JP2005243586A

JP2005243586A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2005243586A
Application number: JP2004055576A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Nakazawa; 知子中澤; Akiyoshi Nakamura; 明義中村; Hiroshi Mikami; 啓三上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】コントラストが良好でかつ耐電圧特性に優れた薄型の画像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の画像表示装置は、フェースプレートと、このフェースプレートと対向配置されたリアプレートと、このリアプレート上に形成された多数の電子放出素子と、前記フェースプレートの前記リアプレートに対向する内面に形成された光吸収層と蛍光体層を備えた画像表示装置であり、光吸収層がマトリックス格子状のパターンを有し、かつ蛍光体層がストライプ状のパターンを有する。光吸収層の厚さを２μｍ以下と薄くし、かつこの光吸収層のパターン上に、隣接するストライプ間に隙間がないように蛍光体層のパターンが形成されていることが望ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像表示装置に係わり、特に、アノード側のフェースプレートとカソード側のリアプレートとが近接して配置され、スポット形状を有する電子ビームにより蛍光面を発光させる電界放出型表示装置（フィールドエミッションディスプレイ；ＦＥＤ）などの薄型画像表示装置に関する。

従来から、ＦＥＤのような画像表示装置では、光吸収層と蛍光体層から成る蛍光体スクリーン（蛍光面）を有するフェースプレートと、マトリックス状に形成された多数の電子放出素子を有するリアプレートとを、極めて狭い間隔（１ｍｍ〜数ｍｍ程度）をおいて対向・配置し、電子放出素子から放出される電子ビームをスポット状に無走査で蛍光体層に投射し、蛍光体を励起して発光させる方式が採られている。

そして、このような画像表示装置では、表示画像のコントラストを上げるために、光吸収層を格子状のパターンに形成することが行われている。

しかし、光吸収層と隣接する蛍光体層との間に急峻な段差が発生しやすかった。そのため、フェースプレートとリアプレートとが極めて狭い間隔で対向・配置されたＦＥＤでは、急峻な段差部が放電のトリガとなり、異常放電が発生しやすいという問題があった。

また、蛍光体スクリーンの上にＡｌ等の金属膜（メタルバック層）を設けた構造では、蛍光体層と光吸収層との間の段差により、メタルバック層に凹凸やしわが生じ易く、メタルバック層の密着性が十分でないため、耐電圧特性が低いなどの問題があった。

さらに、蛍光体スクリーンを平坦化するために光吸収層の上に段差調整層を形成し、耐圧特性を向上させる提案がなされているが（例えば、特許文献１参照）、この方法では、蛍光体層の形成工程の後に段差調整層を形成しているので、工程数が増加し煩雑になるという問題があった。
特開２００３−２２９０７５公報

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、コントラストが良好でありかつ耐電圧特性に優れた薄型平面型の画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の画像表示装置は、フェースプレートと、該フェースプレートと対向配置されたリアプレートと、該リアプレート上に形成された多数の電子放出素子と、前記フェースプレートの前記リアプレートに対向する内面に形成された光吸収層および蛍光体層を備えた画像表示装置であり、前記光吸収層が格子状のパターンを有し、かつ前記蛍光体層がストライプ状のパターンを有することを特徴とする。

本発明の画像表示装置においては、光吸収層が格子状のパターンを有し、その上にストライプ状の蛍光体層のパターンが形成されているので、表示コントラストが高いうえに、蛍光面（蛍光体スクリーン）を構成する層間の急峻な段差の発生を抑制することができ、耐電圧特性を大幅に向上させることができる。また、蛍光面の急峻な段差が抑えられているので、比較的強度の弱い蛍光体層上にもスペーサーを設置することができる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の画像表示装置の一実施形態であるＦＥＤの概略構成を示す断面図である。

