론이다.)
전압원으로 전자 방출 소자를 구동하는 경우, 기생 용량과 병렬로 접속된 전자 방출 소자의 응답 속도는 시정수 Tc에 의존한다.
그러나, 1 μA 내지 10 mA 범위의 정전류가 제어 전류원에서 상술한 바와 같이 공급되는 경우, 충전에 필요한 시간은 상기 시정수 Tc보다 상당히 크다. 즉, 전자 방출 소자의 실제 응답 속도는 전압원에 의해 구동되는 경우 보다 늦다.
따라서, 표시 장치의 발광 휘도가 펄스폭 변조법에 의해 제어되는 경우, 저휘도부의 그레이스케일 선형성이 열화한다. 또한, 빨리 움직이는 화상이 표시될 때, 보는 사람은 부자연한 화상을 보게 된다.
상술한 바와 같이, 변조된 신호가 제어 정전류원에 의해 공급되는 경우, 배선 저항으로 인한 전압 강하의 영향이 크게 향상된다. 그러나, 실제 응답 속도가느려져서, 표시된 화상의 화질이 떨어져 버린다. 표시 화면의 면적이 확대되거나 또는 표시 화면내 화소수가 증가하면, 기생 용량도 증가하여 상기 문제가 더욱 분명해진다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 고려하여, 매트릭스로 결선된 다수의 전자 방출 소자를 포함하는 다전자 빔 소스에서 고속으로 전자 빔을 균일하게 출력하는 구동 수단 및 구동 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 휘도 불균일성을 갖지 않고 우수한 그레이스케일 선형성을 실현하며 빠른 응답 특성을 갖는 화상 표시 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일반적 구조를 도시한 블럭도.
도 2A 내지 도 2D는 충전 전압 인가 회로를 도시한 도면.
도 3은 스캐닝 회로를 도시한 도면.
도 4는 제1 실시예에 따른 회로도.
도 5A 내지 도 5H는 제1 실시예에 따른 구동 방법을 설명하는 타임 챠트.
도 6A, 도 6B는 전압원 및 충전 전압 인가 회로를 구비하는 회로도.
도 7은 제2 실시예에 따른 회로도.
도 8A, 도 8B는 전압원 및 충전 전압 인가 회로를 구비하는 회로도.
도 9는 제3 실시예에 따른 회로도.
도 10A, 도 10B는 제3 실시예에 사용되는 V/I 변환기를 설명하는 도면.
도 11은 표시 패널의 일부를 절단하여 하나의 실시예에 따른 화상 표시 장치를 도시한 사시도.
도 12A, 도 12B는 표시 패널의 앞판에 사용된 인의 배열을 예시하는 평면도.
도 13A는 하나의 실시예에 사용된 평면형 면도전성 전자 방출 소자의 평면도.
도 13B는 하나의 실시예에 사용된 평면형 면도전성 전자 방출 소자의 단면도.
도 14A 내지 도 14E는 평면형 면도전형 전자 방출 소자의 제조 공정을 도시한 단면도.
도 15는 에너지 주입 형성 공정에 있어서 인가된 전압을 파형을 도시한 그래프.
도 16A는 활성화 공정에 있어서 인가된 전압의 파형을 도시한 그래프.
도 16B는 방출 전류 Ie의 변동을 도시한 그래프.
도 17은 하나의 실시예에 사용되는 계단형 면도전성 전자 방출 소자의 단면도.
도 18은 하나의 실시예에 사용되는 면도전성 전자 방출 소자의 대표적 특성을 도시한 그래프.
도 19A 내지 도 19F는 계단형 면도전성 전자 방출 소자의 제조 공정을 도시한 단면도.
도 20은 하나의 실시예에 사용되는 다전자 빔 소스의 기판을 도시한 평면도.
도 21은 하나의 실시예에 사용되는 다전자 빔 소스의 기판을 도시한 부분 단면도.
도 22A 내지 도 22E는 종래 구동 방법을 설명하고 그의 문제를 예시하는 도면 및 그레프.
도 23은 종래 면도전성 전자 방출 소자를 도시한 도면.
도 24는 종래 FE형 소자를 도시한 도면.
도 25는 종래 MIM형 소자를 도시한 도면.
도 26은 단순한 매트릭스로 결선하는 방법을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 스캐닝 회로
3 : 동기 신호 분리 회로
4 : 타이밍 발생 회로
5 : 시프트 레지스터
6 : 라인 메모리
8 : 펄스폭 변조기
10 : 제어 전류윈
11 : 정전류 회로
20 : 전압원
21 : 전압 증폭기
22 : 인버터
30 : 충전 전압 인가 회로
31 : 정류기
33 : 전류 스위치
50 : 다전자 빔 소스
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 다수의 냉음극 소자가 매트릭스 형상으로 배열된 행 배선 및 열 배선에 의해 결선된 다전자 빔 소스, 상기 행 배선에 접속된 스캐닝 수단, 및 상기 열 배선에 접속된 변조 수단을 갖는 전자 빔 발생 장치에 있어서, 상기 변조 수단이 상기 냉음극 소자에 구동 전류 펄스를 공급하는 제어 전류원, 상기 다전자 빔 소스의 기생 용량을 고속으로 충전하는 전압원, 및 상기 구동 전류 펄스의 상승과 동기하여 상기 전압원과 상기 열 배선을 전기적으로 접속하는 충전 전압 인가 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 빔 발생 장치가 제공된다.
여기서, 상기 충전 전압 인가 수단은 정류기를 구비하는 수단 또는 타이머 회로 및 접속 스위치를 구비하는 수단이 바람직하다.
또한, 상기 전압원예 의해 출력된 전압은 상기 제어 전류원에 의해 발생된최대 전위의 0.5 내지 0.9 배의 범위내이다.
또한, 상기 전자 법 발생 장치는 상기 전압원이 출력 전압을 조정할 수 있는 가변 전압원인 것에 특징이 있다.
또한, 상기 제어 전류원은 정전류 회로 및 전류 스위치 또는 V/I 변환 회로를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 충전 전압 인가 수단은 다수의 다이오드 또는 트랜지스터가 접속된 레벨 시프트 회로인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전자 빔 발생 장치는 상술한 전자 빔 발생 장치에 의해 발생된 전자 빔을 조사하는 것에 의해 화상을 형성하는 화상 형성 부재와 조합되면 화상 표시 장치를 구성한다. 또한, 본 발명은 이 화상 표시 장치를 구비한다.
또한, 본 발명은 다수의 냉음극 소자가 매트릭스 형태로 배열된 행 배선 및 열 배선에 의해 결선된 다전자 빔 소스를 갖는 전자 빔 방출 장치의 구동 방법을 포함하고 있으며, 외부 유닛에서 입력된 변조 데이터에 따라 변조된 구동 전류 펄스가 열 배선에 공급되고, 상기 구동 전류 펄스의 상승부터 상기 다전자 빔 소스의 기생 용량이 소정의 레벨로 충전되는 점까지의 기간동안 구동 전류 펄스에 부가하여, 충전 전압이 열 배선에 인가된다.
또한, 본 발명은 다수의 냉음극 소자가 매트릭스 형태로 배열된 행 배선 및 열 배선에 의해 결선된 다전자 빔 소스를 갖는 화상 표시 장치의 구동 방법을 포함하고 있으며, 외부 유닛에서 입력된 변조 데이터에 따라 변조된 구동 전류 펄스는 열 배선에 공급되고, 구동 전류 펄스의 상승부터 상기 다전자 빔 소스의 기생 용량이 소정의 레벨로 충전되는 점까지의 기간동안 구동 전류 펄스에 부가하여, 충전 전압이 열 배선에 인가된다.
