JPH03250543A - ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 【産業上の利用分野） 本発明は、テレビやコンピュータ等に用いられるディス
プレイ装置に係わり、特に偏平化したディスプレイ装置
に関する。

（従来の技術） 情報化社会の進展の中で、ディスプレイ装置は、マン・
マシンインターフェースとして今や不可欠のものとなっ
ている。ディスプレイ装置の様々な用途への適用が進む
につれて、表示の品質や性能に対する要求は、より厳し
く、より高度になってきた。現在の開発の方向として、
大型化、高精細化等の性能の向上と、デバイスの偏平化
−フラットパネルディスプレイの開発が活発である。

フラットパネルディスプレイの開発としては、様々な技
術と方式が試みられており、例えば液晶ディスプレイ（
ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＦＤＰ）、ＥＬディ
スプレイ、蛍光表示管（Ｖ　Ｆ　Ｄ）等があり、それぞ
れ長所、短所を持ちながら実用化が進んできた。その中
でも、アクティブマトリックスを用いたＬＣＤは、マン
・マシンインターフェース用のディスプレイだけでなく
、家庭用テレビの画面としても有望視されている。しか
しながら、ＬＣＤは、画面の輝度、コントラストでＣＲ
Ｔディスプレイには遠く及ばない性能面の弱点がある。

逆に、ＣＲＴディスプレイは、輝度、コントラストの性
能は高いが、１つの電子源から発生した電子ビームを真
空中で走査するために、既存の技術ではフラットパネル
化が困難である。ＣＲＴディスプレイの偏平化技術とし
ては、ビームインデックス方式やチャネル・マルチプラ
イヤ方式が報告されている。

第９図に、チャネル・マルチプライヤ方式によりＣＲＴ
ディスプレイの偏平化を行った従来例を示す（Ａ、Ｇ、
Ｋｎａｐｐ　ｅｔ、ａｌ、−Ｌａｒｇｅ−ａｒｅａｃｈ
ａｎｎｅｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｕｌｔｉｐｌｆｅｒ
　ｆ’ｏｒ　ＣＲＴａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　　Ｉ　Ｅ
　Ｅ　　ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ、　Ｖｏｌ、１３１゜
Ｐｔ、１．　Ｆｅｂ、１９８４）　、この例では、画面
に対して平行な位置に取り付けられた電子源１から発生
した電子は、第１の偏向板２によってライン方向に走査
される。比較的低エネルギーの電子ビーム３は、電子源
１と対向した位置に取り付けられた電子レンズ４によっ
て反転され、マルチプライヤプレート５内で倍増、加速
される。そして、この加速された電子が蛍光体面６に衝
突することにより、蛍光体面６が選択的に発光する。な
お、電子の軌道は金属の箱７で真空に維持されており、
また電界に対してシールドされている。

このマルチプライヤ方式のポイントは、比較的低エネル
ギーの電子ビーム７を用いて偏向可能な角度を大きくし
たこと、ビーム軌道を反転する電子レンズ４を用いて走
査に必要な電子ビームの飛距離を稼いでいること、マル
チプライヤプレート５を用いて蛍光体を励起して発光す
るのに必要なエネルギーまで電子を加速していることで
ある。しかし、この方法では、まだ走査に必要な電子ビ
ームの軌道の確保にある程度の厚みが必要なため、他の
方法と同様に、フラットパネルまで偏平化することは困
難であった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来、液晶ディスプレイのようにフラットパ
ネル化が可能なものは、画面の輝度。

コントラストがＣＲＴディスプレイには遠く及ばず、ま
たＣＲＴディスプレイのように輝度。

コントラストが十分高いものは、フラットパネル化する
ことが困難であるという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、ＣＲＴディスプレイ並みの輝度、コ
ントラストを有し、且つ液晶ディスプレイ並みの偏平化
を実現し得るフラットパネルディスプレイ装置を提供す
ることにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、電界放出のためのエミッタ及びコレク
タを平面的に配置した超小型冷陰極管を発光素子に応用
したことにある。

即ち本発明は、基板上に複数の単位発光素子をマトリッ
クス状に配置してなるディスプレイ装置において、それ
ぞれの単位発光素子を、基板上に設けられ電界の印加に
より電子を放出する電子放出エミッタと、このエミッタ
の近傍に設けられ該エミッタから放出される電子ビーム
の量を制御する制御電極と、この制御電極よりもエミッ
タから遠い位置に設けられた電子コレクタ電極と、この
コレクタ電極上に設けられ電子ビームの励起により発光
する発光体薄膜とで構成し、且つ隣接する単位発光素子
間を電子シールドにより分離し、さらに基板表面と対向
配置された透明封止体により単位発光素子の配置領域を
真空に維持するようにしたものである。

