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JP3554183B2 - Information transmission device and image display device - Google Patents
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JP3554183B2 - Information transmission device and image display device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばナビゲーションシステムや、ゲーム機、教育用ディスプレイ等、多岐にわたり応用できる、表示画面から発する光信号により情報を伝達する情報伝達装置及び画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、CRTなどの画像表示装置では、文字情報など画像以外の補足情報は、帰線期間に信号に乗せることにより電送し、画像に重ねて表示している。それにより、表示画像の補足情報を伝達することができた。
【0003】
また、複数の電子源から画像信号により変調された電子ビームを発し、それを蛍光体に当てて発光させ、画像を表示させる画像表示装置が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、その方法では、補足情報を重ねて表示した部分の画像が乱されてしまう。
【0005】
また、表示画像との関係の有無に関らず、補足情報は所定の位置に表示されるために、画像との関連を直接的に表現することができない。
【0006】
また、同時にその画像表示装置を見ている人は、その捕捉情報の要否に関わらず、全員同じ情報を与えられてしまう。
【0007】
本発明の目的は、かかる問題点に鑑み、表示されている画像を損ねることなく、画像と補足情報とを対応付けて補足情報を伝達できる情報伝達装置及び画像表示装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の情報伝達装置は次のよな構成から成る。すなわち、駆動信号により複数の素子を発光させて画像を表示する画像表示手段と、画像信号に情報信号を重畳した駆動信号により前記画像表示手段を駆動する駆動手段と、前記素子の発光を感知する光感知手段と、前記光感知手段により感知された光から、駆動信号に重畳されている情報信号を検出する情報検出手段とを備え、前記駆動手段は、前記情報信号の重畳により増大する輝度を補償するよう画像信号を補正する補正手段を有する。あるいは、本発明の情報伝達装置は次のような構成から成る。すなわち、駆動信号により複数の素子を発光させて画像を表示する画像表示手段と、画像信号に情報信号を重畳した駆動信号により前記画像表示手段を駆動する駆動手段と、前記素子の発光を感知する光感知手段と、前記光感知手段により感知された光から、駆動信号に重畳されている情報信号を検出する情報検出手段とを備え、前記駆動手段は、画像信号の値によって、情報信号の重畳のしかたを切り替える。
【0009】
また、本発明の画像表示装置は次のような構成から成る。すなわち、行ごとに走査しつつ注目行に対応する駆動信号を印加して画像を表示する表示パネルと、注目行に対応する画像信号を変調する変調回路と、補足情報信号を生成する情報生成回路と、指定された領域を記憶するメモリと、前記メモリに記憶された領域が注目行と重複する場合に、当該行における、前記領域に含まれる列に対応する画像情報に、前記情報生成回路により生成された補足情報を重畳して前記表示パネルの駆動信号とする信号合成回路とを備え、前記表示パネルの列配線を駆動し、前記変調回路は、画像信号をその値に応じたパルス幅に変調し、前記合成回路は、変調された画像信号のパルスと重複しないタイミングで、前記補足情報信号を変調された画像信号に重畳するとともに、重畳された補足情報信号の分、変調された画像信号のパルス幅を短縮する。
【0010】
【発明の実施の形態】
第1〜第4の実施の形態は画像表示装置の例である。本実施形態では、本出願人による特開昭64−31332において開示される表面伝導型放出素子で構成するマルチ電子源を画像表示装置の電子源として使用する。表面伝導型放出素子は、冷陰極素子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたり多数の素子を形成できる利点がある。画像表示装置の各画素と、表面伝導型放出素子が1対1対応しており、カラー画像表示装置の場合、これらの画素には、赤(R)の画素、青(B)の画素、緑(G)の画素がある。そのため、表面伝導型放出素子にも、赤の画素に対応する表面伝導型放出素子、青の画素に対応する表面伝導型放出素子、緑の画素に対応する表面伝導型放出素子がある。表面伝導型放出素子に選択電圧を印加すれば、それに対応する画素が光を発することになる。よって、画像処理して複数の表面伝導型放出素子を選択すれば、CRT型画像表示装置のように電子を偏向させることなく、画像表示ができる。マルチ電子源上の複数の表面伝導型放出素子を選択するときは、各素子に接続している列方向配線あるいは行方向配線に選択電圧を印加する。
【0011】
なお、本実施の形態では、マルチ電子源を構成する冷陰極素子として表面伝導型放出素子を用いて説明するが、他の高速応答性のよい素子にも適用することができる。
【0012】
また、以下の実施の形態では、行方向配線に走査電圧を印加し、列方向配線に変調電圧を印加するようにしたが、逆にしてもよい。
[第1の実施の形態]
以下、本発明に係る画像表示装置について、図面を参照して具体的に説明する。
<駆動回路>
図1は、本発明に関わる画像表示装置の駆動回路のブロック図である。同図において、画像表示パネル101は表面伝導型放出素子を用いており、端子Dx1からDxmおよびDy1からDynを介して外部の電気回路と接続されている。また画像表示パネル101上の高圧端子Daは外部の高圧電源Vaに接続され、放出電子を加速するようになっている。このうち端子Dx1からDxmには、前述のパネル内に設けられているマルチ電子ビーム源、すなわちM行N列の行列状にマトリックス配線された表面伝導型放出素子群を1行ずつ順次駆動するための走査信号が印加される。一方、端子Dy1からDynには、前記走査信号により選択された一行の表面伝導型放出素子の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加される。本実施形態では、走査信号は負極性とし、変調信号を正極性とした。各表面伝導型放出素子は、印加電圧が所定のしきい値以下の場合には電子を放出せず、しきい値を越えると放出しはじめるというしきい値特性を有しているため、走査信号と変調信号が同時に印加された素子が、印加されている時間だけ点灯する。
【0013】
次に、走査回路102について説明する。同回路は、内部にm個のスイッチング素子を備えるもので、各スイッチング素子は、選択電圧Vsと非選択電圧Vnsのいずれか一方を選択し、水平同期信号H−SYNCに同期して各行を走査し、表示パネル101の端子Dx1〜Dxmと順次電気的に接続する。このとき、選択電圧Vsを、図示せぬ直流電圧源Vxの出力電圧とし、非選択電圧Vnsを0[V](グランドレベル)とする。各スイッチング素子は、タイミング信号発生回路104(後述)が出力する制御信号に基づいて動作する。これらスイッチング素子は、実際にはたとえばFETのようなスイッチング素子を組み合わせることにより容易に構成できる。
【0014】
尚、前記直流電圧源Vxは、本実施例の場合には図20で例示した表面伝導型放出素子の特性(電子放出しきい値電圧が8[V]に基づき、走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出しきい値電圧以下となるよう、7[V]の一定電圧を出力するよう設定されている。
【0015】
次に、画像信号の流れについて説明する。入力されたコンボジット画像信号をデコーダ103で3原色(RGB)の輝度信号及び水平、垂直同期信号(H_SYNC,V_SYNC)に分離する。タイミング信号発生回路104ではH_SYNC,V_SYNC信号に同期した各種タイミング信号を発生させる。RGB輝度信号はS/H回路105において適当なタイミングでサンプリングされ保持される。保持された信号はシリアルパラレル(S/P)変換回路106で画像形成パネルの各蛍光体の並びに対応した順番に並んだパラレル信号に変換される。
【0016】
続いてパルス幅変調回路107で画像信号強度に対応したパルス幅を持つパルスが生成される。108は駆動パルス合成回路で、内部にシフトレジスタを持ち、情報パルス生成回路109から順次入力される各列方向配線に対応した情報パルスパターンをシフトし、全ての列の列方向配線の情報パルスパターンを保持する。そしてパルス幅変調回路107から入力された駆動パルスに、情報パルス生成回路109から入力される情報パルスパターンを重畳することにより、全ての列の列方向配線のパルスパターンを合成する。そして、タイミング信号発生回路104から出力されるタイミング信号により、それぞれの列に対して合成したパルスパターンに従って、表示パネルの端子Dy1ないしDynを通じて表示パネル101内の表面伝導型放出素子に印加する。
【0017】
情報パルス生成回路109は、入力された情報信号をデジタルコードに変換し、画素の並び順にあわせて順次駆動パルス合成回路108に出力する。ここで、画像信号と情報信号はそれぞれ独立して外部から入力するものとしたが、重畳された信号を入力し、分離回路を設けて分離してもよい。このようにすれば、情報信号と画像信号とを、重畳された信号として送受信することができる。
【0018】
タッチペン110は、光センサを内蔵しており、観測者(不図示)が画像表示パネルの任意の点を指すのに用いる。
【0019】
タッチペン110を構成するブロック図を図2に示す。同図において、光センサ201は、光を感知するとそれに対応した電気信号を発生し、情報検出回路202に出力する。情報検出回路202は、光センサ201からの電気信号を受け、情報の先頭を検出すると、一連の情報を順次バッファ203に格納する。詳細は後述する。そして、情報の終端を検出すると、駆動回路204に表示指令信号を出力する。駆動回路204は、情報表示パネル205にバッファ203に格納されている情報を表示する。情報表示パネル205は液晶パネルなどであり、タッチペン110に駆動回路204ともども内蔵できる程度の大きさのものである。また、表示の代わりに、データに応じた音声を発するものであってもよい。
【0020】
図3に、本発明の情報伝達装置が情報を伝達している例を示す。同図では、画像表示パネル101に富士山と湖と太陽を含む画像が表示されている。オペレータはタッチペン110で富士山を指し、タッチペン110の情報表示パネル205には、画面から読み取った文字列“This is the Mt.Fuji.”が表示されている。
<駆動信号>
1文字を伝達する場合の各信号について、図4を用いて説明する。同図は、富士山を表示している画素のうち、j〜j+2行、k列の画素について、“This is the Mt.Fuji.”のうち、文字コード“T”を画像信号に重畳しているところを示している。また、タッチペン110はj+1行k列の画素を指しているものとしている。
【0021】
(a)は、タイミング信号発生回路104の発する垂直同期信号(V_SYNC)のタイミング図であり、画面全体を1回スクロールする度に1回発せられる。
【0022】
(b)は、タイミング信号発生回路104の発する水平同期信号(H_SYNC)のタイミング図であり、1行の走査毎に1回発せられる。
【0023】
(c)は、動作クロックのタイミング図である。
【0024】
(d)〜(f)は、走査回路102から出力される走査信号のうち、第j〜j+2行に対応する信号のタイミング図である。本実施例では、対応する行の走査タイミングに同期して、H_SYNCの立ち下がりと同時に立ち下がり、負の選択電圧Vsを該当する行方向配線に印加し、以下に説明する最長のPWMパルスが立ち下がるタイミング以降かつ次の行のH_SYNCの立ち下がりタイミング以前に立ち上がる。
【0025】
(g)は、パルス幅変調回路107から出力されるPWM信号のうち、第k列の第j〜j+2行に対応する信号のタイミング図である。本実施例では、H_SYNCの立ち下がりから10クロック遅れて立ち上がり、S/P変換回路106から与えられる画像信号に対応した時間のパルス長を持つようなパルスが作られる。
【0026】
(h)は、情報パルス生成回路109から出力される情報パルスのうち、富士山の画像に対応する信号で、“T”を表すデジタルコードである。“T”はASCIIコードで54hなので、バイナリでは01010100で表される。これをLSBからMSBに向かって並べ、先頭にコードの始まりを示すスタートビットをHレベルで付加し、末尾にパリティビットを設ける。同図は奇数パリティの場合を示している。タイミング的には、H_SYNCの立ち下がりと同時にスタートビットが始まり、パリティビットの終了までに10クロックを要する。画像を表すPWM信号は、H_SYNCの立上りから10クロック遅延して立ち上がるため、PWM信号と文字コードとが互いに干渉することはない。
【0027】
なお、本実施例では、情報を表すコードは8bitのASCIIコードとし、Hレベルのスタートビット(1bit)と奇数パリティ(1bit)を付加したが、その限りではない。
【0028】
(i)は、駆動パルス合成回路108から出力される情報付PWM信号のうち、第k列の第j〜j+2行の、富士山の画像を構成する画素に対応する信号のタイミング図である。この情報付きPWM信号は、PWM変調信号(g)と、情報パルス信号(h)とを合成し、トータル発光時間がPWM変調信号(g)と同じになるようにPWM幅を調整した信号であり、各列方向配線に印加される。具体的には、PWM信号に情報パルス信号を付加すると素子の発光時間がその分増えるので、増えた発光時間に対応した時間だけ、パルス幅変調回路107から入力されるPWM信号の立ち下がりタイミングを早め、幅を狭める。(i)に示された例では、“T”を表すASCIIコードは01010100で、スタートビットとあわせて4クロック分発光するので、画像信号に対応するPWM信号の立ち下がりを4クロック分早める。
【0029】
従って、同じ階調を表示する場合でも、その画素に重畳されるの情報信号を示すデジタルデータによっては、PWMの立ち下がりタイミングが異なる場合がある。
【0030】
また、重畳する情報信号を示すデジタルデータの発光クロック数が、画像信号によって規定される発光クロック数よりも多かった場合には、PWM変調信号の幅はゼロになるが、情報信号はすべて出力する。なぜなら、情報信号の一部が欠けると、伝達している一連の情報が無意味になってしまうからである。したがって、PWM変調パルス幅が10クロック以下の暗い部分に情報信号を重畳する場合は黒レベルが上がってしまう場合があるが、暗い部分には情報信号を重畳しない、などの対策が容易である。
【0031】
(j)は、光センサ201が出力する信号のタイミング図である。今、タッチペン110はj+1行k列の画素を指している。そのため、その素子の駆動パルス信号、すなわち、操作信号Dxj+1がアクティブ(ローレベル)の間の図4(i)の信号((i)における符号401)が光センサ201で検知され、出力される。この信号が光電変換され、情報検出回路202に入力される。情報検出回路202は、画像表示装置のCLOCK信号と同期して、光センサ出力からコードを読み込む。
【0032】
(k)は、光センサ201の出力信号から、情報信号だけを取り出すために、情報検出回路110内部で生成する情報取り出しマスク信号である。この信号は、スタートビットの次のクロックで立ち上がり、9クロック後に立ち下がる。スタートビットの認識は、規定期間以上のLレベルに続くHレベルでなされる。規定期間は、(1H期間−PWM最大パルス幅)より若干短めに設定しておけばよい。
【0033】
信号(i)と信号(k)をANDすることにより、スタートビットとPWM信号が除かれ、情報信号(l)となる。この信号をパリティチェックし、正しければ、ASCIIコードの“T”であることが判明し、1文字が伝達できたことになる。このように、1つの画素は1フィールドに1回走査されるので、1つの画素からは1フィールドで1文字のコードを画像を重畳して出力できる。
【0034】
次に、一連の情報を文字列として伝達することについて、図5を用いて説明する。
【0035】
図5は、ある画素、この場合には図3の富士山の画像を構成する(j+1行k列)の画素が伝達される文字コードの遷移を示している。図5では下方向に時間tがとってあり、フィールド毎に重畳するコードを変えることを示している。まず、始めのフィールドでは、STX(Start of text)を伝達する。次のフィールドから“T”,“h”,“i”というように順次情報を構成する文字を伝達する。文字の切換えは垂直同期信号に同期して行なえばよい。そして、情報が終了するとETX(End of text)を伝達し、再びSTXに戻り、繰り返す。図5の例では、STXからETXまで22個のコードが含まれるため、22フィールドで一まとまりの文字列を伝達できる。
【0036】
タッチペン110が画素を指した瞬間は、情報の途中であることが殆どなので、情報検出回路202は、STXを見つけるまでは、途中から始まった情報を捨て、STXを検出した次の情報から順次バッファ203に格納する。そして、ETXを検出すると、情報の終端であることがわかるので、前述のように、駆動回路204に表示指令信号を出力する。
【0037】
このようにして、タッチペン110が指している画素に重畳されている情報信号を伝達することができる。この方法によれば、表示画面と同じリフレッシュレートと同じ転送レートで文字数を伝達できる。例えば、垂直走査周波数が60フィールド/秒であれば、60文字/秒で文字を転送できる。
<領域選択及び情報パルスの重畳>
図23は、情報パルスをPWM信号に重畳する際、領域の選択を行なうための情報パルス生成回路109の一例を示すブロック図である。図23においては、情報パルス生成回路の内容は、一つの領域にある一つの情報パルスを重畳するための回路であり、複数の領域についてそれぞれ異なる情報パルスを重畳させる場合には、パルス生成部112が情報信号の数だけ必要であり、また、及び領域決定部111が領域の数だけ必要となる。また、図24は駆動パルス合成回路108の一例を示すブロック図である。図24は、第k列の信号を出力するための合成回路であり、この合成回路が列数分必要となる。
【0038】
図23において、領域決定部111には、第1点レジスタ1111と第2点レジスタ1112とが含まれている。これらレジスタは、図25に例示したように、別途指定された矩形領域Aの対角点151,252それぞれの位置を、行及び列で記憶する。この位置の指定は、画像を表示させる画像信号源から指定させればよい。領域決定部111は、現在走査中の行を水平同期信号H_SYNCから特定し、その行がレジスタ1111,1112に格納された位置から定まる矩形領域を含む場合、その矩形領域に含まれる各列の合成回路に対して領域指定信号を入力するとともに、パルス生成部112から情報パルスを入力する。このパルス信号は、前述した通り、水平同期信号の立上りに同期して発生される。
【0039】
