CN1324640C - 平面型显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种平面型显示装置，能够减少荧光体的充电电荷，可以容易高精度地配设间隔件。本发明的平面型显示装置包含：在绝缘性基板(10)上形成有发射电子的多个冷阴极元件(19)的背面基板(1)；和在与背面基板(1)对向配置的透光性基板(110)上形成有因从冷阴极元件(19)产生的电子束激励而发光的荧光体(111)的显示基板(101)；和框架部件(116)。此外，使由背面基板(1)和显示基板(101)和框架部件(116)包围的空间为真空环境气氛。而且，在显示基板(101)的透光性基板(110)上设置金属片(120)，该金属片矩阵状设置有将荧光体(111)内在而形成发光区域的多个微细孔(122)。
Description
技术领域
本发明涉及平面型显示装置。尤其是涉及作为把矩阵状配设有发射电子的多只冷阴极元件的电子源收容在气密容器内的平面型显示装置的场发射显示器(Field Emission Display)(以下记作“FED”)。
背景技术
众知作为FED用的发射电子元件有表面传导型发射元件(以下记作“SED型”)、场发射型元件(以下记作FE型)或金属/绝缘膜/金属型发射元件(以下记作“MIM型”)。在FE型内主要有用Mo等的金属或Si等半导体材料制作的薄膜(Spindt)型或以碳纳米管(CNT)作电子源的CNT型。关于SED型例如有特开2000-164129号公报所公开的，关于MIM型有例如特开2001-101965号公报或特开2001-243901号公报公开的。
本FED如例如特开2001-101965号公报的图21公开的所示，使在绝缘性基板上矩阵状配设有冷阴极元件的电子发射元件从而作为电子源的背面基板和在透光性基板上设置有因来自电子源的电子碰撞而发光的3原色R、G、B的荧光体的显示基板对置，在它们间的周边部上通过玻璃料等密封框架，使内部处于10-5～10-7torr程度的气密状态。
FED在上述背面基板和显示基板之间配置支持体(以下称为“间隔件”)，以便不因大气压而破坏。这样考虑其配置位置，以便间隔件不妨碍从电子发射元件到达荧光体的电子轨道。作为其配置位置可以列举在R、G、B的荧光体之间设置的条纹状的黑底(black matrix)内。关于，R、G、B荧光体和黑底的配置例，例如在特开2000-306510号公报上公开。
作为在FED用的间隔件，例如记载在SID 97 Digest(1997 Societyfor Information Display International Symposium Digest of TechnicalPapers Vol.28，(1997))pp.52-55上。在该文献上记载的平面型显示装置是10英寸240×240×3色像素(1像素由1组R、G、B色像素构成)，成为配置28个40×3×0.2mm间隔件的构造。此外，背面侧基板和显示侧基板之间的间隔为3mm，间隔件厚度为0.2mm，宽厚比为15。色像素间距为0.65×0.29mm，与色像素间距比较，间隔件宽度处于更大的状况。
为了容易安装间隔件，在发明者等申请的特开2000-294170号公报上公开有如下的技术：在背面基板或显示基板上设置与间隔件形状符合一致的凹部，安装间隔件，以便与该凹部符合一致。
FED由于从冷阴极来的电子碰撞在荧光体上而发光，所以存在因充电电荷产生带电的荧光体发光特性变差的问题。因此，为了防止荧光体发光特性的变差，减少荧光体充电电荷是必要的。
在背面基板上，例如如专利文献2(特开2001-101965号公报)所公开的那样，矩阵状配置多个电子发射元件，此外，也形成连接各电子发射元件间的总线配线层。因此，避开这些，跨过多个像素之间，确保用于设置上述凹部的间隔是困难的。在特开2000-294170号公报上没有谈到这些。
发明内容
