JP2000228158A

JP2000228158A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2000228158A
Application number: JP11030816A
Authority: JP
Inventors: Takashi Enomoto; 貴志榎本; Koji Nishimura; 孝司西村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】蛍光体スクリーンと電子放出素子との間の絶
縁性を保ち、かつ支持部材近傍における電子ビームの蛍
光体スクリーン到達位置のずれが発生しない画像表示装
置を提供することは困難であった。【解決手段】支持部材１１は金属材料からなる部分１
２と、ガラスからなる部分１３との２種類の材料からな
り、支持部材１１の金属材料からなる部分１２は、端面
１５が蛍光体スクリーン９の黒色光吸収層１０の位置に
当接するように接合され、ガラス材料からなる部分１３
は端面１６がシリコン基板１側の黒色光吸収層に対向す
る位置６に接合した構造となっている。したがって、蛍
光体スクリーン９と電子放出素子５との間の絶縁性を保
ち、かつ支持部材近傍における電子ビームの蛍光体スク
リーン到達位置のずれが発生しない画像表示装置を構成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は平坦な表示部を持
つ画像表示装置に係り、特に複数の電子放出素子を有す
る画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高品位放送用あるいはこれに伴う
高解像度の画像表示装置が望まれており、そのスクリー
ン表示性能については一段と厳しい性能が要望されてい
る。これら要望を達成するためにはスクリーン面の平坦
化、高解像度化が必須であり、同時に軽量・薄型化も図
らねばならない。

【０００３】従来、上記要望を達成する画像表示装置と
して図１１に示すようなものが知られている。この画像
表示装置においては、シリコン基板３１上に多数のキャ
ビティ３２を有する二酸化シリコン膜３３が形成されて
おり、この二酸化シリコン膜３３上にはモリブデンやニ
オブ等からなるゲート電極３４が形成されているととも
に、キャビティ３２の内部のシリコン基板３１上にはモ
リブデンのコーン状の電子放出素子３５が形成されてい
る。そして、ガラスからなる透明基板３６がシリコン基
板３１と平行に対向配置して真空外囲器３７が形成され
る。この透明基板３６の電子放出素子３５と対向する面
には蛍光体スクリーン３８が形成されている。さらにシ
リコン基板３１とガラスからなる透明基板３６に加わる
大気圧荷重を支えるために、これら基板の間には支持部
材３９が配設されている。この画像表示装置では、多数
の電子放出素子から放出される電子ビームが蛍光体スク
リーンに照射されて蛍光体スクリーンが発光することに
より画像を形成する。

【０００４】上記構造の画像表示装置では、電子放出素
子の大きさがマイクロメートルオーダーのサイズであ
り、シリコン基板と透明基板の間隔をミリメートルのオ
ーダーにすることができる。このため、現在テレビやコ
ンピューターディスプレイとして使用されている陰極線
管などと比較して、高解像度化、軽量化、薄型化を達成
することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような構造の画
像表示装置では、蛍光体スクリーンと電子放出素子との
間の絶縁性を保つために、支持部材はガラスなどの絶縁
性材料とする必要がある。

【０００６】しかしながら、支持部材を絶縁性材料とし
た場合、支持部材近傍では電子ビームの到達位置が蛍光
体スクリーンの所望の位置からずれ、輝度低下やホワイ
トユニフォーミティの劣化を引き起こす場合があるとい
う問題がある。

【０００７】これは、真空外囲器内部の残留ガスに電子
ビームが衝突するなどの原因で発生したイオンや２次電
子が支持部材に衝突して支持部材表面が帯電し、不所望
の電界を生じるためと考えられる。

【０００８】本発明はこの点に鑑みてなされたものであ
り、蛍光体スクリーンと電子放出素子との間の絶縁性を
保ち、かつ支持部材近傍における電子ビームの蛍光体ス
クリーン到達位置のずれが発生しない画像表示装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は基板上に形成さ
れた複数の電子放出素子と、前記基板に対向して設けら
れ前記電子放出素子から放出された電子ビームにより発
光する蛍光体スクリーンが形成された透明基板と、前記
基板と前記透明基板との間に配置された支持部材と、を
備えた画像表示装置において、前記支持部材を少なくと
も前記透明基板に連続する導電性部と前記導電性部に連
続する絶縁性部とから構成した。

