JP2005268124A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧特性を改善できるとともに表示性能を向上することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 蛍光体層１６及び黒色遮光層１７を含む蛍光体スクリーン１５と、蛍光体スクリーン１５に重ねて設けられているとともに短冊状に分割された複数の分割電極３０によって構成されたメタルバック層２０と、メタルバック層２０に重ねて設けられたゲッタ層２２と、黒色遮光層１７上においてゲッタ層２２を電気的に分断する分断層５０と、を有する前面基板１１を備え、分断層５０は、導電性を有していることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

この発明は、画像表示装置に係り、さらに詳しくは、真空外囲器内に、電子源と、この電子源から放出される電子線の照射により画像を形成する蛍光体スクリーンとを備えた画像表示装置に関する。

一般に、電子源から放出される電子線を蛍光体に照射し、蛍光体を発光させて画像を表示する画像表示装置においては、真空外囲器が電子源と蛍光体とを内包している。真空外囲器内で発生したガスは、外囲器内部の圧力の上昇をもたらす。これにより、電子源からの電子放出量が低下し、高輝度の画像表示ができなくなる。そのため、真空外囲器の内部を高真空に保持しなければならない。

また、真空外囲器内で発生したガスが、電子線により電離されてイオンとなり、これが電界により加速されて電子源に衝突することで、電子源に損傷を与えることもある。

従来のカラー陰極線管（ＣＲＴ）などでは、真空外囲器内に設けたゲッタ材を封止後に活性化させ、動作時に内壁などから放出されるガスをゲッタ材に吸着させることにより、所望の真空度を維持している。そして、このようなゲッタ材による高真空度化および真空度の維持を、平面型画像表示装置にも適用することが試みられている。

平面型画像表示装置では、多数の電子放出素子を平面基板上に配置した電子源が用いられており、真空外囲器内の容積が通常のＣＲＴに比べて大幅に減少するのに対して、ガスを放出する壁面の面積は減少しない。そのため、ＣＲＴと同程度のガスの放出があった場合、真空外囲器内の圧力上昇が極めて大きくなる。したがって、平面型画像表示装置ではゲッタ材の役割が非常に重要となる。

近年、画像表示領域内にゲッタ材の層を形成することが検討されている。例えば、特許文献１には、平面型画像表示装置において、蛍光体層上に形成された金属層すなわちメタルバック層の上に、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などの導電性を有するゲッタ材の薄膜を重ねて形成するか、あるいはメタルバック層自体を前記した導電性を有するゲッタ材で構成する構造が開示されている。

なお、メタルバック層は、電子源から放出された電子により蛍光体から発せられた光のうちで、電子源側に進む光をフェースプレート（前面基板）側へ反射して輝度を高めること、蛍光体層に導電性を付与しアノード電極の役割を果たすこと、および真空外囲器内に残留するガスが電離して生じるイオンにより、蛍光体層が損傷するのを防ぐことなどを目的としたものである。

従来から、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）では、蛍光体スクリーンを有するフェースプレート（前面基板）と電子放出素子を有するリアプレート（背面基板）との間のギャップ（間隙）が、１〜数ｍｍ程度と極めて狭く、この狭い間隙に１０ｋＶ前後の高電圧が印加され、強電界が形成されるため、長時間画像形成させると放電（真空アーク放電）が生じやすいという問題があった。そして、このような異常放電が発生すると、数Ａから数１００Ａに及ぶ大きな放電電流が瞬時に流れるため、カソード部の電子放出素子やアノード部の蛍光体スクリーンあるいは駆動回路等が破壊されるあるいは損傷を受ける（以下放電によるダメージと称する）おそれがあった。

最近、このような放電によるダメージを緩和するために、アノード電極として使用しているメタルバック層に間隙を設けることが提案されているが、放電によるダメージをよりいっそう抑制するために、メタルバック層上に被覆される導電性薄膜であるゲッタ層においても、所定のパターンに形成するなど、間隙を設けることが要求されている。
特開平９−８２２４５号公報

所定のパターンを有するゲッタ層を形成する方法としては、従来から、適当な開孔パターンを有するマスクをメタルバック層上に載せ、真空蒸着法またはスパッタリング法などによって成膜する方法が考えられている。しかしながら、このような方法では、パターニングの精度やパターンの精細性などに限界が有り、放電によるダメージを抑制する効果が十分でないという問題がある。