본 발명에 따르면, 냉음극 소자가 매트릭스로 결선된 다전자 빔 소스를 구동하기 위해, 제어 전류원에서 공급되는 구동 전류에 부가하여, 기생 용량을 신속히 충전하는 전압이 충전 전압 인가회로에 의해 인가된다. 이 때문에, 전자 방출 소자가 빠르게 응답하는 것이 가능하게 된다. 기생 용량이 충전된 후, 충전 전압 인가 회로는 오프되고, 전자 방출 소자는 제어 전류원에 의해 구동된다. 따라서, 배선 저항에 영향을 받지 않고, 냉음극 소자를 신속히 구동할 수 있다. 따라서, 본 발명을 적용하는 화상 표시 장치는 우수한 그레이스케일 선형성을 갖는다. 또한, 움직임 화상이 표시될 때 보는 사람은 자연스런 화상을 보게 된다. 특히, 본 발명은 큰 표시화면을 갖는 표시 장치에서 기생 용량을 신속히 충전할 수 있으므로, 고화질로 화상을 표시할 수 있다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
<실시예>
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 구동 수단의 일반적 구조를 도시한 블럭도이다. 도 1에 있어서, (10)은 제어 전류원, (20)은 전압원, (30)은 충전 전압 인가 회로, (2)는 스캐닝 회로, (50)은 다전자 빔 소스이다. 이하, 각 유닛을 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이, 다전자 빔 소스(50)는 M개의 행 배선과 N개의 열 배선이매트릭스로 배열된 M × N 개의 냉음극 소자를 구비한다. 행 배선의 각각은 접속단자 Dx1내지 DxM을 거쳐 스캐닝 회로(2)에 전기적으로 접속된다. 열 배선의 각각은 접속 단자 Dy1내지 DyN을 거쳐 제어 전류원(10) 및 충전 전압 인가 회로(30)에 전기적으로 접속된다.
제어 전류원(10)은 변조 신호 Mod에 따라 변조되는 전류 신호(I1내지 IN)를 다전자 빔 소스(50)로 출력한다. 소위 V/I 변환기가 제어 전류원으로서 사용될 수 있다. 구체적으로, 도 4의 (11), (22), (33)를 채용하는 회로 또는 도 10B에 도시한 전류 미러 회로를 사용하는 것이 바람직하다.
전압원(20)은 단기간에 다전자 빔 소스(50)에 존재하는 기생 용량을 충전하기 위해 사용된다. 구체적으로, DC 정전압원 또는 펄스 전압원을 사용할 수 있다. 충전 전압을 조정할 수 있도록 가변 전압원을 사용하면 더욱 좋다.
충전 전압 인가 회로(30)는 기생 용량을 충전하기 위해 필요한 기간동안만 전압원(20)과 접속 단자 Dy1내지 DyN를 전기적으로 접속하기 위해 사용된다. 예를 들면, 도 2A 또는 도 2B에 도시한 바와 같은 정류 회로 또는 타이머(30a)와 접속 스위치(30b)가 도 2C에 도시한 바와 같이 조합된 타이머 스위치를 사용할 수 있다. 정류 회로는 기생 용량의 충전 완료시 전압원과 접속 단자가 원활하게 절단(즉, 노이즈가 발생하지 않음)되는 효과를 제공하므로, 특히 바람직하다. 다이오드 또는 트랜지스터를 다단계로 직렬 접속하면, 접속단수에 따라 충전 전압을 변경할 수 있는 것에 주의한다. 또한, 도 2D에 도시한 바와 같이, 다른 시프트 전압을 갖는 다수의 정류 회로를 병렬로 제공하는 것에 의해 더욱 완만한 충전이 가능하게 된다.
스캐닝 회로(2)는 스캐닝 신호 TSCAN에 따라 다전자 빔 소스(50)의 행 배선에 선택 전압 Vs및 비선택 전압 Vns를 순차 인가하기 위해 사용된다. 예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같은 회로를 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 구동 방법을 설명한다. 다전자 빔 소스(50)와 임의의 전자 방출 소자를 구동할 때, 변조 신호 Mod에 따라 제어 전류원(10)에서 다전자 빔 소스(50)의 열 배선으로 전류 펄스 I가 출력된다. 전류 펄스의 상승과 동기하여, 충전 전압이 충전 전압 인가 회로(30)에서 인가된다. 기생 용량의 충전이 거의 완료할 때, 충전 전압 인가 회로(30)에서의 전압 인가가 정지한 후, 구동 전류가 제어 전류원(10)에서 전자 방출 소자로 공급된다. 상술한 구동 방법에 따르면, 기생 용량의 충전은 제어 전류원과 충전 전압 인가회로(30)의 협력에 의해 실행되므로, 충전이 단기간에 완료된다. 기생 용량의 충전 완료시, 충전 전압 인가 회로(30)는 오프되고, 제어 전류원(10)은 전자 방출 소자의 구동 전류를 제어한다. 따라서, 빠른 응답성을 갖고 배선 저항에 의한 전압 강하에 거의 영향을 받지 않는 구동 방법을 실현할 수 있다.
[제1 실시예]
제1 실시예는 본 발명을 다전자 빔 소스를 갖는 표시 장치에 적용한 것이다. 도 4는 이 실시예의 회로 구조를 도시한 블럭도이다. 도 4에 있어서, (1)은 다전자 빔 소스를 구비하는 표시 패널이다. Dx1내지 DxM은 다전자 빔 소스의 행 배선의 접속 단자, Dy1내지 DyN은 다전자 빔 소스의 열 배선의 접속 단자, Hv는 인(phosphors)에 가속 전압을 인가하기 위한 고전압 단자, Va는 가속 전압을 인가하기 위한 고전압원이다. (2)는 스캐닝 회로, (3)은 동기 신호 분리 회로, (4)는 타이밍 발생 회로, (5)는 영상 데이터의 하나의 스캐닝 라인에 대응하는 시프트 레지스터, (6)은 영상 데이터의 하나의 라인을 저장하는 라인 메모리, (8)은 펄스폭 변조기, (11)은 정전류 회로, (21)은 전압 증폭기, (22)는 인버터, (31)은 정류기, (33)은 p채널 MOSFET를 사용하는 전류 스위치이다.
이하, 표시 패널(1)의 구조 및 제조 방법과 다전자 빔 소스의 구조, 제조 방법 및 특성에 대하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시한 것과 도 4의 각 부분의 대응성은 다음과 같다. 전압 증폭기 (21)는 전압원(20)에 대응하고, 정류기(31)는 충전 전압 인가 회로(30)에 대응하고, 정전류 회로(11)와 전류 스위치(33)와 인버터(22)의 조합은 제어 전류원(10)에 대응한다.
전압 증폭기(21)는 연산 증폭기로 구성된다. 정류기(31)는 도 2A에 도시한 다이오드를 사용한다. 정전류 회로(11)는 정전압원 및 전류 미러 회로로 구성된다.
이 실시예는 NTSC 방식을 사용하는 텔레비전 신호를 표시한 표시 장치이므로, 이 실시예는 외부 유닛에서 입력된 NTSC 복합 신호에 따라 동작한다. 동기 신호 분리 회로(3)는 NTSC 복합 신호를 영상 데이터 DATA 및 동기 신호 TSYNC로 분리한다. 동기 신호 TSYNC는 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호를 구비한다. 타이밍 발생회로(4)는 이들 신호에 따라 유닛마다 동작 타이밍을 결정한다. 구체적으로, 타이밍 발생 회로(4)는 시프트 레지스터(5)의 동작 타이밍을 제어하는 TSFT, 라인 메모리(6)의 동작 타이밍을 제어하는 TMRY, 스캐닝 회로(2)의 동작 타이밍을 제어하는 TSCAN등의 신호를 발생한다.
동기 신호 분리 회로(3)에 의해 분리된 영상 데이터는 시프트 레지스터(5)에 의해 직렬/병렬 변환되고 하나의 수평 스캐닝 기간동안 라인 메모리(6)에 저장된다. 펄스폭 변조기(8)는 라인 메모리(6)에 저장된 영상 데이터에 펄스폭 변조를 실행하는 것에 의해 얻은 전압 신호를 출력한다.
전압 신호는 전압 증폭기(21) 및 인버터(22)에 공급된다. 전압 증폭기(21)는 전압 신호를 충전 전압의 레벨까지 증폭한다. 인버터(22)는 전압 신호를 반전하고 전류 스위치(33)의 게이트에 이것을 공급한다.
스캐닝 회로(2)는 예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같이 M개의 스위치를 구비하고, 다전자 빔 소스의 각 행을 순차 스캐닝하기 위해 접속 단자 Dx1내지 DxM에 선택 전압 Vs또는 비선택 전압 Vns을 출력한다. 이들 스위치를 트랜지스터로 구성해도 좋은 것에 주의한다.
