JP2000348647A

JP2000348647A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000348647A
Application number: JP11154527A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Oki; 博大木; Masao Urayama; 雅夫浦山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】二次電子放出防止、真空度劣化防止構造を配
設する。【解決手段】炭素を含む化合物からなる信頼性劣化防
止層を蛍光体９の表面、又は蛍光体上のメタルバック１
３の表面に設けることにより、二次電子放出防止構造、
真空度劣化防止構造を構築する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出された電
子で蛍光体を励起発光し、表示を形成する画像形成装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電界放出電子源を用いたフラット
パネルディスプレイとして、フィールドエミッションデ
ィスプレイ（ＦＥＤ）が精力的に研究、開発されてい
る。このＦＥＤは、その原理がＣＲＴと同様の電子線励
起発光であることから、ＣＲＴと同等、又はそれ以上の
画質を有するフラットパネルディスプレイとして大きな
期待が持たれている。

【０００３】図４は、典型的なＦＥＤを示す。ＦＥＤは
電子を放出するカソード基板１と、電子線励起して蛍光
発光するアノード基板２と、カソード基板１とアノード
基板２を機械的に支持するスペーサ３で構成され、その
スペーサ３で保持されるギャップは真空に保たれる。カ
ソード基板１には、電界放出電子源５と、電界放出電子
源５と電気的に接続するカソード配線４と、電子を真空
に引き出すためのゲート電極６と、カソード配線４とゲ
ート電極６を電気的に絶縁するゲート絶縁層７が形成さ
れている。一方、アノード基板２には、放出した電子を
集めるためのアノード電極８と、蛍光体９が形成されて
いる。ゲート電極６に電圧印加すると、電界放出電子源
５からトンネリングで電子１０が真空中に放出される。
真空中に放出された電子１０は、蛍光体９に衝突し、蛍
光体９が電子線励起されて発光し、表示を形成する。こ
のようなＦＥＤのアノード電極８に印加する電圧は数百
Ｖ〜数ｋＶ程度の高電圧であり、キャップ４の真空度は
１０^-6〜１０^-8Ｔｏｒｒ程度の高真空状態である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＦＥＤは放出された電子がアノード基板上の蛍光体、又
は、バックメタルに高電圧で衝突するため、二次電子が
放出され、画質の劣化、信頼性の劣化が起こるという課
題があった。また、従来のＦＥＤは高真空度を維持する
ため、蒸発又は非蒸発ゲッターを配設しているものの、
ゲッターの配設個所が限定され、効率良くゲッタリング
されず、寿命の劣化が起こるという問題があった。本発
明は、上記従来技術の問題を解決するものであり、その
目的は、二次電子放出防止構造、真空度劣化防止構造を
配設した画像形成装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、ＦＥＤに二次電子放出防止構造、真空
度劣化防止構造を配設する。すなわち、本発明は、電界
放出電子源を有するカソード基板と、蛍光体を有するア
ノード基板とを含む画像形成装置において、炭素を含む
化合物からなる薄膜（信頼性劣化防止層）を蛍光体表面
に形成する。蛍光体上にバックメタルを形成している場
合には、炭素を含む化合物からなる薄膜をバックメタル
表面に形成する。また、炭素を含む化合物からなる薄膜
を画素と画素の間隙にも形成する。カソード基板とアノ
ード基板を機械的に支持するスペーサの表面にも炭素を
含む化合物からなる薄膜を形成するのが好ましい。

【０００６】炭素を含む化合物は黒鉛、フラーレン又は
カーボンナノチューブとすることができる。また、炭素
を含む化合物からなる薄膜は、低融点ガラスをバインダ
ーとして形成することができる。また、スペーサで支持
されたカソード基板とアノード基板の間の空間に、蒸発
ゲッター又は非蒸発ゲッターを備えるゲッター室を配設
する。蒸発ゲッターとしては、チタン、タンタル、ジル
コニウム、バナジウム等を用いることができ、非蒸発ゲ
ッターとしてはジルコン−アルミニウム合金、ジルコン
−バナジウム−鉄合金等を用いることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。＜第１の実施形態＞図１は、本発明による信頼性劣化防
止層の構成を示す図である。図１（ａ）は蛍光体表面に
信頼性劣化防止層を設けたアノード基板の断面模式図、
図１（ｂ）は蛍光体上のメタルバック表面に設けたアノ
ード基板の断面模式図、図１（ｃ）は蛍光体又はメタル
バック表面だけでなく、蛍光体の間隙（画素スペース）
に対しても信頼性劣化防止層を設けたアノード基板の断
面模式図である。

【０００８】図１（ａ）に示すように、アノード基板２
上にアノード電極８が配設され、アノード電極８上に蛍
光体９が被着される。信頼性劣化防止層１２は蛍光体９
の表面を覆うように配設される。このような構成は、ア
ノード電極８に印加する電圧が１ｋＶ以下、一般的には
低電圧タイプのＦＥＤに対して有効である。信頼性劣化
防止層１２の材料としては、炭素材料である黒鉛、フラ
ーレン、カーボンナノチューブが好ましく、このような
炭素材料をフリットガラスのようなバインダー材料に分
散させて用いる。フリットガラスに対してカーボンナノ
チューブを重量比で８０〜９５％で混合したペーストを
形成し、スプレーガンで塗布すると膜厚１０〜２０μｍ
程度の信頼性劣化防止層を形成できる。