図24においては、情報パルス信号及び領域指定信号は図24の情報パルス生成部109から入力された信号であり、PWM信号はパルス幅変調回路107〜入力された信号である。また、画素値信号は、S/P変換回路106から入力された、画素値を示す所定ビット数のデジタル信号である。なお、本回路では、この画素値信号により示される値は、PWM信号のパルス幅にそのまま反映されるものとしている。すなわち、例えば画素値が8ならばパルス幅は8クロック分となる。このため、PWM変調の段階で装置特性の補正処理や階調の圧縮等の補正が行われる場合には、画素値信号をそのまま用いず、補正後のパルス幅を反映した値を用いる必要がある。
【0040】
このような構成において、ANDゲート241により情報パルス信号と領域指定信号との論理積が得られ、指定された領域に関してのみ、情報パルス信号がORゲート242に入力される。ORゲート242には、PWM信号が入力され、それらの論理和が取られてる。すなわち、ORゲート242の出力信号が、PWM信号と情報パルス信号とを重畳した信号となる。この段階では、パルス幅の調整は行われていない。
【0041】
この出力信号のHレベルとなる時間を元のPWM信号のパルス幅と一致させるために、ダウンカウンタ244を用いてパルス幅を調整する。そのため、ORゲート242の出力信号は、フリップフロップ243に入力され、信号CLOCKと同期が取られる。フリップフロップ243の出力は、ダウンカウンタ244のゼロ出力の反転信号とANDゲート246で論理積が取られた後、ダウンカウンタ244のイネーブル信号として入力される。このダウンカウンタ244は、ロード信号によりロードされた値から、イネーブルと成っている間だけクロックに同期して1ずつ引いていき、ゼロとなった時点でゼロ信号(負論理)を出力する。このため、ダウンカウンタ244は、その値が0でなく、かつ、ORゲート242の出力信号がHレベルの間にイネーブルとなる。
【0042】
パラレルデータである画素値信号は、駆動パルス合成回路108に入力される信号との同期を取るためにいったんラッチ245に入れられ、ラッチされた値は水平同期信号H_SYNCに同期してダウンカウンタ244にロードされる。すなわち、ダウンカウンタ244にロードされた画素値は、駆動パルス合成回路108に入力されるPWM信号と同じ行に対応している。
【0043】
ここで、前述の通り、本例ではダウンカウンタ244にロードされる画素値はパルス幅を示すため、ダウンカウンタ244は、その画素値からパルスがHレベルであるクロック数を差し引く。このため、情報パルス信号とPWM信号とを重畳した信号におけるHレベルの総時間が、元のPWM信号の幅と一致した時点で、ゼロ信号が出力される。ゼロ信号がいったん出されると、ANDゲート246により、再び次のラインで新たな画素値がロードされるまでその状態が維持される。このため、ANDゲート247からの出力信号は、いったんゼロ信号が出力された後はその行が表示されている限りLレベルとなる。したがって、ANDゲート247の出力信号としては、元のPWM信号のパルス幅と同じクロック数だけHレベルが出力されることになる。
【0044】
このような構成により、所望の領域に所望の文字コードを重畳させ、しかもその輝度を変えることがない表示装置を実現できる。
【0045】
以上、富士山を例にとって説明したが、湖や太陽、その他の画像領域についても同様に、領域毎にいろいろな情報を伝達することができる。領域の大きさは自由に設定する事ができる。
【0046】
また、図23〜25の例では領域は矩形としたが、例えば、各画素単位で領域を指定できるようにしておき、指定された画素が表示しようとする行に含まれている場合に、その画素に該当する列のPWM信号に情報パルス信号を重畳させれば、情報信号を重畳する領域を自由に指定することができる。
【0047】
また、本実施例では、情報の先頭及び終端をそれぞれSTX,ETXを使って表したが、どちらか一方でもよいし、その他の制御コードを用いてもよい。
【0048】
また、本実施例では、表示画像の階調表現をパルス幅変調によって実現したが、振幅変調によってもよい。さらに、情報信号によって発光する分の補償をパルス幅の短縮によって実現したが、駆動パルスの振幅の調整によって行ってもよい。この場合には、例えば図26のような変換表を予め用意しておく。図26の表には、パルスの振幅をA〜Eに変えた場合の、パルス幅と輝度との関係が記録されている。例えば、本来のパルスの振幅がAであり、元のパルス幅がw1、情報パルスを元のPWM信号に重畳した場合の合計パルス幅がw2であったとする。この場合、振幅Aでパルス幅w1で表示装置の発光する輝度はLである。表から、輝度をLに保ったままパルス幅をw2とした場合の振幅はCとなる。ちょうど良い値が得られない場合には、補間計算をするか、近似値を用いればよい。
【0049】
本実施例では、1つの表面伝導型放出素子がRGBのうちの1画素に対応するカラー画像表示装置について説明したが、本発明の画像表示装置の技術思想に基づくなら、どのような装置(例えばモノクロ画像装置)に適用してもよい。
(表示パネルの構成と製造法)
次に、本発明を適用した画像表示装置の表示パネルの構成と製造法について、具体的な例を示して説明する。
【0050】
図12は、実施例に用いた表示パネルの斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの1部を切り欠いて示している。
【0051】
図中、1005はリアプレート、1006は側壁、1007はフェースプレートであり、1005〜1007により表示パネルの内部を真空に維持するための気密容器を形成している。気密容器を組み立てるにあたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保持させるため封着する必要があるが、たとえばフリットガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で、摂氏400〜500度で10分以上焼成することにより封着を達成した。気密容器内部を真空に排気する方法については後述する。
【0052】
リアプレート1005には、基板1001が固定されているが、該基板上には冷陰極素子1002がNxM個形成されている。(N,Mは2以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした表示装置においては、N=3000,M=1000以上の数を設定することが望ましい。本実施例においては、N=3072,M=1024とした。)前記NxM個の冷陰極素子は、M本の行方向配線1003とN本の列方向配線1004により単純マトリクス配線されている。前記、1001〜1004によって構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。なお、マルチ電子ビーム源の製造方法や構造については、後で詳しく述べる。
【0053】
本実施例においては、気密容器のリアプレート1005にマルチ電子ビーム源の基板1001を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板1001が十分な強度を有するものである場合には、気密容器のリアプレートとしてマルチ電子ビーム源の基板1001自体を用いてもよい。
【0054】
また、フェースプレート1007の下面には、蛍光膜1008が形成されている。本実施例はカラー表示装置であるため、蛍光膜1008の部分にはCRTの分野で用いられる赤、緑、青、の3原色の蛍光体が塗り分けられている。各色の蛍光体は、たとえば図13の(A)に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光体のストライプの間には黒色の導電体1010が設けてある。黒色の導電体1010を設ける目的は、電子ビームの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じないようにする事や、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐ事、電子ビームによる蛍光膜のチャージアップを防止する事などである。黒色の導電体1010には、黒鉛を主成分として用いたが、上記の目的に適するものであればこれ以外の材料を用いても良い。
【0055】
また、3原色の蛍光体の塗り分け方は前記図13(A)に示したストライプ状の配列に限られるものではなく、たとえば図13(B)に示すようなデルタ状配列や、それ以外の配列であってもよい。
【0056】
なお、モノクロームの表示パネルを作成する場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜1008に用いればよく、また黒色導電材料は必ずしも用いなくともよい。
【0057】
また、蛍光膜1008のリアプレート側の面には、CRTの分野では公知のメタルバック1009を設けてある。メタルバック1009を設けた目的は、蛍光膜1008が発する光の一部を鏡面反射して光利用率を向上させる事や、負イオンの衝突から蛍光膜1008を保護する事や、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させる事や、蛍光膜1008を励起した電子の導電路として作用させる事などである。メタルバック1009は、蛍光膜1008をフェースプレート基板1007上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理し、その上にAlを真空蒸着する方法により形成した。なお、蛍光膜1008に低電圧用の蛍光体材料を用いた場合には、メタルバック1009は用いない。
【0058】
また、本実施例では用いなかったが、加速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フェースプレート基板1007と蛍光膜1008との間に、たとえばITOを材料とする透明電極を設けてもよい。
【0059】
また、Dx1〜DxmおよびDy1〜DynおよびHvは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Dx1〜Dxmはマルチ電子ビーム源の行方向配線1003と、Dy1〜Dynはマルチ電子ビーム源の列方向配線1004と、Hvはフェースプレートのメタルバック1009と電気的に接続している。
【0060】
また、気密容器内部を真空に排気するには、気密容器を組み立てた後、不図示の排気管と真空ポンプとを接続し、気密容器内を10のマイナス7乗[Torr]程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜(不図示)を形成する。ゲッター膜とは、たとえばBaを主成分とするゲッター材料をヒーターもしくは高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲッター膜の吸着作用により気密容器内は1x10マイナス5乗ないしは1x10マイナス7乗[Torr]の真空度に維持される。
【0061】
以上、本発明実施例の表示パネルの基本構成と製法を説明した。
【0062】
次に、前記実施例の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の製造方法について説明する。本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。したがって、たとえば表面伝導型放出素子やFE型、あるいはMIM型などの冷陰極素子を用いることができる。
【0063】
ただし、表示画面が大きくてしかも安価な表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。すなわち、FE型ではエミッタコーンとゲート電極の相対位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極めて高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。また、MIM型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くてしかも均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。その点、表面伝導型放出素子は、比較的製造方法が単純なため、大面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者らは、表面伝導型放出素子の中でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成したものがとりわけ電子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行えることを見いだしている。したがって、高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、最も好適であると言える。そこで、上記実施例の表示パネルにおいては、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子を用いた。そこで、まず好適な表面伝導型放出素子について基本的な構成と製法および特性を説明し、その後で多数の素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。
(表面伝導型放出素子の好適な素子構成と製法)
電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型と垂直型の2種類があげられる。
(平面型の表面伝導型放出素子)
まず最初に、平面型の表面伝導型放出素子の素子構成と製法について説明する。図14に示すのは、平面型の表面伝導型放出素子の構成を説明するための平面図(a)および断面図(b)である。図中、1101は基板、1102と1103は素子電極、1104は導電性薄膜、1105は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、1113は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【0064】
基板1101としては、たとえば、石英ガラスや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、アルミナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上述の各種基板上にたとえばSiO2 を材料とする絶縁層を積層した基板、などを用いることができる。
【0065】
また、基板1101上に基板面と平行に対向して設けられた素子電極1102と1103は、導電性を有する材料によって形成されている。たとえば、Ni,Cr,Au,Mo,W,Pt,Ti,Cu,Pd,Ag等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合金、あるいはIn2 O3 −SnO2 をはじめとする金属酸化物、ポリシリコンなどの半導体、などの中から適宜材料を選択して用いればよい。電極を形成するには、たとえば真空蒸着などの製膜技術とフォトリソグラフィー、エッチングなどのパターニング技術を組み合わせて用いれば容易に形成できるが、それ以外の方法(たとえば印刷技術)を用いて形成してもさしつかえない。
【0066】
素子電極1102と1103の形状は、当該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。一般的には、電極間隔Lは通常は数百オングストロームから数百マイクロメーターの範囲から適当な数値を選んで設計されるが、なかでも表示装置に応用するために好ましいのは数マイクロメーターより数十マイクロメーターの範囲である。また、素子電極の厚さdについては、通常は数百オングストロームから数マイクロメーターの範囲から適当な数値が選ばれる。
【0067】
また、導電性薄膜1104の部分には、微粒子膜を用いる。ここで述べた微粒子膜とは、構成要素として多数の微粒子を含んだ膜(島状の集合体も含む)のことをさす。微粒子膜を微視的に調べれば、通常は、個々の微粒子が離間して配置された構造か、あるいは微粒子が互いに隣接した構造か、あるいは微粒子が互いに重なり合った構造が観測される。
【0068】
微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数オングストロームから数千オングストロームの範囲に含まれるものであるが、なかでも好ましいのは10オングストロームから200オングストロームの範囲のものである。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような諸条件を考慮して適宜設定される。すなわち、素子電極1102あるいは1103と電気的に良好に接続するのに必要な条件、後述する通電フォーミングを良好に行うのに必要な条件、微粒子膜自身の電気抵抗を後述する適宜の値にするために必要な条件、などである。
【0069】
具体的には、数オングストロームから数千オングストロームの範囲のなかで設定するが、なかでも好ましいのは10オングストロームから500オングストロームの間である。
【0070】
また、微粒子膜を形成するのに用いられうる材料としては、たとえば、Pd,Pt,Ru,Ag,Au,Ti,In,Cu,Cr,Fe,Zn,Sn,Ta,W,Pb,などをはじめとする金属や、PdO,SnO2 ,In2 O3 ,PbO,Sb2 O3 ,などをはじめとする酸化物や、HfB2 ,ZrB2 ,LaB6 ,CeB6 ,YB4 ,GdB4 ,などをはじめとする硼化物や、TiC,ZrC,HfC,TaC,SiC,WC,などをはじめとする炭化物や、TiN,ZrN,HfN,などをはじめとする窒化物や、Si,Ge,などをはじめとする半導体や、カーボン、などがあげられ、これらの中から適宜選択される。
【0071】
以上述べたように、導電性薄膜1104を微粒子膜で形成したが、そのシート抵抗値については、10の3乗から10の7乗[オーム/sq]の範囲に含まれるよう設定した。
【0072】
なお、導電性薄膜1104と素子電極1102および1103とは、電気的に良好に接続されるのが望ましいため、互いの一部が重なりあうような構造をとっている。その重なり方は、図14の例においては、下から、基板、素子電極、導電性薄膜の順序で積層したが、場合によっては下から基板、導電性薄膜、素子電極、の順序で積層してもさしつかえない。
【0073】
また、電子放出部1105は、導電性薄膜1104の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有している。亀裂は、導電性薄膜1104に対して、後述する通電フォーミングの処理を行うことにより形成する。亀裂内には、数オングストロームから数百オングストロームの粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困難なため、図14においては模式的に示した。
【0074】
また、薄膜1113は、炭素もしくは炭素化合物よりなる薄膜で、電子放出部1105およびその近傍を被覆している。薄膜1113は、通電フォーミング処理後に、後述する通電活性化の処理を行うことにより形成する。
【0075】
薄膜1113は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、もしくはその混合物であり、膜厚は500[オングストローム]以下とするが、300[オングストローム]以下とするのがさらに好ましい。
【0076】
なお、実際の薄膜1113の位置や形状を精密に図示するのは困難なため、図14においては模式的に示した。また、平面図(a)においては、薄膜1113の一部を除去した素子を図示した。
【0077】
