JP2006093032A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる蛍光体セグメント間の輝度ムラを低減し、電子放出素子の寿命のばらつきをなくしてパネル全体の寿命を延長することができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】多数の電子放出素子8が配列された背面基板1と対向配置される前面基板2上にパターン形成された遮光層5a,5bと、遮光層が存在しない部分にパターン形成された蛍光体層6aと、蛍光体層の上面に成膜形成されたアノード電極機能をもつメタルバック層7とを具備する画像表示装置であって、蛍光体層6aは、その蛍光体の輝度ピークの高さに逆比例する幅に形成された短冊状の３つの蛍光体セグメントR,G,Bを有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、蛍光体と電子放出素子を用いて画像表示する平面型画像表示装置に関する。

近時、次世代の画像表示装置として、特許文献１に記載されているように多数の電子放出素子を並べて、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のうち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、本明細書中においてはＳＥＤも包含する総称としてＦＥＤという用語を用いる。

ＦＥＤでは明るく鮮明な画像を得るために、背面基板側の電子放出素子および前面基板側の蛍光面に種々の工夫がなされている。例えば、蛍光体材料はその種類に応じて固有の発光輝度特性を有し、輝度ピークが異なるところに出てくるので、同じエネルギレベルの電子線を照射した場合であっても蛍光体の種類が異なると輝度が異なり、同じ画素内でも明るいところと暗いところとを生じる。一般に、蛍光体の輝度特性は赤、緑、青の三原色で互いに異なり、図６に示すように、赤色蛍光体の輝度ピークが最も高く、緑色蛍光体の輝度ピークが中程度であり、青色蛍光体の輝度ピークが最も低い。このため、従来のＦＥＤではＲＧＢ三色蛍光体の種類に応じて電子線照射エネルギをそれぞれ制御することにより、ＲＧＢ三色の輝度を同じ程度に揃えている。すなわち、図７の（ｂ）に示すように、赤色蛍光体Ｒに対しては電子線照射エネルギＥｒを低くし、緑色蛍光体Ｇに対しては電子線照射エネルギＥｇを高くし、青色蛍光体Ｂに対しては電子線照射エネルギＥｂを中程度としている（Ｅｒ＜Ｅｂ＜Ｅｇ）。
特開平１０−３２６５８３号公報

しかし、従来のＦＥＤにおいては、緑色蛍光体用の電子放出素子のほうが他色の蛍光体用の電子線放出素子よりも劣化が速く、パネル全体として寿命が短くなるという問題点があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、異なる蛍光体セグメント間の輝度ムラを低減し、電子放出素子の寿命のばらつきをなくしてパネル全体の寿命を延長することができる画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像表示装置は、多数の電子放出素子が配列された背面基板と対向配置される前面基板上にパターン形成された遮光層と、前記遮光層が存在しない部分にパターン形成された蛍光体層と、前記蛍光体層の上面に成膜形成されたアノード電極機能をもつメタルバック層とを具備する画像表示装置であって、前記蛍光体層は、その蛍光体の輝度ピークの高さに逆比例する幅に形成された短冊状の３つの蛍光体セグメントを有することを特徴とする。

輝度ピークが相対的に高い赤色蛍光体セグメントＲを狭い幅に形成し、輝度ピークが相対的に低い緑色蛍光体セグメントＧを広い幅に形成し、輝度ピークが相対的に中程度の青色蛍光体セグメントＢを中程度の幅に形成する。例えば、赤色蛍光体セグメントＲの幅を基準値１としたときに、青色蛍光体セグメントＢの幅を１．２０〜１．４０とし、前記緑色蛍光体セグメントＧの幅を１．６０〜１．８０とすることが好ましい。蛍光体セグメントの幅をこれらの数値範囲とする理由は、厳密な意味では蛍光体材料ごとに輝度ピークは互いに異なるものではあるが、青色系蛍光体の輝度ピーク高さは赤色系蛍光体の輝度ピーク高さの７０％〜８５％にあり、緑色系蛍光体の輝度ピーク高さは赤色系蛍光体の輝度ピーク高さの５５％〜６５％にあるからである。

