JP2661457B2 - 電界放出形カソード - Google Patents
電界放出形カソードInfo
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- H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
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- Vessels, Lead-In Wires, Accessory Apparatuses For Cathode-Ray Tubes (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、蛍光表示管や特にグラ
フィック蛍光表示管に適する電子源である電界放出形カ
ソードに関する。また本発明は、蛍光表示管の原理を応
用したリソグラフィ分野の光源における電子源として有
用である。
フィック蛍光表示管に適する電子源である電界放出形カ
ソードに関する。また本発明は、蛍光表示管の原理を応
用したリソグラフィ分野の光源における電子源として有
用である。
【０００２】
【従来の技術】蛍光表示管等の表示素子における応用を
目指して各種構造の電界放出形カソードが開発されてい
る。例えばグラフィック蛍光表示管においては、電極を
ＸＹマトリクス構造とし、陽極側の表示部における点灯
・非点灯を選択する構成をとることができる。
目指して各種構造の電界放出形カソードが開発されてい
る。例えばグラフィック蛍光表示管においては、電極を
ＸＹマトリクス構造とし、陽極側の表示部における点灯
・非点灯を選択する構成をとることができる。
【０００３】即ち、電界放出形カソードのエミッタ電極
列とゲート電極列、グリッド電極そしてアノード電極の
うち、二つの電極を互いに交差するマトリクス状に構成
する。そして、表示画像に応じてマトリクスの交点を選
択すれば、この交点に対応した電界放出素子から電子が
放出され、この電子がアノード電極の蛍光体に射突して
画素の選択が行なわれる。
列とゲート電極列、グリッド電極そしてアノード電極の
うち、二つの電極を互いに交差するマトリクス状に構成
する。そして、表示画像に応じてマトリクスの交点を選
択すれば、この交点に対応した電界放出素子から電子が
放出され、この電子がアノード電極の蛍光体に射突して
画素の選択が行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来のＸＹマ
トリクス構造の電界放出形カソードには次のような問題
点があった。 （１）ダイナミック駆動なので発光時間はデューティ比
に依存し、走査画素が多いほど一画素の発光時間が短く
なって輝度が低下する。 （２）ダイナミック駆動はスタティックに比べて回路が
複雑である。 （３）外部回路の形成によって外形の大型化又はコスト
高を生じる。
トリクス構造の電界放出形カソードには次のような問題
点があった。 （１）ダイナミック駆動なので発光時間はデューティ比
に依存し、走査画素が多いほど一画素の発光時間が短く
なって輝度が低下する。 （２）ダイナミック駆動はスタティックに比べて回路が
複雑である。 （３）外部回路の形成によって外形の大型化又はコスト
高を生じる。
【０００５】そこで本出願人は、特願平２−９５１１９
号において、次のような電子源を提案した。この電子源
においては、絶縁基板上にＸＹマトリクス配線を形成
し、ＸＹマトリクス配線で絶縁基板上に区画された複数
の要素領域内に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と電界放出
素子（ＦＥＣ）を並設している。
号において、次のような電子源を提案した。この電子源
においては、絶縁基板上にＸＹマトリクス配線を形成
