(57)【要約】【課題】パネル内の輝度ムラの発生や絶縁破壊のマージン減少といった弊害を生じずにＦＥＤのライフを向上させるパネル構造及び駆動方法を提供する。【解決手段】複数のエミッタを備える電子放出領域がアノードの発光ドットごとに複数形成されており、当該複数の電子放出領域ごとにカソードライン及びゲートラインのマトリクスとして独立して駆動可能なように、前記カソードライン及び前記ゲートラインが設けられている電界放出形表示素子において、前記発光ドット毎の複数の電子放出領域が同時間に電子放出しないよう駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエミッタを備えるエミッタ領域がアノードの発光ドットごとに複数形成されており、当該複数のエミッタ領域ごとにカソードライン及びゲートラインのマトリクスとして独立して駆動可能なように、前記カソードライン及び前記ゲートラインが設けられている電界放出形表示素子において、
前記発光ドット毎の複数のエミッタ領域が各ドット内において同時間に電子放出しないよう駆動されることを特徴とする電界放出形表示素子の駆動方法。
【請求項２】
前記カソードライン又はゲートラインのいずれか一方が前記発光ドットごとの複数のエミッタ領域に対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の電界放出形表示素子の駆動方法。
【請求項３】
前記発光ドットごとの複数のエミッタ領域が１表示フレーム内で同期駆動されることを特徴とする請求項１記載の電界放出形表示素子の駆動方法。
【請求項４】
前記発光ドットごとの複数のエミッタ領域が２つのくし歯状の領域であり、当該くし歯状の領域が歯合されることを特徴とする請求項１記載の電界放出形表示素子の駆動方法。
【請求項５】
前記発光ドットごとの複数のエミッタ領域が３分割以上とされ、回転対象に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電界放出形表示素子の駆動方法。
【請求項６】
複数のエミッタを備えるエミッタ領域がアノードの発光ドットごとに２つのくし歯状の領域として互いに歯合するよう形成されており、当該２つのエミッタ領域ごとにカソードライン及びゲートラインのマトリクスとして独立して駆動可能なように、前記カソードライン及び前記ゲートラインが設けられている電界放出形表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出形表示素子の寿命を延ばすための装置構造及び駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、電界放出形表示素子２０（以下「ＦＥＤ」と略称する）において電子放出源として使用される電界放出素子（以下「ＦＥＣ」と略称する）の一例を示す断面図である。
絶縁性の陰極基板１の内面には、導電材料からなるカソード配線２が所定のパターンで形成されている。その上にアモルファス・シリコンなどからなる抵抗層３が形成されている。抵抗層３の上には二酸化ケイ素などからなる絶縁層４が形成され、さらにその上には導電材料からなるゲート電極５が形成されている。カソード電極２とゲート電極５が交差する位置にある絶縁層４及びゲート電極５には通孔６が形成されており、抵抗層３が露出している。この通孔６の底に露出した抵抗層３の上にはモリブデンなどからなる三角錐形状のエミッタ７が形成されている。
【０００３】
本例では、カソード電極２とゲート電極５は陰極基板１上にそれぞれ複数本が平行に配置されマトリクスを構成している。両者が重なる部分に形成された複数のエミッタ７は、カソード電極２とゲート電極５に所定の電圧が印加されたときに一つのグループとして電子を放出する電子放出領域８を構成している。
【０００４】
このＦＥＣが形成されている陰極基板１の上方には、透明な陽極基板１０が所定間隔をおいて対面して設けられる。ＦＥＣに対面する陽極基板１０の内面には透明導電膜又は金属膜に多数の小さな開口部を設けた透光性の陽極導体１１と蛍光体を備えたドット状の発光部１２が形成されている。発光部１２はＦＥＣの電子放出領域８に対応するようマトリクス状に配置されている。
そして、陰極基板１と陽極基板１０の対面する各内面側の間には図示しないスペーサ部材が設けられ、両基板の外周部は低軟化点ガラスで封止されＦＥＤの外囲器を構成している。外囲器の内部は高真空雰囲気に排気・保持される。
【０００５】