蛍光体層は、互いに異なる蛍光物質を含む複数種の蛍光体セグメントが所定の繰り返しパターンに配列されたものである。これらの蛍光体セグメントは、矩形状または短冊状の形態をなしており、少なくとも同種間（例えば赤（Ｒ）と赤（Ｒ））が所定の間隔をあけて不連続にパターン形成されるが、同種間ばかりでなく異種間（例えば赤（Ｒ）と緑（Ｇ）と青（Ｂ））においても互いに所定の間隔をあけて不連続にパターン形成される。

三色蛍光体セグメントの幅は、ＲＧＢ画素の一単位のピッチ幅を６００μｍとした場合に、赤色蛍光体セグメントＲを９０〜１１０μｍ、緑色蛍光体セグメントＧを１６０〜１８０μｍ、青色蛍光体セグメントＢを１２０〜１４０μｍとすることができる。

蛍光体層の厚みは、塗布厚さや蛍光体粒子の粒径に依存するものであるが、通常の場合はおよそ７〜１０μｍの範囲とする。蛍光体層には、カラーＴＶ用ＣＲＴに一般に用いられているＺｎＳ系、Ｙ₂Ｏ₃ 系、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ系などの蛍光体を用いることができる。カラーＴＶ用ＣＲＴの蛍光体は、数ｋＶ〜数１０ｋＶの電圧で加速された電子を照射して良好な輝度と発色が得られ、比較的安価であるにもかかわらず高輝度性能を有するからである。具体的な蛍光体として、赤色蛍光体にはＹ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺、Ｙ₂Ｏ₃Ｓ：Ｅｕ³⁺、ＹＶＯ₄：Ｅｕ³⁺、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、Ｚｎ₃（ＰＯ₄）₂：Ｍｎ²⁺、緑色蛍光体にはＺｎＳ：Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ²⁺、青色蛍光体にはＺｎＳ：Ａｇを用いることができる。

三色蛍光体パターンは、通常の場合はフォトリソグラフィを用いて形成するが、スクリーン印刷などの印刷法を用いて形成してもよい。フォトリソグラフィ法は、湿式プロセスまたは乾式プロセスのいずれであってもよい。湿式プロセスでは、フォトレジスト溶液（溶剤を含む）に対して蛍光体粒子を所定の割合で調合した混合溶液をスピンコーティング法、バーコーター法、あるいはロールコーター法等を用いて前面基板上に塗布し、加熱乾燥し、露光し、現像し、最終的に焼成してフォトレジストを焼失させ、所定パターンの蛍光体層を得る。カラー蛍光面を形成する場合は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）ごとにフォトリソグラフィ法を３回繰り返して短冊状の蛍光体セグメントが縦横に規則配列された３色パターンからなる画素を形成する。

本発明によれば、蛍光体の輝度ピークに応じて蛍光体セグメントの幅を広いものと狭いものと中程度のものとし、電子線の照射面積を変えてやることにより見掛け上の輝度を揃えているので、異なる蛍光体セグメント間の輝度ムラが低減され、電子放出素子の寿命のばらつきをなくなり、パネル全体の寿命が延びる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付の図面を参照して説明する。

図１および図２に、本実施形態に共通のＦＥＤの構造を示す。ＦＥＤは、それぞれ矩形状のガラスからなる前面基板２と背面基板１を有し、両基板１，２は１〜２ｍｍの間隔をおいて対向配置されている。これら前面基板２と背面基板１は、矩形枠状の側壁３を介して周縁部同士が接合させ、内部が１０^-4Ｐａ程度以下の高真空に維持された偏平な矩形状の真空外囲器４を構成している。

前面基板２の内面には蛍光面６が形成されている。この蛍光面６は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に発光する蛍光体層６ａとマトリックス状の遮光層５ｂとで構成されている。蛍光面６上には、アノード電極として機能するとともに蛍光体層６ａの光を反射する光反射膜として機能するメタルバック層７が形成されている。表示動作時、メタルバック層７には図示しない回路により所定のアノード電圧が印加されるようになっている。

背面基板１の内面上には、蛍光体層７を励起するための電子ビームを放出する多数の電子放出素子８が設けられている。これらの電子放出素子８は、画素ごとに対応して複数列および複数行に配列されている。電子放出素子８マトリックス状に配設された図示しない配線により駆動されるようになっている。また、背面基板１と前面基板２との間には、これら基板１，２に作用する大気圧に耐えられるようにするために補強として、板状または柱状の多数のスペーサ１０が設けられている。