し、ＸＹマトリクス配線で絶縁基板上に区画された複数
の要素領域内に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と電界放出
素子（ＦＥＣ）を並設している。
【０００６】薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で大電流を得
るためには、トランジスタの面積を大きくしなければな
らなかった。また、ＴＦＴを使用したＦＥＣにおいて
は、ＦＥＣをＴＦＴの上に絶縁層を介して形成すること
はＴＦＴの性能上困難であり、両者は並設せざるを得な
かった。これらの事情から、本出願人の提案になるＴＦ
ＴとＦＥＣを組合せた電子源は面積の利用効率が低いと
いう課題を有していた。
るためには、トランジスタの面積を大きくしなければな
らなかった。また、ＴＦＴを使用したＦＥＣにおいて
は、ＦＥＣをＴＦＴの上に絶縁層を介して形成すること
はＴＦＴの性能上困難であり、両者は並設せざるを得な
かった。これらの事情から、本出願人の提案になるＴＦ
ＴとＦＥＣを組合せた電子源は面積の利用効率が低いと
いう課題を有していた。
【０００７】また、前述した従来の電界放出形カソード
及び本出願人の提案になる電子源では、ガラス基板等の
絶縁基板上に設けたＳｉにＦＥＣを作るが、このような
構造では電子移動度が低く、ＴＦＴについて所望の特性
を得にくいという課題を有していた。
及び本出願人の提案になる電子源では、ガラス基板等の
絶縁基板上に設けたＳｉにＦＥＣを作るが、このような
構造では電子移動度が低く、ＴＦＴについて所望の特性
を得にくいという課題を有していた。
【０００８】本発明の電界放出形カソードは、表示密度
が高く、ＦＥＣと共に作り込む回路の特性が良好で、ス
タティック駆動することも可能な電界放出形カソードを
提供することを目的としている。
が高く、ＦＥＣと共に作り込む回路の特性が良好で、ス
タティック駆動することも可能な電界放出形カソードを
提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の電界放出形カソ
ードは、Ｓｉ単結晶基板と、互いに交差する二方向につ
いて前記Ｓｉ単結晶基板上に積層して配設された複数本
づつのマトリクス配線と、前記マトリクス配線によって
区画された前記Ｓｉ単結晶基板上の複数の要素領域内に
それぞれ形成され、スイッチング素子と記憶回路を有す
るとともに入力側が前記マトリクス配線に接続された回
路要素と、前記各要素領域内の前記Ｓｉ単結晶基板上に
絶縁層を介して配設された下敷電極と、 該下敷電極上に
前記Ｓｉ単結晶基板とは別体に形成されたエミッタを有
し、前記各回路要素の出力側に接続された電界放出部と
を有している。
ードは、Ｓｉ単結晶基板と、互いに交差する二方向につ
いて前記Ｓｉ単結晶基板上に積層して配設された複数本
づつのマトリクス配線と、前記マトリクス配線によって
区画された前記Ｓｉ単結晶基板上の複数の要素領域内に
それぞれ形成され、スイッチング素子と記憶回路を有す
るとともに入力側が前記マトリクス配線に接続された回
路要素と、前記各要素領域内の前記Ｓｉ単結晶基板上に
絶縁層を介して配設された下敷電極と、 該下敷電極上に
前記Ｓｉ単結晶基板とは別体に形成されたエミッタを有
し、前記各回路要素の出力側に接続された電界放出部と
を有している。
【００１０】また本発明によれば、前記回路要素を、前
記マトリクス配線に接続されたスイッチング素子と、前
記スイッチング素子によって入力される信号を記憶する
記憶回路と、前記記憶回路に記憶された信号を増幅して
前記電界放出部に与える駆動回路とによって構成するこ
ともできる。
記マトリクス配線に接続されたスイッチング素子と、前
記スイッチング素子によって入力される信号を記憶する