このＦＥＤを駆動する場合には、陽極導体１１には所定の電位を常時与えておき、表示信号を駆動回路に与えてＦＥＣ側を駆動する。即ち、ＦＥＣのカソード電極２とゲート電極５の一方を走査するとともに、この走査に同期して他方に表示信号を与える。選択されたマトリクスの交点にあるエミッタ７からは電子が放出されて陽極の対向する発光部１２に射突し、当該部分を発光させる。
【０００６】
ここで発光部１２には製造工程中で除去し切れなかった有機残渣等が付着し、これらが電子の射突により遊離してイオン化されることがある。また雰囲気ガスやカソードの有機残渣等もイオン化されることがある。イオン化した有機物はプラスにチャージすることが多く、陽極１１やゲート電極５より負電位であるエミッタ７に射突する。その結果エミッタ７の電子放出能力（エミッション能力）は徐所に低下し、これに従い輝度が低下する不具合が生じることがあった。
また、抵抗層３は電子放出領域８内のエミッタへの印加電圧を均一化するために設けられるが、抵抗層３を構成するアモルファス・シリコンの抵抗値は温度によって変化するためＦＥＤの周囲温度によって電子放出能力が変化する問題もあった。
【０００７】
そこで従来、ＦＥＤに輝度調整装置を組み合わせたものがあった。図７にそのブロック図を示す。ＦＥＤの構造自体は上記図６と同様である。
ＦＥＤ２０のアノード側にはアノード電流値検出部２１が接続されており、時間範囲Ｔにおけるアノード電流の平均電流値を検出することができる。
【０００８】
ＦＥＤのカソード側にはドライバ部２２が接続されており、ドライバ部２２には表示データ出力部２３が接続されている。ＦＥＤの駆動においては、ゲート電極５が走査されるとともに、該走査に同期してカソード電極２に表示信号が与えられ、所望の位置にあるエミッタ７から電子が放出される。
【０００９】
表示データ出力部２３には表示データ量検出部２４が接続されており、前記時間範囲Ｔにおける表示データ量をカウントする。表示データ量検出部２４には基準電流値出力部２５が接続されている。表示データ量検出部２４は、検出した表示データ量を基準電流値出力部２５に送る。
【００１０】
アノード電流値検出部２１と基準電流値出力部２５は、比較部２７に接続されている。比較部２７は、アノード電流値検出部２１からの平均電流値と前記基準電流値出力部２５からの基準電流値とを比較する。
【００１１】
ドライバ部２２にはゲート電圧調整部２８が接続されている。このゲート電圧調整部２８に、前記比較部２７が接続されている。比較部２７は、前記時間範囲Ｔ（例えば１フレーム）におけるアノードの平均電流値と、データ量に応じた基準電流値とを比較し、平均電流値が基準電流値に近くなるようにゲート電圧調整部２８に信号を送る。この信号を受けて、ゲート電圧調整部２８はＦＥＣのゲート電圧を自動調整する。
【００１２】
ゲート電圧を調整することにより、平均アノード電流値は変動して基準値と等しくなる。これにより、アノード電流を予め設定した基準とする一定の電流とし、ＦＥＤを駆動することができる（以下「定電流駆動」とする。）。
【特許文献１】特開２００１−３２４９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
現状のＦＥＤではエミッタの電子放出能力がカソード・ゲート間電圧一定の下で製品の想定寿命中に小さくなってしまうことがあった。ＦＥＣのカソード・ゲート間印加電圧に対する電流放出特性は印加電圧の増加率以上に電子放出量が増加する非線形特性であるにも拘わらず、前記定電流駆動を用いても製品の想定寿命を満足するには印加電圧をかなり増加する必要があった。例えば画面対角５インチのＱＶＧＡ（３２０ｘ２４０ドット）で全点灯輝度３００ｃｄのパネルで初期に前記電位差が７０Ｖであったとすると、電子放出能力が半減したときに初期同様のアノード電流を得ようとすれば前記電位差が１１０Ｖ程度にもなってしまった。
【００１４】
そのため駆動ドライバはこの電圧上昇分を見込んだ耐電圧のものを使用しなければならず回路部品のコストアップにつながった。カソード電極・ゲート電極間の印加電圧の拡大により両電極間の絶縁破壊のマージンが少なくなる問題もあった。
【００１５】
ＦＥＤを一定の内容を長時間表示する情報表示端末に用いて前記定電流駆動する場合は、点灯部の電子放出能力劣化に伴いパネル全体のカソード電極・ゲート電極間の電位差が拡大することになる。その後に表示画面を切り替えると、今まで非点灯だった箇所は電子放出能力が高いので、劣化部分に基づいて補正した電圧が印加されると多量の電子放出がなされ、当該部分に対応する発光ドット１２は極端な高輝度となり、輝度ムラを生じることがあった。
【００１６】
