JP2003242911A

JP2003242911A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2003242911A
Application number: JP2002043356A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Murata; 弘貴村田; Koji Nishimura; 孝司西村; Yuji Haraguchi; 雄次原口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】放電によるダメージを低減可能な画像表示装置
を提供することにある。【解決手段】画像表示装置の前面基板２は、蛍光体層お
よび遮光層２２を含む蛍光面６と、蛍光面に重ねて設け
られた導電性薄膜からなるメタルバック層７とを有して
いる。前面基板と対向して配置された背面基板には、蛍
光面に向けて電子を放出する複数の電子放出素子が配置
されている。メタルバック層は、メタルバック層は複数
の領域に分割され、シート抵抗が１０Ω／□以上であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置に係
り、特に、電子放出素子を用いた平面型の画像表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、次世代の画像表示装置として、電
子放出素子（以下、エミッタと称する）を多数並べ、蛍
光面と対向配置させた平面型画像表示装置の開発が進め
られている。エミッタには様々な種類があるが、いずれ
も基本的には電界放出を用いており、これらのエミッタ
を用いた表示装置は、一般に、フィールド・エミッショ
ン・ディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）と呼ばれて
いる。ＦＥＤの内、表面伝導型エミッタを用いた表示装
置は、表面伝導型電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤ
と称する）とも呼ばれているが、本願においてはＳＥＤ
も含む総称としてＦＥＤという用語を用いる。

【０００３】ＦＥＤは、一般に、所定の隙間を置いて対
向配置された前面基板および背面基板を有し、これらの
基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部同士を互いに接
合することにより真空外囲器を構成している。真空容器
の内部は、真空度が１０^−４Ｐａ程度以下の高真空に維
持されている。また、背面基板および前面基板に加わる
大気圧荷重を支えるために、これらの基板の間には複数
の支持部材が配設されている。

【０００４】前面基板の内面には赤、青、緑の蛍光体層
を含む蛍光面が形成され、背面基板の内面には、蛍光体
を励起して発光させる電子を放出する多数のエミッタが
設けられている。また、多数の走査線および信号線がマ
トリックス状に形成され、各エミッタに接続されてい
る。

【０００５】蛍光面にはアノード電圧が印加され、エミ
ッタから出た電子ビームがアノード電圧により加速され
て蛍光面に衝突することにより、蛍光体が発光し映像が
表示される。

【０００６】このようなＦＥＤでは、前面基板と背面基
板との隙間を数ｍｍ以下に設定することができ、現在の
テレビやコンピュータのディスプレイとして使用されて
いる陰極線管（ＣＲＴ）と比較して、軽量化、薄型化を
達成することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
たＦＥＤにおいて、実用的な表示特性を得るためには、
通常の陰極線管と同様の蛍光体を用い、更に、蛍光体の
上にメタルバックと呼ばれるアルミ薄膜を形成した蛍光
面を用いることが必要となる。この場合、蛍光面に印加
するアノード電圧は最低でも数ｋＶ、できれば１０ｋＶ
以上にすることが望まれる。

【０００８】しかし、前面基板と背面基板との間の隙間
は、解像度や支持部材の特性などの観点からあまり大き
くすることはできず、１〜２ｍｍ程度に設定する必要が
ある。

【０００９】したがって、ＦＥＤでは、前面基板と背面
基板との小さい隙間に強電界が形成されることを避けら
れず、両基板間の放電（絶縁破壊）が問題となる。

【００１０】放電が起こると、瞬間的に１００Ａ以上の
電流が流れることがあり、エミッタや蛍光面の破壊ある
いは劣化、さらには駆動回路の破壊を引き起こす可能性
もある。これらをまとめて放電によるダメージと呼ぶこ
とにする。このような不良発生につながる放電は製品と
しては許容されない。したがって、ＦＥＤを実用化する
ためには、長期間に渡り、放電によるダメージが発生し
ないように構成しなければならない。しかしながら、放
電を長期間に渡って完全に抑制するのは非常に難しい。