【０００９】１ｋＶ以上のアノード電圧、即ち高電圧タ
イプのＦＥＤに対しては、図１（ｂ）に示す構成の画像
形成装置を必要とする。アノード基板２上の蛍光体９の
表面には、メタルバック１３を配設する。メタルバック
は、蛍光体９を保護し、電子励起した蛍光を上方に反射
して輝度を向上するもので、アノード電圧が５ｋＶ以上
で効果が現れる。メタルバック１３の材料としてはアル
ミニウムを用い、その膜厚は１０ｎｍ以下である。信頼
性劣化防止層１２はこのメタルバック１３表面を覆うよ
うに配設される。

【００１０】従来のＦＥＤは、蛍光体と蛍光体の間隙に
はブラックマトリクスが配設される。これは、主にＦＥ
Ｄのコントラストを向上するために配設される。本発明
においては、ブラックマトリクスを信頼性劣化防止層１
２で置き換えることも可能である。信頼性劣化防止層１
２を構成する材料が黒鉛、フラーレン、カーボンナノチ
ューブ等の炭素材料であること、また、通常のＣＲＴで
用いられている低融点ガラスを使用するためである。こ
のようにして、図１（ｃ）に示すように、アノード基板
２上の蛍光体９あるいはメタルバック１３表面に信頼性
劣化防止層１２が配設されると共に、蛍光体９あるいは
メタルバック１３（画素）の間隙１４にもブラックマト
リクスの代わりに信頼性劣化防止層１２が配設される。

【００１１】図１（ａ）〜（ｃ）で説明した構成の画像
形成装置は、アノード側基板からの二次電子放出はほと
んど観測されず、また、真空度劣化に伴う蛍光体の劣化
も見られなかった。真空度劣化に伴う蛍光体の劣化は、
黒鉛、フラーレン、カーボンナノチューブ等で効果があ
ることを確認した。また、カーボンナノチューブを用い
た信頼性劣化防止層が最も効果的であることを実験的に
確認した。

【００１２】＜第２の実施形態＞図２は、本発明の二次
電子放出防止構造を配設した画像形成装置の断面模式図
である。図４に示した従来のＦＥＤとの構成の違いは、
信頼性劣化防止層１２がアノード基板２側に配設されて
いることである。一つの例として、信頼性劣化防止層１
２の構成は図１（ｂ）と同様にした。信頼性劣化防止層
１２の構成を図１（ａ）あるいは図１（ｃ）のようにし
ても同様の効果が得られる。使用する画像形成装置によ
り、当業者が適宜選択すればよい。

【００１３】本発明の二次電子放出防止構造を配設した
画像形成装置は、アノード基板２及びスペーサ３で電子
放出領域を囲むように形成されている。スペーサ３は、
セラミック又はガラス製であり、その寸法は縦（図２の
左右方向）×横（図２の奥行方向）×高さ（図２の上下
方向）＝１０．２ｃｍ×７．６ｃｍ×０．２ｃｍであ
る。この時、スペーサ３の表面には信頼性劣化防止層１
２と同様の材料、すなわち黒鉛、フラーレン、カーボン
ナノチューブ等の炭素材料をフリットガラスのようなバ
インダー材料に分散させた材料が被着される。この材料
のスペーサ３への被着は、スプレー塗布又はスクリーン
印刷で行う。

【００１４】電子源５から放出される電子はアノード電
極８の高い印加電圧で加速され、メタルバック１３に強
く衝突し、二次電子を放出する。本発明で用いられる黒
鉛、フラーレン、カーボンナノチューブ等の炭素材料は
このような二次電子放出がほとんどなく、一方、低融点
ガラスはこのような炭素材料を固着するための材料とし
て非常に好ましい。また、低融点ガラスは３００〜５０
０℃程度で融解するため、図１（ｃ）、図２のように、
蛍光体の間隙（画素スペース）に信頼性劣化防止層１２
を埋め込むのに好都合である。

【００１５】図２のように構成された画像形成装置の一
例として、炭素材料としてカーボンナノチューブ、低融
点ガラスとして通常のパネルプロセスに用いられるフリ
ットガラスを用いた信頼性劣化防止層１２の実験例を示
す。対角５インチのパネルに、図２のように、信頼性劣
化防止層１２及び信頼性劣化防止層と同様の材料を被着
した板状のスペーサ３を配設する。スペーサの間隔は約
１ｃｍピッチ、アノードとカソードのキャップは約２ｍ
ｍ程度である。即ち、縦（図２の左右方向）×横（図２
の奥行き方向）×高さ（図２の上下方向）は１ｃｍ×
７．６ｃｍ×０．２ｃｍの二次電子放出防止構造（３次
元構造で構成される二次電子放出防止構造）が形成でき
る。