このような定電流駆動方法の問題点に鑑み、本願発明者は「エミッタ７への負荷を軽くすればライフが良くなるのでは？」との着想からエミッタの電子放出量を少なくすることによるライフ特性の改善を試みた。図８にＦＥＤのライフ時間に対するアノード電流密度の変化率を示す。カソード・ゲート電極間の印加電圧（Ｖｃｇ）を変えることによりエミッタ７からの電子放出量を変化させてＦＥＤのアノードに入射する電流密度を変化させている。アノード電流密度は条件Ｂに対し、条件Ａは７９％、条件Ｃは５７％である。
【００１７】
図８から明らかなようにアノード電流密度、即ちエミッタの電子放出量を変化させてもライフ時間に対する変化率は変わらなかった。この理由は明確に解明できていないがカソード・ゲート電極間の印加電圧を下げると電子放出ポイント数が減ること、電圧低下がイオンによるダメージを軽減すること、この両者がバランスしている可能性がある。
いずれにせよこの実験でエミッタの電子放出量を少なくしてもライフ特性は改善されないことを確認した。
【００１８】
そこで、本願発明者は上記定電流駆動以外にＦＥＤのライフを向上させる手段を模索し、本発明を為すに至った。
即ち、本発明はパネル内の輝度ムラの発生や絶縁破壊のマージン減少といった弊害を生じずにＦＥＤのライフを向上させるパネル構造及び駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る電界放出形表示素子の駆動方法は複数のエミッタを備える電子放出領域がアノードの発光ドットごとに複数形成されており、当該複数の電子放出領域ごとにカソードライン及びゲートラインのマトリクスとして独立して駆動可能なように、前記カソードライン及び前記ゲートラインが設けられている電界放出形表示素子において、前記発光ドットごとの複数の電子放出領域が各ドット内において同時間に電子放出しないよう駆動されることを特徴としている。
【００２０】
本発明に係る電界放出形表示素子の駆動方法は前記カソードライン又はゲートラインのいずれか一方が前記発光ドットごとの複数の電子放出領域に対応して複数設けられていることを特徴している。
【００２１】
本発明に係る電界放出形表示素子の駆動方法は前記発光ドットごとの複数の電子放出領域が１表示フレーム内で同期駆動されることを特徴としている。
【００２２】
本発明に係る電界放出形表示素子の駆動方法は前記発光ドットごとの複数の電子放出領域が２つのくし歯状の領域であり、当該くし歯状の領域が歯合されることによって対等に発光ドットのエミッション供給を行うことを特徴としている。
【００２３】
本発明に係る電界放出形表示素子の駆動方法は前記発光ドットごとの複数の電子放出領域が３分割以上とされ、回転対象に形成されることによって対等に発光ドットのエミッション供給を行うことを特徴としている。
【００２４】
本発明に係る電界放出形表示素子は複数のエミッタを備える電子放出領域が発光ドットごとに２つのくし歯状の領域として互いに歯合するよう形成されており、当該２つの電子放出領域ごとにカソードライン及びゲートラインのマトリクスとして独立して駆動可能なように、前記カソードライン及び前記ゲートラインが設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によればパネル内の輝度ムラの発生や絶縁破壊のマージン減少といった定電流駆動におけるような弊害を生じずにＦＥＤのライフを向上させる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施例を図１〜図２に基づいて説明する。本例はアノードの１発光ドットに対し２つの独立駆動可能な電子放出領域を設けたＦＥＤに関するものである。図１〜図２に示す部分以外のＦＥＤの構造は、図６を参照したものと基本的に同一であり、その説明は省略する。また従来技術と共通する部分は同じ符号を用いる。
【００２７】
図１（ａ）に陰極基板１のカソード電極２とゲート電極５の配置を示し、図１（ｂ）にアノードの発光ドット１２と前記両配線の配置の対応を示す。図１（ａ）、（ｂ）はモノクロＦＥＤの場合を示し、アノードの発光ドット１２は１ピクセルを構成している。図１（ｂ）では発光ドット１２、１ドットに対応して２本のカソード電極２Ａ・２Ｂが設けられている。
【００２８】
カソード電極２は従来技術と同様に絶縁性の陰極基板１上に成膜され、パターニングの際に従来技術では１本のところを２本に形成したものである。また図示しないが、バラスト抵抗を内装する場合カソード電極上のアモルファス・シリコンからなる抵抗層３もカソード電極２Ａ・２Ｂと同様に２本のストライプ状に形成する。それ以外の工程は従来技術と同様である。
【００２９】