一方で、蛍光体スクリーン上に予めゲッタ層を電気的に分断する特性を有した分断層を配置しておき、ゲッタ層を形成すると同時に分断する方法がある。この分断層は、メタルバック層を構成する複数の分割電極が導電性薄膜であるゲッタ層によって電気的に接続されないように、ゲッタ層を多数の独立した島状に分断するものである。このようなゲッタ層分断作用を考慮すると、分断層は電気的に絶縁性であることが好適と考えられていた。

しかし、画像を表示する際には分断層が絶縁性であることが耐圧特性に悪影響をおよぼすことがわかってきた。電子放出素子からの電子は、蛍光体スクリーンに向かって放出される。電子放出素子から放出された電子は蛍光体層に入射するものであり、分断層への直接入射はないが、蛍光体層からの散乱電子が分断層に入射する。分断層が電気的に絶縁であると、散乱電子によって分断層は帯電し、基板間での放電へとつながる微小な部分放電が発生するおそれがある。この部分放電は、画像表示の際に頻発する可能性があり、耐圧特性の悪化することによって画像品位の劣化につながるおそれがある。

この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、放電によるダメージを抑制するとともに、耐圧特性の改善および表示性能を向上することが可能な画像表示装置を提供することにある。

この発明の様態による画像表示装置は、
蛍光体層及び遮光層を含む蛍光体スクリーンと、前記蛍光体スクリーンに重ねて設けられているとともに短冊状に分割された複数の分割電極によって構成されたメタルバック層と、前記メタルバック層に重ねて設けられた導電性薄膜と、前記遮光層上において前記導電性薄膜を電気的に分断する分断層と、を有する前面基板と、
前記前面基板に対向して配置されているとともに、前記蛍光体スクリーンに向けて電子を放出する電子放出素子が配置された背面基板と、を備えた画像表示装置であって、
前記分断層は、導電性を有していることを特徴とする。

この画像表示装置によれば、導電性薄膜を電気的に分断する分断層を備えている。この分断層に導電性を付与したことで、散乱電子が分断層に入射しても分断層自体の帯電を防止することが可能となる。

分断層の帯電による放電の発生を抑制することができ、耐圧特性を改善することが可能となる。したがって、この発明によれば、放電によるダメージを抑制するとともに、耐圧特性の改善および表示性能を向上することが可能な画像表示装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態に係る画像表示装置について図面を参照して説明する。なお、ここでは、画像表示装置として、表面伝導型の電子放出素子を備えたＦＥＤを例にとって説明する。

図１及び図２に示すように、ＦＥＤは、１〜２ｍｍの隙間を置いて対向配置された前面基板１１及び背面基板１２を備えている。これら前面基板１１及び背面基板１２は、絶縁基板としてそれぞれ板厚が１〜３ｍｍ程度の矩形状のガラス板を用いて構成されている。これらの前面基板１１及び背面基板１２は、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程度の高真空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。

真空外囲器１０は、その内部に設けられ、前面基板１１及び背面基板１２に加わる大気圧荷重を支えるための複数のスペーサ１４を備えている。このスペーサ１４としては、板状あるいは柱状等の形状を採用可能である。

前面基板１１は、その内面に画像表示面を備えている。すなわち、画像表示面は、蛍光体スクリーン１５、蛍光体スクリーン１５上に配置されたメタルバック層２０、メタルバック層２０上に配置された導電性薄膜すなわちゲッタ層２２などで構成されている。

蛍光体スクリーン１５は、赤、緑、青にそれぞれ発光する蛍光体層１６と、マトリクス状に配置された黒色遮光層１７とを有している。メタルバック層２０は、アルミニウム膜等で形成され、アノード電極として機能する。ゲッタ層２２は、ガス吸着特性を持った金属膜、例えばＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｂａから選ばれる金属、またはこれらのうちの少なくとも一種の金属を主成分とする合金の層によって形成され、真空外囲器１０の内部に残留したガス及び各基板からの放出ガスを吸着する。

背面基板１２は、その内面に表面伝導型の電子放出素子１８を備えている。この電子放出素子１８は、蛍光体スクリーン１５の蛍光体層１６を励起する電子ビームを放出し、電子源として機能する。すなわち、複数の電子放出素子１８は、背面基板１２上において、画素毎に対応して複数列及び複数行に配列され、それぞれ蛍光体層１６に向けて電子ビームを放出する。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。また、電子放出素子１８に電位を供給するための多数本の配線２１は、背面基板１２の内面にマトリクス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引出されている。

このようなＦＥＤでは、画像を表示する動作時においては、蛍光体スクリーン１５及びメタルバック層２０を含む画像表示面にアノード電圧を印加する。そして、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１５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、それぞれ対応する色に発光する。このようにして、画像表示面にカラー画像が表示される。

