(57)【要約】【課題】ＭＩＭ型電子放出素子のショート欠陥を防止した画像表示装置【解決手段】走査線駆動回路１８は、各々の走査線１２に、選択期間には駆動パルス、非選択期間には非選択電圧、反転パルス期間には反転パルスを印加する。反転パルス期間においては、第１の反転電源２２又は第２の反転電源２３からの電圧が信号処理回路１９により選択されて、走査線１２に供給される。信号処理回路１９では、画像信号回路１５からの画像信号の大小に応じて、第１の反転電源２２又は第２の反転電源２３を選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の走査線と前記走査線と直交する複数の信号線が配列され、前記走査線と信号線の交点に電子放出素子が接続されているカソード基板と、前記カソード基板に対向して、前記電子放出素子からの電子により発光する蛍光体が形成されたアノード基板と、前記走査線を駆動する走査線駆動回路と、前記信号線を駆動する信号線駆動回路と、前記カソード基板とアノード基板の周辺を枠材で真空状態に封止した画像表示装置において、
前記走査線と信号線に接続されている電子放出素子に、表示輝度に応じた反転パルスを印加することを特徴とする画像表示装置
【請求項２】
前記反転パルスは、第１の反転電源及び第２の反転電源又は１系統の反転電源から走査線駆動回路に供給され、走査線に印加されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置
【請求項３】
前記反転パルスは、信号線駆動回路から供給され、信号線に印加されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置
【請求項４】
前記反転パルスは、走査線と信号線に印加されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置
【請求項５】
前記反転パルスは、振幅又は幅が変化して、周期的に印加されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置
【請求項６】
複数の走査線と前記走査線と直交する複数の信号線が配列され、前記走査線と信号線の交点に電子放出素子が接続されているカソード基板と、前記カソード基板に対向して、前記電子放出素子からの電子により発光する蛍光体が形成されたアノード基板と、前記走査線を駆動する選択スイッチトランジスタが設けられた走査線駆動回路と、前記信号線を駆動する信号線駆動回路と、前記カソード基板とアノード基板の周辺を枠材で真空状態に封止した画像表示装置において、
前記選択スイッチトランジスタは、選択電圧を選択する第１のトランジスタと、非選択電圧を選択する第２のトランジスタと、第１の反転電圧を選択する第３のトランジスタと、第２の反転電圧を選択する第４のトランジスタとからなり、
前記第３のトランジスタ又は第４のトランジスタで選択された第１の反転パルス又は第２の反転パルスを走査線に印加することによって、走査線に接続されている電子放出素子に、表示輝度に応じた反転パルスを印加することを特徴とする画像表示装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子を用いた発光型の画像表示装置に関し、特に、電子放出素子に反転パルスを印加する画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子放出素子として、ＭＩＭ(Metal Insulator Metal)電子源を用いた画像表示装置は、複数の信号線とこの信号線に直交する複数の走査線を配列し、これら走査線と信号線の交点に画素としてＭＩＭ電子源を形成したカソード基板と、このカソード基板と対向して蛍光体を塗布したアノード基板と、カソード基板とアノード基板を支持する板状のスペーサ材と、カソード基板とアノード基板の周辺を支持する枠材とで密閉された空間を真空状態にした表示パネルと、カソード基板の周辺に引き出した走査線と信号線を駆動する駆動回路とからなる。
【０００３】
