JP2004071294A

JP2004071294A - 画像表示装置およびその製造方法

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Publication number: JP2004071294A
Application number: JP2002227502A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Orimoto; 折本　芳樹; Hiromasa Mitani; 三谷　浩正; Koji Nishimura; 西村　孝司
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】長期間に渡って高い表示性能を維持可能な画像表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】真空外囲器１０は、対向配置された前面基板１１および背面基板１２を有している。前面基板には蛍光体スクリーン１５が形成され、背面基板上には、蛍光体スクリーンに向けて電子を放出する複数の電子放出素子１８が設けられている。蛍光体スクリーンは、複数色隙間を置いて形成された蛍光体層１６と蛍光体層の間に形成された黒色遮光層１７と、を有し、また、黒色遮光層および各蛍光体層の発光領域を除く端縁部に重ねてゲッタ膜２２が形成されている。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置、特に、対向配置された前面基板および背面基板を備えた画像表示装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、陰極線管（以下、ＣＲＴと称する）に代わる次世代の軽量、薄型の表示装置として様々な平面型の画像表示装置が注目されている。例えば、放電現象による蛍光体の発光を利用したプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）や、主として電界による電子放出を利用したフィールド・エミッション・ディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）が知られている。
【０００３】
これらの画像表示装置は、基本構成として、所定の間隔をおいて対向配置された前面基板および背面基板を備え、これらの基板は周辺部を互いに接合することにより外囲器を構成している。そして、これらの画像表示装置は、前面基板と対向基板と背面基板との間の空間、すなわち外囲器内部を高い真空度に維持することで良好な画像表示を可能としている。
【０００４】
長期間に渡って外囲器内を高真空度に維持するため、外囲器内にはガスを吸着するゲッタ材が設けられ重要な役割を果たしている。従来、ゲッタ材のガス吸着特性を向上させるため、真空処理装置内でゲッタ材を前面基板または背面基板の内面、あるいはその他の構造物に蒸着し、両基板を真空中で封着して外囲器を形成する方法が提案されている。
【０００５】
特開平８−２２７８５号公報には、非表示部へゲッタ被着することで装置内部を高真空に維持し、表示の安定化を図る技術が開示されている。しかしながら、この場合、装置内部の高真空を長期にわたり維持し、更なる輝度寿命の安定維持を計るためには、ゲッタ被着量をふやす必要がある。
【０００６】
また、外囲器内の真空雰囲気を改善する目的から、ゲッタ膜を前面基板の全面に形成する構成や、前面基板に形成された蛍光体層上に重ねてゲッタ膜を形成する構成が提案されている。ゲッタ膜をより広い面積に形成することで、良好なガス吸着特性を得ることができ、画面周辺部にのみゲッタ膜を形成する場合と比較して画像表示装置の寿命を大幅に延ばすことが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子線によって発光する蛍光体層上にゲッタ膜を設けた場合、発光効率が低下し、輝度の低下から良好な表示性能を得ることが困難となる。また、輝度の低下を避けるためにゲッタ材の使用量を減らすことも可能であるが、この場合、表示性能は改善されるものの、ゲッタ膜による充分なガス吸着を行うことが困難となる。そのため、画像表示装置を構成する外囲器内の真空度が短時間で悪化し、長期間に渡って高い表示性能を維持することが困難となっていた。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、長期間に渡って高い表示性能を維持可能な画像表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の態様に係る画像表示装置は、対向配置された前面基板および背面基板を有し、内部が真空に排気された真空外囲器と、複数色隙間を置いて形成された蛍光体層と蛍光体層の間に形成された黒色遮光層と、を有し上記前面基板の内面に設けられた蛍光体スクリーンと、上記黒色遮光層および各蛍光体層の発光領域を除く端縁部に重ねて上記前面基板の内面に形成されたゲッタ膜と、上記背面基板の内面上に設けられ、それぞれ上記蛍光体層に向けて電子を放出する複数の電子放出素子と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
また、この発明の他の態様に係る画像表示装置の製造方法は、複数色隙間を置いて形成された蛍光体層と蛍光体層の間に形成された黒色遮光層とを有する蛍光体スクリーンが設けられた前面基板と、および前面基板に対向配置されているとともに蛍光体スクリーンに向けて電子を放出する複数の電子放出素子が設けられた背面基板と、を有する真空外囲器を具備した画像表示装置の製造方法において、
蛍光体スクリーンが設けられた前面基板を真空雰囲気中に配置し、真空雰囲気中でゲッタ材を加熱して蒸発させ、上記黒色遮光層および各蛍光体層の発光領域を除く端縁部に重ねてゲッタ膜を形成し、真空雰囲気中で、上記ゲッタ膜の形成された前面基板および電子放出素子が設けられた上記背面基板を互いに封着して上記真空外囲器を形成することを特徴としている。
【００１１】
上記のように構成された画像表示装置およびその製造方法によれば、ゲッタ膜を蛍光体スクリーンの非発光部に重ねて、つまり、黒色遮光層および各蛍光体層の電子線の当たらない領域に形成している。そのため、ゲッタ膜の表面積を充分に確保し、ゲッタ膜のガス吸着機能を充分に発揮することができる。また、ゲッタ膜は蛍光体スクリーンの非発光部のみに重ねて形成されているため、蛍光体層の発光効率を低下させることがなく、高輝度の画像表示装置を実現することができる。従って、長期間に渡って高い表示性能を維持可能な画像表示装置を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る画像表示装置およびその製造方法について詳細に説明する。ここでは、画像表示装置として、表面伝導型の電子放出素子を備えたＦＥＤを例にとって説明する。