以上、好ましい素子の基本構成を述べたが、実施例においては以下のような素子を用いた。
【0078】
すなわち、基板1101には青板ガラスを用い、素子電極1102と1103にはNi薄膜を用いた。素子電極の厚さdは1000[オングストローム]、電極間隔Lは2[マイクロメーター]とした。
【0079】
微粒子膜の主要材料としてPdもしくはPdOを用い、微粒子膜の厚さは約100[オングストローム]、幅Wは100[マイクロメータ]とした。
【0080】
次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子の製造方法について説明する。図15の(a)〜(d)は、表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図14と同一である。
【0081】
1)まず、図15(a)に示すように、基板1101上に素子電極1102および1103を形成する。
【0082】
形成するにあたっては、あらかじめ基板1101を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分に洗浄後、素子電極の材料を堆積させる。(堆積する方法としては、たとえば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術を用ればよい。)その後、堆積した電極材料を、フォトリソグラフィー・エッチング技術を用いてパターニングし、(a)に示した一対の素子電極(1102と1103)を形成する。
【0083】
2)次に、同図(b)に示すように、導電性薄膜1104を形成する。
【0084】
形成するにあたっては、まず前記(a)の基板に有機金属溶液を塗布して乾燥し、加熱焼成処理して微粒子膜を成膜した後、フォトリソグラフィー・エッチングにより所定の形状にパターニングする。ここで、有機金属溶液とは、導電性薄膜に用いる微粒子の材料を主要元素とする有機金属化合物の溶液である。(具体的には、本実施例では主要元素としてPdを用いた。また、実施例では塗布方法として、ディッピング法を用いたが、それ以外のたとえばスピンナー法やスプレー法を用いてもよい。)
また、微粒子膜で作られる導電性薄膜の成膜方法としては、本実施例で用いた有機金属溶液の塗布による方法以外の、たとえば真空蒸着法やスパッタ法、あるいは化学的気相堆積法などを用いる場合もある。
【0085】
3)次に、同図(c)に示すように、フォーミング用電源1110から素子電極1102と1103の間に適宜の電圧を印加し、通電フォーミング処理を行って、電子放出部1105を形成する。
【0086】
通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作られた導電性薄膜1104に通電を行って、その一部を適宜に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出を行うのに好適な構造に変化させる処理のことである。微粒子膜で作られた導電性薄膜のうち電子放出を行うのに好適な構造に変化した部分(すなわち電子放出部1105)においては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。なお、電子放出部1105が形成される前と比較すると、形成された後は素子電極1102と1103の間で計測される電気抵抗は大幅に増加する。
【0087】
通電方法をより詳しく説明するために、図16に、フォーミング用電源1110から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。微粒子膜で作られた導電性薄膜をフォーミングする場合には、パルス状の電圧が好ましく、本実施例の場合には同図に示したようにパルス幅T1の三角波パルスをパルス間隔T2で連続的に印加した。その際には、三角波パルスの波高値Vpfを、順次昇圧した。また、電子放出部1105の形成状況をモニターするためのモニターパルスPmを適宜の間隔で三角波パルスの間に挿入し、その際に流れる電流を電流計1111で計測した。
【0088】
実施例においては、たとえば10のマイナス5乗[torr]程度の真空雰囲気下において、たとえばパルス幅T1を1[ミリ秒]、パルス間隔T2を10[ミリ秒]とし、波高値Vpfを1パルスごとに0.1[V]ずつ昇圧した。そして、三角波を5パルス印加するたびに1回の割りで、モニターパルスPmを挿入した。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニターパルスの電圧Vpmは0.1[V]に設定した。そして、素子電極1102と1103の間の電気抵抗が1x10の6乗[オーム]になった段階、すなわちモニターパルス印加時に電流計1111で計測される電流が1x10のマイナス7乗[A]以下になった段階で、フォーミング処理にかかわる通電を終了した。
【0089】
なお、上記の方法は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微粒子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Lなど表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて通電の条件を適宜変更するのが望ましい。
【0090】
4)次に、図15の(d)に示すように、活性化用電源1112から素子電極1102と1103の間に適宜の電圧を印加し、通電活性化処理を行って、電子放出特性の改善を行う。
【0091】
通電活性化処理とは、前記通電フォーミング処理により形成された電子放出部1105に適宜の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積せしめる処理のことである。(図においては、炭素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材1113として模式的に示した。)なお、通電活性化処理を行うことにより、行う前と比較して、同じ印加電圧における放出電流を典型的には100倍以上に増加させることができる。
【0092】
具体的には、10のマイナス4乗ないし10のマイナス5乗[torr]の範囲内の真空雰囲気中で、電圧パルスを定期的に印加することにより、真空雰囲気中に存在する有機化合物を起源とする炭素もしくは炭素化合物を堆積させる。堆積物1113は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、もしくはその混合物であり、膜厚は500[オングストローム]以下、より好ましくは300[オングストローム]以下である。
【0093】
通電方法をより詳しく説明するために、図17の(a)に、活性化用電源1112から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。本実施例においては、一定電圧の矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行ったが、具体的には,矩形波の電圧Vacは14[V],パルス幅T3は1[ミリ秒],パルス間隔T4は10[ミリ秒]とした。なお、上述の通電条件は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条件を適宜変更するのが望ましい。
【0094】
図14の(d)に示す1114は該表面伝導型放出素子から放出される放出電流Ieを捕捉するためのアノード電極で、直流高電圧電源1115および電流計1116が接続されている。(なお、基板1101を、表示パネルの中に組み込んでから活性化処理を行う場合には、表示パネルの蛍光面をアノード電極1114として用いる。)活性化用電源1112から電圧を印加する間、電流計1116で放出電流Ieを計測して通電活性化処理の進行状況をモニターし、活性化用電源1112の動作を制御する。電流計1116で計測された放出電流Ieの一例を図17(b)に示すが、活性化電源1112からパルス電圧を印加しはじめると、時間の経過とともに放出電流Ieは増加するが、やがて飽和してほとんど増加しなくなる。このように、放出電流Ieがほぼ飽和した時点で活性化用電源1112からの電圧印加を停止し、通電活性化処理を終了する。
【0095】
なお、上述の通電条件は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条件を適宜変更するのが望ましい。
【0096】
以上のようにして、図15(e)に示す平面型の表面伝導型放出素子を製造した。
(垂直型の表面伝導型放出素子)
次に、電子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子のもうひとつの代表的な構成、すなわち垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。
【0097】
図18は、垂直型の基本構成を説明するための模式的な断面図であり、図中の1201は基板、1202と1203は素子電極、1206は段差形成部材、1204は微粒子膜を用いた導電性薄膜、1205は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、1213は通電活性化処理により形成した薄膜、である。
【0098】
垂直型が先に説明した平面型と異なる点は、素子電極のうちの片方(1202)が段差形成部材1206上に設けられており、導電性薄膜1204が段差形成部材1206の側面を被覆している点にある。したがって、前記図14の平面型における素子電極間隔Lは、垂直型においては段差形成部材1206の段差高Lsとして設定される。なお、基板1201、素子電極1202および1203、微粒子膜を用いた導電性薄膜1204、については、前記平面型の説明中に列挙した材料を同様に用いることが可能である。また、段差形成部材1206には、たとえばSiO2 のような電気的に絶縁性の材料を用いる。
【0099】
次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法について説明する。図19の(a)〜(f)は、製造工程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図18と同一である。
【0100】
1)まず、図19(a)に示すように、基板1201上に素子電極1203を形成する。
【0101】
2)次に、同図(b)に示すように、段差形成部材を形成するための絶縁層を積層する。絶縁層は、たとえばSiO2 をスパッタ法で積層すればよいが、たとえば真空蒸着法や印刷法などの他の成膜方法を用いてもよい。
【0102】
3)次に、同図(c)に示すように、絶縁層の上に素子電極1202を形成する。
【0103】
4)次に、同図(d)に示すように、絶縁層の一部を、たとえばエッチング法を用いて除去し、素子電極1203を露出させる。
【0104】
5)次に、同図(e)に示すように、微粒子膜を用いた導電性薄膜1204を形成する。形成するには、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布法などの成膜技術を用いればよい。
【0105】
6)次に、前記平面型の場合と同じく、通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する。(図15(c)を用いて説明した平面型の通電フォーミング処理と同様の処理を行えばよい。)
7)次に、前記平面型の場合と同じく、通電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積させる。(図15(d)を用いて説明した平面型の通電活性化処理と同様の処理を行えばよい。)
以上のようにして、図19(f)に示す垂直型の表面伝導型放出素子を製造した。
(表示装置に用いた表面伝導型放出素子の特性)
以上、平面型と垂直型の表面伝導型放出素子について素子構成と製法を説明したが、次に表示装置に用いた素子の特性について述べる。
【0106】
図20に、表示装置に用いた素子の、(放出電流Ie)対(素子印加電圧Vf)特性、および(素子電流If)対(素子印加電圧Vf)特性の典型的な例を示す。なお、放出電流Ieは素子電流Ifに比べて著しく小さく、同一尺度で図示するのが困難であるうえ、これらの特性は素子の大きさや形状等の設計パラメータを変更することにより変化するものであるため、2本のグラフは各々任意単位で図示した。
【0107】
表示装置に用いた素子は、放出電流Ieに関して以下に述べる3つの特性を有している。
【0108】
第一に、ある電圧(これを閾値電圧Vthと呼ぶ)以上の大きさの電圧を素子に印加すると急激に放出電流Ieが増加するが、一方、閾値電圧Vth未満の電圧では放出電流Ieはほとんど検出されない。
【0109】
すなわち、放出電流Ieに関して、明確な閾値電圧Vthを持った非線形素子である。
【0110】
第二に、放出電流Ieは素子に印加する電圧Vfに依存して変化するため、電圧Vfで放出電流Ieの大きさを制御できる。
【0111】
第三に、素子に印加する電圧Vfに対して素子から放出される電流Ieの応答速度が速いため、電圧Vfを印加する時間の長さによって素子から放出される電子の電荷量を制御できる。
【0112】
以上のような特性を有するため、表面伝導型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。たとえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Vth以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には閾値電圧Vth未満の電圧を印加する。駆動する素子を順次切り替えてゆくことにより、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。
【0113】
また、第二の特性かまたは第三の特性を利用することにより、発光輝度を制御することができるため、諧調表示を行うことが可能である。
(多数素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造)
次に、上述の表面伝導型放出素子を基板上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。
【0114】
図21に示すのは、前記図12の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板上には、前記図14で示したものと同様な表面伝導型放出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極1003と列方向配線電極1004により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線電極1003と列方向配線電極1004の交差する部分には、電極間に絶縁層(不図示)が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【0115】
図21のA−A’に沿った断面を、図22に示す。
【0116】
なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板上に行方向配線電極1003、列方向配線電極1004、電極間絶縁層(不図示)、および表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配線電極1003および列方向配線電極1004を介して各素子に給電して通電フォーミング処理と通電活性化処理を行うことにより製造した。
[第2の実施の形態]
図6は、本発明の第2の実施形態において、情報伝達装置が情報を伝達している例を示す。同図は画像表示パネル101に富士山と湖と太陽を含む画像が表示され、タッチペン110R,110G,110Bはそれぞれ富士山を指し、タッチペン110Rの情報表示パネル205Rには、“This is the Mt.Fuji.”と表示され、タッチペン110Gの情報表示パネル205Gには、“これは、ふじさんです。”と表示され、タッチペン110Bの情報表示パネル206Bには、“富士山:標高3776m”と表示されている。
【0117】
本実施例の装置のブロック図は、第1の実施形態と同じく図1で表される。本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、情報が重畳される画素の色毎に異なる点である。情報パルス生成回路109は、同じ富士山でも、色毎に異なる情報を受け、画像表示パネルの画素の色並び順にあわせ、順次駆動パルス合成回路108に出力する。
【0118】
各色毎に伝達される情報の内容を図7に示す。(a)はRの画素に、(b)はGの画素に、(c)はBの画素に伝達される情報を表している。英数字(a)とカタカナ(b)は8bitのコードで表現できるが、漢字は通常2バイト(16bit)で表現される。そこで、1フィールドに重畳される情報信号のビット数を16bitにしてもよいが、本実施形態では8bitのままとし、漢字の伝達には2フィールドを要する。このとき、JISコードを用いると、STX,ETXなどの制御コードが漢字コードの中に含まれる場合があり、先頭検出の際に誤認する場合があるので、シフトJISコードを用いる。シフトJISコードでは、漢字コードの中に制御コードは含まれないので、誤認することはない。
【0119】
図8に、本実施形態に関わるタッチペン110R,G,Bを構成するブロック図を示す。同図において、符号201から205は、図2で説明したものと同じ構成要素である。カラーフィルタ206は、RGBのいずれか一色のみ透過する。従って、カラーフィルタ206が透過する色の画素に重畳されている情報信号のみを検出することができる。
【0120】
図7(b)で、8bitのカタカナが伝達され、図6のタッチペン110Gにひらがなが表示されているのは、情報検知回路202がひらがな変換していることによる。もちろん、カタカナのまま表示しても構わない。
【0121】
従って、例えば、赤のタッチペン110Rには問題が、緑のタッチペン110Gには解答が表示されるようにして、教育用に用いることもできる。
【0122】
なお、本実施形態では、カラーフィルタを用いて色選択をしたが、プリズムや、回折格子等の分光器を用いて色選択をしてもよい。
【0123】
以上の構成により、一つの領域に3種類の情報信号を重畳できる。
[第3の実施の形態]
図9は、本発明の第3の実施形態に関わるタッチペン110を構成するブロック図である。同図において、符号202から205は、図2で説明したものと同じ構成要素である。
【0124】
カラーフィルタ206R,206G,206Bは、それぞれ対応する一色のみ透過し、光センサ201R,201G,201Bに導く。
【0125】
選択回路207は、入力される選択信号に応じて、どの色の光センサ出力を情報検出回路202に送るかを選択する。選択信号は、例えばタッチペン110に設けられたスイッチの状態で決定する。
【0126】
これにより、1本のタッチペンで、3種類の情報を得ることができる。
[第4の実施の形態]
図10は、本発明の第4の実施形態に関わる、色毎の伝達情報の内容を示す。(a)はRの画素に、(b)はGの画素に、(c)はBの画素に伝達される情報を表しており、検出信号をRGBの順に並べることにより、情報信号を再現できる。
【0127】
図11は、本実施形態に関わるタッチペン110を構成するブロック図である。同図において、符号203から205は、図2で説明したものと同じ構成要素である。
【0128】