ＭＩＭ電子源は、アルミ合金からなる信号線を下部電極とし、この下部電極の表面を陽極酸化した酸化アルミ薄膜を絶縁膜とし、この絶縁膜の表面に５〜１０ｎｍの金などの薄膜を上部電極としている。この上部電極に正極性の電位、下部電極に負極性の電位を印加すると、トンネル電流が流れる。この電流の一部は、上部電極を越えて真空空間に電子として放出され、エミッション電流となり、対向電圧として正極性の５〜１０ｋＶが印加されたアノード基板に向かって電子が飛翔し、この電子は、印加された電界により加速されアノード基板に到達して蛍光体を励起し、蛍光体が発光する。このときのエミッション電流は、ＭＩＭ電子源に印加する電圧により非線形的に変化するので、ＭＩＭ電子源を用いた表示パネルにて画像の階調表示が可能となる。
【０００４】
表示パネルは、線順次駆動方式により、１ライン毎に順次発光し、１フィールド期間（又は1フレーム期間）に全走査線を駆動する。走査線には、駆動パルスと反転パルスを印加する。各画素を構成するＭＩＭ電子源からなる電子放出素子は、走査線と信号線の差電圧が印加されるので、しきい値を越える選択期間のみエミッション電流が発生し、蛍光体を励起して発光する。
【０００５】
下記特許文献１には、ＭＩＭ電子源の駆動電流が低下するという寿命劣化を低減するために、ＭＩＭ電子源に、負極性の反転パルスを周期的に印加することによって、ＭＩＭ電子源の絶縁膜中に蓄積した電荷を周期的に放出させて、ＭＩＭ電子源の内部電界を下げることで、ＭＩＭ電子源の絶縁破壊を防止して、ＭＩＭ電子源の寿命を改善することが記載されている。
【０００６】
また、下記特許文献２には、１フィールド期間内において、ＭＩＭ電子源に反転パルスを印加することによって、ＭＩＭ電子源の動作寿命を向上させることが記載されている。
【特許文献１】特開平７−２２６１４６号公報
【特許文献２】特開平１１−９５７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電子放出素子としてＭＩＭ電子源を用いた発光型の画像表示装置の寿命試験において、図１１（ａ）に示すように、画素の半数を点灯し、残りの半数を非点灯とする状態で、点灯寿命試験を行ったところ、図１１（ｂ）に示すように、非点灯領域の画素でショート欠陥による絶縁破壊が生じた。ここでは、図１２に示すように、ＭＩＭ電子源の寿命特性を改善する目的で反転パルスを印加している。
【０００８】
そこで、ＭＩＭ電子源の逆方向印加電圧の逆耐圧特性を調べたところ、図１３に示すように、正極性の駆動パルスの印加電圧が低い場合と、高い場合とで、逆耐圧が異なり、高い駆動パルスを印加した場合の逆耐圧が、低い駆動パルスを印加した場合の逆耐圧よりも高くなることが判った。
【０００９】
この現象をＭＩＭ電子源のエネルギーバンド図を用いて考察すると、図１４（ａ）に示すように、絶縁層内に正極性の駆動パルスが印加された選択期間には、ダイオード電流により注入された電子の一部は、電子トラップにより捕捉され、バンド内にトラップされた電子による内部電界が生じる。その後、図１４（ｂ）に示すように、０Ｖ印加状態の非選択期間では、外部電位差はなくなるが、絶縁層内部には残留電荷による内部電界が残っている。次に、図１４（ｃ）に示すように、負極性の反転パルスが印加されると、この反転パルスによる電界と内部電界とが重畳され、電子注入部で電界が緩和され、見かけ上の絶縁耐圧が向上すると考えられる。そのため、トラップされる電子が無いか少ない場合には、電界が緩和されず、絶縁破壊が生じると考えられる。
【００１０】
ここで、一般の画像表示装置において、自然画を表示している駆動条件では、画素毎にダイオードの順方向しきい値電圧から最大階調に至る電圧範囲の任意の電圧が印加される。このため画素の反転パルスの耐圧は画素の場所や時間により刻々変化する。
【００１１】
しかしながら、素子寿命を長くするためには、負極性でなるべく振幅の高い反転パルスを印加することが必要であり、画像によって適切な振幅の反転パルスとなるように制御する必要があることが判明した。
【００１２】
また、反転パルスを用いた別の実験で、正極性の駆動パルスの幅を変化させることにより、選択期間におけるダイオード電流が変化することが判明した。このことは、駆動パルスの幅によっても内部電界が変化することを示しており、駆動パルスの幅により逆耐圧が変化することは明らかであるから、駆動パルスの幅を変調する階調駆動方式でも反転パルスの振幅は、画像により最適化される必要があることを示している。
【００１３】
