JP2000306531A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光体スクリーンとカソードアレイにはさま
れた領域の残留ガスを速やかに排気することのできる画
像表示装置を提供することである。 【解決手段】 複数の電子放出素子の形成されたカソー
ドアレイ基板を有する画像表示装置において、カソード
アレイ基板に複数の開孔を設けることにより、蛍光体ス
クリーンとカソードアレイにはさまれた領域の排気コン
ダクタンスを大きくすることができる。

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
らなければならない。

【０００３】従来、上記要望を達成する画像表示装置と
して図７（ａ）および（ｂ）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５
１上に多数のキャビティ５２を有する二酸化シリコン膜
５３が形成されており、この二酸化シリコン膜５３上に
はモリブデンやニオブ等からなるゲート電極５４が形成
されているとともに、キャビティ５２の内部のシリコン
基板５１上にはモリブデンのコーン状の電子放出素子５
５が形成されている。そして、ガラスからなる透明基板
５６がシリコン基板５１と平行に対向配置して真空外囲
器５７が形成される。この透明基板５６の電子放出素子
５５と対向する面には蛍光体スクリーン５８が形成され
ている。さらにシリコン基板５１とガラスからなる透明
基板５６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５９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】さらに、上記要望を達成する画像表示装置
として図８に示すような画像表示装置が新たに提案され
ている。この画像表示装置は、ガラスからなる実質的に
矩形状のフェースプレート７１と、フェースプレート７
１の周縁に沿って立設されたスカート７２とを有するフ
ェースパネル７３と、このフェースパネルに対向して連
結されるガラスからなる後部外囲器７４とからなる真空
外囲器７５を有する。パネル内面には蛍光体スクリーン
７６が形成されている。後部外囲器７４には排気管が取
り付けられている。また、真空外囲器内部には、多数の
電子放出素子が形成された基板７７が、パネルと後部外
囲器のシール面７８に挟まれて封入されている。この基
板の構造は、上述の図７で説明したシリコン基板と同じ
構造になっている。

【０００６】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。さらに、このような画像表示装置で
は大気圧荷重を支えるための支持部材が必要ではないの
で、製造工程が簡単で安価な画像表示装置とすることが
できる。

【０００７】

【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、一般に装置内部を高真空に保つために
ゲッターを配置する必要がある。一般に電子ビームによ
り蛍光体スクリーンを発光させて画像を形成する方式の
画像表示装置では、装置内部の真空度を１０^-7〜１０^-8
Torrに保つ必要がある。真空排気で使用される油拡散ポ
ンプによる到達真空度は１０^-6Torr程度なので、封止後
ゲッターを活性化させて装置内部の残留ガスを吸着し所
望の真空度を得る。このゲッターによる残留ガスの吸着
作用はゲッター面の面積が大きいほど大きい。しかしな
がら蛍光体スクリーンおよびカソードアレイ上にはゲッ
ター面を形成することができないので、蛍光体スクリー
ンとカソードアレイにはさまれた領域には不所望のガス
が残留する。また、画像表示装置を動作させると電子ビ
ームが蛍光体スクリーンをたたくことにより蛍光面に吸
着されていたガスが多量に放出される。これらのガスが
ゲート電極や電子放出素子に衝突することによってこれ
らを破壊し、画像表示装置の品質を悪くするとともに装
置の寿命を短くするという問題が生じていた。

【０００８】この発明は以上の点に鑑みてなされたもの
であり、複数の電子放出素子を有する画像表示装置にお
いて、蛍光体スクリーンとカソードアレイにはさまれた
領域の残留ガスを速やかに排気することのできる画像表
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】カソードアレイ基板上に
形成された複数の電子放出素子と、前記カソードアレイ
基板の前面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、前記カソードアレイ基板の背面
に対向して設けられた背面基板と、前記カソードアレイ
基板と前記透明基板との間に配置された支持部材と、前
記カソードアレイ基板と前記背面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、前記カソ
ードアレイ基板に複数の開孔を設け、前記複数の開孔の
前記背面基板側の開孔面積が前記透明基板側の開孔面積
よりも大きい構成とした。