【００１１】一方、放電が発生しないようにするのでは
なく、放電が起きてもエミッタヘの影響を無視できるよ
う、放電の規模を抑制するという対策も考えられる。こ
のような考え方に関連する技術として、例えば、特開２
０００−３１１６４２号公報には、蛍光面に設けられた
メタルバックに切り欠きを入れてジグザグなどのパター
ンを形成し、蛍光面の実効的なインダクタンス・抵抗を
高める技術が開示されている。しかし、さまざまに検討
を行った結果、この技術では、放電規模を小さくするこ
とはできても、その効果に限界があり、放電のダメージ
を長期間に渡って完全に抑制することは困難であること
がわかった。

【００１２】また、特開平１０−３２６５８３号公報に
は、メタルバックを分割する技術、さらに特開２０００
−２５１７９７号公報には、分割部での沿面放電を抑制
するために、分割部に導電性材料の被覆を設けるという
技術が開示されている。しかし、これらの技術によって
も放電ダメージを充分に抑制することは困難であった。

【００１３】本発明は、このような課題を解決するため
のものであり、その目的は、放電の規模を十分に小さく
し、エミッタや蛍光面の破壊、劣化や回路の破壊を防止
することが可能な画像表示装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の態様に係る画像表示装置は、蛍光体層およ
び遮光層を含む蛍光面と上記蛍光面に重ねて設けられた
導電性薄膜からなるメタルバック層とを有した前面基板
と、上記前面基板と対向して配置されているとともに、
上記蛍光面に向けて電子を放出する複数の電子放出素子
が配置された背面基板と、を備え、上記メタルバック層
は複数の領域に分割され、シート抵抗が１０Ω／□以上
に形成されている。

【００１５】また、この発明の他の態様に係る画像表示
装置は、蛍光体層および遮光層を含む蛍光面と上記蛍光
面に重ねて設けられた導電性薄膜からなるメタルバック
層とを有した前面基板と、上記前面基板と対向して配置
されているとともに、上記蛍光面に向けて電子を放出す
る複数の電子放出素子が配置された背面基板と、を備
え、上記メタルバック層は、所定の隙間を置いて並んだ
複数の直線部と、隣合う直線部の端部同士を連結した複
数の折返し部とを有したジグザグパターンに形成され、
上記メタルバック層のシート抵抗が１０Ω／□以上に形
成されている。

【００１６】上記構成の画像表示装置によれば、アノー
ド電圧を上げ、また、前面基板と背面基板との間のギャ
ップを小さくすることが可能となり、輝度や解像度など
の表示特性が向上した画像表示装置を得ることができ
る。また、アノード電圧が低いほど、蛍光体劣化が問題
となるが、上記のようにアノード電圧を高く設定可能で
あることから、蛍光体劣化を緩和し、製品の寿命を延ば
すことが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明を適用したＦＥＤの実施の形態について詳細に説明
する。図１および図２に示すように、このＦＥＤは、そ
れぞれ矩形状のガラスからなる前面基板２、および背面
基板１を備え、これらの基板は１〜２ｍｍの隙間を置い
て対向配置されている。そして、前面基板２および背面
基板１は、矩形枠状の側壁３を介して周縁部同士が接合
され、内部が１０^−４Ｐａ程度以下の高真空に維持され
た偏平な矩形状の真空外囲器４を構成している。

【００１８】前面基板２の内面には蛍光面６が形成され
ている。この蛍光面６は、後述するように、赤、緑、青
に発光する蛍光体層とマトリックス状の黒色遮光層とで
構成されている。蛍光体層はストライプ状あるいはドッ
ト状に形成されている。蛍光面６上には、アノード電極
として機能するメタルバック層７が形成されている。表
示動作時、メタルバック層７には所定のアノード電圧が
印加される。

【００１９】背面基板１の内面上には、蛍光体層を励起
する電子ビームを放出する多数の電子放出素子８が設け
られている。これらの電子放出素子８は、画素毎に対応
して複数列および複数行に配列されている。電子放出素
子は図示しないマトリックス配線により駆動される。

【００２０】また、背面基板１および前面基板２の間に
は、耐大気圧のため、板状あるいは柱状に形成された多
数のスペーサ１０が配置されている。蛍光面６にはメタ
ルバック層７を介してアノード電圧が印加され、電子放
出素子８から放出された電子ビームはアノード電圧によ
り加速され蛍光面６に衝突する。これにより、対応する
蛍光体層が発光し映像が表示される。

