JP2006100040A

JP2006100040A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2006100040A
Application number: JP2004282542A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sasaki; 賢司佐々木; Hiroyuki Suzuki; 啓之鈴木; Yoshiyuki Kitahara; 義之北原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】輝度特性に優れた画像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】マイクロフィルター１６を介して形成された蛍光体層１７及び遮光層１８を含む蛍光面１５と、この蛍光面１５に重ねて設けられたメタルバック層１９と、を有する前面基板１１と、前記前面基板１１に対向して配置されているとともに、前記蛍光体面に向けて電子を放出する電子放出素子２０が配置された背面基板１２と、を備え、前記遮光層間の蛍光体層形成領域に、可視光により反応する光触媒を配置したことを特徴とする画像表示装置。
【選択図】図２

Description

この発明は、画像表示装置に係り、特に、蛍光面の劣化の改善が可能な構造を有する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、多数の電子放出素子を画像表示面と対向配置させた平面型の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による電子放出を利用したもので、これらの電子放出素子を用いた画像表示装置は、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。このようなＦＥＤの内、表面伝導型電子放出素子を用いた画像表示装置は、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、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及び背面基板を有している。これらの基板は、矩形枠状の側壁を介してそれぞれの周縁部同士を互いに接合され、真空外囲器を構成している。真空外囲器の内部は、真空度が１０^−４Ｐａ程度以下の高真空に維持されている。また、背面基板及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支持部材が配設されている。

前面基板の内面には、赤、青、緑にそれぞれ発光する蛍光体層及び遮光層を含む蛍光面が形成されている。また、実用的な表示特性を得るために、蛍光面上にメタルバック層と呼ばれるアルミ薄膜が形成されている。さらに、真空外囲器の内部に残留したガス及び各基板から放出されたガス（例えば水素、メタン、酸素、二酸化炭素、水蒸気など）を吸着するために、ゲッタ層と呼ばれるガス吸着特性を持ったＢａ（バリウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）などの金属薄膜がメタルバック層上に蒸着されている。

背面基板の内面には、蛍光体を励起して発光させるための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、多数の走査線及び信号線がマトリックス状に形成され、各電子放出素子に接続されている。

このようなＦＥＤでは、蛍光体層及びメタルバック層を含む画像表示面には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、蛍光体が発光する。これにより、画像表示面に画像が表示される。この場合、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。

このようなＦＥＤでは、前面基板と背面基板との隙間を１〜２ｍｍ程度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、大幅な軽量化、薄型化を達成することができる。

具体的な従来の画像表示装置としては、例えば特許文献１の段落［００１５］及び図１に示すように、フェースプレートの内面に赤、緑、青に夫々発光する蛍光体層が例えばストライプ状あるいはドット状に形成され、さらに前記蛍光体層間のフェースプレート内面に黒色着色層が形成されている構成のものが知られている。
特開２００２−１２７０１９号公報

ところで、従来の画像表示装置において、蛍光体層は例えばＺｎＳ系、Ｙ_２Ｏ_３系、Ｙ_２Ｏ_３Ｓ系などの蛍光体液をスラリー法等で塗布、乾燥し、フォトリソ法を用いてパターニングすることにより、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の蛍光体層を形成しているが、前記蛍光体液中には溶媒としてのバインダーが有機成分として含まれている。また、蛍光面上に前記メタルバック層を形成する際にも、例えばスピン法で形成されたニトロセルロース等の有機樹脂からなる薄い膜が用いられている。

このように、蛍光体層やメタルバック層等を形成する際に有機成分が使用されるため、遮光層間の蛍光体層を形成すべき領域に有機成分が残存する傾向にある。従って、動作時、電子放出素子から電子がメタルバック層を通して蛍光体に照射される過程で、メタルバック層や蛍光体表面にカーボン系の物質が堆積する。このカーボン系の物質は、蛍光体やメタルバック層に吸着している有機系の物質が、ビーム照射されている領域に拡散して電子の照射による化学反応で固着すると考えられている。こういった有機系の物質による薄膜ができることで、メタルバック層の電子線透過率，蛍光の反射，蛍光体の発光効率を下げ、輝度が低下する原因となる。