【００１０】また、前記カソードアレイ基板および／ま
たは前記背面基板にゲッターを設けた構成とした。さら
に、フェースパネルと、前記フェースパネル内面に形成
された蛍光体スクリーンと、前記フェースパネルに対向
して設けられ前記フェースパネルとともに真空外囲器を
形成する後部外囲器と、前記真空外囲器の内部に配置さ
れたカソードアレイ基板と、前記カソードアレイ基板上
の前記蛍光体スクリーンに対向する面に形成された複数
の電子放出素子とを備えた画像表示装置において、前記
カソードアレイ基板に複数の開孔を設け、前記複数の開
孔の前記後部外囲器側の開孔面積が前記蛍光体スクリー
ン側の開孔面積よりも大きい構成とした。

【００１１】さらに、前記カソードアレイ基板および／
または後部外囲器にゲッターを設けた構成とした。画像
表示装置を上述のような構成とした場合、カソードアレ
イ基板に多数の開孔を設けることにより蛍光体スクリー
ンとカソードアレイにはさまれた領域の排気コンダクタ
ンスを大きくとることができる。したがって蛍光体スク
リーン側の放出ガスが速やかに排気されてゲッターに吸
着する。また、一般にゲッター効果はゲッター面の面積
が大きいほど吸着能力が大きいものであるが、上述の構
成の画像表示装置では背面基板／後部外囲器全体をゲッ
ター吸着面とすることが可能であるので、吸着能力は非
常に大きくなる。したがって長寿命で高品質な画像表示
装置とすることができる。

【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は本発明の第１の実施
例におけ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、縦２２０ｍｍ、横２９０ｍｍ、厚さ０．０
５ｍｍの薄ガラスがカソードアレイ基板２として使用さ
れる。この薄ガラスには、後述するように、蛍光体スク
リーンの黒色光吸収層に対向する位置に図２（ａ）の断
面図あるいは図２（ｂ）の斜視図に示すような多数の開
孔３が設けられている。図３に示すようにこの薄ガラス
の表面には導電性カソードのレイヤー２１が形成されて
おり、このカソードレイヤー２１上に、キャビティ２２
を有する２酸化シリコンの絶縁膜２３が形成されてい
る。この絶縁膜２３上には、モリブデンからなるゲート
電極２４が形成されている。キャビティ２２の内部のカ
ソードレイヤー２１上には、マイクロチップからなる電
子放出素子２５が形成されている。

【００１３】そして、これらの多数の電子放出素子によ
りカソードアレイ２６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には開孔および電
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。また、カソードアレイ２６
に対向して、縦２２０ｍｍ、横２９０ｍｍ、厚さ１．１
ｍｍの板ガラスからなる透明基板４が側壁５を介してカ
ソードアレイ基板２と平行に対向配置されている。この
透明基板４のカソードアレイ２６と対向する面には蛍光
体スクリーン６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１９８ｍｍ、横２６４ｍｍの大きさ
に形成され、図４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７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】また、カソードアレイ基板２に対向して透
明基板４と反対側には、縦２２０ｍｍ、横２９０ｍｍ、
厚さ１．１ｍｍの板ガラスからなる背面基板８が側壁９
を介してカソードアレイ基板２と平行に対向配置されて
いる。

