JP4071814B2 - 電子放出装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子放出素子に関し、特に電子放出素子の複数を例えばマトリクス状などの画像表示配列にした電子放出装置及びその駆動方法に関する。

従来から、陰極の加熱を必要としない冷陰極の電子放出源のアレイを備えた平面形電子放出装置の開発が試みられている。例えば、表示装置の電子放出部としてスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）形冷陰極を用いたＦＥＤがあり、その発光原理は、ＣＲＴ（陰極線管）と同様に、陰極から離間したゲート電極により電子を真空中に引出し、透明陽極に塗布された蛍光体に衝突させて、発光させるものである（下記の特許文献１〜３参照）。
しかしながら、この電子放出源は、微細なスピント型冷陰極の製造工程が複雑で、その工程数が多いので、製造歩留りが低いといった問題がある。
また、平面形電子放出装置として金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）構造或いは金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）構造の電子放出素子を用いたものがある。例えば、本出願人による下記の特許文献４に記載した電子放出装置がある。
一般に、絶縁体層の膜厚が数十ｎｍ〜数μｍと厚いＭＩＭまたはＭＩＳ型電子放出素子は、素子を製造しただけでは電子放出は得られ難いので、いわゆるフォーミング処理が必要である。このフォーミング処理は制御性が非常に悪く、素子を安定的に再現性よく製造することが難しい。
また、他の電子放出素子として、絶縁基板上に設けられた対向電極間に導電性薄膜を架設して通電処理により、亀裂からなる電子放出部を導電性薄膜内に設ける表面伝導型電子放出素子がある。この亀裂は導電性薄膜を局所的に破壊、変質又は変形させたものであり、このため電子放出部内部の均一性や形状の初期性能の再現性が悪いなどの問題がある。かかる問題を改善するために、電子放出装置の種々の改良が行われている（下記の特許文献５〜８参照）。
特開２００３−１４１９８３号公報 特開平０８−１７１８７７号公報 特開平０７−０２９５２０号公報 ＵＳＰ６，２８５，１２３公報 特開２０００−２５１６７７号公報 特開２０００−２５１６８８号公報 特開２０００−８２３８８号公報 特開平０９−１９９００６号公報

従来の固体電子放出素子によれば、放出電流密度は駆動時間と共に減少する。このため、これらをディスプレイに利用した場合の駆動でよく見られるパルス幅変調（電圧一定）で階調を表現する定電圧駆動では、輝度の劣化につながる。逆に、定電流制御で駆動を行えば駆動電圧を上げることにより、放出電流の低下を防ぐことができる。しかしながら、駆動電圧を上げればより素子の経時変化は大きくなる。すなわち、そのような駆動は経時変化を正帰還的に促進し、結果としてディスプレイの長寿命化にはならない。
フォーミング処理が必要な固体電子放素子では、駆動時間による放出電流密度の経時変化が一般的である。素子の長寿命化のために、この経時変化をできる限り小さくすることが求められている。
また、放出電流密度を大きくするため、製造工程中に、固体電子放素子の活性化を炭素を含むガス雰囲気中で行う場合、初期に特性のバラツキを活性化により補うことはできても、出荷後、経時変化に特性復活させることはできなかった（上記の特許文献６参照）。
そこで、本発明の解決しようとする課題には、経時変化を抑制できる電子放出装置及びその駆動方法を提供することが一例として挙げられる。
本発明の電子放出装置駆動方法は、各々が、珪素又は珪素を主成分とする混合物若しくはその化合物からなる電子供給層、前記電子供給層上に形成された絶縁体層、及び前記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極からなり、封着された複数の電子放出素子を有する電子放出装置の駆動方法であって、
前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電力を供給して前記電子放出素子から電子を放出せしめる駆動ステップと、前記駆動ステップ後に、前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に流れる素子電流の印加電圧に関する微分値に不連続が生じる印加電圧値以上の再活性化電圧を印加する再活性化ステップと、を含むことを特徴とする。
