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JP3603471B2 - Field emission display device and driving method thereof - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はコールドカソードを有する表示素子として知られている電界放出型表示素子、および駆動方法の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
金属または半導体表面の印加電界を10 [V/m]程度にすると、トンネル効果により、電子が障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われるようになる。これを電界放出(Field Emission)と云い、このような原理で電子を放出するカソードを電界放出カソード(以下、FECと記す。)と呼んでいる。
【0003】
近年、半導体集積化技術を駆使して、ミクロンサイズのFECを作ることが可能となり、その一例としてスピント(Spindt)型と呼ばれるFECが知られている。このFECは、半導体微細加工技術を用いて製作すると、円錐状のエミッタ、すなわちエミッタコーンとゲート電極との距離をサブミクロンとすることが出来るため、エミッタコーンとゲート電極間に数10ボルトの電圧を印加することによりエミッタコーンから電子を放出させることが出来るようになる。
また、各エミッタコーン間のピッチは5ミクロンないし10ミクロンとして製作することが出来るため、数万から数10万個のFECを1枚の基板上に設けることが出来る。
このように、面放出形のFECを製作することが可能となっており、このFECは蛍光表示装置、CRT、電子顕微鏡や電子ビーム装置の電界放出型電子源として適用することが提案されている。
【0004】
図5にスピント型のFECの概略構造を示しており、ガラス基板100の上に薄膜状に導電性のカソード電極101が形成され、カソード電極101上に抵抗層102がさらに形成され、その上に2酸化シリコン等よりなる絶縁層103が形成されている。この絶縁層103の上には薄膜状のゲート電極104が形成され、ゲート電極104および絶縁層103を貫通する多数の開口部が設けられている。
この開口部内においては抵抗層102が露出しており、この抵抗層102の上に円錐状のエミッタコーン105が形成されている。
【0005】
このように構成されたFECにおいて、エミッタコーン105とカソード電極101との間に抵抗層102を設ける理由は次の通りである。
一般的なFECにおいては、エミッタコーンの先端とゲートとの距離がサブミクロンという極めて短い距離とされていると共に、数万ないし数十万個のエミッタコーンが一枚の基板上に設けられるため、製造の過程において塵埃等によりエミッタコーンとゲートとが短絡してしまうことがある。このように、ゲートとエミッタコーン間の一つでも短絡していると、カソードとゲートとが短絡したことになるため、すべてのエミッタコーンに電圧が印加されなくなり動作不能の電界放出型電子源となってしまう。
【0006】
また、電界放出型電子源の初期の動作時に局部的な脱ガスが生じ、このガスによりエミッタコーンとゲートあるいはアノード間が放電を起こすことがあり、このため大電流がカソードに流れてカソードが溶断されることがあった。
さらに、多数のエミッタコーンのうち電子の放出されやすいエミッタコーンが存在するため、このエミッタコーンから集中して放出された電子により、画面上に異常に明るいスポットが発生することもあった。
【0007】
そこで、図5に示すように、カソード電極101とエミッタコーン105との間に抵抗層102を形成し、エミッタコーン105の中の一つが形状の不均一性から異常に多い電子を放出し始めると、ゲート電極104とカソード電極101間には抵抗層102による電圧降下が生じるようになる。この電圧降下により、異常に多い電流を放出しようとするエミッタコーン105の印加電圧が放出電流に応じて下げられるために、電子放出が抑制され、各エミッタコーン105で安定した電子放出を行うようになる。このため、カソード電極101の溶断等を防止することができる。
【0008】
すなわち、この電圧降下は図6に示すようにVg(ゲート電圧)−Ie(エミッション電流)特性が異なる場合、Vg−Ie曲線とLoad line との交点により決まる異なるエミッション電流Ieとなり、図示する2つのVg−Ie特性のエミッタコーン105においては、図示するΔVdropの電圧降下の差が生じるようになる。
したがって、抵抗層102を設けることにより、FECの製造上の歩留りの向上、およびFECの安定な動作を確保することができるようになる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、抵抗層102はアモルファスシリコン(α−Si)材料を使用して形成することができるが、α−Si材料は半導体であり、抵抗層102の抵抗値を制御するためにある程度の不純物導入を行うことにより、抵抗率を制御するようにしている。これにより、エミッタコーン105から放出される電子の変動を抑制することができる。
