(57)【要約】本発明は、駆動時間の長短に関わらず、エミッション電流を安定的に制御することができる電界放出型冷陰極素子の駆動方法及び駆動装置を提供することを目的とする。そのために本発明に係る電界放出型冷陰極素子の駆動方法では、駆動電圧を、基準レベルの電子をエミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、駆動時間の経過に応じて駆動電圧を上昇させて電子放出性能が基準レベルを上回るように維持した状態で、エミッタへの供給電流量を基準レベルに調整することにより、実際のエミッション電流を基準レベルに設定する。この駆動方法では、駆動電圧を最小駆動電圧よりも高く維持した状態で、エミッタへの供給電流量を基準レベルに調整するので、駆動時間の経過により電界放出型冷陰極素子の電子放出性能の劣化が進んだ場合であっても、安定した量のエミッション電流を維持できると共に、揺らぎのない電子放出を実現することが出来る。
2004512559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動時間の経過とともにエミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極素子の性能補償方法であって、
前記エミッタ以外の電極に作用してエミッタからの電子放出性能を調整する第１の調整因子を用いて、前記電界放出型冷陰極素子の電子放出性能が基準レベルを上回る状態に調整する第１ステップと、
エミッタ回路におけるエミッタへの供給エネルギを調整する第２の調整因子を用いて、エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する第２ステップとを備える
ことを特徴とする電界放出型冷陰極素子の性能補償方法。
【請求項２】
駆動時間の経過とともにエミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極素子の駆動方法であって、
前記エミッタ以外の電極に作用してエミッタからの電子放出性能を調整する第１の調整因子を用いて、前記電界放出型冷陰極素子の電子放出性能が基準レベルを上回る状態に調整する第１ステップと、
エミッタ回路におけるエミッタへの供給エネルギを調整する第２の調整因子を用いて、エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する第２ステップとを備える
ことを特徴とする電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項３】
前記第２ステップでは、バイポーラトランジスタあるいはユニポーラトランジスタの飽和領域における定電流特性を用いて、前記エミッタへの供給電流を調整する
ことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項４】
前記電界放出型冷陰極素子は、前記エミッタの他に引き出し電極を備え、
前記第１ステップは、前記基準レベルの電子を前記エミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、前記駆動電圧を制御するサブステップを備える
ことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項５】
前記第１ステップは、駆動時間をカウントするサブステップを備え、
前記駆動電圧を制御するサブステップは、前記駆動時間の経過に応じて前記駆動電圧を制御する
ことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項６】
前記駆動電圧を制御するサブステップでは、駆動時間の経過による前記電界放出型冷陰極素子の電子放出性能の劣化に対して前記駆動電圧を上昇させる
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項７】
前記駆動電圧を制御するサブステップでは、前記電子放出量の低下、あるいは、前記電子放出量の変動幅の増大、あるいは、前記最小駆動電圧と駆動電圧との差分の減少により、前記電界放出型冷陰極素子の電子放出性能の劣化を検出する
ことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項８】
前記駆動電圧を制御するサブステップでは、駆動時間と設定すべき前記駆動電圧とを対応付けたテーブルを、駆動時間毎に参照して前記駆動電圧を上昇させる
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項９】
入力される画像信号に基づいて前記基準レベルを調整する第３ステップを備える
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項１０】
前記電界放出型冷陰極素子は、前記エミッタと対向するように蛍光体からなる層を備え、
前記第３ステップは、駆動時間の経過による前記蛍光体の劣化を補うように前記基準レベルを調整する
ことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項１１】
前記第３ステップでは、駆動時間と前記基準レベルとを対応付けたテーブルを、駆動時間毎に参照して基準レベルを調整する
ことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項１２】
前記第３ステップでは、信号入力側における信号補正回路により、前記画像信号に比例する値に前記基準レベルを調整する
ことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動方法。
【請求項１３】
駆動時間の経過とともにエミッタからの電子放出能力が劣化する電界放出型冷陰極素子の駆動装置であって、
前記エミッタ以外の電極に作用して、基準レベルを上回る状態に前記電界放出型冷陰極素子の電子放出性能を調整する第１の調整手段と、