本発明の電子放出装置は、各々が、珪素又は珪素を主成分とする混合物若しくはその化合物からなる電子供給層、前記電子供給層上に形成された絶縁体層、及び前記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極からなり、封着された複数の電子放出素子を有する電子放出装置であって、
前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に流れる素子電流の印加電圧に関する微分値に不連続が生じる印加電圧値以上の再活性化電圧を印加する再活性化装置を含むことを特徴とする。

図１は、本発明の実施形態における電子放出素子及びこれを用いた発光部の構成を示す構成図である。
図２は、本発明の実施形態における電子放出素子及びこれを用いた発光部の構成を示す構成図である。
図３は、本発明の実施形態における電子放出素子の電流電圧特性曲線を示すグラフである。
図４は、本発明の実施形態における電子放出素子の電流電圧特性曲線を示すグラフである。
図５は、本発明の実施形態における電子放出素子の駆動時間に対する放出電流密度の変化を示すグラフである。
図６は、本発明の実施形態における電子放出素子の電流電圧特性曲線を示すグラフである。
図７は、本発明の実施形態における電子放出素子及びこれを用いた発光部の構成を示す構成図である。
図８は、本発明の実施形態の電子放出装置の再活性化処理動作を示すフローチャートである。
図９は、本発明の実施形態の電子放出装置の再活性化処理動作における再活性化までの基準時間をもって再活性化を繰り返した時の駆動時間に対する放出電流密度の変化を示すグラフである。
図１０は、本発明の実施形態の電子放出装置の再活性化処理動作における再活性化までの基準時間をもって再活性化を繰り返した時の駆動時間に対する素子電流密度の変化を示すグラフである。
図１１は、本発明の他の実施形態における電子放出素子及びこれを用いた発光部の構成を示す構成図である。
図１２は、本発明の他の実施形態の電子放出装置の再活性化処理動作を示すフローチャートである。
図１３は、本発明の他の実施形態における電子放出素子及びこれを用いた発光部の構成を示す構成図である。
図１４は、本発明の他の実施形態の電子放出装置の再活性化処理動作を示すフローチャートである。
図１５は、本発明の他の実施形態の電子放出装置を用いた表示装置の構成を示すブロック図である。
図１６は、本発明の他の実施形態の電子放出装置を用いた表示装置における単位画素の回路構成の例を示すブロック図である。

以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
（電子放出素子）
図１は、ガラスの素子基板１０上に、下部電極（オーミック電極）１１、電子供給層１２、絶縁体層１３、金属薄膜電極（上部電極）１５が順に積層された積層構造の実施形態のＭＩＳ型の電子放出素子１０１を示す。下部電極１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）などからなる。電子供給層１２はシリコン（Ｓｉ）又はＳｉを主成分とする混合物若しくはその化合物などの非晶質相の半導体からなる。絶縁体層１３はＳｉＯ_ｘ（Ｘ＝０．１〜２．２）などの誘電体からなる。本素子の場合、絶縁体は完全な絶縁体でなく、タングリングボンド、酸素欠損、あるいは含有される不純物に起因する多くのサブバンドを有する不完全な絶縁体である。金属薄膜電極１５はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などの金属からなる。電子放出素子１０１において、絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５には、それらの膜厚がその中央に向け共に漸次減少する島領域１４が形成されている。図１に示すように、例えば、島領域１４は金属薄膜電極１５の平坦表面における凹部として形成されている。また、前記電子供給層は非晶質であるが、後述する活性化処理において、一部を結晶化させることは有効である。
絶縁体層１３及び金属薄膜電極１５には、凹部１４、すなわち、それらの膜厚がその中央に向け共に漸次減少する島領域１４が形成されている。図１に示すように、島領域１４は金属薄膜電極１５の平坦表面における凹部（円形、楕円、長円、溝など）として形成され島領域１４上に炭素領域４０が積層されている。島領域１４においては、金属薄膜電極１５が絶縁体層１３上の縁部Ａで終端している。また、島領域１４における絶縁体層１３は電子供給層１２上の縁部Ｂで終端している。