一般に、半導体の抵抗値は負の温度係数を有し、温度上昇と共に抵抗値が低下する傾向を示す。α−Si材料も同様であり、抵抗値Rは温度変化Tに対し図7に示すように対数的に減少する。なお、図7の縦軸は対数目盛りとされている。このため、周囲温度の変化にともない抵抗層102の抵抗値、すなわちエミッタ抵抗値が変動し、エミッタ抵抗部分での電圧降下量が変化するようになる。
【0010】
すると、実質的にエミッタに加わるゲート・エミッタ間電圧VGEが変動するようになる。その結果、温度変動によりエミッタコーン105から放出されるエミッション電流が急激に変動する。この様子を図8に示すが、a〜gの曲線は、aが一番温度が低く、gが一番温度が高い場合のI−V特性を示しており、温度により指数関数的に上昇するアノード電流Iaが温度上昇にともない急激に上昇している。したがって、周囲温度の変動にともない発光輝度が変動してしまうという問題点があった。
また、エミッション電流が温度により変動すると、高温時のアノード電流Iaは定格電流の数倍以上の電流値となるため、この電流を供給するアノード電源に大きな電源容量が必要となり、消費電力の増加や電源コストが上昇するという問題点もあった。
【0011】
そこで、本発明は周囲温度が上昇しても発光輝度が変動しない電界放出型表示素子およびその駆動方法を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電界放出型表示素子は、電界放出部を備えるカソード基板と、該カソード基板に対向する発光部を備えるアノード基板からなる真空の雰囲気中で動作する電界放出型表示素子において、前記電界放出部は、カソード電極と電子を放出するエミッタとの間に形成された抵抗層を有しており、該抵抗層を加熱するヒータ抵抗層が、前記カソード電極の下に形成されている。
【0013】
また、本発明の電界放出型表示素子の駆動方法は、電界放出部を備えるカソード基板と、該カソード基板に対向する発光部を備えるアノード基板からなる真空の雰囲気中で動作する電界放出型表示素子を駆動する駆動方法であって、前記電界放出部は、カソード電極と電子を放出するエミッタとの間に形成された抵抗層を加熱するヒータ抵抗層を有しており、低温時には該ヒータ抵抗層に通電することにより前記抵抗層の温度を上昇させ、常温・高温時には前記発光部を定電力制御することにより、前記発光部の発光輝度が変動しないようにしている。
【0014】
さらに、上記本発明の電界放出型表示素子の駆動方法において、低温時には、前記抵抗層の抵抗値がほぼ一定の抵抗値となるように、前記ヒータ抵抗層に印加されるヒータ電圧を制御している。
さらにまた、前記抵抗層の抵抗値を、前記ヒータ抵抗層の抵抗値を検出することにより検出して、前記ヒータ電圧を制御するようにしている。
【0015】
このような本発明によれば、周囲温度が常温および高温時には発光部を定電力制御するようにしたので、周囲温度が変化しても発光輝度の変動を抑制することができる。
また、周囲温度が低温の時に発光部を定電力制御するようにすると、高いアノード電圧が必要となるので、抵抗層を加熱するヒータ抵抗層に通電することにより、抵抗層の抵抗値がほぼ一定値になるよう制御している。さらに、抵抗層の抵抗値をヒータ抵抗層の抵抗値から検出しているので、簡易な構成により抵抗層の抵抗値の制御を行うことができ、周囲温度が変動しても電界放出型表示素子の発光輝度が変化しないようにすることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の電界放出型表示素子の駆動方法を説明するが、本発明の電界放出型表示素子の駆動方法においては、周囲温度が常温時および高温時の場合と、低温時の場合とで異なる駆動を行っている。
このような、本発明の電界放出型表示素子の駆動方法を行う本発明の電界放出型表示素子の実施の形態の構成を図1および図2に示す。
図1において、ガラス等のカソード基板1の上に導電性のくし歯状のヒータ電極パターン2を形成し、このヒータ電極パターン2の上にα−Si材料等を用いてヒータ抵抗層3をその全面に形成する。図2に示す斜視図はこのようにカソード基板1上にヒータ電極パターン2およびヒータ抵抗層3を形成した状態を示している。
【0017】
さらに、ヒータ抵抗層3の上にパッシベーション膜からなる絶縁膜4を形成し、その上に導電性のカソード電極5を積層する。さらにまた、カソード電極5の上にα−Si材料等を用いて抵抗層6を形成し、その上に2酸化シリコン等よりなる絶縁層7が積層されて形成されている。この絶縁層7の上には薄膜状のゲート電極8が形成され、ゲート電極8および絶縁層7には、これらを貫通する多数の開口部が設けられている。
この開口部内においては抵抗層6が露出しており、この抵抗層6の上に円錐状のエミッタコーン9が形成されている。
【0018】
なお、図示されていないが、このように電界放出カソードが作成されているカソード基板1から微小間隔(例えば、200ミクロン)だけ離隔されて、アノード基板が対向配置されている。このアノード基板はガラス等からなり、アノード基板には透明のアノード電極が形成されて、その上に放出電子により発光する蛍光体が設けられている。また、カソード基板1とアノード基板からなる電界放出型表示素子の容器内は高真空とされている。
【0019】
