JP2003007231A

JP2003007231A - 表示装置

Info

Publication number: JP2003007231A
Application number: JP2002118120A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Murata; 弘貴村田; Koji Nishimura; 孝司西村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-01-10
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: JP3898555B2

Abstract

(57)【要約】【課題】温度差に起因する接合部の剥離、損傷を防止
し、製造不良の低減および信頼性の向上を図ることが可
能な表示装置を提供することにある。【解決手段】表示装置の真空外囲器は、対向配置された
背面基板２０および前面基板１０と、背面基板および前
面基板の間に設けられた側壁８と、を有している。前面
基板の内面には蛍光体スクリーン１４が形成され、背面
基板の内面には、蛍光体スクリーンに電子を放出する多
数の電子放出素子が設けられている。背面基板と前面基
板との間にはグリッド１８が配置され、背面基板に接合
されている。このグリッドは、背面基板よりも大きな熱
膨張率を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は表示装置に係り、
特に、多数の電子放出素子を用いた表示装置に関する。

【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】そこで、上記のような要望を満たす次世代
の表示装置として、電子放出素子（以下、エミッタと称
する）を多数並べ、蛍光面と対向配置させた表示装置の
開発が進められている。エミッタとしては、電界放出型
あるいは表面伝導型の素子が想定される。通常、エミッ
タとして電界放出型電子放出素子を用いた表示装置は、
フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤと
称する）、また、エミッタとして表面導電型電子放出素
子を用いた表示装置は、表面導電電子放出ディスプレイ
（以下、ＳＥＤと称する）と呼ばれている。

【０００４】例えば、ＦＥＤは、一般に、所定の隙間を
置いて対向配置された前面基板および背面基板を有し、
これらの基板は、矩形枠状の側壁を介して周縁部同士を
互いに接合することにより真空外囲器を構成している。
前面基板の内面には蛍光体スクリーンが形成され、背面
基板の内面には、蛍光体を励起して発光させる電子放出
源として多数のエミッタが設けられている。

【０００５】また、両基板間には板状のグリッドが配設
され、このグリッドには、エミッタと整列して位置した
多数の開孔が形成されている。更に、背面基板および前
面基板に加わる大気圧荷重を支えるために、これらの基
板間には複数の支持部材が配設されている。これらのグ
リッド、および支持部材の少なくとも一部は、背面基板
および前面基板のいずれかに接合されている。

【０００６】そして、上記構成のＦＥＤにおいて、各エ
ミッタから放出された電子ビームは、グリッドの対応す
る開孔を通って所望の蛍光体層に照射され、それによ
り、蛍光体を発光させて画像を表示する。

【０００７】このようなＦＥＤでは、エミッタの大きさ
がマイクロメートルオーダーであり、前面基板と背面基
板との隙間をミリメートルオーダーに設定することがで
きる。このため、現在のテレビやコンピュータのディス
プレイとして使用されている陰極線管（ＣＲＴ）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
が可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
た表示装置の製造工程においては、グリッド、支持部材
等の構造体が予め接合された背面基板、および前面基板
を３００℃以上でベーキングしてガス出しを行うととも
に、側壁を介して背面基板と前面基板とを接合する際、
ヒータによって背面基板および前面基板を外側から加熱
する。従って、このような製造工程において、グリッド
等の構造体が固定された背面基板、および前面基板は、
これらの構造体よりも高温となる。

【０００９】また、前述したように、表示装置の動作
時、背面基板上に設けられた多数のエミッタは蛍光体層
に向けて電子を放出するが、その際、エミッタが発熱す
るため、背面基板の温度が上昇し、グリッドよりも高温
となり易い。

【００１０】このように表示装置の製造時あるいは動作
時、背面基板および前面基板はこれらの基板に固定され
た構造体よりも高温となり、例えば、背面基板と構造体
との間に数十度の温度差が生じる場合も考えられる。そ
して、このような温度差に起因して、背面基板とこの基
板に固定された構造体と間に熱膨張量の差が生じた場
合、特に、背面基板の方が構造体よりも熱膨張量が多く
なった場合、構造体に張力が作用し、これらの構造部と
背面基板との接合が外れてしまう恐れがある。