カラーフィルタ206R,206G,206Bは、それぞれ対応する一色のみ透過し、光センサ201R,201G,201Bに導く。
【0129】
情報検出回路202は、光センサ201R,201G,201Bの出力を受け、それぞれの出力から前述の方法で情報信号を取り出す。同時に取り出されたRGB各色の信号をRGBの順に並べ、それを文字列として検出する。前述のようにSTXおよびETXを検出することで情報信号の先頭および終端を検出する。STX以降の情報信号を、順次バッファ203へ格納するのは、上述の通りである。
【0130】
これにより、1秒間に伝達できる情報量が第1の実施の形態のの3倍になる。
【0131】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、表示画像の階調を損なうことなく、情報を伝達することができる。
【0132】
また、表示画像のそれぞれの領域に対応した情報を伝達することができる。
【0133】
さらに、漢字コードにシフトJISコードを用いれば、情報の先頭および終端を間違いなく検出できる。
【0134】
また、複数の情報受信手段に異なる情報を伝達することができる。
【0135】
また、1つの情報受信手段に同時に3種類の情報を伝達することができる。
【0136】
さらに、単位時間当たりに伝達できる情報の量を3倍にすることができる。
【0137】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における画像表示装置のブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態におけるタッチペンのブロック図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態における操作の様子を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態における信号のタイミングチャートである。
【図5】本発明の第1の実施の形態における伝達信号を説明する図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態における操作の様子を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態における伝達信号を説明する図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態におけるタッチペンのブロック図である。
【図9】本発明の第3の実施の形態におけるタッチペンのブロック図である。
【図10】本発明の第4の実施の形態における伝達信号を説明する図である。
【図11】本発明の第4の実施の形態におけるタッチペンのブロック図である。
【図12】本発明の実施例である画像表示装置の、表示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図13】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列を例示した平面図である。
【図14】実施例で用いた平面型の表面伝導型放出素子の平面図(a),断面図(b)である。
【図15】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す断面図である。
【図16】通電フオーミング処理の際の印加電圧波形を示す図である。
【図17】通電活性化処理の際の印加電圧波形(a),放出電流Ieの変化(b)を示す図である。
【図18】実施例で用いた垂直型の表面伝導型放出素子の断面図である。
【図19】垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す断面図である。
【図20】実施例で用いた表面伝導型放出素子の典型的な特性を示すグラフである。
【図21】実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の平面図である。
【図22】実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の一部断面図である。
【図23】本発明の第1の実施の形態における情報パルス生成回路の一例のブロック図である。
【図24】本発明の第1の実施の形態における駆動パルス合成回路の一例のブロック図である。
【図25】本発明の実施の形態における指定された領域の例を示す図である。
【図26】本発明の実施の形態における、パルス幅→振幅変換のテーブルの例を示す図である。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an information transmission device and an image display device that transmit information by an optical signal emitted from a display screen, which can be applied to a wide variety of applications, such as a navigation system, a game machine, and an educational display.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an image display device such as a CRT, supplementary information other than an image such as character information is transmitted by being put on a signal during a flyback period and is displayed over the image. Thereby, the supplementary information of the display image could be transmitted.
[0003]
Further, there has been proposed an image display device that emits an electron beam modulated by an image signal from a plurality of electron sources, irradiates the electron beam with a phosphor, and displays an image.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, with this method, the image of the portion where the supplementary information is displayed in a superimposed manner is disturbed.
[0005]
In addition, regardless of whether or not there is a relationship with the display image, the supplementary information is displayed at a predetermined position, so that the relationship with the image cannot be directly expressed.
[0006]
At the same time, all the persons who are looking at the image display device are given the same information regardless of the necessity of the captured information.
[0007]
An object of the present invention is to provide an information transmission device and an image display device that can transmit an auxiliary information by associating an image with the auxiliary information without damaging a displayed image in view of the above problem.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the information transmission device of the present invention is as follows.UConfiguration. That is, an image display unit that displays an image by causing a plurality of elements to emit light by a drive signal, a drive unit that drives the image display unit by a drive signal obtained by superimposing an information signal on an image signal, and senses light emission of the element. Information superimposed on a driving signal from light sensing means and light sensed by the light sensing meanssignalInformation detecting means for detectingThe driving unit includes a correction unit that corrects an image signal so as to compensate for a luminance that increases due to superposition of the information signal.You.Alternatively, the information transmission device of the present invention has the following configuration. That is, an image display unit that displays an image by causing a plurality of elements to emit light by a drive signal, a drive unit that drives the image display unit by a drive signal obtained by superimposing an information signal on an image signal, and senses light emission of the element. Light sensing means; and information detection means for detecting an information signal superimposed on a drive signal from the light sensed by the light sensing means, wherein the drive means superimposes the information signal on the basis of the value of the image signal. Switch the way.
[0009]
Further, the image display device of the present invention has the following configuration. That is, a display panel that displays an image by applying a drive signal corresponding to a row of interest while scanning each row, a modulation circuit that modulates an image signal corresponding to the row of interest, and an information generation circuit that generates a supplementary information signal And a memory for storing the specified area, and, when the area stored in the memory overlaps with the row of interest, the image generating circuit in the row, to the image information corresponding to the column included in the area, A signal synthesizing circuit that superimposes the generated supplementary information to generate a drive signal for the display panel.Driving the column wiring of the display panel, the modulation circuit modulates the image signal to a pulse width corresponding to the value, and the synthesizing circuit performs the supplementation at a timing that does not overlap with the pulse of the modulated image signal. The information signal is superimposed on the modulated image signal, and the pulse width of the modulated image signal is reduced by the amount of the superimposed supplementary information signal.I do.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The first to fourth embodiments are examples of the image display device. In this embodiment, a multi-electron source constituted by a surface conduction electron-emitting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-31332 by the present applicant is used as an electron source of an image display device. Among the cold cathode devices, the surface conduction electron-emitting device has an advantage that a large number of devices can be formed over a large area because it has a particularly simple structure and is easy to manufacture. Each pixel of the image display device has a one-to-one correspondence with a surface conduction electron-emitting device. In the case of a color image display device, these pixels include a red (R) pixel, a blue (B) pixel, and a green (B) pixel. There is a pixel (G). Therefore, the surface conduction electron-emitting device includes a surface conduction electron-emitting device corresponding to a red pixel, a surface conduction electron-emitting device corresponding to a blue pixel, and a surface conduction electron-emitting device corresponding to a green pixel. When a selection voltage is applied to the surface conduction electron-emitting device, the corresponding pixel emits light. Therefore, if a plurality of surface conduction electron-emitting devices are selected by image processing, an image can be displayed without deflecting electrons unlike a CRT image display device. When selecting a plurality of surface conduction electron-emitting devices on the multi-electron source, a selection voltage is applied to the column wiring or the row wiring connected to each device.
[0011]
In this embodiment, a surface conduction electron-emitting device will be described as a cold cathode device constituting a multi-electron source. However, the present invention can be applied to other devices having good high-speed response.
[0012]
Further, in the following embodiments, the scanning voltage is applied to the row direction wiring and the modulation voltage is applied to the column direction wiring.