このように構成された電界放出型表示素子における本発明の駆動方法を説明すると、温度補償を行わない場合は、前述したように常温・高温時には抵抗層6の抵抗値が減少するようになり、エミッション電流が増加する。このためアノード電極に流れるアノード電流が増加するようになる。そこで、常温・高温時には抵抗層6の抵抗値に応じてアノード電流を制御するようにすれば、発光輝度を一定とすることができることになる。
本発明では、常温・高温時にはアノードにおける消費電力を定電力制御することによりこれを達成している。この時の温度T対アノード電圧Vaの変化の様子、および温度T対発光輝度Lの様子を図3に示している。
【0020】
図3を観察すると、常温・高温側においては、温度上昇に伴いアノード電圧Vaが減少していくように制御されることになる。これにより、発光輝度Lはほぼ一定とされるようになる。なお、常温・高温側と低温側との境界温度は、例えば20℃とされており、低温側においてアノードの定電力制御を行うようにすると、温度低下に伴い抵抗層6の抵抗値が急激に上昇するのでアノード電圧が高くなり過ぎるようになる。このため、低温時にはアノードの定電力制御を行わず、アノード電圧Vaが上限の一定電圧とされる。この時、温度低下に伴い抵抗層6の抵抗値が上昇するため、発光輝度が温度低下に伴い減少していくようになる。
【0021】
そこで、本発明では、低温時にはヒータ電極パターン2を介してヒータ抵抗層3に通電するようにしてヒータ抵抗層3を発熱させることにより、抵抗層6の温度を上昇させて、その抵抗値が一定値となるように制御している。
この時のヒータ抵抗層3の発熱を制御する制御部の一例を図4に示す。
図4において、3は抵抗層6を加熱するためのヒータ抵抗層、10はヒータ抵抗層3にヒータ電圧Vhを印加するヒータ電圧源、11−1および11−2はヒータ抵抗層3へのヒータ電圧源10の接続を制御するスイッチ、12はヒータ抵抗層3と直列に接続された、抵抗層6の抵抗値を検出するための検出用抵抗(R)である。
【0022】
13は検出信号設定用の基準電圧Vrefを供給する基準電圧源、14は検出用抵抗12の両端の電圧と基準電圧Vrefとの差を検出信号として出力するOPアンプ、15は検出信号に応じてヒータ電圧Vhを制御する制御回路、16はヒータ抵抗層3と検出用抵抗12との直列回路に測定用電圧Vmを印加する測定用電圧源である。
このように構成された制御部において、周囲温度が低温と判断されると、スイッチ11−1,11−2がオンされてヒータ電圧源10が、ヒータ電極パターン2を介してヒータ抵抗層3に接続される。
【0023】
これにより、ヒータ抵抗層3が発熱するようになり、抵抗層3が加熱されてその抵抗値が減少していくようになる。この場合、ヒータ抵抗層3と抵抗層6とが同じα−Si材料等の同材料を用いて形成されているとすると、ヒータ抵抗層3の抵抗値を検出することにより、抵抗層6の抵抗値を類推することができる。すなわち、ヒータ抵抗層3に直列に抵抗値を検出するために検出用抵抗12を直列に接続して、その両端の電圧信号をOPアンプ14に入力することにより、OPアンプ14により抵抗層6の抵抗値を検出することができる。
【0024】
このようにして検出された抵抗値の検出信号は、OPアンプ14から電圧信号として出力され制御回路15に入力される。制御回路15は、検出信号に応じてヒータ電圧Vhの大きさを制御することにより、ヒータ抵抗層3の抵抗値が一定となるように制御されることになる。すなわち、抵抗層6の抵抗値が一定になるように制御されるので、エミッション電流がほぼ一定となり、発光輝度の変動を抑制することができるようになる。
【0025】
なお、基準電圧Vrefは検出する温度範囲を設定するためのものであり、通常、抵抗層の材料に応じて異なる電圧に設定される。
また、スイッチ11−1,11−2は、制御回路15において、ヒータ抵抗層3の抵抗値が大きくなったことを検出した時にオンするようにしてもよい。さらに、ヒータ電極パターン2はくし歯状とされて、ヒータ抵抗層3が均一に発熱するようにされているが、くし歯状に限定されるものではない。
さらに、上記の説明では、抵抗層6の抵抗値をヒータ抵抗層3を兼用して検出するようにしたが、温度センサにより抵抗層6の抵抗値を検出するようにしてもよい。
【0026】
上記説明したように、本発明の電界放出型表示素子の駆動方法においては、周囲温度が常温以上とされた場合には、アノードを定電力制御することにより発光輝度をほぼ一定とするようにし、周囲温度が低温となった場合には、カソード基板1にカソード作成工程を応用して作りこんでおいたヒータ抵抗層3を発熱させることにより、発光輝度がほぼ一定となるようにしている。
なお、抵抗層6の材料としては、不純物のドープされたアモルファスシリコンあるいはポリシリコン等が用いられ、ドープされる不純物としては、P,Bi,Ga,In,Tl等を用いることができる。
【0027】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、周囲温度が常温および高温時には発光部を定電力制御することにより、周囲温度が変化しても発光輝度の変動を抑制することができる。
また、周囲温度が低温の時に発光部を定電力制御するようにすると、高いアノード電圧が必要となるので、抵抗層を加熱するヒータ抵抗層に通電することにより、抵抗層の抵抗値がほぼ一定値になるよう制御している。この場合、ヒータ抵抗層はカソード作成工程を応用してカソード基板に作り込んであるため、他の回路部品を必要とせず低コストとすることができる。
