JPH1115430A - 電界放出型ディスプレイ装置 - Google Patents

電界放出型ディスプレイ装置

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JPH1115430A
JPH1115430A JP16297097A JP16297097A JPH1115430A JP H1115430 A JPH1115430 A JP H1115430A JP 16297097 A JP16297097 A JP 16297097A JP 16297097 A JP16297097 A JP 16297097A JP H1115430 A JPH1115430 A JP H1115430A
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JP
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pulse
emitter
voltage
gate
field emission
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JP16297097A
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Masayoshi Yamashita
正芳 山下
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Yamaha Corp
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  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的容易に多階調表示を実現できるように
した電界放出型ディスプレイ装置を提供する。 【解決手段】 電界放出型エミッタを持つ画素Pijが行
列配置され、行方向の画素を共通駆動するゲート配線と
列方向の電界放出エミッタを共通駆動するエミッタ配線
とが形成された表示基板、及びこの表示基板に対向配置
されてアノード電極と蛍光体膜が形成された対向基板を
有するFED装置本体1と、ゲート配線に順次ゲート電
圧パルスを供給するゲート駆動回路2と、エミッタ配線
にゲート電圧パルスと同期してゲート電圧パルスと共に
各画素のエミッタ放出電流値を決定するエミッタ電圧パ
ルスを供給するエミッタ駆動回路3とを備え、エミッタ
駆動回路3は、M階調に対応するパルス幅制御とN階調
に対応するパルス振幅制御とを組み合わせてM×N階調
の情報を含ませたエミッタ電圧パルスを発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、微小な電界放出
型エミッタを配列形成してなる表示基板を用いて多階調
表示を行う電界放出型ディスプレイ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、フラットパネルディスプレイとし
て、微小エミッタを電子源として用いたFED(Field
Emission Display)が注目されている。FEDは、ゲー
ト電極により駆動される電界放出型エミッタを持つ複数
画素が配列形成された表示基板と、この表示基板に対向
配置されたアノード電極と蛍光体膜が形成された対向基
板とから構成される。表示基板と対向基板の間は真空排
気される。表示基板上の行方向の画素を共通駆動する複
数本のゲート配線と、列方向の画素の電界放出エミッタ
を共通駆動する複数本のエミッタ配線とは外部に取り出
される。そして例えば、ゲート配線を順次駆動しなが
ら、これに同期してエミッタ配線に1ラインずつの画像
データを与えることにより、いわゆる線順次駆動の画像
表示が行われる。
【0003】この種のFEDにおいて、フルカラー画像
表示を行う場合には、R(赤),G(緑)及びB(青)
の3原色ドット3つ分を1画素として、R,G及びBの
各ドットの電界放出型エミッタに対向するアノード電極
上にそれぞれ、R,G及びB用の蛍光体膜を形成して構
