生産と技術

第59巻第１号（2007）

フィールドエミッションディスプレイ（FED）の開発動向
技 術 解 説高 井 幹 夫＊

Trend of Field Emission Display Development
Key Words：FED, Electric field radiation, Display

１．はじめにF E D（フィールドエミッションディスプレイ：電界放射ディスプレイ）は，動画を低消費電力で，自然に再現できる唯一のフラットパネルディスプレイとして注目されており，本年度より本格的な量産が始まろうとしている．ここでは，F E Dの特徴，開発動向，および開発課題等について述べる．
２．FEDの特徴

図１

FEDの構造６）F E Dの製造には，C R Tの技術や製造設備を使F E Dは，大きく分けると図1に示すように電界放出電子源アレイ（F E A：Field Emitter Array）と用できる対向電極である蛍光体スクリーン及びこの間の距離等の特長がある．

を保つスペーサより構成されており，間隙１〜２AM（アクティブマトリックス）- LCDやAM-OLEDmmの真空中で放出電子を制御し，蛍光体を励起す（有機EL）のような駆動パルスによるホールドタイる構造となっている．このためC R Tとの違いは，

プは，動画の動きぼけがあり，PDPのようなサブフ熱電子源ではなく冷陰極アレイを使用し，電子の走ィールド法では動画偽輪郭が問題となり，間欠走査，行距離が短いところである．このため，F E Dの特倍速走査，黒挿入，オーバドライブや前詰法，サブ長としては，CRTの特長を継承したフィールド分割法・配列法，偽輪郭空間分散等の各

１）自然色が再現できる高ピーク輝度種の改善方法が試みられている．C R TやF E Dは，２）動画ぼけが無く応答が速いという特長を持ち，インパルス法であり上記の問題が生じず，自然な動画再現が原則的に可能である．

CRTの欠点を克服した

図２に， F E D の一種である S E D（ S u r f a c e３）フォーカス歪みが無い
４）薄型・軽量・低消費電力
５）環境磁場の影響が無い＊Mikio TAKAI

1949年２月生
1976年大阪大学大学院基礎工学研究科博士課程修了
現在，大阪大学，極限量子科学研究セン
ター，教授，工学博士，ビームプロセ
ス・分析
TEL 06 - 6850- 6693
FAX 0 6 - 6 8 5 0 - 6 6 6 2E-mail： takai@cqst.osaka-u.ac.jp

図２43

消費電力の比較

生産と技術第59巻第１号（2007）

Electron Conduction Display）とPDPおよびLCDにている．

１）

ついて消費電力の比較を行った結果を示す ．消費FEDの開発課題としては，電力は，P D Pが映画の表示域とニュースの表示域

１）ピクセル間の安定で均一な輝度とで150〜350Wと変化するのに対して，L C Dは全

２）安定なカソード動作域でほぼ変化せずバックライトの消費電力で一定と３）カソード汚染による安定性なっている．SEDは，ニュース表示域でPDPの1/3，４）狭間隙での高真空保持

L C Dの1 / 2となり，映画表示域では，両者の1/2と５）スペーサなる．このように，電界電子放出を用いたF E Dは

６）アノード・カソードアラインメント

消費電力が低いことが分かる．

７）製造コスト等である．

図３

図４

性能の比較

図３に，SED，PDP，LCDの性能比較を示す１）．

FEDの世代別開発動向

３.２ FEDの電子源別開発動向

S E Dは色再現性，視野角，動画視認性についてはC R T同等で，消費電力は1/2から1/3と低い．P D P

F E Dの開発は，図４に示すように， 1 9 9 0年のやL C Dは，プラズマのプリ放電やバックライトにL E T I / P i x t e c hによる提案２）より始まったS p i n d t

よる黒浮き現象で，暗所コントラストが低くなって型 ３）（円形開口ゲートと円錐状Mo陰極）を中心といる．これは，両 F P Dによる家庭での映画鑑賞がした第１世代と，それ以降の各種電子源を用いた第難しいことを示す．これに対して，S E Dは暗コン2世代に分類できる．S p i n d t型は，現在では双葉電トラストが他のF P Dより優れているため，家庭で子とC a n d e s c e n tの技術を継承したソニーで開発がの映画鑑賞に適していることが分かる．