【0028】
さらに、抵抗層の抵抗値をヒータ抵抗層を兼用して、その抵抗値から検出しているので、簡易な構成により抵抗層の抵抗値の制御を行うことができ、周囲温度が変動しても低コストで電界放出型表示素子の発光輝度の変動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の電界放出型表示素子の駆動方法が実行される本発明の電界放出型表示素子の構成を示す図である。
【図2】本発明の電界放出型表示素子の特徴部分を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施の形態の電界放出型表示素子の駆動方法が実行された時の、常温・高温時の温度対アノード電圧の変化、および温度対発光輝度の変化を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態の電界放出型表示素子の駆動方法の制御回路の構成を示す回路図である。
【図5】従来のスピント型の電界放出型カソードの構成を示す図である。
【図6】従来のスピント型の電界放出型カソードのVg−Ia特性を示す図である。
【図7】アモルファスシリコンの温度変化を示す図である。
【図8】電界放出型カソードのI−V特性を示す図である。
【符号の説明】
1 カソード基板
2 ヒータ電極パターン
3 ヒータ抵抗層
4 絶縁膜
5 カソード電極
6 抵抗層
7 絶縁層
8 ゲート電極
9 エミッタコーン
10 ヒータ電圧源
11−1,11−2 スイッチ
12 検出用抵抗
13 基準電圧
14 OPアンプ
15 制御回路
16 測定用電圧源
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a field emission display device known as a display device having a cold cathode, and an improvement in a driving method.
[0002]
[Prior art]
When the electric field applied to the surface of the metal or semiconductor is set to about 10 9 [V / m], electrons pass through the barrier and emit electrons in a vacuum even at room temperature due to the tunnel effect. This is called field emission, and a cathode that emits electrons based on such a principle is called a field emission cathode (hereinafter, referred to as FEC).
[0003]
In recent years, it has become possible to produce micron-sized FEC by making full use of semiconductor integration technology. As one example, an FEC called a Spindt type is known. When this FEC is manufactured by using a semiconductor microfabrication technique, a conical emitter, that is, a distance between the emitter cone and the gate electrode can be made submicron, so that a voltage of several tens of volts is applied between the emitter cone and the gate electrode. , Electrons can be emitted from the emitter cone.
Further, since the pitch between the emitter cones can be manufactured to be 5 μm to 10 μm, tens of thousands to hundreds of thousands of FECs can be provided on one substrate.
As described above, it is possible to manufacture a surface emission type FEC, and it has been proposed that this FEC be applied as a field emission type electron source for a fluorescent display device, a CRT, an electron microscope, and an electron beam device. .