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、従来と比べ蛍光面の劣化を回避しえる画像表示装置を提供することにある。

この発明の第１の様態による画像表示装置は、マイクロフィルターを介して形成された蛍光体層及び遮光層を含む蛍光面と、この蛍光面に重ねて設けられたメタルバック層と、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、前記蛍光体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、前記遮光層間の蛍光体層形成領域に、可視光により反応する光触媒を配置したことを特徴とする。

この発明に係る前記画像表示装置によれば、遮光層間の蛍光体層形成領域に、可視光により反応する光触媒を配置することにより、蛍光体の劣化を回避することができる。

この発明によれば、従来と比べ蛍光面の劣化を回避しえる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、この発明に係る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。

まず、ＦＥＤの全体図について図１及び図２を参照して説明する。
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、絶縁基板としてそれぞれ板厚が１〜３ｍｍ程度の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、その内部に設けられ、前面基板１１及び背面基板１２に加わる大気圧荷重を支え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としては、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の内面には、蛍光面１５が形成されている。この蛍光面１５は、前面基板１１上にマイクロフィルター１６を介して形成された赤、緑、青に夫々発光する蛍光体層１７と、マトリック状に配置された光吸収層（遮光層）１８とを備えている。前記蛍光面１５上には、アノード電極として機能するメタルバック層１９、図示しないゲッタ層が形成されている。前記蛍光体層１７は、例えばドット上に形成されている。メタルバック層１９は、アルミニウム合金膜等で形成されている。ゲッタ層は、ガス吸着特性を持った金属膜（例えばチタン膜）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放出されたガス（例えば水素、メタン、酸素、二酸化炭素、水蒸気など）を吸着する。前記蛍光体層１７を構成する蛍光体粒子には、後で詳述するように光触媒粒子が付着されている。

背面基板１２は、その内面に表面伝導型の電子放出素子２０を備えている。この電子放出素子２０は、蛍光面１５の蛍光体層１７を励起する電子源として機能する。即ち、複数の電子放出素子２０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、夫々蛍光体層１７に向けて電子ビームを放出する。各電子放出素子２０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２０に電位を供給するための多数本の配線２１は、背面基板１２の内面にマトリック状に設けられ、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、蛍光面１５及びメタルバック層１９を含む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２０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１７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、この発明に係る「可視光により反応する光触媒」について、図３(Ａ)，（Ｂ）、
図４を参照して説明する。なお、図1及び図２と同部材は同符番を付して説明する。
前記光触媒は、遮光層の側壁、前記メタルバック層の裏面、前記蛍光体層を構成する蛍光体粒子の表面及び前記マイクロフィルターの表面の少なくともいずれかに一つの部材に付着されていることが好ましい。図３（Ａ），（Ｂ）は光触媒３１が蛍光体層１７を構成する蛍光体粒子３２の表面に付着している例を示し、図３（Ａ）は前面基板側の主な構成部材の説明図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の要部を拡大して示す説明図である。図４は、光触媒３１が遮光層１８の側壁、及びマイクロフィルター１６の表面（図４中の上面）に付着している例を示している。

前記光触媒としては、例えばＮ_２をドープしたアナタ−ゼ型や金属微粒子で表面処理したルチル型などの光触媒酸化チタンが挙げられる。前記光触媒の平均粒径は、電子線の蛍光体への照射や蛍光体からの発光のパネル表面への取り出しの妨害にならないように、数１０ｎｍ以下の微粒子であることが望ましい。

上述したように、遮光層の側壁、前記メタルバック層の裏面、前記蛍光体層を構成する蛍光体粒子の表面及び前記マイクロフィルターの表面の少なくともいずれかに光触媒を付着させた構造にすることにより、蛍光体の発光によって遮光層で囲まれた領域で発生したカーボンを分解・除去することができ、蛍光面の輝度の劣化を回避することができる。

