(57)【要約】【課題】  複数の表示素子を共通配線した構成において様々な種類の信号を良好に表示できる画像表示装置及びその駆動方法を実現する。【解決手段】  行配線と、複数の列配線と、変調回路と、複数の表示素子とを有しており、前記複数の表示素子は前記行配線に共通に接続され、前記複数の列配線のそれぞれは前記複数の表示素子のそれぞれと接続され、前記変調回路は前記列配線に変調信号を供給する画像表示装置において、複数の表示モードを有しており、選択された前記表示モードに応じて前記行配線に印加する信号の電位を設定する電位設定回路とを有することを特徴とする。【選択図】        図８
2004206148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行配線と、複数の列配線と、変調回路と、複数の表示素子とを有しており、前記複数の表示素子は前記行配線に共通に接続され、前記複数の列配線のそれぞれは前記複数の表示素子のそれぞれと接続され、前記変調回路は前記列配線に変調信号を供給する画像表示装置において、
複数の表示モードを有しており、選択された前記表示モードに応じて前記行配線に印加する信号の電位を設定する電位設定回路とを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記表示素子は、該表示素子に注入される電流の一部のみを表示のために消費するものである請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
表示すべき画像信号が入力される入力部を複数有しており、更に、該複数の入力部からの信号のうちのいずれかを選択する選択回路を有しており、前記電位設定回路は、該選択回路の選択状態に応じて前記電位の設定を行うものである請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
表示すべき画像信号の特性を判別する判別回路を有しており、該判別回路による判別結果に応じて前記電位の設定を行うものである請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
表示する画像に応じて前記電位を設定するための外部設定手段を更に備え、前記電位設定回路は該外部設定手段の設定に応じて前記電位の設定を行うものである請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項６】
入力される画像信号の表示の際に、輝度を重視するか、再現性を重視するかを対立項として前記電位設定回路で電位を設定する請求項１乃至５いずれかに記載の画像表示装置。
【請求項７】
入力される画像信号の表示の際に、再現性よりも輝度を重視する場合に、輝度よりも再現性を重視する場合に比べて前記電位設定回路で設定する電位を該電位と前記列配線に印加される電位との電位差を大きくするように設定する請求項１乃至６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記振幅設定回路は、表示する信号が、コンピュータの画像信号かテレビジョンの画像信号かに応じて前記電位の設定を行うものである請求項１乃至７いずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記表示素子が、該表示素子に注入される電流の８０％以下を表示のために消費する素子である請求項１乃至８いずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記表示素子が電子放出素子である請求項１乃至９いずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記表示素子がエレクトロルミネッセンス素子である請求項１乃至９いずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願に係る発明は、画像表示装置、及び画像表示装置の駆動方法に関する。特には、複数の表示素子を共通配線した画像表示装置及びその駆動方法に関する。更には、複数の表示素子をマトリクス配線した表示パネルを備える画像表示装置及びその駆動方法に関する。特にテレビジョン信号とコンピュータの映像信号を品質よく表示できる画像表示装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子放出素子として熱陰極素子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰極素子では、たとえば表面伝導型放出素子や、電界放出型素子（以下、「ＦＥ型」と記す。）や、金属／絶縁層／金属型放出素子（以下、「ＭＩＭ型」と記す。）などが知られている。
【０００３】
表面伝導型放出素子としては、たとえば、非特許文献１や、後述する他の例が知られている。
【０００４】
表面伝導型放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面伝導型放出素子としては、前記エリンソン等によるＳｎＯ2 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの（非特許文献２）や、Ｉｎ2 Ｏ3 ／ＳｎＯ2 薄膜によるもの（非特許文献３）やカーボン薄膜によるもの（非特許文献４）等が報告されている。
【０００５】
これらの表面伝導型放出素子の素子構成の典型的な例として、図１１に非特許文献３による素子の平面図を示す。同図において、３００１は基板で、３００４はスパッタで形成された金属酸化物よりなる導電性薄膜である。導電性薄膜３００４は図示のようにＨ字形の平面形状に形成されている。該導電性薄膜３００４に後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部３００５が形成される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１（ｍｍ）、Ｗは、０．１（ｍｍ）に設定されている。尚、図示の便宜から、電子放出部３００５は導電性薄膜３００４の中央に矩形の形状で示したが、これは模式的なものであり、実際の電子放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけではない。
