专利名称：电场发射型显示装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电场发射型显示装置(FEDField Emission Display)及其控制方法、特别涉及到抑制了因从发射极到达阳极电子量离散引起亮度偏差的电场发射型显示装置及其控制方法。
背景技术：
电场发射型显示装置与CRT(阴极射线管)相同，是利用了已加速的电子打到荧光体上产生发光的自发光型显示装置。由于发光原理与CRT相同，借助与CRT同等亮度和宽视场角·响应速度，适合于动画显示，同时由于没有CRT特有的偏转部而能薄型轻量化。
电场发射型显示装置有例如相隔200μm～1mm左右间隙相对放置的两个绝缘基板，在一个基板上形成多条线状阴极，和相对此阴极呈矩阵状正交的多条线状栅极。
图8示出阴极1和栅极3交叉部分的剖面图，在阴极1和栅极3之间夹有绝缘层4。在绝缘层4，在阴极1和栅极3交叉部分形成孔，在该孔内配置发射体2。发射体2与阴极1电气连接。发射体2例如是将硅钼等加工成圆锥状。或者有时也使用碳系列薄膜、碳毫微管作为发射体2。
在栅极3、在与各发射体2对应的部分，形成沿厚度方向贯通的开口部7。发射体2的前端临近开口部7。
一个基板例如是由玻璃材料构成的透明基板，在该透明基板上形成在与栅极3和发射体2相对的面上由例示ITO(Indium Tin Oxide)构成的透明电极的阳极5。在阳极5，在开口部7及临近它的发射体2相对部分上形成荧光体6。
在栅极3与阴极1之间施加驱动电压(栅极3加正电压，阴极1加负电压)后，在发射体2尖锐的前端引起强烈的电场集中，其结果，发射体2内的电子借助隧道效应，透过表面的功函数位垒发射出来。发射出的电子向加有正电压的阳极5行进，通过栅极3的开口部7轰击到阳极5表面的荧光体6而发光，显示出图像、影象。
虽然与阴极1、栅极3交叉部分对应地设置多个发射体2(不限于1个发射体2与1个交叉部分对应配置，也有配置多个发射体2的结构)，由于各发射体2的形状、密度、开口部7的大小、开口部7与发射体2之间的间隔等的偏差，即使向栅极3与阴极1间施加相同的驱动电压，从各发射体2发出并到达阳极5的电子量即流到阳极5的阳极电流也有偏差的情况。在大型显示装置的情况下，要全面、完全均匀地形成多个发射体2的电子发射特性是困难的。
图9示出施加在电场发射型显示装置的发射体2与栅极3之间的驱动电压与流过阳极5的阳极电流的关系。V0表示电子开始从发射体2发射的电压。而且，例如3个发射体a～c各自的电子发射特性不同，即使施加相同的驱动电压V1，阳极电流也不同。阳极电流即到达阳极5的电子量因为与荧光体6的发光亮度有关，所以阳极电流产生偏差后，存在所显示的图象、影象的亮度不均匀、R(红)、G(绿)、B(蓝)的亮度不平衡导致的色调不均匀的情况。
例如在专利文献1公开了这样一种电场发射型显示装置，使加到栅极的栅电压一定，通过控制流到阴极的电流值，来控制阳极及阴极间的电场发射电流。控制流到阴极的电流，使成为获得必要发光亮度的电流值。
专利文献1特开平8-273560号公报上述发光亮度的偏差除了发射体本身的电子发射特性外，也受到发射的电子以何种比例到达阳极的影响。即，从发射体发射的全部电子并没有都到达正阳极，也有在途中流到栅极的电子。例如，到达阳极电子的比例是50～80％，即使是相同材料、相同结构的发射体，该比例各发射体也存在偏差。
