JP2005149960A

JP2005149960A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2005149960A
Application number: JP2003387196A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Ishikawa; 諭石川; Koji Nishimura; 孝司西村; Sachiko Hirahara; 祥子平原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2005-06-09
Also published as: EP1686607A1; TW200518153A; US7211940B2; WO2005048288A1; US20060192480A1

Abstract

【課題】放電を抑制し、信頼性および表示品位の向上した画像表示装置を提供する。
【解決手段】内面に蛍光体層１６が形成された第１基板１１と、蛍光体層を励起する電子放出素子１８が設けられた第２基板１２とが隙間を置いて対向配置されている。第１基板および第２基板の間には、第１基板および第２基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサ１４が設けられている。第２基板の板厚は第１基板の板厚よりも薄く形成されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、対向配置された基板と、基板間に配設された複数のスペーサと、を備えた画像表示装置に関する。

近年、陰極線管（以下、ＣＲＴと称する）に代わる次世代の軽量、薄型の表示装置として様々な平面型の画像表示装置が注目されている。例えば、平面表示装置として機能するフィールド・エミッション・デバイス（以下、ＦＥＤと称する）の一種として、表面伝導型電子放出装置（以下、ＳＥＤと称する）の開発が進められている。

このＳＥＤは、所定の間隔をおいて対向配置された第１基板および第２基板を備え、これらの基板は矩形状の側壁を介して周辺部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。第１基板の内面には３色の蛍光体層が形成され、第２基板の内面には、蛍光体を励起する電子源として、各画素に対応する多数の電子放出素子が配列されている。各電子放出素子は、電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の電極等で構成されている。

このようなＳＥＤにおいて、第１基板および第２基板間の空間、すなわち外囲器内部は、高い真空度に維持されることが重要となる。真空度が低い場合、電子放出素子の寿命、ひいては、装置の寿命が低下してしまう。また、第１基板および第２基板間に作用する大気圧荷重を支持し基板間の隙間を維持するため、両基板間には、多数の板状あるいは柱状のスペーサが配置されている（例えば、特許文献１）。ＳＥＤにおいて、画像を表示する場合、蛍光体層にアノード電圧が印加され、電子放出素子から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体層へ衝突させることにより、蛍光体が発光して画像を表示する。実用的な表示特性を得るためには、通常の陰極線管と同様の蛍光体を用い、アノード電圧を数ｋＶ以上望ましくは５ｋＶ以上に設定することが望ましい。
特開２００１−２７２９２６号公報

上述のような平面型の画像表示装置では、前面板と背面板との間に５ｋＶ以上の高電圧を印可することで、背面板に配列された電子放出素子から放出される電子を加速し、前面板の蛍光体に到達させている。表示画像の輝度はこの加速電圧に依存するため、高い加速電圧を印加することが望ましい。しかしながら、高電圧を印加した場合、スペーサと第１基板あるいは第２基板との間に隙間があると、電界集中による電子ビームの乱れや微少ギャップでの放電等の問題を引き起こす虞れがある。放電が起こると、電子放出素子や蛍光面、駆動回路の破壊あるいは劣化が引き起こされる可能性がある。

そのため、スペーサの高さを誤差が１μｍ以下となる高い精度に制御し前記隙間を無くす必要がある。しかしながら、第１基板と第２基板との間には多数のスペーサが設けられているため、全てのスペーサについて高さを均一とすることは技術的に難しく製造コストも高くなる。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、放電の発生を抑制し、信頼性および表示品位の向上した画像表示装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、この発明の態様に係る画像表示装置は、内面に蛍光体層が形成された第１基板と、前記第１基板と隙間を置いて対向配置されているとともに前記蛍光体層を励起する蛍光体励起手段が設けられた第２基板と、前記第１基板および第２基板の間に設けられ、前記第１基板および第２基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサと、を備え、前記第２基板の板厚は前記第１基板の板厚よりも薄いことを特徴としている。