図１（ｂ）ではカソード電極２Ａ・２Ｂとゲート電極５が交差する部分にそれぞれ１２個のエミッタが形成され電子放出領域８Ａ・８Ｂを構成している。電子放出領域８Ａ・８Ｂはストライプ状に電気的に分離したカソード電極２Ａ・２Ｂ及び当該電極上にストライプ状に形成された抵抗層３の上に形成されているので、それぞれ独立して駆動できる。カソード電極２Ａ・２Ｂとゲート電極５の間に所定の電圧を印加すると各エミッタ７から電子が放出され、当該電子は共通の発光ドット１２を励起して発光させる。
なお電子放出領域８Ａ・８Ｂの電子放出能力はそれぞれに属するエミッタ７の個数から明らかなように同等にしてある。
【００３０】
図１（ａ）に示す本実施例のＦＥＤ２０は発光ドット１２、１列に対応して２本のカソード電極２が形成され、発光ドット１２、１行に対応して１本のゲート電極５が形成されている。即ち図１（ｂ）の構成をパネル全面にマトリクス状に配置したものである。カソード電極２Ａ・２Ｂはそれぞれ左端から右端へ１からｎの符号を付し、ゲート電極５は上端から下端へ１からｎの符号を付してある。
図１（ａ）では蛍光体ドット１２、１列に対応する２本のカソード電極２の接続端子部はカソード電極２Ａが基板の上端部に、カソード電極２Ｂが基板の下短部に設けられている。端子の接続ピッチが広くなり端子部へのＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）の接続が容易となる。他方、カソード電極２Ａ・２Ｂとも基板の一方の端部に接続端子部を設けた場合はＦＰＣの必要数を減らせるメリットがある。
【００３１】
本実施例に係るＦＥＤ２０の駆動方法を図２に示すタイミングチャートを用いて説明する。図２の下部にゲート電極のタイミングを示し、基準線から上側に凸の矩形パターンによりゲート電極が選択されている（電圧が印加されている、又はＯＮしている）ことを示す。
図２の上部にカソード電極のタイミングを示し、基準線から下側に凸の矩形パターンによりカソード電極が選択されている（電圧が印加されている、又はＯＮしている）ことを示す。両電極が選択された際にエミッタから電子放出されるよう所定の電圧を印加する。またカソード電極に印加する電圧のパルス幅を変えることで階調表示を行う。
【００３２】
本発明の駆動方法の特徴はアノード１発光ドットに対応する２つの電子放出領域を同時に電子放出しないよう駆動することである。図２で例えばゲート電極５１がＯＮになるタイミングは前半・後半に２分割されている。カソード電極２Ａ１はその前半にＯＮし、電子放出領域８Ａ１から電子放出がされる。カソード電極２Ｂ１はその後半にＯＮし、電子放出領域８Ｂ１から電子放出がされる。カソード電極２Ａｎ・２Ｂｎまでの全てのカソード電極が同様に同期して駆動される。各カソード電極はゲート電極５２からゲート電極５ｎがＯＮする際にも同様に駆動されて表示画面の１フレームを構成する。
【００３３】
このように１つの発光ドットを２つの電子放出領域で同じ時間に電子放出しないよう分担して駆動することにより、１つの電子放出領域の点灯時間を従来の駆動方法の１／２にできる。エミッタの電子放出特性の劣化は上述のように駆動時間に依存するのでＦＥＤパネル全体としては従来の２倍のライフ寿命を得ることができる。
またゲート電極に印加される電圧は定電流駆動のように高くなることはないのでパネル内の輝度ムラの発生や絶縁破壊のマージン減少も生じない。
【００３４】
本実施例では２つの電子放出領域を並行して駆動するので両者が同じように劣化する。そのため一方の領域をライフ寿命まで使用し、その後他方に切り替えた場合のようなライフ中の急激な輝度変化を生じず、ユーザーに違和感を与えることもない。
【００３５】
本実施例の駆動方法で従来技術と同様のカソード・ゲート電圧にすると表示の面平均輝度は１／２となるが、輝度よりも寿命を重視する用途には適している。またカソード・ゲート電圧を若干高めに設定する、ＦＥＤの外部に装着する外部フィルタの透過率を高くする等の工夫を併用することで従来技術に近い輝度も実現できる。
【実施例１】
【００３６】
図３に本発明に係るＦＥＤ２０の他の実施例を示す。カソード電極２の特徴を明示するため発光ドット１２に対応する部分のゲート電極は省略して示してある。図３でも発光ドット１２、１ドットに対応して２本のカソード電極２Ａ・２Ｂが設けられており、図１（ｂ）との相違は２本のカソード電極２が電子放出領域８でくし歯状とされて当該領域が歯合していることである。発光ドット１２に対応する電子放出領域８Ａ・８Ｂにはそれぞれ８個のエミッタが設けられ、当該領域８Ａ・８Ｂは発光ドット１２の中心に対し点対称に設けてある。
図１の（ｂ）カソード構造では発光ドット１２の片側に発光部が偏ることになるが、本実施例のカソード構造では偏りを解消し、より画素内発光部のバランスのいい発光が得られる。
【００３７】