なお、上記特許文献１，２では、反転パルスの振幅の最適値について考慮されてなく、一定振幅の反転パルスを印加している。このため表示画像が、暗い場合には、画素の絶縁破壊に到り、画素に接続されている走査線と信号線との間にショートが生じて、線状欠陥となり、画像表示ができなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、画素としての電子放射素子を複数配列し、画素から電子を放出させる順方向の駆動パルスと、順方向とは逆の反転パルスを周期的に印加する画像表示装置において、表示輝度が高い画素では、反転パルスの振幅（又は幅）を大きくし、表示輝度が低い画素では、振幅（又は幅）を小さくすることを特徴とする。
【００１５】
反転パルスは、１ライン期間、１フィールド期間又は１フレーム期間毎に周期的に印加される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、電子放射素子に反転パルスを印加することで、電子放射素子の長寿命化が達成できると共に、電子放射素子が短絡することによる線状欠陥が発生しない。すなわち、電子放射素子の絶縁層内に印加する駆動パルスの電圧に応じて、捉えられた電子による内部電界により変化する逆耐圧に対応した負極性の反転パルスを電子放射素子に印加することによって、絶縁破壊の発生を抑制できる。また、反転パルスによる内部電荷を減少できるので、電流低下に対する寿命が長くなり、表示輝度を高く維持することができる。
【００１７】
このように、画像表示装置において、自然画を表示している場合でも、表示画像に応じた反転パルスとすることによって、寿命が長く、表示輝度を高く維持でき、絶縁破壊を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明に係る画像表示装置の全体構成図である。図１において、カソード基板１１には、複数の走査線１２とこの走査線１２と直交する複数の信号線１３が配列され、これら走査線１２と信号線１３との交点に電子放出素子１４が接続されている。カソード基板１１に対向して、アノード基板１５が配置され、これらカソード基板１１とアノード基板１５の周辺は枠材１６で封止されている。
【００２０】
アノード基板１５には、アノード電源１７からのアノード電圧が印加され、このアノード電圧によって、カソード基板１１上の電子放出素子１４からの電子を加速して、アノード基板１５上の蛍光体を発光させる。
【００２１】
走査線駆動回路１８には、信号処理回路１９からの反転パルス制御信号が供給され、また、走査線１２を駆動する電源として、選択電源２０、非選択電源２１、第１の反転電源２２、第２の反転電源２３が接続されている。走査線駆動回路１８は、各々の走査線１２に、選択期間には駆動パルス、非選択期間には非選択電圧、反転パルス期間には反転パルスを印加する。反転パルス期間においては、第１の反転電源２２又は第２の反転電源２３からの電圧が信号処理回路１９により選択されて、走査線１２に供給される。
【００２２】
信号線駆動回路２４には、画像信号回路２５からの画像信号が供給され、信号線駆動回路２４は、諧調駆動電源２６の基準電圧に基づいて、画像信号に対応した諧調電圧を信号線１３に印加する。
【００２３】
図２は、走査線１２、信号線１３及び電子放出素子１４に印加される電圧の波形図である。図２において、図１に示す各々の走査線１２には、駆動パルスが順次印加され、１フレーム期間の終わりには、全ての走査線１２に反転パルスが印加される。信号線１３には、走査線１２の駆動パルスに同期して画像信号電圧が負極性にて印加される。電子放出素子１４には、走査線１２と信号線１３との差電圧が印加されるので、しきい値を越える選択期間のみエミッション電流が発生し、蛍光体を励起して発光させる。
【００２４】
このように、画像信号電圧に応じて、明るい画素では、負極性の画像信号電圧の振幅を大きくし、暗い画素では、負極性の画像信号電圧の振幅を小さくする。そのため、画素を構成する電子放出素子の印加電圧は、明るい画素では大きく、暗い画素では小さくなる。したがって、電子放出素子の印加電圧の大小に応じて、画素の輝度が制御され、画像信号を表示することができる。
【００２５】
