JP2006093034A - スペーサユニット、およびこれを備えた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易なスペーサユニット、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】 画像表示装置の外囲器を構成する第１基板１０および第２基板１２の間には、大気圧荷重を支持する複数のスペーサユニット５０が配設されている。各スペーサユニットは、複数のベースユニット５２と、前記複数のベースユニットを互いに隙間を置いて連結した複数の連結ロッド５４と、を一体に有している。各ベースユニットは、それぞれ隙間を置いて並んだ複数の柱状のスペーサ５６と前記複数のスペーサの一端部同士を連結したブリッジ部５５とを有し一体成形されている。
【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、および画像表示装置に用いるスペーサユニットに関する。

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、支持基板を第１基板および第２基板に対して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。

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スペーサ構体の大型化が困難となる可能性が有る。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。また、従来スペーサは、第１基板、第２基板、あるいは支持基板上に立設されているが、製造工程時、スペーサをいずれかの基板上に立設および固定する必要があり、製造が面倒となる。

この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、容易に製造することが可能なスペーサユニット、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。

上記目的を達成するため、この発明の態様に係るスペーサユニットは、画像表示装置の外囲器を構成する第１基板および第２基板の間に配設され、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ユニットであって、
それぞれ隙間を置いて並んだ複数の柱状のスペーサと前記複数のスペーサの一端部同士を連結したブリッジ部とを有し一体成形された複数のベースユニットと、前記複数のベースユニットを互いに隙間を置いて連結した複数の連結ロッドと、を備えている。

この発明の他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、前記蛍光面に向けて電子を放出する複数の電子放出源が配置された第２基板を有した外囲器と、それぞれ前記第１基板と第２基板との間に配置され、第１および第２基板に作用する大気圧を支持した記載の複数のスペーサユニットと、を備え、
前記スペーサユニットは、それぞれ隙間を置いて並んだ複数の柱状のスペーサと前記複数のスペーサの一端部同士を連結したブリッジ部とを有し一体成形された複数のベースユニットと、前記複数のベースユニットを互いに隙間を置いて連結した複数の連結ロッドと、を具備している。

本発明によれば、容易に製造することが可能なスペーサユニット、および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ができる。

以下図面を参照しながら、この発明を、平面型の画像表示装置としてＳＥＤに適用した第１の実施形態について詳細に説明する。
図１ないし図３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矩形状の真空外囲器１５を構成している。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。

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が第１基板のほぼ全面に渡って形成されている。蛍光体スクリーン１６は、赤、緑、青に発光する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂとマトリックス状の遮光層１１とを有している。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂはそれぞれ矩形状に形成されている。第１基板１０の長手方向を第１方向Ｘ、これと直交する幅方向を第２方向Ｙとした場合、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂは、第１方向Ｘに所定の隙間をおいて交互に配列され、第２方向に同一色の蛍光体層が所定の隙間をおいて配列されている。蛍光体スクリーン１６上には、例えば、アルミニウムを主成分とするメタルバック１７が形成され、更に、メタルバックに重ねてゲッター膜１９が形成されている。

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、複数列および複数行に配列され、それぞれ画素を構成している。電子放出素子１８は、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙについて、蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂとほぼ同一のピッチで配列され、それぞれ対応する蛍光体層と対向している。

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を駆動する多数本の配線２１がマトリック状に設けられ、その端部は真空外囲器１５の外部に引出されている。

図２ないし図４に示すように、第１基板１０および第２基板１２の間には複数のスペーサユニット５０が配設されている。スペーサユニット５０は自立型のユニットとして形成され、第１基板１０上に載置されている。すなわち、スペーサユニット５０は、２つのベースユニット５２とこれらのベースユニットとを連結した２本の連結ロッド５４とを一体に備えている。

図５および図６に示すように、各ベースユニット５２は、隙間を置いて並んだ２本の柱状のスペーサ５６、および２本のスペーサの一端部同士を連結したブリッジ部５５を有し、ガラス、セラミック等の絶縁材料により一体成形されている。ブリッジ部５５は細長い矩形板状に形成され、２本のスペーサ５６は、ブリッジ部の両端から同一方向に延出している。各スペーサ５６は、ブリッジ部５５側の基端から先端に向かって径が細くなったテーパ状に形成されている。

２つのベースユニット５２は互いに対向して配置され、ブリッジ部５５は互いに平行に、かつ、同一平面に並んでいる。２つのブリッジ部５５の一端同士および他端同士はそれぞれ連結ロッド５４によって連結されている。２本の連結ロッド５４は、例えば、ガラスファイバにより形成され、互いに平行に、かつ、ブリッジ部５５と直交する方向に延びている。これにより、４本のスペーサ５６は互いに平行にかつ隙間を置いて並んでいる。