[0004]
FIG. 5 shows a schematic structure of a Spindt-type FEC, in which a conductive cathode electrode 101 is formed in a thin film on a glass substrate 100, a resistance layer 102 is further formed on the cathode electrode 101, and An insulating layer 103 made of silicon dioxide or the like is formed. A thin-film gate electrode 104 is formed on the insulating layer 103, and a number of openings penetrating the gate electrode 104 and the insulating layer 103 are provided.
The resistive layer 102 is exposed in the opening, and a conical emitter cone 105 is formed on the resistive layer 102.
[0005]
The reason why the resistive layer 102 is provided between the emitter cone 105 and the cathode electrode 101 in the FEC thus configured is as follows.
In a general FEC, the distance between the tip of the emitter cone and the gate is an extremely short distance of submicron, and tens to hundreds of thousands of emitter cones are provided on one substrate. During the manufacturing process, the emitter cone and the gate may be short-circuited due to dust or the like. In this way, if any one of the gates and the emitter cone is short-circuited, it means that the cathode and the gate are short-circuited, so that no voltage is applied to all the emitter cones and the inoperable field emission electron source turn into.
[0006]
In addition, local degassing occurs during the initial operation of the field emission electron source, and this gas may cause a discharge between the emitter cone and the gate or the anode, so that a large current flows to the cathode and the cathode is blown. Had to be done.
Furthermore, since there is an emitter cone from which electrons are likely to be emitted among a large number of emitter cones, an abnormally bright spot may be generated on a screen due to the electrons emitted from the emitter cone in a concentrated manner.
[0007]
Therefore, as shown in FIG. 5, a resistive layer 102 is formed between the cathode electrode 101 and the emitter cone 105, and when one of the emitter cones 105 starts emitting abnormally many electrons due to the non-uniform shape. In addition, a voltage drop occurs between the gate electrode 104 and the cathode electrode 101 due to the resistance layer 102. Due to this voltage drop, the applied voltage of the emitter cone 105 that intends to emit an abnormally large current is reduced in accordance with the emission current, so that electron emission is suppressed, and each emitter cone 105 performs stable electron emission. Become. For this reason, the fusing of the cathode electrode 101 can be prevented.
[0008]
That is, when the Vg (gate voltage) -Ie (emission current) characteristics are different as shown in FIG. 6, this voltage drop results in a different emission current Ie determined by the intersection of the Vg-Ie curve and the load line. In the emitter cone 105 having the Vg-Ie characteristic, a difference in a voltage drop of ΔV drop shown in the drawing occurs.
Therefore, by providing the resistance layer 102, it is possible to improve the production yield of the FEC and to ensure the stable operation of the FEC.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the resistance layer 102 can be formed using an amorphous silicon (α-Si) material. However, the α-Si material is a semiconductor, and a certain amount of impurities must be introduced in order to control the resistance value of the resistance layer 102. By doing so, the resistivity is controlled. Thereby, fluctuation of electrons emitted from the emitter cone 105 can be suppressed.
Generally, the resistance value of a semiconductor has a negative temperature coefficient, and the resistance value tends to decrease with increasing temperature. The same applies to the α-Si material, and the resistance value R decreases logarithmically with respect to the temperature change T as shown in FIG. The vertical axis in FIG. 7 is a logarithmic scale. Therefore, the resistance value of the resistance layer 102, that is, the emitter resistance value fluctuates with the change of the ambient temperature, and the amount of voltage drop at the emitter resistance portion changes.
[0010]
Then, the gate-emitter voltage V GE applied to the emitter substantially fluctuates. As a result, the emission current emitted from the emitter cone 105 fluctuates rapidly due to the temperature fluctuation. FIG. 8 shows this state. Curves a to g show IV characteristics when a is the lowest temperature and g is the highest temperature, and rises exponentially with temperature. The anode current Ia sharply rises with the temperature rise. Therefore, there is a problem that the light emission luminance fluctuates with the fluctuation of the ambient temperature.
Further, when the emission current fluctuates depending on the temperature, the anode current Ia at a high temperature becomes a current value several times or more than the rated current. There was also a problem that power supply costs increased.
[0011]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a field emission display element in which the light emission luminance does not fluctuate even when the ambient temperature rises, and a driving method thereof.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a field emission display device according to the present invention comprises a cathode substrate having a field emission part and an anode substrate having a light emitting part opposed to the cathode substrate, which operates in a vacuum atmosphere. In the type display device, the field emission unit has a resistance layer formed between a cathode electrode and an emitter for emitting electrons, and a heater resistance layer for heating the resistance layer is provided below the cathode electrode. Is formed.