【００１０】また、前記電子放出素子は複数種類の配置
間隔を有し、前記支持部材と前記支持部材に最も近い前
記電子放出素子との間隔が、前記支持部材と支持部材の
間の中間部における電子放出素子間の間隔よりも広いよ
うに配置した構成とした。

【００１１】このような構成の画像表示装置において
は、絶縁性材料の支持部材にイオンや２次電子が衝突し
て支持部材が帯電し不所望の電界が生じても、電子ビー
ムの軌道は支持部材から離れているため、この不所望の
電界による影響はほとんど生じない。また、導電性の支
持部材による電界分布によって電子ビームが偏向される
ため、電子放出素子の間隔が一定でなくとも蛍光体スク
リーンにおける到達位置間隔は一定となる。さらに、導
電性材料の支持部材にイオンや２次電子が衝突しても電
界に影響は生じないので、蛍光体スクリーンの近くで電
子ビームの軌道がずれることはない。以上により、蛍光
体スクリーンと電子放出素子との間の絶縁性を保ち、か
つ支持部材近傍における電子ビームの蛍光体スクリーン
到達位置のずれが発生せずホワイトユニフォーミティが
良好な画像表示装置を構成することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明を
実施例に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明におけ
る第１の実施例に係わる画像表示装置を示す断面図であ
る。その円内の拡大図を図１（ｂ）に示す。この図に示
すように、本実施例においては縦１２０ｍｍ、横１５０
ｍｍ、厚さ１ｍｍの導電性の平坦なシリコンからなる基
板１上に、キャビティ２を有する２酸化シリコンの絶縁
膜３が形成されている。この絶縁膜３上には、モリブデ
ンからなるゲート電極４が形成されている。キャビティ
２の内部の基板１上には、マイクロチップからなる電子
放出素子５が形成されている。そして、これらの多数の
電子放出素子５によりカソードアレイが形成されてい
る。なお、後述するように、支持部材が接合される位置
６には電子放出素子を形成せず、フリットガラスを塗布
することができるようになっている。

【００１３】また、カソードアレイが形成されたシリコ
ン基板１に対向して、縦１２０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚
さ１．１ｍｍの板ガラスからなる透明基板７が側壁８を
介してシリコン基板１と平行に対向配置されている。こ
の透明基板７の電子放出素子５と対向する面には蛍光体
スクリーン９が形成されている。本実施例の場合、蛍光
体スクリーンは縦９３ｍｍ、横１２１ｍｍの大きさに形
成され、図２に示すように水平方向に所定間隔離れて並
列配置されたストライプ状の黒色光吸収層１０と、この
黒色光吸収層の間に赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの３色に発光する
ストライプ状の蛍光体層と、これらの上に蒸着されたア
ルミニウム層（図示せず）とを有している。

【００１４】さらにシリコン基板１と透明基板７に加わ
る大気圧荷重を支えるために、これら基板１，７の間に
は支持部材１１が配設されている。この大気圧支持部材
１１は長さ１００ｍｍ、高さ２．０ｍｍ、厚さ５０μｍ
の大きさのものを所定間隔で配設する。この支持部材
は、鉄、鉄−ニッケル、鉄−ニッケル−コバルト合金な
ど、金属材料からなる長さ１００ｍｍ、高さ０．８ｍ
ｍ、厚さ５０μｍの大きさの導電性部１２と、ガラスか
らなる長さ１００ｍｍ、高さ１．２ｍｍ、厚さ５０μｍ
の大きさの絶縁性部１３と、の２種類の材料からなり、
これら支持部材１１の端面１４を陽極接合、フリット封
着接合などの方法によって接合した構造となっている。
このような構造とすることにより、金属材料からなる支
持部材１１の導電性部１２は蛍光体スクリーン９と電気
的に接続し、蛍光体スクリーン９と支持部材１１の導電
性部１２とは同電位となる。