記憶回路と、前記記憶回路に記憶された信号を増幅して
前記電界放出部に与える駆動回路とによって構成するこ
ともできる。
【００１１】
【実施例】本発明の一実施例に係る電界放出形カソード
について図１〜図７によって説明する。図１〜図３に示
すように、Ｓｉ単結晶基板１（以下、単にＳｉ基板１と
呼ぶ。）上には、ＳｉＯ2 の絶縁層２を介してＸ方向に
帯状の制御線３が所定間隔をおいて並設されている。制
御線３の上には、ＳｉＯ2 の絶縁層４を介してＹ方向に
帯状のデータ線５が所定間隔をおいて並設されている。
制御線３とデータ線５はともにＡｌの薄膜からなり、互
いに交差するマトリクス配線としてＳｉ基板１上に複数
の要素領域６を区画している。
について図１〜図７によって説明する。図１〜図３に示
すように、Ｓｉ単結晶基板１（以下、単にＳｉ基板１と
呼ぶ。）上には、ＳｉＯ2 の絶縁層２を介してＸ方向に
帯状の制御線３が所定間隔をおいて並設されている。制
御線３の上には、ＳｉＯ2 の絶縁層４を介してＹ方向に
帯状のデータ線５が所定間隔をおいて並設されている。
制御線３とデータ線５はともにＡｌの薄膜からなり、互
いに交差するマトリクス配線としてＳｉ基板１上に複数
の要素領域６を区画している。
【００１２】図１〜図３に示すように、前記Ｓｉ基板１
上には、各要素領域６ごとに、回路要素７と電界放出部
８がそれぞれ設けられている。
上には、各要素領域６ごとに、回路要素７と電界放出部
８がそれぞれ設けられている。
【００１３】本実施例の回路要素７は、図２に示すよう
に、スイッチング素子としてのトランジスタＴｒ1 と、
記憶回路としてのキャパシタＣS と、出力信号を増幅し
て電界放出部８に与える駆動回路としてのトランジスタ
Ｔｒ2 から成る。
に、スイッチング素子としてのトランジスタＴｒ1 と、
記憶回路としてのキャパシタＣS と、出力信号を増幅し
て電界放出部８に与える駆動回路としてのトランジスタ
Ｔｒ2 から成る。
【００１４】両トランジスタＴｒ1 ，Ｔｒ2 はＳｉ基板
１上に作り込まれたＭＯＳ形トランジスタである。図２
又は図３に示すように、トランジスタＴｒ1 は、入力側
であるドレインＤがデータ線５に接続され、ゲートＧが
制御線３に接続されている。トランジスタＴｒ1 のソー
スＳは、キャパシタＣS の一端とトランジスタＴｒ2の
ゲートＧに入力されている。キャパシタＣS の他端とト
ランジスタＴｒ2 のドレインＤは電源線９に接続されて
いる。そしてトランジスタＴｒ2 の出力側であるソース
Ｓは電界放出部８の下敷電極１０に接続されている。
１上に作り込まれたＭＯＳ形トランジスタである。図２
又は図３に示すように、トランジスタＴｒ1 は、入力側
であるドレインＤがデータ線５に接続され、ゲートＧが
制御線３に接続されている。トランジスタＴｒ1 のソー
スＳは、キャパシタＣS の一端とトランジスタＴｒ2の
ゲートＧに入力されている。キャパシタＣS の他端とト
ランジスタＴｒ2 のドレインＤは電源線９に接続されて
いる。そしてトランジスタＴｒ2 の出力側であるソース
Ｓは電界放出部８の下敷電極１０に接続されている。
【００１５】なお、前記トランジスタＴｒ1 ，Ｔｒ2 の
ドレインとソースはＳｉ基板１に形成したｎ+ 層であ
り、ゲートはポリシリコン又は高融点金属（メタルシリ
サイド）から成る。
ドレインとソースはＳｉ基板１に形成したｎ+ 層であ
り、ゲートはポリシリコン又は高融点金属（メタルシリ
サイド）から成る。
【００１６】電界放出部８は、前記要素領域６ごとに形
成された電界放出素子であって、図３に示すように前述
したマトリクス配線である制御線３及びデータ線５と回
路要素７の上に絶縁層１１を介して積層して設けられて
いる。
成された電界放出素子であって、図３に示すように前述
したマトリクス配線である制御線３及びデータ線５と回