なお、図２においては、画像信号に応じた振幅を有するパルスを信号線に印加するパルス振幅変調としているが、画像信号に応じた幅を有するパルスを用いてパルス幅変調としてもよい。
【００２６】
図３は、選択画素に印加される画素電圧と反転パルスの波形図である。図３において、高輝度の画素は、例えば、画素電圧が＋８Ｖのとき反転パルスを−４Ｖ、低輝度の画素では、例えば、画素電圧が＋５Ｖのとき反転パルスを−２Ｖとしている。このように、輝度が高い画素では、反転パルスの振幅を大きくし、輝度が低い画素では、振幅を小さくする。こうすることで、電子放出素子の耐圧を超えることなく、最大の振幅の反転パルスを印加できるので、電子放出素子の長寿命化と、電子放出素子の逆耐圧による絶縁破壊を防止することができる。
【００２７】
また、低輝度の画素では、例えば、画素電圧が＋５Ｖのとき反転パルスを−４Ｖとし、反転パルスの幅を４０μｓｅｃから２０μｓｅｃとしてもよい。
【００２８】
このような反転パルスは、図１に示すように、第１の反転電源２２と第２の反転電源２３で発生され、反転パルスの印加期間において、走査線駆動回路１８内に設けられた選択スイッチトランジスタにより走査線１２に印加される。
【００２９】
図４は、画素の表示輝度と反転パルスの振幅との関係図である。図４において、画素の表示輝度を、非点灯領域、低輝度領域、中間輝度領域、高輝度領域に分け、反転パルスの振幅を、非点灯領域では０、低輝度領域では一定の低い値、中間輝度領域では階調に対応して連続的に変化する値、ある階調以上の高輝度領域では最大の固定値にする。
【００３０】
図５は、図４に示す中間輝度領域を省いた関係図である。図５において、反転パルスの振幅を、非点灯領域、低輝度領域、高輝度領域で３段階に変化させる。こうすることで、駆動回路が図４に示すものより簡単になる。
【００３１】
図６は、諧調に応じた反転パルスの振幅の関係図である。図５において、階調に対応して反転パルスの振幅を多値制御する。また、階調に対応して反転パルスの振幅を２値制御する。これらは、非点灯領域においても反転パルスを印加する方式であるが、２値制御の場合には、最も簡単に駆動回路を構成できる利点がある。
【００３２】
図７は、図１に示す走査線駆動回路１８内に設けられた選択スイッチトランジスタの構成図である。図７において、７０は図１に示す選択電源２０からの選択電圧を供給する選択電圧バス、７１は非選択電源２１からの非選択電圧を供給する非選択電圧バス、７２は第１の反転電源２２からの第１の反転電圧を供給する第１の反転電圧バス、７３は第２の反転電源２３からの第２の反転電圧を供給する第２の反転電圧バス、７５は選択スイッチトランジスタ、７６は図１に示す信号処理回路１９からの制御信号を供給する制御信号バスである。
【００３３】
選択スイッチトランジスタ７５は、制御信号バス７６からの制御信号に基づいて、まず、画素の選択期間において、選択電圧バス７０からの選択電圧を選択し、次に、画素の非選択期間において、非選択電圧バス７１からの非選択電圧を選択して走査線１２に出力する。次の反転電圧印加期間において、１ライン、１フィールド又は１フレームの周期毎に、第１の反転電圧バス７２からの第１の反転電圧又は第２の反転電圧バス７３からの第２の反転電圧を選択して走査線１２に出力する。
【００３４】
なお、ここでは第１の反転電圧と第２の反転電圧を用いているが、反転電圧の数はこれに限らず、第３、第４、…、と増やすことにより多数の反転電圧を用いることができる。
【実施例２】
【００３５】
本実施例では、図３に示すように、反転パルスのパルス幅を画素の表示階調に応じて変化させることにより、反転パルスによる破壊を防止するものである。すなわち、輝度が高い画素では、反転パルスの幅を広げ、輝度が低い画素では、反転パルスの幅を狭くなるように制御する。こうすることにより、実施例１と同様な破壊防止と、長寿命化の効果を得ることができる。本実施例では、パルス幅を制御すればよいので、実施例１よりも反転パルスの電圧が１系統でよいので、駆動回路が簡単になる。
【実施例３】
【００３６】
本実施例では、図８に示すように、反転パルスを走査線ではなく、信号線に印加する。図８は、アノード電圧、走査線電圧及び信号線電圧の波形図である。図８において、信号線には、１ライン期間、１フールド期間又は１フレーム期間の中で表示していない帰線期間において、反転パルスが印加され、反転パルスの振幅は表示輝度に応じて調整される。この場合、反転パルスの極性は表示期間の画像信号とは逆極性の電位に設定することで、画素を構成する電子放出素子に、負極性の電圧を印加することができる。