[First Embodiment]
Hereinafter, an image display device according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
<Drive circuit>
FIG. 1 is a block diagram of a drive circuit of an image display device according to the present invention. In FIG. 1, an image display panel 101 uses a surface conduction electron-emitting device, and is connected to an external electric circuit via terminals Dx1 to Dxm and Dy1 to Dyn. A high voltage terminal Da on the image display panel 101 is connected to an external high voltage power supply Va to accelerate emitted electrons. Of these terminals, terminals Dx1 to Dxm are used to sequentially drive the multi-electron beam sources provided in the above-described panel, that is, the surface conduction electron-emitting devices arranged in a matrix of M rows and N columns in a row. Are applied. On the other hand, to the terminals Dy1 to Dyn, a modulation signal for controlling the output electron beam of each element of the surface conduction electron-emitting device in one row selected by the scanning signal is applied. In the present embodiment, the scanning signal has a negative polarity and the modulation signal has a positive polarity. Each surface conduction electron-emitting device does not emit electrons when the applied voltage is equal to or lower than a predetermined threshold, and emits electrons when the applied voltage exceeds the threshold. The element to which the and the modulation signal are applied at the same time is lit only for the duration of the application.
[0013]
Next, the scanning circuit 102 will be described. The circuit includes m switching elements therein, and each switching element selects one of a selection voltage Vs and a non-selection voltage Vns, and scans each row in synchronization with a horizontal synchronization signal H-SYNC. Then, it is electrically connected to the terminals Dx1 to Dxm of the display panel 101 sequentially. At this time, the selection voltage Vs is set to the output voltage of the DC voltage source Vx (not shown), and the non-selection voltage Vns is set to 0 [V] (ground level). Each switching element operates based on a control signal output from a timing signal generation circuit 104 (described later). In practice, these switching elements can be easily configured by combining switching elements such as FETs.
[0014]
In this embodiment, the DC voltage source Vx is applied to an element that is not scanned based on the characteristics of the surface conduction electron-emitting device illustrated in FIG. 20 (electron emission threshold voltage is 8 [V]). It is set to output a constant voltage of 7 [V] so that the driving voltage to be applied is equal to or lower than the electron emission threshold voltage.
[0015]
Next, the flow of the image signal will be described. The decoder 103 separates the input combo image signal into a luminance signal of three primary colors (RGB) and horizontal and vertical synchronization signals (H_SYNC, V_SYNC). The timing signal generation circuit 104 generates various timing signals synchronized with the H_SYNC and V_SYNC signals. The RGB luminance signal is sampled and held at an appropriate timing in the S / H circuit 105. The held signal is converted by a serial / parallel (S / P) conversion circuit 106 into parallel signals arranged in the corresponding order of each phosphor of the image forming panel.
[0016]
Subsequently, the pulse width modulation circuit 107 generates a pulse having a pulse width corresponding to the image signal intensity. Numeral 108 denotes a driving pulse synthesizing circuit which has a shift register therein and shifts an information pulse pattern corresponding to each column-directional wiring sequentially input from the information pulse generating circuit 109, and outputs information pulse patterns of column-directional wirings of all columns. Hold. Then, by superimposing the information pulse pattern input from the information pulse generation circuit 109 on the drive pulse input from the pulse width modulation circuit 107, the pulse patterns of the column direction wirings of all the columns are synthesized. Then, according to a timing signal output from the timing signal generation circuit 104, the signal is applied to the surface conduction electron-emitting device in the display panel 101 through the terminals Dy1 to Dyn of the display panel according to the pulse pattern synthesized for each column.
[0017]
The information pulse generation circuit 109 converts the input information signal into a digital code, and sequentially outputs the digital signal to the drive pulse synthesis circuit 108 according to the arrangement order of the pixels. Here, the image signal and the information signal are independently input from the outside, but the superimposed signal may be input and separated by providing a separation circuit. With this configuration, the information signal and the image signal can be transmitted and received as a superimposed signal.
[0018]
The touch pen 110 has a built-in optical sensor and is used by an observer (not shown) to point to an arbitrary point on the image display panel.
[0019]
FIG. 2 shows a block diagram of the touch pen 110. In the figure, when the light sensor 201 senses light, it generates an electric signal corresponding to the light and outputs it to the information detection circuit 202. When the information detection circuit 202 receives the electric signal from the optical sensor 201 and detects the head of the information, it sequentially stores a series of information in the buffer 203. Details will be described later. When the end of the information is detected, a display command signal is output to the drive circuit 204. The drive circuit 204 displays information stored in the buffer 203 on the information display panel 205. The information display panel 205 is a liquid crystal panel or the like, and is large enough to be built in the touch pen 110 together with the drive circuit 204. Further, instead of the display, a sound corresponding to the data may be emitted.
[0020]
FIG. 3 shows an example in which the information transmission device of the present invention transmits information. In the figure, an image including Mt. Fuji, a lake, and the sun is displayed on the image display panel 101. The operator points to Mt. Fuji with the touch pen 110, and the character string “This is the Mt. Fuji.” Read from the screen is displayed on the information display panel 205 of the touch pen 110.
<Drive signal>
Each signal for transmitting one character will be described with reference to FIG. In the same figure, the character code "T" of "This is the Mt. Fuji." Is superimposed on the image signal for the pixels in rows j to j + 2 and k in the pixels displaying Mt. Fuji. It shows the place. It is assumed that the touch pen 110 indicates a pixel on the (j + 1) th row and the kth column.
[0021]
5A is a timing chart of a vertical synchronization signal (V_SYNC) generated by the timing signal generation circuit 104, and is generated once every time the entire screen is scrolled once.
[0022]
FIG. 3B is a timing chart of the horizontal synchronizing signal (H_SYNC) generated by the timing signal generating circuit 104, which is generated once for each scanning of one row.
[0023]
(C) is a timing chart of the operation clock.
[0024]
(D)-(f) is a timing chart of the signals corresponding to the j-th to (j + 2) -th rows among the scanning signals output from the scanning circuit 102. In the present embodiment, in synchronization with the scanning timing of the corresponding row, the signal falls at the same time as the fall of H_SYNC, a negative selection voltage Vs is applied to the corresponding row direction wiring, and the longest PWM pulse described below rises. It rises after the falling timing and before the falling timing of H_SYNC in the next row.
[0025]
(G) is a timing diagram of a signal corresponding to the j-th to (j + 2) -th rows in the k-th column among the PWM signals output from the pulse width modulation circuit 107. In this embodiment, a pulse is generated that rises with a delay of 10 clocks from the fall of H_SYNC and has a pulse length of a time corresponding to the image signal supplied from the S / P conversion circuit 106.
[0026]
(H) of the information pulses output from the information pulse generation circuit 109 is a signal corresponding to the image of Mt. Fuji, and is a digital code representing "T". Since “T” is 54h in ASCII code, it is represented by 0101100 in binary. These are arranged from the LSB to the MSB, a start bit indicating the beginning of the code is added at the head at the H level, and a parity bit is provided at the end. This figure shows the case of odd parity. In terms of timing, the start bit starts at the same time as the fall of H_SYNC, and it takes 10 clocks to finish the parity bit. Since the PWM signal representing the image rises with a delay of 10 clocks from the rise of H_SYNC, the PWM signal and the character code do not interfere with each other.
[0027]
In the present embodiment, the code representing information is an 8-bit ASCII code, and an H-level start bit (1 bit) and an odd-number parity (1 bit) are added. However, the present invention is not limited to this.
[0028]
(I) is a timing chart of a signal corresponding to a pixel constituting an image of Mt. Fuji in the j-th to (j + 2) -th rows of the k-th column in the PWM signal with information output from the driving pulse synthesis circuit 108. This information-added PWM signal is a signal obtained by synthesizing the PWM modulation signal (g) and the information pulse signal (h) and adjusting the PWM width so that the total light emission time becomes the same as the PWM modulation signal (g). Is applied to each column direction wiring. Specifically, when the information pulse signal is added to the PWM signal, the light emission time of the element increases by that amount. Therefore, the fall timing of the PWM signal input from the pulse width modulation circuit 107 is set to the time corresponding to the increased light emission time. As soon as possible, narrow the width. In the example shown in (i), the ASCII code representing "T" is "01010100", and light emission is performed for four clocks together with the start bit. Therefore, the fall of the PWM signal corresponding to the image signal is advanced by four clocks.
[0029]
Therefore, even when the same gradation is displayed, the fall timing of the PWM may be different depending on the digital data indicating the information signal superimposed on the pixel.
[0030]
If the number of emission clocks of digital data indicating the information signal to be superimposed is larger than the number of emission clocks specified by the image signal, the width of the PWM modulation signal becomes zero, but all information signals are output. . This is because if a part of the information signal is missing, a series of transmitted information becomes meaningless. Therefore, when an information signal is superimposed on a dark portion having a PWM modulation pulse width of 10 clocks or less, the black level may increase. However, it is easy to take measures such as not superimposing the information signal on the dark portion.
[0031]
(J) is a timing chart of a signal output by the optical sensor 201. Now, the touch pen 110 points to a pixel on the (j + 1) th row and the kth column. Therefore, the drive pulse signal of the element, that is, the signal (reference numeral 401 in (i)) of FIG. 4 (i) while the operation signal Dxj + 1 is active (low level) is detected by the optical sensor 201 and output. This signal is photoelectrically converted and input to the information detection circuit 202. The information detection circuit 202 reads a code from the optical sensor output in synchronization with the CLOCK signal of the image display device.
[0032]
(K) is an information extraction mask signal generated inside the information detection circuit 110 to extract only the information signal from the output signal of the optical sensor 201. This signal rises at the clock following the start bit and falls nine clocks later. The start bit is recognized at the H level following the L level for a prescribed period or more. The specified period may be set slightly shorter than (1H period-PWM maximum pulse width).
[0033]
By performing an AND operation on the signal (i) and the signal (k), the start bit and the PWM signal are removed, and the information signal (l) is obtained. This signal is parity-checked, and if it is correct, it is found to be the ASCII code "T", and one character has been transmitted. As described above, since one pixel is scanned once in one field, a code of one character can be superimposed and output from one pixel in one field.
[0034]
Next, transmission of a series of information as a character string will be described with reference to FIG.
[0035]
FIG. 5 shows the transition of the character code transmitted to a certain pixel, in this case, the pixel (j + 1 row and k column) constituting the image of Mt. Fuji in FIG. In FIG. 5, the time t is taken in the downward direction, indicating that the code to be superimposed is changed for each field. First, in the first field, STX (Start of text) is transmitted. From the next field, characters constituting information such as "T", "h", and "i" are sequentially transmitted. Character switching may be performed in synchronization with the vertical synchronization signal. Then, when the information is completed, ETX (End of text) is transmitted, and the process returns to STX again and repeats. In the example of FIG. 5, since 22 codes from STX to ETX are included, a group of character strings can be transmitted in 22 fields.
[0036]
Since the moment when the touch pen 110 points to a pixel is almost in the middle of the information, the information detection circuit 202 discards the information starting from the middle until the STX is found, and sequentially buffers the information following the detection of the STX. 203. Then, when ETX is detected, it is known that it is the end of the information, so that the display command signal is output to the drive circuit 204 as described above.
[0037]
Thus, the information signal superimposed on the pixel pointed by the touch pen 110 can be transmitted. According to this method, the number of characters can be transmitted at the same refresh rate and the same transfer rate as the display screen. For example, if the vertical scanning frequency is 60 fields / second, characters can be transferred at 60 characters / second.
<Area selection and information pulse superposition>
FIG. 23 is a block diagram showing an example of the information pulse generation circuit 109 for selecting a region when the information pulse is superimposed on the PWM signal. In FIG. 23, the content of the information pulse generation circuit is a circuit for superimposing one information pulse in one region, and when different information pulses are superimposed on a plurality of regions, the pulse generation unit 112 Are required by the number of information signals, and the region determination unit 111 is required by the number of regions. FIG. 24 is a block diagram showing an example of the drive pulse synthesis circuit 108. FIG. 24 shows a synthesizing circuit for outputting the signal of the k-th column, and this synthesizing circuit is necessary for the number of columns.
[0038]
In FIG. 23, the area determination unit 111 includes a first point register 1111 and a second point register 1112. As illustrated in FIG. 25, these registers store the positions of the diagonal points 151 and 252 of the separately designated rectangular area A in rows and columns. The position can be specified from an image signal source for displaying an image. The area determination unit 111 specifies the row currently being scanned from the horizontal synchronization signal H_SYNC, and when the row includes a rectangular area determined from the positions stored in the registers 1111 and 1112, combines the columns included in the rectangular area. A region designation signal is input to the circuit, and an information pulse is input from the pulse generation unit 112. This pulse signal is generated in synchronization with the rise of the horizontal synchronization signal as described above.
[0039]
In FIG. 24, the information pulse signal and the area designation signal are signals input from the information pulse generation unit 109 in FIG. 24, and the PWM signal is a signal input from the pulse width modulation circuit 107. The pixel value signal is a digital signal having a predetermined number of bits indicating a pixel value, which is input from the S / P conversion circuit 106. In this circuit, the value indicated by the pixel value signal is directly reflected on the pulse width of the PWM signal. That is, for example, if the pixel value is 8, the pulse width is equivalent to 8 clocks. Therefore, when correction such as device characteristic correction or gradation compression is performed at the stage of PWM modulation, it is necessary to use a value reflecting the corrected pulse width without using the pixel value signal as it is. .
[0040]
In such a configuration, a logical product of the information pulse signal and the area designation signal is obtained by the AND gate 241, and the information pulse signal is input to the OR gate 242 only for the designated area. The PWM signal is input to the OR gate 242, and the logical sum of them is calculated. That is, the output signal of the OR gate 242 is a signal in which the PWM signal and the information pulse signal are superimposed. At this stage, the pulse width has not been adjusted.
