JP2006093035A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサの損傷およびスペーサの帯電を抑制し、耐電圧特性および信頼性の向上した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は、蛍光体層を含む蛍光面１６が形成された第１基板１０と、第１基板と隙間をおいて対向配置されているとともに蛍光体層を励起する複数の電子放出源１８が設けられた第２基板１２とを有している。第１基板と第２基板との間には、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複数の柱状のスペーサ３０が設けられている。複数のスペーサは、スペーサの電気抵抗以下の電気抵抗を有した接着剤３４によりそれぞれ第１基板に接着され、第１基板上に立設されている。
【選択図】 図３

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、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色の蛍光体層およびメタルバック層が形成され、第２基板の内面には、蛍光体を励起する電子源として、各画素に対応する多数の電子放出素子が配列されている。各電子放出素子は、電子放出部、この電子放出部に電圧を印加する一対の電極等で構成されている。

前記のようなＳＥＤにおいて、第１基板および第２基板間の空間、すなわち真空外囲器内は、１０^−４Ｐａ程度の高い真空度に維持されることが重要となる。真空度が低い場合、電子放出素子の寿命、ひいては、装置の寿命が低下してしまう。また、第１基板と第２基板間は真空であるため、第１基板、第２基板に対し大気圧が作用する。そこで、これらの基板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、多数の板状あるいは柱状のスペーサが配置されている。

スペーサを第１基板および第２基板の全面に渡って配置するためには、第１基板の蛍光体、第２基板の電子放出素子に接触しないように、極めて薄い板状、あるいは極めて細い柱状のスペーサが必要となる。これらのスペーサは、電子放出素子の極めて近くに設置する必要があるため、スペーサとして絶縁体材料を使用することが望ましい。同時に、第１基板および第２基板の薄板化を検討した場合、一層多くのスペーサが必要となる。例えば、特許文献１には、電子ビームの通過する孔が形成された金属板に多数のスペーサを高い位置精度で形成し、この金属板上に形成されたスペーサを第１基板および第２基板間に配置した表示装置が提案されている。

また、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２００１−２７２９２７号公報

上記のように支持基板上にスペーサを立設した構成では、製造過程等において第１および第２基板と支持基板とに熱膨張差によりスペーサに負荷が作用し、スペーサの損傷を生じる可能性がある。また、ＳＥＤにおいて、高い加速電圧を持った電子が蛍光面に衝突した際、蛍光面で２次電子および反射電子が発生する。第１基板と第２基板との間の空間が狭い場合、蛍光面で発生した２次電子および反射電子がスペーサに衝突し、その結果、スペーサが帯電する。ＳＥＤにおける加速電圧では、通常、スペーサは正に帯電する。この場合、電子放出素子から放出された電子ビームはスペーサに引き付けられ、本来の軌道からずれてしまう。その結果、蛍光体層に対して電子ビームのミスランディングが発生し、表示画像の色純度が劣化するという問題がある。

また、スペーサが帯電すると、スペーサ付近では放電が発生し易くなる。特に、電子ビームの移動量を制御する目的で、スペーサ表面に低抵抗の膜をコーディングした場合などは、スペーサからの放電がより発生し易くなる。この場合、ＳＥＤの耐電圧特性が劣化する虞がある。

この発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、スペーサの損傷および帯電を抑制し、耐電圧特性および信頼性の向上した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画像表示装置は、蛍光体層を含む蛍光面が形成された第１基板と、前記第１基板と隙間をおいて対向配置されているとともに前記蛍光体層を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、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複数の柱状のスペーサと、を備え、
前記複数のスペーサは、前記スペーサの電気抵抗以下の電気抵抗を有した接着剤によりそれぞれ前記第１基板および第２基板のいずれか一方に接着され、前記いずれか一方の基板に立設されている。

この発明の画像表示装置によれば、各スペーサは独立して第１基板あるいは第２基板に固定されているため、基板の熱膨張が生じた場合でもスペーサに作用する負荷を低減しスペーサの損傷を防止することができる。また、接着剤を通してスペーサの帯電を第１基板あるいは第２基板に逃がし、スペーサの帯電を抑制することができる。これにより、耐電圧特性および信頼性の向上した画像表示装置が得られる。

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枠状の側壁１４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偏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、画素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３および図４に示すように、第１基板１０の内面に設けられた蛍光体スクリーン１６において、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。蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂはそれぞれ対応する電子放出素子１８と対向して位置している。蛍光体スクリーン１６は黒色の遮光層１１を有し、この遮光層は、第１基板１０の周縁部に沿って延びた矩形枠部、および矩形枠部の内側で蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂの間をマトリックス状に延びたマトリックス部を有している。

