JP2005294159A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接続抵抗の耐圧を確保するとともに、放電が起きても電子放出素子、蛍光面、駆動回路の破壊や性能劣化を防止できる画像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 画像表示装置を構成する前面基板は、蛍光面に重ねて設けられているととも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、分割電極３０に電圧を供給するための共通電極４１と、分割電極３０と共通電極４１とを接続する接続抵抗４３と、を有している。接続抵抗４３は、分割電極３０と共通電極４１との間の最短距離よりも長い経路に沿って配置されている。
【選択図】 図５

Description

この発明は、画像表示装置、特に、放電ダメージを軽減することが可能な構造を有した平面型の画像表示装置に関する。

近年、次世代の画像表示装置として、電子放出素子を多数並べ、蛍光面と対向配置させた平面型画像表示装置の開発が進められている。電子放出素子には様々な種類があるが、いずれも基本的には電界放出を用いており、これらの電子放出素子を用いた表示装置は、一般に、フィールド・エミッション・ディスプレイ（以下、ＦＥＤと称する）と呼ばれている。ＦＥＤの内、表面伝導型電子放出素子を用いた表示装置は、表面伝導型電子放出ディスプレイ（以下、ＳＥＤと称する）とも呼ばれているが、本願においてはＳＥＤも含む総称としてＦＥＤという用語を用いる。

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。真空容器の内部は、真空度が１０^−４Ｐａ程度以下の高真空に維持されている。また、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、これらの基板の間には複数のスペーサが配設されている。

前面基板の内面には赤、青、緑の蛍光体層を含む蛍光面が形成され、背面基板の内面には、蛍光体を励起して発光させる電子を放出する多数の電子放出素子が設けられている。また、多数の走査線および信号線がマトリックス状に形成され、各電子放出素子に接続されている。蛍光面にはアノード電圧が印加され、電子放出素子から出た電子ビームがアノード電圧により加速されて蛍光面に衝突することにより、蛍光体が発光し映像が表示される。

このようなＦＥＤでは、前面基板と背面基板との隙間を数ｍｍ以下に設定することができ、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）と比較して、軽量化、薄型化を達成することができる。

上記のように構成されたＦＥＤにおいて、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、更に、蛍光体の上にメタルバックと呼ばれるアルミ薄膜を形成した蛍光面を用いることが必要となる。この場合、蛍光面に印加するアノード電圧は最低でも数ｋＶ、できれば１０ｋＶ以上にすることが望まれる。

しかし、前面基板と背面基板との間の隙間は、解像度やスペーサの特性などの観点からあまり大きくすることはできず、１〜２ｍｍ程度に設定する必要がある。したがって、ＦＥＤでは、前面基板と背面基板との小さい隙間に強電界が形成されることを避けられず、両基板間の放電が問題となる。

放電が起こると電子放出素子、蛍光面、駆動回路の破壊あるいは性能劣化が引き起こされる。これらをまとめて放電ダメージと呼ぶことにする。ＦＥＤを実用化するためには、長期間に渡り、放電ダメージが発生しないようにしなければならない。しかし、これを実現するのは非常に難しい。

そこで、放電が起きても電子放出素子、蛍光面、駆動回路ヘの影響を無視できるよう、放電電流を抑制するという対策が重要となる。このための技術として、蛍光面に設けられたメタルバックに切り欠きを入れてジグザグなどのパターンを形成し、蛍光面の実効的なインピーダンスを高める技術が開示されている（例えば、特許文献１）。また、メタルバックを分割し、接続抵抗を介して共通電極と接続することで高電圧を印加する技術が開示されている（例えば、特許文献２）。更に、メタルバックの分割部での沿面放電を抑制するために、分割部に導電性材料の被覆を設ける技術が開示されている（例えば、特許文献３）。
特開２０００−３１１６４２号公報 特開平１０−３２６５８３号公報 特開２０００−２５１７９７号公報

これらの技術のうち、メタルバックと共通電極とを接続する接続抵抗を設ける技術においては、その耐圧を確保することが重要である。一般に、蛍光面で放電が起こると、分割されたメタルバックの電位は、ほぼ０Ｖにまで降下する。その一方で、共通電極の電位は、すぐには降下しない。このため、接続抵抗には一時的にほぼアノード電圧と同程度の高い電圧が印加される。これによって、接続抵抗での放電が起きてしまうと、そこから大量の電流が放電点に流れ込み、電流抑制の要求を満たせなくなってしまう。