【００１５】透明基板と背面基板に加わる大気圧荷重を
支えるために、これら３つの基板の間にはそれぞれ支持
部材が配設されている。透明基板とカソードアレイ基板
との間に配設される大気圧支持部材１０は、長さ５０ｍ
ｍ、高さ２．０ｍｍ、厚さ５０μｍの大きさであり、こ
れら大気圧支持部材１０は所定間隔でフリット封着接合
によって上述のカソードアレイ基板２上の支持部材接合
位置に接合されている。反対側は蛍光体スクリーンの黒
色光吸収層位置に当接する。画像を再生したとき支持部
材が前面から見えることがないよう、支持部材は高精度
に配置される。一方、背面基板とカソードアレイ基板と
の間に配設される大気圧支持部材１１は、長さ５０ｍ
ｍ、高さ５．０ｍｍ、厚さ５００μｍの大きさであり、
これら大気圧支持部材１１は所定間隔でフリット封着接
合によって背面基板上に接合されている。反対側はカソ
ードアレイ基板に当接する。なお、この背面基板とカソ
ードアレイ基板との間に配設される大気圧支持部材１１
は前面から見えることはないので、比較的精密さは要求
せずに配設することが可能である。また、背面基板内面
には、その内面全体に非蒸発型のゲッター１２が配置さ
れている。画像表示装置内部には、シール面１３からカ
ソード電極、ゲート電極、アノード電圧の引き込み線、
ゲッター加熱用の引込み線などが封入されている（図示
せず）。

【００１６】本実施例の画像表示装置においては、映像
信号は単純マトリッ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＋１０ｋＶ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。こ
のように蛍光体スクリーン部には高圧が印加されるた
め、透明基板、カソードアレイ基板、側壁、支持部材用
の板ガラスには、旭硝子製のＰＤ２００やサンゴバン製
のＣＳ２７などの高歪点ガラスが使用される。一方背面
基板側はアース電位なので、高歪点ガラスと熱膨張率が
ほぼ等しく安価なソーダライムガラスが使用される。

【００１７】本実施例のように電子ビームにより蛍光体
スクリーンを発光させて画像を形成する方式の画像表示
装置では、装置内部の真空度を１０^-7〜１０^-8Torrに保
つ必要がある。本実施例では、画像表示装置を封止した
後、ゲッター加熱用の引込み線に所定の電流を通電する
ことによりゲッターを活性化させて、装置内部の残留ガ
スを吸着し所望の真空度を得る。また、画像表示装置が
完成した後も装置内部の表面に吸着されていたガスが放
出される。特に画像表示装置を動作させると電子ビーム
が蛍光体スクリーンをたたくことにより蛍光面に吸着さ
れていたガスが多量に放出される。本実施例ではこれら
放出ガスを活性化されたゲッターがゲッター作用によっ
て吸着し装置内部の真空度を１０^-7〜１０^-8Torrに維持
する。一般にゲッター効果はゲッター面の面積が大きい
ほど吸着能力が大きいが、本実施例では背面基板全体を
ゲッター吸着面とすることが可能であるので、吸着能力
は非常に大きくなる。

【００１８】上述のカソードアレイ基板上に設けられた
多数の開孔３は、背面基板側の開孔面積が透明基板側の
開孔面積よりも大きくなるように形成されている。すな
わち、図２（ａ）の断面図に示すように、背面基板側の
開孔８１の幅は透明基板側の開孔８２の幅よりも幅広に
形成されており、両方の開孔をつなぐ内壁８３は背面基
板に対してその壁面を向けている。上述のように本実施
例の画像表示装置では、装置内部の真空度を１０^-7〜１
０^-8Torrに保つ必要があるが、このような高真空下では
装置内部に残留するガス分子の平均自由工程が数十メー
トル以上になる。

【００１９】この場合、装置内部のガス分子の衝突は装
置の壁との衝突が主となりガス分子同士の衝突が無視で
きるオーダーになる。したがって、残留ガスの排気コン
ダクタンスは開孔の数と形状（およびガス分子の熱運動
速度）だけに依存する。本実施例では蛍光体スクリーン
の黒色光吸収層に対向するカソードアレイ基板位置に開
孔を多数設けることにより、透明基板側の排気コンダク
タンスを大きくとることができる。さらに開孔形状を図
２（ａ）のようにすることにより、透明基板側の空間か
ら開孔８２を通過したガス分子をほぼ１００％背面基板
側の空間に到達させることができる。一方、背面基板側
の空間から開孔８１を通過したガス分子は内壁８３によ
り反射されるので、背面基板側の空間から透明基板側の
空間へ到達するガス分子数を押さえることが可能とな
る。