エミッタ回路におけるエミッタへの供給エネルギを調整することによって、前記エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する第２の調整手段とを備える
ことを特徴とする電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項１４】
前記電界放出型冷陰極素子は、前記エミッタの他に引き出し電極を備え、
前記エミッタおよび引き出し電極は、カソード基板の主表面に形成され、
前記第２の調整手段は、少なくとも前記カソード基板の主表面を除く領域に形成されている
ことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項１５】
前記第２の調整手段は、バイポーラトランジスタあるいはユニポーラトランジスタの飽和領域における定電流特性を用いて、前記エミッタへの供給電流を調整する
ことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項１６】
前記電界放出型冷陰極素子は、前記エミッタの他に引き出し電極を備え、
前記第１の調整手段は、前記引き出し電極に印加する駆動電圧を調整する手段であって、前記基準レベルの電子を前記エミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、前記駆動電圧を制御する部分を備える
ことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項１７】
前記第１の調整手段は、駆動時間をカウントする部分を備え、
前記駆動電圧を制御する部分は、前記駆動時間の経過に応じて前記駆動電圧を制御する
ことを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項１８】
前記駆動電圧を制御する部分は、駆動時間の経過による前記電界放出型冷陰極素子の電子放出性能の劣化に対して前記駆動電圧を上昇させる
ことを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項１９】
前記駆動電圧を制御する部分は、前記電子放出量の低下、あるいは、前記電子放出量の変動幅の増大、あるいは、前記最小駆動電圧と駆動電圧との差分の減少により、前記電界放出型冷陰極素子の電子放出性能の劣化を検出する
ことを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項２０】
前記駆動電圧を制御する部分は、予め駆動時間と前記電子放出性能とを対応付けたテーブルを備えており、駆動時間毎に前記テーブルを参照して前記駆動電圧を上昇させる
ことを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項２１】
入力される画像信号に基づいて前記基準レベルを調整する第３の調整手段を備える
ことを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項２２】
前記電界放出型冷陰極素子は、前記エミッタと対向するように蛍光体からなる層を備え、
前記第３の調整手段は、駆動時間の経過による前記蛍光体の劣化を補うように前記基準レベルを調整する
ことを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項２３】
前記第３の調整手段は、予め駆動時間と前記蛍光体の劣化とを対応付けたテーブルを備えており、駆動時間毎に前記テーブルを参照して前記基準レベルを調整する
ことを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項２４】
前記第３の調整手段は、信号入力側に信号補正回路を有し、前記画像信号に比例する値に前記基準レベルを調整する
ことを特徴とする請求の範囲第２２項に記載の電界放出型冷陰極素子の駆動装置。
【請求項２５】
エミッタおよび引き出し電極を備え、駆動時間の経過とともに前記エミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極素子であって、
駆動時間をカウントする手段と、
前記引き出し電極に印加する駆動電圧を、基準レベルの電子を前記エミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、駆動時間の経過により前記駆動電圧を上昇させる手段と、
前記エミッタへ供給する電流量を調整することによって、前記エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する手段とを備える
ことを特徴とする電界放出型冷陰極素子。
【請求項２６】
エミッタおよび引き出し電極を備え、駆動時間の経過とともに前記エミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極源であって、
駆動時間をカウントする手段と、
前記引き出し電極に印加する駆動電圧を、基準レベルの電子を前記エミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、駆動時間の経過により前記駆動電圧を上昇させる手段と、
前記エミッタへ供給する電流量を調整することによって、前記エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する手段とを備える
ことを特徴とする電界放出型冷陰極源。
【請求項２７】
エミッタおよび引き出し電極を備え、駆動時間の経過とともに前記エミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極素子からなる光源であって、
駆動時間をカウントする手段と、
前記引き出し電極に印加する駆動電圧を、基準レベルの電子を前記エミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、駆動時間の経過により前記駆動電圧を上昇させる手段と、