【０００６】
非特許文献３による素子をはじめとして上述の表面伝導型放出素子においては、電子放出を行う前に導電性薄膜３００４に通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことにより電子放出部３００５を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォーミングとは、前記導電性薄膜３００４の両端に一定の直流電圧、もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっくりとしたレートで昇圧する直流電圧を印加して通電し、導電性薄膜３００４を局所的に破壊もしくは変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部３００５を形成することである。尚、局所的に破壊もしくは変形もしくは変質した導電性薄膜３００４の一部には、亀裂が発生する。前記通電フォーミング後に導電性薄膜３００４に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近において電子放出が行われる。
【０００７】
また、ＦＥ型の例は、たとえば、非特許文献５や、あるいは、非特許文献６などが知られている。
【０００８】
ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図１２に特許文献６による素子の断面図を示す。同図において、３０１０は基板で、３０１１は導電材料よりなるエミッタ配線、３０１２はエミッタコーン、３０１３は絶縁層、３０１４はゲート電極である。本素子は、エミッタコーン３０１２とゲート電極３０１４の間に適宜の電圧を印加することにより、エミッタコーン３０１２の先端部より電界放出を起こさせるものである。
【０００９】
また、ＦＥ型の他の素子構成として、図１２のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ平行にエミッタとゲート電極を配置した例もある。
【００１０】
また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、非特許文献７などが知られている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図１３に示す。同図は断面図であり、図において、３０２０は基板で、３０２１は金属よりなる下電極、３０２２は厚さ１００オングストローム程度の薄い絶縁層、３０２３は厚さ８０〜３００オングストローム程度の金属よりなる上電極である。ＭＩＭ型においては、上電極３０２３と下電極３０２１の間に適宜の電圧を印加することにより、上電極３０２３の表面より電子放出を起こさせるものである。
【００１１】
上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較して低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒーターを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構造が単純であり、微細な素子を作成可能である。また、基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒーターの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利点もある。
【００１２】
このため、冷陰極素子を応用するための研究が盛んに行われてきている。
【００１３】
たとえば、表面伝導型放出素子は、冷陰極素子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたり多数の素子を形成できる利点がある。そこで、例えば本出願人による特許文献１において開示されるように、多数の素子を配列して駆動するための方法が研究されている。
【００１４】
また、表面伝導型放出素子の応用については、たとえば、画像表示装置、画像記録装置などの画像形成装置や、荷電ビーム源、等が研究されている。
【００１５】
特に、画像表示装置への応用としては、たとえば本出願人による特許文献２や特許文献３や特許文献４において開示されているように、表面伝導型放出素子と電子ビームの照射により発光する蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置が研究されている。表面伝導型放出素子と蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置は、従来の他の方式の画像表示装置よりも優れた特性が期待されている。たとえば、近年普及してきた液晶表示装置と比較しても、自発光型であるためバックライトを必要としない点や、視野角が広い点が優れていると言える。
【００１６】
また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方法は、たとえば本出願人による特許文献５に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応用した例として、たとえば、R. Meyerらにより報告された平板型表示装置が知られている（非特許文献８）。
【００１７】
また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装置に応用した例は、たとえば本出願人による特許文献６に開示されている。
【特許文献１】特開昭６４−３１３３２号公報
【特許文献２】米国特許第５，０６６，８８３号
【特許文献３】特開平２−２５７５５１号公報
【特許文献４】特開平４−２８１３７号公報
【特許文献５】米国特許第４，９０４，８９５号
【特許文献６】特開平３−５５７３８号公報
【非特許文献１】M. I. Elinson, Radio E-ng. Electron Phys., 10, 1290, (1965)
【非特許文献２】G. Dittmer: “Thin Solid Films”, 9, 317 (1972)
【非特許文献３】(M. Hartwell and C. G. Fonstad:“IEEE Trans. ED Conf.”, 519 (1975))
