JP4594076B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

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。

近年、次世代の画像表示装置として、電子放出素子を多数並べ、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。電子放出素子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、これらの電子放出素子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、表面伝導型電子放出素子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。

ＦＥＤは、１〜２ｍｍ程度の狭いギャップ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、両基板間には複数のスペーサが設けられている。

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電子放出素子が設けられている。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、各電子放出素子に接続されている。蛍光面にはアノード電圧が印加され、電子放出素子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。

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。

しかし、前面基板と背面基板との間のギャップは、解像度やスペーサ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。したがって、ＦＥＤでは、前面基板と背面基板との小さいギャップに強電界が形成されることが避けられず、両基板間の放電が問題となる。

放電ダメージ抑制に関して何の対策も導入しないと、放電により電子放出素子、蛍光面、ドライバＩＣ、駆動回路の破壊や劣化が引き起こされる。これらをまとめて放電ダメージと呼ぶことにする。このようなダメージが起こる状況では、ＦＥＤを実用化するためには、長期間に渡り、放電が絶対に発生しないようにしなければならない。しかし、これを実現するのは非常に難しい。

そこで、万が一放電が起きても放電ダメージが発生しないか無視できるレベルに抑制できるように、放電電流を低減する対策が重要となる。このための技術として、メタルバックを分断する技術が公知である。なお、ＦＥＤの構成によってはメタルバックの上に真空度維持のためのゲッター層を形成することもある。この場合はゲッターも分断することが必要だが、以後、ゲッターの分断をも適宜含むものとして、便宜的にメタルバック分断や分断メタルバックという用語を用いる。

メタルバック分断には大きく分けて、１方向のみに分断し短冊状の分断メタルバックにする１次元分断と、２方向に分割し、アイランド状の分断メタルバックにする２次元分断とがある。２次元分断では１次元分断よりも放電電流を小さくすることが可能である。本発明は２次元分断に関するものであり、１次元分断についての公知例の例示は省略するが、その基本構成は特許文献１に開示されている。２次元分断については、特許文献１（実施例９）、特許文献２、特許文献３に開示がされている。

メタルバックを分断した場合、ビーム電流の経路を確保し輝度低下を許容レベルにすることと、放電時に分断したギャップ間に発生する電位差による放電を防ぐようにすることが必要である。これに関し、特許文献１、特許文献３では、分断メタルバック間に抵抗層を設ける構成が開示されている。また、特許文献２では、分断メタルバックをそれぞれ抵抗層を介して近傍まで延びた給電ラインに接続する構成が開示されている。なお、分断メタルバック間に抵抗層を設けることに関しては、２次元分断の実施例は例示されてはいないものの、特許文献４にも開示がされている。

上記のような構成のＳＥＤでは、真空度維持のため、メタルバックに重ねてゲッター膜を形成することがある。２次元分断においても、例えば特許文献５、特許文献６にあるような表面の凹凸を利用してゲッタ−膜を分断する技術を適用することが可能である。
特開平１０−３２６５８３号公報 特開２００１−２４３８９３号公報 特開２００４−１５８２３２号公報 特開２０００−２５１７９７号公報 特開２００３−０６８２３７号公報 特開２００４−３３５３４６号公報

ところが、このような薄膜分断層はその性質上、スペーサを当接させるにはふさわしくない。スペーサ当接部分には、平坦性が良く、スペーサ当接の圧力によっても破壊や剥離が無視できるレベルにできる高強度の膜が必要である。

１次元分断においては、スペーサ部は特別扱いとして薄膜分断膜を抜くことが可能であった。それでも、例えば全ラインで分断されていたメタルバックが局所的に２ラインつながった幅になるだけで済み、放電電流はわずかに増えるだけで済んだ。

ところが、２次元分断においては、このような方法を適用すると、スペーサラインだけ、１次元分断にならざるをえない。その場合、スペーサライン近傍では電流が大幅に大きくなってしまい、それが放電電流の制約になってしまい、２次元分断の効果が大きく損なわれてしまう。