【００１１】従って、この場合、表示装置の製造不良が
発生し製造歩留まりが低下するとともに、動作時におけ
る信頼性が低下する。

【００１２】この発明は、以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、温度差に起因する接合部の剥離、損傷
を防止し、製造不良の低減および信頼性の向上を図るこ
とが可能な表示装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る表示装置は、隙間を置いて対向配置さ
れた第１基板および第２基板を有した真空外囲器と、上
記第１基板と第２基板との間に配設されているととも
に、第１および第２基板の一方に接合された構造体と、
上記第１および第２基板の一方の基板内面に設けられた
蛍光面と、上記第１および第２基板の他方の基板内面に
設けられ、上記蛍光面に電子を放出する複数の電子放出
素子と、を備え、上記構造体は、この構造体が接合され
た上記一方の基板よりも大きな熱膨張率を有しているこ
とを特徴としている。

【００１４】また、この発明の表示装置によれば、上記
構造体として、上記第１基板と第２基板との間にこれら
第１および第２基板と対向して配設された板状のグリッ
ド、および、あるいは、上記第１および第２絶縁基板の
間に配設され上記第１および第２基板を大気圧に対して
支持した複数の支持部材を含んでいることを特徴として
いる。

【００１５】上記のように構成された表示装置によれ
ば、上記構造体は、この構造体が接合された上記一方の
基板よりも大きな熱膨張率を有しているため、製造時あ
るいは動作時に、上記一方の基板の温度が上記構造体よ
りも高くなった場合でも、上記一方の基板の熱膨張量が
上記構造体の熱膨張量よりも大きくなることがない。従
って、上記構造体に引張力が生じることがなく、基板に
対する上記構造体の接合部の剥離、損傷を防止すること
ができる。

【００１６】この発明によれば、上記構造体は、いずれ
の温度においても、上記一方の基板より伸び率が高くな
る熱膨張特性を有していることが望ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、この
発明の表示装置をＳＥＤに適用した実施の形態について
詳細に説明する。図１および図３に示すように、ＳＥＤ
は、アスペクト比４：３、対角寸法３６インチの有効表
示領域３を備えて構成されている。このＳＥＤは、所定
の隙間を置いて対向配置された矩形状の前面基板１０お
よび背面基板２０を備え、これら前面基板１０および背
面基板２０は、ガラス材からなる枠状の側壁８を介して
周縁部同士が接合され、真空外囲器４を構成している。
側壁８は、前面基板１０および背面基板２０に対し、フ
リットガラスあるいはインジウム等の低融点金属あるい
は合金により接合されている。そして、真空外囲器４の
内部空間は、例えば約１０^−８Ｔｏｒｒの高真空に維持
されている。

【００１８】前面基板１０と背面基板１２との間には、
これら基板間での異常放電を防止するために所定の電位
に接続された矩形板状のグリッド１８が配設され、有効
表示領域３と対向して位置している。また、前面基板１
０および背面基板１２は、これらの基板間に配設された
複数のスペーサ３０により大気圧に対して支持され、例
えば１．５〜２．０ｍｍの間隔に維持されている。

【００１９】図３に示すように、第１基板として機能す
る前面基板１０は、無アルカリガラスから成る絶縁基板
１１と、この絶縁基板の内面上に形成された蛍光体スク
リーン１２と、を備えている。画像表示面および蛍光面
として機能する蛍光体スクリーン１２は、それぞれ赤
（Ｒ）、青（Ｂ）、および緑（Ｇ）の発光特性を有し所
定のピッチで配置されたストライプ状の蛍光体層１３
と、蛍光体層１３間に配置されコントラスト比を向上さ
せるための帯状の遮光層１４とを有している。