路要素７の上に絶縁層１１を介して積層して設けられて
いる。
【００１７】即ち、前記絶縁層１１の上には下敷電極１
０が設けられ、その上にはＳｉＯ2又はＳｉ3 Ｎ4 或い
はＡｌ2 Ｏ3 等の絶縁層１２が形成されている。さらに
この絶縁層１２上にはＮｂ層等のゲート１３が形成され
ている。ゲート１３及び絶縁層１２にはホール１４が形
成され、該ホール１４内の下敷電極１０上にはＭｏ（又
はＴｉ，Ｗ等）からなるコーン形状のエミッタ１５が蒸
着法により形成されている。
０が設けられ、その上にはＳｉＯ2又はＳｉ3 Ｎ4 或い
はＡｌ2 Ｏ3 等の絶縁層１２が形成されている。さらに
この絶縁層１２上にはＮｂ層等のゲート１３が形成され
ている。ゲート１３及び絶縁層１２にはホール１４が形
成され、該ホール１４内の下敷電極１０上にはＭｏ（又
はＴｉ，Ｗ等）からなるコーン形状のエミッタ１５が蒸
着法により形成されている。
【００１８】次に、以上の構成における作用を説明す
る。ＸＹマトリクスを構成するデータ線５と制御線３の
任意の組合せを選択することにより、マトリクス上の任
意の交点にある要素領域６のトランジスタＴｒ1 をＯＮ
とし、データ線５で与えられる表示信号をトランジスタ
Ｔｒ1 を介してキャパシタＣS に記憶させることができ
る。
る。ＸＹマトリクスを構成するデータ線５と制御線３の
任意の組合せを選択することにより、マトリクス上の任
意の交点にある要素領域６のトランジスタＴｒ1 をＯＮ
とし、データ線５で与えられる表示信号をトランジスタ
Ｔｒ1 を介してキャパシタＣS に記憶させることができ
る。
【００１９】記憶後、この信号をトランジスタＴｒ2 を
経て電界放出部８の下敷電極１０に印加すれば、ＸＹマ
トリクス内の所望の位置にある電界放出部８から電子を
放出させることができる。
経て電界放出部８の下敷電極１０に印加すれば、ＸＹマ
トリクス内の所望の位置にある電界放出部８から電子を
放出させることができる。
【００２０】また、駆動回路であるトランジスタＴｒ2
の制御により、電子の放出量を制御できるので、輝度調
整や階調表示を行なうことができる。
の制御により、電子の放出量を制御できるので、輝度調
整や階調表示を行なうことができる。
【００２１】図４は、本実施例の電界放出カソード２０
を蛍光表示管２１の電子源として外囲器２２内に実装し
た例を示している。外囲器２２内の電界放出カソード２
０に対向する位置には、アノード電極２３と蛍光体層２
４からなる発光表示部としての陽極２５が構成されてい
る。陽極２５の構成は、単色表示の場合にはベタで形成
すればよい。フルカラー表示の場合には、図４のように
赤，緑，青の各色に対応する表示セグメントＲ，Ｇ，Ｂ
を設け、各セグメントＲ，Ｇ，Ｂが電界放出カソード２
０の各要素領域６に対応するように構成すればよい。
を蛍光表示管２１の電子源として外囲器２２内に実装し
た例を示している。外囲器２２内の電界放出カソード２
０に対向する位置には、アノード電極２３と蛍光体層２
４からなる発光表示部としての陽極２５が構成されてい
る。陽極２５の構成は、単色表示の場合にはベタで形成
すればよい。フルカラー表示の場合には、図４のように
赤，緑，青の各色に対応する表示セグメントＲ，Ｇ，Ｂ
を設け、各セグメントＲ，Ｇ，Ｂが電界放出カソード２
０の各要素領域６に対応するように構成すればよい。
【００２２】図５は、本実施例の電界放出カソード２０
において、Ｘ側（制御線側）のドライバ３０と、Ｙ側
（データ線側）のドライバ３１を、電界放出カソード２
０のＸＹマトリクス部と同一のＳｉ基板１上に集積して
形成する例を示したものである。さらにドライバ回路以
外の画像信号処理等のためのその他の機能回路を同一Ｓ
ｉ基板上に形成することもできる。
において、Ｘ側（制御線側）のドライバ３０と、Ｙ側
（データ線側）のドライバ３１を、電界放出カソード２