【非特許文献４】荒木久  他：真空、第２６巻、第１号、２２（１９８３）
【非特許文献５】W. P. Dyke & W. W. Dolan,“Field Emission”,Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956)
【非特許文献６】C. A. Spindt, “Physical Properties of Thin-Film Field Emission Cathodes with Molybdenum Cones, J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976)
【非特許文献７】C. A. Mead, “Operation of Tunnel-Emission Devices”, J. Appl. Phys., 32, 646 (1961)
【非特許文献８】R. Meyer: “Recent Development on Microtips Display at LETI” ,Tech. Digest of 4th Int. Vacuum Microelectronics Conf., Nagahama, pp.6〜9 (1991)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本願は、複数の表示素子を共通配線した構成において様々な種類の信号を良好に表示できる画像表示装置及びその駆動方法を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願に関わる画像表示装置の発明の一つは以下のように構成される。
【００２０】
行配線と、複数の列配線と、変調回路と、複数の表示素子とを有しており、前記複数の表示素子は前記行配線に共通に接続され、前記複数の列配線のそれぞれは前記複数の表示素子のそれぞれと接続され、前記変調回路は前記列配線に変調信号を供給する画像表示装置において、
複数の表示モードを有しており、選択された前記表示モードに応じて前記行配線に印加する信号の電位を設定する電位設定回路とを有することを特徴とする画像表示装置。
【００２１】
この構成では、列配線に印加する信号による変調制御とは独立に行配線に印加する信号により表示する画像信号の種類に応じた制御ができるため、好適である。また、この発明においては、前記変調回路は、表示する信号の階調に応じた時間幅を有するパルス幅変調信号を生成する構成や、表示する信号の階調に応じた波高値を有する波高値変調信号を生成する構成のいずれも採用し得る。ただし、パルス幅変調の構成のほうが階調表示の点では望ましい。
【００２２】
この発明においても、前記列配線は、その長手方向が前記行配線の長手方向と交差するように設けられるのが好ましい。また、前記行配線を複数有しており、各行配線毎に前記複数の表示素子が接続され、各行配線に接続される複数の表示素子のそれぞれが他の行配線に接続される複数の表示素子のそれぞれと前記列配線のそれぞれを共有する構成に上記発明は好適に適用できる。
【００２３】
また、前記複数の行配線を順次走査する走査信号を供給する走査回路を更に有するとよい。具体的には走査回路が、選択した行配線に選択電位を与える構成を好適に採用できる。この構成において、該選択電位を表示する画像信号の種類に応じて設定すれば良い。
【００２４】
以上の各発明は、前記表示素子が、該表示素子に注入される電流の80％以下を表示のために消費する素子である場合に特に好適に適用でき、表示素子が、該表示素子に注入される電流の50％以下を表示のために消費する素子である場合に、本願に係る発明は更に好適に適用できる。
【００２５】
また以上述べた各発明において、前記表示素子はたとえば電子放出素子であったりする。該電子放出素子が放出する電子の照射により発光する発光体（特には蛍光体）を組み合わせて用いると良い。電子放出素子としては冷陰極素子を好適に採用できる。特には、表面伝導型放出素子を採用した構成において本願発明は好適に適用できる。表示素子が電子放出素子である場合は、該電子放出素子が放出する電子により発光する蛍光体を設けることにより好適に画像を表示することができる。
【００２６】
また、前記表示素子がエレクトロルミネッセンス素子である場合にも上記各発明は好適に適用できる。表示素子がエレクトロルミネッセンス素子である場合は、素子自体が発光するので好適である。
【００２７】
また本願に関わる画像表示装置の駆動方法の発明の一つは以下のように構成される。
【００２８】
行配線と、複数の列配線と、変調回路と、複数の表示素子とを有しており、前記複数の表示素子は前記行配線に共通に接続され、前記複数の列配線のそれぞれは前記複数の表示素子のそれぞれと接続され、前記変調回路は前記列配線に変調信号を供給する画像表示装置の駆動方法であって、
表示する信号の種類に応じて前記行配線に印加する信号の電位を設定することを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
【００２９】
なお、以上述べてきたいずれの発明も、変調回路が制御対象として電位を制御した信号（例えば、ハイレベルの電位）を出力する場合には、制御対象として電流を制御した信号を出力する場合よりも好適に適用できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明による種々の信号に応じて好適な表示が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００３２】
発明者らは、上記従来技術に記載したものをはじめとして、さまざまな材料、製法、構造の電子放出素子を試みてきた。さらに、多数の電子放出素子を配列したマルチ電子ビーム源、ならびにこのマルチ電子源を応用した画像表示装置について研究を行ってきた。
【００３３】
発明者らは、たとえば図９に示す電気的な配線方法によるマルチ電子ビーム源を試みてきた。すなわち、電子放出素子を２次元的に多数個配列し、これらの素子を図示のようにマトリクス状に配線したマルチ電子ビーム源である。
【００３４】
図中、４００１は電子放出素子を模式的に示したもの、４００２は行配線、４００３は列配線である。行配線４００２および列配線４００３は、実際には有限の電気抵抗を有するものであるが、図においては配線抵抗４００４および４００５として示されている。上述のような配線方法を、単純マトリクス配線と呼ぶ。
