JP3831156B2

JP3831156B2 - 画像表示装置および画像表示装置の駆動方法

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Publication number: JP3831156B2
Application number: JP25624699A
Authority: JP
Inventors: 睦三鈴木; 敏明楠; 誠岡井; 雅一佐川; 彰利石坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: WO2001020590A1; TW476053B; KR20020032531A; JP2001083907A; CN1178190C; KR100750026B1; US7116291B1; CN1361908A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置および画像表示装置の駆動方法に係わり、特に、電極−絶縁体−電極の構造を有し、真空中に電子を放出する薄膜型電子源を用いた画像表示装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜型電子源とは、絶縁体に高電界を印加して生成するホットエレクトロンを利用する電子放出素子である。
代表例として、上部電極−絶縁層−下部電極の３層薄膜構造で構成されるＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）型電子源について説明する。
図１３は、薄膜型電子源の代表例であるＭＩＭ型電子源の動作原理を説明するための図である。
上部電極１１と下部電極１３との間に駆動電圧を印加して、トンネル絶縁層１２内の電界を１〜１０ＭＶ／ｃｍ以上にすると、下部電極１３中のフェルミ準位近傍の電子はトンネル現象により障壁を透過し、トンネル絶縁層１２の伝導帯へ注入され、さらに上部電極１１へ注入されホットエレクトロンとなる。
これらのホットエレクトロンの一部は、トンネル絶縁層１２中および上部電極１１中で固体との相互作用で散乱を受けエネルギーを失う。
この結果、上部電極１１−真空１０界面に到達した時点では、様々なエネルギーを有したホットエレクトロンがある。
これらのホットエレクトロンのうち、上部電極１１の仕事関数φ以上のエネルギーを有するものは、真空１０中に放出され、それ以外のものは上部電極１１に流れ込む。
下部電極１３から上部電極１１に流れる電子による電流をダイオード電流（Ｉｄ）、真空１０中に放出される電子による電流を放出電流（Ｉｅ）と呼ぶと、電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｄ）は１／１０³〜１／１０⁵程度である。
なお、ＭＩＭ型薄膜電子源は、例えば、特開平９−３２０４５６号公報に記載されている。
ここで、上部電極１１と下部電極１３とを複数本設け、これら複数本の上部電極１１と下部電極１３と直交させて、薄膜型電子源をマトリクス状に形成すると任意の場所から電子線を発生させることができるので、画像表示装置の電子源として使用することができる。
即ち、各画素毎に薄膜型電子源素子を配置し、そこからの放出電子を真空中で加速した後、蛍光体に照射し、照射した部分の蛍光体を発光させることにより所望の画像を表示する画像表示装置を構成することができる。
薄膜型電子源は、放出電子ビームの直進性に優れるため高精細の表示装置を実現できる、表面汚染の影響を受けにくいので扱いやすい等、画像表示装置用電子放出素子として優れた特徴を有している。
なお、薄膜電子源には、前記したＭＩＭ型電子源以外にも、下部電極に半導体を用いたＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型（例えば、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジーズＢ、第１１巻、４２９頁〜４３２頁（Ｊournal of Vacuum Science and Technologies B、Vol.11、pp．429〜432）に記載）や、トンネル絶縁層に半導体−絶縁体積層膜を用いたもの（例えば、ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジクス（Japanese Journal of Applied Physics)、Vol.36、Part 2、No.7B、pp．L939〜L941（1997）に記載）などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜電子源マトリクスを用いた画像表示装置では、陰極線管（Cathode-ray tube；CRT）のようにシャドウマスクを用いず、またビーム偏向回路もないため、その消費電力はＣＲＴよりもやや小さいかあるいは同程度である。
薄膜電子源マトリクスを用いた画像表示装置における従来の駆動方法による薄膜電子源マトリクスでの消費電力を概算する。
図１４は、従来の薄膜電子源マトリクスの概略構成を示す図である。
行電極（下部電極）３１０と列電極（上部電極）３１１の各交点に薄膜型電子源素子３０１が形成されている。