この発明によれば、第１基板に比較して第２基板を薄く形成し撓み易くすることにより、スペーサに高さのバラツキがあった場合でも第１および第２基板をスペーサに確実に接触させ、スペーサとの基板との隙間を無くすことができる。これにより、第１および第２基板間で発生する放電を抑制し、信頼性向上を図ることができる。また、第１基板の板厚を第２基板よりも厚くすることにより、強度を維持し安全性を確保するとともに、表示画像の歪を防止することができる。これにより、信頼性および表示品位の向上した画像表示装置が得られる。

以下図面を参照しながら、この発明を、平面型の画像表示装置としてＦＥＤの一種であるＳＥＤに適用した実施形態について詳細に説明する。
図１および図２に示すように、ＳＥＤは、絶縁基板としてそれぞれ矩形状のガラス板からなる第１基板１１、および第２基板１２を備え、これらの基板は１〜２ｍｍの隙間を置いて対向配置されている。第１基板１１および第２基板１２は、ガラスからなる矩形枠状の側壁１３を介して周縁部同士が接合され、内部が１０^−４Ｐａ程度以下の高真空真に維持された扁平な矩形状の真空外囲器１０を構成している。枠体として機能する側壁１３は、例えば低融点ガラスからなるフリットガラス、低融点金属等の封着材１９により、第２基板１２の周縁部および第１基板１１の周縁部に封着されている。

第２基板１２の平面寸法は第１基板１１よりも大きな平面寸法に形成されている。また、第２基板１２の板厚は、第１基板１１の板厚よりも薄く形成され、第１基板の８０％以下、望ましくは、５０％以下に形成されている。例えば、第１基板１１は板厚２．８ｍｍ、第２基板１２は板厚１．１ｍｍに形成されている。

第１基板１１内面の画像表示領域には、蛍光面として、赤、緑、青の蛍光体層１６およびマトリックス状の遮光層１７を有した蛍光体スクリーン１５が形成されている。これらの蛍光体層１６はストライプ状あるいはドット状に形成されている。蛍光体スクリーン１５上には、アルミニウム膜等からなるメタルバック２０が形成され、更に、メタルバックに重ねてゲッター膜２２が形成されている。

第２基板１２の内面上には、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６を励起する蛍光体励起手段として、それぞれ電子ビームを放出する多数の電子放出素子１８が設けられている。電子放出素子１８は、画素毎に対応して複数列および複数行に配列されている。各電子放出素子１８は、図示しない電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の素子電極等で構成されている。第２基板１２の内面には電子放出素子１８に電位を供給する走査配線および変調配線等の多数本の配線２１がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引出されている。

真空外囲器１０の内部において、第１基板１１および第２基板１２間には、複数の柱状のスペーサ１４が設けられている。各スペーサ１４は、第１および第２基板１１、１２に対してほぼ垂直に立設され、その一端はゲッター膜２２、メタルバック２０および蛍光体スクリーン１５の遮光層１７を介して第１基板１１に当接し、他端は第２基板１２に当接している。スペーサ１４は、第１基板１０および第２基板１２の内面に当接することにより、これら第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持し、基板間の間隔を所定値に維持している。スペーサ１４としては、板状のスペーサを用いてもよい。

前述したように、第２基板１２は第１基板１１に対して薄く形成され、また、真空外囲器１０内は高真空に排気されている。これにより、図３に模式的に示すように、第２基板１２は、第１基板１１側およびスペーサ１４側へ僅かに撓み、各スペーサ１４の他端に隙間無く当接した状態に維持されている。

上記ＳＥＤでは、画像を表示する場合、蛍光体スクリーン１５およびメタルバック２０にアノード電圧を印加し、電子放出素子１８から放出された電子ビームをアノード電圧により加速して蛍光体スクリーンへ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６が励起されて発光し、カラー画像を表示する。

