JP2006079854A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化および高精細化が可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】 蛍光面が形成された第１基板１０と、複数の電子放出源１８が設けられた第２基板１２との間に、スペーサ構体２２が設けられている。スペーサ構体は、第１基板に対向した第１表面２４ａ、第２基板に対向した第２表面、およびそれぞれ電子放出源に対向した複数の電子ビーム通過孔２６を有した板状の支持基板２４と、支持基板の第２表面と第２基板との間に立設された複数のスペーサ３０と、を有している。支持基板は、複数の分割基板２３を並べて構成されているとともに、第１表面に形成され複数の分割基板に渡って延びた複数の保持溝４０を有している。複数の分割基板は、各保持溝に沿って延び線状部材４２により互いに位置決めされている。
【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、平面表示装置を構成するフィールド・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放出源として、多数の電子放出素子が配列されている。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、複数のスペーサが配置されている。第１基板と第２基板との間には支持基板が設けられ、複数のスペーサはこの支持基板上に立設されている。また、支持基板には、それぞれ電子放出素子から放出された電子ビームが通過する複数の電子ビーム通過孔が形成されている（特許文献１）。

上記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必要となる。
特開２００２−０８２８５０号公報

上記構成のＳＥＤにおいて、第１基板および第２基板に対するスペーサおよび電子ビーム通過孔の位置合わせが重要な課題となる。例えば、支持基板に形成された電子ビーム通過孔およびスペーサは、電子放出素子から放出された電子を遮らない形で設けられねばならない。特に、電子放出素子から蛍光体へ向かう電子ビームの軌道を、支持基板によって遮らないように、支持基板を高い精度で形成し、かつ、第１基板および第２基板に対して支持基板を高い精度で位置合わせする必要がある。この問題は大型で高精細の表示装置になるほど深刻となる。

また、表示装置が大型化した場合、スペーサおよび支持基板からなるスペーサ構体自体も大型化することが必要となるが、既存の製造方法では大型の支持基板を高精度で製造することが困難であり、スペーサ構体の大型化が難しくなる可能性が有る。あるいは、部材製造コストが高価になることが予想される。板状の支持基板において、電子ビーム通過孔の形成位置座標精度は、支持基板のサイズが大きくなるほど劣化する。

この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、大型化および高精細化が可能な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、蛍光面が形成された第１基板、および前記第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面を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板を有した外囲器と、前記第１基板と第２基板との間に設けられ前記第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持するスペーサ構体と、を備え、前記スペーサ構体は、前記第１基板に対向した第１表面、前記第２基板に対向した第２表面、およびそれぞれ前記電子放出源に対向した複数の電子ビーム通過孔を有した板状の支持基板と、前記支持基板の第２表面と前記第２基板との間に立設された複数のスペーサと、を有している。前記支持基板は、複数の分割基板を並べて構成されているとともに、前記第１表面に形成され複数の分割基板に渡って延びた複数の保持溝を有し、前記複数の分割基板は、前記各保持溝に沿って延び線状部材により互いに位置決めされている。

この発明によれば、スペーサ構体の位置決め精度および加工精度の向上、並びに製造コストの低減を図ることができ、大型で高精細な画像表示装置を得ることができる。

以下図面を参照しながら、この発明を、平面型画像表示装置としての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、それぞれ矩形状のガラス板からなる第１基板１０および第２基板１２を備え、これらの基板は約１．０〜２．０ｍｍの隙間をおいて対向配置されている。第１基板１０および第２基板１２は、ガラスからなる矩形枠状の側壁１４を介して周縁部同士が接合され、内部が真空に維持された扁平な真空外囲器１５を構成している。

図２ないし図４に示すように、第１基板１０の内面には蛍光面として機能する蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、赤、青、緑に発光する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂ、および遮光層１１を並べて構成され、これらの蛍光体層はストライプ状、ドット状あるいは矩形状に形成されている。蛍光体スクリーン１６上には、アルミニウム等からなるメタルバック１７およびゲッタ膜１９が順に形成されている。

第２基板１２の内面には、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂを励起する電子放出源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の表面伝導型の電子放出素子１８が設けられている。これらの電子放出素子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の内面上には、電子放出素子１８に電位を供給する多数本の配線２１がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器１５の外部に引出されている。

接合部材として機能する側壁１４は、例えば、低融点ガラス、低融点金属等の封着材２０により、第１基板１０の周縁部および第２基板１２の周縁部に封着され、これらの基板同士を接合している。