[0013]
A method of driving a field emission display device according to the present invention is directed to a field emission display device operating in a vacuum atmosphere comprising a cathode substrate having a field emission portion, and an anode substrate having a light emission portion opposed to the cathode substrate. Wherein the field emission unit has a heater resistance layer for heating a resistance layer formed between a cathode electrode and an emitter for emitting electrons, and the heater resistance layer at a low temperature. The temperature of the resistive layer is raised by applying a current to the light-emitting section, and the light emission luminance of the light-emitting section is not changed by controlling the power of the light-emitting section at normal temperature and high temperature.
[0014]
Further, in the driving method of the field emission display device of the present invention, at a low temperature, the heater voltage applied to the heater resistance layer is controlled so that the resistance value of the resistance layer becomes a substantially constant resistance value. I have.
Furthermore, the heater voltage is controlled by detecting the resistance value of the resistance layer by detecting the resistance value of the heater resistance layer.
[0015]
According to the present invention, the light emitting unit is controlled at a constant power when the ambient temperature is the normal temperature or the high temperature. Therefore, even when the ambient temperature changes, the fluctuation of the emission luminance can be suppressed.
In addition, if the light emitting unit is controlled at a constant power when the ambient temperature is low, a high anode voltage is required. Therefore, by supplying a current to the heater resistance layer for heating the resistance layer, the resistance value of the resistance layer is almost constant. It is controlled to be a value. Furthermore, since the resistance value of the resistance layer is detected from the resistance value of the heater resistance layer, the resistance value of the resistance layer can be controlled with a simple configuration, and the field emission display element can be operated even when the ambient temperature changes. Can be prevented from changing.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A method for driving a field emission display device according to an embodiment of the present invention will be described. In the method for driving a field emission display device according to the present invention, when the ambient temperature is normal temperature and high temperature, and when the ambient temperature is low, And different driving are performed.
FIGS. 1 and 2 show the configuration of the embodiment of the field emission display device of the present invention which performs the driving method of the field emission display device of the invention.
In FIG. 1, a conductive comb-shaped heater electrode pattern 2 is formed on a cathode substrate 1 made of glass or the like, and a heater resistance layer 3 is formed on the heater electrode pattern 2 using an α-Si material or the like. Formed over the entire surface. The perspective view shown in FIG. 2 shows a state in which the heater electrode pattern 2 and the heater resistance layer 3 are formed on the cathode substrate 1 as described above.
[0017]
Further, an insulating film 4 made of a passivation film is formed on the heater resistance layer 3, and a conductive cathode electrode 5 is laminated thereon. Furthermore, a resistance layer 6 is formed on the cathode electrode 5 using an α-Si material or the like, and an insulating layer 7 made of silicon dioxide or the like is laminated thereon. A thin-film gate electrode 8 is formed on the insulating layer 7, and the gate electrode 8 and the insulating layer 7 are provided with a large number of openings penetrating therethrough.
The resistive layer 6 is exposed in the opening, and a conical emitter cone 9 is formed on the resistive layer 6.
[0018]
Although not shown, the anode substrate is opposed to the cathode substrate 1 on which the field emission cathode is formed, at a minute interval (for example, 200 microns). The anode substrate is made of glass or the like. A transparent anode electrode is formed on the anode substrate, and a phosphor that emits light by emitted electrons is provided thereon. In addition, the inside of the container of the field emission display device including the cathode substrate 1 and the anode substrate is set to a high vacuum.
[0019]
The driving method according to the present invention in the field emission display device having the above-described configuration will be described. If temperature compensation is not performed, the resistance value of the resistance layer 6 decreases at normal temperature and high temperature as described above. Emission current increases. Therefore, the anode current flowing through the anode electrode increases. Therefore, when the anode current is controlled according to the resistance value of the resistance layer 6 at normal temperature and high temperature, the light emission luminance can be kept constant.
In the present invention, this is achieved by constant power control of the power consumption at the anode at normal temperature and high temperature. FIG. 3 shows how the temperature T changes with respect to the anode voltage Va and how the temperature T changes with the light emission luminance L at this time.