このＦＥＤにおいては、透明基板１上に蛍光体スクリーン（蛍光面）２を有するフェースプレート３と、基板４上に多数の電子放出素子がマトリックス状に配列された電子放出源５を有するリアプレート６とが、１ｍｍ〜数ｍｍの狭い間隙をおいて対向・配置され、これらの間の空間が支持枠（側壁）７を介して気密に封止されている。そして、フェースプレート３とリアプレート６との間に５〜１５ｋＶの高電圧が印加されるように構成されている。

なお、図中符号８は、蛍光体スクリーン２の上に形成されたメタルバック層を示す。メタルバック層８は、Ａｌ膜などの金属膜からなり、蛍光体層で発生した光のうち、リアプレート６方向に進む光を反射して輝度を向上させるものである。また、メタルバック層８は、フェースプレート３の画像表示領域に導電性を与えて電荷が蓄積されるのを防ぐ機能を有し、リアプレート６の電子放出源５に対してアノード電極の役割を果たす。さらに、メタルバック層８は、真空容器（外囲器）内に残留したガスが電子線で電離して生成するイオンにより蛍光体層が損傷することを防ぐ機能をも有している。

フェースプレート３は、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、ガラス基板などの透明基板１上に、カーボン等の黒色顔料からなる光吸収層１１と、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の蛍光体層１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂがそれぞれ形成された蛍光体スクリーン２を備えている。光吸収層１１は、ｘ軸およびｙ軸に沿ったマトリックス格子状のパターンを有し、その上に、例えばｙ軸方向に沿ったストライプ状のパターンを有する蛍光体層１２が形成されている。

光吸収層１１の厚さは２μｍ以下とし、かつこの光吸収層１１のパターンの上を覆うように、蛍光体層１２のパターンを、隣接するストライプ間にできるだけ隙間がないように形成することが望ましい。また、隣接する３色の蛍光体層１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの厚さの差も、２μｍ以下とすることが望ましい。

ここで、光吸収層１１のパターンの形成は、フォトリソ法あるいは黒色顔料を含むペーストをスクリーン印刷するなどの方法で行うことができる。また、３色の蛍光体層１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂのパターンの形成は、ＺｎＳ系、Ｙ_２Ｏ_３系、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ系などの蛍光体を含む樹脂ペーストをスクリーン印刷する方法、あるいは感光性材料を含む蛍光体スラリーを塗布し、フォトリソ法によりパターニングする方法で行うことができる。

蛍光体スクリーン２の上にメタルバック層８を形成するには、例えば、スピン法でニトロセルロース等の有機樹脂からなる薄い膜を形成し、その膜の上にＡｌ膜などの金属膜を真空蒸着し、さらに焼成（ベーキング）して有機物を除去する方法（ラッカー法）を採ることができる。

また、転写用の積層フィルム（転写フィルム）を使用してメタルバック層８を形成することもできる。転写フィルムは、ベースフィルム上に離型剤層（必要に応じて保護膜）を介してＡｌ等の金属膜と接着剤層が順に積層された構造を有し、この転写フィルムを、接着剤層が蛍光体層１２に接するように配置し、スタンプ方式、ローラー方式などで押圧処理を施す。こうして転写フィルムを加熱しながら押圧し、金属膜を接着してからベースフィルムを剥ぎ取った後、加熱焼成し有機分を分解・除去することにより、蛍光体スクリーン２上にメタルバック層８を形成することができる。

このように構成されるＦＥＤにおいては、蛍光体スクリーン２を構成する光吸収層１１がマトリックス格子状のパターンを有し、その上を覆うように蛍光体層１２のパターンが、ストライプ状でかつ隣接するストライプ間に隙間がないように形成されているので、蛍光体スクリーン２の上面における層間の段差が小さくなっているうえに、放電のトリガとなるおそれがある微細かつ急峻な段差も大幅に低減している。したがって、電界集中に起因する異常放電が起こりにくく、耐電圧特性が向上する。また、光吸収層１１がマトリックス格子状のパターンを有しているので、蛍光体層１２の発光面積に対する遮光部の面積が十分に大きくなっており、表示コントラストにも優れている。