図２ないし図４に示すように、ＳＥＤは、第１基板１０および第２基板１２の間に配設された多数のスペーサ３０を備えている。これらのスペーサ３０は柱状に形成され、第１基板１０の内面に一体的に立設されている。すなわち、スペーサ３０は、絶縁物質としてガラスを主成分とするスペーサ形成材料を焼成してガラス化することにより形成されているとともに、その一端が接着剤３４により第１基板１０の表面上に接着されている。本実施形態において、各スペーサ３０はメタルバック１７上に固定され、第２方向Ｙに隣合う蛍光体層間で遮光層１１と対応する位置に立設されている。

各スペーサ３０の第１基板１０側の端面には、接着剤３４との接触面積を拡大するため、複数の溝３６が形成されている。接着剤３４としては、電気抵抗がスペーサ３０の電気抵抗以下であり、また、ガラスを主成分とした接着剤、例えば、導電性フリットガラスが用いられている。接着剤３４のガラス成分の軟化点は、スペーサ３０のガラス成分の軟化点よりも低く設定されている。更に、接着剤３４の熱膨張係数は、第１基板の熱膨張係数との差が±２０％以内となるように設定されている。接着剤３４としては、フリットガラスの他、金属ペースト等を用いることができる。

スペーサ３０の延出端は、第２基板１２の内面、ここでは、第２基板１２の内面上に設けられた配線２１上に当接している。スペーサ３０の各々は、第１基板１０側の基端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。第１基板１０と内面と平行な方向に沿ったスペーサ３０の断面は、ほぼ楕円形に形成されている。複数のスペーサ３０相互の高さの差、つまり、高さのばらつきは、１μｍないし５０μｍの範囲内に形成されている。

第１基板１０に立設された複数のスペーサ３０は、延出端が第２基板１２の内面に当接することにより、第１および第２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に例えば、８ｋＶのアノード電圧を印加し、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へ衝突させる。これにより、蛍光体スクリーン１６の対応する蛍光体層Ｒ、Ｇ、Ｂが励起されて発光し、カラー画像を表示する。

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、第１基板１０およびスペーサ３０の製造方法について説明する。

まず、複数のスペーサ形成孔を有した成形型を用いて複数のスペーサ３０を同時に形成する。始めに、成形型のスペーサ形成孔にスペーサ形成材料４６を充填する。スペーサ形成材料４６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。次いで、充填されたスペーサ形成材料４６に紫外線（ＵＶ）を照射し、スペーサ形成材料をＵＶ硬化させる。硬化したスペーサ形成材料を離型した後、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、更に、約５００〜５５０℃で３０分〜１時間、スペーサ形成材料を本焼成しガラス化する。これにより、複数のスペーサ３０が得られる。

続いて、複数のスペーサ３０を治具等により保持し、各スペーサの一端に接着剤３４を塗布する。そして、接着剤３４によりスペーサ３０の一端を第１基板１０のメタルバック１７上に接着する。その後、接着剤３４を硬化させることにより、スペーサ３０を第１基板の所定位置に固定し立設する。

一方、ＳＥＤの製造においては、別途、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を製造する。続いて、各スペーサ３０の延出端を覆うマスク、例えば板状の金属マスク、を配置した後、この第１基板１０および第２基板１２を真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を真空排気する。

真空雰囲気中で、第１基板１０のメタルバック１７に重ねてゲッタを飛ばし、ゲッタ膜１９を形成する。この際、各スペーサ３０はマスクにより覆われているため、スペーサを汚染することなくゲッタ膜１９を形成することができる。ゲッタ膜１９の形成後、スペーサ３０からマスク５２を除去する。その後、真空雰囲気中で、側壁１４を介して第１基板１０と第２基板１２とを互いに接合する。これにより、スペーサ３０を備えたＳＥＤが得られる。

以上のように構成されたＳＥＤによれば、各スペーサ３０は独立して第１基板１０に固定されているため、製造工程中等に第１および第２基板１０、１２が熱膨張した場合でも、スペーサに作用する負荷を低減しスペーサの損傷を防止することができる。接着剤３４の熱膨張係数は、第１基板１０の熱膨張係数との差が±２０％以内となるように設定されているため、熱膨張差に起因する接着剤３４の剥がれを防止することができる。