【００３７】
本実施例においては、図１に示す階調駆動電源２６を用いて信号線１３を多値の階調にて駆動する信号線駆動回路２４に、反転パルスを発生させるための１ないし数レベルの階調電圧発生回路を付加することで、反転パルスが印加できるようになる。したがって、先の実施例における第１の反転電源２２と第２の反転電源２３が不要となると共に、走査線駆動回路１８における第１の反転電圧と第２の反転電圧を選択する選択スイッチトランジスタも不要となり、トータルな駆動回路に対する追加コストが少ない効果がある。
【実施例４】
【００３８】
本実施例では、図９に示すように、反転パルスを走査線と信号線の両方に印加する。図９は、アノード電圧、走査線電圧及び信号線電圧の波形図である。図９において、走査線と信号線の両方に反転パルスを印加する場合には、走査線と信号線に、必要とする反転パルスの振幅を配分して印加することができるので、走査線駆動回路と信号線駆動回路の駆動電圧範囲が狭くても、相対的に、高い振幅の反転パルスで駆動できるので、駆動回路で取り扱う電圧が低くて済み、駆動回路に安価な低耐圧回路が使用できる効果がある。
【実施例５】
【００３９】
図１０は、本発明に係る画像表示装置の全体構成図である。図１と異なるのは、図１における第１の反転電源２２と第２の反転電源２３を、本実施例では、１系統の反転電源２７とした点で、他の構成は図１と同様である。
【００４０】
図１０において、信号処理回路１９で画像信号の平均輝度を検出し、その検出結果に基づいて、反転電源２７を可変制御する。このように、画像信号の平均輝度に応じて反転電源２７からの電源電圧を変化させると、表示画面での全画素の反転パルスの電圧が一斉に変化する。すなわち、画像信号の平均輝度に応じて、反転パルスの振幅を変化させている。
【００４１】
特に、表示画面全体の輝度が低い場合に、反転パルスの振幅を下げるように制御することにより、電子放出素子の破壊が効果的に低減できる。また、非点灯画面においては、電子放出素子が破壊される逆耐圧の低下が大きいので、本実施例により、簡略で実効性が高い破壊保護ができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る画像表示装置の全体構成図
【図２】走査線、信号線及び電子放出素子の印加電圧の波形図
【図３】画素電圧と反転パルスの波形図
【図４】表示輝度と反転パルス振幅の関係図
【図５】表示輝度と反転パルス振幅の関係図
【図６】諧調と反転パルス振幅の関係図
【図７】選択スイッチトランジスタの構成図
【図８】アノード電圧、走査線電圧及び信号線電圧の波形図
【図９】アノード電圧、走査線電圧及び信号線電圧の波形図
【図１０】本発明に係る画像表示装置の全体構成図
【図１１】非点灯領域での画素のショート欠陥を示す図
【図１２】ＭＩＭ電子源への反転パルスにより寿命特性の改善を示す図
【図１３】ＭＩＭ電子源の逆耐圧特性図
【図１４】ＭＩＭ電子源の絶縁破壊の説明図
【符号の説明】
【００４３】
１１…カソード基板、１２…走査線、１３…信号線、１４…電子放出素子、１５…アノード基板、１６…枠材、１７…アノード電源、１８…走査線駆動回路、１９…信号処理回路、２０…選択電源、２１…非選択電源、２２…第１の反転電源、２３…第２の反転電源、２４…信号線駆動回路、２５…画像信号回路、２６…諧調駆動電源、２７…１系統の反転電源、７０…選択電圧バス、７１…非選択電圧バス、７２…第１の反転電圧バス、７３…第２の反転電圧バス、７５…選択スイッチトランジスタ、７６…制御信号バス
【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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【図１３】
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【図１４】
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