【００２１】次に、上記ＦＥＤにおける蛍光面６および
メタルバック層７について詳細に説明する。図３および
図４に示すように、前面基板２の内面に設けられた蛍光
面６は、黒色遮光層２２を有している。この黒色遮光層
２２は、例えば、所定の隙間を置いて平行に並んだ多数
のストライプ部２２ａおよび蛍光面６の周縁に沿って延
びた矩形枠部２２ｂで形成されている。また、蛍光面６
は、それぞれ黒色遮光層２２のストライプ部２２ａの間
に形成され赤、青、緑に発光する多数の蛍光体層Ｒ、
Ｇ、Ｂを有している。

【００２２】また、蛍光面６上に形成されたメタルバッ
ク層７は、抵抗性分割メタルバック層として形成されて
いる。すなわち、メタルバック層７は、黒色遮光層２２
のストライプ部２２ａと対向する位置で多数の分割領域
７ａに分割され、各分割領域７ａは黒色遮光層２２に対
応して細長いストライプ状に形成されている。そして、
高抵抗領域として機能するこれらの分割領域７ａは、蛍
光面６上において蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂに重ねて設けら
れ、所定の隙間をおいて互いに平行に延びている。これ
により、メタルバック層７の内、黒色遮光層２２と重な
る領域は隙間となり、黒色遮光層の大部分は露出してい
る。なお、必要に応じて、分割領域７ａ間の隙間７ｂに
別の材料層を形成してもよい。メタルバック層７は、こ
のメタルバック層に通電するための端子部３０を含んで
形成されている。

【００２３】メタルバック層７は蒸着等の薄膜プロセス
により形成される。この際、蛍光面６は凸凹を有してい
るため、メタルバック層７を蛍光面６に直接成膜をする
と、鏡面を形成することができない。そのため、ラッカ
ーなどにより平滑化処理を行った後、蒸着を行うという
方法が周知である。別の方法として、アルミニウムを蒸
着したシートを加熱転写する方法を用いることもでき
る。メタルバック層７の膜厚は、電子ビームの透過能や
膜強度を考慮すると、５０〜２００ｎｍ程度が好適であ
る。

【００２４】分断パターンを形成するには、成膜時にマ
スキングを行う方法や、分断していない膜を形成した
後、レーザーで分断する方法などを用いることができ
る。

【００２５】なお、メタルバック層という用語を用いて
いるが、本発明では、その材料は単純なメタル（金属）
に限定されるものではない。しかし、本実施の形態にお
ける説明では、便宜上、メタルバック層という用語を用
いている。

【００２６】本実施の形態においては、メタルバック層
７はアルミニウムよりも抵抗の高い材料からなる導電性
膜で形成される。アルミニウムの場合、シート抵抗は１
Ω／□程度以下であるが、本実施の形態においては１０
Ω／□以上に設定される。このための材料としては、ま
ずは、ニクロムなど抵抗の高い金属が候補となる。１０
０℃での体積抵抗率で比較すると、アルミニウムが３．
５５Ｅ−８Ω・ｍであるのに対し、ニクロムは１０８Ｅ
−８Ω・ｍであり、約３０倍である。したがって、シー
ト抵抗が１０Ω／□以上のメタルバックを実現すること
ができる。

【００２７】しかしながら、メタルバックとして使う場
合、ニクロムのような密度の大きい材料を用いると、電
子の透過量が減少するため、輝度の損失が大きくなる。
また、重い原子ほど電子の散乱量が増えるため、コント
ラストを低下させるという問題もある。このため、実用
上は、ニクロムのような金属を用いることは問題が多
い。検討の結果、密度が小さくかつ抵抗が高い合金は見
出すことができなかった。

【００２８】そこで、このような目的に合致した材料に
ついて検討を進めた結果、金属と絶縁物とが混在した膜
を用いるという可能性を見出した。このような膜はサー
メットとして周知のものであり、抵抗材料として工業用
に用いられてもいるが、それはＣｒ−ＳｉＯなど特定の
金属に限られており、既存の材料の中には今回の目的に
合致したものはなかった。今回の目的からすると、密度
の点から、アルミニウムをベースにするのが好適であ
る。そこで、アルミニウムとＡｌ_２Ｏ_３の混在膜につい
て実験を進めた結果、シート抵抗にして、１Ｅ３Ω／□
程度までのメタルバック層を形成できることがわかっ
た。これより高くしようとすると、急激に抵抗が高くな
り絶縁になってしまうため、安定して同じ抵抗の膜を形
成することはできないと思われた。