[0020]
Observing FIG. 3, on the normal temperature / high temperature side, the anode voltage Va is controlled so as to decrease as the temperature rises. As a result, the light emission luminance L becomes substantially constant. The boundary temperature between the normal temperature / high temperature side and the low temperature side is, for example, 20 ° C., and when the constant power control of the anode is performed on the low temperature side, the resistance value of the resistance layer 6 sharply decreases with the temperature drop. As a result, the anode voltage becomes too high. Therefore, at low temperatures, the anode constant power control is not performed, and the anode voltage Va is set to the upper limit constant voltage. At this time, the resistance value of the resistance layer 6 increases as the temperature decreases, so that the emission luminance decreases as the temperature decreases.
[0021]
Therefore, in the present invention, when the temperature is low, the heater resistance layer 3 is heated by supplying electricity to the heater resistance layer 3 via the heater electrode pattern 2, thereby raising the temperature of the resistance layer 6 and keeping the resistance value constant. It is controlled to be a value.
FIG. 4 shows an example of a control unit for controlling the heat generation of the heater resistance layer 3 at this time.
4, reference numeral 3 denotes a heater resistance layer for heating the resistance layer 6, reference numeral 10 denotes a heater voltage source for applying a heater voltage Vh to the heater resistance layer 3, and reference numerals 11-1 and 11-2 denote heaters for the heater resistance layer 3. A switch 12 for controlling the connection of the voltage source 10 is a detection resistor (R) connected in series with the heater resistance layer 3 for detecting the resistance value of the resistance layer 6.
[0022]
Reference numeral 13 denotes a reference voltage source for supplying a reference voltage Vref for setting a detection signal. Reference numeral 14 denotes an OP amplifier that outputs a difference between a voltage between both ends of the detection resistor 12 and the reference voltage Vref as a detection signal. Reference numeral 15 denotes a detection signal. A control circuit for controlling the heater voltage Vh, and a measurement voltage source 16 for applying a measurement voltage Vm to a series circuit of the heater resistance layer 3 and the detection resistor 12.
When the control unit configured as described above determines that the ambient temperature is low, the switches 11-1 and 11-2 are turned on, and the heater voltage source 10 is connected to the heater resistance layer 3 via the heater electrode pattern 2. Connected.
[0023]
As a result, the heater resistance layer 3 generates heat, and the resistance layer 3 is heated and its resistance value decreases. In this case, if the heater resistance layer 3 and the resistance layer 6 are formed using the same material such as the same α-Si material, the resistance of the resistance layer 6 is detected by detecting the resistance value of the heater resistance layer 3. The value can be inferred. That is, a detection resistor 12 is connected in series with the heater resistance layer 3 in order to detect a resistance value, and a voltage signal at both ends of the detection resistor 12 is input to the OP amplifier 14. The resistance value can be detected.
[0024]
The detection signal of the resistance value thus detected is output as a voltage signal from the OP amplifier 14 and input to the control circuit 15. The control circuit 15 controls the heater voltage Vh in accordance with the detection signal so that the resistance value of the heater resistance layer 3 is controlled to be constant. That is, since the resistance value of the resistance layer 6 is controlled to be constant, the emission current becomes substantially constant, and the fluctuation of the emission luminance can be suppressed.
[0025]
Note that the reference voltage Vref is for setting a temperature range to be detected, and is usually set to a different voltage depending on the material of the resistance layer.
The switches 11-1 and 11-2 may be turned on when the control circuit 15 detects that the resistance value of the heater resistance layer 3 has increased. Further, the heater electrode pattern 2 has a comb-like shape so that the heater resistance layer 3 generates heat uniformly, but is not limited to the comb-like shape.
Further, in the above description, the resistance value of the resistance layer 6 is detected also as the heater resistance layer 3, but the resistance value of the resistance layer 6 may be detected by a temperature sensor.
[0026]
As described above, in the driving method of the field emission display device of the present invention, when the ambient temperature is equal to or higher than the normal temperature, the light emission luminance is made substantially constant by controlling the anode at a constant power, When the ambient temperature becomes low, the heater resistance layer 3 formed by applying the cathode forming process to the cathode substrate 1 generates heat so that the light emission luminance becomes substantially constant.
As a material of the resistance layer 6, amorphous silicon or polysilicon doped with impurities is used, and P, Bi, Ga, In, Tl, or the like can be used as impurities to be doped.
[0027]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, when the ambient temperature is normal temperature and high temperature, by controlling the light emitting unit with constant power, it is possible to suppress the fluctuation of the light emission luminance even when the ambient temperature changes.