[0041]
The pulse width is adjusted using the down counter 244 in order to make the time when the output signal becomes H level coincide with the pulse width of the original PWM signal. Therefore, the output signal of the OR gate 242 is input to the flip-flop 243, and is synchronized with the signal CLOCK. The output of the flip-flop 243 is ANDed with an inverted signal of the zero output of the down counter 244 by the AND gate 246, and then input as an enable signal of the down counter 244. The down counter 244 subtracts one from the value loaded by the load signal in synchronization with the clock only while the enable is enabled, and outputs a zero signal (negative logic) when the value becomes zero. Therefore, the down counter 244 is enabled while its value is not 0 and the output signal of the OR gate 242 is at the H level.
[0042]
The pixel value signal, which is parallel data, is temporarily input to the latch 245 in order to synchronize with the signal input to the drive pulse synthesis circuit 108, and the latched value is output to the down counter 244 in synchronization with the horizontal synchronization signal H_SYNC. Loaded. That is, the pixel value loaded into the down counter 244 corresponds to the same row as the PWM signal input to the drive pulse synthesis circuit 108.
[0043]
Here, as described above, in this example, since the pixel value loaded into the down counter 244 indicates the pulse width, the down counter 244 subtracts the number of clocks at which the pulse is at the H level from the pixel value. Therefore, a zero signal is output when the total time of the H level in the signal in which the information pulse signal and the PWM signal are superimposed coincides with the width of the original PWM signal. Once the zero signal is asserted, AND gate 246 maintains that state until the next line is again loaded with a new pixel value. Therefore, the output signal from the AND gate 247 becomes L level once the zero signal is output as long as the row is displayed. Therefore, as the output signal of the AND gate 247, the H level is output for the same number of clocks as the pulse width of the original PWM signal.
[0044]
With such a configuration, it is possible to realize a display device in which a desired character code is superimposed on a desired region and the luminance thereof is not changed.
[0045]
In the above, Mt. Fuji has been described as an example. However, various information can be similarly transmitted to each of the lakes, the sun, and other image regions. The size of the area can be freely set.
[0046]
Although the region is rectangular in the examples of FIGS. 23 to 25, for example, the region can be specified in units of pixels, and when the specified pixel is included in a row to be displayed, If the information pulse signal is superimposed on the PWM signal in the column corresponding to the pixel, the area on which the information signal is superimposed can be freely specified.
[0047]
In the present embodiment, the start and end of the information are represented using STX and ETX, respectively, but either one may be used or another control code may be used.
[0048]
Further, in this embodiment, the gradation expression of the display image is realized by pulse width modulation, but may be performed by amplitude modulation. Further, the compensation for emitting light by the information signal is realized by shortening the pulse width, but may be performed by adjusting the amplitude of the drive pulse. In this case, for example, a conversion table as shown in FIG. 26 is prepared in advance. In the table of FIG. 26, the relationship between the pulse width and the luminance when the pulse amplitude is changed from A to E is recorded. For example, assume that the original pulse amplitude is A, the original pulse width is w1, and the total pulse width when the information pulse is superimposed on the original PWM signal is w2. In this case, the luminance at which the display device emits light with the amplitude A and the pulse width w1 is L. From the table, the amplitude is C when the pulse width is w2 while the luminance is kept at L. If a good value cannot be obtained, interpolation calculation or an approximate value may be used.
[0049]
In the present embodiment, a color image display device in which one surface-conduction emission element corresponds to one pixel of RGB has been described. However, any device (for example, (Monochrome image device).
(Display panel configuration and manufacturing method)
Next, the configuration and manufacturing method of the display panel of the image display device to which the present invention is applied will be described with reference to specific examples.
[0050]
FIG. 12 is a perspective view of the display panel used in the example, in which a part of the panel is cut away to show the internal structure.
[0051]
In the figure, 1005 is a rear plate, 1006 is a side wall, 1007 is a face plate, and 1005 to 1007 form an airtight container for maintaining the inside of the display panel in a vacuum. When assembling an airtight container, it is necessary to seal the joints of each member to maintain sufficient strength and airtightness.For example, apply frit glass to the joints, Sealing was achieved by firing at 400 to 500 degrees for 10 minutes or more. A method for evacuating the inside of the airtight container will be described later.
[0052]
A substrate 1001 is fixed to the rear plate 1005, and N × M cold cathode elements 1002 are formed on the substrate. (N and M are positive integers of 2 or more and are appropriately set according to the target number of display pixels. For example, in a display device for displaying high-definition television, N = 3000, M It is desirable to set the number to be equal to or greater than 1000. In this embodiment, N = 3072 and M = 1024.) The N × M cold cathode elements are composed of M row-directional wirings 1003 and N columns. Simple matrix wiring is performed by the directional wiring 1004. The portion constituted by 1001 to 1004 is called a multi-electron beam source. The manufacturing method and structure of the multi-electron beam source will be described later in detail.
[0053]
In this embodiment, the substrate 1001 of the multi-electron beam source is fixed to the rear plate 1005 of the hermetic container. However, if the substrate 1001 of the multi-electron beam source has a sufficient strength, The substrate 1001 of the multi-electron beam source itself may be used as the rear plate.
[0054]
A fluorescent film 1008 is formed on the lower surface of the face plate 1007. Since this embodiment is a color display device, phosphors of three primary colors of red, green, and blue used in the field of CRT are separately applied to a portion of the fluorescent film 1008. The phosphor of each color is separately applied in a stripe shape as shown in FIG. 13A, for example, and a black conductor 1010 is provided between the stripes of the phosphor. The purpose of providing the black conductor 1010 is to prevent the display color from being shifted even if the irradiation position of the electron beam is slightly shifted, and to prevent the reflection of external light to prevent the reduction of the display contrast. And preventing charge-up of the fluorescent film by the electron beam. Although graphite is used as a main component for the black conductor 1010, any other material may be used as long as it is suitable for the above purpose.
[0055]
The method of applying the three primary color phosphors is not limited to the stripe arrangement shown in FIG. 13A, but may be, for example, a delta arrangement as shown in FIG. It may be an array.
[0056]
When a monochrome display panel is manufactured, a single-color phosphor material may be used for the fluorescent film 1008, and a black conductive material is not necessarily used.
[0057]
A metal back 1009 known in the field of CRTs is provided on the surface of the fluorescent film 1008 on the rear plate side. The purpose of providing the metal back 1009 is to improve the light utilization rate by mirror-reflecting a part of the light emitted from the fluorescent film 1008, to protect the fluorescent film 1008 from the collision of negative ions, and to increase the electron beam acceleration voltage. To act as an electrode for applying a voltage, or to act as a conductive path for excited electrons of the fluorescent film 1008. The metal back 1009 was formed by forming a fluorescent film 1008 on the face plate substrate 1007, smoothing the surface of the fluorescent film, and vacuum-depositing Al thereon. Note that when a phosphor material for low voltage is used for the fluorescent film 1008, the metal back 1009 is not used.
[0058]
Although not used in this embodiment, a transparent electrode made of, for example, ITO is provided between the face plate substrate 1007 and the fluorescent film 1008 for the purpose of applying an acceleration voltage and improving the conductivity of the fluorescent film. You may.
[0059]
Dx1 to Dxm, Dy1 to Dyn, and Hv are electric connection terminals having an airtight structure provided for electrically connecting the display panel to an electric circuit (not shown). Dx1 to Dxm are electrically connected to the row wiring 1003 of the multi-electron beam source, Dy1 to Dyn are electrically connected to the column wiring 1004 of the multi-electron beam source, and Hv is electrically connected to the metal back 1009 of the face plate.
[0060]
In order to evacuate the inside of the hermetic container to a vacuum, after assembling the hermetic container, an exhaust pipe (not shown) is connected to a vacuum pump, and the inside of the hermetic container is evacuated to a degree of vacuum of about 10 −7 [Torr]. Exhaust. Thereafter, the exhaust pipe is sealed, but a getter film (not shown) is formed at a predetermined position in the airtight container immediately before or after the sealing in order to maintain the degree of vacuum in the airtight container. The getter film is, for example, a film formed by heating and depositing a getter material containing Ba as a main component by a heater or high-frequency heating. The degree of vacuum of the power [Torr] is maintained.
[0061]
The basic configuration and manufacturing method of the display panel according to the embodiment of the present invention have been described above.
[0062]
Next, a method of manufacturing the multi-electron beam source used for the display panel of the above embodiment will be described. The material, shape, and manufacturing method of the cold cathode device are not limited as long as the multi-electron beam source used in the image display device of the present invention is an electron source in which cold cathode devices are arranged in a simple matrix. Therefore, for example, a cold cathode device such as a surface conduction type emission device, an FE type, or an MIM type can be used.
[0063]
However, in a situation where a display device having a large display screen and an inexpensive display device is required, among these cold cathode devices, the surface conduction type emission device is particularly preferable. That is, in the FE type, since the relative position and shape of the emitter cone and the gate electrode greatly affect the electron emission characteristics, extremely high-precision manufacturing technology is required, but this achieves a large area and a reduction in manufacturing cost. Is a disadvantageous factor. Further, in the MIM type, it is necessary to make the thicknesses of the insulating layer and the upper electrode thin and uniform, which is also a disadvantageous factor in achieving a large area and a reduction in manufacturing cost. On the other hand, since the surface conduction electron-emitting device has a relatively simple manufacturing method, it is easy to increase the area and reduce the manufacturing cost. The inventors have found that among the surface conduction electron-emitting devices, those in which the electron-emitting portion or its peripheral portion is formed of a fine particle film have particularly excellent electron-emitting characteristics and can be easily manufactured. Therefore, it can be said that it is most suitable for use in a multi-electron beam source of a high-luminance, large-screen image display device. Therefore, in the display panel of the above embodiment, a surface conduction electron-emitting device in which the electron-emitting portion or its peripheral portion is formed of a fine particle film was used. Therefore, the basic configuration, manufacturing method, and characteristics of a suitable surface conduction electron-emitting device will be described first, and then the structure of a multi-electron beam source in which many devices are arranged in a simple matrix will be described.
(Suitable device structure and manufacturing method of surface conduction type emission device)
There are two typical configurations of a surface conduction electron-emitting device in which an electron-emitting portion or its peripheral portion is formed from a fine particle film, a planar type and a vertical type.
(Flat-type surface conduction electron-emitting device)
First, an element configuration and a manufacturing method of the planar type surface conduction electron-emitting device will be described. FIG. 14 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) for describing the configuration of a planar surface conduction electron-emitting device. In the figure, 1101 is a substrate, 1102 and 1103 are device electrodes, 1104 is a conductive thin film, 1105 is an electron-emitting portion formed by energization forming, and 1113 is a thin film formed by energization activation.
[0064]
As the substrate 1101, for example, various glass substrates including quartz glass and blue plate glass, various ceramics substrates including alumina, or a substrate in which an insulating layer made of, for example, SiO 2 is laminated on the various substrates described above, Etc. can be used.
[0065]
The device electrodes 1102 and 1103 provided on the substrate 1101 in parallel with the substrate surface are formed of a conductive material. For example, metals such as Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Cu, Pd, and Ag, alloys of these metals, metal oxides such as In2O3-SnO2, and polysilicon The material may be appropriately selected from semiconductors and the like. An electrode can be easily formed by using a combination of a film forming technique such as vacuum deposition and a patterning technique such as photolithography and etching. However, the electrode can be formed by other methods (for example, printing technique). I can't wait.
[0066]
The shapes of the device electrodes 1102 and 1103 are appropriately designed according to the application purpose of the electron-emitting device. In general, the electrode spacing L is usually designed by selecting an appropriate value from the range of several hundreds of angstroms to several hundreds of micrometers. Among them, for application to a display device, it is preferable that the electrode spacing L be more than a few micrometers. It is in the range of ten micrometers. Further, as for the thickness d of the device electrode, an appropriate numerical value is usually selected from the range of several hundred angstroms to several micrometers.
[0067]
A fine particle film is used for the conductive thin film 1104. The fine particle film described here refers to a film containing a large number of fine particles as constituent elements (including an island-shaped aggregate). When the fine particle film is examined microscopically, usually, a structure in which the individual fine particles are spaced apart from each other, a structure in which the fine particles are adjacent to each other, or a structure in which the fine particles overlap each other is observed.
[0068]
The particle size of the fine particles used for the fine particle film is in the range of several Angstroms to several thousand Angstroms, but is preferably in the range of 10 Angstroms to 200 Angstroms. The thickness of the fine particle film is appropriately set in consideration of various conditions as described below. That is, the conditions necessary for good electrical connection to the element electrode 1102 or 1103, the conditions necessary for good energization forming described below, and the electric resistance of the fine particle film itself to an appropriate value described later. Necessary conditions, etc.
[0069]
Specifically, it is set within the range of several Angstroms to several thousand Angstroms, and the most preferable is between 10 Angstroms and 500 Angstroms.
[0070]
Examples of materials that can be used to form the fine particle film include Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W, and Pb. Metal such as PdO, SnO2, In2O3, PbO, Sb2O3, and the like; boride such as HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB4, and GdB4; TiC; Examples include carbides such as ZrC, HfC, TaC, SiC, WC, etc., nitrides such as TiN, ZrN, HfN, etc., semiconductors such as Si, Ge, etc., and carbon. Selected from these.
[0071]
As described above, the conductive thin film 1104 is formed of a fine particle film, and its sheet resistance is set to be in the range of 10 3 to 10 7 [Ohm / sq].