図２ないし図６に示すように、ＳＥＤは、第１基板１０および第２基板１２の間に配設されたスペーサ構体２２を備えている。スペーサ構体２２は、第１基板１０および第２基板１０の間に配設された支持基板２４と、支持基板の一方の表面に一体的に立設された多数の柱状のスペーサと、を有している。スペーサ構体２２は、第１基板１０および第２基板１２の表示領域全体を覆って配置されている。このスペーサ構体２２は、複数の分割ユニットを組合せて構成されている。

支持基板２４は、第１基板１０よりも僅かに小さな矩形板状に形成されている。支持基板２４は、第１基板１０の内面と対向した第１表面２４ａおよび第２基板１２の内面と対向した第２表面２４ｂを有し、これらの基板と平行に配置されている。支持基板２４には、エッチング等により多数の電子ビーム通過孔２６が形成されている。

電子ビーム通過孔２６は複数行、複数列に並んで設けられている。真空外囲器１５および支持基板２４の長辺の延出方向を第１方向Ｘ、短辺の延出方向を第２方向Ｙとした場合、電子ビーム通過孔２６は、第１方向Ｘにブリッジ部を介して第１ピッチで並んでいるとともに、第２方向Ｙに第１ピッチよりも大きな第２ピッチで並んで設けられている。電子ビーム通過孔２６は、それぞれ電子放出素子１８と対向して配列され、電子放出素子から放出された電子ビームを透過する。

図２、図５ないし図７に示すように、支持基板２４は、それぞれ矩形状に形成された複数枚、例えば、第１方向Ｘに５枚、第２方向Ｙに５枚、合計２５枚の分割基板２３を並べて１枚板に形成されている。各分割基板２３は、例えば鉄−ニッケル系の金属板により厚さ０．１〜０．３ｍｍに形成されている。複数の分割基板２３は、第１方向Ｘに延びた長辺同士、および第２方向Ｙに延びた端辺同士を突き合わせた状態で並らんでいる。分割基板２３の少なくとも一方の短辺は、第２方向Ｙに並んだ電子ビーム通過孔２６の列と重なって位置している。

支持基板２４の第１表面２４ａには、複数の保持溝４０が形成されている。複数の保持溝４０は、それぞれ電子ビーム通過孔２６間に形成され、第１方向Ｘに沿って支持基板２４の一端から他端まで複数の分割基板２３を通って延びている。各分割基板２３には、２本の保持溝４０が形成され、それぞれ他の分割基板２３の保持溝４０と連続して延びている。

支持基板２４の表面には、金属板を構成する元素からなる酸化膜、例えば、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４からなる酸化膜が形成されている。また、支持基板２４の第１および第２表面２４ａ、２４ｂ、並びに、各電子ビーム通過孔２６の壁面は、例えば、ガラス、セラミック等を主成分とした絶縁層２７により被覆されている。更に、支持基板２４の第１および第２表面２４ａ、２４ｂ、周縁部、並びに、各電子ビーム通過孔２６の壁面は、二次電子発生防止効果を有した高抵抗膜としてのコート層２８により被覆されている。

図２ないし図６に示すように、支持基板２４の第２表面２４ｂ上には複数のスペーサ３０が一体的に立設され、それぞれ第２方向Ｙに並んだ電子ビーム通過孔２６間に位置している。スペーサ３０の先端は第２基板１２の内面に当接している。ここでは、各スペーサ３０の先端は、第２基板１２の内面上に設けられた配線２１上に位置している。各スペーサ３０は、支持基板２４側から延出端に向かって径が小さくなった先細テーパ状に形成されている。例えば、各第１スペーサ３０ａおよび第２スペーサ３０ｂはほぼ楕円状の横断面形状を有している。

各分割基板２３には、例えば、４本のスペーサ３０が立設され、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに２本ずつ並んでいる。図２、図６および図８に示すように、各保持溝４０は分割基板２３を挟んでスペーサ３０と対向して形成されている。分割基板２３、およびこの分割基板２３に立設された４本のスペーサ３０は１つの分割ユニットを構成している。そして、複数の分割ユニットを組み合わせることによりスペーサ構体２２が構成されている。

複数の分割ユニットは、複数の線状部材、例えば、金属ワイヤ４２により、互いに位置決めされ、かつ、互いに連結されている。図２、図６ないし図９に示すように、第１方向Ｘに連続して延びた各保持溝４０には、ワイヤ４２が掛け渡されている。各ワイヤ４２は、保持溝４０に沿って支持基板２４の一端から他端まで延びている。ワイヤ４２の両端部は、それぞれ支持基板２４の対向する両側縁から引き出され、第２基板１０の非表示領域に固定されている。ここでは、ワイヤ４２の各端部は、第２基板１０上に固定された基台４４にねじ４５によってねじ止めされている。