【００２０】また、蛍光体スクリーン１２上には、アル
ミニウムまたはその合金からなる導電薄膜１５が形成さ
れ、更に、この導電薄膜１５上には、バリウム（Ｂａ）
からなる蒸着ゲッタ層１６が形成されている。導電薄膜
１５はアノード電極として機能する。また、蒸着ゲッタ
層１６は、ＳＥＤの製造時、真空チャンバ内で前面基板
１０と背面基板２０とを貼り合わせるに先立ち、真空チ
ャンバ内でゲッタ材を蒸着することにより形成される。
ゲッタ材の蒸着から封着までの一連の工程を大気に晒す
ことなく真空雰囲気中で行うことにより、高性能な蒸着
ゲッタ層１６を得ることができる。

【００２１】図３および図４に示すように、第２基板と
して機能する背面基板２０は、無アルカリガラスから成
る絶縁基板２２を備えている。絶縁基板２２の内面上に
は、マトリクス状に配置された複数本の走査電極２３お
よび信号電極２４が設けられている。各走査電極２３と
信号電極２４との交差部近傍には、それぞれ走査電極お
よび信号電極から延出したゲート電極２５およびエミッ
タ電極２６が設けられている。ゲート電極２５とエミッ
タ電極２６とは所定の間隔を置いて対向配置されてい
る。更に、これらの電極２５、２６間には、図示しない
が、例えばグラファイト膜が５ｍｍの間隔を持って対向
配置され、これにより表面伝導型の電子放出素子２７を
構成している。なお、各走査電極２３上には保護膜２８
が形成されている。

【００２２】上記構成の前面基板１０と背面基板２０と
の間に配設されたグリッド１８は、有効表示領域３にほ
ぼ対応した大きさの矩形状に形成され、前面基板１０お
よび背面基板２０と対向している。そして、図１および
図３に示すように、グリッド１８の４つの角部は、それ
ぞれ台座６０を介して背面基板２０に固定されている。

【００２３】図２および図３に示すように、各台座６０
は、円板状に形成され、導電性を有したフリットガラス
６２および銀ペースト６４を介して背面基板２０の絶縁
基板２２上に固定されている。そして、グリッド１８
は、例えば、角部側縁が２つの溶接点６１で台座６０の
上面に溶接されている。なお、絶縁基板２２において、
１つの台座６０と対向する位置にはスルーホール６６が
形成され、この台座６０は、スルーホール６６を介し
て、絶縁基板２２の外面に形成された給電端子６７に電
気的に接続されている。従って、給電端子６７からスル
ーホール６６および台座６０を通して、グリッド１８に
所定のグリッド電位を供給することができる。

【００２４】また、グリッド１８は、このグリッドが固
定されている背面基板２０の絶縁基板２２よりも熱膨張
率の大きな材料によって形成されている。例えば、グリ
ッド１８は、０．１ｍｍ厚の鉄−ニッケル合金で形成さ
れ、その表面が酸化処理されている。そして、絶縁基板
２２を構成するガラスの熱膨張率は８４×１０^-7／Ｋで
あるのに対して、グリッド１８の熱膨張率は９４×１０
^-7／Ｋとなっている。

【００２５】図５はグリッド１８の熱膨張特性Ｂおよび
絶縁基板２２を構成するガラスの熱膨張特性Ａを比較し
て示したもので、グリッド１８は、いずれの温度におい
ても、絶縁基板２２より伸び率が高くなる熱膨張特性を
有している。

【００２６】図３および図４に示すように、グリッド１
８には、それぞれ電子放出素子２７から放出された電子
線を透過させるための矩形の開孔４４が形成され、電子
放出素子２７と対向している。また、グリッド１８に
は、後述する第１および第２スペーサを連結するための
複数の円形の開口４６が形成されている。