【００３５】
なお、図示の便宜上、６×６のマトリクスで示しているが、マトリクスの規模はむろんこれに限ったわけではなく、たとえば画像表示装置用のマルチ電子ビーム源の場合には、所望の画像表示を行うのに足りるだけの素子を配列し配線するものである。
【００３６】
電子放出素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源においては、所望の電子ビームを出力させるため、行配線４００２および列配線４００３に適宜の電気信号を印加する。たとえば、マトリクスの中の任意の１行の電子放出素子を駆動するには、選択する行の行配線４００２には選択電位Ｖｓを印加し、同時に非選択の行の行配線４００２には非選択電位Ｖｎｓを印加する。これと同期して列配線４００３に電子ビームを出力するための駆動電位Ｖｅを印加する。この方法によれば、配線抵抗４００４および４００５による電圧降下を無視すれば、選択する行の電子放出素子には、Ｖｅ−Ｖｓの電圧が印加され、また、非選択行の電子放出素子にはＶｅ−Ｖｎｓの電圧が印加される。Ｖｅ，Ｖｓ，Ｖｎｓを適宜の大きさの電位にすれば選択する行の電子放出素子だけから所望の強度の電子ビームが出力され、また列配線の各々に異なる駆動電位Ｖｅを印加すれば、選択する行の素子の各々から異なる強度の電子ビームが出力される。また、冷陰極素子の応答速度は高速であるため、駆動電位Ｖｅを印加する時間の長さを変えれば、電子ビームが出力される時間の長さも変えることができる。
【００３７】
したがって、電子放出素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源にはいろいろな用途が考えられており、たとえば画像情報に応じた電圧信号を適宜印加すれば、画像表示装置用の電子源として応用できるものと期待される。
【００３８】
しかしながら、実際に電圧源をマルチ電子ビーム源に接続し前記の電圧印加方法で駆動した場合には、配線抵抗で電圧降下が発生するために各電子放出素子に実効的に印加される電圧がばらつくという問題が発生していた。
【００３９】
各素子に印加される電圧がばらつく原因として、まず第一に、単純マトリクス配線では各電子放出素子ごとに配線長が異なる（すなわち、配線抵抗の大きさが素子ごとに異なる）ことが挙げられる。
【００４０】
第二に、行配線の各部分の配線抵抗４００４で発生する電圧降下の大きさが一様でないことが挙げられる。これは、選択する行の行配線から当該行に接続された各電子放出素子に電流が分岐して流れるため、配線抵抗４００４の各々に流れる電流の大きさが一様でないために起こるものである。
【００４１】
第三に、駆動するパターン（画像表示装置の場合には表示する画像パターン）によって配線抵抗で生じる電圧降下の大きさが変化することが挙げられる。これは、駆動するパターンによって、配線抵抗に流れる電流が変化するために起きるものである。
【００４２】
以上のような原因により、各電子放出素子に印加される電圧にばらつきが発生すると、各電子放出素子から出力される電子ビーム強度が所望の値からずれることになり、応用上不都合であった。たとえば、画像表示装置に応用した場合には、表示画像の輝度が不均一になったり、表示画像パターンによって輝度が変動したりした。
【００４３】
特にこのような電圧降下による輝度低下の影響は、通常のテレビ放送などの自然画では目立ちにくく主観的にほとんど気にならなかったが、むしろコンピュータの出力に代表される、平坦な画像を表示する際に特に違和感のある画像となることが多かった。
【００４４】
図１０はこうした本発明の課題を説明するための図である。同図は表示したい画像の一例としてコンピュータの出力画像として多く見られる、ウインドウ画面の原画である。
【００４５】
図１０の画面は、単色の青色（各色ＲＧＢの階調で言えば、Ｒ：０％、Ｇ：０％、Ｂ：１００％）を背景として、中央に単色の白色（同、Ｒ：１００％、Ｇ：１００％、Ｂ：１００％）のウインドウを表示している。このような原画を表示した場合、背景とウインドウのある行と、背景だけの行の青色を比較すると、原画は同じ青色であるにもかかわらず、その表示パターンの違いに起因する電圧降下量の違いによって、青色の輝度が異なるものとなってしまっていた。したがってこのようなパターンの画像を表示した際には、ウインドウの横線を境にして、輝度の違いが段差状に見えてしまうなど非常に不都合であった。
【００４６】
とくに配線抵抗の影響による輝度の低下は、画面の中央ほど大きくなる傾向があって、全体としてグラデーション的に変化するが、人間の視覚特性は、こうした連続的な変化に対しては感度は非常に鈍感であってあまり違和感は生じなかった。
【００４７】
一方、隣接する行の間が段差状の輝度差が生じている場合に対しては、少しの変化であっても非常に敏感であるため、上記のようなコンピュータ画面を表示した際に、ウインドウの横線に沿って、輝度差が生じてしまうのは非常に不都合であった。
【００４８】
またその一方でコンピュータの出力画像は、その使用用途から通常のＴＶを表示するときよりもかなり輝度を絞って表示を行うことが一般的であった。
【００４９】
以下の実施例では、こうしたコンピュータ画像の特徴を踏まえつつ、コンピュータ画像を表示する際に発生する違和感のあるパターンを低減するとともに、ＨＤＴＶや他のＴＶ方式に代表される自然画像を表示する際には、通常どおりダイナミックレンジの広い画像を表示することが可能な画像表示装置を例示する。
【００５０】
（実施形態１）
実施形態１は、表面伝導型放出素子を多数備えた表示装置において、所望の画像を得るために、変調信号として電圧パルス幅変調信号により変調した例である。
【００５１】
図４は、実施形態に用いた表示パネルの斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの１部を切り欠いて示している。図中、１００５はリアプレート、１００６は側壁、１００７はフェースプレートであり、１００５〜１００７により表示パネルの内部を真空に維持するための気密容器を形成している。気密容器を組み立てるにあたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保持させるため封着する必要があるが、たとえばフリットガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で、摂氏４００〜５００度で１０分以上焼成することにより封着を達成した。気密容器内部を真空に排気する方法については後述する。