このため、スペーサライン部でも２次元分断性を維持し、電流が増えないようにする技術が切望されていた。

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、２次元分断を適用した場合にスペーサラインでも２次元分断性を維持し、全領域で放電電流を低減できる技術を提供し、結果として、より高性能の画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、第１方向および第１方向と直交する第２方向にそれぞれ所定のピッチで並んで設けられた複数の蛍光体層および遮光層を含む蛍光面と、この蛍光面に重ねて設けられ、前記第１方向および第２方向に分断された分断メタルバック層と、この分断メタルバック層に重ねて設けられ、前記第１方向および第２方向に分断された分断ゲッター膜と、少なくとも前記分断メタルバックおよび分断ゲッターの第１方向および第２方向に延在する分断部に形成された薄膜分断層と、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、
前記前面基板および背面基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサと、を備え、
前記第１方向に延在する分断部に形成された薄膜分断層上に、前記第１方向に離散的にスペーサ当接層が設けられていて、該スペーサ当接層にスペーサが当接されている一方、前記スペーサ当接層の前記第２方向両端部が、前記第１方向に延在する分断部に形成された薄膜分断層の前記第２方向両側に位置した分断メタルバック層に重なっている画像表示装置を提供するものである。

本発明によれば、強度の弱い薄膜分断層に近接してスペーサ当接層を設けることで、２次元分断を適用した場合でもスペーサラインも含め２次元分断性を維持し、全領域で放電電流を低減できる技術を提供できる。結果として、より高性能の画像表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、この発明を適用したＦＥＤの実施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、ＦＥＤは、それぞれ矩形状のガラス板からなる前面基板１１、および背面基板１２を備え、これらの基板は１〜２ｍｍのギャップを置いて対向配置されている。前面基板１１および背面基板１２２は、矩形枠状の側壁１３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１０を構成している。側壁１３は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材２３により、前面基板１１の周縁部および背面基板１２の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。

前面基板１１の内面には蛍光面１５が形成されている。この蛍光面１５は、赤、緑、青に発光する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂとマトリックス状の遮光層１７とを有している。蛍光面１５上には、例えば、アルミニウムを主成分としアノード電極として機能するメタルバック層２０が形成されている。更に、メタルバック層２０に重ねてゲッター膜２２が形成されている。表示動作時、メタルバック層２０には所定のアノード電圧が印加される。蛍光面の詳細な構造は後述する。

背面基板の内面には、蛍光面１５の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起する電子放出源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の表面伝導型の電子放出素子１８が設けられている。これらの電子放出素子１８は、画素に対応して複数列および複数行に配列されている。各電子放出素子１８は、図示しない電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の素子電極等で構成されている。背面基板１２の内面上には、電子放出素子１８を駆動する多数本の配線２１がマトリック状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引出されている。

背面基板１２および前面基板１１の間には、これらの基板に作用する大気圧を支持するため、多数の細長い板状のスペーサ１４が配置されている。前面基板１１および背面基板１２の長手方向を第１方向Ｘ、これと直交する幅方向を第２方向Ｙとした場合、スペーサ１４はそれぞれ背面基板１２の第１方向Ｘに延びているとともに、第２方向Ｙに所定の間隔を置いて配設されている。

ＦＥＤにおいて、画像を表示する場合、メタルバック層２０を介して蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂにアノード電圧を印加し、電子放出素子１８から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光層へ衝突させる。これにより、対応する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂが励起されて発光し、カラー画像を表示する。

次に、前面基板１１の構成について詳細に説明する。図３に示すように、蛍光面１５は、赤、青、緑に発光する多数の矩形状の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを有している。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、第１方向Ｘに所定のギャップをおいて交互に繰り返し配列され、第２方向には同一色の蛍光体層が所定のギャップをおいて配列されている。第１方向Ｘのギャップは、第２方向Ｙのギャップよりも小さく設定されている。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、周知のスクリーン印刷やフォトリソグラフィーにより形成される。遮光層１７は、前面基板１１の周縁部に沿って延びた矩形枠部１７ａ、および矩形枠部の内側で蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの間をマトリックス状に延びたマトリックス部１７ｂを有している。

