JP2006059643A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電ダメージを軽減することが可能であるとともに、表示品位の良好な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２０、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。有効部４０の最外に配置された第１分割電極３１と共通電極４１との間の実効的な抵抗値は、有効部４０の中央部に位置する第２分割電極３２と共通電極４１との間の実効的な抵抗値と略等しいことを特徴とする。
【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（絶縁破壊）が大きな問題となる。

両基板間で放電が起こると、瞬間的に１００Ａ以上の電流が流れることがあり、数多くの電子放出素子、蛍光面、駆動回路の破壊あるいは性能劣化を引き起こす可能性がある。これらをまとめて放電ダメージと呼ぶことにする。このような画像品位の劣化を招く放電は製品としては許容されない。したがって、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構成しなければならない。しかしながら、小さい隙間に強電界が形成される構造において、放電を長期間に渡って完全に抑制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、放電の規模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ダクタンス・抵抗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）。
特開２０００−３１１６４２号公報 特開平１０−３２６５８３号公報

上記のような蛍光面構造の場合、ビーム電流は分割電極から接続抵抗などを介して、共通電極に高電圧を印加するための高圧端子に流れ込むことになる。しかしながら、このような構造では、有効部の中央部付近は、分割電極の両側に多数の分割電極が位置しており電流経路が多いため、分割電極と共通電極との間の実効的な抵抗値は比較的低抵抗であるが、有効部の最外に近づくにつれて、片側の電極数が減少し電流経路が減少するため、実効的な抵抗値が増大する。したがって、有効部の最外に近づくにつれて、画像輝度が低下することになり、輝度の均一性が損なわれるおそれがあり、表示品位の劣化を引き起こす原因となりうる。

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、放電ダメージを軽減することが可能であるとともに、表示品位の良好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、
少なくとも有効部に配置された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、
前記有効部の最外に配置された第１分割電極と前記共通電極との間の実効的な抵抗値は、前記有効部の中央部に位置する第２分割電極と前記共通電極との間の実効的な抵抗値と略等しいことを特徴とする。

この発明によれば、放電ダメージを軽減することが可能であるとともに、表示品位の良好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、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、少なくとも有効部４０に配置されている。ここで、有効部４０とは、実質的に画像を表示するエリアに対応するものである。すなわち、蛍光面１５は、それぞれ赤、青、緑に発光する多数の蛍光体層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、有効部４０において、各蛍光体層１６（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の間にマトリクス状に配置されている。また、遮光層１７は、有効部４０の外側にも配置しても良い。

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（Ｒ、Ｇ、Ｂ）上に配置され、遮光層１７上で互いに電気的に分離されている。各分割電極３０は、例えば第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、物理的な処理や化学的な処理、さらにはレーザービームを利用した処理によって複数の分割電極３０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、有効部４０の外側に配置されている。この実施の形態では、共通電極４１は、有効部４０の外周に沿ってループ状に形成されており、短冊状の分割電極３０の一端部３０Ａ及び他端部３０Ｂに対して所定の間隔をおいて配置されている。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。

一方で、隣接する分割電極３０同士は、互いに電極間抵抗４４を介して電気的に接続されている。この電極間抵抗４４は、有効部４０において、遮光層１７上に配置されることが望ましい。このような電極間抵抗４４は、互いに隣接する分割電極の間の一部あるいは全体にわたるストライプ状に配置することが可能である。あるいは、一部の遮光層１７に導電性を付与することで電極間抵抗４４を構成することも可能である。電極間抵抗４４の抵抗値Ｒ１は、必要な特性に応じて決定される。

上述したような構造の有効部４０においては、ビーム電流は分割電極３０から、隣接する分割電極３０間の抵抗Ｒ１と分割電極３０と共通電極４１との間の抵抗Ｒ２とから形成される合成抵抗を介して高圧供給部４２に流れ込むことになる。しかしながら、このような構造では、有効部４０の中央部付近は、分割電極３０の両側に多数の分割電極３０が位置しており電流経路が多いため、分割電極３０と共通電極４１との間の実効的な抵抗値は比較的低抵抗であるが、有効部４０の最外に近づくにつれて、片側に位置する分割電極３０の数が減少し電流経路が減少するため、実効的な抵抗値が増大する。したがって、有効部４０の最外に近づくにつれて、画像輝度が低下することになる。

そこで、有効部４０の最外に配置された分割電極（第１分割電極）３１と共通電極４１との間の実効的な抵抗値は、有効部４０の中央部に位置する分割電極（第２分割電極）３２と共通電極４１との間の実効的な抵抗値と略等しくなるように構成されている。ここで、第１分割電極３１は、図３に示すように、有効部４０における第１方向Ｘに沿った辺に最も近接する２つの分割電極３０に相当する。また、第２分割電極３２は、第１分割電極３１より有効部４０の中央部側に位置するいずれかの分割電極３０に相当するものであり、メタルバック層２０を構成する分割電極３０のうち、第１分割電極３１以外のいずれであっても良い。つまり、ここでは、有効部４０の中央部とは、有効部４０における厳密な幾何学的中心を通る位置を示すのではなく、第１分割電極３１が配置された最外より中心に近い領域全体を示すものとする。

また、ここでは、実効的な抵抗値とは、隣接する分割電極３０間の抵抗Ｒ１と分割電極３０と共通電極４１との間の抵抗Ｒ２とから形成される合成抵抗を考慮した抵抗値である。さらに、第１分割電極３１と共通電極４１との間の実効的な抵抗値Ｒｅ１が第２分割電極３２と共通電極４１との間の実効的な抵抗値Ｒｅ２と略等しいとは、それぞれの実効的抵抗値が完全に一致することを要求するものではなく、実効的抵抗値Ｒｅ１と実効的抵抗値Ｒｅ２との間に所定の許容範囲内の差が存在しても良い。この許容範囲は、実際に有効部４０において画像を表示した際に、輝度差として視認されないような抵抗値の差として規定されるものである。上述した実効的抵抗値の差では、輝度差は極めて微小であり、一般的に目視では視認されない範囲である。