本发明是鉴于上述任务而完成的，其目的是提供减少荧光体的充电电荷，而且可以容易地配设精度好的间隔件的平面型显示装置。
为了达到上述目的，本发明的特征是在显示基板的透光性基板上设置矩阵状形成有多个孔(微细孔)的金属片。该孔将荧光体存在于内，形成发光区域(即像素)。由于上述金属片具有导电性，所以荧光体的充电电荷经与该荧光体接触的上述微细孔的壁面导向金属片侧。因此，根据本发明的构成，可以降低荧光体带电，减少荧光体的发光特性的变差。
上述显示基板取在上述透光性基板上固定上述金属片的固定层为低熔点的玻璃层，也可以取上述金属片和上述透光性基板和上述玻璃层各自具有大体相同的热膨胀系数。根据这样的构成，则可以降低在上述金属片和前述透光性基板和前述玻璃层之间产生的热畸变的影响。
此外，优选取上述金属片的上述透光性基板侧的面为大体黑色。据此，以金属片的黑色面作为黑底，不降低对比度，可以高精度且容易地装配支持体。为了作成黑色，取前述金属片为Fe-Ni合金，进行黑化处理或者也可以涂布黑色颜料。
此外，也可以在上述金属片上形成用于保持间隔件的凹部。所谓保持包含容易实现保持定位。据此，因为可以把前述间隔件插入金属片凹部内而配设，所以可以高精度且容易地装配间隔件。
附图说明
图1是示出本发明一实施方式的平面型显示装置的概略构成图；
图2是将图1的A部放大后的细节图；
图3是金属片的俯视图；
图4是设置有凹部的金属片一例的俯视图；
图5是设置有凹部的金属片的另外一例的俯视图。
具体实施方式
边参照附图，边说明本发明的优选实施方式。
以下，用图1～图5详细说明本发明的平面型显示装置的实施例。图1是示出本发明一实施例的平面型显示装置的概略构成图。图2是将图1的A部放大后的细节图。图3是金属片的俯视图。图4是设置有凹部的金属片一例的俯视图。图5是设置有凹部的金属片的另外一例的俯视图。在所有图上，对各图共用部分附加同一符号，省略该部分的重复说明。
本发明的平面型显示装置包含在绝缘性基板上形成有发射电子的多个冷阴极元件的背面基板、和在与背面基板对向配置的透光性基板上形成有利用来自冷阴极元件的电子束而激励发光的荧光体的显示基板、和框架部件。而且，将由背面基板和显示基板和框架部件包围的空间作成真空环境气氛。显示基板包含透光性基板，在该透光性基板上设置具有矩阵状形成有多个孔的导电性的片。此外，上述多个孔将荧光体存在于内，形成发光区域(像素)。此外，由于该孔的直径是微小的，所以在以下称之为“微细孔”。
由于在以下用金属构成的片作为具有上述导电性的片为例说明本发明的实施例，所以把该具有导电性的片称为“金属片”。可是，如果是具有导电性的片，由于存在于微细孔内的荧光体有引入带电电荷的作用，所以不消说即使用不是金属制的具有导电性的片的构成，也包含在本发明的范围内。
首先，说明实施方式1。图1是示出本发明一实施方式的平面型显示装置的概略构成图。在图1，显示基板101包含透过光的玻璃等的透光性基板110、和具有矩阵状(2维状)排列的多个微细孔122的薄金属片120、和在透光性基板110上固定金属片120的低熔点固定层112、和在金属片120的微细孔122内涂布而存在于内的荧光体111、和在金属片120上例如蒸发形成的铝(Al)的金属敷层114。
在金属片120上与用于布老恩管(CRT)的阴罩同样，矩阵状形成多个微细孔122，用该微细孔作为涂布荧光体111的孔。此外，为了防止外光反射，防止对比度降低，使金属片120的透光性基板110侧的面作成大体黑色作为黑底121。接着，在背面基板1侧，设置用于形成处处插入间隔件30的空洼或槽等的凹部123。
背面基板1例如由玻璃等绝缘基板10和在绝缘性基板10上形成多个电子发射元件作为电子源的阴极电子发射元件形成层19构成。
平面型显示装置通过间隔件30支持显示基板101和背面基板1，在框架116用玻璃料115密封显示基板101和背面基板1的周边，使内部处于10-5～10-7torr程度的气密状态。