스캐닝 회로(2)에서 출력된 선택 전압 Vs및 비선택 전압 Vns의 레벨, 정전류회로(11)의 출력 전류의 레벨, 전류 스위치(33)의 싱크 전압 및 전압 증폭기(21)의 출력 전압은 사용된 냉음극 소자의 (인가된 소자 전압 Vf대 방출 전류 Ie) 특성 및(인가된 소자 전압 Vf대 소자 전류 If) 특성에 따라 정하는 것이 바람직하다.
이 실시예에 따른 다전자 빔 소스는 다음에 설명하는 도 18에 도시한 특성을 갖는 면도전성 전자 방출 소자이다. 면도전성 전자 방출 소자는 표시 장치에서 소망 휘도를 달성하기 위해서 1.5 μA의 방출 전류 Ie를 필요로 하는 것으로 가정한다. 이 경우, 특성을 도시한 도 18의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 면도전성 전자방출 소자에는 1.2 mA의 소자 전류 If를 공급할 필요가 있다. 따라서, 정전류 회로(11)의 출력 전류는 1.2 mA로 설정된다. 스캐닝 회로(2)의 선택 전압 Vs는 -7 V로 설정되고, 비선택 전압 Vns는 0 V로 설정된다. 배선 저항이 없으면, 정전류 회로 (11)의 출력에서의 전위는 7 V이어야 한다. (1.2 mA의 소자 전류 If를 마련하기 위해서는 소자의 양단에 14 V를 공급해야 한다. 선택 전압 Vs가 7 V이므로, 정전류 회로(11)의 출력 전위는 7 V이어야 한다.) 그러나, 실제로는 배선에서 전압 강하가 있으므로, 정전류 회로는 전압 강하를 보상하도록 동작한다. 따라서, 이 다전자 빔 소스를 사용하는 경우, 출력 전위는 7.5 V의 최대 레벨로 증가한다(배선 저항이 변하면 최대 전위도 변하는 것은 물론이다). 한편, 면도전성 전자 방출 소자의 전자 방출 임계 전압 Vth는 8 V이다. 따라서, 비선택 전압 Vns가 0 V로 설정되는 한, 정전류 회로(11)의 출력 전위가 7.5 V로 증가할 때에도, 비선택 행의 장치에서는 전자 빔이 방출되지 않는다.
또한, 도 3에 도시한 실시예에서는 전류 스위치(33)의 싱크 전위가 0 V(접지전위)로 설정된다. 따라서, 전류 스위치(33)가 온될 때, 행 배선의 전위는 대략 0 V로 되므로, 선택된 행 또는 비선택된 행의 소자에서는 전자 빔이 방출되지 않는다.
또한, 전압 증폭기(21)의 출력 전압은 다음과 같이 설정된다. 고속으로 기생용량을 충전하기 위해서는 전압 증폭기의 출력 전압과 정전류 회로(11)의 최대 출력전위, 즉 7.5 V가 일치하는 것이 좋다. 그러나, 전자 방출 소자에 있어서, 제조 과정 중 발생된 회로 변동 또는 온도 변화로 인한 회로의 특성 변동 또는 시간 경과에 따른 회로의 특성 변화 또는 기생 인덕턴스의 존재로 인한 링잉(ringing) 전압의 발생 위험 가능성을 고려하여, 출력 전압은 비교적 낮게 설정하는 것이 안전하다. 실제로, 출력 전압은 전류원의 최대 전위의 0.5 내지 0.9배 사이의 범위내 값으로 설정하는 것이 좋다. 이 실시예에 따르면, 전압 증폭기(21)의 전압 증폭율을 6/5(도 5B 및 도 5C 참조)라고 가정할 때, 정류기(31)에서의 전압 강하를 고려하여, 출력 전압이 6 V가 되도록 설계한다. 기생 용량을 충전하는 전압은 직렬 접속된 정류기(31)에 사용되는 다이오드 단수 또는 전압 증폭기(21)의 증폭율을 변경하여 조정할 수 있는 것에 주의한다. 또한, 충전 속도가 전압 증폭기의 응답 속도에 의존하므로, 충전 전압의 파형을 증폭기의 응답 속도를 바꾸는 것에 의해 제어할 수 있다. 또한, DC 전압원이 전압 증폭기(21) 대신 사용되는 경우, 출력 전압은 전자 방출 소자의 전자 방출 임계 전압 Vth보다 비교적 낮게 설정하는 것이 좋다.
이하, 도 4에 도시한 회로의 동작은 도 5에 도시한 타임 챠트에 따라 설명한다. 상술한 바와 같이, 도 4에 도시한 회로에 있어서, 다전자 빔 소스의 전자 방출 소자는 스캐닝 회로(2)의 동작에 의해 각 행의 시퀀스로 선택적으로 구동된다. 도 5A의 그래프는 스캐닝 회로(2)에서 선택된 행 배선으로 공급된 전압의 신호 파형을 도시한 것이다. 도 5B는 펄스폭 변조기(8)에서 출력된 신호 파형의 예를 도시한 것이다. 펄스폭 PW은 소망 변조 레벨에 따라 변한다. 도 5B에 도시한 전압 신호는 전압 증폭기(21)에 의해 증폭되어, 도 5C에 도시한 파형으로 된다.
도 5C에 도시한 전압은 정류기(31)를 거쳐 열 배선에 인가된다. 열 배선의 전위가 6 V를 초과할 때, 정류기(31)는 반대 극성으로 동작하므로, 오프된다. 즉, 다전자 빔 소스의 기생 용량은 도 5C에 도시한 전압 인가에 의해 대략 6 V까지 신속히 충전된다. 도 5E에 도시한 그래프는 전압 증폭기(21)에서 공급된 기생 용량을 충전하는 전류의 파형을 도시한 것이다.
한편, 도 5B에 도시한 파형은 전류 스위치(33)의 온/오프를 제어하도록 인버터(22)에 의해 반대 위상으로 변환된다. 그 결과, 도 5B에 도시한 펄스폭 변조 신호가 공급되지 않는 동안, 전류 스위치(33)가 온되므로, 정전류 회로(11)에서 공급된 전류는 접지로 하강한다. 따라서, 이 단계중, 정전류 회로(11)에서 출력된 전류는 전자 방출 소자에 의해 전자 빔 방출을 일으키지 않는다. 전류 스위치(33)를 통해 흐르는 싱크 전류는 도 5F의 그래프에 도시되어 있다.
따라서, 정전류 회로(11)의 출력 전류는 전류 스위치(33)가 오프된 동안 구동 전류로서 다전자 빔 소스에 공급된다. 이 실시예에 있어서, 기생 용량이 정류기 (31)뿐만 아니라 전압 증폭기(21)에 의해 고속으로 충전되므로, 구동 전류는 전자방출 소자로 즉시 공급된다. 도 5C는 전자 방출 소자에 공급되는 전류 If의 파형을 도시한 것이다. 도 5H는 전자 방출 소자에서 방출되는 전자 빔 출력 Ie의 파형을 도시한 것이다. 도 5G 및 도 5H에 있어서, 종래 구동 회로(즉, 전압 증폭기(21) 및 정류기(31)를 포함하지 않음)의 경우에 얻은 파형은 비교를 위해 점선으로 나타내어져 있는 것에 주의한다.
이 실시예에 따르면, 다전자 빔 소스의 실제 응답 속도를 종래 방법과 비교해서 향상시킬 수 있다. 따라서, 이 실시예의 표시 장치에 따르면, 표시 휘도의 불균일성이 줄어들고 우수한 그레이스케일 선형성이 실현되며, 움직임 화상이 표시될 때에도, 보는 사람은 부자연한 화상을 보지 않게 된다.
도 6A 또는 도 6B에 도시한 회로가 정류기(31) 및 전압 증폭기(21) 대신 사용될 수 있는 것에 주의한다. 구체적으로, 도 6A는 달링톤 구조로 접속된 바이폴라 트랜지스터와 가변 전압원 Vcc를 조합한 회로를 도시한 것이다. 여기서, 저항 rs는 트랜지스터의 동작 속도를 증가시키기 위해 베이스와 접지 사이에 접속된다. 도 6B는 제조 비용이 저감되도록 바이폴라 트랜지스터 대신 MOSFET를 사용하는 회로를 도시한 것이다.