また、本発明の好ましい実施態様は次のようなものであ
る。即ち、電子シールドが負電位に設定された電極であ
ること、複数の電子コレクタ電極間の電子ビームに対す
る分離を電子シールドと同一の電位を持つ電極で行うこ
と、電子コレクタ電極上に形成された発光体薄膜をＲｌ
Ｇ、Ｂのいずれかを発光するように構成し、個々の電子
コレクタ電極をそれぞれの発光に対応した電位に設定す
ること、Ｒ，Ｇ、Ｂの発光体薄膜を形成した電子コレク
タ電極の総面積を、各発光エネルギーを持った電子ビー
ムに対するそれぞれの発光効率と人間の視感度の積に比
例して構成すること、電子放出エミッタが電界放出機構
であること、制御電極の少なくとも１個を負電位に設定
し放出電子の定量制御を電界で行うこと、制御電極の少
なくとも１個を他の制御電極と異なる電位に設定し放出
電子の偏向を行うこと、制御電極が絶縁体を挟んで複数
層形成され、その少なくとも１個を正電位に設定し、電
子を制御電極に衝突させて発生させた二次電子を電子源
とすること、制御電極が絶縁体を挾んで複数層形成され
、その少なくとも１個を正電位に設定し、電子を制御電
極に衝突させて偏向を行うこと、基板と対向した封止体
の表面の少なくとも一部が導電性を有し、その部分を正
電位に設定することによって、電子を導電性表面に衝突
させて二次電子発生と偏向を行うこと、封止体の導電部
か電子放出エミッタと対向した近傍に位置し凸状である
こと等である。

（作用） 上記構成の本発明によれば、次のような理由により、Ｃ
ＲＴ並みの輝度、コントラストを維持した上で、液晶デ
ィスプレイ並みの偏平化を実現することができる。

まず、輝度、コントラストに関して説明する。

発光機構に関してはＣＲＴディスプレイと全く同様であ
るため、輝度、コントラストの性能は高い。さらに、Ｃ
ＲＴディスプレイが光を発光体膜を介して取り出してい
るのに対して、本発明では発光面側から光を取り出せる
ため、輝度の効率はより高くなる。電子放出エミッタは
、例えばシリコンのマイクロマンーニング技術により数
μｍ以下に作成できるので、電子放出エミッタのために
発光面が小さくなることは問題とならない。

次に、偏平化に関して説明する。ＣＲＴディスプレイが
大画面であるほど厚みを必要とするのは、１つの電子源
から導かれた高いエネルギーを持つ電子線を歪みなく偏
向できる立体角を大きくしなければならないからである
。これに対して本発明では、各画素に対応して少なくと
も１個の電子源を持つため、１電子源の走査か必要な面
は小さく、電子源から電子ビームが走る距離を多くは必
要としない。従って、ＣＲＴディスプレイのように厚く
する必要はなく、液晶ディスプレイ並の偏平化が可能と
なる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は及び第２図はそれぞれ本発明の一実施例を説明
するためのもので、第１図は単位発光素子の概略構造を
示す図、第２図はこの素子を用いたフラットパネルディ
スプレイ装置の全体構成を示す平面図である。

まず、単位発光素子の構成について第１図（ａ）の平面
図を参照して説明する。単位発光素子の中央部には、例
えばシリコンのマイクロマシーニング技術により形成し
た電界放出機構の電子放出エミッタ１２が形成されてい
る。電子放出エミッタ１２の回りには、絶縁体膜１３を
介して４個の制御電極１４がそれぞれ独立して形成され
ている。制御電極１４の回りには、絶縁体膜１３を介し
て４個の面積の異なる電子コレクタ電極１５か形成され
ている。そして、このコレクタ電極１５の上には、電子
ビームによって励起・発光する発光体薄膜１６か形成さ
れている。

電子コレクタ電極１５に加わる電位は、それぞれＲ，Ｇ
、Ｂの発光体の材料に適したエネルギーを持った電子ビ
ームを得るように設定される。Ｒ，Ｇ、Ｂの発光膜を形
成した電子コレクタ電極１５の面積は、各発光体薄膜１
６に対してそれぞれのエネルギーを持った電子ビームに
対する発光効率と人間の視感度の積に比例して形成しで
ある。