蛍光面６にはメタルバック層７を介してアノード電圧が印加され、電子放出素子８から放出された電子ビームはアノード電圧により加速されて蛍光面６に衝突する。これにより対応する蛍光体層６ａが発光し、画像が表示される。

図３および図４に本実施形態のＦＥＤの蛍光面６を示す。蛍光面６は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に発光する多数の矩形状の蛍光体セグメントを有している。前面基板２の長手方向をＸ軸とし、これと直交する幅方向をＹ軸とした場合に、蛍光体セグメントＲ，Ｇ，ＢはＸ軸方向に所定のギャップ間隔に繰り返し配列され、Ｙ軸方向には同一色の蛍光体セグメントが所定のギャップ間隔に繰り返し配列されている。なお、所定のギャップ間隔といっても製造上の誤差の範囲内で、または設計上の公差の範囲内で変動することが許容されているため、ＸＹ平面内において蛍光体セグメントＲ，Ｇ，Ｂ間のギャップ間隔は正確には一定値であるとは言えないが、ここでは便宜上ほぼ一定値であるものとして説明する。

蛍光面６は遮光層５を備えている。この遮光層５は、図３に示すように、前面基板２の周縁部に沿って延びた矩形枠遮光層５ａと、矩形枠遮光層５ａの内側で蛍光体セグメントＲ，Ｇ，Ｂの間をマトリックス状に延びたマトリックスパターン遮光層５ｂとを有する。

マトリックスパターン遮光層５ｂの上には、図４に示すようにＹ方向に延びた縦線部の抵抗調整材１３Ｖが設けられ、またＸ方向に延びた横線部の抵抗調整材１３Ｈが設けられている。抵抗調整材１３Ｖ，１３Ｈは、いずれも所定の抵抗性を有する金属酸化物の微粒子を母材とした材料を用いて、常法のフォトリソグラフィ法により形成される。さらに、蛍光体セグメントＲ，Ｇ，Ｂの間にも抵抗調整材１１がそれぞれ設けられている。

蛍光体の輝度特性は、図６に示すように、赤、緑、青の三原色で異なり、図中にて特性線Ｒで示した赤色蛍光体の発光輝度が最も高く、特性線Ｇで示した緑色蛍光体の発光輝度が中程度であり、特性線Ｂで示した青色蛍光体の発光輝度が最も低い。そこで、本発明のＦＥＤではＲＧＢ三色蛍光体の種類に応じて蛍光体セグメント幅を次のように種々変えた。

図５の（ａ）に三色蛍光体画素の一単位を示す。本実施例では電子線照射スポット２０の直径を１８０μｍ（一定値）、照射ピッチＰを２００μｍ（一定値）とし、赤色蛍光体セグメントＲの幅Ｗｒを１００μｍ、緑色蛍光体セグメントＧの幅Ｗｇを１７０μｍ、青色蛍光体セグメントＢの幅Ｗｂを１３０μｍとした。

次に、本発明の画像表示装置を製造する方法の一例を説明する。

ＦＥＤの前面基板となるガラス基板２を所定の薬液を用いて洗浄処理し、所望の清浄面を得る。洗浄したガラス基板の内面に黒色顔料からなるマトリックス状の遮光層をフォトリソ法により形成した後に、赤（Ｒ）蛍光体としてＹ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺を、緑（Ｇ）蛍光体としてＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌを、青（Ｂ）蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇをそれぞれ用いてフォトリソ法によりパターニングして、矩形状の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の繰り返しパターンの蛍光体層をマトリックスパターン遮光層の間のスペースに形成した。そして、最終的に基板２を焼成してフォトレジストを焼失させ、３色パターンの蛍光体層が縦横に規則配列された蛍光面を得た。この蛍光面にはピッチ６００μｍの正方画素が形成され、蛍光体層の縦区画線（抵抗調整材１３Ｖが埋め込まれる遮光領域）のＸ方向幅は３０μｍであった。