【００２７】支持部材として機能する各スペーサ３０は
グリッド１８と一体に作り込まれている。すなわち、グ
リッド１８は、背面基板２０と対向した第１主面、およ
び前面基板１０に対向した第２主面を有している。第１
主面側には複数の第１スペーサ４８がグリッド１８と一
体的に形成され、また、第２主面側には複数の第２スペ
ーサ５０がグリッド１８と一体的に形成されている。そ
して、これら第１スペーサ４８と第２スペーサ５０と
は、グリッド１８の開口４６内に配置された連結部５２
により連結されている。本実施の形態においては、１つ
の第１スペーサ４８に対して２つの第２スペーサ５０が
それぞれ連結部５２を介して連結され、スペーサ３０を
構成している。

【００２８】第１スペーサ４８は、走査電極２３上に保
護膜２８を介して配置され、走査電極の延出方向に沿っ
て延びている。各第１スペーサ４８は断面が長楕円形に
形成され、高さｈ１が０．５ｍｍに形成されている。

【００２９】また、１つの第１スペーサ４８に対して２
つずつ設けられた第２スペーサ５０は、若干のテーパー
を有する円柱状に形成され、その高さｈ２はそれぞれ
１．０ｍｍに形成されている。これにより、第２スペー
サ５０は、第１スペーサ４８に対してアスペクト比（第
２スペーサのグリッド１８側端における断面の長軸方向
の長さと、第２スペーサの高さとの比）が十分に大きく
形成されている。そして、隣り合う２つの第２スペーサ
５０は、それぞれグリッド１８の開口４６を介して、す
なわち、連結部５２を介して１つの第１スペーサ４８に
連結され、この第１スペーサ４８およびグリッド１８と
一体となっている。

【００３０】上記構成のスペーサ３０を一体に備えたグ
リッド１８を真空外囲器４内に配設した状態において、
各第１スペーサ４８は保護膜２８および走査電極２３を
介して背面基板１０に当接し、各第２スペーサ５０は、
蒸着ゲッタ層１６、導電薄膜層１５、および蛍光体スク
リーン１２を介して前面基板１０に当接している。それ
により、スペーサ３０は、大気圧に対して前面基板１０
および背面基板２０を支持している。

【００３１】上記のように構成されたＳＥＤによれば、
製造工程において、グリッド１８およびスペーサ３０等
の構造体を予め背面基板２０に固定および接合した後、
この背面基板２０および前面基板１０を３００℃以上で
ベーキングしてガス出しを行う。また、ベーキング後、
側壁８を介して背面基板２０と前面基板１０とを接合し
真空外囲器４を形成する際、ヒータによって背面基板２
０および前面基板１０を外側から加熱する。従って、こ
のような製造工程において、グリッド１８等の構造体が
固定された背面基板２０、および前面基板１０は、これ
らの構造体よりも高温となる。

【００３２】また、ＳＥＤの動作時、背面基板２０上に
設けられた多数の電子放出素子２７は蛍光体層に向けて
電子を放出するが、その際、発熱する。そのため、背面
基板２０の温度が上昇し、グリッド１８、スペーサ３０
等の構造体よりも高温となる。

【００３３】このようにＳＥＤの製造時あるいは動作
時、背面基板２０は、この背面基板に固定された構造
体、例えば、グリッド１８よりも高温となり、これらの
間に数十度の温度差が生じる場合も考えられる。しかし
ながら、本実施の形態に係るＳＥＤによれば、グリッド
１８は、このグリッドが接合されている背面基板２０の
絶縁基板２２よりも大きな熱膨張率を有している。その
ため、製造時あるいは動作時、絶縁基板２２の温度がグ
リッド１８より高くなった場合でも、絶縁基板２２の熱
膨張量がグリッドの熱膨張量よりも大きくなることがな
い。従って、グリッド１８に引張力が生じることがな
く、絶縁基板２２に対するグリッド１８の接合部、つま
り、グリッド１８と台座６０との溶接部、あるいは、台
座６０と絶縁基板２２との接合部、の剥離や損傷を確実
に防止することができる。これにより、製造不良の発生
を防止し製造歩留まりの向上を図ることができるととも
に、信頼性の向上したＳＥＤを得ることができる。