基板、電子放出素子の電子供給層１２、絶縁体層１３、金属薄膜電極１５の材料、さらに、各膜厚や成膜法や製造方法は、本出願人による上記の特許文献４に記載されているので、それを引用する。
さらに、図２のように、電子放出素子１０１はその上部の少なくとも凹部の島領域１４上に炭素又は炭素を成分とする混合物若しくは炭素化合物からなる炭素領域４０が成膜されてもよい。上部電極上を炭素層で覆うことも同様な効果が得られ、有効である。
炭素領域４０の材料として無定形炭素、グラファイト、フラーレン（Ｃ_２ｎ）、ダイヤモンドライクカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンナノプレート、ダイヤモンド、などの形態の炭素、或いは、ＺｒＣ、ＳｉＣ、ＷＣ、ＭｏＣなどの炭素化合物が有効である。炭素領域４０は金属薄膜電極１５、絶縁体層１３及び電子供給層１２を覆っている。
（電子放出素子を用いた発光素子）
この電子放出素子１０１を発光素子に用いる場合、図１に示すように、電子放出素子１０１の素子基板１０を背面として、これに対向する透光性の第２基板１が真空空間４を挾んで前面基板として保持される。第２基板１の内面には、加速電源Ｖｃに接続された透光性のアノード２と蛍光体層３Ｒ、Ｇ、Ｂとが設けられる。アノード２、各基板の材料、さらに、各膜厚や成膜法や製造方法は、本出願人による上記の特許文献４に記載されているので、それを引用する。
電子放出素子は素子電源Ｖｄに接続され、表面の金属薄膜電極１５を正電位Ｖｄとし裏面の下部電極１１を接地電位としてある。下部電極１１と金属薄膜電極１５との間に電圧Ｖｄ、例えば５０Ｖ程度印加し電子供給層１２に電子を注入すると、あらかじめ活性化処理により形成されているエミッションサイトを通して、一部の電子は真空中に放出される。電子は島領域１４の底部から、ある角度分散をもって放出される。図１の素子構造では凹部である島領域１４の上部の空間で電界がレンズ状になり、放出電子は法線に沿う方向に軌道が変えられる。その結果、角度分散の非常に小さい放出電子が得られる。
この島領域１４の凹部から放出された電子ｅ（放出電流Ｉｅ）は、対向したアノード（透明電極）２に印加された高い加速電圧Ｖｃ例えば５ｋＶ程度によって加速され、アノード２に集められる。アノードに蛍光体３Ｒ，Ｇ，Ｂが塗布されていれば対応する可視光の発光が得られる。
電子放出素子において、絶縁体層と上部電極が膜厚ゼロに向かい暫時減少する島領域を有するので、放出電流の安定性や低駆動電圧化に有効である。
（電子放出素子の活性化処理及び再活性化処理）
上述の活性化処理は印加電圧のスイープによる通電処理である。スイープとは、電子供給層を基準にして金属薄膜電極の電位が一様に増加する印加態様である。
一例の電子放出素子を真空に封着した後、Ｖｄを０．３Ｖ／秒で０Ｖから２０Ｖまでの通電処理を行い、その電流電圧変化を測定した。図３は、スイープ活性化処理における電子放出素子の素子電流密度（Ｉｄ）と放出電流密度（Ｉｅ）の電流電圧特性曲線を示す。素子電流密度及び放出電流密度は、素子電流及び放出電流の測定値と、実験に使用した素子の面積から算出したものである。
図３から、活性化時のＩｄ特性曲線には負性抵抗特性が観察されるのが特徴で、その負性抵抗が始まるところから電子の放出（Ｉｅ）が始まったことが分かる。
ここで活性化処理とは、下部電極と、半導体からなる電子供給層と、絶縁体層と電子供給層からなるＭＩＳ型の電子放出素子において、素子電流Ｉｄ曲線の印加電圧に関する微分値が不連続になるような負性抵抗開始点Ｖａｃｔ以上の再活性化電圧を加える通電処理をいう。
図３から、負性抵抗開始点Ｖａｃｔ以降に見られる負性抵抗はＳｉＯ_ｘ絶縁体層のトラップに電荷が捕獲される過程であると推測され、これによりＳｉＯ_ｘ絶縁体層の表面近傍の電界が強大になり、電子放出が起こると推測される。
このスイープ速度は活性化にとって重要なパラメータになる。
スイープ速度が遅ければ負性抵抗開始点Ｖａｃｔはより低電圧側に現れ、早いと高電圧側になる。
これは活性化では素子に蓄積された熱（ジュール熱）も寄与しているからと推定できる。