【００５２】
リアプレート１００５には、基板１００１が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１００２がＮ×Ｍ個形成されている。前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、Ｍ本の行配線１００３とＮ本の列配線１００４により単純マトリクス配線されている。前記、１００１〜１００４によって構成される部分をマルチ電子源と呼ぶこととする。
【００５３】
またフェースプレート１００７の下面には、蛍光膜１００８が形成されている。本実施形態はカラー表示装置であるため、蛍光膜１００８の部分にはＣＲＴの分野で用いられる赤、緑、青、の３原色の蛍光体が塗り分けられている。
【００５４】
本実施形態では以上のような外観の表示パネルの中に冷陰極素子として表面伝導型放出素子を作製した。
【００５５】
表面伝導型放出素子は、図３のような（放出電流Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、および（素子電流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性を有する。なお、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著しく小さく、同一尺度で図示するのが困難であるため、２本のグラフは各々異なる尺度で図示した。
【００５６】
すなわち、放出電流Ｉｅに関して以下に述べる３つの特性を有している。
【００５７】
第一に、ある電圧（これを「閾値電圧Ｖｔｈ」と呼ぶ。）以上の電圧を素子に印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加するが、一方、閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧では放出電流Ｉｅはほとんど検出されない。図３の場合、Ｖｔｈは８ボルトである。
【００５８】
すなわち、放出電流Ｉｅに関して、明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。また第二に、放出電流Ｉｅは素子に印加する電圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉｅの大きさを制御できる。
【００５９】
第三に、素子に印加する電圧Ｖｆに対して素子から放出される電流Ｉｅの応答速度が速いため、電圧Ｖｆを印加する時間の長さによって素子から放出される電子の電荷量を制御できる。
【００６０】
以上のような特性を有するため、表面伝導型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。たとえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧を印加する。駆動する素子を順次切り替えてゆくことにより、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。
【００６１】
また、第二の特性かまたは第三の特性を利用することにより、発光輝度を制御することができるため、階調表示を行うことが可能である。
【００６２】
本実施形態では表面伝導型放出素子の第一及び第三の特性を用いて画像の表示を行っている。
【００６３】
図１はその回路構成の概略を示すブロック図である。図において、１はマルチ電子源を内蔵した表示パネル、Ｄｘ１〜ＤｘＭ’はマルチ電子源の行配線の端子、Ｄｙ１〜ＤｙＮはマルチ電子源の列配線の端子、Ｈｖはフェースプレートとリアプレートの間に加速電圧を印加するための高圧端子、Ｖａは高圧電源、２及び２′は走査回路、３は同期信号分離回路、４はタイミング発生回路、７は同期分離回路によりＹＲＢ信号をＲＧＢに変換するための変換回路、１３は、ＨＤＴＶ(High Definition Television System規格の信号)のＲＧＢ信号とＶＧＡ（ＶＧＡ(Video Graphic Array)規格の信号）とを切り替えるための信号切り替え部、５は画像データ１ライン分のシフトレジスタ、６は画像データ１ライン分のラインメモリ、８はパルス幅変調回路、９は振幅設定手段、１０はコントローラ、１１はリモコン・インターフェース、１２は画像表示装置をコントロールするためのスイッチである。なお、本実施形態では、マルチ電子源の電子放出素子として表面伝導型放出素子を用いている。
【００６４】
（同期分離回路、タイミング発生回路）
本実施形態の画像表示装置は、ＨＤＴＶ方式のテレビ信号とコンピュータなどの出力であるＶＧＡ信号をともに表示することができる。ただし本実施形態は一つの例であって、ＮＴＳＣや、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭなどの他の規格に対しても同様に応用可能である。
【００６５】
ＶＧＡ信号は、信号切り替え部１３へと供給されるとともに、その同期信号Ｖｓｙｎｃ，Ｈｓｙｎｃをタイミング発生回路４へと供給する。また、ＨＤＴＶのテレビ信号は、まず同期分離回路３により同期信号Ｔｓｙｎｃ（垂直同期、水平同期を含む）が分離され、タイミング発生回路４に供給される。また、映像信号ＹＲＢは、ＲＧＢ変換回路７によりディジタルＲＧＢ信号へと変換され、信号切り替え部１３へと供給される。信号切り替え部１３はＶＧＡとＨＤＴＶの選択を行う回路であって、コントローラ１０からの選択信号Ｔｓｅｌに応じて映像ソースの切り替えを行う。コントローラ１０は、リモコン１１や、スイッチ１２などによって選択すべき映像ソースを設定されると、各部に選択信号Ｔｓｅｌを供給する。
【００６６】
タイミング発生回路４は、選択信号Ｔｓｅｌに基づいて選択されている側の映像ソースの同期信号に同期して、各部の動作タイミングを決定する。すなわち、タイミング発生回路４はシフトレジスタ５の動作タイミングを制御するＴｓｆｔを制御するＴｓｆｔ、ラインメモリ６の動作タイミングを制御するＴｍｒｙ、走査回路２の動作を制御するＴｓｃａｎなどの信号を発生する。