【００２９】放電効果を高める上で必要なシート抵抗に
ついては、理論的に導くことは困難なため、以下のよう
な実験により検討を行った。実験は、対角サイズが３６
インチのＳＥＤを用いて行った。メタルバック層を蒸着
する際にメタルマスクを用いることで、ピッチ約１．２
ｍｍで分断されたメタルバック層を形成した。黒色遮光
層２２の抵抗値を制御することで、分断されたメタルバ
ック間の抵抗は１０ｋΩになるようにした。メタルバッ
ク層のシート抵抗を１、３、１０、３０、１００Ω／
□、３００Ω／□と変えたＳＥＤを製作し、高圧を所定
の電圧より高めることで放電を引き起こし、その際の放
電ダメージの有無を評価した。放電は毎回同じものが起
こるわけではないので、１０回放電を起こし、そのうち
電子放出素子に放電ダメージがあった回数を放電ダメー
ジ指数とした。その結果を表１に示す。なお、蛍光面の
ダメージ、回路のダメージについては、メタルバック層
を分断することで既に放電規模がかなり小さくなってい
るため、いずれについても認められなかった。

【００３０】

【表１】

【００３１】このように、アルミニウムでは、放電ダメ
ージを完全には抑制できていなかったのが、シート抵抗
を１０Ω／□以上に高めることで、放電抑制効果が高ま
ることが確認できた。シート抵抗が１０Ω／□未満では
効果がない理由は、完全には説明できていないが、以下
のように考えられる。メタルバック層を分断した場合、
分断された短冊状のメタルバックの抵抗ＲＳは、ＲＳ＝ρｓ・Ｌ／ｄで表される。ここで、ρｓ、Ｌ、ｄはそれぞれメタルバ
ックのシート抵抗、長さ、幅である。今回の実験では、
Ｌ／ｄ＝２Ｅ３である。このため、ρｓ＝１０Ωの場
合、ＲＳ＝２０ｋΩとなる。

【００３２】電気回路的なシミュレーションによれば、
ＲＳが１０ｋΩ程度以下の場合、分断されたメタルバッ
クは、放電の時間スケールでは、ほぼ同電位であると扱
え、長さ方向の電位分布は非常に小さい。ＲＳが高くな
ると、放電時に、メタルバックの長さ方向にも電位分布
が発生するようになり、放電電流を抑制する機能が期待
できるようになる。今回の実験結果は、このような簡易
的な検討ともほぼ対応しており、シート抵抗が１０Ω／
□以上というのが放電抑制効果の点から必要なシート抵
抗であると判断できる。

【００３３】なお、今回の実験では、アルミニウムとＡ
ｌ_２Ｏ_３の混在膜で行ったが、絶縁材料としては、Ａｌ
_２Ｏ_３の他にＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２などさまざまなものを
用いることができる。金属についても、密度の点から、
アルミニウムが好適ではあるが、この他、チタンやその
他の金属を用いることが可能である。

【００３４】図５に示す第２の実施の形態によれば、メ
タルバック層７は、抵抗性パターン化メタルバック層と
して形成されている。すなわち、メタルバック層７は、
細長い帯状の導電性薄膜を蛇腹状に折り返してなるジグ
ザグパターンに形成されている。このジグザグパターン
は、所定の隙間をおいて互いに平行に延びた多数の細長
いストライプ状の直線部７ｃと、隣合う直線部の端部同
士を連結した複数の折返し部７ｄとを有している。

【００３５】高抵抗領域として機能する直線部７ｃおよ
び折返し部７ｄは、蛍光面６上において蛍光体層Ｒ、
Ｇ、Ｂに重ねて設けられている。メタルバック層７の
内、黒色遮光層２２と重なる領域は隙間となり、黒色遮
光層の大部分は露出している。

