(57)【要約】【課題】一様な電界放出特性を得ることができる電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイを提供すること。【解決手段】所定の電圧が印加されたときに電子を放出する電界放出手段１１２０と、電界放出手段１１２０と直列に接続され電界放出手段１１２０に電圧が印加されたときに発生する電流の電流値に応じて電気抵抗値が変化する可変抵抗器手段１１３０と、を備え、前述した電流の電流値が増加するに従って可変抵抗器手段１１３０の電気抵抗値が減少し、一様な電界放出特性を得る。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電圧が印加されたときに電子を放出する電界放出手段と、前記電界放出手段に直列接続され前記電界放出手段に電圧が印加されたときに発生する電流の電流値に応じて電気抵抗値が変化する可変抵抗器手段と、を備え、前記可変抵抗器手段の電気抵抗値が、前記電流の電流値が増加するに従って減少することを特徴とする電界放出装置。
【請求項２】
前記可変抵抗器手段が、照射される照射光の光量が増加するに従って電気抵抗値が減少する光導電材料部と、前記照射光を放射し、前記電流の電流値が増加するに従って放射する前記照射光の光量を増加する照射光放射素子部とを有したことを特徴とする請求項１に記載の電界放出装置。
【請求項３】
マトリクス状に配置された複数の請求項１または請求項２に記載の電界放出装置を備えた電界放出基板。
【請求項４】
請求項３に記載の電界放出基板をマトリクス駆動することを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項３に記載の電界放出基板と、請求項４に記載の駆動装置と、前記電界放出基板によって放出された電子が入射されたときに蛍光を発する蛍光体基板と、を備えたことを特徴とするディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイに関し、詳しくは、均一な電子の放出特性を有して高精細に画像を表示する電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電界放出装置は、所定の電圧が印加されたときに電子を放出する電界放出手段と、電界放出手段に直列接続されて過電流の発生を防止する抵抗器手段とによって構成されている。電界放出手段は、スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型エミッタ、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型構造のエミッタ、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型構造のエミッタ、カーボンナノチューブ等の炭素系エミッタなどによって構成されている（例えば特許文献１参照。）。これらのエミッタは、超薄膜形成技術および超微細加工技術によって作製される。
【０００３】
また、前述したような電界放出装置を用いたディスプレイは、１画素ごとに複数の電界放出装置を備え、電界放出装置によって放出された電子が陽極電圧によって加速され、加速された電子が蛍光体に入射されることによって、蛍光体が蛍光を発し、画像が表示されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１００３１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の電界放出装置は、超薄膜形成技術および超微細加工技術によって複数の電界放出手段を同一の作製工程で作製したとしても、電界放出特性にばらつきが発生し、一様な電界放出特性を得ることができないという問題がある。また、複数の従来の電界放出装置を用いたディスプレイにあっては、各電界放出装置の間で一様な電界放出特性を得ることができず、１画素当たりの電界放出装置の数を多くして１画素当たりの電界放出特性を平均化しているため、高精細に画像を表示することができないという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、一様な電界放出特性を得ることができる電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る電界放出装置は、所定の電圧が印加されたときに電子を放出する電界放出手段と、前記電界放出手段に直列接続され前記電界放出手段に電圧が印加されたときに発生する電流の電流値に応じて電気抵抗値が変化する可変抵抗器手段と、を備え、前記可変抵抗器手段の電気抵抗値が、前記電流の電流値が増加するに従って減少する構成を有している。
【０００８】