以後、寸法の目安のため、画素（３色の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂをまとめたもの）がピッチ６００μｍの矩形画素である場合を例にとり適宜数値を示す。
図４ないし図６に示すように、遮光層１７の上には、抵抗調整層３０が形成されている。抵抗調整層３０は、マトリックス部１７ｂの領域においては、それぞれ第１方向Ｘに隣合う蛍光体層間を第２方向Ｙに延びた複数の第１抵抗調整層３１Ｖと、それぞれ第２方向に隣合う蛍光体層間を第１方向Ｘに延びた複数の第２抵抗調整層３１Ｈとを有している。蛍光体層は第１方向ＸにＲ、Ｇ、Ｂと並んでいるため、第１抵抗調整層３１Ｖは、第２抵抗調整層３１Ｈよりも幅が狭くなっている。例えば、第１抵抗調整層３１Ｖの幅は４０μｍ、第２抵抗調整層３１Ｈの幅は３００μｍである。

抵抗調整層３０の上には、薄膜分断層３２が形成されている。薄膜分断層３２は、それぞれ抵抗調整層３０の第１抵抗調整層３１Ｖ上に形成された縦線部３３Ｖ、およびそれぞれ抵抗調整層３０の第２抵抗調整層３１Ｈ上に形成された横線部３３Ｈを有している。薄膜分断層３２は、表面が凸凹になるように適切な密度で分散された粒子とバインダとを含んで形成され、これにより、この後に蒸着などにより形成される薄膜が分断される。薄膜分断層３２を構成する粒子としては、蛍光体、シリカ等を用いることができる。薄膜分断層３２は、遮光層１７よりも少し細めに形成されており、数値例を示すと、薄膜分断層の横線部３３Ｈの幅は２６０μｍ、縦線部３３Ｖの幅は２０μｍとなっている。

薄膜分断層３２の形成後、メタルバック層２０を平滑に形成するためにラッカーなどによる平滑化処理が行われる。この平滑化のための膜は、メタルバック層２０が形成された後には、焼成により焼失する。この平滑化処理は基本的にはＣＲＴなどで周知のものである。なお、薄膜分断層３２の領域では、平滑化作用が失われるように、条件が制御される。

平滑化処理の後、蒸着等の薄膜形成プロセスにより、メタルバック層２０が形成される。これにより、薄膜分断層３２により第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに２次元分断された分断メタルバック層２０ａが形成される。分断メタルバック層２０ａは、それぞれ蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂに重なって位置している。この場合、分断メタルバック層２０ａ間のギャップは薄膜分断層３２の横線部３３Ｈおよび縦線部３３Ｖの幅とほぼ同じであり、第１方向Ｘには２０μｍ、第２方向Ｙには２６０μｍとなる。なお、図４において、図面の複雑化を避けるため、メタルバック層２０を省略して示している。

メタルバック層２０の上に重ねてゲッター膜２２が形成されている。ＦＥＤにおいては、長期に渡り真空度を確保するために、このように蛍光面にゲッター膜２２を形成することが必要になるケースがある。一般にゲッター膜２２は大気に暴露されると作用が失われてしまうため、前面基板１１と背面基板１２とを真空中で封着する際に蒸着等の薄膜プロセスにより形成する。メタルバック層２０の形成後も薄膜分断層の作用は失われていないため、ゲッター膜２２は、メタルバック層２０と同様のパターンで２次元分断され、分断ゲッター膜２２ａが形成される。ゲッター膜２２は一般に導電性の金属であるが、これにより、ゲッター膜２２を形成しても、蛍光面全体が導通してしまうことを避けることができる。