成される。表示電極上のエミッタ配線としては、1画素
当たりR,G及びB用の3本ずつ配設される。
【0004】ゲート配線には例えば、順次正のゲート電
圧パルス(例えば、+25V)を印加することにより、
1ラインずつの選択が行われ、これに同期して各エミッ
タ配線には画像データに応じて負のエミッタ電圧パルス
(例えば、−25V)が印加される。ゲート配線に+2
5Vが印加され、エミッタ配線に−25Vが印加された
ドットでは、ゲート・エミッタ間電圧が50Vとなって
エミッタ先端部において電子放出が生じ、この電子が正
の高電圧が印加されたアノード電極側に加速されて蛍光
体膜を叩くことにより発光する。FEDの階調表示は、
上述したエミッタ電圧パルスをPWM(パルス幅変調)
パルスとして、そのパルス幅を制御することにより可能
となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、FED
において、上述したエミッタ電圧パルスのパルス幅制御
による階調表示は、16階調程度までは比較的容易であ
るが、更に多階調表示を行うことは難しい。例えば、6
40×480画素をフレーム周波数60Hzで表示する
場合に、エミッタ電圧パルスのパルス幅制御で256階
調を実現しようとすると、エミッタ電圧パルスとして、
1/(60×480×256)=135[nsec]の単位
パルス幅が必要となる。このとき立上り及び立下がり時
間は、パルス幅の1/10として13.5[nsec]とな
る。エミッタ線ドライバの出力段に通常のMOSトラン
ジスタを用いて、−25Vという高電圧パルスをこれだ
け高速にスイッチングする事は困難であり、消費電力も
極めて大きなものとなる。
【0006】パルス幅制御に代わって、エミッタ電圧パ
ルスをPAM(パルス振幅変調)パルスとして、ゲート
・エミッタ間電圧を可変制御して階調表示を行うことも
考えられるが、これも256階調を得るには現実的でな
い。電界放出型エミッタは、ゲート・エミッタ間電圧と
エミッション電流の関係が、約30Vで急峻に電流が立
ち上がる非線形特性(ダイオード特性)を示すため、エ
ミッション電流を256分割するべくゲート・エミッタ
間電圧を微小且つ不等間隔で256分割することは、回
路的に非常に難しいからである。
【0007】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、比較的容易に多階調表示を実現できるようにし
た電界放出型ディスプレイ装置を提供することを目的と
している。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電界放出
型ディスプレイ装置は、ゲート電極により駆動される電
界放出型エミッタを持つ複数の画素が行列配置され、行
方向の画素を共通駆動する複数本のゲート配線と列方向
の電界放出エミッタを共通駆動する複数本のエミッタ配
線とが形成された表示基板及び、この表示基板に対向配
置されてアノード電極と蛍光体膜が形成された対向基板
を有するディスプレイ装置本体と、前記複数本のゲート
配線に順次ゲート電圧パルスを供給するゲート駆動手段
と、前記複数本のエミッタ配線に前記ゲート電圧パルス
と同期して前記ゲート電圧パルスと共に各画素のエミッ
タ放出電流値を決定するエミッタ電圧パルスを供給する
エミッタ駆動手段とを備え、前記エミッタ駆動手段は、
前記エミッタ電圧パルスとして、M階調(Mは任意の整
数)に対応するパルス幅制御とN階調(Nは任意の整
数)に対応するパルス振幅制御とで定義されるM×N階
調の情報を含ませたパルス波形を発生する、各エミッタ
線毎に設けられたエミッタ電圧パルス発生手段を有する
ことを特徴としている。
【0009】この発明において例えば、前記ディスプレ
イ装置本体は、各画素がR,G及びBドットからなるフ
ルカラー画像表示用であって、前記対向基板のアノード
電極上には各画素毎にR,G及びBドットを構成する蛍
光体膜が形成され、前記表示基板の複数本のエミッタ配
線として、1画素当たりR,G及びB用の3本ずつのエ
ミッタ配線を有するものとする。
【0010】またこの発明において、前記エミッタ電圧