電子コレクタ電極１５の回りには、絶縁体膜１３を介し
て１枚の電極からなる電子シールド１７が形成されてい
る。この電子シールド１７は、各電子コレクタ電極１５
の間にも形成されており、単位発光素子間の分離は勿論
、電極１５間の電子ビームに対する分離も行っている。

次に、単位発光素子の構成について第１図（ｂ）の断面
図を参照して説明する。基板１１上に電子放出エミッタ
１２が形成され、さらにこのエミッタ１２を除く基板１
１上に絶縁体膜１３が形成されている。そして、この絶
縁体膜１３上に制御電極１４．電子コレクタ電極１５及
び電子シールド１７が形成され、さらに電子コレクタ電
極１５の上には発光体薄膜１６が形成されている。

基板１１の上方には、例えばガラスからなる透明封止体
１８が基板１１に対向配置され、これらの間の空間は真
空に保持されている。なお、図には示さないが、基板１
１内には、駆動素子と駆動回路が具備されており、それ
ぞれの駆動素子は電子放出エミッタ１２．制御電極１４
゜電子コレクタ電極１５と電気的に接続される。

また、電子シールド１７の電位は一定で構わないので、
素子毎に接続する必要はない。

このような単位発光素子２０はＬＣＤと同様に、第２図
に示す如くマトリックス状に配置されており、図示しな
い駆動部により１ライン毎に駆動されるものとなってい
る。即ち、駆動素子で放出電子の量、電位差及び発光色
等を制御・選択し、さらに単位発光素子を駆動回路で走
査して画像を出力するものとなっている。

このように構成されたディスプレイ装置においては、各
電極１２，１４．１５の電位を適当に定めることにより
、電子放出エミッタ１２から放出された電子ビームを電
子コレクタ電極１５に導き、コレクタ電極１５上の発光
体薄膜１６を発光させることができる。例えば各電極の
電位を、電子放出エミッタ１２か負電位、制御電極１４
も負電位、電子コレクタ電極１５がそれぞれＲ，Ｇ、Ｂ
の発光体の材料に適した正電位、電子シールド１７が負
電位であるとする。

この場合、電子放出エミッタ１２から放出された電子は
、制御電極１４の負電位によって定量制御され、偏向さ
れたのち、ある電子コレクタ電極１５に、電子放出エミ
ッタ１２と電子コレクタ電極１５との電位差に対応した
エネルギを持って衝突する。このとき、コレクタ電極１
５上の発光体薄膜１６か励起され、Ｒ，Ｇ。

Ｂの特定の光が発せら、この光は透明封止体１８を通し
て外部に放たれる。

かくして本実施例によれば、２次元的なディスプレイ装
置として機能するのは勿論、単位発光素子を第１図に示
すように電子放出エミ・ンタ１２、制御電極１４．電子
コレクタ電極１５及び発光体薄膜１６等で構成している
ので、次のような利点がある。即ち、発光機構に関して
はＣＲＴディスプレイと全く同様であるため、輝度、コ
ントラストの性能は高い。さらに、１つの画素に対応し
て１個の電子源を持つため、１電子源の走査が必要な面
は小さく、電子源から電子ビームが走る距離を多くは必
要としない。

このため、ＣＲＴディスプレイのように厚くする必要は
なく、液晶ディスプレイ並に偏平化することが可能とな
る。つまり、ＣＲＴ並みの輝度、コントラストを維持し
た上で、液晶ディスプレイ並みの偏平化を実現すること
ができる。

次に、本発明の単位発光素子に対する各種変形例を、第
３図乃至第８図に示す。

第３図の例では、電子コレクタ電極１５とその下の絶縁
体膜１３との間に絶縁体膜３１か形成され、制御電極１
４の下の絶縁体膜（］３）よりも電子コレクタ電極１５
の下の絶縁体膜（１３，３１）の方が厚く形成されてい
る。これは、電子コレクタ電極１５に加わる高い電位を
配慮し、耐電圧特性を向上させ、基板１１の表面へ誘起
されるキャリアの影響を低下させるためである。なお、
電子コレクタ電極１５の下の絶縁体膜は多層構造とした
が、−層の絶縁体膜をエツチング加工した構造としても
よい。

第４図の特徴は、基板１１の表面に絶縁体膜１３を埋込
み形成され、電子放出エミッタ１２が制御電極１４と同
一面に形成されていることである。これは、電子放出エ
ミッタ１２と制御電極１４の位置関係が電子ビーム密度
の定量制御に敏感であることから、制御性を犠牲にして
、電子ビーム密度を上げたものである。このように、電
子放出エミッタ１２と制御電極１４の位置は、要求に応
じて適する条件がある。