なお、図１４では３行×３列の場合を図示しているが、実際には表示装置を構成する画素、あるいはカラー表示装置の場合はサブ画素（sub-pixel）の個数だけ薄膜型電子源素子３０１が配置されている。
即ち、行数Ｎおよび列数Ｍは、典型的な例ではそれぞれＮ＝数百〜数千行、Ｍ＝数百〜数千列である。
なお、カラー画像表示の場合は、赤、青、緑の各サブ画素（sub-pixel）の組み合わせで１画素（pixel）を形成するが、本明細書では、カラー画像表示の場合のサブ画素（sub-pixel）に相当するものも「画素」と呼ぶことにする。
【０００４】
図１５は、従来の画像表示装置の駆動方法を説明するためのタイミングチャートである。
行電極３１０のうちの１本（選択された行電極）に、行電極駆動回路４１から振幅（Ｖ_row）の負極性のパルス（走査パルス）を印加し、同時に、列電極駆動回路４２から列電極３１１の何本（選択された列電極）かに振幅（Ｖ_col）の正極性パルス（データパルス）を印加する。
二つのパルスが重なった薄膜型電子源素子３０１には電子放出をするのに十分な電圧が印加されるので電子が放出される。この電子が蛍光体を励起して発光させる。
振幅（Ｖ_col）の正極性パルスを印加していない薄膜型電子源素子３０１では十分な電圧が印加されず、電子放出を起こさない。
選択する行電極３１０、即ち、走査パルスを印加する行電極３１０を順次選択し、その行に対応して列電極３１１に印加するデータパルスも変化させる。
１フィールド期間の中で全ての行をこのようにして走査すると、任意の画像に対応した画像を表示できる。
１フィールド内のある期間に、逆極性のパルス（反転パルス）を全ての行電極に印加する。
これにより薄膜型電子源素子３０１を安定に動作させることができる。
【０００５】
今、各薄膜型電子源素子３０１の１個あたりの静電容量をＣｅ、列電極３１１の本数をＭ、行電極３１０の本数をＮとしたときの、従来の駆動方法での駆動回路の無効消費電力を求めてみる。
無効消費電力とは、駆動する素子の静電容量に電荷を充電・放電させるのに消費する電力であり、発光には寄与しない。
【０００６】
まず走査パルスの印加に伴う無効消費電力を求める。
行電極３１０に振幅（Ｖ_row）のパルスを１回印加した場合の無効電力は下記（１）式で表される。
【０００７】
【数１】
Ｍ・Ｃｅ・（Ｖ_row）² ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
１秒間に画面を書き換える回数（フィールド周波数）をｆとすると、Ｎ本の行電極全体での無効電力（Ｐ_row）は下記（２）で表される。
【０００８】
【数２】
Ｐ_row＝ｆ・Ｎ・Ｍ・Ｃｅ・（Ｖ_row）² ・・・・・・・・・・（２）
同様にして、反転パルスの印加に伴う容量充放電電力（Ｐ_r）は下記（３）で表される。
【０００９】
【数３】
Ｐ_r＝ｆ・Ｎ・Ｍ・Ｃｅ・（Ｖ_r）₂ ・・・・・・・・・・・・（３）
ここで、Ｖ_rは、行電極３１０に印加する反転パルスの電圧振幅である。
１本の列電極３１１にはＮ個の薄膜型電子源素子３０１が接続されているから、Ｍ本の列電極全体での無効電力（Ｐ_col）は、Ｍ本全ての列電極３１１にパルス電圧を印加する場合は下記（４）で表される。
【００１０】
【数４】
Ｐ_col＝ｆ・Ｍ・Ｎ・（Ｎ・Ｃｅ・（Ｖ_col）²）・・・・・・（４）
画面を１回書き換える期間（１フィールド期間）に列電極にはＮ回パルスを印加するので、Ｐ_rowとくらべてＮが余分に乗ぜられる。
なお、Ｍ本の列電極３１１のうち、ｍ本にパルス電圧を印加する場合は、前記（４）式のＭをｍに置き換えた形になる。
一例として、代表的な値、ｆ＝６０Ｈｚ、Ｎ＝４８０、Ｍ＝１９２０、Ｃｅ＝０．１ｎＦ、Ｖ_row＝Ｖ_r＝Ｖ_col＝４Ｖを用いると、Ｐ_row＝Ｐ_r＝０．０９［Ｗ］、Ｐ_col＝４２［Ｗ］となる。
【００１１】
この場合、薄膜型電子源素子自体の消費電力は１．６［Ｗ］程度なので、全消費電力は４４［Ｗ］程度となる。これは実用上問題ない消費電力である。
しかし、更に低消費電力化を図りたい場合は、データパルス印加に伴う無効電力Ｐ_colを削減することが有効であることがわかる。
このように、ＣＲＴに対応した画像表示装置として用いる場合は、従来の技術でも消費電力の点からは問題ない。
しかしながら、薄膜電子源を用いた画像表示装置の特徴は、薄型の画像表示装置が実現可能なことである。
このような薄型表示装置においては、ポータブルな画像表示装置としての用途があり、この場合、消費電力は一層低減することが望ましい。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、画像表示装置において、薄膜電子源マトリクスでの消費電力を低減することが可能となる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、画像表示装置の駆動法において、薄膜電子源マトリクスでの消費電力を低減することが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、図１のタイミングチャートに示すように、例えば、非選択状態にある行電極３１０、あるいは、非選択状態にある行電極３１０と列電極３１１とを高インピーダンス状態に設定することを特徴とする。