前記エミッタへ供給する電流量を調整することによって、前記エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する手段とを備える
ことを特徴とする光源。
【請求項２８】
エミッタおよび引き出し電極を備え、駆動時間の経過とともに前記エミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極素子からなる画像表示装置であって、
駆動時間をカウントする手段と、
前記引き出し電極に印加する駆動電圧を、基準レベルの電子を前記エミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、駆動時間の経過により前記駆動電圧を上昇させる手段と、
前記エミッタへ供給する電流量を調整することによって、前記エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する手段とを備える
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２９】
エミッタおよび引き出し電極を備え、駆動時間の経過とともに前記エミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極素子からなる電子銃であって、
駆動時間をカウントする手段と、
前記引き出し電極に印加する駆動電圧を、基準レベルの電子を前記エミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、駆動時間の経過により前記駆動電圧を上昇させる手段と、
前記エミッタへ供給する電流量を調整することによって、前記エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する手段とを備える
ことを特徴とする電子銃。
【請求項３０】
エミッタおよび引き出し電極を備え、駆動時間の経過とともに前記エミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極素子からなる電子ビーム装置であって、
駆動時間をカウントする手段と、
前記引き出し電極に印加する駆動電圧を、基準レベルの電子を前記エミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、駆動時間の経過により前記駆動電圧を上昇させる手段と、
前記エミッタへ供給する電流量を調整することによって、前記エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する手段とを備える
ことを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項３１】
駆動時間の経過とともにエミッタからの電子放出能力が劣化する電界放出型冷陰極素子からなる陰極線管であって、
エミッタ以外の電極に作用して、基準レベルを上回る状態に前記電界放出型冷陰極素子の電子放出性能を調整する第１の調整手段と、
エミッタ回路におけるエミッタへの供給エネルギを調整することによって、前記エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する第２の調整手段とを備える
ことを特徴とする陰極線管。
【請求項３２】
前記電界放出型冷陰極素子は、前記エミッタの他に引き出し電極を備え、
前記第１の調整手段は、前記引き出し電極に印加する駆動電圧を調整する手段であるとともに、
駆動時間をカウントする部分と、
前記基準レベルの電子を前記エミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、駆動時間の経過に応じて前記駆動電圧を制御する部分とを備える
ことを特徴とする請求の範囲第３１項に記載の陰極線管。
【請求項３３】
前記エミッタおよび引き出し電極は、カソード基板の主表面に形成され、前記第２の調整手段は、少なくとも前記カソード基板の主表面を除く領域に形成されている
ことを特徴とする請求の範囲第３２項に記載の陰極線管。
【請求項３４】
当該陰極線管は、前記電界放出型冷陰極素子からなる電子銃を、Ｒ，Ｇ，Ｂ用のそれぞれに有する
ことを特徴とする請求の範囲第３２項に記載の陰極線管。
【請求項３５】
各電子銃に備えられる前記駆動電圧を制御する部分は、各電子放出素子の電子放出性能に応じて、前記駆動電圧を相互に調整する
ことを特徴とする請求の範囲第３４項に記載の陰極線管。
【請求項３６】
エミッタおよび引き出し電極を備え、駆動時間の経過とともに前記エミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極素子からなる陰極線管システムであって、
駆動時間をカウントする手段と、
前記引き出し電極に印加する駆動電圧を、基準レベルの電子を前記エミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、駆動時間の経過により前記駆動電圧を上昇させる手段と、
前記エミッタへ供給する電流量を調整することによって、前記エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する手段とを備える
ことを特徴とする陰極線管システム。
【請求項３７】
エミッタおよび引き出し電極を備え、駆動時間の経過とともに前記エミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極素子からなる放電管であって、
駆動時間をカウントする手段と、
前記引き出し電極に印加する駆動電圧を、基準レベルの電子を前記エミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、駆動時間の経過により前記駆動電圧を上昇させる手段と、
前記エミッタへ供給する電流量を調整することによって、前記エミッタからの実際の電子放出量を前記基準レベルに設定する手段とを備える
ことを特徴とする放電管。