また、必ずしも一定速度での電圧掃引（スイープ）が必要ではないのは言うまでもなく、所定の時間内に所定の活性化処理を行うに十分な電圧まで昇圧する過程において、昇圧の様態は問わない。さらに矩形波的電圧印加でも可能である。このときは、いわゆる過度現象の中で素子電流Ｉｄの微分曲線が不連続になるような点が観察されるようになる。
また、スイープ活性化処理電源も必ずしも直流電源である必要もないが、ディスプレイ駆動用の例えば６０Ｈｚでデューティ１／１２０のようなパルス波形では、負性抵抗開始点Ｖａｃｔは出現しない。これは素子に蓄積された熱（ジュール熱）がＶａｃｔ出現に不足しているからと推定できる。
図４は、活性化直後に活性化と同じ条件で電圧をスイープさせた時の電子放出素子の電流電圧曲線を示す。今度はＩｄに負性抵抗は観察されない。すなわちＶａｃｔが出現しない。これはトラップされた電子が固定化されていると推測される。
次に、この電子放出素子を真空に封着した後、通常の駆動を想定して、素子電圧Ｖｄ＝２０Ｖを６０Ｈｚでデューティ１／１２０のパルスで連続通電して、駆動時間に対する放出電流密度の変化を測定した。図５によれば、放出電流密度は駆動時間と共に減少することが分かる。このため、ディスプレイの駆動でよく見られるパルス幅変調（電圧一定）で階調を表現する定電圧駆動では、輝度の劣化につながる。一般にディスプレイの寿命の定義として使われる輝度の半減時間がこの場合は約３０００時間ということになる。また、ディスプレイとして十分な輝度を得るためには１ｍＡ／ｃｍ^２の放出電流密度が必要である。この観点をディスプレイの寿命と定義しても約７０００時間ということになる。
逆に、定電流制御で駆動を行えば駆動電圧を上げることにより、放出電流の低下を防ぐことができる。しかしながら、駆動電圧を上げればより経時変化は大きくなる。すなわちそのような駆動は経時変化を正帰還的に促進し、結果として素子の長寿命化にはならない。
発明者は、上述のＭＩＳ型の電子放出素子において、真空封着後における長期駆動による経時変化後に再度の活性化処理を試みた。すなわち電子放出素子を真空に封着した後、通常の駆動を想定して、素子電圧Ｖｄ＝２０Ｖを６０Ｈｚでデューティ１／１２０のパルスで連続通電して、３０００時間駆動した後、Ｖｄを０．３Ｖ／秒で０Ｖから２０Ｖまでのスイープによる通電処理を行い、その電流電圧変化を測定した。図６は、再活性化処理における電子放出素子の素子電流密度（Ｉｄ）と放出電流密度（Ｉｅ）の電流電圧特性曲線を示す。
図６によれば、Ｉｄ曲線には再活性化負性抵抗開始点Ｖａｃｔが出現し、負性抵抗を示す領域が再び現れた。初回の活性化直後の図４の特性と比較すると、すなわちこの素子における放出電流密度の低下は、素子の劣化というよりも、活性化前の状態に戻る過程だということが分かる。これはＳｉＯ_ｘ絶縁体層にトラップされていた電子が抜けてしまう過程と推測できる。従って、電子放出素子は、駆動電圧が印加されると、ホッピング伝導により電流が流れるが、ある電圧以上ではトラップに電子が再度捕獲されるため最初の活性化処理時と同様に負性抵抗が出現すると考えられる。このトラップされた電子により、ＳｉＯ_ｘ絶縁体層の表面近傍の電界が再び強大になり、電子放出量が復活すると推測される。
すなわち、発明者は、ＭＩＳ型の電子放出素子（下部電極と半導体からなる電子供給層と絶縁体層と電子供給層からなる）の長時間駆動による放出電流密度の低下は不可逆的な劣化ではなく、再活性化により初期の特性を取り戻せることを見出した。電子放出素子の電流電圧特性における素子電流Ｉｄ曲線の微分値が不連続になるような負性抵抗開始点Ｖａｃｔ以上の再活性化電圧を加えることにより、素子の活性化が可能となる。
再活性化負性抵抗開始点Ｖａｃｔは、電子供給層及び金属薄膜電極間に一様に増加する印加電圧を印加した場合に、電子供給層及び金属薄膜電極間の素子電流の印加電圧に関する微分値に不連続が生じる時のその印加電圧値である。
（電子放出装置）
発明者は、上記電流電圧特性を発現する電子供給層、膜厚が漸次減少する絶縁体層及び金属薄膜電極（島領域電子放出部）を有した電子放出素子を用いた、活性化装置を含む電子放出装置を提案する。
図７は、かかる電子放出装置を示す。電子放出素子１０１については図１及び図２に示すものと同一である。