次に、上述したような構成のＦＥＤに適用可能な前面基板側の構造についてより詳細に説明する。
（第１実施形態）
即ち、第１実施形態に係るＦＥＤでは、図３（Ａ）に示すように、前面基板（ガラス基板）１１上に黒色顔料からなる遮光層１８がフォトリソ法によりドット状に形成されている。前記遮光層１８と遮光層１８との間には、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色の蛍光体層１７が夫々隣り合うようにドット状に形成されている。蛍光体層１７は、前面基板１１上にマイクロフィルター１６を介して形成されている。前記蛍光体層１７及び遮光層１８を含む蛍光向面１５上には、アルミニウム（Ａｌ）合金製のメタルバック層１９が形成されている。前記メタルバック層１９上には、図示しないがＴｉ等の材料からなるゲッタ層が形成されている。

前記蛍光体層１７を構成する蛍光体粒子３１の表面には、光触媒酸化チタン（光触媒）３２が付着されている。ここで、蛍光体層１７は、次のように形成することができる。例えば、蛍光体製作時に塗布液内に分散させたＴｉＯ_２粒子を液状に塗布し、焼結することで蛍光体表面にＴｉＯ_２粒子を付着させる。このときに、蛍光体には、光触媒の酸化作用による弊害を除くために、予めＳｉＯ_２などの透明膜をコーティングしてもよい。この蛍光体を印刷ペーストに混合して印刷することで、ＴｉＯ_２を付着させた蛍光体層１７を形成できる。

第1実施形態によれば、遮光層１８で囲まれた蛍光体層１７を構成する蛍光体粒子３１の表面に光触媒３２を付着させた構成にすることにより、蛍光体の発光によって遮光層１８で囲まれた領域で発生したカーボンを分解・除去することができ、蛍光面の輝度の劣化を回避することができる。

（第２実施形態）
即ち、第２実施形態に係るＦＥＤでは、図４に示すように、遮光層１８の側壁及びマイクロフィルター１６の表面に光触媒３２を付着させた構成になっている。こうした構成にすることにより、第１実施形態と同様な構成が得られる。

この場合、予め蛍光体が分散された印刷ペースト中に微細ＴｉＯ_２粒子を分散混合させることで、蛍光体印刷後の乾燥／焼成で遮光層１８の側壁、又はマイクロフィルター１６、又はメタルバック層の裏面にＴｉＯ_２粒子を付着させることができる。

なお、第1実施形態では、メタルバック層の材料としてＡｌ合金を用いたが、これに限らず、例えばニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）の何れかの材料を用いることが可能である。また、ゲッタ層の材質も、Ｔｉの他、例えばタンタル、ストロンチウムの何れかのゲッタ材料、あるいはこれらのゲッタ材料を複数積層したもの、又はこれらのゲッタ材料の合金状態による層の何れかを用いることが可能である。

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に適用可能な第１実施形態に係る前面基板側の各構成部材の構造を概略的に示す断面図である。図４は、図１に示したＦＥＤに適用可能な第２実施形態に係る前面基板側の各構成部材の構造を概略的に示す断面図である。

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…カラーフィルター、１７…蛍光体層、１８…光吸収層（遮光層）、１９…メタルバック層、２０…電子放出素子、２１…配線、３１…蛍光体粒子、３２…光触媒。

Claims

マイクロフィルターを介して形成された蛍光体層及び遮光層を含む蛍光面と、この蛍光面に重ねて設けられたメタルバック層と、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、前記蛍光体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、
前記遮光層間の蛍光体層形成領域に、可視光により反応する光触媒を配置したことを特徴とする画像表示装置。
前記光触媒は、前記遮光層の側壁、前記メタルバック層の裏面、前記蛍光体層を構成する蛍光体粒子の表面及び前記マイクロフィルターの表面の少なくともいずれかに付加されていることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。