図４に図３に係るＦＥＤ２０の駆動方法の例を示す。ここではゲート電極５のＯＮ時間を図２における駆動の１／２として、ゲート電極５を１からｎまでスキャンする間にカソード電極２のＡ側だけを駆動し、次に再度カソード電極５を１からｎまでスキャンする間にＢ側だけを駆動するものである。この場合も発光ドット１２、１ドットに対応する２つの電子放出領域Ａ・Ｂが同時に電子放出しないよう駆動される。
なお図１に示すＦＥＤ２０と図３に示すＦＥＤ２０は駆動上では同等であり、図２と図４の駆動方法はそれぞれの実施例に固有のものではなく相互に組み合わせて使用できる。
【実施例２】
【００３８】
図５に本発明に係るＦＥＤ２０の他の実施例を示す。ここではカソード電極２の特徴を明示するため電子放出領域８のゲート電極５は省略して示してある。図５では発光ドット１２、１ドットに対応してＡ・Ｂ・Ｃ３本のカソード電極２が設けられており、発光ドット１２に対応する電子放出領域Ａ・Ｂ・Ｃにはそれぞれ６個のエミッタが設けられ、当該領域Ａ・Ｂ・Ｃは蛍光体ドットの中心に対し点対称とされる。
【００３９】
図５に係るＦＥＤ２０の駆動方法は図４の駆動方法と同様にゲート電極５のＯＮ時間を図２における駆動の１／３として、ゲート電極５を１からｎまでスキャンする間にカソード電極２のＡ側だけを駆動し、次にゲート電極５を１からｎまでスキャンする間に同様にＢ側だけを駆動し、その後Ｃ側だけを駆動するものである。この場合も発光ドット１２、１ドットに対応する３つの電子放出領域が同時に電子放出しないよう駆動される。図５に係るＦＥＤ２０をこのように駆動することで図６に示す従来のＦＥＤの３倍の寿命を得ることができる。
またＦＥＤの面平均発光輝度、外部接続端子の接続ピッチ等の仕様が許す限りで電子放出領域の分割数を更に増やすことでＦＥＤのライフ寿命を更に延ばすことができる。
【００４０】
上記実施例ではカソード電極２を分割し、各発光ドット１２に対応する電気的に独立な複数の電子放出領域を設けたが、ゲート電極５を複数に分割して駆動するようにしても同様の効果が得られる。
また抵抗層３をカソード電極２と同様に分割する例を示したが、抵抗層３の厚さが薄く抵抗率が高い場合には隣接するカソード電極２を電気的に独立に駆動できるので抵抗層３が分割されていなくてもよい。またＦＥＤの仕様によっては抵抗層３がなくてもよい。
また図３に示すようなくし歯状の電子放出領域８を３本以上のカソード電極に対応させて用いる場合はカソード電極を絶縁層を介して２層以上の層に分けて設けて、下層のカソード電極２はスルーホールを介して電子放出領域８と導通をとるようにすればよい。
またゲート電極５上に絶縁層４を介して偏向・収束電極を設ければ蛍光体ドット１２への電子照射位置の偏りを解消し、よりバランスのいい発光が得られる。
以上の説明はモノクロＦＥＤを対象としたが本発明はフルカラーＦＥＤにも適用でき、その場合はＲ・Ｇ・Ｂのサブピクセルが本発明の蛍光体ドットに対応する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係るＦＥＤのカソード構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＦＥＤの駆動タイミングチャートである。
【図３】本発明の他の実施形態に係るＦＥＤのカソード構造を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るＦＥＤの駆動タイミングチャートである。
【図５】本発明の他の実施形態に係るＦＥＤのカソード構造を示す図である。
【図６】従来のＦＥＤの構造図である。
【図７】従来の輝度調整装置を組み合わせたＦＥＤのブロック図である。
【図８】ＦＥＤのライフ時間に対するアノード電流密度の変化率を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    絶縁性陰極基板
２    カソード電極     
３    抵抗層
４    絶縁層   
５    ゲート電極    
６    通孔
７    エミッタ
８    電子放出領域  
１０  透明陽極基板
１１  透明陽極導体
１２  発光ドット  
【図１】
2007264533.tif 000003
【図２】
2007264533.tif 000004
【図３】
2007264533.tif 000005
【図４】
2007264533.tif 000006
【図５】
2007264533.tif 000007
【図６】
2007264533.tif 000008
【図７】
2007264533.tif 000009
【図８】
2007264533.tif 000010