パルス発生手段は、例えば、nビットで表される階調デ
ータの下位mビットで基準振幅値の1/2mずつ振幅値
が制御されて、基準パルス幅のパルス電圧を発生するP
AMパルス生成手段と、前記階調データの上位(n−
m)ビットで前記基準パルス幅の2(n-m)倍の範囲でパ
ルス幅が制御されて、前記基準振幅値のパルス電圧を発
生するPWMパルス生成手段と、これらのPAMパルス
生成手段とPWMパルス生成手段の出力パルス電圧を時
間軸方向に合成したパルス電圧を発生する合成手段とを
有するものとする。
【0011】この発明によるFED装置では、エミッタ
電圧パルスとして、パルス幅制御によるM階調とパルス
振幅制御によるN階調とを組み合わせて、M×N階調の
情報を含むようにしたパルス波形を用いることにより、
パルス幅制御のみ或いはパルス振幅制御のみでは難しい
多階調表示制御が比較的簡単に実現でき、例えばM=1
6,N=16として256階調表示を行うことも容易で
ある。上述のようなパルス幅とパルス振幅に階調情報を
含むパルス電圧は、例えばPAMパルス生成手段とPW
Mパルス生成手段を組み合わせることにより作ることが
できる。即ち、階調データをnビットとして、PAMパ
ルス生成手段では、下位Mビットで基準振幅値の1/2
mずつ振幅値を制御した、基準パルス幅のパルス電圧を
発生する。PWMパルス生成手段では、上位(n−m)
ビットで基準パルス幅の2(n-m)倍の範囲でパルス幅を
制御した基準振幅値のパルス電圧を発生する。これらの
パルス電圧をその時間軸方向に合成することにより、n
ビットの階調データを含む、一般的に階段状となるパル
ス電圧を得ることができる。256階調の場合であれ
ば、n=8,m=4として、16階調のパルス振幅と1
6階調のパルス幅を組み合わせた階段状パルス電圧とな
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図1は、一実施例によるFED装
置の全体構成を示し、図2(a)はそのFED本体1の
表示基板10側の4画素分のレイアウトを示し、同図
(b)は(a)のA−A′位置でのFED本体1の断面
構造を示している。
【0013】FED本体1は、図2(b)に示すように
表示基板10とこれに対向配置された対向基板20とか
ら構成される。表示基板10は例えば、シリコン基板1
1を用いて構成されて、図1に示すように複数の画素P
ij(i=1〜p,j=1〜q)が行列配置される。各画
素Pijは、R,G,Bドットにより構成され、各ドット
領域に先鋭な先端を持つ電界放出型エミッタ(以下、単
にエミッタと称する)12が、例えば4個ずつ形成され
る。図2(b)では、便宜上各ドットに一つのエミッタ
12しか示していない。
【0014】列方向のエミッタ12を共通駆動するエミ
ッタ配線13(131R,131G,131B,…)は、絶縁
膜15により互いに分離されて、1画素につきそれぞれ
R,G,B用の3本ずつ配設されて、外部にエミッタ端
子E(E1R,E1G,E1B,…)として取り出される。行
方向の各エミッタ12を共通駆動するゲート配線(電
極)14(141 ,142 ,…)は、基板11上に絶縁
膜16を介して形成されて、各エミッタ12が露出する
孔が加工されている。各ゲート配線14は、外部にゲー
ト端子G(G1,G2,…)として取り出される。
【0015】対向基板20は、ガラス等の透明基板21
を用いて作られ、その表面にはITO等の透明導電膜に
よるアノード電極22が形成され、アノード電極22上
には、各画素PijのR,G,Bドットに対応してそれぞ
れR,G,B用の蛍光体膜23(23R ,23G ,23
B )が形成されている。表示基板10と対向基板20の
間は、図示しないが、低融点ガラス等の封止材により真
空封止される。この場合好ましくは、FED本体1の内
部にはバリウム合金或いはジルコニウム合金等のゲッタ
ー材が封入される。
【0016】この様に構成されたFED本体1の駆動回
路として、図1に示すように、ゲート端子Gに順次ゲー
ト電圧パルスを供給するゲート駆動回路2と、このゲー
ト駆動回路2と同期してエミッタ端子Eに画像データに