この構成により、電界放出手段に電圧が印加されたときに発生する電流、特にリーク電流の電流値が増加したときに、電界放出手段に直列接続された可変抵抗器手段の電気抵抗値が減少され、電界放出手段に印加される電圧値が増加される。このため、電界放出手段の電気抵抗値が小さいために電界放出手段に所定の電圧が印加されない場合であっても、電界放出特性を補償することができ、一様な電界放出特性を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係る電界放出装置は、請求項１に記載の電界放出装置において、前記可変抵抗器手段が、照射される照射光の光量が増加するに従って電気抵抗値が減少する光導電材料部と、前記照射光を放射し、前記電流の電流値が増加するに従って放射する前記照射光の光量を増加する照射光放射素子部とを有した構成を有している。
【００１０】
この構成により、請求項１に記載の電界放出装置をガラス基板のような大きな面積を有する基板上に作製することができるため、請求項１に記載の電界放出装置を用いたディスプレイにおいて、高精細に画像を表示できる大画面ディスプレイを実現することができる。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る電界放出基板は、マトリクス状に配置された複数の請求項１または請求項２に記載の電界放出装置を備えた構成を有している。
【００１２】
この構成により、全面に渡って均一な電界放出特性を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係る駆動装置は、請求項３に記載の電界放出基板をマトリクス駆動するようにした構成を有している。
【００１４】
この構成により、全面に渡って均一な電界放出特性を得ることができる電界放出基板の電界放出装置をマトリクス駆動することができる。
【００１５】
また、本発明の請求項５に係るディスプレイは、請求項３に記載の電界放出基板と、請求項４に記載の駆動装置と、前記電界放出基板によって放出された電子が入射されたときに蛍光を発する蛍光体基板と、を備えた構成を有している。
【００１６】
この構成により、均一な放出特性を有する複数の電界放出装置によって構成された電界放出基板を備えているため、１画素当たりの電界放出装置の数を減少させることができ、高精細に画像を表示することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本発明のディスプレイ１００は、電界放出基板１０００と、駆動装置１１０と、蛍光体基板１２０とを備えている。
【００１８】
電界放出基板１０００は、複数の電界放出装置１１００を備えている。各電界放出装置１１００は、マトリクス状に配置されており、電圧が印加されたときに電子を放出するようになっている。なお、本発明の実施の形態に係る電界放出装置１１００の詳細については、後で述べる。また、電界放出基板１０００は、各電界放出装置１１００に電圧を印加するための複数の線順次母線および複数の陰極母線を備えている。各線順次母線は、各陰極母線と直交するように配置されている。なお、線順次母線および陰極母線は、それぞれ電気配線のことである。
【００１９】
駆動装置１１０は、外部から入力された映像信号に基づいて、複数の各線順次母線と各陰極母線とにパルス電圧を順次印加し、各電界放出装置１１００をマトリクス駆動するようになっている。なお、以下の説明において、線順次母線に印加されるパルス電圧を線順次電圧と呼び、陰極母線に印加されるパルス電圧を陰極電圧と呼ぶ。
また、駆動装置１１０は、各電界放出装置１１００によって放出された電子を加速するための加速電圧を蛍光体基板１２０が有する透明電極に印加するようになっている。
【００２０】
蛍光体基板１２０は、真空に保たれた間隙を介して電界放出基板１０００と対向して設置されている。また、蛍光体基板１２０は、図示しない透明電極と蛍光体とを有しており、透明電極には、各電界放出装置１１００によって放出された電子を加速するための加速電圧が駆動装置１１０によって印加されるようになっている。また、蛍光体には、電界放出基板１０００の各電界放出装置１１００によって放出され加速電圧によって加速された電子が入射されるようになっており、蛍光体は、電子が入射されたときに所定の波長で蛍光を発するようになっている。
【００２１】
次に、本発明の実施の形態の電界放出装置１１００について説明する。
図２に示すように、本発明の電界放出装置１１００は、線順次母線に接続された電界放出手段１１２０と、電界放出手段１１２０に直列接続された可変抵抗器手段１１３０とを備えている。
【００２２】
電界放出手段１１２０は、図示しない第１電極と第２電極とを有しており、第１電極と第２電極との間に所定の電圧が印加されたときに電子を放出するようになっている。なお、第１電極は、線順次母線を介して駆動装置１１０に接続されている。また、第２電極は、可変抵抗器手段１１３０に接続されている。
【００２３】