【００６７】
（走査回路）
走査回路２及び２′は、マルチ電子源を順次１行ずつ走査するために、接続端子Ｄｘ１〜ＤｘＭ’に対して選択電位Ｖｓまたは非選択電位Ｖｎｓを出力する回路で、たとえば図２に示すようにそれぞれＭ’個のスイッチを内蔵している。なお、これらのスイッチはトランジスタやＦＥＴにより構成するのが好ましい。
【００６８】
走査回路２及び２′の出力する選択電位Ｖｓと非選択電位Ｖｎｓの値や、後で述べる変調信号の値は、用いる冷陰極素子の（放出電流Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、および（素子電流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）にもとづいて決定すればよい。
【００６９】
本実施形態の表面伝導型放出素子は、所望の画像を表示するためには素子印加電圧Ｖｆとして＋１２〜＋１５Ｖ程度の電圧が必要であった。
【００７０】
このため、本例では、選択電位を−７．５Ｖ、非選択電位を０Ｖと設定し、後述のように、変調側から表示する画像データに応じた時間、＋５Ｖ〜＋７．５Ｖの電位を印加することで電子を放出させ、所望の画像を得ている。
【００７１】
（シフトレジスタ、ラインメモリ、パルス幅変調回路）
同期信号分離回路３で分離された画像データは、シフトレジスタ５でシリアル／パラレル変換され、ラインメモリ６に１水平走査期間の間記憶される。パルス幅変調回路８は、ラインメモリ６に記憶されている画像データＩ’Ｄ１〜Ｉ’ＤＮに基づいて、パルス幅変調した電圧信号ＰＷ１〜ＰＷＮを出力する。
【００７２】
（振幅設定回路の構成）
電位設定回路である振幅設定回路９は、選択されている映像ソースに応じて、パルス幅変調信号ＰＷ１〜ＰＷＮの振幅を変える回路である（図５参照）。パルス幅変調信号ＰＷｉ（ｉ＝１，２…Ｎ）がＨＩＧＨの期間は、図５のｐｎｐトランジスタがＯｎ，ｎｐｎトランジスタがｏｆｆ状態となって各列配線端子Ｄｙ１〜ＤｙＮに電位ＶＸを供給するとともに、同信号がＬｏｗの期間はｐｎｐトランジスタがｏｆｆ，ｎｐｎトランジスタがｏｎとなって各列配線端子Ｄｙ１〜ＤｙＮをグランドに接続する回路である。
【００７３】
電位ＶＸは選択信号Ｔｓｅｌに応じて設定される量であり、スイッチＳＷ−Ａにより、映像信号がＨＤなどの自然画像の場合には電源ＶＸ１に接続し、映像信号がＶＧＡなどのコンピュータの出力である場合には電源ＶＸ２へと接続される。本実施形態ではＶＸ１の電位を＋７．５Ｖ、ＶＸ２の電位を＋６Ｖに設定した。課題でも述べたように、一般にコンピュータの出力画像を表示する際には、ユーザーがモニターを直視するという使用上、全体として輝度を抑えて表示することが一般的である。画面の輝度を全体として抑えるためには、たとえば電子放出素子から放出される電子を加速するための加速電位Ｖａを低下させたり、画像データ（本実施形態ではパルス幅変調のパルス幅に相当）を小さくしたり、または印加電圧を低減させるなどのいくつかの方法がある。
【００７４】
発明者らはこれらの方法に対して検討を行った結果、最適な制御先として表示パネルに印加する駆動電圧（素子を駆動する駆動電圧）を低減させることが最適であった。
【００７５】
なぜなら表示パネルの行配線と列配線の間に供給する駆動電圧Ｖｆを下げれば、行配線や列配線を流れる電流も低減される。配線を流れる電流が低減すれば、配線での電圧降下を低減させることができ、課題で説明した違和感のある画像が低減することができるため、非常に都合がよかった。
（一方、駆動電圧を低減させずに、パルス幅（印加時間）を低減する場合では、配線抵抗での電圧降下を低減させることはできないため、課題で説明した、違和感のある画像を低減することができない。）
また、ＨＤＴＶや他のテレビ方式に代表される自然画を表示する際には、コンピュータ表示モードよりも大きい駆動電圧で駆動を行うことで、臨場感のある、高輝度な画像表示を行うことができ非常に都合がよかった。
【００７６】
（表示パネルの特性）
本実施形態の表示パネルは、Ｍ本の行配線とＮ本の列配線の交差部に冷陰極素子を配置した、いわゆる単純マトリクス構造を有している。画像を品質よく表示するためには行配線及び列配線は所望の本数が必要である。本実施形態では行配線本数が４８０、列配線本数が２５５６（８５２×３）である画像表示装置について検討をおこなった。本実施形態の画像表示装置は主に行配線の配線抵抗による電圧降下が懸念されているため行配線の配線抵抗をできる限り低く作ることが好ましかったが、配線を作製する際の材料、プロセス条件などから、本実施形態で検討した表示パネルは、
行配線１本あたりの抵抗＝０．５（Ω）
また本実施形態の冷陰極素子である表面伝導型放出素子は表１のような特性に作製した。
【００７７】
【表１】
2004206148.tif 000003
【００７８】
このような表示パネルに対し、映像ソースとしてＨＤＴＶとＶＧＡを選択し、それぞれに対して全白（Ｒ：１００％、Ｇ：１００％、Ｂ：１００％、即ちすべての列の変調信号が最大パルス幅であるとき）の画面を表示させ、表示パネルの輝度を計測したところ図６のようになった。図６は横軸を列番号、縦軸を輝度として表した図であり、表示パネルの輝度を横方向に切り出してグラフ化したものである。縦軸は蛍光体の特性やメタルバックの特性などによっても変化するため、敢えて任意単位として表示した。
【００７９】
同図にあるように、ＨＤ表示モードよりもＶＧＡ表示モードでは駆動電圧を下げて駆動を行っているため、輝度が全体として抑えられている。
【００８０】
また全白表示時の画面全体での輝度の低下率を図７に記載する。図にあるようにＨＤ表示モードが選択された際には、画面の中央部では画面の両端に比べ輝度が６．５％程度低下しているのに対し、ＶＧＡ表示モードでは輝度の面内分布は、画面の中央部と両端で１．２％程度に抑えられている。
【００８１】
配線抵抗での電圧降下量は、全白表示時にもっとも大きくなるため、それ以外のパターンを表示する際には、輝度の面内分布は少なくとも上記以下の値となる。したがって本発明の課題に挙げていた、ウインドウ画面を表示した場合にも、ウインドウの横線を境として発生する違和感のあるパターンも最大でも１．２％以下に低減することができた。
【００８２】