０のＸＹマトリクス部と同一のＳｉ基板１上に集積して
形成する例を示したものである。さらにドライバ回路以
外の画像信号処理等のためのその他の機能回路を同一Ｓ
ｉ基板上に形成することもできる。
【００２３】従来のグラフィック表示装置のなかには、
ガラス基板上にドライバＩＣを取付けたいわゆるチップ
オングラスタイプの表示管はあったが、ＩＣの端子と表
示素子の端子を接続するのが容易でなかった。
ガラス基板上にドライバＩＣを取付けたいわゆるチップ
オングラスタイプの表示管はあったが、ＩＣの端子と表
示素子の端子を接続するのが容易でなかった。
【００２４】図５の構造によれば、共通の基板としてＳ
ｉ基板１を用いているので、表示部の周辺に相当するＳ
ｉ基板１の外周部にドライバ３０，３１を直接作り込む
ことができる。そして、作り込まれたドライバ３０，３
１と前記マトリクス配線とは、Ｓｉ基板１上の配線パタ
ーンで接続できる。
ｉ基板１を用いているので、表示部の周辺に相当するＳ
ｉ基板１の外周部にドライバ３０，３１を直接作り込む
ことができる。そして、作り込まれたドライバ３０，３
１と前記マトリクス配線とは、Ｓｉ基板１上の配線パタ
ーンで接続できる。
【００２５】図６は、本実施例の回路要素７における記
憶回路の他の構成例を示している。これは、フリッププ
ロップ回路を使ったラッチ回路方式である。
憶回路の他の構成例を示している。これは、フリッププ
ロップ回路を使ったラッチ回路方式である。
【００２６】図７は、本実施例の回路要素７における駆
動回路の他の構成例を示している。この例では、トラン
ジスタＴｒ2 のソース側を抵抗３２を介して接地すると
ともに、この抵抗３２の前から出力信号を取り出して電
界放出部８の下敷電極１０に接続している。
動回路の他の構成例を示している。この例では、トラン
ジスタＴｒ2 のソース側を抵抗３２を介して接地すると
ともに、この抵抗３２の前から出力信号を取り出して電
界放出部８の下敷電極１０に接続している。
【００２７】
【００２８】図８は、本実施例の電界放出部８の他の構
成例を示している。この例においても、要素領域６内の
回路要素７に隣接する部分に電界放出部８が形成されて
いるが、その下敷電極１０はＳｉ基板１上に形成された
Ａｌ等の金属薄膜によって構成されている。なお、図８
において、図３と対応する部分については同一の符号を
付す。
成例を示している。この例においても、要素領域６内の
回路要素７に隣接する部分に電界放出部８が形成されて
いるが、その下敷電極１０はＳｉ基板１上に形成された
Ａｌ等の金属薄膜によって構成されている。なお、図８
において、図３と対応する部分については同一の符号を
付す。
【００２９】
【発明の効果】本発明の電界放出形カソードによれば次
のような効果が得られる。 （１）マトリクス配線で区画された多数の各要素領域の
各々がメモリ機能を有しているので、スタティック駆動
が可能である。従って単色表示ではデューティサイクル
をほぼ１（フルカラーの場合には１／３）にでき、従来
のダイナミック駆動に比較して大きくすることができる
ので、陽極電圧が低くても高輝度が得られる。
のような効果が得られる。 （１）マトリクス配線で区画された多数の各要素領域の
各々がメモリ機能を有しているので、スタティック駆動
が可能である。従って単色表示ではデューティサイクル
をほぼ１（フルカラーの場合には１／３）にでき、従来
のダイナミック駆動に比較して大きくすることができる
ので、陽極電圧が低くても高輝度が得られる。
【００３０】（２）回路要素を電界放出部の下に集積し
て形成することができるので、一画素分の電界放出素子
の面積を小さくすることができる。
て形成することができるので、一画素分の電界放出素子
の面積を小さくすることができる。
【００３１】（３）ガラス基板上にアモルファスＳｉや