電子放出装置においては、例えば素子電源及び下部電極１１間に直列接続された使用スイッチＳＷと、上部電極１５及び下部電極１１間に直列接続された通電スイッチＳＷｒ及びスイープ活性化処理電源Ｖｒが設けられている。電子放出装置は、使用スイッチＳＷの状態を監視し且つ通電スイッチＳＷｒのオンオフを制御し且つスイープ活性化処理電源Ｖｒの印加状態（電子供給層及び金属薄膜電極間への再活性化電圧印加の実行）を制御する制御部としてのコントローラ１１０を備えている。コントローラ１１０には必要なデータなどを格納するための記憶装置並びにタイマ（計時手段）が内蔵されている。これらから構成される活性化装置は、電子供給層及び金属薄膜電極に接続され、両者間に負性抵抗開始点Ｖａｃｔ以上の再活性化電圧を印加する機能を有する。例えば、再活性化装置のコントローラ１１０は、電子放出素子への電力の供給開始時点からの経過時間の合計を計時するとともに、経過時間の合計値が基準（例えば、電子放出素子の放出電流の半減期、本実施例であれば３０００時間）を超えた時点で通電スイッチＳＷｒをオンとして、スイープ活性化処理電源Ｖｒから電子供給層及び金属薄膜電極間への再活性化電圧印加の実行を制御する。
図８は、本実施形態の例えばディスプレイの電子放出装置のコントローラ１１０の再活性化処理動作を示すフローチャートを示す。
まず、ディスプレイが起動され使用スイッチＳＷがオンとなって、電子放出装置の通常駆動状態となる（ステップＳ１）と、素子電源と素子が接続されて、コントローラ１１０のタイマによる計時（使用時間の累積）を開始する（ステップＳ２）。次に、コントローラ１１０はタイマによる計時が基準時間（Ｔｒｅ＝３０００時間）になった否かを判別し（ステップＳ３）、基準時間が経過したと判断すると使用スイッチＳＷのオン又はオフの状態を判別する（ステップＳ４）。ここで使用スイッチＳＷがオフでスタンバイの状態であると判断すると、通電スイッチＳＷｒをオンとして、スイープ活性化処理電源Ｖｒから電子供給層及び金属薄膜電極間へのスイープ電圧を印加して、再活性化を実行する（ステップＳ５）。再活性化の後、コントローラ１１０のタイマによる計時の累積値を初期値に戻しリセット（ステップＳ６）して終了する。ステップＳ３及びステップＳ４で基準時間が経過しない及び使用スイッチＳＷがオンで駆動状態であると判断するとそれぞれ再活性化処理動作を行わない。
図９は、再活性化までの基準時間Ｔｒｅを３０００時間として再活性化を繰り返した時の駆動時間対放出電流密度の変化を示す。この図から分かるように、放出電流密度は１ｍＡ／ｃｍ^２を下回ることがなく、大幅な寿命の改善がはかられていることが分かる。
また、図１０に同様に再活性化を繰り返した時の駆動時間対素子電流密度の変化を示す。両図から明らかなように、素子電流Ｉｄは放出電流Ｉｅを裏返したような振る舞いをする。すなわち、駆動時間のほかに放出電流や素子電流も再活性化を行うべき時期を検知する指標になることがわかる。なお、電子放出素子を本来の目的で使用する駆動中に、再活性化を行うことは困難である。よって、例えばディスプレイであれば電源がスタンバイされているタイミングで行う。図８のフローチャートで示したスタンバイ状態であるか否かの判断はこれに基づくものである。また、図８のステップＳ５ではコントローラの自動判断で再活性化を行う以外にも、コントローラは再活性化が必要な状態になったことを使用者に知らせるインジケータを作動させ、使用者に再活性化の動作を開始させるスイッチを入れさせることも有効である。この場合は使用者が明らかに装置を使用しない時間を選択して、自らの判断で再活性化を行える利点を有する。さらにコントローラの自動判断で再活性化を行う場合でも、再活性化が必要な状態になったことを使用者に知らせるインジケータを作動させることは有効である。この場合、再活性化中にスタンバイ状態がプラグを抜く等で強制的に解除され、再活性化に必要な電力の供給が失われることを防ぐ注意を促すことができる。また、本実施形態の電子放出素子をＨＡＲＰ（Ｈｉｇｈ−ｇａｉｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｒｕｓｈｉｎｇ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの光電変換装置と組み合わせた撮像素子に用いる場合には、使用中でもブランキングタイムを設けて、画素を順次再活性化することは可能である。