スペーサユニット５０は、インサート成形により製造することができる。まず、成形型を用意する。この成形型は、ベースユニット５２にそれぞれ対応した形状を有する２つのキャビティ、およびキャビティ間を延びた２本の溝を備えている。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形成する。

続いて、２本の溝内にガラスファイバをそれぞれ配置する。その際、ガラスファイバの両端部がそれぞれキャビティ内に延出するように配置する。次いで、２つのキャビティ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、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。

その後、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およびガラスファイバを離型する。更に、スペーサ形成材料およびガラスファイバ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、２つのベースユニット５２および２本の連結ロッド５４を一体に備えたスペーサユニット５０が形成される。

その後、必要に応じて、スペーサユニット５０の外面に、二次電子放出係数が０．４〜２．０の材料を含有した酸化クロム、酸化銅、酸化鉄等の金属酸化物、および、窒化アルミニウム、窒化チタン等の金属窒化物からなる被膜を形成する。

図２ないし図４に示すように、上記のように形成された複数のスペーサユニット５０は第２基板１２上に配置され、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙにそれぞれ所定のピッチで配列されている。各スペーサユニット５０は、スペーサ５６の先端が第２基板１２に当接した状態で、第２基板上に載置されている。この際、各スペーサユニット５０は４本のスペーサ５６を備えていることから、第２基板１２上に自立して載置することができる。各スペーサユニット５０は、ブリッジ部５５が第１方向Ｘ、連結ロッド５４が第２方向Ｙに延びた状態で配置され、各スペーサ５６は、第２方向Ｙに隣り合う電子放出素子１８の間で配線２１上に配置されている。各ブリッジ部５５は、第２方向Ｙに隣り合う電子放出素子１８間の領域と対向しているとともに、各連結ロッド５４は、第１方向Ｘに隣り合う電子放出素子１８間の領域と対向している。これにより、各スペーサユニット５０は、電子放出素子１８から放出された電子ビームを遮らない位置に配設されている。

各スペーサユニット５０のブリッジ部５５は、ゲッター膜１９、メタルバック１７、および遮光層１１を介して第１基板１０に当接している。各連結ロッド５４は、ゲッター膜１９、メタルバック１７、および遮光層１１を介して第１基板１０に当接している。これにより、各スペーサユニット５０は、第１および第２基板１０、１２によって挟持され、これら第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持している。

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。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、前述した工程により複数のスペーサユニット５０を形成する。また、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、複数のスペーサユニット５０を第２基板１２上にそれぞれ位置決めし載置する。この際、各スペーサユニット５０は、２本のスペーサ５６を備えた自立型のスペーサユニットであり、スペーサを基板上に形成および固定する必要がなく、容易に所定位置に載置および位置決めすることができる。なお、必要に応じ、スペーサユニット５０を接着剤等によって第２基板１２に仮止めしてもよい。

その後、第１基板１０と、スペーサユニット５０が載置された第２基板１２と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、第１基板のメタルバック１７上にゲッター膜１９を形成する。続いて、側壁１４を介して第１基板１０を第２基板１２に接合するとともに、これらの基板間にスペーサユニット５０を挟み込む。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、第１および第２基板に作用する大気圧荷重を支持する複数のスペーサは、複数に分割されたスペーサユニット５０として構成されている。そのため、各スペーサユニット５０を小型化することができ、加工精度を上げることができるとともに、各スペーサ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ユニット５０を高い精度で位置合わせすることができ、大型で高精細なＳＥＤが得られる。

また、各スペーサユニット５０は自立型として形成され、基板に対し所定の位置に分散して、かつ、容易に配置することができる。そのため、製造工程において、スペーサを基板あるいは支持基板等に対して、立設および固定する必要がなく、製造工程数を低減し、ＳＥＤを容易に製造することが可能となる。更に、ＳＥＤのサイズ、形状等に応じてスペーサユニット５０の設置数、設置位置を容易に変更および調整することができ、寸法の異なる種々のＳＥＤを容易に製造することができる。

各スペーサユニット５０は、第１および第２基板に対して十分に小さく形成されているため、製造工程等において、第１および第２基板とスペーサユニットとの間に熱膨張差が生じた場合でも、基板に対するスペーサユニットの位置ずれ、スペーサユニットの損傷等を低減あるいは防止することができる。これにより、製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。

上述したＳＥＤにおいて、スペーサユニット５０の設置数、設置場所は、第１および第２基板の寸法等に応じて種々変更可能である。また、各スペーサユニット５０において、ベースユニット５２の数、連結ロッドの数および連結位置は種々変更可能である。