这样一来，金属片120与彩色电视用布老恩管(CRT)中作为色选掩模用的阴罩同样地形成。即，金属片120在Fe-Ni系合金的极低碳钢薄板上通过蚀刻矩阵状形成多个微细孔122，在钢的再结晶温度以下的450～470℃，在氧化性环境气氛，施以10～20分钟的热处理，实现表面的黑化处理。据此，关于制造金属片方面可以原封不动地利用制造现有的阴罩的设备。
金属片120的片厚用20～250μm。片厚的下限的选取原则是：比其更薄的钢板在商业上的需求少，此外，如后述所示地，因为荧光体111的层厚大体取10～20μm程度，所以取比20μm厚。此外，Fe-Ni系合金的极低碳素钢薄板的价格高，比其更厚的钢板在商业上的需求又少，或者考虑价格优选250μm以下。
此外，通过从背面基板1的电子发射元件产生的电子束激励存在于微细孔122内的荧光体111，从荧光体111产生的次级电子漏入邻接的微细孔122内，担心激励存在于邻接的微细孔122内的荧光体111而发光。因此，如果取微细孔122的高度，即金属片的厚度比荧光体111的层厚度更大，则产生的次级电子被微细孔122的内壁(内壁的黑色氧化膜被除去，内壁面导电。细节后述)或被金属敷层114吸收。因此可以使上述次级电子不漏入邻接的微细孔122内，减少荧光体的充电电荷。
由于金属片120表面经黑化处理，是绝缘性的黑色氧化膜，所以透光性基板110侧的面可以用作黑底121。可是，为了除去荧光体充电电荷，此外，为了保持金属敷层和导电性，例如通过喷砂除去微细孔122的内面和背面基板1侧的面上的黑色氧化膜。据此，在金属片120的微细孔122的内面和背面基板1侧的面上可以保持导电性。
在透光性基板110上通过低熔点(500℃以下)的固定层112固定经过这样处理的金属片120。作为固定层112的固定部件例如用作为低熔点玻璃的玻璃料(frit glass)涂布在透光性基板110上，粘接金属片120，在450～470℃下进行热处理，烧结。作为固定部件，除此之外，可以用作为液体状玻璃前驱体的聚硅氨烷。用它也可以在120℃以上的温度下烧结固定。
固定层的光学特性不限于透明。例如在CRT等，根据现有方式对前屏材料用对透光性有一定限制的玻璃，谋求提高对比度。因此，即使在本发明，透光性基板也是透明的，通过由对透光性有一定限制的玻璃层构成固定层，也可获得与CRT同样地提高对比度的效果。玻璃可以根据现有方式利用在CRT实施的装置等容易完成。
因为在透光性基板110上经固定层112固定，为了减轻与透光性基板110之间热膨胀系数差引起的热畸变，金属片120希望具有与透光性基板110同等程度的热膨胀系数。用玻璃作为透光性基板110时，玻璃的热膨胀系数为38-90×10-7/℃(30-300℃)左右，作为以Fe-Ni为主的合金的金属片120的热膨胀系数通过改变含镍(Ni)量作成相同程度是可能的。例如，用热膨胀系数48×10-7/℃的硼硅酸玻璃作为透光性基板110时，如果取Fe-42％Ni合金的金属片120，则可以使其热膨胀系数具有大体相同的程度。
从同样的观点出发，希望固定层也具有与透光性基板110相同程度的热膨胀系数。因此，如上述所示，作为固定部件，使用例如具有与玻璃材料的透光性基板相同程度热膨胀系数的玻璃料。
为了减轻热畸变，希望金属片120具有与透光性基板110相同程度的热膨胀系数，然而因为玻璃材料的透光性基板及固定层的拉伸应力小，所以使金属片120的热膨胀系数比透光性基板110、固定层112的热膨胀系数稍大，在实际使用时也可以在透光性基板、固定层上加压缩应力。
在这里，根据上述实施例，金属片预先设置多个微细孔，实施表面黑化处理后，通过固定层在透光性基板上固定，然而，不限于该过程。例如也可以把预先在氧化性环境气氛中经热处理对表面黑化处理的金属片通过固定层在透光性基板上固定后，通过蚀刻形成多个微细孔。根据这样的工艺过程，不仅提供与先前的实施例情况相同的功能，而且在透光性基板上固定金属片时由于没有微光细孔，使处理变得容易，具有使固定效率变好的效果。