次に、本発明をＦＥＤに適用した具体的実施例について説明する。

実施例
ガラス基板上に黒色顔料からなるマトリックス格子状の光吸収層（平均厚２μｍ）をフォトリソ法により形成した。なお、光吸収層の格子状パターンのサイズは、ｘ軸方向の遮光幅５０μｍ、開口幅１５０μｍで、ｙ軸方向の遮光幅３５０μｍ、開口幅２５０μｍとした。

次いで、この光吸収層のパターンの上に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の蛍光体を含む樹脂ペーストをそれぞれスクリーン印刷し、ｙ軸方向に沿ったストライプ状の蛍光体層（平均厚６μｍ）を形成した。なお、蛍光体層のパターン（ストライプ）の幅は２００μｍであり、各ストライプが隙間なく接するように形成した。こうして、図２（ａ）〜（ｄ）に示す形状および構造を有する蛍光体スクリーン２を形成した。

形成された蛍光体スクリーン２において、光吸収層１１と蛍光体層１２との間の段差の最大値を測定したところ、２μｍであった。また、両層の間の急峻な段差の有無を調べたところ、ｘ軸方向には急峻な段差があるがｙ軸方向にはなかった。

次いで、このような蛍光体スクリーン２の上に、Ａｌ膜（膜厚１００μｍ）のメタルバック層をラッカー法により形成し、メタルバック付き蛍光面を有する基板を得た。

こうして得られたメタルバック付き蛍光面を有する基板を使用し、ＦＥＤを作製した。すなわち、基板上に表面伝導型電子放出素子をマトリクス状に多数形成した電子放出源を背面ガラス基板に固定してリアプレートとし、このリアプレートと前記した基板（フェースプレート）とを、支持枠およびスペーサーを介して対向・配置し、フリットガラスにより封着した。フェースプレートとリアプレートとの間隙は２ｍｍとした。次いで、真空排気、封止など必要な処理を施し、ＦＥＤを完成した。なお、このＦＥＤにおいて、電子放出素子から放出される電子ビーム（ＥＢ）の蛍光体層への投射サイズは、直径１２０μｍであり、図２（ａ）において破線で示す位置に投射されるものとする。

次いで、得られたＦＥＤの表示コントラストの良否を常法により調べた。また、耐電圧特性（限界保持電圧）を常法により測定した。測定結果を表１に示す。

また、比較例１〜４として、光吸収層のパターン形状、層厚、パターンのｘ、ｙ各軸方向の遮光部および開口部のサイズ、蛍光層のパターン形状、層厚、パターンのｘ、ｙ各軸方向のサイズを、それぞれ表１に示すように設計し、実施例と同様にしてメタルバック付き蛍光面を形成した。

比較例１における光吸収層１１のパターン形状を図３（ａ）に、蛍光体層１２のパターン形状を図３（ｂ）に、蛍光体スクリーン２のｘ軸方向の断面構造を図３（ｃ）に、ｙ軸方向の断面構造を図３（ｄ）にそれぞれ示す。同様に、比較例２〜４における光吸収層１１のパターン形状を図４（ａ）〜図６（ａ）に、蛍光体層１２のパターン形状を図４（ｂ）〜図６（ｂ）に、蛍光体スクリーン２のｘ軸方向の断面構造を図４（ｃ）〜図６（ｃ）に、ｙ軸方向の断面構造を図４（ｄ）〜図６（ｄ）にそれぞれ示す。

このような比較例１〜４の蛍光体スクリーン２において、光吸収層１１と蛍光体層１２との間の段差の最大値を測定するとともに、両層の間の急峻な段差の有無を調べた。

次いで、比較例１〜４で得られたメタルバック付き蛍光面を有する基板を使用し、実施例と同様にしてＦＥＤを作製した後、表示コントラストおよび耐電圧特性（限界保持電圧）を常法により測定した。測定結果を表１に示す。なお、表１において、ＢＭは光吸収層を、ＳＣは蛍光体層をそれぞれ表すものとする。