[제2 실시예]
본 발명의 제2 실시예에서, 다전자 빔 소스에 공급되는 구동 전류의 방향은 제1 실시예와 반대이다. 제2 실시예에 따르면, 전류를 인출하는 정전류 회로는 열 배선에 접속되고, 영상 신호는 펄스폭 변조된다. 도 7은 제2 실시예의 회로 구조를도시한 것이다. (32)는 열 배선으로 공급되도록 정전류 회로(11)에서 출력된 정전류(I1, I2, I3, ..., IN)를 전환하는 p채널 MOS 트랜지스터이다. 펄스폭 변조기(8)는 전압증폭기(레벨 시프트 회로)(21) 및 p채널 MOS 트랜지스터(32)로 펄스폭 신호 (PW1- PWN)를 출력한다. 펄스폭 변조기(8)가 저 레벨 신호를 출력하는 기간 동안에만, 트랜지스터(32)는 열 배선의 전위를 접지로 내리고, 정전류 회로(11)의 출력 전류(I1-IN)를 트랜지스터(32)를 거쳐 접지로 인도한다. 따라서, 펄스폭 변조기(8)가 저 레벨을 출력하는 기간 동안, 열 배선의 전위는 0 V로 된다. 한편, 펄스폭 변조기(8)가 고 레벨의 신호를 출력하는 기간 동안, 트랜지스터(32)가 오프되므로, 정전류 회로(11)의 출력 전류(I1- IN)는 전자 방출 소자로 공급된다.
제2 실시예에서, 전압 증폭기(21) 및 정류기(31)의 전압 극성은 제1 실시예와 반대인 것에 주의한다. 따라서, 제2 실시예의 정류기(31) 및 전압 증폭기(21)는 도 8A 및 도 8B에 도시한 회로로 치환될 수 있다. 도 8A는 달링톤 구조로 접속된 바이폴라 트랜지스터와 가변 전압원 Vss를 조합한 회로를 도시한 것이다. 여기서, 저항 rs는 트랜지스터의 동작 속도를 증가시키기 위해 베이스와 접지 사이에 접속되어 있다. 도 8B는 제조 비용을 저감하기 위해 바이폴라 트랜지스터 대신 MOSFET를 사용하는 회로를 도시한 것이다.
제1 실시예와 마찬가지로, 제2 실시예도 기생 용량의 고속 충전을 달성하며, 종래 방법과 비교하여 전자 방출 소자의 신속한 응답을 실현한다.
즉, 제2 실시예에 따르면, 다전자 빔 소스의 실제 응답 속도를 종래 방법과비교해서 향상시킬 수 있다. 따라서, 제2 실시예의 표시 장치에 따르면, 표시 휘도의 불균일성이 줄어들고 우수한 그레이스케일 선형성이 실현되며, 움직임 화상이 표시될 때에도, 보는 사람은 부자연한 화상을 보지 않게 된다.
[제3 실시예]
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 도 1의 제어 전류원(10)으로서 V/I 변환 회로가 사용된다. 도 9는 제3 실시예의 회로 구성을 도시한 것이다. 도 9에 있어서, (12)는 V/I 변환 회로이다. V/I 변환 회로(12)는 도 10A에 도시한 바와 같이 N개의 V/I 변환기(14)를 구비한다. V/I 변환기(14)의 각각은 도 10B에 도시한 바와 같이 전류 미러 회로로 구성하는 것이 좋다. 도 9의 회로 구성은 펄스폭 변조 방법 또는 진폭 변조 방법의 어느 것에도 적합하다는 효과를 갖는다. 따라서, 제1 실시예에서 사용된 것과 동일한 펄스폭 변조기가 변조기(9)로서 기능할 수 있고 또는 진폭 변조기를 사용할 수도 있다. 제1 실시예와 동일한 전압 증폭기(21) 및 정류기(31)를 제3 실시예에서 사용한다.
제1 실시예와 마찬가지로, 제2 실시예도 기생 용량의 고속 충전을 달성하며, 종래 방법과 비교하여 전자 방출 소자의 신속한 응답을 실현한다.
즉, 제3 실시예에 따르면, 다전자 빔 소스의 실제 응답 속도를 종래 방법과 비교해서 향상시킬 수 있다. 따라서, 제2 실시예의 표시 장치에 따르면, 표시 휘도의 불균일성이 줄어들고 우수한 그레이스케일 선형성이 실현되며, 움직임 화상이 표시될 때에도, 보는 사람은 부자연한 화상을 보지 않게 된다.
<표시 패널의 구조 및 제조 방법>
이하, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 화상 표시 장치의 표시 패널 (1)의 구조 및 제조 방법을 상세히 설명한다.
도 11은 하나의 실시예에 사용된 표시 패널의 내부 구조를 도시한 것으로 그의 일부 절단 사시도이다.
도 11에 있어서, (1005)는 뒷판, (1006)은 측벽, (1007)은 앞판이다. 이들 부분(1005) 내지 (1007)은 표시 패널 내를 진공으로 유지하기 위한 기밀 용기를 형성한다. 기밀 용기를 구성하기 위해서는 그들의 접합부가 충분히 강하고 공기가 통하지 않는 상태를 유지하도록 각 부분을 밀폐 접속할 필요가 있다. 예를 들면, 접합부에 프릿(frit) 글라스를 대고 공기 또는 질소 분위기 중에서 10분 이상 400℃ 내지 500℃로 소결하여, 각 부분을 밀폐 접속한다. 기밀 용기의 공기를 빼는 방법은 다음에 설명한다.
뒷판(1005)은 N × M개의 냉음극 소자(1002)가 형성되어 있고 그 위에 고정된 기판(1001)을 갖는다. (N과 M은 2이상의 정의 정수이고, 표시 화소의 목표수에 따라 적당히 설정된다. 예를 들면, 고해상도 텔레비전 표시 장치의 표시 장치의 경우, N = 3,000이상, M = 100 이상인 것이 좋다. 이 실시예에서는 N = 3.072, M = 1.024이다.) N × M개의 냉음극 소자는 M개의 행 배선(1003) 및 N개의 열 배선 (1004)을 갖는 단순 매트릭스로 배열된다. 기판(1001), 냉음극 소자(1002), 행 배선(1003) 및 열 배선(1004)으로 이루어진 부분은 이하 다전자 빔 소스라고 한다. 이하, 다전자 빔 소스의 제조 방법 및 구조를 상세히 설명한다.
이 실시예에서, 다전자 빔 소스의 기판(1001)은 기밀 용기의 뒷판(1005)에고정된다. 그러나, 다전자 빔 소스의 기판(1001)이 충분한 강도를 가지면, 다전자 빔 소스 자신의 기판(1001)을 기밀 용기의 뒷판으로 사용할 수 있다.
또한, 인막(1008)은 앞판(1007)의 아래면에 형성된다. 이 실시예의 표시 패널이 컬러 표시 패널일 때, 인막(1008)은 적(R), 녹(G), 청(B) 인, 즉 CRT 필드에 사용된 3원색 인으로 코팅된다. 도 12A에 도시한 바와 같이, R, G, B인은 줄무늬 모양으로 도포된다. 인의 줄무의 사이에는 검정색 도전재(1010)가 마련된다. 검정색 도전재(1010)를 마련하는 목적은 전자 빔 조사 위치가 어느 정도 어긋나더라도 표시색의 오표시(misregistration)를 방지하고, 외부 광의 반사 차단에 의한 표시 콘트래스트의 열화를 방지하고, 전자 빔에 의한 인막(1008)의 충전을 방지하는 것 등이다. 검정색 도전재(1010)는 상기 목적을 달성하는 한 다른 물질을 사용해도 좋지만, 주로 흑연으로 이루어진다.
삼원색, 즉 R, G, B의 인 구조는 도 12A에 도시한 줄무의 구조에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 12B에 도시한 델타 구조 또는 다른 구조를 사용해도 좋다.
단색 표시 패널을 형성할 때는 단색 인 물질을 인막(1008)에 사용해야 한다. 이 경우, 검정색 도전재(1010)는 항상 사용될 필요는 없다.