如上述所示，在通过作为玻璃层的固定层112把金属片120在透光性基板110上固定之后，在微细孔122处分别涂布大体10～20μm程度的红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的荧光体。而且，在其上成膜后，例如真空蒸着30～200nm左右铝的金属敷层114。金属敷层114除去荧光体111的带电，此外，把荧光体111发出的光反射向前面，同时，加上用于对从电子发射元件产生的电子加速的加速电压(阳极电压)(即金属敷层114作为加速电极(阳极)起作用)。当然，有必要使从电子发射元件产生的电子充分透过，从这点出发，把金属敷层的厚度设定在上述范围内。作为其厚度，大体70nm程度是合适的。
图2是对图1的A部加以放大的细节图。在图2，在金属片120的微细孔122的截面上，在与透光性基板110侧相反侧的背面基板侧的两表面侧上在微细孔122的壁面作成R的倒角。据此，如果没有拐角，没有电场集中，则不引起放电。此外，如前所述，例如金属片120的微细孔122内面和金属片120的背面基板侧通过喷砂除去绝缘性的黑色氧化膜。据此，因为在荧光体111上充电的电荷或在荧光体111上产生的次级电子向金属片120和金属敷层114移动，所以可以防止荧光体带电。
金属片120的厚度比荧光体111层的厚度还厚20μm以上，此外，微细孔122的内面通过喷砂形成微细凹凸。因此，在涂布荧光体111之际，通过微细的凹凸形成很好浸润性，荧光体111从透光性基板110侧看成为平滑曲面的大体U字形(底部约100μm、侧部约20μm程度)。即使在微细孔122内部也可以良好地形成金属敷层114，难以剥离，具有提高紧贴性的效果。
图3是金属片的俯视图。在图3，金属片120包含矩阵状(2维)设置的多个微细孔122。因此，通过在微细孔122涂布而存在于其内的荧光体发光，形成像素。图3(a)示出微细孔122是圆形微细孔122a的情况。因为在微细孔122内部涂布荧光体，使像素形状与微细孔122的孔形状一致。像素形状，即微细孔122的形状不限定于圆形，与布老恩管的情况同样地也可以是图3(b)所示的长圆形、图3(c)所示的四角形、或图3(d)所示在四角的各角部作成圆形(即在2角部倒角的)四角形。在图3，124是对准标志，细节所述。
在本发明，如图1所示，金属片120在与设置有黑底121的面相反侧面上，在不干扰微细孔122的位置上设置多个凹部123。凹部123从透光性基板110侧看，处于黑底121的区域内，即使在该凹部内插入配置间隔件30，也不必担心对从背面基板1到达荧光休111的电子束轨道的影响。在本发明，凹部123的深度取金属片厚度大体1/2的10～125μm。
图4和图5是为了在图3(a)所示的圆形微细孔(与像素对应)之间的黑底区域的对面配置间隔件30而设置有凹部的金属片一例的俯视图。在这里，为了使图简略化，画面由5行×3像素(1像素由发R光、G光、B光的3色像素构成)构成的。可是，在实际上，不消说在金属片的全体上设置多个为承受大气压而配置足够多的间隔件用的凹部123。
在图4和图5，可以把间隔件30插入该凹部123内，使间隔件30的装配变得容易。配置间隔件30的精度由形成凹部123的精度确定，然而因为与微细孔同样，凹部通过蚀刻形成，所以可以高精度形成。因此，可以使间隔件30相对背面基板1高精度地配置在预定位置上。此外，在金属片120的4角与微细孔122同样地蚀刻例如十字形对准标志124。通常，例如用微型机械自动地进行间隔件30的装配的方案可以降低成本，然而，在本例用对准标志124作定位标志，具有能够自动配置的效果。在这里，4角上设置对准标准124，然而并不限于此。例如，不消说也可以更多地设置对准标志124。当然不消说，凹部123的形状与插入的间隔件30端面形状应当相似。