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、接続抵抗の耐圧を確保するとともに、放電が起きても電子放出素子、蛍光面、駆動回路の破壊や性能劣化を防止できる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面と、前記蛍光面に重ねて設けられているととも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、前記分割電極に電圧を供給するための共通電極と、前記分割電極と前記共通電極とを接続する接続抵抗と、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、前記蛍光面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、
前記接続抵抗は、前記分割電極と前記共通電極との間の最短距離よりも長い経路に沿って配置されたことを特徴とする。

この発明によれば、接続抵抗の耐圧を確保するとともに、放電が起きても電子放出素子、蛍光面、駆動回路の破壊や性能劣化を防止できる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、それぞれ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程度以下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、前面基板１１と背面基板１２との間に、これらの基板に作用する大気圧荷重を支持す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、蛍光面１５、蛍光面１５上に配置されたメタルバック層２０などで構成されている。また、画像表示面は、必要に応じて、メタルバック層２０上に配置されたゲッタ膜２２を備えても良い。

蛍光面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遮光層１７とで構成されている。メタルバック層２０は、例えばアルミニウムなどの導電性を有する材料によって形成され、アノード電極として機能する。このメタルバック層２０には、画像を表示する動作時に所定のアノード電圧が印加される。ゲッタ膜２２は、ガス吸着特性を持った金属膜によって形成され、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、蛍光面１５の蛍光体層１６を励起するための電子ビームを放出する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を駆動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、メタルバック層２０を介して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面１５へ衝突させる。これにより、蛍光面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、蛍光面１５は、それぞれ赤、青、緑に発光する多数の矩形状の蛍光体層１６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を有している。これらの蛍光体層１６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、主に、実質的に画像を表示する有効部４０に配置されている。前面基板１１において、長手方向を第１方向Ｘとし、これと直交する幅方向を第２方向Ｙとした場合、赤色蛍光体層１６Ｒ、緑色蛍光体層１６Ｇ、及び、青色蛍光体層１６Ｂは、第１方向Ｘに所定の隙間をおいて交互に配列されている。また、それぞれ同一色の蛍光体層１６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、第２方向に所定の隙間をおいて配列されている。また、蛍光面１５は、遮光層１７を有している。この遮光層１７は、前面基板１１の周縁に配置された矩形枠部１７ａ、及び、矩形枠部１７ａの内側で各蛍光体層１６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の間にマトリックス状に配置されたマトリックス部１７ｂを有している。

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、遮光層１７上で互いに電気的に分割されている。各分割電極３０は、第１方向Ｘに延在する細長い短冊状に形成されている。

メタルバック層２０の分割は、例えばあらかじめ遮光層１７上に薄膜を電気的に分断する特性を持った分割部材を配置しておき、真空蒸着などの薄膜形成法で、メタルバック層２０を形成するという方法により行われる。なお、他にも、メタルバック層２０を形成した後に、レーザーや化学的な処理によって複数の分割電極に分割する方法も適用可能である。

遮光層１７が低抵抗な材料によって構成された場合、メタルバック層２０を分割しても電気的につながってしまう。このため、遮光層１７は、シート抵抗が１Ｅ６Ω／□以上の高抵抗の材料で構成されている。

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。この共通電極４１は、高圧供給部４２に接続されており、適当な手段により高圧供給部４２を介して高電圧が印加可能に構成されている。なお、高圧供給部４２を別途に設けるのではなく、共通電極４１の一部を高圧供給部とする（すなわち共通電極４１と高圧供給部４２とを一体に形成する）ことも可能である。

この共通電極４１は、例えば有効部４０の外側に配置され、各分割電極３０の延在方向（すなわち第１方向Ｘ）に対して直交する方向（すなわち第２方向Ｙ）に延在している。すなわち、共通電極４１は、短冊状の分割電極３０の一端部３０Ａ側及び他端部３０Ｂ側の少なくとも一方に、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。このような共通電極４１は、例えば銀ペーストをスクリーン印刷することにより形成可能である。

これらの共通電極４１と分割電極３０とは、接続抵抗４３を介して電気的に接続されている。すなわち、各分割電極３０の一端部３０Ａ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。この実施の形態では、各分割電極３０の他端部３０Ｂも同様に、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。

接続抵抗４３の抵抗値Ｒ２は、０．２ＭΩ以上５ＭΩ以下の範囲で適宜決定される。電気回路シミュレータを用いた検討によると、Ｒ２が０．２ＭΩより小さいと、放電電流が急増する領域に入ってしまい、Ｒ２が５ＭΩより大きいと、ビーム電流による輝度低下が許容できなくなる。この抵抗値Ｒ２は、輝度低下の許容量についての要求などを総合して決定される。