図４、図６および図７に示すように、複数のスペーサ１４の各々は、薄膜分断層３２の横線部３３Ｈと対向して配設されている。スペーサ１４と対向する各横線部３３Ｈ上には、複数のスペーサ当接層４０が形成されている。各スペーサ当接層４０は銀ペーストを印刷することにより形成されている。印刷の精度の面からあまり小さいサイズは形成できないので、スペーサ当接層４０の第２方向両端部は、横線部３３Ｈの第２方向両側に２つずつ位置した４つの蛍光体層、分断メタルバック層２０ａに僅かに重なっている。また、複数のスペーサ当接層４０は、第１方向Ｘに所定の隙間を置いて間欠的に設けられている。これにより局所的には４つの分断メタルバックが導通することになるが、これによる電流増大はわずかに抑えることができる。スペーサ当接層４０の上面は薄膜分断層３２の上面よりも背面基板１２側にあるように膜厚が調整されている。これにより、スペーサ１４は、薄膜分断層３２に直接、接触することなく、スペーサ当接層４０に当接して設けられている。

スペーサ当接層４０はスペーサとの接触性、帯電防止などの観点から、導電性であることが望ましいが、絶縁性のものを用いることも許容される。

スペーサ当接層４０の上面は全領域において薄膜分断層３２より背面基板１２側にあることが望ましいが、この関係が不完全であっても、例えば、一部の突出した点においては薄膜分断層３２の方が背面基板１２側にあるようになっていても、効果は期待できるので、上記上面についての規定は不可欠のものではない。

上記実施例では分断メタルバックの接続数は４つであるが、画素サイズや使用するプロセスによっては２つに抑えることもできるし、逆にもっと増やすことも可能である。なお、スペーサ当接層４０の端部が分断メタルバックと接続するようにしないと、小さなギャップが形成されることでそこでの放電が問題となり、望ましくない。しかし、これが致命的な問題になるとは限らず、接続することは不可欠ではない。したがって、一般には、薄膜分断層３２に近接して離散的にスペーサ当接層４０を適宜設けるようにすれば、本発明の効果は期待できる。

図２に示すように、前面基板１１上において、蛍光面１５の外側には、前面基板の各辺に沿って延びた共通給電ライン４１が形成されている。分断メタルバック層２０ａの内、最も外周側で第２方向Ｙに並んだ分断メタルバック層２０ａは、それぞれ第１方向Ｘに延びた図示しない接続抵抗を介して共通給電ライン４１に電気的に接続されている。最も外周側で第１方向Ｘに並んだ分断メタルバック層２０ａは、それぞれ第２方向Ｙに延びた図示しない接続抵抗を介して共通給電ライン４１に電気的に接続されている。共通給電ライン４１は、図示しない電源供給部に接続されている。そして、分断メタルバック層２０ａには、共通給電ライン４１および接続抵抗を介して所望のアノード電圧が印加される。

前面基板１１と背面基板１２との間に設けられた各スペーサ１４は、スペーサ当接層４０を介して薄膜分断層３２の横線部３３Ｈに当接している。そのため、スペーサ１４が薄膜分断層３２に直接、当接する場合に比較して、薄膜分断層３２の損傷および剥離を防止することができる。また、分断メタルバックが局所的に４つつながるだけにすることができるので、放電電流低減効果も維持することができる。

以上のような前面基板を用いて、表面伝導型の電子放出素子を用いたＦＥＤを作製して、放電ダメージの評価を行った。２次元分断において、スペーサラインの薄膜分断層３２を抜いた場合には、スペーサ近傍で放電が起きた場合には、１〜２ビットの電子源の欠陥が発生するケースがあったのに対し、本発明を適用した場合には、電子源の欠陥発生は認められなかった。かつ、スペーサ当接に伴う問題発生も認められなかった。参考のため、スペーサラインにも他の場所と同様に単純に薄膜分断層３２を形成した場合は、放電の多発傾向が認められた。分解調査を行ったところ、スペーサラインにおける薄膜分断層の破壊が認められ、破壊することで発生した粒子が放電の要因となっているものと認められた。