対応するエミッタ電圧パルスを供給するエミッタ駆動回
路3とが設けられる。これらのゲート駆動回路2及びエ
ミッタ駆動回路3の同期制御を行うのが、コントローラ
4である。通常、線順次による画像表示を行う場合、エ
ミッタ駆動回路3には1ラインずつの画像データが順次
送り込まれ、q×3本のエミッタ端子Eには1ラインを
構成する画像データが同時に与えられ、ゲート駆動回路
2によって一つのゲート端子Gが選択駆動されて1ライ
ンの画像表示がなされ、以下順次、1ラインずつの画像
データに対してゲート端子Gが選択駆動される。
【0017】図3は、ゲート端子G及びエミッタ端子E
の動作電圧波形を示している。ゲート端子Gには図示の
ように、順次パルス幅τの正のゲート電圧パルスが与え
られ、そのパルス幅τが1ラインの表示時間となり、こ
の時間内でR,G,Bのエミッタ端子Eには、階調デー
タにより変調された負のエミッタ電圧パルスが与えられ
る。この実施例の場合、エミッタ電圧パルスは、任意の
整数をM,Nとして、M階調に対応するパルス幅制御と
N階調に対応するパルス振幅制御とを組み合わせて、時
間軸に沿った電圧の幅と電圧値(振幅)とで定義される
M×N階調の情報を含ませたパルス波形となっている。
言い換えればこのパルス波形は、図4に示すように、斜
線を施した単位パルスを振幅方向にM個の範囲、パルス
幅方向にN個の範囲で、階調の度合いに応じて積み重ね
た形で、一般的には実線で示すような階段波形として作
られる。
【0018】図5は、エミッタ駆動回路3内で、階調デ
ータによって上述のようなエミッタ電圧パルスを発生す
る一つのパルス発生回路30の具体例を示している。こ
のパルス発生回路30は、階調データをnビット(2n
階調)として、その下位mビットのデータから基準パル
ス幅を持ち振幅値が基準振幅値の1/2mずつ制御され
るPAMパルスを生成する回路部と、上位(n−m)ビ
ットをデコードして基準パルス幅の2(n-m)倍の範囲で
パルス幅が制御されたPWMパルスを生成する回路部と
から構成される。PAMパルスを生成する回路部は、D
/Aコンバータ31と、その出力に応じた振幅値を持つ
基準パルス幅のPAMパルスを生成するPAM回路3
3、及び得られたPAMパルスの振幅値を、線形のエミ
ッタ電流が得られるように対数変換するlogアンプ3
4とから構成される。また、上位(n−m)ビットによ
りPWMパルスを生成する回路部は、PWMデコーダ3
2により構成される。logアンプ34の出力とPWM
デコーダ32の出力を時間軸方向に合成して階段波状の
エミッタ電圧パルスを得るために、アナログ加算器35
が設けられている。このパルス発生回路30は、R,
G,Bの各エミッタ端子E毎に設けられる。
【0019】具体的に、n=8(即ち、256階調)、
m=4とした場合の、PAM回路33の出力とPWMデ
コーダ32の出力の波形を図6に示す。PAM回路33
の出力は、階調データの下位4ビットA0〜A3に応じ
て、基準振幅値P0の1/16のステップで振幅値が制
御された基準パルス幅W0のパルスとなる。PWMデコ
ーダ32の出力は、階調データの上位4ビットA4〜A
7に応じて、パルス幅が基準パルス幅が0〜15W0の
範囲で16段階にパルス幅制御された基準振幅値P0の
パルスとなる。これらのパルスを時間軸方向に合成する
ことにより、16×16=256個の異なる振幅と幅と
で定義されるエミッタ電圧パルスが得られることが分か
る。
【0020】上述の基準パルス幅W0は、得られる電圧
パルスの最大パルス幅15×W0が、図3に示すゲート
電圧パルスの幅τに相当するように選択される。また、
基準振幅値P0〜最小振幅値P0/16は、耐圧限界内
でエミッション電流が得られる電圧範囲内で分割設定さ
れる。
【0021】PAM回路33から得られるPAMパルス
は、振幅がリニアに変化している。しかし、エミッショ
ン電流はゲート・エミッタ間電圧には比例せず、図7に
示すように指数関数的な特性となる。この様なエミッシ
ョン電流−電圧特性から、エミッション電流がI1 ,I
2 ,…,116のように等分割されるようなゲート・エミ