このような接続抵抗４３は、抵抗性の金属酸化物と低融点ガラスとを混在させた材料をスクリーン印刷することにより形成可能である。その他に、接続抵抗４３は、周知の厚膜や薄膜の形成プロセスを採用することも可能である。

ところで、接続抵抗４３は、放電が起きないような長さに設定する必要がある。すなわち、一般的に、共通電極４１とメタルバック層２０との間の電位差により生じる電気力線は、接続抵抗４３が延在する長さ方向に沿って発生する。このため、接続抵抗４３の幅を一定とした場合、接続抵抗４３の長さと耐圧との関係はほほ比例関係にあり、耐圧向上の面から、接続抵抗４３の長さは長ければ長い程良いということになる。

しかしながら、商品性の点からは、蛍光面１５の外側の額縁部はできるだけ小さくして欲しいという要求がある。つまり、接続抵抗４３の長さを単純に長くしようとすると、額縁部の幅が拡大してしまう。従来、このような相反する要求を満たすことのできる技術はなかったため、額縁部が拡大することが避けられなかった。また、実際の製品開発のプロセスを考えると、放電確率を事実上ゼロにできる長さを初期段階で決定することは難しく、すでに決まってしまった額縁部の中で接続抵抗４３の耐圧を改善することが要求されるような事態もありうる。

そこで、この実施の形態では、接続抵抗４３は、分割電極３０と共通電極４１との間の最短距離よりも長い経路に沿って配置されている。すなわち、図３に示したように、分割電極３０は、所定方向すなわち第１方向Ｘに延在する短冊状に形成されており、共通電極４１は、第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙに延在している。つまり、分割電極３０の延在方向（Ｘ）と共通電極４１の延在方向（Ｙ）とは互いに直交するような位置関係にある。このような位置関係の場合、分割電極３０と共通電極４１との間の最短距離は、分割電極３０の延在方向（Ｘ）に沿った距離に相当する。したがって、接続抵抗４３は、その少なくとも一部が第１方向Ｘとは異なる方向に沿って配置されることにより、最短距離よりも長い距離にわたって配置されることになる。

例えば、図５に示すように、接続抵抗４３は、直線状に形成されても良い。すなわち、接続抵抗４３は、図中の破線で示したように最短距離を規定する第１方向Ｘとは異なる方向に配置され、各分割電極３０と共通電極４１とを個別に接続する。ここでは、直線状の接続抵抗４３と第１方向Ｘとの成す角度をθとすると、接続抵抗４３の長さは、最短距離の約１／ｃｏｓθ倍になる。θ＝４０度とすることで、接続抵抗４３の長さは、最短距離の約３割長くすることができた（第１方向Ｘに沿って直線状の接続抵抗４３を配置した場合の長さが８ｍｍであったのに対して、第１方向Ｘに対して４０度傾いた方向に沿って直線状の接続抵抗４３を配置した場合の長さは１０ｍｍ相当であった）これにより、接続抵抗４３の放電を抑制することができた。

また、図６に示すように、接続抵抗４３は、各分割電極３０と共通電極４１とを接続する第１接続部４３Ａと、隣接する分割電極３０同士を接続する第２接続部４３Ｂとを含むように構成されても良い。すなわち、図６に示した接続抵抗４３は、複数の分割電極３０と共通電極４１とを共通に接続するようなベタパターンを有し、その一部にスリット状の開口部４３Ｃを有するような形状である。

ここでは、第１接続部４３Ａの少なくとも一部が分割電極３０と共通電極４１との間の最短距離よりも長い経路に沿って配置されている。すなわち、第１接続部４３Ａは、最短距離を規定する第１方向Ｘとは異なる方向に配置されている。換言すると、図６に示したように、開口部４３Ｃが長円形状の場合、開口部４３Ｃの長軸４３ＣＬは、第１方向Ｘとは異なる方向に延在する。

このように、第１接続部４３Ａの延在する方向あるいは開口部４３Ｃの長軸４３ＣＬと第１方向Ｘとの成す角度を調整することにより、実質的に分割電極３０と共通電極４１とを接続する配線長（接続抵抗４３の長さ）を拡大することが可能となる。これにより、接続抵抗４３の放電を抑制することが可能となる。