또한, 인막(1008)의 원판 옆면에 CRT 필드에서 잘 알려진 메탈 백(1009)을 마련한다. 메탈 백(1009)을 마련하는 목적은 인막(1008)에서 방출된 광의 거울 반사부에 의한 광사용비를 향상하고, 인막(1008)이 음이온과 충돌하는 것을 방지하거나 또는 인막(1008)을 여기하는 전자의 도전 경로로서 메탈 백(1009)을 사용하는 것이다. 메탈 백(1009)은 앞판(1007)에 인막(1008)을 형성하고 인막면에 평활 처리(smoothing process)를 실시하고 그위에 진공 증착에 의해 알루미늄(Al)을 증착하는 것에 의해 형성된다. 인막(1008)에 저전압용 인 물질을 사용할 때, 메탈 백 (1009)이 사용되지 않는 것에 주의한다.
또한, 상술한 실시예에서는 사용되지 않지만, 가속 전압의 인가를 위해 또는 인막의 도전율을 향상시키기 위해, 예를 들면 ITO로 이루어진 투명 전극을 앞판 (1007)과 인막(1008) 사이에 마련해도 좋다.
또한, 도 11에 있어서, Dx1내지 DxM, Dy1내지 DyM, Hv는 전기 회로(도시하지 않음)에 표시 패널을 전기적으로 접속하기 위해 마련된 기밀 구조의 전기 접속 단자이다. 접속 단자 Dx1내지 DxM은 다전자 빔 소스의 행 배선(1003)에 전기적으로 접속되고, 접속 단자 Dy1내지 DyN은 다전자 빔 소스의 열 배선(1004)에 전기적으로 접속되며, 단자 Hv는 앞판(1007)의 메탈 백(1009)에 전기적으로 접속된다.
기밀 용기 내부의 공기를 빼기 위해, 기밀 용기를 조립한 후, 배기관 및 진공 펌프를 접속하여 용기 내부를 10-7Torr의 진공으로 배기한다. 그후, 배기관을 밀폐한다. 기밀 용기 내를 진공 정도로 유지하기 위해, 배기관을 밀폐하기 직전 또는 직후에 기밀 용기 내부의 소정의 위치에 게터막(getter film)(도시하지 않음)을 형성한다. 게터막은 Ba를 주로 함유하는 게터 물질을 퇴적하기 위해, 예를 들면, 히터 또는 고주파 가열에 의해 가열하는 것에 의해 형성된 막이다. 게터막의 흡수 작용에 의해 기밀 용기 내부는 1 × 10-5내지 1 × 10-7Torr 정도의 진공으로 유지된다.
상기 설명은 이 실시예에 따른 표시 패널의 구성 및 제조 방법에 대하여 이루어진 것이다.
이하, 상술한 실시예의 표시 패널에 사용되는 다전자 빔 소스(50)의 제조 방법을 설명한다. 본 발명의 화상 표시 장치에 사용되는 다전자 빔 소스가 단수 매트릭스로 결선된 냉음극 소자를 갖는 전자 소스이면, 냉음극 소자의 재료, 형상 또는 제조 방법에 대한 제한은 없다. 따라서, FE 또는 MIM형의 냉음극 소자 또는 면도전성 전자 방출 소자 등의 냉음극 소자를 사용하는 것이 가능하다.
큰 표시 화면을 갖는 저가의 표시 장치가 요구되고 있으므로, 냉음극 소자로서는 면도전성 전자 방출 소자가 특히 바람직하다. 구체적으로, FE형 소자이면, 이 미터 콘 및 게이트 전극의 상당 부분과 그의 형상이 전자 방출 특성에 크게 영향을 미친다. 따라서, 매우 정밀한 제조 기술이 요구된다. 이것은 표면적을 확대하고 제조 비용을 저감하는 것에 대하여 단점으로 작용한다. MIM형 소자에 의하면, 절연층 및 상부 전극의 막두께는 그들이 비록 얇다고 하여도 균일한 것이 요구된다. 이것도 표면적을 넓히고 제조 비용을 저감하는 것에 대하여 단점으로 작용한다. 이것에 대하여, 면도전성 전자 방출 소자는 제조가 비교적 단순하고, 그의 표면적도 용이하게 확대되며, 제조 비용도 용이하게 저감할 수 있다. 또한, 본 발명자는 이용가능한 면도전성 전자 방출 소자 중에서, 전자 방출부 및 주변부가 미세 입자의 막으로 형성된 소자가 그의 전자 방출 특성에 있어 우수하고, 그 소자를 용이하게 제조할 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서, 높은 휘도 및 큰 표시 화면을 갖는 화상표시 장치의 다전자 빔 소스에 그러한 장치를 사용하는 것이 가장 바람직하다고 해석될 수 있다. 따라서, 상기 실시예의 표시 패널은 전자 방출부 또는 주변부가 미세 입자의 막으로 형성된 면도전성 전자 방출 소자를 사용한다. 따라서, 이상적인 면도전성 전자 방출 소자의 기본 구성, 제조 방법 및 특성을 설명하고, 이어서 다수의 장치가 단순 매트릭스로 결선된 다전자 빔 소스의 구조에 대하여 설명한다.
<면도전성 진자 방출 소자의 바람직한 구조 및 제조 방법>
전자 방출부 또는 그의 주변부가 미세 입자막으로 이루어진 면도전성 전자 방출 소자의 대표적 구조에는 평면형 구조 및 계단형 구조가 있다.
<평면형 면도전성 전자 방출 소자>
이하, 평면형 면도전성 전자 방출 소자의 구조 및 제조 방법을 먼저 설명한다. 도 13A 및 도 13B는 평면형 면도전성 전자 방출 소자의 구조를 설명하는 평면도 및 단면도이다. 도 13A 및 도 13B에 있어서, (1101)은 기판, (1102) 및 (1103)은 소자 전극, (1104)는 도전성 박막, (1105)는 에너지 주입 형성 공정에 의해 형성된 전자 방출부, (1113)은 활성화 처리에 의해 형성된 박막이다.
기판(1101)으로서는 예를 들면, 알루미나의 여러 가지 세라믹 기판 또는 예를 들면 SiO2로 이루어진 절연층이 그위에 형성된 기판을 채용할 수 있다.
그의 표면이 평행하게 기판(1101)에 형성되고 서로 대향하여 형성된 소자 전극(1102) 및 (1103)은 도전성 물질로 이루어진다. 예를 들면, Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Cu, Pd, Ag 등의 금속, 이들 물질의 합금, In2O3-SnO2등의 금속 산화물, 폴리실리콘 등의 반도체 중 하나를 선택하여 사용할 수 있다. 소자 전극은 진공 증착등의 성막 기술과 포토리소그래피 또는 에칭 등의 패터닝 기술의 조합에 의해 용이하게 형성될 수 있지만, 다른 방법(예를 들면, 프린팅 기술)을 사용할 수도 있다.
소자 전극(1102) 및 (1103)의 형상은 전자 방출 소자의 어플리케이션 목적에 따라 적당히 설계된다, 일반적으로, 전극 간격 L은 수백 Å에서 수백 μm 범위의 적당한 값으로 설계된다. 표시 장치에 대하여 가장 바람직한 범위는 수 μm에서 수십 μm까지이다. 소자 전극의 두께 d에 대하여, 바람직한 간은 수백 Å에서 수 μm범위에서 선텍되는 것이 일반적이다.
도전성 박막(1104)은 미세 입자막으로 이루어진다. "미세 입자막"은 다수의 미세 입자(섬 집합(insular aggregate)을 포함함)를 함유하는 막이다. 통상, 미세 입자막을 현미경으로 관찰한 바, 막내의 각각의 미세 입자는 서로 분리되어 있거나 또는 서로 인접하거나 또는 서로 겹쳐있는 것으로 판명되었다.
미세 입자막내의 하나의 입자는 수 Å에서 수천 Å 범위내의 직경을 갖는다. 직경은 10 Å에서 200 Å 범위내인 것이 바람직하다. 미세 입자각의 두께는 다음의 조건, 즉 소자 전극(1102) 또는 (1103)으로의 전기적 접속에 필요한 조건, 다음에 설명하는 에너지 주입 형성 공정의 조건, 다음에 설명하는 미세 입자막 자신의 전기 저항을 적당한 값으로 설정하는 조건 등을 고려하여 적절히 설정된다. 구체적으로, 막의 두께는 수 Å에서 수천 Å, 더욱 바람직하게는 10 Å에서 500 Å 범위내로 설정된다.