続けられ，2 0 0 1年より双葉電子から局用ビデオレコーダーのモノカラー表示ディスプレイがOEMで３．FEDの開発動向

発売され４），2007年度からは車載用表示装置が出荷３.１ FEDの開発課題されようとしている．ソニーからは，1 9 . 2インチ

F E Dは，C R Tの特長をそのまま引き継ぎ，欠点S X G Aのフルカラーディスプレイが2 0 0 5年1 2月にを補ったF E Dである．２節で述べたように，自発I D W 0 5で発表されている５）．第２世代のFEDとし光型の特長で，ピーク輝度が高くとれ，視野角が広ては，2 0 0 7年末より発売が予告されているキャノ

く，色再現性に優れているばかりでなく，L C Dやン・東芝・SED社によるSEDと，Samsung SDIやP D Pでは難しい暗所コントラスト比が高く，高速N E D O国プロ（三菱電機，日立ディスプレイズ，応答のため家庭での映画鑑賞に向いており，低電力ノリタケ）６）を中心に日本の各社で開発研究されて消費で浮遊磁場の影響を受けず，フォーカス歪みのいるC N T - F E DやB S D ７），MIM８），MIS９）各電子問題もない．このように，究極のディスプレイと言源を用いたF E Dの開発が継続されている．M I M構

われながら，その発売が待たれてきたが，次にあげ造に類似なPrintable Field Emitter（ M I M V：

る製造上の課題解決のために，これまで発売が遅れ

M e t a l - I n s u l a t o r - M e t a l - V a c u u m）社やメタルや炭44

生産と技術図５

第59巻第１号（2007）

イオントラックリソグラフィによるFEA
図７36

SED定格

素のエッジエミッションを用いるFEDも提案されたが，大型パネルの試作は行われていない．
図５に，S p i n d t型電子源の製造プロセスでの問題点であるリソグラフィープロセスを，ステッパーを用いず 1 2 0 n m ゲ ー ト 開 口 を 実 現 し た ソ ニ ー/Candescentの電子源アレイを示す10）．ポリカーボ
ネイトに多価高エネルギー重イオンを低濃度照射し，イオントラックに残る欠陥トラックを選択エッチングし，これをマスクとしてゲート加工すること

図８

SCEの断面構造と電子放出特性により1 2 0 n mリソグラフィーを可能とし，１ピクセルあたり5 0 0 0個の S p i n d t型エミッタを形成して10 0 0 0：1と P DP（3 0 0 0：1）やL CD（1 0 0 0：1）のいる．ソニーからは，この技術を用いて，19.2イン３〜1 0倍となっている．図８に，SEDのエミッタであるSCEの断面図と SCEの電子放出特性を示す
12）．P d Oの上にC V Dによる炭素膜が堆積しており，双方にナノ間隙が出来ていることが分かる．この構造により，電極の順方向電流に対して約３%の電子放出効率が得られている．この値は，1 9 9 7年当時の値より1桁高い値となっている．

図６

７Inch低電圧フルカラーFED（双葉電子）

チXGA（17.7インチWXGA：画素ピッチ0.301mm）
カラーFEDが発表されている５）．
図６に，双葉電子による７インチフルカラー低電圧F E Dの特性を示す ４）．独自の低電圧蛍光体の開発により，ピクセルピッチ 0 . 1 0 8 m m×0 . 3 0 3 m m（RGB）
で，画素数480×240で電子電流12mAのとき
8 0 0 Vのアノード電圧で3 0 0 c d /m２の輝度を得ている．
図９