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は、電界放出型冷陰極素子の駆動方法及び駆動装置に関する。
【０００１】
（背景技術）
冷陰極素子は、従来の熱陰極素子のようにエミッタを加熱することなく、エミッタに強い電界を印加することにより電子を放出する素子である。近年では、このような冷陰極素子を電子放出源として用いるＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ）や陰極線管（ＣＲＴ）の研究・開発が進められている。
【０００２】
電界放出型の冷陰極素子の本体部分及び駆動回路について、図１０を用いて説明する。
図１０に示すように、カソード基板１０１の表面には、薄膜状のカソード電極１０２が形成され、その上にエミッタ１０５及び絶縁層１０３、さらに絶縁層１０３の上に引き出し電極１０４が形成されている。ここで、引き出し電極１０４には、エミッタ１０５が臨むように、開口部が形成されている。
【０００３】
次に、アノード基板１０６のカソード基板１０１に対向する側の面には、アノード電極１０７が形成されている。
エミッタ１０５とアノード電極１０７との間は、一般に１０−６Ｐａ程度の真空に維持されている。
駆動回路は、引き出し電極１０４に接続される駆動電源１０９と、アノード電極１０７に接続される加速電源１１０からなる。
【０００４】
また、カソード電極１０２は、接地されている。
この駆動回路により、引き出し電極１０４とエミッタ１０５との間には、エミッタ１０５の周辺領域に電界を発生させるための駆動電圧Ｖｅｘが印加されると共に、アノード電極１０７とエミッタ１０５との間には、放出された電子を加速するための加速電圧Ｖａが印加される。
【０００５】
図１１は、上記冷陰極素子における、駆動電圧Ｖｅｘとエミッタ１０５からの電子の放出量（以下、「エミッション電流」という）Ｉとの関係を示す特性図である。
図に示すように、エミッション電流Ｉは、引き出し電極１０４にしきい電圧Ｖｔｈ以上の駆動電圧Ｖｅｘを印加した時点（図中のポイント１２００）で上昇を開始する。さらに駆動電圧Ｖｅｘを上昇させることにより、エミッション電流Ｉは、実線で示す曲線に従って上昇していく。
【０００６】
エミッション電流ＩをＩｅに設定する場合、この駆動回路における初期の動作点は、駆動電圧ＶｅｘがＶ０、エミッション電流ＩがＩｅのポイント１２０１である。
ところで、エミッション電流Ｉは、駆動電圧ＶｅｘをＶ０に維持した状態であっても、駆動時間ｔの経過に伴い徐々に低下していく。駆動電圧Ｖｅｘとエミッション電流Ｉとの関係を示す曲線は、図中の矢印で示すように駆動時間ｔの経過に伴って右方に移動して行き、駆動時間ｔ１（例えば５０００時間程度）が経過した時点において、破線で示す曲線の関係をとるに至る。時間ｔ１が経過した時点でのエミッション電流Ｉは、Ｉｆとなる（ポイント１２０２）。エミッション電流Ｉは、この後も駆動時間ｔの経過に伴い低下していく。
【０００７】
このような冷陰極素子の特性を、横軸に駆動時間ｔ、縦軸にエミッション電流Ｉをとって示したのが、図１２である。
上述の通り、エミッション電流Ｉは、初期の動作点１３０１から駆動時間ｔの経過に伴い低下して時間ｔ１経過時点においてＩｆとなる（ポイント１３０２）。その後もエミッション電流Ｉは、駆動時間ｔの経過に伴い低下していく。
【０００８】
さらに、エミッション電流Ｉは、図に示すように、駆動中において絶えず細かな振幅である揺らぎを伴う。これは、電子放出空間に僅かに残留したガスの存在により、放出される電子量が不安定になって起こると考えられる。
上記のように、エミッション電流Ｉの不安定な冷陰極素子は、画像表示装置や各種電子装置への応用が困難となる。例えば、カラーＣＲＴなどに応用する場合、エミッション電流Ｉの低下や揺らぎは、画像の輝度劣化やちらつきや色ずれの原因となる。
【０００９】
これに対して、特開平９−６３４６６号公報や特開平８−８７９５７号公報などには、素子に電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という）の機能を付加することによりエミッション電流Ｉを安定化させるというものが開示されている。
しかしながら、これら開示の技術では、駆動開始から一定の時間内においてはエミッション電流Ｉを安定化させる効果があるが、駆動時間の経過に伴うエミッタの電子放出性能の劣化が一定の範囲を越えた場合にはエミッション電流Ｉを安定化させる効果がない。
【００１０】
（発明の開示）
本発明は、駆動時間の長短に関わらず、エミッション電流を安定的に制御することができる電界放出型冷陰極素子の駆動方法及び駆動装置を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、本発明は、駆動時間の経過とともにエミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極素子の駆動方法であって、エミッタ以外の電極に作用してエミッタからの電子放出性能を調整する第１の調整因子を用いて、電界放出型冷陰極素子の電子放出性能が基準レベルを上回る状態に調整する第１ステップと、エミッタ回路におけるエミッタへの供給エネルギを調整する第２の調整因子を用いて、エミッタからの実際の電子放出量を基準レベルに設定する第２ステップとを備えることとした。
【００１１】
この駆動方法では、電界放出型冷陰極素子の電子放出性能が基準レベルを上回る状態において、エミッタ回路におけるエミッタへの供給エネルギを調整して実際の電子放出量を基準レベルに設定するので、駆動時間の長短に関わらず安定した電子放出量を維持することが出来る。
また、この駆動方法では、駆動中における揺らぎの発生を抑制することが出来る。
【００１２】
上記の駆動方法において、第２ステップでは、バイポーラトランジスタあるいはユニポーラトランジスタの飽和領域における定電流特性を用いて、エミッタへの供給電流を調整することが望ましい。