ここでは、実効的な抵抗値が最も高い第１分割電極３１と、比較的実効的な抵抗値が低い１つの第２分割電極３２との輝度差について着目したが、有効部４０に配置されたすべての分割電極３０と共通電極４１との間の実効的な抵抗値が略等しく構成されることにより、有効部４０の全域で許容範囲内の輝度差を実現することができ、輝度均一性の高い良好な表示品位を実現できる。

次に、上述したような各分割電極の実効的抵抗値を略等しくするための具体的構成例について説明する。すなわち、図５に示すように、第１分割電極３１と共通電極４１とを接続する第１接続抵抗４３１は、第２分割電極３２と共通電極４１とを接続する第２接続抵抗４３２とでそれぞれの抵抗値が異なるように構成されている。

ここでは、上述した理由により、第１分割電極３１と共通電極４１との間の実効的抵抗値が増大する傾向にあるため、第１接続抵抗４３１の抵抗値は、第２接続抵抗４３２の抵抗値より小さくなるように構成されている。

例えば、図５に示すように、第１接続抵抗４３１は、第２接続抵抗４３２と異なるサイズを有するように構成されている。ここでは、サイズとは、厚さ、第１方向Ｘに沿った長さ、第２方向に沿った幅などであり、これらのうちの少なくとも１つの要素が第１接続抵抗４３１と第２接続抵抗４３２とで異なっていれば良い。つまり、厚さについては、第１接続抵抗４３１が第２接続抵抗４３２よりも厚く形成される。長さについては、第１接続抵抗４３１が第２接続抵抗４３２よりも長く形成される。幅については、第１接続抵抗４３１が第２接続抵抗４３２よりも広く形成される。これにより、第１接続抵抗４３１は、第２接続抵抗４３２より低い抵抗値を有することになる。図５に示した例では、第１接続抵抗４３１は、第２接続抵抗４３２と同一材料によって形成されしかも同等の厚さを有し、かつ、第２接続抵抗４３１より第２方向Ｙに沿って広い幅を有するように形成されている。

また、第１接続抵抗４３１は、第２接続抵抗４３２と異なるパターンを有するように構成されても良い。ここでは、第１接続抵抗４３１は、第２接続抵抗４３２より低い抵抗値を有するようなパターンであれば如何なるものであっても良い。

さらに、第１接続抵抗４３１は、第２接続抵抗４３２と異なる材料によって形成されても良い。ここでは、見かけ上、第１接続抵抗４３１及び第２接続抵抗４３２ともに同一サイズかつ同一パターンであったとしても、それぞれを構成する材料を異ならせることで、第１接続抵抗４３１が第２接続抵抗４３２より低い抵抗値を有するように構成することが可能である。例えば、第１接続抵抗４３１を構成する材料は、第２接続抵抗４３２を構成する材料より高い導電性を有する材料を選択すればよい。

第１接続抵抗４３１の抵抗値Ｒ２’は、第２接続抵抗４３２の抵抗値をＲ２、隣接する分割電極３０間の抵抗値をＲ１としたとき、実質的に
Ｒ２’＝（Ｒ２・Ｒ）／（Ｒ２＋Ｒ）……（１）
（但し、Ｒ＝（Ｒ１＋（Ｒ１^２−４・Ｒ１・Ｒ２）^１／２）／２）
なる関係を満たすように構成することにより、第１分割電極−共通電極間の実効的抵抗値を第２分割電極−共通電極間の実効的抵抗値と略等しくすることができ、有効部４０における周辺部と中央部とで輝度の均一性を向上することが可能となる。

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、有効部内における分割電極と共通電極との間の実効的な抵抗値の差を低減することができ、有効部の全域において略均一な輝度の画像を表示することができる。したがって、輝度の均一性を損ねることなく放電によるダメージを大幅に低減することが可能となる。

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。

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、３１…第１分割電極、３２…第２分割電極、４０…有効部、４１…共通電極、４３…接続抵抗、４３１…第１接続抵抗、４３２…第２接続抵抗

Claims (7)

1. 少なくとも有効部に配置された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、
   前記有効部の最外に配置された第１分割電極と前記共通電極との間の実効的な抵抗値は、前記有効部の中央部に位置する第２分割電極と前記共通電極との間の実効的な抵抗値と略等しいことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記有効部に配置されたすべての分割電極と前記共通電極との間の実効的な抵抗値は、略等しいことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記第１分割電極と前記共通電極とを接続する第１接続抵抗の抵抗値は、前記第２分割電極と前記共通電極とを接続する第２接続抵抗の抵抗値とは異なることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記第１接続抵抗は、前記第２接続抵抗と異なるサイズを有することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記第１接続抵抗は、前記第２接続抵抗と異なるパターンを有することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
6. 前記第１接続抵抗は、前記第２接続抵抗と異なる材料によって形成されたことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
7. 前記第１接続抵抗の抵抗値Ｒ２’は、前記第２接続抵抗の抵抗値をＲ２、隣接する分割電極間の抵抗値をＲ１としたとき、実質的に
   Ｒ２’＝（Ｒ２・Ｒ）／（Ｒ２＋Ｒ）
   （但し、Ｒ＝（Ｒ１＋（Ｒ１^２−４・Ｒ１・Ｒ２）^１／２）／２）
   なる関係を満たすことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。

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