예를 들면, 미세 입자막을 형성하기 위해 사용되는 물질(materials)은 Pd,At, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W, Pb 등의 금속, PdO, SnO2, In203, PbO, Sb2O3등의 산화물, HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB4, GdB4등의 붕화물, TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC 등의 탄화물, TiN, ZrN, HfN 등의 질화물, Si, Ce 등의 반도체 그리고 탄소이다. 이들 물질 중에서 적당한 물질이 선택된다.
상술한 바와 같이, 도전성 박막(1104)은 미세 입자막을 사용하여 형성되고, 막의 시트 저항은 103내지 107Ω/sq 범위내에 들도록 설정된다.
도전성 박막(1104)은 소자 전극(1102) 및 (1103)에 전기적으로 잘 접속되는 것이 바람직하므로, 서로 부분적으로 겹치도록 배열된다. 도 13A 및 도 13B에 있어서, 각 부분은 바닥부터, 기판, 소자 전극, 도전성 박막의 순서로 적층되어 있다. 경치는 순서는 바닥부터 기판, 도전성 박막, 소자 전극이라도 좋다.
전자 방출부(1105)는 도전성 박막(1104)의 일부에 형성된 균열부이다. 전자 방출부(1105)는 주변의 도전성 박막보다 높은 전기 저항을 갖는다. 균열부는 도전성 박막(1104)에 에너지 주입 형성 처리(다음에 설명함)에 의해 형성된다. 몇몇의 경우에 있어서, 수 Å에서 수백 Å의 직경을 갖는 입자가 균열부내에 배열된다. 전자 방출부의 실제 위치 및 형상을 정확히 도시하는 것이 어려우므로, 도 13A 및 도 13B는 이 균열부를 개략적으로 도시하고 있다.
탄소 또는 탄소 혼합물로 이루어진 박막(1113)은 전자 방출부 및 그의 주변부를 덮는다. 박막(1113)은 에너지 주입 형성 처리후 다음에 설명하는 활성화 처리에 의해 형성된다.
박막(1113)은 단결정 흑연, 다결정 흑연, 비정질 탄소 또는 그의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하고, 그의 두께는 500 Å이하, 더욱 바람직하게는 300 Å이하이다.
박막(1113)의 실제 위치 또는 형상을 정확히 도시하는 것이 어려우므로, 도 13A 및 도 13B는 이 막을 개략적으로 도시하고 있다. 도 13A는 박막(1113)의 일부를 제거하고 소자를 도시한 평면도이다.
소자의 바람직한 기본 구조는 이미 설명하였다. 이 실시예에서는 실제로 다음의 소자가 사용된다.
기판(1101)은 소다-라임 글라스로 이루어지고, 소자 전극(1102) 및 (1103)은 Ni 박막으로 이루어진다. 소자 전극의 두께는 1,000 Å이고, 전극 간격 L은 2 μm이다. 미세 입자막의 주요 물질로서는 Pd 또는 PdO가 사용된다. 미세 입자막의 두께 및 폭 W는 약 100 Å 및 100 μm로 각각 설정된다. 이하, 평면형 면전도성 전자방출 소자를 제조하는 바람직한 방법을 설명한다. 도 14A 내지 도 14E는 평면형 면도전성 전자 방출 소자를 제조하는 단계를 설명하는 단면도이다. 도 13A 및 도 13B에서와 동일한 참조 문자는 도 14A 내지 도 14E에 할당되고 그의 상세한 설명은 생략한다.
(1) 먼저, 도 14A에 도시한 바와 같이, 기판(1101)에 소자 전극(1102) 및 (1103)을 형성 한다.
소자 전극(1102) 및 (1103) 형성시, 기판(1101)을 청정제, 순수 및 유기 용재로 완전히 세척하고 소자 전극의 물질을 기판(1101)에 침적한다. (침적 방법으로서, 진공 증착 또는 스퍼터링 등의 진공 성막 기술을 사용할 수 있다.) 그후, 침적된 전극 물질을 포토리소그래픽 에칭 기술에 의핵 패터닝하여 도 14A의 소자 전극쌍(1102와 1103)을 형성한다.
(2) 다음에, 도 14B에 도시한 바와 같이, 도전성 박막(1104)을 형성한다.
도전성 박막 형성시, 먼저 도 14A에서 준비된 기판(1101)에 유기 금속 용액을 도포한 후, 도포된 용액을 건조하고 소결하여, 미세 입자막을 형성한다. 그후, 미세 입자막을 포토리소그래픽 에칭법에 의해 소정의 형상으로 패터닝한다. 유기 금속 용액은 주요 원소로서, 도전성 박막에 사용되는 미세 입자의 물지를 함유하는 유기 금속 화합물 용액을 의미한다. (이 실시예에서는 Pd가 주요 원소로서 사용된다. 이 실시예에서, 유기 금속 용액의 도포는 디핑법에 의해 실행되지만, 스피너법 (spinner method)또는 분무법(spraying method)을 사용해도 좋다.)
미세 입자막으로 이루어진 도전성 박막을 형성하는 방법으로서, 이 실시예에서 사용된 유기 금속 용액의 도포는 진공 증착법, 스퍼터링법 또는 화학 증착법 등의 다른 방법으로 대신할 수 있다.
(3) 도 14C에 도시한 바와 같이, 에너지 주입 형성 처리용 전원(1110)에서, 소자 전극(1102)와 (1103) 사이에 적당한 전압을 인가하고, 에너지 주입 형성 처리를 실행하여 전자 방출부(1105)를 형성한다.
여기서 에너지 주입 형성 공정은 도전성 박막의 일부가 적당히 파괴, 변형 또는 열화하도록 미세 입자막으로 이루어진 도전성 박막(1104)에 충전을 실행하는 처리이므로, 막은 전자 방출에 적합한 구조로 변경된다. 미세 입자막으로 이루어진도전성 박막에 있어서, 전자 방출에 적합한 구조로 변경된 부분(즉, 전자 방출부 (1105))은 박막에 있어서 적당한 균열을 갖는다. 에너지 주입 형성 처리전 박막과 전자 방출부(1105)를 갖는 박학을 비교할 때, 소자 전극(1102)과 (1103) 사이에서 측정된 전기 저항은 크게 증가하였다.
이하, 에너지 주입 형성 처리의 충전 방법을, 에너지 주입 형성 처리를 위해 전원(1110)에서 인가된 적당한 전압의 파형의 일예를 도시한 도 15에 따라 상세히 설명한다. 미세 입자막으로 이루어진 도전성 박막에 대한 에너지 주입 형성 처리에 있어서, 펄스형 전압을 채용하는 것이 바람직하다. 이 실시예에서는 도 15에 도시한 바와 같이, 펄스폭 T1을 갖는 삼각형 펄스가 펄스 간격 T2로 연속 인가된다. 이 경우, 삼각형 펄스의 피크값 Vpf는 점차 증가한다, 또한, 전자 방출부(1115)의 형성 상태를 감시하기 위해 적당한 간격으로 삼각형 펄스 사이에 감시 펄스 Pm을 삽입하고, 그 삽입부에 흐르는 전류를 전류계(1111)로 측정한다.
이 실시예에서, 예를 들면 10-5Torr 분위기 중에서, 펄스폭 T1은 1 msec로 설정되고, 펄스 간격 T2는 10 msec로 설정된다. 피크값 Vpf는 각 펄스마다 0.1 V 씩 증가한다. 5개 삼각형 펄스가 인가될 때마다 하나의 감시 펄스 Pm이 삽입된다. 에어지 주입 형성 공정에 대한 역효과를 피하기 위해, 감시 펄스의 전압 Vpm은 0.1 V로 설정된다. 소자 전극(1102)과 (1103) 사이의 전기 저항이 1 × 106Å로 될 때, 즉 감시 펄스의 인가시 전류계(11110)에 의해 측정된 전류가 1 × 10-7A 이하로 될 때, 에너지 주입 형성 처리의 충전이 종료된다.