また、上記電界放出型冷陰極素子は、通常エミッタの他に引き出し電極を備えるが、その場合、第１ステップは、基準レベルの電子をエミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、引き出し電極に印加する駆動電圧を制御するサブステップとを備えることが望ましい。さらに、第１ステップが駆動時間をカウントするサブステップを備え、駆動電圧を制御するサブステップは、駆動時間に応じて駆動電圧を制御することがより望ましい。
【００１３】
上記の駆動電圧を制御するサブステップでは、駆動時間の経過による電界放出型冷陰極素子の電子放出性能の劣化に対して駆動電圧を上昇させることが望ましい。
電界放出型冷陰極素子における電子放出性能の劣化の検出は、電子放出量の低下、あるいは、電子放出量の変動幅の増大、あるいは、最小駆動電圧と駆動電圧との差分の減少により行うことが望ましい。
【００１４】
また、本発明の電界放出型冷陰極素子を画像表示装置に用いる場合には、電界放出型冷陰極素子がエミッタに対向して蛍光体からなる層を備え、入力される画像信号に基づいて基準レベルを設定するが、その場合、駆動時間の経過による蛍光体の劣化を補うように基準レベルを調整する第３ステップを備えることが望ましい。
【００１５】
上記第３ステップを備えることにより、本発明は、駆動時間の経過に伴う電界放出型冷陰極素子の電子放出性能の劣化を補償出来るのに加えて、駆動時間の経過に伴い蛍光体が劣化しても、輝度劣化を抑制することが出来る。
上記の第３ステップは、具体的に、駆動時間と基準レベルとを対応付けたテーブルを、駆動時間毎に参照して基準レベルを調整することが望ましい。
【００１６】
また、本発明は、駆動時間の経過とともにエミッタからの電子放出性能が劣化する電界放出型冷陰極素子の駆動装置であって、エミッタ以外の電極に作用して、基準レベルを上回る状態に電界放出型冷陰極素子の電子放出性能を調整する第１の調整手段と、エミッタ回路におけるエミッタへの供給エネルギを調整することによって、エミッタからの実際の電子放出量を基準レベルに設定する第２の調整手段とを備えることとした。
【００１７】
この駆動装置では、電界放出型冷陰極素子の電子放出性能が基準レベルを上回る状態に調整するとともに、この状態において、エミッタ回路におけるエミッタへの供給エネルギを調整して実際の電子放出量を基準レベルに設定するので、駆動時間の長短に関わらず安定した電子放出量が維持される。
また、上記電界放出型冷陰極素子は、通常エミッタに加えて引き出し電極を備えるが、その場合、上記第１の調整手段は、駆動時間をカウントする部分と、基準レベルの電子をエミッタから放出させるのに要する最小駆動電圧よりも高く維持するように、駆動時間の経過に応じて引き出し電極に印加する駆動電圧を制御する部分を備え、第２の調整手段は、バイポーラトランジスタあるいはユニポーラトランジスタの飽和領域における定電流特性を用いて、エミッタへの供給電流を調整することが望ましい。
【００１８】
ここで、上記第２の調整手段は、少なくともエミッタおよび引き出し電極が形成されたカソード基板を除く領域に設けられていることが、製造時における歩留まり及び駆動時における素子の寿命の面から望ましい。
以上のような電界放出型冷陰極素子の駆動方法及び駆動装置は、以下に示すようなものに適用することが出来る。
【００１９】
▲１▼電界放出型冷陰極素子
▲２▼電界放出型冷陰極源
▲３▼光源
▲４▼画像表示装置
▲５▼電子銃
▲６▼電子ビーム装置
▲７▼陰極線管
▲８▼陰極線管システム
▲９▼放電管
（発明を実施するための最良の形態）
（実施の形態１）
本形態に係る電界放出型冷陰極素子の本体部分の構造について図１を用いて説明する。図１は、電界放出型冷陰極素子を電子放出源として備える画像表示装置の本体部分を示す斜視図（一部断面図）である。
【００２０】
図１に示すように、ガラスからなるカソード基板１１の一方の主表面上（図では、上面）には、カソード電極１２が薄膜状に形成されている。カソード電極１２の表面には、柱状で、先端が円錐状のエミッタ１５が複数突設され、それぞれのエミッタ１５を取り囲むように絶縁層１３が形成されている。さらに、絶縁層１３の上には、金属薄膜からなる引き出し電極１４が形成されている。引き出し電極１４には、上記エミッタ１５が臨むように複数の開口部が形成されている。
【００２１】
また、エミッタ１５及び引き出し電極１４に対向して、アノード基板１６が配置されている。アノード基板１６のエミッタ１５に対向する側の表面には、アノード電極１７及び蛍光体１８が順に形成されている。
次に、本体部分１の各電極に接続される電源及び制御回路について、図２を用いて説明する。図２は、本体部分１の一部分及び駆動回路を示すものである。
【００２２】
アノード電極１７には、加速電源４が接続されており、エミッタ１５から放出される電子をアノード電極１７の方向に加速させる働きをする。
引き出し電極１４には、駆動電源３が接続されている。この駆動電源３は、駆動電圧Ｖｅｘを可変出来るようになっている。
また、カソード電極１２には、電子量制限回路２が接続されている。この電子量制限回路２は、ＦＥＴ２１及び抵抗２２及び電流検出比較器２７から構成されている。電流検出比較器２７で検出・比較された信号は、駆動電源３に駆動電圧を制御する信号として加えられるようになっている。
【００２３】
ＦＥＴ２１は、具体的にｎチャネルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴを用いるが、これに限定されるものではない。ＦＥＴ２１のドレインは、カソード電極１２と接続され、ソースは、抵抗２２を介して接地されている。ＦＥＴ２１のゲート・ソース間には、エミッション電流Ｉを制限するための制御信号（制御電圧Ｖｔｇ）が印加される。
【００２４】
本形態では、電子量制限回路２をカソード基板１１の上に形成せずに別構成としている。これは、別構成とすることによって、製造時における歩留まりの向上、及び、駆動時にＦＥＴが破損した場合などにＦＥＴだけを交換できることによる素子の長寿命化、といった優位性があるためである。