荧光体的发光亮度取决于到达阳极的电子量，即流到阳极的阳极电流，即使象上述专利文献1那样，控制流到阴极的电流，因为从发射体发射的一部分电子也流到栅极，所以流到阴极的电流并非只到达阳极的电子产生的电流，不能正确反映实际的亮度，担心荧光体不能按所要求的亮度发光。
发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供这样一种电场发射型显示装置及其控制方法，即应使从发射体发出并到达阳极的电子导致的阳极电流成为所要求的量并能控制驱动电压。
解决课题所用的手段本发明的电场发射型显示装置的特征在于具有栅极；借助加在与该栅极之间的驱动电压发射电子的发射体；有接受从该发射体发射的电子而发光的荧光体的阳极；检测流过该阳极的阳极电流的电流检测部；根据用该电流检测部检出的阳极电流，控制施加在栅极与发射体之间的驱动电压控制部。
本发明的电场发射型显示装置的控制方法的特征在于包括如下步骤在栅极与发射体之间施加驱动电压，从发射体发射电子的步骤；检测流到阳极的阳极电流的步骤，所说的阳极具有接受从发射体发射的电子而发光的荧光体。根据该检测的阳极电流控制施加在栅极与发射体之间的驱动电压的步骤。
在本发明检测反映了有助于荧光体发光亮度的到达阳极的电子量的阳极电流，控制驱动电压以使该检测电流成为所要求的值。因此，即使从发射体发射的电子到达阳极的比例有偏差，也能控制驱动电压使所要求的电子量到达阳极进行所要求的亮度控制。
发明效果按照本发明，由于使到达阳极的电子建立的阳极电流反馈给驱动电压，能控制驱动电压使所要求的电子量到达阳极。结果，能控制接受了在阳极上形成的电子冲击的荧光体的发光亮度使之准确地达到所要求的亮度，能抑制所显示的图象、影象的亮度不均匀和色调不均匀。
图1是本发明第1实施例的电场发射型显示装置的控制电路图。
图2是本发明第2实施例的电场发射型显示装置的控制电路图。
图3是表示图1、2中所示的可变电阻的详细情况的电路图。
图4是本发明第1实施例的电场发射型显示装置的模式斜视图。
图5是相同第1实施例的电场发射型显示装置的剖面图。
图6是本发明第2实施例的电场发射型显示装置的模式斜视图。
图7是相同第2实施例的电场发射型显示装置的剖面图。
图8是说明电场发射型显示装置的工作原理的模式图。
图9是表示电场发射型显示装置的栅极-发射体间电压与阳极电流的关系的曲线图。
符号说明1，1-1～1-n阴极；2，2-1～2-n发射体；3，3-1～3-n栅极；4绝缘层5阳极6荧光体7开口部8透明电极9，9-1～9-n阳极11，11-1～11-n电流检测部12，12-1～12-n驱动电压控制部13，13-1～13-n可变电阻14影象数据输出电路具体实施方式
下面参照
本发明的实施例。
图4是模式地表示本实施例的电场发射型显示装置的构成的斜视图，图5是其剖面图。
电场发射型显示装置有例如间隔200μm～1mm的间隙相对的两个绝缘基板。两基板间的间隙做成真空。
在一个基板上形成多条线状的阴极1-1～1-n(在图5中用符号1表示)。在阴极1-1～1-n上形成绝缘层4，在该绝缘层4上形成多条线状的栅极3-1～3-n(在图5中用符号3表示)。阴极1-1～1-n和栅极3-1～3-n相互正交呈矩阵状。阴极和栅极的条数可以不同。
在绝缘层4，在阴极1-1～1-n和栅极3-1～3-n交叉的部分(即象素)形成孔，在该孔内配置发射体2。各发射体2与阴极1-1～1-n电气连接。各发射体2例如将硅、钼等加工成圆锥形。或者也可以使用碳系薄膜、碳毫微管作为发射体2。发射体2每1个象素可以对应1个也可以对应多个。
在栅极3-1～3-n，在与各发射体2对应的部分形成沿厚度方向贯通的开口部7。各发射体2的前端临近该开口部7。