【００３６】本実施の形態において、メタルバック層７
は、アルミニウムよりも抵抗の高い材料からなる導電性
膜で形成される。アルミニウムの場合、シート抵抗は１
Ω／□程度以下であるが、本実施の形態においては１０
Ω／□以上に設定される。このための材料としては、第
１の実施の形態と同様、金属と絶縁材の混在膜を用いる
ことができる。

【００３７】本実施の形態においても、放電効果を高め
る上で必要なシート抵抗については、理論的に導くこと
は困難なため、以下のような実験により検討を行った。

【００３８】実験は、対角サイズが３６インチのＳＥＤ
を用いて行った。メタルバック層を蒸着する際にメタル
マスクを用いることで、ピッチ約１．２ｍｍでジグザグ
状に形成されたメタルバック層を形成した。黒色遮光層
２２の抵抗値を制御することで、分断されたメタルバッ
ク間の抵抗は２０ｋΩになるようにした。メタルバック
層のシート抵抗を１、３、１０、３０、１００Ω／□、
３００Ω／□と変えたＳＥＤを製作し、高圧を所定の電
圧より高めることで放電を引き起こし、その際の放電ダ
メージの有無を評価した。放電は毎回同じものが起こる
わけではないので、１０回放電を起こし、そのうちエミ
ッタに放電ダメージがあった回数を放電ダメージ指数と
した。その結果を表２に示す。なお、蛍光面のダメー
ジ、回路のダメージについては、メタルバック層を分断
していることで既に放電規模はかなり小さくなっている
ため、いずれについても認められなかった。

【００３９】

【表２】

【００４０】このように、アルミニウムでは、放電ダメ
ージを抑制できていなかったのが、１０Ω／□以上にシ
ート抵抗を高めることで、放電抑制効果が高まることが
確認できた。

【００４１】その他、この発明は上述した実施の形態に
限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能
である。例えば、各構成要素の寸法、材料等は、上述の
実施の形態で示した数値、材料に限定されることなく、
必要に応じて種々選択可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
前面基板と背面基板との間で放電が生じた場合でもその
際の放電電流を十分に抑制できるので、放電によるダメ
ージが発生しない画像表示装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係るＦＥＤを示す斜視
図。

【図２】図１の線Ａ−Ａに沿った上記ＦＥＤの断面図。

【図３】上記ＦＥＤにおける前面基板の蛍光面およびメ
タルバック層を示す平面図。

【図４】図３の線Ｂ−Ｂに沿った断面図。

【図５】この発明の第２の実施の形態に係るＦＥＤにお
ける前面基板の蛍光面およびメタルバック層を示す平面
図。

【符号の説明】

１…背面基板２…前面基板３…側壁４…真空外囲器６…蛍光面７…メタルバック７ａ…分割領域７ｂ…隙間７ｃ…直線部７ｄ…折返し部８…電子放出素子２２…黒色遮光層２２ａ…ストライプ部２２ｂ…枠状部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原口雄次埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２株式会社東芝深谷工場内Ｆターム(参考） 5C036 BB04 EE09 EG36 EH08 EH09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蛍光体層および遮光層を含む蛍光面と上記
蛍光面に重ねて設けられた導電性薄膜からなるメタルバ
ック層とを有した前面基板と、上記前面基板と対向して配置されているとともに、上記
蛍光面に向けて電子を放出する複数の電子放出素子が配
置された背面基板と、を備え、上記メタルバック層は複数の領域に分割され、上記メタルバック層のシート抵抗が１０Ω／□以上であ
ることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】蛍光体層および遮光層を含む蛍光面と上記
蛍光面に重ねて設けられた導電性薄膜からなるメタルバ
ック層とを有した前面基板と、上記前面基板と対向して配置されているとともに、上記
蛍光面に向けて電子を放出する複数の電子放出素子が配
置された背面基板と、を備え、上記メタルバック層は、所定の隙間を置いて並んだ複数
の直線部と、隣合う直線部の端部同士を連結した複数の
折返し部とを有したジグザグパターンに形成され、上記メタルバック層のシート抵抗が１０Ω／□以上であ
ることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】前記メタルバック層は、金属と絶縁物との
混在膜で形成されていることを特徴とする請求項１また
は２に記載の画像表示装置。