【００１３】
図１および図２に示すように、ＦＥＤは、絶縁基板として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１〜３ｍｍの隙間を置いて対向配置されている。そして、前面基板１１および背面基板１２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^−７Ｔｏｒｒ程度の真空状態に維持された扁平な矩形状の真空外囲器１０を構成している。
【００１４】
真空外囲器１０の内部には、前面基板１１および背面基板１２に加わる大気圧荷重を支えるため、複数のスペーサ１４が設けられている。スペーサ１４としては、板状あるいは柱状のスペーサ等を用いることができる。
【００１５】
図２および図３に示すように、前面基板１１の内面上には、画像表示面として蛍光体スクリーン１５が形成されている。この蛍光体スクリーン１５は、マトリックス状に形成された黒色遮光層１７と、それぞれ黒色遮光層の間に形成されたドット状の赤、緑、青の蛍光体層１６とを有している。なお、黒色遮光層１７および蛍光体層１６はそれぞれストライプ状に形成してもよい。
【００１６】
蛍光体スクリーン１５上には、アルミニウム膜等からなるメタルバック２０が全面に渡って形成されている。更に、メタルバックに重ねてゲッタ膜２２が形成されている。ゲッタ膜２２はマトリックス状に形成され、蛍光体スクリーン１５の非発光部に重ねて、すなわち、黒色遮光層１７および蛍光体層１６の周縁部で電子ビームの当たらない領域に重ねて設けられている。
【００１７】
ここで、各蛍光体層１６の周縁部で電子ビームの当たらない領域とは、例えば、蛍光体層の周縁部から約２０μｍまでの範囲を言う。これらの領域は電子ビームが当たらないため発光せず、画像表示の輝度には影響を与えない。また、ゲッタ膜２２は約５００Å以上の膜厚に形成されている。
【００１８】
図１および図２に示すように、背面基板１２の内面上には、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６を励起する電子源として、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、画素毎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。また、背面基板１２の内面には、電子放出素子１８に電位を供給する多数本の配線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。
【００１９】
このようなＦＥＤでは、画像を表示する場合、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０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体スクリーンへ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６が励起されて発光し、カラー画像を表示する。
【００２０】
次に、上記のように構成されたＦＥＤの製造方法について説明する。図４に示すように、ＦＥＤの製造に用いる製造装置は、真空処理槽で構成された真空チャンバ３０を備え、この真空チャンバには、内部を１０^−５Ｐａ程度の高真空に排気する排気ポンプ３２が接続されている。
【００２１】
真空チャンバ３０内の下部にはステージ３４が設けられ、このステージ上に、被処理部材としての前面基板１１が載置されている。また、真空チャンバ３０内の上部にはゲッタ装置３６が設けられ、ステージ３４と対向している。ゲッタ装置３６は、下方に向かって開口したほぼ箱状のカバー３８と、カバー３８内の天井壁に取り付けたれたゲッタ材４０と、を備えている。更に、ゲッタ装置３６は、ゲッタ材４０を加熱する加熱機構４２を備えている。加熱機構４２としては、高周波加熱方式あるいは抵抗加熱方式の加熱機構を用いることができる。
【００２２】
ゲッタ材４０としては、例えば、ＢａＡｌ_４粉末とＮｉ粉末との熱反応でＢａを真空蒸着する反応型ゲッタを用いることができる。カバー３８はガラスなどの絶縁体で形成され、高周波が印加されないよう工夫している。
【００２３】
次に、上記製造装置により前面基板１１にゲッタ膜２２を形成する方法について説明する。この場合、予め、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０が形成された前面基板１１を用意しておく。また、メタルバック２０上には、前述したマトリックス状のゲッタ膜を形成するための図示しないマスクを形成しておく。この際、マスクは、各蛍光体層１６の周縁部を除いた部分、つまり、発光領域を覆うように形成する。
【００２４】
続いて、図３に示すように、排気ポンプ３２により真空チャンバ３０内を所望の真空度まで真空排気する。その後、真空チャンバ３０内に前面基板１１を搬入し、メタルバック２０側の表面全体がゲッタ装置３６と対向するように配置する。なお、前面基板１１およびゲッタ材４０については、予め所定温度に加熱して脱ガス処理を行っておくことが望ましい。
【００２５】
次に、真空チャンバ３０内で、図示しない処理電極等を用いて前面基板１１の耐圧処理を行った後、加熱機構４５によりゲッタ材４０をその蒸発温度以上の温度まで加熱して蒸発させ、前面基板１１のメタルバック２０上に真空蒸着する。これにより、メタルバック２０およびマスクに重ねてゲッタ膜２２が形成される。その後、前面基板１１上のマスクを除去することにより、マトリックス状のゲッタ膜２２が得られる。
【００２６】
一方、配線２１および電子放出素子１８等が形成されているとともに側壁１３が封着された背面基板１２を用意しておく。そして、前面基板１１を真空雰囲気中に維持したまま、同一の真空チャンバ３０内あるいは別の真空チャンバ内で前面基板１１と背面基板１２とを側壁１３を介して封着する。これにより、ＦＥＤが得られる。
【００２７】
上記のように構成されたＦＥＤを動作させて表示特性を評価した。その結果、以下の表１に示す通り、蛍光体スクリーンの全面を覆うようにゲッタ膜を形成したＦＥＤと比較して、本実施の形態に係るＦＥＤは大幅に輝度が向上した。また、ＦＥＤの動作を継続し、ライフ１００００Ｈｒ以上経過した時点で再度表示特性を評価した。その結果、輝度は初期値からの劣化は見られず、良好な表示性能を維持することができた。
【００２８】
【表１】