另一个基板例如是由玻璃材料构成的透明基板，在该透明基板，在栅极3-1～3-n与发射体2相对的面上形成阳极5。阳极5是在ITO(Indium Tin Oxide)中例示的透明电极。在本实施例，阳极5一体地形成，作为对各发射体2共同的阳极。
在阳极5，在开口部7及与其临近的发射体2相对的部分形成荧光体6。
图1示出本实施例的电场发射型显示装置的控制电路图。本实施例的电场发射型显示装置除上述构成外还具有电流检测部11、驱动电路控制部12、栅极控制器16、阴极控制器17、影象数据输出电路14等。
电流检测部11连接在阳极5和向该阳极5提供正电压的电源之间，检测接受来自发射体2的电子并流到阳极5的阳极电流Ia。电流检测部11也可以设置在上述电源与地之间。
各个开关GSW1～GSWn连接在各栅极3-1～3-n和向这些栅极3-1～3-n提供正电压的电源之间。可变电阻13连接在这些开关GSW1～GSWn和上述电源之间。
栅控制器16按照来自影象数据输出电路14的信号使上述各开关GSW1～GSWn接通/断开。
驱动电压控制部12接受用上述电流检测部11检测的阳极电流Ia的输入。进而也从影象数据输出电路14接受应显示的影像的亮度信号的输入。而且，接受这些输入，驱动电压控制部12既控制可变电阻13的电阻值，或者也直接控制在※A点的电压，通过栅控制器16控制开关GSW1～GSWn的接通/断开。也可以不通过栅控制器16直接控制开关GSW1～GSWn的接通/断开。
阴极控制器17根据来自影象数据输出电路14的信号，使连接在各阴极1-1～1-n与接地电位之间的各开关CSW1～CSWn接通/断开。
图3示出图1所示的可变电阻13的具体构成例。※A表示图1的电路和图3的电路的连接点。
可变电阻13由串联连接在向各栅极3-1～3-n提供正电压的电源与接地电位之间的多个电阻R1～R(n)；这些电阻R1～R(n)间的接点；在上述开关GSW1～GSWn之间分别连接多个开关SW1～SW(n)构成。
从上述电源施加给各栅极3-1～3-n的电压用电阻R1～R(n)分压，在各电阻R1～R(n)间的连接点产生被分别分压的电压。根据来自驱动电压控制部12的控制信号，通过上述开关SW1～SWn中任一个的导通，能将要求的电压加到各栅极3-1～3-n。图3所示的构成是一例，可变电阻13如果是能根据来自驱动控制部12的控制信号改变电阻，则不限于图3所示的构成。或者例如也可以用使用了运算放大器或TTL(Transistor-Transistor Logic)的电路改变※A点的电压。
上述的开关GSW1～GSWn、开关CSW1～CSWn、开关SW1～SW(n)例如是MOSFET，能够按照提供给该栅极端子的来自栅极控制器16、阴极控制器17、驱动电压控制部12的信号进行导通或者断开。
下面对本实施例的电场发射型显示装置的控制方法进行说明。
栅控制器16接受来自影象数据输出电路14的信号，选择栅极3-1～3-n中的一个(例如栅极3-1)，阴极控制器17接受来自影象数据输出电路的信号，选择阴极1-1～1-n中的一个(例如阴极1-1)，在这些已被选择的栅极3-1和阴极1-1之间施加驱动电压(栅极3-1加正电压、阴极1-1加负电压)后，从位于已被选择的栅极3-1和阴极1-1的交叉部分的发射体2发射电子并向提供有正电压的阳极5行进。该电子通过栅极3-1的开口部7(一部分电子不通过开口部7而流到栅极3-1)，冲击阳极5表面的荧光体6而发光，显示图象或影象。在本实施例，栅极3-1～3-n和阳极1-1～1-n每一行都同时被选择，并不断地更换该选择。