图4(a)示出为了在纸面左右方向配置平板形状的间隔件而设置的凹部一例。为了配置平板形状的间隔件30，在纸面左右方向设置细长的四角形(长方形)凹部123a。为了承受加在平面型显示装置上的大气压，多个间隔件是必要的。为此，也设置多个插入间隔件的凹部123a。当然，不消说也可以在纸面上下方向上设置凹部。
在图4(b)，梯子状地设置凹部123b。与该凹部123b对应的间隔件(未图示)是在相互对置的平行的2枚第一平板之间接合相互平行的4枚(当然，不限于4枚)的第二平板的。即第一平板和第二平板相互正交接合，形成梯形构造的间隔件。这样的梯形构造的间隔件的支持力比图4(a)所示的更高。
在图5(a)，在纸面上下方向和左右方向的2方向上设置十字形凹部123。与该凹部123c对应的间隔件(未图示)是使平板2枚相互正交，为十字形组合。在图5(a)只在图的一部分上设置十字形凹部123c，然而在实际上为了配置能够充分承受大气压的间隔件，不消说在金属片全体上设置多个凹部123c。
在图5(b)，为了配置圆柱状的间隔件(未图示)，设置圆形凹部123d。当然，在图5(b)不仅圆柱状间隔件(未图示)，而且也可以是在纸面左右方向长的长圆形或者在纸面上下方向长的长圆形的间隔件(未图示)。在这种情况下，凹部成为长圆形的形状。此外，间隔件也可以是四角柱或其4个角部取倒角R的四角柱的形状。这时的凹部成为四角形或有倒角R的四角形。
如以上所述，根据本发明其构成是这样的，在薄的金属片上形成多个微细孔，利用该微细孔而涂布荧光体。此外，用该金属片的形成有黑色氧化膜一方的面作为提高对比度的黑底，在对向的另一方的面上设置多个凹部，把间隔件插入这些凹部而配置。据此，不降低对比度，可以高精度而且容易装配间隔件。
在上述的本发明的实施方式，把用Fe-Ni系合金的极低碳钢薄板进行黑化处理的金属片120在透光性基板110上固定期间，在透光性基板110上涂布固定部件。可是，本发明不限于此。例如也可以在不施加黑化处理的金属片120上涂布混合黑色颜料而作成黑色的固定部件，从而与透光性基板110固定。即，在未施加黑化处理的金属片120上包含黑色颜料，以玻璃、陶瓷或氧化铝等作为主体的耐热性粘接剂，避开微细孔122而进行印刷，固定透光性基板110。这时，也同时形成黑底121。这样一来，也可以不施加金属片的黑化处理，可以省略通过微细孔122的内壁和形成金属敷层的另外面的喷砂而除去黑色氧化膜的工序，可是在粘接剂溢出微细孔时，有必要通过喷砂等除去溢出的粘接剂。此外，因为具有微细孔的金属片薄而多孔，所以担心在处理时因自重而弯曲。因此，在金属片的状态下用上述耐热粘接剂与上述透光性基板固定，其后，通过蚀刻形成矩阵状微细孔等。通过这类工序，可以防止因金属片在透光性基板上固定时的处理而产生的金属片弯曲。其中，有必要通过蚀刻或喷砂除去形成微细孔后的粘接剂。
如以上说明所示，根据本发明，可以减少荧光体的充电电荷，而且可以得到能够容易、高精度地配设间隔件的平面型显示装置。
Claims (19)
1.一种平面型显示装置，其特征在于，包含：
背面基板，包括：绝缘性基板、和配置在所述绝缘性基板上用于发射电子的多个冷阴极元件；
显示基板，包括：与所述背面基板对向配置的透光性基板、配置在所述透光性基板上并受到所述多个冷阴极元件产生的电子束激励后发光的荧光体；
边缘框架部件，插入到所述背面基板及所述显示基板之间，使由所述边缘框架部件、所述背面基板和所述显示基板包围的空间为真空密闭；
金属片，设置在所述透光性基板的表面上、面向所述背面基板，形成有多个孔，每一个孔对应于所述多个冷阴极元件之一；和
金属敷层，适于被施加阳极电压以将所述电子从所述多个冷阴极元件引导向所述金属片，
其中，所述多个孔的每一个中设置有一个对应的所述荧光体，所述金属片的厚度比位于所述多个孔内的所述荧光体的厚度大，
所述显示基板还具有把所述金属片固定在所述透光性基板上的固定层。
2.根据权利要求1所述的平面型显示装置，其特征在于，所述金属片是在所述透光性基板上通过固定层将所述金属片固定之后形成所述多个孔。