In addition, if the light emitting unit is controlled at a constant power when the ambient temperature is low, a high anode voltage is required. Therefore, by supplying a current to the heater resistance layer for heating the resistance layer, the resistance value of the resistance layer is almost constant. It is controlled to be a value. In this case, since the heater resistance layer is formed on the cathode substrate by applying the cathode forming process, the cost can be reduced without requiring other circuit components.
[0028]
Furthermore, since the resistance value of the resistance layer is also used as the heater resistance layer and detected from the resistance value, the resistance value of the resistance layer can be controlled with a simple configuration, and even if the ambient temperature fluctuates. It is possible to prevent a change in light emission luminance of the field emission display element at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a field emission display device of the present invention in which a method of driving a field emission display device according to an embodiment of the present invention is executed.
FIG. 2 is a perspective view showing a characteristic portion of the field emission display device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing changes in temperature versus anode voltage and changes in temperature versus light emission luminance at room temperature and high temperature when the method of driving a field emission display element according to an embodiment of the present invention is executed. .
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a control circuit of a driving method of the field emission display device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional Spindt-type field emission cathode.
FIG. 6 is a diagram showing Vg-Ia characteristics of a conventional Spindt-type field emission cathode.
FIG. 7 is a diagram showing a temperature change of amorphous silicon.
FIG. 8 is a diagram showing IV characteristics of a field emission cathode.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 cathode substrate 2 heater electrode pattern 3 heater resistance layer 4 insulating film 5 cathode electrode 6 resistance layer 7 insulating layer 8 gate electrode 9 emitter cone 10 heater voltage sources 11-1 and 11-2 switch 12 detection resistor 13 reference voltage 14 OP Amplifier 15 Control circuit 16 Voltage source for measurement

Claims (4)

電界放出部を備えるカソード基板と、該カソード基板に対向する発光部を備えるアノード基板からなる真空の雰囲気中で動作する電界放出型表示素子において、
前記電界放出部は、カソード電極と電子を放出するエミッタとの間に形成された抵抗層を有しており、該抵抗層を加熱するヒータ抵抗層が、前記カソード電極の下に形成されていることを特徴とする電界放出型表示素子。
In a field emission display element operating in a vacuum atmosphere comprising a cathode substrate having a field emission portion and an anode substrate having a light emitting portion facing the cathode substrate,
The field emission unit has a resistance layer formed between a cathode electrode and an emitter for emitting electrons, and a heater resistance layer for heating the resistance layer is formed below the cathode electrode. A field emission display device characterized by the above-mentioned.
電界放出部を備えるカソード基板と、該カソード基板に対向する発光部を備えるアノード基板からなる真空の雰囲気中で動作する電界放出型表示素子を駆動する駆動方法であって、
前記電界放出部は、カソード電極と電子を放出するエミッタとの間に形成された抵抗層を加熱するヒータ抵抗層を有しており、低温時には該ヒータ抵抗層に通電することにより前記抵抗層の温度を上昇させ、常温・高温時には前記発光部を定電力制御することにより、前記発光部の発光輝度が変動しないようにしたことを特徴とする電界放出型表示素子の駆動方法。
A driving method for driving a field emission display element operating in a vacuum atmosphere including a cathode substrate including a field emission unit and an anode substrate including a light emitting unit opposed to the cathode substrate,
The field emission unit has a heater resistance layer that heats a resistance layer formed between a cathode electrode and an emitter that emits electrons. A method for driving a field emission display element, wherein the temperature is raised and the light emitting unit is controlled at a constant power at normal temperature and high temperature so that the light emission luminance of the light emitting unit does not fluctuate.
低温時には、前記抵抗層の抵抗値がほぼ一定の抵抗値となるように、前記ヒータ抵抗層に印加されるヒータ電圧を制御することを特徴とする請求項2記載の電界放出型表示素子の駆動方法。3. The driving of the field emission display device according to claim 2, wherein the heater voltage applied to the heater resistance layer is controlled so that the resistance value of the resistance layer becomes substantially constant at a low temperature. Method. 前記抵抗層の抵抗値を、前記ヒータ抵抗層の抵抗値を検出することにより検出して、前記ヒータ電圧を制御するようにしたことを特徴とする請求項3記載の電界放出型表示素子の駆動方法。4. The field emission display device according to claim 3, wherein the resistance value of the resistance layer is detected by detecting the resistance value of the heater resistance layer to control the heater voltage. Method.
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