表１に示す測定結果から、以下のことが確かめられた。すなわち、実施例で得られたＦＥＤは、蛍光体スクリーンを構成する層間の最大段差が２μｍと小さくなっているうえに、層間の微細かつ急峻な段差もｙ軸方向には全く存在しないので、限界保持電圧が１５ｋＶと極めて高く、耐電圧特性に優れている。また、光吸収層がマトリックス格子状のパターンを有しているので、表示コントラストも良好である。

これに対して、比較例１で得られたＦＥＤは、蛍光体スクリーンを構成する層間の最大段差が１μｍ以下と小さいが、矩形ドット状に形成された蛍光体層と光吸収層との間に微細ではあるが急峻な段差があるため、実施例に比べて耐電圧特性が低くなっている。

また、比較例２および３で得られたＦＥＤは、いずれも耐電圧特性は実施例と同等に優れているが、表示コントラストが悪くなっている。これは、光吸収層がストライプ状に形成されているので、電子ビームによる蛍光体層の発光面積に対して遮光部の面積が十分に採られていないためと考えられる。

さらに、比較例４で得られたＦＥＤは、蛍光体スクリーンにおける層間の段差が大きくなっているので、限界保持電圧が著しく低く耐電圧特性が悪くなっている。

本発明によれば、コントラストが良好で耐電圧特性に優れた画像表示装置を得ることができる。この表示装置は、ＦＥＤのような薄型で平面型の画像表示装置として極めて有用である。

本発明の一実施形態であるＦＥＤの概略構成を示す断面図である。本発明の実施形態における蛍光体スクリーンの構成を表し、（ａ）は光吸収層のパターン形状を示す平面図、（ｂ）は蛍光体層のパターン形状を示す平面図、（ｃ）はｘ軸方向の断面図、（ｄ）はｙ軸方向の断面図である。比較例１における蛍光体スクリーンの構成を表し、（ａ）は光吸収層のパターン形状を示す平面図、（ｂ）は蛍光体層のパターン形状を示す平面図、（ｃ）はｘ軸方向の断面図、（ｄ）はｙ軸方向の断面図である。比較例２における蛍光体スクリーンの構成を表し、（ａ）は光吸収層のパターン形状を示す平面図、（ｂ）は蛍光体層のパターン形状を示す平面図、（ｃ）はｘ軸方向の断面図、（ｄ）はｙ軸方向の断面図である。比較例３における蛍光体スクリーンの構成を表し、（ａ）は光吸収層のパターン形状を示す平面図、（ｂ）は蛍光体層のパターン形状を示す平面図、（ｃ）はｘ軸方向の断面図、（ｄ）はｙ軸方向の断面図である。比較例４における蛍光体スクリーンの構成を表し、（ａ）は光吸収層のパターン形状を示す平面図、（ｂ）は蛍光体層のパターン形状を示す平面図、（ｃ）はｘ軸方向の断面図、（ｄ）はｙ軸方向の断面図である。

符号の説明

１…透明基板、２…蛍光体スクリーン、３…フェースプレート、５…電子放出源、６…リアプレート、７…支持枠、８…メタルバック層、１１…光吸収層、１２…蛍光体層。

Claims

フェースプレートと、該フェースプレートと対向配置されたリアプレートと、該リアプレート上に形成された多数の電子放出素子と、前記フェースプレートの前記リアプレートに対向する内面に形成された光吸収層および蛍光体層を備えた画像表示装置であり、
前記光吸収層が格子状のパターンを有し、かつ前記蛍光体層がストライプ状のパターンを有することを特徴とする画像表示装置。
前記光吸収層の厚さが２μｍ以下であり、かつこの光吸収層の上に前記蛍光体層のパターンが、隣接するストライプ間に隙間がないように形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
前記蛍光体層のパターンにおいて、隣接する各ストライプの厚さの差が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の画像表示装置。