电流检测部11检测出流到阳极5的阳极电流Ia，即能反映从发射体2发射并实际流到阳极5的电子量的电流。而且该检测电流发送给驱动电压控制部12。电流检测部11处于阳极5和对其提供电压的电源之间即高电位部时，检测电流从电流检测部11向驱动电压控制部12的发送有时需要通过光二极管、光纤或者光耦合器等时有必要进行电气绝缘。
驱动电压控制部12根据该检测电流与从影象数据输出电路14发送的应显示影象的亮度信号的比较，控制加到栅极3-1～3-n和阴极1-1～1-n的间的驱动电压。具体地说，控制加到栅极3-1～3-n的电压以使阳极电流Ia成为用以获得要求亮度的电流值。或者，阳极电流Ia为脉冲电流时进行控制使其成为用以获得要求亮度的脉冲振幅、脉冲宽度、脉冲频率。
在通过控制加给栅极3-1～3-n电压的电压值来控制阳极电流时，控制可变电阻13。具体地说如图3所示，用来自驱动电压控制部12的控制信号选择应导通的开关SW1～SW(n)，通过改变可变电阻13的电阻值改变向栅极3-1～3-n施加电压的电压值。
或者，施加给栅极3-1～3-n的电压也有施加脉冲电压的情况。
即，进行亮度的灰度控制时，将一个亮度信号分割成多帧，呈脉冲状流过电流，有多次点亮一个元件即荧光体6的情况。用短时间点灭元件时，由于人的视觉是把合计的光量认为1发光，所以能借助脉冲次数、脉冲宽度(时间)、脉冲振幅的组合进行亮度的灰度控制。
作为具体例子，按最初的帧施加基准脉冲宽度(时间)的栅极电压，获得栅极电压与阳极电流Ia的关系数据，由此关系数据能决定脉冲次数、脉冲宽度(时间)、脉冲振幅的组合。或者，为对每个元件流过规定的阳极电流，决定可变电阻13的电阻值固定栅电压，为使多帧的已被积分的光量与亮度信号对应，也可以决定脉冲次数、脉冲宽度(时间)、脉冲振幅的组合。或者，也可以不控制栅电压(可变电阻13)，而由每个元件的发光性能决定脉冲次数、脉冲宽度(时间)、脉冲振幅的组合。脉冲次数、脉冲宽度(时间)能用开关GSW1～GSWn的开闭来控制。脉冲振幅能用栅电压(可变电阻13)来控制。
进而通过将M灰度的脉冲宽度调制和N灰度的脉冲振幅调制进行组合，能较简单地实现只用脉冲宽度调制或者只用脉冲振幅调制难以实现的多灰度亮度控制。例如使进行M＝16、N＝16的256灰度控制变得容易。也就是说，使M、N为任意整数，将与M灰度对应的脉冲宽度调制和与N灰度对应的脉冲振幅调制进行组合，则驱动电压脉冲成为包括M×N灰度信息的脉冲波形。
如上所述，如按照本实施例，由于将流到阳极5的阳极电流即到达阳极5的电子量反馈到驱动电压，所以能控制驱动电压使要求的电子量到达阳极5并冲击荧光体6。结果，能正确地将荧光体6的发光亮度控制在要求的亮度，能抑制所显示图象、影象的亮度不均和色调不均，进而也能进行正确的灰度控制，获得良好的图象质量。
下面对本发明的第2实施例进行说明。对与上述第1实施例相同的部给予相同的符号，省略其详细说明。
图6是模式地表示本实施例的电场发射型显示装置的构成的斜视图，图7是该装置的剖面图。本实施例是相对于所选择的一个阴极，向多个栅极施加驱动电压，从所选择的阴极上的多个发射体发射电子的实施例。
即使在本实施例，与上述第1实施例相同，多条线状阴极1-1～1-n和多条线状栅极3-1～3-n呈矩阵状相互正交。
而且在绝缘层4，在阴极1-1～1-n和栅极3-1～3-n交叉的部分(即象素)形成孔，在该孔内配置发射体2。各发射体2与阴极1-1～1-n电气连接。