次に、上述したような構成のＦＥＤにおけるメタルバック層２０の詳細な構造について説明する。なお、ここではメタルバック層という用語を用いているが、この層は、金属（メタル）に限定されるものではなく、種々の材料を使うことが可能であるが、便宜上、メタルバック層という用語を用いる。

図３及び図４に示すように、蛍光体スクリーン１５は、実質的に画像を表示する有効部４０において、それぞれ赤、青、緑に発光する多数のストライプ状の蛍光体層１６を有している。これら蛍光体層１６は、所定の隙間を置いて平行に並んで配列されている。また、蛍光体スクリーン１５は、有効部４０において、多数のストライプ状の黒色遮光層１７を有している。これらの黒色遮光層１７は、それぞれ蛍光体層１６の間に配置されている。

蛍光体スクリーン１５に重ねて設けられたメタルバック層２０は、島状に分割された複数の分割電極３０によって構成されている。これらの分割電極３０は、主に蛍光体層１６上に配置され、蛍光体層１６に対応して細長い短冊状に形成されている。このように配置することで、メタルバック層２０は、蛍光体層１６上には必ず形成され、蛍光体の輝度特性及び劣化に対して影響を与えない構造となっている。

メタルバック層２０を分割するためには、種々の手法がある。例えば、蛍光体スクリーン１５上に真空蒸着法などの薄膜形成法でメタルバック層２０を形成する際、予め黒色遮光層１７上に薄膜を電気的に分割する特性を有した分割部材を配置しておくことで、メタルバック層２０を形成すると同時に分割する手法がある。また、メタルバック層２０を分割する他の手法としては、分割されていないメタルバック層２０を形成した後に、レーザなどの熱処理や、物理的な圧力の印加などにより分割しても良い。さらに、メタルバック層２０を分割する他の手法としては、蛍光体スクリーン１５上にアルミニウムなどの金属膜を成膜した後、黒色遮光層１７上の金属膜を焼成して金属化合物（例えば金属酸化物）とすることにより絶縁化する化学的な処理による手法もある。

このように分割されたメタルバック層２０は、図３に示すように、蛍光体層１６が延出する方向と平行な一方向に細長い短冊状の分割電極３０となって配置されることになる。また、化学的な処理により分割されたメタルバック層２０は、分割電極３０の間に絶縁化した金属化合物層３１を備えた構造となる。すなわち、金属化合物層３１は、黒色遮光層１７上に配置されることになる。

このような構成とすることで、分割されたメタルバック層２０により、画像形成面のコンデンサ容量の分割が可能となり、前面基板１１と背面基板１２との放電時に流れる電流を小さくすることができる。これにより、蛍光体スクリーン１５を含む画像形成面、電子放出素子１８、駆動回路などへの放電ダメージを軽減することができる。

分割電極３０は、島状に独立していることから、そのままでは外部からアノード電圧を供給することができない。そのため、すべての分割電極３０にアノード電圧を供給するための共通電極４１が設けられている。また、共通電極４１の一部には、高圧供給部４２が形成され、適当な手段により電圧が印加できるように構成されている。たとえば、背面基板１２に設けられた高圧端子から延びた金属ピンが接触するようにするなどの方法がある。なお、高圧供給部４２を別途設けるのではなく、共通電極４１の一部を高圧供給部とすることも可能である。

この共通電極４１は、有効部４０の外側に配置され、各分割電極３０の延出方向に対して直交する方向に延出されている。すなわち、共通電極４１は、ストライプ状の分割電極３０の一端部３０Ａ側に、各分割電極３０と所定の間隔をおいてストライプ状に形成されている。

共通電極４１は、高い導電性を有する材料によって構成されている。この共通電極４１は、例えば、Ａｇ（銀）ペーストをスクリーン印刷することにより形成することが望ましい。共通電極４１の比抵抗は、概ね０．１Ｅ−４Ωｃｍ以下となることが望ましい。

この共通電極４１と分割電極３０とを直接接続してしまうと、隣接する分割電極３０が共通電極４１を介して電気的に接続された状態となってしまうため、放電規模の抑制効果が無効になってしまう。そのため、各分割電極３０は、接続抵抗４３を介して共通電極４１と電気的に接続されている。

この接続抵抗４３の抵抗値Ｒ２は、放電電流と輝度低下との許容量を総合的に考慮した上で、接続抵抗４３の材料特性を考慮して決定される。

このような構造にすることで、分割電極３０によるコンデンサ容量を分割した状態を保つ構成となっている。このため、前面基板１１と背面基板１２との間で発生する放電によるダメージは抑制される。