【００３４】なお、上述した実施の形態では、前面基板
１０と背面基板２０との間に配設されこれら基板の少な
くとも一方に接合された構造体の内、グリッド１８を中
心に説明したが、本発明において、上記構造体は、グリ
ッド１８に限らず、走査電極、信号電極等の配線やスペ
ーサをも含む概念である。

【００３５】すなわち、上述した実施の形態において、
走査電極２３および信号電極２４は背面基板２０の絶縁
基板２２上に形成され、つまり、絶縁基板２２上に接合
されている。そのため、上述したグリッド１８と同様
に、これらの走査電極２３および信号電極２４を、絶縁
基板２２の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有した材料
で形成するとともに、いずれの温度においても、絶縁基
板２２より伸び率が高くなる熱膨張特性を持たせること
により、製造時および動作時、走査電極および信号電極
に引張力が作用することがなく、これら走査電極および
信号電極の剥離、断線等を防止することができる。

【００３６】同様に、スペーサについても、前面基板１
０あるいは背面基板２０の熱膨張率よりも大きな熱膨張
率を有した材料で形成するとともに、上記と同様の熱膨
張特性を持たせることにより、スペーサと背面基板との
間の接合部、スペーサと前面基板との間の接合部の剥
離、損傷を防止することができる。特に、スペーサとし
て、例えば、真空外囲器の対向する２辺間に亘って延び
るような長尺なスペーサを用いた場合に顕著な作用効果
を得ることができる。

【００３７】ここで、熱膨張率差の好適な範囲について
述べる。いま、構造体と基板の温度が等しいときに、接
合部に引っ張り力が発生しない温度をＴｆとする。構造
体を引っ張り力を印加しないで固定すれば、Ｔｆは固定
時の温度となる。構造体の熱膨張率と温度をそれぞれα
ｓ、Ｔｓ、構造体が取り付けられている基板の熱膨張率
と温度をそれぞれαｐ、Ｔｐとすると、構造体の接合部
に引っ張り力が発生する条件は、 αｓ（Ｔｓ−Ｔｆ）≦αｐ（Ｔｐ−Ｔｆ）より、 αｓ／αｐ≦（Ｔｐ−Ｔｆ）／（Ｔｓ−Ｔｆ）となる。この式の左辺、右辺をそれぞれ、ｋ、Ｑとする
と、ｋ≦Ｑとなる。

【００３８】Ｑがいくつになるかは、製造条件や動作条
件により異なる。また、実際には、構造体や基板の温度
は一様ではなく、内部に分布がある。さらに、接合部が
はずれるかどうかは、接合部の固定強度も関係してく
る。

【００３９】一方、ｋが大きすぎると、引っ張り力は発
生しなくなるが、熱膨張差による構造体のたわみなどが
問題となってくる。したがって、ｋの許容量がいくつに
なるかは、単純には求めることができず、実用性を考慮
して設計された表示装置で、量産を想定した製造装置に
おいて検討することで決定される。

【００４０】このような検討をしたところ、グリッドに
ついては、１．０７≦ｋ≦１．１５とすることが望ましいという結果が得られた。ｋが１．
０５より小さい場合は、製造の段階でどうしても発生す
る温度差により接合部がはずれるという問題を避けるこ
とが困難であった。また、ｋが１．１５より大きい場合
は、グリッドと背面基板の温度が高くなった場合のグリ
ッドのたわみ、位置精度が問題となることを避けること
が困難であった。

【００４１】さらに、上記検討の固有の条件を離れて、
また、構造体一般に関して、許容されうるｋの範囲を推
定してみたところ、１．０２≦ｋ≦１．２という結果が得られた。