3.根据权利要求1所述的平面型显示装置，其特征在于，所述固定层是以玻璃、陶瓷、和氧化铝之一作主成份的层。
4.根据权利要求1所述的平面型显示装置，其特征在于，所述金属片和所述透光性基板和所述固定层具有相同的热膨胀系数。
5.根据权利要求1所述的平面型显示装置，其特征在于，所述金属片具有20μm到250μm的均匀厚度。
6.根据权利要求1所述的平面型显示装置，其特征在于，所述金属片由以Fe-Ni为主的合金构成。
7.根据权利要求1所述的平面型显示装置，其特征在于，所述孔的截面为圆形。
8.根据权利要求1所述的平面型显示装置，其特征在于，所述金属片的所述透光性基板侧的面是黑色的。
9.根据权利要求1所述的平面型显示装置，其特征在于，所述多个孔的内壁具有电传导性。
10.根据权利要求1所述的平面型显示装置，其特征在于，所述荧光体的截面呈U字形。
11.根据权利要求1所述的平面型显示装置，其特征在于，所述金属片在其面向所述背面基板的一侧设置有所述金属敷层。
12.根据权利要求1所述的平面型显示装置，其特征在于，还具有用于维持所述背面基板和所述显示基板之间间隔的间隔件，所述金属片设置有用于保持所述间隔件的凹部。
13.一种显示装置，包含：
背面基板，设置有用于发射电子的多个冷阴极元件；
显示基板，包含与所述背面基板对向配置的透光性基板；
导电性片，设置在所述透光性基板上的与所述背面基板相对的面上；和
金属敷层，适于被施加阳极电压以将所述电子从所述多个冷阴极元件引导向所述导电性片，所述金属敷层配置在所述导电性片的面向所述背面基板的一侧，
其特征在于，
所述导电性片形成有多个孔，每一个孔对应于所述多个冷阴极元件之一，所述多个孔的每一个中设置了荧光体，该荧光体被从所述多个冷阴极元件发出的所述电子激励后发光，所述导电性片的厚度比配置于所述多个孔内的所述荧光体的厚度大，
所述显示基板还具有把所述导电性片固定在所述透光性基板上的固定层。
14.一种显示装置，包含：
背面基板，设置有用于发射电子的多个冷阴极元件；
显示基板，包含与所述背面基板对向配置的透光性基板；
黑色片，配置在所述透光性基板的面向所述背面基板的面上；和
金属敷层，适于被施加阳极电压以将所述电子从所述多个冷阴极元件引导向所述黑色片，
其特征在于，
所述黑色片形成有多个孔，每一个孔对应于所述多个冷阴极元件之一，所述多个孔的每一个中设置了荧光体，该荧光体被从所述多个冷阴极元件发出的所述电子激励后发光，所述黑色片的厚度比配置于所述多个孔内的所述荧光体的厚度大，
所述显示基板还具有把所述黑色片固定在所述透光性基板上的固定层，
所述黑色片具有导电性。
15.根据权利要求14所述的平面型显示装置，其特征在于，所述金属敷层配置在所述黑色片的面向所述背面基板的一侧。
16.根据权利要求14所述的平面型显示装置，其特征在于，所述黑色片由金属制成。
17.一种显示装置，包含：
背面基板，设置有用于发射电子的多个冷阴极元件；
显示基板，包含与所述背面基板对向配置的透光性基板；
插入到所述背面基板和显示基板之间，用于保持所述背面基板和所述显示基板之间间隔的间隔件；
导电性片，设置在所述透光性基板的与所述背面基板相对的面上；和
金属敷层，适于被施加阳极电压以将所述电子从所述多个冷阴极元件引导向所述导电性片，
所述导电性片形成有多个孔，每一个孔对应于所述多个冷阴极元件之一，所述多个孔的每一个中设置了荧光体，该荧光体被从所述多个冷阴极元件发出的所述电子激励后发光，而且在所述导电性片的不与所述多个孔干扰的位置上配置有用于保持所述间隔件的凹部
所述导电性片的厚度比配置于所述多个孔内的所述荧光体的厚度大。
18.根据权利要求17所述的平面型显示装置，其特征在于，
所述导电性片是金属片。
19.根据权利要求17所述的平面型显示装置，其特征在于，
所述导电性片是黑色片。
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