ところで、図４に示すように、メタルバック層２０に重ねて設けられたゲッタ層２２は、導電性薄膜であるため、複数の分割電極３０を電気的に接続してしまう。このため、この画像表示装置によれば、ゲッタ層２２を電気的に分断する分断層５０を備えている。すなわち、分断層５０は、メタルバック層２０を構成する複数の分割電極３０がゲッタ層２２によって電気的に接続されないように、黒色遮光層１７上（あるいは金属化合物層３１上）において、ゲッタ層２２を独立した島状に分断するものである。

このような分断層５０は、電子の入射によって帯電が生じないように、適度な導電性を有している。すなわち、画像を表示する際には、電子放出素子１８から放出された電子は、分断層５０に直接入射することはないが、蛍光体層１６に入射した電子からの散乱電子が分断層５０に入射する。分断層５０が実質的に導電性を持たない絶縁材料で構成されていると、散乱電子によって分断層５０は帯電し、基板間での異常放電へとつながる微小な部分放電を発生するおそれがある。

そこで、この画像表示装置のように、分断層５０に導電性を付与したことにより、散乱電子が入射しても分断層５０自体の帯電を防止することが可能となる。ここで、分断層５０が有するべき適度な導電性とは、散乱電子の量、帯電によって微小な部分放電が発生する電圧しきい値などによって決定される。

ここでは、分断層５０は、１Ｅ１２Ω／□以下のシート抵抗を有する材料によって形成されることが望ましい。分断層５０が１Ｅ１２Ω／□を超えるシート抵抗を有している場合、分断層５０自体の帯電を抑制することが困難であり、十分な放電防止効果が得られない。つまり、耐圧特性を十分に改善することは困難である。

一方、分断層５０は、１Ｅ５Ω／□以上のシート抵抗を有する材料によって形成されることが望ましい。分断層５０が１Ｅ５Ω／□未満のシート抵抗を有している場合、分断層５０を介して隣接する分割電極３０が電気的に導通してしまい、メタルバック層２０を分割したことによる画像形成面のコンデンサ容量の分割効果が十分に得られない。つまり、放電ダメージの軽減効果が十分に得られなくなってしまう。

このような適度な導電性を有した分断層５０を備えたことにより、分断層５０の帯電による放電の発生を抑制することができるとともに、耐圧特性を改善することが可能となる。したがって、放電による電子放出素子や蛍光体スクリーンの破壊及び劣化を防止することが可能となる。また、高輝度かつ高品位の表示が可能となる。

このような分断層５０は、例えば、メタルバック層２０上に、分断層材料をスクリーン印刷法などにより所定のパターンで成膜することにより形成可能である。分断層材料のパターンを形成する領域は、例えば、黒色遮光層１７の上に位置する領域に設定される。分断層５０を、蛍光体層１６上を避けてこのようなパターンで形成した場合には、分断層５０が電子線を吸収することによる輝度低下が少ないという利点がある。

これらの分断層材料を構成する微粒子の平均粒径は、５ｎｍ〜３０μｍとすることが望ましく、より好ましくは１０ｎｍ〜１０μｍの範囲とする。微粒子の平均粒径が５ｎｍ未満では、分断層表面の凹凸がほとんどなくなる（平滑性が高い）ため、その上に真空成膜されたゲッタ材（ゲッタ層）が分断されることなく一様に成膜される。したがって、島状に多数独立したゲッタ層を形成することができない。また、微粒子の平均粒径が３０μｍを超える場合には、分断層５０の形成自体が不可能になる。

このような分断層５０を備えた前面基板１１と、背面基板１２とを、フリットガラス等により真空封着し、真空外囲器１０を形成した後、真空外囲器１０内で分断層５０のパターン上へゲッタ材を真空成膜すると、分断層５０上で分断されたゲッタ層２２が形成可能である。すなわち、ゲッタ材は、分断層５０のパターンが形成されていないメタルバック層２０の領域すなわち分割電極３０上に連続膜として成膜され、ゲッタ層２２が形成される。一方で、分断層５０上においては、図５に示すように、ゲッタ材が連続膜として成膜されず、分割電極３０上のゲッタ層２２と電気的に分断される。これにより、島状に分断されたゲッタ層２２を形成することができる。

以上説明したように、この実施の形態に係る画像表示装置によれば、分断層が適度な導電性を有しているため、分断層自体の帯電を防止することができ、耐圧特性を改善することが可能となる。したがって、放電による電子放出素子や蛍光体スクリーンの破壊及び劣化を防止することが可能となる。また、高輝度かつ高品位の表示が可能となる。