상기 방법이 이 실시예의 면도전성 전자 방출 소자에 바람직하다는 것에 주의한다 면도전성 전자 방출 소자의 설계를 변경하는 경우, 예를 들면 미세 입자막의 물질 또는 두께 또는 소자 전극 사이의 거리 L을 변경하는 경우, 충전의 조건은 소자 설계시의 변경에 따라 변하는 것이 바람직하다.
(4) 도 14D에 도시한 바와 같이, 소자 전극(1102)과 (1103) 사이에 활성화 전원(1112)에서 적당한 전압을 인가하고 활성화 처리를 실행하여 전자 방출 특성을 향상시킨다.
여기서 활성화 처리는 전자 방출부(1105) 주위에 탄소 또는 탄소 화합물이 퇴적되도록 적당한 조건하에서 에너지 주입 형성 공정에 의해 형성된 전자 방출부 (1115)의 충전을 실행하는 처리이다. (도 14D는 물질(1113)로서 탄소 또는 탄소 화합물의 퇴적된 물질을 도시한다.) 활성화 처리전의 전자 방출부와 비교할 때, 동일인가 전압에서의 방출 전류를 통상 약 100배 이상 증가시킬 수 있다.
활성화 처리는 진공 분위기에 존재하는 유기 화합물에서 주로 유래하는 탄소 또는 탄소 화합물을 퇴적하기 위해 10-4내지 10-5Torr 진공 분위기에서 전압 펄스를 주기적으로 인가하는 것에 의해 실행된다. 퇴적 물질(1113)은 단결정 흑연, 다결정 흑연, 비정질 탄소, 그의 혼합물 중의 하나이다. 퇴적 물질(1113)의 두께는 500 Å이하, 더욱 바람직하게는 300 Å이하이다.
도 16A는 충전 방법을 상세히 설명하기 위해 활성화 전원(1112)에서 인가된 적당한 전압의 파형 일례를 도시한 것이다. 이 실시예에서, 활성화 처리는 사각형파형을 갖는 일정 전압을 주기적으로 인가하는 것에 의해 실행된다. 구체적으로, 사각형 파형을 갖는 전압 Vac는 14 V로 설정되고, 펄스폭 T3은 1 msec로 설정되고, 펄스 간격 T4는 10 msec로 설정된다. 상기 충전 조건은 이 실시예의 면도전성 전자 방출 소자의 제조에 바람직하다는 것에 주의한다. 면도전성 전자 방출 소자의 설계가 변경될 때, 소자 설계의 변경에 따라 조건도 변하는 것이 바람직하다.
도 14D에 있어서, (1114)는 면도전성 전자 방출 소자에서 방출된 방출 전류 Ie를 포획하도록 전류계(1116) 및 고전압 전원(1115)에 접속된 애노드 전극이다. (기판(1101)이 활성화 처리전에 표시 패널에 수납될 때, 표시 패널의 인면(phosphor surface)이 애노드 전극(1114)으로서 사용되는 것에 주의한다.) 활성화 전원(1112)에서 전압이 인가되는 동안, 활성화 전원(1112)의 동작을 제어하기 위해 활성화 처리의 진행을 감시하도록 전류계(1116)는 방출 전류 Ie를 측정한다. 도 16B는 전류계 (1116)에 의해 측정된 방출 전류 Ie의 일례를 도시한 것이다. 활성화 전원(1112)에서 펄스 전압의 인가가 시작될 때, 방출 전류 Ie는 시간의 경과에 따라 증가하여 포화 상태에 점차 도달한 후 거의 증가하지 않는다. 방출 전류 Ie의 실질적 포화점에서, 활성화 전원(1112)에 의한 전압 인가가 정지되고 활성화 처리가 중단된다.
상기 충전 조건은 이 실시예의 면도전성 전자 방출 소자의 제조에 바람직하다는 것에 주의한다. 면도전형 전자 방출 소자의 설계가 변경될 때, 소자 설계의 변경에 따라 조건이 변하는 것이 바람직하다.
상기 방식으로 도 14E에 도시한 평면형 면도전성 전자 방출 소자가 제조된다.
<계단형 면도전성 전자 방출 소자>
이하, 전자 방출부 또는 그의 주변부가 미세 입자막으로 형성된 다른 대표적 면도전성 전자 방출 소자, 즉 계단형 면도전성 전자 방출 소자를 설명한다.
도 17은 이 실시예의 계단형 면도전성 전자 방출 소자의 기본 구조를 설명하는 단면도이다. 도 17에 있어서, (1201)은 기판, (1202) 및 (1203)은 소자 전극, (1206)은 계단 형성 부재, (1204)는 미세 입자막을 사용하는 도전성 박막, (1205)는 에너지 주입 형성 처리에 의해 형성된 전자 방출부, (1213)은 활성화 처리에 의해 형성된 박막이다.
계단형 소자는 하나의 소자 전극(1202)이 계단 형성 부재(1206)에 형성되고 도전성 박막(1204)이 계단 형성 부재(1206)의 측면을 덮는 점에 있어서 평면형 면도전성 전자 방출 소자와 다르다. 따라서, 도 13A 및 도 13B에 도시한 평면형 면도전성 전자 방출 소자의 소자 전극 간격 L은 계단형 소자의 계단 형성 부재(1206)의 계단 높이 Ls에 대응한다. 기판(1201), 소자 전극(1202) 및 (1203), 미세 입자막을 사용하는 도전성 박막(1204)에 대하여, 평면형 면도전성 전자 방출 소자의 설명에서 열거한 것과 동일한 물질을 사용할 수 있다. 계단 형성 부재(1206)에 대하여, SiO2등의 전기 절연재를 사용한다.
이하, 계단형 면도전성 전자 방출 소자의 제조 방법을 설명한다. 도 19A 내지 도 19F는 계단형 면도전성 전자 방출 소자의 제조 단계를 설명하는 단면도이다. 도 17과 동일한 참조 문자는 도 19A 내지 도 19F의 부재에 할당되고, 그의 상세한 설명은 생략한다.
(1) 도 19A에 도시한 바와 같이, 기판(1201)에 소자 전극(1203)을 형성한다.
(2) 도 19B에 도시한 바와 같이, 계단 형성 부재를 형성하는 절연층을 그위에 적층한다. 절연층에 대하여, 예를 들면 SiO2층을 스퍼터링에 의해 형성한다. 그러나, 진폭 증착 또는 프린팅 등의 다른 성막 방법을 사용해도 좋다.
(3) 도 19C에 도시한 바와 같이, 절연층에 소자 전극(1202)을 형성한다.
(4) 도 19D에 도시한 바와 같이, 절연층의 일부를 예를 들면 에칭에 의해 소자 전극(1203)이 노출되도록 제거한다.
(5) 도 19E에 도시한 바와 같이, 미세 입자막을 사용하는 도전성 박막(1204)을 형성한다. 도전성 박막(1204)을 형성하기 위해, 평면형 면도전성 전자 방출 소자에서와 같이 코팅법 등의 성막 방법을 사용할 수 있다.
(6) 평면형 면도전성 저자 방출 소자에서와 같이, 에너지 주입 형성 처리를 실행하여 전자 방출부를 형성한다(도 l4C에 따라 설명한 평면형 면도전성 전자 방출 소자의 처리와 동일한 에너지 주입 형성 처리가 실행됨).
(7) 평면형 면도전성 전자 방출 소자에서와 같이, 활성화 처리를 실행하여, 전자 방출부 근방에 탄소 또는 탄소 화합물을 퇴적시킨다(도 14D에 따라 설명한 평면형 면도전성 전자 방출 소자에서와 동일한 활성화 처리가 실행됨).
상술한 방식으로, 도 19F에 도시한 계단형 면도전성 전자 방출 소자가 제조된다.
<표시 장치에 사용되는 면도전성 전자 방출 소자의 특성>
평면형 및 계단형 면도전성 전자 방출 소자의 소자 구조 및 제조 방법은 이미 설명하였다. 이하, 표시 장치에 사용되는 이들 소자의 특성을 설명한다.