なお、電界放出手段１１２０は、従来からあるスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型エミッタ、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型構造のエミッタ、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型構造のエミッタ、表面伝導型エミッタ、またはカーボンナノチューブを用いたエミッタなどによって構成され、従来からあるエミッタであればその構成を限定されない。
【００２４】
また、スピント型エミッタの場合にあっては、ニオブ、タングステンまたはモリブデンなどの高融点金属材料、シリコンをはじめとする半導体材料、並びにダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素などをそのティップ材料として用いていることはいうまでもない。
【００２５】
なお、電界放出手段１１２０は、第１電極と第２電極との間に絶縁膜または間隙を有し、固有の電気抵抗値を有していることから、図３に示すように、コンデンサと抵抗器とが並列に接続された電気回路と等価に表される。
【００２６】
なお、電界放出手段１１２０において放出電流とリーク電流とによって構成される電流が発生するようになっている。ここで、放出電流とは、第１電極と第２電極との間に所定の電圧が印加されたときに電界放出手段１１２０が電子を放出することによって発生する電流をいう。また、リーク電流とは、第１電極と第２電極との間に電圧が印加されたときに抵抗器に流れる電流をいう。
【００２７】
可変抵抗器手段１１３０は、電界放出手段１１２０に電圧が印加されたときに発生する電流の電流値に応じて電気抵抗値が変化するように構成され、例えば、電界放出手段１１２０に直列接続された光導電材料部１１３１と、光導電材料部１１３１に並列接続された照射光放射素子部１１３２とによって構成される。なお、可変抵抗器手段１１３０は、陰極母線に接続されている。
【００２８】
照射光放射素子部１１３２は、電界放出手段１１２０に電圧が印加されたときに発生する電流によって駆動され、電流が注入されたときに光導電材料部１１３１に照射する照射光を放射するようになっており、注入される電流の電流値が増加するに従って照射光の光量を増加するようになっている。なお、照射光放射素子部１１３２は、例えば、発光ダイオードまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス、Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子などの発光素子よりなる。
【００２９】
光導電材料部１１３１には、照射光放射素子部１１３２によって放射された照射光が入射されるようになっており、光導電材料部１１３１は、照射光の光量が増加するに従ってその電気抵抗値が減少するようになっている。なお、光導電材料部１１３１は、例えば、非晶質の半導体材料によって構成される。また、光導電材料部１１３１は、電界放出手段１１２０に接続されており、また、陰極母線を介して駆動装置１１０に接続されている。
【００３０】
照射光放射素子部１１３２は、所定値以上の電流が注入されたときに照射光を放射するようになっていてもよく、もしくは、光導電材料部１１３１は、照射される照射光の光量の増加に対して、例えば、指数関数的に電気抵抗値が減少するようになっていてもよい。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態の電界放出装置１１００の実際の形成例について説明する。
図４において、基板４１００上に電界放出手段１１２０、光導電材料部１１３１および照射光放射素子部１１３２が形成されている。なお、図４において、電界放出手段１１２０は、ＭＩＳ型構造のエミッタよりなっている。また、照射光放射素子部１１３２は、発光ダイオードよりなっている。
【００３２】
第１の金属電極膜４１１０および第２の金属電極膜４１５０は、照射光放射素子部１１３２と光導電材料部１１３１とを並列に接続する配線を構成している。なお、第２の金属電極膜４１５０は、遮光性が高い金属で形成されるか、遮光性が充分に得られる程度の膜厚を有するように形成されることが望ましい。
また、Ｎ型半導体膜４１２０およびＰ型半導体膜４１３０は、照射光放射素子部１１３２を構成しており、光導電材料膜４１４０は、光導電材料部１１３１を構成している。
【００３３】
また、半導体膜４１６０、絶縁体膜４１７０および第３の金属電極膜４１８０は、電界放出手段１１２０を構成している。なお、前述した電界放出手段１１２０が有する第１電極は、第３の金属電極膜４１８０よりなり、前述した電界放出手段１１２０が有する第２電極は、第２の金属電極膜４１５０よりなる。
【００３４】
