(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に直列接続され電界放出手段によって電子が放出されたときに発生する放出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、放出電流の電流値が減少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ことができる。【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よって電子が放出されたときに発生する放出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、前記放出電流の電流値が減少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、前記光導電材料部に照射する前記照射光を放射する照射光放射部と、前記放出電流の電流値に応じて前記照射光の光量を調整する照射光量調整部と、を有し、前記照射光量調整部が、前記放出電流の電流値が減少するに従って前記照射光の光量が増加するよう調整する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て、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、超微細加工技術を用いて作製されているため、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、エミッタ形状、エミッタの表面状態などにばらつきが生じ、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よって電子が放出されたときに発生する放出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、前記放出電流の電流値が減少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、放出電流の電流値が設計値よりも少ない場合には、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、放出電流の電流値が増加される。このため、電界放出手段の電子の放出特性が理想的な特性とは異なる場合にあっても、その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、前記光導電材料部に照射する前記照射光を放射する照射光放射部と、前記放出電流の電流値に応じて前記照射光の光量を調整する照射光量調整部と、を有し、前記照射光量調整部が、前記放出電流の電流値が減少するに従って前記照射光の光量が増加するよう調整する構成を有している。
【００１０】
この構成により、照射光調整部に例えば液晶などの光学シャッタを用いることで請求項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、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】
なお、蛍光体基板１２０に入射された電子は、蛍光体基板１２０と駆動装置１１０とに接続された電線を介して駆動装置１１０に移動するようになっている。以下の説明において、蛍光体基板１２０から駆動装置１１０までの電子の移動によって発生する電流のことを陽極電流という。
【００２２】
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および陰極母線に接続された可変抵抗器手段１１３０とを備えている。
【００２３】
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。
【００２４】
ここで、以下の説明において、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のことを放出電流という。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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が並列に接続された電気回路と等価に表される。
【００２８】
可変抵抗器手段１１３０は、放出電流の電流値に応じて電気抵抗値が変化するようになっている。より具体的には、可変抵抗器手段１１３０は、陽極電流が放出電流に比例しているものと仮定して、陽極電流の電流値に応じて電気抵抗値が変化するようになっている。なお、可変抵抗器手段１１３０は、陽極電流の電流値が予め設定された設計値と一致するよう電気抵抗値が変化するようになっている。
【００２９】
ここで、可変抵抗器手段１１３０は、例えば図２に示すように、電界放出手段１１２０および駆動装置１１０に接続された光導電材料部１１３１と、蛍光体基板１２０に接続された照射光量調整部１１３２と、照射光放射部１１３３とによって構成される。なお、照射光放射部１１３３は、外部装置によって給電されるようになっていてもよいし、駆動装置１１０によって給電されるようになっていてもよい。
【００３０】
照射光放射部１１３３は、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いる。なお、本発明の実施の形態においては、照射光放射部１１３３は、常時一定の光量の照射光を放射するようになっているものとするが、照射光放射部１１３３は、放射する照射光の光量を変更できるように構成されていてもよい。なお、本発明の実施の形態の電界放出装置１１００においては、照射光放射部１１３３が電界放出装置１１００ごとに備えられているが、電界放出基板１０００で１つの照射光放射部１１３３を有して、各光導電材料部１１３１に照射光を照射するようになっていてもよい。
【００３１】
照射光量調整部１１３２は、放出電流の電流値に応じて光導電材料部１１３１に照射される照射光の光量を調整するようになっている。より具体的には、照射光量調整部１１３２は、陽極電流が放出電流に比例しているものと仮定して、陽極電流の電流値に応じて光導電材料部１１３１に照射される照射光の光量を調整するようになっている。ここで、照射光量調整部１１３２は、陽極電流の電流値が陽極電流の設計値を超えている場合には、光導電材料部１１３１に照射光が入射されないように構成されるのが好ましい。
【００３２】
ここで、照射光量調整部１１３２の具体的な構成例について説明する。
図３に示すように、照射光量調整部１１３２は、抵抗器１１３２ａと光学シャッタ１１３２ｂとによって構成される。
【００３３】
抵抗器１１３２ａは、所定の電気抵抗値を有する固定抵抗器よりなり、抵抗器１１３２ａの両端には、陽極電流の電流値に応じた電圧値の電圧が発生するようになっている。なお、本発明の実施の形態において、抵抗器１１３２ａは、固定抵抗器よりなっているが、可変抵抗器よりなっていてもよい。
【００３４】
光学シャッタ１１３２ｂには、抵抗器１１３２ａの両端に発生した電圧が印加されるようになっており、照射光放射部１１３３によって放射された照射光が入射されるようになっている。光学シャッタ１１３２ｂは、印加された電圧の電圧値が減少するに従って光導電材料部１１３１に照射される照射光の光量を増加するように、照射光の透過率を変更するようになっている。
【００３５】
なお、光学シャッタ１１３２ｂは、印加された電圧の電圧値に応じて照射光の透過率を連続的に変更できるように構成されることが好ましい。さらに、光学シャッタ１１３２ｂは、１ｍｓ以下の応答時間で透過率を変更できるように構成されることが好ましい。また、光学シャッタ１１３２ｂは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる半導体微細加工技術を応用した金属メンブレンによって構成されてもよい。