また、別の実施の形態として、導電性薄膜であるゲッタ層２２を分断する分断層５０の上面、あるいは、分断層５０と絶縁化された金属化合物層３１との間に導電層（以下、分断部導電層と称する）を配置しても良い。つまり、分断層５０に重ねて設けられた分断部導電層を配置しても良い。

図６に示すように、分断部導電層６０が分断層５０の上面に配置される場合（すなわち、分断部導電層６０が分断層５０とゲッタ層との間に配置される場合）、分断部導電層６０は、分断層５０によるゲッタ層２２を多数の独立した島状に分断する作用が失われないように形成する必要がある。例えば、分断部導電層６０は分断層５０の凹凸状態に影響を与えないような薄膜層で形成されることが望ましい。

また、図７に示すように、分断部導電層６０が分断層５０と金属化合物層３１との間に配置される場合、分断層５０への電子入射によって帯電が生じないように、電子入射領域と分断部導電層６０との距離を近接させる必要がある。この距離は、電子入射量及び電子入射角度によって決定される。

分断部導電層６０は、適度な導電性を有する導電性材料によって形成される。すなわち、分断部導電層６０のシート抵抗値は、分断層５０で帯電が生じない値と、隣接する分割電極間の導通によって放電抑制効果が失われない値との範囲で決定されるものである。つまり、分断部導電層は、上述した実施の形態で述べたように、１Ｅ５Ω／□以上１Ｅ１２Ω／□以下の範囲のシート抵抗を有することが望ましい。

このように、適度な導電性を有する分断部導電層６０を分断層５０に接触するように設けたことにより、分断層５０が導電性を有していなくても、分断部導電層６０により分断層５０の帯電を抑制することができる。また、分断層５０は、電気的に絶縁体として形成することができるため、良好なゲッタ層分断特性を有する（つまりゲッタ層２２を確実に電気的に分断することができる）ような構成が可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の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、上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。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１は、この発明の実施の形態に係る製造方法及び製造装置により製造されるＦＥＤの一例を概略的に示す斜視図である。 図２は、図１に示したＦＥＤのＡ−Ａ線に沿った断面構造を概略的に示す図である。 図３は、この発明の実施の形態に係る画像表示装置の前面基板の構造を概略的に示す平面図である。 図４は、図３に示した前面基板の構造を概略的に示す断面図である。 図５は、図４に示した前面基板における分断層付近の断面構造を模式的に示す図である。 図６は、図３に示した前面基板の他の構造を概略的に示す断面図である。 図７は、図３に示した前面基板の他の構造を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１０…真空外囲器、１１…前面基板、１２…背面基板、１５…蛍光体スクリーン、１６…蛍光体層、１７…黒色遮光層、１８…電子放出素子、２０…メタルバック層、２２…ゲッタ層、３０…分割電極、４０…有効部、４１…共通電極、４３…接続抵抗、４４…電極間抵抗、５０…分断層

Claims (7)

1. 蛍光体層及び遮光層を含む蛍光体スクリーンと、前記蛍光体スクリーンに重ねて設けられているとともに短冊状に分割された複数の分割電極によって構成されたメタルバック層と、前記メタルバック層に重ねて設けられた導電性薄膜と、前記遮光層上において前記導電性薄膜を電気的に分断する分断層と、を有する前面基板と、
   前記前面基板に対向して配置されているとともに、前記蛍光体スクリーンに向けて電子を放出する電子放出素子が配置された背面基板と、を備えた画像表示装置であって、
   前記分断層は、導電性を有していることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記分断層は、１Ｅ１２Ω／□以下のシート抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記分断層は、１Ｅ５Ω／□以上のシート抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記導電性薄膜は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｂａから選ばれる金属、またはこれらのうちの少なくとも一種の金属を主成分とする合金の層であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 蛍光体層及び遮光層を含む蛍光体スクリーンと、前記蛍光体スクリーンに重ねて設けられているとともに短冊状に分割された複数の分割電極によって構成されたメタルバック層と、前記メタルバック層に重ねて設けられた導電性薄膜と、前記遮光層上において前記導電性薄膜を電気的に分断する分断層と、この分断層に重ねて設けられた分断部導電層を有する前面基板と、
   前記前面基板に対向して配置されているとともに、前記蛍光体スクリーンに向けて電子を放出する電子放出素子が配置された背面基板と、を備えた画像表示装置であって、
   前記分断部導電層は、導電性を有していることを特徴とする画像表示装置。
6. 前記分断部導電層は、１Ｅ１２Ω／□以下のシート抵抗を有することを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記分断部導電層は、１Ｅ５Ω／□以上のシート抵抗を有することを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。

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