【００１５】支持部材１１の金属材料側は、端面１５が
蛍光体スクリーン９の黒色光吸収層１０の位置に当接す
るように接合され、ガラス材料側は端面１６がシリコン
基板１側の黒色光吸収層に対向する位置６に接合され
る。このように支持部材を配置することにより、画像を
再生したとき支持部材が前面から見えることはない。

【００１６】次に、上述のように構成された画像表示装
置の製造方法について説明する。まずシリコン基板上に
例えば熱酸化法やＣＶＤ法あるいはスパッタリング法に
より２酸化シリコン膜の絶縁膜を形成した後、この絶縁
膜上に、例えばスパッタリング法や電子ビーム蒸着法に
よりモリブデンやニオブなどのゲート電極形成用の金属
膜を形成する。

【００１７】次に、この金属膜上に、形成すべきゲート
電極に対応した形状のレジストパターン（図示せず）を
リソグラフィーにより形成する。このレジストパターン
をマスクとして金属膜をウエットエッチング法またはド
ライエッチング法によりエッチングする事によってゲー
ト電極を形成する。

【００１８】この後、レジストパターン及びゲート電極
をマスクとして絶縁膜をウェットエッチングまたはドラ
イエッチング法によりエッチングして、キャビティを形
成する。

【００１９】そして、レジストパターンを除去した後、
基板表面に対して所定角度傾斜した方向から電子ビーム
蒸着を行う事により、ゲート電極上に例えばアルミニウ
ムやニッケルからなる剥離層を形成する。この後、基板
表面に対して垂直な方向からカソード形成用の材料とし
て例えばモリブデンを電子ビーム蒸着法により蒸着す
る。これによって、キャビティの内部のシリコン基板上
に電子放出素子が形成される。次に、剥離層をその上に
形成された金属膜とともにリフトオフ法により除去す
る。

【００２０】次に、板ガラスの片面に、黒色光吸収層お
よび赤、緑、青の３色に発光するストライプ状の蛍光体
層を、カラー陰極線管の蛍光体塗布方法と同様の方法に
よって形成する。さらにアルミニウムを蒸着してメタル
バック層を形成する。

【００２１】次に、あらかじめ所定の形状に形成してお
いたガラスからなる支持部材の端面にフリットガラスを
塗布して、別途所定の形状に形成しておいた金属からな
る支持部材を接合する。

【００２２】そして、上述のシリコン基板側の支持部材
を接合する位置にあらかじめフリットガラスを塗布し、
支持部材のガラス側端面を位置決め治具によって位置決
めして焼成し接合する。

【００２３】このとき同時に側壁も位置決めしてフリッ
トガラスによりシリコン基板に接合する。次に、蛍光体
スクリーンを形成したガラス基板を位置決めして接合
し、側壁に設けた排気管（図示せず）から内部を排気し
封止して画像表示装置を形成する。

【００２４】本実施例における画像表示装置の動作につ
いて説明する。映像信号は、単純マトリツクス方式に形
成された電子放出素子とゲート電極に入力される。電子
放出素子を基準に考えた時、ゲート電圧は最も輝度の高
い状態の時＋１００Ｖが印加される。蛍光体スクリーン
部には＋６ｋＶが印加される。電子放出素子から放出さ
れる電子ビームの大きさはゲート電極の電圧により変調
され、この電子ビームが蛍光体スクリーンを発光させて
画像を形成する。