図７に示すように、この発明の第２の実施形態に係るスペーサユニット５０は２つのベースユニット５２、および２本の連結ロッド５４を備え、連結ロッドは、スペーサ５６の先端同士を連結している。

図８に示すこの発明の第３の実施形態によれば、スペーサユニット５０は、３つのベースユニット５２およびこれらベースユニットを連結した４本の連結ロッド５４を一体に備えている。各ベースユニット５２は前述した第１の実施形態に係るベースユニットと同一に形成されている。３つのベースユニット５２は互いに対向して配置され、ブリッジ部５５は互いに平行に、かつ、同一平面に並んでいる。隣り合う２つのブリッジ部５５の一端同士および他端同士はそれぞれ連結ロッド５４によって連結されている。４本の連結ロッド５４は、例えば、ガラスファイバにより形成され、互いに平行に、かつ、ブリッジ部５５と直交する方向に延びている。これにより、６本のスペーサ５６は互いに平行にかつ隙間を置いて並んでいる。

図９に示すこの発明の第４の実施形態によれば、スペーサユニット５０のベースユニット５２は、細長い矩形板状のブリッジ部５５と、ブリッジ部の両端および中央からそれぞれ延出した３本のスペーサ５６とを一体に備えている。スペーサ５６の数は必要に応じて増加可能である。

上記第２ないし第４の実施形態において、スペーサユニット５０の他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。各スペーサユニットは、第１の実施形態と同様の方法により製造される。そして、第２ないし第４の実施形態に係るスペーサユニット５０を用いた場合でも、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

本発明は前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、前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、実施の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。

スペーサユニットの寸法、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。スペーサユニットは、スペーサ先端が第１基板に当接し、ブリッジ部が第２基板に当接した状態で配設してもよい。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。 一部を破断して示す前記ＳＥＤの斜視図。 図１の線Ａ−Ａ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ユニットを示す斜視図。 前記スペーサユニットを示す斜視図。 前記スペーサユニットをベースユニットと連結ロッドとに分解して示す分解斜視図。 この発明の第２の実施形態に係るスペーサユニットを示す斜視図。 この発明の第３の実施形態に係るスペーサユニットを示す斜視図。 この発明の第４の実施形態に係るスペーサユニットを示す斜視図。

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、 ５０…スペーサユニット、
５２…ベースユニット、 ５４…連結ロッド、 ５６…スペーサ

Claims (10)

1. 画像表示装置の外囲器を構成する第１基板および第２基板の間に配設され、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ユニットであって、
   それぞれ隙間を置いて並んだ複数の柱状のスペーサと前記複数のスペーサの一端部同士を連結したブリッジ部とを有し一体成形された複数のベースユニットと、
   前記複数のベースユニットを互いに隙間を置いて連結した複数の連結ロッドと、を備えたスペーサユニット。
2. 前記複数のベースユニットは、前記ブリッジ部が互いに平行に対向して並んでいる請求項１に記載のスペーサユニット。
3. 前記各ベースユニットは絶縁材料により一体成形されている請求項１又は２に記載のスペーサユニット。
4. 前記各ベースユニットはガラスにより一体成形されている請求項３に記載のスペーサユニット。
5. 前記連結ロッドは、ガラスファイバにより前記ベースユニットと一体に形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスペーサユニット。
6. 前記ベースユニットのスペーサは、一端から他端に向かって径が細くなったテーパ状に形成され、前記ブリッジ部は柱状スペーサの大径側の端同士を連結している請求項１に記載のスペーサユニット。
7. 隣り合うブリッジ部の一端部同士が前記連結ロッドにより連結され、前記ブリッジ部の他端部同士が前記連結ロッドにより連結されている請求項１に記載のスペーサユニット。
8. 隣り合うベースユニットのスペーサの先端部同士が前記連結ロッドにより連結されている請求項１に記載のスペーサユニット。
9. 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、前記蛍光面に向けて電子を放出する複数の電子放出源が配置された第２基板を有した外囲器と、
   それぞれ前記第１基板と第２基板との間に配置され、第１および第２基板に作用する大気圧を支持した記載の複数のスペーサユニットと、を備え、
   前記スペーサユニットは、それぞれ隙間を置いて並んだ複数の柱状のスペーサと前記複数のスペーサの一端部同士を連結したブリッジ部とを有し一体成形された複数のベースユニットと、前記複数のベースユニットを互いに隙間を置いて連結した複数の連結ロッドと、を具備している画像表示装置。
10. 前記各スペーサユニットは、前記ブリッジ部が第１および第２基板の一方に当接し、前記スペーサが第１および第２基板の他方に当接して配設されている請求項９に記載の画像表示装置。

Images