ッタ間電圧V1 ,V2 ,…,V16が得られるように、エ
ミッタ電圧パルスの振幅制御を行うこと、言い換えれ
ば、図6に示すPAM回路出力の振幅ステップが不等間
隔となるように、振幅制御を行うことが必要になる。こ
の振幅制御を行うのが、logアンプ34である。即ち
PAMパルスをこのlogアンプ34を通しておくこと
により、エミッション電流の指数関数特性が補正され
て、電流(=輝度)が入力電圧に比例するという線形特
性を得ることができる。
【0022】logアンプ34を通したPAMパルスを
用いることにより出力電流がリニアになる理由を具体的
に説明すると、つぎの通りである。通常、FEDのゲー
トにはこれだけでは電子放出がないゲート電圧Vgが走
査電圧として与えられ、これにエミッタ電圧Veが与え
られて、ゲート・エミッタ間電圧Vgeは、下記数1と
なる。
【0023】
【数1】Vge=Vg+|Ve|
【0024】振幅変調をかけない場合、ゲート電圧Vg
は、エミッタ電圧Veの最大値をVemax として、Vg
=|Vemax |とするのが普通である。このときエミッ
ション電流Iは、次の指数関数で表される。
【0025】
【数2】 I=I0・exp[k1(|Vemax |+|Ve|)]
【0026】図5のPAM回路33から出力される階調
用のPAMパルスの電圧Vdをlogアンプ34を通す
と、得られるエミッタ電圧は、下記数3となる。
【0027】
【数3】 |Vemax |+|Ve|=k2・log(Vd)
【0028】数3を数2に代入すれば、下記数4とな
る。
【0029】
【数4】I=I0・exp(k1・k2・log(V
d))=I0・k1・k2・Vd
【0030】数4から明らかなように、logアンプ3
4を通しておくことにより、輝度を入力電圧Vdに比例
させることができることになる。
【0031】図7は、図5の各部の出力波形例を示して
いる。PWMデコーダ32には16W0の周期内でパル
ス幅0〜15W0のいずれかのPWMパルスが得られ、
logアンプ34には、前述のように振幅値が不等間隔
に変換されたPAMパルスが得られ、加算器35にはこ
れらを合成したパルスが得られる。加算器35の出力
は、時間軸に沿って基本パルス幅W0の単位で変化す
る。例えば、640×480画素をフレーム周波数60
Hzで表示する場合、基本パルス幅W0は、1/(60
×480×16)=2.17[μsec]となる。立上
り及び立下がり時間は、パルス幅の1/10とすると、
217[nsec]となり、容易にスイッチングするこ
とが可能となる。また、パルス振幅もPAM制御を行っ
ているので、25Vの単位で変化しないので、消費電力
も低減される。
【0032】参考までに図9は、試作したFEDにおい
て、ゲート・エミッタ間に直流電圧を印加し、アノード
電圧を0Vとしてエミッション電流を測定したデータを
示している。具体的には、24×16画素マトリクスの
FED上の384点の電流−電圧特性を全て測定した平
均特性である。FEDの表示部面積は4.8mm×9.6
mmであり、蛍光体はRGBの3色を塗布してあり、低融
点ガラスで封止してある。エミッタ材料は、TiNであ
る。
【0033】この実施例によると、階調制御をエミッタ
電圧パルスのパルス幅と振幅の組み合わせにより行うこ
とにより、パルス幅のみの制御或いは振幅のみの制御で
は実現できなかった256階調といった多階調制御が可
能となる。即ち、R,G,Bそれぞれ256階調とした
フルカラー表示で、256×256×256=1,67
7,216色の表示制御が可能となる。
【0034】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、パ
ルス幅制御とパルス振幅制御との組み合わせにより階調
表示を行うようにしたエミッタ電圧パルスを発生する手
段を備えて多階調表示を容易に実現できるようにしたF
ED装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例に係るFEDの全体構成
を示す図である。
【図2】 同実施例のFED装置本体の表示基板側レイ