次いで、このようにして得た３色パターン蛍光体層の上面に、真空蒸着法によりＡｌ膜からなるメタルバック層を成膜した。すなわち、蛍光面上にアクリル樹脂を主成分とする有機樹脂溶液を塗布・乾燥し、有機樹脂層を形成した後、その上に真空蒸着によりＡｌ膜（メタルバック層）を形成し、次いで４５０℃の温度で３０分間加熱焼成し、有機分を分解・除去した。

次いで、このメタルバック層７の上に、マトリックスパターン遮光層５ａ上に対応する位置に開孔を有するスクリーンマスクを用い、粒径１０ｎｍのＳｉＯ_２の微粒子５重量％とエチルセルロース４．７５重量％およびブチルカルビトールアセテート９０．２５重量％から成るペーストをスクリーン印刷した。こうして、遮光層の上に相当する領域に、ＳｉＯ_２層のパターンを形成した。

次に、こうして形成された所定のパターンを有するＳｉＯ_２層の上に、真空雰囲気でＢａを蒸着した。その結果、ＳｉＯ_２層上にはゲッタ材であるＢａが堆積するが、一様な膜は形成されない。これに対して、Ａｌ膜上のＳｉＯ_２層が形成されていない領域には、ゲッタ材であるＢａの均一な蒸着膜が形成され、その結果、Ａｌ膜上にＳｉＯ_２層のパターンと反転するパターンのゲッタ膜が形成された。また、ゲッタ膜を蒸着する前のパターン化されたＳｉＯ_２層を有するパネルを、前面基板として使用し、常法によりＦＥＤを作製した。表面伝導型電子放出素子をマトリックス状に多数形成した電子発生源をガラス基板に固定し、背面基板を作製した。次いで、この背面基板と前面基板とを、支持枠およびスペーサを介して対向配置し、フリットガラスにより封着した。背面基板と前面基板との間隙は、約２mmとした。

このようにして作製したＦＥＤの蛍光面に電子線照射エネルギレベルをまったく同じにした多数の電子線放出素子８から電子線を照射して画像を表示させ、発光輝度について調べた結果、赤緑青の三色がバランスよく表示され、鮮明で良好な画像が得られた。

画像表示装置（ＦＥＤ）の概要を示す斜視図。 図１のＡ−Ａ線に沿ってＦＥＤを切断した断面図。 画像表示装置（ＦＥＤ）の一部を切り欠いて前面基板の蛍光面およびメタルバック層を模式的に示す平面図。 本発明の蛍光面の一部を示す拡大平面図。 （ａ）は本発明装置の三色蛍光体画素を示す平面図、（ｂ）は本発明装置の電子放出素子から画素の各蛍光体セグメントにそれぞれ照射される電子線照射エネルギレベルを模式的に示す特性図。 赤、緑、青の蛍光体の発光輝度特性を示す特性線図。 （ａ）は従来装置の三色蛍光体画素を示す平面図、（ｂ）は従来装置の電子線放出素子から画素の各蛍光体セグメントにそれぞれ照射される電子線照射エネルギレベルを模式的に示す特性図。

符号の説明

１…背面基板、２…前面基板、３…側壁、
６…蛍光面、５ａ，５ｂ…遮光層、
７…メタルバック層、８…電子放出素子、１１，１３Ｖ，１３Ｈ…抵抗調整材、
２０…電子線照射スポット、
Ｒ，Ｇ，Ｂ…蛍光体セグメント。

Claims (3)

1. 多数の電子放出素子が配列された背面基板と対向配置される前面基板上にパターン形成された遮光層と、前記遮光層が存在しない部分にパターン形成された蛍光体層と、前記蛍光体層の上面に成膜形成されたアノード電極機能をもつメタルバック層とを具備する画像表示装置であって、
   前記蛍光体層は、その蛍光体の輝度ピークの高さに逆比例する幅に形成された短冊状の３つの蛍光体セグメントを有することを特徴とする画像表示装置。
2. 輝度ピークが相対的に高い赤色蛍光体セグメントを狭い幅に形成し、輝度ピークが相対的に低い緑色蛍光体セグメントを広い幅に形成し、輝度ピークが相対的に中程度の青色蛍光体セグメントを中程度の幅に形成したことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記赤色蛍光体セグメントの幅を基準値１としたときに、前記青色蛍光体セグメントの幅を１．２０〜１．４０とし、前記緑色蛍光体セグメントの幅を１．６０〜１．８０とすることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。

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