行電極３１０あるいは列電極３１０を高インピーダンス状態に設定するには、例えば、行電極駆動回路４１あるいは列電極駆動回路４２の内部で、行電極３１０あるいは列電極３１０に接続される出力信号線をフローティング状態にする等の方法がある。
次に、本発明の画像表示装置の駆動方法による薄膜電子源マトリクスでの消費電力を概算する。
まず、非選択状態の行電極３１０に駆動電圧を供給する行電極駆動回路４１の出力を高インピーダンス状態にした場合を考える。
図２は、１本の行電極（図２の選択走査線）３１０を選択し、残りの（Ｎ−１）本の行電極（図２の非選択走査線）３１０を高インピーダンス状態とし、同時にｍ本の列電極（図２の選択データ線）３１１を選択し、（Ｍ−ｍ）本の非選択列電極（図２の非選択データ線）３１１をグラウンド電位に固定した場合の等価回路を示す図である。
図２に示すように、選択行電極３１０と選択列電極３１１との交点にあるｍ個の薄膜型電子源素子３０１以外にも、非選択行電極３１０と非選択列電極３１１とを経由した回路ネットワークも考慮しなければならない。
図２に示す等価回路において、１本の選択行電極３１０とｍ本の選択列電極３１１との間の静電容量Ｃ₁（ｍ）は下記（５）式で表される。
【００１３】
【数５】

【００１４】
図３は、Ｃ₁（ｍ）がｍとともにどのように変化するかを示すグラフである。
この図３において、縦軸は、全列電極３１１の出力容量を１画素当たりの静電容量Ｃｅで割った単位で示している。
また、図３では、Ｎ＝５００、Ｍ＝３０００であり、○は従来の駆動方法の場合、●が本発明の駆動方法による場合である。
Ｃ₁（ｍ）はｍ＝Ｍ／２の時最大になるが、それでも、従来の駆動法の場合の最大値の１／４である。
したがって、本発明の駆動法により、データパルス印加に伴う無効電力（Ｐ_col）を１／４に低減できる。
次に、非選択状態の列電極３１１も高インピーダンス状態にした場合を考える。
図４は、１本の行電極（図４の選択走査線）３１０を選択し、残りの（Ｎ−１）本の行電極（図４の非選択走査線）３１０を高インピーダンス状態とし、同時にｍ本の列電極（図４の選択データ線）３１１を選択し、（Ｍ−ｍ）本の非選択列電極（図４の非選択データ線）３１１を高インピーダンス状態にした場合の等価回路を示す図である。
この図４に示す等価回路において、１本の選択行電極３１０とｍ本の選択列電極３１１との間の静電容量Ｃ₂（ｍ）は下記（６）式で表される。
【００１５】
【数６】

【００１６】
図５は、Ｃ₂（ｍ）がｍとともにどのように変化するかを示すグラフである。
この図５において、縦軸は、全列電極３１１の出力容量を１画素当たりの静電容量Ｃｅで割った単位で示している。
また、図５では、Ｎ＝５００、Ｍ＝３０００であり、○はＣ₂（ｍ）であり、●は、比較のために、非選択走査電極のみを高インピーダンス状態にした場合（Ｃ₁（ｍ））である。
例えば、ｍ＝Ｍ／２においては、Ｃ₂（ｍ）はＣ₁（ｍ）よりも更に１／１００以下に低減される。
したがって、本発明の駆動法により、データパルス印加に伴う無効電力（Ｐ_col）を従来より１／１００以下に低減できる。
【００１７】
一般に、液晶表示装置などマトリクス型ディスプレイの駆動方法においては、ある電極を高インピーダンス状態にすることは避けている。
これは、高インピーダンス状態の電極があると、クロストーク現象が発生しやすくなり画質劣化が発生したり、場合によっては所望の画像が表示できないなどの障害が発生するためである。
本発明者らは、この高インピーダンス状態の導入によるクロストーク発生は、高インピーダンス状態の電極は、その電圧値が不定であり、その周辺のドットの点灯個数（即ち、表示画像）や隣接電極の電圧変化などにより変化するためであることに着目した。
本発明を考案するに至ったもう一つのポイントは、薄膜型電子源は、十分な電流を外部回路から供給しなければ電子を放出しないこと、即ち、電流駆動素子としての側面を有することに着目したことである。
先に述べたように、薄膜電子源からの電子放出機構は、トンネル絶縁層内の電界により発生したトンネル電流をホットエレクトロンとして利用するものであり、この点では電圧駆動型である。
しかし、放出電流（Ｉｅ）がトンネル電流の１０^-3程度であるので、所望の放出電流を得るには、その１０³程度の電流を外部回路から供給しなければならない。このために電流駆動素子としての側面を持つ。
このため、薄膜型電子源においては、電極の電位が所望の値以外であっても、そのインピーダンスが十分高ければ、電子放出は起こらない。
このため、薄膜型電子源においては、本発明の駆動方法を用いてもクロストークが発生しない。
【００１８】
本発明は、前記知見に基づいて成されたものであり、本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）下部電極と、絶縁層と、上部電極とをこの順番に積層した構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する複数個の電子源素子と、前記複数個の電子源素子の中の行（または列）方向の電子源素子の下部電極に駆動電圧を印加する複数の第１の電極と、前記複数個の電子源素子の中の列（または行）方向の電子源素子の上部電極に駆動電圧を印加する複数の第２の電極とを有する第１の基板と、枠部材と、蛍光体を有する第２の基板とを備え、前記第１の基板、前記枠部材および前記第２の基板とで囲まれる空間が真空雰囲気とされる表示素子を備える画像表示装置であって、前記非選択状態の第１の電極を、前記選択状態の第１の電極よりも高インピーダンス状態に設定すること、あるいは、前記非選択状態の第１の電極および第２の電極を、前記選択状態の第１の電極および第２の電極よりも高インピーダンス状態に設定することを特徴とする。