図７に，キャノン・東芝より発表された36インチ

MIS型 HEEDWXGA SEDの断面構造と性能を示す 1 1）．0 . 2 0 5

図９に，パイオニアによるMIS方式の４インチ

m m×0 . 2 0 5 m m（R G B）の画素ピッチで画素数HEEDを示す９）．12×12ピクセル，ピクセルピッチ

7 8 7×4 7 2，10kVのアノード電圧で4 0 0 c d /m２のピ２ m mの画素で， 1 0 k V のアノード電圧により，ーク輝度を得ており，暗所コントラスト比は2000 cd/m２の輝度を得ている．
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生産と技術第59巻第１号（2007）

２）陰極材料の先鋭化技術
３）低電圧動作を可能にするゲート構造
４）均一性と再現性
５）過電流保護構造
６）陰極の検査およびリペア技術
７）低価格プロセス蛍光体については，
１）高効率な高電圧および低電圧蛍光体２）低電圧蛍光体のための電導層
３）低アウトガス特性と長寿命

図10 CNT FEDの構造が求められている．
スペーサについては，

図10に，Samsung SDIのC N T - F E Dの陰極構造と電子放出特性を示す

１）高アスペクト比13）．C N Tドット陰極上にゲート構造を配置したノーマルゲート構造で，40V程

２）熱および応力耐性度の電子放出開始電圧を得ている．この陰極に集束

３）チャージアップ耐性電極を用いて，同社は38インチのHD C N T - F E D

４）ガスに対する低い吸着脱離特性（1280×768 pixels）を試作しており，６kVのアノ等が求められており，スペーサレスの構造も提案さード電圧で400cd/m２の輝度と90Wの低消費電力をれている15）．

達成している．

パッケージングについては，
１）狭ギャップのパネルを高真空に保つためのゲッター
２）低温フリット等が開発要素となっている．
５. まとめ
動画を低消費電力で，自然に再現できる唯一のフラットパネルディスプレイとして注目されている
F E Dであるが，2 0 0 7年度より本格的な量産が始ま

図11 エミッタ種別FEDパネルろうとしている．ここでは，F E Dの特徴および開発動向についてまとめた．

図11に，これまでの FED試作機の対角サイズの一覧を示す．S p i n d t型では，2 0 0 5年1 2月発表のソ参考文献

ニー製19.3インチが最大であるが，その他の電子源
では，2006年キャノン・東芝・SED社の55インチ，

１）鵜沢俊一，SED技術資料，2004年9月14日

2 0 0 3年のSamsung SDIの 3 8インチ C N T - F E Dが２）R. Meyer, IDRC（International Display
Research Conference）374（1990）最大となる．ノリタケからは，キャラクター表示

３）C. A. Spindt, J. Appl. Phys. 39, 3504（1968）CNT-FEDの40インチが発表されている14）．

４）伊藤茂生

４．FEDの開発課題

他，第2回真空ナノエレクトロニク

スシンポジウム・カーボンナノチューブF E D
プロジェクト公開シンポジウム，2 0 0 5年3月3，

F E Dの製造上の一般的な開発課題を電子源（エ4日東京，予稿集p.149.

ミッタ），蛍光体，スペーサおよびパッケージングに分けて考える．

５）Y. Hatano et al., IDW05, 2029 （2005）

電子源については，

６）奥田荘一郎，第1回真空ナノエレクトロニクス
シンポジウム，2 0 0 4年3月3，4日東京，予稿集

１）低仕事関数で安定な陰極材料
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生産と技術p.1.，S. Okuda et al., SID05, 1712（2005）

第59巻第１号（2007）13）C.G. Lee et al., SID02, 1125（2002）

７）T. Komoda et al., SID01, 188（2001）14）S. Uemura et al., SID02, 1132（2002）８）T. Kusunoki et al., IDW01, 1189（2001）

15）菅原恒彦他，第2回真空ナノエレクトロニクス

９）T. Yamada et al., IDW02, 1037（2002）

シンポジウム・カーボンナノチューブF E Dプ

10）T. S. Fahlen, IVMC 99, 56（1999）

ロジェクト公開シンポジウム，2 0 0 5年3月3，411）T. Oguchi et al., SID05, 1929（2005）

日東京，予稿集p.177.

12）K. Yamamoto et al., SID05, 1933（2005）

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