ねじ４５の締め付けを調整することにより、各ワイヤ４２には所定の張力が印加されている。それにより、複数の分割基板２３はワイヤ４２によって押え付けられ、第２基板１２に対して所定位置に保持されているとともに、第１方向Ｘに隣合う他の分割基板２３と連結されている。ワイヤ４２に所定の張力を印加し、複数の分割基板２３を所定位置に保持した状態で、各ワイヤ４２は保持溝４０内で分割基板２３にろう付けあるいは溶接により固定されている。

上記のように構成されたスペーサ構体２２は、それぞれ支持基板２４の長辺が第２基板１２の第１方向Ｘと平行に延びた状態で配置されている。スペーサ構体２２は、支持基板２４の第１表面２４ａが第１基板１０に面接触し、スペーサ３０の延出端が第２基板１２の内面に当接することにより、これらの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。

ＳＥＤは、支持基板２４および第１基板１０のメタルバック１７に電圧を印加する図示しない電圧供給部を備えている。この電圧供給部は、支持基板２４およびメタルバック１７にそれぞれ接続され、例えば、支持基板２４に１２ｋＶ、メタルバック１７に１０ｋＶの電圧を印加する。ＳＥＤにおいて、画像を表示する場合、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７にアノード電圧が印加され、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１６へ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層が励起されて発光し、画像を表示する。

次に、以上のように構成されたＳＥＤの製造方法について説明する。始めに、スペーサ構体２２の製造方法について説明する。
それぞれ所定寸法に形成された複数枚の分割基板２３を用意する。分割基板としては、４５〜５５重量％ニッケル、残部鉄、不可避不純物を含有した板厚０．１２ｍｍの金属板を用いる。この金属板を脱脂、洗浄、乾燥した後、エッチングにより電子ビーム通過孔２６を形成する。同時に、ハーフエッチングにより、複数の保持溝４０を形成する。各分割基板２３を酸化処理した後、電子ビーム通過孔２６の内面を含め金属板表面に絶縁層２７を形成する。更に、絶縁層２７の上に、ガラスペーストに約３０重量％の酸化クロムを混入したコート液をスプレーにより塗布し、乾燥した後、焼成することにより、コート層２８を形成する。

分割基板２３とほぼ同一の寸法を有した矩形板状の成形型を用意する。成形型は、紫外線を透過する透明な材料、例えば、透明シリコン、透明ポリエチレンテレフタレート等により平坦な板状に形成する。成形型は、分割基板２３に当接される平坦な当接面と、スペーサ３０を成形するための多数の有底のスペーサ形成孔と、を有している。スペーサ形成孔はそれぞれ当接面に開口している。続いて、成形型のスペーサ形成孔にスペーサ形成材料を充填する。スペーサ形成材料としては、少なくとも紫外線硬化型のバインダ（有機成分）およびガラスフィラーを含有したガラスペーストを用いる。ガラスペーストの比重、粘度は適宜選択する。

スペーサ形成材料の充填されたスペーサ形成孔がそれぞれ電子ビーム通過孔２６間と対向するように、成形型を位置決めし当接面を分割基板２３の第２表面に密着させる。次いで、成形型の外側に配置された紫外線ランプから紫外線（ＵＶ）を照射する。成形型は紫外線透過材料で形成されている。そのため、紫外線ランプから照射された紫外線は、成形型を透過し、充填されたスペーサ形成材料に照射される。これにより、スペーサ形成材料を紫外線硬化させる。

続いて、硬化したスペーサ形成材料を分割基板２３上に残すように、成形型を分割基板２３から離型する。その後、スペーサ形成材料が設けられた分割基板２３を加熱炉内で熱処理し、スペーサ形成材料内からバインダを飛ばした後、約５００〜５５０℃で３０分〜１時間、スペーサ形成材料を本焼成する。これにより、分割基板２３上にスペーサ３０が作り込まれた分割ユニットが得られる。上記と同様の構成により、所望個数の分割ユニットを形成する。

一方、ＳＥＤの製造においては、予め、蛍光体スクリーン１６およびメタルバック１７の設けられた第１基板１０と、電子放出素子１８および配線２１が設けられているとともに側壁１４が接合された第２基板１２と、を用意しておく。続いて、前記のようにして得られた複数の分割ユニットを第２基板１２上に位置決め配置する。この際、複数の分割基板２３の長辺同士、あるいは短辺同士を突き合わせ状態で、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙに位置合わせする。その後、複数のワイヤ４２を分割基板２３の保持溝４０に沿って掛け渡し、複数の分割ユニットを所定位置に固定し、スペーサ構体２２を構成する。この状態で、第１基板１０、第２基板１２、およびスペーサ構体２２を真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を真空排気した後、側壁１４を介して第１基板を第２基板に接合する。これにより、スペーサ構体２２を備えたＳＥＤが製造される。