도 18은 표시 장치에 사용된 소자의 (방출 전류 Ie) 대 (인가된 소자 전압 Vf) 특성, (소자 전류 If) 대 (인가된 소자 전압 Vf) 특성의 대표적 예를 도시한 것이다. 방출 전류 Ie는 소자 전류 If보다, 그들을 나타내기 위해 동일한 스케일을 사용하기 어려울 정도로 매우 작다. 따라서, 그래프중 두개의 곡선은 다른 스케일을 사용하여 각각 도시된 것이다.
이 표시 장치에 사용된 소자는 방출 전류 Ie와 관련하여 다음의 3가지 특징을 갖는다.
첫째로, 어떤 전압(임계 전압 Vth라 함)보다 큰 전압이 소자에 인가될 때, 방출 전류 Ie는 급속히 증가한다. 한편, 인가된 전압이 임계 전압 Vth보다 적을 때는 방출 전류 Ie가 거의 검출되지 않는다. 도 18에 도시한 경우, 임계 전압 Vth는 8 V이다. 즉, 소자는 방출 전류 Ie에 대하여 명확히 정해진 임계 전압 Vth를 갖는 비선형 소자이다.
두번째로, 방출 전류 Ie가 소자 전류 If에 따라 변하므로, 방출 전류 Ie의 크기를 소자 전류 If에 의해 제어할 수 있다.
세번째로, 소자에서 방출된 Ie의 응답 속도가 소자에 인가된 전압 Vf에 따라 높으므로, 소자에서 방출된 전자 빔의 전하량을 전압 Vf가 인가되는 시간의 길이에 의해 제어할 수 있다.
상기 특성으로 인해, 면도전성 전자 방출 소자는 표시 장치에 사용되기에 이상적이다. 예를 들면, 다수의 소자가 표시된 화상의 화소에 대응하여 마련된 표시장치에 있어서, 상술한 첫번째 특징이 사용되면, 표시 화면을 순차 스캐닝하여 표시를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 임계 전압 Vth보다 큰 전압이 소망 발광 휘도에 따라 구동된 소자에 적당히 인가되고, 임계 전압 Vth보다 적은 전압은 비선택된 상태의 소자에 인가된다. 구동된 소자를 순차 전환하는 것에 의해, 표시 화면을 순차 스캐닝하여 표시를 나타낼 수 있다.
또한, 두번째 특징 또는 세번째 특징을 사용하는 것에 의해, 발광 휘도를 제어할 수 있다. 이것에 의해 그레이스케일 표시를 나타낼 수 있다.
<단순 매트릭스로 결선된 다수의 소자를 갖는 다전자 빔 소스의 구조>
이하, 상술한 면도전형 전자 방출 소자가 기판에 배열되고 단순 매트릭스로 결선된 다전자 빔 소스의 구조를 설명한다.
도 20은 도 11에 도시한 표시 패널에 사용되는 다전자 빔 소스를 도시한 평면도이다. 도 13A 및 도 13B에 도시한 것과 동일한 구조를 각각 갖는 면도전형 전자 방출 소자가 기판에 배열된다. 이들 소자는 행 배선(1103) 및 열 배선(1004)에 의해 단순 매트릭스로 결선된다. 행 배선(1003)과 열 배선(1004)의 교차부에 있어서, 전기 절연이 유지되도록 절연층(도시하지 않음)이 전극 사이에 형성된다.
도 21은 도 20의 선 A-A'를 따라 취한 단면도이다.
상기 구조를 갖는 다전자 빔 소스는 다음의 방식으로 제조된다. 행 배선 (1003), 열 배선(1004), 전극간 절연층(도시하지 않음), 면도전성 전자 방출 소자의 소자 전극 및 도전성 박막은 사전에 기판에 형성된다. 그후, 행 배선(1003) 및 열 배선(1004)을 거쳐 각 디바이스에 전원을 공급하여 에너지 주입 형성 처리 및 활성화 처리를 실행하는 것에 의해, 다전자 빔 소스를 제조한다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러 가지로 변경가능한 것은 물론이다.

Claims (7)

  1. 다수의 냉음극 소자가 매트릭스 형상으로 배열된 행 배선 및 열 배선에 의해 결선된 다전자 빔 소스(multi-electron-beam source), 상기 행 배선에 접속된 스캐닝 수단, 및 상기 열 배선에 접속된 변조 수단을 갖는 전자 빔 발생 장치에 있어서,
    상기 변조 수단은
    상기 다전자 빔 소스의 기생 용량을 고속으로 충전하는 전압원과;
    상기 냉음극 소자에 공급되는 구동 전류 펄스에 부가하여, 상기 구동 전류 펄스의 상승에 동기하여 상기 전압원으로부터 상기 열 배선에 충전 전압을 인가하고, 상기 기생 용량의 충전 주기 이후에는 충전 전압의 인가를 중지하는 충전 전압 인가 수단; 및
    구동 전류 펄스를 상기 냉 음극 소자에 공급하고, 상기 충전 전압의 인가가 중지된 이후에는 상기 냉음극 소자에 대한 구동 전류를 제어하는 제어 전류원
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 빔 발생 장치.
  2. 다수의 냉음극 소자가 매트릭스 형상으로 배열된 행 배선 및 열 배선에 의해 결선된 다전자 빔 소스, 상기 행 배선에 접속된 스캐닝 수단, 및 상기 열 배선에 접속된 변조 수단을 갖는 전자 빔 발생 장치에 있어서,
    상기 변조 수단은
    구동 전류 펄스를 상기 냉 음극 소자에 공급하는 제어 전류원과;
    상기 다전자 빔 소스의 기생 용량을 고속으로 충전하는 전압원, 및
    상기 구동 전류 펄스에 부가하여, 상기 구동 전류 펄스의 상승에 동기하여 상기 전압원으로부터 상기 열 배선에 충전 전압을 인가하는 충전 전압 인가 수단을 포함하되,
    상기 충전 전압 인가 수단은 상기 전압원과 상기 열 배선의 접속 단자 사이에 설치되는 정류기를 포함하며, 상기 기생 용량의 충전이 완료되면, 역극으로 동작하여 상기 전압원과 상기 접속 단자를 접속 해제시키는 것을 특징으로 하는 전자 빔 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전압원에 의해 출력된 전압은, 상기 제어 전류원에 의해 발생된 최대 전위의 0.5 내지 0.9배의 범위내인 것을 특징으로 하는 전자 빔 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전압원은 출력 전압을 조정할 수 있는 가변 전압원인 것을 특징으로 하는 전자 빔 발생 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 따른 전자 빔 발생 장치, 및 상기 전자 빔 발생 장치에 의해 발생된 전자 빔을 조사함으로써 화상을 형성하는 화상 형성 부재(image forming member)를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  6. 다수의 냉음극 소자가 매트릭스 형태로 배열된 행 배선 및 열 배선에 의해 결선된 다전자 빔 소스를 갖는 전자 빔 발생 장치의 구동 방법에 있어서,
    외부 유닛으로부터 입력된 변조 데이터에 따라 변조된 구동 전류 펄스가 상기 열 배선에 공급되는 경우, 상기 다전자 빔 소스의 기생 용량을 충전시키기 위한 충전 전압이 상기 구동 전류 펄스에 부가하여 상기 열 배선에 인가되고, 상기 충전 전압의 인가는 상기 다전자 빔 소스의 기생 용량이 구동 전류 펄스를 공급하는 주기 동안 거의 충전되는 타이밍에서 중지되는 것을 특징으로 하는 전자 빔 발생 장치 구동 방법.
  7. 다수의 냉음극 소자가 매트릭스 형태로 배열된 행 배선 및 열 배선에 의해 결선된 다전자 빔 소스를 갖는 화상 표시 장치의 구동 방법에 있어서,
    외부 유닛으로부터 입력된 변조 데이터에 따라 변조된 구동 전류 펄스가 상기 열 배선에 공급되는 경우, 상기 다전자 빔 소스의 기생 용량을 충전시키기 위한 충전 전압이 상기 구동 전류 펄스에 부가하여 상기 열 배선에 인가되고, 상기 충전 전압의 인가는 상기 다전자 빔 소스의 기생 용량이 구동 전류 펄스를 공급하는 주기 동안 거의 충전되는 타이밍에서 중지되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치 구동 방법.
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