図１１は、他の実施形態を示す。放出電流測定手段としてアノード２及び加速電源間に接続された電流検出器Ｃｓを設けて、電流検出器Ｃｓの測定値（Ａ／Ｄ変換値）をコントローラ１１０に供給できるように接続し、電子放出素子の金属薄膜電極から放出される電子による放出電流を測定する。測定された放出電流が基準電流値（例えば図９の特性におけるＩｅｒｅ）以下に低下した時点で電子供給層及び金属薄膜電極間への再活性化電圧印加を実行（再活性化処理）する。この場合、電子放出源のアレイにおいて、本来の目的で使用する電子放出源の他に、放出電流モニタ専用の電子源を別途に有することは有効である。なぜならば、本来の目的で使用する際には電子源は電圧若しくは電圧の印加時間を変調して電子量を調整する場合が多く、かくある電子源は定常的な放出電流量の測定には不適だからである。
図１２は、本実施形態の例えばディスプレイの電子放出装置のコントローラ１１０の再活性化処理動作を示すフローチャートを示す。
まず、ディスプレイが起動され使用スイッチＳＷがオンとなって、電子放出装置の通常駆動状態となる（ステップＳ１１）と、素子電源と素子が接続されて、コントローラ１１０の放出電流Ｉｅの測定を開始する（ステップＳ１２）。次に、コントローラ１１０は測定値が基準電流値Ｉｅｒｅに低下したか否かを判別し（ステップＳ１３）、基準以下になったと判断すると使用スイッチＳＷのオン又はオフの状態を判別する（ステップＳ１４）。ここで使用スイッチＳＷがオフでスタンバイの状態であると判断すると、通電スイッチＳＷｒをオンとして、スイープ活性化処理電源Ｖｒから電子供給層及び金属薄膜電極間へのスイープ電圧を印加して、再活性化を実行する（ステップＳ１５）。再活性化の後、処理を終了する。ステップＳ１３及びステップＳ１４で基準に達してない及び使用スイッチＳＷがオンで駆動状態であると判断するとそれぞれ再活性化処理動作を終了する。
図１３は、更なる他の実施形態を示す。放出電流測定手段として電子放出素子の金属薄膜電極１５及び素子電源間に接続された電流検出器Ｃｓを設けて、電流検出器Ｃｓの測定値をコントローラ１１０に供給できるように接続し、電子供給層及び金属薄膜電極間の電流を測定する。測定された素子電流が基準電流値（例えば図１０の特性におけるＩｄｒｅ）を超えた時点で電子供給層及び金属薄膜電極間への再活性化電圧印加を実行（再活性化処理）する。
図１４は、本実施形態の例えばディスプレイの電子放出装置のコントローラ１１０の再活性化処理動作を示すフローチャートを示す。
まず、ディスプレイが起動され使用スイッチＳＷがオンとなって、電子放出装置の通常駆動状態となる（ステップＳ２１）と、素子電源と素子が接続されて、コントローラ１１０の素子電流Ｉｄの測定を開始する（ステップＳ２２）。次に、コントローラ１１０は測定値が基準電流値Ｉｄｒｅになった否かを判別し（ステップＳ２３）、基準を超えたと判断すると使用スイッチＳＷのオン又はオフの状態を判別する（ステップＳ２４）。ここで使用スイッチＳＷがオフでスタンバイの状態であると判断すると、通電スイッチＳＷｒをオンとして、スイープ活性化処理電源Ｖｒから電子供給層及び金属薄膜電極間へのスイープ電圧を印加して、再活性化を実行する（ステップＳ２５）。再活性化の後、処理を終了する。ステップＳ２３及びステップＳ２４で基準に満たない及び使用スイッチＳＷがオンで駆動状態であると判断するとそれぞれ再活性化処理動作を終了する。
このように、電子放出素子は再活性化が可能な素子であることを発見したことにより、電子供給層及び金属薄膜電極間に所定の電圧を印加することによって、ディスプレイ、撮像素子、平面光源などに用いられる電子放出素子の封止後の再活性化を行うことが可能となった。
（電子放出装置を用いた表示パネル）
図１５は、上述した構成の電子放出素子を用いた表示装置１０２の構成を示すブロック図である。図１５において、１０３はＡ／Ｄ変換回路、１０４はフレームメモリ、１０５は走査回路、１０６は書き込み回路、１０７は素子電源回路、１０８は加速電源回路、１０９は表示パネル、１１０はコントローラ、を示す。図示しないが、表示パネルの複数の電子放出素子に対向する側には真空空間を挾んで蛍光体付きアノードが設けられている。
コントローラ１１０は、フレームメモリ１０４〜加速電源回路１０８の各回路に接続されこれらを入力映像信号の水平及び垂直同期信号に同期して制御する。
Ａ／Ｄ変換回路１０３は、アナログ映像信号入力を受けてデジタル映像信号データに変換する。なおデジタル映像信号データが入力される場合はＡ／Ｄ変換回路１０３は不要である。デジタル映像信号はＡ／Ｄ変換回路１０３からフレームメモリ１０４へ供給され、コントローラ１１０の制御により書き込み蓄積される。