以上のように構成さえたＳＥＤによれば、第１基板１１に比較して第２基板１２を薄く形成したわみ易くしている。そのため、スペーサ１４に高さのバラツキがあった場合でも、第２基板１２が僅かに撓むことにより、第１基板および第２基板がスペーサに確実に接触し、スペーサとの基板との隙間を無くすことができる。これにより、第１基板１１および第２基板１２間で発生する放電を抑制し、信頼性向上を図ることができる。また、第１基板１１を第２基板１２よりも厚くすることにより、第１基板および真空外囲器１０の強度を維持し安全性を確保することができる。また、第１基板１１は撓むことなく平坦に維持されているため、表示画像の歪を防止することができる。これにより、信頼性および表示品位の向上したＳＥＤが得られる。

第２基板１２の板厚を薄くしたことにより強度的に不安がある場合は、第２基板１２として強度が高いガラス、あるいは、全体が絶縁層で覆われた金属板を用いてもよい。

第２基板１２を薄く形成した場合、その分だけ外囲器の強度は劣化する。但し、背面側となる第２基板１２は、図示しないキャビネットあるいは筐体によって覆われ守られるため、外的要因により破壊することはない。前面の第１基板１１が破壊するという事態を予防し、更に、安全性を増すために、第２基板１２として強度の高いガラス、あるいは、全体が絶縁層で被覆された金属板を用いてもよい。第２基板１２として強度の高いガラスを用いた場合、剪断破壊強度、圧縮破壊強度、および引っ張り破壊強度の内、少なくとも１つを、第１基板１１よりも大きくすることができる。

また、図４および図５に示す第２の実施形態のように、第２基板１２の外面に補強部材３０を取り付け、第２基板および真空外囲器１０全体の強度を上げる構成としてもよい。ここでは、補強部材３０として、例えば、アルミニウムからなり金属板が用いられている。この金属板は、第２基板１２とほぼ同一の外形寸法を有し矩形状に形成され、板厚は５ｍｍ程度に形成されている。補強部材３０は、接着剤３２によって第２基板１２の外面に貼り付けられ、第２基板の外面全体を覆っている。第２基板１２が僅かに撓んでいる場合でも、接着剤３２により第２基板外面と補強部材３０との隙間を埋め、これら第２基板および補強部材を隙間無く確実に接合することができる。また、補強部材３０は第２基板１２の外面、すなわち、真空外囲器１０の裏面に設けられているため、画像表示には影響しない。
なお、補強部材としては、金属板に限らず、中実あるいは中空の棒材、角材、フレーム等を用いてもよい。

以下、複数の実施例について説明する。
（実施例１）
まず、８５０ｍｍ×５５０ｍｍ×２．８ｍｍ（板厚）のガラス板の上に、ブラックマトリクス、蛍光体層、Ａｌ層等を形成した第１基板と、９００ｍｍ×６００ｍｍ×１．１ｍｍ（板厚）のガラス板の上に、走査配線、変調配線、素子電極等が形成された第２基板を用意した。画素ピッチは０．６ｍｍとした。
次に、径０．２ｍｍ、高さ１．５ｍｍの柱状のスペーサを、第２基板上に６ｍｍ間隔で格子状に配置した。続いて、第１基板と第２基板を真空中で互いに封着し、ＳＥＤ（Ａ）を作成した。
比較のため、第１基板および第２基板が共に板厚２．８ｍｍのガラス板で形成され、上記真空パネルＡと同様に柱状スペーサが配列されたＳＥＤ（Ｂ）を用意した。

これらのＳＥＤ（Ａ）および（Ｂ）について、スペーサ近傍での電子ビーム軌道を調査したところ、ＳＥＤ（Ａ）の方が電子ビームの乱れが少なく、視感レベルの画質評価でも良好な結果が得られた。また、第１基板に１２ｋＶの電圧を印可し１時間保持した場合の放電回数を比較した。その結果、ＳＥＤ（Ｂ）が平均３．６回であるのに対し、ＳＥＤ（Ａ）は平均１．２回であり、大幅に改善された。