【００１６】電界放出された電子は、３０゜程度の角度
を持ってアノードに衝突する。電界放出された電子の幾
つかは、もっと大きな角度で放出され、スペーサに衝突
し、二次電子が発生する。本実施の形態では、アノード
で発生する二次電子だけでなく、スペーサ３から発生す
る二次電子も防止するために、信頼性劣化防止層をアノ
ード及びスペーサに配設した。アノード電極８に６ｋ
Ｖ、カソード電極４を０Ｖ、ゲート電極６に１００Ｖ程
度の電圧を印加し、電界放出させたが、アノード基板２
及びスペーサ３からの二次電子放出は観測されなかっ
た。

【００１７】＜第３の実施形態＞図３は、真空度劣化防
止構造を配設した本発明の画像形成装置の断面図を示
す。第２の実施形態で説明したように、図１（ｂ）と同
様の信頼性劣化防止層１２を画像形成装置に配設してい
る。また、画像形成装置の外周部分には、蒸発型ゲッタ
ーを設けたゲッター室１５を配設している。ゲッター室
１５は、画像形成装置の外囲器内の残留ガス、発生ガス
を吸着し、画像形成装置の信頼性を確保するためのもの
である。図３のように、ゲッター室１５に配設されたゲ
ッター材料を抵抗加熱法等で蒸発し、ガス吸着部に被着
する。被着したゲッター膜は、残留ガス、発生ガスを吸
着し、再度抵抗加熱することにより、ゲッター膜を形成
することができる。このようなゲッター室は、一般的に
は、真空外囲器の周辺部に配設される。本実施形態にお
いては、特許第２７１６３０５号に記載のゲッターを配
設している。

【００１８】本発明の真空度劣化防止構造を配設した画
像形成装置は、図１（ｂ）で説明した信頼性劣化防止層
１２とゲッター室１５を併設することで形成される。こ
のような信頼性劣化防止層１２を画像形成装置のアノー
ド基板２全面に配設することは、従来のゲッター室の設
置場所が限定されるという課題を解決するばかりでな
く、特に大型サイズのパネルの真空度を維持することに
対して大きな効果がある。更に、従来のゲッター室と併
設することにより、デガスの吸着能力が増加し、画像形
成装置の信頼性を画期的に向上する。

【００１９】本実施形態では、第２の実施形態と同様
に、炭素材料はカーボンナノチューブ、低融点ガラスは
フリットガラスを用いた。低融点ガラスとしては、蛍光
体にダメージを与えない温度以下、真空封止の際のベー
ク温度以上の融点を有する材料を選択すべきであり、４
００〜５００℃程度の融点を有するフリットガラスが好
ましい。実験に用いた画像形成装置のパネルサイズは対
角５インチ、アノードとカソードのキャップは約２ｍｍ
程度であり、真空度は１０^-8Ｔｏｒｒに維持した。電流
密度を１ｍＡ／ｃｍ²程度にして、蛍光体を発光させた
ところ、１００００時間後で輝度の低下が１０％以下で
あり、真空度の劣化が問題ないレベルであることを確認
した。

【００２０】

【発明の効果】本発明によると、二次電子放出を低減
し、また真空度劣化を低減した、信頼性の高いＦＥＤが
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の低電圧タイプの画像形成装置
の断面図、（ｂ）は本発明の高電圧タイプの画像形成装
置の断面図、（ｃ）は本発明のブラックマトリクス形成
不要の画像形成装置の断面図。

【図２】本発明の二次電子放出防止構造を設けた画像形
成装置の断面図。

【図３】本発明の真空度劣化防止構造を設けた画像形成
装置の断面図。

【図４】従来の画像形成装置の断面図。

【符号の説明】

１カソード基板２アノード基板３スペーサ４カソード電極５電子源６ゲート電極７ゲート絶縁層８アノード電極９蛍光体１０電子源より放出された電子１１電子励起されて放出した蛍光発光１２信頼性劣化防止層１３メタルバック１４画素と画素の間の間隙１５ゲッター室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電界放出電子源を有するカソード基板
と、蛍光体を有するアノード基板とを含む画像形成装置
において、炭素を含む化合物からなる薄膜を前記蛍光体
表面に形成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】電界放出電子源を有するカソード基板
と、蛍光体を有するアノード基板とを含み、前記蛍光体
上にバックメタルが形成された画像形成装置において、炭素を含む化合物からなる薄膜を前記バックメタル表面
に形成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】炭素を含む化合物からなる薄膜を画素と
画素の間隙にも形成したことを特徴とする請求項１又は
２記載の画像形成装置。
【請求項４】前記カソード基板と前記アノード基板を
機械的に支持するスペーサの表面に炭素を含む化合物か
らなる薄膜を形成したことを特徴とする請求項１，２又
は３記載の画像形成装置。
【請求項５】前記炭素を含む化合物は黒鉛、フラーレ
ン又はカーボンナノチューブであることを特徴とする請
求項１〜４のいずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項６】前記炭素を含む化合物からなる薄膜が低
融点ガラスをバインダーとして形成されることを特徴と
する請求項１〜５のいずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項７】蒸発ゲッター又は非蒸発ゲッターを備え
るゲッター室を有することを特徴とする請求項１〜６の
いずれか１項記載の画像形成装置。