【００２５】本実施例における電子放出素子は、図１
（ｂ）に示すように、支持部材１１に最も近い電子放出
素子５ａと支持部材１１との間隔が、他の電子放出素子
同士の間隔と比べて最も広くなっている。この電子放出
素子５ａとその隣りの電子放出素子５ｂとの間隔は他の
電子放出素子同士の間隔と比べて最も狭くなっており、
さらにその隣の電子放出素子５ｃ、５ｄ、５ｅへとなる
に従って徐々にその間隔が広くなるように形成されてい
る。そして、所定の電子放出素子からはその間隔が一定
となるように形成されている。このとき、上述のように
蛍光体スクリーンと支持部材の導電性部は同電位である
から、電界分布２０が図３に示すようになり、電子ビー
ム２１に対してレンズとして作用する。したがって、電
子ビーム２１は蛍光体スクリーンに近づくと同図に示す
ように偏向され、上述の配置間隔に形成されている電子
放出素子から放出された電子ビームは、蛍光体スクリー
ン状では等間隔となるように照射される。このような構
造とすることにより、支持部材が絶縁性の材料である位
置においては電子ビームの軌道を支持部材から充分離す
ことができる。したがって、絶縁性の支持部材が帯電し
て不所望の電界分布が生じても電子ビームには影響が出
ず、蛍光体スクリーン到達位置のずれが発生することは
ない。

【００２６】なお、上記実施例では支持部材を金属とガ
ラスの２種類の材料から構成したが、本発明はこれに限
らず、支持部材を単一の絶縁性材料から形成してその表
面に導電性材料を取り付けまたはコーティングする構成
としてもよい。

【００２７】図４は本発明における第２の実施例に関わ
る画像表示装置を示す断面図である。本実施例において
は、支持部材１１は長さ１００ｍｍ、高さ２．０ｍｍ、
厚さ５０μｍの大きさのガラスからなり、それぞれの端
面が蛍光体スクリーン９の黒色光吸収層１０の位置およ
びシリコン基板１側の黒色光吸収層に対向する位置６に
接合されている。そして、支持部材の表面には従来の陰
極線管において使用されているものと同じ導電性ダグ２
２が高さ１．２〜２．０ｍｍ（長さ０．８ｍｍ）にわた
って塗布されている。この導電性ダグ２２は蛍光体スク
リーン９と電気的に連続しており、同電位となる。他の
部分については第１の実施例と同一の構成であり、同一
の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略す
る。このような構成の画像表示装置においても、電界分
布２０は第１の実施例と同様に図３に示すようになり、
この電界分布は電子ビーム２１に対してレンズとして作
用する。したがって、電子ビーム２１は蛍光体スクリー
ンに近づくと同図に示すように偏向され、第１の実施例
と同様の効果を得ることができる。

【００２８】また、上記実施例では支持部材を透明基板
に連続する導電性部と基板に連続する絶縁性部とから構
成したが、本発明はこれに限らず、蛍光体スクリーンと
電子放出素子との間の絶縁性を保つことができ、かつ電
界レンズを発生させることができるような他の支持部材
１１の構成を選択することも可能である。図５は本発明
における第３の実施例に関わる画像表示装置を示す断面
図であり、支持部材１１を図５に示すように透明基板７
に当接する導電性部２３と基板１に当接する導電性部２
４とこれら２つの導電性部２３，２４にはさまれた絶縁
性部２５により構成してもよい。この場合においても、
電界レンズを発生させて電子ビームを偏向させることが
可能であるとともに、支持部材表面が帯電して不所望の
電界を生じさせる領域が狭いのでより好ましい効果を得
ることができる。

【００２９】また、図６は本発明における第４の実施例
に関わる画像表示装置を示す断面図であり、支持部材１
１を図６に示すように、単一の絶縁性材料２６から形成
して、その表面に透明基板７と電気的に接続する第１の
導電性材料２７を取り付けまたはコーティングし、基板
１と電気的に接続する第２の導電性材料２８を取り付け
またはコーティングし、第１の導電性材料２７と第２の
導電性材料２８との間を絶縁させておく構成としてもよ
い。

【００３０】なお、上記実施例では導電性部および絶縁
性部を支持部材に設けて支持部材により電界レンズを発
生させたが、本発明はこれに限らず、支持部材の周囲に
導電性部または絶縁性部を設けて電界レンズを発生させ
るような構成を選択することも可能である。