【００２９】
以上のように構成されたＦＥＤおよびその製造方法によれば、前面基板１１に設けられたゲッタ膜２２は、マトリックス状に形成され蛍光体スクリーン１５の非発光部に重ねて、つまり、黒色遮光層１７および蛍光体層の電子ビームの当たらない領域に重なるように限定して形成されている。そのため、ゲッタ膜２２の表面積を充分に確保し、ゲッタ膜のガス吸着機能を充分に発揮することができる。また、ゲッタ膜２２は蛍光体スクリーン１５の非発光部のみに重ねて形成されているため、蛍光体層の発光効率を低下させることがなく、高輝度のＦＥＤを実現することができる。更に、ゲッタ膜は任意の厚さに形成することが可能であり、外囲器内を長時間に渡って良好な真空雰囲気に維持可能な量のゲッタを使用することができる。従って、長期間に渡って高い表示性能を維持可能なＦＥＤを得ることができる。
【００３０】
なお、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。また、蛍光体スクリーンの蛍光体層および黒色遮光層をそれぞれストライプ形状とした場合、これに対応して、ゲッタ膜もストライプ状に形成され、黒色遮光層および各蛍光体層の電子ビームの当たらない周縁部に重ねて設けられる。この場合においても、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ゲッタ材による輝度の低下を招くことなく、長期間に渡って高い表示性能を維持可能な画像表示装置およびその製造方法を提供することにある。
【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】メタルバックを省略した状態の上記ＦＥＤの蛍光体スクリーンおよびゲッタ膜を拡大して示す平面図。
【図４】上記ＦＥＤの製造に用いる製造装置を示す断面図。
【符号の説明】
１０…真空外囲器
１１…前面基板
１２…背面基板
１３…側壁
１５…蛍光体スクリーン
１６…蛍光体層
１７…黒色遮光層
１８…電子放出素子
２０…メタルバック
２２…ゲッタ膜
３０…真空チャンバ
４０…ゲッタ材
４２…加熱機構

Claims

対向配置された前面基板および背面基板を有し、内部が真空に排気された真空外囲器と、
複数色隙間を置いて形成された蛍光体層と蛍光体層の間に形成された黒色遮光層と、を有し上記前面基板の内面に設けられた蛍光体スクリーンと、
上記黒色遮光層および各蛍光体層の発光領域を除く端縁部に重ねて上記前面基板の内面に形成されたゲッタ膜と、
上記背面基板の内面上に設けられ、それぞれ上記蛍光体層に向けて電子を放出する複数の電子放出素子と、
を備えた画像表示装置。
上記黒色遮光層およびゲッタ膜はそれぞれマトリックス状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
上記蛍光体スクリーンのほぼ全面に重ねて形成されたメタルバックを備え、上記ゲッタ膜は上記メタルバックに重ねて設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
複数色隙間を置いて形成された蛍光体層と蛍光体層の間に形成された黒色遮光層とを有する蛍光体スクリーンが設けられた前面基板と、および前面基板に対向配置されているとともに蛍光体スクリーンに向けて電子を放出する複数の電子放出素子が設けられた背面基板と、を有する真空外囲器を具備した画像表示装置の製造方法において、
蛍光体スクリーンが設けられた前面基板を真空雰囲気中に配置し、
真空雰囲気中でゲッタ材を加熱して蒸発させ、上記黒色遮光層および各蛍光体層の発光領域を除く端縁部に重ねてゲッタ膜を形成し、
真空雰囲気中で、上記ゲッタ膜の形成された前面基板および電子放出素子が設けられた上記背面基板を互いに封着して上記真空外囲器を形成することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
上記ゲッタ材として、反応型ゲッタを使用することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置の製造方法。
上記蛍光体スクリーンにおける各蛍光体層の発光領域をマスクにより覆った状態で、上記蛍光体スクリーン上にゲッタ膜を形成し、上記マスクを除去した後、上記前面基板と背面基板とを封着することを特徴とする請求項３又は４に記載の画像表示装置の製造方法。