フレームメモリ１０４は、蓄積されたデジタル映像信号データをコントローラ１１０の指令によって、書き込み回路１０６に送る。また、表示パネルの各行及び列に接続された書き込み回路１０６及び走査回路１０５をコントローラ１１０で順次制御することにより、フレームメモリに蓄積されていた画像に対応した表示パネル１０９の電子放出素子の電子放出時間を例えばサブフィールド法等により制御して所望の画像表示が得られる。素子電源回路１０７は、全電子放出素子の上部電極１５へ定電圧を供給する。加速電源回路１０８は、表示パネル１０９のアノードへの電力を供給する。
次に、図１６は、表示パネル１０９の単位画素Ｐｘに対応するＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２０１及び発光部からなる回路構成の例を示す。ＦＥＴ２０１のゲートＧは、走査回路１０５からの行を走査する走査信号が供給される走査電極線に接続され、ＦＥＴ２０１のソースＳは、書き込み回路１０６からのフレームメモリ１０４のデータに対応した信号が供給されるデータ電極線に接続されている。
ＦＥＴ２０１のドレインＤは電子放出素子の下部電極１１に接続され、電子放出素子に対向するアノード２は加速電源回路１０８に接続されている。
このような回路が行及び列に複数配列された表示パネル１０９の単位画素の電子放出制御動作は、ＦＥＴ２０１のゲートＧにオン電圧が供給されると、電流がソースＳからドレインＤへ流れ、電極にかかる電圧により、上部電極１５から電子を放出せしめる。
ＦＥＴ２０１のゲートＧがオフ電圧になると、ＦＥＴ２０１はオープン状態となり、上部電極１５からの電子放出が停止する。
上記した電子放出時間を制御して輝度階調を表すいわゆるサブフィールド法以外に、ＦＥＴ２０１のソースＳに供給されるデジタル輝度階調に従った電圧に基づいて電子放出素子の電子放出輝度を制御する方法も応用できる。
上述した例では、再活性化処理を、各電子放出素子の電子放出電流の計測はコントローラ１１０の制御により装置の電源を断とする前に行われる例を示したが、装置の電源を投入した時に行ってもよく、また、タイマを内蔵していれば所定の時間間隔で行ってもよい。
いずれの場合も、全電子放出素子は同一電圧で再活性化処理されるので全面ほぼ同一状態で電子放出特性が回復することとなる。
なお、再活性化処理の基準値の最初の値を初期基準値として適宜なメモリに記憶しておき、その都度の基準値を初期基準値と比較して、再活性化処理時の電源電圧そのものを制御できるので、表示パネルに利用した場合、パネル全体にわたる輝度を制御し安定な輝度を維持することも可能である。
以上の如く、本実施形態によれば、長時間の駆動により電子放出素子毎の特性劣化の度合いにばらつきが生じた場合であっても、出荷後でも、電子放出素子毎の輝度劣化の割合のばらつきは解消される。従って、画面に輝度むらが生じることのない電子放出表示装置を提供することができる。

Claims (18)

1. 各々が、珪素又は珪素を主成分とする混合物若しくはその化合物からなる電子供給層、前記電子供給層上に形成された絶縁体層、及び前記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極からなり、封着された複数の電子放出素子を有する電子放出装置の駆動方法であって、
   前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電力を供給して前記電子放出素子から電子を放出せしめる駆動ステップと、前記駆動ステップ後に、前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に流れる素子電流の印加電圧に関する微分値に不連続が生じる印加電圧値以上の再活性化電圧を印加する再活性化ステップと、を含むことを特徴とする駆動方法。
2. 前記絶縁体層はその膜厚が零になるまで減少する少なくとも１つの電子放出部となる島領域を有することを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
3. 前記電子供給層は非晶質であることを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
4. 前記電子放出素子は前記金属薄膜の表面を炭素を主成分とする炭素層で覆ったことを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