次に、本発明の実施の形態の電界放出装置１１００の動作について説明する。ここで、以下の説明において、Ｒｇｃは電界放出手段１１２０の電気抵抗値であり、Ｒｏ０は光導電材料部１１３１に光が照射されていないときの可変抵抗器手段１１３０全体の電気抵抗値、すなわち可変抵抗器手段１１３０の暗抵抗値である。また、Ｒｏは光導電材料部１１３１に光が照射されているときの可変抵抗器手段１１３０全体の電気抵抗値、すなわち可変抵抗器手段１１３０の明抵抗値である。また、Ｖｇは線順次電圧の電圧値であり、Ｖｃは陰極電圧の電圧値である。また、Ｉｌｅａｋはリーク電流の電流値である。また、Ｖｔｈは、可変抵抗器手段１１３０によって電子が放出されるときの電圧の閾値である。
【００３５】
まず、線順次母線に線順次電圧が印加され、陰極母線に陰極電圧が印加されることによって、電界放出装置１１００に電圧が印加される。このとき、電界放出手段１１２０に印加される電圧の電圧値、Ｖ１は、式（１）のように表すことができる。
Ｖ１＝Ｒｇｃ・（Ｖｇ−Ｖｃ）／（Ｒｇｃ＋Ｒｏ０）  （１）
【００３６】
Ｖ１がＶｔｈよりも大きい場合には、電界放出手段１１２０によって電子が放出される。
一方、Ｖ１がＶｔｈよりも小さい場合、すなわちＲｇｃが小さい場合には、電界放出手段１１２０によって電子が放出されずに、放出電流よりも大きなリーク電流が発生する。このリーク電流の電流値、Ｉｌｅａｋに応じた光量の照射光が照射光放射素子部１１３２によって放射され、放射された照射光が光導電材料部１１３１に照射される。
【００３７】
照射光が照射された光導電材料部１１３１の電気抵抗値が減少することによって、可変抵抗器手段１１３０全体の電気抵抗値がＲｏ０からＲｏまで減少し、電界放出手段１１２０に印加される電圧の電圧値がＶｔｈよりも大きくなり、電界放出手段１１２０によって電子が放出される。
【００３８】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る電界放出装置１１００は、電界放出手段１１２０に電圧が印加されたときに発生する電流、特にリーク電流の電流値が増加したときに、電界放出手段１１２０に直列に接続された光導電材料部１１３１の電気抵抗値が減少され、電界放出手段１１２０に印加される電圧値が増加される。このため、電界放出手段の電気抵抗値が小さいために電界放出手段に所定の電圧が印加されない場合であっても、電界放出特性を補償することができ、一様な電界放出特性を得ることができる。
また、本発明の実施の形態に係る電界放出装置１１００は、ガラス基板のような大きな面積を有する基板上に作製することができるため、本発明の実施の形態に係る電界放出装置１１００を用いたディスプレイ１００において、高精細に画像を表示できる大画面ディスプレイを実現することができる。
また、本発明の実施の形態に係る電界放出装置１１００を備えたディスプレイ１００は、均一な放出特性を有する複数の電界放出装置１１００によって構成されているため、１画素当たりの電界放出装置１１００の数を減少させることができ、高精細に画像を表示することができる。
また、本発明の実施の形態に係る電界放出装置１１００を用いたディスプレイ１００は、駆動装置１１０によって出力されるパルス電圧のパルス数またはパルス幅を変調することによって中間調の画像を表示することができる。
【００３９】
なお、光導電材料部１１３１に照射光が照射されたときの電気抵抗値の最小値は、電界放出手段１１２０の電気抵抗値よりも十分に小さいことが好ましい。これにより、電界放出手段１１２０に印加される電圧の電圧値の調整において大きなダイナミックレンジを得ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、一様な電界放出特性を得ることができる電界放出装置、電界放出基板、駆動装置およびディスプレイを提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のディスプレイのブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の電界放出装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態の電界放出装置の等価回路図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る基板上に作製された電界放出装置の断面図である。
【符号の説明】
１００  ディスプレイ
１１０  駆動装置
１２０  蛍光体基板
１０００  電界放出基板
１１００  電界放出装置
１１２０  電界放出手段
１１３０  可変抵抗器手段
１１３１  光導電材料部
１１３２  照射光放射素子部
４１００  基板
４１１０  第１の金属電極膜
４１２０  Ｎ型半導体膜
４１３０  Ｐ型半導体膜
４１４０  光導電材料膜
４１５０  第２の金属電極膜
４１６０  半導体膜
４１７０  絶縁体膜
４１８０  第３の金属電極膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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