なお、本発明の結果に基づき、非選択状態の電極を高インピーダンスにするという観点から先行技術調査を行った。
その結果、本発明で対象としている薄膜型電子源を用いた画像表示装置おいては、該当技術は見つからなかった。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１の画像表示装置は、電子放出電子源である薄膜型電子源マトリクスと蛍光体との組み合わせによって、各ドットの輝度変調素子を形成した表示パネル（本発明の表示素子）を用い、当該表示パネルの行電極及び列電極に駆動回路を接続して構成される。
ここで、表示パネルは、薄膜電子源マトリクスが形成された電子源板と蛍光体パターンが形成された蛍光表示板とから構成される。
図６は、本実施の形態の電子源板の薄膜電子源マトリクスの一部の構成を示す平面図であり、図７は、本実施の形態の電子源板と蛍光表示板との位置関係を示す平面図である。
また、図８は、本実施の形態の画像表示装置の構成を示す要部断面図であり、同図（ａ）は、図６および図７に示すＡ−Ｂ切断線に沿う断面図、同図（ｂ）は、図６および図７に示すＣ−Ｄ切断線に沿う断面図である。
但し、図６および図７においては、基板１４の図示は省略している。
さらに、図８では、高さ方向の縮尺は任意である。即ち、下部電極１３や上部電極バスライン３２などは数μｍ以下の厚さであるが、基板１４と基板１１０との距離は１〜３ｍｍ程度の長さである。
また、以下の説明では、３行×３列の電子源マトリクスを用いて説明するが、実際の表示パネルでの行・列数は、数１００行〜数１０００行、および数千列になることは言うまでもない。
また、図６において、点線で囲まれた領域３５は電子放出部（本発明の電子源素子）を示す。
この電子放出部３５はトンネル絶縁層１２で規定された場所で、この領域内から電子が真空中に放出される。
電子放出部３５は上部電極１１で覆われるため平面図には現れないので、点線で図示してある。
【００２１】
図９は、本実施の形態の電子源板の製造方法を説明するための図である。
以下、図９を用いて、本実施の形態の電子源板の薄膜電子源マトリクスの製造方法について説明する。
なお、この図９では、図６および図７に示す、行電極３１０の一つと列電極３１１の一つとの交点に形成する一つの薄膜型電子源３０１のみを取り出して描いているが、実際には、図６および図７に示すように複数の薄膜型電子源３０１がマトリクス状に配置されている。
さらに、図９の右の列は平面図であり、左の列は、右の図の中のＡ−Ｂ線に沿う断面図である。
ガラスなどの絶縁性基板１４上に、下部電極１３用の導電膜を、例えば、３００ｎｍの膜厚に形成する。
下部電極１３用の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ；以下、Ａｌと称する。）合金を用いることができる。
ここでは、Ａｌ−ネオジム（Ｎｄ；以下、Ｎｄと称する。）合金を用いた。
このＡｌ合金膜の形成には、例えば、スパッタリング法や抵抗加熱蒸着法などを用いる。
次に、このＡｌ合金膜を、フォトリソグラフィによるレジスト形成と、それに続くエッチングとによりストライプ状に加工し、図９（ａ）に示すように、下部電極１３を形成する。
ここで、下部電極１３は行電極３１０の役割も兼ねる。
ここで用いるレジストはエッチングに適したものであればよく、また、エッチングもウエットエッチング、ドライエッチングのいずれも可能である。
【００２２】
次に、レジストを塗布して紫外線で露光してパターニングし、図９（ｂ）に示すように、レジストパターン５０１を形成する。
レジストには、例えば、キノンジアザイド系のポジ型レジストを用いる。
次に、レジストパターン５０１を付けたまま、陽極酸化を行い、図９（ｃ）に示すように、保護絶縁層１５を形成する。
本実施の形態では、この陽極酸化において化成電圧１００Ｖ程度とし、保護絶縁層１５の膜厚を１４０ｎｍ程度とした。
レジストパターン５０１をアセトンなどの有機溶媒で剥離した後、レジストで被覆されていた下部電極１３表面を再度陽極酸化して、図９（ｄ）に示すように、トンネル絶縁層１２を形成する。
本実施の形態では、この再陽極酸化において化成電圧を６Ｖに設定し、トンネル絶縁層膜厚を８ｎｍとした。
次に、上部電極バスライン３２用の導電膜を形成し、レジストをパターニングしてエッチングを行い、図９（ｅ）に示すように、上部電極バスライン３２を形成する。
本実施例では、上部電極バスライン３２は、Ａｌ合金を用い、膜厚は３００ｎｍ程度とした。
なお、この上部電極バスライン３２の材料としては、金（Ａｕ）などを用いても良い。
なお、上部電極バスライン３２は、パターンの端がテーパー状になるようにエッチングをし、この後で形成する上部電極１１がパターンの端での段差による断線を起こさないようにする。