さらに、図７に示すように、接続抵抗４３は、折線状に形成されても良い。ここでは、接続抵抗４３は、２つの直線部Ｌ１及びＬ２を組み合わせたＶ字型を成している。また、２以上の直線部を組み合わせて接続抵抗４３を形成しても良い。また、少なくとも１つの直線部が最短距離を規定する第１方向Ｘとは異なる方向に配置されていれば、接続抵抗４３の長さを拡大することが可能である。これにより、上述した例と同様の効果を得ることができる。

また、図５に示したような直線状の接続抵抗４３では必要な長さを確保するために急峻な角度θで配置しなければならない場合がある。その一方で、接続抵抗４３が有効部４０の周辺にはみ出す量に制限がある場合があり、このような場合には、図７に示したような折線状の接続抵抗４３を採用することで、有効部４０周辺へのはみ出し量を抑えつつ十分な長さを確保することが可能となる。

またさらに、図８に示すように、接続抵抗４３は、曲線状に形成されても良い。ここでは、接続抵抗４３は、Ｓ字状に蛇行する形状を成している。このような例の接続抵抗４３によれば、上述した例と同様の効果を得ることができるのに加えて、接続抵抗４３のパターンに角部が形成されず、滑らかな形状でありながら長さを拡大することが可能となり、電界の変化もなだらかになるので、より好適である。

なお、上述した実施形態においては、メタルバック層を短冊状に分割した（１方向に分割した）場合について説明をしたが、本発明はこれに限らず、メタルバック層を縦横に２次元的に分割した（面内で２以上の方向に分割した）場合についても適用可能である。接続抵抗は、メタルバック層の分割方向とは異なる方向に沿って配置されていれば良く、２次元的に分割した場合には、接続抵抗をメタルバック層の周囲（上下左右）に設ければよい。

なお、本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、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。例えば、図８や図９のような実施例の場合、または、複数のＶ字またはＳ字を接続したり、繰り返したりすることも可能である。

以上述べたように、この実施の形態によれば、前面基板と背面基板との間で放電が生じた場合でもその際の放電電流を十分に小さくすることができ、放電ダメージを抑制可能な画像表示装置を提供することができる。さらに、これによりアノード電圧を上げたり、前面基板と背面基板との間のギャップを小さくしたりすることが可能となるので、輝度や解像度などの表示特性が向上した画像表示装置を提供することができる。つまり、耐圧特性に優れ、高い表示性能及び信頼性を有した画像表示装置を提供することができる。

加えて、額縁部のサイズを拡大することなく接続抵抗の配線長を拡大することが可能となり、接続抵抗の耐圧特性を確保する技術を提供することができる。さらに、放電が起きても電子放出素子、蛍光面、回路の破壊や劣化を防止できる画像表示装置を提供することができる。

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わせてもよい。

図１は、この発明の実施の形態に係る画像表示装置すなわち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、図１に示したＦＥＤ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３に示した前面基板における分割電極と共通電極とを接続する接続抵抗の形状例を示す図である。 図６は、図３に示した前面基板における分割電極と共通電極とを接続する接続抵抗の他の形状例を示す図である。 図７は、図３に示した前面基板における分割電極と共通電極とを接続する接続抵抗の他の形状例を示す図である。 図８は、図３に示した前面基板における分割電極と共通電極とを接続する接続抵抗の他の形状例を示す図である。

符号の説明

１０…真空外囲器、１１…前面基板、１２…背面基板、１５…蛍光面、１６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）…蛍光体層、１７…遮光層、１８…電子放出素子、２０…メタルバック層、３０…分割電極、４０…有効部、４１…共通電極、４３…接続抵抗

Claims (7)

1. 蛍光体層及び遮光層を含む蛍光面と、前記蛍光面に重ねて設けられているととも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、前記分割電極に電圧を供給するための共通電極と、前記分割電極と前記共通電極とを接続する接続抵抗と、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、前記蛍光面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、
   前記接続抵抗は、前記分割電極と前記共通電極との間の最短距離よりも長い経路に沿って配置されたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記分割電極は、少なくとも１方向に分割した島状に形成され、
   前記接続抵抗は、分割方向とは異なる方向に沿って配置されたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記分割電極は、所定方向に延在する短冊状であり、
   前記接続抵抗は、前記所定方向とは異なる方向に沿って配置されたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記接続抵抗は、各分割電極と前記共通電極とを接続する第１接続部と、隣接する前記分割電極同士を接続する第２接続部とを含み、
   前記第１接続部の少なくとも一部が前記分割電極と前記共通電極との間の最短距離よりも長い経路に沿って配置されたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記接続抵抗は、直線状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
6. 前記接続抵抗は、折線状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
7. 前記接続抵抗は、曲線状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。

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