第５図の特徴は、電子放出エミッタ１２と制御電極１４
との間に絶縁体膜１３を介して第２の制御電極３２が形
成されていることである。

これは、正電位に設定した制御電極１４と第２の制御電
極３２に、放出電子を衝突させて２次電子を発生させ、
電子の増倍と偏向を行うことにある。前述のように、発
光に必要なだけのエネルギーを持つ電子ビームの軌道を
無衝突で大きく偏向するのには、極めて大きな電界が必
要になる。そこで本実施例では、電子を衝突させて発生
した２次電子を利用し、電子を増倍させながら、横方向
への偏向を行っている。

第６図の特徴は、第５図の例における第２の制御電極３
２に加えて、第３の制御電極３３を設けたことである。

この例では、電子放出エミッタ１２に最も近い制御電極
３３に負の電位を持たせて、放出電子の阻止電界による
定量制御を行うことができ、これによって輝度の定量制
御が可能となる。

第７図の特徴は、基板１１と対向した透明封止体１８の
表面の一部３４に導電性を持たせたことにある。この場
合、導電性表面３４に正電位を設定することにより、該
表面３４に電子を衝突させて２次電子を発生させ、電子
の増倍と偏向を行うことができる。この例では、導電性
表面３４と電子コレクタ電極１５の電位差を持って発光
に必要な電子ビームのエネルギーを選べるため、電子放
出エミッタ１２の電位に対する自由度が大幅に増す利点
がある。また、電子の衝突を利用しているため、無理な
電界を加えることなく、基板側に電子を送ることが可能
になる。なお、導電性表面３４はデバイス全体て一定電
位で構わない。また、導電性表面３４は、例えばガラス
を水素雰囲気内で熱により僅かに還元した後、不要部分
をエツチング除去することによって形成することができ
る。

第８図の特徴は、第７図の例に加えて、電子が衝突する
導電性表面３４の少なくとも一部３５を凸状に加工し、
２次電子の横方向への偏向を容易にしたことにある。こ
のようにすれば、真空部の厚みを１０μｍ以下に収める
ことも可能である。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。実施例では単位発光素子における電子コレクタ電
極を４分割形状としたが、これをＲ，Ｇ、Ｂ各１個ずつ
での３個、さらに５個以上に分割した電極形状としても
よい。また、カラーでなく単色ディスプレイ場合は電子
コレクタ電極を分割する必要もなく、電子コレクタ電極
を１個にして、単位発光素子の構成をより簡略化するこ
とも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、基板表面に形成し
た電子放出エミッタ、制御電極、コレクタ電極及び発光
体薄膜等で単位発光素子を構成しているので、ＣＲＴデ
ィスプレイ並みの輝度、コントラストを有し、液晶ディ
スプレイ並みの偏平なディスプレイ装置を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は及び第２図はそれぞれ本発明の一実施例を説明
するためのもので、第１図は単位発光素子の概略構造を
示す図、第２図はこの素子を用いたフラットパネルディ
スプレイ装置の全体構成を示す平面図、第３図乃至第８
図はそれぞれ本発明の詳細な説明するための素子構造断
面図、第９図は従来のチャネル・マルチプライヤ方式に
よるＣＲＴディスプレイ概略構成を示す斜視図である。 １１・・・基板、 １２・・・電子放出エミッタ、 １３．３１・・・絶縁体膜、 １４．３２．３３・・・制御電極、 １５・・・電子コレクタ電極、 １６・・・発光体薄膜、 １７・・・電子シールド、 １８・・・透明封止体、 ２０・・・単位発光素子、 ３４・・・導電性表面、 ３５・・・凸部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上にマトリックス配置された複数の単位発光素子と
   、基板表面と対向配置され単位発光素子の配置領域を真
   空に保持する透明封止体とを具備してなり、 前記単位発光素子は、前記基板上に設けられ電界の印加
   により電子を放出する電子放出エミッタと、このエミッ
   タの近傍に設けられ該エミッタから放出される電子ビー
   ムの量を制御する制御電極と、この制御電極よりもエミ
   ッタから遠い位置に設けられた電子コレクタ電極と、こ
   のコレクタ電極上に設けられ電子ビームの励起により発
   光する発光体薄膜とからなり、 且つ隣接する単位発光素子間は電子シールドにより分離
   されていることを特徴とするディスプレイ装置。