ここで、上部電極バスライン３２は列電極３１１の役割も兼ねる。
【００２３】
次に、膜厚１ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）、膜厚２ｎｍの白金（Ｐｔ）、膜厚３ｎｍの金（Ａｕ）を、この順でスパッタリングにより形成する。
レジストとエッチングによるパターン化により、Ｉｒ−Ｐｔ−Ａｕの積層膜をパターン化し、図９（ｆ）に示すように、上部電極１１とする。
なお、図９（ｆ）において、点線で囲まれた領域３５は電子放出部を示す。
電子放出部３５はトンネル絶縁層１２で規定された場所で、この領域内から電子が真空中に放出される。
以上のプロセスにより、基板１４上に薄膜電子源マトリクスが完成する。
前記したように、この薄膜電子源マトリクスにおいては、トンネル絶縁層１２で規定された領域（電子放出部３５）、即ち、レジストパターン５０１で規定した領域から電子が放出される。
さらに、電子放出部３５の周辺部には、厚い絶縁膜である保護絶縁層１５を形成してあるため、上部電極−下部電極間に印加される電界が下部電極１３の辺または角部に集中しなくなり、長時間にわたって安定な電子放出特性が得られる。
【００２４】
本実施の形態の蛍光表示板は、ソーダガラス等の基板１１０に形成されるブラックマトリクス１２０と、このブラックマトリクス１２０の溝内に形成される赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）と、これらの上に形成されるメタルバック膜１２２とで構成される。
以下、本実施の形態の蛍光表示板の作成方法について説明する。
まず、表示装置のコントラストを上げる目的で、基板１１０上に、ブラックマトリクス１２０を形成する（図８（ｂ）参照）。
次に、赤色蛍光体１１４Ａ、緑色蛍光体１１４Ｂ、青色蛍光体１１４Ｃを形成する。
これら蛍光体のパターン化は、通常の陰極線管の蛍光面に用いられるのと同様に、フォトリソグラフィーを用いて行った。
蛍光体としては、例えば、赤色にＹ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ（Ｐ２２−Ｒ）、緑色にＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ（Ｐ２２−Ｇ）、青色にＺｎＳ：Ａｇ（Ｐ２２−Ｂ）を用いた。
次いで、ニトロセルロースなどの膜でフィルミングした後、基板１１０全体にＡｌを、膜厚５０〜３００ｎｍ程度蒸着してメタルバック膜１２２とする。
その後、基板１１０を４００℃程度に加熱してフィルミング膜やＰＶＡなどの有機物を加熱分解する。このようにして、蛍光表示板が完成する。
【００２５】
このように製作した電子源板と、蛍光表示板とを、スペーサ６０を挟み込んでフリットガラスを用いて封着する。
蛍光表示板に形成された蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）と、電子源板の薄膜電子源マトリクスとの位置関係は図７に示したとおりである。
なお、図７では、蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）やブラックマトリクス１２０と、基板上構成物との位置関係を示すために、基板１１０上の構成物は斜線のみで示してある。
電子放出部３５、即ち、トンネル絶縁層１２が形成された部分と、蛍光体１１４の幅との関係が重要である。
本実施の形態では、薄膜型電子源３０１から放出される電子ビームは多少空間的に広がることを考慮して、電子放出部３５の幅は蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）の幅よりも狭く設計している。
また、基板１１０と基板１４との間の距離は、１〜３ｍｍ程度とした。
【００２６】
スペーサ６０は、表示パネル内部を真空にしたときに、大気圧の外部からの力による表示パネルの破損を防ぐために挿入される。
したがって、基板１４、基板１１０に厚さ３ｍｍのガラスを用いて、幅４ｃｍ×長さ９ｃｍ程度以下の表示面積の表示装置を製作する場合には、基板１１０と基板１４自体の機械強度で大気圧に耐え得るので、スペーサ６０を挿入する必要はない。
スペーサ６０の形状は、例えば、図６に示すように、直方体形状とする。
また、ここでは、３行毎にスペーサ６０の支柱を設けているが、機械強度が耐える範囲で、支柱の数（配置密度）を減らしてかまわない。
スペーサ６０としては、ガラス製またはセラミクス製で、板状あるいは柱状の支柱を並べて配置する。
なお、図８（ａ）において、スペーサ６０が基板１４側に接していないように見えるが、実際には基板１４上の列電極３１１に接している。
図８（ａ）では列電極３１１の膜厚分だけ隙間が出来るわけである。
【００２７】
封着した表示パネルは、１×１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空に排気して、封止する。
表示パネル内の真空度を高真空に維持するために、封止の直前あるいは直後に、表示パネル内の所定の位置（図示せず）でゲッター膜の形成またはゲッター材の活性化を行う。
例えば、バリウム（Ｂａ）を主成分とするゲッター材の場合、高周波誘導加熱によりゲッター膜を形成できる。