この電界放出型冷陰極素子の駆動方法について図３を用いて説明する。図３は、ＦＥＴ２１のゲート・ソース間に印加する制御電圧Ｖｔｇを一定の値Ｖｔｇ１に固定した場合の駆動電圧Ｖｅｘとエミッション電流Ｉとの関係を示す特性図である。
【００２５】
駆動電圧Ｖｅｘが印加された引き出し電極１４は、エミッタ１５の円錐状の先端付近に電界を生じさせる。
図に示すように、エミッタ１５からの電子の放出は、駆動電圧Ｖｅｘがしきい電圧（Ｖｔｈ）を越えた時点（ポイント３００）から開始される。さらに駆動電圧Ｖｅｘを上げていくと、エミッション電流Ｉは、実線で示す曲線の関係に従って上昇していくが、駆動電圧ＶｅｘがＶｅｘ＿ｉに達した時点（ポイント３０１）からは、所要の基準レベルである値Ｉｅ１で一定となる。これは、ドレイン・ソース間に駆動電圧Ｖｅｘ＿ｉ以上の電圧が印加されることにより、ＦＥＴ２１が飽和領域（ピンチオフ領域）における定電流特性を有するので、ゲート・ソース間に印加する制御電圧Ｖｔｇ１によってドレイン・ソース間に流れる電流が一定の値Ｉｅ１に制限されるためである。
【００２６】
本形態の駆動方法は、駆動電圧ＶｅｘがＶｅｘ＿０、エミッション電流ＩがＩｅ１のポイント３０２を動作点として設定することに特徴を有する。
次に、駆動時間の経過とともにエミッタからの電子放出性能が劣化するのは、上述の通りであるが、これに対応する本形態の駆動方法について、図４を用いて説明する。
【００２７】
エミッション電流Ｉは、制御電圧ＶｔｇをＶｔｇ１、駆動電圧ＶｅｘをＶｅｘ＿１としたときの駆動の初期において、一定の値Ｉｅ１を示す（ポイント８０１）。図中のポイント８１１は、電子流制限回路２を持たない従来の電界放出型冷陰極素子における動作点を示すものである。つまり、このポイント８１１と８０１とのエミッション電流Ｉの差分が、駆動の初期において電子流制限回路２により制限を受けている電子量である。
【００２８】
駆動時間の経過に伴いエミッタからの電子放出性能が劣化してくると、電子流制限回路２を持たない素子におけるエミッション電流Ｉは、破線で示す曲線のように低下してくるが、本形態に係る素子においては、実線で示す直線ように変動することがない。つまり、本形態に係る駆動方法では、駆動時間の経過に伴ってエミッタからの電子放出性能が劣化しても、実際の電子放出量が低下することがない。
【００２９】
この状態においてさらに駆動時間が経過していき、時間ｔ１が経過した時点で図中の破線と実線の差分がなくなるポイント８０２が現れる。時間ｔ１は、設定により変わるが、例えば４０００〜５０００時間程度である。ポイント８０２の後も駆動電圧ＶｅｘをＶｅｘ＿１のまま駆動を続けた場合、ＦＥＴ２１のドレイン・ソース間を流れる電流が定電流特性による制御範囲から外れてしまうので、エミッション電流Ｉは、エミッタからの電子放出性能の劣化に伴いＩｅ１よりも小さくなると共に揺らぎも伴うようになる。
【００３０】
そこで、本形態では、電流検出比較器２７でＦＥＴ２１のドレイン・ソース間を流れる電流値を検出し、目標電流値と比較してポイント８０２の検出を行い、電圧を上昇させる信号を駆動電源３に送る構成としている。信号を受け付けた駆動電源３は、駆動電圧Ｖｅｘを電圧値Ｖｅｘ＿２まで自動的に上昇させる。この電圧値Ｖｅｘ＿２は、エミッタからの電子放出性能の劣化分を補うように予め設定されている値であって、図中のポイント８１２と８０２とのエミッション電流Ｉの差分が駆動の初期における差分と等しくなるよう設定されるものである。これは、Ｖｅｘ＿３の設定についても同様である。このような方法により、駆動時間の経過に伴いエミッタからの電子放出性能の劣化が進んでも、エミッション電流Ｉは、揺らぎを伴うこともなく、一定の値Ｉｅ１に維持される。
【００３１】
ここで、上記では、ポイント８０２の検出のためにＦＥＴ２１のドレイン．ソース間を流れる電流の検出を行ったが、アノード電極１７に流れ込む電流を検出することによっても可能である。
なお、図中における駆動電圧Ｖｅｘを上昇させるポイント８０２、８０３は、一例を示したものであって、これに限定されるものではない。
【００３２】
また、ポイント８０２、８０３を決める方法は、駆動時間とエミッタからの電子放出性能を表すパラメータとを対応付けたテーブルを予め駆動電源３の制御部に記憶させておき、駆動時間ｔ毎にテーブルを参照して決める方法であっても良い。例えば、予め駆動電源３の制御部に記憶させておくテーブルは、図４のようなものであって、時間ｔ１までがＶｅｘ＿１、ｔ１〜ｔ２がＶｅｘ＿２、ｔ２〜ｔ３がＶｅｘ＿３というように駆動時間ｔ毎の駆動電圧Ｖｅｘを規定したものである。駆動電源３の制御部は、素子の駆動に際して、タイマによりカウントされる駆動時間ｔとテーブルとに基づいて、段階的に駆動電圧Ｖｅｘを上昇させてゆく。
【００３３】
さらに、駆動電圧Ｖｅｘの上昇は、上記のような方法以外に、エミッタからの電子放出性能の劣化に伴い、エミッション電流Ｉが設定値Ｉｅ１よりも小さくなるポイント、あるいはエミッション電流Ｉの揺らぎの振幅値が基準として設定した幅よりも大きくなるポイントを検出して行っても良い。
ところで、駆動時間ｔの経過に伴って蛍光体１８の可視光変換率も徐々に低下する。これは、電子の衝突により蛍光体１８の劣化が進行するためである。
【００３４】
従って、エミッタから蛍光体１８に照射される電子量が一定しても、発光輝度は、徐々に低下する。この点を考慮して、本形態は、発光輝度を一定に保つように制御電圧Ｖｔｇに乗じる係数に関するテーブルを電子量制限回路２に記憶させておき、駆動時間ｔ毎に対応する係数を制御電圧Ｖｔｇに乗じるようにすることもできる。例えば、予め駆動時間毎の可視光変換率を測定しておき、それを基にして駆動時間ｔと係数（変換率の逆数）とを対応付けたテーブルを作成しておけば良い。このような駆動方法では、駆動時間ｔの経過に伴い蛍光体１８の可視光変換率が低下した場合であっても、素子の発光輝度の低下を抑制することが出来る。
【００３５】
（実施の形態２）
上記実施の形態１では、ＦＥＴ２１のゲート・ソース間に印加する制御電圧Ｖｔｇを一定値Ｖｔｇ１としたが、本形態では、制御電圧Ｖｔｇを操作ることによりエミッション電流Ｉを変動させる方法について、図５を用いて説明する。