5. 前記電子放出素子への前記電力の供給開始時点からの経過時間の合計を計時する計時ステップを含み、前記再活性化ステップは前記経過時間の合計に基づいて実行されることを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
6. 前記電子放出素子の前記金属薄膜電極から放出される電子による放出電流を測定する放出電流測定ステップを含み、前記再活性化ステップは、測定された前記放出電流値が基準電流値以下に低下した時点で実行されることを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
7. 前記素子電流を測定する素子電流測定ステップを含み、前記再活性化ステップは、測定された前記素子電流値が基準電流値以上に上昇した時点で実行されることを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
8. 前記素子電流の印加電圧に関する微分値に不連続が生じる印加電圧値は、負性抵抗開始点であることを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
9. 各々が、珪素又は珪素を主成分とする混合物若しくはその化合物からなる電子供給層、前記電子供給層上に形成された絶縁体層、及び前記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極からなり、封着された複数の電子放出素子を有する電子放出装置であって、
   前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に流れる素子電流の印加電圧に関する微分値に不連続が生じる印加電圧値以上の再活性化電圧を印加する再活性化装置を含むことを特徴とする電子放出装置。
10. 前記絶縁体層はその膜厚が零になるまで減少する少なくとも１つの電子放出部となる島領域を有することを特徴とする請求項９に記載の電子放出装置。
11. 前記電子供給層は非晶質であることを特徴とする請求項９に記載の電子放出装置。
12. 前記電子放出素子は前記金属薄膜の表面を炭素を主成分とする炭素層で覆ったことを特徴とする請求項９に記載の電子放出装置。
13. 前記再活性化装置は、前記電子放出素子への前記電力の供給開始時点からの経過時間の合計を計時する計時手段と、前記経過時間の合計値が基準を超えた時点で前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間への前記再活性化電圧印加の実行を制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項９に記載の電子放出装置。
14. 前記再活性化装置は、前記電子放出素子の前記金属薄膜電極から放出される電子による放出電流を測定する放出電流測定手段と、測定された前記放出電流値が基準電流値以下に低下した時点で前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間への前記再活性化電圧印加の実行を制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項９に記載の電子放出装置。
15. 前記再活性化装置は、前記素子電流を測定する素子電流測定手段と、測定された前記素子電流値が基準電流値以上に上昇した時点で前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間への前記電圧印加の実行を制御する制御部と、を有することを特徴とする請求項９に記載の電子放出装置。
16. 前記素子電流の印加電圧に関する微分値に不連続が生じる印加電圧値は、負性抵抗開始点であることを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の電子放出装置。
17. 前記電子放出素子が行及び列をなすようにマトリクス状に配列されて構成されたことを特徴とする請求項９〜１６のいずれかに記載の電子放出装置。
18. 前記制御部は、前記電子放出素子が電子を放出せしめる駆動状態の停止を監視する監視部を含み、前記駆動状態の停止に応じて前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間への前記再活性化電圧印加の実行を指令することを特徴とする請求項１３〜１７のいずれかに記載の電子放出装置。

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