このようにして、薄膜電子源マトリクスを用いた表示パネルが完成する。
本実施の形態では、基板１１０と基板１４との間の距離が１〜３ｍｍ程度と大きいので、メタルバック１２２に印加する加速電圧を３〜６ＫＶと高電圧にでき、したがって、前記したように、蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）には陰極線管（ＣＲＴ）用の蛍光体を使用することができる。
【００２８】
図１０は、本実施の形態の表示パネルに、駆動回路を接続した状態を示す結線図である。
行電極３１０（下部電極１３）は行電極駆動回路４１に接続され、列電極３１１（上部電極バスライン３２）は列電極駆動回路４２に接続される。
ここで、各駆動回路（４１，４２）と、電子源板との接続は、例えば、テープキャリアパッケージを異方性導電膜で圧着したものや、各駆動回路（４１，４２）を構成する半導体チップを、電子源板の基板１４上に直接実装するチップオングラス等によって行う。
メタルバック膜１２２には、加速電圧源４３から３〜６ＫＶ程度の加速電圧が常時印加される。
【００２９】
図１１は、図１０に示す各駆動回路から出力される駆動電圧の波形の一例を示すタイミングチャートである。
なお、同図において、点線は高インピーダンス出力であることを示している。
実際には、出力インピーダンスを１〜１０ＭΩ程度とすれば良く、本実施例では５ＭΩとした。
ここで、ｎ番目の行電極３１０をＲｎ、ｍ番目の列電極３１１をＣｍ、ｎ番目の行電極３１０と、ｍ番目の列電極３１１との交点のドットを（ｎ，ｍ）で表すことにする。
時刻ｔ０ではいずれの電極も電圧ゼロであるので電子は放出されず、したがって、蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）は発光しない。
時刻ｔ１において、Ｒ１の行電極３１０に、行電極駆動回路４１から（Ｖ_R1）なる駆動電圧を、（Ｃ１，Ｃ２）の列電極３１１に、列電極駆動回路４２から（Ｖ_C1）なる駆動電圧を印加する。
ドット（１，１）、（１，２）の上部電極１１と下部電極１３との間には（Ｖ_C1−Ｖ_R1）なる電圧が印加されるので、（Ｖ_C1−Ｖ_R1）の電圧を電子放出開始電圧以上に設定しておけば、この２つのドットの薄膜型電子源からは電子が真空中に放出される。
本実施の形態では、Ｖ_R1＝−５Ｖ、Ｖ_C1＝４．５Ｖとした。
放出された電子は、メタルバック膜１２２に印加された電圧により加速された後、蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）に衝突し、蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）を発光させる。
また、この期間、他の（Ｒ２，Ｒ３）の行電極３１０は高インピーダンス状態なので、列電極３１１の電圧値に関わらず電子は放出せず、対応する蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）も発光しない。
時刻ｔ２において、Ｒ２の行電極３１０に、行電極駆動回路４１から（Ｖ_R1）なる駆動電圧を印加し、Ｃ１の列電極３１１、列電極駆動回路４２から（Ｖ_C1）なる電圧を印加すると、同様に、ドット（２，１）が点灯する。
ここで、図１１に示す電圧波形の駆動電圧を、行電極３１０および列電極３１１に印加すると、図１０の斜線を施したドットのみが点灯する。
このようにして、列電極３１１に印加する信号を変えることにより、所望の画像または情報を表示することができる。
また、列電極３１１に印加する駆動電圧（Ｖ_C1）の大きさを画像信号に合わせて適宜変えることにより、階調のある画像を表示することができる。
なお、トンネル絶縁層１２中に蓄積される電荷を開放するために、図１１の時刻ｔ４において、全ての行電極３１０に、行電極駆動回路４１から（Ｖ_R2）なる駆動電圧を印加し、同時に、全ての列電極に、列電極駆動回路４２から０Ｖの駆動電圧を印加する。
ここで、Ｖ_R2＝５Ｖであるので、薄膜型電子源３０１には−Ｖ_R2＝−５Ｖの電圧が印加される。
このように、電子放出時とは逆極性の電圧（反転パルス）を印加することにより薄膜電子源の寿命特性を向上できる。
なお、反転パルスを印加する期間（図１１のｔ４〜ｔ５、ｔ８〜ｔ９）としては、映像信号の垂直帰線期間を用いると、映像信号との整合性が良い。
以上説明したように、本実施の形態では、非選択状態の行電極３１０を高インピーダンス状態に設定しているので、先に説明したように、消費電力を低減することが可能となる。
【００３０】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２の画像表示装置に用いる表示パネル、および表示パネルと駆動回路との結線方法とは、前記実施の形態１と同じである。
図１２は、本発明の実施の形態２の画像表示装置において、行電極駆動回路４１および列電極駆動回路４２から出力される駆動電圧の波形の一例を示すタイミングチャートである。
なお、本実施の形態においても、メタルバック膜１２２には加速電圧源４３から３〜６ＫＶ程度の加速電圧が常時印加される。
また、図１２において、点線は高インピーダンス出力であることを示す。