【００３１】図７は本発明における第５の実施例に関わ
る画像表示装置を示す断面図である。本実施例における
支持部材１１は、長さ１００ｍｍ、高さ２．０ｍｍ、厚
さ５０μｍの大きさのガラスからなり、それぞれの端面
が蛍光体スクリーン９の黒色光吸収層１０の位置および
シリコン基板１側の黒色光吸収層に対向する位置６に接
合されている。そして、蛍光体スクリーン側の支持部材
１１の周囲には、鉄、鉄−ニッケル、鉄−ニッケル−コ
バルト合金など、金属材料からなる導電性リング２９が
高さ１．２〜２．０ｍｍ（長さ０．８ｍｍ）にわたって
取り付けられている。この導電性リング２９は蛍光体ス
クリーン９と電気的に連続しており、同電位となる。他
の部分については第１の実施例と同一の構成であり、同
一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略
する。このような構成の画像表示装置においても、電界
分布２０は第１の実施例と同様に図３に示すようにな
り、この電界分布は電子ビーム２１に対してレンズとし
て作用する。したがって、電子ビーム２１は蛍光体スク
リーンに近づくと同図に示すように偏向され、第１の実
施例と同様の効果を得ることができる。

【００３２】さらに、図８は本発明における第６の実施
例に関わる画像表示装置を示す断面図である。本実施例
における支持部材１１は、長さ１００ｍｍ、高さ２．０
ｍｍ、厚さ５０μｍの大きさの金属材料からなり、それ
ぞれの端面が蛍光体スクリーン９の黒色光吸収層１０の
位置およびシリコン基板１側の黒色光吸収層に対向する
位置６に接合されている。そして、蛍光体スクリーン側
の支持部材１１の周囲には、ガラスからなる絶縁性の土
台３０が高さ０〜１．２ｍｍ（長さ１．２ｍｍ）にわた
って取り付けられている。この絶縁性の土台３０によ
り、支持部材１１と基板１とは電気的に絶縁されてい
る。他の部分については第１の実施例と同一の構成であ
り、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明
を省略する。このような構成の画像表示装置において
も、電界分布２０は第１の実施例と同様に図３に示すよ
うになり、この電界分布は電子ビーム２１に対してレン
ズとして作用する。したがって、電子ビーム２１は蛍光
体スクリーンに近づくと同図に示すように偏向され、第
１の実施例と同様の効果を得ることができる。なお、以
上の実施例における支持部材の絶縁性部または絶縁性部
材とは、支持部材に付着した帯電粒子が支持部材表面を
伝わって逃げることができる程度の高抵抗材料、または
高抵抗材料を支持部材表面にコーティングしたものを含
む。

【００３３】また、本発明における支持部材の材料、大
きさ、形状、配設位置、導電性部の領域などは上記実施
例に限定されるものではなく適宜選択することができ
る。例えば、材料は各種のプラスチックやセラミックス
などを使用することも可能であり、形状は上述の実施例
のような細長い板形状以外にも、図９に示すような十字
形や円柱形、角柱形、先端が楔状になった板形状など、
どのような形状であってもよい。支持部材の大きさや配
設位置は画像表示装置の大きさおよび耐大気圧強度から
決まるパラメーターであり、適宜その値を定めることが
できる。また、導電性部の領域も上述の実施例における
値に限定されるものでないことは言うまでもないことで
ある。

【００３４】また、本発明における電子放出素子は複数
種類の配置間隔を有するとともに、支持部材と支持部材
に最も近い電子放出素子との間隔を支持部材と支持部材
の間の中間部における電子放出素子間の間隔よりも広い
ように配置させる必要があるが、電子放出素子間の間隔
については電界レンズに合わせて適宜設計することが可
能である。

【００３５】なお、上記実施例ではストライプ状の蛍光
体層を持つ画像表示装置の場合について説明したが、本
発明はこれに限らず、蛍光体層の構成についてはどのよ
うなものであっても適用が可能である。例えば、図１０
に示すようなマトリックス状の蛍光体層であってもよい
し、ディスプレイ用陰極線管で一般的に使用されている
ような丸孔状の蛍光体層であってもよいし、さらにはモ
ノクロの蛍光体層であってもよい。