なお、本形態に係る電界放出型冷陰極素子の本体部分１の構成及び駆動装置については、上述の図１、図２と同様である。
【００３６】
図５（ａ）は、駆動電圧Ｖｅｘとエミッション電流Ｉとの関係を示す特性図であり、駆動装置の初期の動作点は、駆動電圧ＶｅｘがＶｅｘ＿０、エミッション電流ＩがＩｅ１のポイント４０１に設定されている。このときＦＥＴ２１のゲート・ソース間に印加する制御電圧Ｖｔｇは、Ｖｔｇ１である。
図５（ｂ）は、制御電圧Ｖｔｇとエミッション電流Ｉとの関係を示す特性図であり、上記の初期の動作点は、ポイント４１１に示される。
【００３７】
このように駆動電圧ＶｅｘをＶｅｘ＿０に維持した状態で、制御電圧ＶｔｇをＶｔｇ２、Ｖｔｇ３、Ｖｔｇ４と変化させていくと、エミッション電流Ｉは、それぞれＩｅ２（ポイント４１２）、Ｉｅ３（ポイント４１３）、Ｉｅ４（ポイント４１４）と変化する。ただし、このときの駆動電圧Ｖｅｘ＿０は、ＦＥＴ２１における定電流特性を維持するのに十分な大きさである。
【００３８】
また、駆動電圧Ｖｅｘは、実施の形態１で説明のように駆動時間の経過に伴うエミッタからの電子放出性能の劣化分を補うように上昇されるものとする。
従って、本形態の駆動方法では、ＦＥＴ２１のゲート・ソース間に印加する制御電圧Ｖｔｇを操作することにより、エミッション電流Ｉを所要の値に設定することが出来る。ＦＥＴ２１のゲート・ソース間に印加の電圧は、通常０〜５Ｖ程度の低電圧でよく、数十Ｖの高電圧である駆動電圧Ｖｅｘを直接変化させてエミッション電流Ｉを制御する場合に比べて、低電圧による制御が可能となる。これにより、本駆動方法は、制御電圧を変動させる際のスパイクノイズの発生がないという優位性も有する。
【００３９】
ところで、図５（ｂ）から分かるように、制御電圧Ｖｔｇとエミッション電流Ｉとは、比例関係にはない。従って、エミッション電流Ｉを所要の値に制御しようとする場合には、予め制御電圧Ｖｔｇとエミッション電流Ｉとの関係を把握しておき、これに従って制御電圧Ｖｔｇを変化させる必要がある。
次に、上述の図５（ｂ）のような特性を考慮し、ＦＥＴ２１のゲートに輝度信号を加える場合について図６及び図７を用いて説明する。図６は、代表的な輝度信号を模式的に示す波形図であり、図７は、電子量制限回路２の一例を示す回路図である。
【００４０】
輝度信号を変調する方式には、図６（ａ）の振幅変調方式、（ｂ）のディジタル変調方式、（ｃ）の時間幅変調方式などによるものがある。振幅変調方式の信号は、代表的なビデオなどからの映像信号であって、信号振幅が変調波の振幅に連動するように変調する方式のものである。
また、ディジタル変調方式の信号は、１（ＯＮ）及び０（ＯＦＦ）の２値をとる方式のものであり、時間幅変調方式の信号は、１（ＯＮ）及び０（ＯＦＦ）の２値をとると共に、１（ＯＮ）のときの時間幅を変化させる方式のものである。
【００４１】
図７（ａ）の電子量制限回路は、ＦＥＴ１及び信号印加用の抵抗Ｒ１、Ｒ２からなる回路である。この回路は、上述のディジタル変調方式や時間幅変調方式といった２値をとるような信号が印加される場合には問題ないが、図６（ａ）の振幅変調方式の信号が印加される場合には問題となる。これは、この回路におけるエミッション電流Ｉと制御信号Ｖｔｇとが比例関係をとらないためである。
【００４２】
図６（ａ）に示すような振幅値変調方式の輝度信号に対しては、図７（ｂ）に示すような電子量制限回路を用いることが出来る。この回路は、信号入力側に信号補正回路２５が付加されたものである。この信号補正回路２５は、上記の振幅変調方式の信号が入力された場合、電子量制限回路２の出力電流が入力信号の振幅と比例するように補正を行うものである。
【００４３】
具体的な回路を図７（ｃ）に示す。この回路は、標準的な定電流回路であって、ＦＥＴ２及び検出抵抗Ｒ３及びオペレーショナルアンプリファイア（以下、「オペアンプ」という）２６から構成されている。この回路では、ＦＥＴ２のソース・ドレイン間に流れる電流を検出抵抗Ｒ３で電圧値に変換し、この電圧値と入力の電圧値とが等しくなるように動作する。よって、このような設定では、検出抵抗Ｒ３に流れる電流（ＦＥＴ２に流れる電流と略等しい）と制御信号の振幅とが比例関係をとる。
【００４４】
従って、この回路を備える電界放出型冷陰極素子では、振幅変調方式の信号が入力された場合にあっても、エミッション電流Ｉと入力信号とが比例関係をとることになる。
なお、上記では、信号補正回路２５にオペアンプ２６を用いたが、入力された輝度信号とエミッション電流Ｉとが比例関係となるように構成出来るものであれば、信号補正回路２５は、これに限定されるものではない。例えば、信号補正回路２５は、入力輝度信号とエミッション電流Ｉとの関係のテーブルを記憶させておき、このテーブルに基づき輝度信号を補正する素子であっても良く、また、逆特性の信号を出力する素子を接続したものであっても良い。
【００４５】
（実施の形態３）
次に、本発明に係る電界放出型冷陰極素子を電子放出源としてＣＲＴに適用する場合について図８を用いて説明する。
図８に示すように、電界放出型冷陰極素子３７は、電子銃４４の内部に収められている。電子銃４４は、この他に第一電極３６、第二電極３５、第三電極３４とから構成されており、ネック４５に収められている。ネック４５は、ファンネル４２に接合されている。
【００４６】
第一電極３６、第二電極３５、第三電極３４には、それぞれ電源４０，３９，３８が接続されている。
電界放出型冷陰極素子３７の引き出し電極には、駆動電源４１が接続され、カソード電極には電子量制限回路が接続されている。この電子量制限回路は、上述の図７（ｃ）の回路と同様の構成を有しており、ネック４５の外部に配置されている。振幅変調方式の映像信号は、オペアンプを介してＦＥＴ２のゲートに入力される。
【００４７】
このＣＲＴにおいて、電子銃４４から出射された電子ビーム４３は、ファンネル４２に備えられた偏向コイル３３で偏向され、蛍光面３０に当って画像を表示する。蛍光面３０に当った電子は、その後、陽極素子３１から陽極電源３２に流れ込む。