実際には出力インピーダンスを１〜１０ＭΩ程度とすれば良く、本実施の形態では５ＭΩとした。
【００３１】
ここで、前記実施の形態１と同様、ｎ番目の行電極３１０をＲｎ、ｍ番目の列電極３１１をＣｍ、ｎ番目の行電極３１０と、ｍ番目の列電極３１１との交点のドットを（ｎ，ｍ）で表すことにする。
時刻ｔ０ではいずれの電極も電圧ゼロであるので電子は放出されず、したがって、蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）は発光しない。
時刻ｔ１において、Ｒ１の行電極３１０に、行電極駆動回路４１から（Ｖ_R1）なる駆動電圧を、（Ｃ１，Ｃ２）の列電極３１１に、列電極駆動回路４２から（Ｖ_C1）なる駆動電圧を印加する。
ドット（１，１）、（１，２）の上部電極１１と下部電極１３との間には（Ｖ_C1−Ｖ_R1）なる電圧が印加されるので、（Ｖ_C1−Ｖ_R1）の電圧を電子放出開始電圧以上に設定しておけば、この２つのドットの薄膜型電子源からは電子が真空中に放出される。
本実施の形態では、Ｖ_R1＝−５Ｖ、Ｖ_C1＝４．５Ｖとした。
放出された電子は、メタルバック膜１１２に印加された電圧により加速された後、蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）に衝突し、蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）を発光させる。
また、この期間、他の（Ｒ２，Ｒ３）の行電極３１０は高インピーダンス状態なので、列電極３１１の電圧値に関わらず電子は放出せず、対応する蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）も発光しない。
また、この期間、Ｃ３の列電極３１１は高インピーダンス状態なので、ドット（１，３）から電子は放出されず、対応する蛍光体（１１４Ａ〜１１４Ｃ）も発光しない。
時刻ｔ２において、Ｒ２の行電極３１０に、行電極駆動回路４１から（Ｖ_R1）なる駆動電圧を印加し、Ｃ１の列電極３１１、列電極駆動回路４２から（Ｖ_C1）なる電圧を印加すると、同様に、ドット（２，１）が点灯する。
ここで、図１２に示す電圧波形の駆動電圧を、行電極３１０および列電極３１１に印加すると、図１０の斜線を施したドットのみが点灯する。
このようにして、列電極３１１に印加する信号を変えることにより、所望の画像または情報を表示することができる。
また、列電極３１１に印加する駆動電圧（Ｖ_C1）のパルス幅を画像信号に合わせて適宜変えることにより、階調のある画像を表示することができる。
なお、トンネル絶縁層１２中に蓄積される電荷を開放するために、図１２の時刻ｔ４において、全ての行電極３１０に、行電極駆動回路４１から（Ｖ_R2）なる駆動電圧を印加し、同時に、全ての列電極に、列電極駆動回路４２から０Ｖの駆動電圧を印加する。
ここで、Ｖ_R2＝５Ｖであるので、薄膜型電子源３０１には−Ｖ_R2＝−５Ｖの電圧が印加される。
このように電子放出時とは逆極性の電圧（反転パルス）を印加することにより薄膜電子源の寿命特性を向上できる。
なお、反転パルスを印加する期間（図１２のｔ４〜ｔ５、ｔ８〜ｔ９）としては、映像信号の垂直帰線期間を用いると、映像信号との整合性が良い。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態では、非選択状態の行電極３１０のみでなく、非選択状態の列電極３１１も高インピーダンス状態に設定しているので、前記実施の形態１よりも、更に消費電力を低減できることは前記したとおりである。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明の画像表示装置によれば、薄膜電子源アレイの駆動に伴う無効電力を低減し、消費電力を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示装置の駆動方法を説明するための図である。
【図２】本発明の画像表示装置の駆動方法における電極間容量を計算するための等価回路を示す図である。
【図３】図２の等価回路により求められた電極間容量の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の画像表示装置の駆動方法における電極間容量を計算するための等価回路を示す図である。
【図５】図４の等価回路により求められた電極間容量の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１の電子源板の薄膜電子源マトリクスの一部の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の電子源板と蛍光表示板との位置関係を示す平面図である。
【図８】本発明の実施の形態１の画像表示装置の構成を示す要部断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１の電子源板の製造方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の表示パネルに、駆動回路を接続した状態を示す結線図である。