【００３６】
ここで、光学シャッタ１１３２ｂは、例えば、従来よりある液晶によって構成されてもよい。光学シャッタ１１３２ｂが液晶によって構成される場合には、光学シャッタ１１３２ｂは、図４に示すように、インバータ１１３２ｃと液晶シャッタ１１３２ｄとによって構成される。
【００３７】
インバータ１１３２ｃには、抵抗器１１３２ａの両端に発生する電圧が印加されるようになっている。インバータ１１３２ｃは、印加される電圧の電圧値が減少するに従って液晶シャッタ１１３２ｄに印加される電圧の電圧値を増加するようにして、液晶シャッタ１１３２ｄに印加される電圧の電圧値を変更するようになっている。
【００３８】
液晶シャッタ１１３２ｄには、インバータ１１３２ｃによって電圧値が変更された電圧が印加されるようになっている。液晶シャッタ１１３２ｄは、印加された電圧の電圧値が増加するに従って光導電材料部１１３１に照射される照射光の光量を増加するように、照射光の透過率を変更するようになっている。なお、液晶シャッタ１１３２ｄは、カイラルネマティック液晶によって構成されてもよいし、ポリマー繊維と強誘電液晶とを混合して応答速度が高められた液晶によって構成されてもよい。
【００３９】
光導電材料部１１３１には、照射光量調整部１１３２によって光量が調整された照射光が照射されるようになっており、光導電材料部１１３１は、照射される光の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、照射される照射光の光量に応じて電気抵抗値が変化するようになっている。なお、光導電材料部１１３１は、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。
【００４０】
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５において、基板５１００上に前述した電界放出手段１１２０、光導電材料部１１３１および液晶シャッタ１１３２ｄが形成されている。なお、図５において、電界放出手段１１２０は、ＭＩＭ型構造のエミッタよりなっている。
【００４１】
第１の液晶用電極膜５１１０、液晶膜５１２０および第２の液晶用電極膜５１３０は、前述した液晶シャッタ１１３２ｄを構成しており、光導電材料膜５１６０は、前述した光導電材料部１１３１を構成している。
また、第１のエミッタ電極膜５１７０、エミッタ用絶縁体膜５１８０および第２のエミッタ電極膜５１９０は、前述した電界放出手段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２のエミッタ電極膜５１９０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１のエミッタ電極膜５１７０よりなる。
【００４２】
絶縁体膜５１４０は、光導電材料部１１３１と液晶シャッタ１１３２ｄとを絶縁するようになっている。なお、絶縁体膜５１４０は、照射光を透過させるように構成されることが望ましい。
光導電膜用電極膜５１５０ａおよび陰極側引出電極膜５１５０ｂは、陰極母線に接続されるようになっている。
【００４３】
ここで、基板５１００は、例えば、ガラス基板によって構成され、照射光を透過させるように構成されることが望ましい。また、第１の液晶用電極膜５１１０、第２の液晶用電極膜５１３０および光導電膜用電極膜５１５０ａは、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）のような透明電極によって構成され、照射光を透過させるように構成されることが望ましい。
【００４４】
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。なお、初期状態において光導電材料部１１３１には照射光が照射されていないものとする。
まず、駆動装置１１０によって電界放出装置１１００に線順次電圧と陰極電圧とが印加され、電界放出手段１１２０に電圧値、Ｖ１の電圧が印加される。Ｖ１は式（１）のように表される。
Ｖ１＝Ｒｍ・（Ｖｇ−Ｖｃ）／（Ｒｍ＋Ｒｏ０）  （１）
ここで、Ｖｇは線順次電圧の電圧値、Ｖｃは陰極電圧の電圧値である。また、Ｒｍ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の電気抵抗値の初期値である。
【００４５】
電圧値、Ｖ１の電圧が印加された電界放出手段１１２０によって電子が放出され、放出された電子が蛍光体基板１２０に印加された加速電圧によって加速されて蛍光体基板１２０に入射される。このとき、蛍光体基板１２０に入射された電子が駆動装置１１０に移動することによって陽極電流が発生する。
【００４６】
ここで、照射光放射部１１３３によって照射光が放射される。陽極電流の電流値が設計値を超えている場合には、全ての照射光が照射光量調整部１１３２によって遮断され、照射光が光導電材料部１１３１には照射されない。
一方、陽極電流の電流値が設計値よりも小さい場合には、陽極電流の電流値に応じた照射光の光量の調整が照射光量調整部１１３２によって行われ、光量が調整された照射光が光導電材料部１１３１に照射される。
【００４７】
光導電材料部１１３１に照射光が照射されることによって光導電材料部１１３１の電気抵抗値が減少し、電界放出手段１１２０に印加される電圧の電圧値は増加する。印加される電圧値の増加に伴い、電界放出手段１１２０によって放出される電子の数が増加する。
【００４８】
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、放出電流の電流値が設計値よりも少ない場合には、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、放出電流の電流値が増加される。このため、各電界放出手段１１２０の電子の放出特性が理想的な特性とは異なる場合にあっても、その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。
【００４９】
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。
【００５０】
【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の電界放出装置に係る光学シャッタの構成例である。
【図５】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  照射光量調整部
１１３２ａ  抵抗器
１１３２ｂ  光学シャッタ
１１３２ｃ  インバータ
１１３２ｄ  液晶シャッタ
１１３３  照射光放射部
５１００  基板
５１１０  第１の液晶用電極膜
５１２０  液晶膜
５１３０  第２の液晶用電極膜
５１４０  絶縁体膜
５１５０ａ  光導電膜用電極膜
５１５０ｂ  陰極側引出電極膜
５１６０  光導電材料膜
５１７０  第１のエミッタ電極膜
５１８０  エミッタ用絶縁体膜
５１９０  第２のエミッタ電極膜
【図１】
2005025967.tif 000003
【図２】
2005025967.tif 000004
【図３】
2005025967.tif 000005
【図４】
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【図５】
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