以上のように構成されたＳＥＤによれば、スペーサ構体２２はそれぞれ分割基板２３を有した複数の分割ユニットにより構成され、支持基板２４は複数枚の分割基板を接合して形成されている。そのため、各分割基板を小型化することができ、分割基板のエッチング加工、レーザー加工等の加工精度を上げることができる。これにより、高い寸法精度の支持基板を得ることができる。各分割ユニットを既存の製造方法および製造装置により安価に製造することができる。従って、ＳＥＤの画素ピッチを小さくし高精細化を図った場合でも、また、ＳＥＤを大型化した場合でも、電子放出素子等に対してスペーサ構体を高い精度で位置合わせすることができ、大型で高精細化なＳＥＤが得られる。更に、組み合わせる分割ユニットを変えることにより、寸法の異なる種々のスペーサ構体およびＳＥＤを容易に製造することができる。

複数の分割ユニットおよび分割基板は、分割基板に形成された保持溝４０にそれぞれ掛け渡されたワイヤ４２によって位置決めおよび保持されている。そのため、複数の分割ユニットを互いに所定位置に調整した状態で、容易に連結および保持することができる。この際、ワイヤ４２の両端部を固定しているねじ４５を調整することにより、ワイヤ４２の張力を容易に調整することができ、スペーサ構体２２の取り付け、位置決め状態を容易に調整することができる。

上述したＳＥＤにおいて、スペーサ構体２２の支持基板は２５枚の分割基板を並べて構成したが、これに限らず、必要に応じて増減可能である。複数の分割基板は互いに同一寸法に形成されている必要はなく、互いに異なる寸法に形成してもよい。

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。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、電子源として表面伝導型電子放出素子を用いたものに限らず、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。 前記ＳＥＤの一部を破断して示す斜視図。 図１の線Ａ−Ａに沿って破断した前記ＳＥＤの斜視図。 図１の線Ｂ−Ｂに沿った前記ＳＥＤの断面図。 前記ＳＥＤの第１基板およびスペーサ構体を示す斜視図。 前記スペーサ構体の平面図。 前記スペーサ構体における支持基板の接合部を拡大して示す斜視図。 前記スペーサ構体の一部を拡大して示す断面図。 前記ＳＥＤ全体を概略的に示す、図１の線Ｂ−Ｂに沿った断面図。

符号の説明

１０…第１基板、 １２…第２基板、 １４…側壁、 １５…真空外囲器、
１６…蛍光体スクリーン、 １８…電子放出素子、 ２２…スペーサ構体、
２３…分割基板、 ２４…支持基板、 ２６…電子ビーム通過孔、
３０…スペーサ、 ４０…保持溝、 ４２…ワイヤ

Claims (7)

1. 蛍光面が形成された第１基板、および前記第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面を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板を有した外囲器と、
   前記第１基板と第２基板との間に設けられ前記第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持するスペーサ構体と、を備え、
   前記スペーサ構体は、前記第１基板に対向した第１表面、前記第２基板に対向した第２表面、およびそれぞれ前記電子放出源に対向した複数の電子ビーム通過孔を有した板状の支持基板と、前記支持基板の第２表面と前記第２基板との間に立設された複数のスペーサと、を有し、
   前記支持基板は、複数の分割基板を並べて構成されているとともに、前記第１表面に形成され複数の分割基板に渡って延びた複数の保持溝を有し、前記複数の分割基板は、前記各保持溝に沿って延び線状部材により互いに位置決めされている画像表示装置。
2. 前記複数の電子ビーム通過孔は、第１方向およびこの第１方向と直交する第２方向にそれぞれ隙間を置いて配列され、
   前記各スペーサは、前記第２方向に並んだ電子ビーム通過孔間に配設され、
   前記複数の保持溝は、それぞれ前記電子ビーム通過孔間に形成され、前記第１方向に沿って前記支持基板の一端から他端まで複数の分割基板を通って延びている請求項に記載の画像表示装置。
3. 前記線状部材は前記保持溝内で前記複数の分割基板に固定されている請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記線状部材は、それぞれ前記支持基板から外側に延出し、表示領域の外側で前記第２基板に固定された一対の端部を有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記第２基板の非表示領域に固定された複数の基台を備え、前記各線状部材の各端部はねじにより前記基台に固定され、前記ねじにより前記線状部材に作用する張力を調整可能である請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記保持溝は、前記分割基板を挟んで前記スペーサと対向して形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記支持基板は、前記第１表面が前記第１基板に接触して設けられている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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