実際発明者らは、このような画像表示装置により画像の表示を行ったところ、ＨＤＴＶを表示した際には、臨場感のある、ダイナミックレンジの広い画像を楽しむことができるとともに、ＶＧＡを表示した際には、本発明の課題に挙げた、配線での電圧降下に起因する違和感のあるパターンを確認することはほとんどできず、コンピュータの出力モニターとして十分な特性を得ることができるという非常に優れた効果があった。
【００８３】
なお、本実施形態では、変調手段側の電圧を、映像ソースの選択状態に応じて設定しているが特にこれにこだわることはなく、たとえば走査配線側の選択用電圧源Ｖｓを可変電圧源とし、映像ソースの選択状態によってＶｓの値を可変しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００８４】
また、本実施形態では、図１のＶＸ１，ＶＸ２の２つの電源により振幅を設定しているが特にこれにこだわることはなく、一つの可変電圧源の出力を可変しても同様に振幅を設定することができることは言うまでもない。
【００８５】
また、本実施形態では、ＶＧＡなどのコンピュータの出力と、ＨＤＴＶやＮＴＳＣなどのテレビジョン信号とを例に挙げて、前者と後者の駆動条件を変更しているが、特にこれにこだわることはなく、種々の映像のフォーマットに応じて異なる駆動電圧を設定してもよい。
【００８６】
また、本実施形態では、上記のように選択する映像フォーマットによって駆動条件を変更しているが、映像コンテンツによって駆動条件を変更してもよい。
【００８７】
たとえば、スポーツなどの臨場感のある画像を表示する際には、高い駆動電圧で駆動をするとともに、映画を表示する際には、低い駆動電圧で駆動する。このような変更は、図１に述べたリモコンを使ってユーザーがコントローラに対して命令を行うことにより、モードを簡単に変更できるようにした。
【００８８】
このように映像コンテンツによって駆動電圧を変えて表示を行ったところ、種々の映像コンテンツに適した画像を表示をユーザーに提供できるという更なる効果があった。
【００８９】
また、表示する画像信号の種類を判別する回路を設け、その判別結果により制御回路を切り替えてもよい。判別回路としては、入力される信号の特性（例えば、走査線数や同期信号の数やそのタイミング等）を抽出して、その結果に基づいて判別する回路を用いることができる。
（実施形態２）
実施形態２は、表面伝導型放出素子を多数備えた表示装置において、所望の画像を得るために、変調信号として電圧振幅変調信号により変調した例である。
【００９０】
本実施形態では表面伝導型放出素子の第一及び第二の特性を用いて画像の表示を行っている。
【００９１】
図８はその回路構成の概略を示すブロック図である。本実施形態では、実施形態１のパルス幅変調回路８の代わりには振幅変調回路８′を設けて駆動を行う。
【００９２】
（振幅変調回路及び振幅設定回路）
同期信号分離回路３で分離された画像データは、シフトレジスタ５でシリアル／パラレル変換され、ラインメモリ６に１水平走査期間の間記憶される。振幅変調回路２１は、ラインメモリ６に記憶されている画像データをＤ／Ａ変換し、振幅変調した電位信号ＡＭ１〜ＡＭＮを出力する。振幅設定回路２２の２つの出力Ｖｒ１，Ｖｒ２はＤ／Ａコンバータのリファレンス端子に接続されており、振幅変調された電位信号ＡＭ１〜ＡＭＮは画像データに応じて最小Ｖｒ２、最大Ｖｒ１の振幅の間で振幅（電位値）変調され、各列配線に供給される。
【００９３】
本実施形態では振幅設定回路２１の出力電位Ｖｒ１，Ｖｒ２は、選択されている映像ソースに応じて、２種類の電位に設定される。たとえば、映像信号がＨＤＴＶなどの自然画像の場合には、Ｖｒ１＝１５（Ｖ），Ｖｒ２＝１０（Ｖ）と設定し、映像信号がＶＧＡなどのコンピュータの出力である場合にはＶｒ１＝１３．５（Ｖ），Ｖｒ２＝１０（Ｖ）と設定を行った。
【００９４】
課題でも述べたように、一般にコンピュータの出力画像を表示する際には、ユーザーがモニターを直視するという使用上、全体として輝度を抑えて表示することが一般的である。画面の輝度を全体として抑えるためには、たとえば加速電圧Ｖａを低下させたり、駆動電圧の印加時間を低減させたり、印加電圧を低減させるなどのいくつかの方法がある。
【００９５】
発明者らはこれらの方法に対して検討を行った結果、最適な制御先として表示パネルに印加する駆動電圧（素子を駆動する駆動電圧）を低減させることが最適であった。
【００９６】
なぜなら表示パネルの行配線と列配線の間に供給する駆動電圧Ｖｆを下げれば、行配線や列配線を流れる電流も低減される。配線を流れる電流が低減すれば、配線での電圧降下を低減させることができ、課題で説明した違和感のある画像が低減することができるため、非常に都合がよかった。
【００９７】
一方、駆動電圧を低減させずに、印加時間を低減する場合では、配線抵抗での電圧降下を低減させることはできないため、課題で説明した、違和感のある画像を低減することができない。
【００９８】
また、ＨＤＴＶや他のテレビ方式に代表される自然画を表示する際には、コンピュータ表示モードよりも大きい駆動電圧で駆動を行うことで、臨場感のある、高輝度な画像表示を行うことができ非常に都合がよかった。
【００９９】
このような駆動回路によって実施形態１で述べた表示パネルに対し、映像ソースとしてＨＤとＶＧＡを選択し、それぞれに対して全白（Ｒ：１００％、Ｇ：１００％、Ｂ：１００％、即ちすべての列の変調信号が最大振幅であるとき）の画面を表示させ、表示パネルの輝度を計測したところ図６のようになった。図６は横軸を列番号、縦軸を輝度として表した図であり、表示パネルの輝度を横方向に切り出してグラフ化したものである。縦軸は、蛍光体の特性やメタルバックの特性などによっても変化するため、敢えて任意単位として表示した。
【０１００】
同図にあるように、ＨＤＴＶ表示モードよりもＶＧＡ表示モードでは駆動電圧を下げて駆動を行っているため、輝度が全体として抑えられている。
【０１０１】
また全白表示時の画面全体での輝度の低下率を図７に記載する。図７にあるようにＨＤＴＶ表示モードが選択された際には、画面の中央部では画面の両端に比べ輝度が６．５％程度低下しているのに対し、ＶＧＡ表示モードでは輝度の面内誤差は、画面の中央部と両端で１．２％程度に抑えられている。本実施形態の駆動方式によっても、配線抵抗での電圧降下量は、全白時（Ｒ：１００％、Ｇ：１００％、Ｂ：１００％）にもっとも大きくなるため、それ以外のパターンを表示する際には、輝度の面内誤差は少なくとも上記以下の値となる。したがって本発明の課題に挙げていた、ウインドウ画面を表示した場合にも、ウインドウの横線を境として発生する違和感のあるパターンも最大でも１．２％以下に低減することができた。