[0072]
Note that the conductive thin film 1104 and the device electrodes 1102 and 1103 are desirably electrically connected favorably, and thus have a structure in which a part of each overlaps. In the example of FIG. 14, the layers are stacked in the order of the substrate, the device electrode, and the conductive thin film from the bottom, but in some cases, the substrate, the conductive thin film, and the device electrode are stacked in the order of the bottom. I can't wait.
[0073]
Further, the electron emitting portion 1105 is a crack-like portion formed in a part of the conductive thin film 1104, and has a higher electrical property than the surrounding conductive thin film. The crack is formed by performing the energization forming process described later on the conductive thin film 1104. Fine particles having a particle size of several Angstroms to several hundred Angstroms may be arranged in the crack. Since it is difficult to accurately and accurately show the actual position and shape of the electron-emitting portion, they are schematically shown in FIG.
[0074]
The thin film 1113 is a thin film made of carbon or a carbon compound, and covers the electron emitting portion 1105 and its vicinity. The thin film 1113 is formed by performing an energization activation process described later after the energization forming process.
[0075]
The thin film 1113 is any one of single-crystal graphite, polycrystalline graphite, and amorphous carbon, or a mixture thereof, and has a thickness of 500 Å or less, but more preferably 300 Å or less. preferable.
[0076]
Since it is difficult to accurately show the actual position and shape of the thin film 1113, it is schematically shown in FIG. Further, in the plan view (a), an element in which a part of the thin film 1113 is removed is illustrated.
[0077]
The basic configuration of the preferred element has been described above. In the examples, the following elements were used.
[0078]
That is, blue glass was used for the substrate 1101, and Ni thin films were used for the device electrodes 1102 and 1103. The thickness d of the device electrode was 1000 [angstrom], and the electrode interval L was 2 [micrometer].
[0079]
Pd or PdO was used as the main material of the fine particle film, the thickness of the fine particle film was about 100 [angstrom], and the width W was 100 [micrometer].
[0080]
Next, a method for manufacturing a suitable planar surface conduction electron-emitting device will be described. FIGS. 15A to 15D are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the surface conduction electron-emitting device. The notation of each member is the same as that in FIG.
[0081]
1) First, as shown in FIG. 15A, device electrodes 1102 and 1103 are formed on a substrate 1101.
[0082]
In formation, the substrate 1101 is sufficiently washed beforehand with a detergent, pure water, and an organic solvent, and then a material for an element electrode is deposited. (As a deposition method, for example, a vacuum film forming technique such as a vapor deposition method or a sputtering method may be used.) Then, the deposited electrode material is patterned by using a photolithography / etching technique. The illustrated pair of element electrodes (1102 and 1103) are formed.
[0083]
2) Next, a conductive thin film 1104 is formed as shown in FIG.
[0084]
In the formation, first, an organic metal solution is applied to the substrate (a), dried, heated and baked to form a fine particle film, and then patterned into a predetermined shape by photolithography and etching. Here, the organometallic solution is a solution of an organometallic compound containing a material of fine particles used for the conductive thin film as a main element. (Specifically, in this example, Pd was used as a main element. In this example, a dipping method was used as a coating method, but other methods such as a spinner method and a spray method may be used.)
Examples of a method for forming a conductive thin film made of a fine particle film include methods other than the method of applying an organometallic solution used in this example, such as a vacuum evaporation method, a sputtering method, or a chemical vapor deposition method. Sometimes used.
[0085]
3) Next, as shown in FIG. 3C, an appropriate voltage is applied between the device electrodes 1102 and 1103 from the forming power supply 1110, and the energization forming process is performed to form the electron emission portion 1105.
[0086]
The energization forming process is a process of energizing the conductive thin film 1104 made of a fine particle film to appropriately break, deform, or alter a part of the conductive thin film 1104 to change the structure to a structure suitable for electron emission. That is. In a portion of the conductive thin film made of the fine particle film that has been changed to a structure suitable for emitting electrons (that is, the electron emitting portion 1105), an appropriate crack is formed in the thin film. Note that the electrical resistance measured between the device electrodes 1102 and 1103 is significantly increased after the formation of the electron emission portions 1105 as compared to before the formation.
[0087]
FIG. 16 shows an example of an appropriate voltage waveform applied from the forming power supply 1110 in order to describe the energization method in more detail. When forming a conductive thin film made of a fine particle film, a pulsed voltage is preferable. In the case of this embodiment, a triangular wave pulse having a pulse width T1 is continuously generated at a pulse interval T2 as shown in FIG. Was applied. At that time, the peak value Vpf of the triangular wave pulse was sequentially increased. In addition, a monitor pulse Pm for monitoring the state of formation of the electron-emitting portion 1105 was inserted between triangular-wave pulses at appropriate intervals, and the current flowing at that time was measured by an ammeter 1111.
[0088]
In the embodiment, for example, in a vacuum atmosphere of about 10 −5 [torr], for example, the pulse width T1 is set to 1 [millisecond], the pulse interval T2 is set to 10 [millisecond], and the peak value Vpf is set for each pulse. Was increased by 0.1 [V]. Then, the monitor pulse Pm was inserted at a rate of one every time five triangular waves were applied. The monitor pulse voltage Vpm was set to 0.1 [V] so as not to adversely affect the forming process. Then, when the electric resistance between the element electrodes 1102 and 1103 becomes 1 × 10 6 [ohm], that is, the current measured by the ammeter 1111 at the time of application of the monitor pulse becomes 1 × 10 −7 [A] or less. At this stage, the energization related to the forming process was terminated.
[0089]
Note that the above method is a preferable method for the surface conduction electron-emitting device of the present embodiment. For example, when the design of the surface conduction electron-emitting device is changed, such as the material and film thickness of the fine particle film or the element electrode interval L, It is desirable to appropriately change the energization conditions accordingly.
[0090]
4) Next, as shown in (d) of FIG. 15, an appropriate voltage is applied between the element electrodes 1102 and 1103 from the activation power supply 1112, and a current activation process is performed to improve the electron emission characteristics. I do.
[0091]
The energization activation process is a process of energizing the electron-emitting portion 1105 formed by the energization forming process under appropriate conditions and depositing carbon or a carbon compound in the vicinity thereof. (In the figure, a deposit made of carbon or a carbon compound is schematically shown as a member 1113.) By performing the energization activation process, the emission current at the same applied voltage is typically smaller than before the activation. Specifically, it can be increased by 100 times or more.
[0092]
Specifically, by applying a voltage pulse periodically in a vacuum atmosphere within a range of 10 −4 to 10 −5 [torr], the organic compound originating in the vacuum atmosphere can be generated. Depositing carbon or carbon compounds. The deposit 1113 is one of single-crystal graphite, polycrystalline graphite, and amorphous carbon, or a mixture thereof, and has a thickness of 500 Å or less, and more preferably 300 Å or less.
[0093]
In order to explain the energization method in more detail, FIG. 17A shows an example of an appropriate voltage waveform applied from the activation power supply 1112. In the present embodiment, the energization activation process is performed by applying a rectangular wave of a constant voltage periodically. Specifically, the voltage Vac of the rectangular wave is 14 [V], and the pulse width T3 is 1 [mm]. Second] and the pulse interval T4 is 10 [milliseconds]. The above-mentioned energization conditions are preferable conditions for the surface conduction electron-emitting device of the present embodiment, and when the design of the surface conduction electron-emitting device is changed, it is desirable to appropriately change the conditions accordingly.
[0094]
An anode electrode 1114 shown in FIG. 14D is for capturing an emission current Ie emitted from the surface conduction electron-emitting device. The anode electrode 1114 is connected to a DC high voltage power supply 1115 and an ammeter 1116. (When the activation process is performed after the substrate 1101 is incorporated into the display panel, the phosphor screen of the display panel is used as the anode electrode 1114.) While applying the voltage from the activation power supply 1112, The emission current Ie is measured by the total 1116 to monitor the progress of the energization activation process, and the operation of the activation power supply 1112 is controlled. An example of the emission current Ie measured by the ammeter 1116 is shown in FIG. 17B. When the pulse voltage is started to be applied from the activation power supply 1112, the emission current Ie increases with the passage of time, but eventually saturates. And hardly increase. As described above, when the emission current Ie is substantially saturated, the application of the voltage from the activation power supply 1112 is stopped, and the energization activation process ends.
[0095]
The above-mentioned energization conditions are preferable conditions for the surface conduction electron-emitting device of the present embodiment, and when the design of the surface conduction electron-emitting device is changed, it is desirable to appropriately change the conditions accordingly.
[0096]
As described above, the planar type surface conduction electron-emitting device shown in FIG. 15E was manufactured.
(Vertical type surface conduction electron-emitting device)
Next, another typical configuration of a surface conduction electron-emitting device in which an electron-emitting portion or its periphery is formed of a fine particle film, that is, a configuration of a vertical surface conduction electron-emitting device will be described.
[0097]
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view for explaining the basic structure of a vertical type. In the figure, 1201 denotes a substrate, 1202 and 1203 denote device electrodes, 1206 denotes a step forming member, and 1204 denotes a conductive film using a fine particle film. Reference numeral 1205 denotes an electron-emitting portion formed by an energization forming process, and 1213 denotes a thin film formed by an energization activation process.
[0098]
The vertical type differs from the flat type described above in that one of the element electrodes (1202) is provided on the step forming member 1206, and the conductive thin film 1204 covers the side surface of the step forming member 1206. It is in the point. Therefore, the element electrode interval L in the planar type shown in FIG. 14 is set as the step height Ls of the step forming member 1206 in the vertical type. Note that for the substrate 1201, the element electrodes 1202 and 1203, and the conductive thin film 1204 using a fine particle film, the materials listed in the description of the planar type can be used in the same manner. For the step forming member 1206, an electrically insulating material such as SiO2 is used.
[0099]
Next, a method of manufacturing a vertical surface conduction electron-emitting device will be described. FIGS. 19A to 19F are cross-sectional views for explaining the manufacturing process, and the notation of each member is the same as that in FIG.
[0100]
1) First, as shown in FIG. 19A, an element electrode 1203 is formed on a substrate 1201.
[0101]
2) Next, as shown in FIG. 2B, an insulating layer for forming a step forming member is laminated. The insulating layer may be formed by stacking, for example, SiO2 by sputtering, but another film forming method such as, for example, vacuum evaporation or printing may be used.
[0102]
3) Next, as shown in FIG. 3C, an element electrode 1202 is formed on the insulating layer.
[0103]
4) Next, as shown in FIG. 4D, a part of the insulating layer is removed by using, for example, an etching method to expose the element electrode 1203.
[0104]
5) Next, as shown in FIG. 5E, a conductive thin film 1204 using a fine particle film is formed. For the formation, as in the case of the flat type, a film forming technique such as a coating method may be used.
[0105]
6) Next, as in the case of the flat type, an energization forming process is performed to form an electron-emitting portion. (A process similar to the planar energization forming process described with reference to FIG. 15C may be performed.)
7) Next, as in the case of the flat type, a current activation process is performed to deposit carbon or a carbon compound near the electron emitting portion. (The same process as the planar energization activation process described with reference to FIG. 15D may be performed.)
As described above, the vertical surface conduction electron-emitting device shown in FIG. 19F was manufactured.
(Characteristics of surface conduction electron-emitting device used for display device)
The device configuration and the manufacturing method of the planar and vertical surface conduction electron-emitting devices have been described above. Next, the characteristics of the devices used in the display device will be described.
[0106]
FIG. 20 shows typical examples of (emission current Ie) versus (element applied voltage Vf) characteristics and (element current If) versus (element applied voltage Vf) characteristics of the elements used in the display device. Note that the emission current Ie is significantly smaller than the device current If, and it is difficult to show them on the same scale. In addition, these characteristics are changed by changing design parameters such as the size and shape of the device. Therefore, each of the two graphs is shown in arbitrary units.
[0107]
The element used for the display device has the following three characteristics regarding the emission current Ie.
[0108]
First, the emission current Ie sharply increases when a voltage higher than a certain voltage (this is called a threshold voltage Vth) or more is applied to the element. On the other hand, when the voltage is lower than the threshold voltage Vth, the emission current Ie hardly increases. Not detected.
[0109]
That is, the non-linear element has a clear threshold voltage Vth with respect to the emission current Ie.
[0110]
Second, since the emission current Ie changes depending on the voltage Vf applied to the element, the magnitude of the emission current Ie can be controlled by the voltage Vf.
[0111]
Third, since the response speed of the current Ie emitted from the element with respect to the voltage Vf applied to the element is high, the amount of charge of electrons emitted from the element can be controlled by the length of time during which the voltage Vf is applied.
[0112]
Because of the above characteristics, the surface conduction electron-emitting device can be suitably used for a display device. For example, in a display device in which a large number of elements are provided corresponding to pixels of a display screen, display can be performed by sequentially scanning the display screen by using the first characteristic. That is, a voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth is appropriately applied to the element being driven, and a voltage lower than the threshold voltage Vth is applied to the element in a non-selected state. By sequentially switching the elements to be driven, the display screen can be sequentially scanned and displayed.
[0113]
Further, by using the second characteristic or the third characteristic, the light emission luminance can be controlled, so that gradation display can be performed.
(Structure of a multi-electron beam source with many elements wired in a simple matrix)
Next, the structure of a multi-electron beam source in which the above-described surface-conduction emission devices are arranged on a substrate and arranged in a simple matrix will be described.