【００２０】したがって蛍光体スクリーン側の放出ガス
が速やかに背面基板側に排気されてゲッターに吸着する
ので、高品質な画像表示装置とすることができる。な
お、上記実施例では透明基板、カソードアレイ基板、背
面基板からなる画像表示装置について説明したが、本発
明はフェースパネル、後部外囲器、カソードアレイ基板
からなる画像表示装置についても適用することが可能で
ある。

【００２１】図５は本発明の第２の実施例における画像
表示装置を示す断面図である。この画像表示装置は、ガ
ラスからなる実質的に矩形状のフェースプレート３１
と、フェースプレート３１の周縁に沿って立設されたス
カート３２とを有するフェースパネル３３と、このフェ
ースパネル３３に対向して連結されるガラスからなる後
部外囲器３４とからなる真空外囲器３５を有する。フェ
ースパネル内面には、図４に示したものと同様の、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、から
なる蛍光体スクリーン３６が形成されている。

【００２２】真空外囲器の内部には、多数の電子放出素
子が形成されたカソードアレイ基板３７が、パネルと後
部外囲器のシール面３８に挟まれて封入されている。こ
のカソードアレイ基板には、縦２１０ｍｍ、横２８０ｍ
ｍ、厚さ０．０５ｍｍの薄ガラスが使用される。この薄
ガラスには、蛍光体スクリーンの黒色光吸収層に対向す
る位置に多数の開孔が設けられている。カソードアレイ
の構造は第１の実施例と同一であり、その詳細な説明を
省略する。また、後部外囲器の内面には、非蒸発型のゲ
ッター３９が配置されている。画像表示装置内部には、
シール面からカソード電極、ゲート電極、アノード電圧
の引き込み線、ゲッター加熱用の引込み線などが封入さ
れている（図示せず）。

【００２３】本実施例では、映像信号は、単純マトリッ
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印加される。このゲ
ート電圧は、シール面に封着された引き出し線により真
空外囲器内部に印加される。蛍光体スクリーン部にはア
ノード電圧１０ｋＶ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。

【００２４】これらフェースパネル、後部外囲器、カソ
ードアレイ基板はフリットガラスにより封着されてい
る。本実施例の画像表示装置では、第１の実施例のよう
な大気圧荷重を支えるための支持部材が必要ではないの
で、製造工程が簡単で安価な画像表示装置にすることが
できるという利点がある。また、フェースパネル、後部
外囲器は従来の陰極線管用バルブ成形と同様にプレスに
より成形される。このため、ガラス材料として従来の陰
極線管用バルブ材料と同様の材料を選択することができ
るので、蛍光体スクリーン部にアノード電圧１０ｋＶが
印加されても問題はない。

【００２５】本実施例においても、第１の実施例と同様
に封止後ゲッター加熱用の引込み線に所定の電流を通電
することによりゲッターを活性化させて装置内部の残留
ガスを吸着するとともに、画像表示装置の完成後に装置
内部の表面からの放出ガスを活性化されたゲッターが吸
着し装置内部の真空度を１０^-7〜１０^-8Torrに維持す
る。本実施例では後部外囲器内面全体をゲッター吸着面
とすることが可能であるので、吸着能力は非常に大きく
なる。さらに本実施例では第１の実施例と同様、カソー
ドアレイ基板に多数の開孔を設けることにより、蛍光体
スクリーン側の排気コンダクタンスを大きくとることが
できるとともに、背面基板側の開孔８１の幅を透明基板
側の開孔８２の幅よりも幅広に形成しているので、蛍光
体スクリーン側の放出ガスが速やかに背面基板側に排気
されてゲッターに吸着され、高品質な画像表示装置とす
ることができる。

【００２６】なお、上記実施例では非蒸発型のゲッター
を背面基板あるいは後部外囲器内面に設けた構造とした
が、本発明はこれに限らず、図６に示すように蒸発型の
ゲッター４１を設けて排気後に高周波加熱によりゲッタ
ーフラッシュしてゲッター面４２を形成するようにして
もよいし、またゲッターをカソードアレイ基板に設けて
もよい。あるいは背面基板／後部外囲器内面およびカソ
ードアレイ基板の両方にゲッターを設けてもよい。