【００４２】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、この発明はＳＥＤに限らず、電界放出型
電子放出素子を用いたＦＥＤ、その他の平面表示装置に
も適用可能である。また、グリッドは背面基板に限ら
ず、前面基板に接合されていても良い。更に、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。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
温度差に起因する接合部の剥離、損傷を防止し、製造不
良の低減および信頼性の向上を図ることが可能な表示装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係るＳＥＤを示す斜視
図。

【図２】上記ＦＥＤにおけるグリッドと背面基板との接
合部を拡大して示す平面図。

【図３】図１の線Ａ−Ａに沿った断面図。

【図４】上記ＳＥＤの要部を拡大して示す斜視図。

【図５】上記ＳＥＤにおけるグリッドと背面基板との熱
膨張特性を比較して示す図。

【符号の説明】

４…真空外囲器８…側壁１０…前面基板１２…蛍光体スクリーン１８…グリッド２０…背面基板２３…走査電極２４…信号電極２７…表面伝導型電子放出素子３０…スペーサ４６…開孔４８…第１スペーサ５０…第２スペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】隙間を置いて対向配置された第１基板およ
び第２基板を有した真空外囲器と、上記第１基板と第２基板との間に配設されているととも
に、第１および第２基板の少なくとも一方に接合された
構造体と、上記第１および第２基板の一方の基板内面に設けられた
蛍光面と、上記第１および第２基板の他方の基板内面に設けられ、
上記蛍光面に電子を放出する複数の電子放出素子と、を
備え、上記構造体は、この構造体が接合された上記少なくとも
一方の基板よりも大きな熱膨張率を有していることを特
徴とする表示装置。
【請求項２】上記構造体は、上記一方の基板の熱膨張率
に対し、１．０２ないし１．２倍の熱膨張率を有してい
ることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】上記構造体は、上記一方の基板の熱膨張率
に対し、１．０７ないし１．１５倍の熱膨張率を有して
いることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】上記構造体は、上記第１基板と第２基板と
の間にこれら第１および第２基板と対向して配設された
板状のグリッドを含んでいることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】上記構造体は、上記第１基板と第２基板と
の間に配設され上記第１および第２基板を大気圧に対し
て支持した複数の支持部材を含んでいることを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】上記構造体は、いずれの温度においても、
上記少なくとも一方の基板より伸び率が高くなる熱膨張
特性を有していることを特徴とする請求項１ないし５の
いずれか１項に記載の表示装置。
【請求項７】内面に蛍光面が形成された前面基板と、上記蛍光面と所定の隙間を置いて対向配置されていると
ともに、上記蛍光面に向けて電子を放出する複数の電子
放出素子が配置された背面基板と、上記前面基板と背面基板との間にこれら前面基板および
背面基板と対向して配設されているとともに、上記背面
基板に接合された板状のグリッドと、を備え、上記グリッドは、上記背面基板よりも大きな熱
膨張率を有していることを特徴とする表示装置。
【請求項８】上記第１基板と第２基板との間に配設され
上記第１および第２基板を大気圧に対して支持した複数
の支持部材を備え、各支持部材は、上記背面基板に接合
されているとともに、上記背面基板よりも大きな熱膨張
率を有していることを特徴とする請求項７に記載の表示
装置。
【請求項９】上記支持部材は上記グリッドに固定されて
いることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】上記グリッドは、上記一方の基板の熱膨
張率に対し、１．０２ないし１．２倍の熱膨張率を有し
ていることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１
項に記載の表示装置。
【請求項１１】上記グリッドは、上記一方の基板の熱膨
張率に対し、１．０７ないし１．１５倍の熱膨張率を有
していることを特徴とする請求項１０に記載の表示装
置。
【請求項１２】上記グリッドは、それぞれ台座を介して
上記背面基板に接合された複数の接合部を備えているこ
とを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記
載の表示装置。
【請求項１３】上記背面基板の外面に設けられた給電端
子を備え、上記グリッドは導電性を有しているとともに
少なくとも１つの台座、および上記背面基板に形成され
た貫通孔を介して上記給電端子に電気的に接続されてい
ることを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。