アウトと断面図である。
【図3】 同実施例のFED装置の動作波形を示す図で
ある。
【図4】 同実施例のエミッタ電圧パルスの構成原理を
示す図である。
【図5】 同実施例のエミッタ電圧パルス発生回路の構
成例を示す図である。
【図6】 同エミッタ電圧パルス発生回路の各部の出力
波形を示す図である。
【図7】 同エミッタ電圧パルス発生回路の各部の出力
波形を示す図である。
【図8】 同実施例のエミッション電流−電圧特性を示
す図である。
【図9】 試作FEDのエミッション電流特性を示す図
である。
【符号の説明】
1…FED装置本体、2…ゲート駆動回路、3…エミッ
タ駆動回路、4…コントローラ、10…表示基板、12
…電界放出型エミッタ、13…エミッタ配線、14…ゲ
ート配線、20…対向基板、22…アノード電極、23
…蛍光体膜、30…エミッタ電圧パルス発生回路、31
…D/Aコンバータ、32…PWMデコーダ、33…P
AM回路、34…logアンプ、35…アナログ加算
器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲート電極により駆動される電界放出型
    エミッタを持つ複数の画素が行列配置され、行方向の画
    素を共通駆動する複数本のゲート配線と列方向の電界放
    出エミッタを共通駆動する複数本のエミッタ配線とが形
    成された表示基板、及びこの表示基板に対向配置されて
    アノード電極と蛍光体膜が形成された対向基板を有する
    ディスプレイ装置本体と、 前記複数本のゲート配線に順次ゲート電圧パルスを供給
    するゲート駆動手段と、 前記複数本のエミッタ配線に前記ゲート電圧パルスと同
    期して前記ゲート電圧パルスと共に各画素のエミッタ放
    出電流値を決定するエミッタ電圧パルスを供給するエミ
    ッタ駆動手段とを備え、 前記エミッタ駆動手段は、前記エミッタ電圧パルスとし
    て、M階調(Mは任意の整数)に対応するパルス幅制御
    とN階調(Nは任意の整数)に対応するパルス振幅制御
    とで定義されるM×N階調の情報を含ませたパルス波形
    を発生する、各エミッタ配線毎に設けられたエミッタ電
    圧パルス発生手段を有することを特徴とする電界放出型
    ディスプレイ装置。
  2. 【請求項2】 前記ディスプレイ装置本体は、各画素が
    R,G及びBドットからなるフルカラー画像表示用であ
    って、前記対向基板のアノード電極上には各画素毎に
    R,G及びBドットを構成する蛍光体膜が形成され、前
    記表示基板の複数本のエミッタ配線として、1画素当た
    りR,G及びB用の3本ずつのエミッタ配線を有するこ
    とを特徴とする請求項1記載の電界放出型ディスプレイ
    装置。
  3. 【請求項3】 前記エミッタ電圧パルス発生手段は、 nビットで表される階調データの下位mビットで基準振
    幅値の1/2mずつ振幅値が制御されて、基準パルス幅
    のパルス電圧を発生するPAMパルス生成手段と、 前記階調データの上位(n−m)ビットで前記基準パル
    ス幅の2(n-m)倍の範囲でパルス幅が制御されて、前記
    基準振幅値のパルス電圧を発生するPWMパルス生成手
    段と、 これらのPAMパルス生成手段とPWMパルス生成手段
    の出力パルス電圧を時間軸方向に合成したパルス電圧を
    発生する合成手段とを有することを特徴とする請求項1
    記載の電界放出型ディスプレイ装置。
  4. 【請求項4】 前記PAMパルス生成手段は、 前記階調データの下位mビットのデータをアナログ値に
    変換するD/Aコンバータと、 このD/Aコンバータの出力に応じて基準振幅値の1/
    mずつ振幅値が制御された基準パルス幅のパルス電圧
    を発生するPAM回路と、 このPAM回路の出力を対数変換するlogアンプとを
    有することを特徴とする請求項3記載の電界放出型ディ
    スプレイ装置。
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