ＣＲＴの駆動方法は、上述の実施の形態１及び２の駆動方法と同様であり、図示はしていないが、駆動電源４１から引き出し電極に印加される駆動電圧Ｖｅｘは、所要量の電子を素子から放出させるのに要する電圧よりも高い電圧であり、ＦＥＴ２が定電流特性をとるのに十分なものである。そして、駆動電源４１には、駆動時間と駆動電圧Ｖｅｘとを対応付けたテーブルが記憶されており、電子量制限回路には、蛍光面３０の蛍光体の劣化を考慮して映像信号に乗じる係数に関するテーブルが予め記憶されている。よって、このＣＲＴの駆動においては、駆動時間ｔ毎に２つのテーブルを参照して、駆動電圧Ｖｅｘの上昇及び映像信号に乗じる係数の調整が行われる。駆動電圧Ｖｅｘを上昇させるタイミングは、エミッタからの電子放出性能の劣化の度合いによって異なるが、例えば５０００時間程度毎である。また、入力される映像信号に乗じる係数は、駆動時間ｔに対応して決められるものである。
【００４８】
従って、本形態のＣＲＴは、駆動時間の経過によるエミッタからの電子放出性能の劣化や蛍光体の劣化に関わらず、輝度を高く維持することができるものである。
また、このＣＲＴは、上述のように電子量制限回路をネックの外部に形成しているので、製造時における歩留まりという面において優れる。これは、電子量制限回路をネック４５の内部に形成した場合、封止工程における熱プロセスによる性能劣化及びスパーキング処理における静電破壊の発生が考えられるのに対して、上記の構造の場合、このような問題がないためである。
【００４９】
さらに、本形態のＣＲＴは、駆動時において電子量制限回路が故障した場合に故障した部分だけを交換することが出来るので、装置の寿命を延ばすことが出来る。
なお、本形態では、駆動時間ｔと上記テーブルによって輝度の維持を行ったが、輝度維持の方法はこれに限定されるものではなく、例えば上記実施の形態１、２などのように検出のエミッション電流Ｉを用いて行う方法であっても良い。
【００５０】
（実施の形態４）
図９は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）ようの各電子放出源に本発明の電界放出型冷陰極素子を用いた陰極線管装置の構成図である。
本形態の陰極線管装置は、赤（Ｒ）用に電子放出源５０、緑（Ｇ）用に電子放出源５１、青（Ｂ）用に電子放出源５２を備えるものである。それぞれの電子放出源は、電界放出型冷陰極素子から構成されている。
【００５１】
それぞれの電界放出型冷陰極素子の引き出し電極には、駆動電圧Ｖｅｘを印加するための端子Ｅｘ＿Ｒ、Ｅｘ＿Ｇ、Ｅｘ＿Ｂが接続されている。
また、それぞれのカソード電極には、上述の実施の形態２と同様の電子量制限回路が接続されている。この電子量制限回路を構成する各ＦＥＴのゲートには、オペアンプを介してＲ，Ｇ，Ｂの各輝度信号が入力される。
【００５２】
この陰極線管装置の上記端子Ｅｘ＿Ｒ、Ｅｘ＿Ｇ、Ｅｘ＿Ｂに接続される各駆動電源（不図示）は、予めそれぞれの素子の電子放出能力及び蛍光体の劣化に関するテーブルを備えており、各素子間で調整しながら各駆動電圧Ｖｅｘを印加する。
従って、従来の素子を備える受像管装置では、駆動初期に合っているホワイトバランスが、各素子における電子放出能力の低下速度のバラツキや、各色蛍光体の劣化速度の差異により駆動時間の経過と共に崩れてしまうという問題がある。
【００５３】
これに対して、本陰極線管装置では、各電子放出源の間で発光輝度が一定に維持されるように、駆動電圧Ｖｅｘの調整をしながら駆動するので、ホワイトバランスが崩れてしまうことがない。
また、この陰極線管装置は、駆動中における画像のちらつきや輝度劣化がないのも上述の実施の形態１と同様である。
【００５４】
（その他の事項）
なお、上記実施の形態１〜４における電界放出型冷陰極素子は、その一例を示したものであって、構造及び使用材料はこれに限定されるものではない。
また、これらの形態では、電界放出型冷陰極素子を電子放出源として備える画像表示装置を一例に説明したが、本発明に係る電界放出型冷陰極素子の駆動方法及び駆動装置は、適用例をこれに限定されるものではない。例えば、本発明は、蛍光灯などの光源、マトリックス駆動を行う画像表示装置（ＦＥＤなど）、電子顕微鏡などの電子ビーム装置、陰極線管システムなどの冷陰極源、プラズマディスプレイパネルなどの放電管にも適用することが出来る。
【００５５】
（産業上の利用の可能性）
本発明に係る電界放出型冷陰極素子の駆動方法及び駆動装置は、画像表示装置及び光源、特に高品質な画像表示装置及び光源を実現するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
発明の実施の形態に係る電界放出型冷陰極素子の本体部分の斜視図（一部断面図）である。
【図２】
発明の実施の形態に係る電界放出型冷陰極素子の本体要部と駆動回路を示す回路図である。
【図３】
発明の実施の形態１に係る電界放出型冷陰極素子のおける駆動電圧とエミッション電流との関係を示す特性図である。
【図４】
発明の実施の形態１に係る電界放出型冷陰極素子の駆動方法を説明するための特性図である。
【図５】
発明の実施の形態２に係る電界放出型冷陰極素子の駆動方法を説明するための特性図である。
【図６】
輝度信号を示す波形図である。
【図７】
素子のカソード電極に接続される電子量制限回路を示す回路図である。
【図８】
発明の実施の形態３に係る陰極線管装置の構成図である。
【図９】
発明の実施の形態４に係る陰極線管装置の構成図である。
【図１０】
従来の電界放出型冷陰極素子の本体要部と駆動回路を示す回路図である。
【図１１】
従来の電界放出型冷陰極素子における駆動電圧とエミッション電流との関係を示す特性図である。
【図１２】
従来の電界放出型冷陰極素子における駆動時間とエミッション電流との関係を示す特性図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004512559.tif 000069
2004512559.tif 000070
2004512559.tif 000071