【図１１】図１０に示す各駆動回路から出力される駆動電圧の波形の一例を示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態２の画像表示装置において、行電極駆動回路および列電極駆動回路から出力される駆動電圧の波形の一例を示すタイミングチャートである。
【図１３】薄膜電子源の動作原理を説明するための図である。
【図１４】従来の薄膜電子源マトリクスの概略構成を示す図である。
【図１５】従来の画像表示装置の駆動方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…真空、１１…上部電極、１２…トンネル絶縁層、１３…下部電極、１４，１１０…基板、１５…保護絶縁層、３２…上部電極バスライン、３５…電子放出部、４１…行電極駆動回路、４２…列電極駆動回路、４３…加速電圧源、６０…スペーサ、１１４Ａ…赤色蛍光体、１１４Ｂ…緑色蛍光体、１１４Ｃ…青色蛍光体、１２０…ブラックマトリクス、１２２…メタルバック膜、３０１…薄膜型電子源素子、３１０…行電極、３１１…列電極、５０１…レジスト。

Claims

下部電極と、絶縁層と、上部電極とをこの順番に積層した構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する複数個の電子源素子と、
前記複数個の電子源素子の中の行または列方向の電子源素子の下部電極に駆動電圧を印加する複数の第１の電極と、
前記複数個の電子源素子の中の列または行方向の電子源素子の上部電極に駆動電圧を印加する複数の第２の電極とを有する第１の基板と、
枠部材と、
蛍光体を有する第２の基板とを備え、前記第１の基板、前記枠部材および前記第２の基板とで囲まれる空間が真空雰囲気とされる表示素子と、
前記各第１の電極に駆動電圧を供給する第１の駆動手段と、
前記各第２の電極に駆動電圧を供給する第２の駆動手段とを備える画像表示装置であって、
前記第１の駆動手段は、非選択状態の前記第１の電極を、選択状態の前記第１の電極よりも高インピーダンス状態に設定し、
前記第２の駆動手段は、非選択状態の前記第２の電極を、選択状態の前記第２の電極よりも高インピーダンス状態に設定することを特徴とする画像表示装置。
前記高インピーダンスは、１ＭΩ以上のインピーダンスであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記第１の駆動手段は、前記非選択状態の第１の電極をフローティング状態にすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
前記第２の駆動手段は、前記非選択状態の第２の電極をフローティング状態にすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記各電子源素子は、前記上部電極と電気的に接続された上部電極バスラインを有し、
前記上部電極バスラインは、前記第２の電極の役割を兼ねることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記第１の電極は、前記各電子源素子の下部電極を兼用することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記下部電極は、金属で構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記下部電極は、半導体で構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記絶縁層は、半導体と絶縁体との積層膜で構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
下部電極と、絶縁層と、上部電極とをこの順番に積層した構造を有し、前記上部電極に正極性の電圧を印加した際に、前記上部電極表面から電子を放出する複数個の電子源素子と、
前記複数個の電子源素子の中の行または列方向の電子源素子の下部電極に駆動電圧を印加する複数の第１の電極と、
前記複数個の電子源素子の中の列または行方向の電子源素子の上部電極に駆動電圧を印加する複数の第２の電極とを有する第１の基板と、
枠部材と、
蛍光体を有する第２の基板とを備え、前記第１の基板、前記枠部材および前記第２の基板とで囲まれる空間が真空雰囲気とされる画像表示装置の駆動方法であって、
非選択状態の前記第１の電極を、選択状態の前記第１の電極よりも高インピーダンス状態に設定するとともに、非選択状態の前記第２の電極を、選択状態の前記第２の電極よりも高インピーダンス状態に設定することを特徴とする画像表示装置の駆動方法。
前記高インピーダンスは、１ＭΩ以上のインピーダンスであることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置の駆動方法。
前記非選択状態の第１の電極をフローティング状態にすることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置の駆動方法。
前記非選択状態の第２の電極をフローティング状態にすることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置の駆動方法。