【００３６】また、上記実施例では、マイクロチップ型
の電子放出素子について説明したが、本発明はこれに限
らず、電子放出素子はどのような構造であっても適用す
ることが可能である。例えば、ｐｎ接合型の冷陰極素子
であっても良いし表面伝導型の電子放出素子であっても
よい。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、支持
部材をシリコン基板に当接する絶縁性部材と透明基板に
当接する導電性部材の２種類の部材により構成したこと
により、絶縁性材料の支持部材にイオンや２次電子が衝
突して支持部材が帯電し不所望の電界が生じても、電子
ビームの軌道は支持部材から離れているため、この不所
望の電界による影響はほとんど生じない。また、導電性
の支持部材による電界分布によって電子ビームが偏向さ
れるため、電子放出素子の間隔が一定でなくとも蛍光体
スクリーンにおける到達位置間隔は一定となる。さら
に、導電性材料の支持部材にイオンや２次電子が衝突し
ても電界に影響は生じないので、蛍光体スクリーンの近
くで電子ビームの軌道がずれることはない。以上によ
り、蛍光体スクリーンと電子放出素子との間の絶縁性を
保ち、かつ支持部材近傍における電子ビームの蛍光体ス
クリーン到達位置のずれが発生せずホワイトユニフォー
ミティが良好な画像表示装置を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る画像表示装置の構
成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る画像表示装置の蛍
光体スクリーンの構成を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る画像表示装置の電
界分布を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係る画像表示装置の構
成を示す図である。

【図５】本発明の第３の実施例に係る画像表示装置の構
成を示す図である。

【図６】本発明の第４の実施例に係る画像表示装置の構
成を示す図である。

【図７】本発明の第５の実施例に係る画像表示装置の構
成を示す図である。

【図８】本発明の第６の実施例に係る画像表示装置の構
成を示す図である。

【図９】本発明における支持部材の形状の他の例を示す
図である。

【図１０】本発明における蛍光体スクリーンの他の例を
示す図である。

【図１１】従来の画像表示装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１………基板５………電子放出素子７………透明基板１１………支持部材１２………導電性部１３………絶縁性部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された複数の電子放出素子
と、前記基板に対向して設けられ前記電子放出素子から
放出された電子ビームにより発光する蛍光体スクリーン
が形成された透明基板と、前記基板と前記透明基板との
間に配置された支持部材とを備えた画像表示装置におい
て、前記支持部材が少なくとも前記透明基板に連続する
導電性部と前記導電性部に連続する絶縁性部から構成さ
れたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】前記支持部材が前記透明基板に当接する
導電性部材と前記基板に当接する絶縁性部材の２種類の
部材により構成されたことを特徴とする請求項１に記載
の画像表示装置。
【請求項３】前記支持部材が絶縁性部材により構成さ
れ、前記絶縁性部材の前記透明基板に当接する部分に導
電性部材を取り付けもしくはコーティングしたことを特
徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】前記支持部材が導電性部材により構成さ
れ、前記導電性部材の前記基板に当接する部分および近
傍に前記基板に連結する絶縁性部材を取り付けたことを
特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項５】基板上に形成された複数の電子放出素子
と、前記基板に対向して設けられ前記電子放出素子から
放出された電子ビームにより発光する蛍光体スクリーン
が形成された透明基板と、前記基板と前記透明基板との
間に配置された支持部材とを備えた画像表示装置におい
て、前記支持部材の近傍に前記透明基板に連結する導電
性部材を取り付けたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】前記電子放出素子は複数種類の配置間隔
を有し、前記支持部材と前記支持部材に最も近い前記電
子放出素子との間隔が、前記支持部材と支持部材の間の
中間部における電子放出素子間の間隔よりも広いように
配置したことを特徴とする請求項１から５に記載の画像
表示装置。