スペーサ３０を接着している接着剤３４の電気抵抗は、スペーサ３０の電気抵抗以下に設定されているため、スペーサの電荷を第１基板１０に逃がし、スペーサの帯電を抑制することができる。これにより、スペーサ３０の帯電に起因する電子ビームの軌道ずれを抑制し、表示品位の向上した画像を表示することができる。同時に、放電を抑制し、耐電圧特性および信頼性の向上したＳＥＤが得られる。

複数のスペーサ３０間で高さのバラツキがあった場合でも、接着剤３４によりこの高さのバラツキを吸収することができる。そのため、スペーサ３０と第２基板１２との間に隙間が形成されることを防止し、複数のスペーサにより第１および第２基板１０、１２を安定して支持することができるとともに、上記隙間に起因した強電界の発生を防止できる。

次に、この発明の第２の実施形態に係るＳＥＤについて説明する。図５に示すように、ＳＥＤは、第１基板１０および第２基板１２の間に配設された多数のスペーサ３０を備えている。本実施形態によれば、スペーサ３０は、接着剤３４により第１基板１０の蛍光体スクリーン１６上に接着され、一体的に立設されている。スペーサ３０は、絶縁物質としてガラスを主成分とするスペーサ形成材料を焼成してガラス化することにより形成され、その一端が接着剤により蛍光体スクリーン１６の遮光層１１に固定されている。スペーサ３の延出端は、第２基板１２の内面上に設けられた配線２１に当接している。スペーサ３０の各々は、第１基板１０側の基端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。第１基板１０と内面と平行な方向に沿ったスペーサ３０の断面は、ほぼ楕円形に形成されている。
ＳＥＤ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詳細な説明を省略する。

図６に示すように、この発明の第３の実施形態に係るＳＥＤは、第１基板１０および第２基板１２の間に配設された多数のスペーサ３０を備えている。本実施形態によれば、スペーサ３０は、接着剤３４により第１基板１０の内面に直接、接着され、第１基板と一体的に立設されている。スペーサ３０は、絶縁物質としてガラスを主成分とするスペーサ形成材料を焼成してガラス化することにより形成されている。スペーサ３の延出端は、第２基板１２の内面上に設けられた配線２１に当接している。スペーサ３０の各々は、第１基板１０側の基端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。第１基板１０と内面と平行な方向に沿ったスペーサ３０の断面は、ほぼ楕円形に形成されている。

ＳＥＤ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詳細な説明を省略する。
上記のように構成された第２および第３の実施形態に係るＳＥＤにおいても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

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。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。

前述した実施形態において、各スペーサは接着剤により第１基板に固定する構成としたが、接着剤により第２基板に接着する構成としてもよい。スペーサやその他の構成要素の形状や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。 図１の線Ａ−Ａに沿って破断した上記ＳＥＤの斜視図。 上記ＳＥＤを拡大して示す断面図。 上記ＳＥＤの第１基板を示す平面図。 この発明の第２の実施形態に係るＳＥＤを拡大して示す断面図。 この発明の第３の実施形態に係るＳＥＤを拡大して示す断面図。

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、 １７…メタルバック、 １８…電子放出素子、
１９…ゲッタ膜、 ３０…スペーサ、 ３４…接着剤、 ３６…溝

Claims (8)

1. 蛍光体層を含む蛍光面が形成された第１基板と、
   前記第１基板と隙間をおいて対向配置されているとともに前記蛍光体層を励起する複数の電子放出源が設けられた第２基板と、
   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複数の柱状のスペーサと、を備え、
   前記複数のスペーサは、前記スペーサの電気抵抗以下の電気抵抗を有した接着剤によりそれぞれ前記第１基板および第２基板のいずれか一方に接着され、前記いずれか一方の基板に立設されている画像表示装置。
2. 前記スペーサおよび前記接着剤は、主成分がガラスである請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記接着剤のガラス成分の軟化点は、前記スペーサのガラス成分の軟化点よりも低い請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記接着剤の熱膨張係数は、前記いずれか一方の基板の熱膨張係数との差が±２０％以内である請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記複数のスペーサ間の高さの差は、１μｍないし５０μｍの範囲内である請求項１に記載の画像表示装置。
6. 前記複数のスペーサは、前記接着剤により前記第１基板の内面に直接固定されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記複数のスペーサは、前記接着剤により前記第１基板の蛍光面上に固定されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記第１基板は、前記蛍光面に重ねて形成されたメタルバックを有し、前記複数のスペーサは、前記接着剤により前記メタルバック上に固定されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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