高圧エアを用いた加圧強度試験を行ったところ、ＳＥＤ（Ａ）は４．５気圧で第２基板が破壊するものが１／３発生した。ＳＥＤ（Ｂ）の場合、５気圧までは基板が破壊することは無かった。そこで、ＳＥＤ（Ａ）の第２基板に自然硬化型の接着剤を用い肉厚３ｍｍ、外径３０ｍｍのアルミニウム製の四角管を取り付け、上記と同様の加圧強度試験を行ったところ、５気圧までは全く破壊することが無くなった。

（実施例２）
まず、８５０ｍｍ×５５０ｍｍ×２．８ｍｍ（板厚）のガラス板の上に、ブラックマトリクス、蛍光体層、Ａｌ層等を形成した第１基板を用意した。また、板厚０．２５ｍｍの４８％Ｆｅ−Ｎｉ板材の全体を、ガラス等を主成分とした絶縁性物質、例えば、Ｌｉ系のアルカリホウ珪酸ガラスからなる絶縁層により被覆し、第２基板を用意した。コーティング方法はスプレー法を用いた。更に、第２基板の電子放出素子形成面側に、ＳｉＯ₂の膜をスパッタリングにより成膜した後、走査配線、変調配線、素子電極等を形成した。その後、実施例１と同様の方法で第１基板および第２基板を互いに封着し、ＳＥＤ（Ｃ）を作成した。

上記と同様に、スペーサ近傍での電子ビーム軌道を調査したところ、ＳＥＤ（Ｂ）よりもＳＥＤ（Ｃ）の方が電子ビームの乱れが少なく、視感レベルの画質評価でも良好な表示画像が得られた。また、第１基板に１２ｋＶの電圧を印可し１時間保持した場合の放電回数を比較した結果、ＳＥＤ（Ｂ）が平均３．６回であるのに対し、ＳＥＤ（Ｃ）は平均０．９回であり、大幅に改善された。更に、ＳＥＤ（Ｃ）について高圧エアを用いた加圧強度試験を行ったところ、５気圧までは全く破壊することが無く良好であった。

なお、本発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

スペーサの径や高さ、その他の構成要素の寸法、材質等は上述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて適宜選択可能である。この発明は、蛍光体層励起手段として表面伝導型電子放出素子を用いた画像表示装置に限らず、電界放出型、カーボンナノチューブ等の他の電子源を用いた画像表示装置にも適用可能である。

この発明の第１の実施形態に係るＳＥＤを示す斜視図。図１の線Ａ−Ａに沿って破断した前記ＳＥＤの斜視図。前記ＳＥＤを模式的に示す断面図。この発明の第２の実施形態に係るＳＥＤを示す断面図。前記第２の実施形態に係るＳＥＤを模式的に示す断面図。

符号の説明

１０…真空外囲器、１１…第１基板、１２…第２基板、１３…側壁、
１４…スペーサ、１６…蛍光体スクリーン、１８…電子放出素子、
３０…補強部材、３２…接着剤

Claims

内面に蛍光体層が形成された第１基板と、
前記第１基板と隙間を置いて対向配置されているとともに前記蛍光体層を励起する蛍光体励起手段が設けられた第２基板と、
前記第１基板および第２基板の間に設けられ、前記第１基板および第２基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサと、を備え、
前記第２基板の板厚は前記第１基板の板厚よりも薄いことを特徴とする画像表示装置。
前記第１基板および第２基板はガラスを主体としていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記第２基板の、剪断破壊強度、圧縮破壊強度、および引っ張り破壊強度の内、少なくとも１つが、前記第１基板よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
前記第２基板は、絶縁層で覆われた金属板により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置
前記弟２基板の外面に取り付けられた補強部材を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
前記補強部材は、接着剤を介して前記第２基板の外面に貼付されていることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
前記第２基板の板厚は、前記第１基板の板厚の８０％以下に形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像表示装置。