次に、この発明の第２の実施形態に係るＦＥＤについて説明する。図８に示すように、第２の実施形態によれば、複数のスペーサ当接層４０は、それぞれ抵抗調整層の第２抵抗調整層３１Ｈ上に形成され、第１方向Ｘに所定の間隔を置いて配列されている。薄膜分断層３２の横線部３３Ｈは、第１方向Ｘに隣り合うスペーサ当接層４０間で第２抵抗調整層３１Ｈ上に形成されている。各スペーサ当接層４０は薄膜分断層３２よりも厚く形成され、薄膜分断層を超えて背面基板１２側へ突出している。そして、スペーサ１４は、薄膜分断層３２の横線部３３Ｈに当接することなく、スペーサ当接層４０に当接している。

第２の実施形態において、ＦＥＤの他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
第２の実施形態によれば、各スペーサ１４はスペーサ当接層４０を介して第２抵抗調整層３１Ｈに当接している。そのため、スペーサ１４を介して薄膜分断層３２に押圧力が作用することを防止し、薄膜分断層の損傷および剥離を一層確実に防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
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。上述した実施形態において、複数のスペーサ当接層は、スペーサと対向する薄膜分断層の横線部のみに設ける構成としたが、これに限らず、全ての横線部にスペーサ当接層を設けても良い。更に、スペーサは板状に限らず、柱状のスペーサを用いても良い。

図１は、この発明の第１の実施形態に係るＦＥＤを示す斜視図。 図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った上記ＦＥＤの断面図。 図３は、上記ＦＥＤにおける前面基板の蛍光面を示す平面図。 図４は、前記ＦＥＤの蛍光面および抵抗調整層部分を拡大して示す平面図。 図５は、図４の線Ｂ−Ｂに沿った前面基板の断面図 図６は、図４の線Ｃ−Ｃに沿った前面基板およびスペーサの断面図。 図７は、図４の線Ｄ−Ｄに沿った前面基板およびスペーサの断面図。 図８は、この発明の第２の実施形態に係るＦＥＤの蛍光面等を示す断面図。

符号の説明

１１…前面基板、 １２…背面基板、 １５…蛍光面、 １７…遮光層、
１８…電子放出素子、 ２０…メタルバック層、 ２０ａ…分断メタルバック層、
２２…遮光層、 ３０…抵抗調整層、 ３１Ｖ…第１抵抗調整層、
３１Ｈ…第２抵抗調整層、 ３２…薄膜分断層、 ４０…スペーサ当接層、

Claims (5)

1. 第１方向および第１方向と直交する第２方向にそれぞれ所定のピッチで並んで設けられた複数の蛍光体層および遮光層を含む蛍光面と、この蛍光面に重ねて設けられ、前記第１方向および第２方向に分断された分断メタルバック層と、この分断メタルバック層に重ねて設けられ、前記第１方向および第２方向に分断された分断ゲッター膜と、少なくとも前記分断メタルバックおよび分断ゲッターの第１方向および第２方向に延在する分断部に形成された薄膜分断層と、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、
   前記前面基板および背面基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサと、を備え、
   前記第１方向に延在する分断部に形成された薄膜分断層上に、前記第１方向に離散的にスペーサ当接層が設けられていて、該スペーサ当接層にスペーサが当接されている一方、前記スペーサ当接層の前記第２方向両端部が、前記第１方向に延在する分断部に形成された薄膜分断層の前記第２方向両側に位置した分断メタルバック層に重なっている画像表示装置。
2. 前記スペーサ当接層の上面が、前記薄膜分断層の上面より前記背面基板側に位置している請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記スペーサ当接層の前記第２方向両端部は、前記第１方向に延在する分断部に形成された薄膜分断層の第２方向両側に２つずつ位置した４つの分断メタルバック層に重なって設けられている請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記スペーサ当接層は導電性を有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記各スペーサは細長い板状に形成され、前記第１方向に延びている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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