【０１０２】
実際発明者らは、このような画像表示装置により画像の表示を行ったところ、ＨＤＴＶを表示した際には、臨場感のある、ダイナミックレンジの広い画像を楽しむことができるとともに、ＶＧＡを表示した際には、配線での電圧降下に起因する違和感のあるパターンを確認することはほとんどできず、コンピュータの出力モニターとして十分な特性を得ることができるという非常に優れた効果があった。
【０１０３】
なお、本実施形態の振幅設定回路（手段）２１は、振幅変調回路（手段）２１のリファレンス電位を調整することにより、振幅変調の振れ幅を調整していたがとくにこれにこだわることはなく、たとえば、振幅変調回路（手段）２１として、固定したリファレンス電圧のＤ／Ａコンバータを用いて振幅変調を行い、さらに振幅設定回路２２として２種類のゲイン及びオフセットを設定できるアンプを用いて振幅を調整しても同様な効果を得ることができた。
【０１０４】
また、本実施形態では，ＶＧＡなどのコンピュータの出力と、ＨＤＴＶやＮＴＳＣなどのテレビジョン信号とを例に挙げて、前者と後者の駆動条件を変更しているが、特にこれにこだわることはなく、種々の映像フォーマットに応じて異なる駆動条件を設定してもよい。
【０１０５】
また、本実施形態では、上記のように選択する映像フォーマットによって駆動条件を変更しているが、映像コンテンツによって駆動条件を変更してもよい。
【０１０６】
たとえば、スポーツなどの臨場感のある画像を表示する際には、高い駆動電圧で駆動をするとともに、映画を表示する際には、低い駆動電圧で駆動する。このような変更は、図７に述べたリモコンを使ってユーザーがコントローラに命令を行い、コントローラが各部を制御することにより、ユーザーがモードを簡単に変更することができるようにした。
【０１０７】
このようにユーザーが表示したい映像コンテンツに適したモードを設け、それぞれのモードに対して、表示パネルを駆動する電圧を変えて表示を行ったところ、種々の映像コンテンツに適した画像を表示をユーザーに提供できるという更なる効果があった。
（実施形態３）
以上で述べた画像表示装置は、これまで述べてきたようにＨＤＴＶや他のＴＶ方式に代表される自然画像を表示した際には、臨場感のある、ダイナミックレンジの広い画像を楽しむことができるとともに，ＶＧＡに代表されるコンピュータ画像を表示した際には、配線での電圧降下に起因する違和感のあるパターンを確認することはほとんどできず、コンピュータの出力モニターとして十分な特性を得ることができるという非常に優れた効果がある。
【０１０８】
一方、発明者らは、本発明の表示パネルの画像表示素子としてエレクトロ・ルミネッセンス（ＥＬ）を単純マトリクス構造に配置した表示パネルを備える画像表示装置に適用した場合についても検討を行った結果、同様な効果を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、テレビジョン画像、コンピュータ画像等を表示する画像表示装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施形態１の画像表示装置を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の画像表示装置の走査回路２、２’を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態で用いた表面伝導型放出素子の典型的な特性を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態である画像表示装置の、表示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１の振幅設定回路（手段）９の構成例を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態１の表示回路により全白（Ｒ：１００％、Ｇ：１００％、Ｂ：１００％）を表示した際の輝度の分布を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態１の表示回路により全白（Ｒ：１００％、Ｇ：１００％、Ｂ：１００％）を表示した際の輝度の低下率を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態２の画像表示装置を説明するためのブロック図である。
【図９】本発明の表示パネルの電気的配線を説明するための図である。
【図１０】本発明の課題を説明するための図である。
【図１１】従来知られた表面伝導型放出素子の一例を示す平面図である。
【図１２】従来知られたＦＥの一例を示す側面図である。
【図１３】従来知られたＭＩＭの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  表示パネル
２、２’  走査回路
３  同期信号分離回路
４  タイミング発生回路
５  シフトレジスタ
６  ラインメモリ
７  ＲＧＢ変換回路
８  パルス幅変調回路
９  振幅設定回路
１０  コントローラ
１１  リモコン
１２  スイッチ
１３  信号切り替え部
２１  振幅変調回路
２２  振幅設定回路
【図１】
2004206148.tif 000004
【図２】
2004206148.tif 000005
【図３】
2004206148.tif 000006
【図４】
2004206148.tif 000007
【図５】
2004206148.tif 000008
【図６】
2004206148.tif 000009
【図７】
2004206148.tif 000010
【図８】
2004206148.tif 000011
【図９】
2004206148.tif 000012
【図１０】
2004206148.tif 000013
【図１１】
2004206148.tif 000014
【図１２】
2004206148.tif 000015
【図１３】
2004206148.tif 000016