[0114]
FIG. 21 is a plan view of the multi-electron beam source used for the display panel of FIG. On the substrate, surface conduction type emission elements similar to those shown in FIG. 14 are arranged, and these elements are wired in a simple matrix by row-direction wiring electrodes 1003 and column-direction wiring electrodes 1004. An insulating layer (not shown) is formed between the electrodes at the intersections of the row wiring electrodes 1003 and the column wiring electrodes 1004 to keep electrical insulation.
[0115]
FIG. 22 shows a cross section taken along A-A ′ in FIG. 21.
[0116]
The multi-electron source having such a structure includes a row-direction wiring electrode 1003, a column-direction wiring electrode 1004, an inter-electrode insulating layer (not shown), a device electrode of a surface conduction electron-emitting device, and a conductive thin film. Is formed, power is supplied to each element via the row-direction wiring electrodes 1003 and the column-direction wiring electrodes 1004 to perform the energization forming process and the energization activation process.
[Second embodiment]
FIG. 6 shows an example in which the information transmission device transmits information in the second embodiment of the present invention. In the figure, an image including Mt. Fuji, a lake, and the sun is displayed on the image display panel 101, the touch pens 110R, 110G, and 110B each point to Mt. Is displayed on the information display panel 205G of the touch pen 110G, and "This is Fujisan." Is displayed on the information display panel 206B of the touch pen 110B, and "Mt. Fuji: 3776m above sea level" is displayed.
[0117]
The block diagram of the device of this example is shown in FIG. 1 as in the first embodiment. The present embodiment differs from the first embodiment in that the present embodiment differs for each color of a pixel on which information is superimposed. The information pulse generation circuit 109 receives different information for each color even for the same Mt. Fuji, adjusts the color arrangement order of the pixels of the image display panel, and sequentially outputs the same to the drive pulse synthesis circuit 108.
[0118]
FIG. 7 shows the contents of information transmitted for each color. (A) represents information transmitted to the R pixel, (b) represents information transmitted to the G pixel, and (c) represents information transmitted to the B pixel. Although alphanumeric characters (a) and katakana (b) can be represented by 8-bit codes, kanji are usually represented by 2 bytes (16 bits). Therefore, the number of bits of the information signal to be superimposed on one field may be set to 16 bits. However, in the present embodiment, the number of bits is kept at 8 bits, and two fields are required to transmit the kanji. At this time, if a JIS code is used, a control code such as STX or ETX may be included in the kanji code, and may be erroneously recognized at the time of head detection. Therefore, a shift JIS code is used. Since the control code is not included in the kanji code in the shift JIS code, there is no misunderstanding.
[0119]
FIG. 8 is a block diagram illustrating the touch pens 110R, 110G, and 110B according to the present embodiment. In the figure, reference numerals 201 to 205 are the same components as those described in FIG. The color filter 206 transmits only one of the RGB colors. Therefore, it is possible to detect only the information signal superimposed on the pixel of the color transmitted by the color filter 206.
[0120]
In FIG. 7B, the 8-bit katakana is transmitted and the hiragana is displayed on the touch pen 110G in FIG. 6 because the information detection circuit 202 performs the hiragana conversion. Of course, it may be displayed as katakana.
[0121]
Therefore, for example, a problem can be displayed on the red touch pen 110R, and an answer can be displayed on the green touch pen 110G, so that it can be used for education.
[0122]
In the present embodiment, color selection is performed using a color filter. However, color selection may be performed using a spectroscope such as a prism or a diffraction grating.
[0123]
With the above configuration, three types of information signals can be superimposed on one area.
[Third Embodiment]
FIG. 9 is a block diagram of a touch pen 110 according to the third embodiment of the present invention. In the figure, reference numerals 202 to 205 are the same components as those described in FIG.
[0124]
The color filters 206R, 206G, and 206B transmit only the corresponding one color, respectively, and guide the light to the optical sensors 201R, 201G, and 201B.
[0125]
The selection circuit 207 selects which color optical sensor output to send to the information detection circuit 202 according to the input selection signal. The selection signal is determined based on, for example, the state of a switch provided on the touch pen 110.
[0126]
Thus, three types of information can be obtained with one touch pen.
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 shows the contents of the transmission information for each color according to the fourth embodiment of the present invention. (A) shows information transmitted to the R pixel, (b) shows information transmitted to the G pixel, and (c) shows information transmitted to the B pixel. By arranging the detection signals in the order of RGB, the information signal can be reproduced. .
[0127]
FIG. 11 is a block diagram of the touch pen 110 according to the present embodiment. In the figure, reference numerals 203 to 205 are the same components as those described in FIG.
[0128]
The color filters 206R, 206G, and 206B transmit only the corresponding one color, respectively, and guide the light to the optical sensors 201R, 201G, and 201B.
[0129]
The information detection circuit 202 receives outputs of the optical sensors 201R, 201G, and 201B, and extracts an information signal from each output by the method described above. At the same time, the extracted RGB signals are arranged in the order of RGB and detected as a character string. As described above, the start and end of the information signal are detected by detecting STX and ETX. As described above, the information signals after STX are sequentially stored in the buffer 203.
[0130]
As a result, the amount of information that can be transmitted in one second is three times that of the first embodiment.
[0131]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, information can be transmitted without deteriorating the gradation of a display image.
[0132]
Further, information corresponding to each area of the display image can be transmitted.
[0133]
Furthermore, if the shift JIS code is used as the kanji code, the start and end of the information can be detected without fail.
[0134]
Further, different information can be transmitted to a plurality of information receiving means.
[0135]
Further, three types of information can be simultaneously transmitted to one information receiving unit.
[0136]
Further, the amount of information that can be transmitted per unit time can be tripled.
[0137]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an image display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a touch pen according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a state of an operation according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a timing chart of signals according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a transmission signal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a state of an operation according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a transmission signal according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram of a touch pen according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of a touch pen according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a transmission signal according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram of a touch pen according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view of an image display device according to an embodiment of the present invention, in which a part of a display panel is cut away.
FIG. 13 is a plan view illustrating a phosphor array of a face plate of the display panel.
FIGS. 14A and 14B are a plan view and a cross-sectional view of a planar surface-conduction emission type electron-emitting device used in an example.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the planar surface-conduction emission type electron-emitting device.
FIG. 16 is a diagram showing an applied voltage waveform during a current forming process.
FIG. 17 is a diagram showing an applied voltage waveform (a) and a change (b) of an emission current Ie in the activation process.
FIG. 18 is a sectional view of a vertical surface conduction electron-emitting device used in an example.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the vertical surface conduction electron-emitting device.
FIG. 20 is a graph showing typical characteristics of the surface conduction electron-emitting device used in the example.
FIG. 21 is a plan view of a substrate of a multi-electron beam source used in an example.
FIG. 22 is a partial cross-sectional view of the substrate of the multi-electron beam source used in the example.
FIG. 23 is a block diagram illustrating an example of an information pulse generation circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a block diagram illustrating an example of a driving pulse synthesis circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a diagram showing an example of a designated area according to the embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a diagram showing an example of a table of pulse width → amplitude conversion in the embodiment of the present invention.

Claims (15)

駆動信号により複数の素子を発光させて画像を表示する画像表示手段と、
画像信号に情報信号を重畳した駆動信号により前記画像表示手段を駆動する駆動手段と、
前記素子の発光を感知する光感知手段と、
前記光感知手段により感知された光から、駆動信号に重畳されている情報信号を検出する情報検出手段とを備え
前記駆動手段は、前記情報信号の重畳により増大する輝度を補償するよう画像信号を補正する補正手段を有することを特徴とする情報伝達装置。
Image display means for displaying an image by causing a plurality of elements to emit light by a drive signal,
Driving means for driving the image display means by a driving signal obtained by superimposing an information signal on an image signal;
Light sensing means for sensing light emission of the element;
Information detecting means for detecting an information signal superimposed on a drive signal from the light sensed by the light sensing means ,
It said drive means, the information transmission device according to claim Rukoto of having a correcting means for correcting an image signal so as to compensate for the brightness increased by superimposition of the information signal.
前記画像表示手段は、少なくとも2色の色成分を有するカラー画像を表示し、前記駆動手段は、各色要素ごとに情報信号を画像信号に重畳し、前記光感知手段は、各色要素ごとに発光を感知することを特徴とする請求項1に記載の情報伝達装置。The image display means displays a color image having at least two color components, the driving means superimposes an information signal on each color element on an image signal, and the light sensing means emits light for each color element. The information transmission device according to claim 1, wherein the information is transmitted. 前記駆動手段は、情報信号を発光色毎に順次重畳し、前記情報検出手段は、前記光感知手段により感知された光から検出された情報を、それが重畳された色要素に応じた順序で合成することを特徴とする請求項2に記載の情報伝達装置。The driving unit sequentially superimposes information signals for each emission color, and the information detection unit superimposes information detected from the light sensed by the light sensing unit in an order corresponding to a color element on which the light is superimposed. 3. The information transmission device according to claim 2, wherein the information is combined. 前記感知手段は、光学フィルタによって指定の発光色の情報信号を感知することを特徴とする請求項2または3に記載の情報伝達装置。4. The information transmitting apparatus according to claim 2, wherein the sensing unit senses an information signal of a designated emission color by an optical filter. 前記光感知手段は、分光器によって指定の発光色の情報信号を感知することを特徴とする請求項2または3に記載の情報伝達装置。The information transmitting apparatus according to claim 2, wherein the light sensing unit senses an information signal of a designated luminescent color by a spectroscope. 前記情報信号はデジタルデータであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の情報伝達装置。The information transmission device according to claim 1, wherein the information signal is digital data. 前記駆動手段は、パルス幅を短縮することで画像信号を補正することを特徴とする請求項に記載の情報伝達装置。2. The information transmitting apparatus according to claim 1 , wherein the driving unit corrects an image signal by shortening a pulse width. 前記駆動手段は、パルスの振幅を減少させることで画像信号を補正することを特徴とする請求項に記載の情報伝達装置。2. The information transmitting apparatus according to claim 1 , wherein the driving unit corrects the image signal by reducing a pulse amplitude. 駆動信号により複数の素子を発光させて画像を表示する画像表示手段と、
画像信号に情報信号を重畳した駆動信号により前記画像表示手段を駆動する駆動手段と、
前記素子の発光を感知する光感知手段と、
前記光感知手段により感知された光から、駆動信号に重畳されている情報信号を検出する情報検出手段とを備え、
前記駆動手段は、画像信号の値によって、情報信号の重畳のしかたを切り替えることを特徴とする情報伝達装置。
Image display means for displaying an image by causing a plurality of elements to emit light by a drive signal,
Driving means for driving the image display means by a driving signal obtained by superimposing an information signal on an image signal;
Light sensing means for sensing light emission of the element;
Information detecting means for detecting an information signal superimposed on a drive signal from the light sensed by the light sensing means,
The information transmitting apparatus according to claim 1, wherein the driving unit switches a method of superimposing the information signal according to a value of the image signal.
前記駆動手段は、画像信号の階調を振幅変調で表現し、画像信号の値が所定のしきい値よりも小さい場合には、情報信号を所定の振幅の信号として付加することを特徴とする請求項に記載の情報伝達装置。The driving means expresses the gradation of the image signal by amplitude modulation, and when the value of the image signal is smaller than a predetermined threshold value, adds the information signal as a signal of a predetermined amplitude. The information transmission device according to claim 9 . 前記情報検出手段の出力に応じて、情報を出力する情報出力手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の情報伝達装置。Information transmission device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that in response to an output of said information detection means, further comprising information output means for outputting information. 前記情報出力手段は文字を表示することを特徴とする請求項11に記載の情報伝達装置。The information transmission device according to claim 11 , wherein the information output means displays characters. 前記情報出力手段は音声を発することを特徴とする請求項11に記載の情報伝達装置。The information transmission device according to claim 11 , wherein the information output unit emits a voice. 前記情報信号を重畳する画像信号に対応する画像領域を指定する指定手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の情報伝達装置。Information transmission device according to any one of claims 1 to 13, further comprising a designation means for designating an image area corresponding to the image signal for superimposing the information signal. 行ごとに走査しつつ注目行に対応する駆動信号を印加して画像を表示する表示パネルと、
注目行に対応する画像信号を変調する変調回路と、
補足情報信号を生成する情報生成回路と、
指定された領域を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された領域が注目行と重複する場合に、当該行における、前記領域に含まれる列に対応する画像情報に、前記情報生成回路により生成された補足情報を重畳して前記表示パネルの駆動信号とする信号合成回路とを備え、
前記表示パネルの列配線を駆動し、前記変調回路は、画像信号をその値に応じたパルス幅に変調し、前記合成回路は、変調された画像信号のパルスと重複しないタイミングで、前記補足情報信号を変調された画像信号に重畳するとともに、重畳された補足情報信号の分、変調された画像信号のパルス幅を短縮することを特徴とする画像表示装置。
A display panel that applies a drive signal corresponding to the row of interest while scanning each row to display an image,
A modulation circuit for modulating the image signal corresponding to the line of interest;
An information generation circuit that generates a supplementary information signal;
A memory for storing a specified area;
When the area stored in the memory overlaps with the row of interest, the display panel superimposes the supplementary information generated by the information generation circuit on image information corresponding to a column included in the area in the row. A signal synthesizing circuit for driving signals of
Driving the column wiring of the display panel, the modulation circuit modulates the image signal to a pulse width corresponding to the value thereof, and the synthesizing circuit outputs the supplementary information at a timing that does not overlap with the pulse of the modulated image signal. An image display device , wherein a signal is superimposed on a modulated image signal, and the pulse width of the modulated image signal is reduced by the amount of the superimposed supplementary information signal .
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