ポリＳｉを用いて形成した駆動用のＩＣが知られている
が、回路要素をＳｉ単結晶基板上に形成した本発明の方
が、電子移動度（mobility）を１００〜１０００倍に大
きくすることができ、良好な回路特性が得られる。
ポリＳｉを用いて形成した駆動用のＩＣが知られている
が、回路要素をＳｉ単結晶基板上に形成した本発明の方
が、電子移動度（mobility）を１００〜１０００倍に大
きくすることができ、良好な回路特性が得られる。
【００３２】（４）カラー表示を行なう蛍光表示管では
陽極の表示部に硫化物系の蛍光体を使っている。従来の
電子源である熱酸化物陰極をこの種の蛍光表示管に用い
ると、硫化物系ガスが発生して該陰極と反応し、エミッ
ションが低下してしまう。ところが本発明は電界放出素
子を応用しているので、蛍光体からの硫化物系ガスによ
ってエミッションが低下することはない。
陽極の表示部に硫化物系の蛍光体を使っている。従来の
電子源である熱酸化物陰極をこの種の蛍光表示管に用い
ると、硫化物系ガスが発生して該陰極と反応し、エミッ
ションが低下してしまう。ところが本発明は電界放出素
子を応用しているので、蛍光体からの硫化物系ガスによ
ってエミッションが低下することはない。
【００３３】（５）電界放出素子を応用しているので、
従来の熱電子放出型の陰極に比べて高輝度、高分解能の
表示が得られ、低電力かつ長寿命である。
従来の熱電子放出型の陰極に比べて高輝度、高分解能の
表示が得られ、低電力かつ長寿命である。
【図１】一実施例の全体回路図である。
【図２】一実施例の一要素領域における回路図である。
【図３】（ａ）は一実施例の断面図、（ｂ）は平面図で
ある。
ある。
【図４】一実施例を応用した蛍光表示管の断面図であ
る。
る。
【図５】一実施例の他の構成例を示す平面図である。
【図６】一実施例における記憶回路の他の構成例を示す
回路図である。
回路図である。
【図７】一実施例における駆動回路の他の構成例を示す
回路図である。
回路図である。
【図８】一実施例における電界放出部の他の構成例を示
す断面図である。
す断面図である。
１ Ｓｉ単結晶基板（Ｓｉ基板） ３ マトリクス配線としての制御線 ５ マトリクス配線としてのデータ線 ６ 要素領域 ７ 回路要素 ８ 電界放出部 ２０ 電界放出カソード Ｔｒ1 スイッチング素子としてのトランジスタ ＣS 記憶回路としてのキャパシタ Ｔｒ2 駆動回路としてのトランジスタ
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｓｉ単結晶基板と、 互いに交差する二方向について前記Ｓｉ単結晶基板上に
積層して配設された複数本づつのマトリクス配線と、 前記マトリクス配線によって区画された前記Ｓｉ単結晶
基板上の複数の要素領域内にそれぞれ形成され、スイッ
チング素子と記憶回路を有するとともに入力側が前記マ
トリクス配線に接続された回路要素と、前記各要素領域内の前記Ｓｉ単結晶基板上に絶縁層を介
して配設された下敷電極と、 該下敷電極 上に前記Ｓｉ単結晶基板とは別体に形成され
たエミッタを有し、前記各回路要素の出力側に接続され
た電界放出部とを有する電界放出形カソード。 - 【請求項２】 前記回路要素が、前記マトリクス配線に
接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子
によって入力される信号を記憶する記憶回路と、前記記
憶回路に記憶された信号を増幅して前記電界放出部に与
える駆動回路とによって構成された請求項１記載の電界
放出形カソード。 - 【請求項３】 Ｓｉ単結晶基板上のマトリクス周囲領域
にドライバ回路を有する請求項１記載の電界放出素子。
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