【００２７】また、カソードアレイ基板の開孔形状は、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形が可能であ
る。例えば図９に示すように開孔８２の端部８４をなだ
らかな形状とすることもできる。あるいは図１０に示す
ように開孔の内壁８３を丸みを帯びた形状としてもよ
い。

【００２８】さらに、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、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。

【００２９】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。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、複数
の電子放出素子を有する画像表示装置において、カソー
ドアレイ基板に多数の開孔を設けることにより蛍光体ス
クリーンとカソードアレイにはさまれた領域の排気コン
ダクタンスを大きくとることができる。したがって蛍光
体スクリーン側の放出ガスが速やかに排気されてゲッタ
ーに吸着する。また、上述の構成の画像表示装置では背
面基板／後部外囲器全体をゲッター吸着面とすることが
可能であるので、吸着能力は非常に大きくなる。したが
って長寿命で高品質な画像表示装置とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による画像表示装置の断
面図である。

【図２】（ａ）は、図１のカソードアレイ基板の構成を
示す断面図。（ｂ）は、その斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施例による電子放出素子が形
成された基板の構成を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施例によるパネル内面を示す
図である。

【図５】本発明の第２の実施例による画像表示装置の断
面図である。

【図６】本発明の第３の実施例による画像表示装置の断
面図である。

【図７】（ａ）は、従来の画像表示装置の構成を示す断
面図。（ｂ）は、その部分拡大断面図である。

【図８】他の従来の画像表示装置の構成を示す断面図で
ある。

【図９】本発明の実施例に係るカソードアレイ基板の他
の例を示す断面図である。

【図１０】本発明の実施例に係るカソードアレイ基板の
さらに他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

２…カソードアレイ基板 ３…開孔 ４…透明基板 ６…蛍光体スクリーン ８…背面基板 １０、１１…支持部材 １２…ゲッター ２５…電子放出素子 ３３…フェースパネル ３４…後部外囲器 ３５…真空外囲器 ３６…蛍光体スクリーン ３７…カソードアレイ基板 ４１…ゲッター ８１…背面基板側の開孔 ８２…透明基板側の開孔 ８３…内壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C031 DD09 DD17 5C032 JJ07 JJ08 JJ12 JJ17 5C036 EE01 EF01 EF06 EF08 EG01 EG02 EG03 EH01 EH26 5C094 AA37 AA43 BA32 BA34 CA19 DA07 DA12 EB02 EC03 FA01 FA02 FB20 GB01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カソードアレイ基板上に形成された複数
   の電子放出素子と、前記カソードアレイ基板の前面に対
   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、前記カソードアレイ基板の背面に対向して設け
   られた背面基板と、前記カソードアレイ基板と前記透明
   基板との間に配置された支持部材と、前記カソードアレ
   イ基板と前記背面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、前記カソードアレイ基板
   に複数の開孔を設け、前記複数の開孔の前記背面基板側
   の開孔面積が前記透明基板側の開孔面積よりも大きいこ
   とを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記カソードアレイ基板および／または
   前記背面基板にゲッターを設けたことを特徴とする請求
   項１に記載の画像表示装置。
3. 【請求項３】 フェースパネルと、前記フェースパネル
   内面に形成された蛍光体スクリーンと、前記フェースパ
   ネルに対向して設けられ前記フェースパネルとともに真
   空外囲器を形成する後部外囲器と、前記真空外囲器の内
   部に配置されたカソードアレイ基板と、前記カソードア
   レイ基板上の前記蛍光体スクリーンに対向する面に形成
   された複数の電子放出素子とを備えた画像表示装置にお
   いて、前記カソードアレイ基板に複数の開孔を設け、前
   記複数の開孔の前記後部外囲器側の開孔面積が前記蛍光
   体スクリーン側の開孔面積よりも大きいことを特徴とす
   る画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記カソードアレイ基板および／または
   後部外囲器にゲッターを設けたことを特徴とする請求項
   ３に記載の画像表示装置。