在本实施例，阳极9-1～9-n作为相互分割多条线状成在透明基板8上。阳极9-1～9-n是在ITO(Indium Tin Oxide)中例示的透明电极。阳极9-1～9-n与栅极3-1～3-n平行，与阴极1-1～1-n正交。
图2示出本实施例的电场发射型显示装置的控制电路图。
在本实施例，与已被分割的多个阳极9-1～9-n分别对应地配置多个电流检测部11-1～11-n。各电流检测部11-1～11-n连接在各对应的阳极9-1～9-n与向该阳极9-1～9-n提供正电压的电源之间，通过接受来自发射体2的电子检测在各阳极9-1～9-n流动的各个阳极电流。这时，对阳极9-1～9-n提供电压的电源也可以共同使用一个。而在将电流检测部设置在电源与地之间的情况下必须各个独立的电源。
开关GSW1～GSWn分别连接在各栅极3-1～3-n和向这些栅极3-1～3-n提供正电压的电源之间。进而各可变电阻13-1～13-n分别连接在开关GSW1～GSWn和上述电源之间。各可变电阻13-1～13-n与上述第1实施例的可变电阻13结构相同。
与多个电流检测部11-1～11-n对应地配置多个驱动电压控制部12-1～12-n。各驱动电压控制部12-1～12-n接受用各个电流检测部11-1～11-n检出的阳极电流的输入。进而也从影象数据输出电路14接受要显示影象的亮度信号的输入。而且，各驱动电压控制部12-1～12-n接受这些输入，一边控制各可变电阻13-1～13-n的电阻值，一边控制开关GSW1～GSWn的接通/断开。
阴极控制器17根据来自影象数据输出电路14的信号使连接在各阴极1-1～1-n与接地电位之间的各开关CSW1～CSWn接通/断开。
下面对本实施例的电场发射型显示装置的控制方法进行说明。
在本实施例，选择阴极1-1～1-n中的一个(例如阴极1-1)后，为从该阴极1-1上的多个发射体2-1～2-n同时发射电子，选择多个栅极3-1～3-n。而且从多个发射体2-1～2-n发射的电子向各自相对的阳极9-1～9-n行进。
各电流检测部11-1～11-n检测流到各自对应的阳极9-1～9-n的阳极电流，即被从发射体2-1～2-n发射并到达阳极9-1～9-n的电子量反映的电流。而且，各自检测电流发送给对应的驱动电压控制部12-1～12-n。当电流检测部11-1～11-n处于高电位部时，与上述第1实施例相同，也存在电气绝缘发送的情况。
各驱动电压控制部12-1～12-n根据由对应的电流检测部11-1～11-n发送的检测电流与由影象数据输出电路14发送的应显示影象亮度信号的比较，控制施加在对应的栅极3-1～3-n与阴极1-1～1-n间的驱动电压。
在通过控制加到栅极3-1～3-n的电压值来控制阳极电流的情况下，与上述实施例1相同，控制可变电阻13-1～13-n。或者，在施加脉冲状驱动电压的情况下，可变电阻13-1～13-n的电阻值依旧是一定的即脉冲的振幅依旧是一定的，则借助开关GSW1～GSWn的开关控制也可以进行脉冲宽度调制、脉冲频率调制。进而与上述第1实施例相同，也可以进行使脉冲宽度调制和脉冲振幅调制组合的脉冲调制。
即使在本实施例，与上述第1实施例相同，由于将流到各阳极9-1～9-n的阳极电流即到达各阳极9-1～9-n的电子量反馈到驱动电压，能控制驱动电压使要求的电子量到达各阳极9-1～9-n并冲击荧光体6。结果，能将荧光体6的发光亮度正确地控制在要求的亮度，能抑制所显示图象或影象的亮度不均及色调不均，也进一步进行正确的灰度控制，获得良好的图象质量。
以上对本发明的各实施例进行了说明，当然本发明不限于此，能按照本发明的技术思想进行各种变形。
阳极的电子冲击面(荧光体形成面)不限于与阴极平行相对的结构，可以对阴极倾斜也可以与其垂直，也可以使从发射体发射的电子按所绘曲线的轨迹冲击到阳极。这时在栅极未必形成开口部。
在上述实施例，虽然按照已检出的阳极电流与亮度信号的比较控制驱动电压，但驱动电压控制部接受阳极电流目标值的输入，可以控制驱动电压使实际流过的阳极电流成为该目标值。
在上述实施例，在使阴极接地的状态，虽然控制加到栅极的正电压控制驱动电压，但在使栅极为一定的正电位的情况下，也可以控制加到阴极的负电压来控制驱动电压。在将该构成应用到上述第2实施例时，存在使各阳极的延伸方向对各阴极的延伸方向平行，将各栅极与它们正交设置的情况。因此，选择多条阴极、选择1条栅极，在从多个发射体同时发射电子时，能分别检测流到与各发射体对应的各阳极的电流，控制驱动电压。
在上述实施例虽然示出用阳极电流检测部11一边检测流到阳极5的电流Ia一边控制加到栅极3-1～3-n的栅电压的例子，但也可以事前对各元件输出虚拟的基准亮度信号，取得包括加到各栅极的电压与阳极电流Ia关系的数据。用驱动电压控制部12存储该数据，在接受实际亮度信号时，参照该数据可以控制施加必要的电压。
权利要求
1.一种电场发射型显示装置，其特征在于包括栅极；发射体，通过在与上述栅极之间施加驱动电压而发射电子；阳极，具有荧光体，该荧光体接受借助上述驱动电压从上述发射体发射的电子的冲击而发光；电流检测部，检测流过上述阳极的阳极电流；驱动电压控制部，根据上述电流检测部检测出的阳极电流控制上述驱动电压。
2.根据权利要求1所述的电场发射型显示装置，其特征在于上述驱动电压控制部接受应显示的影象亮度信号的输入，根据用上述电流检测部输出的阳极电流和上述亮度信号的比较，控制上述驱动电压。
3.一种电场发射型显示装置的控制方法，其特征在于包括将驱动电压加在栅极和发射体之间，从上述发射体发射电子的步骤；检测流到具有荧光体的阳极的阳极电流的步骤，所述荧光体接受从上述发射体发射的电子的冲击而发光；按照上述已检出的阳极电流控制上述驱动电压的步骤。
4.根据权利要求3所述的电场发射型显示装置的控制方法，其特征在于改变上述驱动电压的电压值控制上述驱动电压。
5.根据权利要求3所述的电场发射型显示装置的控制方法，其特征在于脉冲状施加上述驱动电压，使上述脉冲的振幅成为一定来进行脉冲调制，控制上述驱动电压。
6.根据权利要求3所述的电场发射型显示装置的控制方法，其特征在于脉冲状施加上述驱动电压，通过将上述脉冲的振幅调制和宽度调制组合后的脉冲调制，控制上述驱动电压。
7.根据权利要求3～6中所述的电场发射型显示装置的控制方法，其特征在于按照上述已检出的阳极电流与应显示影象亮度信号的比较控制上述驱动电压。
全文摘要
提供一种使从发射体发射并到达阳极的电子量(阳极电流)成为所要求的量并能控制驱动电压的电场发射型显示装置及其控制方法。它备有栅极(3)；通过施加到栅极(3)之间驱动电压发射电子的发射体(2)；有接受从发射体(2)发射的电子而发光的荧光体(6)的阳极(5)；检测流到阳极(5)的阳极电流的电流检测部(11)；和根据用电流检测部(11)检出的阳极电流，控制加到栅极(3)与发射体(2)之间的驱动电压的驱动电压控制部(12)。
文档编号G09G3/20GK101053007SQ2005800104
公开日2007年10月10日 申请日期2005年4月11日 优先权日2004年4月28日
发明者山川洋幸 申请人:株式会社爱发科